將目標從基板轉移系統轉移至光刻系統的裝置和方法與流程

技術領域

本發明涉及一種在光刻系統中處理基板的方法，并且尤其涉及一種用于在光刻系統的基板預備單元及負載鎖定單元之間轉移基板的方法。

背景技術：

在半導體產業中，對于以高正確性及可靠度來制造更小結構的不斷增加的需求對晶圓處理技術提出極高的要求。尤其，重要的是最大化晶圓處理設備的晶圓處理量，同時維持最低的資本成本及操作成本，并且沒有過度使用地板空間(floor space)。地板空間在半導體制造環境中是昂貴的，因為大部分的空間都需要符合高標準的無塵室條件。因此，將被晶圓處理設備占用的地板空間，即所謂的覆蓋區(footprint)，優選的是盡可能為有限的。再者，為了確保無塵室條件可被維持，晶圓處理設備優選的在無塵室內維修。

在晶圓上制造集成電路中非常重要的步驟是光刻。在光刻處理中，預定的圖案系被轉印到一通常被稱為晶圓的半導體基板之上。目前，利用光刻設備圖案化的結構的最小尺寸在大小上是大約70nm。然而，為了產生更加復雜的電路，需要尺寸更小的結構。

光刻系統的處理量也是一項重要因素。帶電粒子光刻機器能夠以極小的尺寸圖案化基板，但卻是在較低的處理量之下進行。目前，可用的光學光刻機器可以在每小時圖案化大約100個晶圓。10個分別能夠每小時圖案化大約10個晶圓的帶電粒子光刻機器的群集才能夠匹配此處理量。

高效地將待曝光的基板傳送至每個光刻機器和從每個光刻機器取出經曝光的基板從整體來看是最大化系統的處理量的重要因素。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種在光刻系統的光刻系統單元中處理基板的方法，該光刻系統單元包括至少兩個基板預備單元、包括至少第一和第二基板位置的負載鎖定單元、以及用于在基板預備單元與負載鎖定單元之間轉移基板的操縱基板的機器人。該方法包括將一連串待曝光的基板提供給機器人，這些基板包括一第N個基板、一在該第N個基板的前一個的第N-1個基板、以及一在該第N個基板的后一個的第N+1個基板；借助于機器人將第N個基板轉移至基板預備單元中的第一基板預備單元；將第N個基板夾箝在第一基板預備單元中的第一基板支承結構)上，所述第N個基板和所述第一基板支承結構一起形成受夾箝的第N個基板；借助于機器人將受夾箝的第N個基板從第一基板預備單元轉移至負載鎖定單元中的第一和第二位置中未被占用的一個位置，以用于在光刻系統單元中曝光；以及在光刻系統單元中曝光受夾箝的第N個基板。受夾箝的第N個基板優選的是在第N-1個基板在光刻系統單元中的曝光完成之前被轉移到負載鎖定單元。

該方法可進一步包括借助于機器人將第N+1個基板轉移至基板預備單元中的第二基板預備單元；將第N+1個基板夾箝在第二基板預備單元中的第二基板支承結構上，第N+1個基板與第二基板支承結構一起形成受夾箝的第N+1個基板；以及借助于機器人將受夾箝的第N+1個基板從第二基板預備單元轉移至負載鎖定單元中的第一和第二位置中未被占用的一個位置，以用于在光刻設備中曝光。受夾箝的第N+1個基板優選的是在第N個基板在光刻系統單元中的曝光完成之前被轉移到負載鎖定單元。

該方法可進一步包括借助于機器人將經曝光的受夾箝的第N個基板從負載鎖定的第一和第二位置中與受夾箝的第N+1個基板所占用的不同的一個位置，轉移至第二基板預備單元；從第二基板預備單元中的第一基板支承結構分離經曝光的第N個基板；以及借助于機器人從第二基板預備單元轉移經曝光的第N個基板，以用于從光刻系統單元移除；其中在經曝光的受夾箝的第N個基板從負載鎖定單元被轉移之前，受夾箝的第N+1個基板被轉移至負載鎖定單元。

該光刻系統單元可進一步包括基板儲存單元，并且所述方法可進一步包括借助于機器人將第N個基板轉移至基板儲存單元，以及將第N個基板轉移至基板預備單元中的第一基板預備單元包括：借助于機器人將第N個基板從基板儲存單元轉移至基板預備單元中的第一基板預備單元。

該光刻系統單元還可包括基板接口單元，該接口單元被配置成用于在轉移基板的機器人與操縱基板的機器人之間轉移基板。將第N個基板轉移至基板儲存單元可包括：借助于機器人將第N個基板從接口單元轉移至基板儲存單元，以及轉移經曝光的第N個基板以用于從光刻系統單元移除可包括：借助于機器人將經曝光的第N個基板從第二基板預備單元轉移至接口單元，以用于從光刻系統單元移除。

光刻系統可進一步包括水平轉移的機器人，該水平轉移的機器人被配置成用于接收基板并且將基板水平地轉移至接口單元、以及用于從接口單元轉移經曝光的基板并且水平地轉移基板，以用于從光刻系統單元移除。該方法可進一步包括：在將第N個基板轉移至基板儲存單元之前借助于水平轉移的機器人將第N個基板轉移至接口單元；以及在通過操縱基板的機器人將經曝光的第N個基板轉移至接口單元之后，借助于水平轉移的機器人從接口單元轉移經曝光的第N個基板。

第一和第二基板預備單元以及負載鎖定單元的第一和第二基板位置可以相對于彼此豎直地配置，并且操縱基板的機器人可以被配置成用于在基板預備單元與負載鎖定單元的第一和第二基板位置之間豎直地轉移基板。在這種配置中，該方法的轉移步驟包括通過操縱基板的機器人進行豎直轉移。

該光刻系統單元可進一步包括基板儲存單元和接口單元。第一和第二基板預備單元、負載鎖定單元的第一和第二基板位置、儲存系統、以及接口單元可相對于彼此豎直地配置，并且該操縱基板的機器人被配置成用于在基板預備單元、負載鎖定單元的第一和第二基板位置、儲存系統、以及接口單元之間豎直地轉移這些基板。

