JP4695061B2 - 圧力センサ - Google Patents

Description

[0001] 本発明は、少なくとも１つの測定開口部を有し、かつ前記少なくとも１つの測定開口部の圧力を示す測定を行うように配された少なくとも１つのディテクタを備えているセンサチャネルシステム、を備える圧力センサに関する。

[0002] 多くの自動製造プロセスでは、製造ツールと、製品または加工中の材料表面との間の距離を感知する必要がある。半導体リソグラフィなどの状況では、ナノメートルに近い精度で当該距離を測定しなければならない場合がある。

[0003] このような精度の近接センサ(proximity sensor)の作成に関連する課題は、特にフォトリソグラフィシステムの関連において、重要である。フォトリソグラフィシステムの関連において、非侵入性(non-intrusive)であること、かつ非常に短い距離を正確に検出でき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、またワーク表面（一般的には半導体ウェーハ）に接触したりはできない。いずれかの状況が生じると、半導体の品質を著しく劣化するかもしくは損なう可能性がある。

[0004] 非常に短い距離を測定するためには、様々なタイプの近接センサが利用可能である。近接センサの例としては、キャパシタンスゲージと光学ゲージがある。これらの近接センサは、フォトリソグラフィシステムで使われた場合、ウェーハ上に堆積した材料の物理的性質がこれらのデバイスの精度に影響を与え得るという、重大な欠点がある。例えば、電荷の集中に依存するキャパシタンスゲージは、１種類の材料（例えば金属）が集中している場所において誤った近接読取をもたらし得る。ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）やリン化インジウム（ＩｎＰ）などの非導電性かつ／または感光性材料からなるエキゾチックウェーハ(exotic wafer)が使用される場合に、別の種類の問題が生じる。これらの場合、キャパシタンスや光学ゲージは誤った結果もたらし得る。

[0005] Andrew Baradaに１９９０年９月４日に発行されたAir Gauge Sensorという名称の米国特許第4,953,388号（「'388特許」）と、Michel Deschapeに１９８５年１１月５日に発行されたPneumatic Gauging Circuitという名称の米国特許第4,550,592号（「'592特許」）は、エアゲージセンサ(air gauge sensor)を使用する近接センシングの別のアプローチを開示している。米国特許第4,953,388号および第4,550,592号は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている。これらのセンサは、基準ノズルと測定ノズルを用いて、基準面と測定面に空気フローを放出し、センサ内の背圧差を測定することによって、測定ノズルと測定面との間の距離を測定する。

[0006] さらに、空気ゲージング(pneumatic gauging)の原理は、Burrows, V.R., The Principles and Applications of Pneumatic Gauging, FWP Journal, Oct. 1976, pp. 31-42（これは参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている）で論じられている。エアゲージセンサは、電荷の集中、またはウェーハ表面の電気的、光学的またはその他の物理的性質の影響を受けやすくはない。しかしながら、現在の半導体製造では、ナノメートルレベルの高精度で近接を測定する必要がある。しかし、初期のバージョンのエアゲージセンサは、現代のリソグラフィの精度要件を満たさない場合が多い。

[0007] エアゲージ近接センサ(air gauge proximity sensor)は、表面の近くのノズルの背圧の変化は表面までの距離の変化に比例して設定することができるという原理に基づいて作動する。このプロセスは、デバイスに加圧空気を供給し、その後、当該空気をノズルから測定対象の表面に対して吹きつけることを含む。

[0008] マイクロリソグラフィで使われるレジストは、大気環境に対して敏感である。多くの場合、レジストを適正な化学状態に維持するために、空気を特別に調節する必要がある。さらに、ステージを制御するために使われるセンシングシステム（多くの場合は干渉計）は、当該センシングシステムがその中で作動するところの空気の容量および温度に対して非常に敏感でもあり得る。複合空調用品が、マイクロリソグラフィ機器内部の上記のニーズを満たすために開発されている。様々な波長は様々な化学基準も必要とし、当該化学基準は、センサのインフラストラクチャーの改変を必要とする場合もあり得る。

[0009] ガスゲージ近接センサ(gas gauge proximity sensor)の内部で使用されるガスは、化学システムまたはセンシングシステムと干渉しないように、慎重に調節しなければならない。ガスの化学的性質および熱的性質を維持することは困難であり得る。同様の配慮と操作上の課題が、液浸リソグラフィシステム内で使用される近接センサに影響を与える。

[0010] ガスゲージまたは液体フロー近接センサ(liquid flow proximity sensor)の内部で使用されるガスまたは液体の化学的性質および熱的性質の維持に関連する課題を減少させるためのシステムと方法が必要である。

