La fabrication des circuits intégrés VI-6 Transfert image1 VI-6 Transfert image par résine photosensible Photoresist imaging

La fabrication des circuits intégrés

VI-6 Transfert image 1

VI-6

Transfert image par résine photosensible

Photoresist imaging



Sommaire Outlook

• Applications– gravure directe

– Métallisations électrolytiques

• Principe des résines négatives

• Types de résines

• Applications– Direct etching

– Electroplating

• Principle of negative photoresist

• Kinds of photoresist



Sommaire Outlook

• Gamme opératoire :– Préparation de surface

– Enduction / Laminage

– Insolation

– Développement

• Environnement• « Stripage »

• Flow of operations– Surface preparation

– Coating / Lamination

– Exposure

– Development

• Environment• Stripping



Applications Applications

• Couches internes• Circuits SF et DF• Circuits DF-TM

méthode « panel plating »

• Internal layer• SS & DS PCB• DS-PTH PCB panel

plating method

Gravure directe Direct etching




Gravure directe Direct etching

Etching mask(positive pattern)

Réserve de gravure(image positive)

Tenting




• Circuits DF-TM et MC méthode «pattern plating »

• DS-PTH & ML PCBs pattern plating method

Gravure inverse Inverse etching




• Circuits hyperfréquences

• Connecteurs

• Microwave PCBs• Connectors

Nickelage / Dorure Nickel / Gold plating




Métallisation et gravure inverse

Plating & Inverse etching

Réserve de métallisation(image négative)

Plating mask(negative pattern)



Principe des résines négativesNegative photoresist principle

résine monomère

+ inducteur de polymérisation

+ liant

Polymère

h (UV)

Facilement soluble

Easy to dissolve

Difficilement soluble

Hard to dissolve



Types de résines photosensiblesKinds of photoresists

• Résine liquide (application au rouleau)

• Résine électro-déposée (application par cataphorèse)

• Film sec (application par laminage)

• Liquid resist (roller coating)

• Electro-deposited resist (electrodeposition process )

•Dry film resist (lamination process)



Gamme opératoire Flow of operations

préparation de surface

étuvage

enduction / laminage

stabilisation

insolation

développement

séchage

Surface preparation

dry

coating / lamination

stabilization

exposure

development

dry



Préparation de surfaceSurface preparation

• But :

- Elimination des bavures

- Nettoyage du cuivre (oxydation, taches de doigts ...)

- Assurer une bonne adhérence de la résine photosensible

• Purpose :

- Burr removal

- copper cleaning

( oxides, finger prints.. )

