pss的生產(chǎn)工藝及原理

1、,,,,farer,PSS的生產(chǎn)工藝及原理,許南發(fā),2012年3月6日,PSS介紹 PSS工藝——清洗、光刻、刻蝕 質(zhì)量標準,主要內(nèi)容,藍寶石應用,藍寶石應用,軍用光電設備,背光光源,GaN的外延襯底基片,激光,LED燈裝飾,Why Patterned Sapphire Substrate,PSS作用： 增加出光效率 減少外延位錯密度,Why Patterned Sapphire Substrate,PSS

2、examples,stripe (B) 凸grid array (C)凹grid array(D) dome,(E) cone (F) columnar form(G) sub-micron pattern (H) sub-micron pattern using metal-assembly,圖形轉移技術-干法刻蝕,圖形轉移技術-濕法腐蝕,1min,1.5min,2.5min,3min,溶液H2SO

3、4:H2PO3=3:1 在290℃對有圖形sio2的藍寶石襯底進行濕法腐蝕。不同的腐蝕時間PSS圖形變化。,納米壓印的工藝,陽極氧化鋁（AAO）技術,優(yōu)勢：圖形尺寸小，可以克服曝光缺陷，過程簡單，沒有顯影，烘烤等步驟。缺點：掩模板昂貴。氣泡等勻膠缺陷還存在。納米PSS需要LED工藝進一步驗證。,優(yōu)勢：工藝設備簡單，成本低。不需要模板，圖形可以做到納米尺寸。缺點：圖形一致性較差，大面積轉移有難度。,納米壓印技術,陽極

4、氧化鋁技術,,,圖形轉移技術,中鎵PSS模型,干法刻蝕 Cone,濕法腐蝕Mitsubishi Cone,表：PSS 模型標準,PSS模型,二、PSS制程,清洗光刻蝕刻,二、PSS制程,,工藝流程圖,,清洗,,,去膠,,檢查,,前部工藝,,刻蝕,清洗,檢測&包裝,,,1、清洗,PSS生產(chǎn)中，如果藍寶石表面有沾污或有金屬離子時，則: 1、光刻工序中，雜質(zhì)會使涂膠不均勻，沾潤不良，從而導致圖像 不清晰，高度和尺寸改變，

5、大大降低成品率。 2、同時使在其上生長的LED性能變壞，反向飽和電流增大。,1.1、清洗的作用和意義,1、清洗,1.2、濕法清洗,1、清洗,1.3、干法plasma清洗,等離子體清洗設備作為一種精密干法清洗設備，應用于半導體、厚膜電路、元器件封裝前、COG前、真空電子、連接器和繼電器等行業(yè)的精密清洗，塑料、橡膠、金屬和陶瓷等表面的活化以及生命科學實驗等 。,主要優(yōu)點：可以有效去除殘膠等有機物黏附，大大降低顆粒缺陷，同時也可以改變表面

6、狀況，靈活控制表面的親水特性。,清洗質(zhì)量直接影響下面的各道工藝，如圓晶表面有殘膠等污染在勻膠會產(chǎn)生顆粒，在ICP容易產(chǎn)生盲區(qū)死區(qū)，蝕刻后再清洗不容易再洗干凈；圓晶表面黏附性不好在顯影會產(chǎn)生脫膠。故必須嚴格控制圓晶的清洗，從源頭把好關。,1、清洗,涂膠后,顯影后,刻蝕后,2、光刻,光刻膠表面處理涂膠前烘曝光后烘顯影堅膜顯影后檢查,2、光刻基本工藝流程,旋轉涂膠,對準和曝光,顯影,步進式曝光,2.1 光刻膠,光刻膠是一種有機

7、化合物，受紫外曝光后，在顯影溶液中的溶解度會發(fā)生變化。涂膠方式有兩種，靜態(tài)滴膠和動態(tài)滴膠。晶片制造中所用的光刻膠通常是以動態(tài)涂在晶片表面，而后被干燥成膠膜。,負性光刻膠在曝光后硬化變得不能溶解,正性光刻膠在曝光后軟化變得可以溶解,抗蝕劑有兩個基本功能：精確圖形形成和刻蝕時保護襯底,抗蝕劑本身擁有一系列材料特性包括：a)、光學性質(zhì)：分辨率、感光靈敏度和折射率；b)、機械及化學性質(zhì)：固體成分含量、粘度、附著力、抗蝕能力、熱穩(wěn)定性、流

