CN102422380A - 带电粒子微影设备及真空腔室中产生真空的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带电粒子微影设备(100)，其具有用于产生一个或多个带电粒子束(123)的带电粒子源(101)、用于将射束投射于晶圆上的带电粒子投射器(108、109、110)、及用于运载该晶圆(130)的可移动晶圆平台(132)。该带电粒子源、带电粒子投射器和可移动晶圆平台被布置于形成真空环境的共用真空腔室(140)中。该真空腔室另外具有用于将晶圆装载至该腔室中的开口和门。

Description

带电粒子微影设备及真空腔室中产生真空的方法
技术领域
本发明涉及一种带电粒子微影(lithography)设备。本发明另外涉及一种在真空腔室中产生真空以用于例如带电粒子多子束(beamlet)微影或检测系统的方法。本发明另外涉及此类微影设备及用于支撑真空腔室的框架的配置。本发明另外涉及此类微影设备及抽吸系统的配置。
背景技术
带电粒子及光微影机及检测机典型地在真空环境中操作。这需要真空腔室足够大以容纳微影机或机器组。真空腔室必须足够坚固且气密以支撑所需真空，同时具有开口以供电学、光学及电力电缆进入腔室，在腔室中装载晶圆或靶材及使得可触及机器以供维修及操作需要。在涉及带电粒子机的情况下，真空腔室必须还提供屏蔽以防止外部电磁场干扰机器的操作。
先前的真空腔室设计具有各种缺点，诸如相对于微影机的处理量过重，过量使用占地面积，缺少门及开口周围的电磁屏蔽不良。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决先前设计的缺陷的改良真空腔室。根据本发明的一个方面，带电粒子微影设备包括用于产生一个或多个带电粒子束的带电粒子源、用于将射束投射于晶圆上的带电粒子投射器和用于运载晶圆的可移动晶圆平台。带电粒子源、带电粒子投射器及可移动晶圆平台布置于形成真空环境的共用真空腔室中，且该真空腔室具有用于将晶圆装载至腔室中的开口和门。
根据本发明的另一方面，在该设备中，该设备的一个或多个子系统被建构成独立可卸除模块。所述可卸除模块包含以下的一个或多个：
-照射光学模块，包括带电粒子束源及射束准直系统；
-孔隙阵列及聚焦透镜模块，包括孔隙阵列及聚焦透镜阵列；
-射束转换模块，包括子束阻断器阵列；及
-投射光学模块，包括射束停止阵列、射束偏转器阵列及一个或多个投射透镜阵列。
根据本发明的另一方面，一种装置包括上述的带电粒子微影设备和用于支撑该带电粒子微影设备的真空腔室的框架。该真空腔室和该框架经由减振元件彼此耦接。
附图说明
将参考附图中所示之实施例来进一步说明本发明的各个方面，其中：
图1为带电粒子微影系统的一实施例的简化示意图；
图2为展示真空腔室中带电粒子源环境的一实施例的横截面图；
图3为模块化微影系统的简化框图；
图4为微影机及晶圆装载系统的配置的一实施例；
图5A为带电粒子微影系统的真空腔室的透视图；
图5B为图5A的真空腔室的侧视图；
图5C为图5A的真空腔室的正视图；
图5D为图5A的真空腔室的一部分的横截面图；
图6为真空腔室的壁接合处的详图；
图7A为具有镍铁高导磁合金层的真空腔室壁之一部分的透视图；
图7B为具有含蜂巢层的复合结构的真空腔室壁的一部分的透视图；
图8A为穿过真空腔室的底壁的横截面图，其展示与框架支撑部件建立的接合；
图8B为展示与框架支撑部件的替代性接合的横截面图；
图8C为展示与框架支撑部件的另一替代性接合的横截面图；
图9A为穿过真空腔室的壁以展示端口盖及镍铁高导磁合金屏蔽帽的横截面图；
图9B展示端口盖和镍铁高导磁合金屏蔽帽的替代配置的横截面图；
图9C为展示端口盖和镍铁高导磁合金屏蔽帽的第二替代配置的横截面图；
图10A为真空腔室中端口及真空泵开口的可选配置的透视图；
图10B为真空腔室中端口和真空泵开口的另一可选配置的俯视图；
图11为共用涡轮真空泵的真空腔室的示意图；
图12A为真空腔室的可选实施例的后透视图；
图12B为图12A的真空腔室的正面透视图；且
图12C为图12A的真空腔室的详图。
具体实施方式
以下为本发明各种实施例的描述，该等实施例仅以实例方式参考附图给出。
图1示出了带电粒子微影系统100的实施例的简化示意图。该微影系统例如描述于美国专利第6,897,458号及第6,958,804号及第7,019,908号及第7,084,414号及第7,129,502号、美国专利申请公开第2007/0064213号及共同待决的美国专利申请案第61/031,573号及第61/031,594号及第61/045,243号及第61/055,839号及第61/058,596号及第61/101,682号中，各案均受让于本发明的所有者且均以全文引用方式并入本文中。在图1所示的实施例中，微影系统包含用于产生电子扩束120之电子源101。电子扩束120通过准直透镜系统102变得准直。准直电子束121照射于孔隙阵列103上，该孔隙阵列阻断射束的一部分以产生多个子束122。该系统产生大量子束122，优选为约10,000个至1,000,000个子束。
