JP2010112946A - 流体支援ガスゲージ近接センサ - Google Patents

Abstract

【課題】適切な周波数応答を有用な低圧で、かつ、有用な感度で出力し、また、チャンバ圧力の遠隔センシングを容易にするガスゲージ近接センサを提供する
【解決手段】圧力センサに結合された流体支援ガスゲージによれば、広い帯域幅で近接測定を実施することができる。ガス充填測定チャンバおよび流体充填伝達チャンバを備え、かつ、これらの２つのチャンバを分離しているダイヤフラムを備えた２チャンバガスゲージによって被測定表面にガスが排気され、その一方で非圧縮性流体によって圧力センサに圧力が伝達される。ガスゲージのガス体積を最小化することによって応答時間が短縮される。さらに、非圧縮性流体を使用することにより、応答時間性能を犠牲にすることなく、測定点から離れた場所に圧力センサを配置することができる。一実施形態では、流体支援ガスゲージの差動ブリッジバージョンが同相モードの影響を小さくしている。
【選択図】図２

Description

[0001] 本発明は近接センサに関し、詳細には半導体リソグラフィアプリケーションに使用するための近接センサに関する。

[0002] 多くの自動製造プロセスでは、製造ツールと該製造ツールが作用する製品または材料表面との間の距離をセンシングする必要がある。半導体リソグラフィなどのいくつかの状況では、ナノメートルに迫る精度でその距離を測定しなければならない。

[0003] このような精度の近接センサの創造に関わる課題は、とりわけフォトリソグラフィシステムの状況（context；コンテキスト）においては重大である。フォトリソグラフィの状況（context；コンテキスト）においては、近接センサは、それを非侵入性（non-intrusive）にしなければならないこと、また、極めて微小な距離を正確に検出しなければならないことだけでなく、汚染物質をもたらしてはならず、あるいは加工表面、一般的には半導体ウェーハと接触してはならない。これらのうちのいずれかの状況が生じると、それらが作用する材料表面または製品の品質が著しく低下し、あるいは劣化することになる。

[0004] 異なるタイプの近接センサを利用して極めて微小な距離を測定することができる。近接センサの例には、キャパシタンスゲージおよび光学ゲージがある。ウェーハの上に付着される材料の物理的な特性がこれらのセンサの精度に影響を及ぼすことがあるため、近接センサをリソグラフィ投影システムに使用する場合、これらの近接センサには重大な欠点がある。たとえば、介在する層の誘電材料に依存しているキャパシタンスゲージは、材料（たとえば金属）の混合が集中する位置で、誤った近似的な読み取り値を出力することがある。より一般的には、光学方式および容量性方式は、フォトレジストコーティングの下方の層との大きな相互作用のため、誤差を生じ易い。ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）およびリン化インジウム（ＩｎＰ）などの非導電性材料および／または感光材料でできた新奇な（exotic）ウェーハが使用される場合、他のクラスの問題が生じる。このような場合、キャパシタンスゲージおよび光学ゲージは、見せかけの結果を提供することがあり、したがって最適ではない。

[0005] 参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国出願第１１／６４６６１２号および１０／３２２７６８号ならびに米国特許第４９５３３８８号および第４５５０５９２号に、ガスゲージ圧力センサを使用して近接センシングするための代替手法が開示されている。典型的なガスゲージ圧力センサには、基準表面および測定表面にガス流を放出するための基準ノズルおよび１つまたは複数の測定ノズルが含まれている。測定は、センサ内の背圧差を使用して実施され、それにより測定ノズルと測定表面の間の距離が決定される。ガスゲージ圧力センサは、電荷の集中の影響あるいはウェーハ表面の電気的、光学的または他の物理的な特性の影響を受けにくい。ガスゲージ圧力センサが検出するのは頂部物理層のみであり、したがって優れた結果が得られる。したがってこれらのタイプのゲージは、材料表面のトポグラフィ測定のためには理想的であり、たとえばリソグラフィ露光に先立って焦点を確立するために使用される。

[0006] 測定の速度は、現在の半導体製造プロセスにおける臨界性能ドライバである。詳細には、現在の半導体製造スループットの実行（practice；実践）をサポートするためには、帯域幅が広い近接センサが必要である。しかしながら、ガスゲージ近接センサは、それらの内部空洞体積によってそれらの応答時間が制限されている。内部空洞体積によって、それらの利用可能な応答時間を短くする能力を制限してしまう有限の時定数が強いられる。この時定数は、内部空洞体積のサイズを小さくすることによって短くすることができるが、内部空洞体積をどこまで小さくすることができるかについての現実的な限界が存在している。たとえば、近接センサの圧力センシング部材（コンポーネント）は、近接センサのノズルの近傍には物理的に配置することはできないことがしばしばある。さらに、要求される感度は、大型センササイズの必要性しばしば示している。また、極端紫外（ＥＵＶ）をベースとするリソグラフィツールに使用されているような低圧の必要性は、応答時間の課題をよりいっそう深刻にしている。したがって、これらのガスゲージタイプの近接センサの利点にもかかわらず、厳しく制限された帯域幅という不利な材料（specter）は、エアゲージ近接センサの使用を依然として決定的に妨害するものである。

