掩模保护膜激光耐久度的检测方法及装置与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种掩模保护膜激光耐久度的检测方法及装置。


背景技术：

2.近年来，大规模集成电路(large scale integrated circuit，lsi)的设计规则正推进向次四分之一微米(sub-quarter micron)的微细化，由于光刻需要更大的分辨率，光刻中曝光光源的波长有变短的趋势，由基于汞灯的g射线(436nm)、i射线(365nm)转变为krf准分子激光(248nm)、arf准分子激光(193nm)等深紫外光(deep ultraviolet，duv)，并且出现了使用主波长为13.5nm极紫外光(extreme ultra violet light，euv)的euv曝光技术。
3.虽然光刻工艺的环境已保持得非常乾净，但仍会有些污染的粒子，如果掩模板上有粒子会使得光刻制程受到干扰，导致散焦或失焦的问题。因此，在常规的光刻工艺中，通常会将一薄膜放置在掩模板上方几毫米处，以保护掩模板在处理和曝光等过程中免受污染，这个薄膜被称为掩模保护膜(mask pellicle)。掩模保护膜为掩模板提供了一个防止颗粒污染的屏障，但是，为了不影响成像质量，要求掩模保护膜具有高透过率、强机械强度、良好的热稳定性等特点。然而掩模保护膜在工作过程中要承受激光照射，在反覆使用后会开始老化，其光学性能无法满足曝光要求，但若为了保险过早丢弃掩模保护膜也是一种浪费，因此掩模保护膜激光耐久度的检测在实际使用中至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种掩模保护膜激光耐久度的检测方法及装置，用于检测掩模保护膜激光耐久度。
5.为了达到上述目的，本发明提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测方法，包括：
6.利用一激光照射掩模保护膜，并检测所述掩模保护膜的特征值，所述特征值可表征所述掩模保护膜的光学性能；以及，
7.当所述特征值的变化达到一预定值时，获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量用于表征所述掩模保护膜的激光耐久度。
8.可选的，当所述激光为深紫外光时，所述特征值为透过率或膜厚；当所述激光为极紫外光时，所述特征值为透过率。
9.可选的，当所述激光为深紫外光时，将所述掩模保护膜放置于空气中进行激光照射；或者，当所述激光为极紫外光时，将所述掩模保护膜放置于真空中进行激光照射，且所述掩模保护膜被氢等离子体围绕。
10.可选的，根据所述激光的脉冲能量、发射频率以及照射时间计算出所述激光总量；或者，实时检测照射到所述掩模保护膜的单位面积上的脉冲能量以获取所述激光总量。
11.可选的，获取所述激光总量之后，根据所述激光总量及所述掩模保护膜在实际应用时曝光一次单位面积上承受的脉冲能量计算出所述掩模保护膜的寿命。
12.本发明还提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测装置，包括：
13.检测腔室，用于放置掩模保护膜；
14.光源，用于发出一激光并照射所述掩模保护膜；
15.检测模块，用于检测所述掩模保护膜的特征值，所述特征值可表征所述掩模保护膜的光学性能；以及，
16.数据处理模块，用于在所述特征值的变化达到一预定值时获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量用于表征所述掩模保护膜的激光耐久度。
17.可选的，所述光源包括深紫外激光器和/或极紫外激光器。
18.可选的，所述检测模块为膜厚测量仪，用于测量所述掩模保护膜的膜厚；或者，所述检测模块包括两个能量探测单元，两个所述能量探测单元分别用于探测入射至所述掩模保护膜上的脉冲能量及透过所述掩模保护膜的脉冲能量，所述数据处理模块根据两个所述能量探测单元的测量结果得到所述掩模保护膜的透过率。
19.可选的，所述检测腔室内设置有氢等离子体发生模块，用于向所述掩模保护膜周围提供氢等离子体。
20.可选的，所述检测腔室还具有气体通道，所述气体通道用于连接大气或连接一真空设备。
21.本发明提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测方法，利用一激光照射掩模保护膜，并检测可表征所述掩模保护膜的光学性能的特征值，当所述特征值的变化达到一预定值时，获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量可表征所述掩模保护膜的激光耐久度，根据所述掩模保护膜的激光耐久度及实际使用场景可以提前估算出所述掩模保护膜的寿命，据此可在合适的时间丢弃所述掩模保护膜，既能够满足曝光要求又不至于造成浪费。相应的，本发明还提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测装置。