該方法可進一步包括借助于機器人將經曝光的受夾箝的第N-1個基板，從負載鎖定的第一和第二位置中與受夾箝的第N個基板所占用的不同的一個位置，轉移至第一基板預備單元，所述第N-1個基板先前被夾箝至第三基板支承結構并且在光刻設備中曝光；從第一基板預備單元中的第三基板支承結構分離經曝光的第N-1個基板；以及借助于機器人從第一基板預備單元轉移經曝光的第N-1個基板，以用于從光刻系統單元移除。受夾箝的第N個基板可在受夾箝的第N-1個基板在光刻設備中的曝光完成之前被轉移至負載鎖定單元。

該方法可進一步包括，在將基板中的每一個夾箝在基板支承結構中的一個上之前，在基板預備單元中的一個內將基板預先對準朝向預定的朝向。該方法可進一步包括在轉移至基板預備單元中的一個以用于夾箝基板之前，將基板中的每一個粗略地預先對準朝向預定的朝向。該方法還可進一步包括，在將基板中的每一個夾箝在基板支承結構中的一個上之前，通過從基板支承結構去除熱能來對基板支承結構進行熱調節。

該負載鎖定可包括負載鎖定機器人，并且該方法可進一步包括在將受夾箝的第N個基板轉移到負載鎖定單元的第一和第二位置中未被占用的一個位置之后，對負載鎖定單元進行抽吸降壓；借助于負載鎖定機械臂，將經曝光的受夾箝的第N-1個基板從光刻系統單元轉移至被抽吸降壓的負載鎖定單元的第一和第二位置中未被占用的一個位置；借助于負載鎖定機器人將受夾箝的第N個基板從被抽吸降壓的負載鎖定轉移到光刻系統單元中；以及在將經曝光的受夾箝的第N-1個基板轉移至第一基板預備單元之前，對負載鎖定單元進行通氣。

被抽吸降壓的負載鎖定單元的第一和第二位置可以相對于彼此豎直地配置，并且負載鎖定機器人可包括被配置成用于轉移基板往返第一位置的上操縱主體以及被配置成用于轉移基板往返第二位置的下操縱主體。

明顯的是，目前發明的原理可用各種方式來實施。

附圖說明

將參考附圖中所示的實施例進一步解釋本發明的各個方面，其中：

圖1是帶電粒子光刻設備的實施例的簡化示意圖；

圖2是模塊化光刻設備的簡化框圖；

圖3a示出光刻系統的布局的俯視圖；

圖3b示意性示出圖3a的光刻系統的一部分的側剖視圖；

圖3c示意性示出圖3a的光刻系統的另一部分的側視圖；

圖4示意性示出在群集式帶電粒子光刻系統內的光刻系統單元；

圖5示意性示出在光刻系統單元中的操縱基板的機器人的示范的軌跡；

圖6示出群集式光刻系統；

圖7示出該群集式光刻系統的一部分，其中該系統的外罩被移除；

圖8a、8b示出在基板轉移的不同階段在基板轉移系統與預備系統之間的接口；

圖9a、9b示意性示出根據本發明的實施例的載具(carrier)；

圖10示意性示出用于負載鎖定系統的受夾箝(clamp)的基板處理單元；

圖11示出用于置放基板將被夾箝到其上的基板支承結構的基板預備單元；

圖12示意性示出用于負載鎖定系統的操縱受夾箝的基板的機器人；

圖13a示出將受夾箝的基板從基板預備單元朝向負載鎖定系統轉移的操作；

圖13b示出圖13a中所示的負載鎖定系統的更詳細的視圖；

圖14a、圖14b示意性示出將經處理的受夾箝的基板從負載鎖定系統朝向基板預備單元轉移的操作；以及

圖15a、圖15b示出在負載鎖定系統內替換受夾箝的基板的的兩個不同階段。

具體實施方式

以下是僅作為示例并參考附圖的對本發明各個實施例的說明。

圖1示出一種帶電粒子光刻設備100的實施例的簡化示意圖。這種光刻系統例如在美國專利第6,897,458、6,958,804、7,019,908、7,084,414和7,129,502號以及美國專利申請公開第2007/0064213號、以及共同待審的美國專利申請序號第61/031,573、61/031,594、61/045,243、61/055,839、61/058,596、61/101,682號中，前述全部都轉讓給本發明所有人并且全部都整體并入本文中作為參考。

在圖1中所示的實施例中，光刻設備100包括電子源101，用于產生擴展的電子射束120。該擴展的電子射束120通過準直器透鏡系統102來使其準直。準直的電子射束121撞擊在孔徑陣列103上，該孔徑陣列103阻擋射束的部分以產生多個細射束122。該系統產生大量的細射束122，優選的是大約10,000至1,000,000個細射束。

這些電子細射束122穿過聚光透鏡陣列104，該聚光透鏡陣列104將電子細射束122聚焦在射束阻斷器陣列105的平面中，該射束阻斷器陣列105包括多個用于偏轉這些電子細射束中的一個或多個的阻斷器。經偏轉及未偏轉的電子細射束123到達射束阻擋陣列108，該射束阻擋陣列108具有多個孔。該細射束阻斷器陣列105以及射束阻擋陣列108一起工作以阻擋細射束123或是讓其通過。如果細射束阻斷器陣列105偏轉一細射束，則該細射束將不會通過在射束阻擋陣列108中的對應孔徑，而是將會受到阻擋。但如果細射束阻斷器陣列105并不偏轉一細射束，則該細射束將會通過在射束阻擋陣列108中的對應孔徑，并且通過射束偏轉器陣列109和投射透鏡陣列110。

射束偏轉器陣列109使每個細射束124在X和/或Y方向(基本上垂直于未偏轉的細射束的方向)上偏轉，以便將這些細射束掃描過目標或基板130的表面。接著，這些細射束124通過投射透鏡陣列110并且被投射到基板130上。該投射透鏡裝置優選地提供大約100到500倍的縮倍。這些細射束124撞擊在基板130的表面上，該基板130被設置在用于運載基板的可移動平臺132上。對光刻應用來說，該基板通常包括配備有帶電粒子敏感層或光阻層的晶圓。

該帶電粒子光刻設備100工作在真空環境中。需要真空狀態以除去微粒，這些微粒可能被帶電粒子射束離子化而被吸引至源、可能游離并沉積在機器部件上、并且可能分散帶電粒子射束。通常需要至少10^-6巴(bar)的真空狀態。為了維持真空環境，帶電粒子光刻系統被設置在真空室140中。光刻設備100的所有主要元件優選地容納于共同真空室中，包括帶電粒子源、用于將細射束投射到基板上的投射器系統，以及可移動平臺。

