使用相干反斯託克斯拉曼散射(cars)顯微術來表徵材料收縮的系統和方法
2023-05-03 22:18:41 3
使用相干反斯託克斯拉曼散射(cars)顯微術來表徵材料收縮的系統和方法
【專利摘要】本發明揭示用於在經歷經界定光刻工藝的同時測量光敏材料(例如，光致抗蝕劑)的性質(例如，收縮)的系統和方法。所述系統包含適於執行所述光敏材料的經界定光刻工藝的光刻處理系統，以及適於執行所述光敏材料的所述性質的測量的相干反斯託克斯拉曼散射CARS顯微術系統。在另一方面中，所述CARS顯微術系統適於在通過所述光刻處理系統對所述光敏材料執行所述經界定光刻工藝的同時測量所述光敏材料的性質。在再一方面中，所述CARS顯微術系統適於在對所述光敏材料的所述經界定光刻工藝暫停時測量所述光敏材料的性質。另一系統適於在製造所述光敏材料期間執行類似測量。
【專利說明】使用相干反斯託克斯拉曼散射(CARS)顯微術來表徵材料
收縮的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明大體上涉及原位材料(例如，光致抗蝕劑)表徵，且特定來說涉及使用相干反斯託克斯拉曼散射(CARS)顯微術來表徵材料(例如，光致抗蝕劑)收縮的系統和方法。
【背景技術】
[0002]例如集成電路(IC)和印刷電路板(PCB)上的電路等微電子裝置的製造通常涉及多個步驟。在微電子裝置的製造中普遍使用的一個此類步驟是光刻。在光刻中，可使用含有對應二維印刷設計的掩模來圖案化材料，例如沉積於襯底或PCB上的金屬或電介質。
[0003]更具體來說，在光刻中，在待圖案化的材料上沉積光敏材料，例如光致抗蝕劑。將含有用於圖案的印刷二維設計的掩模放置於光敏材料上。隨後，通過掩模使光敏材料暴露於經界定輻射。根據掩模上的圖案，掩模防止光敏材料的某些部分暴露於輻射，且允許光敏材料的其它部分暴露於輻射。
[0004]基於光敏材料的類型，輻射暴露部分在經受隨後顯影工藝時可能較易受影響(例如，經減弱)或較具抵抗性(例如，經加強)。舉例來說，如果光敏材料通過輻射減弱，那麼所述材料稱為正光致抗蝕劑。另一方面，如果光敏材料通過輻射加強，那麼所述材料稱為負光致抗蝕劑。隨後可移除光致抗蝕劑的減弱部分，之後是下伏材料的蝕刻或圖案化，其中光致抗蝕劑的剩餘(經加強)部分起作用以保護下伏材料免於蝕刻或圖案化工藝。
[0005]掩模上的圖案轉印到正圖案化的材料的準確性至少部分地取決於光致抗蝕劑的顯影。舉例來說，理想上，光致抗蝕劑的暴露於輻射的部分應大體上均勻且如根據輻射所指定那樣反應。而未暴露部分完全不應對輻射反應。然而，情況可能經常不是這樣。因此，輻射的不完全暴露可能在經設計以暴露於輻射的部分中發生，且非既定的暴露可能對經設計以不暴露於輻射的部分發生。如下給出負光致抗蝕劑的非理想顯影的實例。
[0006]圖1A說明處於示範性光刻工藝的特定階段的示範性微電子電路100的橫截面圖。電路100包括襯底(或PCB) 102、安置於襯底104上的材料層104，以及安置於材料層104上的負光致抗蝕劑層106。在光刻期間，將掩模108定位於負光致抗蝕劑106上。根據掩模上的圖案，掩模108包含大體上阻擋輻射的部分108a，且包含大體上允許輻射通過的部分108b。負光致抗蝕劑106的直接下伏於掩模的透明部分108b的部分隨後經受輻射(例如，紫外線(UV) J^UV(DUV)或其它)，如箭頭指示。負光致抗蝕劑106的剩餘部分不暴露於輻射。
