(57)【要約】パターン化サファイア基板マスクのパターン構造および露光方法であって、パターン構造は、複数の同じ多辺形をつなぎ合わせてなり、各多辺形は、少なくとも二つの扇型の光不透過領域（７）および一つの光透過領域（２）を有し、つなぎ合わせの方法は、複数の多辺形の扇型の光不透過領域（７）をつなぎ合わせ、円形の光不透過領域（１）を形成し、マスクの境界において完全に多辺形をつなぎ込むことができない領域はいずれも光不透過領域（１）に設定される。このようなパターン構造は、マスクの側辺に近接する円形の光不透過領域（１）が光照射の干渉を受けないよう保証でき、他の同一のマスクを露光するとき、最初のマスクの側辺とつなぎ合わせるだけで、側辺外のパターンを露光でき、これにより、このようなマスクのパターン構造および露光方法は、光不透過領域（１）とマスクの境界との距離が短すぎることで露光が不鮮明になってしまうという課題を解決できる。
2019511005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターン化サファイア基板マスクのパターン構造であって、
複数の同じ多辺形をつなぎ合わせてなり、各前記多辺形は、少なくとも二つの扇型の光不透過領域および一つの光透過領域を有し、つなぎ合わせの方法は、複数の前記多辺形の前記扇型の光不透過領域をつなぎ合わせ、円形の光不透過領域を形成し、
前記多辺形は、軸対称パターンであり、各前記多辺形のすべての扇型の光不透過領域の円弧に対応する半径は等しく、かつ各前記多辺形上の円弧に対応するすべての中心角の和は１８０°であり、
前記マスクの境界において完全に多辺形をつなぎ込むことができない領域はいずれも、光不透過領域に設定される、ことを特徴とするパターン構造。
【請求項２】
前記多辺形は、五辺形であり、
前記五辺形の隣接する二つの内角は、直角であり、
各直角の直角辺は、前記扇型の光不透過領域の辺となり、
前記扇型の光不透過領域の円弧に対応する中心角は、前記直角であり、
二つの直角は、対向する二つの直角辺を有し、
前記対向する二つの直角辺の辺長さは等しく、かつ前記扇型の光不透過領域の半径に等しい、ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化サファイア基板マスクのパターン構造。
【請求項３】
前記多辺形は、等辺三角形であり、
前記等辺三角形の三つの内角箇所には中心角が６０°の前記扇型の光不透過領域が形成される、ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化サファイア基板マスクのパターン構造。
【請求項４】
前記円形の光不透過領域の直径範囲は、２μｍ〜２．３μｍである、ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化サファイア基板マスクのパターン構造。
【請求項５】
前記円形の光不透過領域の円周は、複数の前記多辺形の扇型の光不透過領域の円弧をつなぎ合わせてなり、前記マスクのいずれか一つの側辺上の円弧は、対向する側辺上の円弧につなぎ合わさって完全な円を形成することができる、ことを特徴とする請求項１に記載のパターン化サファイア基板マスクのパターン構造。
【請求項６】
同じ二つの前記マスクの境界を重ね合わせたときに、二つの前記マスクの隣接する側辺において、一つのマスク上の円弧は、他のマスク上の円弧につなぎ合わさって完全な円を形成する、ことを特徴とする請求項５に記載のパターン化サファイア基板マスクのパターン構造。
【請求項７】