电子子束122穿过聚焦透镜阵列104，该聚焦透镜阵列将电子子束122聚焦于射束阻断器(blanker)阵列105的平面中，该射束阻断器阵列包含多个用于偏转一或多个电子子束的阻断器。偏转及未偏转的电子子束123到达具有多个孔隙之射束停止阵列(stop array)108。子束阻断器阵列105及射束停止阵列108一起操作以阻断子束123或使子束123通过。若子束阻断器阵列105使子束偏转，则该子束将不会穿过射束停止阵列108中的相应孔隙，而是被阻断。但，若子束阻断器阵列105未使子束偏转，则该子束将穿过射束停止阵列108中的相应孔隙，且穿过射束偏转器阵列109及投射透镜阵列110。
射束偏转器阵列109使各子束124在实质上垂直于未偏转子束方向的X和/或Y方向上偏转以使该子束在靶材130表面上扫描。随后，子束124穿过投射透镜阵列110且投射于靶材130上。投射透镜配置较佳提供约100倍至500倍的缩小。子束124照射于靶材130的表面上，该靶材安置于用于运载该靶材的可移动平台132上。对于微影应用，靶材通常包含具有带电粒子敏感层或阻挡层的晶圆。
带电粒子微影系统在真空环境中操作。需要真空移除可被带电粒子束电离且被吸引至源、可能解离且沉积于机器组件上、及可能使带电粒子束分散的粒子。典型地，需要至少10-6巴的真空。为保持真空环境，将带电粒子微影系统定位于真空腔室140中。微影系统的所有主要元件优选均置放于共用真空腔室中，包括带电粒子源、用于使子束投射于晶圆上的投射系统和可移动晶圆平台。
在一实施例中，带电粒子源环境被差动抽吸至高达10-10毫巴的显著较高真空。图2为示出真空腔室中带电粒子源环境的实施例的横截面图。在此实施例中，高达10-10毫巴的显著较高真空可能通过差动抽吸获得。
差动抽吸可通过在真空腔室中包括用于源152的局部源腔室150获得。尽管图2仅展示单一源152，但应了解源腔室150可能包含多个源。源腔室150内的高度真空可能延长源152的使用期限，且对于一些源152而言，甚至可能需要高度真空来执行其功能。
可用下列方式抽降源腔室150中的压力水准。首先，将真空腔室和源腔室抽降至真空腔室之水准。随后将源腔室另外抽吸至所需较低压力，优选以本领域普通技术人员已知方式通过化学吸气剂(getter)进行。使用再生、化学和所谓被动泵(如吸气剂)，无需真空涡轮泵即可使源腔室150内的压力水准达到低于真空腔室中的压力水准的水准。使用吸气剂会避免真空腔室的内部或外部紧邻处承受使用真空涡轮泵来达成此目的时应会出现的声音振动和/或机械振动。
在图2所示的实施例中，源腔室150具有阀门154，以在需要时，亦即在源腔室150内的压力水准需要保持在比真空腔室中的压力水准低得多的压力水准下时关闭源腔室150与真空腔室之间的连接。举例而言，可在真空腔室例如用于服务目的而打开时来关闭阀门。在此类情况下，源腔室150内保持高度真空水准，此可能改良微影设备的停工期。替代等待源腔室150内达到足够压力水准，现仅需将真空腔室抽降至预期压力水准，此预期压力水准高于源腔室150中的所需水准。
阀门154由致动单元156控制，该致动单元156控制与阀门154连接的杆158的移动。致动单元156可能包含压电致动器，例如Physikinstrumente的型号N-214或N-215
Figure BDA0000101355670000041
致动单元156可通过电气配线(wiring)160与控制单元和/或电源(两者均未示)连接。该配线可经涂布以屏蔽电磁辐射。
图3展示说明模块化微影系统的主要元件的简化框图。该微影系统优选以模块化方式设计以使得易于维修。主要子系统优选建构成独立(self-contained)且可卸除的模块，使得其可自微影机卸除而对其他子系统的干扰尽可能少。此尤其有利于封闭在真空腔室中的微影机，该真空腔室中对微影机的接近是受限的。因此，可卸除发生故障的子系统且迅速替换，而无需不必要的断开或干扰其他系统。
在图3所示的实施例中，此等模块化子系统包括照射光学模块201，其包括带电粒子束源101和射束准直系统102；孔隙阵列和聚焦透镜模块202，其包括孔隙阵列103和聚焦透镜阵列104；射束转换模块203，其包括子束阻断器阵列105；及投射光学模块204，其包括射束停止阵列108、射束偏转器阵列109及投射透镜阵列110。模块经设计以滑入及滑出对准框。在图3所示的实施例中，对准框包含对准内部副框205及对准外部副框206。框架208经由减振支座207支撑对准副框205及206。晶圆130搁置于晶圆台209上，晶圆台209进而安放于夹盘210上。夹盘210搁置于短行程平台(stageshort stroke)211及长行程平台212上。微影机封闭于真空腔室400中，该真空腔室包括镍铁高导磁合金(mu metal)屏蔽层215。机器搁置于底板220上，由框架部件221支撑。
