TWI657245B - 薄膜檢測系統以及薄膜檢測方法 - Google Patents

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TWI657245B TW107113193A TW107113193A TWI657245B TW I657245 B TWI657245 B TW I657245B TW 107113193 A TW107113193 A TW 107113193A TW 107113193 A TW107113193 A TW 107113193A TW I657245 B TWI657245 B TW I657245B
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Abstract

一薄膜設置於一微影光罩之上，一聲波生成器放置在薄膜之上，聲波生成器係用來產生複數個聲波以使薄膜以一目標共振頻率振動。一共振檢測工具係用來檢測回應聲波之薄膜的一實際共振頻率。一或複數個電子處理器係利用從目標共振頻率到實際共振頻率的偏移量來估算薄膜的年齡狀態。

Description

薄膜檢測系統以及薄膜檢測方法
本發明係有關於一種薄膜(pellicle)，更特別是有關於利用聲波(acoustic waves)來估算薄膜年齡以及從薄膜上移除粒子的裝置及方法。
半導體積體電路(integrated circuit,IC)產業經歷了指數級的成長，在IC材料和設計的技術日益進步下，使得IC產業有更小、更複雜的電路。在IC演進的過程中，功能密度(即，每一個晶片面積的互連元件的數量)已普遍增加，而幾何尺寸(即，製造過程中可被生產的最小元件或線)有所減少。藉由這種尺寸下降，普遍提高了生產效率和降低相關成本，但也增加了IC處理和製造的複雜性。為了要實現相關技術的進步，在IC處理和製造上的發展是被需要的。例如，需要執行更高的解析度的微影製程。
當薄膜使用於微影製程時，其係用來保護光罩不受粒子的影響而損壞或汙染。然而，薄膜會隨著年齡老化(例如，經過微影曝光)而可能會變脆弱或失去彈性，薄膜的光性、熱傳性及/或機械性也變得更糟。然而，現有的計算薄膜老化方法並非令人滿意，此外，現有從薄膜移除汙染粒子的方法也會傷害到薄膜。
因此，一種有效的方法和裝置來估算薄膜的年齡狀態和從薄膜上移除汙染粒子是被需要的。
本發明係提供一種檢測系統，包括：一薄膜，設置在一微影光罩之上；一聲波生成器，放置在薄膜之上，其中該聲波生成器產生複數個聲波以使薄膜以一目標共振頻率振動；一共振檢測工具，檢測回應該些聲波之薄膜的一實際共振頻率；以及一或複數個電子處理器，根據薄膜從目標共振頻率到實際共振頻率的一偏移量之函數估算薄膜的年齡狀態。
本發明係提供一種檢測方法，包括：施加複數個聲波朝向設置於一微影光罩之上的一薄膜，以使薄膜以一目標共振頻率振動；檢測回應該些聲波之薄膜的一實際共振頻率；以及根據薄膜從目標共振頻率到實際共振頻率的一偏移量之函數估算薄膜的年齡狀態。
本發明係提供另一種檢測系統，包括：一薄膜，設置在一微影遮罩之上；一聲能轉換器，設置在薄膜的一第一端部之上；一聲能接收器，設置在相反於薄膜的第一端部的一第二端部之上；以及一電子處理器；其中聲能轉換器產生一聲能信號，聲能信號傳遞一穿越波從第一端部朝向第二端部；聲能接收器接收聲能信號；以及電子處理器經由根據接收的聲能信號所計算出之一楊氏係數來估算薄膜的年齡狀態。
20A、20B‧‧‧微影系統
30‧‧‧光罩
40‧‧‧圖案
50‧‧‧光線
52‧‧‧透鏡
55‧‧‧晶圓
60‧‧‧汙染粒子
70‧‧‧薄膜
100A、100B、100C‧‧‧系統
110‧‧‧聲波生成器
115‧‧‧波
120、121、122、123‧‧‧聲能轉換器
130、131‧‧‧聲波
150‧‧‧雷射都普勒干涉儀信號源元件
150A‧‧‧信號源元件
150B‧‧‧感測器元件
160‧‧‧雷射光束
190‧‧‧圖形
200、201、202、210、211、212、220、221、222‧‧‧曲線
230、231、232、241‧‧‧距離
240‧‧‧限度
250‧‧‧電腦或計算設備
300‧‧‧系統
310‧‧‧聲能轉換器
320‧‧‧頻率掃描生成器
350‧‧‧聲能接收器
370‧‧‧信號
400‧‧‧圖形
410‧‧‧曲線
500‧‧‧粒子移除系統
500A、500B、500C‧‧‧系統
510‧‧‧汙染粒子
520、521‧‧‧聲波
600‧‧‧粒子移除系統
700‧‧‧方法
710、720、730、740‧‧‧步驟
800‧‧‧方法
810、820、830、840‧‧‧步驟
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應注意的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比 例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。
