JP4789157B2 - フローカーテンを形成する、近接センサのノズルシュラウド - Google Patents

Description

本発明はリソグラフィに関し、特にリソグラフィのガスゲージに関する。

自動製造工程の多くで製造装置と、製品または加工される材料表面との間隔を検知することが必要とされている。例えば半導体リソグラフィなどの様々な分野では当該間隔がナノメートルオーダで正確に測定されなければならない。

こうした正確な近接センサの開発に関する挑戦は特にフォトリソグラフィシステムにおいて重要である。フォトリソグラフィでは近接センサは、簡易に検出できること及び極小な間隔を正確に検出できることに加え、汚染物質を持ち込まないようにまたは通常半導体ウエハが用いられる加工表面に接触しないようする必要がある。いずれかの問題が発生すると、半導体の品質は著しく低下しまたは台無しになる。

極小な間隔を測定するため、異なる種類の近接センサを用いることができる。近接センサの例としてキャパシタンスゲージ及びオプティカルゲージが挙げられる。こうした近接センサは、フォトリソグラフィシステムで用いられるには重大な問題がある。なぜなら、ウエハに堆積する材料の物理的性質が近接センサの精度に影響を与えるからである。例えば、電荷密度に依存するキャパシタンスゲージは、ある種の材料（例えば金属）の密度が高い位置では誤った近接値を検出することがある。ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）及びリン化インジウム（ＭＰ）などの非導電性及び／または感光性材料による少し変わったウエハが用いられる場合には別の問題が発生する。これらの場合にはキャパシタンスゲージ及びオプティカルゲージは正確な値を検出できないことがある。

「Air Gauge Sensor」と題される米国特許第４，９５３，３８８号（発明者：Andrew Barada、発行：１９９０年９月４日、以下「３８８特許」という）及び「Pneumatic Gauging Circuit」と題される米国特許第４，５５０，５９２号（発明者：Michel Deshape、発行：１９８５年１１月５日、以下「５９２特許」という）は、エアーゲージセンサによって近接値を検出するという別の取り組みを開示している。米国特許第４，９５３，３８８号及び第４，５５０，５９２号の全体がここで引用される。更にニューマティックゲージの原理は、Burrows,V.R.による「The Principles and Applications of Pneumatic Gauging」（FWP Journal, Oct. 1976, pp. 31-42）においても開示され、その全体がここに引用される。エアーゲージセンサは、ウエハ表面における電荷の凝集または、電気的、光学的及び他の物理的特性による影響を受けにくい。しかし現在の半導体製造では近接値が、ナノメートルオーダという高精度で測定される必要がある。それにも関わらず従来のゲージセンサは、今日のリソグラフィで要求される精度を満たさないことが多い。

係属中で共同出願の、「High Resolution Gas Gauge Proximity Sensor」と題される米国特許出願第１０／３２２，７６８号（発明者：Gajdeczko他、出願：２００２年１２月１９日、以下「７６８特許出願」という）は、従来のエアゲージ近接センサの精度限界を克服した高精度なガスゲージ近接センサを開示している。７６８特許出願はその全体をここに引用し、高精度なガスゲージ近接センサを開示する。同様に、係属中で共同出願の、「Liquid Flow Proximity Sensor for Use in Immersion Lithography」と題される米国特許出願第１０／６８３，２７１号（発明者：Violette, Kevin、出願：２００３年１０月１４日、以下「２７１特許出願」という）は、液浸リソグラフィで高精度な検出を可能にする液浸リソグラフィ高精度近接センサを開示している。

７６８特許出願及び２７１特許出願に開示されているセンサは、高精度な検出を可能にする。しかし、精度は気体や液体の交差流による影響を受け得る。この交差流とは、近接センサの測定用チャネルから放出される気体または液体の流れと交差する流れのことである。具体的には例えば、毎秒数メートルオーダの速度を有する気体交差流がパージガスによって局所的に生じることがある。交差流によりゲージが不安定になったり偏流が生じたりすることで、修正できないエラーが近接センサにもたらされる。