在一實施例中，帶電粒子源的環境被差異化地抽吸成達到10^-10mbar的相當高的真空。在此種實施例中，該源可被設置在單獨的室中，即一來源室中。抽吸以降低該來源室中的壓力水平可依照以下方式來執行。首先，該真空室和來源室被抽吸以降低到真空室的水平。接著，該來源室額外被抽吸至的所需的更低的壓力，優選地借助化學吸氣劑以本領域技術人員已知的方式來進行。通過利用再生的、化學方式和所謂的被動泵，例如吸氣劑，可使在來源室內的壓力水平達到比真空室中的壓力水平更低的水平，而不需要真空渦輪泵來實現此目的。吸氣劑的使用避免該真空室的內部或緊臨的外圍附近遭受到如果是為此目的而使用真空渦輪泵或類似物將會有的聲音和/或機械振動。

圖2示出一描繪模塊化光刻設備200的主要元件的簡化方塊圖。該光刻設備200優選地以模塊化方式設計，以容許有便利的維護。主要的子系統優選地被構造在獨立且可拆卸的模塊中，因而它們可在對其它子系統的干擾盡可能小的情況下，從該光刻設備移除。這特別有利于封入真空室中的光刻機器，其中對該機器的接近(access)是受限的。因此，有缺陷的子系統可在沒有不必要地中斷連接或干擾其它系統的情況下快速地被移除和更換。

在圖2中所示的實施例中，這些模塊化子系統包括一含有帶電粒子射束源101和射束準直系統102的照射光學模塊201、一包含孔徑陣列103和聚光透鏡陣列104的孔徑陣列及聚光透鏡模塊202、一包含細射束阻斷器陣列105的射束切換模塊203、以及包含射束阻擋陣列108、射束偏轉器陣列109以及投射透鏡陣列110的投射光學模塊204。這些模塊被設計成滑入和滑出對準框架。在圖2中所示的實施例中，該對準框架包括對準內部子框架205和對準外部子框架206。框架208經由振動阻尼架座(mount)207來支承對準子框架205及206。該基板130被擱置在基板支承結構209上，該基板支承結構209接著被置放在卡盤210上。該卡盤210放置在該平臺的短沖程211和長沖程212上。該光刻機器封入真空室240中，該真空室240可包含一個或多個鎳鐵高導磁合金(mu metal)屏蔽層215。該機器被擱置在底板220上，該底板220則被框架構件221所支撐。

每個模塊需要大量的電信號和/或光學信號、以及用于其工作的電力。在真空室240內的模塊從控制系統接收這些信號，該控制系統通常位于該真空室240之外。該真空室240包含被稱為端口的開口，以用于容許傳送來自控制系統的信號的電纜進入該真空殼體，同時維持在電纜周圍的真空密封。每個模塊優選地具有被路由穿過一個或多個專用于該模塊的端口的許多電氣、光學和/或電力纜線連接。這使得用于特定模塊的電纜能夠在不干擾用于其它模塊中的任一者的電纜的情況下被斷連、移除和更換。

圖3a示出根據本發明的實施例的包括一組光刻系統單元的光刻系統300的布局的俯視圖。在下文，該布局可被稱為光刻系統300或群集300。圖3b示意性示出該光刻系統300的一部分的側剖視圖。

在此特定實施例中，該光刻系統300包括一個由十個光刻元件10所構成的組。這些光刻系統單元配置成并列的兩行，每行包含五個單元。緊鄰于該群集300的地板空間被保留為維修區域305。每個光刻系統單元包括一包含于其本身的真空室中的光刻設備301，其中每個真空室的一側面對在另一行中的一光刻系統單元，而該相對的側面對群集300的周圍，尤其是維修區域305。

在帶電粒子光刻設備的情形中，該真空室優選地包括所有實現光刻處理的元件，這些元件包括帶電粒子源、用于將帶電粒子細射束投射到待圖案化的基板上的投射系統、以及可移動的基板平臺。例如，真空室可對應于參考圖2所述的室240。

光刻系統單元面對被提供來用于維修目的的自由區域的一側，包括用于將基板轉移進出該真空室的負載鎖定系統310，并且還包括可以為了此種維修目的而被開啟的進出門330。

這些光刻系統單元在與負載鎖定系統310相同的一側配備有門330。該門330可以是可拆卸地連接的，并且可以是能夠整體拆卸的，例如通過利用轉移單元340來進行。轉移單元340可被配置成支撐門330并且可包括一或多個轉移元件345，例如是輪或軌道。光刻設備301可通過支撐結構335來加以支撐，用于將光刻設備定位在升高的位置處。

在負載鎖定系統和進出門所位于的一側的自由區域優選的是大到足以容納門和負載鎖定的覆蓋區。而且，期望自由區域大到足以容納用于運載光刻設備部件的裝置的覆蓋區。

因此，光刻系統300包括多個具有負載鎖定系統310和門330的光刻系統單元，該負載鎖定系統310和門330面對周圍，更尤其是面對圍繞光刻系統300的維修區域305。由于負載鎖定系統310和門330的“向外的”朝向，包含在真空室內的光刻設備301的光刻系統單元是直接可從維修區域305進入的。直接的進入簡化光刻系統300的維修，并且可以縮短光刻系統或是其零件的停機時間。為了維修而打開單個特定真空室可以在不影響在光刻系統300內的其它光刻系統單元的處理量的情況下完成。

光刻系統單元的背對背的布局使光刻系統300具有有限的“覆蓋區”。在工廠內的地板空間是珍貴的，因此有效率的使用工廠地板空間是重要的。

負載鎖定系統310可以集成到門330中。負載鎖定系統310和門330的集成減少用于制造光刻系統單元的材料量。門330的一部分可以直接用作負載鎖定系統310的其中一個側壁。材料的減少具有的優點為，門和負載鎖定系統的組合在維修期間是較容易處理的。此外，由于在制造期間需要較少材料，因此該光刻系統的制造成本也被降低。

光刻系統300進一步包括基板供應系統315。基板供應系統315被配置成接收待被光刻系統300處理的基板，并且將這些基板提供至光刻系統單元以用于處理。這可能實際上意味著基板供應系統315為了預先處理的目的而將基板提供給預備系統320。在圖案化之后，基板供應系統315可收集經圖案化的基板。基板供應系統315的使用使得光刻系統300能夠有效率地與工廠中的其它設備合作，因為其允許相當容易地替換目前所使用的光刻系統。

