TWI573220B - 支撐及放置結構、半導體設備系統及用於放置之方法 - Google Patents

Description

支撐及放置結構、半導體設備系統及用於放置之方法

本發明關於一種提供有支撐和放置結構的半導體設備系統，該支撐和放置結構包括第一構件、第二構件以及至少一馬達。

本發明進一步關於此種支撐和放置結構及其用途。

支撐和放置結構係廣泛地使用於半導體設備系統，例如微影系統和檢視系統。於微影系統的情形中，第一構件例如為晶圓檯，其上可附接半導體晶圓。測量系統的典型範例則是電子顯微鏡。為了在奈米範圍內的微影應用中於顯影時達到高解析度，精確的放置和改善光學或光電系統的解析度是同樣需要的。

此種系統的一個範例是從美國專利第4,607,167號得知的。該已知系統是帶電粒子束的微影機器。該機器包括具有電子源的柱體、照明單元、掃描偏轉器以及投射透鏡。此柱體係存在於真空機殼之內，如此以免擾亂了電子束。放置和支撐結構則是存在於真空機殼之外。此放置和支撐結構包括第一構件，其具有暴露的表面，在該表面上可放置半導體晶圓或遮罩。從下文起，「晶圓」一詞係理解成也包括遮罩。該放置和支撐結構進一步包括第二構件，其包括x軸驅動器、y軸驅動器以及放置感測器。線性馬達最好用於x-y平面中的平移。在第一構件和第二構件之間存在 有三個獨立控制的致動器，以此來控制晶圓至柱體的距離以及在z-x平面和z-y平面中的角度。由此便達成正確地放置。近來曾經提出以羅倫茲馬達(Lorentz motor)做為在第一構件和第二構件之間的致動器。投射透鏡是由直接圍繞工作束的屏蔽物所屏蔽，以抵抗源自致動器和線性馬達的任何電磁場，也就是說，真空機殼的內部圓錐形表面元件係由鐵磁材料所製造的。

該已知系統的缺點是真空環境僅為局部的，並且不包括放置和支撐結構。當傳送圖案至目標物表面時，將真正的目標物表面放置在真空環境的外部乃大大地增加了誤差的風險。特別是對於採用帶電粒子束來操作的任何系統，以及其中採用受控制的氣壓之其他任何系統都是如此。真空環境也提議用於EUV(extreme UV，遠紫外線)的光學微影系統。較低壓力的環境在各式各樣的組裝步驟中可能都是非常需要，例如採用受控制的氣壓來形成凹穴，像是特定的微機電系統(micro-electro-mechanical system，MEMS)元件之所需。在已知系統中，即使採用一部份的真空機殼做為屏蔽物也會需要額外的屏蔽設計。

另一個範例是從美國專利第7,221,463號得知的。該已知的半導體設備系統包括具有第一和第二構件的支撐和放置結構。該支撐和放置結構是在設備系統的柱體之內以特定方式來放置鏡子。線性馬達係提供做為致動器。此種馬達典型包括線圈和永久磁鐵，其中線圈係提供在第二、固定的元件上，而永久磁鐵則是提供在第一、移動的元件上。 用來承擔第一、可移動元件之皮重的彈簧係置於第一構件和第二構件的中心之間，用來減輕線性馬達在z方向上的推力。此皮重補償彈簧係設計成在承擔皮重的方向上以及其他五個自由度的方向上具有非常小的彈簧常數，如此使得從第二、固定元件經由該彈簧而傳送到第一、可移動元件的震動幾乎可以忽略不計。該彈簧例如可以是一種螺旋線圈彈簧，但是也可為其他具體態樣。可存在一冷卻機構以用來冷卻提供在第一、可移動元件中的光學元件。這些最好提供在第二、固定元件中，如此使得光學元件可以採用非接觸的方式來冷卻。非接觸的冷卻機構包括輻射冷卻。較佳的實作方式為採用珀耳帖(Peltier)元件的輻射元件冷卻，並且採用源自該輻射元件的輻射來冷卻可移動的部分。

此種已知系統的缺點是在真空或近似真空的環境中之輻射冷卻發揮的功能不足。再者，除了輻射冷卻之外還使用珀耳帖元件使得設備系統更為複雜。此種複雜度是不樂見的，除非絕對必要，否則能免則免。

因此，目的是提供一種半導體設備系統，其具有能夠放置在真空中的支撐和放置結構，但是仍然允許足夠地屏蔽其致動器。該撐和放置結構亦可被參照為微調的支撐和放置結構。

本目的由此完成：該支撐和放置結構包括第一構件、第二構件以及至少一馬達，其中存在屏蔽物，如此以屏蔽 第一構件的表面免受由該至少一馬達所產生的電磁場影響；該屏蔽物包括第一屏蔽部分和第二屏蔽部分，第一構件包括該第一屏蔽部分，而第二構件包括該第二屏蔽部分；第一和第二屏蔽部分是可朝向彼此移動的。

本發明因此創造了由第一和第二屏蔽部分所組成的屏蔽物。這些屏蔽部分係以足夠的量來互相配合的，以便能夠適當地放置。此外，第一和第二屏蔽部分共同允許充分地屏蔽該等馬達。

