CN106980177A - 光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品制造方法 - Google Patents

光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品制造方法。本发明减小了当镜的形状变形时镜上产生的温度分布。光学装置包括：镜，具有反射面和与所述反射面的相反侧的背面；底座；固定部件，固定于所述背面的一部分，以将所述镜固定在所述底座上；以及多个致动器，分别向所述背面施加力以使所述反射面的形状变化。其中，所述多个致动器包括：多个第一致动器，分别向所述背面中的第一区域施加力，所述第一区域包围由所述固定部件固定的所述镜的固定部；以及多个第二致动器，分别向所述背面中的、包围所述第一区域的第二区域施加力。所述第一致动器的推力生成的效率比所述第二致动器的推力生成的效率高。

Description

光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品制造方法
技术领域
本发明涉及包含能够变形的镜(mirror)的光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品制造方法。
背景技术
包含用于校正波面误差和图像失真的能够变形的镜的光学装置特别地应用于半导体曝光装置、液晶曝光装置、或天体望远镜等。近年来，对曝光装置中的分辨率的要求越来越严格，因此对曝光像差的要求也变得严格。因此，为了校正曝光像差，提出了一种在曝光装置中包含能够变形的镜的装置结构。另外，在天文领域中，为了抑制空气波动对设置在地上的望远镜的影响，也开始使用能够变形的镜。
在日本专利第4817702号中，公开了一种配置有多个致动器(actuator)的光学装置，该多个致动器保持能够变形的镜的中心部，并使镜的中心部之外的区域的表面形状变形。另外，在日本专利特开2015-70214号中，公开了一种混合搭载有高刚性的致动器和低刚性的致动器以使镜的固有频率变高的光学装置。
发明内容
发明要解决的问题
若在中心部保持能够变形的镜，则镜的中心部附近区域的刚性与远离中心部的周边区域相比更高。因此，越靠近镜表面的中心部的区域越难以变形，往往需要大的驱动力。本发明的发明人发现若为了改变镜的表面形状而使用例如具有相同推力常数的多个音圈电机(voice coil motor，VCM)作为力致动器，则在镜的中心部附近区域与周边区域之间存在分布较大的发热量。由于镜的中心部固定于基板上，因此中心部附近区域的VCM能够输出比周边区域的VCM更大的力，从而发热量变大。
本发明的发明人获取了在均等地设置了具有相同推力常数的多个VCM的情况下在镜的中心部附近的中央区域与周边区域的发热量分布。图3示出了发热量分布的结果。如图3所示，将镜以同心圆状二分为中央区域与周边区域。若将中央区域与周边区域的面积比分割为3％：97％，则面积为3％的中央区域中的发热量占总发热量的60％。在这种情况下，中央区域与周边区域之间的单位面积的发热量的比为49：1。若将中央区域与周边区域的面积比分割为8％：92％，则面积为8％的中央区域中的发热量占总发热量的67％，中央区域与周边区域之间的单位面积的发热量的比为23：1。若将中央区域与周边区域的面积比分割为32％：68％，则面积为32％的中央区域中的发热量占总发热量的74％，中央区域与周边区域之间的单位面积的发热量的比为6：1。如上所述，镜的中央区域中的发热量占支配地位，其结果是发现镜的中心部附近的中央区域与周边区域之间产生大的温度分布，并发生镜的热变形。
本发明提供一种对在镜的形状变形时在减小镜上产生的温度分布的方面有利的光学装置。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，本发明的光学装置的特征在于，包括：镜，具有反射面和与所述反射面相反侧的背面；底座；固定部件，固定于所述背面的一部分，以将所述镜固定在所述底座上；以及多个致动器，分别向所述背面施加力以使所述反射面的形状变化，其中，所述多个致动器包括：多个第一致动器，分别向所述背面中的第一区域施加力，所述第一区域包围由所述固定部件固定的所述镜的固定部；以及多个第二致动器，分别向所述背面中的、包围所述第一区域的第二区域施加力，所述第一致动器的推力生成的效率比所述第二致动器的推力生成的效率高。
发明的效果
根据本发明，能够在镜的形状变形时减小镜上产生的温度分布。
附图说明
图1是示出根据本发明的光学装置的一个示例的图。
图2是示出根据本发明的光学装置的工作原理的图。
图3是说明本发明要解决的问题的图。
图4是示出根据本发明的曝光装置的一个示例的图。
具体实施方式
以下，参照附图等说明本发明的实施方式。
光学装置
图1的(b)示出了根据本实施方式的光学装置的一个示例，图1的(a)示出了该光学装置的镜的背面。如图1的(b)所示，能够变形的镜1的一部分(例如中心部)经由固定部件2固定于底座3。镜1的表面1a是反射面。镜1的与反射面相反侧的背面1b包括包围由固定部件2固定的中心部(保持区域)的中央区域(第一区域)1b1和包围中央区域1b1的周边区域(第二区域)1b2。中央区域1b1可以是镜1的背面1b整体之中发热量占支配地位的、面积占例如3％或更小的中央部分的区域。或者，基于发明要解决的问题一栏中所示的发热量分布的数据，中央区域1b1可以是面积占镜1的背面1b整体的8％或更小的中央部分的区域。
在镜背面1b的中央区域1b1中，例如通过粘着设置有多个第一磁体4a，在周边区域1b2中，例如通过粘着设置有多个第二磁体5a。与镜背面1b对置的底座3的面3b包括与镜背面1b的中央区域1b1和周边区域1b2相对应的中央区域及周边区域。在底座3的中央区域中，与多个第一磁体4a对置地配置有多个第一线圈4b，在底座3的周边区域中，与多个第二磁体5a对置地配置有多个第二线圈5b。第一线圈4b和第二线圈5b分别固定于底座3的面3b。如图1的(a)所示，多个第一磁体4a和多个第二磁体5a能够在镜背面1b上呈放射状配置。在这种情况下，与多个第一磁体4a和多个第二磁体5a类似，多个第一线圈4b和多个第二线圈5b也呈放射状配置。然而，所述磁体和线圈不限于呈放射状配置。也可以采用例如使单位面积上的致动器的数量相同等其他的配置方式。
