所描述的實(shí)施例涉及晶片定位系統(tǒng)及方法，且更特定來說，所描述的實(shí)施例涉及用于在制造環(huán)境中提高晶片的高通量定位的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、例如邏輯及存儲(chǔ)器裝置的半導(dǎo)體裝置的各種特征及多個(gè)結(jié)構(gòu)層級(jí)一般由應(yīng)用于樣品的一系列處理步驟制造。例如，其中光刻是涉及在半導(dǎo)體晶片上產(chǎn)生圖案的一個(gè)半導(dǎo)體制造過程。半導(dǎo)體制造過程的額外實(shí)例包含(但不限于)化學(xué)機(jī)械拋光、蝕刻、沉積及離子植入。多個(gè)半導(dǎo)體裝置可在單個(gè)半導(dǎo)體晶片上制造且接著分離成個(gè)別半導(dǎo)體裝置。

2、在半導(dǎo)體制造過程期間的各個(gè)步驟使用計(jì)量過程以檢測(cè)晶片上的缺陷以促進(jìn)較高良率。光學(xué)計(jì)量技術(shù)提供高通量而不冒樣本破壞的風(fēng)險(xiǎn)的潛力。通常使用包含散射測(cè)量、反射測(cè)量及橢圓測(cè)量實(shí)施方案及相關(guān)聯(lián)分析算法的數(shù)個(gè)基于光學(xué)計(jì)量的技術(shù)以特性化納米級(jí)結(jié)構(gòu)的臨界尺寸、膜厚度、組成及其它參數(shù)。

3、隨著裝置(例如邏輯及存儲(chǔ)器裝置)邁向更小納米級(jí)尺寸，特性化變得更困難。并入復(fù)雜三維幾何形狀及具有多種物理性質(zhì)的材料的裝置造成特性化困難。作為響應(yīng)，已開發(fā)出更復(fù)雜的光學(xué)工具。例如，已開發(fā)出具有多個(gè)照明角度、較短及較寬范圍的照明波長及從反射信號(hào)的更完整信息獲取的工具(例如，除更常規(guī)反射率或橢圓測(cè)量信號(hào)以外還測(cè)量多個(gè)穆勒(mueller)矩陣元素)。

4、隨著裝置邁向更小納米級(jí)尺寸，商業(yè)上可行的光學(xué)測(cè)量工具必須更快且以更大準(zhǔn)確度定位樣本。一般來說，晶片定位系統(tǒng)必須在兩個(gè)維度(一般來說，稱為x及y方向)上在長距離上移動(dòng)半導(dǎo)體晶片。要在短時(shí)間內(nèi)快速移動(dòng)長距離且準(zhǔn)確定位被測(cè)量晶片，需要大量驅(qū)動(dòng)力。一般來說，這些力由線性電動(dòng)電機(jī)產(chǎn)生。然而，能夠產(chǎn)生大力的線性電機(jī)產(chǎn)生大量熱?？捎镁ㄎ幌到y(tǒng)由于由線性電機(jī)所產(chǎn)生的熱引發(fā)的熱變形而在可實(shí)現(xiàn)的定位準(zhǔn)確度上經(jīng)受很大限制。

5、一般來說，可用的晶片定位系統(tǒng)采用低導(dǎo)熱性材料以試圖熱隔離敏感置物臺(tái)框架元件與線性電機(jī)產(chǎn)生的熱。不幸的是，通常觀察到橫跨敏感置物臺(tái)框架元件溫度升高至少攝氏一度。這些溫度變化引發(fā)橫跨敏感置物臺(tái)框架元件的顯著變形，引起準(zhǔn)確度降低。另外，敏感置物臺(tái)框架元件通常包含具有顯著不同的熱膨脹系數(shù)(cte)的不同材料。失配cte連同溫度變化引發(fā)敏感置物臺(tái)框架元件內(nèi)的顯著內(nèi)部應(yīng)變及相關(guān)聯(lián)變形，其進(jìn)一步降低置物臺(tái)定位準(zhǔn)確度。

