(57)【要約】【課題】露光装置内の空気のダウンフロー流れを評価する。【解決手段】ウェハステージ３を模擬した供試体３６と、供試体３６に面した給水口３１、および供試体３６を挟んで給水口３１の反対側に設けられた排水口３２を有し、内部を観察可能な容器３０と、容器内にて供試体３６を支持する支持手段３７，３９と、  給水口３１および排水口３２を介して容器内に液体を循環させ、ダウンフロー空間と等価の流れを生じさせる流れ発生手段２５と、容器内における液体の流れを可視化する可視化手段とを備える。【選択図】図２
2009032933.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上方から下方へと空気が流れるダウンフロー空間に設置された物体の周囲の流れを評価する流れ評価装置であって、
前記物体を模擬した供試体と、
前記供試体に面した給水口、および前記供試体を挟んで前記給水口の反対側に設けられた排水口を有し、内部を観察可能な容器と、
前記容器内にて前記供試体を支持する支持手段と、
前記給水口および前記排水口を介して前記容器内に液体を循環させ、前記容器内に前記ダウンフロー空間と等価の流れを生じさせる流れ発生手段と、
前記容器内における液体の流れを可視化する可視化手段とを備えることを特徴とする流れ評価装置。
【請求項２】
請求項１に記載の流れ評価装置において、
前記給水口と前記排水口は略同一高さに設けられることを特徴とする流れ評価装置。
【請求項３】
請求項２に記載の流れ評価装置において、
前記供試体と前記排水口の間に、液体の流れを整流する整流装置が設けられることを特徴とする流れ評価装置。
【請求項４】
請求項１に記載の流れ評価装置において、
前記給水口の上方に前記排水口が設けられることを特徴とする流れ評価装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の流れ評価装置において、
前記容器内には、前記ダウンフロー空間における前記物体の下方の床体もしくは基台を模擬した支持プレートが前記供試体と前記排水口の間に配設され、
前記支持手段は、前記支持プレートの表面に沿って前記供試体を移動可能に支持することを特徴とする流れ評価装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クリーンルームや露光装置内におけるダウンフローの流れを評価する流れ評価装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造プロセスにおけるケミカル汚染対策として、ダウンフローという空調方式を採用した露光装置が知られている（例えば特許文献１参照）。ダウンフローとは、装置の上方から空気を吹き出し、装置下方から排気する空調方式であり、これにより露光装置内のウェハステージ上に搭載されたウェハの周囲の空間をクリーン度の高い状態に保つことができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６３９３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
この種の露光装置では、ダウンフロー直下にウェハやウェハステージが存在するため、ダウンフロー流れに乱れが生じる。そのため、例えば干渉計を用いてウェハステージの位置を計測する場合、干渉計光路の空気揺らぎ等、ダウンフロー流れの影響によってウェハステージの位置計測精度を損なうおそれがある。これを防止するためには、ウェハステージの周囲の空気流れを予め評価しておくことが好ましいが、露光装置内のダウンフローの空気流れを評価することは困難である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、上方から下方へと空気が流れるダウンフロー空間に設置された物体の周囲の流れを評価する流れ評価装置であって、物体を模擬した供試体と、供試体に面した給水口、および供試体を挟んで給水口の反対側に設けられた排水口を有し、内部を観察可能な容器と、容器内にて供試体を支持する支持手段と、給水口および排水口を介して容器内に液体を循環させ、容器内にダウンフロー空間と等価の流れを生じさせる流れ発生手段と、容器内における液体の流れを可視化する可視化手段とを備えることを特徴とする。
