CN102741968B - 支撑和定位结构、半导体设备系统及用于定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及设置有支撑和定位结构的带电粒子系统，所述支撑和定位结构用于将目标物支撑和定位在工作台上，所述支撑和定位结构包括第一构件和第二构件以及至少一个马达，以相对于所述第二构件移动所述第一构件，其中，设置有屏蔽件来屏蔽至少一束带电粒子束使其免受由所述至少一个马达产生的电磁场的影响，所述支撑和定位结构还包括弹簧，其机械地将所述第一构件连接到所述第二构件，以至少部分承载所述第一构件、工作台和目标物的重量。

Description

支撑和定位结构、半导体设备系统及用于定位的方法

技术领域

本发明涉及设置有支撑和定位结构的半导体设备系统，所述支撑和定位结构包括第一构件和第二构件以及至少一个马达。

本发明还涉及这样的支撑定位结构及其用途。

背景技术

支撑和定位结构广泛用于半导体设备系统中，例如光刻系统和检查系统。在光刻系统的情况下，第一构件为例如晶片载物台，其上可附接半导体晶片。测量系统的一个典型示例是电子显微镜。由于正在纳米范围内改进光刻应用，因此，为了获得高分辨率，需要和光学或电光学系统的提高的分辨率一样的精确定位。

从US4,607,167可知这样的系统的一个示例。已知的系统是带电粒子束光刻机。所述光刻机包括具有电子源的柱状件、照明装置、扫描偏转器和投射透镜。该柱状件位于真空封壳内，从而不干扰电子射束。定位和支撑结构位于真空封壳外部。该支撑结构包括具有露出表面的第一构件，半导体晶片或掩模可放置在所述露出表面上。后文中，术语“晶片”也可理解为包括掩模。所述结构还包括第二构件，所述第二构件包括x轴驱动装置和y轴驱动装置以及定位传感器。线性马达优选用于x-y平面中的平移。三个独立控制的致动器位于第一构件和第二构件之间。晶片到柱状件的距离以及在z-x平面和z-y平面中的角度都随其一起控制。因此实现精确定位。最近，已经提出将Lorenz马达用作第一和第二构件之间的致动器。投射透镜通过直接围绕工作射束的罩，即由铁磁性材料制造的真空封壳的内圆锥表面构件来屏蔽由致动器和线性马达产生的任何电磁场。

已知系统的缺点在于，真空环境限于局部，并且不包括定位和支撑结构。真空环境外部的实际目标物表面的定位在将图案转印到目标物表面时大大提高错误风险。该问题特别对于通过带电粒子束操作的任何系统存在，而且对于其中使用受控氛围的任何其他系统也都存在。还提出将真空环境用于EUV（极紫外）光学光刻系统。在各个装配步骤中可能非常需要具有较低压力的环境，例如用于在受控氛围下形成孔洞——其例如对于一些微机电系统（MEMS）元件而言是需要的。在已知系统中将真空封壳的一部分用作屏蔽件使得还需要另一种屏蔽设计。

从US7,221,463可知另一个示例。已知的半导体设备系统包括具有第一和第二构件的支撑和定位结构。所述定位结构特别地将反光镜定位在设备系统柱状件内。线性马达设置为致动器。这样的马达通常包括线圈和永磁体，其中，线圈设置在第二固定构件上，永磁体设置在第一运动构件上。用于承载第一可动构件自重的弹簧放置在第一构件和第二构件的中心部之间，以减小线性马达沿z方向的推力。该自重补偿弹簧设计成沿自重承载方向和其他五个自由度方向具有非常小的弹簧常数，以使从第二固定构件通过弹簧传递到第一可动构件的振动几乎可以忽略。弹簧可例如为螺旋弹簧，但是其他实施例也是可能的。可存在冷却装置，用于冷却设置在第一可动构件中的光学元件。这些冷却装置优选设置在第二固定构件中，以使光学元件可以非接触方式冷却。非接触冷却装置包括辐射冷却。优选的实施方式是使用Peltier元件的辐射构件的冷却和利用来自辐射构件的辐射的可动部件的冷却。

该已知系统的缺点是，辐射冷却在真空或接近真空环境下不能充分起作用。而且，在辐射冷却之外，Peltier元件的使用使设备系统复杂。这些的复杂性是不期望的，并且应避免的，除非确实需要。

发明内容

因此本发明的目的是提供一种具有定位和支撑结构的半导体设备系统，所述定位和支撑结构可定位在真空中，并且不管怎样都能充分屏蔽其致动器。

实现该目的的方式如下：所述结构包括第一构件和第二构件以及至少一个马达，其中，设置有屏蔽件来屏蔽第一构件的表面使其免受由所述至少一个马达产生的电磁场，所述屏蔽件包括第一屏蔽部件和第二屏蔽部件，所述第一构件包括所述第一屏蔽部件，所述第二构件包括所述第二屏蔽部件，所述第一和第二屏蔽部件朝向彼此可动。

