Урок по химическому травлению с помощью негативного фоторезиста / Мастерские / Отечественные мастер-классы (наша мастерская) / Коллективные блоги / Steampunker.ru

Всем добрый вечер!
Речь пойдет о способе переноса изображения на металлическую поверхность — фоторезисте с последующим травлением.

Давно поглядывал в сторону пленочного фоторезиста, позволяющего добиться более высоких результатов как по качеству получаемых изображений, так и по воспроизводимости результатов по сравнению с хорошо известной Лазерно-Утюжной технологией. Надо отметить, что я был приятно удивлен, когда с первого раза получился очень высокий результат. В этом топике хочу поделиться своим опытом. Несмотря на то, что в интернете есть много уроков и видеоуроков, надеюсь, что этот топик окажется для многих полезным, для кого-то откроет новые возможности и подтолкнет к созданию изделий более высокого уровня.
Суть метода заключается в том, что на подготовленную поверхность накатывают пленку фоторезиста, затем кладут трафарет с определенным рисунком и засвечивают ультрафиолетом. В итоге на металлической поверхности, в зависимости от типа фоторезиста «проявляется» изображение. Фоторезист бывает негативный и позитивный. В первом случае области, которые засвечиваются ультрафиолетом «закрепляются» и не будут стравливаться при последующих обработках травящими растворами, например, хлоридом железа, а защищенные области смываются в слабых щелочных растворах и подвергаются травлению. Во втором случае, области которые попадают под воздействие ультрафиолета «разрушаются» и подвергаются травлению, а области защищенные — нет. Поэтому очень важно при изготовлении трафаретов подумать, что должно стравливаться, а что нет, в зависимости от применяемого типа фоторезиста. Фоторезист выпускается либо в виде пленок (пленочный фоторезист), либо в виде баллончиков с фоторезистным составом. Я решил остановиться на пленочном негативном фоторезисте.

Итак, что нам потребуется:
— Негативный фоторезист Ordyl Alfa 340
— Кальцинированная сода
— Ванночка для отмывки фоторезиста
— Ванночка для травления
— Хлорид железа III шестиводный
— Изолента
— Латунная пластина 1мм
— Пленочный для печати на лазерных принтерах
— Ультрафиолетовая лампа 20W

Приступим. Распечатываем трафарет на лазерном принтере (в настройках принтера выставляем максимальный расход тонера).

Далее смотрим напросвет – если не плотно лежит тонер и видны просветы, то распечатываем еще один раз и совмещаем два изображения, смотрим опять – если все в порядке и ничего не просвечивается, то фиксируем их.

Трафарет готов. Далее приступим к нанесению пленочного фоторезиста на металлическую поверхность. Желательно чтобы изначально поверхность металла, на которую будем накатывать фоторезист была ровной.

Зачищаем ее мелкой шкуркой и промываем средством для мытья посуды Fairy под струей воды – признаком того, что поверхность хорошо отмыта является скатывание воды с поверхности металла тонкой пленкой без образования капель. Далее сушим пластинку не касаясь руками.

Приглушаем свет или если работаем днем, то закрываем занавесками окна – начинается таинство работы с фоторезисом – не должно быть ярких источников света или прямых солнечных лучей, иначе засветим фоторезист и результат будет отрицательный. Пленочный фоторезист представляет из себя тонкую трехслойную пленку – глянцевая поверхность (ее будем отрывать после засвечивания ультрафиолетом), средний полимерный слой, который собственно будет накатываться на поверхность металла и полимеризоваться под воздействием ультрафиолтета и матовая защитная пленка.

Вырезаем нужный по размеру кусочек. Подцепляем булавкой МАТОВУЮ пленку и начинаем постепенно накатывать фоторезист на поверхность металла, стараясь избегать образования пузырей под пленкой.

Наклеяли. Далее берем утюг и на средней температуре через бумагу прокатываем в течение полминуты, чтобы фоторезист получше прилип к металлу, так сказать побыстрее проявил свои адгезионные свойства.

Далее даем остыть и накрываем на несколько минут какой-нибудь книгой.
Тем временем достаем заранее изготовленный облучатель. Я его изготовил из отражателя одного из буржуйских прожекторов, вкрутил туда патрон E27, вывел кабель с вилкой и вкрутил лампу. Вырезал кусок фанеры и разместил отражатель на трех шпильках. Расстояние от лампы до облучаемой поверхности получилось 12 см.

Берем пластину с нанесенным фоторезистом, кладем под лампу, далее кладем наш трафарет и прижимаем пластиком от компакт-диска.

Чем плотнее будет прижато изображение к металлу, тем точнее будет передано изображение на металл после облучения. Включаем облучатель и засекаем 10 минут.

ВНИМАНИЕ: при работе с облучателем БЕРЕЖЕМ ГЛАЗКИ!!! Иначе есть риск получения светового ожога роговицы глаз, которую уже не восстановить. Смотрим, чтобы не было рядом детей, поэтому лучше всего это делать на балконе или комнате, которую можно закрыть.
Прошло 10 минут. Выключаем, смотрим, фоторезист посинел в незащищенных местах – прошла полимеризация фоторезиста, в незащищенных он остался прозрачным.

Но полимеризация еще не закончилась – это процесс протекающий во времени, поэтому рекомендуется положить в темное место еще на 10 минут пластину. Достаем. Берем иголку подцепляем теперь верхний слой глянцевый и аккуратно снимаем.

Пока идет время подготовим раствор для смывания незасвеченного фоторезиста. Берем одну ложку кальцинированной соды на стакан воды.

Размешиваем хорошенько, получаем слабо щелочной раствор. Если приготовить концентрированный раствор – есть риск смыть все, если слабый – очень долго придется смывать. С первого раза получилось отлично. Достаем пластину из темного места и окунаем в раствор, ждем минуту и начинаем аккуратно пальчиками водить по поверхности металла.

Практически сразу пальцы начинают чувствовать проявляющийся рельеф – все правильно смывается незаполимеризовавшийся фоторезист.

Промываем еще в течение пяти минут. Готово. Далее готовимся к травлению в хлорном железе. Насчет изоляции остальной поверхности пластины от травления мне брат подсказал гениальный способ – просто покрыть изолентой те участки, которые не должны быть протравлены.

Так и делаем. Далее все как обычно травим и радуемся результату.

Надо сказать, что защищенная фоторезистом поверхность получается настолько прочная, что ногтем ее не содрать (чего не скажешь про ЛУТ), и ГЛАВНОЕ достоинство – он не дает ПРОТРАВ на защищенной поверхности!!!

Далее травим на глубину, которая нас устраивает и остается теперь смыть фоторезист.Это можно сделать с помощью ацетона, дав сначала как следует намокнуть фоторезисту, а потом легкими движениями удалить его. Вот собственно и весь процесс. Я очень рад такому способу и, надеюсь, этот топик будет полезен посетителям этого интереснейшего ресурса. Всем удачи!
И в заключении позволю себе каламбур – Травите на здоровье!!! )))

Изготовление платы по фоторезистивной технологии

В предыдущей публикации на эту тему я обещал рассказать подробнее о процессе изготовления плат с нормами 0.15/0.15, но прежде чем давать описание мне хотелось довести процесс до более-менне стабильного и воспроизводимого состояния. Так что пришлось закатать рукава и приступить к полномасштабным експериментам… (это ответ на вопрос «почему так долго»). Были истрачены квадратные метры текстолита и пленки, метры фоторезиста и скотча, литры реактивов (преувеличиваю, конечно, но не сильно) на выяснение несметного количества тонкостей и нюансов, опробованы многочисленные вариации и подвариации всех этапов, прежде чем, наконец, был получен более-менее стабильный результат (в моих условиях).

Сразу хочу огорчить тех, кто ожидает увидеть инструкцию в стиле «делай раз, делай два, нажми на кнопку и получишь результат» — эта публикация не готовый рецепт. То есть я, конечно, по возможности подробно опишу как это делаю я, но каждый желающий повторить процесс должен будет приспосабливать его под свои условия и возможности. С учетом этого я постараюсь рассказать обо всех (которые смогу вспомнить) встреченных во время экспериментов нюансах, удачных и не очень находках. Вторая, не менее важная, цель публикации — оставить памятку для себя по горячим следам. Память, блин, не резиновая…

Существенное уточнение: статья расчитана на людей, которые знают, что такое фоторезист, с какой стороны у него лавсан и почему фотошаблоны делаются зеркальными. Это не инструкция для начинающих.

