JP2005049874A - 変形可能光学系、変形可能光学装置および波面収差補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学系における波面収差の比較的高次の項を補正できる変形可能光学系、変形可能光学装置および波面収差補正方法を提供すること。
【解決手段】変形可能光学系において、この変形可能光学系は、第１反射面および第２面を有する反射装置と、支持面から延びる可動の延長部を有しかつ上記第２面に結合されている集積回路アクチュエータと、上記延長部の対応する１延長部に個別に結合される電極と、この電極に結合されるコントローラとを有し、ここでこのコントローラを構成して、上記電極を介し前記延長部が制御されるようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、変形可能光学系、変形可能光学装置および波面収差補正方法に関する。

光学系を通過する光ビームは、さまざまな理由から歪みを生じ得る。レンズ、ミラー、そのコーティングまたは光学系のその他の装置は、その表面またはその構造内に欠陥、不完全性また汚れを有することがある。これらと、温度要因および周囲の特性を含む他の環境的要因とが光ビームにおけるエラーの原因である。波面収差は、光学系を有する装置の動作を大きく劣化させてしまうことがある。

例えば、技術分野の現状においてナノメートルレベルの分解能が要求されるフォトリソグラフィでは、光ビームの小さな波面収差でさえも、パターニングされたデバイスにおいて重大なエラーを発生させてしまうことがある。これらのエラーが許容される範囲の外にある場合、このデバイスは機能しないことになる。このためフォトリソグラフィシステム内の光学素子は、厳しい許容誤差で作製され、またその環境は厳密に管理されなければならないのである。

製造公差および環境管理には実践的に限界があるため、波面収差の補償を補助するために変形可能ミラーなどの変形可能光学系を使用する光学系がある。この変形可能ミラーは通常、ミラーと支持部の間に結合された離散形のアクチュエータのアレイを含む。（例えば、インラインまたはオフラインの）測定装置は、連続的にまたは１サイクルのはじめにこの光学系の１つまたは複数の区画において波面収差を測定する。つぎの制御信号が生成されてアクチュエータに転送され、これらのアクチュエータにより、変形可能光学系の１エリアを個別に動かす。変形されたこの表面から反射される光ビームの波面は、調整されて収差が補償され、実質的に理想的な波面になるのである。

慣用の変形可能光学系に伴う１つの問題は、これが光学系を動かすためにかなり大きなアクチュエータを使用することである。アクチュエータのサイズおよび変形可能光学系のサイズに起因して、所定数のアクチュエータ（例えば、所定の密度のアクチュエータ）だけしか変形可能光学系に結合できず、これによって微細な補正の数が限られてしまうのである。密度はまた補正可能な収差のタイプに直接相関しており、すなわち、密度が低ければ、比較的低次（例えば比較的低い空間周波数）の収差の補正しかできないのである。通例の変形可能光学系は、アクチュエータ密度が低いことに起因して低次の収差しか補正できない。しかしながら、比較的高次の（例えば比較的高い空間周波数の）収差を補正しなければならないこともある。例えば、波面収差は、比較的高次のものを含む標準ゼルニケ多項式を使用して特徴付けられることもある。慣用のアクチュエータ密度は、比較的高次の項を十分に補正することはできないのである。

したがって光学系における波面収差の比較的高次の項を補正できる変形可能光学系が必要である。
米国特許第4,944,580号明細書

本発明の課題は、光学系における波面収差の比較的高次の項を補正できる変形可能光学系、変形可能光学装置および波面収差補正方法を提供することである。

上記の変形可能光学系についての課題は、本発明の請求項１によって解決される。ここでこの変形可能光学系は、第１反射面および第２面を有する反射装置と、支持装置および支持面から延びる可動の延長部を有しかつ上記第２面に結合されている集積回路アクチュエータとを含む。電極は、上記の延長部の対応する１延長部に個別に結合されている。またコントローラが上記電極に結合されており、ここでこのコントローラを構成して、上記電極を介して延長部が制御されるようにする。