[0007] したがって、適切な周波数応答を有用な低圧で、かつ、有用な感度で出力し（deliver；引き渡し）、また、チャンバ圧力の遠隔センシングを容易にするガスゲージ近接センサを提供するための装置および方法が必要である。

[0008] 本発明の一実施形態では、近接測定を広い帯域幅で実施することができるよう、圧力センサを流体支援ガスゲージに結合する近接センサが提供される。近接センサには測定チャンバと伝達チャンバが含まれており、ダイヤフラムがこれらの２つのチャンバを分離している。測定チャンバはガスを含んでおり、一方、伝達チャンバは、流体伝送路を介して圧力センサに接続されている非圧縮性流体を含んでいる。測定チャンバ内のガスは、ガス源によって、任意選択で制限器を備えることができる入力ポートを介して供給される。ガスは、測定される基板の表面の近傍に位置している出口開口を介して排気される。基板の表面と出口開口が近接しているため、ガス流の制限が影響され、したがって測定チャンバ内の圧力が影響される。測定チャンバ内のその圧力をダイヤフラムの運動を介して伝達チャンバに伝え、次に伝達チャンバ内の圧力を、流体伝送路を介して圧力センサに伝えることにより、圧力センサの出力をモニタすることによって基板表面のトポロジーを決定することができる。非圧縮性流体を使用して測定チャンバ内の圧力を伝えることにより、測定チャンバの体積を最小化することができ、その結果、近接センサの応答時間（すなわち速度）が実質的に速くなる。

[0009] 本発明の様々な実施形態では、異なるガスおよび非圧縮性流体を使用することができる。さらに、結果として得られるガス流条件に適合するように測定チャンバの出口開口を形状化することも可能である。たとえば、異なる開口形状およびサイズを使用することができる。また、測定チャンバおよび伝達チャンバの形状は、それらのために記述されている機能を果たす必要性に適った任意の形状にすることができる。これらのチャンバのための典型的な形状は円筒状であってもよい。

[0010] 本発明の他の実施形態では、異なる圧力センサを使用することができる。たとえば、ダイヤフラムをベースとするセンサを使用することができる。光学センシング、誘導性センシング、ピエゾ抵抗性センシングおよび容量性センシングを始めとする異なる手段によって、このタイプの圧力センサ内でダイヤフラムの偏向センシングを達成することができる。別法としては、圧力センサは、非ダイヤフラムをベースとする圧力センサ、たとえば制約（restricted）質量流量センサであってもよい。

[0011] 本発明の他の実施形態では、近接センサのブリッジバージョンを使用することができる。この実施形態では、測定アームおよび基準アームの２つのアームを使用して差圧測定が提供される。これらのアームは、いずれも測定チャンバおよび伝達チャンバを有しているが、基準アームは、基準測定チャンバの出口開口からの規定の距離が設定される基準スタンドオフを備えている。測定アームおよび基準アームには、いずれも同じガス源からガスが供給される。この実施形態では、測定アームおよび基準アームに見出される圧力読値の差を使用して、近接センサからの基板の表面の分離（したがってトポグラフィ）が決定される。同相モード誤差（ガス源内における圧力変動など）はブリッジの両側に影響を及ぼし、したがって差動測定ではそれらが相殺されるため、このブリッジの実施形態によれば、あらゆる同相モード誤差が除去される利点がある。

[0012] 以下、本発明の他の実施形態、特徴および利点、ならびに本発明の様々な実施形態の構造および動作について、添付の図面を参照して詳細に説明する。

[0013] 本発明の実施形態について、添付の図面を参照して説明する。図面の中の同様の参照番号は、全く同じ構成要素または機能的に類似した構成要素を表している。

[0014]反射型リソグラフィ装置を示す図である。 [0014]透過型リソグラフィ装置を示す図である。 [0015]本発明の一実施形態によるガスゲージ近接センサの線図である。 [0016]本発明の一実施形態による、非圧縮性流体サブシステムを使用して、任意の距離を縦断して圧力センサに測定チャンバ圧力を伝達する方法のフロー図である。

[0017] 本明細書においては、特定のアプリケーションのための実例実施形態を参照して本発明が説明されているが、本発明はそれらに限定されないことを理解されたい。本明細書において提供される教示を利用する当業者には、本発明の範囲内である追加修正、アプリケーションおよび実施形態、ならびに本発明が重要な効用を有し得る追加分野が認識されよう。

[0018] 図１Ａおよび１Ｂは、それぞれリソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’の概要を示したものである。リソグラフィ装置１００およびリソグラフィ装置１００’は、それぞれ、放射ビームＢ（たとえばDUV放射またはEUV放射）を条件付けるように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、パターニングデバイス（たとえばマスク、レチクルまたは動的パターニングデバイス）ＭＡをサポートするように構成されたサポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴであって、そのパターニングデバイスＭＡを正確に配置するように構成された第１ポジショナＰＭに接続されたサポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴと、基板（たとえばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構成された基板テーブル（たとえばウェーハテーブル）ＷＴであって、その基板Ｗを正確に配置するように構成された第２ポジショナＰＷに接続された基板テーブル（たとえばウェーハテーブル）ＷＴとを備えている。また、リソグラフィ装置１００および１００’は、パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに付与されたパターンを基板Ｗのターゲット部分（たとえば１つまたは複数のダイが含まれている）Ｃに投影するように構成された投影システムＰＳを有している。リソグラフィ装置１００の場合、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは反射型であり、また、リソグラフィ装置１００’の場合、パターニングデバイスＭＡおよび投影システムＰＳは透過型である。

