JP2005352037A - 光学部材の保持構造、露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部材の歪みの発生が少なく、光学装置の性能の向上に適した光学部材の保持構造を提供する。
【解決手段】 保持部材１１を介して光学部材１０を保持する構造であり、保持部材１１と光学部材１０とは、接着剤１３を介して互いに接合され、かつ保持部材１１と光学部材１０との接合面１０ａ，１２ａがそれぞれ鏡面加工されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、保持部材を介して光学部材を保持する光学部材の保持構造に関し、特に、露光装置に好ましく用いられる技術に関する。

電子デバイスを製造するためのフォトリソグラフィ工程では、回路パターンの像を感光性のレジストが塗布された基板（感光基板）に転写し、その基板に対して現像やエッチングなどの各種プロセスを施している。回路パターンは、マスク（あるいはレチクル）上に形成されており、露光装置の光学系を介してその像が感光基板上のレジスト層に転写される。電子デバイスの高集積化が進む中、フォトリソグラフィ工程では、より高品質な電子デバイスを製造することを目的として、露光精度の向上が図られている。

露光装置などに用いられる光学部材の保持構造としては、例えば、図４に示すように、光学部材１００の一面を接着剤１０１を用いて他の物体（保持部材１０２）に接合する技術や、図５に示すように、光学部材１００の一面に３点（座１０３，１０４，１０５）で接して光学部材１００を保持する技術がある（特許文献１参照）。
特開２００２−１４１２７０号公報

接着剤を用いて光学部材を保持する技術では、光学部材及び保持部材の各接合面同士が貼り合わされることから、接合面の凹凸の影響によって光学部材に歪みが生じやすいという課題がある。接合面の凹凸の影響を回避しようと接着剤の層を厚くすると、接着剤の熱膨張変化や硬化収縮の影響によって光学部材に歪みが発生しやすくなる。また、接着剤は一般に弾性が高いことから、接着剤の層が厚くなると、光学部材の固有振動数が低下して共振を起こしやすくなり、静的・動的な特性の低下を招きやすい。更に接着剤の層が厚いと接着剤からの脱ガスも増加し、光学部材を使用している環境のケミカルクリーン性を低下させるおそれも有る。

一方、光学部材の一面に３点で接して光学部材を保持する技術では、保持部材の歪みは光学部材に伝わりにくいものの、３点で接した部分に局所的に荷重が作用し、光学部材における光学的な有効領域が狭まりやすいという課題がある。また、３点で光学部材を保持する場合には、固有振動数を高くすることが困難であり、上述と同様の問題を生じてしまう。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、光学部材の歪みの発生が少なく、光学装置の性能の向上に適した光学部材の保持構造を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、露光精度の向上を図ることが可能な露光装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明は、実施の形態を示す図１から図３に対応付けした以下の構成を採用している。
本発明の光学部材の保持構造は、保持部材（１２，２２）を介して光学部材（１０）を保持する構造であって、前記保持部材と前記光学部材とは、接着剤（１３）を介して互いに接合され、かつ前記保持部材と前記光学部材との接合面（１０ａ，１２ａ）がそれぞれ鏡面加工されていることを特徴とする。

この光学部材の保持構造では、保持部材と光学部材との接合面がそれぞれ鏡面加工されていることから、接合に伴う光学部材の歪みが抑制される。また、上記鏡面加工により、接着剤の薄膜化が図られ、接着剤の熱膨張変化や硬化収縮等に基づく光学部材の歪みが抑制される。接着剤の薄膜化は、熱的安定性の向上に寄与する他に、接着剤の使用量の低減につながり、ケミカルクリーン性の向上を図る上で有利である。また、この保持構造では、接合面の鏡面加工及びそれに伴う接着剤の薄膜化によって保持部材と光学部材との機械構造的な一体性が強く、固有振動数を高くすることができるため、静的・動的な特性が良好なものとなる。

