CN108140692A - 发光二极管工艺用金属剥离装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及发光二极管工艺用金属剥离装置及方法，当在发光二极管制造过程的剥离工序中去除不必要的金属薄膜时，利用金属剥离工艺来改善剥离工艺的缺点。本发明使施加有规定压力的表面活性用化学物质以超高速渗透于剥离工艺用化学物质渗透孔或反向台面结构中并左右移动，使得上述化学物质刮掉多个薄膜，倒装由机械臂拾取的晶片(651)，以晶片(651)的图案向下的状态装载到倒置悬挂于上部腔体(62)的旋转夹头工作台，来防止因金属剥离工艺而污染物质污染晶片，通过在被装载的晶片边缘形成空气幕(653)来防止在工艺进行期间晶片(651)的背面被污染，护罩组件(67)在工艺进行期间上升来防止剥离薄膜碎片粘附于腔体的内壁，使得被混合的空气和水向多孔护罩墙(672)的表面渗出来防止多个剥离薄膜碎片粘附，使用文丘里密封件(70)以防止向旋转夹头工作台单元供应的真空的泄漏，从而在旋转轴的微小间隙(703)形成真空。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管(LED)工艺用金属剥离装置及方法，尤其，当在发光二极管制造过程的剥离(Lift-off)工序中去除不必要的金属薄膜时，以金属剥离工艺来改善剥离工艺的缺点。
背景技术
通常，作为P-N结二极管的一种，发光二极管(LED)为利用作为顺向施加电压时发射短波长光的现象的电致发光效应的半导体器件。
为了制造这种发光二极管(LED)，与其他普通的半导体器件同样地需要图案化工序。
通常，通过光刻工艺及蚀刻工艺来执行图案化，上述光刻工艺由利用光刻胶膜的曝光及显像构成，上述蚀刻工艺利用借助光刻工艺形成的光刻胶膜图案。
然而，在发光二极管的情况下，作为用于形成图案的蚀刻，例如，利用将电感耦合等离子体作为源的等离子体蚀刻工艺，通过该等离子体蚀刻工艺发生光刻胶膜固化的现象。
像这样，以常规的光刻胶膜剥离工艺不能很好地去除固化的光刻胶膜。
因此，近年来，正在使用通过利用剥离装置的剥离工艺来去除固化的光刻胶膜和其上部的金属膜的方法。
即，当制造发光二极管时，使用于产生P-N结结构的外延层增长，在其上部蒸镀金属薄膜后，去除不必要的光刻胶薄膜和金属薄膜。
此时，通过使不必要的薄膜膨胀溶胀并去除的方式称为剥离，根据这种实施剥离的方法，可使工艺质量和工艺所需时间确定不同。
上述剥离方式包括浸湿(Wet Dip)方式、浸渍喷雾(Dip&Spray)方式、蒸气喷射(Steam Spray)方式等。
第一，如图2所示，在浸湿方法的情况下，通过剥离前步骤A-化学物质渗透步骤B-化学物质浸湿步骤C-剥离步骤D-完成剥离的金属步骤E进行。
即，通过将晶片浸入药液槽并浸湿溶解光刻胶薄膜来去除金属薄膜221，此情况为以盒(Cassette)单元浸入药液槽的批处理(batch)方式，因此存在如下的问题，即，虽然可以一并处理多个晶片，但是薄膜去除效率降低且发生金属251的剥落现象(Peeling)。
第二，在浸渍喷雾方式中，将晶片以盒(Cassette)单元浸入药液槽并在一定程度上浸湿光刻胶薄膜后，一边高速旋转晶片各一个，一边借助喷嘴喷射化学溶液来完全去除金属薄膜。
这种浸渍喷雾方式的薄膜效率可高于浸湿方式，但具有仍然存在正常薄膜的剥落现象(Peeling)且处理时间非常长的缺点。
并且，还存在因结构问题而产生的污染晶片背面(被去除的薄膜残留物)的缺点。
当高速旋转晶片时，这种晶片背面的薄膜残留物污染因晶片未很好地固定于旋转夹头(Spin Chuck)而有可能产生晶片脱离的严重的问题，因此需要开发用于预防晶片背面污染的技术。
第三，就如图3的A步骤至图3的F步骤所进行的蒸气喷射方法而言，作为在光刻胶和金属薄膜上高压喷射微细水粒子和高温的水蒸气来去除粘附的异物或光刻胶等的方法，在去除暴露于表面的对象物方面非常优秀。
然而，如发光二极管剥离工艺在同时去除金属薄膜下部的光刻胶薄膜和金属薄膜方面存在局限性。
