CN100539002C - 用于带电粒子束系统的基板处理设备 - Google Patents

Abstract

一种用于带电粒子束系统(电子束光刻系统)的基板处理设备，包括通过闸阀(7)连接的主腔室(4)和交换腔室(5)。机械手(15)用来在盒子(10)和激光干涉仪镜组件(13)之间传递载有半导体晶片的夹盘(8)。该机械手包括杆条(17)和侧部部件(18)，该侧部部件从杆条沿侧向伸出，用于支承该夹盘。

Description

用于带电粒子束系统的基板处理设备

发明领域

本发明涉及一种用于带电粒子束系统的基板处理设备。

本发明的目的是提供一种用于带电粒子束系统的基板处理设备。

发明简介

根据本发明的一个方面，提供了一种带电粒子束系统，它包括主腔室、交换腔室和基板处理设备，该基板处理设备安装在主腔室内部，用于将基板装载至主腔室内和将基板卸载出该主腔室，该设备包括杆条和侧部部件，该侧部部件从该杆条沿侧向伸出，用于将该基板支承在该杆条的一侧；该设备还包括用于使杆条沿其纵向轴线平移的装置，该装置构造成使得该侧部部件可移动进入和离开该交换腔室。

通过将基板大致支承在杆条的侧部而不是在其前面，该基板处理设备可以很紧凑，并装于主腔室内。而且，该主腔室不需要进行较大扩大以容纳该基板处理设备。因此，带电粒子束系统的尺寸能够减小。

该基板可以由基板支承件来支承，该侧部部件可以构造成支承该基板支承件。该基板可以是工件或样品。例如，该基板可以是晶片、晶片的一部分或掩模。该基板可以包括叠加在一基底上的至少一层。该基板可以包括至少两层，第一层叠加在一基底上，第二层叠加在该第一层上。该层可以是外延(expitaxial)层。该基板可以被构图。该基板可以是掩模坯料(mask blank)。该基板可以涂覆有抗蚀剂层。

该用于使杆条平移的装置可以包括从杆条伸出的导轨。该导轨可以沿杆条延伸。该用于使杆条平移的装置还可以包括一组直线轴承，用于保持该导轨。

该杆条可以有齿，以便提供齿条。该用于使杆条平移的装置还可以包括齿轮，该齿轮布置成与该齿条啮合。该齿轮可以与马达直接联接。

该设备还可以包括用于支承杆条的装置。该用于支承杆条的装置是可移动的，例如可以上下移动。该设备还可以包括用于使杆条沿其横向轴线平移的装置，例如用于升高和降低杆条的装置。

该侧部部件可以为悬臂式翼板的形式。

该设备可以安装在腔室的内壁上。该设备可以构造成使得杆条和侧部部件穿过在腔室壁中的孔而可退回地伸出。该基板可以由基板支承件来支承，且侧部部件可以支承该基板支承件。该设备可以构造成在第一和第二腔室之间交换基板。

该设备可以构造成与具有至少一个架板的盒子相配合，该架板具有围绕一空间的壁架，该设备可以构造成当侧部部件升高或降低时允许该侧部部件经过该空间，以允许将该基板放下到该架板上或从该架板上拾起该基板。

该系统还可以包括用于保持多个基板的盒子。该盒子可以包括多个架板。各架板可以构造成提供围绕一空间的壁架，该侧部部件在升高或降低通过该架板平面时能够经过该空间。各架板的内周的一部分可以具有与侧部部件的外周的一部分互补的形状。该多个基板可以由各自的基板支承件来支承。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于带电粒子束系统的基板处理设备，该设备包括杆条和侧部部件，该侧部部件从杆条沿侧向伸出，用于将基板支承在杆条的一侧，该设备还包括用于使杆条沿其纵向轴线滑动的装置。

根据本发明的还一方面，提供了一种基板处理设备，它包括杆条和侧部部件，该侧部部件从杆条沿侧向伸出，用于将基板支承在杆条的一侧，该杆条构造成可沿其纵向轴线平移。该杆条可以基本水平。

根据本发明的还一方面，提供了一种在带电粒子束系统中处理基板的方法，该方法使用了一种设备，该设备包括杆条和侧部部件，该侧部部件从杆条沿侧向伸出，用于将基板支承在杆条的一侧，该设备还包括用于使杆条沿其纵向轴线平移的装置；该方法包括使得杆条沿其纵向轴线平移。