前記マスクの露光終了後に形成されたパターン領域において、前記マスクの境界をパターン領域の境界に重ね合わせ、マスクの側辺の円弧をパターン領域の側辺の円弧につなぎ合わせて完全な円を形成した後、前記マスク上のパターンを露光する、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のパターン化サファイア基板マスクのパターン構造を有するマスクを使用した露光方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体フォトリソグラフィ分野に関し、特にＰＳＳマスクのパターン構造および露光方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＬＥＤ製造過程において、パターン化サファイア基板（Ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  Ｓａｐｐｈｉｒｅ  Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ、以下ＰＳＳという）は、ＬＥＤ内部の光吸収を減少させ、かつ側方向の出光を増加させることができ、しかも発熱を減らし、デバイスの寿命を延ばすことができる。この他さらに、サファイアと酸化ガリウムとの結晶格子の配向が失われるという課題を効果的に改善できるので、現在、ＰＳＳ技術はＬＥＤ産業において普遍的に普及している。パターンの均一性に対するＰＳＳの要求は非常に高いので、多くはステッパーを採用して露光を行う。
【０００３】
現在、主流のＰＳＳパターンは、６０°、１２０°、１８０°に沿ってアレイ配列されるものであり、図１に示すとおりである。ステッパーは通常、Ｘ−Ｙ座標系に直交してステッピングリソグラフィするので、通常、マスクは長方形に設計され、光不透過領域０１にクロムがめっきされ、この領域は光源の光線が透過せず、クロムがめっきされていない箇所は、マスクの光透過領域０２であり、光源の光線は光透過領域０２の領域を透過できる。マスクは長方形であり、四本の側辺はマスクの境界である。図からわかるように、マスクの境界は、パターンの光不透過領域０１を二つに分割している。通常、隣接する二つの円形の光不透過領域０１の最小ピッチは３μｍであり、円の直径は２μｍから２．３μｍである。既存の技術的解決手段のマスクの境界とマスクの境界に近接する円形の光不透過領域０１との距離は、往々にして小さすぎるので光近接効果が生じてしまう。
【０００４】
例えば、円形の光不透過領域０１の周期をＰ、円形の光不透過領域０１の直径をＤ、隣接する円形の光不透過領域０１の間の隙間をａと仮定すると、ａ＝Ｐ−Ｄである。図１におけるマスクのパターン構造は、ａを分割するので、マスクの境界と円形の光不透過領域０１との間の隙間は、ａ／２しかない。通常、Ｐ＝３μｍ、Ｄの寸法範囲は、２μｍ〜２．３μｍであるので、ａ／２の寸法範囲は、０．３５μｍ〜０．５μｍとなる。一方、フォトリソグラフィ装置の解像度の極限は、
2019511005.tif 000003
であり、ここでλは波長であって、通常は３６５ｎｍであり、ＮＡは光学孔径であって、通常は０．３２〜０．５であり、Ｋ１は工程要素であって、通常は０．７μｍであるので、ＰＳＳ技術に用いられる一般的なフォトリソグラフィ装置の解像度範囲は、０．５μｍ〜０．８μｍと算出できるが、この値はａ／２よりも大きいものであるため、マスクの境界と円形の光不透過領域０１との間の距離が短すぎることになる。図１に基づいて設計したマスクを使用して露光する時に光がレジスト表面に達するときの光強度分布は、図２に示す通りであり、図２においてマスクをＸＹ座標系に置くと、図中の濃い色の部分は光不透過領域０１であり、薄い色の部分は光照射を受ける光透過領域０２である。マスク境界箇所で検出される光強度は、マスク中央の光透過領域０２箇所が受ける光強度の５０％である。これは、即ち、光近接効果である。光近接効果により、マスクの境界に隣接するパターンの光不透過領域０１において露光後に形成されるパターン寸法が不均一になり、または現像が不鮮明になってしまうことがしばしばある。
【０００５】
中国特許ＣＮ１０２５２０５７６Ｂ（出願番号ＣＮ２０１１１０３６７１４８．５、公開日２０１２年６月２７日）は、上述の課題を解決することを試みており、マスクの境界をＰＳＳパターンに沿って六辺形の基本パターンに分割し、組み合わせた後のＰＳＳパターンは、図３に示すとおりである。円形の光不透過領域と境界との光透過領域は、円と円の間の光透過領域の半分の寸法しかなく、得られる光強度分布は図４に示すとおりである。マスクの境界箇所で検出される光強度は、やはりマスクの中央箇所の光強度の５０％しかない。従って、該特許は、やはり上述の課題を解決していない。