[0011] 本発明は、請求項１に記載の圧力センサを提供する。既存の近接センサとは異なり、請求項１に記載の圧力センサは、測定すべき環境に流体を導入せず、１つ以上の測定開口部を介して前記環境から流体を抽出する。環境の中に流体は一切導入されないので、複雑な制御手段は不要である。請求項１に記載の圧力センサは、前記少なくとも１つの測定開口部の圧力を示す測定を行うように配されたディテクタを備える。測定開口部を越えかつ圧力センサの環境の中の圧力の変動は、ディテクタによって感知される下流での圧力変動をもたらす。

[0012] 本発明の多様な実施形態の構造および実施のみならず、本発明の他の実施形態、特徴および効果については、添付の図面を参照に、以下に詳細を記載する。

[0013] 本発明は、添付の図面を参照に説明される。図面中、同様の符号は同一または機能的に同様のエレメントを示す。

[0017] 本発明は、ここにおいて特定の適用のための実例となる実施形態に関して記載されているが、当然のことながら、本発明はこれら実施形態に限定されるものではない。ここで供与している教示にアクセスする当業者は、その範囲内における追加の変更、適用および実施形態、ならびに本発明が非常に役に立つであろう追加の分野を認めるであろう。

[0018] Gajdeczko等によって２００２年１２月１９日に出願されたHigh Resolution Gas Gauge Proximity Sensorという名称の同時係属、共同所有(co-pending, commonly owned)の米国特許出願番号第10/322,768号（「'768特許出願」）は、初期のエアゲージ近接センサの精度制限のいつかを克服する高精度ガスゲージ近接センサについて記載している。ガスフローの乱流を減らし、これによって精度を高めるために、多孔性スナバを導入することによって、精度制限を克服している。’768特許出願（参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている）は、高精度を提供するガスゲージ近接センサについて記載している。

[0019] 同様に、Violette, Kevinによって２００３年１０月１４日に出願されたLiquid Flow Proximity Sensor for Use in Immersion Lithographyという名称の同時係属、共同所有の米国特許出願番号第10/683,271号（「'271特許出願」）は、液浸リソグラフィアプリケーションにおいて高精度を提供する高精度液浸リソグラフィ近接センサについて記載している。'271特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている。

[0020] Joseph Lyonsによって２００３年８月２５日に出願されたHigh Resolution Gas Gauge Proximity Sensorという名称の、同時係属、共同所有の米国特許出願番号第10/646,720号（'720特許出願）は、さらに精度を高め、かつ測定操作の間に測定面上の不感受性領域をなくすために、特殊ノズルが使用されている近接センサについて記載している。'720特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている。

[0021] 近接センサにおける不正確さの原因は、外部の妨害である。特に液浸リソグラフィに関しては、液体フロー近接センサが安定した流体のフローを用いる場合、このことが汚染と熱調節をもたらし得る。さらに、液浸リソグラフィに用いられる近接センサは、低周波外部音響干渉とセンサオフセットエラーに対して敏感であり得る。Galburt等によって２００４年７月２０日に出願されたFluid Gauge Proximity Sensor and Method of Operating Same Using a Modulated Fluid Flow という名称の同時係属、共同所有の米国特許出願番号第10/894,028号（「'028特許出願」）は、上述の操作上の課題に取り組むために特定の周波数で変調できる変調済み一方向流体フローまたは交互流体フローのソースを含む流体フロー近接センサについて記載している。'028特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている。

[0022] 外部音響干渉も、ガスゲージ近接センサに影響を与え得る。Ebert等によって出願されたGas Gauge Proximity Sensor with a Modulated Gas Flowという名称の同時係属、共同所有の米国特許出願番号第10/854,429号（「'429特許出願」）は、最小音響干渉エネルギーがその中にある変調周波数でガス流を変調するガスゲージ近接センサについて記載している。'429特許出願は、参照することによりその全体が本明細書に組み込まれている。

[0023] '768、'271、'720、'028、および'429特許出願に開示されたセンサは高精度を提供するが、この精度は、測定ノズルおよび基準ノズルの近くの局所的環境条件の変化によって影響を受け得る。ある状況では、これらのノズルは互いに非常に近くにある場合が多いとしても、環境条件のマイナーな差異がセンサの精度に影響を与え得る。Carter等によって出願されたHigh Resolution Gas Gauge Proximity Sensorという名称の同時係属、共同所有の米国特許出願番号第10/833,249号（「'249特許出願」）は、測定ノズルおよび基準ノズルの全体にわたる環境差異を減らすチャンバを含むガスゲージ近接センサについて記載している。'249特許出願は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれている。

