JP2011145688A - 光学要素の支持構造、それを用いた露光装置及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 光学要素を支持する光学要素の支持構造であって、
【選択図】 図5
Description
このようなことから、半導体露光装置用のレンズ等においては、ガラス材質や膜に関する諸特性の均一性や、ガラスの面形状の加工精度、組立精度が必要である。
レンズに用いられるガラスを保持する鏡筒は、金属などで形成されるのが一般的であり、ガラスと異なる材質のものが使用される。
また前記の従来例では、金枠内周部に設置されたレンズは、自重により変形するが、こうした変形の方向および変形量はレンズ接置部の形状に依存し、レンズ接置部の平面精度はレンズの面精度以上に高精度に加工することが難しいこと、レンズ接置部の形状は加工品毎に異なり、そこに当接するレンズがどのように変形するかを事前に推定することができないことなどの理由により、微小変形が問題となる光学系では組立後に光学性能を評価した上で、所定のレンズの姿勢もしくは位置調整によって面変形による諸収差を補正する必要があり、組立調整工数を増大させていた。
複数の光学要素と、該複数の光学要素を個々に支持する複数の第1の支持部材と、該複数の第1の支持部材を前記光学要素の径方向に弾性変形可能な弾性部材を介して個々に支持する複数の第2の支持部材とを備えることを特徴としている。
また、本発明によれば、温度環境の変化や、組み付けの際に発生する歪みや、レンズ自体の熱に起因するレンズ面の不要な変形を軽減することができるので高精度な光学要素の支持構造を実現することができる。また、これを半導体露光装置などの投影光学系に適用することによって、安定で、収差の小さい露光が実現でき、解像力の高い転写の達成によって、微細な半導体や表示素子を製造することが可能になる。
本発明の実施例1は、上記構成を用いてレンズの支持部材を構成したものであり、図1は本実施例における光学部材の中心から半分を示したものである。
同図において、1は石英のレンズ、11は1のレンズを支持する支持部材であり、石英とほぼ等しい熱膨張係数を有するニッケル合金であるインバーを用いている。なお、レンズ1は支持部材11に接着により固定されている。
3はこれらのレンズを同軸上に支持するための支持部材であり、鉄材を用いている。
上記支持部材11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12が設けられている。この弾性部材12は、板の両端にて支持部材11に結合され、中央部にて支持部材3に結合されている。このような支持構造によって、弾性部材12は光学要素に対し、半径方向に低い弾性を有するような構造になっている。
また、2は螢石のレンズ、21はレンズ2を支持する支持部材であり、螢石とほぼ等しい熱膨張係数を有する銅亜鉛合金である真鍮である。
レンズ2も支持部材21に接着されている。22は12と同様の弾性部材である。
この弾性部材の材質は、支持部材11と同一のものが望ましいが、ステンレスなどのばね用金属部材やジルコニウムなどの非金属類など、他の材質を用いても良い。これは、支持部材11の剛性が、弾性部材12に十分勝る場合は、両者の熱膨張率の違いによる熱歪みが全体に与える影響が少ないからである。同様に、弾性部材22も支持部材21と同一のものが望ましいが、他の材質を用いても良い。
図2では、3つの弾性部材を配置する場合について説明しているが、この数は望ましくは3つであるが、必ずしも3つには限られず、少なくとも2つ以上であれば良い。いずれにしても。支持部材11、21の周囲に弾性部材12、22を等間隔に配置することによって熱歪みによる支持部材11、21の偏芯を起こさないようにすることができる。
レンズとその周囲の支持部材との熱膨張係数の差に関する許容値は、光学システムが置かれる温度環境の精度や、光学システムに要求される光学的性能によって異なる。
図3に、本発明の実施例2におけるレンズの支持部材の構成を示す。
同図において、31は石英のレンズ、32はインバー部材のレンズ支持部材、33はゴム系の接着部材で、弾性を有している。さらに34はレンズ支持部材32を支持する部材であり、鉄材を用いる。
本実施例においても、実施例1と同様、支持部材32の熱膨張係数をレンズ31の熱膨張係数に近いものとすることで、支持部材34と支持部材32との熱膨張係数の違いによる不要な熱変形を接着剤33の弾性によって緩和させることができ、レンズの面形状の有害な歪みを軽減することが可能となる。
本発明の実施例を以下、図5〜7を用いて説明する。図5は本発明の実施例となる光学装置の中心から半分を示したものである。重力方向は光軸と一致し、図中の−Z方向である。
図5において、5は石英のレンズ、51はレンズ5を支持する支持部材であり、レンズ周辺部を重力方向に支える3個所の突起を120度ピッチで有している。本実施例においては支持部材51の材質は真鍮である。また、レンズ5周辺部と支持部材51の径方向の隙間には、全周にわたって接着剤が充填され、レンズ5は支持部材51に固定されている。53はこれらのレンズを同軸上に支持するための支持部材であり、鉄材を用いている。支持部材51の周辺部分を複数箇所切り欠き、この部分に板状のばねを構成する弾性部材52を設けている。弾性部材52は板の両端にて支持部材51に結合され、中央部にて支持部材53に結合されている。このような支持構造によって、弾性部材52は光学要素に対し、半径方向に低い弾性率を有するような構造になっている。
