JP2006113414A - 光学素子保持装置、鏡筒、露光装置及びマイクロデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の自重による変形を調整可能な光学素子保持技術を提供する。
【解決手段】内側保持部材2は、外側保持部材5の内側に保持され、一対以上の部位2aで光学素子1を固定して支持し、一対以上の駆動部3は、レンズ等の光学素子１に荷重、変位を与え、光学素子1の姿勢、面形状を制御するように内側保持部材2との間に外側保持部材5に介在される。内側保持部材2の変形による光学素子1の姿勢の変化は、駆動部3による荷重、変位の量を調整することで相殺される。
【選択図】図５

Description

本発明は、レンズ、ミラー等の光学素子を保持する光学素子保持装置、特に、半導体露光装置に使用される投影レンズの光学素子保持装置、光学素子保持装置である鏡筒、その光学素子保持装置を有する露光装置及びその露光装置によるマイクロデバイスの製造方法に関するものである。

近年、半導体チップのチップパターンの微細化と高集積化に伴い、縮小投影型の半導体露光装置ではエキシマレーザーを用いたことにより短波長の光源を利用し微細化を進めてきている。この半導体露光装置は、回路パターンを有する原板（レチクル）を基板（シリコンウエハ）に転写する装置であるが、この回路パターンを露光転写する際に縮小投影レンズを用いてこの基板上に結像させる。
この時、高集積な微細回路を作成するために、投影レンズには高い解像力が要求され、そのためには前記縮小投影レンズは、極限まで収差が小さく抑えられている必要がある。
従来の半導体露光装置に用いられる投影レンズ鏡筒内の光学素子（レンズ・ミラー）の支持方法は、この光学素子は金枠などによって全周で支持されて上部から玉押しと呼ばれるネジ環によって押圧固定され、又はレンズを円周方向に等間隔な３点で支持することなどが行われている。

また、特開2001-343576号公報（特許文献１）で示されるように、レンズ等の光学素子を直接支える金枠とその外側に位置する支持部材との間に弾性部材を配置し、温度変化による変形、組み付けの際に発生する歪みを吸収する構造にしているものがある。
しかし、上記従来例ではレンズを金枠によって、全周または3点で支持する場合、レンズ面形状は常に自重で変形した状態のままであり、レンズの面形状を調整することは出来ない。
特開2001−343576号公報

そこで、本発明は、光学素子の自重による変形を調整可能な光学素子保持技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の第１の光学素子保持装置は、光学素子と、
前記光学素子の外周に配され、少なくとも一対の部位で前記光学素子を支持する円環状の内側保持部材と、
前記内側保持部材の外周に配され、複数箇所で前記内側保持部材と結合された円環状の外側保持部材と、
前記内側保持部材に設けられ、アクチュエータを介して前記光学素子を支持する少なくとも一対の駆動部と、を有する。
さらに、本発明の第２の光学素子保持装置は、前記内側保持部材は対向する前記一対の部位で前記光学素子を支持し、
対向する前記一対の駆動部は対向する前記一対の部位の間の2箇所の前記内側保持部材に設けられ、前記光学素子に荷重及び変位の少なくとも一方を与え、前記光学素子の姿勢、面形状を制御し、
前記内側保持部材を3箇所で支持するように３個の弾性部材が、対向する前記一対の部位を結ぶ線又は対向する前記一対の駆動部を結ぶ線に対称に配置され、前記外側保持部材と前記内側保持部材との間に介在され、
前記内側保持部材の変形による前記光学素子の姿勢変化は前記一対の駆動部を調整することで相殺される。
さらに、本発明の第３の光学素子保持装置は、前記弾性部材は半径方向に変形を吸収し、光軸方向、接線方向には高剛性に構成される。
さらに、本発明の第４の光学素子保持装置は、前記駆動部による荷重及び変位の少なくとも一方の調整される前記量は、前記駆動部の可動部をセンサーによってフィードバック制御する。
さらに、本発明の第５の光学素子保持装置は、前記センサーは前記光学素子の変位を直接検出する。
さらに、本発明の第６の光学素子保持装置は、所望の保持力を得るために前記光学素子と前記内側保持部材の間に接着剤を充填する。
さらに、本発明の第７の光学素子保持装置は、前記駆動部は溶接ベローズを有する。
さらに、本発明の第８の光学素子保持装置は、前記駆動部は圧電素子を有する。
さらに、本発明の第９の光学素子保持装置は、前記センサーは静電容量型センサーを有する。
さらに、本発明の第１０の光学素子保持装置は、前記センサーはレーザー干渉計を有する。
さらに、本発明の第１１の光学素子保持装置は、前記センサーはリニアスケールを有する。
さらに、本発明の第１２の光学素子保持装置は、前記駆動部の変形部分にひずみゲージを配置し、セミクローズ制御をする。
さらに、本発明の鏡筒は、複数の光学素子を搭載する鏡筒において、
前記光学要素保持装置を少なくとも一つ有する。
さらに、本発明の露光装置は、マスク上のパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置において、投影光学系は前記鏡筒を用いる。
さらに、本発明のマイクロデバイスの製造方法は、前記露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する。

