JP2006121078A - リソグラフィ装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】リソグラフィ装置の構成要素から液体と気体の混合物を排出する改良型のシステムおよび方法を提供する。
【解決手段】投影システムと基板間の空間に液体を充填する液体供給システム、液体供給システムの液体閉じ込め構造と基板間のギャップを通過する液体と気体の混合物を除去する出口、および出口を通して混合物を引き出す排出システムを含むリソグラフィ装置で、排出システムは、混合物中の気体から液体を分離するセパレータタンク、およびセパレータタンクの非液体充填領域に接続され、非液体充填領域内で安定した圧力を維持するセパレータタンク圧力制御装置を含む。
【選択図】図６

Description

本発明はリソグラフィ装置およびデバイスを製造する方法に関する。

リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板、通常は基板の目標部分に適用する機械である。リソグラフィ装置は例えば、集積回路（ＩＣ）の製造において使用可能である。このような場合、代替的にマスクまたはレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスは、ＩＣの個々の層に対応する回路パターンの生成に使用することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェハ）上の目標部分（例えば１つあるいはそれ以上のダイの一部を含む）に転写することができる。パターンの転写は通常、基板に設けた放射線感光材料（レジスト）の層への描像を介する。一般的に、１枚の基板は、順次照射される近接目標部分のネットワークを含んでいる。既知のリソグラフィ装置は、パターン全体を目標部分に１回露光することによって各目標部分が照射される、いわゆるステッパと、所定の方向（「走査」方向）にパターンを投影ビームで走査し、これと同時に基板をこの方向と平行に、あるいは反平行に走査することにより、各目標部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板に刻印することによって、パターニングデバイスからのパターンを基板へと転写することも可能である。

投影システムの最終要素と基板との間の空間を充填するように、リソグラフィ装置内の基板を、比較的高い屈折率を有する液体、例えば水に浸漬することが提案されている。そのポイントは、より小さい形態の描像を可能にすることである。露光放射線は、液体中の方が波長が短いからである。（液体の効果は、システムの有効ＮＡを増加させ、焦点深さも増大させるものとしても認識されている。）自身中に固体粒子（例えばクォーツ）が懸濁した水など、他の浸漬液も提案されている。

しかし、基板または基板と基板テーブルとを液体槽に浸すこと（例えば米国特許第４，５０９，８５２号を参照）は、走査露光中に加速すべき大量の液体があることを意味する。それには、追加のモータまたはさらに強力なモータが必要であり、液体中の乱流は予測不可能な望ましくない効果を引き起こすことがある。

提案されている解決法の一つは、液体供給システムが基板の局所的区域にのみ、および投影システムの最終要素と基板との間に液体を供給することである（基板は概ね、投影システムの最終要素より大きい表面積を有する）。これを配置構成するために提案されている一つの方法が、国際ＰＣＴ特許出願第９９／４９５０４号に開示されている。図２および図３で示すように、液体は少なくとも１つの入口ＩＮによって基板上へと、好ましくは最終要素に対する基板の移動方向に沿って供給され、投影システムの下を通過した後、少なくとも１つの出口ＯＵＴによって除去される。つまり、基板が要素の下で−Ｘ方向にて走査されるにつれ、液体が要素の＋Ｘ側に供給され、−Ｘ側で取り出される。図２は、液体が入口ＩＮを介して供給され、低圧ソースに接続された出口ＯＵＴによって要素の他方側で取り出される配置構成を概略的に示す。図２の図では、液体は、最終要素に対する基板の移動方向に沿って供給されるが、そうである必要はない。最終要素の周囲に位置決めされた入口および出口の様々な方向および数が可能であり、一例が図３で図示され、ここでは最終要素の周囲に規則的なパターンで、各側に４組の入口と出口が設けられている。

リソグラフィ装置の液体供給システムでは、液体供給システムの作動中に液体と気体の混合物を抽出することができる。例えば、図２および図３の液体供給システムの１つまたは複数の出口が、基板の露光中に液体と気体の混合物を抽出することができる。別の例では、図５に関して以下で検討するように、液体と気体を抽出して、基板の露光中に液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを密封することができる。これらのシステムおよび周囲の領域で液体と気体の流れが妨害されると、リソグラフィ装置の描像性質にマイナスの影響を及ぼすことがある。液体と気体の組み合わせが関係する場合は、液体と気体の混合物の困難な流れ特性のために、安定した状態で確実に抽出するという問題がある。確実性は、例えば液体供給システムの障害後にリソグラフィ装置への損傷が発生し得る場合、または液体供給システムの機能停止が生産の遅れを引き起こす場合に問題となる。

したがって、例えばリソグラフィ装置の構成要素から液体と気体の混合物を排出する改良型のシステムおよび方法を提供すると有利である。

本発明の態様によると、リソグラフィ装置で、
放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
パターニングデバイスを保持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
投影システムと基板の間の空間を液体で少なくとも部分的に充填するように構成された液体供給システムとを有し、液体供給システムは、空間内に液体を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成された液体閉じ込め構造を有し、さらに、
液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通る液体と気体の混合物を除去するように構成された出口と、
出口を通して混合物を引き出すように構成された排出システムとを有し、排出システムは、混合物の気体から液体を分離するように配置構成されたセパレータタンクと、セパレータタンクの非液体充填領域に接続され、非液体充填領域内に安定した圧力を維持するように構成されたセパレータタンク圧力制御装置とを有するものであるリソグラフィ装置が提供される。

さらなる態様によると、装置で、
液体が逃げられる容器の境界領域へと加圧された気体を供給するように構成された加圧気体入力部と、
領域から液体と気体の混合物を制御された状態で除去するように構成された安定排出システムとを有し、気体の流れは、安定排出システムに結合した加圧気体入力部により生起され、境界領域を通る容器からの液体の逃げを制限し、安定排出システムは、混合物中の気体から液体を分離するように配置構成されたセパレータタンクと、セパレータタンクの非液体充填領域に接続され、非液体充填領域内に安定した圧力を維持するように構成されたセパレータタンク圧力制御装置とを有するものである装置が提供される。

さらなる態様によると、リソグラフィ装置で、
放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
パターニングデバイスを保持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
投影システムと基板の間の空間を液体で少なくとも部分的に充填するように構成された液体供給システムとを有し、液体供給システムは、空間内の液体を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成された液体閉じ込め構造を有し、さらに、
液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通る液体と気体の混合物を除去するように構成された出口と、
出口を通して混合物を引き出すように構成された排出システムとを有し、排出システムは、２相両立ポンプと、ギャップと２相融和性ポンプの間に配置構成された液体／気体ホモジナイザとを有し、液体／気体ホモジナイザは、液体と気体の均質な混合物を２相両立ポンプに提供するように配置構成されるものであるリソグラフィ装置が提供される。

さらなる態様によると、リソグラフィ装置で、
放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
パターニングデバイスを保持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
基板を保持するように構築された基板テーブルと、
パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
投影システムと基板の間の空間を液体で少なくとも部分的に充填するように構成された液体供給システムとを有し、液体供給システムは、空間内の液体を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成された液体閉じ込め構造を有し、さらに、
液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通る液体と気体の混合物を除去するように構成された出口と、
出口を通して混合物を引き出すように構成された排出システムとを有し、排出システムは、
２相両立ポンプに接続され、混合物を給送するように構成された主要給送線と、
気体のみを給送するように構成された共用真空機構に接続可能であり、２相両立ポンプをバックアップするように配置構成されたバックアップ線とを有し、２相両立ポンプは、共用真空機構より深い真空を提供するように構成可能であり、さらに、
主要給送線とバックアップ線に接続する２相両立圧力調整器を有するものであるリソグラフィ装置が提供される。

次に、本発明の実施形態を添付の略図を参照に、例示においてのみ説明する。図面では対応する参照記号は対応する部品を示すものとする。

図１は、本発明の１つの実施形態によるリソグラフィ装置を概略的に示したものである。この装置は、
− 放射線ビームＰＢ（例えばＵＶ放射線またはＤＵＶ放射線）を調整するように構成された照明システム（照明装置）ＩＬと、
− パターニングデバイス（例えばマスク）ＭＡを支持するように構築され、かつ、特定のパラメータに従って正確にパターニングデバイスの位置決めを行うように構成された第一位置決め装置ＰＭに連結を行った支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
− 基板（例えばレジスト塗布したウェハ）Ｗを支持するように構築され、かつ、特定のパラメータに従って正確に基板の位置決めを行うように構成された第二位置決め装置ＰＷに連結を行った基板テーブル（例えばウェハテーブル）ＷＴと、
− パターニングデバイスＭＡによって放射線ビームＰＢに与えられたパターンを基板Ｗの目標部分Ｃ（例えば、１つあるいはそれ以上のダイから成る）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折性投影レンズシステム）ＰＬとを含む。

