CN108508711A

CN108508711A - 一种正性光刻胶的去除方法

Info

Publication number: CN108508711A
Application number: CN201710113991.8A
Authority: CN
Inventors: 王建华; 王晓萌; 李晓明; 刘琦; 闫宝华; 汤福国
Original assignee: Shandong Inspur Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: Shandong Inspur Huaguang Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-09-07

Abstract

本发明涉及一种正性光刻胶的去除方法。该方法包括，将形成光刻有效电极图形后的LED晶片在无掩膜遮挡的情况下用紫外光曝光，将曝光完全的LED晶片置于显影液中，在超声条件下进行显影，通过超声震荡与曝光显影结合去除晶片表面残留的正性光刻胶。本发明能容易地彻底去除LED晶片上的正性光刻胶，同时LED基板材料损伤小，弱碱性显影液可以重复利用多次，保护环境同时降低了材料的消耗。

Description

一种正性光刻胶的去除方法

技术领域

本发明涉及一种正性光刻胶的去除方法，属于半导体芯片光刻胶去除技术领域。

背景技术

在半导体芯片技术领域，通常用光刻技术制作掩模图形，光刻技术的基本工艺包括涂胶、掩模曝光和显影。显影后掩模的图案就固定在光刻胶层上，而光刻制成图形后基体表面残留的光刻胶去除，则是行业内的一大技术难题。LED外延片P型电极图形通常是用正性光刻胶采用光刻技术制作，然后经过然后通过干法或湿法腐蚀去掉掩膜图形外的P型金属层，制成电极后晶片表面残留的正性光刻胶需要彻底去除，而且还不能伤及LED晶片表面。

光刻胶又称光致抗蚀剂，是由感光树脂、增感剂和溶剂三种主要成分组成的对光敏感的混合液体。光刻胶应该具有比较小的表面张力，使光刻胶具有良好的流动性和覆盖。感光树脂经光照后，在曝光区能很快地发生光固化反应，使得这种材料的物理性能，特别是溶解性、亲合性等发生明显变化。光刻胶广泛用于印刷电路和集成电路的制造以及印刷制版等过程。光刻胶的技术复杂，品种较多，根据其化学反应机理和显影原理，可分负性胶和正性胶两类。光照后形成不可溶物质的是负性胶；反之，对某些溶剂是不可溶的，经光照后变成可溶物质的即为正性胶。利用这种性能，将光刻胶作涂层，就能在晶片表面刻蚀所需的电路图形。

基于感光树脂的化学结构，光刻胶可以分为三种类型。①光聚合型，采用烯类单体，在光作用下生成自由基，自由基再进一步引发单体聚合，最后生成聚合物，具有形成正像的特点。②光分解型，采用含有叠氮醌类化合物的材料，经光照后,会发生光分解反应,由油溶性变为水溶性，可以制成正性胶。③光交联型，采用聚乙烯醇月桂酸酯等作为光敏材料，在光的作用下，其分子中的双键被打开，并使链与链之间发生交联，形成一种不溶性的网状结构，而起到抗蚀作用，这是一种典型的负性光刻胶。

现有技术中常用的去除光刻胶的方法主要是灰化和全湿法清洗。其中，灰化是通过激励源对氧气等气体进行解离，使气体分子电离产生氧等离子体，通过氧等离子气氛中的活性离子与光刻胶反应，氧等离子体的轰击而将光刻胶去除。例如CN103646873A公开了一种光刻胶的去除方法，包括在一半导体结构上具有经离子注入后的光刻胶层；在100℃以下的条件下，用O₂和N₂/H₂通过高射频灰化光刻胶层的表面；在200-500℃的条件下，用O₂通过高射频灰化剩下的光刻胶层。然而采用灰化方法去除光刻胶时容易使光刻胶的下层材料受到损伤，而且氧等离子与光刻胶的反应需要较高的温度，增加成本。此外，灰化往往不能将光刻胶去除干净，仍然需要清洗液进行清洗，实际去胶效果不理想，会有光刻胶残留的现象。

全湿法清洗主要是将双氧水与硫酸溶液混合组成的清洗液喷洒到半导体衬底的光刻胶表面，使之与光刻胶发生反应而将光刻胶除去，最后用去离子水冲洗，参见CN101354542A。该方法虽然能减少半导体材料的损伤，但是在注入双氧水后硫酸的浓度急剧下降，清洗液的寿命缩短，清洗液与光刻胶发生反应后就作为废液直接排掉，需要频繁更换清洗液并进行长时间的清洗，且冲洗用水量大，成本高。