上記の光学部材の保持構造において、前記保持部材（１２，２２）は、前記光学部材よりも高い縦弾性係数を有し、かつ、前記光学部材と略同等の熱膨張係数を有するセラミックスからなることにより、光学部材に熱的および機械的な応力により発生する歪みを抑えることができる。
また、前記接着剤（１３）の膜厚は、２μｍ以下であるのが接着剤の薄膜化を図る上で好ましい。
また、前記接着剤（１３）は、主剤がエポキシ樹脂で、硬化剤が低脂肪族ポリアミンで構成された２液性エポキシ系接着剤であると、ケミカルクリーン性の向上を図る上で好ましい。
特に、前記接着剤（１３）は、有機珪素化合物の脱ガスが実質上ないことが、脱ガスによるケミカルクリーン性の低下を防ぐ上で好ましい。

また、前記光学部材（１０）が配置されるベース（１１）を有し、前記ベースに対する前記光学部材の位置及び姿勢のうちの少なくとも一方を調整する調整機構（１４）を備えるとよい。前記光学部材の位置及び姿勢の調整により、前記光学部材を有する光学装置の光学特性の向上が図られる。

本発明の露光装置は、光ビームにより投影光学系（ＰＬ）を介してマスク（Ｒ）のパターンを基板（Ｗ）に転写する露光装置において、上記に記載の保持構造によって保持される光学部材を備えることを特徴とする。
この露光装置によれば、上記保持構造によって光学部材が保持されていることから、光学部材に歪みが少なく、高い光学性能が得られる。

本発明の光学部材の保持構造によれば、接合面の鏡面加工によって接着剤の薄膜化が図られる結果、光学部材の歪みが抑制されるとともに、光学特性の向上が図られる。
また、本発明の露光装置によれば、光学部材の歪みが抑制されることにより、露光精度の向上が図られる。

次に、本発明の実施形態について説明する。
図１は、光学装置（例えば、干渉計）に用いられる光学部材（光学素子）としてのプリズム１０（ハーフプリズム、ビームスプリッタなど）を保持する保持構造の一例を概略的に示している。プリズム１０は、光学装置の本体のベース１１（筐体など）に設置される保持部材としてのホルダ１２に保持及び固定されている。

具体的には、プリズム１０は、例えば略立方体状あるいは略角柱状に形成されており、その一面（底面１０ａ）がホルダ１２の上面１２ａに接着剤１３を介して接合されている。また、ホルダ１２は、ベース１１に対して調整機構の一部としての調整板（シム１４）を介して３点支持構造により固定されている。すなわち、ベース１１とホルダ１２との間の３箇所にシム１４が配置され、その３箇所においてベース１１とホルダ１２とがねじ部材１５によって固定されている。そして、各シム１４の厚みに基づいて、ベース１１に対するホルダ１２及びプリズム１０の高さ位置及び姿勢が調整されている。あるいは、ホルダ１２のベース１１と対向する面に、ベース１１と接触する複数（好ましくは３箇所）の島だし部を設け、該島だし部を削ることによりプリズム１０の高さ位置及び姿勢を調整してもよい。

ここで、本例の保持構造において、プリズム１０はガラス材（ＢＫ７）からなり、ホルダ１２はセラミック材（ＳｉＣ）からなる。また、プリズム１０の底面１０ａ及びホルダ１２の上面１２ａがそれぞれ平面状に形成され、かつそれらがそれぞれ鏡面加工されている。ここで、鏡面加工とは、被加工物の最大面粗さＲｙを０．１μｍ以下（Ｒｙ＜０．１μｍ）に加工することを言うものとする。鏡面加工は、通常、研磨剤として１μｍ以下の微細研磨剤を使用し、金属よりもやわらかい研磨パッド（たとえば軟質合成樹脂ポリウレタン系）によって被加工物表面を遊離砥粒加工法により研磨することにより行われるが、これ以外にも公知の様々な技術が適用可能であり、加工対象であるプリズム１０及びホルダ１２の形成材料や面精度の目標値に応じて適宜定められる。

