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TWI804275B - 蝕刻裝置 - Google Patents

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TWI804275B
TWI804275B TW111114312A TW111114312A TWI804275B TW I804275 B TWI804275 B TW I804275B TW 111114312 A TW111114312 A TW 111114312A TW 111114312 A TW111114312 A TW 111114312A TW I804275 B TWI804275 B TW I804275B
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TW
Taiwan
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etching
supply part
carrier
oxygen
tank
Prior art date
Application number
TW111114312A
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English (en)
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TW202341255A (zh
Inventor
王金勝
彭家瑜
楊凱銘
林溥如
柯正達
Original Assignee
欣興電子股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by 欣興電子股份有限公司 filed Critical 欣興電子股份有限公司
Priority to TW111114312A priority Critical patent/TWI804275B/zh
Priority to US17/741,787 priority patent/US20230335419A1/en
Application granted granted Critical
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Publication of TW202341255A publication Critical patent/TW202341255A/zh

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    • C09K13/00—Etching, surface-brightening or pickling compositions
    • C09K13/04—Etching, surface-brightening or pickling compositions containing an inorganic acid
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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Abstract

本創作之蝕刻裝置包含氧氣供應部，故採用本創作之蝕刻裝置可透過蝕刻液中之溶氧來溫和地蝕刻銅，來精準地控制蝕刻程度，以符合更嚴格之微線路製程要求。本創作另提供蝕刻方法。最後，本創作之蝕刻廢液可回收再利用，故可進一步降低環境汙染和製造成本，而廣泛應用於積體電路封裝。

Description

蝕刻裝置
本創作係有關於蝕刻裝置，尤其是銅之蝕刻裝置和蝕刻方法。
因應消費者需求，電子產品微型化已為趨勢，故須持續改良電路板或載板的製程技術，以使電路板或載板中之線路在微縮後仍可具有優良的導電性，並且借助銅所具有之較佳抗電致遷移(electromigration)能力來提升積體電路之可靠度。