本发明因而产生了包括第一和第二屏蔽部件的屏蔽件。这些屏蔽部件相互装配有一定活动量，所述活动量足以能够适当定位。而且，第一和第二屏蔽部件一起允许充分屏蔽马达。

优选地，第一和第二屏蔽部件包括平面部分和侧部。适当地，所述侧部基本上垂直于所述平面部分延伸。不排除例如半球形侧部等可替代朝向和可替代形状。

最适当的，所述侧部显示相互重叠。已经发现，所述侧部的这样的相互重叠显著提高了屏蔽件的总体性能，即使待屏蔽元件位于马达顶部上而不是其侧部时也是如此。优选的重叠度量表达为这样的侧部之间的距离和重叠长度之间的比率。该长度沿z方向限定，所述z方向为与第二构件的露出表面正交的方向。适当地，重叠长度至少为侧部之间的距离的五倍（fivefold）。更适当的，比例甚至为8，10或大于10。

在优选实施例中，至少一个屏蔽部件包括第一和第二部分，另一个屏蔽部件的侧部在所述第一和第二部分之间延伸。这样的夹层结构证明对于屏蔽场非常有效，所述场特别地为磁场。适当的屏蔽是必须的，同时由至少一个马达产生的磁场可以在一或更大特斯拉数量级，在设备系统的工作部分中允许的磁场小于毫特斯拉或更小。这显然取决于具体的工作部分。包括带电粒子束的工作部分中的允许磁场可能低于装配型设备的工作部分中允许的磁场。在带电粒子束系统中，允许的磁场可能比毫特斯拉低得多，或甚至在纳特斯拉量级。

为了满足将磁场降低到百万分之一特斯拉或更低的级别同时仍能够移动这样的挑战要求，所述至少一个屏蔽部件优选具有梳状结构。这使得两个屏蔽部件一起构成叉指形结构。已经观察到，不是所述结构的所有间隔都需要填充，例如，如果一个屏蔽部件具有梳状结构，所述梳状结构具有例如六个板，则另一个屏蔽部件可具有两组两个板，在所述两组之间具有间隔。

本申请上下文中的术语“移动”不仅仅指沿平行和垂直于露出表面的方向（通常称为x，y和z方向）之一的移动，而且也指在xy平面中、xz平面中和/或yz平面中旋转。换句话说，优选在全部六个自由度中移动。因此，适当的是，可提供充足的马达来用于在所有自由度中移动。这可例如为六个或七个马达。但是，本定位和支撑结构也可用于可获得较少自由度的情况中。示例包括反光镜、投射透镜的组件。

优选地，本发明中能够允许的运动足以进行微调。沿一个方向的侧向平移优选小于1mm，更适当地，小于十分之一毫米。在xy平面中的旋转运动优选小于30毫弧度（mrad），更适当地，小于3毫弧度。

使用叉指形屏蔽件装置以该方式构建支撑结构的有利效果是非常容易组装和分解。叉指形屏蔽件装置不仅能够允许第一和第二屏蔽部件相对运动，而且允许第一和第二屏蔽部件以不会机械干扰所述屏蔽部件的方式设置或分离。

在又一个实施例中，其中支撑和定位结构除了设置有操作状态之外，还设置有非操作状态，在所述非操作状态中，至少一个马达关闭，并且第一和第二构件的相互距离增大，但不影响屏蔽件泄漏。当使所述马达关闭或处于低功率时，确保了用于第一构件的稳定位置。在该实施例中，所述稳定位置为其中所述第一和第二构件的相互距离增大处。特别地，所述距离沿z方向、即平行于屏蔽部件的任何侧部的方向增大或减小。相互距离的增大被限制成不会在屏蔽件中造成泄漏。

在又一个实施例中，支撑和定位结构设置有第一和第二屏蔽部件，第一和第二屏蔽部件为圆形形状。这里第一和第二屏蔽部件之间的重叠部分通过将第一和第二屏蔽部件以同心结构放置来建立。在该实施例中，第一和第二屏蔽部件也可包括其他圆形屏蔽部件，以形成叉指形梳状结构。以该方式，将旋转自由度最大化。

在另一个实施例中，支撑和定位结构设置有第一侧面和相邻的第二侧面，其彼此夹角为钝角例如在90和180度之间的角度。已经证明，该支撑和定位结构的这样的多边形形状能最大化在六个自由度的任一个中的运动自由度。

在本发明的另一方面，提供一种将元件定位在半导体设备系统中的方法。该方法包括将所述元件机械地连接到支撑和定位结构的第一构件的步骤，所述支撑和定位结构还包括第二构件以及至少一个马达；操作至少一个马达以用于将所述第一构件相对于所述第二构件定位，并且使用分布式屏蔽件屏蔽在所述第一构件上方的柱状件使其免受由所述至少一个马达产生的电磁场的影响，所述分布式屏蔽件包括第一和第二屏蔽部件，其使所述第一构件能够在所述马达的操作下相对于所述第二构件移动。

