[发明专利]用于电解蚀刻铜的蚀刻设备

说明书

本发明涉及用于在蚀刻材料上电解蚀刻铜的蚀刻设备，例如印刷电路或电路板。

为了在印刷电路或印刷电路板上电解蚀刻铜，可以使用含铜的蚀刻流体。如果是那样的话，则蚀刻流体包括，例如，氯化铜(II)，其在与电路或电路板上的铜接触时被还原为氯化亚铜(I)。此反应产物几乎根本就不侵蚀铜并且，因而如果要重复使用蚀刻流体，则反应产物必须被再生回到氯化铜(II)。这样的再生可借助于盐酸和过氧化氢来实现，产生了氯气。可选择地，铜的蚀刻还可基于硫酸电解质而获得。为此目的，硫酸铜(II)被溶解于硫酸并在与待蚀刻掉的铜反应后被还原而得到硫酸亚铜(I)。添加过氧化氢后，可以再次生成硫酸铜(II)，使得以此方式再生的蚀刻流体能够再次被提供给蚀刻材料。

已发现上述的蚀刻方法在实践中难以管理，因为铜在酸溶液中对过氧化氢起催化作用并将其分解，并因此过氧化氢的消耗相对较高。此外，发生大量放热，并因此需要能量密集的冷却。

另一途径是不使用过氧化氢而使用臭氧气体作为电解质中铜(I)离子的氧化剂。二价铜与待蚀刻掉的铜在硫酸电解质中按照下式反应而得到硫酸亚铜(I)：

Cu+CuSO₄→Cu₂SO₄.

然后，获得的硫酸亚铜(I)按照下式用硫酸和臭氧气体被氧化回硫酸铜(II)：

Cu₂SO₄+H₂SO₄+O₃→2CuSO₄+H₂O+O₂

这里产生相对很少的反应热，并因此对冷却的耗费显著较低。此外，没有形成氯气，代替的是氧气，这与蚀刻设备中较低的风险相关联。

以此方法工作的蚀刻设备是已知的。然而，随着对在印刷电路或印刷电路板上的导体印刷线(conductor track)的小型化的不断增长的需求，已发现，通过延长的加工时间连续蚀刻难以在导体印刷线之间获得窄的且边界明确的中间空间。

因此，本发明的一个目的是提供一种蚀刻设备，采用该蚀刻设备可以用少量蚀刻流体连续蚀刻大量的铜，并且还可以获得具有高的侧面陡度(flank steepness)的导体印刷线的细的且鲜明的轮廓。

此目的通过独立权利要求1的主题获得。本发明的有利的发展是从属权利要求的主题。

本发明的用于在蚀刻材料上电解蚀刻铜的蚀刻设备包括：

-第一混合设备，其被设置成接收包含铜离子的酸性电解质和氧气或臭氧气体，以便形成第一液体/气体混合物，该混合物可被传输离开所述第一混合设备的第一出口进入与其耦合的连接线路，

-容器，其容纳容器液体，

-第二混合设备，其被布置在所述容器内并且被所述容器液体环绕，所述第二混合设备具有抽吸孔口以便抽吸存在于所述抽吸孔口的区域中的所述容器液体，并且所述第二混合设备被连接至所述连接线路并被设置成将所述第一液体/气体混合物和所抽吸的所述容器液体传输至所述第二混合设备的收缩区中，使得所抽吸的所述容器液体能够与所述第一液体/气体混合物混合并由此形成第二液体/气体混合物，并且所述第二混合设备具有第二出口，所述第二液体/气体混合物能够通过所述第二出口流出并与存在于所述第二出口的区域中的所述容器液体混合，以及

-容器出口线路，其被设置成将其中存在的所述容器液体供应至设置在蚀刻模块中的所述蚀刻材料。

发明人已认识到，将含有铜(I)离子和铜(II)离子的酸性电解质与氧气、臭氧气体或氧气/臭氧气体混合物混合不是足够简单的。尽管理论上会发生铜(I)离子氧化成铜(II)离子，但在现有蚀刻设备中的二价铜的量随着电解质循环的增加而减少。之后，电解质的蚀刻作用不断减弱至甚至更大的程度，直到蚀刻操作的结果不再符合要求。这是本发明的起始点：在本发明的蚀刻设备中，存在所供应的氧气或臭氧气体与酸性电解质的非常紧密的混合，使得形成了高浓度的氧气或臭氧气体的气体微泡。这样的效果是大量的铜(I)离子能够在电解质中被氧化回铜(II)离子，这是仅一次运行通过蚀刻设备后就实现了。因此首先可获得高效率的电解质再生。其次，采用具有连续高浓度的铜(II)离子的上述蚀刻设备，可以获得快速且轮廓鲜明的蚀刻，即便是在铜导体印刷线之间的非常窄的凹进处。