JP2009094220A - 光学素子保持装置、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
露光装置の性能低下を小さくできる光学素子保持装置を提供する。
【解決手段】
光学素子を保持する保持装置であって、前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整するための手動用つまみを有する調整手段と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、原版の回路パターンを基板に投影転写する露光装置の光学素子を保持する光学素子保持装置、露光装置およびそのデバイス製造方法に関するものである。

原版の回路パターンを基板に投影転写する投影露光装置では、各種の波長帯域の光を露光ビームとして基板上に照射する。
露光ビームには、ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）などが用いられている。
光源から放射された露光ビームは、レチクル（マスク）を照明する照明光学系、及びレチクルに形成された微細パターンを、半導体ウェハ基板などの基板上に結像させる投影光学系（投影レンズ）により、微細パターンを感光基板上に露光転写する。
近年の電子機器の小型化及び薄型化への要請を実現するためには、電子機器に搭載されるデバイスを高集積化する必要があり、転写される回路パターンの微細化、即ち、高解像度化がますます要求されている。
高解像度を得るためには、光源の波長を短くすること、及び、投影光学系の開口数（ＮＡ）を上げることが有効であり、同時に投影光学系の収差を極めて小さく抑えなくてはならない。
この投影露光装置において、高いＮＡ下でも高いコントラストを維持するには像のコントラストを高める特性が有るＳ偏光の活用が重要となり、偏光状態を管理してＳ偏光を維持できる光学系が必要となる。
Ｓ偏光を維持するためには、光学素子の複屈折性を管理しなければならない。
光学素子の複屈折性には、光学素子の硝材そのものがもつ複屈折と、光学素子の保持力により生じる応力複屈折がある。
光学素子の硝材そのものが持つ複屈折に関しては硝材の選別で、ある程度の数値に抑えることが出来る。
しかし、光学素子の保持力により生じる応力複屈折に関しては、光学素子を保持する光学素子保持装置の見直しが必要である。

図９の断面図を参照して、従来例の光学素子保持装置を説明する。
レンズ鏡筒４１はレンズ１を保持し、リング状の押え環４２はレンズ１を固定し、ネジ部４１-１にねじこみ、レンズ１をレンズ鏡筒４１に固定する。
この従来例においては、レンズ１は一つの保持力でしか保持できない。
また、特開２００５−２６６１４６号公報（特許文献１）にて、光学素子であるレンズをバネで３点で保持する光学素子保持装置が提案されている。
特開２００５−２６６１４６号公報

図９および特許文献１の従来例の光学素子保持装置は、光学素子の保持力により生じる応力複屈折の発生を抑える構造ではなく、投影露光装置の運搬時に生じる振動および衝撃に耐えることのみを重視していた。
応力複屈折の発生を最小にして高解像度のパターンを得る状態を維持するためには光学素子の保持力を減らす必要がある。
しかし、光学素子の保持力を減らしたまま露光装置の運搬を行うと、露光装置の運搬時の振動および衝撃で光学素子の位置ずれが発生し、露光装置の性能を低下させる。 このため、専用の除振装置を搭載した運搬装置が必要となり、運搬コストが高くなる。
また、光学素子の保持力を減らしたままでは、メンテナンス時の衝撃、地震等の振動を受け、光学素子の位置ずれを生じ、露光装置の性能を低下させる。
そこで、本発明は、露光装置の性能低下を小さくできる光学素子保持装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明の光学素子保持装置は、光学素子を保持する光学素子保持装置であって、前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整するための手動用つまみを有する調整手段と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の光学素子保持装置は、光学素子を保持する光学素子保持装置であって、前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を検出する検出手段と、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。

さらに、本発明の光学素子保持装置は、光学素子を保持する光学素子保持装置であって、前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、地震計と、前記地震計の計測結果に基づいて、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、露光装置の性能低下を小さくできる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例を説明する。

