ETCH(PCB蚀刻培训教材)解析

PCB外层电路的蚀刻工艺一.概述目前,印刷电路板(PCB)加工的典型工艺采用"图形电镀法"（Pattern plating）。

即先在板子外层需保留的铜箔部分上，也就是电路的图形部分上预镀一层铅锡抗蚀层，然后用化学方式将其余的铜箔腐蚀掉,称为蚀刻。

图1所示的，为图形电镀后板子横截面的情况。

在图1状态下,印制板的整体厚度是整个加工过程中之最，以后将逐渐减薄，直到阻焊涂覆工艺。

图1的下一道工艺是去膜，即将铜层上铅锡部分以外的感光保护膜剥离掉。

图2表示了去膜后板子的横截面。

接下去的工艺就是蚀刻。

要注意的是,这时的板子上面有两层铜.在外层蚀刻工艺中仅仅有一层铜是必须被全部蚀刻掉的,其余的将形成最终所需要的电路。

这种类型的图形电镀,其特点是镀铜层仅存在于铅锡抗蚀层的下面。

另外一种工艺方法是整个板子上都镀铜,感光膜以外的部分仅仅是锡或铅锡抗蚀层（见图3）。

这种工艺称为“全板镀铜工艺“。

与图形电镀相比,全板镀铜的最大缺点是板面各处都要镀两次铜而且蚀刻时还必须都把它们腐蚀掉。

因此当导线线宽十分精细时将会产生一系列的问题。

同时,侧腐蚀（见图4）会严重影响线条的均匀性。

在印制板外层电路的加工工艺中，还有另外一种方法，就是用感光膜代替金属镀层做抗蚀层。

这种方法非常近似于内层蚀刻工艺，可以参阅内层制作工艺中的蚀刻。

目前，锡或铅锡是最常用的抗蚀层,用在氨性蚀刻剂的蚀刻工艺中.氨性蚀刻剂是普遍使用的化工药液，与锡或铅锡不发生任何化学反应。

氨性蚀刻剂主要是指氨水/氯化氨蚀刻液。

此外，在市场上还可以买到氨水/硫酸氨蚀刻药液。

以硫酸盐为基的蚀刻药液,使用后,其中的铜可以用电解的方法分离出来,因此能够重复使用。

由于它的腐蚀速率较低，一般在实际生产中不多见,但有望用在无氯蚀刻中。

有人试验用硫酸-双氧水做蚀刻剂来腐蚀外层图形。

由于包括经济和废液处理方面等许多原因,这种工艺尚未在商用的意义上被大量采用.更进一步说,硫酸-双氧水，不能用于铅锡抗蚀层的蚀刻，而这种工艺不是PCB外层制作中的主要方法，故决大多数人很少问津。

ETCH 蚀刻在集成电路的制程中，常需要将整个电路图案定义出来，其制造程序通常是先长出或盖上一层所需要之薄膜，再利用微影技术在这层薄膜上，以光阻定义出所欲制造之电路图案，再利用化学或物理方式将不需要之部分去除，此种去除步骤便称为蚀刻（ETCH）一般蚀刻可分为湿性蚀刻（WET ETCH）及干性蚀刻（DRY ETCH）两种。

所谓干性蚀刻乃是利用化学品（通常是盐酸）与所欲蚀刻之薄膜起化学反应，产生气体或可溶性生成物，达到图案定义之目的。

而所谓干蚀刻，则是利用干蚀刻机台产生电浆，将所欲蚀刻之薄膜反映产生气体由PUMP抽走，达到图案定义之目的。

ISOTROPIC ETCHING 等向性蚀刻在蚀刻反应中，除了纵向反应发生外，横向反应亦同时发生，此总蚀刻即称之为等向性蚀刻。

一般化学湿蚀刻多发生此种现象。

干式蚀刻，其实刻后的横截面具有异向性蚀刻特性（Anisotropic），即可得到较陡的图形。

PLASMA ETCHING 电浆蚀刻1.定义：在干蚀刻技术中，一班多采用电浆蚀刻与活性离子蚀刻，通常电浆蚀刻使用较高之压力（大于200mT）及较小之RF功率，当芯片浸在电浆之中，暴露在电将之表面层原子或分子与电浆中之活性原子接触并发生反应形成气态生成物而离开晶面造成蚀刻，此类蚀刻即称之为电浆蚀刻。

所谓电浆极为气体分子在一电场中被游离成离子（正、负电荷）、电子及中性基（Radical）等，在纯化学反应中，吾人取中性基为蚀刻因子，在R.I.E时，取活性离子作为中性因子。