[0007]圖1B說明處於示範性光刻工藝的後續階段的示範性微電子電路100的橫截面圖。在經受輻射之後，光致抗蝕劑106包含對隨後顯影工藝具抵抗性(例如，經加強)的部分106b。這可能是由於輻射在經暴露負光致抗蝕劑106b中產生聚合物的交聯。負光致抗蝕劑106的未暴露於輻射的剩餘部分106a未經加強，且因此對隨後顯影工藝具較少抵抗性或較不受影響。
[0008]圖1C說明處於示範性光刻工藝的另一後續階段的示範性微電子電路100的橫截面圖。在光致抗蝕劑106已暴露於指定輻射之後，電路100經歷光致抗蝕劑顯影工藝以移除負光致抗蝕劑106的未經處理或較弱部分106b。因此，剩餘的是經顯影光致抗蝕劑106b，其在隨後蝕刻工藝中起作用以保護材料層104的直接下伏於經顯影光致抗蝕劑的部分。
[0009]圖1D說明處於示範性光刻工藝的另一後續階段的示範性微電子電路100的橫截面圖。在光致抗蝕劑的顯影之後，電路100經歷蝕刻工藝以在未直接下伏於經顯影光致抗蝕劑106b的部分處移除材料層104。在此步驟之後，移除經顯影光致抗蝕劑106b，從而留下所得的經圖案化材料110。
[0010]圖1E說明先前討論的經顯影光致抗蝕劑106b的展開圖。理想上，直接下伏於掩模108的透明部分108b的所有光致抗蝕劑106b應對輻射均勻地反應以產生聚合物的交聯，因此整個部分對隨後顯影工藝具抵抗性。然而，情況可能有時不是這樣。光致抗蝕劑106b經常不對輻射均勻地反應。因此，在光致抗蝕劑106的未暴露部分106a的移除期間，還移除一些經暴露部分106b。這導致如所說明的所得經顯影光致抗蝕劑106c中的收縮。這可導致下伏材料層104的圖案化中的錯誤。舉例來說，商用和定製樹脂的光聚合之後最經常地是體積減少。由於內部或界面缺陷，源自此現象的材料應力在若干應用中造成許多難題。
[0011]因此，為了改善光刻工藝，將希望表徵光致抗蝕劑的顯影，包含材料的收縮和其它聚合與結構變換。在微電子電路的製造期間，還將希望原位以及實時地執行此表徵。
【發明內容】
[0012]本發明的一方面涉及用於在光敏材料(例如，光致抗蝕劑)正經歷光刻工藝的同時測量所述材料的一個或一個以上性質(例如，收縮)的系統。所述系統包括適於對所述光敏材料執行經界定光刻工藝的光刻處理系統，以及適於執行所述光敏材料的一個或一個以上性質的測量的相干反斯託克斯拉曼散射(CARS)顯微術系統。在另一方面中，所述CARS顯微術系統適於在所述光刻處理系統對所述光敏材料執行所述經界定光刻工藝的同時測量所述光敏材料的一個或一個以上性質。在再一方面中，所述CARS顯微術系統適於在所述光刻處理系統已暫停或臨時中止對所述光敏材料執行的經界定光刻工藝的同時測量所述光敏材料的所述一個或一個以上性質。
[0013]在本發明的另一方面中，所述系統進一步包括掃描機構，所述掃描機構適於使所述光敏材料的獨特部分經受由所述CARS顯微術系統執行的所述一個或一個以上性質的測量。在一個方面中，所述掃描機構適於移動所述光敏材料。在另一方面中，所述掃描機構適於將入射福射束導引於所述光敏材料。在再一方面中，所述掃描機構適於將斯託克斯福射束和泵輻射束兩者導弓I於所述光敏材料。
[0014]在本發明的另一方面中，所述CARS顯微術系統包括適於產生具有頻率cos的斯託克斯輻射束的斯託克斯束源，以及適於產生具有頻率ωρ的泵輻射束的泵輻射束。在一個方面中，所述CARS顯微術系統適於將所述斯託克斯輻射束和所述泵輻射束引導到所述光敏材料上的大體上同一區。在再一方面中，所述CARS顯微術系統適於組合所述斯託克斯輻射束和所述泵輻射束以產生具有頻率2 COp-COs的相干輻射。
