Ополаскивание проявителя
За прошедшие годы "Tech Talk" затронул многие аспекты проявки сухого плёночного фоторезиста: управление проявкой (TT-13), освежение (TT-26), качество воды (TT-41), форма факела струи (TT-49), контроль пенообразования (TT-60), "точки размыва" или точки полоскания (TT-62), обслуживание фотопроявителя (TT-64), тенденции/новинки (TT-84), а также типы струйной форсунки (TT-85). TT-41 коснулся любопытного феномена, который заслуживает отдельного подробного изложения, а именно наблюдения того, что для большинства водяных проявляющих фоторезистов, шаблон резистов, особенно боковые стороны, четче обозначены, если промывка проявителя осуществляется водой с определенным уровнем жесткости.
Цели и результаты промывки
Основная цель промывки проявителя – быстро разжижить небольшое количество раствора проявителя, это осуществляется через панель в секции фотопроявителя. Промывка проявителя обычно производится в нескольких секциях, при этом промывочная вода поступает в секцию окончательной промывки, расположенную дальше всех от секции проявителя, и по каскадной схеме подается в секцию первой промывки – ближайшей к секции проявления. Именно в первой промывке самым важным условием является качество промывочной воды, потому что существует повышенная чувствительность к изменениям из-за смывания раствора проявителя. Жесткость промывочной воды играет роль в формировании вида боковых и нижнего краев проявленного резиста. Можно достигнуть значительного улучшения качества боковин и формы нижнего края экспонированного резиста с помощью жесткой воды для промывки проявителя. Хотя некоторые резисты могут быть менее чувствительны к мягкой промывочной воде, но большинство сухих плёночных фоторезистов только выиграют от использования жесткой воды. Преимущества использования жесткой воды, по сравнению с использованием мягкой воды:
* сокращение или полная замена шероховатых печатных плат или печатных схем,
* более аккуратное воспроизведение изображения для важных приложений,
* сокращение органических загрязнений травильных аппаратов при травлении.
В идеале, жесткость промывочной воды должна быть от 200 до 350 частиц на миллион (ч/м), измеренных как эквивалент карбоната кальция. Тесты показали, что меньшие уровни жесткости имеют тенденцию к созданию бесформенных и плохо очерченных боковых резистов, а также создавать больший и четкий нижний край. Очевидно, что не происходит коренных изменений, если жесткость воды чуть ниже 200. Чем мягче становится промывочная вода, тем более заметным становится негативный эффект. При уровне жесткости промывочной воды ниже 50 ч/м, получаются чрезвычайно плохие формы боковых и нижнего края. Высокие уровни жесткости – более 350 ч/м – не обязательно сказываються на резистах; хотя для уверенности необходимо проверять качество боковых и нижнего краев. Уровни жесткости выше 350 ч/м имеют тенденцию благоприятного влияния на количество отделений промывки и требуют более частой очистки.
Эксперименты показали, что использование мягкой воды для процесса проявления, оказывает небольшое влияние на форму бокового и нижнего краев, но использование мягкой воды для промывки оказывает значительно больший эффект. Если есть только мягкая вода, то сделать ее жесткой можно искусственным путем с помощью гептагидрата сульфата магния (соль Эпсома – другое название "Английская соль").
Жесткая вода способствует улучшенному проявлению резистов, потому что в ней содержится двухвалентные катионы – кальция и магния, которые склонны накапливать pH промывочной воды и сдерживать дальнейшую проявку. Т.к. происходит разбавление раствора проявителя (pH от 10,5 до 11,0) во время первой промывки после проявки, то pH донной промывки имеет тенденцию к повышению. При использовании мягкой воды для промывки, pH может увеличиваться очень быстро, а такой высокий pH имеет тенденцию к продлению процесса проявки, хотя панель находится в секции промывки. С другой стороны, жесткая вода имеет тенденцию выступать в качестве буфера для pH. Это значит, что pH не будет быстро увеличиваться во время удаления раствора проявителя из секции проявления, и проявка будет замедляться посредством низкого pH. Вероятно, другой механизм благоприятствует положительному влиянию промывки жесткой водой в проявке. Двухвалентные катионы в жесткой воде поступают на резист, формируя связующие соли, которые менее растворимы, чем соли натрия и калия. Данные соли увеличивают поперечные межмолекулярные связи экспонированного резиста, т.к. ионы магния и кальция вступают в реакцию с двумя группами карбоновых кислот (вместо одной, как в случае с натрием и калием) в растворе проявителя. В результате этих совместных действий получаются четкие боковые края резиста.