[0024] 同様の問題が、近接センサの測定チャネルから放出されたガスまたは液体の流れと交差するガスまたは液体のクロスフロー(cross flow)に関するものである。特に、例えばパージガスは、約毎秒数メートルの速度で局所的なクロスウィンド(cross wind))をもたらすことができる。クロスウィンドまたはクロスフローは、ゲージの不安定性とドリフトを生じ、近接センサ内の修正不能なエラーをもたらす。Herman Vogelによって２００４年１２月７日に出願されたProximity Sensor Nozzle Shroud with Flow Curtaiという名称の同時係属、共同所有の米国特許出願番号第11/005,246号（「'246特許出願」）は、クロスウィンドへの影響を減らすためにノズルの周囲にシュラウドを含む近接センサについて記載している。'246特許出願は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれている。

[0025] 近接センサは非侵入性(non-intrusive)でなければならない。近接センサとワーク表面との接触は、当該ワーク表面を形成する半導体の品質を著しく劣化しまたは損ない得る。しかし、最高レベルの精度を確保するためには、測定ノズルをワーク表面の非常に近くに置かなければならない場合が多い。ある状況では、より高いレベルの精度が求められると、ウェーハステージまたはその他のワークプラットフォームの動きについては、近接センサをワーク表面に向かって動かしたり、ワーク表面から離れるように動かしたりすることが望ましい。このことが、近接センサヘッドがワーク基板に向かって上下に動かされた場合の、近接センサヘッドの機械的安定度に関係する別の不正確さの原因となる。センサヘッドを延ばした場合、センサヘッドはドリフトする可能性があり、これによって近接センサの精度が低下する。Peter Kocherspergerによって２００４年１２月２０日に出願されたProximity Sensor with Self Compensation for Mechanism Instabilityという名称の同時係属、共同所有の米国特許出願番号第11/015,652号（「'652特許出願」）は、近接センサの精度に対する近接センサヘッドのドリフトの影響を減らすための自己補正機構を含む伸縮自在な近接センサを開示している。'652号出願は、参照することによってその全体が本明細書に組み込まれている。

[0026] 上記のとおり、ガスゲージ近接センサ内で使用されるガスは、化学システムまたはセンシングシステムと干渉しないように慎重に調節されなければならない。ガスの化学的性質および熱的性質を維持することは、難しい可能性がある。同様の配慮と操作上の課題が、液浸リソグラフィシステム内で使用される近接センサに影響を与える。このことが、近接センサ内のガスまたは液体の化学的性質および熱的性質の維持に関係する不正確さの別の原因となる。本発明は、この操作上の課題に対処するものである。

[0027] 公知のガスゲージ近接センサとの差異を示すため、図１は公知のガスゲージ近接センサ１００の図を示している。ガスゲージ近接センサ１００は、本発明を使用することによって改良できるとともに、本発明の範囲を制限することを意図したものではない、一つのタイプの近接センサである。ガスゲージ近接センサ１００は、マスフローコントローラ１０６、中央チャネル１１２、測定チャネル１１６、基準チャネル１１８、測定チャネルリストリクタ１２０、基準チャネルリストリクタ１２２、測定プローブ１２８、基準プローブ１３０、ブリッジチャネル１３６、マスフローセンサ１３８を含んでいる。ガス供給部１０２は、ガスゲージ近接センサ１００に所望の圧力のガスを注入する。

[0028] 中央チャネル１１２は、ガス供給部１０２をマスフローコントローラ１０６に接続して、接合点１１４で終端する。マスフローコントローラ１０６は、ガスゲージ近接センサ１００内の一定した流量を維持する。ガスは、チャネル１１２に取り付けられたアキュムレータ１０８を用いて、マスフローコントローラ１０６から多孔性スナバ１１０を介して押し出される。スナバ１１０は、ガス供給部１０２から導入されたガス乱流を減らすものであり、その使用は任意である。スナバ１１０についてのより完全な説明は、‘249特許出願に記載されてある。ガスはスナバ１１０から出ると、中央チャネル１１２から接合点１１４へと移動する。中央チャネル１１２は接合点１１４で終端し、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８とに分岐する。マスフローコントローラ１０６は、望ましくない空気圧ノイズを最小限に抑えるために、システム全体にわたって層状で非圧縮性の流体フローを提供するように、十分に低速度でガスを注入する。同様に、マスフローコントローラ１０６によって設定された層流特徴を維持するために、システムジオメトリは適切なサイズにすることができる。

