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CN107132726B - 一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构和曝光方法 - Google Patents

一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构和曝光方法 Download PDF

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CN107132726B CN201610113391.7A CN201610113391A CN107132726B CN 107132726 B CN107132726 B CN 107132726B CN 201610113391 A CN201610113391 A CN 201610113391A CN 107132726 B CN107132726 B CN 107132726B
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Abstract

本发明提供一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构和曝光方法，掩膜版上包括透光区和若干处不透光区，图形结构由若干个相同的多边形拼接而成，多边形具有至少2个扇形不透光区域及一个透光区域，拼接方式为将多个多边形的扇形不透光区域拼接，形成圆形不透光区，掩膜版的边界上未形成完整的多边形的区域皆为不透光区。本发明中透光区域由上述多边形拼接形成，其余皆为不透光区域，这样拼接保证靠近该侧边的圆形不透光区域不会受到光照的干扰，在曝光另一个相同的掩膜版时，只需与第一个掩膜版侧边相拼接，将侧边处的图案曝光出来，从而这种掩膜版图形结构和曝光方法解决了不透光图形区域与掩膜版边界距离过小而导致曝光不清晰的问题。

Description

一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构和曝光方法
技术领域
本发明涉及半导体光刻领域，特别涉及一种PSS掩膜版的图形结构和曝光方法。
背景技术
在LED制造过程中，蓝宝石图形衬底(Patterned Sapphire Substrates，，以下简称PSS)能减少LED内部光吸收并增加侧向出光，且能减少发热，延长器件寿命，此外还能有效改善蓝宝石与氮化镓的晶格失配问题，因此目前PSS技术在LED产业中得到普遍运用。由于PSS对图形的均匀性要求非常高，因此大多采用了步进光刻机曝光。
目前主流的PSS图案沿60°、120°、180°阵列排布，如图1所示。而步进光刻机一般按照X-Y坐标系正交步进光刻，所以一般掩膜版按照矩形设计，不透光区01上镀有铬，光源的光线不透过该区域，未镀有铬之处即为掩膜版的透光区02，光源的光线可透过透光区02区域。掩膜版为矩形，四条侧边即为掩膜版的边界，从图中可看出，掩膜版的边界将圆形不透光区01切割成两半。一般地，两个相邻的圆形不透光区01的最小间距为3μm，圆的直径为2μm至2.3μm，现有方案的掩膜版边界与靠近掩膜版边界的圆形不透光区01的距离往往由于过小而产生光学临近效应。
例如假定圆形不透光区01的周期为P，圆形不透光区01的直径为D，相邻圆形不透光区01之间的空隙为a，则a＝P-D。图1中掩膜版的图形构造为对a进行分割，则掩膜版边界与圆形不透光区01之间的间隙只有a/2。一般地，P＝3μm，D的大小范围为2μm～2.3μm，则a/2的大小范围为0.35μm～0.5μm。而光刻机的分辨率极限为λ为波长，一般为365nm，NA为光学孔径，一般为0.32～0.5，k1为工艺因子，通常为0.7μm，则可计算出常见的用于PSS技术的光刻机分辨率范围为0.5μm～0.8μm，大于a/2，即掩膜版边界与圆形不透光区01之间的距离过小，使用按照图1设计掩膜版在曝光时光达到光刻胶表面时的光强分布则如图2所示，图2中掩膜版放置在XY坐标系中，图中深色部分为不透光区01，浅色部分为受到光照的透光区02，经检测在掩膜版边界处光强为掩膜版中央透光区02处受到的光强的50％，此即为光学临近效应。光学临近效应常常造成靠近掩膜版边界的圆形不透光区01在曝光后形成的图形尺寸不均匀或者显影不洁。
