JP4354855B2 - Copper etching replenisher and copper foil film etching method - Google Patents
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Description
本発明は、銅エッチング補給液及び銅箔膜エッチング方法に関するものであり、特に高精度の微細回路のエッチングに適した銅エッチング補給液及び銅箔膜エッチング方法に関する。 The present invention relates to a copper etching replenisher and a copper foil film etching method, and more particularly to a copper etching replenisher and a copper foil film etching method suitable for etching a highly accurate fine circuit.
テープキャリアパッケージ配線基板の回路は年々微細化が進み、これに対応するために配線基板に使用される銅薄膜の厚さも薄くなってきており、最近では8μm以下の銅薄膜が使用されている。また、ウェハーレベルチップサイズパケージやプラズマディスプレーにおいてもシリコン基板、ガラス基板上に数千Åから数μmの銅の蒸着膜をエッチングすることにより、銅回路を形成している。 The circuit of the tape carrier package wiring board has been miniaturized year by year, and in order to cope with this, the thickness of the copper thin film used for the wiring board has been reduced. Recently, a copper thin film of 8 μm or less has been used. Also, in a wafer level chip size package or a plasma display, a copper circuit is formed by etching a deposited copper film of several thousand to several μm on a silicon substrate or a glass substrate.
銅のエッチング剤としてはこれまで塩化第二鉄、塩化第二銅等の水溶液が使用されてきたが、これらは厚い銅箔のエッチングのためであり、従来これらエッチング剤が使用されていた濃度で銅薄膜をエッチングすると極く短時間でエッチングが終了してしまうため、回路幅寸法の管理が難しいものであった。 So far, aqueous solutions of ferric chloride, cupric chloride, etc. have been used as copper etchants, but these are for etching thick copper foils, and at concentrations where these etchants were conventionally used. When the copper thin film is etched, the etching is completed in a very short time, so that it is difficult to manage the circuit width dimension.
そこで、エッチングを遅らせる方法として、温度を下げる、スプレー圧力を下げるなどの方法があるが、何れも回路断面形状が悪くなるなど十分なものではなかった。 Therefore, as a method of delaying etching, there are methods such as lowering the temperature and lowering the spray pressure, but none of them is sufficient because the circuit cross-sectional shape is deteriorated.
また、エッチング液の濃度を下げて使用する方法もあるが、この方法では回路間のエッチングの相対速度が小さくなり、数本平行した回路では外側回路の細りが現われ、サイドエッチング幅も増大してしまう。 In addition, there is a method of reducing the concentration of the etchant, but this method reduces the relative speed of etching between circuits, and in several parallel circuits, the outer circuit becomes thin and the side etching width increases. End up.
また、エッチングレジストを侵食したり、回路間のアンカー部の銅(密着強度を上げるため銅表面に凹凸を付けて樹脂層入り込ませた部分)が残り易くなったり、比重による濃度管理の精度が下がるなどの問題点が生じる。 In addition, the etching resist is eroded, the copper of the anchor part between the circuits (the part where the copper surface is made uneven to enter the resin layer to increase the adhesion strength) is likely to remain, and the accuracy of concentration management by specific gravity decreases. This causes problems.
このような背景から特許文献1では銅エッチング能の低い硫酸第二鉄をエッチング液有効成分としたり、特許文献2では、塩化第二鉄を有効成分とするエッチング液に銅非腐食性無機塩を添加してエッチング速度を遅くしていた。 From this background, in Patent Document 1, ferric sulfate having a low copper etching ability is used as an active ingredient in etching liquid, and in Patent Document 2, copper non-corrosive inorganic salt is added to an etching liquid containing ferric chloride as an active ingredient. It was added to slow the etching rate.
またこれらのエッチング液の制御は、酸化還元電位を測定し、時間当たりの処理数が多く酸化還元電位が低下した場合は塩化第二鉄や硫酸第二鉄等を補給し、処理枚数が少なく空気酸化が先行し酸化還元電位が上昇した場合は塩化第一鉄や硫酸第一鉄等を補給している。 In addition, the control of these etching solutions measures the oxidation-reduction potential, and when the number of treatments per hour is large and the oxidation-reduction potential is lowered, ferric chloride or ferric sulfate is replenished, and the number of treatments is small. When oxidation precedes oxidation-reduction potential, ferrous chloride, ferrous sulfate, etc. are replenished.
しかしながら、特許文献1あるいは特許文献2では、処理量の変動を想定して酸化還元電位を低下させるための補給液と酸化還元電位を上昇させるための補給液を使用しているため、酸化還元電位を低下させるための補給液における塩化第一鉄や硫酸第一鉄等と、塩酸や硫酸等との比が小さい一液補給であるため、エッチング比率の極端に小さい処理、エッチング装置のスプレー条件等による補給過多によりエッチング液の比重低下および、補給後の金属濃度の変化が生じ安定的なエッチング速度の維持が難しいといった問題があった。 However, Patent Document 1 or Patent Document 2 uses a replenisher solution for lowering the oxidation-reduction potential and a replenisher solution for increasing the oxidation-reduction potential, assuming fluctuations in the processing amount. Since the ratio of ferrous chloride, ferrous sulfate, etc. to hydrochloric acid, sulfuric acid, etc. in the replenisher solution to reduce the amount is one-component replenishment, processing with extremely small etching ratios, spray conditions for etching equipment, etc. Excessive replenishment caused a problem that the specific gravity of the etching solution decreased and the metal concentration after replenishment changed, and it was difficult to maintain a stable etching rate.
