无缺陷模仁的制造方法

无缺陷模仁的制造方法
【专利摘要】本发明是有关于一种无缺陷模仁的制造方法，包括以下步骤：（1)提供一模仁；(2)制作一光阻图案于该模仁上；（3)镀制一金属薄膜；（4)形成多个金属圆柱；（5)进行加热及退火；（6)进行干蚀刻；以及（7)移除金属圆球。通过本发明方法形成的无缺陷模仁可用于制造磊晶晶圆的纳米压印制造工艺，微观上可精确控制模仁图案间距的一致及排除模仁图案的错位问题，宏观上可消除嘉晶晶圆的格纹的广生，大幅提局嘉晶晶圆的产品合格率。无缺陷模仁具有制造简易、成本低廉又可完全复制的特性，可使纳米压印技术得以真正取代现今制造磊晶晶圆制造中的步进曝光机。
【专利说明】无缺陷模仁的制造方法

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种无缺陷模仁的制造方法，特别是涉及一种用于制造磊晶晶圆的 纳米压印的无缺陷模仁的制造方法。

【背景技术】
[0002] 图案化蓝宝石基板（Patterned Sapphire Substrate,PSS)多以黄光制作图案，其 中又以步进曝光（Stepper)方式最为普遍，但是以步进曝光方法制作图案，均会产生严重 到可被人眼清晰分辨的图案误差，这种图案误差即为现在的图案化蓝宝石基板业者所说的 格纹（格子状纹路），而且图案误差又必定会造成图案化蓝宝石基板的缺陷，其中又以基板 刮痕与格纹所造成的基板缺陷的问题最为常见，而严重的格纹所导致的基板缺陷会贯穿磊 晶晶圆，因此格纹导致的基板缺陷所造成的磊晶损坏面积会远比刮伤造成的损失为大。
[0003] 格纹问题主要有网格线的错位、重迭或分离，并会造成严重的磊晶缺陷，所以是现 今磊晶厂作为PSS质量合格与否的重要检验项目。磊晶厂检验格纹的方式，目前皆以强光 灯照射，并以人眼直视PSS表面，若网格线若隐若现，则一般均算合格；若网格线线条明显， 则移至显微镜做表面状况确认，确认出网格线清晰者就打入疵品。格纹问题在现今磊晶厂 典型制造工艺中皆无法避免，状况若严重，则带有格纹的PSS将造成更大面积的磊晶缺陷， 亦即代表最终打入疵品的芯片会比其他缺陷更多。
[0004] 如图1A所不，为熟知的一种嘉晶晶圆格纹不意图；如图1B所不，为熟知的一种嘉 晶晶圆及格纹照片图；如图1C所不，为熟知的一种嘉晶晶圆刮伤不意图。现今技术所制造 的磊晶晶圆，格纹发生率经常不低于10%，每十片磊晶晶圆中，最少有一片可被轻易观察到 网格线，其浪费程度算是相当严重。
[0005] 由此可见，上述现有的磊晶晶圆的制造工艺在方法与使用上，显然仍存在有不便 与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求 解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般工艺又没有适切的制造方 法能够解决上述问题，这显然是相关业者急欲解决的问题。
[0006] 无格纹发生，将会是制造磊晶晶圆的制造工艺中纳米压印取代步进曝光机的一个 重要契机。而在纳米压印领域中，模仁的制造能力极为重要，模仁的良麻会影响制造磊晶晶 圆的所有制造工艺与合格率。因此，如何发展出一种制造工艺简易、成本低、可有效消除模 仁的格纹又可重复制造的无缺陷模仁制造方法，便成为纳米压印领域、图案化蓝宝石基板 产业，甚至整个发光二极管产业一个重要的进步方向与课题。


