CN116288226B - 一种电子束蒸镀金属膜层应力监控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，通过采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在晶圆的预设位置上制备识别图形，即在晶圆上同时具有识别图形和金属图形，当金属膜层制备完成后，对识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控，在此过程中，不需要额外的应力测试设备，也不需要额外的辅助材料，从而有效降低了制造成本，且可以准确、快速了解电子束蒸镀金属膜层应力。
Description
技术领域
本发明涉及电子束蒸镀金属膜层应力监控的技术领域，特别涉及一种电子束蒸镀金属膜层应力监控方法。
背景技术
在LED芯片制作的过程中，通常会利用电子束蒸镀工艺制作金属图形，这些金属图形一般用作电流传导金属层、焊盘金属层、金属保护层等，涉及金属一般有Cr、Al、AlCu、Ti、Pt、Ni、Au、Cu、Ag以及TiW，制备的金属层通常为这些金属中某几个金属的叠层。
其中，利用电子束蒸镀工艺制备金属图形的步骤为，在需要制备金属图形的晶圆表面涂布光刻胶，然后光刻，在晶圆上形成所需的光刻胶图形，接着利用电子束蒸镀工艺蒸镀金属，接着利用Lift-Off工艺去除掉多余金属，接着去除光刻胶，便在晶圆上形成了金属图形，一般一张四英寸的晶圆上会形成几千到几十万个图形，在整个制备过程中，需要监控电子束蒸镀的金属膜层的应力，将金属应力控制在一定的范围内，如果金属膜层应力超过极限值，会造成金属图形边缘翘起或轻微翘起，使得LED芯片存在潜在的可靠性风险，更严重将导致LED芯片短路。
现有的监控应力的方法为利用应力测试机监控，应力测试机测试应力的方法为，首先测试一张干净硅片的曲率半径，然后将硅片与LED芯片晶圆一起电子束蒸镀金属膜层，最后测试蒸镀金属膜层后的硅片的曲率变径，通过硅片蒸镀金属膜层前后曲率半径的变化计算出金属膜层的应力值，需要说明的是，随着产能的提升，需要购进更多的应力测试机，使用更多的硅片辅料，从而导致制造成本增加，另外，蒸镀在硅片上的金属也无法利用，造成浪费。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，以解决现有技术中，随着产能的提升，通过应力测试机监测金属膜层应力导致的制造成本增加的问题。
根据本发明实施例提供的一种电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，所述方法包括：
采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形；
采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层；
当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断所述金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控；
所述识别图形中各对识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同，其中，所述间隔距离按预设要求递增或递减；
所述采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形的步骤之前包括：
提供一试验晶圆，并在所述试验晶圆上涂布光刻胶；
对具有所述光刻胶的试验晶圆进行光刻，以形成若干目标识别图形，其中，各所述目标识别图形中的识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同；
在带有所述目标识别图形的试验晶圆上分别蒸镀不同应力的金属膜层，并确定不同应力下所对应的目标识别图形撕裂时的间隔距离；
建立应力与识别图形撕裂时的间隔距离的映射关系。
进一步的，所述识别图形包括至少两对识别子图形，其中，所述识别子图形为一规则的闭合图形。
进一步的，所述识别图形的面积占晶圆面积的0.01%以内。
进一步的，所述识别子图形具有一直角，每对所述识别子图形的直角相对设置，且具有间隔。
进一步的，至少存在一对识别子图形中的所述直角所对应的线为弧线。
进一步的，在所述晶圆的几何中心，以及所述晶圆的四周边缘处制备所述识别图形。
进一步的，所述采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层，当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断所述金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控的步骤包括：
当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，确定所述识别图形撕裂时所对应的目标间隔距离；
根据所述映射关系，确定所述目标间隔距离对应的目标应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控。
进一步的，所述采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形的步骤中，在晶圆表面进行金属图形光刻的同时，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形。
与现有技术相比：通过采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在晶圆的预设位置上制备识别图形，即在晶圆上同时具有识别图形和金属图形，当金属膜层制备完成后，对识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控，在此过程中，不需要额外的应力测试设备，也不需要额外的辅助材料，从而有效降低了制造成本，且可以准确、快速了解电子束蒸镀金属膜层应力。
