(57)【要約】      （修正有）【課題】外的な雑音に対して実質的に不感であるようにして、非常に短い距離を測定する方法およびガスゲージ近接センサを提供する。【解決手段】ガスゲージ近接センサが、測定される表面の近傍の第１のガス流を検出する測定部を有し、基準表面の近傍の第２のガス流を検出する基準部を有し、変調された第３のガス流を形成する変調器を有し、第３のガス流は少なくとも部分的に測定部および基準部を通過して流れる、ガス供給源から受け取ったガスを基礎としており、第１のガス流と第２のガス流の間の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスゲージ近接センサにおいて、
測定される表面の近傍の第１のガス流を検出する測定部を有し、
基準表面の近傍の第２のガス流を検出する基準部を有し、
変調された第３のガス流を形成する変調器を有し、該第３のガス流は少なくとも部分的に前記測定部および前記基準部を通過して流れる、ガス供給源から受け取ったガスを基礎としており、
前記第１のガス流と前記第２のガス流の間の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、
前記差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、
前記フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有することを特徴とする、ガスゲージ近接センサ。
【請求項２】
前記検出器は質量流量センサを包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３】
前記変調器は、前記ガス供給源から受け取ったガスを変調する変調式の動的な流れ制御装置を包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項４】
前記動的な流れ制御装置は質量流量コントローラを包含する、請求項３記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項５】
前記変調器は、前記第２のガス流を変調することにより前記第３のガス流を変調する前記基準表面と接続されている変調装置を包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項６】
前記変調装置は圧電装置またはコイルを包含する、請求項５記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項７】
前記変調器の変調周波数を前記復調器のための復調周波数として使用する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項８】
前記フィルタは帯域通過フィルタを包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項９】
前記フィルタは帯域制限フィルタを包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１０】
前記フィルタはハイパスフィルタを包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１１】
前記フィルタおよび前記復調器は１つまたは複数のアナログ装置である、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１２】
前記フィルタおよび前記復調器は１つまたは複数のディジタル装置である、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１３】
前記フィルタは、前記第１のガス流および前記第２のガス流における周囲雑音の周波数に相当する測定信号の部分を除去するフィルタを包含する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１４】
前記測定表面と前記測定部との間に測定スタンドオフを有し、前記第１のガス流は前記測定スタンドオフを通過し終えた後に前記測定表面に衝突し、
前記基準表面と前記基準部との間に基準スタンドオフを有し、前記第２のガス流は前記基準スタンドオフを通過し終えた後に前記基準表面に衝突し、
前記差分信号は前記基準スタンドオフと前記測定スタンドオフの差に相当する、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１５】
前記フィルタおよび前記復調器は１つのディジタル装置として形成されている、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１６】
前記ガスは空気、加湿空気、乾燥空気、希ガス、ハロゲンガス、窒素、水素、酸素またはアルゴンを含む、請求項１記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項１７】
測定方法において、
（ａ）基準チャネルおよび測定チャネルを通過して流れるガス流を変調するステップと、
（ｂ）基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップと、
（ｃ）第１のガス流を前記測定チャネルプローブを使用して検出し、第２のガス流を前記基準チャネルプローブを使用して検出するステップと、
（ｄ）前記第１のガス流と前記第２のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップと、
（ｅ）前記差ガス流値をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するステップと、
（ｆ）フィルタ信号を復調し、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフを測定するステップとを有することを特徴とする、測定方法。
【請求項１８】
前記ステップ（ａ）は、ガス供給源から受け取ったガスを変調させる変調式の動的な流れ制御装置の変調周波数が前記ステップ（ｆ）の実施に使用される周波数と等しくなるよう前記変調式の動的な流れ制御装置を使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
前記ステップ（ａ）は、変調式の動的な流れ制御装置の変調周波数が前記ステップ（ｆ）の実施に使用される周波数と等しくなるよう、前記第1のガス流の変調を介して前記ガス流を変調させる前記基準表面と接続されている変調装置を使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項２０】
前記ステップ（ｅ）は帯域通過フィルタを使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項２１】
前記ステップ（ｅ）は帯域制限フィルタを使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項２２】
前記ステップ（ｅ）はハイパスフィルタを使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項２３】
前記ステップ（ｅ）および前記ステップ（ｆ）を同一のディジタル装置を使用して実施する、請求項１７記載の方法。
【請求項２４】
前記ステップ（ｅ）および前記ステップ（ｆ）を別個のディジタル装置を使用して実施する、請求項１７記載の方法。
【請求項２５】
前記ステップ（ｅ）および前記ステップ（ｆ）を別個のアナログ装置を使用して実施する、請求項１７記載の方法。
【請求項２６】
前記ステップ（ａ）は、変調式の動的な流れ制御装置の変調周波数が前記ステップ（ｆ）の実施に使用される周波数と等しくなるように、ガス供給源から受け取ったガスを変調させる変調式の質量流量コントローラを使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項２７】
