Get Adobe Flash player
    Принимаются SMS-пожертвования на развитие ресурса     Копирование материалов     разрешено с обязательной ссылкой     на этот сайт     Принимаются SMS-пожертвования на развитие ресурса    

Электроника

Кухонный таймер на atmega8

Таймер имеет несколько клавиш, при помощи которых можно легко установить время от 1 минуты до 99 часов. Обратный отсчет начинается автоматически, через 3 секунды после установки времени. Благодаря громкой пищалке вы точно услышите когда блюдо готово. Устройство собрано на основе микроконтроллера ATMega8.

 

Сердцем устройства является микроконтроллер U1 (ATMega8) с кварцевым резонатором X1 (16 МГц) и обвязкой из двух конденсаторов C1 (22 пФ) и C2 (22 пФ). Стабилизатор U2 (7805) с обвязкой из конденсаторов C3 (100 мкФ) и C4 (47 мкФ) стабилизирует напряжение питания 5В, необходимое для корректной работы микроконтроллера и связанных компонентов. На разъем Zas подается напряжение 7-12В. Если у Вас имеется блок питания с напряжением 5-6В, можно исключить из схемы стабилизатор напряжения. Зуммер B1 и аноды дисплея W1 управляются транзисторами T1 — T5 (BC556), с обвязкой из резисторов R1 — R8 (3.3 кОм), R17 (3.3 кОм) и R18 (3.3 кОм). Резисторы R9 — R16 (330 Ом) ограничивают ток через сегменты дисплея. Разъем Prog и один вывод R используются для подключения программатора. Клавиатура таймера подключена к разъему Sw.

При изготовлении этого таймера проще использовать smd детали, а  биполярные транзисторы заменить на p-канальные  mosfet типа bss84.

Собранная плата таймера выглядит так

 

 

Скоро на видеоканале смотрите видео этого собранного  таймера в работе

 

 

По материалам  http://mirley.firlej.org/kuchenny_timer

Разветвители видеосигнала (ПЦТС)

Разветвители, так называемого «низкочастотного» видеосигнала, или же ПЦТС, часто востребованы при монтаже систем видеонаблюдения, параллельного просмотра спутникового ТВ, телевитрин и т.п. Схемотехника таких устройств довольна проста:

universalnyi_videorazvetvitel

Как видно на рисунке — это просто параллельные повторители, в качестве транзисторов лучше использовать составные:

p193_1

Можно добавлять каскады по своему усмотрению для увеличения дублируемых каналов:

vedeosplit2

 

Можно конечно же использовать более сложные схематичные решения, например на прецизионных ОУ, но для простого и быстрого повседневного  использования подходят именно такие транзисторные схемы.

Автогенератор IR2153

Автогенератор IR2153 (можно использовать практически любую из целого ряда микросхем: IR2151, IR2152, IR2155, IR21531) имеет внешнее регулирование частоты, фиксированную паузу на 1,2мкс, миниатюрный DIP-8 и SOIC корпус. Схемно заложенной фиксированной паузы на 1,2мкс достаточно при использовании любых современных мощных MOSFET транзисторов. В автогенераторе встроен стабилитрон на 15,6В, который и стабилизирует напряжение питания, получаемое через мощный токоограничительный резистор от цепи основного питания. Для питания цепи управления верхнего ключа, используется внешний высоковольтный, быстрый диод. В IR2153D этот диод встроен в микросхему.

В качестве выходных ключей необходимо использовать мощные MOSFET транзисторы с встроенным диодом защиты, например IRFBC40. При питании от первичной сети ~220В допустимое напряжение сток-исток выбираемого транзистора должно быть не менее 400В. Величина тока выбираемого MOSFET транзистора определяется необходимой мощностью преобразователя. Фактически выходная мощность определяется только применяемыми выходными транзисторами. Если посмотреть каталог фирмы International Rectifier, то видно, что выбор MOSFET транзисторов огромен, диапазон токовот единиц до сотен ампер.

Токоограничительные резисторы в цепях затвора предназначены для ограничения выходного тока управления при перезаряде входной емкости MOSFET транзисторов. При выходной мощности более 50Вт, все мощные MOSFET транзисторы, конечно же, необходимо устанавливать на радиаторы.

Рабочая частота автогенератора задается одной RC-цепью. Рекомендуется использовать резистор номиналом не менее 5..10 кОм. Частота генерации определяется формулой 1.

Особое внимание необходимо уделить аккуратной трассировке управляющих и силовых цепей MOSFET транзисторов. Особенности расположения элементов около микросхемы и трассировки земли показаны на рис.3

При сборке платы необходимо обеспечить электростатическую защиту MOSFET транзисторов. Запаивать в плату их надо в последнюю очередь.

Выбор рабочей частоты и расчет выходного трансформатора достаточно подробно приведен в различной литературе.

Выбранная для примера микросхема IR2153, конечно же не является последним словом техники. Кто хочет в широком диапазоне регулировать время паузы между импульсами, могут поработать с такими автогенераторами, как R2156 или IR21571.

Авторская статья


АТХ-донор. Часть4

Преобразователь для питания ЛДС за 5 минут

Ну совсем быстро можно собрать 12-вольтовый преобразователь для питания люминесцентной лампы из старого (ненужного, сгоревшего – нужное подчеркнуть) компьютерного блока питания. Буквально за пять минут.

Нам потребуется из него небольшой список деталей:

  • Целый трансформатор марки EEL-19 из дежурного БП или аналог;
  • Силовой ключ MJE13009 или аналог (есессно, целый);
  • Радиатор оттуда (или другой площадью не менее 40 см²);
  • Пара резисторов и конденсаторов;
  • Ну и конечно сама ЛДС на 18 Вт.

 

Схема

 

Нам не потребуется перематывать трансформатор, он сгодится в первозданном виде. Схему мы немного переделаем, она не совсем подходит для нашего трансформатора. Трансформаторы дежурок бывают двух видов – мелкие и большие. Нам нужен большой, вот такой:

 

Схема собиралась абсолютно навесу. Мелочь монтируется на выводах транзистора.

Резистор R1 надо уменьшить до 39 Ом, R2 – до 560 Ом. Конденсатор C2 может быть 0,01–0,022 мкФ. Фазировка вторичной обмотки роли не сыграла никакой. Также не было различий в подключении первого и второго вывода вторичной обмотки к коллектору и абсолютно одинаково горела ЛДС при соединении между собой ее выводов.

Авторская статья

 

Далее — преобразователь 12->220В для питания ЛДС и не только

В преобразователе используется готовый высокочастотный понижающий трансформатор из блока питания (БП) компьютера, но в нашем преобразователе он станет наоборот повышающим. Понижающий трансформатор можно взять как из AT так и из ATX БП. Из моей практики трансформаторы отличались только габаритами, а расположение выводов совпадало. Убитый БП (или трансформатор из него) можно найти в любой мастерской по ремонту компьютеров.

C1 — это 1 нанофарад, или 1000 пикофарад, или 0,001 микрофарад (все варианты величины емкости равны между собой); на корпусе кодировка 102; я ставил 152 — работает, но, предполагаю, что на меньшей частоте.

R1 и R2 — задают ширину импульсов на выходе. Схему можно упростить и не ставить эти элементы, при этом 4й контакт TL494 посадить на минус; я не вижу нужды широкими импульсами насиловать транзисторы.