照明システムは、放射線の誘導、成形、あるいは制御を行うために、屈折、反射、磁気、電磁気、静電気、または他のタイプの光学構成要素、またはその組み合わせなどの様々なタイプの光学構成要素を含むことができる。

支持構造は、パターニングデバイスの方向、リソグラフィ装置の設計、および他の条件、例えばパターニングデバイスが真空環境で保持されているか否かに応じた方法で、パターニングデバイスを保持する。支持構造は、パターニングデバイスを保持するために、機械的、真空、静電気、または他の締め付け技術を使用することができる。支持構造は、例えばフレームもしくはテーブルでよく、これは必要に応じて、固定式となるか、もしくは可動式となる。支持構造は、パターニングデバイスが例えば投影システムなどに対して所望の位置にあることを保証することができる。本明細書において使用する「レチクル」または「マスク」なる用語は、より一般的な「パターニングデバイス」なる用途と同義と見なすことができる。

本明細書において使用する「パターニングデバイス」なる用語は、基板の目標部分にパターンを生成するように、放射線ビームの断面にパターンを与えるために使用し得るデバイスを指すものとして広義に解釈されるべきである。放射線ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが移相形態またはいわゆるアシスト形態を含む場合、基板の目標部分における所望のパターンに正確に対応しないことがあることに留意されたい。一般的に、放射線ビームに与えられるパターンは、集積回路などの目標部分に生成されるデバイスの特別な機能層に相当する。

パターニングデバイスは透過性または反射性でよい。パターニングデバイスの例には、マスク、プログラマブルミラーアレイ、およびプログラマブルＬＣＤパネルがある。マスクはリソグラフィにおいて周知のものであり、これには、様々なハイブリッドマスクタイプのみならず、バイナリマスク、レベンソンマスク、減衰位相シフトマスクといったようなマスクタイプも含まれる。プログラマブルミラーアレイの一例は小さなミラーのマトリクス配列を用いる。そのミラーの各々は、異なる方向に入射の放射線ビームを反射するよう個々に傾斜することができる。傾斜したミラーは、ミラーマトリクスによって反射する放射線ビームにパターンを与える。

本明細書において使用する「投影システム」なる用語は、例えば使用する露光放射線、または浸漬流体の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折光学システム、反射光学システム、反射屈折光学システム、磁気光学システム、電磁気光学システムおよび静電気光学システムを含むさまざまなタイプの投影システムを網羅するものとして広義に解釈されるべきである。本明細書において「投影レンズ」なる用語を使用した場合、これはさらに一般的な「投影システム」なる用語と同義と見なされる。

ここで示しているように、本装置は透過タイプである（例えば透過マスクを使用する）。あるいは、装置は反射タイプでもよい（例えば上記で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイを使用する、または反射性マスクを使用する）。

リソグラフィ装置は２つ（デュアルステージ）あるいはそれ以上の基板テーブル（および／または２つもしくはそれ以上のマスクテーブル）を有するタイプのものである。このような「多段」機械においては、追加のテーブルが並列して使用される。もしくは、１つ以上の他のテーブルが露光に使用されている間に予備工程が１つ以上のテーブルにて実行される。

図１を参照すると、照明装置ＩＬは放射線ソースＳＯから放射線ビームを受け取る。ソースとリソグラフィ装置とは、例えばソースがエキシマレーザである場合に、別個の存在でよい。このような場合、ソースはリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射線ビームは、例えば適切な集光ミラーおよび／またはビーム拡大器などを含むビーム送出システムＢＤの助けにより、ソースＳＯから照明装置ＩＬへと渡される。他の場合、例えばソースが水銀ランプの場合は、ソースが装置の一体部品でもよい。ソースＳＯおよび照明装置ＩＬは、必要に応じてビーム送出システムＢＤとともに放射線システムと呼ぶことができる。

照明装置ＩＬは、放射線ビームの角度強度分布を調節するように構成された調節装置ＡＤを含んでよい。一般的に、照明装置の瞳面における強度分布の外部および／あるいは内部放射範囲（一般的にそれぞれ、σ−ｏｕｔｅｒおよびσ−ｉｎｎｅｒと呼ばれる）を調節することができる。また、照明装置ＩＬは、積分器ＩＮおよびコンデンサＣＯのような他の様々な構成要素を含む。照明装置は、その断面に亘り所望する均一性と強度分布とを有するように、放射線ビームの調整に使用することができる。

放射線ビームＰＢは、支持構造（例えばマスクテーブルＭＴ）上に保持されているパターニングデバイス（例えばマスクＭＡ）に入射し、パターニングデバイスによってパターン形成される。放射線ビームＰＢはマスクＭＡを通り抜けて、基板Ｗの目標部分Ｃ上にビームを集束する投影システムＰＬを通過する。第二位置決め装置ＰＷおよび位置センサＩＦ（例えば干渉計デバイス、リニアエンコーダまたは容量性センサ）の助けにより、基板テーブルＷＴは、例えば放射線ビームＰＢの経路における異なる目標部分Ｃに位置を合わせるために正確に運動可能である。同様に、第一位置決め装置ＰＭおよび別の位置センサ（図１には明示的に図示せず）を使用して、例えばマスクライブラリから機械的に検索した後に、あるいは走査運動の間に、放射線ビームＰＢの経路に対してマスクＭＡを正確に位置決めすることができる。一般的に、マスクテーブルＭＴの運動は、第一位置決め装置ＰＭの部分を形成するロングストロークモジュール（粗動位置決め）およびショートストロークモジュール（微動位置決め）にて行われる。同様に、基板テーブルＷＴの運動は、第二位置決め装置ＰＷの部分を形成するロングストロークモジュールおよびショートストロークモジュールを使用して実現することができる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、マスクテーブルＭＴはショートストロークアクチュエータに連結されるだけであるか、あるいは固定される。マスクＭＡおよび基板Ｗは、マスクアラインメントマークＭ１、Ｍ２および基板アラインメントマークＰ１、Ｐ２を使用して位置合わせすることができる。図示のような基板アラインメントマークは、専用の目標位置を占有するが、目標部分の間の空間に配置してもよい（スクライブレーンアラインメントマークと呼ばれる）。同様に、マスクＭＡに複数のダイを設ける状況では、マスクアラインメントマークをダイ間に配置してもよい。

ここに表した装置は以下のモードのうち少なくとも１つにて使用可能である。
１．ステップモードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に保たれている。そして、放射線ビームに与えたパターン全体が１回で目標部分Ｃに投影される（すなわち１回の静止露光）。次に基板テーブルＷＴがＸ方向および／あるいはＹ方向にシフトされ、異なる目標部分Ｃが照射され得る。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の静止露光で描像される目標部分Ｃのサイズを制限する。
２．走査モードにおいては、マスクテーブルＭＴおよび基板テーブルＷＴを同期走査する一方、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する（つまり１回の動的露光）。マスクテーブルＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度および方向は、投影システムＰＬの拡大（縮小）および像反転特性によって決定される。走査モードでは、露光フィールドの最大サイズが、１回の動的露光で目標部分の（非走査方向における）幅を制限し、走査動作の長さが目標部分の（走査方向における）高さを決定する。
３．別のモードでは、マスクテーブルＭＴが基本的に静止状態に維持されて、プログラマブルパターニングデバイスを保持し、放射線ビームに与えられたパターンを目標部分Ｃに投影する間に、基板テーブルＷＴが動作するか、走査される。このモードでは、一般的にパルス状放射線ソースを使用して、基板テーブルＷＴを動作させるごとに、または走査中に連続する放射線パルス間に、プログラマブルパターニングデバイスを必要に応じて更新する。この動作モードは、以上で言及したようなタイプのプログラマブルミラーアレイなどのプログラマブルパターニングデバイスを使用するマスクなしリソグラフィに容易に適用することができる。

上述した使用モードの組合せおよび／または変形、または全く異なる使用モードも使用することができる。

局所的な液体供給システムを有するさらなる浸漬リソグラフィの解決法を、図４に示す。液体は、投影システムＰＬの各側にある２つの溝入口ＩＮによって供給され、入口ＩＮの半径方向外側に配置構成された複数の別個の出口ＯＵＴによって除去される。入口ＩＮおよびＯＵＴは、中心に穴があるプレートに配置することができ、穴を通して投影ビームを投影する。液体は、投影システムＰＬの一方側にある１つの溝入口ＩＮによって供給されて、投影システムＰＬの他方側にある複数の別個の出口ＯＵＴによって除去され、それによって投影システムＰＬと基板Ｗとの間にある液体の薄膜が流れることができる。入口ＩＮと出口ＯＵＴのどの組み合わせを使用するかの選択は、基板Ｗの動作方向によって決定することができる（入口ＩＮと出口ＯＵＴの他の組み合わせは不活性である）。