前記ステップ（ｅ）は、前記第１のガス流および前記第２のガス流のうちの少なくとも一方のガス流における周囲雑音の周波数に相当する前記差ガス流値の部分を除去する、請求項１７記載の方法。
【請求項２８】
空気、加湿空気、乾燥空気、希ガス、ハロゲンガス、窒素、水素、酸素またはアルゴンをガスとして使用する、請求項１７記載の方法。
【請求項２９】
ガスゲージ近接センサにおいて、
測定される表面の近傍の第１のガス流を検出する測定部を有し、
基準表面の近傍の第２のガス流を検出する基準部を有し、
前記測定される表面および基準表面のうちの少なくとも一方の表面の近傍のガスを使用して、双方向で前記測定部および前記基準部を通過する第３のガス流を形成する音響的なドライバを有し、
前記第１のガス流と前記第２のガス流の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、
前記差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、
前記フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有し、該測定値は前記測定される表面の部分に対応することを特徴とする、ガスゲージ近接センサ。
【請求項３０】
前記検出器は質量流量センサを包含する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３１】
前記音響的なドライバはトランスデューサを包含する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３２】
前記音響的なドライバの変調周波数は前記復調器のための復調周波数として使用される、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３３】
前記フィルタは帯域通過フィルタを包含する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３４】
前記フィルタは帯域制限フィルタを包含する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３５】
前記フィルタはハイパスフィルタを包含する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３６】
前記フィルタおよび前記復調器は１つまたは複数のアナログ装置である、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３７】
前記フィルタおよび前記復調器は１つまたは複数のディジタル装置である、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３８】
前記フィルタは、前記第１のガス流および前記第２のガス流における周囲雑音の周波数に相当する測定値の部分を除去するフィルタを包含する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項３９】
前記測定表面と前記測定部との間に測定スタンドオフを有し、前記第１のガス流は前記測定スタンドオフを通過し終えた後に前記測定表面に衝突し、
前記基準表面と前記基準部との間に基準スタンドオフを有し、前記第２のガス流は前記基準スタンドオフを通過し終えた後に前記基準表面に衝突し、
前記検出器は前記基準スタンドオフと前記測定スタンドオフの差を検出する、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項４０】
前記第３のガス流においてプッシュされるガスの量はプルされるガスの量に等しい、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項４１】
前記フィルタおよび前記復調器は１つのディジタル装置として形成されている、請求項２９記載のガスゲージ近接センサ。
【請求項４２】
測定方法において、
（ａ）双方向で基準チャネルおよび測定チャネルを通過するガス流を音響的に励振させるステップと、
（ｂ）基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップと、
（ｃ）前記測定チャネルプローブを使用して第１のガス流を検出し、前記基準チャネルプローブを使用して第２のガス流を検出するステップと、
（ｄ）前記第１のガス流と前記第２のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップと、
（ｅ）前記差ガス流値をフィルタリングして、フィルタ信号を形成するステップと、
（ｆ）前記フィルタ信号を復調し、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフを測定するステップとを有することを特徴とする、測定方法。
【請求項４３】
前記ステップ（ａ）は音響的な励振を実施するトランスデューサを使用する、請求項４２記載の方法。
【請求項４４】
前記ステップ（ｅ）は帯域通過フィルタを使用する、請求項４２記載の方法。
【請求項４５】
前記ステップ（ｅ）は帯域制限フィルタを使用する、請求項４２記載の方法。
【請求項４６】
前記ステップ（ｅ）はハイパスフィルタを使用する、請求項４２記載の方法。
【請求項４７】
前記ステップ（ｅ）および前記ステップ（ｆ）は同一のディジタル装置を使用する、請求項４２記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスゲージ近接センサおよび測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの自動製造プロセスは製造ツールと製品または、しばしば「ワークピース（work piece）」（例えば半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイなど）とも称される加工される材料表面との間の距離を検出することが要求される。ある種の状況、例えばリソグラフィ（例えばマスクレスリソグラフィ、液浸リソグラフィなど）においては、ナノメートルに達する精度で測定されなければならない。
【０００３】
そのような精度の近接センサの作成に関する試みは、殊にリソグラフィシステムのコンテクストにおいて顕著である。リソグラフィのコンテクストにおいては、非割込的であり、また非常に短い距離を精密に測定する能力を有することに加え、近接センサはコンタミネーションをもたらしてはならない、またはワークピース、典型的には半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイなどと接触してはならない。これら両方の状況が発生すると、ワークピースの品質が著しく低減されるか、ワークピースが破壊される可能性がある。
【０００４】
種々のタイプの近接センサを非常に短い距離の測定に使用することができる。近接センサの例には容量性センサまたは光学センサが含まれる。これらの近接センサはリソグラフィシステムにおいて使用される場合には重大な欠点を有する。何故ならばウェハまたは基板にデポジットされる材料の物理的な特性はこれらの装置の精度に影響を及ぼす可能性があるからである。例えば、電荷の密度に依存する容量性ゲージは材料の１つのタイプ（例えば金属）が集中している場所において偽の近接読み取りを生じさせる可能性がある。別の類の問題は非導電性および／または光感応性材料からなる新種のウェハ、例えばガリウム砒素（ＧａＡｓ）およびリン化インジウム（ＩｎＰ）が使用される場合に生じる。さらなる問題はウェハまたは基板の表面下部分と相互作用する光から生じる可能性があり、これは偽の反射および不所望な干渉パターンを惹起させる可能性がある。これらの場合には容量性センサおよび光学センサは最適ではない。
【０００５】
