(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リソグラフィ・ツールであって、
ウェーハを保持する表面を有するウェーハ・ステージと、
ガスの流れを向ける前記表面に近接したノズルと
を備え、
前記ノズルが、
ガスを受ける注入口を有しかつ第１の容積を密閉する第１のハウジングと、
前記第１のハウジングに流体結合されかつ第２の容積を密閉する第２のハウジングと、
前記第１のハウジングと前記第２のハウジングの間に配置され、かつ、前記第１の容積から前記第２の容積まで前記ガスの流れを制御する流れ分配板と、
前記第２の容積の一部内に配置される複数の流れ調整チャネルと
を備え、
前記流れ分配板が複数の穴を含み、当該複数の穴は、前記第１のハウジング内にガスが注入されたときの前記第１の容積の圧力差に基づいて単位面積当たりの数が異なるように設けられ、
前記流れ調整チャネルの端部と前記流れ分配板の表面との間には空間が設けられ、
前記流れ調整チャネルは、当該流れ調整チャネルの各々の軸方向が前記流れ分配板の前記表面と直交するように配置されている、リソグラフィ・ツール。
【請求項２】
前記複数の穴は、前記流れ分配板の第２の端部よりも前記注入口付近の第１端部のほうが単位面積当たりの数が多くなるように設けられている、請求項１記載のリソグラフィック・ツール。
【請求項３】
前記ウェーハを保持する前記表面が可動式である、請求項１又は２に記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項４】
前記ノズルが前記ウェーハを保持する前記表面と共に移動する、請求項３に記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項５】
前記複数の流れ調整チャネルが複数の板で形成される、請求項１から４のいずれかに記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項６】
前記流れ調整チャネルの各々が１２５より小さい出口レイノルズ数を有する、請求項１から５のいずれかに記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項７】
前記流れ調整チャネルの各々が全ての流れ調整チャネルの平均出口速度の２５パーセント以内の出口速度を有する、請求項６に記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項８】
前記流れ分配板の前記穴が直径Ｄを有し、前記流れ調整チャネルの各々の端部が前記流れ分配板の表面から少なくとも１０Ｄの距離にある、請求項１から７のいずれかに記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項９】
前記表面の配置を制御する干渉法システムをさらに備え、
前記ノズルによって放出される前記ガスが干渉測定の間に温度の安定性を提供する、請求項１から８のいずれかに記載のリソグラフィ・ツール。
【請求項１０】
リソグラフィ・ツールにガスを供給するノズルであって、
ガスを受ける注入口を有しかつ第１の容積を密閉する第１のハウジングと、
前記第１のハウジングに流体結合されかつ第２の容積を密閉する第２のハウジングと、
前記第１のハウジングと前記第２のハウジングとの間に配置され、かつ、前記第１の容積から前記第２の容積まで前記ガスの流れを制御する流れ分配板と、
前記第２の容積の一部内に配置される複数の流れ調整チャネルと
を備え、
前記流れ分配板が複数の穴を含み、当該複数の穴は、前記第１のハウジング内にガスが注入されたときの前記第１の容積の圧力差に基づいて単位面積当たりの数が異なるように設けられ、
前記流れ調整チャネルの各々の端部と前記流れ分配板の表面との間には空間が設けられ、
前記流れ調整チャネルは、当該流れ調整チャネルの各々の軸方向が前記流れ分配板の表面と直交するように配置されている、ノズル。
【請求項１１】
前記複数の穴は、前記流れ分配板の第２の端部よりも前記注入口付近の第１端部のほうが単位面積当たりの数が多くなるように設けられている、請求項１０に記載のノズル。
【請求項１２】
前記流れ調整チャネルの各々が１２５より小さい出口レイノルズ数を有し、全ての流れ調整チャネルの平均出口速度の２５パーセント以内の出口速度を有する、請求項１０又は１１に記載のノズル。
【請求項１３】