提案されている局所的な液体供給システムでの別の浸漬リソグラフィの解決法は、液体供給システムに、投影システムの最終要素と基板テーブルとの間にある空間の境界の少なくとも一部に沿って延在する液体閉じ込め構造を設けることである。このようなシステムを図５に示す。液体閉じ込め構造は、投影システムに対してＸＹ面でほぼ静止しているが、Ｚ方向（光軸の方向）には多少の相対的動作があってよい。シールが、液体閉じ込め構造と基板の表面との間に形成される。実施形態では、シールは気体シールのような非接触シールである。気体シールを有するこのようなシステムが、米国特許出願第１０／７０５，７８３号で開示されている。

図５は、リザーバ１０の配置構成を示し、これは投影システムの像フィールドの周囲の基板に非接触シールを形成し、したがって液体が閉じ込められて、基板表面と投影システムの最終要素との間の空間を充填する。投影システムＰＬの最終要素の下に位置決めされ、これを囲む液体閉じ込め構造１２が、リザーバを形成する。液体は投影システムの下で液体閉じ込め構造１２の中の空間に入る。液体閉じ込め構造１２は、投影システムの最終要素の少し上まで延在し、液体レベルが最終要素の上に上がり、したがって液体の緩衝が提供される。液体閉じ込め構造１２は内周を有し、これは投影システムまたはその最終要素の形状に上端が非常に一致することが好ましく、例えば円形でよい。底部では、内周は像フィールドの形状に非常に一致し、例えば長方形であるが、そうである必要はない。

液体は、液体閉じ込め構造１２の底部と基板Ｗの表面との間の気体シール１６によってリザーバ内に閉じ込められる。気体シールは、加圧状態で入口１５を介して液体閉じ込め構造１２と基板の間のギャップに提供され、出口を介して排出システムホース１４へと抽出される空気、合成空気、Ｎ₂または不活性ガスのような気体で形成される。気体入口１５への過剰圧力、ホース１４の出口の負圧レベル、およびギャップの幾何学的形状は、液体を閉じ込める内側への高速の気体流があるように配置構成される。液体を含めるために他のタイプのシールを使用できることが、当業者には理解される。

図６は、本発明の実施形態による排出システム３０を示す。排出システム３０は、液体と気体の混合物を液体閉じ込め構造１２と基板Ｗの間の境界領域２８から排出システムホース１４を介して除去するための駆動力を提供する。気体シールの作動、およびそれが液体閉じ込め構造１２、基板Ｗまたは浸漬液を過度に妨害せずに自身の機能を実行する能力は、シール１６内の気流の品質に、したがって排出システム３０の給送性能によって決定される。図６で示した実施形態、および以下で検討するさらなる実施形態によると、セパレータタンク３５を使用することによって、適切に安定して確実な性能を提供することができる。

このアプローチにより確実性を達成する一つの方法は、セパレータタンクの概念に基づくシステムを、最小数の構成要素で創生することである。追加的または代替的に、実施形態が例えばリソグラフィ装置に使用するように意図されている場合は、例えば共用真空機構および高圧気体ソースのように、このような装置で既に使用可能なシステムを効果的に使用し、場合によっては費用を最低限に抑え、空間の使用を最適化することが可能である。セパレータタンクの原理に基づく追加的または代替的利点は、広範囲の粘度にわたって、その動作が給送される液体の特性に大きく依存しないことである。これは、混合物の流れの特性に高度に依存するような比較的複雑な液体／気体給送システムと比較すべきものである。

追加的または代替的に、液体相と気体相とを分離する手段としてセパレータタンクを使用すると、騒音の観点からの利点もある。重力の影響を受けるセパレータタンクで生じるような外的作用の分離は、振動の騒音および熱を減少させることができ、これらの騒音や熱は他の方法では、基板または他の描像にとって重大な要素に伝達されリソグラフィ装置の性能を低下させ、又は環境に伝達されマイナスの影響を装置の環境に及ぼす、あるいはその両方である。

追加的または代替的に、セパレータタンクの内部構成要素、および関連構成要素（セパレータタンクの排出専用の要素など）は、ポンプではなく弁に依存し、したがって直接的にポンプに基づく液体／気体処理システムに対して確実性に関して利点がある。

その他または代替的な利点について、１つまたは複数の特定の実施形態の状況で以下にて検討するが、これは適宜、さらに一般的に適用可能であることを理解されたい。また、１つまたは複数の実施形態をリソグラフィ装置の気体シールから除去される液体／気体混合物に関して検討するが、本発明の１つまたは複数の実施形態は、リソグラフィまたはリソグラフィ以外で、制御された方法にて液体と気体の混合物の除去に関連する他のシステムにも適用可能であることを理解されたい。このような他のシステムは、例えばリソグラフィ装置での描像中に基板の下から液体／気体混合物を除去することを含む。

図６で示す実施形態の作動モードによると、液体と気体の混合物は、排出システムホース１４を介して境界領域２８からセパレータタンク３５の上部領域にある開口へと引き出される。液体と気体のこの動作の駆動力は、セパレータタンク３５内に維持される低い圧力である。液体は、タンクの底部に向かって沈殿し、気体はタンクの頂部へと押されて、そこでセパレータタンク３５を低圧に維持するように構成されたセパレータタンク圧力制御装置４０の給送作用によって大部分が除去される。ホース３１は、セパレータタンク圧力制御装置を上部表面３３の開口を介してセパレータタンク３５に連結する。この開口をセパレータタンク３５の上部表面３３付近に位置決めすると、液体がセパレータタンク圧力制御装置４０へと進むのを防止するのに役立つ。この配置構成は、セパレータタンク圧力制御装置４０およびそれに伴う任意の給送デバイスが、液体を扱う設備を必要としないことを保証することができ、それはセパレータタンク３５内に安定した低圧環境を提供するという作業を非常に単純化する。セパレータタンク圧力制御装置４０をこの方法で液体から保護することによって、システム障害または予測不可能な性能の危険性を大幅に削減することができる。

セパレータタンク圧力制御装置４０をセパレータタンク３５の上部表面３３に配置すると、液体と気体の分離プロセスを効率的な方法で進行することが保証される。この分離プロセスは、液体／気体の混合物がセパレータタンクに入る時の流量、気体がセパレータタンク圧力制御装置４０によって押し出される時の流量および／または液体が排出されてパージタンク５０に入る時の流量を制御する（減少させる）ために１つまたは複数のステップを実行することによっても改良することができる。これは、大きい直径のホース（特に、セパレータタンク３５に入るポイント付近の直径を増加させるように配置構成することができる）、およびセパレータタンク３５と個々に連結するホース接続部を提供することによって達成することができる。

連続的な作動を可能にするために、セパレータタンク３５からの排出をしなければならない。概して、セパレータタンク３５は、過度の充填が可能であってはならない。圧力の変動を減衰させるために、緩衝ボリュームを使用するからである。緩衝／減衰作用は、緩衝ボリュームのサイズが減少するにつれて低下する。圧力の変動がセパレータタンク３５の気体内容物によってのみ効果的に減衰され、液体内容物は非常に非圧縮性だからである。液体を充填したセパレータタンク３５は、減衰があったとしても、それはわずかである。

気体シールの性能を損なってはならない場合は、セパレータタンク３５の排出がセパレータタンクの圧力を妨害することを避けねばならない。そのために幾つかの配置構成を使用することができる。図６は、セパレータタンク３５より低く配置され、その頂部表面６５にある開口を介してセパレータタンク３５の下部表面５５の開口に接続されたパージタンク５０を使用する実施形態を示す。パージタンク５０とセパレータタンク３５との実際の高さの差は、多少の差があれば良く、したがって液体をタンク３５と５０の間で押すために重力を使用することができる。タンク３５と５０の間の接続は、パージタンク７０によって制御することができ、これは開閉するように操作可能であるか、液体が１方向にのみ流れるように配置構成することができる（つまり「逆止め弁」を使用する）。

