JP5554795B2 - ガスマニホールド、リソグラフィ装置用モジュール、リソグラフィ装置、及びデバイス製造方法 - Google Patents

ガスマニホールド、リソグラフィ装置用モジュール、リソグラフィ装置、及びデバイス製造方法 Download PDF

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Description

[0001] 本発明は、ガスマニホールド、リソグラフィ装置用モジュール、リソグラフィ装置、及びデバイス製造方法に関する。
[0002] リソグラフィ装置は、所望のパターンを基板に、通常は基板のターゲット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）の製造に使用可能である。このような場合、代替的にマスク又はレチクルとも呼ばれるパターニングデバイスを使用して、ＩＣの個々の層上に形成すべき回路パターンを生成することができる。このパターンを、基板（例えばシリコンウェーハ）上のターゲット部分（例えば１つ又は幾つか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、基板に設けた放射感応性材料（レジスト）の層への結像により行われる。一般的に、１枚の基板は、順次パターンが与えられる隣接したターゲット部分のネットワークを含んでいる。従来のリソグラフィ装置は、パターン全体をターゲット部分に１回で露光することによって各ターゲット部分が照射される、いわゆるステッパと、基板を所与の方向（「スキャン」方向）と平行あるいは逆平行に同期的にスキャンしながら、パターンを所与の方向（「スキャン」方向）に放射ビームでスキャンすることにより、各ターゲット部分が照射される、いわゆるスキャナとを含む。パターンを基板にインプリントすることによっても、パターニングデバイスから基板へとパターンを転写することが可能である。
[0003] ＩＣの製造では、マイクロプロセッサの速度、メモリ実装密度、及びマイクロ電子部品の低電力消費量の継続的向上には、リソグラフィ装置によりパターニングデバイスから基板へと転写されるパターンのサイズの継続的低減を必要とする。しかし、集積回路のサイズが低減され、その密度が高まると共に、対応するパターニングデバイスのパターンのＣＤ（クリティカルディメンション）はリソグラフィ装置の解像度の限界に近付いている。リソグラフィ装置の解像度は、装置が基板上に繰り返し露光することができる最小フィーチャとして定義される。リソグラフィ装置の解像度限度を拡大するために、解像度向上技術として知られる様々な技術が投入されてきた。
[0004] 解像度を向上させる技術の１つは軸外照明である。この技術によって、パターニングデバイスは選択された直角ではない角度で照明され、それによって解像度が向上し、特に、焦点深度及び／又はコントラストを増大させることによりプロセス寛容度を向上させることができる。オブジェクト面であるパターニングデバイス面での角度分布は、リソグラフィ装置の光学装置の瞳面の空間分布に対応する。通常は、瞳面内の空間分布の形状は、照明モードと呼ばれている。既知の照明モードの１つは、光軸上の従来のゼロ次スポットがリング状の強度分布に変化する環状モードである。別のモードは、光軸上にない幾つかのスポット又はビームが生成される多重極照明モードである。多重極照明モードの例としては、２つの極を備える二重極モードと、４つの極を備える四重極モードがある。
[0005] 二重極及び四重極などの照明モードでは、瞳面内の極のサイズを瞳面の全表面と比較して極めて小さくすることができる。その結果、基板を露光するために使用される放射の実質的に全てがこれらの極の位置のみで瞳面における、又はその近傍の様々な光学要素を横切る。１つ又は複数の光学要素（例えば１つ又は複数のレンズ）を横切る放射の一部は１つ又は複数の素子によって吸収される。これが放射ビームによる１つ又は複数の素子の不均一な加熱をもたらし、その結果、１つ又は複数の素子の屈折率又は反射率の局所的変化、及び１つ又は複数の素子の変形が生ずる。１つ又は複数の素子の屈折率又は反射率の変化、及び１つ又は複数の素子の変形の結果、投影システムによって基板、例えば基板上のレジスト層に投影される空間像に歪みが生ずることがある。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、米国特許第７，５２５，６４０号明細書は、上記の問題点の解決策を提案している。
[0006] 不均一な加熱に対する可能な解決策は、例えば、放射ビームの経路を横断し、経路内にある光学コンポーネントを備えることである。光学コンポーネントは、プレートを、又全体として光学コンポーネントを局所的に加熱及び／又は冷却するように構成された個々にアドレス指定可能な電気熱伝達デバイスを有する第１のプレートを備える。プレート及び／又は全体として光学コンポーネントの屈折率、反射率、又は変形は、その局所的位置の温度の変化によって変化可能である。例えば光学コンポーネントの一部として、第１のプレートに平行な別のプレートを備えてもよい。平行な２つのプレート間にガス流が供給される。それによって放射ビームに対して垂直な方向での熱伝達が低減される。そうしないと、達成可能な屈折率、反射率、又は変形の変化度を低減する熱伝導のため、熱は高温位置から低温位置に伝達されることがある。したがって、ガス（例えば冷ガス）が熱伝達デバイスとの相殺として使用される。ある実施形態では、ガスの温度は、レンズであってよい光学コンポーネントの熱平衡を乱さないようにするために、光学コンポーネントの温度（例えば２２℃）と実質的に同じ温度（ある特定の温度でよい）である。さらに、周囲温度よりも低い温度でガスを供給することで二面的な補正（すなわち加熱と冷却）が可能である。
[0007] 例えば、リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行なプレート間に供給されるガス流を安定させる措置が講じられているガスマニホールドを提供することが望ましい。
[0008] 本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行プレート間にガス流を誘導するためのガスマニホールドであって、ガスマニホールドにガス流を供給する入口と、金属から成り、ガス流を均質化する複数の貫通穴を備える格子と、ガス流がそれを通って流れる断面積を縮小するための格子の下流のコントラクタと、少なくとも２つの平行プレートにガス流を供給するためのコントラクタの下流の出口とを備えるガスマニホールドが提供される。
[0009] 本発明の一態様によれば、リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行プレート間にガス流を誘導するためのガスマニホールドであって、ガスマニホールドにガス流を供給する入口と、ガス流を均質化するために規則的周期構造の複数の貫通穴を備える格子と、ガス流がそれを通って流れる断面積を縮小するための格子の下流のコントラクタと、少なくとも２つの平行プレートにガス流を供給するためのコントラクタの下流の出口とを備えるガスマニホールドが提供される。
[0010] 本発明の一態様によれば、デバイス製造方法であって、投影システムを使用して、パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するステップと、放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置され、局所的に加熱されるプレートを使用して放射ビームの光路長を局所的に変更するステップと、金属から成り、ガス流を均質化するための複数の貫通穴を備える格子と、プレートと該プレートと平行な別のプレートとの間のコントラクタとを通ってガス流を供給するステップとを含むデバイス製造方法が提供される。
[0011] 本発明の一態様によれば、デバイス製造方法であって、投影システムを使用して、パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するステップと、放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置され、局所的に加熱されるプレートを使用して放射ビームの光路長を局所的に変更するステップと、ガス流を均質化するための規則的周期構造の複数の貫通穴を備える格子と、プレートと該プレートと平行な別のプレートとの間のコントラクタとを通ってガス流を供給するステップとを含むデバイス製造方法が提供される。
[0012] 対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略図を参照しながら以下に本発明の実施形態について説明するが、これは単に例示としてのものに過ぎない。
