Раствор для травления стали

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТКИ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК щр 23 F 1/04

Е (M

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

0 05-0,60

Остальное е

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

llO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3404504/22-02 .(22) 01.03.82 (46) 15.08.83. Ьюл. В 30 (72) Р..А.Øàïêèí, В.М.Харчевников, В.A.Âîéòîsè÷, И;М.Фаворская, Е.И.Полякова, В.В.Лутовинова и В.A.Ìàòèññåí (53) 621.794. 42(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 239755, кл. С 23.G 1/02, 1969, 2. ОСТ 11.054.146-75.

3. Авторское свидетельство СССР .

Р 295475, кл. С 23 F 1/00, 1976..(54)(57) РАСТВОР ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ CTA

ЛИ, содержащий щавелевую кислоту, перекись водорода, органические добавки и воду, о т л и ч а ю щ и й.. с я тем, что, с целью увеличения

Фактора: травления при избирательном травлении, раствор в качестве органических добавок содержит тетраэток.сисилан и алкилбензилдиметиламмонии хлорид (,катамин Ai) ври следующем соотношении компонентов, мас.%: щавелевая кислота 7,5-18,0

Перекись водорода 3-6

Тетразтоксисилан 0,5-2,0

Алкилбензилднметиламмоний хлорид (катамин AS)

„,- Вова

1035093

Изобретение предназначено для химического фрезерования и относится к водным растворам. на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода, может быть использовано при производстве прецизионных деталей, при меняемых при изготовлении оборудо- . вания для электронной техники и в частности, пластин статоров с периодическими структурами для ли неййых щаговых двигателей (ЛШД).

Известен раствор на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода, который позволяет применять копировальные слои с пониженной кислотостойкостью и обеспечить бесшламное 15 . травление 1 j.

Однако использование известного раствора требует специальных усло,вий и, кроме того, он имеет значи-. тельную величину бокового растрав- 20 . ления.

25

Известен также раствор на основе щавелевой кислоты и перекиси водо рода 2».

Известный раствор имеет недоста. точный фактор травления (F), т.е отношение величины глубинного трав ления (В) к величине бокового трав ления,(С). . 30

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является раствор, содержащий щавелевую кислоту, перекись водорода, органические добавки, в качестве которых взя- 35 ты олеиновая кислота и триэтаноламин, и воду. Этот раствор благодаря добавкам приобретает смазывающие и ингибирующие свойства ГЗ ).

Однако использование такого раствора 4р ограйй но областью химико-механической обработки и при увеличении кон-! . центраций основных составляющих, он по своим свойствам становится ана- . логичным известному раствору. Труд- 4 ность при изготовлении плиты ЛШД фотохимическим фрезерованием заключается в выполнении определенного соотношения глубины и ширины паза, рав: ного 0,7. Для обеспечения такого соотношения и требуемого профиля необходимо, чтобы фактор травления

8 . F. ---. был не менее 2. Существующая технология фотохимического фрезерованйя и применяемые при этом травители позволяют получать F не более 1,5.

При. таком факторе травления требуе-,мая ширина паза пол чается, когда глу бина достигает 160-170 мкм. Дальнейшее травление до глубины 200 мкм б0 и выше (что диктуется необходимостью финишной механической обработки по:верхйости пластины до требуемой. плоскостности) вызывает недопусти.мое растравливание пазов. б5

Цель .изобретения — увеличение фактора травления при избирательном травлении, а также повышение стабильности раствора °

Поставленная цель достигается тем, что раствор, содержащий щавелевую кислоту (Н С 04), перекись водорода, органические добавки и воду, в качестве органйческих добавок содержит тетраэтоксисилан и алкилбензилдиметиламманий хлорид (ката" мин AB) при следующем соотношении компонентов, -мас.Ъ:

Щавелевая кислота 7,5-18,0

Перекись водорода 3-6

Тетраэтоксисилан . 0,5-2,0

Алкилбенэолдиметиламмоний хлорид 0,05-0,60

Вода Остальное . Тетраэтоксисилан — полный этиловый эфир ортокремниевой кислоты (С Н О)Л. Si. Он является простейшим из группы этилсиликатов.Внешне это прозрачная подвижная жидкость с легким эфирным запахом, структурная формула

0С,К5

i.