【０００６】
中国特許ＣＮ１０３３６５０７０Ａ（出願番号ＣＮ２０１２１００８９１６８．５、公開日２０１３年１０月２３日）は、２種類の異なる位相層からなる孔を周期的に交差して配列することでパターン基板のマスクを設計するものである。マスク内の隣接する二つのパターンの露光解像度を解決できるが、該特許は、ネガレジストを使用する必要があり、これに対応してフォトリソグラフィシステムもネガレジストを使用して調整しなければならず、製造コストを大幅に増加させてしまう。
【０００７】
中国特許ＣＮ１０３３３７５６６Ａ（出願番号ＣＮ  ＣＮ２０１３１０２４３１４１．１、公開日２０１３年１０月２日）においては、基板の正面にフォトリソグラフィ工程を採用してパターン化基板の一部のパターン領域を定義し、その後、基板の正面にバリア層を堆積し、剥離工程（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）を採用してレジストを剥離し、基板表面のバリア層を残す。再びフォトリソグラフィ工程を行って、パターン化基板のその他のパターン領域を定義し、その後、基板にバリア層を再び堆積し、再度、剥離工程（ｌｉｆｔ−ｏｆｆ）を採用してレジストおよびレジスト上のバリア層を剥離し、最後に湿式または乾式エッチング工程を採用してパターン化サファイア基板をエッチングし、完全なパターン化基板のパターン領域を形成する。該特許は、上述の課題を効果的に改善するが、該特許は工程が複雑すぎるものであり、コストもこれに応じて高くなってしまう。
【０００８】
中国特許ＣＮ１０３５７６４４０Ａ（申請番号ＣＮ２０１３１０４７３０８２．７、公開日２０１４年２月１２日）においては光不透過のパターン領域を梅花形状に改良している。既存技術においても同様に光不透過領域を火山状に改良して形成しているが、この二種類の改良はいずれも光の抽出率のみを向上させることができ、光不透過パターン領域とマスクの境界との距離が短すぎることで境界に近接するパターンの露光が不鮮明になってしまうという課題をやはり解決していない。
【０００９】
以上を総合し、工程の複雑さを増加させず、コストを増加させない前提で、光不透過パターン領域とマスクの境界との距離が短すぎることで境界に近接するパターンの露光が不鮮明になってしまうという課題を引き続き解決できるＰＳＳマスクのパターン構造および露光方法を発明することが必要となる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の課題を解決するために、本発明は、ＰＳＳマスクのパターン構造および露光方法を提供するものであり、マスク上の光透過領域を改良的に分割し、光近接効果が生じやすいマスク側辺に、該側辺に沿って、該側辺に近接し、または該側辺により分割されたパターンの光不透過領域を接続し、該側辺に近接する円形の光不透過領域が光照射の干渉を受けないよう保証する。他の同じマスクを露光するとき、最初のマスクにより形成されたパターン領域の側辺に接続させ、マスク側辺の円弧をパターン領域側辺の円弧とつなぎ合わせて完全な円を形成した後、側辺箇所の円形の光不透過領域を完全に露光する。このように工程の複雑さを増やすことがなく、工程コストも増加させず、同時に光不透過パターン領域領域とマスクの境界との距離が短すぎることで境界に近接するパターン露光が不鮮明になってしまうという課題を解決できる。
【００１１】
上述の目的に達するため、本発明はパターン化サファイア基板マスクのパターン構造を提供するものであり、複数の同じ多辺形をつなぎ合わせてなり、各前記多辺形は、少なくとも二つの扇型の光不透過領域および一つの光透過領域を有し、つなぎ合わせの方法は、複数の前記多辺形の前記扇型の光不透過領域をつなぎ合わせ、円形の光不透過領域を形成する。ここで、前記多辺形は、軸対称パターンであり、各前記多辺形のすべての扇型の光不透過領域の円弧に対応する半径は等しく、かつ各前記多辺形上の円弧に対応するすべての中心角の和は１８０°であり、前記マスクの境界において完全に多辺形をつなぎ込むことができない領域はいずれも、光不透過領域と設定する。
【００１２】
