TWI739376B - 光罩之保護膜的檢測方法及檢測系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種光罩之保護膜的檢測方法，是利用外施加一預定壓力，令保護膜產生形變，再透過量測計算該保護膜的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種，而可透過該保護膜的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種數據，得到關於該保護膜的檢測結果，以檢測該保護膜的品質。

Description

光罩之保護膜的檢測方法及檢測系統

本發明是有關於一種光罩之保護膜的檢測方法及檢測系統，特別是指一種利用光學檢測的光罩之保護膜的檢測方法及檢測系統。

隨著電子產品在尺寸要求越來越小，功能要求越來越複雜，且性能要求越來越來越強且的趨勢下，半導體晶片線寬也越來越小到奈米等級，以使得晶片單位面積的電晶體數量可容納更多，以符合要求。然而，半導體晶片的線寬是否能達到所要求的等級，黃光微影製程則是一項關鍵技術。

黃光微影是一微縮技術，是將設計好的線路圖案製成光罩，再利用光學成像原理，將線路投影到塗佈好光阻的晶圓上，透過光罩圖案照射，就可以將線路圖案精確的複製到光阻。之後，即可藉由顯影、蝕刻及鍍膜等製程而在晶圓上形成所需的晶片。因此，光罩的品質，尤其在進入深紫外光及極紫外光的微影技術中， 更是影響微影結果的一個極為重要的因素。

參閱圖1，光罩一般是包含一表面具有線路圖案111的透光基材11，及一用於罩設以保護該線路圖案111的遮罩(pellicle)12。該遮罩12具有一設置在該透光基材11表面並框圍該線路圖案111的外框121，且該外框121具有一開口122，及覆蓋在該外框121頂部，並罩設該線路圖案111的保護膜123。該保護膜123主要是用於隔絕外界的汙染粒子汙染該線路圖案111，以維持曝光品質。然而，由於該保護膜123是由有機的高分子材料構成，因此，當該光罩長期在紫外光、深紫外光，或極紫外光的曝光條件及環境，或是製程過程的操作影響，該保護膜123也會因為受到污染粒子的汙染、照光老化或操作碰撞等因素，而使得品質劣化，影響曝光結果，甚至也會因為該保護膜123品質劣化造成曝光機台的汙染，導致機台損壞並影響晶圓產能。

因此，提供可監控並檢測光罩之保護膜品質的方法，一直是相關技術領域者積極開發的方向。

因此，本發明的目的，即在提供一種可檢測光罩之保護膜的檢測方法。

於是，本發明的檢測方法包含以下步驟： 提供一預定壓力，令一光罩的保護膜產生形變。

透過該形變產生的光學訊號，計算得到該保護膜的一形變量。

將該形變量與該保護膜於該預定壓力條件的一標準形變值進行比對，得到一關於該保護膜的檢測結果。

此外，本發明的另一目的，即在提供一種可檢測光罩之保護膜的檢測方法。

於是，本發明的檢測方法包含以下步驟：提供一預定壓力，令一光罩的保護膜產生形變。

透過該形變產生的光學訊號，計算得到該保護膜的一形變量。

利用該形變量計算得到相應的楊氏模數或撓剛度的其中至少一種。

重覆前述步驟，得到多組於不同預定壓力條件下對應的楊氏模數及撓剛度的其中至少一種。

利用該楊氏模數及撓剛度的其中至少一種數據的自身變異性，得到關於該保護膜的檢測結果。

又，本發明的另一目的，即在提供一種用於檢測光罩之保護膜的檢測系統。

於是，本發明的檢測系統包含一供壓單元，及一光學量 測處理單元。

該供壓單元用於產生令該保護膜形變的壓力。

該光學量測處理單元包含一光源模組、一光接收器，及一計算器。該光源模組可提供用於照射該保護膜表面的光，該光接收器可接收自該保護膜表面反射的光學信號。該計算器可利用該光學信號計算得到該保護膜的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種。