前記複数の流れ調整チャネルが複数の板で形成される、請求項１０から１２のいずれかに記載のノズル。
【請求項１４】
前記流れ分配板の前記穴が直径Ｄを有し、前記流れ調整チャネルの各々の端部が、前記流れ分配板の表面から少なくとも１０Ｄの距離にある、請求項１０から１３のいずれかに記載のノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して、リソグラフィに関する。より詳細には、本発明は、リソグラフィ用途の層流ガス・カーテンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス・カーテンは、様々な用途で使用されている。リソグラフィ用途では、ガス・カーテンは、ウェーハ・ステージおよびウェーハ処理システムなどの選択された構成要素内の必要なガス純度レベルを維持するために使用される。ガス・カーテンの使用の他の例は、干渉測定を容易にする温度安定環境を提供することである。
【０００３】
ただし、パージ・プロセス中にパージ・ガスは環境ガスと混ざりやすいため、利用可能なガス・カーテン・システムは効率的でない。ガス・カーテンを形成するためのガスは消耗品であり、利用可能なガス・カーテン・システムの非効率的なガスの使用によってリソグラフィ処理量の全体コストは増加する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リソグラフィ用途に必要なものは、現在利用可能なガス・カーテン・システムの限界と欠点とを克服する新しいガス・カーテン・システムである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、リソグラフィ用途で使用する層流ガス・カーテンを提供する。ある実施形態では、ガス・カーテン・システムは、流体パージ・プロセスを増強するノズルを含む。このノズルは、第１のハウジングと、第２のハウジングと、流れ分配板と、複数の流れ調整チャネルとを含む。第１のハウジングは、ガスを受け入れ、第１の容積を密閉する注入口を有する。第２のハウジングは、第２の容積を密閉し、第１のハウジングに流体結合されている。流れ分配板は、第１の容積から第２の容積まで均一にガスの流れを制御する。第２の容積の一部の範囲内に複数の流れ調整チャネルが配置され、ガス・カーテンを形成するガスを放出するために使用される。流れ調整チャネルの長さが、混合プロセスを実行させる非軸方向のガス速度流れベクトルを減衰させるために選択される。
【０００６】
本発明によれば、ノズルは、ガス容積のパージの間に発生するガス混合を制限する。これは、一部は、複数の流れ調整チャネルにパージ・ガスを送り込み、パージ・ガスが流れ調整チャネルを通して層状に流れるようにすることで達成される。流れ調整チャネルから放出されるガスの流れ場は、軸方向を向き、流れ調整チャネルから放出された後で流れ−管方向を維持し、規定された有効射程距離にわたって管内の層流の混合はほとんどまたは全く発生しない。ガスを流れ調整チャネルに送り込むと、圧力が低下し、これを利用してすっきりした放物線速度プロファイルの層流が達成される。
【０００７】
本発明の他の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について、添付の図面を参照して以下に詳細に説明する。
【０００８】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を形成し、以下の説明と共に本発明を例示する添付の図面によってさらに本発明の原理が説明され、当業者が本発明を構築し利用することができる。図面中、類似の参照番号は、同一のまたは機能が類似した要素を示す。さらに、参照番号の左端の数字は、その参照番号が最初に現れる図面を識別する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明は、リソグラフィ用途で使用する層流ガス・カーテンを提供する。以下の本発明の詳細な説明で、「一実施形態」、「ある実施形態」、「例示としての実施形態」などの表記は、記述された実施形態が特定の機能、構造、または特徴を含むことがあるということを示すが、あらゆる実施形態が必ずしもその特定の機能、構造、または特徴を含むというわけではない。さらに、そのような語句は、必ずしも同じ実施形態を指すわけではない。また、特定の機能、構造、または特徴がある実施形態に関連して記述されるときには、明示されているか否かを問わず、そのような機能、構造、または特徴を他の実施形態で実施できることは当業者には明らかであると考えられる。