第1A-1B圖係繪示出根據本發明一實施例之微影系統的剖面圖；第2、4-5、7圖係表示根據本發明一些實施例之估算薄膜年齡狀態的系統的示意圖；第3圖係繪示出根據本發明一些實施例之薄膜的不同種振盪模式的示意圖；第6A圖係繪示出根據本發明一些實施例之在不同振盪模式下的特定薄膜對於回應聲波的靈敏度的示意圖；第6B圖係繪示出根據本發明一些實施例之回應聲波之對應於從目標共振頻率到實際共振頻率的偏移的薄膜的老化程度的示意圖；第8圖根據本發明一些實施例之楊氏係數是如何被計算出以估算薄膜的年齡狀態的示意圖；第9圖係繪示出根據本發明一些實施例之對應於薄膜的不同年齡狀態的各種區域的楊氏係數圖形的示意圖；第10-11、13圖係繪示出根據本發明一些實施例之從薄膜上移除汙染粒子的系統的示意圖；第12圖係繪示出根據本發明一些實施例之不同類型的汙染粒子是如何影響粒子移除系統的設計選擇的示意圖；以及第14-15圖係繪示出根據本發明一些實施例之估算薄膜的年齡狀態及從薄膜上移除汙染粒子之方法的流程圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下的揭露內容敘述各個構件及其排列方式的特定範例，以簡化說明。當然，這些特定的範例並非用以限定。例如，若是本揭露書敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方，即表示其可能包含上述第一特徵與上述第二特徵是直接接觸的實施例，亦可能包含了有附加特徵形成於上述第一特徵與上述第二特徵之間，而使上述第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外，以下揭露書不同範例可能重複使用相同的參考符號及/或標記。這些重複係為了簡化與清晰的目的，並非用以限定所討論的不同實施例及/或結構之間有特定的關係。
此外，其與空間相關用詞。例如“在...下方”、“下方”、“較低的”、“上方”、“較高的”及類似的用詞，係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外，這些空間相關用詞意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。裝置可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位)，則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。
第1A圖係表示根據本發明一些實施例之微影系統20A的剖面示意圖。微影系統20A係關於極紫外光(extreme ultraviolet,EUV)微影和包括一極紫外光微影光罩30。在一些實施例中，光罩30包括複數層，圖案40形成於光罩30上。在極紫外光微影製程中，光線(或放射線)50曝露出圖案40以轉換圖案40的圖像至形成在晶圓(並未繪示)上的光阻層。隨後 圖案化的光阻層被用來將在其下面的晶圓的其他層圖案化。
第1B圖係表示根據本發明一些實施例之微影系統20B的簡化剖面圖。為了簡便清楚起見，第1A圖與第1B圖將使用相同的元件標號。微影系統20A係關於深紫外光(deep ultraviolet,DUV)微影和包括一深紫外光微影光罩30。與第1A圖之極紫外光微影光罩30不同的是，第1B圖之深紫外光微影光罩30並沒有複數層。圖案40形成在光罩30上。在深紫外光微影製程中，光線(或放射線)50曝露出圖案40以轉換圖案40的圖像(經由一透鏡52)至形成在晶圓55上的光阻層。
雖然微影製程(不論是EUV或DUV)的環境已保持得非常乾淨，但仍會有些汙染的粒子，例如，汙染粒子60，如果在光罩30上有粒子，這會使得圖案化製程受到干擾。例如，汙染粒子60的存在可能會導致散焦或失焦的問題。因此，薄膜70係用於保護光罩30。薄膜70包括一個薄型的膜(membrane)(例如，聚合物膜)，其放置在光罩30的表面上並於此形成圖案40。因此，汙染粒子60會落在薄膜70上，而不是在光罩30上。隨後汙染粒子60可根據需要從薄膜70上移除。以這種方式，薄膜70係作為保護光罩30之用。可以理解的是，一薄膜可用於無論是在第1A圖中的EUV光罩或第1B圖中的DUV光罩，因此繪示於第1A圖中的薄膜70並非意在限定於僅此用於一種特定微影光罩的薄膜。然而為了簡化起見，如第1B圖所示之設有薄膜的DUV光罩將被用來表示本發明後述的各種實施例，即使相同的概念也同樣適用於第1A圖中的EUV光罩。
當薄膜70反覆使用後，薄膜70會開始老化。例如，在微影製程中的曝光過程會使得薄膜70老化。此外，薄膜70也可能甚至不經歷微影曝光而老化，這原因可能是由於薄膜的品質很差。由於老化，薄膜70的光性、熱傳性和機械性可能會受到改變。例如，薄膜70因老化而可能變得更脆弱和缺乏彈性，這將可能使它更容易破裂或斷裂。如果薄膜70在微影製程中破裂(由於老化)，光罩30將不再受到保護並可能受到刮傷或損壞。光罩的修理是相當昂貴的，有時光罩30的損害若過大，會使得光罩30將不能再被使用。因此，薄膜70的老化如果沒有事先檢測與處理，會造成縮短光罩30的使用壽命。另一方面，如果薄膜70被丟棄太早(即，在還未老化到不能使用之時)也是一種浪費。因此，精確地計算薄膜70的老化是被需要的，使得它可以被使用於可能造成斷裂而造成損壞光罩的任何風險之前。此外，也需要移除在薄膜70上的汙染粒子60。現有的檢測和移除汙染粒子60的方法可能易於損壞薄膜70，此外，現有的檢測和移除汙染粒子60的方法也可能在無意中損壞光罩。