附图说明
22.图1为本发明实施例一提供的掩模保护膜激光耐久度的检测方法的流程图；
23.图2为本发明实施例一提供的极紫外曝光制程的光路简化示意图；
24.图3为本发明实施例一提供的掩模保护膜激光耐久度的检测装置的结构示意图；
25.图4为本发明实施例二提供的掩模保护膜激光耐久度的检测装置的结构示意图；
26.其中，附图标记为：
27.10-掩模版；20、400-掩模保护膜；100-光源；200、201-调光模块；301-第一能量探测单元；302-第二能量探测单元；500-气体通道；600-氢等离子体发生模块；700-检测腔室。
具体实施方式
28.下面将结合示意图对本发明的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
29.实施例一
30.图1为本实施例提供的掩模保护膜激光耐久度的检测方法的流程图。如图1所示，掩模保护膜激光耐久度的检测方法包括：
31.步骤s100：利用一激光照射掩模保护膜，并检测所述掩模保护膜的特征值，所述特征值可表征所述掩模保护膜的光学性能；以及，
32.步骤s200：当所述特征值的变化达到一预定值时，获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量用于表征所述掩模保护膜的激光耐久度。
33.具体而言，首先执行步骤s100，提供需要进行激光耐久度检测的掩模保护膜。
34.在一些实施例中，掩模保护膜可以是未使用过的，例如，可以从未出厂的一批掩模保护膜产品中任意挑选出至少一张掩模保护膜作为样品进行激光耐久度检测，由于同批次产品的各项参数相差不大，这些样品的激光耐久度可以作为这一批掩模保护膜产品的激光耐久度，写在这批掩模保护膜产品的产品说明中。这批掩模保护膜产品出厂后，使用者根据产品说明中的激光耐久度及掩模保护膜的实际使用场景可以提前估算出掩模保护膜的寿命。
35.在一些实施例中，掩模保护膜也可以是已使用过的，例如，一批掩模保护膜产品在同样的曝光制程中使用了相同时间后，可以从这批掩模保护膜产品中任意挑选出至少一张掩模保护膜作为样品进行激光耐久度检测，由于同批次产品的各项参数相差不大，承受的激光总量也相差不大(因为在同样的曝光制程中使用了相同时间)，这些样品的激光耐久度可以作为这一批掩模保护膜产品的激光耐久度。使用者根据检测出的激光耐久度及掩模保护膜的实际使用场景可以估算出掩模保护膜的剩余寿命。
36.根据掩模保护膜的激光耐久度及实际使用场景估算掩模保护膜的寿命的具体方式将在下文中介绍。
37.确定了需要进行激光耐久度检测的掩模保护膜之后，利用激光持续照射掩模保护膜，在激光的照射下，掩模保护膜开始老化，其光学性能逐渐下降。具体来说，掩模保护膜的表面会被蚀刻，膜厚会降低，同时表面会变粗糙，透过率也会随之降低，因此，掩模保护膜的膜厚、表面粗糙度及透过率等特征值都可以表征其光学性能。
38.应理解，由于深紫外曝光制程是在空气中进行的，当需要检测掩模保护膜对深紫外光的激光耐久性时，激光为深紫外光，且需要将掩模保护膜放置于空气中进行激光照射；类似的，由于极紫外曝光制程在真空中进行的，且需要还原性气体(通常是氢等离子体)保护极紫外光源，当需要检测掩模保护膜对极紫外光的激光耐久性时，激光为极紫外光，需要将掩模保护膜放置于真空中进行激光照射，且掩模保护膜还需要被氢等离子体围绕。如此一来，在进行激光耐久度检测时，可模拟真实的曝光环境，减小曝光环境不同对检测结果的不良影响，提高检测精度。
39.进一步地，在照射掩模保护膜时，需要检测可表征掩模保护膜的光学性能的特征值，例如，当激光为深紫外光时，可以检测掩模保护膜的透过率或膜厚；当激光为极紫外光时，可以检测掩模保护膜的透过率。
40.需要说明的是，掩模保护膜的一些其他特征值(除了透过率和膜厚之外的参数)也可能能够表征其光学性能，但受限于习知技术，这些参数可能目前难以测量，或者即使容易测量但目前难以得到其与光学性能之间的定量关系，但不应该将这些方案排除在本发明的保护范围之外。
41.应理解，检测掩模保护膜的特征值时，可以实时检测，也可以定时检测。例如，当检测掩模保护膜的透过率时，可以实时检测掩模保护膜同一位置上的入射光和出射光的能
量，根据入射光和出射光的能量差异即可实时计算出掩模保护膜的透过率；当检测掩模保护膜的膜厚时，则可以隔一定时间检测掩模保护膜同一位置上膜厚。
42.执行步骤s200，当特征值的变化达到预定值时，表明掩模保护膜的光学性能已下降至无法达到曝光要求，此时获取照射到掩模保护膜的单位面积上的激光总量，激光总量即可表征掩模保护膜的激光耐久度。
