高分解能ガスゲージ近接センサ
比較的長くかつ薄いオリフィスを備えた細長いノズルを有する測定プローブの間の極めて小さな距離を正確に検出するためのシステム及び方法。近接センサは、一定ガス流を使用し、極めて小さな距離を検出するためにニューマチックブリッジ内の質量流量を検出する。システム及び方法は、多孔質材料から形成された流れ制限器及び／又はスナッバ、及び／又は質量流量制御装置を使用し、これらは、様々な組み合わせにおいてナノメートルからサブナノメートルの範囲での極めて小さな距離の検出を可能にする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極めて小さな距離を検出するための装置及び方法、特にガス流を用いた近接センシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの自動化された製造プロセスは、製造ツールと、しばしば“加工物”と呼ばれる、加工されている製品又は材料表面との間の距離を検出する必要がある。半導体フォトリソグラフィ等の幾つかの環境においては、距離はナノメートルに近い精度で測定されなければならない。
【０００３】
このような精度の近接センサを提供することに関連した挑戦は、特にフォトリソグラフィシステムに関しては重要である。フォトリソグラフィに関する場合、非侵入的で、しかも極めて小さな距離を正確に検出する能力を有することに加えて、近接センサは、汚染物を導入したり、工作物表面、通常半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ又は同様のものと接触してはならない。それぞれの状況の発生は工作物を著しく品質低下又は破壊させる。
【０００４】
極めて小さな距離を測定するために種々異なるタイプの近接センサが利用されている。近接センサの例には、キャパシタンス及び光学ゲージがある。これらの近接センサは、フォトリソグラフィシステムにおいて使用された場合深刻な欠点を有する。なぜならば、ウェハ上に堆積させられた材料の物理的特性が、これらの装置の精度に影響するからである。例えば、電荷の密度に依存する、キャパシタンスゲージは、１つのタイプの材料（例えば金属）が集中させられている場所において、擬似近接読取りを生ぜしめるおそれがある。別のクラスの問題は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）及び燐化インジウム（ＩｎＰ）等の非導電性及び／又は感光性材料から形成された新型ウェハが使用される場合に生じる。これらの場合、キャパシタンス及び光学ゲージは最適ではない。
【０００５】
米国特許出願連続番号第１０／３２２７６８号明細書及び米国特許第４９５３３８８号明細書及び第４５５０５９２号明細書は、空気ゲージセンサを使用する近接センシングへの択一的なアプローチを開示しており、これらの米国特許明細書は全て引用したことにより全体が本明細書に組み込まれる。空気ゲージセンサは、電荷の密度又は、基板表面の電気的、光学的及びその他の物理的特性の影響を受けにくい。しかしながら、現在の半導体製造は、近接度がナノメートルのオーダで高い精度で測定されることを必要としている。
【０００６】
図６は、円形ガスゲージ近接センサ６００の端部及び特性を示している。近接センサ６００に関する１つの問題は、ノズル寸法及び距離に応じて、感度フットプリントが、しばしばトーラスのような形状であることである。トーラス形状に基づき、センサ６００は、オリフィス６０４の真下に感度の低い領域６０２（グラフ６０８の領域６０６を参照）を有するおそれがある。これは、側部制限領域６０３が分離Ｓを有しているためである可能性がある。検出された領域６０３は、複数の連続した読み取りに基づく“スキャンされた”フットプリントである可能性がある。理想としては、空気ゲージ６００の中央部におけるこの感度の低い領域６０２を排除することが望ましい。
【０００７】
このことを達成する１つの方法は、劇的により小さなオリフィスを提供することであるが、これはより小さな検出面積と、より小さなスタンドオフとを生ぜしめる可能性がある。さらに、スキャン装置として使用される場合、装置の中央の近傍を通るトポグラフィは、上部又は下部シェルの近傍を通るトポグラフィほど重要であるとは考えられない。さらに、しばしばセンサタイプ（光学式、キャパシタンス等）ごとにトポグラフィ結果を比較することが望ましい。標準的な空気ゲージの異常な感度フットプリントは、このプロセスを複雑にしている。
【０００８】
したがって、より正確なガスゲージ近接センサが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、従来のタイプの近接センサの精度を著しく改良する高分解能ガスゲージ近接センサ及び方法を提供することができる。
【００１０】
ガスゲージ近接センサは、測定及び基準スタンドオフにおける差を検出することに基づき近接度を決定する。スタンドオフは、近接センサのノズルと、ノズルの下方の面との間の距離若しくは間隙である。スタンドオフの差を決定するために、一定の質量流量を備えるガス流が、質量流制御装置を用いて計量供給され、２つのチャネル、すなわち測定チャネルと基準チャネルとを通過させられる。
【００１１】
本発明の実施形態は、ガス流を基準チャネル及び測定チャネルに送り込み、基準チャネル及び測定チャネルを通るガス流を均一に制限するシステム及び方法を提供する。プローブは、それぞれ基準チャネル及び測定チャネルの端部に隣接して位置決めされることができる。プローブは、比較的長くかつ狭幅のオリフィスを供えた細長いノズルを有することができる。装置は、基準チャネルと測定チャネルとの間のガス流の質量を検出するために使用することができる。
【００１２】
本発明の１つの態様において、基準面は、基準プローブから基準スタンドオフだけ離れて位置決めされている。基準プローブからのガス流は、基準スタンドオフを通過した後に基準面に衝突する。測定面は、測定プローブから測定スタンドオフだけ離れて位置決めされている。測定プローブからのガス流は、測定スタンドオフを通過した後に測定面に衝突する。質量流センサは、基準スタンドオフと測定スタンドオフとの差を検出する。
【００１３】
上記実施形態により、感度の悪い領域をほとんど有さないガスゲージ近接センサを使用することができる。
【００１４】
本発明の別の実施形態、特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作を添付図面を参照に以下に詳細に説明する。
【００１５】
本明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成した添付図面は、本発明を示しており、詳細な説明と共に、発明の原理を説明し克当業者が発明を形勢及び使用することを可能にするために働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで本発明を添付図面を参照して説明する。図面中、同じ参照符号は、同一のエレメント若しくは機能的に類似のエレメントを示している。さらに、参照符号の左側の数字は、その参照符号が最初に現れる図面の番号を明らかにしている。
【００１７】
本発明はここに、特定の用途のための例示的な実施形態に関して説明されるが、発明はその実施形態に限定されないことが理解されるべきである。ここに提供された教示へのアクセスを有する当業者は、発明の範囲内の付加的な修正、用途及び実施形態、並びに本発明が著しく役立つ付加的な分野を認識するであろう。
【００１８】
本発明の実施形態は、比較的長い狭幅のオリフィスを供えた細長いノズルを有する測定プローブと表面との間の極めて小さな距離を正確に検出するためのシステムおよび方法、特に、極めて小さな距離を検出するために一定のガス流を使用しかつ空圧ブリッジ内の質量流量を検出する近接センサを提供する。長い狭幅のオリフィスを有する細長いノズルを使用することにより、側部制限領域が重なり合うので（図４、エレメント３５６及び３６０参照）慣用のセンサに部分的に見られるあらゆる低感度領域（図６、エレメント６０２，６０６）が実質的に排除される。
【００１９】
ガスゲージ近接センサ
図１は、本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサ１００を示している。ガスゲージ近接センサ１００は、質量流量制御装置１０６と、中央チャネル１１２と、測定チャネル１１６と、基準チャネル１１８と、測定チャネル制限器１２０と、基準チャネル制限器１２２と、測定プローブ１２８と、基準プローブ１３０と、ブリッジチャネル１３６と、質量流量センサ１３８とを有することができる。ガス供給部１０２はガスを所望の圧力でガスゲージ近接センサ１００内に噴射することができる。
【００２０】
