专利名称：有辅助相位区的相移掩模的制作方法
技术领域：
本公开一般涉及在光刻中使用的相移掩模，尤其涉及有辅助相位区的相移掩模。
背景技术：
相移掩模被用于各种光刻应用，以形成半导体集成电路和发光二极管(LED)。相移 掩模与常用的铬-玻璃(chrome-on-glass)掩模不同在于相移掩模中的透明区有相对相位差，而在铬-玻璃掩模中，透明区全都有相同的相对相位。相移掩模中透明区有选择的相位差的优点是，该透明区能够被配置成使电场振幅按导致更锐像强度(像对比度)的方式添力口。这样当在光刻胶中印出特征时又导致增加的成像分辨率。示例性相移掩模能够包含交替相移区，即，O度和180度(π )相位区的周期图形。这样的相移掩模对增强重复图形的特征分辨率是有用的。然而，该改进的像对比度因为该重复图形必须在光刻曝光场的边缘(周界)结束而停止。结果是，相邻场边缘而形成的特征图形趋于由不那样有利的相位干涉中的不连续性引起畸变。通过把相移掩模和成像场配置成使畸变特征印在最终不被用于形成实际装置的晶片上的区中，这个问题已经在过去被解决。然而，不是所有制造应用都有这种适应性，从而该常用的交替相位的相移掩模不能够被米用。场边缘上的畸变特征能够成为问题的一个示例性制作应用是在LED制造中。由于LED制作和LED设计的不断改进，LED变得日益更加有效。然而，对LED光发射效率的一般限制是由于LED内产生的光的全内反射。例如，在基于氮化镓(GaN)的LED中，η掺杂和ρ掺杂的GaN层由有表面的半导体基片(如蓝宝石)支承。该η掺杂和ρ掺杂的GaN层中间夹着激活层，且GaN层之一存在与空气对接的表面。光在激活层中被产生并沿所有方向同样地被发射。然而，GaN有约3的相对高的折射率。结果是，在GaN-空气界面存在最大入射角锥(“出射锥”)，在该“出射锥”内，光从P-GaN-空气界面出射，但在该“出射锥”外，由于Snell定律,光被反射回去,进入GaN结构。为改进LED光发射效率，某些LED已经用粗糙化的基片表面制作。该粗糙化的基片表面散射内反射光，使一些光落入该出射锥内并从该LED出射，从而改进LED的光发射效率。在制作环境中，需要有可控的和一致的形成粗糙化的基片表面的方法，以便LED有相同的结构和相同的性能。为此目的，需要该粗糙化的基片表面被形成而没有上述特征图形畸变。
发明内容
本公开的一方面，是一种供有分辨率极限的光刻成像系统使用的相移掩模。该相移掩模有被做成分辨率极限大小或该分辨率极限以上大小的相移区R的棋盘形阵列。相邻的相移区R有180度的相对相位差，且该阵列有周界。该相移掩模还有多个辅助相位区Ri。该辅助相位区V被布置在紧邻该周界的至少一部分，每一辅助相位区V被做成分辨率极限以下大小并相对于相邻的相移区R有180度的相对相移差。在该相移掩模中，该周界最好包含四个边缘。该相移区最好被布置成与该四个边缘的每一个相邻。在该相移掩模中，该周界最好包含由该四个边缘定义的四个拐角。该辅助相位区Ri分别被布置成与该四个拐角相邻。在该相移掩模中，该辅助相位区R'最好被布置成与该棋盘形阵列的整个周界紧 邻。该相移掩模最好还有不透明层，紧邻由辅助相位区R'定义的周界。本公开的另一方面，是一种供有分辨率极限和波长的光刻成像系统使用的相移掩模。该相移掩模有掩模体。该掩模体有表面，且该掩模体一般对光刻成像系统的波长是透明的。该相移掩模包含相移区R的棋盘形阵列，该相移区R受该掩模体表面支承并被做成分辨率极限大小或该分辨率极限以上大小，相邻的区R有180度的相位差。该棋盘形阵列有包含多个边缘和四个拐角的周界。该相移掩模还包含受基片表面支承的多个辅助相位区Ri。每一辅助相位区V被做成分辨率极限以下大小。该辅助相位区V被布置成紧邻该多个边缘和四个拐角，以便包围该周界，每一辅助相位区V相对于相邻的相移区R和相对于相邻的辅助相位区V有180度的相移差。该相移掩模最好还包含不透明层，紧邻由辅助相位区R'定义的周界。本公开的另一方面，是一种用光刻法使半导体基片生成图形的方法。该方法包含提供有支承光刻胶层的表面的半导体基片。该方法还包含用光刻法使相移掩模图形成像在光刻胶层上。该相移掩模图形包含相移区R的棋盘形阵列，相邻的相移区R有180度的相位差。该棋盘形阵列有周界。还有每个被做成分辨率极限以下大小的多个辅助相位区V。该辅助相位区V被布置成紧邻该周界的至少一部分。每一辅助相位区V相对于相邻的相移区R有180度的相移差。该方法还包含处理该光刻胶层以形成光刻胶特征的周期性阵列。该方法最好还包含处理该光刻胶特征以建立定义粗糙化的基片表面的基片杆(substrate post)的阵列。该方法也最好还包含在该粗糙化的基片表面顶部形成p_n结多层结构。在该方法中，该半导体基片最好由蓝宝石制成。在该方法中，该光刻成像有标称365nm的波长和单位放大率。在该方法中，该基片杆最好有I微米或更小的尺寸。还有，该方法最好再包括在O. 5或更小的数值孔径上进行光刻成像。在该方法中，该相移掩模最好还包含不透明层，紧邻由辅助相位区R'定义的周界。在该方法中，该用光刻法成像最好包含把曝光场缝合在一起，以在大体上整个基片上的光刻胶层中，建立光刻胶杆的大体上连续的阵列。本公开的另一方面，是一种形成LED的方法。该方法包含用光刻法使受半导体基片支承的光刻胶曝光以在其中形成光刻胶杆的阵列，包含使照明光通过有棋盘形相移图形的相移掩模，该棋盘形相移图形有被子分辨率辅助相位区的阵列包围的周界。