8、動特性及對環(huán)境氣氛如氧氣的靈敏度；c)、有關加工和安全性能：清潔（顆粒含量）、金屬雜質(zhì)含量、工藝寬容度、貯藏壽命、閃點和安全極限濃度(TLV，毒性的測量),2.1 光刻膠特性,分辨率：顯影溶脹、鄰近效應、光刻膠厚度,2.2 表面處理,光刻膠粘附要求要在嚴格的干燥、非極性表面，而晶圓容易吸附潮氣到其表面，故在涂膠之前要進行脫水烘烤和黏附劑的涂覆。脫水烘焙的溫度通常在140℃到200℃之間。有時還要用到黏附劑，黏附劑通常使用HMDS（

9、六甲基二硅胺脘）。,是否要使用黏附劑要根據(jù)圖形大小、襯底和光刻膠種類決定,表面處理主要作用是提高光刻膠與襯底之間的粘附力，使之在顯影過程中光刻膠不會被液態(tài)顯影液滲透。,2.3 涂膠,為了維持有效的涂膠過程，應該控制的涂膠程序還有：缺陷的產(chǎn)生、涂覆環(huán)境、圓晶的處理和存儲,涂膠過程有許多方式引入缺陷，減少其產(chǎn)生的步驟包括：a)、前烘前抗蝕劑膜是粘性的，易于俘獲空氣的顆粒。應在100級或更好的環(huán)境涂膠b)、抗蝕劑本身必須是干凈的，直徑

10、在0.2micro左右的顆粒全無。使用前的過濾c)、抗蝕劑溶液中必須沒有空氣。使用前靜置一天，使溶液的空氣和氣體逸出d)、徑向抗蝕劑條紋，是由不均勻的溶劑蒸發(fā)引起的。旋轉盤排出的氣流不均勻e)、旋轉盤應該設計防濺擋板以免抗蝕劑液滴旋轉到圓晶外f)、把抗蝕劑噴到圓晶上的噴嘴應安置在靠近圓晶表面處，以防止濺射效應g)、噴嘴的回吸裝置，把多余的抗蝕劑通過噴頭回到供應線，但會在噴頭產(chǎn)生氣泡h)、吸盤應該設計正確，吸盤直徑應足夠大，以

11、始終如一地吸住圓晶和防止破損,,,缺陷：黑點，麻點，漩渦，圓暈，散射，針孔。,2.3 涂膠主要缺陷,2.3 涂膠質(zhì)量標準,PSS涂膠要求： :厚度2.95um—3.05um； :均勻性≤ 1%； :邊寬≤0.3um :顏色一致（無彩紋，無顆粒，無麻點）,技術指標：厚度控制；均勻性控制；邊寬控制,厚度控制：與主轉速成反比關系。均勻性：與設備性能（加速度）有關。邊寬：背洗

12、控制。,2.4 前烘,目的是包括：1、蒸發(fā)掉抗蝕劑中的溶劑，這使得膜中的溶劑濃度由20-30%降到4-7%。2、提高抗蝕劑的粘附力，有利用顯影時更好的粘附。3、由旋轉過程中的切力引起的應力退火。,前烘可在熱板或烘箱中進行。每一種光刻膠都有其特定的前烘溫度和時間光刻膠越厚，所需要烘烤的時間越長,熱板：直接加熱,烤箱：熱對流,2.4 前烘,烘烤過度：減少光刻膠中的感光成分的活性；前烘不足：光刻膠中的溶劑不能完全被蒸發(fā)掉，這將阻礙光

13、對膠的作用并且顯影 到其在顯影液中的溶解度；殘余的溶劑越多，顯影劑中溶解的速率越 高，肌膚效應：,應建立前烘和曝光之間的關系，曝光抗蝕劑的溶解速率和前烘溫度之間的關系,2.5 對準&曝光,曝光工具：A、接觸式光刻機B、接近式光刻機C、步進重復式曝光系統(tǒng)D、掃描式曝光系統(tǒng),NSR,Utratech,2.5 曝光工藝控制,1、環(huán)境影響2、光刻膠影響3、曝光燈4、掩膜板工藝5