[0013]本発明のある実施形態によるリソグラフィ装置を示す図である。 [0014]平行な２つのプレートを備えるリソグラフィ装置の光学コンポーネントの斜視図である。 [0015]本発明のある実施形態のガスマニホールド、光学コンポーネント、及びガス流経路を示す図である。 [0016]格子の貫通穴を概略的に示す図である。 [0017]異なるスクリーンを有するガスマニホールドの温度変化値を示すグラフである。 [0018]格子とポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）の壁を有する入口との異なる組合せを有するガスマニホールドの温度変化値を示すグラフである。 [0019]一方の場合はＰＭＭＡの壁を有する入口部を有し、他方の場合はスチール製の壁を有する入口部を有する２つの格子を有するガスマニホールドの温度変化値を示すグラフである。 [0020]ガスマニホールドの壁、又は入口部の壁上に使用し得る概略投影図である。
[0021] 図１は、本発明の一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、
[0022]− 放射ビームＢ（例えばＵＶ放射又はＤＵＶ放射又はＥＵＶ放射）を調節するように構成された照明システム（イルミネータ）ＩＬと、
[0023]− 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、特定のパラメータに従ってパターニングデバイスを正確に位置決めするように構成された第１のポジショナＰＭに接続された支持構造（例えばマスクテーブル）ＭＴと、
[0024]− 基板（例えばレジストコートウェーハ）Ｗを保持するように構築され、特定のパラメータに従って基板を正確に位置決めするように構成された第２のポジショナＰＷに接続された基板テーブル（例えばウェーハテーブル）ＷＴと、
[0025]− パターニングデバイスＭＡによって放射ビームＢに与えられたパターンを基板Ｗのターゲット部分Ｃ（例えば１つ又は複数のダイを含む）に投影するように構成された投影システム（例えば屈折投影レンズシステム）ＰＳとを備える。
[0026] 照明システムは、放射の誘導、整形、及び／又は制御を行うための、屈折型、反射型、磁気型、電磁型、静電型等の光学コンポーネント、又はその任意の組合せなどの種々のタイプの光学コンポーネントを含んでいてもよい。
[0027] 支持構造ＭＴはパターニングデバイスを保持する。支持構造ＭＴ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等の条件、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。この支持構造ＭＴは、パターニングデバイスを保持するために、機械式、真空式、静電式等のクランプ技術を使用することができる。支持構造ＭＴは、例えばフレーム又はテーブルでよく、必要に応じて固定式又は可動式でよい。支持構造ＭＴ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確実に所望の位置にくるようにできる。本明細書において「レチクル」又は「マスク」という用語を使用した場合、その用語は、より一般的な用語である「パターニングデバイス」と同義と見なすことができる。
[0028] 本明細書において使用する「パターニングデバイス」という用語は、基板のターゲット部分にパターンを生成するように、放射ビームの断面にパターンを与えるために使用し得る任意の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。ここで、放射ビームに与えられるパターンは、例えばパターンが位相シフトフィーチャ又はいわゆるアシストフィーチャを含む場合、基板のターゲット部分における所望のパターンに正確には対応しないことがある点に留意されたい。一般的に、放射ビームに与えられるパターンは、集積回路などのターゲット部分に生成されるデバイスの特定の機能層に相当する。
[0029] パターニングデバイスは透過性又は反射性でよい。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、及びプログラマブル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、バイナリマスク、レベンソン型(alternating)位相シフトマスク、ハーフトーン型(attenuated)位相シフトマスクのようなマスクタイプ、さらには様々なハイブリッド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として、小さなミラーのマトリクス配列を使用し、そのミラーは各々、入射する放射ビームを異なる方向に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ビームにパターンを与える。
[0030] 本明細書において使用する「投影システム」という用語は、例えば使用する露光放射、又は液浸液の使用や真空の使用などの他の要因に合わせて適宜、例えば屈折型光学システム、反射型光学システム、反射屈折型光学システム、磁気型光学システム、電磁型光学システム及び静電型光学システム、又はその任意の組合せを含む任意のタイプの投影システムを包含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」という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」という用語と同義と見なすことができる。
[0031] 本明細書で示すように、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、又は反射マスクを使用する）。
[0032] リソグラフィ装置は、２つ（デュアルステージ）又はそれ以上の基板テーブル（及び／又は２つ以上のパターニングデバイステーブル）を有するタイプでよい。このような「マルチステージ」機械においては、追加のテーブルを並行して使用するか、１つ又は複数の他のテーブルを露光に使用している間に１つ又は複数のテーブルで予備工程を実行することができる。
[0033] 図１を参照すると、イルミネータＩＬは放射源ＳＯから放射ビームを受ける。放射源とリソグラフィ装置とは、例えば放射源がエキシマレーザである場合に、別々の構成要素であってもよい。このような場合、放射源はリソグラフィ装置の一部を形成すると見なされず、放射ビームは、例えば適切な誘導ミラー及び／又はビームエクスパンダなどを備えるビームデリバリシステムＢＤの助けにより、放射源ＳＯからイルミネータＩＬへと渡される。他の事例では、例えば放射源が水銀ランプの場合は、放射源がリソグラフィ装置の一体部分であってもよい。放射源ＳＯ及びイルミネータＩＬは、必要に応じてビームデリバリシステムＢＤとともに放射システムと呼ぶことができる。
[0034] イルミネータＩＬは、放射ビームの角度強度分布を調整するように構成されたアジャスタＡＤを備えていてもよい。通常、少なくともイルミネータの瞳面における強度分布の外側及び／又は内側半径範囲（一般にそれぞれ、σ-outer及びσ-innerと呼ばれる）を調整することができる。さらに、イルミネータＩＬは、インテグレータＩＮ及びコンデンサＣＯなどの他の種々のコンポーネントを備えていてもよい。イルミネータを用いて放射ビームを調節してその断面にわたって所望の均一性と強度分布とが得られるようにしてもよい。放射源ＳＯと同様、イルミネータＩＬは、リソグラフィ装置の一部を形成すると考えてもよいし、又は考えなくてもよい。例えば、イルミネータＩＬは、リソグラフィ装置の一体化部分であってもよく、又はリソグラフィ装置とは別の構成要素であってもよい。後者の場合、リソグラフィ装置は、イルミネータＩＬをその上に装着できるように構成することもできる。任意選択として、イルミネータＩＬは着脱式であり、別に提供されてもよい（例えば、リソグラフィ装置の製造業者又は別の供給業者によって）。
[0035] 放射ビームＢは、支持構造（例えば、マスクテーブル）ＭＴ上に保持された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ＭＡによってパターニングされる。パターニングデバイスを横断した放射ビームＢは、投影システムＰＳを通過し、投影システムＰＳは、ビームを基板Ｗのターゲット部分Ｃ上に合焦させる。第２のポジショナＰＷと位置センサＩＦ（例えば、干渉計デバイス、リニアエンコーダ又は容量センサ）を用いて、基板テーブルＷＴは、例えば、様々なターゲット部分Ｃを放射ビームＢの経路に位置決めできるように正確に移動できる。同様に、第１のポジショナＰＭと別の位置センサ（図１には明示されていない）を用いて、マスクライブラリからの機械的な取り出し後又はスキャン中などに放射ビームＢの経路に対してパターニングデバイスＭＡを正確に位置決めできる。一般に、支持構造ＭＴの移動は、第１のポジショナ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）及びショートストロークモジュール（微動位置決め）を用いて実現できる。同様に、基板テーブルＷＴの移動は、第２のポジショナＰＷの部分を形成するロングストロークモジュール及びショートストロークモジュールを用いて実現できる。ステッパの場合（スキャナとは対照的に）、支持構造ＭＴをショートストロークアクチュエータのみに接続するか、又は固定してもよい。パターニングデバイスＭＡ及び基板Ｗは、パターニングデバイスアライメントマークＭ１、Ｍ２及び基板アライメントマーク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メントマークは、専用のターゲット部分を占有するが、ターゲット部分の間の空間に位置してもよい（スクライブレーンアライメントマークとして周知である）。同様に、パターニングデバイスＭＡ上に複数のダイを設ける状況では、パターニングデバイスアライメントマークをダイ間に配置してもよい。