该方法还包含处理该光刻胶杆的阵列，以形成定义粗糙化基片表面的基片杆的阵列。该方法此外包含在该粗糙化的基片表面顶部形成p-n多层结构以形成LED。该粗糙化的基片表面，与有非粗糙化的基片表面的LED相比，起散射由p-n多层结构产生的光的作用，以增加由该LED发射的光的量。在该方法中，该相移掩模最好还有不透明层，紧邻由子分辨率辅助相位区定义的周界。在该方法中，用光刻法使光刻胶曝光最好是以O. 5或更小的数值孔径完成。在该方法中，用光刻法使光刻胶曝光最好以标称365nm的波长和单位放大率完 成。在该方法中，该用光刻法使光刻胶曝光，最好包含把曝光场缝合在一起，以在大体上整个基片上，建立光刻胶杆的大体上连续的阵列。该方法最好还包含曝光场的重叠部分，与相移掩模的辅助相位区对应。本公开更多的特征和优点在下面的详细描述中阐明，且部分对那些从该描述或通过实施本文描述的实施例而认识本公开的本领域熟练技术人员，将是显而易见的，其中包含下面的详细描述、权利要求书、以及附图。该权利要求书构成本说明书的一部分，因而通过引用被结合进详细的描述中。应当理解，前面的一般描述和下面给出的详细描述，都是意图提供概况或框架，以便理解如权利要求的本公开的本性和特点。附图被包含，以提供本公开的进一步理解，并被结合进本说明书中且构成本说明书的一部分。这些图示出本公开的各种实施例，并与该描述一道起解释本公开的原理和操作的作用。
图I是示例性GaN基LED的示意断面图，该GaN基LED包含由杆的阵列定义的粗糖化的基片表面；图2是LED(光)发射(％ )中被测量的增加对LED的杆尺寸(微米)的示意曲线，该LED诸如是图I所示并有定义粗糙化的蓝宝石基片表面的杆的均匀阵列；图3是示例性的杆的均匀阵列的一部分的透视图；图4是杆的阵列中四个相邻的杆的近距透视图，示出边缘到边缘的杆间隔S、杆直径D和杆高度H ；图5是用于进行光刻成像和一般实施本公开的方法的通用光刻系统的示意图；图6是图5所示光刻系统例子的更详细示意图；图7是示例性基片的平面图，该基片有曝光场以及全局和细部对准标记，且还包含表明曝光场的插图A、表明曝光场内LED区的插图B、以及表明在该LED区中形成的光刻胶杆的阵列的插图C ；图8A是不例性相移掩模的一部分不意图,其中该掩模图形包括具有有0°相移的透射区Rtl和有180° (Ji)相移的透射区Rn的区R ；图8B是图8A的相移掩模的四个区R的近距视图；图9A是能够用于形成亚微米杆的阵列的另一个示例性相移掩模的示意图，其中该相移区被分隔开并有多边形形状；图9B与图9A类似，但其中该相移区是圆形；图10是示例性柱的阵列的扫描电子显微镜像，该柱作为有3微米厚的光刻胶杆并使用与图8A类似的有区Rtl和Rn且L/2 = O. 6的相移掩模形成；图IlA是有图8A棋盘形阵列，但还包含子分辨率辅助相位区的示例性无铬相移掩模的顶视图；图IlB是图IlA中以AA表示的插图区的例子的近距视图，示出包含主棋盘形相移·图形和对应的辅助相位区示例性配置的相位掩模图形的一部分；图IlC类似于图11B，但其中该辅助相位区配置还包含拐角辅助相位区；图12A示意示出光刻胶杆的阵列例子，该阵列由不包含子分辨率辅助相位区的棋盘形图形相移掩模形成，表明周界杆如何相对于内部(中央)杆被畸变；图12B类似于图12A，但有包含子分辨率辅助相位区的棋盘形图形相移掩模，并表明周界光刻胶杆如何大体上与内部杆相同；图13是(正)光刻胶杆的2D模拟阵列的断面图，该阵列根据光刻模拟软件产生的数据在光刻胶层中形成，并表明子分辨率辅助相位区的有利作用；和图14A到14E是按照本公开的基片的示意的示例性断面图，该基片在形成LED的过程中，使用有相移掩模的光刻成像和光刻处理技术处理，以便在基片表面中形成杆的阵列。
具体实施例方式现在详细参考本公开的各个实施例，各个实施例的例子在附图中示出。只要有可能，相同或类似的参考数字和符号在全部图中用于指相同或类似的部件。这些图不一定成比例，而本领域熟练技术人员应当认识到，这些图已经被简化以示出本公开的关键方面。例如，有关本文公开的相移掩模，这种掩模能够含有许多千个相位区，而在某些图中，有限数量的相位区作为图例被示出。本公开的有辅助相位区的相移掩模的诸方面，结合LED的制作作为例证被讨论。因此，与LED结构和用光刻法制作有关的信息，在下面陈述。示例性LED结构图I是示例性GaN基LED 10的示意断面图。示例性GaN基LED在美国专利No. 6，455，877和7，259，399及7，436，001中被描述，这些专利通过引用被合并入本文。本公开不限于GaN基LED，而针对用光刻成像和处理技术形成的任何类型LED，且如本文所描述，该LED由于用杆的阵列形成的粗糙化的基片表面而从增加的光发射获益。LED 10包含有表面22的基片20。基片20的示例性材料包含蓝宝石、SiC, GaN,Si等等。被置于基片20顶部的是GaN多层结构30，该GaN多层结构30包含η掺杂GaN层(“n-GaN 层 ”)40 和有表面 52 的 ρ 掺杂 GaN 层(“p_GaN 层 ”)50。该 n-GaN 层 40 和 p-GaN层50中间夹着激活层60，以n-GaN层40与基片20相邻。在其他Ga基LED的实施例中，GaN多层结构30被颠倒，于是p-GaN层50与基片20相邻。激活层60例如包括多量子阱(MQff)结构，诸如非掺杂GalnN/GaN超晶格。GaN多层结构30因而定义p-η结，本文更一般地称为P-n结多层结构。