本例の保持構造においてホルダ１２の形成材料として使用しているＳｉＣは、ヤング率（縦弾性係数）が約３９０ＧＰａであり、プリズム１０の形成材料であるＢＫ７のヤング率（約８０ＧＰａ）と比べて非常に大きい。このように、ホルダ１２の形成材料としてプリズム１０の形成材料よりも大きなヤング率を有する材料を選択することにより、ホルダ１２をベース１１に固定した場合に生じるプリズム１０の歪みを小さく抑えることができる。一方、ＳｉＣの熱膨張係数は約４．５×１０^−６ であるのに対し、ＢＫ７の熱膨張係数は７．１×１０^−６であり、ほぼ同等である。このように、ホルダ１２の形成材料としてプリズム１０の形成材料とほぼ同等の熱膨張係数を有する材料を選択することにより、周囲の温度変化に起因するプリズム１０の歪みを小さく抑えることができる。すなわち、プリズム１０とホルダ１２との接着作業を行なった時の周囲温度が、該プリズム１０が設置された環境の温度と異なっていたとしても、プリズム１０とホルダ１２の熱変形量の差に起因するプリズム１０の歪みを最小限に抑えることができ、また、プリズム１０が設置された環境の温度が変化した場合にも同様に、プリズム１０の歪みを抑えることができるので、該プリズム１０を使用した光学機器の性能を安定させることができる。なお、ホルダ１２の形成材料としては上記したＳｉＣに限らず、各種のファインセラミックスを使用することができる。また、石材、ステンレス鋼などの金属材料、あるいはシリコンなどの半導体材料など、鏡面加工が可能でかつ所望の剛性を有し、プリズム１０の形成材料と同等の熱膨張係数を有するものであれば他の材料でも構わない。ただし、上述の通り、プリズム１０よりもヤング率が大きな別材料を選択するのが好ましい。また、接合面であるプリズム１０の底面１０ａ及びホルダ１２の上面１２ａの形状は平面形状に限らず、例えば曲面形状であってもよい。この場合、プリズム１０の底面１０ａとホルダ１２の上面１２ａとが互いに合わさる関係にあるのが好ましい。

上記構成の保持構造では、接合面であるプリズム１０の底面１０ａ及びホルダ１２の上面１２ａがそれぞれ鏡面加工によって高い面精度で形成されていることから、接合面の面全体が均等に貼り合わされ、接合に伴うプリズム１０の歪みが生じにくい。また、接着剤１３によって接合面の凹凸を吸収する必要が少なく、接着剤１３の層の薄膜化が図られる。接着剤１３の膜厚は、例えば２μｍ以下とするとよい。なお、接合面に接着剤１３を配置した後にプリズム１０とホルダ１２とを貼り合わせてもよく、プリズム１０とホルダ１２とを貼り合わせた後にその隙間に接着剤１３を供給してもよい。また、接着剤１３を硬化させる際には、加熱、紫外線照射など、接着剤１３に応じた硬化方法が用いられる。接着剤１３の薄膜化により、この保持構造では、接着剤１３の熱膨張変化や硬化収縮変化等に基づくプリズム１０の歪みが抑制されるとともに、プリズム１０とホルダ１２との機械構造的な一体性が強くなり、固有振動数の最適化が図られるなど、静的・動的な特性が良好なものとなる。

ここで、接着剤１３としては、ケミカルクリーン性の高いもの、特に、有機珪素化合物の脱ガスが実質上ないものが好ましく、一例として、主剤がエポキシ樹脂で、硬化剤が低脂肪族ポリアミンで構成された２液性エポキシ系接着剤が挙げられる。この２液性エポキシ接着剤は、ケミカルクリーン性が高く、鏡面加工された面同士を接合するのに好適であるとともに、低弾性であるので、プリズム１０とホルダ１２との機械構造的な一体性を向上させやすいという利点がある。なお、本例の保持構造では、接着剤１３の層を薄くすることで、高弾性の接着剤を用いる場合もその弾性の影響が小さく抑制される。同様に、脱ガスを発生する接着剤を用いる場合も、使用量が少なくて済むので、ケミカルクリーン性に与える影響は小さい。

図２は、光学部材の保持構造の他の形態例を示している。なお、図１に示した保持構造と同様の機能を有する構成要素については同一の符号を付し、その説明を省略または簡略化する。
図２に示す保持構造では、図１の形態例と同様に、プリズム１０が、保持部材としてのホルダ２２に保持及び固定されている。すなわち、プリズム１０の底面１０ａとホルダ２２の上面２２ａとが接着剤１３を介して接合されており、接合面であるプリズム１０の底面１０ａ及びホルダ２２の上面２２ａがそれぞれ鏡面加工されている。