第一和第二屏蔽部分最好包括平面部分與側面部分。適合的是側面部分實質垂直於平面部分而延伸。側面部分不排除有其他可選擇的朝向與形狀(例如半球形)。

最適合的是側面部分展現出互相重疊。已經發現的是此種側面部分的重疊戲劇性地改善屏蔽物的整體成效，甚至即使要被屏蔽的元件是位於馬達的頂部而非馬達的旁邊亦然。度量重疊較佳為採用此種側面部分之間的距離與重疊長度此兩者的比值來表達。此長度是定義在z方向上，也就是垂直於第二構件之暴露表面的方向。適合的是重疊長度至少為側面部分之間距離的五倍。更適合的是該比值甚至為8、10、或比10還大。

在較佳的具體態樣中，至少一屏蔽部分包括第一和第二部分，另一屏蔽部分的側面部分則在此兩者之間延伸。此種三明治式的安排變得對於屏蔽「場」非常有效，特別是磁場。適當的屏蔽是必須的；雖然由至少一馬達所產生的場可能是在一或更多個特斯拉(Tesla)的程度，但是在設備 系統之作用部分內所允許的磁場將低於毫特斯拉(milliTesla)或是更低。顯然這會視特定的作用部分而定。在包括帶電粒子束的作用部分中所允許的磁場推測係小於組件形式設備之作用部分中所允許的場。在帶電粒子束系統內所允許的磁場可能遠低於微特斯拉(microTesla)，或者甚至是在奈特斯拉(nanoTesla)的程度。

為了達到此種降低場至百萬分之一或更小但仍能夠移動的挑戰性要求，至少一屏蔽部分最好具有梳狀安排。此允許兩屏蔽部分共同構成叉合的安排。於是觀察到，並非該安排所有的空間都需要被填滿；舉例來說，如果一個屏蔽部分具有例如六個板的梳狀安排，那麼另一個屏蔽部分則可能具有兩組各兩個板，並且這兩組是間隔開來的。

本案文中的「移動」(movement)一詞並非是指僅僅在平行和垂直於暴露表面的其中一個方向(通常稱為x、y、z方向)上移動，而也是指在xy平面、xz平面和/或yz平面中的旋轉。換句話說，較佳為在所有六個自由度的方向上移動。因此，適合的是可使用足夠數目的馬達來服務在所有自由度方向上的移動。例如，此可為六個或七個馬達。然而也可能在可用自由度較少的情形中應用本放置和支撐結構。其範例包括：鏡子的組件、投射透鏡的組件。

較佳為本發明所能夠做的移動是足以實施微調的。在一個方向上的側向平移最好小於1毫米，更適合的是小於一毫米的十分之一。在xy平面方向上的旋轉移動最好小於30毫弧度(mrad)，更適合的是小於3毫弧度。

依照這種採用叉合式的屏蔽安排方式所建構出的支撐和放置結構，其有利的效果為非常容易組裝和拆解。叉合式的屏蔽安排不僅使第一和第二屏蔽部分能夠相互移動，同時又允許放置或分離第一和第二屏蔽部分卻不會在機械上干擾到屏蔽部分。

在進一步的具體態樣，其中支撐和放置結構除了運作狀態以外還提供有非運作狀態；而在非運作狀態中，該至少一馬達是關閉的，並且第一和第二構件之間的相互距離雖然會增加，但是並不會造成屏蔽物的洩漏。當該馬達關閉或是以低功率運轉時，要確保第一構件是在穩定的位置。在本具體態樣中，該穩定的位置是指第一和第二構件之間的相互距離有所增加的位置。特別的是在z方向上(也就是平行於屏蔽部分之任何側面部分的方向)增加或減少該距離。相互距離的增加是有限制的，如此才不會造成屏蔽物的洩漏。

在進一步的具體態樣中，支撐和放置結構係提供有第一和第二屏蔽部分，第一和第二屏蔽部分是圓形的。此處藉由採用同心的組態來放置第一和第二屏蔽部分，而建立起第一和第二屏蔽部分的重疊。此具體態樣中，第一和第二屏蔽部分也可以包括額外的圓形屏蔽部分以形成叉合的梳狀安排。依照這種方式，使移動的旋轉自由度達到最大。

在另一具體態樣中，支撐和放置結構係提供有第一和相鄰的第二側面，其互呈斜角，例如90至180度之間的角度。其結果為此種多邊形的支撐和放置結構使六個自由度 中任何一個的移動自由度達到最大。

本發明的另外一方面則是提供一種在半導體設備系統中放置元件的方法。該方法包括以下步驟：機械耦合該元件至支撐和放置結構的第一構件，該支撐和放置結構進一步包括第二構件和至少一馬達；操作該至少一馬達以相對於第二構件來放置第一構件；以及使用分散式屏蔽物來屏蔽位在該第一構件之上的柱體免受由該至少一馬達所產生的電磁場影響，而該分散式屏蔽物則包括第一和第二屏蔽部分，其能夠使第一構件由於該馬達的運作而造成相對於第二構件的移動。

在本發明的第二方面，半導體設備系統的支撐和放置結構包括：第一構件與第二構件、機械耦合該第一構件和第二構件的彈簧、多個馬達，如此以使第一構件相對於第二構件移動。該支撐和放置結構係提供有運作狀態和非運作狀態，其中在非運作狀態下，該等馬達中至少有一些是處於低功率模式。

