CN114096918A - 光刻系统中的实时配准 - Google Patents

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Abstract

一种用于在光刻印刷期间实时测量参考点的装置，包括提供曝光光束的光源、根据曝光图案调制曝光光束的光调制器、被配置为测量预先布置在基板上的多个对准标记的位置的测量系统，以及包括控制单元的曝光光学系统。曝光光学系统将调制曝光光束作为由光调制器提供的图像传送到基板上，并且曝光系统控制单元被配置为基于对准标记的位置计算基板的方位并控制相对于计算出的基板方位的调制曝光光束的传送。

Description

光刻系统中的实时配准
发明内容
本发明涉及一种用于对需要大量被测量参考点的细线直接成像光刻的光敏材料进行曝光的方法和装置，其中相机捕获、成像分析、计算和实时数据传输和打印都是实时完成的。
激光直接成像(LDI)和直接成像(DI)光刻机在市场上得到了很好的证明，并用于各种光刻应用，如PCB和晶圆光刻。
Orbotech的Novougo和Schmoll的MDI TT是此类机器的典型示例。
LDI和DI机器有一些限制，因为与传统的接触式曝光机和光刻机相比，它们需要对基准点和参考点进行配准/测量，以利用位置、旋转和图案翘曲的优势。配准很耗时，而且直接成像光刻通常比传统的接触式曝光机和光刻机慢。然而，当在光刻图案中使用越来越小的线/间距时，通过配准以及位置、旋转和翘曲的计算可以实现精度的优势，从而实现更精确的逐层打印。
在(激光)直接成像光刻系统(LDI、DI)中，要曝光的介质(PCB、晶圆、RDL、显示器、胶片等)中参考点/基准点的测量是该过程的重要组成部分。包含要利用图案曝光的感光材料的介质在放入光刻机时会产生位置误差和旋转误差。此外，这种介质可能已经具有暴露在一侧或两侧的打印图案。要打印的图案需要适合介质的位置和旋转、现有图案、现有参考点以及要应用于介质的现有图案和新图案之间的互连点。因此，参考点/配准点在这些要测量的图案中被限定，然后必须更改要打印的图案以适应介质的实际位置、旋转和翘曲以及现有或将要曝光的图案。
这些参考点的测量位置/坐标从捕获相机和分析系统传输到光刻系统的打印部分。带有配准系统和打印系统的光刻机通常会使用激光扫描仪(例如Orbotech的Nouvogo)或调制光投影仪(DLP/LCOS等)(例如Schmoll-maschinen的MDI TT)，这些协调用于计算要打印的图案的位置，旋转和翘曲。
通常，这些配准坐标将被传输到光刻计算/打印系统，并且新的图案文件将被计算并随后基于这些计算被打印。这或多或少是实时完成的，其中一些系统使用软件将数据传输到计算机/CPU以及从计算机/CPU中传输数据，而其他系统将使用FPGA/视频处理器或类似装置实时更改图案。
这种测量通常在几个到几百个参考点上进行。这些参考点的配准很耗时并且会减慢这种光刻系统的吞吐量。在打印第二介质的同时，这可以通过在第一介质上具有测量站的光刻机进行补偿，以便使用实际打印的阴影时间进行测量。然而，这种光刻系统的打印时间通常是几秒到几分钟，因此如果使用许多光刻机，在开始降低系统或方法的吞吐量之前，可以进行多少次测量是有限的。
当参考点/基准点的数量太多时，测量非常耗时。结合图案化中较小的特征尺寸，在手机、智能手表和嵌入式晶片(见图1a)的先进封装等驱动下，需要更高的测量精度，时间消耗甚至更高。典型的DI PCB光刻机将能够以5-15μm的面板侧到面板侧精度执行协调配准/测量。新的细线应用要求配准精度低至1μm及以下到纳米区域。
