KR20040054568A - 액침 리소그래피용 액체 흐름 근접 센서 - Google Patents

액침 리소그래피용 액체 흐름 근접 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명은 측정 탐침과 표면 간의 매우 짧은 거리를 정밀하게 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 더 상세하게는, 매우 짧은 거리를 검출하기 위하여, 일정한 액체 흐름을 사용하여 브리지 내에서의 액체 질량 흐름 속도를 감지하는 근접 센서에 관한 것이다. 장치 내에서 다공성 재료로 이루어진 흐름 제한기 및/또는 스너버, 및/또는 액체 질량 흐름 속도 제어기를 사용하면, 나노미터 내지 나노미터 미만의 범위 내로 매우 짧은 거리를 검출할 수 있게 된다. 다른 실시예에서, 근접 센서의 측정 채널은 다수의 측정 분기에 연결된다.

Description

액침 리소그래피용 액체 흐름 근접 센서{LIQUID FLOW PROXIMITY SENSOR FOR USE IN IMMERSION LITHOGRAPHY}
본 발명은 매우 짧은 거리를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 액체 흐름을 이용한 근접 감지(proximity sensing)에 관한 것이다.
다수의 자동화 제조 프로세스에서, 제조 도구와 제품 또는 가공되는 재료 표면 간의 거리를 감지할 필요가 있다. 반도체 리소그래피와 같은 일부 상황에서는, 나노미터에 가까운 정확도로 거리가 측정되어야만 한다.
특히 포토리소그래피 시스템과 관련하여, 이러한 정밀도를 갖는 근접 센서의 제조에 관한 도전은 중요하다. 포토리소그래피와 관련하여, 근접 센서는 방해가 되지 않고 매우 짧은 거리를 정확하게 검출하는 능력을 갖는 것에 더하여, 오염 물질을 도입하거나 일반적으로 반도체 웨이퍼인 가공 표면과 접촉해서는 안 된다. 이러한 상황이 발생하면, 반도체 품질은 현저하게 저하 또는 손상될 수 있다.
매우 짧은 거리를 측정하기 위하여 다양한 유형의 근접 센서가 이용 가능하다. 근접 센서의 예로는 정전 용량 및 광학 게이지가 있다. 이러한 근접 센서는, 웨이퍼 상에 적층되는 재료의 물리적 특성이 그 정밀도에 영향을 줄 수 있기 때문에, 포토리소그래피 시스템에서 사용되는 경우에는 심각한 결점을 갖는다. 예를 들어, 전하의 농도에 의존하는 정전 용량 게이지는, 한 종류의 재료(예를 들어, 금속)가 집중되어 있는 위치에서는 잘못된 근접 판독값을 나타낼 수 있다. GaAs 및 InP와 같이 비도전성 및/또는 감광성 재료로 이루어진 특이한 웨이퍼가 사용되는 경우에는 다른 종류의 문제점이 발생한다. 이러한 경우, 정전 용량 및 광학 게이지는 잘못된 결과를 제공할 수 있다.
미국 특허 4,953,388 및 4,550,592는 에어 게이지 센서(air gauge sensor)를 사용하는 근접 감지에 관한 대안적인 접근을 개시한다. 에어 게이지 센서는 전하의 농도, 또는 웨이퍼 표면의 전기, 광학 또는 다른 물리적 특성에 약점을 갖지 않는다. 그러나, 현재의 반도체 제조에서는, 근접도를 나노미터 단위의 정밀도로 게이징할 필요가 있다.
또한, 리소그래피 방법에서의 이미징 조건이 더 도전적으로 되어감에 따라, 사용되는 하나의 다른 접근 방법은 액침 리소그래피이다. 액침 리소그래피에서는, 시스템 성능을 향상시키기 위하여, 투영 광학 박스 내의 최종 렌즈와 웨이퍼 간의 갭이 액체로 채워진다. 이러한 접근 방법은 보다 더 작은 최소 배선폭(feature size)의 프린팅을 지원한다. 이러한 시스템에서, 가공되는 웨이퍼는 액체의 풀(pool)에 의해 둘러싸인다. 미국 특허 4,953,388 및 4,550,592에 개시된 것과 같은 에어 게이지 센서는 액침 리소그래피 시스템에서는 사용될 수 없다.
액침 리소그래피 시스템은 마이크로리소그래피 업계에서 상당한 관심을 끌고 있다. 이 기술은 이미지 공간에서의 굴절률, 그리고 투영 시스템의 개구수가 1(unity)보다 커질 수 있게 한다. 그 결과, 이 기술은 리소그래피에서 사용되는 193㎚ 도구를 45㎚까지 확장할 수 있으며, 그보다 더 아래로 확장할 수도 있는 잠재력을 갖는다. 그러나, 액침 리소그래피를 사용할 수 있으려면, 가공면을 둘러싸고 있는 액체의 굴절률이 일정하게 유지되어야 한다. 액체 내에서의 버블링(bubbling) 및 온도 변화와 같은 변수는 굴절률에 영향을 미칠 수 있다. 그러므로, 근접 센서는 버블링 또는 온도 변화를 발생시켜서는 안 되며, 이러한 효과를 이상적으로 감소시켜야만 한다.
액침 리소그래피 시스템에서 정밀하게 거리를 감지할 수 있는 액체 흐름 근접 센서가 필요하다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 액체 흐름 근접 센서의 다이어그램.
도 1b는 본 발명의 실시예에 따라 다수의 측정 분기를 갖는 액체 흐름 근접 센서의 다이어그램.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따라, 액침액 공급 시스템에 연결된 액체 흐름 근접 센서의 기준 및 측정 탐침의 다이어그램.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제한기의 단면도를 제공하는 다이어그램.
도 3a는 노즐의 기본 특성을 나타낸 다이어그램.
도 3b는 본 발명의 실시예에 따라, 기준 탐침 또는 측정 탐침에서 사용될 수 있는 노즐의 투영도를 나타낸 다이어그램.
도 3c는 본 발명의 실시예에 따라, 도 3b에 도시된 노즐의 단면도를 나타낸 다이어그램.
도 3d는 본 발명의 실시예에 따라, 기준 탐침 또는 측정 탐침에서 사용될 수 있는 샤워-헤드 노즐의 투영도를 나타낸 다이어그램.
도 3e는 본 발명의 실시예에 따라, 도 3d에 도시된 노즐의 단면도를 나타낸다이어그램.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라, 매우 짧은 거리를 검출하고 제어 동작을 수행하는 액체 흐름 근접 센서를 사용하는 방법을 나타내는 흐름도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100 : 액체 흐름 근접 센서
102 : 액체 공급원
106 : 액체 질량 흐름 제어기
112 : 중앙 채널
116 : 측정 채널
118 : 기준 채널
120 : 측정 채널 제한기
122 : 기준 채널 제한기
128 : 측정 탐침
130 : 기준 탐침
136 : 브리지 채널
138 : 액체 질량 흐름 센서
본 발명은 액침 리소그래피 시스템에서 정밀하게 거리를 감지할 수 있는 고해상도 액체 흐름 근접 센서 및 방법을 제공한다. 액체 흐름 근접 센서는 측정 및 기준 스탠드오프(standoff) 간의 차이를 검출함으로써 근접도를 결정한다. 스탠드오프는 근접 센서의 노즐과 그 노즐 아래의 표면 간의 거리 또는 갭이다.
스탠드오프 차이를 결정하기 위하여, 일정한 액체 질량 흐름 속도를 갖는 액체의 흐름이 액체 질량 흐름 제어기에 의해 계량되고, 2개의 채널 - 측정 채널과 기준 채널 - 을 통과하게 된다. 본 발명에 따르면, 기준 채널과 측정 채널 내에서는 다공성 제한기(porous restrictor)가 사용된다. 다공성 제한기는 센서의 적합한 동작을 위해 요구되는 저항 기능을 수행하면서도, 난류(turbulence)를 도입하지 않는다. 본 발명의 다른 실시예에서, 다공성 스너버(porous snubber)는 액체 질량 흐름 제어기의 뒤에, 그리고 근접 센서가 기준 및 측정 채널로 갈라지기 전에 배치된다. 다공성 스너버는 난류를 진정시키고, 채널을 통해 전파되는 가능한 잡음을 감소시키며, 근접 센서의 정밀도를 향상시킨다.