在例子中，表面52能够被粗糙化以便增加那里通过的LED光发射。基片20的表面22包含杆72的阵列70，该杆72的阵列70定义基片20的表面22的粗糙度。在下面更详细描述的例子中，杆72的阵列70被蚀刻进基片20的表面22，因此杆72由基片材料构成。为增LED光发射效率，杆72最好有大于发射的LED波长λ LED的2倍到10倍的尺寸(如直径或宽度D)。重要的是要指出，虽然 发射的LED波长例如可以在400和700nm之间，但在GaN层40和50中，因为GaN的折射率n，该LED波长大致小2. 5倍，使GaN层40和50中波长约为150nm到250nm(即，λ LED/n)。在一个例子中，为有效地散射η-GaN层40内的光，杆72有约O. 5微米到约3微米的尺寸D。此外，在一个例子中，杆72之间的边缘到边缘间隔S能够从O. 5微米到3微米改变，而杆高度H能够直到约3微米(见图3和图4)。LED 10在图I中被画成有形成在GaN多层结构30中的倾斜部分80。倾斜部分80形成n-GaN层40的暴露的表面部分42，成为起支承两个电触点90之一，即η触点90η作用的凸台。示例性η触点材料包含T i /Au、Ni /Au、T i /Al,或它们的组合。另一个电触点90是ρ触点90ρ，被布置在p-GaN层50的表面52上。示例性ρ触点材料包含Ni/Au和Cr/Au。示例性距离dl为约4微米，而示例性距离d2为约I. 4微米。示例性LED 10通常为ImmX Imm的正方形。增加LED光发射效率图2是LED(光)发射(％ )中被测量的增加对LED 10的杆尺寸(微米)示意曲线，该LED 10诸如是图I所示并有在蓝宝石基片20中定义粗糙化表面22的杆72的均匀阵列70。图3是示例性杆72均匀阵列70 —部分的透视图。图4是阵列70中四个杆72的近距透视图，示出边缘到边缘的杆间隔S、杆直径D和杆高度H。有非粗糙化的蓝宝石表面22的LED的LED光发射作为参考画在“O”位置，而LED光发射的增加是相对于该参考值(0%)被测量的。曲线中杆尺寸向该“O”或“非粗糙化的”位置的右方一般变得更高和更窄。从图2的曲线观察到，该LED光发射一般随更高和更窄的杆72增加。对均匀阵列70，叠置要求并不严格且偶发的缺陷不特别成问题。然而。杆72的大小是重要的，用于形成杆72的大批量处理的可重复性和一致性也一样重要。应当指出，杆72能够有任何合理的断面形状，如作为图例出示的有圆截面的圆柱形杆。杆72能够是非圆柱形的(即有倾斜的或非直的侧壁)，能够有矩形或正方形断面形状，菜豆类形状，等等。下面介绍和讨论的图14E，作为例子示出金字塔形杆72。在一个例子中，光刻胶杆72'能够是圆柱形的，但因为从光刻胶杆72'形成基片杆72所使用的处理，随后在基片20的表面22中形成相应的杆72却是非圆柱形的。一般说来，以或以接近用于形成杆的光刻成像过程的分辨率极限所形成的示例性杆72 (下面讨论)，有圆的断面形状而不是锐的边缘。这样，杆直径或宽度D，在本文中意思是指杆的断面大小的代表性的或有效的尺寸，而不限于任何特定形状。例如，杆直径D可以指有椭圆断面形状的杆的长轴直径。如上面的讨论，杆72能够有亚微米直径D，如D = O. 5微米。使用当前的光刻技术形成这样的杆72，一般要求能使O. 5微米特征成像的光刻系统。然而，这样的光刻系统通常是为传统的半导体集成电路制作而设计的，用于形成临界层(即有最小尺寸的层)且一般被认为对LED制作是过于昂贵的。本公开的各方面，包含光刻系统和方法，用于在基片20的表面22上形成杆72的阵列70，以制造LED 10，该LED 10与有光滑基片表面的相同LED相比，有增加的LED光发射效率。然而，本文描述的光刻系统和方法，适合供使用非临界层光刻系统与选定类型的相移掩模组合实施。该相移掩模与该光刻系统的数值孔径和照度(即“sigma”)匹配，以形成有需要尺寸的杆72。这样允许该光刻系统在适当的焦深(DOF)上，印出比使用传统的铬-玻璃非相移掩模可能达到的要小得多的杆72。光刻成像众所周知，光栅型结构能够用两束相交的相干光束在光刻胶中产生。在正常条件 下，两束有入射角Θ和波长λ的相干光束能够干涉，以便在光刻胶中产生周期性光栅型结构，其周期P由P= λ/(2 * Sine)给出。x-y平面中两维格栅型(棋盘形)图形，能够由四束相干光束，即沿X方向的两个光束和沿I方向的两个光束的叠加产生。图5是通用光刻系统100的示意图，而图6是示例性光刻系统100的更详细示意图。笛卡尔X-Y-Z坐标作为参考被示出。光刻系统100被配置成进行光刻成像，本文亦称“光刻曝光”，因为该成像引起光敏材料，亦即光刻胶的曝光。光刻成像或光刻曝光一般是指捕获通过掩模的光并使被捕获光在DOF内的像平面上成像，其中光敏材料一般被布置在该DOF内以记录该像。参考图5和图6两图，光刻系统100沿系统轴Al包含照明器106、掩模台110、投影透镜120、以及可移动基片台130。掩模台110支承相移掩模112，该相移掩模112对光刻系统100使用的光的曝光波长是透明的。相位掩模112有具有表面114的体111，支承在其上形成的相移掩模图形115。由厚度d和折射率η的材料层生成的相移的量，由Δφ=2π( -1)<1/λ给出，这里λ是光刻成像波长。示例性的相移掩模112的材料是石英或熔融二氧化硅。