Standard Post with Image

WT-2000 環保矽蝕刻液

一、前言 :

氧化矽又可稱做為石英或水晶,結構有非晶形和高壓下安定的同質多晶形。石英為無色六方晶矽固體,熔點高達1610℃,一般是不溶於水且不溶於氫氟酸以外的酸,因石英具有高硬度與導熱的功能,不怕熱衝擊且耐化性優良,所以用途非常廣泛。
一般單晶或多晶矽、石英或類似特殊玻璃等在進行蝕刻或微蝕加工的時候,大多是使用硝酸與氫氟酸不等比例的混合(矽蝕刻液);有時候只使用氫氟酸稀釋進行蝕刻或微蝕,氫氟酸是一種非常危險、非常致命的化學物質,在人體內部,氫氟酸與鈣離子和鎂離子反應,正因為如此,它會使依靠以上兩種離子發揮機能的器官喪失作用。接觸、暴露在氫氟酸中一開始可能並不會疼痛,而徵狀可能直到幾小時後氫氟酸與骨骼中的鈣反應時才會出現。如果不進行處理,最終可能導致心、肝、腎和神經系統的嚴重甚至是致命損傷。
即使能得到及時治療,身體表面少於10%的面積暴露在氫氟酸中也會是致命的。吞服高濃度的氫氟酸溶液會導致急性的低血鈣症,引致心臟停搏及死亡。因此在萬不得已的情況下,能不要使用則盡量避免使用。
有鑑於氫氟酸強烈的危害性,操作時又會大量的放出氫氟酸氣體與煙霧,總使是以煙霧型態吸入人體中,一樣會讓操作員致命,所以WT-2000就是專門用來取代氫氟酸的酸性玻璃拋光液,因不含氫氟酸且操作拋光後比氫氟酸還要光亮平滑,是一個非常優良的酸性玻璃拋光液來取代氫氟酸使用。

二、WT-2000藥水特性:

1. ) 為酸性系統的玻璃拋光液。
2. ) 不含氫氟酸,拋光過程不需要加熱處理,不具像氫氟酸一樣的劇毒特性。
3. ) 不會攻擊與分解乾溼光阻、PE膜、PI膜、抗蝕刻油墨等等保護層。
4. ) 產品內主要含有30%的WT-2000與少量鹽酸,並特別添加增強拋光能力的均勻添加劑與修補刮痕的平整添加劑,除了能有效研磨拋光玻璃產品的缺損處以外,也能進行玻璃減薄的功用。
5. ) 產品可以使用純水做任何比例稀釋,稀釋後除咬蝕能力變弱以外,研磨拋光的效果依然存在。
6. ) 能夠對各種玻璃進行拋光能力,如鉀強化玻璃、鈉玻璃、硼玻璃、石英玻璃、彩色玻璃、鋁矽玻璃、鎂玻璃等各種玻璃以外,還能對矽晶圓、太陽能晶片進行拋光效果,一般的單純氫氟酸是無法做到。
7. ) 使用WT-2000拋光後表面無stain,且也不會有異物回沾的現象。
8. ) 對石英玻璃或矽晶圓材質拋光時,不會產生晶界腐蝕現象,能得到高度平滑、光亮的拋光表面,非常適合直接使用於光學鏡頭與儀器生產或修補用。
9. ) WT-2000可適用於浸泡、噴灑或搖擺等系統中,特別注意如果製程過程循環異常的話,產品出來後會有厚度不均的問題。

三、WT-2000藥液使用安全注意事項:

1.) WT-2000不含氫氟酸系統,對操作員的毒害性非常低,但是因含有強酸與氧化劑,所以操作員還是必須配戴手套與防護裝備。
2.) WT-2000使用方法,室溫下可以不稀釋直接使用,如因製程需求不允許這麼快速的咬蝕效率,可以視需求任意比例稀釋使用。
3.) 拋光石英玻璃或矽晶圓時,不會造成表面缺陷的晶界腐蝕現象,也可以應用於薄化製程中。拋光後的玻璃表面會呈現覆水水膜狀態,能有效防止在槽液中被particle 回沾污染,水膜狀態經後製程清洗後會被洗掉而逐漸失去親水覆膜面。
4.) WT-2000含有強酸與微量的氧化劑,幾乎對所有金屬都會有咬蝕能力,所以請勿使用金屬材質的機台與包材,必要時必須coating鐵氟龍來保護。
5.) 本蝕刻液不含氫氟酸,但是也含有氟化物,處理後的酸廢液還會含有高濃度的矽,因此在沒有適當沉降處理前,不能隨意排放以免汙染環境。
6.) 原液使用能適用於噴灑、浸泡等機制,切記不能使用玻璃或含矽的容器裝取,也不能使用玻璃材質的偵測器材直接接觸藥水量測。

