JP2000514926A - 差動熱線風速計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス流検出を用いた微小距離高精度測定装置および測定方法。この測定装置は各々が熱線風速計を含む測定導管および基準導管を備える。基準測定の採用により達成できる差動検出によりガス特性の変動の影響を消去する。基準ガス流経路と測定ガス流経路との物理的形状を合致させて音響外乱に対するシステムの感度を最小にする。高質量高熱伝導率の支持針部材によって熱線の応答時間を著しく改善する。ガス流経路中の燒結金属ディフューザによってガス供給源からの騒音を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】 差動熱線風速計発明の技術分野 この発明は半導体製造用フォトリソグラフィ装置におけるレンズ系の集束など のためのガス流検出による高精度距離測定用の測定システムに関する。従来技術の説明 ガス流によるプローブ（例えばフォトリソグラフィレンズ系の構成要素）と近 傍表面との間の微小距離、例えば50μｍの高精度測定は周知の手法である。プロ ーブシステムと、そのプローブおよびターゲット表面の間の通路に配置したオリ フィスとによって区画されるチェンバをガスで加圧する。二つの支持針部材で支 持した細い抵抗性導線から成る熱線風速計をガス流の通路に配置する。その抵抗 性導線に連続的に電流を流して熱を持たせると、その抵抗値は温度に正比例する 。ガス流の流束はプローブとターゲット表面との間の距離の変化に応答して変動 し、風速計からガス流に流失する熱量を制御し、その結果風速計の抵抗値を変動 させる。このようにして、熱線の抵抗値の測定を温度の算定に用いるのである。 すなわち、導線の抵抗値、すなわち導線の温度を一定に保つのに必要な電流の量 の変動を被測定距離の算定に用いるのである。 ここに参照してその内容全体をこの明細書に組み入れるThomasほか名義の米国 特許第5,087,927号の第４図はガス流検出手法による測定システムに用いた風速 計のブロック図を示している。そのガス流利用の距離測定装置は比較的長い整定 時間を要するが、それは熱線とその熱線支持用の針部材との間の熱の伝達が比較 的低速であることに起因する。被測定距離のステップ状変化によって、二つの互 いに異なる効果に起因する風速計温度変化を生ずる。第１の効果は風速計と流動 中のガスとの間のエネルギー交換であり、このプロセスは比較的高速度で生ずる 。第２の効果は熱線とその熱線支持用の針部材との間の比較的緩慢な熱伝達であ る。この低速熱交換の原因は支持針部材、すなわち慣用のガス検出デバイスにお いて比較的低速のシステム応答の原因となる低質量導電材料で構成される支持用 の針 部材である。 上記システムの第２の欠点は音響的外乱の影響を受けやすいことである。測定 用熱線に達するガスと基準熱線に達するガスとの有する音響圧力は互いに等しく ない。基準システムの熱線に到達するガスの音響的シグネチャと測定システムの 熱線に到達するガスのそれとの間の非類似性によってシステム測定効果に不正確 さを生ずる。 上記システムの第３の欠点はセンサ示度に影響を及ぼすガス供給源からの騒音 に弱いことである。概要 プローブとターゲット表面との間の距離を測定し制御するガス流検出システム は片方が基準ガス流として作用する二つの互いに別々のガス流の中に配置した二 つの熱線を備える。この基準システムの使用により可能となる作動検出によって ガス特性の変動を除去する。上記熱線の各々を支持する高質量の二つの針部材に よって熱線の整定時間が短縮しやすくなる。層流圧力低下デバイスとして作用す る燒結金属ディフューザによってガス供給源からの騒音を除去する。このシステ ムは基準ガス流路および測定ガス流路に基準ギャップおよび整合形状を備え、音 響外乱への過敏性を抑えている。 この発明によると、ガス検出型距離測定装置は熱時定数の短い熱線風速計を利 用する。このガス検出型距離測定装置は音響的雑音源および流体力学的雑音源に 対する過敏性を抑え、ガス供給源雑音レベルを抑えている。図面の簡単な説明 図１はこの発明による距離測定装置を示す。 図２はこの発明による高質量熱線組立体の正面図および側面図を示す。詳細な説明 この発明による距離測定システムを図１に示す。このシステムはプローブ１２ ５（例えばレンズ系の構成部分）とターゲット表面１３５（例えば半導体ウェー ハ）との間の微小距離１３０をガス流検出により高精度で測定する。このシステ ムは二つの熱線１２０および１６０を用いる。熱線１２０は測定導管１１５、す なわちこの測定システムの中のガス（例えば空気）の通路を構成する配管である 導管１１５の中の測定システムのガス流経路に配置する。第２の熱線１６０は第 ２の測定導管１５５の中の基準システムのガス流経路に配置する。基準システム は一定のガス流インピーダンスを与える制御ずみのガス流速度を有する。プロー ブ１２５とターゲット表面１３５との間の距離１３０の変動によって測定導管１ １５の中のガス流速度に変動が生じ、その変動が風速計１２０からガス流に流失 する熱の量に影響を及ぼし、それによって風速計の電気抵抗が影響を受ける。 風速計１２０および１６０は互いに同一の細い導線、すなわち可変電流による 加熱を受け温度比例の抵抗値を有する細い導線を備える。