在镜背面1b和底座面3b的中央区域中配置的第一磁体4a和第一线圈4b构成了第一致动器4。通过使电流流过第一线圈4b，在第一磁体4a与第一线圈4b之间产生与电流成正比的力，从而能够使镜1的中央区域的形状变化。在镜背面1b和底座面3b的周边区域中配置的第二磁体5a和第二线圈5b构成了第二致动器5。通过使电流流过第二线圈5b，在第二磁体5a与第二线圈5b之间产生与电流成正比的力，从而能够使镜1的周边区域的形状变化。
在本实施方式中，使用作为非接触力致动器之一的、利用洛仑兹力的低成本的音圈电机(VCM)作为第一致动器4、第二致动器5。然而，也可以使用VCM之外的其他力致动器作为第一致动器4、第二致动器5。
设VCM的推力常数(推力生成的效率)为Kf，线圈的电阻值为R，流过线圈的电流为I，则产生的力F由式(1)表示。另外，产生力F时所产生的发热量P由式(2)表示。
F＝Kf×I……(1)
P＝I2R＝(F/Kf)2×R……(2)
根据式(1)，推力常数Kf越大，则产生相同的力F所需的电流值I越小。根据式(2)，发热量与电流的二次方成正比，与线圈的电阻成正比。式(2)意味着要减少产生同样的力时的VCM的发热量，最有效的是减小电流值，其次是减小线圈的电阻。由此，通过使用推力常数大的致动器，能够减小必要的驱动电流，从而能够有效地减少发热量。当然，减小线圈的电阻也能够减少致动器的发热量。
因此，在本实施方式中，作为使镜1的中央区域变形的各第一致动器4，使用与使镜1的周边区域变形的各第二致动器5相比推力常数更大的致动器。在本实施方式中，多个第一致动器4具有彼此相同的推力常数，多个第二致动器5具有比第一致动器的推力常数小并且彼此相同的推力常数。然而，多个第一致动器4和多个第二致动器5也可以被构造为其配置位置与镜1的中心部之间的距离越小则推力常数越大。在本实施方式中，提出了减少镜1的中央区域中的发热量的结构，但是也可以并用使底座3冷却的温控方式。或者，也可以并用将底座3的中央区域集中地冷却的方式。
接下来，使用图2来说明根据本实施方式的光学装置的工作原理。如图2所示，光学装置包括控制多个第一致动器4和多个第二致动器5的控制部6。控制部6可以包括运算部6a和致动器驱动6b。为了校正光学性能的误差，将希望镜1变形成的形状作为目标形状发送到控制部6的运算部6a。运算部6a计算出致动器驱动6b应当输出的驱动指令值，并发送到致动器驱动6b。致动器驱动6b将运算部6a计算出的驱动指令值分别发送到多个第一致动器4和第二致动器5。各致动器产生必要的力，使镜1的表面形状变形，从而校正光学性能的误差。图2示出的是一个示例，并不限于此。
曝光装置
关于根据本实施方式的曝光装置，参照图4来说明。本实施方式的曝光装置50可以包括照明光学系统IL、投影光学系统PO、能够保持掩模(原型)并移动的掩模台(maskstage)MS以及能够保持基板56并移动的基板台WS。另外，曝光装置50可以包括控制使基板56曝光的处理的控制部51。
从照明光学系统IL所包含的光源(未示出)射出的光通过照明光学系统IL所包含的狭缝(slit)能够在掩模55上形成例如在Y方向上较长的圆弧状曝光区域。掩模55和基板56分别由掩模台MS和基板台WS保持，经由投影光学系统PO配置在光学上基本共轭的位置(投影光学系统PO的物面和像面的位置)上。投影光学系统PO具有规定的投影倍率(例如1/2倍)，将形成于掩模55的图案投影到基板56上。此外，在与投影光学系统PO的物面平行的方向(例如X方向)上，以与投影光学系统PO的投影倍率相对应的速度比扫描掩模台MS和基板台WS。由此，能够将形成于掩模55的图案转印到基板56上。
如图4所示，投影光学系统PO例如可以被构造为包括平面镜52、凹面镜53以及凸面镜54。从照明光学系统IL射出并透过掩模55的曝光光被平面镜52的第一面52a折射光路，并入射到凹面镜53的第一面53a。在凹面镜53的第一面53a上反射的曝光光在凸面镜54处反射，并入射到凹面镜53的第二面53b。在凹面镜53的第二面53b上反射的曝光光被平面镜52的第二面52b折射光路，并在基板上成像。在这种构造的投影光学系统PO中，凸面镜54的表面成为光学瞳孔。在曝光装置50的结构中，上述光学装置例如可以用作使作为镜1的凹面镜53的反射面变形的装置。通过将上述光学装置用于曝光装置50，能够使凹面镜53的反射面(第一面53a和第二面53b)变形，从而能够高精度地校正投影光学系统PO中的光学像差。在此，曝光装置50中的控制部51可以被构造为包括用于控制光学装置中的致动器的控制部6。
物品的制造方法
根据本实施方式的物品的制造方法，适宜用于制造例如半导体器件(device)等的微器件(micro device)或具有精密构造的元件等的物品。本实施方式的物品的制造方法包括使用上述曝光装置在涂敷于基板的感光剂上形成潜像图案的步骤(基板曝光步骤)和使在该步骤中形成了潜像图案的基板显影的步骤。此外，该制造方法还包括其他公知的步骤(氧化、成膜、蒸镀、掺杂(doping)、平坦化、蚀刻(etching)、去除抗蚀剂(resist)、切割(dicing)、键合(bonding)、包装(packaging)等)。与已有的方法相比，本实施方式的物品的制造方法在物品的性能、品质、生产率、生产成本之中的至少一方面有优势。
其他实施例
本发明还可以通过将实现上述实施方式的一个或更多的功能的程序经由网络或存储介质提供给系统或装置，由该系统或装置的计算机中的一个或更多处理器读出并执行程序的处理来实现。另外，也可以通过实现一个或更多功能的电路(例如ASIC)来实现。
本发明的实施例还可以通过如下的方法来实现，即，通过网络或者各种存储介质将执行上述实施例的功能的软件(程序)提供给系统或装置，该系统或装置的计算机或是中央处理单元(CPU)、微处理单元(MPU)读出并执行程序的方法。
虽然参照示例性实施例对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例。应当对所附权利要求的范围给予最宽的解释，以使其涵盖所有这些变型例以及等同的结构和功能。