給水口と排水口は略同一高さに設けることが好ましい。
この場合、供試体と排水口の間に、液体の流れを整流する整流装置を設けることもできる。
給水口の上方に排水口を設けるようにしてもよい。
ダウンフロー空間における物体の下方の床体もしくは基台を模擬した支持プレートを容器内の供試体と排水口の間に配設し、支持プレートの表面に沿って供試体を移動可能に支持することもできる。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、クリーンルームや露光装置内等におけるダウンフローの空気流れの状態を評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
−第１の実施の形態−
図１〜図５を参照して本発明による流れ評価装置の第１の実施の形態について説明する。
以下では、露光装置内のダウンフロー流れを評価する場合について説明する。図１は、半導体露光装置の概略構成を示す図である。露光装置１００は、露光光を照射しレチクルＲを照明する照明系１と、レチクルＲを搭載するレチクルステージ２と、ウェハＷを搭載するウェハステージ３と、レチクルＲに形成されたパターンをウェハＷに投影露光する投影光学系４などから構成される。これら構成部品は、ケース５によって覆われた露光室６内に収容されている。露光装置１００はクリーンルーム内に設置されている。
【０００８】
レチクルステージ２は、支持台７上に、水平面の互いに直交する方向（以下、ＸＹ方向）に移動可能に支持されている。ウェハステージ３は、基台８上に、ＸＹ方向に移動可能に支持されている。各ステージ２，３は、例えばリニアモータなどの駆動装置によってそれぞれＸＹ方向に駆動される。
【０００９】
レチクルステージ２のＸＹ方向の位置およびウェハステージ３のＸＹ方向の位置は、それぞれ干渉計９ａ，１０ａ（例えばレーザ干渉計）により光学的に計測される。干渉計９ａ，１０ａは、各ステージ２，３上に固定された移動鏡９ｂ、１０ｂに向かって計測光を照射し、移動鏡９ｂ、１０ｂからの反射光と基準面からの反射光との干渉によりレチクルステージ２およびウェハステージ３の位置をそれぞれ計測する。このステージ位置の計測結果に基づいて各ステージ２，３が駆動され、レチクルＲに形成されたパターンがウェハＷの所定位置に正確に投影露光される。なお、干渉計９ａ，１０ａと移動鏡９ｂ，１０ｂはＸ軸用およびＹ軸用にそれぞれ設けられるが、ここではいずれか一方のみ図示している。
【００１０】
ウェハステージ３の上方には支持フレーム１１が横架され、支持フレーム１１には、ダクト１２が設けられている。ダクト１２には、空調装置（不図示）で生成された所定温度の空気が導かれ、ダクト１２の下面に形成された複数の吹出口１２ａから下方に向けて吹き出される。この空調空気は、基台８の周囲に形成された排気口１２ｂを介して露光室６外に排気される。これによりウェハＷおよびウェハステージ３の周囲にダウンフローの空気流れが生じ、露光装置内をクリーンな状態に保つことができる。すなわちウェハステージ３の周囲をダウンフロー空間とすることができる。
【００１１】
本実施の形態では、以下のような流れ評価装置によって露光装置内のダウンフロー流れを模擬する。図２（ａ）は、第１の実施の形態に係る流れ評価装置の全体構成を示す正面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の矢視ｂ図である。流れ評価装置２００は、水が循環するダクト２０と、ダクト２０の途中に設けられた水槽３０とを有し、回流水槽として構成される。ダクト２０は、水平方向に延在する上下一対の水平ダクト部２１，２２と、水平ダクト部２１，２２の両端部にて立設する一対の鉛直ダクト部２３，２４とを有し、水平ダクト部２１，２２と鉛直ダクト部２３，２４は互いに連通している。
【００１２】