目前電路板或載板形成線路之方法中，佈線寬度(trace width)一般為10微米以上，並以2微米為極限，且通常係借助蝕刻製程，並以化學蝕刻(chemical corrosion)較為常見。在設置銅之微縮線路時，目前的銅蝕刻液成分主要分為兩大系統：(一)硫酸/過氧化氫；和(二)過硫酸鈉(Sodium Persulfate，SPS)，然而，此兩大系統除皆具有高汙染和高成本之問題外，更因其高蝕刻能力，在蝕刻需形成微細線路時恐易於發生斷線之情況，而難以達到下個世代的微線路製程要求：佈線寬度小於或等於1微米之規格要求，故有必要研發新的替代方案以持續實現微型化之目標。
為達成上述目標，本創作提供一種蝕刻裝置，其包含：一載劑供應部、一氧氣供應部、一酸源供應部、一緩衝區域、一蝕刻液供應部和一連通管組件；其中，所述載劑供應部用以供應載劑至所述連通管組件；所述氧氣 供應部用以供應氧氣至所述緩衝區域；所述酸源供應部用以供應酸性溶液至所述緩衝區域；所述緩衝區域用以混合所述載劑、所述氧氣和所述酸性溶液，以獲得一蝕刻液；所述蝕刻液供應部，包含一蝕刻反應室和一蝕刻液供應單元，並由所述蝕刻液供應單元供應所述蝕刻液至所述蝕刻反應室；以及所述連通管組件依序與所述載劑供應部、所述緩衝區域和所述蝕刻液供應部相連通。
本創作之蝕刻裝置係藉由配製氧氣供應部和緩衝區域，使得所述蝕刻液中含有溶氧，因此，本創作透過溶氧於酸性環境中促使銅蝕刻之化學反應相較於習用之硫酸/過氧化氫，或過硫酸鈉系列的蝕刻液更為溫和，故可更精準地控制對標的物的蝕刻程度，進而使應用本創作之蝕刻裝置進行蝕刻後所得的經蝕刻的標的物可符合佈線寬度小於等於1微米之規格要求，甚至是半加成法(Semi-additive process，SAP)之晶種層(Seed layer)蝕刻厚度小於等於1微米之規格要求。此外，本創作採用氧氣替代傳統化學蝕刻所用之化學藥劑可降低環境污染和製造成本問題，故本創作之蝕刻裝置可廣泛應用於電路板或層壓基板(laminate substrate)以形成線路，例如：印刷電路板(Printed circuit board，PCB)、印刷線路板(Printed wire board，PWB)或銅箔基板(Copper-Clad Laminate，CCL)。
上述電路板或載板係用於承載及連接不同元件，例如：晶片、電容等，故本創作用於積體電路封裝(integrated circuit packaging)，而與半導體晶片製程或其他元件之製程領域不同。此外，晶片之成分及結構明顯與電路板或層壓基板不同，基於晶片製程與積體電路封裝所針對之標的不同，故二者無從類比。
在一實施態樣中，所述載劑供應部包含一開關裝置，所述開關裝置可控制載劑進入所述連通管組件之輸送。
在一實施態樣中，所述緩衝區域包含：一溶氧緩衝槽和一酸鹼值調整槽，且所述溶氧緩衝槽和所述酸鹼值調整槽藉由所述連通管組件相連通；其中，所述溶氧緩衝槽連接所述連通管組件和所述氧氣供應部，以使所述載劑和所述氧氣於所述溶氧緩衝槽中混合；以及所述酸鹼值調整槽連接所述連通管組件和所述酸源供應部，以使所述載劑和所述酸性溶液於所述酸鹼值調整槽中混合。
本創作設置酸源供應部和酸鹼值調整槽之目的在於更精準調控蝕刻液之酸鹼值，以進一步控制溶氧對於銅蝕刻速率之影響，以提升控制蝕刻之精準度。
在一實施態樣中，所述蝕刻液供應單元包含一噴灑組件，以利將蝕刻液均勻散佈於標的物表面，以進行化學蝕刻。
在一實施態樣中，所述蝕刻液供應單元包含一開關裝置，以控制蝕刻液之流放。透過將標的物浸泡於蝕刻液中，或使標的物與蝕刻液直接接觸，以進行化學蝕刻。
在一實施態樣中，所述氧氣供應部可包含一加壓器。較佳的，所述加壓器為一加壓通氧裝置。更佳的，所述加壓器為一加壓鼓風通氧裝置。
在一實施態樣中，所述連通管組件包含複數連通管，且所述連通管彼此直接或間接連接。具體而言，所述連通管各自先與蝕刻裝置的其他部件(例如：所述載劑供應部、所述緩衝區域、所述蝕刻液供應部等)相連通，因此所述連通管彼此之間屬於間接連接且相互連通。
