CN108089407A - 光学元件、曝光装置以及物品的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光学元件、曝光装置以及物品的制造方法。提供有利于校正如具有多个拐点的复杂的变形的光学元件。光学元件(2)具备：反射镜(21)，具有设置有反射膜的光学面(21a)及与光学面(21a)相反的一侧的非光学面(21b)；以及多个校正膜(23)，设置于非光学面(21b)侧，用于校正反射镜(21)的形状。多个校正膜(23)在非光学面(21b)侧被分开设置于相互不同的多个区域。

Description

光学元件、曝光装置以及物品的制造方法

技术领域

本发明涉及光学元件、曝光装置以及物品的制造方法。

背景技术

在半导体的制造中使用的投影曝光装置中，为了应对曝光时的温度变化所致的像差的劣化，有使在光学系统中使用的反射镜的反射面的形状可变来校正像差的技术。形状可变的光学元件的厚度形成得较薄(例如5mm左右)以使得易于变形，但根据其薄度，由于各种主要原因，元件可能变形。

一般，作为校正反射镜的变形的方法，有如下方法：在反射镜的与反射面(即光学面)相反的一侧的非光学面形成薄膜，利用非光学面的内部应力来抵消光学面侧的内部应力，从而校正反射镜的变形。例如，在专利文献1记载的方法中，使用用于控制膜厚分布的控制板，根据部位按照任意的厚度对非光学面的薄膜进行成膜，来校正光学元件的变形。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2005-19485号公报

发明内容

然而，在专利文献1的使用膜厚分布控制板的方法中，如果光学元件的变形是如球面变形的低次的变形则能够校正，但在对如具有多个拐点的复杂的变形进行校正的情况下不利。

本发明的目的在于例如提供对于校正如具有多个拐点的复杂的变形有利的光学元件。

为了解决上述课题，本发明的光学元件具备：光学元件主体，具有设置有反射膜的光学面、及与光学面相反的一侧的非光学面；以及多个校正膜，设置于非光学面侧，用于校正光学元件主体的形状，该光学元件的特征在于，多个校正膜在非光学面侧被分开设置于相互不同的多个区域。

根据本发明，例如能够提供在校正如具有多个拐点的复杂的变形方面有利的光学元件。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的光学元件的结构的概略剖面图。

图2是示出可变形状光学元件单元的结构的概略剖面图。

图3是示出圆板玻璃中的薄膜所致的变形状态的示意图。

图4是示出曲面且在厚度中有分布的可变形状光学元件中的薄膜所致的变形的示意图。

图5是示出用于生成校正膜的区域的掩蔽(masking)的配置的剖面图。

图6是示出使非光学面的校正膜的厚度在整个面均匀的情况下的、膜的内部应力所致的反射镜的变形状态的概略剖面图。

图7是用于根据膜应力所致的反射镜的变形求出掩蔽的配置的图。

图8是用于说明掩蔽的配置的图。

图9是说明光学元件的制造方法的流程图。

图10是示出第二实施方式所涉及的光学元件的结构的概略剖面图。

图11是示出第三实施方式所涉及的光学元件的结构的概略剖面图。

图12是示出第三实施方式的变形例所涉及的光学元件的结构的概略剖面图。

图13是示出第四实施方式所涉及的曝光装置的结构的概略图。

(符号说明)

1：可变形状光学元件单元；2：光学元件；3：基座；4：致动器；6：圆板玻璃；21：反射镜；21a：光学面；21b：非光学面；22：反射膜；23：校正膜；23-n：膜区域；24：可变形状光学元件；25：薄膜；26：掩蔽；28：非膜区域；31：保持部件；33：密接性提高膜；35：保护膜。

具体实施方式

以下，参照附图，详细说明用于实施本发明的方式。在以下的实施方式中，作为光学元件的一个例子，以反射镜为例子进行说明，但即使将反射镜置换为其它光学元件(棱镜、透镜)等，其效果也相同。

[第一实施方式]

图1是示出本发明的第一实施方式所涉及的光学元件2的结构的概略剖面图。光学元件2具备：反射镜(即光学元件主体)21，具有使光反射的光学面21a及与光学面21a相反的一侧的非光学面21b；以及作为第一膜的校正膜23，设置于非光学面21b，用于校正反射镜21的形状的变形。校正膜23如后所述，由多个膜区域23-n构成。另外，光学元件2在光学面21a具备改善光学功能的作为第二膜的反射膜22。反射镜21例如使用使光学面的形状可变的可变形状光学元件。

