CN104300063B - 一种提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高皇冠型蓝宝石图形化衬底均匀性的套刻方法。其实现步骤包括：(1)在抛光后的衬底表面旋涂光刻胶；(2)选择第一光刻板，用光刻机对涂胶后的衬底表面进行曝光并显影；(3)使用ICP刻蚀显影后的带胶衬底；(4)将刻蚀后的衬底酸洗去胶，甩干；(5)在衬底表面再次旋涂光刻胶；选择第二光刻板，用光刻机对涂胶后的衬底表面进行再次曝光并显影；(6)使用ICP再次对带胶衬底进行刻蚀，得到皇冠型图形衬底；(7)对制得的皇冠型图形化衬底进行化学清洗。本发明通过使用两套不同样式的光刻板并进行两次曝光、显影、刻蚀，解决了最小曝光尺寸小于机台分辨率的问题，提高了图形均匀性及稳定性,以供量产。
Description
技术领域：
本发明属于LED图形衬底材料的制备技术领域，主要涉及一种提高皇冠型蓝宝石图形衬底均匀性的套刻方法。
背景技术：
对于一款新型的皇冠型图形化衬底，其图形顶端凹槽可在外延生长时形成空腔，从而提高外延晶体质量并改变光路来提高出光效率。但由于光刻板图形最小尺寸小于光刻机台分辨率，因而曝光不稳定导致图形均匀性较差，限制了其量产的可能。具体来说，目前用于皇冠型图形化衬底的光刻板图形为同心圆，外圆环与内圆间隙小于步进式光刻机的分辨率。一方面由于图形最小尺寸小于光刻机的分辨率，使内外圆间隙处曝光不稳定造成图形均匀性变差；另一方面，浅曝光无法精确控制曝光量，也会造成光刻图形均匀性变差。因此，目前的工艺无法满足皇冠型图形化衬底的量产。
发明内容：
针对现有的一款高效出光的皇冠型图形化蓝宝石衬底曝光均匀性差的现状，本发明提供了一种新的套刻方法，从而提高皇冠型图形化衬底均匀性及稳定性。
本发明的解决方案如下：
一种提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，采用了两套光刻板，其中第一光刻板为圆面，第一光刻板的直径记为a，第二光刻板为圆环，圆环的内环直径记为b，要求b＞a，且b＞光刻机的分辨率，即只要步进式光刻机的分辨率0.35μm(I line)-0.25μm(DUV)能够满足第二光刻板内环的精确光刻即可。如果在产业上光刻机的最小分辨率能够更精细，则b相应地还可允许更小。
该套刻方法主要包括以下步骤：
(1)在抛光后的衬底表面旋涂光刻胶；
(2)选择第一光刻板，使用光刻机对涂胶后的衬底表面进行曝光并显影；
(3)使用ICP刻蚀显影后的带胶衬底,使衬底本体的刻蚀深度达到0.5μm-1.0μm时停止；
(4)将刻蚀后的衬底酸洗去胶，甩干；
(5)在衬底表面再次旋涂光刻胶；选择第二光刻板，使第二光刻板与第一光刻板的图形圆心重合，使用光刻机对涂胶后的衬底表面进行再次曝光并显影；
(6)使用ICP再次对带胶衬底进行刻蚀，得到目标尺寸的皇冠型图形衬底；
(7)对制得的皇冠型图形化衬底进行化学清洗。
基于上述方案，本发明对各个环节具体还作了如下优化：
光刻机为步进式光刻机。
步骤(2)中曝光能量选择80-160ms，焦距-0.5-0.5；步骤(5)中曝光能量选择150-200ms，焦距-0.5-0.5。
步骤(2)和步骤(5)的最后还对显影后的带胶衬底于130℃下烘烤5-10min。
步骤(4)采用的酸洗液为硫酸与双氧水的混合溶液，体积比H2SO4(98％):H2O2(30％)3:1-4:1。
衬底为蓝宝石衬底；步骤(3)和(6)的刻蚀过程，上电极功率2000-2400W，下电极功率150-550W，腔室压力1.5-4mT，刻蚀气体为BCl3与CHF3的混合气体，其中CHF3占5-27％，温度-20-20℃。
两次旋涂光刻胶的厚度均在1.0-2.0μm，但第二次匀胶厚度大于第一次衬底的刻蚀深度。
本发明的有益效果如下：
本发明通过使用两套不同样式的光刻板并进行两次曝光、显影、刻蚀，使工艺参数在机台分辨率和光刻胶分辨率之内，解决了最小曝光尺寸小于机台分辨率的问题，从而提高了图形均匀性及稳定性,以供量产。
附图说明：
图1为现有技术中的同心圆光刻板形貌。
图2为现有技术的图形化蓝宝石衬底制备流程；采用一次匀胶、曝光、显影以及ICP等工艺，可制备出具有特定形状、尺寸的皇冠型图形化蓝宝石衬底。
图3为本发明中第一光刻板的示意图。
图4为本发明中第二光刻板的示意图。
图5为本发明进行图形化蓝宝石衬底制备的一个实施例。
具体实施方式：
本发明的套刻方法包括以下步骤：
1、在抛光后的蓝宝石衬底表面旋涂厚度为1.0-2.0μm的光刻胶薄膜。
2、选择第一光刻板，使用步进式光刻机对涂胶后的衬底片进行曝光并显影，曝光能量选择80-160ms，焦距-0.5-0.5。显影后的带胶衬底于130℃下烘烤5-10min。
3、使用ICP(电感耦合等离子体刻蚀)刻蚀显影后的带胶衬底,使蓝宝石刻蚀深度达到0.5μm-1.0μm时停止。其中上电极功率2000-2400W，下电极功率150-550W，腔室压力1.5-4mT，刻蚀气体为CHF3占5-27％的BCl3与CHF3的混合气体，温度-20-20℃。