由于在进行构图工艺过程中，刻蚀未覆盖光刻胶的薄膜或进行离子掺杂会增强光刻胶与半导体衬底表面的粘附性和光刻胶的硬度，现有的去除光刻胶的方法很难将重掺杂离子注入后或长时间干刻后粘附得很顽固的光刻胶去除干净，残留的光刻胶会对形成的器件或显示装置的性能造成不利影响。

发明内容

为了解决了现有技术中正性光刻胶难去除、光刻胶底膜残留的问题，针对现有技术的不足，本发明提供一种正性光刻胶的去除方法，用于构图后LED晶片表面光刻胶的去除，对LED外延片表面无损伤。

LED：发光二极管，一种半导体发光器件；

LED晶片：LED的主要原料，LED主要依靠晶片来发光。LED晶片的核心是LED外延片及电极。

湿法腐蚀,是通过化学蚀刻液和被刻蚀物质之间的化学反应将被刻蚀物质剥离下来的刻蚀方法。

干法腐蚀,是指利用高能束与表面薄膜反应形成挥发性物质，或直接轰击薄膜表面使之被腐蚀的工艺。

光刻有效电极图形的LED晶片：先采用涂胶、掩模曝光、显影的光刻工艺形成电极图形，然后经过干法腐蚀或湿法腐蚀去掉未被光刻胶覆盖部分的金属层。

本发明中如无特殊说明的，所述光刻胶即正性光刻胶。

本发明的技术方案如下：

一种正性光刻胶的去除方法,用于构图后LED晶片上光刻胶的去除，包括：

提供形成光刻有效电极图形的LED晶片，所述有效电极图形上有待去除的正性光刻胶；

提供一曝光机，

提供一超声装置，该超声装置有一槽，用于盛放显影液；

将所述的形成光刻有效电极图形后的LED晶片置于所述曝光机承片台上，在无掩膜遮挡的情况下用紫外光直接照射LED晶片表面对正性光刻胶曝光，使有效电极图形上的正性光刻胶曝光完全；

将曝光完全的LED晶片置于所述超声装置的盛有显影液的槽中，同时打开超声装置，在超声条件下进行显影，通过超声震荡与曝光显影结合去除晶片表面残留的正性光刻胶。

根据本发明，优选的，上述完成光刻胶去除的晶片，用去离子水冲洗5～10分钟，用氮气吹干。

本发明中，所述LED晶片依次包括衬底、衬底上的外延层和P型金属层。进一步优选的，所述衬底是GaAs衬底；所述P型金属层为P型Au层或者P型Al层。

本发明所述的光刻有效电极图形是采用光刻技术在LED晶片上进行涂覆正性光刻胶、掩膜曝光和显影，然后通过干法腐蚀或湿法腐蚀去掉掩膜图形外的P型金属层，形成需要的电极图形。

根据本发明，优选的，将形成光刻有效电极图形后的LED晶片先烘干或甩干，然后再置于所述曝光机承片台上进行曝光。

根据本发明，优选的，所述对正性光刻胶曝光使用的紫外光的波长为220nm～475nm，曝光能量为60～120mj/cm²。进一步优选，紫外光的波长为300nm～400nm，曝光能量为100～110mj/cm²。该特定波长紫外光及曝光能量有利于光刻电极图形制作时残留正性光刻胶的充分曝光。所述紫外光直接照射LED晶片表面是指紫外光垂直照射LED晶片上表面。

根据本发明，优选的，所述显影液为弱碱性显影液；进一步优选，所述显影液为体积浓度2％～4％的四甲基氢氧化铵。

根据本发明，优选的，所述的超声频率为30～70KHz；超声显影时间为3～10分钟。进一步优选，所述的超声频率为35～55KHz；超声显影时间为5～8分钟。

根据本发明，优选的，所述显影液体积与LED晶片个数的比为80片/L～150片/L。控制显影液体积与LED晶片个数的比，保证显影与超声震荡协同作用达到最佳效果。当然，考虑晶片个数与显影液体积的比，还需要考虑生产效率与节能；显影液体积与LED晶片个数的比少于80片/L时对光刻胶去除影响不大，但会降低生产效率。

本发明的方法可用于一次光刻、二次光刻乃至更多次光刻后LED晶片上正性光刻胶的去除，每次光刻有效图形后都需要去胶。本发明中所述的正性光刻胶为本领域常规的紫外正性光刻胶。例如，苏州瑞红电子化学品有限公司的RZJ-304正性光刻胶；潍坊星泰克微电子材料有限公司的SUN115、SUN116正性光刻胶；北京科华微电子有限公司的KMPEP3100、KMP EP3200、BP-212。

