CN105931949A - 一种图形化蓝宝石衬底返工晶片的单片式清洗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种图形化蓝宝石衬底返工晶片的单片式清洗方法，解决因图形化蓝宝石晶片表面残留的光刻胶化学性质稳定，表面吸附能力强，不易被普通的酸和碱溶解而导致现有的多片同洗的清洗方法难以清除光刻胶的问题。本方法具体步骤如下：⑴选取一片图形化蓝宝石衬底返工晶片，采用高温除胶剂旋转清洗；⑵采用异丙醇旋转清洗晶片；⑶采用去离子水冲洗晶片；⑷刷洗晶片；⑸旋转干燥。所述的步骤⑴～⑸均在尘埃粒子含量达到百级的无尘室标准下进行。本发明避免使用了强酸和强碱等腐蚀性的化学物质，减少了对一线员工和设备管路的损坏，而且单片循环多次清洗，保证了每一片蓝宝石衬底晶片清洗质量。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片蓝宝石衬底技术领域，特别是一种适用于6英寸图形化蓝宝石衬底返工晶片的单片式清洗方法。
背景技术
α－Al2O3单晶又称蓝宝石，是一种简单配位型氧化物晶体，具有光学性能优异、机械强度高、化学性能稳定等优点。蓝宝石拥有与LED发光半导体GaN相似的晶体结构，这一特点使其成为当前LED芯片制造时用量最大的衬底材料。
图形化蓝宝石衬底(PatternedSapphire Substrate,PSS)，也就是在蓝宝石衬底上生长掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN等半导体材料，使GaN等半导体材料的纵向外延变为横向外延。在刻蚀过程中产生的不良品需要返工处理，去除光刻胶是返工中重要的一步。光刻尺寸不良的图形化蓝宝石晶片表面残留了大量的紫外正性光刻胶，光刻胶表面性质稳定，在蓝宝石晶片表面吸附能力强，不易被普通的酸和碱溶解，一般的清洗工艺难以清除，无法达到图形化衬底生产的使用需求，而且清洗成本较高。特别死6英寸蓝宝石晶片，其光刻工艺一次性成功率较2英寸和4英寸蓝宝石晶片低，晶片返工清洗率较高，而且6英寸蓝宝石晶片清洗面积较大，清洗面积比4英寸增加数2.3倍，不宜使用卡塞式集中清洗，容易出现清洗不充分，表面光刻胶残留，颗粒尺寸不达标等现象。
发明内容
本发明的目的是要解决因图形化蓝宝石晶片表面残留的光刻胶化学性质稳定，表面吸附能力强，不易被普通的酸和碱溶解而导致现有的多片同洗的清洗方法难以清除光刻胶的问题，本发明提供了一种图形化蓝宝石衬底返工晶片的单片式清洗方法。
本发明的技术方案是通过如下方式实现的：一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，包括以下步骤：
⑴选取一片图形化蓝宝石衬底返工晶片，采用高温除胶剂旋转清洗；
⑵采用异丙醇旋转清洗晶片；
⑶采用去离子水冲洗晶片；
⑷刷洗晶片；
⑸旋转干燥；
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述的步骤⑴中采用除胶剂清洗包括：取出一片返工晶片，放置于与旋转电机相连的真空吸盘上，旋转晶片，将注液手臂从晶片手臂盒中移动至晶片的中心位置，开始滴注一定量的高温除胶剂，继续旋转晶片以甩出晶片表面上已溶解有紫外正向光刻材料的除胶剂和多余的除胶剂。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述步骤⑴的具体步骤为：取出一片返工晶片，放置于与旋转电机相连的真空吸盘上，以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持3～4秒钟，将注液手臂从晶片手臂盒中移动至晶片的中心位置，开始滴注温度在75℃～85℃的高温除胶剂，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3700转/分钟，滴注除胶剂的持续时间为2～4秒钟，胶量控制在10～15毫升，3700转/分钟的速度保持10～15秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有紫外正向光刻材料的除胶剂和多余的除胶剂，随后旋转速度降至2000转/分钟。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述的步骤⑵中的采用异丙醇清洗晶片包括：旋转晶片，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注一定量的异丙醇，继续旋转晶片，以甩出晶片表面上已溶解有除胶剂的异丙醇和多余的异丙醇。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述步骤⑵中的采用异丙醇清洗具体步骤为：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持3～4秒钟，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注异丙醇，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3500转/分钟，滴注异丙醇的持续时间为2～3秒钟，异丙醇控制在10～13毫升，3500转/分钟的速度保持10～12秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有除胶剂的异丙醇和多余的异丙醇，随后旋转速度降至2300转/分钟。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述步骤⑶中采用去离子水清洗包括：旋转晶片，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注一定量的去离子水，继续旋转晶片，以甩出晶片表面上已溶解有异丙醇的去离子水和多余的去离子水。