Введение в электронные технологии, страница 2

Основным способом плотного прижима фотошаблона к заготовке является прижим его прозрачной пленкой путем вакуумирования полости под этой пленкой. Экспонирование ведут, обязательно располагая пленочный фотошаблон «эмульсней вниз», т. е. максимально уменьшая расстояние между рисунком на фотошаблоне и поверхностью фоторезиста. Отметим, что изображение на заготовке получается зеркальным по отношению к изображению в слое эмульсии на фотошаблоне. Однако даже при максимальном прижиме рассеяние экспонирующего излучения по толщине слоя фоторезиста приводит к искажениям изображения и является основным ограничением разрешающей способности процесса (рнс.

7). УФ-излучение Фотошаблон Маскирующее покрытие Микрозазор Фоторезист Рис. 7. Изменение размеров изображений при экспонировании Проявление. После экспонирования верхний защитный слой фоторезнста (пленка майлара) удаляется, светочувствительный слой проявляется в водном 1 %-нем растворе !ь)азСОз при температуре +40 'С. Цель лабораторных работ № 1, 2 — ознакомиться с основами процесса фотолитографии, освоить контактный способ экспонирования, изучить этап совмещения фотошаблона с изображением на заготовке печатной платы.

Ониспние лабораторной установки При проведении лабораторных работ используется установка контактного экспонирования, выполненная в виде настольного блока с откидывающейся крышкой (рнс. 8). и б Рис. 8. Установка для контакгного экспонирования печатных плат; а — загрузка заютовки, 6- экспонирование; 1 — корпус; 2 — гибкая пленка;3 — огражатслгй 4 — источник излучения (УФ-лампы); 5 — фотошаблон; 6- фольгированный диэлектрик; 7- резиновый уплотнитель; 8 — вакуумный ввод; 9- шарнир Установка экспонирования включает в себя два осветителя, один из которых находится в крышке, другой — в корпусе.

Каждый осветитель состоит из четырех люминесцентных ламп по 15 Вт квкдая с отражающим плоским рифленым экраном. Установка позволяют проводить экспонирование заготовки печатной платы одновременно с двух сторон. Нижняя рама установки состоит из стеклянного освоения, а верхняя — из прозрачной пленки, которая, изгибаясь при созщнии вакуума р = 20 кПа (0,2 атм)„прижимает фотошаблон к заготовке, Экспонирование проводится при одновременном включении верхних и нижних источников излучения. По истечении заданного времени, которое фиксируется таймером, под прозрачную пленку напускается воздутг, крьгшка открывается для извлечения заготовки. Работа № 1. Оценка разрешающей способности контактной фотолитографии 1.

Основные теоретические сведении При воспроизведении изображения на светочувствительных слоях (фотоэмульснн, фоторезисте) предельное разрешение (раз- решающая способность) будет зависеть от условий передачи изображения, свойств слоев и способа их фотохимической обработки. На практике разрешающая способность оценивается по предельному числу линий, воспроизведенных на 1 мм длины изображения. Типовым тестовым объектом фотолитографии является решетка с одинаковыми прозрачными и непрозрачными полосами (линиями) (рис, 9). В агом случае разрешение эквивалентно пространственной частоте и решетки с шагом Р: с = 1/26' = 1~Р Для оценки разрешения и влияния на него различных факторов используется центральная часть универсального тестового фото- шаблона (см. Рис, 10).

Расширяющийся растр в центре фотошаблона предназначен для контроля разрешения, матрица окружностей на поле фотошаблона — для контроля совмещаемости. Следует провести ряд экспериментов при постепенном изменении времени экспонирования и выбрать наилучший результат. 62 О 666 ОО в ын 1 Рне. 9. Ширина линии и нервов решетки Рассмотрим, как влияет время экспонирования на разрешающую способность фоторезиста. Врелтя экспонирования фоторезиста является важным параметром фотолитографии по следующим причинам.

Разрешающая способность негативных сшивающихся фоторезнстов ограничена подсветкой излучения, рассеянием падающего н отраженного экспонирующих излучений. Это ведет к паразнтной засветке края неэкспонированных участков и вызывает частичную полимернзацию слоя, что приводит к появлению ореола, увеличившощего действительный размер изображения. Поэтому ширина линии растет с повышением дозы экспонирования. В связи с этим время экспонирования должно быть достаточным для полной фогополимернзации экспонированных участков и вместе с тем минимально возможным для уменьшения потери разрешения.