また、図２に示す保持構造では、図１の形態例と異なり、ホルダ２２がホルダベース２３を介して間接的に光学装置の本体のベース１１に設置されている。具体的には、板状のホルダベース２３がねじ部材２５によってベース１１に固定され、そのホルダベース２３上にホルダ２２がねじ部材２６によって固定されている。また、ホルダ２２の下面２２ｂが凸状の球面形状に形成されており、これに接するホルダベース２３の座面２２ａが凹状の球面形状に形成されている。そして、ホルダベース２３に対するホルダ２２の相対的な位置関係（傾き）に基づいて、ベース１１に対するプリズム１０の姿勢が調整されている。なお、ホルダ２２、ホルダベース２３、及びねじ部材２６等により調整機構が構成される。

本例の保持構造では、接合面であるプリズム１０の底面１０ａとホルダ２２の上面２２ａとがそれぞれ鏡面加工されていることから、図１の形態例と同様に、接合に伴うプリズム１０の歪みが抑制されるとともに、接着剤１３の薄膜化によりケミカルクリーン性の向上や静的・動的な特性の向上が図られる。また、本例の保持構造では、プリズム１０を保持するホルダ２２がホルダベース２３を介してベース１１に対して間接的に固定されており、固定用のねじ部材２５とは別のねじ部材２６を用いてプリズム１０の姿勢の調整が行われることから、プリズム１０の姿勢調整の容易化を図りやすいという利点がある。

次に、上記光学部材の保持構造が適用された露光装置の実施形態例について説明する。
図３は、半導体素子製造用の露光装置の全体構成の一例を概略的に示している。露光用光源からのエネルギービーム（露光ビーム）ＩＬは、照明系５１を介してマスク（レチクルＲ）上の所定の照明領域内に均一な照度分布で照射される。レチクルＲを通過した露光ビームＩＬは、投影光学系ＰＬを介して感光基板（ウエハ）Ｗ上に照射され、これにより、レチクルＲに形成された回路パターンの像が感光基板Ｗ上に転写される。レチクルＲは、パターン領域が形成された面を下に向けて配され、レチクルステージＲＳに保持されている。このレチクルステージＲＳは、レチクルステージ駆動系５２によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、及び回転方向（θ方向）に移動もしくは微動するように構成されている。また、レチクルステージＲＳの位置は、光ビーム（レーザ光など）を用いた光学装置としての干渉計５３により検出され、その検出結果に基づいてレチクルステージ駆動系５２が制御される。一方、感光基板Ｗは、基板ステージ（ウエハステージ）ＷＳ上に保持されている。ウエハステージＷＳは、ウエハステージ駆動系５４によって駆動され、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、及び回転方向（θ方向）に移動もしくは微動するように構成されている。ウエハステージＷＳの位置は、レチクルステージＲＳと同様に、光ビーム（レーザ光など）を用いた光学装置としての干渉計５５によって逐次検出され、その検出結果に基づいてウエハステージ駆動系５４が制御される。なお、投影光学系ＰＬの光軸に平行な方向をＺ方向、光軸に垂直な平面内で紙面に平行な方向をＸ方向、これに直交する方向をＹ方向、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと平行な軸線を中心とする回転方向をθ方向としている。

また、露光装置では、レチクルＲの回路パターンの像を感光基板Ｗ上の所望の位置に正確に転写するために、レチクルＲあるいは感光基板Ｗの位置決め（アライメント）を行う。アライメントは、通常、レチクルＲや感光基板Ｗ、あるいは各ステージＲＳ、ＷＳの位置に関する位置情報に基づいて行われる。そのため、レチクルＲ、感光基板Ｗ、及び各ステージＲＳ、ＷＳ上には、アライメント用のマークが設けられており、このマークの位置情報が光学装置により光ビームを用いて検出される。例えば、この図３に示すレチクルアライメント系ＲＡは、レチクルＲ上のレチクルマークＲＭのＸ、Ｙ方向の位置を検出するものであり、また、ウエハアライメント系ＷＡは、感光基板Ｗ上のウエハマークＷＭやウエハステージＷＳ上のフィデューシャルマークＦＭのＸ、Ｙ方向の位置を検出するものである。さらに、露光装置では、ウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの結像面や各アライメント系（レチクルアライメント系やウエハアライメント系など）の結像面に焦点合わせするために、光学装置により光ビームを用いてウエハＷ表面のＺ方向の高さ位置（フォーカス量）を検出する。例えば、この図３に示すフォーカス位置検出系６０は、ウエハＷの表面に対して斜め方向から光ビーム（スポット光）を照射する送光系６１と、ウエハＷの表面で反射した反射光を所定のスリットを介して受光する受光系６２とを有しており、ウエハＷ表面からの反射光から得られる信号に基づいて、投影光学系ＰＬの結像面に対するウエハＷ表面のＺ方向の高さ位置（フォーカス量）を検出する。なお、この図３に示す制御装置６５は、装置全体を統括的に制御するものであり、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）等を含むマイクロコンピュータ（又はミニコンピュータ）から構成されている。