水平ダクト部２２にはインペラ２５が配設され、水平ダクト部２３には略直方体形状の水槽３０が配設されている。水槽３０の両側面部には互いに同一高さに給水口３１と排水口３２が開口され、給水口３１と排水口３２を介して水槽内が水平ダクト部２２に連通している。インペラ２５を駆動すると、給水口３１を介して水槽内に水が流入し、水槽内を通過して排水口３２から流出する。インペラ２５の回転数は変更可能であり、インペラ２５の回転数を調整することで、水槽内を流れる水の流速を調整できる。水槽３０は外部から水槽内の状態を目視可能なようにガラスやアクリル等の透明板３３によって全体が形成されている。
【００１３】
水槽３０の内壁には排水口３２に面して整流装置３４が取り付けられ、整流装置３４を介して水槽内に擬似床３５が固定されている。擬似床３５の表面には、給水口３１に面し、給水口３１とほぼ同一高さに供試体３６が設けられている。供試体３６は、ストラット３７を介して擬似床３５の表面にスライド可能に支持されている。ストラット３７の上端部は水槽３０の上面を貫通し、水槽上方の支持台３８に設けられたアクチュエータ３９に連結されている。供試体３６は、アクチュエータ３９の駆動により擬似床３５の表面に沿って図２（ｂ）の矢印に示す各方向（上下左右方向および斜め方向）に移動可能である。
【００１４】
図３（ａ）は整流装置３４を排水口３２側から見た斜視図であり、図３（ｂ）は給水口３１側から見た斜視図である。整流装置３４は、略Ｘ字状に交差して形成されたクロスプレート３４１と、クロスプレート３４１の一端面に固定されたベースプレート３４２とを有し、クロスプレート３４１の他端面に擬似床３５が固定されている。ベースプレート３４２の中央部には排水口３２が開口されている。図３（ｂ）に示すようにベースプレート３４２と擬似床３５はともに略矩形状であるが、擬似床３５の縦方向および横方向の長さはベースプレート３４２の縦方向および横方向の長さよりも短く、擬似床３５の周囲に流水回収部３４３が設けられている。
【００１５】
図４は水槽内の水の流れを示す図である。水槽３０に流入した水は、図の矢印で示すように擬似床３５の表面に向けて略垂直に流れた後、擬似床３５の外側の流水回収部３４３を通って擬似床３５の裏側へと迂回し、中央の排水口３２から流出する。これにより排水口近傍の流れが整流され、排水口３２の吸い込みの影響により偏流が生じることを防止でき、供試体３６の周囲を均一な流れとすることができる。
【００１６】
以上の流れ評価装置２００を用いて、露光装置内と同等のダウンフロー流れを再現する。ここで、水槽３０は露光装置１００を模擬したものであり、例えば供試体３６がウェハステージ３に相当し、擬似床３５が基台８に相当する。また、給水口３１が吹出口１２ａに相当し、流水回収部３４３と排水口３２が排気口１２ｂに相当する。
【００１７】
露光装置１００と水槽内の流れ条件を比較すると、露光装置内には温調空気が流れるのに対し、水槽内には水が流れる点で異なる。このため、同一の流れ場として評価するためには、両者のレイノルズ数（Ｒｅ数）を一致させる必要がある。代表速度をＵ、代表長さをｄ、動粘性係数をνとすると、Ｒｅ数はＲｅ＝Ｕｄ／νで表され、例えば２０℃のときの水の動粘性係数νは空気の動粘性係数νの約１／１５になる。これよりＲｅ数を一致させるための供試体３６や擬似床３５の代表長さｄを短くすることができ、水槽３０を小型化することができる。なお、水槽内の水の流速、つまり代表速度Ｕは、インペラ２５の回転数を変更することで調整可能である。
【００１８】
ダウンフロー流れを評価する際は、水槽内の水の流れを可視化するためトレーサを混入する。トレーサは、例えばポリスチレン粒子等、比重が水に近いものを用いることが好ましい。ポリアミド系の粉末や蛍光粒子などを用いることもできる。
【００１９】
トレーサを混入後、所定回転数でインペラ２５を駆動して水槽内に水を供給する。給水口３１を介して流入した水は、供試体３６の周囲を流れ、排水口３２から流出する。供試体３６の周囲の流れの状態は水槽３０の外側から観察することができ、これにより供試体３６の形状、つまりウェハステージ３の形状を最適なものとすることができる。アクチュエータ３９を駆動して供試体３６を移動すれば、ウェハステージ３を移動した際の流れの変化を観察することが可能である。
【００２０】