中国专利CN102520576B(申请号为CN201110367148.5，公开日为2012年6月27日)尝试解决上述问题，将掩膜版边界沿着PSS图形分割成六边形基本图形，组合后的PSS图形如图3所示，圆性不透光区与边界的透光区域只有圆与圆之间透光区的一半尺寸，得到的光强分布如图4所示，经检测掩膜版边界处光强仍只有掩膜版中央处光强50％，因此该专利仍没有解决上述问题。
中国专利CN103365070A(申请号为CN201210089168.5，公开日为2013年10月23日)运用两种不同相位层组成的孔周期性交错排列来设计图形衬底的掩膜版，其虽然可以解决掩膜版内相邻两个图形的曝光清晰度，但是由于该专利需要使用负性光刻胶，相应地光刻系统需要配合负性光刻胶作出调整，大幅增加了制作成本。
中国专利CN103337566A(申请号为CN CN201310243141.1，公开日为2013年10月2日)中在衬底的正面采用光刻工艺定义出部分图形化衬底的图案区域，然后在衬底的正面淀积阻挡层，采用剥离工艺(lift-off)剥离光刻胶，留下衬底表面的阻挡层。再进行一次光刻工艺定义出其余图形化衬底的图案区域，然后在衬底上再沉积一层阻挡层，再次采用剥离工艺(lift-off)剥离光刻胶和光刻胶上的阻挡层，最后采用湿法或者干法刻蚀工艺，对蓝宝石衬底进行刻蚀，形成完整的图形化衬底的图案区域。该专利虽有效改善了上述问题，但是该专利工艺过于复杂，成本也相应提高。
中国专利CN103576440A(申请号为CN201310473082.7，公开日为2014年2月12日)中将不透光的图形区域改良为梅花状，现有技术中也同样有将不透光图形区域改良形成火山状，但这两种改变均只能提高光的提取率，仍旧没有解决不透光图形区域与掩膜版边界距离过小而导致靠近边界的图形曝光不清晰的问题。
综上所述，有必要发明一种PSS掩膜版的图形结构和曝光方法，在不增加工艺复杂性、不增加成本的前提下，仍旧能够解决不透光图形区域与掩膜版边界距离过小而导致靠近边界的图形曝光不清晰的问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种PSS掩膜版的图形结构和曝光方法，对于掩膜版上透光区域进行改良性切割，在容易出现光学临近效应的掩膜版侧边上，沿着该侧边将靠近该侧边或者被该侧边切割的圆形不透光区域连接，保证靠近该侧边的圆形不透光区域不会受到光照的干扰，在曝光另一个相同的掩膜版时，与第一个掩膜版所形成的图案区域的侧边相拼接，使得掩膜版侧边的圆弧与图案区域侧边的圆弧拼接形成完整的圆后，则会完整地将侧边处的圆形不透光区域曝光出来，这样既不增加工艺复杂性，也不增加工艺成本，同时也解决了不透光图形区域与掩膜版边界距离过小而导致靠近边界的图形曝光不清晰的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，包括透光区和若干处不透光区，所述图形结构由若干个相同的多边形拼接而成，所述多边形具有至少2个扇形不透光区域及一个透光区域，拼接方式为将多个所述多边形的所述扇形不透光区域拼接，形成圆形不透光区，所述多边形为轴对称图形，所述多边形的所有扇形不透光区域对应圆弧的半径相等，且所述多边形上所有圆弧所对应的圆心角之和为180°，所述掩膜版的边界上未形成完整的多边形的区域皆为不透光区。
作为优选，所述多边形为五边形，所述五边形的两个相邻的内角为直角，每个直角的直角边作为所述扇形不透光区域的边，所述扇形不透光区域的圆弧对应的圆心角为所述直角，两个直角具有两个相对的直角边，两个所述相对的直角边边长相等且等于所述扇形不透光区域的半径。
作为优选，所述多边形为等边三角形，所述等边三角形的三个内角处形成圆心角为60°的所述扇形不透光区域。
作为优选，所述圆形不透光区的直径范围为2μm～2.3μm。
作为优选，所述圆形不透光区的圆周由所述扇形不透光区域的圆弧拼接而成，所述掩膜版任意一个侧边上的圆弧与相对侧边上的圆弧拼接形成完整的圆。
作为优选，把两个相同的所述掩膜版边界交叠后，在两个所述掩膜版相邻的侧边上，一个掩膜版上圆弧与另一个掩膜版上的圆弧拼接形成完整的圆。
