采用高壓N MP實現(xiàn)全自動去膠技術(shù)

王 沖，汪 鋼

(沈陽芯源微電子設(shè)備有限公司，遼寧沈陽110168)

由于成本的原因，傳統(tǒng)IC行業(yè)中的剝離技術(shù)用于制作微細金屬的圖形,在LED行業(yè)中還無法得到廣泛的應(yīng)用，因此結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉的自動剝離技術(shù)對于LED行業(yè)是一種有生命力和有價值的技術(shù)。采用自動剝離技術(shù)制作LED電極，替代傳統(tǒng)的人工去膠，整合人工去膠的工藝過程,減少人工去膠對基片的損壞，能有效提高產(chǎn)品的良率。采用該方法的自動去膠設(shè)備其優(yōu)點在于：投資較少,電極制作過程無機械損傷,表面也不易受污染等。

自動剝離技術(shù)制作LED微細電極金屬圖形方法與人工去除方法是不同的。通常制作LED電極的方法是在已經(jīng)形成P-N結(jié)的晶片表面上先濺射或蒸發(fā)金屬薄膜層,然后采用去膠的方法去除表面金屬層及用于形成保護膜的光刻膠。人工剝離技術(shù)的基本順序是先把晶片整體放入裝有NMP的容器中，通過浸泡和超聲波震蕩,使金屬層從晶片表面脫落，再把晶片一片一片的放入貼膜機，利用貼膜機在晶片表面貼上一層藍膜，用人工的方式把藍膜從晶片表面剝離，由于藍膜的粘合作用，表面金屬層隨著藍膜一起被撕下來，然后把晶片放入NMP中進行浸泡，去除光刻膠保護層，再分別用IPA和DI水，將晶片表面清洗干凈，這樣就獲得所需要的電極。具體流程如圖1所示，圖1中1為表面金屬層，2為金屬導(dǎo)線，3為光刻膠掩膜層，4為襯底。2是我們需要的圖形，這樣就需要把1和3去掉。

圖1 剝離技術(shù)示意圖

LED所使用的金屬主要有Cu、Al、Au，襯底有藍寶石和GaN。LED所使用的靶材，尤其Au的價格及市場價值最高，因此在去除晶圓表面光刻膠的同時能將金屬剝離并回收，可為LED廠商節(jié)約大量的成本。

在人工方法剝離的過程中，由于操作人員的不熟練以及晶片本身的物理特性，剝離過程中，晶片很容易破裂，且金屬難以回收，如圖2是粘在藍膜上的金屬，從圖中可以看出，晶片破裂的幾率很高。

圖2 粘在藍膜上的金屬

由于以上原因，需要研發(fā)一種設(shè)備，可以全自動完成去膠過程，并且可以完成金屬回收的設(shè)備，來取代人工去膠，成為LED行業(yè)迫切的需求，而高壓水切割技術(shù)在機械加工行業(yè)中已經(jīng)廣泛使用，可以借鑒并應(yīng)用于LED行業(yè)。

1 高壓NMP去膠方法

高壓NMP去膠是指將NMP加壓到10 MPa以上，并且從特制的小開孔噴嘴（口徑為0.1～0.5 mm）噴射出來，產(chǎn)生一道每秒近千米（約3倍音速）的NMP水箭，此水箭可用于切割晶片表面金屬層（如Cu、Al、Au等）。高壓水切割技術(shù)在機械加工行業(yè)已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，成本較低，技術(shù)較易實現(xiàn)。

具體實現(xiàn)用高壓NMP去膠過程如圖3所示。圖中1為高壓噴嘴、2為高壓NMP水柱、3為待去除區(qū)域、4為晶片夾盤、5為晶片、6為已經(jīng)去除區(qū)域。4（晶片夾盤）帶動5（晶片）進行旋轉(zhuǎn)，高壓NMP經(jīng)由1（高壓噴嘴），形成2（高壓NMP水柱），沿著晶片徑向移動，逐層對晶片表面金屬層進行切割，去除晶片表面金屬層。

圖3 高壓NMP去膠示意圖

2 自動去膠工藝及實現(xiàn)步驟

自動去膠工藝分為4個步驟，第一步是采用高壓NMP去膠的方法對晶片表面進行掃描式切割，將晶片表面金屬剝離，第二步采用常壓NMP對晶片表面進行浸泡，去除表面光刻膠，第三步采用IPA對晶片表面殘留NMP進行清洗，第四步使用DI水把晶片沖洗干凈，采用高速旋轉(zhuǎn)方式甩干，然后回收到片盒中，工藝流程見圖4所示。

圖4 自動去膠流程圖

高壓NMP去膠工藝時間與晶片表面金屬層厚度，材料本身特性以及去膠壓力有直接的關(guān)系，經(jīng)過長期試驗，得出工藝數(shù)據(jù)列于表1。表中列出了幾種典型材料及厚度的工藝數(shù)據(jù)，可以看出，金屬層越薄，剝離時間越短，NMP壓力越大，剝離時間越短，提高NMP的溫度也可以縮短金屬剝離時間，LED行業(yè)普遍追求產(chǎn)能，通過提高壓力，降低金屬層厚度，提高NMP溫度，可以有效提高設(shè)備產(chǎn)能。