在一个例子中，相移掩模图形115，是通过有选择地蚀刻相移掩模112的表面114以建立不同厚度的区、通过有选择地添加相移材料到相移掩模112的表面114以建立不同厚度的区、或者通过这些方法的组合被形成的。可移动基片台130支承基片20。基片20可以是晶片的形式。在一个例子中，光刻系统100是I : I系统(即单位放大率系统)，有大约O. 3的数值孔径并工作在中紫外波长，诸如i线(标称365nm)。在另一个例子中，缩小光刻系统能够被使用。在一个例子中，光刻系统100适合用于处理半导体处理中的非临界层。适合实施本文公开的光刻系统和方法的示例性光刻系统100,是可从加州San Jose的Ultratech公司购得的Sapphire 100光刻系统。示例性投影透镜120包含定义具有直径DP的光瞳P和定义光瞳平面PP的可变孔径光阑AS。照明器106被配置成依靠提供充满光瞳P的一部分的光源像SI以照明相移掩模112。在一个例子中，光源像SI是有直径DSI的均匀圆盘。光刻系统100的部分相干因子被定义为σ =DSI/DP，这里光瞳P被假定为圆的。对不是简单均匀盘的不同的光源像SI，该部分相干性σ的定义变得更为复杂。在一个例子中，相移掩模112的照度是Kohler照度或其变型。光刻系统100还包含光学对准系统150，诸如图上所示的通过透镜(through-the-lens)对准系统,它可以利用机器视觉对准系统。示例性光学对准系统被公开在美国专利No. 5，402，205和5，621，813及6，898，306中，以及在美国专利申请序列No. 12/592，735中，这些专利和专利申请通过引用被合并入本文。图7是示例性基片20的平面图，该基片20有如由光刻系统100形成的曝光场EF，且还包含用于全局对准的全局对准标记136G，以及用于细部对准的细部对准标记136F(见插图A)。注意，在出示的例子中，两种类型的对准标记136都驻留在在曝光场EF之间的或相邻曝光场EF的曝光场划片区域137中。曝光场EF是在形成LED 10的光刻过程中使用相移掩模112形成的，下面结合它们的形成更详细讨论，再参考图6，示例性光学对准系统150包含光源152，被沿轴A2布置并发射波长为λ Α的对准光153。光束分束器154被布置在轴Α2和垂直轴A3之间的交点。透镜156和折叠反射镜158被沿轴A3布置。折叠反射镜158把轴A3折叠以形成平行于系统轴Al的 轴Α4。轴Α4行进通过掩模112，通过投影透镜120而到达基片20。光学对准系统150还包含像传感器160，被沿轴A3布置在透镜156和折叠反射镜158的相反侧，相邻光束分束器154。像传感器160被电学地连接到像处理单元164，该像处理单元164被配置成处理由像传感器160捕获的数字像。像处理单元164被电学地连接到显示单元170，且还连接到可移动基片台130。在光刻系统100的一般操作中，来自照明器106的光108照射相移掩模112和其上的相移掩模图形115，而在选定曝光场EF(图7)上，该相移掩模图形115经由从投影透镜120来的曝光的光121，被成像在基片20的表面22上。对准图形115W形成基片对准标记136。基片20的表面22通常涂覆有光敏材料，诸如光刻胶层135 (图5)，由此相移掩模图形115能够被记录并转移到基片20。光刻系统100被用于在单片基片20上,使用光刻成像(光刻曝光)与光刻处理技术的组合，形成相对大量(如数千)的LED 10。构成LED 10的层，例如按分步重复或分步扫描方式被形成，然后一起处理。因此，在相移掩模图形115被成像在光刻胶层135上以形成曝光场EF的阵列70之前，该相移掩模图形115必须恰当对准先前形成的层，尤其要对准先前形成的曝光场EF。这是通过使用一个或多个前述基片对准标记136和对准参考，使基片20相对于相移掩模112对准完成的,该对准参考在光学对准系统150中就是一个或多个掩模对准标记116。这样，在光学对准系统150的操作中，来自光源152的对准光153沿轴A2传播并被光束分束器154沿轴A3反射到透镜156。对准光153通过透镜156并被折叠反射镜158反射，通过相移掩模112和投影透镜120，照射包含基片对准标记136的基片20的表面22的一部分。对准光153的一部分153R被从基片20的表面22和基片对准标记136反射，并通过投影透镜120向后传播并通过相移掩模112，并且尤其通过掩模对准标记116。在基片对准标记136是衍射式的情形，则来自该基片对准标记136的衍射光153S被收集。投影透镜120与透镜156的组合，从被反射光部分153R形成像传感器160上的基片对准标记136与掩模对准标记116的叠加像。这里的掩模对准标记116作为对准参考起作用。在其他类型的光学对准系统中，诸如离轴系统中，该对准参考是根据光刻系统基准校准的该光学对准系统的光轴。像传感器160产生代表被捕获数字像的电信号SI，并把它发送到像处理单元164。像处理单元164适合(如，经由计算机可读媒体诸如储存器单元165中包容的像处理软件)实施接收的数字像的像处理。尤其是，像处理单元164适合对叠加的基片与掩模对准标记的像进行模式识别，以测量它们的相对位移，并产生对应的台控制信号S2，该信号S2被发送到可移动基片台130。像处理单元164还把像信号S3发送到显示单元170，以显示该叠加的基片与掩模对准标记像。