专利名称：图形化蓝宝石衬底的制作方法
技术领域：
本发明涉及蓝 宝石衬底制作领域，更具体地说，涉及一种图形化蓝宝石衬底的制作方法。
背景技术：
为了提高LED照明的发光强度，就是要提高LED光电转换效率，LED的光电转换效率包括两部分内量子效率和外量子效率，内量子效率是指电子空穴对在LED结区复合产生光子的效率；外量子效率指将LED结区产生的光子引出LED后的总效率。目前用来供 GaN生长的蓝宝石衬底大多是C-Plane蓝宝石基板，这主要是因为蓝宝石晶体沿C轴生长的工艺成熟、成本相对较低、物化性能稳定，在C面进行磊晶的技术成熟稳定。但在C面蓝宝石衬底上生长的G a N薄膜是沿着其极性轴即c轴方向生长的，薄膜具有自发极化和压电极化效应，导致薄膜内部(有源层量子阱)产生强大的内建电场，(QuantumConfine Stark Effect, QCSE ；史坦克效应)大大地降低了 GaN薄膜的发光效率。因此在蓝宝石基板上设计制作出微米级或纳米级的具有微结构特定规则的图案， 藉以控制LED之输出光形式(蓝宝石基板上的凹凸图案会产生光散射或折射的效果增加光的取出率)，同时GaN薄膜成长于图案化蓝宝石基板上会产生横向磊晶的效果，减少生长在蓝宝石基板上GaN之间的差排缺陷，改善磊晶质量，并提升LED内部量子效率、增加光萃取效率。现在做出的衬底图形形形色色，有柱状，包状，锥形，凹凸状等。但其步骤繁琐，需事先用硬掩膜做出一定的图形，且生产率低、图形一致性低、成品率低且工艺不稳定。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的图形化蓝宝石衬底的制作需事先用硬掩膜做出一定的图形，且生产率低、图形一致性低、成品率低且工艺不稳定的缺陷，提供一种采用非接触、通过图形投影实现图形化蓝宝石衬底的光刻，采用光刻胶作为掩膜实现图形化蓝宝石衬底的刻蚀，生产率高，出光效率高且稳定的图形化蓝宝石衬底的制作方法。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是构造一种图形化蓝宝石衬底的制作方法，其中包括步骤si、对待光刻的衬底进行勻胶处理；S2、将掩模板与所述衬底对准安装，并将所述掩模板按设定距离设置在所述衬底上方；S3、根据预设的曝光条件进行投影曝光；S4、对曝光后的衬底进行显影处理；S5、对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；S6、设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的载片基台上；S7、通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S2为将掩模板与所述衬底对准安装，并通过镜头控制组设定所述掩模板的图形投影到所述衬底上的投影比例；所述步骤S3为根据预设的曝光条件按所述投影比例进行分区投影曝光；所述步骤S6 为设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的具有多个片槽的载片基台上；所述步骤S7还包括每个片槽通入氦气对所述衬底进行冷却。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤Sl和S2之间还包括步骤S11、对勻胶后的衬底进行烘烤处理；所述步骤S3和步骤S4之间还包括步骤S31、对曝光后的衬底进行烘烤处理。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S3中的预设的曝光条件包括曝光时间、曝光光强、曝光区域、镜头焦面以及投影比例；其中曝光时间为 150-300msec,曝光光强为 300-400mw/cm2，曝光区域为 3. 5mm*3. 5mm-5mm*5mm，投影比例为 8 1-3 1。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S3包括S31、根据预设的曝光条件按所述投影比例在所述衬底的曝光区域上进行投影曝光；S32、通过步进式曝光设备对所述衬底进行移动以改变所述衬底的曝光区域，重复S31直至所述衬底全部区域曝光完成。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S5为将所述显影后的衬底在100-130度之间烘烤60-180秒。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S6中所述刻蚀腔的温度为30-50度，所述刻蚀腔的真空度低于5*10_2帕，所述屏蔽罩的温度为100-200度，所述冷却循环机的控制温度设置为零下15-零下5度。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S7包括S71、使所述刻蚀腔的真空度低于5*10_4帕；S72、通入刻蚀气体至所述刻蚀腔压力为3-10帕；S73、 10-15秒内将所述阳极射频源功率设置为500-1000瓦；S74、10-15秒内将所述偏压射频源功率设置为200-500瓦；S75、保持所述刻蚀腔压力为0. 