在平版印刷中用于减少误差的方法技术

本发明专利技术提供一种用于在使用诸如大面积光掩模或刻线的掩模，和诸如晶片步进机或投射对准仪的曝光机的平版印刷，将所述掩模的图案印刷在一个诸如一个显示屏或一个半导体晶片的工件上的过程中预测和校正几何误差的方法，根据本发明专利技术的方法包括下列步骤：收集关于至少下列信息中一个信息的信息：关于掩模基底的信息，关于掩模写入器的信息，关于曝光机的信息，和关于将在写入掩模之后发生的处理过程的行为信息。该方法还包括由所述信息预测当图案被印刷到工件上时将在图案中产生的变形，由所述预测来计算一个校正映射以消除所预测的变形，和将所述图案曝光到所述掩模基底上，同时将所述校正映射施加于所述变形。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光掩模的制造和精确图案化以及在微平版印刷中，例如在平板显示器和半导体电路的制造中使用这种光掩模。在显示屏面或半导体芯片上的图案中的误差可以被分为来自系统源的误差，来自掩模和图案与设备交互作用带来的误差以及来自随机波动带来的误差。本专利技术涉及使这些误差降低。换言之，本专利技术涉及该光掩模和该设备以及使用一个光掩模的处理过程的特性，由这一特性而获得的信息的保存和提取，以及在写光掩模时被施加以降低在使用光掩模的平版印刷中的不完善性的校正过程的产生。
技术介绍
自60年代早期以来，半导体平版印刷技术一直呈指数地发展，制造特征每隔二或三年就变得更小，同时电路变得更快和更复杂。附图说明图1示出了该技术向前一些年发展的工业预期。当然，我们看未来越远，其预期的不确定性就越大，没有人知道到2020年在电子工业中是否还会使用晶体管。在下一个十年内，该预期是更确定的而主要的不确定性不是涉及“多小”而是涉及“精确为什么时间”。在平版印刷中的误差可以广义地分为位置和尺寸误差，或“图象对准”和“临界尺寸”，贸易行话中称为“CD”。在图案中允许出现的误差和在图案中最小特征的尺寸之间具有或多或少的固定关系。拇指原则(rule of thumb)是在掩模上，图形的布置必须在设计规则的5％之内而特征的尺寸应在2.5之内。这些数字是惊人地小，但是经过了理论和实验的验证。图1还显示了每年在掩模上的必须的图象对准和CD(尺寸)控制，假设4X掩模将继续被使用。可以看到，在最近1999年的误差为很少的几十个纳米并且将在不到15年之内减少10倍。同时，芯片将变得更大，这意味着更大的掩模或更小的缩减量。两种方式都很难实现所需的图案保真度。本专利技术提供了一种用于降低误差以实现与预期的平版印刷发展相一致的总误差的减少的新通用方法。一个重要的应用是用于定位误差的减少，定位误差既是一种重要的误差源又是一个由几个因素交互作用引起的误差的好例子。定位误差当一个玻璃片被夹持，它会由于该夹持设备和其自身重量而变形。此外，它还会由于沉积在其上的表面薄膜中的内部应力和所述薄膜的图案化而被扭曲。半导体掩模通常为152×152×6.25mm而图案化区域可为127×127mm。图2b显示了片201在重力作用下的弯曲如何使得该玻璃的上部区域被缩短。当该玻璃片被释放，例如被垂直夹持时，它弹回其自然形状，如图2a所示，而该缩短问题消失。如果在该玻璃片弯曲时在其上写入一个图案，则当该片被释放后，该图案将被拉长。图3显示了一个当片沿两个相对端被支撑时(如图2所示)产生最大误差的示意图。在此，所期望的横向误差被示出为该片厚度和尺寸，即在两个支撑端之间距离的函数。由图3得出的所感兴趣的推测是可能由一个玻璃片的不适当支撑导致的误差幅度是比在高端掩模中所允许误差幅度更大的幅度量级。点A示出了一个标准的半导体刻线152×152×6.25mm而最大偏差在400nm左右。点B是一个新标准化掩模格式225×225×9mm，尽管该玻璃片的厚度更大，该偏差在1um左右。点C最后示出了对于大区域的掩模，该问题甚至更差800mm片8mm给出一个60um的可能误差。由图3还看到增加该玻璃片的厚度具有弱的补救效果。不可能通过增加800mm片的厚度来将误差降至0.1um。