JP2005286132A - 光学装置及びその調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学系の調整やメンテナンス等を行ない易くなる光学装置等を提供する。
【解決手段】 露光装置１の下ボディ１２には、一対のウェハオートフォーカスユニット５０（送光系及び受光系）と、ウェハアライメントユニット６０とが設けられている。各ユニット５０、６０のケーシング５１、６１内において、上部５１ａ、６１ａと下部５１ｂ、６１ｂとの境界部分には、透明の隔壁５５、６５が設けられている。これらの隔壁５５、６５は、上部５１ａ、６１ａ（大気）と下部５１ｂ、６１ｂ（低真空）とを仕切るとともに、それぞれのユニット５０、６０の光学素子５３、６３の光学補正（ピント合わせ等）を行なう補正光学素子の役割を兼ねている。これらの隔壁５５、６５（あるいは隔壁５７、６７）を屈折率変化に対応した厚さのものに交換しておくことで、真空引きの後にも焦点位置が自動的に補正されてずれが解消される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、真空や窒素、ヘリウム等の特殊雰囲気と大気との間にまたがって延びる光路を有する光学装置、及び、その調整方法に関する。

露光装置を例に採って背景技術を説明する。
一般に、露光装置は、原版上のパターンを感応基板上に投影する投影光学系を収めた鏡筒や、原版を移動・位置決めする原版ステージ装置、感応基板を移動・位置決めする感応基板ステージ装置等を備えている。露光装置の露光光がＥＵＶ光や電子ビーム、あるいは、Ｆ２レーザ光である場合には、鏡筒や各ステージ装置の周りは真空や窒素、ヘリウム等の特殊雰囲気とされ、各ステージ装置は内部が前記特殊雰囲気となっているチャンバー内に収容される。そして、このチャンバーには、オートフォーカス光学系やアライメント光学系が付設される。

ところで、特殊雰囲気とされるチャンバーにアライメント光学系を設置するには、大別すると二通りの方法がある。一つは特殊雰囲気中にアライメント光学系全体を設置する方法（第１の方法）であり、もう一つはアライメント光学系がチャンバー内外を貫き、大気と特殊雰囲気との間にまたがって光学系を設置する方法（第２の方法）である。

前記第１の方法は、アライメント光学系の構成が簡単になるという利点を有する。しかし、アライメント光学系全体が特殊雰囲気中にあるため、真空引きや窒素、ヘリウム等への置換を行なった後で光学系の調整やメンテナンス等を行なう必要が生じた場合には、一旦チャンバーの真空解除又は気体放出を行ない、メンテナンス終了後にまた真空引きやガス置換を行なわなければならず、作業が煩雑になるとともに装置停止時間が長くなるという欠点がある。あるいは、真空解除又は気体置換を避けようとすると、アライメント光学系内に自動調整機構（環境変化時の光学特性の変化を調整する機構等）を組み込まなければならず、この場合は装置構成の複雑化とコスト高につながる。しかも、自動調整機構等に不具合が生じた場合は、結局真空解除又は気体置換を行なわなければならなくなる。そのため、第１の方法は、実際上合理的であるとはいい難い。

前記第２の方法は、第１の方法のように真空解除又は気体放出を行なう必要はなく、調整やメンテナンス等を容易に行なうことができる利点がある。この理由から、現状では第２の方法が主流と考えられつつある。しかし、この場合には、異なる環境を隔てる箇所に光学ガラス（隔壁ガラス）を組み込む必要があり、アライメント光学系の構成エレメントが１枚増えることとなる。

前述した第２の方法において、アライメント光学系に隔壁ガラスを組み込むと、明るさや配線等の引き回し自由度に制限が生じたりする場合があり、設計自由度が低下する場合がある。現状では、この隔壁ガラスは、あくまで異なる環境を隔てる役割を果たすものであり、アライメント光学系中では光学的機能のない単なる窓でしかない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであって、光学系の調整やメンテナンス等を行ない易い光学装置を提供することを目的とする。
さらに、そのような光学装置を調整する方法を提供することを目的とする。

本発明の光学装置は、大気中に配置された、内部が特殊雰囲気（真空、窒素、ヘリウム等）となるチャンバーと、 該チャンバー内外を貫いて設置された光学系と、を備える光学装置であって、 前記光学系中に、大気と前記特殊雰囲気との間を隔てる透明の隔壁が設けられており、該隔壁が補正光学素子を兼ねることを特徴とする。