作为对台控制信号S2的响应，可移动基片台130在X、Y平面中(如有需要，为聚焦目的，也在Z平面中)移动，直到掩模和基片对准标记116及136的像被对准(即，正好重叠)，表示相移掩模112和基片20已适当对准。再次参考图5，相移掩模图形115的成像能够被视作衍射过程，据此，入射到相移掩模112上的光108被相移掩模图形115衍射，以形成(衍射的)曝光的光121,该(衍射的)曝光的光121的一些(即，最低的衍射级，如零级和正与负第一级)被投影透镜120捕 获并被成像在光刻胶层135上。由投影透镜120形成的像的质量，与它收集的衍射的级的数量，以及投影透镜120的像差直接有关。注意，零级衍射光束简单地就是对该像的强度“DC”背景水平有贡献的直通分量，因此一般是不需要的。因此，当光刻成像过程被看作衍射过程时，光刻系统100能够被配置成优化该衍射过程，以形成需要的像。尤其是，用相移掩模112和其中的相移区R的适当设计，该零级衍射光束能够被消除。此外，用适当选择的投影透镜120的孔径光阑AS的孔径大小，人们能够选择哪些衍射级将对光刻成像过程有贡献。具体地说，孔径光阑AS的大小能够被调整，以致只有两束第一级衍射光束被投影透镜120捕获。再有，通过在相移掩模112上建立两维周期性相移掩模图形115，使第一级光束沿X方向和y方向两个方向产生，前述格栅型或棋盘形图形能够在基片20上被形成。然而，必须小心确保零级光束被基本上消除，而这样做时，发送零级光束的电场振幅必须基本上为零。在一个实施例中，这是通过配置相移掩模112，使不同相移区R有相同面积而实现的。示例性相移掩模图8A是不例性相移掩模112的一部分的不意图,那里的相移掩模图形115包括透射式相移特征或区R，上有具有0°相移的透射式相移区Rtl和具有180° (Ji)相移的透射式相移区Rn。图8B是图8A的相移掩模112的四个相移区R的近距视图。相移区Rtl和Rn是尺寸(边长)为L的有相等面积的相移区R的正方形，并被配置在棋盘形图形或阵列中。在一个示例性实施例中，相移区R能够有任何合理的形状，尤其是能够有圆形形状、椭圆形形状和多边形形状中的至少之一。光刻系统100，当配置有具有棋盘形相移掩模图形115的相移掩模112时，能够实施光刻成像，以在光刻胶层135中形成对应的有约L/2的尺寸的周期性(如棋盘形)特征，即大体上是相移掩模112的相移区R尺寸L的一半。具体地说，在成像过程中使空间周期加倍，因而该相移掩模图形115的空间周期在基片20的表面22上大体上被加倍，这样，两倍的黑和亮区在基片20上被建立。这是因为零级衍射光束已经被消除，允许零级光束与每一再现相移掩模112原始空间周期的第一级光束组合。通过消除零级光束，只有两束第一级光束被成像。当该两束第一级光束被组合时，它们产生有两倍原始相移掩模图形115的空间周期的正弦图形。因此，当L = I微米时，有L/2 = O. 5微米的光刻胶特征能够被形成。光刻成像中的经验法是，用具有成像波长λ工和NA的光刻系统100能够印出的最小特征大小FS ( S卩，以锐特征成像在光刻胶层135中)是FS = Ic1 λ ^NA,这里Ic1是常数，通常假定在O. 5到I之间，依赖于具体的光刻过程。DOF由k2 λ X/NA2给出，这里k2是另一个基于过程的常数，与具体的光刻过程有关，并常常接近I. O。因此，存在特征大小FS与DOF之间的折衷。用于LED制作的基片20传统上不像用于半导体芯片制作的基片那样几乎是平坦的。事实上，大多数LED基片20有翘曲(起因于MOCVD处理)，该翘曲横过基片20的表面22，超过数十微米(峰到谷)，而在每一曝光场EF上约为5微米(峰到谷)。这一非平面度一般已经被认为对使用光刻成像过程以形成LED 10是极其成问题的，因为随之带来与该基片非平坦度的量有关的对DOF的限制。
在使用常用的光刻胶的传统光刻过程中，能够在光刻胶中建立的最小特征大小(线宽)，由0.7 *入夕嫩丨即匕等于匕？)给出。对需要印出I微米大小特征的条件，当使用的成像波长λ ! = 365nm时，要求的NA是O. 255。对该NA，无像差成像系统的DOF是5. 6微米，该值在典型LED基片20的场内基片非平坦度的量级上。这意味着，要使整个曝光场EF都处在该DOF内是困难的。结果是，在该DOF外形成的杆72，将不满足该必要的大小和形状要求。然而，当使用相移掩模112和常用的光刻胶时，该能够被印出的最小特征大小，由0.3*入1/嫩(即1^1等于0.3)给出。这与使用常用的掩模相比，起到把必需的NA降低约一半而增加DOF约4倍的作用。因此，对给定的杆直径D，NA = Ii1 λ工/D，而DOF变成DOF = k2 λ 工/NA2 = k2 λ !/Tk1 λ !/D]2 = Ii2D2A12 入工作为例子，使用成像波长λ x = 365nm,用光刻法使光刻胶曝光，为获得直径D = I微米的杆72，要求的NA现在只有O. 11，而DOF现在超过30微米，所以非平坦LED基片20的每一曝光场EF都将很好地落在该DOF内。在一个例子中，用于实施本文描述的方法的光刻系统100，与当前临界水平的投影透镜NA (如O. 5或更大)相比，有相对低的投影透镜NA (如O. 5或更低)，而且与当前临界水平的成像波长(如在193nm波长上的深UV)相比，还有相对大的成像波长(如约=365nm，或任何其他汞线)。因此，更低NA、更长波长的光刻系统100是优先选用的，因为它们的购买、操作和维护，与集成电路的半导体制作中用于临界水平的更高NA、更短波长的先进光刻系统相比，一般要便宜得多。