R3 (совместно с C1) задаёт рабочую частоту. Уменьшаем сопротивление R1 — увеличиваем частоту. Увеличиваем емкость C1 — уменьшаем частоту. И наоборот.

Транзисторы — мощные МОП (металл-окисел-полупроводник) полевые транзисторы, которые характеризуются меньшим временем срабатывания и более простыми схемами управления. Одинаково хорошо работают IRFZ44N, IRFZ46N, IRFZ48N (чем больше цифра — тем мощнее и дороже).

В преобразователе применены диоды HER307 (подойдут 304, 305, 306-е). Отлично работают отечественные КД213 (дороже, габаритнее и надежнее).

Конденсаторы на выходе можно и меньшей емкости, но с рабочим напряжением 200 В. Использованы конденсаторы из того же компьютерного БП диаметром не более 18 мм (либо редактируйте рисунок печатной платы).

Микросхему установите на панель; так будет легче жить.

Налаживание сводится к внимательной установке микросхемы в панель. Если не работает, проверьте наличие подводимого напряжения 12 В. Проверьте R1 и R2, не перепутали? Всё должно работать.

Радиатор не нужен, т.к. продолжительная работа не вызывает ощутимый нагрев транзисторов. А если возникнет желание поставить на радиатор, то, внимание, фланцы корпусов транзисторов не закорачивать через радиатор. Используйте изоляционные прокладки и шайбы втулки от компьютерного БП. Для первого пуска радиатор не помешает; по крайней мере транзисторы сразу не сгорят в случае ошибок монтажа или КЗ на выходе, или при «случайном» подключении лампы накаливания на 220 в.

Питание схемы должно быть убедительным, т.к. потребляемый ток одного экземпляра «экономичной» ЛДС от герметичного кислотного аккумулятора у меня составил 1,4 А при напряжении 11,5 В; итого 16 Вт (хотя на упаковке лампы написано 26 Вт).

Защиту схемы от перегрузки и переплюсовки можно реализовать через предохранитель и диод на входе.

Будьте осторожны! На выходе схемы высокое напряжение и очень серьезно может ударить. Потом не говорите, что не предупреждал. Конденсаторы держат заряд больше суток — проверено на людях. Разрядных цепей на выходе нет. Закорачивание не допускается, разряжайте либо лампой накаливания на 220 В, либо через сопротивление на 1 мОм.

Авторская статья и печатные платы

Русский ксерокс — светокопировальный стол

 

Иностранцы, побывавшие на нашем предприятии, а это были молодые инженеры, с большим интересом наблюдали за работой одного из конструкторов на светокопировальном столе. Видимо, этот прибор был для них чем-то необычайным, потому что один из этих господ позже восторженно произнес: «Russian xerox!». В бытовых условиях такой прибор тоже весьма полезен. Рисунки для выпиливания, вышивания, выкройки, а также необходимые схемы ко всякого рода лабораторным и курсовым нужным и не очень работам можно без труда, как говорят студенты, «состеклить» с оригинала.

Цитата из интернет

 

 

Для работы с фотоматериалами светостол просто необходим. Студентам чаще знаком как «ДРАЛОСКОП».

Cветокопировальный прибор, представляет собой   неглубокий ящик из фанеры или ЛДСП. Внутри расположены «неоновые» лампы дневного света.

Сверху ящика расположено матовое стекло толщиной 5—6 мм, удерживаемое от смещения угольниками, прикрепленными шурупами на углах рамки. По периметру рамы можно сделать отверстия диаметром 25 мм для вентиляции. Вместо стекла лучше использовать белый лист оргстекла или полистирола 6-8мм толщиной.

Конструктивные размеры зависят от имеющихся в наличии ламп. Внутреннюю полость ящика лучше обклеить фольгой или алюминиевой лентой из магазина стройматериалов.

Этот прибор может быть использован как фоторепродукционная установка.  Можно приспособить ножки от старого телевизора. Фотоаппарат крепят на съемном кронштейне.

 

Проявка фоторезиста в промышленности

ПРОЯВЛЕНИЕ ФР

Условия проявления зависят от со­става фоторезиста, точные рекоменда­ции обычно даются в спецификации.

общие ус­ловия проявления таковы:

  • давление проявителя — 1,5.2,0 бар;
  • температура проявителя -25…32°С;
  • концентрация карбоната нат­рия — 0,7.1,0%;
  • концентрация карбоната ка­лия — 0,8.1,1%;
  • брэйк-пойнт — 50…60%;
  • давление распыления при про­мывке — 1,2…2,0 бар;
  • температура промывки-15…25°С;
  • длина камеры промывки больше половины длины камеры проявления.

 

Брэйк-пойнт

 

Скорость проявления должна соот­ветствовать конкретному типу фоторе­зиста. Брэйк-пойнт есть процентное отношение активной длины камеры, на которой удалился фоторезист, к об­щей длине камеры проявления.

Расчет брейк-пойнта выполняется следующим образом:

(Р х 100%)/Дп,

где Р — расстояние от входа в про­явочную камеру до брейк-пойнта; Дп — используемая длина проявочной камеры.

Брэйк-пойнт устанавливают на неэкспонированных заготовках тако­го же размера, что и рабочие заготов­ки (по ходу конвейера). Чтобы изме­нить брэйк-пойнт, нужно рассчитать скорость, требуемую для установле­ния данного брэйк-пойнта, используя уравнение:

Скорость = брэйк-пойнттреб х скорость [при брэйк-пойнтизм] / брэйк-пойнтизм.

Теперь необходимо настроить рас­четную скорость конвейера и провес­ти тест. Процедуру повторяют до тех пор, пока брэйк-пойнт не будет пра­вильно установлен.

 

Время и условия проявления

Время проявления, необходимое для установления нужного брэйк-пой­нта, зависит от состава проявляющего раствора. Время проявления умень­шается с увеличением концентрации карбоната натрия, однако при высо­кой концентрации время может снова увеличиться. Для плат с тонкими про­водниками рекомендуется более низ­кая концентрация. Время проявления уменьшается и при повышении рабо­чей температуры раствора, но более высокая температура не всегда обеспе­чивает лучшие результаты.

Для каждой комбинации типа фо­торезиста и вида оборудования время проявления следует определить инди­видуально. Оно зависит от типа и ко­личества форсунок, давления распы­ления, расстояния между форсунками и заготовками, размера заготовок.

 

Система струйной обработки TFS: всегда свежая среда без какой бы то ни было турбулентности, благодаря поливу в противоположных направлениях (Фаза 1 и Фаза 2)

 

 

 

 

Насыщенность раствора фоторезистом

В процессе работы насыщенность раствора проявления фоторезистом увеличивается, соответственно, уве­личивается и брэйк-пойнт, поэто­му скорость конвейера приходится уменьшать.

Рабочий раствор карбоната следу­ет заменить, когда время проявления увеличится на 50% по отношению к свежему раствору. В одном литре раст­вора можно обработать 0,2 м2 фото­резиста толщиной 40 мкм или 0,15 м2 фоторезиста толщиной 50 мкм.

При такой концентрации нет за­метного влияния на боковые стенки канала фоторезиста, на воспроизведе­ние шаблона, разрешение проводника и зазора между ними.