【００１０】
図１は、本発明のある実施形態によるリソグラフィ・ツール１００の概略図である。ツール１００は、照明源１０２と、空間光変調装置１０４と、投影光学系１０６と、ウェーハ・ステージ１０８と、ガス・カーテン・システム１２６とを含む。リソグラフィ・ツール１００は、マスクレス・リソグラフィ・ツールであるが、本発明は、マスクレス・ツールに限定されない。本発明は、全てのリソグラフィ・ツールを含み、それと併用できる。
【００１１】
ある実施形態では、照明源１０２から放出された照明エネルギーは、照明光学系１１０によって調整される。照明光学系１１０から出射される照明エネルギーは、ビーム・スプリッタ１１２を用いて空間光変調装置１０４に向けられる。ある実施形態では、照明源１０２は、パルス・エキシマ・レーザである。連続照明源も使用できる。
【００１２】
空間光変調装置１０４は、複数の空間光変調装置セル（図示せず）を含む反射型空間光変調装置である。空間光変調装置１０４に結合されたパターン・ラスタ化装置１１４は、空間光変調装置セルの各々に信号を供給してダイのパターンを形成する。空間光変調装置１０４に供給された信号は、直線化パターン・ビットマップを生成する。
【００１３】
空間光変調装置１０４から反射された照明エネルギーは、ビーム・スプリッタ１１２を通過し、投影光学系１０６に入射される。図１に示すように、一実施形態では、投影光学系１０６は、レンズまたはレンズ・グループ１０３と、アパーチャ１０５と、レンズまたはレンズ・グループ１０７とを含む。投影光学系１０６のひとみに入射される空間光変調装置セルからの反射照明エネルギーを用いて金型画像が形成される。
【００１４】
ウェーハ・ステージ１０８は、ＸおよびＹ方向に移動してステップおよびスキャン・リソグラフィを可能にする。Ｙ方向の位置は、モニタ（図示せず）および干渉計１１８を用いて制御される。Ｘ方向の位置は、モータ（図示せず）および干渉計１２２を用いて制御される。レーザ１１６およびビーム・スプリッタ１２０を用いて干渉計１１８および干渉計１２２に照明が提供される。投影光学系１０６によって形成される画像は、ウェーハ・ステージ１０８の位置を変更することでウェーハ・ステージ１０８の異なる領域に位置させることができる。
【００１５】
本発明のある実施形態では、照明エネルギーの反射ではなく照明エネルギーの伝達または通過を制御する空間光変調装置が使用される。この実施形態では、照明光学系は、空間光変調装置を適当に照明するように再配置される。
【００１６】
ガス・カーテン・システム１２６は、ノズル１３０およびガス源（図示せず）を含む。ガス・カーテン・システム１２６は、例えば、ウェーハ・ステージ１０８をパージし、および／またはそうでなければ干渉計１１８および１２２の動作に影響する熱を制御するために使用される。ガス・カーテン・システム１２６によって生成されるガス・カーテン（例えば、空気カーテン）は、高温の周囲大気がリソグラフィ・ツール１００の干渉法制御容積内で貫通して混合することを防止し、その結果、屈折率の悪化を防止する。
【００１７】
ノズル１３０のサイズと、リソグラフィ・ツール１００の他の構成要素のサイズは正確な縮尺図ではないことに留意されたい。
【００１８】
図２Ａは、ノズル１３０の概略図である。図２Ａに示すように、ノズル１３０は第１のハウジング２００と、第２のハウジング２０４と、流れ分配板２０６とを含む。またノズル１３０は、以下に説明する複数の流れ調整チャネル（例えば、図４を参照）を含む。
【００１９】
ハウジング２００は、注入口２０２を有し、流れ分配板２０６を介してハウジング２０４に流体結合されている。図２Ａに示すように、好ましい実施形態では、ハウジング２００およびハウジング２０４は矩形である。他の実施形態では他の形状が使用される。
【００２０】
図２Ａに示すように、流れ分配板２０６は、複数の穴２０８を含む。流れ分配板２０６の穴２０８のサイズ、数、および間隔は、第１のハウジング２００からのガス流が第２のハウジング２０４内に密閉されている第２の容積内で確実に均一に分配されるように選択される。
【００２１】
