УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТАКТНОГО ЭКСПОНИРОВАНИЯ ФОТОРЕЗИСТА

Заявленная полезная модель относится к области оптико-электронной промышленности, где требуется проводить процесс контактной фотолитографии, и касается устройства, которое может быть использовано для проведения операции экспонирования, обеспечивающей формирование изображения кодовой маски в слое фоторезиста, нанесенного на подложку с металлизированным покрытием, при изготовлении оптических шкал, сеток, нониусов, кодовых и считывающих лимбов.
В оптико-электронной промышленности широко используются изготовленные вышеуказанным образом круговые оптические шкалы с высокой угловой точностью элементов топологии.
В качестве аналога выбран «Способ нанесения прецизионного фотолитографического рисунка на цилиндрическую поверхность оптической детали и приспособление для контактного экспонирования изображения для его осуществления» (патент РФ №2519872, кл. G03F 7/00).
Приспособление для контактного экспонирования изображения включает средство для совмещения и фиксации фотошаблона с рабочей поверхностью заготовки оптической детали и источник УФ-излучения, расположенный над фотошаблоном для засветки фоторезистивного слоя заготовки, при этом средство для совмещения и фиксации фотошаблона с рабочей поверхностью заготовки оптической детали содержит металлический корпус, в верхней части которого выполнен ложемент для размещения на нем заготовки оптической детали с заданным радиусом кривизны, совмещенной с зафиксированным вместе с фотошаблоном из полимерного гибкого материала радиальным прижимом, в котором вдоль его продольной оси выполнено окно для засветки слоя из фоторезиста, а в нижней боковой части радиальный прижим снабжен с обеих сторон бобышками с отверстиями для его закрепления с боковыми стенками корпуса, который в верхней части снабжен для фиксации заготовки оптической детали двумя съемными упорами, имеющими винтовые крепления с корпусом, а источник УФ-излучения имеет цилиндрическую форму, снабжен экраном, в котором выполнена по всей его длине диафрагма с апертурой 120°, и расположен соосно с ложементом корпуса.
Недостатком данного аналога является недостаточно высокая точность создаваемых элементов рисунка из-за погрешности совмещения многорядовой последовательности прилегающих друг к другу поверхностей, их ручной механической фиксации и температурных деформаций фотошаблона во время экспонирования.
Также известно устройство, описанное в заявке на полезную модель «Устройство для контактного экспонирования изображения на цилиндрическую поверхность оптической детали» (RU 2015119985, кл. G03F 7/20).
Устройство-прототип содержит средство для совмещения и фиксации фотошаблона с рабочей поверхностью заготовки оптической детали, которое включает оптически прозрачное основание для размещения на нем фотошаблона из оптического стекла с заданным радиусом кривизны поверхности, совмещенной с цилиндрической поверхностью заготовки, радиус которой равен заданному радиусу кривизны фотошаблона, и зафиксированных друг относительно друга с помощью бобышек, например, в форме цилиндров, закрепленных на фотошаблоне, и упора, выполненного из эластичного материала, контактирующего с выпуклой поверхностью заготовки, а также с оптически прозрачным основанием, и представляющего собой вакуумный прижим площадью, превышающей площадь поверхности фотошаблона, а также источник УФ излучения, размещенный перед оптически прозрачным основанием.
Недостатком известного устройства является низкая точность работы преобразователей, реализованных с помощью указанного устройства. Причиной, препятствующей получению высокоточных преобразователей, заключается в изготовлении независимо друг от друга кодовых и считывающих дисков и последующей их сборки, которая используется в оптико-электронных датчиках угловых перемещений. Большую проблему представляет установка такого рода дисков с микрозазором между ними с высокой точностью. Для решения этой проблемы предлагается устройство, обеспечивающее нанесение изображения кодового диска на одну из сторон оптической детали, а изображения считывающего диска - на другую. Нанесение изображения на две стороны оптической детали значительно упрощает сборку и настройку прибора, а также значительно снижает массу изделия.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства, обеспечивающего получение фотолитографических изображений необходимых размеров любой геометрической сложности на двух поверхностях одной оптической детали с высокой точностью их совмещения, изготовление сложных прецизионных оптических элементов, таких, как кодовые и считывающие лимбы, от которых напрямую зависит точность ориентации в пространстве летательных аппаратов.
