PSS的生产工艺及原理ppt课件
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21
2、光刻基本工艺流程
旋转涂胶
对准和曝光
显影
22
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
19
1、清洗
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。
涂胶后
显影后
刻蚀后
20
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
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
25
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
盐酸、氢氟酸、氟化铵
强氧化性，可去除无机及有机沾污 （不同配比有不同效果）
络合作用，去除金属杂质
18
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。
15
工艺流程图
前部工艺 清洗
表面处理
涂胶
坚膜
显影
去胶
检查
软烘 后烘
对准 &
曝光
核心工艺
刻蚀
清洗
检测&包装
16
1、清洗
1.1、清洗的作用和意义
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。
23
2.1 光刻胶特性
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)
1.5min
进行湿法腐蚀。不同
的腐蚀时间PSS图形
变化。
2.5min
3min
8
纳米压印的工艺
9
阳极氧化铝（AAO）技术
10
图形转移技术
纳米压印技术
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。
阳极氧化铝技术
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。
11
中镓PSS模型
干法刻蚀
Cone
湿法腐蚀
Mitsubishi Cone
12
PSS模型
表：PSS 模型标准
13
二、PSS制程
• 清洗 • 光刻 • 蚀刻
14
二、PSS制程
17
1、清洗
1.2、湿法清洗
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
络合剂
1号液(APM):NH4OH:H2O2:H2O 2号液 (HPM): HCl:H2O2: H2O 3号液 (SPM): H2SO4: H2O2: H2O
PSS作用：
增加出光效率 减少外延位错密度
LEE (%)
40
Total LEE
பைடு நூலகம்
Top
Bottom
Sapphire side-wall
20
GaN side-wall
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Heights of pattern (m)
5
PSS examples
(A)stripe (B) 凸grid array (C)凹grid array (D) dome
PSS的生产工艺及原理
许南发 2012年3月6日
far1 er
主要内容
➢ PSS介绍 ➢ PSS工艺——清洗、光刻、刻蚀 ➢ 质量标准
2
蓝宝石应用
背光光源
LED灯装饰
蓝宝石应用
激光
GaN的外延衬底基片
军用光电设备 3
Why Patterned Sapphire Substrate
4
Why Patterned Sapphire Substrate
分辨率：显影溶胀、邻近效应、光刻胶厚度
24
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）。
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。
(E) cone
(F) columnar form
(G) sub-micron pattern (H) sub-micron pattern using metal-assembly
6
图形转移技术-干法刻蚀
7
图形转移技术-湿法腐蚀
1min
溶液H2SO4:H2PO3
=3:1 在290℃对有图
形sio2的蓝宝石衬底
2、光刻基本工艺流程
旋转涂胶
对准和曝光
显影
22
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
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1、清洗
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。
涂胶后
显影后
刻蚀后
20
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
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
25
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
盐酸、氢氟酸、氟化铵
强氧化性，可去除无机及有机沾污 （不同配比有不同效果）
络合作用，去除金属杂质
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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。
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工艺流程图
前部工艺 清洗
表面处理
涂胶
坚膜
显影
去胶
检查
软烘 后烘
对准 &
曝光
核心工艺
刻蚀
清洗
检测&包装
16
1、清洗
1.1、清洗的作用和意义
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。
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2.1 光刻胶特性
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)
1.5min
进行湿法腐蚀。不同
的腐蚀时间PSS图形
变化。
2.5min
3min
8
纳米压印的工艺
9
阳极氧化铝（AAO）技术
10
图形转移技术
纳米压印技术
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。
阳极氧化铝技术
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。
11
中镓PSS模型
干法刻蚀
Cone
湿法腐蚀
Mitsubishi Cone
12
PSS模型
表：PSS 模型标准
13
二、PSS制程
• 清洗 • 光刻 • 蚀刻
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二、PSS制程
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1、清洗
1.2、湿法清洗
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
络合剂
1号液(APM):NH4OH:H2O2:H2O 2号液 (HPM): HCl:H2O2: H2O 3号液 (SPM): H2SO4: H2O2: H2O
PSS作用：
增加出光效率 减少外延位错密度
LEE (%)
40
Total LEE
பைடு நூலகம்
Top
Bottom
Sapphire side-wall
20
GaN side-wall
0
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
Heights of pattern (m)
5
PSS examples
(A)stripe (B) 凸grid array (C)凹grid array (D) dome
PSS的生产工艺及原理
许南发 2012年3月6日
far1 er
主要内容
➢ PSS介绍 ➢ PSS工艺——清洗、光刻、刻蚀 ➢ 质量标准
2
蓝宝石应用
背光光源
LED灯装饰
蓝宝石应用
激光
GaN的外延衬底基片
军用光电设备 3
Why Patterned Sapphire Substrate
4
Why Patterned Sapphire Substrate
分辨率：显影溶胀、邻近效应、光刻胶厚度
24
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）。
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。
(E) cone
(F) columnar form
(G) sub-micron pattern (H) sub-micron pattern using metal-assembly
6
图形转移技术-干法刻蚀
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图形转移技术-湿法腐蚀
1min
溶液H2SO4:H2PO3
=3:1 在290℃对有图
形sio2的蓝宝石衬底