[0015]在另一方面中，所述CARS顯微術系統包括適於產生光敏材料上的相干福射束的至少兩個輻射源，以及適於檢測光敏材料響應於入射輻射束而發射的輻射的檢測器。在一個方面中，所述光敏材料的所述發射的輻射提供關於所述光敏材料的所述一個或一個以上性質的信息。在再一方面中，所述光敏材料的所述一個或一個以上性質包括所述光敏材料中的聚合物的交聯程度。在又一方面中，所述光敏材料的所述一個或一個以上性質包括所述光敏材料中的聚合物減弱或切斷的程度。
[0016]另外，在本發明的另一方面中，所述光敏材料包括光致抗蝕劑。在另一方面中，所述光致抗蝕劑包括負光致抗蝕劑。在再一方面中，所述光致抗蝕劑包括正光致抗蝕劑。其它方面涉及一種執行光敏材料的一個或一個以上性質的測量的方法。而且，其它方面涉及一種用於在正製造光敏材料的同時測量所述材料的一個或一個以上性質的系統。
[0017]在結合附圖考慮時從以下本發明的詳細描述中將明了本發明的其它方面、優點和新穎特徵。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1A到IE說明示範性光刻工藝的各種階段處的電路。
[0019]圖2說明根據本發明的實施例的示範性原位光致抗蝕劑表徵系統的框圖。
[0020]圖3說明根據本發明的另一實施例的另一示範性原位光致抗蝕劑表徵系統的框圖。
[0021]圖4說明根據本發明的另一實施例的另一示範性原位光致抗蝕劑表徵系統的框圖。
[0022]圖5說明根據本發明的另一方面的示範性原位光致抗蝕劑表徵系統的框圖。
[0023]圖6說明根據本發明的另一方面的在經歷一工藝的同時原位表徵光致抗蝕劑的示範性方法的流程圖。
[0024]圖7說明根據本發明`的另一方面的在經歷一工藝的同時原位表徵光致抗蝕劑的另一示範性方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0025]圖2說明根據本發明的實施例的示範性原位材料表徵系統200的框圖。概括來說，原位材料表徵系統200使用相干反斯託克斯拉曼散射(CARS)顯微術系統來測量經歷光刻工藝的光敏材料(例如，光致抗蝕劑)的一個或一個以上性質。舉例來說，CARS系統能夠在按照光刻工藝暴露於指定輻射的同時檢測例如負光致抗蝕劑中的聚合物中的交聯形成。類似地，CARS系統能夠在按照光刻工藝暴露於指定輻射的同時檢測例如正光致抗蝕劑中的聚合物減弱或切斷。因此，通過使用例如CARS系統在光致抗蝕劑正在經歷光刻工藝的同時監視光致抗蝕劑，可容易觀察光致抗蝕劑的收縮和/或其它性質。這將有用於改善和/或優化例如正或負光致抗蝕劑等光敏材料的顯影工藝。
[0026]更具體來說，原位材料表徵系統200包括CARS顯微術系統210，其經配置以用於原位測量經歷由光刻處理系統240執行的特定光刻工藝的光致抗蝕劑試樣250的一個或一個以上性質。CARS顯微術系統210又包括斯託克斯束源212、泵束源214、檢測器216以及掃描機構218。斯託克斯束源212產生具有頻率的斯託克斯輻射束。泵束源214產生具有頻率的泵輻射束。斯託克斯和泵束可在CARS系統210內組合(例如，一者調製另一者)以產生具有頻率2 ?p-GJs的入射輻射束。
[0027]通過調整泵束頻率與斯託克斯束頻率之間的差，可將入射輻射信號調諧為大體上光致抗蝕劑試樣250的至少一部分的拉曼活性振動模式的頻率。激發束與光致抗蝕劑試樣250相互作用，從而產生頻率高於泵頻率和斯託克斯頻率兩者的相干信號。檢測器216檢測較短波長脈衝以確認關於光致抗蝕劑試樣250的一個或一個以上性質的信息。掃描機構218適於相對於入射輻射束移動含有光致抗蝕劑試樣250的晶片、PCB或其它元件，以允許束與光致抗蝕劑試樣的不同部分或區相互作用。掃描機構218可通過實際上移動光致抗蝕劑試樣250 (例如，通過移動支撐光致抗蝕劑試樣的結構(例如，臺))來執行此動作。或者或另外，掃描機構218可能夠導引入射輻射束。