本发明的技术特点及优良效果：

1、本发明的方法中将显影与超声震荡结合。一方面，在显影液中正性光刻胶经反应被腐蚀成小颗粒，通过超声震荡利用空气泡的气穴现象或非线性振荡获得的机械能施于胶颗粒上，能促进胶颗粒的剥离；另一方面，超声震荡可促进显影液与正性光刻胶的反应完全。

2、本发明的方法中超声频率的选择也至关重要，由于显影液液体流过LED晶片时，会在表面形成一层粘性膜，超声频率太低时，空化气泡无法与小颗粒接触，胶粒无法完全除掉当超声频率升高时，粘性膜的厚度就会减少，空化气泡就可以接触到小颗粒，将他们从晶片表面剥落。另一方面，超声频率的高低需要考虑对LED晶片的损伤，本发明人经研究发现，低频超声或高频超声均不适于LED晶片。

3.本发明的正性光刻胶的去除方法，利用特定波长的紫外光对光刻胶进行曝光处理，使得光刻胶分解，然后通过碱性显影液加超声波震荡，通过超声震荡与曝光显影结合较容易地使LED晶片P型金属层上的正性光刻胶被彻底去除。可避免由于光刻胶残留导致的重复返工、产品报废的风险。在光刻胶去除中，对紫外光曝光没有对准精确要求，从而使得工艺简便易行。比传统去胶方法更迅速、有效。

4.本发明的正性光刻胶的去除方法，通过光刻胶与显影液的反应和物理超声协同作用达到最佳的去除效果，该方法对正性光刻胶的去胶效果稳定，同时对LED基板材料损伤小，弱碱性显影液可以重复利用多次，替代传统的有机去胶液、强酸、强碱、等离子清洗等方法，保护环境同时又降低了材料的消耗；显著降低成本。

附图说明

图1为本发明所述LED晶片的结构示意图；

图2-图4为LED晶片光刻有效电极图形的制作过程中各阶段的结构示意图。其中：

图2是在LED晶片的P型金属层表面涂覆正性光刻胶后的晶片的结构示意图；图3为掩膜曝光后的掩膜外光刻胶被去除后的LED晶片的结构示意图；图4为经腐蚀去掉掩膜图形外的P型金属层、形成有效电极图形的LED晶片的结构示意图。

图5为对P型金属层上的光刻胶进行无掩膜板紫外线曝光处理的示意图；

图6为本发明的方法去除正性光刻胶后的LED晶片的结构示意图；

图7为实施例1用的超声装置的结构示意图；图中，1、GaAs衬底；2、LED外延层；3、P型金属层4、光刻胶层；5、显影液；6、空腔气泡；7、槽；8、振动面钢板；9、超声波换能器；10、排液孔。

图8是实施例1的方法进行光刻胶去除、清洗后的晶片电极图形光刻胶残留分析SEM图片；

图9是对比例1的方法进行光刻胶去除、清洗后的晶片电极图形光刻胶残留分析SEM图片。图中箭头所指为光刻胶残留部分。

图10是实施例2的方法进行光刻胶去除、清洗后的晶片表面高倍显微镜照片。

图11是对比例2的方法进行光刻胶去除、清洗后的晶片表面高倍显微镜照片。图中箭头所指为光刻胶残留部分。

具体实施方式

下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例所用试剂、设备或装置，除特别说明外，均为现有技术。其中，超声装置的结构示意图如图1所示，包括槽7以及槽7底部的振动面钢板8，在槽7的底部设有一组若干个超声波换能器9，在槽7的底部一端设有排液孔10。该超声装置还有电及频率、功率等控制系统。

实施例所用正性光刻胶为RZJ-304正性光刻胶(苏州瑞红电子化学品有限公司产)，或者SUN115、SUN116正性光刻胶(潍坊星泰克微电子材料有限公司产)。

实施例1：

-提供GaAs基LED晶片，在GaAs衬底1上有外延层2，外延层2上有P型金属层(Au)3,如图1所示；

-在所述的GaAs基LED外延片的P型Au层3表面涂覆正性光刻胶4SUN116；如图2所示；

-利用掩膜板对所述光刻胶进行曝光和显影，显影后掩膜部分光刻胶保留部分，其余部分光刻胶去掉；LED晶片结构如图3所示；

-继续用湿法腐蚀，使未覆盖光刻胶的P型Au层被腐蚀掉，形成需要的Au电极图形；LED晶片结构如图4所示；以上部分均可按现有技术。

将上述LED晶片(图4所示)Au电极图形上剩下的光刻胶去除，按以下步骤：

步骤1：将上述LED晶片用烘干机或甩干机去除所述LED晶片表面水分；

步骤2：将所述的光刻电极图形后的LED晶片置于所述曝光机承片台上，在无掩膜遮挡的情况下用紫外光直接照射LED晶片表面对正性光刻胶曝光，如图5所示，紫外光的波长为365nm，曝光能量90mj/cm²；使残留正性光刻胶曝光完全；

