TWI510863B - 真空腔中產生真空的帶電粒子微影設備及方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於一種帶電粒子微影設備。本發明另外係關於一種在真空腔中產生真空以用於例如帶電粒子多子束微影或檢測系統之方法。本發明另外係關於此類微影設備及用於支撐真空腔之框架的配置。本發明另外係關於此類微影設備及抽汲系統之配置。
帶電粒子及光微影機及檢測機典型地在真空環境中操作。此需要真空腔足夠大以置放微影機或機器組。真空腔必須足夠堅固且氣密以支撐所需真空,同時具有開口以供電學、光學及電力電纜進入腔室,在腔室中裝載晶圓或靶材及使得可接近機器以供維修及操作需要。在涉及帶電粒子機之情況下,真空腔亦必須提供屏蔽以防止外部電磁場干擾機器之操作。
先前之真空腔設計具有各種缺點,諸如相對於微影機之處理量過重,過量使用佔地面積,缺少門及開口周圍的電磁屏蔽不良。
本發明之目的在於提供一種解決先前設計之缺陷的改良真空腔。根據本發明之一態樣,帶電粒子微影設備包括用於產生一或多個帶電粒子束之帶電粒子源、用於將射束投影於晶圓上之帶電粒子投影器及用於運載晶圓之可移動晶圓平台。帶電粒子源、帶電粒子投影器及可移動晶圓平台係安置於形成真空環境之共用真空腔中,且該真空腔具有用於將晶圓裝載至腔室中之開口、及門。
根據本發明之另一態樣,在該設備中,該設備之一或多個子系統係建構於自含可卸除模組中。該等可卸除模組包含以下一或多者:
-照射光學模組,其包括帶電粒子束源及射束準直系統;
-孔隙陣列及聚光透鏡模組,其包括孔隙陣列及聚光透鏡陣列;
-射束轉換模組,其包括子束熄滅器陣列;及
-投影光學模組,其包括射束截捕陣列、射束偏轉器陣列及一或多個投影透鏡陣列。
根據本發明之另一態樣,一配置包含上述帶電粒子微影設備及用於支撐該帶電粒子微影設備之真空腔的框架。該真空腔及該框架經由減振元件彼此耦接。
以下為本發明各種具體實例之描述,該等具體實例僅以實例之方式參考圖式給出。
圖1展示帶電粒子微影系統100之一具體實例的簡化示意圖。此等微影系統例如描述於美國專利第6,897,458號及第6,958,804號及第7,019,908號及第7,084,414號及第7,129,502號、美國專利申請公開案第2007/0064213號及共同申請中之美國專利申請案第61/031,573號及第61/031,594號及第61/045,243號及第61/055,839號及第61/058,596號及第61/101,682號中,各案均讓渡於本發明之所有者且均以全文引用方式併入本文中。在圖1所示之具體實例中,微影系統包含用於產生電子擴束120之電子源101。電子擴束120藉由準直透鏡系統102變得準直。準直電子束121照射於孔隙陣列103上,該孔隙陣列阻斷射束之一部分以產生複數個子束122。該系統產生大量子束122,較佳為約10,000個至1,000,000個子束。
電子子束122穿過聚光透鏡陣列104,該聚光透鏡陣列將電子子束122聚焦於射束熄滅器陣列105的平面中,該射束熄滅器陣列包含複數個用於偏轉一或多個電子子束之熄滅器。偏轉及未偏轉之電子子束123到達具有複數個孔隙之射束截捕陣列108。子束熄滅器陣列105及射束截捕陣列108一起操作以阻斷子束123或使子束123穿過。若子束熄滅器陣列105使子束偏轉,則該子束將不會穿過射束截捕陣列108中之相應孔隙,然取而代之為被阻斷。但,若子束熄滅器陣列105未使子束偏轉,則該子束將穿過射束截捕陣列108中之相應孔隙,且穿過射束偏轉器陣列109及投影透鏡陣列110。
射束偏轉器陣列109使各子束124在實質上垂直於未偏轉子束之方向的X及/或Y方向上偏轉以在靶材130之表面上掃描該等子束。隨後,子束124穿過投影透鏡陣列110且投影於靶材130上。投影透鏡配置較佳提供約100倍至500倍之縮小。子束124照射於靶材130之表面上,該靶材安置於用於運載該靶材之可移動平台132上。對於微影應用,靶材通常包含具有帶電粒子敏感層或光阻層之晶圓。
帶電粒子微影系統在真空環境中操作。需要真空移除可由帶電粒子束電離且被吸引至源、可能解離且沈積於機器組件上、及可能使帶電粒子束分散之粒子。典型地,需要至少10-6
巴之真空。為保持真空環境,將帶電粒子微影系統定位於真空腔140中。微影系統之所有主要元件較佳均置放於共用真空腔中,該等元件包括帶電粒子源、用於使子束投影於晶圓上之投影系統及可移動晶圓平台。
在一具體實例中,帶電粒子源環境被差動抽汲至高達10-10
毫巴之顯著較高真空。圖2為展示真空腔中帶電粒子源環境之一具體實例的橫截面圖。在此具體實例中,高達10-10