【发明内容】

[0007] 本发明的目的在于，克服现有的磊晶晶圆的制造工艺存在的缺陷，而提供一种新 的无缺陷模仁的制造方法，无缺陷模仁可应用于磊晶晶圆制作的纳米压印制造工艺，大幅 提高磊晶晶圆的制作合格率。该制作方法简易、成本低廉又可完全复制的特性，使纳米压印 制程技术得以真正取代现今的步进曝光制程，从而更加适于实用。
[0008] 本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提 出的一种无缺陷模仁的制造方法，其包括以下步骤：（1)提供一模仁；（2)制作一光阻图案 于该模仁上，于模仁的一表面涂布一光阻层，并透过一屏蔽对光阻层曝光后再进行显影，藉 此形成光阻图案，其中光阻图案具有多个孔洞；（3)镀制一金属薄膜，对覆盖有光阻图案的 模仁表面镀制金属薄膜，且金属薄膜亦形成在所述孔洞中；（4)形成多个金属圆柱，拔除覆 盖在光阻图案上的金属薄膜及光阻图案，用以在光阻图案的孔洞相对应的位置形成金属圆 柱；（5)进行加热及退火，以加热方式使所述金属圆柱熔化形成为多个液体区块，其中每一 液体区块的位置皆对应一金属圆柱的位置，且任二液体区块均不相接触，接着进行退火使 每一液体区块均形成一金属圆球；（6)进行干蚀刻，对覆盖有所述金属圆球的模仁进行干 蚀刻，用以透过这些金属圆球间的缝隙在模仁中蚀刻出多个凹槽，并以该凹槽定义出多个 图案，二相邻的凹槽的一图案间距均等于一金属圆球的直径；以及（7)移除所述金属圆球， 将所述金属圆球自模仁移除，以使模仁形成具有一致的图案间距的一无缺陷模仁。
[0009] 本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步实现。
[0010] 前述的无缺陷模仁的制造方法，其中所述模仁为一硬质基板，该硬质基板的材料 为单晶硅、多晶硅、氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化铝、镁铝尖晶石、硒化锌、氧化锌、氮化镓、 磷化镓或任二种以上的上述材料的混合。
[0011] 前述的无缺陷模仁的制造方法，其中所述金属薄膜的金属材料为钪、钛、钒、铬、 锰、铁、钴、镍、铜、锌或任二种以上的上述金属材料的混合。
[0012] 前述的无缺陷模仁的制造方法，其中所述金属圆球的直径相等。
[0013] 前述的无缺陷模仁的制造方法，其中所述金属圆球的圆度相等。
[0014] 前述的无缺陷模仁的制造方法，其中所述无缺陷模仁是用于半导体制造中的纳米 压印制造工艺。
[0015] 本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。藉由本发明的实施，至少可 以达到下列进步功效：
[0016] 一、自动修正模仁的图案间距及发生错位的图案；
[0017] 二、使模仁图案的图型尺寸一致及图案间距一致；及
[0018] 三、有效消除模仁的格纹，形成无缺陷模仁。
[0019] 综上所述，通过本发明方法形成的无缺陷模仁可用于制造磊晶晶圆的纳米压印制 造过程，微观上可精确控制模仁图案间距的一致及排除模仁图案的错位问题，宏观上可消 除磊晶晶圆的格纹的产生，大幅提高磊晶晶圆的产品合格率。本发明在技术上有显著的进 步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
[0020] 上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够 更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

【专利附图】

【附图说明】
[0021] 图1A是熟知的一种嘉晶晶圆格纹不意图。
[0022] 图1B是熟知的一种磊晶晶圆及格纹照片图。
[0023] 图1C是熟知的一种嘉晶晶圆刮伤不意图。
[0024] 图2是本发明实施例的一种无缺陷模仁的制造方法步骤图。
[0025] 图3是本发明实施例的一种涂布一光阻层的模仁剖视图。
[0026] 图4是本发明实施例的一种对模仁上的光阻层进行曝光示意图。
[0027] 图5是本发明实施例的一种形成光阻图案示意图。
[0028] 图6是本发明实施例的一种镀制金属薄膜剖视图。
[0029] 图7是本发明实施例的一种拔除金属薄膜形成金属柱剖视图。
[0030] 图8是本发明实施例的一种加热金属柱形成金属区块剖视图。
[0031] 图9是本发明实施例的一种退火形成金属圆球剖视图。
[0032] 图10是本发明实施例的一种干蚀刻形成凹槽剖视图。
[0033] 图11是本发明实施例的一种拔除金属圆球形成无缺陷模仁剖视图。
[0034] 图12是本发明实施例的一种应用无缺陷模仁所制造的无格纹或刮伤的磊晶晶圆 示意图。