各模块需要大量电信号和/或光信号及电力来进行操作。真空腔室内的模块从典型地定位于腔室外的控制系统接收这些信号。真空腔室包括开口(称作口)以接纳输送来自控制系统的信号的电缆进入真空外壳中，同时保持电缆周围真空密封。各模块的电学、光学和/或电力电缆连接之集合优选通过一或多个专用于该模块的端口。这使得能断开、卸除及替换特定模块的电缆而不会干扰任何其他模块的电缆。在一些实施例中，可在真空腔室内提供接插板(patch panel)。该接插板包含一或多个连接器以可卸除地连接模块的一或多个连接器。可使用一或多个端口以接纳可卸除模块的一个或多个连接器进入真空腔室中。
图4展示与共用晶圆装载系统共同操作的一组微影机300的布局的实施例。在此实施例中，10个微影机301以两行每行5个配置。各微影系统容纳于其自身的真空腔室中，其中各腔室的前部面对中心过道310，且各腔室之后部面对通道廊道306。
该中心过道容纳用于将晶圆传送至各微影机301的自动机(robot)305、各机器301的用于将晶圆装载至机器中的装载锁或晶圆装载单元303、和各机器的用于将机器的晶圆平台移动至其真空腔室内的平台致动器304。共用自动机305可包含多于一个自动机单元，各自动机单元被配置成执行分配至共用自动机305的功能。若一自动机单元发生故障，则另一自动机单元可接替其功能，此使因自动机故障所致的布局停工期降至最短。发生故障的自动机单元可自布局卸除且转移至自动机储存单元307。自动机单元可随后进行维修而不会干扰布局的操作。
各真空腔室在其前壁包括晶圆装载开口以用于接受晶圆。装载锁(及自动机)优选安置于大约微影机的晶圆平台高度处，亦即大约在真空腔室之一半高度处。尽管装载锁或晶圆装载单元303和平台致动器304在图4中并列展示，但其优选配置使得装载锁或晶圆装载单元303在平台致动器304上方。各真空腔室亦在其后壁包括门以允许通往微影机进行维修、修理及操作调节。
加工车间(fab)的占地面积很珍贵，这是由于建构及操作加工车间的成本高且随着加工车间尺寸增加，成本亦提高。因此，有效使用加工车间占地面积很重要，且微影机优选经设计以占据尽可能少的占地面积，且尽可能有效地与其他机器配合。
带电粒子微影系统系定位于真空腔室中。微影系统的所有主要元件优选均置放于共用真空腔室中，这些元件包括带电粒子源、用于使子束投射于晶圆上的投射系统及可移动晶圆平台。图5A-5D展示用于置放带电粒子微影系统之真空腔室400之一实施例。
真空腔室优选具有基本正方形的占地区域(亦即，腔室的底面为正方形/或近似正方形)。使得用于置放微影机的有效配置能够实现，此配置典型地经设计以用于曝露圆形晶圆且产生如例如图4所示的多个微影机的有效配置。此外，腔室亦可具有盒形形状，优选高度受限以使得可进一步减少加工车间的空间占据。在一实施例中，腔室的形状为基本立方体形(亦即，腔室的高度与其宽度及深度大体相同)。
在一替代性配置中，除了并排配置外，真空腔室还会被竖直堆迭。可以与图4中所示相同之占地面积仗用两层、三层或可能更多层的真空腔室，例如产生20个腔室(两层)或30个腔室(三层)的配置。多个腔室可使用共用真空抽吸系统及共用自动机系统。或者，共用真空抽吸系统及共用自动机系统可用于腔室之各层。
图5A-5D所示之实施例包含真空腔室400，其中门402在腔室的后壁中且在此实施例中亦形成后壁。该实施例另外包含腔室前壁中的晶圆装载沟槽418(展示于图5C中)，及腔室顶壁上的端口420及真空泵430(在此实施例中为所谓的涡轮泵)。腔室400可由不锈钢、铝或其他适合材料或这些材料的组合建构。诸如铝的较轻材料优选用于减少腔室之重量，当预期微影机将通过空运(其可优选避免腐蚀及海洋运输所致的其他问题)自工厂运输至加工车间地点时，此为尤其重要的。
使用横梁或桁梁404来加强壁板405，使得厚度较薄的板可用于壁来减少腔室的重量及成本。然而对于腔室的一些壁该结构欠佳，例如对于定位有开口的壁。这些壁优选由较厚之板建构以便即使在具有开口下亦提供所需刚性。
腔室400的壁可在其边缘处焊接在一起。然而，壁的焊接可能很慢且很昂贵，此是由于例如进行精确气密焊接而不使真空腔室壁变形可能很复杂。替代性结构为通过将壁的边缘胶粘在一起而制成，如图6A之实施例所示。两个具有阶梯状边缘的壁501及502如图所示使用在邻接表面之间应用的粘结剂剂505连接。适合粘结剂剂的一实例为Araldite 2020。可在胶粘过程期间使用凹口504中延伸穿过壁501至壁502中的螺钉或定位销503对壁501、502进行定位。图6B展示一替代性建构方法。壁501及502之边缘呈一定角度，且条状物510可安置于壁边缘之间。可使用定位螺钉或定位销511对壁及条状物定位，且可使用O形环512密封壁与条状物510之间的接缝。螺钉511包括在O形环512外部。此结构产生自钳夹配置，其中由腔室中之真空产生的压力有助于将壁接缝牵拉在一起且产生更好的密封。条状物510以及将条状物与不同方向的类似条状物连接的拐角零件可形成并入真空腔室壁(包括壁501及502)中的自承框架。尽管图6A及6B中以实心壁形式说明腔室壁，但这些壁优选使用下述夹层结构。
