JP2008309903A - 光学素子保持構造、露光装置及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外力に起因する光学素子の偏心移動を低減させ、収差変化が小さく、高い解像力が得られる光学素子保持構造の実現。
【解決手段】光学素子保持構造は、光学素子を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の外径側に位置し前記第１の保持部材を保持する第２の保持部材と、前記第２の保持部材の外径側に位置し前記第２の保持部材を保持する第３の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の径方向の間に位置し、径方向に弾性変形が可能な複数の第１の弾性部材と、前記第２の保持部材と前記第３の保持部材の径方向の間に位置し、径方向に弾性変形が可能な複数の第２の弾性部材と、を備え、前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材を前記光学素子の光軸を中心とする円周方向に配置し、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材の前記光学素子の光軸を中心とする円周方向の位相を互いにずらして配置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子保持構造、露光装置及びデバイス製造方法に関する。

露光装置は、原版（レチクル）に形成された回路パターンを基板（シリコンウエハ）に露光し転写する装置である。転写する際には、レチクルのパターンをウエハ上に結像させるために光学系が用いられるが、高集積な回路を作成するために、光学系には高い解像力が要求される。そのために、露光装置用の光学系は、光学収差を小さく抑える必要がある。このようなことから、露光装置用の光学系においては、光学系を構成するレンズ、ミラー等の光学素子の材質や膜に関する諸特性の均一性や、光学素子の光学面形状の加工精度、組立精度が必要である。光学系に用いられる光学素子を保持する保持部材は、金属等で形成されるのが一般的であり、光学素子と異なる材質のものが使用される。

図６は、従来の露光装置用の光学素子保持構造を中心から半分を示したものである。

図６において、複数のレンズ１０１，１０２がそれぞれ，リング状の第１の保持部材１０３，１０４に保持されている。更に、この保持部材１０３，１０４が筒状の第２の保持部材１０５の中に組み付けられて、上部から押さえネジ環１０６，１０７によって押圧固定されている。

しかし、上記光学素子保持構造では、環境温度等の変化があると、光学素子や構成部品がそれぞれ温度によって形状変化するために、収差が変化することがある。特に、短波長の光源を用いる露光装置では、光学素子に石英や螢石のガラスを用いるが、これらの光学素子の材質とそれを保持する部材の材質では、熱膨張係数が異なる。そのため、それぞれが他から影響を受けることなく、自由に膨張、収縮することができず、結果的に環境温度等によって光学素子の光学面形状が大きく変化することとなる。このような温度に起因する変形が、光学系の収差に大きな影響を与える原因となっていた。

また、通常は複数の第２の保持部材１０５が軸方向に重ねて配置されるが、重ねて結合する際や、他の要因で外力を受けると、光学素子を保持する第１の保持部材１０３，１０４が押さえネジ環１０６，１０７等から外力を受ける。これにより光学素子の光学面形状が変化し、光学系の性能を劣化させる要因ともなっている。

これに対して、特許文献１では、環境温度変化や外力等により生じる光学素子の光学面形状の変化を低減させる光学素子保持構造が記載されている。

図７は、特許文献１を適用した光学素子保持構造を概念的に示したものである。

図７において、１１１は光学素子の１つであるレンズ、１１２はレンズ１１１を保持する第１の保持部材であり、レンズ１１１の材質と略同じ熱膨張係数を有する材質で構成されている。レンズ１１１は第１の保持部材１１２に対して接着により固定されている。

１１３は、レンズ１１１を同軸上に保持するための第２の保持部材であり、第１の保持部材１１２とは熱膨張係数の異なる材質で構成されている。第１の保持部材１１２の周辺部分は、複数箇所切り欠かれ、この部分に板状のばねを構成する弾性部材１１４が設けられている。この弾性部材１１４は、両端部が第１の保持部材１１２に結合され、中央部が第２の保持部材１１３に結合されている。このような保持構造によって、弾性部材１１４は光学素子に対し、径方向に低い弾性を有する構造となっている。