好ましくは、前記多辺形は、五辺形であり、前記五辺形の隣接する二つの内角は、直角であり、各直角の直角辺を前記扇型の光不透過領域の辺とし、前記扇型の光不透過領域の円弧に対応する中心角は前記直角であり、二つの直角は、対向する二つの直角辺を有し、前記対向する二つの直角辺の辺長さは等しく、かつ前記扇型の光不透過領域の半径に等しい。
【００１３】
好ましくは、前記多辺形は、等辺三角形であり、前記等辺三角形の三つの内角箇所には中心角が６０°の前記扇型の光不透過領域が形成される。
【００１４】
好ましくは、前記円形の光不透過領域の直径範囲は、２μｍ〜２．３μｍである。
【００１５】
好ましくは、前記円形の光不透過領域の円周は、複数の前記多辺形の扇型の光不透過領域の円弧をつなぎ合わせてなり、前記マスクのいずれか一つの側辺上の円弧は、対向する側辺上の円弧とつなぎ合わさって完全な円を形成する。
【００１６】
好ましくは、二つの同じ前記マスクの境界を重ね合わせたときに、二つの前記マスクの隣接する側辺上において、一つのマスク上の円弧は、他のマスク上の円弧とつなぎ合わさって完全な円を形成する。
【００１７】
本発明は、さらに、上述のパターン化サファイア基板のパターン構造を有するマスクを使用した露光方法を提供するものであり、前記マスクの露光完了後に形成されたパターン領域において、前記マスクの境界をパターン領域の境界と重ね合わせ、マスク側辺の円弧をパターン領域の側辺の円弧とつなぎ合わせて完全な円を形成した後、前記マスク上のパターンを露光する。
【００１８】
既存の技術と比較して、本発明の有益な効果は、以下のとおりである。
本発明は、ＰＳＳマスクのパターン構造を提供するものであり、光透過領域および複数個所の光不透過領域を含み、前記パターン構造は、複数の同じ多辺形をつなぎ合わせてなり、前記多辺形は、少なくとも二つの扇型の光不透過領域および一つの光透過領域を有する。つなぎ合わせの方法は、複数の前記多辺形の前記扇型の光不透過領域をつなぎ合わせ、円形の光不透過領域を形成する。
前記多辺形は、軸対称パターンであり、各前記多辺形のすべての扇型の光不透過領域の円弧に対応する半径は等しく、かつ各前記多辺形上の円弧に対応するすべての中心角の和は１８０°であり、前記マスク上の完全な多辺形を形成していない領域はいずれも光不透過領域である。本発明は、マスクを改良的に分割し、マスクが多辺形をつなぎ合わせて形成され、各多辺形は、少なくとも二つの扇型の光不透過領域および一つの光透過領域からなる。
このようなつなぎ合わせの方法により、複数の多辺形の扇型の光不透過領域をつなぎ合わせ、円形の光不透過領域を形成すると、光近接効果を生じやすいマスク側辺において、該側辺に近接する円形の光透過領域と側辺との間の光透過領域が一つの完全な多辺形につなぎ合わせるのに足りないので、該側辺に近接し、または該側辺により分割された円形の光不透過領域を側辺とつなぎ合わせて不規則な光不透過領域を形成し、該側辺に近接する円形の光不透過領域が光照射の干渉を受けないようまず保証する。
露光時には、一つのマスクの露光を完了してパターン領域を形成した後、他の同じマスクを用いて露光し、マスクとパターン領域の境界を重ね合わせ、両者の側辺をつなぎ合わせて一つの完全な円を形成した後、側辺箇所の円形の光不透過領域を完全に露光する。
このように、光透過領域および光不透過領域を幾何分割してからつなぎ合わせるだけであり、露光ステップを変更する必要がなく、パラメータも変更する必要がなく、従って、工程の複雑さを増加させず、工程コストも増加させず、同時に光不透過パターン領域とマスクの境界との距離が短すぎることで境界に近接するパターンの露光が不鮮明になってしまうという課題も解決できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】既存技術におけるＰＳＳマスクのパターン構造概略図である。
【図２】図１のマスクを使用して露光するときの光照射強度分布図である。
【図３】既存技術における光透過領域がＰＳＳパターンに沿って六辺形の基本パターンに分割されたマスクである。
【図４】図３のマスクを使用して露光するときの光照射強度分布図である。
【図５】本発明により提供される実施例１の光透過領域の分割概略図である。