為了解決上述的問題，本發明提供了一種新穎方式，係關於使用聲波來計算薄膜的年齡狀態，以及移除汙染粒子而不會損壞薄膜的方法。下面討論的方法和裝置係用於EUV微影以及在標準光學微影(例如，DUV微影)。
第2圖係表示一實施例用於估算或判定薄膜的年齡狀態的一系統100A的簡化示意圖。如上所述，提供一光罩30，並於其上形成圖案40。薄膜70放置在光罩30之上以保護光罩30。為了計算薄膜70的年齡狀態，聲波生成器110放置在薄 膜的上方。如在本實施例中的聲波生成器110包括陣列聲能轉換器(或聲能轉換器陣列)，但在其它實施例中也可包括一麥克風。聲波生成器110產生一個或多個的聲波迫使薄膜70進入一既定的振盪模式，並以一目標共振頻率振動(如波115所示)。
更具體地，聲波生成器110包括四個聲能轉換器120-123。每個聲能轉換器120-123的能夠朝向薄膜70輸出聲波(或壓力波)，如第2圖中的例子所示，聲能轉換器121和123是啟動的，以產生聲波130和131(第一聲波)朝向薄膜70。聲波130和131迫使薄膜70在一既定的振盪模式彎曲和振動。在繪示的實施例中，薄膜70於振盪的第三模式中振動，其中此振盪的模式由N所表示(也稱為振動模式或諧波數)。為了提供更加清晰的振盪的各種模式，第3圖繪示了四種範例的振盪模式，其中N=1對應於第一振盪模式，N=2對應於第二振盪模式，N=3對應於第三振盪模式，以及N=4對應於第四振盪模式。當然，可有任何其它數目的振盪模式(例如，N>4)，但為了簡單起見，將不繪示於本發明中。
對於已知的任何第N振盪模式而言，會有一個目標共振頻率對應於薄膜70，此目標共振頻率可使用下列公式來計算： 其中f代表目標或預期的共振頻率，N代表振盪模式，L代表薄 膜70的長度(測量於第1-3圖的水平方向或側向)，T則表示在薄膜70上的膜張力，以及ρ表示薄膜70的密度。
請參閱前述之第2圖，系統100A還包含一共振檢測工具。共振檢測工具係檢測根據聲波生成器110所產生的聲波130、131而回應之薄膜70的實際共振頻率。如第2圖所繪示之實施例，共振檢測工具包含至少兩個元件150A和150B。元件150A是位於薄膜70的一側上的信號源元件(例如，第2圖中所繪示的薄膜70的左側)，而元件150B是位於薄膜70的信號源元件150A的相反側的感測器元件(例如，第2圖中所繪示的薄膜70的右側)。信號源元件150A產生一信號，且此信號係穿越薄膜70的長度行進(即，沿第2圖中的水平方向)。感測器元件150B接收由信號源元件150A所產生的信號。藉由感測器元件150B所接收到的信號，將可判定薄膜70的實際共振頻率。例如，在共振頻率中，信號的振幅應為最大的。
在一些實施例中，感測器元件150B本身包含必要的電路、處理器及/或記憶體，以準確地判定薄膜70的實際共振頻率。在其他實施例中，共振檢測工具可包含另一適當的信號分析器，以協助判定薄膜70的實際共振頻率。
共振檢測工具亦可有其他各種實施方式。如第2圖中所繪示的實施例，共振檢測工具的信號源元件150A包含一雷射，並且共振檢測工具的感測器元件150B包含一光接收器。請參閱第4圖，其為系統100B用於估算或判定薄膜70的年齡狀態的實施例。在系統100B中，共振檢測工具的信號源元件150A包含一光線，並且共振檢測工具的感測器元件150B包 含一電荷耦合器件(charge-coupled device,CCD)。類似於系統100A，前述光線產生行進穿越薄膜70的長度的一信號，電荷耦合器件接收此信號並對其進行分析，來判定薄膜70的實際共振頻率。
請參閱第5圖，為本發明另一實施例之一系統100C用於估算或判定薄膜70的年齡狀態。在系統100C中，共振檢測工具不包含兩個獨立的信號源和感測器元件。取而代之的是，共振檢測工具包含雷射都普勒干涉儀150，它可以用來量測薄膜70的表面上的非接觸式振動。一雷射光束160從雷射都普勒干涉儀150朝向薄膜70的表面，並且由於該表面的運動，可從反射的雷射光束頻率的都普勒偏移而獲知薄膜70的振動振幅和頻率。雷射都普勒干涉儀150的輸出可為一類比電壓訊號，且正比於沿著雷射光束160的方向上的目標速度分量。
根據本發明的揭示，薄膜70的年齡狀態可根據從薄膜70的目標共振頻率到薄膜70的實際共振頻率的偏移量得出。請參閱第6A圖，圖形190明顯地繪示出薄膜70對應於不同振盪模式(不同的N)的聲波頻率響應。更詳細地，圖形190中的X軸係表示共振頻率，Y軸則表示強度(magnitude)或振幅(amplitude)。
