TWI571700B - A method of detecting contaminants formed in the mask and a mask for carrying out the method - Google Patents

Description

偵測形成於光罩之污染物質的方法及實施該方法的光罩

本發明涉及光罩之污染物質的偵測方法，特別是一種偵測形成於光罩之污染物質的方法及實施該方法的光罩。

依據目前的半導體元件製造技術，半導體元件的電路圖案是透過微影(lithography)製程將電路圖案轉印至矽晶圓的表面，具體而言是利用特定波長的光源投射通過光罩(photomask)的方式，將電路圖案轉印至矽晶圓的表面。為了在實現在單位面積上倍增半導體元件例如電晶體的數目，縮小半導體電路的線寬為其主要的技術方案，目前以波長193奈米的深紫外光(DUV)做為微影製程的曝光光源，可令半導體電路的最小線寬達到14~16奈米(nanometer,nm)。

由於半導體元件的微小化，在半導體元件的製造過程中，光罩的缺陷都會造成矽晶圓表面之電路圖案的扭曲或變形，即使只有奈米尺寸例如20nm~200nm的缺陷都會導致半導體電路圖案的損害，已知造成光罩缺陷的原因之一在於光罩的表面受到污染微粒(contamination particles)的污染；為了維持光罩在使用期間的品質，已知的一種方法係在光罩的表面設置一種光罩保護薄膜(pellicle)，用以防止污染物質掉落在光罩表面進而形成污染微粒，已知的光罩保護薄膜的構造如圖1所示包括：一透明薄膜31、一薄膜框架32、一框架黏著劑33、一薄膜黏著劑34以及內框黏著塗層36，透明薄膜31藉由薄膜框架32支撐而不與光罩M接觸，並且在透明薄膜31和光罩M之間形成一內腔35(pellicle cavity)，光 罩保護薄膜可以防止污染物質直接掉落在光罩M的表面，薄膜框架32通常具有一通氣孔321(vent hole)以便內腔35的氣壓和環境氣壓保持平衡，通氣孔321通常設有一過濾膜322(filter)用以防止顆粒侵入內腔35污染光罩M的表面。

即使具有上述的光罩保護薄膜，實務上仍然無法完全避免污染物質對光罩的表面造成污染，光罩之污染物質的來源或產生原因包括來自環境和內腔中產生的污染物質，前述的環境包括無塵室(clean room)、光罩的儲存環境(storage environment)和微影製程中的設備及化學品，例如這些化學物或汙染物可經由透明薄膜31及過濾膜322經通氣孔321而進入內腔35；另一方面光罩保護薄膜的黏著劑(adhesive，包含框架黏著劑33以及薄膜黏著劑34及內框黏著塗層36)之中所含的成分也會在微影製程中因為氣體逸出(outgassing)或其他原因而生成污染物質，一般而言有機(organic)的污染物質、無機(inorganic)的污染物質或其他污染物質會沈積或附著於光罩的表面逐漸形成一種薄霧(haze)，當污染物質累積至某一程度將會轉變為較大的結晶(crystal)或是微粒(particle)，進而在微影製程中和光罩的電路圖案一起聚焦並轉印至矽晶圓的表面，造成電路圖案的扭曲或變形。因此，如何在光罩的使用期間偵測污染物質和薄霧的存在以及提早預測薄霧的形成，已成為業界致力解決的問題之一。

已知一種用於偵測光罩之污染物質的方法，例如已核准公告的台灣發明專利I370247「於光罩上偵測薄霧形成的方法以及在微影光罩上提早偵測薄霧形成的方法」，其中提出用於偵測薄霧的方法至少包括：取得光罩的一光學特性，包括曝光該光罩的至少一部份於微影能量之下，曝光該光罩於一週遭環境，以及貯存該光罩於一貯存環境，取得薄霧形成資料，該薄霧形成資料對應於該光學特性的資料；接著，根據此取得之光學特性，判斷此薄霧形成的進 展。其中揭露的光學特性包括相位改變、透射率、反射率、表面物質光譜振幅之至少一者。運用所得之複數種光學特性量測資料之一子集、平均或其他統計分析結果，透過光學特性的量測史判斷薄霧形成的進展，所謂的光學特性的量測史包括微影曝光史、環境史、幾何特性以及組成特性其中之至少一種，該微影曝光史包含在一先前時期中對該光罩施以微影曝光之強度及持續程度，其中該先前時期起始於最近之一薄霧移除製程被執行於該光罩上，以及起始於開始製造該光罩其中之任一者。