REACTIVE ION ETCHING（R.I.E.）活性离子蚀刻1. 定义：在电浆蚀刻时，电浆里包含了活性原子、活性离子（正离子）及电子，当压力较低（小于100mT）且气体两端所加之电压够高时，活性离子即被迅速加速冲向电极上之芯片，而撞击晶面上暴露在电浆中的表层，将表层之原子击出，再与活性原子反应因而造成蚀刻，此类之蚀刻即称之为活性离子蚀刻。

目前我们已有的R.I.E蚀刻机台为8110、8130、8330等。

蚀刻详解 (2)一、名词定义 (2)二、Clamping 和拱形电极 (3)1. Clamping：目的 (3)2. Clamping：clamp设计 (3)3. 为什么使用氦气？ (3)4. Clamp所用的材料 (3)5. Clamping ：氦气冷却设计 (4)6. Clamping: clamp的特性 (4)7. Clamp漏率/clamp流量 (4)8. Clamp降压 (4)9. clamp相关的问题 (5)10. 拱形电极：目的 (5)11. 拱形电极：发展 (5)三、SIO2特性 (5)1. SIO2描述 (5)2. 二氧化硅在VLSI中的应用 (6)3. Oxide 制造 (6)4. 二氧化硅选用的考虑事项 (7)5. 蚀刻蚀刻数率会在以下情况增加： (8)四、二氧化硅蚀刻机理 (8)1. 化学蚀刻 (8)2. 物理蚀刻 (9)3. 聚合反应 (9)4. 工艺机理各向异性 (10)5. 离子辅助蚀刻 (10)6. SIO2蚀刻工艺机理：蚀刻速率 (11)7. 工艺机理：各向异性 (11)8. 工艺机理：选择比 (12)9. 工艺机理：均匀性 (12)五、其他 (12)1. 二氧化硅蚀刻的四个基本机理： (13)2. 4500：低频二氧化硅蚀刻 (13)3. 400KHZ Vs 13.56MHZ：间距 (13)4. 400KHZ Vs 13.56MHZ：惰性：活性、气流 (13)5. 400KHZ Vs 13.56MHZ：聚合物累积 (14)6. 4500：clamping和氦气冷却 (14)7. CD和剖面控制/剖面各向异性 (14)8. 硅损失 (14)9. 衬底损伤/接触阻抗 (14)10. 均匀性 (15)11. 蚀刻速率/ 产量 (15)12. 颗粒 (16)13. SOFT ETCH (16)蚀刻详解一、名词定义均匀性（Uniformity）-- 相对平均值的变化，常在描述蚀刻速率，CD和淀积物厚度时使用。

ETCH 蚀刻在集成电路的制程中，常需要将整个电路图案定义出来，其制造程序通常是先长出或盖上一层所需要之薄膜，再利用微影技术在这层薄膜上，以光阻定义出所欲制造之电路图案，再利用化学或物理方式将不需要之部分去除，此种去除步骤便称为蚀刻（ETCH）一般蚀刻可分为湿性蚀刻（WET ETCH）及干性蚀刻（DRY ETCH）两种。

所谓干性蚀刻乃是利用化学品（通常是盐酸）与所欲蚀刻之薄膜起化学反应，产生气体或可溶性生成物，达到图案定义之目的。

而所谓干蚀刻，则是利用干蚀刻机台产生电浆，将所欲蚀刻之薄膜反映产生气体由PUMP抽走，达到图案定义之目的。

ISOTROPIC ETCHING 等向性蚀刻在蚀刻反应中，除了纵向反应发生外，横向反应亦同时发生，此总蚀刻即称之为等向性蚀刻。

一般化学湿蚀刻多发生此种现象。

干式蚀刻，其实刻后的横截面具有异向性蚀刻特性（Anisotropic），即可得到较陡的图形。

PLASMA ETCHING 电浆蚀刻1.定义：在干蚀刻技术中，一班多采用电浆蚀刻与活性离子蚀刻，通常电浆蚀刻使用较高之压力（大于200mT）及较小之RF功率，当芯片浸在电浆之中，暴露在电将之表面层原子或分子与电浆中之活性原子接触并发生反应形成气态生成物而离开晶面造成蚀刻，此类蚀刻即称之为电浆蚀刻。

所谓电浆极为气体分子在一电场中被游离成离子（正、负电荷）、电子及中性基（Radical）等，在纯化学反应中，吾人取中性基为蚀刻因子，在R.I.E时，取活性离子作为中性因子。