[0029] 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との間に連結される。ブリッジチャネル１３６は接合点１２４で測定チャネル１１６に接続する。ブリッジチャネル１３６は、接合点１２６で基準チャネル１１８に接続する。一例では、接合点１１４と接合点１２４の間の距離と、接合点１１４と接合点１２６の間の距離は等しい。

[0030] ガスゲージ近接センサ１００のすべてのチャネルが、これらチャネルを通してガスが流れることを可能にしている。チャネル１１２、１１６、１１８、１３６は、導管（チューブ、パイプなど）、またはガスフローを含みかつセンサ１００を通してガスフローを誘導できる他のタイプの構造体から構成することができる。チャネルは、例えば局所的乱流または流れの不安定さをもたらすことによって空気圧ノイズを生じ得る鋭角な曲げ、凹凸または不要な障害物を有しないことが好ましい。測定チャネル１１６の全長と基準チャネル１１８の全長を等しくすることができ、またはその他の例では等しくしないこともできる。

[0031] 基準チャネル１１８は基準ノズル１３０の中で終端する。同様に、測定チャネル１１６は測定ノズル１２８の中で終端する。基準ノズル１３０は、基準面１３４の上方に位置付けられる。測定ノズル１２８は、測定面１３２の上方に位置付けられる。フォトリソグラフィにおいては、測定面１３２は、半導体ウェーハ、ウェーハを支持するステージ、フラットパネルディスプレイ、プリントヘッド、マイクロデバイスまたはナノ流体デバイス(nanofluidic device)などである場合が多い。基準面１３４は金属平板であり得るが、この例に限定されない。ガス供給部１０２によって注入されたガスは、ノズル１２８、１３０のそれぞれから放出され、測定面１３２および基準面１３４に衝突する。上述のとおり、ノズルと対応する測定面または基準面との距離は、「スタンドオフ(standoff)」という。

[0032] 測定チャネルリストリクタ１２０および基準チャネルリストリクタ１２２は、チャネル内の乱流を減らす役割を果たし、かつ抵抗エレメントとして作用する。他の実施形態では、オリフィスなどの他のタイプの抵抗エレメントを用いることができる。しかしながら、オリフィスは乱流を減らすことはない。

[0033] 一実施形態では、基準ノズル１３０は、既知の基準スタンドオフ１４２だけ離れて固定基準面１３４の上方に位置付けられる。測定ノズル１２８は、未知の測定スタンドオフ１４０だけ離れて測定面１３２の上方に位置付けられる。既知の基準スタンドオフ１４２は、最適なスタンドオフを表す所望の一定値に設定される。このような配置において、測定ノズル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、基準ノズル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。これらのスタンドオフ１４０および１４２が等しい場合、構造は対称であり、ブリッジは均衡が取れている。その結果、ブリッジチャネル１３６を通るガスフローは一切ない。一方、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２が異なる場合、その結果としての測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の差圧は、マスフローセンサ１３８を介してガスフローを誘導する。

[0034] マスフローセンサ１３８は、ブリッジチャネル１３６に沿って、好ましくはその中心位置に配される。マスフローセンサ１３６は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の差圧によって誘導されるガスフローを感知する。これらの差圧は、測定面１３２の縦方向の位置決めの変化の結果として生じる。対称ブリッジについて、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２が等しい場合には、両表面１３２、１３４に比べてノズル１２８，１３０の両方についてスタンドオフは同一である。マスフローセンサ１３８はマスフローをまったく検出しないことなる。なぜならば、測定チャネルと基準チャネルとの間に差圧がないからである。測定スタンドオフ１４０と 基準スタンドオフ１４２との差は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の差圧をもたらす。非対称的配置については、適切なオフセットを導入できる。

[0035] マスフローセンサ１３８は、差圧または不均衡によって誘導されたガスフローを感知する。差圧はガスフローをもたらし、ガスフローの流量は、測定スタンドオフ１４０の固有の関数である。言い換えると、ガスゲージ１００に一定の流量が流入すると仮定すると、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８のガス圧の差は、両スタンドオフ１４０および１４２の大きさの差の関数である。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場合、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８のガス圧の差は、測定スタンドオフ１４０（すなわち、測定面１３２と測定ノズル１２８との間の未知のスタンドオフ）のサイズの関数である。