上記の変形可能光学装置についての課題は、本発明の請求項１６によって解決される。ここでこの変形可能光学装置は、第１反射面と第２面とを有する反射装置と、支持装置およびこの支持装置から延び上記第２面に結合された可動の延長部を有する集積回路アクチュエータと、これらの延長部の対応する１延長部に個別に結合される電極とを有する。

上記の波面収差補正方法についての課題は、本発明の請求項２３によって解決される。この方法では、波面収差を検出し、検出したこの収差に基づいて制御信号を生成し、この制御信号に基づいて集積回路圧電アクチュエータの延長部を移動し、この延長部の移動によって反射器を変形して波面の収差を補正する。

本発明の変形可能光学系および変形可能光学装置の１実施形態では、上記反射装置はミラーである。

本発明の変形可能光学系および変形可能光学装置の１実施形態では、上記の集積回路アクチュエータは圧電装置であり、支持装置は圧電チャックであり、上記延長部はこの圧電チャックに作製される圧電ピンである。

本発明の１実施形態では変形可能光学系および変形可能光学装置は、上記の延長部を有する支持装置の表面に導電性コーティングと、上記電極に導電性コーティングとを有する。

本発明の１実施形態では、変形可能光学系はさらに、波面収差を測定する測定システムを含み、上記コントローラにより、この測定した波面収差に基づいて上記延長部が制御される。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、使用した多数の延長部によって、測定した波面収差の高次部分が補正される。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、使用した多数の延長部によって、測定した波面収差のすべての次数が補正される。

本発明の変形可能光学系の１実施形態ではさらに、波面収差を決定するように構成した測定装置を含む。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、使用した多数の延長部によって、セルニケ多項式の項の少なくとも１つの項と、波面エラーの別の表現とが補正される。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、前記の制御システムによって、延長部のキャパシタンスの変化が測定され、当該延長部の移動の特性が決定される。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では延長部の移動の特性は、第１反射面の移動の特性に相応する。

本発明の変形可能光学系および変形可能光学装置の１実施形態では、上記反射装置は実質的に平面状である。

本発明の変形可能光学系および変形可能光学装置の別の１実施形態では、上記反射装置は湾曲している。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、上記延長部の高さは、延長部相互のデカップリングの量に相関している。

本発明の変形可能光学系および変形可能光学装置の１実施形態では、上記延長部の幅または直径は、１ミクロン以下〜１ミリメートル以上である。

本発明の方法の１実施形態では、上記の移動および変形ステップにより、上記収差の高次の値を補償する。

本発明の方法の１実施形態では、上記の検出ステップからセルニケ多項式を生成し、上記の移動および変形ステップにより、該セルニケ多項式のすべて次数に相応する収差を補正する。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、前記延長部の数は、１平方ミリメートル当たり少なくとも百万までに達する。

本発明の変形可能光学系の１実施形態では、上記集積回路アクチュエータは圧電装置であり、上記支持装置は圧電チャックであり、上記延長部は、この圧電チャックに作製される圧電ピン、ストライプおよび共軸リングのうち少なくとも１つである。

本発明の実施形態、機能および利点ならび本発明のさまざまな実施形態の構造および動作を添付の図面を参照して以下に詳しく説明する。

ここに組み込まれ、また本発明の一部をなす添付の図面は、本発明を説明するものであり、また明細書の説明と共にさらに本発明の原理を解説するため、および当業者が本発明を作製および使用できるようにするためのものである。

本発明を添付の図面を参照して説明する。これら図面において同様の参照符号は、同じ要素または機能的に類似の要素を示すことができる。さらに参照符号の最も左の桁は、一般にこの参照符号が最初に現れた図面を示す。

概要
以下では特定の構成および装置を述べるが、これは説明を目的としてだけ行われていることを理解されたい。当業者には、本発明の精神および範囲から離れることなく別の構成および装置を使用し得ることが認識されよう。また当業者には、本発明が別のさまざまな応用にも使用できることが明らかであろう。