在本发明的第二方面中，所述半导体设备系统的支撑和定位结构包括第一构件和第二构件；机械地连接所述第一构件和所述第二构件的弹簧；和多个电磁马达，以将所述第一构件相对于所述第二构件移动。所述结构设置有操作状态和非操作状态，在所述非操作状态中，所述马达中的至少一些处于低功率模式。

以低功率模式操作马达对散热具有积极影响，特别是当马达在低功率模式中关闭时。本发明人现在已经发现，所述马达中的至少一些可处于低功率模式，即定位结构首先进入非操作状态。所述结构在该非操作状态中设置有用于所述自由度中的至少一些的预定结构。虽然所述非操作状态不允许精确定位，但是在这样的非操作状态中不需要精确定位。定位和支撑结构旨在用于微调。在进行大尺度的移动时，不需要微调。只要目标物不存在，就不需要微调。在操作过程中，定位阶段后可能会跟着固定阶段——不改变位置、但是需要固定位置以对抗机械振动。在这样的情况下，需要较少的微调。在全部这些情况下，定位和支撑结构可处于非操作状态中。该非操作状态可包括自由度的固定，其需要将大部分能量用于控制和定位，同时仍允许在不需要微调的情况下进行自由度的控制和定位。

总之，非操作状态的使用支持了适用于真空环境的节能操作。特别地，这样的节能操作允许在一个目标物例如晶片上进行操作，而不需要进行中间重新校准。这样的重新校准是因为温度中的变化以及随之的尺寸变化而导致。术语“在目标物上进行操作”在本文中是意在表示能够由所述设备系统进行的用于一个完整晶片（或由使用者限定的其相关部分）的操作。这样的操作可以是图案的转印、检查步骤、装配步骤等。

优选地，非操作状态的位置也用作参照位置。在又一种实施方式中，弹簧的有效长度在非操作状态中要比在操作状态中更长。以该方式，第一和第二构件之间的距离增大。所述距离特别是沿z方向即与第一构件的主表面正交的方向的距离。

特别地，设置传感器以用于对元件从所述第一构件的去除进行感测，所述传感器连接到控制装置，所述控制装置控制操作状态和非操作状态之间的转变，所述控制装置关闭所述马达。传感器的使用是用来限定到所述非操作状态的转变的适当的实施方式。可替代地和/或附加的，到所述非操作状态的转变可根据与所述系统内的其他动作比较来开始，和/或在所述定位器中的一个已经完成预定的定位布置之后开始。适当地，设置有弹簧座以用于限定弹簧的最大长度。当元件从所述构件去除时，作用在弹簧上的反力通常减小。结果，弹簧将呈现较大的长度。但是附加的伸长可能太大，以至于不能确保稳定的并且良好限定的位置和/或良好限定的伸长。良好限定的伸长特别与如之前讨论的具有呈叉指形结构的第一和第二屏蔽部件的屏蔽件的情况相关。现在，弹簧座限定最大位置。适当地，存在不止一个弹簧座，从而不仅限定最大伸长，而且限定用于其他自由度的固定位置。

在另一个方面，提供一种在半导体设备系统中将元件定位的方法。所述方法包括以下步骤：将所述元件机械地连接到支撑和定位结构的第一构件，所述支撑和定位结构还包括第二构件和至少一个马达；在操作状态中操作所述至少一个马达，以将所述第一构件相对于所述第二构件定位，并且使所述支撑和定位结构进入非操作状态。适当地，所述方法包括又一个步骤，即，使所述支撑和定位结构返回到所述操作状态。

附图说明

将进一步参照附图说明本发明的这些和其他方面，附图中：

图1显示了本发明的带电粒子系统的简化示意性剖视图；

图2显示了根据本发明的处于操作状态的微调定位和支撑结构的一个实施例的示意性剖视图；

图3显示了图2的实施例的非操作状态的示意性剖视图；

图4显示了带电粒子多束光刻系统的一个实施例的简化示意图；

图5显示了带电粒子系统中的定位和支撑结构的一个实施例的简化示意图。

具体实施方式

附图中，相似的附图标记涉及相似或至少相当的技术特征。附图没有按比例绘制，并且仅用于示例目的。附图显示了不旨在以任何方式限制权利要求的示例。

图1显示了根据本发明的半导体设备系统1的示意性剖视图。本图中所示的设备系统1是具有柱状件110的系统，更具体地是光刻系统或检查系统。特别地，这是其中带电粒子束发射到目标物24表面上的系统。该目标物24例如为半导体晶片或掩模，但是不排除例如组件载体等其他目标物。

在操作时，柱状件110向目标物24发射射束。在光刻系统的情况下，发射射束将图案转印到目标物24的表面的至少大部分。此外，柱状件110需要相对于目标物24移动或目标物24需要相对于柱状件110移动。通常，目标物24和下面的结构移动。目标物由定位和支撑结构——也称为载物台——支撑，所述定位和支撑结构通常包括几个元件。

