[发明专利]一种蓝宝石图形衬底掩膜版的图形结构和曝光方法

说明书

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。

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。