[0028]通過空間上掃描入射輻射束，可確認光致抗蝕劑試樣250的化學特定的三維圖像，其描述光致抗蝕劑試樣內的受激分子振蕩子的濃度或密度。檢測到的信號與三階易感性的平方成比例，且因此較強地取決于振動振蕩子的數目。因此，檢測到的信號中的不連續性是光致抗蝕劑試樣250中的聚合物密度變化的直接結果。因此，在光致抗蝕劑試樣250正在經歷由光刻處理系統240執行的工藝時，CARS系統210能夠產生光致抗蝕劑試樣的聚合物交聯密度的三維圖像，其有用於許多應用，例如優化光致抗蝕劑試樣的光刻處理，表徵光致抗蝕劑試樣的結構和特徵、例如光致抗蝕劑收縮，檢測光致抗蝕劑試樣中的缺陷，確認光致抗蝕劑試樣的均勻性和不均勻性，和其它應用。又，這將有助於調諧光刻工藝以便實現最佳光致抗蝕劑顯影。
[0029]圖3說明根據本發明的另一實施例的另一示範性原位材料表徵系統300的框圖。原位材料表徵系統300類似於系統200,且包含由相同參考標號表不的許多相同兀件。原位材料表徵系統300與系統200之間的差異在於，斯託克斯輻射束與泵輻射束兩者均聚焦於光致抗蝕劑試樣250上。因此，入射輻射束大體上在光致抗蝕劑試樣250處產生。在此情況下，掃描機構218可個別地導引斯託克斯束和泵束，但以其兩者均聚焦於光致抗蝕劑試樣250的大體上同一區的方式來導引。
[0030]圖4說明根據本發明的另一方面的另一示範性材料表徵系統400的框圖。材料表徵系統400類似於先前描述的系統200,且包含由相同參考標號表不的許多相同兀件。材料表徵系統400相對於系統200的不同在於,其包含CARS系統410,其中泵福射束的一部分發送到光刻處理系統240。光刻系統240產生輻射束ωτ，其至少部分地從泵輻射束ωρ導出。光致抗蝕劑試樣250經受光刻輻射束ωτ以在負光致抗蝕劑試樣中引起聚合物交聯，或在正光致抗蝕劑試樣中引起聚合物減弱或切斷。在此系統400中，CARS系統410能夠在光致抗蝕劑試樣250正在經歷由光刻處理系統240執行的光刻工藝的同時「實時」監視光致抗蝕劑試樣250。
[0031]圖5說明根據本發明的另一方面的另一示範性材料表徵系統500的框圖。材料表徵系統500類似於先前描述的系統200,且包含由相同參考標號表不的許多相同兀件。材料表徵系統500相對於系統200的不同在於，系統500經配置以在光敏材料(例如，光致抗蝕齊U)正在製造時而不是如先前實施例中正在使用時表徵所述光敏材料。因此，材料表徵系統500包括執行製造光致抗蝕劑試樣550的工藝的光致抗蝕劑製造系統540。
[0032]光致抗蝕劑500的製造通常包含精確地混合若干不同元素。舉例來說，光致抗蝕劑通常是若干元素的混合物，例如單體、低聚物、洗脫液、光敏劑和一種或一種以上添加劑。光致抗蝕劑在暴露於特定輻射時聚合或解聚合(例如，光溶解)。舉例來說，負光致抗蝕劑通常包含通常未化學鍵結在一起的甲基丙烯酸酯單體和低聚物。在暴露於特定輻射後，負光致抗蝕劑中的聚合物即刻經歷交聯。另一方面，正光致抗蝕劑通常包含例如在清漆型酚醛樹脂中的酚甲醛型分子。在暴露於特定輻射後，光致抗蝕劑聚合物即刻減弱(例如，光溶解)。
[0033]光致抗蝕劑中的溶劑元素允許光致抗蝕劑處於液體形式，以便促進通過旋塗沉積光致抗蝕劑。在負光致抗蝕劑中使用的溶劑通常包含甲苯、二甲苯以及滷化脂族烴。另一方面，在例如正光致抗蝕劑中使用的溶劑通常包含有機溶劑，例如2-乙氧基乙酸乙酯、雙(2-甲氧乙基)醚以及環己酮。