この発明によれば、透明の隔壁が補正光学素子を兼ねるので、自動調整機構等の特別な部品追加を行なうことなく、光学系の調整やメンテナンス等を行ない易くなる。それでいて、大幅なコスト高や装置構成の複雑化も伴わない。

本発明の光学装置の調整方法は、大気中に配置された、内部が特殊雰囲気（真空、窒素、ヘリウム等）となるチャンバーと、 該チャンバーに設置された光学系と、を備える光学装置を調整する方法であって、 大気中で前記光学系の調整を行なった後、該光学系中に補正光学素子を挿入するか又は補正光学素子の取り換えを行ない、その後に該光学系を前記特殊雰囲気下で使用することを特徴とする。

本方法によれば、チャンバーの真空解除や気体置換を行なくことなく、光学系の調整やメンテナンス等を行なうことができるので、作業が簡単になるとともに、装置の停止時間も短くできる。

本発明の光学装置の調整方法においては、前記補正光学素子が、大気と前記特殊雰囲気との間を隔てる隔壁を兼ねるものとすることができる。

本発明の光学装置の調整方法においては、前記補正光学素子がディストーション、球面収差等の光学特性補正素子であるものとすることができる。
この場合、異なる環境間で発生する屈折率変化に伴う光学特性の変化にも対応し易くなるという利点がある。

本発明の他の光学装置は、大気中に配置された、内部が特殊雰囲気（真空、窒素、ヘリウム等）となるチャンバーと、 該チャンバーに設置された光学系と、を備える光学装置であって、 大気中と特殊環境中での光学系の差を補正する、複数の補正光学素子を保持する補正光学素子切り替え手段を有することを特徴とする。
光学系の調整は、大気中で行う方が簡単である。しかし、光学特性は大気中と特殊環境中とでは異なる。本発明によれば、補正光学素子切り替え手段により、この光学特性の差を、大気中での調整・組み立て後、特殊環境下の光学特性を見ながら調整できるようになる。

本発明によれば、光学系の調整やメンテナンス等を行ない易くなる光学装置等を提供することができる。

発明を実施するための形態

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
本実施の形態では、光学装置として露光装置を例に採って説明する。
図１は、本実施の形態に係る露光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。
この図に示す露光装置１は、上ボディ１１及び下ボディ１２からなるボディ１０を備えている。下ボディ１２は、基台１３を介して建物床上に配置されている。上ボディ１１は、下ボディ１２の支柱１２ａ上に搭載されている。

ボディ１０の中央部には、投影光学系鏡筒２０が配置されている。この鏡筒２０は、中央部側面にフランジ状に張り出した張出部２０ａを備えている。鏡筒２０は、張出部２０ａが下ボディ１２上に載置された状態で支持されている。上ボディ１１の上側には、ボックス状のレチクルチャンバー２５が設けられている。このレチクルチャンバー２５内は、一例で１０^−５〜１０^−６Ｐａ程度の高真空に引かれている。レチクルチャンバー２５の上端には、内部に電子銃（図示されず）等を備える照明光学系鏡筒３０が設けられている。この鏡筒３０は、中央部側面にフランジ状に張り出した張出部３０ａを備えている。鏡筒３０は、張出部３０ａがレチクルチャンバー２５上端面に載置された状態で支持されている。

レチクルチャンバー２５内において、上ボディ１１の支柱１１ａ上にはステージベース３３が設けられている。このステージベース３３上には、レチクルＲを静電吸着して移動・位置決めするレチクルステージ装置３５が設けられている。レチクルステージ装置３５上のレチクルＲは、照明光学系鏡筒３０の直下に位置している。

下ボディ１２の下面には、ボックス状のウェハチャンバー４０が設けられている。このウェハチャンバー４０内は、一例で１０^−６Ｐａ程度の高真空に引かれている。ウェハチャンバー４０の下端面と基台１３との間には、マウント４１が介装されている。ウェハチャンバー４０の内側底面上には、ステージベース４３が設けられている。このステージベース４３上には、ウェハＷを静電吸着して移動・位置決めするウェハステージ装置４５が配置されている。このウェハステージ装置４５上のウェハＷは、投影光学系鏡筒２０の直下に位置している。

下ボディ１２には、一対のウェハオートフォーカスユニット５０（送光系及び受光系）と、ウェハアライメントユニット６０とが設けられている。各ユニット５０、６０は、筒状をしたケーシング５１、６１を備えている。各ケーシング５１、６１内には、光学素子（レンズ等）５３、６３が複数収納されている。各ケーシング５１、６１は、下ボディ１２を貫通して配置されている。なお、各ケーシング５１、６１において、下ボディ１２よりも上側の部分を上部５１ａ、６１ａといい、ウェハチャンバー４０内に突き出ている部分を下部５１ｂ、６１ｂと呼ぶ。