以低功率模式操作馬達對於散熱有正面的效果，特別是在低功率模式下關閉馬達的時候。現在發明人洞察到：該等馬達中至少有一些可以置於低功率模式，其理由為支撐和放置結構首先是置於非運作狀態。在此非運作狀態下，該支撐和放置結構係提供有對於至少一些自由度而言是預先定義的組態。雖然非運作狀態並不允許精確的放置，但是在此種非運作狀態下這是不必要的。支撐和放置結構是打算用於微調的。當實施大尺度的移動時，便不需 要微調了。只要目標物不存在，便不需要微調。在操作期間，於放置階段之後可為穩定階段，其並不改變位置，但是卻有抵擋機械震動以穩定位置的需要。在此情況下僅需較少的微調。在所有的這些情況中都可將支撐和放置結構置於非運作狀態。此非運作狀態可以包括固定住需要最多能量來控制和放置的自由度，同時仍然允許在並不需要微調的自由度上進行控制和放置。

總而言之，使用非運作狀態來支持適合於真空環境中使用之有效利用能源的操作。特別是此種有效利用能源的操作允許實現在一個目標物(例如晶圓)上的操作，而不需要居間的再校準。此種再校準是因為溫度上的改變所造成尺寸上的改變的結果。此處「實現在目標物上的操作」(carrying out an operation on a target)一語是打算表達藉由設備系統所能夠進行的操作係實現在一個完整的晶圓或是由使用者所定義的相關部分。此種操作可為傳送圖案、檢視步驟、組裝步驟...等。

非運作狀態的位置最好也用來做為參考位置。在進一步的實做中，該彈簧在非運作狀態中較運作狀態具有更長的有效長度。依照這種方式便增加在第一和第二構件之間的距離。該距離特別是沿著z方向上(也就是垂直於第一構件之主平面的方向)的距離。

特定而言，提供有感測器以感測從該第一構件處移除元件，該感測器係耦接至控制單元，其控制在運作和非運作狀態之間的轉換，該控制單元係關閉該等馬達以轉換至 非運作狀態。使用感測器是界定出該轉換至非運作狀態的一種適合的實做方式。另外可選擇的和/或額外附加的做法為開始轉換至該非運作狀態是根據和系統內的其他活動做比較，並且/或是在其中一個放置器已經完成了預定的放置步驟之後。適合的是提供彈簧夾持器以界定出彈簧的最大長度。當從該元件處移除元件時，典型為會減少作用在彈簧上的反向施力，因此彈簧將呈現較大的長度。然而，此額外的延伸可能會太大，以致於無法確保穩定和明確定義的位置和/或明確定義的延伸。後者特別是和以如上討論的叉合組態來實做之具有第一和第二屏蔽部分之屏蔽物的情形最有關係。現在彈簧夾持器界定出最大位置。適合的是存在超過一個的彈簧夾持器，如此不僅指定出最大的延伸，同時也指定出在其他自由度上的固定位置。

另一方面是在半導體設備系統中放置元件的方法。該方法包括的步驟為：機械耦合該元件至支撐和放置結構的第一構件，該支撐和放置結構進一步包括第二構件和至少一馬達；在操作狀態中，操作該至少一馬達以相對於該第二構件來放置該第一構件；以及使該支撐和放置結構處於非運作狀態。適合的是該方法包括進一步的步驟：使該支撐和放置結構回到運作狀態。

圖式中相同的元件編號是關於相同的或至少相當的技術特徵。該等圖式並未按比例繪製，並且是僅打算做為示 範之用。雖然圖式展示了範例，但無論如何沒有打算用以限制申請專利範圍。

圖1顯示根據本發明之半導體設備系統1的示意截面圖。在本圖中顯示的設備系統1是具有柱體110的系統，特別是指微影系統或檢視系統。特定而言，其為一種當中傳送帶電粒子的小束至目標物24之表面的系統。此目標物24舉例來說是半導體晶圓或遮罩，但是並沒有排除其他的目標物，像是組件的載具。

在操作時，柱體110傳送小束至目標物24。對於微影系統而言，傳送小束是為了將圖案傳送到目標物24至少大部分的表面。此外，必須相對於目標物24來移動柱體110，反之亦然。通常則是移動目標物24和位於其下的結構。此外，目標物係由支撐和放置結構所支撐的，後者又稱為檯，其典型包括幾個元件。

存在有平移和旋轉器150以在實質平行於目標物的平面方向上移動和旋轉，自下文起稱為x-y平面。平移和旋轉器150可以包括數個元件，用來分別在不同的方向上移動並且以不同的程度移動。平移和旋轉器150以及檯的其他部分係透過支撐物151而連接至底架170。這些支撐物穿過腔室壁160。腔室壁160確保封閉的腔室161之內是受到控制的工作氣壓。適合的是腔室內的氣壓為真空，高度或超高度真空則更佳。

微調的放置和支撐結構140係存在於平移和旋轉器150的頂部上。適當的是它包括提供放置器45以在六個自由度 的方向上(亦即在目標物24之平面方向上的側面(x-y)維度、垂直於目標物24之平面方向上的垂直(z)維度、在x-y、x-z、y-z平面方向上的旋轉)來微調目標物24的位置。這些放置器45所提供的移動實際上是它的第一構件41相對於它的第二構件42的移動。放置器45典型為電動馬達，較佳為線性馬達，最佳為羅倫茲馬達。放置器45的數量是視該等放置器的選擇與能力而定。典型使用六到十個獨立的放置器45。存在有屏蔽物43，如此以保護腔室161免受在放置器45之運作過程所產生的磁場影響。屏蔽物43在此圖1中係顯示僅位於該微調的放置和支撐結構140的側面上。然而，適合的是存在屏蔽物而包圍該微調的放置和支撐結構140。根據本發明某一方面，該屏蔽物包括第一和第二屏蔽部分，該第一屏蔽部分係耦接至第一構件41，而該第二屏蔽部分係耦接至第二構件42，其中該第一和第二屏蔽部分是可以朝彼此移動的。

