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LED藍(lán)寶石襯底研磨三大步驟

發(fā)布時(shí)間:2012-10-30 責(zé)任編輯:echotang

導(dǎo)讀:藍(lán)寶石襯底研磨有三個(gè)重要的步驟包括:上蠟、研磨、拋光。本文將詳細(xì)的介紹這三個(gè)步驟地實(shí)現(xiàn)以及注意事項(xiàng)。


一、 研磨首部曲——上蠟

LED芯片研磨制程的首要?jiǎng)幼骷?ldquo;上臘”,這與硅芯片的CMP化學(xué)研磨的貼膠意義相同。將芯片固定在鐵制(Lapping制程)或陶瓷(Grounding制程)圓盤上。先將固態(tài)蠟均勻的涂抹在加熱約90~110℃的圓盤上,再將芯片正面置放貼附于圓盤,經(jīng)過加壓、冷卻后,芯片則確實(shí)固定于盤面,完成上臘的動(dòng)作。

上臘的制程,必須控制臘的厚度在2~3um,這與固蠟的選擇、加壓方式及條件都有直接影響,并且直接關(guān)系著研磨后的完工厚度均勻性。而上臘機(jī)的加壓、冷卻機(jī)構(gòu)部分,大致可分成兩種,一為使用兩圓盤直接加壓方式,另一種則是除了加壓圓盤外,還增加了一個(gè)真空艙,在加壓時(shí)將艙體抽真空,增加將蠟均勻壓平的效果。

這兩種方式,嚴(yán)格來說差異并不大。但是某些芯片,卻不適用于真空加壓的方式上臘,例如芯片若是在磊晶制程前就已經(jīng)在芯片正面的平邊作刻號(hào),當(dāng)加壓抽真空時(shí),因?yàn)槠竭叺目烫?hào)隆起,會(huì)造成芯片下的臘被真空吸出,導(dǎo)致臘厚不足。研磨時(shí),平邊區(qū)域非常容易就被磨掉。除了造成研磨缺角,也因裂痕的產(chǎn)生,容易使芯片破裂。

然而,加壓、冷卻的設(shè)計(jì)也有不同,一般下圓盤都會(huì)有冷卻水管路盤繞在盤內(nèi)。但是有的是加壓后數(shù)十秒或兩分鐘才開始加冷卻水作冷卻,而有的則是邊加壓、邊冷卻。

當(dāng)上臘作業(yè)時(shí),有一個(gè)難題,即芯片上臘時(shí)的氣泡。氣泡會(huì)使芯片無法完全貼附于鐵盤或陶瓷盤上,研磨后會(huì)造成小裂痕。(若芯片研磨后產(chǎn)生小十字型或人字型裂痕,則是上臘時(shí)有微塵未被清除而造成。)但是,近來已經(jīng)有自動(dòng)上臘機(jī),如WEC、TECDIA。在Robot取片時(shí),就能將氣泡大小控制在0.5mm以下,在經(jīng)過加壓冷卻后,芯片上臘的狀況就十分良好。但是若以SpeedFAM的手動(dòng)上臘機(jī)進(jìn)行上臘時(shí),去除臘中1mm大小的氣泡,就必須依靠操作者的經(jīng)驗(yàn)與方法,才能獲得最佳的上臘效果。

二、LED芯片研磨二部曲——研磨

在上臘制程作業(yè)完成后,接下來的制程就是破壞力最高的“研磨制程”。

過去最成熟的研磨制程就是Lapping,即是將芯片使用氧化鋁研磨粉作第一次研磨。其作業(yè)方式是使用千分表量測(cè)與設(shè)定鐵盤外圍的鉆石點(diǎn),再將其放置于磨盤上,使用研磨粉作研磨。使用鉆石點(diǎn)的目的在于讓芯片研磨至設(shè)定厚度時(shí),由于鉆石的硬度最高,所以芯片就不致于再被磨耗。

但是,由于藍(lán)光LED基板為藍(lán)寶石,硬度高,所以使用Lapping的方式研磨時(shí),會(huì)導(dǎo)致制程時(shí)間過長(zhǎng)。因此,近幾年來以Grinding的方式進(jìn)行藍(lán)光LED的芯片研磨,降低制程工時(shí)。

Grinding制程設(shè)備可分成臥式與立式兩種,臥式研磨機(jī)所指的是研磨馬達(dá)與水平面平行,可適用于八片式以下的研磨設(shè)計(jì)。但是若為12片式研磨時(shí),因陶瓷盤過大,則無法使用此設(shè)計(jì)方式。立式研磨機(jī)所指的是研磨馬達(dá)與水平面垂直,而八片式以上的研磨機(jī)以此設(shè)計(jì)為主。

