JP2010021535A - 変形機構、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

変形機構、露光装置およびデバイス製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】透過型の光学素子の変形時に発生する複屈折による光学性能の低下を抑制する。
【解決手段】透過型の光学素子を変形させる変形機構は、回転部材と、トルク発生部と、保持ベースと、前記保持ベースと前記トルク発生部とを連結する弾性部材とを備え、前記回転部材は、前記光学素子を保持し、前記回転部材が前記光学素子を保持する位置における前記光学素子の外周の接線に平行な軸のまわりで回転することによって前記光学素子を変形させ、前記トルク発生部は、前記回転部材を前記軸の周りで回転させるためのトルクを発生する。
【選択図】図２

Description

本発明は、透過型の光学素子を変形させる変形機構、該変形機構を備える露光装置、および、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
従来、露光装置の投影光学系における非回転対称な軸上収差を補正する機構として、投影光学系に含まれる透過型の光学素子を変形させることにより投影光学系の全体の収差を補正する変形機構がある。
特許文献１、２には、透過型の光学素子の対向する２箇所に対して並進力、又は、並進力及びトルクを加えて、該光学素子を変形させる変形機構が開示されている。
特表２００２−５１９８４３号公報 特開２０００−１９５７８８号公報
透過型の光学素子を変形させる従来の変形機構では、該光学素子を変形させる際に該光学素子の光通過領域に並進力が伝達され、それによって複屈折が発生し、光学性能が悪化する。
本発明は、透過型の光学素子の変形時に発生する複屈折による光学性能の低下を抑制する。
本発明の１つの側面は、透過型の光学素子を変形させる変形機構に係り、前記変形機構は、回転部材と、トルク発生部と、保持ベースと、前記保持ベースと前記トルク発生部とを連結する弾性部材とを備え、前記回転部材は、前記光学素子を保持し、前記回転部材が前記光学素子を保持する位置における前記光学素子の外周の接線に平行な軸のまわりで回転することによって前記光学素子を変形させ、前記トルク発生部は、前記回転部材を前記軸の周りで回転させるためのトルクを発生する。
本発明によれば、透過型の光学素子の変形時に発生する複屈折による光学性能の低下を抑制することができる。
本発明の好適な実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施形態の変形機構の構成を概略的に示す図である。 平行リンクの周辺を示す図である。 回転部材およびその周辺の断面図である。 回転部材とレンズの断面図である。 本発明の好適な実施形態の変形機構の構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施形態の変形機構の構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施形態の変形機構の構成を概略的に示す図である。 本発明の好適な実施形態の変形機構の構成を概略的に示す図である。 本発明を適用できる収差補正方法の一例を表すフローチャートである。
以下、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明する。
図１は、本発明の好適な実施形態の露光装置の構成を概略的に示す図である。本発明の好適な実施形態の露光装置ＥＸＰは、光源１０１、照明光学系１０２、原版ステージ１０３、投影光学系１０４、基板ステージ１０５、測定器１０６および制御器１０７を備える。
照明光学系１０２は、光源１０１が発生する光を用いて原版ステージ（レチクルステージ）１０３に保持された原版（レチクル）Ｍを照明する。投影光学系１０４は、少なくとも１つの透過型の光学素子を含む。透過型の光学素子は、典型的にはレンズであるが、第１面と第２面とが平行な平板ガラス等のような平板光学素子も透過型の光学素子である。投影光学系１０４は、原版Ｍのパターンを基板ステージ１０５に保持された基板Ｐに投影する。投影光学系１０４は、少なくとも１つの透過型の光学素子の他に反射型の光学素子（ミラー）を含んでもよい。基板Ｐは、例えば、ウエハまたはガラスプレートでありうる。