真空腔室的壁优选亦包括一个或多个镍铁高导磁合金层以与腔室外之磁场分隔。这种磁场可影响电子束且干扰微影系统之正确操作。镍铁高导磁合金可包括于腔室壁之内表面上、或夹在壁结构内其他材料层之间。或者，镍铁高导磁合金可包括于腔室壁之外表面上。腔室中伸出的部件，诸如微影机(晶圆平台及带电粒子柱)的支架或支撑物及平台的致动器杆被镍铁高导磁合金的波纹管结构覆盖，即镍铁高导磁合金结构在腔室外延伸。
条状物510展示为单一件，但其亦可能建构为夹层结构，例如绝缘层及镍铁高导磁合金层交替，最终是在条状物的真空(内部)侧的铝层。以此方式，可在图6B的整个结构中持续不间断地在腔室壁中产生屏蔽，从而产生套件包件(kit set)形式的真空腔室，其中屏蔽完全并入真空腔室结构中(且在其中连续)。
图7A展示具有两层镍铁高导磁合金的真空腔室的一实施例。腔室壁601之一部分展示为在壁之外表面上具有加强梁602，例如图5A中之加强梁或桁梁407。第一镍铁高导磁合金层603具有在镍铁高导磁合金层603与腔室壁601之间呈肋形式的间隔部件604，以在其间产生空间。第二镍铁高导磁合金层605具有在两个镍铁高导磁合金层之间的间隔部件606以在其间产生空间。镍铁高导磁合金层中具有洞以避免在腔室排空时在真空腔室中产生压差。
图7B展示由开口层610分隔两个镍铁高导磁合金层603及605的真空腔室的替代性实施例，其中层610优选具有开口结构，诸如蜂窝结构。为清晰起见，该层在图中展示为分离形式，但在实践中该等层将形成单一复合壁。层610提供分隔两个镍铁高导磁合金层的轻质刚性壁以产生夹层结构，使得可省去图7A实施例中的间隔部件604及606。此结构亦可使得可去除壁601的外表面上的加强梁602。亦可提供第二壁607。壁601及607优选由铝制成，且层610优选为铝蜂窝结构。所得复合壁结构提供制造简易且廉价的壁，该壁可预先制造且为轻质刚性的，其中蜂窝层提供壁的所需强度。此外，该复合壁结构可并有一个或多个mu屏蔽层。
镍铁高导磁合金层与导电层优选由绝缘层(诸如碳纤维和/或玻璃加强塑料的复合层)分隔。复合壁的一实施例包含夹层结构，该结构包含第一绝缘层、铝蜂巢层、镍铁高导磁合金层、第二绝缘层及实心铝层。可添加其他镍铁高导磁合金层及绝缘层组以提高腔室壁的磁场屏蔽。实心铝层优选在真空侧。蜂巢铝为夹层结构提供强度。蜂巢层的厚度可增加，或可使用其他蜂巢层提高壁的刚度。这些层优选胶粘在一起。当开口层610由绝缘材料制成时，其可自身提供分隔镍铁高导磁合金层的绝缘层。使用此结构的复合腔室壁提供轻质刚性壁，该壁可预先制造且经设计具有所需磁屏蔽水准。此结构将镍铁高导磁合金屏蔽并入真空腔室之壁中，且避免使用厚实心金属层获得所需强度。应注意，任何上述复合壁均可用于本文所述之真空腔室的任何实施例中。
图8A展示在真空腔室中底壁与支撑置放于腔室中的微影机的框架接合处穿过真空腔室400的底壁(底面)的横截面。框架部件702展示为延伸穿过腔室壁且搁置于底板701上。腔室壁703邻接框架部件702且可焊接至框架部件(焊接部分705)。两个镍铁高导磁合金层704亦邻接框架部件702以避免可使外部磁场进入腔室的空隙。
为减少底板701与真空腔室400之间可影响微影机稳定性的声音耦合及振动耦合，图8B及8C展示替代性实施例。在此等实施例中，腔室壁703并未刚性固定于框架部件702，而在壁与框架部件之间具有小空隙。壁由减振元件710(诸如空气弹簧(air mount))部分地支撑。镍铁高导磁合金层704在框架部件702上方或下方延伸以消除屏蔽中之任何空隙。亦可提供在框架部件702上方延伸的波纹管段712，以为腔室壁提供额外支撑且在框架部件周围提供额外密封，同时允许一些可挠性以减少底板与腔室壁之间的机械耦合。在图8B之实施例中，波纹管段712与镍铁高导磁合金层704耦接。在图8C之实施例中，替代地，波纹管段712与腔室壁703耦接。另外，镍铁高导磁合金层704与腔室壁705例如通过钳夹耦接。
微影机需要大量电信号及光信号进行操作，该等信号必须离开真空腔室以与典型地定位于腔室外的控制系统连接。真空外壳包括开口(称作端口)，以接纳输送来自控制系统的信号的电缆进入真空外壳中。这些端口设计成使电缆周围真空密封。微影系统优选具有模块化结构，使得可从系统卸除且替换各种关键子系统而不会干扰其他子系统。为有利于此设计，各个这种模块化子系统的电学、光学和/或电力电缆连接的集合优选通过一或多个专用于该模块的端口。这使得能断开、卸除及替换特定模块的电缆而不会干扰任何其他模块的电缆。该端口优选经设计以有利于以单元(例如电子单元)形式卸除及替换电缆、连接器及端口盖。真空腔室亦需要用于一个或多个真空泵之开口以自腔室抽吸空气，从而将腔室排空。
在图5A-5D所示之实施例中，端口420及真空泵430定位于腔室400的顶壁上。在此实施例中，在圆柱形外壳中沿顶壁前侧提供4个与真空泵开口431连接的真空泵430(例如涡轮泵)，且提供配置于顶壁两侧之20个圆柱形端口420。来自这些端口的电缆经由布置于电缆支架438中的管道437通向相关控制系统。
