JP2011242770A - 光学構成体用の装置及び光学構成体の光学素子を位置決めする方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子及び保持構造を備える装置であって、光学素子を高精度かつ良好な再現性で保持構造に位置決めする。
【解決手段】光学素子２及び保持構造４を備える光学構成体用の装置と、光学構成体の光学素子２を位置決めする方法に関し、光学素子２は、保持構造４と６個の個別の接触ポイントで接触し、連結要素を設け、連結要素により、接触ポイントに、絶対値及び／又は方向に関して光学素子２の自重力を超える力成分を有する押圧力を加えることができる構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子及び保持構造を備える光学構成体用の装置、より詳細には、マイクロリソグラフィ投影露光装置用の装置に関する。さらに、本発明は、光学構成体の光学素子を位置決めする方法に関する。

高い結像品質を得るために、光学構成体の動作中に、特にマイクロリソグラフィの分野で、高い再現性と共に高精度で光学素子、例えばレンズ、ミラー、又は格子を位置決めし、またそれらを特定位置に保持する必要がある。

剛体運動が不能であり、各剛体運動を１つの機構又は１つの拘束のみにより排除するように素子を取り付ける保持装置を、本発明に関連して運動学的に規定した（kinematicallly determined）運動規定保持装置又は運動学的保持装置とも称する。

光学素子用の運動学的に規定した運動規定保持装置は、例えば特許文献１（米国特許出願公開第第２００７／０１７７２８２号）から既知である。特許文献１から既知の保持装置は、光学素子に連結した３個のプリズム型保持アーム（脚部）を備え、これら保持アームはそれぞれ転動体によりＶ字状レセプタクル構造に取り付ける。

米国特許出願公開第２００７／０１７７２８２号明細書

本発明の１つの目的は、光学素子及び保持構造を備える装置であって、光学素子を高精度かつ良好な再現性で保持構造に位置決めすることができる、装置を提供することである。本発明の他の目的は、光学構成体の光学素子を正確かつ再現性よく位置決めする方法を提供することである。

上記目的は、光学素子及び光学素子を支持する保持構造を備える光学構成体用の装置であって、光学素子は６個の個別の接触ポイントで保持構造と接触し、連結要素を設け、連結要素により、接触ポイントに、絶対値及び／又は方向に関して光学素子の自重力を超える力成分を有する押圧力を加えることができる構成とした、装置により達成される。

この目的は、さらに、光学素子及び保持構造を備える本発明による装置により光学素子を位置決めする方法であって、保持構造で光学素子を支持するための少なくとも１つの接触ポイントを変位させる、方法により達成される。

「接触ポイント」という用語は、この文脈では、曲面を有する２つの物体間におけるほぼ点状の接触箇所を示す。平坦な部分を考慮すると、物体はこの場合、一点で接触するだけでなく面接触する。例として、２つの交差した円柱が互いに接触すると、接触楕円ができる。６個の接触ポイントの位置を、接触ポイントが保持構造での光学素子の再現可能かつ正確な支持を可能にするように選択する。有利な構成では、接触ポイントは、光学素子の周縁にわたって対として分布させる。

連結要素は、光学素子を規定可能な押圧力の付与により接触ポイントが定める位置で保持構造に固定できるように構成する。有利な構成では、連結要素は、クランプ及び／又は力発生ユニットとして構成する。

本発明の一実施形態では、光学素子は、ほぼ半径方向に突出した３個の連結ピンを有し、これら連結ピンはそれぞれ、２つの接触ポイントで保持構造と接触する。連結ピンは、光学素子に固定的に連結する。有利な構成では、連結ピンを、光学素子の周縁にわたって均一に分布させる。２つの接触ポイントは、接触ポイントで作用する力が互いに直交するように選択することが好ましい。有利な構成では、連結ピンは、保持構造と接触する直円柱領域を有する。