如此精确的测量很难实现，在现有的高精度和细线(10um-x00nm线/间距)光刻系统(如光刻机，诸如Rudolph的Jetstep 2300系统)上，使用了特殊的测量装备，诸如RudolphFirefly系列等。当使用测量机时，测量数据将需要传输回光刻系统以计算新图案，或者使用已经计算和从外部处理(位置、翘曲旋转等)更改的图案。这个过程通常很慢，并且是通过工厂流程SW完成的，而不是实时完成的。此外，测量是在光刻系统之外完成的，因此所需的精度可能难以实现，因为测量和光刻装备不共享相同的光机系统。就相机系统和光刻系统的光机热效应而言，共享光机系统是一个优势。这将需要更准确和复杂的校准，并产生可能影响产量和整个工厂的不确定性。当这两个光机系统结合时，可以实现更高的配准测量精度，参考Visitech光刻系统LLS光电传感头LLS 10和LLS 04，其中定位了配准相机，这样相机和投影仪共享相同的光路，因此具有相同的光机。参考Visitech的欧洲专利申请号：14200630.3。该系统如图1所示。
因此，如果参考点的数量过多和/或配准精度要求非常高，则LDI和DI机/直接成像光刻系统具有吞吐量和成本限制因素。
先进封装、嵌入式晶片、FOWLP、FOPLP、2,5和3D电子元件的新方法以及对图案线/间距的更高精度要求，要求线/间距很小，例如低于10μm并小到纳米区域。这些细线/间距要求还需要更高的配准和位置/翘曲精度。
本领域技术人员知道，在集成电路的上下文中，晶片是一小块半导体材料，在其上制造给定的功能电路。在嵌入式晶片封装中，组件使用多步骤制造工艺嵌入基板内。一个晶片、多个晶片、MEMS或无源器件可以并排方式嵌入有机层压基板的核心中。本发明的目的是提供一种在光刻印刷期间实时测量参考点的方法和装置，以减少现有技术的问题。
本发明的目的是通过本专利权利要求书的特征来实现的。
在一个实施例中，一种用于在光刻印刷期间实时测量参考点的装置包括提供曝光光束的光源、根据曝光图案调制曝光光束的光调制器、被配置为测量预先布置在基板上的多个对准标记的位置的测量系统，以及包括控制单元的曝光光学系统。
曝光光束光源例如可以是UV光源。测量系统可以例如使用一束可见光或任何其他合适波长的光。
在一个实施例中，光源包括多个光源，例如多个LED单元，具有至少一个波长。
曝光光学系统将调制曝光光束作为光调制器提供的图像传送到基板上。调制曝光光束代表要曝光在光刻印刷材料上的图像。
在一个实施例中，曝光光学系统包括投影透镜并且光源/多个光源被定位成通过投影透镜光学耦合。在其他实施例中，光源可以位于曝光光学系统的底部，围绕投影透镜。
对准标记可以是以任何其他方式打印或物理放置或布置在基板上的专用标记。对准标记可以是已知位置的已经在基板上的任何合适的标记，因此可以用于计算基板的方位。在一个实施例中，晶片上的电连接焊盘用作对准标记。在替代实施例中，晶片的主体或主体部分可用作对准标记。
测量系统是用于测量对准标记位置的系统。曝光光学系统控制单元被配置为基于对准标记的位置计算基板的方位，并控制相对于计算出的基板方位的调制曝光光束的传送。
在一个实施例中，测量系统包括相机或相机系统。相机或相机系统可以被布置为使用直接从相机芯片到FPGA(现场可编程门阵列)或处理器的直接高数据速率传输，用于快速分析和数据传输到曝光光学系统控制内部的图案计算模块。
当代现场可编程门阵列(FPGA)拥有大量逻辑门和RAM块资源来实现复杂的数字计算，因此适用于高数据速率计算。
测量系统和曝光光学系统具有至少部分并行的光路。例如，作为测量系统的一部分的相机与其图像路径可以放置在曝光光学系统的光路内。相机可与曝光光学系统共享相同的光学元件(如二向色分光棱镜和投影镜头等)。相机可以与光源调制器共享光机结构(光学部件安装单元)。光源调制器例如是基于DMD技术或类似技术的电子投光器。由于曝光光学系统和配准相机共享相同的机械和光路，所以由曝光内部(诸如光学部件安装单元的光学机械装置)和外部(曝光光学系统框架和底盘机械装置)引起的曝光光学系统提供的曝光图像的任何位置变化也将适应于配准相机的位置。因此，不需要频繁校准曝光光学系统和配准相机的相对位置偏移。