このような光学素子保持構造において、環境温度が変化すると、第１の保持部材１１２と第２の保持部材１１３とは熱膨張係数が異なるので、異なる膨張或いは収縮を起こすことになる。ここで、弾性部材１１４の板状のばねが曲げ変形することによって、熱膨張差を吸収し、第１の保持部材１１２が略自由に単純膨張或いは単純収縮となる変形を起こすことができる。

また、レンズ１１１と、その周囲の第１の保持部材１１２とはそれぞれ、略同じ熱膨張率であるから、レンズ１１１が単純膨張或いは単純収縮に近い形状変化となり、光学性能に有害な面形状の変化を抑えることができる。

また、第１の保持部材１１２は第２の保持部材１１３とは軸方向及び径方向において直接的には非接触であり、両者共、弾性部材１１４を介して保持される。このことは、第２の保持部材１１３への外力や自重による変形を、直接的に第１の保持部材１１２へは伝えず、第１の保持部材１１２の変形によるレンズ１１１の面形状の変化を抑える効果を生み出している。
特開２００１−３４３５７６号公報

しかしながら、上記特許文献１の光学素子保持構造では、第２の保持部材１１３が外径側より半径方向に押されて変形を受けたとき、光学素子１１１を保持する第１の保持部材１１２が偏心移動するという問題がある。

図８は、特許文献１の光学素子保持構造を光学素子の光軸方向より見た状態を示している。

図８において、１１１〜１１４は図７と同一の部材を示している。弾性部材１１４については、円周上に３ヶ所１２０°間隔に配置されているとし、図中右上の部材より反時計回りに１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃとする。また、図８のように、光学素子１１１の光軸上の任意の点を原点とし、光軸をｚ軸とした直交座標系ｘ−ｙ−ｚと、ｘ軸をθ＝０とした円筒座標系ｒ−θ−ｚを設定する。更に、弾性部材１１４の弾性定数のｒ−θ−ｚ座標系に関する成分を（Ｋｒ、Ｋθ，Ｋｚ）とし、３ヶ所の弾性部材１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃの弾性定数は同じとする。

ここで、図８の光学素子保持構造において、第２の保持部材１１３が、外力等の作用で、図示の破線のようにｙ方向に押しつぶされたような楕円形状に変形した場合を考える。

各弾性部材１１４ａ，１１４ｂ，１１４ｃの弾性定数のｙ方向の成分をＫｙとすると、１１４ｃはＫｙ＝Ｋｒであり、１１４ａ及び１１４ｂは共に、次式のようになる。

Ｋｙ＝Ｋｒ・ｓｉｎ３０°＋Ｋθ・ｃｏｓ３０°＝（１／２）Ｋｒ＋（√３／２）Ｋθ)
図８のｘ軸に対して、ｙ軸のプラス側にある弾性部材１１４ａ，１１４ｂの弾性定数のｙ方向成分を合計すると、Ｋｒ＋√３Ｋθとなり、ｙ軸のマイナス側にある弾性部材１１４ｃの弾性定数のｙ方向成分Ｋｒよりも大きい。特に、この光学素子保持構造では、前述のように、半径方向に低い弾性を有するような構造になっている、即ち、Ｋｒ＜Ｋθとなるように構成されているので、ｙ軸のプラス側とマイナス側の弾性部材１１４の弾性定数のｙ方向成分の差は大きい。従って、第２の保持部材１１３の変形により、弾性部材１１４は変形するが、第２の保持部材１１３の変形に起因する弾性部材の変形のｙ方向成分は、１１４ａ及び１１４ｂよりも１１４ｃの方が大きくなる。それにより、弾性部材１１４に結合された第１の保持部材１１２は、第２の保持部材１１３に対してｙ軸のマイナス方向に偏心移動する。それに伴って、第１の保持部材１１２に保持された光学素子１１１も偏心移動する。

以上のように、特許文献１の光学素子保持構造において、第２の保持部材１１３が外径側より半径方向に押されて変形を受けると、光学素子１１１が偏心移動し、該光学素子保持構造を含む光学系の光学性能が劣化するという問題が生じる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされ、その目的は、外力に起因する光学素子の偏心移動を低減し、収差変化が小さく、高い解像力が得られる光学素子保持構造を実現することである。