毫巴之顯著較高真空可能藉由差動抽汲獲得。
差動抽汲可藉由在真空腔中包括用於源152之局部源腔150獲得。儘管圖2僅展示單一源152,但應瞭解源腔150可能包含多個源。源腔150內之高度真空可能延長源152之使用期限,且對於一些源152而言,甚至可能需要高度真空來執行其功能。
可用下列方式抽降源腔150中之壓力水準。首先,將真空腔及源腔抽降至真空腔之水準。隨後將源腔另外抽汲至所需較低壓力,較佳以熟習此項技術者已知之方式藉助於化學吸氣劑進行抽汲。使用再生、化學且所謂被動的泵(如吸氣劑),無需真空渦輪泵即可使源腔150內之壓力水準達到低於真空腔中之壓力水準的水準。使用吸氣劑會避免真空腔之內部或外部緊鄰處承受使用真空渦輪泵來達成此目的時應會出現之聲音振動及/或機械振動。
在圖2所示之具體實例中,源腔150具有閥門154,以在需要時,亦即在源腔150內之壓力水準需要保持在比真空腔中之壓力水準低得多的壓力水準下時關閉源腔150與真空腔之間的連接。舉例而言,可在真空腔例如用於維修目的而打開時來關閉閥門。在此類情況下,源腔150內保持高度真空水準,此可能改良微影設備之停工期。替代等待源腔150內達到足夠壓力水準,現僅需將真空腔抽降至所需壓力水準,此水準高於源腔150中所需之水準。
閥門154由控制與閥門154耦接之桿158之移動的致動單元156控制。致動單元156可能包含壓電致動器,例如Physikinstrumente型號N-214或N-215。致動單元156可藉助於電氣配線160與控制單元及/或電源(兩者均未示)連接。該配線可經塗佈以屏蔽電磁輻射。
圖3展示說明模組化微影系統之主要元件的簡化方塊圖。該微影系統較佳以模組化方式設計以使得易於維修。主要子系統較佳建構於自含可卸除模組中,使得其可自微影機卸除而對其他子系統之干擾儘可能少。此尤其有利於封閉在真空腔中之微影機,該真空腔中接近微影機受到限制。因此,可卸除發生故障之子系統且迅速替換,而不必斷開或干擾其他系統。
在圖3所示之具體實例中,此等模組化子系統包括照射光學模組201,其包括帶電粒子束源101及射束準直系統102;孔隙陣列及聚光透鏡模組202,其包括孔隙陣列103及聚光透鏡陣列104;射束轉換模組203,其包括子束熄滅器陣列105;及投影光學模組204,其包括射束截捕陣列108、射束偏轉器陣列109及投影透鏡陣列110。模組經設計以滑入及滑出對準框。在圖3所示之具體實例中,對準框包含對準內部副框205及對準外部副框206。框架208經由減振支座207支撐對準副框205及206。晶圓130擱置於晶圓台209上,晶圓台209又安放於夾盤210上。夾盤210擱置於短衝程平台211及長衝程平台212上。微影機封閉於真空腔400中,該真空腔包括μ金屬屏蔽層215。機器擱置於底板220上,由框架部件221支撐。
各模組需要大量電信號及/或光信號及電力來進行操作。真空腔內之模組自典型地定位於腔室外之控制系統接收此等信號。真空腔包括開口(稱作口)以接納運載來自控制系統之信號的電纜進入真空外殼中,同時保持電纜周圍真空密封。各模組之電學、光學及/或電力電纜連接之集合較佳通過一或多個專用於該模組之口。此使得可拆開、卸除及替換特定模組之電纜而不會干擾任何其他模組之電纜。在一些具體實例中,可在真空腔內提供插線板。該插線板包含一或多個連接器以可卸除地連接模組之一或多個連接。可使用一或多個口以接納可卸除模組之一或多個連接進入真空腔中。
圖4展示與共用晶圓裝載系統共同操作之一組微影機300之布局的一實施例。在此實施例中,10個微影機301以兩列(每列5個)配置。各微影系統容納於其自身真空腔中,其中各腔室之前部面對中心通道310,且各腔室之後部面對進入廊道306。
該中心通道容納用於將晶圓傳送至各微影機301之機器人305、各機器301之用於將晶圓裝載至機器中的裝載鎖或晶圓裝載單元303、及各機器之用於將機器之晶圓平台移動至其真空腔內之平台致動器304。共用機器人305可包含一個以上機器人單元,各機器人單元經組態以執行分配至共用機器人305之功能。若一個機器人單元發生故障,則另一機器人單元可接替其功能,此使因機器人故障所致之布局停工期降至最短。發生故障之機器人單元可自布局卸除且轉移至機器人儲存單元307。機器人單元可隨後進行維修而不會干擾布局之操作。
各真空腔在其前壁包括晶圓裝載開口以用於接受晶圓。裝載鎖(及機器人)較佳安置於大約微影機之晶圓平台高度處,亦即大約在真空腔之一半高度處。儘管裝載鎖或晶圓裝載單元303及平台致動器304在圖4中並列展示,但其較佳經配置使得裝載鎖或晶圓裝載單元303在平台致動器304上方。各真空腔亦在其後壁包括門以允許接近微影機進行維修、修理及操作調節。
