CN107290931A - 一种改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统 - Google Patents

一种改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统，在得到整个光刻机系统的波像差分布数据的情况下，结合掩膜版的图形数据，仿真得到照明光透过掩膜版之后的空间光强分布图，根据该空间光强分布图计算分析透过掩膜版之后的曝光场中需要修整光强分布的部位和数值，然后在曝光光路中加入空间光调制器，对曝光场内的光强分布进行修改调整，尤其是对较易出现厚胶缺角部位的光强分布进行修改调整，从而保持透过掩膜版之后形成的低能量光强的部位不会出现光强过大的情况，解决了厚胶缺角的问题。由于使用了空间光调制器可以修正光强分布，因此通过修正光强，可光刻成像的离焦范围也越大，从而提高了工艺可用焦深。

Description

一种改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，特别涉及一种改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统。
背景技术
在半导体芯片封装工艺中，在电镀厚度较大的金属电极时，往往需要在光刻步骤中涂布厚度大于金属电极厚度的光刻胶，即涂布厚胶，但厚胶在大剂量曝光后较易出现顶部缺角的现象,请参照图1。
对上述现象进行计算机模拟仿真分析，推断出光刻机系统中投影物镜存在的彗差会导致这种情况。所谓彗差是指光轴外的某一物点向镜头发出一束平行光线，经光学系统后，在象平面上会形成不对称的弥散光斑，这种弥散光斑的形状呈彗星形，即由中心到边缘拖着一个由粗到细的尾巴，其首端明亮、清晰，尾端宽大、暗淡、模糊。也就是说这种轴外光束引起的像差称为彗差。在实际曝光过程中根据视场内不同场点的缺角的情况和对应场点物镜波像差数据的比较，得出彗差大的地方，缺口比较大。
光刻机的投影物镜中由于波像差的存在，使得成像质量与理想情况下有所偏差，不同的像质参数造成成像结果也各不相同。图2、图3所示为光刻胶线宽度为10μm的特征图形在无任何波像差和加入彗差情况下的空间光强分布图。其中横轴为光刻胶X向坐标，纵轴为光强。从图2可以看出在无波像差数据的情况下，低能量(即掩模覆盖区域)的数值平坦。
请参照图3，在带入加入了彗差数据的波像差到仿真平台，重新计算特征图形的空间光强分布曲线，可以看出，光强曲线的右底角出现了突起的部分。请参照图4，这一部分突出的光强，经过长时间积分之后，在光刻胶内部达到一定剂量，在显影时，受到过多剂量的光刻胶会被显影液去除掉，造成了光刻胶缺角，从而影响了光刻胶显影形貌。
为了解决厚胶工艺中出现的顶部缺角问题，需要进一步提升投影物镜的性能，即降低彗差数值。然而，由于受到后道封装光刻机型中投影物镜的设计约束，在投影物镜内部增加过多的可动镜片而导致彗差指标的可行性降低，因此有必要发明一种改善上述缺角问题的光刻机系统或者方法，从光刻机投影物镜外部着手，解决厚胶缺角问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统，在仿真得到照明光透过掩膜版之后的空间光强分布图后，计算分析需要修整光强分布的部位和数值，然后在曝光光路中加入空间光调制器，对曝光场内的光强分布进行修改调整，从而保持透过掩膜版之后形成的低能量光强的部位不会出现光强过大的情况，解决了厚胶缺角的问题。
为达到上述目的，本发明提供一种改善光刻胶封装工艺的光刻机系统，包括
一照明系统，用于提供照明光；
一掩膜台，用于承载掩膜版；
一投影物镜，用于收集透过所述掩膜版的照明光；
一工作台，用于承载基板，在扫描曝光过程中，所述照明系统提供的照明光，照射到所述掩膜版上，并将设置在所述掩膜版上的图案，经过所述投影物镜，转印到所述基板上；
在所述掩膜版与所述照明系统之间设置空间光调制器，用于根据所述光刻机系统的投影成像的波像差数据分布，改变所述照明光透过所述掩膜版时的光强透过率。
作为优选，所述空间光调制器为液晶光阀。
本发明还提供一种改善光刻胶封装工艺的方法，包括如下步骤：
步骤S1：提供一掩膜版以及光刻机曝光系统的曝光场内的波像
差分布图；
步骤S2：结合所述掩膜版的图形，仿真计算得出透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图；
步骤S3：根据所述光强分布图，确定需要修改照明光透过掩膜版时的光强透过率的部位以及数值的大小；
步骤S4：在曝光光路中安装空间光调制器，并调整所述空间光调制器的工作参数，修改掩膜版上与所述空间光调制器对应的之处的光强透过率。