图2是示出使光学元件2变形的可变形状光学元件单元1的结构的概略剖面图。在光学元件2中，在作为反射镜21的表面的光学面形成反射膜22，在作为反射镜21的背面的非光学面形成校正膜23。光学元件2经由保持部件31被安装于基座3。另外，在作为光学元件2的非光学面侧的背面配置有对反射镜21变形驱动的多个致动器4。通过驱动致动器4，反射镜21变形为期望的形状。

在半导体制造中的将中间掩模(掩模)上的图案转印到晶片的光刻工序中，为了使非常微细的图案在晶片上成像，光学系统的像差等的影响成为问题。在进行光刻工序的半导体曝光装置中，通过使用使光学系统的透镜、反射镜变形的可变形状光学元件，能够改善成像特性。

一般，在要求高精度的形状精度的光学元件中，为了应对重力所致的变形、从镜筒受到的变形等，设计成尽可能增大光学元件的厚度来提高刚性。

相对于此，在可变形状光学元件的情况下，如图2所示，一般地在较薄且易于变形的光学元件2中配置多个致动器4，使光学元件2变形来控制光学元件2的形状。这样，在可变形状光学元件中，通过致动器4使光学元件2自身变形，所以设计成使光学元件2的厚度变薄来降低刚性。光学元件2通过降低刚性来降低致动器4的推力，降低致动器4的浪费的发热、致动器4的推力所致的其它构造体的变形这样的坏影响。

如图1所示，在使用可变形状光学元件的反射镜21中，为了改善光学特性，在光学面21a设置反射防止膜、反射膜22这样的光学薄膜。光学薄膜一般是包括多个材料层的多层膜，热膨胀率与反射镜21不同。因此，由于温度变化，反射镜21和光学薄膜呈现如双金属那样的变形。

另外，通过使用蒸镀、溅射等成膜手段使光学薄膜形成于反射镜21，在反射镜21与光学薄膜之间产生内部应力，使光学元件2变形。

在半导体曝光装置中使用的可变形状光学元件要求非常高的形状精度。因此，上述光学薄膜的成膜所致的变形、光学薄膜和反射镜21的温度变化所致的变形对光学性能造成影响。

对于成膜所致的变形，有通过光学薄膜的成膜降低内部应力的方法。但是，为了降低内部应力，需要变更在光学上理想的多层的光学薄膜的结构以用于降低内部应力，相比于理想的光学薄膜，光学性能劣化。

对于反射镜21和光学薄膜的热膨胀率差所致的变形，有高度地管理温度的方法，但在曝光装置中，高强度的曝光光入射到反射镜21，所以温度的管理困难。

作为其它手段，如图2所示，有驱动致动器4来校正反射镜21的变形的方法。但是，光学薄膜的内部应力所致的变形的校正为偏置校正，所以需要将致动器4的受限的冲程、推力分出到变形的校正。

光学薄膜的内部应力对温度、湿度等敏感，随着时间变化。因此，即使能够通过致动器4校正向可变形状光学元件形成光学薄膜时的变形，针对之后的装置运用时等的进一步的变形，需要测量可变形状光学元件的形状。可变形状光学元件的形状测量有成本等各种制约，所以最好不进行形状测量而开放式驱动致动器4。然而，在致动器4的开放式驱动中，难以校正光学薄膜的内部应力的变动、热膨胀所致的变形。

例如，如图3所示的在简单的圆板玻璃6形成有薄膜25的光学元件的情况下的内部应力所致的变形成为使圆板按照球状弯曲的简单的曲率变化。因此，膜应力变形能够通过光学元件的配置调整来校正，或者能够由图2所示的致动器4进行驱动校正。

相对于此，如图4所示，在有效面具有曲率并且厚度不恒定的可变形状光学元件24中，在形成均匀的厚度的薄膜25时，薄膜25的内部应力/热膨胀所致的变形呈现2次以上的不易校正的高次变形。因此，在光学元件的配置的调整中无法修正，另外，在使可变形状光学元件24变形的致动器4的驱动中分辨率不足。