Раствор следует заменить, если:

  • величина pH < 10,2;
  • число обработанных заготовок превышает расчетное;
  • скорость проявителя слиш­ком низка.

 

Насыщенность фоторезистом: система слива и пополнения

В системе слива и пополнения на­сыщенность фоторезистом поддержи­вается постоянной за счет пополнения свежим проявителем.

Момент добавления свежего рас­твора отслеживается путем контроля:

  • величины рН (норма рН = 10,6);
  • числа обработанных заготовок (в зависимости от размера заготовок и процентного соотношения площади проявленного фоторезиста).

В Европе общепринят автомати­ческий подсчет числа обработанных заготовок. На каждые 0,2 м2 прояв­ленного фоторезиста добавляют 1 л свежего раствора карбоната. Перио­дичность добавки зависит от скорости конвейера. Концентрацию рабочего раствора можно проверить титрованием или по удельной проводимости.

Промывка и сушка

Промывка является очень важной частью процесса проявления. Что­бы очистить поверхность платы от посторонних веществ, заготовку нуж­но хорошо промыть при температу­ре 15…25°С. Результатом плохой про­мывки могут стать рваные края мед­ных проводников, грубое, ступенча­тое покрытие, плохая адгезия (при последующем гальваническом мед­нении).

Настоятельно рекомендуется ис­пользовать жесткую воду с 150…300 ррш или 3-6 мг-экв./л карбоната кальция. Давление воды в форсунках должно быть 1,5…2,0 бар. Не рекомендуется промывка в мягкой или деионизован-ной воде, так как в такой воде процесс проявления имеет тенденцию к про­должению, и результатом такой про­мывки будет плохое качество боковых стенок проводников. Если нет воды нужной жесткости, ее можно сделать жесткой искусственно путем добавле­ния небольшого количества раствора сульфата магния.

Заготовку после промывки следует высушить. Оставшаяся на фоторезисте и затем испарившаяся вода ухудшит качество линий (проводников), так как остатки проявителя будут дейст­вовать на боковые стенки фоторе­зиста. Результатом этого оказывается неравномерное покрытие и обрывы проводников. Области на поверхно­сти платы, которые не были высуше­ны сразу же после проявления, могут окислиться.

 

Техническое обслуживание камеры проявления

Камеру проявления следует чис­тить не реже одного раза в неделю, чтобы удалить остатки фоторезиста, накипь карбоната кальция и пено-гаситель. Остатки фоторезиста лучше удалять 3…5% раствором соды или раствором гидроксида калия, однако накипь, вызванную использованием очень жесткой воды, нужно удалять разбавленными растворами серной кислоты.

 

СНЯТИЕ ФОТОРЕЗИСТА

Система удаления и утилизация пленки фоторезиста

Фоторезист  можно удалять в воднощелочных растворах, что можно делать в конвейерных машинах. Время снятия фоторезиста зависит от несколь­ких факторов, таких как тип фоторезис­та, оборудование для снятия, темпера­тура нанесения, толщина фоторезиста и степень его экспонирования.

Снятие фоторезиста в водных растворах

Конфигурация оборудования и требования к процессу влияют на вы­бор состава раствора и температуры.

Для удаления фоторезиста можно ис­пользовать 1…4% растворы едкого калия или каустической соды. Вся операция по снятию фоторезиста должна быть на­строена на брэйк-пойнт 50% или мень­ше, более высокая степень брэйк-пойнта увеличивает вероятность того, что фото­резист не будет полностью удален.

Чтобы минимизировать действие удаляющего раствора на слой из олова или олова-свинца, можно установить брэйк-пойнт на величину 70…80%. При этом нужно убедиться, что фото­резист полностью удаляется.

Важно учитывать, что время сня­тия фоторезиста и размер удаляемых частиц в большой степени зависят от типа фоторезиста.

 

Выбор раствора для снятия фоторезиста

Наиболее подходящий промыш­ленный раствор для снятия фоторезиста содержит химикаты, которые позволяют удалять его быстрее и эффективнее, чем водные растворы гидроксидов натрия и калия. Опти­мальные растворы также минимизи­руют воздействие химикатов на оло­во/олово-свинец, причем слой меди остается без окислов. Эти растворы сегодня становятся распространен­ными при субтрактивном методе из­готовления плат благодаря меньшему воздействию химикатов на олово и лучшему качеству снятия фоторезис­та, что особенно важно в случае плат с высоким разрешением рисунка.

Пополнение раствора (корректировка)

Так как насыщенность раствора фоторезистом замедляет процесс его удаления, рекомендуется использо­вать систему корректировки, чтобы скорость снятия фоторезиста была постоянной. Обычно корректировка осуществляется исходя из числа обра­ботанных плат.

Фоторезист сухой пленочный МПФ-ВЩ

Фоторезист сухой пленочный МПФ-ВЩ водно-щелочного проявления производится по ТУ 6-43-1568-93

 

Модифицированный пленочный фоторезист водно-щелочного проявления МПФ-ВЩ применяется в производстве радиоэлектронной аппаратуры на этапах получения электропроводящих слоев требуемой конфигурации однослойных или многослойных печатных плат по негативной или позитивной технологии.

Фоторезист представляет собой слой несеребряного светочувствительного материала, нанесенного на полиэтилентерефталатную пленочную основу. Поверхность светочувствительного слоя защищена полиэтиленовой пленкой, которая удаляется перед началом работ с фоторезистом.

Фоторезист — это материал, который при облучении его светом ультрофиолетового диапазона изменяет свою способность к растворению в специальном проявителе. Свет обычного видимого диапазона на фоторезист влияния не оказывает. Освещенные области не растворяются, а не освященные растворяются. Проявление проводится в 1-2% растворе кальцинированной (не пищевой) соды при температуре 18-28 градусов,  с последующей промывкой холодной водой. Первоначальная сушка должна производиться просто на воздухе при обычной комнатной температуре. Фоторезист допускает при необходимости добавочную сушку в шкафу при температуре 70-80 градусов в течение 15-20 мин. Но это может понадобиться только для ускорения процесса сушки.

Перед экспонированием фоторезист приклеивается на заготовку печатной платы прямо на фольгу. Для этого с фоторезиста с одной из сторон снимается защитная пленка. Перед наклейкой поверхность фольгированного покрытия платы должна быть уже подготовлена.

Наклеивается пленочный ФР почти так же, как и при тонировке стекол у автомобиля, главное не допустить образования воздушных пузырей. (лучше в слабо- мыльной воде)

Плата оборачивается бумагой и пропускается несколько раз через ламиннатор, для того, чтобы фоторезист лучше приклеился к плате.  После сушка и экспонирование.

После экспонирования снимается верхняя защитная плёнка, и плата погружается в раствор проявителя.

Наименование показателя Норма
Толщина светочувствительного слоя, мкм 50
Толщина полиэтилентерефталатной основы, мкм 20
Толщина защитной полиэтиленовой пленки, мкм 35
Эффективное время экспонирования в области спектра 320-420 нм, с, не более 30
Энергия экспонирования, мДж/кв.см 150-180
Разрешающая способность (минимальная ширина между соседними электропроводящими дорожками), мкм 120

 

 

 

 

 

Примечание:

Не нужно путать эффективное время экспонирования и реальное время экспонирования. Реальное время зависит от реальной освещенности на единицу площади.

