TW201723644A - 一種用於半導體微影製程的設備及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

本發明實施例提供一種用於半導體微影製程的設備，包含具有導熱表面的保護薄膜、多孔保護膜框、導熱黏著層，導熱黏著層係用以將保護薄膜緊固至多孔保護膜框。多孔保護膜框包含複數多孔通道，多孔通道從多孔保護膜框之外表面連續延伸至多孔保護膜框之內表面。

Description

一種用於半導體微影製程的設備及其製造方法
本發明實施例係關於一種半導體製程技術。
在半導體積體電路(integrated circuit；IC)工業中，積體電路材料及設計的技術發展促使各代積體電路因應而生，而新一代擁有比先前一代更小和更複雜的電路。在積體電路進化過程中，功能密度(例如每晶圓面積之互連元件的數目)增加通常伴隨幾何尺寸(例如可以使用製程技術產生之最小元件(或線))縮小。一般而言，藉由按比例縮小製程可增加生產效率且降低相關成本。同時，按比例縮小製程也增加處理和製造積體電路的複雜性。
針對不同圖案化製程，例如蝕刻、離子佈植，光微影製程形成圖案化的光阻層。此微影製程之圖案化的最小特徵尺寸係受限於投射輻射源之波長。從往至今，微影設備歷經使用365奈米之波長的紫外光、使用包含248奈米之氟化氪 (KrF)雷射與193奈米之氟化氬(ArF)雷射的深紫外(deep ultraviolet；DUV)光，發展至使用13.5奈米之波長的極紫外光(extreme ultraviolet；EUV)，從而改良每一步驟的解析度。
在光微影製程中，係使用光罩(或遮罩)。遮罩包含基板及圖案化層，圖案化層定義光微影製程期間待轉印至半導體基板的積體電路。一般而言，遮罩係包含保護膜組件，又統稱為遮罩系統。保護膜組件包含透明薄膜及保護膜框，其中在保護膜框上方安裝薄膜。保護膜保護遮罩免於粒子掉落，且使得粒子不位於焦點而不會產生圖案化的影像，前述之圖案化的影像可在使用遮罩時引發缺陷。通常薄膜係被拉伸及安裝在保護膜框上方，且薄膜係藉由膠或其他黏著劑附著至保護膜框。內部空間係可藉由遮罩、薄膜及保護膜框形成。然而，若內部壓力與外部壓力之間的壓力差缺少平衡，可導致薄膜變得扭曲、折皺、斷裂或損壞，從而使得遮罩保護膜系統無法使用。因此，現存製造遮罩保護膜系統的技術尚未完全滿足各方面的需求。
依據本發明之部分實施例，本發明實施例提供一種用於半導體微影製程的設備。設備包含具有導熱表面的保護薄膜；多孔保護膜框；及將保護薄膜緊固至多孔保護膜框的導熱黏著層。多孔保護膜框包含複數多孔通道，多孔通道自多孔保護膜框之外表面連續延伸至多孔保護膜框之內表面。
依據本發明之部分實施例，本發明實施例係提供一種用於微影製程之保護膜的製造方法，包含：製造具有可調整多孔尺寸的多孔保護膜框；形成具有導熱表面的保護薄膜；及將保護薄膜附著至保護膜框，使得保護薄膜係藉由導熱黏著材料而懸掛於保護膜框。
依據本發明之部分實施例，本發明實施例提供一種用於微影製程的方法，包含：提供保護設備，其中保護設備包含具有導熱表面的薄膜及多孔保護膜框，多孔保護膜框係藉由導熱黏著材料緊固薄膜，且薄膜橫跨保護膜框；將保護設備安裝至遮罩上，其中遮罩包含圖案化的表面；將安裝有保護設備的遮罩裝載至微影系統中及將半導體晶圓裝載至微影系統之基板台上；及執行微影曝光製程以將圖案化的表面的圖案自遮罩轉印至半導體晶圓。
上述已概述數個實施例的特徵，因此熟習此技藝者可更了解本發明之態樣。熟悉此技藝者應了解到，其可輕易地利用本發明做為基礎，來設計或潤飾其他製程與結構，以實現與在此所介紹之實施例相同之目的及/或達到相同的優點。熟悉此技藝者也應了解到，這類均等架構並未脫離本發明之精神和範圍，且熟悉此技藝者可在不脫離本發明之精神和範圍下，進行各種之更動、取代與潤飾。
100‧‧‧微影系統
102‧‧‧輻射源
104‧‧‧照明器
106‧‧‧遮罩台
108‧‧‧遮罩
110‧‧‧投射光學元件
112‧‧‧光瞳相位調變器
114‧‧‧投射光瞳平面
116‧‧‧基板
118‧‧‧基板台
202‧‧‧基板
203‧‧‧背側塗佈層
204‧‧‧多層結構
206‧‧‧覆蓋層
208‧‧‧吸收體
210‧‧‧抗反射塗佈層
300‧‧‧遮罩保護系統
302‧‧‧遮罩
304‧‧‧保護膜框
306‧‧‧薄膜
308‧‧‧黏著層
310‧‧‧黏著層
312‧‧‧內部空間
314‧‧‧圖案化的表面
316‧‧‧內表面
318‧‧‧外表面
402‧‧‧透明層
404‧‧‧第一覆蓋層
406‧‧‧第二覆蓋層
408‧‧‧導熱膜
502‧‧‧多孔通道
504‧‧‧路徑
602‧‧‧第一粒子
604‧‧‧第二粒子
606‧‧‧原子擴散
700‧‧‧導熱黏著層
700A‧‧‧導熱黏著層
700B‧‧‧導熱黏著層
700C‧‧‧導熱黏著層
700D‧‧‧導熱黏著層
702‧‧‧第一特徵
704‧‧‧第二特徵
706‧‧‧黏著組成
708‧‧‧導熱組成
900‧‧‧黏著材料
902‧‧‧第一嵌段
904‧‧‧第二嵌段
1000‧‧‧方法
1002‧‧‧步驟
1004‧‧‧步驟
1006‧‧‧步驟
1008‧‧‧步驟
1010‧‧‧步驟
1100‧‧‧方法
1102‧‧‧步驟
1104‧‧‧步驟
1106‧‧‧步驟
1108‧‧‧步驟
閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本發明之多個樣態。需留意的是，圖式中的多個特徵並未依照該 業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，所述之特徵的尺寸可任意的增加或減少以利於討論的清晰性。
第1圖為依據本發明之部分實施例之微影系統的示意圖。
第2圖為依據本發明之部分實施例之遮罩之剖面圖。
第3A圖、第3B圖及第3C圖分別為依據本發明之部分實施例之遮罩保護系統沿線A-A’之俯視圖、立體圖及剖面圖。
第4圖為依據本發明之部分實施例之保護薄膜之剖面圖。
第5圖為依據本發明之部分實施例之保護膜框之局部剖視圖。
第6A圖、第6B圖及第6C圖為依據本發明之部分實施例於各製程階段之保護膜框之多孔材料之示意圖。
第7圖為依據本發明之部分實施例之導熱黏著層的剖視圖，其中藉由導熱黏著層將兩個特徵連接在一起。
第8圖為依據本發明之部分實施例之導熱黏著層相對於導熱率與填充率之間的關係的示意圖。
第9圖為依據本發明之部分實施例之黏著材料的示意圖。
第10圖為依據本發明之部分實施例之方法流程圖。
第11圖為依據本發明之部分實施例之方法流程圖。
以下將以圖式及詳細說明清楚說明本發明之精神，任何所屬技術領域中具有通常知識者在瞭解本發明之實施例後，當可由本發明所教示之技術，加以改變及修飾，其並不脫離本發明之精神與範圍。舉例而言，敘述「第一特徵形成於 第二特徵上方或上」，於實施例中將包含第一特徵及第二特徵具有直接接觸；且也將包含第一特徵和第二特徵為非直接接觸，具有額外的特徵形成於第一特徵和第二特徵之間。此外，本發明在多個實施例中將重複使用元件標號以及/或文字。重複的目的在於簡化與釐清，而其本身並不會決定多個實施例以及/或所討論的設置之間的關係。
此外，方位相對詞彙，如「在...之下」、「下面」、「下」、「上方」或「上」或類似詞彙，在本文中為用來便於描述繪示於圖式中的一個元件或特徵至此外的元件或特徵之關係。方位相對詞彙除了用來描述裝置在圖式中的方位外，其包含裝置於使用或操作下之不同的方位。當裝置被此外設置(旋轉90度或者其他面向的方位)，本文所用的方位相對詞彙同樣可相應地進行解釋。
第1圖為依據本發明之部分實施例之微影系統100的示意圖。一般而言，微影系統100又稱為掃描器，掃描器係可操作而執行微影製程，微影製程包含以各別輻射源曝光及在特定曝光模式下曝光。於本發明之部分實施例中，微影系統100包含極紫外光(extreme ultraviolet；EUV)微影系統，極紫外光微影系統係設計以藉由極紫外光曝光光阻層。因此，於部分實施例中，光阻層包含對極紫外光敏感的材料(例如極紫外光光阻)。第1圖之微影系統100包含複數子系統，例如輻射源102、照明器104、遮罩台106、遮罩108、投射光學元件110、半導體基板116以及基板台118，其中遮罩台106係設置以承載遮罩108，基板台118係設置以承載基板116。以下將 提供微影系統100之操作方法：將從輻射源102的極紫外光導向照明器104(包含一組反射鏡)且投射至反射性遮罩108上。將反射的遮罩影像導向投射光學元件110，投射光學元件110聚焦極紫外光且將極紫外光投射至半導體基板116上，使得沉積於基板116上的極紫外光光阻層曝光。此外，於多個實施例中，舉例而言，微影系統100之每一子系統係在高真空環境中安裝，且在高真空環境下操作，因此可減少極紫外光之大氣吸收。
於本發明之部分實施例中，輻射源102可用以產生極紫外光。在部分實施例中，舉例而言，輻射源102包含電漿源，例如放電激發電漿(discharge produced plasma；DPP)或雷射激發電漿(laser produced plasma；LPP)。在部分實施例中，極紫外光可包含範圍從約1奈米至約100奈米之波長的光。在特定實施例中，輻射源102產生極紫外光，其極紫外光之中心波長約13.5奈米。因此，輻射源102亦可稱為極紫外輻射源102。在部分實施例中，輻射源102亦包含收集器，收集器可用以收集從電漿源產生的極紫外光且將極紫外光導向成像光學元件(例如照明器104)。
承上所述，從輻射源102所發射的光係導向照明器104。在部分實施例中，照明器104可包含反射光學元件(例如：用於極紫外微影系統100)，例如單面鏡或具有多個鏡面的面鏡系統，以將自輻射源102所發射的光導向遮罩台106上，特別是將光導向緊固於遮罩台106上的遮罩108。舉例而言，在部分實施例中，照明器104可包含波帶片(zone plate)， 用以改良極紫外光之聚焦。在部分實施例中，照明器104為依據特定光瞳形狀被設置，使得通過其中的極紫外光成形。舉例而言，特定光瞳(pupil)形狀包含偶極(dipole)形狀、四極(quadrapole)形狀、環形、單射束形狀、多射束形狀及/或以上組合。在部分實施例中，照明器104係可操作而設置面鏡(亦即照明器104的面鏡)以提供遮罩108理想的照明。在部分實施例中，可設置照明器104之面鏡以將極紫外光反射至不同的照明位置。在部分實施例中，在照明器104之前的載台可包含其他可設置的面鏡，此些面鏡可用以將極紫外光導向照明器104之面鏡內的不同照明位置。在部分實施例中，照明器104係設置以提供軸上照明(on-axis illumination；ONI)至遮罩108。在部分實施例中，照明器104係設置以提供軸外照明(off-axis illumination；OAI)至遮罩108。值得注意的是，應用於極紫外微影系統100中的光學元件、應用於照明器104的特定光學元件及投射光學元件110可包含具有多層薄膜塗層的面鏡，此些面鏡稱為布拉格反射器。舉例而言，此多層薄膜塗層可包含鉬(Mo)與矽(Si)之交替層，從而在極紫外波長(例如約13奈米)下提供高反射率。