14、、晶片質(zhì)量6、曝光時間、強度分布7、聚集、步進設置等,2.5 曝光工藝——能量,2.5曝光工藝——DOF,2.5 曝光工藝——ALIGNMENT,對準機制：在wafer曝光臺上有一基準標記，可以把它看作是坐標系的原點，所有其它的位置都相對該點來確定，分別將掩模版和硅片與該基準標記對準就可確定它們的位置，在確定了二者的位置后，掩模版上的圖形轉移到硅片上就完成了對準過程；在多次光刻中，除了第一光刻以外，其余層次的光刻在曝光前都要將該層次

15、的圖形與以前層次留下的圖形對準。,三角,拼接異常,2.5 曝光缺陷,2.6 后烘,使曝光后光刻膠中有機溶劑得到揮發(fā),減少駐波影響,主要用于負膠工藝,2.7 顯影,用化學顯影液將曝光造成的光刻膠的可溶解區(qū)域溶解就是光刻膠的顯影，其主要目的就是把掩膜版的圖形準確復制到光刻膠中,常見的顯影液有：NaOH(Shipley 351），KOH(Shipley 606），TMAH等,2.8 堅膜,堅膜就是通過加溫烘烤使光刻膠更牢固地黏附在晶圓表面，

16、并可以增加膠層的抗刻蝕能力，堅膜并不是一道必需的工藝,好處：能夠改善光刻膠的抗刻蝕、注入能力改善光刻膠與晶圓表面的黏附性，有利于后續(xù)的刻蝕工藝改善光刻膠中存在的針孔,弊端：可能導致光刻膠的流動，使其圖形精度減低通常會增加去膠的難度,,2.9 光刻質(zhì)量檢查,2.9 光刻質(zhì)量檢查,3、刻蝕,刻蝕設備刻蝕原理刻蝕工藝控制,3、ICP,ICP設備腔體示意圖,系統(tǒng)主要有四部分組成：1、能量產(chǎn)生系統(tǒng)2、真空系統(tǒng)3、溫度控制系統(tǒng)

17、4、氣路部分,3.1 ICP設備腔體示意圖,：,3.2 刻蝕原理,,3.2 刻蝕原理,3.3 刻蝕工藝控制,,3.3 刻蝕工藝控制,產(chǎn)品測試位置,圖形高H：1.55±0.15um圖形底B：2.45±0.15um 圖形間S：0.55±0.15um片內(nèi)圖形高度、底徑均勻性≤5% 間距均勻性≤10%,,三、質(zhì)量標準,圖形高度H：1.35±0.15um 圖形底徑B：2.45±0

18、.25um 圖形間S：0.55±0.25um片內(nèi)圖形高度、底徑均勻性≤5% 間距均勻性≤10%,圖形高H：1.55±0.15um圖形底徑B：2.2－2.3um或2.6－2.8um 圖形間距S：0.3－0.4um或0.6－0.8um片內(nèi)圖形高度、底徑均勻性≤5% 間距均勻性≤10%,A2品尺寸標準（判斷時以A品規(guī)則優(yōu)先）,A3品尺寸標準（判斷時以A品規(guī)則優(yōu)先）,,,,,死區(qū),盲區(qū),污染,彩紋,圖形不規(guī)

19、則,刮傷,污染,馬賽克,彩紋數(shù)據(jù),不同馬賽克情況PSS襯底LED波長均勻性比較,馬賽克效應使波長均勻性變的相對較差。,無馬賽克 輕度馬賽克 重度馬賽克,無馬賽克 輕度馬賽克 重度馬賽克,馬賽克效應對樣品發(fā)光亮度均勻性沒有明顯影響,不同馬賽克情況PSS襯底LED亮度比較,尺寸缺陷平均高度 H 1.8um；底徑B

20、2.7um；間距S>0.8um或 2mm，彩紋>2mm，邊寬+彩紋> 2 mm；      以面積為單位：刮傷、死區(qū)、污染、勻膠缺陷，累計面積>10m㎡ ；      以曝光場為單位：3.5mm x 3.5mm 曝光場的嚴重馬賽克（馬賽克場>5個或存在嚴重突出馬賽克的）； 

21、     以晶片完整：晶片缺損（如：邊沿缺損），碎片（設備故障、人為操作、晶片不良等原因導致）；,不合格品標準,AA品：0分； A品：尺寸符合A標準，外觀缺陷為1—2分者A2品：尺寸符合A2標準、外觀缺陷為0—2分且不構成不合格者A3品：尺寸符合A3標準、外觀缺陷為0—2分且不構成不合格者B1品：單個缺陷分值在3分及以上，含1類外觀缺陷且不構成不合格者B2品：累計缺陷分