JP2010219080A - 光学装置、ステージ装置、光学系及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の形状を高精度に制御性良く調整することができ、周辺部材の変形を招きにくい光学装置、ステージ装置、光学系及び露光装置を提供する。
【解決手段】投影光学系８５は、一つの光学素子１Ａを、それを保持すると共に光学素子１Ａの形状を調整する光学装置３０Ａを介して鏡筒８６に固定している。光学装置３０Ａは、光学素子１Ａを保持する保持部３Ａと、鏡筒８６の一部に固定される固定部４Ａと、を有して光学素子１Ａを支持する剛性部材としての支持部材２Ａと、鏡筒の一部６Ａには接続されずに、支持部材２Ａの表面又は内部に取り付けられて支持部材２Ａに内力を発生させることによって光学素子１Ａに変形力を加えるアクチュエータ素子７Ａと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、ステージ装置、光学系及び露光装置に関する。

投影露光装置において、投影光学系を構成する光学素子（レンズやミラー）を保持すると共にその形状を調整し、ボルトなどの締結部材を介して投影光学系の鏡筒フレームなどの固定部材に固定される光学装置は知られている（特許文献１〜３を参照）。また、投影露光装置において、原板（レチクルやマスク）や基板（ウエハやガラスプレート）をステージ本体（スライダ）に搭載した状態でその形状を調整するステージ装置も知られている（特許文献４を参照）。

特開２０００−１９５７８８号公報 特表２００３−５３２１３８号公報 特開２００４−０３１４９１号公報 特許０２６９４０４３号明細書

特許文献１は、光学素子の形状を調整する力の反力が投影光学系の鏡筒に伝わって他の光学素子の位置ズレを生じ、結果的に収差の増大を招く。特許文献２は、光学素子を保持する部材を変形させているので感度が高すぎて微小変形には不向きである。特許文献３は、光学素子を保持する部材とリングとの間に二次元板バネと二次元アクチュエータが設けられており、光学装置の剛性と固有振動数が低くなり、形状調整の制御が困難である。特許文献４も、レチクルに駆動部を直接取り付けており、感度が高すぎて微小変形には不向きである。

そこで、本発明は、光学素子の形状を高精度に制御性良く調整することができ、周辺部材の変形を招きにくい光学装置、ステージ装置、光学系及び露光装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の一側面としての光学系は、複数の光学素子から構成され、前記複数の光学素子を鏡筒に収納する光学系であって、前記複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子は、当該光学素子を保持すると共に前記光学素子の形状を調整する光学装置を介して前記鏡筒に固定され、前記光学装置は、前記光学素子を保持する保持部と、前記鏡筒の一部に固定される固定部からなる剛性部材としての支持部材と、前記鏡筒の一部には接続されずに、前記支持部材の表面又は内部に取り付けられて前記支持部材に内力を発生させることによって前記光学素子に変形力を加えるアクチュエータ素子と、を有することを特徴とする。

本発明の別の側面としてのステージ装置は、被駆動体を支持すると共に前記被駆動体の形状を調整するステージ装置であって、前記被駆動体を吸着する吸着手段を備えたチャックと、前記チャックの表面又は内部に取り付けられて前記チャックに内力を発生させることによって前記被駆動体に変形力を加えるアクチュエータ素子と、を有することを特徴とする。

本発明は、光学素子の形状を高精度に制御性良く調整することができ、周辺部材の変形を招きにくい光学装置、ステージ装置、光学系及び露光装置を提供することができる。

図１（ａ）は本発明の実施例１の光学装置の断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 図１（ａ）に示す光学素子の平面図である。 図３（ａ）は本発明の実施例２の光学装置の断面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ矢視平面図である。 図４（ａ）は本発明の実施例３の光学装置の平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施例４の光学装置の平面図である。 図６（ａ）は本発明の実施例５のステージ装置の斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示すステージ装置のＤ−Ｄ断面図である。 図７（ａ）は本発明の実施例６のステージ装置の平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すステージ装置のＥ−Ｅ断面図である。 本発明を適用可能な露光装置の光路図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例について説明する。まず、本発明を適用可能な露光装置５０を、図８を参照して説明する。ここで、図８は、露光装置の光路図である。露光装置５０は、光源部６０、照明光学系７０、原板ステージ装置８０、投影光学系８５、基板ステージ装置９０を有する。