- improve adhesion of photoresist



Préparation de surfaceSurface preparation

• Méthodes

- brosse abrasive

- brosse avec abrasif

- pulvérisation d ’abrasif

- décapage chimique

• Methods

- abrasive brushes

- brush with abrasives

- blasting with abrasives

- chemical cleaning



Nettoyage avec brosse abrasiveCleaning with abrasive brush

Brosse abrasiveAbrasive brush

Cylindre d ’acierSteel cylinder

EauWater

Rinçage HPHP rinse

&Séchage

Dry



Nettoyage avec brosse abrasiveCleaning with abrasive brush

Structure de la surface

Surface structure



Nettoyage avec brosse et abrasifsCleaning with brush and abrasive

Brosse nylonNylon brush

Eau + ponce/alumineWater + pumice/alumina

Rinçage HPHP rinse

&Séchage

Dry



Nettoyage par pulvérisation d’abrasifJet scrubbing with abrasive

Eau HP + ponce/alumineHP water + pumice/alumina

Rinçage HPHP rinse

&Séchage

Dry



Décapage chimiqueChemical cleaning

Gamme de travail Flow of operations

Décontamination organique

Organic contaminants removal

Micro-gravure

Micro-etch

Elimination des taches grasses

Oil, fingerprints removal

Elimination des oxydesSatinage du cuivre

Oxides removalrouthening the surface




Microgravure Microetch

- Acide sulfurique et eau oxygénée - Sulfuric acid & hydrogen peroxide

Cu +H2O2 => CuO + H2O

CuO + H2SO4 => CuSO4 + 2 H2O




Microgravure Microetch

- Persulfate de sodium - Sodium persulphate

Cu +Na2(S04)2 => Na2SO4 + CuSO4



Oxydation du cuivre Copper oxidation



Temps d ’attente maximumMaximum hold time

Cuivre de base - décapage chimiqueChemically cleaned vendor copper

2 heures2 hours

Cuivre de base brossé / cuivre chimiqueBrushed vendor or electroless copper

4 heures4 hours

Traitement à la poncePumiced (jet or brush) copper

6 heures6 hours

Cuivre passivéChemical anti-tarnish treated copper

8 heures8 hours



« Film sec »Dry film photoresist

Résine photosensible(20 à 70 µ)Photoresist

Feuille de protection (polyoléfine) release sheet

Support(polyester 25µ)

cover sheet(25µ mylar)



LaminageLamination

Fim sec collé par thermo-compression

Heat and pressure dry film bonding



LaminageLamination

Rouleau de film sec

Rouleau chauffant

Récupération du film de protection

release sheet collector

Photoresist roll

Heating roll

Laminateur

Laminator



LaminageLamination

Paramètres

•Température des rouleaux: ~ 100 °C•Température de sortie :

~ 60°C•Pression : ~ 3 bars•Vitesse : ~ 1,5 m/mn

Parameters

•Roll Temperature : ~ 100 °C

• Exit Temperature :~ 60°C

•Pressure : ~ 3 bars•Speed : ~ 1,5 m/mn



LaminageLamination

propriétés

• adhérence• conformation• tenue au « tenting »• productivité

Properties

• adhesion• conformation• tenting behaviour• productivity



LaminageLamination

Défaut de conformation de la résinePoor resist conformation



Temps de stabilisationStabilization time

• Permet le retour des panneaux à la température ambiante avant l ’exposition

•Empêche la déformation des masques photographiques

•Stabilise la résine photosensible

•Durée environ 15 mn

•Allow to cool the panels to room temperature prior to exposure

• Prevent from photomask deformation

• Stabilyze the photoresist

• Time about 15 mn



Insolation Exposure

polyester

émulsion

résine photo

Masque photographiqueUV UV UV

UV UV UV

Photoresistemulsionpolyester

Photomask



Insolation Exposure

Conditions

Lampes ~5 kW

Longueur d ’onde ~ 320 à 420 nm

Intensité d ’exposition

> 5 mW/cm²

Energie d ’exposition w~100 mJ/cm²

temps ~2s

Conditions

Lamps ~5 kW

Wave length ~ 320 à 420 nm

Exposure intensity

> 5 mW/cm²

Exposure energie w~100 mJ/cm²

temps ~2s



Insolation Exposure

Contrôle de l ’energie d ’exposition Exposure energy test

Echelle de gris RST à 25 plagesRST 25-step stablet

50% de résine restant après développement

50% of the resist remaining after developpment Résine développée

Stripped resist

Résine non développée

Totaly remaining resist



Insolation Exposure

Influence de l ’energie d ’exposition sur la largeur des lignes Effect of exposure energy on ligne width

-0,5-0,4-0,3-0,2-0,1

00,10,20,30,40,5

8 10 12 14 16 18 20

Energie d'expositon (échelle de gris RST)

Dif

fére

nce

(mil

s)



Insolation Exposure

Influence du hors contact Effect of off contact

UV

Masque photographiquePhotomask

Résine photosensiblePhotoresist

Polyester Polyester

Après développementAfter development

Emulsion Emulsion

Polyester Polyester

Film secDry film

Diffraction Diffraction



Insolation Exposure

Influence du hors contact Effect of off contact

UVMasque photographique

Photomask(Inversé) (reversed)