製造物之佔地面積很重要,其由於建構及操作製造物之成本高且隨著製造物尺寸增加,成本亦提高。因此,有效使用製造物佔地面積很重要,且微影機較佳經設計以佔據儘可能少之佔地面積,且儘可能有效地與其他機器配合。
帶電粒子微影系統係定位於真空腔中。微影系統之所有主要元件較佳均置放於共用真空腔中,該等元件包括帶電粒子源、用於使子束投影於晶圓上之投影系統及可移動晶圓平台。圖5A-5D展示用於置放帶電粒子微影系統之真空腔400之一具體實例。
真空腔較佳具有實質上正方形之佔位空間(亦即,腔室之底面為/或近似正方形)。使得用於置放微影機之有效配置能夠實現,此配置典型地經設計以用於曝露圓形晶圓且產生如例如圖4所示之多個微影機之有效配置。此外,腔室亦可具有盒樣形狀,較佳高度受限以使得可進一步減少製造物空間佔據。在一具體實例中,腔室之形狀為實質上立方體形(亦即,腔室之高度與其寬度及深度近似相同)。
在一替代性配置中,真空腔係垂直堆疊,亦或並列配置。可以與圖4中所示相同之佔地面積使用兩層、三層或可能更多層之真空腔,例如產生20個腔室(兩層)或30個腔室(三層)之配置。多個腔室可使用共用真空抽汲系統及共用機器人系統。或者,共用真空抽汲系統及共用機器人系統可用於腔室之各層。
圖5A-5D所示之具體實例包含真空腔400,其中門402在腔室之後壁中且在此實施例中亦形成後壁。該具體實例另外包含腔室前壁中之晶圓裝載溝槽418(展示於圖5C中),及腔室頂壁上之通口420及真空泵430(在此實施例中為所謂的渦輪泵)。腔室400可由不鏽鋼、鋁或其他適合材料或此等材料之組合建構。諸如鋁之較輕材料較佳用於減少腔室之重量,當預期微影機將藉由空運(其可較佳避免腐蝕及海洋運輸所致之其他問題)自工廠運輸至製造地點時,此為尤其重要的。
使用橫樑或桁樑404來加強壁板405以使較薄之板厚度可用於壁來減少腔室之重量及成本。然而例如開口所定位之壁,對於腔室之一些壁的結構欠佳。此等壁較佳由較厚之板建構以便即使在具有開口下亦提供所需剛性。
腔室400之壁可在其邊緣處焊接在一起。然而,壁焊接可能很慢且很昂貴,此係由於例如進行精確氣密焊接而不使真空腔壁變形可能很複雜。替代性結構為藉由將壁之邊緣膠黏在一起而製成之結構,如圖6A之實施例所示。兩個具有階梯狀邊緣之壁501及502如圖式所示使用在鄰接表面之間應用的黏著劑505連鎖。適合黏著劑之一實例為Araldite 2020。可在膠黏過程期間使用凹口504中延伸穿過壁501至壁502中之螺釘或定位銷503對壁501、502定位。圖6B展示一替代性建構方法。壁501及502之邊緣呈一定角度,且條狀物510可安置於壁邊緣之間。可使用定位螺釘或定位銷511對壁及條狀物定位,且可使用O形環512密封壁與條狀物510之間的接縫。螺釘511包括在O形環512外部。此結構產生自鉗夾配置,其中由腔室中之真空產生的壓力有助於將壁接縫牽拉在一起且產生較佳密封。條狀物510以及將條狀物與不同位向之類似條狀物連接之拐角零件可形成併入真空腔壁(包括壁501及502)中之自承框架。儘管圖6A及6B中以實心壁形式說明腔室壁,但該等壁較佳使用下述夾心結構。
真空腔之壁較佳亦包括一或多個μ金屬層以與腔室外之磁場分隔。此等磁場可影響電子束且干擾微影系統之正確操作。μ金屬可包括於腔室壁之內表面上、或夾在壁結構內其他材料層之間。或者,μ金屬可包括於腔室壁之外表面上。腔室中凸出之部件,諸如微影機之支架或支撐物(晶圓平台及帶電粒子柱)及平台之致動器桿經具有μ金屬之波紋管結構(亦即在腔室外延伸之μ金屬結構)覆蓋。
條狀物510展示為單一零件,但其亦可能建構為夾心結構,例如用鋁層端接於條狀物真空(內部)側之交替的絕緣層及μ金屬層。以此方式,可在圖6B之整個結構中持續不間斷地在腔室壁中產生屏蔽,從而產生呈散件形式的真空腔,其中屏蔽完全併入真空腔結構中(且在其中連續)。
圖7A展示具有兩個μ金屬層之真空腔的一具體實例。腔室壁601之一部分經展示在壁之外表面具有加強樑602,例如圖5A中之加強樑或桁樑407。第一μ金屬層603具有在μ金屬層603與腔室壁601之間呈肋骨形式之間隔部件604,以在其間產生空間。第二μ金屬層605具有在兩個μ金屬層之間的間隔部件606以在其間產生空間。μ金屬層中具有洞以避免在腔室排空時在真空腔中產生壓差。
