本發(fā)明涉及一種制備球狀光刻膠掩膜的方法，屬于半導(dǎo)體發(fā)光二極管襯底制備的技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體發(fā)光二極管的襯底制備中，藍(lán)寶石圖形化襯底相比平板襯底能大大提高發(fā)光效率，其中采用干法刻蝕出頂部較尖形貌的藍(lán)寶石圖形襯底相比較圓柱狀形貌的藍(lán)寶石圖形襯底所長的外延片更有利于發(fā)光效率的提高，同時也能減少外延生長過程的缺陷數(shù)量，從而提高外延片的質(zhì)量。要得到頂部較尖的圖形襯底，需要特殊形貌的掩膜配合相應(yīng)的ICP設(shè)備。掩膜目前常用兩種類型一種是光刻膠掩膜，一種是聚苯乙烯(PS)球掩膜。中國專利文件CN101656285《利用PS球作模板制作發(fā)光二極管粗化表面》提供了一種利用PS球作模板制作發(fā)光二極管粗化表面的方法，其技術(shù)方案為：在外延生長的P型接觸層上鋪設(shè)一層由PS球緊密排布組成的單層膜，以硅酸四乙酯、金屬的氯化物或硝酸鹽為前軀體，將前軀體、乙醇和水混合后填充在單層膜的PS球與P型接觸層之間的間隙中，室溫靜置并加熱分解為相應(yīng)的氧化物，然后將外延片置于二氯甲烷中，用二氯甲烷溶解去除掉PS球，在PS球與P型接觸層之間的間隙中形成的氧化物按碗狀周期排列結(jié)構(gòu)保留在P型接觸層上，用形成的氧化物作掩膜，干法刻蝕P型接觸層，形成粗化表面，腐蝕掉殘留的氧化物。但這種方法的缺點是在PS與前軀體、乙醇、水混合后易沉積，涂布在后無法保證PS球排布的均勻性，也就無法保證粗化表面的均勻性，使得出光效率提高不穩(wěn)定。而且PS球的耐刻蝕比要比光刻膠差，因此在需要配合ICP刻蝕，選擇光刻膠掩膜要比PS球掩膜更利于得到刻蝕深度更大的粗化表面。光刻膠掩膜的形貌選擇需要與ICP設(shè)備相互搭配，一般有兩類搭配方式，第一種采用垂直側(cè)壁的光刻膠圖形，利用高配置的ICP設(shè)備，通過改變腔室內(nèi)的功率、氣流等條件得到所需的形貌。類似的中國專利文件CN102157629A《圖形化藍(lán)寶石襯底的制作方法》，就提供了一種圖形化藍(lán)寶石襯底的制作方法，實現(xiàn)此方法的方案為：對待光刻的襯底進(jìn)行勻膠、曝光、顯影、烘烤等光刻步驟；然后進(jìn)行等離子體刻蝕，刻蝕需要設(shè)定刻蝕腔的溫度和真空度、屏蔽罩的溫度以及冷卻循環(huán)機的控制溫度等參數(shù)，刻蝕中要通過控制陽極射頻源功率和偏壓射頻源功率控制刻蝕速度和質(zhì)量；同時控制冷卻循環(huán)機對所述載片基臺進(jìn)行冷卻。這種方法的缺點是選用的等離子體設(shè)備需要對參數(shù)精準(zhǔn)控制，所以設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，此外受設(shè)備、壞境、工藝的影響因素較多，難以保證圖形的均勻性、一致性。第二種辦法是采用球狀光刻膠掩膜，得到頂部較尖形貌的圖形襯底。目前球狀光刻膠直接采用熱熔法得到，類似的專利有CN101149559《用光刻膠熱熔法制備球形凸起生物微電極陣列的方法》，它提供了一種用光刻膠熱熔法制備球形凸起生物微電極陣列的方法，用光刻技術(shù)制作凸起的圓柱形光刻膠，并采用熱熔回流光刻膠形成球形凸點，并以此為掩膜，最終需要的球形凸起柔性微電極陣列。這種方法缺點是適用于極小體積的光刻膠，當(dāng)光刻膠圓柱直徑超過1μm、高度也超過1μm后僅僅通過烤熱熔，得到的是類圓柱體，無法得到球狀的圖形。因此，如何利用現(xiàn)有通用ICP設(shè)備及盡可能的簡單工藝條件來得到一致性佳、可重復(fù)的球狀光刻膠掩膜是目前研究如何制備頂部較尖的藍(lán)寶石圖形襯底的的重點。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