光源部６０は、光源である水銀ランプ６２と、水銀ランプ６２からの光を集光及び反射する集光ミラー６４を有する。なお、光源の種類は特に限定されない。

照明光学系７０は、光源部６０からの光で原板（マスク、レチクル）１２を照明する光学系である。照明光学系７０の構成も特に限定されない。ここでは、コールドミラー７１は、露光に使用される光（露光光）Ｌを反射し、露光に使用されない不要な光を透過し、一部の波長の光は吸収する。光Ｌは、コンデンサレンズ７３によって集光され、オプティカルインテグレータ７４によって均一化され、絞り７５を経て光源形状が調節される。その後、光Ｌは、コンデンサレンズ７６、折り曲げミラー７７、マスキングブレード７８、結像レンズ７９を経て原板１２に照射される。

原板１２は原板ステージ装置８０によって駆動される。投影光学系８５は、原板１２のパターンの像を基板１６に投影し、原板１２と基板１６を共役に維持する。投影光学系８５は、複数の光学素子から構成され、これらの複数の光学素子を鏡筒８６に収納する。基板１６は基板ステージ装置９０によって駆動される。

図１（ａ）は実施例１の光学装置３０Ａの断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は、図１（ａ）に示す光学素子１Ａの平面図である。光学装置３０Ａは、光学系を構成する光学素子１Ａを保持すると共に光学素子１Ａの形状を調整する。光学装置３０Ａは、支持部材２Ａと、アクチュエータ素子７Ａと、を有する。

光学素子１Ａは形状調整の対象であり、本実施例では、図８に示す投影光学系８５を構成するミラーである。光学素子１Ａは、図２に示すように、露光に使用される光が照射されて所定の表面形状を有する有効領域１ａと、有効領域１ａの外周の非照射領域１ｂと、非照射領域１ｂの周囲に等間隔（１２０度間隔）で設けられた３つの突起部１ｃと、を有する。非照射領域１ｂは、例えば有効領域１ａを保持するものであっても良いし、光学素子１Ａの一部であっても良い。突起部１ｃは、光学素子１Ａに一体で加工されたもの、若しくはガラス、金属などの材料を光学素子１Ａに接着したものであるが、材質や形状は限定されない。

支持部材２Ａは、光学素子１Ａを支持する剛性部材であり、保持部３Ａと、固定部４Ａと、を有する。

各保持部３Ａは、光学素子１Ａの対応する突起部１ｃに固定されて光学素子１Ａを保持し、金属などの剛性材料から構成される。固定方法は、接着、溶接、ボルトなどを使用することができる。保持部３Ａは固定部４Ａと一体であるか、固定部４Ａに接着、溶接、ボルトなどの固定手段によって固定される。この結果、支持部材２Ａは、特許文献３のように二次元バネが介在しておらず全体として剛性及び固有振動数を高く維持することができる。このため、光学装置３０Ａは、制御性に優れている。

固定部４Ａは、保持部３Ａ及び光学素子１Ａを支持する。また、固定部４Ａは、締結部５を介して光学系の鏡筒の一部（フレーム）６Ａにボルトやナットなどで固定される金属などから構成される剛性部材である。図１（ｂ）に示すように、固定部４Ａは、中空円盤形状（リング形状）を有する。締結部５は、固定部４Ａと鏡筒の一部６Ａのどちらかの一方に設けられればよい。

