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制造工艺的光化学论文

 论文栏目:光化学论文     更新时间:2014-9-28 18:13:46   

1光化学蚀刻工艺的流程

(1)切料切料是将卷料分切成工装所需要的尺寸,以便最合理利用材料。(2)预处理清除金属表面污染物,如油类,蜡,脂类和其它有机物,以及锈,氧化物,污垢,污染性粒子等无机物。不同的污染物通常需采用不同的清洗剂来处理。油类,蜡,脂类和其它有机物通常采用氯化烃气态/碱洗以皂化脂肪酸酯/用含有阴离子或非离子的浸润剂、除垢剂、“助洗剂(”如硅酸钠,它呈碱性,起缓冲作用)和螯合剂(软化水)的乳化液清洗;轻有机物污染通常采用用含有阳离子浸润剂和磷酸盐“助洗剂”的酸性乳化液清洗;有机物和微粒则采用碱性、中性、酸性的阳极或阴极电解清洗;锈,氧化物和无机污染物采用中性乳化液清洗/酸性水溶液清洗来溶解不溶性的污染物(3)光刻胶涂履光刻胶涂履是指在金属表面涂盖一层感光油墨,其方法有多种,如离心涂覆、浸涂、网印、帘幕、滚涂等,目前通常采用滚涂的方法,效率高,质量好。光刻胶包括正性湿膜,负性湿膜,正性干膜,负性干膜。最常用的是负性湿膜,具有价格低廉,精密度高等优点。(4)曝光曝光是指将金属工件放置于两层菲林中,利用抽真空把之夹紧,经过UV光照射曝光,使照射过的光刻胶发生交联聚合反应,膜硬化而不被显影液影响,从而实现精密图形转移至金属板上。(5)显影显影是指通过浸涤或涂喷特定显影剂,把未曝光部分光刻胶溶解,剩下塑化部份。(6)蚀刻金属板放入蚀刻机中,通过一定压力,浓度,温度等方式对金属进行局部快速蚀刻,以获取需要图形。(7)去膜蚀刻完毕,使用强碱去除感光胶,使用工件表面清洁。(8)检验将工件进行分离并依据检验标准检验出货,变到成品。3光化蚀刻的影响因素对于FeCl3蚀刻液(1)蚀刻速度随时间的变化由实验可知,蚀刻时间小于60s时,蚀刻速度随蚀刻时间的增加迅速减小;而蚀刻时间超过60s之后,随着蚀刻时间的继续增加,蚀刻速度下降的,趋势非常缓慢。这是因为Cu在FeC1

2溶液中的蚀刻

机制是扩散控制机制,包括Fe3+从溶液中通过扩散层向Cu表面的扩散和蚀刻产物从蚀刻表面向溶液中的扩散。在蚀刻进行前,Cu表面没有CuCl钝化膜。随着蚀刻的进行,表面的钝化膜开始形成,并在很短的时间(60s)内在局部形成并覆盖整个表面。因此,当蚀刻时间在60s内,随蚀刻时间加长,蚀刻速度急剧下降,蚀刻速度主要由Fe3+向蚀刻表面的扩散控制。而蚀刻时间超过60s之后,Cu表面钝化膜已经完整形成,蚀刻速度主要由Fe3+通过钝化膜的扩散控制,同时也伴随钝化膜的增厚,蚀刻速度下降的趋势大为减缓。(2)FeCl3蚀刻液密度(比重)的影响FeCl3蚀刻液的密度(比重)也是影响其蚀刻速度的主要参数之一。一开始随着蚀刻液密度的上升,蚀刻速度也逐渐加快;当密度达到约1.2g/cm3时,蚀刻速度达到最大值;蚀刻液密度继续增大时,蚀刻速度又逐渐下降。因此,在操作过程中要严格控制蚀刻液的密度(比重)。(3)蚀刻速度随溶铜量的变化FeC13蚀刻液中,由于铜的不断溶解,溶液蚀刻能力将有下降。当蚀刻液溶铜量低于20g/L时,溶液蚀刻速度处于一个稳定的高水平;溶铜量超过20g/L,蚀刻速度开始下降;当蚀刻液中溶铜量达到60g/L,蚀刻速度又趋于一个稳定的低水平,相当于高水平的50%左右。(4)HCl的加入量对蚀刻速度的影响加入的HCl的作用与所蚀刻的金属材料的不同相关。例如,当蚀刻304不锈钢时,HCl的加入降低了蚀刻速率,这是因为在金属表面生成了扩散阻挡层。因此,必须仔细控制HCl的加入量。而当蚀刻Cu时,研究结果表明,HCl的加入量对蚀刻速率的影响不明显。因此,当蚀刻不同材料时,必须对其中HCl的加入量各自考虑。(5)氯化物添加量对蚀刻速度的影响添加KClNaCl对蚀刻速度有较大的影响。随着蚀刻液中KCl的添加,蚀刻速度明显升高,溶液中KCl的添加量达到0.4~0.6mol时(500mL蚀刻液),蚀刻速度达到最大值,与未添加KCl比较,蚀刻速度提高了25%左右;之后,随KCl的添加量增加蚀刻速度开始下降。而添加NaCl具有不同的影响,蚀刻速度随添加量增加而下降,当添加量达到0.6mo(l500mL蚀刻液)以后,蚀刻速度趋于稳定,蚀刻速度大约为未添加NaCI时的80%。由此可见,阳离子对于FeCl3蚀刻液的蚀刻速度也具有不同的效果。

3光化学蚀刻质量的控制

3.1侧蚀

影响侧蚀的主要因素:(1)蚀刻方式:浸泡或鼓泡式蚀刻侧蚀严重,喷淋和溅射式较轻微。(2)蚀刻速度:蚀刻速度慢会造成严重的侧蚀。(3)蚀刻液的密度:蚀刻液的密度越高,蚀刻速度越慢。

3.2基材绝缘电阻

蚀刻后,溶液残留在基材上会使导线间的绝缘电阻降低。对于酸性CuCl2蚀刻液,蚀刻后基材表面可能残留铜和亚铜的盐类,它们都不溶于水。去除方法为用5~10%的HCl漂洗,然后水洗,或采用机械刷洗方法。对于碱性CuCl2蚀刻液,产生的原因主要是蚀刻后水洗不及时、彻底。对于FeCl3蚀刻液,基材表面会吸附和残留FeCl3的络合盐,在水洗时发生水解,经干燥形成氧化铁复盐。去除方法为用5~10%的盐酸或草酸漂洗,然后水洗。

3.3抗蚀层耐蚀性

抗蚀层不耐蚀刻液的原因是干燥不够或固化不彻底。干膜耐酸性蚀刻液的能力很强,一般不会出现被破坏的现象。但是,如果铜基底清洁处理不良、干膜结合力差,也会出现局部破坏。当碱性蚀刻液的pH值大于8.5时,干膜可能出现脱落现象。聚乙烯醇抗蚀层主要用于FeCl3蚀刻液。当其固化不彻底或蚀刻液的盐酸含量较高时可能被破坏。若其用于酸性CuCl2蚀刻液,如果其分子量较低,热聚合温度低,也可能脱胶。4.4蚀刻系数要增大蚀刻系数,可以采用以下方法:(1)用喷射或溅射蚀刻方式,增大垂直方向的蚀刻作用力,提高垂直蚀刻速度。(2)利用分阶段蚀刻的方法或在蚀刻液中加入侧蚀保护添加剂,尽量减小侧蚀。

4光化学蚀刻液再生

4.1FeCl3蚀刻液的再生

(1)Cl2再生法2FeCl2+Cl2→2FeCl3(2)NaClO3再生法6FeCl2+NaClO3+6HCl→6FeCl3+NaCl+3H2O(3)臭氧再生法2FeCl2+2HCl+O3→2FeCl3+H2O+O2(4)电解再生法

4.2酸性CuCl2蚀刻液的再生

(1)Cl2再生法CuCl2+Cl2→2CuCl2(2)H2O2再生法Cu2Cl2+2HCl+H2O2→2CuCl2+2H2O(3)空气再生法2CuCl2+4HCl+O2→4CuCl2+2H2O(4)电解再生法5.3碱性CuCl2蚀刻液的再生(1)结晶法,即通过冷却蚀刻液产生结晶并过滤,降低蚀刻液中过多的铜离子。(2)向蚀刻液中加入NaOH,使过多的铜离子沉淀,然后重新调整其它组分与pH值。(3)萃取法,将蚀刻液和能够萃取铜的有机溶剂混合,分离出含铜的有机层,再用H2SO4与含铜有机层混合,从有机层中萃取出CuSO4。随着制造业的高速发展,光化学蚀刻技术也广泛应用于手机、电脑、彩电、集成电路封装、洗浴用品、装饰等多领域,相信在不久的将来,其应用领域也将越来越广。

作者:尹国钦 郑腾威 单位:宁波东盛集成电路元件有限公司 宁波太古新材料科技有限公司

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