4、将刻蚀后的衬底酸洗去胶，甩干。酸洗液为SPM(硫酸、双氧水混合溶液，体积比H2SO4(98％):H2O2(30％)3:1-4:1)。
5、在去胶后的衬底表面第二次旋涂厚度为1.0-2.0μm的光刻胶，选择第二光刻板，使用步进式光刻机对涂胶后的衬底片进行第二次曝光并显影，曝光能量选择150-200ms，焦距-0.5-0.5。显影后的带胶衬底于130℃下烘烤5-10min。
6、使用ICP对二次曝光、显影后的带胶片进行刻蚀，刻蚀工艺与步骤3相同。
7、刻蚀后的图形衬底经清洗后可供外延生长。
具体示例如图5：
首先在抛光后的蓝宝石衬底表面旋涂厚度为1μm的光刻胶薄膜。选择第一光刻板，使用步进式光刻机对涂胶后的衬底片进行曝光并显影，曝光能量选择100ms，焦距-0.2。显影后的带胶衬底于130℃下烘烤5min。然后使用ICP(电感耦合等离子体刻蚀)刻蚀显影后的带胶衬底,使蓝宝石刻蚀深度达到0.5μm时停止。其中上电极功率2400W，下电极功率400W，腔室压力2mT，刻蚀气体为60sccm的BCl3和5sccm的CHF3，温度10℃。将刻蚀后的衬底酸洗去胶，甩干。酸洗液为SPM(硫酸、双氧水混合溶液，体积比H2SO4(98％):H2O2(30％)4:1)。接着在去胶后的衬底表面第二次旋涂厚度为2.0μm的光刻胶，选择第二光刻板，使用步进式光刻机对涂胶后的衬底片进行第二次曝光并显影，曝光能量选择180ms，焦距-0.1。显影后的带胶衬底于130℃下烘烤5min。最后使用ICP对二次曝光、显影后的带胶片进行刻蚀，主刻采用下电极功率150W，腔室压力3mT，BCl3流量为60sccm，CHF3流量为5sccm；侧壁修饰采用下电极功率为700W，腔室压力2mT，BCl3流量60sccm，刻蚀温度为10℃。刻蚀后的图形衬底经清洗后可供外延生长。
使用本发明方法制备的皇冠型图形衬底，在样品表面距平边处上、中、下、左、右5个位置测得17点的尺寸数据，计算得到片内均匀性＜3％；分别测量同批22片样品的17点尺寸数据，得到片间均匀性＜5％(其中均匀性＝(max-min)/2avr)。
Claims (7)
1.一种提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：采用了两套光刻板，其中第一光刻板为圆面，第一光刻板的直径记为a，第二光刻板为圆环，圆环的内环直径记为b，要求b＞a，且b＞光刻机的分辨率；该套刻方法主要包括以下步骤：
(1)在抛光后的衬底表面旋涂光刻胶；
(2)选择第一光刻板，使用光刻机对涂胶后的衬底表面进行曝光并显影；
(3)使用ICP刻蚀显影后的带胶衬底,使衬底本体的刻蚀深度达到0.5μm-1.0μm时停止；
(4)将刻蚀后的衬底酸洗去胶，甩干；
(5)在衬底表面再次旋涂光刻胶；选择第二光刻板，使第二光刻板与第一光刻板的图形圆心重合，使用光刻机对涂胶后的衬底表面进行再次曝光并显影；
(6)使用ICP再次对带胶衬底进行刻蚀，得到目标尺寸的皇冠型图形衬底；
(7)对制得的皇冠型图形化衬底进行化学清洗。
2.根据权利要求1所述的提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：所述光刻机为步进式光刻机。
3.根据权利要求1所述的提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：步骤(2)中曝光能量选择80-160ms，焦距-0.5-0.5；步骤(5)中曝光能量选择150-200ms，焦距-0.5-0.5。
4.根据权利要求1所述的提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：步骤(2)和步骤(5)的最后还对显影后的带胶衬底于130℃下烘烤5-10min。
5.根据权利要求1所述的提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：步骤(4)采用的酸洗液为硫酸与双氧水的混合溶液，以质量分数为98％的浓硫酸和30％的双氧水计，浓硫酸与双氧水的体积比为3:1-4:1。
6.根据权利要求1所述的提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：所述衬底为蓝宝石衬底；
步骤(3)和(6)的刻蚀过程，上电极功率2000-2400W，下电极功率150-550W，腔室压力1.5-4mT，刻蚀气体为BCl3与CHF3的混合气体，其中CHF3占5-27％，温度-20-20℃。
7.根据权利要求1所述的提高皇冠型图形化衬底均匀性的套刻方法，其特征在于：两次旋涂光刻胶的厚度均在1.0-2.0μm，但第二次匀胶厚度大于第一次衬底的刻蚀深度。
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