微調的放置和支撐結構140的第一構件41係附接至夾具130。該夾具130支撐著晶圓桌台120，而在晶圓桌台120的頂部上便存在有目標物24。晶圓桌台120典型係可逆地附接至夾具130，如此以能夠有效地傳送目標物24。典型實施此種傳送是為了移動目標物24到另一個半導體設備系統，以進行隨後的製造步驟。

用於製造先進的積體電路和遮罩之微影系統是在深次微米的規模來提供微影術，特別是最小維度小於100奈米。目前正在進行的發展甚至延伸此種深次微米規模至最小維 度小於30奈米。在此種維度中的適當操作不僅需要在柱體110之內進行先進的光學或電子光學的微影術，同時也需要在檯內放置地非常精確並且控制良好。再者，典型由馬達和其他元件的操作所產生的干擾很容易使放置落於所需的規格之外。其中一種型式的干擾是產生熱：將檯加熱攝氏一度或少於一度便可能使得放置處於規格之外了。另外一種型式的干擾是產生雜散場，特別是磁場。微影系統和檢視系統的操作是基於帶電粒子的小束，對於此種型式的干擾特別敏感，因為任何磁場或電場都可能導致此種帶電粒子的小束有輕微而無法控制的偏移。這種偏移將無法使圖案如預定地傳送至目標物24的表面，因而導致目標物24通常無法挽救的損失。此外，對於在腔室161內的磁場需求是極度嚴格的，例如位於奈特斯拉程度的磁場是可允許的，然而電動馬達45典型產生的磁場是位於特斯拉的程度；換言之，磁場強度的比率需要達到一兆或更高。另外也希望讓微調的放置和支撐結構140是位於受控制氣壓的腔室161之內。

本發明所以能克服這項問題是因為微調的放置和支撐結構140係提供有分散在第一和第二構件41、42之上的屏蔽物43，如此使得第一和第二屏蔽部分是可以相對彼此互相移動的，但是也能夠在微調的放置和支撐結構之內充分地屏蔽掉磁場。適合的是通過分散在第一和第二構件41、42之上的屏蔽物的磁場係小於0.1%，更適合的是小於1ppm(百萬分之一)。將屏蔽物分散在第一和第二構件之上的 結果，會比分別包覆每一個放置器45而屏蔽其磁場更加有利。分散在構件41、42之上做為包覆微調的放置和支撐結構140的一部分不僅體積較小，同時由所有放置器45一起產生的磁場可以是更規律的(波動較小)，並且至少在幅度上相對小於由單一電動馬達45所產生的磁場。此外，將屏蔽物分散在第一和第二構件之上能讓屏蔽聚焦於最需要的區域。該區域特別是由微調的放置和支撐結構140的一或更多個側面所構成。藉由此種結合，適合的是定位放置器以使得磁場的主要方向是側向的，例如朝向其中一個側面。這可由組成電動馬達45的板做垂直的朝向而達成。

在一較佳的具體態樣中，屏蔽物43係由第一和第二屏蔽部分所構成，其分別為第一和第二構件41與42的一部分，而有互相重疊的區域。更適合的是第一屏蔽部分係位在第二屏蔽部分之間。這樣不但大大增加了電磁場逸出路徑的長度，並且仍然允許平移進入垂直的z方向。此種屏蔽部分的形狀最好為梳狀安排。第一和第二屏蔽部分的梳狀安排係設計成配合在一起。這種型式的結構不但提供足夠的屏蔽，同時也為在所有六個自由度上的微調移動留下足夠的空間。

在更進一步的實做當中，微調的放置和支撐結構係提供有多個側面，如此使得第一和相鄰的第二側面包括超過90度且小於180度的角度，較佳為在120度和180度之間。已經觀察到在微調的放置和支撐結構140內採用此種斜角允許更多的移動。此項觀察已經與銳角比較過，並且特別 是和旋轉的自由度(xy、xz、yz平面)有關係。採用不具有任何近似直線之側面(像是橢圓形或圓形的側面)的微調結構140，其結果為特別限制住(x，y)的平移自由度。

圖2與圖3以示意的方式顯示本發明較佳組態之微調的放置和支撐結構140的截面圖，以及除了運作狀態以外，非運作狀態的額外功能性。此處圖2顯示的是運作狀態中的微調的放置和支撐結構140，而圖3則顯示非運作狀態中的微調的放置和支撐結構140。非運作狀態是一種狀態，其中電動馬達45係轉為低功率模式，並且其中放置是固定的。在該低功率模式中，電動馬達45最好全部關閉。另外可以選擇的是只關閉其中一些馬達並且/或是一些馬達以低功率運作或是進入「待機」(standby)的組態。非運作狀態具有至少兩項主要的好處：第一，由於電動馬達45的低功率狀態，微調的放置和支撐結構140是以比較低的速率加熱或者甚至是完全不會被加熱。第二，當適當實做時，非運作狀態可用來當作參考位置。

圖2和圖3額外顯示出屏蔽物43的較佳實做，其具有第一屏蔽部分43a和第二屏蔽部分43b，並且有一些更有利的特徵。在第二構件42與平移和旋轉器150之間最好提供排熱機構，像是散熱器或導熱器。此外，將熱引導離開目標物24又優於引導朝向目標物24。第一構件41為對於準確的放置是最有關係的元件，其受到加熱和/或溫度變化的影響將因此降到最低。