[0019] 照明システムＩＬは、放射Ｂを導き、整形し、または制御するための、屈折光学コンポーネント、反射光学コンポーネント、磁気光学コンポーネント、電磁光学コンポーネント、静電光学コンポーネントもしくは他のタイプの光学コンポーネントまたはそれらの任意の組合せなどの様々なタイプの光学コンポーネントを備えることができる。

[0020] サポート構造ＭＴは、パターニングデバイスＭＡの配向、リソグラフィ装置１００および１００’の設計および他の条件、たとえばパターニングデバイスＭＡが真空環境中で保持されているか否か等に応じた方法でパターニングデバイスＭＡを保持している。サポート構造ＭＴは、機械式クランプ技法、真空クランプ技法、静電クランプ技法または他のクランプ技法を使用してパターニングデバイスＭＡを保持することができる。サポート構造ＭＴは、たとえば必要に応じて固定または移動させることができるフレームまたはテーブルであってもよい。このサポート構造ＭＴを使用することにより、パターニングデバイスをたとえば投影システムＰＳに対して所望の位置に確実に配置することができる。

[0021] 「パターニングデバイス」ＭＡという用語は、放射ビームＢの断面にパターンを付与し、それにより基板Ｗのターゲット部分Ｃにパターンを生成するべく使用することができる任意のデバイスを意味するものとして広義に解釈されたい。放射ビームＢに付与されるパターンは、ターゲット部分Ｃに生成されるデバイス、たとえば集積回路などのデバイス中の特定の機能層に対応させることができる。

[0022] パターニングデバイスＭＡは、透過型（図１Ｂのリソグラフィ装置１００’の場合のように）であってもあるいは反射型（図１Ａのリソグラフィ装置１００の場合のように）であってもよい。パターニングデバイスＭＡの例には、レチクル、マスク、プログラマブルミラーアレイおよびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクについてはリソグラフィにおいては良く知られており、バイナリ、レベンソン型（alternating）位相シフトおよびハーフトーン型（attenuated）位相シフトなどのマスクタイプ、ならびに様々なハイブリッドマスクタイプが知られている。プログラマブルミラーアレイの例には、マトリックスに配列された、入射する放射ビームが異なる方向に反射するよう個々に傾斜させることができる微小ミラーが使用されている。傾斜したミラーによって、ミラーマトリックスで反射する放射ビームＢにパターンが付与される。

[0023] 「投影システム」ＰＳという用語には、場合によっては、たとえば使用する露光放射に適した、もしくは液浸液の使用または真空の使用などの他の要因に適した、屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁光学システムおよび静電光学システムまたはそれらの任意の組合せを始めとする任意のタイプの投影システムが包含されている。他のガスは、放射または電子を過剰に吸収することがあるため、ＥＵＶ放射または電子ビーム放射の場合、真空環境を使用することができる。したがって、真空壁および真空ポンプを使用してビーム経路全体に真空環境を提供することができる。

[0024] リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’は、２つ（デュアルステージ）以上の基板テーブル（および／または複数のマスクテーブル）ＷＴを有するタイプの装置であってもよい。このような「マルチステージ」マシンの場合、追加基板テーブルＷＴを並列に使用することができ、あるいは１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴを露光のために使用している間、１つまたは複数のテーブルに対して予備ステップを実行することができる。１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴを露光のために使用している間に予備ステップを実行することができる場合、これらの予備ステップは、これらの予備ステップがリソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’の所望のスループット内で実行されるため、「インラインフェーズ」の間に生じる、と言われている。それに対して、１つまたは複数の他の基板テーブルＷＴを露光のために使用している間に予備ステップを実行することができない場合、これらの予備ステップは、リソグラフィ装置１００および／またはリソグラフィ装置１００’の所望のスループット内でこれらの予備ステップを実行することができないため、「オフラインフェーズ」の間に生じる、と言われている。本明細書においてより詳細に説明されているように、露光システム（たとえばリソグラフィ装置１００、１００’の投影システムＰＳなど）の焦点位置決めパラメータは、オフラインフェーズ、インラインフェーズまたはそれらを組み合わせたフェーズの間に決定することができる。

[0025] 図１Ａおよび１Ｂを参照すると、イルミネータＩＬは、放射源ＳＯから放射ビームを受け取っている。放射源ＳＯがたとえばエキシマレーザである場合、放射源ＳＯおよびリソグラフィ装置１００、１００’は、個別の構成要素にすることができる。このような場合、放射源ＳＯは、リソグラフィ装置１００または１００’の一部を形成しているとは見なされず、放射ビームＢは、たとえば適切な誘導ミラーおよび／またはビームエキスパンダを備えたビームデリバリシステムＢＤ（図１Ｂ）を使用して放射源ＳＯからイルミネータＩＬへ引き渡される。それ以外のたとえば放射源ＳＯが水銀灯などの場合、放射源ＳＯはリソグラフィ装置１００、１００’の一構成要素にすることができる。放射源ＳＯおよびイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤと共に放射システムと呼ぶことができる。