承上所述，微影系統100更包含遮罩台106，遮罩台106係設置以緊固遮罩108。由於微影系統100係在高真空環境中安裝，且在高真空環境下操作，因此遮罩台106可包含靜電夾盤(e-chuck)以緊固遮罩108。相似於極紫外微影系統100之光學元件，遮罩108亦為反射性的。參照第2圖之實施例，將更詳細地描述遮罩108之細節。如第1圖所示之實施例， 光自遮罩108反射及導向投射光學元件110，投射光學元件110收集從遮罩108反射的極紫外光。舉例而言，從遮罩108所反射的極紫外光係藉由投射光學元件110收集，且載送遮罩108所定義的圖案化影像。在部分實施例中，投射光學元件110提供遮罩108之圖案化的成像至半導體基板116，其中半導體基板116係緊固於微影系統100之基板台118上。特定而言，在部分實施例中，投射光學元件110聚焦所收集之極紫外光且將極紫外光投射至半導體基板116上，使得沉積於半導體基板116的極紫外光阻層曝光。承上所述，投射光學元件110可包含應用於極紫外微影系統(例如微影系統100)的反射光學元件。在部分實施例中，照明器104及投射光學元件110係統稱為微影系統100之光學模組。
承上所述，微影系統100更包含基板台118，基板台118係用以緊固待圖案化之半導體基板116。在部分實施例中，半導體基板116包含半導體晶圓，例如矽晶圓、鍺晶圓、矽鍺晶圓、三五族晶圓或其他已知的晶圓。半導體基板116可塗佈對極紫外光敏感的光阻層(例如極紫外光阻層)。極紫外光阻具有嚴格的特性標準。基於說明目的，極紫外光阻係可被設計以提供至少約22奈米解析度、至少約2奈米線寬粗糙度(line-width roughness；LWR)及至少約15毫焦耳/平方公分(mJ/cm2)的敏感度。於本發明之部分實施例中，微影系統100之多個子系統(包含上文所描述的子系統)係被整合且運作以執行包含極紫外微影製程的微影曝光製程。當然，微影系統100 可進一步包含其他模組或子系統，此些模組或子系統可與本文所描述之一或多個子系統或元件整合(或耦接)。
微影系統100可包含其他元件及包含其他替代件。在部分實施例中，微影系統100可包含光瞳相位調變器112以調變從遮罩108導向的極紫外光之光學相位，使得光具有沿投射光瞳平面114的相位分佈。在部分實施例中，光瞳相位調變器112包含一機構，用以調整投射光學元件110之反射鏡以利於相位調變。舉例而言，在部分實施例中，投射光學元件110之面鏡係可設置以反射通過光瞳相位調變器112之極紫外光，從而調整通過投射光學元件110之光的相位。在部分實施例中，光瞳相位調變器112使用光瞳過濾器，光瞳過濾器係設置於投射光瞳平面114上。舉例而言，光瞳過濾器係被使用以過濾來自遮罩108反射的特定頻率的極紫外光。在部分實施例中，光瞳過濾器可作為相位光瞳過濾器，相位光瞳過濾器調變經由投射光學元件110導向之光的相位分佈。
回到遮罩108，參照第2圖之實施例，第2圖為第1圖之極紫外遮罩108之示例性的橫截面。如第2圖所示，極紫外遮罩108可包含基板202，基板202具有背側塗佈層203、多層結構204、覆蓋層206及一或多個吸收體208，吸收體208具有抗反射塗佈層210。在部分實施例中，基板202包含低熱膨脹材料(low thermal expansion material；LTEM)基板(例如摻二氧化鈦的氧化矽)，且背側塗佈層203包含氮化鉻(CrxNy)層。在部分實施例中，基板202具有約6.3至6.5毫米之厚度。在部分實施例中，背側塗佈層203具有約70至100奈米之厚 度。舉例而言，多層結構204可包含鉬-矽(Mo-Si)多層，例如於基板202之頂部上使用離子沉積技術沉積鉬-矽多層。在部分實施例中，多層結構204具有約250至350奈米之厚度，且在部分實施例中，每一對鉬-矽層具有約3奈米(鉬層)及約4奈米(矽層)之厚度。在多個實施例中，覆蓋層206包含釕(Ru)覆蓋層，在部分實施例中，此覆蓋層206可具有約2.5奈米之厚度。在部分實施例中，覆蓋層206可包含具有約4奈米之厚度的矽覆蓋層。覆蓋層206可幫助保護多層結構204(例如保護多層結構204於遮罩108製程期間)且亦可作為隨後於吸收體層之蝕刻製程的蝕刻終止層。在部分實施例中，吸收體208可包含例如氮化鉭(TaxNy)層或氮化鉭硼氧(TaxByOzNu)層，此層可具有約50至75奈米之厚度且係設置以吸收極紫外光(例如約13.5奈米之波長的光)。在部分實施例中，舉例而言，吸收體208可使用其他材料，例如：鋁、鉻、鉭及鎢等。在部分實施例中，抗反射塗佈層210包含至少一氮化鉭硼氧(TaxByOzNu)層、氧化鉿(HfxOy)層或氮化矽氧層(SixOyNz)層。在部分實施方適中，雖然已提供可用於基板202、背側塗佈層203、多層結構204、覆蓋層206、吸收體208及抗反射塗佈層210之各者的材料，然而應當理解，在不脫離本發明實施例之範疇的情況下，依然可使用同等於本技術領域中已知的其他適當材料。