圖2和圖3中顯示的另一項特徵是在外部屏蔽物143 內提供叉合安排，其中板的重疊數量至少為5。五層屏蔽物和四層屏蔽物之間的屏蔽效果差異會遠大於由五層和六層所構成的屏蔽物之間的效果差異。圖2和圖3中所顯示之屏蔽物實做之進一步必要的特徵是位於微調的放置和支撐結構140的頂部141和底部142的屏蔽物連續性。此種連續性分別在屏蔽部分43a、43b之間的邊緣和/或機械連接處，以及第一或第二構件41、42的其餘部分避免洩漏。熟於此技藝者曉得用於此種隔離屏蔽物43之多個部分的材料。一種適合用於屏蔽物的材料是所謂的μ材料。

對於進入非運作狀態而言，相關的元件是彈簧44、感測器49、限制物47。雖然圖2和圖3僅顯示一個感測器49和一個限制物47，但是可了解的是多個感測器和限制物(例如2、3、4、5或6個)也是可行的，而每個必須被控制的自由度各一個。除了一個彈簧以外，也可存在多個彈簧。雖然彈簧可具有線圈的組態，但是卻不必視為必要。另外或可採用的是具有彈簧特性的其他元件，包括磁吸構件和反斥磁鐵。彈簧最好調整成用來承擔第一構件41、夾具130、晶圓桌台120的皮重。以此方式，彈簧可設計成在皮重承擔的方向上以及其他五個自由度的方向上具有非常小的彈簧常數，如此以使得從底架170透過彈簧44而傳送到晶圓桌台120的震動幾乎可以忽略不計。此外，可以抑制馬達產生的熱。

進入非運作狀態可以是根據多種起始訊號。此種起始訊號其中之一是由中央控制器所提供的電訊號。此種中央 控制器可根據錯誤感測、根據特定的使用者指令、當沒有電源供應時和/或要重新檢閱參考位置，而提供該訊號。另外一個此種起始訊號是由微調的放置和支撐結構140所支撐的重量上發生突然的變化，更詳細的說，是重量突然減少。舉例來說，此突然的重量減少是因為移除了晶圓桌台120而傾向於往上舉起第一構件41，亦即使它離開第二構件42。感測器49是一種專門用來感測此種位置變化的感測器。適合的是該感測器係以光學方式感測和第一構件41的距離，同時感測器是放置在第二構件42上。然而，這僅只是其中一種實做而已。另外可以選擇的是將感測器49放置在第一構件41上，並且可能利用其他的感測原理，包括移動感測，其例如採取磁阻感測器或是基於MEMS的加速計。

在已經進入非運作狀態之後，透過一或多個機械鎖47來穩定第一構件41的位置。此處適用各式各樣的機械鎖47，如嫻熟機械技藝者本身所知道的。機械鎖47的種類傾向於視當微調的放置和支撐結構140進入非運作狀態時所進入的位置而定。一種有利的位置是抬高的位置。當板存在於以一系列叉合板的形式所實做的屏蔽物43之內時，此種位置避免板互相接觸。此種抬高位置額外允許透過平移和旋轉器150所到達微調元件140之特定的機械震動得到修正和/或減震。如果對於非運作狀態選擇了抬高位置，則機械鎖47可提供做為距離限制物(也稱為擋塊)。距離限制物47或是多個距離限制物有效地限制住彈簧44延伸 至最大長度。圖2顯示在運作狀態中，此種距離限制物47為何是沒有作用的。圖3顯示在非運作狀態中，該距離限制物47有效地限制住彈簧44的延伸。抬高的程度是設計過的，使得第一和第二屏蔽部分43a、43b互相重疊。更詳細的說，此重疊是足夠的，如此以達到屏蔽的需求。圖中所示之距離限制物47的位置以及運作和非運作狀態之間放置的差異僅僅打算做為示範的目的，並沒有按照比例繪製。進一步觀察到距離限制物47可採用另外一種做法：以相反的朝向來提供，例如它的限制部分是附接在第二構件，而非附接在第一構件。

圖4顯示帶電粒子的多重小束微影系統1之具體態樣的簡化示意圖，其係根據所有電子小束並沒有共同交錯的電子束光學系統。此種微影系統例如已描述在美國專利第6,897,458號、第6,958,804號、第7,084,414號、第7,129,502號中，在此全文引用做為參考，其讓與給本案的所有人。此種微影系統適合地包括：產生多個小束7的的小束產生器2、圖案化該小束7成為已調節小束的小束調節器、把該小束投射在目標物13表面上的小束投射器。小束產生器典型包括來源3和至少一孔洞陣列6。小束調節器典型為小束阻斷器，其具有阻斷偏轉器陣列9和束阻擋陣列10。小束投射器典型包括掃描偏轉器11和投射透鏡系統12。圖4並沒有明白地顯示出本發明的支撐和放置結構。

在圖4所示的具體態樣中，微影系統包括電子源3，其用來產生均勻的、擴張的電子束4。電子束的能量最好維持 在相對較低的範圍，大約在1至10千電子伏特(keV)。為達此目的，加速電壓最好要低；相對於位在接地電位的目標物，電子源最好保持在大約-1至-10千伏特之間，但是也可以採用其他的設定。

來自電子源3的電子束4先通過雙重的八極，然後通過用來使電子束4準直的準直透鏡5。如將了解的，準直透鏡5可為任何形式的準直光學系統。接下來，電子束4撞擊在分束器上，其在一適合的具體態樣中為孔洞陣列6。孔洞陣列6阻擋住部分的電子束，並且允許多個小束7通過孔洞陣列6。孔洞陣列最好包括具有通孔的板。因此，製造出多個平行的電子小束7。該系統產生大量的電子小束7，較佳為大約10,000至1,000,000個小束，但是當然也可能使用更多或更少的小束。注意也可以採用其他已知的方法來產生經過準直的小束。