Claims (9)

1.一种光学装置，所述光学装置包括：
镜，具有反射面和与所述反射面相反侧的背面；
底座；
固定部件，固定于所述背面的一部分，以将所述镜固定在所述底座上；以及
多个致动器，分别向所述背面施加力以使所述反射面的形状变化，
其中，所述多个致动器包括：
多个第一致动器，分别向所述背面中的第一区域施加力，所述第一区域包围由所述固定部件固定的所述镜的固定部；以及
多个第二致动器，分别向所述背面中的、包围所述第一区域的第二区域施加力，
所述第一致动器的推力生成的效率比所述第二致动器的推力生成的效率高。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其中，施加了力的所述背面的区域与所述固定部之间的距离越小，所述第一致动器的效率和所述第二致动器的效率越高。
3.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一致动器和所述第二致动器是音圈电机。
4.根据权利要求3所述的光学装置，其中，所述音圈电机包括配置于所述背面的磁体和配置于所述底座的线圈。
5.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一区域是所述背面的8％或更小的区域。
6.根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述第一区域是所述背面的3％或更小的区域。
7.一种将掩模的图案投影在基板上的投影光学系统，所述投影光学系统包括根据权利要求1至6中的任一项所述的光学装置。
8.一种使基板曝光的曝光装置，所述曝光装置包括根据权利要求7所述的投影光学系统。
9.一种物品制造方法，所述物品制造方法包括：
使用根据权利要求8所述的曝光装置使基板曝光的步骤；以及
使在所述步骤中曝光的所述基板显影的步骤。
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