前述的已知技術係透過在光罩上偵測薄霧形成的方法以及在微影光罩上提早偵測薄霧形成的方法，需要通過大量以及多次的光學特性量測步驟加以實現，而光罩之光學特性的量測位置係位於光罩的曝光區(即實際具有電路圖案的區域)，換言之係無法在半導體的微影製程中即時進行污染物質或是微粒的偵測，整體而言，偵測的步驟複雜、需進行大量的資料量測、處理及分析，偵測同時無法進行半導體元件的生產製程，而需佔用額外的量測時間。

本發明的目的在於提供一種偵測形成於光罩之污染物質的方法及實施該方法的光罩。

本發明偵測形成於光罩之污染物質的方法的一實施例步驟，包括：製備具有表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)效應之至少一由奈米級金屬材料構成的奈米級金屬結構檢測點的光罩，該檢測點係位於該光罩之一第一表面的非曝光區；利用顯微拉曼光譜儀(Raman Microscopes) 量測檢測點的顯微拉曼光譜訊號；辨識量測獲得的顯微拉曼光譜訊號判斷是否出現污染物質；亦可在發現污染物質時產生一警告信號。

在本發明的一方面，包含一種實施該方法的光罩，該光罩係應用於DUV微影製程，該光罩的一實施例構造，包含位於光罩之一第一表面的一曝光區和一非曝光區，其中該光罩的該非曝光區的表面具有表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點。

在本發明提出之光罩的一實施例構造，該奈米級金屬結構檢測點的位置靠近光罩保護薄膜(pellicle)的通氣孔(vent hole)。

在本發明提出之光罩的一實施例構造，該奈米級金屬結構檢測點的位置靠近光罩保護薄膜(pellicle)的黏著劑(adhesive，包含框架黏著劑以及薄膜黏著劑及內框黏著塗層的位置。

在本發明提出之光罩的一實施例構造，包含數個奈米級金屬結構檢測點，該些奈米級金屬結構檢測點分佈在對稱於光罩之中心的位置。

在本發明提出之光罩的一實施例構造，包含八個奈米級金屬結構檢測點，該些奈米級金屬結構檢測點平均分佈在光罩的非曝光區。

通過本發明的方法及光罩，不需要使用價格昂貴的傳統檢測設備(如科磊公司(KLA)的檢測設備)，可以降低偵測光罩之污染物質的偵測成本，藉由具有表面增強拉曼散射效應的奈米級金屬結構檢測點，不需移除光罩保護薄膜也能偵測出污染物質提早預測薄霧的成形，並且能在半導體製程中進行即時偵測縮短偵測時間。

以下配合圖式所描述的內容係為用於實現本發明上述之目的、實施例、技術特徵及其功效的較佳實施方式，並非用以限定本發明。

[習知技術]

(M)‧‧‧光罩

(31)‧‧‧透明薄膜

(32)‧‧‧薄膜框架

(321)‧‧‧通氣孔

(322)‧‧‧過濾膜

(33)‧‧‧框架黏著劑

(34)‧‧‧薄膜黏著劑

(35)‧‧‧內腔

[本發明]

(A1)‧‧‧曝光區

(A2)‧‧‧非曝光區

(P1~P8)‧‧‧奈米級金屬結構檢測點

(101~104)‧‧‧步驟

(10)‧‧‧光罩

(11)‧‧‧第一表面

(21)‧‧‧透明薄膜

(22)‧‧‧薄膜框架

(221)‧‧‧側壁

(222)‧‧‧通氣孔

(223)‧‧‧過濾膜

(23)‧‧‧框架黏著劑

(24)‧‧‧薄膜黏著劑

(25)‧‧‧內腔

圖1，為習知具有光罩保護薄膜之光罩的斷面構造示意圖。

圖2，為本發明偵測形成於光罩之污染物質的方法的一實施例步驟圖。

圖3，為本發明實施該方法的光罩的一實施例的平面構造圖。

圖4，為圖3之光罩在IV-IV位置的構造斷面圖。

圖5，為本發明實施該方法的光罩的另一實施例的平面構造圖。

圖6，為本發明實施該方法的光罩的另一實施例的平面構造圖。

首先請參閱圖2，本發明偵測形成於光罩之污染物質的方法的一實施例步驟，包括：(步驟101)製備具有表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點的光罩，該奈米級金屬結構檢測點係位於該光罩的非曝光區；(步驟102)利用顯微拉曼光譜儀(Raman Microscopes)以雷射聚焦模式量測奈米級金屬結構檢測點的顯微拉曼光譜訊號；(步驟103)辨識量測獲得的顯微拉曼光譜訊號判斷是否出現污染物質；另外，可包含在發現污染物質時產生一警告信號的步驟。