従って本発明の目的は、銅薄膜のエッチングにあたり、エッチング速度変化の問題を生じさせないエッチング補給液及び、これを用いた銅薄膜エッチング方法を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an etching replenisher that does not cause a problem of change in etching rate in etching a copper thin film, and a copper thin film etching method using the same.
本発明者らは上記に鑑み鋭意研究の結果本発明に到達した。即ち本発明は、銅エッチング能を有する化合物を構成し得る、複数の酸化数をとり得る金属の塩であって、銅エッチング能を有する化合物を構成する金属における酸化数より低い酸化数のその金属の塩(I)、及び、その塩のアニオンを酸根とする酸(II)、を必須の成分として含有し、且つ(I):(II)=5:1〜45:1(重量比)の範囲であることを特徴とする、銅エッチング補給液である。 The present inventors have reached the present invention as a result of intensive studies in view of the above. That is, the present invention is a salt of a metal that can form a compound having a copper etching ability and can take a plurality of oxidation numbers, and the metal having an oxidation number lower than the oxidation number in the metal constituting the compound having a copper etching ability And (I) :( II) = 5: 1 to 45: 1 (weight ratio) It is a copper etching replenisher characterized by being in the range.
また本発明は、複数の酸化数をとり得る金属の塩であって、銅エッチング能を有する化合物、及び、その塩のアニオンを酸根とする酸、を必須の成分として含有するエッチング液を用いて銅薄膜をエッチングするに際して、上記本発明の銅エッチング補給液、および上記酸(II)に相当する酸をエッチング液に補給する(好ましくは、エッチング液の酸化還元電位を測定し、その測定結果に基づき、エッチング液の酸化還元電位を一定に保つように、上記本発明の銅エッチング補給液をエッチング液に補給し、且つエッチング液の水素イオン濃度を一定に保つように、上記酸(II)に相当する酸をエッチング液に補給する)ことを特徴とする銅薄膜エッチング方法である。 Further, the present invention is a metal salt that can take a plurality of oxidation numbers, and uses an etching solution containing a compound having copper etching ability and an acid having an anion of the anion of the salt as an essential component. When etching a copper thin film, the copper etching replenisher of the present invention and an acid corresponding to the acid (II) are replenished to the etchant (preferably, the oxidation-reduction potential of the etchant is measured and the measurement result is Based on the acid (II), the copper etch replenisher of the present invention is replenished to the etchant so as to keep the oxidation-reduction potential of the etchant constant, and the hydrogen ion concentration of the etchant is kept constant. A copper thin film etching method characterized in that the corresponding acid is supplied to the etching solution).
本発明の効果は、銅薄膜のエッチングにあたり、空気酸化によるエッチング速度変化の問題を生じさせないエッチング補給液及び、これを用いた銅薄膜エッチング方法を提供したことにある。 An effect of the present invention is to provide an etching replenisher that does not cause a problem of change in etching rate due to air oxidation in etching a copper thin film, and a copper thin film etching method using the same.
本発明の銅エッチング補給液に使用される、銅エッチング能を有する化合物を構成し得る、複数の酸化数をとり得る金属の塩であって、銅エッチング能を有する化合物を構成する金属における酸化数より低い酸化数のその金属の塩(I)は、銅エッチング液におけるエッチング有効成分が、銅エッチングで消費されて還元され、低い酸化数となった金属の塩に相当し、金属としては例えば鉄、銅などを例示することができ、その塩を構成するアニオンとしては、塩化物イオン、硫酸根、燐酸根などを例示することができる。 A metal salt that can form a compound having a copper etching ability and that can form a compound having a plurality of oxidation numbers, which is used in the copper etching replenisher of the present invention, and the oxidation number of the metal that forms the compound having a copper etching ability The metal salt (I) having a lower oxidation number corresponds to a metal salt having a lower oxidation number because the etching active component in the copper etchant is consumed and reduced by the copper etching. Copper can be exemplified, and examples of the anion constituting the salt include chloride ion, sulfate group, phosphate group and the like.
このような塩(I)として好ましい化合物は、塩化第一鉄、塩化第一銅、硫酸第一鉄等である。 Preferred compounds as such salt (I) are ferrous chloride, cuprous chloride, ferrous sulfate and the like.
本発明の銅エッチング補給液に使用される、酸(II)としては上記塩(I)のアニオンを酸根とする酸であればよく、例えば塩酸、硫酸、燐酸等を例示することができる。 The acid (II) used in the copper etching replenisher of the present invention may be any acid having an acid group as the anion of the salt (I), and examples thereof include hydrochloric acid, sulfuric acid, and phosphoric acid.