REACTIVE ION ETCHING（R.I.E.）活性离子蚀刻1. 定义：在电浆蚀刻时，电浆里包含了活性原子、活性离子（正离子）及电子，当压力较低（小于100mT）且气体两端所加之电压够高时，活性离子即被迅速加速冲向电极上之芯片，而撞击晶面上暴露在电浆中的表层，将表层之原子击出，再与活性原子反应因而造成蚀刻，此类之蚀刻即称之为活性离子蚀刻。

目前我们已有的R.I.E蚀刻机台为8110、8130、8330等。

刻蚀（ETCH）工艺的基础知识何谓蚀刻（Etch）?答：将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。

蚀刻种类：答：（1）干蚀刻（2）湿蚀刻蚀刻对象依薄膜种类可分为：答：poly, oxide, metal半导体中一般金属导线材质为何？答：金身线（W）/铝线（A1）/铜线（Cu）何谓dielectric蚀刻（介电质蚀刻）？答：Oxide etch and nitride etch半导体中一般介电质材质为何？答：氧化硅/氮化硅何谓湿式蚀刻答：利用液相的酸液或溶剂;将不要的薄膜去除何谓电浆Plasma?答：电浆是物质的第四状态.带有正，负电荷及中性粒子之总和;其中包含电子，正离子，负离子，中性分子,活性基及发散光子等，产生电浆的方法可使用高温或高电压.何谓干式蚀刻？答：利用plasma将不要的薄膜去除何谓Under-etching（蚀刻不足）?答：系指被蚀刻材料，在被蚀刻途中停止造成应被去除的薄膜仍有残留何谓Over-etching（过蚀刻）答：蚀刻过多造成底层被破坏何谓Etch rate （蚀刻速率）答：单位时间内可去除的蚀刻材料厚度或深度何谓Seasoning （陈化处理）答：是在蚀刻室的清净或更换零件后，为要稳定制程条件，使用仿真（dummy）晶圆进行数次的蚀刻循环。

Asher的主要用途：答：光阻去除Wet bench dryer 功用为何？答：将晶圆表面的水份去除列举目前Wet bench dry方法:答：(1) Spin Dryer (2) Marangoni dry (3) I PA Vapor Dry何谓 Spin Dryer答：利用离心力将晶圆表面的水份去除何谓 Mar agon i Dryer答：利用表面张力将晶圆表面的水份去除何谓 IPA Vapor Dryer答：利用IPA(异丙醇)和水共溶原理将晶圆表面的水份去除测Particle时,使用何种测量仪器?答：Tencor Surf scan测蚀刻速率时，使用何者量测仪器？答：膜厚计，测量膜厚差值何谓AEI答：After Etching Inspection 蚀刻后的检查AEI 口检Wafer须检查哪些项口：答：(1)正面颜色是否异常及刮伤(2)有无缺角及Particle (3)刻号是否正确金属蚀刻机台转非金属蚀刻机台时应如何处理？答：清机防止金属污染问题金属蚀刻机台asher的功用为何？答：去光阻及防止腐蚀金属蚀刻后为何不可使用一般硫酸槽进行清洗？答：因为金属线会溶于硫酸中"Hot Plate”机台是什幺用途？答:烘烤Hot Plate烘烤温度为何？答:90~120 度 C何种气体为Poly ETCH主要使用气体？答:C12, IIBr, IIC1用于Al金属蚀刻的主要气体为答：C12, BC13用于W金属蚀刻的主要气体为答:SF6何种气体为oxide vai/contact ETCH主要使用气体？答：C4F8, C5F8, C4F6硫酸槽的化学成份为：答:H2SO4/H2O2AMP槽的化学成份为：答:XII40II/II202/II20UV curing是什幺用途？答：利用UV光对光阻进行预处理以加强光阻的强度"UV curing”用于何种层次？答：金属层何谓EMO?答：机台紧急开关EMO作用为何？答：当机台有危险发生之顾虑或己不可控制，可紧急按下湿式蚀刻门上贴有那些警示标示？答：(1)警告.内部有严重危险.严禁打开此门(2)机械手臂危险.严禁打开此门 (3)化学药剂危险.严禁打开此门遇化学溶液泄漏时应如何处置？答：严禁以手去测试漏出之液体.应以酸碱试纸测试.并寻找泄漏管路.遇IPA槽着火时应如何处置?？答：立即关闭IPA输送管路并以机台之灭火器灭火及通知紧急应变小组BOE槽之主成份为何？答：HF (氢氟酸)与NH4F (氟化铉).BOE为那三个英文字缩写？答：Buffered Oxide Etcher 。