実施形態によると、均圧接続部７５を、パージタンク５０の上部領域とセパレータタンク３５の上部領域との間に設けて、均圧弁８０で制御することができる。通常の動作では、パージ弁７０が開放状態にされ、液体がセパレータタンク３５からパージタンク５０へと引き出される。液体が占有するボリューム、したがって各タンクの残りのボリュームが変化し、これがタンク内の圧力に影響を及ぼす。例えば、液体レベルがセパレータタンク３５内で下降し、パージタンク５０内で上昇している場合、圧力は、セパレータタンク３５内で低下し、パージタンク５０内で上昇する傾向がある。セパレータタンク３５内の圧力変化は、セパレータタンク圧力制御装置４０によって提供される低い圧力の安定性を損ない、気体シールの性能にマイナスの影響を及ぼすことがある。これに対して、パージタンク５０内の圧力上昇は、セパレータタンク３５から入る液体に対するクッションとして作用し、セパレータタンク３５を排出する効率を低下させることがある。均圧接続部７５は、２つのタンク３５および５０の圧力を均等にするために設け、したがって発生し得る上記の問題を大幅に軽減することができる。あるいは、セパレータタンク３５とパージタンク５０間に一定した圧力差を維持するために、接続部を設けてもよい。例えばパージタンク５０内にわずかに高い作業圧力を確立することによって、排出手順の後にパージタンク５０から給送するために必要な時間を短縮することができる（詳細な説明については以下参照）。このような排出段階中に節約される時間と、パージタンク５０の方が圧力が高いことによって引き起こされるセパレータタンクの排出の効率低下との釣り合いをとらねばならない。さらなる変形として、液体／気体混合物の複数のソースに対する排出システムの一部と同じセパレータタンクを使用することができる。代替的または追加的に、幾つかのセパレータタンク３５（恐らく異なる圧力に維持されている）を同じパージタンク５０に接続してもよい。この配置構成では、セパレータタンク３５が異なる圧力である場合、パージタンクを中間圧力に維持するように選択すると都合がよい。タンク間の漏洩を解消するために、追加の弁を含めて、１つまたは複数のパージタンクを相互から隔離してもよい。この配置構成にすると、パージタンク５０内で中間圧力を維持する必要が低下するか、なくなる。

パージタンク５０の排出は、液体シンク弁９５を介して液体シンク９０へとなすことができる。液体シンク９０は、液体再循環システムへ接続して、その排出をすることができる。パージタンク５０の排出は、タンクの液体レベルが所定の閾値を超えると開始する。これは、タイミングに基づいて決定することができ（つまり、以前の排出手順の終了後に任意の時間が経過した後、パージタンク排出手順を開始するように制御装置をプログラムすることができ、任意の時間は、標準的な状態でパージタンク充填速度を求めるために実行する校正測定を参照して選択する）、あるいは液体レベルを測定して、液体レベルが閾値に到達したら制御装置に報告するように構成された液体レベルセンサ５２を設けることができる。液体レベルセンサ５２は、例えば浮きセンサの一種でよい。センサと組み合わせて制御装置を使用するという選択肢は、融通性がある動作を提供し、排出システムへと流れる液体の量の変動など、作動状態の変化に対して装置が無限に対応できるようにすることができる。これに対して、計時したサイクルのみに基づいて排出システムを制御する選択肢は、センサの数を減少させ（緊急用センサのみ含む必要がある）、高価な制御回路を省略することを可能にする。この方法で重大な構成要素の数を削減することによって、十分な確実性を達成しながら、費用を低く抑えることが可能である。液体の流量が変動し、計時したサイクルの配置構成を使用することが望ましい場合は、最大流量を可能にするように計時サイクルを設定することができ、これより低い流量は全て、自動的に提供される。

パージタンク５０の排出は、（例えば設けてある場合は均圧弁８０を介して）セパレータタンク３５とパージタンク５０との気体接続部を閉鎖し、パージタンク７０を閉鎖して、次に液体シンク弁９５を開放することによって実行することができる。パージタンク５０の上部領域に高い気体圧力を確立し、パージタンク５０から液体シンク９０へと液体を押し出す速度を上げるために、高圧気体ソース１００をこの領域に接続してもよい。この領域の圧力は、弁１０１を介して制御することができる。しかし、パージタンク５０の排出速度が重要でない場合は、高圧気体ソース１００を省略してよい。パージタンクが空になったら、液体シンク弁９５を再び閉鎖する。しかし、均圧接続部７５を開放して通常の動作を即座に再開すると、通常はパージタンク５０からセパレータタンク３５への過度に大きい気体の流れを引き起こし、これはセパレータタンク３５内に圧力変動を引き起こす。この気体の流れは通常、２つのタンク３５と５０の間の圧力差によって生じる（これはパージタンク５０がセパレータタンク３５より大きい場合に悪化する）。２つのタンク３５と５０の間に流れが制限された接続部１４５を設け、それに流れ制限デバイス１５０を含めると、気体流のサイズを減少させることができる。このように限定された接続部によって、気体の突然の流入によってセパレータタンク圧力制御装置４０へ不当に加重することなく、パージタンクをセパレータタンク３５と同じ圧力まで徐々に排出することができる。流れが制限された接続部１４５は、（図６で示すように）別個の接続部として設けるか、あるいは（例えば（パージタンク５０が既に排出されている）通常の動作中は低い流れインピーダンスを提供し、排出手順の後にパージタンク５０を徐々に汲み出している段階では高い流れインピーダンスを提供することができる制御可能な弁８０を設けることによって）均圧接続部７５を介して実現することができる。流れ限定デバイス１５０を比較的低い流れインピーダンスを有するように設定できる用途では、均圧接続部７５を全くなしで済ませ、パージタンク５０を徐々に汲み出して、２つのタンク３５と５０の間の液体の流れを容易にする手段として、流れ限定デバイス１５０を使用することが可能である。流れ限定デバイス１５０は、例えばニードル弁、オリフィスまたは毛管でよい。使用する限定開口のサイズは、１０μｍから２ｍｍの範囲でよい。

流れ限定デバイス１５０に対して選択する流れインピーダンスは、高圧気体ソース１００が使用する圧力、パージタンクおよびセパレータタンク３５および５０のボリューム、セパレータタンク圧力制御装置４０の給送力、およびセパレータタンク３５内で許容される圧力の最大許容増加量など、幾つかの要素によって決定される。校正測定を使用して、適切な流れの限定を決定し、および／もしくは様々な作動状態に応答するように、流れ限定デバイス１５０を調節可能であるように構成する。また、流れ限定デバイスは、（セパレータタンク圧力センサ３２で測定するような）セパレータタンク３５内の圧力に基づいてフィードバック補正を提供する流量制御装置によって制御することができる。例えば、セパレータタンク３５内の圧力が閾値を超えたか、今後超えることが感知された場合、制御装置は、（流れインピーダンスを増加させることによって）セパレータタンク３５への気体の流れをせき止めるように、流れ限定デバイス１５０に信号を送信するように構成することができる。概して、セパレータタンクおよびパージタンク３５および５０の圧力を均等にするための時間は、全体的なサイクル時間の主要な要素である。このボリュームを独立させて迅速に給送することができる追加の高スループット接続部をパージタンク５０に設けることによって、均等化をさらに速くすることができる。

排出手順が良好に調整されないか、他の何らかの不具合が生じる場合は、セパレータタンク３５にセンサ３２を装備して、タンク内の液体レベルを測定することができる。液体レベルが所定の「最高充填レベル」（セパレータタンク圧力制御装置４０の空にするポイントのレベルより安全なほど低いように選択される）より上まで上昇したら、排出システムが安全モードに入るように構成することができる。安全モードは、セパレータタンク圧力制御装置４０への損傷を防止するように、少なくともセパレータタンク３５からセパレータタンク圧力制御装置４０を隔離する機能を有する。

概して、セパレータタンク３５は、１リットルと１０リットルの間のボリュームを有するように配置構成することができ、パージタンク５０はこれよりはるかに大きいように配置構成される。１リットルよりはるかに小さいセパレータタンク３５の場合は、安定した圧力を維持することが困難であり、さらに頻繁に空にしなければならない。これに対して、１０リットルよりはるかに大きいセパレータタンク３５は、嵩張りすぎると見なされ、セパレータタンク圧力制御装置４０への負荷が大きすぎる。

セパレータタンク３５に入る液体および気体の流量の制御も、セパレータタンク３５のサイズ（したがってセパレータタンク３５の残留または緩衝ボリューム）から影響を受ける。緩衝ボリュームが大きいことは、緩衝ボリュームの圧力、したがって流量を操作するために、セパレータタンク圧力制御装置４０によって供給または除去する必要がある気体の量が増加することを意味し、セパレータタンク圧力制御装置４０がその機能を実行することがさらに困難になる。

図６で示す実施形態のさらに単純な代替例として、図７で示すように、セパレータタンク３５の下部領域の適切な弁に接続した液体または２相両立ポンプを介して、セパレータタンク３５中の液体に直接給送することによって、パージタンクなしでセパレータタンク３５の液体レベルを制御することができる。しかし、この配置構成によると、ポンプ６２内の圧力変動が、セパレータタンク圧力制御装置４０によってセパレータタンク３５内に維持された低圧状態の品質を妨害しないことを保証するために、複数のステップを実行する必要がある。

