摘要

在印刷和蝕刻生產厚金屬膜中的精密圖案時，需要對化學蝕刻劑有基本的了解，以實現工藝優化和工藝控制。

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。 得出的結論是，正磷酸、多磷酸、氯化鐵蝕刻劑系統允許蝕刻 劑制備和電路處理的合理變化，而不會顯著影響蝕刻的純鋁電 路的線寬減小和邊緣質量。

在所研究的范圍內，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，需要溫度控制和對蝕刻產物積累的密切監控，建立了原子吸收分光光度法測定溶解鋁濃度的方法。

未來的工作將包括評估溴化鐵、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的分析特征上。

介紹

在印刷電路工業中，化學蝕刻長期以來一直是在金屬膜中產生精確圖案的公認方法。蝕刻結合目前的光刻技術，提供了亞微米線分辨率。盡管隨著圖案尺寸數量級接近晶粒尺寸，電路圖案的生產趨向于添加“剝離”技術，但是化學蝕刻仍然是圖案生產的重要方法。

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'刻質量與這些工藝變量關聯起來。

實驗法

將樣品放置在垂直于蝕刻劑流的樣品平面上（圖1）。蝕刻速率由蝕刻時間和樣品鋁厚度決定。通過目測確定蝕刻終點。鋁的厚度是根據在沖壓樣品的材料上進行的β反向散射測量確定的。樣品由127um厚的kapton制備，在該kapton上通過物理氣相沉積（PVD）已經沉積了 127 um的99.999%的鋁。

Kapton樣品上的每個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樣品區域。光致抗蝕劑圖案線寬的定義和減少用于描述蝕刻質量。為了量化線寬減小 ,用閉路電視系統(CCTV)以75X測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。蝕刻前后對樣品進行光顯微照相(50X)。

結果和討論

溫度的影響：盡管蝕刻反應的機理至今未被報道，但希望知道蝕刻過程中蝕刻速率如何變化。 在一個測試中，在蝕刻期間監測樣品鋁的重量損失。發現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過時間之間呈現線性關系（圖2）。由于這一特性，選擇鋁薄膜的視覺消失作為蝕刻終點被認為是合理的，盡管缺乏假定的蝕刻反應機理。

氯化鐵的作用：雖然氯化鐵的存在對于蝕刻浴來說不是必需的，但是蝕刻速率和蝕刻質量對氯化鐵濃度很敏感，如圖7和圖8所示，在60°C和70 °C時，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。數據表明(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一步證實。

正磷酸濃度的影響：在所研究的范圍內，蝕刻速率和正磷酸濃度之間的關系是直接比例關系（ 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系是清楚的，但正磷酸和線寬減小之間的關系并不那么確定（圖4至圖6）。在較高的溫度下（圖6）,數據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定方法：測定鋁和總鐵的分析方法，以監測鍍液成分的變化。這分析方法直接使用蝕刻劑，無需預先進行化學分離進行分析。通過校準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，確定了鋁測定方法的準確性。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準鋁進行比較發現硫酸溶液的鋁離子濃度在2-50 ppm范圍內，吸光度完全一致。對于總鐵的類似校準，合成溶液和鐵（iii）之間有3%的一致性氯化物標準。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，用于測定鍍液中的溶解鋁和總鐵。

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