[0026] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するためのアジャスタＡＤ（図１Ｂ）を備えることができる。通常、イルミネータの瞳面内における強度分布の少なくとも外側および／または内側半径範囲（一般に、それぞれσ-outerおよびσ-innerと呼ばれている）は調整が可能である。また、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮおよびコンデンサＣＯなどの他の様々なコンポーネント（図１Ｂ）を備えることができる。イルミネータＩＬを使用して、所望の均一性および強度分布をその断面に有するよう、放射ビームＢを条件付けることができる。

[0027] 図１Ａを参照すると、サポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴの上に保持されているパターニングデバイス（たとえばマスク）ＭＡに放射ビームＢが入射し、パターニングデバイスＭＡによってパターニングされる。リソグラフィ装置１００の場合、放射ビームＢは、パターニングデバイス（たとえばマスク）ＭＡで反射する。パターニングデバイス（たとえばマスク）ＭＡで反射した放射ビームＢは、放射ビームＢを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる投影システムＰＳを通過する。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ２（たとえば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）を使用して正確に移動させることができ、それによりたとえば異なるターゲット部分Ｃを放射ビームＢの光路内に配置することができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよびもう１つの位置センサＩＦ１を使用して、パターニングデバイス（たとえばマスク）ＭＡを放射ビームＢの光路に対して正確に配置することができる。パターニングデバイス（たとえばマスク）ＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。

[0028] 図１Ｂを参照すると、サポート構造（たとえばマスクテーブルＭＴ）の上に保持されているパターニングデバイス（たとえばマスクＭＡ）に放射ビームＢが入射し、パターニングデバイスによってパターニングされる。マスクＭＡを通過した放射ビームＢは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃに集束させる投影システムＰＳを通過する。基板テーブルＷＴは、第２ポジショナＰＷおよび位置センサＩＦ（たとえば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量センサ）を使用して正確に移動させることができ、それによりたとえば異なるターゲット部分Ｃを放射ビームＢの光路内に配置することができる。同様に、第１ポジショナＰＭおよびもう１つの位置センサ（図１Ｂには明確に示されていない）を使用して、たとえばマスクライブラリから機械的に検索した後、またはスキャン中に、マスクＭＡを放射ビームＢの光路に対して正確に配置することができる。

[0029] 通常、マスクテーブルＭＴの移動は、第１ポジショナＰＭの一部を形成しているロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）を使用して実現することができる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２ポジショナＰＷの一部を形成しているロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合（スキャナではなく）、マスクテーブルＭＴは、ショートストロークアクチュエータのみに接続することができ、または固定することも可能である。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアライメントマークＭ１、Ｍ２および基板アライメントマークＰ１、Ｐ２を使用して整列させることができる。図には専用ターゲット部分を占有している基板アライメントマークが示されているが、基板アライメントマークは、ターゲット部分とターゲット部分の間の空間に配置することも可能である（けがき線アライメントマークとして知られている）。同様に、複数のダイがマスクＭＡ上に提供される場合、ダイとダイの間にマスクアライメントマークを配置することができる。

[0030] リソグラフィ装置１００および１００’は、以下のモードのうちの少なくとも１つのモードで使用することができる。

[0031] ステップモード：サポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴが基本的に静止状態に維持され、放射ビームＢに付与されたパターン全体がターゲット部分Ｃに１回で投影される（すなわち単一静止露光）。次に、基板テーブルＷＴがＸ方向および／またはＹ方向にシフトされ、異なるターゲット部分Ｃを露光することができる。

[0032] スキャンモード：放射ビームＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、サポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴおよび基板テーブルＷＴが同期スキャンされる（すなわち単一動的露光）。サポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＳの倍率（縮小率）および画像反転特性によって決まり得る。

[0033] その他のモード：プログラマブルパターニングデバイスを保持するべくサポート構造（たとえばマスクテーブル）ＭＴが実質的に静止状態に維持され、放射ビームＢに付与されたパターンがターゲット部分Ｃに投影されている間、基板テーブルＷＴが移動またはスキャンされる。パルス放射源ＳＯを使用することができ、スキャン中、基板テーブルＷＴが移動する毎に、または連続する放射パルスと放射パルスの間に、必要に応じてプログラマブルパターニングデバイスが更新される。この動作モードは、本明細書において参照されているタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを利用しているマスクレスリソグラフィに容易に適用することができる。

[0034] 上で説明した使用モードの組合せおよび／またはその変形形態、あるいは全く異なる使用モードを使用することも可能である。

[0035] 本明細書においては、とりわけＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用が参照されているが、本明細書において説明されているリソグラフィ装置は、集積光学システム、磁気ドメインメモリのための誘導および検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド、等々の製造などの他のアプリケーションを有することができることを理解されたい。このような代替アプリケーションのコンテキストにおいては、本明細書における「ウェーハ」または「ダイ」という用語の使用はすべて、それぞれより一般的な「基板」または「ターゲット部分」という用語の同義語と見なすことができることは当業者には理解されよう。本明細書において参照されている基板は、たとえばトラック（通常、基板にレジストの層を加え、かつ、露光済みのレジストを現像するツール）、メトロロジーツールおよび／またはインスペクションツール中で、露光前または露光後に処理することができる。適用可能である場合、本明細書における開示は、このような基板処理ツールおよび他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、たとえば多層ＩＣを生成するために複数回にわたって処理することができるため、本明細書において使用されている基板という用語は、処理済みの複数の層が既に含まれている基板を指している場合もある。