本发明还提供一种使用具有如上所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构的掩膜版的曝光方法，在曝光完所述掩膜版后形成的图案区域上，将所述掩膜版的边界与图案区域边界交叠，使得掩膜版侧边的圆弧与图案区域侧边的圆弧拼接形成完整的圆后，曝光所述掩膜版上的图形。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种PSS掩膜版的图形结构，包括透光区和若干处不透光区，所述图形结构由若干个相同的多边形拼接而成，所述多边形具有至少2个扇形不透光区域及一个透光区域，拼接方式为将多个所述多边形的所述扇形不透光区域拼接，形成圆形不透光区，所述多边形为轴对称图形，所述多边形的所有扇形不透光区域对应圆弧的半径相等，且所述多边形上所有圆弧所对应的圆心角之和为180°，掩膜版的边界上未形成完整的多边形的区域皆为不透光区。本发明对于掩膜版进行改良性切割，掩膜版由多边形拼接形成，每个多边形由至少两个扇形不透光区域及一个透光区域，那么按照这种拼接方法，多个多边形的扇形不透光区域拼接，形成圆形不透光区，在容易出现光学临近效应的掩膜版侧边上，由于靠近该侧边的圆形不透光区域与侧边之间的透光区域不足以拼凑成一个完整的多边形，因此将靠近该侧边或者被该侧边切割的圆形不透光区域与侧边连接形成不规则的不透光区域，首先保证靠近该侧边的圆形不透光区域不会受到光照的干扰，在曝光时，曝光完成一个掩膜版形成图案区域后，曝光另一个相同的掩膜版，将掩膜版与图案区域的边界交叠，直至两者的侧边拼接形成一个完整的圆之后，则会完整地将侧边处的圆形不透光区域曝光出来，这样只是对透光区域和透光区域进行几何分割然后拼接，无需改变曝光步骤，也无需改变参数，因此既不增加工艺复杂性，也不增加工艺成本，同时也解决了不透光图形区域与掩膜版边界距离过小而导致靠近边界的图形曝光不清晰的问题。
附图说明
图1为现有技术中PSS掩膜版的图形结构示意图；
图2为使用图1的掩膜版曝光时的光照强度分布图；
图3为现有技术中透光区域沿着PSS图形分割成六边形基本图形的掩膜版；
图4为使用图3的掩膜版曝光时的光照强度分布图；
图5为本发明提供的实施例一透光区域分割示意图；
图6为本发明提供的实施例一透光区域被分割成的单元多边形示意图；
图7为本发明提供的实施例一PSS掩膜版的图形结构示意图；
图8为使用图7的掩膜版曝光时的光照强度分布图；
图9为本发明提供的实施例一将两个掩膜版边界交叠后的示意图；
图10为本发明提供的实施例二透光区域被分割成的单元多边形示意图；
图11为本发明提供的实施例二透光区域分割示意图。
现有技术图示：01-不透光区、02-透光区；
本发明图示：1-不透光区、2-透光区、3-第一单元三角形、4-第二单元三角形、5-第三单元多边形、6-第四单元多边形、7-具有圆弧的不透光区、81-第一分割线、82-第二分割线、83-第三分割线。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
本发明提供一种PSS掩膜版的图形结构，包括若干处不透光区1和透光区2，本实施例中分割透光区2的思路如下：
请参照图5，一般地，掩膜版上不透光区1皆为圆形，圆形与圆形之间即为透光区2，所有圆形之间的距离相等，所有圆形半径相同，将相邻的三个圆形不透光区1的圆心连接，则得到如图5中第一单元三角形3和第二单元三角形4，反映到图6上，第一单元三角形3和第二单元三角形4即成为等边三角形，第一单元三角形3和第二单元三角形4具有三个直线边和三个圆弧边，这三个圆弧边即为上述相邻的三个圆形圆周上的一部分，且这三个圆弧对应的圆心角即等边三角形的内角皆为60°，三个圆弧所对应的圆心角之和即为等边三角形的内角之和180°。
按照上述第一单元三角形3和第二单元三角形4内的透光区域拼接形成掩膜版的透光区2，则在两个侧边上出现了不足以形成完整的第一单元三角形3或者第二单元三角形4的情况，在这种情况下，无法形成完整的第一单元多边形3和第二单元多边形4，则将靠近边界处全部处理为不透光区1，请参照图7，沿着上述两个侧边，将靠近上述两个侧边的圆形不透光区1相互连接形成具有圆弧的不透光区7，这样在曝光时，造成靠近上述两个侧边的具有圆弧的不透光区7不能形成完整地圆形，其曝光时的光照强度分布如图8所示。
本发明还提供一种使用上述PSS掩膜版的图形结构的掩膜版的曝光方法，请参照图9，在一个掩膜版曝光完成后，将另一个相同的掩膜版与该掩膜版的边界交叠后进行曝光，或者在使用上一个掩膜版曝光后形成的图案上，用另一个掩膜版将边界与该图案的边界交叠后进行曝光。在曝光时，需要将具有圆弧的不透光区7进行覆盖，直到两个侧边上的圆弧相互拼接形成完整的圆形。请参照图9，在另一个掩膜版覆盖该掩膜版的具有圆弧的不透光区7时，另一个掩膜版上的具有圆弧的不透光区7在曝光时会挡住部分光照，但由于之前在曝光第一个掩膜版时，被覆盖之处已经被曝光过，因此即使在曝光另一个掩膜版时其边界上透光区2被具有圆弧的不透光区7覆盖，也不会影响这两个掩膜版上图案的形成。