中央チャネル１１２はガス供給部１０２を質量流量制御装置１０６に接続しており、接合部１１４（例えばガス分割又は方向付け部）において終わっている。質量流量制御装置１０６はガスゲージ近接センサ１００内に一定の流量を維持することができる。ガスは、チャネル１１２に固定されたアキュムレータ１０８によって、多孔質スナッバ１１０を通って質量流量制御装置１０６から押し出される。スナッバ１１０は、ガス供給部１０２によって導入されるガス乱流を減じることができ、その使用は選択的である。スナッバ１１０を出ると、ガスは中央チャネル１１２を通って接合部１１４へ流れる。中央チャネル１１２は接合部１１４において終わっており、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とに分岐している。１つの実施形態において、質量流量制御装置１０６はガスを十分に低い流量で噴射することができ、これにより、システム全体を通じて層状でかつ圧縮不能な流体流れを提供し、望ましくない空圧ノイズの発生を最小限にする。
【００２１】
ブリッジチャネル１３６は測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に接続されている。ブリッジチャネル１３６は接合部１２４において測定チャネル１１６に接続している。ブリッジチャネル１３６は接合部１２６において基準チャネル１１８に接続している。１つの実施形態において、接合部１１４と接合部１２４との間の距離と、接合部１１４と接合部１２６との間の距離とは等しい。種々異なる配置を用いるその他の実施形態が想定されることを認識されたい。
【００２２】
ガスゲージ近接センサ１００内の全てのチャネルにガスが流過することができる。チャネル１１２，１１６，１１８，１３６は、導管（例えば、チューブ、パイプ等）又は、当業者に明らかになるような、センサ１００を通るガス流を含みかつ案内することができるその他のあらゆるタイプの構造から形成されていることができる。ほとんどの実施形態において、チャネル１１２，１１６，１１８及び１３６は、例えば局所的乱流又は不安定な流れを生ぜしめることにより空気ノイズを発生する、急激な曲げ部、凹凸、又は不要な障害物を有するべきではない。様々な実施形態において、測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８の全体の長さは、等しくても等しくなくてもよい。
【００２３】
基準チャネル１１８は基準プローブ１３０に隣接して終わっている。同様に測定チャネル１１６は測定プローブ１２８に隣接して終わっている。基準プローブ１３０は基準面１３４の上方に位置決めされている。測定プローブ１２８は測定面１３２の上方に位置決めされている。フォトリソグラフィの場合、測定面１３２は半導体基板、又は基板を支持するステージであることができる。基準面１３４は、平坦な金属板であることができるが、この例に限定されない。
【００２４】
測定プローブ１２８と基準プローブ１３０とにはノズルが設けられている。ノズルの例はさらに以下に図３及び図４に関連して説明される。ガス供給部１０２によって噴射されたガスは、プローブ１２８及び１３０に設けられたノズルから排出され、測定面１３２及び基準面１３４に衝突する。
【００２５】
前述のように、ノズルと、対応する測定若しくは基準面との間の距離は、スタンドオフと呼ぶことができる。
【００２６】
１つの実施形態において、基準プローブ１３０は既知の基準スタンドオフ１４２を生じるように定置の基準面１３４の上方に位置決めされている。測定プローブ１２８は、未知の測定スタンドオフ１４０を生じるように測定面１３２の上方に位置決めされている。既知の基準スタンドオフ１４２は所望の一定値に設定されており、この値は最適なスタンドオフであることができる。このような配列において、測定プローブ１２８の上流の背圧は未知の測定スタンドオフ１４０の関数であり、基準プローブ１３０の上流の背圧は既知の基準スタンドオフ１４２の関数である。
【００２７】
スタンドオフ１４０及び１４２が等しいならば、構成は対称的であり、ブリッジは平衡されている。その結果、ブリッジングチャネル１３６にはガス流が生じない。これに対して、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２とが異なっていると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の結果的な圧力差が質量流量センサ１３８にガス流を生ぜしめる。
【００２８】
質量流量センサ１３８はブリッジチャネル１３６に沿って配置されており、その位置は中心点であってよい。質量流量センサ１３８は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の圧力差によって生ぜしめられたガス流を検出する。これらの圧力差は測定面１３２の垂直方向での位置決めの変化の結果として生じる。
【００２９】
対称的なブリッジが存在する実施例において、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２とは等しい。測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に圧力差がないので、質量流量センサ１３８は質量流を検出しない。これに対して、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２の値の間のあらゆる差は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とにおける異なる圧力を生ぜしめることができる。非対称的な配列のために適切なオフセットを導入することができる。
【００３０】
質量流量センサ１３８は圧力差又は圧力不均衡によって生ぜしめられたガス流を検出する。圧力差がガス流を生ぜしめ、ガス流の流量は想定スタンドオフ１４０の独特な関数である。すなわち、ガスゲージ１００内への一定の流量を仮定すると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とにおけるガス圧の差は、スタンドオフ１４０と１４２との差の関数である。基準スタンドオフ１４２が既知のスタンドオフに設定されていると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とにおけるガス圧の差は、測定スタンドオフ１４０（すなわち、測定面１３２と測定プローブ１２８との間のｚ方向での未知のスタンドオフ）の寸法の関数である。
【００３１】
質量流量センサ１３８はブリッジチャネル１３６を通るそれぞれの方向のガス流を検出する。ブリッジ構成により、チャネル１１６と１１８との間の圧力差が生じた場合にのみガス流がブリッジチャネル１３６を通って生じる。圧力不均衡が存在する場合、質量流量センサ１３８は生じたガス流を検出し、適切な制御機能を開始することができ、この制御機能は、システム１００の適切な部分に接続された選択的な制御装置１５０を使用して行うことができる。質量流量センサ１３８は、視覚的ディスプレイ又は聴覚表示によって、検出された流れの表示を提供することができ、この表示は選択的な出力装置１５２を使用することによって行うことができる。
【００３２】
択一的に、質量流量センサの代わりに、圧力差センサ（図示せず）を使用することができる。圧力差センサは２つのチャネルの間の圧力差を測定し、この圧力差は、測定スタンドオフと基準スタンドオフとの差の関数である。
【００３３】
選択的な制御装置１５０における制御機能は、正確なギャップ差を計算するためであることができる。別の実施形態において、制御機能は測定スタンドオフ１４０の寸法を増減させることであってよい。このことは、圧力差が十分にゼロに近付くまで測定面１３２を測定プローブ１２８に対して移動させることによって行うことができ、ゼロに近付くのは、測定面１３２と基準面１３４とからのスタンドオフからの差がもはや存在しない時である。
【００３４】
質量流量制御装置１０６と、スナッバ１１０と、制限器１２０及び１２２とは、ガス乱流及びその他の空気ノイズを減じるために使用されることができ、これらは、本発明がナノメートル精度を達成するために使用されることができる。これらのエレメントは、本発明の実施形態において全て、又は所望の感度に応じてあらゆる組み合わせで使用されてよい。例えば、用途が極めて正確な感度を必要とするならば、全てのエレメントが使用される。択一的に、用途がより低い感度を要求するならば、おそらくスナッバ１１０のみが必要とされ、この場合多孔質制限器１２０及び１２２はオリフィスと交換される。その結果、本発明は、特定の用途の要求を費用効率よく充足するためのフレキシブルなアプローチを提供する。
【００３５】
本発明の１つの実施形態において、多孔質制限器１２０及び１２２が使用される。多孔質制限器１２０及び１２２は、圧力が急激にではなく多くの段階を経て段階的に低下させられる必要がある場合に、サファイア制限器の代わりに使用されることができる。これは乱流を回避するために使用することができる。
【００３６】
本発明の別の実施形態によれば、システムは、その感度を著しく高めるために、２００２年１２月１９日に出願された米国特許出願連続番号１０／３２２７６８号明細書、米国特許第４９５３３８８号明細書及び第４５５０５９２号明細書に開示されたシステム内で使用されてよい。これらの明細書は全て引用したことにより全体が本明細書に記載されたものとする。
【００３７】
流れ制限器