各レンズ5は支持部材51により3点で支持されているため、重力方向に3θの自重変形が起こるが、鏡筒ユニットを光軸中心に所定の角度だけ回転させてとりつけることにより、自重変形により生じる各レンズの収差を、光学系トータルでキャンセルして、所望の光学性能に調整している。本実施例では、相対的に60度ずらして取り付けている。
このような構造の鏡筒において、環境温度が変化すると、支持部材53と、支持部材51とは熱膨張係数が異なるので、異なる膨張あるいは収縮を起こすことになるが、弾性部材52の板状のばね部分が曲げ変形を起こすことによって、これらの熱膨張差を吸収し、支持部材51がほぼ自由に単純膨張、あるいは単純収縮となる変形を起こすことができる。
また、石英のレンズ5と支持部材51においては、熱膨張差を吸収する弾性部材が介在しないため、環境温度が変化すると、異なる膨張あるいは収縮をおこし、レンズ形状が変化するが、レンズ全周にわたって均一に接着剤が充填されているため、その変化は軸対称な微小変形に限定され、3θ形状は変化しないことを、計算および実験によって確認した。
実施例4を図8を用いて説明する。図8は本発明の実施例4にかかる投影光学系の構成を表す概略図である。図8において、実施例3と同一の符号は同一の部材を表す。重力方向は光軸と一致し、図中の−Z方向である。
図8において、61はレンズ5を支持する支持部材であり、レンズ周辺部を重力方向に支える3個所の突起を120度ピッチで有しており、石英とほぼ等しい熱膨張係数を有するニッケル合金であるインバーを用いている。また、レンズ周辺部と支持部材61の径方向の隙間には、前記3個所の突起部近傍に接着剤が充填され、レンズは支持部材に固定されている。この接着剤の塗布面積は、所定の加速度が本光学システムに加わった時にレンズ5が位置変動をおこさないよう、レンズの重量によって決められる。
各レンズ5は支持部材51により3点で支持されているため、重力方向に3θの自重変形が起こるが、鏡筒ユニットを光軸中心に所定の角度だけ回転させてとりつけることにより、自重変形により生じる各レンズの収差を、光学系トータルでキャンセルして、所望の光学性能に調整している。本実施例では、相対的に60度ずらして取り付けている。
また本実施例ではレンズ5と支持部材61との接合には接着剤を用いたが、本構成を用いればレンズの周辺部を機械的に押圧することによっても同様の効果を得ることができる。
実施例5を図9を用いて説明する。図9は本発明の実施例にかかる投影光学系の構成を表す概略図である。図9において、実施例3と同一の符号は同一の部材を表す。重力方向は光軸と一致し、図中の−Z方向である。
図9において、62は鏡筒ユニットを同軸上に支持するための支持部材であり、鏡筒ユニットは、レンズを光軸方向に位置調整するためのスペーサ54を挟んで、支持部材62内の所望の位置にボルト締結される。
前記実施例3、4において、スペーサを介して鏡筒ユニット同士がボルト締結されていたが、本実施例においては、それぞれの鏡筒ユニットが高剛性を有する支持部材62に締結されているため、鏡筒ユニット同士が相互に組立て歪みを与えることなく、光学系を構成することが可能である。
図4は、図1あるいは図3に示すレンズの支持部材を、半導体露光装置に適用したものであり、露光装置を模式的に示す図である。この露光装置において、レチクルステージ41に搭載されたレチクル40の一部に照明光学系44から露光用の照明光が照射される。照明光源は波長193nmのエキシマレーザ光である。照射領域は、スリット状であり、レチクルのパターン領域の一部をカバーする。このスリット部分に相当するパターンは投影光学系42によって1/4に縮小されて、ウエハステージ43に搭載されたウエハ45上に投影される。投影光学系は、露光装置のフレーム46に搭載されている。
投影光学系に対しレチクルとウエハとを走査することによりレチクルのパターン領域をウエハ上の感光剤に転写する。この走査露光がウエハ上の複数の転写領域(ショット)に対して繰り返し行なわれる。投影光学系42は、高い解像性能が必要であり、レンズの支持として精度の高い構造が要求される。レンズ材料としては、石英と蛍石が用いられる。
この実施例6は実施例3、4、5の光学要素の支持構造にも当然適用できる。
2 螢石などのレンズ
3 支持部材
11 支持部材
12 弾性部材
21 合金部材
22 弾性部材
31 石英のレンズ
32 レンズ支持部材
33 ゴム系の接着部材
40 レチクル
41 レチクルステージ
42 投影光学系
43 ウエハステージ
44 照明光学系
45 ウエハ
46 露光装置のフレーム
102 レンズ
103 金枠
104 金枠
105 支持部材
107 ネジ環
108 ネジ環
Claims (19)
- 光学要素を支持する光学要素の支持構造であって、