曲線200-202和210-212已繪示於圖形190中。由曲線200、201以及202可獲得回應聲波之薄膜的目標(或預期)共振頻率。例如，曲線200-202係對應於一新的薄膜(尚未老化)的量測數據於三個不同的振盪模式下。具體來說，曲線 200對應於第一振盪模式，其中N=1，曲線201對應於第二振盪模式，其中N=2，以及曲線202對應於第三振盪模式，其中N=3。因此，當N=1時，對應於曲線200的峰值的頻率是薄膜的目標共振頻率，當N=2時，對應於曲線201的峰值的頻率是薄膜的目標共振頻率，以及當N=3時，對應於曲線202的峰值的頻率是薄膜的目標共振頻率。如上所述，薄膜的目標共振頻率可使用下列公式計算：
施加不同振盪模式的聲波的其中一個原因係為了要確定哪些振盪模式用於一特定類型的薄膜是最好的(或最適合的)，並使該振盪模式應被用來判定薄膜的年齡狀態。更詳細來說，每種類型的薄膜(例如，根據它的材料組成物、製造商、尺寸/幾何形狀等)可以表現出對具有不同振盪模式的聲波不同的靈敏度。例如，薄膜A在N=1的振盪模式中是最靈敏的，薄膜B在N=2的振盪模式中是最靈敏的，以及薄膜C在N=3的振盪模式中是最靈敏的。初始來說，每一種類型的薄膜回應於不同的振盪模式的靈敏度一般而言是未知的。因此，對於一個新的薄膜來說，具有不同的振盪模式(N=1、2、3在第6A圖所繪示的例子)的各種聲波是被輪流應用到薄膜上。這些結果顯示於曲線200、201、以及202(分別地對應於N=1，2，3)。曲線200-202的峰值也應接近於如上所述的計算共振頻率的方程式：f=Nv/2L。
在薄膜已若干老化之後，伴隨不同振盪模式的相同聲波再次地施加到薄膜上。其結果如曲線210、211以及212所繪示(分別對應於N=1、2、3)。由此可看出，當薄膜逐漸老化，其共振頻率將開始偏移。然而，每個振盪模式具有不同的偏移程度或偏移量。在這個例子中，第一振盪模式N=1對應於共振頻率中的最小偏移(由曲線200-210之間最小的水平偏移量所表示)，第二振盪模式N=2對應於共振頻率中的中等偏移(由曲線201-211之間中等的水平偏移量所表示)，以及第三振盪模式N=3對應於共振頻率中的最大偏移(由曲線202-212之間最大的水平偏移量所表示)。
根據第6A圖中所顯示的結果，可以判定此種特定類型的薄膜對於振盪第三模式N=3的聲波是最靈敏的。在此之後，對於此特定類型的薄膜，將使用第三振盪模式N=3來判定其年齡狀態。當然，其他類型的薄膜可能在N=1或N=2的振盪模式中具有最大靈敏度，並將使用這些振盪模式來判定其它類型的薄膜的年齡狀態。也應當理解的是，雖然第6A圖顯示出了三種不同的振盪模式(N=1、N=2以及N=3)，但任何其它的振盪模式可用於不同的實施例。為了簡化起見，其他的振盪模式並未繪示出。
請參閱第6B圖，一旦某些振盪模式的聲波被判定(例如，在本實施例中之N=3)，薄膜的年齡狀態可透過施加該振盪模式(在本實施例中之N=3)的聲波而週期性地被監測。如上所述，當薄膜是在良好的年齡狀態下，實際共振頻率會與預期或目標共振頻率相互吻合。換句話說，當薄膜 的年齡是良好的，薄膜的曲線將與第6A圖中的曲線202相互吻合，因為它表示是新的薄膜時的頻率響應。
然而，由於薄膜逐漸老化(如曲線220、221及222所表示)，其共振頻率開始偏移更遠且遠離目標頻率。例如，當薄膜逐漸開始老化時，曲線220的共振頻率與曲線202的共振頻率被距離230所分隔。距離230可能相對地小，因此此時薄膜的年齡仍可被視為相對良好的。
當薄膜開始老化更甚時，從曲線202的目標共振頻率到曲線221的共振頻率將具有更大的距離231。這表示薄膜的老化情形變得更加劇，並且已經失去了良好彈性。
最後，薄膜繼續老化，曲線222的共振頻率將具有從曲線202的目標共振頻率到其的距離232。距離232是越過或超過可接受的限度240(其具有從目標頻率起算的距離241)。這表示對應曲線202和212的薄膜的年齡狀態已相當老舊，並且此薄膜可能很快地會出現故障(例如，破損)。因此，在薄膜破損而導致損壞微影光罩之前須進行更換。以這種方式，可以看出通過監測薄膜在不同的振盪模式的響應，薄膜的年齡狀態可被判定，並採取相應的動作(例如，當薄膜太老舊而做更換)。
應了解的是，本發明所討論之薄膜的年齡狀態估算過程可由一操作人員完成，或者也可由具有一或複數個電子處理器的一台機器來執行，例如顯示於第2、4、5圖中的一台電腦或計算設備250在系統100A/B/C中。電腦或計算設備250也可被視為是系統100A、100B或100C中的一部分。經由 一或多個有線或無線的連接，電腦或計算設備250通信地耦合聲波生成器110及/或共振檢測工具(例如，感測器150B或雷射都普勒干涉儀150)。
電腦或計算設備250包括儲存指令和數據的電子記憶體，以及執行指令的電子處理器。在一些實施例中，薄膜的目標共振頻率可儲存在電腦或計算設備250中，或由電腦或計算設備250計算回應於由聲波生成器110的所產生的聲波。之後，從感測器元件150B上，電腦或計算設備250接收數據並表示出薄膜70的實際共振頻率。電腦或計算設備250將計算出目標及實際的共振頻率之間的差值(或偏移)，並且可比較它的一或多個預定閥閥值。預定閥閥值可對應於薄膜70(例如，良好的、可接受的、損壞的等)的不同年齡狀態。藉由共振頻率的偏移而顯示出前述的預定閥值，電腦或計算設備250可自動地判定薄膜70的年齡狀態，並通知操作人員。