각각의 채널은 표면 위에 위치된 말단부에 탐침을 갖는다. 액체는 채널을 통과하게 되고, 측정면 및 기준면 각각에 대하여 노즐을 통해 방출된다. 기준 채널과 측정 채널 사이의 브리지 채널은, 기준 및 측정 채널 내의 액체 압력의 차이에 의해 유도된, 2개의 채널 간의 질량 흐름을 감지한다. 감지된 액체 질량 흐름속도는 기준 및 측정 스탠드오프의 차이를 나타낸다. 즉, 브리지에서 감지된 질량 흐름은, 기준 채널에서의 기준 탐침과 기준면의 기준 스탠드오프와, 측정 채널에서의 측정 탐침과 측정면의 측정 스탠드오프 간의 임의의 차이를 나타낸다. 액체 흐름 근접 센서는 표시를 제공하고, 감지된 액체 질량 흐름 속도를 근거로 한 제어 동작을 야기할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 측정 탐침 및 기준 탐침으로서 상이한 노즐 유형이 사용될 수 있다. 이러한 노즐은, 상이한 유형의 가공면에 대하여 센서가 쉽게 적응할 수 있게 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 액체 흐름 근접 센서는 다수의 측정 분기에 연결되는 전환 소자에 연결된 측정 채널을 포함할 수 있다. 각각의 측정 분기는, 측정 분기를 포함하지 않는 소자에서의 측정 채널과 동일한 특성을 갖는다. 다수의 측정 분기는, 보다 더 큰 면적의 측정면에 대하여 스탠드오프를 측정하도록 근접 센서의 기능을 향상시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 단일 측정 채널을 갖는 액체 흐름 근접 센서를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은 액체 흐름을 측정 및 기준 채널로 분할하는 단계와, 각각의 채널의 단면적에 걸쳐서 액체 흐름을 균일하게 제한하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다수의 측정 분기를 갖는 액체 흐름 근접 센서를 위한 방법이 제공된다. 이 방법은, 액체 흐름을 측정 분기와 기준 채널로 분할하는 단계, 기준 채널 또는 측정 분기의 단면 영역 전반에 걸쳐서 액체 흐름을균일하게 제한하는 단계, 및 측정 분기 간을 전환하는 단계를 포함한다. 추가의 방법은 측정면의 지형(topography)을 맵핑하기 위하여 다수의 측정 분기를 갖는 액체 흐름 근접 센서를 이용하는 것을 기술한다.
본 발명의 실시예는, 다공성 제한기, 액체 질량 흐름 제어기 및/또는 스너버의 사용을 통하여, 액체 흐름을 근거로 하여 나노미터 정밀도의 고해상도로 거리를 측정할 수 있게 한다. 본 발명은 특히 액침 포토리소그래피 시스템 및 도구에서 유리하다. 포토리소그래피 시스템에서, 리소그래피 제조 도구의 적합한 기하학적 기준과 반도체 웨이퍼 간의 거리를 고해상도로 결정할 필요성이 점점 더 증가하고 있다. 고해상도의 액체 흐름 근접 감지 기술을 사용하면, 반도체 제조 동안 웨이퍼 재료 및 웨이퍼 상에 적층된 재료의 물리적 파라미터에 무관하게 고해상도의 성능으로 웨이퍼 근접 측정값을 구할 수 있게 된다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조로 하여, 본 발명의 다양한 실시예의 구조 및 동작은 물론, 본 발명의 다른 실시예, 특징 및 이점이 더 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 하여 설명된다. 도면에서, 동일한 참조 번호는 동일하거나 기능적으로 유사한 구성 요소를 나타낸다.
본 명세서에서는 특정 응용예에 대한 실시예를 참조로 하여 본 발명이 설명되지만, 본 발명이 이에 제한되는 것이 아님을 이해하여야 한다. 여기에 제공된 교시에 접근한 본 기술 분야의 숙련된 기술자들은, 본 발명의 범위 내에 포함되는 그 이외의 변경, 응용 및 실시예, 및 본 발명이 상당한 유용성을 가질 수 있는 다른 분야를 알 수 있을 것이다.
A. 액체 흐름 근접 센서
도 1a는 본 발명의 실시예에 따라 액체 흐름 근접 센서(100)를 도시하고 있다. 액체 흐름 근접 센서(100)는 액체 질량 흐름 제어기(106), 중앙 채널(112), 측정 채널(116), 기준 채널(118), 측정 채널 제한기(120), 기준 채널 제한기(122), 측정 탐침(128), 기준 탐침(130), 브리지 채널(136) 및 액체 질량 흐름 센서(138)를 포함한다. 액체 공급원(102)은 액체를 액체 흐름 근접 센서(100)에 원하는 압력으로 주입한다. 액체 공급원(102)에서 사용되는 센서 액체는 탈이온화수(de-ionized water), 싸이클로-옥탄(cyclo-octane) 및 크리톡스(Krytox)와 같이, 액체 액침 리소그래피에 적합한 임의의 액체일 수 있다. 센서 액체는 가공면을 둘러싸고 있는 액침액로서 사용되는 액체와 호환 가능한 것이어야 한다.
중앙 채널(112)은 액체 공급원(102)을 액체 질량 흐름 제어기(106)에 연결하고, 접합점(114)에서 종료된다. 액체 질량 흐름 제어기(106)는 액체 흐름 근접 센서(100) 내에 일정한 흐름 속도를 유지한다. 다른 실시예에서, 액체 질량 흐름 제어기(106)를 대신하여, 압력 레귤레이터가 사용될 수 있다. 액체는 채널(112)에 부착된 축압기(accumulator)(108)를 이용하여, 액체 질량 흐름 제어기(106)로부터 다공성 스너버(110)를 통하여 밀려나가게 된다. 스너버(110)는 액체 공급원(102)에 의해 도입되는 난류를 감소시키며, 그 사용은 선택적이다. 액체는 스너버(110)를 빠져나온 후, 중앙 채널(112)을 통해 접합점(114)으로 이동한다. 중앙 채널(112)은 접합점(114)에서 종료되고, 측정 채널(116)과 기준 채널(118)로 분할된다. 액체 질량 흐름 제어기(106)는 원하지 않는 액압 잡음(hydraulic noise)의 생성을 최소화하기 위하여, 시스템에 걸쳐서 층류(laminar)이면서 비압축성인(incompressible) 유체 흐름을 제공하도록 충분히 낮은 속도로 액체를 주입한다.
브리지 채널(136)은 측정 채널(116)과 기준 채널(118) 사이에 결합된다. 브리지 채널(136)은 접합점(124)에서 측정 채널(116)에 연결된다. 브리지 채널(136)은 접합점(126)에서 기준 채널(118)에 연결된다. 일례에서, 접합점(114)과 접합점(124) 간의 거리와, 접합점(114)과 접합점(126) 간의 거리는 동일하다.
액체 흐름 근접 센서(100) 내의 모든 채널은 그를 통과하여 액체가 흐르는 것을 허용한다. 채널(112, 116, 118 및 136)은, 액체 흐름을 포함하고 센서(100)를 통하여 유도할 수 있는 도관(튜브, 파이프 등) 또는 임의의 다른 유형의 구조물로 이루어질 수 있다. 채널은, 예를 들어, 국부적인 난류나 흐름의 불안정성을 발생시켜 액압 잡음을 도입할 수 있는 예리한 굴곡부, 불균일부 또는 불필요한 장애물을 갖지 않는다. 측정 채널(116)과 기준 채널(118)의 전체 길이는 동일할 수 있으며, 다른 예에서는 동일하지 않을 수도 있다.
기준 채널(118)은 기준 탐침(130)에서 종료된다. 마찬가지로, 측정 채널(116)은 측정 탐침(128)에서 종료된다. 기준 탐침(130)은 기준면(124) 상에 위치된다. 측정 탐침(128)은 측정면(132) 상에 위치된다. 포토리소그래피와 관련하여, 측정면(132)은 종종 반도체 웨이퍼이거나, 또는 웨이퍼를 지지하는 스테이지이다. 기준면(134)은 평탄한 금속판일 수 있지만, 이러한 예로 한정되는 것은 아니다. 기준 탐침(130) 및 측정 탐침(128) 둘 다는, 액체가 흘러나가는 구멍(bore)이 가공 중인 웨이퍼를 덮는 액침액(144)의 풀 아래에 잠기도록 배치된다. 액체 공급원(102)에 의해 주입된 액체는 각각의 탐침(128, 130)으로부터 방출되고, 측정면(132) 및 기준면(134) 상에 충돌한다. 측정 탐침(128)과 기준 탐침(130) 내에는 노즐이 제공된다. 예시적인 노즐은 이하에서 도 3a 내지 3e를 참조하여 더 상세하게 설명된다. 전술한 바와 같이, 노즐과 그에 대응하는 측정 또는 기준면 간의 거리는 스탠드오프로 칭해진다.
일 실시예에서, 기준 탐침(130)은 기지(旣知)의 기준 스탠드오프(142)를 갖는 고정된 기준면(134) 상에 위치된다. 측정 탐침(128)은 미지의 측정 스탠드오프(140)를 갖는 측정면(132) 상에 위치된다. 기지의 기준 스탠드오프(142)는 최적의 스탠드오프를 나타내는 원하는 상수값으로 설정된다. 이러한 구성에 의하면, 측정 탐침(128)의 역압 업스트림(backpressure upstream)은 미지의 측정 스탠드오프(140)의 함수이다. 그리고, 기준 탐침(130)의 역압 업스트림은 기지의 기준 스탠드오프(142)의 함수이다. 스탠드오프(140)와 스탠드오프(142)가 동일한 경우, 구성은 대칭이 되며, 브리지는 균형을 이룬다. 결과적으로, 브리지 채널(136)을 통해서는 어떠한 액체 흐름도 없다. 반면에, 측정 스탠드오프(140)와 기준 스탠드오프(142)가 상이한 경우, 측정 채널(116)과 기준 채널(118) 간의 결과적인 압력 차이는 액체 질량 흐름 센서(138)를 통한 액체의 흐름을 유도한다.