Гальваностойкость экспонированного фоторезиста обеспечивает качественное осаждение слоя металла из электролита с рН менее 7. Химическая стойкость экспонированного фоторезиста обеспечивает обработку в растворах с рН до 10 в течение минуты и более при температуре раствора 18-25°С.

Фоторезист выпускается в рулонах шириной 150, 200, 240, 300, 400 и 600 мм, длиной по 70 м.

ATX-донор. Часть3.

АТХ-донор и IR2151(52,53) продолжение…

Несколько интересных схем для реализации

atxpsu2

 

еще

ir2153_40v_15a

 

а вот генератор для люстры Чижевского

IR2153Chigevsky

 

Очень грамотная схема

По комплектующим в принципе, почти нечего сказать, кроме сердечника трансформатора — он был взят из компьютерного БП, хотя тот же результат получается и на кольцах EPCOS N87, размером начиная примерно с 30х18х12, именно такое кольцо работает в одном из моих собранных ИБП. С этого ИБП с легкостью снимается до 400 W мощности, для питания УМЗЧ это выше крыши при моих потребностях. Я таким питаю УМЗЧ, собранный на STK4171 — это 2х40w мощности… При исправных комплектующих и правильной сборке ИБП запускается сразу (у меня в шести случаях не было трудностей ни разу), подстроечным резистором выставляется частота преобразования и все. Свою последнюю печатку в формате SprintLayout5 положил в файловый архив, желающие могут скачать… Правда исходя из собственного опыта, могу сказать, что ее можно использовать в основном в качестве прототипа, ибо собирать приходиться из того, что обычно есть под руками, и всякие диоды, дросселя, конденсаторы каждый раз самых разных размеров… вот и приходиться печатку переделывать. Но, полагаю, с этим трудностей ни у кого не возникнет! Кстати, резистор R10 в защите 1,5 Ом мне пришлось заменить на 0.51 Ом, иначе слишком рано срабатывала защита… Успехов в повторении! Будет время, сделаю подобный ИБП на двух IR2153 — в мостовом включении, что удвоит мощность блока.

 

P.S. А вот диоды на выходе пришлось заменить на сборки помощнее и прилепить их на радиатор…

Авторская статья

и еще



Электронная промышленность — продолжение

Проявление

ФР Проявление ФР — процесс удаления «лишних» (экспонированных — позитивный ФР или неэкспонированных — негативный ФР) в фоторезистивном слое участков в соответствии с локальным облучением при экспонировании.

Проявление негативных ФР

Проявление негативных ФР представляет собой процесс растворения необлученных участков. Основными факторами, определяющими качество изображения при проявлении негативных ФР, являются тип проявителя и полнота реакции полимеризации ФР при экспонировании. Проявитель должен обладать хорошей растворяющей способностью и минимальным воздействием на облученные участки фотослоя. Проявители для негативных ФР представляют собой органические растворители: толуол, бензол, уайт-спирит, трихлорэтилен, хлорбензол, диоксан и др. При неправильно выбранной экспозиции облученные участки сильно набухают, что приводит к искажению рисунка. Проникая между молекулами ФР, растворитель вызывает набухание слоя. При формировании прецизионных фоторезистивных масок набухание приводит к смещениям, смыканиям и деформациям элементов рисунка. Недоэкспонирование негативных ФР приводит к увеличению набухания при проявлении и, следовательно, к уменьшению разрешающей способности ФЛ-процесса. Если экспонирование выполнено при оптимальной экспозиции, перепроявление негативного ФР не опасно, поэтому процессы проявления легко автоматизировать. Отсутствие ионов щелочных металлов является ценным фактором при проявлении негативных ФР.

Проявление позитивных ФР

Проявление позитивных ФР представляет собой процесс удаления облученных при экспонировании участков резистивного слоя. Основными факторами, определяющими качество изображения при проявлении позитивных ФР, являются:

концентрация проявителя;

значение pH проявителя;

температура проявителя (рис. 10, кривая 2);


время проявления (рис. 10, кривая 1).

Величина pH — степень кислотности раствора, определяемая уравнением pH = –lgCН, где СН – концентрация ионов водорода в растворе. Для нейтральных растворов (воды) pH = 7, для кислых — pH < 7, для щелочных – pH > 7

При проявлении позитивных ФР используются растворы неорганических и органических оснований.

При проявлении ФР на основе НХД идет химическая реакция превращения полученной при экспонировании инденкарбоновой кислоты в хорошо растворимую соль, которая затем легко вымывается. После облучения поверхность позитивного ФР переходит из гидрофобного в гидрофильное состояние, поэтому облученные участки фоторезистивного слоя, в отличие от необлученных, хорошо смачиваются проявителем. В качестве проявителей применяются водные щелочные растворы (0,3–0,5%-ный раствор едкого кали, 1–2%-ный раствор тринатрийфосфата) или органические щелочи этанамины. Если слой проэкспонирован не полностью, раствор окрашивается в малиновый цвет, так как часть молекул инденкарбоновой кислоты превращается не в соль натрия, а соединяется с неразрешенными молекулами НХД, образуя краситель. Если молекулы НХД разрушены полностью на всю глубину фоторезистивного слоя, проявитель остается бесцветным.

С целью регулирования скоростей растворения в проявитель добавляют вещества, замедляющие процесс проявления. Такой проявитель называется буферным.

В технологии ИМС составы проявителей подбирают экспериментально. При этом параметрами качества ФР служат как характеристики изображения (точность воспроизведения рисунка и т. п.), так и показатели процесса, например производительность и выход годных.

На рис. 11 показана зависимость времени проявления и времени экспонирования для различных толщин ФР.

Положительной особенностью применения позитивных ФР является то, что при их проявлении практически отсутствует набухание необлученных участков слоя, поэтому позитивные ФР имеют большую разрешающую способность и меньшую ее зависимость от толщины фоторезистивного слоя по сравнению с негативными ФР.

Незначительные изменения концентрации проявителя сильно влияют на точность передачи изображения.

Время проявления стремятся свести к минимуму, так как в противном случае может происходить разрушение незасвеченных участков фоторезистивного слоя из-за наличия механических загрязнений, части разрушенных молекул НХД, а также изза растворения в проявителе полимерной составляющей ФР. Для стандартных позитивных проявителей время проявления составляет 15–20 с.

Концентрация проявителя должна быть минимальна и обеспечивать необходимую производительность проявления.

Уменьшение концентрации щелочного проявителя увеличивает контраст проявления, стабилизирует перенос изображения и снижает его дефектность.

Для каждого ФР существуют оптимальные сочетания экспозиции (времени экспонирования) и времени проявления, обеспечивающие наилучшую воспроизводимость размеров проявленных элементов рисунка. Увеличение экспозиции уменьшает время проявлении. При этом размеры проявленных в позитивных ФР элементов рисунков увеличиваются, а в негативных — уменьшаются. При увеличении времени проявления растет число точечных дефектов в слое ФР и растравливание границ рисунка по контуру окон.

Наиболее благоприятное время проявления ФР должно подбираться в интервале 30–40 с.

