CN104698769A

CN104698769A - 蓝宝石衬底的拼接曝光方法

Info

Publication number: CN104698769A
Application number: CN201310671769.1A
Authority: CN
Inventors: 覃宗伟; 熊威; 张家锦; 章磊
Original assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Current assignee: Shanghai Micro Electronics Equipment Co Ltd
Priority date: 2013-12-10
Filing date: 2013-12-10
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2033-12-10
Also published as: CN104698769B

Abstract

本发明提供了一种蓝宝石衬底的拼接曝光方法，包括：在曝光前，根据蓝宝石衬底表面欲制作的图形在一个掩模上制作掩模图形，所述掩模图形包括透光区域和不透光区域，所述不透光区域由规则排布于所述透光区域上的若干单位图形组成；在曝光时，通过该掩模对所述蓝宝石衬底表面的所有曝光区域进行曝光，且相邻两个曝光区域的曝光图案实现拼接；所述掩模图形的边界处向外侧设有透光的冗余部，以增强相邻两个曝光区域拼接处的曝光能量。本发明通过冗余部的设计，使得拼接位置对应的能量能够达到阈值能量，实现残胶消除。同时，由于拼接位置对应的曝光能量与其他位置对应的曝光能量相一致，故而就不会产生关键尺寸（CD）的变化。

Description

蓝宝石衬底的拼接曝光方法

技术领域

本发明涉及半导体制作领域，尤其涉及一种图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法。

背景技术

图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate,PSS），也就是在蓝宝石衬底上生长干法刻蚀用掩膜，用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，利用ICP刻蚀技术刻蚀蓝宝石，并去掉掩膜，再在其上生长GaN材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。一方面可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命;另一方面有源区发出的光，经GaN和蓝宝石衬底界面多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。综合这两方面的原因，使PSS上生长的LED的出射光亮度比传统的LED大大提高，同时反向漏电流减小，LED的寿命也得到了延长。

随着LED领域工艺技术的发展，以及整个LED行业的迅速壮大，对GaN基LED器件PSS衬底的研究也逐渐增多。如今各厂家纷纷采用PSS技术，以提高LED器件的光提取效率。

在通常曝光的过程中，均采用与曝光场1:1设置的掩模进行曝光，然而，在图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate,PSS）的曝光过程中，常会采用投影镜镜头使经过掩模的投影图像按比例缩小到工件台上，从而使曝光图形的线宽得到进一步的缩小，同时也时为了缩小了掩模制作上的缺陷。在这一情况下，举例来说，如果缩小的比例为5：1，为了保证曝光，就需要实际采用5倍于曝光场的掩模进行曝光，增大了操作的难度，也过多地消耗了成本。

此外，在利用步进式曝光方式制作图形化蓝宝石衬底（PSS）时，由于工件台伺服性能，像差和镜头分辨率等影响因素，曝光场拼接处CD会受到明显的影响。尤其是当两个图形间距的一半接近或小于光刻机最小分辨率的时候，会导致拼接处CD变化或产生残胶等现象，影响最终PSS图形均匀性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是曝光中当两个图形间距的一半接近或小于光刻机最小分辨率时，拼接处CD发生变化或产生残胶现象，影响最终全片PSS图形均匀性。

为了解决这一技术问题，本发明提供了一种图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法，包括：

在曝光前，根据图形化蓝宝石衬底表面欲制作的图形在一个掩模上制作掩膜图形，所述掩膜图形包括透光区域和不透光区域，所述不透光区域由规则排布于所述透光区域上的若干单位图形组成；

在曝光时，通过该掩模对所述蓝宝石衬底表面的所有曝光区域进行曝光，且相邻的两个曝光区域的曝光图案实现拼接；

所述掩模图形的边界处向外侧设有透光的冗余部，以增强相邻两个曝光区域拼接处的曝光能量。

相邻的三个所述单位图形均呈等边三角形排布。

所述掩模图形的边界线与所述冗余部的边缘组合形成掩模图形的边缘线。

所述相邻曝光区域中的掩模图形关于所述相邻曝光区域拼接处形成的拼接线对称。

所述掩模图形的边缘线与与之相邻的单位图形之间的距离不小于光刻机的最小分辨率。

所述冗余部的的形状与对应的单位图形相匹配。

所述单位图形为圆形或正多边形。

所述单位图形为正三角形。

所述单位图形为正六边形。

本发明一方面利用一个掩模对不同的曝光区域进行曝光，最终各曝光区域拼接后实现整个曝光场的曝光，由于可以采用拼接实现整个曝光场的曝光，对掩模的尺寸不再有特别的要求，在这一情况下不仅仅能够采用与曝光场1:1比例大小的掩模，甚至可以更小，只要能实现曝光均可。另一方面，本发明通过冗余部的设计，使得拼接位置对应的能量能够达到阈值能量，实现残胶消除。同时，由于拼接位置对应的曝光能量与其他位置对应的曝光能量相一致，故而就不会产生关键尺寸（CD）的变化。