存在用于在基本上平行于目标物的平面——后文称为x-y平面——中移动和旋转的平移和旋转装置150。平移和旋转装置150可包括几个元件，用于沿不同方向分别移动，并且用于不同的移动尺度。平移和旋转装置150和载物台的其他部分通过支撑件151连接到基部框架170。这些支撑件穿过腔室壁160。腔室壁160确保封闭腔室161中的可控的操作氛围。适当地，腔室中的氛围为真空，更优选地，为高或超高真空。

微调定位和支撑结构140位于平移和旋转装置150的顶部上。适当地，其包括用于以六个自由度微调目标物24的位置（即在目标物24平面中的侧向（x-y）尺寸、与所述目标物24平面正交的垂直（z）尺寸，以及在x-y、x-z和y-z平面中的旋转）的定位器45。由这些定位器45提供的移动有效地实现其第一构件41相对于其第二构件42的移动。定位器45通常为电动马达，更优选地为线性马达，最优选为Lorenz马达。定位器45的数量取决于这样的定位器的选择和性能。通常，使用6到10个单独的定位器。存在屏蔽件43，用于防护腔室161免受在定位器45的操作过程中产生的磁场。屏蔽件43在该附图1中显示为仅位于所述结构140的侧面上。但是，屏蔽件可适当地布置以封闭所述微调结构140。根据本发明的一个方面，屏蔽件包括第一和第二屏蔽部件，所述第一屏蔽部件连接到所述第一构件41，所述第二屏蔽部件连接到所述第二构件42，其中，所述第一和第二屏蔽部件相对于彼此可动。

微调结构140的第一构件41附接到卡盘130。该卡盘130支撑晶片台120，目标物24位于所述晶片台120顶部上。晶片台120通常可重复地附接到卡盘130，以能够有效地转移目标物24。通常，进行这样的转移来将目标物24移动到进行后续制造步骤的另一个半导体设备系统。

用于制造高级集成电路的光刻系统和掩模提供在深亚微米级下的光刻，特别是提供具有小于100nm的最小尺寸的光刻。正在进行的改进甚至将这样的深亚微米级延伸到小于30nm的最小尺寸。在这样尺寸下的充分操作不仅仅需要柱状件110内先进的光刻或电光刻装置，而且需要载物台中的非常精确和并且控制良好的定位。而且，通常由于马达和其他元件的操作而产生的干扰易于使定位不符合所需规定。一种类型的干扰为产生的热：载物台被加热一摄氏度或更少就可能会使定位不符合规定。另一种类型的干扰是产生杂散场，特别是磁场。基于带电粒子束的光刻系统和检查系统对该类型的干扰特别敏感，因为任何磁场或电场可导致这样的带电粒子束的轻微的不可控制的偏转。这样的偏转将使图案不能按照规定转印到目标物24的表面，因此导致目标物24的通常不可挽回的损失。对腔室161中的磁场的要求非常严格，例如纳特斯拉级的磁场是允许的，而电机通常产生特斯拉级的磁场，换句话说，需要高达万亿或更高的磁场强度比率。并且另外期望微调结构140处在受控氛围的腔室161内。

本发明克服该问题的手段是，微调结构140设置有分布在第一和第二构件41,42上的屏蔽件43，以使第一和第二屏蔽部件相对于彼此可移动，并且仍然能够充分屏蔽微调结构中的磁场。适当地，小于0.1%，更适当地，小于1ppm（百万分率）的磁场通过分布在第一和第二构件41,42上的屏蔽件。屏蔽件在第一和第二构件上的分布证明比单独封装每一个定位器45来屏蔽其磁场更有效。不仅（作为微调结构140的封装的一部分的）在构件41,42上的分布体积较小，而且由全部定位器45一起产生的磁场可能更规则（波动更小），并且至少幅度比由单个电机45产生的磁场相对更小。另外，屏蔽件在第一和第二构件上的分布允许在最应屏蔽的区域处重点屏蔽。该区域特别由微调结构140的一个或多个侧面构成。与此相对应的，将定位器设置成主磁场方向为侧向——例如朝向侧面之一——是适当的。这通过构成电机45的板的竖直取向来实现。

在优选实施例中，屏蔽件43由第一和第二屏蔽部件构成，第一和第二屏蔽部件分别为第一和第二构件41,42的一部分，所述第一和第二屏蔽构件彼此具有重叠区域。更适当地，第一屏蔽部件设置在第二屏蔽部件中间（in between）。这显著增大电磁场的泄漏路径长度，并且仍允许沿竖直Z方向移动。优选地，这样的屏蔽部件成形为梳状结构。所述第一和第二屏蔽部件的所述梳状结构设计成装配在一起。该类型的结构提供充分的屏蔽，同时留下了足以以所有六个自由度进行微调移动的空间。