アクチュエータ素子７Ａは、支持部材２Ａに内力を発生させることによって光学素子１Ａに変形力を加える変位部材である。即ち、アクチュエータ素子７Ａは変形力を支持部材２Ａに加えるが、その反力を外部部材に加えない。また、複数のアクチュエータ素子７Ａを固定部４Ａに配置して駆動してもその合力はゼロとなり、光学素子１Ａの剛体移動である変位やチルトが生じないので、新たな光学収差は発生しない。更に、アクチュエータ素子７Ａは、固定部４Ａと保持部３Ａとの接続部Ｔから離れて設けられているので、支持部材２Ａの剛性を低減しない。

アクチュエータ素子７Ａは、支持部材２Ａ以外の部材には接続されておらず、締結部５や鏡筒の一部６Ａには接続されない。これは、これらに反力を及ぼさないためである。この結果、鏡筒に収納された他の光学素子を変形させるおそれが極めて小さくなる。なお、アクチュエータ素子７Ａは、駆動部であるが、電力を得て変位する部材であり、電源やケーブルなどが締結部５や鏡筒の一部６Ａに接続されてもよい。

アクチュエータ素子７Ａは、支持部材２Ａの表面（裏面も含む）又は内部に取り付けられている。特に、内部に設けられれば光学装置３０Ａの小スペース化に有利である。支持部材２Ａの表面又は内部であるから、保持部３Ａの表面又は内部でもよいが、固定部４Ａの表面又は内部に設けられれば変形感度は減少して微小変形が容易になる。

図１（ａ）では、アクチュエータ素子７Ａは固定部４Ａの内部に設けられている。より詳細には、図１（ｂ）に示すように、アクチュエータ素子７Ａは、固定部４Ａに設けた設置用空間４ｃ内に設置されて、アクチュエータ素子７Ａの両側には固定部４Ａの一部分４ａ、４ｂが残っている。アクチュエータ素子７Ａは、図１（ｂ）の矢印に示すように、固定部４Ａと保持部３Ａを介して光学素子１Ａに変形力を加える。アクチュエータ素子７Ａは、空圧素子、圧電素子、磁歪素子、リニアモータなどを利用することができるが、その種類、数、変形力の方向や強さは限定されない。

光学装置３０Ａは光学素子１Ａを微小に変形させることができる。固定部４Ａにある力Ｆを印加した場合の固定部４Ａのある位置における変形量Ｘは、力Ｆの作用点と位置間の剛性Ｋによって決まる。Ｘ＝Ｆ／Ｋというフックの法則により、アクチュエータ素子７Ａで発生させる力Ｆが一定であれば、固定部４Ａの剛性が高くなればなるほどその変形量は小さくなる。

よって、光学素子１Ａを微小に変形させて形状を補正したい場合には、アクチュエータ素子７Ａの分解能に基づいて固定部４Ａの剛性を設計すれば、微小な形状を調整することができる。支持部材２Ａの剛性が高くなれば光学装置３０Ａの固有振動数が高くなり、制御上有利である。

図３（ａ）は、実施例２の光学装置３０Ｂの断面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）をＢ方向から見た平面図である。光学装置３０Ｂは、固定部４Ａの表面に貼り付けてあるシート状の圧電素子を用いたアクチュエータ素子７Ｂを有する、本実施例では、固定部４Ａの内部に駆動機構設置用の空間を加工しなくてよいので製造が容易になる。アクチュエータ素子７Ｂは、固定部４Ａの上面（表面）に貼り付けずに下面（裏面）に貼り付けてもよいし、上面と下面の両方に必要な数だけ貼り付けてもよい。また、固定部４Ａの上下面以外に貼り付けてもよい。

図４（ａ）は実施例３の光学装置３０Ｃの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＣ−Ｃ断面図である。光学装置３０Ｃは、光学系を構成する光学素子１Ｃを保持すると共に光学素子１Ｃの形状を調整する。光学素子１Ｃは、本実施例では、図８に示す投影光学系８５を構成するレンズである。光学素子１Ｃの外周には接着剤８が塗布され、光学素子１Ｃは接着剤８を介して支持部材２Ｃに固定されている。

