采用高压N MP实现全自动去胶技术

王 冲，汪 钢

(沈阳芯源微电子设备有限公司，辽宁沈阳110168)

由于成本的原因，传统IC行业中的剥离技术用于制作微细金属的图形,在LED行业中还无法得到广泛的应用，因此结构简单，成本低廉的自动剥离技术对于LED行业是一种有生命力和有价值的技术。采用自动剥离技术制作LED电极，替代传统的人工去胶，整合人工去胶的工艺过程,减少人工去胶对基片的损坏，能有效提高产品的良率。采用该方法的自动去胶设备其优点在于：投资较少,电极制作过程无机械损伤,表面也不易受污染等。

自动剥离技术制作LED微细电极金属图形方法与人工去除方法是不同的。通常制作LED电极的方法是在已经形成P-N结的晶片表面上先溅射或蒸发金属薄膜层,然后采用去胶的方法去除表面金属层及用于形成保护膜的光刻胶。人工剥离技术的基本顺序是先把晶片整体放入装有NMP的容器中，通过浸泡和超声波震荡,使金属层从晶片表面脱落，再把晶片一片一片的放入贴膜机，利用贴膜机在晶片表面贴上一层蓝膜，用人工的方式把蓝膜从晶片表面剥离，由于蓝膜的粘合作用，表面金属层随着蓝膜一起被撕下来，然后把晶片放入NMP中进行浸泡，去除光刻胶保护层，再分别用IPA和DI水，将晶片表面清洗干净，这样就获得所需要的电极。具体流程如图1所示，图1中1为表面金属层，2为金属导线，3为光刻胶掩膜层，4为衬底。2是我们需要的图形，这样就需要把1和3去掉。

图1 剥离技术示意图

LED所使用的金属主要有Cu、Al、Au，衬底有蓝宝石和GaN。LED所使用的靶材，尤其Au的价格及市场价值最高，因此在去除晶圆表面光刻胶的同时能将金属剥离并回收，可为LED厂商节约大量的成本。

在人工方法剥离的过程中，由于操作人员的不熟练以及晶片本身的物理特性，剥离过程中，晶片很容易破裂，且金属难以回收，如图2是粘在蓝膜上的金属，从图中可以看出，晶片破裂的几率很高。

图2 粘在蓝膜上的金属

由于以上原因，需要研发一种设备，可以全自动完成去胶过程，并且可以完成金属回收的设备，来取代人工去胶，成为LED行业迫切的需求，而高压水切割技术在机械加工行业中已经广泛使用，可以借鉴并应用于LED行业。

1 高压NMP去胶方法

高压NMP去胶是指将NMP加压到10 MPa以上，并且从特制的小开孔喷嘴（口径为0.1～0.5 mm）喷射出来，产生一道每秒近千米（约3倍音速）的NMP水箭，此水箭可用于切割晶片表面金属层（如Cu、Al、Au等）。高压水切割技术在机械加工行业已经有广泛的应用，成本较低，技术较易实现。

具体实现用高压NMP去胶过程如图3所示。图中1为高压喷嘴、2为高压NMP水柱、3为待去除区域、4为晶片夹盘、5为晶片、6为已经去除区域。4（晶片夹盘）带动5（晶片）进行旋转，高压NMP经由1（高压喷嘴），形成2（高压NMP水柱），沿着晶片径向移动，逐层对晶片表面金属层进行切割，去除晶片表面金属层。

图3 高压NMP去胶示意图

2 自动去胶工艺及实现步骤

自动去胶工艺分为4个步骤，第一步是采用高压NMP去胶的方法对晶片表面进行扫描式切割，将晶片表面金属剥离，第二步采用常压NMP对晶片表面进行浸泡，去除表面光刻胶，第三步采用IPA对晶片表面残留NMP进行清洗，第四步使用DI水把晶片冲洗干净，采用高速旋转方式甩干，然后回收到片盒中，工艺流程见图4所示。

图4 自动去胶流程图

高压NMP去胶工艺时间与晶片表面金属层厚度，材料本身特性以及去胶压力有直接的关系，经过长期试验，得出工艺数据列于表1。表中列出了几种典型材料及厚度的工艺数据，可以看出，金属层越薄，剥离时间越短，NMP压力越大，剥离时间越短，提高NMP的温度也可以缩短金属剥离时间，LED行业普遍追求产能，通过提高压力，降低金属层厚度，提高NMP温度，可以有效提高设备产能。