附图说明
图1为本发明实施例提出的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法的实现流程图；
图2为识别图形在晶圆上的位置的示意图；
图3为单个识别图形在金相显微镜下放大500倍的放大图。
以下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请参阅图1，所示为本发明实施例提出的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法的实现流程图，所述方法具体包括步骤S01至步骤S02。
步骤S01，采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形。
具体的，在晶圆表面进行金属图形光刻的同时，在晶圆的预设位置上制备识别图形，其中，通过在晶圆上涂布光刻胶，并通过光刻处理后，可以在晶圆上形成若干识别图形，需要说明的是，识别图形的面积占晶圆面积的0.01%以内，由此可以看出，识别图形在晶圆表面的占比非常小，识别图形的设置基本不影响LED芯片的生产，在本实施例当中，晶圆表面存在5处识别图形，分别在晶圆的几何中心，以及晶圆的四周边缘处，需要说明的是，识别图形位于晶圆四周边缘处的，离晶圆边缘的距离应小于晶圆直径的1/4，以4寸的晶圆为例，位于晶圆四周的识别图形离晶圆边缘的距离可以为1cm~2.5cm，可以理解的，晶圆上方识别图形距离晶圆最上边的距离为1cm~2.5cm；晶圆左边识别图形距离晶圆最左边的距离为1cm~2.5cm；晶圆下方识别图形距离晶圆最下边的距离为1cm~2.5cm；晶圆右边识别图形距离晶圆最右边的距离为1cm~2.5cm。通过晶圆表面的5处识别图形，可以对金属膜层整体的应力进行监控。
进一步的，请参阅图2，为识别图形在晶圆上的位置的示意图，晶圆表面的5处识别图形中的每一处识别图形包括至少两对识别子图形，其中，识别子图形为一规则的闭合图形，即封闭图形，例如三角形、正方形等，具体的，识别子图形中具有一直角，每对识别子图形的直角相对设置，且具有间隔，该间隔用于对应力进行检测，当识别子图形的直角相对的间隔处出现裂纹，则说明应力过大，在间隔处释放应力，以将图形崩坏。
需要说明的是，为了监测不同的应力大小，所以需要设置不同的识别子图形的直角相对的间隔大小，每一间隔大小对应于一应力大小，或应力范围，同时，为了当存在多对识别子图形，快速判断识别子图形的直角相对的间隔最大值或最小值，可以将直角相对的间隔最大值或最小值所对应的识别子图形中，直角所对应的线设置为弧线，以进行区别，其中，由于识别图形中各对识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同，可以根据间隔距离，将各对识别子图形进行排列，具体的，间隔距离按预设要求递增或递减，则各对识别子图形进行对应排列。
如图3所示，为单个识别图形在金相显微镜下放大500倍的放大图，在本实施例当中，识别图形中包括一对等腰直角扇形和一对等腰直角三角形，其中，一对等腰直角扇形中的直角相对位置处的间隔距离比一对等腰直角三角形中的直角相对位置处的间隔距离小，且一对等腰直角扇形在一对等腰直角三角形的左边，若采用上述方式进行设置，则晶圆上的5处识别图形需要保持一致，另外，也可以将对等腰直角扇形和一对等腰直角三角形的位置、间隔距离对调，即一对等腰直角扇形中的直角相对位置处的间隔距离比一对等腰直角三角形中的直角相对位置处的间隔距离大，且一对等腰直角扇形在一对等腰直角三角形的右边，需要说明的是，上述示例并不是对本发明的限定。
具体的，为了能够当金属膜层制备完成后，对识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控，首先需要建立应力与识别图形撕裂时的间隔距离的映射关系，具体步骤为，提供一试验晶圆，并在试验晶圆上涂布光刻胶；对具有光刻胶的试验晶圆进行光刻，以形成若干目标识别图形，其中，各目标识别图形中的识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同；在带有目标识别图形的试验晶圆上分别蒸镀不同应力的金属膜层，并确定不同应力下所对应的目标识别图形撕裂时的间隔距离；建立应力与识别图形撕裂时的间隔距离的映射关系。
在本实施例当中，为了建立映射关系，采用在Ti金属上蒸镀不同厚度的Pt金属的方式，分析应力与识别图形撕裂时的间隔距离的关系。具体的，采用上述方法在晶圆上形成若干识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同的识别图形，其中，间隔距离可以为10μm、20μm、30μm、40μm、50μm、55μm以及60μm，需要说明的是，为了对应力进行更为精确的监控，也可以将各间隔距离之间的步长进一步细分。
在晶圆表面形成识别图形后，先蒸镀厚度为500Å的Ti金属，再在此基础上，蒸镀不同厚度的Pt金属，随着Pt金属厚度的增加，应力也在增加，请参阅表1。
表1
根据表1中的实验数据，可以建立应力与识别图形撕裂时的间隔距离的映射关系，其中，应力可以通过应力测试机进行检测，识别图形撕裂情况可以通过金相显微镜进行观察，可以理解的，当识别图形撕裂时的间隔距离为10μm时，意味着此时应力为51.62dyne/cm²，当识别图形撕裂时的间隔距离为20μm时，意味着此时应力为100.34dyne/cm²，以此类推。
步骤S02，采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层，当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断所述金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控。
具体的，当金属膜层制备完成后，对识别图形的状态进行检测，确定识别图形撕裂时所对应的目标间隔距离，最后根据映射关系，确定目标间隔距离对应的目标应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控。