支持部材２Ｃは、断面Ｌ字形状を有するリング部材であり、接着剤８に接触している部分が保持部であり、締結部５を介して鏡筒の一部６Ｃに接続している部分が固定部である。保持部は、実施例１や実施例２のように離散的ではなく連続的に設けられている。

支持部材２Ｃは内部にアクチュエータ素子７Ａを有し、これにより、光学素子１Ｃの面形状を調整することができる。アクチュエータ素子７Ａの位置や数は限定されない。鏡筒の一部６Ｃは、光学素子１Ｃを透過した光が通過する開口部６Ｃ_１を有する。

図５は、実施例４の光学装置３０Ｄの平面図である。光学装置３０Ｄは、光学装置３０Ａの構成要素に加えて、計測器９と、演算モジュール（演算手段）１０、制御モジュール（制御手段）１１を更に有する。

計測器９は、センサ９ａと増幅器９ｂを有して光学素子１Ａの形状を計測する。センサ９ａからの計測信号は増幅器９ｂで増幅される。増幅器９ｂで増幅された信号は演算モジュール１０に送られる。センサ９ａはレーザ干渉計、静電容量センサ、渦電流センサ、歪ゲージなどが考えられるが、これらに限定されない。センサ９ａは、その種類に応じた位置に設置される。例えば、静電容量センサ、渦電流センサ、歪ゲージの場合は光学素子１Ａの有効領域１ａ以外の位置に必要な数だけ計測点を配置して、計測点における変位情報に基づいて光学素子１Ａの面形状を測定する。光学素子１Ａに計測点の配置が困難な場合には固定部４Ａに計測点を配置してもよい。

演算モジュール１０は、増幅器９ｂによる計測結果に基づいて光学素子１Ａの形状と設定された形状との差を計算する。その後、面形状の差分データと、変形駆動の敏感度によって各駆動機構の駆動量が算出され、駆動量が制御モジュール１１に送られる。変形駆動の敏感度とは、アクチュエータ素子７Ａが単位の力又は変位を与えたときの光学素子１Ａの面変形の量であり、前もって計算又は計測によって取得しておく。

制御モジュール１１は、演算モジュール１０が計算した前記差が小さくなるようにアクチュエータ素子７Ａに駆動指令を出す。アクチュエータ素子７Ａが、所望の駆動を行うことで光学素子１Ａの面形状が調整される。

演算モジュール１０と制御モジュール１１は、コンピュータのプロセッサとして具現化され、露光装置５０に備わっているものを使用してもよい。また、計測器９、演算モジュール１０、制御モジュール１１は光学装置３０Ｂ及び３０Ｃ、後述するステージ装置３０Ｅ及び３０Ｆにも適用可能である。

図６（ａ）は、実施例５のステージ装置３０Ｅの斜視図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＤ−Ｄ断面図である。ステージ装置３０Ｅは、原板１２を保持及び駆動すると共に原板１２の形状を調整する。原板１２はステージ装置３０Ｅによって駆動される被駆動体であり、不図示の基板に露光されるパターンを有する。ステージ装置３０Ｅは、チャックと、複数のアクチュエータ素子７Ｂと、不図示のステージ本体（スライダ）と、を有し、図８に示す原板ステージ装置８０に適用することができる。

原板１２は透過型であるため、そのパターンを反映する回折光は一対の支持部材２Ｅの間を通って基部６Ｅの開口部６Ｅ_１を通過する。原板１２が反射型である場合には基部６Ｅの開口は不要である。

チャックは、一対の支持部材２Ｅと、基部６Ｅと、支持部材２Ｅを基部６Ｅに固定する不図示の固定手段と、を有し、被駆動体である原板を吸着する吸着手段を各支持部材２Ｅに備えている。