複数の真空ソースに必要な費用および空間のために、幾つかの異なる装置が共用真空機構（「ハウスバキューム」）を提供するためにこのようなソースを必要とすることが都合のよいことが多い。例えば図６および図７に関して上記で検討した実施形態では、共用真空機構をセパレータタンク圧力制御装置４０のベースとして使用することができる。幾つかの装置に１つの真空機構を使用することは、空間の節約および費用に関して幾つかの利点を有するが、１つまたは複数の欠点もある。例えば、効果的で確実な気体と液体の分離システムを提供する必要があることが多い。液体は通常は共用真空機構では許容されないからである。最初に、共用真空機構はプラントの様々な異なる使用者に低い圧力を提供するので、その使用者の中には、真空の安定性に介して特定の最低値を必要とするものもある。共用真空機構内の液体は基本的に、２相の流れを形成し、これは通常は不安定である。したがって、共用真空機構に液体が進入することは、他の使用者にマイナスの影響を及ぼし得る。追加的または代替的に、共用真空機構は水分のために設計されていない可能性が高い。腐食、短絡などに対する予防措置がない。その結果、共用真空機構は、使用者が共用真空機構に水分を解放することを禁止する。

気体液体分離システムは、複雑で嵩張り、許容不可能な結果をもたらす深刻な障害が生じやすく、比較的高価である。さらに、このようなシステムの性能は、今回の用途には概ね不適切である。例えば、液体／気体混合物は原則的に、他のハードウェアを間に置かずに液体リングポンプと直接接続することによって抽出することができる。このようなシステムの性能は、安定性、振動などに関して本発明の１つまたは複数の実施形態より劣るが、この方法で液体の大部分を抽出することが可能である。

さらに、共用真空機構に依存すると、この構成要素がこれに依存する全ての装置にとって一点故障部になる。つまり、共用真空機構に１カ所の故障があると、多数の別個の装置に故障および／または損傷をもたらすことになる。

本発明の１つまたは複数の実施形態によると、液体閉じ込め構造１２から液体が漏れることによって２相両立ポンプの故障および装置の損傷が引き起こされた場合に、バックアップとしての共用真空機構と組み合わせて、気体／液体混合物を抽出する主要駆動力として２相両立ポンプ（例えば液体リングポンプまたは液体ジェットポンプなど）を有する排出システム３０を設ける。したがって、この実施形態によると、共用真空機構の故障は、必ずしも多数の装置の故障につながらず、気体／液体分離機構が必要ない。

図８は、共用真空機構２１０と組み合わせて２相両立ポンプ２００を有する実施形態を示す。気体／液体混合気は、前述のようにホース１４を介して引き出され、タンクの底部に配置された多孔性ブロック１９５を通して保持タンク１９０に入る。ミクロン範囲の孔サイズは一般的に、考察中の用途に非常に適しているが、極端な場合には、数百ミクロンまでの孔サイズを含むことが可能である。多孔性ブロックは、例えば粒子の濾過などのために設計された焼結材料から形成することができる。ステンレス鋼３１６Ｌ、ハステロイＣ−２２、またはニッケルのような材料を使用することができ、超純水を扱うにはニッケルが非常に適している。適切とされるような材料のタイプは、気体および／または液体の流れ絞り機構または「気体拡散器」として使用してもよく、これは均一な層流を確保するためにパージガスの速度を低下させるために使用する。あるいは、多孔性ブロック１９５は、電気化学的プロセスを使用して形成するか、非金属材料を使用して形成してもよい。

多孔性ブロック１９５は、液体中に細かい気泡を均一に懸濁させることによって、気体と液体の混合物を均質化するように作用する。このように獲得した均一な混合物は、さらに一定で予測可能な流れの特徴を有し、主要給送線１６５を介して液体／気体混合物の大部分を抽出する２相両立ポンプ２００で、さらに容易に扱うことができる。混合物が均一でなかった場合は、スラグ流れの結果、保持タンク１９０から流出し、不規則な流れ、したがって不安定な圧力を引き起こす。

共用真空機構２１０は、バックアップ線１５５を介したバックアップ給送能力を提供する。図８で示すように、バックアップ線１５５の出口は、主要給送線１６５が故障した場合に、排出システム３０がバックアップ線１５５を介して作動し続けるように、保持タンク１９０の上部表面に向かっていなければならない。このシナリオでは、気体／液体混合物の液体部分は、もう保持タンク１９０から給送されず、タンクの底部に沈殿し始める。タンク１９０のバックアップ能力は、液体閉じ込め構造によって閉じ込められた液体を、ポンプの故障後に（液体供給システムは通常は遮断されている）漏れを防止するために除去できるような能力でなければならない。

共用真空機構２１０は、バックアップ線１５５上に疎水性フィルタ１７０を使用することによって液体から保護することができる。疎水性フィルタは、気体が（湿度の高い気体でも）通過できるが液体の流れを遮断するように作用する。この目的には張りつめたテフロン（登録商標）膜が適切であり、このタイプのデバイスは、粒子フィルタとして使用するために当分野で使用可能である。この膜の基本的構造は、テフロン（登録商標）の撚線を折り合わせた網細工の構造であり、「スパゲッティ」に似ている。この膜を疎水性フィルタとして使用することは、液体によってテフロン（登録商標）撚線が膨張し、気体／液体の流れを遮断するが、純粋な気体の流れ（湿度の高い気体を含む）は通過できるというサイドエフェクトに基づく。しかし、液体の流れは遮断するが、気体は通過できるようにする特性を有する任意の他の材料も使用することができる。このタイプのフィルタの利点は、同じ目的を果たす代替機構と比較して、単純かつ確実であることである（例えば、気体流中の小滴を検出して、小滴を検出すると弁を偏差するように構成されたデバイスは、はるかに複雑な配置構成を必要とし、これの方が実装費用が高くなり、確実性が低下する可能性が高い）。

通常の動作中に、主要給送線１６５は、気体／液体混合物の大部分が主要給送線１６５を通過するように、バックアップ線１５５より深い真空を提供するように構成しなければならない。逆止め弁１０５を各線に設けて、相互に吸引しないことを保証することができる。また、背圧調整器１７５を各線に設けて、実際に必要でない場合は共用真空機構２１０に不必要に作業を負担させるのを防止することができる。バックアップ線１５５の背圧調整器１７５は、共用真空機構２１０で提供されるより低い真空（つまり高い圧力レベル）に設定する。したがって、通常の動作中に、共用真空機構２１０はシステムから吸引しない。ポンプ２００が故障し、保持タンク１９０内の圧力が上昇し始めた場合にのみ、背圧調整器が開き、共用真空機構２１０が保持タンク１９０に対し吸引できるようにする。

図９は、図７と同様の構成のセパレータタンク３５を有する排出システム３０を示す。しかし、図９で示す配置構成によると、セパレータタンク圧力制御装置４０は、主要給送線１６５およびバックアップ線１５５を有する。主要給送線１６５は、バックアップ線１５５より深い真空を提供するように構成され、疎水性フィルタ１７０、逆止め弁１０５および背圧調整器１７５を各線に設けて、図８に関して上記で検討したような機能を実行することができる。図７の実施形態と同様にセパレータタンク３５は、液体ポンプ２００を使用して空にすることができる。逆止め弁１０５をセパレータタンク給送線６３に設けて、液体シンク９０からの逆流が発生しないことを保証することができる。

図１０は、図６に関して上述した実施形態と同様の構成の２つのタンク、つまりセパレータタンク３５およびパージタンク５０を有する実施形態を示す。しかし、ここでもセパレータタンク圧力制御装置４０は主要給送線１６５およびバックアップ線１５５を有し、主要縦走線１６５は、バックアップ線１５５より深い真空を提供するように構成される。また、逆止め弁１０５は、図６の弁７０および９５の代りに設けられている。この構成は、システム制御（手動または自動）の必要性を低下させ、エラーの可能性を低下させることによってシステムの信頼性を改善することができる。タンク３５と５０の間に配置された逆止め弁１０５によって、液体が通常の動作中にセパレータタンク３５からパージタンク５０へと流れることができるが、パージタンク５０を空にする手順では、閉鎖し、その間にパージタンク５０内の圧力は、セパレータタンク３５より上まで一時的に上昇することがある。パージタンク５０と液体シンク９０の間の逆止め弁１０５は、液体シンク９０から材料を引き戻さずに、パージタンク５０内に真空を発生し得ることを保証する。この場合も、流れ限定デバイス１５０を有する制限流接続部１４５を使用して、セパレータタンク３５内に維持された圧力を妨害しないように、２つのタンク３５と５０の間で徐々に圧力を均等化させることができる。