在甚至又一种实施方式中，微调结构设置有多个侧面，以使第一侧面和相邻的第二侧面包括大于90度并且小于180度的角，优选在120度和180度之间。已经观察到，在微调结构140中使用这样的斜角允许更大的移动。该观察结果已经与锐角进行了比较，并且特别地涉及旋转自由度（xy，xz和yz平面）。使用没有任何（或多或少的）笔直侧面的例如椭圆或圆形侧面的微调结构140证明特别地限制平移自由度（x，y）。

图2和图3以剖视图示意性地显示了本发明的微调结构140，其为优选结构，并且除了操作状态之外，还具有非操作状态的附加功能。图2中显示了处于操作状态的结构140，图3显示了处于非操作状态的结构140。非操作状态为电机45变为低功率模式并且定位被固定的状态。电机45优选在所述低功率模式中全部关闭。或者，仅一些关闭，和/或一些电机在低功率下操作或进入“待机”结构。非操作状态具有至少两个主要优点：第一，由于电机45的低功率状态，微调结构140的发热以较低速率发生或根本不发生。第二，当适当地实施时，非操作状态可用作参考位置。

图2和3另外显示了具有第一屏蔽部件43a和第二屏蔽部件43b和一些其他有利特征的屏蔽件43的优选实施方式。优选地，除热装置，例如散热器或热导体等设置在第二构件42和平移和旋转装置150之间。此外，将从目标物24离开的热传导设计成比朝向目标物24的热传导效率更高。第一构件41——其为用于定位精度的最相关元件——因而哪怕一点点升温和/或温度变化都会受到影响。

图2和3中所示的另一个特征是在外屏蔽件143中提供叉指形（interdigitated）结构，其中，重叠板的数量至少为5个。五层屏蔽件和四层屏蔽件之间的屏蔽效果方面的差异已被证明比五层屏蔽件和六层屏蔽件之间的屏蔽效果方面的差异大得多。图2和图3中所示的屏蔽件实施方式的又一个必要特征是屏蔽件在微调结构140的顶侧141和底侧142处的连续性。这样的连续性使得泄漏更可能分别在边缘处和/或屏蔽部件43a，43b和第一或第二构件41,42的其余部分之间的机械连接部处。用于屏蔽件43的各个部分的这种隔离的材料对于技术人员是已知的。用于屏蔽件的一种适当的材料是所谓的μ材料。

弹簧44、传感器49和限位器47是进入非操作状态的相关元件。图2和3仅显示了一个传感器49和一个限位器47，但是应可理解，多个传感器和限位器，例如2,3,4,5或6是可行的，需要控制的每个自由度使用一个。代替一个弹簧，可存在多个弹簧。弹簧可具有螺旋结构，但是不是必须的。其他具有弹簧特性的元件——包括磁性吸附元件和排斥磁体——可以被替代性地使用。弹簧优选地被调节用于承载第一构件41、卡盘130和晶片台120的自重。以该方式，弹簧可设计成沿自重承载方向和其他五个自由度方向具有非常小的弹簧常数，以使从基部框架170通过弹簧44传递到晶片台120的振动几乎可忽略。另外，可抑制马达的发热。

可根据各种开始信号进入非操作状态。一个这样的开始信号为由中央控制器提供的电信号。当没有功率可用时和/或用于查看参考位置时，这样的中央控制器可根据特定的用户指示且根据故障检测来提供信号。另一个这样的开始信号是微调结构140支撑的重量的突然改变，更具体地是突然的重量减小。该突然的重量减小例如是由于移除晶片台120而产生，并且倾向于使第一构件41向上、即远离第二构件42升高。传感器49为专用于感测位置中这样的变化的传感器。适当地，传感器在设置于第二构件42上的同时光学感测距第二构件41的距离。但是这仅为一种实施方式。传感器49可以可替代地设置在第一构件41上，并且可以利用可替代的感测原理，包括运动感测，例如通过磁阻式传感器或基于MEMS加速度计。

在进入非操作状态之后，第一构件41的位置通过一个或多个机械锁定件47固定。如本身对机械领域技术人员熟知的，多种机械锁定件47适用于此。机械锁定件47的类型往往取决于进入非操作状态时微调结构49进入的位置。一个有利的位置是升高位置。当位于以一系列叉指形板实现的屏蔽件43的类型中时，这样的位置防止板彼此接触。这样的升高位置另外允许校正和/或抑制掉通过平移和旋转装置150到达微调构件140的一些机械变化。在升高位置被选择为非操作状态的情况下，机械锁定件47可设置为距离限位器，也称为止动部。距离限位器47或多个距离限位器有效地限制弹簧44伸长到最大长度。图2显示了在操作状态中，这样的距离限位器47是如何不起作用的。图3显示了在非操作状态中距离限位器47有效地限制弹簧44的伸长。高度范围设计为使第一和第二屏蔽部件43a，43b彼此重叠。更具体地，该重叠要足以符合屏蔽要求。距离限位器47的所示位置和操作状态和非操作状态之间的定位差异都仅仅出于示例目的，并且没有按比例绘制。还观察到，距离限制器47可以可替代地设置在相反方向，例如其限制部分附接到第二构件而不是第一构件。