透過型の光学素子を変形させる変形機構１０８は、典型的には投影光学系１０４の一部として構成される。変形機構１０８は、投影光学系１０４を構成する透過型の光学素子を制御器１０７からの指令に応じて変形させる。測定器１０６は、基板Ｐ上に形成される光学像を評価することにより投影光学系１０４の収差を測定し、その測定結果を制御器１０７に伝達する。制御器１０７は、測定器１０６から伝達された測定結果に基づいて、投影光学系１０４の収差が低減されるように変形機構１０８に対する指令を決定し、その指令を変形機構１０８に伝達する。
図２は、本発明の好適な実施形態の変形機構１０８の構成を概略的に示す図である。変形機構１０８は、例えば、透過型の光学素子としてのレンズ２０１、回転部材２０２、ピエゾアクチュエータ等のアクチュエータ２０３、半球部材２０４、光学素子の支持体としての鏡筒２０５、レンズ保持部材２０６、静電容量センサ２１１を有しうる。
鏡筒２０５は、保持ベース２０７、トルク発生部ベース（ベース部材）２０８、及び、弾性部材としての平行リンク２０９を含んで構成されうる。静電容量センサ２１１は、ターゲット側センサ２１２およびプローブ側センサ２１３を含んで構成されうる。
図２に示す例では、アクチュエータ２０３、半球部材２０４およびトルク発生部ベース（ベース部材）２０８により、回転部材２０２をレンズ２０１の周方向まわりで回転させるためのトルクを発生するトルク発生部２５０が構成される。回転部材２０２は、レンズ２０１を保持しつつレンズ２０１の周方向まわりでトルク発生部２５０によって駆動されて回転するように構成される。換言すると、回転部材２０２は、レンズ２０１を保持し、回転部材２０２がレンズ２０１を保持する位置におけるレンズ２０１の外周の接線に平行な軸のまわりでトルク発生部２５０によって駆動されて回転するように構成される。このような回転部材２０２の回転によってレンズ２０１が変形する。
レンズ２０１は、その周上の対向する２箇所で２つのレンズ保持部材２０６によって保持されている。レンズ保持部材２０６は、保持ベース２０７によって保持されている。レンズ２０１はまた、その周上の対向する２箇所で２つの回転部材２０２によって保持されている。ここで、２つのレンズ保持部材２０６を結ぶ第１の線の方向（対向方向）と２つの回転部材２０２を結ぶ第２の線の方向（対向方向）とは、互いに直交する。回転部材２０２およびその周辺の構成は、前記第２の線に対して対称である。
回転部材２０２は、アクチュエータ２０３および半球部材２０４とそれぞれ接触し、アクチュエータ２０３および半球部材２０４によって支持され、或いは、姿勢が決定される。両接触部において、回転部材２０２は、円錐状の凹形状を有し、アクチュエータ２０３及び半球部材２０４は半球状の凸形状を有す。また、両接触部は、レンズ２０１の径方向における位置が互いに異なる。つまり、回転部材２０２は、レンズ２０１の径方向の第１位置において半球部材２０４を介してトルク発生部ベース（ベース部材）によって支持されるとともに、該径方向の第２位置においてアクチュエータ２０３によって支持されている。そして、回転部材２０２には、該第２位置においてアクチュエータ２０３によって光軸方向に沿った力が印加される。
アクチュエータ２０３および半球部材２０４は、トルク発生部ベース２０８によって保持されている。トルク発生部ベース２０８は、弾性部材としての平行リンク２０９を介して保持ベース２０７に連結されている。
ターゲット側センサ２１２はトルク発生部ベース２０８に固定され、プローブ側センサ２１３は保持ベース２０７に固定されている。ターゲット側センサ２１２の表面に形成された電極とプローブ側センサ２１３は保持ベース２０７の表面に形成された電極とは、互いに向かい合っている。ターゲット側センサ２１２とプローブ側センサ２１３は、不図示の電気ケーブルを介してそれぞれ制御器１０７に接続されている。アクチュエータ２０３もまた、不図示の他の電気ケーブルを介して制御器１０７に接続されている。図２における矢印２１０は、レンズ２０１の光軸方向を示している。