十蝕刻10.1製程目的將線路電鍍完成從電鍍設備取下的板子,做後加工完成線路:A. 剝膜:將抗電鍍用途的乾膜以藥水剝除B. 線路蝕刻:把非導體部分的銅溶蝕掉C. 剝錫(鉛):最後將抗蝕刻的錫(鉛)鍍層除去上述步驟是由水平連線設備一次完工.10.2 製造流程剝膜→線路蝕刻→剝錫鉛10.2.1剝膜剝膜在pcb製程中，有兩個step會使用，一是內層線路蝕刻後之D/F剝除，二是外層線路蝕刻前D/F剝除(若外層製作為負片製程)D/F的剝除是一單純簡易的製程，一般皆使用連線水平設備，其使用之化學藥液多為NaOH或KOH濃度在1~3%重量比。

注意事項如下：A. 硬化後之乾膜在此溶液下部份溶解，部份剝成片狀，為維持藥液的效果及後水洗能徹底，過濾系統的效能非常重要.B. 有些設備設計了輕刷或超音波攪拌來確保膜的徹底，尤其是在外層蝕刻後的剝膜, 線路邊被二次銅微微卡住的乾膜必須被徹底剝下，以免影響線路品質。

也有在溶液中加入BCS幫助溶解，但有違環保，且對人體有害。

C. 有文獻指K(鉀)會攻擊錫，因此外層線路蝕刻前之剝膜液之選擇須謹慎評估。

剝膜液為鹼性，因此水洗的徹底與否，非常重要，內層之剝膜後有加酸洗中和，也有防銅面氧化而做氧化處理者。

10.2.2線路蝕刻本節中僅探討鹼性蝕刻,酸性蝕刻則見四內層製作10.2.2.1 蝕銅的機構A. 在鹼性環境溶液中，銅離子非常容易形成氫氧化銅之沉澱，需加入足夠的氨水使產生氨銅的錯離子團，則可抑制其沉澱的發生，同時使原有多量的銅及繼續溶解的銅在液中形成非常安定的錯氨銅離子，此種二價的氨銅錯離子又可當成氧化劑使零價的金屬銅被氧化而溶解，不過氧化還原反應過程中會有一價亞銅離子)出現，即此一反應之中間態亞銅離子之溶解度很差，必須輔助以氨水、氨離子及空氣中大量的氧使其繼續氧化成為可溶的二價銅離子，而又再成為蝕銅的氧化劑週而復始的繼續蝕銅直到銅量太多而減慢為止。

故一般蝕刻機之抽風除了排除氨臭外更可供給新鮮的空氣以加速蝕銅。

刻蚀（ETCH ）工艺的基础知识f4 }" y# [7 N. @4 g何谓蚀刻（Etch）? 答：将形成在晶圆表面上的薄膜全部，或特定处所去除至必要厚度的制程。

蚀刻种类:答：（1）干蚀刻（2）湿蚀刻蚀刻对象依薄膜种类可分为: 答：poly,oxide, metal 半导体中一般金属导线材质为何?答：鵭线（W）/铝线（Al）/ 铜线（Cu） 8 n5 i! \; k5 ]& f |何谓dielectric 蚀刻（介电质蚀刻）?答：Oxide etch and nitride etch 半导体中一般介电质材质为何? 答：氧化硅/氮化硅何谓湿式蚀刻答：利用液相的酸液或溶剂;将不要的薄膜去除 4 E% e8 p3 A8 q6 F5 U 何谓电浆Plasma?答：电浆是物质的第四状态.带有正,负电荷及中性粒子之总和;其中包含电子,正离子, 负离子,中性分子,活性基及发散光子等,产生电浆的方法可使用高温或高电压.何谓干式蚀刻?答：利用plasma 将不要的薄膜去除何谓Under-etching（蚀刻不足）? $ a$ o2 k; j9 F; N答：系指被蚀刻材料，在被蚀刻途中停止造成应被去除的薄膜仍有残留 6 m9 d- c! W! `. `6 ?" D） ?0 h; l何谓Over-etching（过蚀刻）答：蚀刻过多造成底层被破坏何谓Etch rate（蚀刻速率） ! n* v/ r6 b0 ` 答：单位时间内可去除的蚀刻材料厚度或深度8 _5 F4 Q+ r） D8 n2 K何谓Seasoning（陈化处理）答：是在蚀刻室的清净或更换零件后，为要稳定制程条件，使用仿真（dummy ）晶圆* L% r$ a5 L5 p, D N% C 进行数次的蚀刻循环。