本発明の光学素子保持装置によれば、光学素子と、
前記光学素子の外周に配され、少なくとも一対の部位で前記光学素子を支持する円環状の内側保持部材と、
前記内側保持部材の外周に配され、複数箇所で前記内側保持部材と結合された円環状の外側保持部材と、
前記内側保持部材に設けられ、アクチュエータを介して前記光学素子を支持する少なくとも一対の駆動部と、を有する。
露光装置の縮小投影レンズ等の光学素子においては、できるだけ収差を小さく抑えるために、レンズ等の光学素子の面形状を、その時の最適な形状にコントロールする必要が有る。 このため、レンズ等の光学素子にかける荷重を調整し、あるいは、レンズを直接支えている胴付の高さを調整する方法がある。
レンズを直接支持している金枠である内側保持部材の熱膨張差の影響、組立時の歪みの影響を考慮して、内側保持部材と外側保持部材との接合部分は直接接触しないように3箇所の弾性部材が介在される。レンズに荷重をかけるとレンズからその反力が発生し、レンズからの反力が外側保持部材にかかると弾性部材の変形がおこるため、レンズからの反力はレンズを直接支持する金枠である内側保持部材にかかる必要がある。レンズの反力が金枠である内側保持部材にかかる場合、レンズからの反力の大きさによって、その反力を受ける金枠ある内側保持部材の変形量は変化する。例えば、レンズが90°ピッチの4点で支えられる場合、一対の対向する2点の部位は、金枠である内側保持部材の胴付に固定され、他の一対の対向する2点である駆動部は、レンズの胴付の高さをコントロールできるように構成される。このため、レンズ面の形状をフィードバック制御しつつ、レンズの姿勢の変化を最小に抑え、低収差の高精度な光学性能を有する。
この結果、光学素子の自重による変形を調整できることとなる。

さらに、本発明の鏡筒、露光装置、マイクロデバイスの製造方法によれば、面形状をコントロールして収差を補正できるため高精度なパターンの転写ができる。

以下、本発明を、図面を参照して、その実施例に基づいて説明する。

本発明の光学素子保持装置の実施例１は、露光装置の投影光学系に適用しているが、露光装置の照明光学系、その他いかなる光学系に適用してもよい。
図1に本発明の光学素子保持装置の実施例１の全体斜視図である。
レンズ等の光学素子1は反射、屈折及び回折等を利用して光を結像させるものである。内側保持部材2は、外側保持部材5の内側に保持され、一対以上の部位2aで光学素子1を固定して支持するものである。一対以上の駆動部3は、レンズ等の光学素子１に荷重及び変位の少なくとも一方を与え、光学素子1の姿勢、面形状を制御するように内側保持部材2に設けられる。内側保持部材2の変形による光学素子1の姿勢の変化は、駆動部3による荷重及び変位の少なくとも一方の量を調整することで相殺される。
光学素子1と内側保持部材2は図2に示される部位2aによって直接接触される。内側保持部材2において180°ピッチで対向する2箇所に部位2aは配置される。ばねを有する弾性部材4は、外側保持部材5と内側保持部材2との間の複数箇所に介在される。弾性部材4は半径方向に変形を吸収し、光軸方向、接線方向には高剛性に構成される。
光学素子1の形状の変形を目的とする駆動部3の配置により部位2aの配置及び配置される箇所の数は変化する。
この実施例１では光学素子1を90°ピッチで対称となる形状に変形させることを目的とするため180°ピッチで2箇所に配置される。