6、圖1是說明一個(gè)實(shí)施例中的典型現(xiàn)有技術(shù)的晶片定位系統(tǒng)10的簡(jiǎn)化圖。晶片定位系統(tǒng)10包含置物臺(tái)基底框架11及中間框架12。坐標(biāo)系{xif,yif,zif}固定到中間框架12。一組機(jī)械線性軸承13將中間框架12相對(duì)于置物臺(tái)基底框架11的相對(duì)運(yùn)動(dòng)限制為一個(gè)自由度，即，yif方向。圖1還說明包含u通道磁道14及無鐵芯電機(jī)組合件15的無鐵芯u通道線性電機(jī)。如圖1中所描繪，無鐵芯電機(jī)組合件15機(jī)械固定到中間框架12且u通道磁道14機(jī)械固定到置物臺(tái)基底框架11。無鐵芯電機(jī)組合件15包含嵌入非磁性封裝中的多個(gè)導(dǎo)電線圈。在一些實(shí)例中，銅線圈嵌入填充鋁或銅外殼的環(huán)氧樹脂基質(zhì)材料中。u通道磁道14包含附接到u形通道的兩側(cè)上的磁性背板的多個(gè)永久磁體。此組合件產(chǎn)生橫跨u形通道的明確定義的磁場(chǎng)。如圖1中所描繪，磁場(chǎng)線17集中于u形磁道的永久磁體及鐵背板中。u形磁道外部的磁場(chǎng)的部分受限于橫跨u形通道的相對(duì)較小間隙。

7、如圖1中所描繪，無鐵芯電機(jī)組合件15安置于u形通道內(nèi)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)力在y方向上由通過無鐵芯電機(jī)組合件15的線圈的繞組的流動(dòng)電流產(chǎn)生。線圈繞組相對(duì)于橫跨u形通道的磁場(chǎng)的定向使得電流流動(dòng)與磁場(chǎng)的相互作用產(chǎn)生y方向上的機(jī)械驅(qū)動(dòng)力。

8、由于無鐵芯電機(jī)組合件15中缺少鐵，所以無鐵芯u通道線性電機(jī)是固有的平滑操作電機(jī)。在無鐵芯電機(jī)組合件15與u通道磁道14之間未產(chǎn)生顯著磁吸力。因而，無鐵芯電機(jī)組合件15能夠在相對(duì)于磁道14的永久磁體的任何相對(duì)位置處在u通道內(nèi)操作而不產(chǎn)生顯著離軸力。另外，橫跨u通道產(chǎn)生的磁場(chǎng)相對(duì)不受無鐵芯電機(jī)組合件15干擾。因此，在無鐵芯電機(jī)組合件15與u通道磁道14之間產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的位置相依性相對(duì)平滑且可預(yù)測(cè)。因而，相對(duì)簡(jiǎn)單的控制算法可用于分布電流通過無鐵芯電機(jī)組合件15的線圈使得在無鐵芯電機(jī)組合件15與u通道磁道14之間產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力幾乎是位置獨(dú)立的。

9、不幸的是，無鐵芯u通道線性電機(jī)還具有負(fù)面影響晶片定位系統(tǒng)(例如圖1中所描繪的晶片定位系統(tǒng)10)的可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確度及通量的一些固有限制。由于無鐵芯u通道線性電機(jī)的無鐵芯設(shè)計(jì)，針對(duì)給定量的電流產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的量顯著小于鐵芯設(shè)計(jì)。盡管優(yōu)化無鐵芯電機(jī)繞組的設(shè)計(jì)及磁場(chǎng)強(qiáng)度，無鐵芯u通道線性電機(jī)需要顯著更多電流以產(chǎn)生相同于相當(dāng)?shù)蔫F芯線性電機(jī)的線性驅(qū)動(dòng)力。通過導(dǎo)電材料的電流產(chǎn)生熱，且所產(chǎn)生的熱必須耗散在某處，通常以晶片定位準(zhǔn)確度為代價(jià)。例如，如圖1中所描繪，無鐵芯電機(jī)組合件15機(jī)械固定到中間框架12。無鐵芯電機(jī)組合件15的線圈繞組中產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到中間框架12中。如圖1中所描繪，箭頭16表示從無鐵芯電機(jī)組合件15到中間框架12中的熱流。中間框架12的溫度隨著熱流16被吸收而升高。作者已觀察到在高通量光學(xué)計(jì)量工具內(nèi)的正常操作條件下中間框架溫度升高約攝氏0.65度。此溫度升高引起材料膨脹及變形，嚴(yán)重限制晶片處的定位重復(fù)性。