43.应理解，预定值是用于确定掩模保护膜寿命的临界值，可根据实际要求设定。例如，要求掩模保护膜的透过率减小1％时丢弃，则预定值可设定为1％；要求掩模保护膜的膜厚减小3.4nm时丢弃(针对193nm激光的曝光制程)，则预定值可设定为3.4nm，但不应以此为限。
44.在一些实施例中，若激光是直接照射到掩模保护膜上而未经过任何调光模块的，可以根据激光的脉冲能量、发射频率以及照射时间计算出激光总量。例如，激光的脉冲能量为20mj/cm2，发射频率为100hz，激光照射掩模保护膜1s(照射时间为1s)后特征值的变化达到预定值，则照射到掩模保护膜的单位面积(1cm2)上的激光总量为2000mj。
45.在一些实施例中，无论激光照射到掩模保护膜之前是否经过了调光模块，均可以实时检测照射到掩模保护膜的单位面积上的脉冲能量从而获取激光总量。例如，激光照射掩模保护膜1s后特征值的变化达到预定值，在1s内检测到100个照射到掩模保护膜的单位面积上的脉冲，将这100个脉冲的能量相加即为激光总量。
46.进一步地，获取掩模保护膜的激光耐久度之后，可以根据掩模保护膜的激光耐久度及实际使用场景估算掩模保护膜的寿命。例如，掩模保护膜的激光耐久度为2000mj，掩模保护膜实际使用一次承受的激光能量为100mj，则掩模保护膜可以使用20次。
47.图2为本实施例提供的极紫外曝光制程的光路简化示意图。如图2所示，需要特别注意的是，在极紫外曝光制程中，激光照射至掩模保护膜20上，透过掩模保护膜20照射至掩模版10上，再被掩模版10反射至掩模保护膜20上，最终从掩模保护膜20上出射，掩模保护膜20的至少部分区域(图2中虚拟圆圈处)会遭受两次激光透射。因此，当掩模保护膜应用在极紫外曝光制程中时，根据其激光耐久度及实际使用场景估算出的寿命会减半。例如，掩模保护膜的激光耐久度为2000mj，掩模保护膜实际使用一次承受的激光能量为100mj，根据其激光耐久度及实际使用场景估算出的寿命为20次，但掩模保护膜的实际寿命会减半，只能使用10次。
48.基于此，本实施例提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测装置。图3为本实施例提供的掩模保护膜激光耐久度的检测装置的结构示意图，如图3所示，本实施例中，掩模保护膜激光耐久度的检测装置用于测量掩模保护膜400对深紫外光的激光耐久度，包括检测腔室700、光源100、调光模块200、检测模块及数据处理模块(图3中未示出)。
49.具体而言，光源100位于检测腔室700外，用于发出激光，本实施例中，光源100为深紫外光激光器，因此光源100发出的激光为深紫外光。调光模块200及掩模保护膜400位于检测腔室700内，且沿光路依次设置，光源100发出的激光透过调光模块200之后照射至(垂直或不垂直均可)掩模保护膜400上，调光模块200用于对激光进行调光，例如可以对激光进行准直、调整光路方向及调整激光的能量等。
50.激光持续照射至掩模保护膜400上，使得掩模保护膜400开始老化，光学性能逐渐下降。本实施例中，检测模块包括第一能量探测单元301和第二能量探测单元302，第一能量
探测单元301位于调光模块200和掩模保护膜400之间的光路上，用于实时探测入射至掩模保护膜400上的脉冲能量，第二能量探测单元302位于掩模保护膜400后方的光路上，用于实时探测透过掩模保护膜400的脉冲能量。第一能量探测单元301和第二能量探测单元302与数据处理模块信号连接，第一能量探测单元301和第二能量探测单元302会实时将探测结果发送至数据处理模块中。
51.进一步地，检测腔室700具有气体通道500，气体通道500连接大气，如此一来，激光照射掩模保护膜400时，掩模保护膜400始终处于空气中，从而真实的模拟深紫外光曝光制程的曝光环境，减小曝光环境的不同对检测结果的不良影响，提高检测精度。
52.可选的，第一能量探测单元301和第二能量探测单元302例如可以是光电探测器等器件，诸如面阵的光电探测器可实现掩模保护膜400的单位面积接收的脉冲能量的独立探测。
53.数据处理模块通常位于检测腔室700外，负责整个装置的数据处理工作。首先，数据处理模块接收到第一能量探测单元301和第二能量探测单元302发送的探测结果之后，根据第一能量探测单元301和第二能量探测单元302的探测结果实时计算出掩模保护膜400的透过率。之后，当透过率的变化达到预定值(例如透过率的变化达到1％)时，获取照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量，激光总量可表征掩模保护膜400的激光耐久度。