액체 질량 흐름 센서(138)는 브리지 채널(136)을 따라, 바람직하게는 중심점에 위치된다. 액체 질량 흐름 센서(138)는 측정 채널(116)과 기준 채널(118) 간의 압력 차에 의해 유도된 액체 흐름을 감지한다. 이러한 압력 차이는 측정면(132)의 수직 위치의 변화의 결과로서 발생한다. 대칭적인 브리지에 대하여, 측정 스탠드오프(140)와 기준 스탠드오프(142)가 동일한 경우, 스탠드오프는 표면(132, 134)과 비교하여 탐침(128, 130) 양자 모두에 대하여 동일하다. 측정 채널과 기준 채널 간에는 어떠한 압력 차이도 존재하지 않으므로, 액체 질량 흐름 센서(138)는 어떠한 액체 질량 흐름도 검출하지 않을 것이다. 측정 스탠드오프(140)와 기준 스탠드오프(142) 간의 차이는 측정 채널(116)과 기준 채널(118)에서 상이한 압력을 발생시킬 것이다. 비대칭적인 구성에 대해서는, 적합한 오프셋이 도입될 수 있다.
액체 질량 흐름 센서(138)는 압력 차이 또는 불균형에 의해 도입된 액체 흐름을 감지한다. 압력 차이는 액체 흐름을 유발하는데, 이 액체 흐름의 속도는 측정 스탠드오프(140)의 고유 함수이다. 즉, 액체 게이지(100)로의 흐름 속도가 일정하다고 가정하면, 측정 채널(116)과 기준 채널(118) 내의 액체 압력 간의 차이는 스탠드오프(140 및 142)간의 크기의 함수이다. 기준 스탠드오프(142)가 기지의 스탠드오프로 설정되는 경우, 측정 채널(116)과 기준 채널(118)의 액체 압력 간의 차이는 측정 스탠드오프(140)의 크기{즉, 측정면(132)과 측정 탐침(128) 간의 z 방향으로의 미지의 스탠드오프}의 함수이다.
액체 질량 흐름 센서(138)는 브리지 채널(136)을 통한 어느 한 방향의 액체 흐름을 검출한다. 브리지 구성으로 인해, 채널(116, 118) 간에 압력 차이가 발생한 경우에만, 브리지 채널(136)을 통한 액체 흐름이 발생한다. 압력 불균형이 존재하는 경우, 액체 질량 흐름 센서(138)는 그에 의해 발생한 액체 흐름을 검출하고, 적합한 제어 기능을 시작할 수 있다. 액체 질량 흐름 센서(138)는 시각적인 디스플레이 또는 음향 지시를 통해 감지된 흐름의 표시를 제공할 수 있다. 또한, 액체 질량 흐름 센서 대신에, 차동 압력 센서(differential pressure sensor)가 사용될 수 있다. 차동 압력 센서는 2개의 채널 간의 압력의 차이를 측정하는데, 이러한 압력의 차이는 측정과 기준 스탠드오프 간의 차이의 함수이다.
제어 함수는 정확한 갭 차이를 계산하기 위한 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 함수는 측정 갭(140)의 크기를 증가 또는 감소시키기 위한 것일 수 있다. 이것은 압력 차이가 제로에 충분히 가까워질 때까지 측정 탐침(128)에 대하여 측정면(132)을 이동시킴으로써 달성할 수 있다. 상기에서, 압력 차이가 제로에 충분히 가까워지는 것은, 측정면(132)과 기준면(134)으로부터의 스탠드오프 간에 더 이상 차이가 존재하지 않을 때에 발생한다.
도 1a는, 본 발명이 나노미터 정밀도를 달성할 수 있도록 하기 위하여 액체 난류 및 다른 액압 잡음을 감소시키는 본 발명의 적어도 3개의 구성 요소를 나타내고 있다. 이러한 구성 요소, 즉 액체 질량 흐름 속도 제어기(106), 스너버(110) 및 제한기(120, 122)는 요구되는 감도에 따라, 본 발명의 일 실시예 내에서 전부 사용될 수도 있고, 또는 임의의 조합으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 매우 정밀한 감도가 요구되는 응용 분야에서는 모든 구성 요소가 사용될 수 있다. 다르게는, 보다 낮은 감도가 요구되는 응용 분야에서는, 다공성 제한기(120 및 122)는 오리피스(orifice)로 대체되고, 스너버(110)만이 필요할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 특정 응용 분야의 요구 조건을 비용 효율적으로 만족시키는 융통성있는 접근 방법을 제공한다.
도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따라 액체 흐름 근접 센서(150)를 나타내고 있다. 액체 흐름 근접 센서(150)는 액체 흐름 근접 센서(100)와 동일한 구성 요소를 다수 포함하며, 유사한 동작 원리를 갖는다. 두 센서 간의 차이는, 액체 흐름 근접 센서(100) 내에는 하나의 측정 채널이 포함되어 있는 것에 반하여, 액체 흐름 근접 센서(150)는 3개의 측정 분기를 갖는다는 것이다. 이러한 3개의 측정 분기는 편의상 도시된 것이며, 본 발명은 3개의 측정 분기로 제한되지 않는다. 2개 이상의 어떠한 개수의 측정 분기라도 사용될 수 있다.
액체 흐름 근접 센서(150)는 액체 질량 흐름 제어기(153), 중앙 채널(156), 기준 채널(158), 기준 채널 제한기(166), 기준 탐침(174), 브리지 채널(190) 및 액체 질량 흐름 센서(192)를 포함한다. 또한, 액체 흐름 근접 센서(150)는 측정 채널(159)을 포함한다. 측정 채널(159)은 3개의 측정 분기(163, 164, 165)로 분할된다. 측정 분기(163)는 측정 분기 제한기(167) 및 측정 탐침(175)을 포함한다. 측정 분기(164)는 측정 분기 제한기(168) 및 측정 탐침(176)을 포함한다. 측정 분기(165)는 측정 분기 제한기(169) 및 측정 탐침(177)을 포함한다. 마지막으로, 액체 흐름 근접 센서(150)는 측정 채널 전환 소자(switching device)(160), 브리지 채널 전환 소자(161), 및 전환 소자 레버(162)를 포함한다.
액체 공급원(151)은 액체를 액체 흐름 근접 센서(150)에 원하는 압력으로 주입한다. 액체 흐름 근접 센서(100)의 경우에서와 마찬가지로, 액체 공급원(151)에서 사용되는 센서 액체는 탈이온화수, 싸이클로-옥탄 및 크리톡스와 같이, 액체 액침 리소그래피에 적합한 임의의 액체일 수 있다. 센서 액체는 가공면을 둘러싸고 있는 액침액로서 사용되는 액체와 호환 가능한 것이어야 한다.
중앙 채널(156)은 액체 공급원(151)을 액체 질량 흐름 제어기(153)에 연결시키고, 접합점(157)에서 종료된다. 액체 질량 흐름 제어기(153)는 액체 흐름 근접 센서(150) 내에 일정한 흐름 속도를 유지한다. 액체 질량 흐름 제어기(153)는 원하지 않는 액압 잡음의 발생을 최소화하기 위하여, 층류이면서 비압축성인 유체 흐름을 제공하도록 충분히 낮은 속도로 액체를 주입한다. 다른 실시예에서는, 액체 질량 흐름 제어기(153)를 대신하여, 압력 레귤레이터가 사용될 수 있다. 액체는 채널(156)에 부착된 축압기(154)에 의해, 액체 질량 흐름 제어기(153)로부터 다공성 스너버(155)를 통하여 방출된다. 스너버(155)는 액체 공급원(151)에 의해 도입된 액체 난류를 감소시키며, 그 사용은 선택적이다. 액체는 스너버(155)를 빠져나온 후, 중앙 채널(156)을 통해 접합점(157)으로 이동한다. 중앙 채널(156)은 접합점(157)에서 종료되고, 측정 채널(159)과 기준 채널(158)로 분할된다.
측정 채널(159)은 측정 채널 전환 소자(160)에서 종료된다. 측정 채널 전환 소자(160)는, 측정 채널을 측정 채널 전환 소자(160)에 또한 연결되어 있는 수개의 측정 분기 중 하나로 전환하는 기능을 하는 스캐닝 밸브 또는 다른 유형의 전환 소자일 수 있다. 측정 분기의 물리적 특성은 측정 채널의 물리적 특성과 동일하다. 측정 채널 전환 소자(160)는 전환 소자 레버(162)에 의해 조작된다. 전환 소자 레버(162)는 어떤 측정 분기(163, 164, 165)가 측정 채널 전환 소자(160)를 통해 측정 채널(159)에 연결될지를 제어한다.