图9A是另一个示例性相移掩模112的示意图，它能够用于形成具有亚微米尺寸的杆72的阵列70。图9A的相移掩模112，除了有不透明背景段117、和尺寸为L/2并相互分隔开的相移区Rq和Rii夕卜，与图8A和图8B的类似。被出不的相移区Rtl和R11作为多边形相移区的举例类型的示例是八角形。图9B与图9A类似，但示出的示例性相移掩模112，其中的相移区R是圆形。不透明背景段117能够用吸收层，诸如铬或铝涂覆。相移区Rtl和Rn大体上以相同尺寸L/2被印在光刻胶层135中，该尺寸L/2超出I微米设计的光刻系统100的传统分辨率极限。图9A和图9B的相移掩模112配置的优点，在于它更容易控制形成杆72的阵列70的最后光刻像的几何形状和间隔。图10是示例性光刻胶杆72'的阵列70'的扫描电子显微镜(SEM)像，该杆72'的阵列70'形成在具有3微米厚度的负光刻胶层135中，并使用与图8A类似的、有L/2 =O. 6的相移区Rtl和Rn的相移掩模112。每一光刻胶杆72'的直径(宽度)D是约O. 6微米。应当再次指出，光刻胶杆72'的形状能够改变(如，凹进、有倾斜的侧壁，等等)，因此两个虚线圆73作为示例代表光刻胶杆72'的实际大小和形状的估算。有辅助相位区的相移掩模图IlA是示例性无铬相移掩模112的顶视图，它类似于图8A所示的相移掩模112。图IlB是图IlA中以AA表不的插图区的近距视图。图IlA的相移掩模112包含受相移掩模112的表面114支承的、并与图8A所示的类似的相移掩模图形115。相移掩模图形115有中央(或内部或主)棋盘形阵列115C，上有交替相移(或“相位”)区Rtl和Rn。棋盘形阵列115C有包含边缘115E和四个拐角115PC的周界115P。注意，相移区R只需使它们的相 移不同于η (180度)，且满足该条件的相位区R的任何组合都能够被使用，如，1/2和&"2等等。相移区R在准备使用该相移掩模112的具体光刻系统100中，一般被做成该系统的分辨率极限大小或该分辨率极限以上大小，就是说，该相移区R被做成一定大小，以便在光刻胶层135或类似媒体中形成合适的或可用的特征。相移掩模图形115还包含在边缘115E上包围中央棋盘形阵列115C的辅助图形或阵列115A。辅助图形或阵列115A包括子分辨率辅助相位区R'，被布置成紧邻周界115P的至少一部分，诸如在一个或多个边缘115E上。这里，子分辨率的意思是，该辅助相位区V，当被有一定分辨率极限的光刻成像系统成像时，不会导致正常地被认为是合适的或可用的特征的形成，例如举例说，类似光刻胶杆72'的抗蚀剂特征的形成。每一辅助相位区R'的相位，与相邻的棋盘形阵列115C的相移区R的相位相反。辅助相位区R'定义辅助图形115A的周界118。在一个例子中，确定给定的辅助相位区R'是否为子分辨率，能够通过实际地用光刻法使相移掩模112成像在光敏媒体，诸如光刻胶层中，并根据用该相移掩模112印出的特征，看看光刻胶层135中所形成的任何辅助相位区R'是否可以被认为是合适的和可用的特征而被确定。在一个例子中，至少一些辅助相位区R'有一种尺寸与棋盘形阵列115C中的相邻的辅助相移区R相同，而另一种尺寸大体上比相邻的相移区R的更小(如，1/2的大小或更小)。在一个例子中，相移掩模图形115外侧的表面114(即，紧邻辅助相位区R'的周界118)，包含不透明背景段117，因此该曝光场EF有锐边缘(见图11A)。在一个例子中，辅助相位区R'被定位在相移掩模图形115的步进区域(steppingarea)的外侧，即，只有棋盘形阵列115C落在被实际成像在曝光场EF内的区域之内。当曝光场EF被缝合时，与辅助相位区R'关联的未印出的区域在下一个曝光场EF中与该图形重叠。图IlC类似于图11B,但表明相移掩模图形115的另一个例子,而其中该辅助相位区配置还包含一个或多个辅助相位区R'，分别被置于一个或多个拐角115PC上。图IlB所示拐角辅助相位区V有η相移以保持棋盘形阵列图形。此外，在一个例子中，该拐角辅助相位区V比相邻边缘115E布置的非拐角辅助相位区R'小。因此，在一个示例性实施例中，辅助相位区V被配置成包围(如，直接地包围)周界115P。在另一个示例性实施例中，辅助相位区V被配置成至少部分地包围周界115P。曝光场EF能够被缝合在一起，以形成光刻胶杆72'的大的阵列70'。这是因为，形成LED 10包含在基片20中形成杆72的阵列70，作为LED处理中首先被生成图形的层。使用在曝光场EF之间步进的光刻系统100，构建一种引入划片线的过程是可能的。然而，这不是为什么传统LED制作过程是使用全晶片对准器发展的原因。目前，在LED制作中，晶片(基片20)上任何地方都没有划片区域(亦称划片线)137。相反地，整块晶片基本上被形成以便包含光刻胶杆72'的阵列70'而没有任何实质的断开，就是说，基本上是连续的阵列70'，从而基本上是连续的阵列70。杆72的这种配置是可能的，因为用于形成LED 10的相继层不必与阵列70对准。这样允许有阵列70的晶片，在它们能够被用于任何LED装置方面是通用的，而不论芯片大小。因为如此形成的阵列70不是装置特定性的，它能够由晶片供应者而不是装置制造者形成。因为每种类型的阵列70(如，杆72的每种杆大小)只需要一种相移掩模112，所以，相·移掩模112的成本能够被分摊到使用相同阵列70的所有装置上。