3ависимоcть между временем экспонирования t(ЭКС) и временем проявления t(ПР), обеспечивающими наилучшую воспроизводимость проявленных элементов рисунка, показана на рис. 12. На участке 2 кривой, соответствующем устойчивому воспроизведению размеров проявленного рисунка, при небольшом изменении одного из параметров, например t(ЭКС), происходят небольшие изменения другого параметра t(ПР). Участки 1 и 3 соответствуют неустойчивым режимам, так как незначительные изменения одного параметра вызывают большие изменения другого.

После проявления фоторезистивная маска не должна иметь сквозных дефектов, нарушающих ее целостность. Края маски должны быть четкими и ровными, а рисунок полностью соответствовать ФШ. На пробельных участках не должно быть остатков непроявленного ФР.

ФР проявляют пульверизацией или поливом. Эти методы обеспечивают необходимую чистоту процесса, достаточно полное удаление продуктов реакции и высокую производительность, а также возможность объединения в едином цикле на одной установке операций проявления, промывки и сушки на центрифуге.

Пульверизация обеспечивает качественное проявление слоя ФР при изготовлении ИС с элементами малых размеров (менее 5 мкм). При дисперсионном проявлении ФР (рис. 13) подложки подаются на столик центрифуги и удерживаются на нем при вращении вакуумным присосом. При включении центрифуги на подложки подается под давлением мелкодисперсионная струя проявителя. После проявления слоя ФР подложки промывают водой и сушат.

Вторая термообработка (задубливание ФР)

Проводится для удаления проявителя, воды, повышения химической стойкости и адгезии фотомаски к подложке. У негативных ФР сушка сопровождается термополимеризацией, у позитивных — разрушением молекул и последующим задубливанием. Чтобы не произошло ухудшения качества фотомаски, сушку проводят в два-три этапа с постепенным подъемом температуры до максимальной. Для большинства ФР максимальная температура второй сушки 150 °С. Выдержка при максимальной температуре должна быть небольшой, чтобы не произошли разрывы фоторезистивной маски, общее время 1–1,5 ч. Облучение перед второй сушкой большой дозой глубокого УФ устраняет пластическое течение ФР при термообработке и существенно улучшает качество фотомаски.

Термообработка во многом зависит от последующего метода травления.

  • Термообработка фоторезистивной маски, используемой при химическом травлении слоев, представляет собой двух-, трехступенчатый нагрев подложек с масками. При этом первая ступень представляет собой нагрев до температуры (90 +/- 5) °С с выдержкой не менее 10 мин, а последняя ступень — нагрев до температуры не более 160 °С с выдержкой, подбираемой в зависимости от толщины фоторезистивной маски и марки ФР.
  • Термообработка фоторезистивной маски, используемой при ионном травлении слоев, состоит из трех ступеней температуры нагрева: (100 +/- 5) °С — выдержка в течение (10 +/- 1) мин; (150 +/- 5) °С — выдержка в течение (10 +/- 1) мин; (180 +/- 5) °С — выдержка в течение (30 +/- 1) мин.

Этап создания фоторезистивной маски является основным этапом формирования топологического слоя, поскольку точность передачи рисунка на материал интегральной микросхемы (ИМС) во многом зависит от точности полученного на данном этапе фоторезистивного слоя (маски).


 

По материалам журнала Технологии в электронной промышленности №3’2007

Электронная промышленность

Некоторые сведения об использовании фоторезистивных технологий в современной электронной промышленности…


Фотолитография (ФЛ) — это технологический процесс (ТП), основанный на использовании фотохимических явлений, которые происходят в нанесенном на подложку слое фоторезиста (ФР) (Примечание. В литературе можно также встретить термин «актинорезист») при его обработке ультрафиолетовым (УФ) излучением через маску (фотошаблон (ФШ)) и последующей операции формирования маски в слое фоторезиста и травлении технологического слоя через маску в ФР.

Основными параметрами, определяющими технологический уровень ФЛ, являются:

  • минимальный элемент изображения и точность его воспроизведения в ФР по полю изображения, по подложке и в партии обрабатываемых подложек;
  • погрешность совмещения топологических слоев; воспроизводимость формы (рельефа) элементов, протравленных в технологическом слое через маску в ФР;
  • плотность дефектов в технологическом слое, внесенных в процессе литографии.

Формирование слоя фоторезиста

Данный процесс должен обеспечить получение равномерных по толщине бездефектных фотослоев с хорошей адгезией к подложке при сохранении исходных свойств применяемых ФР.

1. Подготовка поверхности подложек.

Рис. 1. Этапы (I, II, III) и операции (1-8) литографического процесса: I — формирование слоя резиста; II — передача рисунка на слой резиста; III — передача рисунка на материал ИМС

 

 


Рис. 2. Классификация литографических процессов

 

 


Рис. 3. Клин травления при передаче рисунка с фотомаски на пленку ФР

 

 


Рис. 4. Поверхность, смачиваемая жидкостью: а) плохо; 6) хорошо


Подготовка поверхности подложки к нанесению ФР состоит из нескольких операций и является индивидуальной для каждого конкретного случая в зависимости от материала подложки, технологии его получения, состояния поверхности и дальнейшего назначения маски. Под подложкой в фотолитографических процессах подразумевается тот материал, на котором формируют резистивный слой. Если фотомаска используется для локального травления, то качество передачи рисунка на подложку зависит в основном от адгезии маски к подложке и от способности тра-вителя проникать под слой фотомаски по границам окон. Адгезия фотослоя увеличивается с повышением смачивания поверхности подложки ФР. Проникновение травителя под слой фотомаски, приводящее к растравливанию подложки (рис. 3), в свою очередь, зависит от смачивания поверхности подложки травителем или водой. Критерием смачиваемости является краевой угол смачивания поверхности твердого тела жидкостью (рис. 4). Оптимально подготовленной к ФЛ поверхностью является поверхность, которая хорошо смачивается ФР и плохо смачивается водой.

Эти условия не противоречат друг другу для большинства полимерных ФР, так как они, будучи сами гидрофобными, хорошо смачивают гидрофобные, а не гидрофильные поверхности. Таким образом, подготовленная к нанесению фоторезиста поверхность должна быть очищена от загрязнений, а также должна обладать свойством гидрофобности. Требования к очистке, содержащиеся в ОСТ 107.750878.001-87, состоят в следующем.

1. Очистка подложек должна включать:

  • обработку моющими средствами;
  • промывку;
  • просушку.

2. Выбор моющих средств для обработки подложек, за исключением полиамидных, производится в соответствии с ОСТ 4Г 0.029.233-84. Обработку подложек из керамики нужно производить с использованием ультразвукового (УЗ) воздействия на частоте не менее 18 кГц.

3. Обработку полиамидных подложек производить в хромовой смеси (серная кислота 1000 мл, вода деионизованная 100 мл, калий двухромовокислый 75 г).

4. Промывку подложек производить в проточной дистиллированной или деионизо-ванной воде.

5. Сушку подложек, за исключением полиамидных, производить при температуре 120 +/-5С в течение 15 +/-5 мин. Допускается производить сушку подложек в центрифуге при использовании специальных линий очистки подложек, в которых предусмотрена такая сушка.

6. Сушку (отжиг) полиамидных подложек производить в среде инертного газа при температуре не менее 200С в течение 60 +/-5 мин.

7. Поверхность подложки, прошедшей очистку, должна быть чистой, без подтеков, пятен и инородных предметов.