本発明の実施形態によって提供されるのは、反射装置を有する変形可能光学装置であり、ここでこの反射装置は、支持装置およびこの支持装置に形成された可動の延長部を含む集積回路アクチュエータに結合されている。この集積回路アクチュエータは、極めて高密度の延長部（例えばアクチュエーション装置）を有しており、これらは任意の所望のパターンで形成可能である。

高密度のアクチュエータが可能であるのは、集積回路技術を使用してこのアクチュエータを作製するからである。例えば延長部はミクロンスケールおよび関連する密度にすることができ、これは慣用のアクチュエータでは不可能であった。さらに大きなスケール（例えばミリメートルスケール）の延長部および関連する密度も同様に可能である。したがって集積回路技術の使用は、慣用のアクチュエータの領域内および領域外の両方に応用可能なのである。さらに延長部および関連する密度のスケールは、集積回路技術の現状だけで制限されるため、サブミクロンレベルのスケールも可能である。延長部の密度が高いことによってこの集積回路アクチュエータは、個別に（または小さなグループで）反射装置の極めて小さな（例えば、ミクロンレベル）のエリアを変形させることができ、極めて微細に調整可能な変形を形成できる。これにより、ひいてはこの変形可能ミラーによって波面の低次の収差と共に高次の収差が補正可能になるのである。

例えば、支持部から延びるミクロンスケールの極めて多数の圧電ピンを有する集積回路圧電アクチュエータは、例えば、リソグラフィ技術を使用することによって形成可能である。アクチュエータの各ピンは、個々の制御線を介してコントローラに個別に結合可能である。これらのピンは反射光学系の小さなエリアに結合されているため、この反射光学系の反射面に極めて微細な調整を行うことができる。１実施形態では、１平方ミリメートル当たり約百万個に達するアクチュエータが可能であり、これは慣用のシステムよりも数オーダ密度が高い。例えば、米国特許第4,944,580号明細書（特許文献１）には、側面が約0.2〜0.3インチ（例えば５ｍｍの側面）の慣用のアクチュエータ素子が示されており、これは、１平方ミリメートル当たり約0.04である。評価すべきであるのは、この技術分野において通常の知識を有する者には明らかなように技術の進歩に伴って、１平方ミリメール当たりにさらに多くのアクチュエータさえも作製できることである。本発明の範囲ではこのことも考慮されている。

さらに集積回路テクノロジを使用してアクチュエータ素子を作製することにより、全体的なコストを格段に低減することができ、またアクチュエータ素子を形成でき変形可能光学系と相互に影響し合うパターンの複雑さを格段に増大させることができるのである。

平面状アクチュエータおよび反射装置
図１には本発明の実施形態によるシステム１００が示されている。システム１００の１実施例が変形可能光学系である。システム１００には、制御システム１０４に結合された変形可能光学装置１０２が含まれている。オプションでは測定システム１０６も制御システム１０４に結合することができる。測定システム１０６は、システム１００を通る光ビームの波面を検出して波面収差を決定するために使用可能である。この場合、コントローラ１０４は補償値を計算することができ、これに基づく制御信号は変形可能装置１０２を制御するために使用可能である。

例えば、リソグラフィシステムにおける光学系および／またはレチクルを通過する光ビームは、測定システム１０６を使用して（オフラインまたはオンラインのいずれかで）測定可能であり、これによって波面収差が検出される。補償値を計算することができ、この補償値は、制御システム１０４から変形可能光学装置１０２に転送される制御信号を生成するために使用される。つぎに、パターニングのために基板に光ビームが投影される前に、このビームは変形可能光学装置１０２によって反射される。これにより、パターニング光ビームの収差は実質的に補正されて、パターニングされたデバイスの性能が格段に改善されるのである。

