光罩及其设计方法技术

本发明专利技术公开了一种光罩及其设计方法，所述光罩包括形成光罩图案的透光部分和不透光部分，所述透光部分设有相邻于所述不透光部分边缘的衍射光栅结构区域，且所述衍射光栅结构区域的光栅条纹平行于与之相邻的不透光部分的边缘。本发明专利技术的光罩，由于在所述光罩中透光部分中，设计了相邻于所述不透光部分边缘的衍射光栅结构区域，进而使得该区域对polyimide薄膜曝光的能量值发生了变化，从而改变了曝光之后的polyimide薄膜的形貌，并最终在加热固化处理之后，能够获得没有翘起的polyimide薄膜，解决了随后的IC电路的封装过程中，翘起对填充焊球的不利影响。

Mask and design method thereof

The invention discloses a mask and design method, the mask comprises a transparent part forming mask pattern and the transparent part, diffraction grating structure region of the transparent part arranged adjacent to the edge of the light, and the grating diffraction grating structure in the region is parallel to the adjacent transparent part the edge. The mask of the invention, the light in the mask in part, diffraction grating structure design of the area adjacent to the edge of the transparent part, thus making the area change of polyimide film exposure energy, the morphology of polyimide thin film after changing the exposure, and finally after heat curing treatment can be obtained without polyimide film tilt and solve the packaging process of IC circuit in the subsequent, tilt adverse effects on solder ball filling.

【技术实现步骤摘要】
光罩及其设计方法
本专利技术涉及半导体制造技术，特别涉及一种IC制造过程中封装阶段的光刻中的所使用的一种光罩以及所述光罩的设计方法。
技术介绍
在半导体制造技术中，在IC（integratedcircuit，集成电路）的封装阶段，会在包含有芯片的基底表面涂覆一层polyimide（聚酰亚胺）薄膜以对基底起到保护作用；之后利用光刻手段对polyimide薄膜进行曝光、显影以及加热固化处理，最终在polyimide薄膜中所需要的部分形成沟槽，以露出基底中所需要与外界电连接的导电层部分；之后在沟槽中填充焊球以与外界进行电连接。在polyimide薄膜在加热固化处理后，其形貌会发生一些不希望发生的变化，因此现有的对polyimide薄膜的处理还有待改进之处。以下结合附图对该过程以及所出现的问题具体介绍如下。如图1所示，在包含有芯片的基底1表面涂覆一层polyimide薄膜2以对基底1起到保护作用。随后，如图2所示，利用光刻手段对polyimide薄膜2进行曝光处理。曝光时利用光罩（mask）3将所需要的图形复制到polyimide薄膜2上。作为光刻胶的一种，polyimide薄膜2为负胶，其特点是曝光时，被光照射之处显影后会保留于基底1表面，被光罩3遮挡而未被光照射之处在显影后会从基底1去除。因此，光罩2中的不透光部分需要与基底1表面需要与外界电连接的导电层部分相对应。随后，如图3所示，对polyimide薄膜2进行显影并加热固化处理。显影之后，polyimide薄膜2中形成了沟槽4，基底1中需要与外界进行电连接的部分暴露于沟槽4的底部。经过加热固化处理后，保留于基底1表面的polyimide薄膜2，其靠近沟槽4的边缘会产生翘起21，该现象一般被称作鸟嘴效应（cuspeffect）。因为在之后的封装工艺中，会在沟槽4中填充焊球，翘起21的存在会影响焊球的填充，如易使焊球中出现空隙，影响焊球与基底1的结合等，造成对随后封装过程不利的影响。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供一种针对polyimide薄膜图形化的光罩以及该光罩的设计方法，以使得经过所述光罩曝光后的polyimide薄膜，在经过后续加热固化处理之后，不会在靠近沟槽的边缘会产生翘起，进而避免随后对封装过程的不利影响。本申请的技术方案是这样实现的：一种光罩，包括形成光罩图案的透光部分和不透光部分，所述透光部分设有相邻于所述不透光部分边缘的衍射光栅结构区域，且所述衍射光栅结构区域的光栅条纹平行于与之相邻的不透光部分的边缘。进一步，所述衍射光栅结构区域中，远离所述不透光部分的光栅常数大于靠近所述不透光部分的光栅常数。进一步，所述衍射光栅结构区域的光栅常数为：其中，X为所述衍射光栅结构区域中到所述不透光部分边缘的垂直距离，C为利用所述光罩曝光时与入射光波长相关的常数，d为光栅常数。进一步，所述衍射光栅结构区域的光栅常数d小于1um。进一步，所述衍射光栅结构区域的宽度小于60um。进一步，所述衍射光栅结构区域的光栅常数小于聚酰亚胺polyimide薄膜的分辨率。一种光罩的设计方法，包括：设计所述光罩中透光部分和不透光部分的分布，以形成所述光罩的图案；利用所述光罩对基片表面涂覆的polyimide薄膜进行曝光、显影并加热固化处理；以x轴表示polyimide薄膜与所形成的沟槽边缘的距离值，以y轴表示polyimide薄膜的厚度，通过测量获取加热固化处理后的所述polyimide薄膜的厚度与所述距离值之间的第一函数关系的曲线；以所述polyimide薄膜中部的平坦区域所对应的第一函数关系的曲线中的平行于所述x轴的直线部分为轴线，对所述第一函数关系的曲线进行镜像变换，以获取第二函数关系的曲线；将所述第二函数关系的曲线沿y轴正向上移，以使其所表示的polyimide薄膜的厚度转换为曝光、显影后且加热固化前的polyimide薄膜的厚度，进而获得第三函数关系的曲线；通过实验获取对polyimide薄膜进行曝光时的曝光能量与曝光后polyimide薄膜厚度之间的第四函数关系；根据所述第三函数关系和第四函数关系推导出所述曝光能量与所述距离值之间的第五函数关系式；根据所述第五函数关系式和光栅公式，确定光栅常数与所述距离值的第六函数关系式；根据所述第六函数关系式，在所述光罩的透光部分中，设计相邻于所述不透光部分边缘的衍射光栅结构区域，所述衍射光栅结构区域的光栅条纹平行于与之相邻的不透光部分的边缘。进一步，所设计的衍射光栅结构区域中，远离所述不透光部分的光栅常数大于靠近所述不透光部分的光栅常数。进一步，所述衍射光栅结构区域的光栅常数为：其中，X为所述衍射光栅结构区域中到所述不透光部分边缘的垂直距离，C为曝光时与入射光波长相关的常数，d为光栅常数。进一步，所述polyimide薄膜的厚度为百分比厚度，所述百分比厚度以所述polyimide薄膜涂覆于基片表面后未曝光前的厚度为单位。进一步，将所述第二函数关系的曲线沿y轴正向上移，以获得第三函数关系的曲线的过程中，所述第二函数关系的曲线沿y轴正向上移的距离为45%。因为polyimide薄膜的厚度与曝光能量之间具有一定的关系，所以从上述方案可以看出，本专利技术提供的光罩，在透光部分中，相邻于不透光部分边缘的设置衍射光栅结构区域，该衍射光栅结构区域在对polyimide薄膜进行曝光时，会改变polyimide薄膜的曝光边缘所接收的曝光能量，因此会改变随后polyimide薄膜的曝光边缘的厚度，进而能够消除polyimide薄膜中靠近沟槽的边缘的翘起。本专利技术提供的光罩的设计方法，从形成的带有翘起的polyimide薄膜的厚度与距离沟槽边缘的距离之间的关系入手，利用镜像变换手段以将翘起进行反向处理进而在数学手段上消除翘起。随后通过坐标平移手段反推回曝光显影之后、加热固化处理之前的polyimide薄膜的厚度与距离沟槽边缘的距离之间的关系，因为此时该曝光后的polyimide薄膜的厚度与距离沟槽边缘的距离之间的关系是从之前消除翘起的数学手段进行推导获得的，因此此时所确定的曝光后的polyimide薄膜形貌不会在随后的加热固化处理后形成位于沟槽边缘的翘起；因为polyimide薄膜的厚度与曝光能量之间具有一定的关系，所以此时的曝光后的polyimide薄膜形貌，可以通过对polyimide薄膜不同区域曝光能量的调整而获得，进而利用实验获取的对polyimide薄膜进行曝光时的曝光能量与曝光后polyimide薄膜厚度之间的关系，结合此时曝光后的polyimide薄膜的厚度与距离沟槽边缘的距离之间的关系，可以得出polyimide薄膜的曝光能量与polyimide薄膜中到沟槽边缘的距离值之间的关系。随后便可以通过对曝光能量的控制，进而控制曝光后的polyimide薄膜的厚度变化，从而消除随后进行加热固化处理后可能出现的翘起。因为衍射光栅可以改变曝光能量的分布，所以可以通过在光罩上增加衍射光栅结构区域的方法控制曝光能量的分布，而对于曝光能量的分布的控制，可以通过改变光栅的光栅常数来实现，进而可以依据polyimide薄膜的曝光能量与polyimide薄膜中到沟槽边缘的距离值之间的关系，以及曝光能量与光栅常数之间的关系，获得光栅常数与polyimid本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光罩，包括形成光罩图案的透光部分和不透光部分，其特征在于：所述透光部分设有相邻于所述不透光部分边缘的衍射光栅结构区域，且所述衍射光栅结构区域的光栅条纹平行于与之相邻的不透光部分的边缘；其中，所述衍射光栅结构区域的光栅常数为：