圖3c示意性示出圖3a的光刻系統300的另一側視圖。在所示的實施例中，光刻系統300進一步包括基板轉移系統350，用于從基板供應系統315接收基板和/或將基板轉移到基板供應系統315。基板轉移系統350可以采用適當的傳送帶系統的形式，例如，在基本上水平的方向上延伸的傳送帶系統。

優選的是，基板轉移系統350被設計成不會干擾到光刻系統單元的門330。這可以如圖3c中所示那樣實現。在此實施例中，基板轉移系統350延伸在基本上水平的方向上，并且被配置在光刻系統單元的負載鎖定系統310和預備單元320上方。因此，在光刻系統300內的單個光刻系統單元的門可為了維修目的而被打開，同時基板轉移系統350可以繼續在基板供應系統315和光刻系統300內的其它光刻系統單元之間轉移基板。

參考圖3a-圖3c描述的布局提供了具有有限復雜度的光刻系統單元的群集。該布局可以相當輕易地被縮放。例如，如果光刻系統300需要以80％容量進行工作，則十個光刻系統單元中只需八個來工作和/或被安裝。

此外，光刻系統300可提供可靠的處理量。如果一個光刻系統單元發生故障和/或需要維修，在群集300內的其它光刻系統單元可以繼續它們的工作。因此，在10個具有每小時10個基板或晶圓的處理量(wph)的光刻系統單元的情形中，一個光刻系統單元發生故障容許群集300能夠繼續以90％的效率工作。換言之，其接著是以9x10wph＝90wph的處理量工作，而不是理想的100wph。相比之下，目前技術水準的光學光刻設備可以100wph的處理量工作。然而，如果這種光學光刻設備內的某些部件發生故障，則整個設備需要停機，這會使處理量降低至0wph。

在進入真空室之前，基板通常會經過夾箝、預先對準和抽吸降壓的動作。在此上下文中，夾箝系被定義為將基板設置在基板支承結構上以形成單一結構，下文中被稱為“夾具(clamp)”。此外，術語“受夾箝的基板”被用來指受到基板支承結構夾箝的基板。預先對準涉及將基板和/或夾具對準成使得圖案化可在處于某一定向的基板的預定部分之上執行。抽吸降壓涉及降低基板周圍的壓力的步驟，以最小化污染和在基板插入光刻設備301時降低基板對真空室壓力的影響。

在通過光刻設備301執行圖案化動作之后，基板通常要經受通氣動作和松開動作，即，將基板從基板支承結構分離開。在通氣與松開動作之間，基板可被轉移。

負載鎖定系統310形成一個到真空室內的真空環境的接口。系統310通常被用于上述的抽吸降壓動作和通氣動作。為此目的，負載鎖定系統310包括一個或多個其中壓力可被調節的室。負載鎖定系統310可包括適用于抽吸降壓和通氣的動作的單個室。或者是，系統310包括用于抽吸降壓和通氣的單獨的室。為了抽吸降壓動作，系統310包括泵，用于將一室內的壓力抽吸降壓至降低的壓力，例如，適用于將受夾箝的基板和基板支承轉移到光刻設備301的操作的真空。為了通氣動作，負載鎖定系統310包括用于在光刻設備301中處理受夾箝的基板之后對室進行通氣以增高壓力的通氣孔。

夾箝和/或松開可在預備系統320中執行。或者是，夾箝可在將基板提供至預備系統320之前，在不同的位置處執行，例如，在該共同的供應系統315內。在又一替代方案中，夾箝和/或松開可在負載鎖定系統310內執行。

夾箝和松開可在不同的單元中執行，但也可在同一單元中執行。下文中，用詞“夾箝單元”指用于夾箝和/或松開的單元。

圖4示意性示出光刻系統單元，其配備有用于抽吸降壓的第一負載鎖定室310a、用于通氣的第二負載鎖定室310b和包括許多基板預備單元360a-360d的預備系統320。在此實施例中，夾具形成在預備系統320的適當的基板預備單元360a-360d中，并且然后經由第一負載鎖定室310a被插入真空室中。在基板由光刻設備301進行圖案化之后，夾具經由第二負載鎖定室310b被轉移回到預備系統320中的適當的基板預備單元360a-d，以用于松開。

如在圖4的實施例中所示，預備系統320可進一步包括預先對準單元370，其用于在經由第一負載鎖定室310a進入光刻設備301之前將基板預先對準。為了確保基板在基板支承結構上的位置和/或朝向適合于在光刻設備301內精確的曝光，可能需要預先對準。在預先對準單元370中進行預先對準之后，基板被提供至第一負載鎖定室310a，以便進行進一步的處理。

預先對準可在基板被夾箝之前先在單獨的基板上執行。在此種情形中，預先對準可以在基板預備單元360a-360d內完成，這將會減少由光刻系統單元占用的空間。如果基板在分離的預先對準單元370中被預先對準，基板優選地在被夾箝到基板支承結構上時預先對準。受夾箝的基板的預先對準降低了基板被夾箝到基板支承結構上所需的精確度。

預備系統320可進一步包括一個或多個額外的單元。例如，預備系統320可包括用于在光刻設備301中的曝光之前調節受夾箝的基板和/或未受夾箝的基板的調節單元。調節單元可被配置成用于熱調節受夾箝的基板或是未受夾箝的基板，這通過從基板(和基板支承結構)消除熱能來進行，以改善光刻圖案化的精確度，如本領域技術人員已知的。

基板和/或夾具可通過利用機器人在不同的單元之間轉移，該機器人工作在機器人空間400之內。在圖4的示例性實施例中，機器人包括可移動在基本上豎直的方向上的載具401。因此，這種機器人在下文中將被稱為豎直轉移的機器人或VTR。載具401被配置成用于在負載鎖定室310a、310b、基板預備單元360a-360d、和預先對準單元370之間適當地輸送基板和/或夾具。此外，機器人401可進一步被配置成和基板轉移系統350一起處理基板的交換。在圖4中，載具401運載包括基板支承結構403的夾具，基板405被夾箝在該基板支承結構403上。