近接センシングについての択一的なアプローチはガスゲージセンサを使用する。ガスゲージセンサは電荷の密度または基板表面の電気的特性、光学的特性および別の物理的特性の影響を受けにくい。現在の半導体製造ではナノメートルのオーダにある高精度で近接測定を行うことが要求される。ガスゲージ技術は密に近接した表面までの距離を測定する精確な方法である。ガスゲージは測定されるべき材料の光学的または電気的な特性に対して不感である。距離の正確度はナノメートルのオーダにすることが可能である。ガスゲージはウェハまたは基板の上面までの距離を確認するためのリソグラフィシステムに使用することができる。
【０００６】
フォーカスの精密性に関する要求はプリントされるフィーチャサイズが収縮するにつれ非常に厳格なものとなる。ガスゲージ近接センサに関する１つの問題は、これらのガスゲージ近接センサが低周波数の外部の音響的な干渉およびセンサのオフセットエラーに対して敏感である可能性があるという点である。リソグラフィツールの露光系のステージは位置を制御するためにインターフェロメータを頻繁に使用し、またインターフェロメータは異なる内容物、圧力および温度のガスに対して敏感である可能性がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって本発明の課題は、外的な雑音に対して実質的に不感であるようにして、非常に短い距離を測定する方法およびガスゲージ近接センサを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、測定される表面の近傍の第１のガス流を検出する測定部を有し、基準表面の近傍の第２のガス流を検出する基準部を有し、変調された第３のガス流を形成する変調器を有し、第３のガス流は少なくとも部分的に測定部および基準部を通過して流れる、ガス供給源から受け取ったガスを基礎としており、第１のガス流と第２のガス流の間の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有するガスゲージ近接センサによって解決される。またこの課題は、（ａ）基準チャネルおよび測定チャネルを通過して流れるガス流を変調するステップと、（ｂ）基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップと、（ｃ）第１のガス流を測定チャネルプローブを使用して検出し、第２のガス流を基準チャネルプローブを使用して検出するステップと、（ｄ）第１のガス流と第２のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップと、（ｅ）差ガス流値をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するステップと、（ｆ）フィルタ信号を復調し、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフを測定するステップとを有する測定方法により解決される。またこの課題は、測定される表面の近傍の第１のガス流を検出する測定部を有し、基準表面の近傍の第２のガス流を検出する基準部を有し、測定される表面および基準表面のうちの少なくとも一方の表面の近傍のガスを使用して、双方向で測定部および基準部を通過する第３のガス流を形成する音響的なドライバを有し、第１のガス流と第２のガス流の差に相当する差分信号を形成する検出器を有し、差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するフィルタを有し、フィルタ信号を復調し、測定値を形成する復調器を有し、測定値は測定される表面の部分に対応するガスゲージ近接センサによって解決される。またこの課題は、（ａ）双方向で基準チャネルおよび測定チャネルを通過するガス流を音響的に励振させるステップと、（ｂ）基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップと、（ｃ）測定チャネルプローブを使用して第１のガス流を検出し、基準チャネルプローブを使用して第２のガス流を検出するステップと、（ｄ）第１のガス流と第２のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップと、（ｅ）差ガス流値をフィルタリングして、フィルタ信号を形成するステップと、（ｆ）フィルタ信号を復調し、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフを測定するステップとを有する測定方法により解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明の実施形態は測定部、基準部、変調器、検出器、フィルタおよび復調器を有するシステムを提供する。測定部は側定表面の近傍の第１のガス流を検出する。基準部は基準表面の近傍の第２のガス流を検出する。変調器は変調された第３のガス流を形成し、この第３のガス流は少なくとも部分的にガス供給源からのガスを基礎としており、このガスは測定部および基準部を介して流れる。検出器は第１のガス流と第２のガス流の差に相当する差分信号を形成する。フィルタはフィルタ信号を形成するために差分信号をフィルタリングする。次いで復調器は測定値を形成するためにフィルタ信号を復調する。
【００１０】
本発明の別の実施形態は少なくとも以下のステップを包含する方法を提供する。基準チャネルおよび測定チャネルを通過して移動するガスを変調するステップ。基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップ。測定チャネルプローブを使用して第１のガス流を検出し、基準チャネルプローブを使用して第２のガス流を検出するステップ。第１のガス流と第２のガス流を比較して、差ガス流値を形成するステップ。差ガス流値をフィルタリングして、フィルタ信号を形成するステップ。フィルタ信号を復調し、測定チャネルのスタンドオフと基準チャネルのスタンドオフを測定するステップ。
【００１１】
本発明の別の実施形態は、測定部、基準部、音響的なドライバ、検出器、フィルタおよび復調器を包含するガスゲージ近接センサを提供する。測定部は測定表面の近傍の第１のガス流を検出する。基準部は基準表面の近傍の第２のガス流を検出する。音響的なドライバは、測定表面および基準表面の内の少なくとも１つの表面近傍のガスを使用して、双方向で測定部および基準部を通過する第３のガス流を生成する。検出器は第１のガス流と第２のガス流の差に相当する差分信号を形成する。フィルタは差分信号をフィルタリングし、フィルタ信号を形成する。復調器はフィルタ信号を復調し、測定値を形成する。これらの測定された値は測定表面の部分に対応することができる。
【００１２】
本発明のさらに別の実施形態は少なくとも以下のステップを包含する方法を提供する。双方向で基準チャネルおよび測定チャネルを通過するガス流を音響的に励振させるステップ。基準チャネルプローブを基準表面の近傍に配置し、測定チャネルプローブを測定表面の近傍に配置するステップ。測定チャネルプローブを使用して第１のガス流を検出し、基準チャネルプローブを使用して第２のガス流を検出するステップ。第１のガス流と第２のガス流を比較し、差ガス流値を形成するステップ。差ガス流値をフィルタリングし、フィルタ信号を形成するステップ。フィルタ信号を復調し、測定チャネルのスタンドオフと基準チャネルのスタンドオフを検出するステップ。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態、特徴および利点ならびに本発明の種々の実施形態の構造および動作を添付の図面を参照して以下詳細に説明する。
【００１４】
本願明細書に取り入れられ、また本願明細書の一部をなす添付の図面は本発明を説明するものであり、また明細書と共に本発明の原理をさらに説明し、また当業者に本発明の作成および使用を可能にする。
【実施例】
【００１５】
ここから本発明を添付の図面を参照して説明する。図面において同一の参照番号は同一の素子または機能的に類似する素子を示唆している。付加的に、参照番号の左側の数字によってその参照番号が初めて現れた図面を識別することができる。
