CN112213923A - 光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品的制造方法 - Google Patents

光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品的制造方法。提供在抑制光学元件的温度上升的方面有利的光学装置。一种光学装置，具有第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面以及第3凹反射面，以使来自物体面的光按照第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面、第3凹反射面的顺序反射并在像面上成像的方式配置第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面以及第3凹反射面，具有与第2凹反射面相向地配置的气流形成部，该气流形成部配置于来自物体面的光未照射的区域。

Description

光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品的制造方法
技术领域
本发明涉及光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品的制造方法。
背景技术
曝光装置是在作为半导体设备、液晶显示装置等的制造工序的光刻工序中，将原版(投影掩模或者掩模)的图案经由投影光学系统转印到感光的基板(在表面形成有抗蚀剂层的晶片、玻璃板等)的装置。在半导体设备、液晶显示装置等中要求线宽的细微化，所以在制造它的曝光装置中也需要高精细化。
另外，特别是在显示器的制造中，伴随显示器的大型化，玻璃基板变得大型化，为了应对该问题，曝光装置的光学元件的大型化也在进展。为了如上所述实现高精细的曝光，对光学元件要求高的零件加工精度，制造成本由于大型化和加工精度的并存而增大。
相对于高精细化和大型化进展的用于显示器的曝光装置，作为有利于光学系统的小型化和高性能化的并存的光学系统，存在日本特开2018-63406号公报中记载的投影光学系统。在专利文献1中，提出了使来自圆弧状的物体面的轴外的点的光按照第1凹面镜、第1凸面镜、第2凹面镜、第1凸面镜、第3凹面镜的顺序反射5次的投影光学系统。
然而，认为日本特开2018-63406号公报所示的光学系统由于光学元件密集配置，所以发热源密集且温度易于上升，特别是相当于第2凹面镜的光学元件由于光路集中而温度易于上升。在光学元件、光学元件保持部件、其周边空间的气体温度上升的情况、特别是在相对曝光光正交的方向上存在温度的梯度的情况下，由于根据密度的差产生的折射率的差异，可能使曝光光折射，而使在基板上形成的图案像变形。
本发明是鉴于这样的背景而做成的，例如，提供在抑制光学元件的温度上升的方面有利的光学装置。
为了解决上述课题，提供一种光学装置，具有第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面以及第3凹反射面，该光学装置的特征在于，以使来自物体面的光按照所述第1凹反射面、所述第1凸反射面、所述第2凹反射面、所述第2凸反射面、所述第3凹反射面的顺序反射并在像面成像的方式配置所述第1凹反射面、所述第1凸反射面、所述第2凹反射面、第2凸反射面以及所述第3凹反射面，具有与所述第2凹反射面相向地配置的气流形成部，该气流形成部配置于来自所述物体面的光未照射的区域。
根据以下参考附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
附图说明
图1是示出曝光装置的结构的示意图。
图2是示出第1实施方式所涉及的投影光学系统的示意图。
图3是示出凸面镜的光路的有效部的一个例子的图。
图4的(A)及(B)是说明从气流形成部产生的气流的图。
图5的(A)及(B)是示出第1实施方式所涉及的吹出口的其他配置例的图。
图6是示出第2实施方式所涉及的投影光学系统的示意图。
图7是示出第3实施方式所涉及的投影光学系统的示意图。
图8是示出第4实施方式所涉及的投影光学系统的示意图。
图9是示出第5实施方式所涉及的投影光学系统的示意图。
具体实施方式