附图说明

图1至图3是本发明实施例1提供的图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法中冗余区域设置示意图；

图4为本发明实施例1中未设冗余区域的掩模图形的结构示意图；

图5为本发明实施例1中设了冗余区域的掩模图形的结构示意图；

图6和图7是本发明实施例1中冗余区域的作用示意图；

图8至图10是本发明实施例2提供的图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法中冗余区域设置示意图；

图11至图13是本发明实施例3提供的图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法中冗余区域设置示意图；

图中，1-单位图形；2-边界线；21-边缘线；3-掩模图形；31-透光区域；32-不透光区域；33-冗余部。

具体实施方式

以下将采用三个实施例，结合图1至图11对本发明提供的图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法进行详细的描述。其均为本发明可选的实施例，可以认为本领域的技术人员在不改变本发明精神和内容的范围内，能够对其进行修改和润色。

实施例1

本实施例提供了一种图形化蓝宝石衬底的拼接曝光方法，包括：

在曝光前，根据图形化蓝宝石衬底表面欲支座的图形在一个掩模上支座掩膜图形，所述掩膜图形包括透光区域和不透光区域，所述不透光区域由规则排布于所述透光区域上的若干单位图形组成；

本实施例利用一个掩模对不同的曝光区域进行曝光，最终各曝光区域拼接后实现整个曝光场的曝光，由于可以采用拼接实现整个曝光场的曝光，对掩模的尺寸不再有特别的要求，在这一情况下不仅仅能够采用与曝光场1:1比例大小的掩模，甚至可以更小，只要能实现曝光均可。另一方面，本发明通过冗余部的设计，使得拼接位置对应的能量能够达到阈值能量，实现残胶消除。同时，由于拼接位置对应的曝光能量与其他位置对应的曝光能量相一致，故而就不会产生关键尺寸（CD）的变化。

请着重参考图1、图2和图4，并结合其他附图，在制作掩模时，所述掩模图形3包括透光区域31与不透光区域32，所述不透光区域32由规则排布于所述透光区域31上的若干单位图形1组成。进一步的，所述不透光区域由正多边形或圆形的单位图形1规律排布组合而成。本实施例中，所述单位图形1为圆形。

请参考图1，相邻的三个所述单位图形1均呈等边三角形排布。在本实施例中，所述单位图形1为圆形。请参考图2，所述掩模图形3的边界线2为直线，掩模图形系中边界线2两侧的所述掩模图形3关于该边界线2对称。

具体来说，光刻机最小分辨率为n，同时该最小分辨率的焦深能满足正常生产要求。在掩模图形系中，根据图形化蓝宝石衬底的图形作一简单平面图形，本实施例中为圆形，作为单位图形1，以其几何中心呈等边三角形重复排列，请参考图1，设此等边三角形边长为a，a即为图形排列周期；

设单位图形的外接圆半径为r（r﹤a/2）；当r﹥a/4时，能够使得每个单位图形的边缘均不经过其他单位图形。因此用于PSS投影光刻的掩模边缘通常设计为通过图形几何中心的对称两半进行拼接（如半圆拼接），亦即边界线2两侧的所述掩模图形3关于该边界线2对称；

请参考图2，设掩模边缘的单位图形与掩模边界的垂直距离为d，当d_min﹤n，在调试场拼接时，图形间小于光刻机分辨率n的部分会产生残胶现象，图形的关键尺寸（CD）发生变化。拼接方法主要有普通半圆拼接、锯齿状拼接、平行四边形拼接等。这些方法都是按照掩模的设计尺寸进行不同方式的拆分，而这些方法中的图形间距都无一例外的受限于曝光机的最小分辨率。当圆孔间距变小时，受镜头分辨率和光学边缘效应影响，很容易就能看到拼接痕迹，导致图形一致性较差。然而，在图形周期不变的情况下，图形尺寸变大间距变小已成为图形化蓝宝石衬底（Patterned Sapphire Substrate,PSS）的重要发展趋势。实现良好的拼接，保证全片图形的一致性和均匀性非常重要，这也将有利于后续外延与LED芯片制程电性参数和良品率的提高。