[0036] マスフローセンサ１３８は、ブリッジチャネル１３６を通る両方向のガスフローを検出する。ブリッジの構成により、両チャネル１１６、１１８間で差圧が生じた時のみ、ブリッジチャネル１３６を通してガスフローが生じる。圧力の不均衡がある場合、マスフローセンサ１３８は、結果として生じるガスフローを検出し、かつ適切な制御機能を開始することができる。マスフローセンサ１３８は、視覚表示または音声表示によって、感知したフローを示すことができる。あるいは、マスフローセンサの代わりに、差圧センサを使用してもよい。差圧センサは、２つのチャネル間の圧力の差を測定し、この圧力の差は、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。

[0037] 近接センサ１００は、本発明の恩恵を受け得るノズルを有するデバイスの一例として示されている。本発明は、近接センサ１００のみでの使用に限定されるものとして意図されてはいない。むしろ本発明は、例えば'388特許および'592特許、ならびに'768、'271、'720、'028、'429、'249、'286、'652特許出願などの他のタイプの近接センサで使用することができる。

[0038] 図２は、本発明の一実施形態にかかる近接センサ（ガスゲージ近接センサともいう）２００として使用される圧力センサの図である。既存の近接センサとは異なり、ガスゲージ近接センサ２００は、バキュームを使って近接センサを通る従来のガスフローを反転させ、ガスが測定スタンドオフと基準スタンドオフをわたって測定ノズルと基準ノズルを介してその中に流れ込むようにする。さらに、近接センサ２００は、リソグラフィ装置を含むがこれに限定されない様々なデバイスで使うことができる。例えば、近接センサ２００は、リソグラフィ投影装置のレベリングシステムで使用することができる。このようなレベリングシステムは、作業面または基板を、リソグラフィ投影装置の投影レンズの焦点面へと持っていく。これを実施する際に、近接センサ２００は、レベリングシステムの高さを調節するために、センサに対する作業面の近接を感知するために使用することができる。

[0039] ガスゲージ近接センサ２００は、バキューム２０２、フロー制御デバイス２０４、中央チャネル２１２、測定チャネル２１６、基準チャネル２１８、測定プローブ２２８、基準プローブ２３０、ブリッジチャネル２３６、およびマスフローセンサ２３８を含む。バキューム２０２は、ガスゲージ近接センサ２００を介して所望の圧力のガスを排気する。一実施形態では、バキューム２０２は約１０ポンド／平方インチ(pound per square inch (psi))の圧力を維持する。望ましい圧力は、関連分野の当業者がここでの教示に基づいてわかるであろう、必要とされる精度と、材料の種類と、動作状態の関数となる。当業者は、バキューム２０２とフロー制御デバイス２０４が、センサチャネルシステムの中へ流れる流体フローを生じるように配されたフロー手段を形成することを理解するであろう。

[0040] システムの中にガスを注入するためにガス供給部１０２を使用する代わりに、ガスを排気するためにバキューム２０２を使用することによって、より良好な制御が提供され、測定プローブ２２８と基準プローブ２３０の近くの作業領域を取り囲む調整済み周囲ガスへとガス源を誘導しない。従って、一定の周囲ガス状態を確保することによって、近接センサの精度を高めることができる。チャネル２１６および２１８は、以下に詳細に説明するリストリクタ２２０および２２２をそれぞれ含む。

[0041] 中央チャネル２１２は、バキューム２０２をフロー制御デバイス２０４に接続し、接合点２１４で終端する。フロー制御デバイス２０４は、ガスゲージ近接センサ２００内の一定流量を維持する。ガスは、中央チャネル２１２からフロー制御デバイス２０４によって受け取られる。中央チャネル２１２は接合点２１４で終端し、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８とに分岐する。バキューム２０２は、望ましくない空気圧ノイズを最小限に抑えるために、システム全体にわたって層状で非圧縮性の流体フローを提供するように、十分に低速度でガスを排気する。同様に、フロー制御デバイス２０４によって設定された層流特徴を維持するために、システム構造は適切なサイズにすることができる。

[0042] ブリッジチャネル２３６は、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８との間に連結される。ブリッジチャネル２３６は接合点２２４で測定チャネル２１６に接続する。ブリッジチャネル２３６は、接合点２２６で基準チャネル２１８に接続する。一例では、接合点２１４と接合点２２４の間の距離と、接合点２１４と接合点２２６の間の距離は等しい。