参照图1的A步骤、B步骤、C步骤，在现有剥离工艺的情况下，应该从在发光二极管基板114的表面上突出的多个金属薄膜中仅选择性地去除对象金属薄膜113和光刻胶薄膜111，然而利用水粒子和高温的水蒸气去除处于去除对象金属薄膜113及在其金属薄膜113下部的光刻胶薄膜111需要很长时间。
即，利用在水粒子的分解及结合时所产生的能量来减弱已被化学固化的光刻胶薄膜(位于金属薄膜下部)的粘结力，需要很长的处理时间。
当然，虽然存在一种充分提高喷射压力的方法，但是在这种情况下，由于高喷射压力，水粒子的冲击力过强，从而存在有可能还会损坏晶片内部的正常金属薄膜112的顾虑。
即，如上所述的现有的三种剥离方法存在如下的问题：剥离时间长且因剥离时间长而产生剥离正常金属薄膜112的剥落(Peeling)现象。
因此，需要一种可更快速有效地去除不必要的光刻胶薄膜和金属薄膜的装置和方法。
发明内容
技术问题
本发明用于解决如上所述的现有的缺点，其目的在于，鉴于现有的仅依赖于化学反应来完全渗透至金属薄膜下部的光刻胶薄膜需要很长的时间且因过度的化学处理而导致剥落的质量问题的缺点，提供一种可在光刻胶薄膜中以超高速产生化学反应的同时快速去除金属薄膜的发光二极管工艺用金属剥离装置及方法。
解决问题的方案
用于实现上述目的的本发明的金属剥离方法为在所要保持正常的金属薄膜保持稳定的状态下，快速地(10秒/4英寸晶片)仅去除作为去除对象物的金属薄膜及光刻胶薄膜的发光二极管工艺用金属剥离方法。
本发明的金属剥离方法为如下的方法：以规定的压力将表面活性用化学物质投入到所有发光二极管图案的剥离用化学物质渗透孔或反向台面(Reverse Mesa)结构，并通过左右移动来使由两层形成的薄膜剥离。
并且，本发明的金属剥离装置的特征在于，包括：旋转夹头工作台单元，向下设置于腔体的上部，用于快速减弱光刻胶薄膜与外延层(EPI)之间的粘结力的同时进行剥离；喷嘴，向上设置于腔体的上部，用于高压喷射表面活性剂，喷嘴朝向装载于旋转夹头工作台且以中速(最大为800RPM)旋转的晶片，向上喷射表面活性剂，使得同时剥离光刻胶薄膜和金属薄膜。
本发明的金属剥离装置的特征在于，为了防止被快速剥离的光刻胶薄膜和金属薄膜粘附于腔体内壁，通过在腔体内部设置多孔护罩壁(Porous Shield Wall)来使水和压缩空气从这种多孔护罩壁渗出，从而防止多个薄膜粘附于多孔护罩壁。
并且，本发明的金属剥离装置的特征在于，在长期使用设置于腔体的旋转夹头工作台单元的情况下，为了防止气体、烟雾(Fume)、液体等的泄漏，使用文丘里密封件(Venturi-Seal)，利用文丘里效果Venturi effect)防止供应真空的旋转体的气体或液体泄漏(Leak)。
发明的效果
如上所述，本发明具有如下的效果，即，通过浸湿(Soaking)步骤或者以微细水粒子和蒸气热喷射等方法快速减弱光刻胶薄膜与外延层之间的粘结力并进行剥离，从而不发生因现有的过度的化学处理而导致的所谓剥落的质量下降的问题。
并且，本发明的金属剥离工艺在保持光刻胶薄膜和金属薄膜的形态的状态下进行，因此其处理时间非常快。
附图说明
图1为作为本发明的对象的剥离工艺的概念图。
图2为现有剥离方式中的浸湿(Wet Dip)方式的概念图。
图3为用于说明现有剥离方式中的蒸气喷射(Steam Spray)方式的因过度的压力而产生的现象的概念图。
图4为作为本发明的方式的金属剥离方法的概念图。
图5为本发明的预对准(Pre-Align)及倒装模式(Flip Mode)的解释图。
图6为示出本发明的腔体结构的图。
图7为图6的A部分的放大图。
图8为用于说明本发明的文丘里密封件的旋转夹头工作台单元的结构图。
图9为图7的A部分的放大图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
作为本发明的金属剥离方法的解释图，图4示出发光二极管图案的剖面。
首先，金属剥离工序进行前的结构步骤A由正常金属薄膜412、去除对象金属薄膜413及光刻胶薄膜414等形成，位于去除对象金属薄膜413的下部的光刻胶薄膜414必须为反向台面(Reverse Mesa)结构411或者在去除对象金属薄膜413上形成有规定大小的孔(hole)。