いくつかの実施形態では、単位面積当たりの穴２０８の数は、流れ分配板２０６全体で均一ではない。この不均一な分配は、例えば、ハウジング２００によって密閉される第１の容積内に存在する不均一な圧力に基づく。図２Ａに示す実施形態では、単位面積当たりの穴２０８の数は、ハウジング２００内の圧力が最小である流れ分配板２０６の注入口２０２付近の端部で最大である。単位面積当たりの穴２０８の数は、圧力が最大である流れ分配板２０６の注入口２０２から最も遠い端部で最小である。
【００２２】
図２Ｂは、ノズル１３０を用いてガス・カーテン２１０を形成するガス・カーテン・システム２０１の概略図（上面図）である。ガス・カーテン２１０は、ステップアンドスキャン・リソグラフィ・ツールのウェーハ・ステージ２１２の障壁を形成するように示されている。図２Ｂに示すように、注入口２０２はホース２１６、または当業者には明らかな他の要素によってガス源２１４に結合されている。ガス源２１４は、リソグラフィ・ツールの動作中にガス・カーテン２１０を維持するのに十分なガス流をノズル１３０に供給する。図２Ｃは、ガス・カーテン・システム２０１をさらに示す概略図（側面図）である。
【００２３】
図３に示すように、ガス流は、注入口２０２から第１のハウジング２００に入る。このガス流は、ハウジング２００によって密閉された第１の容積内で分配される。流れ分配板２０６は、侵入する流れ場に背圧を加えることでハウジング２００からハウジング２０４（図２Ａ参照）へ流れるガスの分配を制御する。
【００２４】
以下の例は、適当な背圧を達成するために本発明のある実施形態のハウジング２００と流れ分配板２０６のパラメータを選択する方法を示す。この例のために、長さＬ、幅Ｗ、高さＨ、および注入口径Ｄｉを有するハウジング２００を考える。図３に示す長さＬａは、少なくとも１０Ｄｉである。流れ分配板２０６の穴の直径は、Ｄｈである。
【００２５】
この例のために、ハウジング２００に侵入するガスは、流量が５２立方フィート／分（ＣＦＭ）に等しいＶｉの空気とする。上記パラメータに基づいて、ハウジング２００に侵入する質量流量（ｍｆ）は
【数１】
0004498320.tif 000002
であり、ここで、
【数２】
0004498320.tif 000003
および
【数３】
0004498320.tif 000004
である。圧力低下は
【数４】
0004498320.tif 000005
で、ここで、κは、ヘッド損失係数が１である。容量測定流量は
【数５】
0004498320.tif 000006
であり、ここで、
【数６】
0004498320.tif 000007
である。
【００２６】
ハウジング２００内の圧力低下は、注入口の条件およびハウジング２００の幾何形状に基づく。圧力低下をパスカルで表現すると以下の式になる。
【数７】
0004498320.tif 000008
ここで、ｆは摩擦係数で、空気密度（ρｃ）は１．２ｋｇ／ｍ３に等しい。ＲｅＤがレイノルズ数に等しいとし、ＲｅＤが
【数８】
0004498320.tif 000009
に等しい場合、ＲｅＤが２３００以下（層管流）であれば、摩擦係数ｆは
【数９】
0004498320.tif 000010
に等しい。ＲｅＤが２３００以上、４０００以下（層流から渦流への遷移管流）の場合、ただし、
【数１０】
0004498320.tif 000011
（管の粗さ）でｅが２×１０−６（平滑管）に等しい場合、摩擦係数ｆは
【数１１】
0004498320.tif 000012
に等しい。ＲｅＤが４０００より大きい場合、摩擦係数ｆは
【数１２】
0004498320.tif 000013
に等しい。
【００２７】
流れ分配板の圧力低下は、以下の式で与えられる。
【数１３】
0004498320.tif 000014
ここで、Ｌｐは流れ分配板の厚さ、Ｄｈは流れ分配板の穴の直径、Ｎｈは穴の数、Ｃｄは穴の放出係数である。
【００２８】
実験に基づいて、以下の設計ガイドラインが４象限に分割された流れ分配板を通過する適当な流量分配を生成することが判明した。
【数１４】
0004498320.tif 000015
【数１５】
0004498320.tif 000016
【数１６】
0004498320.tif 000017
および
【数１７】
0004498320.tif 000018
ここで、ｖｈは穴２０８の通過速度、ｖｉは注入口２０２の通過速度、ｖｐはハウジング２００によって密閉された容積内の通過速度である。
【００２９】
上の例に続けて、式（４）から、
【数１８】
0004498320.tif 000019
および
【数１９】
0004498320.tif 000020