【００１６】
概要
ここでは本発明を特定の用途に関する例示的な実施形態を参照して説明するが、本発明はこれらの実施形態に制限されるものではないと解するべきである。本明細書において提供されている教えに触れた当業者であれば、本発明の範囲内での付加的な変更、用途および実施形態また本発明が有用である付加的な分野を認識するであろう。
【００１７】
本発明の実施形態においてはガスゲージ近接センサが、基準表面の近傍の基準部および測定表面の近傍の測定部における基準エアゲージおよび測定エアゲージにそれぞれ供給するために使用されるガス流を変調する。ガス流は復調された出力信号には最小限の音響的な干渉エネルギ（例えば最小限のノイズ）が存在する周波数で変調される。センサ出力は、測定信号が装置全体の所望の応答帯域を含むために変調周波数およびその周波数の側波帯のみを包含するようにフィルタリングされる。フィルタ信号は変調器と同一の周波数で動作する復調器を使用して復調され、復調された出力信号が形成される。この実施形態においては実質的に、帯域通過領域にある周囲の音響的なエネルギのみが装置の動作と干渉する可能性がある。
【００１８】
択一的な実施形態においては、変調は基準部を介してもたらされる。基準ノズルが基準表面を用いて圧力フィールドを発生させる。搬送周波数を基準表面の機械的な運動によって生成することができる。例えばこの運動は基準表面と接続されている圧電装置または音声コイルのようなメカニズムによってもたらされる。変調されたガス流は他のガス流と結合されて、変調された結合ガス流が形成される。
【００１９】
１つの例においてコイルまたは音声コイルは永久磁場の非常に近くに配置されている小さいワイヤの小さいコイルから形成されているスピーカの一部である。電流が音声コイルに供給されると、コイルは磁場との相互作用に基づき前進または後進する。スピーカのコーンが音声コイルに固定されている場合にはコーンが移動する。
【００２０】
本発明の別の実施形態においては、変調周波数によって変調される音響的なドライバを含むガスゲージ近接センサを使用するシステムおよび方法を提供する。音響的なドライバはガスゲージのブリッジに交番的な（変調された）ガス流を供給する。この変調されたガス流は、ブリッジにおけるセンサが測定表面近傍の空気流と基準表面近傍の空気流の流れまたは圧力不均衡を検出するようにして、測定表面および基準表面と相互作用する。変調されたセンサ出力は変調周波数およびこの変調周波数の両側の有効な帯域幅を有するようにフィルタリングされる（例えば帯域通過フィルタ、帯域制限フィルタ、ハイパスフィルタなどを使用してフィルタリングされる）。フィルタ信号は音響的なドライバを変調させる周波数で動作する復調器を使用して復調される。このシステムおよび方法を使用することによって、実際に装置の動作と干渉する可能性を有する装置の所望の周波数範囲にある周囲の音響的なエネルギのみが生じる。これは外部の音響的な雑音およびセンサオフセットに対するセンサの総合感度を低減させる。
【００２１】
この装置を使用することによって、調節式の空気供給源に対する要求はなくなり、また低周波数の外部の音響的な障害およびセンサオフセットエラーに対するセンサ感度の低減は必要なくなる。
【００２２】
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を示す。ガスゲージ近接センサ１００は動的な流れ制御装置１０６（例えば質量流量コントローラ）、中央チャネル１１２、測定チャネル１１６、基準チャネル１１８、測定チャネル絞り１２０、基準チャネル絞り１２２，測定プローブ１２８、基準プローブ１３０、ブリッジチャネル１３６および質量流量センサ１３８を含む。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に噴射することができる。
【００２３】
中央チャネル１１２はガス供給部１０２を質量流量コントローラ１０６と接続させ、分岐点１１４（例えばガス分割部またはガス指向部）において終端する。質量流量コントローラ１０６はガスゲージ近接センサ１００内で一定の流量を維持することができる。ガスは中央チャネル１１２に接続されているアキュムレータ１０８を用いて、質量流量コントローラ１０６から多孔性の緩衝器１１０を介して押し出される。緩衝器１１０はガス供給部１０２によって惹起されるガスの乱れを低減することができるが、その使用は任意である。ガスは緩衝器１１０から排出されるやいなや、中央チャネル１１２を通り分岐点１１４へと移動する。中央チャネル１１２は分岐点１１４において終端し、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８に分岐される。１つの実施形態においては、質量流量コントローラ１０６は、不所望な空気雑音の発生を最小限にするためにシステム全体に流れる層状で非圧縮性の流体を供給するよう十分に低い速度でガスを圧入することができる。
【００２４】
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との間に連結されている。ブリッジチャネル１３６は分岐点１２４において測定チャネル１１６と連結されており、また分岐点１２６において基準チャネル１１８と連結されている。１つの実施形態においては、分岐点１１４から分岐点１２４までの距離と、分岐点１１４から分岐点１２６までの距離は等しい。異なる配置構成を有する別の実施形態を構想することも明らかになる。
【００２５】
ガスゲージ近接センサ１００内の全てのチャネルはガスをこれらのチャネルを通して流すことができる。チャネル１１２，１１６，１１８および１３６は導管（チューブ、パイプなど）から形成することができる。もしくは当業者には明らかになるような、センサ１００を流れるガスの流れを収容して案内することができる他の構造から形成することができる。殆どの実施形態においてチャネル１１２，１１６，１１８および１３６は、例えば局所的な乱れまたは流れの不安定性の発生により空気雑音を生じさせる可能性のある鋭角なベンド、不整または不必要な障害物を有するべきではない。種々の実施形態においては、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８の全長を等しくすることができるが、別の実施形態においては等しくなくてもよい。
【００２６】
基準チャネル１１８は基準プローブ１３０に隣接されて終端する。同様にして、測定チャネル１１６は測定プローブ１２８に隣接されて終端する。基準プローブ１３０は基準表面１３４の上方に配置されている。測定プローブ１２８は測定表面１３２の上方に配置されている。リソグラフィのコンテクストにおいて、測定表面１３２は半導体ウェハ、フラットパネルディスプレイ基板または基板を支持するステージを含む。基準表面１３４は平坦な金属板でよいが、この例に制限されるものではない。
【００２７】
ノズルが測定プローブ１２８および基準プローブ１３０内に設けられている。例示的なノズルを図３および図４に関連させて以下においてさらに説明する。ガス供給部１０２によって噴射されたガスが測定プローブ１２８および基準プローブ１３０内のノズルから放出され、測定表面１３２および基準表面１３４に衝突する。
【００２８】
上述したように、ノズルとそのノズルに対応している測定表面１３２または基準表面１３４との間の距離をスタンドオフと称することができる。
【００２９】
１つの実施形態においては、基準プローブ１３０は固定されている基準表面１３４の上方において、既知の基準スタンドオフ１４２を有して配置されている。測定プローブ１２８は測定表面１３２の上方において、未知のスタンドオフを有して配置されている。既知の基準スタンドオフ１４２は所望の一定の値に調節されており、この値を最適なスタンドオフにすることができる。そのような配置構成であれば、測定プローブ１２８の背圧上流（backpressure upstream）は未知の測定スタンドオフ１４０の関数であり、また基準プローブ１３０の背圧上流は既知の基準スタンドオフ１４２の関数である。
