CN115903383A - 一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，所述处理方法包括如下步骤：S1、将液体SU8光刻胶放置在蓝宝石基板的中心，通过旋转涂布机进行涂布；S2、通过反应性溅射将厚度为80nm的无机氧化物光刻胶沉积在SU8层上；S3、通过圆盘激光母版系统进行光刻胶结构上的直接激光写入，再对氧化物光刻胶进行显影处理；S4、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP‑RIE）在氧气等离子体气氛下，对SU8光刻胶进行蚀刻；S5、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP‑RIE）在三氯化硼和氩气的联合等离子体气氛下，对蓝宝石衬底表面进行蚀刻。该种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，通过无机氧化物光刻胶和有机光刻胶组成的互补双光刻胶，在蓝宝石表面产生亚微米凹坑阵列图案，在保持工艺洁净度，且后处理不会产生任何废物或化学物质的同时，减小图案化特征尺寸，进一步提高LED的光提取效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光刻技术领域，特别涉及一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法。
背景技术
蓝宝石衬底是在发光二极管（LED）中外延生长GaN层的优良材料，因为它们的9.1eV的大带隙可避免发射光的吸收，以及它们在金属有机化学气相沉积生长过程中在高温和腐蚀环境下的高化学稳定性。需要在蓝宝石表面上进行表面图案化以进一步提高光提取效率。蓝宝石表面上的图案可以破坏全反射并提高外部量子效率，以在相同的输入功率下实现更高的流明输出。已有的几种对蓝宝石衬底（PSS）进行图案化的方法，包括传统的剥离光刻、使用金属掩模的外延横向过生长方法、选择性湿化学蚀刻、使用有机光刻胶的电子束光刻、纳米球光刻和压印光刻。然而，大多数方法只能产生低至微米的图案化特征尺寸，而其他为此目的提出的方法仅限于小面积的图案。为此，我们提出一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，可以有效解决背景技术中的问题。
一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，所述处理方法包括如下步骤：
S1、将液体SU8光刻胶放置在蓝宝石基板的中心，通过旋转涂布机进行涂布；
S2、通过反应性溅射将厚度为80nm的无机氧化物光刻胶沉积在SU8层上；
S3、通过圆盘激光母版系统进行光刻胶结构上的直接激光写入，再对氧化物光刻胶进行显影处理；
S4、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在氧气等离子体气氛下，对SU8光刻胶进行蚀刻；
S5、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在三氯化硼和氩气的联合等离子体气氛下，对蓝宝石衬底表面进行蚀刻。
进一步，所述步骤S1中包括：
① 蓝宝石基板直径为2英寸；
② 先以较慢的速度500rpm旋转以涂覆整个表面，然后以较快的速度1000rpm进一步旋转以形成800nm的均匀厚度，时间40～60s；
③ 烘烤条件为在110℃下烘烤30～40min。
进一步，所述步骤S2包括：
① 靶材的化学成分是Ge、Sb、Sn，原子比为13.5：40：46.5；
② 溅射机的背景压力为0.01Pa，溅射功率为300～350W；
③ 氩气流速为35 sccm, 氧气流速≤15 sccm。
进一步，所述步骤S3中包括：
① 波长为405nm，数值孔径为0.9；
② 激光光斑尺寸为550nm；
③ 显影剂是浓度为1.9wt%的四甲基氢氧化铵，显影时间为60～80s。
进一步，所述步骤S4中包括：
① ICP power为200W,RF power为100W;
② 背景压力为30 mTorr；
③ 氧气流速为60～70 sccm；
④ 蚀刻时间为80～90s。
进一步，所述步骤S5中包括：
① ICP power为800W,RF power为300W;
② 背景压力为60 mTorr；
③ Ar流速为5～8 sccm, BCl3流速为30～40 sccm；
④ 蚀刻时间为360～390s。