Н5С 0 — 8 — ОСф5

О,Н5

Выпускается по ТУ 6-02-708-76. Этилсиликаты обладают способностью при воздействии воды подвергаться гидролитической поликонденсации, превращаясь. в полимерную двуокись кремния (SiO<) . В промышленности этилсиликаты применяют в качестве связующего при изготовлении оболочковых форм для точного литья по выплавляемым моделям.

Катамин АБ представляет собой четвертичную аммониевую соль - алкилбензилдиметиламмоний хлорид, соотвествующую формуле

° °

t (Я 1„„ I cd I 2 2 6 5) ) дЕ В=1О-18

Добавление только тетраэтоксисилана к раствору, состоящему из щаве- : левой кислоты, перекиси водорода и— воды, практически не влияет на скорость растворения стали. Однако в присутствии алкилбензолпиметилам.мония хлорида (катамина АБ) наблюдается торможение корроэионного Ilpo» цесса в несколько раз, т.е. проявляется синергетический эффект. При этом добавка в определенном количесвенном соотношении тетраэтоксисилана и катамина АБ обеспечивает тор1035093

7 5

0,5

0,1

До 100, мозящий коррозию эффект по профилю Щавелевая кислота 7,5 рельефа вытравливаемого рисунка. So-} Перекись водорода 3,0 ковые стенки получаемыХ пазов за- Тетраэтоксисилан 1,0 щищаются от коррозии .в большей сте-, Катамин AS 0,4 пени, чем донные участки, в резуль- Вода До 100, тате достигается фактор травления используют для травления. равНый 2 и более, обеспечивая необ- . Глубина травления 200 мкм, бокоходимое соотношение ширины и глуби- . soe. травление 75 мкм, ФТ-2,6, сконы пазов пластин ЛЩЦ. . рость нормального травления 9мкм/мин, Кроме тбго, смесь тетраэтоксиси-,качество поверхности травления A)9, лана и катамина АБ способствует М маска фоторезиста. ФН-11,не Разруулучшению качества травленой поверх- щена.

"ности (Р9) и повйшает выравнивание П р и м е .р 3. Раствор, содержакромок рельефа-. В результате добав- щий, мас.Ъ: ления тетраэтоксисилана и катами- Щавелевая кислота 12,0 на Б повышается также в 2-3 раза 15 Перекись водорода 5 0 стабильность. травильного раствора, Тетраэтоксисилан 1,0 его рабочая активность сохраняется Катамин AB 0,4 в течение 7 дней вместо 2-3 дней . Вода До 100, .у известных травителей на основе . . используют для травления. щавелевой кислоты и перекиси водо-. 2О Глубина травления 230 мкм, боко

-рода. вое травление 81 мкм, ФТ вЂ” 2,8, Травильный раствор готовят путем скорость нормального, травления растворения щавелевой кислоты в на- 10 мкм/мин, качество поверхности гретой до 40-50 С воде, охлаждения травления } 9, маска ФН-11 не разруполученного раствора до 3(}oc, до- 25 щена. бавления 35%-ного раствора перекиси . Пример 4. Раствор, содержа водорода, геля тетраэтоксисилана |щий, мас. Ъ: и раствора катамина AB. Щавелевая кислота 18 0

Гель приготавливают следующим Перекись водорода . 6,0 образом: тетраэтоксисилан в расчет- О Тетраэтоксисилан 0,5 . ном количестве разводят водой в ,два раза, раствор подкисляют щавеле- Вода, До вой кислотой до РН 1 и выдерживают использУют для тРавления. не менее 24 ч, после чего фильтруют Глубина травления 250 мкм, бокои добавляют в раствор для травления. вое травление 80 мкм, ФТ-2,9, скотравитель (рабочая температура З5 рость нормального травления .30-35 С) подают через форсунки нор 13 икм/MHBt качество поверхностиФ9, мально к обрабатываемой поверхности маска ФН-11 не Разрушена. под давлением 1,:2-1,5 атм, Средняя II p a M e p 5° . Pacxsopi содержaскорость травления стали: нормальная (в глубину) 10-18 мкм/мин, тан-, 40 Щавелевая. кислота