[0034]光敏劑元素用於在暴露於特定輻射時控制聚合物反應。舉例來說，光敏劑可用以加寬或縮窄光致抗蝕劑對輻射的波長的響應。在負光致抗蝕劑中使用的光敏劑通常包含雙疊氮敏化劑。而在正光致抗蝕劑中使用的光敏劑通常包含重氮基萘醌。在光致抗蝕劑中可採用一種或一種以上添加劑以執行特定功能，例如增加光致抗蝕劑的光吸收，控制光致抗蝕劑內的光擴散，和/或改善光致抗蝕劑對指定表面的粘合。
[0035]同樣如上文論述，雖然將這些元素中的任一者混合在一起以形成光致抗蝕劑，但CARS系統210可對光致抗蝕劑材料550進行測量。這些測量可原位和/或實時進行，如下文進一步論述。CARS系統500提供對光致抗蝕劑的聚合的測量，其可有助於獲得光致抗蝕劑的所需混合物或組合物。
[0036]圖6說明根據本發明的另一方面的在經歷光刻或製造工藝的同時原位表徵光致抗蝕劑試樣的示範性方法600的流程圖。在此實例中，光致抗蝕劑試樣的處理經暫停或臨時中止一次或一次以上，以便分別對試樣執行一次或一次以上CARS測量。
[0037]更具體來說，根據方法600，將光致抗蝕劑試樣原位放置以用於處理(框602)。隨後，可進行光致抗蝕劑試樣的初始CARS測量，以便在工藝的早期階段表徵試樣(框604)。隨後，開始或繼續光致抗蝕劑試樣的處理(框606)。在工藝完成之前可暫停光致抗蝕劑試樣的處理以進行試樣的測量(框608)。在工藝暫停時，進行光致抗蝕劑試樣原位的CARS測量(框610)。在測量之後，繼續進行工藝(框612)。在工藝完成之前，可進行光致抗蝕劑試樣的額外中間CARS測量。因此，有關於此，如果按照框614工藝未完成，那麼可按需要重複操作608到614以獲得光致抗蝕劑試樣的額外CARS測量。在按照框614工藝完成時，可進行光致抗蝕劑試樣的最終CARS測量(框616)。
[0038]圖7說明根據本發明的另一方面的原位表徵經歷一工藝的光致抗蝕劑試樣的另一示範性方法700的流程圖。在先前實例中，雖然光致抗蝕劑試樣是原位的，但暫停或臨時中止正對試樣執行的工藝以用於對試樣進行CARS測量的目的。在此實例中，工藝未中止，且在正對試樣執行工藝的同時進行光致抗蝕劑試樣的CARS測量。
[0039]更具體來說，根據方法700，將光致抗蝕劑試樣原位放置以用於處理(框702)。隨後，可進行光致抗蝕劑試樣的初始CARS測量，以便在工藝的早期階段表徵試樣(框704)。隨後，開始或繼續光致抗蝕劑試樣的處理(框706)。在試樣正經歷經界定工藝的同時可以連續、周期性或另一方式進行光致抗蝕劑試樣的CARS測量(框708)。在按照框710工藝完成之前，可在正處理試樣的同時進行光致抗蝕劑試樣的額外CARS測量(框708)。在如框710中確定工藝完成時，可進行光致抗蝕劑試樣的最終CARS測量(框712)。
[0040]雖然已結合各種實施例描述本發明，但將了解，本發明能夠進行進一步修改。本申請案既定涵蓋大體上遵循本發明的原理對本發明的任何變化、使用或改動，且將與本發明的此類偏離包含在本發明所屬的領域內的已知和慣例實踐內。
【權利要求】
1.一種用於測量光敏材料的一個或一個以上性質的系統，其包括: 光刻處理系統，其適於對所述光敏材料執行經界定光刻工藝；以及 相干反斯託克斯拉曼散射CARS顯微術系統，其適於執行所述光敏材料的所述一個或一個以上性質的測量。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述CARS顯微術系統適於在所述光刻處理系統對所述光敏材料執行所述經界定光刻工藝的同時執行所述光敏材料的所述一個或一個以上性質的所述測量。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述光刻處理系統適於暫停正在對所述光敏材料執行的所述經界定光刻工藝，且其中所述CARS顯微術系統適於在所述光刻處理系統已暫停對所述光敏材料執行的所述經界定光刻工藝時執行所述光敏材料的所述一個或一個以上性質的所述測量。