3-1帕，刻蚀600-1300秒。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述刻蚀气体为三氯化硼，通入流量为30 100sccm，通入时温度为30-60度；所述片槽通入的氦气压力为600-1200帕。在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中在本发明所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法中，所述步骤S7之后还包括步骤S8、使用硫酸和双氧水的混合物去除所述刻蚀后的衬底表面的光刻胶残留物；S9、依次使用丙酮、乙醇以及去离子水对所述刻蚀后的衬底进行清洗。实施本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法，具有以下有益效果光刻时掩模板无需与衬底直接接触，避免了光刻胶粘板造成的掩模板的损伤，刻蚀时无需用蒸镀一层像二氧化硅或铬、镍之类的硬掩膜，直接用光刻胶做掩膜，能做出精细的光刻图形，同时采用低温刻蚀解决了刻蚀过程中出现的光刻胶碳化、图形高温变形等问题。光直接透射掩膜板到达镜头控制组，经过镜头控制组就能实现按比例光刻图形投影转移，尽可能的把图形做到最小，并且曝光精度完全满足亚微米级别要求，工艺可重复性以及稳定性得到提高，多种冷却方式保证了光刻胶在刻蚀过程中不会出现光刻胶碳化、图形高温变形等问题。勻胶后的衬底进行烘烤处理可以有效去除光刻胶中所含溶剂，增强光刻胶的黏附性，释放光刻胶膜内的应力；曝光后的衬底进行烘烤处理以减少驻波效应。预设曝光条件可以实现更好的光刻效果。步进式曝光使得分区曝光更加精确。显影之后对衬底的硬烘烤完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂，以提高光刻胶在刻蚀中保护下表面的能力并进一步增强光刻胶与衬底表面之间的黏附性。屏蔽罩的设置温度高于刻蚀腔的温度防止刻蚀生成物沉积；冷却循环机的温度控制很好的防止因为高温引起的光刻胶碳化、衬底图形高温变形的问题。阳极射频源和偏压射频源的配 合能够很好的控制刻蚀出来的图形。提前将液态的三氯化硼变为活跃的气态使得刻蚀效果更好；片槽通入氦气进行冷却处理，防止因为高温引起的光刻胶碳化、衬底图形高温变形的问题。硫酸和双氧水的混合物可很好的去除光刻胶残留物；丙酮、乙醇以及去离子水的清洗可很好的去除硫酸和双氧水的残留。
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中图1是本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第一优选实施例的流程图；图2是本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第二优选实施例的流程图；图3是本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第三优选实施例的流程图；图4是本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第四优选实施例的流程图；图5是本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第五优选实施例的流程图；图6是本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第六优选实施例的流程图；图7是本发明的图形化蓝宝石衬底光刻后刻蚀前的表面形态图；图8是本发明的图形化蓝宝石衬底刻蚀后的表面形态图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。在图1所示的本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第一优选实施例的流程图；所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法开始于步骤100，随后到下一步101，对待光刻的衬底进行勻胶处理；随后到下一步102，将掩模板与所述衬底对准安装，并将所述掩模板按设定距离设置在所述衬底上方；随后到下一步103，根据预设的曝光条件进行投影曝光；随后到下一步104，对曝光后的衬底进行显影处理；随后到下一步105，对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；随后到下一步106，设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的载片基台上；随后到下一步107，通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却；最终方法结束于步骤108。采用本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法光刻时掩模板无需与衬底直接接触，避免了光刻胶粘板造成的掩模板的损伤，刻蚀时无需用蒸镀一层像二氧化硅或铬、镍之类的硬掩膜，直接用光刻胶做掩膜，能做出精细的光刻图形，同时采用低温刻蚀解决了刻蚀过程中出现的光刻胶碳化、图形高温变形等问题。