多個電子小束7通過會聚透鏡陣列(圖上沒有顯示)，其將每個電子小束7聚焦在小束阻斷器陣列9的平面中。此小束阻斷器陣列9最好包括多個阻斷器，每個阻斷器都具有偏轉一或多個電子小束7的能力。小束阻斷器陣列9係由束阻擋陣列10和調節機構8所構成。根據來自控制單元60的輸入，調節機構8將電子小束7加上圖案。利用存在於終端模組之內的構件，該圖案將放置在目標物表面13上。

在此具體態樣中，束阻擋陣列10包括用來允許小束通過的孔洞陣列。束阻擋陣列的最基本形式包括提供有通孔 的基板，該通孔典型為圓形的孔，但是也可以使用其他形狀。在一具體態樣中，束阻擋陣列10的基板係由具有規律間隔之通孔陣列的矽晶圓所形成，並且可以披覆上金屬的表層以避免表面帶電。

在一具體態樣中，束阻擋陣列10的通道是和小束阻斷器陣列9的元件對齊。小束阻斷器陣列9和小束阻擋陣列10一起運作以阻擋小束7或使小束7通過。如果小束阻斷器陣列9偏轉小束，則該小束將不會通過小束阻擋陣列10中相對應的孔洞，反而將被小束阻擋陣列10的基板所阻擋。然而，如果小束阻斷器陣列9並沒有偏轉小束，則小束將通過小束阻擋陣列10中相對應的孔洞，然後將投射成為目標物24之目標物表面13上的一個點。

微影系統進一步包括控制單元60；而控制單元60則包括資料儲存器61、讀出單元62、資料轉換器63。可以將控制單元60放在遠離系統的其餘部分，例如在無塵室的內部之外。藉由使用光纖64，保有圖案資料之已調節的光束係傳送至投射器65，其將光纖的末端(以示意的方式描繪在板15中)投射進入電子光學單元18，隨後送往調節陣列9。將來自各光纖末端的已調節光束14投射在位於小束阻斷器陣列9上之調節器的光敏元件上。各光束14保有用於控制一或多個調節器的一部分圖案資料。適合的是使用傳送機構17而能夠將投射器65適當地與位於光纖末端的板15對齊。

接下來，電子小束7進入終端模組。自下文起，「小 束」(beamlet)一詞是指經過調節的小束。此種調節的小束實際上包括與時間有關的序列部分。這些序列部分中有一些可能強度比較低，並且強度最好為零-也就是有部分在束擋塊處被擋下來。為了允許於後續的掃描期間將小束放置在起始位置，有些部分的強度將是零。

終端模組最好建構成可插入、可替換的單元，其包括多種構件。在此具體態樣中，該終端模組包括束阻擋陣列10、掃描偏轉器陣列11、投射透鏡安排12，雖然這些並非全部都必須包括在終端模組內，並且它們可用不同的方式來安排。除了其他的功能以外，終端模組還將提供大約100至500倍的反放大功能，較佳為倍數越大越好，例如在300至500倍的範圍內。終端模組最好如後所述來偏轉小束。在小束7離開終端模組之後，小束7撞擊放置於目標物平面處的目標物表面13上。對於微影的應用而言，目標物通常包括晶圓，其提供有對於帶電粒子的敏感層或是阻劑層。

在通過小束阻擋陣列10之後，由此而調節後的小束7通過掃描偏轉器陣列11，其提供在X和/或Y方向上(實質垂直於未被偏轉的小束7的方向)來偏移各個小束7。在本發明中，偏轉器陣列11是一種掃描式靜電偏轉器，其能夠施加相對較小的驅動電壓，如下文將說明。接下來，小束通過投射透鏡安排12並且投射在位於目標物(典型為晶圓)平面中的目標物表面13上。投射透鏡安排12聚焦小束，較佳為產生直徑尺寸大約10至30奈米的幾何點。按照此種設計的投射透鏡安排12最好提供大約100至500倍 的反放大。在此較佳的具體態樣中，將投射透鏡安排12置於靠近目標物表面13的地方是有利的。

此種高品質的投影和獲得提供可複製之結果的微影系統有關。一般說來，目標物表面13包括在基板頂部上的阻劑膜。部分的阻劑膜將被施加的帶電粒子(即電子)的小束而以化學方式改質。結果該膜受照射的部分將或多或少可溶解在顯影劑中，並在晶圓上造成阻劑圖案。接下來，可傳送晶圓上的阻劑圖案至位於下方的層，亦即實做上藉由蝕刻和/或沉積步驟來為之，如半導體製造技藝中已知的。顯而易見的是，如果照射不均勻，阻劑可能無法均勻地顯影，因而導致圖案發生誤差。再者，此種微影系統有許多是採用多個小束。偏移的步驟不應該造成照射上的差異。

