TWI588597B

TWI588597B - A method and structure for extending the lifetime of a photomask

Info

Publication number: TWI588597B
Application number: TW104135055A
Authority: TW
Inventors: Ching-Bore Wang
Original assignee: Micro Lithography Inc
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-06-21
Also published as: TW201715290A

Description

一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構

本發明是有關一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構，特別是一種於微影製程時、能夠消除污染光罩表面之污染物質的方法及其結構。

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。但由於半導體元件的微小化，在半導體元件的製造過程中，光罩的缺陷將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，習知之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。

然而，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表面所造成的污染，但由於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；這些化學物或汙染物仍可能經由光罩保護膜的通氣孔或薄膜而進入光罩的內腔中。

另一方面，一般光罩表面會設置有一框架，而該光罩表面與該框架之間會以有機黏接劑相黏，而該框架則覆蓋有一層光罩保護薄膜，目前大多使用氟聚合物薄膜，如第1A圖及第1B圖所示，由於目前以波長193奈米(nm)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7~10奈米(nm)，而由圖中可知，於光罩保護薄膜的厚度為320nm的情況下，當以波長193奈米(nm)做為微影製程的曝光光源時，入射光穿透率更能夠達到99.2167%，因此能達到很好的效果，但由於光罩保護薄膜黏著於光罩表面的黏著劑以及光罩本身的框架黏著劑之中所含的成分，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)的污染物質例如氨氣與硫氧化合物或其他污染物質會相互反應後形成固體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(例如硫酸銨)累積至某一程度將會形成較大的結晶(crystal)或是微粒(particle)，進而在微影製程中與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更為有效的吸收污染物質以預防薄霧的產生，已成為業界致力解決的問題之一。

由上述內容可知，若是能夠消除污染光罩表面之污染物質，將能夠解決上述問題，由於TiO₂在吸收紫外線光後，會產生類似植物光合作用原理(稱為光觸媒作用)，其強大的氧化作用可以輕鬆分解與吸收污染物質，如此若能夠將TiO₂應用於微影製程中，將能夠藉由光觸媒作用消除污染光罩表面之污染物質，因此本發明應為一最佳解決方案。

本發明係關於一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構，係為一種於微影製程時、能夠消除污染光罩表面之污染物質的方法及其結構。

一種能夠延長光罩壽命的方法，其方法為：(1)將一至少含金屬鈦的溶膠、於未形成為濃稠的膠狀前塗佈於一有機薄膜任一表面上，而該有機薄膜係會再透過一有機黏接劑黏附於一框架頂面上，且該框架底面係結合於一光罩表面上；(2)並於靜置待繼續反應於一定時間內，該溶膠會於該有機薄膜上形成為一至少含金屬鈦的溶膠-凝膠(sol-gel)薄膜；以及(3)於該有機薄膜用於半導體製程之微影製程時，於一波長為193nm或248nm的紫外光照射下，該溶膠-凝膠薄膜則會形成為一二氧化鈦之薄膜，而該二氧化鈦之薄膜能夠用以消除有機黏接劑因氣體逸出(outgassing)所產生的污染物及光罩使用環境中經由有機薄膜或過濾器而進入由該框架、有機薄膜及光罩所形成之內腔中之汙染物。

更具體的說，所述溶膠的製法係將烷醇鈦及鹵化鈦溶於烷醇及水中，並在室溫攪拌1小時後，再加入酸性催化劑催化形成。

更具體的說，所述烷醇鈦係為四正丁醇鈦或四異丙醇鈦。

更具體的說，所述鹵化鈦係為四氯化鈦。

更具體的說，所述烷醇係為正丁醇或異丙醇。

更具體的說，所述酸性催化劑係為鹽酸或醋酸。

更具體的說，所述係以旋轉塗佈的方式，將該溶膠塗佈於該有機薄膜上。

更具體的說，所述有機薄膜係為氟聚合物薄膜。

更具體的說，所述溶膠-凝膠薄膜若位於該有機薄膜的其中一個表面上，該有機薄膜之厚度係為320±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為228±5nm。

更具體的說，所述溶膠-凝膠薄膜若位於該有機薄膜的其中一個表面上，該有機薄膜之厚度係為402±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為5±5nm。