Поставленная задача решается с помощью устройства для контактного экспонирования фоторезиста, содержащего оптическое основание для установки экспонируемого узла из сопряженных между собой маски фотошаблона, закрепленного на подложке, со слоем фоторезиста, нанесенного на поверхность оптической заготовки, зафиксированной относительно фотошаблона, а также эластичный упор, обеспечивающий вакуумное прижатие экспонируемого узла к основанию, и источник излучения, при этом экспонируемый узел снабжен вторым фотошаблоном, имеющим рисунок маски, отличный от первого, контактирующий с дополнительным фоторезистом, нанесенным на вторую поверхность заготовки, а каждый из фотошаблонов размещен на посадочном месте соответствующей подложки, выполненной с оптическим окном, одно из которых обращено к источнику излучения, при этом подложки жестко скреплены друг с другом с образованием монолитной конструкции экспонируемого узла, установленного с возможностью поворота оптического окна второй подложки к источнику излучения с сохранением ориентации рисунков масок друг относительно друга.
Технический результат настоящей полезной модели достигается точностью фотолитографического процесса, в большей мере определяемого экспонированием, и заключается в расширении технологических возможностей изготовления высокоточных двусторонних изображений кодового и считывающего лимбов на одном диске. Такой диск применяется в фотоэлектрических преобразователях угловых перемещений, выполняющих роль многозначной меры угла, и от того, насколько точно выполнены штрихи на дорожках, зависит точность работы преобразователя.
Сущность полезной модели поясняется сборочным чертежом, где приведено устройство экспонирования.
Это устройство содержит оптически прозрачное основание 1 с отверстием 1′, обеспечивающим создание давления ниже атмосферного, для установки экспонируемого узла. Данный узел представляет собой монолитную конструкцию, состоящую из оптической заготовки 2 с металлизированным покрытием 3-3′, снабженным пленкой фоторезиста 4-4′, сопряженной с маской 5-5′ соответствующего фотошаблона 6-6′. На фотошаблоне 6 закрепляют заготовку 2 бобышками 7, обеспечивая фиксацию ее положения. Каждый из фотошаблонов 6-6′ размещен на посадочных местах соответствующих подложек 8-8′, выполненных с оптическими окнами 9-9′ и жестко скрепленных друг с другом при помощи штифтов 10-10′ с образованием монолитной конструкции экспонируемого узла, контактирующего, с одной стороны, с упором 11, а с другой - с основанием 1. Источник экспонирующего излучения 12 установлен перед оптическими окнами 9 или 9', сопряженными с основанием 1.
Устройство для контактного экспонирования фоторезиста работает следующим образом.
Для нанесения прецизионного фотолитографического рисунка на двух сторонах оптической детали с высокой точностью совмещения рисунков друг относительно друга фотошаблон 6 произвольно закрепляют на подложке 8, размещенной на основании 1, оптическое окно 9 которой обращено к источнику 12, а фотошаблон 6′ - на подложке 8′ с коррекцией его пространственного положения относительно фотошаблона 6. Перед началом экспонирования заготовку оптической детали 2 с нанесенным на нее металлизированным покрытием 3-3′ и снабженную пленкой фоторезиста 4-4′ устанавливают на фотошаблон 6-6′ с маской 5-5′. Подложку 8-8′ с закрепленным на ней фотошаблоном 6-6′ помещают на штифты 10-10′ (с натягом). Образованную монолитную конструкцию, окно 9 которой обращено к источнику 12, накрывают эластичным упором 11 и включают вакуумный насос, обеспечивая вакуумное прижатие экспонируемого узла к основанию 1. Затем производят первый этап экспонирования источником УФ-излучения 12. После окончания процесса экспонирования отключают вакуумный насос и снимают упор 11. Далее монолитный экспонируемый узел поворачивают в перпендикулярном направлении так, что оптическое окно 9′ обращено к источнику 12, накрывают упором 11, включают вакуумный насос и производят второй этап экспонирования источником УФ-излучения 12, после чего отключают вакуумный насос и снимают упор 11. Двухсторонний процесс экспонирования завершен.
Заявленное техническое решение может быть реализовано следующим образом.
Основание 1 выполняют из оптического стекла марки К8.
Заготовку 2 выполняют из оптического стекла марки К8, высверливая на вертикально-сверлильном станке заготовку заданного радиуса R, шлифуют и полируют, после чего на ее рабочую поверхность наносят вакуумным напылением непрозрачный слой хрома толщиной 1 мкм, на котором затем наносят фоторезист.
Фотошаблоны 6-6′ изготавливают из оптического стекла К8.
Бобышки 7 изготавливают из плексигласа.
Подложки 8-8′ и штифты 10-10′ изготавливают из стали.
Упор 11 выполняют из эластичного материала, например, резины в виде коврика.
Заявленное приспособление обеспечивает высокоточное совмещение изображений обеих экспонируемых поверхностей, что позволяет тиражировать полученные детали в условиях массового производства с минимальной себестоимостью и высокой точностью.