Раствор для травления стали Советский патент 1983 года по МПК C23F1/04 

со :л

о со

CAD Изобретение предназначено для химического фрезерования и относится к водным растворам на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода может быть использовано при производстве прецизионных деталей, применяемых при изготовлении оборудования для электронной техники и в частности, пластин статоров с периодическими стгруктурами для линейНых шаговых двигателей (ЛШД). Известен раствор на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода, который позволяет применять копировальные слои с пониженной кислотостойкостью и обеспечить бесшламное .травление tilОднако использование известного раствора требует специальных усло.вий и, кроме того, он имеет значительную величину бркового растрав.ления. Известен также раствор.на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода 2,. Известный раствор имеет недоста. точный фактор травления (F), т.е отношение величины глубинного травления (в) к величине бокового травления ,(С) , Наиболее близким к изобретению по технической сущности является рартвор, содержащий щавелевую кислоту, перекись водорода, органические добавки, в качестве которых взя ты олеиновая кислота и триэтаноламин, и воду. Этот раствор благодаря добавкам приобретает смазывающие и ингибирующие свойства Гз. . Однако использование такого раствора ограничено областью химико-механиче I кой обработки и при увеличении концентра ций основных составляющих, он по СВОИМ; свойствам становится аналогичным известному раствору. Труд,ность при изготовлении плиты ЗПДЦ фотохимическим фрезерованием заключается в выполнении определенного с отношения глубины и ширины паза, ра : ного 0,7. Для обеспечения такого со отношения и требуемого профиля необходимо, чтобы фактор травления F -г- был не менее 2. Существующа , те }нология фотохимического фрезёров нйя и применяемые при этом травител позволяют получать F не более 1,5. ПрИ таком факторе травления требуемая ширина паза получается, когда гл бина достига:ет 160-170 мкм. Даль. нейшее травление ho глубины 200 мкм и выше (что диктуется необходимость финишной механической обработки по. верхностн пластины до требуемой, плоскостности) вызывает недопустимое растравливание пазов. Цель .изобретения - увеличение фактора травления при избирательном травлении, а также повышение стабильности раствора. Поставленная цель достигается тем,что раствор, содержащий щавелевую кислоту ) I перекись водорода, органические добавки и воду, в качестве органических добавок содержит тетраэтоксисилан и алкилбензилдимётиламмоний хлорид {ката мин АБ) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Щавелевая кислота 7,5-18,0 Перекись водорода 3-6 Тетраэтоксисилан - 0,5-2,0 Алкилбензолдиметиламмоний хлорид 0,05-0,60 Вода , . Остальное . Тетраэтоксисилан - полный этиловый эфир ортокремниевой кислоты (С-2.Н50)д S i . Он является простейшим из группы этилсиликатОв.Внешне это прозрачная подвижная жидкость с легким эфирным запахом, структурная формула ... HgCjO-$t-oCjits Выпускается по ТУ 6-02-708-76, Этилсиликаты обладают способностью при воздействии воды подвергаться гидролитической поликонденсации, превращаясь, в полимерную двуокись кремния (SiOQ)x. В промыишенности этилсиликаты применяют в качестве связующего при изготовлении оболочковых форм для точного литья по выплавляемьм моделям. Ка-тамин АБ представляет собой четвертичную аммониевую соль - алкилбензилдиметила ммоний хлорид, соотвествующую формуле |(-1Г,„,Х(СНз1гйН, Л 10-18 I гйе Добавление только тетраэтоксисилана краствору, состоящему из щаве-; левой кислоты, перекиси водорода и J воды, практически не влияет на скорость растворения стали. Однако в присутствии алкилбензолпиметиламмония хлорида ( катамина АБ) наблюдается торможение коррозионного процесса в несколько раз, т.