光刻系統單元可進一步包括用于暫時儲存基板的儲存單元410。被儲存的基板可以是仍需要由光刻設備301圖案化的基板。可替換地或是額外地，基板儲存單元410可被配置成儲存等待經由基板轉移系統350轉移的圖案化后的基板。在圖4中所示的實施例中，儲存單元410耦接至基板轉移系統350。可替換地或是額外地，儲存單元410可耦接至可更換的單元并且可采取所謂的前開口統一容器(FOUP)的形式。FOUP允許幾個基板在FOUP中相對安全的轉移在(無塵室)環境中。在又一實施例中，儲存單元410是例如是FOUP的可更換的單元。

此外，圖4示意性示出用于確保光刻設備301正確工作所需的電子裝置420可被放置在光刻設備301的頂部上。正如圖3b中所示的實施例，門330可與真空室外的其它部件一起例如借助于包括一個或多個轉移元件345的轉移單元340而被移除。

盡管在圖4中的不同部件被示出為彼此堆疊，但是也可以預想到這些構件中的一個或多個彼此相鄰地設置在基本上水平的方向上的可替換實施例。此外，不同部件的順序可以是不同的。

在光刻系統未顯示于圖4中的其它實施例中，夾箝和/或松開在負載鎖定系統310內執行。能夠執行這些動作的負載鎖定系統310因而需要在本質上是相當復雜的。

夾箝方法包含(但不限于)通過利用毛細管力的夾箝，例如，如同在美國專利申請第2010/0265486號中所述的，該美國專利申請被轉讓給本發明的所有者并且其全部內容并入本文中作為參考。通過施加真空的夾箝、通過將基板凍結到基板支承結構的夾箝、以及通過使用電磁力的夾箝是可行的可替換方案中的幾個。夾箝的類型可以依據將被用在基板上的后續處理的類型而定。

負載鎖定系統310a、310b，以及在該光刻系統內的其它單元，例如：在預備系統320中的一個或多個單元(例如預先對準單元370、夾箝/松開單元360)以及基板儲存系統410，可包括一個或多個閥以用于產生受控的壓力環境。將基板和/或夾具保持在受控的壓力環境中，這允許在基板的周圍維持一污染降低的環境。該受控的壓力環境可以是介于大氣壓力與光刻設備301的高度真空之間的中等真空。此中等真空實現了污染的降低，同時避免將大體積維持在高度真空。尤其在尚未圖案化的基板的情形中，該中等真空有助于為了稍后在光刻設備的真空環境中進行的處理而準備該基板。

一種其中夾箝和/或松開單元設置在光刻系統單元之內，例如如圖4中所示的在預備系統320之內或是在負載鎖定系統310之內的光刻系統可被當作具有本地未受夾箝的基板供應或“本地群集”的群集式光刻系統300。在本地群集中，未受夾箝的基板被輸送到在這些基板將在其中被處理的光刻設備301的附近的區域。接著，基板被夾箝到基板支承結構上，并且最后這些夾具(即，被夾箝到基板支承結構上的基板)被提供至光刻設備301。由于在不同的光刻系統單元間并沒有許多部件被共享，因此本地群集可相當容易地被縮放，因為光刻系統單元的增加和/或移除最多僅意味著必須對提供基板的方式作出調整。

圖5示意性地示出用于在光刻系統單元中處理基板的動作流程。基板的轉移可利用一操縱基板的機器人來達成，圖5描繪了用于完成轉移序列的機器人的軌跡。該機器人可包括諸如圖4中的載具401這樣的載具和/或采取載具的形式。在圖5中，在基板轉移系統與機器人之間的接口被表示為“IF”。此外，該示例性光刻系統單元包括儲存單元SU、第一預備系統單元PSU-1、第二預備系統單元PSU-2、以及耦接至光刻設備的負載鎖定LL。

如先前所提及的，該接口IF可對應于在以上參考圖4所描述的基板轉移系統350與光刻系統單元之間的接口。儲存單元SU可對應于以上參考圖4所描述的儲存單元410。預備單元PSU-1和PSU-2例如可包括上述的基板預備單元360中的兩個。最后，負載鎖定LL可對應于以上參考圖4所描述的負載鎖定系統310。或者是，負載鎖定LL可以包括單個負載鎖定室，該負載鎖定室包括一個或多個載具，以實現在該負載鎖定LL中對多于一個的基板的處理。在該機器人實際轉移一基板期間的移動由實線箭頭來代表。無基板轉移的機器人的單純移動由虛線箭頭來表示。

在圖5中的軌跡開始于機器人被定位在接口IF。在動作501中，第一個移動牽涉到將一個新的未受夾箝的待曝光的基板從接口IF朝向儲存單元SU轉移，以用于暫時的儲存。應注意，在動作501中的此種轉移之前，該基板可以是已經用一種相對粗略的方式對準，例如通過檢測基板缺口或類似物的朝向。在基板置放在儲存單元SU中之后，機器人在動作502中朝向第一預備系統單元PSU-1移動。在動作503中，在預備系統單元PSU-1處，機器人拾起經曝光的未受夾箝的基板并且將此基板轉移至接口IF，以容許從光刻系統單元移除該基板。機器人接著在動作504中移動回到儲存單元SU以拾起在動作501結束時被置放于其中的用于曝光的未受夾箝的基板。在動作505中，未受夾箝的基板從儲存單元SU被拾起并且被轉移至預備系統單元PSU-1。在將未受夾箝的基板置放在PSU-1中之后，機器人在動作506中移動至預備系統單元PSU-2。機器人接著在動作507中拾起受夾箝的待曝光的基板并且將該受夾箝的基板轉移至負載鎖定LL以用于在光刻設備中曝光。在移除負載鎖定處的受夾箝的基板的之后，機器人在動作508中拾起經曝光的受夾箝的基板并且將此基板轉移至預備系統單元PSU-2以用于松開。最后，該機器人在動作509中，在沒有攜帶基板的情況下移動到接口IF。動作501-509的系列被稱為“周期A”。