9 генциальная (бокова ч) 6-15 мкм/мин. Перекись водорода . 5

Травитель индифферентен по отноше-. Тетраэтоксисилан 1,0 нию к негативному фоторезисту ФН-11.. 0,2

Приведены примеры использования До 100, предлагаемого раствора при избира" 45 используют для травления. тельном травлении системы пазов на Глубина травления 230 мкм, бокоповерхности стальной пластины (при- все травление 85 мкм, ФТ-2,7, скомеры.1-5 — сталь 20895, примеры 6 - рость нормального травления и 7 — кинескопная сталь 08KII). 12 мкм/мин, качество поверхности ,„ травления у 10.

П- Р и м е р 1.:Раствор, содер- ™.} жащий, мас.%: П р и M e p 6. Раствор, содержаЩавелевая кислота щий, мас.%:

Перекись водорода Щавелевая кислота - 12

Тетраэтоксисилан Перекись водорода 5

Катамин AS Терраэтоксисилан 0,5

Вода Катамин AS 0,05 используют для травления. Вода До 100, Глубина травления 220 мкм, боко- используют для травления. ,вое травление (на сторону) 100 мкм, ФТ-2,2, скорость нормального трав- Щ Избирательному травлению подверления (средняя) 11 мкм/мин, качеот- . гают образцы из стали кинескопная во поверхности травления М 9, маска 08КП толщиной 150 мкм. Глубина травфоторезиста .4}H-11 не разрушена. ления 130 мкм, боковое травление.

Пример 2. Раствор у содеР- 42 мкм, ФТ-3,1, скорость нормально65 ..го травления 15 мкм/мин, качество

1035093 поверхности ч 9, маска ФН-11 не разрушена.

Пример 7. Раствор, содержащий, мас,Ъ:

Щавелевая кислота 18

Перекись водорода 6

Тетраэтоксисилан 2

Катамин AB 0,6 . Вода До 100, используют для травления.

Фотохимическому фрезерованию под. вергают образцы из стали СМКР, фоторезист позитивный ФП-27"0".

Глубина травления 120 мкм, боковое. травление 40 мкм, ФР— 3,0, скорость нормального травления 15 мкм/мин качествО поверхности Р9, маска фоторезиста ФП-27"0" не разрушена. с

Оптимальное количество щавелевой кислоты находится в пределах 7,518 мас.Ъ, так как содержание ее меньше 7,5Ъ приводит к уменьшению скорости травления и ухудшению качества травленой поверхности, а с увеличением концентрации до 16-18 мас.% скорость нормального травления возрастает, практически не изменяясь с дальнейшим повышением концентрации кислоты. Повышение концентрации щавелевой кислоты более 22 мас.Ъ при рабочей температуре травления (30-35 С) приводит к кристаллизации раствора. Оптимальное содержание перекиси водорода находится в интервале 3-6 мас.Ъ, меньшее содержание ее приводит к снижению скорости трав ления, большее — сопровождается самопроизвольным разложением пере.киси в растворе. Оптимальное содержание тетраэтоксисилана находится .40 .. в пределах 0,5-2,0 мас.В. В этом интервале его содержания в растворе при добавлении 0,05-0,6 мас.Ъ алкилбензилдиметиламмония хлорида обеспечивается минимальное боковое под- 45 травливание (фактор травления более,.2).. Скорость нормального травленйя удовлетворительная и качество травленой поверхности, высокое (чистота обработки g9), что гарантирует 50 требуемую ровность кромки рельефа. . В таблице приведены данные сравнительных испытаний известных и предлагаемого растворов для избирательного травления стали.

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

Раствор 2, содержащий соляную и серную кислоты, разрушает фото. резист при глубоком травлении и выявляет глубококристаллическую . структуру, стали.