第7圖係繪示本發明另一實施例之系統300用於估算或判定薄膜的年齡狀態的簡化示意圖。為了清楚及一致性，光罩30、在光罩30上的圖案40以及設置在光罩30之上的薄膜70將使用相同於第7圖中的標號。不同於使用陣列聲能轉換器110作為聲波生成器(如在第2、4、5圖中的系統100A/B/C)，系統300包含相互耦合之一聲能轉換器310和一頻率掃描生成器(也稱為一函數波生成器)320而作為聲波生成器。聲能轉換器310位於在薄膜70的一端部之上。聲能轉換器310是相似於在系統100A/B/C中的任一聲能轉換器120-123，並且它可被用來產生一壓力波或一聲波朝向薄膜70上表面。
該頻率掃描生成器320係產生複數個頻率，使得聲能轉換器310與頻率掃描生成器320可一起產生複數個不同頻率的聲波。換句話說，聲能轉換器310和頻率掃描生成器320可共同在薄膜70上進行聲波的頻率掃描。因此，比起迫使薄膜進入某一振盪模式中，聲能轉換器310和頻率掃描生成器320可迫使薄膜70進入多個不同的振盪模式(產生任何數目的N)，即使在不同的時間。
系統300還包含一聲能接收器350，其係檢測薄膜70的實際共振頻率。聲能接收器350位於薄膜70的另一端部之上，相反於位於前述一端部的聲能轉換器310。類似於系統100A/B/C，系統300基於從目標共振頻率到實際共振頻率的偏移，可判定薄膜70的年齡狀態。可以理解的是，液體360可施加於薄膜70上以用於減少聲波的強度損失。
此外，系統300還可經由楊氏係數的計算來估算出薄膜70的年齡狀態。更詳細地說，聲能轉換器310產生具有穿越波形式的一信號370，且此信號370從薄膜70的一側傳到另一側。因此，聲能轉換器310經由聲波的產生，迫使薄膜70以產生的穿越波370的方式振動(即，薄膜70當作波/信號370的媒介)。對於穿越波370來說，傳遞通過一正常年齡狀態的薄膜傳播所花費的時間是不同於傳遞通過一老化薄膜傳播的所花費的時間。這是因為隨著薄膜老化而本質上變得更長，穿越波370必須有效行進的距離增加了。
第8圖係繪示如何計算楊氏係數來估算出薄膜的年齡情況的示意圖。如第8圖所示，由於微影曝光而使薄膜老 化，造成薄膜在曝光製程之前從初始長度l擴大成在曝光製程之後的長度l+△l。l係表示聲波在薄膜是健康的時候(例如，在微影曝光之前)的行進距離，l+△l則表示聲波在薄膜已經老化(例如，微影製程之後)的行進距離。波的行進時間也可由聲能轉換器和聲能接收器測得。因為距離=波的速度*行進時間，所以因薄膜老化所產生的距離差(即，△l)也可被計算出來。
得知了△l和l之後，應變(ε)也可由ε=△l/l的等式所計算出來。此外，應力(σ)被定義為：σ=F/A=K * U，其中F是在薄膜上的力，A是薄膜的截面面積，U是由聲能感測器提供的力，且可透過頻率掃描生成器(或函數波生成器)所控制，K則是單位匹配F/A的參數(N/m*2)。因此，應力也可被計算出來。最後，將可計算出楊氏係數(E)：E=σ/ε。
接著請參閱第9圖，圖形400繪示出了如何以楊氏係數(E)來判定薄膜70的年齡狀態。更詳細地說，圖形400包含一X軸，其表示曝光製程能量(以溫度的形式表示)累計的結果，及包含一Y軸，其表示楊氏係數的對數值(Log E)。曲線410係根據曲線400中其所在區域A(稱為玻璃狀區)、區域B(稱為玻璃過渡區)、區域C(稱為橡膠狀高原區)、及區域D(稱為橡膠狀流動區)中的位置，明顯地表示了薄膜70的年齡狀態。
當曲線410是區域A中時，係表示薄膜70的彈性行為是介於應力和應變之間。這表示薄膜是在良好或正常年齡的狀態。當曲線410是在是區域A之外，薄膜則被認為是在非 良好或非正常的年齡狀態，雖然從區域B到區域C及區域C到區域D的薄膜年齡狀態是變得更糟。具體來說，玻璃過渡區域B是薄膜70的行為屬於介於黏性和彈性之間的一個區域，因此是薄膜70在老化的早期階段。橡膠高原區C是薄膜70的行為基本上大部分屬於黏性的一個區域，因此它是薄膜70老化的後期階段。橡膠狀流動區域D則是薄膜70具有非線性的楊氏係數並具有大的變形的一個區域。換句話說，對應於區域D的薄膜70即將破裂或已經破裂。以這種方式，一個操作者或如電腦或計算設備250(在第7圖中之表示為通信地耦合頻率掃描生成器320及/或聲能接收器350)的機器，可精確地估算薄膜70的年齡狀態。如果薄膜70的年齡狀態被認為是在可接受的範圍之外，則可在其破裂之前丟棄，以避免造成微影光罩30損壞或其它製程的問題。
除了估算出薄膜的年齡狀態，系統100A/B/C、300也可被修改，以便在薄膜上移除汙染粒子。例如，可參考第10圖，該圖係根據本實施例之一粒子移除系統500的簡化示意圖。粒子移除系統500具有類似於前述第2、4-5圖中的系統100A/B/C之元件，因此，為了清楚和一致性，這些類似的元件將標有相同的符號。