【図６】本発明により提供される実施例１の光透過領域が分割されたユニットの多辺形の概略図である。
【図７】本発明により提供される実施例１のＰＳＳマスクのパターン構造概略図である。
【図８】図７のマスクを使用して露光するときの光照射強度分布図である。
【図９】本発明により提供される実施例１の二つのマスクの境界を重ね合わせたときの概略図である。
【図１０】本発明により提供される実施例２の光透過領域が分割されたユニットの多辺形の概略図である。
【図１１】本発明により提供される実施例２の光透過領域の分割概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の上述の目的、特徴および優れた点をさらに明確に、わかりやすくするため、以下に図面を踏まえて本発明を実施するための形態に詳細な説明を行う。
【００２１】
実施例１
本発明は、ＰＳＳマスクのパターン構造を提供するものであり、複数個所の光不透過領域１および光透過領域２を有し、本実施例において光透過領域２を分割する考え方は、以下のとおりである。
図５を参照して説明すると、通常、マスク上の光不透過領域１はいずれも円形であり、円形と円形の間は、即ち光透過領域２であり、すべての円形の間の距離は等しく、すべての円形半径は同じであり、隣接する三つの円形の光不透過領域１の円心を接続すると、図５における第１ユニットの三角形３および第２ユニットの三角形４を得ることができ、図６に示すようになる。第１ユニットの三角形３および第２ユニットの三角形４は、等辺三角形をなし、第１ユニットの三角形３は三つの直線辺３ａ、３ｂ、３ｃおよび三つの円弧辺３ｄ、３ｅ、３ｆを有し、この三つの円弧辺３ｄ、３ｅ、３ｆは、即ち、上述の隣接する三つの円形円周上の一部であり、かつこの三つの円弧に対応する中心角、即ち等辺三角形の内角はいずれも６０°であり、三つの円弧に対応する中心角の和は、即ち等辺三角形の内角の和１８０°である。第２ユニットの三角形４の構造は、第１ユニットの三角形３と同じである。
【００２２】
上述の第１ユニットの三角形３および第２ユニットの三角形４内の光透過領域をつなぎ合わせてマスクの光透過領域２を形成すると、マスクの二つの側辺上（図中の左右側辺に対応する）においては完全な第１ユニットの三角形３または第２ユニットの三角形４を形成するのに不足する状況が生じてしまう。このような場合、完全な第１ユニットの三角形３および第２ユニットの三角形４を形成できなくなってしまうので、境界に近接する箇所すべてを光不透過領域１とする。図７を参照して説明すると、上述の二つの側辺に沿って、上述の二つの側辺に近接するパターンの光不透過領域１は、互いに接続されて円弧を有する光不透過領域７を形成する。このように、露光時には、上述の二つの側辺に近接する円弧を有する光不透過領域７が完全な円形を形成できなくなり、その露光時の光照射強度分布は、図８に示すとおりである。
【００２３】
本発明はさらに、上述のＰＳＳマスクのパターン構造を使用したマスクの露光方法を開示するものであり、図９を参照して説明すると、一つのマスクの露光が完了後、他の同じマスクを該マスクの境界と重ね合わせた後、露光する、または一つ前のマスクを使用して露光した後に形成されたパターンに、他のマスクを用いて境界を該パターンの境界と重ね合わせた後、露光する。露光時には、二つの側辺上の円弧が互いにつなぎ合わさり完全な円形を形成するまで、円弧を有する光不透過領域７を覆うことが必要になる。図９を参照して説明すると、他のマスクが、該マスクの円弧を有する光不透過領域７を覆うとき、他のマスク上の円弧を有する光不透過領域７は露光時に、一部光照射を遮断するが、その前に、最初のマスクを露光するときに、覆われた箇所は既に露光されているので、他のマスクを露光するときにその境界上の光透過領域２が円弧を有する光不透過領域７に覆われても、この二つのマスクのパターンの形成には影響しない。
【００２４】
好ましくは、光不透過領域１の円形の直径範囲は、２μｍ〜２．３μｍである。
【００２５】
実施例２
