用于感测喷嘴与物体间的距离的空气压力计及感测方法技术

本发明专利技术公开了一种用于感测到物体的距离的气体压力计及其感测方法。所述气体压力计包括气体供给系统和喷嘴，所述喷嘴将气体从所述气体供给系统供给到在所述喷嘴和所述物体之间的空隙。例如，所述气体供给系统以一定的流率供给气体，所述流率对应于在层流和湍流之间的过渡区域中的流体。所述喷嘴的表面可以被粗糙化，以便增加在所述表面上的摩擦系数，这增加了气体的压降和喷嘴的增益。由增加的流率所生成的噪声可以采用至少一个位于关键位置的亥姆赫兹衰减器和／或缓冲器被衰减。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于检测很小的距离的设备和方法，尤其涉及接近感湖ij (proximity sensing )。技术背景许多自动制造过程需要对制造工具和产品或被加工的材料表面之间 的距离进行感测。在一些情况下，例如半导体光刻，所述距离必须以接近 几纳米的精度被测量。与形成这种精度的接近传感器相关联的挑战是很大的，尤其在光刻系 统的情况下。在这种情况下，除去非插入式和具有精确地检测很小的距离 的能力之外，所述接近传感器还需要不会引起污染，不会引起微小的温度 变化，或不会与工作表面(通常为半导体晶片)接触。任一种情况的出现 都可能显著地降低或毁损半导体的质量。不同类型的接近传感器能够测量很小的距离。接近传感器的示例包括 电容和光学量计。这些接近传感器在用于光刻系统时具有严重的缺陷，这 是因为沉积在晶片上的材料的物理属性可能影响这些装置的精度。例如， 依赖于电荷密度的电容量计，能够在一种类型的材料(例如金属)密集的 位置上产生虚假的接近读出。当外来晶片由不导电的和/或光学敏感的材 料(例如砷化镓(GaAs)和磷化铟(InP))的淀积物制成，或包含所述淀 积物时，出现另一类问题。在这些情况下，电容和光学量计可能提供虚假 的结果。空气压力计传感器通常发射经过脱水的、过滤的空气流到表面(例如， 硅晶片)上，然后测量其背压以确定在测量喷嘴和所述表面之间的距离。 更敏感的空气压力计传感器采用参考喷嘴和测量喷嘴，所述参考喷嘴和测量喷嘴将空气流发射到参考表面和测量表面上，以确定表面距离。空气压 力计传感器对于电荷密度或晶片表面的电属性、光属性和其他物理属性是 不敏感的。然而，电流半导体制造技术需要以纳米级的高精度对接近进行 量测。不幸的是，更早版本的空气压力计传感器经常不能满足今天的光刻 的精度需要。如今对于纳米级可重复性和对准精度的要求比当前工业中可 普遍获得的可重复性和对准精度更为苛刻。附加地，更早的装置不能满足 今天对于在整个具体的温度范围内的尺寸稳定性的需要。需要的是用于提供由气体压力计接近传感器所测量的精确的、纳米级 的测量的系统和方法，所述气体压力计接近传感器也显示出尺寸稳定性。
技术实现思路
传统的空气压力计以根据层流机制的流率进行工作。根据本专利技术的实 施例的气体压力计以对应于在层流和湍流之间的过渡区域中的流体的流率进行工作。所述过渡区域包括具有在大约2100和5100之间的雷诺 (Reynold)数的流体。在过渡机制中，在喷嘴面的表面上的压降增加，这是由于所述表面的 摩擦系数随着雷诺数的增加而增加。表面摩擦系数值基于两个表面，即喷 嘴面和测量表面。尽管硅晶片测量表面不能被干涉，但是喷嘴面的表面可 以被粗糙化以有效地增加喷嘴表面上的摩擦系数。所述表面被粗糙化，例 如但不限于，通过对所述喷嘴面进行喷砂，以形成各种"砂粒粗糙性"； 通过火焰喷涂，在喷嘴面上形成粗糙的氧化物涂层；将圆形的同心环加工 成喷嘴面或从所述喷嘴面突出；在喷嘴面中或喷嘴面外加工多个交错布置 的小的半球形凹陷；和/或将多个交错的销引入所述喷嘴面。所述喷嘴面 的表面积及其粗糙度对于处理过渡流机制内的空气压力计的压降是重要 的。由增加的流率所产生的噪声可以通过采用至少一个亥姆赫兹 (Helmholtz)衰减器进行衰减。本专利技术的进一步的实施例、特征和优势，以及与本专利技术相关的各种实 施例的结构和操作参照附图进行详细地描述。附图说明本专利技术参照附图进行描述。在附图中，相同的附图标记表示相同或功 能上相似的元件。