表1 工艺数据表

3 NMP循环使用

NMP作为一种高效选择性溶剂，可以被循环使用。将NMP进行过滤回收，实现循环使用，可以减少NMP的使用量，设备通过软件设置，规定每一批循环NMP的使用片数，当生产达到设定数量后，系统提示更换NMP，保证NMP浓度处于正常使用范围。

4 金属回收

由于LED工序中金属镀膜所镀金属多为贵金属，市值较高，利用所述全自动去胶设备中的回收系统能够实现金属回收，从而降低生产成本。金属回收装置如图5所示。混有金属的NMP从入口处进入，金属被隔离在过滤网中，NMP从出口处流出，可定期对滤网中的金属进行回收，回收装置中的液体可以通过排液口排除，方便设备维护。

图5 金属回收装置

5 与手动去胶方法的对比

手动去胶效率较低，受工人技术能力的影响较大，需要较多的人力，撕下蓝膜的过程中容易产生破片，晶片表面容易有光刻胶残留，影响良率。

高压NMP去胶工艺将人工去胶的三道工艺整合到一起，自动完成去胶过程，整个去胶过程中不需要人工干预，减少人为影响产生的不良，去胶效果较好、效率高，可以减少人员数量，缺点是设备造价高。

图6所示是两种工艺效果的对比，上方2张图片是采用高压NMP去除的效果，下方2张图片是手动去胶的效果，通过图片可以看出，高压NMP去除干净无残留，手动方式去除，线条上方还有少量光刻胶残留（图中黑点）。

图6 两种工艺效果对比

6 安全及防护

NMP中文名称为N-甲基吡咯烷酮，NMP是高效选择性溶剂，具有无毒性，高沸点，腐蚀性小、溶解度大,黏度低 ,挥发度低,稳定性好 ,易回收等优点。NMP在电子行业中作为去胶液被广泛使用，但其闪点较低，为95℃，一定质量的溶质溶解于溶剂中会产生热效应。

IPA中文名为异丙醇，无色透明液体，有似乙醇和丙酮混合物的气味，有毒。其蒸汽与空气能形成爆炸性的混合物，容许极限为8%（体积）。

根据化学品特性，NMP不能跟其他溶剂混合在一起，防止产生热效应，影响设备及工艺。对于气味需要增加强制排风，将机台内部散发出来的气味带走，并且机台的密封性需要作为重点考虑对象，一旦气味泄露，会迅速地传遍整个厂房。

设备在防火方面也需要充分考虑，需要灭火设备支持，并且能够在火灾发生时自动灭火并发出警报，设备所处的空间也需要通风，保证设备及人生安全。

7 自动去胶设备的实现方法

自动设备实现方式如图7所示，采用多轴机器人进行晶片传输，把要加工的晶片放入片盒中，片盒放入设备的固定工位，设备启动，机器人首先对片盒进行扫描，确定片盒中晶片的位置及数量，机器人从片盒中取出晶片放入去胶工位中，去胶工位用高压NMP进行金属剥离，常压NMP去除晶片表面光刻胶，光刻胶去除完成后送入清洗工位中，清洗工位利用IPA和DI水清除晶片上残留的NMP，通过高速甩干，完成后机器人将晶片送回片盒，完成去胶工艺，自动灭火装置和设备相连，机台内部安装火警信号后系统启动自动灭火装置，保证设备和人员安全。

图7 自动去胶设备示意图

8 结束语

本文介绍了目前LED制程中金属剥离技术及光刻胶去除艺方法，重点介绍了利用高压NMP撕金去胶设备开发出了一种享有专利的晶圆表面金属剥离以及光刻胶去除工艺和自动去胶设备的实现方法。为了能有效了解、分析实验中的晶圆表面去胶和金属剥离效果，低压扫描电子显微镜(SEM)作为强有力的分析手段是必不可少的。这对改进和提高工艺水平是十分有帮助的。

通过实验及分析，该方法与传统去胶工艺相比，不仅能够实现晶圆表面光刻胶无残留的去除，同时能够将晶圆表面附着金属剥离干净及实现贵金属回收，整合制作工艺，全自动完成去胶工艺，减少人为因素带来的产品损失，由于该方法对工艺的整合作用，可以减少操作人员数量，有效降低人力成本。

采用高压NMP与IPA结合，实现晶圆表面的金属剥离与去胶工艺，经验证利用该方法能有效去除晶片表面金属层及光刻胶，提高产品良率，并且通过金属的回收，NMP的循环利用，可以为企业减少成本，提高产品良率。

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