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JPH02232507A - 流体ゲージセンサ - Google Patents

流体ゲージセンサ

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Publication number
JPH02232507A
JPH02232507A JP2011964A JP1196490A JPH02232507A JP H02232507 A JPH02232507 A JP H02232507A JP 2011964 A JP2011964 A JP 2011964A JP 1196490 A JP1196490 A JP 1196490A JP H02232507 A JPH02232507 A JP H02232507A
Authority
JP
Japan
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air
channel
fluid
measurement
gap
Prior art date
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Application number
JP2011964A
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English (en)
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JP2923567B2 (ja
Inventor
Andrew H Barada
アンドゥリュー・エイチ・バラダ
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Applied Biosystems Inc
Original Assignee
Perkin Elmer Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH02232507A publication Critical patent/JPH02232507A/ja
Application granted granted Critical
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/42—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using fluid means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B13/00—Measuring arrangements characterised by the use of fluids
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B13/00—Measuring arrangements characterised by the use of fluids
    • G01B13/12—Measuring arrangements characterised by the use of fluids for measuring distance or clearance between spaced objects or spaced apertures

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)
  • Measuring Arrangements Characterized By The Use Of Fluids (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、一般的には表面からの距離を検出するための
装置に関し、かつとくに低容【ｊｔの空気の大量の流れ
による表面」一の粒子汚染の最小の影響による小さなギ
ャップを検出するだめの低流量の釣り合い空気式ブリッ
ジにかんするものである。
発明の背景 自動化された多くの機械的作業においてはしばしば表面
に対する距離を感知するかまたは２つの表面間に一定の
距離を維持することが必要である。
幾らかの用途において感知または維持されるべきである
この距離またはギャップは、数ミクロンまたは百万分の
数メートル程度において、非常に小さい。これらのギャ
ップが検出または維持される必要がある１つの用途は半
導体の製造に使用される装置のようなリソグラフ装置で
ある。
代表的には、空気ゲージは２つの釣り合った側辺部また
は脚部間の圧力差の原理を応用して使用されている。２