Минимальное время экспонирования, обеспечивающее максимальное разрешение, определяется с помсицью тестовых фотошаблонов двух типов: с растром (рис, 10) для оценки максимального разрешения и с градацией оптической плотности (рис. 11). !О ООВ ООО О ! 66 6\26 О'В О'2 2266 аг Рис. 10. Универсальный тестовый фотошаблон $461210192021~ а Рис. П. Фонбша026он Стоуффера (а) и его от66ечшок на негативном фоторетисте (о) В общем случае время, необходимое для фотополимеризации, зависит от чувствительности фоторезиста и мощности источника излучения. Чувствительность указывается изготовителем фоторезиста, он же обычно поставляет специальные фотошаблоны с участками, имеющими строго фиксированные градации оптической плотности.

Рассмотрим широко известный фотошаблон Стоуффера (рис. 11, а), который содержит 21 участок. Оптическая плотность этих участков изменяется от совершенно прозрачного (участок 1) до совершенно непрозрачного (участок 21). Изменение плотности между смежными участками подобрано таким образом, что для ультрафиолетового излучения переход к соседнему участку требует увеличеиия времени экспонирования в ч'2 раз при той же мощности источника, После экспонирования фотошаблона Стоуффера и проявления на фоторезисте определяется участок с максимальным номером (номер экспонирования), в котором еще сохранились остатки фоторезиста, например участок 5 (рис. 11, 6). Найденный номер участка сравнивается с диапазоном номеров участков, рекомендуемым производителем фоторезиста, например 9...

12. Далее следует коррекция времени экспонирования. Очевидно, что для сохранения на заготовке участков с более высокими номерами необходимо увеличить время экспонирования так, чтобы суммарная экспозиция даже на малопрозрачных участках была достаточиа для сшивки. В нашем примере средним иомером из рекомендуемого диапазона 9...12 является 10. Для его получеыия необходимо увеличить время экспонирования в 1,414 1,414 х х 1,414 1,414 1,414 = 5,66 раз. Если полученный номер (например, участок 16) превышает рекомендуемый диапазон номеров, это означает„что время экспонирования завышено.

Для коррекции времени используется процедура, аналогичная рассмотреиной выше, но исходное время делится на полученный коэффициент. Фоторезист «К)вюп», используемый в данной работе, имеет большие допуски на технологические параметры, что облегчает его промышленное применение. Поэтому в спецификации фоторезиста «К)з!оп» указан довольио широкий диапазон номеров фото- шаблона фирмы-производителя.

Предлагаемый фотошаблон «К1з1оп» аналогичен фотошаблону Стоуффера, но имеет 25 участков с различной оптической плотностью. Диапазон рекомендуемых номеров участков составляет 10... 18. Для оценки фоторезиста необходимо определить номер участка фотошаблона «К1з1оп» и соответствующее ему время экспонирования, которое обеспечивает максимальное разрешение. Для этого предварительно определяется время экспонирования с максимальным разрешением, а затем при этом времени определяется соответствующий номер участка. В дальнейшем этот номер может использоваться для контроля параметров установки экспонирования при длительной ее эксплуатации, 12 Порядок выпоя~еиия работ 1.

Изучить правила техники безопасности (приложение 6) и расписаться в лабораториом журнале. 2. Ознакомиться с основами процесса фотолитографии. 3. Ознакомиться с принципом работы установки для контактного экспонирования (см. рис. 8). 4. Определить минимальное время экспонирования с помощью универсального тестового фотошаблоиа (см. рис. 1О). Для этого следует провести ряд экспериментов при постепенном изменении времени экспонирования и выбрать образец с наилучшим изображением. Результаты представить в графическом виде. 5. Оценить влияние микрозазора на разрешение. Для этого при времени экспонирования, определенном в п. 4, провести два опыта: а) экспонирование с отключенным вакуумным прижимом; б) экспонирование «эмульсией вверх».

Результаты представить в графическом виде. 6. Определить номер фотошаблона «КЫоп», который характеризует используемый фоторезист при оптимальном времени его экспонирования, 7. Подготовить отчет (см. приложение 1). Коитрольпые вопросы и задания 1. Задайте размеры линий и микрозазоров на изображении (например, 0,2 мкм, 1,0 мкм, 50 мкм) и рассчитайте показатель разрешения фотолитографии как «число пар линий на миллиметр». 2. При ближайшем рассмотрении линии растра тестового фотошаблона (см. рис. 10) оказываются непараллельными. Тем не менее он применяется для оценки разрешения аналогично растрам с параллельными линиями (см. рис. 9). Обоснуйте возможность использования универсального тестового фотошаблона, изображенного иа рис.

10, 3. Что будет с фоторезистом при явно недостаточном времени экспонирования и при слишком большом времени экспонирования? 4. Как повлияет на разрешение фотолитографии отключение вакуумного прижима фотошаблона и экспонирование «эмульсией . вверх»? 5. Для негативного пленочного фоторезиста производителем задан номер 12 по фотошаблону Стоуффера. При подборе времени экспонирования определен «номер участка экспонирования» 18.