上述した各形態例で示した光学部材の保持構造は、図３に示した露光装置が備える干渉計５３，５５、レチクルアライメント系ＲＡ、ウエハアライメント系ＷＡ、及びフォーカス位置検出系６０などの光学装置に適用される。こうした光学装置では、上記各保持構造により、光ビームの光路上に配置される光学部材の歪みの発生が抑制されるため、高い光学性能が得られる。また、接着剤１３の薄膜化により光学部材と保持部材との機械構造的な一体性を強化し、固有振動数を高くしているため、露光装置の稼動による振動の影響を受けにくい。その結果、露光装置では、レチクルＲや感光基板（ウエハ）Ｗ、及びそれを保持するレチクルステージＲＳやウエハステージＷＳの位置情報を高精度に検出することが可能となり、露光精度の向上が図られる。

なお、上記保持構造により保持する光学部材としては、上述したプリズム、ビームスプリッタ、ダイクロイックミラーに限定するものではなく、光学装置に用いられる様々な光学部材に適用可能である。また、その保持構造は、上述した実施例で示した構造に限らず、光学部材の設置スペースや光学部材の特性や要求精度に応じて適宜決定される。

また、ホルダなどの上述した保持部材は、ケミカルクリーン対策が施されているのが好ましい。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

光学部材の保持構造の一形態例を概略的に示す図である。 光学部材の保持構造の他の形態例を概略的に示す図である。 半導体素子製造用の露光装置の全体構成の一例を概略的に示す図である。 従来の光学部材の保持構造の一形態例を概略的に示す図である。 従来の光学部材の保持構造の他の形態例を概略的に示す図である。

符号の説明

Ｒ…レチクル（マスク）、Ｗ…ウエハ（基板）、ＰＬ…投影光学系、１０…プリズム（光学部材）、１１…ベース、１２，２２…ホルダ（保持部材）、１０ａ…プリズム底面（接合面）、１２ａ，２２ａ…ホルダ上面（接合面）、１３…接着剤、１４…シム（調整機構）、２３…ホルダベース（調整機構）、２６…ねじ部材（調整機構）。

Claims (7)

1. 保持部材を介して光学部材を保持する構造であって、
   前記保持部材と前記光学部材とは、接着剤を介して互いに接合され、かつ前記保持部材と前記光学部材との接合面がそれぞれ鏡面加工されていることを特徴とする光学部材の保持構造。
2. 前記保持部材は、前記光学部材よりも高い縦弾性係数を有し、かつ、前記光学部材と略同等の熱膨張係数を有するセラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の光学部材の保持構造。
3. 前記接着剤の膜厚は、２μｍ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学部材の保持構造。
4. 前記接着剤は、主剤がエポキシ樹脂で、硬化剤が低脂肪族ポリアミンで構成された２液性エポキシ系接着剤であることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれかに記載の光学部材の保持構造。
5. 前記接着剤は、有機珪素化合物の脱ガスが実質上ないことを特徴とする請求項１から請求項４のうちのいずれかに記載の光学部材の保持構造。
6. 前記光学部材が配置されるベースを有し、
   前記ベースに対する前記光学部材の位置及び姿勢のうちの少なくとも一方を調整する調整機構を備えることを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれかに記載の光学部材の保持構造。
7. 光ビームにより投影光学系を介してマスクのパターンを基板に転写する露光装置において、
   請求項１から請求項６のうちのいずれかに記載の保持構造によって保持される光学部材を備えることを特徴とする露光装置。
   

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