Управление потоком промывки и жесткостью воды
Эмпирическое правило достижения правильной промывки гласит – длина секции промывки должна составлять, как минимум, 50% длины секции проявки. Для промывки, рекомендуется использовать трехкратный рециркуляционный противопоток водопроводной воды, при скорости потока большим или равным 1 гал/мин (3,8 л/мин). pH первой промывки после проявки не должен превышать 9,5. Обычно, у первой промывки наибольший pH из-за слива из камеры проявления. Промывание будет качественным, если вода очень холодная. Для лучшего эффекта нужно использовать теплую промывочную воду.
Жесткость поступающей промывочной воды может не соответствовать нужной величине 200–350 ч/м. К счастью, очень легко искусственно повысить жесткость мягкой воды. Многие изготовители с успехом применяют эту технологию. Гептагидрат сульфата магния (соль Эпсома) в виде порошка можно легко добавить в промывочную воду, непосредственно насыпав его в промывочную емкость, либо сделать водный концентрат, и дозировано добавлять его в линию подачи промывочной воды или в емкость окончательной промывки.
На рисунке 1 изображена схема примера простой системы подачи и удаления соли Эпсома.
Необходимое оборудование для системы подачи и удаления гептагидрата сульфата магния: емкость, дозировочный насос, соленоидный клапан и регулятор уровня. Когда уровень воды достигает нижнего предела, заранее заданное количество солей Эпсома высыпается в емкость, емкость заполняется водой до верхнего уровня и происходит легкое перемешивание. Соли Эпсона растворяются, при этом создается необходимая концентрация питания. Размер и расход дозировочного насоса зависят от необходимого уровня жесткости воды, потоком промывочной воды и начальной концентрацией солей Эпсома. Концентрированный раствор солей Эпсома находится в емкости. Насос и соленоидный клапан электрически связаны для включения и выключения, когда включается и выключается подача промывочная вода. Питание направляют либо в зумпф окончательной промывки, либо в магистраль поступающей свежей воды в коллектор окончательной промывки так, чтобы она прошла каскады с промывочной водой по направлению к камере проявителя и с промывочным потоком на слив. Датчик уровня используется для включения сигнала тревоги, когда в емкости солей Эпсома уровень достигает нижнего значения и можно добавлять еще солей Эпсома и воды.
Настройка системы подачи и слива жесткой воды – проста. Вначале необходимо определить жесткость имеющейся промывочной воды, отправив пробу в стороннюю организацию по анализу состава воды или используя колориметрические пробные полоски жесткости воды. Затем, решить, какая общая жесткость воды необходима для промывки (200–350 ч/м). а также определить необходимую концентрацию для подачи концентрированного раствора солей Эпсома. Типичная концентрация составляет 500 грамм на литр. И, наконец, рассчитать требуемый расход концентрата для получения нужного уровня жесткости.
Пример: принимаем следующие условия системы промывки проявителя:
* Имеющаяся жесткость воды = 50 ч/м эквивалента карбоната кальция.
* Требуемая жесткость воды = 250 ч/м эквивалента карбоната кальция.
* Расход поступающей промывочной воды = 10 литры/мин.
* Концентрация подачи солей Эпсома = 500 г/л.
Примечание: единицы частиц на миллион (ч/м) равны миллиграммам на литр (мг/л).
Отношение молекулярного веса по формуле гептагидрата сульфата магния и арбоната кальция рано 2,46/1,00.
Таким образом, требуемое ч/м MgSO4 7H2O = 2,46 x ч/м требуемого эквивалента карбоната кальция. С помощью данной формулы можно произвести следующий расчет:
250 ч/м – 50 ч/м = 200 ч/м требуемого эквивалента карбоната кальция.
Необходимое количество солей Эпсома (ч/м) = 2,46 x 200 ч/м = = 492 ч/м солей Эпсома.