Несколько самых важных моментов:

• Плату, от момента окончания подготовки к нанесению фоторезиста и до конца процесса трогать нельзя, ни в перчатках, ни, тем более, голыми руками. Это же относится к всевозможным «ускорителям проявки» в виде кисточек и прочей ерунды. При правильно поставленом процессе в них нет никакой необходимости, а испортить ими плату проще простого.
• Работать нужно в перчатках (в том числе при печати фотошаблона), если интересует результат, а не процесс. Заодно и руки целее будут. Обычные медицинские вполне подходят.

Всего было наработано три варианта процесса, отличающиеся по нескольким ключевым моментам. Дальше я пойду по каждому этапу и опишу особенности этапов применительно к каждому варианту. Для (моего) удобства варианты будут просто пронумерованы и ссылки будут даваться по этим номерам. У некоторых вариантов есть работоспособные подварианты, отличающиеся способом накатывания фоторезиста.

Варианты и их условные названия:

1. «принтер 600dpi и денсити тонер».
2. «принтер 1200dpi и двойная засветка»
3. «экзотический с одинарной засветкой»

(почему последний вариант называется именно так будет понятно когда я дойду до описания способов накатки фоторезиста)

Описание процессов я буду давать по приведенным ниже этапам:

• Подготовка фотошаблона
• Подготовка платы
• Нанесение фоторезиста
• Экспозиция
• Проявка
• Промывка
• Вторая экспозиция
• Вторая промывка
• Травление

Вторая экспозиция есть не во всех вариантах процесса.

Подготовка фотошаблона

Для изготовления плат с нормами 0.15/0.15 (и, возможно, меньше), желательно иметь принтер с аппаратным разрешением 1200dpi. Причина банальна — для таких норм размер деталей фотошаблона вплотную приближается к физическим возможностям самого принтера. Но оказалось, что если слегка модифицировать разводку, то можно делать вполне работоспособные фотошаблоны и на принтере с 600dpi. Достаточно сделать дорожки шириной кратной разрешению принтера и качество фотошаблона становится заметно лучше. Применительно к 0.15/0.15 и 600dpi такой «правильной» шириной будет 0.17мм (почему именно так легко установить с помощью калькулятора). Сразу оговорюсь, что этот вариант я проверял только с денсити тонером. Для варианта 1 фотошаблон я делал на Canon MF-4520, относительно новый родной картридж. Для двух остальных вариантов — на Samsung ML-2851ND с демо картриджем (принтер новый). На фотошаблоны сделанные самсунгом денсити тонер производства Kruse (вот такой) не действует. Все фотошаблоны я теперь тщательно просматриваю и, если есть необходимость, переделываю.

Теперь нюансы:

• Поверхность фотошаблона должна быть чистой и без царапин. Царапины, даже мелкие, рассеивают ультрафиолет не так как пленка. Поскольку экспозицию для вариантов №2 и №3 приходится делать маленькую, то на месте царапин на готовой плате будут «перебитые» дорожки.
• Для разных принтеров и разной пленки нужно тщательно подбирать параметр печати «тип бумаги». Это совершенно не обязательно будет «пленка», в моих условиях кэнон дает нормальный результат, в зависимости от пленки, в режимах «пленка» и «обычная бумага». Самсунг — «обычная бумага» и «тонкая бумага». К сожалению, пленка даже таких именитых производителей как Xerox не отличается стабильностью параметров, иногда приходится подбирать этот параметр даже для одинаковой пленки приобретенной в разное время.
• Некоторые виды пленки изменяют размер при печати (тянутся). В этом случае приходится прогонять пленку минимум раз через принтер (просто напечатать пустую страницу). Количество прогонов имеет смысл подобрать один раз и потом просто придерживаться найденого варианта, это поможет сохранить одинаковый «уход» пленки при печати фотошаблонов для разных задач (например, для маски).
• Для вариантов 2 и 3 важной оказалась не плотность шаблона, а его однородность по всей площади платы. Неоднородности сильно влияют на проявку.
• Лучше быть параноиком и проверять фотошаблон тщательно просматривая его с помощью лупы, чем теряться в догадках «откуда на плате залипухи» или «почему вместо двух дорожек одна». Не стоит ограничиваться просмотром только тонких дорожек, налажать принтер может где угодно 🙁
• Зачастую качество нанесения тонера на пленку заметно отличается в пределах листа, применительно к конкретному принтеру/картриджу положение фотошаблона на листе придется подбирать, а выбранного места придерживаться при печати фотошаблонов для разных плат, иначе стабильность проявки может плавать от платы к плате.
• Даже хорошо отработанный и налаженый процесс подвержен случайностям и не имеет 100% повторяемости, поэтому имеет смысл изготавливать платы панелями по несколько штук за раз, даже если нужна всего одна. Собственно, это тот же подход, который применяется при производстве микросхем.

Подготовка платы

Для своих плат я преимущественно использую стеклотекстолит толщиной 1мм и только если на плате стоит что-то тяжелое (например, трансформатор или радиатор) — 1.5мм. Причина банальна — тонкий стеклотекстолит легко режется резаком для бумаги. При этом срез достаточно чистый, стеклотекстолит не расслаивается и не образуется пыли. Но гораздо важнее то, что резак для бумаги не перегибает стеклотекстолит как, например, ножницы по металлу. Давно целюсь купить маленькие гильотинные ножницы специально предназначенные для резки листовых материалов, но найти их не так просто, а цена кусается (видел, например, на Лукьяновке за 1500грн, но жаба задавила).

Поверхность фольги не должна иметь сильно выраженой текстуры от основы. При наличии выраженой текстуры не получается нанести фоторезист так, что бы избежать подтравов. В экспериментах я использовал стеклотекстолит с фольгой 35мкм, но была сделана попытка использовать стеклотекстолит с фольгой 18мкм. К сожалению, имеющийся у меня стеклотекстолит с такой фольгой имеет сильно выраженную текстуру на фольге, поэтому стабильно получить с ним платы без дефектов у меня не получилось. Из положительных моментов следует отметить, что травление проходит значительно быстрее и заметно равномернее, а боковые подтравы существенно меньше.

Плату необходимо тщательно отмыть губкой с моющим средством, желательно с мягким абразивом. Я применяю Cif (о чем неоднократно писал). Плату нельзя обрабатывать наждачкой, даже самой мелкой. Она оставляет царапины, которые не удается заполнить фоторезистом и это приводит к «подныриванию» травителя под фоторезист. Поскольку дорожки узкие, многочисленные «пробоины» в дорожках практическ гарантированы. Начинать очищать плату мне показалось удобнее «на сухую», то есть на еще сухую заготовку наношу моющее средство и губкой тщательно зачищаю. Затем тщательно смываю моющее средство и отмытую грязь и повторяю процесс. Критерий традиционный — вода должна хорошо смачивать медь.

В процессе экспериментов было опробовано и внедрено в повседневную практику микротравление — после отмывки плата погружается в раствор персульфата натрия на 15-20секунд, после чего еще раз тщательно промывается. Я не пробовал применять для этой цели хлорное железо. В промышленности для микротравления, насколько я знаю, применяется персульфат аммония и персульфат натрия. Такая обработка дает отличную поверхность с микрошероховатостями, адгезия фоторезиста значительно улучшается, а количество мелких дефектов на поверхности меди уменьшается. Не менее важным является еще и то, что обработанная таким образом медь значительно лучше смачивается травителем и процесс травления протекает более равномерно. Для всех трех вариантов платы готовились именно таким способом. Негативный момент (куда ж без него) — при сухом варианте накатывания фоторезиста исчезает возможность исправления дефектов, при попытке оторвать фоторезист от платы он отрывается от лавсановой пленки и остается на плате. К слову, после микротравления вода плату не просто смачивает, а не хочет стекать с вертикально расположенной заготовки.

Нанесение фоторезиста

Во всех экспериментах я использовал фоторезист «Riston 200» приобретенный в «Радиомаге» на все тех же Кардачах. Судя по описанию, Photec H-6300 не должен сколько-нибудь заметно отличаться по поведению, но я его не пробовал.

Для вариантов 1 и 2 были вполне успешно опробованы традиционные мокрый и сухой способы. Для них же был опробован и «почти промышленный» вариант (см. описание ниже). Традиционные способы я описывать не буду (и так писанины много) исходя из того, что те, кто пользуется фоторезистом давно освоили один или несколько вариантов.