他の実施形態では、連結ピンはそれぞれ、卵形、より詳細には楕円形又は円形の断面を有する。接触面積を楕円形断面により拡大できるため、生じる機械的応力が減る。

さらなる実施形態は、連結ピンそれぞれを、２個の支承ピン、より詳細には互いにほぼ直交させて配置した２個の支承ピンからなる支承ピン対により保持構造で支持させる。支承ピンはそれぞれ、関連する連結ピンと接触する直円柱接触区域を有する。有利な構成では、関連する連結ピンは、支承ピンを横切り、支承ピンに対して直交させて配置する。２つの交差した円柱体を互いに押し付けた場合、これらは、理想的な場合は点状にしか互いに接触しない。連結ピン及び支承ピンは、組み合わせてピンと呼ぶ。したがって、光学素子は、９個のピンにより支持する。

有利な実施形態では、連結ピンを連結要素により支承ピンに連結するため、光学素子の剛体運動が拘束した結合により防止される。固定のための支承ピンに対する連結ピンの連結は、適当な方法で実現することができる。

一実施形態では、連結要素はクランプユニットを含み、クランプユニットにより連結ピンを関連する支承ピン対にそれぞれ機械的に連結する。一実施形態では、クランプユニットは、足場組みのように具現化する。

代替的又は付加的に、他の実施形態においては、連結要素が力発生要素、より詳細には磁石を備えるようにする。この場合、本発明の一実施形態は、ピンを少なくとも部分的に磁性ピンとして構成し、押圧力を磁性ピンにより加えることができるようにする。

さらに別の実施形態では、支承ピンはテーパ状ピン端部を有し、テーパ状ピン端部は、支承ピン端部の自由端部における小径ｄ、接触区域に面する側の端部における大径Ｄ、及びテーパ状ピン端部の長さＬについて、テーパ比（Ｄ−ｄ）／Ｌ＝１：５０のテーパ角を有することが好ましい。テーパ状ピン端部は、保持構造における支承ピンの、より正確には支承ピンの軸線に関する再現性のある位置決めを確保するものである。

有利な一実施形態では、支承ピンを、保持構造に交換可能に配置する。支承ピンは、例えばねじ連結により保持構造に嵌める。この場合、有利な構成では、支承ピンは、そのテーパ状ピン端部を保持構造の対応する切除部に挿入する。この場合、有利な実施形態では、接触区域の直径がそれぞれ異なる複数の支承ピンを設ける。したがって、支承ピンの選択により、光学素子の接触ポイントを再現性よく規定することが可能である。

有利な実施形態では、光学素子の位置を変更するために、光学素子を支持するための少なくとも１つの支承ピンを、変更した直径を有する支承ピンと交換する。光学素子を位置決めするには、光学素子を最初に保持構造に配置し、保持構造に対するその位置を検出する。保持構造に対する光学素子の実際の位置が所望の位置からずれている場合、光学素子の支持場所を、正確な位置決めのために支承ピンを交換することにより変更することができる。このために、有利な実施形態では、接触領域の直径が互いに異なる種々の支承ピンを利用可能にする。支承ピンは、例えば、２個の支承ピンにおける直径差が数ミリメートルの範囲でしかないように、高精度で製造することができる。

上記の特徴及び他の特徴は、特許請求の範囲からだけでなく、明細書の説明及び図面からも判明し、個々の特徴は、それぞれ単独で又は複数の副次的組み合わせの形態で、本発明の実施形態及び他の分野で実現することができ、有利かつ本質的に保護可能な実施形態を構成することができる。図面において、同一又は同様の構成部品には統一した参照符号を用いる。

本発明による装置を備えるマイクロリソグラフィ投影露光装置を概略的に示す。 本発明による装置を概略的に示す。 図２における装置の細部IIIを概略的に示す。 図４Ａ〜Ｃは、図２における本発明による装置の種々の異なる支承ピンの１つを示す。 図２における装置の細部IIIをクランプユニットと共に斜視図で概略的に示す。

図１は、マイクロリソグラフィ投影露光装置１００を概略的に示す。マイクロリソグラフィ投影露光装置１００は、照明放射線を発生する照明ユニット１０１と、投影対物レンズ１０２とを備える。パターンを有するマスク１０３を、投影対物レンズ１０２と照明ユニット１０１との間に配置し、マスク１０３のパターンを、投影対物レンズ１０２の下方に配置した基板１０４に投影する。投影対物レンズ１０２は、様々な光学素子２、例えばレンズ、ミラー、格子等を含む。光学素子２はそれぞれ、保持構造４に適当な方法で支持させる。