[0036] 図示のリソグラフィ装置は、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。
[0037] １．ステップモードにおいては、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴは、基本的に静止状態に維持される一方、放射ビームに与えたパターン全体が１回でターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一静的露光）。次に、別のターゲット部分Ｃを露光できるように、基板テーブルＷＴがＸ方向及び／又はＹ方向に移動される。ステップモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一静的露光で結像されるターゲット部分Ｃのサイズが制限される。
[0038] ２．スキャンモードにおいては、支持構造ＭＴ及び基板テーブルＷＴは同期的にスキャンされる一方、放射ビームに与えられるパターンがターゲット部分Ｃに投影される（すなわち単一動的露光）。支持構造ＭＴに対する基板テーブルＷＴの速度及び方向は、投影システムＰＳの拡大（縮小）及び像反転特性によって求めることができる。スキャンモードでは、露光フィールドの最大サイズによって、単一動的露光におけるターゲット部分の（非スキャン方向における）幅が制限され、スキャン動作の長さによってターゲット部分の（スキャン方向における）高さが決まる。
[0039] ３．別のモードでは、支持構造ＭＴはプログラマブルパターニングデバイスを保持して基本的に静止状態に維持され、基板テーブルＷＴを移動又はスキャンさせながら、放射ビームに与えられたパターンをターゲット部分Ｃに投影する。このモードでは、一般にパルス状放射源を使用して、基板テーブルＷＴを移動させる毎に、又はスキャン中に連続する放射パルスの間で、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レスリソグラフィに容易に適用できる。
[0040] 上述した使用モードの組合せ及び／又は変形、又は全く異なる使用モードも利用できる。
[0041] 放射ビームの強度分布は、実質的にすべての放射ビームの放射がそれを通って瞳面を横切る瞳面の断面の一部を画定する複数の極を含んでいてもよい。以下の説明では、瞳面内の放射ビームの強度分布は照明モードと呼ばれる。ある実施形態では、強度分布は二重極照明モード（２極）である。ある実施形態では、強度分布は四重極照明モード（４極）である。
[0042] 放射ビームが屈折光学要素（例えばレンズ）、又は反射光学要素（例えばミラー）を横切ると、放射ビームのごく一部が光学要素によって吸収される。光学要素による放射ビームの吸収により光学要素は加熱される。光学要素の加熱の結果、吸収位置での光学要素の屈折率又は反射率が変化し、光学要素が変形する。放射ビームが光学要素を均一に横切る位置にある光学要素の場合、この吸収の結果、光学要素は均一に変形し、屈折率又は反射率及び変形は均一に変化する。これは、特に非平行光学要素（例えば凸面又は凹面光学要素）の場合は好ましくない。瞳面における、又はその近傍に位置する光学要素の場合は、放射ビームがそれを通って光学要素を横切る光学要素の断面部分は、適用される照明モードによって左右される。二重極、又は四重極などの照明モードの場合、光学要素はその表面にわたって不均一に放射を吸収し、光学要素の屈折率又は反射率、及び変形を不均一に変化させる。投影システム内の１つ又は複数の光学要素の屈折率又は反射率、及び変形の局所的変化の結果、光学要素を横切る放射ビームの異なる部分の光路の長さが変化することがある。光路長の差の変化によって、放射ビームは、放射ビームの再結合部分間の光路長に差があるため、パターニングデバイスでの物像に対して歪んだ基板レベルで空間像へと再結合される。この差異により悪影響を受ける結像パラメータの例は、照射野位置に依存するフォーカスオフセットである。本明細書では透過性光学要素と屈折率に焦点を当てているが、本明細書の実施形態を反射光学要素に適用しても適切である。例えば、放射が以下に記載する１つ又は複数のプレートを通過するのではなく、放射は以下に記載する１つ又は複数のプレートによって反射されてもよい。
[0043] 図２は、少なくとも２つの平行なプレート５２、５４を備える光学コンポーネント５０の実施形態を示す。少なくとも１つの平行なプレート５２は、電気熱伝達デバイス５３（例えば平行フィラメントを備える例えば蛇行導体などの、例えば導体の形態の加熱デバイス）を備えている。電気熱伝達デバイス５３は制御ユニット８０に電気的に接続され、互いに分離されている。制御ユニット８０は、光学要素の関連部分に所望量の熱伝達を行うために既知の時間多重化されたアドレス指定技術を用いて、（９つが示されている）電気熱伝達デバイスの各々をアドレス指定する。光学コンポーネント５０は、任意の数の電気熱伝達デバイスを備えてもよい。それによって光学コンポーネント５０は、投影ビームＰＢの断面内の局所的により高温領域とより低温領域とを生成することができる。この能力は、レンズ加熱を相殺することによって、いずれかの位置での光学要素（例えばレンズ）の加熱（本明細書では一般にレンズ加熱と言う）に対処するために利用できる。レンズ加熱は、例えばレンズの局所領域を通って投影ビームＰＢが通過する結果として生ずることがある。追加的に又は代替的に、レンズの寿命効果及び／又は像強調技術を補正するために上記の能力を利用できる。
[0044] 光学コンポーネント５０内での放射ビームＰＢと垂直な方向での熱伝達は最小限であることが望ましい。そのために、又、別の目的のために、矢印６８で示される放射ビームＰＢと実質的に平行な方向で光学コンポーネント５０内での熱伝達を生ずるように、プレート５２及び５４によって閉じ込められたチャネル６６が配置されている。これは、例えば実質的にＮ２又はＨｅを含むガスのような非反応性ガスなどの（超高純度）ガスを、矢印６７で示すように供給源からチャネル６６を通って誘導することによって達成される。ある実施形態では、ガスは光学コンポーネント５０よりも低温に保たれる。通常は、チャネル６６は光学コンポーネント５０のサイズに匹敵するＸ及びＹ方向の寸法と、１２ｍｍ又は１０ｍｍ未満、通常約７ｍｍのＺ方向の高さを有する。ガスの温度は、（図３に示す）ガス供給源１４と光学装置との間に配置された既知の温度制御デバイスを使用して実質的に一定に保ってもよい。循環ループを作動可能にすることによりガスを再利用してもよく、その場合、ガスは光学コンポーネントを通過後にガス供給源１４に戻される。
[0045] 二面的な補正を可能にし、光学コンポーネント全体を（予め定めてもよい）ある平均温度に保つために、（例えば冷却などの）熱伝達力バイアスが用いられる。これは毎分数百リットルの（超高純度）ガス流によって供給される（例えばＸＣＤＡを使用する場合：Ｈｅを使用する場合はより低い流量を用いることができる）。ガス流は冷却機能を有してもよい。ガスは、図３に示すガスマニホールド１０を介して供給される。ガスは入口１２を経てガスマニホールド１０に供給される。ガスはガス供給源１４から入口に供給される。ガス供給源１４と入口１２との間のホース内のガスの流速は許容できるある上限に制限される。
[0046] 少なくとも２つの平行なプレート５２、５４間のガス流内の乱流は波面の安定性及びそれにより光学コンポーネント５０の機能性を損なうことがある。本発明の実施形態は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、２０１０年１０月１９日出願の米国特許出願第６１／３９４，４４４号に開示されているガスマニホールドを改良するものである。米国特許出願第６１／３９４，４４４号のガスマニホールドの部品は図３に示されている。ガスマニホールド１０は、入口１２の下流側にディフューザ１６を備えている。ディフューザ１６は、例えば（数バールの）圧力降下をもたらす有孔（金属）板などの複数の貫通穴を有する部材などの、圧力降下をもたらす任意の形態のものであってよい。これが上流側の圧力を高圧に保つことに役立ち、それによってガス供給源１４からのより高圧でより低いガス速度のガス流が可能になる。さらに、ディフューザ１６は、ディフューザ１６の下流側へのディフューザ１６の断面積全体にわたる実質的に均一な流量をもたらす。