е. проявляется синергетический эффект. При этом добавка в определенном количесвенном соотношении тетраэтокрисилана и катамина АБ обеспечивает тормозящий коррозию эффект по профилю рельефа вытравливаемого рисунка. Во ковые стенки пблучаемых пазов защищаются от коррозии .в большей сте пени, чем донные участки, в результате достигается фактор травления 2 и более, обеспечивая необходимое соотношение ширины и глубины пазов пластин ЛЩЦ. . Кроме тйго, смесь тетраэтоксисилана и катг1мина АВ способствует . улучшению качества травленой поверх /ности (79) и повйшает выравнивание .кромок рельефа; В результате добав ления тетраэтоксисилана и катами на повышается также в 2-3 раза. стабильность травильного раствора, его рабочая активность сохраняется в -течение 7 дней вместо 2-3 дней у известных травителей на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода, . Травильный раствор готовят путем растворения щавелевой кислоты в нагретой до 40-50 С воде, охлаждения полученного раствора до , добавления 35%-ного раствора перекиси водорода, геля тетраэтоксисилана и раствора катамина АБ. Гель пригЬтавливают следукяцим Образом; тетраэтоксисилан в расчетном количестве разводят водой в .два раза, раствор подкисляют щавеле вой кислотой до рН 1 и выдерживают не менее 24 ч, после чего фильтруют и добавляют в раствор для травления Травитель (рабочая температура 30-35 с) подают через форсунки нормально к обрабатываемой поверхности под давлением 1,2-1,5 атм. Средняя Скорость травления стали: норалальная (в глубину) 10-18 мкм/мин, тангенциальная (.боковая:) 6-15 мкм/мин. Травитель индифферентен по отношению к негативному фоторезисту ФН-11 Приведены примеры использования предлагаемого раствора при избирательном травлении системы пазов на поверхности стальной пластины (примеры 1-5 - сталь 20895, примеры б и 7 - кинескопная сталь 08КП). Ц р и м а р 1. .Раствор, содержащий, Mac.it Щавелевая кислота 7,5 Перекись водорода 3 Тетраэтоксисилан 0,5 Катамин АБ0,1 ВодаДо 100, .используют для травления. Глубина травления 220 мкм, боко/вое травление (на сторону) 100 мкм, ФТ-2,2, скорость нормального травления ( средняя ) 11 мкм/мин, качество поверхноститравления 9, маска фоторезиста ФН-11 не разрушена. Пример 2. Раствор , содержащий, мас.%: Щавелевая кислота 7,5 Перекись водорода 3,0 Тетраэтоксисилан 1,0 , Катамин АБ , 0,4 Вода До 100, используют для травления. Глубина травления 200 мкм, боковое травление 75 мкм, ФТ-2,6, скорость нормального травления 9 мкм/мин, .качество поверхности травления V9, маска фоторезиста ФН-11 не разрушена. - . .Пример 3. Раствор,, содержащий , мае.%: Щавелевая кислота 12,0 Перекись водорода 5,0 Тетраэтоксисилан 1,0 Катамин АБ0,4 ВодаДо 100, используют для травления. -j Глубина травления 230 мкм, боко-j iBoe травление 81 мкм, ФТ - 2,8 скорость нормального, трйвления 10 мкм/мин, качество поверхности травления V9, маска ФН-11 не разрушена. Пример 4. Раствор, содержа щий, мае. %:, Щавелевая кислота 18,О Перекись водорода 6,0 Тетраэтоксисилан 0,5 Катамин АВ0,1 Вода , До 100, используют для травления. Глубина травления 250 мкм, боковое травление 80 мкм, ФТ-2,9, скорость нормального травления 13 мкм/мин/ качество поверхностиХГ9, маска фН-11 не разрушена. Пример 5. Раствор, содержащий, лас.%: . - Щавелевая, кислота 9 Перекись водорода .5 Тетраэтоксисилан 1,0 Катамин АБ0,2 Вода :До 100, используют для травления. Глубина травления 230 мкм, боковое травление 85 мкм, ФТ-2,7, скорость нормального травления i 12 мкм/мин, качество поверхности травления у 10. - , пример 6. Раствор, содержаий , мае.%: Щавелевая кислота12 Перекись водорода5 Тетраэтоксисилан , 0,5 Катамин АБ0,05 Вода. До 100, спользуют для травления. Избирательному травлению подверают образцы из стали кинескопная 8КП толщиной 150 мкм. Глубина травения 130 мкм, боковое травление2 мкм, ФТ-3,1, скорость нормальноо травления 15 мкм/мин, качество

