CN103365070B - 一种pss图形的相移掩膜版及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种PSS图形的相移掩膜版，包括透明光刻板基底、在透明光刻板基底的一面蒸镀有不透光图形层，所述不透光图形层上均匀贯穿设置有直径范围是0.3-0.5μm的圆孔，相邻圆孔的间距为0.3-0.5μm，其中一部分圆孔露出透明光刻板基底，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有相移图形层，形成180°相移膜图形；其中透过透明光刻板基底的光和透过相移图形层的光之间的相位差180°。本发明的优点：制备掩膜方法简单；其中0°相移图形层采用石英玻璃，而奇数倍的180°相移图形层为和0°相移图形层所对应的圆孔的孔径大小统一。利用本发明制成的发光芯片分辨率及光强均得到提高，其中光强提高5％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种PSS图形的相移掩膜版及其制备方法，属于半导体器件制备技术领域。
背景技术
蓝宝石图形衬底能减少内部光吸收率并增加侧向出光，从而提高芯片的发光强度，所以在LED产业中得到普遍运用。为便于外延生长，蓝宝石图形衬底的图形采用周期性排列的圆台或圆柱，当其发展到特征尺寸小于0.5μm以后，由于相邻孔或柱会由于干涉而造成在光刻曝光过程中出现图形边缘曝光后线条模糊的情况，会导致图形分辨率的降低，所以在光刻曝光过程中采用相移掩膜来解决此问题。用于图形衬底相移掩膜的设计目前有两种方法，一种是边缘型相移掩膜，一种是间隔型相移掩膜。
专利文件CN1800972《用于制造半导体器件的相移掩膜》提供了一种相移掩膜的设计方法，这属于边缘型相移掩膜制备方法，其方法的技术方案包括：在透明基片上形成相移膜；并在该透明基片的划线区域中形成遮光膜的相移掩膜，其中由所述划线区域包括要形成集成电路部分的集成电路区域、集成电路部分的外围边缘区域。所述遮光膜至少要包括部分的所述外围边缘区域和所述集成电路区域中。但本方法的缺点是其设计需要在设计图形的外围边缘区域加相移层，对相移图形尺寸要求高、设计复杂。
类似的专利还有CN101937170A《相移掩膜的制造方法、平板显示器的制造方法和相移掩膜》，也属于边缘型相移掩膜制备，它的相移层可使任何一种波长在300nm以上500nm以下范围内的光产生180°的相位差。将上述波长范围内的光用作进行曝光处理的光，由于在相移层处光的相位发生反转所以会形成光强度最小的区域，使曝光图案更加清楚。在混合有40％以上90％以下的氮化气体和10％以上35％以下的氧化气体的环境中，使由铬系材料制成的靶产生溅射而形成相移层本方法的缺点是需要在制备掩膜版时对相移层进行精准套刻，对掩膜版的制备精度要求高，制版的成本比无需套刻的制版成本增加了十倍以上。
而专利文件CN1169546《相移掩膜及其制造方法》，提出的另外一种制备相移掩膜的方法，属于间隔型相移掩膜设计，该方法的主要技术方案是在透明衬底的一面或两面上形成两个相移膜图形，形成具有小于相关相移膜图形尺寸的间隔的相移膜图形，使得相对于相移膜图形可产生光的三次相位移，利用相邻光束之间产生干涉来提高图象对比度、光强度曲线梯度。但是本方法的缺点是对两个相移掩膜的间隔要求精准度高，这样大大增加了掩膜制备的困难程度、增加了成本。所以无论是间隔型相移掩膜设计还是间隔型相移掩膜设计都因对相移图形尺寸要求高、设计复杂、成本高而无法在生产中得到大量的推广。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种PSS图形的相移掩膜版。
本发明还提供一种上述相移掩膜版的制备方法。
术语说明：
1、LED：Light Emitting Diode发光二极管，是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件。
2、PSS：patterned sapphire substrates，图形化蓝宝石衬底，相对于普通蓝宝石衬底，在PSS衬底上生长氮化镓外延层外延层晶体质量明显提高，且能提高GaN基发光二极管出光率。
本发明的技术方案在于：
一种PSS图形的相移掩膜版，包括透明光刻板基底、在透明光刻板基底的一面蒸镀有不透光图形层，所述不透光图形层上均匀贯穿设置有直径范围是0.3-0.5μm的圆孔，相邻圆孔的间距为0.3-0.5μm，其中一部分圆孔露出透明光刻板基底，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有相移图形层，形成180°相移膜图形；其中透过透明光刻板基底的光和透过相移图形层的光之间的相位差180°。
根据本发明优选的，所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈四次对称排列：所述露出透明光刻板基底的圆孔与设置有相移图形层的圆孔相邻交替排列。