更具體的說，所述有機薄膜的兩個表面上若皆具有該溶膠-凝膠薄膜，該有機薄膜之厚度係為250±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為36±5nm。

更具體的說，所述有機薄膜的兩個表面上若皆具有該溶膠-凝膠薄膜，該有機薄膜之厚度係為385±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為5±5nm。

一種能夠延長光罩壽命的結構，係包含一框架，係具有兩個表面；一有機薄膜，係透過一有機黏接劑結合於該框架之其中一個表面上，而該有機薄膜上係具有一至少含金屬鈦的溶膠-凝膠薄膜；一光罩，該光罩之表面上係與該框架另一個表面相黏合；而於該有機薄膜用於半導體製程之微影製程時，於一波長為193nm或248nm的紫外光照射下，該溶膠-凝膠薄膜則會形成為一二氧化鈦之薄膜，而該二氧化鈦之薄膜能夠用以消除污染光罩表面之污染物質。

更具體的說，所述有機薄膜係具有兩個表面，而其中一個表面係具有該溶膠-凝膠薄膜，其中該有機薄膜之厚度係為320±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為228±5nm。

更具體的說，所述有機薄膜係具有兩個表面，而兩個表面係皆具有該溶膠-凝膠薄膜，其中該有機薄膜之厚度係為250±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為36±5nm。

1‧‧‧框架

2‧‧‧有機薄膜

21‧‧‧表面

22‧‧‧表面

3‧‧‧光罩

31‧‧‧表面

4‧‧‧溶膠-凝膠薄膜

5‧‧‧有機黏接劑

6‧‧‧紫外光

[第1A圖]係習用光罩保護薄膜之入射波長與入射光穿透率之波形示意圖。

[第1B圖]係習用光罩保護薄膜之入射波長與入射光穿透率之數據示意圖。

[第2圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之流程示意圖。

[第3圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第一實施結構示意圖。

[第4A圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第一實施之入射波長與入射光穿透率之波形示意圖。

[第4B圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第一實施之入射波長與入射光穿透率之數據示意圖。

[第5圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第二實施結構示意圖。

[第6A圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第二實施之入射波長與入射光穿透率之波形示意圖。

[第6B圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第二實施之入射波長與入射光穿透率之數據示意圖。

[第7A圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第三實施之入射波長與入射光穿透率之波形示意圖。

[第7B圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第三實施之入射波長與入射光穿透率之數據示意圖。

[第8A圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第四實施之入射波長與入射光穿透率之波形示意圖。

[第8B圖]係本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之第四實施之入射波長與入射光穿透率之數據示意圖。

有關於本發明其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。

請參閱第2圖，為本發明一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構之流程示意圖，由圖中可知，其方法為：(1)將一至少含金屬鈦的溶膠、於未形成為濃稠的膠狀前塗佈於一有機薄膜任一表面上，而該有機薄膜係會再透過一有機黏接劑黏附於一框架頂面上，且該框架底面係結合於一光罩表面上101；(2)並於靜置待繼續反應於一定時間(約1小時)內，該溶膠會於該有機薄膜上形成為一至少含金屬鈦的溶膠-凝膠(sol-gel)薄膜102；以及(3)於該有機薄膜用於半導體製程之微影製程時，於一波長為193nm或248nm的紫外光照射下，該溶膠-凝膠薄膜則會形成為一二氧化鈦之薄膜，而該二氧化鈦之薄膜能夠消除污染光罩表面之污染物質103。