该方法还可以包括升高该杆条，以便拾起基板。该方法还可以包括降低该杆条，以便放下基板。该方法还可以将侧部部件定位在架板之上或之下。

附图的简要说明

下面将通过示例并参考附图来介绍本发明的实施例，附图中：

图1是电子束光刻系统的示意图；

图2是图1中所示的电子束光刻系统的主腔室和交换腔室的透视图；

图3是本发明的机械手的详细透视图；

图4是机械手和腔室壁中的孔的侧视图；

图5是当夹盘布置在镜组件上时盒子的架板和镜组件的透视图；

图6是当夹盘布置在架板上时盒子的架板和镜组件的透视图；

图7a至7e是在机械手的操作过程中夹盘在多个步骤时的侧视图；以及

图8是用于控制机械手的装置的示意图。

本发明的详细说明

电子束光刻系统1

参考图1，图中表示了电子束光刻系统1。电子束光刻系统1包括电子枪2、柱体3、主腔室4、交换腔室5和真空系统6。

主腔室4和交换腔室5通过闸阀7而连接。当闸阀7打开时，承载基板9的基板支承件8(本文中称为夹盘8)可以通过闸阀7而在腔室4、5之间通行。交换腔室5内装有盒子10，该盒子10能够保持多个夹盘8，各夹盘8支承各自的基板9。不过，图1中为了清楚起见只示出了一个夹盘8和一个基板9。交换腔室5具有盖11，以便能够更换盒子10。

在本例中，基板9是晶片，特别是半导体晶片，它可以包括多个叠加的层(未示出)，例如包括半导体层和电介质层，至少一些层可以被构图并涂覆有电子束抗蚀剂(未示出)。不过，基板8也可以是晶片的一部分，通常称为“芯片”。基板9可以是掩模坯料，例如包括玻璃基底(未示出)和叠加的金属层(未示出)，并涂覆有电子束抗蚀剂(未示出)。一旦将该掩模坯料加工，其就能提供在光刻中使用的掩模。

当闸阀7关闭时，交换腔室5可以与大气压相通，并且可以打开该交换腔室5，以便能够取出一个盒子10并用另一个盒子代替。一旦已经将盒子10布置在该交换腔室5中时，则对该交换腔室5进行重新抽真空。然后可以打开闸阀7，以允许夹盘8能够被装载至该主腔室4中。因此，在更换该盒子10时，主腔室4并不通气。

主腔室4内装有x-y定位台12，该定位台12支承激光干涉仪镜组件13。如后面更详细所述，该激光干涉仪镜组件13支承该夹盘8，该夹盘8又支承该基板9，同时该基板9暴露于电子束(未示出)中。

在本例中，主腔室4还装有基板处理设备14，用于将支承基板9的夹盘8装载至腔室4中以及将夹盘8卸载到该腔室4外部。该设备14通常称为“机械手(robot)”，下文中也如此。

参考图2，图中更详细地表示了主腔室4和交换腔室5。

该盒子10具有多个架板15，用于保持各夹盘(未示出)。架板15沿竖直方向层叠，换句话说就是一个架板叠加在另一架板之上。盒子10能够被提升机构16升高和降低，该提升机构16由第一马达51(图8)驱动。提升机构16使得机械手14能够接近盒子10中的各夹盘(未示出)。

该x-y定位台12包括底座12₁以及第一和第二平台12₂、12₃。第一平台12₂能够相对于底座12₁沿第一正交方向移动，例如沿y轴移动，而第二平台12₃能够相对于第一平台12₂沿第二正交方向移动，在这种情况下是沿x轴移动。第一和第二平台12₂、12₃由各自的步进马达54、55(图8)来驱动。

该激光干涉仪镜组件13包括底座13₁以及第一和第二正交镜座13₂、13₃。该镜组件13与干涉仪单元56(图8)配合，以便确定该镜组件13的位置，并从而确定夹盘8的位置。如后面更详细所述，该镜组件13构造成可接纳和支承该夹盘8。不过，该镜组件13可以省略，而该x-y定位台12可以布置成直接接纳并支承该夹盘8。

参考图3，图中更详细地表示了机械手14。

该机械手14包括杆条17和从该杆条17侧向伸出的侧部部件18，该侧部部件18在本例中是从该杆条17的第一侧表面19伸出，用于将夹盘8和基板9支承在该杆条17的一侧。该侧部部件18布置成靠近杆条17的第一端17₁。该侧部部件18的形式为悬臂式翼板。在这种情况下，该侧部部件18成八字形向外张开。该侧部部件18的形式可以为在远端带有平板的杆。该侧部部件18的形式可以为两个或更多杆，以便提供一种叉形件。该侧部部件18的形式可以为框架。该侧部部件18可以布置成相对于杆条17更高或更低，例如借助于直立的或悬垂的肋片。该侧部部件18可以为台阶形。该侧部部件18由金属形成，例如不锈钢。