図1および図２の断面図を参照して、本発明の実施例１の光学素子保持装置を説明する。
本発明の実施例の光学素子保持装置を有する露光装置は、原版のパターンを基板上に露光する装置である。
さらに、原版を照明する照明系、および、原版のパターンを基板上に投影する投影光学系のうち少なくとも１つは、本発明の実施例の光学素子保持装置により保持された光学素子を含む。
図１は、露光装置の運用状態における本実施例１の光学素子保持装置を示し、光学素子であるレンズ１を保持することにより生じる応力複屈折の発生を最小にして高解像度のパターンを得る状態を示す。
本実施例１は、光学素子であるレンズ１を保持する保持装置で、鏡筒であるレンズ鏡筒２は、光学素子であるレンズ１の第１面である下面に当接して光学素子であるレンズ１を支持する手段である。ここで、光学素子は、ミラーの場合もある。
当接部材であるリング状の押え環３は、光学素子であるレンズ１の第１面の下面とは反対側の第２面である上面に当接する。
押え部材であるリング状のばね押え５は、レンズ鏡筒２に対して光学素子であるレンズ１の光軸方向に移動可能に設けられる。
弾性部材である圧縮ばね４は、当接部材であるリング状の押え環３と押え部材であるリング状のばね押え５の間に配置され、押え部材であるリング状のばね押え５に対して当接部材である押え環３を光学素子側であるレンズ１側へ押圧する。
レンズ鏡筒２はレンズ１を保持する手段である。リング状の押え環３はレンズ１を押し付ける部材である。
リング状の押え環３は、圧縮ばね４を円周上に配置するための凹部３ａを圧縮ばね４の数に対応して有する。
圧縮ばね４は、押え環３がレンズ１をレンズ鏡筒２に押し付ける時に必要な保持力を発生させ、リング状の押え環３上に複数個配置される。
リング状のばね押え５は、圧縮ばね４を受ける凹部５ａをばねの数に対応して有する。
押え環３及びばね押え５は、レンズ鏡筒２の中で回転しないようにキーとキー溝等（図示無し）によって回転防止機構を設けている。
回転金物６は、ばね押え５をレンズ１側に押し付けて圧縮ばね４を押しつぶすことによりレンズ１を保持する力を発生させ、レンズ鏡筒２の外周に加工されたネジ部２−１にねじ込まれる。

さらに、レンズ鏡筒２に対する押え部材であるばね押え５の位置を調整するための手動用つまみ９を有する調整手段を備える。
さらに、レンズ鏡筒２に対する押え部材であるばね押え５の位置を検出する検出手段であるセンサー１０を有し、検出手段であるセンサー１０の検出結果に基づいて、レンズ鏡筒２に対する押え部材であるばね押え５の位置を調整する調整手段を備える。
さらに、地震計２２と、地震計２２の計測結果に基づいて、レンズ鏡筒２に対する押え部材であるばね押え５の位置を調整する調整手段を備える。
センサー１０は、回転金物６の高さ位置を測定するセンサーで、回転金物６との距離Ａを測定して、圧縮ばね４のつぶし量を変化させる。
これにより、露光装置の運用時に必要なレンズ１を保持する力でレンズ１を保持し、レンズ１を保持することにより生じる応力複屈折を最小な値にする。
モーター７は、ギヤ８を介して回転金物６を駆動する。
つまみ９はギヤ８に直結され、モーター７を回転させる電力が供給できない状態でも 手動によりギヤ８を回転させることができる。
制御装置２１は、センサー１０から出力される信号によりモーター７を制御し、駆動する。
センサー１０は、リニアエンコーダーを内蔵した接触式変位センサー、静電容量変化を測定原理に使った静電容量式センサー、電磁誘導によるインピーダンスの変化を測定原理に使った渦電流式センサー等から成る。
さらに、センサー１０は、三角測距方式を測定原理に使った光学式変位センサー、超音波の反射時間の変化を測定原理に使った超音波式センサー等から成り、必要な測定精度、設置スペース、コストなどから最適なセンサーを選択する。

図２は、露光装置の運用時ではなく、衝撃がかかるメンテナンス時、露光装置の運搬時、または、地震発生時の本実施例１の光学素子保持装置を示し、衝撃でレンズ１がずれて光学性能を低下させないように、レンズ１を保持する力を強くした状態を示す。
センサー１０の出力値から制御装置２１によりモーター７を制御し、駆動して回転金物６を回転させ、センサー１０と回転金物６の距離をＡからＡ’に変化させる。
これにより、圧縮ばね４を縮めレンズ１の保持力を増加させる。
衝撃がかかるようなメンテナンス時、露光装置の運搬時または地震発生時に振動や衝撃などによりレンズ１がずれることを下記の方法により防止する。
（１）モーター７への通電が止まった場合、センサー１０の値を読みながら、センサー１０と回転金物６との距離が距離Ａ’になるよう、ギヤ８に直結したつまみ９を手動で回転させる。
この手動よる方法の場合、投影露光装置において、本実施例１の光学素子保持装置一つ毎の作業が必要となる。
（２）センサー１０の値を読みながら、回転金物６とセンサー１０との距離が距離Ａ’になるように自動的に制御装置２１でモーター７を制御し、駆動させる。
この自動による方法の場合は露光装置に設けられる複数のレンズ保持装置を一度に駆動してレンズ１を保持することが可能である。
（３）露光装置の運用中に地震が生じた場合、地震のＰ波の発生検知から地震のＳ波到達までの時間差は数秒から数十秒あり、地震災害の大半は、Ｓ波到達以降に集中する。
そこで、地震計２２により地震のＰ波を検知してＳ波の到達前に制御装置２１によりモーター７を駆動してレンズ１の保持力を強くする。
このため、地震の振動によるレンズ１の移動を防ぎ、露光装置の性能の低下を防止する。