图4显示了基于电子束光学系统的多束带电粒子光刻系统1的实施例的简化示意性视图，全部电子射束没有共同的交叉点。这样的光刻系统在例如美国专利No.6,897,458、6,958,804、7,084,414和7,129,502中有所描述，其全文在此以引用方式并入本文中。这样的光刻系统适当地包括产生多束射束的射束发生器、将所述射束图案化为调制射束的射束调制器和用于将所述射束投射到目标物表面上的射束投射器。射束发生器典型地包括射束源和至少一个孔阵列。射束调制器通常为具有射束偏转器阵列和射束止挡器阵列的射束熄灭装置（blanker）。射束投射器通常包括扫描偏转器和投射透镜系统。图4没有清楚地显示本发明的定位和支撑结构。

在图1中所示的实施例中，光刻系统包括电子源3，用于产生均匀的扩张电子射束4。电子射束能量优选保持相对低，在约1到10keV范围内。为了实现这一点，加速电压优选低，电子源优选相对于处于地电势的目标物保持在约-1到－10kV之间，但是也可使用其他设置。

来自电子源3的电子射束4通过双八极管，随后通过用于将电子射束4准直的准直透镜5。如可理解的，准直透镜5可以是任何类型的准直光学系统。随后，电子射束4撞击在射束分裂器上，所述射束分裂器在一个适当实施例中是孔阵列6。孔阵列6阻挡部分射束，并且使多个射束7通过孔阵列6。孔阵列优选包括具有通孔的板。因而，产生多个平行电子射束7。所述系统产生大量射束7，优选约10,000到1,000,000束，但是当然可以使用更多或更少的射束。应注意的是，其他已知的方法也可用于产生准直射束。

多个电子射束7通过图中未示出的会聚透镜阵列，其将电子射束7中的每一束聚焦在电子射束熄灭装置阵列9的平面中。该射束熄灭装置阵列9优选包括多个熄灭装置，所述熄灭装置中的每一个都能够偏转一个或多个电子射束7。射束熄灭装置阵列9包括射束止挡器阵列10和调制装置8。根据来自控制装置60的输入，调制装置8赋予电子射束8图案。图案将通过位于端部模块中的部件而定位在目标物表面13上。

在该实施例中，射束止挡器阵列10包括用于使射束通过的孔阵列。射束止挡器阵列的基本形式包括设置有通孔的基底，所述通孔通常为圆孔，但是也可使用其他形状。在一个实施例中，射束止挡器阵列8的基底由具有规则间隔开的通孔阵列的硅晶片形成，并且可涂覆金属表面层，以防止表面带电。

在一个实施例中，射束止挡器阵列10的通道与射束熄灭装置阵列9的元件对准。射束熄灭装置阵列9和射束止挡器阵列10一起操作来阻挡射束或使射束通过。如果射束熄灭装置阵列9将射束偏转，则射束将不会通过射束止挡器阵列10中的相应孔，而是将由射束熄灭装置阵列10的基底阻挡。但是如果熄灭装置阵列9不使电子射束偏置，则射束将通过射束止挡器阵列10中的相应孔，并且然后作为点而投射到目标物24的目标物表面13上。

光刻系统还包括控制装置60，所述控制装置60包括数据存储器61、读出装置62和数据转换器63。控制装置60可与系统的其余部分远距离设置，例如设置在清洁室的内部部件的外部。使用光纤纤维64将承载着图案数据的经调制射束传送到投射器65，其将纤维的端部（示意性图示在板15中）投射到电子光学装置18中——这里投射到调制阵列9上。来自每一个光学纤维端部的调制的光束8投射在射束熄灭装置阵列9上的调制器的光敏感元件上。每一个射束14承载图案数据的一部分，用于控制一个或多个调制器。适当地，利用发射装置17能够使投射器65与纤维端部处的板15适当对准。

随后，电子射束7进入端部模块中。后文中，术语“射束”指“调制射束”。这样的调制射束有效地包括时序部分。一些这些序列部分可具有较低的强度，并且优选具有零强度，即在射束止挡器处被止挡的那部分。一些部分将具有零强度，以允许射束定位到用于随后扫描周期的开始位置。

端面模块优选构造成可插入的且可更换的装置，其包括多个部件。在该实施例中，端部模块包括射束止挡器阵列10,、扫描偏转阵列11和投射透镜装置12，但是不是所有这些部件都需要包括在端部模块中，并且其可有不同的布置。端部模块除了其他功能外将提供约100到500倍——优选尽可能大，例如在300到500倍范围内——的缩小倍率。端部模块优选如下面所述偏转射束。在离开端部模块之后，射束7撞击设置在目标物平面处的目标物表面13上。对于光刻应用，目标物通常包括设置有带电颗粒敏感层或耐受层的晶片。