브리지 채널(190)은 브리지 채널 전환 소자(161)를 통해, 기준 채널(158)과 3개의 측정 분기(163, 164, 165) 중 하나의 사이에서 결합된다. 브리지 채널(190)은 접합점(170)에서 기준 채널(158)에 연결된다. 브리지 채널(190)은 브리지 채널 전환 소자(161)에서 종료된다. 브리지 채널 전환 소자(161)는 브리지 채널을 측정 분기 중 하나로 전환하는 기능을 하는 스캐닝 밸브 또는 다른 유형의 전환 소자일 수 있다. 도 1b에 도시된 일례에서, 3개의 측정 분기(163, 164, 165)는 각각 접합점(171, 172, 173)에서 브리지 채널 전환 소자(161)에 연결된다. 전환 소자 레버(switching lever)(162)는 어느 측정 분기(163, 164, 165)가 브리지 채널 전환 소자(161)를 통하여 브리지 채널에 연결될 지를 제어한다. 전환 레버(162)는 측정 채널(159)과 브리지 채널(190) 둘 다에 동일한 측정 분기가 연결되도록, 측정 채널 전환 소자(160) 및 브리지 채널 전환 소자(161)를 제어한다. 또한, 2개의 독립적인 전환 레버가 사용될 수 있다.
일례에서, 접합점(157)과 접합점(170) 간의 거리와, 접합점(157)과 접합점(171, 172, 173) 간의 거리는 동일하다.
액체 흐름 근접 센서(150) 내의 모든 채널과 분기는, 그를 통하여 액체가 흐르는 것을 허용한다. 채널(156, 158, 159, 190)과 분기(163, 164, 165)는, 액체 흐름을 포함하고 센서(150)를 통하여 유도할 수 있는 도관(튜브, 파이프 등) 또는 임의의 다른 유형의 구조물로 이루어질 수 있다. 채널은, 예를 들어, 국부적인 난류나 흐름의 불안정성을 발생시켜 액압 잡음을 도입할 수 있는 예리한 굴곡부, 불균일부 또는 불필요한 장애물을 갖지 않는다. 기준 채널(158)과, 측정 채널(159)에 측정 분기(163, 164, 165) 중 하나를 더한 것의 전체 길이는 동일할 수 있으며, 다른 예에서는 동일하지 않을 수도 있다.
기준 채널(158)은 기준 탐침(174)으로 종료된다. 마찬가지로, 측정 분기(163, 164, 165)는 각각 측정 탐침(175, 176, 177)에서 종료된다. 기준 탐침(174)은 기준면(178) 상에 위치된다. 측정 탐침(175, 176, 177)은 측정면(179) 상에 위치된다. 포토리소그래피와 관련하여, 측정면(179)은 종종 반도체 웨이퍼이거나, 또는 웨이퍼를 지지하는 스테이지이다. 기준면(178)은 평탄한 금속판일 수 있지만, 이러한 예로 한정되는 것은 아니다. 액체 공급원(151)에 의해 주입된 액체는 기준 탐침(174)으로부터 방출되고, 기준면(178) 상에 충돌한다. 마찬가지로, 액체 공급원(151)에 의해 주입된 액체는 3개의 측정 탐침(175, 176, 177) 중 하나로부터 방출되고, 측정면(179) 상에 충돌한다. 기준 탐침(130) 및 측정 탐침(128) 모두는, 액체가 흘러나가는 구멍이 가공 중인 웨이퍼를 덮는 액침액(144)의 풀 아래에 잠기도록 배치된다. 전환 소자 레버(162)의 위치는 어느 측정 탐침으로부터 액체가 방출될지를 결정한다. 탐침(174, 175, 176, 177) 내에는 노즐이 제공된다. 예시적인 노즐은 이하에서 도 3a 내지 3e를 참조하여 더 상세하게 설명된다. 전술한 바와 같이, 노즐과 그에 대응하는 측정 또는 기준면 간의 거리는 스탠드오프로 칭해진다.
일 실시예에서, 기준 탐침(174)은 기지의 기준 스탠드오프(180)를 갖는 고정된 기준면(178) 상에 위치된다. 측정 탐침(175, 176, 177)은 미지의 측정 스탠드오프(181, 182, 183)를 갖는 측정면(179) 상에 위치된다. 측정 스탠드오프(181, 182, 183)는 동일할 수 있고, 또는 측정면의 지형이 영역마다 달라지는 곳에서는 동일하지 않을 수 있다. 기지의 기준 스탠드오프(180)는 최적의 스탠드오프를 나타내는 원하는 상수값으로 설정된다. 이러한 구성에 의하면, 사용중인 측정 탐침(175, 176, 177)으로부터의 역압 업스트림은 각각 미지의 측정 스탠드오프(181, 182, 183)의 함수이다. 그리고, 기준 탐침(174)의 역압 업스트림은 기지의 기준 스탠드오프(180)의 함수이다. 기준 스탠드오프(180)와 사용중인 측정 스탠드오프(181, 182, 183)가 동일한 경우, 구성은 대칭이 되며, 브리지는 균형을 이룬다. 결과적으로, 브리지 채널(174)을 통해서는 어떠한 액체 흐름도 없다. 반면에, 기준 스탠드오프(180)와 사용중인 측정 분기에 대응하는 측정 스탠드오프(181, 182, 183)가 상이한 경우, 기준 채널(158)과 사용중인 측정 분기(163, 164, 165) 간의 결과적인 압력 차이는 브리지 채널(190)을 통한 액체의 흐름을 유도한다.
액체 질량 흐름 센서(192)는 브리지 채널(190)을 따라 위치되는데, 바람직하게는 중심점에 위치된다. 액체 질량 흐름 센서(192)는 기준 채널(158)과 사용중인 측정 분기(163, 164, 165) 간의 압력 차에 의해 유도된 액체 흐름을 감지한다. 이러한 압력 차이는 측정면(179)의 수직 위치의 변화의 결과로서 발생한다. 대칭적인 브리지에 대하여, 기준 스탠드오프(140)와 사용중인 측정 분기에 대응하는 측정 스탠드오프(181, 182, 183)가 동일한 경우, 사용중인 측정 분기와 기준 채널 간에는 어떠한 압력 차이도 존재하지 않으므로, 액체 질량 흐름 센서(192)는 질량 흐름을 검출하지 않을 것이다. 기준 스탠드오프(180)와 사용중인 측정 분기에 대응하는 측정 스탠드오프(181, 182, 183) 간의 차이는 기준 채널(158)과 사용중인 측정 분기(163, 164, 165)에서 상이한 압력을 발생시킬 것이다. 비대칭적인 구성에 대해서는, 적합한 오프셋이 도입될 수 있다.
액체 질량 흐름 센서(192)는 압력 차이 또는 불균형에 의해 도입된 액체 흐름을 감지한다. 압력 차이는 액체 흐름을 유발하는데, 이 액체 흐름의 속도는 측정 스탠드오프(181, 182, 183)의 고유 함수이다. 즉, 액체 게이지(150)로의 흐름 속도가 일정하다고 가정하면, 측정 분기(163, 164, 165) 또는 기준 채널(158) 내의 액체 압력 간의 차이는 기준 스탠드오프(180)와 사용중인 측정 분기에 대응하는 측정 스탠드오프(181, 182, 182) 간의 차이의 함수이다. 기준 스탠드오프(180)가 기지의 스탠드오프로 설정되는 경우, 사용중인 측정 분기(163, 164, 165)와 기준 채널(158)에서의 액체 압력 간의 차이는 측정 스탠드오프의 크기{즉, 측정면(179)과 사용중인 측정 탐침(175, 176, 177) 간의 z 방향으로의 미지의 스탠드오프}의 함수이다.
액체 질량 흐름 센서(192)는 브리지 채널(190)을 통한 어느 한 방향의 액체 흐름을 검출한다. 브리지 구성으로 인해, 기준 채널(158)과 사용중인 측정 분기(163, 164, 165) 간에 압력 차이가 발생한 경우에만, 브리지 채널(190)을 통한 액체 흐름이 발생한다. 압력 불균형이 존재하는 경우, 액체 질량 흐름 센서(192)는 그에 의해 발생한 액체 흐름을 검출하고, 적합한 제어 기능을 시작할 수 있다. 액체 질량 흐름 센서(192)는 시각적인 디스플레이 또는 음향 지시를 통해 감지된흐름의 표시를 제공할 수 있다. 또한, 액체 질량 흐름 센서 대신에, 차동 압력 센서가 사용될 수 있다. 차동 압력 센서는, 기준 채널과 측정 분기 간의 압력의 차이를 측정하는데, 이러한 압력의 차이는 측정 스탠드오프와 기준 스탠드오프 간의 차이의 함수이다.