本発明の銅エッチング補給液における、これら塩(I)と酸(II)は5:1〜45:1(重量比)、好ましくは20:1〜30:1でなければならない。 The salt (I) and acid (II) in the copper etching replenisher of the present invention should be 5: 1 to 45: 1 (weight ratio), preferably 20: 1 to 30: 1.
塩(I)の割合が少なすぎ(酸(II)の割合が多すぎ)ると、エッチング液への補給時に酸(II)が過剰に供給されることによる水素イオン濃度の上昇、比重低下、エッチング速度低下を来たす。即ち、本発明の同エッチング補給液は、後述のように補給液と別途に制御供給される酸(II)に相当する酸とともに用いられるので、補給液中の酸(II)の割合が多すぎると、別途エッチング液に酸(II)に相当する酸を供給することでは、水素イオン濃度が制御できなくなるからである。 If the ratio of the salt (I) is too small (the ratio of the acid (II) is too large), the hydrogen ion concentration increases, the specific gravity decreases due to excessive supply of the acid (II) when replenishing the etching solution, The etching speed is reduced. That is, the etching replenisher according to the present invention is used together with an acid corresponding to acid (II) supplied separately from the replenisher as described later, so that the ratio of the acid (II) in the replenisher is too large. This is because the hydrogen ion concentration cannot be controlled by separately supplying an acid corresponding to the acid (II) to the etching solution.
また、逆に塩(I)が多すぎると結晶析出によるエッチング速度低下を来たしてしまう。また、酸(II)が極端に少ないと塩(I)を安定に水溶液中に溶解させておくことができない。 On the other hand, if the amount of salt (I) is too large, the etching rate is reduced due to crystal precipitation. Further, when the acid (II) is extremely small, the salt (I) cannot be stably dissolved in the aqueous solution.
本発明の銅エッチング補給液は、これらを含有する水溶液であり、本発明の効果を阻害しない範囲内で所望により他の添加剤を添加することができる。たとえば、銅の溶解速度を向上させる塩化物イオン放出性の塩(塩(I)として金属塩化物を使用する場合)、硫酸根イオン放出性の塩(塩(I)として金属硫酸塩を使用する場合)等を挙げることができ、エッチング性能向上のためのアミン類、濡れ性改善のための界面活性剤や、金属表面の清浄剤なども挙げることができる。 The copper etching replenisher of the present invention is an aqueous solution containing these, and other additives can be added as desired within a range that does not impair the effects of the present invention. For example, a chloride ion releasing salt that improves the dissolution rate of copper (when using metal chloride as the salt (I)), and a sulfate ion releasing salt (using metal sulfate as the salt (I)) And the like, and amines for improving etching performance, surfactants for improving wettability, and detergents for metal surfaces.
次に本発明の銅薄膜エッチング方法について説明する。 Next, the copper thin film etching method of the present invention will be described.
本発明に用いるエッチング液は、複数の酸化数をとり得る金属の塩であって、銅エッチング能を有する化合物を有効成分とする水溶液である。有効成分である塩を構成する金属としては例えば鉄、銅などを例示することができ、その塩を構成するアニオンとしては、塩化物イオン、硫酸根、燐酸根などを例示することができる。 The etching solution used in the present invention is a metal salt that can take a plurality of oxidation numbers and is an aqueous solution containing a compound having copper etching ability as an active ingredient. Examples of the metal constituting the salt which is an active ingredient include iron and copper, and examples of the anion constituting the salt include chloride ion, sulfate radical, phosphate radical and the like.
このようなエッチング液の有効成分として好ましい化合物は、塩化第ニ鉄、塩化第ニ銅、硫酸第ニ鉄等である。 Preferred compounds as an active ingredient of such an etching solution are ferric chloride, cupric chloride, ferric sulfate and the like.
これらエッチング液の有効成分の濃度は特に限定されず、従来のエッチング液と同様の範囲であれば良いが、例えばエッチング液全体に対して1〜25質量%、好ましくは2〜15質量%程度とするのがよい。 The concentration of the active ingredient in these etching solutions is not particularly limited and may be in the same range as that of conventional etching solutions. For example, the concentration is 1 to 25% by mass, preferably about 2 to 15% by mass with respect to the entire etching solution. It is good to do.
本発明に用いるエッチング液には更に、水酸化物の生成防止のため上記酸(II)に相当する酸を少量添加するとよく、エッチング液全体に対して概ね0.05〜5質量%、好ましくは0.1〜3質量%程度であればよい。 In addition, a small amount of acid corresponding to the acid (II) may be added to the etching solution used in the present invention in order to prevent the formation of hydroxide, and is generally 0.05 to 5% by mass, preferably What is necessary is just about 0.1-3 mass%.