& H2 O6 r2 K0 p6 u* W（ @2 A9 b5 N Asher 的主要用途:答：光阻去除* m8 q" @; {* MWet bench dryer 功用为何? ; c* ?# M" a% d Q# G$ q3 k, Y' d. P 答：将晶圆表面的水份去除& q+ k& d+ p: m9 M% k（ g' U2 M 列举目前Wet bench dry方法: 9 [* L b4 e+ ] O）T答：(1) Spin Dryer (2) Marangoni dry (3) IPA Vapor Dry ( }" C: r, A' w/ q/ T 何谓Spin Dryer " {6 n5 S4 |: ~0 Y+ I1 H$ p0 z: j8 b& M 答：利用离心力将晶圆表面的水份去除何谓Maragoni Dryer 答：利用表面张力将晶圆表面的水份去除- R( s3 v& r) Q( g7 p 何谓IPA Vapor Dryer 9 X4 R3 @* m% I2 I C% R 答：利用IPA(异丙醇)和水共溶原理将晶圆表面的水份去除0 q4 s$ e' Z' W* |测Particle 时,使用何种测量仪器?答：TencorSurfscan 测蚀刻速率时,使用何者量测仪器? 8 M6 d5 ~% \) g 答：膜厚计,测量膜厚差值 2 X, {1 M$ f& S 何谓AEI答：After Etching Inspection 蚀刻后的检查7 d J( [" | o8 T# ]AEI 目检Wafer 须检查哪些项目:答：(1) 正面颜色是否异常及刮伤(2) 有无缺角及Particle (3)刻号是否正确0 J- E7 |* b- Y" s, I' O: S' ~金属蚀刻机台转非金属蚀刻机台时应如何处理? : K% |+ m4 T2 a 答：清机防止金属污染问题( Y* G Z, S0 v7 `9 m5 i5 [ 金属蚀刻机台asher的功用为何? " ^/ m! u) E5 p7 V/ M2 r3 r 答：去光阻及防止腐蚀金属蚀刻后为何不可使用一般硫酸槽进行清洗? 答：因为金属线会溶于硫酸中7 z5 {0 @ A1 I+ s5 f9 _0 d "Hot Plate"机台是什幺用途? % Y& H. w2 p5 g/ b* n 答：烘烤, x1 | J% L# S4 K4 n) z, F- x Hot Plate 烘烤温度为何? 1 M) I4 o5 ~4 d0 F9 J: z 答：90~120 度 C 5 O& G$ V6 ?; |: o" K* ]3 u 何种气体为Poly ETCH 主要使用气体? ! q! \# {# K5 \/A 答：Cl2, HBr, HCl $ I% O* e$ |; s# T4 l 用于Al 金属蚀刻的主要气体为# N( {( @* l;W0 V% D 答：Cl2, BCl3 用于W 金属蚀刻的主要气体为答：SF6 , s0 r! a# b! R( D 何种气体为oxide vai/contact ETCH 主要使用气体? 答：C4F8, C5F8, C4F6 硫酸槽的化学成份为: 答：H2SO4/H2O2 $ ]% j) m6 ^4 E9 y* K& y AMP 槽的化学成份为: 答：NH4OH/H2O2/H2OUV curing 是什幺用途?答：利用UV 光对光阻进行预处理以加强光阻的强度- D Q* r0 F+ C2 h; W0 X"UV curing" 用于何种层次? $ b1 Z* ?5 U. K" b4 L5 M0 m 答：金属层何谓EMO? " d' F6 I/ a. x: b, I9 q" H: x! ` 答：机台紧急开关EMO 作用为何? 8 Q* s1 i( \1 o: ]&i; J 答：当机台有危险发生之顾虑或已不可控制,可紧急按下湿式蚀刻门上贴有那些警示标示?答：(1) 警告.内部有严重危险.严禁打开此门(2) 机械手臂危险. 严禁打开此门(38 f- A4 k" I; @/ F5 n) 化学药剂危险. 严禁打开此门遇化学溶液泄漏时应如何处置? - }, Y9 u; L( b. A7 g$ X2 n( q 答：严禁以手去测试漏出之液体. 应以酸碱试纸测试. 并寻找泄漏管路. 遇IPA 槽着火时应如何处置??答：立即关闭IPA 输送管路并以机台之灭火器灭火及通知紧急应变小组/ H X8 e! [-r0 M; P. }BOE 槽之主成份为何?答：HF(氢氟酸)与NH4F(氟化铵).BOE 为那三个英文字缩写?答：Buffered Oxide Etcher 。