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述的步骤⑶中采用去离子水清洗的具体步骤为：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持3～4秒钟，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注去离子水，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到4000转/分钟，滴注去离子水的持续时间为5～6秒钟，去离子水控制在30～50毫升，4000转/分钟的速度保持12～15秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有异丙醇的去离子水和多余的去离子水，随后旋转速度降至2000转/分钟，将注液手臂从晶片的中心位置移动至手臂盒中。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述的步骤⑷中对晶片刷洗包括：旋转晶片，将刷洗手臂移动至晶片的中心位置开始刷洗，压力维持在0.5～0.7MPa，刷洗晶片；增加晶片旋转速度，将刷洗手臂从晶片的中心位置移动至晶片的边缘位置，压力维持在0.8～1.0MPa，继续刷洗晶片直至完成。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述的步骤⑷中对晶片刷洗的具体步骤为：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持5～6秒钟，将刷洗手臂移动至晶片的中心位置开始刷洗，压力维持在0.5～0.7MPa，刷洗时间控制在10～15秒钟；以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3800转/分钟，将刷洗手臂从晶片的中心位置移动至晶片的边缘位置，压力维持在0.8～1.0MPa，刷洗时间控制在15～20秒钟，随后旋转速度逐步降至1800转/分钟。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述步骤⑸中的旋转干燥的步骤为：向晶片表面吹高纯氮气，氮气的流量为5～10cm3/秒，设置温度为40℃～50℃，旋转速度为1800转/分钟，时间为720秒～800秒。
在所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法中，所述的步骤⑴～⑸均在尘埃粒子含量达到百级的无尘室标准下进行的。
本发明的创新之处和有益效果是：在晶片清洗的过程中，仅使用了除胶剂和异丙醇等温和的化学试剂，而且没有高温高压的化学反应，避免了强酸性、强腐蚀性试剂的使用，对设备和操作人员几乎没有任何危害，解决了常用清洗技术中蓝宝石晶片环境污染严重，对人体危害大等问题。通过晶片的单片多次循环清洗，改善了蓝宝石晶片的清洗效果，降低了清洗成本，提高了经济效益。
附图说明
图1是本发明中清洗前图形化蓝宝石衬底返工晶片横截面的SEM图；。
图2为本发明中清洗后蓝宝石晶片横截面的SEM图。
图3为本发明中清洗后蓝宝石晶片表面洁净度检测报告。
具体实施方式
本发明技术方案并不局限于以下所列举具体实施方法，可以包括各具体实施方式之间的任意组合。下面结合附图通过实施例对本发明做出进一步的具体说明。
本发明技术方案并不局限于以下所列举具体实施方法，可以包括各具体实施方式之间的任意组合。
实施例
本发明实施例中晶片为Ф152.4mm×0.75mmPSS返工晶片，使用FEI NOVA NANOSEM450观察到其微观形貌如图1所示，采用的去离子水电阻率为8MΩ·cm，异丙醇浓度为3mol/L，清洗车间按照要求达到百级无尘室标准，按以下具体步骤进行操作：
⑴选取一片图形化蓝宝石衬底返工晶片，采用除胶剂旋转清洗：利用自动机械臂从卡塞中取出一片返工晶片，放置于与旋转电机相连的真空吸盘上，以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持4秒钟，将注液手臂从晶片手臂盒中移动至晶片的中心位置，开始滴注温度在75℃～85℃的高温除胶剂，所述的除胶剂采用杜邦EKC系列的胶水，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3700转/分钟，滴注除胶剂的持续时间为4秒钟，胶量控制在15毫升，3700转/分钟的速度保持12秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有紫外正向光刻材料的除胶剂和多余的除胶剂，随后旋转速度降至2000转/分钟；
⑵采用异丙醇旋转清洗晶片：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到2800转/分钟，保持3秒钟，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注异丙醇，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由2800转/分钟达到3500转/分钟，滴注异丙醇的持续时间为2秒钟，异丙醇控制在1毫升，3500转/分钟的速度保持10秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有除胶剂的异丙醇和多余的异丙醇，随后旋转速度降至2300转/分钟；
⑶采用去离子水冲洗晶片：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持3秒钟，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注去离子水，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到4000转/分钟，滴注去离子水的持续时间为5秒钟，去离子水控制在50毫升，4000转/分钟的速度保持15秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有异丙醇的去离子水和多余的去离子水，随后旋转速度降至2000转/分钟，将注液手臂从晶片的中心位置移动至手臂盒中；
⑷刷洗晶片：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到2900转/分钟，保持5秒钟，将刷洗手臂移动至晶片的中心位置开始刷洗，压力维持在0.6MPa，刷洗时间控制在10秒钟。以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由2900转/分钟达到3800转/分钟，将刷洗手臂从晶片的中心位置移动至晶片的边缘位置，压力维持在0.8MPa，刷洗时间控制在15秒钟，随后旋转速度逐步降至1800转/分钟；