【技术特征摘要】
1.一种光罩，包括形成光罩图案的透光部分和不透光部分，其特征在于：所述透光部分设有相邻于所述不透光部分边缘的衍射光栅结构区域，且所述衍射光栅结构区域的光栅条纹平行于与之相邻的不透光部分的边缘；其中，所述衍射光栅结构区域的光栅常数为：其中，X为所述衍射光栅结构区域中到所述不透光部分边缘的垂直距离，C为利用所述光罩曝光时与入射光波长相关的常数，d为光栅常数。2.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于：所述衍射光栅结构区域中，远离所述不透光部分的光栅常数大于靠近所述不透光部分的光栅常数。3.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于：所述衍射光栅结构区域的光栅常数d小于1um。4.根据权利要求1所述的光罩，其特征在于：所述衍射光栅结构区域的宽度小于60um。5.根据权利要求2所述的光罩，其特征在于：所述衍射光栅结构区域的光栅常数小于光刻手段对聚酰亚胺polyimide薄膜进行曝光的分辨率。6.一种光罩的设计方法，包括：设计所述光罩中透光部分和不透光部分的分布，以形成所述光罩的图案；利用所述光罩对基片表面涂覆的聚酰亚胺polyimide薄膜进行曝光、显影并加热固化处理；以x轴表示polyimide薄膜与所形成的沟槽边缘的距离值，以y轴表示polyimide薄膜的厚度，通过测量获取加热固化处理后的所述polyimide薄膜的厚度与所述距离值之间的第一函数关系的曲线；以所述polyimide薄膜中部的平坦区域所对应的第一函数关系的曲线中的平行于所述x轴的直线部分为轴线，对所述第一函数关系的曲线进...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹存朋，朱晓峥，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31