CN102176497A - 一种提升icp刻蚀蓝宝石图形衬底产能的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，该方法包括以下步骤：首先，在蓝宝石衬底上做周期性排列的光刻胶图形，再用深紫外线光源对光刻胶图形进行照射硬化处理；其次，采用ICP干法刻蚀技术将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上，所述将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上的步骤中包括对蓝宝石衬底的冷却，冷却的方法为将蓝宝石衬底装入SiC盘中，将冷却气体通入SiC盘底部。采用本发明可以大大提高装片速度和每盘的装片数量，大大提高了产能，有效的降低制造成本。

Description

一种提升ICP刻蚀蓝宝石图形衬底产能的工艺方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种提升ICP刻蚀蓝宝石图形衬底产能的工艺方法。

背景技术

发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。为了获得高亮度的LED，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率。目前，芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。

目前主流的技术路线就是用图形衬底来生长外延，此种技术可以缓解衬底和氮化物外延层异质外延生长中由于晶格失配引起的应力，减小GaN基外延层穿透位错的密度，提高外延层晶体质量，降低半导体发光材料的非辐射符合中心，增强辐射符合，以提高芯片亮度。

刻蚀技术通常分为湿法刻蚀和干法刻蚀两种，其中干法刻蚀使用的主要技术有反应离子刻蚀(RIE)和ICP刻蚀技术。干法刻蚀的优点是控制精度高、大面积刻蚀均匀性好、污染少、刻蚀出垂直度和光洁度都非常好的镜面。

目前这种图形衬底的制作方法是先用光刻胶在蓝宝石衬底上做周期性排列的小图形，再利用ICP(增强耦合等离子体)干法刻蚀技术将此光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上，而这种干法刻蚀技术在刻蚀的过程中对衬底的冷却至关重要，否则光刻胶图形会因刻蚀的过程中产生的高温而变形，进而无法保证图形的有效转移。

ICP刻蚀系统主要由四部分组成：温度控制系统、气路部分、能量产生系统和真空系统。如图1所示ICP设备腔体结构示意图，刻蚀气体由腔室上方引入到等离子体腔室，其流量由质量流量计控制。有两套自动匹配网络控制的射频源，第一套ICP射频源控制等离子体的产生，调节等离子体密度；第二套偏压射频源控制等离子体轰击刻蚀表面的能量。刻蚀生成物从基板两边由高效率的涡轮真空泵抽走。基板温控系统可以对基片的温度进行控制，满足不同基片温度下刻蚀的需要。

如图2至图3所示。目前ICP刻蚀对衬底的冷却方法是采用铝盘2加石英盘1，将He冷直接通入到蓝宝石衬底10底部对蓝宝石衬底进行冷却，这种方法能有效的冷却衬底，能保证图形的有效转移，但是这种方法装片很麻烦，费时且石英盘1容易压碎，大大限制了此设备的产能，不适合工业化生产。

从图2装片示意图可见，为了控制蓝宝石衬底在干法刻蚀过程中的温度，将Coolant(氦气)直接吹到衬底10底部。但这种方式装片很麻烦，首先要将密封圈3放好，密封圈3上不能有半点颗粒，否则会漏气；然后将衬底10平稳的放在密封圈上；然后将石英盘1盖在衬底10上，再用很多螺丝钉将石英盘和铝盘2锁紧，在这过程中片子边缘上的光刻胶要很均匀，否则石英盘压在上面石英盘就会裂掉，这样一盘装下来需要20分钟，对作业人员的手法也要求很高，在刻蚀初始，如果有氦气漏进腔体，刻蚀则被中止，片子需要重新卸装。

因此，寻找一种能达到同样图形转移效果，装片简便，适合工业化生产的方法是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工艺方法，以提升ICP刻蚀蓝宝石图形衬底产能的工艺方法。

为了达到上述目的及其他目的，本发明采用如下技术方案：一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，该方法包括以下步骤：首先，在蓝宝石衬底上做周期性排列的光刻胶图形，再用深紫外线光源对光刻胶图形进行照射硬化处理；其次，采用ICP干法刻蚀技术将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上，所述将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上的步骤中包括对蓝宝石衬底的冷却，冷却的方法为将ICP刻蚀机的铝盘加石英盘构成的衬底托盘替换为的SiC盘，然后将蓝宝石衬底装入SiC盘中，将冷却气体通入SiC盘底部。