10、圖2是說明另一實(shí)施例中的典型現(xiàn)有技術(shù)的晶片定位系統(tǒng)20的簡(jiǎn)化圖。晶片定位系統(tǒng)20包含置物臺(tái)基底框架21及中間框架22。坐標(biāo)系{xif,yif,zif}固定到中間框架22。一組機(jī)械線性軸承23將中間框架22相對(duì)于置物臺(tái)基底框架21的相對(duì)運(yùn)動(dòng)限制為一個(gè)自由度，即，yif方向。為解決u通道無鐵芯線性電機(jī)的有限力產(chǎn)生潛力，晶片定位系統(tǒng)20采用鐵芯線性電機(jī)。圖2說明包含磁道24及鐵芯電機(jī)組合件25的鐵芯線性電機(jī)。如圖2中所描繪，鐵芯電機(jī)組合件25機(jī)械固定到中間框架22且磁道24機(jī)械固定到置物臺(tái)基底框架21。鐵芯電機(jī)組合件25包含各自包繞鐵柱的多個(gè)導(dǎo)電線圈。一般來說，每一鐵柱經(jīng)制造為較大鐵質(zhì)結(jié)構(gòu)的部分。在一些實(shí)例中，銅線圈嵌入填充導(dǎo)電線圈及鐵質(zhì)結(jié)構(gòu)周圍的空間的環(huán)氧樹脂基質(zhì)材料。磁道24包含附接到機(jī)械固定到置物臺(tái)基底框架21的磁性背板的多個(gè)永久磁體27。此組合件在磁道24上方的空間中產(chǎn)生磁場(chǎng)。如圖2中所描繪，磁場(chǎng)線27集中于u形磁道24的永久磁體及鐵背板中，但在磁道24上方的空間中延伸。與橫跨u通道無鐵芯線性電機(jī)的u形通道的相對(duì)較小間隙相比，平坦磁道24外部的磁場(chǎng)的部分是擴(kuò)張的。

11、如圖2中所描繪，鐵芯電機(jī)組合件25位于平坦磁道24上方。此外，鐵柱及相關(guān)聯(lián)鐵質(zhì)結(jié)構(gòu)塑形磁場(chǎng)線27，即，磁場(chǎng)線集中于鐵柱及相關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)中。依此方式，鐵柱及結(jié)構(gòu)定義磁道24上方的磁場(chǎng)的形狀且是磁路的重要組件。此基本上不同于u通道無鐵芯線性電機(jī)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)力在y方向上由通過鐵芯電機(jī)組合件25的線圈的繞組的流動(dòng)電流產(chǎn)生。磁力線在鐵柱及相關(guān)聯(lián)鐵質(zhì)結(jié)構(gòu)中的集中增強(qiáng)橫跨介于平坦磁道24與鐵芯電機(jī)組合件25之間的間隙的磁場(chǎng)。因此，針對(duì)給定量的電流產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)力的量顯著多于無鐵芯線性電機(jī)設(shè)計(jì)。因此，與u通道無鐵芯線性電機(jī)相比，鐵芯線性電機(jī)能夠產(chǎn)生較大驅(qū)動(dòng)力及較少產(chǎn)熱。

12、不幸的是，鐵芯電機(jī)組合件25中的鐵含量的存在在鐵芯線性電機(jī)的磁道24及鐵芯電機(jī)組合件25之間產(chǎn)生大的吸引力。如圖2中所說明，大的磁吸力fm在zif方向上作用于鐵芯電機(jī)組合件25及中間框架21上。線性軸承23通過施加恢復(fù)力fr1及fr2以平衡磁吸力fm且維持中間框架22在zif方向上的位置來支撐中間框架22。由于施加于線性軸承上的大的磁吸力，必須采用相對(duì)較大容量的線性軸承來避免軸承過早損壞。如果采用機(jī)械軸承，那么相對(duì)較大軸承在運(yùn)動(dòng)期間引發(fā)對(duì)中間框架22的位置的顯著抖動(dòng)。此可激發(fā)置物臺(tái)中的高頻模式且增加安定時(shí)間。另外，鐵芯電機(jī)組合件25與線性軸承23物理分離顯著距離d。因此，磁吸力fm引發(fā)中間框架22上的相當(dāng)大彎矩。此彎矩引發(fā)中間框架22的實(shí)質(zhì)變形，其又導(dǎo)致降低的晶片定位準(zhǔn)確度。