とする。容積を小さく保つことで、
【数２０】
0004498320.tif 000021
および
【数２１】
0004498320.tif 000022
（パスカル）となる。上式２および３をｖｈと組み合わせると以下のようになる。
【数２２】
0004498320.tif 000023
ただし、上式３から、Ｄｈ平均値は０．０４×Ｄｉに等しい。したがって、結果として得られる穴の数は
【数２３】
0004498320.tif 000024
である。式２から、Ｄｉは５０．８ｍｍとして、結果として得られる穴の直径は、
【数２４】
0004498320.tif 000025
である。
【００３０】
式４で、比率ｖｈ／ｖｉは、最小容積で５に等しい。
この比率を用いて、
【数２５】
0004498320.tif 000026
および
【数２６】
0004498320.tif 000027
である。ハウジング２００の幅Ｗがハウジング２００の高さＨの２倍であれば、
【数２７】
0004498320.tif 000028
であり、Ｗは１４．２２ｃｍ（５．６インチ）である。
【００３１】
以下の実験に基づいた表（表１）を用いて流れ分配板２０６の適当な穴の分配を見つけることができる。上記例では、
【数２８】
0004498320.tif 000029
であるので、表１の列「Ｃ」が選択される。
【表１】
0004498320.tif 000030
【００３２】
表１の列Ｃと、この例で必要な穴の総数は１３０であるという事実を用いて、流れ分配板２０６の４つの象限の各々の穴の数は、以下の表（表２）に示すように、それぞれ４８、４３、２２、および１７である。
【表２】
0004498320.tif 000031
【００３３】
図４は、ノズル１３０を通過するガス流を示す概略図である。図４に示すように、複数の流れ調整チャネル４００がハウジング２０４の一部にある。ハウジング２０４の流れ調整チャネル４００の端部と流れ分配板２０６との間に空間４０２が存在する。流れ分配板２０６の穴２０８が直径Ｄを有するある実施形態では、各流れ調整チャネル４０２の端部は、流れ分配板２０６の表面から少なくとも１０Ｄ離れた位置にある。
【００３４】
ある実施形態では、ガスは、注入口２０２を介して第１のハウジング２００に速度ｖ１で流れ込む。ガスがさらにハウジング２００に侵入すると、速度はｖ２に落ちる。ガスは、流れ分配板２０６の穴２０８を介して速度ｖ３でハウジング２００を抜ける。これらの速度の関係は、上に例示的に説明した。空間４０２で、ガス流の速度はｖ４である。ガス流は、流れ調整チャネル４００に侵入し、速度ｖ５で流れ調整チャネル４００を抜ける。
【００３５】
ガスは、既存の流れ場が軸方向を向き、流れ調整チャネル４００から放出された後で、長い距離にわたって流れ−管方向（射程（ｔｈｒｏｗ)）を維持するように非軸方向の速度流れベクトルを減衰させるのに必要な規定の長さを有する流れ調整チャネル４００を通って層状に流れる。その結果得られる流れ場は、層状の（例えば、レイノルズ数が２０００よりはるかに少ない）層流として振る舞い、有効「射程」距離にわたって層流の間で混合が発生する可能性は最小限である。流れ調整チャネル４００から放出される層流は、理想的には汚染ガス容積をリフレッシュし、点熱源を制御するのに適している。
【００３６】
図５に示すように、ある実施形態では、複数の適当な形状の板５００によって複数の流れ調整チャネルが形成される。これによって、流れ調整チャネルの製造が簡単化される。他の実施形態では、各流れ調整チャネルは、例えば、個々の管によって形成される。
【００３７】
以下の例は、本発明のある実施形態による流れ調整チャネルの適当なパラメータの選択方法を示す。この例の設計基準に従って、最小量のガス流を利用しながら最適化性能を有するガス・カーテンを生成することが可能である。設計基準は、最小化ジェット・カーテン乱流に基づき、それによって、一定の温度カーテン・ガス（例えば、空気カーテン）と周囲高温ガス（例えば、環境大気）との混合量を低減する。この設計を用いて選択された制御容積内で屈折率の変化を防止できる。
【００３８】
この例のために、流れ調整チャネルは、図５に示すようにハニカム形状であると仮定する。各ハニカム・セルは、ハウジング２０４の全高および全幅が各軸ジェットの有効性能に影響しないように、個別の二次元ジェットとして動作する。局所空気カーテン・ハニカムのガス流の均一性は、例えば、ハニカム流れ調整チャネルの前方に（図４に示す空間４０２の位置に）背圧装置として発泡材料を用いることで確保できる。