本発明の１つの実施形態によれば、測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８は制限器１２０及び１２２を有している。各制限器１２０及び１２２は、個々の測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８を通過するガス流を制限する。測定チャネル制限器１２０が測定チャネル１１６内に接合部１１４と接合部１２４との間に配置されている。同様に、基準チャネル制限器１２２は基準チャネル１１８内に接合部１１４と接合部１２６との間に配置されている。１つの実施例において接合部１１４から測定チャネル制限器１２０までの距離と、接合部１１４から基準チャネル制限器１２２までの距離は等しい。別の実施例では、この距離は等しくない。センサが対称的であるという固有の必要性はないが、センサが幾何学的に対称的であると、使用するのがより容易である。
【００３８】
図２は、本発明の別の特徴による、多孔質材料を有する制限器１２０の断面図を提供しており、前記多孔質材料をガス流２００が通過する。各制限器１２０及び１２２は多孔質材料（例えば、ポリエチレン、焼結ステンレス鋼等）から成ることができる。測定チャネル制限器１２０と基準チャネル制限器１２２とは実質的に同じ寸法と透過特性とを有していることができる。１つの実施例では、制限器１２０及び１２２の長さは約２ｍｍ〜約１５ｍｍであることができるが、これらの長さに限定されない。測定チャネル制限器１２０と基準チャネル制限器１２２とはチャネル１１６及び１１８の断面積に沿って均一にガス流を制限することができる。多孔質材料制限器は、乱流及び関連する空気ノイズを著しく減じることができる。これは、固体の、多孔質でない材料に穿孔された１つのオリフィスを使用する制限器によって導入される乱流及びノイズの量と比較している。
【００３９】
制限器は少なくとも２つの主要な機能を果たすことができる。第１に、制限器は、ガスゲージ近接センサ１００に存在する圧力及び乱流、最も顕著には、質量流制御装置１１０によって生ぜしめられる乱流又は音響ピックアップのソースを緩和することができる。第２に、制限器は、ブリッジ内の所要の抵抗エレメントとして働くことができる。
【００４０】
ガスゲージ近接センサの典型的な実施形態が示された。本発明はこの例に限定されない。この例は、限定ではなく例示のためにここに示されている。択一例（ここに説明されたものの均等物、拡大、変更、逸脱等を含む）は、本明細書に記載された説明に基づいて当業者に明白になるであろう。このような択一例は本発明の範囲及び精神に当てはまる。
【００４１】
ノズル
図３〜図４はそれぞれ、本発明の実施形態による、ノズル３５０の断面図及び端面図と、ノズルの特性とを示している。ガスゲージノズル３５０の基本的な構成は、測定面１３２又は基準面１３４に対して平行な平坦な端面３５１を特徴とする。ノズルの形状は、ゲージスタンドオフｈと、内径ｄとによって決定される。一般的に、Ｄが十分に大きいならば、ノズル外径Ｄに対するノズル圧力降下の依存は小さい。残りの物理的パラメータは：Ｑｍ−ガスの質量流量と、Δｐ−ノズルにおける圧力勾配とである。ガスは、密度ρと、動粘度ηとによって特徴付けられる。
【００４２】
無次元のパラメータの間で関係が求められる：
【００４３】
【数１】
ここで、半径方向速度υが、ノズル面と基板面との間の円筒状の領域への入口において取られる。レイノルズ数は、Ｒｅ＝υｄ／νと定義され、ここでνは動粘度である。
【００４４】
したがって、ノズルの動作は５つの物理的な変数：ν、Δｐ、Ｑｍ、ｄ及びｈに関して説明されることができる。Δｐとｈとの間の関係があり、残りの変数は、実用的なシステムの場合には通常は一定である。この関係は、種々異なる感度を要求する種々異なる用途のためのノズルタイプの発展を容易にする。
【００４５】
図４に最もよく示されているように、ノズル３５０は、ノズル６００と比較して、高さＨを有する区分に沿って長くなっており、幅Ｗを有する区分３５４に沿って短くなっていることができる。例えば、１つの実施形態において、Ｈ対Ｗの比は約２：１〜約２０：１、有利には約１０：１であることができる。その他の比が本発明の範囲内で考えられる。このことは、トポグラフィ測定を行うために円形ノズル形状よりも効率的な長く狭幅のオリフィス形状を生ぜしめることができる。また、検出された領域３５８及びグラフ３６０によって見られるように、側部制限領域が重なり合っているので、低感度領域６０２を実質的に排除することができる。検出された領域３５８は、複数の連続した読取りに基づく“スキャンされた”フットプリントであることができる。グラフ３６０は、ノズル２５０の直径に沿って検出された領域を示している。したがって、トポグラフィスキャンの間、より均一な感度フットプリントが生ぜしめられる。このことは、より正確なトポグラフィ測定を生じる。この測定は、前記のような他のセンサ形式と比較してより単純であることができる。スキャニング装置として使用される場合、ノズル３５０は、そのより大きな高さプロフィルにより、一回のスキャンでトポグラフィのより大きな領域をカバーすることができる。
【００４６】
例えば、３ｍｍの直径と１．１ｍｍのオリフィスとを有するノズルは、約０．９５ｍｍのフランジを有するべきである。上記の実施形態では、このノズルは、０．３７ｍｍの直径と０．２５ｍｍのオリフィスとを有するノズル３５０を形成するように伸ばされることができ、このノズルは０．２５ｍｍのフランジを有するべきである。
【００４７】
別の実施例として、同じ表面積を維持しながら、ノズル３５０の幅Ｗはノズル６００と比較して約１０％のファクタだけ減じられることができ、高さＨは約２５０％・ＰＩ（π）のファクタだけ増大されることができる。円形のノズルと比較して幅の１０％のみを備えている場合、図４における曲線と図６における曲線とを比較すると最もよく分かるように、側部制限領域（これらの側部制限領域は符号によって示されていない。なぜならば、側部制限領域はオリフィスの構成に基づきもはや識別可能ではないからである）が重なり合っているため、デッドエリアが著しく減じられる。約８００％の高さＨの増大を備える場合、スキャニング装置として使用される場合、ノズル３５０は、一回のスキャンでトポグラフィのより大きな領域をカバーすることができる。スキャンされた全てのトポグラフィは、より均一な感度のフットプリントと巻き込む。ノズルは、真空式近接検出にも適用されることができる。
【００４８】
ノズルの典型的な実施形態が示された。本発明はこの例に限定されない。例はここでは限定ではなく例示のために示されている。択一例（本明細書に記載されたものの均等物、延長、修正、逸脱等）は、本明細書に含まれた説明に基づき当業者に明白になるであろう。このような択一例は本発明の範囲及び精神に当てはまる。
【００４９】
方法
図５は、極めて小さな距離を検出しかつ制御動作を行うためにガス流を使用するための方法５００（例えばステップ５１０〜５７０）を示すフローチャートを示している。便宜上、方法５００はガスゲージ近接センサ１００に関して説明されている。しかしながら、方法５００は、必ずしもセンサ１００の構造によって限定されず、異なる構造を有するガスゲージ近接センサを用いて実施することができる。
【００５０】
ステップ５１０において、基準プローブが、（例えばオペレータ、機械的な装置、ロボットアーム又は同様のものによって）基準面の上方に位置決めされる。例えば、ロボットは、基準プローブ１３０を基準面１３４の上方に既知の基準スタンドオフ１４２が形成されるように位置決めすることができる。択一的に、基準スタンドオフは、センサアセンブリ内に、すなわちセンサアセンブリの内部に配置されることができる。基準スタンドオフは、特定の値に予め調整され、この値は通常は一定に維持される。
【００５１】
ステップ５２０において、測定プローブは測定面の上方に位置決めされる。例えば、測定プローブ１２８は、測定ギャップ１４０を形成するように測定面１３２の上方に位置決めされる。
【００５２】
ステップ５３０において、ガスがセンサ内に噴射される。例えば、測定ガスは、一定の質量流量でガスゲージ近接センサ１００内に噴射される。ステップ５４０において、センサ内への一定のガス流量が維持される。例えば、質量流制御装置１０６が、一定のガス流量を維持する。ステップ５５０において、ガス流が測定チャネルと基準チャネルとに分配される。例えば、ガスゲージ近接センサ１００において、測定ガスの流れは、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とに均等に分配される。
【００５３】
ステップ５６０において、測定チャネルと基準チャネルとにおけるガス流は、チャネルの断面積に沿って均一に制限される。測定チャネル制限器１２０と基準チャネル制限器１２２とは、空気ノイズを減じるためにガス流を制限し、ガスゲージ近接センサ１００における抵抗エレメントとして働く。
【００５４】