以上の流れ評価装置２００では、給水口３１と同一高さに供試体３０を設けているので、供試体３０に水の位置エネルギーが作用せず、良好なダウンフロー流れを実現できる。これに対し、例えば図５に示すように水槽内にストラット３０１を介して擬似床３５を水平に支持し、擬似床上に供試体３６を設けるとともに、供試体３６の上方に給水口３１を開口し、下方に排水口３２を開口した場合には、以下の問題がある。
【００２１】
すなわち図５の構成では、供試体３６の表面に水の流れによる運動エネルギーだけでなく、水の位置エネルギーが作用する。このためダウンフロー流れを精度よく再現することが困難であるだけでなく、供試体３６と擬似床３５の表面に大きな力が作用するため、強度上の問題もある。また、供試体付近における排水口３２の吸い込みによる流れの影響を小さくするためには、擬似床３５から排水口３２までの長さを長くする必要があり、その分装置が大型化するとともに、高位値まで水を圧送しなければならず、インペラ２５の馬力を大きくする必要がある。
【００２２】
第１の実施の形態によれば以下のような作用効果を奏することができる。
（１）露光装置内と同一の流れ場となるようにウェハステージ３を模擬した供試体３６と基台８を模擬した擬似床３５を水槽内に設置し、供試体３６に面した給水口３１から供試体３６に向けて水を流すとともに、トレーサを混入して水槽内の流れを可視化するようにした。これにより水槽内でダウンフロー流れを再現し、供試体３６（ウェハステージ３）の周囲の流れの状態を観察することができ、露光装置内のダウンフローの空気流れの評価が可能である。
（２）露光装置１００とは別の流れ評価装置２００を用いて露光装置内の流れ状態を再現するので、露光装置内にトレーサ等を混入して空気流れを可視化する必要がなく、ダウンフロー流れの可視化が容易である。
（３）トレーサを用いて流れを可視化するので、ダウンフローの流れ状態を容易に把握できる。これに対し、露光装置内で例えば超音波式の純水ミストを用いて可視化を行った場合、ミストが短時間で拡散するため、装置全体の流れ状態を把握することは困難である。
【００２３】
（４）空気よりも著しく動粘性係数νが小さい水の流れによってダウンフローの可視化を行うので、供試体３６と擬似床３５の代表長さｄを短くすることができ、装置が大型化することを防ぐことができる。
（５）水槽内に給水口３１と同一高さに供試体３６を設けるので、水の位置エネルギーの影響を受けにくく、ダウンフローの流れを精度よく再現できる。
（６）供試体３６をアクチュエータ３９により移動可能としたので、ウェハステージ３の移動によるダウンフロー流れの変化も評価することができる。
（７）流れ評価装置２００には既存の回流水槽を用いることができるので、安価に構成できる。
【００２４】
−第２の実施の形態−
図６を参照して本発明による流れ評価装置の第２の実施の形態について説明する。
図６（ａ）は、第２の実施の形態に係る流れ評価装置２００の全体構成を示す正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）の矢視ｂ図である。なお、図２と同一の箇所には同一の符号を付し、以下では第１の実施の形態との相違点を主に説明する。
【００２５】
図６に示すように第２の実施の形態では水平ダクト部２１と鉛直ダクト部２４の交差部に水槽３０が設けられている。水槽３０の底面中央部には鉛直ダクト部２４に連通して給水口３１が開口され、水槽３０の側面には水平ダクト部２１に連通して排水口３２が開口されている。
【００２６】
水槽内には、水槽３０の内壁面から複数のストラット４１を介して略水平に擬似床３５が固定支持され、各ストラット４１の間の流水通路４２を通過して水槽内を下方から上方へと水が流れるようになっている。なお、図６では擬似床３５の下流に整流装置３４は設けられておらず、排水口３２による吸い込みが擬似床３６の下方における水の流れに影響を与えないように擬似床３５から排水口３２までの長さが設定されている。
【００２７】
図６（ｂ）に示すように擬似床３５の中央部には貫通孔３５ａが開口され、供試体３６は貫通孔３５ａを貫通したストラット３７を介して擬似床３５の底面に沿ってスライド可能に支持されている。ストラット３７の上端部は水槽３０の上方の支持台３８を貫通し、アクチュエータ３９に連結されている。アクチュエータ３９の駆動により供試体３６は擬似床３５の底面に沿って図６（ｂ）の矢印に示す各方向（前後左右方向および斜め方向）に移動可能である。
