151634 (Фізико–технологічні основи фотолітографії), страница 2

Фільтровий шар служить для поглинання небажаних променів світла, що діють на лежачі під ним світлочутливі шари.

При зберіганні фотоматеріалів спостерігається їх старіння, що полягає в зменшенні світлочутливості і збільшенні щільності вуалі. Кожен вид фотоматеріалів характеризується гарантійним терміном зберігання, впродовж якого може спостерігатися падіння чутливості і зростання вуалі, що необхідно враховувати при експонуванні і обробці. Чим вище світлочутливість фотоматеріалу, тим менше термін їх зберігання. Фотоматеріали необхідно зберігати в оригінальній заводській упаковці при зниженій температурі, що не перевищує 8°С, і відносній вологості 40-60%. Вони повинні бути захищені від дії агресивних газів, рентгенівського і радіоактивного випромінювання, механічних пошкоджень. Для тривалого зберігання чорно-білих фотоматеріалів рекомендується температура 4-5⁰С.

Власна спектральна чутливість галогенідів срібла має максимум на довжині хвилі 545 нм і прийнятна тільки для короткохвильового випромінювання з довжиною хвилі, меншої 520 нм.

Оскільки для виготовлення фотошаблонів останнім часом використовують лазерні фотоплоттери, спектральну чутливість фотоплівок пристосовують до випромінювання відповідного лазера.

Під час експозиції кристали абсорбують фотон світла, його енергія використовується для формування металевого срібла на світлочутливому центрі. Абсорбція більшої кількості фотонів приводить до більшого відновлення металевого срібла. Коли число атомів металевого срібла досягне від 4 до 10, кристал фіксує латентне (приховане) зображення. Це таке латентне зображення, яке при проявці відновлює металеве срібло у всьому об'ємі кристала. Розмір експозиції фотоплівки повинен бути таким, щоб досягти оптимальних результатів. Якщо оригінал – негатив або фотоплівка експонується на фотоплоттері, великі експозиції додаватимуть ширину лінії і зменшуватимуть ширину пробільних місць. Навпаки, маленькі експозиції зменшать лінії і їх оптичну щільність. Після експозиції фотоплівка повинна бути проявлена. Це чотириступінчаста процедура, звичайна у фотопроцесах. Для ілюстрації показана послідовність процесів. Експоновані кристали проявляють своє латентне зображення.[1] Перший процес називається проявленням (Рис.1.2.2). Тут експоновані кристали галоїдного срібла перетворяться в металеве срібло. Приховане зображення діє як каталізатор в реакції відновлення, так що забезпечується різниця між експонованими і не експонованими кристалами. Процес перетворення кристала, що одного разу почався, закінчується ефектом з посиленням зображення більш ніж в 10 млн. разів.

Проявка фотоплівки повинна забезпечити оптимальні результати. Перепроявлення робить лінії широкими з розпливчатими краями. Це також приводить до утворення щільної вуалі на пробільних місцях. Недопроявлення створить тонкі лінії і низьку оптичну щільність зображень. Зазвичай процес проявки контролюється призначеним для цього процесором.

Рис1.2.2. Активація кристалів AgHal освітленні: а)часткове відновлення металічного срібла із AgHal; б)утворення прихованого зображення.

Тепер можна побачити проявлене зображення, утворене металевим сріблом. Неекспоновані кристали, не активовані світлом, не відновлені до металевого срібла в процесі проявки (Рис.1.2.3).

Рис1.2.3. Проявлення прихованого зображення: а)відновлення металічного срібла в активованих світлом кристалах і відсутність процесів відновлення в неекспонованих частинках; б)відновлення конглометра кристалів в об’ємі фотоемульсії при проявленні.

Але це зображення ще не стійке. Щоб зробити зображення стійким, фотоплівка повинна піддатися процесу фіксації, при якій з фотоемульсії видаляються кристали галоїдного срібла (рис.1.2.3). В процесі обробки у фіксуючому розчині тіосульфат амонія перетворює ці кристали на декілька розчинних солей, які видаляються з емульсії. Малюнок з металевого срібла не зачіпається на цій стадії. Фіксація – некритична операція. Неможливо перетримати фотоплівку у фіксуючому розчині. Правда, попадаються плівки, у яких при передержці світлі області набувають сірого відтінку. При недостатній витримці або збідненому розчині фіксажу фотоплівка при виході з процесора може демонструвати молочно-білі відтінки там, де вона повинна бути чистою.