而經由上述步驟所製出之結構如第3圖所示，係具有一框架1，而一有機薄膜2(氟聚合物薄膜)之表面21係利用有機黏接劑5貼附於該框架1之頂面上，因此該有機薄膜2會把該框架1之頂面封閉，且當該框架1底面亦利用有機黏接劑5結合於該光罩3表面31上時，如此則能夠使框架1、有機薄膜2及光罩3形成一內腔，而一般會於該框架1上設置一過濾器來過濾污染物進入內腔中；另外，由於本發明是使用溶膠-凝膠法(sol-gel)，必須於有機薄膜2之表面22上塗佈有該溶膠-凝膠薄膜4前，必須先將烷醇鈦及鹵化鈦溶於烷醇及水中，並在室溫攪拌1小時後，再加入酸性催化劑催化形成一溶膠，其中烷醇鈦係為四正丁醇鈦或四異丙醇鈦、鹵化鈦係為四氯化鈦、烷醇係為正丁醇或異丙醇、酸性催化劑係為鹽酸或醋酸；因此以spin coating的方法將溶膠(液體狀)塗佈在有機薄膜2上、並靜置待繼續反應1小時後，則會形成膠狀狀態的溶膠-凝膠薄膜；而當紫外光6(波長為193nm或248nm)照射時，該有機黏接劑5會因氣體逸出(outgassing)而產生污染物，但由於該溶膠-凝膠薄膜4受到波長為193nm或248nm的紫外光6照射下、亦會形成為一二氧化鈦之薄膜，由於TiO₂在吸收紫外線光後，會產生光觸媒作用，其強大的氧化作用可以輕鬆分解與吸收污染物質，如此若能夠將TiO₂應用於微影製程中，將能夠藉由光觸媒作用消除污染光罩表面之污染物質，如此將能夠避免污染物質沈積或附著於光罩3的表面逐漸形成一種薄霧，而造成光罩3的使用壽命下降的問題發生。

而除了波長為193nm或248nm之外，其他波長的紫外光6亦能夠用以照射進行微影製程，但由於以波長193nm或248nm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7~10奈米(nm)，故目前大多使用波長193nm或248nm的深紫外光6進行微影製程；而本實施例中，其中該有機薄膜2之厚度係為320nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)，而該溶膠-凝膠薄膜4之厚度係為228nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)，而於前提到習用的光罩保護薄膜之厚度亦為320±5nm，而本實施例如第4A圖及第4B圖所示，於波長193nm的照射下，所取得的入射光穿透率為98.9964%，而除了波長193nm之外，亦能夠使用其他波長進行照射，以波長248nm來看，所得到之入射光穿透率為60.6351%來看，雖然效果沒有比波長193nm來的好，但仍是可接受之範圍內。

而如第5圖所示，亦能夠於該有機薄膜2(氟聚合物薄膜)之表面21,22上皆設置有溶膠-凝膠薄膜4，而於此情況下，其中該有機薄膜之厚度係為250nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)，而該有機薄膜2(氟聚合物薄膜)之表面21,22上之溶膠-凝膠薄膜4之厚度係為36nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)，與使用單一層的溶膠-凝膠薄膜4之厚度設定不同，再由第6A圖及第6B圖可知，於波長193nm的照射下、所取得的入射光穿透率為99.0781%，而以波長248nm來看，所得到之入射光穿透率為88.6386%，雖然不論是使用單層溶膠-凝膠薄膜4或是雙層溶膠-凝膠薄膜4，其入射光穿透率於波長193nm的照射下有些微降低，但雙層溶膠-凝膠薄膜4於波長248nm所得到之入射光穿透率會比單層溶膠-凝膠薄膜4於波長248nm所得到之入射光穿透率來得好，除此之外，本發明之溶膠-凝膠薄膜4，除了能夠保持良好的入射光穿透率之外，更能夠藉由光觸媒作用來消除污染光罩表面之污染物質，因此其功效是習用單僅使用光罩保護薄膜所無法及的。

而單層溶膠-凝膠薄膜4之有機薄膜2之厚度為402nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)時，當該溶膠-凝膠薄膜4之厚度設定為5nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)，如第7A圖及第7B圖所示，可得到入射波長與入射光穿透率之波形示意圖及入射波長與入射光穿透率之數據示意圖，其中波長193nm所得到之入射光穿透率為98.5588%，而波長248nm所得到之入射光穿透率為92.4726%。

而雙層溶膠-凝膠薄膜4之有機薄膜2之厚度為385nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)時，當有機薄膜2(氟聚合物薄膜)之表面21,22上之溶膠-凝膠薄膜4之厚度設定為5nm(於實際實施時，厚度能夠±5nm)，如第8A圖及第8B圖所示，可得到入射波長與入射光穿透率之波形示意圖及入射波長與入射光穿透率之數據示意圖，其中波長193nm所得到之入射光穿透率為98.5172%，而波長248nm所得到之入射光穿透率為87.8365%。