8. Очистку подложки следует производить непосредственно перед нанесением на нее слоев. В обоснованных случаях допускается перерыв между окончанием очистки и началом нанесения слоев, который не должен превышать 6 ч при хранении подложек в эксикаторе с силикагелем или 24 ч при хранении в шкафу с защитной средой.

Нанесение фоторезиста.

Нанесенный на предварительно подготовленную поверхность подложек слой ФР должен быть однородным по толщине по всему их полю, без проколов, царапин (т. е. быть сплошным) и иметь хорошую адгезию.

Наносят слой ФР в максимально обеспыленной среде. Перед употреблением обязательно фильтруют в специальных фильтрах.

Существуют следующие методы нанесения ФР:

  • центрифугирование;
  • распыление (пульверизация);
  • электростатический метод;
  • окунание;
  • полив;
  • накатка.

Наиболее распространенными являются первые два метода, о которых мы подробно и расскажем, остальные затронем только с точки зрения их достоинств и недостатков.

Метод центрифугирования (рис. 5)

Центрифугирование в основном применяется для круглых подложек, т. е. пластин кремния и других полупроводников, но с помощью несложной доработки установки для данного метода нанесения ФР можно приспособить и для прямоугольных пластин (рис. 6).

Рис. 5. Схема установки для нанесения слоя. ФР центрифугированием:1- дозатор (капельница); 2 — подложка; 3 — столик; 4 — кожух для сбора избытка ФР; 5 — вакуумные уплотнители; 6 — электродвигатель; 7 — трубопровод к вакуумному насосу

 

 

Рис. 6. Доработанная рабочая камера установки для нанесения ФР центрифугированием на прямоугольные подложки

На несложном оборудовании наносят слои ФР, погрешность толщины которых составляет 5%. На подложку 2, которая устанавливается на столике 3 центрифуги и удерживается на нем вакуумным присосом, ФР подается капельницей-дозатором 1. (Примечание. Время между нанесением жидкого ФР и включением центрифуги должно быть минимальным (0,5-1 с), чтобы вязкость резиста не менялась в результате испарения растворителя). Когда столик приводится во вращение, ФР растекается тонким слоем по поверхности подложки, а его излишки сбрасываются с нее и стекают по кожуху 4. При вращении центрифуги происходит испарение растворителя и вязкость ФР возрастает, поэтому он не полностью сбрасывается с поверхности подложки. Зависимость оставшегося на поверхности жидкого слоя ФР зависит от частоты вращения центрифуги и кинематической вязкости ФР…

Зависимость толщины наносимого слоя от частоты вращения столика центрифуги при различных коэффициентах вязкости ФР показана на рис. 7.

С увеличением скорости центрифугирования уменьшается не только среднее значение толщины ФР, но и ее разброс. При достижении некоторого числа оборотов толщина пленки становится постоянной, а рассеивание минимальным. Это число оборотов называется критическим. Оно соответствует равновесию центробежных и когезионных сил при пленкообразовании.

Рис. 7. Зависимость толщины слоя ФР от частоты вращения центрифуги при различных значениях его кинематической вязкости

Большое рассеяние (невоспроизводимость) значений толщины при числе оборотов, которое меньше критического, можно объяснить краевым утолщением слоя фоторезиста, которое с увеличением частоты вращения уменьшается и смещается к периферии подложки. На рис. 8 изображены профили ФР-слоя, полученные на подложках при различных частотах вращения центрифуги. Из рисунка видно, что при малом числе оборотов краевое утолщение занимает значительную часть подложки, а при большом числе оно практически сводится к нулю. Поскольку максимальная разрешающая способность процесса фотолитографии достигается при минимальной толщине ФР, то целесообразно поддерживать частоту оборотов, превышающую критическое значение. Однако от толщины ФР-слоя зависит его устойчивость к агрессивным средам, которую нельзя обеспечить при минимальной толщине ФР. Таким образом, при выборе толщины слоя ФР, а следовательно, и значения критического числа оборотов, следует исходить не из минимальной, а из оптимальной толщины пленки.

Рис. 8. Профили фоторезистивного слоя, полученные на подложках при разных скоростях вращения центрифуги: 1 — 200 об/мин; 2 -400 об/мин; 3-1000 об/мин

Необходимо отметить, что время центрифугирования мало влияет на параметры слоя. Для формирования слоя обычно достаточно 20-30 с.

Выбирая толщину слоя фоторезиста, необходимо учитывать, что он должен обладать высокой разрешающей способностью (чем меньше толщина, тем выше разрешающая способность) и не терять стойкости к трави-телю. Кроме того, слой фоторезиста не должен иметь дефектов в виде проколов, число которых с уменьшением толщины увеличивается. Следовательно, толщина слоя ФР должна быть возможно минимальной, но достаточной для обеспечения его стойкости к травителю, плотности и малой дефектности (в виде проколов).

Наносимые центрифугированием слои ФР могут иметь дефекты в виде «комет», образующиеся в том случае, если на поверхности подложек имелись остаточные загрязнения или ФР был плохо отфильтрован. Такие дефекты выглядят как направленные от центра локальные утолщения или разрывы слоя ФР.

Достоинствами центрифугирования являются:

  • простота;
  • отработанность;
  • достаточная производительность оборудования;
  • возможность нанесения тонких слоев фоторезиста с небольшим разбросом по толщине.

Недостатки этого метода:

  • трудность нанесения толстых слоев ФР (более 3 мкм);
  • наличие краевого утолщения;
  • загрязнение слоев из-за захвата пылинок из окружающей среды при вращении центрифуги (центр вращающегося диска является своеобразным центробежным насосом);
  • наличие внутренних напряжений в слое ФР;
  • необходимость тщательного контроля вязкости ФР из-за испарения растворителей и режимов работы центрифуги;
  • сложность автоматизации.

Метод распыления (пульверизация)

В литературе можно встретить термин «дисперсионный» метод. Нанесение ФР распылением производится форсункой, в которой для диспергирования струи раствора ФР при выходе из сопла используется сжатый воздух. Для получения равномерных слоев распыление выполняют движущейся форсункой на движущиеся подложки. Параметры слоя зависят от давления и температуры воздуха, расстояния от сопла форсунки до подложки, скоростей движения форсунки и подложки и от параметров ФР. Для улучшения адгезии фотослоя подложки можно нагревать. Распылением можно наносить слой на рельефные поверхности, получать слои толщиной от 0,3 до 20 мкм с точностью до 10%. Основная проблема при нанесении слоев распылением — затягивание пыли и других загрязнений струей диспергированного ФР. Распыление применяют для нанесения ФР на прямоугольные диэлектрические подложки.

Достоинства пульверизации состоят в следующем:

  • возможность изменения толщины слоя ФР в широких пределах;
  • однородность слоев по толщине;
  • отсутствие проколов (пор) и разрывов пленки;
  • отсутствие механических напряжений в слое ФР (как следствие — уменьшение дефектности слоев в 3-4 раза по сравнению с полученными центрифугированием);
  • отсутствие утолщений по краям подложек;
  • возможность нанесения ФР на профилированные подложки (в малейшие углубления и отверстия);
  • возможность нанесения ФР на поверхности большой площади;
  • меньший расход ФР (по сравнению с центрифугированием) ;
  • высокая производительность;
  • возможность групповой обработки и автоматизации.