本のｍ部１ｍの可撓性の薄膜の偏りが２つの表面間のギ
ャップまたは距離を測定するかまたは維持するのに使用
される。一方の表面は空気を放出するブローブでありか
つ他方の表面はそれからの距離が測定される表面である
。
これらの空気ゲージは大部分の用途に許容し得るか、幾
らかの用途においてそれらの性能は適切でない。例えば
、空気ゲージは圧力差で差動するため圧力変化が長い応
答時間を結果として生じる空気導管の容積にわたって積
分されねばならない。
この応答時間、または周波数応答は２００−３００　　
ｍｓｅｃ　　程度である。加えて、これらの空気ゲジは
汚染の可能性を増大する高い空気流を結果として生じる
比較的高い圧力で作動する。技術の進歩、かつとくに半
導体の製造に応用されるようなリソグラフ技術の進歩に
連れて、これらの応答時間は装置の性能を制限する。そ
れゆえ、一般にかつとくに半導体の製造に使用されるリ
ソグラフ装置に応用されるような空気ゲージの応答時間
を改みする必要が存在する。
発明の概要 本発明は小さなギャップを迅速にかつ正確に検出するだ
めの空気式ブリッジ装置に向けられる。
一定の圧力下の空気源は２つのチャンネルに分割される
。これらのチャンネルは測定チャンネルおよび基準チャ
ンネルである。両チャンネルはこれらを通る大噴の空気
流を正確に制御するためにその中に配置される制限器を
イ了する。各チャンネル内において空気流は再びブロー
ブと大！１ｔの空気流センサとの間で分割される。測定
チャンネルの末端には測定ブローブが取着されて空気が
該測定ブロープと検出されるべき表面との間に存在する
のを許容する。同様に、基準ブローブが基準チャンネル
の末端に取着されて空気が基準プローブと基準表面との
間に漏出するのを許容する。太り１の空気流センサは測
定チャンネルと基準チャンネルとの間に接続される。
測定プローブと検出されるべき表面との間のギヤツプお
よび基準ブローブと基準表面との間のギャップが等しい
とき空気式ブリッジは釣り合わされかつ大量の空気流は
チャンネル間で大量の空気流センサによって検出されな
い。測定プローブと検出されるべき表面との間のギャッ
プが変化するならば空気式ブリッジは釣り合わされずか
つ空気は２つのチャンネル間に流れかつ大量の空気流セ
ンサによって検出される。
したがって、本発明の目的はサブミクロンの精度で表面
の運動を迅速に検出することである。
本発明の他の目的は表面またはウエーハに対する汚染を
最小にする空気ゲージセンサを提供することである。
本発明のさらに他の目的は容易に製造することができる
構造を有する空気ゲージセンサを提供することである。
本発明のさらに他の目的は僅かな較正により装置間で交
換可能である空気ゲージセンサを提供することにある。
本発明の他の目的は安定である空気ゲージセンサを提供
することである。
本発明のさらに他の目的は周囲の圧力変化に感応しない
空気ゲージセンサを提供することである。
これらおよび他の目的は以下のより詳細な説明を考慮し
てより容易に明らかとなる。
第１図は本発明を例示する概略図である。空気供給源１
０は調整器２０に圧縮空気（流体）を供給する。フィル
タ３０は空気（流体）導管３２への空気（流体）の導入
前に該空気からどのような不純物をもろ過する。空気導
管３２へ導入後ろ過されかつ調整された空気は第１また
は測定ヂャンネル４０および第２または基準チャンネル
４２に分かれる。測定および基へ八チャンネル４０およ
び４２の各々はその中に第１および第２精密開１−Ｊま
たは制限器４４および４６を有している。２つの開口ま
たは制限器４４および４６はチャンネル４０および４２
を通る大量の空気（流体）流を制御する。制限器４４お
よび４６は好ましくは大川の空気流を等しく制限する。
これは各チャンネル内に置かれている等しい大きさの精
密開口によって達成されることができる。測定ヂャンネ
ル４０内の空気流はさらに第１大量空気（流体）流チャ
ンネル４８において分割される。残りの空気（流体）流
は測定ブローブチャンネル５４を通りかつ測定ブローブ
５８から出る。この点において空気（流体）は周囲環境
に対して自由でありかつ測定ブローブ５８と表面６６と
の間のギャップを満たず。同様に、基準チャンネル４２
内の空気流は基準の大量空気流チャンネル５２と基準の
ブロープチャンネル５６との間で分割される。空気流は
基準のブローブチャンネル５６を通って基準プローブ６
０に継続する。
該基準プローブ６０において空気流は周囲環境に対して
自由である。空気流は基準プローブ６０と基準表面６８
との間の基準ギャップ６４を満たす。
大量空気流センナ５０は測定脚部５１と基準脚部５３と
の間に位置決めされる。空気は大量空気流センサ５０を
通って自由に流れる。大ｆｆｌ（ｍａｓｓ）空気流せん