上記課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光学素子保持構造は、光学素子を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の外径側に位置し前記第１の保持部材を保持する第２の保持部材と、前記第２の保持部材の外径側に位置し前記第２の保持部材を保持する第３の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の径方向の間に位置し、内径側が前記第１の保持部材と結合し、外径側が前記第２の保持部材と結合し、径方向に弾性変形が可能な複数の第１の弾性部材と、前記第２の保持部材と前記第３の保持部材の径方向の間に位置し、内径側が前記第２の保持部材と結合し、外径側が前記第３の保持部材と結合し、径方向に弾性変形が可能な複数の第２の弾性部材と、を備え、前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材を前記光学素子の光軸を中心とする円周方向に配置し、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材の前記光学素子の光軸を中心とする円周方向の位相を互いにずらして配置している。

また、本発明の露光装置は、原版のパターンを照明する照明光学系と、前記原版からの光を前記基板に導き露光する投影光学系とを有する露光装置であって、前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくともいずれかは、上記光学素子保持構造を用いて光学素子が保持されている。

また、本発明のデバイス製造方法は、上記露光装置を用いて基板を露光するステップと、露光された前記基板を現像するステップと、を有する。

本発明によれば、外力に起因する光学素子の偏心移動を低減し、収差変化が小さく、高い解像力が得られる光学素子保持構造を実現できる。

以下に、添付図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

尚、以下に説明する実施の形態は、本発明を実現するための一例であり、本発明が適用される装置の構成や各種条件によって適宜修正又は変更されるべきものであり、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではない。

図１は、本発明に係る実施形態の光学素子保持構造を示す図であり、光学素子の中心より半分を示したものである。

図１において、１はレンズあるいはミラー等の光学素子であり、２は光学素子１を保持する第１の保持部材である。光学素子１は第１の保持部材２に接着により固定されている。３は第１の保持部材２の外周側に配置されたリング状の第２の保持部材であり、４は第２の保持部材３の外周側に配置されたリング状の第３の保持部材である。

第１の保持部材２の周辺部分は、複数箇所切り欠かれ、この部分に板状のばねを構成する弾性変形可能な第１の弾性部材５が設けられている。この第１の弾性部材５は、板の両端にて第１の保持部材２に結合され、中央部にて第２の保持部材３に結合されている。

図２は、図１に示す光学素子保持構造の一部であり、第１の保持部材２に第１の弾性部材５を取り付けた状態を示している。

図２に示すように、第１の弾性部材５は略等しい角度ピッチで第１の保持部材２の周囲に複数個設けられており、その内径側の両側５ａにて第１の保持部材２とはネジ結合される。また、第１の弾性部材５はその外径側の中央位置５ｂにて第２の保持部材３とネジ結合されている。

第２の保持部材３の周辺部分は、複数箇所が切り欠かれ、この部分に板状のばねを構成する弾性変形可能な第２の弾性部材６が設けられている。この第２の弾性部材６は、板の両端にて第２の保持部材３に結合され、中央部にて第３の保持部材４に結合されている。

図３は、第２の保持部材３に第２の弾性部材６が取り付く位置を示している。

図３に示すように、第２の弾性部材６は略等しい角度ピッチで第２の保持部材３の周囲に複数個設けられており、その内径側の両側６ａにて第２の保持部材３とはネジ結合される。また、第２の弾性部材６はその外径側の中央位置６ｂにて第３の保持部材４とネジ結合されている。

尚、第１の弾性部材５と第２の弾性部材６は同数であり、光学素子１の光軸中心に対して円周方向に第１の弾性部材５と第２の弾性部材６が交互に略等間隔で配置されている。

上述した光学素子保持構造において、第３の保持部材４が外径側より半径方向に押されて変形を受けた場合を想定する。

図４は、本実施形態の光学素子保持構造を光学素子１の光軸側より見た状態を示した図である。

図４において、第１の弾性部材５と第２の弾性部材６は共に、円周上に３箇所に略１２０°間隔で配置されているものとし、第１の弾性部材５と第２の弾性部材６はそれぞれ、光軸を中心として円周方向に位相が略６０°の間隔でずれて配置されいるものとする。また、光学素子１の光軸上の任意の点を原点とし、光軸をｚ軸とした直交座標系ｘ-ｙ-ｚを設定する。