在一實施態樣中，所述連通管組件依序連接所述載劑供應部、所述溶氧緩衝槽、所述酸鹼值調整槽和所述蝕刻液供應部。本創作首先由載劑供應部供應載劑至連通管組件後，於溶氧緩衝槽與氧氣進行混合，以獲得溶氧載劑，再藉由連通管組件將所述溶氧載劑輸送至酸鹼值調整槽與酸性溶液混 合，以獲得pH值小於7之溶氧載劑，即蝕刻液，最後再藉由連通管組件將蝕刻液輸送至蝕刻液供應部，藉由蝕刻液供應單元供應蝕刻液至蝕刻反應室進行化學蝕刻。
在一實施態樣中，所述連通管組件依序連接所述載劑供應部、所述酸鹼值調整槽、所述溶氧緩衝槽和所述蝕刻液供應部。本創作首先由載劑供應部供應載劑至連通管組件後，於酸鹼值調整槽中與酸性溶液混合，以獲得pH值小於7之載劑，再藉由連通管組件將所述pH值小於7之載劑輸送至溶氧緩衝槽與氧氣進行混合，以獲得pH值小於7之溶氧載劑，即蝕刻液，最後再藉由連通管組件將蝕刻液輸送至蝕刻液供應部，藉由蝕刻液供應單元供應蝕刻液至蝕刻反應室進行化學蝕刻。
在一實施態樣中，本創作進一步包含一溫控組件，連接所述緩衝區域、所述連通管組件或其組合。較佳的，所述溫控組件連接所述溶氧緩衝槽、所述連通管組件或其組合。更佳的，所述溫控組件包含一冷卻元件及/或一加熱元件。本創作設置溫控組件可進一步調控溶氧量，可進一步提升控制蝕刻之精準度。
在一實施態樣中，本創作進一步包含一回收循環部，所述回收循環部包含一導出管，所述導出管連接所述蝕刻反應室，用以導出蝕刻廢液。較佳的，所述回收循環部進一步包含一回收槽；其中，所述回收槽連接所述導出管，且所述回收槽包含一電鍍設備，以將化學蝕刻所衍生的金屬離子還原為金屬。本創作回收蝕刻廢液及其所含之金屬離子，可有效降低環境污染問題。
在一實施態樣中，本創作之回收循環部進一步包含一加熱器。較佳的，所述加熱器為一蒸餾器，以分離出蝕刻廢液中所含之載劑。
在一實施態樣中，所述回收槽連接所述載劑供應部。也就是說，本創作蝕刻廢液回收後所得之載劑或酸性載劑可重複利用，以降低製造成 本且符合永續發展的需求。較佳的，所述載劑供應部包含一開關裝置，以控制回收蝕刻廢液後所得之載劑輸送至所述連通管組件。
本創作另提供一種蝕刻方法，其包含：步驟一：提供一蝕刻液；其中，所述蝕刻液包含一載劑、一酸性溶液以及氧氣；以及步驟二：向置放於一蝕刻反應室內的標的物供應所述蝕刻液以蝕刻所述標的物，獲得一經蝕刻的標的物和一蝕刻廢液；其中，所述標的物包含一金屬，以及所述蝕刻廢液包含因蝕刻所述標的物所衍生的金屬離子。
在一實施態樣中，所述載劑包含水。較佳的，所述水為去離子水。
在一實施態樣中，所述酸性溶液包含硫酸、硝酸、鹽酸和次氯酸之任一或其組合。較佳的，所述酸性溶液的pH值為1.5至小於7，例如：1.7、2、3、4、5、6、6.5或6.9，但不限於此。
在一實施態樣中，所述載劑係回收所述蝕刻廢液所得之載劑，包含所述水。
在一實施態樣中，所述載劑係回收所述蝕刻廢液所得之酸性載劑，包含所述水與所述酸性溶液之混合液，或包含所述水、所述氧氣與所述酸性溶液之混合液。
在一實施態樣中，所述金屬為銅。
在一實施態樣中，所述金屬離子為銅離子。
在一實施態樣中，所述氧氣為溶於所述水中之溶氧。本創作係透過去離子水中的溶氧於pH值小於7之環境中來蝕刻銅，非採用過氧化氫。
本創作另提供一種蝕刻系統，包含所述蝕刻裝置、所述載劑、所述氧氣和所述酸性溶液。所述載劑、所述氧氣和所述酸性溶液於所述蝕刻裝置中相混，以獲得所述蝕刻液。
綜上，採用本創作之蝕刻裝置可透過蝕刻液中之溶氧來溫和地蝕刻銅，以精準地控制蝕刻程度，並可符合更嚴格之微線路製程要求。此外，因蝕刻廢液可回收再利用，故可進一步降低環境汙染和製造成本，可廣泛應用於積體電路封裝。
1:蝕刻裝置
10:載劑供應部
11:氧氣供應部
12:酸源供應部
13:緩衝區域
130:溶氧緩衝槽
131:酸鹼值調整槽
14:蝕刻液供應部
140:蝕刻反應室
141:蝕刻液供應單元
15A,15B,15C:連通管組件
16A,16B:溫控組件
17:回收循環部
170:導出管
171:回收槽
2:蝕刻液
3:標的物
4:蝕刻廢液
圖1為本創作之蝕刻裝置之一實施態樣之示意圖。
圖2為本創作之蝕刻裝置之一實施態樣之示意圖。
圖3為本創作之蝕刻裝置之一實施態樣之示意圖。
圖4為本創作之蝕刻裝置之一實施態樣之示意圖。