如上所述，薄膜70被放置在微影光罩30(以圖案40形成)之上以保護光罩30。一或多個汙染粒子510位於薄膜70上。汙染粒子510的存在可透過機器或在某些情況下由人的肉眼被檢測到。如果不移除汙染粒子510，可能會導致微影製程上的問題，例如不正確聚焦等。因此，從薄膜70上移除汙 染粒子510是需要的。然而，傳統的移除薄膜上的汙染粒子的方法可能容易損壞薄膜，因為這些傳統的方法通常涉及機械工具，並可能需要直接接觸(或引起意外接觸)薄膜的表面。
根據本發明的實施例，粒子移除系統500利用聲波生成器110以移除汙染粒子510。如前述討論及前述第2圖中所示，聲波生成器110可產生複數個聲波，例如聲波520和521(第二聲波)，迫使薄膜70進入特定的振盪模式(如由波115表示)。聲波520和521可類似於前述第2圖中的聲波130和131，或者也可是不同的。例如，聲波520-521可具有不同於聲波130-131的振幅。於另一實例中，聲波520-521可具有不同於聲波130-131的頻率。
薄膜70的振盪或振動使得的汙染粒子510被“甩出”(thrown off)薄膜70。如此一來，汙染粒子510從薄膜70移除，使得損壞薄膜70的可能性降到最低。需要注意的是，由於粒子移除系統500並不是用來估算薄膜的年齡狀態，因此共振檢測工具如信號源元件150A和感測器元件150或雷射都普勒干涉儀150可以全部被省略。然而，可以理解的是，於本實施例中，包含共振檢測工具的系統100A/B/C也可用於移除汙染粒子510。在此情況下，共振檢測工具仍可存在，只是可能不需要或不使用。
應當理解的是，根據汙染粒子510的位置，粒子移除系統500可能略有不同的執行方式。例如，調整粒子移除系統500的設計並改變聲能轉換器120-123的數量或位置。如第11圖所示，粒子移除系統500A具有四個聲能轉換器 120-123，粒子移除系統500B具有三個聲能轉換器120-122，和粒子移除系統500C具有兩個聲能轉換器120-121。
以兩個聲能轉換器121、123(而非四個聲能轉換器120-123)產生朝向薄膜70的聲波，薄膜70被迫使進入第四振盪模式(N=4)。然而，如果汙染粒子510位於振動/擺動中的薄膜70的節點上，基本上其振幅變化將為零。因此，由系統500A移除汙染粒子510可能是困難的。相較而言，以一聲能轉換器121(而非三個聲能轉換器120-122)產生朝向薄膜70的聲波，將迫使薄膜70進入第三振盪模式(N=3)。此時，使得汙染粒子510位於振動/擺動中的薄膜70的節點以外，振幅變化量將大於零，但其還尚未到達峰值。因此，系統500B相較於系統500A具有在去除汙染粒子510中是更好的，但其仍然不是最優化的。一系統500C，以一個聲能轉換器120(而非兩個聲能轉換器120-121)產生朝向薄膜70的聲波，使薄膜70進入第二振盪模式(N=2)。汙染粒子510位於振動中薄膜的振幅的峰值，因此，系統500C是用於去除汙染粒子510的最佳選擇。
基於上述討論，可以得出，汙染粒子510的位置可能影響粒子移除系統500的設計選擇。如上述討論，在薄膜70上的汙染粒子510的位置上可由機器或是肉眼來認定。一旦汙染粒子510的位置是已知的，粒子移除系統500可被設計成振動中的薄膜70的峰值振幅(在指向遠離薄膜的方向)重合於汙染粒子的位置。這可能會產生將汙染粒子510“甩出”(throwing away)薄膜70的最大效果。為了促進這一目標，聲 能轉換器的數目(N)可為了產生所需的振盪模式而做變化，以使得峰值所在位置與預期相符。
應當理解的是，在第11圖所示的系統500A-500C中，未啟動的聲能轉換器(亦即那些沒有產生聲波的聲能轉換器，例如在系統500A中的聲能轉換器120、122)可被移除。但是，移除這些未啟動的聲能轉換器可能意味著在同樣振盪模式下具有相反振幅的振動/波可能無法實現。因此，於一些需要通用性(versatility)的實施例中是(例如，需要產生兩個具有相反振幅但在相同的振盪模式N下的通用性時)，未啟動的聲能轉換器可能仍然被保留。
此外，聲波生成器可藉由聲能轉換器被左右側向移動的方式來體現。例如，若聲能轉換器120、122被從系統500A中移除，聲能轉換器121、123將有能力地進行橫向移動到左邊，使得聲能轉換器121取代聲能轉換器120，以及聲能轉換器123取代聲能轉換器122。在這種方式中，這兩個聲能轉換器121、123仍然可產生相反振幅的波，若是需要的話。一般來說，藉由具有可移動的聲能轉換器的聲波生成器產生聲波，以迫使薄膜進入所需的振盪模式將更具通用性，使得在薄膜上的汙染粒子的位置的峰值振幅位置一致。
汙染粒子的類型也影響到粒子移除系統的設計選擇。請參閱第12圖，該圖係顯示出汙染粒子510A、510B的兩種不同類型。汙染粒子510A是一個麥粒狀(grain-like)顆粒，第二振盪模式(N=2)可適合用於將其移除。也就是說，聲波生成器迫使薄膜進入N=2的振盪模式，以使得波的峰值振 幅位置與汙染粒子510A的位置相互對齊。波的峰值振幅擺動提供了將汙染粒子510A“甩出”薄膜70的最佳可能性。相較而言，汙染粒子510B是針狀(needle-like)顆粒。因此，它可以稍微刺入薄膜70中。若使用模式N=2的波，像是前述的汙染粒子510A，峰值振幅擺動仍為垂直性的，也未必能有效地移除汙染粒子510B。若產生模式N=3的波，使得汙染粒子510B位於波的節點(此處無垂直或水平擺動)和波峰(此處為最大垂直擺動)之間，則波可同時具有垂直和水平的擺動分量。因此，針狀的汙染粒子510B更可能由此種波來移除。以這種方式，粒子移除系統的設計不僅是基於汙染粒子的位置，還需考慮汙染粒子的類型。