另外，該溶膠-凝膠薄膜4亦能夠加強該有機薄膜2的支撐強度。

本發明所提供之一種能夠延長光罩壽命的方法及其結構，與其他習用技術相互比較時，其優點如下：

(1)本發明之有機薄膜用於微影製程時，於一波長為193nm或248nm的紫外光照射下，該溶膠-凝膠薄膜則會形成為一二氧化鈦之薄膜，而該二氧化鈦之薄膜則能夠用以消除污染光罩表面之污染物質。

(2)由於TiO₂在吸收紫外線光後，會產生類似植物光合作用原理(稱為光觸媒作用)，其強大的氧化作用可以輕鬆分解與吸收污染物質，由於本發明將TiO₂應用於微影製程中，將能夠藉由光觸媒作用消除污染光罩表面之污染物質。

(3)本發明已透過上述之實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此一技術領域具有通常知識者，在瞭解本發明前述的技術特徵及實施例，並在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之請求項所界定者為準。

Claims

一種能夠延長光罩壽命的方法，其方法為：將一至少含金屬鈦的溶膠、於未形成為濃稠的膠狀前塗佈於一有機薄膜任一表面上，而該有機薄膜係會再透過一有機黏接劑黏附於一框架頂面上，且該框架底面係結合於一光罩表面上；其中該溶膠的製法係將烷醇鈦及鹵化鈦溶於烷醇及水中，並在室溫攪拌1小時後，再加入酸性催化劑催化形成；並於靜置待繼續反應於一定時間內，該溶膠會於該有機薄膜上形成為一至少含金屬鈦的溶膠-凝膠(sol-gel)薄膜；以及於該有機薄膜用於半導體製程之微影製程時，於一波長為193nm或248nm的紫外光照射下，該溶膠-凝膠薄膜則會形成為一二氧化鈦之薄膜，而該二氧化鈦之薄膜能夠用以消除污染光罩表面之污染物質及光罩使用環境中經由有機薄膜或一過濾器而進入一由該框架、有機薄膜及光罩所形成之內腔中之汙染物。
如請求項1所述之一種能夠延長光罩壽命的方法，其中係以旋轉塗佈的方式，將該溶膠塗佈於該有機薄膜上。
如請求項1所述之一種能夠延長光罩壽命的方法，其中該有機薄膜係為氟聚合物薄膜。
如請求項1所述之一種能夠延長光罩壽命的方法，其中該溶膠-凝膠薄膜若位於該有機薄膜的其中一個表面上，該有機薄膜之厚度係為402±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為5±5nm。
如請求項1所述之一種能夠延長光罩壽命的方法，其中該有機薄膜的兩個表面上若皆具有該溶膠-凝膠薄膜，該有機薄膜之厚度係為385±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為5±5nm。
一種能夠延長光罩壽命的結構，係包含：一框架，係具有兩個表面；一有機薄膜，係透過一有機黏接劑結合於該框架之其中一個表面上，而該有機薄膜上係具有一至少含金屬鈦的溶膠-凝膠薄膜；一光罩，該光罩之表面上係與該框架另一個表面相黏合；而於該有機薄膜用於半導體製程之微影製程時，於一波長為193nm或248nm的紫外光照射下，該溶膠-凝膠薄膜則會形成為一二氧化鈦之薄膜，而該二氧化鈦之薄膜能夠用以消除污染光罩表面之污染物質及光罩使用環境中經由有機薄膜或一過濾器而進入一由該框架、有機薄膜及光罩所形成之內腔中之汙染物。
如請求項6所述之一種能夠延長光罩壽命的結構，其中溶膠-凝膠薄膜若位於該有機薄膜的其中一個表面上，該有機薄膜之厚度係為402±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為5±5nm。
如請求項6所述之一種能夠延長光罩壽命的結構，其中該有機薄膜的兩個表面上若皆具有該溶膠-凝膠薄膜，該有機薄膜之厚度係為385±5nm，而該溶膠-凝膠薄膜之厚度係為5±5nm。