【００３９】
ハニカム・ソリディチ率が０．０９８（すなわち、以下の式でＲｃｒ（０．０９８）＝７０．５０４）で、レイノルズ数（Ｒｅｓ）が７０以下の場合に、スロット乱流が最小限にされ、および／または解消される。（本明細書の図６に再現する、米国度量衡標準局、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ａｄｖｉｓｏｒｙ  Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ  Ｆｏｒ  Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ、Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｎｏｔｅ  ２００１、「減衰画面の空力特性」（Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｄａｍｐｉｎｇ  Ｓｃｒｅｅｎｓ）（１９５０年１月）の図１３を参照）。これによって、流れ場が層流領域内にあることが確保される。ソリディチ割当て（ｓｏｌ）の関数としての臨界レイノルズ数は、以下の式で与えられる。
Rcr (sol) = 79.7-108 (sol) +169.5 (sol)2 - 177.72 (sol)3
ただし、0≦(sol)≦0.85である。
【００４０】
層流から渦平板ガス・カーテン流への遷移の際に、ハニカム・ガス注入スロットの下流での渦流の注入のスケールは、Ｅ／ｄが１．０以下の時に膜保護される長さにわたって最小限にされる。（例えば、本明細書の図７に再現する、Ｈ．Ｌ．Ｄｒｙｄｅｎの、「乱流の統計学理論の再考」（Ａ  Ｒｅｖｉｅｗ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｔｈｅｏｒｙ  ｏｆ  Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ）、Ｑｕａｒｔ．  Ａｐｐｌ．  Ｍａｔｈ．、Ｖｏｌ．１、Ｎｏ．１（１９４３年４月）の図Ｋ−２を参照）。値Ｅ／ｄは以下の式で与えられる。
E/d = 9.2*10-3・(X/d) - 10.0*10-6・(X/d)2+ 3.7*10-9・(X/d)3
ただし、
【数２９】
0004498320.tif 000032
の場合
【数３０】
0004498320.tif 000033
である。
したがって、「Ｘ」（膜保護される長さ、例えば、０．５１ｍ（２０インチ）を知ることで、水力流れ−管直径「ｄ」は、最大制限値として定義または上限を定められ、流量は、Ｒｅｄ＝Ｕ１＊ｄｖ≦Ｒｅｓになるように加減される。Ｘが０．５１ｍ（２０インチ）に等しい場合、
【数３１】
0004498320.tif 000034
である。
【００４１】
所与のＲｅｄ値で、対応する注入膜速度「Ｕ１」が決定される。これは、例えば、利用可能な熱動力学グラフを用いて達成できる。（例えば、本明細書の図８に再現する、Ｈ．Ｓｃｈｌｉｃｈｔｉｎｇの、「境界層理論」（Ｂｏｕｎｄａｒｙ  Ｌａｙｅｒ  Ｔｈｅｏｒｙ）、６ｔｈ  Ｅｄ．、ＭｃＧｒａｗ  Ｈｉｌｌ  Ｉｎｃの図９．１５を参照）。Ｒｅｓが実際の流れ−管レイノルズ数であるＲｅｄ＝Ｕ１＊ｄ／ｖ≦Ｒｅｓの場合、対応する注入膜速度Ｕ１は、図８から、許容スロット全高ｙが５０ｍｍ、ｕが０．２０＊Ｕ１（２つの相互作用する平行の流れの最大許容境界層混合速度の２０％）、ｈが２．４（ｕ／Ｕ１＝０．２０に対応する層状境界層の静止周囲混合層流拡散係数）に等しいことから、０．９５ｆｔ／ｓ（２９０ｍｍ／ｓ）になる。
【００４２】
対応する注入膜速度「Ｕ１」は、また、層流用に修正されたＨａｔｃｈ＆Ｐａｐｅｌｌ乱流膜冷却相関を用いてクロスチェックまたは発見できる。（本明細書の図９に再現する、Ｈａｔｃｈ，Ｊ．Ｅ．およびＰａｐｅｌｌ，Ｓ．Ｓ．