поверхности V9, маска ФН-11 не разрушена.

Пример 7. Раствор, содержащий, мае.%;

Щавелевая кислота 18.

Перекись водорода б

Тетраэтоксисилан 2

Катамин АБ0,6

: Вода . До 100,

используют для травления.

Фотохимическому фрезерованию подвергают образцы из стали СМКР, фоторезист позитивный ФП-27 0 .

Глубина травления 120 мкм, боко. вое травление 40 мкм, ФР - 3,0, скорость нормального травления 15 мkм/мин .качество поверхности .79, маска фоторезиста ФП-27 0 не разрушена.

.

Оптимальное количество щавелевой кислоты находится в пределах 7,518 мае.%, так как содержание ее меньше 7,5% приводит к уменьшению скорое ти травления и ухудшению качества травленой поверхности, а с .увеличением концентрации до 16-18 мае.% .скорость нормального травления возрастает, практически не изменяясь е дальнейшим повышением концентрации кислоты. Повышение концентрации

30

щавелевой киелоты более 22 мас.% при рабочей температуре травления (30-35 С) приводит к кристаллизации раствора. Оптимальное содержание перекиси водорода находится в интер35вале З-б мае,%, меньшее еодержание ее приводит к снижению скорости трав леция, большее - сопровождается самопроизвольным разложением перекиси в растворе. Оптимальное содержание тетраэтоксисилана находится 40 . в пределах 0,5-2,0 мас.%. В этом интервале его содержания в растворе при добавлении 0,05-0,6 мае.% алкилбензилдиметиламмония хлорида обеспечивается минимальное боковое под- 45 травливание (фактор травления более..2). Скорость нормального травления Удовлетворительная и качество травленой поверхности лвысокое (чистота обработка уэ).. что гарантирует 50 требуемую ровность кромки рельефа.

. В таблице приведены данные сравнительных испытаний известных ипредлагаемого растворов для избирательного Травления стали.

Раствор 1, содержащий хлорное железо, не может быть использован для избирательного травления етали с целью получений узких глубоких пазов по причине большого бокового растравливания (низкого F) и грубой поверхноети травления.

Раствор 2, содержащий соляйую и серную кислоты, разрушает фото.. резист .при глубоком травлении и выявляет глубококрйеталлическую г структуру, стали.

Раствор 3, содержащий щавелевую кислоту и перекись водорода, обеспечивает получение необходимой глубины травления и качество травленой поверхности, однако не позволяет подучить требуеглый профиль рисунка в связи с большим подтравливанием.

Известный раствор-прототип 4 может быть использован для глубин порядка 70 мкм, но с низким фактором травления (1,5), етабйле.н не , более двух,сут.

. Предлагаемый раствор - составы 5 (а-е) на основе щавелевой киелоты и перекиси водорода с добавками тетраэтоксисилана и катамина АБ, обеспечивает качественное глубинное травление сталей (до 150 мкм ст.СМК и до 230 мкм ст. 20895) с высоким фактором травления (2,7-3,0). Рает. вор от.личается высокой стабильностью в работе: обеспечивает высокое качество травления без изменения скорости Ё течение 7 сут с момента приготовления .

Предлагаемь.й раствор для избирательного травления стали при фотохимическом фрезеровании обеспечивает удовлетворительную скорость травления, высокий фактор травления (малую величину бокового подтравлива.ния), высокую чиртоту обработки .поверхноети, сохранность пленки фоторезиста при длительном контакте с раствором, стабильность по сравнению с раствором-прототипом на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода в 2-3 раза. Использованйв предлагаемого раствора при изготовлении пластин статоров ЛШД позволяет повысить производительность труда и еократить затраты на инструмен для механического изготовления пластин. Ожидаемый экономический эффект составляет около 90 тыс. руб, в год

10 1,7

15 1,2

,

12 1/5

2-3 1,5

12 2,7

Не стоек при глубине травления 150 мкм

Не стоек при глубине травления 80 мкм

-В - iif9 Стоек

Стабильность раствора 2 сут

9

Негативный,

Максимальная глубина стоек травления 70 мкм Травитель годен 2 сут

Сталь 20895,

Стоек глубина травления 230 мкм стальность раствора 7 сут

РАСТВОР ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ СТАЛИ, содержащий щавелевую кислоту. перекись водорода, органические добавки и воду, отличающийс я тем, что, с целью увеличения фактора травления при избирательном травлении, раствор в качестве органических добавок содержит тетраэток.сисилан и алкилбензилдиметиламмоня) хлорид катамин АЁ} при следующем . соотношении компонентов, мас.%: Щавелевая кислота 7,5-18,0 Перекись водорода 3-6 Тетраэтоксисилан 0,5-2,0 Алкилбен3илдиметиламмоний хлорид (катамин АБ)0,05-0,60 Валаостальное А