在通过射束止挡器阵列10之后，这样调制的射束7通过扫描偏转阵列11，其提供每一个射束7沿基本上竖直于未偏转射束7的方向的X和/或Y方向的偏转。在该发明中，偏转阵列11为扫描静电偏转器，其能够用于相对小的驱动电压的应用，如将在后文说明的。接下来，射束21通过投射透镜装置12，并且投射在在目标物平面中的目标物（通常为晶片）的目标物表面13上。投射透镜装置12将射束聚焦，优选产生直径约10到30纳米的几何斑点尺寸。在该设计中的投射透镜装置12优选提供约100到500倍的缩小倍率。在该优选实施例中，投射透镜装置12有利地靠近目标物表面13设置。

这样的高质量投射与获得提供可再现结构的光刻系统相关。通常，目标物表面13包括基底顶部上的抗蚀膜。抗蚀膜的部分将通过应用带电粒子束即电子来化学改性。由于该结果，抗蚀膜的受辐射部分将在显影剂中或多或少可溶解，形成晶片上的抗蚀图案。晶片上的抗蚀图案可随后转印到下面层——即通过实施半导体制造领域中已知的蚀刻和/或沉积步骤。显然，如果辐射不均匀，则抗蚀图案可能不会以均匀模式显影，导致图案中的错误。而且，很多这样的光刻系统利用多个射束。偏转步骤应使得辐射没有差别。

图5显示了带电粒子系统1中的定位和支撑结构140的一个实施例的简化示意图。适于承载例如晶片等目标物的第一构件41通过电动马达45和弹簧44、以第一构件41和第二构件42可朝向彼此以及分开地移动的方式耦联到第二构件42。为了清楚，仅显示了两个电动马达，该数量可适当更高，以允许在六个自由度中定位。第一屏蔽部件43a固定到第一构件41，第二屏蔽部件43b固定到第二构件42。屏蔽部件43a和43b重叠，以使屏蔽件完整。当电动马达45相同地致动时，第一构件41和第二构件42将相对于彼此移动，同时保持彼此平行。此时，屏蔽部件43a和43b之间的重叠保持足以使屏蔽件完整。通过以非相同方式致动电动马达45的每一个，第一构件41和第二构件将也相对于彼此移动，并且也将倾斜，不保持平行。此时，屏蔽部件43a，43b之间的重叠保持足以使屏蔽件完整，同时，屏蔽部件43a，43b之间的间距允许倾斜而不使屏蔽部件接触。弹簧44不仅自由伸缩，而且允许移动来便于第一构件41和第二构件42倾斜。

除了前面的描述和介绍部分，本发明除了下面的权利要求还涉及所有附图中没有进一步说明的细节和方面，但是所述细节和方面可由本领域技术人员从附图直接并且明白地获得。

Claims (27)

1.一种带电粒子系统(1)，其设置有用于将目标物(24)支撑和定位在工作台(120)上的支撑和定位结构(140)，所述支撑和定位结构(140)包括第一构件(41)和第二构件(42)以及至少一个马达(45)，以相对于所述第二构件(42)移动所述第一构件(41)，其中，设置有屏蔽件(43)以屏蔽至少一束带电粒子束使其免受由所述至少一个马达(45)产生的电磁场的影响，

其中，所述屏蔽件(43)封闭所述支撑和定位结构(140)并且包括第一屏蔽部件(43a)和第二屏蔽部件(43b)，所述第一屏蔽部件连接到所述第一构件(41)，所述第二屏蔽部件连接到所述第二构件(42)，所述第一构件(41)和所述第二构件(42)至少部分通过组合在一起的所述第一屏蔽部件(43a)和所述第二屏蔽部件(43b)来屏蔽，所述第一和第二屏蔽部件能够朝向彼此移动，其中，所述第一和第二屏蔽部件各自均包括基本上平行于所述第一构件(41)的主表面延伸的平面部分和朝向与所述平面部分不同的侧部，所述第一和第二屏蔽部件的侧部重叠，

所述支撑和定位结构还包括弹簧(44)，所述弹簧机械地连接所述第一构件(41)和第二构件(42)，以至少部分承载所述第一构件(41)、工作台(120)和目标物(24)的重量。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件中的至少一个包括平行延伸的第一和第二板，以使另一个屏蔽部件的所述侧部在所述第一和第二板之间延伸。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件中的至少一个包括多个板，以在剖视图中构成梳状结构。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件这两个屏蔽部件都包括多个板，所述多个板布置用于构成叉指形结构。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述叉指形结构被设置用来允许所述第一和第二屏蔽部件之间的旋转和平移。

6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述定位和支撑结构设置有第一侧面和相邻的第二侧面，所述第一侧面和第二侧面之间具有在90度和180度之间的夹角。