Для варианта 3 был придуман несколько необычный вариант нанесения фоторезиста: обрезки фоторезиста я растворил в спирте (понятное дело, лавсан не растворился, но он не мешает, просто валяется в банке), затем с помощью мягкой кисточки получившийся раствор был нанесен на плату. Когда раствор высох (это важно!), на него ручным сухим способом был накатан фоторезист. Прокатка в ламинаторе при таком способе не требуется. Не стоит ложить фоторезист на мокрый раствор, поскольку спирт начинает растворять фоторезист и тот просто «плавает» под пленкой, что приводит к неравномерности толщины фоторезиста (со всеми вытекающими, тут и 0.2/0.2 получить не удастся). Адгезия у такого варианта накатки зверская, не требуется даже повторная экспозиция. Снятие лавсановой пленки делается так же как и при мокром способе — под тонкой струей холодной воды. Я волновался, что из-за неопределенного состояния обрезков фоторезиста (они валялись под освещением неизвестно сколько) могут быть проблемы с проявкой, но ничего такого не произошло, проявка и промывка прошли как обычно.

«Почти промышленный» способ накатки: я снял корпус с ламинатора, что бы подобраться поближе к роликам (это важно!):

Подготовленная плата кладется на чистый лист бумаги так, что бы задний край платы (тот который последним попадет в ламинатор) был ближе к заднему краю листа бумаги (но не впритык, должно остаться место для заднего края фоторезиста, если вы хотите, что бы он остался на бумаге, а не в ламинаторе):

Затем передний край платы приклеивается к бумаге скотчем:

С одного края фоторезиста отделяется нижняя защитная пленка так же как и для сухого способа накатки. Край фоторезиста клеится на бумагу чуть выше платы, при необходимости его можно дополнительно закрепить скотчем:

Затем вся эта конструкция подается в ламинатор. Пока начало листа ползет через ламинатор, акуратно отделяем нижнюю защитную пленку от фоторезиста, стараясь не допустить слипания фоторезиста или прилипания его к плате и бумаге до того, как он попадет в ламинатор. Затем берем фоторезист за углы и дожидаемся пока ламинатор протянет всю конструкцию через ролики. Фоторезист надо стараться поддерживать в слегка натянутом состоянии, примерно под углом в 45 градусов к плоскости в которой прокатывается заготовка (сорри, тут фотки не будет, рук для того, что бы снимать и выполнять накатку у меня не хватает). По окончанию прокатки готовая плата вырезается из полученной «упаковки». К сожалению, когда почти вся плата прокатана, край фоторезиста приходится отпускать (ролики, блин, горячие), поэтому задний край платы, как правило, накатывается с дефектами:

Аналогичная проблема есть и в начале (там где фоторезист накладывается на скотч, которым закреплена плата). Поэтому при использовании этого способа я делаю заготовку с припуском примерно 5мм вначале и 1см в конце и после накатывания просто их обрезаю. Такой способ нанесения фоторезиста врядли может претендовать на лидерство по удобству, но качество нанесения фоторезиста лучшее из того, что мне удавалось когда-либо получать.

Экспозиция

Экспозицию во всех экспериментах я делал своей рабочей УФ установкой. Ниже приведены несколько фоток этого агрегата:




Лампы вот такие. В Киеве они есть, например, в павильоне 13В на Кардачах. Они под обычный цоколь и балласт у них встроенный, поэтому их можно питать просто от розетки.
Конструкция получилась не очень удачная, в частности я ошибся с развесовкой, поэтому для улучшения устойчивости конструкции на ней постоянно лежит тороидальный трансформатор (видно на фотке), функциональной нагрузки, кроме как в качестве груза, он не несет. Собственная высота конструкции недостаточна для нормальной работы даже с нормами 0.2/0.2. Что бы получить необходимую высоту ее приходится водружать на несколько картонных коробок. Расстояние от ламп до подложки на которой лежит плата во время экспозиции — 45 или 50см, в зависимости от того, как лежат коробки. Разницы в качестве засветки между этими вариантами я не обнаружил. Установка оснащена самодельным таймером, который позволяет задавать время экспозиции с точностью до секунды. Таймер с таким разрешением это необходимость в моем варианте процесса (дальше станет понятно почему).

Сразу оговорюсь, что длительность эспозиции каждому придется подбирать индивидуально. В виденных мною описаниях работы с фоторезистом, почему-то, длительность экспозиции менее минуты не упоминается, вместо этого фигурируют цифры по несколько минут. Нужно быть готовым к тому, что, на самом деле, время может оказаться значительно меньше минуты (например, см. ниже мои рабочие выдержки). В процессе экспериментов во время освоения работы с фоторезистом я доводил время экспозиции до 10секунд и при этом плату удавалось нормально проявить.

При подборе времени выдержки для вариантов 2 и 3 она должна быть максимально возможной при которой плату удается надежно проявлять после засветки через шаблон подготовленный на конкретном принтере. В моей системе это 50 секунд, но я сделал чуть-чуть меньше, так проявка происходит стабильнее и легче. После засветки в 60 секунд проявить плату до конца не удается, на широких участках остается «борода» из фоторезиста засвеченного через неплотности в тонере на фотошаблоне. Выдерживать стабильное время в таких интервалах (что необходимо для стабильного результата) можно только таймером. Итого, первая экспозиция у меня имеет длительность 45 секунд для вариантов 2 и 3. Для варианта 1 экспозиция одна, длительность 90 секунд.

Проявка

Я делаю проявку в силикатном клее (жидком стекле). Выбирать клей нужно внимательно, поскольку далеко не всегда под названием «канцелярский клей» продается именно силикатный клей. Я пользуюсь вот таким:

В магазинах стройтоваров я встречал бутылки с надписью «жидкое стекло», вполне возможно, что это то, что нужно, но я его применять не пробовал.
Концентрация делается «на глаз», примерно десертная ложка на 0.7л холодной воды. Поскольку проявитель готовится не каждый раз, то обычно раствор имеет комнатную температуру. Греть его не нужно — возрастает риск передержек, да и в той документации на фоторезисты, которую я читал, максимальная температура проявочного раствора до 30 градусов. Для варианта 1 в случае недопроявки плату можно дополнительно промыть в проявителе после начала травления. Это можно делать и для вариантов 2 и 3, но вероятность того, что это поможет после второй экспозиции не 100% (как раз что бы максимально сохранить такую возможность я и сделал вторую экспозицию относительно короткой). Как и в случае с экспозицией время проявки придется подбирать.

Я делаю проявку в такой последовательности: кладу плату примерно на минуту в проявитель, затем начинаю «полоскать» плату в растворе, поднимая и опуская плату вверх-вниз так, что бы раствор перекатывался через плату. По мере того, как фоторезист смывается, я начинаю следить за большими открытыми участками (обычно это зазоры между платами). Когда растворение фоторезиста на открытых участках близится к концу, остатки фоторезиста на них выглядят как «тень от облака» (фольга имеет чуть более темный цвет), в отраженном свете эти участки блестят. Когда последняя видимая глазом «тень» исчезает я начинаю отсчет времени продолжая все так же полоскать плату. Примерно через 80 секунд плата полностью промыта. Главное условие — время должно быть минимальным, при котором после проявки плата гарантированно будет чистой от остатков фоторезиста. К сожалению, способ который я использовал вначале для контроля проявки (ополаскивание в травителе) дает нестабильный результат и часто приводит к подтравам, поэтому пришлось от него отказаться и ориентироваться только на время.

Промывка

Промывать плату можно только в холодной воде, не выше комнатной температуры. Я делаю промывку под струей средней силы, опуская плату так, что бы струя падала с некоторой высоты и прохожусь несколько раз такой «водяной щеткой» по всей поверхности платы, уделяя особое внимание участкам с плотной разводкой. Тщательность промывки в значительной степени определяет равномерность последующего травления.
Производители фоторезиста рекомендуют применять для промывки жесткую воду, для мягкой, согласно документации, требуется дополнительное ополаскивание в кислотном растворе. У меня из крана течет жесткая, поэтому вариант промывки мягкой водой я не проверял.