作为优选，还包括步骤S5：进行曝光实验并观察实验得到的光刻胶的形貌、计算透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图。
作为优选，还包括步骤S6：调整所述空间光调制器的工作参数，并重复步骤S5直至得出光强透过率和所述空间光调制器的工作参数的关系，计算出最优化的光强透过率分布方案。
作为优选，步骤S1中提供的光刻机曝光系统的波像差分布图为离线测量得到的光刻机曝光时曝光场内波像差分布图。
作为优选，步骤S2中将所述波像差分布图中每个场点的波像差数据、所使用的光刻胶参数和光刻机曝光时的参数输入仿真软件中，计算得到透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图。
作为优选，步骤S4中在曝光光路中安装所述空间光调制器为照明系统和掩膜台之间安装所述空间光调制器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供一种改善光刻胶封装工艺的光刻机系统，包括
一照明系统，用于提供照明光；
一掩膜台，用于承载掩膜版；
一投影物镜，用于收集透过所述掩膜版的照明光；
一工作台，用于承载基板，在扫描曝光过程中，所述照明光源提供的照明光，照射到所述掩膜版上，并将设置在所述掩膜版上的图案，经过所述投影物镜，转印到所述基板上；
在所述掩膜版与所述照明系统之间设置空间光调制器，用于根据所述光刻机系统的投影成像的波像差数据分布，改变所述照明光透过所述掩膜版时的光强透过率。
本发明还提供一种改善光刻胶封装工艺的方法，包括如下步骤：
步骤S1：提供一掩膜版以及光刻机曝光系统的曝光场内的波像
差分布图；
步骤S2：结合所述掩膜版的图形，仿真计算得出透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图；
步骤S3：根据所述光强分布图，确定需要修改照明光透过掩膜版时的光强透过率的部位以及数值的大小；
步骤S4：在曝光光路中安装空间光调制器，并调整所述空间光调制器的工作参数，修改与所述空间光调制器对应的掩膜版之处的光强透过率。
本发明提供的改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统，在得到整个光刻机系统的波像差分布数据的情况下，结合掩膜版的图形数据，仿真得到照明光透过掩膜版之后的空间光强分布图，根据该空间光强分布图计算分析透过掩膜版之后的曝光场中需要修整光强分布的部位和数值，然后在曝光光路中加入空间光调制器，对上述需要修整光强分布的部位的进行光强分布和数值大小的修改调整，尤其是对较易出现厚胶缺角部位的光强分布进行修改调整，从而保持透过掩膜版之后形成的低能量光强的部位不会出现光强过大的情况，解决了厚胶缺角的问题。由于使用了空间光调制器可以修正光强分布，因此通过修正光强，可光刻成像的离焦范围也越大，从而提高了工艺可用焦深。
附图说明
图1为厚胶缺角的扫描电镜照片；
图2为无波像差的曝光场内光强分布图；
图3为加入彗差后曝光场内光强分布图；
图4为图3对应的光刻胶受到照明光的仿真形貌图；
图5为本发明提供的将空间光调制器加入至曝光光路中的示意图；
图6为本发明提供的改善光刻胶封装工艺方法流程图。
本发明图示：1-空间光调制器、2-掩膜版、21-透光部分、22-遮光部分。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
本发明提供一种改善光刻胶封装工艺的光刻机系统，包括
一照明系统(未图示)，用于给光刻过程提供照明光；
一掩膜台(未图示)，用于承载掩膜版2；
一投影物镜(未图示)，照明光透过掩膜版2，部分照明光被掩膜版2的遮光部分22遮挡，剩余部分照明光透过掩膜版2的透光部分21向下投射，投影物镜则用于收集上述透过透光部分21向下投射的照明光，并将这些照明光集中使其投射至工作台(未图示)上的基板(未图示)上；
一工作台，用于承载基板，在扫描曝光过程中，照明系统提供的照明光，照射到掩膜版2上，从透光部分21透过的照明光投射至基板上的光刻胶上，被投射照明光的部分光刻胶在照明光的作用下发生化学反应，经过显影后，使得掩膜版2上的图案，转印到基板上；
请参照图5，本发明提供的改善光刻胶封装工艺的装置为以上述光刻机系统为基础，在掩膜版2与照明系统之间设置空间光调制器1，改变照明光透过掩膜版2时的光强透过率。
较佳地，空间光调制器1为液晶光阀，将液晶光阀放置在需要修改光强之处，降低或者增大该部分的光强，使得曝光场内具有合理的光强分布。
请参照图6，本发明还提供一种改善光刻胶封装工艺的方法，包
括如下步骤：
步骤S1：提供一掩膜版2以及光刻机曝光系统的曝光场内的波像差分布图，具体为：离线测量该套光刻机系统中投影物镜的波像差，然后将曝光场形成XY坐标系，形成沿着X向的波像差分布图和沿着Y向的波像差分布图；