複数の光学要素と、該複数の光学要素を個々に支持する複数の第1の支持部材と、該複数の第1の支持部材を前記光学要素の径方向に弾性変形可能な弾性部材を介して個々に支持する複数の第2の支持部材とを備えることを特徴とする光学要素の支持構造。 - 前記複数の第1の支持部材はお互いに非接触であることを特徴とする請求項1記載の光学要素の支持構造。
- 前記複数の第1の支持部材と前記複数の第2の支持部材とは、前記光学要素の光軸方向においてお互いに非接触であることを特徴とする請求項1又は2記載の光学要素の支持構造。
- 前記複数の第2の支持部材同士は、相対的に移動可能な状態であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記第1の支持部材の熱膨張係数が、前記光学要素の熱膨張係数と前記第2の支持部材の熱膨張係数との間にあることを特徴とする請求項1乃至4いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素の熱膨張係数と、前記第1の支持部材の熱膨張係数と、前記第2の支持部材の熱膨張係数とが実質的に同じであることを特徴とする請求項1乃至5いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素の熱膨張係数と前記第1の支持部材の熱膨張係数との差が、前記光学要素の熱膨張係数と前記第2の支持部材の熱膨張係数との差よりも小さいことを特徴とする請求項1乃至6いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素と前記第1の支持部材との径方向の間には、前記光学要素の全周にわたり接着剤が充填されていることを特徴とする請求項1乃至7いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素と前記第1の支持部材との径方向の間には、前記光学要素の周上の複数箇所には、接着剤が不連続に充填されていることを特徴とする請求項5乃至7いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素が石英であり、前記第1の支持部材がニッケルを含む合金であることを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素が石英であり、前記第1の支持部材が酸化マグネシウムと酸化シリコンなどからなるコージライト系のセラミックス材料、あるいはアルミナ、窒化シリコンなどのセラミックス材料、あるいは、低熱膨張ガラスであるゼロジュール(登録商標)等であることを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素が螢石であり、前記第1の支持部材が銅を含む合金であることを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素が螢石であり、前記第1の支持部材が18−8ステンレスなどの鉄、クロム、ニッケルによる合金、あるいはアルミニウムを主成分とした合金であることを特徴とする請求項1乃至9いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記弾性部材は、両端が前記第1の支持部材に結合され、中央部が前記第2の支持部材に結合されている板状のバネ部材で構成され、該板状のバネ部材が前記第1の支持部材周辺部分に略等間隔に複数設けられていることを特徴とする請求項1乃至13いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記弾性部材が、前記支持部材1と同じ材質で形成されていることを特徴とする請求項1乃至14いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 前記光学要素が、レンズ、またはミラー、または回折を応用した光学素子のいずれかであることを特徴とする請求項1乃至15いずれか1項記載の光学要素の支持構造。
- 光源からの光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルからの光をウエハ上に導く投影光学系とを備える露光装置であって、前記照明光学系及び/又は前記投影光学系が請求項1乃至16いずれか1項記載の光学要素の支持構造を有していることを特徴とする露光装置。
- 請求項17記載の露光装置による露光工程を含むことを特徴とする半導体デバイス等の製造方法。
- 光学要素を支持する光学要素の支持構造であって、
前記光学要素を支持する第1の支持部材、前記第1の支持部材の外径側に位置し、前記第1の支持部材を支持する第2の支持部材を有し、該第2の支持部材は、前記第1の支持部材と前記第2の支持部材の径方向の間に位置し、内径側が前記第1の支持部材と結合し、外径側が前記第2の支持部材と結合し、径方向に弾性変形可能な弾性部材を備え、前記第1の支持部材と前記第2の支持部材とが軸方向において非接触であり、
前記第1の支持部材には、前記光学要素を重力方向に支持する3箇所の突起が設けられることを特徴とする光学要素の支持構造。
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