图9A展示穿过真空腔室400的顶壁(顶棚)的横截面，其展示端口420。顶壁的一部分801示为具有由盖802封闭的开口。两个镍铁高导磁合金层804及805亦具有相应开口。上部镍铁高导磁合金层804具有配合在层804中的凸缘之上的帽806，当帽就位时提供完全屏蔽层。电缆810经由端口盖802及帽806进入真空腔室，且端接于连接器811。镍铁高导磁合金层中的开口必须足够大以使连接器811穿过，使得必要时可卸除及替换连接器811、电缆810、帽806及盖802的组件。
图9B展示端口420的一替代性实施例。镍铁高导磁合金层804、805各具有帽807、808。镍铁高导磁合金帽与盖802经由具有弹簧或弹簧状元件的螺钉或连接销809连接。当端口关闭时，镍铁高导磁合金帽807及808被推压抵靠在各自镍铁高导磁合金层804及805上，以产生帽在镍铁高导磁合金层的开口上方的实际封闭(positive closure)。此确保当端口关闭时镍铁高导磁合金层中不存在空隙。该结构亦将镍铁高导磁合金帽807及808固定于端口盖802上。
图9C展示端口420的另一替代性配置。为简单起见，图式中仅展示端口的一侧。在此配置中，腔室壁包括第二壁层820，且亦包括第三镍铁高导磁合金帽821。三个镍铁高导磁合金帽与盖802如前述实施例中经由具有弹簧或弹簧状元件的螺钉或连接销809连接。当端口关闭时，镍铁高导磁合金帽807及808被推压抵靠各自镍铁高导磁合金层804及805，且镍铁高导磁合金帽821被推压抵靠壁层820。各镍铁高导磁合金层804及805具有凸缘以进一步确保屏蔽中不存在空隙。其他或另外，镍铁高导磁合金帽可能具有凸缘。
端口420及真空泵开口431在图5A-5D所示之设计中可为圆形，或可如图10A所示为正方形或矩形。该端口优选专用于微影机的特定模块化子系统且可根据子系统所需的电缆连接数目定尺寸。举例而言，如图10B所示，照射光学子系统可需要大端口421，投射光学子系统可需要稍小端口422，且其他子系统可需要较小端口423及424。
真空腔室400可具有一个或多个专用真空泵430。一个或多个真空泵亦可在数个真空腔室之间共用。各腔室可具有小真空泵且共用较大真空泵。在真空腔室400中使用一个以上泵实现真空的能力引起真空泵冗余，此可能改进真空操作的之可靠性。若真空泵发生故障，则另一真空泵可接替其功能。
图11展示具有五个真空腔室400的配置，该五个真空腔室共用两个涡轮真空泵430。真空泵布置于共用过道或共用管道432的各末端。在一实施例中，泵430及过道或管道432从中心位置供应两列腔室400。共用泵的数目可能改变，亦即为一个或更多个。过道或管道432与各真空腔室经由阀瓣或阀门433连接。阀瓣或阀门433优选由镍铁高导磁合金制成或包括镍铁高导磁合金层以提供屏蔽。
各真空腔室中可另外包括例如呈一个或多个低温泵屏蔽形式的水蒸气低温泵460，以捕捉腔室中之水蒸气，从而辅助在腔室中形成真空。此减少产生足够真空所需的真空泵的尺寸且减少抽真空时间，且使用非移动部件，使得不会引入典型由其他类型的低温(＜4K)系统引起的振动。水蒸气低温泵460经由阀门461及制冷供应管线462与低温泵控制系统463连接。
因此，图11所示配置的真空腔室中的真空可由涡轮真空泵430与低温泵系统的水蒸气低温泵460产生。优选地，首先启动涡轮泵430，继而通过低温泵控制系统463启动低温泵系统以产生真空。与真空抽吸启动的其他控制策略相比，启动涡轮真空泵430、随后启动水蒸气低温泵460可能产生更有效的真空抽吸程序。为进一步提高效率，在涡轮泵430启动的特定时段之后，可将其从真空腔室隔离。此时段可能对应于获得低于某一预定临限值的压力值所需之时间。隔离涡轮泵430之后，可继续操作水蒸气低温泵460以完全产生真空。
图11所示的配置可经修改以适应多层经堆迭真空腔室，其中真空腔室竖直堆迭，以及并排布置。在图11所示的配置中可使用两层、三层或可能更多层的真空腔室，例如产生10个腔室(两层)或15个腔室(三层)的配置。多个腔室可利用共用真空抽吸系统，且共用真空抽吸系统可用于腔室的各层。在一实施例中，属于真空腔室组的真空腔室的真空可通过用共用真空抽吸系统对各腔室分别抽真空实现。
再参看图5A-5D，门402优选构成腔室400的整个后壁。尽管此配置产生若干问题，但其亦提供重要优势。此设计中门的大尺寸会增加门周围密封边缘的长度，使得更难以保持腔室中的真空。为达成优良密封，门必须非常平坦且非常具有刚性，此因门之大尺寸更难以实现且产生较重的门，使得更难以打开及关闭。大尺寸需要腔室周围存在更多自由空间来容纳常摆动的门，从而耗尽加工车间的重要占地面积。然而，构成腔室的整个后壁的门会提供将微影系统的组件移至腔室中及移出腔室的最大宽度及高度，此为具有模块化设计的微影系统的重要优势。此使得可滑出模块且随后进行例如进行维修的更换而无需进入真空腔室。
门402可由不锈钢、铝或其他适合材料或材料组合(包括例如前述夹层壁结构)建构。类似于腔室壁，门优选包括一个或多个镍铁高导磁合金层以与外部磁场分隔。为减少门的重量同时保持所需刚性，门板406优选包括竖直和/或水平加强梁或桁梁407。门的外部边缘亦可例如通过与门的外周边或内周边连接的条状加强部件加强。