在本发明中，在反向台面结构411投入施加有规定压力的表面活性用化学物质422并左右移动，所施加的规定的压力起到如下的作用，即，当在反向台面结构411以超高速渗透表面活性用化学物质422的同时，以如B所示的方式左右移动时，起到刮掉多个去除对象薄膜414、413的作用。
因此，去除对象薄膜414、413非常快速地被剥离，这是由于光刻胶薄膜414与外延层(EPI)415之间的粘结力基本上被消除的同时左右移动，因此多个去除对象薄膜414、413如C步骤至F步骤所示，基本上保持原形态并被剥离431、441。
这就像利用非常小且精密的夹子拉动去除对象薄膜414、413。
此时，最重要的变数为表面活性用化学物质422的种类和所施加的压力的程度，表面活性用化学物质422可使用公知的化合物，但是所施加的压力的程度应根据多个去除对象薄膜414、413的厚度或硬度有所不同。
在本发明的实验和实际工艺测试结果中，可知其压力范围优选在15～50kg/cm2程度。
若超出此范围，则无法称为金属剥离，这是因为压力在10kg/cm2以下时，需要进行如现有的剥离方式的浸湿步骤，在15～50kg/cm2的范围内，光刻胶薄膜414与外延层(EPI)415之间的粘结力以超高速减弱。
在本发明中，50kg/cm2的压力可被认为是完全不损坏所要保持正常的发光二极管图案的压力下的安全压力。
除了这种压力变数之外，下面描述的本发明的结构上的作用对于成功实现金属剥离工艺也是非常重要的变数。
如图5所示的倒装模式剥离(Flip Mode Strip)为本发明的核心要素之一，对于其内容的说明如下。
如步骤A、步骤B所示，首先，机械臂进入盒并依次向上、向下、向左、向右各拾取一个晶片。
而且，步骤C至步骤F作为对拾取的晶片进行预对准的步骤，在步骤C中，机械臂下降到预对准位置后进行预对准(步骤D)。
接着，通过使预对准器(Pre-Aligner)返回到初始(Home)位置(步骤E)且使机械臂上升(步骤F)来夹住晶片后，移动到晶片倒装模式位置(步骤G)。
并且，在步骤H中，机械臂将拾取的晶片保持在真空压的状态下倒装180度。
而且，如步骤I所示，在晶片的图案向下的状态下，移动到位于腔体内部的旋转夹头工作台位置后，如步骤J、步骤K所示，将晶片装载到旋转夹头工作台之后，从腔体中离开来待机。
并且，如步骤K所示，晶片在保持真空压的状态下以倒装的状态倒置悬挂于腔体的上部的旋转夹头工作台，如步骤L所示，安装有喷嘴的臂将表面活性用化学物质以规定的压力喷射到晶片并剥离不必要的多个薄膜。
此时，旋转夹头工作台以中低速(400～800RPM)旋转，像这样，倒装晶片并进行金属剥离称为倒装模式剥离(Flip Mode Strip)。
这种倒装模式剥离以从下侧到上侧的方式向上喷射表面活性剂，因此在完成金属剥离后，即使被去除的多个薄膜碎片从上方掉落也不会污染晶片。
表1为对现有的剥离方法和本发明的金属剥离方法进行比较测试的结果。
首先，现有的剥离方式为在浸湿步骤后进行剥离，与此相反地，在本发明的金属剥离方式中，进行一次性剥离，此外的装载/卸载、冲洗、干燥等工艺方式的条件相同。
并且，作为整个工艺所需时间的周转时间(TAT；Turn Around Time)的比较结果表明，与包括浸湿的剥离时间(85秒)相比，金属剥离时间(10秒)少需要75秒，因此呈现出效率提高约850％的效果，但是在包括各种工艺时间的整个时间中，呈现出效率提高200％以上的效果。
本测试为在相同条件下分别测试100片相同工艺的发光二极管晶片的结果。
表1
注意 单位：秒/晶片
上述数据为在相同条件下测试100片发光二极管4英寸晶片的结果。
图6示出本发明的腔体结构，图7作为图6的A部分的放大图，在下部腔体61的上部设置上部腔体62且在上部腔体62的上部设置腔体头部63，上述腔体头部63由喷射臂64，旋转夹头工作台65、护罩架66构成。