【００３０】
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、コンフィギュレーションは対称的であってブリッジは平衡している。したがって架橋されているチャネルを通過するガス流は存在しない。これに対し測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２が異なる場合には、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間において生じる圧力差は質量流量センサ１３８を通過するガスの流れを誘導する。
【００３１】
質量流量センサ１３８はブリッジチャネル１３６に長手方向に設けられており、中央地点に設けることができる。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誘導されるガス流を検出する。これらの圧力差は測定表面１３２の垂直方向における位置の変化の結果として生じる。
【００３２】
対称的なブリッジが存在している例においては、測定スタンドオフ１４０と基準スタンドオフ１４２は等しい。この場合、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間では圧力差が存在しなくなるので、質量流量センサ１３８が質量流量を検出することはない。これに対し、測定スタンドオフ１４０の値と基準スタンドオフ１４２の値が異なる場合には、測定チャネル１１６における圧力と基準チャネル１１８における圧力が異なる可能性がある。非対称的な配置構成に対しては固有のオフセットがもたらされる可能性がある。
【００３３】
質量流量センサ１３８は圧力差または不均衡によって引き起こされたガス流を検出する。圧力差はガス流を惹起し、このガス流の速度は測定スタンドオフ１４０の固有の関数である。換言すれば、ガスゲージ１００への流れの速度は一定であると仮定すれば、測定チャネル１１６におけるガス圧力と基準チャネル１１８におけるガス圧力の差は測定スタンドオフ１４０の大きさと基準スタンドオフ１４２と大きさとの間の差の関数である。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には、測定チャネル１１６におけるガス圧力と基準チャネル１１８にけるガス圧力との間の差は測定スタンドオフ１４０の寸法（すなわち、測定表面１３２と測定プローブ１２８との間のｚ方向における未知のスタンドオフ）の関数である。
【００３４】
質量流量センサ１３８はブリッジチャネル１３６をいずれの側からも通過するガス流を検出する。ブリッジのコンフィギュレーションに基づき、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に圧力差が発生する場合のみ、ブリッジチャネル１３６を通過するガス流が発生する。圧力が不均衡である場合には、質量流量センサ１３８は生じたガス流を検出し、また適切な制御機能を開始することができる。この制御機能はシステム１００の適切な個所に接続されている任意の制御装置１５０を使用して実施することができる。質量流量センサ１３８は検出された流れの指示を視覚的な表示または音響的な指示を介して提供することができ、これは任意の出力装置１５２を使用して実施することができる。
【００３５】
択一的に、質量流量センサの代わりに差圧センサ（図示せず）を使用することができる。差圧センサは２つのチャネルの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１４０と基準スタンドオフ１４２との差の関数である。
【００３６】
任意の制御装置１５０における制御機能によって正確なギャップ差を計算することができる。別の実施形態においては、制御機能は測定スタンドオフ１４０の寸法の拡大または縮小である。このことは圧力差が十分に０に近づくまで測定表面１３２を測定プローブ１２８に相対的に移動させることによって達成される。圧力差が０になるときには、測定表面１３２からのスタンドオフと基準表面１３４からのスタンドオフの差はもはや存在しない。
【００３７】
質量流量コントローラ１０６、緩衝器１１０および絞り１２０，１２２はガスの乱れおよび他の空気雑音を低減するために使用することができ、これによりナノメートルの精度を達成するために本発明を使用できることが明らかになる。これらの構成要素は全て、所望の感度に依存して、本発明の１つの実施形態または実施形態のいかなる組み合わせにおいても使用することができる。例えば、非常に精密な感度が要求される用途では、全ての構成要素を使用することができる。択一的に感度が重要ではない用途では事によると、オリフィスに置換されている多孔性の絞り１２０および１２２と共に緩衝器１１０のみが必要となるであろう。したがって、本発明は経済性に優れて特定の用途の要求を満たすフレキシブルなアプローチを提供する。
【００３８】
本発明の１つの実施形態においては、多孔性の絞り１２０および１２２が使用される。圧力を多段階でしかも緩慢に減圧する必要がある場合には、多孔性の絞り１２０および１２２をサファイア絞りの代わりに使用することができる。絞りは乱れを回避するために使用することができる。
【００３９】
流れ絞り
本発明の１つの実施形態によれば、測定チャネル１１６および基準チャネル１１８は絞り１２０および１２２を包含する。各絞り１２０および１２２はそれぞれ測定チャネル１１６および基準チャネル１１８を通過して移動するガスの流れを制限する。測定チャネル絞り１２０は分岐点１１４と分岐点１２４との間の測定チャネル内に配置されている。同様に、基準チャネル絞り１２２は分岐点１１４と分岐点１２６との間の基準チャネル１１８内に配置されている。１つの実施例においては、分岐点１１４から測定チャネル絞り１２０までの距離と分岐点１１４から基準チャネル絞り１２２までの距離は等しい。別の実施例においては距離が異なる。センサは対称的であるべきという固有の要求は存在しないが、センサが幾何学的に対称的である場合にはより簡単に使用することができる。
【００４０】
図２は本発明のさらなる特徴による、多孔性の材料２１０を有する絞り１２０の断面図を示し、ガス流２００はこの多孔性の材料２１０を通り抜ける。各絞り１２０および１２２は多孔性の材料（例えばポリエチレン、焼結されたステンレス鋼など）から構成することができる。測定チャネル絞り１２０および基準チャネル絞り１２２は実質的に同一の寸法設計および気体透過性特性を有する。１つの例においては、絞り１２０および１２２の長さは約２ｍｍから約１５ｍｍの範囲で変更可能であるが、本発明はこれらの長さに制限されるものではない。測定チャネル絞り１２０および基準チャネル絞り１２２は測定チャネル１１６と基準チャネル１１８の横断面を通過するガス流を均一に制限することができる。多孔性の材料からなる絞りは乱れおよび関連する空気雑音を著しく低減することができる。これは固体で非多孔性の材料を開口した単一のオリフィスを使用する絞りによってもたらされる乱れおよび雑音の量との比較である。
【００４１】
絞りは少なくとも２つの重要な機能を実施することができる。第１の機能は、絞りがガスゲージ近接センサ１００内に存在する圧力および流れの障害を緩和することができる。最も顕著な障害は質量流量コントローラ１１０または音響的なピックアップのソースによって生成される。第２の機能は、絞りをブリッジ内で必要とされる抵抗性の素子として使用できることである。
【００４２】
ガスゲージ近接センサの実施例を説明したが、本発明はこの実施例に制限されるものではない。この実施例は明細書において説明を目的として表されているものであり、制限を意図して表したものではない。択一的な実施例（本明細書に記載されている実施例の等価の実施例、拡張された実施例、変形された実施例、変更された実施例などを含む）は、本発明に含まれる教えを基礎とすれば当業者に明らかになる。そのような択一的な実施例は本発明の範囲および精神に属する。