在圖5中的軌跡接著以類似于動作501的動作511在接口IF繼續。然而，在置放新的未受夾箝的待曝光的基板之后，機器人并非如同在動作502中地移動到預備系統單元PSU-1，而是在動作512中移動到預備系統單元PSU-2。接著，在動作513中，機器人拾起存在于預備系統單元PSU-2中的經曝光的受夾箝的基板，并且將此基板轉移至接口IF以使得該基板能夠從光刻系統單元移除。機器人接著以一種類似其在動作504中所做的方式，在動作514中移動至儲存單元SU。機器人接著在動作515中從儲存單元SU拾起未受夾箝的待曝光的基板，并且將此基板轉移至預備系統單元PSU-2。在轉移此未受夾箝的基板之后，機器人在動作516中移動至預備系統單元PSU-1，在動作517中拾起受夾箝的待曝光的基板并且將該受夾箝的基板轉移至負載鎖定LL以用于在光刻設備中進行曝光。在移除了在負載鎖定的受夾箝的基板之后，機器人在動作518中拾起經曝光的受夾箝的基板并且將此基板轉移至預備系統單元PSU-1以用于松開。最后，機器人在動作519中，在沒有運載基板的情況下移動到接口IF。動作511-519的系列被稱為“周期B”。

機器人現在可以重復圖5的軌跡，這實際上表示其隨后在周期A與周期B之間交替，其中這兩個周期間的差異是預備系統單元PSU-1和預備系統單元PSU-2的任務。在預備系統單元中的夾箝動作花費的時間比一整個周期的持續期間長的情形中，圖5中所示的軌跡特別有益于確保基板連續的流動。

考慮到對擁有有限尺寸的光刻系統的渴望，在光刻系統單元內的部件的儲存容量優選的是有限的。尤其，PSU-1及PSU-2一般只能夠實現單個基板的預備。類似地，儲存單元SU優選地儲存單個基板。負載鎖定LL優選地能夠儲存兩個被夾箝到對應的基板支承結構上的基板。在負載鎖定LL中容納兩個受夾箝的基板的可能性使得在不需要先移除已經在之前處理的基板的情況下，受夾箝的基板就能夠置放在負載鎖定LL中。負載鎖定LL可包括單個負載鎖定室。可替換地，負載鎖定LL包括多于一個的負載鎖定室，例如參考圖4所描述的。在這種多室的實施例中，每個負載鎖定室優選地配置成容納被夾箝到基板支承結構上的單個基板。

在只有單個基板被儲存在儲存單元SU、預備系統單元PSU-1和預備系統單元PSU-2中的情形中，以下可以是針對依照參考圖5所述的軌跡來處理的晶圓N進行說明的。晶圓N將在動作501中從接口IF轉移至儲存單元SU，可選的是在晶圓的朝向已經由于在接口IF的對準過程而改變之后。然后晶圓N在動作505中轉移至第一預備系統單元PSU-1。在使用具有單個晶圓容量的儲存單元SU的情形中，然后儲存單元SU將會因此是空的。根據動作517，晶圓N然后被夾箝，并且受夾箝的基板接著轉移至負載鎖定LL。除了夾箝外，在預備系統單元PSU-1中還可以執行其它動作。例如，在夾箝之前的短暫的時間段，可執行相對精細的對準，尤其是有關晶圓N相對于該晶圓N將被夾箝于其上的基板支承結構的朝向。經由負載鎖定LL，晶圓N被轉移到光刻設備中以用于光刻曝光。在光刻設備內，可在曝光之前執行一個或多個進一步的動作。這樣的動作可包含一個或多個測量，例如：對準標記測量、射束定位測量、以及射束電流測量。有關這種測量的動作可包含(但并不限于)將晶圓N移動至聚焦平面傳感器、測量在例如是x、y、z、Rx、Ry及Rz的不同方向上的整體朝向、掃描在晶圓N上的場域周圍的標記、將晶圓N移動至對準傳感器上的標記(例如，刀刃邊緣對準標記)、以及將晶圓N移動至射束定位傳感器。在曝光之后，晶圓N通過機器人被轉移回到負載鎖定室LL并被移除，以及被轉移到預備系統單元以用于松開，這對應于動作508或動作518，該動作根據被使用的預備系統單元而定。最后，晶圓N在動作509或動作519中被移動至該接口，以使得經處理的晶圓N能夠通過基板轉移系統從光刻系統單元移除。

在上述的情景中，在晶圓N之后將被處理的晶圓，即晶圓N+1，占用由晶圓N在儲存單元SU中所留下的開放空間，因此機器人在動作511中將晶圓N+1從接口IF轉移至儲存單元SU。基板接著在動作515中被移動到預備系統單元PSU-2。在預備之后，晶圓N+1轉移至負載鎖定LL。優選的是，在此時，晶圓N也存在于負載鎖定LL中，準備從負載鎖定移除，并且在動作508中由機器人轉移至預備系統單元PSU-2。在這種情景中，晶圓N因此實際上將會取得先前被晶圓N+1在預備系統單元PSU-2中占用的位置。

在上述的情景中，在晶圓N之前被處理的晶圓，即晶圓N-1，是當晶圓N由于動作517而被設置到負載鎖定LL中時，存在于該負載鎖定LL中的晶圓。晶圓N-1接著在動作518中從負載鎖定LL被移除并且被轉移至基板預備單元PSU-1，以取得先前被晶圓N占用的位置。

圖6示出光刻系統300的透視圖。在此種光刻系統300中，所有的部件都可借助于適當的殼體或外殼600而受到保護，以和外界環境隔開。殼體600包含可拆卸的部分、或可以是整體可拆卸的，以使得在光刻系統300內的部件的維護、修理和操作調整變得更方便。該殼體600可配備一個或多個接口，其容許操作者能夠監視和/或調整在光刻系統300內的參數。這些接口可包括用于這些目的的顯示器610和/或鍵盤620。

圖7示出圖6的群集式光刻系統的一部分，其中其外罩的一部分被移除。圖7示出用于五個光刻系統單元的基板的轉移和預備的元件。基板通過基板轉移系統350來提供，該基板轉移系統350包括在基本上水平的方向上移動的轉移機器人650，下文中被稱為水平轉移的機器人或HTR 650。HTR 650被配置成將待處理的基板朝向光刻系統單元轉移，并且將已處理的基板轉移離開光刻系統單元。在基板轉移系統350與光刻系統單元之間的基板交換經由接口640來執行。

每個光刻系統單元進一步配備有被配置成用于容納至少兩個基板或夾具的至少兩個基板預備單元360、儲存單元410和負載鎖定310。光刻系統單元進一步包括用于例如依照參考圖5所述的軌跡在不同的單元之間移動基板和/或夾具的載具401。由于該載具401將在基本上豎直的方向上移動，下文中該載具可被稱為豎直轉移機器人或VTR 401。