本発明に用いるエッチング液には、本発明の効果に悪影響を及ぼさない範囲内で所望により、銅の溶解速度を向上させる塩化物イオン放出性の塩(塩(I)として金属塩化物を使用する場合)、硫酸根イオン放出性の塩(塩(I)として金属硫酸塩を使用する場合)等を使用することができ、エッチング性能向上のためのアミン類、濡れ性改善のための界面活性剤や金属表面の清浄剤なども挙げることができる。 In the etching solution used in the present invention, a chloride ion-releasing salt (a metal chloride is used as the salt (I), which improves the dissolution rate of copper, as desired, as long as the effect of the present invention is not adversely affected. Case), sulfate radical ion releasing salt (when using metal sulfate as salt (I)), etc., amines for improving etching performance, surfactant for improving wettability And metal surface cleaners.
本発明の銅薄膜エッチング方法は上記のようなエッチング液を使用して銅薄膜をエッチングするが、エッチングは浸漬法、スプレー法のいずれでもよく、エッチング液の温度は特に限定されるものではなく所望により適宜選択されるが、概ね10〜70℃がよく、装置材質、エッチング速度、制御の難易度などから実用上は20〜50℃とするのがよい。例えばスプレー法を採用してエッチングを行う場合、その圧力は、例えば0.02〜0.4PMa程度がよいが、装置の保守などの点で好ましくは0.05〜0.2MPaとするのがよい。 The copper thin film etching method of the present invention etches a copper thin film using the etching solution as described above, but the etching may be performed by either an immersion method or a spray method, and the temperature of the etching solution is not particularly limited and is desired. However, the temperature is generally 10 to 70 ° C., and is practically 20 to 50 ° C. in view of the material of the apparatus, the etching rate, the difficulty of control, and the like. For example, when etching is performed using a spray method, the pressure is preferably about 0.02 to 0.4 PMa, for example, but preferably 0.05 to 0.2 MPa in terms of maintenance of the apparatus. .
本発明によりエッチングされる銅薄膜の厚さは、例えば0.1〜8μmであるのが好適である。 The thickness of the copper thin film etched according to the present invention is preferably 0.1 to 8 μm, for example.
本発明の銅薄膜エッチング方法は上記のようなエッチング液を使用して銅薄膜をエッチングするに際し、上記本発明の銅エッチング補給液及び上記酸(II)に相当する酸をエッチング液に補給するものであり、好ましくは、エッチング液の酸化還元電位を測定し、その測定結果に基づき、エッチング液の酸化還元電位を一定に保つように上記本発明の銅エッチング補給液をエッチング液に補給し、且つエッチング液の水素イオン濃度を一定に保つよう上記酸(II)に相当する酸をエッチング液に補給するものである。 The copper thin film etching method of the present invention replenishes the etching solution with the copper etching replenisher of the present invention and the acid corresponding to the acid (II) when the copper thin film is etched using the above etching solution. Preferably, the oxidation-reduction potential of the etching solution is measured, and based on the measurement result, the copper etching replenisher of the present invention is replenished to the etching solution so as to keep the oxidation-reduction potential of the etching solution constant, and An acid corresponding to the acid (II) is supplied to the etching solution so as to keep the hydrogen ion concentration of the etching solution constant.
即ち、エッチング液中の酸化還元電位を変化させる要因は2つある。1つは、エッチングの進行に伴いエッチング有効成分、例えば塩化第二鉄(以下塩化第二鉄を例にして述べる)が銅と反応して消費され第二鉄イオンが第一鉄イオンに変化することによる酸化還元電位の低下である。 That is, there are two factors that change the oxidation-reduction potential in the etching solution. One is that an active etching component, for example, ferric chloride (which will be described as an example of ferric chloride hereinafter) reacts with copper and is consumed as ferric ions change into ferrous ions as etching progresses. This is a reduction in the redox potential.
他の要因はエッチング液が空気酸化を受けることによる酸化還元電位の上昇である。エッチングをスプレー法などで行うとき等、例えばスプレーの空吹かしなどにより第一鉄イオンが空気中の酸素により酸化されて第二鉄イオンに変化すると第二鉄イオンの割合が大きくなりすぎて酸化還元電位が上昇するのである。 Another factor is an increase in oxidation-reduction potential due to the etching solution being subjected to air oxidation. When etching is performed by a spray method, etc., for example, when ferrous ions are oxidized by oxygen in the air and changed to ferric ions due to spraying of the spray, the ratio of ferric ions becomes too large and redox The potential increases.
また、このような空気酸化は次式の反応で進む。
4FeCl2 + O2 + 4HCl → 4FeCl3 + 2H2O
(ここで、左辺の塩酸は、エッチング開始直後は上記水酸化物の生成防止とエッチング速度向上のためエッチング液に少量塩酸を添加した場合の塩酸であり、そうでない場合は塩化第二鉄が分解して生成する塩酸、若しくは供給された塩酸である)
本発明のエッチング対象である銅薄膜は、被エッチング銅の絶対量が極めて少量であるので、上述の酸化還元電位を低下させる要因は、上昇させる要因に相殺され、エッチング液の酸化還元電位は一様に上昇する。
Further, such air oxidation proceeds by the reaction of the following formula.