在Grinding的制程方式中,使用鉆石砂輪搭配冷卻液(冷卻油+RO水或DI水)或鉆石切削液來研磨芯片。雖然冷卻方式會(huì)依原設(shè)計(jì)者的制程理念與經(jīng)驗(yàn)而有所不同,但是并不影響制程的結(jié)果。此制程作業(yè)之中,最主要的在于工作軸與砂輪軸的調(diào)整必須呈平行。再來,就是砂輪的磨石結(jié)構(gòu)。

由于Grinding研磨制程的速度效率高,若可以在研磨時(shí)將芯片厚度盡可能的減薄,則拋光的工時(shí)與成本就能降低。但是,研磨是高破壞性的制程作業(yè),所以芯片減薄有一個(gè)極限值;另外,研磨制程中因鉆石所造成的刮痕約為15um,所以完工厚度值也影響著研磨減薄的厚度設(shè)定。

然而,在使用過的Grinding研磨機(jī)里,不論是T牌、W牌、SF牌等,最大的極限值都在95~105um。因?yàn)樗{(lán)寶石基板的硬度與翹曲,而使得完工后在100um以下的結(jié)果相當(dāng)不穩(wěn)定。

所以,LED的研磨制程主要在設(shè)備設(shè)計(jì)與使用者經(jīng)驗(yàn)的搭配。但是芯片的本質(zhì),仍是影響結(jié)果的主因。

三、LED芯片研磨三部曲——拋光

在芯片研磨之后,接下來的制程作業(yè)就是“拋光”。目的在處理Lapping研磨后產(chǎn)生的深孔,或Grinding研磨后的深刮痕。一般而言,Lapping研磨后的孔洞深度約為10um,Grinding研磨后的刮痕深度為15um~20um。

以Lapping研磨后的拋光制程而言,拋光盤多數(shù)使用聚氨酯Pad,即一般所謂的軟拋。軟拋可以使制程作業(yè)后的表面光亮如鏡,但是其切削速率極低,約為0.2 um/min。另一個(gè)拋光方式是使用錫、鉛盤,因其盤面為金屬材質(zhì),所以一般稱為硬拋。硬拋的切削速率可以達(dá)到0.7~1 um/min,加工速度比軟拋快。然而,使用金屬盤做拋光的風(fēng)險(xiǎn)較高。雖然為錫、鉛為軟質(zhì)金屬,但是盤面的狀況必須十分小心的作監(jiān)控,尤其是盤面的修整。若在修整后,有金屬顆粒未除凈,拋光后易碎。

因此,為了增加切削速率與盤面的穩(wěn)定性,近年來有了新式的拋光盤,其盤面是樹酯,基座是銅。就是現(xiàn)在所謂的“樹酯銅盤”。因?yàn)楸P面材質(zhì)的硬度介于聚氨酯與錫之間,也被稱作是硬拋的一種方式。使用樹酯銅盤做拋光,再搭配特制鉆石拋光液與每秒的噴灑量,切削率可達(dá)2.3~2.8um/min。搭配Grinding的研磨制程,就能增加大量的生產(chǎn)產(chǎn)出。當(dāng)然,鉆石拋光液的消耗量也會(huì)隨之增加,但是在產(chǎn)能提升與損失風(fēng)險(xiǎn)較低的生產(chǎn)型態(tài)之下,每片芯片的生產(chǎn)成本未必會(huì)有增加。

四、探討樹酯銅盤的高切削率搭配

第一要素是銅盤溝槽與溝槽之間的間隙,溝槽與溝槽之間的間隙寬度最好為溝槽寬度的1.3~1.5倍。再來是拋光液的噴出量,必須依據(jù)無塵室環(huán)境與銅盤冷卻溫度而去作適當(dāng)?shù)脑O(shè)定、調(diào)整。

鉆石拋光液大多使用多晶鉆石顆粒,不僅切削穩(wěn)定,若與其他溶劑的配方比例佳,切削速率并不遜色。

對(duì)比W牌與T牌的拋光機(jī),以T牌的設(shè)計(jì)自動(dòng)化最佳,但是W牌的設(shè)計(jì)補(bǔ)救能力最強(qiáng)。所以,在使用考慮上,選擇W牌,避免研磨或拋光發(fā)生厚度不均勻的異常時(shí),還能對(duì)大量的異常施以補(bǔ)救。

目前,使用W牌的一臺(tái)上蠟、兩臺(tái)研磨、一臺(tái)拋光的五片機(jī)系列,加上個(gè)人的特殊制程改善,最高紀(jì)錄可以在15小時(shí)產(chǎn)出300片。若以四班二輪作平均計(jì)算,一天一個(gè)班(12小時(shí))可以產(chǎn)出250片左右。

所以,在適當(dāng)?shù)脑O(shè)備搭配與使用經(jīng)驗(yàn)作改善之下,其實(shí)拋光是芯片減薄里,最穩(wěn)定的制造生產(chǎn)。

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