Вторая экспозиция

Для варианта 2 необходима вторая экспозиция. Я сразу после промывки просто помещаю плату под УФ еще на 45секунд. Из обнаруженных нюансов упоминания стоит только один, но существенный — плата должна оставаться влажной во время экспозиции. Нельзя допускать пересыхания фоторезиста, это приводит к потере адгезии и подтравам. Мне для решения этой проблемы оказалось достаточно чуть менее тщательно стряхивать воду с платы после промывки, но при более длительной экспозиции возможно потребуется искать варианты увлажнения платы.

Вторая промывка

Вторая промывка нужна не во всех вариантах, но практически во всех вариантах могут понадобиться промежуточные промывки во время травления. И в том и в том случае промывку я делаю одинаково — так же как в первой промывке тщательно промываю поверхность «водяной щеткой», затем удерживая плату вертикально даю воде стечь, дожидаясь пока вода уйдет из промежутков между дорожками. Оказалось, что такой вариант обеспечивает лучшее последующее смачивание промежутков (особенно узких) травящим раствором, что дает более равномерное начало травления и, как следствие, более равномерное травление вцелом. Точной причины такого поведения я не знаю, подозреваю, что дело в растворенном в воде воздухе, который образует пузырьки в узких промежутках между дорожками. При стекании воды эти пузырьки лопаются и это улучшает смачиваемость поверхности.

Травление

Травление я делаю в растворе персульфата натрия подготовленном согласно инструкции 100грамм порошка на 0.5л воды. Важно, что бы раствор не был давно в использовании и травил достаточно быстро (старый раствор травит медленно и весьма неравномерно, так что проблемы практически гарантированы). В ванночке постоянно болтается аквариумный обогреватель выставленный на максимум (35 градусов):

Я (возможно пока) не использую барботаж (проще говоря, перемешивание раствора с помощью пузырьков воздуха из, например, аквариумного компрессора), поэтому приходится «полоскать» плату руками (так же как при проявке — удерживая плату за края и двигая вверх-вниз). Просто бросить плату в раствор и через некоторое время достать готовое тут не получается, процесс требует активного перемешивания раствора для обеспечения равномерного травления.
Начало травления — самый ответственный момент, важно как можно более одновременно начать процесс по всей поверхности меди (только в этом случае плату удается вытравить без применения дополнительных приемов типа заклеивания вытравленных частей платы скотчем). Для этого я окунаю плату на несколько секунд в раствор, затем достаю и удерживая плату вертикально даю возможность раствору стечь, дожидаясь стекания из промежутков между дорожками (как и при второй промывке). После одного-двух таких окунаний медь начинает менять цвет. Я слежу за этими изменениями и если обнаруживаю, что какие-то участки не смачиваются — промываю плату (см. «Повторная промывка» выше). Если после пары промывок на плате остались места с медью цвет которой остался прежним (обычно они хорошо видны, когда плата погружена в раствор), я делаю дополнительную короткую (около 20секунд) проявку и промывку. Когда вся поверхность меди изменяет цвет я продолжаю травление уже как обычно, то есть «полощу» плату. Периодически я ее достаю и дожидаюсь стекания раствора. Это необходимо потому, что на поверхности платы могут образовываться пузырьки (особенно если температура раствора падает и воздух растворенный в растворе начинает выделяться), что может приводить к характерной «пятнистости» в конце травления. Такую «пятнистость» редко удается дотравить не повредив плату. Возможно эта проблема специфична именно для персульфата натрия.
Когда почти вся плата вытравлена и остались только участки с плотным рисунком, начинается этап «дотравливания». Чем качественнее удалось промыть плату и равномернее начать травление, тем проще и короче процесс дотравливания. Делаю я его так же как и промежуточные доставания из раствора (держу вертикально и даю стечь раствору, открытая медь некоторое время еще продолжает травиться даже в таком состоянии) и периодически окунаю плату в раствор что бы смыть продукты травления и подать свежий травитель. Как только все промежутки открываются (то есть дорожки отделены одна от другой), я еще раз опускаю плату в раствор, слегка стряхиваю и затем тщательно промываю.

Экспериментов с травлением в хлорном железе я не проводил и пока не планирую.

Ну и напоследок несколько фоток готовой платы из одного из последних запусков:

Вот тут хорошо видно, что дорожки получились ровные по всей длине (качество не очень, что бы разглядеть дорожки хоть с какой-нибудь детализацией пришлось делать цифровое увеличение в мобильнике):

Советы (по делу) и идеи по возможным вариантам улучшению процесса приветствуются.

Фоторезист — это… Что такое Фоторезист?

Фоторезист (от фото и англ. resist) — полимерный светочувствительный материал. Наносится на обрабатываемый материал в процессе фотолитографии или фотогравировки с целью получить соответствующее фотошаблону расположение окон для доступа травящих или иных веществ к поверхности обрабатываемого материала.

Экспонирование производится в ультрафиолетовом диапазоне спектра (фотолитография), электронным лучом (электронно-лучевая литография) или мягким рентгеновским излучением (рентгеновская литография). Воздействие либо разрушает полимер (позитивный фоторезист), или, наоборот, вызывает его полимеризацию и понижает его растворимость в специальном растворителе (негативный фоторезист). При последующей обработке происходит травление в «окнах», образованных засвеченными (позитивный фоторезист) или незасвеченными (негативный фоторезист) участками полимера.

Разрешающая способность фоторезиста определяется как максимальное количество минимальных элементов на единице длины (1мм). R=L/2l, где L — длина участка, мм; l — ширина элемента, мм. Разрешающая способность позитивного фоторезиста считается более высокой, что определило его более широкое использование.

Различают два основных типа фоторезистов, используемых при производстве печатных плат: Сухой пленочный фоторезист (СПФ) и аэрозольный «POSITIV». СПФ получил более широкое распространение в производстве, так как обеспечивает равномерный слой. Представляет собой 3-х слойный «бутерброд» — два слоя защитной пленки, между ними — слой фоторезиста. К обрабатываемому материалу приклеивается при помощи ламинатора. Одним из крупнейших производителей СПФ является компания DuPont (США). Выпуская СПФ под торговым названием Riston, в рулонах по 152 м.

Типичные фоторезисты

В качестве фоторезистов, чувствительных к видимому свету часто применяются:

• Позитивные — сульфо-эфиры ортонафтохинондиазида в качестве светочувствительного вещества и новолачные, феноло- или крезолоформальдегидные смолы в качестве пленкообразователя.
• Негативные — циклоолефиновые каучуки, использующие в качестве сшивающих агентов диазиды; слои поливинилового спирта с солями хромовых кислот или эфирами коричной кислоты; поливинилциннамат.

Для работы с дальним ультрафиолетом применяются:

• Позитивные — сенсибилизированные полиметакрилаты и арилсульфоэфиры, использующие фенольные смолы
• Негативные — галогенированные полистиролы, диазиды с феноло-формальдегидными смолами

Также используются фоторезисты с химическим усилением скрытого изображения, состоящие из светочувствительных ониевых солей и эфиров нафтоловых резольных смол, в которых происходят химические реакции под действием солей.

Для регистрации электронных, рентгеновских и ионных потоков используются:

• Позитивные — производные полиметакрилатов, полиалкиленкетонов и др.
• Негативные — полимеры производных метакрилата, бутадиена и др.

Литература

• Фотолитография и оптика, М. Берлин, 1974; Мазель Е. З., Пресс Ф. П., Планарная технология кремниевых приборов, М., 1974
• У. Моро. Микролитография. В 2-х ч. М., Мир, 1990.
• БСЭ, статья «Фоторезист»

• Валиев К. А., Раков А. А., Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике, M., 1984;
• Светочувствительные полимерные материалы, под ред. А. В. Ельцова, Л., 1985. Г. К. Селиванов.

Ссылки

Фоторезист + ЛУТ = … / Технологии / Сообщество EasyElectronics.ru

 
Если скрестить уже и ежа, получится колючая проволока. А если скрестить ЛУТ с фоторезистом? И главное, зачем?

Можно много рассказывать о преимуществах/недостатках обоих методов, так что не холивора ради, а просто интересное наблюдение, которое возможно окажется полезным кому-то еще.

Итак, сразу 🙂 Для тех, кто не хочет читать буквы, а хочет сразу понять «зачем», топаем в конец статьи — там краткое резюме. А мы продолжим.