圖5顯示位於帶電粒子系統1內之微調的放置和支撐結構140的具體態樣的簡化示意圖。第一構件41適於承載例如晶圓的目標物，其係利用電動馬達45和彈簧44來耦接至第二構件42，而耦接的方式為第一構件41和第二構件42是可以互相朝向對方移動和分開的。為求明確起見，只顯示兩個電動馬達45，但適當的是馬達數量可以更多以允許在六個自由度上進行放置。第一屏蔽部分43a係固定至第一構件41，第二屏蔽部分43b係固定至第二構件42。重疊屏蔽部分43a和43b，如此以完成屏蔽物。當相同地致動電動馬達45時，第一構件41和第二構件42將相對於對方而移動，同時保持互相平行。此時屏蔽部分43a和43b之間的 重疊仍然足以完成該屏蔽物。藉由不相同的方式來致動每一個電動馬達45，則第一構件41和第二構件42也還是將相對於對方而移動，但是也將會傾斜而非保持平行。此時屏蔽部分43a和43b之間的重疊仍然足以完成該屏蔽物，同時在屏蔽部分43a和43b之間的空間允許傾斜，但是屏蔽部分卻不會發生碰觸。彈簧44不僅只是伸縮自如，同時也允許移動以幫助傾斜第一構件41和第二構件42。

除了以上的說明和介紹部分以外，本發明除了以下申請專利範圍之外，也有關於圖式中所有未進一步闡明的細節與方面，然而其可由熟於此技藝者直接且無歧義地推導出來。

1‧‧‧半導體設備系統

3‧‧‧電子源

4‧‧‧電子束

5‧‧‧準直透鏡

6‧‧‧孔洞陣列

7‧‧‧小束

8‧‧‧調節機構

9‧‧‧小束阻斷器陣列

10‧‧‧束阻擋陣列

11‧‧‧掃描偏轉器陣列

12‧‧‧投射透鏡安排

13‧‧‧目標物表面

14‧‧‧光束

15‧‧‧板

17‧‧‧傳送機構

18‧‧‧電子光學單元

24‧‧‧目標物

41‧‧‧第一構件

42‧‧‧第二構件

43‧‧‧屏蔽物

43a‧‧‧第一屏蔽部分

43b‧‧‧第二屏蔽部分

44‧‧‧彈簧

45‧‧‧放置器(電動馬達)

47‧‧‧限制物(機械鎖)

49‧‧‧感測器

60‧‧‧控制單元

61‧‧‧資料儲存器

62‧‧‧讀出單元

63‧‧‧資料轉換器

64‧‧‧光纖

65‧‧‧投射器

110‧‧‧柱體

120‧‧‧晶圓桌台

130‧‧‧夾具

131‧‧‧附接件

140‧‧‧微調的放置和支撐結構

141‧‧‧微調結構頂部

142‧‧‧微調結構底部

143‧‧‧屏蔽物

150‧‧‧平移和旋轉器

151‧‧‧支撐物

160‧‧‧腔室壁

161、162‧‧‧腔室

170‧‧‧底架

243‧‧‧屏蔽物

本發明的這些和其他方面已進一步參考圖式來說明，其中：圖1顯示本發明之帶電粒子系統的簡化示意截面圖；圖2顯示根據本發明的微調放置和支撐結構之一具體態樣的示意截面圖，其係在運作狀態中；圖3顯示圖2之具體態樣在非運作狀態中的示意截面圖；圖4顯示帶電粒子之多重小束微影系統的簡化示意圖；以及圖5顯示帶電粒子系統內的支撐和放置結構之具體態樣的簡化示意圖。

1‧‧‧微影系統

24‧‧‧目標物

41‧‧‧第一構件

42‧‧‧第二構件

43‧‧‧屏蔽物

44‧‧‧彈簧

45‧‧‧放置器

110‧‧‧柱體

120‧‧‧晶圓桌台

130‧‧‧夾具

140‧‧‧微調的放置和支撐結構

150‧‧‧平移和旋轉器

151‧‧‧支撐物

160‧‧‧腔室壁

161‧‧‧腔室

170‧‧‧底架

Claims (27)