[0047] ディフューザ１６の下流には整流装置１８がある。整流装置１８は、すべてのガスが実質的に平行な方向に流れるようにガス流をさらに整えるためのものである。整流装置１８は流れ方向に垂直な乱流を制動する。整流装置１８は、乱流を低減し、スパン方向の温度変調の大きさ又は発生を低減することによって性能を向上させる。整流装置１８は、ガスが貫流する複数の通路を備えている。一実施形態では、整流装置１８の開口率（通路と材料の断面比）は０．５以上、望ましくは０．５５以上、さらには０．６以上である。ある実施形態では、整流装置はハニカム整流装置である。ハニカム整流装置の場合は、開口率は通常０．５〜０．６であり、穴径は比較的小さい。通路の水力直径Ｄに対する整流装置１８を通る通路の最適な長さＬは通常５〜１５、望ましくは８〜１２である。水力直径（通路の断面積の４倍を通路の外周長で除算した）は０．５〜１．５ｍｍである。ハニカム整流装置は、断面が六角形の通路を有している。
[0048] 整流装置１８の下流にはコントラクタ２０がある。コントラクタ２０は、これを通って流れるガス流の乱流の強さを低減する。これはガスの流速が高まり、相対速度変動が低減する結果であり、又、ボルテックスチューブの伸長として知られる現象によるものでもある。ボルテックスチューブの伸長は、より大きな流れ構造のより早い崩壊を誘発する。ガス流が貫流するコントラクタ２０の断面積は、さらに下流になるほど縮小する。これによってガス流内の乱流の強さを低減する。
[0049] ある実施形態では、コントラクタ２０は平面コントラクタである。すなわち、収縮は一方向（ｚ方向）でしか起こらず、流れ方向に垂直な直交方向（図示のｘ方向）では収縮しない。これは、ｚ方向でのコントラクタ２０のサイズが下流ではさらに低減することを意味している。ｘ方向でのサイズは変化しない。平面コントラクタ２０には、３Ｄコントラクタよりもスペースを取らないという利点がある。ある実施形態では、コントラクタ２０はｘ方向に収縮してもよい（すなわち３Ｄコントラクタとなる）。
[0050] （マニホールド１０とは別個のコンポーネントでよい）入口部分２２はコントラクタ２０の下流側に設けられる。ある実施形態では、入口部分２２は実質的に一定の断面形状を有している。ある実施形態では、入口部分２２は、（ｚ軸方向に）先細の上下の（平坦）プレートを有しており、これが流れをさらに安定させることに役立つ。
[0051] 出口２４は、ディフューザ１６、整流装置１８、コントラクタ２０、及び入口部分２２の下流側の入口部分２２の端部に設けられている。出口２４は光学コンポーネント５０に接続されている。ガス流は、次にチャネル６６内に流入する。
[0052] 一般に収縮率（コントラクタ２０の入口側の断面積とコントラクタ２０の出口側の断面積との比率）を４〜６にしてもよい。これによって、少なくとも非対称の収縮の場合、乱流を最大限に低減し得る。しかし、収縮率が１．５〜３の間、又は２〜３の間である図３のガスマニホールドの平坦な収縮状態の方がより効率が高い。
[0053] それにもかかわらず、流量が極めて高い場合は依然として乱流及び流れの不安定さが存在することがあり、例えば依然としてＫｌｅｂａｎｏｆｆモードが励起することがある。これらの不安定性の結果、光学領域内に流れ方向に配向される光位相ストリーク（スパン方向の光路変調）が生じる可能性がある。ストリークの存在は、ガス流内にあるスパン方向の温度変調に起因することがある。この変調は、ガスマニホールドを通るガス流の流路を画定するガスマニホールド１０の壁の近傍のガス中に発生する渦流ストリークによるものである。これは壁での不均一な熱吸収を生ずる。
[0054] この種の流れでのストリークの形成は、レイノルズ数（Ｒｅ）が遷移位相又は低乱流位相（Ｒｅが４，０００〜６，０００）である場合、及び乱流レベルがそれらを誘発し増大させるのに十分に高いが、可干渉構造を破壊するほどには大きくない場合に起こる。しかし、ガスマニホールド１０の境界条件及び熱伝達力の要件（例えば冷却力要件）は、熱伝達媒体として空気又は同様の気体が使用される場合にこの遷移相又は低乱流相を生ずる幾何形状と流速とを必要とする。以下に記載するように、この課題に対処するため、ガスマニホールド１０にさらに別の措置を講ずることができる。
[0055] 米国特許出願第６１／３９４，４４４号は、流れ方向を向く光位相ストリークに対処するために入口部分２２に講じ得る幾つかの措置を記載している。これらの措置に加えて、又はこれらの措置の代わりに本発明の実施形態を使用してもよい。
[0056] 本発明の実施形態は、コントラクタ２０の上流に位置する少なくとも１つの格子、グリッド、又はスクリーン２００ａ、２００ｂ、２００ｃに誘導される。図３の実施形態では、格子は整流装置１８の下流に位置している。しかし、少なくとも１つの格子２００ａ、２００ｂ、２００ｃを整流装置１８の上流（及びディフューザ１６の下流）に配置してもよい。ある実施形態では、格子２００を整流装置１８の下流に配置してもよい。何故なら、格子２００が低減又は除去しようとする流れ内の不均質性（例えば僅かな乱流、例えば渦放出など）を整流装置１８が誘発することがあるためである。しかし、整流装置１８の凝集効果は明白である。さらに、整流装置の下流の１つ又は複数の格子は乱流を除去又は低減することができるが、それ以上の効果がある。１つ又は複数の格子は乱流を除去する他、流れ全体の乱流レベルをさらに低下させる。
[0057] 少なくとも１つの格子２００ａ、２００ｂ、２００ｃは流れの均一性を高め、乱流を低減する。
[0058] 米国特許出願第６１／３９４，４４４号は、布性の１つ以上の薄膜を整流装置１８の上流又は下流（又は両方）の流れ領域に架け渡してもよいことを示唆している。本明細書の１つ又は複数の格子は布と同様のものでよい。格子２００ａ、２００ｂ、２００ｃは規則的間隔を隔てた複数の貫通穴を備えていてもよく、ガス流の均一化を促進する。すなわち、貫通穴は規則的な（二次元）周期構造である。このような構造は流れの均一性を高め、乱流を低減する。ある実施形態では、規則的な周期構造が保たれるように、格子はグリッドである。格子は構造的完全性を有しているので、製造及び／又は洗浄用に格子を取扱う際の規則性が乱れることはない。
[0059] ある実施形態では、格子は金属製でもよい。以下に示すように、その結果、流れ方向を向く光相ストリークの除去状態が向上する。その理由の一部は、布製スクリーンと比較して開口率が高いからである。さらに、金属の利点は洗浄し易く、耐久性があり、且つ熱伝導率が高いことにより、金属は温度をより均一にすることにも役立つ。金属格子のさらに別の利点は、金属格子による熱伝導がマニホールドの壁相互の温度変化を低減することに役立つことである。
[0060] 様々な異なる格子を使用した実験は、流れ方向を向く光位相ストリークを除去する性能のバリエーションを示した。図４は、貫通穴２１０が規則的に離隔され、及び／又は周期的に離隔されるように規則的な周期構造を有する格子の貫通穴２１０を概略的に示す。格子の寸法には、貫通穴２１０の高さＨ、貫通穴２１０の幅Ｗ、及び貫通穴２１０を画定する材料（例えばフィラメント）の寸法Ｄが含まれる。
[0061] 以下の表は異なる複数の格子Ｌ１〜Ｌ８の寸法Ｄ、Ｈ及びＷを示し、各々の格子ごとに計算された開口率Ａｒａｔｉｏを含む。開口率は、総面積で除算した開口面積として定義される。メッシュサイズ（通常はインチ当たりのフィラメントで測定される）をこれらの寸法から定義することができ、貫通穴の水力直径とフィラメント直径との比ＤＨ／Ｄ（丸型ワイヤであると想定）として示される。格子Ｌ３及びＬ４は不規則的な織目を有し、格子Ｌ１〜Ｌ４は布製格子であり、格子Ｌ５〜Ｌ８は規則的な織目を有する金属格子である。特に、Ｌ５、Ｌ６、Ｌ７及びＬ８の格子はオーステナイト鋼製であり、規則的な周期構造を有している。
[0062] 格子の特性は下記のように示される。
Figure 0005554795
[0063] 図５は、異なる格子を使用して図３のように設定されたガスマニホールドでのガスの温度変化の経験的な結果を示す。グラフは、（横軸の）位置での（縦軸の）温度変化を示す。入口部分２２の出口側２４の上壁での温度が示されている。その結果が格子Ｌ１、Ｌ２、Ｌ６、Ｌ７、及びＬ８である各々の単一の格子、及び格子が定位置にない場合についてグラフで示されている。格子の織目が不規則である場合には、良好に機能することは期待されない。
[0064] 図５から、出口側２４の（Ｘ方向の）中間ゾーン（すなわち、温度分布がガスマニホールドの側壁との接触によって影響される外縁部を除く領域）での温度変化（ｄＴ）を判定することができる。
Figure 0005554795
[0065] 結果は、格子Ｌ７及びＬ８で最良の性能が達成されることを示している。これは、それらの開口率が高い（０．３７以上）からだと考えられる。開口率が０．４以上である場合は、さらに良好な性能が達成される。