Что самое неприятное/трудоемкое при ЛУТ? На мое ИМХО, это подобрать качественную бумагу. Буклетики/журналы/спец.пленка… Весьма неплохой результат дает всем известная глянцевая бумага Lomond — печатается на большинстве лазерников, хорошо переносится на текстолит, все прекрасно, если бы не эти чертовы прожилки глянца, которые остаются везде. Между дорожками. Над переходными ответстиями. И над обычными тоже.

Борются с этим глянцем по-разному. Чистят щеткой. Удаляют скотчем. Потом удаляют клеевые следы самого скотча. Некоторые говорят, что глянец растворяется фосфорной кислотой, но это не точно (и попробуй еще ее достать). Сам же глянец не поддается ни одному подручному средству: уксусная кислота, «Крот» и остальная «домашняя» химия, включая «Белизну», ему нипочем. И тут пришла мысль: а что если это свойство глянца использовать в своих целях?

Итак, нам понадобится:

• Пленка для лазерных (sic!) принтеров
• Глянцевая фотобумага для струйной (sic!) печати
• Лазерный принтер
• Утюг/ламинатор
• Набор для фоторезиста (УФ-лампа итд)

Делать будем простейшую двустороннюю плату, типа такой (дорожки 0.3, расстояние между ними 0.25):

Первый этап — правильно распечатать. Печатать так, чтобы и на главной, и на обратной стороне изображение было оригинальным, не зеркальным. Если вы используете EasyEDA, то будут следующие настройки (EE сама отражает автоматом обратную сторону, потому приходится делать повторное зеркалирование через галку Mirror):

После распечатки:

Теперь берем пленку для лазерников, кладем ее поверх глянцевой бумаги гладкой стороной к отпечатку (да, у лазерных пленок тоже есть гладкая сторона!) и прокатываем раз 8-10 на ламинаторе при максимальной температуре (можно, наверное, утюг использовать, но я привык к ламинатору):

Далее, отправляем отмокать минут на 10:

А теперь самая магия. Можно спокойно отодрать бумагу и хорошенько почистить пленку, например, зубной щеткой. Тончайший слой глянца останется на пленке вместе тонером. После высыхания пленки станут непрозрачными:

Чтобы это исправить, достаточно любого масла. Подсолнечное лучше не использовать — оно по слухам имеет свойство портиться, больше подойдет машинное. Я с успехом использовал глицерин:

Теперь можно использовать фоторезист.

Накатываем:

Экспонируем/проявляем:

Травим:

Результат (клякса внизу — мой косяк, запекся фоторезист, отдирать не стал):

Устройство заработало с первого раза (ни единого разрыва (с)):

Резюме

• Полученные шаблоны для фоторезиста не боятся влаги, более того, их можно мыть (чего не скажешь о шаблонах из пленки для струйников с очень нежным желатиновым слоем)
• Эти шаблоны гораздо плотнее, чем отпечатки напрямую на пленке
• Эти шаблоны гораздо долговечнее, чем отпечатки напрямую на пленке
• Удобно для нечастого использования — в лазерном принтере не сохнет краска, как в струйнике
• итд 🙂

ИМХО, метод достаточно интересный. Прежде всего тем, что мы задействуем как плюсы глянцевой бумаги (устойчивость глянца ко внешним факторам), так и пленки (плотная прозрачная подложка).

P.S. Да, это изврат, всем добра =)

XuMuK.ru — ФОТОРЕЗИСТЫ — Химическая энциклопедия

ФОТОРЕЗИСТЫ, светочувствит. материалы, применяемые в фотолитографии для формирования рельефного покрытия заданной конфигурации и защиты нижележащей пов-сти от воздействия травителей. Фоторезисты обычно представляют собой композиции из светочувствит. орг. в-в, пленкообразователей (феноло-формальдегидные и др. смолы), орг. р-рителей и спец. добавок. Характеризуют фоторезисты светочувствительностью, контрастностью, разрешающей способностью и теплостойкостью (см. Репрография, Фотографические материалы). Область спектральной чувствительности фоторезистов определяется наличием в светочувствит. орг. в-вах хромофорных групп способных к фотохим. превращениям, и областью пропускания пленкообразователя. По спектральной чувствительности различают фоторезисты для видимой области спектра, ближнего ( 320-450 нм) и дальнего (180-320 нм) УФ излучения, по характеру взаимод. с излучением делят на позитивные и негативные. Фоторезисты могут быть жидкими, сухими и пленочными. Жидкие фоторезисты содержат 60-90% по массе орг. р-рителя, пленочные — менее 20%, сухие обычно состоят только из светочувствит. в-ва. Жидкие фоторезисты наносят на подложку (см. Планарная технология)центрифугированием, напылением или накаткой валиком, сухие -напылением и возгонкой, пленочные — накаткой. Последние имеют вид пленки, защищенной с двух сторон тонким слоем светопроницаемого полимера, напр. полиэтилена. В зависимости от метода нанесения формируют слои толщиной 0,1-10 нм; наиб. тонкие слои (0,3-3,0 мкм) формируют из жидких фоторезистов методом центрифугирования или из сухих фоторезистов методом возгонки. При экспонировании в слое фоторезиста образуется скрытое изображение. При этом светочувствит. компонент претерпевает ряд фотохим. превращений, напр. подвергается фотополимеризации или структурированию либо разлагается с выделением газообразных продуктов; в зависимости от этого светочувствит. в-во закрепляется (сшивается) на экспониров. участках и не удаляется при дальнейшем проявлении (визуализации) под действием орг. или водно-щелочных р-рителей или плазмы (негативные фоторезисты) либо переходит в растворимое состояние и легко удаляется с экспониров. участков при проявлении (позитивные фоторезисты). Из позитивных фоторезистов наиб. распространены композиции, содержащие в качестве светочувствит. компонента сульфо-эфиры о-нафгохинондиазида (5-40% по массе), а в качестве пленкообразователя — новолачные смолы (до 50%). При экспонировании сульфоэфир переходит в сульфопроизводное инденкарбоновой к-ты (ф-ла I) и при проявлении под действием водно-щелочного р-рителя удаляется с экспониров. участков пов-сти вместе со смолой: Среди негативных фоторезистов наиб. распространены композиции на основе циклоолефиновых каучуков с диазидами в качестве сшивающих агентов, а также сенсибилизированные поливиниловый спирт, поливинилциннамат и др. Схема превращения негативного фоторезиста на основе каучука и диазида представлена р-цией: Сшитый полимер закрепляется на подложке, а рельефное изображение (маска) образуется в результате вымывания фоторезиста с неэкспониров. участков. Для дальнего УФ излучения применяют позитивные фоторезисты на основе сенсибилизиров. полиметакрилатов и арилсульфоэфи-ров с фенольными смолами, а также негативные фоторезисты на основе композиций галогенированных полистиролов и диазидов с феноло-формальдегидными и др. смолами. Перспективны фоторезисты, работающие на принципе хим. усиления скрытого изображения; такие фоторезисты в качестве светочувствит. компонента содержат ониевые соли (напр., Ph3S+X— и Ph2I+X—, где X = AsF6, SbF6, PF6, CF3SO3), катализирующие темновые р-ции др. компонентов фоторезистов (напр., эфиров нафтолов, резольных смол). Позитивные фоторезисты чувствительны к экспозиции 10-250 мДж/см2, имеют разрешающую способность 0,1-2,0 мкм, контрастность 1,5-5, теплостойкость 120-140 0C; негативные фоторезисты, как правило, более чувствительны, но имеют худшую разрешающую способность. Для получения защитных покрытий заданной конфигурации помимо фоторезистов используют материалы, чувствительные к воздействию пучка электронов с энергией 5-50 кэВ (электронорезисты), рентгеновского излучения с0,2-0,5 нм (рентгенорезисты) или ионов легких элементов (напр., H+, Не+, O+, Ar+) с энергией более 50 кэВ (ионорезисты). В качестве наиб. Вaжныx позитивных электроно-, рентгено- и ионорезистов применяют композиции на основе производных полиметакрилатов (напр., галоген-, циано- и амидозамещенных), поли-алкиленкетонов и полиолефинсульфонов, в качестве негативных — гомо- и сополимеры производных метакрилата, бутадиена, изопрена, стирола, кремнийорг. соед. и др. Лит.: Валиев К.А., Раков А.А., Физические основы субмикронной литографии в микроэлектронике, M., 1984; Светочувствительные полимерные материалы, под ред. А.В. Ельцова, Л., 1985. Г.К. Селиванов.