在一个实施例中，相机的感兴趣图像区域靠近曝光光学系统并与之机械连接。
相机的感兴趣图像区域是一个特征，可以指定传感器线的一部分。在操作过程中，只有来自线路指定部分的像素信息才会传输到相机之外。相机的感兴趣图像区域也可以指定帧的宽度。与CCD传感器相比，由于CMOS传感器并行读取像素，许多CMOS传感器还提供了仅读取图像的一部分的可能性，从而能够专注于包含与图像处理相关的信息的图像区域。
在一个实施例中，测量系统限定相机感兴趣区域以优化快速相机数据传输。例如，测量系统可以限定一个特殊的相机感兴趣区域，用于类似于线传感器的自动对焦激光反射检测，并利用限定的特殊相机感兴趣区域进行快速相机数据传输，以进行自动对焦计算和自动对焦调节。
还可以提供一种在光刻印刷期间实时测量参考点的方法。在一个实施例中，该方法包括以下步骤：
-根据曝光图案调制曝光光束；
-测量预先在基板上图案化的多个对准标记的位置，
-将调制曝光光束作为光调制器提供的图像传送到基板上；
-基于对准标记的位置计算基板的方位以及
-相对于计算出的基板的方位控制调制曝光光束的传送。
附图说明
现在将通过参考附图更详细地描述本发明。
图1显示了用于直接成像光刻的曝光系统的示例。
图1a示意性地示出了直接成像光刻应用的各种示例。
图lb至图lc示出了对图案精度有高要求的组件的示例。
图2a至图2b示出了嵌入式晶片的示例。
图3至图5示出了具有嵌入式晶片的高级封装的典型工艺。
图6a至图6b显示了包含嵌入式晶片的晶圆和面板的示例。
图7至图13示出了用于直接成像光刻的装置的曝光和相机捕获的光学元件的配置示例。
图14a至图14d显示了用于直接成像光刻的装置的曝光和相机捕获的光学元件的不同实施例的细节。
图15a和图15b显示了用于直接成像光刻的装置的曝光和相机捕获的光学元件的不同实施例的细节。
具体实施方式
图1示出了曝光系统的示例，包括提供曝光光束306的光源302，根据曝光图案调制曝光光束306的光调制器301、302，以及将调制曝光光束作为由光调制器提供的图像311传送到基板307上的曝光光学系统303、304、308。测量系统303、304、305、308、309被结合在曝光设备中并且被配置为测量预先在基板上图案化的对准(基准)标记的位置。在该实施例中，曝光光学系统和测量系统具有至少部分并行的光路。
在以下描述中，术语“光电传感头”有时将用作包括曝光系统的光学元件的集合术语。
曝光系统还可以包括控制单元(未显示)，控制单元被配置为基于对准标记的位置计算基板的方位并且控制相对于计算出的基板的方位的调制曝光光束的传送。下面将更详细地说明这一点。
图1a示出了各种应用，其中，由于对较小装置的需求不断增加，因此在图案化中需要较小的特征尺寸。由于这个原因，需要在不显着增加过程的时间消耗的情况下在对准标记的测量中具有更高的精度。
图lb至图lc示出了对图案精度有如此高要求的组件的示例。通常，具有连接焊盘的嵌入式晶片将具有尺寸范围为25-100微米或更小的小焊盘/电连接点。
为了优化可用于细线图案化的间距，需要优化晶片上焊盘之间的可用间距。可用间距的“通道(channel)”优化需要在将晶片和焊盘应用到基板上时具有高定位精度。此外，出于成本原因，如果优化“通道”，则可以减少重分布层(RDL)的数量。
典型应用是扇出面板级封装工艺FOPLP或扇出晶圆级封装工艺FOWLP。
此类应用工艺的示例可查看图2a至图5。