發(fā)明概述針對以上技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種球狀光刻膠掩膜。本發(fā)明還提供一種上述球狀光刻膠掩膜的制備方法。術(shù)語解釋：ICP：InductivelyCoupledPlasma，電感耦合等離子體。ARC：AntiReflectCoating，抗反射層,抗反射層的作用都是減少駐波效應(yīng),從而得到好的光刻圖形。本發(fā)明采用兩步光刻、兩次腐蝕的方法在半導(dǎo)體襯底上制備出一層球狀光刻膠掩膜，所制備出的球狀光刻膠顆粒直徑范圍1-5μm。本發(fā)明的方法是先對襯底進(jìn)行第一次光刻加一次腐蝕得到高反射的金屬圓環(huán)；然后經(jīng)過第二次光刻得到底部微切，即底部呈微小倒梯狀，的長圓柱體；第二次腐蝕將金屬圓環(huán)腐蝕掉，得到上部為倒切的長圓柱，所述長圓柱下接直徑略小的短圓柱的形貌；最終經(jīng)過熱熔之后得到直徑1-5μm的球狀光刻膠顆粒掩膜，且形貌可控。發(fā)明詳述本發(fā)明的技術(shù)方案在于：一種球狀光刻膠掩膜，包括在半導(dǎo)體襯底上呈周期性排列的球狀光刻膠顆粒，所述球狀光刻膠顆粒的直徑范圍是1-5μm，相鄰球狀光刻膠顆粒之間的距離范圍是1-5μm。優(yōu)選的，所述的半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石襯底。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述球狀光刻膠顆粒呈周期性排列是指，所述球狀光刻膠顆粒呈正方形對稱排列。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述球狀光刻膠顆粒呈周期性排列是指，所述球狀光刻膠顆粒呈蜂窩狀正六邊形對稱排列。一種制備上述球狀光刻膠掩膜的方法，包括步驟如下：(1)在藍(lán)寶石襯底的上表面利用蒸鍍或濺射的方法制備一層厚度范圍為0.1-1μm的金屬薄膜；所述金屬膜優(yōu)選Al金屬薄膜；根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，在蒸鍍室內(nèi)在襯底上蒸鍍金屬薄膜：所述蒸鍍速率為1埃/秒-10埃/秒，蒸鍍室真空度為5×10-6-5×10-5Pa，對藍(lán)寶石襯底的加熱溫度為18-100℃，得到的Al金屬薄膜的反射率為50-80％；(2)在步驟(1)所述的金屬薄膜上通過旋轉(zhuǎn)均勻涂覆一層厚度范圍為500埃-1500埃的抗反射層ARC；優(yōu)選的，所述抗反射層ARC為水溶性抗反射層ARC，本專利所選擇的抗反射層ARC為水溶性有機物，在顯影時和光刻膠一起溶解；(3)在抗反射層ARC上涂覆一層厚度范圍為1-5μm的光刻膠，進(jìn)行第一次曝光，曝光之后用堿性顯影液進(jìn)行顯影：在光刻膠上復(fù)制出光刻版上的圖案，然后進(jìn)行堅膜，在光刻膠上形成周期性排列的圓環(huán)狀圖案，所述圓環(huán)狀圖案的內(nèi)徑范圍是1-4.5μm，外徑范圍是2-5μm，所述相鄰圓環(huán)狀圖案之間的距離范圍是1-5μm；所述抗反射層ARC的折射率和在其上所涂覆的光刻膠的折射率相同；所以在光刻膠和抗反射層ARC層之間不會產(chǎn)生反射，同時抗反射層ARC還吸收紫外光，使得曝光時的紫外光線不能穿透抗反射層ARC；根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中光刻膠的分辨率小于1μm，黏度為10-50cps。