請結合參閱圖3和圖4，其中繪示了本發明實施圖1之方法的光罩10的一實施例的平面構造圖及其構造斷面圖，該光罩10係應用於DUV微影製程，該光罩10具有一第一表面11以及位於第一表面11的一曝光區A1和一非曝光區A2，其中曝光區A1具有在光罩製程(photomask making process)中形成於光罩10 之一第一表面11的電路圖案，在第一表面11的非曝光區A2具有表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點P1，奈米級金屬結構的形態包含：多個奈米金屬微粒(particles)和奈米金屬柱(pillars)其中的任一種，該奈米金屬結構的材料包含奈米銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鉻(Cr)氧化鉻(chrome oxide)、鉬矽合金其中的任一種，可透過光罩製程在非曝光區A2形成該奈米金屬結構，在本發明的一實施例，奈米級金屬結構檢測點P1的尺寸介於20nm~200nm之間。

另外，上述奈米級金屬結構檢測點P1所述的的金屬結構材料僅為本發明之較佳實施方式，並非用以侷限本案之專利範圍，僅要於光罩10之一第一表面11的非曝光區A2設置具有表面增強拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點P1，即包含於本案之申請專利範圍之中。

在本發明光罩10的一實施例構造，該光罩10是一種應用於DUV微影製程的光罩10，光罩10的第一表面11貼合有一光罩保護薄膜，該光罩保護薄膜包括：一透明薄膜21、一薄膜框架22、一框架黏著劑23、一薄膜黏著劑24以及一框內黏著層26，透明薄膜21利用薄膜黏著劑24黏著於薄膜框架22的上表面，薄膜框架22的下表面利用框架黏著劑23貼合於光罩10的第一表面11的周圍，透明薄膜21藉由薄膜框架22支撐而不與光罩10接觸，並且在透明薄膜21和光罩10之間形成一內腔25，薄膜框架22的其中一側壁221具有一通氣孔222用以令內腔25的氣壓和環境氣壓保持平衡，通氣孔222設有一過濾膜223用以防止污染物質或微粒侵入內腔25，該框內黏著層26係黏著於框架22形成的內腔壁面。

在本發明方法及實施該方法之該光罩10的一實施例，該奈米級金屬結構檢測點P1位置是位於內腔25所涵蓋範圍的非曝光區A2，一般而言，光罩10的非曝光區A2是圍繞在曝光區A1的外圍，由於對曝光區A1造成污染的污染物質包括來自環境和內腔中產生的污染物質，在非曝光區A2製作一奈米級金屬結構檢測點P1，將可以提早偵測出污染物質，藉由具有表面增強拉曼散射效應的奈米級金屬結構檢測點P1，不需移除光罩保護薄膜也能偵測出污染物質提早預測薄霧的成形。

有機(orgamic)污染物質、無機(inorganic)污染物質或其他污染物質的拉曼光譜訊號，可以藉由具有表面增強拉曼散射(SERS)效應的奈米級金屬結構檢測點P1獲得放大，依據本發明方法的實施例步驟，透過顯微拉曼光譜量測手段獲得奈米級金屬結構檢測點P1的顯微拉曼光譜訊號就可偵測奈米級金屬結構檢測點P1是否出現污染物質，進一步判斷曝光區A1受到污染以及提早預測薄霧的成形，在本發明方法的一實施例還包括在發現污染物質時產生一警告信號。

在本發明方法的一實施例，係使用顯微拉曼光譜儀(Raman Microscopes)量測奈米級金屬結構檢測點P1的沈積物質的顯微拉曼光譜，透過將雷射光束同時穿透薄膜21，以雷射光聚焦模式與奈米級金屬結構檢測點P1接觸，以取得在奈米級金屬結構檢測點P1之奈米級金屬結構表面之物質的顯微拉曼光譜訊號，藉由奈米級金屬結構的表面增強拉曼散射效應可以提高獲取顯微拉曼光譜訊號的敏感度與解析力，進而依據獲得的顯微拉曼光譜訊號辨識出在奈米級金屬結構檢測點P1之光罩10上霧化的污染物質。相較於已知的偵測方法及其使用的設備，是透過雷射光束照射在污染物上，並無法選擇性的只針對光罩上的污染物進行偵測。因此，通過本發明的方法及光罩可以降低光罩污染物 質的偵測成本，並且能在半導體製程中進行即時偵測縮短偵測時間，可提高靈敏度在微量污染物形成之初即可偵測到。