4FeCl 2 + O 2 + 4HCl → 4FeCl 3 + 2H 2 O
(Here, the hydrochloric acid on the left side is the hydrochloric acid when a small amount of hydrochloric acid is added to the etching solution to prevent the formation of the hydroxide and improve the etching rate immediately after the start of etching, otherwise ferric chloride is decomposed. (Hydrochloric acid produced or supplied hydrochloric acid)
Since the copper thin film to be etched of the present invention has an extremely small amount of copper to be etched, the above-described factors that lower the oxidation-reduction potential are offset by the factors that increase the oxidation-reduction potential of the etching solution. Rise.
この酸化還元電位の上昇に対して、エッチング液に塩化第一鉄水溶液を補給すればエッチング液の酸化還元電位を制御することができる。即ち、酸化還元電位が設定値を上回ったら上記本発明の銅エッチング補給液をエッチング液に供給して酸化還元電位を低下させ、酸化還元電位が設定値に達したら供給を止めればよい。 In response to this increase in the oxidation-reduction potential, the oxidation-reduction potential of the etching solution can be controlled by supplying an aqueous ferrous chloride solution to the etching solution. That is, when the oxidation-reduction potential exceeds the set value, the copper etching replenisher of the present invention is supplied to the etching solution to lower the oxidation-reduction potential, and the supply may be stopped when the oxidation-reduction potential reaches the set value.
ここで、酸化還元電位の変化を知るには公知の方法により酸化還元電位を測定すればよく、市販の酸化還元電極を用いることができる。 Here, in order to know the change of the redox potential, the redox potential may be measured by a known method, and a commercially available redox electrode can be used.
本発明のエッチング方法において、一定に保つべく設定する酸化還元電位の具体的な値は、被エッチング材料、所望とするエッチング速度、エッチング環境によってさまざまであるので、予備試験等によって必要とする酸化還元電位を予め求めておき、設定すればよい。 In the etching method of the present invention, the specific value of the oxidation-reduction potential that is set to be kept constant varies depending on the material to be etched, the desired etching rate, and the etching environment. The potential may be obtained and set in advance.
また、エッチング液中の水素イオン濃度を変化させる要因の1つは、上記のように空気酸化時に塩酸が消費されることであり、そのほかの要因としては蒸発がある。揮発性の酸である塩酸は勿論、硫酸であっても燐酸であっても程度の違いはあるが同様である。 Further, one of the factors that change the hydrogen ion concentration in the etching solution is that hydrochloric acid is consumed during air oxidation as described above, and the other factor is evaporation. The same applies to hydrochloric acid, which is a volatile acid, as well as to sulfuric acid or phosphoric acid, although to a different extent.
従って本発明においては、エッチング液の水素イオン濃度を一定に保つよう酸(II)に相当する酸も補給するものである。 Therefore, in the present invention, an acid corresponding to the acid (II) is also replenished so as to keep the hydrogen ion concentration of the etching solution constant.
ここで、本発明の上記銅エッチング補給液には上記の通り酸(II)が含有されているので、エッチング液の水素イオン濃度を一定に保つよう供給される上記酸(II)に相当する酸の一部は上記本発明の銅エッチング補給液によって既に補給されているものであるが、上述のように、エッチング液中の水素イオン濃度を変化させる要因は、酸化還元電位のそれとは独立しているので、エッチング液に供給される酸全体の量を最終的に制御するために、上記本発明の銅エッチング補給液とは別に、エッチング液の水素イオン濃度を一定に保つよう上記酸(II)に相当する酸を供給する必要があるものである。 Here, since the copper etching replenisher of the present invention contains the acid (II) as described above, the acid corresponding to the acid (II) supplied so as to keep the hydrogen ion concentration of the etching liquid constant. Some of these are already replenished by the copper etching replenisher of the present invention, but as described above, the factors that change the hydrogen ion concentration in the etchant are independent of that of the oxidation-reduction potential. Therefore, in order to finally control the total amount of acid supplied to the etching solution, the acid (II) is used to keep the hydrogen ion concentration of the etching solution constant, in addition to the copper etching replenisher of the present invention. It is necessary to supply an acid corresponding to.
水素イオン濃度を一定に保つには、例えば、pH電極を用いたpH計などによってpHを測定してもよいが、好ましくは、pH電極における電位(起電力もしくは電位差)を測定し、エッチング液の電位が設定値を下回ったら上記酸(II)に相当する酸を供給して電位を上昇させ、pH電極電位が設定値に達したら供給を止めればよい。 In order to keep the hydrogen ion concentration constant, for example, the pH may be measured by a pH meter using a pH electrode. Preferably, the potential (electromotive force or potential difference) at the pH electrode is measured, and the etching solution When the potential falls below the set value, the acid corresponding to the acid (II) is supplied to increase the potential, and when the pH electrode potential reaches the set value, the supply may be stopped.
