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摘要
? ? ? 在印刷和蝕刻生產(chǎn)厚金屬膜中的精密圖案時(shí)，需要對(duì)化學(xué)蝕刻劑有基本的了解，以實(shí)現(xiàn)工藝優(yōu)化和工藝控制。為了蝕刻純鋁電路，研究了正磷酸、多磷酸和氯化鐵的配方。 研究的目的是確定蝕刻速率和圖案定義對(duì)正磷酸濃度從50%到 95%(v/v)s多磷酸濃度從50%到5%的變化的敏感性(v/v),氯化鐵(III)濃度為10-40g/L,溶解鋁濃度為0.0-5.0g/L。 得出的結(jié)論是，正磷酸、多磷酸、氯化鐵蝕刻劑系統(tǒng)允許蝕刻 劑制備和電路處理的合理變化，而不會(huì)顯著影響蝕刻的純鋁電 路的線寬減小和邊緣質(zhì)量。
? ? ? 在所研究的范圍內(nèi)，在正磷酸濃度為75%至95%和氯化鐵濃度 為10g/LB寸，可獲得最佳的圖案清晰度和線寬減小。為了保持這種最佳狀態(tài)，需要溫度控制和對(duì)蝕刻產(chǎn)物積累的密切監(jiān)控，建立了原子吸收分光光度法測(cè)定溶解鋁濃度的方法。
? ? ? 未來的工作將包括評(píng)估溴化鐵、硫酸化鐵和過渡金屬氧化物鹽，如鎳、鈷、錳、釕和鋨，作為氧化鐵的可能代替品。其他研究將集中在蝕刻反應(yīng)的分析特征上。
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介紹
? ? ? 在印刷電路工業(yè)中，化學(xué)蝕刻長期以來一直是在金屬膜中產(chǎn)生精確圖案的公認(rèn)方法。蝕刻結(jié)合目前的光刻技術(shù)，提供了亞微米線分辨率。盡管隨著圖案尺寸數(shù)量級(jí)接近晶粒尺寸，電路圖案的生產(chǎn)趨向于添加“剝離”技術(shù)，但是化學(xué)蝕刻仍然是圖案生產(chǎn)的重要方法。
? ? ? 本研究的目的是表征鋁蝕刻速率和圖案定義對(duì)濃度、溫度、氯化鐵濃度以及正磷酸濃度、多磷酸條件下溶解鋁濃度變化的敏感性，并將所得蝕'刻質(zhì)量與這些工藝變量關(guān)聯(lián)起來。
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實(shí)驗(yàn)法
? ? ? 將樣品放置在垂直于蝕刻劑流的樣品平面上（圖1）。蝕刻速率由蝕刻時(shí)間和樣品鋁厚度決定。通過目測(cè)確定蝕刻終點(diǎn)。鋁的厚度是根據(jù)在沖壓樣品的材料上進(jìn)行的β反向散射測(cè)量確定的。樣品由127um厚的kapton制備，在該kapton上通過物理氣相沉積（PVD）已經(jīng)沉積了 127 um的99.999%的鋁。
? ? ? Kapton樣品上的每個(gè)PVD鋁被沖壓成1.346厘米的直徑。在所有情況 下，除非另有說明，樣品由涂有PVD鋁的Kapton制備，在該鋁上已經(jīng)顯影了光致抗蝕劑圖案。該圖案由一條860 um寬的線組成，該線位于1.42 cm2樣品區(qū)域。光致抗蝕劑圖案線寬的定義和減少用于描述蝕刻質(zhì)量。為了量化線寬減小 ,用閉路電視系統(tǒng)(CCTV)以75X測(cè)量蝕刻前的光致抗蝕劑圖案寬度和蝕刻后的電路線圖案寬度。蝕刻前后對(duì)樣品進(jìn)行光顯微照相(50X)。
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結(jié)果和討論
? ? ? 溫度的影響：盡管蝕刻反應(yīng)的機(jī)理至今未被報(bào)道，但希望知道蝕刻過程中蝕刻速率如何變化。 在一個(gè)測(cè)試中，在蝕刻期間監(jiān)測(cè)樣品鋁的重量損失。發(fā)現(xiàn)鋁的蝕刻速率在蝕刻期間是恒定的，并且樣品重量損失和經(jīng)過時(shí)間之間呈現(xiàn)線性關(guān)系（圖2）。由于這一特性，選擇鋁薄膜的視覺消失作為蝕刻終點(diǎn)被認(rèn)為是合理的，盡管缺乏假定的蝕刻反應(yīng)機(jī)理。
? ? ? 氯化鐵的作用：雖然氯化鐵的存在對(duì)于蝕刻浴來說不是必需的，但是蝕刻速率和蝕刻質(zhì)量對(duì)氯化鐵濃度很敏感，如圖7和圖8所示，在60°C和70 °C時(shí)，存
在10至20 g/L的范圍，其中氯化鐵濃度的增加與蝕刻速率的增加相關(guān)。數(shù)據(jù)表明(圖7至圖9),蝕刻速率不敏感，鐵（iii）氧化物濃度低于10克/升這一跡象可能需要進(jìn)一步證實(shí)。
圖 7
? ? ? 正磷酸濃度的影響：在所研究的范圍內(nèi)，蝕刻速率和正磷酸濃度之間的關(guān)系是直接比例關(guān)系（ 圖10至12）。盡管在恒定溫度下，正磷酸濃度和鋁蝕刻速率之間的指示關(guān)系是清楚的，但正磷酸和線寬減小之間的關(guān)系并不那么確定（圖4至圖6）。在較高的溫度下（圖6）,數(shù)據(jù)似乎表明增加正磷酸濃度的一般效果是減少線寬的減少。
? ? ? 蝕刻劑中鋁和總鐵濃度的測(cè)定方法：測(cè)定鋁和總鐵的分析方法，以監(jiān)測(cè)鍍液成分的變化。這分析方法直接使用蝕刻劑，無需預(yù)先進(jìn)行化學(xué)分離進(jìn)行分析。通過校準(zhǔn)由不同濃度的溶解鋁組成的一系列合成蝕刻劑溶液的吸光度，確定了鋁測(cè)定方法的準(zhǔn)確性。每種合成溶液代表不同比例的溶解鋁與磷酸鹽背景。將這些合成溶液與標(biāo)準(zhǔn)鋁進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)硫酸溶液的鋁離子濃度在2-50 ppm范圍內(nèi)，吸光度完全一致。對(duì)于總鐵的類似校準(zhǔn)，合成溶液和鐵（iii）之間有3%的一致性氯化物標(biāo)準(zhǔn)。無鋁蝕刻劑的吸光度與去離子水的吸光度相同。該方法的檢出限為2 ppm。原子吸收分光光度法可作為一種快速、簡便的定量分析方法，用于測(cè)定鍍液中的溶解鋁和總鐵。