変形可能光学装置１０２は、反射装置１１０（例えばミラー）と、集積回路アクチュエータ１１２（例えば、圧電アクチュエータの集積回路セット）と、電極１１４とを有する。反射装置１１０は、第１反射面１１６と第２面１１８とを含む。アクチュエータ１１２は、支持装置１２０（例えば、圧電チャックまたは類似のもの）を含んでおり、この支持装置は、ここから延びた延長部１２２（例えば、圧電ピン、ストライプ、共軸リングまたは別の形状などの可動の延長部）を有する。延長部１２２は、リソグラフィ法または類似の方法を介して支持装置１２０に形成することができ、またミクロンスケール（または集積回路技術の領域内の任意のスケール）とすることができる。さまざまな実施形態において延長部１２２は、ジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）、酸化亜鉛（ＺＯ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）ポリマーフィルムおよび類似のもの（以下、圧電という用語および考えられ得るすべての圧電材料、例えばＰＺＴ，ＺＯ，ＰＶＤＦおよび類似のものを「ＰＺＴ」と称することにする）から形成可能である。

オプションの第２支持装置１２４を使用して電極１１４を支持することが可能である。第２支持装置１２４は、コントローラ１０４を電極１１４に結合する結合回路（図示せず）を含むことができる。また第２支持装置１２４は、オプションの取り付けボール１２６（例えば、ボールグリッドアレイ）に結合することができる。支持装置１２０が、導電（例えばニッケル（Ｎｉ））メッキされた表面１２８を有することができる実施形態もある。また別の実施形態では電極１１４を導電メッキ（例えばニッケル（Ｎｉ））することができる。

アクチュエータ１１２に対して集積回路ＰＺＴ技術を使用することにより、個々のアクチュエータ１１２（例えばＰＺＴピン）は、慣用の離散的なアクチュエータと比較して格段に小さくすることができる。例えば、ＰＺＴピン１２２は、その形状に依存して幅または直径を約１ミクロンから約１０ミクロンの間とすることが可能である。これによってＰＺＴピン１２２の極めて高い密度が得られ、これによって高い分解能および改善された波長補正が得られる。例えば、集積回路ＰＺＴ技術により、標準ゼルニケ高次多項式の項の１つまたは複数の組み合わせを極めて小さな残差で補正する能力を可能にすることができる。また集積回路ＰＺＴ技術を使用することにより、ＰＺＴピン１２２のほとんど任意のパターンに対して高い密度を達成することができる。

圧電技術を使用することによって、個別のＰＺＴピン１２２の動きおよび各ＰＺＴピン１２２によって制御される反射面１１６の各々の小さなエリアの動きを監視することができる。それはＰＺＴピン１２２はキャパシタンスとして動作するからである。ＰＺＴピン１２２のキャパシタンスの変化は監視することができ、このキャパシタンスの変化は、個々のＰＺＴピン１２２が伸張および／または収縮していることを示す。したがってシステム１００を使用し、ＰＺＴピン１２２の動きを検査することによって、反射面１１６の動きを検査できる。また場合によってはキャパシタンスの変化の値と、各ＰＺＴピン１２２が実際に移動した距離とを同一視することができ、これも監視することができる。

各ＰＺＴピン１２２間のチャネルの深さ（例えば、各ＰＺＴピン１２２の高さ）は、ＰＺＴピン１２２間におけるデカップリングの所望の量に基づき、形成時に調整することができる。例えば、反射面１１６のいくつかの部分が比較的な大きな区画で移動されると最善であり、これに対して別の部分が比較的小さな区画で移動されると最善である場合、これを反映するように種々異なるエリアにおけるＰＺＴピンの高さを形成することができる。高さが低ければ、それだけデカップリングが小さくなる。すなわち、より多くの接近したＰＺＴピン１２２が、接近したピンから影響を受けるのである。この逆に高さが高ければ、それだけデカップリングが大きくなる。すなわち、反射面１６の極めて微細な調整を極めて高いＰＺＴピン１２２によって得ることができるのである。

集積回路ＰＺＴ技術を使用することによってさらに、可変の空間的密度（例えば、放射軸）と、可変の空間的パターン（放射状、カルテシアン、非対称その他）とを有するＰＺＴピン１２２を形成可能である。これによってさらに良好な波面補正が殊に高次セルニケ項に対して得られる。

