采用高壓N MP實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)去膠技術(shù)

王 沖，汪 鋼

(沈陽(yáng)芯源微電子設(shè)備有限公司，遼寧沈陽(yáng)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(xì)金屬的圖形,在LED行業(yè)中還無(wú)法得到廣泛的應(yīng)用，因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉的自動(dòng)剝離技術(shù)對(duì)于LED行業(yè)是一種有生命力和有價(jià)值的技術(shù)。采用自動(dòng)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(guò)程,減少人工去膠對(duì)基片的損壞，能有效提高產(chǎn)品的良率。采用該方法的自動(dòng)去膠設(shè)備其優(yōu)點(diǎn)在于：投資較少,電極制作過(guò)程無(wú)機(jī)械損傷,表面也不易受污染等。

自動(dòng)剝離技術(shù)制作LED微細(xì)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(hù)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(guò)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(jī)，利用貼膜機(jī)在晶片表面貼上一層藍(lán)膜，用人工的方式把藍(lán)膜從晶片表面剝離，由于藍(lán)膜的粘合作用，表面金屬層隨著藍(lán)膜一起被撕下來(lái)，然后把晶片放入NMP中進(jìn)行浸泡，去除光刻膠保護(hù)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(lán)寶石和GaN。LED所使用的靶材，尤其Au的價(jià)格及市場(chǎng)價(jià)值最高，因此在去除晶圓表面光刻膠的同時(shí)能將金屬剝離并回收，可為L(zhǎng)ED廠商節(jié)約大量的成本。

在人工方法剝離的過(guò)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(guò)程中，晶片很容易破裂，且金屬難以回收，如圖2是粘在藍(lán)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(lán)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(dòng)完成去膠過(guò)程，并且可以完成金屬回收的設(shè)備，來(lái)取代人工去膠，成為L(zhǎng)ED行業(yè)迫切的需求，而高壓水切割技術(shù)在機(jī)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(kāi)孔噴嘴（口徑為0.1～0.5 mm）噴射出來(lái)，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(jī)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(shí)現(xiàn)。

具體實(shí)現(xiàn)用高壓NMP去膠過(guò)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(pán)、5為晶片、6為已經(jīng)去除區(qū)域。4（晶片夾盤(pán)）帶動(dòng)5（晶片）進(jìn)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(dòng)，逐層對(duì)晶片表面金屬層進(jìn)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(dòng)去膠工藝及實(shí)現(xiàn)步驟

自動(dòng)去膠工藝分為4個(gè)步驟，第一步是采用高壓NMP去膠的方法對(duì)晶片表面進(jìn)行掃描式切割，將晶片表面金屬剝離，第二步采用常壓NMP對(duì)晶片表面進(jìn)行浸泡，去除表面光刻膠，第三步采用IPA對(duì)晶片表面殘留NMP進(jìn)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(jiàn)圖4所示。

圖4 自動(dòng)去膠流程圖

高壓NMP去膠工藝時(shí)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(guò)長(zhǎng)期試驗(yàn)，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(shí)間越短，NMP壓力越大，剝離時(shí)間越短，提高NMP的溫度也可以縮短金屬剝離時(shí)間，LED行業(yè)普遍追求產(chǎn)能，通過(guò)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(jìn)行過(guò)濾回收，實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，可以減少NMP的使用量，設(shè)備通過(guò)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(dá)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(dòng)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(jìn)入，金屬被隔離在過(guò)濾網(wǎng)中，NMP從出口處流出，可定期對(duì)濾網(wǎng)中的金屬進(jìn)行回收，回收裝置中的液體可以通過(guò)排液口排除，方便設(shè)備維護(hù)。

圖5 金屬回收裝置

5 與手動(dòng)去膠方法的對(duì)比

手動(dòng)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(lán)膜的過(guò)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(dòng)完成去膠過(guò)程，整個(gè)去膠過(guò)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(diǎn)是設(shè)備造價(jià)高。

圖6所示是兩種工藝效果的對(duì)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(dòng)去膠的效果，通過(guò)圖片可以看出，高壓NMP去除干凈無(wú)殘留，手動(dòng)方式去除，線條上方還有少量光刻膠殘留（圖中黑點(diǎn)）。

圖6 兩種工藝效果對(duì)比

6 安全及防護(hù)

NMP中文名稱(chēng)為N-甲基吡咯烷酮，NMP是高效選擇性溶劑，具有無(wú)毒性，高沸點(diǎn)，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(diǎn)。NMP在電子行業(yè)中作為去膠液被廣泛使用，但其閃點(diǎn)較低，為95℃，一定質(zhì)量的溶質(zhì)溶解于溶劑中會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)。

IPA中文名為異丙醇，無(wú)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(duì)于氣味需要增加強(qiáng)制排風(fēng)，將機(jī)臺(tái)內(nèi)部散發(fā)出來(lái)的氣味帶走，并且機(jī)臺(tái)的密封性需要作為重點(diǎn)考慮對(duì)象，一旦氣味泄露，會(huì)迅速地傳遍整個(gè)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(shí)自動(dòng)滅火并發(fā)出警報(bào)，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(dòng)去膠設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法

自動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)方式如圖7所示，采用多軸機(jī)器人進(jìn)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(dòng)，機(jī)器人首先對(duì)片盒進(jìn)行掃描，確定片盒中晶片的位置及數(shù)量，機(jī)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(jìn)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(guò)高速甩干，完成后機(jī)器人將晶片送回片盒，完成去膠工藝，自動(dòng)滅火裝置和設(shè)備相連，機(jī)臺(tái)內(nèi)部安裝火警信號(hào)后系統(tǒng)啟動(dòng)自動(dòng)滅火裝置，保證設(shè)備和人員安全。

圖7 自動(dòng)去膠設(shè)備示意圖

8 結(jié)束語(yǔ)

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(diǎn)介紹了利用高壓NMP撕金去膠設(shè)備開(kāi)發(fā)出了一種享有專(zhuān)利的晶圓表面金屬剝離以及光刻膠去除工藝和自動(dòng)去膠設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方法。為了能有效了解、分析實(shí)驗(yàn)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(qiáng)有力的分析手段是必不可少的。這對(duì)改進(jìn)和提高工藝水平是十分有幫助的。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)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(wú)殘留的去除，同時(shí)能夠?qū)⒕A表面附著金屬剝離干凈及實(shí)現(xiàn)貴金屬回收，整合制作工藝，全自動(dòng)完成去膠工藝，減少人為因素帶來(lái)的產(chǎn)品損失，由于該方法對(duì)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(shí)現(xiàn)晶圓表面的金屬剝離與去膠工藝，經(jīng)驗(yàn)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(guò)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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