Résine photosensiblePhotoresist

Polyester Polyester

Après développementAfter development

Emulsion Emulsion

Polyester Polyester

Film secDry film



Développement Development

Pulvérisation de solvantSolvent spray

résine polymériséePolimerized resist



Développement DevelopmentParamètres

•Concentration en

Na2CO3 : ~ 1%

•température : ~ 30 °C

•temps de développement :~ 2 mn

•Point de lavage ~ 60 %

•Concentration en anti-mousse : ~ 0,15 ml/l

•Pressions des buses ~ 1,5 bars

•Charges en résine ~ 0,3 mil-m²/l

Parameters

•Developper concentration (Na2CO3) : ~ 1%

•temperature : ~ 30 °C

•Time to clean :~ 2 mn

•Breakpoint ~ 60 %

•Defoamer concentration ~ 0.15 ml/l

•Pressions des buses ~ 1.5 bars

•Developper loading ~0.3 mil-m²/l




Propriétés

•Qualité des talus

•Résolution (largeur des pistes - espacements

•Vitesse de developpement

Properties

•Sidewall quality

•Line/space resolution

•Developpement rate



Développement DevelopmentTitration du carbonate de soude

•Avec HCl 0,1 N

•Indicateur : méthyle orange

jaune => rouge saumon

Vs volume de solution

Va volume d ’acide utilisé

N normalité de l ’acide

m masse molaire du carbonate

(106 g)

T Titre en poids

T% = N . Va . m / 20 . Vs

Titration of sodium carbonate

•With 0.1 N HCl

•Indicator : methyl orange

Yellow => salmon/red

Vs sample volume

Va volume of acid required

N normality of the acid

m formulation weight of the carbonate (106 g)

T concentration

T% = N . Va . m / 20 . Vs




Point de lavage Breakpoint

Chambre de développementDevelopment chamber

D

dd/D 60%




Influence de la température Effect of temperature

14

16

18

20

22

24

30 35 40

température (°C)

tem

ps

de

dév

elol

pp

emen

t (s

)




Influence de charge en résine Effect resist loading

10

12

14

16

18

20

22

24

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4

charge (mil-m²/l)

tem

ps

de

dév

elol

pp

emen

t (s

)




Rinçage

•A l ’eau dure

•Température 20 à 30 °C

•Pression > 1,5 bar

=> élimination des résidus de solution sur le cuivre

=> très important pour une bonne métallisation ou une bonne gravure

Rinsing

•With hard water

•Temperature 20 to 30 °C

•Pressure > 1.5 bar

=> remove residual developper chemistry

=> Very important for a good plating or etching




Séchage

•A l ’air chaud

=> évite l ’oxydation du cuivre

=> arrête l ’attaque des talus par la solution de développement

=> durcit la résine

Drying

•With hot air

=> prevent from copper oxidation

=> stop the developper to attak the resist sidewall

=>harden the resist



Environnement Environment

• Éclairage inactinique UV (jaune)

• Salle propre

exemple classe 10 000 (nombre de particules > 0,5µm par pied cube)

• Contrôle de la température (ex : 212°C)

• Contrôle du taux d ’humidité (ex : 55 5%)

• Safe lighting Yellow (UV free)

• Clean room

for exemple class 10000

(number of particles > 0.5µm per cubic foot)

• temperature regulation (ex: 212°C)

• Humidity regulation (ex : 55 5%)



« Stripage » Stripping

Procédé du « stripage »

•Pulvérisation d ’une solution de soude ou de potasse

•Le film sec se brise en formant des peaux

•Élimination des peaux par filtration

•Rinçage et séchage

Stripping Process

•Sodium hydroxide or potassium hydroxide spray

•The dry film resist breaks into skins

•Removing skins by filtration

•Rinse and dry




Paramètres

•Concentration de la solution~ 1,5%

•Anti-mousse ~1,5 ml/l

•Température ~ 50°C

•Pression des buses ~ 1,8 bar

•Point de lavage ~50%

•Charge en résine< 0,5mil-m²/l

Parameters

•Stripper concentration ~ 1.5%

•Antifoam ~ 1.5 ml/l

•Temperature ~ 50°C

•Nozzles pressure ~ 1.8 bar

•Breakpoint ~50%

•Resist loading<0.5mil-m²/l




Propriétés recherchées

•Vitesse de « stripage » élevée

•Faible oxydation du cuivre

•Faible attaque de l ’étain-plomb

Parameters

•Hight stripping rate

•Low copper oxidation

•Low tin-lead oxidation




Effet de l ’exposition à la lumière blancheEffect of white light exposure

40

45

50

55

0 1 2 3 4 5

Temps d'exposition (jours)

Tem

ps d

e st

ripa

ge (

s)



Documents

La fabrication des circuits intégrés VI-6 Transfert image1 VI-6 Transfert image par résine photosensible Photoresist imaging