제어 함수는 정확한 갭 차이를 계산하기 위한 것일 수 있다. 다른 실시예에서, 제어 함수는 측정 스탠드오프(181, 182, 183)의 크기를 증가 또는 감소시키기 위한 것일 수 있다. 이것은 압력 차이가 제로에 충분히 가까워질 때까지 측정 탐침에 대하여 측정면을 이동시킴으로써 달성할 수 있다. 상기에서, 압력 차이가 제로에 충분히 가까워지는 것은, 측정면과 기준면(178)으로부터의 스탠드오프 간에 더 이상 차이가 존재하지 않을 때에 발생한다.
다른 실시예에서, 액체 흐름 근접 센서(150)는 기준 채널로서 다수의 기준 분기를 구비하는 반면, 측정 채널로서는 단 하나의 측정 분기만이 이용된다. 이것은, 다수의 측정 분기를 갖는 반면 단 하나의 기준 분기를 갖는 액정 흐름 근접 센서(150)와는 반대되는 구성이다. 다수의 기준 분기를 갖는 액체 흐름 근접 센서의 설계는 본 명세서의 교시를 근거로 하여 본 기술 분야의 숙련된 기술자에 의해 결정될 수 있다. 기준 분기 각각의 기준 스탠드오프는 상이한 높이로 조절될 수 있다. 기준 스탠드오프가 상이한 높이로 설정되는 경우, 측정 스탠드오프도 요구되는 감도에 따라 상이한 높이로 쉽게 설정될 수 있다. 이러한 방식으로, 측정 탐침과 측정면 사이에 추가의 간격이 필요한 경우에, 측정 탐침은 쉽게 상승될 수 있다.
도 1b는, 본 발명이 나노미터 정밀도를 달성할 수 있도록 하기 위하여 난류 및 다른 액압 잡음을 감소시키는 본 발명의 적어도 3개의 구성 요소를 나타내고 있다. 이러한 구성 요소, 즉 액체 질량 흐름 속도 제어기(153), 스너버(155) 및 제한기(166, 167, 168, 169)는 요구되는 감도에 따라, 본 발명의 실시예 내에서 전부 사용될 수도 있고, 또는 임의의 조합으로 사용될 수도 있다. 예를 들어, 매우 정밀한 감도가 요구되는 응용 분야에서는 모든 구성 요소가 사용될 수 있다. 또한, 보다 낮은 감도가 요구되는 응용 분야에서는, 다공성 제한기(166, 167, 168, 169)는 오리피스로 대체하고, 스너버(155)만이 필요할 것이다. 결과적으로, 본 발명은 특정 응용 분야의 요구 조건을 비용 효율적으로 만족시키는 융통성 있는 접근 방법을 제공한다.
도 1c는 본 발명의 실시예에 따라, 액침액 공급 시스템에 연결된 액체 흐름 근접 센서의 기준 및 측정 탐침의 다이어그램을 나타내고 있다. 측정 탐침(128) 및 기준 탐침(130)은 액침액(144)에 잠긴다. 액침 챔버(143)는 측정면(132) 및 기준면(134) 주위에 액침액(144)을 보유하는 챔버를 제공한다. 액침액 공급원(146)은 하나 이상의 진입점을 통하여 액침 챔버(143) 내로 액침액의 흐름을 제공한다. 마찬가지로, 액침액 펌프(148)는 하나 이상의 진입점을 통하여 액침 챔버(143)로부터 액침액을 제거한다. 제어 센서 및 회로는 측정면(132) 주위에서 액침액(144)의 일정한 온도 및 부피를 유지하는 데에 사용된다.
1. 흐름 제한기
본 발명의 일 실시예에 따라 액체 흐름 근접 센서(100)를 참조하면, 측정 채널(116) 및 기준 채널(118)은 제한기(120, 122)를 포함한다. 각각의 제한기(120, 122)는 각각의 측정 채널(116) 및 기준 채널(118)을 통해 이동하는 액체의 흐름을 제한한다. 측정 채널 제한기(120)는 접합점(114)과 접합점(124) 사이의 측정 채널(116) 내에 위치된다. 마찬가지로, 기준 채널 제한기(122)는 접합점(114)과 접합점(126) 사이의 기준 채널(118) 내에 위치된다. 일례에서, 접합점(114)으로부터 측정 채널 제한기(120)까지의 거리와, 접합점(114)으로부터 기준 채널 제한기(122)까지의 거리는 동일하다. 다른 예에서는, 거리가 동일하지 않다. 센서가 대칭이어야 하는 고유의 조건은 존재하지 않지만, 센서는 기하학적으로 대칭인 것이 사용에 더 편리하다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 각 제한기(120, 122)는 폴리에틸렌 또는 소결된(sintered) 스테인레스 스틸과 같은 다공성 재료(porous material)로 이루어진다. 도 2는 액체 흐름(200)이 통과하는 다공성 재료(210)를 갖는 제한기(120)의 단면 이미지를 제공한다. 측정 채널 제한기(120) 및 기준 채널 제한기(122)는 실질적으로 동일한 치수 및 투과 특성(permeability characteristics)을 갖는다. 제한기는 일반적으로 2 내지 15㎜ 범위의 길이를 갖지만, 이러한 길이로 한정되는 것은 아니다. 측정 채널 제한기(120) 및 기준 채널 제한기(122)는 채널(116, 118)의 단면적에 걸쳐서 균일하게 액체 흐름을 제한한다. 액체 흐름 근접 센서(150) 내에서, 상기에 언급한 특성을 갖는 다공성 제한기(166, 167, 168, 169)는 이러한 이점을 달성하기 위하여 사용된다.
제한기는 2가지 핵심 기능를 제공한다. 첫째로, 제한기는 액체 흐름 근접센서(100) 내에 존재하는 압력 및 흐름 교란을 완화하는데, 대부분의 현저한 교란은 액체 질량 흐름 제어기(106) 또는 음향 픽업(acoustic pick-up)의 소스에 의해 발생된다. 둘째로, 제한기는 브리지 내에서 필요한 저항성 소자(resistive element)로서 기능한다.
액체 흐름 근접 센서의 예시적인 실시예가 설명되는데, 본 발명은 이러한 예로 제한되는 것은 아니다. 이러한 예는 설명의 목적으로 제공된 것이며, 제한을 위한 것이 아니다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자는 본 명세서에 포함된 교시를 근거로 하여, (본 명세서에 개시된 것의 등가물, 확장, 변경, 변이 등을 포함하는) 다른 실시예를 분명히 알 수 있을 것이다. 그러한 실시예도 본 발명의 범위 및 취지 내에 포함된다.
2. 스너버
본 발명의 일 실시예에 따라 액체 흐름 근접 센서(100)를 참조하면, 채널(112)은 스너버(110)를 포함한다. 제한기의 동작과 마찬가지로, 스너버(110)는 액체 공급원(102)에 의해 도입되는 난류를 감소시키고, 액체 질량 흐름 센서를 액체 흐름 근접 센서의 업스트림 부분 내의 음향 픽업으로부터 고립시킨다. 스너버(110)는 축압기(108)와 접합점(114) 사이의 채널(112) 내에 위치된다. 본 발명의 다른 특징에 따르면, 스너버(110)는 폴리에틸렌 또는 소결된 스테인레스 스틸과 같은 다공성 재료로 이루어진다. 액체 흐름 근접 센서(150) 내에서 사용되는 스너버(155)는 스너버(110)와 동일한 특성을 가지며, 동일한 이점을 얻기 위하여 사용된다.
3. 노즐
액체 흐름 근접 센서(100)에서, 특정 응용 분야에 따라 상이한 유형의 노즐이 기준 탐침(130) 및 측정 탐침(128)으로서 사용될 수 있다. 마찬가지로, 기준 탐침(174) 및 측정 탐침(181, 182, 183)에 대하여 상이한 유형의 노즐이 액체 흐름 근접 센서(150) 내에서 사용될 수 있다. 다른 노즐 중에서의 노즐 유형의 선택은 요구되는 풋프린트(footprint)(측정 영역)에 따라 달라진다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 액체 흐름 근접 센서 노즐(300)의 기본 구성은 측정면의 표면에 평행한 평탄 단면(flat end surface)에 의해 특징화된다. 노즐의 형태는 게이지 스탠드오프 h와 내측 직경 d에 의해 결정된다. 일반적으로, 노즐 외측 직경 D가 충분히 큰 경우, 노즐 압력 강하의 D에 대한 의존도는 약하다.
도 3b 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준 탐침 또는 측정 탐침으로서 사용될 수 있는 노즐(310)을 도시하고 있다. 노즐(310)은 전면(前面)(312), 액체 구멍 전방 개구(gas bore front opening)(314), 및 액체 구멍 후방 개구(gas bore rear opening)(315)를 포함한다.