光学素子1の保持について詳しく説明する。光学素子1の使用する光学有効領域外の外周部で部位2aに接触している。光学素子１に入射する光の偏向方向によって屈折率の変化する複屈折は光学素子１に負荷される荷重に比例して発生し、負荷した位置を基点に放射上に複屈折が分布する。このため、光学素子１の部材2aと接触する位置と有効領域までの距離は光学素子１の重量、および製造工程上の許容内でできるだけ長い方が好適である。
また、光軸に対して垂直に荷重を負荷すると複屈折の発生量が増大するため、部位2aの接触している位置は光学素子１の下面である。もし保持力が不足し、新たに保持するための部位を追加する場合は光学素子１の側面より下面または上面から押さえる構造が好適である。
また、部位2aは光学素子1にキズなどが入らない程度の小さな面積にする事が好適である。これはレンズの自重変形量がCAEの変形計算結果と実質等しくなるようにする必要があるためである。
さらに、所望の保持力を得るために光学素子1と内側保持部材2の接合に接着剤を全周の隙間に充填させて安定的に保持する。このとき接着剤は脱ガス性、硬化収縮性、弾性誤差を十分に考慮したものを用いる。本実施例１ではフッ素系二液性接着剤を用いた。
駆動部3は内側保持部材2の対向した2箇所に位置し、光学素子1に所望の変位、または所望の荷重を与えるように構成される。

図3は駆動部3の詳細図で、見やすくするために光学素子１は省略される。
内側保持部材2上にアクチュエータとして溶接ベローズ3aが搭載され、溶接ベローズ3aの内部を空気で加圧することで溶接ベローズ3aはその圧力に比例した力を発生する。その力がてこ部材3b,3cを介して光学素子1に伝わり所望の面形状及び姿勢を得る。てこ部材3bは内側保持部材2側に切り欠き部を設けてばね性を有する。その箇所の剛性が高い場合には溶接ベローズ3aの発生力が余計に必要となるため、固有値が低くなり過ぎない範囲で剛性を下げる。
てこ部材3cは溶接ベローズ3aの発生力で歪むことなく光学素子1に伝える必要があるため、セラミック等の高剛性部材を有することが好適である。てこ部材3cは溶接ベローズ3aの発生力が無い状態で光学素子1に余計な力を与えないようにスペーサ等を用いて光学素子1の下面の近い位置まで初期状態を位置決めする。てこ部材3c先端は光学素子1に点または線で接触するようにR形状を形成する。
溶接ベローズ3aが、てこ部材3bと接触する位置によって、溶接ベローズ3aの発生力と光学素子1に与える荷重のてこ比が変わる。溶接ベローズ3aの圧力と光学素子1の変化量を互いに測定して、適正なてこ比に溶接ベローズ3aの位置を微調整することで変化させる。

次に内側保持部材2と投影系の最外径に位置する外側保持部材5について説明する。
投影系の各光学素子を保持する各ユニットを直接結合する外側保持部材5は上下結合部の平面度、外形真円度ができるだけ高精度である必要があり、加工上高剛性な材料を有することが好適である。外側保持部材5と内側保持部材2は、弾性部材4によって120度ピッチの3箇所で結合される。弾性部材4は板バネ部によって半径方向には弾性を持つが、光軸方向、接線方向には抑制するように構成され、内側保持部材2と外側保持部材5の線膨張率差によるズレおよび組立て時の応力を内側保持部材2を介して光学素子1に伝えない。
また、弾性部材4の剛性は十分なかわし量を得るために内側保持部材2より剛性が弱く、さらに外乱振動による振動が起こらないように十分高い固有振動数を有する材料を有する。弾性部材4は内側保持部材2に120ピッチで3箇所で結合される。
弾性部材4の配置について、駆動部3と部位2aの位置との関係を説明する。
駆動部3より光学素子1に荷重を負荷したときに同時に内側保持部材2にも反力が負荷される。これによって内側保持部材2は変形する。外側保持部材5を基準として考えると、その変形によって内側保持部材2及び光学素子1は傾きを起こす可能性がある。
そこで傾きを最小にするために、一対以上の部位2aは、一対以上の駆動部3と交互に配置され、各々弾性部材4までの距離が等しく配置されることが好適である。つまり、弾性部材4は、図4に示されるように対向する部位2aを結ぶ線で対称となるように配置されるか、あるいは、図5に示されるように対向する駆動部3を結ぶ線で対称となるように配置されることが好適である。