表1 工藝數(shù)據(jù)表

3 NMP循環(huán)使用

NMP作為一種高效選擇性溶劑，可以被循環(huán)使用。將NMP進行過濾回收，實現(xiàn)循環(huán)使用，可以減少NMP的使用量，設(shè)備通過軟件設(shè)置，規(guī)定每一批循環(huán)NMP的使用片數(shù)，當(dāng)生產(chǎn)達到設(shè)定數(shù)量后，系統(tǒng)提示更換NMP，保證NMP濃度處于正常使用范圍。

4 金屬回收

由于LED工序中金屬鍍膜所鍍金屬多為貴金屬，市值較高，利用所述全自動去膠設(shè)備中的回收系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)金屬回收，從而降低生產(chǎn)成本。金屬回收裝置如圖5所示。混有金屬的NMP從入口處進入，金屬被隔離在過濾網(wǎng)中，NMP從出口處流出，可定期對濾網(wǎng)中的金屬進行回收，回收裝置中的液體可以通過排液口排除，方便設(shè)備維護。

圖5 金屬回收裝置

5 與手動去膠方法的對比

手動去膠效率較低，受工人技術(shù)能力的影響較大，需要較多的人力，撕下藍膜的過程中容易產(chǎn)生破片，晶片表面容易有光刻膠殘留，影響良率。

高壓NMP去膠工藝將人工去膠的三道工藝整合到一起，自動完成去膠過程，整個去膠過程中不需要人工干預(yù)，減少人為影響產(chǎn)生的不良，去膠效果較好、效率高，可以減少人員數(shù)量，缺點是設(shè)備造價高。

圖6所示是兩種工藝效果的對比，上方2張圖片是采用高壓NMP去除的效果，下方2張圖片是手動去膠的效果，通過圖片可以看出，高壓NMP去除干凈無殘留，手動方式去除，線條上方還有少量光刻膠殘留（圖中黑點）。

圖6 兩種工藝效果對比

6 安全及防護

NMP中文名稱為N-甲基吡咯烷酮，NMP是高效選擇性溶劑，具有無毒性，高沸點，腐蝕性小、溶解度大,黏度低 ,揮發(fā)度低,穩(wěn)定性好 ,易回收等優(yōu)點。NMP在電子行業(yè)中作為去膠液被廣泛使用，但其閃點較低，為95℃，一定質(zhì)量的溶質(zhì)溶解于溶劑中會產(chǎn)生熱效應(yīng)。

IPA中文名為異丙醇，無色透明液體，有似乙醇和丙酮混合物的氣味，有毒。其蒸汽與空氣能形成爆炸性的混合物，容許極限為8%（體積）。

根據(jù)化學(xué)品特性，NMP不能跟其他溶劑混合在一起，防止產(chǎn)生熱效應(yīng)，影響設(shè)備及工藝。對于氣味需要增加強制排風(fēng)，將機臺內(nèi)部散發(fā)出來的氣味帶走，并且機臺的密封性需要作為重點考慮對象，一旦氣味泄露，會迅速地傳遍整個廠房。

設(shè)備在防火方面也需要充分考慮，需要滅火設(shè)備支持，并且能夠在火災(zāi)發(fā)生時自動滅火并發(fā)出警報，設(shè)備所處的空間也需要通風(fēng)，保證設(shè)備及人生安全。

7 自動去膠設(shè)備的實現(xiàn)方法

自動設(shè)備實現(xiàn)方式如圖7所示，采用多軸機器人進行晶片傳輸，把要加工的晶片放入片盒中，片盒放入設(shè)備的固定工位，設(shè)備啟動，機器人首先對片盒進行掃描，確定片盒中晶片的位置及數(shù)量，機器人從片盒中取出晶片放入去膠工位中，去膠工位用高壓NMP進行金屬剝離，常壓NMP去除晶片表面光刻膠，光刻膠去除完成后送入清洗工位中，清洗工位利用IPA和DI水清除晶片上殘留的NMP，通過高速甩干，完成后機器人將晶片送回片盒，完成去膠工藝，自動滅火裝置和設(shè)備相連，機臺內(nèi)部安裝火警信號后系統(tǒng)啟動自動滅火裝置，保證設(shè)備和人員安全。

圖7 自動去膠設(shè)備示意圖

8 結(jié)束語

本文介紹了目前LED制程中金屬剝離技術(shù)及光刻膠去除藝方法，重點介紹了利用高壓NMP撕金去膠設(shè)備開發(fā)出了一種享有專利的晶圓表面金屬剝離以及光刻膠去除工藝和自動去膠設(shè)備的實現(xiàn)方法。為了能有效了解、分析實驗中的晶圓表面去膠和金屬剝離效果，低壓掃描電子顯微鏡(SEM)作為強有力的分析手段是必不可少的。這對改進和提高工藝水平是十分有幫助的。

通過實驗及分析，該方法與傳統(tǒng)去膠工藝相比，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)晶圓表面光刻膠無殘留的去除，同時能夠?qū)⒕A表面附著金屬剝離干凈及實現(xiàn)貴金屬回收，整合制作工藝，全自動完成去膠工藝，減少人為因素帶來的產(chǎn)品損失，由于該方法對工藝的整合作用，可以減少操作人員數(shù)量，有效降低人力成本。

采用高壓NMP與IPA結(jié)合，實現(xiàn)晶圓表面的金屬剝離與去膠工藝，經(jīng)驗證利用該方法能有效去除晶片表面金屬層及光刻膠，提高產(chǎn)品良率，并且通過金屬的回收，NMP的循環(huán)利用，可以為企業(yè)減少成本，提高產(chǎn)品良率。

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