図２は、光学構成体用の、例えば図１に示すマイクロリソグラフィ投影露光装置１００用の装置１を概略的に示す。装置１は、光学素子２と保持構造４とを備え、保持構造４の３つの領域が見えている。

光学素子２を保持構造４で支持するために、ほぼ半径方向に突出させて光学素子２に固定的に連結する３個の連結ピン３を、光学素子２に設ける。図示の例示的な実施形態では、連結ピン３を周方向にほぼ均等に分布させ、これらは順次互いに約１２０°の角度をなすよう配列する。保持構造４は、６個の支承ピン４１，４２を備える。各連結ピン３を、２個の支承ピン４１，４２により支持する。連結ピン３及び支承ピン４１，４２を、組み合わせてピン又はボルトと呼ぶため、装置１は、「９ピン装置」又は「９ボルト装置」とも称することができる。ピン３，４１，４２はそれぞれ、互いに接触する直円柱接触領域を有する。

交差配置及び円柱構成により、支承ピン４１，４２は、それぞれほぼ点接触領域で関連する連結ピン３と接触する。したがって、装置１では、光学素子２を６個の別個の接点で支持する。連結ピン３及び支承ピン４１，４２は、連結要素（図２には図示せず）により互いに対して相対的に固定する。

図３は、図２における細部IIIを示す。図３で識別できるように、支承ピン４１を、保持構造４に交換可能に固定する。支承ピン４１は、テーパ状ピン端部４１０を有する。連結ピン３とは、ほぼ円柱状の接触区域４１２で接触する。保持構造４における支承ピン４１の固定は、図示の実施形態ではねじ連結４３により行う。テーパ状ピン端部４１０は、支承ピン４１を、保持構造４において遊びなく、その軸線方向に関して再現可能にかつ高精度で位置決めすることを確実にする。支承ピン４２も同様に具現化する。

保持構造に対して光学素子２を正確に位置決めするために、最初に光学素子２を、保持構造４における支承ピン４１，４２に載せる。保持構造４に対する光学素子２の位置を、その後適当な測定ユニット及び／又は適当な測定法により測定する。連結ピン３と支承ピン４１，４２との間の接触ポイントは、支承ピン４１，４２の直径に応じて変わる。光学素子２の実際の位置が所望の位置からずれている場合、保持構造に対して光学素子２の向きを調整するために、支承ピン４１，４２を交換することにより接触ポイントを変更することが可能である。この場合、変更した直径を有する少なくとも１個の支承ピン４１，４２を用いる。変更した直径により、接触ポイントが変位する。接触ポイントの変位の結果として、保持構造４に対する光学素子２の向きが変更される。

このために、本発明によれば、複数の支承ピン４１，４２を設けることが好ましい。適当な支承ピン４１，４２を選択して保持構造４に嵌めることにより、続いて光学素子２を保持構造４に対して正確に位置決めすることが可能となる。

図４Ａ〜図４Ｃは、３つの異なる支承ピン４１を概略的に示す。支承ピン４１はそれぞれ、テーパ状ピン端部４１０を有する。テーパ状ピン端部４１０のテーパ角は、例えば、テーパ比が１：５０となるように選択する。支承ピンはそれぞれ、テーパ状ピン端部４１０に隣接して円柱状接触区域４１２を有する。図４Ａにおける例示的な実施形態では、円柱状接触区域４１２の直径Ｄ１は、テーパ状ピン端部４１０の最大直径に対応する。図４Ｂにおける実施形態の場合、円柱状接触区域４１２の直径Ｄ２は、テーパ状ピン端部４１０の最大直径よりも大きい。図４Ｃにおける例示的な実施形態の場合、対照的に、直径Ｄ３は、テーパ状ピン端部４１０の最大直径よりも小さい。図４Ａ〜図４Ｃにおける支承ピン４１は、３つの可能な実施形態にすぎない。光学素子を正確に位置決めするために、高精度で複数の直径の支承ピンを設ける必要がある。適当な支承ピン４１を選択して嵌めることにより、光学素子２を正確かつ再現性よく位置決めすることがこの場合に可能となる。