作为本发明的优选方案之一，所述冷却气体为氦气。

作为本发明的优选方案之一，所述SiC盘上设有收容蓝宝石衬底的凹孔。

作为本发明的优选方案之一，所述SiC盘所放蓝宝石衬底的片数多于铝盘加石英盘所放的片数。

作为本发明的优选方案之一，所述凹孔数目为27个。

本发明用装片简易的SiC托盘替代装片繁琐的铝盘加石英盘步骤，该步骤中用装片简易和装片数量多的SiC盘代替装片繁琐和装片数量相对少的铝盘加石英盘。原有托盘的替代，大大提升了装片速度和产能。采用本发明可以大大提高装片速度和每盘的装片数量，大大提高产能，有效的降低制造成本。

附图说明

图1为现有ICP设备腔体结构示意图。

图2为现有的铝盘加石英盘装片示意图。

图3为现有的铝盘加石英盘装片另一角度示意图。

图4是本发明提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法流程图。

图5为本发明SiC盘装片示意图。

图6为本发明SiC盘装片另一角度示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明。

如图4所示一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，该方法包括以下步骤：首先，步骤S1，在蓝宝石衬底上做周期性排列的光刻胶图形，再用深紫外线光源对该光刻胶图形进行照射硬化处理；光刻胶经过深紫外线照射后，分子间形成交联，可以大大提高光刻胶的耐热性和抗刻蚀能力，即使遇到高温也不会变形，保证了光刻胶图形在ICP干法刻蚀过程中的完整性。

其次，步骤S2，采用ICP干法刻蚀技术将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上。

所述采用ICP干法刻蚀技术将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上的步骤中包括对蓝宝石衬底的冷却步骤S21，该步骤中用27片装的SiC盘代替22片装的铝盘加石英盘。冷却的方法为将ICP刻蚀机的铝盘加石英盘构成的衬底托盘替换为的SiC盘，然后将蓝宝石衬底装入SiC盘中，所述SiC盘上设有收容蓝宝石衬底的凹孔。将冷却气体直接通入SiC盘底部实现冷却。所述冷却气体为氦气。同时用27片装的SiC盘代替22片装的铝盘加石英盘，提升装片速度和产能。

本发明用装片简易的SiC托盘替代装片繁琐的铝盘加石英盘步骤，该步骤中用装片简易和装片数量多的SiC盘代替装片繁琐和装片数量相对少的铝盘加石英盘。原有托盘的替代，大大提升了装片速度和产能。

从图5和图6的装片示意图可见，这种装片方式就很简单，直接将衬底10放在SiC盘20上的凹孔里就可以，这样一盘装下来只需要2分钟，作业也简便。通过与现有的采用铝盘加石英盘的装片方式对比，很明显的可以比较出SiC盘装片的优越性；而且SiC盘一次能装更多片衬底，比如27片，可以比铝盘加石英盘每盘装的多，铝盘加石英盘一次装22片，这样在同样干法刻蚀时间下，产能也提升很多。

最后，调整ICP刻蚀工艺以保证图形的有效转移。该保证图形的有效转移的步骤属于本领域普通技术人员公知的技术，在此不再赘述。

本发明的SiC盘装片方式中，氦气(Coolant)虽然没有直接冷却到蓝宝石衬底的底部，但是由于蓝宝石衬底上的光刻胶图形经过深紫外线照射后耐热性大大提高，即使刻蚀过程中该衬底的温度会稍高一些，光刻胶图形也不会变形，而且通过照射后，光刻胶抗ICP刻蚀能力也大大提高，这样只要稍对ICP刻蚀工艺参数进行调整，就能有效地将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上，也同样能达到在铝盘加石英盘上刻蚀的图形转移效果。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (5)

1.一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

首先，在蓝宝石衬底上做周期性排列的光刻胶图形，再用深紫外线光源对光刻胶图形进行照射硬化处理；

其次，采用ICP干法刻蚀技术将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上；

所述将光刻胶图形转移到蓝宝石衬底上的步骤中包括对蓝宝石衬底的冷却，冷却的方法为将ICP刻蚀机的铝盘加石英盘构成的衬底托盘替换为的SiC盘，然后将蓝宝石衬底装入SiC盘中，最后将冷却气体通入SiC盘底部。

2.如权利要求1所述的一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，其特征在于，所述SiC盘所放蓝宝石衬底的片数多于铝盘加石英盘所放的片数。

3.如权利要求1所述的一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，其特征在于，所述冷却气体为氦气。

4.如权利要求1或2所述的一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，其特征在于，所述SiC盘上设有收容蓝宝石衬底的凹孔。

5.如权利要求3所述的一种提升ICP干法刻蚀蓝宝石图形衬底产能的方法，其特征在于，所述凹孔数目为27个。

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