Необходимо помнить, что 492 ч/м равно 492 мг/л, или 0,492 г/л.
Требуется 0,492 г/л солей Эпсома, расход 10 л/мин означает, что необходимо добавлять в промывочную воду 4,92 грамм солей Эпсома каждую минуту (4,92 г/мин).
4,92 г/мин. солей Эпсома разбавленные в пропорции 500 грамм/литр подачи концентрата эквивалентны необходимой скорости подачи концентрата 0,00984 л/мин или 9,84 миллилитров в минуту (мл/мин) или 591 миллилитров в час (мл/ч).
Чтобы не производить расчеты в ручную, можно создать динамическую таблицу для расчетов, как показано на Рисунке 2, чтобы производить расчет требуемой скорости подачи концентрата, в миллиметры в час (мл/ч), на основе всех возможных комбинаций входных условий. Формулы, которые потребуются для создания собственной динамической таблицы расчетов, приведены в вышеуказанной таблице.
Существуют и другие соли, которые можно использовать для повышения жесткости промывочной воды, но их применение не рекомендуется. Растворимость гексагидрата хлорида магния в воде равна 1670 грамм/литр, растворимость гексагидрата хлорид кальция в воде – 2790 грамм/литр, их растворимость гораздо выше, чем у соли Эпсома. Однако соли, в состав которых входит хлорид, не рекомендуется использовать, потому что они способствуют коррозии деталей из нержавеющей стали, а также они очень гидроскопичны, что затрудняет обращение с ними.
Кальциевые соли проблематично использовать для повышения жесткости промывочной воды, потому что они формируют карбонат кальция, которому требуется гораздо больше доза для построения, чем карбонату магния. Также было обнаружено, что кальциевые соли создают проблемы, сокращая производительность в установке оборотного водоснабжения с использованием обратного осмоса и Ультрафиолетового облучения. Сульфат магния действует без проблем в данной установке.
Карл Дэйц менеджер по развитию в Лаборатории материалов для электронных приборов ДюПона, при "Research Triangle Park". В его обязанности входит прикладные исследования материалов для печатных плат.
За прошедшие годы "Tech Talk" затронул многие аспекты проявки сухого плёночного фоторезиста: управление проявкой (TT-13), освежение (TT-26), качество воды (TT-41), форма факела струи (TT-49), контроль пенообразования (TT-60), "точки размыва" или точки полоскания (TT-62), обслуживание фотопроявителя (TT-64), тенденции/новинки (TT-84), а также типы струйной форсунки (TT-85). TT-41 коснулся любопытного феномена, который заслуживает отдельного подробного изложения, а именно наблюдения того, что для большинства водяных проявляющих фоторезистов, шаблон резистов, особенно боковые стороны, четче обозначены, если промывка проявителя осуществляется водой с определенным уровнем жесткости.
Цели и результаты промывки
Основная цель промывки проявителя – быстро разжижить небольшое количество раствора проявителя, это осуществляется через панель в секции фотопроявителя. Промывка проявителя обычно производится в нескольких секциях, при этом промывочная вода поступает в секцию окончательной промывки, расположенную дальше всех от секции проявителя, и по каскадной схеме подается в секцию первой промывки – ближайшей к секции проявления. Именно в первой промывке самым важным условием является качество промывочной воды, потому что существует повышенная чувствительность к изменениям из-за смывания раствора проявителя. Жесткость промывочной воды играет роль в формировании вида боковых и нижнего краев проявленного резиста. Можно достигнуть значительного улучшения качества боковин и формы нижнего края экспонированного резиста с помощью жесткой воды для промывки проявителя. Хотя некоторые резисты могут быть менее чувствительны к мягкой промывочной воде, но большинство сухих плёночных фоторезистов только выиграют от использования жесткой воды. Преимущества использования жесткой воды, по сравнению с использованием мягкой воды:
* сокращение или полная замена шероховатых печатных плат или печатных схем,
* более аккуратное воспроизведение изображения для важных приложений,
* сокращение органических загрязнений травильных аппаратов при травлении.