基於說明目的，本文描述遮罩108之示例性製造方法。在部分實施例中，製造製程包含兩個製程階段：(1)遮罩坯料製造製程，及(2)遮罩圖案化製程。在遮罩坯料製造製程期間，藉由在適當的基板(例如：具有平坦、無缺陷表面的 低熱膨脹材料基板)上沉積適當的層(例如：舉例而言，多層之反射層，例如：鉬-矽層)而形成遮罩坯料。在多個實施例中，遮罩坯料之表面粗糙度小於約50奈米。舉例而言，覆蓋層(例如：釕)係形成於多層塗覆基板上，隨後沉積吸收體層。隨後遮罩坯料係被圖案化(例如：吸收體層係被圖案化)以在遮罩108上形成預設的圖案。在部分實施例中，在圖案化遮罩坯料之前，抗反射塗佈層係可被沉積在吸收體層上方。隨後，圖案化的遮罩108係可被使用以將電路及/或裝置圖案轉印至半導體晶圓上。在多個實施例中，經由多個微影製程，遮罩108所定義之圖案係可轉印且轉印至多個晶圓上。此外，一組遮罩(例如：遮罩108)係可被使用以構成完整積體電路裝置及/或電路。
在多個實施例中，遮罩108(如上文所述)係可被製造以包含不同結構類型，舉例而言，例如：雙光強度遮罩(binary intensity mask；BIM)或相偏移遮罩(phase-shifting mask；PSM)。示例性的雙光強度遮罩包含不透明吸收區及反射區，其中雙光強度遮罩包含待轉印至半導體基板116的圖案(例如：積體電路圖案)。不透明吸收區包含上文所述之吸收體208，吸收體208係被設置以吸收入射光(例如：入射極紫外光)。在反射區中，吸收體208已被移除(例如：在上文所述之遮罩圖案化製程期間移除)且入射光係藉由多層反射。此外，在部分實施例中，遮罩108可為相偏移遮罩，相偏移遮罩係利用反射光的相位差所產生的干涉。舉例而言，相偏移遮罩包含交替式相偏移遮罩(alternating phase-shifting mask；A ltPSM)、衰減式相偏移遮罩(attenuated phase-shifting mask；AttPSM)及無鉻膜相偏移遮罩(chromeless phase-shifting mask；cPSM)。舉例而言，交替式相偏移遮罩可包含偏移器(其相位相反)，偏移器係設置在每一圖案化的遮罩特徵之任一側上。在部分實施例中，衰減式相偏移遮罩可包含吸收體層，吸收體層具有大於零的透射率(例如：鉬-矽層具有約6%的強度透射率)。在部分實施例中，舉例而言，無鉻膜相偏移遮罩係可被描述為100%透射率的交替式相偏移遮罩，因為無鉻膜相偏移遮罩不包含移相材料或鉻於遮罩上。在相偏移遮罩之部分示例性的實施例中，圖案化層為具有材料堆疊的反射層，此材料堆疊類似於多層結構204之材料堆疊。
如上所述，遮罩108包含圖案化的影像，此影像係可藉由微影系統100將電路及/或裝置圖案轉印至半導體晶圓(例如：半導體基板116)上。為了實現從圖案化的遮罩108轉印高保真度圖案至半導體基板116，微影製程係為無缺陷。如第2圖所示，粒子可無意地沉積在覆蓋層206之表面上，且粒子若未移除會導致微影轉印圖案之劣化。粒子可在任一之多個製程中被導入，例如在蝕刻製程、清洗製程期間及/或在極紫外遮罩108之搬運期間。因此，遮罩108係被整合至保護膜組件中，且藉由保護膜組件保護遮罩108。將遮罩108及保護膜組件統稱為遮罩保護系統。舉例而言，在藉由微影系統100的微影圖案化製程期間，將遮罩保護系統緊固至遮罩台106。
參照第3A圖、第3B圖及第3C圖。第3A圖、第3B圖及第3C圖係分別代表遮罩保護系統300沿線A-A’之俯視 圖、立體圖及剖面圖。參照第3A圖、第3B圖及第3C圖所描述之遮罩保護系統300及遮罩保護系統300之使用方法。
遮罩保護系統300包含遮罩302、保護膜框304及薄膜(或保護薄膜)，且經由黏著層308及黏著層310將上述者整合至一起。承上所述，遮罩302亦包含圖案化的表面314，圖案化的表面314係可藉由微影製程而用以圖案化半導體基板。在部分實施例中，遮罩302係實質上與上文所述之遮罩108相似。在本實施例中，於微影圖案化製程期間，遮罩302係整合至遮罩保護系統300中且遮罩302與薄膜306及保護膜框304係一起被緊固於遮罩台106上。
薄膜306係鄰設於遮罩302且經由黏著層308附著至保護膜框304。具體而言，薄膜306係經由黏著層308附著至保護膜框304。進一步地，遮罩302係經由黏著層310附著至保護膜框304。因此，遮罩302、保護膜框304及薄膜306係被設置且係整合以圍住內部空間312。遮罩302之圖案化的表面314係被圍在內部空間312中，因而在微影圖案化製程、遮罩裝運及遮罩搬運期間可保護表面免於污染。
薄膜306之材料係可被微影圖案化製程中所使用的輻射束穿透，此外薄膜306具有導熱表面。如第3C圖所示，薄膜306亦係鄰設於遮罩302上的圖案化的表面314。在多個實施例中，薄膜306包含透明材料層與導熱膜於一表面上(或兩個表面)。