相同的理由对于在B中的225mm掩模是有效的即使一个具有侧边225mm的玻璃管也具有大于10nm的偏差。图3显示了由于重力引起的变形幅度而它还表明了对于更大的掩模尺寸，所有事情变得更复杂。其他误差定位变形导致了放置或对准误差。在所完成产品中的另一个大的放置误差源是在曝光工具中的扭曲，该曝光工具对于半导体而言是一个晶片步进机(stepper)，而对于显示屏面而言是一个投射校准器。掩模写入器具有级误差，但这些误差在对xy度量系统(诸如由尼康和莱卡所制造的可商用系统)校准之后通常会得到很好的控制。由于沉积在工件上或由工件移除的薄膜具有内部应力和使得工件变形以及由于一些处理过程，例如高温退火步骤导致工件的收缩或翘曲，所以放置还会受到处理过程的影响。一个重要的误差源是在掩模上使用的薄膜。将该框架固定到该掩模片上引起该掩模片弯曲。其他的影响使得在一个掩模上或在一个芯片或显示屏面上的不同位置处露出不同的图案特征尺寸。在这一事实之后有几种可能的机理不均匀的聚焦，不一致的显影激励，不一致的光刻胶厚度，在掩模上不均匀的铬特性和在晶片或屏面上的不均匀的膜厚，在曝光工具中曝光剂量的变化，在曝光和显影或在涂覆光刻胶和曝光之间的影响以及在不完善的预曝光和后曝光烘焙过程之间的影响。尺寸误差还由于掩模写入器的基本成像特性和曝光位置而引起。具体地，小的特征由于有限的分辨率而趋向于露出特别小而这些特征由于杂散曝光而受到在邻近的其他特征的影响。这些类型的尺寸误差还与诸如线端的缩短和拐角的变圆的形状误差密切相关。掩模和晶片曝光工具的精确细节还与图案相互作用并产生例如栅格快照效应，和伪图案特征。混合和匹配在掩模行业中使用的术语是“定位”通常为一个理想数学格栅，它实际意味着与一个参照格栅的定位不正。在过去，已完成产品到一个理想数学格栅的定位并不必要。如果所有层(在半导体芯片中大约为25层而在TFT中大约为6层)使用相同类型的曝光机来印刷，由于每一层都以相同的方式变形，因而该曝光机的系统和相等特性将被消除。然而，当分辨率被推进以实现电路速度和封装密度时，由于更高的工具费用和更昂贵的掩模使得平版印刷的费用快速上升。为了使得制造便宜，显示器和芯片制造商竭力不使用比对于每一层所需要更复杂的技术，所谓的混合和匹配(mix-and-match)。不同层可以采用具有不同误差特性的不同类型曝光工具来印刷。此外，这些掩模可以是不同类型的，例如对于一层为相移掩模和对于另一层为标准二元掩模。不同类型的掩模可以要求它们它们在不同掩模写入器上被写入。误差管理会由于对于临界和非临界层甚至没有相同的曝光区域而变得更复杂。图4显示了使用不同区域的工具在半导体晶片上形成的管芯。类似于晶体管层的临界层使用一个具有仅容纳一个管芯的工具来印刷。较不临界的层，诸如顶部金属层，使用一个具有较大区域并可能具有一个不同的掩模缩减因子的不同的步进机来印刷。一个或两个层可用一个步进-扫描工具来曝光，而如果都使用步进和扫描，则它们可以具有相互呈直角的扫描方向。此外，可以预期在将来，单个管芯可以在使用所谓针织扫描器(stitching scanner)的两个或多个扫描冲程中曝光。过去，认为掩模应该尽量接近于完美，即尽量接近于理想的数学栅格。则用于不同层的掩模可以被写入在不同类型的掩模写入器或甚至用不同的掩模制作公司，以达到最佳的经济性和后勤性。当所有的掩模都在相同的步进机或相同类型的步进机上曝光时，在步进机上系统误差将被大大地消除。这在图4a-c的混合-和-匹配中中止。仅有的用于直接解决以不同方式印刷的各层的复杂重叠特性的方法是使得每一层印刷一个接近数学理想的图像。本专利技术给出了一个用于预测在一个特定曝光机中的印刷误差并通过以相反方式预变形和预偏置该图案来预先校正它。在本申请中描述了一种用于管理对于完成的产品中，并还存在非理想的掩模毛坯(mask blank)和夹持结构时的平版印刷误差的实际方法。