在图2b和图3中说明了第一步骤。建立的临时基层20，例如晶圆，在顶部设置有胶带21或层。晶片22被定位并布置在粘合剂层/胶带21上，连接焊盘朝向胶带。例如，每个晶片都可以使用“取放”机器进行定位，并且由于需要高速和吞吐量的这种取放装备的精度限制，该过程将产生一些位置和旋转误差。
此类晶片通常为1-10平方毫米，并且在300毫米圆形晶圆或600毫米×600毫米面板上，将能够安装成百上千的此类晶片。图6显示了两个晶圆的示例，晶圆上安装了晶片。图6a显示了扇出晶圆级封装(FOWLP)的示例，而图6b显示了扇出面板级封装(FOPLP)的示例。
晶片现在用复合材料23包覆成型，在这种成型过程中，晶片可能会轻微移动或旋转。然后在特殊工艺中去除基层和胶带/材料20、21。结果是具有从一侧可见的晶片和晶片焊盘/电连接点的复合材料层24。
为了能够使用晶片优化要打印到复合材料层上的图案，需要对晶片的位置和旋转进行配准/测量。在扇出工艺中通常需要这种优化，其中焊盘/电连接点将重新分布到更广泛的区域，以便可以将它们连接到具有更大和更宽分布连接焊盘的可焊接系统。其他情况可以包括将连接点扇出到更大的互连系统(例如基板、PCB或RDL)，以便将晶片连接点路由并连接到同一基板上的其他电气组件。这样就避免了这种晶片-嵌入式晶片的封装过程。
例如，需要1um或更高的配准/测量精度。在这样的系统中，每个晶片上的一个或多个点被测量以能够测量和计算位置误差和旋转，因此所需的测量次数可以达到1.000-100.000的数值范围。如此大量的高精度测量将挑战整个过程，因为这对于目前使用的装备来说非常耗时，例如DI机器和/或测量机器中的配准系统。
基于具有光调制器(例如DLP、LCOS等)的系统的DI机器通常会打印条带图案，其中每个投影仪/光电传感头将打印一个或多个条带。也可以布置多个光电传感头以增加机器的容量/吞吐量。图7至图13示出了使用具有不同位置配置的多个光电传感头和多个配准相机。
DI机器，如使用Visitech的LLS 2500光电传感头的Schmol的MDI TT Ultra，或其他可打印2μm线/间距的规格的机器，根据配置，每光电传感头通常会打印10-30个条带。因此，光电传感头机械系统将在要打印的区域上扫描数次。
通过将配准相机应用于投影仪机械系统，并实时捕获/配准对准标记/参考标记，这连同位置/旋转计算和数据馈送都可以应用于光电传感头中的实时图案翘曲系统。然后，光电传感头可以即时打印计算出的结果图案。图14a示出了这个过程。
在图14a、图14d的示例中，成像光学元件和相机的光学元件结合在一起或彼此靠近布置。相机在这里用作线传感器。
当每个条带被曝光时，系统将测量同一条带和/或下一个要打印的条带中的对准标记的位置。同时，即实时计算每个对准标记的XY位置和旋转矩阵。然后曝光系统使用计算出的位置/旋转来控制后续的曝光图像的定位。
系统已知的基板的相对距离和滚动速度可用于确定图像捕获、位置计算、数据传输和图像翘曲时间窗口。
进一步通过分析给定的图案和基准数据，可以利用相机图像的一个或多个区域来确定相机感兴趣区域。与整个相机图像相比，这将减少要捕获的相机像素数量，以进行传输和分析，从而可以优化相机数据传输和后续计算，以提高数据传输到计算模块的速度。
通常，相机测量如图14a至图14d所示的投影图案前方的对准标记，或者如图15a和图15b的示例所示的要打印的下一个条带(N+1、N+2等)上的对准标记。实施例的选择可取决于在打印时进行捕获、计算和坐标数据传输以及定位和翘曲所需的时间。
通过应用如本文所述的系统，可以显着减少细线光刻应用中的大量高精度测量的高时间消耗的问题。

Claims (18)

1.一种用于在光刻印刷期间实时测量参考点的装置，包括提供曝光光束的光源；
-光调制器，根据曝光图案调制所述曝光光束；
-测量系统，被配置为测量预先布置在基板上的多个对准标记的位置，