在本發明方法及實施該方法之該光罩10的一實施例，該奈米級金屬結構檢測點P1的位置靠近光罩保護薄膜的通氣孔222(見圖3)，因此，由通氣孔222侵入內腔25的污染物質在到達曝光區A1之前可以被提早偵測出來；在本發明方法及實施該方法之該光罩10的其他實施例，該奈米級金屬結構檢測點P1的位置也可以靠近光罩保護薄膜的黏著劑(包含框架黏著劑23以及薄膜黏著劑24、框內黏膠塗層26)的位置。

在本發明方法及實施該方法之該光罩10的其他實施例，包含數個奈米級金屬結構檢測點P1~P6(見圖5)，該些奈米級金屬結構檢測點P1~P6分佈在對稱於光罩10之中心的位置，該些奈米級金屬結構檢測點P1~P6其中至少一者的位置靠近光罩保護薄膜的通氣孔222；在其他的實施例，奈米級金屬結構檢測點P1~P6的位置靠近光罩保護薄膜的黏著劑(包含框架黏著劑23以及薄膜黏著劑24、框內黏膠塗層26)的位置，因此，可以提早偵測出來自內腔25的污染物質，例如黏著劑在微影製程中因為氣體逸出或其他原因而生成的污染物質；在本發明方法及實施該方法之該光罩10的另一實施例，其中包含八個奈米級金屬結構檢測點P1~P8(見圖6)，該些奈米級金屬結構檢測點P1~P8平均分佈在光罩10的非曝光區A2。

以上所述之實施例及/或實施方式，僅是用以說明實現本發明技術的較佳實施例及/或實施方式，並非對本發明技術的實施方式作任何形式上的限制，任何熟習本發明技術者，在不脫離本發明內容所揭露之技術手段的範圍， 當可作些許之更動或修飾為其他等效的實施例，但仍應視為與本發明實質相同之技術或實施例。

(101)‧‧‧製備具有表面增強拉曼散射(SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點的光罩，該奈米級金屬結構檢測點係位於該光罩的非曝光區

(102)‧‧‧利用顯微拉曼光譜儀量測奈米級金屬結構檢測點的顯微拉曼光譜訊號

(103)‧‧‧辨識量測獲得的顯微拉曼光譜訊號判斷是否出現污染物質

(104)‧‧‧在發現污染物質時產生一警告信號

Claims (9)

1. 一種偵測形成於光罩之污染物質的方法，用於偵測應用於微影製程之光罩的污染物質，包括：製備具有表面增強拉曼散射(SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點的該光罩，該光罩包含一第一表面和位於該第一表面的一曝光區和一非曝光區，該奈米級金屬結構檢測點係位於該第一表面的該非曝光區；以及利用顯微拉曼光譜量測手段量測該奈米級金屬結構檢測點的顯微拉曼光譜訊號；辨識量測獲得的該顯微拉曼光譜訊號判斷是否出現該污染物質。
2. 如請求項1所述的方法，其中該奈米級金屬結構檢測點的形態包含：多個奈米金屬微粒和奈米金屬柱其中的任一種。
3. 如請求項1所述的方法，其中該奈米級金屬結構檢測點包含奈米銀、金、銅、鉻、氧化鉻、鉬矽合金其中的任一種。
4. 如請求項1所述的方法，其中該奈米級金屬結構檢測點的位置係位於該光罩與一光罩保護薄膜之間形成的一內腔所涵蓋範圍的該非曝光區。
5. 如請求項1所述的方法，其中包含數個該奈米級金屬結構檢測點，該些檢測點分佈在對稱於該光罩之中心的位置。
6. 如請求項5所述的方法，該些奈米級金屬結構檢測點其中至少一者的位置靠近該光罩表面貼合之一光罩保護薄膜的該通氣孔的位置。
7. 如請求項5所述的方法，該些奈米級金屬結構檢測點的位置靠近該光罩表面貼合之一光罩保護薄膜的一框架黏著劑、一薄膜黏著劑及一框內黏著層的位置。
8. 一種用於實施如請求項1所述之方法的光罩，該光罩包含： 一第一表面和位於該第一表面的一曝光區和一非曝光區，其特徵在於：該光罩的該第一表面的該非曝光區具有表面增強拉曼散射(SERS)效應之至少一奈米級金屬結構檢測點。
9. 如請求項8所述的光罩，該些奈米級金屬結構檢測點的位置靠近該光罩表面貼合之一光罩保護薄膜的一框架黏著劑、一薄膜黏著劑及一框內黏著層的位置。