現在請參閱第13圖，其係表示本發明另一實施例之粒子移除系統600。粒子移除系統600是類似於上述討論的第7圖中的系統300。因此，為了清楚與一致性，這些類似的元件將標有相同的符號。類似於系統300，系統600包含耦合一頻率掃描生成器320(函數波生成器)的一聲能轉換器310。聲能轉換器310和頻率掃描生成器320可共同執行於薄膜70的頻率掃描。如此一來，系統600可迫使薄膜70進入數個振盪模式(即，N=1、N=2、N=3、N=4等)。藉由薄膜70的振動或振盪可移除設置於其上的汙染粒子510。此外，聲能轉換器310還可產生從薄膜70的一側傳播到另一側的一穿越波370。穿越波370也可有利於移除汙染粒子510。粒子移除系統600可移除汙染粒子並使薄膜70的損壞可能性降低，例如因為沒有機械工具需要直接接觸薄膜70。
第14圖表示估算薄膜的年齡狀態和從薄膜上移除汙染粒子的簡化方法700的流程圖。該方法700包含步驟710：施加聲波朝向設置在微影光罩之上的薄膜，以使薄膜以一目標共振頻率振動。在一些實施例中，聲波係經由一陣列聲能轉換器或麥克風所產生。在一些實施例中，施加複數個第一聲波的步驟710包括迫使薄膜在一既定的振盪模式中振動。
該方法700包含步驟720：檢測回應複數個第一聲波之薄膜的一實際共振頻率。在一些實施例中，檢測薄膜的實際共振頻率的步驟720包含以下步驟：經由位在薄膜的第一側上的信號源產生穿越薄膜的一信號；接收經由位於與薄膜第一側相反的第二側的感測器的信號；並根據接收到的信號檢測薄膜的實際共振頻率。在一些實施例中，信號源包含一雷射，感測器包含一光接收器。在一些實施例中，信號源包含一光線，感測器包含一電荷耦合器件(CCD)。在其他實施例中，實際共振頻率是通過雷射都普勒干涉儀所檢測。
該方法700包含步驟730：根據從目標共振頻率到實際共振頻率的一偏移量之函數來估算薄膜的年齡狀態。在一些實施例中，估算是由一或多個電子處理器執行。
該方法700包含步驟740：施加複數個第二聲波朝向薄膜以移除位於薄膜上的汙染粒子。
應當理解的是，附加的製造過程可執行於步驟710-740之前、之中或之後。例如，方法700可包含丟棄及/或更換薄膜，若是估算出薄膜已老化到超過可接受的範圍內。為了簡化起見，其它製程在本發明中將不作詳細討論。
第15圖係表示估算薄膜的年齡狀態和從薄膜上移除汙染粒子的簡化方法800的流程圖。方法800包含步驟810：產生從薄膜的第一端部傳到相反於第一端部的第二端部的聲能信號。薄膜係放置於一微影光罩之上。一聲能轉換器係設置在薄膜的第一端部之上並用來產生聲能信號。一聲能接收器設置在薄膜的第二端部之上。
該方法800包含步驟820：接收該聲能信號，此聲能信號可由前述聲能接收器來接收。
該方法800包含步驟830：根據所接收到的聲能信號計算出楊氏係數來估算薄膜的年齡狀態。在一些實施例中，估算是由一或多個電子處理器執行。在一些實施例中，估算包含確認楊氏係數的對數的值是否落入玻璃狀區域、玻璃過渡區、橡膠狀高原區或橡膠流動區內。
該方法800包含步驟840：在複數個振盪模式下振動薄膜，以移除在薄膜上的汙染粒子。複數個振盪模式可部分地由連接到聲能轉換器的頻率掃描生成器所引起。
應當理解的是，附加的製造過程可執行於步驟810-840之前、之中或之後。例如，方法800可包含丟棄及/或更換薄膜，若是估算出薄膜已老化到超過可接受的範圍內。為了簡單起見，其它製程在本發明中將不作詳細討論。
根據上述討論可得知的是，本發明提供了各種優點。然而，應理解的是，並非所有的優點都必須於本發明中討論，其它實施例可提供不同的優點，且並沒有特定的優點是必須在所有實施例中。
本發明之一優點在於提供了一種估算薄膜的年齡狀態的新方法。如上所述，當薄膜老化時，其光性、熱性和機械性開始改變。如果薄膜的年齡狀態沒有正確地檢測和監控，薄膜可能會斷裂而可能導致微影光罩損壞，故薄膜應被保護。修理或更換微影光罩是昂貴的也應須避免之。因此，理想的是，提前知道薄膜的年齡狀態已達損壞的狀態並應將其丟棄。本發明經由聲波或穿越波來估算出薄膜的年齡狀態。這種方法是快速、準確且低侵入性(minimally invasive)的。得知了薄膜的年齡狀態，將使微影光罩較不容易損壞，並可保持較低的製造成本。
本發明另一優點在於提供了一種從薄膜上移除汙染粒子的新方法。例如，用於估算薄膜年齡的系統也可被修改成粒子移除系統。藉由產生的聲波，薄膜的膜會振動或擺動，因而將薄膜表面上的粒子甩出。由於本發明之粒子移除方法無需將薄膜作機械處理或直接接觸其表面，將可大幅地減少在粒子移除過程中損壞薄膜的可能性。此外，不同類型的粒子移除系統也可靈活地取決於汙染粒子的位置和汙染粒子的類型而設計。因此，即使汙染粒子可能難以經由傳統的方法移除，但藉由本發明之量身設計的系統可用於移除這些特定汙染粒子。