の、「理論フロー・モデルを使用した異なる流体特性のガスの正接注入による断熱壁を冷却または加熱する膜のデータの相関付け」（Ｕｓｅ  ｏｆ  ａ  Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  Ｆｌｏｗ  Ｍｏｄｅｌ  ｔｏ  Ｃｏｒｒｅｌａｔｅ  Ｄａｔａ  ｆｏｒ  Ｆｉｌｍ  Ｃｏｏｌｉｎｇ  ｏｒ  Ｈｅａｔｉｎｇ  ａｎ  Ａｄｉａｂａｔｉｃ  Ｗａｌｌ  ｂｙ  Ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ  Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｇａｓｅｓ  ｏｆ  Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ  Ｆｌｕｉｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ）、ＴＮ  Ｄ−１３０、１９５９、ＮＡＳＡの図５を参照）。層流の場合、ｈｘ＝０．３３２Ｒｅｘ１／２Ｐｒ１／３、ただし、５０＜Ｒｅｘ＜５＊１０５である。それ故、その結果得られる必要な修正層流膜冷却水の流れの有効性は、η＝（１−ｕ／Ｕ１）＝０．８である。
【００４３】
上記決定されたＵ１の結果を検査するため、所与のＬ、Ｘ、ｙ、Ｃｐｃ、μｃ、ｋｃ、ρｃについて、以下の式が使用され、解かれる（例えば、反復して）。
【数３２】
0004498320.tif 000035
ここで、Ｌ＝スロット幅（ｍ）
Ｘ＝スロットからの下流への軸距離（ｍ）
ｙ＝スロット高（ｍ）
Ｃｐｃ＝冷却水比熱（Ｊ／ｋｇ−Ｋ）
μｃ＝冷却水動的粘度（ｋｇ／ｍ−秒）
ｋｃ＝冷却水熱伝導率（Ｗ／ｍ−Ｋ）
ρｃ＝冷却水密度（ｋｇ／ｍ３）
Ｕ１＝中心線冷却水速度（ｍ／秒）および
【数３３】
0004498320.tif 000036
Ｘ＝５５．０ｍｍ、ηｓ＝２．４、ｙ＝４．０ｍｍ、Ｌ＝９０．８ｍｍの例で、Ｕ１（ρｃ，μｃ，Ｘ，ｙ，ηｓ）＝０．２９３ｍ／ｓである。これで図８を用いて決定された値２９０ｍｍ／ｓが確認される。
【００４４】
Ｕ１の値を決定すると、Ｕ１速度および層流流れ場の水力直径を確立できる。ハニカム流れ調整チャネル（図７参照）の下流での渦流（Ｅ／ｄ）のスケールは、層流境界速度混合比ｕ／Ｕ１＝０．２（図８参照）に正比例する。許容速度混合比０．２を確立すると、この値をＥ／ｄ＝０．２に帰することができる。したがって、値「Ｘ／ｄ」は、図７から１２５と分かる。０．５１ｍ（２０インチ）に等しいＸの場合、２０／１２５または０．１６ｍに等しいｄの値が得られる。
【００４５】
図６から、式：
Rcr (sol) = 79.7-108 (sol) +169.5 (sol)2 - 177.72 (sol)3
ここで、０≦（ｓｏｌ）≦０．８５であって、Ｒｃｒ（０．１５）＝６６．６、Ｒｃｒ（０．２３）＝６１．５である。したがって、ハニカム・ソリディチ率が１５％の場合、
【数３４】
0004498320.tif 000037
で、ハニカム・ソリディチ率が２３％の場合、
【数３５】
0004498320.tif 000038
である。
【００４６】
ｄ最小値の実際の流れ−管レイノルズ数は、
【数３６】
0004498320.tif 000039
である。ただし、この例のため、
【数３７】
0004498320.tif 000040
または１．１５３＊１０６になるように、ｄは０．０３２に等しくされている。次に、ハニカム壁厚さ（ｔｗ）が０．０５ｍｍ（２ミル）であると、ハニカム流れ制御チャネルの数Ｎｃは
【数３８】
0004498320.tif 000041
または６２１である。すなわち、高さｙ＝４ｍｍ、Ｌ＝９０．８ｍｍのハウジング２０４に収容され、壁の厚さが０．０５ｍｍで内径が０．８１３ｍｍのハニカム流れ調整チャネルの場合、総計６２１の流れ調整チャネルが必要である。この例の値のソリディチ率は、
【数３９】
0004498320.tif 000042
または２３％である。
【００４７】
上記のように、臨界レイノルズ数は、Ｒｃｒ（０．２３）＝６１．５である。この数を保証するため、ｄ最小値寸法を用いてマージンを設けることが好ましい。このマージンは、例えば、流れ調整チャネルの幾何学的不規則性と、局所乱流−混合の異常とに対応するためのものである。
【００４８】
ｄ最小値とＵＩの確立された値に基づく必要な総冷却水流は、ｗｃ：＝ρｃ・Ｕ１（ρｃ，μｃ，Ｘ，ｙ，ηｓ）・Ａｃ、ここで、
【数４０】
0004498320.tif 000043
である。ｗｃについて解くと、必要な総ガス流量は０．０４１ｋｇ／ｓである。
【００４９】