図３は、平行リンク２０９の周辺を示す図である。図３および他の図において、光軸方向は、レンズ２０１の光軸方向を示し、径方向はレンズ２０１の光軸を中心とする半径方向を示し、周方向はレンズ２０１の光軸を中心とする円の周に沿った方向を示す。平行リンク２０９は、レンズ２０１の光軸方向に沿ってトルク発生部２５０が移動することを許容しつつ保持ベース２０７とトルク発生部２５０（トルク発生部ベース２０８）とを連結する。平行リンク２０９は、例えば、レンズ２０１の光軸方向に直交する面に対して平行な２つの板部２０９ａを有し、その光軸方向の剛性は、他方向の剛性に比べて低い。ここで、他方向は、例えば、周方向まわりの方向、つまり、回転部材２０２がレンズ２０１を保持する位置におけるレンズ２０１の外周の接線に平行な軸のまわりの方向を含む。板部２０９ａは、板ばねとして機能する。
図２に戻って、変形機構１０８は、レンズ２０１をその周上の２箇所で２つのレンズ保持部材２０６によって保持し、レンズ２０１をその周上の２箇所で２つの回転部材２０２によって保持している。ただし、レンズ保持部材２０６は必ずしも必要ではない。２つの回転部材２０２によってレンズ２０１の２箇所に対して周方向まわりで互いに逆方向のトルクを印加することにより、変形機構１０８は、レンズ２０１に２回回転対称の変形を起こさせる。この変形の際に、レンズ２０１の周上における２つの回転部材２０２によって保持された２箇所が光軸方向に変位する。しかしながら、この変形の際に、レンズ２０１には、その自重を支持するため並進力以外には、並進力が作用しない。換言すると、変形の前後（すなわち、トルク発生部２５０が発生するトルクの変更の前後）において、回転部材２０２を介してレンズ２０１に印加される並進力は変化しない。
図４は、回転部材２０２およびその周辺の断面図である。図４を参照しながらレンズ２０１にトルクを印加する方法を説明する。ここでは、アクチュエータ２０３がピエゾアクチュエータであるものとして説明するが、アクチュエータ２０３は他の方式のアクチュエータであってもよい。
アクチュエータ２０３は、伸長する際に、その一端の半球部２０３ａによって回転部材２０２に対して並進力３０１を印加し、同時にその反力として、他端によってトルク発生部ベース２０８に対して並進力３０２を印加する。この時、並進力３０１を受けた回転部材２０２は、並進力３０１にほぼ等しい方向及び大きさを持つ並進力３０３を半球部材２０４を介してトルク発生部ベース２０８に印加し、同時にその反力として、半球部材２０４から並進力３０４を受ける。以上の並進力３０１、３０２、３０３、３０４により、回転部材２０２及びトルク発生部ベース２０８は、アクチュエータ２０３及び半球部材２０４を介して、互いにレンズ２０１の周方向まわりのトルクを加え合う。回転部材２０２がレンズ２０１に印加するトルクによってレンズ２０１が変形する。２つの回転部材２０２がレンズ２０１に印加するトルクは逆向きであるので、レンズ２０１の変形は２回回転対称となる。
ここで、レンズ２０１の変形量は、回転部材２０２に結合されているレンズ２０１のトルク剛性とトルク発生部ベース２０８に結合されている平行リンク２０９（図５参照）のトルク剛性との比によって決まる。平行リンク２０９のトルク剛性が小さいほど、回転部材２０２に加わるトルクが大きくなり、それによってレンズ２０１の変形は大きくなる。
アクチュエータ２０３の伸長によってレンズ２０１が変形する際、回転部材２０２によって保持されている箇所は、図４の下方向に変位しようとする。光軸方向における平行リンク２０９の剛性を十分に低くすることにより、レンズ２０１の当該変形が妨げられることを抑制することができる。また、平行リンク２０９の光軸方向における剛性を十分に低くすることにより、当該変形の前後におけるレンズ２０１に印加される力の変化は、レンズ２０１の周方向まわりのトルクについてのみ生じ、並進力についてはほぼゼロになる。