圖5為本創作之蝕刻裝置之一實施態樣之示意圖。
圖6為本創作之蝕刻裝置之一實施態樣之示意圖。
以下提供數種實施例說明本發明之實施方式；熟習此技藝者可經由本說明書之內容輕易地了解本發明所能達成之優點與功效，並且於不悖離本發明之精神下進行各種修飾與變更，以施行或應用本發明之內容。
實施例1：蝕刻裝置
如圖1所示，本創作之蝕刻裝置1包含：一載劑供應部10、一氧氣供應部11、一酸源供應部12、一緩衝區域13、一蝕刻液供應部14和一含有多段的連通管組件15A、15B，且所述連通管組件15A、15B依序與所述載劑供應部10、所述緩衝區域13和所述蝕刻液供應部14相連通；並且，所述蝕刻液供應部14包含一蝕刻反應室140和一蝕刻液供應單元141。
所述載劑供應部10用以供應載劑(未顯示)至所述連通管組件15A；所述氧氣供應部11用以供應氧氣(未顯示)至所述緩衝區域13；所述酸源供 應部12用以供應酸性溶液(未顯示)至所述緩衝區域13；所述緩衝區域13用以混合所述載劑、所述氧氣和所述酸性溶液，以獲得一蝕刻液2；所述蝕刻液2由連通管組件15B通往所述蝕刻液供應部14，並由蝕刻液供應部14的蝕刻液供應單元141將所述蝕刻液2供應至所述蝕刻反應室140。
所述氧氣供應部11包含一加壓鼓風通氧裝置，可提升溶氧量。所述蝕刻液供應單元141包含一噴灑組件，可將蝕刻液2均勻散佈於標的物3之表面，以進行化學蝕刻。
本創作之蝕刻裝置1透過蝕刻液供應單元141向置放於蝕刻反應室140內的標的物3供應所述蝕刻液2來蝕刻所述標的物3，以獲得一經蝕刻的標的物以及一蝕刻廢液4，其中所述標的物3包含銅，且所述蝕刻廢液4包含銅離子。換言之，本實施例之蝕刻裝置1不包含載劑、氧氣、酸性溶液、蝕刻液2、標的物3和蝕刻廢液4。
實施例2：蝕刻裝置
如圖2所示，實施例2的蝕刻裝置1和實施例1的蝕刻裝置1相似，主要差異在於實施例2之緩衝區域13包含獨立設置的一溶氧緩衝槽130和一酸鹼值調整槽131，且所述溶氧緩衝槽130和所述酸鹼值調整槽131藉由所述連通管組件15B相連通。所述氧氣供應部11連接所述溶氧緩衝槽130，並供應氧氣(未顯示)至所述溶氧緩衝槽130；以及所述酸源供應部12連接所述酸鹼值調整槽131，並供應酸性溶液(未顯示)至所述酸鹼值調整槽131。
所述溶氧緩衝槽130連接所述連通管組件15A和所述氧氣供應部11，以使所述載劑(未顯示)和所述氧氣於所述溶氧緩衝槽130中混合；以及所述酸鹼值調整槽131連接所述連通管組件15C和所述酸源供應部12，以使所述載劑和所述酸性溶液於所述酸鹼值調整槽131中混合。
所述連通管組件15A、15C、15B依序連接所述載劑供應部10、所述溶氧緩衝槽130、所述酸鹼值調整槽131和所述蝕刻液供應部14。換句話說，本創作之蝕刻裝置1首先由載劑供應部10供應載劑至連通管組件15A後，於溶氧緩衝槽130與氧氣進行混合，以獲得溶氧載劑，再藉由連通管組件15C將溶氧載劑輸送至酸鹼值調整槽131與酸性溶液混合，以獲得pH值小於7之溶氧載劑，即蝕刻液2，最後再藉由連通管組件15B將蝕刻液2輸送至蝕刻液供應部14，藉由蝕刻液供應單元141向置放於蝕刻反應室140內的標的物3供應所述蝕刻液2來蝕刻所述標的物3，以獲得一經蝕刻的標的物以及一蝕刻廢液4。
實施例3：蝕刻裝置
如圖3所示，實施例3的蝕刻裝置1和實施例2的蝕刻裝置1相似，主要差異在於實施例3之緩衝區域13中的溶氧緩衝槽130和酸鹼值調整槽131之順序不同：所述連通管組件15A、15C、15B依序連接所述載劑供應部10、所述酸鹼值調整槽131、所述溶氧緩衝槽130和所述蝕刻液供應部14。
換句話說，調整溶氧量和酸鹼值之順序可相互對調，亦即本創作之蝕刻裝置1首先由載劑供應部10供應載劑(未顯示)至連通管組件15A後，於酸鹼值調整槽131中與酸性溶液(未顯示)混合，以獲得pH值小於7之載劑，再藉由連通管組件15C將所述pH值小於7之載劑輸送至溶氧緩衝槽130與氧氣(未顯示)進行混合，以獲得pH值小於7之溶氧載劑，即蝕刻液2，最後再藉由連通管組件15B將蝕刻液2輸送至蝕刻液供應部14，藉由蝕刻液供應單元141向置放於蝕刻反應室140內的標的物3供應所述蝕刻液2來蝕刻所述標的物3，以獲得一經蝕刻的標的物以及一蝕刻廢液4。