Прояснимо цю ситуацію. При виготовленні фотошаблону проявка – процес, при якому початі при експозиції хімічні зміни посилюються і розширюються. При експонуванні сухого плівкового фоторезиста хімічний процес завершується при експозиції, і після неї не потрібна додаткова обробка для хімічних перетворень. Коли технологи говорять про проявку фоторезиста, вони мають на увазі його селективне видалення із заготовки плати. Це аналогічно фіксації зображення на срібловмісних фотоматеріалах, коли з емульсії видаляють неекспоноване галоїдне срібло.

Отже, в результаті операції фіксації металеве срібло залишається в місцях, де воно було експоноване. Неекспоноване галоїдне срібло, перетворене в розчині з'єднання, йде з желатинового шару в розчин. Оскільки цей процес дифузійний, для нього потрібний час.

Після проявки і фіксації, фотошаблон повинен бути добре промитий для видалення побічних хімічних продуктів. Якщо вони все ж таки залишаться, при сушці вони проявлять себе у вигляді численних кристалів, які можуть зруйнувати желатиновий шар, зробити його недостатньо прозорим.

Завершуючий процес – сушка, в процесі якої випаровується вода. Очевидно, що желатиновий шар, який почав набухати вже при першому зануренні в проявник, і при зволоженні збільшуватиметься приблизно на одну десяту свого розміру. Поліефірна основа також збільшуватиме свої розміри при мокрій обробці в результаті абсорбції вологи. В результаті відбуваються деякі зміни розмірів фотошаблонів.[4]

1.3 Діазоплівки

У діазографії (діазотипії, світлокопіюванні) зображення оригіналу отримують під дією світла на світлочутливий матеріал, що містить діазосполуку.

Реєструючий матеріал складається з підкладки, покритої шаром, чутливим до випромінювання УФ і синьо-фіолетовою зонам спектру. Розрізняють діазографічні матеріали з одно-, дво- і трикомпонентним світлочутливим шаром. Однокомпонентний шар містить сіль діазонію, що диспергує в тому, що пов'язує з легкоплавкого полімеру, наприклад суміш полівінілового спирту з полівінілацетатом або сополімер метилвінілового ефіру з малеїновим ангідридом. Двокомпенентний шар окрім солі діазонію містить азокомпоненту (резорцин, фтороглюцин, ароматичний амін, динатрієвую сіль 6-гидрокси-2-нафталінсульфінової кислоти). Трикомпонентний шар додатково містить з'єднання, що виділяють при нагріванні до 100-120 ^оС речовини основного характеру, наприклад, сечовину або її похідні.

На експонованих ділянках сіль діазонію розкладається і втрачає здібність до реакції азосполуки. На ділянках, не підданих дії світла, з солі діазонію і азокомпоненти при проявці утворюється азобарвник, колір якого залежить від будови його радикалів. Обробка, необхідна для отримання фарбника, залежно від виду світлочутливого шару може бути мокрою – із застосуванням розчину азокомпоненти (для однокомпонентних шарів), сухою – в парах аміаку (для двокомпонентних) або термічною (для трикомпонентних).

Час отримання зображення 1-3 с. Світлочутливість диазографічних плівок 5 см²/Дж, роздільна здатність 100штрих./мм, коефіцієнт контрастності 3–4.

Діазоплівки володіють такими властивостями, які добре узгоджуються з вимогами до фотошаблонів, зокрема для візуального поєднання. Фотошаблони з діазоплівки мають прозоре жовте зображення, що дозволяє легко суміщати його зі свердленими отворами. Це зображення не прозоре для ультрафіолетового світла, до якого чутливий фоторезист. Мало того, оскільки зображення знаходиться не в желатині, використовуваному в срібловмісних фотоплівках, поверхня фотошаблонів з діазоплівки стійка до стирання, що дуже потрібне при багатократному використанні фотошаблонів в процесах експонування.[5]

1.4 Фотоплівки для виготовлення фотошаблонів

Загальні відомості

Для виготовлення фотошаблонів призначені фототехнічні чорно-білі плівки і пластинки для репродукційних і копіювальних робіт в поліграфії. Фотоплівки виготовляються на поліетилентерефталатній (товщина 65-175 мкм) або триацетатцеллюлозній (100-200 мкм) підкладках.