[0043] ガスゲージ近接センサ２００のすべてのチャネルが、これらチャネルを通してガスが流れることを可能にしている。チャネル２１２、２１６、２１８、２３６は、導管（チューブ、パイプなど）または、ガスフローを含みかつセンサ２００を通してガスフローを誘導できる他のタイプの構造体から構成することができる。チャネルは、例えば局所的乱流または流れの不安定さをもたらすことによって空気圧ノイズを生じ得る鋭角な曲げ、凹凸（または不要な障害物を有しないことが好ましい。測定チャネル２１６の全長と基準チャネル２１８の全長を等しくすることができ、またはその他の例では等しくしないこともできる。

[0044] 基準チャネル２１８は、基準開口部２３１を有する基準プローブ２３０の中で終端する。同様に、測定チャネル２１６は、測定開口部２２９を有する測定プローブ２２８の中で終端する。基準プローブ２３０は、基準面２３４が基準開口部に面するように位置付けられる。測定プローブ２２８は、測定面２３２が測定開口部に面するように位置付けられる。フォトリソグラフィにおいては、測定面２３２は、半導体ウェーハ、ウェーハを支持するステージ、フラットパネルディスプレイ、プリントヘッド、マイクロデバイスまたはナノ流体デバイスなどである場合が多い。基準面２３４は金属平板であり得るが、この例に限定されない。近接センサ２００を通して排気されるガスは、プローブ２２８、２３０のそれぞれを通してその中に引き込まれる。上述のとおり、ノズルと対応する測定面または基準面との距離は、「スタンドオフ（standoff）」という。

[0045] 測定チャネルリストリクタ２２０および基準チャネルリストリクタ２２２は、チャネル内の乱流を減らす役割を果たし、かつ抵抗エレメント（として作用する。測定チャネルリストリクタ２２０および基準チャネルリストリクタ２２２は、’７６８号特許出願で記載されているように多孔性リストリクタであることが可能である。他の実施形態では、オリフィスなどの他のタイプの抵抗エレメントを用いることができる。しかしながら、オリフィスは乱流を減らすことはない。

[0046] 一実施形態では、基準ノズル２３０は、既知の基準スタンドオフ２４２だけ離れて固定基準面２３４の上方に位置付けられる。測定プローブ２２８は、未知の測定スタンドオフ２４０だけ離れて測定面２３２の上方に位置付けられる。既知の基準スタンドオフ２４２は、最適なスタンドオフを表す所望の一定値に設定される。このような配置において、測定ノズル２２８の上流の背圧は、未知の測定スタンドオフ２４０の関数であり、基準ノズル２３０の上流の背圧は、既知の基準スタンドオフ２４２の関数である。 これらのスタンドオフ２４０および２４２が等しい場合、構造は対称であり、ブリッジは均衡が取れている。その結果、ブリッジチャネル２３６を通るガスフローは一切ない。一方、測定スタンドオフ２４０と基準スタンドオフ２４２が異なる場合、その結果としての測定チャネル２１６と基準チャネル２１８との間の差圧は、マスフローセンサ２３８を介してガスフローを誘導する。

[0047] マスフローセンサ２３８は、ブリッジチャネル２３６に沿って、好ましくはその中心位置に配される。マスフローセンサ２３６は、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８との間の差圧によって誘導されるガスフローを感知する。これらの差圧は、測定面２３２の縦方向の位置決めの変化の結果として生じる。対称ブリッジについて、測定スタンドオフ２４０と基準スタンドオフ２４２が等しい場合には、両表面２３２、２３４に比べてノズル２２８，２３０の両方についてスタンドオフは同一である。マスフローセンサ２３８はマスフローをまったく検出しないことなる。なぜならば、測定チャネルと基準チャネルとの間に差圧がないからである。測定スタンドオフ２４０と 基準スタンドオフ２４２との差は、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８との間に差圧をもたらす。非対称的配置については、適切なオフセットを導入できる。

[0048] マスフローセンサ２３８は、差圧または不均衡によって誘導されたガスフローを感知する。差圧はガスフローをもたらし、ガスフローの流量は、測定スタンドオフ２４０の固有の関数である。言い換えると、ガスゲージ２００に一定の流量が流入すると仮定すると、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８のガス圧の差は、両スタンドオフ２４０および２４２の大きさの差の関数である。基準スタンドオフ２４２が既知のスタンドオフに設定されている場合、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８のガス圧の差は、測定スタンドオフ２４０（すなわち、測定面２３２と測定プローブ２２８との間の未知のスタンドオフ）のサイズの関数である。

