JP2017009933A - 光学素子の把持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子を接着把持する構造において、光学素子の位置及び姿勢の安定性に優れ、接着剤からのアウトガスを低減した接着把持構造を提供する。【解決手段】光学素子と光学素子を把持するための把持部材との当接部を接着固定する把持構造において、把持部材側の当接部に接着溝を設け、当接する光学素子とにより形成される密閉空間に接着剤を充填、硬化させる。さらに、予圧手段により当接部が加圧される方向、すなわち接着剤の膨張を防止する方向へ一定の圧力を維持し、光学素子を把持する。【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、レンズやミラー等の光学素子を把持するための光学素子把持部材、及び当該把持部材を用いて支持された光学素子を備える光学素子保持装置、及び露光装置に関する。

フォトリソグラフィー技術を用いてマイクロデバイスを製造する際に、マスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が使用されている。

露光の解像度は露光光の波長と、投影光学系の開口数（ＮＡ）に依存し、波長が短けれ
ば短いほど、また開口数が大きければ大きいほど、高い解像度が得られる。

このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められてきた。具体的には、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長が約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長が約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）の順に露光光の波長が短くなってきた。

しかし、上記のような紫外域の露光光を用いたフォトリソグラフィー技術では半導体素
子のさらなる微細化には対応できない。そこで、０．１μｍ以下の非常に微細な回路パターンを高解像度で転写するために、紫外光よりも更に波長が短い波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ）光を用いた縮小投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」という。）が開発されている。

ＥＵＶ露光装置の光学系は、複数の光学素子（全反射ミラー）により構成されている。ＥＵＶ露光装置では高解像度で回路パターンを投影露光するために、光学素子の位置及び姿勢の安定性に対する要求が極めて高い。そのためこれらの光学素子は一般に保持部材に保持された状態で、当該保持部材を鏡筒等に固定することにより、他の光学素子と所定の位置関係を保った状態で、光学系内に配置される。

従来の光学素子の保持装置としては、光学素子を特定方向にのみ変形又は摺動可能な支持手段を介して支持することで、光学素子に熱変形が発生した場合でも特定方向に応力が開放されるので光学素子の光軸の位置及び姿勢を維持することができる。さらに、光学素子と支持部材とに駒部材を接着固定することにより、光学素子を支持部材に固定するようにし、駒部材により両者間の剛性を十分に保つことができる(特許文献１参照）。

特開２００６−６６８３６号公報

しかしながら、一般に接着剤の熱膨張係数は光学素子のそれと比較して非常に大きく、環境温度の変化に敏感である。このため環境温度が変化すると接着剤が熱変形してしまい光学素子の位置及び姿勢を保持することができない。例えば、光学系の組立工程や通常運転時（露光中）における環境温度の変化の影響により光学素子と保持部材とを固定するための接着剤が熱変形（膨張、圧縮）し、光学素子の位置及び姿勢が変化してしまう場合がある。すなわち、従来の光学素子の保持構造では接着剤の熱変形が発生するため、光学素子の位置及び姿勢を十分安定に維持することができないという問題があった。

また、接着剤から発生するアウトガスは、光源から照射されるＥＵＶ光の吸収の原因となる。さらに、接着剤から発生したアウトガスが光学素子上に付着して形成される、もしくはアウトガスが気体中で反応してその反応物が光学素子上に形成される場合、光学素子の耐久性が低下するという問題があった。

従って、本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、光学素子の位置及び姿勢の安定性に優れ、接着剤からのアウトガスを低減した接着把持構造を提供することを目的とする。

本発明に係る光学素子保持装置は、
光学素子と光学素子を把持するための把持部材との当接部を接着固定する把持構造において、把持部材側の当接部に接着溝を設け、当接する光学素子とにより形成される密閉空間に接着剤を充填、硬化させる。さらに、予圧手段により当接部が加圧される方向、すなわち接着剤の膨張を防止する方向へ一定の圧力を維持し、光学素子を把持する。

本発明によると、光学素子の位置及び姿勢の安定性が向上し、さらにアウトガスを低減した接着把持構造が提供される。本発明の接着把持構造を利用し、光学系の光学素子保持装置を製作することにより、露光装置の解像度を向上できる。さらに光学素子の耐久性を向上させることができる。

本発明の好適な実施形態の光学素子保持装置を示す図である。 実施例１における光学素子の把持構造を示す図である。 実施例１における光学素子の把持構造を示す図である。 実施例２における光学素子の把持構造を示す図である。 実施例２における光学素子の把持構造を示す図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 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５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。