【００４３】
ノズル
図３はそれぞれ本発明の実施形態によるノズル３５０の断面図およびその特性を示す。ガスゲージノズル３５０の基本的なコンフィギュレーションは、測定表面１３２または基準表面１３４に平行な平坦端部表面３５１によって特徴づけられている。ノズルの幾何学はゲージスタンドオフｈおよび内径ｄによって決定される。一般的に、ノズル外径Ｄが十分に大きければ、ノズル圧力降下とこのノズル外径Ｄとの関係は強くない。その他の物理的なパラメータは、Ｑｍ：ガスの質量流量速度、Δｐ：ノズルにわたる圧力降下、である。ガスは濃度ρおよび動粘度ηによって特徴付けられる。
【００４４】
【数１】
2005338094.tif 000003
【００４５】
したがってノズルの動作は５つの物理的な変数、すなわちν、Δｐ、Ｑｍ、ｄおよびｈによって表すことができる。Δｐとｈとの間には関係が存在し、残りの変数は実用系に対する典型的な定数となる。この関係は種々の感度に要求される種々の用途のノズルタイプの開発を容易にする。
【００４６】
ノズルの実施例を説明したが、本発明はこの実施例に制限されるものではない。この実施例は明細書において説明を目的として表されているものであり、制限を意図して表したものではない。択一的な実施例（本明細書に記載されている実施例の等価の実施例、拡張された実施例、変形された実施例、変更された実施例などを含む）は、本発明に含まれる教えを基礎とすれば当業者に明らかになる。そのような択一的な実施例は本発明の範囲および精神に属する。
【００４７】
センサを使用する方法
図４は、非常に短い距離を測定し、制御動作（例えばステップ４１０〜４７０）を実施するためにガス流を使用する方法４００を表すフローチャートを示す。便宜上、方法４００はガスゲージ近接センサ１００に関して記述している。しかしながら方法４００をこのガスゲージ近接センサ１００の構造のみに制限する必要はなく、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もできる。
【００４８】
ステップ４１０においては、基準プローブが（オペレータ、機械的な装置、ロボットアームなどによって）基準表面の上方に配置される。例えば、ロボットは既知の基準スタンドオフ１４２において基準プローブ１３０を基準表面１３４の上方に配置することができる。択一的に、基準スタンドオフはセンサアセンブリにおいて準備することができる。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所定の値に事前調節されており、この値は典型的には一定に維持される。
【００４９】
ステップ４２０においては、測定プローブが測定表面の上方に配置される。例えば、測定プローブ１２８は測定表面１３２の上方に配置され、測定スタンドオフ１４０が形成される。
【００５０】
ステップ４３０においては、ガスがセンサ内に噴射される。例えば測定ガスが一定の質量流量速度でもってガスゲージ近接センサ１００内に噴射される。ステップ４４０においては、センサ内へのガス流の速度が一定に維持される。例えば、質量流量コントローラ１０６は一定のガス流速度を維持する。ステップ４５０においては、ガス流が測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間に分配される。例えばガスゲージ近接センサ１００は、測定チャネル１１６と基準チャネル１１８に均一に分配されるべき測定ガスの流れを発生させる。
【００５１】
ステップ４６０においては、測定チャネル１１６および基準チャネル１１８におけるガス流がチャネルの横断面にわたり均一に制限される。測定チャネル絞り１２０および基準チャネル絞り１２２は空気雑音を低減するためにガスの流れを制限し、またガスゲージ近接センサ１００における抵抗性の素子として使用される。
【００５２】
ステップ４７０においては、ガスが基準プローブ１３０および測定プローブ１２８から排出される。例えば、ガスゲージ近接センサ１００は測定プローブ１２８および基準プローブ１３０からガスを押し出す。ステップ４８０においては、基準チャネル１１８と測定チャネル１１６とを連結しているブリッジチャネル１３６を通過するガスの流れが監視される。ステップ４９０においては、基準チャネル１１８と測定チャネル１１６との間の圧力差に基づき制御動作が実施される。例えば、質量流量センサ１３８は測定チャネル１１６と基準チャネル１１８との間の質量流量速度を監視する。質量流量センサ１３８は質量流量速度に基づき制御動作を開始する。そのような制御動作は検出された質量流量の指示の提供、検出された質量流量を指示するメッセージの送信、または質量流量自体または質量流量の一定の基準値が検出されなくなるまで基準表面に相対的に測定表面の位置を再配置するサーボ制御動作の開始が含まれる。これらの制御動作は例示的なものであって、制限的ではないことが明らかになる。
【００５３】
本発明における教えを実施する当業者には明らかになる上述のステップに関する付加的なステップまたは上述のステップの改良も本発明に含まれる。
【００５４】
変調されたガス流を使用するセンサ
上記の実施例において説明したセンサは基準表面１３４および／または測定表面１３２近傍の空気の流れによって惹起される周囲雑音の影響を受ける可能性がある。図５は上述のセンサを使用する場合に発生する可能性がある欠点を克服する、本発明によるガスゲージ近接センサを示す。
【００５５】
図５は本発明の実施形態によるセンサ５００を示す。センサ５００は測定された信号における周囲雑音信号５０１の作用を補償または除去するようにコンフィギュレートされている。雑音信号５０１は各表面１３２および１３４の近傍の局所的な空気の流れの変動によって惹起される可能性がある。変調信号５６０の任意の周波数Ｆは雑音信号５０１の雑音周波数とは異なるように調節することができるので、雑音信号の周波数範囲と隔てることができ、したがって雑音信号５０１は固有の周波数範囲を有することになる。
【００５６】
第１の実施形態においては、質量流量コントローラ１０６が変調信号５６０（例えば周波数信号Ｆ）を受信する。質量流量コントローラ１０６はガス供給源１０２からのガス流を変調する。この変調されたガス流は測定部（例えば測定チャネル１１６、測定プローブ１２８など）および基準部（例えば基準チャネル１１８、基準プローブ１３０など）の両方を通過して移動する。センサ１３８は変調周波数（信号５６０）、雑音周波数（信号５０１）を含む可能性があるガス流差、場合によっては複数のガス流差を受け取る。
【００５７】
第２の実施形態においては、基準表面１３４が直接的に変調されるか、周波数Ｆで変調を行う変調器５７６からの変調信号５７４を受信する。この実施形態においては、結合されたガス流（例えば基準表面１３４の近傍のガス流、測定表面１３２の近傍のガス流およびガス供給源１０２からのガス流の組み合わせ）は、基準表面１３４の近傍のガス流の変調に基づく変調されたガス流となる。変調器５７６は、この明細書および請求項を読むことにより通常の能力を有する者には明らかになるような、周波数Ｆにおいて変調を行うことができるあらゆる装置、例えば圧電装置、コイル装置を含む。
【００５８】
これらの実施形態においては、センサ１３８は復調された出力信号５７２を形成するためにフィルタ５６４および復調器５７０と接続されている。差分信号５６２を形成するために、測定プローブ１２８の近傍の第１のガス流と基準プローブ１３０の近傍の第２のガス流がセンサ１３８を使用して比較される。差分信号５６２は変調周波数Ｆ、また場合によっては雑音周波数（信号５０１）を含む可能性がある。したがって差分信号５６２は所望の部分（例えば変調周波数Ｆおよび側波帯における測定信号）および不所望な部分（例えば雑音５０１）を含む情報を有する可能性がある。フィルタ５６４（例えば帯域制限フィルタ、帯域通過フィルタ、ハイパスフィルタなど）はフィルタ信号５６８を形成するために差分信号５６４をフィルタリングする。低周波数雑音および／または高周波数雑音および干渉がフィルタリングされ、差分信号５６４の所望の部分のみが残るようにして、フィルタ信号５６８は所定の周波数範囲の情報を有することができる。復調器５７０は復調信号５７２（例えば測定信号、結果信号など）を形成するために、変調周波数Ｆに等しい周波数Ｆを使用してフィルタ信号５６８を復調する。復調信号５７２は測定スタンドオフ１４０に関する情報を含むことができ、この情報はワークピース１３８に関する情報も提供する。