第4圖為依據本發明之部分實施例之薄膜306之橫截面視圖。薄膜306包含一或多種材料之透明層402，此一 或多種材料包含矽，例如多晶矽、非晶矽(α-Si)、摻雜矽(例如摻磷矽-磷化矽)或矽基化合物。或者，透明層402包含聚合物、石墨烯或其他適當材料。透明層402具有一厚度，此厚度具有足夠的機械強度但不劣化薄膜之透明度。在部分實施例中，透明層402之厚度範圍係30奈米至50奈米之間。
在部分實施例中，薄膜306更包含形成於透明層402之外表面上的第一覆蓋層404、或形成於透明層402之內表面之選擇性的第二覆蓋層406。覆蓋層(404或406)係設計以保護透明層402免於遭受例如化學品及/或粒子的侵蝕。舉例而言，當透明層402為矽層時，此層對環境化學品或粒子敏感。在部分實施例中，覆蓋層包含氧化矽(SiO)、氮化矽(SiN)、碳化矽(SiC)或以上組合，例如氮化碳矽(SiCN)、氧氮化矽(SiON)。在部分實施例中，覆蓋層包含氮化硼(BN)或碳化硼(BC)。覆蓋層係薄而不劣化薄膜306之透明度。在部分實施例中，覆蓋層(覆蓋層404及若存在的覆蓋層406)之厚度範圍係3奈米至10奈米之間，且較佳為5奈米，其厚度變化量係10%或以下。覆蓋層係藉由適當沉積技術形成，此沉積技術例如化學氣相沉積(chemical vapor deposition；CVD)、原子層沉積(atomic layer deposition；ALD)或其他適當技術。
薄膜306具有導熱表面，例如形成於薄膜306之一表面或兩個表面上的導熱膜408，以散熱，舉例而言，消散微影圖案化製程期間產生的熱量，從而消除或減小彎曲、其他形變或其他熱相關的劣化。在部分實施例中，導熱膜408包含釕(Ru)或碳基材料，例如石墨、石墨烯、金剛石或奈米碳管。導 熱膜408之厚度範圍係3奈米至10奈米之間，且較佳為5奈米，其厚度變化量係10%或以下。導熱膜408係藉由適當沉積技術形成，此沉積技術例如物理氣相沉積(physical vapor deposition；PVD)、化學氣相沉積、原子層沉積或其他適當技術。
選擇性地，覆蓋層及導熱膜可被組合成一種導熱覆蓋層材料用以共同提供熱傳導與保護之兩種功能。在部分實施例中，導熱覆蓋層包含銅、鎳、鐵、上述之合金或其他適當金屬或金屬合金。導熱覆蓋層係可藉由物理氣相沉積、化學氣相沉積、原子層沉積或以上組合形成。
遮罩保護系統300亦包含保護膜框304，保護膜框304係被設置以使得薄膜306可附著及緊固至保護膜框304。保護膜框304係可被設計為多種尺寸、形狀及配置。在此些及其他替代方式中，保護膜框304可具有單一組成或多種組成。保護膜框304包含具有機械強度的材料，且保護膜框304之設計形狀、尺寸與設置係設計以利於適度緊固薄膜306且薄膜306係橫跨保護膜框304。在部分實施例中，保護膜框304係可完全由多孔材料所形成。
保護膜框304包含多孔材料，由於遮罩保護系統300係位於真空環境中，故多孔材料係設計用以通風且平衡壓力。如第3C圖所示，保護膜框304之多孔材料具有自保護膜框304之內表面316延伸至外表面318的連接多孔通道以利於通風。特別而言，保護膜框304係藉由保護膜框形成製程與一機 構所形成，此機構使得在保護膜框形成製程期間可調整多孔材料之多孔尺寸。
第5圖為依據本發明之部分實施例之遮罩保護系統300之部分剖面圖。在保護膜框304中，連接多孔通道502係隨著路徑504隨機設置，且從內表面316延伸至外表面318。在多個實施例中，隨機設置意謂以下之一或任一組合：連接多孔通道之多孔尺寸自內表面316至外表面318係隨機變化；連接多孔通道係隨機分布；且連接多孔通道係隨機排列。
除了多孔結構之外，多孔材料係被選擇以具有其他特徵，例如導熱、高機械強度及/或輕重量。保護膜框304之多孔材料可包含金屬、合金或陶瓷材料。在部分實施例中，保護膜框304之多孔材料包含鋁、氧化矽、鋁-鎂、鋁-鈦、鋁-鎳、鋁-鐵、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯、氮化硼、碳化硼或以上組合。
保護膜框形成製程包含形成多孔材料且塑形多孔材料以形成保護膜框304。在部分實施例中，多孔材料之塑形包含注射鑄模、壓縮鑄模、車床、銑床、雷射切割或以上組合。在部分實施例中，多孔材料之塑形與多孔材料之形成可被組合以同步執行或重疊執行，而非順序執行以形成保護膜框304。舉例而言，在壓縮鑄模方法中，燒結以形成多孔材料與鑄模係可同步執行。依據本發明之部分實施例，多孔材料之形成係可藉由一或多個適當機制實現且將在下文進一步描述。
在部分實施例中，保護膜框304之多孔材料係藉由固體燒結所形成。形成製程包含混合固體粉末(固體粒子)； 且在高溫下燒結固體粉末以形成多孔材料。固體粒子之材料包由金屬、合金或不同材料之混合物，例如上文所列之材料。舉例而言，固體粒子包含鋁、氧化矽、氮化鋁、氧化鋁、氧化鋯、氮化硼、碳化硼。固體粒子可包含第一材料之第一組成與第二材料之第二組成，第二材料與第一材料係不同的。舉例而言，固體粒子包含兩種類型的材料，例如鋁-鎂、鋁-鈦、鋁-鎳或鋁-鐵。燒結溫度範圍從500℃至1000℃，其取決於固體粒子之金屬或合金。燒結持續時間範圍可從數秒至數小時之間。形成製程可進一步包含製備固體粉末。在多個實施例中，固體粒子可具有球形、立方形或不規則形狀，例如橄欖形、橢圓形、蛋形或圓柱形。在部分實施例中，固體粒子之尺寸範圍係從50奈米至100奈米之間。固體粒子可具有實質均勻尺寸或選擇性地具有廣泛範圍內之尺寸。多孔率範圍係從10%至40%，其取決於各因素(例如尺寸分佈、粒子形狀及方向)。多孔率係定義為多孔體積除以多孔材料之總體積。在一實施例中，固體粒子包含兩種尺寸混合在一起(雙峰(bimodal)混合)的粒子。在另一實施例中，固體粒子具有球形及實質相似尺寸，多孔率範圍係從20%至40%以形成貫穿通道，其貫穿通道從保護膜框304之內表面316延伸至外表面318。