以下、本発明に係る光学素子保持装置の実施形態について、図面に基づいて説明する。

（第一の実施例）
図１、図２Ａ、図２Ｂを参照しつつ光学素子１を保持する保持装置１０について詳細を説明する。図１は保持装置１０の斜視図である。本実施例では一例として光学素子１が円形状であり、光軸ＡＸが光学面に垂直に照射される場合について説明する。すなわち、円の接線方向に延びる軸をＸ軸、径方向に延びる軸をＹ軸、光軸方向に延びる軸をＺ軸として説明する。

保持装置１０は、光学素子１の周縁部にフランジ部５が３箇所形成されている。フランジ部５は把持部材２を介して保持部材３と繋がっており、保持部材３はベース部材４に繋がっている。ベース部材４は、後述する投影光学系の鏡筒に結合される。

光学素子１は低熱膨張ガラス等の光学材料である。光学素子１のフランジ部５は光学素子１の周縁部から突出した直方体の突起部であるが、光学素子１を保持するために必要な強度、また保持装置１０の組立てや輸送で発生する外力に耐え得る強度をもっていれば、三角柱、六角柱等どのような形状でもよい。

把持部材２は光学素子１と同等の熱膨張係数を有する低熱膨張材、例えばインバー等でできており、光学素子１のフランジ部５に接着固定される。接着剤６は接着強度の観点から光学素子１および把持部材２の材質に適したもの選択される。本実施例においては、エポキシ系接着剤を使用する。接着剤６のアウトガスが光学素子１を汚染する可能性があること考慮し、アウトガスが少ないタイプの接着剤を選択することが好ましい。

保持部材３は、光学素子１を３箇所で過拘束なく６自由度拘束で保持するのに適した構造である。例えば板バネ、バイポッド等の弾性部材を複数組み合わせた構造であり、Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回り、及びＹ軸方向の剛性がＸ軸方向、Ｚ軸方向の剛性と比べて十分低い。材質としては低熱膨張材質、例えばインバー等が望ましい。

ベース部材４は、後述する投影光学系の鏡筒に結合され、外部からの力によって光学素子１が変形しないように剛性の高い構造体となっている。またベース部材４は熱の影響を考慮して低熱膨張材質であることが好ましく、さらには光学素子１と同程度の熱膨張係数の材質が好ましい。本実施例ではベース部材４の形状は円筒形状だが、これにかぎるものではなく例えば多角形の形状であってもよい。また、光学素子１を駆動するアクチュエータや光学素子１の位置を検出するセンサ等をさらに配置してもよい。

図２Ａ（ａ），（ｂ）、図２Ｂ（ｃ），（ｄ）は保持装置１０の上面図、正面図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図を示す。図２Ａ、図２Ｂを用いて把持部材２について詳しく説明する。把持部材２にはフランジ部５との当接部７に接着剤６を充填するための接着溝８が形成されている。接着溝８は接着剤６が露出しないように当接部７の中央付近に形成されている。フランジ部下面５ａ及び把持部材２の当接部７は平面度3um程度、面粗度0.8程度の良好な面に加工する。当接部7の内側に接着溝8を形成している為、接着溝８に充填された接着剤６はフランジ部下面５ａと把持部２の当接部７で密閉され、外部に流出することはない。

当接部７は接着溝８の全周に幅2mm程度以上とることが好ましい。このように製造された把持部材２の当接部７には接着剤が入り込まない為、光学素子１と把持部材２とを直接当接させることができ、精度良く位置決めすることができる。さらに当接部７の加工精度は非常に良く密着しているため、接着剤６のアウトガスの流出量を極めて小さくすることができる。

接着溝８の深さは、後述する接着剤の熱変形量及び接着剤の注入方法の観点から0.5mm程度が好ましいがこれに限定されるものではない。一般に、接着溝８が深くなる、すなわち接着剤６の厚さが増す程、接着剤６の熱変形量が大きくなる。また、接着溝８が浅くなる程、粘度の高い接着剤を隙間や気泡なく充填することが困難となる。把持部材２に形成された接着溝８の剛性は硬化後の接着剤６の剛性よりもはるかに高い為、環境温度の変化により発生しうる接着剤６のXY方向の変形を防止することができる。

本実施例において、接着溝８の底面には図２Ｂ（ｃ）に示すような接着剤６を注入するための注入口１１及び、接着溝８の容積を越えた余分な接着剤を排出するための排出口１2が設けられている。このため把持部材２とフランジ部５とを位置決めし、当接した状態で不図示の接着剤吐出器により接着剤６を接着溝８に過不足なく充填することができる。注入口１１及び排出口１２は接着剤６の充填が完了した後に、シール機能付きボルト等の密閉部材１７により密閉する。このような密閉構造により、接着溝８内で硬化した接着剤６からのアウトガスの放出速度を小さくすることができるため、光学素子１に対し影響を及ぼすことが無い。