図１０で示す実施形態、および能動的弁ではなくて逆止め弁を含み、弁の計時起動などを適用する制御システムを必要とせずに所望の方向にのみ流れが発生することを保証する同様の実施形態を、例えば通常の動作状態から「パージタンクを空にする状態」との間で定期的に切り換える必要なく、連続的な「一状態」モードで動作させることができる。図１０で示す実施形態では、これは、パージタンクとセパレータタンク間の流量を、どちらも過剰に満杯にならないように制御することによって達成可能である。このタイプの配置構成の利点は、確実性が向上することである。弁を規則的に切り換える必要がなく、計時起動を実行する必要がないからである。パージタンク５０から液体を排出する率を増加したい場合は、パージタンク５０の上部領域を、図６で示した実施形態に関して上述したような弁１０１を介して高圧気体ソース１００に接続することができる。

図１１は、図１０で示したものの代替配置構成を示し、逆止め弁１０５の代りに能動的弁が使用され、これは片方または両方向の流れのために（自動的または手動で）開閉することができる。この配置構成は、図６で示したものに密接に対応するが、セパレータタンク圧力制御装置４０が、特定の構成を示すように拡大して示しており、すなわちこの特定の構成は主要給送線およびバックアップ線１６５および１５５を含んだ上述の実施形態と同様の方法で、バックアップ線１５５によってバックアップされた主要給送線１６５を含む。

図１２は、図１０で示した配置構成の代替構成を示し、ここでは高圧気体ソース１００が制限流接続部１４５と同じ弁を介してパージタンク５０に接続され、制限流接続部１４５は主要給送線およびバックアップ線１６５および１５５に供給する線に直接接続されている。この配置構成は、図１０に関して上述した実施形態と同様の方法で作動するが、構成要素、およびパージおよび／またはセパレータタンクへの接続部を少なくして実現することができる。弁１０１は、能動的に起動して、パージタンク５０を空にするシーケンスを制御するために使用することができる。弁１０１の起動は、例えば電気的または空気圧で実行することができる。

図１３は、図７に関して上述したものと同様の本発明の実施形態を示し、この実施形態は、セパレータタンク３５を排出するために使用するポンプの選択が異なる。この実施形態によると、液体ポンプ６２は、ホィール１１０と、１つまたは複数の周囲開口を提供するように、ホィール１１０の周囲表面と接続する１つまたは複数の空隙１１５とを有する。ホィールは、以下のようにセパレータタンクから液体を除去するように動作する。任意の空隙１１５および関連する周囲開口には、３つの動作位置（または体系）が存在し、それぞれがホィール１１０の異なる角度位置（または角度位置の範囲）に対応する。つまり、液体充填位置１２６、液体パージ位置１２７、および気体パージ位置１２８である。特定の空隙１１５が液体充填位置１２６になるようにホィールが回転すると、その空隙はセパレータタンク３５の開口と接続し、タンクからの液体が重力で下方向に流れて、空隙が満杯になるまで空隙１１５に入る。液体の下方向への流れは、セパレータタンク３５内の圧力を低下させる傾向があるが、空隙１１５のボリュームが十分に小さいか、セパレータタンク圧力制御装置４０が（給送力を調節することによって）十分迅速に応答するように構成される、あるいはその両方の場合、セパレータタンク３５内の圧力変動は、許容可能な限界内に維持することができる。ホィール１１０は結局、空隙１１５が充填位置１２６から離れるように回転し、空隙は、その空隙１１５の周囲開口がセパレータタンク３５の開口を過ぎると、ホィールハウジング１２９に対して一時的に密封される。空隙１１５は、ホィールの回転が空隙１１５を液体パージ位置１２７へと搬送するまで密封され続け、ここで空隙は液体シンク９０に接続される。空隙に保存される液体の大部分は、この時点で出て、気体によって置換される（これは、別個の気体供給部によって提供するか、液体シンク内の気体で充填されたボリュームから得られる）。次に、空隙１１５は回転して液体パージ位置１２７から離れ、再びホィールハウジング１２９に対して一時的に密封された後、気体パージ位置１２８に到達する。この位置で、空隙１１５は２相両立ポンプによって汲み出され（図示の実施形態では、主要給送線１６５との接続部を介して達成される）、ホィール１１０が３６０°の回転を終了して液体充填位置１２６に戻った場合に生じる液体流入に対処する。

ホィール１１０は、実行すべき当該プロセスに十分な時間を与えるために、例えば３つの位置のうちの１つまたは複数で、所定の期間だけ待つように不連続的に回転するように構成してもよい。あるいは、ホィール１１０は、パージおよび／または充填動作を効率的に実行するために十分な時間が使用可能であるように、セパレータタンクの幅、液体シンク、ポンプおよび空隙開口の関数として角速度を選択した状態で、連続的に回転してもよい。角速度が過度になると、セパレータタンク３５内の乱流および／または望ましくないほど大きい圧力変動のような他の効果が生じることがある。滑動シールを使用して、中間位置１３１で空隙を密封してもよい。図示の実施形態には空隙が１つしかないが、ホィール１１０は、複数の空隙で動作してもよく、したがって任意の時間に異なる空隙が３つの動作位置１２６、１２７および１２８のうち２つ以上に曝露することができる。このタイプの液体ポンプは、連続的に使用できるという利点を有し、これは（パージタンクを使用する場合のような）空にする段階での圧力変動の危険を最小限に抑える。機構の単純性は、高い確実性を提供し、液体の流れ特性の変化からそれほど影響を受けないので、従来の液体ポンプが被りやすい圧力変動を経験する可能性が低い。

図１４は、図７および図１３で示したものと同様の構成の代替ポンプ６２を示す。ここでは気体ジェットポンプを設けて、セパレータタンク３５から液体を除去する。高速気体の流れ（「気体ジェット」）が、高圧気体ソース１００（例えば気体シールを供給するために使用したものと同じでよい）によって図の左から右（矢印１０６）へとダクト１０２に沿って強制的に流れる。セパレータタンク３５からの出口は、ベンチュリノズル１０３に対してほぼ直角に接続され、これを通して気体ジェットが流れる。ベンチュリノズル１０３は流れを抑制して、粒子の速度を上げ、それに対応して圧力を低下させる。セパレータタンク３５から液体を抽出する低圧を提供するのは、この圧力低下である。この場合も、この配置構成は連続的に作業し、高度に制御可能な給送力を提供するように配置構成することができる。構造が比較的単純で、リソグラフィ装置に既に設けられている構成（高圧気体ソース１００）を使用して操作できることにより、この液体ポンプの設計は、コスト的に有利で、空間を節約する解決策を提供しうる。可動部品がないので、極めて確実になる。

気体ジェットポンプと同様のポンプを、気体ジェットの代わりに液体ジェットを使用して実現することができる。これが好ましいのは、このタイプのポンプの元となるメカニズムがモーメントの伝達だからであり、水のような液体は、比質量が高くなるので、気体よりこの方が良好であることが多いからである。さらに、２相流の現象である圧力変動に対しても、はるかに頑強である。

図１５は、セパレータタンクの概念に基づくさらなる実施形態を示す。図示の配置構成では、セパレータタンク３５の下部分から液体を抽出するのと、セパレータタンク３５の低圧領域に主要給送力を提供するのとの両方に１つの２相両立ポンプ２００を使用する。前記のように、バックアップ線１１５を設け、これを共用真空機構２１０のような標準的気体給送システムに連結することができる。逆止め弁１０５を、図示のように主要給送線１６５とバックアップ線１５５の間に配置して、共用真空機構２１０がセパレータタンク３５から液体を給送しないことを保証する。この配置構成の利点は、セパレータタンク３５の液体領域と気体領域の両方から汲み出すために、１つのポンプを使用することにより、セパレータタンクの概念を実現するための構成要素の数が減少することである。任意の流量でセパレータタンク３５内の圧力を周囲圧力に対して固定したオフセットにて維持する流れ限定部１０７を設けることができる。これは、圧力調整器の代替装置として働き、流れ１４が脈動する場合は、流れ限定部１０７を通る流れが、セパレータタンク３５内の圧力脈動を補償する。

図１６は、図１５に関して上述したものの代替実施形態であり、セパレータタンク３５の気体領域を汲み出し、そこから液体を除去するために使用する１つのポンプ２００が、液体を除去するためにのみ配置構成されることが異なる。タンクの圧力安定性は、圧力調整器１０８によって提供され、液体から分離された気体は、線１５５を介して除去される。圧力調整器１０８は、圧力に依存する流れを追加することによってセパレータタンク３５内の圧力を一定レベルに維持し、実際には線１５５内の流れの変動を補償するように作用する。この配置構成は、排出システムの構成要素の数を減少させ、したがって確実でコスト的に遊離となる可能性がある。