В идеале, жесткость промывочной воды должна быть от 200 до 350 частиц на миллион (ч/м), измеренных как эквивалент карбоната кальция. Тесты показали, что меньшие уровни жесткости имеют тенденцию к созданию бесформенных и плохо очерченных боковых резистов, а также создавать больший и четкий нижний край. Очевидно, что не происходит коренных изменений, если жесткость воды чуть ниже 200. Чем мягче становится промывочная вода, тем более заметным становится негативный эффект. При уровне жесткости промывочной воды ниже 50 ч/м, получаются чрезвычайно плохие формы боковых и нижнего края. Высокие уровни жесткости – более 350 ч/м – не обязательно сказываються на резистах; хотя для уверенности необходимо проверять качество боковых и нижнего краев. Уровни жесткости выше 350 ч/м имеют тенденцию благоприятного влияния на количество отделений промывки и требуют более частой очистки.
Эксперименты показали, что использование мягкой воды для процесса проявления, оказывает небольшое влияние на форму бокового и нижнего краев, но использование мягкой воды для промывки оказывает значительно больший эффект. Если есть только мягкая вода, то сделать ее жесткой можно искусственным путем с помощью гептагидрата сульфата магния (соль Эпсома – другое название "Английская соль").
Жесткая вода способствует улучшенному проявлению резистов, потому что в ней содержится двухвалентные катионы – кальция и магния, которые склонны накапливать pH промывочной воды и сдерживать дальнейшую проявку. Т.к. происходит разбавление раствора проявителя (pH от 10,5 до 11,0) во время первой промывки после проявки, то pH донной промывки имеет тенденцию к повышению. При использовании мягкой воды для промывки, pH может увеличиваться очень быстро, а такой высокий pH имеет тенденцию к продлению процесса проявки, хотя панель находится в секции промывки. С другой стороны, жесткая вода имеет тенденцию выступать в качестве буфера для pH. Это значит, что pH не будет быстро увеличиваться во время удаления раствора проявителя из секции проявления, и проявка будет замедляться посредством низкого pH. Вероятно, другой механизм благоприятствует положительному влиянию промывки жесткой водой в проявке. Двухвалентные катионы в жесткой воде поступают на резист, формируя связующие соли, которые менее растворимы, чем соли натрия и калия. Данные соли увеличивают поперечные межмолекулярные связи экспонированного резиста, т.к. ионы магния и кальция вступают в реакцию с двумя группами карбоновых кислот (вместо одной, как в случае с натрием и калием) в растворе проявителя. В результате этих совместных действий получаются четкие боковые края резиста.
Управление потоком промывки и жесткостью воды
Эмпирическое правило достижения правильной промывки гласит – длина секции промывки должна составлять, как минимум, 50% длины секции проявки. Для промывки, рекомендуется использовать трехкратный рециркуляционный противопоток водопроводной воды, при скорости потока большим или равным 1 гал/мин (3,8 л/мин). pH первой промывки после проявки не должен превышать 9,5. Обычно, у первой промывки наибольший pH из-за слива из камеры проявления. Промывание будет качественным, если вода очень холодная. Для лучшего эффекта нужно использовать теплую промывочную воду.
Жесткость поступающей промывочной воды может не соответствовать нужной величине 200–350 ч/м. К счастью, очень легко искусственно повысить жесткость мягкой воды. Многие изготовители с успехом применяют эту технологию. Гептагидрат сульфата магния (соль Эпсома) в виде порошка можно легко добавить в промывочную воду, непосредственно насыпав его в промывочную емкость, либо сделать водный концентрат, и дозировано добавлять его в линию подачи промывочной воды или в емкость окончательной промывки.
На рисунке 1 изображена схема примера простой системы подачи и удаления соли Эпсома.
Необходимое оборудование для системы подачи и удаления гептагидрата сульфата магния: емкость, дозировочный насос, соленоидный клапан и регулятор уровня. Когда уровень воды достигает нижнего предела, заранее заданное количество солей Эпсома высыпается в емкость, емкость заполняется водой до верхнего уровня и происходит легкое перемешивание. Соли Эпсона растворяются, при этом создается необходимая концентрация питания. Размер и расход дозировочного насоса зависят от необходимого уровня жесткости воды, потоком промывочной воды и начальной концентрацией солей Эпсома. Концентрированный раствор солей Эпсома находится в емкости. Насос и соленоидный клапан электрически связаны для включения и выключения, когда включается и выключается подача промывочная вода. Питание направляют либо в зумпф окончательной промывки, либо в магистраль поступающей свежей воды в коллектор окончательной промывки так, чтобы она прошла каскады с промывочной водой по направлению к камере проявителя и с промывочным потоком на слив. Датчик уровня используется для включения сигнала тревоги, когда в емкости солей Эпсома уровень достигает нижнего значения и можно добавлять еще солей Эпсома и воды.