因此，本专利技术的目的是提供一种用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在使用诸如大面积光掩模或刻线的掩模，和诸如晶片步进机或投射对准仪的曝光机，将所述掩模的图案印刷在一个诸如一个显示屏或一个半导体晶片的工件上的平版印刷中预测和校正几何误差的方法，该方法包括下列步骤： －提供一个掩模基底， －提供一个图案数据文件， －提供一个用于将所述图案写入在所述掩模基底上的掩模写入器， －收集关于至少下列信息中一个信息的信息： －关于掩模基底的信息 －关于掩模写入器的信息 －关于曝光机的信息，和 －关于将在写入掩模之后发生的处理过程的行为信息； －由所述信息预测当图案被印刷到工件上时将在图案中产生的变形， －由所述预测来计算一个校正映射以消除所预测的变形，和 －将所述图案曝光到所述掩模基底上，同时将所述校正映射施加于所述变形。

【技术特征摘要】
SE 1999-5-20 9901866-51.一种用于在使用诸如大面积光掩模或刻线的掩模，和诸如晶片步进机或投射对准仪的曝光机，将所述掩模的图案印刷在一个诸如一个显示屏或一个半导体晶片的工件上的平版印刷中预测和校正几何误差的方法，该方法包括下列步骤-提供一个掩模基底，-提供一个图案数据文件，-提供一个用于将所述图案写入在所述掩模基底上的掩模写入器，-收集关于至少下列信息中一个信息的信息-关于掩模基底的信息-关于掩模写入器的信息-关于曝光机的信息，和-关于将在写入掩模之后发生的处理过程的行为信息；-由所述信息预测当图案被印刷到工件上时将在图案中产生的变形，-由所述预测来计算一个校正映射以消除所预测的变形，和-将所述图案曝光到所述掩模基底上，同时将所述校正映射施加于所述变形。2.根据权利要求1的一种方法，其中所收集的信息是关于掩模的几何和弹性特性的信息。3.根据权利要求2的一种方法，其中所收集的几何特征信息包括与掩模基底平整度有关的信息。4.根据前述任何一个权利要求的一种方法，其中所收集的信息包括与在掩模基底上光刻胶特性有关的信息。5.根据权利要求4的一种方法，其中与在掩模基底上光刻胶特性有关的信息包括与光刻胶的厚度，光刻胶的软烘焙变化和内部应力有关的信息。6.根据前述任何一个权利要求的一种方法，其中所收集的信息包括与涂覆于掩模基底上的铬膜特性有关的信息。7.根据前述任何一个权利要求的一种方法，其中该方法还包括提供一个掩模基底的数学模型，即一个有限元模型，从而对在图案中产生的变形的预测以及对校正的计算可以借助于该数学模型来完成。8.根据前述任何一个权利要求的一种方法，其中所述掩模基底还与一个标识码有关，而所述掩模基底的物理特性被测量并存为一个数据文件，从而预测在图案中产生的变形的步骤包括读取所述掩模基底的所述标识码并提取出相关的数据文件并借助于描述掩模基底行为的模型和借助所述数据来预测在印刷于工件上的图案中的变形。9.根据前述任何一个权利要求的一种方法，其中所述的掩模写入器和/或所述的曝光机包括一个用于保持所述掩模基底的夹持结构，从而在预测步骤中使用的数学模型组合了所述平整度信息与所述设备件的夹持结构的几何特性。10.根据权利要求9的一种方法，其中至少两个平版印刷机器于工件上的图案交互作用，例如一个掩模生成器和一个使用来自该掩模生成器的掩模的投射印刷机，每一个机器具有一个用于保持该工件的夹持结构，所述机器具有不同的夹持结构而至少一个机器具有运动学上过多夹持的结构，包括附加步骤-提供多个描述工件几何特性的计算机模型，-进一步的特征在于至少一个机器具有运动学上过于夹持的结构和提供该夹持结构的数据，-使用该工件的模型和该夹持结构的数据去计算由于在平版印刷机器中不同夹持引起的图案的变形。11.根据权利要求9的一种方法，其中所预测的夹持变形于其他预测的变形，例如由于曝光工具的非理想性引起的变形和由于工件高温烘焙造成的收缩变形相融合，而所预测...

【专利技术属性】
技术研发人员：T桑德斯特雷姆，P伊克伯格，P阿斯克杰，M伊伯格，A瑟伦，
申请(专利权)人：麦克隆尼克激光系统有限公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]