各ケーシング５１、６１内において、上部５１ａ、６１ａと下部５１ｂ、６１ｂとの境界部分には、透明の隔壁（大気−低真空仕切り隔壁）５５、６５が設けられている。これらの隔壁５５、６５は、上部５１ａ、６１ａと下部５１ｂ、６１ｂとを仕切るとともに、それぞれのユニット５０、６０の光学素子５３、６３の光学補正（ピント合わせ等）を行なう補正光学素子の役割を兼ねている。そして、隔壁５５、６５で仕切られた各ケーシング５１、６１の内部は、上部５１ａ、６１ａが大気圧となっており、下部５１ｂ、６１ｂ内が一例で１０^−５Ｐａ程度の真空に引かれている。さらに、各ケーシング５１、６１の下端部には、透明の隔壁（高真空−低真空仕切り隔壁）５７、６７が設けられている。これらの隔壁５７、６７は、ウェハチャンバー４０内とケーシング下部５１ｂ、６１ｂ内とを仕切るとともに、それぞれのユニット５０、６０の光学素子５３、６３の光学補正（ピント合わせ等）を行なう補正光学素子の役割を兼ねている。

次に、図１の露光装置の調整方法について説明する。
露光装置の全体調整は、基本的に大気中で行なうため、ウェハオートフォーカスユニット５０（送光系及び受光系）及びウェハアライメントユニット６０も大気中で調整を行なう。そして、各ユニット５０、６０の調整が終了した後に、ウェハチャンバー４０内を高真空に引き、ユニット５０、６０のケーシング５１、６１の下部５１ｂ、６１ｂ内を低真空に引く。

このように、大気中で調整を完了してから真空引きを行なうと、真空中の屈折率が大気中の屈折率よりも小さいため、各ユニット５０、６０の焦点位置がずれてしまうことがある。このような屈折率変化に伴う焦点位置のずれを補正するため、本実施例では、真空引きを行なう前段階で前述の隔壁５５、６５あるいは５７、６７を屈折率変化に対応した厚さのものに交換しておく。すると、交換した隔壁により、真空引きの後にも焦点位置が自動的に補正されてずれが解消される。これらの隔壁５５、６５、５７、６７は、本来、異なる環境間を仕切る役割を果たすためだけに用いられていたものであるから、各ユニット５０、６０には自動調整機構等の特別な部品追加を行なう必要がない。

さらに、本実施例によれば、露光装置を一定期間稼動した後に、各ユニット５０、６０のメンテナンス等を行なう場合、以下（１）、（２）の利点がある：
（１）ケーシング５１、６１の内部が隔壁５５、６５により仕切られているので、ケーシング上部５１ａ、６１ａ内の光学素子５３、６３をメンテナンスする際には、ケーシング下部５１ｂ、６１ｂの低真空を解除せず、大気中で行なうことができる。
（２）ケーシング５１、６１とウェハチャンバー４０とが隔壁５７、６７により仕切られているので、ケーシング下部５１ｂ、６１ｂ内の光学素子５３、６３をメンテナンスする際には、ケーシング下部５１ｂ、６１ｂの低真空のみを解除すればよく、ウェハチャンバー４０内の高真空を解除しなくて済む。

なお、図１の例では、大気と低真空との間を隔壁５５、６５で仕切り、高真空と低真空との間を隔壁５７、６７で仕切る構成となっているが、本発明は、単に真空と大気とを仕切る構成や、高真空−低真空−大気の３層よりも多い環境（例えば高真空−中真空−低真空−大気の４層等）にも対応可能である。真空と大気のみを仕切る場合は、前述の隔壁５７、６７に相当するもの（この場合の隔壁は補正ガラスと呼ぶ）のみを用いればよい。
前述の調整例では、光学特性の屈折率変化への対応例について述べたが、その他の光学特性の変化への対応については、光学系の設計段階でどの位置に何枚の隔壁を設けるか等を考慮して決定する（これは各々の光学系の最適解によって異なる）。

なお、本実施例では、光学系としてウェハオートフォーカスユニット５０及びウェハアライメントユニット６０を例に採ったが、干渉計の光学系等、他の光学系についても前述と同様に調整することができる。
本実施例では、ウェハチャンバー４０内外を貫いて設置される光学系について説明したが、レチクルチャンバー２５についても同様に行なうことができる。