以下，使用附图来详细说明本发明的实施方式。此外，在各图中，对相同的部件或者要素附加相同的参照编号，并省略重复的说明。
(曝光装置的结构)
图1是示出后述的实施方式所涉及的曝光装置的结构的示意图。曝光装置101具备产生曝光光的照明光学系统102、能够保持并移动掩模M的掩模载置台103、投影光学系统11以及能够保持并移动基板W的基板载置台104。
从照明光学系统102所包括的光源(未图示)射出的光能够通过照明光学系统102所包括的狭缝(未图示)在掩模M上形成例如在X方向上长的圆弧状的照明区域。掩模M及基板W分别由掩模载置台103及基板载置台104保持，隔着后述的投影光学系统11配置于光学上大致共轭的位置(投影光学系统11的物体面及像面的位置)。而且，针对掩模载置台103及基板载置台104，在与投影光学系统11的物体面平行的方向(例如图1的Y方向)上以与投影光学系统11的投影倍率对应的速度比进行扫描。在基板上涂敷有感光的抗蚀剂(以下记载为抗蚀剂)，通过在曝光后实施显影处理，能够在基板上制作掩模M的图案。
投影光学系统11具有具备将从图1的铅直方向(图中Z方向)(从照明光学系统102)行进的光路弯折到水平方向(图中Y方向)的第1反射面12a的光学元件12。另外，投影光学系统11具有具备将在水平方向(图中Y方向)上出来的光路弯折到垂直方向(图中Z方向)上并在基板W上成像的第2反射面13a的光学元件13。另外，投影光学系统11还具有凸面镜14、第1凹面镜15以及第2凹面镜16，分别按照光路17所示的顺序进行合计5次的反射。即，按照“第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面、第3凹反射面”的顺序进行合计5次的反射。在本实施方式中，第1凹面镜15相当于第1凹反射面及第3凹反射面，凸面镜14相当于第1凸反射面及第2凸反射面，第2凹面镜16相当于第2凹反射面。也就是说，从物体面侧依次将第1反射面12a、第1凹面镜15、凸面镜14、第2凹面镜16以及第2反射面13a配置在从物体面到像面的光路中。
此外，在本实施方式中，说明由一个第1凹面镜15构成第1凹反射面和第3凹反射面的例子，但第1凹反射面和第3凹反射面也可以由独立的凹面镜构成。而且，关于第1凸反射面和第2凸反射面，也说明由一个凸面镜14构成的例子，但也可以由独立的凸面镜构成。
另外，在第2凹面镜16的凸面镜14侧，具有未图示的光学光圈以及弯月透镜18，与第2凹面镜16一起称为第2凹面单元20。在以下的实施方式中，特别说明针对第2凹面单元20的弯月透镜18表面的空气调节方法。
(第1实施方式)
首先，说明第1实施方式。图2是示出第1实施方式所涉及的投影光学系统11的示意图。在凸面镜14上的光路的有效部外，设置有气流形成部21。换言之，气流形成部21配置于来自物体面的光未照射的区域。气流形成部21与第2凹面单元20相向地配置，通过对第2凹面单元20吹出例如已冷却的气体，抑制第2凹面单元20的温度的上升。气流形成部21能够包括管23以及吹出口24。
管23例如将未图示的气体供给部和吹出口24连接，将气体供给到吹出口24。管23配置于来自物体面的光未照射的区域。
吹出口24与第2凹面单元20相向地配置，对第2凹面单元20吹出气体。吹出口24通过吹出的气体对第2凹面单元20进行冷却。吹出口24配置于光路的有效区域外，换言之配置于来自物体面的光未照射的区域。
图3是示出凸面镜14的光路的有效部的一个例子的图。在图3中用斜线表示的区域是对凸面镜14的曝光光进行反射的区域，即光路的有效区域，是光路的有效部14a。除了有效部14a以外的区域成为凸面镜14的光路的有效区域外。之后将光路的有效区域外的区域称为非有效区域。凸面镜14在中心部具有大的区域的非有效区域，光路的非有效区域从此在水平方向、即X方向上扩展。在本实施方式中，说明在凸面镜14的表面的中心部以避开有效部14a的形状、换言之在非有效区域中设置贯通孔、并在贯通孔内至少配置吹出口24的一部分的例子。在该情况下，贯通孔可以说是设置于凸面镜14的空间。此外，此时，管23例如优选配置于凸面镜14的背面侧，但也可以以沿着凸面镜14上的光路的有效部14a外的方式配置。