Настройка системы подачи и слива жесткой воды – проста. Вначале необходимо определить жесткость имеющейся промывочной воды, отправив пробу в стороннюю организацию по анализу состава воды или используя колориметрические пробные полоски жесткости воды. Затем, решить, какая общая жесткость воды необходима для промывки (200–350 ч/м). а также определить необходимую концентрацию для подачи концентрированного раствора солей Эпсома. Типичная концентрация составляет 500 грамм на литр. И, наконец, рассчитать требуемый расход концентрата для получения нужного уровня жесткости.
Пример: принимаем следующие условия системы промывки проявителя:
* Имеющаяся жесткость воды = 50 ч/м эквивалента карбоната кальция.
* Требуемая жесткость воды = 250 ч/м эквивалента карбоната кальция.
* Расход поступающей промывочной воды = 10 литры/мин.
* Концентрация подачи солей Эпсома = 500 г/л.
Примечание: единицы частиц на миллион (ч/м) равны миллиграммам на литр (мг/л).
Отношение молекулярного веса по формуле гептагидрата сульфата магния и арбоната кальция рано 2,46/1,00.
Таким образом, требуемое ч/м MgSO4 7H2O = 2,46 x ч/м требуемого эквивалента карбоната кальция. С помощью данной формулы можно произвести следующий расчет:
250 ч/м – 50 ч/м = 200 ч/м требуемого эквивалента карбоната кальция.
Необходимое количество солей Эпсома (ч/м) = 2,46 x 200 ч/м = = 492 ч/м солей Эпсома.
Необходимо помнить, что 492 ч/м равно 492 мг/л, или 0,492 г/л.
Требуется 0,492 г/л солей Эпсома, расход 10 л/мин означает, что необходимо добавлять в промывочную воду 4,92 грамм солей Эпсома каждую минуту (4,92 г/мин).
4,92 г/мин. солей Эпсома разбавленные в пропорции 500 грамм/литр подачи концентрата эквивалентны необходимой скорости подачи концентрата 0,00984 л/мин или 9,84 миллилитров в минуту (мл/мин) или 591 миллилитров в час (мл/ч).
Чтобы не производить расчеты в ручную, можно создать динамическую таблицу для расчетов, как показано на Рисунке 2, чтобы производить расчет требуемой скорости подачи концентрата, в миллиметры в час (мл/ч), на основе всех возможных комбинаций входных условий. Формулы, которые потребуются для создания собственной динамической таблицы расчетов, приведены в вышеуказанной таблице.
Существуют и другие соли, которые можно использовать для повышения жесткости промывочной воды, но их применение не рекомендуется. Растворимость гексагидрата хлорида магния в воде равна 1670 грамм/литр, растворимость гексагидрата хлорид кальция в воде – 2790 грамм/литр, их растворимость гораздо выше, чем у соли Эпсома. Однако соли, в состав которых входит хлорид, не рекомендуется использовать, потому что они способствуют коррозии деталей из нержавеющей стали, а также они очень гидроскопичны, что затрудняет обращение с ними.
Кальциевые соли проблематично использовать для повышения жесткости промывочной воды, потому что они формируют карбонат кальция, которому требуется гораздо больше доза для построения, чем карбонату магния. Также было обнаружено, что кальциевые соли создают проблемы, сокращая производительность в установке оборотного водоснабжения с использованием обратного осмоса и Ультрафиолетового облучения. Сульфат магния действует без проблем в данной установке.
Карл Дэйц менеджер по развитию в Лаборатории материалов для электронных приборов ДюПона, при "Research Triangle Park". В его обязанности входит прикладные исследования материалов для печатных плат.
Отзывы читателей