13、最后，如圖2中所描繪，鐵芯電機(jī)組合件25機(jī)械固定到中間框架22。鐵芯電機(jī)組合件25的線圈繞組中產(chǎn)生的熱傳導(dǎo)到中間框架22中。如圖2中所描繪，箭頭26表示從鐵芯電機(jī)組合件25到中間框架22中的熱流。中間框架22的溫度隨著熱流26被吸收而升高。盡管在相同驅(qū)動(dòng)力下，由鐵芯電機(jī)組合件產(chǎn)生的熱小于無鐵芯電機(jī)組合件，中間框架的溫度升高仍很大，且此溫度升高引起材料膨脹及變形，嚴(yán)重限制晶片處的定位重復(fù)性。

14、由于測(cè)量分辨率及通量要求越來越高，未來計(jì)量應(yīng)用對(duì)計(jì)量提出挑戰(zhàn)。期望具有更高準(zhǔn)確度及通量能力的晶片定位系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本文中呈現(xiàn)用于實(shí)現(xiàn)具有高定位準(zhǔn)確度的高通量晶片定位系統(tǒng)的方法及系統(tǒng)。高通量、高準(zhǔn)確度的晶片定位系統(tǒng)用于測(cè)量與不同半導(dǎo)體制造過程相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)及材料特性(例如材料組成、結(jié)構(gòu)及膜的尺寸特性等等)。

2、一方面，鐵芯線性電機(jī)組合件依磁對(duì)置配置布置使得每一對(duì)置鐵芯線性電機(jī)組合件固有的磁吸力很大程度上彼此抵消。因此，由于磁吸力，施加到敏感置物臺(tái)框架元件的凈力可忽略不計(jì)。施加到敏感置物臺(tái)框架元件的減小力又減少引發(fā)的變形及置物臺(tái)定位誤差。此外，還可顯著減小施加到限制敏感置物臺(tái)框架元件的位置所需的軸承元件的力。

3、另一方面，一種晶片定位系統(tǒng)包含堆疊于磁對(duì)置長沖程置物臺(tái)的頂部上的第二長沖程置物臺(tái)。在一些實(shí)施例中，兩個(gè)堆疊長沖程置物臺(tái)經(jīng)配置為磁對(duì)置置物臺(tái)。在這些實(shí)施例的一些中，兩個(gè)磁對(duì)置長沖程置物臺(tái)采用機(jī)械耦合到所述堆疊置物臺(tái)組合件的中間框架的磁道。因此，所述中間框架通過在鐵芯電機(jī)組合件與對(duì)應(yīng)磁道之間的磁隙與兩個(gè)長沖程置物臺(tái)的所述鐵芯電機(jī)組合件產(chǎn)生的熱熱隔離。

4、另一方面，一種鐵芯線性電機(jī)組合件包含所述組合件的外殼內(nèi)的一或多個(gè)冷卻通道。氣體或液體冷卻流體經(jīng)泵送通過所述冷卻通道以從所述鐵芯線性電機(jī)組合件提取熱。

5、另一方面，一種經(jīng)布置為移動(dòng)磁體電機(jī)的鐵芯線性電機(jī)組合件包含多組電氣線圈，其各自串聯(lián)布線且由在不同相位操作以最小化操作期間的熱瞬變的分開的電流驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)。

6、另一方面，執(zhí)行安置于半導(dǎo)體晶片上的一或多個(gè)結(jié)構(gòu)的測(cè)量同時(shí)用磁對(duì)置鐵芯晶片定位系統(tǒng)定位所述晶片。一般來說，任何適合的基于模型或非模型的計(jì)量技術(shù)可用于根據(jù)本文中所描述的方法及系統(tǒng)執(zhí)行由磁對(duì)置鐵芯晶片定位系統(tǒng)定位的結(jié)構(gòu)的測(cè)量。

7、前述是概述且因此必然含有細(xì)節(jié)的簡(jiǎn)化、概括及省略；因此，所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將明白，所述概述僅是說明性且不以任何方式限制。將在本文中所闡述的非限制性詳細(xì)描述中明白本文中所描述的裝置及/或過程的其它方面、發(fā)明特征及優(yōu)點(diǎn)。