图4是说明从气流形成部21产生的气流22的图。图4的(A)是从X方向观察气流形成部21的图。从气流形成部21的吹出口24产生的气流22朝向与凸面镜14相向地设置的第2凹面单元20的弯月透镜18表面从正面喷射。此时，吹出口24优选朝向弯月透镜18的中央吹出气体，由从吹出口24吹出的气体形成的气流22更优选为与弯月透镜18的中心轴同轴。换言之，弯月透镜18的中心轴和吹出口24的中心轴的间隔越窄越好，更优选为2个中心轴一致。
气流22在垂直地碰撞到弯月透镜18的中心之后，以弯月透镜18的放射状流过弯月透镜18的表面。图4的(B)是图4的(A)所示的A―A的剖面图。本图是从正面、即-Y方向示出弯月透镜18的表面的气流22的流动的示意图。如本图所示，气流22沿着弯月透镜18表面放射状地扩展。气流22在碰撞到弯月透镜18的中心之后，朝向弯月透镜18的外侧放射状地均匀扩展。因此，吹出口24例如优选吹出已整流的气体。在此，气体的整流例如也可以通过经由细管的集合体、网体、过滤器等整流部件吹出气体来实现。
此外，以由从吹出口24吹出的气体形成的气流22具有不扩散的指向性为前提，以气流22到达弯月透镜18的中心、之后气流22流到弯月透镜18整面的情况进行说明。但是，即使使用在从吹出口24吹出的气体中存在一定的扩散性的例子且气流22一边扩散一边朝向弯月透镜18，只要气流22均匀地到达相向的弯月透镜18表面，就能够期待均匀的空气调节效果。
如以上所说明的，通过在与弯月透镜18相向地配置的凸面镜14上的光路的有效部外设置吹出已冷却的气体等的吹出口24，能够从正面对弯月透镜18进行调温。通过能够与弯月透镜18的中心垂直地形成气流22，能够使气流22放射状地均匀流过弯月透镜18表面，同心圆状地均匀地进行调温。
此外，还能够以不在凸面镜14的表面开孔的方式构成本发明，也可以避开光路的有效部14a，在凸面镜14的与弯月透镜18相向的一侧的面设置吹出口24。图5是示出第1实施方式所涉及的吹出口24的其他配置例的图。图5的(A)是从X方向观察气流形成部21的图，图5的(B)是从Y方向观察气流形成部21的图。在本图中，未在凸面镜14的表面开孔而配置在凸面镜14的光路的有效区域外的表面。在该情况下，管23例如以沿着凸面镜14上的光路的有效部14a外的方式配置。管23及吹出口24配置在非有效区域即可，可以以与凸面镜14的表面接触的状态配置，也可以以与凸面镜14的表面非接触的状态配置。在凸面镜14的表面不设置孔的情况下，相比于设置孔的情况，能够降低凸面镜14的加工成本。
而且，例如，也可以由独立的凸面镜构成第1凸反射面和第2凸反射面，在第1凸反射面与第2凸反射面之间的空间设置吹出口24。
另外，在上述例子中，在投影光学系统11中，填充空隙的不限于空气，也可以是其他流体，只要是例如氮、纯水等在科学上惰性且几乎不引起曝光光的吸收的流体物质，则没有特别限制。另外，调温的对象不一定限定于弯月透镜18，本发明的要旨在于，从设置于光学元件的光路的有效部外的吹出口24对与吹出口24相向地配置的光学元件的表面进行调温。另外，反射的次数不限于5次。
(第2实施方式)
说明第2实施方式。图6是示出第2实施方式所涉及的投影光学系统11的示意图。本实施方式的气流形成部21除了图2所示的第1实施方式以外，还具备驱动机构31(进退部)。此外，还能够通过在图5所示的实施方式中设置驱动机构31来实现本实施方式。驱动机构31包括在从凸面镜14朝向弯月透镜18的轴方向(Y方向)上前进后退的调整机构。换言之，驱动机构31通过使吹出口24进退来改变吹出口24和弯月透镜18的距离。
此外，在本实施方式中，作为一个例子，吹出口24设为能够吹出具有一定的扩散的气流22的结构。因此，在通过驱动机构31使吹出口24朝向弯月透镜18前进的情况、即缩短吹出口24和弯月透镜18的距离的情况下，在弯月透镜18的表面，气流22碰撞的区域缩小。另外，在使驱动机构31朝向弯月透镜18后退的情况、即延长吹出口24和弯月透镜18的距离的情况下，在弯月透镜18的表面，气流22碰撞的区域扩大。
根据本实施方式，能够在维持相对于光路的对称性的情况下改变气流22的到达方式。因此，通过与实际上长时间曝光时的弯月透镜18的表面的温度不均相符地调整驱动机构31的前后位置，能够管控同心圆状的温度不均，改善球面像差。
(第3实施方式)