[0036] 本明細書において使用されている「放射」および「ビーム」という用語には、紫外（ＵＶ）放射（たとえば３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍまたは１２６ｎｍの波長を有する放射、あるいはその近辺の波長を有する放射）または極端紫外放射（たとえば５ｎｍ以上の波長を有する放射）を含むあらゆるタイプの電磁放射が包含されている。

[0037] コンテキストが許容する場合、「レンズ」という用語は、屈折光学コンポーネントおよび反射光学コンポーネントを始めとする様々なタイプの光学コンポーネントのうちの任意の１つまたは組合せを意味し得る。

[0038] 図２は、本発明の一実施形態による近接センサ２００の線図を示したものである。近接センサ２００は、伝達チャンバ２１０および測定チャンバ２１５の２つの内部チャンバを備えたハウジング２０５を備えている。伝達チャンバ２１０および測定チャンバ２１５は、ガス−流体ダイヤフラム２２０によって分離されている。伝達チャンバ２１０は非圧縮性流体を含んでおり、一方、測定チャンバ２１５はガスを含んでいる。測定チャンバ２１５から流出したガスは、少し離れた場所に位置している基板２６０に衝突する。実際の分離距離はガス流の速度を表しており、したがってこのようなガス圧力ゲージで知られているように測定チャンバ２１５内の圧力を表している。

[0039] 伝達チャンバ２１０は密閉されたチャンバであり、ある１つの位置（典型的には一方の末端）にガス−流体ダイヤフラム２２０を備えており、また、別の位置、典型的には伝達チャンバ２１０のもう一方の末端に流体伝送路２３５への接続を備えている。伝達チャンバ２１０および流体伝送路２３５は、いずれも非圧縮性流体を含んでいる。圧力センサ２４０は流体伝送路２３５に結合されている。伝達チャンバ２１０、流体伝送路２３５および圧力センサ２４０は、伝達チャンバ２１０内の非圧縮性流体の圧力が測定のための圧力センサ２４０に伝達されるよう、密閉された流体サブシステムを形成している。

[0040] さらに図２を参照すると、ガス−流体ダイヤフラム２２０は、ある１つの位置、典型的には測定チャンバ２１５の一方の末端に配置されている。上で言及したように、測定チャンバ２１５にはガスが充填されている。したがって、ガス−流体ダイヤフラム２２０は、ハウジング２０５内にガス−流体界面を提供している。ガス−流体ダイヤフラム２２０の位置とは異なる別の第２の位置で、ガス源（図２には示されていない）から入力ポート２６５を介して測定チャンバ２１５にガスが供給されている。入力ポート２６５には、任意選択で、ガス源からの入力圧力を安定させるための隔離制限器２２５を備えることができる。このような隔離制限器２２５は、ガス源のあらゆる圧力変動から近接センサ２００を隔離する働きをしている。測定チャンバ２１５内の第３の位置には、測定チャンバ２１５からガスが流出し、最終的には基板２６０の表面に衝突する出口開口２７０が配置されている。

[0041] 引き続いて図２を参照すると、ガスサブシステムは、ガス源、任意選択の隔離制限器２２５、入力ポート２６５、測定チャンバ２１５および出口開口２７０によって形成されている。参照によりそのすべてが本明細書に組み込まれている米国出願第１１／６４６６１２号および１０／３２２７６８号ならびに米国特許第４９５３３８８号および第４５５０５９２号に、ガスゲージ圧力センサを使用した近接センシングの様々な態様が開示されている。これらの出願および特許に示されているように、出口開口２７０はノズルの形態を取ることができる。測定チャンバ２１５に加圧下でガスを供給し、基板２６０の近傍の出口開口２７０を介してガスを放出することにより、定常状態のガス流条件が得られる。このようなガス流条件により、以下の原理に従って、基板２６０の表面に対する出口開口２７０の近接を測定チャンバ２１５内の圧力の測定から帰属させることができる。

[0042] 定常状態の条件下では、結果として得られる測定チャンバ２１５の圧力と、出口開口２７０とその近傍の表面２６０との間の距離との間には単純な関係が存在している。出口開口２７０とその近傍の表面２６０との間の距離が長くなると、ガス流に対する抵抗が小さくなるため、ガスの流れが増加する。したがってこのガス流の増加に伴って、ベルヌーイの原理に従って測定チャンバ２１５の圧力が低くなる。それとは逆に、出口開口２７０とその近傍の表面２６０との間の距離が短くなると、ガス流に対する抵抗が大きくなり、したがってガス流が減少し、延いては測定チャンバ２１５の圧力が高くなる。１つの限界として、出口開口２７０が密閉されると（たとえば近傍の表面によって出口開口２７０が完全に遮断されると）、結果として得られる圧力はガス供給圧力に等しくなる。