图l是气体压力计接近传感器的功能图；图2是在气体接近传感器中的喷嘴的剖视图；图3是雷诺数与摩擦系数的关系图，所述图表示了四种流机制，即层流、临界、过渡和湍流，以及对于每种机制的表面"相对粗糙度"的效果；图4示出对于各种气体流率的喷嘴面上的雷诺数的径向变化；图5示出根据本专利技术的实施例的气体压力计喷嘴可获得的增益(每间隙高度变化的相对压降)的理论量；图6是根据本专利技术的实施例的具有锯齿刃的喷嘴的剖视图；图7A是根据本专利技术的实施例的具有半球状突起的喷嘴的剖视图；图7B是根据本专利技术的实施例的具有半球状凹陷的喷嘴的表面图；图8示出根据本专利技术的实施例的具有Hdmholtz衰减器的喷嘴； 图9是根据本专利技术的实施例的感测到物体的距离的方法的流程图。具体实施方式尽管本专利技术在此参照对于特定的应用所示的实施例进行描述，但是应 当理解，本专利技术并不受限于此。能够领会在本文中所提供的教导的本领域 技术人员将想到在本专利技术范围内以及本专利技术将对之产生显著作用的其他 领域内的附加改变、应用和实施例。图1提供气体压力计接近传感器100的图。气体压力计接近传感器 100是一种类型的接近传感器，所述接近传感器可以通过本专利技术的至少一个实施例的使用而被改进，但并不试图限制本专利技术的保护范围。气体压力计接近传感器100包括气压调节器105、质量流量控制器106、中央通道 112、测量通道116、参考通道118、缓冲器120、缓冲器122、测量探针 128、参考探针130、桥通道136和质量流量传感器138。气体供给系统 102以所需压力将气体喷射到气体压力计接近传感器100中。中央通道112将气体供给系统102连接到气压调节器105和质量流量 控制器106，然后在接点114处终止。气压调节器105和质量流量控制器106在气体压力计接近传感器100内维持恒定的流率。气体由附加于通道112上的积蓄器108从质量流量控制器106强制排 出，进入通道112。在一些情况下，缓冲器可以被置于质量流量控制器106 和接点114之间。传感器100具有两个缓冲器120和122，所述缓冲器120 和122被分别置于在接点114处分开的每个腿上。缓冲器减小了气体湍流 以及由气体供给系统102所引起的后续噪声，并还用作阻力元件。在其他 实施例中，可以采用其他类型的阻力元件(例如节流孔)，尽管节流孔不 能减小湍流。当存在质量流量控制器106时，气体通过中央通道112移动到接点 114。中央通道112在接点114终止，并分成测量通道116和参考通道118。 质量流量控制器106以足够低的流率喷射气体，以提供层流和在整个系统 中的不可压縮的流体流动，所述系统将所不需要的气动噪声的产生最小 化。同样，所述系统的几何尺寸可以被合适地设定，以维持由质量流量控 制器106所建立的层流特性。桥通道136被连接在测量通道116和参考通道118之间。桥通道136 在接点124处连接到测量通道116。桥通道136在接点126处连接到参考 通道118。在一个示例中，接点114和接点124之间的距离以及接点114 和接点126之间的距离相等，这帮助实现流体对称性和气体压力计性能。在气体压力计接近传感器100内的所有通道允许气体流过。通道112、 116、 118和136可以由导管(管、管道等)或任何其他类型的可以容纳气 体并引导气体流经传感器100的结构构成。期望地，所述通道不具有急弯、 不规则性或不需要的阻塞，所述急弯、不规则性或不需要的阻塞可能例如 通过引起局部湍流或流体的不稳定而造成气动噪声。测量通道116和参考 通道118的总体长度可以相等或在其他一些例子中是不等的。然而，对称 性的缺乏可能降低传感器100的性能，并需要附加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气压力计，所述空气压力计用于感测到物体的距离，所述空气压力计包括：　气体供给系统，所述气体供给系统配置用于供给气体；以及　喷嘴，所述喷嘴连接到所述气体供给系统，并设置用于将气体从所述气体供给系统供给到限定在所述喷嘴和所述物体之间的空隙；　其中，所述气体供给系统设置用于以一定的流量供给气体，所述流率对应于在所述喷嘴和所述物体之间的空隙内的层流和湍流之间的过渡区域中的流动。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赫尔曼沃格尔，
申请(专利权)人：ASML控股股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]