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，所述步驟(3)中周期性排列是指圓環(huán)呈正方形對稱排列或為蜂窩狀正六邊形對稱排列；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的襯底放入質(zhì)量濃度范圍為5-30％的鹽酸溶液中進(jìn)行第一次腐蝕，腐蝕時間為10-50s，鹽酸溶液腐蝕掉裸露的Al金屬薄膜；將襯底放入去膠液，將光刻膠去除，光刻膠圖案被復(fù)制到Al金屬薄膜上，即在襯底上形成周期性排列的金屬圓環(huán)，其尺寸與周期排列同步驟(3)中所述的圓環(huán)狀圖案；(5)在經(jīng)步驟(4)處理過的襯底上涂覆一層厚度范圍為1-5μm的光刻膠，進(jìn)行第二次曝光，曝光之后用堿性顯影液進(jìn)行顯影：在光刻膠上復(fù)制出光刻版上的圖案，然后進(jìn)行堅膜，第二次曝光所使用的光刻版的圖形為周期性排列的圓，圓的直徑介于步驟(3)所述圓環(huán)圖形的內(nèi)徑和外徑之間，第二次曝光需要將光刻版上圓的中心與襯底上金屬圓環(huán)的中心重合；由于襯底上的金屬圓環(huán)為高反射金屬層，曝光時的紫外光在金屬圓環(huán)處被部分反射回光刻膠底部，使得金屬圓環(huán)正上方的底部的光刻膠吸收過量的曝光而過曝光，顯影后會形成底切狀的長圓柱，如圖5所示；(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的襯底放入質(zhì)量濃度范圍為5-30％的鹽酸溶液中進(jìn)行第二次腐蝕，腐蝕時間為20-70s，在襯底上形成周期性排列的異形柱狀光刻膠，所述的異形柱狀，包括由上而下相連接的底切狀的長圓柱和短圓柱，所述長圓柱的高為1-5μm，直徑為1-5μm，所述短圓柱的高為0.1-1μm，直徑為0.8-3.5μm，所述長圓柱的底端與短圓柱頂端相切連接；所述第二次腐蝕的時間增長的目的是除了將無光刻膠保護(hù)的金屬腐蝕掉，也通過鉆蝕將光刻膠下的金屬全部腐蝕干凈。(7)將經(jīng)步驟(6)處理后的襯底熱熔，將異形柱狀的光刻膠熱熔成球狀，所述熱熔溫度大于光刻膠玻璃化的溫度。根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選的，步驟(7)所述的熱熔溫度為200-300℃，熱熔時間為30-180min。本發(fā)明的優(yōu)點在于：1.本方法制作的球狀光刻膠，操作簡單、可控，無需對ICP進(jìn)行太多改動，對載有球狀光刻膠掩膜的襯底進(jìn)行干法刻蝕之后就能得到頂部較尖的形貌；2.利用本發(fā)明所述的方法制備得到的球狀光刻膠能得到直徑和高度超過1μm的球狀光刻膠圖形，且形貌可控。附圖說明圖1制備球狀光刻膠掩膜的流程圖；圖2進(jìn)行第一曝光前的襯底上各層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3進(jìn)行第一次曝光及第一次腐蝕后，所得到的金屬圓環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4進(jìn)行第二次曝光前，所述襯底上各層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5進(jìn)行第二次曝光后得到的金屬圓環(huán)及光刻膠的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6第二次腐蝕后得到的光刻膠的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7熱熔后得到的球狀光刻膠顆粒的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為所述球狀光刻膠顆粒呈正方形對稱排列的示意圖；圖9為所述球狀光刻膠顆粒呈蜂窩狀正六邊形對稱排列的示意圖。圖2至圖9中，11、襯底；12、Al金屬薄膜；13、(水溶性抗)反射層ARC；14、第一次曝光所用的光刻膠；15、第二次曝光所用的光刻膠；16、金屬圓環(huán)；17、金屬圓環(huán)頂部的反射光線；18、底切狀的長圓柱；19、短圓柱；20、球狀光刻膠顆粒。具體實施方式下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明做詳細(xì)的說明，但不限于此。實施例1、如圖7、8所示。一種球狀光刻膠掩膜，包括在藍(lán)寶石襯底11上呈周期性排列的球狀光刻膠顆粒20，所述球狀光刻膠顆粒20的直徑范圍是1-5μm，相鄰球狀光刻膠顆粒20之間的距離范圍是1-5μm。所述球狀光刻膠顆粒呈周期性排列是指，所述球狀光刻膠顆粒20呈正方形對稱排列。實施例2、如圖1-圖8所示。一種制備如實施例1所述球狀光刻膠掩膜的方法，包括步驟如下：(1)在藍(lán)寶石襯底11的上表面利用蒸鍍或濺射的方法制備一層厚度為0.1μm的Al金屬薄膜12；在蒸鍍室內(nèi)在襯底11上蒸鍍Al金屬薄膜12：所述蒸鍍速率為1埃/秒，蒸鍍室真空度為5×10-6Pa，對藍(lán)寶石襯底的加熱溫度為18-100℃，得到的Al金屬薄膜12的反射率為50％；(2)在步驟(1)所述的Al金屬薄膜12上通過旋轉(zhuǎn)均勻涂覆一層厚度范圍為500埃的水溶性抗反射層ARC13；(3)在抗反射層ARC13上涂覆一層厚度范圍為1-5μm的光刻膠14，進(jìn)行第一次曝光，曝光之后用堿性顯影液進(jìn)行顯影：在光刻膠14上復(fù)制出光刻版上的圖案，然后進(jìn)行堅膜，在光刻膠14上形成周期性排列的圓環(huán)狀圖案，所述圓環(huán)狀圖案的內(nèi)徑是1μm，外徑范圍是2μm，所述相鄰圓環(huán)狀圖案之間的距離范圍是2μm；所述抗反射層ARC13的折射率和在其上所涂覆的光刻膠14的折射率相同；所以在光刻膠14和抗反射層ARC13層之間不會產(chǎn)生反射，同時抗反射層ARC13還吸收紫外光，使得曝光時的紫外光線不能穿透抗反射層ARC13；所述光刻膠的分辨率小于1μm，黏度為10-50cps；步驟(3)中周期性排列是指圓環(huán)呈正方形對稱排列；(4)將經(jīng)步驟(3)處理后的襯底11放入質(zhì)量濃度范圍為5-30％的鹽酸溶液中進(jìn)行第一次腐蝕，腐蝕時間為10-50s，鹽酸溶液腐蝕掉裸露的Al金屬薄膜12；將襯底放入去膠液，將光刻膠14去除，光刻膠圖案被復(fù)制到Al金屬薄膜12上，即在襯底11上形成周期性排列的金屬圓環(huán)16，其尺寸與周期排列同步驟(3)中所述的圓環(huán)狀圖案；(5)在經(jīng)步驟(4)處理過的襯底11上涂覆一層厚度范圍為1-5μm的光刻膠15，進(jìn)行第二次曝光，曝光之后用堿性顯影液進(jìn)行顯影：在光刻膠15上復(fù)制出光刻版上的圖案，然后進(jìn)行堅膜，第二次曝光所使用的光刻版的圖形為周期性排列的圓，圓的直徑為1.5μm，第二次