図５は、回転部材２０２とレンズ２０１の断面図である。図５には、レンズ２０１を通過する光線４０１、４０２と、各光線４０１、４０２の光路においてレンズ２０１の変形の際に発生する応力分布４０３および４０４とが示されている。前述のように、レンズ２０１に伝達する力は、回転部材２０２がレンズ２０１を保持する位置において、ほぼレンズ周方向まわのトルクのみである。よって、応力分布４０３、４０４は、ほぼレンズ２０１の径方向成分のみである。応力分布４０３、４０４の大きさは、レンズ２０１の厚み方向の中心付近でゼロとなり、レンズ２０１の上側表面においてレンズ２０１を径方向に伸長する向きに最大となり、下側表面においてレンズ２０１を径方向に収縮する向きに最大となる。
このような応力が発生する領域では、レンズ２０１に複屈折が発生する。複屈折の大きさは、応力の大きさにほぼ比例し、その進相軸の方向は、応力の向きに従って９０度回転する。よって、上側で発生する複屈折と下側で発生する複屈折は打ち消しあい、全体としてほぼゼロになる。図５における光線は、レンズ２０１の内部において光軸と平行であるが、そうでなくても、光線がレンズ２０１の内部において光軸とほぼ平行であれば、ほぼ上記と同様の効果が得られる。
レンズ２０１の変形量は、トルク発生部ベース２０８の光軸方向における変位によって代表されうる。レンズ２０１の変形量は、ターゲット側センサ２１２が取り付けられているトルク発生部ベース２０８の光軸方向における変位に代表される。また、レンズ２０１が変形する際、プローブ側センサ２１３が取り付けられている保持ベース２０７は、光軸方向に変位しない。よって、レンズ２０１の変形量は、ターゲット側センサ２１２の電極とプローブ側センサ２１３の電極との間の距離、すなわち静電容量センサ２１１の出力に基づいて算出できる。制御器１０７は、電気ケーブルを介して静電容量センサ２１１の出力信号を受けて、制御器１０７が内部に有する換算テーブルを用いて該出力信号をレンズ２０１の変形量に換算する。また、制御器１０７は、別の電気ケーブルを通して、アクチュエータ２０３に指令値としての電圧を印加する。レンズ２０１の変形量がその目標値と異なる場合は、アクチュエータ２０３に印加される電圧が調整される。なお、静電容量センサ２１１に代えて他の方式のセンサを採用してもよい。
レンズ２０１を変形させている際におけるトルク発生部ベース２０８の傾きは微小である。よって、レンズ２０１の変形量を代表する指標がトルク発生部ベース２０８の光軸方向における変位であることは、静電容量センサ２１１の傾きによる検出誤差の増大を防止するために好適である。ただし、これ以外の指標として、回転部材２０２又は平行リンク２０９の光軸方向における変位、アクチュエータ２０３の伸長量、又は、平行リンク２０９のひずみ等も採用し得る。すなわち、ターゲット側センサ２１２を回転部材２０２又は平行リンク２０９に取り付けても良いし、センサとしてひずみゲージを採用し、これをアクチュエータ２０３又は平行リンク２０９に取り付けて、その変形量を検出しても良い。また、プローブ側センサ２１３の取付け位置は、レンズ２０１の変形時におけるターゲット側センサ２１２の変位がトルク発生部ベース２０８の光軸方向における変位に比べて小さい位置であればどこでも良い。プローブ側センサ２１３は、例えば、変形機構１０８とは別に設けられた基準部材に配置されてよい。
回転部材２０２によるレンズ２０１の保持は、接着剤を用いてもなされてもよいし、機械的なクランプ機構を用いてなされてもよいし、その他の方法でなされてもよいが、両者間における力の伝達ロスができるだけ小さいことが望ましい。例えば、両者を接着する場合は、接着剤を接触領域のうちの１箇所に塗布するのではなく、数箇所に塗布するか大きな領域に塗布することが望ましい。また、機械的なクランプ機構を用いる場合においては、数点で保持するか広範囲の面で保持することが望ましい。また、両者を一体で形成してもよい。
上記の実施形態では、トルク発生部と回転部材との接触部において、トルク発生部が半球状の凸形状とされ、回転部材が円錐状の凹形状とされている。しかしながら、接触部は、このような構成に限られることはなく、例えば、トルク発生部を円錐状と凹形状とし、回転部材を半球状の凸形状としてもよい。また、両者間のモーメントの伝達を低減できるその他の構成でも良く、例えば、図６のように、トルク発生部の一部として、半球部材２０４の変わりに、弾性ヒンジ５０１を採用してもよい。弾性ヒンジ５０１を用いれば、アクチュエータ２０３の動作時に摺動する部分が減少するので耐久性が向上する。