圖7B展示由開口層610分隔兩個μ金屬層603及605之真空腔的替代性具體實例,其中層610較佳具有開口結構,諸如蜂窩結構。為清晰起見,該等層在圖式中展示為分離形式,但在實踐中該等層將形成單一複合壁。層610提供分隔兩個μ金屬層之輕質剛性壁以產生夾心結構,使得可省去圖7A具體實例中的間隔部件604及606。此結構亦可使得可去除壁601之外表面上的加強樑602。亦可提供第二壁607。壁601及607較佳由鋁製成,且層610較佳為鋁蜂窩結構。所得複合壁結構提供製造簡易且低廉之壁,該壁可預先製造且為輕質剛性的,其中蜂窩層提供壁之所需強度。此外,該複合壁結構可併有一或多個μ屏蔽層。
μ金屬層與導電層較佳由絕緣層(諸如碳纖維及/或玻璃加強塑膠之複合層)分隔。複合壁之一具體實例包含夾心結構,該結構包含第一絕緣層、鋁蜂巢層、μ金屬層、第二絕緣層及實心鋁層。可添加其他μ金屬層及絕緣層組以提高腔室壁之磁場屏蔽。實心鋁層較佳在真空側。蜂巢鋁為夾心結構提供強度。蜂巢層之厚度可增加,或可使用其他蜂巢層提高壁之硬度。該等層較佳膠黏在一起。當開口層610由絕緣材料製成時,其可自身提供分隔μ金屬層之絕緣層。使用此結構之複合腔室壁提供輕質剛性壁,該壁可預先製造且經設計具有所需磁屏蔽水準。此結構將μ金屬屏蔽併入真空腔之壁中,且避免使用厚實心金屬層獲得所需強度。應注意,任何上述複合壁均可用於本文所述之真空腔的任何具體實例中。
圖8A展示穿過真空腔400之底壁(底面)的橫截面,在真空腔中底壁與支撐置放於腔室中之微影機的框架建立界面連接。框架部件702經展示延伸穿過腔室壁且擱置於底板701上。腔室壁703鄰接框架部件702且可焊接至框架部件(焊接部分705)。兩個μ金屬層704亦鄰接框架部件702以避免可使外部磁場進入腔室之空隙。
為減少底板701與真空腔400之間可影響微影機穩定性的聲音耦合及振動耦合,圖8B及8C展示替代性具體實例。在此等具體實例中,腔室壁703並未剛性固定於框架部件702,而在壁與框架部件之間具有小空隙。壁由減振元件710(諸如氣動避震器)部分支撐。μ金屬層704在框架部件702上方或下方延伸以去除屏蔽中之任何空隙。亦可提供在框架部件702上方延伸之伸縮區段712,以為腔室壁提供額外支撐且在框架部件周圍提供額外密封,同時允許一些可撓性以減少底板與腔室壁之間的機械耦合。在圖8B之具體實例中,伸縮區段712與μ金屬層704耦接。在圖8C之具體實例中,替代地,伸縮區段712與腔室壁703耦接。另外,μ金屬層704與腔室壁705例如藉由鉗夾耦接。
微影機需要大量電信號及光信號進行操作,該等信號必須離開真空腔以與典型地定位於腔室外之控制系統連接。真空外殼包括開口(稱作口)以接納運載來自控制系統之信號的電纜進入真空外殼中。該等口經設計以使電纜周圍真空密封。微影系統較佳具有模組化結構,使得可自系統卸除且替換各種關鍵子系統而不會干擾其他子系統。為有利於此設計,各個此模組化子系統之電學、光學及/或電力電纜連接之集合較佳通過一或多個專用於該模組之口。此使得可拆開、卸除及替換特定模組之電纜而不會干擾任何其他模組之電纜。該等口較佳經設計以有利於以單元(例如電子單元)形式卸除及替換電纜、連接器及口蓋。真空腔亦需要用於一或多個真空泵之開口以自腔室抽汲空氣,從而將腔室排空。
在圖5A-5D所示之具體實例中,通口420及真空泵430定位於腔室400之頂壁上。在此具體實例中,在圓柱形外殼中沿頂壁前側提供4個與真空泵開口431連接之真空泵430(例如渦輪泵),且提供配置於頂壁兩側之20個圓柱形通口420。來自該等口之電纜經由配置於電纜支架438中之管道437通向相關控制系統。
圖9A展示穿過真空腔400之頂壁(頂棚)的橫截面,其展示通口420。頂壁之一部分801經展示具有由蓋802封閉之開口。兩個μ金屬層804及805亦具有相應開口。上部μ金屬層804具有配合層804中之凸緣的帽806,當帽處於適當位置時提供完全屏蔽層。電纜810經由口蓋802及帽806進入真空腔,且端接於連接器811。μ金屬層中之開口必須足夠大以使連接器811穿過,使得必要時可卸除及替換連接器811、電纜810、帽806及蓋802之總成。
圖9B展示通口420之一替代性具體實例。μ金屬層804、805各具有帽807、808。μ金屬帽與蓋802經由具有彈簧或彈簧狀元件之螺釘或連接銷809連接。當通口關閉時,推壓μ金屬帽807及808抵靠各別μ金屬層804及805以產生帽在μ金屬層之開口上方的正性封閉(positive closure)。此確保當口關閉時μ金屬層中不存在空隙。該結構亦將μ金屬帽807及808固定於口蓋802上。
圖9C展示通口420之另一替代性配置。為簡單起見,圖式中僅展示通口之一側。在此配置中,腔室壁包括第二壁層820,且亦包括第三μ金屬帽821。三個μ金屬帽與蓋802如前述具體實例中經由具有彈簧或彈簧狀元件之螺釘或連接銷809連接。當通口關閉時,推壓μ金屬帽807及808抵靠各別μ金屬層804及805,且推壓μ金屬帽821抵靠壁層820。各μ金屬層804及805具有凸緣以進一步確保屏蔽中不存在空隙。其他或另外,μ金屬帽可能具有凸緣。