 

Недостатки метода:

  • затягивание пыли и других загрязнений струей диспергированного ФР;
  • попадание остатков газа-носителя в слой ФР;
  • применение газа-носителя с малой температурой испарения;
  • сложность установки (как следствие — дороговизна).

Электростатический метод

Достоинства метода:

  • высокая производительность;
  • возможность наносить слой фоторезиста на подложки большой площади.

Недостатки:

  • трудность стабилизации;
  • проблема устранения пыли,
  • притягиваемой электростатическим полем;
  • сложность оборудования.

Методы окунания и полива

Достоинства:

  • нанесение слоя ФР на подложки больших размеров;
  • возможность изменения толщины слоя ФР в широких пределах на обеих сторонах подложки.

Недостатки:

  • неоднородность слоя ФР по толщине;
  • высокая вероятность загрязнения слоя ФР.

Общей особенностью нанесения жидких ФР являются трудность получения сплошных слоев заданной толщины и влияния краевых дефектов.

Метод накатки

Накатка применяется для нанесения сухих пленочных ФР, представляющих собой трехслойную ленту.

Достоинства метода:

  • простота процесса;
  • равномерность толщины в пределах 5%;
  • пригоден для нанесения ФР на подложки любого типа.

Недостатки:

  • большая толщина слоя (10-20 мкм);
  • низкая разрешающая способность.

 

Термообработка (1-я сушка) слоя.

Сушка является операцией, завершающей формирование слоя ФР, и выполняется после его нанесения. Она проходит в два этапа:

1) низкотемпературная выдержка нанесенного слоя;

2) высокотемпературная выдержка нанесенного слоя.

В процессе сушки удаляется растворитель, и в пленке ФР происходит сложный релаксационный процесс плотной упаковки молекул, уменьшающий внутренние напряжения и увеличивающий адгезию фотослоя к подложке. Растворитель при сушке необходимо удалять полностью, так как он экранирует фоточувствительные части молекул при экспонировании. Удаление растворителя проходит в две стадии:

1) диффузия изнутри слоя к границе слой -атмосфера;

2) испарение с поверхности.

Если испарение преобладает над диффузией, поверхностный слой ФР уплотняется раньше внутреннего слоя и препятствует удалению растворителя изнутри. При этом возникают внутренние напряжения, ослабляющие слой и приводящие к его разрывам. Для более равномерного высыхания фоторезист приготавливают на смесях растворителей с различными скоростями испарения. Сушку рекомендуют проводить в инертной атмосфере, так как на воздухе возможно окисление молекул ФР.

Основными параметрами процесса сушки являются температура и время, которые в значительной степени влияют на такие важные показатели ФР, как время его экспонирования и точность передачи размеров элементов после проявления. При низких температурах адгезия фотослоя к подложке плохая, преобладает сцепление между собственными молекулами полимера (когезия). Этим объясняется отслаивание фотослоя при проявлении, кроме этого, возможно неполное удаление растворителя. Слишком быстрая сушка может привести к возникновению механических напряжений в пленке. При больших температурах в ФР идет термополимеризация (при 140-200 С) и другие процессы. Так, в слое позитивного ФР при температурах выше критических, протекают те же необратимые явления, что и при экспонировании. Качество проведения сушки влияет на все остальные операции ФЛ.

Рис. 10. Зависимости потери массы ФР (1 ] и его толщины (2) от температуры сушки при длительности сушки 30 мин

На рис. 10 показаны зависимости потери массы ФР (за счет удаления растворителя) и изменения толщины слоя от температуры сушки при постоянном времени сушки.

Большое значение при сушке имеет механизм подвода теплоты.

Существуют три метода сушки:

  • конвективный,
  • инфракрасный (ИК),
  • СВЧ-поле.

Конвективная сушка выполняется в термостатах. Образующаяся на поверхности уплотненная часть слоя препятствует равномерной и полной сушке. Для равномерного испарения растворителя и снижения внутренних механических напряжений в фотослое сушку выполняют в два этапа: 15-20 мин. при 18-20 С, 30-60 мин. при 90-120 С. Недостаток метода — низкое качество ФР-слоя.

ИК-сушка отличается равномерным удалением растворителя по толщине слоя резиста, поскольку источником теплоты является сама подложка. (Примечание. ИК-излучение сначала достигает границы раздела подложка — резист и, отразившись от подложки, сильнее нагревает нижние прилегающие к подложке слои ФР). Возникает такой температурный градиент по толщине резиста, при котором наиболее холодной частью покрытия будет поверхность, а самой горячей — нижние слои, в которых испарение растворителей почти завершено. Следовательно, «фронт сушки» перемещается от подложки к поверхности слоя ФР. Поэтому у поверхности слой преждевременно не уплотняется. Время сушки понижается до нескольких минут. ИК-сушка является основным промышленным методом, применяемым в ФЛ-линиях. Она выполняется непосредственно после нанесения ФР под ИК-лампами при непрерывном продуве азотом.

При СВЧ-сушке подложки нагреваются, поглощая электромагнитную энергию СВЧ-поля. Такая сушка производится в печах мощностью 200-400 Вт при рабочей частоте 2,45 ГГц. Время сушки — несколько секунд. Достоинством метода является высокая производительность, а недостатками — сложность оборудования и необходимость тщательного экранирования рабочего объема во избежание облучения оператора, а также неравномерность сушки слоя фоторезиста на различных по электрическим характеристикам участках подложек. Поэтому СВЧ-сушке подвергают только однородные подложки.

При любом методе сушки ее режимы (время, температура) должны исключать появление структурных изменений в слое ФР.

Высушенный слой необходимо экспонировать не позднее чем через 10 ч.

Сушку подложек следует выполнять в тщательно очищенной от пыли среде. Контролируют качество сушки визуально или под микроскопом.

При нанесении слоя фоторезиста могут появиться различные виды брака.

  • Плохая адгезия ФР к подложке вызывает при последующем травлении растравливание и искажение рисунков элементов. Причиной плохой адгезии является некачественная подготовка поверхности подложек.
  • Локальные неоднородности рельефа слоя фоторезиста, имеющие вид капелек, обусловлены попаданием пылинок на подложки или присутствием посторонних частиц в ФР.
  • Микродефекты (проколы) слоя фоторезиста объясняются теми же причинами, что и локальные неоднородности рельефа.
  • Неоднородности рельефа слоя ФР в виде радиально расходящихся длинных лучей вызываются нарушением режима центрифугирования в процессе нанесения слоя (вибрацией столика при вращении).
  • Неоднородность толщины слоя ФР на подложках и разброс ее на разных подложках являются результатами перекоса столика, уменьшения частоты его вращения и увеличения времени разгона центрифуги. Отклонение толщины слоя ФР от заданной может быть также связано с изменением вязкости ФР.

Точность полученного в процессе фотолитографии (ФЛ) топологического рисунка в первую очередь определяется прецизионностью процесса формирования фоторезистивной маски.

Передача рисунка на слой резиста (т. е. формирование фотомаски (ФР)) — технологический этап, на котором в фотослое создается топологический рисунок. Данный этап состоит из следующих операций (рис. 1):

  • совмещение и экспонирование;
  • проявление;
  • термообработка (2-я сушка).