较佳地，不透光区1中的圆形的直径范围为2μm～2.3μm。
实施例二
请参照图11，第一分割线81为圆心与圆心连接，本实施例与实施例一的区别在于透光区2的分割线为第二分割线82或者第三分割线83，第二分割线82和第三分割线83与第一分割线81形成的角度范围为38°～42°。
比如，透光区2按照第三分割线83分割后形成了如图10的第三单元多边形5和第四单元多边形6，第三单元多边形5和第四单元多边形6由五条直线边组成，每个多边形内具有两个相邻的直角，两个相邻的直角对应圆心角为90°的圆弧，形成了两个四分之一圆，这两个四分之一圆为不透光区，两个圆弧角度之和为180°，上述两个相邻的直角具有两个相对的直角边，这两个相对的直角边的边长为四分之一圆的半径，按照上述第三单元多边形5透光区和第四单元多边形6透光区拼接形成整个掩膜版的透光区2，其余皆为不透光区1，这样可以保证在靠近掩膜版的边界处的圆形不透光区1不会被边界处的光照干扰，并通过将两个掩膜版边界交叠后曝光，或者在使用上一个掩膜版曝光后形成的图案上，用另一个掩膜版将边界与该图案的边界交叠后进行曝光，使得边界处的圆形不透光区1的图案完整地被曝光印刻下来。
本发明只是对透光区域进行几何分割然后拼接，如果靠近侧边的圆形不透光区1与侧边之间不能形成完整的五边形或者等边三角形的透光区2，那么就把靠近侧边的具有圆弧的不透光区7与侧边连接形成不规则的不透光区1，保证靠近侧边的圆形不透光区1不会受到光照干扰，然后在曝光另一个掩膜版时，将其与第一个掩膜版曝光过的图形进行边界交叠，则可完成靠近掩膜版侧边的圆形不透光区1的曝光，这种方法无需改变曝光步骤，也无需改变参数，因此既不增加工艺复杂性，也不增加工艺成本，同时也解决了不透光图形区域与掩膜版边界距离过小而导致靠近边界的图形曝光不清晰的问题。
本发明对上述实施例进行了描述，但本发明不仅限于上述实施例，显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，包括透光区和若干处不透光区，其特征在于，所述图形结构由若干个相同的多边形拼接而成，所述多边形具有至少2个扇形不透光区域及一个透光区域，拼接方式为将多个所述多边形的所述扇形不透光区域拼接，形成圆形不透光区，所述多边形为轴对称图形，所述多边形的所有扇形不透光区域对应圆弧的半径相等，且所述多边形上所有圆弧所对应的圆心角之和为180°，靠近侧边的圆形不透光区域与侧边之间的透光区域不足以拼凑成一个完整的多边形，所述掩膜版的边界上未形成完整的多边形的区域皆为不透光区。
2.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，其特征在于，所述多边形为五边形，所述五边形的两个相邻的内角为直角，每个直角的直角边作为所述扇形不透光区域的边，所述扇形不透光区域的圆弧对应的圆心角为所述直角，两个直角具有两个相对的直角边，两个所述相对的直角边边长相等且等于所述扇形不透光区域的半径。
3.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，其特征在于，所述多边形为等边三角形，所述等边三角形的三个内角处形成圆心角为60°的所述扇形不透光区域。
4.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，其特征在于，所述圆形不透光区的直径范围为2μm～2.3μm。
5.如权利要求1所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，其特征在于，所述圆形不透光区的圆周由所述扇形不透光区域的圆弧拼接而成，所述掩膜版任意一个侧边上的圆弧与相对侧边上的圆弧拼接形成完整的圆。
6.如权利要求5所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构，其特征在于，把两个相同的所述掩膜版边界交叠后，在两个所述掩膜版相邻的侧边上，一个掩膜版上圆弧与另一个掩膜版上的圆弧拼接形成完整的圆。
7.一种使用具有权利要求1～6中任意一项所述的蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构的掩膜版的曝光方法，其特征在于，在曝光完所述掩膜版后形成的图案区域上，将所述掩膜版的边界与图案区域边界交叠，使得掩膜版侧边的圆弧与图案区域侧边的圆弧拼接形成完整的圆后，曝光所述掩膜版上的图形。
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