PSS的生產(chǎn)工藝及原理

farerPSS的生產(chǎn)工藝及原理許南發(fā)2021年3月6日編輯課件PSS介紹PSS工藝——清洗、光刻、刻蝕質(zhì)量標準主要內(nèi)容編輯課件藍寶石應(yīng)用藍寶石應(yīng)用軍用光電設(shè)備背光光源GaN的外延襯底基片激光LED燈裝飾編輯課件WhyPatternedSapphireSubstrate編輯課件PSS作用：增加出光效率減少外延位錯密度WhyPatternedSapphireSubstrate編輯課件PSSexamplesstripe(B)凸gridarray(C)凹gridarray(D)dome(E)cone(F)columnarform(G)sub-micronpattern(H)sub-micronpatternusingmetal-assembly編輯課件圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)-干法刻蝕編輯課件圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)-濕法腐蝕1min1.5min2.5min3min溶液H2SO4: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。編輯課件納米壓印的工藝編輯課件陽極氧化鋁〔AAO〕技術(shù)編輯課件優(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(shè)備簡單，本錢低。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(zhuǎn)移有難度。納米壓印技術(shù)陽極氧化鋁技術(shù)圖形轉(zhuǎn)移技術(shù)編輯課件中鎵PSS模型干法刻蝕Cone濕法腐蝕MitsubishiCone編輯課件表：PSS模型標準PSS模型編輯課件二、PSS制程清洗光刻蝕刻編輯課件二、PSS制程編輯課件工藝流程圖清洗去膠檢查前部工藝刻蝕清洗檢測&包裝表面處理涂膠軟烘堅膜顯影后烘對準&曝光核心工藝編輯課件1、清洗PSS生產(chǎn)中，如果藍寶石外表有沾污或有金屬離子時，那么:1、光刻工序中，雜質(zhì)會使涂膠不均勻，沾潤不良，從而導(dǎo)致圖像不清晰，高度和尺寸改變，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、清洗的作用和意義編輯課件1、清洗類別常用清洗劑主要作用有機溶劑丙酮,異丙醇