54.可以理解的是，由于第一能量探测单元301实时探测入射至掩模保护膜400上的脉冲能量，数据处理模块根据第一能量探测单元301的探测结果(从激光刚入至掩模保护膜400上到掩模保护膜400的透过率达到预定值这一段时间内探测到的能量)即可得到照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量。
55.在一些实施例中，调光模块200可以被省略，激光可直接照射至掩模保护膜400上，此时由于激光从光源100出射后损耗很小，可以根据激光的脉冲能量、发射频率以及照射时间计算出照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量；或者，调光模块200虽然存在，但并不用于调整激光的能量，在一些精度要求不高的场合中，仍然可以根据激光的脉冲能量、发射频率以及照射时间计算出照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量。
56.在一些实施例中，检测模块也可以是膜厚测量仪，此时检测模块可以设置在检测腔室700外，每隔一定时间，可以将掩模保护膜400移出检测腔室700，检测模块测量掩模保护膜400的膜厚，并将测量结果发送至数据处理模块中。当膜厚的变化达到预定值(例如膜厚的减小3.4nm)时，数据处理模块可以获取照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量。
57.需要说明的是，当检测模块是膜厚测量仪时，为了获取照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量，可以在调光模块200和掩模保护膜400之间的光路上设置第三能量探测单元，第三能量探测单元实时探测入射至掩模保护膜400上的脉冲能量，并将测量结果发送至数据处理模块中。数据处理模块根据第三能量探测单元的探测结果(从激光刚入至掩模保护膜400上到掩模保护膜400的透过率达到预定值这一段时间内探测到的能量)即可得到照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量。当然，第三能量探测单元并非是必要的，在省略调光模块200或调光模块200不调整激光的能量的基础上，可以直接根据激光的脉冲能量、发射频率以及照射时间计算出照射到掩模保护膜400的单位面积上的激光总量。
58.实施例二
59.图4为本实施例提供的掩模保护膜激光耐久度的检测装置的结构示意图。如图4所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，掩模保护膜激光耐久度的检测装置用于测量掩模保护膜400对极紫外光的激光耐久度。
60.具体来说，光源100为极紫外激光器，光源100发出的激光为极紫外光。检测腔室700内还设置有氢等离子体发生模块600，用于向掩模保护膜400周围提供氢等离子体；并且，气体通道500连接真空设备，真空设备可以将检测腔室700抽真空。如此一来，激光照射掩模保护膜400时，掩模保护膜400始终处于真空环境下且被氢等离子体围绕。本实施例中的检测装置可以真实的模拟极紫外光曝光制程的曝光环境，减小曝光环境的不同对检测结果的不良影响，提高了检测精度。
61.进一步地，本实施例中的调光模块201与实施例一中略有不同，本实施例中的调光模块201设置有若干反射镜(图4中反射镜的数量和设置位置仅为示意)，通过反射镜转折光路，可节约横向空间。但应理解，本实施例中的调光模块201也可以与实施例一中的调光模块200结构相同，这并不影响本发明的实施。
62.实施例三
63.与实施例一和实施例二的区别在于，本实施例中，掩模保护膜激光耐久度的检测装置可用于检测掩模保护膜400对深紫外光或极紫外光的激光耐久度。
64.具体来说，光源100可以包括深紫外激光器和极紫外激光器，深紫外激光器和极紫外激光器可以切换使用；气体通道500可以设置两个，一个连接大气，另一个连接真空设备，通过阀门切换两个气体通道500；检测腔室700内设置氢等离子体发生模块600，氢等离子体发生模块600在需要时(检测极紫外光的激光耐久度)开启，不需要时(检测深紫外光的激光耐久度)关闭。如此，在一套装置中即可检测掩模保护膜400对两种紫外光的激光耐久度。
65.综上，在本发明实施例提供的掩模保护膜激光耐久度的检测方法中，利用一激光照射掩模保护膜，并检测可表征所述掩模保护膜的光学性能的特征值，当所述特征值变化达到一预定值时，获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量用于表征所述掩模保护膜的激光耐久度，根据所述掩模保护膜的激光耐久度及实际使用场景可以提前估算出所述掩模保护膜的寿命，据此可在合适的时间丢弃所述掩模保护膜，既能够满足曝光要求又不至于造成浪费。相应的，本发明还提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测装置。