Раствор 3, содержащий щавелевую кислоту и перекись водорода, обеспечивает получение необходимой глубины травления и качество травленой поверхности, однако не позволяет получить требуемый 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), стабйлен не более двух.сут.

Предлагаемый раствор — составы 5 (а-е) на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода с добавками тетраэтоксисилана и катамина АБ, обеспечивает качественное глубинное травление сталей (до 150 мкм ст.СМКР и до 230 мкм ст. 20895) с высоким фактором травления (2,7-3,0 ). Раствор отличается высокой стабильностью в работе: обеспечивает высокое качество травления без изменения. скорости в течение 7 сут с момента приготовления, Предлагаемый раствор для избирательного травления стали при фотохимическом фрезеровании обеспечивает удовлетворительную скорость трав- ления, высокий фактор травления (малую величину бокового подтравливания), высокую чистоту обработки .поверхности, сохранность пленки ! фоторезиста при длительном контакте ,с раствором, стабильность по срав нению с раствором-прототипом на основе щавелевой кислоты и перекиси водорода в 2-3 раза. Использование предлагаемого раствора при изготовлении пластин статоров ЛШД позволяет повысить производительность труда и сократить затраты на инструмент для механического изготовления пластин. Ожидаемый экономический эффект составляет около 90 тыс. руб, в год. т

1035093

10 1,7

Не стоек при глубине травления 0 150 мкм

Не стоек при глубине травления > 80 мкм

15 1,2 е

Я

Стабильность раствора 2 сут

: ф8 †.. 9 . Негативный, Иаксимальстоек ная глубина

O травления

70 мкм

Травитель годен 2 сут

2-3 1 5

2,7 ф9 .

Стоек

Раствор на основе хлорного железа,FeC1+, со» держащий, г/л:

6Н 0 70 нм8 6so

НС1 300 (температура до 40оС) Раствор на основе смеси кислот co«« держащий, г/л:

НС1 45

Н 504 550 (температура до

40ОС).

Известный раствор, содержащий,мас.Ъ: 12

Н С,Ц, 18

Н О 1,5

Вода До 100 (Температура 30 35o С) Раствор-прототип, содержащий,мас.Ъ:

Щавелевая кислота 3,5

Перекись водода 3,5

Серная кислота 0,015

Олеиновая кислота 3,0

Триэтеноламин 0,55

Предлагаемый раствор; содер-. жащий, мас.Вг а) Н С 04 9 н о, 5

Тетраэтоксисилан

1,0

Катамин AS

0,2

Вода До 100

1 5- ф8 - ф9 Стоек

Сталь 20895, глубина травления 230 мкм стальность раствора

7 сут

1035093

Продолжение таблицы

3,0 ф9

Стоек

Негативный, Глубина траВстоек ления 230 мкм, травитель годен 7 сут

2,2 ф9

2,8 g9

Глубина травления 230 мкм, травитель

7 сут

То же

Негативный, стоек

3 0 9

Глубина травления 120 мкм, травитель годен 7 сут

3, 1 су,9

Позитивный, стоек

Глубина травления 130 мкм, травитель оден 7 сут

Составитель В.Олейниченко

Редактор T.Ïàðôeíîâà Техред Т.Маточка Корректор Ю.Макаренко б) Н С 0„ 16 н о, 4,0

Тетраэтоксисилан

0,5

Катамин АБ

0,05

Вода До 100 в) Щавелевая, кислота

7,5

Перекись во; дорода 3

Тетраэтойсисилан

0 5

Катамин AS

0 1

Вода До 100 г)Щавелевая кислота 12

Перекись во дорода 5

Тетразтоксисилан 1,0

Катамин AB

0,4

Вода До 100 д)Щавелевая кислота 18

Перекись водорода б.

Тетраэтоксисилан 2

Катамин AB

0,.6

Вода До 100 ж)Щавелевая 15 кислота 12

Перекись водорода 5

Тетраэтоксисилан 0,5

Катамин йБ

0,05

Вода До 100

Заказ 5764/24 Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раумская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г.ужгород, ул.Проектная, 4

Сталь СИКР фотореэист

ФП-27»0»

Стабильность раствора до 7 сут