门优选向上基本竖直打开，以使微影机所需的占地面积减至最小。此配置使得另一设备或壁可相对紧密地接近微影机的背面定位，或避免门阻断所需工作或进入空间。
在一些实施例中，门安装于铰接臂上以使得门可向上摆动。图5A-5D的实施例使用此设计。此实施例采用门的每一侧以平行四边形配置的两个臂410。臂410与门402经由杆414可旋转地连接。臂410允许门402以弧形移动，其中当门处于关闭位置时臂自铰接位置411向下延伸，且当门处于打开位置时臂向上延伸。
可提供致动部件412(诸如电动螺旋轴)以辅助打开及关闭门402，从而部分抵消门的重量。致动部件412倾斜向上延伸，其下端接近门且其上端与远离门且接近臂的枢轴点411的臂410连接。亦可提供替代性构件达成此目的，例如平衡锤或弹簧。当门处于关闭位置时，门402的重量以及臂410之几何结构推压门抵靠腔室壁。如图5A所示，当门关闭时，臂410相对较长且所呈现与竖直方向的角度相对较陡，使得由门402的重量及重力提供大的关闭力。此关闭力优选足以达成在腔室中产生真空所需的初始密封。
门402的外部边缘抵靠真空腔室400的壁形成密封。出于此目的，可将平坦条状物与腔室的上壁、下壁及侧壁连接以与门周边周围的相应平坦区域配合。在平坦条状物或门周边的表面上提供O形环，且优选提供两个配置为内部及外部O形环的O形环。
为提供令人满意之密封使得可在真空腔室中保持所需真空，门应实质上平坦，使得其配合抵靠腔室的壁而无空隙。门优选以约0.1mm之最大间隙配合抵靠腔室，以使真空抽吸系统在腔室中产生足够的真空压力，使得门由腔室外的环境压力挤压抵靠O形环，以使得可达成完全真空压力。门的所需平坦性可通过在建构门之后例如通过研磨使其外部边缘变平坦而达成。
由于门的重量及臂的几何结构而产生的关闭力优选足以达成初始密封而无需再向门施加力。若达成初始密封，则真空抽吸系统的操作将牵拉门以抵靠O形环，且可达成腔室中的完全真空压力。亦可使用锁定凸耳或螺钉416来确保门402抵靠腔室壁密封。
板417定位于真空腔室400的前壁中，包括用于接受来自晶圆装载系统的晶圆的沟槽418。亦包括额外开口419以使致动器杆自腔室外的平台致动器进入真空腔室。平台致动器使腔室内的平台移动以使得可由微影机扫描晶圆。平台致动器典型使用电动马达使平台产生所需机械移动，且此等电动马达产生可干扰微影机所用的带电粒子束的电磁场。为避免此干扰，将平台致动器定位于腔室的镍铁高导磁合金屏蔽以外。来自平台致动器之杆经由腔室壁中的洞419进入真空腔室以使腔室内的平台移动。真空腔室之前壁优选由较厚实心板建构以容纳开口。
在真空腔室的一些实施例中，门由提升系统打开，该门在提升时每一侧均受到引导。图12A-12C所示的一个该实施例具有提升系统450，该系统包含电动起重器451以在门的每一侧使用链条提升门402。适用于此实施例的起重器为例如Demag起重器型号DCS-Pro 5-500。绞盘亦可与线缆、缆绳、绳或其他可挠性提升元件或其他非挠性提升元件(诸如齿条)一起使用。然而，链条因具有低弹性而为优选的，因为其适合于洁净室环境，因为链条离开及进入起重器之角度及位置恒定(与卷绕于绞盘之卷筒上时会改变角度及位置的线缆相比)，且因为其在所有方向上均具有挠性。
提升系统450具有引导元件以至少在打开的第一阶段在竖直及水平方向上引导门。由框架456支撑的呈导轨形式且在实质竖直方向上延伸的门导向件452提供于门的每一侧，其中下端的倾斜部分453以约45度之角度朝向门402引导导轨。引导销或滚轴454优选从门的每一侧伸出以与导轨452啮合，当门打开及关闭时，引导销沿导轨所形成的槽滑动。引导销454可与门板或优选与门加强梁455直接连接。当门402打开时，门导向件452的配置使门最初向上且向外移动(在此实施例中以45度的角度)，继而竖直或几乎竖直移动直至门完全升高至高于真空腔室之顶壁，从而无阻碍地进入腔室内部。
当门402关闭时，门最初竖直或几乎竖直移动，且随后抵靠腔室向下及向内以一定角度移动至关闭。对于前述实施例，门优选以约0.1mm之最大间隙配合抵靠腔室。由于门的重量及门导向件的几何结构而产生的关闭力优选足以达成初始密封而无需对门再施加力。若达成初始密封，则真空抽吸系统的操作将抵靠O形环牵拉门，且可达成腔室中的完全真空压力。较小的初始密封可使用呈共用配置的大容量泵在某种程度上得到补偿，该共用配置为例如先前参考图11论述的配置。亦可使用锁定凸耳或螺钉416来确保门402抵靠腔室壁密封。
门402的外部边缘亦可例如经与门的外周边或内周边461连接的条状加强部件460加强。门的外部边缘抵靠真空腔室的壁形成密封。可将平坦条状物463与腔室之上壁、下壁及侧壁连接以与门周边周围的相应平坦区域461配合。在平坦条状物463或门周边461的表面上提供O形环，且优选提供两个配置为内部及外部O形环的O形环。