實施例4：蝕刻裝置
如圖4所示，本創作之蝕刻裝置1係實施例2之蝕刻裝置1進一步包含一溫控組件16A，所述溫控組件16A連接所述溶氧緩衝槽130，可藉此進一步調控載劑的溶氧量以進一步提升後續所得之蝕刻液控制蝕刻之精準度。
實施例5：蝕刻裝置
如圖5所示，本創作之蝕刻裝置1包含連通管組件15A、15C、15B。此外，本創作之蝕刻裝置1係實施例2之蝕刻裝置1進一步包含溫控組件16A、16B，所述溫控組件16A、16B分別連接所述溶氧緩衝槽130和所述連通管組件15B，且溫控組件16B設於鄰近蝕刻液供應部14之位置，亦即鄰近蝕刻反應室140或蝕刻液供應單元141，可藉此進一步調控載劑的溶氧量以進一步提升後續所得蝕刻液之控制蝕刻之精準度。
實施例6：蝕刻裝置
如圖6所示，本創作之蝕刻裝置1進一步包含一回收循環部17，所述回收循環部17包含一導出管170，所述導出管170連接所述蝕刻反應室140，用以導出蝕刻廢液4。
所述回收循環部17進一步包含一回收槽171；所述回收槽171連接所述導出管170，且所述回收槽171包含一電鍍設備(未顯示)，可將化學蝕刻所衍生的金屬離子還原為金屬以降低所述蝕刻廢液4之銅離子濃度。此外，所述載劑供應部10包含一開關裝置，以控制蝕刻廢液4回收後所得之酸性載劑對於所述連通管組件15A之輸送。如此，回收蝕刻廢液4所得之酸性載劑可重複利用，有助於降低環境污染及製造成本。所述回收槽171可包含一加熱器(未顯示)，例如：蒸餾器，以分離出蝕刻廢液4中所含之載劑。
綜上，本創作之蝕刻裝置可透過蝕刻液中之溶氧來溫和地蝕刻銅，來精準地控制蝕刻程度，以符合更嚴格之微線路製程要求。此外，本創作 之蝕刻廢液可回收再利用，故亦可降低環境汙染和製造成本，而廣泛應用於積體電路封裝。
1:蝕刻裝置
10:載劑供應部
11:氧氣供應部
12:酸源供應部
13:緩衝區域
14:蝕刻液供應部
140:蝕刻反應室
141:蝕刻液供應單元
15A,15B:連通管組件
2:蝕刻液
3:標的物
4:蝕刻廢液

Claims (8)

  1. 一種蝕刻裝置，其包含：一載劑供應部、一氧氣供應部、一酸源供應部、一緩衝區域、一蝕刻液供應部和一連通管組件；其中，所述載劑供應部用以供應載劑至所述連通管組件；所述氧氣供應部用以供應氧氣至所述緩衝區域；所述酸源供應部用以供應酸性溶液至所述緩衝區域；所述緩衝區域用以混合所述載劑、所述氧氣和所述酸性溶液，以獲得一蝕刻液；所述蝕刻液供應部，包含一蝕刻反應室和一蝕刻液供應單元，並由所述蝕刻液供應單元供應所述蝕刻液至所述蝕刻反應室；以及所述連通管組件依序與所述載劑供應部、所述緩衝區域和所述蝕刻液供應部相連通。
  2. 如請求項1所述之蝕刻裝置，其中所述蝕刻液供應單元包含一噴灑組件或一開關組件。
  3. 如請求項1所述之蝕刻裝置，其中所述氧氣供應部包含一加壓器。
  4. 如請求項1所述之蝕刻裝置，其中所述緩衝區域包含：一溶氧緩衝槽和一酸鹼值調整槽，且所述溶氧緩衝槽和所述酸鹼值調整槽藉由所述連通管組件相連通；其中，所述溶氧緩衝槽連接所述連通管組件和所述氧氣供應部，以使所述載劑和所述氧氣於所述溶氧緩衝槽中混合；以及所述酸鹼值調整槽連接所述連通管組件和所述酸源供應部，以使所述載劑和所述酸性溶液於所述酸鹼值調整槽中混合。
  5. 如請求項4所述之蝕刻裝置，其進一步包含一溫控組件，連接所述溶氧緩衝槽、所述連通管組件或其組合。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之蝕刻裝置，其中所述蝕刻裝置進一步包含一回收循環部，所述回收循環部包含一導出管，所述導出管連接所述蝕刻反應室，用以導出蝕刻廢液。
  7. 如請求項6所述之蝕刻裝置，其中所述回收循環部進一步包含一回收槽；其中，所述回收槽連接所述導出管，且所述回收槽包含一電鍍設備。
  8. 如請求項7所述之蝕刻裝置，其中所述回收槽連接所述載劑供應部。
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