ステップ５７０において、ガスは、基準プローブ及び測定プローブから排出させられる。例えば、ガスゲージ近接センサ１００はガスを測定プローブ１２８及び基準プローブ１３０から排出させる。ステップ５８０において、ガス流は、基準チャネルと測定チャネルとを接続したブリッジチャネルによって監視される。ステップ５９０において、基準チャネルと測定チャネルとの圧力差に基づき制御動作が行われる。例えば、質量流センサ１３８は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の質量流量を監視する。質量流量に基づき、質量流量センサ１３８は制御動作を開始する。このような制御動作は、検出された質量流量の表示を提供し、検出された質量流量を表示するメッセージを送るか、又は質量流量が検出されなくなるまで又は質量流量の一定の基準値が検出されるまで基準面に対する測定面の位置を再配置するようにサーボ制御動作を開始する。これらの制御動作は、例として提供されており、限定ではない。
【００５５】
当業者に知られている付加的なステップ又は上記ステップへの改良も、本発明によって含まれている。
【００５６】
本発明は、図１〜図５に、ガスに関して説明されている。１つの実施形態においてガスは空気である。本発明は空気に限定されない。その他のガス又はガスの組み合わせを使用することができる。例えば、測定される表面に応じて、より少ない含水量を有するガス又は不活性ガスが使用されてよい。低含水量ガス又は不活性ガスは、空気よりも、測定されている表面と反応しにくい。
【００５７】
結論
本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は限定ではなく例として示されたと理解されるべきである。形式及び詳細における様々な変更が、発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができることが当業者に明白と成るであろう。
【００５８】
本発明は、規定の機能の性能及び機能の関係を示す方法ステップの助けにより上に説明された。これらの方法ステップの境界は、説明の便宜のためにここに任意に規定された。択一的な境界は、規定の機能及び機能の関係が適切に行われる限り規定されることができる。したがって、あらゆるこのような択一的な境界は、請求された発明の範囲及び精神内である。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上述の典型的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物に基づいてのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサの図である。
【図２】本発明の実施形態による、制限器の断面図を提供する図である。
【図３】本発明の実施形態による、ノズル及びその特性の断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、ノズル及びその特性の端面図である。
【図５】本発明の実施形態による、極めて小さな距離を検出しかつ制御動作を行うためにガスゲージ近接センサを使用する方法を示すフローチャートである。
【図６】円形ノズルの端面図及び特性を示している。
【符号の説明】
【００６０】
１００ ガスゲージ近接センサ、 １０２ 測定チャネル制限器、 １０６ 質量流量制御装置、 １１０ スナッバ、 １１２ 中央チャネル、 １１４ 接合部、 １１６ 測定チャネル、 １１８ 基準チャネル、 １２０ 測定チャネル制限器、 １２２ 基準チャネル制限器、 １２４，１２６ 接合部、 １２８ 測定プローブ、 １３０ 基準プローブ、 １３２ 測定面、 １３４ 基準面、 １３６ ブリッジチャネル、 １３８ 質量流量センサ、 １４０ 測定スタンドオフ、 １４２ 基準スタンドオフ、 １５０ 制御装置、 １５２ 出力装置、 ３５０ ノズル、 ３５４ 区分、 ３５８ 検出された領域、 ３６０ グラフ、 ６００ ノズル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、極めて小さな距離を検出するための装置及び方法、特にガス流を用いた近接センシングに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの自動化された製造プロセスは、製造ツールと、しばしば“加工物”と呼ばれる、加工されている製品又は材料表面との間の距離を検出する必要がある。半導体フォトリソグラフィ等の幾つかの環境においては、距離はナノメートルに近い精度で測定されなければならない。
【０００３】
このような精度の近接センサを提供することに関連した挑戦は、特にフォトリソグラフィシステムに関しては重要である。フォトリソグラフィに関する場合、非侵入的で、しかも極めて小さな距離を正確に検出する能力を有することに加えて、近接センサは、汚染物を導入したり、工作物表面、通常半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ又は同様のものと接触してはならない。それぞれの状況の発生は工作物を著しく品質低下又は破壊させる。
【０００４】
極めて小さな距離を測定するために種々異なるタイプの近接センサが利用されている。近接センサの例には、キャパシタンス及び光学ゲージがある。これらの近接センサは、フォトリソグラフィシステムにおいて使用された場合深刻な欠点を有する。なぜならば、ウェハ上に堆積させられた材料の物理的特性が、これらの装置の精度に影響するからである。例えば、電荷の密度に依存する、キャパシタンスゲージは、１つのタイプの材料（例えば金属）が集中させられている場所において、擬似近接読取りを生ぜしめるおそれがある。別のクラスの問題は、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）及び燐化インジウム（ＩｎＰ）等の非導電性及び／又は感光性材料から形成された新型ウェハが使用される場合に生じる。これらの場合、キャパシタンス及び光学ゲージは最適ではない。
【０００５】
米国特許出願連続番号第１０／３２２７６８号明細書及び米国特許第４９５３３８８号明細書及び第４５５０５９２号明細書は、空気ゲージセンサを使用する近接センシングへの択一的なアプローチを開示しており、これらの米国特許明細書は全て引用したことにより全体が本明細書に組み込まれる。空気ゲージセンサは、電荷の密度又は、基板表面の電気的、光学的及びその他の物理的特性の影響を受けにくい。しかしながら、現在の半導体製造は、近接度がナノメートルのオーダで高い精度で測定されることを必要としている。
【０００６】
図６は、円形ガスゲージ近接センサ６００の端部及び特性を示している。近接センサ６００に関する１つの問題は、ノズル寸法及び距離に応じて、感度フットプリントが、しばしばトーラスのような形状であることである。トーラス形状に基づき、センサ６００は、オリフィス６０４の真下に感度の低い領域６０２（グラフ６０８の領域６０６を参照）を有するおそれがある。これは、側部制限領域６０３が分離Ｓを有しているためである可能性がある。検出された領域６０３は、複数の連続した読み取りに基づく“スキャンされた”フットプリントである可能性がある。理想としては、空気ゲージ６００の中央部におけるこの感度の低い領域６０２を排除することが望ましい。
【０００７】
このことを達成する１つの方法は、劇的により小さなオリフィスを提供することであるが、これはより小さな検出面積と、より小さなスタンドオフとを生ぜしめる可能性がある。さらに、スキャン装置として使用される場合、装置の中央の近傍を通るトポグラフィは、上部又は下部シェルの近傍を通るトポグラフィほど重要であるとは考えられない。さらに、しばしばセンサタイプ（光学式、キャパシタンス等）ごとにトポグラフィ結果を比較することが望ましい。標準的な空気ゲージの異常な感度フットプリントは、このプロセスを複雑にしている。
【０００８】
したがって、より正確なガスゲージ近接センサが必要とされている。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の実施形態は、従来のタイプの近接センサの精度を著しく改良する高分解能ガスゲージ近接センサ及び方法を提供することができる。
【００１０】
ガスゲージ近接センサは、測定及び基準スタンドオフにおける差を検出することに基づき近接度を決定する。スタンドオフは、近接センサのノズルと、ノズルの下方の面との間の距離若しくは間隙である。スタンドオフの差を決定するために、一定の質量流量を備えるガス流が、質量流制御装置を用いて計量供給され、２つのチャネル、すなわち測定チャネルと基準チャネルとを通過させられる。
【００１１】
本発明の実施形態は、ガス流を基準チャネル及び測定チャネルに送り込み、基準チャネル及び測定チャネルを通るガス流を均一に制限するシステム及び方法を提供する。プローブは、それぞれ基準チャネル及び測定チャネルの端部に隣接して位置決めされることができる。プローブは、比較的長くかつ狭幅のオリフィスを供えた細長いノズルを有することができる。装置は、基準チャネルと測定チャネルとの間のガス流の質量を検出するために使用することができる。
【００１２】
本発明の１つの態様において、基準面は、基準プローブから基準スタンドオフだけ離れて位置決めされている。基準プローブからのガス流は、基準スタンドオフを通過した後に基準面に衝突する。測定面は、測定プローブから測定スタンドオフだけ離れて位置決めされている。測定プローブからのガス流は、測定スタンドオフを通過した後に測定面に衝突する。質量流センサは、基準スタンドオフと測定スタンドオフとの差を検出する。