本發明的功效在於：利用外施加一預定壓力，令保護膜產生形變，再透過該保護膜形變的光學信號量測計算該保護膜的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種，而可透過該保護膜的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種數據，得到關於該保護膜的檢測結果，以快速檢測該保護膜的品質。

11:透光基材

111:線路圖案

12:遮罩

121:外框

122:開口

123:保護膜

2:供壓單元

3:光學量測處理單元

31:光源模組

32:光接收器

33:計算器

41~44:步驟

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一立體圖，說明習知光罩結構；圖2是一示意圖，說明用於本發明該檢測方法的檢測系統；圖3是一示意圖，說明用於本發明該檢測方法的檢測系統的另一實施態樣；及 圖4是一流程圖，說明用於本發明該檢測方法的實施例。

在本發明被詳細描述的前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本發明光罩之保護膜的檢測方法是透過一檢測系統對一光罩的透明的保護膜進行檢測，以確認該保護膜的品質。

該光罩，如圖1所示，包含一表面具有線路圖案111的透光基材11，及一罩設該線路圖案111的遮罩(pellicle)12。該遮罩12具有一設置在該透光基材11表面並框圍該線路圖案111的外框121，且該外框121具有一開口122，及覆蓋在該外框121頂部，並罩設該線路圖案111的保護膜123。

配合參閱圖1~3，該檢測系統包含一供壓單元2，及一光學量測處理單元3。

該供壓單元2用於提供令該透明保護膜123形變的壓力。具體的說，該供壓單元2可以是一可控制氣體噴出流量及壓力的壓縮機或抽氣機，而提供令該透明保護膜123形變的正壓或負壓。具體的說，如圖2所示，利用該供壓單元2施壓的方式，可以是利用控制該供壓單元2噴出之氣體的流量及壓力，自該保護膜123的外表面噴氣，以令該保護膜123產生形變。此外，也可如圖3所 示，利用控制該供壓單元2抽氣的流量及流速，經由該外框121的開口122進行抽氣，而提供令該保護膜123形變的負壓。要說明的是，前述該負壓的提供，可以是利用該供壓單元2直接經由該開口122進行抽氣，或是，先將該光罩置於一具有抽氣口的密閉空間，利用該供壓單元2直接經由該抽氣口抽氣，以透過該開口122間接提供令該保護膜123形變的負壓。或是，也可透過該供壓單元2經由該外框121的開口122進行吹氣，提供令該保護膜123形變的正壓，也同樣可達成相同目的。

要說明的是，當利用如圖2所示的該供壓單元2，藉由對該保護膜123噴氣以令該保護膜123產生形變時，該供壓單元2可以是一個或多個噴頭，圖2為以該供壓單元2具有一個可對該保護膜123噴氣的噴頭為例，然實際實施時並不以此數量為限。

該光學量測單元3包含一光源模組31、一光接收器32，及一計算器33。

該光源模組31可產生照射形變的該透明保護膜13的光，該光接收器32可用於接收該光源模組31照射產生形變的該透明保護膜13後的表面反射光學訊號。該計算器33與該光接收器32訊號連接，並利用將自該光接收器32接收到的光學訊號進行計算，以得到該保護膜123於受壓後的形變量。

該光源模組31可以是包含發光二極體(Light emitting diode，LED)及濾光片、或是可調式波長雷射，或是可同時包含LED及可調式波長雷射，並加上光學擴束器和透鏡組。該光接收器32是可用接收該光源31照射至該保護膜123的反射光訊號的電荷耦合元件(Charge coupled device，CCD)或互補式金氧半導體(Complementary metal oxide semiconductor，CMOS)。該計算器33可以是與該光接收器32訊號連接的中央處理器或計算機，用於將自該光接收器32接收到的光學訊號(例如反射後產生的反射疊紋或共振波紋)進行計算，以得到該保護膜123於受壓後的形變量。