Вопросы и ответы по жидким фоторезистам от компании Фраст-М

ЧАСТО ЗАДАВАЕМЫЕ ВОПРОСЫ

ВОПРОСЫ

При хранении фоторезиста

1. Каков состав фоторезиста? Безвреден ли фоторезист?
2. Как долго можно хранить фоторезист? Как лучше хранить фоторезист?
3. Какие изменения наблюдаются в фоторезисте при длительном хранении?

При входном контроле

4. Цвет раствора не соотвествует паспорту. Почему?
5. Цвет пленки не соотвествует паспорту. Почему?
6. Повышенное содержание сухого остатка. Почему?
7. Вязкость фоторезиста за пределами диапазона паспорта. Почему?

При нанесении фоторезиста

8. Можно ли самостоятельно отфильтровать фоторезист перед нанесением?
9. Как готовится подложка перед нанесением фоторезиста?
10. Фоторезист плохо смачивает подложку. Есть не покрытые участки. Почему?
11. Почему образуются наплывы (бортики) по краям подложки?
12. Некачественное покрытие кромок (краев) подложки. Почему?
13. Какова адгезия фоторезиста к различным поверхностям?
14. Как лучше наносить фоторезист на подложку?
15. Почему в пленке фоторезиста появляются воздушные пузырьки и как этого избежать?
16. Почему пленку фоторезиста сушат при высоких температурах?

При экспонировании фоторезиста

17. Как долго термическая высушенная пленка может простоять до экспонирования?
18. Как экспонируется фоторезист?
19. Как определить оптимальную экспозицию?
20. Почему фотошаблон прилипает иногда к фоторезисту во время экспонирования?
21. Почему в пленке фоторезиста после экспонирования иногда наблюдаются пузырьки?

Проявление пленки фоторезиста

22. Чем проявляется пленка фоторезиста?
23. Фоторезист при проявлении полностью снимается — не образуется рисунок. Почему?
24. Как концентрация проявителя влияет на качество проявления?
25. Как температура проявителя влияет на время проявления?
26. Какие существуют способы проявления?
27. Сколько пластин можно проявить в одном литре проявителя?
28. Какой проявитель является наилучшим?
29. Можно ли барботировать проявитель сжатым воздухом для лучшего перемешивания?

При жидкостном травлении

30. Можно ли задубливать пленку фоторезиста при температурах 180-200 ⁰С перед травлением для лучшей адгезии?
31. Какие травители используются в микроэлектронике?
32. Насколько устойчив фоторезист при плазмохимическом травлении?

При снятии пленки фоторезиста

33. Как можно удалить пленку фоторезиста?
34. Безвреден ли сниматель фоторезистов?

Общая информация

35. Какое разрешение можно достигнуть с помощью фоторезиста?
36. Что такое взрывная (обращенная) фотолитография?
37. Какой фоторезист используется при фотолитографии на меза-структурах?
38. Где можно ознакомиться с инструкцией по применению позитивных фоторезистов?
39. Где можно ознакомиться с инструкцией по применению негативных фоторезистов?

Какой фоторезист выбрать

40. Какой выбрать фоторезист?

ОТВЕТЫ

1. Каков состав фоторезиста? Безвреден ли фоторезист?

Фоторезист представляет собой органический раствор, состоящий из полимерных связующих, светочувствительного соединения, растворителей и различных добавок.

Класс опасности фоторезиста идентичен классу опасности бытовых растворителей, лаков и красок. Хранение и использование фоторезиста допускается в помещениях, имеющих приточно-вытяжную вентиляцию. Фоторезистом называют также полимерную пленку, которая формируется на подложке.

в начало страницы


2. Как долго можно хранить фоторезист? Как лучше хранить фоторезист?

Фоторезист является свето- и термически чувствительным материалом. Фоторезист поставляется в бутылках коричневого цвета, не пропускающих ультрафиолетовое излучение. Фоторезист должен храниться в заводской таре при температурах (20 + 5) ⁰С. Помещение, где используется фоторезист, должно быть обеспечено желтым освещением, не пропускающих излучение ниже 460 нм. Срок гарантийного хранения указывается в паспорте на фоторезист.

в начало страницы


3. Какие изменения наблюдаются в фоторезисте при длительном хранении?

В процессе хранения раствор фоторезиста темнеет из-за образования красителей в результате термического распада светочувствительного соединения. При длительном хранении в фоторезисте может образовываться осадок, видимый как налет на стенках стеклянной коричневой бутылки.

Если фоторезист хранился длительное время, например, при повышенных летних температурах, то при отвинчивании крышки бутылки можно услышать «хлопок» и вспенивание фоторезиста. Это явление обусловлено высвобождением азота в результате термического распада светочувствительного соединения. Фоторезист еще годен для использования, однако его следует выдержать один-два дня при комнатной температуре со слегка отвинченной крышкой бутылки.

в начало страницы


4. Цвет раствора не соответствует паспорту

Цвет раствора пленки позитивного фоторезиста в процессе хранения меняется от коричневого до темно-коричневого. Этот процесс ускоряется при хранении при повышенных температурах. Светочувствительное соединение, входящее в состав фоторезиста, при комнатной температуре разлагается с образованием азокрасителей, поглощающих в видимой области спектра. Этот термохимический процесс протекает медленно и практически не влияет на светочувствительность фоторезиста в пределах гарантийного хранения фоторезиста.

Контакт фоторезиста с водой или растворителями, замораживание фоторезиста может изменить его цвет. В этом случае параметры фоторезиста могут ухудшиться.

в начало страницы


5. Цвет пленки не соответствует паспорту

Цвет пленки фоторезиста может меняться в зависимости от подложки

В случае тонких пленок изменение толщины пленки на 10 нм может изменить интерференционную картину и, соответственно, цвет пленки

Воздействие сильных травителей или высоких температур может привести к окрашиванию пленки фоторезиста в темно-коричневый цвет

в начало страницы


6. Повышенное содержание сухого остатка

Необходимо обеспечить сушку пленки до постоянного веса. Современные экологически безопасные растворители медленно удаляются из пленки. Важно использовать алюминиевые бюксы с плоским дном. У стеклянных бюксов из-за кривизны дна раствор фоторезиста стекается к стенкам, с образованием больших толщин пленки. При этом длительность сушки пленки до постоянного веса существенно возрастает.

в начало страницы


7. Вязкость фоторезиста не соответствует паспорту

Вязкость фоторезиста сильно зависит от температуры измерения. Важно поддерживать в водяном термостате температуру с точностью, указанной в технических условиях на фоторезист. Как правило, это точность составляет 0,1 ⁰С. Точность измерения обычных термометров с ценой деления 1 ⁰С составляет 0,5 ⁰С. Необходимо контролировать температуру водяной бани с помощью прецизионных термометров с ценой деления — 0,1 ⁰С.

в начало страницы


8. Можно ли самостоятельно отфильтровать фоторезист перед нанесением.

Иногда возникает проблема дополнительной фильтрации фоторезиста и других вспомогательных материалов перед их использованием. Наше предприятие предлагает такую установку микрофильтрации УФР-16.

в начало страницы


9. Как готовится подложка перед нанесением.

Поверхность подложки следует тщательно очистить перед нанесением фоторезиста. Детально стадии очистки и обработки подложки подробно описаны на этой странице.

в начало страницы


10. Фоторезист плохо смачивает подложку. Есть не покрытые участки. Почему?

Возможные причины:

• Плохо очищена подложка и/или высокая влажность воздуха в помещении. Необходимо подложку очистить и высушить в соответствии с требованиями фотолитографии на этой странице.
• На подложку наносится недостаточный объем фоторезиста. Следует увеличить наносимый объем фоторезиста.
• При плохом смачивании подложки для гладких поверхностей иногда достаточно увеличить ускорение центрифуги, чтобы подавить появление непокрытых зон.
• При плохом смачивании текстурированной поверхности может понадобиться двух ступенчатое нанесение. Сначала наносится несколько больший объем фоторезиста при низкой скорости центрифуги, затем через несколько секунд скорость вращения центрифуги резко увеличивается до конечной величины.

в начало страницы

Почему образуются наплывы (бортики) по краям подложки?

Фоторезисты с высокой вязкостью, например, ФП-25, при нанесении образуют по краям бортики (наплывы). Для круглых подложек эти бортики легко снять путем вращения подложки со скоростью примерно 500 об/мин с одновременным распределением разбавителя РПФ-25 по кромке пленки. Сразу после этого подложка раскручивается при повышенных скоростях для удаления избытка разбавителя.