さ５０は測定脚部５１と基準脚部５３との間の空気量の
移動を検出しかつ測定する。空気流を測定するための１
つの技術は空気流の通路中に置かれる熱線を用いる。こ
の方法は加熱された線からそれを取り巻く流体への熱移
動Ｆｌ１が線を横切る流体の大ｍの流れに比例するとい
う物理的原理を使用する。線が熱移動により温度を変え
ると、線の抵抗がまた変わりかつ結果として生じる電流
の変化が電気回路によって測定される。市場で手に入れ
ることができる大量（全体）空気流センサはハネウエル
社の１事業部であるマイクロスイッチによって販売され
るマイクロブリッジΔＷＭ２０００である。測定ギャッ
プ６２が基準ギャップに等しいとき、２つの精密開口ま
たは制限器４４および４６が空気流に対して同一抵抗を
イｆするならば、センサ５０を通る正味の大量空気流は
ない。異なる大きさの制限器４４および４６は空気式ブ
リッジ空気ゲージセンサを釣り合わずために２つのギャ
ップ６１および６４が同一でない場合に使用される。こ
の方法においてブリッジはギャップ６２および６４が等
しくないとしてら釣り合わせられることができる。
作動において、ギャップ６２が基準ギャップ６４より大
きくなるとき大量空気流は基準空気流チャンネル５２か
らセンサ５０を通って測定大量空気流チャンネル４８に
向かって移動する。大量空気流センサ５０はこの運動を
検出しかつギャップの広がりを示す信号を供給する。同
様に、ギャップ６２が減少するとき大量空気流は測定さ
れた大量空気流チャンネル４８からセンサ５０を通って
基準大量空気流チャンネル５２にむけられる。
装置内の空気による雑音は層流かつ圧縮不能な流体流を
供給するのに十分な初期の空気流圧力を供給することに
より減じられることができる。加えて、不規Ｉり性、ま
たは鋭い屈曲、または他の障害を有しないチャンネルは
空気による雑音の可能性をさらに減じる滑らかなまたは
層状の空気流を供給するのに役立つ。ほとんどの大気の
場合に、同一圧力で排出する測定プロープおよび基準プ
ローブは周囲圧力の変化に無視し得る作用を結果として
生じる。同様に、音響圧力レベルは、測定プローブと基
準ブロープとの間の位相差が大き過ぎないならば、ほぼ
同一方法において、最初の程度に、無効にする。より高
い背景雑音の程度は共通モドの雑音低減によって減少さ
れることができる。
これは背景雑音を採取するのに使用される別個のチャン
ネルを設けることにより達成されることができる。雑音
はその場合に混合された雑音および信号から減じられて
所望の信号のみを結果として残す。
本発明は圧力測定よりむしろ大ｊｎ空気流に依存するの
で、ギャップを通って流れる空気の量は第３のパワーに
上昇されたギャップの偏りに比例して変化する。また、
流れの変化は音速によって制卯され、その速度において
ブローブを通る流れ抵抗の変化が空気式ブリッジの残部
に」二流に伝搬されることができる。これは空気圧力差
装置においては圧力がそれ自体ブローブと圧力センサと
の間の装置のよどんだ空気容積にわたって積分しなけれ
ばならないため圧力差を測定する空気ゲージより速い応
答時間である。本発明に関しては応答時間は１　０　−
　１　５　　ｅｇｅｃ　　程度であるが、圧力差装置を
使用する同様な空気ゲージに関しては応答時間は２００
−３００ｍｓｅｃ程度である。
第２図は第１図に示した測定ブローブ５８と表面６６と
の間のギャップ６２を示す電圧出力を゜供給するのに使
用されることができる回路を示す。
大量空気流センサ５０はホイートストンブリッジのＬ部
分からなる。該ブリッジは抵抗器７２，７４．８２およ
び８４によって形成される。温度の関数として電気抵抗
を変化する特性をイｆする材料から作られる抵抗器はサ
ーミスタである。矢印８０によって示される大量空気流
がサホミスタ８２および８４を横切って流れるとき、該
２つのサーミスタ８２および８４は大量空気流への熱移
動により抵抗を変化する。第１交点７６と第２交点７８
との間の電圧はサーミスタ８２および８４の抵抗の変化
の結果として変化する。前期第１および第２交点７６お
よび７８との間のブリッジの出力電圧は可変抵抗器７０
によって僅かにずらされることができる。
第１および第２交点７６および７８からの信号は増幅″
ａ８８によって増幅される。増幅器８８の利得は可変抵
抗器８６によって調整されることができる。増幅器８８
の出力は任意の電気的フィルタ９０によって調節される
ことができる。出力は次いで他の装置を制御して第１図
に示した測定ブローブと表面６６との間の変化するギャ
ップ距離６２の結果として所望の作用を行うのに使用さ
れることができる。
本発明に使用される流体としての空気の説明（渠好適な
流体としてのみである。理解されるべきことは、流体の
特性を有するどのような材料も本発明において使用する