在相移掩模112中，棋盘形阵列115C对曝光场EF的内部部分有效地作为无限阵列起作用。在实践中，例如，相移掩模112被用于形成数千的LED，其中每一 LED包含数千的杆72的形成(见图I)，因此有许多千个相移区R和R'构成棋盘形阵列115C和辅助图形115A。然而，当相移掩模图形115只包含棋盘形阵列115C，以致它的周界115P终止在对应的光刻曝光场EF的边界上时，曝光场EF的周界118上的特征，由于缺少边缘115E以外的相位干涉而畸变。图12A示意示出使用相移掩模112的光刻胶杆72'的阵列7(V的形成，其中的相移掩模图形115只包含棋盘形阵列115C。阵列70'包含形成在曝光场EF周界的周界杆 2' P，以及形成在周界杆72' P内部的内部或中央杆72' C。注意，该周界杆72' P相对于内部杆72' C畸变。为便于说明这两种类型的杆的区别，该周界杆72' P和内部或中央杆72' C的图不用虚线分开。图12B类似于图12A，但具有进一步包含图IlB所示有包围周界配置的辅助相位区V的相移掩模112。得到的光刻胶杆72'的阵列70'包含的周界杆72' P，凭借该辅助相位区V而具有大体上与内部杆72' C相同的形状。这种用于相移掩模112的配置，降低(并能够被用于最小化)相邻的光刻胶区域的曝光，使随后相邻的曝光场EF的被曝光光刻胶图形能被缝合在一起而没有间隙。图13是(正)光刻胶杆72'的2D模拟阵列70'的断面图，该光刻胶杆72'根据用PROUTH 光刻成像模拟软件产生的数据形成在光刻胶层135中，该软件可从加州Milpitas的KLA-Tencor购得。在光刻曝光模拟中使用的相移掩模112，只在该相移掩模112的左侧包含少量I. 6微米正方形相移区R，被布置在有O. 4微米宽的辅助相位区R'的棋盘形(交替)图形中。该模拟光刻曝光使用365nm的i线波长，用O. 28数值孔径(NA)的投影透镜和部分相干因子σ =0.57，这样给出光刻投影器的特征分辨率极限为(O. 7) λ/NA I微米。光刻胶层135最左侧抗蚀剂壁W135L的壁W72'的形状，精密地类似最左侧光刻胶杆72'的壁，该杆72'又精密地类似相邻的杆(以72' C表示的中央或内部杆)，表明在曝光场EF的左侧边缘全都有良好特征形成。相反，与相移掩模112的无辅助的右侧边缘关联的光刻胶层135的抗蚀剂壁W135R，相对于其他光刻胶壁畸变，表明在曝光场EF的右侧边缘上有不如最佳的特征形成。在给定相移掩模112上相移区R的数量N和辅助相位区R'的数量N'，取决于曝光场EF的大小和阵列70中杆72的节距。对曝光场尺寸Sef和杆72的节距P72,相移区R的数量 N 由 N = (SEF/P72)2 给出。作为例子，对 Sef= IOmm 和 P72 = 0.0016mm，N= (10/0. 0016)2=3. 9X107o被布置在相移掩模112的全部四个边缘上的辅助相位区R'的数量N'，由N' = 4X (10/0 . 00 1 6) = 2 . 5X 104给出。如果辅助相位区R'被添加在棋盘形阵列115C的四个拐角上，该数量N要增加4。用于形成粗糙化的基片表面的示例性方法因此,本公开的一方面包含一种方法,该方法使用光刻成像和光刻处理技术，在形成LED 10的过程中，利用有如上所述辅助相位区R'的相移掩模112，形成有杆72的阵列70的粗糙化的基片表面22。形成杆72的阵列70的示例性方法，现在参考图6并参考图14A到图14E描述。首先参考图14A，该方法包含在基片20的表面22的顶部，提供有光刻胶层135的基片20。该方法然后包含把被涂覆的基片20布置在光刻系统100 (图6)的可移动基片台130上。如上所述包含棋盘形阵列115C和辅助图形115A的相移掩模112 (如见图IlA到图11C)，被布置在光刻系统100的掩模台110上。该方法然后包含操作光刻系统100，以便进行光刻成像，据此，相移掩模112用照明光108曝光，而从相移掩模图形115产生的(衍射的)曝光的光121，被投影透镜120捕获并被成像到暴露在曝光场EF上的光刻胶层135，以便在大体上整个曝光场EF上形成光刻胶杆72^的阵列7(V。以上所述在图14B中示出。参考图7，注意，许多LED区10'被形成在每一曝光场EF的光刻胶层135中。这样，在相移掩模图形115有15mmX30mm的面积且每一 LED 10是Imm正方形的例子中，有与每一在曝光场EF关联的450个LED区10'，当光刻系统100工作在单位放大率时，该曝光场EF也是15mmX30mm。图7的插图B示出与LED 10的形成关联的LED区10'的阵列IOAi。该LED区10'被划片区域11分开。然而，光刻胶杆72'的阵列70'在曝光场EF上各处被形成(见图7，插图C)，包含插图A所示的划片区域137。场到场的缝合可以被要求在曝光场边界上。因为相移掩模112被配置成减轻在曝光场EF的周界上形成的特征畸变，这样有利于缝合过程并排除必需使一部分曝光场EF(如曝光场边缘)驻留在划片区域137 中。现在参考图14C，图14B的已曝光的光刻胶层135被处理，以除去未曝光的抗蚀剂(负光刻胶)或除去已曝光的抗蚀剂(正光刻胶)，留下光刻胶杆72'的阵列70'或它的互补特征-孔。该光刻胶阵列70'然后用标准光刻蚀刻技术蚀刻，如箭头200所表示，以便把光刻胶图形转移进基片20中，从而在基片的表面22中形成杆72的阵列70，如图14D所