在本实施方式中，通过控制在光学元件的非光学面形成的校正膜的分布状态来解决上述问题。具体而言，例如如图1所示，在可变形状的反射镜21的非光学面21b设置从反射镜21的中心按照同心圆状分割成多个区域的校正膜23。即，校正膜23在非光学面21b中被分开设置于多个膜区域23-1、23-2、23-3、……23-n、……。在此，能够考虑膜的内部应力分布等，将任意的膜区域23-j和与其邻接的膜区域23-k的间隔d(j-k)设定为任意的宽度。另外，在本实施方式中，在比膜区域23-j以及23-k更外侧形成的膜区域23-x和与其邻接的膜区域23-y的间隔d(x-y)形成得比上述间隔d(j-k)大，两者的间隔设为不同。

在本实施方式中，通过调整有无成膜，对内部应力提供分布。在校正膜23中，任意的膜区域23-j和与其邻接的膜区域23-k之间为不存在膜的非膜区域28。为了在校正膜23的成膜中形成该非膜区域28，设置图5的(A)所示的掩蔽26。在通过掩蔽26形成校正膜23时，能够形成如图5的(B)所示的非膜区域28。掩蔽26可以是一般的掩蔽带、防止膜附着的材料。但是，存在由于掩蔽26所致的使成膜真空槽的高度真空环境发生化学污染的担心，所以最好是化学污染少的物质。

图6是示出使非光学面的校正膜23的厚度在整个面均匀的情况下的、膜的内部应力所致的反射镜21的变形状态的概略剖面图。反射镜21的厚度随着向外周而变薄，所以反射镜21和膜的内部应力所致的双金属效果根据反射镜21的厚度而变化。另外，由于反射镜21是曲面，根据半径方向的位置，内部应力所致的双金属效果变化。因此，即使在反射镜21的光学面以及非光学面这两面整体形成均匀的膜，仍残留如图6所示的非线性的变形。

因此，在图6的对变形产生影响的校正膜23中，通过对内部应力附加分布以校正变形，能够抑制反射镜的变形。

图7是用于根据膜应力所致的反射镜21的变形求出掩蔽的配置的图。图7的(A)是校正膜23的厚度均匀的情况下的反射镜21的变形状态，图7的(B)是图7的(A)的变形量，图7的(C)是用于提供用于校正图7的(B)的变形的内部应力分布的掩蔽26的配置图。

在校正膜23中产生的内部应力不管半径如何都是恒定的，但由于反射镜21是曲面且厚度不均匀，所以反射镜21呈现如图7的(B)所示的不均匀的变形。在图7的(B)中的K的范围中，反射膜22的影响大于校正膜23的影响，所以反射镜21在反射膜侧呈现凸的变形。另一方面，在图7的(B)中的L的范围中，校正膜23的影响大于反射膜22的影响，所以反射镜21在校正膜侧呈现凸的变形。即，如果能够在K的范围中增加校正膜23的内部应力，在L的范围中降低校正膜23的内部应力，则能够校正图7的(B)所示的反射镜21的变形。

针对K和L各自的区域，通过图7的(C)所示的掩蔽26进行校正膜23的内部应力的控制。在希望降低校正膜23的内部应力的地方使掩蔽26的半径方向的宽度变宽，在希望增大校正膜23的内部应力的地方使掩蔽26的宽度变窄。在此，不分断成多个区域而校正膜23的厚度均匀的图7的(A)中的校正膜23的半径方向的Duty比(占空比)是100％，相对于此，通过图7的(C)的掩蔽26形成的校正膜23的Duty比为50％左右。因此，为了补偿掩蔽26所致的Duty比降低所引起的非光学面侧的内部应力的合力降低，最好增大校正膜23的厚度。在将校正膜23的Duty比设为50％的情况下，通过将校正膜23的膜厚设为200％，能够补偿校正膜23的内部应力的合力降低。

接下来，说明掩蔽26的宽度的设定。图8是用于说明掩蔽26的配置的图。图8的(A)示出设定的掩蔽26的宽度的一个例子，图8的(B)示出去掉掩蔽26之后的校正膜23的状态，图8的(C)示出校正膜23的内部应力分布。