如第6A圖、第6B圖及第6C圖於各階段的示例性視圖所示，在部分實施例中，保護膜框304係藉由液體燒結所形成。如第6A圖所示，在液體燒結中，兩種類型固體粒子(粉末)602及604係被混合在一起。兩種類型粉末通常為兩種類型的金屬或金屬合金。兩種類型粉末可包含上文適當成對列出 的材料或其他適當材料。在部分實施例中，兩種類型粉末包含鋁-鎂、鋁-鈦、鋁-鎳、鋁-鐵或鋁-矽。如第6B圖所示，在混合粉末中，兩種類型粒子係互相接觸且發生原子擴散606。藉由原子擴散，共晶(eutectic)組成物係形成於兩種類型粒子之間的界面。隨後，退火製程(燒結)係執行於混合粉末，使得共晶組成物係融化的，從而形成多孔材料，如第6C圖所示。燒結溫度等於或高於共晶溫度，共晶溫度為共晶組成物之熔點。共晶溫度通常比每種類型粒子(602或604)之熔點低。在部分實施例中，燒結溫度等於或高於共晶溫度，但低於第一粒子602及第二粒子604之兩個熔點。在部分實施例中，燒結溫度範圍從200℃至1000℃，其取決於固體粒子之金屬或合金。燒結持續時間範圍可從數秒至數小時之間。形成製程可進一步包含製備固體粉末。在多個實施例中，固體粒子可具有球形、立方形或不規則形狀，例如橄欖形、橢圓形、蛋形或圓柱形。在部分實施例中，固體粒子之尺寸範圍係從50奈米至100奈米之間。固體粒子可具有實質均勻尺寸或選擇性地具有廣泛範圍內之尺寸。第一粒子602之填充率範圍從40%至80%，其取決於各因素(例如尺寸分佈、粒子形狀及方向)。此處，將填充率定義為第一粒子602之體積除以多孔材料之總體積。
在部分實施例中，保護膜框304係藉由蒸發燒結所形成。在蒸發燒結中，粉末(固體粒子，例如上文所列之金屬、金屬合金或陶瓷材料)係與揮發性材料(例如蠟)一起混合。隨後，退火(燒結)製程係在蒸發溫度下執行於混合物，使得固體粒子連結在一起且揮發性材料係蒸發，導致多孔形成 於燒結材料中。填充率範圍係從0.1%至74%，其取決於各因素(例如尺寸分佈、粒子形狀及方向)。此處，填充率係定義為揮發性材料之相對體積除以混合物之總體積。為了形成具有連接多孔通道的多孔材料，填充率係調整至適當範圍，其取決於固體粒子之形狀及尺寸分佈。在另一實施例中，固體粒子具有球形及實質相似尺寸，填充率範圍可從20%至30%。
在多個實施例中，多孔通道502係設置以平衡內部空間312的壓力與圍繞遮罩保護系統300的空間之間的壓力。此外，多孔通道502係設置以防止粒子進入內部空間312。因此，多孔通道502之性質係可依據應用需求所設置，此些性質包含多孔之尺寸、形狀、結構、密度、多孔間距離、方向及/或多孔通道之均勻性。多孔保護膜框304的形成方法提供調整多孔尺寸的機制，例如藉由調整一或多個以下參數：固體粒子之形狀、尺寸、尺寸分佈、填充率、多孔率、對準或方向。多孔通道之可調整機制使得保護膜框之製造能具有更多的自由度，用以在通風及粒子防護方面獲得較佳設計。
回到第3C圖，薄膜306及遮罩302係經由黏著層308及310整合至保護膜框304。黏著層包含導熱黏著材料用以作為黏著界面，且進一步地提供熱傳導，使得微影圖案化期間所產生之熱能可適當地消散，且消除或減小熱相關應力及彎曲。特別而言，熱可從薄膜306、保護膜框304傳導至黏著層308及310，使得遮罩保護系統300具有連續的熱傳導，所以熱可適當地傳導至環境。在部分實施例中，進一步地，導熱黏著材料係設計以具有其他特徵，例如機械強度、無缺陷及排氣 (outgassing)、極紫外可相容性(在極紫外輻射後無明顯劣化)、於高操作溫度的可持續性、易於拆卸製程的水溶性(遮罩可容易與保護膜框分離以便清洗)。
第7圖為依據本發明之部分實施例之導熱黏著層700之示例性視圖。導熱黏著層700連結第一特徵702與第二特徵704；且進一步提供從第一特徵702至第二特徵704的熱傳導。在部分實施例中，導熱黏著層700係可實質上與上文所述之導熱黏著層308或310相似。在進一步實施例中，如第3C圖所示，第一特徵702及第二特徵704可分別為保護膜框304及薄膜306，或分別為遮罩302及保護膜框304。導熱黏著層700包含黏著組成706及分散在黏著組成中的導熱組成708。在部分實施例中，導熱組成708係混合於或化學結合於黏著組成706。
在部分實施例中，黏著組成706為適當黏著材料，例如熱塑彈性體或其他巨分子黏著材料，其係藉由加熱或乾燥所固化。在多個實施例中，黏著組成包含苯乙烯乙烯/丁烯苯乙烯橡膠(Styrene Ethylene/Butylene Styrene rubber；SEBS)、熱塑性聚酯彈性體(Thermoplastic Polyester Elastomer；TPE)、聚醚胺基甲酸酯(polyether urethane；TPU)、熱塑性烯烴彈性體(Thermoplastic Olefinic elastomer；TPO)或熱塑性硫化橡膠(Thermoplastic Vulcanisate；TPV)。