步骤S2：根据步骤S1中提供的掩膜版2的图案，结合上述曝光场内的波像差分布图，将上述波像差分布图中每个场点或者指定场点的波像差数据、所使用的光刻胶参数和光刻机曝光时的工艺参数输入仿真软件中，仿真计算得出透过掩膜版2图形后的曝光场内的空间光强分布图，上述指定场点即是光强分布图中经分析较易产生光刻胶缺角的部分；
步骤S3：根据得到的曝光场内的光强分布图，计算出需要修改照明光透过掩膜版2时的光强透过率的部位以及该部位光强透过率需要修改的数值的大小；
步骤S4：在照明系统与掩膜版2之间安装空间光调制器1，并调整所述空间光调制器的工作参数，根据步骤S3中计算出的需要修改照明光透过掩膜版时的光强透过率的部位以及该部位光强透过率需要修改的数值的大小，调整空间光调制器1的位置与工作参数，并将此时空间光调制器1的位置与工作参数设定为初值，然后进行曝光。
步骤S5：在步骤S4进行曝光后，在扫描电镜下观察得到的光刻胶的形貌，并且仿真计算此时照明光透过所述掩膜版2图形后的空间光强分布图。
步骤S6：调整所述空间光调制器1的工作参数，并重复步骤S5直至得出光强透过率和所述空间光调制器1的工作参数的关系，计算出最优化的光强透过率分布方案，在最优化的光强透过率分布方案下，厚胶缺角的问题得到最大程度的改善，然后将该最优化的光强透过率分布方案推广至日常曝光工艺中。
本发明提供的改善光刻胶封装工艺的方法及光刻机系统，在得到整个光刻机系统的波像差分布数据的情况下，结合掩膜版2的图形数据，仿真得到照明光透过掩膜版2之后的空间光强分布图，根据该空间光强分布图计算分析透过掩膜版2之后的曝光场中需要修整光强分布的部位和数值，然后在曝光光路中加入空间光调制器1，对上述需要修整光强分布的部位的进行光强分布和数值大小的修改调整，尤其是对较易出现厚胶缺角部位的光强分布进行修改调整，从而保持透过掩膜版2之后形成的低能量光强的部位不会出现光强过大的情况，解决了厚胶缺角的问题。由于使用了空间光调制器1可以修正光强分布，因此通过修正光强，可光刻成像的离焦范围也越大，从而提高了工艺可用焦深。
显然本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种改善光刻胶封装工艺的光刻机系统，其特征在于，包括
一照明系统，用于提供照明光；
一掩膜台，用于承载掩膜版；
一投影物镜，用于收集透过所述掩膜版的照明光；
一工作台，用于承载基板，在扫描曝光过程中，所述照明系统提供的照明光，照射到所述掩膜版上，并将设置在所述掩膜版上的图案，经过所述投影物镜，转印到所述基板上；
其特征在于，在所述掩膜版与所述照明系统之间设置空间光调制器，用于根据所述光刻机系统的投影成像的波像差数据分布，改变所述照明光透过所述掩膜版时的光强透过率。
2.如权利要求1所述的改善光刻胶封装工艺的光刻机系统，其特征在于，所述空间光调制器为液晶光阀。
3.一种改善光刻胶封装工艺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：提供一掩膜版以及光刻机曝光系统的曝光场内的波像差分布图；
步骤S2：结合所述掩膜版的图形，仿真计算得出透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图；
步骤S3：根据所述光强分布图，确定需要修改照明光透过掩膜版时的光强透过率的部位以及数值的大小；
步骤S4：在曝光光路中安装空间光调制器，并调整所述空间光调制器的工作参数，修改掩膜版上与所述空间光调制器对应的之处的光强透过率。
4.如权利要求3所述的改善光刻胶封装工艺的方法，其特征在于，还包括步骤S5：进行曝光实验并观察实验得到的光刻胶的形貌、计算透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图。
5.如权利要求4所述的改善光刻胶封装工艺的方法，其特征在于，还包括步骤S6：调整所述空间光调制器的工作参数，并重复步骤S5直至得出光强透过率和所述空间光调制器的工作参数的关系，计算出最优化的光强透过率分布方案。
6.如权利要求3所述的改善光刻胶封装工艺的方法，其特征在于，步骤S1中提供的光刻机曝光系统的波像差分布图为离线测量得到的光刻机曝光时曝光场内波像差分布图。
7.如权利要求3所述的改善光刻胶封装工艺的方法，其特征在于，步骤S2中将所述波像差分布图中每个场点的波像差数据、所使用的光刻胶参数和光刻机曝光时的参数输入仿真软件中，计算得到透过所述掩膜版图形后的空间光强分布图。
8.如权利要求3所述的改善光刻胶封装工艺的方法，其特征在于，步骤S4中在曝光光路中安装所述空间光调制器为照明系统和掩膜台之间安装所述空间光调制器。
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