ノズル１３０の射程能力と到達速度の試験は、長さ−直径（Ｌ／Ｄ）率が３５および４０で、チャネル径が３．１８ｍｍ（１／８インチ）のハニカム流れ調整チャネルを用いて実行された。これらの試験は、流れ調整チャネルが出口レイノルズ数が１００以下の時にノズル１３０が最高の性能になることと、また、個々の流れ調整チャネルの出口速度が流れ調整チャネルの平均出口速度の約＋／−１５〜２０％の範囲内の時に、ノズル射程性能が増加することを示している。ただし、他の値および／または値の範囲も使用できることに留意されたい。また、これらの試験は、以下のことを示す。（１）ガス・ノズル１３０が、従来のガス・カーテン・システムと比較してパージ・ガス消費量を少なくとも５分の１にすることができる。（２）パージ・ガスは、パージの間、環境ガスとの混合が防止され、パージ置換がよりピストン型になる。（３）パージ・ガスは、いかなる方向源からの横風も処理できる。（４）パージ・ガスは、通常リソグラフィ・ツール・ウェーハ・ステージで経験するいかなる横風速度ベクトルも中和する。（５）パージ・ガスは、非対称の横風に対応できる。（６）パージ・ガスは、種々の熱源を同時にパージおよび冷却しながら温度が安定した環境を提供する。（７）パージ・ガスは他の流れ場と遭遇しても容易に分散、混合しない。これらの利点は、一部は、パージ・ガス放出ノズル１３０が他のパージ・プロセスに優先することができる高エネルギーの方向性流れ場を提供するという事実による。本発明のさらなる利点は、本明細書の説明を読むことで当業者には明らかであろう。
【００５０】
以上、本発明の例示としての実施形態を全て説明したが、種々の修正、代替形態および等価形態を実施して使用することができることは明らかであろう。したがって、上記説明は、添付の特許請求の範囲に記載する本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。本発明は、添付の特許請求の範囲の全ての利用可能な組み合わせを含むことを理解することができるだろう。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明のある実施形態によるガス・カーテン・システムを有するリソグラフィ・ツールの概略図である。
【図２Ａ】図１のガス・カーテン・システムのノズルの概略図である。
【図２Ｂ】本発明のある実施形態によるガス・カーテン・システムの概略図である。
【図２Ｃ】本発明のある実施形態によるガス・カーテン・システムの概略図である。
【図３】第１のハウジングおよび図２のノズルの流れ分配板の概略図である。
【図４】図２のノズルを通る流量を示す概略図である。
【図５】本発明のある実施形態によるノズルの流れ調整チャネルが複数の板で形成できる様子を示す図である。
【図６】渦が生成され、画面のソリディチへの依存を示す臨界レイノルズ数のグラフである。
【図７】グリッドからの距離の関数としてのワイヤのグリッドの下流に注ぎ込む渦流のスケールのグラフである。
【図８】２つの平行に流れるガス流間の冷却効率または混合の欠如の変化のグラフである。
【図９】２つの交錯する平行なガス流の間のゾーン内の速度分散のグラフであり、その混合電位の尺度を表す。
【符号の説明】
【００５２】
１００  リソグラフィ・ツール
１０２  照明源
１０３  レンズ・グループ
１０４  空間光変調装置
１０５  アパーチャ
１０６  投影光学系
１０７  レンズ・グループ
１０８  ウェーハ・ステージ
１１０  照明光学系
１１２  ビーム・スプリッタ
１１４  パターン・ラスタ化装置
１１６  レーザ
１１８，１２２  干渉計
１２０  ビーム・スプリッタ
１２６  ガス・カーテン・システム
１３０  ノズル
２００  第１のハウジング
２０１  ガス・カーテン・システム
２０２  注入口
２０４  第２のハウジング
２０６  流れ分配板
２０８  穴
２１０  ガス・カーテン
２１２  ウェーハ・ステージ
２１４  ガス源
【図１】
0004498320.tif 000044
【図２Ａ】
0004498320.tif 000045
【図２Ｂ】
0004498320.tif 000046
【図２Ｃ】
0004498320.tif 000047
【図３】
0004498320.tif 000048
【図４】
0004498320.tif 000049
【図６】
0004498320.tif 000050
【図７】
0004498320.tif 000051
【図８】
0004498320.tif 000052
【図９】
0004498320.tif 000053
【図５】
0004498320.tif 000054