Чтобы понять основную причину разрыва в точности, необходимо сначала увидеть различия в принципах работы двух процессов.
Высокоточная логика фотохимического метода
Фотохимический метод, который обычно соответствует фотолитографии в электронном производстве, имеет основную логику «оптическое изображение + химическое травление/осаждение». Он использует чувствительность фоторезиста к определенным длинам волн света и проецирует узоры на поверхность подложки, покрытой фоторезистом, через маску. Открытая область подвергается фотохимической реакции, которая после обработки образует чрезвычайно тонкий устойчивый к коррозии рисунок.
От чего зависит точность фотохимического метода? Длина волны источника света, разрешение системы оптических линз, точность маски и характеристики фоторезиста. В производстве полупроводников литография в глубоком ультрафиолете (DUV) и даже в крайнем ультрафиолете (EUV) может уменьшить размер элемента до нескольких нанометров. Края графики почти вертикальны, ширина линий чрезвычайно равномерна, деформаций, вызванных физическим контактом, почти нет. Это основная причина, по которой фотохимический метод позволяет гравировать десятки миллионов транзисторов на кремниевых пластинах.
Узкое место трафаретной печати в точности
Принцип трафаретной печати совершенно иной. Он сжимает чернила (или суспензию) через область отверстия трафарета под действием давления скребка и переносит их на поверхность подложки. Механизм «физического продавливания сетки» определяет, что перед ней стоит несколько непреодолимых по точности потолков:
Структурные ограничения сетки экрана
Сама проволочная сетка состоит из переплетенных нитей основы и утка. Независимо от того, насколько мелкой является сетка или насколько велик ее размер, отверстия сетки всегда представляют собой дискретные квадратные или приблизительно квадратные отверстия. При печати тонких линий краска проходит через эти отдельные отверстия, и края линий неизбежно имеют «пилообразный эффект» — точно так же, как использование блоков для создания диагональных линий, которые никогда не бывают гладкими на микроскопическом уровне. Это основная причина, по которой точность трафаретной печати не может превышать физический предел.
Поток и диффузия чернил
После того, как чернила вытеснены из сетки, они будут растекаться и в определенной степени диффундировать по поверхности подложки (особенно на материалах с высокой поверхностной энергией). Эта капиллярная диффузия может привести к тому, что напечатанные линии будут немного шире, чем отверстия на экране, что приведет к размытию краев. В фотохимическом законе этой проблемы нет — рисунок фоторезиста строго определяется площадью экспонирования, а края после химического проявления становятся острыми.
Давление скребка и деформация расстояния зацепления
Во время трафаретной печати скребок прижимает трафарет к подложке, вызывая упругую деформацию трафарета; После соскабливания экран отскакивает и отсоединяется. Во время этого процесса на количество переносимых чернил влияют давление, угол, скорость и расстояние сетки (зазор между экраном и подложкой) скребка. Любое небольшое колебание параметров может привести к неравномерной толщине слоя краски, что, в свою очередь, влияет на постоянство ширины линии. Фотохимический метод относится к бесконтактной визуализации (проекционному воздействию) и не предполагает физической контактной деформации.
Естественное противоречие между толщиной пленки и точностью
Одним из уникальных преимуществ трафаретной печати является возможность печати толстых слоев краски (от нескольких микрометров до сотен микрометров), чего трудно достичь фотохимическими методами. Однако при печати на толстой пленке усадка и растекание краски в процессе сушки/спекания еще больше снижают точность кромок. Стремление к высокой точности требует жертвования толщиной пленки, а стремление к получению толстой пленки требует снижения точности – это трудный компромисс в технологии трафаретной печати.
В целом, стабильная точность промышленной трафаретной печати обычно составляет от ± 20 мкм до ± 50 мкм (в зависимости от оборудования и уровня процесса), тогда как фотохимический метод может легко достичь ± 1 мкм или даже выше. Они совершенно разные с точки зрения точности.