本发明提供的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，通过将液体SU8光刻胶放置在直径为2英寸的蓝宝石基板的中心，利用旋转涂布机先以较慢的速度500rpm旋转以涂覆整个表面，然后以较快的速度1000rpm进一步旋转以形成800nm的均匀厚度，时间40～60s，烘烤条件为在110℃下烘烤30～40min；通过反应性溅射将厚度为80nm的无机氧化物光刻胶沉积在SU8层上，靶材的化学成分是Ge、Sb、Sn，原子比为13.5：40：46.5，溅射机的背景压力为0.01Pa，溅射功率为300～350W，氩气流速为35 sccm,氧气流速≤15 sccm，其中，氧化物光致抗蚀剂对氧等离子体具有很强的抗蚀性，但对氯等离子体没有抵抗力，有机抗蚀剂的特性与氧化物光致抗蚀剂相反，对氯等离子体具有中等抗性，但对氧等离子体没有抗性，从而组成无机氧化物和有机的互补双光刻胶；通过圆盘激光母版系统进行光刻胶结构上的直接激光写入，波长为405nm，数值孔径为0.9，激光光斑尺寸为550nm，再利用浓度为1.9wt%的四甲基氢氧化铵对氧化物光刻胶进行显影处理，显影时间为60～80s，从而实现氧化物光致抗蚀剂的图案化，使得显影的凹坑尺寸减小到比激光光斑尺寸更小的值；使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在氧气等离子体气氛下，对SU8光刻胶进行蚀刻，ICP power为200W,RF power为100W，背景压力为30 mTorr，氧气流速为60～70 sccm，蚀刻时间为80～90s；再使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在三氯化硼和氩气的联合等离子体气氛下，对蓝宝石衬底表面进行蚀刻，ICP power为800W,RF power为300W，背景压力为60 mTorr，Ar流速为5～8 sccm, BCl3流速为30～40 sccm，蚀刻时间为360～390s，从而实现在蓝宝石表面产生亚微米凹坑阵列图案，在保持工艺洁净度，且后处理不会产生任何废物或化学物质的同时，进一步提高LED的光提取效率。
附图说明
图1为本发明一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1所示，一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，处理方法包括如下步骤：
S1、将液体SU8光刻胶放置在蓝宝石基板的中心，通过旋转涂布机进行涂布；
S2、通过反应性溅射将厚度为80nm的无机氧化物光刻胶沉积在SU8层上；
S3、通过圆盘激光母版系统进行光刻胶结构上的直接激光写入，再对氧化物光刻胶进行显影处理；
S4、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在氧气等离子体气氛下，对SU8光刻胶进行蚀刻；
S5、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在三氯化硼和氩气的联合等离子体气氛下，对蓝宝石衬底表面进行蚀刻。
根据本发明提供的技术方案，步骤S1中包括：
① 蓝宝石基板直径为2英寸；
② 先以较慢的速度500rpm旋转以涂覆整个表面，然后以较快的速度1000rpm进一步旋转以形成800nm的均匀厚度，时间40～60s；
③ 烘烤条件为在110℃下烘烤30～40min。
根据本发明提供的技术方案，步骤S2包括：
① 靶材的化学成分是Ge、Sb、Sn，原子比为13.5：40：46.5；
② 溅射机的背景压力为0.01Pa，溅射功率为300～350W；
③ 氩气流速为35 sccm, 氧气流速≤15 sccm。
根据本发明提供的技术方案，步骤S3中包括：
① 波长为405nm，数值孔径为0.9；
② 激光光斑尺寸为550nm；
③ 显影剂是浓度为1.9wt%的四甲基氢氧化铵，显影时间为60～80s。
根据本发明提供的技术方案，步骤S4中包括：
① ICP power为200W,RF power为100W;
② 背景压力为30 mTorr；
③ 氧气流速为60～70 sccm；
④ 蚀刻时间为80～90s。
根据本发明提供的技术方案，步骤S5中包括：
① ICP power为800W,RF power为300W;
② 背景压力为60 mTorr；
③ Ar流速为5～8 sccm, BCl3流速为30～40 sccm；
④ 蚀刻时间为360～390s。