本発明のエッチング方法において、一定に保つべく設定するpH電極における電位の具体的な値は、被エッチング材料、所望とするエッチング速度、エッチング環境によってさまざまであるので、予備試験等によって必要とするpH電極における電位を予め求めておき、設定すればよい。 In the etching method of the present invention, the specific value of the potential at the pH electrode that is set to be constant varies depending on the material to be etched, the desired etching rate, and the etching environment. The potential at the electrode may be obtained in advance and set.
尚、本発明のエッチング方法において、酸(II)に相当する酸の供給にあたり、上記補給液と同様に本発明の効果を阻害しない範囲内で所望により他の添加剤を添加することができる。また、塩(I)に相当する塩を少量配合することもできるが、この場合は酸化還元電位に影響を与えるので、上記銅エッチング液補給液の供給による酸化還元電位の制御に影響を与えない程度とする必要がある。 In addition, in the etching method of the present invention, when supplying an acid corresponding to the acid (II), other additives can be added as desired within a range that does not impair the effects of the present invention as in the case of the replenishing solution. A small amount of the salt corresponding to the salt (I) can be blended, but in this case, since it affects the redox potential, it does not affect the control of the redox potential by supplying the copper etchant replenisher. It needs to be about.
本発明の銅薄膜エッチング方法においては、エッチング条件によっては蒸発により水分が失われる場合があり、その場合、所望により、エッチング液の比重測定結果に基づいてエッチング液に水を供給してエッチング液の比重を制御する手段を設けてもよい。 In the copper thin film etching method of the present invention, moisture may be lost due to evaporation depending on the etching conditions. In that case, if desired, water may be supplied to the etching solution based on the measurement result of the specific gravity of the etching solution to remove the etching solution. A means for controlling the specific gravity may be provided.
以下に本発明の実施例を挙げ、本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。 EXAMPLES Examples of the present invention will be described below to further explain the present invention, but the present invention is not limited to these.
(実施例1)
有効エッチング長さ900mm、液保有量800リットルのエッチャーに、比重測定手段とその結果に基づき水を供給する手段、酸化還元電位を測定しその結果に基づき本発明の補給液を供給する手段、及び、pH電極電位を測定しその結果に基づき塩酸を供給する手段を接続した。
(Example 1)
A specific gravity measuring means and means for supplying water based on the result to an etcher having an effective etching length of 900 mm and a liquid holding amount of 800 liters, a means for measuring the oxidation-reduction potential and supplying the replenisher according to the result, and The pH electrode potential was measured, and a means for supplying hydrochloric acid based on the result was connected.
エッチング対象基板はCOF160mm×100mで銅薄膜厚さは5μ、エッチング比率は30%である。エッチングレジストは厚さ8μmのドライフィルムを使用した。線幅/線間は13μm/7μmである。エッチング液の酸化還元電位を一定に保つための補給液は、塩化第一鉄濃度25質量%、塩化ナトリウム濃度1.0質量%および塩酸濃度1.0質量%の水溶液とした。また、塩酸としては濃度15質量%の塩酸水溶液とした。 The substrate to be etched is COF 160 mm × 100 m, the copper thin film thickness is 5 μm, and the etching ratio is 30%. As the etching resist, a dry film having a thickness of 8 μm was used. The line width / line spacing is 13 μm / 7 μm. The replenisher for keeping the oxidation-reduction potential of the etching solution constant was an aqueous solution having a ferrous chloride concentration of 25 mass%, a sodium chloride concentration of 1.0 mass%, and a hydrochloric acid concentration of 1.0 mass%. The hydrochloric acid was a hydrochloric acid aqueous solution having a concentration of 15% by mass.
塩化第二鉄濃度12質量%、塩化ナトリウム濃度1.0質量%および塩酸濃度1.3質量%である水溶液に銅を25g/リットル溶解したエッチング液をエッチャー槽に仕込んだ。エッチング液を35℃に昇温し、スプレー圧力0.5kg/cm2、コンベア速度を2.1m/分とした。 An etching solution in which 25 g / liter of copper was dissolved in an aqueous solution having a ferric chloride concentration of 12 mass%, a sodium chloride concentration of 1.0 mass%, and a hydrochloric acid concentration of 1.3 mass% was charged into an etcher tank. The etching solution was heated to 35 ° C., the spray pressure was 0.5 kg / cm 2 , and the conveyor speed was 2.1 m / min.
比重の制御設定値を1.135とし、比重が設定値を越えた場合に水を自動供給し、比重が設定値以下となったら水の供給を停止した。 The specific gravity control set value was 1.135, water was automatically supplied when the specific gravity exceeded the set value, and the water supply was stopped when the specific gravity was below the set value.
酸化還元電位の制御設定値を420mVとし、酸化還元電位が制御設定値を超えた場合に補給液を自動供給し、制御設定値以下となったら供給を止めるようにした。 The control setting value of the oxidation-reduction potential was set to 420 mV, and the replenisher was automatically supplied when the oxidation-reduction potential exceeded the control setting value, and the supply was stopped when it became equal to or lower than the control setting value.
pH電極電位の設定値を460mVとし、pH電極電位が制御設定値を下回った場合に塩酸を自動供給し、制御設定値以上となったら供給を止めるようにした。 The set value of the pH electrode potential was set to 460 mV, hydrochloric acid was automatically supplied when the pH electrode potential fell below the control set value, and the supply was stopped when the set value exceeded the control set value.