노즐(310)은 측정 채널(116) 및 기준 채널(118) 둘 다에 부착된다. 일 실시예에서는, 2개의 동일한 노즐(310)이 측정 탐침(128) 및 기준 탐침(130)으로서 기능한다. 원칙적으로, 노즐이 동일할 필요는 없다. 노즐(310)은 측정 채널(116)에 부착된다. 전면(312)은 측정면(132)에 평행해야 한다. 측정 채널(116)을 통하여 이동하는 액체는 액체 구멍 후방 개구(315)를 통하여 노즐(310)에 진입하고, 액체 구멍 전방 개구(314)를 통하여 빠져나간다. 마찬가지로, 노즐(310)은 기준채널(118)에 부착된다. 전면(312)은 기준면(134)에 평행해야 한다. 기준 채널(118)을 통하여 이동하는 액체는 액체 구멍 후방 개구(315)를 통해 노즐(310)에 진입하고, 액체 구멍 전방 개구(316)를 통해 빠져나간다. 액체 구멍 전방 개구(314)의 직경은 특정 응용 분야에 따라 달라질 수 있다. 일례에서, 액체 구멍 전방 개구(314)의 내측 직경은 약 0.5 내지 2.5㎜이다.
도 3d 및 3e는 본 발명의 일 실시예에 따라 기준 및 측정 탐침으로서 사용될 수 있는 샤워-헤드 노즐(shower-head nozzle)(350)을 도시하고 있다. 샤워-헤드 노즐(350)은 전면(前面)(355), 복수의 액체 구멍 전방 개구(360), 및 액체 구멍 후방 개구(365)를 포함한다. 복수의 액체 구멍 전방 개구는 노즐(310)보다 더 넓은 면적의 측정면(132)에 걸쳐서 압력을 분산시킨다. 원칙적으로, 샤워-헤드 노즐은 공간 해상도(spatial resolution)를 낮춰서 보다 더 넓은 공간 영역에서 근접 측정값을 균일하게 통합하기 위하여 사용된다. 또 따른 다공성 필터를 포함하는 노즐을 사용하는 것이다.
샤워-헤드 노즐(350)은 측정 채널(116) 및 기준 채널(118) 모두에 부착된다. 일 실시예에서는, 2개의 동일한 샤워-헤드 노즐(350)이 측정 탐침(128) 및 기준 탐침(130)으로서 기능한다. 원칙적으로, 노즐이 동일할 필요는 없다. 샤워-헤드 노즐(350)은 측정 채널(116)에 부착된다. 전면(355)은 측정면(132)에 평행하다. 측정 채널(116)을 통하여 이동하는 액체는 액체 구멍 후방 개구(365)를 통하여 샤워-헤드 노즐(350)에 진입하고, 복수의 액체 구멍 전방 개구(360)를 통하여 빠져나간다. 마찬가지로, 샤워-헤드 노즐(350)은 기준 채널(118)에 부착된다. 전면(355)은 기준면(134)에 평행하다. 기준 채널(122)을 통하여 이동하는 액체는 액체 구멍 후방 개구(365)를 통해 샤워-헤드 노즐(350)에 진입하고, 복수의 액체 구멍 전방 개구(360)를 통해 빠져나간다. 노즐의 사용은 편의상 액체 흐름 근접 센서(100)를 참조하여 설명되었다. 각각의 노즐 유형은 액체 흐름 근접 센서(150)에서 사용될 수 있는데, 여기에서 노즐은 각각의 측정 분기 탐침과 기준 채널 탐침에 부착될 것이다.
상이한 유형의 노즐에 대한 예시적인 실시예가 설명되었다. 본 발명은 이러한 예로 제한되지 않는다. 본 명세서의 예시는 설명의 목적으로 제공된 것이며 한정을 위한 것이 아니다.
액체 구멍 전방 개구(314)의 직경은 특정 응용 분야에 따라 달라질 수 있다. 일례에서, 액체 구멍 전방 개구(314)의 내측 직경은 약 0.5 내지 2.5㎜이다. 이하에서는, 탐침에 다공성 흐름 제한기 및 단일 액체 구멍 노즐을 갖는 액체 흐름 근접 센서의 예시적인 감도 분석 결과가 도 6 내지 8을 참조하여 설명된다. 본 기술 분야의 숙련된 기술자는 본 명세서에 포함된 교시를 근거로 하여, (본 명세서에 개시된 것의 등가물, 확장, 변경, 변이 등을 포함하는) 대안을 분명히 알 수 있을 것이다. 그러한 대안도 본 발명의 범위 및 취지 내에 포함된다.
B. 방법
도 4에 도시된 프로세스는 액체 흐름을 사용하여 매우 짧은 거리를 검출하고, 제어 동작{단계(410)-단계(470)}을 수행하는 방법(400)을 나타내고 있다. 편의상, 방법(400)은 액체 흐름 근접 센서(100)와 관련하여 설명된다. 그러나,방법(400)은 반드시 센서(100)의 구조로 한정되어야 하는 것이 아니며, 액체 흐름 근접 센서(150)또는 상이한 구조의 센서에서 구현될 수 있다.
프로세스는 단계(410)에서 시작한다. 단계(410)에서, 조작자 또는 기계적 소자는 기준 탐침을 기준면 상에 위치시킨다. 예를 들어, 조작자 또는 기계적 소자는 기지의 기준 스탠드오프(142)를 이용하여, 기준 탐침(130)을 기준면(134) 상에 위치시킨다. 또한, 기준 스탠드오프는 센서 어셈블리 내에서, 즉 센서 어셈블리 내부적으로 조정될 수 있다. 기준 스탠드오프는 일반적으로 상수로 유지되는 특정값으로 미리 조정된다. 단계(420)에서, 조작자 또는 기계적 소자는 측정 탐침을 측정면 상에 위치시킨다. 예를 들어, 조작자 또는 기계적 소자는 측정 갭(140)을 형성하기 위하여 측정 탐침(128)을 측정면(132) 상에 위치시킨다.
단계(430)에서, 액체가 센서 내로 주입된다. 예를 들어, 측정 액체는 일정한 액체 질량 흐름 속도로 액체 흐름 근접 센서(100)에 주입된다. 단계(440)에서, 센서 내로 일정한 액체 흐름 속도가 유지된다. 예를 들어, 액체 질량 흐름 제어기(106)는 일정한 액체 흐름 속도를 유지한다. 단계(450)에서, 액체 흐름은 측정 채널과 기준 채널 사이에 분배된다. 예를 들어, 액체 흐름 근접 센서(100)는 측정 액체의 흐름이 측정 채널(116)과 기준 채널(118) 간에 균일하게 분배되게 한다.
단계(460)에서, 측정 채널 및 기준 채널 내의 액체 흐름은 채널의 단면적에 걸쳐서 균일하게 제한된다. 측정 채널 제한기(120) 및 기준 채널 제한기(122)는, 액체의 흐름을 제한하여 액압 잡음을 감소시키고 액체 흐름 근접 센서(100) 내에서저항성 소자로서 기능한다.
단계(470)에서, 액체는 기준 및 측정 탐침으로부터 강제로 배출된다. 예를 들어, 액체 흐름 근접 센서(100)는 액체를 측정 탐침(128) 및 기준 탐침(130)으로부터 강제로 배출시킨다. 단계(480)에서, 액체의 흐름은 기준 채널과 측정 채널을 연결시키는 브리지 채널을 통해 모니터링된다. 단계(490)에서, 기준 채널과 측정 채널 간의 압력 차이를 근거로 하여, 제어 동작이 수행된다. 예를 들어, 액체 질량 흐름 센서(138)는 측정 채널(116)과 기준 채널(118) 간의 액체 질량 흐름 속도를 모니터링한다. 액체 질량 흐름 속도를 근거로 하여, 액체 질량 흐름 센서(138)는 제어 동작을 시작한다. 이러한 제어 동작은 감지된 질량 흐름의 표시를 제공하는 것, 감지된 질량 흐름을 나타내는 메시지를 보내는 것, 또는 질량 흐름이 감지되지 않거나 고정된 기준값의 질량 흐름이 감지될 때까지 기준면에 대한 측정면의 위치를 재설정하는 서보 제어 동작을 시작하는 것을 포함할 수 있다.
상기의 방법은 액체 흐름 근접 센서(150)와 같이 복수의 측정 분기를 갖는 센서에서 사용되도록 적응될 수 있다. 액체 흐름 근접 센서(150)가 사용되는 경우, 하나의 측정 분기로부터 다른 측정 분기로 사용 전환하는 것을 포함하는 추가의 단계가 포함될 수 있다.
액체 흐름 근접 센서(150)를 사용하면, 측정면의 지형의 맵핑을 보다 잘 활용할 수 있다. 이러한 맵핑은 상기의 방법에서 기술된 원리를 통해 달성될 수 있으며, 측정 분기 중 하나를 사용하여 가공면의 특정 영역 상에서 지형 측정값(topography measurement)이 구해진다. 상이한 영역의 지형 맵핑이 필요한경우, 상이한 영역의 지형을 맵핑하기 위하여, 액체의 흐름은 상이한 측정 분기로 전환될 수 있다. 측정면을 이동시키는 기능에 제한이 있을 수도 있으므로, 일부 경우에서는, 복수의 분기를 갖는 근접 센서가 사용되어, 단 하나의 측정 채널을 갖는 근접 센서보다 더 쉽게 측정면의 지형을 맵핑할 수 있다.