必要とされるのは、近接センサの精度を改善するためにこうした交差流を抑制する装置である。

本発明は、ノズルからの気体流に対する気体交差流の影響を低減する装置に関する。当該装置は、ノズルに付設されたシュラウドを備える。プレナムはシュラウドの内部に設けられており、シュラウドガスを保持する。当該シュラウドガスは、１つ以上の取り入れ口を通じてプレナムへと供給される。シュラウドガスは、例えば穴部またはスロットなど、シュラウドの下部面に沿って設けられた一連の開口を通じてノズルから離れる方向へと放出される。放出されるシュラウドガスは、気体交差流がノズルからの気体の流れに影響を与えるのを抑制するためノズルの周囲にエアカーテンを形成する。１つの実施例として、本発明はリソグラフィの近接センサに用いられる。この実施例では、近接センサの精度に影響を与える気体交差流を抑制するためシュラウドが測定用ノズルに付設されている。当該装置を用いることで近接センサの精度が向上する。また当該装置は、例えば液浸リソグラフィの近接センサのような、液体を放出するノズルにも使用できる。

本発明の更なる実施形態や特徴、効果は、本発明のさまざまな実施形態の構成及び作用とともに添付図面を参照して以下に詳細に説明される。

本発明は、特定の用途に対する具体的な実施形態を参照して説明されているが、本発明はそれに限定されないことを理解されたい。本明細書の記載内容に触れた当業者は、本発明の範囲内で更なる修正、応用及び実施形態を発案できる。更に本発明にとって非常に有用な分野を発案できる。

図１は、本発明の一実施形態に係るガスゲージ近接センサ１００を示す。ガスゲージ近接センサ１００は質量流制御部１０６、中央チャネル１１２、測定用チャネル１１６、参照用チャネル１１８、測定用チャネル制限部１２０、参照用チャネル制限部１２２、測定用プローブ１２８、参照用プローブ１３０、ブリッジチャネル１３６及び質量流センサ１３８を備える。気体供給部１０２は、ガスゲージ近接センサ１００へと所望の圧力で気体を投入する。

中央チャネル１１２は気体供給部１０２と質量流制御部１０６とを接続し、分岐１１４まで繋がっている。質量流制御部１０６はガスゲージ近接センサ１００内の流量を一定に維持する。気体は、質量流制御部１０６から多孔性抑制部１１０とチャネル１１２に付設された緩衝部１０８とを通じて投入される。抑制部１１０は気体供給部１０２による気体の乱流を低減する。抑制部１１０の設置は任意である。気体は抑制部１１０から送出され、中央チャネル１１２を経て分岐１１４へと進む。中央チャネル１１２は分岐１１４で終了し、測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８とに分岐する。質量流制御部１０６は、投入される気体が本システム全体で層流かつ非圧縮性流体となるように十分に低い流量で気体を投入する。これにより、望ましくない気体ノイズの発生を最小限に抑えることができる。同様に本システムの形状は、質量流制御部１０６により生成される層流を維持するため適切な大きさに調整されてもよい。

ブリッジチャネル１３６は測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８とを接続する。ブリッジチャネル１３６は測定用チャネル１１６と分岐１２４で接続する。ブリッジチャネル１３６は参照用チャネル１１８と分岐１２６で接続する。一実施例では分岐１１４と分岐１２４との距離と、分岐１１４と分岐１２６との距離とが同じである。

気体はガスゲージ近接センサ１００内の全チャネルを通って流れる。チャネル１１２、１１６、１１８及び１３６は導管（チューブ、パイプなど）または他の構造から構成される。当該他の構造はセンサ１００内で気体流を収容でき、導けることを必要とされる。こうしたチャネルには、気体ノイズを生じさせることがある鋭い曲折、凹凸または不要な障害が設けられていない。気体ノイズは、例えば局所的な乱流または流れが不安定になることにより生じる。測定用チャネル１１６の全長と参照用チャネル１１８の全長とは同じであってもよく、別の実施例では双方の全長が同じでなくてもよい。

参照用チャネル１１８は参照用ノズル１３０まで繋がっている。同様に、測定用チャネル１１６は測定用ノズル１２８まで繋がっている。参照用ノズル１３０は、参照用表面１３４より上に位置している。測定用ノズル１２８は、測定用表面１３２より上に位置している。フォトリソグラフィでは多くの場合、測定用表面１３２は半導体ウエハまたはウエハを支持するステージである。参照用表面１３４は平坦な金属板であってもよいが、この例に制限されない。気体供給部１０２により投入された気体はノズル１２８、１３０のそれぞれから放出され、ノズルに対応する測定用表面１３２及び参照用表面１３４に作用する。上述の通り、ノズルとそのノズルに対応する測定用表面または参照用表面との距離はスタンドオフと称される。

測定用チャネル制限部１２０及び参照用チャネル制限部１２２はチャネル内の乱流を低減させる働きをし、抵抗として機能する。他の実施形態ではオリフィスが設けられてもよい。しかし、オリフィスには乱流を低減させる働きはない。