図４において、第３の保持部材４が、外力等の作用で、図中の破線のようにｙ方向に押しつぶされたような楕円形状の変形をした場合、第３の保持部材４が変形すると、第２の弾性部材６が変形する。このとき、特許文献１の光学素子保持構造と同様に、図４のｘ軸に対して、ｙ軸のマイナス側にある第２の弾性部材６の弾性定数のｙ方向成分の合計が、ｙ軸のプラス側にある第２の弾性部材６の弾性定数のｙ方向成分よりも大きい。そのため、ｙ軸のプラス側にある第２の弾性部材６の変形のｙ方向成分が、ｙ軸のマイナス側にある第２の弾性部材６の変形のｙ方向成分よりも大きくなる。よって、第２の弾性部材６と連結された第２の保持部材３は、第３の保持部材４に対して、ｙ軸のプラス方向に偏心移動する。

次に、第２の保持部材３は、第２の弾性部材６の変形のｙ方向成分の差によって偏心移動すると共に、第２の弾性部材６よりｙ方向に押しつぶされる力を受ける。第２の保持部材３は中空のリング状をしており、内径側に光学素子１を保持した第１の保持部材２と比較してｘ，ｙ方向の剛性が低い。従って、第２の保持部材３は、第２の弾性部材６からの力により、ｙ方向に押しつぶされたような形状に変形する。

第２の保持部材３が変形すると、第１の弾性部材５が変形する。このとき、前述の特許文献１の光学素子保持構造と同様に、図４のｘ軸に対して、ｙ軸のプラス側にある第１の弾性部材５の弾性定数のｙ方向成分の合計が、ｙ軸のマイナス側にある第１の弾性部材５の弾性定数のｙ方向成分よりも大きい。そのため、ｙ軸のマイナス側にある第１の弾性部材５の変形のｙ方向成分が、ｙ軸のプラス側にある第１の弾性部材５の変形のｙ方向成分よりも大きくなる。よって、第１の弾性部材５と連結された第１の保持部材２は、第２の保持部材３に対して、ｙ軸のマイナス方向に偏心移動する。

こうして、第３の保持部材４がｙ方向に押されて変形を受けると、第２の保持部材３は第３の保持部材４に対してｙ軸のプラス方向に偏心移動し、第１の保持部材２は第２の保持部材３に対してｙ軸のマイナス方向に偏心移動することになる。第２の保持部材３の移動方向と第１の保持部材２の移動方向は逆向きであるので、互いに相殺するように作用し、第１の保持部材２が第３の保持部材４に対して偏心移動する量は、特許文献１の光学素子保持構造よりも小さくなる。更に、第１の保持部材２に保持された光学素子１の偏心移動量も低減される。

以上のように、本実施形態の光学素子保持構造によると、第３の保持部材４が半径方向の変形を受けた場合に起こる光学素子１の偏心移動を低減することができる。

更に、本実施形態の光学素子保持構造により光学素子が保持された光学系が半径方向の変形を受けたとき、光学素子が偏心移動することによる光学性能の劣化の起こり難い光学系を得ることができる。

［露光装置］
図５は、本発明に係る実施形態の光学素子保持構造を適用した露光装置を模式的に示す図である。

図５において、レチクルステージ５１に搭載されたレチクル５０に照明光学系５４から露光用の照明光が照射される。レチクル５０のパターンは、露光装置のフレーム５６に搭載されている投影光学系５２によって、ウエハステージ５３に搭載されたウエハ５５上に投影され、ウエハ５５上の感光剤に転写する。高精度の半導体製品を得るには、投影光学系５２には、高い解像性能が必要である。

従って、投影光学系５２の光学素子を本実施形態の光学素子保持構造により保持することで、投影光学系５２がフレーム５６からの外力等により変形した場合であっても、光学素子の偏心移動による光学性能の劣化が起こり難く、高性能な露光装置となる。