湾曲したアクチュエータおよび変形可能光学装置
当業者にはわかるように変形可能光学装置１０２が単に平面状ではなく任意の形状にできることは有利である。

例えば、図２に示したように、本発明の実施形態による湾曲した（例えば非球面などの）変形可能光学装置２０２をシステム２００に使用可能である。上記のように変形可能光学装置２０２は制御システム２０４に結合可能であり、この制御システムは測定システム２０６に結合可能である。

変形可能光学装置２０２は、反射装置２１０（例えば、ミラー）と、アクチュエータ２１２（例えば、圧電（ＰＺＴ）アクチュエータの集積回路セット）と、電極２１４とを含む。反射装置２１０は、第１反射面２１６および第２面２１８を含む。アクチュエータ２１２は、支持装置２２０（ＰＺＴチャックまたは類似のもの）と、この支持装置から延びる延長部２２２（例えば可動の延長部、例えばＰＺＴピン）とを含む。延長部２２２は、リソグラフィ法または類似の方法を介して支持装置２２０に形成することができる。

オプションの第２支持装置２２４は、電極２１４を支持するために使用可能である。第２サポート装置２２４は、コントローラ２０４を電極２１４に結合する結合回路を含むことができる。また第２支持装置２２４は、オプションの取り付けボール１２６に結合可能である。支持装置２２０がニッケル（Ｎｉ）めっきされた面２２８を有することの可能な実施形態もある。また実施形態によっては電極２１４をＮｉめっきすることも可能である。

アクチュエータ延長部の構成例
図３は、本発明の実施形態による例示的なアクチュエータ延長部構成３００を示している。各アスタリスク３０２は、アクチュエータ素子と、変形可能光学系（例えば１０２または２０２）とが相互に影響し合う個所に位置している。このパターンには可変の密度（例えば、間隔）と、複雑な放射状の共軸のパターンとが含まれている。これは、集積回路アクチュエータを使用することによって達成され、このアクチュエータによって可変の密度が可能になる。またすべてのアクチュエータは、集積回路作製技術を使用しているため、あらかじめ定めた面内（例えば、平面、湾曲した面など）に収めることができる。このタイプのパターンは、慣用のシステムの離散アクチュエータの使用の仕方のために、慣用のシステムでは利用できなかったものである。

結論
本発明の方法、回路およびコンポーネントの実施例を上に説明した。他の個所で指摘したように上記の実施例は単に説明を目的として述べられたのであり、制限のためではない。別の実施形態も可能であり、これらも本発明に含まれる。このような実施形態はここにで含まれる教示事項に基づけば、当業者には明らかであろう。したがって本発明の及ぶ範囲は、上記の実施例のいずれによっても制限されるべきでなく、以下の請求項およびそれと等価のものだけにしたがって定められるべきである。

本発明の実施形態による変形可能光学系を示す図である。 本発明の別の実施形態による変形可能光学系を示す図である。 本発明の実施形態による例示的なアクチュエータ延長部構成を示す図である。

符号の説明

１００ システム
１０２ 変形可能光学装置
１０４ 制御システム（コントローラ）
１０６ 測定システム
１１０ 反射装置
１１２ 集積回路アクチュエータ
１１４ 電極
１１６ 第１反射面
１１８ 第２面
１２０ 支持装置
１２２ 延長部
１２４ 第２支持装置
１２６ 取り付けボール
１２８ 導電メッキ
２００ システム
２０２ 変形可能光学装置
２０４ 制御システム
２０６ 測定システム
２１０ 反射装置
２１２ アクチュエータ
２１４ 電極
２２０ 支持装置
２２２ 延長部
２２４ 第２支持装置
２２８ ニッケルめっき面

Claims (27)