说明第3实施方式。图7是示出第3实施方式所涉及的投影光学系统11的示意图。本实施方式的投影光学系统11除了图2所示的第1实施方式以外，还具备测量(取得)弯月透镜18表面的温度状态的取得部41。另外，气流形成部21具有使气流22的方向、换言之吹出口24的吹出气体的方向可变的驱动机构42(驱动部)。此外，也可以在图2所示的第1实施方式中仅设置取得部41，还能够通过在图5所示的实施方式中设置取得部41以及驱动机构42或者它们中的任一方来实现本实施方式。
取得部41与吹出口24同样地配置于来自物体面的光未照射的区域，取得弯月透镜18的表面的温度状态。在图7中，示出在凸面镜14的非有效区域中设置的贯通孔内配置至少取得部41的一部分的例子。取得部41例如优选为热成像仪等能够取得弯月透镜18的表面的温度分布的例子。取得部41优选与弯月透镜18相向地配置。但是，只要是能够取得弯月透镜18的表面的温度状态并且是光路的有效区域外、换言之来自物体面的光未照射的区域，则也可以不与弯月透镜18相向。
驱动机构42根据由取得部41取得的弯月透镜18的表面的温度状态(取得结果)，使吹出口24的吹出气体的方向改变。具体而言，由取得部41测定弯月透镜18的表面的温度状态，使用驱动机构42以朝向弯月透镜18的表面中的温度高的区域喷射的方式改变气流22的方向。由此，能够控制弯月透镜18的温度，使其变得均匀。
(第4实施方式)
说明第4实施方式。图8是示出第4实施方式所涉及的投影光学系统11的示意图。本实施方式的投影光学系统11除了图7所示的第3实施方式以外，还设置有使气流22的方向可变的多个驱动机构42和吹出口24。在图8中，作为一个例子，示出分别各设置了3个驱动机构42以及吹出口的情况。此外，还能够如图5所示的实施方式，通过不在凸面镜14形成孔的结构来实现本实施方式。
驱动机构42根据由取得部41取得的弯月透镜18的表面的温度状态(取得结果)，使各个吹出口24的吹出气体的方向改变。即，分别独立地控制多个吹出口24。具体而言，由取得部41测定弯月透镜18的表面的温度状态。而且，通过使用驱动机构42使气流22的方向朝向弯月透镜18的温度高的区域喷射，能够控制弯月透镜18的温度，使其变得均匀。
通过设置多个吹出口24并独立地控制各个吹出口24，相对第3实施方式，能够应对更复杂的弯月透镜18的温度不均。
(第5实施方式)
说明第5实施方式。图9是示出第5实施方式所涉及的投影光学系统11的示意图。本实施方式的气流形成部21除了图2所示的第1实施方式以外，还具备使气流流入到弯月透镜18的外周部的吸引机构51(吸引部)。此外，还能够通过在图5所示的实施方式中设置吸引机构51来实现本实施方式。
如上所述，由从吹出口24吹出的气体形成的气流22在碰撞到弯月透镜18的中心之后，沿着弯月透镜18表面朝向外周流动。弯月透镜18的外周部18a和第1凹面镜15的内周部15a不需要是同一面，有时如图9所示在设计上存在台阶。特别是在如图9那样相对第1凹面镜15后退地配置弯月透镜18的情况下，存在流向弯月透镜18外周部的气流22碰撞到第1凹面镜15的内周部而产生乱流而不能进行均匀地管控的空气调节的可能性。因此，通过设置第2凹面镜16的吸引机构51，流向弯月透镜18外周部的气流22向吸引机构51流入，气流22能够不发生乱流而均匀地流动。
在本实施方式中，以上下地配置吸引机构51的例子进行了说明，但优选沿着弯月透镜18的外周部在圆周上配置多个。
(第6实施方式)
说明第6实施方式。其特征在于，在图2所示的第1实施方式中，无弯月透镜18，从设置于凸面镜14的光路的有效部外的吹出口24朝向第2凹面镜16从正面喷射气体来对第2凹面镜16表面进行调温。此外，在上述所有实施方式中，能够对第2凹面镜16表面进行调温。
(物品的制造方法的实施方式)
本发明的实施方式所涉及的物品的制造方法例如适合于制造半导体设备等微型设备、具有细微构造的元件等物品。本实施方式的物品的制造方法包括使用上述曝光装置在基板(上涂敷的感光剂)形成图案(潜像)的工序(对基板进行曝光的工序)以及对在所述工序中曝光(形成有图案)的基板进行显影的工序。而且，所述制造方法能够包括其他公知的工序(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、质量、生产率、生产成本中的至少1个方面更有利。