一実施形態では参照用ノズル１３０は既知の参照用スタンドオフ１４２を隔てて、固定された参照用表面１３４より上に位置する。測定用ノズル１２８は、未知の測定用スタンドオフ１４０を隔てて測定用表面１３２より上に位置する。既知の参照用スタンドオフ１４２は、最適な一定値に設定されている。こうした構成では測定用ノズル１２８に加えられる背圧は、未知の測定用スタンドオフ１４０の関数であり、参照用ノズル１３０に加えられる背圧は既知の参照用スタンドオフ１４２の関数である。仮にスタンドオフ１４０と１４２とが等しい場合、本システムの構成は左右対称になり、ブリッジは平衡になる。その結果、気体がブリッジチャネル１３６を通り抜けない。逆に測定用スタンドオフ１４０と参照用スタンドオフ１４２とが異なる場合、測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８とに加えられる圧力が異なるため気体が質量流センサ１３８を通り抜ける。

質量流センサ１３８はブリッジチャネル１３６に設けられており、ブリッジチャネル１３６の中心に設けられていることが望ましい。質量流センサ１３６は、測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８との間の圧力差により生じる気体の流れを検出する。この圧力差は、垂直方向における測定用表面１３２の位置変動の結果として生じる。ブリッジを平衡にするため測定用スタンドオフ１４０と参照用スタンドオフ１４２とが等しい場合、表面１３２、１３４に対するノズル１２８、１３０のスタンドオフは同じとなる。測定用チャネルと参照用チャネルとにおける圧力差が存在しないため、質量流センサ１３８は質量流を検出しない。測定用スタンドオフ１４０と参照用スタンドオフ１４２とが異なることにより、測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８とにおける圧力に差異が生じる。左右非対称となった本システムの構成に適切な補正を行うことができる。

質量流センサ１３８は、圧力差または構成の非対称により生じる気体の流れを検出する。圧力差により気体の流れが生じ、その流速は測定用スタンドオフ１４０の関数である。つまり、ガスゲージ１００へと投入される流速が一定だとすると、測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８とにおける気体の圧力差は、スタンドオフ１４０と１４２との差異の関数である。参照用スタンドオフ１４２が既知のスタンドオフに設定される場合、測定用チャネル１１６と参照用チャネル１１８とにおける気体の圧力差は測定用スタンドオフ１４０（つまり測定用表面１３２と測定用ノズル１２８との間における未知のｚ方向のスタンドオフ）の大きさの関数である。

質量流センサ１３８は、ブリッジチャネル１３６を通り抜けるいずれかの方向の気体流を検出する。本システムのブリッジ構成ではチャネル１１６と１１８との間に圧力差が生じる場合のみ、気体がブリッジチャネル１３６を通り抜ける。両チャネルに圧力の不均衡が存在する場合、質量流センサ１３８はその不均衡によって生じる気体の流れを検出し、適切な制御を行うことができる。質量流センサ１３８は、画面表示または音声通知を介して検出結果を知らせてもよい。別の方法として、質量流センサに代えて別の圧力センサが用いられてもよい。当該別の圧力センサは両チャネルの圧力差を測定する。この圧力差は、測定用スタンドオフと参照用スタンドオフとの差異の関数である。

近接センサ１００は、本発明の利益を享受できるノズルを備えた装置の一例として提供される。本発明は近接センサ１００のみの使用に制限されるものではない。それどころか別の種類の近接センサに用いられてもよい。更に、放出される気体または液体を、気体または液体の交差流から保護する必要がある近接センサでは気体または液体を放出する別のノズルが用いられてもよい。

図２は、本発明の一実施形態に係る近接センサの測定用ノズル１２８の垂直方向断面図である。当該測定用ノズルはフローカーテンを形成するためのシュラウド２１０を備える。測定用ノズル１２８はチャネル２２９及び開口部２２８を備える。上述の通り、気体はチャネル２２９を流れ、開口部２２８を通り抜け測定用ノズル１２８から放出される。放出された気体は測定用表面１３２に作用し、近接センサ１００内で加えられた背圧に基づいてスタンドオフ１４０の大きさが決定され得る。

気体交差流がスタンドオフ１４０の周囲の空間を通り抜ける場合、気体交差流は背圧の大きさに影響を与え、近接センサ１００の精度を低下させる。通常、気体交差流を排除するための閉じられた空間によって参照用スタンドオフが保護されていることが多く、気体交差流は測定用スタンドオフに影響を与えるのみである。そのため、本発明では測定用ノズルにシュラウドを設けることに着目している。しかし、本発明はこのような場合に制限されない。当該シュラウドは、気体または液体の交差流を低減するためこれらの交差流からの保護が必要とされるいかなる種類のノズルにも用いられることができる。