[0043] 測定チャンバ２１５内のガス圧力は、ガス−流体ダイヤフラム２２０に作用する。ガス−流体ダイヤフラム２２０の可撓性の性質のため、ガス−流体ダイヤフラム２２０は、ガス−流体ダイヤフラム２２０の流体側の圧力とガス−流体ダイヤフラム２２０のガス側に生成される圧力が等しくなるまで偏向する。これらの圧力が等しくなると、ガス−流体ダイヤフラム２２０の流体側の圧力が流体伝送路２３５を介して圧力センサ２４０に伝達される。圧力センサ２４０は、流体伝送路２３５を介して伝達された圧力に関連する信号を出力する。したがって圧力センサ２４０を使用して圧力を測定することにより、測定チャンバ２１５の内部の圧力を遠隔で測定することができる。測定チャンバ２１５の内部の圧力は、出口開口２７０と基板２６０の表面との間の近接度に関連しているため、圧力センサ２４０を介してこのような近接度を遠隔で測定することができる。

[0044] 以上の説明には、様々な位置における圧力と、出口開口２７０における流量と、出口開口２７０と基板２６０の表面との間の分離との間の静的な関係が取り扱われている。しかしながら、既に言及したように、近代のリソグラフィ測定装置にとっては、測定の速度も同じく重要である。測定の速度は、一部には測定システムの帯域幅によって制限されている。上で説明した近接センサ２００の場合、ガス体積のサイズは、その帯域幅を決定するための重要な要因である。定常状態条件には、平衡に到達するまでの間、測定チャンバ２１５内における過渡挙動が必要である。測定チャンバ２１５の寸法が大きいほど（つまり体積が大きいほど）、平衡に到達するまでに要する時間が長くなり、また、測定チャンバ２１５の時定数が大きくなる。それに対して、測定チャンバ２１５の寸法が小さいほど時定数が小さくなり、また、近接センサ２００の帯域幅が広くなる。

[0045] 一方、伝達チャンバ２１０および流体伝送路２３５内の流体の非圧縮性の性質は、定常状態平衡に到達するまでの間の過渡状態の伝達を速やかにしている。したがって非圧縮性流体サブシステムは、あらゆる過渡挙動をガス−流体ダイヤフラム２２０から圧力センサ２４０へ速やかに伝搬している。したがって、測定される基板表面から離れた場所に圧力センサ２４０を配置することができ、近接センサ２００の応答時間（つまり帯域幅）が不当に犠牲になることはない。したがって、このタイプの近接センサ２００を使用する設計者は、測定チャンバ２１５の体積の最小化を探求し、その一方で、適切な長さの流体伝送路２３５を介した遠隔圧力センサ２４０との通信を探求することができる。流体伝送路２３５は、非圧縮性流体を含有する要求事項に矛盾しない任意の材料を使用して構築することができ、また、伝達チャンバ２１０および圧力センサ２４０に適切に接続することができる。可能な材料としては、アルミニウムのブロックに穿孔された単純なチャネルが挙げられる。流体伝送路２３５の長さは、伝達チャンバ２１０および圧力センサ２４０への適切な接続の構築に矛盾しない任意の長さである。

[0046] 非圧縮性流体を使用して測定チャンバ２１５から遠隔圧力センサ２４０へ圧力を伝達することにより、次のような利点が提供される。たとえば、測定チャンバ２１５の体積を最小化することができ、それにより、結果として得られる近接センサ２００の応答時間を実質的に改善することができる。また、より小さい体積を、より小さい出口開口２７０を必要とする位相的なマッピングの高密度と同等にすることも可能である。さらに、本発明の構成（アーキテクチャ）によれば、総合的な応答時間性能の著しい低下を伴うことなく、測定チャンバ２１５から離れた任意の位置に圧力センサコンポーネントを矛盾なく配置することができる。

[0047] 上述したように、非圧縮性流体を使用することにより、設計技術者は圧力センサ２４０を遠隔配置することができる。しかしながら、非圧縮性流体は、必ずしも完全に非圧縮性ではない。しかしながら、「非圧縮性」流体という用語は、その流体に外部源から力（たとえばガス−流体ダイヤフラム２２０の偏向）が加えられた場合に、感じられるほどにはその体積が変化しない実質的に非圧縮性の流体、という意味で使用されている。本発明との使用に適した非圧縮性流体の例には、それらに限定されないが、水および油がある。

[0048] 本発明には、不活性であること（したがってそのトポロジーを精査中の基板２６０の表面と相互作用しないこと）を条件として、広範囲にわたるセットのガスを使用することができる。本発明との使用に適したガスの例には、それらに限定されないが、空気、窒素、水素または任意の非反応性圧縮性ガスがある。

[0049] 本発明の代替実施形態では、圧力センサ２４０の異なる実施態様が本明細書において説明されている主題の範囲に包含されている。図２は、ダイヤフラムをベースとする圧力センサを示したもので、圧力センサ測定チャンバ２５０の中に圧力センサダイヤフラム２４５が配置されている。圧力センサダイヤフラム２４５の一方の側は、流体伝送路２３５と連絡している非圧縮性流体によって伝達される圧力に露出されている。圧力センサダイヤフラム２４５のもう一方の側のチャンバ２５５は、流体伝送路２３５内の非圧縮性流体によって伝達される圧力に応答した圧力センサダイヤフラム２４５の運動を可能にしている。圧力センサダイヤフラム２４５の偏向を検出するための、光学変換器、容量性変換器、ピエゾ抵抗性変換器および誘導性変換器などの様々な手法が実行可能である。流体伝送路２３５に結合された非圧縮性流体の圧力を測定することができる他のタイプの圧力センサ２４０、たとえば制約質量流量計も本発明の範囲に包含されている。このような圧力センサの代表的な商用例は、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌ ＡＷＭ３３００Ｖである。