7.根据权利要求1所述的系统，其中，所述屏蔽件为圆形。

8.根据权利要求1所述的系统，其中，马达被设置用来提供6个自由度。

9.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个马达为洛伦兹马达。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统在受控氛围下操作。

11.根据权利要求10中所述的系统，其中，所述受控氛围包括真空环境。

12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统为选自由测量系统和光刻系统构成的组的系统。

13.根据权利要求1所述的系统，其中，所述系统包括柱状件，所述柱状件用于将至少一束带电粒子束投射在目标物表面上。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支撑和定位结构具有操作状态和非操作状态；在所述操作状态中，所述马达切换为相对高的功率模式，并且主动定位所述目标物；在所述非操作状态中，所述至少一个马达处于低功率模式或关闭。

15.根据权利要求14所述的系统，其中，在所述非操作状态中，通过所述弹簧将所述第一构件压靠于止动部。

16.根据权利要求14所述的系统，其中，所述弹簧在非操作状态中的有效长度大于在操作状态中的有效长度。

17.根据权利要求14、15或16中所述的系统，还包括至少一个传感器，用于对元件从所述第一构件上的去除进行感测，所述至少一个传感器连接到对操作状态和非操作状态之间的转换进行控制的控制装置，所述控制装置关闭所述马达。

18.根据权利要求16所述的系统，还包括弹簧座，其限定所述弹簧的最大长度。

19.根据权利要求14、15、16、18中任一项所述的系统，还提供锁定结构，用于在非操作状态中锁定所述第一构件的位置。

20.根据权利要求14、15、16、18中任一项所述的系统，其中，所述第一构件具有自重，所述弹簧承载所述第一构件的自重，同时所述马达确定所述第一构件相对于所述第二构件的位置。

21.根据权利要求16所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件中的每一个在相应的所述第一、第二构件的外周设置有由多个板构成的梳状结构，所述第一和第二屏蔽部件的所述板相互交叉，其中，所述屏蔽件设计成用于在非操作状态中持续屏蔽。

22.根据权利要求21所述的系统，其中，所述第一和第二屏蔽部件的板沿平行于所述弹簧的延伸方向的方向具有相互重叠长度，所述相互重叠长度大于弹簧在从操作状态转变为非操作状态时的长度增大量。

23.根据权利要求14、15、16、18、21中任一项所述的系统，其中，所述弹簧包括中空弹簧，其以可自由活动的方式设置在所述定位和支撑结构中，以允许垂直于所述弹簧的中心轴线的移动。

24.一种用于根据权利要求1所述的带电粒子系统的支撑和定位结构(140)，所述支撑和定位结构(140)包括第一构件(41)和第二构件(42)；还包括机械连接第一构件(41)和第二构件(42)的弹簧(44)以及多个电磁马达(45)，以相对于所述第二构件(42)移动所述第一构件(41)，其中，所述支撑和定位结构具有操作状态和非操作状态；在所述操作状态中，所述马达(45)切换到相对高功率模式，并且主动定位所述目标物；在所述非操作状态中，所述至少一个马达(45)处于低功率模式或关闭。

25.用于半导体设备系统中的根据权利要求1所述的带电粒子系统，所述半导体设备系统包括定位和支撑结构(140)，所述定位和支撑结构包括第一构件(41)和第二构件(42)以及至少一个马达(45)，以相对于所述第二构件(42)移动所述第一构件(41)，其中，设置有屏蔽件以屏蔽所述第一构件(41)上方的柱状件以使其免受由所述至少一个马达产生的电磁场的影响，所述屏蔽件包括第一屏蔽部件(43a)和第二屏蔽部件(43b)，所述第一构件(41)包括所述第一屏蔽部件(43a)，所述第二构件(42)包括所述第二屏蔽部件(43b)，所述第一和第二屏蔽部件能够朝向彼此移动，所述定位和支撑结构还包括弹簧(44)，所述弹簧机械地连接所述第一构件(41)和所述第二构件(24)，以至少部分承载所述第一构件(41)、卡盘、工作台和目标物的重量。

26.一种在带电粒子系统中定位元件的方法，包括以下步骤：

将所述元件机械地连接到支撑和定位结构(140)的第一构件(41)，所述支撑和定位结构还包括第二构件(42)和至少一个马达(45)；

操作所述至少一个马达(45)，以将所述第一构件(41)相对于所述第二构件(42)定位，和

利用分布式屏蔽件(43)来屏蔽所述第一构件(41)上方的至少一束带电粒子束，使其免受由所述至少一个马达(45)产生的电磁场的影响，所述分布式屏蔽件封闭所述支撑和定位结构且包括第一屏蔽部件和第二屏蔽部件，所述第一构件能够在所述马达操作下相对于所述第二构件移动，其中所述第一屏蔽部件(43a)连接到所述第一构件(41)，所述第二屏蔽部件(43b)连接到所述第二构件(42)。

27.如权利要求26所述的方法，其中，所述方法还包括将所述支撑和定位结构(140)致动至非操作状态。