【００１３】
上記実施形態により、感度の悪い領域をほとんど有さないガスゲージ近接センサを使用することができる。
【００１４】
本発明の別の実施形態、特徴及び利点並びに本発明の様々な実施形態の構造及び動作を添付図面を参照に以下に詳細に説明する。
【００１５】
本明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成した添付図面は、本発明を示しており、詳細な説明と共に、発明の原理を説明し克当業者が発明を形勢及び使用することを可能にするために働く。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ここで本発明を添付図面を参照して説明する。図面中、同じ参照符号は、同一のエレメント若しくは機能的に類似のエレメントを示している。さらに、参照符号の左側の数字は、その参照符号が最初に現れる図面の番号を明らかにしている。
【００１７】
本発明はここに、特定の用途のための例示的な実施形態に関して説明されるが、発明はその実施形態に限定されないことが理解されるべきである。ここに提供された教示へのアクセスを有する当業者は、発明の範囲内の付加的な修正、用途及び実施形態、並びに本発明が著しく役立つ付加的な分野を認識するであろう。
【００１８】
本発明の実施形態は、比較的長い狭幅のオリフィスを供えた細長いノズルを有する測定プローブと表面との間の極めて小さな距離を正確に検出するためのシステムおよび方法、特に、極めて小さな距離を検出するために一定のガス流を使用しかつ空圧ブリッジ内の質量流量を検出する近接センサを提供する。長い狭幅のオリフィスを有する細長いノズルを使用することにより、側部制限領域が重なり合うので（図４、エレメント３５６及び３６０参照）慣用のセンサに部分的に見られるあらゆる低感度領域（図６、エレメント６０２，６０６）が実質的に排除される。
【００１９】
ガスゲージ近接センサ
図１は、本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサ１００を示している。ガスゲージ近接センサ１００は、質量流量制御装置１０６と、中央チャネル１１２と、測定チャネル１１６と、基準チャネル１１８と、測定チャネル制限器１２０と、基準チャネル制限器１２２と、測定プローブ１２８と、基準プローブ１３０と、ブリッジチャネル１３６と、質量流量センサ１３８とを有することができる。ガス供給部１０２はガスを所望の圧力でガスゲージ近接センサ１００内に噴射することができる。
【００２０】
中央チャネル１１２はガス供給部１０２を質量流量制御装置１０６に接続しており、接合部１１４（例えばガス分割又は方向付け部）において終わっている。質量流量制御装置１０６はガスゲージ近接センサ１００内に一定の流量を維持することができる。ガスは、チャネル１１２に固定されたアキュムレータ１０８によって、多孔質スナッバ１１０を通って質量流量制御装置１０６から押し出される。スナッバ１１０は、ガス供給部１０２によって導入されるガス乱流を減じることができ、その使用は選択的である。スナッバ１１０を出ると、ガスは中央チャネル１１２を通って接合部１１４へ流れる。中央チャネル１１２は接合部１１４において終わっており、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とに分岐している。１つの実施形態において、質量流量制御装置１０６はガスを十分に低い流量で噴射することができ、これにより、システム全体を通じて層状でかつ圧縮不能な流体流れを提供し、望ましくない空圧ノイズの発生を最小限にする。
【００２１】
ブリッジチャネル１３６は測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に接続されている。ブリッジチャネル１３６は接合部１２４において測定チャネル１１６に接続している。ブリッジチャネル１３６は接合部１２６において基準チャネル１１８に接続している。１つの実施形態において、接合部１１４と接合部１２４との間の距離と、接合部１１４と接合部１２６との間の距離とは等しい。種々異なる配置を用いるその他の実施形態が想定されることを認識されたい。
【００２２】
ガスゲージ近接センサ１００内の全てのチャネルにガスが流過することができる。チャネル１１２，１１６，１１８，１３６は、導管（例えば、チューブ、パイプ等）又は、当業者に明らかになるような、センサ１００を通るガス流を含みかつ案内することができるその他のあらゆるタイプの構造から形成されていることができる。ほとんどの実施形態において、チャネル１１２，１１６，１１８及び１３６は、例えば局所的乱流又は不安定な流れを生ぜしめることにより空気ノイズを発生する、急激な曲げ部、凹凸、又は不要な障害物を有するべきではない。様々な実施形態において、測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８の全体の長さは、等しくても等しくなくてもよい。
【００２３】
基準チャネル１１８は基準プローブ１３０に隣接して終わっている。同様に測定チャネル１１６は測定プローブ１２８に隣接して終わっている。基準プローブ１３０は基準面１３４の上方に位置決めされている。測定プローブ１２８は測定面１３２の上方に位置決めされている。フォトリソグラフィの場合、測定面１３２は半導体基板、又は基板を支持するステージであることができる。基準面１３４は、平坦な金属板であることができるが、この例に限定されない。
【００２４】
測定プローブ１２８と基準プローブ１３０とにはノズルが設けられている。ノズルの例はさらに以下に図３及び図４に関連して説明される。ガス供給部１０２によって噴射されたガスは、プローブ１２８及び１３０に設けられたノズルから排出され、測定面１３２及び基準面１３４に衝突する。
【００２５】
前述のように、ノズルと、対応する測定若しくは基準面との間の距離は、スタンドオフと呼ぶことができる。
【００２６】
１つの実施形態において、基準プローブ１３０は既知の基準スタンドオフ１４２を生じるように定置の基準面１３４の上方に位置決めされている。測定プローブ１２８は、未知の測定スタンドオフ１４０を生じるように測定面１３２の上方に位置決めされている。既知の基準スタンドオフ１４２は所望の一定値に設定されており、この値は最適なスタンドオフであることができる。このような配列において、測定プローブ１２８の上流の背圧は未知の測定スタンドオフ１４０の関数であり、基準プローブ１３０の上流の背圧は既知の基準スタンドオフ１４２の関数である。
【００２７】
スタンドオフ１４０及び１４２が等しいならば、構成は対称的であり、ブリッジは平衡されている。その結果、ブリッジングチャネル１３６にはガス流が生じない。これに対して、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２とが異なっていると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の結果的な圧力差が質量流量センサ１３８にガス流を生ぜしめる。
【００２８】
質量流量センサ１３８はブリッジチャネル１３６に沿って配置されており、その位置は中心点であってよい。質量流量センサ１３８は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の圧力差によって生ぜしめられたガス流を検出する。これらの圧力差は測定面１３２の垂直方向での位置決めの変化の結果として生じる。
【００２９】
対称的なブリッジが存在する実施例において、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２とは等しい。測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に圧力差がないので、質量流量センサ１３８は質量流を検出しない。これに対して、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２の値の間のあらゆる差は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とにおける異なる圧力を生ぜしめることができる。非対称的な配列のために適切なオフセットを導入することができる。
【００３０】
質量流量センサ１３８は圧力差又は圧力不均衡によって生ぜしめられたガス流を検出する。圧力差がガス流を生ぜしめ、ガス流の流量は想定スタンドオフ１４０の独特な関数である。すなわち、ガスゲージ１００内への一定の流量を仮定すると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とにおけるガス圧の差は、スタンドオフ１４０と１４２との差の関数である。基準スタンドオフ１４２が既知のスタンドオフに設定されていると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とにおけるガス圧の差は、測定スタンドオフ１４０（すなわち、測定面１３２と測定プローブ１２８との間のｚ方向での未知のスタンドオフ）の寸法の関数である。
【００３１】