步骤3：取体积比3％的四甲基氢氧化铵5L倒于超声机的槽内,超声机结构如图7所示；打开超声机，超声频率为40KHz,步骤2曝光后的LED晶片400片放于该显影液中，在超声条件下进行显影，超声显影6分钟，通过超声震荡与显影结合彻底去除LED晶片上的正性光刻胶。

步骤4：超声显影完毕后，用去离子水冲洗LED晶片6分钟，氮气吹干即可，得到去除晶片表面光刻胶的带有电极图形的LED晶片。如图6所示。

实施例1方法处理后晶片表面电极图形正性光刻胶残留分析SEM图片如图8所示；由图中可见，晶片上的正性光刻胶被去除干净。通过焊线验证试验，合格率为99.7％，去胶效果好。

对比例1：

如实施例1所述的LED晶片(图4所示)Au电极图形上剩下的光刻胶去除，所不同的是采用全湿法清洗，使用将质量浓度30％的双氧水与质量浓度98％的硫酸溶液(3:1体积比)组成的清洗液冲洗，最后用纯水清洗并风干。该方法处理后晶片表面电极图形光刻胶残留分析图片如图9所示。由该图可以看出残留光刻胶残留现象明显，去胶效果不理想。

实施例2

如实施例1所述的光刻胶的去除方法，所不同的是，紫外线曝光使用的紫外光的波长为400nm，曝光能量为100mj/cm²。

实施例2方法处理后晶片表面高倍显微镜照片如图10所示；晶片上的正性光刻胶被去除干净。通过焊线验证试验，合格率为99.7％。去胶效果好。

对比例2：如实施例1所述的LED晶片(图4所示)Au电极图形上剩下的光刻胶去除，所不同的是采用紫外线曝光、显影的方法，不用超声震荡，该方法处理后晶片表面光刻胶残留分析高倍显微镜照片如图11所示。由该图可以看出残留光刻胶残留现象明显，去胶效果不理想。

实施例3

如实施例1所述的光刻胶的去除方法，所不同的是，所述P型金属层3为P型Al层，所用正性光刻胶为SUN116正性光刻胶。通过焊线验证试验，合格率为99.5％，LED晶片上(含P型Al层)的的正性光刻胶去胶效果好。

实施例4

如实施例1所述的光刻胶的去除方法，所不同的是所用正性光刻胶为RZJ-304正性光刻胶。所述显影液为体积浓度是2％的四甲基氢氧化铵；超声处理的超声频率为50KHz；超声处理时间为5分钟。通过焊线验证试验，合格率为99.6％，LED晶片上(含P型Au层)的正性光刻胶去胶效果好。

实施例5

如实施例1所述的光刻胶的去除方法，所不同的是，LED晶片个数为1000片,显影液的体积为10L。通过焊线验证试验，合格率为99.5％，LED晶片上(P型Au层)的正性光刻胶去胶效果好。

Claims

1.一种正性光刻胶的去除方法,用于构图后LED晶片上光刻胶的去除，包括：

提供一曝光机，

提供一超声装置，该超声装置有一槽，用于盛放显影液；

将所述的形成光刻有效电极图形后的LED晶片置于所述曝光机承片台上，在无掩膜遮挡的情况下用紫外光直接照射LED晶片表面对正性光刻胶曝光，使残留正性光刻胶曝光完全；

2.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于所述LED晶片依次包括衬底、衬底上的外延层和P型金属层。

3.根据权利要求2所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于所述P型金属层为P型Au层或者P型Al层。

4.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于将形成光刻有效电极图形后的LED晶片先烘干或甩干，然后再置于所述曝光机承片台上进行曝光。

5.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于，所述对正性光刻胶曝光使用的紫外光的波长为220nm～475nm，曝光能量为60～120mj/cm²。

6.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于，所述对正性光刻胶曝光使用的紫外光的波长为300nm～400nm，曝光能量为100～110mj/cm²；该特定波长紫外光及曝光能量有利于光刻电极图形制作时残留正性光刻胶的充分曝光。

7.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于，所述对正性光刻胶曝光使用的所述显影液为弱碱性显影液；优选，所述显影液为体积浓度2％～4％的四甲基氢氧化铵。

8.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于，所述对正性光刻胶曝光使用的所述的超声频率为30～70KHz；优选，所述的超声频率为35～55KHz。

9.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法,其特征在于，所述显影液体积与LED晶片个数的比为80片/L～150片/L。

10.根据权利要求1所述的正性光刻胶的去除方法，其特征在于，完成光刻胶去除的晶片，用去离子水冲洗5～10分钟，用氮气吹干。