【００２８】
ダウンフロー流れを評価する際は、トレーサを混入し、所定回転数でインペラ２５を駆動して水槽内に水を供給する。給水口３１を介して流入した水は、供試体３６の周囲を流れ、流水通路４２を通って排水口３２から流出する。この際、供試体３６の周囲の流れの状態を水槽の外側から観察することができる。また、アクチュエータ３９を駆動して供試体３６を移動すれば、ウェハステージ３を移動した際の流れの変化を観察することもできる。
【００２９】
このように第２の実施の形態では、水槽内に擬似床３５を水平に配置するとともに、擬似床３５の底面に供試体３６を設け、供試体３６に面した給水口３１から供試体３６に向けて水を流すようにした。これにより露光装置内のダウンフローの流れと等価の流れを水槽内で実現することができ、ダウンフロー流れの評価が可能である。供試体３６を擬似床３５の底面に設け、下方から上方に水を流すようにしたので、水の位置エネルギーの影響が小さくなり、精度よくダウンフロー流れを実現できる。
【００３０】
なお、上記実施の形態では、供試体３６に隣接して擬似床３５を設けたが、例えば図７に示すように水槽内に供試体３６のみを配置して、供試体３６の周囲の流れを観察するようにしてもよい。ウェハステージ３を供試体３６に置き換えるとともに、基台８を擬似床３５に置き換えてダウンフロー流れを観察するようにしたが、ダウンフロー環境に置かれる他の物体を供試体３６や擬似床３５に置き換えて、ダウンフロー流れを観察するようにしてもよい。例えばレチクルステージ２の周囲のダウンフロー流れを評価する場合には、レチクルステージ２を模擬した供試体３６を用いて、上述したのと同様に水槽内で可視化試験を行うようにすればよい。したがって、供試体３６の形状および支持プレートとしての擬似床３５の形状は上述したものに限らない。
【００３１】
供試体３６に面して給水口３１を設け、供試体３６を挟んで給水口３１の反対側に排水口３２を設けるのであれば、液体容器としての水槽３０の形状はいかなるものでもよい。水以外の液体を容器に流してダウンフロー流れを実現するようにしてもよい。インペラ２５の駆動により水槽内に水を循環させて、露光装置内のダウンフロー空間と等価の流れを生じさせるようにしたが、流れ発生手段はこれに限らない。ストラット３７を介してアクチュエータ３９により供試体３６を移動可能に支持したが、供試体３６と水槽３０の壁面との距離が十分に保たれ、供試体周囲の流れを阻害しないように支持するのであれば、支持手段はこれに限らない。供試体３６は移動可能でなくてもよい。トレーサにより水槽内の流れを可視化するようにしたが、他の可視化手段を用いてもよい。
【００３２】
なお、本発明による流れ評価装置は、露光装置内だけでなくクリーンルーム内等、他のダウンフロー空間の流れを評価する場合にも適用できる。クリーンルームの流れを評価する場合、クリールームの床板を擬似床３５に置き換えればよい。すなわち、本発明の特徴、機能を実現できる限り、本発明は実施の形態の流れ評価装置に限定されない。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】半導体露光装置の概略構成を示す図。
【図２】（ａ）は第１の実施の形態に係る流れ評価装置の全体構成を示す正面図、（ｂ）は図２（ａ）の矢視ｂ図。
【図３】（ａ）は図２の整流装置を排水口側から見た斜視図、（ｂ）は給水口側から見た斜視図。
【図４】図２の水槽内の水の流れを示す図。
【図５】図２の流れ評価装置の比較例を示す図。
【図６】（ａ）は第２の実施の形態に係る流れ評価装置の全体構成を示す正面図、（ｂ）は図６（ａ）の矢視ｂ図。
【図７】本発明の変形例を示す図。
【符号の説明】
【００３４】
３  ウェハステージ
８  基台
２５  インペラ
３０  水槽
３１  給水口
３２  排水口
３４  整流装置
３７  ストラット
３９  アクチュエータ
【図１】
2009032933.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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