该杆条17为大致矩形横截面，并由金属(诸如不锈钢)形成。不过，该杆条也可以为大致圆形或多边形横截面。该杆条17的长度1为大约400mm。导轨20从杆条17的第二侧面21伸出，并且基本上沿着该杆条17的长度延伸。该杆条17并沿底表面22有齿，以便提供齿条23。不过，该杆条17也可以沿侧表面19、21或沿顶表面24有齿。

该机械手14还包括用于支承该杆条17的支架25。该支架25相对于杆条17大致侧向布置。该支架25具有一组直线轴承26、27，用于保持该导轨20。该导轨20能够沿该直线轴承26、27滑动，因此能够使杆条17沿其纵向轴线Γ平移。该支架25还具有齿轮28，该齿轮28与马达29联接，并与齿条23啮合，用于驱动杆条17沿其纵向轴线Γ前后移动。该纵向轴线Γ处于水平平面(x-y平面)中，且在本例中平行于x轴线。该杆条17可以由支架25利用其它装置(例如一组轮，未示出)来支承。

该机械手14还包括用于支承该支架25的板30，该板30相对于该支架25大致侧向布置。该板30具有至少一个导轨，在本例中为一对导轨31₁、31₂，这对导轨容纳在支架25上的各自的直线轴承32₁、32₂中。导轨31₁、31₂能够在它们各自的直线轴承32₁、32₂中上下滑动，从而能够使支架25和杆条17横向移动，即竖直移动。该支架25具有悬垂柱33。该柱33的一个侧面34上有齿，从而形成另一齿条35。该板30支承另一齿轮36，该齿轮36与马达37联接，并与齿条35啮合，以便升高和降低该支架25。也可以使用活塞装置(未示出)。该板30安装在腔室4的内壁38上。该内壁38可以凹入，以便容纳马达37。该机械手14布置成使得该杆条17平行于内壁38延伸。该杆条17和支架25布置在腔室4的壁38和该镜组件13之间。该另一齿轮36和马达37可以安装在腔室4的壁38上。

参考图4，该杆条17和侧部部件18布置成这样，即，当杆条17升高和向前延伸时，该杆条17和侧部部件18经过腔室4的壁40中的孔39并经过闸阀7(图2)而进入该交换腔室5(图2)。该机械手14和腔室4、5构造成有间隙41，以允许该杆条17和该侧部部件18能够降低。

参考图5和图6，图中表示了夹盘8、侧部部件18、镜组件13和盒子架板15。为了清楚而省略了镜座13₂、13₃(图2)和基板9(图1)。

该夹盘8具有至少三个支脚42、43、44。

该镜组件13具有从它的底座13₁竖立的三个块45、46、47，用于接纳该支脚42、43、44。因此，当夹盘8布置在该镜组件13上时，三个支脚42、43、44置于这三个块45、46、47上。这在夹盘底座8₁和该镜组件底座13₁之间提供了空间S，该侧部部件18能够进入该空间S中。

各盒子架板15构造成可提供一种围绕空间T的壁架，该侧部部件18在升高或降低通过该架板15的平面时能够经过该空间T。各架板15布置为支承该夹盘8的周边部分，例如各部分8_A、8_B、8_C，而夹盘8不会从架板15跌落。这可以这样来实现，即，各架板15形成为使得架板15的至少三个部分(夹盘18置于这三个部分上)形成三角形(未示出)的各角部，而夹盘8的质心(未示出)处于该三角形中。这种情况下，各盒子架板15在平面视图中为大致“L”形。也可以使用其它构造，诸如为大致“J”形或“C”形。各架板15的内周的一部分P₁具有与侧部部件18的外周的一部分P₂互补的形状。各架板15还具有两个孔48、49，用于接纳三个支脚42、43、44中的两个。因此，当夹盘8置于架板15上时，该夹盘底座8₁直接由架板15支承。

该盒子架板15并不需要构造成提供一种围绕中央空间的架板。而是说，也可以提供没有切口的架板，例如该架板可以为矩形，这样，该夹盘8的支脚42、43、44搁置于架板15上。因此，为了拾起或放下夹盘8，将该侧部部件18插入架板15和夹盘8之间。该架板15可以具有竖立的块(未示出)，用于接纳支脚42、43、44，例如使用类似于该镜组件13的布置。