亦提供引导元件457以在门402打开及关闭时引导链条。在图12A-12C之实施例中，链条槽与门导向件452并排提供。链条一端在位置458处与腔室一侧的框架连接。链条沿右侧门导向件452向下，围绕右链条引导元件457，经过过道465中门402的外侧，围绕左链条引导元件457，沿左侧门导向件452向上，围绕框架452上端的第三链条引导元件(459)且经过起重器451。此配置在仅使用一个起重器时将所需提升力减半。
链条引导件457优选定位在门402下部、低于门加强梁或与门加强梁连接，且优选建构为滚轴、轮或能够引导链条同时向门传递提升力的其他元件。
尽管此实施例使用链条系统，但亦可使用与门直接连接或经由与门连接的引导滑轮或滚轴传递提升力的其他提升元件。亦可使用经由挠性提升元件或刚性臂或支柱提升门的气动或液压提升系统。
起重器或绞盘马达或致动器优选定位于腔室上方，由框架456支撑。这使得可有效使用加工车间占地面积，因为提升设备随后使用容纳门的打开高度所需的竖直空间。出于安全之目的，绞盘或起重器可自锁定或具有锁定装置。设备支架亦宜定位于真空腔室上方，亦由框架456支撑。这些支架优选用于置放高压控制电路及射束转换及射束扫描偏转电路，其优选定位成紧密接近真空腔室中之微影机。此使得可有效使用加工车间占地面积。
本发明已参考上述特定实施例加以描述。应注意，已描述如本领域普通技术人员已知之各种结构及替代物，其可与本文所述任何实施例一起使用。此外，应了解在不背离本发明的精神及范畴的情况下，这些实施例易于产生本领域普通技术人员所熟知的各种修改及替代形式。因此，尽管已描述特定实施例，但这些实施例仅为实例且不限制本发明范畴，本发明范畴在随附权利要求中进行界定。

Claims (43)

1.一种带电粒子微影设备(100)，包括：
带电粒子源(101)，其用于产生一个或多个带电粒子束(123)；
带电粒子投射器(108、109、110)，其用于将所述束投射于晶圆上；和
可移动晶圆平台(132)，其用于运载所述晶圆(130)；
其中所述带电粒子源、带电粒子投射器和可移动晶圆平台被布置于形成真空环境的共用真空腔室(140、400)中，且其中所述真空腔室包括用于将晶圆装载至所述腔室中的开口(418)、和门(402)。
2.如权利要求1所述的设备，其中所述真空腔室具有矩形占地区域。
3.如权利要求2所述的设备，其中所述真空腔室具有矩形侧面。
4.如权利要求1所述的设备，其中所述真空腔室具有盒形形状。
5.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述门(402)被定位于所述腔室(400)的与用来装载晶圆的开口(418)相对的壁上。
6.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述门(402)构成所述腔室(400)的一整个壁。
7.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)的壁包括铝。
8.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)的壁的内表面被镍铁高导磁合金覆盖。
9.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)的壁包括复合结构，所述复合结构包括一个或多个镍铁高导磁合金层(603、605)。
10.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)的壁包括复合结构，所述复合结构包括铝层(601、607)和镍铁高导磁合金层(603、605)，所述铝层与所述镍铁高导磁合金层被多个间隔部件(604、606)分隔开。
11.如权利要求10所述的设备，其中所述复合结构另外包括与所述镍铁高导磁合金层(603)由多个其他间隔部件(606)分隔开的另一镍铁高导磁合金层(605)。
12.如权利要求11所述的设备，另外包括一个或多个电绝缘层以使所述镍铁高导磁合金层(603、605)绝缘。
13.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中伸入所述腔室(400)中的部件被波纹管结构(712)覆盖，所述波纹管结构(712)包括或覆盖一个或多个镍铁高导磁合金层(704)。
14.如权利要求13所述的设备，其中所述波纹管结构(712)与所述一个或多个镍铁高导磁合金层(704)耦接。
15.如权利要求13所述的设备，其中所述波纹管结构(712)与所述腔室(400)的壁(703)耦接。
16.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)的壁(501、502)胶粘在一起。
17.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述真空腔室(400)设置有提升系统(450)，以通过在竖直方向或主要为竖直的方向上提升所述门(402)来打开所述门。