具體的說，該保護膜123的形變量、楊氏模數(Young's modulus)，及撓剛度(flexural rigidity)的計算，可視該供壓單元2提供的壓力為正壓或負壓而有所調整。

一般而言，彈性薄板受力後，產生的內應力可以下式(I)表示：

而當該供壓單元2是經由該開口122進行抽氣或吹氣時，可將該保護膜123的視為四周邊緣固定的彈性薄板承受自x、y方向施加壓力的狀況。因此，該保護膜123的內應力U(Strain energy)可利用前述式(I)改寫成如下式(II)：

其中，A為保護膜123的表面積、w表示薄板的形變量，D表示撓剛度(flexural rigidity)。

而撓剛度(D)可由下式(III)表示：

其中，ν為泊松比(Poisson’s ratio)、h為保護膜123的厚度、E表示楊氏模數(Young's modulus)。

其中，對該保護膜123表面施壓(p(x,y))所作的功(W)可以式(IV)表示：W=ʃʃ_A wp dx dy (IV)

因此，該保護膜123的總能量T可以式(V)表示：T=U-W (V)

假設被固定的該保護膜123的邊長a、b滿足邊界條件，則其變形量(w)可以下式(VI)表示：

其中，a、b為該保護膜123的長、寬，m、n為該保護膜123的變形模態，a_mn為薄板的變形係數。

其中，a_mn可由前述式(II)、(IV)、(V)帶入(V)，並在滿 足最小化條件：

的條件下，得到式(VII)：

其中，P₀為該保護膜123的內外壓差，且r≠m、r≠n。

將式(VII)去除除了a₁₁以外的所有項次，可以解式(VII)得到式(VIII)

之後，將式(VIII)帶入式(VI)，即可得到經由該開口122以吹氣或抽氣而對該保護膜123施加壓力時，該保護膜123的變形公式(D)：

並由式(D)，可求得該保護膜123中心(x=a/2，y=b/2)的最大平面外(out of plane)變形量(w)：

此外，當利用該供壓單元2自該薄板(保護膜123)表面施壓(即提供的壓力為正壓時)，可將該保護膜123視為單位面積承受負載(P(x,y))為常數，因此，對該保護膜123表面施壓(P(x₁,y₁))所作的功(W’)，可以式(IV’)表示

其中，P是施加在保護膜123的壓力，其餘變數意義同前。

將式(II)、(IV’)帶入前述式(V)，並在滿足最小化條件：

的條件下，可得式(VII’)

其中，r≠m、r≠n。

將式(VII’)去除除了a₁₁以外的所有項次，可以解式(VII’)得到a₁₁，之後即可透過與前述相同的計算方式求得直接對該保護膜123表面施加壓力時，該保護膜123中心(x=a/2，y=b/2)的最大平面外(out of plane)變形量(w)：

參閱圖4，當利用前述該檢測系統進行本案之檢測方法的該實施例時，可先進行步驟41，利用該供壓單元2對該光罩的保護膜123施加一預定的正壓壓力或負壓壓力，令該保護膜123產生形變。

接著，進行步驟42，透過該形變產生的光學訊號，計算得到該保護膜123的一形變量。

詳細的說，該步驟42是利用該光源31照射該產生形變後的保護膜123的表面，並利用該光接收器32接收該光源31照射該保護膜123的表面後的反射信號，然後，即可依據該供壓單元2的施壓方式，利用該計算器3透過前述公式計算得到該保護膜123的形變量、楊氏模數(Young's modulus，E)，及撓剛度(flexural rigidity，D)。

最後，進行步驟43及/44，利用計算得到的該保護膜123的形變量、楊氏模數(Young's modulus)，及撓剛度(flexural rigidity)的其中至少一種數據進行該保護膜123的檢測，以得到關於該保護膜123的檢測結果。