質量流量センサ１３８はブリッジチャネル１３６を通るそれぞれの方向のガス流を検出する。ブリッジ構成により、チャネル１１６と１１８との間の圧力差が生じた場合にのみガス流がブリッジチャネル１３６を通って生じる。圧力不均衡が存在する場合、質量流量センサ１３８は生じたガス流を検出し、適切な制御機能を開始することができ、この制御機能は、システム１００の適切な部分に接続された選択的な制御装置１５０を使用して行うことができる。質量流量センサ１３８は、視覚的ディスプレイ又は聴覚表示によって、検出された流れの表示を提供することができ、この表示は選択的な出力装置１５２を使用することによって行うことができる。
【００３２】
択一的に、質量流量センサの代わりに、圧力差センサ（図示せず）を使用することができる。圧力差センサは２つのチャネルの間の圧力差を測定し、この圧力差は、測定スタンドオフと基準スタンドオフとの差の関数である。
【００３３】
選択的な制御装置１５０における制御機能は、正確なギャップ差を計算するためであることができる。別の実施形態において、制御機能は測定スタンドオフ１４０の寸法を増減させることであってよい。このことは、圧力差が十分にゼロに近付くまで測定面１３２を測定プローブ１２８に対して移動させることによって行うことができ、ゼロに近付くのは、測定面１３２と基準面１３４とからのスタンドオフからの差がもはや存在しない時である。
【００３４】
質量流量制御装置１０６と、スナッバ１１０と、制限器１２０及び１２２とは、ガス乱流及びその他の空気ノイズを減じるために使用されることができ、これらは、本発明がナノメートル精度を達成するために使用されることができる。これらのエレメントは、本発明の実施形態において全て、又は所望の感度に応じてあらゆる組み合わせで使用されてよい。例えば、用途が極めて正確な感度を必要とするならば、全てのエレメントが使用される。択一的に、用途がより低い感度を要求するならば、おそらくスナッバ１１０のみが必要とされ、この場合多孔質制限器１２０及び１２２はオリフィスと交換される。その結果、本発明は、特定の用途の要求を費用効率よく充足するためのフレキシブルなアプローチを提供する。
【００３５】
本発明の１つの実施形態において、多孔質制限器１２０及び１２２が使用される。多孔質制限器１２０及び１２２は、圧力が急激にではなく多くの段階を経て段階的に低下させられる必要がある場合に、サファイア制限器の代わりに使用されることができる。これは乱流を回避するために使用することができる。
【００３６】
本発明の別の実施形態によれば、システムは、その感度を著しく高めるために、２００２年１２月１９日に出願された米国特許出願連続番号１０／３２２７６８号明細書、米国特許第４９５３３８８号明細書及び第４５５０５９２号明細書に開示されたシステム内で使用されてよい。これらの明細書は全て引用したことにより全体が本明細書に記載されたものとする。
【００３７】
流れ制限器
本発明の１つの実施形態によれば、測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８は制限器１２０及び１２２を有している。各制限器１２０及び１２２は、個々の測定チャネル１１６及び基準チャネル１１８を通過するガス流を制限する。測定チャネル制限器１２０が測定チャネル１１６内に接合部１１４と接合部１２４との間に配置されている。同様に、基準チャネル制限器１２２は基準チャネル１１８内に接合部１１４と接合部１２６との間に配置されている。１つの実施例において接合部１１４から測定チャネル制限器１２０までの距離と、接合部１１４から基準チャネル制限器１２２までの距離は等しい。別の実施例では、この距離は等しくない。センサが対称的であるという固有の必要性はないが、センサが幾何学的に対称的であると、使用するのがより容易である。
【００３８】
図２は、本発明の別の特徴による、多孔質材料を有する制限器１２０の断面図を提供しており、前記多孔質材料をガス流２００が通過する。各制限器１２０及び１２２は多孔質材料（例えば、ポリエチレン、焼結ステンレス鋼等）から成ることができる。測定チャネル制限器１２０と基準チャネル制限器１２２とは実質的に同じ寸法と透過特性とを有していることができる。１つの実施例では、制限器１２０及び１２２の長さは約２ｍｍ〜約１５ｍｍであることができるが、これらの長さに限定されない。測定チャネル制限器１２０と基準チャネル制限器１２２とはチャネル１１６及び１１８の断面積に沿って均一にガス流を制限することができる。多孔質材料制限器は、乱流及び関連する空気ノイズを著しく減じることができる。これは、固体の、多孔質でない材料に穿孔された１つのオリフィスを使用する制限器によって導入される乱流及びノイズの量と比較している。
【００３９】
制限器は少なくとも２つの主要な機能を果たすことができる。第１に、制限器は、ガスゲージ近接センサ１００に存在する圧力及び乱流、最も顕著には、質量流制御装置１１０によって生ぜしめられる乱流又は音響ピックアップのソースを緩和することができる。第２に、制限器は、ブリッジ内の所要の抵抗エレメントとして働くことができる。
【００４０】
ガスゲージ近接センサの典型的な実施形態が示された。本発明はこの例に限定されない。この例は、限定ではなく例示のためにここに示されている。択一例（ここに説明されたものの均等物、拡大、変更、逸脱等を含む）は、本明細書に記載された説明に基づいて当業者に明白になるであろう。このような択一例は本発明の範囲及び精神に当てはまる。
【００４１】
ノズル
図３〜図４はそれぞれ、本発明の実施形態による、ノズル３５０の断面図及び端面図と、ノズルの特性とを示している。ガスゲージノズル３５０の基本的な構成は、測定面１３２又は基準面１３４に対して平行な平坦な端面３５１を特徴とする。ノズルの形状は、ゲージスタンドオフｈと、内径ｄとによって決定される。一般的に、Ｄが十分に大きいならば、ノズル外径Ｄに対するノズル圧力降下の依存は小さい。残りの物理的パラメータは：Ｑｍ−ガスの質量流量と、Δｐ−ノズルにおける圧力勾配とである。ガスは、密度ρと、動粘度ηとによって特徴付けられる。
【００４２】
無次元のパラメータの間で関係が求められる：
【００４３】
【数１】
ここで、半径方向速度υが、ノズル面と基板面との間の円筒状の領域への入口において取られる。レイノルズ数は、Ｒｅ＝υｄ／νと定義され、ここでνは動粘度である。
【００４４】
したがって、ノズルの動作は５つの物理的な変数：ν、Δｐ、Ｑｍ、ｄ及びｈに関して説明されることができる。Δｐとｈとの間の関係があり、残りの変数は、実用的なシステムの場合には通常は一定である。この関係は、種々異なる感度を要求する種々異なる用途のためのノズルタイプの発展を容易にする。
【００４５】
図４に最もよく示されているように、ノズル３５０は、ノズル６００と比較して、高さＨを有する区分に沿って長くなっており、幅Ｗを有する区分３５４に沿って短くなっていることができる。例えば、１つの実施形態において、Ｈ対Ｗの比は約２：１〜約２０：１、有利には約１０：１であることができる。その他の比が本発明の範囲内で考えられる。このことは、トポグラフィ測定を行うために円形ノズル形状よりも効率的な長く狭幅のオリフィス形状を生ぜしめることができる。また、検出された領域３５８及びグラフ３６０によって見られるように、側部制限領域が重なり合っているので、低感度領域６０２を実質的に排除することができる。検出された領域３５８は、複数の連続した読取りに基づく“スキャンされた”フットプリントであることができる。グラフ３６０は、ノズル２５０の直径に沿って検出された領域を示している。したがって、トポグラフィスキャンの間、より均一な感度フットプリントが生ぜしめられる。このことは、より正確なトポグラフィ測定を生じる。この測定は、前記のような他のセンサ形式と比較してより単純であることができる。スキャニング装置として使用される場合、ノズル３５０は、そのより大きな高さプロフィルにより、一回のスキャンでトポグラフィのより大きな領域をカバーすることができる。
【００４６】
例えば、３ｍｍの直径と１．１ｍｍのオリフィスとを有するノズルは、約０．９５ｍｍのフランジを有するべきである。上記の実施形態では、このノズルは、０．３７ｍｍの直径と０．２５ｍｍのオリフィスとを有するノズル３５０を形成するように伸ばされることができ、このノズルは０．２５ｍｍのフランジを有するべきである。
【００４７】
別の実施例として、同じ表面積を維持しながら、ノズル３５０の幅Ｗはノズル６００と比較して約１０％のファクタだけ減じられることができ、高さＨは約２５０％・ＰＩ（π）のファクタだけ増大されることができる。円形のノズルと比較して幅の１０％のみを備えている場合、図４における曲線と図６における曲線とを比較すると最もよく分かるように、側部制限領域（これらの側部制限領域は符号によって示されていない。なぜならば、側部制限領域はオリフィスの構成に基づきもはや識別可能ではないからである）が重なり合っているため、デッドエリアが著しく減じられる。約８００％の高さＨの増大を備える場合、スキャニング装置として使用される場合、ノズル３５０は、一回のスキャンでトポグラフィのより大きな領域をカバーすることができる。スキャンされた全てのトポグラフィは、より均一な感度のフットプリントと巻き込む。ノズルは、真空式近接検出にも適用されることができる。
【００４８】