/Jn ο图14E类似于图14D，并示出阵列70中的杆72有非圆柱形形状，S卩，如图所示金字塔形状的例子。基片20的表面22中形成的杆72的这种形状，可以用前述蚀刻技术从非金字塔形光刻胶杆72'获得。
现在，基片20被配置有具有合适地被杆粗糙化的基片表面22的多个LED区10'，LED 10用标准的基于光刻法的LED制作技术制作。这包含，例如在基片20的粗糙化的表面22顶部形成GaN多层结构30，然后把ρ触点90ρ和η触点90η分别添加到层50和40，如图I所示。本领域熟练技术人员应当明白，各种修改和变化能够对本公开做出而不偏离本公开的精神和范围。因此，应当指出，本公开涵盖本公开的这些修改和变化，只要它们进入所附权利要求书及其等价叙述的范围内。
权利要求
1.一种供有分辨率极限的光刻成像系统使用的相移掩模，包括 被做成该分辨率极限大小或该分辨率极限以上大小的相移区R的棋盘形阵列，相邻的相移区R有180度的相对相位差，该阵列有周界；和 紧邻该周界的至少一部分布置的多个辅助相位区V，每一辅助相位区V被做成分辨率极限以下大小并相对于相邻的相移区R有180度的相对相移差。
2.权利要求I的相移掩模，其中该周界包含四个边缘，而该相移区被布置成与该四个边缘的每一个相邻。
3.权利要求2的相移掩模，其中该周界包含由该四个边缘定义的四个拐角，辅助相位区V分别被布置成与该四个拐角相邻。
4.权利要求I到3任一项的相移掩模，其中该辅助相位区R'被布置成与棋盘形阵列的整个周界紧邻。
5.权利要求I到4任一项的相移掩模，还包括不透明层，紧邻由辅助相位区R'定义的周界。
6.—种供有分辨率极限和波长的光刻成像系统使用的相移掩模,包括 有表面的掩模体,该掩模体一般对光刻成像系统波长是透明的； 相移区R的棋盘形阵列，该相移区R受该掩模体表面支承并被做成分辨率极限大小或该分辨率极限以上大小，相邻的区R有180度的相位差，该棋盘形阵列有包含多个边缘和四个拐角的周界；和 多个辅助相位区V，受该基片表面支承，每一个被做成分辨率极限以下大小，该辅助相位区V被布置成与该多个边缘和四个拐角紧邻以便包围该周界，每一辅助相位区V相对于相邻的相移区R和相对于相邻的辅助相位区V有180度的相移差。
7.权利要求6的相移掩模，还包括不透明层，紧邻由辅助相位区R'定义的周界。
8.一种用光刻法使半导体基片生成图形的方法 提供有支承光刻胶层的表面的半导体基片； 用光刻法使相移掩模图形成像在该光刻胶层上，该相移掩模图形包括相移区R的棋盘形阵列，相邻的相移区R有180度的相位差，该棋盘形阵列有周界，以及每个被做成分辨率极限以下大小的多个辅助相位区V，该辅助相位区V被布置成与该周界的至少一部分紧邻，每一辅助相位区V相对于相邻的相移区R有180度的相移差；和处理该光刻胶层以形成光刻胶特征的周期性阵列。
9.权利要求8的方法，还包括 处理该光刻胶特征以建立定义粗糙化基片表面的基片杆的阵列；和 在该粗糙化的基片表面顶部形成P-η结多层结构。
10.权利要求8或9的方法，其中该半导体基片由蓝宝石制成。
11.权利要求8到10任一项的方法，其中该光刻成像有标称365nm的波长和单位放大率。
12.权利要求9的方法，其中该基片杆有I微米或更小的尺寸，且还包括以O.5或更小的数值孔径进行光刻成像。
13.权利要求8到12任一项的方法，其中该相移掩模还包括不透明层，紧邻由辅助相位区V定义的周界。
14.权利要求8到13任一项的方法，其中该用光刻法成像，包含把曝光场缝合在一起，以在大体上整个基片上的光刻胶层中，建立光刻胶杆的大体上连续的阵列。
15.一种形成发光二极管(LED)的方法，包括 用光刻法使受半导体基片支承的光刻胶曝光以在其中形成光刻胶杆的阵列，包含使照明光通过有棋盘形相移图形的相移掩模，该棋盘形相移图形有被子分辨率辅助相位区的阵列包围的周界； 处理该光刻胶杆的阵列，以形成定义粗糙化基片表面的基片杆的阵列；和 在该粗糙化的基片表面顶部形成P-η多层结构以形成LED，其中该粗糙化的基片表面，与有非粗糙化的基片表面的LED相比，起散射由p-n多层结构产生的光的作用，以增加该LED发射的光的量。
16.权利要求15的方法，其中该相移掩模还有不透明层，紧邻由子分辨率辅助相位区定义的周界。
17.权利要求15或16的方法，其中用光刻法使光刻胶曝光，是以O.5或更小的数值孔径完成的。
18.权利要求17的方法，其中用光刻法使光刻胶曝光，是以标称365nm的波长和单位放大率完成的。
19.权利要求15到18任一项的方法，其中用光刻法使光刻胶曝光，包含把曝光场缝合在一起，以在大体上整个基片上建立光刻胶杆的大体上连续的阵列。
20.权利要求19的方法，还包括曝光场的重叠部分，与相移掩模的辅助相位区对应。
全文摘要
有辅助相位区的相移掩模。一种相移掩模，有棋盘形阵列和包围的子分辨率辅助相位图形。该棋盘形阵列包括有180度相对相位差的交替相移区R。该子分辨率辅助相位区R′驻留在相邻的对应的相移区R，并对该相移区R有180度的相对相位差。该子分辨率辅助相位区R′被配置成当用光刻法形成光刻胶特征时，减轻不需要的边缘效应。使用该相移掩模形成LED的方法也被公开。
文档编号H01L33/22GK102759851SQ201210123628
公开日2012年10月31日 申请日期2012年4月25日 优先权日2011年4月25日
发明者R·L·辛赫, W·W·弗莱克 申请人:超科技公司