在图2所示的本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第二优选实施例的流程图；所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法开始于步骤200，随后到下一步201，对待光刻的衬底进行勻胶处理；随后到下一步202，将掩模板与所述衬底对准安装，并通过镜头控制组设定所述掩模板的图形投影到所述衬底上的投影比例；随后到下一步203，根据预设的曝光条件按所述投影比例进行分区投影曝光；随后到下一步204，对曝光后的衬底进行显影处理；随后到下一步205，对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；随后到下一步206，设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的具有多个片槽的载片基台上；随后到下一步207，通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却，每个片槽通入氦气对所述衬底进行冷却；最终方法结束于步骤208。目前常用的制作图形化衬底过程中，光刻曝光系统大多使用的是接触式光刻机，由于是等比例的光刻转移，导致图形线宽不高，图形尺寸 2μπι以上，分辨率低、生产率低、图形一致性低导致良率下降。采用本方法进行光刻时掩模板无需与衬底直接接触，光直接透射掩膜板到达镜头控制组，镜头控制组通过固定装置设置在衬底和掩模板之间，通过传动装置移动固定装置控制与衬底和掩模板之间的距离以实现按比例光刻图形投影转移，尽可能的把图形做到最小，同时也避免了光刻胶粘板造成的掩模板的损伤，并且曝光精度完全满足亚微米级别要求，工艺可重复性以及稳定性得到提高。原来的刻蚀工艺为在光刻前在待光刻衬底上蒸镀一层像二氧化硅或铬、镍之类的硬掩膜，然后在硬掩膜上涂覆光刻胶进行光刻处理，光刻完毕后进行去胶处理去除光刻胶以露出硬掩膜，随后在进行刻蚀处理。而本方法无需用蒸镀一层像二氧化硅或铬、镍之类的硬掩膜，光刻完毕后不进行去胶处理，直接用光刻胶做掩膜，能做出精细的刻蚀图形，同时采用低温刻蚀解决了刻蚀过程中出现的光刻胶碳化、图形高温变形等问题。经本方法制作出来的圆柱状图形的衬底，经外延生长、芯片制作，能使芯片亮度有大幅度提高，亮度提高在 30% 80%。所做的包状图案图形越小，间隙越窄，芯片亮度提升越高。 在图3所示的本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第三优选实施例的流程图；所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法开始于步骤300，随后到下一步301，对待光刻的衬底进行勻胶处理；随后到下一步302，对勻胶后的衬底进行烘烤处理；随后到下一步303， 将掩模板与所述衬底对准安装，并通过镜头控制组设定所述掩模板的图形投影到所述衬底上的投影比例；随后到下一步304，根据预设的曝光条件按所述投影比例进行分区投影曝光；随后到下一步305，对曝光后的衬底进行烘烤处理；随后到下一步306，对曝光后的衬底进行显影处理；随后到下一步307，对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；随后到下一步308，设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的具有多个片槽的载片基台上；随后到下一步309，通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却，每个片槽通入氦气对所述衬底进行冷却；最终方法结束于步骤310。勻胶后的衬底进行烘烤处理可以有效去除光刻胶中所含溶剂，增强光刻胶的黏附性，释放光刻胶膜内的应力；曝光后的衬底进行烘烤处理以减少驻波效应。作为本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的优选实施例，其中所述步骤S3中的预设的曝光条件包括曝光时间、曝光光强、曝光区域、镜头焦面以及投影比例。其中曝光时间为 150-300msec，曝光光强为 300-400mw/cm2，曝光区域为 3. 5mm*3. 5mm-5mm*5mm，投影比例为8 1-3 1。本方法采用的是按比例分区曝光，因此在曝光之前设置曝光时间和曝光光强以保证曝光的效果，通过步进式曝光装置实现曝光区域之间的转移，同时每次转移之后确定好最佳的镜头焦面和投影比例以保证曝光的效果。 在图4所示的本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第四优选实施例的流程图；所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法的步骤S3开始于步骤400，随后到下一步401，根据预设的曝光条件按所述投影比例在所述衬底的曝光区域上进行投影曝光；随后到下一步 402，通过步进式曝光设备对所述衬底进行移动以改变所述衬底的曝光区域，重复步骤401 直至所述衬底全部区域曝光完成；最终方法结束于步骤403。