再参考图2，杆条17和侧部部件18布置成使得夹盘8能够被支承在杆条17的侧部，而不是支撑在杆条17的端部处，换句话说，不是在杆条17的前面。因为该机械手14通常布置在x-y定位台12和镜组件13旁边，且并不在盒子10与该x-y定位台12以及镜组件13之间，因此夹盘8在从镜组件13中拾起和放下到架板15上这两个动作之间并不需要旋转。因此，装载和卸载夹盘8的过程可以通过使杆条17沿其纵向轴线平移以及通过升高和降低该杆条17来完成。而且，机械手14所占据的空间减小，这允许使用更小的腔室结构。

操作

该杆条17和侧部部件18可以有多个停止或者静止位置，这些位置按照延伸长度L以及支架25是升高还是降低来表示，且这些位置在下面的表1中概括：

表1

 

	向上	向下
			L＝L<sub>1</sub>	在使夹盘8从架板15上升高之后的最高点，或在将夹盘8放下到架板15上之前的最高点(例如图7d)	在将夹盘8放下到架板15上之后的最低点，或在使夹盘8从架板15上升高之前的最低点(例如图6)
L＝L<sub>2</sub>		当盒子10升高或降低时的等候位置
			L＝L<sub>3</sub>		当基板9曝光时的等候位置
L＝L<sub>4</sub>	在使夹盘8从镜组件13上升高之后的最高点，或在将夹盘8放下到镜组件13上之前的最高点(例如图7c)	在将夹盘8放下到镜组件13上之后的最低点，或在使夹盘8从镜组件13上升高之前的最低点(例如图5)

在表1中，长度L₁、L₂、L₃、L₄定义为从第二直线轴承27的端部至杆17的端部，且L₁>L₂≥L₃>L₄。可以使用L₄＝0，不过，值L₄>0也可以使用，以便平衡该杆条17。可以使用L₁＝L₅，其中，L₅是导轨20的长度减去直线轴承26、27的长度。不过，值L₁<L₅也可以用于帮助平衡该杆条17。

长度L₂布置为使得杆条17和侧部部件18从盒子10中退回(图2)，以允许该盒子10升高或降低。

长度L₃布置为使得杆条17和侧部部件18保留在主腔室4中，并允许关闭该闸阀7。而且，长度L₃布置为当该x-y定位台12(图2)移动时使得杆条17和侧部部件18并不干涉该镜组件13的移动，特别是不会与块45、46、47(图5和6)发生碰撞。

下面将参考图7a至7e介绍从镜组件13上拾起夹盘8和将夹盘8放置到架板15上的过程。

一旦基板9(图1)已经被曝光，该x-y定位台12(图2)就将该镜组件13移动至用于要被卸载的夹盘8的“装载”位置。侧部部件18开始移动至夹盘8下面的空间S内，例如如图7a所示。该侧部部件18通过平移该杆条17而移动，由马达29(图3)借助于齿条23和齿轮28来驱动该杆条17。

一旦该侧部部件18移动至夹盘8下面，例如如图7b所示，该侧部部件18就开始升高。该侧部部件18通过升高支架25(图3)而升高，该支架25借助于另一齿条35和另一齿轮36而由马达37驱动。

该侧部部件18与夹盘8的底座8₁接合，并使夹盘8升高离开该镜组件13，直到该侧部部件18离开这些块45、46、47，例如如图7c所示。如果闸阀7(图2)还没有打开，则打开该闸阀7，以允许夹盘8和基板9通过。然后，该侧部部件开始朝着盒子10(图2)移动。

一旦该夹盘8到达盒子10(图2)并使它悬在架板15上方，例如如图7d所示，则该侧部部件18就开始下降。

当该侧部部件18下降时，架板15与夹盘8的底座8₁接合。这样，侧部部件18就将夹盘8留在了架板15上，例如如图7e所示。

该侧部部件18退回，该盒子10(图2)能够被升高，以便能够接近另一架板(未示出)和另一夹盘(未示出)，该另一夹盘支承着另一基板(未示出)。

从架板(未示出)上拾取夹盘(未示出)以及将夹盘(未示出)布置在镜组件13上的过程包括反向进行前述步骤顺序和运行方向。

一旦夹盘8和基板9处于主腔室4内，闸阀7(图2)就可以被关闭。

参考图8，装载和卸载夹盘的处理由微型计算机50形式的控制器来控制。

该微型计算机50控制用于驱动盒子提升机构16(图2)的马达51、用于气动驱动闸阀7(图2)的压缩机52、用于前后驱动杆条17(图3)的马达29(图3)以及用于升高和降低支架25(图3)的马达37。