예를 들어, 일 실시예에서, 지형을 맵핑하는 방법은 액체 흐름 근접 센서(150)와 같은 근접 센서에 액체를 주입하는 것과, 측정 분기 중 하나를 사용하여 일련의 측정값을 구함으로써 측정면의 한 영역의 지형을 측정하는 것을 포함한다. 특정한 측정 분기에 의해 맵핑될 수 있는 영역의 맵핑이 완료되면, 근접 센서는 상이한 측정 분기로 전환되어, 해당 측정 분기에 의해 도달되는 영역에 대한 맵핑 프로세스를 반복할 것이다. 프로세스는 지형 맵핑이 필요한 표면에 대한 맵핑이 완료될 때까지 반복될 것이다. 측정면은 반도체 웨이퍼, 또는 지형 맵핑이 필요한 다른 측정면일 수 있다.
본 명세서의 교시를 형성하는 관련 분야의 숙련된 기술자에게 알려져 있는 상기의 단계에 단계를 추가하거나 이를 개선하는 것도 본 발명의 범위 내에 포함된다.
본 발명은 도 1 내지 4를 참조하여 액체와 관련하여 설명되었다. 일 실시예에서, 액체는 물이다. 본 발명은 물을 사용하는 것으로 한정되지 않는다. 사용되는 특정 액체의 선택은, 액침 리소그래피 프로세스의 일부로서 웨이퍼가 잠기는 액체를 근거로 할 수 있다. 많은 경우에서, 액체 흐름 근접 센서 내에서 사용되는 액체는, 액침 리소그래피 프로세스에서 사용되는 액체와 동일한 것일 수 있지만,항상 그런 것은 아니다.
C. 결론
상기에서는 본 발명의 다양한 실시예가 설명되었지만, 이것은 단지 예시로서 제공된 것일 뿐 한정을 위한 것이 아님을 알아야 한다. 관련 기술 분야의 숙련된 기술자라면, 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고서 형태 및 세부 사항에 대한 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 알 것이다.
본 발명은 지정된 기능 및 그들간의 관계의 실행을 나타내는 방법 단계를 이용하여 설명되었다. 이러한 방법 단계의 경계는 설명의 편의를 위해 임의적으로 정의된 것이다. 지정된 기능 및 그들간의 관계가 적절하게 실행될 수 있는 한, 다른 경계도 정의될 수 있다. 따라서, 이러한 임의의 다른 경계는 청구된 발명의 범위 및 취지 내에 포함된다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기의 예시적인 실시예 중 어느 것에 의해서도 제한되어서는 안 되며, 이하의 특허청구범위 및 그 등가물에 따라서만 정의되어야 한다.
본 발명에 따르면, 액침 리소그래피 시스템에서 정밀하게 거리를 감지할 수 있는 액체 흐름 근접 센서가 제공된다.

Claims (47)

  1. 기준면 스탠드오프(standoff)와 측정면 스탠드오프 간의 차이를 감지하는 액체 흐름 근접 센서에 있어서,
    상기 액체 흐름 근접 센서로의 액체 입력을 기준 채널과 측정 채널로 분할하는 접합점;
    상기 기준 채널을 따라 배치되고, 상기 기준 채널을 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 제1 다공성 흐름 제한기(porous flow restrictor);
    상기 측정 채널을 따라 배치되고, 상기 측정 채널을 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 제2 다공성 흐름 제한기;
    상기 기준 채널의 말단에 배치된 기준 탐침(probe) - 액체는 상기 기준 탐침을 통해 상기 기준 채널을 빠져나가며, 기준 스탠드오프를 가로질러 이동하여 기준면 상에 충돌함 -;
    상기 측정 채널의 말단에 배치된 측정 탐침 - 액체는 상기 측정 탐침을 통해 상기 측정 채널을 빠져나가며, 측정 스탠드오프를 가로질러 이동하여, 측정면 상에 충돌함 -; 및
    상기 기준 채널과 상기 측정 채널 사이에 연결되어 그 사이에서의 액체 흐름의 질량을 감지하는 액체 질량 흐름 센서(liquid mass flow sensor) - 상기 기준면과 상기 측정면 간의 스탠드오프의 차이는 상기 질량 흐름 센서에 의해 고감도로 감지될 수 있음 -
    를 포함하는 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    일정한 액체 질량 흐름 속도의 액체를 출력하기 위하여 상기 접합점 전방에 배치된 액체 질량 흐름 제어기를 더 포함하는 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    액체 난류(liquid turbulence)를 감소시키기 위하여 상기 액체 질량 흐름 제어기 후방에 배치된 스너버(snubber)를 더 포함하는 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    일정한 액체 질량 흐름 속도의 액체를 출력하기 위하여 상기 접합점 전방에 배치된 압력 레귤레이터를 더 포함하는 센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접합점 전방에 배치된 스너버를 더 포함하는 센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 다공성 흐름 제한기는 각각 제1 및 제2 다공성 재료로 이루어지고, 상기 제1 및 상기 제2 다공성 재료는 실질적으로 동일한투과(permeability) 특성을 갖는 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 다공성 재료와 상기 제2 다공성 재료는 동일하며 폴리에틸렌(polyethyene)을 포함하는 센서.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1 다공성 재료와 상기 제2 다공성 재료는 동일하며 소결된(sintered) 스테인레스 스틸을 포함하는 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 상기 제2 다공성 흐름 제한기는 각각 대략 2 내지 15㎜의 길이를 갖는 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기준 탐침 및 상기 측정 탐침은 각각 하나 이상의 액체 구멍(bore)을 갖는 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 기준 탐침, 상기 측정 탐침 및 각각의 액체 구멍은 상기 기준면 및 상기 측정면에 수직한 방향을 따라 연장되는 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기준 탐침 및 상기 측정 탐침은 각각 대략 0.5 내지 2.5㎜의 내측 직경을 갖는 단일 액체 구멍을 포함하는 센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 기준 탐침 및 상기 측정 탐침은 각각 노즐을 포함하는 센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 기준 탐침 및 상기 측정 탐침은 각각 샤워 헤드 노즐(shower head nozzle)을 포함하는 센서.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 액체 질량 흐름 센서에 의해 감지되는 액체 흐름의 질량은, 상기 측정 스탠드오프와 상기 기준 스탠드오프 간의 차이를 나노미터 범위로 나타내는 센서.
  16. 기준면 스탠드오프와 측정면 스탠드오프 간의 차이를 감지하는 액체 흐름 근접 센서에 있어서,
    상기 액체 흐름 근접 센서로의 액체 입력을 기준 채널과 측정 채널로 분할하는 접합점;
    상기 측정 채널 및 복수의 측정 분기(branch)에 연결되고, 액체가 한 번에 하나의 측정 분기를 흐르도록 허용하며, 상기 액체의 흐름을 하나의 측정 분기로부터 다른 측정 분기로 전환하는 데에 사용될 수 있는 제1 전환 소자(switching device);
    상기 기준 채널을 따라 배치되고, 상기 기준 채널을 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 제1 다공성 흐름 제한기;
    상기 복수의 측정 분기를 따라 배치되고, 각각의 측정 분기 다공성 흐름 제한기가 각 측정 분기를 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 복수의 측정 분기 다공성 흐름 제한기;
    상기 기준 채널의 말단에 배치된 기준 탐침 - 액체는 상기 기준 탐침을 통해 상기 기준 채널을 빠져나가며, 기준 스탠드오프를 가로질러 이동하여 기준면 상에 충돌함 -;
    각 측정 탐침이 상기 측정 분기 각각의 말단에 배치된 복수의 측정 탐침 - 액체는 상기 측정 탐침을 통해 측정 분기를 빠져나가며, 측정 스탠드오프를 가로질러 이동하여 측정면 상에 충돌함 -;
    브리지 채널 및 복수의 측정 분기에 연결되고, 액체가 한 번에 하나의 측정 분기를 흐르도록 허용하며, 상기 액체의 흐름을 하나의 측정 분기로부터 다른 측정 분기로 전환하는 데에 사용될 수 있는 제2 전환 소자; 및
    상기 기준 채널과 상기 제2 전환 소자 사이에 연결되어 그 사이에서의 액체흐름의 질량을 감지하는 액체 질량 흐름 센서 - 상기 기준면과 측정면 사이의 스탠드오프의 차이는 상기 질량 흐름 센서에 의해 고감도로 감지될 수 있음 -
    를 포함하는 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    일정한 액체 질량 흐름 속도의 액체를 출력하기 위하여 상기 접합점 전방에 배치된 액체 질량 흐름 제어기를 더 포함하는 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    액체 난류를 감소시키기 위하여 상기 액체 질량 흐름 제어기 후방에 배치된 스너버를 더 포함하는 센서.
  19. 제16항에 있어서,
    일정한 액체 질량 흐름 속도의 액체를 출력하기 위하여 상기 접합점 전방에 배치된 압력 레귤레이터를 더 포함하는 센서.
