КАКОЙ ФОТОРЕЗИСТ ВЫБРАТЬ

КАКОЙ ФОТОРЕЗИСТ ВЫБРАТЬ

Фотолитографические характеристики различных марок фоторезистов во многих случаях совпадают. Выбор оптимальной марки фоторезиста является непростой задачей даже для профессиональных фотолитографов.

На промышленных предприятиях применяют фоторезисты, под которые отлажены в течение десятилетий технологические процессы. Однако за последнее время на рынке появились новые марки более совершенных и более дешевых фоторезистов, которые обеспечивают удешевление процесса и увеличение выхода годных изделий.

Вместе с тем все больший интерес к технологии фотолитографии проявляют новые потребители. Этот интерес обусловлен широкими возможностями применения данной технологии в рекламном и сувенирном бизнесе, ювелирном производстве, полиграфии, в радиолюбительской технологии, в мелкосерийном производстве радиоэлектронных плат и различных гравированных изделий. Связано это с тем, что жидкие фоторезисты обладают совокупностью следующих достоинств:

1. Сверхточная передача исходного изображения на гравируемую поверхность, практически недоступная другим технологиям.
2. Минимальные начальные затраты на исходное оборудование и реактивы в пределах до $250.
3. Экономичность и простота технологического процесса, близкая к обычной фотографии.

Это позволяет любителям, совершенно незнакомым с фотолитографией, практически сразу приступить к изготовлению высококачественных изделий. Подробно все стадии фотолитографии описаны на странице: http://www.frast.ru/positiv_resist.html , а также в отдельной брошюре ("Жидкие фоторезисты", 2003.).

Какой же фоторезист является оптимальным из предлагаемого ассортимента?

Прежде всего, необходимо определиться со спектральной чувствительностью фоторезистов. На рисунке 1 приведен спектр поглощения светочувствительного компонента позитивных фоторезистов (нафтохинондиазида) в ближней ультрафиолетовой области. Видно, что область экспонирования позитивных фоторезистов находится в диапазоне 300 - 490 нм. Ниже 300 нм начинает поглощать связующий полимер фоторезиста и фоторезист теряет светочувствительность, выше 490 нм поглощение фоторезиста отсутствует. Максимум спектра поглощения негативных фоторезистов находится в районе 360 нм.

                         рисунок 1

На этом же рисунке представлен линейчатый спектр излучения ртутной лампы среднего давления. Для ртутных ламп высокого давления линии излучения уширяются, однако максимумы длин волн излучения практически сохраняются. Таким образом, можно считать, что ртутные лампы являются хорошими источниками излучения для экспонирования позитивных фоторезистов.

Выбор конкретной марки фоторезиста определяется, прежде всего, требуемым конечным результатом, имеющимся оборудованием, условиями работы, экономичностью. Рассмотрим этот вопрос детально.

I Подложка.

1. Топология поверхности. Фотолитография проводится исключительно на плоской, реже на цилиндрической поверхности (например, гравировка валов для полиграфии). Поверхность должна быть хорошо отполирована. Локальная высота микронеровностей на подложке не должна превышать 0,1 мкм. В данном случае для любительских целей можно использовать практически все вышеуказанные фоторезисты. Если величина микронеровностей превышает 1 мкм, то при нанесении "тонких" фоторезистов (например, ФП-383, ФП-РН-7С) пленка фоторезиста не покрывает такие микронеровности, возникают так называемые "протравы". Необходимо использовать более "толстые" фоторезисты типа ФП-27-18БС, ФП-25, ФН-11СК.
2. Материал подложки. С помощью фоторезистов травят металлы, стекло, кремний. Если используется "кислый" травитель (хлорное железо, растворы кислот), то целесообразно использовать позитивный фоторезист. Если травитель "щелочной", то надо использовать негативный фоторезист, позитивные фоторезисты неустойчивы в щелочных травителях.
3. Форма подложки. Выше указывалось, что фотолитографию проводят на плоской или цилиндрической поверхности. Обусловлено это двумя факторами:

• во-первых, необходимо сформировать на поверхности тонкую и однородную пленку фоторезиста;

• во вторых, необходимо обеспечить плотный прижим исходного рисунка к поверхности пленки для корректного экспонирования.

Размер подложки. Размер подложки определяет способ формирования пленки фоторезиста на подложке. При небольшой массе и габаритных размерах подложки можно использовать как метод центрифугирования, так и распыление фоторезиста на подложку из аэрозоля. При большей массе и размерах подложки метод центрифугирования неприемлем. В этом случае приходится использовать аэрозольный фоторезист или метод окунания.

II Оригинал-макет.

Важно подчеркнуть, что позитивный фоторезист передает исходный рисунок на подложку в позитиве. То есть, если вы имеете исходный рисунок 2-окружность, то вы и получите выпуклую окружность на подложке, вся подложка вокруг и внутри окружности будет протравлена. И, наоборот, при использовании в данном случае негативного фоторезиста, вы будете иметь на подложке протравленную в глубину окружность.

Обратных эффектов можно получить путем обращения исходного изображения (Рисунок 3)

Рисунок 2               Рисунок 3

Позитивный процесс в данном случае даст вытравленную окружность, а негативный √ выпуклую окружность на подложке.