各支持部材２Ｅは原板１２を吸着する真空吸着チャックとして機能する。支持部材２Ｅは、その上面２Ｅ_１に形成された真空排気溝１３と、一端が真空排気溝１３に接続されて支持部材２Ｅの内部を延びて他端が支持部材２Ｅの側面２Ｅ_２から外部の不図示の配管に接続される真空排気通路１４と、を含む真空吸着機構を有する。不図示の配管は更に真空ポンプなどの吸引手段に接続されている。支持部材２Ｅは、不図示の吸引手段によって不図示の配管、真空排気通路１４及び真空排気溝１３を介して原板１２の裏面の両縁部を吸引及び支持する。

支持部材２Ｅは基部６Ｅに不図示の固定手段を介して固定されており、基部６Ｅは不図示のステージ本体に更に搭載される。

複数のアクチュエータ素子７Ｂは支持部材２Ｅの側面２Ｅ_２に配置されるシート状の圧電素子であり、支持部材２Ｅに内力を発生させることによって真空吸着面を介して原板１２に変形力を加える変位部材である。アクチュエータ素子７Ｂはアクチュエータ素子７Ａと同様の様々なアクチュエータを使用することができ、支持部材２Ｅの内部に設けられてもよい。十分小さな変形駆動の分解能を得るには、固定部４Ａの剛性を十分高くなるように設計すればよい。

図７（ａ）は本発明の実施例６のステージ装置３０Ｆの平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）に示すステージ装置３０ＦのＥ−Ｅ断面図である。ステージ装置３０Ｆは、基板１６を保持及び駆動すると共に基板１６の形状を調整する。基板１６はステージ装置３０Ｆによって駆動される被駆動体である。ステージ装置３０Ｆは、チャックと、複数のアクチュエータ素子７Ｂと、不図示のステージ本体（スライダ）と、を有し、図８に示す基板ステージ装置９０に適用することができる。

チャックは、支持部材２Ｆと、平板状の基部６Ｅと、支持部材２Ｆを基部６Ｆに固定する不図示の固定手段と、を有し、被駆動体である基板を吸着する吸着手段を支持部材２Ｆに備えている。吸着手段を備えたチャックは、本実施例にあるように、真空吸着チャックであってもよいし、その他のチャック（静電チャックなど）であってもよい。

支持部材２Ｆは基板１６を吸着する真空チャックとして機能し、円筒形状を有する。支持部材２Ｆは真空吸着機構を有する。真空吸着機構は、その上面２Ｆ_１の基板搭載領域に形成された複数の同心円状の真空排気溝１７と、一端が真空排気溝１７に接続されて支持部材２Ｆの内部を延びて他端が支持部材２Ｆの側面２Ｆ_２から外部の不図示の配管に接続される真空排気通路１８と、を含む。不図示の配管は更に真空ポンプなどの吸引手段に接続されている。支持部材２Ｆは、不図示の吸引手段によって不図示の配管と真空排気通路１８を介して吸引された真空排気溝１７を介して基板１６の裏面を吸引及び支持する。

支持部材２Ｆは基部６Ｆに不図示の固定手段を介して固定され、基部６Ｆは不図示のステージ本体（スライダ）に更に搭載される。

複数のアクチュエータ素子７Ｂは支持部材２Ｅの上面２Ｆ_１の縁部に周方向に配置されるシート状の圧電素子であり、アクチュエータ素子７Ｂの駆動力により支持部材２Ｆは変形する。アクチュエータ素子７Ｂはアクチュエータ素子７Ａと同様の様々なアクチュエータを使用することができ、アクチュエータ素子７Ｂの設置位置は限定されず、支持部材２Ｆの側面２Ｆ_２や内部に設けられてもよい。支持部材２Ｆの変形は真空吸着面を介して基板１６に伝達され、基板１６を変形させる。十分小さな変形駆動の分解能を得るには、支持部材２Ｆの剛性を十分高くなるように設計すればよい。