由于掩模板的大小和光刻的质量控制原因，无法一次进行整片衬底的曝光操作，步进式曝光使得分区曝光更加精确，每次对衬底进行移动之后都要重新确定镜头控制组最佳的镜头焦面和投影比例以保证曝光的效果。作为本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的优选实施例，所述步骤S5为将所述显影后的衬底在100-130度之间烘烤60-180秒。所述步骤S6中所述刻蚀腔的温度为 30-50度，所述刻蚀腔的真空度低于5*10_2帕，所述屏蔽罩的温度为100-200度，所述冷却循环机的控制温度设置为零下15-零下5度。显影之后对衬底的硬烘烤完全蒸发掉光刻胶里面的溶剂，以提高光刻胶在刻蚀中保护下表面的能力并进一步增强光刻胶与衬底表面之间的黏附性。屏蔽罩的设置温度高于刻蚀腔的温度防止刻蚀生成物沉积。冷却循环机的温度控制很好的防止因为高温引起的光刻胶碳化、衬底图形高温变形的问题。在图5所示的本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第五优选实施例的流程图；所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法的步骤S7开始于步骤500，使所述刻蚀腔的真空度低于5*10_4帕；随后到下一步骤501，通入刻蚀气体至所述刻蚀腔压力为3-10帕；随后到下一步骤502，10-15秒内将所述阳极射频源功率设置为500-1000瓦；随后到下一步骤 503，10-15秒内将所述偏压射频源功率设置为200-500瓦；随后到下一步骤504，保持所述刻蚀腔压力为0. 3-1帕，刻蚀600-1300秒；随后到下一步骤505，刻蚀完毕后将刻蚀后的衬底取出。最终该方法结束于步骤506。该方法采用阳极射频源和偏压射频源控制刻蚀气体的数量和刻蚀速度以达到控制刻蚀图形的效果。作为本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的优选实施例，所述刻蚀气体为三氯化硼，通入流量为30 lOOsccm，通入时温度为30-60度。所述片槽通入的氦气压力为 600-1200帕。提前将液态的三氯化硼变为活跃的气态使得刻蚀效果更好。片槽通入氦气进行冷却处理，防止因为高温引起的光刻胶碳化、衬底图形高温变形的问题。在图6所示的本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的第六优选实施例的流程图；所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法开始于步骤600，随后到下一步601，对待光刻的衬底进行勻胶处理；随后到下一步602，对勻胶后的衬底进行烘烤处理；随后到下一步603， 将掩模板与所述衬底对准安装，并通过镜头控制组设定所述掩模板的图形投影到所述衬底上的投影比例；随后到下一步604，根据预设的曝光条件按所述投影比例进行分区投影曝光；随后到下一步605，对曝光后的衬底进行烘烤处理；随后到下一步606，对曝光后的衬底进行显影处理；随后到下一步607，对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；随后到下一步608，设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的具有多个片槽的载片基台上；随后到下一步609，通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却，每个片槽通入氦气对所述衬底进行冷却；随后到下一步610，使用硫酸和双氧水的混合物去除所述刻蚀后的衬底表面的光刻胶残留物；随后到下一步611，依次使用丙酮、乙醇以及去离子水对所述刻蚀后的衬底进行清洗；最终方法结束于步骤612。硫酸和双氧水的混合物可很好的去除光刻胶残留物；丙酮、乙醇以及去离子水的清洗可很好的去除硫酸和双氧水的残留。 本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法无需用蒸镀一层像二氧化硅或铬、镍之类的硬掩膜，光刻完毕后不进行去胶处理，直接用光刻胶做掩膜，能做出图形直径为0. 5 8 μ m的半球状均勻排布而构成的图形，半球高度为0. 25 4 μ m。由于用光刻胶做掩膜， 所以需要解决的问题就是刻蚀过程中出现的光刻胶碳化、散热问题以及图形高温变形等问题。有氦气冷却片槽和单独的冷却循环机对载片基台的冷却，专门针对光刻胶掩膜刻蚀过程中的高温冷却，直接采取了光刻胶做为掩膜进行刻蚀，以其简单稳定的工艺步骤以及低廉的成本，稳定的在蓝宝石衬底上加工出周期排列的亚微米图形。下面通过具体实施例说明本发明的图形化蓝宝石衬底的制作方法的实施过程1、将蓝宝石衬底置于自动勻胶机上，光刻胶滴在衬底中间，勻胶机以500rpm的转速低速旋转5-10秒后，再以3000rpm的转速加速旋转，将光刻胶均勻甩开。涂胶厚度为 0. 7 3um之间。