本发明关于该残胶现象和关键尺寸（CD）的变化的原因进行了详细的剖析，通过创造性劳动解释了其中的原因并提出了较佳的解决方案，请参考图6，光刻胶在接受一定波长的光或者射线时，会相应地发生光化学反应或者激励作用。对于正胶而言，表现为曝光之后溶于碱，其溶解度随曝光能量的增加而增加，直到达到阈值能量E_T（对于特定的光刻胶，E_T属于常量），光刻胶全部溶解。假设曝光能量用E表示，留膜率用Y表示，则

Y=1-exp（-γ*（1-E/E_T）,E<E_T

Y=0,E≥E_T（对特定的光刻胶，γ为常数且大于零）

由于掩模边缘的单位图形与掩模边界的距离为d，d小于最小分辨率n，使得如图4所示的拼接位置所对应的曝光能量E₁严重不足，亦即曝光量无法达到阈值能量E_T，便产生了残胶的现象。此外，由于衍射的作用，光刻胶图形边缘一般不位于掩膜上图形边缘垂直投影的位置，而位于光总吸收能量等于E_T处，故而导致了关键尺寸（CD）的变化。

在标准的光刻工艺中，曝光能量E₀=1.5～1.6E_T，根据仿真分析结果，当间距d小于最小分辨率n时，如图4所示的拼接位置所对应的曝光能量E₁约为其他透光区域所对应的曝光能量的一半左右，即E₁=0.75～0.8E_T，留膜率由Y₁=1-exp（-γ*（1-E₁/E_T）得出，不难看出Y₁>0。

为此，本实施例还设计了如图3和5所示的冗余量Δx（与冗余部对应），增加该冗余量Δx后，拼接位置对应的能量E₁能够达到阈值能量E_T，残胶消除。同时，由于拼接位置对应的曝光能量与其他位置对应的曝光能量相一致，故而就不会产生关键尺寸（CD）的变化。本实施例在不改变图形的周期性，不需要改变曝光机的软硬件，只改变掩模及掩模图形就解决了残胶与关键尺寸（CD）变化的问题。与其他技术方案相比，本实施例简单易行，成本也较低。

关于该冗余量Δx的设置，本实施例做了具体的设置，请参考图3和图5，并结合图7，所述掩模图形的边界处向外侧设有透光的冗余部，以增强相邻两个曝光区域拼接处的曝光能量。当掩模图形3的边界线2与与之相邻的单位图形1之间的垂直距离d小于光刻机的最小分辨率n时，其亦成为了所述透光区域的一部分，用以提高该位置的曝光能量，所述掩模图形3的边界线2与所述冗余部的边缘组合形成掩模图形的边缘线21。

所述掩模图形3的边缘线21与与之相邻的单位图形1之间的距离不小于光刻机的最小分辨率n。

所述冗余部33的的形状与对应的单位图形1相匹配。

实施例2

请参考图8至图10，本实施例与实施例1唯一的区别在于所述单位图形为正三角形。

实施例3

请参考图8至图10，本实施例与实施例1唯一的区别在于所述单位图形为正六边形。

Claims

1.一种蓝宝石衬底的拼接曝光方法，包括：

在曝光前，根据蓝宝石衬底表面欲制作的图形在一个掩模上制作掩模图形，所述掩模图形包括透光区域和不透光区域，所述不透光区域由规则排布于所述透光区域上的若干单位图形组成；

在曝光时，通过该掩模对所述蓝宝石衬底表面的所有曝光区域进行曝光，且相邻两个曝光区域的曝光图案实现拼接；

其特征在于：所述掩模图形的边界处向外侧设有透光的冗余部，以增强相邻两个曝光区域拼接处的曝光能量。

2.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：相邻的三个所述单位图形均呈等边三角形排布。

3.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述掩模图形的边界线与所述冗余部的边缘组合形成掩模图形的边缘线。

4.如权利要求1-3中任一权利要求所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述相邻曝光区域中的掩模图形关于所述相邻曝光区域拼接处形成的拼接线对称。

5.如权利要求3所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述掩模图形的边缘线与与之相邻的单位图形之间的距离不小于光刻机的最小分辨率。

6.如权利要求5所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述冗余部的的形状与对应的单位图形相匹配。

7.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述单位图形为圆形或正多边形。

8.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述单位图形为正三角形。

9.如权利要求1所述的蓝宝石衬底的拼接曝光方法，其特征在于：所述单位图形为正六边形。