通口420及真空泵開口431在圖5A-5D所示之設計中可為圓形,或可如圖10A所示為正方形或矩形。該等通口較佳專用於微影機之特定模組化子系統且可根據子系統所需之電纜連接數目定尺寸。舉例而言,如圖10B所示,照射光學子系統可需要大通口421,投影光學子系統可需要稍小通口422,且其他子系統可需要較小通口423及424。
真空腔400可具有一或多個專用真空泵430。一或多個真空泵亦可在數個真空腔之間共用。各腔室可具有小真空泵且共用較大真空泵。在真空腔400中使用一個以上泵實現真空之能力引起真空泵冗餘,此可能改良真空操作之可靠性。若真空泵發生故障,則另一真空泵可接替其功能。
圖11展示具有五個真空腔400之配置,該五個真空腔共用兩個渦輪真空泵430。該等真空泵係配置於共用通道或共用管道432之各末端。在一具體實例中,泵430及通道或管道432自中心位置供應兩列腔室400。共用泵之數目可能改變,亦即為一或多個。通道或管道432與各真空腔經由閥瓣或閥門433連接。閥瓣或閥門433較佳由μ金屬製成或包括μ金屬層以提供屏蔽。
各真空腔中可能另外包括例如呈一或多個低溫泵屏蔽形式之水蒸氣低溫泵460,以捕捉腔室中之水蒸氣,從而輔助在腔室中形成真空。此減少產生足夠真空所需之真空泵的尺寸且減少抽真空時間,且使用非移動部件,使得不會引入典型由其他類型之低溫(<4 K)系統引起之振動。水蒸氣低溫泵460經由閥門461及製冷供應管線462與低溫泵控制系統463連接。
因此,圖11所示配置的真空腔中之真空可由渦輪真空泵430與低溫泵系統之水蒸氣低溫泵460產生。較佳地,首先啟動渦輪泵430,繼而藉助於低溫泵控制系統463啟動低溫泵系統以產生真空。與真空抽汲啟動之其他控制策略相比,啟動渦輪真空泵430、隨後啟動水蒸氣低溫泵460可能產生更有效的真空抽汲程序。為進一步提高效率,在後隨渦輪泵430啟動的特定時段之後,可將其自真空腔分離。此時段可能對應於獲得低於某一預定臨限值之壓力值所需之時間。分離渦輪泵430之後,可繼續操作水蒸氣低溫泵460以完全產生真空。
圖11所示之配置可經修改以容納多層經堆疊真空腔,其中真空腔垂直堆疊,亦或並列配置。在圖11所示之配置中可使用兩層、三層或可能更多層之真空腔,例如產生10個腔室(兩層)或15個腔室(三層)之配置。多個腔室可利用共用真空抽汲系統,且共用真空抽汲系統可用於腔室之各層。在一具體實例中,屬於真空腔組之真空腔的真空可藉由用共用真空抽汲系統對各腔室分別抽真空實現。
再參看圖5A-5D,門402較佳構成腔室400之整個後壁。儘管此配置產生若干問題,但其亦提供重要優勢。此設計中門之大尺寸會增加門周圍密封邊緣之長度,使得更難以保持腔室中之真空。為達成優良密封,門必須極平坦且極具剛性,此因門之大尺寸更難以達成且產生較重之門,使得更難以打開及關閉。大尺寸需要腔室周圍存在更多自由空間來容納常擺動之門,從而耗盡製造物之重要佔地面積。然而,構成腔室之整個後壁的門會提供將微影系統之組件移至腔室中及移出腔室之最大寬度及高度,此為具有模組化設計之微影系統的重要優勢。此使得可滑出模組且隨後進行例如進行維修之更換而無需進入真空腔。
門402可由不鏽鋼、鋁或其他適合材料或材料之組合(包括例如前述夾心壁結構)建構。類似於腔室壁,門較佳包括一或多個μ金屬層以與外部磁場分隔。為減少門之重量同時保持所需剛性,門板406較佳包括垂直及/或水平加強樑或桁樑407。門之外部邊緣亦可例如經與門之外周邊或內周邊連接之條狀加強部件加強。
門較佳向上實質垂直打開,以使微影機所需之佔地面積減至最小。此配置使得另一設備或壁可相對緊密地接近微影機之背面定位,或避免門阻斷所需工作或進入空間。
在一些具體實例中,門係安放於鉸接臂上以使得門可向上擺動。圖5A-5D之具體實例使用此設計。此具體實例採用門之每一側以平行四邊形配置之兩個臂410。臂410與門402經由桿414可旋轉地連接。臂410使門402以弧形移動,其中當門處於關閉位置時臂自鉸接位置411向下延伸,且當門處於打開位置時臂向上延伸。
可提供致動部件412(諸如電動螺旋軸)以輔助打開及關閉門402,從而部分抵消門之重量。致動部件412傾斜向上延伸,其下端接近門且其上端與一遠離門且接近臂之樞軸點411的臂410連接。亦可提供替代性構件達成此目的,例如平衡錘或彈簧。當門處於關閉位置時,門402之重量以及臂410之幾何結構推壓門抵靠腔室壁。如圖5A所示,當門關閉時,臂410相對較長且所呈現之與垂面之角度相對較陡,使得由門402之重量及重力提供大的關閉力。此關閉力較佳足以達成在腔室中產生真空所需之初始密封。