根据本发明优选的，所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列：所述露出透明光刻板基底的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有相移图形层的圆孔围绕露出透明光刻板基底的圆孔排列。
根据本发明优选的，所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列：所述设置有相移图形层的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出透明光刻板基底的圆孔围绕设置有相移图形层的圆孔排列。
根据本发明优选的，所述的透明光刻板基底为3-5mm厚的石英玻璃。
根据本发明优选的，所述的相移图形层为0.1-0.5μm厚的SiO2薄膜。
根据本发明优选的，所述不透光图形层为800-1200埃厚的Cr层。
一种上述PSS图形的相移掩膜版的制备方法，包括步骤如下：
(1)按照现有技术对透明光刻板基底进行打磨、抛光和清洗；
(2)在清洗后在透明光刻板基底上利用蒸镀法或溅射法制备一层厚800-1200埃的Cr层；
(3)在步骤(2)上的Cr层上涂覆一层厚1-2μm的光刻胶薄膜，利用光学或电子束光刻机对光刻胶薄膜进行曝光；
(4)利用干法刻蚀或湿法刻蚀对经步骤(3)曝光后的光刻胶薄膜进行腐蚀；使得所述经步骤(3)曝光后的光刻胶薄上的图形转移到Cr层上：在Cr层上形成呈四次对称排列或六次对称排列的圆孔，露出透明光刻板基底；
(5)去除步骤(4)中的光刻胶薄膜，利用蒸镀方法在Cr层上制备一层相移图形层；
(6)在所述的相移图形层上涂覆一层厚1-2μm的光刻胶薄膜，利用光学或电子束光刻机对光刻胶薄膜进行曝光；
(7)利用CF4干法刻蚀刻蚀掉未被光刻胶保护的相移图形层，然后去除步骤(6)所述的光刻胶薄膜、清洗后得到：当在Cr层上的一部分圆孔露出透明光刻板基底，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有相移图形层，形成180°相移膜图形；其中透过透明光刻板基底的光和透过相移图形层的光之间的相位差180°；
当在Cr层上形成的是四次对称排列的圆孔时，则露出透明光刻板基底的圆孔与设置有相移图形层的圆孔相邻交替排列；
当在Cr层上形成的是六次对称排列的圆孔时，则露出透明光刻板基底的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有相移图形层的圆孔围绕露出透明光刻板基底的圆孔排列；或设置有相移图形层的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出透明光刻板基底的圆孔围绕设置有相移图形层的圆孔排列。
根据本发明优选的，所述步骤(1)透明光刻板基底为3-5mm厚的石英玻璃。
根据本发明优选的，所述步骤(4)中圆孔的直径范围是0.3-0.5μm，相邻圆孔的间距为0.3-0.5μm。
根据本发明优选的，所述步骤(5)中相移图形层为0.1-0.5μm厚的SiO2薄膜。
本发明的优点在于：
针对相移图形尺寸要求高、设计复杂等缺点，本发明采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，其优点在于：利用本发明制成的发光芯片分辨率及光强均得到提高，其中光强提高5％以上；利用本发明制备掩膜方法简单；本发明中0°相移图形层采用石英玻璃，而奇数倍的180°相移图形层为和0°相移图形层所对应的圆孔的孔径大小统一。
附图说明
图1为本发明所述相移掩膜版的侧面剖视图；
图2为图1相移掩膜版对应的相位图；
图3为图1相移掩膜版对应的波形图；
图4为图1相移掩膜版对应的光强图；
图5为所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈四次对称排列的结构示意图；
图6为所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列的结构示意图，其中露出透明光刻板基底的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有相移图形层的圆孔围绕露出透明光刻板基底的圆孔排列。
图7为所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列的结构示意图：其中设置有相移图形层的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出透明光刻板基底的圆孔围绕设置有相移图形层的圆孔排列。