図１１を参照して説明すると、第１分割線８１は、円心と円心との接続線であり、本実施例と実施例１との相違点は、光透過領域２の分割線が第２分割線８２または第３分割線８３であり、第２分割線８２および第３分割線８３と第１分割線８１とにより形成される角度範囲は３８°〜４２°であることである。
【００２６】
例えば、光透過領域２は、第３分割線８１に基づいて分割された後、図１０のような第３ユニットの多辺形５および第４ユニットの多辺形６を形成し、第３ユニットの多辺形５は、５本の直線辺５ａ〜５ｅからなり、各多辺形内には隣接する二つの直角を有し、隣接する二つの直角は、中心角が９０°の円弧５ｆ、５ｇに対応し、二つの４分の１の円を形成する。この二つの４分の１の円は光不透過領域であり、二つの円弧角度の和は、１８０°であり、上述の隣接する二つの直角は、対向する二つの直角辺５ｂ、５ｄを有し、この対向する二つの直角辺の辺長さは、該４分の１の円の半径である。第４ユニットの多辺形６の構造は、第３ユニットの多辺形５と同じである。上述の第３ユニットの多辺形５の光透過領域および第４ユニットの多辺形６の光透過領域をつなぎ合わせて全体のマスクの光透過領域２を形成し、その他はいずれも光不透過領域１である。このように、マスクの境界に近接する箇所の円形の光不透過領域１が境界箇所の光照射により干渉されないよう保証でき、かつ二つのマスクの境界を重ね合わせた後に露光することで、または一つ前のマスクを使用して露光した後に形成されたパターンに、他のマスクを使用して境界を該パターンの境界と重ね合わせた後に露光することで、境界箇所の円形の光不透過領域１のパターンが完全に露光されて残されるようにできる。
【００２７】
本発明は、光透過領域を幾何分割した後につなぎ合わせるだけであり、側辺に近接する円形の光不透過領域１と側辺との間に完全な五辺形または等辺三角形の光透過領域２が形成できない場合、側辺に近接する円弧を有する光不透過領域７を側辺に接続して不規則な光不透過領域１を形成し、側辺に近接するパターンの光不透過領域１が光照射により干渉されないよう保証する。その後、他のマスクを露光するとき、それを最初のマスクが露光したパターンと境界の重ね合わせを行い、マスクの側辺に近接するパターンの光不透過領域１の露光を完了させるものである。このような方法は、露光ステップを変更する必要がなく、パラメータも変更する必要がないので、工程の複雑さを増やすことがなく、工程コストも増加させず、同時に光不透過パターン領域とマスクの境界との距離が短すぎることで境界に近接するパターンの露光が不鮮明になってしまうという課題を解決できる。
【００２８】
本発明は、上述の実施例を説明したが、本発明は、上述の実施例のみに限定されず、当業者は、発明に各種の変更および変形を施すことができても、本発明の主旨および範囲を逸脱しないことは明らかである。このように、本発明のこれらの修正および変形は、本発明の特許請求の範囲およびその同等技術の範囲内にあり、本発明もこれらの変更および変形を含むことを意図している。
【符号の説明】
【００２９】
既存技術の図示：０１−光不透過領域、０２−光透過領域；
本発明の図示：１−光不透過領域、２−光透過領域、３−第１ユニットの三角形、４−第２ユニットの三角形、５−第３ユニットの多辺形、６−第４ユニットの多辺形、７−円弧を有する光不透過領域、８１−第１分割線、８２−第２分割線、８３−第３分割線。
【図１】
2019511005.tif 000004
【図２】
2019511005.tif 000005
【図３】
2019511005.tif 000006
【図４】
2019511005.tif 000007
【図５】
2019511005.tif 000008
【図６】
2019511005.tif 000009
【図７】
2019511005.tif 000010
【図８】
2019511005.tif 000011
【図９】
2019511005.tif 000012
【図１０】
2019511005.tif 000013
【図１１】
2019511005.tif 000014
【国際調査報告】
2019511005.tif 000015
2019511005.tif 000016
2019511005.tif 000017
2019511005.tif 000018