[0066] 表から分かるように、開口率が高いほど性能も向上する。理論上では、最適な開口率は０．５８である。しかし、これを実際に達成するのは困難であろう。したがって０．３７以上の開口率が用いられる。開口率が低すぎると、ガス噴射が生じて貫通穴の近傍から噴流し、相互作用することによって乱流を引き起こすことがある。したがって、ある実施形態では、開口率は０．７以下であり、又は望ましくは０．６以下である。開口率が高すぎると、格子は流れの均一化と乱流の低減と言う基本機能を果たさない。相互作用する噴流も不規則な格子の問題点である。
[0067] ある実施形態では、格子の材料の熱伝導率は１０Ｗ／ｍ／Ｋ以上であり、望ましくは２０又は２５Ｗ／ｍ／Ｋ以上である。これが熱の空間的変動の低減に役立つ。
[0068] 格子２００に適する材料は、アルミニウム及びアルミニウム合金、オーステナイト鋼（例えば３０４又は３１６）、石英、フェライト（硫酸含有物用のシールド付き）、ＮＢＫ７（シリカ）、ＰＴＦＥ、ポリカーボネート（紫外線防護）、Ｓ−ＬＡＨ５２（シリカ）、及び／又はZerodurガラスセラミックである。これらのうち、最も剛性が高く、熱伝導率が高い材料（すなわち金属）が望ましい。
[0069] 格子の製造方法はどのようなものでも可能である。例えば、格子は必要な剛性を与えるために互いに接着させる何らかの方法で互いに交差する単なる２層のフィラメントであってもよいであろう。格子は、例えば三次元印刷を使用した単一のコンポーネントであってもよいであろう。
[0070] 開口率がＬ７及びＬ８に匹敵する格子Ｌ６の性能はＬ７やＬ８のようには優れていないと考えられるが、その理由の１つは、格子のメッシュサイズが小さすぎ（すなわち貫通穴が大きすぎ）、そのために恐らく、流れの均一性を均質化し、乱流を低減する（流れ方向での流れの振動の低減）ために効果的ではないからである。
[0071] 四角形の貫通穴の場合は、水圧直径ＤＨを貫通穴の幅であると見積もることができる。水圧直径は７０μｍ以上であることが望ましい。貫通穴の水圧直径ＤＨとフィラメントの直径の適切な比率ＤＨ／Ｄは１．０以上、１．４以上、１．８以上、又は２．０以上である。
[0072] 図３に示すように、１つ以上の格子２００ａ、２００ｂ、又は２００ｃを使用してもよい。複数の格子は直列に配置される。図６は、図５と同様のグラフで複数の格子の異なる配置の結果を示している。以下の結果は、複数の格子を使用した性能の向上を示している（例えば、単一のＬ７を使用するよりも性能が向上することを示す２つのスクリーンＬ７−Ｌ７を参照）。３つのＬ７格子は２つのＬ７格子よりも性能が向上することを示していない。最良の性能は、利用できる最高の開口率、及び貫通穴の水圧直径とフィラメント直径比との最高の比率を有する２つの格子を使用することによって達成し得る。
Figure 0005554795
[0073] 使用する格子が多すぎると製造誤差の可能性が高まるので、それほど役立たない。２つから３つの格子が有望であり、恐らくは５つが最多である。
[0074] 圧力を降下し、流れを均質化し、乱流を低減するには、制約が大きい単一の格子を使用するよりも制約が小さい幾つかの格子を使用することが望ましい。より多くの格子を使用するとこれらの格子の開口率が異なることがある。この場合は、最も制約が大きい格子から最も制約が小さい格子順に、すなわち開口率が低い格子から高い格子順に積層することによって最適な構成を達成し得る。
[0075] 格子は（発生する）境界層を妨害しないようにピンと張って取付けられる。
[0076] ある実施形態では、格子２００ａ、２００ｂ、２００ｃの間だけではなく、整流装置１８と第１の格子２００ａとの間、及び格子２００ａとコントラクタ２０との間にもある一定の距離がある。ある一定の距離ｘは下記のように計算される。ｘ＝０．２Ｄｈ、但しＤｈは流路の直径であり、Ｄｈ＝４Ａ／Ｐに等しい。但し、Ａは流れの断面積であり、Ｐは流路の周囲長さである。スリット流の場合は（ガスマニホールド内の場合のような）、水圧直径をＤｈ＝２ｈで概算することができる。但し、ｈはチャネルの高さである。水圧直径の最初の方程式を用いて、Ｄｈ＝２５［ｍｍ］、及びそれ故、ガスマニホールドの典型的な寸法の５［ｍｍ］の距離ｘを得ることができる。
[0077] 図７は、１つの場合は入口部分２２の壁がＰＭＭＡ製であり、別の場合は、入口部分２２の壁がスチール製である同じガスマニホールド、及び同じ格子（Ｌ８−Ｌ８）の温度分布を示す。図に見られるように、スチール製入口部分の温度分布の放物線の性質はやや弱くなり、これはある実施形態では望ましいことがある。
[0078] 下記の表は、Ｌ８の格子の後に別のＬ８の格子と入口部分のＰＭＭＡの壁とが直列に続く最良の性能の格子の組合せの場合の、チャネル２２の出口側の上部、中心部、及び底部の完全な放物曲線からの温度偏差を示す。
Figure 0005554795
[0079] 表から分かるように、中心部トレースにはデータへの第６次放物線適合から±０．０７の偏差がある。したがって温度分布は極めて平滑であり、このことは望ましく、温度の平滑な変動に対応することができる。
[0080] ストリークの存在の問題に対処する米国特許出願第６１／３９４，４４４号に記載の１つの措置は、コントラクタ２０から派生する乱流を除去する。これは、例えばコントラクタ２０の出口側に開口部１００を設けることによって達成される。負圧源１０２によって開口部１００に負圧が加えられる。負圧はガスマニホールド１０の壁から、特にコントラクタ２０の壁からガスの境界層の除去を促進する。代替的に又は追加的に、開口部１００を入口部分２２の壁に、又は入口部分２２の出口側に設けてもよい。入口部分２２の位置では、開口部１００は乱流の増幅を継続的に遅延させ、それによってストリーク形成を防止又は低減するのに役立つ。さらに、コントラクタ２０の上流のコントラクタ２０の中間に、又はいずれか別の位置、又はこれらの位置を組み合わせた位置に負圧を加えることもできる。
[0081] 開口部１００は、ガスマニホールドの幅にわたって（例えばガス流方向に垂直な方向に）延びるスリット又は複数の穴の形態であってもよい。ある実施形態では、開口部１００はスリットの形態でよく、均一な幅を有する。
[0082] ある実施形態では、数百パスカル程度の、例えば２００〜１，０００パスカルの吸引力が開口部１００に接続された負圧源１０２によって生成される。これはコントラクタ２０の端部に発生する境界層を除去し、それによって、コントラクタ２０の端部、又はさらに上流の入口部分２２の端部にストリークを誘発する前にガスマニホールド１０内に発生する外乱を除去するために有効である。
[0083] ある実施形態では、負圧はスリット形開口部１００の長さに沿って均一である。開口部１００を通るガス流の流量は、ガスマニホールド１０を通る流れの数パーセントの範囲、例えば１〜１０％の間にある。
[0084] ある実施形態では、ガス流路を画定する壁の一部、例えばコントラクタ２０の壁の一部及び／又は入口部分２２の壁の一部を有孔壁１１０として設けることができる。負圧は負圧源１１２によってガス流の反対側の有孔壁１１０の側に加えることができる。有孔壁によって発生される負圧はガス流の境界層に安定化効果をもたらす。これはストリークの形成を低減し、又は防止することにも役立つ。有孔壁１１０を流路の片側又は両側、又はコントラクタ２０及び／又は入口部分２２の長さに沿った１つ又は複数の離散位置に設けてもよい。
[0085] 有孔壁１１０は有孔部材から成ってもよく、又は穴の配列を有する部材から成ってもよい。直径が４００μｍ以下、例えば２００μｍ（又はそれ以下）及び／又はピッチが４ｍｍ以下、又は２ｍｍ（又はそれ以下）の穴が適していよう。有孔壁の使用に関するさらなる情報は、それぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｄ．Ｇ．ＭａｃＭａｎｕｓ及びＪ．Ａ．Ｅａｔｏｎ著、「Measurements and analysis of the flow field induced by suction perforations」（Ｊ．Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．第４１７巻、４７〜７５ページ、２０００年）、Ｊ．Ｇｏｌｄｓｍｉｔｈ著、「Critical laminar suction parameters for suction into an isolated hole or a single row of holes」（Ｎｏｒｔｈｒｏｐ Ａｉｒｃｒａｆｔ Ｒｅｐｏｒｔ Ｎｏ．ＢＬＣ−９５、１９５７年）、及びＤ．Ｇ．ＭａｃＭａｎｕｓ及びＪ．Ａ．Ｅａｔｏｎ著、「Flow physics of discrete boundary layer suction-measurements and predictions」（Ｊ．Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈ．第４１７巻、４７〜７５ページ、２０００年）に記載されている。