4.根據權利要求1所述的系統，其進一步包括掃描機構，所述掃描機構適於使所述光敏材料的獨特部分經受由所述CARS顯微術系統執行的所述測量。
5.根據權利要求4所述的系統，其中所述掃描機構適於移動所述光敏材料。
6.根據權利要求4所述的系統，其中所述CARS系統適於產生指向所述光敏材料的入射輻射束，且其中所述掃描機構適於導引所述入射輻射束。
7.根據權利要求4所述的系統，其中所述CARS系統包括: 斯託克斯束源，其適於產生指向所述試樣的斯託克斯輻射束；以及泵束源，其適於產生指向所述試樣的泵輻射束； 其中所述掃描機構適於導引所述斯託克斯輻射束和所述泵輻射束。
8.根據權利要求1所述的系統，其中所述CARS顯微術系統包括:斯託克斯束源，其適於產生具有頻率的斯託克斯輻射束；以及泵束源，其適於產生具有頻率的泵輻射束。
9.根據權利要求8所述的系統，其中所述CARS顯微術系統適於將所述斯託克斯輻射束和所述泵輻射束引導到所述光敏材料的大體上同一區。
10.根據權利要求8所述的系統，其中所述CARS顯微術系統適於組合所述斯託克斯輻射束和所述慄福射束以廣生指向所述光敏材料的入射福射束，其中所述入射福射束具有頻率 2 w p- O s o
11.根據權利要求1所述的系統，其中所述CARS顯微術系統包括: 至少一個輻射束源，其適於產生所述光敏材料上的入射輻射束；以及檢測器，其適於檢測所述光敏材料響應於所述入射輻射束而發射的輻射。
12.根據權利要求11所述的系統，其中所述光敏的所述發射的輻射提供關於所述光敏材料的所述一個或一個以上性質的信息。
13.根據權利要求12所述的系統，其中所述光敏的所述一個或一個以上性質包括所述光敏材料中的聚合物的交聯程度。
14.根據權利要求12所述的系統，其中所述光敏的所述一個或一個以上性質包括所述光敏材料中的聚合物減弱或切斷的程度。
15.根據權利要求1所述的系統,其中所述光敏材料包括光致抗蝕劑。
16.根據權利要求15所述的系統，其中所述光致抗蝕劑包括負光致抗蝕劑。
17.—種在經歷經界定光刻工藝的同時測量光敏材料的一個或一個以上性質的方法，其包括: 對所述光敏材料執行所述經界定光刻工藝；以及 使用相干反斯託克斯拉曼散射CARS顯微術測量所述光敏材料的所述一個或一個以上性質。
18.根據權利要求17所述的方法，其中測量所述光敏材料的所述一個或一個以上性質包括在對所述光敏材料執行所述經界定光刻工藝的同時測量所述光敏材料的所述一個或一個以上性質。
19.根據權利要求17所述的方法，其進一步包括暫停對所述光敏材料執行的所述經界定光刻工藝，其中測量所述光敏材料的所述一個或一個以上性質是在對所述光敏材料的所述經界定光刻工藝暫停時執行。
20.—種用於在製造光敏材料的同時測量所述光敏材料的一個或一個以上性質的系統，其包括: 光敏材料製造系統，其適於製造所述光敏材料；以及 相干反斯託克斯拉曼散射CARS顯微術系統，其適於在所述光敏材料製造系統製造所述光敏材料的同時執行所述光敏材料的所述一個或一個以上性質的測量。
【文檔編號】G01J3/44GK103733017SQ201180072927
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2011年8月18日 優先權日:2011年8月18日
【發明者】託馬索·巴爾達基尼, 魯賓·扎多因 申請人:新港公司