また、アクチュエータと半球部材又は弾性ヒンジ部材とを含んで構成されたトルク発生部に代えて、例えば、圧力ベローズ又はねじ送り機構等の部品を含むトルク発生部を採用してよいし、その他の機構を含むトルク発生部を採用してもよい。ねじ送り機構は、応答性及び精度の面でピエゾアクチュエータ等のアクチュエータに劣るが、ストロークの面でピエゾアクチュエータ等のアクチュエータに勝るので、透過型光学素子の形状の粗調に最適である。さらに、図７のように、ねじ送り機構６０１とアクチュエータ２０３を直列に配置すれば、両者の長所を併せ持つのでより好ましい。
また、半球部材２０４を付加的なピエゾアクチュエータで置き換えて、１つの回転部材２０２に対して２つのピエゾアクチュエータを配置してもよい。
また、図２乃至図４に示すような構成から平行リンク２０９を除去し、保持ベース２０７とトルク発生部ベース２０８とを直接結合してもよい。この場合、２つのピエゾアクチュエータのそれぞれが回転部材２０２を押すことにより、回転部材２０２にトルクを加えると同時に、両者間の押圧力を少し異ならせることで回転部材２０２に補助的な光軸方向並進力を加えることができる。これにより、レンズ２０１の径方向における変形プロファイルを調整することが可能になる。
平行リンク２０９は、レンズ２０１の光軸方向に低剛性であり、かつ、トルク発生部の個々の要素（例えば、アクチュエータ２０３）が発生する力の方向にも低剛性である。前者は、トルク発生部が発生するトルクによるレンズ２０１の変形が保持ベース２０７の光軸方向における剛性によって妨げられるのを低減する効果がある。後者は、トルク発生部が発生する並進力がレンズ２０１に伝わるのを低減する効果がある。平行リンク２０９の剛性は、レンズ２０１の曲げに対する剛性に比べて十分に小さいことが好ましい。
弾性部材としては、図８に例示するような板ばね７０１を使用してもよい。板ばね７０１は、レンズ２０１の光軸方向に沿ってトルク発生部２５０が移動することを許容しつつ保持ベース２０７とトルク発生部２５０（トルク発生部ベース２０８）とを連結する。板ばね７０１は、例えば、レンズ２０１の光軸方向に直交する面に対して平行な板部を有する。このような構成によれば、板ばね７０１の周方向まわりのトルクに対する剛性を下げ、アクチュエータ２０３の伸長量に対するレンズ２０１の変形量を小さくすることができるので、レンズ２０１の形状を高精度に制御することができる。
図９は、トルク入力およびその付近の構成の変形例を示す断面図である。図９に例示するように、トルク発生部の構成要素であるアクチュエータ２０３および弾性ヒンジ５０１は、回転部材２０２'に対して径方向に力が作用するように配置されている。これに応じて、図９に示す変形例では、回転部材２０２'、トルク発生部ベース２０８'が回転部材２０２、トルク発生部ベース２０８とは異なる形状に変更されている。
平行リンク２０９は、レンズ２０１の光軸方向、及び、トルク発生部の構成要素であるアクチュエータ２０３が発生する力の方向であるレンズ２０１の径方向の双方について低剛性であることが望ましい。上記のような構成によれば、アクチュエータ２０３の故障時等において、径方向の外側からアクチュエータ２０３を交換する機構を変形機構１０８に追加することが容易である。
上記の実施形態では２つの回転部材をレンズ２０１の周を２等分する２つの位置に配置されている。これは、レンズ２０１を２回回転対象形に変形させるために適した配置である。しかし、本発明における回転部材の配置は、これに限られる事は無く、例えば、３つの回転部材をレンズの周を３等分する３箇所に配置しても良いし、４つの回転部材をレンズの周を４等分する４箇所に配置しても良い。これらは、それぞれ、３回回転対象形および４回回転対象形にレンズを変形させるのに適した配置である。また、これら以外の配置を所望のレンズ変形方法に合わせて採用してもよい。
以上のように、本発明の好適な実施形態の変形機構によれば、透過型光学素子の変形時の複屈折の発生による光学性能の悪化を抑制することができる。