[0086] 一実施形態では、有孔壁１１０の、又はその近傍での流れ方向のせん断応力を検知するセンサ１１４が備えられる。コントローラ１１６は（例えばフィードバック又はフィードフォワード式に）この情報を利用して、（例えば１つ又は複数のバルブを開閉することによって）負圧源１１２を制御することができる。（過圧の生成を含んでもよい）この能動的制御の実施形態では、光ストリークの制御を達成し得る。センサ及びこのようなセンサを組み込んだシステムの例は、それぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ａ．Ｅｌｏｆｓｓｏｎ、Ｍ．Ｋａｗａｋａｍｉ、Ｐ．Ｈ．Ａｌｆｒｅｄｓｓｏｎ著、「Experiments on the stability of streamwise streaks in plane Poiseuille flow」（Ｐｈｙｓｉｃｓ ｏｆ Ｆｌｕｉｄｓ、第１１巻、４号、１９９９年）、及びＦ．Ｌｕｎｄｅｌｌ、Ｐ．Ｈ．Ａｌｆｒｅｄｓｓｏｎ著、「Experiments on control of streamwise streaks」（Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ Ｂ／Ｆｌｕｉｄｓ、２２号、２００３年、２７９〜２９０ページ）に記載されている。
[0087] ある実施形態では、ガスマニホールド１０及び／又は入口部分２２は、振動によってガスの外乱を引き起こすように構成される。このようにして、動的平衡を達成することができ、ストリークの形成を抑止し、及び／又は防止することができる。一実施形態では、振動は受動的な方法で引き起こされ、別の実施形態では、振動は能動的な方法で引き起こされる。
[0088] 振動を受動的な方法で引き起こす実施形態では、ガス流路を画定する１つ又は複数の壁（又は１つ又は複数の壁の一部）、例えばコントラクタ２０の壁、及び／又は入口部分２２の壁は（剛性ではなく）可撓性又は軟質の材料から製造される。可撓性又は軟質の材料の使用については、それぞれ参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｐ．Ｗ．Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ、Ｃ．Ｄａｖｉｅｓ及びＡ．Ｄ．Ｌｕｃｅｙ著、「Hydrodynamics and compliant walls」（ＣＵＲＲＥＮＴ ＳＣＩＥＮＣＥ、第７９巻、第６号、２０００年９月２５日刊、及びＪ．Ｈｏｅｐｆｆｎｅｒ、Ａ．Ｂｏｔｔａｒｏ及びＪ．Ｆａｖｉｅｒ著、「Mechanisms of non-modal energy amplification in channel flow between compliant walls」（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｆｌｕｉｄ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ、２００９年）に記載されている。壁の振動は壁を通過するガス流によって誘発される。振動は境界層内に付加的な外乱を引き起こし、それが波の増幅プロセスを乱すことがあり、それによって最終的にはストリークの形成を招く。あるいは、外乱がストリークの形成を誘発する前に境界層にある外乱を減衰するように効果的に可撓性の壁を構成してもよい。一実施形態では、可撓性の壁をポリマー材料、例えばゴム（例えばラテックス、シリコンなど）、ビトンフルオロエラストマ、ＰＦＡ炭化フッ素樹脂などの炭化フッ素樹脂、テフロン（登録商標）ポリテトラフルオロエチレンなどのポリテトラフルオロエチレン、スチレン−ブタジエンゴム、合成材料などから製造してもよい。壁の剛性は、マニホールド内のガス流が振動の形成をもたらすように選択される。参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｃａｒｐｅｎｔｅｒ著、「Instabilities in a plane channel flow between compliant walls」（ＪＦＭ、１９９７年、第１部及び第２部）は、壁の剛性を選択する方法を記載している。約１×１０−４〜１×１０−３Ｎ／ｍ３のばね剛性、約１×１０−５〜１×１０−４Ｎｍの曲げ剛性、及び約１×１０−３〜２×１０−２ｋｇ／ｍ２の面密度が一般的である。
[0089] 能動的振動の実施形態では、壁、又は壁の一部、又はｘｙ面にある両方の壁のｚ方向の振動を引き起こすためにアクチュエータ１２０を備えてもよい。壁の振動は、特に境界層の遷移範囲では流れの挙動に大幅に影響を及ぼすことがある。例えば、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｍ．Ｒ．Ｊｏｖａｎｏｖｉｃ著、「Turbulence suppression in channel flows by small amplitude transverse wall oscillations」（Ｐｈｙｓ Ｆｌｕｉｄｓ、２０、０１４１０１、２００８年）を参照されたい。アクチュエータは下記の式を満たすように構成される必要がある。
Figure 0005554795
但し、Ｗは壁速度、αは振幅換算係数、ωは周波数である。外乱を最適に制御するため、ωはω＝Ω＊ν／δ２になるように選択されるべきである。但し、νはガスの動粘度であり、Ωは周波数の換算係数であり、約１７．６に等しく、δはチャネル幅の半分に等しい。ある実施形態では、このことはω＝約１０〜２０Ｈｚ、又は１５Ｈｚであることを意味する。それと同時に、振動の振幅は流入速度の約２〜５％であるべきである（言い換えると、α＝流速の約０．０１〜０．０２５倍）。
[0090] ある実施形態では、ガスマニホールド１０の壁上に、ガス流用の流路を画定する複数の細長い突起部が設けられる。例えば、複数の細長い突起部をコントラクタ２０の壁及び／又は入口部分２２の壁に設けることができる。複数の細長い突起部はストリークの形成を妨害し、又はストリークが形成された場合はそれらの可干渉性を低減する。これは過度の追加の乱流を引き起こさず、又は熱伝達力をそれほど損なわない。図８は、ガスマニホールド又は入口部分２２の壁の一方又は両方の壁に形成された複数の突起部を概略的に示す。入口部分２２の壁は距離Ｄで分離されている。
[0091] 突起部はガス流方向に細長い。断面図では、突起部は三角形の形状を有する。しかし、任意の形状を使用することができる。突起部が存在することにより、流れ方向の渦流が弱められ、それによってスパン方向の温度変調形成が抑止される。これは突起部先端での二次渦流の効果によるものである。突起部の高さｈ（例えば流路内に突起する突起部の量）が０．２〜１．０ｍｍの間にあり、突起部間のピッチｓが０．５〜２．０ｍｍである場合は、二次渦流の作用は流れ方向の渦流を効果的に弱め、それにより渦流の増大を防止する。これについては、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる、Ｓ．Ｊ．Ｌｅｅ及びＳ．Ｈ．Ｌｅｅ著「Flow Field Analysis of a Turbulent Boundary Layer Over a Riblet Surface」（Ｅｘｐ ｉｎ Ｆｌｕｉｄｓ ３０号、２００１年、１５３〜１６６ページ）に詳細に記載されている。
[0092] 通常の最適条件はリブレット間隔ｓ＋＝ｓｕτ／νが１０〜２０、及びｈが０．５ｓ〜ｓで実現し得る。Ｓ＋の定義では、νはガスの動粘度であり、ｕτはせん断速度である。せん断速度は（τｗ／ρ）０．５として定義され、τｗは壁のせん断応力、ρはガス密度である。ガスマニホールド１０の場合、これはｓ＝約１ｍｍ、ｈ＝約０．５ｍｍの突起部形状を生ずる。
[0093] スパン方向の温度変調の抑制は、突起部が比較的小さい場合（例えばｓ＝１ｍｍ、ｈ＝０．５ｍｍ）に達成し得る。突起部がより粗い場合（例えばｓ＝２ｍｍ、ｈ＝１ｍｍ）、突起部自体の重畳プロファイルを生ずる傾向がある。通常はｓは０．５〜２．０ｍｍの間であり、ｈは０．２５ｍｍ〜１ｍｍの間である。
[0094] 上述のように、位相リプル（すなわち光位相内のスパン方向の変調）を引き起こすストリークの形成は、Ｒｅ＝約４０００〜６０００（平面ポアズイユ流れの場合）である特定範囲のレイノルズ数で最も強い。
[0095] 空気による所望の熱伝達力の確立には高流速が必要であり、これは上述の遷移及び低乱流レイノルズ数を生ずる。例えば冷却力などの同じ熱伝達力の場合に流速を低減可能にするために、熱伝導率がより高い異なるガスを使用することができる。この特性に関する最も有力な２つの候補はヘリウムと水素であり、そのうちの水素は別の特性があるため除外してよい。