【具体实施方式】
[0035] 为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结 合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种无缺陷模仁的制造方法其【具体实施方式】、 方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。
[0036] 如图2所示，本实施例的一种无缺陷模仁的制造方法（S100)，其包括下列步骤： (1)提供模仁（步骤S10) ;(2)制作光阻图案于该模仁上（步骤S20) ;(3)镀制金属薄膜 (步骤S30) ;(4)形成多个金属圆柱（步骤S40) ;(5)进行加热及退火（步骤S50) ;(6)进 行干蚀刻（步骤S60)及（7)移除金属圆球（步骤S70)。
[0037] 如图2及图3所示，提供模仁（步骤S10)，模仁10是用来作为后续形成图案的基 底，其中模仁10可以是一硬质基板，硬质基板的材料为单晶娃（s -Si)、多晶娃（c_Si)、氧 化硅（SiOx)、碳化硅（SiC)、氮化铝（A1N)、氧化铝（A120 3)、镁铝尖晶石（MgAl204)、硒化锌 (ZnSe)、氧化锌（ZnO)、氮化镓（GaN)、磷化镓（GaP)或任二种以上上述材料的混合。且形成 图案后的模仁10可以用于半导体制造工艺中的纳米压印制造工艺的使用。
[0038] 如图2、图4及图5所示，制作光阻图案于该模仁上（步骤S20)，是于模仁10上涂 布一光阻层20,并以特定波长的一曝光光线21及一屏蔽22对光阻层20进行曝光后再进行 显影，并形成光阻图案30。而在对光阻层20曝光、显影时，根据使用的曝光光线21的波长 的不同，相对应的光阻层20主体材料也不同。例如使用氟化氪（KrF，波长为248nm)曝光 光线21时，常用聚对羟基苯乙烯及其衍生物作为光阻层20的主体材料；使用氟化氩（ArF， 波长为193nm)曝光光线21时，常用聚酯环族丙烯酸酯及其共聚物作为光阻层20的主体材 料；使用极端紫外光（Extreme Ultraviolet，EUV，波长为13. 5nm)曝光光线21时，则常用 聚酯衍生物和分子玻璃单组分材料等为光阻层20的主体材料。
[0039] 如图2及图6所示，镀制金属薄膜（步骤S30)，则是经由光阻图案30的阻隔，对未 被光阻图案30覆盖的模仁10表面镀制一金属薄膜40,其中用来镀制金属薄膜40的金属可 以是钪（Sc)、钛（Ti)、钒（V)、铬（Cr)、锰（Μη)、铁（Fe)、钴（Co)、镍（Ni)、铜（Cu)、锌（Zn) 或任二种以上上述金属材料的混合。
[0040] 如图2及图7所示，形成多个金属圆柱（步骤S40)则是将光阻图案30及光阻图 案30上的金属薄膜40拔除，并于未被光阻图案30覆盖的模仁10表面留下与光阻图案30 相对应的多个金属柱体50。
[0041] 如图2、图7及图8所示，进行加热及退火（步骤S50)，其特征在于先以加热方式 使金属柱体50形成为多个金属区块51，其中每一金属柱体50皆对应一金属区块51，且任 二金属区块51均不相接触，如此金属柱体50所形成的金属区块51不会互相连结。
[0042] 如图2、图8及图9所示，形成金属区块51后接着进行退火，以控制缓慢放热的方 式使每一金属区块51均降温至室温以形成一金属圆球52,其中金属圆球52的直径相等且 圆度相等。
[0043] 如图9所示，金属圆球52的形成，其主要是物质从液态转为固态的过程中，经由如 退火的自然缓慢放热，则物质皆严守表面能最小的定律原则进行外观改变，而物质表面能 又与表面积成正比，因此当表面积最小时，物质具有最低的表面能，已知等体积下球体的表 面积最小，所以可得知球体所具备的表面能为最小，退火后的每一金属区块51均形成一金 属圆球52。
[0044] 以Cr金属为实施例，进行加热及退火（步骤S50)是将形成有金属柱体50的模仁 10置于高真空或常压钝气快速退火炉内，再将炉内温度从室温快速升温至1850?1905°C。 其中采用快速升温的原则是避免金属柱体50与模仁10在共熔点发生共晶效应（通常合金 共熔点会低于纯金属熔点）。高真空与钝气环境的需求则是避免高温下金属与一般气体分 子（如0 2、N2、H2、C02等）发生反应。而快速升温的最终温度亦应低于纯金属熔点（Cr为 1907。。）。
[0045] 本实施例中，退火采取1850?1905°C维持温度30?120sec，再以-7. 5?-20°C / sec的速率快速降温至950?1000°C维持温度30?120sec，接着再停止供热使其自然慢速 冷却至常温的方式进行。其中于1850?1905°C维持温度是为了等待Cr金属柱体50在接 近熔点温度时外形自然修饰成球状的金属圆球52。快速降温则是为了避免降温过程中Cr 金属圆球52与模仁10的原子交互扩散形成Cr-Si合金相而影响Cr金属圆球52的体积与 真圆度。