門402之外部邊緣抵靠真空腔400之壁形成密封。出於此目的,可將平坦條狀物與腔室之上壁、下壁及側壁連接以與門周邊周圍的相應平坦區域配合。在平坦條狀物或門周邊之表面上提供O形環,且較佳提供兩個配置為內部及外部O形環之O形環。
為提供令人滿意之密封使得可在真空腔中保持所需真空,門應實質上平坦,使得其配合抵靠腔室之壁而無空隙。門較佳以約0.1 mm之最大間隙配合抵靠腔室,以使真空抽汲系統在腔室中產生足夠的真空壓力,使得門由腔室外之環境壓力擠壓抵靠O形環,以使得可達成完全真空壓力。門之所需平坦性可藉由在建構門之後例如藉由研磨使其外部邊緣變平坦而達成。
由於門之重量及臂之幾何結構而產生的關閉力較佳足以達成初始密封而無需再向門施加力。若達成初始密封,則真空抽汲系統之操作將抵靠O形環來牽拉門,且可達成腔室中之完全真空壓力。亦可使用鎖定凸耳或螺釘416來確保門402抵靠腔室壁密封。
板417係定位於真空腔400之前壁中,該板包括用於接受來自晶圓裝載系統之晶圓的溝槽418。亦包括額外開口419以使致動器桿自腔室外之平台致動器進入真空腔。平台致動器使腔室內之平台移動以使得可由微影機掃描晶圓。平台致動器典型使用電動馬達使平台產生所需機械移動,且此等電動馬達產生可干擾微影機所用之帶電粒子束的電磁場。為避免此干擾,將平台致動器定位於腔室之μ金屬屏蔽以外。來自平台致動器之桿經由腔室壁中之洞419進入真空腔以使腔室內之平台移動。真空腔之前壁較佳由較厚實心板建構以容納開口。
在真空腔之一些具體實例中,門係由提昇系統打開,該門在提昇時每一側均受到引導。圖12A-12C所示之一此具體實例具有提昇系統450,該系統包含電動起重器451以在門之每一側使用鏈條提昇門402。適用於此具體實例之起重器為例如Demag起重器型號DCS-Pro 5-500。絞車亦可與電纜、配線、繩或其他可撓性提昇元件或其他非撓性提昇元件(諸如齒條)一起使用。然而,鏈條因具有低彈性而為較佳的,此係因為其適合於潔淨室環境,因為鏈條離開及進入起重器之角度及位置恆定(與捲繞於絞車之卷筒上時會改變角度及位置的電纜相比),且因為其在所有方向上均具有可撓性。
提昇系統450具有引導元件以至少在打開之第一階段在垂直及水平方向上引導門。由框架456支撐的呈導軌形式且實質上垂直移動之門導向槽452係提供於門之每一側,其中下端之傾斜部分453以約45度之角度朝向門402引導導軌。引導銷或滾軸454較佳自門之每一側凸出以與導軌452嚙合,當門打開及關閉時,引導銷沿導軌所形成之槽滑動。引導銷454可與門板或較佳與門加強樑455直接連接。當門402打開時,門導向槽452之組態使門最初向上及向外移動(在此具體實例中以45度之角度),繼而垂直或幾乎垂直移動直至門完全升高至高於真空腔之頂壁,從而無阻礙地進入腔室內部。
當門402關閉時,門最初垂直或幾乎垂直移動,且隨後抵靠腔室向下及向內以一定角度移動至關閉。對於前述具體實例,門較佳以約0.1 mm之最大間隙配合抵靠腔室。由於門之重量及門導向槽之幾何結構而產生之關閉力較佳足以達成初始密封而無需對門再施加力。若達成初始密封,則真空抽汲系統之操作將抵靠O形環牽拉門,且可達成腔室中之完全真空壓力。較小之初始密封可使用呈共用組態之大容量泵在某種程度上得到補償,該共用組態為例如先前參考圖11論述之組態。亦可使用鎖定凸耳或螺釘416來確保門402抵靠腔室壁密封。
門402之外部邊緣亦可例如經與門之外周邊或內周邊461連接之條狀加強部件460加強。門之外部邊緣抵靠真空腔之壁形成密封。可將平坦條狀物463與腔室之上壁、下壁及側壁連接以與門周邊周圍的相應平坦區域461配合。在平坦條狀物463或門周邊461之表面上提供O形環,且較佳提供兩個配置為內部及外部O形環之O形環。
亦提供引導元件457以在門402打開及關閉時引導鏈條。在圖12A-12C之具體實例中,鏈條槽與門導向槽452並排提供。鏈條一端在位置458處與腔室一側之框架連接。鏈條沿右側門導向槽452向下,圍繞右鏈條引導元件457,穿過通道465中門402之外側,圍繞左鏈條引導元件457,沿左側門導向槽452向上,圍繞框架452上端之第三鏈條引導元件(459)且穿過起重器451。此配置在僅使用一個起重器時將所需提昇力減半。
鏈條導向器457較佳在門402下部、低於門加強樑或與門加強樑連接定位,且較佳建構為滾軸、輪或能夠引導鏈條同時向門傳遞提昇力之其他元件。
儘管此具體實例使用鏈條系統,但亦可使用與門直接連接或經由與門連接之引導滑輪或滾軸傳遞提昇力之其他提昇元件。亦可使用經由可撓性提昇元件或剛性臂或支柱提昇門之氣動或液壓提昇系統。