図２における連結ピン３は、ほぼ点状の接触ポイントで支承ピン４１，４２それぞれに当接する。ヘルツ応力がこれらの接触ポイントで生じる。有利な一実施形態では、連結ピン３は、楕円形断面を有するように選択する。楕円形断面を有する連結ピン３の構成の結果として、支承ピン４１，４２に対する接触面積が大きくなる。その結果、接触ポイントにおける力が減る。さらに、連結ピン３及び支承ピン４１，４２は、高強度の適当な材料、例えば炭化タングステンで構成することが好ましい。

図５は、図２における細部IIIを示し、押圧力を接触ポイントに加えることができる連結要素を示す。図５における例示的な実施形態では、連結要素をクランプユニット５として構成し、クランプユニット５により、連結ピン３を関連する支承ピン対４１，４２に機械的なクランプで接続する。概略的に図示するクランプユニット５は、連結ピン３及び支承ピン４１，４２それぞれに当接する支持要素５０と、支持要素５０を互いに連結する緊張要素５１とを備える。緊張要素５１の緊張力により、押圧力を、連結ピン３と支承ピン４１，４２それぞれとの接触ポイントに加えることができる。押圧力はそれぞれ、大きさ及び／又は方向に関して光学素子２の自重力を超える力成分を有する。

代替的又は付加的に、ピン３，４１，４２を少なくとも部分的に磁性体で実現することで、接触ポイントに作用する磁力でクランプユニット５が加える押圧力を支持する、又はこの磁力を押圧力の代わりにすることが考えられる。

Claims (11)

1. 光学素子（２）及び該光学素子（２）を支持する保持構造（４）を備える光学構成体用の装置であって、前記光学素子（２）は、６個の個別の接触ポイントで前記保持構造（４）と接触する、該装置において、
   連結要素を設け、該連結要素により、接触ポイントに、絶対値及び／又は方向に関して前記光学素子（２）の自重力を超える力成分を有する押圧力を加えることができる構成とした、装置。
2. 請求項１に記載の装置において、前記光学素子（２）は、ほぼ半径方向に突出する３個の連結ピン（３）を有し、該連結ピンはそれぞれ、２つの接触ポイントで前記保持構造（４）と接触する、装置。
3. 請求項２に記載の装置において、前記連結ピン（３）はそれぞれ、卵形、より詳細には楕円形又は円形の断面を有する、装置。
4. 請求項２又は３に記載の装置において、前記保持構造（４）は、３つの支承ピン対（４１，４２）を備え、前記連結ピン（３）それぞれを、前記保持構造（４）で前記支承ピン対（４１，４２）により支持する、装置。
5. 請求項４に記載の装置において、割り当てた連結ピン（３）を支持する支承ピン対における２個の支承ピン（４１，４２）それぞれを、互いに対してほぼ直交させて配置し、好ましくは、各連結ピン（３）を、割り当てた支承ピン（４１，４２）に対してほぼ直交させて配置する、装置。
6. 請求項４又は５に記載の装置において、前記連結要素は、クランプユニット（５）を有し、該クランプユニット（５）により、前記連結ピン（３）を関連する支承ピン対（４１，４２）にそれぞれ機械的に連結する、装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置において、前記連結要素は、力発生要素、より詳細には磁石を有する構成とした、装置。
8. 請求項４〜７のいずれか１項に記載の装置において、前記支承ピン（４１，４２）は、テーパ状ピン端部（４１０）を有し、該テーパ状ピン端部（４１０）は、好ましくはテーパ比１：５０のテーパ角を有する、装置。
9. 請求項４〜８のいずれか１項に記載の装置において、前記支承ピン（４１，４２）を、前記保持構造（４）に少なくとも部分的に交換可能に配置する、装置。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載の光学素子（２）及び保持構造（４）を備える装置（１）により光学素子を位置決めする方法であって、前記保持構造（４）で前記光学素子（２）を支持するための少なくとも１つの接触ポイントを変位させる、方法。
11. 請求項９に記載の方法において、前記光学素子（２）を支持するための接触領域に第１の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）を有する少なくとも１つの支承ピン（４１，４２）を、第２の直径（Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３）を有する支承ピン（４１，４２）と交換する、方法。

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