[0046] 另外，拔除光阻图案30会使相邻的金属柱体50发生边缘变形或破碎等状况，此时 可以藉由进行加热及退火（步骤S50)，使金属柱体50重新结为球状的金属圆球52,金属圆 球52将会具有相同直径，圆度也会趋于一致。如此，金属柱体50产生的边缘变形或破碎等 问题，便可以经由进行加热及退火（步骤S50)而加以修复。因光阻图案30发生错位而产 生的金属柱体50的错位，也将因金属柱体50重新熔融塑型，发生轻微的位移而修正。
[0047] 如第2图及第10图所示，进行干蚀刻（步骤S60)，是对模仁10进行干蚀刻（步骤 S60)，并于未被上述金属圆球52覆盖的模仁10表面形成多个凹槽32,凹槽32可以形成多 个图案，而且这些形成的图案即为模仁10应用至纳米压印制造工艺的图案。
[0048] 如图2及图11所示，移除金属圆球（步骤S70)，便是将金属圆球52移除，并形成 具有一致的图案间距d的无缺陷模仁10'。由于金属圆球52具有相同直径，将金属圆球52 全部移除后，无缺陷模仁10'的图案间便可以具有相同的图案间距d。
[0049] 如图12所示，纳米压印制造工艺可以使用本实施例制造方法所制造的无缺陷模 仁10'以制作磊晶晶圆，因为无缺陷模仁10'具有对变形或错位的修正功效，因此以其应用 的纳米压印制造工艺可以制造出如图12所示的无格纹或刮伤的磊晶晶圆，有效提高磊晶 晶圆的生产合格率。
[0050] 以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽 然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人 员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰 为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对 以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
[0051] 符号说明
[0052] 10 模仁
[0053] 10'无缺陷模仁
[0054] 20光阻层
[0055] 21曝光光线
[0056] 22 屏蔽
[0057] 30光阻图案
[0058] 40金属薄膜
[0059] 50金属柱体
[0060] 51金属区块
[0061] 52金属圆球
[0062] 60 凹槽
[0063] d 图案间距
【权利要求】
1. 一种纳米压印无缺陷模仁的制造方法，其特征在于包括下列步骤： (1) 提供一模仁； (2) 制作一光阻图案于该模仁上，于所述模仁的一表面上涂布一光阻层，并透过一屏蔽 对该光阻层曝光后再进行显影，藉此形成光阻图案，其中该光阻图案具有多个孔洞； (3) 镀制一金属薄膜，对覆盖有所述光阻图案的表面镀制金属薄膜，且该金属薄膜也形 成在所述孔洞中； (4) 形成多个金属圆柱，拔除覆盖在所述光阻图案上的金属薄膜和光阻图案，用以在所 述光阻图案的孔洞相对应的位置形成金属圆柱； (5) 进行加热及退火，以加热方式使所述金属圆柱熔化形成为多个液体区块，其中每一 液体区块的位置皆对应一金属圆柱的位置，且任意二液体区块均不相接触，接着进行退火 使每一液体区块均形成一金属圆球； (6) 进行干蚀刻，对覆盖有所述金属圆球的模仁进行干蚀刻，以透过这些金属圆球间的 缝隙在模仁中蚀刻出多个凹槽，并以这些凹槽定义出多个图案，二相邻凹槽的图案间距均 等于金属圆球的直径；以及 (7) 移除上述金属圆球，将金属圆球从所述模仁移除，用以形成具有一致图案间距的无 缺陷模仁。
2. 根据权利要求1所述的无缺陷模仁的制造方法，其特征在于所述模仁为一硬质基 板，该硬质基板的材料为单晶硅、多晶硅、氧化硅、碳化硅、氮化铝、氧化铝、镁铝尖晶石、硒 化锌、氧化锌、氮化镓、磷化镓或任二种以上的上述材料的混合。
3. 根据权利要求1所述的无缺陷模仁的制造方法，其特征在于所述金属薄膜的金属材 料为钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌或任二种以上的上述金属材料的混合。
4. 根据权利要求1所述的无缺陷模仁的制造方法，其特征在于所述金属圆球的直径相 等。
5. 根据权利要求1所述的无缺陷模仁的制造方法，其特征在于所述金属圆球的圆度相 等。
6. 根据权利要求1所述的无缺陷模仁的制造方法，其特征在于所述无缺陷模仁是用于 半导体制造中的纳米压印制造工艺。
【文档编号】G03F7/00GK104216218SQ201310244945
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2013年5月31日
【发明者】李崇民, 李崇华 申请人:奈米晶光电股份有限公司, 广科精密股份有限公司