1. 一種帶電粒子系統，其提供有支撐和放置結構以在桌台上支撐和放置目標物，該支撐和放置結構包括：第一構件；第二構件；至少一馬達，如此以相對於第二構件來移動第一構件；機械耦合第一構件和第二構件的彈簧，以便至少部分承擔第一構件、桌台和目標物的重量，其中存在屏蔽物以屏蔽至少一帶電粒子束免受由該至少一馬達所產生的電磁場影響；其中該屏蔽物封閉該支撐和放置結構並且包括耦合至該第一構件的第一屏蔽部分和耦合至該第二構件的第二屏蔽部分，該第一構件和第二構件係至少部分地被該第一屏蔽部分和該第二屏蔽部分所共同屏蔽，而該第一和第二屏蔽部分是可朝向彼此移動的，其中第一和第二屏蔽部分都包括實質平行於該第一構件之主平面的平面部分以及朝向乃不同於該平面部分的側面部分，而該第一屏蔽部分的側面部分和該第二屏蔽部分的側面部分係互相重疊。
2. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中至少一屏蔽部分包括平行延伸的第一與第二板，使得另一屏蔽部分的該側面部分係延伸於第一和第二板之間。
3. 根據申請專利範圍第2項的系統，其中至少一屏蔽部分包括多個板，如此以構成截面為梳狀的安排。
4. 根據申請專利範圍第3項的系統，其中兩屏蔽部分都包括多個板，其安排而構成叉合安排。
5. 根據申請專利範圍第4項的系統，其中包括該叉合安排以允許在該第一和第二屏蔽部分之間做旋轉和平移。
6. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中該支撐和放置結構提供有第一側面和相鄰的第二側面，其彼此呈現的角度位在90和180度之間。
7. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中該屏蔽物為圓形。
8. 根據前述申請專利範圍第1項的系統，其中包括之馬達用以提供6個自由度。
9. 根據前述申請專利範圍第1項的系統，其中至少一馬達為羅倫茲馬達(Lorentz motor)。
10. 根據前述申請專利範圍第1項的系統，其中該系統是在受控制的氣壓下運作。
11. 根據申請專利範圍第10項的系統，其中該受控制的氣壓包括真空環境。
12. 根據前述申請專利範圍第1項的系統，其中該系統係選自測量系統、微影系統所構成之群組中之一系統。
13. 根據前述申請專利範圍第1項的系統，其中該系統包括柱體，其將至少一帶電粒子束投射在目標物表面上。
14. 根據申請專利範圍第1項的系統，其中該支撐和放置結構是提供有運作狀態和非運作狀態；在運作狀態，該馬達切換到相對高功率的模式，並且主動地放置目標物； 在非運作狀態，至少一馬達係處於低功率的模式或關閉。
15. 根據申請專利範圍第14項的系統，其中在該非運作狀態，該第一構件係被該彈簧驅策而抵住擋塊。
16. 根據申請專利範圍第14或15項的系統，其中彈簧在非運作狀態中較運作狀態具有更長的有效長度。
17. 根據申請專利範圍第14或15項的系統，其進一步包括至少一感測器以感測從該第一構件處移除元件，該至少一感測器係耦接至控制單元，其控制在運作和非運作狀態之間的轉換，當該元件從該第一構件被移除時，該控制單元會關閉馬達。
18. 根據申請專利範圍第16項的系統，其進一步包括彈簧夾持器，其界定出彈簧的最大長度。
19. 根據申請專利範圍第14或15項的系統，其進一步提供有鎖定結構，以在非運作狀態中鎖定該第一構件的位置。
20. 根據申請專利範圍第14或15項的系統，其中該第一構件具有皮重，該彈簧承擔第一構件的皮重，而該馬達則指定出第一構件相對於第二構件的位置。
21. 根據申請專利範圍第16項的系統，其進一步包括屏蔽物，其具有在第一構件中的第一屏蔽部分以及在第二構件中的第二屏蔽部分，每個屏蔽部分在該構件的周邊係提供有板構成的梳狀安排，該第一與第二屏蔽部分的板係互相叉合，其中該屏蔽物是設計用來在非運作狀態中持續進行屏蔽。
22. 根據申請專利範圍第21項的系統，其中第一與第二屏蔽部分的板在平行於該彈簧的延伸方向上具有互相重疊的長度，該互相重疊的長度係大於該彈簧從運作狀態轉換至非運作狀態期間所增加的長度。
23. 根據申請專利範圍第14或15項的系統，其中該彈簧包括中空彈簧，其可自由移動地被包含在該支撐和放置結構中，以允許垂直於彈簧中心軸方向的移動。
24. 一種用於帶電粒子系統的支撐和放置結構，其包括：第一構件與第二構件；機械耦合該第一構件和第二構件的彈簧；多個電磁馬達，如此以使第一構件相對於該第二構件移動；以及屏蔽物，其具有第一屏蔽部分以及第二屏蔽部分，以用於屏蔽位在該第一構件之上的表面免受由該多個電磁馬達所產生的電磁場影響，其中該第一構件包括該第一屏蔽部分且該第二構件包括該第二屏蔽部分，該第一和第二屏蔽部分係可朝向對方移動的，其中該支撐和放置結構提供有運作狀態和非運作狀態；在運作狀態，該多個電磁馬達係切換至相對高功率的模式，並且主動地放置目標物；在非運作狀態，該多個電磁馬達中的至少一些電磁馬達係處於低功率的模式，並且其中在非運作狀態中，該支撐和放置結構提供有預定構造，其用於至少一些自由度。
25. 一種用於半導體設備系統的帶電粒子系統，其包括支撐和放置結構，用於支撐且放置目標物於桌台上，該支撐和放置結構包括第一構件、第二構件以及多個馬達，如此以相對於第二構件來移動第一構件，其中存在分散式屏蔽物，如此以屏蔽位在該第一構件之上的柱體免受由該多個馬達所產生的電磁場影響，該屏蔽物包括第一屏蔽部分和第二屏蔽部分，而第一構件包括該第一屏蔽部分，第二構件包括該第二屏蔽部分，該第一和第二屏蔽部分係可朝向對方移動的；該支撐和放置結構進一步包括機械耦合該第一構件和第二構件的彈簧，以至少部分承擔第一構件、夾具、桌台和目標物的重量。
26. 一種在半導體設備系統中放置元件的方法，其包括以下步驟：機械耦合該元件至如申請專利範圍第24項所述的支撐和放置結構的第一構件；在操作狀態中，操作該多個電磁馬達以相對於第二構件來放置第一構件，其中該多個馬達被切換至一相對高功率的模式；以及使該支撐和放置結構處於非運作狀態，其中該多個電磁馬達中之至少一個電磁馬達是在一低率模式，且其中該支撐和放置結構提供有預定構造，其用於至少一些自由度。
27. 一種在如申請專利範圍第25項的帶電粒子系統中放置元件的方法，其包括以下步驟：機械耦合該元件至支撐和放置結構的第一構件，該支 撐和放置結構進一步包括第二構件和至少一馬達；操作該至少一馬達以相對於第二構件放置第一構件；以及使用該分散式屏蔽物來屏蔽位於該第一構件之上的至少一帶電粒子束免受由該至少一馬達所產生的電磁場影響，該分散式屏蔽物包括第一和第二屏蔽部分，其使第一構件由於該至少一馬達的運作而造成能夠相對於第二構件的移動。