曝光需要將光刻版上圓的中心與襯底上金屬圓環(huán)的中心重合；由于襯底上的金屬圓環(huán)為高反射金屬層，曝光時的紫外光在金屬圓環(huán)處被部分反射回光刻膠15底部，使得金屬圓環(huán)正上方的底部的光刻膠吸收過量的曝光而過曝光，顯影后會形成底切狀的長圓柱18，如圖5所示；(6)將經(jīng)步驟(5)處理后的襯底放入質(zhì)量濃度范圍為5-30％的鹽酸溶液中進(jìn)行第二次腐蝕，腐蝕時間為20-70s，在襯底上形成周期性排列的異形柱狀光刻膠，所述的異形柱狀，包括由上而下相連接的底切狀的長圓柱18和短圓柱19，所述長圓柱的高為1μm，直徑為1.5μm，所述短圓柱19的高為0.1μm，直徑為0.8μm，所述長圓柱18的底端與短圓柱19頂端相切連接；所述第二次腐蝕的時間增長的目的是除了將無光刻膠保護(hù)的金屬腐蝕掉，也通過鉆蝕將光刻膠下的金屬全部腐蝕干凈。(7)將經(jīng)步驟(6)處理后的襯底11熱熔，將異形柱狀的光刻膠熱熔成球狀，所述的熱熔溫度為200℃，熱熔時間為30min。實施例3、如實施例2所述的一種制備如實施例1所述球狀光刻膠掩膜的方法，其區(qū)別在于，步驟(1)中，在藍(lán)寶石襯底11的上表面利用蒸鍍或濺射的方法制備一層厚度為0.5μm的Al金屬薄膜12；在蒸鍍室內(nèi)在襯底11上蒸鍍Al金屬薄膜12：所述蒸鍍速率為5埃/秒，蒸鍍室真空度為5×10-6Pa，對藍(lán)寶石襯底的加熱溫度為18-100℃，得到的Al金屬薄膜12的反射率為70％；步驟(2)中，在步驟(1)所述的Al金屬薄膜12上通過旋轉(zhuǎn)均勻涂覆一層厚度范圍為1000埃的水溶性抗反射層ARC13；步驟(3)中，在光刻膠14上形成周期性排列的圓環(huán)狀圖案，所述圓環(huán)狀圖案的內(nèi)徑是2μm，外徑范圍是3μm，所述相鄰圓環(huán)狀圖案之間的距離范圍是3μm；步驟(3)中周期性排列是指圓環(huán)呈蜂窩狀正六邊形對稱排列，如圖9所示；步驟(5)中，第二次曝光所使用的光刻版的圖形為周期性排列的圓，圓的直徑為2.5μm；步驟(6)中，所述的異形柱狀，包括由上而下相連接的長圓柱18和短圓柱19，所述長圓柱18的高為2μm，直徑為2.5μm，所述短圓柱的高為0.5μm，直徑為1.9μm；步驟(7)中，所述的熱熔溫度為250℃，熱熔時間為100min。實施例4、如實施例2所述的一種制備如實施例1所述球狀光刻膠掩膜的方法，其區(qū)別在于，步驟(1)中，在藍(lán)寶石襯底11的上表面利用蒸鍍或濺射的方法制備一層厚度為1μm的Al金屬薄膜12；在蒸鍍室內(nèi)在襯底11上蒸鍍Al金屬薄膜12：所述蒸鍍速率為10埃/秒，蒸鍍室真空度為5×10-5Pa，對藍(lán)寶石襯底的加熱溫度為18-100℃，得到的Al金屬薄膜12的反射率為80％；步驟(2)中，在步驟(1)所述的Al金屬薄膜12上通過旋轉(zhuǎn)均勻涂覆一層厚度范圍為1500埃的水溶性抗反射層ARC13；步驟(3)中，在光刻膠14上形成周期性排列的圓環(huán)狀圖案，所述圓環(huán)狀圖案的內(nèi)徑是4.5μm，外徑范圍是5μm，所述相鄰圓環(huán)狀圖案之間的距離范圍是5μm；步驟(3)中周期性排列是指圓環(huán)呈蜂窩狀正六邊形對稱排列，如圖9所示；步驟(5)中，第二次曝光所使用的光刻版的圖形為周期性排列的圓，圓的直徑為4.75μm；步驟(6)中，所述的異形柱狀，包括由上而下相連接的長圓柱和短圓柱，所述長圓柱的高為5μm，直徑為4.75μm，所述短圓柱的高為1μm，直徑為3.5μm；步驟(7)中，所述的熱熔溫度為300℃，熱熔時間為180min。