起重器或絞車馬達或致動器較佳定位於腔室上方,由框架456支撐。此使得可有效使用製造物佔地面積,因為提昇設備隨後使用容納門之打開高度所需的垂直空間。出於安全之目的,絞車或起重器可自鎖定或具有鎖定裝置。設備支架亦宜定位於真空腔上方,亦由框架456支撐。此等支架較佳用於置放較佳緊密接近真空腔中之微影機定位之高壓控制電路及射束轉換及射束掃描偏轉電路。此使得可有效使用製造物佔地面積。
本發明已參考上述特定具體實例加以描述。應注意,已描述如熟習此項技術者已知之各種結構及替代物,其可與本文所述任何具體實例一起使用。此外,應瞭解在不背離本發明之精神及範疇下,此等具體實例易於產生熟習此項技術者所熟知之各種修改及替代形式。因此,儘管已描述特定具體實例,但此等具體實例僅為實例且不限制本發明範疇,本發明範疇係在隨附申請專利範圍中進行界定。
100...帶電粒子微影系統/設備
101...電子源/帶電粒子源
102...(射束)準直透鏡系統
103...孔隙陣列
104...聚光透鏡陣列
105...射束熄滅器陣列
108...射束截捕陣列/帶電粒子投影器
109...射束偏轉器陣列/帶電粒子投影器
110...投影透鏡陣列/帶電粒子投影器
120...電子擴束
121...準直電子束
122...電子子束
123...偏轉及未偏轉之電子子束
124...子束
130...靶材/晶圓
132...可移動(晶圓)平台
140...真空腔
150...源腔
152...源
154...閥門
156...致動單元
158...桿
160...電氣配線
201...照射光學模組
202...孔隙陣列及聚光透鏡模組
203...射束轉換模組
204...投影光學模組
205...對準內部副框
206...對準外部副框
207...減振支座
208...框架
209...晶圓台
210...夾盤
211...短衝程平台(元件)
212...長衝程平台(元件)
215...μ金屬屏蔽層
220...底板
221...框架部件
300...微影機
301...微影機
303...裝載鎖/晶圓裝載單元
304...平台致動器
305...機器人
306...進入廊道
307...機器人儲存單元
310...中心通道
400...真空腔
402...門
404...橫樑/桁樑
405...壁板
406...門板
407...加強樑/桁樑
410...臂
411...鉸接位置/樞軸點
412...致動部件
414...桿
416...鎖定凸耳/螺釘
417...板
418...晶圓裝載溝槽
419...額外開口
420...通口
421...大通口
422...稍小通口
423、424...較小口
430...(渦輪)真空泵
431...真空泵開口
432...通道/管道
433...閥瓣/閥門
437...管道
438...電纜支架
450...提昇系統
451...電動起重器/絞車
452...右側/左側門導向槽/框架
453...傾斜部分/引導元件
454...引導銷/滾軸
455...門加強樑
456...框架
457...右鏈條/左鏈條引導元件
458...上部框架部件
459...第三鏈條引導元件
460...水蒸氣低溫泵/條狀加強部件
461...閥門/門周邊/相應平坦區域
462...製冷供應管線
463...低溫泵控制系統/條狀物
465...通道
501、502...壁
503...螺釘/定位銷
504...凹口
505...黏著劑
510...條狀物
511...定位螺釘/定位銷/螺釘
512...O形環
601...腔室壁/鋁層
602...加強樑
603...第一μ金屬層
604、606...間隔部件
605...第二μ金屬層
607...第二壁/鋁層
610...開口層/層
701...底板
702...框架部件
703...腔室壁
704...μ金屬層
705...焊接部分/腔室壁
710...減振元件
712...伸縮區段/結構
801...部分
802...蓋/口蓋
804、805...μ金屬層
806...帽
807、808...μ金屬帽
809...螺釘/連接銷
810...電纜/配線
811...連接器
820...第二壁層
821...第三μ金屬帽
業已參考圖式中所示之具體實例來進一步說明本發明之各種態樣,其中:
圖1為帶電粒子微影系統之一具體實例的簡化示意圖;
圖2為展示真空腔中帶電粒子源環境之一具體實例的橫截面圖;
圖3為模組化微影系統之簡化方塊圖;
圖4為微影機及晶圓裝載系統之配置的一實施例;
圖5A為帶電粒子微影系統之真空腔的透視圖;