各配置について内側保持部材2の変形により光学素子1の姿勢の変化がどのように生じるかについて説明する。
レンズを支える4点と、金枠ある内側保持部材を支える弾性部材の3点のお互いの位相関係においては、内側支持部材の変形による光学素子の姿勢の変化を考慮して弾性部材を配置する必要がある。
光学素子と直接接触している内側保持部材の4箇所の内、いずれの位置でも光学素子に与えた荷重の反力で内側保持部材は変形する。4箇所のうち固定側の2箇所の部位の変形は調整できない部分として光学素子の姿勢の変化に影響するため、この固定側の2箇所の部位は弾性部材までの距離が等しくなるように配置されることが好適である。
また、駆動部の2箇所はアクチュエータの出力を調整することで内側保持部材の変形を相殺する。
溶接ベローズ3aに発生力が発生していないときは、光学素子1はほぼ2点支持、徐々に発生力が大きくなると中間地点で光学素子1は4点支持、さらに発生力が大きくなると初期とは逆の2点支持の構成となる。
そのときの内側保持部材2の変形量は、図4の配置の実施例1の図6に示され、図5の配置の実施例1の変形例の内側保持部材2の変形量は図7に示される。
図6に示される実施例1では初期の2点支持のときに、弾性部材4の位置から遠い方の部位2aの位置が光学素子1の自重で下向きに歪む。さらに発生力が大きくなり光学素子1が駆動部6による2点支持になると、部位2aは光学素子1の自重はかからなくなり、上向きに変形する。初期からの変形量がもっとも大きいのは弾性部材4から遠い方の部位2aである。これによって内側保持部材2および光学素子1には傾きが発生する。
それに対して、2箇所の部位2aは、弾性部材4から等しい距離にあるため、変形量が等しく傾きは生じにくい。
最も変形の大きいのは、弾性部材4からの距離が大きい方の駆動部3であるが、これは片方のみ溶接ベローズ3aの発生力を大きくすることで光学素子1の傾きを補正するように調整する。このように、内側保持部材2の変形量を考慮して図5に示される実施例1の変形例のように板弾性部材4を配置することで光学素子1の収差を最小に抑えることができる。

次に光学素子1の姿勢、面形状変形の検出方法について説明する。
駆動部3による荷重及び変位の少なくとも一方の調整される量は、駆動部3の可動部をセンサーによってフィードバック制御する。 このセンサーは光学素子1の変位を直接検出する。
検出には静電容量型のセンサーを用いる。センサーの種類は光学素子1の姿勢、面形状に比例した検出が可能であれば、レーザー干渉計、ひずみゲージ、リニアスケール等のいずれのセンサを用いることができる。
さらに、駆動部3の変形部分にひずみゲージを配置し、セミクローズ制御をする。
この実施例1では静電容量型センサーを用いた場合を説明する。設置箇所は光学素子1の最外径の駆動部3の2箇所である。図1のセンサー部6に示される。スペース上の関係で駆動部３から数度回転した位置にあるが、できるだけ駆動部3とは同位相か近い方が好適である。センサを取り付ける部材は光学素子1の外径に接着剤によって接合される。光学素子1の変形、及び複屈折の関係でネジなどの荷重をかける方法は好適ではない。
検出の基準は外側保持部材5であるが、再現性を有する場合には外乱の影響を受けにくいという理由で内側保持部材2を基準とすることができる。

以下、本発明の光学素子保持装置の実施例２について説明する。
実施例1での駆動部3について、アクチュエータを溶接ベローズ3aから高剛性で応答性に優れた圧電素子3dにすることができる。
図8に本発明の光学素子保持装置の実施例2の駆動部を示す。圧電素子3dの位置は実施例1の溶接ベローズ3aのように、てこ部材3bの下部に配置することができるが、圧電素子3dは小ストロークであり、てこ部材3bのひずみによって発生力が吸収される可能性があるため、てこ部材3cの下部に配置することが好適である。これによって圧電素子3dの変位を損失なく直接光学素子1に伝える。圧電素子3dの初期の位置決めはネジやスペーサで行う。光学素子1の下面にできるだけ近づけるか、数μmまたはサブμm以下の変位を与えて突き当てた状態が好適である。