ノズルの典型的な実施形態が示された。本発明はこの例に限定されない。例はここでは限定ではなく例示のために示されている。択一例（本明細書に記載されたものの均等物、延長、修正、逸脱等）は、本明細書に含まれた説明に基づき当業者に明白になるであろう。このような択一例は本発明の範囲及び精神に当てはまる。
【００４９】
方法
図５は、極めて小さな距離を検出しかつ制御動作を行うためにガス流を使用するための方法５００（例えばステップ５１０〜５７０）を示すフローチャートを示している。便宜上、方法５００はガスゲージ近接センサ１００に関して説明されている。しかしながら、方法５００は、必ずしもセンサ１００の構造によって限定されず、異なる構造を有するガスゲージ近接センサを用いて実施することができる。
【００５０】
ステップ５１０において、基準プローブが、（例えばオペレータ、機械的な装置、ロボットアーム又は同様のものによって）基準面の上方に位置決めされる。例えば、ロボットは、基準プローブ１３０を基準面１３４の上方に既知の基準スタンドオフ１４２が形成されるように位置決めすることができる。択一的に、基準スタンドオフは、センサアセンブリ内に、すなわちセンサアセンブリの内部に配置されることができる。基準スタンドオフは、特定の値に予め調整され、この値は通常は一定に維持される。
【００５１】
ステップ５２０において、測定プローブは測定面の上方に位置決めされる。例えば、測定プローブ１２８は、測定ギャップ１４０を形成するように測定面１３２の上方に位置決めされる。
【００５２】
ステップ５３０において、ガスがセンサ内に噴射される。例えば、測定ガスは、一定の質量流量でガスゲージ近接センサ１００内に噴射される。ステップ５４０において、センサ内への一定のガス流量が維持される。例えば、質量流制御装置１０６が、一定のガス流量を維持する。ステップ５５０において、ガス流が測定チャネルと基準チャネルとに分配される。例えば、ガスゲージ近接センサ１００において、測定ガスの流れは、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とに均等に分配される。
【００５３】
ステップ５６０において、測定チャネルと基準チャネルとにおけるガス流は、チャネルの断面積に沿って均一に制限される。測定チャネル制限器１２０と基準チャネル制限器１２２とは、空気ノイズを減じるためにガス流を制限し、ガスゲージ近接センサ１００における抵抗エレメントとして働く。
【００５４】
ステップ５７０において、ガスは、基準プローブ及び測定プローブから排出させられる。例えば、ガスゲージ近接センサ１００はガスを測定プローブ１２８及び基準プローブ１３０から排出させる。ステップ５８０において、ガス流は、基準チャネルと測定チャネルとを接続したブリッジチャネルによって監視される。ステップ５９０において、基準チャネルと測定チャネルとの圧力差に基づき制御動作が行われる。例えば、質量流センサ１３８は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の質量流量を監視する。質量流量に基づき、質量流量センサ１３８は制御動作を開始する。このような制御動作は、検出された質量流量の表示を提供し、検出された質量流量を表示するメッセージを送るか、又は質量流量が検出されなくなるまで又は質量流量の一定の基準値が検出されるまで基準面に対する測定面の位置を再配置するようにサーボ制御動作を開始する。これらの制御動作は、例として提供されており、限定ではない。
【００５５】
当業者に知られている付加的なステップ又は上記ステップへの改良も、本発明によって含まれている。
【００５６】
本発明は、図１〜図５に、ガスに関して説明されている。１つの実施形態においてガスは空気である。本発明は空気に限定されない。その他のガス又はガスの組み合わせを使用することができる。例えば、測定される表面に応じて、より少ない含水量を有するガス又は不活性ガスが使用されてよい。低含水量ガス又は不活性ガスは、空気よりも、測定されている表面と反応しにくい。
【００５７】
結論
本発明の様々な実施形態が上に説明されたが、これらの実施形態は限定ではなく例として示されたと理解されるべきである。形式及び詳細における様々な変更が、発明の精神及び範囲から逸脱することなく行われることができることが当業者に明白と成るであろう。
【００５８】
本発明は、規定の機能の性能及び機能の関係を示す方法ステップの助けにより上に説明された。これらの方法ステップの境界は、説明の便宜のためにここに任意に規定された。択一的な境界は、規定の機能及び機能の関係が適切に行われる限り規定されることができる。したがって、あらゆるこのような択一的な境界は、請求された発明の範囲及び精神内である。したがって、本発明の広さ及び範囲は、上述の典型的な実施形態のいずれによっても限定されるべきではなく、請求項及び請求項の均等物に基づいてのみ定義されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサの図である。
【図２】本発明の実施形態による、制限器の断面図を提供する図である。
【図３】本発明の実施形態による、ノズル及びその特性の断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、ノズル及びその特性の端面図である。
【図５】本発明の実施形態による、極めて小さな距離を検出しかつ制御動作を行うためにガスゲージ近接センサを使用する方法を示すフローチャートである。
【図６】円形ノズルの端面図及び特性を示している。
【符号の説明】
【００６０】
１００ ガスゲージ近接センサ、 １０２ 測定チャネル制限器、 １０６ 質量流量制御装置、 １１０ スナッバ、 １１２ 中央チャネル、 １１４ 接合部、 １１６ 測定チャネル、 １１８ 基準チャネル、 １２０ 測定チャネル制限器、 １２２ 基準チャネル制限器、 １２４，１２６ 接合部、 １２８ 測定プローブ、 １３０ 基準プローブ、 １３２ 測定面、 １３４ 基準面、 １３６ ブリッジチャネル、 １３８ 質量流量センサ、 １４０ 測定スタンドオフ、 １４２ 基準スタンドオフ、 １５０ 制御装置、 １５２ 出力装置、 ３５０ ノズル、 ３５４ 区分、 ３５８ 検出された領域、 ３６０ グラフ、 ６００ ノズル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
システムにおいて、
ガス流を基準チャネル及び測定チャネル内に送入するための手段と、
基準チャネルと測定チャネルとを通るガス流を均一に制限するための手段と、
基準チャネルと測定チャネルとの端部に隣接して配置されておりかつ細長いノズルオリフィスを有するプローブと、
基準チャネルと測定チャネルとの間のガス流の質量を検出するための手段とが設けられていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
基準プローブから基準スタンドオフだけ離れて位置決めされた基準面が設けられており、基準プローブからのガス流が、基準スタンドオフを通過した後に基準面に衝突するようになっており、
測定プローブから測定スタンドオフだけ離れて位置決めされた測定面が設けられており、測定プローブからのガス流が、測定スタンドオフを通過した後に測定面に衝突するようになっており、
検出するための手段が、基準スタンドオフと測定スタンドオフとの差を検出するようになっている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記送入するための手段の前に位置決めされた、ガス流の質量流量を制御するための手段が設けられている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記制御するための手段の後に位置決めされた、ガス乱流を減じるための手段が設けられている、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
ノズルオリフィスが、幅Ｗよりも大きな高さＨを有している、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約２：１〜約２０：１である、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約１０：１である、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
作動中にガス供給が提供されるガスゲージ近接センサにおいて、
供給されたガスを基準チャネルと測定チャネルとに分割する分割部が設けられており、
基準チャネルと測定チャネルとに配置された流れ制限器が設けられており、
基準チャネルと測定チャネルとの端部に隣接してそれぞれ接続されたプローブが設けられており、基準チャネルと測定チャネルとのガス流の質量を検出する、基準チャネルと測定チャネルとの間に接続された質量流センサが設けられていることを特徴とする、ガスゲージ近接センサ。
【請求項９】
基準プローブから基準スタンドオフだけ離れて位置決めされた基準面が設けられており、基準プローブからのガス流が、基準スタンドオフを通過した後に基準面に衝突するようになっており、