基板3000mを処理したところ、エッチング液の分析、測定結果は下記表1のようになった。精度良く制御されていることがわかる。レジストの侵食、変形はみられず、断面形状も正常であり、回路間の銅残りもなく、エッチングにかかわる不良品は発生しなかった。仕上がり線幅は10〜12μmであった。この間に供給した補給液125リットル、塩酸5リットルであった。 When the substrate 3000 m was processed, the analysis and measurement results of the etching solution were as shown in Table 1 below. It turns out that it is controlled with high precision. Resist erosion and deformation were not observed, the cross-sectional shape was normal, there was no copper residue between circuits, and no defective products related to etching were generated. The finished line width was 10-12 μm. There were 125 liters of replenisher and 5 liters of hydrochloric acid supplied during this period.
(実施例2)
実施例1と同様の装置とエッチング対象を用い、但し、補給液として硫酸第一鉄濃度25質量%、および硫酸濃度1.0質量%である水溶液を使用し、塩酸に替えて15質量%の硫酸を使用し、硫酸第二鉄濃度14質量%、および硫酸濃度1.0質量%である水溶液に銅を15g/リットル溶解したエッチング液をエッチャー槽に仕込み、比重の制御設定値を1.200とし、酸化還元電位の制御設定値を450mV、pH電極電位の設定値を420mVとして実施例1と同様に実施した。
(Example 2)
The same apparatus and etching target as in Example 1 were used, except that an aqueous solution having a ferrous sulfate concentration of 25% by mass and a sulfuric acid concentration of 1.0% by mass was used as a replenishing solution, and 15% by mass in place of hydrochloric acid. Using an sulfuric acid, an etchant prepared by dissolving 15 g / l of copper in an aqueous solution having a ferric sulfate concentration of 14% by mass and a sulfuric acid concentration of 1.0% by mass is charged into an etcher tank, and the specific gravity control setting value is 1.200. The control set value for the oxidation-reduction potential was 450 mV, and the set value for the pH electrode potential was 420 mV.
測定結果は下記表2のようになり、精度良く制御されていることがわかる。レジストの侵食、変形はみられず、断面形状も正常であり、回路間の銅残りもなく、エッチングにかかわる不良品は発生しなかった。仕上がり線幅は10〜12μmであった。この間に供給した補給液は220リットル、硫酸水溶液5リットルであった。 The measurement results are as shown in Table 2 below, and it can be seen that the measurement is accurately controlled. Resist erosion and deformation were not observed, the cross-sectional shape was normal, there was no copper residue between circuits, and no defective products related to etching were generated. The finished line width was 10-12 μm. During this time, the replenisher supplied was 220 liters and sulfuric acid aqueous solution 5 liters.
(実施例3)
実施例1と同様の装置とエッチング対象を用い、但し、補給液として塩化第一銅濃度25質量%、および塩酸濃度1.0質量%である水溶液を使用し、塩酸としては実施例1と同様に濃度15質量%である塩酸水溶液を使用し、塩化第二銅濃度20質量%、および塩酸濃度9.0質量%である水溶液に銅を20g/リットル溶解したエッチング液をエッチャー槽に仕込み、比重の制御設定値を1.121とし、酸化還元電位の制御設定値を400mVとして実施例1と同様に実施した。
(Example 3)
The same apparatus and etching target as in Example 1 were used, except that an aqueous solution having a cuprous chloride concentration of 25% by mass and a hydrochloric acid concentration of 1.0% by mass was used as the replenisher, and the hydrochloric acid was the same as in Example 1. An aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 15% by mass was used, and an etchant prepared by dissolving 20 g / l of copper in an aqueous solution having a cupric chloride concentration of 20% by mass and a hydrochloric acid concentration of 9.0% by mass was charged into an etcher tank. The control setting value of 1.21 was set to 1.121, and the control setting value of the oxidation-reduction potential was set to 400 mV.
測定結果は下記表3のようになり、精度良く制御されていることがわかる。レジストの侵食、変形はみられず、断面形状も正常であり、回路間の銅が若干見られたものの、エッチングにかかわる不良品は発生しなかった。仕上がり線幅は7〜8μmであった。この間に供給した補給液は180リットル、塩酸42リットルであった。 The measurement results are as shown in Table 3 below, and it can be seen that the measurement is accurately controlled. Resist erosion and deformation were not observed, the cross-sectional shape was normal, and some copper was observed between the circuits, but no defective product related to etching was generated. The finished line width was 7-8 μm. During this time, the replenisher supplied was 180 liters and hydrochloric acid 42 liters.
