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表面制备:光致抗蚀剂成像工艺的基础
  2022-05-31      927

文章来源:PCB007中文线上杂志

引言

光成像工艺是PCB制造过程中的初始工序之一。为确保电路的图像尽可能接近预期设计(即线宽和线距),铜箔的表面制备是最关键的成功因素之一。采用表面清洁剂和微蚀剂的最佳组合将提供具有足够表面积的清洁表面,以提高干膜附着力。制造商有多种选择,应通过考虑所用铜箔的类型以及待清除的污物类别来确定最佳工艺。后续专栏文章将介绍更多铜箔类型详情。

可以将表面制备过程称为成像操作的基础。表面制备对抗蚀剂性能至关重要,可增加后续抗蚀剂压合、曝光和显影过程的工艺窗口。在如今高密度和超高密度互连技术中,4mil线宽和线距的合理良率不再是限制。支持先进封装和IC基板生产的需求推动了成像工艺的发展。

选择

目前有几种选择。除了浮石和氧化铝表面制备外,化学清洗作为确保最佳光致抗蚀剂附着力的一种方法也得到了广泛的应用。在这种情况下,仅采用化学工艺,如酸洗剂和微蚀剂。然而,化学清洗要利用微蚀剂来重新构造铜表面,必须先处理铬酸盐转化涂层。

铬酸盐转化涂层

所有铜箔及层压板生产商通过防变色处理加工铜箔,以防止铜箔表面氧化。该处理基于铬酸,可在铜上形成防止铜氧化的水合铬酸盐膜。在储存期间必须防止氧化,但在微蚀前必须去除铬酸盐,否则将导致差异微蚀或阶梯微蚀。阶梯微蚀将使铜表面产生不均匀的形貌,导致光致抗蚀剂附着力低于最佳值。抗蚀剂“锁定”到箔上某些不均匀区域的可能性相当高,这主要是由于表面轮廓中的极高峰及极低谷。防止这种情况的最好方法是完全去除铬酸盐膜。

过去,耐变色是通过将铜箔浸入含有铬酸盐离子的溶液中来实现的。Yates等人 采用电解技术提高铜箔的抗氧化性。其他人后来引入铬酸锌来改进工艺。

决不能低估铬酸盐膜的韧性。这正是为什么我建议在浮石、氧化铝或化学微蚀之前进行强矿物酸清洗的原因。在这些附加工艺之前,有良好的铬酸盐去除过程,能有效提高抗蚀剂附着力。

化学清洗和微蚀

首先,有必要审查各种化学清洗方法。众所周知,清洁的定义是“使污物溶于溶剂”。基本上,人们应该了解污物的成分,以及最适合去除这些污物的适当溶剂。用于清除污物的化学成分是无穷无尽的。表1简要概述了这些工艺。公司还应联系化学品供应商,就适当的操作参数、设备兼容性和成本征求其意见和建议。

表1:化学清洗剂和微蚀剂

有些供应商提供一步铬酸盐去除剂、微蚀剂。同样,应参考供应商的技术数据表,了解正确的使用指南。从笔者看来,有两个单独工序的化学清洗工艺更有效,其一为铬酸盐、污物去除剂,其二为铜去除、铜微蚀剂。

基本化学微蚀工艺

化学微蚀剂的基本原理非常简单:从表面去除氧化物并重新构造铜箔。后者意味着在不过度去除铜的情况下,使铜变得粗糙或形成能够增强光致抗蚀剂附着力的形貌。如果铜箔表面已经没有油、污物和铬酸盐,则在不过度去除铜的情况下创建均匀的形貌更为有效。因此,表面制备工艺的第一步是提供原始表面,以便微蚀能够完成其功能。当表面上残留有污物和铬酸盐时,微蚀将在表面上产生差异或阶梯微蚀。呈现高峰和低谷区域的形貌,可促进锁定抗蚀剂。相反,由于差异微蚀,箔表面有较深沟槽的区域,则存在抗蚀剂形成不良的问题(图1)。在这种情况下,抗蚀剂永远不会完全附着在铜的这些区域。在显影蚀刻剥离过程中,存在其他化学品去除铜的技术差距。当其他工艺可以去除受抗蚀剂保护的铜时,会产生开路后果以及线路走线会出现颈缩。

图1:光致抗蚀剂形成不良(来源:IPC)

最常用的微蚀剂有两种:

· 过硫酸盐基(钠或钾)

· 过氧化氢-硫酸

与过氧化氢、硫酸基工艺相比,过硫酸盐工艺往往会产生更粗糙的形貌。然而,彻底去除铬酸盐转化涂层后,两种蚀刻剂都有效。如图2所示,不同的普通微蚀在形貌上呈现出明显的差异。在评估化学清洗工艺和附着力时,必须考虑这些差异。

图2:不同工艺有不同的微蚀形貌

角状晶粒结构促进了抗蚀剂与铜表面的充分附着。必须认识到,过度粗糙的表面对良好的抗蚀剂附着力也是有害的。通常,更均匀的表面粗糙度有利于抗蚀剂附着力。极为粗糙和不均匀表面轮廓会导致抗蚀剂无法接触铜表面的区域。

总结

“使污物溶于溶剂”,这是简单但准确的清洗定义。对于铜箔表面,在微蚀之前,必须去除铜箔上的有机污物、铬酸盐防变色涂层及氧化物。前者是由含有矿物酸、表面活性剂和其他功能材料的酸性清洗剂构成的。一旦获得洁净铜表面,制造商就能够通过化学微蚀增加箔的表面积。

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