в начало страницы

Некачественное покрытие кромок (краев) подложки. Почему?

При высокой концентрации высококипящего растворителя в фоторезисте, растворитель не успевает улетучиться, пленка фоторезиста на краях рельефа подложки стекает вниз в ямки, обнажая кромки рельефа. Следует использовать специальные фоторезисты для аэрозольного распыления, например, ФП-РН-7Сэ.

в начало страницы

Какова адгезия фоторезиста к различным поверхностям?

Позитивные фоторезисты проявляют хорошую адгезию к кремнию, нитриду кремния, алюминию, меди. Адгезия фоторезистов недостаточна на таких поверхностях как окись кремния, стекло, арсенид галлия, золото, серебро. Рекомендуется использовать усилители адгезии (прайм-агенты), например, Сил-А-01.

Полезно знать, что при относительной влажности в гермозоне свыше 60% адгезия фоторезистов к подложкам резко падает. Обусловлено это тем, что при таких влажностях наблюдается высокая скорость абсорбирования молекул воды на подложке. Не рекомендуется проведение фотолитографических работ при относительной влажности воздуха свыше 70%.

в начало страницы

Как лучше наносить фоторезист на подложку?

Различные способы нанесения фоторезиста подробно описаны на странице сайта. Здесь мы отметим некоторые факторы, влияющие на качество нанесения.

Фоторезист и подложки перед нанесением фоторезиста должны быть приведены к равновесному состоянию с окружающей средой. Ни в коем случае нельзя открывать сразу бутылки с фоторезистом, внесенные в гермозону из прохладного склада или из холодильника. Фоторезист должен обязательно кондиционироваться в гермозоне несколько часов перед отвинчиванием крышки бутылки.

Хранение фоторезиста в гермозоне допускается только при плотно навинченной крышке оригинальной бутылки. В противном случае возможно частичное испарение растворителя. Так для фоторезиста ФП-383 потеря 1% растворителя приводит к увеличению толщины пленки фоторезиста на 4%, что сильно влияет на светочувствительность.

Оптимальные условия нанесения фоторезиста в гермозоне: относительная влажность воздуха в пределах 30-50 %, температура воздуха в пределах 20-25 % с точностью поддержания температуры ± 1%.

в начало страницы

Почему в пленке фоторезиста иногда появляются воздушные пузырьки и как этого избежать?

Появление пузырьков воздуха в пленке фоторезиста является следствием нескольких причин:

• Концентрация воздуха в фоторезисте выше равновесной. При нанесении фоторезиста избыточная концентрация воздуха из раствора выделяется в виде пузырьков воздуха. Чтобы этого избежать следует кондиционировать фоторезист в гермозоне в течение 2-х часов при слегка отвинченной крышке бутылки.
• Раствор фоторезиста взбалтывался перед нанесением. При взбалтывании фоторезист захватывает воздух, что увеличивает концентрацию воздуха в растворе фоторезиста. После любого взбалтывания необходимо выдержать примерно один час для выхода пузырей из раствора естественным образом.
• Пузырьки воздуха могут появляться в процессе сушки толстых пленок при высоких температурах. Небольшая выдержка пленки в условиях комнатной температуры до ее нагрева может эту проблему решить.
• Иногда пузыри образуются в пленке толстого фоторезиста в процессе экспонирования. Как правило это явление связано с недостаточной сушкой толстой пленки и высокой дозой экспонирования. Оптимизация обоих этих факторов обычно решает проблему.

в начало страницы

Почему пленку фоторезиста сушат при высоких температурах?

Сушка фоторезиста при температурах 90-95 ^0С необходима для увеличения адгезии, контраста и стойкости к травителям фоторезистивной пленки.

в начало страницы

Как долго термическая высушенная пленка может простоять до экспонирования?

Термически высушенная пленка, защищенная от воздействия УФ-света, может простоять несколько недель без потери качества. Возможно некоторое ухудшение светочувствительности, которое легко корректируется увеличением времени экспонирования.

в начало страницы

Как экспонируется фоторезист

Техника экспонирования пленки фоторезиста подробно описана этой странице нашего сайта. Здесь следует отметить следующее. Величина светочувствительности (дозы экспонирования) конкретной марки фоторезиста зависит от многих факторов и, как правило, этот параметр определяется экспериментально на каждом производстве. Важно только, чтобы сохранялась воспроизводимость параметров фоторезиста от партии к партии фоторезиста.

в начало страницы

Как определить оптимальную экспозицию?

При малой дозе экспонирования на подложке остается вуаль после проявления, которая препятствует в дальнейшем травлению. При высокой дозе экспонирования разрешающая способность фоторезиста существенно падает.

Светочувствительность фоторезиста зависит от концентрации проявителя. Чем выше концентрация проявителя, тем выше светочувствительность и наоборот. Однако при высоких концентрациях проявителя падает толщина пленки, что ухудшает защитные свойства фоторезиста. Каков же критерий достаточности экспозиции?

Существует простое эмпирическое правило: минимально необходимой дозой экспонирования является такая доза, после которой пленка фоторезиста чисто проявляется за время не более 45 сек в фирменном проявителе для данного фоторезиста. Если к этой минимальной дозе добавить 20%, то эту величину можно принять за оптимальную экспозицию.

в начало страницы

Почему фотошаблон прилипает иногда к фоторезисту во время экспонирования?

• Пленка недостаточно высушена до экспонирования. Следует увеличить температуру или время сушки. Если сушка проводится термошкафе, то время сушки по техническим условиям составляет, как правило, 30 мин при температуре 95 ⁰С. Важно контролировать температуру в шкафе, поскольку из-за инерционности, время восстановления температуры в термошкафе после открытия и закрытия дверки может доходить до 15 минут. Если сушка проводится на горячей плите, то необходимо иметь в виду эмпирическое правило: Одна минута на каждый микрон толщины пленки при температуре 100 ⁰С. То есть пленка толщиной 2 мкм должна сушиться на горячей плите в течение 2-х минут.
• Способствуют прилипанию фотошаблона присутствие частиц на маске. Следует очистить маску струей сжатого азота.
• Сильный прижим фотошаблона к пленке фоторезиста также может привести к прилипанию. Следует несколько ослабить контакт.

в начало страницы

Почему в пленке фоторезиста после экспонирования иногда наблюдаются пузырьки?

Связано это с высокой интенсивностью падающего УФ-света. При экспонировании позитивных фоторезистов на основе хинондиазидов образуется азот N₂. При нормальных условиях экспонирования молекулярный азот успевает диффундировать из пленки фоторезиста. Однако, при больших интенсивностях света, скорость образования молекул азота превышает скорость их диффузии из пленки фоторезиста и в пленке формируются пузырьки азота. Этот эффект часто наблюдается в толстых фоторезистах. Следует уменьшить интенсивность актиничного излучения.

в начало страницы

Чем проявляется пленка фоторезиста?

Наше предприятие предлагает ассортимент проявителей для позитивных и негативных фоторезистов:

Универсальный буферный проявитель УПФ-1Б стал общепринятым стандартом для проявления позитивных фоторезистов отечественного производства.

в начало страницы

Почему фоторезист при проявлении полностью снимается — не образуется рисунок на подложке.

Необходимо проверить концентрацию проявителя титрованием. Если концентрация проявителя соответствует паспортным данным, то истек срок годности фоторезиста. Светочувствительный продукт полностью разложился. Фоторезист следует заменить.

в начало страницы

Как концентрация проявителя влияет на качество проявления?

Более высокие концентрации проявителя увеличивают светочувствительность фоторезиста, однако при этом уменьшается толщина пленки фоторезиста в неэкспонированных участках (темновая эрозия пленки). Чем ниже толщина пленки, тем хуже ее стойкость при травлении подложки.

Более низкие концентрации проявителя обеспечивают более высокий контраст пленки (меньшая темновая эрозия), однако при этом ухудшается светочувствительность.

в начало страницы

Как температура проявителя влияет на время проявления?

Для достижения воспроизводимых результатов рекомендуется проявлять фоторезист при температуре проявителя между 21-23 ⁰C с точностью поддержания температуры ± 0,5 ⁰С.

Буферный проявитель УПФ-1Б при снижении температуры работает быстрее, не буферные проявители проявляют быстрее при повышенных температурах.

