PSS的生产工艺及原理

farerPSS的生产工艺及原理许南发2012年3月6日PSS介绍PSS工艺——清洗、光刻、刻蚀质量标准主要内容蓝宝石应用蓝宝石应用军用光电设备背光光源GaN的外延衬底基片激光LED灯装饰WhyPatternedSapphireSubstratePSS作用：增加出光效率减少外延位错密度WhyPatternedSapphireSubstrate0.00.51.01.52.002040LEE(%)Heightsofpattern(m)TotalLEETopBottomSapphireside-wallGaNside-wallPSSexamples(A)stripe(B)凸gridarray(C)凹gridarray(D)dome(E)cone(F)columnarform(G)sub-micronpattern(H)sub-micronpatternusingmetal-assembly图形转移技术-干法刻蚀图形转移技术-湿法腐蚀1min1.5min2.5min3min溶液H2SO4:H2PO3=3:1在290℃对有图形sio2的蓝宝石衬底进行湿法腐蚀。不同的腐蚀时间PSS图形变化。纳米压印的工艺阳极氧化铝（AAO）技术优势：图形尺寸小，可以克服曝光缺陷，过程简单，没有显影，烘烤等步骤。缺点：掩模板昂贵。气泡等匀胶缺陷还存在。纳米PSS需要LED工艺进一步验证。优势：工艺设备简单，成本低。不需要模板，图形可以做到纳米尺寸。缺点：图形一致性较差，大面积转移有难度。纳米压印技术阳极氧化铝技术图形转移技术中镓PSS模型干法刻蚀Cone湿法腐蚀MitsubishiCone表：PSS模型标准PSS模型二、PSS制程•清洗•光刻•蚀刻二、PSS制程工艺流程图清洗去胶检查前部工艺刻蚀清洗检测&包装表面处理涂胶软烘坚膜显影后烘对准&曝光核心工艺1、清洗PSS生产中，如果蓝宝石表面有沾污或有金属离子时，则:1、光刻工序中，杂质会使涂胶不均匀，沾润不良，从而导致图像不清晰，高度和尺寸改变，大大降低成品率。2、同时使在其上生长的LED性能变坏，反向饱和电流增大。1.1、清洗的作用和意义1、清洗类别常用清洗剂主要作用有机溶剂丙酮,异丙醇，三氯乙烷相似相溶原理，去除有机沾污无机酸硫酸，磷酸，硝酸腐蚀作用氧化剂双氧水，浓硫酸，硝酸氧化还原作用双氧水洗液1号液(APM):NH4OH:H2O2:H2O2号液(HPM):HCl:H2O2:H2O3号液(SPM):H2SO4:H2O2:H2O强氧化性，可去除无机及有机沾污（不同配比有不同效果）络合剂盐酸、氢氟酸、氟化铵络合作用，去除金属杂质1.2、湿法清洗1、清洗1.3、干法plasma清洗等离子体清洗设备作为一种精密干法清洗设备，应用于半导体、厚膜电路、元器件封装前、COG前、真空电子、连接器和继电器等行业的精密清洗，塑料、橡胶、金属和陶瓷等表面的活化以及生命科学实验等。主要优点：可以有效去除残胶等有机物黏附，大大降低颗粒缺陷，同时也可以改变表面状况，灵活控制表面的亲水特性。清洗质量直接影响下面的各道工艺，如圆晶表面有残胶等污染在匀胶会产生颗粒，在ICP容易产生盲区死区，蚀刻后再清洗不容易再洗干净；圆晶表面黏附性不好在显影会产生脱胶。故必须严格控制圆晶的清洗，从源头把好关。1、清洗涂胶后显影后刻蚀后2、光刻•光刻胶•表面处理•涂胶•前烘•曝光•后烘•显影•坚膜•显影后检查2、光刻基本工艺流程旋转涂胶对准和曝光显影2.1光刻胶光刻胶是一种有机化合物，受紫外曝光后，在显影溶液中的溶解度会发生变化。