【００５９】
図７は本発明の実施形態による測定信号（差分信号）５６２の周波数をデシベルに対して表したグラフ７００を示す。所望の帯域（例えばＦ＋／−Ｆｇ（エアゲージ近接センサ５００の所望の応答））は復調信号５６０の周波数Ｆを中心にしており、この実施形態においてはフィルタ信号５６８に相当する。所望の帯域は、雑音信号５０１の周波数がこの帯域幅よりも高いか低いかにかかわらず、雑音信号５０１の周波数が所望の帯域の外にあるよう選定される。
【００６０】
例えば雑音信号５０１が１０Ｈｚである場合、１００Ｈｚの変調速度（Ｆ）および８０〜１２０Ｈｚの通過帯域は、測定スタンドオフ１４０を求めるために使用される差分信号５６２の所望の部分のみを許容する。
【００６１】
別の例では、０ｈｚ〜１０ｈｚの応答を有するガスゲージ近接センサ５００に対する要求が検討され、これは０ｈｚ〜３０ｈｚの範囲の周囲干渉を形成する気圧強度および音響的な雑音５０１が変化する環境において操作する必要がある。ガスゲージ近接センサ５００は７０ｈｚの変調周波数Ｆの変調されたガス流を有することができる。フィルタ５６４は例えば６０ｈｚ〜８０ｈｚの情報のみを通過させることができる。このことは周囲の０ｈｚ〜３０ｈｚの干渉５０１を抑制する。フィルタ出力５６８は所望の０ｈｚ〜１０ｈｚの応答を再構成するために７０Ｈｚの周波数Ｆで復調される。この実施形態では、センサ１３８は１００ｈｚで動作することができる。
【００６２】
これらの実施形態においては、周囲の音響的なエネルギは変調周波数Ｆ付近では、Ｆｇに対して約ゼロである場合よりも弱い（エアゲージ近接センサ５００の所望の応答）。結合されたガス流は周波数Ｆで変調されている。ブリッジチャネル１３６におけるあらゆる不均衡は周波数Ｆ、不均衡と共に変化する振幅の信号５６２を形成する。不均衡は０よりも高い周波数で発生するので、差分信号５６２は振幅変調される。このことは＋／−ＦｇのＦ付近の周波数帯域を形成する。フィルタ５６４はこれらの信号５６８を通過させることができるが、不所望な音響的な干渉５０１を含む他の全ての信号を抑制する。フィルタリングされた出力５６８は振幅に関して測定され（例えば復調器５７８を使用して復調される）、また結果として生じる出力信号５７２は音響的な干渉５０１を有していない所望のブリッジ不均衡である。
【００６３】
フィルタ５６４および復調器５７０を、両方の機能を実施する１つの装置として、または２つまたはそれ以上の別個の装置として形成することができることが明らかになる。またフィルタ５６４および復調器５７０をハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアとしてアナログ装置および／またはディジタル装置から形成できることも明らかになる。ディジタルの領域で実施される場合には、量子化器、ディジタルシグナルプロセッサなどを使用することができる。種々の実施形態においては、復調器５７０はＡＭラジオ波長復調装置に類似するものでもよい、または同期検出を使用することができる、などが考えられる。フィルタ５６４および復調器５７０はセンサ５００内に局所的に存在してもよい、またはセンサ５００から離して有線伝送システムまたは無線伝送システムを介して接続してもよい。
【００６４】
図６は本発明の実施形態による方法６００を表すフローチャートを示す。ステップ６０２においては、基準チャネルおよび測定チャネルを通過して移動するガス流が変調される。ステップ６０４においては、基準チャネルプローブが基準表面の近傍に配置され、測定チャネルプローブが測定表面の近傍に配置される。ステップ６０６においては、第１のガス流が測定チャネルプローブを使用して検出され、第２のガス流が基準チャネルプローブを使用して検出される。ステップ６０８においては、第１のガス流と第２のガス流が比較され、差ガス流値が形成される。ステップ６１０においては、差ガス流値がフィルタリングされ、フィルタ信号が形成される。ステップ６１２においては、フィルタ信号が復調され、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフが測定される。
【００６５】
本発明をガスまたは空気を参照する図１から図５に関連させて説明した。上述した１つの実施形態においてはガスは空気であるが、本発明は空気に制限されるものではない。他の流体、ガスまたはそれらの組み合わせを使用することができる。例えば、測定すべき表面および／または使用される光の波長に依存して、水分が低減されているガス、空気、加湿空気、乾燥空気、希ガス、不活性ガス、ハロゲンガス（フッ素、塩素など）、窒素、水素、酸素およびアルゴンを使用することができる。水分含有率の低いガスは空気よりも測定されるべき表面に対して反応しにくい。
【００６６】
空気の流れに関する周囲空気を使用するセンサ
上述したように、図１〜４に関連する上記の実施形態において説明したセンサは、基準表面１３４および／または測定表面１３２の近傍の空気の流れによって惹起される周囲雑音８０１の影響を受ける可能性がある。上述したセンサ５００および６００と同様に、センサ８００および９００は、測定信号における周囲雑音信号８０１の作用を補償および／または除去するようコンフィギュレートされている。雑音信号８０１は各表面１３２および１３４の近傍の局所的な空気の流れの変動によって惹起される可能性がある。変調信号８５９の任意の周波数Ｆｍは雑音信号８０１の雑音周波数とは異なるように調節することができるので、雑音信号の周波数範囲と隔てることができ、したがって雑音信号８０１は固有の周波数範囲を有することになる。
【００６７】
図８および図９はこれらの欠点、また上述したように、光の種々の波長および／または種々のタイプの抵抗が使用されるときに生じる可能性のある別の欠点を克服する本発明の実施形態によるエアゲージ近接センサを示す。
【００６８】
図８および図９は本発明の実施形態によるセンサ８００および９００を示す。この実施形態においては、質量流量コントローラおよび調節された空気を使用する代わりに、トランスデューサ８６０（例えば音響的なドライバ）が交番的なガス流を生成し、このガス流は変調されたセンサ信号８６２を形成し、このセンサ信号８６２はフィルタ８６４および復調器８７０を通過して、センサ信号８６２の不所望な部分（例えば雑音８０１）が除去される。
【００６９】
音響的なドライバ８６０（例えばスピーカ、ヘッドフォン、圧電結晶、マイクロフォンまたはある形状の入力エネルを別の形状の出力エネルギに変換する装置、例えば図９に示されているスピーカ９６０）はセンサ８００の測定部（例えば測定側の測定チャネル１１６、測定プローブ１２８など）および基準部（例えば基準側の基準チャネル１１８、基準プローブ１３０など）を通過するプローブ１２８および１３０近傍の周囲空気を双方向に移動させる（例えばプッシュプルする）。周囲空気をプッシュプルする周期は音響的なドライバ８６０を駆動させる変調周波数Ｆｍ８５９を使用して調節することができる。
【００７０】