以上の図１、図２の本実施例１により、露光装置の運用時のレンズ１の保持力は、露光装置の運用時のみに受ける微振動でレンズ１が移動しない必要最小限の荷重で保持する。
このため、露光装置の運用時にはレンズ１の保持により生じる応力複屈折の発生を最小にして高解像度のパターンを得ることができる。
また、露光装置の運搬時のレンズ１の保持力は、露光装置の運搬時に生じる振動に対してレンズ１が移動しない強固な保持力に切り替えるため、特殊な除振装置付き搬送装置を使用する必要がなく、搬送コストを削減できる。
また、衝撃がかかるメンテナンス時には事前にメンテナンスでかかる衝撃に対してレンズ１が移動しない強固な保持力に切り替え、メンテナンスでかかる衝撃によるレンズ１の移動を防止し、露光装置の解像性能の低下を防止する。
さらに、露光装置の運用中は地震による揺れを常時監視し、異常振動を検知した場合は即座にレンズ１の保持力を強固な保持力に切り替え、地震による揺れによるレンズ１の移動を防止し、露光装置の解像性能の低下を防止する。
この結果、像のコントラストを高める特性を有するＳ偏光を維持する。

次に、図３を参照して、本発明の実施例２の光学素子保持装置を説明する。
本実施例２の光学素子保持装置は、図１の本実施例１に、さらに、露光装置の運搬時に、押え部材であるばね押え５を押し付ける光学素子保護部材である保護カバー３１、押し付けピン３２および保護カバー取り付けネジ３３を取り付ける。
これにより、センサー１０と回転金物６の距離を距離Ａから距離Ａ’に変化させ、圧縮ばね４を縮めレンズ１の保持力を増加させる。
保護カバー３１をレンズ鏡筒２に保護カバー取り付けネジ３３で固定する。
保護カバー３１は、ばね押え５を押し付けるための押し付けピン３２を有する。
押し付けピン３２は回転金物６に設けられた円弧状開口部６-１を通過してばね押え５を押し付ける。
保護カバー取り付けネジ３３は保護カバー３１の円周上に設けられた複数個の穴を利用して保護カバー３１をレンズ鏡筒２に固定する。

図４を参照して、本発明の実施例３を説明する。
本実施例３は、光学素子であるレンズ１と当接部材である弾性部材用押え環１２との間に弾性部材１１を介在させる。
弾性部材用押え環１２とレンズ１の接触する部分に紫外線に強い弾性部材１１を介在し、弾性部材用押え環１２とレンズ１の接触する部分を面接触にし、圧縮ばね４による荷重がかかった場合、単位面積当りの荷重を低減する。
これにより、図１、図２の本実施例１における線接触より、応力複屈折の発生をさらに低減する。

図５を参照して、本発明の実施例４を説明する。
本実施例４は、光学素子であるレンズ１と当接部材であるＲ付押え環１４との間を面接触させ、光学素子であるレンズ１とＲ付レンズ鏡筒１３との間を面接触させる。
Ｒ付レンズ鏡筒１３と、レンズ1のＲと同じ形状のレンズ受け部１３-１を有する。
さらに、Ｒ付押え環１４と、レンズ１のＲと同じ形状のレンズ受け部１４-１を有する。
Ｒ付レンズ鏡筒１３及びＲ付押え環１４と、レンズ受け部１３-１およびレンズ受け部１４-１とが幅を有して面接触し、圧縮ばね４による荷重がかかった場合、単位面積当りの荷重を低減する。
これにより、図１、図２の本実施例１における線接触より、応力複屈折の発生をさらに低減する。

図６を参照して、本発明の実施例５を説明する。
本実施例５は、光学素子であるレンズ１と当接部材である弾性部材用押え環１２との間に弾性部材１１を介在させ、光学素子であるレンズ１とＲ付レンズ鏡筒１３との間を面接触させる。
弾性部材用押え環１２とレンズ１の接触する部分に紫外線に強い弾性部材１１を介在し、弾性部材用押え環１２とレンズ１の接触する部分を面接触にし、圧縮ばね４による荷重がかかった場合、単位面積当りの荷重を低減する。
Ｒ付レンズ鏡筒１３と、レンズ１のＲと同じ形状のレンズ受け部１３-１を有する。
Ｒ付レンズ鏡筒１３と、レンズ受け部１３-１とが幅を有して面接触し、圧縮ばね４による荷重がかかった場合、単位面積当りの荷重を低減する。
この面接触により、圧縮ばね４による荷重がかかった場合、単位面積当りの荷重を低減し、図１、図２の本実施例１における線接触より、応力複屈折の発生をさらに低減する。