圖8a、圖8b提供基板轉移系統350與光刻系統單元之間的接口640在基板轉移的不同階段的更詳細的視圖。該接口640包括配備有頂壁的室641，該頂壁配備有開口642，該開口大到足以容許基板405被轉移穿過該開口642。該室641進一步包括支撐表面643和至少三個可伸縮的插銷644。這至少三個可伸縮的插銷644被設置在支撐表面643中，并且可在基本上豎直的方向上移動。這些插銷644以其可以穩定地支撐基板405的方式相對彼此設置。此外，這些插銷644以其不干擾HTR 650和VTR 401的方式被設置，因而這些機器人可以在不受到插銷644妨礙的情況下轉移基板405。

HTR 650包括可以沿著導軌652移動的主體651。該主體651配備有兩個相對的支撐單元653，該支撐單元653可配備有一個或多個延伸部或“指部(finger)”。這兩個相對的支撐單元653被配置成用于將基板405保持在一穩定的位置。HTR 650以其部件不干擾插銷644、同時被設置在開口641的邊緣以使得基板能夠在HTR 650與光刻系統單元之間轉移的方式構造的。

將基板405供應到光刻系統單元可依照以下的方式執行。首先，HTR 650配備有基板405，該基板405置放在支撐單元653的頂部上。HTR 650接著通過在基本上水平的方向上沿著導軌652移動主體651來轉移基板405，直至該基板405被放置到開口461上方。將會了解到的是，該HTR 650可以采取許多不同的形式，并且移動HTR 650的手段也可以不同于圖8a、圖8b中所繪的方式。接著，插銷644將會向上移動穿過孔洞，直至它們接觸基板405。在該時刻，這些插銷644將會再稍微向上移動一些，以從HTR 650的支撐單元653舉起該基板405。HTR 650接著如在圖8b中所描繪地被移動離開該開口641。最后，這些插銷644被降低以使得基板405進入接口室461。插銷644的末端位置由光刻系統單元中所使用的VTR 401的特定尺寸和形狀所決定。將基板405從光刻系統單元移除可通過用相反的順序執行上述的動作來執行。

圖9a、圖9b示意性示出根據本發明的實施例的載具401。載具401包括設置在機械臂上的主體680，該機械臂包括可沿著軌道683移動的基座681a，該軌道被定向在基本上豎直的方向上。機械臂681進一步包括不同的段部681b、681c，這使得該臂能夠在二維的平面(通常是基本上水平的平面)中平移和旋轉基板。主體680配備有用于運載基板405的至少兩個延伸部或指部684a、684b。此外，主體680配備有至少兩個另外的延伸部或指部685a、685b，用于運載基板405可被夾箝到其上的基板支承結構403。優選的是，用于運載基板403的指部684a、684b被定位在低于指部685a、685b的高度處。優選的是，在高度上的差異超過基板支承結構403的厚度，以確保指部684a、684b不會妨礙指部685a、695b的運載性能。在最佳的設計中，指部684a、684b可在夾具正被載具401轉移的情形中提供額外的支撐。

指部684a、684b優選地在單個方向上延伸，即，其采取直桿的形式。最優選的是，指部684a、684b在彼此基本上平行的方向上延伸。指部685a、685b優選地具有拱形或新月形的形狀，指部685a、685b的末端彼此相對。指部684a、684b以及685a、685b的長度長到足以在下面延伸超過其被設計所要支撐的結構的一半。在圓形形狀的情形中，此長度因此應超過待運載的結構的半徑。

如參考圖8a、圖8b所述的，VTR 401從接口室641取出基板，并將該基板405轉移至基板預備單元360或儲存單元410。在后一種情形中，如圖10中通過虛線箭頭所描繪的，VTR 401將基板405從基板單元410轉移至基板預備單元360，以使得能夠夾箝到基板支承結構之上和執行其它適當的預備動作。儲存單元410包括支撐表面411并且可包括可在基本上豎直的方向上延伸的插銷414。在基板的插入或移除的情形中，插銷414適當地延伸，以容許支撐基板405的指部684a、684b在低于插銷末端的高度滑過這些插銷414中的至少一些插銷。當指部684a、684b處于正確的位置時，即，在插入之前，使得由指部684a、684b支撐的基板405適當地設置在插銷414上方，并且在移除之前，使得指部648a、684b適當地設置在由插銷414支撐的基板405下面，這些插銷414移動以容許基板405在插銷414與指部684a、684b之間轉移。

在插入的情形中，插銷414接著向上移動，直至其充分接觸到基板405。在該階段，不是這些插銷414稍微更向上移動一些、就是VTR 401向下移動，以從VTR 401分離基板405，并且容許對基板405的支撐完全由這些插銷414接手。在充分分離之后，VTR 401從儲存單元410縮回。

在基板移除的情形中，這些插銷414向下移動直至VTR 401的指部684a、684b充分接觸到基板405。在該階段，不是VTR向上移動、就是這些插銷414向下移動，以從這些插銷414分離基板405，并且容許對基板405的支撐完全由VTR 401接手。在充分分離之后，VTR 401從儲存單元410縮回。

圖11示出基板支承結構403被設置在其中的基板預備單元360，而基板405將被夾箝到該基板支承結構403之上。該基板被支撐在插銷364上，插銷364以與參考圖10所述的插銷414類似的方式工作。優選的是，基板支承結構403被設置有缺口361，這些缺口361使得插銷364能夠容納在基板支承結構403的基本上為圓形的周邊內，如果這種缺口361不存在的話則原本會形成圓形的周邊。缺口361的使用限制了基板支承結構403和插銷364的組合所占用的空間。此外，通過容許這些插銷364能夠延伸通過這些缺口361，當基板405被夾箝到基板支承結構403上時，基板405在較大的區域接觸支撐結構403，這可以改善夾箝質量。最后，在基板支承結構中使用缺口可以實現某種型式的粗略的預先對準。