測定用ノズル１２８の周囲にはシュラウド２１０が設けられている。シュラウド２１０は、リソグラフィの環境またはシュラウドが用いられる他の環境に適した材料から構成されている。採用可能な材料の具体例は、本明細書の内容に基づいて関連技術の当業者が判断可能である。

様々な実施例において留め具、接着剤などを用いて測定用ノズル１２８にシュラウド２１０を設けることができる。一実施例ではシュラウド２１０は測定用ノズル１２８を実質的に囲むように設けられている。他の実施例では測定用ノズル１２８とシュラウド２１０が、１つの構造体として機械加工されていてもよい。更に他の実施例ではシュラウド２１０は測定用ノズル１２８の周囲に留められ、シュラウド２１０の小さな掛け金により適切な位置に保持されていてもよい。

シュラウド２１０は、気体を保持する貯蔵部として機能するプレナム２２０を備える（本明細書ではプレナムに保持される気体を「シュラウドガス」という）。液浸リソグラフィの近接センサではプレナム２２０は液体を保持する（本明細書ではプレナムに保持される液体を「シュラウドリキッド」という）。シュラウド２３０は、シュラウドガスをプレナム２２０に供給可能にする取り入れ口２３０を備える。穴部２４２及び２４４といった一連の穴部はシュラウド２１０下部の面に沿って設けられている。これらの穴部からシュラウドガスが測定用ノズル１２０から離れる方向に放出され、気体のカーテンが形成される。別の実施例ではこうした穴部の代わりに細長い隙間であるスロットが儲けられていてもよい。例えば穴部の数、穴部の角度、穴部の直径及び放出される気体速度などのパラメータが調整されることで、シュラウド２１０下部の周囲に連続的に気体カーテンが形成される。

シュラウドガスは点２６４へと到達するだけの速度を有して、穴部から円錐状に放出される。その速度を有するシュラウドガスの水平成分は気体交差流の水平成分と同じかそれよりも速い。到達点２６４は、例えばシュラウドガス２５２及び２５４のような円錐状のシュラウドガスの中心線と測定用表面１３２との交差点を示している。図２は穴部２４４から放出される円錐状のシュラウドガス２５４と、穴部２４２から放出される円錐状のシュラウドガス２５２とを示す。

図３は、測定用ノズル１２８及びシュラウド２１０の底面図である。ノズル開口部２２８が図の中央に示され、測定用ノズル１２８により囲まれている。インタフェース２２２は測定用ノズル１２８とシュラウド２１０との間の接触面を示している。この実施例ではシュラウド２１０は例えば穴部２４２や２４４など８つの穴部を備えている。

図４は、シュラウド２１０及び測定用ノズル１２８の断面図である。断面図にはシュラウド２１０を完全に取り囲むプレナム２２０が示されている。別の実施例ではシュラウドの内部に複数のプレナムが設けられていてもよい。

上述の内容はガスゲージ近接センサへのシュラウド２１０の使用を主として説明されているが、シュラウド２１０は、例えば２７１特許出願に開示されているような液浸リソグラフィの近接センサにも用いられてもよい。更に本発明は、放出される気体または液体の流れを気体または液体の交差流から保護する必要がある、気体または液体を放出する他の種類のノズルに用いられてもよい。

液浸リソグラフィに用いられる場合、プレナム２２０にはシュラウドリキッドが貯蔵されることになる。シュラウドリキッドは、液体のカーテンを形成するために穴部２４２及び２４４から放出される。液体カーテンは、性能を低下させることがある液体交差流から、測定用ノズルから放出される液体流を保護する。穴部の具体的な位置、穴部の数、穴部の角度、放出されるシュラウドリキッドの速度は、関連技術の当業者が本明細書の内容に基づいて決定し得る構成によって変化する。

［結語］
以上、本発明の典型的な実施形態について説明した。しかし、本発明はこうした実施形態に限定されない。実施形態を本明細書に記載したのは説明を目的とするものであり、限定のためではない。関連技術の当業者は本明細書の内容に基づいて以上の実施形態の代替案（本明細書の内容に対して均等な内容、拡張された内容、変形例、逸脱した内容）を容易に発想可能である。こうした代替案も本発明の範囲に含まれる。