次に、図７及び図８を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。
図７は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。
露光装置を用いてウェハを露光する工程と、前記ウェハを現像する工程とを備え、具体的には、以下の工程から成る。
ステップ１（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（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。
ステップ３（ウェハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウェハを製造する。
ステップ４（ウェハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウェハ上に実際の回路を形成する。
ステップ５（組立）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作製されたウェ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６（検査）では、ステップ５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、それが出荷（ステップ７）される。

図８は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
ステップ１１（酸化）では、ウェハの表面を酸化させる。
ステップ１２（ＣＶＤ）では、ウェハの表面に絶縁膜を形成する。
ステップ１３（電極形成）では、ウェハに電極を形成する。
ステップ１４（イオン打込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。
ステップ１５（レジスト処理）では、ウェハに感光剤を塗布する。
ステップ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。
ステップ１７（現像）では、露光したウェハを現像する。
ステップ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。
ステップ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
これらのステップを繰り返し行うことによってウェハ上に多重に回路パターンが形成される。

露光装置の運用状態における本発明の実施例１の光学素子保持装置の構成図である。 露光装置の運用時ではない状態の本発明の実施例１の光学素子保持装置の構成図である。 本発明の実施例２の光学素子保持装置の構成図である。 本発明の実施例３の光学素子保持装置の構成図である。 本発明の実施例４の光学素子保持装置の構成図である。 本発明の実施例５の光学素子保持装置の構成図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図７に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 従来例の光学素子保持装置の構成図である

符号の説明

１ レンズ ２ レンズ鏡筒 ２−１ ネジ部
３ 押え環 ４ 圧縮ばね ５ ばね押え
６ 回転金物 ６−１開口部
７ モーター ８ ギヤ
９ つまみ １０ センサー
１１ 弾性部材 １２ 弾性部材用押え環
１３ Ｒ付レンズ鏡筒 １３−１レンズ受け部
１４ Ｒ付押え環 １４−１レンズ受け部
２１ 制御装置 ２２ 地震計
３１ 保護カバー ３２ 押し付けピン
３３ 保護カバー取り付けネジ
４１ 従来構造のレンズ鏡筒
４１−１ ネジ部
４２ 従来構造の押え環

Claims (10)

1. 光学素子を保持する光学素子保持装置であって、
   前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、
   前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、
   前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、
   前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、
   前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整するための手動用つまみを有する調整手段と、を備えることを特徴とする光学素子保持装置。
2. 光学素子を保持する光学素子保持装置であって、
   前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、
   前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、
   前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、
   前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、
   前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を検出する検出手段と、
   前記検出手段の検出結果に基づいて、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする光学素子保持装置。
3. 光学素子を保持する光学素子保持装置であって、
   前記光学素子の第１面に当接して前記光学素子を支持する鏡筒と、
   前記光学素子の前記第１面とは反対側の第２面に当接する当接部材と、
   前記鏡筒に対して前記光学素子の光軸方向に移動可能な押え部材と、
   前記当接部材と前記押え部材の間に配置され、前記押え部材に対して前記当接部材を前記光学素子側へ押圧する弾性部材と、
   地震計と、
   前記地震計の計測結果に基づいて、前記鏡筒に対する前記押え部材の位置を調整する調整手段と、を備えることを特徴とする光学素子保持装置。
4. 前記押え部材を押し付ける光学素子保護部材を有すること特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の光学素子保持装置。
5. 前記光学素子と前記当接部材との間に弾性部材を介在させる請求項１から４のいずれかに記載の光学素子保持装置。
6. 前記光学素子と前記当接部材との間を面接触させる請求項１から４のいずれかに記載の光学素子保持装置。
7. 前記光学素子と前記鏡筒との間を面接触させる請求項１から４のいずれかに記載の光学素子保持装置。
8. 前記光学素子は、レンズ、または、ミラーであること特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の光学素子保持装置。
9. 原版のパターンを基板上に露光する露光装置であって、
   前記原版を照明する照明系、および、前記原版のパターンを前記基板上に投影する投影光学系のうち少なくとも１つは、請求項１から８のいずれかに記載の光学素子保持装置により保持された光学素子を含むことを特徴とする露光装置。
10. デバイスを製造するデバイス製造方法であって、請求項９記載の露光装置を用いて、
    原版のパターンを基板上に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、を備えるデバイス製造方法。
    
    

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