夾箝方法包含(但不限于)通過利用毛細管力的夾箝，例如，如同在美國專利申請第2010/0265486號中所述，該美國專利申請被轉讓給本發明的所有者并且其全部內容并入本文中作為參考。通過應用真空的夾箝、通過將基板405凍結到基板支承結構403的夾箝、以及通過使用電磁力的夾箝是可行的替代方案中的某幾個。夾箝的類型可以依據將被用在基板405上的后續處理的類型而定。流體的供應(例如，在通過利用毛細管力來夾箝的情形中)、或是空氣的去除(例如，在通過應用真空來夾箝的情形中)可經由一個或多個管365來執行。基板支承結構403用于接收基板405的表面可設置有溝槽的圖案和/或其它例如是瘤節(burl)的高起的結構，以增強夾箝處理。

基板支承結構403進一步配備有一些突出部或唇部362。這些唇部362沿著基板支承結構403的周邊設置。唇部362用于接合VTR 401的指部685a、685b。在圖11中，唇部362位于與基板405將被夾箝到的基板支承結構403的表面接近的高度水平。為了增強在轉移期間的穩定性，唇部362優選地位于基板支承結構403的重心的上方，并且優選地也在基板支承結構403以及被夾箝到其上的基板405的組合的重心的上方。在某些實施例中，另一唇部362可被用于接合VTR 401的主體680。

在某些實施例中，例如圖11中所示的實施例，基板支承結構403配備有另外的突出部或唇部363、366。該至少兩個唇部366(只有一個唇部被描繪在圖11中)被設置在與唇部362相同的高度水平。唇部363被設置在較低的高度水平。在此后說明的實施例中，這些唇部363、366被負載鎖定系統310中的操縱機器人所利用。

優選的是，被用來接合VTR指部685a、685b的多個唇部362沿著基板支承結構403的一側設置，該側是背向VTR主體680的側面。這種配置降低了在轉移期間傾斜或翻倒的風險。

在利用至少兩個唇部366以及至少一個唇部363的實施例中，至少兩個唇部366優選的位于被用來接合VTR指部685a、685b的唇部362之間。該至少一個唇部363位于面對VTR主體680的側面。

圖12示意性示出用于負載鎖定系統310中的操縱受夾箝的基板的機器人。該操縱機器人經由通道710從VTR 401接收待被處理的受夾箝的基板，并且經由在門330中的通道705朝向光刻設備轉移該受夾箝的基板。類似地，操縱機器人經由通道705從光刻設備接收經處理的受夾箝的基板，并且將該基板經由通道710進入而交給VTR 401。

操縱機器人包括設置在機械臂上的主體701。主體701配備有至少兩個延伸部或指部702a、702b，用于運載其上夾箝有基板405的基板支承結構403。優選的是，指部702a、702b具有拱形或新月形的形狀，并且其長度長到足以在下面延伸超過其被設計所要支撐的結構的一半。指部702a具有不同于指部702b的高度水平(即較高)。在高度水平上的這種差異的原因將會參考圖13b來討論。

圖13a示出將受夾箝的基板從基板預備單元360朝向負載鎖定系統310轉移。負載鎖定系統310包括一操縱受夾箝的基板的機器人，該機器人包括機械臂720，其中兩個操縱主體701a、701b彼此交疊地附接到機械臂720上。

圖13b示出就在將受夾箝的基板轉移至上方的操縱主體701a后，負載鎖定系統310的更詳細的視圖。在圖13b中，僅有機械臂720的一部分被示出，即，與上方的操縱主體701a相關的部分被示出。機械臂720包括基座721a，該基座721a可以沿著軌道721c移動，軌道721c被定向在基本上豎直的方向上。機械臂720還包括連接至基座721a和主體701a的不同的段部721b，這些段部721b使得臂能夠在二維平面中平移和旋轉通過指部702a、702b保持的夾具。

在圖13b所示的實施例中，基板支承結構403設置有唇部362，該唇部362已經被用來接合VTR的指部685a、685b，并且沿著基板支承結構403背向VTR主體680的一側(圖13b中的左側)設置。此外，位于基板支承結構403的另一側上的額外的唇部362已經被用來接合VTR主體680。此外，兩個唇部366(只有一個被示出)被用來接合從操縱機器人的上主體701a延伸的上指部702a，并且唇部363被用來接合從操縱機器人的上主體701a延伸的下指部702b，使得該上主體701a能夠獨立地運載基板支承結構403。指部702a、702b的位置(一高、一低)結合兩組指部702a、702b以及685a、685b相對彼此的不同朝向(即，成一角度)，容許兩組指部在不彼此干擾的情況下同時固定基板支承結構。因此，如果這些組指部中的一組縮回，基板支承結構403將會由另一組指部來固定。各個操縱機器人，即，VTR 401以及在負載鎖定系統310中的操縱受夾箝的基板的機器人的設計，使得可能用一種直接的方式移交基板支承結構403。這種移交減少了為基板支承結構轉移所需的空間，這有助于保持該光刻系統單元的尺寸盡可能的小。

圖14a、圖14b示意性示出從負載鎖定系統310借助于VTR 401將經處理的受夾箝的基板朝向基板預備單元360轉移(請參見虛線)。在圖14a中，在和操縱機器人的下操縱主體701b交接之后，該VTR 401拾起該受夾箝的基板。在圖14b中，VTR 401將受夾箝的基板置放在基板預備單元360中以用于松開。

在負載鎖定系統310中所留下的空的空間現在可由經處理的夾具所占用，該經處理的夾具是如同在圖15a中所示地從光刻設備接收的。如同在圖15b中所示，最近被放入的待被處理的受夾箝的基板(請參見圖13b)接著可被插入光刻設備中以用于處理。

或者是，待被處理的受夾箝的基板(由上主體701a所固定)在移除該經處理的受夾箝的基板的之后被送入光刻設備。在這種情形中，該下主體701b可能不固定任何受夾箝的基板，直至一個待處理的新的受夾箝的基板由VTR 401提供、或是直至最近被放入光刻設備中的受夾箝的基板已經被處理。

盡管本發明的某些實施例已經參考一種包括十個光刻系統單元的光刻系統來加以敘述，但在光刻系統內的光刻系統單元的數目可以變化。例如，并非是十個光刻系統單元，而是任何大于一的其它數目的光刻系統單元都可被利用。

本發明已經通過參考以上所述的一些實施例來加以敘述。將會認識到的是，這些實施例可以有本領域技術人員所周知的各種修改及替代形式而不脫離本發明的精神與范圍。于是，盡管已經描述了特定的實施例，但這些僅是例子而已，并且未對本發明的范圍作限制，本發明的范圍界定在所附的權利要求中。