2、将蓝宝石衬底置于真空热板上，热板温度为80 110°C之间，烘烤30 60秒； 去除光刻胶中所含溶剂，增强光刻胶的黏附性；释放光刻胶膜内的应力。3、曝光前将烘烤过的蓝宝石衬底放在冷板上进行冷却。4、将衬底和掩模板装入固定装置，在光刻机的工件台上有个基准标记，把它看作坐标系的原点，分别将掩膜板和蓝宝石衬底与该基准标记对准。5、设定曝光装置的步进精度，在150-300mSeC范围内选择一个固定的曝光时间， 然后以0. 1-0. 5μπι的步径确定最佳镜头焦面。6、调节好分布均勻的光强，使得(最大光强_最小光强)/ (最大光强+最小光强) 小于2%，从而确定最佳曝光光强。7、选择合适的曝光区域，按照固定的投影比例曝光。例如把曝光光强设定为 300-400mw/cm2,曝光时间设定为150_300msec，每一次的曝光区域为(3. 5-5)* (3. 5_5mm)， 固定投影图形比例为5 1，在每个蓝宝石衬底上投影11-15个区域。8、曝光后的衬底放在热板或烘箱中进行烘烤，热板或烘箱温度设定110 130°C 之间，烘烤时间40 90秒，减少驻波效应。9、将烘烤后的衬底放在自动显影机中对光刻胶显影。喷嘴喷洒显影液在衬底表面，显影10 30秒钟，同时衬底以100 500rpm低速旋转，显影充分后，用去离子水冲洗衬底并旋转甩干，此时在光刻胶上形成均勻的光刻图形。10、显影后的衬底在热板或者烘箱中进行烘烤，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜。进一步蒸发光刻胶里面的溶剂，以提高光刻胶在刻蚀中保护下表面的能力并进一步增强光刻胶与衬底表面之间的黏附性，同时也是主要让其形成一个类似半球状的图形，为下面的刻蚀做准备。
11、将烘烤后的衬底放在等离子刻蚀机中进行干法图形化刻蚀，使光刻胶上的图形复制到蓝宝石表面。干法刻蚀采用电感耦合等离子体刻蚀设备，它几乎能制造垂直的表面轮廓。这种方法还能将刻蚀速率提高到每分钟几百纳米，这意味着在整块晶片上形成图形化结构只需要大约几分钟。较短的刻蚀时间使该工艺适合大规模制造的要求。12、将烘烤处理后的衬底放入传递箱中的托盘，通过传递箱中的机械手将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的载片基台上，将刻蚀腔抽到5*10_2帕以下的真空，刻蚀腔的温度设置为30-50度，屏蔽罩的温度设置为100-200度，冷却循环机的控制温度设置为零下 15-零下5度，达到上述设定值后，开始刻蚀工艺。 13、当刻蚀腔的真空达到5*10_4帕以下，开始通入作为刻蚀气体的三氯化硼，流量为30-100sCCm，使刻蚀腔的压力在3 10帕的范围内。在通入三氯化硼之前，先通过加热带将三氯化硼加热至30-60度，提前把压缩为液态的三氯化硼变成活动活跃的气态。14、当刻蚀腔的压力稳定在3 10帕的范围时，阳极射频源开始在工艺气体上方施加射频功率，10-15秒之间达到500-1000瓦，在衬底的上方产生高密度的等离子体。与此同时偏压射频源也开始输出功率，10-15seC之间达到200-500瓦，摄取氯离子等中性集团形成直流偏压。自动压力调节阀开始工作，使腔体压力控制在0.3 1帕的范围内。加大/减小阳极射频源的功率可以增加/减少等离子体的密度；加大/减小偏压射频源的功率可以增加/减小垂直方向的直流偏压，从而加大/减小对蓝宝石表面的轰击力度即刻蚀速率。虽然加大直流偏压会增加刻蚀速率，但也会导致刻蚀的选择性变差。阳极射频源和偏压射频源两者结合起来，同时设定刻蚀腔压力为0. 3 1帕，能够对衬底刻蚀出什么形状的图形起到决定性的作用。15、在刻蚀的同时，冷却循环机通过对刻蚀机下电极及载片基台的冷却将载片基台的温度控制在零下15-零下5度之间，片槽通入氦气的压力为600-1200帕，同时氦气在刻蚀腔内的漏率(即从片槽漏至刻蚀腔内)为3-Ssccm，通过压力流量控制器控制，同时自动压力调节阀保证刻蚀腔的压力控制在0. 3 1帕范围内，在冷却循环机和氦气冷却的双重冷却的作用下，保证了及时带走衬底下的热量，其中冷却循环机的设置温度和氦气的漏率控制很重要，一旦偏离了设定值，就会导致散热效果不好，光刻胶碳化，图形畸变，甚至整个工艺都无法进行下去。16、刻蚀时间600-1300秒，刻蚀时间的长短也影响刻蚀的深浅、影响刻蚀图形的大小以及刻蚀图形的形状。17、刻蚀完毕后，将刻蚀后的衬底取出。18、对于刻蚀后的衬底使用硫酸和双氧水的混合物去除衬底表面的光刻胶残留物，然后依次使用丙酮、乙醇以及去离子水对所述刻蚀后的衬底进行清洗。19、将清洗后的衬底放入自动甩干机，衬底在高速旋转的同时在衬底表面喷去离子水，在离心力的作用下将衬底表面的水甩干，完成整个制作工艺。采用本制作方法时，能控制好一定的刻蚀速率选择比，即光刻胶和蓝宝石的刻蚀速率选择比在3 1左右。由于光刻胶经过了一定温度的烘烤，图形表面有一定的弧度(如图7所示)，在刻蚀过程中由于对光刻胶上下表面以及蓝宝石衬底刻蚀速率不同，最终在蓝宝石表面形成包状、圆锥状图形(如图8所示)。该图形化蓝宝石衬底经外延、芯片工艺后， 芯片亮度比之前有大幅度提高，亮度提高在30% 80%。所做的包状图案图形越小，间隙越窄，芯片亮度提升越高。 