在图1-7中，11、为透明光刻板基底(石英玻璃)；12、为不透光图形层(Cr层)；13、相移图形层(SiO2薄膜)；21、为沿光刻版基板(石英玻璃)透射出光所对应的相位；22、为沿相移图形层(SiO2薄膜)透射出光所对应的相位；31、为沿光刻版基板(石英玻璃)透射出光所对应的波形，32、为沿相移图形层(SiO2薄膜)所透射出光所对应的波形；33、为沿光刻版基板(石英玻璃)透射出光所对应的光强，34、为沿相移图形层(SiO2薄膜)透射出光所对应的光强；35、相邻圆孔之间的距离。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做详细的说明，但不限于此。
实施例1、
如图1-5所示，
一种PSS图形的相移掩膜版，包括厚3mm的石英玻璃11、在石英玻璃11的一面蒸镀有一层厚800埃的Cr层12，所述Cr层12上均匀贯穿设置有直径是0.3μm的圆孔，相邻圆孔的间距为0.3μm，其中一部分圆孔露出石英玻璃11，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有厚0.1μmSiO2薄膜13，形成180°相移膜图形；其中透过石英玻璃11的光和透过SiO2薄膜13的光之间的相位差180°。所述Cr层12上均匀贯穿设置的圆孔呈四次对称排列：所述露出石英玻璃11的圆孔与设置有SiO2薄膜13的圆孔相邻交替排列。
实施例2、
如图1-5所示，
如实施例1所述PSS图形的相移掩膜版的制备方法，包括步骤如下：
(1)按照现有技术对石英玻璃11进行打磨、抛光和清洗；
(2)在清洗后在石英玻璃11上利用蒸镀法或溅射法制备一层厚800埃的Cr层12；
(3)在步骤(2)上的Cr层12上涂覆一层厚1μm的光刻胶薄膜，利用光学或电子束光刻机对光刻胶薄膜进行曝光；
(4)利用干法刻蚀或湿法刻蚀对经步骤(3)曝光后的光刻胶薄膜进行腐蚀；使得所述经步骤(3)曝光后的光刻胶薄上的图形转移到Cr层12上：在Cr层12上形成呈四次对称排列的圆孔，露出石英玻璃11；所述圆孔的直径是0.3μm，相邻圆孔的间距为0.3μm；
(5)去除步骤(4)中的光刻胶薄膜，利用蒸镀方法在Cr层12上制备一层0.1μm厚的SiO2薄膜13；
(6)在所述的SiO2薄膜13上涂覆一层厚1μm的光刻胶薄膜，利用光学或电子束光刻机对光刻胶薄膜进行曝光；
(7)利用CF4干法刻蚀刻蚀掉未被光刻胶保护的SiO2薄膜13，然后去除步骤(6)所述的光刻胶薄膜、清洗后得到：当在Cr层12上的一部分圆孔露出石英玻璃11，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有SiO2薄膜13，形成180°相移膜图形；其中透过石英玻璃11的光和透过SiO2薄膜13的光之间的相位差180°；
在Cr层12上形成的是四次对称排列的圆孔，其中露出石英玻璃11的圆孔与设置有SiO2薄膜13的圆孔相邻交替排列。
如图4所示波的光强图，孔与孔交界处的衍射波由于相位相反而叠加后衍射波的光强减弱，因此相邻两孔边缘线条更加清晰，分辨率得到提高20％，透光光强也提到20％。
实施例3、
如图7所示。
一种如实施例1所述PSS图形的相移掩膜版，其区别在于：
在Cr层12上形成的圆孔呈是六次对称排列，其中露出石英玻璃11的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有SiO2薄膜13的圆孔围绕露出石英玻璃11的圆孔排列；所述的石英玻璃11的厚度为4mm；所述的石英玻璃11的厚度为0.3μm厚的SiO2薄膜；所述Cr层12的厚度为1000埃；所述Cr层12上均匀贯穿设置有直径是0.4μm的圆孔，相邻圆孔的间距为0.4μm。
实施例4、
如图7所示。
一种如实施例2所述PSS图形的相移掩膜版制备方法，其区别特征在于：
在Cr层12上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列：其中露出石英玻璃11的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有SiO2薄膜13的圆孔围绕露出石英玻璃11的圆孔排列。所述步骤(1)石英玻璃的厚度为4mm；所述步骤(2)所述Cr层12的厚度为1000埃；所述步骤(4)中圆孔的直径是0.4μm，相邻圆孔的间距为0.4μm；所述步骤(5)中SiO2薄膜的厚度为0.3μm。
实施例5、
如图6所示。
一种如实施例1所述PSS图形的相移掩膜版，其区别在于：
在Cr层12上形成的圆孔呈是六次对称排列，其中设置有SiO2薄膜13的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出石英玻璃11的圆孔围绕设置有SiO2薄膜13的圆孔排列。所述的石英玻璃11的厚度为5mm；所述的石英玻璃11的厚度为0.5μm厚的SiO2薄膜；所述Cr层12的厚度为1200埃；所述Cr层12上均匀贯穿设置有直径是0.5μm的圆孔，相邻圆孔的间距为0.5μm。
实施例6、