该微型计算机50可以接收来自一组传感器53的信号，用于确定杆条17(图3)、支架25(图3)和闸阀7(图2)的位置。该微型计算机50还可以控制用于驱动x-y定位台12(图2)的步进马达54、55，并从干涉仪单元56接收信号，以确定该镜组件13(图2)的位置。该微型计算机50还可以控制真空泵和阀57的工作，以便对该交换腔室4进行抽真空和通气。

应当知道，前述实施例可以进行多种变化。该机械手可以在没有夹盘的情况下直接处理基板。该机械手可以将基板装载至离子束系统中和将其从该离子束系统中卸载。该基板可以是要在电子束或离子束分析机器(例如扫描电子显微镜)中检查的样品。该机械手并不需要将基板装入腔室中。该主腔室可以具有用于控制腔室中的环境的装置，例如用于将干空气或氮送入腔室内的装置。该伸出导轨可以省略，且该杆条可以由直线轴承来支承。

Claims (23)

1.一种带电粒子束系统，包括交换腔室、主腔室和基板处理设备，该主腔室内装有x-y定位台，该基板处理设备安装在主腔室内部，用于将基板装载至主腔室内和将基板卸载出该主腔室，该设备包括杆条和侧部部件，该侧部部件从该杆条沿侧向伸出，用于将该基板支承在该杆条的一侧；该设备还包括用于使杆条沿其纵向轴线平移的装置，该装置构造成使得该侧部部件可移动进入和离开该交换腔室。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述用于使杆条平移的装置包括从杆条伸出的导轨。

3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述用于使杆条平移的装置还包括一组直线轴承，用于保持该导轨。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述杆条有齿，以便提供齿条，并且其中，所述用于使杆条平移的装置还包括齿轮，该齿轮布置成与所述齿条啮合。

5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述设备还包括用于支承杆条的装置。

6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述用于使杆条平移的装置包括从杆条伸出的导轨，并且，所述用于支承杆条的装置包括一组直线轴承，用于保持该导轨。

7.根据权利要求6所述的系统，其中：所述杆条有齿，以便提供齿条，并且，所述用于支承杆条的装置包括齿轮，该齿轮布置成与所述齿条啮合。

8.根据权利要求1所述的系统，还包括用于使杆条沿横向轴线平移的装置。

9.根据权利要求8所述的系统，其中，所述用于使杆条沿横向轴线平移的装置包括用于升高和降低所述杆条的装置。

10.根据权利要求1所述的系统，其中，所述侧部部件为悬臂式翼板的形式。

11.根据权利要求1所述的系统，其中，所述设备构造成使杆条和侧部部件穿过在主腔室壁中的孔而伸出。

12.根据权利要求1所述的系统，其构造成与具有多个架板的盒子相配合。

13.根据权利要求1所述的系统，其构造成与具有至少一个架板的盒子相配合，所述架板具有围绕一空间的壁架，所述设备构造成当所述侧部部件升高或降低时允许所述侧部部件经过所述空间，以允许将基板放下到所述架板上或从所述架板上拾起基板。

14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基板由基板支承件来支承，并且，所述侧部部件构造成支承所述基板支承件。

15.根据权利要求1所述的系统，其中，所述基板是工件、晶片、晶片芯片、掩模坯料或样品。

16.根据权利要求1所述的系统，还包括用于保持多个晶片的盒子。

17.根据权利要求16所述的系统，其中，所述盒子包括多个架板，其中，各架板构造成提供围绕一空间的壁架，所述侧部部件在升高或降低通过该架板平面时能够经过该空间。

18.根据权利要求16所述的系统，其中，各架板的内周的一部分具有与所述侧部部件的外周的一部分互补的形状。

19.根据权利要求1所述的系统，其中，晶片由各自的晶片支承件来支承。

20.根据权利要求1所述的系统，还包括用于对所述腔室进行抽真空的装置。

21.一种在带电粒子束系统中处理基板的方法，该方法使用了一种设备，该设备包括杆条和侧部部件，该侧部部件从杆条沿侧向伸出，用于将基板支承在杆条的一侧，该设备还包括用于使杆条沿其纵向轴线平移的装置；该方法包括：

使得该杆条沿其纵向轴线平移。

22.根据权利要求21所述的方法，还包括：

升高所述杆条，以便拾起一基板。

23.根据权利要求21所述的方法，还包括：

降低所述杆条，以便放下一基板。

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