気体の抽出のみに基づいて、液体と気体に対応することができ、バックアップ線１５５との組み合わせで働く主要給送線１６５の概念を、セパレータタンク３５または保持タンク５０を有さない排出システム３０でも実現することができる。代わりに、図１７で示すように「直通」ポンプの概念を使用することができる。この実施形態によると、２相両立圧力調整器３００を使用して、圧力安定性および圧力調整を行うことができる。

欧州特許出願第０３２５７０７２．３号では、ツインまたはデュアルステージ浸漬リソグラフィ装置の概念が開示されている。このような装置には、基板を支持するために２つのテーブルを設ける。水平化測定は、テーブルが第一位置にある状態で浸漬液なしで実行し、露光は、浸漬液が存在する第二位置にテーブルがある状態で実行する。しかして、テーブルが一つだけの装置の場合もある。

本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用に特に言及しているが、本明細書で説明するリソグラフィ装置が他の多くの用途においても使用可能であることは明確に理解されるべきである。例えば、これは、集積光学装置、磁気ドメインメモリ用ガイダンスおよび検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッド等の製造に使用され得る。こうした代替的な用途の状況においては、本文にて使用した「ウェハ」または「ダイ」といった用語は、それぞれ「基板」または「目標部分」といった、より一般的な用語に置き換えて使用され得ることが当業者には理解される。本明細書で言及する基板は、露光前または露光後に、例えばトラック（通常はレジストの層を基板に塗布し、露光したレジストを現像するツール）または計測または検査ツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上およびその他の基板処理ツールに適用することができる。さらに、基板は、例えば多層ＩＣを生成するために、複数回処理することができ、したがって本明細書で使用する基板という用語は、既に複数の処理済み層を含む基板も指す。

本明細書では、「放射線」および「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射線（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ、あるいは１２６ｎｍの波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射線を網羅するものとして使用される。

「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折および反射光学構成要素を含む様々なタイプの光学構成要素のいずれか、またはその組み合わせを指す。

以上、本発明の特定の実施形態を説明したが、説明とは異なる方法でも本発明を実践できることが理解される。例えば、本発明は、上記で開示したような方法を述べる機械読み取り式命令の１つまたは複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、または自身内にこのようなコンピュータプログラムを有するデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気または光ディスク）の形態をとることができる。

本発明の１つまたは複数の実施形態は、任意の浸漬リソグラフィ装置に、特に排他的ではないが上述したタイプに適用可能である。本明細書で想定するような液体供給システムは、広義に解釈されたい。特定の実施形態では、投影システムと基板および／または基板テーブルの間の空間に液体を提供する機構または構造の組み合わせでよい。空間に液体を提供する１つまたは複数の構造、１つまたは複数の入口、１つまたは複数の気体入口、１つまたは複数の気体出口および／または１つまたは複数の液体出口の組み合わせを有することができる。実施形態では、空間の表面は、基板および／または基板テーブルの一部であるか、または空間の表面は、基板および／または基板テーブルの表面で完全に覆うか、空間は基板および／または基板テーブルを囲んでもよい。液体供給システムは任意選択で、さらに液体の位置、品質、量、形状、流量、または他の特徴を制御する１つまたは複数の要素を含んでよい。

上記の説明は例示的であり、制限的ではない。したがって、請求の範囲から逸脱することなく、記載されたような本発明を変更できることが当業者には明白である。

本発明の実施形態によるリソグラフィ装置を示したものである。 リソグラフィ投影装置で使用する液体供給システムを示したものである。 リソグラフィ投影装置で使用する液体供給システムを示したものである。 リソグラフィ投影装置で使用する別の液体供給システムを示したものである。 液体閉じ込め構造がある浸漬液リザーバおよび気体シールを有し、リソグラフィ投影装置で使用するさらなる液体供給システムを示したものである。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムは、セパレータタンク、制限流接続部および均圧接続部を有する。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムはセパレータタンクのみを有する。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムは、液体／気体ホモジナイザ、および共用真空機構によってバックアップされた２相両立ポンプで給送されるように配置構成された保持タンクを有する。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムは、共用真空機構によってバックアップされた２相両立ポンプで給送されるように配置構成されたセパレータタンクを有する。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムはセパレータタンクおよびパージタンクを有し、セパレータタンクは、共用真空機構によってバックアップされた２相両立ポンプで給送されるように配置構成され、セパレータタンクとパージタンクは制限流接続部によって相互に接続される。 図１０で示したものに従うが、さらにセパレータタンクとパージタンク間の均圧接続部を有する排出システムを示したものである。 図１０で示したものに従うが、さらにパージタンクと２相両立ポンプと共用真空機構の間の接続部を有する排出システムを示したものである。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムは、セパレータタンクのみを有し、回転ホィール液体ポンプが、セパレータタンクから液体を排出するように配置構成されている。 図１３で示したような排出システムを示したものであるが、セパレータタンクから液体を除去するために気体ジェットポンプが配置構成されている。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムは、単独にセパレータタンクを有し、２相両立ポンプは、セパレータタンクから液体を排出し、セパレータタンク内の安定した圧力を維持するように構成され、又逆止め弁がセパレータタンクを排出するように構成された給送線と、セパレータタンクの非液体充填領域の圧力を維持するように構成された給送線との間に配置されている。 図１５で示したものによる排出システムで逆止め弁無しのシステムを示したものである。 本発明の実施形態による排出システムを示したものであり、システムは、共用真空機構によってバックアップされ、２相両立真空圧力調整器によって制御された２相両立ポンプを有する。

Claims (28)