，三氯乙烷相似相溶原理，去除有機沾污無機酸硫酸，磷酸，硝酸腐蝕作用氧化劑雙氧水，濃硫酸，硝酸氧化還原作用雙氧水洗液1號液(APM):NH4OH:H2O2:H2O2號液(HPM):HCl:H2O2:H2O3號液(SPM):H2SO4:H2O2:H2O強氧化性，可去除無機及有機沾污（不同配比有不同效果）絡(luò)合劑鹽酸、氫氟酸、氟化銨絡(luò)合作用，去除金屬雜質(zhì)1.2、濕法清洗編輯課件1、清洗1.3、干法plasma清洗等離子體清洗設(shè)備作為一種精密干法清洗設(shè)備，應(yīng)用于半導(dǎo)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、金屬和陶瓷等外表的活化以及生命科學(xué)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，同時也可以改變外表狀況，靈活控制外表的親水特性。編輯課件清洗質(zhì)量直接影響下面的各道工藝，如圓晶外表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；圓晶外表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(guān)。1、清洗涂膠后顯影后刻蝕后編輯課件2、光刻光刻膠外表處理涂膠前烘曝光后烘顯影堅膜顯影后檢查編輯課件2、光刻根本工藝流程旋轉(zhuǎn)涂膠對準和曝光顯影步進式曝光編輯課件2.1光刻膠光刻膠是一種有機化合物，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)涂在晶片外表，而后被枯燥成膠膜。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編輯課件抗蝕劑有兩個根本功能：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(xué)性質(zhì)：分辨率、感光靈敏度和折射率；b)、機械及化學(xué)性質(zhì)：固體成分含量、粘度、附著力、抗蝕能力、熱穩(wěn)定性、流動特性及對環(huán)境氣氛如氧氣的靈敏度；c)、有關(guān)加工和平安性能：清潔〔顆粒含量〕、金屬雜質(zhì)含量、工藝寬容度、貯藏壽命、閃點和平安極限濃度(TLV，毒性的測量)2.1光刻膠特性分辨率：顯影溶脹、鄰近效應(yīng)、光刻膠厚度編輯課件2.2外表處理光刻膠粘附要求要在嚴格的枯燥、非極性外表，而晶圓容易吸附潮氣到其外表，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〔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外表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。編輯課件2.3涂膠為了維持有效的涂膠過程，應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)盤排出的氣流不均勻e)、旋轉(zhuǎn)盤應(yīng)該設(shè)計防濺擋板以免抗蝕劑液滴旋轉(zhuǎn)到圓晶外f)、把抗蝕劑噴到圓晶上的噴嘴應(yīng)安置在靠近圓晶外表處，以防止濺射效應(yīng)g)、噴嘴的回吸裝置，把多余的抗蝕劑通過噴頭回到供給線，但會在噴頭產(chǎn)生氣泡h)、吸盤應(yīng)該設(shè)計正確，吸盤直徑應(yīng)足夠大，以始終如一地吸住圓晶和防止破損編輯課件缺陷：黑點，麻點，漩渦，圓暈，散射，針孔。2.3涂膠主要缺陷編輯課件2.3涂膠質(zhì)量標準PSS涂膠要求：<I>:厚度2.95um—3.05um；<II>:均勻性≤1%；<III>:邊寬≤0.3um<IV>:顏色一致〔無彩紋，無顆粒，無麻點〕技術(shù)指標：厚度控制；均勻性控制；邊寬控制厚度控制：與主轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系。均勻性：與設(shè)備性能〔加速度〕有關(guān)。邊寬：背洗控制。編輯課件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(zhuǎn)過程中的切力引起的應(yīng)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：熱對流編輯課件2.4前烘烘烤過度：減少光刻膠中的感光成分的活性；前烘缺乏：光刻膠中的溶劑不能完全被蒸發(fā)掉，這將阻礙光對膠的作用并且顯影到其在顯影液中的溶解度；剩余的溶劑越多，顯影劑中溶解的速率越高，肌膚效應(yīng)：應(yīng)建立前烘和曝光之間的關(guān)系，曝光抗蝕劑的溶解速率和前烘溫度之間的關(guān)系編輯課件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(fù)式曝光系統(tǒng)D、掃描式曝光系統(tǒng)NSRUtratech編輯課件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、晶片質(zhì)量6、曝光時間、強度分布7、聚集、步進設(shè)置等編輯課件2.5曝光工藝——能量編輯課件2.5曝光工藝——DOF編輯課件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(zhuǎn)移到硅片上就完成了對準過程；在屢次光刻中，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的圖形與以前層次留下的圖形對準。編輯課件三角拼接異常2.5曝光缺陷編輯課件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編輯課件2.7顯影用化學(xué)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(fù)制到光刻膠中常見的顯影液有：NaOH(Shipley351〕，KOH(Shipley606〕，TMAH等編輯課件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外表，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外表的黏附性，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(dǎo)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編輯課件2.9光刻質(zhì)量檢查編輯課件2.9光刻質(zhì)量檢查編輯課件3、刻蝕刻蝕設(shè)備刻蝕原理刻蝕工藝控制編輯課件3、ICP編輯課件ICP設(shè)備腔體示意圖系統(tǒng)主要有四局部組成：1、能量產(chǎn)生系統(tǒng)2、真空系統(tǒng)3、溫度控制系統(tǒng)4、氣路局部3.1ICP設(shè)備腔體示意圖編輯課件：3.2刻蝕原理編輯課件3.2刻蝕原理編輯課件3.3刻蝕工藝控制編輯課件3.3刻蝕工藝控制編輯課件產(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)量標準編輯課件圖形高度H：1.35±0.15um圖形底徑B：2.45±0.25um

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)那么優(yōu)先〕A3品尺寸標準〔判斷時以A品規(guī)那么優(yōu)先〕編輯課件編輯課件編輯課件死區(qū)盲區(qū)污染彩紋編輯課件圖形不規(guī)那么刮傷污染馬賽克編輯課件彩紋數(shù)據(jù)編輯課件不同馬賽克情況PSS襯底LED波長均勻性比較馬賽克效應(yīng)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編輯課件無馬賽克輕度馬賽克重度馬賽克馬賽克效應(yīng)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亮度比較編輯課件尺寸缺陷平均高度H<1.2um，>1.8um；底徑B<2.2um或>2.7um；間距S>0.8um或<0.3um；外觀缺陷

關(guān)于邊寬：邊寬>2mm，彩紋>2mm，邊寬+彩紋>

2mm；

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：3.5mmx3.5mm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〕；

以晶片完整：晶片缺損〔如：邊沿缺損〕，碎片〔設(shè)備故障、人為操作、晶片不良等原因?qū)е隆?；不合格品標準編輯課件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(gòu)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(gòu)成不合