温度、圧力またはガス 組成によって基準ガス流１５５および測定ガス流１１５が同等に影響を受け、風 速計１２０および１６０に互いに同じ変化を生じさせ、それら変化を差動増幅器 （図示してない）で同時にモニタし、そのガス増幅器の出力がガス流の変動だけ に応答するようにする。差動増幅器出力信号（電圧）を、プローブ１２５とター ゲット表面１３５との間の距離１３０を慣用の帰還システム（図示してない）経 由で測定し制御するのに用いる。 この発明の一つの実施例は、熱線１２０、１６０の各々に、図２Ａおよび図２ Ｂに正面図および側面図をそれぞれ示すとおり二つの個別の高質量針部材２１０ 、２２０で支持した熱線２００を用いる。上記支持針の質量を例えばWilson特許 （米国特許第4,142,401号）およびThomasほか特許（米国特許第5,087,927号）に 比べて大きくすることによって、熱線２００が一定温度表面に結合した場合と同 様の振舞を示し、熱線２００の整定時間を短縮する。支持針２１０、２２０は銅 または銀などの高質量高熱伝導率材料で構成し、ガス流束変動時の熱線２００と 支持針部材２１０、２２０との間の高速エネルギー交換を容易にする。このエネ ルギー交換の速さが熱線２００の応答時間に直接に影響する。支持針部材２１０ 、２２０の高熱伝導率および高質量は熱線の応答時間の短縮に役立つ。図２に示 すとおり、二つの支持針部材２１０、２２０は絶縁材料２３０で互いに分離され ており、熱線２００が二つの針部材２１０、２２０相互間の唯一の電流経路を形 成する。 この発明の一つの実施例では、熱線２００は直径0.004ミリメートル、長さ1.5 ミリメートルの白金メッキタングステン線で構成し、インジウム80％、鉛15％お よび銀５％の半田で針部材２１０、２２０に半田付けしてある。支持針部材は純 度99.99以上の12000型微粒子銀で形成する。これら支持針部材は長さ3.5センチ メートルであり、熱線の挿入を可能にするように切欠きを設けてある。熱線設置 位置領域における空気の流れを妨げないようにするために半田は切欠きの外には み出してはならない。上記二つの支持針部材の間の絶縁材料としてはDP-190エポ キシ樹脂を用いる。燒結金属ディフューザはCapstan Permaflow社製、等級FCR20 30のステンレス鋼フィルタであり、除去粒子粒度２−５ミクロン、プローブ寸法 最大値10−13ミクロンである。慣用のガス検出式測定システムは0.5秒乃至１秒 程度の熱時定数を有する。この発明による支持針部材２１０、２２０を用いると 50ミリ秒乃至60ミリ秒の範囲の熱時定数を達成できる。 図１を参照すると、このシステムの一つの実施例においては、ガス（例えば空 気）は圧力４PSIでガス吸入口１００に到達し、燒結金属ディフューザ１１０、 すなわち大気圧近似の圧力のガスを基準導管１５５および測定導管１１５に供給 するディフューザ１１０を通過する。微小オリフィスなどのガス供給源減圧装置 は一般に「騒音性」であり、乱流性ガス流を生ずる。燒結金属ディフューザ１１ ０は層流流圧減圧装置として作用し、センサ性能に悪影響を及ぼす乱流による騒 音を消去する。 一つの実施例は測定対象の距離とほぼ同一の基準プローブからの距離に基準面 １７０を配置することによって測定対象間隙１３０とごく近似させた基準間隙１ ７５を備える。基準システム１５５は、上記二つのガス流の相互間の流体インピ ーダンスおよびインダクタンスを合致させるために、測定システム１１５のそれ と合致したガス流経路形状を備える。この合致した形状によって、音響圧力波が 基準熱線および測定熱線に同時に等振幅で到達することを可能にし、それによっ て音響外乱への感度を最小にする。音響外乱に起因する差の消去は測定ガス流お よび基準ガス流の両方で互いに等しい音響的シグネチャを生じさせ、音響的騒音 源への感度を最小にする。 この明細書における開示は例示のためのものであって限定ではなく、上記以外 の改変が当業者には自明であり、それら改変は添付の請求の範囲に含めることを 意図するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．吸入口および排出口つきであって内部に配置した熱線風速計を有する測定用 導管を含む距離測定システムにおいて、前記熱線風速計が熱線の第１の端に接続 した第１の支持部材と前記熱線の第２の端に接続した第２の支持部材とを含み、 前記支持部材の各々が高い熱伝導率と前記熱線よりも実質的に大きい断面積およ び質量とを有する距離測定システム。 ２．前記第１の支持部材および第２の支持部材が両者間の絶縁材料で互いに分離 されている請求項１記載の距離測定システム。 ３．導入口および排出口付きであって内部配置した第２の熱線風速計をさらに含 み、前記熱線風速計が第２の熱線の第１の端に接続した第１の支持部材と前記第 ２の熱線の第２の端に接続した第２の支持部材とを含み、前記支持部材の各々が 高い熱伝導率と前記第２の熱線よりも実質的に大きい断面積および質量とを有し 、前記第１の支持部材および前記第２の支持部材が両者間の絶縁材料で互いに分 離されている請求項２記載の距離測定システム。 ４．層状ガス流を供給する減圧装置であって前記測定導管および基準導管の吸入 口に配置した減圧装置をさらに含む請求項３記載の距離測定システム。 ５．前記減圧装置が燒結金属ディフューザを含む請求項４記載の距離測定システ ム。 ６．前記測定導管および基準導管が同様のガス流経路を有し、基準面を前記基準 システムの排出口で測定対象距離とほぼ等しい基準プローブからの距離に配置し た請求項３記載の距離測定システム。