測定プローブから測定スタンドオフだけ離れて位置決めされた測定面が設けられており、測定プローブからのガス流が、測定スタンドオフを通過した後に測定面に衝突するようになっており、
質量流センサが、基準スタンドオフと測定スタンドオフとの差を検出するようになっている、請求項８記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１０】
前記分割部の前に位置決めされた質量流量制御装置が設けられている、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
ガス乱流を減じるために質量流制御装置の後に配置されたスナッバが設けられている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
ノズルオリフィスが、幅Ｗよりも大きな高さＨを有している、請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約２：１〜２０：１である、請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約１０：１である、請求項８記載のシステム。
【請求項１５】
近接検出するための方法において、
ガス流を基準チャネル及び測定チャネルに向け、
基準チャネル及び測定チャネルを通るガス流を制限し、
プローブにおける細長いオリフィスを有するノズルを、基準チャネル及び測定チャネルの端部に隣接してかつ基準面及び測定面に近接して位置決めし、
基準チャネルと測定チャネルとの間のガス流の質量を検出し、これにより、測定チャネル及び基準チャネルスタンドオフを測定することを決定することを特徴とする、近接検出するための方法。
【請求項１６】
ガス流を制限するステップが、ガス流を均一に制限することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
幅の約２〜約２０倍の高さを備えた細長いオリフィスを形成する、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
幅の約１０倍の高さを備えた細長いオリフィスを形成する、請求項１５記載の方法。
【請求項１】
システムにおいて、
ガス流を基準チャネル及び測定チャネル内に送入するための手段と、
基準チャネルと測定チャネルとを通るガス流を均一に制限するための手段と、
基準チャネルと測定チャネルとの端部に隣接して配置されておりかつ細長いノズルオリフィスを有するプローブと、
基準チャネルと測定チャネルとの間のガス流の質量を検出するための手段とが設けられていることを特徴とする、システム。
【請求項２】
基準プローブから基準スタンドオフだけ離れて位置決めされた基準面が設けられており、基準プローブからのガス流が、基準スタンドオフを通過した後に基準面に衝突するようになっており、
測定プローブから測定スタンドオフだけ離れて位置決めされた測定面が設けられており、測定プローブからのガス流が、測定スタンドオフを通過した後に測定面に衝突するようになっており、
検出するための手段が、基準スタンドオフと測定スタンドオフとの差を検出するようになっている、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記送入するための手段の前に位置決めされた、ガス流の質量流量を制御するための手段が設けられている、請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記制御するための手段の後に位置決めされた、ガス乱流を減じるための手段が設けられている、請求項３記載のシステム。
【請求項５】
ノズルオリフィスが、幅Ｗよりも大きな高さＨを有している、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約２：１〜約２０：１である、請求項１記載のシステム。
【請求項７】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約１０：１である、請求項１記載のシステム。
【請求項８】
作動中にガス供給が提供されるガスゲージ近接センサにおいて、
供給されたガスを基準チャネルと測定チャネルとに分割する分割部が設けられており、
基準チャネルと測定チャネルとに配置された流れ制限器が設けられており、
基準チャネルと測定チャネルとの端部に隣接してそれぞれ接続されたプローブが設けられており、基準チャネルと測定チャネルとのガス流の質量を検出する、基準チャネルと測定チャネルとの間に接続された質量流センサが設けられていることを特徴とする、ガスゲージ近接センサ。
【請求項９】
基準プローブから基準スタンドオフだけ離れて位置決めされた基準面が設けられており、基準プローブからのガス流が、基準スタンドオフを通過した後に基準面に衝突するようになっており、
測定プローブから測定スタンドオフだけ離れて位置決めされた測定面が設けられており、測定プローブからのガス流が、測定スタンドオフを通過した後に測定面に衝突するようになっており、
質量流センサが、基準スタンドオフと測定スタンドオフとの差を検出するようになっている、請求項８記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１０】
前記分割部の前に位置決めされた質量流量制御装置が設けられている、請求項８記載のシステム。
【請求項１１】
ガス乱流を減じるために質量流制御装置の後に配置されたスナッバが設けられている、請求項１０記載のシステム。
【請求項１２】
ノズルオリフィスが、幅Ｗよりも大きな高さＨを有している、請求項８記載のシステム。
【請求項１３】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約２：１〜２０：１である、請求項８記載のシステム。
【請求項１４】
ノズルオリフィスが、高さＨ及び幅Ｗを有しており、
Ｈ対Ｗの比が、約１０：１である、請求項８記載のシステム。
【請求項１５】
近接検出するための方法において、
ガス流を基準チャネル及び測定チャネルに向け、
基準チャネル及び測定チャネルを通るガス流を制限し、
プローブにおける細長いオリフィスを有するノズルを、基準チャネル及び測定チャネルの端部に隣接してかつ基準面及び測定面に近接して位置決めし、
基準チャネルと測定チャネルとの間のガス流の質量を検出し、これにより、測定チャネル及び基準チャネルスタンドオフを測定することを決定することを特徴とする、近接検出するための方法。
【請求項１６】
ガス流を制限するステップが、ガス流を均一に制限することを含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
幅の約２〜約２０倍の高さを備えた細長いオリフィスを形成する、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
幅の約１０倍の高さを備えた細長いオリフィスを形成する、請求項１５記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【図２】
【図３】
【図５】
【図４】
【図６】
【公表番号】特表２００６−５１４７４４（Ｐ２００６−５１４７４４Ａ）
【公表日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５１８２３６（Ｐ２００５−５１８２３６）
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２７４４７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２２０８２
【国際公開日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（５０３１９５２６３）エーエスエムエル ホールディング ナームローゼ フェンノートシャップ (232)
【氏名又は名称原語表記】ＡＳＭＬ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】６５０１ Ｄｅ Ｒｕｎ， ＮＬ−５５０４ ＤＲ Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ， Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月２５日（２００４．８．２５）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００４／０２７４４７
【国際公開番号】ＷＯ２００５／０２２０８２
【国際公開日】平成１７年３月１０日（２００５．３．１０）
【出願人】（５０３１９５２６３）エーエスエムエル ホールディング ナームローゼ フェンノートシャップ (232)
【氏名又は名称原語表記】ＡＳＭＬ Ｈｏｌｄｉｎｇ Ｎ．Ｖ．
【住所又は居所原語表記】６５０１ Ｄｅ Ｒｕｎ， ＮＬ−５５０４ ＤＲ Ｖｅｌｄｈｏｖｅｎ， Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ
【Ｆターム（参考）】
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