(其他实施方式)
以上说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于这些实施方式，而能够在其要旨的范围内进行各种改变。

Claims (16)

1.一种光学装置，具有第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面以及第3凹反射面，其特征在于，
以使来自物体面的光按照所述第1凹反射面、所述第1凸反射面、所述第2凹反射面、所述第2凸反射面、所述第3凹反射面的顺序反射并在像面成像的方式，配置所述第1凹反射面、所述第1凸反射面、所述第2凹反射面、所述第2凸反射面以及所述第3凹反射面，
所述光学装置具有与所述第2凹反射面相向地配置的气流形成部，该气流形成部配置于来自所述物体面的光未照射的区域。
2.根据权利要求1所述的光学装置，其特征在于，
所述气流形成部具备与所述第2凹反射面相向地配置、朝向所述第2凹反射面吹出气体的吹出口。
3.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，
具备进退部，该进退部通过使所述吹出口进退来改变所述吹出口和所述第2凹反射面的距离。
4.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，
配置有多个吹出口，
所述多个吹出口分别被独立地控制。
5.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，
所述吹出口朝向所述第2凹反射面的中央吹出所述气体。
6.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，
所述吹出口吹出已整流的气体。
7.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，
具备凸面镜，该凸面镜包括所述第1凸反射面和所述第2凸反射面，
所述吹出口配置在设置于所述凸面镜的光路的有效区域外的孔或者配置在所述凸面镜的光路的有效区域外的表面。
8.根据权利要求7所述的光学装置，其特征在于，
所述气流形成部具有与所述吹出口连接、对所述吹出口供给气体的管，
所述管以沿着所述凸面镜上的光路的有效区域外的方式配置。
9.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，
具备吸引部，该吸引部吸引从所述吹出口吹出的气体。
10.根据权利要求2所述的光学装置，其特征在于，具备：
取得部，取得所述第2凹反射面的温度状态；以及
驱动部，使所述吹出口的吹出气体的方向改变，
所述驱动部根据所述取得部的取得结果，使所述方向改变。
11.根据权利要求10所述的光学装置，其特征在于，
所述取得部与所述第2凹反射面相向地配置。
12.根据权利要求10所述的光学装置，其特征在于，
具备凸面镜，该凸面镜包括所述第1凸反射面和所述第2凸反射面，
所述取得部配置于所述凸面镜的光路的有效区域外。
13.一种光学装置，具有第1凹反射面、第1凸反射面、第2凹反射面、第2凸反射面以及第3凹反射面，其特征在于，
以使来自物体面的光按照所述第1凹反射面、所述第1凸反射面、所述第2凹反射面、所述第2凸反射面、所述第3凹反射面的顺序反射并在像面成像的方式，配置所述第1凹反射面、所述第1凸反射面、所述第2凹反射面、所述第2凸反射面以及所述第3凹反射面，
所述光学装置具有取得部，该取得部与所述第2凹反射面相向地配置，取得所述第2凹反射面的温度状态，该取得部配置于来自所述物体面的光未照射的区域。
14.一种投影光学系统，将掩模的图案投影到基板，其特征在于，
包括根据权利要求1至13中的任意一项所述的光学装置。
15.一种曝光装置，对基板进行曝光，其特征在于，
包括根据权利要求14所述的投影光学系统。
16.一种物品的制造方法，其特征在于，包括：
使用根据权利要求15所述的曝光装置对基板进行曝光的工序；以及
对在所述工序中曝光后的所述基板进行显影的工序，
根据显影后的所述基板制造物品。
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