Aby zrozumieć podstawową przyczynę luki w precyzji, należy najpierw zobaczyć różnice w zasadach działania obu procesów.
Wysoka precyzja logiki metody fotochemicznej
Metoda fotochemiczna, która zwykle odpowiada fotolitografii w produkcji elektroniki, opiera się na podstawowej logice „obrazowania optycznego + trawienia/osadzania chemicznego”. Wykorzystuje wrażliwość fotorezystu na określone długości fal światła i rzutuje wzory na powierzchnię podłoża pokrytego fotomaską przez maskę. Odsłonięty obszar ulega reakcji fotochemicznej, która po wywołaniu tworzy wyjątkowo delikatny wzór odporny na korozję.
Od czego zależy dokładność metody fotochemicznej? Długość fali źródła światła, rozdzielczość systemu soczewek optycznych, dokładność maski i wydajność fotomaski. W produkcji półprzewodników litografia w głębokim ultrafiolecie (DUV), a nawet w ekstremalnym ultrafiolecie (EUV) może zmniejszyć rozmiar elementu do kilku nanometrów. Krawędzie grafiki są prawie pionowe, szerokość linii jest wyjątkowo jednolita i prawie nie ma deformacji spowodowanych kontaktem fizycznym. Jest to podstawowy powód, dla którego metodą fotochemiczną można wygrawerować dziesiątki milionów tranzystorów na płytkach krzemowych.
Wąskie gardło dokładności sitodruku
Zasada sitodruku jest zupełnie inna. Prasuje farbę (lub zawiesinę) przez obszar otworów sita pod wpływem nacisku skrobaka i przenosi ją na powierzchnię podłoża. Mechanizm „fizycznego przeciskania się przez siatkę” sprawia, że z dokładnością mierzy się ona z kilkoma pułapami nie do pokonania:
Ograniczenia strukturalne siatki ekranowej
Sama siatka druciana składa się z przeplatających się nitek osnowy i wątku. Bez względu na to, jak drobna jest siatka i jak duży jest jej rozmiar, otwory w siatce są zawsze dyskretnymi kwadratowymi lub w przybliżeniu kwadratowymi otworami. Podczas drukowania cienkich linii atrament przepływa przez te dyskretne otwory, a krawędzie linii nieuchronnie wykazują „efekt piły” – podobnie jak przy użyciu bloków do tworzenia ukośnych linii, które nigdy nie są gładkie na poziomie mikroskopowym. Jest to podstawowy powód, dla którego dokładność sitodruku nie może przekraczać granicy fizycznej.
Przepływ i dyfuzja atramentu
Po wytłoczeniu atramentu z siatki będzie on płynął i w pewnym stopniu dyfundował na powierzchni podłoża (szczególnie na materiałach o wysokiej energii powierzchniowej). Ta dyfuzja kapilarna może powodować, że drukowane linie będą nieco szersze niż otwory na ekranie, co spowoduje rozmycie krawędzi. Prawo fotochemiczne nie ma tego problemu – wzór fotorezystu jest ściśle określony przez obszar naświetlania, a krawędzie są ostre po wywołaniu chemicznym.
Odkształcenie nacisku zgarniacza i odległości oczek
Podczas sitodruku skrobak dociska sito do podłoża, powodując odkształcenie sprężyste sita; Po skrobaniu ekran odbija się i odłącza. Podczas tego procesu na ilość transferowanego atramentu wpływają ciśnienie, kąt, prędkość i odległość oczek (odstęp między ekranem a podłożem) skrobaka. Wszelkie niewielkie wahania parametrów mogą prowadzić do nierównej grubości warstwy atramentu, co z kolei wpływa na spójność szerokości linii. Metoda fotochemiczna należy do obrazowania bezkontaktowego (naświetlenia projekcyjnego) i nie wiąże się z deformacją kontaktu fizycznego.
Naturalna sprzeczność pomiędzy grubością folii a dokładnością
Wyjątkową zaletą sitodruku jest możliwość drukowania grubych warstw farby (od kilku mikrometrów do setek mikrometrów), co jest trudne do osiągnięcia metodami fotochemicznymi. Jednakże podczas drukowania grubowarstwowego skurcz i przepływ farby podczas procesu suszenia/spiekania jeszcze bardziej zmniejszą dokładność krawędzi. Dążenie do wysokiej precyzji wymaga poświęcenia grubości folii, a dążenie do grubej folii wymaga zaakceptowania spadku dokładności – to trudny kompromis w technologii sitodruku.
Ogólnie rzecz biorąc, stabilna dokładność sitodruku przemysłowego wynosi zwykle od ± 20 μm do ± 50 μm (w zależności od sprzętu i poziomu procesu), podczas gdy metodą fotochemiczną można z łatwością osiągnąć ± 1 μm lub nawet więcej. Oba różnią się całkowicie pod względem wymiaru dokładności.