本發明提供了一些實施例之系統。一薄膜設置在一微影光罩之上。一聲波生成器放置於薄膜之上。聲波生成器係用來產生聲波，以使薄膜以一目標共振頻率振動。一共振檢測工具係用來檢測回應聲波之薄膜的一實際共振頻率。一個或多個電子處理器係利用從目標共振頻率到實際共振頻率的偏 移量來估算薄膜的年齡狀態。
本發明提供了用於估算薄膜年齡的方法。施加聲波朝向設置於一微影光罩之上的一薄膜，以使薄膜以一目標共振頻率振動。並檢測回應聲波之薄膜的一實際共振頻率。利用從目標共振頻率到實際共振頻率的偏移量來估算薄膜的年齡狀態。
本發明提供了一種系統。薄膜設置在一微影光罩之上。一聲能轉換器設置在薄膜的一第一端部之上。聲能接收器設置在相反於薄膜第一端部的一第二端部之上。前述系統還包括一或多個電子處理器。聲能轉換器係產生如一穿越波從第一端部傳到第二端部的一聲能信號。一聲能接收器係用來接收聲能信號。一或多個電子處理器係根據前述所接收到的聲能信號來計算楊氏係數以估算出薄膜的年齡狀態。
以上概略說明了本發明數個實施例的特徵，使所屬技術領域中具有通常知識者對於本發明可更為容易理解。任何所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解到本說明書可輕易作為其它結構或製程的變更或設計基礎，以進行相同於本發明實施例的目的及/或獲得相同的優點。任何所屬技術領域中具有通常知識者也可理解與上述等同的結構或製程並未脫離本發明之精神和保護範圍內，且可在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作更動、替代與潤飾。

Claims (10)

  1. 一種薄膜檢測系統，包括：一薄膜，設置在一微影遮罩之上；一聲能轉換器，設置在該薄膜的一第一端部之上；一聲能接收器，設置在相反於該薄膜的該第一端部的一第二端部之上；以及一電子處理器；其中，該聲能轉換器產生一聲能信號，該聲能信號傳遞一穿越波從該第一端部朝向該第二端部；該聲能接收器接收該聲能信號；以及該電子處理器經由根據接收到的該聲能信號所計算出之一楊氏係數來估算該薄膜的年齡狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜檢測系統，其中該電子處理器藉由判斷該楊氏係數的一對數值是否落於一玻璃狀區、一玻璃過渡區、一橡膠狀高原區或一橡膠狀流動區來估算該薄膜的年齡狀態。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜檢測系統，其中該檢測系統更包括一頻率掃描生成器，耦合於該聲波生成器，其中該頻率掃描生成器用以致使該薄膜以複數個振盪模式振動。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之薄膜檢測系統，其中該複數個振盪模式用以移除位於該薄膜上的汙染粒子。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之薄膜檢測系統，其中該薄膜上設有一液體，以減少該聲能信號的強度損失。
  6. 一種薄膜檢測方法，包括： 產生一聲能信號，該聲能信號傳遞一穿越波通過設置於一微影光罩之上的一薄膜；在該穿越波通過該薄膜之後，接收該聲能信號；以及根據接收到的該聲能信號所計算出之一楊氏係數來估算該薄膜的年齡狀態。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜檢測方法，其中：該聲能信號係在該薄膜的一第一端部被產生；以及該聲能信號係在該穿越波通過該薄膜之後在該薄膜的一第二端部被接收，該第二端部相反於該第一端部。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜檢測方法，其中該估算包括判斷該楊氏係數的一對數值是否落於一玻璃狀區、一玻璃過渡區、一橡膠狀高原區或一橡膠狀流動區來估算該薄膜的年齡狀態，其中：該對數值落於該玻璃狀區中時，表示該薄膜的彈性行為是介於應力和應變之間，這表示該薄膜是在良好或正常年齡的狀態；該對數值落於該玻璃過渡區時，表示該薄膜的彈性行為是介於黏性和彈性之間，這表示該薄膜是在老化的早期階段；該對數值落於該橡膠狀高原區時，表示該薄膜的彈性行為是大部分屬於黏性，這表示該薄膜是在老化的後期階段；以及該對數值落於該橡膠狀流動區時，表示該薄膜的該楊氏係數為非線性並具有大的變形，這表示該薄膜即將破裂或已經破裂。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜檢測方法，更包括若該估 算的該薄膜的年齡狀態係在可接受的範圍之外，丟棄或更換該薄膜。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之薄膜檢測方法，更包括在複數個振盪模式下振動該薄膜，以移除位於該薄膜上的汙染粒子。
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