在多個實施例中，導熱組成708包含金屬、陶瓷、合金、金屬與陶瓷之化合物或聚合物。舉例而言，導熱組成包含鋁、銀、氧化鋁、氮化鋁、氮化硼、碳(石墨烯、奈米管或 石墨片)、鈹、碳化硼(B4C)、碳化矽或鋁、銅、導熱聚合物之組合或以上組合物。導熱組成708可包含分散在黏著組成706中的複數粒子。導熱粒子可具有規則形狀或不規則形狀，例如球形或立方形、橄欖形、橢圓形、蛋形、圓柱形或以上組合。在部分實施例中，導熱粒子之尺寸範圍從50奈米至100奈米之間。導熱粒子可具有實質均勻尺寸或選擇性地具有廣泛範圍內分佈的尺寸。在黏著組成706與導熱組成708之混合物中，填充率係在適當範圍內，使得導熱粒子係連接以形成從第一特徵702至第二特徵704的導熱路徑。此處，填充率係定義為導熱組成708之相對體積除以混合物之總體積。在部分實施例中，填充率範圍係從0.1%至74%，其取決於各因素(例如尺寸分佈、粒子形狀及方向)。舉例而言，導熱粒子具有伸長的形狀且係實質上沿Y方向排列，當填充率比74%小得多時，導熱粒子依舊能夠形成導熱路徑。下文將進一步解釋。
在第8圖中，繪示多個設置(形狀、尺寸、方向及排列)之示例性的示圖與導熱率之間的關係。水平軸表示填充率(填充劑用量)，單位為%，且垂直軸表示導熱率，單位為w/mk。在導熱黏著層700A中，導熱粒子為圓柱體且係沿Y方向排列。即使填充率很低，導熱率依舊非常高。在導熱黏著層700B中，導熱粒子具有伸長形狀及較小尺寸。當填充率相對較小時，導熱率相對較高。在導熱黏著層700C中，導熱粒子具有伸長形狀及較大尺寸。即使填充率相對較高但仍小於74%，導熱率相對較小。在導熱黏著層700D中，導熱粒子為圓柱體及沿X方向排列。即使當填充率非常高(74%或以上) 時，導熱率實質上較低(零或接近零)。圖示以上範例以便於理解影響導熱率的相關參數，利於較佳設計出導熱黏著層。此些參數包含形狀、尺寸、尺寸分佈、排列(例如隨機排列或對準)及填充率。因此，在設計導熱黏著層時，適當考慮導熱粒子，以利於在維持黏著有效性的同時具有足夠的熱傳導及機械強度。舉例而言，就導熱率及黏著效果而言，導熱黏著層700A比導熱黏著層700D更佳。
在一實施例中，固體粒子包含兩個尺寸混合在一起(雙峰混合)的粒子。在另一實施例中，固體粒子具有球形及實質相似尺寸，填充率可高達74%以形成從保護膜框304之內表面316延伸至外表面318的貫穿通道。
在另一實施例中，導熱粒子具有伸長形狀且在相應連結製程期間係藉由例如外場(例如：電場或磁場)的力將導熱粒子方向導向至Y方向。因此，類似於第7圖所示，所形成之黏著層具有類似於導熱黏著層700A的結構及提供較高導熱率。
依據本發明之部分實施例，第9圖繪示黏著材料900之示例性圖示。在部分實施例中，導熱黏著層700包含黏著材料900。黏著材料900包含嵌段共聚物，嵌段共聚物具有經化學鍵結之第一嵌段902及第二嵌段904。在部分實施例中，第一嵌段902係軟區段，具有較小機械強度的撓性化學結構，且第二嵌段904係硬區段，具有較高機械強度的剛性結構。額外氫鍵可存在於硬區段之間。總體上，在玻璃態化溫度Tg以下的溫度時，此黏著材料900具有高機械強度；由於相從固 體轉變為彈性體，故此黏著材料900具有優良的縫隙填充特性；且此黏著材料900具有塑膠及交聯(cross-linked)材料之優勢(例如高延伸與機械強度)。特定言之，由於雙重撓性與剛性，此黏著材料900具有較佳奈米尺寸縫隙填充能力，從而同時增強黏著度與機械強度。此外，若第二嵌段904係設計以導熱，則此黏著材料900本身能夠作為導熱黏著層而無需添加其他導熱粒子。
參照第10圖，第10圖繪示依據本發明之部分實施例於製造遮罩保護系統300之方法1000之流程圖。方法1000包含步驟1002，步驟1002係製造多孔保護膜框304。保護膜框304之形成可包含固體燒結、液體燒結、蒸發燒結或其他適當技術，此些技術已在上文之多個實施例中描述。
方法1000包含步驟1004，步驟1004係製造具有導熱表面之保護薄膜306。薄膜306之形成可包含在透明膜上沉積覆蓋層且在覆蓋層上進一步沉積導熱層。選擇性地，步驟1004包含在透明膜上沉積一層，此層同時具有熱傳導與保護的功能。
方法1000包含步驟1006，步驟1006係形成導熱黏著材料。導熱黏著材料之形成包含混合黏著組成與導熱組成。進一步地，步驟1006可包含其他步驟，例如藉由外場(例如電場或磁場)轉向伸長的導熱粒子以增強導熱率。
方法1000包含步驟1008，步驟1008係使用導熱黏著材料將保護薄膜連結至保護膜框。連結製程可包含施加壓力、固化、施加外場(用於導向)或以上組合。舉例而言，在 連結製程期間，可將外場施加至導熱黏著材料之伸長導熱粒子以增強導熱率。
在部分實施例中，方法1000可進一步包含步驟1010，步驟1010係使用導熱黏著材料將遮罩安裝至保護膜框。安裝製程可類似於步驟1008。舉例而言，安裝製程包含施加壓力、固化、施加外場(用於方向)或以上組合。或者，可在半導體製造製程中執行此步驟。從而形成在微影圖案化製程中所使用之遮罩保護系統。
參照第11圖，第11圖繪示依據本發明之部分實施例於積體電路製造中用於執行微影製程之方法1100的流程圖。