近接センサの機能上の部材を示す模式図である。 本発明の一実施形態に係り、フローカーテンを形成するためのシュラウドを備える、近接センサのノズルを示す図である。 本発明の一実施形態に係り、フローカーテンを形成するためのシュラウドを備える、近接センサのノズル底面図である。 本発明の一実施形態に係り、フローカーテンを形成するための近接センサのノズル断面図である。

符号の説明

１０２ 気体供給部、 １０６ 質量流制御部、 １０８ 緩衝部、 １１０ 多孔性抑制部、 １１２ 中央チャネル、 １１４ 分岐、 １１６ 測定用チャネル、 １１８ 参照用チャネル、 １２０ 測定用チャネル制限部、 １２２ 参照用チャネル制限部、 １２４、１２６ 分岐、 １２８ 測定用プローブ、 １３０ 参照用プローブ、 １３２ 測定用表面、 １３４ 参照用表面、 １３６ ブリッジチャネル、 １３８ 質量流センサ、 １４０ 測定用スタンドオフ、 １４２ 参照用スタンドオフ、 ２１０ シュラウド、 ２２０ プレナム、 ２２２ インタフェース、 ２２８ 開口部、 ２２９ チャネル、 ２３０ 取り入れ口、 ２４２、２４４ 穴部、 ２５２ シュラウドガス、 ２６４ 到達点。

Claims (7)

1. 近接センサのノズルから放出される液体流への、前記ノズルと測定表面との間の空間を通り抜ける方向に前記液体流と交差する液体交差流の影響を低減するための装置であって、
   実質的に前記ノズルを囲むように設けられているシュラウドと、
   シュラウドリキッドを保持するために前記シュラウドの内部に設けられているプレナムと、
   を備え、
   前記シュラウドは、前記ノズルから離れる方向に前記プレナムからシュラウドリキッドを放出するための複数の開口を有し、
   前記ノズルから離れる方向のシュラウドリキッドの速度の水平成分は前記液体交差流の水平成分と同じかそれよりも速いことを特徴とする装置。
2. 前記複数の開口は、前記ノズルの鉛直方向中心線から約４５度の角度で外側かつ下方へと向けられていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記複数の開口は、連続的に液体カーテンを形成するシュラウドリキッドを円錐状に放出することを特徴とする請求項１に記載の装置。
4. 参照用表面とのスタンドオフと、測定用表面とのスタンドオフとの差異を検出するための液浸リソグラフィの近接センサであって、
   液浸リソグラフィの近接センサに投入される液体を参照用チャネルと測定用チャネルとに分ける分岐と、
   前記参照用チャネルの端に設けられることにより液体を前記参照用チャネルから放出し参照用表面に作用させるため、参照用スタンドオフを経て前記参照用表面に到達するよう液体を放出する参照用ノズルと、
   前記参照用チャネルの端に設けられることにより液体を前記測定用チャネルから放出し測定用表面に作用させるため、測定用スタンドオフを経て前記測定用表面に到達するよう液体を放出する測定用ノズルと、
   実質的に前記測定用ノズルを囲むように設けられており、当該測定用ノズルからの液体流から離れる方向にシュラウドリキッドを放出する測定用ノズルシュラウドと、
   前記参照用チャネルと前記測定用チャネルとを接続し、両チャネル間における液体流を検出することにより、前記参照用表面とのスタンドオフと、前記測定用表面とのスタンドオフとの差異を高精度で検出できる測定装置と、を備え、
   前記測定用ノズルから離れる方向のシュラウドリキッドの速度の水平成分は、前記測定用ノズルと測定用表面との間の空間を通り抜ける方向に前記測定用ノズルからの液体流と交差する液体交差流の水平成分と同じかそれよりも速いことを特徴とする液浸リソグラフィの近接センサ。
5. 前記測定用ノズルシュラウドは、
   シュラウドリキッドを保持するため前記測定用ノズルシュラウドの内部に設けられているプレナムを備え、
   前記測定用ノズルから離れる方向にシュラウドリキッドを放出するための複数の開口を有し、
   放出されるシュラウドリキッドにより、前記測定用ノズルから放出される液体流への液体交差流の影響を抑制するシュラウドリキッドカーテンが形成されることを特徴とする請求項４に記載の液浸リソグラフィの近接センサ。
6. 前記複数の開口は、前記測定用ノズルの鉛直方向中心線から約４５度の角度で外側かつ下方へと向けられていることを特徴とする請求項５に記載の液浸リソグラフィの近接センサ。
7. 前記複数の開口は、連続的に液体カーテンを形成するシュラウドリキッドを円錐状に放出することを特徴とする請求項５に記載の液浸リソグラフィの近接センサ。

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