[0050] 本発明の他の実施形態では、測定チャンバ２１５および伝達チャンバ２１０は、様々な形状を備えることができる。図２には円筒状の形状が示されているが、本発明の実施形態はこの形状に限定されない。実際、上で説明した様々な部品の位置を許容する任意の形状が本発明の範囲に包含されている。詳細には、測定チャンバ２１５は、出口開口２７０、入力ポート２６５およびガス−流体ダイヤフラム２２０ならびにそれらに関連する機能に適応することができる任意の形状にすることができる。同様に、伝達チャンバ２１０も、ガス−流体ダイヤフラム２２０および流体伝送路２３５への結合ならびにそれらの機能に適応することができる任意の形状にすることができる。

[0051] 本発明のさらに他の実施形態では、流体支援ガスゲージのブリッジバージョンが本発明の意図する範疇に包含される。参照によりその全体が本明細書に組み込まれている米国出願第１１／６４６６１２号および１０／３２２７６８号ならびに米国特許第４９５３３８８号および第４５５０５９２号に、ブリッジ概念の様々な態様が開示されている。ブリッジバージョンでは、測定アームおよび基準アームの２つのアームを使用して差動測定が提供される。測定アームは、上で説明した方法と同様の方法で構築されている。つまり、測定チャンバが存在しており、その圧力によってガス−流体ダイヤフラムが偏向し、延いては圧力センサに結合されている流体伝送路に圧力が印加される。基準アームも測定アームと同様の方法で構築されているが、基準圧力センサによって基準圧力が測定されるよう、基準アームの出口開口の近傍に配置された基準スタンドオフを有している。測定アームおよび基準アームには、いずれも同じガス源からガスが供給されている。しかしながら、この実施形態では、測定アームおよび基準アームに見出される圧力読値の差を使用して、近接センサからの基板の表面の分離（したがってトポグラフィ）が決定される。この差は、差動圧力センサを使用して、またはその測値が他の手段によって（つまり電気的に、またはソフトウェアを使用して）微分される独立した２つの圧力センサを使用して直接検出することができる。同相モード誤差（ガス源内における圧力変動など）はブリッジの両側に影響を及ぼし、したがって差動測定ではそれらが相殺されるため、このブリッジ実施形態によれば、あらゆる同相モード誤差が除去される利点がある。

[0052] 図３は、測定チャンバ内に生じる定常状態圧力を、非圧縮性流体サブシステムを使用して、任意の距離を縦断して、高速応答時間で圧力センサに伝達する方法３００のフロー図を示すものである。

[0053] プロセスはステップ３１０で開始される。ステップ３１０で、表面の直ぐ近くに開口を備えた測定チャンバにガスが供給される。

[0054] ステップ３２０で、測定チャンバ内の圧力がダイヤフラムによって伝達チャンバ内の非圧縮性流体に伝達される。

[0055] ステップ３３０で、伝達チャンバ内の非圧縮性流体の圧力が流体伝送路内の非圧縮性流体によって伝達される。

[0056] ステップ３４０で、信号を出力する圧力センサが流体伝送路内の非圧縮性流体から伝達された圧力に応答する。

[0057] ステップ３５０で方法３００が終了する。

[0058] 特許請求の範囲を解釈するために使用されるべく意図されているのは「発明を実施するための形態」の部分（section）であり、「発明の概要」および要約書のセクションではないことを理解されたい。「発明の概要」および要約書のセクションは、一人の発明者または複数の発明者が企図している本発明の１つまたは複数の例示的実施形態を示したものであり、必ずしもすべての例示的実施形態を示したものではなく、したがってこれらのセクションには本発明および特許請求の範囲を制限することは何ら意図されていない。

[0059] 以上、本発明について、特定の機能およびそれらの関係の実施態様を示す機能ビルディングブロック（functional building blocks）を使用して説明した。これらの機能ビルディングブロックの境界は、説明の便宜上、本明細書においては任意に画定されている。特定の機能およびそれらの関係が適切に実行される限り、代替境界を画定することも可能である。

[0060] 特定の実施形態についての以上の説明は、本発明の一般的な性質を完全に示しているため、当業者は、当分野における知識を適用することにより、過度の（undo；不当な）実験を必要とすることなく、また、本発明の一般概念から逸脱することなく、様々なアプリケーションのために容易にこのような特定の実施形態を修正し、および／または適合させることができる。したがってこのような適合および修正は、開示されている実施形態の、本明細書において提供されている教示およびガイダンスに基づく均等物の意味および範囲に含まれることが意図されている。本明細書における語法または専門用語は、説明を目的としたものであって本発明を制限するものではなく、本明細書の専門用語または語法は、当業者によって、本明細書における教示およびガイダンスに照らして解釈されるべきものであることを理解されたい。

[0061] 本発明の広さおよび範囲は、上で説明したいかなる例示的実施形態によっても制限されるべきではなく、本発明の広さおよび範囲は、唯一、特許請求の範囲およびそれらの均等物に従って定義されるべきである。

Claims (15)