1. リソグラフィ装置で、
   放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
   パターニングデバイスを保持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
   基板を保持するように構築された基板テーブルと、
   パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
   投影システムと基板の間の空間を液体で少なくとも部分的に充填するように構成された液体供給システムとを有し、液体供給システムは、空間内に液体を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成された液体閉じ込め構造を有し、さらに、
   液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通る液体と気体の混合物を除去するように構成された出口と、
   出口を通して混合物を引き出すように構成された排出システムとを有し、排出システムは、混合物の気体から液体を分離するように配置構成されたセパレータタンクと、セパレータタンクの非液体充填領域に接続され、非液体充填領域内に安定した圧力を維持するように構成されたセパレータタンク圧力制御装置とを有するものであるリソグラフィ装置。
2. 排出システムがさらに、
   セパレータタンクより下に位置し、セパレータタンクの下部分にある開口および自身の上部分にある開口を通してこれに接続されたパージタンクを有し、接続はパージ弁を介して制御可能であり、さらに、
   均圧弁によって制御可能であり、セパレータタンクとパージタンクの個々の上部分を接続して、セパレータタンク内の圧力を変化させずに、セパレータタンクからパージタンクへの分離された液体の流れを容易にするように構成された均圧接続部を有し、
   パージタンクは、液体除去段階中に、パージ弁を閉鎖し、均圧弁を閉鎖して、パージタンクを液体シンクへと液体シンク弁を介して開放することによって、液体をそこから除去できるように構成される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
3. 排出システムがさらに、パージタンクに接続可能であり、パージタンクから液体シンクへとより高い率で液体を強制的に送るように構成された高圧気体ソースを有する、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
4. 排出システムがさらに、セパレータタンクから液体シンクへと液体を給送するように構成された液体ポンプを有し、液体ポンプが、高圧気体ソースによって動力付与された気体ジェットポンプを有する、請求項３に記載のリソグラフィ装置。
5. パージ弁、液体シンク弁、または両方が、逆流を防止するように構成された逆止め弁を有する、請求項２に記載のリソグラフィ装置。
6. 排出システムがさらに、
   セパレータタンクより下に位置し、セパレータタンクの下部分にある開口および自身の上部分にある開口を介してそれに接続されたパージタンクを有し、接続はパージ弁を介して制御可能であり、さらに、
   セパレータタンクおよびパージタンクの個々の上部分を接続するように構成され、流れインピーダンスを提供するように配置構成された流れ限定デバイスを有する制限流接続部を有し、
   パージタンクは、液体除去段階中に、パージ弁を閉鎖し、パージタンクを液体シンクへと液体シンク弁を介して開放することによって、液体をそこから除去できるように構成され、流れインピーダンスは、液体除去段階の後に、セパレータタンク内で閾値を超える圧力変動を引き起こさずに、セパレータタンクおよびパージタンクの圧力を均等化するように選択される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
7. 流れインピーダンスは、液体がセパレータタンクからパージタンクへと最低移送速度より高い率で流れることが可能であるようにも選択される、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
8. 排出システムがさらに、パージタンクに接続可能であり、パージタンクから液体シンクへとより高い率で液体を強制的に送るように構成された高圧気体ソースを有する、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
9. パージ弁、液体シンク弁、または両方が、逆流を防止するように構成された逆止め弁を有する、請求項６に記載のリソグラフィ装置。
10. 排出システムがさらに、
    セパレータタンクより下に位置し、セパレータタンクの下部分にある開口および自身の上部分にある開口を介してそれに接続されたパージタンクを有し、接続はパージ弁を介して制御可能であり、さらに、
    セパレータタンクおよびパージタンクの個々の上部分を接続するように構成され、流れインピーダンスを提供するように配置構成された流れ限定デバイスを有する制限流接続部と、
    均圧弁によって制御可能であり、セパレータタンクとパージタンクの個々の上部分を接続して、セパレータタンク内の圧力を変化させずに、セパレータタンクからパージタンクへの分離された液体の流れを容易にするように構成された均圧接続部を有し、
    パージタンクは、液体除去段階中に、パージ弁を閉鎖し、パージタンクを液体シンクへと液体シンク弁を介して開放することによって、液体をそこから除去できるように構成され、流れインピーダンスは、液体除去段階の後に、セパレータタンク内で閾値を超える圧力変動を引き起こさずに、セパレータタンクおよびパージタンクの圧力を均等化するように選択される、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
11. 排出システムがさらに、パージタンクに接続可能であり、パージタンクから液体シンクへとより高い率で液体を強制的に送るように構成された高圧気体ソースを有する、請求項１０に記載のリソグラフィ装置。
12. パージ弁、液体シンク弁、または両方が、逆流を防止するように構成された逆止め弁を有する、請求項１０に記載のリソグラフィ装置。
13. 排出システムがさらに、液体をセパレータタンクから液体タンクへと給送するように構成された液体ポンプを有する、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
14. セパレータタンク圧力制御装置が、
    ２相両立ポンプに接続され、混合物を給送するように構成された主要給送線と、
    共用真空機構に接続可能であり、気体のみを給送するように構成されたバックアップ線とを有し、
    主要給送線およびバックアップ線がセパレータタンクに接続され、２相両立ポンプが、共用真空機構より深い真空を提供するように構成可能である、請求項１に記載のリソグラフィ装置。
15. 主要給送線が、セパレータタンクの主に液体で充填された下部分に接続され、バックアップ線が、セパレータタンクの主に気体で充填された上部分に接続される、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
16. 主要給送線およびバックアップ給送線がそれぞれ、逆止め弁を装備して、一方の給送線が他方の給送線から汲み出すことを防止する、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
17. バックアップ線が、液体が共用真空機構に到達するのを防止するように構成された疎水性フィルタを有する、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
18. 主要給送線、バックアップ線、または両方が、２相両立ポンプ、共用真空機構、または両方によって提供される給送力を、背圧調整器のセパレータタンク側にかかる圧力の関数として制御するように構成された背圧調整器を有する、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
19. ２相両立ポンプが、主要給送線を介してセパレータタンクの非液体充填部分の真空レベルを維持し、さらに下部セパレータタンク給送線を介してセパレータタンクの主に液体で充填された下部分から液体を抽出するように構成され、共用真空機構が液体をくみ出すのを防止するように主要給送線と下部セパレータタンク給送線の間に逆止め弁が位置決めされる、請求項１４に記載のリソグラフィ装置。
20. 装置であって、
    液体が逃げられる容器の境界領域へと加圧された気体を供給するように構成された加圧気体入力部と、
    領域から液体と気体の混合物を制御された状態で除去するように構成された安定排出システムとを有し、安定排出システムに結合した加圧気体入力部により発生する気体の流れは、境界領域を通る容器からの液体の逃げを制限するように構成され、安定排出システムは、混合物中の気体から液体を分離するように配置構成されたセパレータタンクと、セパレータタンクの非液体充填領域に接続され、非液体充填領域内に安定した圧力を維持するように構成されたセパレータタンク圧力制御装置とを有する装置。
21. リソグラフィ装置であって、
    放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
    パターニングデバイスを保持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
    基板を保持するように構築された基板テーブルと、
    パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
    投影システムと基板の間の空間を液体で少なくとも部分的に充填するように構成された液体供給システムとを有し、液体供給システムは、空間内の液体を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成された液体閉じ込め構造を有し、さらに、
    液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通る液体と気体の混合物を除去するように構成された出口と、
    出口を通して混合物を引き出すように構成された排出システムとを有し、排出システムは、２相両立ポンプと、ギャップと２相両立ポンプの間に配置構成された液体／気体ホモジナイザとを有し、液体／気体ホモジナイザは、液体と気体の均質な混合物を２相両立ポンプに提供するように配置構成されるリソグラフィ装置。
22. 液体／気体ホモジナイザが保持タンクおよび多孔性ブロックを有し、多孔性ブロックが、混合気が保持タンクへと通過するにつれて、それを均質化するように構成される、請求項２１に記載のリソグラフィ装置。
23. リソグラフィ装置であって、
    放射線ビームを調整するように構成された照明装置と、
    パターニングデバイスを保持するように構築された支持体とを有し、パターニングデバイスは、放射線ビームの断面にパターンを与えて、パターン形成した放射線ビームを形成するように構成され、さらに、
    基板を保持するように構築された基板テーブルと、
    パターン形成した放射線ビームを基板の目標部分に投影するように構成された投影システムと、
    投影システムと基板の間の空間を液体で少なくとも部分的に充填するように構成された液体供給システムとを有し、液体供給システムは、空間内の液体を少なくとも部分的に閉じ込めるように構成された液体閉じ込め構造を有し、さらに、
    液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通る液体と気体の混合物を除去するように構成された出口と、
    出口を通して混合物を引き出すように構成された排出システムとを有し、排出システムは、
    ２相両立ポンプに接続され、混合物を給送するように構成された主要給送線と、
    共用真空機構に接続可能であり、気体のみを給送するように構成され、２相両立ポンプをバックアップするように配置構成されたバックアップ線とを有し、２相両立ポンプは、共用真空機構より深い真空を提供するように構成可能であり、さらに、
    主要給送線とバックアップ線に接続する２相両立圧力調整器を有するリソグラフィ装置。
24. バックアップ線が、液体が共用真空機構に到達するのを防止するように構成された疎水性フィルタを有する、請求項２３に記載のリソグラフィ装置。
25. デバイス製造方法であって、
    リソグラフィ装置の投影システムと基板の間の空間に液体を提供することを含み、液体は、液体閉じ込め構造によって少なくとも部分的に空間に閉じ込められ、さらに、
    液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通して、液体と気体の混合物を除去することと、
    セパレータタンク内で混合物中の気体から液体を分離することと、
    セパレータタンク内の安定した圧力を維持するように、セパレータタンクの非液体充填領域を汲み出すことと、
    投影システムを使用して、パターン形成した放射線ビームを液体に通して基板へと投影することとを含むデバイス製造方法。
26. デバイス製造方法であって、
    液体が逃げられる容器の境界領域に、加圧状態で気体の流れを提供することと、
    領域から液体と気体の混合物を制御状態で除去することとを含み、混合物の制御状態の除去と組み合わせた気体の流れが、境界領域を通した容器からの液体の逃げを制限するように構成され、さらに、
    タンク内で混合物中の気体から液体を分離することと、
    非液体充填領域内で安定した圧力を維持するように、タンクの非液体充填領域を汲み出すこととを含むデバイス製造方法。
27. デバイス製造方法であって、
    リソグラフィ装置の投影システムと基板の間の空間に液体を提供することを含み、液体は、液体閉じ込め構造によって少なくとも部分的に空間に閉じ込められ、さらに、
    液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通過する液体と気体の混合物を、２相両立ポンプを使用して除去することと、
    ２相両立ポンプに到達する前に、混合物を均質化することと、
    投影システムを使用して、パターン形成した放射線ビームを液体に通して基板に投影することとを含むデバイス製造方法。
28. デバイス製造方法であって、
    リソグラフィ装置と基板の間の空間に液体を提供することを含み、液体は、液体閉じ込め構造によって少なくとも部分的に空間に閉じ込められ、さらに、
    主要給送線を通して、２相両立ポンプを使用して液体と気体の混合物を除去することを含み、混合物は、液体閉じ込め構造と基板の間のギャップを通過し、
    バックアップとしての共用真空装置を用いて混合物から気体をバックアップラインを介して２相両立ポンプへ除去し、２相両立ポンプは共用真空装置より深い真空を提供し、
    さらに、
    ２相両立圧力調整器を使用して、主要給送線およびバックアップ線を調整することと、
    投影システムを使用して、パターン形成した放射線ビームを液体に通して基板に投影することを含むデバイス製造方法。

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