デバイス製造方法は、前述の露光装置を使用して感光剤を塗布した基板を露光する工程と、その基板を現像する工程と、他の周知の工程と、を経ることにより製造される。デバイスには半導体集積回路素子、液晶表示素子等がある。

以上、説明したように、光学装置３０Ａ〜３０Ｆによれば、光学素子、原板又は基板の面形状を微小に調整することができる。また、アクチュエータ素子の反力は鏡筒や周辺部材に直接伝わらないのでそれらの変形は非常に小さい。アクチュエータ素子は、支持部材（又はチャック）の表面又は内部に設置されるので光学装置やステージ装置の小型化に有利である。

光学装置は、露光装置における、投影光学系、原板ステージ装置、基板ステージ装置の用途に適用することができる。露光装置は、デバイスを製造する用途に適用することができる。

１Ａ、１Ｃ 光学素子
２Ａ、２Ｃ、２Ｅ、２Ｆ 支持部材
３Ａ 保持部
４Ａ 固定部
６Ａ、６Ｃ 鏡筒の一部
７Ａ、７Ｂ アクチュエータ素子
９ 計測器
１０ 演算モジュール（演算手段）
１１ 制御モジュール（制御手段）
１２ 原板（被駆動体）
１６ 基板（被駆動体）
３０Ａ〜３０Ｄ 光学装置
３０Ｅ、３０Ｆ、８０、９０ ステージ装置
５０ 露光装置
８５ 投影光学系
８６ 鏡筒

Claims (8)

1. 複数の光学素子から構成され、前記複数の光学素子を鏡筒に収納する光学系であって、
   前記複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子は、当該光学素子を保持すると共に前記光学素子の形状を調整する光学装置を介して前記鏡筒に固定され、
   前記光学装置は、
   前記光学素子を保持する保持部と、前記鏡筒の一部に固定される固定部と、を有して前記光学素子を支持する剛性部材としての支持部材と、
   前記鏡筒の一部には接続されずに、前記支持部材の表面又は内部に取り付けられて前記支持部材に内力を発生させることによって前記光学素子に変形力を加えるアクチュエータ素子と、
   を有することを特徴とする光学系。
2. 前記光学素子の形状を計測する計測器と、
   当該計測器による計測結果に基づいて前記光学素子の形状と設定された形状との差を計算する演算手段と、
   当該演算手段が計算した前記差が小さくなるように前記アクチュエータ素子に駆動指令を出す制御手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 請求項１又は２に記載の光学系を有する露光装置。
4. 被駆動体を支持すると共に前記被駆動体の形状を調整するステージ装置であって、
   前記被駆動体を吸着する吸着手段を備えたチャックと、
   前記チャックの表面又は内部に取り付けられて前記チャックに内力を発生させることによって前記被駆動体に変形力を加えるアクチュエータ素子と、
   を有することを特徴とするステージ装置。
5. 前記被駆動体の形状を計測する計測器と、
   当該計測器による計測結果に基づいて前記被駆動体の形状と設定された形状との差を計算する演算手段と、
   当該演算手段が計算した前記差が小さくなるように前記アクチュエータ素子に駆動指令を出す制御手段と、
   を更に有することを特徴とする請求項４に記載のステージ装置。
6. 請求項４又は５に記載のステージ装置を有することを特徴とする露光装置。
7. 光学系を構成する複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子を保持すると共に前記光学素子の形状を調整する光学装置であって、
   前記光学素子を保持する保持部と、前記光学系の鏡筒の一部に固定される固定部と、を有して前記光学素子を支持する剛性部材としての支持部材と、
   前記鏡筒の一部には接続されずに、前記支持部材の表面又は内部に取り付けられて前記支持部材に内力を発生させることによって前記光学素子に変形力を加えるアクチュエータ素子と、
   を有することを特徴とする光学装置。
8. 請求項３又は６に記載の露光装置を使用し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。