1. ハウジングと、
   前記ハウジング内の測定チャンバであって、出口開口およびガス供給ポートを含み、前記ガス供給ポートがガス源に結合するように構成され、それによりガスが供給される測定チャンバと、
   前記ハウジング内の伝達チャンバであって、非圧縮性流体を含む伝達チャンバと、
   前記測定チャンバと前記伝達チャンバとの間にガス−流体界面を形成するために配置されたダイヤフラムであって、前記測定チャンバ内の前記ガスの圧力と前記伝達チャンバ内の前記非圧縮性流体の圧力の差に応答して偏向するように構成されたダイヤフラムと、
   非圧縮性流体を含む流体伝送路であって、前記流体伝送路内の前記非圧縮性流体が前記伝達チャンバ内の前記非圧縮性流体に結合された流体伝送路と、
   前記流体伝送路に結合された圧力センサであって、前記流体伝送路内の前記非圧縮性流体の圧力に応答して信号を出力するように構成された圧力センサと、
   を備える装置。
2. 前記ガスが、空気、窒素および水素のうちの１つである、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記ガスが非反応性圧縮性ガスである、
   請求項１に記載の装置。
4. 前記測定チャンバが円筒状である、
   請求項１に記載の装置。
5. 前記伝達チャンバが円筒状である、
   請求項１に記載の装置。
6. 前記圧力センサが第２のダイヤフラムおよび変換器を含み、
   前記第２のダイヤフラムが、前記流体伝送路内の前記非圧縮性流体の前記圧力に応答して偏向するように構成され、
   前記変換器が、前記第２のダイヤフラムの前記偏向に応答して前記信号を出力するように構成された、
   請求項１に記載の装置。
7. 測定チャンバにガスを供給するステップであって、前記測定チャンバが、表面から一定の距離を隔てて分離された出口開口を含み、前記出口開口が、前記測定チャンバ内の圧力が前記距離に応答するように分離されたステップと、
   前記測定チャンバ内の前記圧力をダイヤフラムによって伝達チャンバ内の非圧縮性流体に伝達するステップであって、前記ダイヤフラムが前記測定チャンバの圧力と前記伝達チャンバの圧力の差に応答して運動するステップと、
   前記伝達チャンバ内の前記非圧縮性流体の前記圧力を流体伝送路内の非圧縮性流体によって圧力センサに伝達するステップと、
   前記流体伝送路内の前記非圧縮性流体から伝達される前記圧力に応答して前記圧力センサによって信号を出力するステップと、
   を含む方法。
8. 前記ガスが、空気、窒素および水素のうちの１つである、
   請求項７に記載の方法。
9. 前記ガスが非反応性圧縮性ガスである、
   請求項７に記載の方法。
10. 前記測定チャンバが円筒状である、
    請求項７に記載の方法。
11. 前記伝達チャンバが円筒状である、
    請求項７に記載の方法。
12. 前記圧力センサが第２のダイヤフラムおよび変換器を含み、
    前記第２のダイヤフラムが、前記流体伝送路内の前記非圧縮性流体の前記圧力に応答して偏向するように構成され、
    前記変換器が、前記第２のダイヤフラムの前記偏向に応答して前記信号を生成するように構成された、
    請求項７に記載の方法。
13. 放射のビームを生成するように構成された照明システムと、
    前記放射のビームをパターニングすることができるパターニングデバイスをサポートするように構成されたサポートデバイスと、
    前記パターニングされたビームを基板に投影するように構成された投影システムと、
    ハウジングと、
    前記ハウジング内の測定チャンバであって、前記基板の近傍に出口開口を含み、かつ、ガス源に結合するように構成されたガス供給ポートを含み、それによりガスが供給される測定チャンバと、
    前記ハウジング内の伝達チャンバであって、非圧縮性流体を含む伝達チャンバと、
    前記測定チャンバと前記伝達チャンバの間にガス−流体界面を形成するために配置されたダイヤフラムであって、前記測定チャンバの圧力と前記伝達チャンバの圧力の差に応答して偏向するように構成されたダイヤフラムと、
    前記伝達チャンバ内の前記非圧縮性流体に伝達結合された非圧縮性流体を含む流体伝送路と、
    前記流体伝送路に結合された圧力センサであって、前記流体伝送路内の前記非圧縮性流体の圧力に応答して信号を出力するように構成された圧力センサと、
    を備えるリソグラフィシステム。
14. 前記ガスが、空気、窒素および水素のうちの１つである、
    請求項１３に記載のリソグラフィシステム。
15. 圧力センサに結合された、広い帯域幅で近接測定するための流体支援ガスゲージであって、
    当該流体支援ガスゲージが、
    一定のガス体積を受け取るためにガス源に結合されたガス充填測定チャンバと、
    非圧縮性流体を含む流体充填伝達チャンバと、
    前記ガス充填測定チャンバと前記流体充填伝達チャンバとを分離しているダイヤフラムとを備え、
    当該流体支援ガスゲージが、被測定表面にガスを排気するように構成され、その一方で流体充填伝達チャンバの前記非圧縮性流体が前記圧力センサに圧力を伝達し、それにより前記ガス充填測定チャンバの前記ガス体積が最小化され、延いては近接測定の応答時間がガスのみのガスゲージの応答時間と比較して短縮される、
    流体支援ガスゲージ。