Здесь важно отметить следующее: Если оригинал-макет имеет большие зачерненные площади, то получить хорошее чернение таких площадей с помощью печати на лазерном принтере практически невозможно из-за неравномерности нанесения тонера. Проще получить качественную печать для Рисунка 2, а это формулирует требование к типу фоторезиста. На самом деле, если вы имеете полированную подложку или подложку из драгоценных металлов, то придется использовать негативный фоторезист или аппаратуру для фотовывода оригинал-макета.

III Глубина травления.

• величиной адгезии (силой прилипания) пленки к подложке;
• временем диффузии (проникновения) травителя сквозь пленку фоторезиста к подложке.

Если адгезия пленки фоторезиста к подложке недостаточна, то пленка в процессе травления "слетает" с подложки. Если время диффузии травителя сквозь пленку фоторезиста мало, то возникают "протравы", т.е. подложка травится в местах, защищенных пленкой фоторезиста.

Адгезия вышеприведенных фоторезистов, в особенности позитивных, к различным материалам высокая, благодаря введению в состав специальных резольных смол. Если требуемая глубина травления невелика, до 50 мкм на меди, то можно использовать практически весь ассортимент предлагаемых фоторезистов. Если глубина травления большая (гравировка цилиндров для глубокой печати, изготовление клише, гравюр, штемпелей и др.) необходимо использовать "толстые" фоторезисты, например ФП-27-18БС, ФП-20Ф, ФП-25. Чем толще фоторезист, тем выше глубина травления. Следует отметить фоторезисты ФП-25, ФП-4, ФП-201, ФП-15, которые обеспечивают большие глубины травления более 2-х мм (по меди).

IV Гальваническое травление или осаждение металла.

Для данных технологических процессов необходима высокая устойчивость пленки фоторезиста в гальванических ваннах. Фоторезисты ФП-25, ФП-4, ФП-15, ФП-201, ФП-50 специально разработаны для этих целей. Фоторезист ФП-15 (толщина пленки 15 мкм) и фоторезист ФП-50 (толщина пленки 50 мкм) обеспечивают высокое разрешение и позволяют получить красивый рельефный рисунок при гальваническом осаждении металлов. Эти фоторезисты позволяют получить глубокое травление металлов.

V Способы нанесения фоторезиста на подложку.

Существуют три способа нанесения жидкого фоторезиста на подложку:

• Центрифугирование. Подложка закрепляется на горизонтальной центрифуге. На подложку наносится 1-5 мл фоторезиста (в зависимости от размеров подложки). Центрифуга приводится во вращение до скорости 1000-3000 об/мин (в зависимости от марки фоторезиста). Вращение продолжается 1-2 мин до формирования пленки фоторезиста, растворитель испаряется. Это наиболее оптимальный способ нанесения фоторезиста. Формируется однородная пленка фоторезиста, с микронеровностями, не превышающими 0,03 мкм. Потери фоторезиста составляют примерно 90%.

• Окунание. Подложка погружается в раствор фоторезиста и вытягивается из него. Недостаток этого способа возможное образование небольшого "натека" фоторезиста по нижней кромке подложки из-за поверхностного натяжения фоторезиста. Кроме того, увеличивается расход фоторезиста (происходит двустороннее покрытие фоторезистом). Данный способ с небольшой модификацией широко используется для гравировки валов для глубокой печати. Вал погружается в раствор фоторезиста и приводится во вращение. На поверхности вала формируется тонкая пленка фоторезиста.

• Аэрозольное распыление. Фоторезист распыляется на подложку из аэрозольной упаковки. Это наиболее простой способ нанесения фоторезиста, не требующий специальных оборудования и помещений. Недостаток этого способа √ проблема с получением однородного покрытия по толщине. В лучшем случае разброс по толщине пленки составляет 3-5 мкм. Однако при малых разрешениях элементов рисунка порядка 50-100 мкм такого качества пленки вполне достаточно. Потери фоторезиста возрастают до 20%.

VI Экономичность процесса.

В общем случае затраты на фоторезист редко превышают 10% от стоимости конечного изделия при минимизации потерь фоторезиста в процессе нанесения. Более существенным является выход "годных изделий" в промышленности, где ключевую роль играет качество фильтрации фоторезиста. Для любительских технологий (разрешение элементов более 100 мкм) проблема выхода "годных" изделий отсутствует, поскольку все предлагаемые фоторезисты отфильтрованы через специальные фильтрующие элементы до уровня 0,2 - 0,5 мкм. В микроэлектронике, однако, качество исходной фильтрации фоторезиста и, особенно, чистота элементов узла нанесения фоторезиста на подложку играют ключевую роль. Иногда выход "годных" изделий не превышает и 25%, что связано в основном с двумя факторами: (1) с нестабильностью фоторезиста в процессе хранения и (2) с загрязнением узла нанесения фоторезиста. Первая проблема решается путем использования высококачественных и стабильных фоторезистов, например, ФП-10Ф, ФП-15Ф и ФП-20Ф и др., для решения второй проблемы необходимо использовать оконечные фильтрующие элементы с большой площадью поверхности фильтрации, которые могут быть поставлены по специальному заказу.