[0096] グニリンスキー方程式をある程度適応した方程式が用いられた計算では、レイノルズ数とヌッセルト数との間に線形関係、又は準線形関係が生じた。グニリンスキー方程式によるヌッセルト数の計算にはプラントル数の差が明確に存在するので、プラントル数の差は約５％に過ぎず、別のガス特性に大きな差異があることに鑑み、一次近似ではこれを無視することができることに留意されたい。したがって、対流熱伝達率とレイノルズ数との間、それ故、拡大解釈すると質量流量との間にはある程度の線形関係が存在する（別の特性に大幅に大きい差異があることに鑑み、約１０％の力学的粘度の差は無視する）。
Figure 0005554795
但し、ρは流体密度、Ｖは速度、Ｄｈは水圧直径、μは力学的粘度、ｖは動粘度、ｍは質量流量、Ａは流路面積である。
[0097] ヘリウムの熱伝導率は空気の約６倍であり、それは熱伝達力がこの同じ６倍だけ増大することを意味する。これはヌッセルト数（Ｎｕ）が対流と伝導の熱伝達の比率であることを想起することで推測できる。
Figure 0005554795
但し、ｈは対流熱伝達率、ｋは媒体の熱伝導率、Ｌは特性長さである。ヌッセルト数が同じである場合は明らかに、光学コンポーネント５０が必要とする対流熱伝達は熱伝導率と比例して増大する。
[0098] 空気の代わりにヘリウムを使用することによって、チャネルの形状が不変の場合、熱伝達力の要件を依然として満たしつつ、質量流量（すなわち等価的に、レイノルズ数）を大幅に低減することが可能である（ヘリウムの比熱容量が５倍高いことが媒体グラム当たりの増大する熱吸収を抑制する）。それによって、不安定性が大幅に低下すべき流動様式は大幅に安定したものになる。その結果、スパン方向の温度変調の振幅は大幅に低減する。さらに、ヘリウムの屈折率の温度依存度は空気の場合より大幅に低いので、何らかの温度変動があっても大幅に低い光位相変動に変わる。
[0099] 欠点はヘリウムに関連するコストであり、この問題を解決するために、供給システムを再循環式にする必要がある。米国特許出願第６１／３９４，４４４号はこのようなシステムの極めて基本的な概略を提示している。
[00100] 理解されるように、上記のどの特徴も別のいずれかの特徴と共に利用することができ、それは本出願に記載の明示された組合せだけではない。
[00101] 本文ではＩＣの製造におけるリソグラフィ装置の使用について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には他の用途もあることを理解されたい。例えば、これは、集積光学システム、磁気ドメインメモリ用誘導及び検出パターン、フラットパネルディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、薄膜磁気ヘッドなどのマイクロスケール、さらにはナノスケールのフィーチャを有するコンポーネントの製造である。こうした代替的な用途に照らして、本明細書で「ウェーハ」又は「ダイ」という用語を使用している場合、それぞれ、「基板」又は「ターゲット部分」という、より一般的な用語と同義と見なしてよいことが当業者には認識される。本明細書に述べている基板は、露光前及び／又は露光後に、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）、メトロロジーツール及び／又はインスペクションツールで処理することができる。適宜、本明細書の開示は、以上及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ことができる。
[00102] 本明細書で使用する「放射」及び「ビーム」という用語は、紫外線（ＵＶ）放射（例えば、３６５ｎｍ、２４８ｎｍ、１９３ｎｍ、１５７ｎｍ若しくは１２６ｎｍ、又はこれら辺りの波長を有する）並びにｇ線及びｈ線（例えば、約４３６ｎｍ及び４０５ｎｍの波長を有する）を含むあらゆるタイプの電磁放射を包含する。
[00103] 「レンズ」という用語は、状況が許せば、屈折及び反射光学コンポーネントを含む様々なタイプの光学コンポーネントのいずれか一つ、又はその組合せを指す。
[00104] 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、本発明の実施形態は、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つ又は複数のシーケンスを含むコンピュータプログラム、又はこのようなコンピュータプログラムを内部に格納したデータ記憶媒体（例えば半導体メモリ、磁気又は光ディスク）の形態をとることができる。さらに機械読み取り式命令は、２つ以上のコンピュータプログラムで実施することができる。２つ以上のコンピュータプログラムを、１つ又は複数の異なるメモリ及び／又はデータ記憶媒体に格納することができる。
[00105] 上述したコントローラは、信号を受信、処理及び送信するのに適切な任意の構成を有することができる。例えば、各コントローラは、上述した方法の機械読み取り式命令を含むコンピュータプログラムを実行するために、１つ又は複数のプロセッサを含んでよい。また、コントローラは、このようなコンピュータプログラムを格納するデータ記憶媒体及び／又はこのような媒体を受信するハードウェアを含んでもよい。
[00106] 本発明の１つ又は複数の実施形態は、任意の液浸リソグラフィ装置に、特に液浸液が槽の形態で提供されるか、基板の局所的な表面領域のみに提供されるか、基板及び／又は基板テーブル上に閉じ込められないかにかかわらず、上述したタイプに適用することができるが、それに限定されない。閉じ込められない構成では、液浸液は基板及び／又は基板テーブルの表面上に流れることができ、したがって実質的に基板テーブル及び／又は基板の覆われていない表面全体が濡れる。このように閉じ込められていない液浸システムでは、液体供給システムが液浸液を閉じ込めることができない、又はある割合の液浸液閉じ込めを提供することができるが、実質的に液浸液の閉じ込めを完成しない。
[00107]
１．リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行プレート間にガス流を誘導するためのガスマニホールドであって、
前記ガスマニホールドにガス流を供給する入口と、
金属から成り、前記ガス流を均質化する複数の貫通穴を備える格子と、
前記ガス流がそれを通って流れる断面積を縮小するための前記格子の下流のコントラクタと、
前記少なくとも２つの平行プレートに前記ガス流を供給するための前記コントラクタの下流の出口と
を備えるガスマニホールド。
２．前記格子の前記貫通穴が規則的間隔で離間される、条項１に記載のガスマニホールド。
３．前記格子が規則的な織目を有する、条項１又は２に記載のガスマニホールド。
４．リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行プレート間にガス流を誘導するためのガスマニホールドであって、
前記ガスマニホールドにガス流を供給する入口と、
前記ガス流を均質化するために規則的周期構造の複数の貫通穴を備える格子と、
前記ガス流がそれを通って流れる断面積を縮小するための前記格子の下流のコントラクタと、
前記少なくとも２つの平行プレートに前記ガス流を供給するための前記コントラクタの下流の出口と
を備えるガスマニホールド。
５．前記格子がグリッドである、条項４に記載のガスマニホールド。
６．前記格子を取り扱うことにより前記貫通穴の規則性が乱れないように、前記格子が構造的完全性を有する、条項４又は条項５に記載のガスマニホールド。
７．前記格子の開口率が０．３７以上、又は０．４以上である、条項１〜６のいずれかに記載のガスマニホールド。
８．前記格子の開口率が０．７以下、又は０．６以下である、条項１〜７のいずれかに記載のガスマニホールド。
９．前記貫通穴の水圧直径とフィラメント直径との比率が１．０以上、１．４以上、又は１．８以上である、条項１〜８のいずれかの記載のガスマニホールド。
１０．前記貫通穴の水圧直径が７０μｍ以上である、条項１〜９のいずれかに記載のガスマニホールド。
１１．前記格子の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ／Ｋ以上、又は２０又は２５Ｗ／ｍ／Ｋ以上である、条項１〜１０のいずれかに記載のガスマニホールド。
１２．前記格子がオーステナイト鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、石英、フェライト、シリカ、ＰＴＦＥ、ポリカーボネート、又はガラスセラミック製である、条項１〜１１のいずれかに記載のガスマニホールド。
１３．前記格子のメッシュサイズ（インチ当たりのフィラメント）が１６０〜２５０インチ−１（インチ当たり約６３００〜９８４０のフィラメント）である、条項１〜１２のいずれかに記載のガスマニホールド。
１４．前記格子が、直列に配置された少なくとも２つの格子から構成される、条項１〜１３のいずれかに記載のガスマニホールド。
１５．いずれかの下流側の格子の前記開口率が、いずれかの上流側の格子の前記開口率と少なくとも同じ高さである、条項１４に記載のガスマニホールド。
１６．隣接する格子間の距離が、前記格子での前記ガスマニホールドの前記水圧直径の少なくとも０．２倍である、条項１４又は条項１５に記載のガスマニホールド。