步驟43：以形變量作為該保護膜123的檢測方式時，是利用將該保護膜123於受到該預定壓力後計算而得的形變量(w1)與該保護膜123於該預定壓力條件的一標準形變值(W₀)進行比對，得到一關於該透明保護膜的檢測結果。例如，當該形變量(w1)與標準形變值(W₀)的比對誤差是在一製程容許誤差範圍時，顯示該保護膜123的品質尚佳，當該形變量(w1)與標準形變值(W₀)的比對誤差超過製程容許誤差範圍時，則顯示該保護膜123已劣化，須進行更換。

步驟44：當以楊氏模數(E)或撓剛度(D)作為該保護膜123的檢測方式時，則是利用重覆該步驟41~42，求得多組在不 同壓力下形變的該保護膜123的楊氏模數(E)或撓剛度(D)，並利用在不同壓力條件下求得的楊氏模數(E)或撓剛度(D)與壓力作圖。一般而言，高分子膜的楊氏模數(E)或撓剛度(D)與施加的應力(壓力)為常數或線性關係，因此，當利用該保護膜123於不同壓力下的楊氏模數(E)或撓剛度(D)與受壓壓力作圖後，其壓力與楊氏模數(E)或撓剛度(D)的關係偏離原始的常數或線性關係時，即表示該保護膜123已開始劣化。此外，可再進一步由系統設定或使用者自行設定偏移的變異容忍度，作為該保護膜123是否須更換的檢測依據。

綜上所述，本發明利用施加外力令該保護膜123產生形變，並透過光學方式量測並計算該保護膜123的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種，而可透過該保護膜123的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種數據，得到關於該保護膜123的檢測結果，不僅量測方式簡單、快速，且可快速檢測監控該保護膜123的品質，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

41~44           步驟

Claims (8)

1. 一種光罩之保護膜的檢測方法，包含： 提供一預定壓力，令一光罩的保護膜產生形變； 透過該形變產生的光學訊號，計算得到該保護膜的一形變量；及 將該形變量與該保護膜於該預定壓力條件的一標準形變值進行比對，得到一關於該保護膜的檢測結果。
2. 一種光罩之保護膜的檢測方法，包含： 提供一預定壓力，令一光罩的保護膜產生形變； 透過該形變產生的光學訊號，計算得到該保護膜的一形變量； 利用該形變量計算得到相應的楊氏模數或撓剛度的其中至少一種； 重覆前述步驟，得到多組於不同預定壓力條件下對應的楊氏模數及撓剛度的其中至少一種；及 利用該等楊氏模數及撓剛度數據的其中至少一種，得到關於該保護膜的檢測結果。
3. 如請求項1或2所述的檢測方法，其中，該形變量是利用一光接收器接收自產生形變的該透明保護膜的表面反射疊紋，再利用該表面反射疊紋計算而得。
4. 如請求項1或2所述的檢測方法，其中，該壓力是正壓或負壓的其中一種。
5. 如請求項3所述的檢測方法，其中，該光罩包含一表面具有線路圖案的透光基材、一框圍該線路圖案並具有一開口的外框，及覆蓋在該外框頂面，並罩設該線路圖案的保護膜，該檢測方法是透過該開口抽氣，提供令該保護膜形變的負壓，或是自該保護膜反向該基材的表面提供令該保護膜形變的正壓。
6. 一種用於檢測光罩之保護膜的檢測系統，包含： 一供壓單元，用於產生令該保護膜形變的壓力；及 一光學量測處理單元，包含一光源模組、一光接收器，及一計算器，該光源模組可提供用於照射該保護膜表面的光，該光接收器可接收自該保護膜表面反射的光學信號，該計算器可利用該光學信號計算得到該保護膜的形變量、楊氏模數，及撓剛度的其中至少一種。
7. 如請求項6所述的檢測系統，其中，該供壓單元可提供正壓或負壓的其中一種。
8. 如請求項6所述的檢測系統，其中，該光接收器是CCD、或CMOS。

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