PCB Blog - 基板エッチングとはなんですか

基板 エッチングプロセスとは、特定の材料を層ごとに除去または変化させ、回路の微細加工と彫刻を実現し、チップの準備を完了することである。

基板 エッチングにはドライエッチングとウェットエッチングがある。

1、ドライエッチング

ドライエッチングは、プラズマ活性化化学反応または高エネルギーイオンビーム砲撃を使用して材料を除去する方法を指します。気体を主な媒体としてエッチングする方法で、ウェハーに液状の薬液やリンスを必要としないため、ドライエッチングと呼ばれる。ドライエッチング技術には、プラズマ、イオンミリング（エッチング）、反応性イオンエッチングの3つがある。

プラズマエッチング：プラズマを利用した薄膜エッチング技術で、電界中のエッチングガスを利用し、プラズマ中で反応性基を形成し、被エッチング材料と化学反応させ、副生成物をガス流で除去する。

イオンミリングエッチング（IBM）：これは物理的なプロセスであり、グロー放電の使用は、エッチングの役割を達成するために、サンプル表面の物理的な砲撃の陽極電界加速を介してアルゴンイオン、アルゴンイオンに分解されます。材料のエッチングは指向性が強く、開口面積の精度が高いが、選択性が低い。

反応性イオンエッチング（RIE）：プラズマエッチングとイオンミリングエッチングの原理を組み合わせたもので、プラズマエッチングシステムと構造が似ているが、イオンミリングの能力を持ち、これら2つの技術それぞれの利点を併せ持つ。

2、ウェットエッチング

ウェットエッチングは純粋な化学反応であり、化学試薬を使用し、化学反応によって被エッチング材料が可溶性物質または揮発性物質を生成する。エッチング液は、次の材料の層を傷つけることなく、ウェハーの表面層を均一に除去する能力を持つように選択される。

プロセスの流れ：タンクエッチングシステムは、ウェハーをエッチング液に浸し、一定時間後に洗浄装置に移して残留汚染物質を除去し、最終洗浄ステーションに送って水洗・乾燥させます。

では、この2つの基板 エッチング方法の違いは何か。

ウェットエッチングはエッチングレートが高く、低コストで大量生産に適しているという利点がある。しかし、ドライエッチングと比較すると、特に小サイズの場合、2μm以上のグラフィックサイズに限定されること、等方性エッチングのため側面に斜面が形成されること、毒物やコンタミネーションの存在などの制約がある。特に、エッチングは通常等方性であるため、フォトレジストで覆われた材料が横方向にエッチングされる。異方性を達成するためにウェットエッチングをしたい場合は、基板材料の結晶方位と方向性エッチングを達成するためのエッチャントの選択性に依存します。

一方、ドライエッチングは、エッチングレートは低いものの、異方性が高いため、先端回路用の小さなフィーチャーサイズの微細エッチングに使用される。

一般的に、これら2つの基板 エッチング方向の顕著な違いは、ウェットエッチングは通常「等方性」であり、ドライエッチングはより「異方性」であることである。等方性とは、物質や空間の物理的性質が方向によって変化しないことを意味し、異方性とは、物質や空間の物理的性質が方向によって変化することを意味する。

基板 エッチングプロセスについては、グラフィックを可能な限り微細にエッチングすることが目標であり、グラフィック転写の忠実性、選択比、エッチングの均一性、清浄性が要求される。エッチング率、選択率、方向性はいくつかの重要な指標である。

1、エッチングレート

エッチングレートとは、エッチングされるウェハーの表面から単位時間当たりに除去される材料の量である。ウェットエッチングでは、エッチング液の温度や濃度などを調整することで、エッチングレートを調整します。ドライエッチングのエッチングレートは、システム設計、薬品、イオン濃度などの要因によって決まりますが、これらの要因は互いに影響し合います。例えば、システム内の圧力を上げると、多くの気体原子や分子が衝突するため、粒子がある方向に移動し、エッジプロファイルの制御ができなくなります。一般的に、ウェットエッチングのエッチングレートはドライエッチングよりも高くなります。

2、選択比

選択比とは、材料のエッチングレートが使用されていない比率を指します。シリコンとフォトレジストの選択比が10:1であれば、10μmのシリコンは1μmのフォトレジストからエッチングされるので、グラフィックエッチングの安全性を確保するために、選択比をより向上させる。

3、指向性

等方性と異方性の方向性は、実際には、横方向のエッチングを回避することはできませんが、横方向のエッチングの発生を低減するための様々な技術的手段を介してのみ。

基板 エッチングは、PCB製造工程における重要なステップの一つであり、エッチング性能に影響を与える多くの要因があります。

1、エッチング液の選択と組成

エッチングプロセスと結果のエッチング液の選択と組成は非常に重要です。エッチング液の種類によって浸食性や選択性が異なり、エッチング速度や精度に直接影響します。エッチャントの化学組成、濃度、温度は、特定の基板と回路設計に応じて選択し、調整する必要があり、所望のエッチング結果を達成する。

2、基板材料と表面処理

使用される基板材料の種類は、エッチング性能に大きな影響を与える。材質（FR-4、高周波基板、金属基板など）により、誘電率、熱伝導率、表面処理などの特性が異なり、エッチングレート、均一性、回路品質に影響を与えます。エッチング液と基板との最適な密着性を確保するためには、適切な表面処理が重要である。

3、エッチング装置とプロセスパラメータ

エッチング装置の品質とプロセスパラメータは、エッチング性能に重要な役割を果たす。エッチング槽の設計、攪拌方法、温度制御、エッチング液補充メカニズムなどの要因は、エッチングの均一性、速度、再現性に影響を与えます。エッチング液の濃度、温度、ソーク時間、その他のパラメーターを正確に制御・監視することは、プロセスの安定性を維持し、望ましいエッチング結果を得るために非常に重要です。

4、回路設計の考慮

PCBの回路設計は、エッチングプロセスと結果に直接影響します。トレース幅、ピッチ、回路パターンの複雑さなどの要因は、特にファインピッチ部品や高密度配線を使用する場合、エッチングの精度に影響します。最適なエッチング結果を得るためには、適切なギャップの維持、過不足エッチングの回避、PCB全体の均一なエッチングの確保など、適切な設計ガイドラインが重要です。

5、品質管理と検査

基板 エッチングプロセスの一貫性と信頼性を監視し、確保するためには、強力な品質管理と検査対策が不可欠です。寸法精度、銅層の厚さ、回路の完全性など、エッチングされたPCBの定期的なサンプリングと分析は、逸脱や問題を検出するのに役立ちます。自動光学検査（AOI）やX線検査などの高度な検査方法は、エッチングの品質をさらに保証します。

まとめると、基板 エッチングはPCB製造工程における重要なステップの一つであり、いくつかの要因がPCBエッチングの性能に影響を与える可能性があるため、エッチング液を正しく選択し、基板材料と表面処理を考慮し、エッチング装置とプロセスパラメータを最適化し、回路を合理的に設計し、強固な品質管理と検査を実施することで、PCBの品質を確保する必要があります。