この実施形態においては、測定プローブ１２８の近傍の第１のガス流および基準プローブ１３０の近傍の第２のガス流がセンサ１３８を使用して比較されて、差分信号８６２が形成される。差分信号８６２は所望の部分（例えば変調周波数および側波帯の測定信号）と不所望な部分（例えば雑音信号８０１）の両方を含む情報を有する可能性がある。フィルタ８６４（例えば帯域制限フィルタ、帯域通過フィルタ、ハイパスフィルタなど）は差分信号８６４をフィルタリングし、フィルタ信号８６８を形成する。低周波数雑音および／または高周波数雑音および干渉をフィルタリング除去して差分信号８６４の所望の部分のみが残されるようにして、フィルタ信号８６８は所定の周波数範囲にある情報を包含することができる。復調器８７０は音響的なドライバ８６０を駆動させる変調周波数Ｆｍ（ｍは変調を表す）と同じ周波数（例えばＦｍ８５９）を使用してフィルタ信号８６８を復調し、復調信号８７２を形成する。復調信号８７２は測定スタンドオフ１４０に関する情報を有することができ、この情報はワークピース１３８に関する情報も提供する。
【００７１】
音響的なドライバ８６０はオーディオスピーカ９６０、小型イヤフォンなどを使用することができる。音響的なドライバは電磁力か、静電力か、圧電力か、磁歪力（magnostrictive force）によって偏位される一体的な表面またはダイアフラムを含む。音響波がターゲットに到達するまでに要する時間を測定するのとは異なり、音響的なドライバ８６０に適用される周波数Ｆｍ８５９は周期的な流れの振幅が測定されるには十分な低さで良い。ブリッジを通過する正味の流れはゼロでもよい。
【００７２】
この実施形態、また本明細書に記載されている他の実施形態も、液浸ベースのリソグラフィシステムまたはマスクレスリソグラフィシステムなどと共に使用することができる。
【００７３】
音響的なドライバ８６０の駆動周波数Ｆｍ８５９の波長はブリッジ経路１３６の長さを考慮した長さでよい。ブリッジ内のあらゆる不均衡はこの周波数Ｆｍの搬送周波数でもって振幅変調された信号８６２を形成する可能性がある。この変調信号８６２は＋／−ＦｇのＦｍ付近の周波数帯域を含む（ここでＦｇはガスゲージ近接センサ８００の所望の応答である）。フィルタ８６４はこれらの信号８６８を通過させることができるが、不所望な音響的な干渉８０１を含む他の全ての信号を抑制する。フィルタ出力８６８は振幅に関して測定され（例えば復調される）、その結果生じる出力信号８７２は所望のブリッジ不均衡である。
【００７４】
例えば、雑音８０１が１０Ｈｚであれば、１００Ｈｚの変調速度（周波数）および８０〜１２０Ｈｚの通過帯域は測定スタンドオフ１４０を求めるために使用される差分信号８６２の所望の部分のみを許容する。
【００７５】
この実施形態によって、センサ８００についてのあらゆる適合または変更を必要とすることなくあらゆる波長を用いるあらゆるリソグラフィシステムに使用することができる。調節された空気および質量流量コントローラを使用する上記の実施形態では、リソグラフィツールに使用される光の波長および／または基板に使用されるレジストのタイプに依存して、異なるガス供給源（例えば加湿ガス、乾燥ガス、または特別なタイプのガスなど）を使用する必要がある。しかしながら、図８および図９に示されているこの実施形態を用いる場合には、調節式のガス供給源は使用されないので、センサ８００を波長またはレジスタのタイプを考慮せずにあらゆるリソグラフィシステムに使用することができる。また周囲空気のみを使用するので、上述の実施形態においては調節式の空気供給源からもたらされる可能性のあるコンタミネーションがシステムに導かれることもない。
【００７６】
フィルタ８６４および復調器８７０は、これら２つの機能を実施する１つの装置または２つの装置または複数の別個の装置として形成できることが明らかになる。フィルタ８６４および復調器８７０はハードウェア、ソフトウェアまたはファームウェアとしてのアナログ装置および／またはディジタル装置から形成できることが明らかになる。ディジタル領域で実施される場合には、量子化器、ディジタルシグナルプロセッサなどを使用することができる。種々の実施形態においては、復調器８７０はあらゆるＡＭラジオ波長復調装置に類似するものでよい、同期検出を使用することができる、などが考えられる。フィルタ８６４および復調器８７０は局所的にセンサ８００内に存在してもよい、またはセンサ８００から離して有線伝送システムまたは無線伝送システムを介して接続できることが分かる。
【００７７】
図１０は本発明の実施形態による方法１０００を表すフローチャートを示す。方法１０００はシステム８００または９００を使用して実施することができる。ステップ１００２においては、ガス流が音響的に励振され、双方向で基準チャネルおよび測定チャネルを移動する。ステップ１００４においては、基準チャネルプローブが基準表面の近傍に配置され、測定チャネルプローブが測定表面の近傍に配置される。ステップ１００６においては、第１のガス流が測定チャネルプローブを使用して検出され、第２のガス流が基準チャネルプローブを使用して検出される。ステップ１００８においては、第１のガス流および第２のガス流が比較され、差ガス流値が形成される。ステップ１０１０においては、差ガス流値がフィルタリングされ、フィルタ信号が形成される。ステップ１０１２においては、フィルタ信号が復調され、測定チャネルスタンドオフと基準チャネルスタンドオフが測定される。
【００７８】
本明細書において説明したセンサはU.S Ser. Nos. 10/322,768、２００２年１２月１９日出願（Atty. Docket 1857.0920000）、10/646,720、２００３年８月２５日出願（Atty. Docket 1857.2030000）、10/833,249、２００４年４月２８日出願（Atty. Docket 1857.2130000）、10/812,098、２００４年３月３０日出願（Atty.Dockel 1857.2430000）および10/894,028、２００４年７月２０日出願（Atty. Dockel 1857.2640000）およびアメリカ合衆国特許第4,953,388号および第4,550,592号に記載されているシステムにおいて使用することができ、これらは参照により本願発明に取り入れられる。
【００７９】
結論
上記において本発明の種々の実施形態を説明したが、これらは例を目的として表されていると解するべきであり、本願発明の制限を意図したものではない。当業者であれば本発明の精神および範囲を逸脱することなく、形状および詳細の変更を本発明において実施できることが明らかになる。上記においては本発明を特定の機能およびこれらの機能との関係の実施を説明するステップを用いて説明した。これらのステップの境界は明細書の便宜上ここでは任意に規定されている。代替的な境界を規定することができる。したがってそのようなあらゆる代替的な境界は請求項に記載されている本発明の範囲および精神に属する。したがって、本発明の幅および範囲は上述の例示的なあらゆる実施形態によっても制限されるべきではなく、請求項および請求項と等価のものとの関連においてのみ規定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００８０】
【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
【図２】本発明の実施形態による絞りの部分断面図
【図３】本発明の実施形態によるノズルの断面図およびその特性
【図４】本発明の実施形態による、非常に短い距離を測定し且つ制御動作を実施するガスゲージ近接センサを使用する方法を表すフローチャート
【図５】本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサ
【図６】本発明の実施形態による方法を表すフローチャート
【図７】本発明の実施形態による測定信号の周波数をデシベルに対して表したグラフ
【図８】本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサ
【図９】本発明の実施形態によるガスゲージ近接センサ
【図１０】本発明の実施形態による方法を表すフローチャート
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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