四、WT-2000藥液使用作業環境:

1.) 溫度:操作溫度範圍為20~40 ℃,室溫操作水分流失狀態幾乎沒有。另外請勿存放或使用於低溫環境下,室溫低於15℃可能會發生結晶現象。
2.) 設備:接觸到藥水的部分請勿使用金屬材質,基本上和氫氟酸使用的設備可以共用,氫氟酸會咬蝕的材料,也會同樣的被WT-2000咬蝕。請特別注意。至於反應過程不會像氫氟酸一樣產生有毒氫氟酸氣體,所以對機台其它部分的損壞或腐蝕狀況會少很多。
3.) 運作系統:噴灑、浸泡、打氣、擺動、超音波與震盪器等,都可以共用,不會產生氣泡與黏滯的問題,不過請注意某些材質部分,例如加熱器、溫度感應器等金屬裸露材質,請包覆鐵氟龍以保護之。
4.) 廢液處理:請必須按照各廠內處理酸性矽蝕刻液的方式處理,請勿任意排放,以免造成嚴重的矽汙染。
5.) 人員:雖然劇毒程度不比氫氟酸一樣危險,但含有強酸與少量氧化劑,所以一樣必須配戴安全防護設備。

五、蝕刻實例與效果圖片:

1.) 現階段手機、平板電腦或LED的強化保護玻璃生產方式,大多使用CNC加工切割以後,再使用CNC進行導角作業,因為切割與導角流程都屬於機械加工範圍,難免會有應力殘存與缺角出現,這些缺角如果不將其去除或磨平的話,強化保護玻璃在受壓的情況下將會由這些缺角處崩裂,原因就是應力集中缺陷的狀況。
所以目前製作方式最後一個應力與缺角消除的二次強化作業,都使用HF來去進行拋光,圖片顯示CNC作業後與HF進行二次強化和WT-2000進行二次強化比較。結果顯示使用WT-2000處理後的切面幾乎變成光亮面,比HF處理後有更平滑的表面狀態。

CNC導角後,未經二次強化處理圖 使用15%HF處理10分鐘
使用15%HF處理20分鐘 使用WT-2000處理10分鐘
使用WT-2000處理20分鐘

2. 切割玻璃邊緣直接使用化學研磨導角,照片顯示直接切割面會發現很多玻璃的微小破損點。使用WT-2000浸泡處理10分鐘後,很多破損點消失;處理浸泡時間到20分鐘後,由拍攝的反射光差中,可以發現均勻的微小斜面導角出現;當處理時間延長到30分鐘後,斜面導角居然變成圓弧狀弧形導角。

玻璃切面圖,左圖倍率100X,右圖倍率200X
使用WT-2000處理10分鐘,左圖倍率100X,右圖倍率200X
使用WT-2000處理20分鐘,左圖倍率100X,右圖倍率200X
使用WT-2000處理30分鐘,左圖倍率100X,右圖倍率200X

六、WT-2000蝕刻原理特性與相關比較資料:

1.) WT-2000拋光原理示意圖如下所示,化學拋光利用界面活性劑(Surfactant A)暫時性吸附在玻璃表面,當表面凸出來的部分會呈現較大縫隙,分子排列較不緻密,凹陷的部分分子排列較緊密,拋光藥劑會因為立體障礙的不同,選擇在凸出來的部分咬蝕較多。
當咬蝕到接近製程時間終點的時候,另外一種界面活性劑(Surfactant B)就會將原先吸附的進行包覆與脫離,如此一來WT-2000就能夠持續保有拋光拋平效果。

蝕刻原理圖示
2.) WT-2000蝕刻速率與一般線上使用HF進行二次強化的藥品比較:
比對藥水: HF (15%HF+8%HCl)
WT-2000
比對玻璃: 白玻璃系列與青玻璃系列兩種
蝕刻時間: 每組實驗20min,五組實驗平均值

白玻璃系列

青玻璃系列