図２は、本実施の形態に係る露光装置の光学ユニットの下端隔壁近傍の構成を示す図である。
図２には、下ボディ１２に設けられた光学ユニット１１０（前述のウェハオートフォーカスユニットあるいはウェハアライメントユニットと同様のもの）近傍の構成が示されている。この光学ユニット１１０は、ケーシング１１１を備えている。下ボディ１２下面とケーシング１１１との間には、シール部材１１１ａが介装されている。ケーシング１１１内には、光学素子１１３等が複数収納されている。下ボディ１２の内部において、光学ユニット１１０には透明の隔壁（大気−低真空仕切り隔壁）１１５が設けられている。一方、ケーシング１１１の下端部にも、透明の隔壁（高真空−低真空仕切り隔壁）１１６が設けられている。これらの隔壁１１５、１１６は、前述した図１における透明の隔壁と同様の役割を果たすものである。

ケーシング１１１の図２中右側には、収差補正ガラス切り替え機構１００が設けられている。この切り替え機構１００の下部には、連結部１０３を介して、収容部１０１が水平面内で回転可能に設けられている。この収容部１０１内には、複数枚（一例で４枚）の収差補正ガラス１００Ａ、１００Ｂ（図２ではこれら２枚のみを示す）が収容されている。切り替え機構１００が駆動すると、収容部１０１が連結部１０３を中心に回転し、所定の収差補正ガラス（図２では１００Ａ）がケーシング１１１内の光学素子１１３の下方に配置される。そして、この収差補正ガラス１００Ａにより、光学素子１１３の光学特性の補正（ピント合わせ等）が行なわれる。

光学系の調整は、大気中で行う方が簡単である。しかし、光学特性は大気中と特殊環境中とでは異なる。本実施の形態のような収差補正ガラス切り替え機構１００を用いることにより、このような光学特性の差を、大気中での調整・組み立て後、真空中の光学特性を見ながら調整できるようになる。

本実施の形態に係る露光装置の全体構成を模式的に示す断面図である。 本実施の形態に係る露光装置の光学ユニットの下端隔壁近傍の構成を示す図である。

符号の説明

１ 露光装置 １０ ボディ
１１ 上ボディ １２ 下ボディ
１３ 基台 ２０ 投影光学系鏡筒
２５ レチクルチャンバー ３０ 照明光学系鏡筒
３３、４３ ステージベース ３５ レチクルステージ装置
４０ ウェハチャンバー ４１ マウント
５０ ウェハオートフォーカスユニット
６０ ウェハアライメントユニット
５１、６１ ケーシング ５３、６３ 光学素子
５５、６５、５７、６７ 隔壁
１００ 収差補正ガラス切り替え機構 １００Ａ、１００Ｂ 収差補正ガラス
１１０ 光学ユニット １１３ 光学素子
１１５、１１６ 隔壁

Claims (5)

1. 大気中に配置された、内部が特殊雰囲気（真空、窒素、ヘリウム等）となるチャンバーと、
   該チャンバー内外を貫いて設置された光学系と、
   を備える光学装置であって、
   前記光学系中に、大気と前記特殊雰囲気との間を隔てる透明の隔壁が設けられており、該隔壁が補正光学素子を兼ねることを特徴とする光学装置。
2. 大気中に配置された、内部が特殊雰囲気（真空、窒素、ヘリウム等）となるチャンバーと、
   該チャンバーに設置された光学系と、
   を備える光学装置を調整する方法であって、
   大気中で前記光学系の調整を行なった後、該光学系中に補正光学素子を挿入するか又は補正光学素子の取り換えを行ない、その後に該光学系を前記特殊雰囲気下で使用することを特徴とする光学装置の調整方法。
3. 前記補正光学素子が、大気と前記特殊雰囲気との間を隔てる隔壁を兼ねることを特徴とする請求項２記載の光学装置の調整方法。
4. 前記補正光学素子がディストーション、球面収差等の光学特性補正素子であることを特徴とする請求項２又は３記載の光学装置の調整方法。
5. 大気中に配置された、内部が特殊雰囲気（真空、窒素、ヘリウム等）となるチャンバーと、
   該チャンバーに設置された光学系と、
   を備える光学装置であって、
   大気中と特殊環境中での光学系の差を補正する、複数の補正光学素子を保持する補正光学素子切り替え手段を有することを特徴とする光学装置。
   

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