さらに、本発明の鏡筒の図示されない実施例は、複数の光学素子を搭載する鏡筒において、前記光学要素保持装置を少なくとも一つ有する。
さらに、本発明の露光装置の図示されない実施例は、マスク上のパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置において、投影光学系は前記鏡筒を用いる。
さらに、本発明のマイクロデバイスの製造方法の実施例は、図示されない前記露光装置を用いてマイクロデバイスを製造する。
本発明の実施例の鏡筒、露光装置、マイクロデバイスの製造方法によれば、面形状をコントロールして収差を補正できるため高精度なパターンの転写ができる。

本発明の光学素子保持装置の実施例１の全体斜視図である。 図1の実施例1の内側保持部材2の部分構成図である。 図1の実施例1の駆動部3の詳細図である。 図1の実施例1の内側保持部材2と弾性部材4の配置図である。 図1の実施例1の変形例の内側保持部材2と弾性部材4の配置図である。 図4の実施例1の内側保持部材2の変形量を表した図である。 図5の実施例1の変形例の内側保持部材2の変形量を表した図である。 本発明の光学素子保持装置の実施例２の駆動部の構成図である。

符号の説明

１：光学素子
２：内側保持部材
３：駆動部
４：弾性部材
５：外側保持部材
６：センサー部
2a：部位
3a：溶接ベローズ
3b, 3c：てこ部材

Claims (15)

1. 光学素子と、
   前記光学素子の外周に配され、少なくとも一対の部位で前記光学素子を支持する円環状の内側保持部材と、
   前記内側保持部材の外周に配され、複数箇所で前記内側保持部材と結合された円環状の外側保持部材と、
   前記内側保持部材に設けられ、アクチュエータを介して前記光学素子を支持する少なくとも一対の駆動部と、を有することを特徴とする光学素子保持装置。
2. 前記内側保持部材は対向する前記一対の部位で前記光学素子を支持し、
   対向する前記一対の駆動部は対向する前記一対の部位の間の2箇所の前記内側保持部材に設けられ、前記光学素子に荷重及び変位の少なくとも一方を与え、前記光学素子の姿勢、面形状を制御し、
   前記内側保持部材を3箇所で支持するように３個の弾性部材が、対向する前記一対の部位を結ぶ線又は対向する前記一対の駆動部を結ぶ線に対称に配置され、前記外側保持部材と前記内側保持部材との間に介在され、
   前記内側保持部材の変形による前記光学素子の姿勢変化は前記一対の駆動部を調整することで相殺される請求項１記載の光学素子保持機構。
3. 前記弾性部材は半径方向に変形を吸収し、光軸方向、接線方向には高剛性に構成される請求項２記載の光学素子保持機構。
4. 前記駆動部による荷重及び変位の少なくとも一方の調整される前記量は、前記駆動部の可動部をセンサーによってフィードバック制御する請求項２記載の光学素子保持装置。
5. 前記センサーは前記光学素子の変位を直接検出する請求項４記載の光学素子保持装置。
6. 所望の保持力を得るために前記光学素子と前記内側保持部材の間に接着剤を充填する請求項１〜５のいずれかに記載の光学素子保持装置。
7. 前記駆動部は溶接ベローズを有する請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子保持装置。
8. 前記駆動部は圧電素子を有する請求項１〜６のいずれかに記載の光学素子保持装置。
9. 前記センサーは静電容量型センサーを有する請求項４〜８のいずれかに記載の光学素子保持装置。
10. 前記センサーはレーザー干渉計を有する請求項４〜８のいずれかに記載の光学素子保持装置。
11. 前記センサーはリニアスケールを有する請求項４〜８のいずれかに記載の光学素子保持装置。
12. 前記駆動部の変形部分にひずみゲージを配置し、セミクローズ制御をする請求項１〜３のいずれかに記載の光学素子保持装置。
13. 複数の光学素子を搭載する鏡筒において、
    請求項１〜１２のいずれか記載の光学要素保持装置を少なくとも一つ有することを特徴とする鏡筒。
14. マスク上のパターンを投影光学系を介して基板上に転写する露光装置において、投影光学系は請求項１３記載の鏡筒を用いることを特徴とする露光装置。
15. 請求項１４記載の露光装置を用いてマイクロデバイスを製造することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
    

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