在希望提供如成为图8的(C)所示的虚线的sin曲线那样的内部应力分布的情况下，考虑图8的(A)所示的掩蔽26宽度和与其相邻的无掩蔽的地方的宽度之比来设定。根据期望的内部应力分布的空间频率(即在具有空间上的周期的构造中的单位长度中包含的构造的重复的多少)，设定任意的掩蔽26和相邻的无掩蔽的部位的尺寸和即明暗宽度D以及它们的尺寸比值。即，在图8的(C)的sin曲线中在横轴上侧的区域，在反射镜21的变形中，反射膜22的影响大于校正膜23的影响，所以在反射膜22侧呈现凸的变形。因此，为了使校正膜23的内部应力增加，在图8的(A)的明暗宽度D中增大无掩蔽26的部位的宽度。由此，如图8的(B)所示，校正膜23彼此的间隔变窄而成为较密地形成校正膜23的区域。相对于此，在图8的(C)的sin曲线中在横轴下侧的区域，在反射镜21的变形中，反射膜22的影响小于校正膜23的影响，所以在校正膜23侧呈现凸的变形。因此，为了使校正膜23的内部应力减少，在图8的(A)的明暗宽度D’中减小无掩蔽26的部位的宽度。由此，如图8的(B)所示，校正膜23彼此的间隔变宽而成为较疏地形成校正膜23的区域。

但是，为了满足高的空间频率，最好考虑掩蔽26的配置误差来进行设定。在掩蔽26的配置误差为0.5mm时，可以将该配置误差的十倍的5mm设为明暗宽度。通过降低掩蔽26的配置误差，能够使明暗宽度变窄，提高空间频率。

接下来，简单地说明本实施方式所涉及的光学元件2的制造方法。图9是说明光学元件2的制造方法的流程图。首先，确定图1所示的光学面21a的成膜后的形状(S11)。接下来，在考虑校正膜23的厚度的同时决定非光学面21b的校正膜23的分布(S12)。进而，使用掩蔽26在非光学面21b形成校正膜23(S13)。最后，检查光学面21a的形状(S14)。

通过在光学元件2的非光学面21b将校正膜23分开设置于多个区域，能够有效地控制内部应力。例如，在有效面具有曲率并且在径向上厚度不恒定的可变形状光学元件等中，可能产生如高次的具有多个拐点的复杂的变形，但通过将校正膜23的多个区域分成同心圆状区域，能够校正这样的复杂的变形。因此，能够在高的空间频率下校正光学元件2的变形。另外，通过使同心圆状区域的相邻的膜区域23-n和非膜区域28的尺寸比值在光学元件2的半径方向上变化，能够在更高的空间频率下校正光学元件2的变形。

进而，在使用膜厚分布控制板等通过蒸镀、溅射形成校正膜的方法中，必须考虑成膜时的温度、投入能量等各种条件来详细地预测研究膜原料物质向光学元件的堆积厚度等状态。因此，需要精细的条件调整作业。相对于此，在本实施方式所涉及的方法中，并非控制成膜条件，而是使用掩蔽26形成膜区域23-n和非膜区域28，从而控制校正膜23的膜宽度的分布。因此，不需要复杂的条件调整而易于制造。

另外，通过将本实施方式所涉及的光学元件2应用于进行半导体制造中的将中间掩模(掩模)上的图案转印到晶片的光刻工序的曝光装置，能够抑制曝光时的温度变化、湿度变化所引起的像差的劣化来改善成像特性。

[第二实施方式]

图10是示出第二实施方式所涉及的光学元件2’的结构的概略剖面图。在本实施方式中，对与第一实施方式所涉及的光学元件2相同的构成要素附加同一符号而省略说明。

在本实施方式所涉及的光学元件2’中，在反射镜21的非光学面21b，针对每个区域以期望的厚度设置有校正膜23。为了使厚度变化，例如使用多层膜。如图10所示，在A区域中，校正膜23由校正膜23a、23b、23c这三层膜形成，在B区域中由校正膜23a、23b这两层膜形成，在C区域中由校正膜23a的单层膜形成。这样将校正膜23针对区域设为不同的膜厚，不仅在面内方向上而且在厚度方向上也能够对反射镜21提供更细致的内部应力分布。