方法1100始於步驟1102，步驟1102係使用導熱黏著材料將遮罩安裝至保護設備(保護膜框與附著於此的薄膜)，從而產生遮罩保護系統300，如第1圖、第2圖及第3圖所圖示。安裝製程可類似於步驟1008。舉例而言，安裝製程包含施加壓力、固化、施加外場(用於導向)或以上組合。
方法1100包含步驟1104，步驟1104係將遮罩保護系統300裝載至微影系統100。方法1100中的步驟1104可進一步包含其他步驟，例如在遮罩台106上緊固遮罩保護系統後，校正遮罩保護系統。
方法1100隨後執行步驟1106，步驟1106將半導體晶圓裝載至微影系統100之基板台118。在部分實施例中，半導體晶圓可為塗覆有光阻層的矽晶圓。光阻層對自輻射源102的輻射束敏感且藉由微影曝光製程圖案化光阻層，以將遮罩上定義的圖案轉印至光阻層。方法1100隨後執行步驟 1108，步驟1108係執行微影曝光製程以將圖案從遮罩轉印至半導體晶圓。
可在方法1100之前、期間及之後提供額外步驟，及可針對方法1100之額外實施例替換、消除或移動所描述步驟中的部分。在一個實施例中，微影製程包含軟烘烤、遮罩對準、曝光、後曝光烘烤、顯影光阻及硬烘烤。
本發明實施例提供一種用於半導體微影製程的系統，其中系統包含導熱薄膜、緊固薄膜之具有多孔材料的保護膜框及將遮罩及薄膜連結至保護膜框的導熱黏著材料。多孔材料包含複數多孔通道，多孔通道係設置以過濾粒子及提供壓力均衡。薄膜之導熱性及黏著層提供熱路徑，使得微影曝光製程產生的熱能夠傳導，從而減小或消除遮罩之熱應力及變形。
因此，依據本發明之部分實施例，本發明實施例提供一種用於半導體微影製程的設備。設備包含具有導熱表面的保護薄膜；多孔保護膜框；及將保護薄膜緊固至多孔保護膜框的導熱黏著層。多孔保護膜框包含複數多孔通道，多孔通道自多孔保護膜框之外表面連續延伸至多孔保護膜框之內表面。
1100‧‧‧方法
1102‧‧‧步驟
1104‧‧‧步驟
1106‧‧‧步驟
1108‧‧‧步驟

Claims (10)

  1. 一種用於半導體微影製程的設備，包含：一保護膜，具有一導熱表面；一多孔保護膜框，其中該多孔保護膜框包含複數多孔通道，該些多孔通道從該多孔保護膜框之一外表面連續延伸至該多孔保護膜框之一內表面；以及一導熱黏著層，該導熱黏著層將該保護薄膜緊固至該多孔保護膜框。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中：該些複數多孔通道係隨機設置；該些複數多孔通道之一者從該多孔保護膜框之該外表面上的一第一開口延伸至該多孔保護膜框之該內表面上的一第二開口；以及該些複數多孔通道之一者具有隨機變化的一直徑，該直徑從該外表面至該內表面係隨機變化的。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該多孔保護膜框係藉由液體燒結、固體燒結、蒸發燒結或以上組合製造。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之設備，更包含：一遮罩，包含一圖案化的表面；以及另一導熱黏著層，該導熱黏著層將該遮罩緊固至該多孔保護膜框，其中該保護膜框係安裝於該遮罩上，該薄膜係懸 掛而與該圖案化的表面相隔一間隔距離，且藉由該薄膜之一底表面、該遮罩之一頂表面及該保護膜框之該內表面定義一內部空間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之設備，其中該複數多孔通道具有可調整的多孔尺寸，用以防止粒子進入該內部空間，且該複數多孔通道係設置以提供壓力平衡於該內部空間與圍繞該系統之一空間之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該設備係使用於一極紫外(extreme ultraviolet；EUV)微影系統中，且在一微影曝光製程期間係維持在真空環境中。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之設備，其中該導熱黏著層包含一導熱填充劑，該導熱填充劑係設置於一黏著聚合物。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之設備，其中該黏著聚合物包含一嵌段共聚物，該嵌段共聚物具有一軟嵌段及一硬嵌段。
  9. 一種用於微影製程之保護膜的製造方法，包含：製造一多孔保護膜框，該多孔保護膜框具有可調整的多孔尺寸； 形成一保護薄膜，該保護薄膜具有一導熱表面；以及將該保護薄膜附著至該保護膜框，其中係藉由使用一導熱黏著材料以使得該保護薄膜係被該保護膜框所懸掛。
  10. 一種用於微影製程的方法，包含：提供一保護設備，其中該保護設備包含具有一導熱表面的一薄膜及一多孔保護膜框，該多孔保護膜框係藉由一導熱黏著材料緊固該薄膜，且該薄膜橫跨該保護膜框；將該保護設備安裝至一遮罩上，其中該遮罩包含一圖案化的表面；將安裝有該保護設備的該遮罩裝載至一微影系統中及將一半導體晶圓裝載至該微影系統之一基板台上；以及執行一微影曝光製程以將該圖案化的表面的一圖案從該遮罩轉印至該半導體晶圓。
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