LED芯片制造之光刻简介

光刻胶
显影液
渗透
粘附力好表面
Attractive interaction
衬底
是否要使用黏附剂要根据图形大小、衬底及光刻胶的种类 来决定，HMDS 可以用浸泡、喷雾和气相方法来涂覆。
粘附力差的表面
涂胶
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查
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1. 2. 3. 4.
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滴胶（静态、动态） 加速旋转 甩掉多余的胶 溶剂挥发
光刻简介
光刻的本质是把制作在掩膜版上的图形 复制到以后要进行刻蚀的晶圆上。其原 理与照相相似，不同的是半导体晶圆与 光刻胶代替了照相底片与感光涂层。
光刻流程图
前部工艺 清洗 表面处理 涂胶 前烘 对准 & 曝光 坚膜 显影 后烘
核心工艺 否 去胶 检查 黄光室
通过 刻蚀
基本工艺流程
涂胶 对准和曝光 显影 检测
PR Substrate
弊端： •可能导致光刻胶流动，使图形精度减低。 •通常会增加将来去胶的难度。
图形检查
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查
显影不良 曝光不良 涂胶不均匀 等问题
去胶
图形转移加工后，光刻胶已完成它的使命，需要清除掉。去胶有湿法与干法两种。 湿法： 是用各种酸碱类溶液或有机溶剂将胶层腐蚀掉，最普通的腐蚀溶剂是丙酮，它可以溶 解绝大多数光刻胶。 干法： 用氧气等离子体刻蚀去胶（强氧化去胶）
坚膜就是通过加温烘烤使胶膜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，有利于后续湿法腐蚀工艺。 • 改善光刻胶中存在的针孔。
PR Substrate
PR Pinhole Fill by Thermal Flow
LED的发光原理
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结温(℃) LED芯粒内部的温度，当电流通过LED器件时，PN结的温度会 升高，由于芯粒很小，所以也把芯粒的温度称为结温。结温 影响LED寿命和光效。 热阻(℃/W) 导热过程的阻力，用来衡量热量从PN结通过导热通道导出的 能力，低热阻=良好的散热 显色指数(Ra) 光源对物体颜色呈现的程度，也称为显色性，物体的真实颜 色与某一标准光源下所显示颜色的关系。测试颜色在标准光 源与被测试光源下做比较，色差越小则表明被测光源的显色 性越好。
光通量（lm） 指人眼所能感觉到的辐射功率，某一光源向四周空间中发 射的总能量。由于人眼对不同波长光的相对视见率不同， 所以不同波长光的辐射功率相等时，其光通量并不相等。 光通量的单位为“流明”。光通量通常用Φ来表示 光强（cd） 光源在单位立体内发出的光通量，单位是坎德拉 光效（lm/W） 指电能指电能转换成光能的效率，单位lm/W 亮度（nit） 单位立体内，单位面积的光通量，单位是尼特
光刻简介
光刻工艺是半导体制造中最为重要的工艺步骤之一，光刻 的成本约为整个硅片制造工艺的 1/3，耗费时间约占整个硅片 工艺的 40~60%。轨道机（Tracker），用于涂胶显影；曝光 机（Scanning） 光刻机是生产线上最贵的机台，5～15 百万美元/台。主要是 5 15 / 贵在成像系统（由 15～20个直径为 200～300mm 的透镜组 成）和定位系统（定位精度小于 10nm）。其折旧速度非常快， 大约 3～9 万人民币/天，所以也称之为印钞机。 光的特性有反射，折射，衍射，干涉等 光刻板又称为掩膜板/光罩（Photo Mask/Reticle），电路元 件图形都来自于版图，因此掩膜板的质量在光刻工艺中的扮演 着非常重要的角色。 光刻胶（Photo Resist）
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表面出现气泡 •滴胶时胶中带有气泡 •喷嘴尖端切口有问题或带刺
中心圆晕 •不合适的托盘 •喷嘴偏离衬底中心
放射状条纹 •胶液喷射速度过高 •设备排气速度过高 •胶涂覆前静止时间过长 •匀胶机转速或加速度设置过高 •片子表片留有小颗粒 •胶中有颗粒
胶液未涂满衬底 •给胶量不足 •不合适的匀胶加速度
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 (Shipley 351), KOH (Shipley 606) ,TMAH (Shipley CD-26, MF-321, OCG 945)等。
坚膜
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查
衬底 光刻版 光刻胶
表面处理
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查
晶圆容易吸附潮气到它的表面。光刻胶黏附要求要严格的干燥表面， 所以在涂胶之前要进行脱水烘焙和黏附剂的涂覆。脱水烘焙的温度通 常在140度到200度之间。有时还要用到黏附剂，黏附剂通常使用HMDS （六甲基二硅胺脘）。表面处理的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。（如下 图）
色温（K） 当光源所发出的光的颜色与‘黑体’在某一温度下辐射的 颜色相同时，‘黑体’的温度称为该光源的色温。‘黑体’ 的温度越高，光谱中的蓝色成分则越多，反之红色则越多。 我们知道，通常人眼所见到的光线，是由7种色光的光谱所 组成。但其中有些光线偏蓝，有些则偏红，色温就是专门 用来量度和计算光线的颜色成分的方法，是19世纪末由英 国物理学家洛德·开尔文所创立的。光源色温不同，光色也 不同，带来的感觉也不相同： <3300K 温暖（带红的白色） 温暖 3000－5000K 中间（白色） 爽快 >5000K 清凉型（带蓝的白色） 冷
光源
光刻板 光刻胶 衬底
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。 晶片制造中所用的光刻胶通常以液态涂在硅片表面，而后被干燥成胶膜。 负性光刻胶 负性光刻胶在曝光后硬化变得不能溶解。 正性光刻胶 正性光刻胶曝光后软化变得可溶
UV 负性胶
衬底
显影 衬底
正性胶
resister
中心漩涡图案 •设备排气速度过高 •喷胶时胶液偏离衬底中心 •旋图时间过长
针孔 •光刻胶内存在颗粒或气泡 •衬底上纯在颗粒
前烘
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查
前烘 : 目的是蒸发掉胶中的有机溶剂成分，使晶圆表面 的胶固化。 这个过程中胶中的溶剂基本被蒸发掉，因而通常 情况下胶的厚度会变薄（大约减少25%）
烘箱
对准和曝光
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查
曝光工具: • 接触式光刻机 • 接近式光刻机 • 步进重复式曝光系统 • 扫描式曝光系统
接触式光刻机的晶片的对准方式：
光刻版上的标记
Z θ
基片上的标记
X Y
显影
•表面处理 •涂胶 •前烘 •对准和曝光 •显影 •坚膜 •图形检查