涂胶方式有两种，静态滴胶和动态滴胶。晶片制造中所用的光刻胶通常是以动态涂在晶片表面，而后被干燥成胶膜。负性光刻胶在曝光后硬化变得不能溶解正性光刻胶在曝光后软化变得可以溶解抗蚀剂有两个基本功能：精确图形形成和刻蚀时保护衬底抗蚀剂本身拥有一系列材料特性包括：a)、光学性质：分辨率、感光灵敏度和折射率；b)、机械及化学性质：固体成分含量、粘度、附着力、抗蚀能力、热稳定性、流动特性及对环境气氛如氧气的灵敏度；c)、有关加工和安全性能：清洁（颗粒含量）、金属杂质含量、工艺宽容度、贮藏寿命、闪点和安全极限浓度(TLV，毒性的测量)2.1光刻胶特性分辨率：显影溶胀、邻近效应、光刻胶厚度2.2表面处理光刻胶粘附要求要在严格的干燥、非极性表面，而晶圆容易吸附潮气到其表面，故在涂胶之前要进行脱水烘烤和黏附剂的涂覆。脱水烘焙的温度通常在140℃到200℃之间。有时还要用到黏附剂，黏附剂通常使用HMDS（六甲基二硅胺脘）。是否要使用黏附剂要根据图形大小、衬底和光刻胶种类决定表面处理主要作用是提高光刻胶与衬底之间的粘附力，使之在显影过程中光刻胶不会被液态显影液渗透。2.3涂胶为了维持有效的涂胶过程，应该控制的涂胶程序还有：缺陷的产生、涂覆环境、圆晶的处理和存储涂胶过程有许多方式引入缺陷，减少其产生的步骤包括：a)、前烘前抗蚀剂膜是粘性的，易于俘获空气的颗粒。应在100级或更好的环境涂胶b)、抗蚀剂本身必须是干净的，直径在0.2micro左右的颗粒全无。使用前的过滤c)、抗蚀剂溶液中必须没有空气。使用前静置一天，使溶液的空气和气体逸出d)、径向抗蚀剂条纹，是由不均匀的溶剂蒸发引起的。旋转盘排出的气流不均匀e)、旋转盘应该设计防溅挡板以免抗蚀剂液滴旋转到圆晶外f)、把抗蚀剂喷到圆晶上的喷嘴应安置在靠近圆晶表面处，以防止溅射效应g)、喷嘴的回吸装置，把多余的抗蚀剂通过喷头回到供应线，但会在喷头产生气泡h)、吸盘应该设计正确，吸盘直径应足够大，以始终如一地吸住圆晶和防止破损缺陷：黑点，麻点，漩涡，圆晕，散射，针孔。2.3涂胶主要缺陷2.3涂胶质量标准PSS涂胶要求：I:厚度2.95um—3.05um；II:均匀性≤1%；III:边宽≤0.3umIV:颜色一致（无彩纹，无颗粒，无麻点）技术指标：厚度控制；均匀性控制；边宽控制•厚度控制：与主转速成反比关系。•均匀性：与设备性能（加速度）有关。•边宽：背洗控制。2.4前烘目的是包括：1、蒸发掉抗蚀剂中的溶剂，这使得膜中的溶剂浓度由20-30%降到4-7%。2、提高抗蚀剂的粘附力，有利用显影时更好的粘附。3、由旋转过程中的切力引起的应力退火。前烘可在热板或烘箱中进行。每一种光刻胶都有其特定的前烘温度和时间光刻胶越厚，所需要烘烤的时间越长热板：直接加热烤箱：热对流2.4前烘烘烤过度：减少光刻胶中的感光成分的活性；前烘不足：光刻胶中的溶剂不能完全被蒸发掉，这将阻碍光对胶的作用并且显影到其在显影液中的溶解度；残余的溶剂越多，显影剂中溶解的速率越高，肌肤效应：应建立前烘和曝光之间的关系，曝光抗蚀剂的溶解速率和前烘温度之间的关系2.5对准&曝光曝光工具：A、接触式光刻机B、接近式光刻机C、步进重复式曝光系统D、扫描式曝光系统NSRUtratech2.5曝光工艺控制1、环境影响2、光刻胶影响3、曝光灯4、掩膜板工艺5、晶片质量6、曝光时间、强度分布7、聚集、步进设置等2.5曝光工艺——能量2.5曝光工艺——DOF2.5曝光工艺——ALIGNMENT对准机制：在wafer曝光台上有一基准标记，可以把它看作是坐标系的原点，所有其它的位置都相对该点来确定，分别将掩模版和硅片与该基准标记对准就可确定它们的位置，在确定了二者的位置后，掩模版上的图形转移到硅片上就完成了对准过程；在多次光刻中，除了第一光刻以外，其余层次的光刻在曝光前都要将该层次的图形与以前层次留下的图形对准。三角拼接异常2.5曝光缺陷2.6后烘使曝光后光刻胶中有机溶剂得到挥发减少驻波影响主要用于负胶工艺2.7显影用化学显影液将曝光造成的光刻胶的可溶解区域溶解就是光刻胶的显影，其主要目的就是把掩膜版的图形准确复制到光刻胶中常见的显影液有：NaOH(Shipley351），KOH(Shipley606），TMAH等2.8坚膜坚膜就是通过加温烘烤使光刻胶更牢固地黏附在晶圆表面，并可以增加胶层的抗刻蚀能力，坚膜并不是一道必需的工艺好处：能够改善光刻胶的抗刻蚀、注入能力改善光刻胶与晶圆表面的黏附性，有利于后续的刻蚀工艺改善光刻胶中存在的针孔弊端：可能导致光刻胶的流动，使其图形精度减低通常会增加去胶的难度2.9光刻质量检查2.9光刻质量检查3、刻蚀•刻蚀设备•刻蚀原理•刻蚀工艺控制3、ICPICP设备腔体示意图系统主要有四部分组成：1、能量产生系统2、真空系统3、温度控制系统4、气路部分3.1ICP设备腔体示意图：3.2刻蚀原理3.2刻蚀原理3.3刻蚀工艺控制3.3刻蚀工艺控制产品测试位置图形高H：1.55±0.15um图形底B：2.45±0.15um图形间S：0.55±0.15um片内图形高度、底径均匀性≤5%间距均匀性≤10%三、质量标准图形高度H：1.35±0.15um图形底径B：2.45±0.25um图形间S：0.55±0.25um片内图形高度、底径均匀性≤5%间距均匀性≤10%图形高H：1.55±0.15um图形底径B：2.2－2.3um或2.6－2.8um图形间距S：0.3－0.4um或0.6－0.8um片内图形高度、底径均匀性≤5%间距均匀性≤10%A2品尺寸标准（判断时以A品规则优先）A3品尺寸标准（判断时以A品规则优先）死区盲区污染彩纹图形不规则刮伤污染马赛克彩纹数据不同马赛克情况PSS衬底LED波长均匀性比较马赛克效应使波长均匀性变的相对较差。无马赛克轻度马赛克重度马赛克无马赛克轻度马赛克重度马赛克马赛克效应对样品发光亮度均匀性没有明显影响不同马赛克情况PSS衬底LED亮度比较尺寸缺陷平均高度H1.2um，1.8um；底径B2.2um或2.7um；间距S0.8um或0.3um；外观缺陷关于边宽：边宽2mm，彩纹2mm，边宽+彩纹2mm；以面积为单位：刮伤、死区、污染、匀胶缺陷，累计面积10m㎡；以曝光场为单位：3.5mmx3.5mm曝光场的严重马赛克（马赛克场5个或存在严重突出马赛克的）；以晶片完整：晶片缺损（如：边沿缺损），碎片（设备故障、人为操作、晶片不良等原因导致）；不合格品标准AA品：0分；A品：尺寸符合A标准，外观缺陷为1—2分者A2品：尺寸符合A2标准、外观缺陷为0—2分且不构成不合格者A3品：尺寸符合A3标准、外观缺陷为0—2分且不构成不合格者B1品：单个缺陷分值在3分及以上，含1类外观缺陷且不构成不合格者B2品：累计缺陷分值在3分及以上，含2类外观缺陷且不构成不合格者B3品：累计缺陷分值在3分及以上，含3类及以上外观缺陷且不构成不合格者注：单个缺陷面积符合上述规则，但累积缺陷面积在0.2m㎡-0.4m㎡—0分；0.4m㎡累积缺陷面积0.8m㎡—1分；累积缺陷面积≥0.8m㎡—3分；均匀性计算方法：（最大值-最小值）/（最大值+最小值）*100%；合格品标准台湾兆巍科技股份有限公司—PSS检测标准