关于如图10所示的根据区域而厚度不同的校正膜23，对反射镜21的非光学面21b施加预定的图案的掩蔽26，首先形成作为第一层的校正膜23a。接下来，施加与第一层不同的图案的掩蔽26而形成第二层的校正膜23b，进而，施加与第一层以及第二层不同的图案的掩蔽26而形成第三层的校正膜23c。

校正膜23a、23b、23c能够分别用不同的材料成膜。但是，将校正膜23中的成膜面积最大的层即校正膜23a和反射膜22设为同一材料能够抵消热膨胀率所致的影响，所以是优选的。

如以上说明，在本实施方式所涉及的光学元件2’中，将校正膜23设为多层膜，根据区域变更多层的校正膜的累计厚度，从而能够对反射镜21提供更细致的内部应力分布。

[第三实施方式]

图11是示出第三实施方式所涉及的光学元件2”的结构的概略剖面图。在本实施方式中，对与第一实施方式所涉及的光学元件2相同的构成要素附加同一符号而省略说明。

在本实施方式所涉及的光学元件2”中，在反射镜21的非光学面21b与校正膜23之间设置有用于改善非光学面21b和校正膜23的密接性的密接性提高膜33。

密接性提高膜33最好如图11所示，设为不分割成多个区域而连续并且厚度均匀的膜。此外，密接性提高膜33只是具有改善密接性的作用的膜，并非如校正膜23那样是以改变内部应力分布为目的成膜的膜。

图12是示出第三实施方式的变形例所涉及的光学元件2”’的结构的概略剖面图。在本实施方式所涉及的光学元件2”’中，以覆盖校正膜23的整个面的方式设置有保护膜35。关于保护膜35。根据保护校正膜23以及反射镜21的观点，最好不将膜分割成多个区域，而是设置于校正膜23以及反射镜21的表面整体。此外，保护膜35只是以保护校正膜23以及反射镜21为目的成膜的膜，并非如校正膜23那样是以改变内部应力分布为目的成膜的膜。

在设置密接性提高膜33、保护膜35的情况下的掩蔽26的设计中，首先求出反射镜21、反射膜22、密接性提高膜33、保护膜35且没有掩蔽26的均匀的校正膜23这样的结构下的反射镜21的变形。接下来，设计掩蔽26的分布以校正该变形。

[第四实施方式]

图13是示出第四实施方式所涉及的曝光装置100的结构的概略图。

曝光装置100包括保持装置110、照明光学系统120、投影光学系统130、能够保持掩模而移动的掩模载置台140、以及能够保持基板而移动的基板载置台150。通过未图示的控制部控制各部来执行基板的曝光处理。此外，在图13中，在与作为铅直方向的Z轴垂直的平面内，将Y轴取为曝光时的中间掩模以及基板的扫描方向，将X轴取为与Y轴正交的非扫描方向。另外，基板例如是硝材制的在表面涂敷有感光剂(抗蚀剂)的被处理基板。进而，中间掩模例如是硝材制的形成有应转印到基板的图案(微细的凹凸图案)的原版。

保持装置110与图2所示的可变形状光学元件单元1同样地构成，所以对同一构成要素附加同一符号而省略说明。保持装置110包括基座3、支撑光学元件2的保持部件31、多个致动器4以及检测部114。通过未图示的控制部控制多个致动器4。包括光学元件2的中心的一部分(以下称为中心部)经由保持部件31被固定到基座3。

多个致动器4配置于光学元件2与基座3之间，对光学元件2的背面的多个部位分别施加力。

多个致动器4的各个例如包括不相互接触的动子4a和定子4b，能够对光学元件2的背面的各部位施加力。作为致动器4，例如能够使用音圈马达、线性马达等。在作为致动器4使用音圈马达的情况下，作为定子4b的线圈可固定于基座3，作为动子4a的磁铁可固定于光学元件2的背面。另外，各致动器4通过对线圈供给电流而在线圈与磁铁之间产生洛伦兹力，能够对光学元件2的各部位施加力。在本实施方式中，在动子4a与定子4b之间有0.1mm左右的间隙，两者未接触。