ことができるということである。
幾つかの実施例が例示されかつ説明されたが、種々の変
更がこの発明の精神および範囲から逸脱することなしに
なされることができることは当該技術に熟練した者には
明らかである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明を示す機械的な概略図、第２図は大量空
気流を検出するための回路を示す概略電気回路図である
。 図中、符号ＩＯは空気（流体）供給源、２０は調整器、
３０はフィルタ、３２は空気（流体）導管、４０は測定
チャンネル、４２は基準チャンネル、４４．４６は制限
器（精密開口）、５０は大量空気流センサ、５Ｉは測定
脚部、５３は基準脚部、５８は測定ブロープ、６０は基
準ブロープ、６２は測定ギャップ、６４は基準ギャップ
、６６は表面、６８は基準表面、７２，７４，８２．８
４は抵抗器（サーミスタ）である。 代理人　弁理士　　佐　々　木　清　隆（外３名）

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）流体導管； 該流体導管と連通する第１チャンネル； 前記流体導管と連通する第２チャンネル； 前記第１チャンネル内の流体流を制限する第１制限器； 前記第２チャンネル内の流体流を制限する第２制限器； 表面との間で第１ギャップを形成する前記第１チャンネ
    ルの末端にある測定プローブ； 基準表面との間で第２ギャップを形成する前記第２チャ
    ンネルの末端にある基準プローブ；前記第１および第２
    チャンネル間の大量の流体流を検出するための、前記第
    １および第２チャンネル間で連通する大量の流体流セン
    サ手段とからなることを特徴とする流体ゲージセンサ。
  2. （２）前記第１および第２制限器は同一サイズの開口で
    あることを特徴とする請求項１に記載の流体ゲージセン
    サ。
  3. （３）前記大量の流体流センサは、１対のサーミスタ；
    および流体流がそれにより前記１対のサーミスタに対し
    て向けられる大量の流体流チャンネルからなることを特
    徴とする請求項１に記載の流体ゲージセンサ。
  4. （４）前記１対のサーミスタはホイートストンブリッジ
    の１部分を形成することを特徴とする請求項３に記載の
    流体ゲージセンサ。
  5. （５）さらに、前記流体導管に取着された調整器からな
    ることを特徴とする請求項４に記載の流体ゲージセンサ
    。
  6. （６）さらに、前記流体導管に取着されたフィルタから
    なることを特徴とする請求項５に記載の流体ゲージセン
    サ。
  7. （７）前記流体は空気であることを特徴とする請求項６
    に記載の流体ゲージセンサ。
  8. （８）２つの表面間の空気ギャップを検出するための空
    気ゲージセンサにおいて、 空気供給源； 前記空気供給源によつて供給された空気圧を調整するた
    めの、前記空気供給源と連係する調整器手段； 前記空気供給源からの空気がそれを通って流れるフィル
    タ； 前記空気導管を基準チャンネルと測定チャンネルに分割
    する合流点； 前記基準および測定チャンネルの各々に配置され、かつ
    各々ほぼ同一サイズの開口を有する制限器； 基準表面と予め定めた基準ギャップを形成しそれにより
    空気が前記基準ギャップを通って前記基準チャンネルか
    ら解放される前記基準チャンネルの末端にある基準プロ
    ーブ； 表面とギャップを形成しそれにより空気が前記ギャップ
    を通って前記測定チャンネルから解放される前記測定チ
    ャンネルの末端にある測定プローブ；および 前記基準および測定チャンネルとの間の大量の空気流を
    感知するための、前記基準および測定チャンネル間に接
    続された大量の空気流センサ手段からなることを特徴と
    する空気ゲージセンサ。
JP2011964A 1989-01-25 1990-01-23 流体ゲージセンサ Expired - Lifetime JP2923567B2 (ja)

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US07/301,088 US4953388A (en) 1989-01-25 1989-01-25 Air gauge sensor
US301088 1989-01-25

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JPH02232507A true JPH02232507A (ja) 1990-09-14
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