圖5B為圖5A之真空腔的側視圖;
圖5C為圖5A之真空腔的正視圖;
圖5D為圖5A之真空腔之一部分的橫截面圖;
圖6為真空腔之壁接縫的詳圖;
圖7A為具有μ金屬層之真空腔壁之一部分的透視圖;
圖7B為具有含蜂巢層之複合結構的真空腔壁之一部分的透視圖;
圖8A為穿過真空腔之底壁的橫截面圖,其展示與框架支撐部件建立之界面連接;
圖8B為展示與框架支撐部件建立之替代性界面連接的橫截面圖;
圖8C為展示與框架支撐部件建立之另一替代性界面連接的橫截面圖;
圖9A為穿過真空腔壁以展示通口蓋及μ屏蔽帽之橫截面圖;
圖9B展示通口蓋及μ屏蔽帽之替代配置的橫截面圖;
圖9C為展示通口蓋及μ屏蔽帽之第二替代配置的橫截面圖;
圖10A為真空腔中通口及真空泵開口之替代性配置的透視圖;
圖10B為真空腔中通口及真空泵開口之另一替代性配置的俯視圖;
圖11為共用渦輪真空泵之真空腔的示意圖;
圖12A為真空腔之替代性具體實例的後面透視圖;
圖12B為圖12A之真空腔的正面透視圖;且
圖12C為圖12A之真空腔的詳圖。
100...帶電粒子微影系統/設備
101...電子源/帶電粒子源
102...(射束)準直透鏡系統
103...孔隙陣列
104...聚光透鏡陣列
105...射束熄滅器陣列
108...射束截捕陣列/帶電粒子投影器
109...射束偏轉器陣列/帶電粒子投影器
110...投影透鏡陣列/帶電粒子投影器
120...電子擴束
121...準直電子束
122...子束
123...偏轉及未偏轉之電子子束
124...子束
130...靶材/晶圓
132...可移動(晶圓)平台
140...真空腔
Claims (9)
- 一種帶電粒子微影設備(100),其包含:一帶電粒子源(101),其用於產生一或多個帶電粒子束(123);一帶電粒子投影器(108、109、110),其用於將該等射束投影於一晶圓上;一可移動晶圓平台(132),其用於運載該晶圓(130);以及一共用真空腔(140、400),其用於形成一第一真空環境,其中該帶電粒子源和該帶電粒子投影器被容納於自含且可卸除模組中,且該共用真空腔包含:一門(402),其在處於一打開位置時允許對該等自含且可卸除模組的存取;一開口(418),其用於將晶圓裝載至該共用真空腔中;通口(420),其用於接納電學、光學或電力電纜中的至少一者進入該共用真空腔(400),該電學、光學或電力電纜中的至少一者具有用於該等自含且可卸除模組的連接;及一插線板,其包含一個或多個連接器,用於以可拆卸方式連接該等自含且可卸除模組的一個或多個連接,其中該等自含且可卸除模組經由該插線板以被連接至由該通口中的至少一者所接納的該電學、光學或電力電纜中的至少一者; 其中該帶電粒子源、該帶電粒子投影器、該可移動晶圓平台及該插線板係安置於該共用真空腔中。
- 如申請專利範圍第1項之設備,其中該門(402)構成該共用真空腔(400)之一整個壁。
- 如申請專利範圍第1或2項之設備,其中該帶電粒子源位於一源腔(150)中,以用於形成具有高於該第一真空環境之一真空的一第二真空環境,其中該源腔被封閉在該共用真空腔的內部。
- 如申請專利範圍第3項之設備,其另外包含一真空泵和一獨立泵,該真空泵用於抽真空該共用真空腔,並且該獨立泵用於抽真空該源腔(150)。
- 如申請專利範圍第1或2項之設備,其中該帶電粒子源(101;152)位於一源腔(150)中。
- 如申請專利範圍第5項之設備,其中該源腔(150)與該共用真空腔(400)藉助於一由一致動單元(156)所致動之閥門(154)連接。
- 如申請專利範圍第6項之設備,其中該致動單元(156)包含一壓電致動器。
- 如申請專利範圍第1或2項之設備,其中該等可卸除模組包含以下一或多者:一照射光學模組(201),其包括一帶電粒子束源(101)及射束準直系統(102);一孔隙陣列及聚光透鏡模組(202),其包括一孔隙陣列(103)及聚光透鏡陣列(104); 一射束轉換模組(203),其包括一子束熄滅器陣列(105);及一投影光學模組(204),其包括該帶電粒子投影器,該帶電粒子投影器包含一射束截捕陣列(108)、射束偏轉器陣列(109)及一或多個投影透鏡陣列(110);其中該門允許將該自含且可卸除模組移至該共用真空腔中和移出該共用真空腔。
- 如申請專利範圍第8項之設備,其中該可移動晶圓平台包含用於支撐一晶圓(130)之一晶圓台(209)、用於固持該晶圓台之一夾盤(210)、及一短衝程平台元件(211)和一長衝程平台元件(212)。
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