18.如权利要求17所述的设备，其中所述提升系统(450)设置有引导元件(452、453)，用于至少在打开的第一阶段中在竖直和水平两个方向上引导所述门(402)。
19.如权利要求17或18所述的设备，其中所述提升系统(450)包括起重器或绞盘(451)，用于经由诸如线缆或链条的挠性牵拉部件来提升所述门(402)。
20.如权利要求19所述的设备，另外包括引导元件(457、459)，用于引导所述挠性牵拉部件且向所述门(402)传递提升力。
21.如权利要求20所述的设备，其中所述线缆或链条在一端与上部框架部件(458)连接且环绕所述引导元件(457、459)，另一端与所述起重器或绞盘(451)连接。
22.如权利要求19-21中任一项所述的设备，其中所述起重器或绞盘(451)布置于所述腔室(400)上方。
23.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述真空腔室在所述门(402)的每一侧设置有至少一臂(410)，用于在主要为竖直的方向上打开所述门，所述臂从铰接位置(411)向下延伸以与所述门连接。
24.如权利要求23所述的设备，包括在所述门(402)的每一侧被布置成平行四边形结构的至少两个臂(410)。
25.如权利要求23或权利要求24所述的设备，进一步包括倾斜向上延伸以与所述臂(410)中的一个枢转连接的致动部件(412)。
26.如权利要求25所述的设备，其中所述致动部件(412)包括电动螺旋转轴。
27.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述源(101；152)位于源腔室(150)中。
28.如权利要求27所述的设备，其中所述源腔室(150)包括吸气泵。
29.如权利要求27或权利要求28所述的设备，其中所述源腔室(150)与所述真空腔室(400)通过由致动单元(156)致动的阀门(154)连接。
30.如权利要求29所述的设备，其中所述致动单元(156)包括压电致动器。
31.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述设备的一个或多个子系统建构成独立且可卸除模块，所述可卸除模块包括以下中的一个或多个：
照射光学模块(201)，包括带电粒子束源(101)和射束准直系统(102)；
孔隙阵列和聚焦透镜模块(202)，包括孔隙阵列(103)和聚焦透镜阵列(104)；
射束转换模块(203)，包括子束阻断器阵列(105)；和
投射光学模块(204)，包括射束停止阵列(108)、射束偏转器阵列(109)、和一个或多个投射透镜阵列(110)。
32.如权利要求31所述的设备，进一步包括用于支撑晶圆(130)的晶圆台(209)、用于保持所述晶圆台的夹盘(210)、和短行程平台元件(211)及长行程平台元件(212)。
33.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)设置有接纳电学、光学和/或电力线缆或连线进入所述腔室(400)的端口(420)，所述端口在所述线缆或连线周围提供密封。
34.如权利要求33所述的设备，其中各端口(420)接纳用于所述设备的单个模块的线缆或连线。
35.如权利要求31所述的设备，其中接插板设置于所述真空腔室内，所述接插板包括一个或多个连接器，用于可卸除地连接所述可卸除模块的一个或多个连接器。
36.如权利要求35所述的设备，其中所述腔室设置有一个或多个端口，以允许所述可卸除模块的一个或多个连接器进入所述腔室中。
37.如权利要求33或权利要求34所述的设备，其中至少一个所述端口(420)包括盖(802)和一个或多个镍铁高导磁合金帽(806、807、808)。
38.如权利要求37所述的设备，其中所述端口盖(802)和所述一个或多个镍铁高导磁合金帽(806、807、808)配置为一单元。
39.如权利要求38所述的设备，其中所述端口盖(802)、一个或多个镍铁高导磁合金帽(806、807、808)、穿过所述端口的所述电学、光学和/或电力线缆或连线(810)和端接于所述线缆或连线的连接器(811)被布置成作为一单元进行卸除和替换。
40.如权利要求37-39中任一项所述的设备，其中当所述端口盖(802)关闭时，所述一个或多个镍铁高导磁合金帽(806、807、808)被压靠在相应的镍铁高导磁合金壁层(804、805)上。
41.如前述权利要求中任一项所述的设备，其中所述腔室(400)设置有一个或多个真空泵开口(431、433)，所述开口具有包括镍铁高导磁合金的阀瓣或阀门。
42.一种装置，包括如前述微影设备权利要求中任一项所述的带电粒子微影设备，和用于支撑所述带电粒子微影设备的真空腔室(400)的框架(701、702)，其中所述真空腔室(400)和框架(701、702)经由减振元件(710)彼此耦接。
43.如权利要求42所述的装置，其中所述减振元件(710)为空气弹簧。
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