[0049] マスフローセンサ２３８は、ブリッジチャネル２３６を通る両方向のガスフローを検出する。ブリッジの構成により、両チャネル２１６、２１８間で差圧が生じた時のみ、ブリッジチャネル２３６を通してガスフローが生じる。圧力の不均衡がある場合、マスフローセンサ２３８は、結果として生じるガスフローを検出し、かつ適切な制御機能を開始することができる。マスフローセンサ２３８は、視覚表示、音声表示、コンピュータ制御システムまたはその他の信号手段によって、感知したフローを示すことができる。あるいは、マスフローセンサの代わりに、差圧センサを使用してもよい。差圧センサは、２つのチャネル間の圧力の差を測定し、この圧力の差は、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。

[0050] 近接センサ２００は、一実施形態例として示されている。本発明は、近接センサ２００のみでの使用に限定することを意図したものではない。むしろ例えば、本発明は、'２７１号出願で記載されているような液体フロー近接センサに適用することができる。その場合、近接センサ内では液体が使用されるということ、およびバキューム２０２が、上記でガスについて説明したように近接センサ２００を通して液体を引き込むポンプなどのリバースフローデバイス(reverse flow device)に取って代わられること以外は、ポンプ駆動液体フロー近接センサは図２を参照して説明したものと同様となるであろう。また本発明は、マスフローセンサ２３８に制限されず、例えば、差圧で撓む膜を備え、かつその屈曲が測定される圧力センサなどの圧力センサ、熱線電流計などでも、同様に機能するであろう。本発明は、ポンプに制限されるものとして意図されていない。測定開口部を介してセンサチャネルシステムの中へと流入する流体フローを生じるフロー手段が意図されているということを、当業者は理解するだろう。また、２つ以上の測定開口部、２つ以上の基準開口部などがあり得ることを、当業者は理解するであろう。ブリッジは、１つの測定ブランチを１つ以上の基準ブランチに接続できるが、１つの基準ブランチを１つ以上の測定ブランチに接続することもできる。さらに、圧力センサは、局所的にウェーハなどの基板の厚さのリソグラフィ投影装置などのリソグラフィ装置に含むことができる。これは、基板の第１面を基板テーブル上に置くことによって行われ、基板テーブルの位置は連続的にモニターされ、その結果、測定開口部に対する位置がわかる。基板テーブルは、基板の第２面が測定開口部に向くように基板を位置付け、測定開口部内の圧力が測定される。この圧力は、第２面から測定開口部までの距離を示す。基板テーブルの位置、ひいては基板の第一面の位置がわかっているので、第１面と第２面との間の距離を計算することによって、基板の厚さを決定できる。

[0051] 図３は、非常に短い距離を検出し、かつ制御動作を行うための近接センサシステム２００などの近接センサシステムを使用する方法３００を示している。便宜上、方法３００はバキューム駆動近接センサ(vacuum-driven proximity sensor))２００に関して説明する。しかし、方法３００は必ずしもバキューム駆動近接センサ２００の構造によって制限されるものではなく、液体フロー近接センサシステムを含むがこれに限定されない、異なる構造の近接センサシステム（）で実施することができる。

[0052] 方法３００は、ステップ３１０から始まる。ステップ３１０では、オペレータまたは機械デバイスが基準プローブを基準面の上方に置く。例えば、オペレータまたは機械デバイスは、既知の基準スタンドオフ２４２だけ離して基準面２３４の上方に基準プローブ２３０を位置付ける。あるいは、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準備することができる。基準スタンドオフは事前に特定の値に調節され、その値は一般的には一定に維持されるであろう。

[0053] ステップ３２０では、オペレータまたは機械デバイスは、測定面の上方に測定プローブを置く。例えば、オペレータまたは機械デバイスは、測定面３３２の上方に測定プローブ３２８を位置付けて、測定ギャップ３４０を形成する。

[0054] ステップ３３０では、測定プローブと基準プローブを取り囲む調整済みの周囲ガスからガスを排気する。例えば、バキューム２０２は、基準プローブ２３０と測定プローブ２４０の両方を通してガスを吸引することによって、近接センサ２００を通してガスを排気する。調整済みの周囲ガスは、基準スタンドオフ２４２と測定スタンドオフ２４０の両方をわたってそれぞれのノズルの中へと流入する。

[0055] ステップ３４０では、測定チャネルと基準チャネルとの間にガスフローを配流する。例えば、ガスゲージ近接センサ２００は、測定ガスフローが測定チャネル２１６と基準チャネル２１８とに均一に配流されるようにする。

