圖案化藍寶石基板壓印材料技術發展

刊登日期:2016/4/5
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LED終端產品應用越來越廣泛,高效率晶片的技術開發,成了 LED元件廠商維持產品競爭力的關鍵。圖案化藍寶石基板可降低氮化鎵磊晶的差排缺陷與提高光取出效率,進而大幅提升 LED元件的發光效率,是製作高效率藍光與白光LED的關鍵技術。壓印微影法製作圖案化藍寶石基板較傳統微影法,除具有製程簡化、成本降低的優勢外,在未來基板尺寸變大與圖案結構精細化的技術趨勢下,具有相當大的競爭潛力。本文針對目前製程技術與相關材料的發展狀況,進行介紹。


圖一、藍寶石裸片與圖案化藍寶石基板之出光效率比較

圖案化藍寶石製程技術
圖案化藍寶石的製程技術,依蝕刻方式主要可分為濕式蝕刻與乾式蝕刻二種製程,二者之差異比較如表一。濕式蝕刻製程的速度較快,藉由蝕刻液組成的調整與製程溫度的升高,蝕刻速率甚至可達 1 μm/min,且製程成本亦相對較低,但因其蝕刻之藍寶石結構通常為一平頂的錐狀結構,相較於乾蝕刻可得到尖頂的角錐結構,在磊晶時對差排缺陷的改善,效果較差,所以在元件效能提升的表現上,相對亦較不理想。因此,目前圖案化藍寶石基板的主流製程,主要還是以乾蝕刻製程為主,製程流程如圖二。


圖三、乾蝕刻過程光阻與藍寶石的結構形貌變化

壓印圖案化藍寶石製程技術
奈米壓印微影技術若以使用之壓印材料特性做區分,有熱壓印與光壓印兩種製程,其中熱壓印製程是將壓印材料升溫至其 Tg 點以上的溫度,使其具有適當的流動性,進行壓印、圖案成型後,藉由降溫,使其定型,然後再脫模。

光壓印製程,其使用之材料因具有感光交聯反應的特性,通常可於常溫下進行壓印,透過照光固化的手段,使壓印材料由液態轉成固態,固化成型後即可脫模。二者比較,光壓印製程具有下列優點:①不需加熱/冷卻步驟,具有較高的生產效率;②壓印壓力/溫度較低,可降低模具的耗損風險;③無熱膨脹尺寸變化的問題;④使用透明模具,有利於對位對準;⑤光硬化後,材料具有緻密的三維交聯。

壓印圖案化藍寶石製程材料
由於壓印微影製程屬於發展中的技術,整體產業鏈不如光微影製程成熟完整,許多設備、材料與製程技術的整合,為各廠家的技術 Know-How。其中關鍵材料—工作模具與壓印膠,因各廠家的壓印設備、製程條件差異,在材料規格的需求上,亦不盡相同。以下針對壓印模具材料、壓印膠的技術發展,參考各廠家的公開資訊與相關專利、文獻的報導,簡單介紹如下:
1. 模具材料
在壓印模具的要求上,除了基本的尺寸精準度與缺陷、損傷的規範外,因應壓印製程的特性,還需考量模具材料的離模性、耐用性與製造成本。模具材料依據其材料特性,可分為硬膜與軟模一般而言,硬模材料具有較佳的機械強度與尺寸安定性,但通常製造成本亦較高,且模具表面需施加抗沾黏處理,來改善壓印離模性(表三)。而軟模雖然機械強度較差,但因製作方式較簡便、成本較便宜,是生產用工作模的理想選擇。在圖案化藍寶石製程應用上,廠商通常需先依據客戶的產品規格需求,設計模具製作所需的光罩圖案,委外進行光罩與矽母模的製作,再利用此母模,自行翻製供大量生產使用的工作模具。由於……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。

作者: 吳耀庭/工研院材化所
★本文節錄自「工業材料雜誌」352期,更多資料請見下方附檔。


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