1. 変形可能光学系において、
   該変形可能光学系は、
   第１反射面および第２面を有する反射装置と、
   支持面から延びる可動の延長部を有しかつ前記第２反射面に結合されている集積回路アクチュエータと、
   前記延長部の対応する１延長部に個別に結合される電極と、
   該電極に結合されるコントローラとを有し、
   ここで該コントローラを構成して、前記電極を介し前記延長部が制御されるようにしたことを特徴とする
   変形可能光学系。
2. 前記反射装置はミラーである、
   請求項１に記載の変形可能光学系。
3. 前記集積回路アクチュエータは圧電装置であり、
   前記支持装置は圧電チャックであり、
   前記延長部は、該圧電チャックに作製される圧電ピンである、
   請求項１に記載の変形可能光学系。
4. 前記の延長部を有する支持装置の表面に導電性コーティングと、
   前記電極に導電性コーティングとを有する、
   請求項１に記載の変形可能光学系。
5. 波面収差を測定する測定システムを含み、
   前記コントローラにより、当該の測定した波面収差に基づいて前記延長部が制御される、
   請求項１に記載の変形可能光学系。
6. 使用した多数の延長部によって、測定した波面収差の高次部分が補正される、
   請求項５に記載の変形可能光学系。
7. 使用した多数の延長部によって、測定した波面収差のすべての次数が補正される、
   請求項５に記載の変形可能光学系。
8. 波面収差を決定するように構成した測定装置を含む、
   請求項１に記載の変形可能光学系。
9. 使用した多数の延長部によって、セルニケ多項式の項の少なくとも１つの項と、波面エラーの別の表現とが補正される、
   請求項８に記載の変形可能光学系。
10. 前記の制御システムによって、延長部のキャパシタンスの変化が測定され、当該延長部の移動の特性が決定される、
    請求項１に記載の変形可能光学系。
11. 前記延長部の移動の特性は、前記第１反射面の移動の特性に相応する、
    請求項１０に記載の変形可能光学系。
12. 前記反射装置は実質的に平面状である、
    請求項１に記載の変形可能光学系。
13. 前記反射装置は湾曲している、
    請求項１に記載の変形可能光学系。
14. 前記の延長部の高さは、延長部相互のデカップリングの量に相関している、
    請求項１に記載の変形可能光学系。
15. 前記延長部の幅または直径は、１ミクロン以下〜１ミリメートル以上である、
    請求項１に記載の変形可能光学系。
16. 変形可能光学装置において、
    第１反射面および第２面を有する反射装置と、
    支持装置および該支持装置から延び前記第２面に結合される可動の延長部を有する集積回路アクチュエータと、
    該延長部の対応する１延長部に結合される電極とを有することを特徴とする
    変形可能光学装置。
17. 前記反射装置はミラーである、
    請求項１６に記載の変形可能光学装置。
18. 前記集積アクチュエータは、圧電装置であり、
    前記支持装置は、圧電チャックであり、
    前記延長部は、該圧電チャックに作製された圧電ピンである、
    請求項１６に記載の変形可能光学装置。
19. 前記の延長部を有する支持装置の表面に導電性コーティングと、
    前記電極に導電性コーティングとを含む、
    請求項１６に記載の変形可能光学装置。
20. 前記反射装置は実質的に平面である、
    請求項１６に記載の変形可能光学装置。
21. 前記反射装置は湾曲している、
    請求項１６に記載の変形可能光学装置。
22. 前記延長部の幅または直径は、１ミクロン以下〜１ミリメートル以上である、
    請求項１６に記載の変形可能光学装置。
23. 波面収差補正方法において、
    波面収差を検出し、
    検出した当該収差に基づいて制御信号を生成し、
    該制御信号に基づいて集積回路圧電アクチュエータの延長部を移動し、
    該延長部の移動によって反射器を変形して波面の収差を補正することを特徴とする
    波面収差補正方法。
24. 前記の移動および変形ステップにより、前記収差の高次の値を補償する、
    請求項２３に記載の方法。
25. 前記検出ステップからセルニケ多項式を生成し、
    前記の移動および変形ステップにより、該セルニケ多項式のすべて次数に相応する収差を補正する、
    請求項２３に記載の方法。
26. 前記延長部の数は、１平方ミリメートル当たり少なくとも百万までに達する、
    請求項１に記載の変形可能光学系。
27. 前記集積回路アクチュエータは圧電装置であり、
    前記支持装置は圧電チャックであり、
    前記延長部は、該圧電チャックに作製される圧電ピン、ストライプおよび共軸リングのうち少なくとも１つである、
    請求項１に記載の変形可能光学系。

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