[0056] ステップ３５０では、測定チャネルと基準チャネルの中のガスフローは、両チャネルの断面積全体にわたって均一に制限される。測定チャネルリストリクタ２２０と基準チャネルリストリクタ２２２は、空気圧ノイズを減らするためにガスフローを制限し、かつガスゲージ近接センサ２００内の制限エレメントとして機能する。

[0057] ステップ３６０では、基準チャネルと測定チャネルとを接続するブリッジチャネルを通るガスフローをモニターする。

[0058] ステップ３７０では、基準チャネルと測定チャネルとの間の差圧に基づいて制御動作が実行される。例えば、マスフローセンサ２３８は、測定チャネル２１６と基準チャネル２１８との間の質量流量（mass flow rate）をモニターする。この質量流量に基づき、マスフローセンサ２３８は制御動作を開始する。このような制御動作には、感知したマスフローを表示すること、感知したマスフローを示すメッセージを送ること、またはマスフローがまったく感知されなくなるまで、もしくはマスフローの固定基準値が感知されるまで、基準面に対する測定面の位置を再配置するためのサーボ制御動作を開始することを含んでよい。ステップ３８０で方法３００は終了する。

[0059] 上記の方法は、バキューム駆動ガス近接センサについて方法３００で説明されたのと同じ方法で、センサを介して調整済み周囲液体を排水するためにポンプを使用するポンプ駆動液体フロー近接センサ(pump-driven liquid flow proximity sensor)での使用に適合させてもよい。

結論
[0060] 上記の説明では本発明の様々な実施形態について記載したが、当然のことながら、これらは制限ではなく例示として提示されたものである。当業者には明らかなように、本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形態および詳細につき多様な変更を加えることができる。

[0061] 特定の機能の実行とその関係を示した方法の諸ステップを用いて、上述のとおり本発明について説明してきた。説明の都合上、ここにおいてこれらの方法ステップの境界は任意に定義された。前記特定の機能およびその関係が適切に実行される限り、別の境界を定義することができる。よって、当該別の境界は、本発明の範囲および精神の範囲内である。従って、本発明の広さと範囲は、上記の例示的実施形態のいずれによっても制限されるべきものではなく、添付の請求項およびその同等物に従ってのみ定義されるべきものである。

[0014] 本発明の一実施形態にかかる近接センサの図である。 [0015] 本発明の一実施形態にかかるバキューム駆動ガス近接センサの図である。 [0016] 本発明の一実施形態に従い、バキューム駆動近接センサを用いて非常に短い距離を検知する方法のフローチャートである。

Claims (8)

1. 少なくとも１つの測定開口部を有し、かつ当該少なくとも１つの測定開口部の圧力を示す測定を行うように配された少なくとも１つのディテクタを備えているセンサチャネルシステム、を備える圧力センサであって、
   前記少なくとも１つの測定開口部を介して前記センサチャネルシステムの中へと流体を吸引して流体フローを生成するように配されたフロー手段と、
   少なくとも１つの基準面に面する少なくとも１つの基準開口部と、
   を備え、
   前記ディテクタは、前記少なくとも１つの測定開口部のうちの１つ以上と前記少なくとも１つの基準開口部のうちの１つ以上との間の差圧の測定を行う、圧力センサ。
2. 前記フロー手段が、ポンプおよびベンチレータのうちの少なくとも１つを備える、請求項１に記載の圧力センサ。
3. 前記フロー手段が、所定の圧力よりも低い前記ディテクタの下流の圧力を維持するように配されている、請求項１または２に記載の圧力センサ。
4. 前記流体フローがガスフローである、請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力センサ。
5. 前記センサチャネルシステムが、
   前記少なくとも１つの測定開口部を備える少なくとも１つの測定ブランチ、
   前記少なくとも１つの基準開口部を備える少なくとも１つの基準ブランチ、
   前記少なくとも１つの測定ブランチのうちの１つと前記少なくとも１つの基準ブランチのうちの１つとの間の少なくとも１つのブリッジ、および
   前記ブリッジに配置された前記ディテクタ
   を備える、請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力センサ。
6. 前記ディテクタが、マスフローメータ、風速計、および圧力計のうちの少なくとも１つを備える、請求項５に記載の圧力センサ。
7. 前記少なくとも１つのブリッジと前記フロー手段との間に、前記少なくとも１つの測定ブランチと前記少なくとも１つの基準ブランチに接続された接合点を備える、請求項５または６に記載の圧力センサ。
8. 前記少なくとも１つのブリッジと前記フロー手段との間に１つ以上の制限エレメントを備える、請求項５〜７のいずれか一項に記載の圧力センサ。

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