⑸旋转干燥：向晶片表面吹高纯氮气，氮气的流量为8cm3/秒，设置温度为45℃，旋转速度为1800转/分钟，时间为750秒；
使用后本清洗工艺后的晶片，使用FEI NOVA NANOSEM 450观察到其微观形貌如图2所示，从图中可以看到晶片表面的紫外正向光刻材料形貌结构已经消失，使用KLA TencorCandela CS10检测晶片的洁净度如图3所示，从图中可以看到晶片表面紫外正向光刻材料已经被清洗干净，无任何残留。
以上所述只是本发明的一种具体实施方式，对蓝宝石清洗的工作人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，可以进行完善，但这些完善被视为本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于该图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法包括以下步骤：
⑴选取一片图形化蓝宝石衬底返工晶片，采用高温除胶剂旋转清洗；
⑵采用异丙醇旋转清洗晶片；
⑶采用去离子水冲洗晶片；
⑷刷洗晶片；
⑸旋转干燥。
2.根据权利要求1所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述的步骤⑴中采用除胶剂清洗包括：取出一片返工晶片，放置于与旋转电机相连的真空吸盘上，旋转晶片，将注液手臂从晶片手臂盒中移动至晶片的中心位置，开始滴注一定量的高温除胶剂，继续旋转晶片以甩出晶片表面上已溶解有紫外正向光刻材料的除胶剂和多余的除胶剂。
3.根据权利要求2所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述步骤⑴的具体步骤为：取出一片返工晶片，放置于与旋转电机相连的真空吸盘上，以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持3～4秒钟，将注液手臂从晶片手臂盒中移动至晶片的中心位置，开始滴注温度在75℃～85℃的高温除胶剂，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3700转/分钟，滴注除胶剂的持续时间为2～4秒钟，胶量控制在10～15毫升，3700转/分钟的速度保持10～15秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有紫外正向光刻材料的除胶剂和多余的除胶剂，随后旋转速度降至2000转/分钟。
4.根据权利要求1或2所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述的步骤⑵中的采用异丙醇清洗晶片包括：旋转晶片，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注一定量的异丙醇，继续旋转晶片，以甩出晶片表面上已溶解有除胶剂的异丙醇和多余的异丙醇。
5.根据权利要求4所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述步骤⑵中的采用异丙醇清洗具体步骤为：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持3～4秒钟，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注异丙醇，以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3500转/分钟，滴注异丙醇的持续时间为2～3秒钟，异丙醇控制在10～13毫升，3500转/分钟的速度保持10～12秒钟，以甩出晶片表面上已溶解有除胶剂的异丙醇和多余的异丙醇，随后旋转速度降至2300转/分钟。
6.根据权利要求1或2所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述步骤⑶中采用去离子水清洗包括：旋转晶片，将注液手臂从晶片的中心位置开始滴注 一定量的去离子水，继续旋转晶片，以甩出晶片表面上已溶解有异丙醇的去离子水和多余的去离子水。
7.根据权利要求1或2所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述的步骤⑷中对晶片刷洗包括：旋转晶片，将刷洗手臂移动至晶片的中心位置开始刷洗，压力维持在0.5～0.7MPa，刷洗晶片；增加晶片旋转速度，将刷洗手臂从晶片的中心位置移动至晶片的边缘位置，压力维持在0.8～1.0MPa，继续刷洗晶片直至完成。
8.根据权利要求7所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述的步骤⑷中对晶片刷洗的具体步骤为：以8000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度达到3000转/分钟，保持5～6秒钟，将刷洗手臂移动至晶片的中心位置开始刷洗，压力维持在0.5～0.7MPa，刷洗时间控制在10～15秒钟；以10000转/分钟的加速度使晶片的旋转速度由3000转/分钟达到3800转/分钟，将刷洗手臂从晶片的中心位置移动至晶片的边缘位置，压力维持在0.8～1.0MPa，刷洗时间控制在15～20秒钟，随后旋转速度逐步降至1800转/分钟。
9.根据权利要求1或2所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述步骤⑸中的旋转干燥的步骤为：向晶片表面吹高纯氮气，氮气的流量为5～10cm3/秒，设置温度为40℃～50℃，旋转速度为1800转/分钟，时间为720秒～800秒。
10.根据权利要求1或2所述的一种图形化蓝宝石衬底晶片的单片式清洗方法，其特征在于所述的步骤⑴～⑸均在尘埃粒子含量达到百级的无尘室标准下进行的。
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