Изготовление фоторезистивной маски следует выполнять без перерывов. В обоснованных случаях допускаются перерывы между сушкой фоторезистивного слоя и совмещением и экспонированием рисунка, а также между проявлением фоторезистивной маски. При этом длительность каждого перерыва не должна превышать 3 суток, в течение которых подложки должны находиться в светонепроницаемой таре, помещенной в устройство для хранения деталей в защитной среде.

Совмещение и экспонирование

Совмещение фотошаблона (ФШ) с подложкой Совмещение выполняют на той же установке, что и последующее экспонирование, путем наложения рисунков ФШ и подложки.

Современное производство предъявляет очень жесткие требования к точности совмещения (+/-0,5 мкм и менее). Сложность процесса состоит в том, что приходится с высокой точностью совмещать элементы малых размеров на большой площади.

Точность совмещения зависит от следующих факторов:

  • точность совмещения ФШ в комплекте;
  • точность воспроизведения форм и размеров элементов рисунков в процессе ФЛ;
  • качество подложек и слоев ФР;
  • способ автоматического совмещения, качество и сохраняемость в ТП фигур автоматического совмещения;
  • разрешающая способность микроскопа;
  • совершенство механизма совмещения установки;
  • индивидуальные способности оператора.

Существуют три метода совмещения ФШ с подложкой:

  • базовый (используется в основном при первой ФЛ, когда поверхность подложки еще однородна и точность совмещения слоев не требуется), при применении которого выбранный участок подложки — «базу» (сторону) устанавливают в определенном фиксированном положении; этот метод дает точность совмещения +/-10 мкм;
  • визуальный (преобладает), когда оператор совмещает ФШ с подложкой, наблюдая за контрольными отметками; этот метод обеспечивает точность совмещения от 0,25 мкм до 1 мкм и зависит от возможности установки;
  • автоматизированный (фотоэлектрический) с помощью фотоэлектронного микроскопа, обеспечивающего погрешность совмещения не более 0,03–0,3 мкм. На сегодняшний день наибольшее применение нашли 2-й и 3-й методы, поскольку начиная со второй ФЛ, когда на подложках сформированы топологические слои, рисунок ФШ необходимо ориентировать относительно рисунка предыдущего слоя с высокой точностью.

Экспонирование

Существуют три способа экспонирования:

  • экспонирование контактным способом (соответственно и весь процесс ФЛ называют контактной ФЛ);
  • экспонирование с микрозазором;
  • проекционное экспонирование.

Экспонирование контактным способом

Выполняется после совмещения рисунков и устранения зазора до полного контакта шаблон–подложка. Нужное усилие контакта создается вакуумным или пневматическим прижимом. ФР имеют узкую спектральную область поглощения (310–450 нм) и относительно низкую фоточувствительность. Поэтому в качестве источников УФ-излучения применяют ртутно-кварцевые лампы, обеспечивающие высокую освещенность (до десятков тысяч люкс). Для согласования спектров поглощения ФР и излучения источника применяют светофильтры. Параллельность пучка излучения, необходимая для равномерной освещенности экспонируемой поверхности фотослоя, обеспечивается системой конденсоров, имеющих 1–5 кварцевых линз. Разброс освещенности в пределах рабочего поля подложки не должен превышать 5%.

При тщательной стабилизации освещенности и плотном контакте ФШ– подложка на практике процесс экспонирования контролируют временем облучения. Необходимое время экспонирования обеспечивается электромагнитным затвором, время открывания и закрывания шторки которого составляет 0,05–0,1 с, что в интервале времен экспонирования (1 с… 2 мин) обеспечивает хорошую точность.

У системы затвор–дозатор погрешность дозы при экспонировании не более 5%.

Режимы проявления слоя ФР зависят от времени экспонирования. Необходимую экспозицию устанавливают, учитывая тип и светочувствительность ФР, а также толщину его слоя.

Существенным ограничением контактной фотолитографии является неизбежность механических повреждений рабочих поверхностей ФШ и подложки, так как эти поверхности при совмещении находятся на близком расстоянии (10–15 мкм), а при экспонировании плотно прижаты друг к другу. Из-за механического износа пленочного рисунка необходима частая замена ФШ, которая требует остановок оборудования и делает нецелесообразным автоматизацию процесса экспонирования.

При контактировании ФШ вдавливает в фотослой пылинки, микрочастицы стекла и др. На ФШ налипает ФР. Кроме того, любые непрозрачные для УФ-излучения частицы, попавшие между ФШ и фотослоем, также являются причиной появления дефектов фотомаски.

Получение полного плотного контакта между ФШ и подложкой представляет собой практически неразрешимую задачу из-за изогнутости пластин, неидеальности плоскости контактируемых поверхностей, наличия между ними посторонних частиц, из-за неравномерности толщин различных пленок и фотослоя и др. Частичные воздушные зазоры приводят к усилению дифракционных эффектов и обусловливают дополнительное расширение размеров получаемого изображения.

Предельная точность совмещения при контактной ФЛ ограничена сложностью создания системы фиксации перехода от положения «зазор» к положению «контакт», поэтому при переходе от совмещения к экспонированию возможно смещение ФШ относительно подложки. Ошибки могут появиться также из-за того, что оператор совмещает рисунки ФШ и подложки, находящиеся в разных плоскостях.

Важным оптическим эффектом при экспонировании является прохождение УФ-излучения через пленку ФР. Световой поток, проходя через слой ФР, рассеивается в нем, а достигая подложки, отражается от нее и возвращается обратно в слой ФР. Дойдя до поверхности ФШ, световой поток отражается под углом от его металлизированных непрозрачных участков и через прозрачные участки попадает в слой ФР на подложке.

Эти отражения светового потока приводят к нежелательному дополнительному экспонированию участка слоя ФР находящимися под ним непрозрачными участками ФШ (рис. 5). Интенсивность отраженного потока света зависит от коэффициентов отражения подложки и ФШ. Для снижения эффекта отражения при контактной ФЛ используют цветные оксидные ФШ, имеющие малый коэффициент отражения.

ФШ с хромовым маскирующим покрытием имеют коэффициент отражения УФ-излучения (350–450 нм) 0,65, при использовании специальных низкоотражающих оксидных слоев он снижается до 0,04–0,08; у ФШ с железооксидным слоем коэффициент отражения 0,15–0,35.

Контактная ФЛ широко применяется в настоящее время и является наиболее отработанным методом, отличается высокой производительностью и невысокой стоимостью. Вследствие тесного контакта ФШ — подложка достигаются высокие разрешения. На фото — слой позитивного ФР толщиной 0,5 мкм можно передать элементы размерами 1 мкм. Тем не менее в связи с приведенными ограничениями контактной ФЛ дальнейшее совершенствование технологии получения топологии элементов ИМ, вызванное необходимостью повышения степени их интеграции, развивается в направлении применения бесконтактных методов экспонирования и уменьшения дифракционных явлений.

Экспонирование с микрозазором

Данный метод отличается от контактного экспонирования только тем, что после совмещения между подложкой и шаблоном имеется зазор 10–25 мкм, при котором и осуществляют облучение фотослоя.

Проекционное экспонирование

Проекционный метод отличается от теневых способов тем, что основан не на экранировании от равномерного потока света, а на проецировании, т. е. получении изображения, соответствующего топологии шаблона, на поверхности фотослоя с помощью оптической системы со специальным объективом (фотоувеличитель).


По материалам журнала Технологии в электронной промышленности №3’2007