尚、上記投影光学系の他、照明光学系にも適用できることは言うまでもない。

外力による変形に起因する光学素子の偏心移動による光学性能の劣化の起こり難く、高性能な露光装置を実現することができ、高品質な半導体デバイスの製造が可能となる。

［デバイス製造方法］
次に、本実施形態の露光装置を利用した半導体デバイスの製造プロセスについて説明する。

図９は半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップ２（レチクル作製）では設計した回路パターンに基づいてレチクルを作製する。一方、ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、上記のマスクとウエハを用いて、上述の露光装置によりリソグラフィー技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。次のステップＳ５（組み立て）は後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）ではステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、ステップＳ７でこれを出荷する。

上記ステップＳ４のウエハプロセスは以下のステップを有する。すなわち、ウエハの表面を酸化させる酸化ステップ、ウエハ表面に絶縁膜を成膜するＣＶＤステップ、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する電極形成ステップ、ウエハにイオンを打ち込むイオン打ち込みステップを有する。また、ウエハに感光剤を塗布するレジスト処理ステップ、上記の露光装置によってレジスト処理ステップ後のウエハに潜像パターンを形成する露光ステップ、露光ステップで露光したウエハを現像する現像ステップを有する。更に、現像ステップで現像した潜像パターン以外の部分を削り取るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト剥離ステップを有する。これらのステップを繰り返し行うことによって、ウエハ上に多重に回路パターンを形成する。

本発明に係る実施形態の光学素子保持構造を示す図である。 図１に示す光学素子保持構造の一部を示す図である。 図１に示す光学素子保持構造の一部を示す図である。 本実施形態の光学素子保持構造を光学素子の光軸側から見た図である。 本発明に係る実施形態の光学素子保持構造を適用した露光装置を示す図である。 従来の光学素子保持構造を示す図である。 特許文献１の光学素子保持構造を示す図である。 特許文献１の光学素子保持構造を光学素子の光軸側から見た図である。 半導体デバイスの全体的な製造プロセスのフローを示す図である。より見た図

符号の説明

１ 光学素子
２ 第１の保持部材
３ 第２の保持部材
４ 第３の保持部材
５ 第１の弾性部材
６ 第２の弾性部材
５０ レチクル
５１ レチクルステージ
５２ 投影光学系
５３ ウエハステージ
５４ 照明光学系
５５ ウエハ
５６ 露光装置のフレーム

Claims (7)

1. 光学素子を保持する第１の保持部材と、前記第１の保持部材の外径側に位置し前記第１の保持部材を保持する第２の保持部材と、前記第２の保持部材の外径側に位置し前記第２の保持部材を保持する第３の保持部材と、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材の径方向の間に位置し、内径側が前記第１の保持部材と結合し、外径側が前記第２の保持部材と結合し、径方向に弾性変形が可能な複数の第１の弾性部材と、前記第２の保持部材と前記第３の保持部材の径方向の間に位置し、内径側が前記第２の保持部材と結合し、外径側が前記第３の保持部材と結合し、径方向に弾性変形が可能な複数の第２の弾性部材と、を備え、
   前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材を前記光学素子の光軸を中心とする円周方向に配置し、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材の前記光学素子の光軸を中心とする円周方向の位相を互いにずらして配置していることを特徴とする光学素子保持構造。
2. 前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材が同じ数だけ設けられ、前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材が、前記光学素子の光軸を中心とする円周方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光学素子保持構造。
3. 前記第１の弾性部材と前記第２の弾性部材の少なくともいずれかが、前記光学素子の光軸を中心とする円周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子保持構造。
4. 前記第１の弾性部材及び前記第２の弾性部材のいずれもが、前記光学素子の光軸を中心とする円周方向に等間隔で配置されていることを特徴とする請求項２に記載の光学素子保持構造。
5. 前記第２の弾性部材が、隣り合う２つの前記第１の弾性部材の間の中央に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の光学素子保持構造。
6. 原版のパターンを照明する照明光学系と、前記原版からの光を前記基板に導き露光する投影光学系とを有する露光装置であって、
   前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくともいずれかは、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子保持構造を用いて光学素子が保持されていることを特徴とする露光装置。
7. 請求項６に記載の露光装置を用いて基板を露光するステップと、
   露光された前記基板を現像するステップと、を有することを特徴とするデバイス製造方法。

Images