检测部114检测光学元件2与基座3之间的距离。检测部114可包括分别检测光学元件2与基座3之间的距离的多个传感器(例如静电电容传感器)。通过这样设置检测部114，能够根据检测部114的检测结果，进行多个致动器4的反馈控制，能够使光学元件2的反射面按照目标形状高精度地变形。

从照明光学系统120中包含的光源(未图示)射出的光通过照明光学系统120中包含的狭缝(未图示)，例如能够在掩模上形成在X方向上较长的圆弧状的照明区域。掩模以及基板分别由掩模载置台140以及基板载置台150保持，配置于隔着投影光学系统130在光学上大致共轭的位置(投影光学系统130的物面以及像面的位置)。投影光学系统130具有预定的投影倍率，将形成于掩模的图案投影到基板。然后，使掩模载置台140以及基板载置台150在与投影光学系统130的物面平行的方向(例如Y方向)上，以与投影光学系统130的投影倍率对应的速度比相对地移动。由此，能够进行在基板上扫描狭缝光的扫描曝光，将形成于掩模的图案转印到基板。

投影光学系统130由保持平面反射镜131以及133、凸面反射镜132和光学元件2的镜筒构成。从照明光学系统120射出并透射掩模的曝光光通过平面反射镜131而光路被折弯，入射到光学元件2的反射面的上部。在光学元件2的上部反射的曝光光被凸面反射镜132反射，入射到光学元件2的反射面的下部。在光学元件2的下部反射的曝光光通过平面反射镜133而光路被折弯，在基板上成像。在这样构成的投影光学系统130中，凸面反射镜132的表面为光学上的瞳。

(与物品的制造方法相关的实施方式)

本实施方式所涉及的物品的制造方法例如适用于制造半导体器件等微型器件、具有微细构造的元件等物品。本实施方式的物品的制造方法包括：使用上述曝光装置将潜像图案形成于涂敷于基板的感光剂的工序(对基板进行曝光的工序)；以及使在上述工序中形成有潜像图案的基板显影的工序。进而，上述制造方法包括其它公知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、键合、封装等)。本实施方式的物品的制造方法相比于以往的方法，在物品的性能、品质、生产性、生产成本的至少一方面有利。

以上，说明了本发明的优选的实施方式，但本发明不限定于这些实施方式，能够在其要旨的范围内进行各种变形以及变更。

例如，在上述各实施方式中，说明了基于光学膜的成膜的内部应力所引起的光学元件变形的校正，但还能够用该校正应对光学元件与光学膜之间的热膨胀率差所引起的光学元件变形。在光学元件与光学膜之间的热膨胀率差所引起的光学元件变形的情况下，能够通过将上述各实施方式中的变形与某个温度差下的变形置换来应对。

Claims (8)

1.一种光学元件，具备：

光学元件主体，具有设置有反射膜的光学面及与所述光学面相反的一侧的非光学面；以及

多个校正膜，设置于所述非光学面侧，用于校正所述光学元件主体的形状，

所述光学元件的特征在于，

所述多个校正膜在所述非光学面侧被分开设置于相互不同的多个区域。

2.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述光学元件主体具备具有曲率且径向的厚度不恒定的圆板的形状，所述多个校正膜从所述光学元件主体的中心按照同心圆状被分开设置于多个区域。

3.根据权利要求2所述的光学元件，其特征在于，

设置有所述校正膜的区域和与所述校正膜邻接且未形成所述校正膜的区域的尺寸比值在径向上变化。

4.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

所述校正膜是多层膜。

5.根据权利要求4所述的光学元件，其特征在于，

所述多层膜中的至少一个膜和所述反射膜是同一材料。

6.根据权利要求1所述的光学元件，其特征在于，

在所述光学元件主体的所述非光学面与所述校正膜之间设置有使所述非光学面和所述校正膜密接的膜。

7.一种曝光装置，对基板进行曝光，所述曝光装置的特征在于，

包括投影光学系统，该投影光学系统包括：

权利要求1至6中的任意一项所述的光学元件；以及

保持装置，保持所述光学元件，

所述曝光装置经由所述投影光学系统对所述基板进行曝光。

8.一种物品的制造方法，其特征在于，具有：

使用权利要求7所述的曝光装置对基板进行曝光的工序；以及

使在所述工序中曝光后的所述基板显影的工序。