в начало страницы

Какие существуют способы проявления?

Существуют три способа проявления фоторезистов:

• Подложка с фоторезистом погружается в ванну с проявителем при постоянном перемешивании.
• Серия безметальных проявителей на основе тетраметиламмоний гидроксида
• Проявление в луже (puddle). Определенное количество проявителя наливается на фоторезист затем подложка с фоторезистом поворачивается влево — вправо.
• Аэрозольное распыление проявителя на вращающуюся подложку с фоторезистом.

в начало страницы

Сколько пластин можно проявить одном литре проявителя?

Следует иметь в виду, что щелочной проявитель для фоторезистов нейтрализуется постепенно на воздухе углекислым газом. Этот процесс уменьшает силу проявителя. Особенно это относится к способу проявления в ванне в безметальных проявителях. Существует эмпирическое правило, если скорость проявления фоторезиста в ванне упало на 10%, то проявитель следует сменить. При проявлении в ванне лучше использовать буферный проявитель, например, УПФ-1Б. Количество пластин которые можно проявить в одном литре проявителя УПФ-1Б представлено в таблице этой странице нашего сайта.

в начало страницы

Какой проявитель является наилучшим

Наилучший проявитель рекомендован в технических условиях и/или в паспорте на фоторезист и поставляется изготовителем фоторезиста. Возможно изготовление потребителем собственного проявителя, однако, необходимо обеспечить контроль титрованием концентрации проявителя, иначе невозможно добиться воспроизводимости фотолитографического процесса.

Если есть проблемы с выходом годных изделий, с электрофизическими параметрами полупроводниковых структур целесообразно использовать безметальные проявители.

в начало страницы

Можно ли барботировать проявитель сжатым воздухом для лучшего перемешивания?

Нет, нельзя. В воздухе содержится двуокись углерода (СО₂), который взаимодействует с проявляющим веществом с образованием карбонатов натрия или калия. При барботировании воздухом проявитель будет быстро дезактивирован. Если барботировать проявитель для перемешивания, то только сжатым азотом.

в начало страницы

Можно ли задубливать пленку фоторезиста при температурах 180-200 ⁰С перед травлением для лучшей адгезии?

Термическое дубление пленок позитивных фоторезистов при температурах свыше 140 ⁰С нежелательна. Пленкообразующие новолачные смолы при температурах свыше 140 ⁰С окисляются и термически разрушаются, полностью испаряются остаточные растворители, деградируют низкокипящие реологические добавки. Пленка становится хрупкой, адгезия падает. Если необходимо увеличение стойкости фоторезиста в жидкостном травителе или при плазмохимическом травлении, целесообразно использовать коротковолновое облучение пленки при длинах волн 240-250 нм, в области поглощения новолачных смол. Смолы фотохимически сшиваются, образуя плотную трехмерную сетку, что уменьшает проницаемость пленки фоторезиста для травителя.

в начало страницы

Какие травители используются в микроэлектронике?

Перечень травителей для металлов, кремния и окиси кремния представлен таблице на нашем сайте.

в начало страницы

Насколько устойчив фоторезист при плазмохимическом травлении?

Позитивные фоторезисты ФП-51КИ, ФП-20Ф имеют высокую стойкость к процессам сухого травления в плазме после задубливания в конвекционном шкафу при температуре 120 ⁰С в течении 30 минут или после задубливания пленки фоторезиста коротковолновым УФ-светом с длиной волны в диапазоне 230-240 нм.

в начало страницы

Как можно удалить пленку фоторезиста?

Стадия снятия пленки фоторезиста является исключительно важной. При снятии пленок в растворе снимателя часто образуется полимерная взвесь. Эта полимерная взвесь дает визуально незаметный осадок на подложке, которую очень трудно удалить. Пренебрежение этим фактором резко уменьшает выход годных изделий.

Методика снятия пленки фоторезиста должна гарантировать полное удаление следов полимерной взвеси. Для этого используют так называемую методику «четырех ванн».

Для удаления пленок фоторезистов мы предлагаем 5 марок снимателей:

• Сниматель позитивных фоторезистов СПР-01Ф
• Сниматель резистов универсальный СР-13Ф
• Сниматель импортных фоторезистов Remover PG
• Сниматель позитивных фоторезистов СПР-02Щ щелочной
• Сниматель негативных фоторезистов Форсан-2

Пленку фоторезиста также можно удалить с помощью кислородной плазмы.

в начало страницы

Безвреден ли сниматель фоторезистов?

Сниматели, в состав которых введен растворитель N,N-диметилформамид крайне опасны для здоровья. Ниже приведена выдержка из сертификата безопасности на растворитель N,N-диметилформамид:

MSDS РАЗДЕЛ 3: ВОЗМОЖНЫЕ ОСТРЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗДОРОВЬЕ:
МУТАГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ: является мутагеном для клеток млекопитающих.
ТЕРАТОГЕННОЕ ДЕЙСТВИЕ: воздействует на эмбриональное развитие плода. Классифицируется как токсин для репродуктивной женской системы и возможно для репродуктивной мужской системы.
ДИМЕТИЛФОРМАМИД является ядом для крови, почек, печени, центральной нервной системы. Длительное воздействие этого химиката на человека может привести к повреждениям органов.

По этим же причинам нежелательно использовать также фоторезисты, в состав которых входит N,N-диметилформамид. В составе наших материалов не используется растворитель N,N-диметилформамид.

в начало страницы

Какое разрешение можно достигнуть с помощью жидкого фоторезиста?

Современная фотолитография позволяет достигнуть разрешения 10 нм. Процессоры с таким разрешением используются, например, в смартфонах типа iPhone 6 и выше или Samsung 8 и выше. Линия шириной 10 нм тоньше в 5000 раз самого тонкого человеческого волоса.

в начало страницы

Что такое взрывная (обращенная) фотолитография?

Взрывная (обращенная) фотолитография – это способ получения металлических дорожек на подложке с высокой точностью и разрешением.

в начало страницы

Какой фоторезист используется при фотолитографии на меза структурах?

Единственный отечественный фоторезист, который используется на меза структурах это ФП-РН-7Сэ. Наглядно результаты его применения показаны на нашего сайта.

в начало страницы

Где можно ознакомиться с инструкцией по применению позитивных фоторезистов?

Общая инструкция по применению позитивных фоторезистов изложена на странице нашего сайта.

в начало страницы

Где можно ознакомиться с инструкцией по применению негативных фоторезистов?

Общая инструкция по применению негативных фоторезистов изложена на странице нашего сайта.

в начало страницы

Какой выбрать фоторезист?

Выбор фоторезиста исходя из технических требований и из экономических соображений изложен на этой странице нашего сайта.

в начало страницы

Фоторезист Википедия

Фоторезист (от фото и англ. resist) — полимерный светочувствительный материал. Наносится на обрабатываемый материал в процессе фотолитографии или фотогравировки с целью получить соответствующее фотошаблону расположение окон для доступа травящих или иных веществ к поверхности обрабатываемого материала.

Тон фоторезистов[ | ]

Позитивные фоторезисты[ | ]

В позитивных фоторезистах, проэкспонированные области становятся растворимыми и после проявления разрушаются. Такие фоторезисты, как правило, позволяют получать более высокие разрешения нежели негативные^[1][2][3], но стоят дороже^[4].

.

Для и фотолитографии при изготовлении микроэлектроники использовались позитивные двухкомпонентные фоторезисты на базе DQN (diazoquinone, DQ и novolac, N)^[5]. В дальнейшем, для субмикронных процессов, использующих эксимерные лазеры KrF, ArF, применялись фоторезисты на базе органического стекла, неорганические резисты (Ag + Ge-Se), Polysilyne, двух- и трехслойные резисты (многослойные резисты для техпроцессов 90 нм и более новых)^[6].

Распространены^{[когда?]} следующие типы позитивных фоторезистов для g-line (литографы с длиной волны 436 нм, техпроцессы до 0,5 мкм^[7][8]): Shipley 1805, Shipley 1813, Shipley 1822 (производитель Microchem^[9])

Негативные фоторезисты[ | ]

В негативных фоторезистах, проэкспонированные области полимеризуются и становятся нерастворимыми, так что после проявления растворяются только не проэкспонированные области. Негативные фоторезисты, как правило, обладают более высокой адгезией по сравнению с позитивными, и более устойчивы к травлению.