図１０は、本発明の好適な実施形態の収差補正処理を示すフローチャートである。この補正処理は、投影光学系１０４の透過型光学素子（典型的には、レンズ）を変形機構１０８によって変形させることによって、投影光学系１０４の収差を補正する。
まず、測定器１０６によって、投影光学系１０４の像面に形成される像を評価することによって投影光学系１０４の収差が測定される（ステップ１００１）。次に、制御器１０７によって、その測定された収差が許容範囲の内外のどちらにあるかが判定される（ステップ１００２）。ここで、測定された収差が許容範囲内であれば、収差補正処理が終了する。一方、測定された収差が許容範囲外であれば、その収差を低減するために必要な変形機構１０８の駆動量が制御器１０７によって算出される（ステップ１００３）。次に、算出された駆動量に基づいて、変形機構１０８が駆動される（ステップ１００４）。その後、ステップ１００１に戻る。これにより、投影光学系１０４の収差を低減することができる。
本発明のデバイス製造方法は、感光剤が塗布された基板Ｐの該感光剤に上記の露光装置ＥＸＰによって原版Ｍのパターンを転写する工程と、該感光剤を現像する工程とを含む。デバイスという用語は、例えば、半導体デバイス、フラットパネルデバイス（例えば、液晶表示デバイス）等を含む。

Claims (10)

  1. 透過型の光学素子を変形させる変形機構であって、
    回転部材と、
    トルク発生部と、
    保持ベースと、
    前記保持ベースと前記トルク発生部とを連結する弾性部材とを備え、
    前記回転部材は、前記光学素子を保持し、前記回転部材が前記光学素子を保持する位置における前記光学素子の外周の接線に平行な軸のまわりで回転することによって前記光学素子を変形させ、
    前記トルク発生部は、前記回転部材を前記軸の周りで回転させるためのトルクを発生することを特徴とする変形機構。
  2. 前記弾性部材は、前記トルク発生部が発生するトルクの変更の前後において前記回転部材を介して前記光学素子に印加される並進力が変化しないように前記トルク発生部を支持する、
    ことを特徴とする請求項１に記載の変形機構。
  3. 前記弾性部材は、前記光学素子の光軸方向における剛性が、前記回転部材が前記光学素子を保持する位置における前記光学素子の外周の接線に平行な軸のまわりの剛性よりも小さい、ことを特徴とする請求項１に記載の変形機構。
  4. 前記弾性部材は、前記トルク発生部が前記光学素子の光軸方向に沿って移動することを許容する平行リンクを含むことを特徴とする請求項１に記載の変形機構。
  5. 前記弾性部材は、前記トルク発生部が前記光学素子の光軸方向に沿って移動することを許容する板ばねを含むことを特徴とする請求項１に記載の変形機構。
  6. 前記トルク発生部は、前記回転部材を回転させる力を前記回転部材に印加する部品と、前記部品を保持するベース部材とを含み、前記ベース部材が前記弾性部材によって支持されている、
    ことを特徴とする請求項１に記載の変形機構。
  7. 前記回転部材は、前記光学素子の径方向の第１位置において前記ベース部材によって支持されているとともに前記径方向の第２位置において前記部品によって前記光学素子の光軸方向に沿った力が印加される、
    ことを特徴とする請求項６に記載の変形機構。
  8. 前記部品は、前記回転部材を回転させる力を発生するアクチュエータを含む、
    ことを特徴とする請求項６に記載の変形機構。
  9. 原版のパターンを透過型の光学素子を有する投影光学系を介して基板に投影し該基板を露光する露光装置であって、
    前記投影光学系の前記光学素子を変形させる変形機構として請求項１に記載の変形機構を備える、
    ことを特徴とする露光装置。
  10. デバイス製造方法であって、
    感光剤が塗布された基板の該感光剤に請求項９に記載の露光装置を用いて原版のパターンを転写する工程と、
    該感光剤を現像する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。
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