66.需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
67.还需要说明的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围。
68.还应当理解的是，除非特别说明或者指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
69.此外还应该认识到，此处描述的术语仅仅用来描述特定实施例，而不是用来限制本发明的范围。必须注意的是，此处的以及所附权利要求中使用的单数形式“一个”和“一种”包括复数基准，除非上下文明确表示相反意思。例如，对“一个步骤”或“一个装置”的引述意味着对一个或多个步骤或装置的引述，并且可能包括次级步骤以及次级装置。应该以最广义的含义来理解使用的所有连词。以及，词语“或”应该被理解为具有逻辑“或”的定义，而不是逻辑“异或”的定义，除非上下文明确表示相反意思。此外，本发明实施例中的方法和/或设备的实现可包括手动、自动或组合地执行所选任务。

技术特征：
1.一种掩模保护膜激光耐久度的检测方法，其特征在于，包括：利用一激光照射掩模保护膜，并检测所述掩模保护膜的特征值，所述特征值可表征所述掩模保护膜的光学性能；以及，当所述特征值的变化达到一预定值时，获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量用于表征所述掩模保护膜的激光耐久度。2.如权利要求1所述的掩模保护膜激光耐久度的检测方法，其特征在于，当所述激光为深紫外光时，所述特征值为透过率或膜厚；当所述激光为极紫外光时，所述特征值为透过率。3.如权利要求1所述的掩模保护膜激光耐久度的检测方法，其特征在于，当所述激光为深紫外光时，将所述掩模保护膜放置于空气中进行激光照射；或者，当所述激光为极紫外光时，将所述掩模保护膜放置于真空中进行激光照射，且所述掩模保护膜被氢等离子体围绕。4.如权利要求1～3中任一项所述的掩模保护膜激光耐久度的检测方法，其特征在于，根据所述激光的脉冲能量、发射频率以及照射时间计算出所述激光总量；或者，实时检测照射到所述掩模保护膜的单位面积上的脉冲能量以获取所述激光总量。5.如权利要求1～3中任一项所述的掩模保护膜激光耐久度的检测方法，其特征在于，获取所述激光总量之后，根据所述激光总量及所述掩模保护膜在实际应用时曝光一次单位面积上承受的脉冲能量计算出所述掩模保护膜的寿命。6.一种掩模保护膜激光耐久度的检测装置，其特征在于，包括：检测腔室，用于放置掩模保护膜；光源，用于发出一激光并照射所述掩模保护膜；检测模块，用于检测所述掩模保护膜的特征值，所述特征值可表征所述掩模保护膜的光学性能；以及，数据处理模块，用于在所述特征值的变化达到一预定值时获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量用于表征所述掩模保护膜的激光耐久度。7.如权利要求6所述的掩模保护膜激光耐久度的检测装置，其特征在于，所述光源包括深紫外激光器和/或极紫外激光器。8.如权利要求6或7所述的掩模保护膜激光耐久度的检测装置，其特征在于，所述检测模块为膜厚测量仪，用于测量所述掩模保护膜的膜厚；或者，所述检测模块包括两个能量探测单元，两个所述能量探测单元分别用于探测入射至所述掩模保护膜上的脉冲能量及透过所述掩模保护膜的脉冲能量，所述数据处理模块根据两个所述能量探测单元的测量结果得到所述掩模保护膜的透过率。9.如权利要求6或7所述的掩模保护膜激光耐久度的检测装置，其特征在于，所述检测腔室内设置有氢等离子体发生模块，用于向所述掩模保护膜周围提供氢等离子体。10.如权利要求6或7所述的掩模保护膜激光耐久度的检测装置，其特征在于，所述检测腔室还具有气体通道，所述气体通道用于连接大气或连接一真空设备。

技术总结
本发明提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测方法，利用一激光照射掩模保护膜，并检测可表征所述掩模保护膜的光学性能的特征值，当所述特征值的变化达到一预定值时，获取照射到所述掩模保护膜的单位面积上的激光总量，所述激光总量可表征所述掩模保护膜的激光耐久度，根据所述掩模保护膜的激光耐久度及实际使用场景可以提前估算出所述掩模保护膜的寿命，据此可在合适的时间丢弃所述掩模保护膜，既能够满足曝光要求又不至于造成浪费。相应的，本发明还提供了一种掩模保护膜激光耐久度的检测装置。测装置。测装置。


技术研发人员：任雨萌
受保护的技术使用者：上海传芯半导体有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/20