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括 在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，包括步骤51、对待光刻的衬底进行勻胶处理；52、将掩模板与所述衬底对准安装，并将所述掩模板按设定距离设置在所述衬底上方；/53、根据预设的曝光条件进行投影曝光；/54、对曝光后的衬底进行显影处理；/55、对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；/56、设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的载片基台上；/57、通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却。
2.根据权利要求1所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S2为将掩模板与所述衬底对准安装，并通过镜头控制组设定所述掩模板的图形投影到所述衬底上的投影比例；所述步骤S3为根据预设的曝光条件按所述投影比例进行分区投影曝光； 所述步骤S6为设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的具有多个片槽的载片基台上； 所述步骤S7还包括每个片槽通入氦气对所述衬底进行冷却。
3.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤Sl和 S2之间还包括步骤S11、对勻胶后的衬底进行烘烤处理；所述步骤S3和步骤S4之间还包括步骤S31、对曝光后的衬底进行烘烤处理。
4.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S3中的预设的曝光条件包括曝光时间、曝光光强、曝光区域、镜头焦面以及投影比例；其中曝光时间为 150-300msec，曝光光强为 300-400mw/cm2，曝光区域为 3. 5mm*3. 5mm-5mm*5mm，投影比例为8 1-3 1。
5.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S3包括/531、根据预设的曝光条件按所述投影比例在所述衬底的曝光区域上进行投影曝光；/532、通过步进式曝光设备对所述衬底进行移动以改变所述衬底的曝光区域，重复S31 直至所述衬底全部区域曝光完成。
6.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S5为将所述显影后的衬底在100-130度之间烘烤60-180秒。
7.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S6中所述刻蚀腔的温度为30-50度，所述刻蚀腔的真空度低于5*10_2帕，所述屏蔽罩的温度为 100-200度，所述冷却循环机的控制温度设置为零下15-零下5度。
8.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S7包括/571、使所述刻蚀腔的真空度低于5*10_4帕；/572、通入刻蚀气体至所述刻蚀腔压力为3-10帕；/573、10-15秒内将所述阳极射频源功率设置为500-1000瓦；/574、10-15秒内将所述偏压射频源功率设置为200-500瓦；/575、保持所述刻蚀腔压力为0.3-1帕，刻蚀600-1300秒。
9.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述刻蚀气体为三氯化硼，通入流量为30 lOOsccm，通入时温度为30-60度；所述片槽通入的氦气压力为 600-1200 帕。
10.根据权利要求2所述的图形化蓝宝石衬底的制作方法，其特征在于，所述步骤S7之后还包括步骤/58、使用硫酸和双氧水的混合物去除所述刻蚀后的衬底表面的光刻胶残留物；/59、依次使用丙酮、乙醇以及去离子水对所述刻蚀后的衬底进行清洗。
全文摘要
本发明涉及一种图形化蓝宝石衬底的制作方法，包括步骤对待光刻的衬底进行匀胶处理；将掩模板与所述衬底对准安装，并将所述掩模板按设定距离设置在所述衬底上方；根据预设的曝光条件进行投影曝光；对曝光后的衬底进行显影处理；对显影后的衬底进行烘烤处理，将衬底表面的光刻胶作为刻蚀的掩膜；设定刻蚀腔的温度和真空度、屏蔽罩的温度以及冷却循环机的控制温度后，将烘烤处理后的衬底放入刻蚀腔中的载片基台上；通入刻蚀气体对衬底进行刻蚀，通过阳极射频源功率和偏压射频源功率控制刻蚀速度和质量；同时通过所述冷却循环机对所述载片基台进行冷却。采用本方法图形衬底生产率高，使用该衬底生产的芯片出光效率高且稳定。
文档编号H01L33/00GK102157629SQ20101060442
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月24日 优先权日2010年12月24日
发明者李明远, 谢雪峰, 郭爱华 申请人:长治虹源科技晶体有限公司