如图8所示，在上述上部腔体62向下设置旋转夹头工作台单元，并且喷嘴641从上部腔体62下降并朝向装载于旋转夹头工作台的晶片651以从下侧到上侧的方式向上喷射表面活性剂。
并且，在上部腔体62的内部侧面设置多孔护罩壁(Porous Shield Wall)672，使得从晶片651剥离的光刻胶薄膜或多个金属薄膜碎片不会粘附到腔体内壁。
而且，在上部腔体62分别设置有排气部622，在下部腔体61的底部设置有排水口611。
图8示出向下设置的旋转夹头工作台单元，上述旋转夹头工作台单元由旋转夹头工作台71、旋转夹头底座72、旋转马达73、真空槽74构成。
作为上述图8的A部分的放大图，图9整体上示出文丘里密封件70，从下部供应的压缩空气751因在通过突然变窄的文丘里管路时速度急剧变快而吸入可存在于旋转夹头底座72的微小间隙703的空气701，使得在微小间隙703形成真空702。
参照图6说明以这种方式构成的本发明的腔体的动作。
打开挡板621，等待的机械臂68进入至位于腔体内部的旋转夹头工作台65的下端，这样进入的机械臂68上升，直到晶片651的背面接触旋转夹头工作台65的表面。
接着，通过向旋转夹头工作台65供应真空来放置晶片651。
像这样，当晶片651被放置于旋转夹头工作台65时，机械臂68下降到下端并离开腔体，并且关闭挡板621。
与此同时，在下降到设置有空气幕组件(assembly)652的晶片651的高度后，通过在晶片651边缘形成空气幕653来防止在金属剥离期间晶片651的背面被污染。
接着，安装于护罩架66的护罩锁661下降，来拾取位于下部腔体61的护罩组件67并使其上升，从而防止在金属剥离期间产生的多个薄膜碎片粘附于腔体的内壁。
并且，当护罩组件67上升时，空气和水混合并通过引入口673向侧面多孔护罩壁672供应。
因此，被混合的空气和水向侧面多孔护罩墙672的表面渗出，来抑制多个薄膜碎片粘附。
接着，通过喷射臂64左右旋转并在晶片651的正面加压喷射表面活性用化学物质来非常快速地进行金属剥离。
之后，当金属剥离结束时，停止空气幕653的动作，在空气幕组件652上升至原来的初始位置后，首先打开挡板621，待机中的机械臂68进入至旋转夹头工作台65的下端并上升，直到接触晶片651的表面。
接着，真空被释放到旋转夹头工作台65并且向机械臂68供应真空来放置晶片651，当晶片651被放置于机械臂68时，机械臂68下降到下端并离开腔体，并且关闭挡板621。
在上述金属剥离期间被去除的多个薄膜碎片在下部护罩671初次被过滤后，通过额外的分离回收网再次被过滤。
并且，在金属剥离期间产生的化学烟雾(Chemical Fume)被从防爆喷射喷嘴69喷射的水粒子稀释，因此几乎完全阻隔化学烟雾的排放。
若排放微量的化学烟雾，则通过位于腔体中间的排气部622将其从额外设置的洗涤器(Scrubber)完全去除。
如图6所示，腔体内部的气流下降，因此最大限度地抑制在工艺过程中的晶片651或腔体头部63的部件被化学烟雾污染。
作为图6的A部分的放大图，图7示出在挡板部实现完全密封的原理的概念图。
当进行金属剥离工艺时，为了防止烟雾(Fume)从腔体内部向外部排放，关闭挡板621。
此时，为了完全密封作为挡板621的微小的间隙的挡板密封间隙(Shuttersealing Gap，94)，通过引入口913供应压缩空气并以非常快的速度从文丘里空气(VenturiAir)排出口911排出的同时，也排出真空形成口912的空气，从而在挡板密封件面积形成真空来实现完全的挡板密封。
图8示出本发明的旋转夹头工作台单元，图9作为图8的A部分(文丘里密封件)的放大图，旋转夹头工作台71通过位于旋转夹头底座72内部的联轴器722设置于旋转马达73，通过真空槽74供应的真空在旋转马达73旋转之前将晶片安全地放置于旋转夹头工作台71。
为了防止向这种旋转马达73供应的真空泄漏，通常使用机械密封件、特氟龙密封件(Teflon)、橡胶密封件等，但是在本发明中，使用如图9所示的文丘里密封件70。
上述文丘里密封件70的原理如下，即，所供应的压缩空气751在通过突然变窄的文丘里管路时速度急剧变快，此时所排出的空气701吸入可存在于旋转夹头底座72的微小间隙703的残留空气，因此起到在微小间隙703形成真空702来防止真空泄漏的密封件(Seal)作用。