Фотоплівки для фотошаблонів друкарських плат містять:

• полімерну основу

• фоточутливий шар емульсії

• додаткові допоміжні шари підтримки

Для забезпечення розмірної стабільності і зручності автоматичного управління процесами експонування фотоплівки для фотошаблонів виготовляються на товстій полиефірній основі. Товщина такої фотоплівки, як правило – 175 мкм. Товщина емульсії і допоміжних шарів – приблизно 5 мкм. Деякі фотоплівки не мають желатинового шару підтримки, що зменшує вплив відносної вологості на зміну їх лінійних розмірів.

Для фотошаблонів дуже важливо забезпечити розмірну стабільність в умовах температури, що змінюються, і вологості. Для цього після поливу або екструзії плівку піддають циклічному нагріву, внаслідок чого вона прискорено релаксує і з її об'єму випаровуються залишки розчинників. В результаті знімається внутрішня напруга і поліпшується розмірна стабільність.[5]

Вплив вологості

При зміні вологості зовнішнього середовища поліефірна основа фотоплівок набуває рівноважної вологості і міняє свої розміри. Щоб на 90% досягти рівноваги із зовнішнім середовищем (час релаксації) для плівки товщиною 175 мкм потрібно порядка 4 г.Коефіцієнт лінійного розширення при зміні відносної вологості поліефірної плівки – 0,0008% на 1% відносної вологості. Цей коефіцієнт – не залежить від товщини плівки, але желатинові і допоміжні шари відчутно впливають на зміну розмірів основи, а значить і фотоплівки. Причому желатин поглинає вологість дуже швидко. Потрібно менше трьох хвилин для шару желатину, щоб він досяг 99% рівноваги з навколишнім середовищем. Тому, чим товща плівка основи, тим менший внесок мають нашарування, і фотоплівка виходить стабільніша в розмірах.

Процеси поглинання вологи основою і шарами желатину є повністю оборотними: ефекти гістерезису незначні.

Вплив температури

Фотоплівка розширюється при підвищенні температури навколишнього повітря і стискається при пониженні температури.

Температурний коефіцієнт розширення поліефірної основи – 0,0018% на 1°С. Температурний коефіцієнт розширення не залежить від товщини матеріалу.

Реакція фотоплівки на зміну температури виявляється дуже швидко.

Фотоплівка адаптується до навколишньої температури протягом 2-3 хвилин.

Розширення і зменшення фотоплівки при зміні температури – оборотний процес. Проте, якщо фотоплівку нагрівати до 60°С, відбудеться необоротна зміна її розмірів.

Вплив режимів обробки

В результаті мокрої обробки фотоплівки (проявка, фіксаж, відмивання) і подальшої сушки відбувається зміна її розмірів. Особливо істотно впливає температура сушки так, що фотоплівки, які сушаться при високих температурах, матимуть збільшені розміри і навпаки. Зміна розмірів фотоплівок товщиною 175 мкм може складати ± 0,02%. Проте, фотоплівка, яка була висушена при оптимальній температурі, може змінити свої розміри зовсім трохи. Мало того, існує оптимальна температура сушки, при якій ця зміна розмірів може зводити до нуля. Ця температура встановлюється для кожного типу фотоплівки. Величина оптимальної температури сушки в основному залежить від відносної вологості навколишнього середовища і відносної вологості повітря в сушильній камері проявочної машини. Тому ідеальна температура сушки повинна бути визначена виходячи з відносної вологості повітря в приміщенні для обробки фотоплівки.

Старіння

Розмір фотоплівок змінюється із-за старіння основи, але величина цих змін є дуже незначною. Поліефірна основа може змінити розміри в межах ±0,01% за 5-10 років.

Зміни лінійних розмірів залежать від вологості і температури зберігання фотоплівок. Зберігання при високій вологості, ймовірно, спричинить збільшення розмірів фотошаблону і навпаки.

Розмірна стабільність

Фотоплівки для фотошаблонів друкарських плат з позицій розмірної стабільності можуть бути згруповані в два класи: фотоплівки, які не мають допоміжних шарів і фотоплівки, які його мають (на желатиновій основі).

Таблиця 1.4.1

Методика вимірювань

Зміна розмірів від зміни вологості приводиться зазвичай для діапазону вологості від 15 до 50% при температурі 21°С. Ця процедура відносно складна, оскільки зміна розмірів не лінійні по відношенню до зміни вологості. Це важливо, оскільки вимірювання в різних діапазонах вологості можуть мати відмінності. Можна як приклад привести значення коефіцієнт лінійного розширення при зміні вологості, виміряні при низькій, середній і високій вологості: