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发布时间: 2017 - 12 - 06
在LED外延及芯片制造领域,湿法设备占据约40%以上的工艺,随着工艺技术的不断发展,湿法设备已经成为LED外延及芯片制造领域的关键设备,如SPM酸清洗、有机清洗、显影、去胶、ITO蚀刻、BOE蚀刻、PSS高温侧腐、下蜡、匀胶、甩干、掩膜版清洗等。南通华林科纳CSE深入研究LED生产工艺,现已形成可满足LED产业化项目需求的全自动湿法工艺标准成套设备。 LED 芯片的制造工艺流程为:外延片→清洗→镀透明电极层→透明电极图形光刻→腐蚀→去胶→平台图形光刻→干法刻蚀→去胶→退火→SiO2 沉积→窗口图形光刻→SiO2腐蚀→去胶→N极图形光刻→预清洗→镀膜→剥离→退火→P 极图形光刻→镀膜→剥离→研磨→切割→芯片→成品测试。 CSE-外延片清洗机设备 设备名称南通华林科纳CSE-外延片清洗机设备可处理晶圆尺寸2”-12”可处理晶圆材料硅、砷化镓、磷化铟、氮化镓、碳化硅、铌酸锂、钽酸锂等应用领域集成电路、声表面波(SAW)器件、微波毫米波器件、MEMS器件、先进封装等专有技术系统洁净性技术均匀性技术晶圆片N2干燥技术模块化系统集成技术自动传输及精确控制技术溶液温度、流量和压力的精确控制技术主要技术特点系统结构紧凑、安全腔体独立密封,具有多种功能可实现晶圆干进干出采用工控机控制,功能强大,操作简便可根据用户要求提供个性化解决方案设备制造商南通华林科纳半导体设备有限公司 www.hlkncse.com 400-8768-096 ;18913575037更多的外延片清洗设备相关资讯可以关注华林科纳CSE官网(www.hlkncse.com),现在热线咨询400-8798-096可立即获取免费的半导体行业相关清洗设备解决方案。
发布时间: 2017 - 12 - 06
旋转式喷镀台结合微组装工艺对镀制工艺的小批量、多规格和特殊应用要求等特点,在6" (150mm)晶圆电镀系统中采用了倾斜式旋转喷镀技术倾斜式旋转喷镀单元分由两个部分组成,一为阴极夹具、旋转单元、导线电刷、N2 保护单元组成的阴极回转体,二为三角形槽体、阳极和电力线挡板组成的阳极腔。倾斜旋转喷镀结构示意图如下:从镀制结构方式、镀制工艺应用分析可以看出,采用倾斜式旋转喷镀有以下几种优势。一是这种结构方式易实现槽体密封和附加N2 保护功能。二是在这种镀制工艺中,阴极的旋转运动使槽内电场不均问题得以解决,从而提高了镀制的均匀性。三是呈45°倾斜加阴极旋转的方式,可以较容易的祛除晶圆表面的气泡附着及“产生”气泡的消除。四是采用了多微孔进行镀液喷射,实现搅拌功能,消除局部PH值、温度、离子浓度等不均匀带来的影响。五是采用三角形镀槽设计最大限度的减少了镀液的消耗。六是该镀制结构方式可以满足多品种、小批量、低成本的生产需求。倾斜旋转喷镀技术、工艺优势斜式三角镀槽结构本系统采用倾斜式三角形镀槽结构,镀槽入口溢流口均与三角形斜边平行,可得到稳定且不易积累气泡的流场环境。通过进行相关模拟、仿真和验证,镀液入口采用扇形喷咀式结构,可保证镀液在平行于阴极表面方向上形成均匀而稳定的流场。从而通过改变流场的方法改善了镀层的均匀性。该结构的另一优点可使电镀液的用量减至最少程度。 南通华林科纳CSE采用倾斜旋转喷镀方法进行晶圆电镀工艺处理,由于结构上的特点,该方法经实验验证具有:①结构简单;②工艺参数控制容易;③有利气泡的消除;④镀制均匀性得到提高;⑤镀制溶液用量少。该方法尤其适应于小批量、多规格的电镀工艺,同时可以取得较好的镀制均匀性。图6为我们所研制的150mm晶圆倾斜旋转喷镀系统,目前已批量生产并在工艺线上得到较好的应用,产品已通过技术定型鉴定和用户验收。实现的主要工艺指标:最大晶...
发布时间: 2016 - 06 - 22
双腔甩干机1. 应用范围:l 本機台適用於半導體2”4”6”8”晶圓(含)以下之旋乾製程.l 设备為垂直式雙槽體機台,可同Run 50片.l 可對旋乾步驟進行可程式化控制 (Recipe Program).l 具使用在此設備已超過20年以上的應用馬達控制系統設計, 高穩定度Rotor 設計, 震動值均控制於300 um 以下.l 高潔淨設計,微塵控制於每次運轉增加量, 0.3um , 30顆以下.   2. 操作流程3. 图示 4. 規格l 機台內皆使用鐵氟龍製DI , N2 控制閥件l 直流式馬達: DC無刷馬達750Wl 真空負壓軸封設計,隔離槽外污染l 不銹鋼N2過濾器 0.003~0.005μml 氣體加熱器及加熱墊控制乾燥速率l 壓力感測保護(加熱器空燒保護)l 槽外貼Silicon材質加熱墊 x1 片, 220VAC , 300W(溫度開關90°C OFF 70°C ON)l  Viton材質充氣式氣囊及槽後密封環,保持室外絕緣l 不銹鋼槽體SS316經拋光及電解研磨l 單顆螺絲固定轉子,並按客戶需求指定使用訂做l 轉子經拋光及電解研磨,並做動態平衡校正l 可選擇指示燈訊及蜂鳴器音樂故障碼功能: 門鎖警告,氣體不足,傳動異常警告 5. 電控系統l  控制器操作介面: 7”記憶人機+ PLC可程式自動化控制器(人機 Touch Screen,整合介面) 。l 軟體功能Ø 編輯/儲存 : 製程/維修/警示/編輯/配方/,皆可從操作螢幕上修改。Ø 儲存能力記憶模組...
发布时间: 2016 - 03 - 07
枚叶式清洗机-华林科纳CSE南通华林科纳半导体CSE-单片枚叶式洗净装置的特长:单片式清洗装置的优点(与浸渍.槽式比较)1.晶片表面的微粒数非常少(到25nm可对应)例:附着粒子数…10个/W以下(0.08UM以上粒子)(参考)槽式200个/W2.药液纯水的消费量少药液…(例)1%DHF的情况  20L/日纯水...每处理一枚晶片0.5-1L/分3.小装置size(根据每个客户可以定制) 液体溅射(尘埃强制除去)  (推荐)清洗方法单片式装置的Particle再附着问题   更多的半导体单片枚叶式湿法腐蚀清洗设备相关信息可以关注华林科纳CSE官网(www.hlkncas.com),现在热线咨询400-8768-096;18913575037可立即获取免费的半导体清洗解决方案。
发布时间: 2016 - 03 - 07
自动供酸系统(CDS)-南通华林科纳CSEChemical Dispense System System 南通华林科纳半导体CSE-CDS自动供酸系统 适用对象:HF、HN03、KOH、NH4OH、NaOH、H2SO4、HCL、 H2O2、IPA等主要用途:本设备主要用于湿法刻蚀清洗等制程工程工序需要的刻蚀液集中进行配送,经管道至设备;具有自动化程度高,配比精确,操作简便等特点;具有良好的耐腐蚀性能。控制模式:手动控制模式、自动控制模式设备名称南通华林科纳CSE-CDS自动供酸系统设备型号CSE-CDS-N1507设计基准1.供液系统(Chemical Dispense System System)简称:CDS2. CDS 将设置于化学房内:酸碱溶液CDS 系统要求放置防腐性的化学房;3. 设备材质说明(酸碱类):酸碱溶液CDS外构采以WPP 10T 板材,内部管路及组件采PFA 451 HP 材质;4. 系统为采以化学原液 双桶/单桶20L、200L、1t等方式以Pump 方式运送到制程使用点;5. 过滤器:配有10” PFA材质过滤器外壳;6. 供液泵:每种化学液体配有两台或者一台 PTFE材质的进口隔膜泵;7. Empty Sensor & Level Sensor:酸碱类采用一般型静电容近接开关;8. 所有化学品柜、歧管箱及阀箱均提供泄漏侦测器与警报功能。CDS系统设备规格 1. 系统主要功能概述设备主要功能:每种化学液体配两个桶(自动切换)、配两台泵(一用一备)、带过滤器;系统控制单元:配带OMRON 8”彩色触摸屏,OMRON品牌PLC系统;2. 操作模式: CDS 系统皆有PLC 作Unit 内部流程控制,操作介面以流程方式执行,兼具自动化与亲和力。在自动模式情形...
发布时间: 2018 - 01 - 23
单片清洗机-华林科纳CSESingle wafer cleaner system南通华林科纳CSE-自动单片式腐蚀清洗机应用于清洗(包括光刻板清洗)刻蚀 去胶 金属剥离等;可处理晶圆尺寸2'-12';可处理晶圆材料:硅 砷化镓 磷化铟 氮化镓 碳化硅 铌酸锂 钽酸锂等;主要应用领域:集成电路   声表面波器件  微波毫米波器件  MEMS  先进封装等  设 备 名 称CSE-单片清洗机类  型单片式适 用 领 域半导体、太阳能、液晶、MEMS等清 洗 方 式2英寸——12英寸设备稳定性1、≥0.2um颗粒少于10颗2、金属附着量:3E10 atoms/ cm²3、纯水消耗量:1L/min/片4、蚀刻均一性良好(SiO₂氧化膜被稀释HF处理):≤2%5、干燥时间:≤20S6、药液回收率:>95%单片式优点1、单片处理时间短(相较于槽式清洗机)2、节约成本(药液循环利用,消耗量远低于槽式)3、良品率高4、有效避免边缘再附着5、立体层叠式结构,占地面积小 更多的单片(枚叶)式清洗相关设备可以关注南通华林科纳半导体官网,关注http://www.hlkncse.com ,400-8768-096,18913575037
发布时间: 2017 - 12 - 06
氢氟酸HF自动供液系统-南通华林科纳CSEChemical Dispense System System 南通华林科纳半导体CSE-氢氟酸供液系统 适用对象:HF、HN03、KOH、NH4OH、NaOH、H2SO4、HCL、 H2O2、IPA等主要用途:本设备主要用于湿法刻蚀清洗等制程工程工序需要的刻蚀液集中进行配送,经管道至设备;具有自动化程度高,配比精确,操作简便等特点;具有良好的耐腐蚀性能。控制模式:手动控制模式、自动控制模式 设备名称南通华林科纳CSE-氢氟酸(HF)供液系统设备型号CSE-CDS-N2601设计基准1.供液系统(Chemical Dispense System System)简称:CDS2. CDS 将设置于化学房内:酸碱溶液CDS 系统要求放置防腐性的化学房;3. 设备材质说明(酸碱类):酸碱溶液CDS外构采以WPP 10T 板材,内部管路及组件采PFA 451 HP 材质;4. 系统为采以化学原液 双桶/单桶20L、200L、1t等方式以Pump 方式运送到制程使用点;5. 过滤器:配有10” PFA材质过滤器外壳;6. 供液泵:每种化学液体配有两台或者一台 PTFE材质的进口隔膜泵;7. Empty Sensor & Level Sensor:酸碱类采用一般型静电容近接开关;8. 所有化学品柜、歧管箱及阀箱均提供泄漏侦测器与警报功能。CDS系统设备规格 1. 系统主要功能概述设备主要功能:每种化学液体配两个桶(自动切换)、配两台泵(一用一备)、带过滤器;系统控制单元:配带OMRON 8”彩色触摸屏,OMRON品牌PLC系统;2. 操作模式: CDS 系统皆有PLC 作Unit 内部流程控制,操作介面以流程方式执行,兼具自动化与亲和力。在...
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蚀刻制程

时间: 2021-08-06
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一、 前言

电路板使用铜作为导电材料,制作过程中大多采用先进电镀再蚀刻的方式使电路成型。一般而言,可概分为减成法(subtractive process)及加成法(additive process),前者是以铜箔基板为基材经印刷或压模、曝光、显影等程序在基板上形成一线路图案再将板面上线路部分以外的铜箔蚀刻掉,最终剥除覆盖在线路上的感光性干膜阻剂或油墨,以形成电子线路的方法;而后者则采未压铜膜的基板,以化学沉铜沉积的反反复,在基板上欲形成线路的部分进行铜沉积,以形成导电线路。减成法又可细分为全板镀铜法(pannel plating)及线路镀铜法(pattern plating),另外还有上述两种制造方法折衷改良的局部加成发法(partial additive)。

目前电路板制造上还是多以减成法为主。无论哪种制造方式,蚀刻皆是其制造流程中不可或缺的一部分,尤其是减成法最为重要。

二、 蚀刻液之分类与说明

蚀刻液一般可分为酸性蚀刻液与碱性蚀刻液两类,酸性蚀刻液会攻击以锡或锡铅为主的阻抗液金属阻剂层,对干膜攻击力较低;反之,碱性蚀刻液则会攻击干膜,对金属阻剂的攻击力较低,所以目前酸性及碱性蚀刻液在电路板制程上的选用大致上十分清楚;有干膜的流程,如内层蚀刻走酸性蚀刻,有金属阻剂的制程,如外层蚀刻则走碱性蚀刻。

2.1 酸性蚀刻液

酸性蚀刻液主要用在内层蚀刻以氯酸钠、氯化铜以及氯化铁为主,以下针对这几种酸性蚀刻液作介绍:

2.1.1 氯化铁蚀刻液

氯化铁蚀刻液是利用铁离子、氯离子以及铜离子作为主要蚀刻力产生源之蚀刻液。配制上时利用铁金属(来源之一为钢铁工厂制程副产品),与盐酸作用而得之氯化亚铁为主成分。由于铁离子的还原电位较铜高所以铜会被其侵蚀,被蚀刻后的铜以离子态存在于蚀刻液中又会再蚀刻铜。氯化铁蚀刻液可用于单面板及内层板之蚀刻。其蚀刻速率约(20-25μm/min),蚀刻能力约(60-80g/l)。氯化铁系统因具药水再生性,所以可以降低制程成本;其最大的问题在于制程中会在设备上以及工作场所造成不易去除且有颜色之污垢,且槽液中不纯物很多,尤其铁、铜离子同时存在,大大影响其废液之回收价值,因此在单面板和内层板之蚀刻领域中,大多被氯化铜蚀刻液取代。目前多使用于铁/镍合金蚀刻,例如导线架业,一般电路板厂较少使用。其系统可以视为氯化铁/盐酸系统:其氯化铁约占40w/w%,HCI约占5%其反应式如下:

FeCl3 +Cu0  →FeCl2 +CuCl            (1)

FeCl3 +CuCl →FeCl2+CuCl2             (2)

CuCl2+Cu0 →2CuCl                    (3)

见反应式(1)-(3),三价铁会将于表面接触到的铜氧化成一价铜,此一价铜之后会再被三价铁氧化成二价铜,此二价铜本身具备将铜面氧化的能力,整个过程中的金属离子仅有二价铁不具蚀刻力,因此需要将二价铁再氧化成三价铁以维持槽液的活性,详见下式(4)、(5):

4FeCl2+O2+4HCl→4FeCl3+2H2O         (4)

FeCl3+H2O→Fe(OH)3+3HCl         (5)

由(4)、(5)两式可知在氧气(空气)充足的情况下添加盐酸可以将二价铁氧化成三价铁,且当盐酸消耗过多时会产生氧化铁沉淀,因此控制酸含量对于氯化铁蚀刻液的系统来说十分重要,一般而言PH通常控制在0.5-1之间。

2.1.2 氯化铜蚀刻液

利用二价铜离子和氯离子为主轴的铜蚀刻液,通常由氯化铜、盐酸、氯化钠或氯化铵配成,通常以氯酸钠或双氧水等氧化剂的系统连续再生而成,成本较氯化铁蚀刻液便宜,废液亦有回收价值。

氯化铜蚀刻液有良好的蚀刻因子,再生控制适当时,其蚀刻速率、蚀刻状态都不错。但若氯化不足,则蚀刻速率降低,且水洗会产生白色氯化亚铜沉淀;若氯化过量,则会产生游离氯气,极易侵蚀蚀刻机的金属零件。冷却时,喷嘴容易因结晶被堵塞,需常清洗。对一般金属,有腐蚀作用,故耐蚀膜也只能采用耐酸油墨或干膜,因此仅适用于单面板及内层板的蚀刻。氯化铜的使用值得注意的是残留铜面的亚铜离子,会形成氯离子之铜错盐溶解于槽液中。

2.1.3 氯酸钠系统

本系统与氧化铜之系统十分相似,一样具有二价铜供给铜面的反应产生,但是其再生反应是以添加氯酸钠(NaClO3)的方式来再生,此杂声反应需要盐酸的配合,反应之副产物为盐巴,值得一提的是在Cu+不足的情况如果PH低于0.5加入氯酸钠会有下式之反应发生:

2NaClO3+4HCl →2ClO2+Cl2+2NaCl+2H2O

由上式可以知道盐酸与氯化钠直接反应会生成次氯酸和氯气;可以想象,如果槽液的状态或甚至温度改变,都有可能造成次氯酸气体和氯气的产出;其中次氯酸容易溶于水中,氯气的产出则较危险,另外氯化钠和铜离子亦会同时存在。

高浓度的氯酸钠蚀刻液必须注意安全:PH为十分重要的控制因子,简而言之,PH高时会再生反应,PH过低则会发生氯气,操作中PH控制于1.3-1.5之间,PH 3以上还会有氢氧化铜产生。先前的酸性蚀刻因为要维持高蚀刻速度的关系必须在高酸下运作(>2.5N),因此相对之下有产生氯气的风险,目前,友缘化学所推出的新一代酸性蚀刻液可以在低酸下(1-2N)之间达到更高的产速,因此几无氯气产生的风险。

2.2碱性蚀刻液

2.2.1 碱性氯化铵之铵铜蚀刻液(即碱性氨系蚀刻液)

首先针对一般的碱性蚀刻而言作介绍:一般的碱性蚀刻液是以氯化铜、氯化铵、氯水以及界面活性剂、湿润剂和氧化抑制剂等配制而成,并额外添加辅助成分如氯化钠、碳酸铵、磷酸铵、硝酸铵、乙酸酰胺、氰氨、胺基硫酸或其他含硫化合物,以加强蚀刻液的功能性;对于线宽30μm以下的超细线路蚀刻则另外添加策蚀刻抑制剂(蚀刻速度的要求和一般蚀刻差异剖大,因此其余成分亦须调整)。碱性蚀刻液多年以来无论在使用方法、操作条件、蚀刻液性能、回收性等,一直在改良、进步中,并因此能于业界产品不断变化的情形下生存,且已取代上述几种蚀刻液而成为双面板及多层板蚀刻液的主流。

碱性是蚀刻液稳定、安全性好、蚀刻速率快(最快可达70μm/min以上)、蚀刻能量大(可达170g/l以上)、蚀刻因子佳,各种材料的有机及金属抗蚀刻膜除银外均可适用。

碱性蚀刻液可藉由自动控制器对槽液比重、PH进行监控、添加、排放,因此可以连续大量生产并维持稳定的线速。只要蚀刻液中有足够的氯和氨含量,氯化二氨亚铜随即与氧作用氧化,不会有亚铜的累积,影响蚀刻速率。须注意的是碱性氨系蚀刻液有刺鼻气味,所以必须注意通风与设备抽风。

2.2.2 碱性蚀铜液的反应机构

a.基本反应式:

2Cu+2Cu(NH34Cl2→4Cu(NH32Cl(亚铜错合物)

b.再生反应之反应式:

4Cu(NH32+2NH4Cl+2NH4OH+O2→4Cu(NH34Cl2+2H2O

c.总反应式:

合并a.b两反应式

a反应式之中间态亚铜离子之溶解度很差,是一种污泥状的沉淀物,若未迅速除掉时,会在板面上形成蚀铜的障碍,因而造成板面或孔壁的污染,必须辅助以氨水、氯离子及空气中大量的氧,使其继续氧化成可溶性的二价铜离子,而又再成为蚀铜的氧化剂,周而复始的继续蚀铜,直到铜量太多而减慢为止。

2.2.3碱性蚀刻液特性说明

a. 氨铜系统说明:

碱性蚀刻液特定的控制范围内铜含量越高(比重越大)或PH愈低则侧蚀性愈小,蚀铜时药液和铜面产生溶解度小的保护膜Cu(NH32+,此种保护膜物理性质弱,在喷压的作用下侧面保护膜的维持度比垂直蚀铜好,因此在游离铵离子减弱时,则有降低侧蚀功用,PH高意味着游离铵离子多,此时保护膜则容易化成溶解度大的Cu(NH342+离子而离开铜面,因此在PH高或低含铜量蚀刻时,往往造成过蚀现象。

b.侧蚀抑制剂

添加侧蚀抑制剂,能够在铜侧面维持一定的保护膜,此种溶解度低的保护膜在压力悬殊时形成很大的差别,压力大时容易断裂,侧蚀压力小于一定值时不易断裂,由于喷压在侧边较低所以抑制剂可以维持较久的时间并保护侧边的铜不被蚀刻液攻击因此侧蚀可减少20-30%,侧蚀抑制剂对细线路蚀刻的线路品质尤其重要。

c.碱性蚀刻之操作与特性

1)抽风:以喷洒室内质空气呈负压为原则,使空气能与药液充分混合,并提供充足的氧气以满足完成反应之所需。

2)喷嘴:喷嘴依照喷出之形状可分类为扇形,实锥形、空锥形,一般理想的设计是上喷嘴呈锥形下喷嘴呈扇形,不过近来实测发现对于超细线路上下皆扇形有较佳的蚀刻均匀度,另外值得一提的是后蚀刻(post etch)对于蚀刻均匀度有很大的影响。

3)摆动:摆动有定点摇摆式,来回摇摆式。(最佳组合需经实测才能找出最佳条件)。

4)喷管:喷管与前进方向呈顺置、横置、斜置配置。

5)温度:在可作业情形下,越低越好。

6)压力:针对一般电路板喷压以1.2-1.5Kg/cm2就大致足够,太高易打断保护膜,不过对于超细线路而言,其喷压以1.6Kg/cm2较适合,上述所提供的喷压与设备帮浦到喷嘴的设计有关,因此需要依照设备状况调整而非绝对值;板子上面会有积水而有水池效应,所以上压要比下压稍高,因难度较高之线路面宜朝下,且线路顺走之侧蚀大于横走之方向(喷嘴定点摇摆式)。

7)蚀刻速度与设备之线速度:通常设定在蚀刻槽3/4距离处蚀刻完成,以有效长度1.0m为例,一般电路板的蚀刻速度大约设定在60-80μm/min,针对超细线路而言是蚀刻速度大约设定在20-30μm/min,而线速会影响电路板与蚀刻药水中的滞留时间。

8)化学性:PH低,铜含量高,氯离子低,护岸剂多对侧蚀有改善。

9)抗蚀性:对碱性蚀刻而言抗蚀性关系为:Sn>Sn/Pb>Ni>Au>Ink>Dryfilm按上列顺序,所以镀金板及干膜在蚀刻时,必须控制PH值及Cl-值以免被攻击。

10)添加剂:常用高分子型或含氮型之界面活性剂当润湿剂(或并用)

a.使用强有力的含硫、含氮护岸剂

b.使用亚铜错合剂或有机物能与亚铜错盐产生加成衍生物者,达到改变蚀铜速度与护岸之效果。

c.有效的PH缓术剂,稳定PH及控制储存时NH3挥发。

11)铜皮结构与厚度:etching是蚀去一次铜与底铜,可见80%之蚀刻表现取决于基材铜箔,因此使用薄铜箔或铜箔结晶细致及一次铜厚度均匀者,可得到较佳的侧蚀因子。

2.3 其他蚀刻液

2.3.1硫酸---双氧水系列

对金属铜而言,双氧水是一种极佳的蚀刻药液,但由于其本身的性质不够安定,容易分解而影响蚀刻的效果,所以一般均与硫酸并用,并在其中加入适量的安定剂与促进剂,以维持并提升蚀刻液的性能。硫酸—双氧水法因为以下数点特色而被国外电路板业者采用:

a.无刺激性的氨味    b,无铜错合剂  c.无铵离子   d.回收容易  e.废水处理容易

但此蚀刻液最大的问题就是双氧水的安定问题,尤其在开始蚀刻之后双氧水的铜离子开始增加,双氧水的分解速度是会大幅提升,其次是蚀铜量偏低。因为使用双氧水为氧化剂,成本自然也偏高,目前在台湾大多只用于除铜面之氧化物而已。

表面处理的蚀刻液还有很多种类,包括超粗化、棕化、黑化以及SPS等等,由于其功能大多用在改变铜面的状态并非蚀刻线路(SPS也用在SAP制程的蚀刻但是比例不算高)。

三、 碱性蚀刻品质

蚀刻为影响电路板良率的主要因素之一,一般铜线路蚀刻有两个品质重点,分别是蚀刻速度和蚀刻因子:

3.1 蚀刻速率(Etch  rate)

对于一般的蚀刻而言蚀刻速率是十分重要的因子,尤其是针对传统板生产者以及代工厂而言,目前市场的趋势可以分为不同的两极,其中之一是为了做超细线路的板子,尤其是40/40μm以下的电路不能,为了避免线路侧蚀过多底铜厚度的薄化是不可避免的,针对底铜厚度小于8μm的电路板,蚀刻因子的重要性远高于蚀刻速度,针对这类型的板子蚀刻速度大约15-25μm/min较为适合;但是对于一般的电路板就不一样了,在维持蚀刻品质的原则下线速于一定范围内越快越好,为了提升蚀刻速度,因此常在蚀刻液中加入加速剂,某些加速剂在加入后可将蚀刻速率提升。以下为碱性氨系蚀刻液加速剂之分类:

3..1.1 以贵金属加速

贵金属因置换作用在铜面形成催化性核心,促进铜面的蚀刻加速。这些离子的电极电位必须较铜金属更负才行,如此方可将铜原子置换出来,并会造成局部化学电池作用加速铜的溶解。这类型的反应会发生之最主要负面影响为贵金属残留。残留下来得贵金属通常会吸附在线路铜两侧,如果于当时槽液状态下贵金属所带之表面电荷和铜相反则其吸附性非常强,需要更强的外力如微蚀、超粗化或能使添加贵金属与铜带相同电荷之药水才会清除干净,因此添加之金属必须慎选。

这些可溶解之贵金属盐类与氧化物包括有Ag+(一价银离子),Pd2+(二价钯离子),Au3+(三价金离子),Hg2+(二价汞离子),其他尚可使用的有钯离子与白金离子。实验显示使用银离子时,具有最佳加速速率,而最常使用之离子则为汞离子,因其具以下两点优点:

a. 药剂价格低廉  

b. 少量添加即可见其功效;但此法较少被国内业者接受

3.1.2 以润湿剂及渗透剂加速:

润湿剂或渗透剂可以归类于界面活性剂,添加量大多在0.1-5%之间,添加量不需太多就会有很明显的效果。这些界面活性剂强烈的渗透作用,可以加速溶解结构粗糙的底层铜。界面活性剂所呈现的电性也会影响其作用速度与清洗性,通常选用稍微和铜相反电荷且分子量不应太大的界面活性剂,需使亲水基作用稍胜疏水基,这样界面活性剂才能顺利的在基材粗糙表面进行渗透,加速底层铜的溶解。在碱性蚀刻液通常使用特殊的两性界面活性剂;上述界面活性剂的添加尤其对超细线路蚀刻的而系统十分重要。

3.1.3 以有机硫或氮化物进行加速:

含硫或氮的化合物本身和铜面具有结合力,上述化合物对于铜面的结合是全面性的,由于喷压的关系, 线路两侧的含硫或氮之化合物较不容易被移除,所以可以改善蚀刻液的蚀刻因子,实作时发现此类化合物中的某些种类,在碱性中有显著的加速蚀刻效果,同时由于和铜的结合特性亦可当护铜剂,其加速作用是与铜形成可溶性的盐类,使金属铜变成亚铜盐的速度加快。

3.1.4 以卤素衍生物或盐类加速:

一般增加槽液中的氯离子含量,在一定的范围内可以增加蚀刻速度,其来源通常是含氯的盐类。如果使用卤素的衍生物往往都有更佳的效果,目前大u偶是用两种或两种以上卤素化合物,可以与铜离子形成溶解度良好的错离子,故能加速反应进行。

3.1.5 以有机氰化物加速

这类加速剂用来加速亚铜错盐的形成,一般也有助于蚀刻因子的提高,不过有机氰根对铜面的结合力太强,稍微过量就会使蚀刻速度下降。

3.2 蚀刻因子

随着电路板的精密化之发展趋势,电路设计越来越密集,孔间要通过两条或者三条线路,因此蚀刻技术的要求亦愈精细。

3.2.1 悬垂度(over hang)

V表示,指抗蚀刻层,一般而言就是锡铅层(无铅化之后改成纯锡层)超出紧接铜层的宽度,也就是说蚀刻过程中,二铜与抗蚀刻层接面被咬蚀进去的量。其造成的主因除了蚀刻方面的因子外,镀锡(或锡铅)时的状态也有很大的影响。

3.2.2 侧蚀(under-cut)

Y表示,指最大横向蚀刻宽度其值越小愈佳。蚀刻深度(etch depth)以X表示,为侧蚀最宽处至基板之厚度。通常最后品质检验的时候线宽是很重要的因子,制程中其实有很多地方会对铜线路造成侵蚀,因此线宽有可能会不够,因此设计的时候加入补偿值是必要的,而蚀刻段的侧蚀是吃掉线宽的主要因子之一。

3.2.3 蚀刻因子(etch factor)

通常以X/Y表示,与蚀刻液效能、制程设计、操作参数等因子有关。X/Y函数值愈大即表示该蚀刻铜液之侧蚀愈小,对于线路品质越有帮助。

3.2.4 过蚀度(over etch)

Z表示,与很多因素有关,不过以目前的技术来说造成的原因主要是底铜的厚度,因为底铜通常比线路难蚀刻,所以其蚀刻速率当然低于线路铜,因此当底铜很厚时,底铜还没咬完线路铜就已经咬超过了。

四、 超细线路蚀刻

4.1超细线路蚀刻之基本特性

这里所提到的超细线路是指线宽线距介于15μm-40μm之间的产品,当然未来有更细的线路量产亦属此类。

由于积体电路与电子构装技术的更新,以及电脑与通讯系统的激素发展,因此电路板技术朝向高密度、细线路(fine line)的方向发展。由于高密度电路板可提供细线小孔高密度表面构装之积材基板,能符合电脑资讯电子产品小型化,多功能化,高速化及高I/O数的需求,并能与filp chip、BGA、CSP与MCM等电子构装技术相互配合,因此其应用层面更为广泛。目前已发展至1min/1min的线宽线距,因此对于蚀刻液的使用而言必须更注重蚀刻品质;对于超细线路的生产而言其注重的不是线速极快而是蚀刻因子;我们先以一般的情形来进行一个简单的试算,如果底铜厚度8μm,假设线路(trace)补偿值L/S:50μm/30μm,线路铜全是电镀铜,底铜除了电镀铜还有基材铜箔,假设其蚀刻速度比是1.5:1则底铜要咬完线路单边侧蚀要达到8μm,假设线路补偿值L/S:50μm/30μm,线路铜全是电镀铜,底铜除了电镀铜还有基材铜箔,假设其蚀刻熟读比是1.5:1则底铜要咬完线路单边侧蚀要达到8×1.5=12(μm),所以蚀刻完线路宽度只剩50-(12×2)=26(μm),而线距变成30+(12×2)=54(μm),反之如果侧蚀和底铜蚀刻比是1:1则底铜咬完线路单边侧蚀也是8μm,最后线宽有34μm而线距有46μm可见得蚀刻因子在超细线路重要性。

4.2 超细线路所需蚀刻液之重要因子

4.2.1 护岸剂(banking agent)或侧蚀抑制剂

护岸剂即是抗腐蚀之抑制剂,在蚀刻过程中,护岸剂通常被使用来降低侧蚀(提高蚀刻品质)。护岸剂与侧蚀抑制剂可以是一样的添加剂,在定义上最大的不同点在于护岸剂对于蚀刻后水洗干净前的铜面都有保护的功能,而侧蚀抑制剂只在蚀刻反应的前段提供保护。侧蚀添加剂的作用方式乃是在蚀铜反应中产生一层不溶性的钝化膜,而蚀铜机的喷嘴压力足以正面冲破此钝化膜,但对于线路两侧,则因压力不足,因次钝化膜得以继续维持,而达到降低侧蚀的目的。护岸剂亦有相同的功能;由以上叙述我们可以知道几乎没有差别,因此目前两者大多统称为护岸剂,只有在超细线路蚀刻中为求品质而将其区分出来。对于超细线路蚀刻而言护岸剂基本上可以分成两类:(1)界面抑制剂(2)相面抑制剂

a. 界面抑制剂

界面抑制剂可以直接吸附在金属表面,抑制剂需通过电双层达到金属表面并吸附与金属表面形成单层吸附为主的保护层,界面抑制剂的分类通常以其反应模式可以分成:

(1) 几何式抑制剂:藉由抑制剂于金属表面形成隔绝层使蚀刻药水无法与金属表面接触进而降低金属被攻击的几率与蚀刻速度,这类的抑制剂通常带氮或硫,因为这两类的化合物很容易与铜面形成链接。

(2) 去金属活性型抑制剂:目前很少使用于铜金属蚀刻抑制剂,这类型的抑制剂可以吸附于金属活性位置,以阻止化学反应的发生。

(3) 化学反应型抑制剂:此类型的抑制剂除了类似几何型抑制剂可以形成阻隔层之外,其本身通常具有化学活性,可以参与反应并形成另一种形态通常是不易溶解形态。这类型的抑制剂均会与氢离子作用,然后吸附在金属表面,最终形成高分子覆盖膜覆盖于金属表面之上,并且一直离子到达或离开金属。

b. 相面抑制剂

相面抑制剂和界面抑制剂最大的不同在于立体结构,通常相面抑制剂是三维结构而界面抑制剂是立体结构,早期的相面抑制剂就是钝化剂的一种,可以使欲保护之金属面的腐蚀电位移动到钝化区进而使之形成钝化膜。

只有能证明具有从火星可以转变成钝化特性的金属才能跟钝化剂作用一直腐蚀。钝化剂常被认知为氧化型抑制剂,其在中性或弱酸性电解液中特别有效。

如同无机抑制剂一般,某些有机抑制剂已被证实能与腐蚀生成物相互结合而造成一直作用。除了上述两种类型抑制剂功能的一直及,例如BTA。界面抑制剂还能与表面氧化物起作用,进而产生具保护性之聚合物。BTA对铜而言,即具此一抑制行为,表面之氧化铜有助于形成具保护作用之聚合性polymeric triazole film,可表为【Cu(I)BTA】。然而,与界面抑制剂不同,应为三度空间之相面抑制行为。实验显示,亚铜或铜离子及/其氧化物会吸附在金属表面。

4.2.2 底铜厚度

对于超细线路而言由于线路宽度原本就比较窄。基材铜的蚀刻速率又低于电镀铜,因此不论蚀刻因子多好底铜都不能(基材铜加上一铜)都不能太厚,如果底铜超过8μm则光蚀刻段线路宽度的损失就至少12μm以上,因此一般超细线路的底铜总厚度必须控制在5μm以下;由于基材铜具有较电镀铜(指目前电镀板业电镀常用之参数所镀出来的铜)难蚀刻的特性,所以基材铜较厚时容易造成铜毛边,如果底铜一定要达到某个厚度则一铜的比例应相对提高而基材铜的比例应降低,因此超薄铜箔的使用是在所避免。

4.2.3 蚀刻常见问题

超细线路蚀刻的问题其实和一般蚀刻类似,只是由于线宽很细所以会将各种问题的影响放大;通常单纯蚀刻段所造成的问题其实不多,大多是因前制程出状况而影响蚀刻表现的比例较高,比如说渗镀、夹膜、结瘤以及显影不良等问题造成蚀刻结果出状况。

蚀刻段的问题通常是很多原因加总在一起而造成的,单独蚀刻造成的问题以残铜、毛边以及蚀刻不全为主。

c. 蚀刻不全

蚀刻不全也是常见的状况,其造成因素垦是设备或是制程问题,常见的原因包括:

(1) 镀二铜或镀锡时因为均匀度的关系造成夹膜,由于夹膜不容易靠氢氧化钠去除,所以到蚀刻槽时会影响蚀刻速度造成蚀刻不全。

(2) 线速不适合,最常见的是同一条线跑不通料号时如果有某一批是底铜特别厚的情形则容易蚀刻不全。

(3) 渗镀,和夹膜类似知识蚀刻阻剂由干膜改成渗镀或渗镀铜。

d. 上下面蚀刻状态不同

电路板上下两面不均的蚀刻状态不同主要的原因有下列三种:

(1) 两面铜后不均尤其是有削薄铜面的情形时

(2) 上下喷压的设定不良

(3) 喷嘴型式

五、 结论

蚀刻液的使用在电路板制程中是无可避免的,技术也已经十分成熟,不过对于产品日新月异的电路板业界而言,不断的调整参数,微调制程是必须的。现今的酸性蚀刻已经可以达到低酸(无味),高速。碱性蚀刻也已经达到接近中性,可制作超细线路(针对BGA载板而言)。

值得一提的是,超细线路的制作必须从底片开始到包括电镀、贴膜、曝光、显影等流程甚至喷压、线速、操作参数到喷嘴设计等重要的制程设备设计都要配合才能达成,因此需要自药水供应商到生产、设备、品管等领域协力才能达成。

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