本发明提供的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，工作人员将液体SU8光刻胶放置在直径为2英寸的蓝宝石基板的中心，利用旋转涂布机先以较慢的速度500rpm旋转以涂覆整个表面，然后以较快的速度1000rpm进一步旋转以形成800nm的均匀厚度，时间40～60s，烘烤条件为在110℃下烘烤30～40min；通过反应性溅射将厚度为80nm的无机氧化物光刻胶沉积在SU8层上，靶材的化学成分是Ge、Sb、Sn，原子比为13.5：40：46.5，溅射机的背景压力为0.01Pa，溅射功率为300～350W，氩气流速为35sccm,氧气流速≤15 sccm；通过圆盘激光母版系统进行光刻胶结构上的直接激光写入，波长为405nm，数值孔径为0.9，激光光斑尺寸为550nm，再利用浓度为1.9wt%的四甲基氢氧化铵对氧化物光刻胶进行显影处理，显影时间为60～80s；随后工作人员使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在氧气等离子体气氛下，对SU8光刻胶进行蚀刻，ICP power为200W,RFpower为100W，背景压力为30 mTorr，氧气流速为60～70 sccm，蚀刻时间为80～90s；再使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在三氯化硼和氩气的联合等离子体气氛下，对蓝宝石衬底表面进行蚀刻，ICP power为800W,RF power为300W，背景压力为60 mTorr，Ar流速为5～8 sccm, BCl3流速为30～40 sccm，蚀刻时间为360～390s。通过无机氧化物光刻胶和有机光刻胶组成的双光刻胶互补光刻，在蓝宝石表面产生亚微米凹坑阵列图案，减小图案化特征尺寸，进一步提高LED的光提取效率。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，其特征在于：所述处理方法包括如下步骤：
S1、将液体SU8光刻胶放置在蓝宝石基板的中心，通过旋转涂布机进行涂布；
S2、通过反应性溅射将厚度为80nm的无机氧化物光刻胶沉积在SU8层上；
S3、通过圆盘激光母版系统进行光刻胶结构上的直接激光写入，再对氧化物光刻胶进行显影处理；
S4、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在氧气等离子体气氛下，对SU8光刻胶进行蚀刻；
S5、使用电感耦合等离子体刻蚀机（ICP-RIE）在三氯化硼和氩气的联合等离子体气氛下，对蓝宝石衬底表面进行蚀刻。
2.根据权利要求1所述的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，其特征在于：所述步骤S1中包括：
① 蓝宝石基板直径为2英寸；
② 先以较慢的速度500rpm旋转以涂覆整个表面，然后以较快的速度1000rpm进一步旋转以形成800nm的均匀厚度，时间40～60s；
③ 烘烤条件为在110℃下烘烤30～40min。
3.根据权利要求1所述的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，其特征在于：所述步骤S2包括：
① 靶材的化学成分是Ge、Sb、Sn，原子比为13.5：40：46.5；
② 溅射机的背景压力为0.01Pa，溅射功率为300～350W；
③ 氩气流速为35 sccm, 氧气流速≤15 sccm。
4.根据权利要求1所述的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，其特征在于：所述步骤S3中包括：
① 波长为405nm，数值孔径为0.9；
② 激光光斑尺寸为550nm；
③ 显影剂是浓度为1.9wt%的四甲基氢氧化铵，显影时间为60～80s。
5.根据权利要求1所述的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，其特征在于：所述步骤S4中包括：
① ICP power为200W,RF power为100W;
② 背景压力为30 mTorr；
③ 氧气流速为60～70 sccm；
④ 蚀刻时间为80～90s。
6.根据权利要求1所述的一种用于在蓝宝石衬底上形成亚微米图案的双光刻胶互补光刻的方法，其特征在于：所述步骤S5中包括：
① ICP power为800W,RF power为300W;
② 背景压力为60 mTorr；
③ Ar流速为5～8 sccm, BCl3流速为30～40 sccm；
④ 蚀刻时间为360～390s。
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