  20. 제16항에 있어서,
    상기 접합점 전방에 배치된 스너버를 더 포함하는 센서.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 제1 다공성 흐름 제한기 및 상기 각각의 측정 분기 다공성 흐름 제한기는 다공성 재료로 이루어지고, 상기 다공성 재료는 실질적으로 동일한 투과 특성을 갖는 센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 다공성 흐름 제한기 및 상기 각각의 측정 분기 다공성 흐름 제한기의 상기 다공성 재료는 동일하며 폴리에틸렌을 포함하는 센서.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1 다공성 흐름 제한기 및 상기 각각의 측정 분기 다공성 흐름 제한기의 상기 다공성 재료는 동일하며 소결된 스테인레스 스틸을 포함하는 센서.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 기준 탐침 및 상기 복수의 측정 탐침 각각은 노즐을 포함하는 센서.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 기준 탐침 및 상기 복수의 측정 탐침 각각은 샤워 헤드 노즐을 포함하는 센서.
  26. 제16항에 있어서,
    상기 액체 질량 흐름 센서에 의해 감지되는 상기 액체 흐름의 질량은, 상기 측정 스탠드오프와 기준 스탠드오프 간의 차이를 나노미터 범위로 나타내는 센서.
  27. 기준면 스탠드오프와 측정면 스탠드오프 간의 차이를 감지하는 액체 흐름 근접 센서에 있어서,
    상기 액체 흐름 근접 센서로의 액체 입력을 기준 채널과 측정 채널로 분할하는 접합점;
    상기 기준 채널 및 복수의 기준 분기에 연결되고, 액체가 한 번에 하나의 기준 분기를 흐르도록 허용하며, 상기 액체의 흐름을 하나의 기준 분기로부터 다른 기준 분기로 전환하는 데에 사용될 수 있는 제1 전환 소자;
    상기 측정 채널을 따라 배치되고, 상기 측정 채널을 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 제1 다공성 흐름 제한기;
    상기 복수의 기준 분기를 따라 배치되고, 각각의 기준 분기 다공성 흐름 제한기가 각 기준 분기를 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 복수의 기준 분기 다공성 흐름 제한기;
    상기 측정 채널의 말단에 배치된 측정 탐침 - 액체는 상기 측정 탐침을 통해 상기 측정 채널을 빠져나가며, 측정 스탠드오프를 가로질러 이동하여 측정면 상에 충돌함 -;
    각 기준 탐침이 상기 기준 분기 각각의 말단에 배치된 복수의 기준 탐침 - 액체는 상기 기준 탐침을 통해 기준 분기를 빠져나가며, 기준 스탠드오프를 가로질러 이동하여 기준면 상에 충돌함 -;
    브리지 채널 및 복수의 기준 분기에 연결되고, 액체가 한 번에 하나의 기준 분기를 흐르도록 허용하며, 상기 액체의 흐름을 하나의 기준 분기로부터 다른 기준 분기로 전환하는 데에 사용될 수 있는 제2 전환 소자; 및
    상기 측정 채널과 상기 제2 전환 소자 사이에 연결되어 그 사이에서의 액체 흐름의 질량을 감지하는 액체 질량 흐름 센서 - 상기 기준면과 측정면 사이의 스탠드오프의 차이는 상기 질량 흐름 센서에 의해 고감도로 감지될 수 있음 -
    를 포함하는 센서.
  28. 제27항에 있어서,
    일정한 액체 질량 흐름 속도의 액체를 출력하기 위하여 상기 접합점 전방에 배치된 액체 질량 흐름 제어기를 더 포함하는 센서.
  29. 제28항에 있어서,
    액체 난류를 감소시키기 위하여 상기 액체 질량 흐름 제어기 후방에 배치된 스너버를 더 포함하는 센서.
  30. 제27항에 있어서,
    일정한 액체 질량 흐름 속도의 액체를 출력하기 위하여 상기 접합점 전방에 배치된 압력 레귤레이터를 더 포함하는 센서.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 접합점 전방에 배치된 스너버를 더 포함하는 센서.
  32. 제27항에 있어서,
    상기 제1 다공성 흐름 제한기 및 상기 각각의 측정 분기 다공성 흐름 제한기는 다공성 재료로 이루어지고, 상기 다공성 재료는 실질적으로 동일한 투과 특성을 갖는 센서.
  33. 액체 흐름 근접 센서용 브리지에 있어서,
    액체 흐름을 수용하고, 상기 액체 흐름을 기준 채널과 측정 채널로 분할하는 접합점;
    상기 기준 채널을 따라 배치되고, 상기 기준 채널을 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 제1 다공성 흐름 제한기; 및
    상기 측정 채널을 따라 배치되고, 상기 측정 채널을 통한 액체 흐름을 균일하게 제한하는 제2 다공성 흐름 제한기
    를 포함하는 브리지.
  34. 기준 스탠드오프와 측정 스탠드오프 간의 차이를 감지하는 방법에 있어서,
    (a) 액체의 흐름을 측정 채널과 기준 채널로 분배하는 단계;
    (b) 상기 액체의 흐름을 상기 측정 채널 및 상기 기준 채널 모두의 단면적에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 제한하는 단계;
    (c) 상기 기준 채널 및 상기 측정 채널로부터 액체를 출력하여, 기준면과 측정면 상에 각각 충돌시키는 단계; 및
    (d) 상기 기준 채널과 상기 측정 채널을 연결하는 브리지 채널을 통한 액체 질량 흐름 속도를 감지하는 단계 - 상기 액체 질량 흐름 속도는 측정 스탠드오프와 기준 스탠드오프 간의 차이의 크기를 나타냄 -
    를 포함하는 방법.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 상기 기준 채널과 상기 측정 채널을 연결하는 브리지 채널을 통한 상기 액체 질량 흐름 속도를 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 액체 질량 흐름 속도는 상기 측정 스탠드오프와 기준 스탠드오프 간의 차이의 크기를 나타내는 방법.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 단계 (d)는 상기 기준 채널과 상기 측정 채널에서의 액체 압력 차이를 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 액체 압력 차이는 상기 측정 스탠드오프와 상기 기준 스탠드오프 간의 차이의 크기를 나타내는 방법.
  37. 제34항에 있어서,
    상기 감지 단계에 응답하여 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  38. 제35항에 있어서,
    상기 감지 단계에 응답하여 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  39. 제36항에 있어서,
    상기 감지 단계에 응답하여 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  40. 기준 스탠드오프와 측정 스탠드오프 간의 차이를 감지하는 방법에 있어서,
    (a) 액체의 흐름을 측정 채널과 기준 채널 간에 분배하는 단계;
    (b) 복수의 측정 분기 간에서 상기 액체의 흐름을 전환하는 단계 - 상기 액체의 흐름은 한 번에 하나의 측정 분기를 통해 흐름 -;
    (c) 상기 액체의 흐름을 상기 측정 분기 및 상기 기준 채널 모두의 단면적에 걸쳐서 실질적으로 균일하게 제한하는 단계;
    (d) 상기 기준 채널 및 측정 분기로부터 액체를 출력하여, 기준면과 측정면 상에 각각 충돌시키는 단계; 및
    (e) 상기 기준 채널과 상기 측정 분기를 연결하는 브리지 채널을 통한 액체 질량 흐름 속도를 감지하는 단계 - 상기 액체 질량 흐름 속도는 측정 스탠드오프와 기준 스탠드오프 간의 차이의 크기를 나타냄 -
    를 포함하는 방법.
  41. 제40항에 있어서,
    상기 단계 (e)는 상기 기준 채널과 측정 분기를 연결하는 브리지 채널을 통한 상기 액체 질량 흐름 속도를 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 액체 질량 흐름 속도는 상기 측정 스탠드오프와 기준 스탠드오프 간의 차이의 크기를 나타내는 방법.
  42. 제40항에 있어서,
    상기 단계 (e)는 상기 기준 채널과 측정 분기에서의 액체 압력 차이를 모니터링하는 단계를 포함하고, 상기 액체 압력 차이는 상기 측정 스탠드오프와 상기 기준 스탠드오프 간의 차이의 크기를 나타내는 방법.
  43. 제40항에 있어서,
    상기 감지 단계에 응답하여 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  44. 제41항에 있어서,
    상기 감지 단계에 응답하여 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  45. 제42항에 있어서,
    상기 감지 단계에 응답하여 제어 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 방법.
  46. 측정면의 지형(topography)을 맵핑하는 방법에 있어서,
    (a) 복수의 측정 분기를 갖는 액체 게이지 근접 센서에 액체의 흐름을 주입하는 단계;
    (b) 측정 분기를 사용하여, 상기 측정면의 영역의 지형을 맵핑하는 단계;
    (c) 상기 측정면의 영역의 맵핑이 완료된 때, 상기 액체의 흐름을 하나의 측정 분기로부터 다른 측정 분기로 전환하는 단계; 및
    (d) 지형 맵핑이 요구되는 측정면의 모든 영역이 맵핑될 때까지 상기 단계 (a) 내지 (c)를 반복하는 단계
    를 포함하는 방법.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 측정면은 반도체 웨이퍼인 방법.
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