因此，将其称为文丘里密封件70，但这种文丘里密封件70不会发生磨损，因此可以半永久性地使用，并且其性能也非常优秀。
结果，如图6所示，在本发明中，在上部腔体62向下设置如图8所示的旋转夹头工作台单元，喷嘴641从上部腔体62下降并朝向装载于旋转夹头工作台的晶片651以从下侧到上侧的方式向上喷射表面活性剂，从而晶片651不会被完成金属剥离后被去除的多个薄膜碎片污染。
并且，在本发明中，在上部腔体62的内部形成侧面多孔护罩墙672，使得被混合的空气和水向这种多孔护罩墙672的表面渗出，从而防止从晶片651剥离的光刻胶薄膜或多个金属薄膜碎片粘附于上部腔体62的内壁。
而且，本发明通过设置于装载的晶片651边缘的空气幕653来防止在金属剥离期间晶片背面被污染。
尤其，在本发明中，当长时间使用通过适用于旋转夹头工作台单元的文丘里密封件70供应真空的旋转体时，可防止气体、烟雾(Fume)、液体等的泄漏。
附图标记的说明
61：下部腔体 62：上部腔体
63：腔体头部 64：喷射臂
65：旋转夹头工作台 67：护罩组件
70：文丘里密封件 71：旋转夹头工作台
72：旋转夹头底座 73：旋转马达
74：真空池 94：挡板密封间隙
111：光刻胶薄膜 112：正常金属薄膜
113：去除对象金属薄膜 114：发光二极管基板
411：反向台面结构 412：正常金属薄膜
413：去除对象金属薄膜 414：光刻胶薄膜
611：排水口 622：排气部
641：喷嘴 651：晶片
652：空气幕组件 653：空气幕
671：下部护罩 672：侧面多孔护罩墙
673、913：引入口 701：空气
702：真空 703：微细间隙
721：轴承 751：压缩空气
911：文丘里出气口 912：真空形成部
Claims (7)
1.一种发光二极管工艺用金属剥离装置，其特征在于，包括：
旋转夹头工作台单元，向下设置于上部腔体，用于倒装由机械臂拾取的晶片来使晶片的图案向下；
喷嘴，设置于上述上部腔体，用于向上高压喷射表面活性剂；
空气幕，形成于被装载的晶片边缘，通过装载到倒置悬挂于上部腔体的旋转夹头工作台来防止在金属剥离工艺期间晶片的背面被污染；
护罩组件，通过在剥离工艺期间上升来防止薄膜碎片固着于腔体的内壁。
2.根据权利要求1所述的发光二极管工艺用金属剥离装置，其特征在于，在上述上部腔体的内侧壁上形成侧面多孔护罩，使得被混合的空气和水向侧面多孔护罩的表面渗出，来防止多个剥离薄膜碎片粘附。
3.根据权利要求1所述的发光二极管工艺用金属剥离装置，其特征在于，通过使用文丘里密封件来防止向上述旋转夹头工作台单元供应的真空的泄漏，使得在旋转轴的微小间隙形成真空。
4.一种发光二极管工艺用金属剥离方法，其特征在于，包括：
将施加有规定压力的表面活性用化学物质以15～50kg/cm2的压力超高速喷射到剥离工艺用化学物质渗透孔或反向台面结构的步骤；
以超高速喷射上述化学物质并向左右移动，使得上述化学物质刮掉多个薄膜的步骤；以及
以无光刻胶薄膜的浸湿过程的方式去除光刻胶薄膜与外延层之间的粘结力并去除不必要的薄膜的步骤。
5.根据权利要求4所述的发光二极管工艺用金属剥离方法，其特征在于，在保持上述光刻胶薄膜和金属薄膜的形态的状态下，去除不必要的薄膜。
6.根据权利要求4所述的发光二极管工艺用金属剥离方法，其特征在于，当喷射上述表面活性用化学物质时，通过倒装晶片并进行金属剥离来防止金属剥离后被去除的多个薄膜碎片污染晶片，通过在上部腔体向下设置旋转工作盘单元来使喷嘴以从下侧到上侧的方式向上述晶片喷射表面活性剂。
7.根据权利要求4所述的发光二极管工艺用金属剥离方法，其特征在于，为了防止当喷射上述表面活性用化学物质时所产生的化学烟雾的外部排放，通过从防爆喷射喷嘴喷射水来稀释水粒子中的化学烟雾且通过实施文丘里密封来实现挡板密封。
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