-曝光光学系统，包括控制单元，所述曝光光学系统将调制曝光光束作为由所述光调制器提供的图像传送到所述基板上；
其中，曝光系统控制单元被配置为：
-基于对准标记的位置计算所述基板的方位以及
-相对于计算出的所述基板的方位控制调制曝光光束的传送。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，与曝光同时计算每个对准标记的XY位置和旋转矩阵，并且其中，计算出的位置/旋转在曝光系统中用于控制后续的曝光图像的定位。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，以条带形式提供所述曝光图案，并且当每个条带被曝光时，测量同一条带和/或下一个要打印的条带中的对准标记的位置。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述测量系统包括相机。
5.根据权利要求4所述的装置，其中，相机系统被布置为使用直接从相机芯片到FPGA或处理器的直接高数据速率传输，用于快速分析并将数据传输到曝光光学系统控制单元中的图案计算模块。
6.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，晶片上的电连接焊盘被用作对准标记。
7.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，晶片的主体或主体的部分被用作对准标记。
8.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述测量系统和所述曝光光学系统具有至少部分并行的光路。
9.根据权利要求4-8中任一项所述的装置，其中，相机的感兴趣图像区域靠近所述曝光光学系统定位并机械连接到所述曝光光学系统。
10.根据权利要求4-9中任一项所述的装置，其中，所述测量系统限定相机感兴趣区域以优化快速相机数据传输。
11.根据权利要求4-10中任一项所述的装置，其中，所述测量系统限定用于类似于线传感器的自动对焦激光反射检测的特殊相机感兴趣区域，并且利用限定的特殊相机感兴趣区域进行快速相机数据传输，用于自动对焦计算和自动对焦调节。
12.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，光源包括具有至少一个波长的多个光源。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述曝光光学系统包括投影透镜，并且所述光源被定位并通过所述投影透镜光学耦合。
14.根据权利要求12所述的装置，其中，所述曝光光学系统包括投影透镜，并且所述光源被定位在所述曝光光学系统的底部，围绕所述投影透镜。
15.一种在光刻印刷期间实时测量参考点的方法，包括以下步骤：
-根据曝光图案调制曝光光束；
-测量预先布置在基板上的多个对准标记的位置，
-将调制曝光光束作为由光调制器提供的图像传送到所述基板上；
-基于所述对准标记的位置计算所述基板的方位以及
-相对于计算出的所述基板的方位控制调制曝光光束的传送。
16.根据权利要求15所述的装置，包括与曝光同时计算每个对准标记的XY位置和旋转矩阵，并且使用在曝光系统中计算出的位置/旋转以控制后续的曝光图像的定位。
17.根据权利要求2所述的装置，包括以条带形式提供所述曝光图案，并且当每个条带被曝光时，测量同一条带和/或下一个要打印的条带中的对准标记的位置。
18.根据权利要求15所述的方法，使用直接从测量到计算FPGA或处理器的直接高数据速率传输，用于快速分析和数据传输。
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