１７．格子と、前記ガスマニホールド内のガス流路内の隣接するコンポーネントとの間の距離が前記格子でのガスマニホールドの前記水圧直径の少なくとも０．２倍である、条項１〜１６のいずれかに記載のガスマニホールド。
１８．前記入口の下流に前記ガス流を整流する整流装置をさらに備える、条項１〜１７のいずれかに記載のガスマニホールド。
１９．前記整流装置が少なくとも１つの格子の上流にある、条項１８に記載のガスマニホールド。
２０．前記整流装置が、ガスが通過するために複数の通路を備える、条項１８又は条項１９に記載のガスマニホールド。
２１．前記複数の通路の長さと水圧直径との比率が５〜１５の間、又は８〜１２の間である、条項２０に記載のガスマニホールド。
２２．前記通路の水圧直径が０．５〜１．５ｍｍの間である、条項２０又は条項２１に記載のガスマニホールド。
２３．前記ガス流の圧力を降下するために前記入口の下流のディフューザをさらに備える、条項１〜２２のいずれかに記載のガスマニホールド。
２４．リソグラフィ装置の光学コンポーネントの２つの平行プレート間にガス流を供給するモジュールであって、条項１〜２３のいずれかに記載のガスマニホールドを備えるモジュール。
２５．前記コントラクタと前記出口との間に、断面形状が一定の通路を備える入口部分をさらに備える、条項２４に記載のモジュール。
２６．前記入口部分の壁の熱伝導率が１０Ｗ／ｍ／Ｋ以上、又は２０又は２５Ｗ／ｍ／Ｋ以上である、条項２５に記載のモジュール。
２７．前記入口部分の壁が金属製である、条項２５又は条項２６に記載のモジュール。
２８．前記２つの平行プレート間に誘導されるガスを前記入口に供給するガス源をさらに備える、条項２４〜２７のいずれかに記載のモジュール。
２９．前記ガス源がヘリウム源である、条項２８に記載のモジュール。
３０．前記２つの平行プレートに間から流出するガスを捕捉する捕捉装置をさらに備える、条項２４〜２９のいずれかに記載のモジュール。
３１．前記捕捉装置によって捕捉されたガスを前記入口に供給する再循環装置をさらに備える、条項３０に記載のモジュール。
３２．リソグラフィ装置であって、
パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影システムと、
前記放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置された２つの平行プレートであって、前記プレートの少なくとも１つが該プレートを局所的に加熱するように構成された個々のアドレス指定可能な電気加熱デバイスを備える平行プレートと、
ガス流を前記２つの平行プレート間に誘導するための、条項１〜２３のいずれかに記載のガスマニホールド又は条項２４〜３１に記載のモジュールと
を備えるリソグラフィ装置。
３３．デバイス製造方法であって、
投影システムを使用して、パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するステップと、
前記放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置され、局所的に加熱されるプレートを使用して前記放射ビームの光路長を局所的に変更するステップと、
金属から成り、前記ガス流を均質化するための複数の貫通穴を備える格子と、前記プレートと該プレートと平行な別のプレートとの間のコントラクタとを通ってガス流を供給するステップと
を含むデバイス製造方法。
３４．デバイス製造方法であって、
投影システムを使用して、パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するステップと、
前記放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置され、局所的に加熱されるプレートを使用して前記放射ビームの光路長を局所的に変更するステップと、
前記ガス流を均質化するための規則的周期構造の複数の貫通穴を備える格子と、前記プレートと該プレートと平行な別のプレートとの間のコントラクタとを通ってガス流を供給するステップと
を含むデバイス製造方法。
[00108] 上記の説明は例示的であり、限定的ではない。したがって、添付の特許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。

Claims (14)

  1. リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行プレート間にガス流を誘導するためのガスマニホールドであって、
    前記ガスマニホールドにガス流を供給する入口と、
    前記入口の下流において前記ガス流を整流するハニカム整流装置と、
    金属から成り、前記ガス流を均質化する複数の貫通穴を備える格子と、
    前記ガスが流れる方向に沿って断面積を縮小するように構成された、前記格子の下流のコントラクタと、
    前記少なくとも２つの平行プレートに前記ガス流を供給するための前記コントラクタの下流の出口と
    を備えるガスマニホールド。
  2. 前記格子の前記貫通穴が規則的間隔で離間される、請求項１に記載のガスマニホールド。
  3. 前記格子が規則的な織目を有する、請求項１又は２に記載のガスマニホールド。
  4. リソグラフィ装置の光学コンポーネントの少なくとも２つの平行プレート間にガス流を誘導するためのガスマニホールドであって、
    前記ガスマニホールドにガス流を供給する入口と、
    前記入口の下流において前記ガス流を整流するハニカム整流装置と、
    前記ガス流を均質化するために規則的周期構造の複数の貫通穴を備える格子と、
    前記ガスが流れる方向に沿って断面積を縮小するように構成された前記格子の下流のコントラクタと、
    前記少なくとも２つの平行プレートに前記ガス流を供給するための前記コントラクタの下流の出口と
    を備えるガスマニホールド。
  5. 前記格子がグリッドである、請求項４に記載のガスマニホールド。
  6. 前記格子を取り扱うことにより前記貫通穴の規則性が乱れないように、前記格子が構造的完全性を有する、請求項４又は請求項５に記載のガスマニホールド。
  7. 前記格子が、直列に配置された少なくとも２つの格子から構成される、請求項１〜６のいずれかに記載のガスマニホールド。
  8. 前記コントラクタと前記出口との間におけるガス流路を画定する壁の一部に設けられた開口部と、
    前記開口部に負圧を加える負圧源と
    をさらに備える、請求項１〜７のいずれかに記載のガスマニホールド。
  9. 前記コントラクタと前記出口との間におけるガス流路を画定する壁の一部に設けられた有孔壁と、
    前記ガス流の反対側の前記有孔壁の側に負圧を加える負圧源と、
    前記有孔壁の又はその近傍での流れ方向のせん断応力を検知するセンサと、
    前記センサでの検知結果に基づいて前記負圧源を制御するコントローラと、
    をさらに備える、請求項１〜８のいずれかに記載のガスマニホールド。
  10. 前記入口に前記ガスとしてヘリウムを供給するガス源をさらに備える、請求項１〜９のいずれかに記載のガスマニホールド。
  11. 前記ガス流の圧力を降下するために前記入口の下流のディフューザをさらに備える、請求項１〜１０のいずれかに記載のガスマニホールド。
  12. リソグラフィ装置の光学コンポーネントの２つの平行プレート間にガス流を供給するモジュールであって、請求項１〜１１のいずれかに記載のガスマニホールドを備えるモジュール。
  13. リソグラフィ装置であって、
    パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するように構成された投影システムと、
    前記放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置された２つの平行プレートであって、前記プレートの少なくとも１つが該プレートを局所的に加熱するように構成された個々のアドレス指定可能な電気加熱デバイスを備える平行プレートと、
    ガス流を前記２つの平行プレート間に誘導するための、請求項１〜１１のいずれかに記載のガスマニホールド又は請求項１２に記載のモジュールと
    を備えるリソグラフィ装置。
  14. デバイス製造方法であって、
    投影システムを使用して、パターニングされた放射ビームを基板のターゲット部分に投影するステップと、
    前記放射ビームを横断するように、且つ放射ビームの経路内に配置され、局所的に加熱されるプレートを使用して前記放射ビームの光路長を局所的に変更するステップと、
    請求項１〜１１のいずれかに記載のガスマニホールドにより、前記プレートと該プレートと平行な別のプレートとの間にガス流を供給するステップと
    を含むデバイス製造方法。
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