(実施例4)
実施例1と同様の装置とエッチング対象を用い、但し、補給液としては実施例1と同様の塩化第一鉄濃度25質量%、塩化ナトリウム濃度1.0質量%および塩酸濃度1.0質量%の水溶液を使用し、15質量%の塩酸に替えて塩化第一鉄1.5質量%を含む塩酸濃度15質量%である水溶液を使用し、塩化第二鉄濃度12質量%、塩化ナトリウム濃度1.0質量%および塩酸濃度1.3質量%である水溶液に銅を25g/リットル溶解したエッチング液をエッチャー槽に仕込み、比重の制御設定値を1.135とし、酸化還元電位の制御設定値を420mV、pH電極電位の設定値を460mVとして実施例1と同様に実施した。
(Example 4)
The same apparatus and etching target as in Example 1 were used, except that the same ferrous chloride concentration as in Example 1 was 25% by mass, sodium chloride concentration was 1.0% by mass, and hydrochloric acid concentration was 1.0% by mass. An aqueous solution having a hydrochloric acid concentration of 15% by mass containing 1.5% by mass of ferrous chloride was used instead of 15% by mass of hydrochloric acid, a ferric chloride concentration of 12% by mass, and a sodium chloride concentration of 1 An etching solution prepared by dissolving 25 g / l of copper in an aqueous solution having a mass concentration of 0.0 mass% and a hydrochloric acid concentration of 1.3 mass% is charged into an etcher tank, the control setting value of specific gravity is set to 1.135, and the control setting value of oxidation-reduction potential is set to It implemented similarly to Example 1 by setting 420 mV and the set value of pH electrode potential to 460 mV.
測定結果は下記表4のようになり、精度良く制御されていることがわかる。レジストの侵食、変形はみられず、断面形状も正常であり、回路間の銅残りもなく、エッチングにかかわる不良品は発生しなかった。仕上がり線幅は10〜12μmであった。この間に供給した補給液は124リットル、塩化第一鉄を少量含む塩酸は5リットルであった。 The measurement results are as shown in Table 4 below, and it can be seen that the measurement is accurately controlled. Resist erosion and deformation were not observed, the cross-sectional shape was normal, there was no copper residue between circuits, and no defective products related to etching were generated. The finished line width was 10-12 μm. The replenisher supplied during this period was 124 liters, and hydrochloric acid containing a small amount of ferrous chloride was 5 liters.
(比較例1)
実施例1と同様の装置とエッチング対象を用い、但し、補給液として塩化第一鉄濃度25.0質量%、塩化ナトリウム濃度1.0質量%および塩酸濃度10.0質量%である水溶液を使用した他は実施例1と同様に行った。即ち、塩酸は濃度15質量%である塩酸水溶液を使用し、塩化第二鉄濃度12質量%、塩化ナトリウム濃度1.0質量%および塩酸濃度1.3質量%である水溶液に銅を25g/リットル溶解したエッチング液をエッチャー槽に仕込み、エッチング液を35℃に昇温し、スプレー圧力0.5kg/cm2、コンベア速度を2.1m/分とした。
(Comparative Example 1)
The same apparatus and etching target as in Example 1 were used except that an aqueous solution having a ferrous chloride concentration of 25.0% by mass, a sodium chloride concentration of 1.0% by mass and a hydrochloric acid concentration of 10.0% by mass was used as the replenisher. Otherwise, the same procedure as in Example 1 was performed. That is, hydrochloric acid is an aqueous hydrochloric acid solution having a concentration of 15% by mass, and 25 g / liter of copper is added to the aqueous solution having a ferric chloride concentration of 12% by mass, a sodium chloride concentration of 1.0% by mass and a hydrochloric acid concentration of 1.3% by mass. The dissolved etching solution was charged into an etcher tank, the etching solution was heated to 35 ° C., the spray pressure was 0.5 kg / cm 2 , and the conveyor speed was 2.1 m / min.
比重の制御設定値を1.135とし、酸化還元電位の制御設定値を420mVとし、pH電極電位の設定値を460mVとした。 The specific gravity control set value was 1.135, the redox potential control set value was 420 mV, and the pH electrode potential set value was 460 mV.
測定結果は下記表5のようになった。補給液における塩酸の割合が多く、pH電極電位は一様に上昇し、これに伴い比重も低下してしまった。このためエッチング速度変化(低下)による回路細りが生じた。仕上がり線幅は6〜12μmであった。この間に供給した補給液は820リットルであった。pH電極電位は一様に上昇したのでエッチング液への塩酸の供給は行われなかった。 The measurement results are shown in Table 5 below. The ratio of hydrochloric acid in the replenisher was large, the pH electrode potential increased uniformly, and the specific gravity decreased accordingly. For this reason, circuit narrowing due to etching rate change (decrease) occurred. The finished line width was 6-12 μm. The replenisher supplied during this period was 820 liters. Since the pH electrode potential increased uniformly, hydrochloric acid was not supplied to the etching solution.
Claims (3)
The copper oxide replenisher according to claim 1 is replenished to the etchant so as to keep the redox potential of the etchant constant based on the measurement result of the redox potential of the etchant. The copper thin film etching method according to claim 2, wherein an acid corresponding to the acid (II) is replenished to the etching solution so as to keep the hydrogen ion concentration constant.
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