如图6所示。
一种如实施例2所述PSS图形的相移掩膜版制备方法，其区别特征在于：
在Cr层12上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列：其中设置有SiO2薄膜13的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出石英玻璃11的圆孔围绕设置有SiO2薄膜13的圆孔设置排列。所述步骤(1)石英玻璃的厚度为5mm；所述步骤(2)所述Cr层12的厚度为1200埃；所述步骤(4)中圆孔的直径是0.5μm，相邻圆孔的间距为0.5μm；所述步骤(5)中SiO2薄膜的厚度为0.5μm。
Claims (8)
1.一种PSS图形的相移掩膜版，包括透明光刻板基底、在透明光刻板基底的一面蒸镀有不透光图形层，其特征在于，所述不透光图形层上均匀贯穿设置有直径范围是0.3-0.5μm的圆孔，相邻圆孔的间距为0.3-0.5μm，其中一部分圆孔露出透明光刻板基底，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有相移图形层，形成180°相移膜图形；其中透过透明光刻板基底的光和透过相移图形层的光之间的相位差180°；所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈四次对称排列：所述露出透明光刻板基底的圆孔与设置有相移图形层的圆孔相邻交替排列；所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列：所述露出透明光刻板基底的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有相移图形层的圆孔围绕露出透明光刻板基底的圆孔排列。
2.根据权利要求1所述的一种PSS图形的相移掩膜版，其特征在于，所述不透光图形层上均匀贯穿设置的圆孔呈六次对称排列：所述设置有相移图形层的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出透明光刻板基底的圆孔围绕设置有相移图形层的圆孔排列。
3.根据权利要求1所述的一种PSS图形的相移掩膜版，其特征在于，所述的透明光刻板基底为3-5mm厚的石英玻璃。
4.根据权利要求1所述的一种PSS图形的相移掩膜版，其特征在于，所述的相移图形层为0.1-0.5μm厚的SiO2薄膜。
5.根据权利要求1所述的一种PSS图形的相移掩膜版，其特征在于，所述不透光图形层为800-1200埃厚的Cr层。
6.一种如权利要求1所述PSS图形的相移掩膜版的制备方法，其特征在于，其包括步骤如下：
(1)按照现有技术对透明光刻板基底进行打磨、抛光和清洗；
(2)在清洗后在透明光刻板基底上利用蒸镀法或溅射法制备一层厚800-1200埃的Cr层；
(3)在步骤(2)上的Cr层上涂覆一层厚1-2μm的光刻胶薄膜，利用光学或电子束光刻机对光刻胶薄膜进行曝光；
(4)利用干法刻蚀或湿法刻蚀对经步骤(3)曝光后的光刻胶薄膜进行腐蚀；使得所述经步骤(3)曝光后的光刻胶薄上的图形转移到Cr层上：在Cr层上形成呈四次对称排列或六次对称排列的圆孔，露出透明光刻板基底；
(5)去除步骤(4)中的光刻胶薄膜，利用蒸镀方法在Cr层上制备一层相移图形层；
(6)在所述的相移图形层上涂覆一层厚1-2μm的光刻胶薄膜，利用光学或电子束光刻机对光刻胶薄膜进行曝光；
(7)利用CF4干法刻蚀刻蚀掉未被光刻胶保护的相移图形层，然后去除步骤(6)所述的光刻胶薄膜、清洗后得到：当在Cr层上的一部分圆孔露出透明光刻板基底，形成0°相移膜图形，另一部分圆孔内设置有相移图形层，形成180°相移膜图形；其中透过透明光刻板基底的光和透过相移图形层的光之间的相位差180°；
当在Cr层上形成的是四次对称排列的圆孔时，则露出透明光刻板基底的圆孔与设置有相移图形层的圆孔相邻交替排列；
当在Cr层上形成的是六次对称排列的圆孔时，则露出透明光刻板基底的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述设置有相移图形层的圆孔围绕露出透明光刻板基底的圆孔排列；或设置有相移图形层的圆孔位于六次对称排列的中心位置，所述露出透明光刻板基底的圆孔围绕设置有相移图形层的圆孔排列。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)透明光刻板基底为3-5mm厚的石英玻璃；所述步骤(5)中相移图形层为0.1-0.5μm厚的SiO2薄膜。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)中圆孔的直径范围是0.3-0.5μm，相邻圆孔的间距为0.3-0.5μm。
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