在本实施例当中，可以根据对实际应力的需求，选择对应的间隔距离的识别图形，例如，如果测试应力范围为50dyne/cm²~100dyne/cm²，则第1对识别图形直角相对处距离为10μm，第2对识别图形直角相对处距离为20μm，待电子束蒸镀结束后观察图形，如果第1对识别图形直角相对处开裂，第2对识别图形直角相对处没有开裂，则应力在50dyne/cm²~100dyne/cm²内，如果第1对识别图形直角相对处开裂，第2对识别图形直角相对处也开裂，则金属膜层应力超过100dyne/cm²，LED芯片晶圆需要返工或报废处理；
如果测试应力范围为150dyne/cm²~200dyne/cm²，则第1对识别图形直角相对处距离为30μm，第2对识别图形直角相对处距离为40μm，待电子束蒸镀结束后观察图形，如果第1对识别图形直角相对处开裂，第2对识别图形直角相对处没有开裂，则应力在150dyne/cm²~200dyne/cm²内，如果第1对识别图形直角相对处开裂，第2对识别图形直角相对处也开裂，则金属膜层应力超过200dyne/cm²，LED芯片晶圆需要返工或报废处理；
如果测试应力范围为250dyne/cm²~350dyne/cm²，则第1对识别图形直角相对处距离为50μm，第2对识别图形直角相对处距离为60μm，待电子束蒸镀结束后观察图形，如果第1对识别图形直角相对处开裂，第2对识别图形直角相对处没有开裂，则应力在250dyne/cm²~350dyne/cm²内，如果第1对识别图形直角相对处开裂，第2对识别图形直角相对处也开裂，则金属膜层应力超过350dyne/cm²，LED芯片晶圆需要返工或报废处理。
综上，本发明实施例通过采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在晶圆的预设位置上制备识别图形，即在晶圆上同时具有识别图形和金属图形，当金属膜层制备完成后，对识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控，在此过程中，不需要额外的应力测试设备，也不需要额外的辅助材料，从而有效降低了制造成本，且可以准确、快速了解电子束蒸镀金属膜层应力。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (6)
1.一种电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，其特征在于，所述方法包括：
采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形；
采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层；
当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断所述金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控；
所述识别图形中各对识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同，其中，所述间隔距离按预设要求递增或递减；
所述采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形的步骤之前包括：
提供一试验晶圆，并在所述试验晶圆上涂布光刻胶；
对具有所述光刻胶的试验晶圆进行光刻，以形成若干目标识别图形，其中，各所述目标识别图形中的识别子图形的直角相对位置处的间隔距离不同；
在带有所述目标识别图形的试验晶圆上分别蒸镀不同应力的金属膜层，并确定不同应力下所对应的目标识别图形撕裂时的间隔距离；
建立应力与识别图形撕裂时的间隔距离的映射关系；
所述识别图形包括至少两对识别子图形，其中，所述识别子图形为一规则的闭合图形，所述识别子图形具有一直角，每对所述识别子图形的直角相对设置，且具有间隔。
2.根据权利要求1所述的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，其特征在于，所述识别图形的面积占晶圆面积的0.01%以内。
3.根据权利要求2所述的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，其特征在于，至少存在一对识别子图形中的所述直角所对应的线为弧线。
4.根据权利要求3所述的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，其特征在于，在所述晶圆的几何中心，以及所述晶圆的四周边缘处制备所述识别图形。
5.根据权利要求4所述的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，其特征在于，所述采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层，当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，并根据检测结果，判断所述金属膜层的应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控的步骤包括：
当所述金属膜层制备完成后，对所述识别图形的状态进行检测，确定所述识别图形撕裂时所对应的目标间隔距离；
根据所述映射关系，确定所述目标间隔距离对应的目标应力，以对电子束蒸镀金属膜层应力进行监控。
6.根据权利要求5所述的电子束蒸镀金属膜层应力监控方法，其特征在于，所述采用电子束蒸镀工艺在晶圆表面制备金属膜层之前，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形的步骤中，在晶圆表面进行金属图形光刻的同时，在所述晶圆的预设位置上制备识别图形。
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