注入口１１及び排出口１２を設けない場合は、接着溝８の容積と同体積の接着剤６を接着溝８に充填した後、フランジ部５と当接し接着することもできる。

さらに、把持部材２はバネ部材１３、ネジ部材１４、加圧部材１５で構成される予圧手段１６により、フランジ部上面５ｂに一定の圧力で加圧される。圧力は接着剤６の温度変化による膨張を防止できる程度の圧力であり、その値は接着剤６の熱膨張係数、接着溝８の深さ、環境の温度変化量に応じて決定される。過大な圧力を付加すると光学素子の変形、さらには破損を招く場合があるため、適性な圧力に調整し加圧することが望ましい。予圧手段１６により、硬化後に環境温度の変化により発生しうる接着剤６のＺ方向の変形を防止することができる。

以上のような把持部材を有する光学素子保持装置によれば、外部からの熱や力に対する光学素子の位置及び姿勢の安定性に優れ、さらに接着剤からのアウトガスを低減した光学系を提供することができる。

（第二の実施例）
図３Ａ（ａ），（ｂ）、図３Ｂ（ｃ），（ｄ）は保持装置１０の上面図、正面図、Ａ−Ａ断面図、Ｂ−Ｂ断面図を示す。図３Ａ、図３Ｂを参照しつつ第二の実施例における保持装置１０について説明する。本実施例における光学素子１は全反射ミラーであり、六角形状である。光学素子１にはフランジ部がなく、把持部材２２が光学素子１の側面１ｂに直接結合されている点において第一の実施例における光学素子保持装置１０と異なる。

本実施例において光学素子１は全反射ミラーであり、反射面１ａの裏面側は矩形のざぐり穴部２５が3箇所形成されており、ざぐり穴部２５にナット部材２９が挿入される。光学素子１の側面１ｂには把持部材２２が接着固定され、さらにバネ部材１３、ネジ部材１４、ナット部材２９で構成される予圧手段３６により把持部材２２を光学素子１に押圧している。

把持部材２２について図３Ａ、図３Ｂを用いて詳しく説明する。先ず保持部材３を不図示の治具により光学素子の側面１ｂの所定の位置に精度良く位置決めする。この状態でざぐり穴部２５に挿入されたナット部材２９を、ネジ部材３４で締結することで把持部材２２を光学素子１に仮固定する。ネジ部材３４で保持部材３と把持部材２２とを締結すると皿バネ等のバネ部材３３により一定の圧力で把持部材２２が光学素子１の側面１ｂへ加圧される構造となっている。

図３Ｂ（ｃ）に示すように、接着溝２８は接着剤６が露出しないように把持部材２２の当接部２７の中央付近に円形に形成されている。接着溝２８の外周及び内周にはシール部材３８があり、この接着溝２８に充填される接着剤６は光学素子１と把持部材２２とが当接することにより密閉される構造となっている。本実施例においてシール部材３８はフッ素樹脂のＯリングとしているが、銅メタルシール等液体及び気体を密閉できるものであれば何でも良い。

把持部材２２には接着剤６を充填するための接着溝２８が注入口３１と排出口３２とは接着溝２８により繋がっている。接着溝２８に接着剤６を注入し、余分な接着剤を排出する方法は第一の実施例で説明した方法により行うのが好ましい。

把持部材２に形成された接着溝２８の剛性は硬化後の接着剤６の剛性よりもはるかに高い為、環境温度の変化により発生しうる接着剤６のＺＸ方向の変形を防止することができる。また予圧手段３６により、接着剤６の硬化後に環境温度の変化により発生しうる接着剤６のＹ方向の変形を防止することができる。

第二の実施例による光学素子保持装置１０は、光学素子１の周縁部に突起状のフランジ部が無ため、光学素子１の加工が容易であり、第一の実施例の保持装置１０よりも安価な保持装置を提供することができる。

（第三の実施例）
本実施例は、本発明による把持構造を利用した光学素子保持装置を露光装置に適用した例である。図４は露光装置の概要を示す図である。露光装置１００は、光源５１と、照明光学系５２と、レチクル５３を保持するレチクルステージ５４と、投影光学系５５と、ウエハ５６を保持するウエハステージ５７等を備える。

光源５１はＥＵＶ光源であり、照明光学系５２は、複数枚のミラーや絞りで構成されている。光源５１から出射されたＥＵＶ光はこの照明光学系５２により、レチクル５３上に照射される。

レチクル５３で反射されたＥＵＶ光は投影光学系５５に入射される。投影光学系５５は複数枚の光学素子１を備え、光学素子１は保持装置１０によって保持される。本実施例では光学素子１としてミラーを用いた例を説明する。投影光学系５５に入射したＥＵＶ光は、複数枚の光学素子１によって反射され、ウエハ５６に照射される。レチクル５３のパターンは、投影光学系５５によって例えば１／４や１／５に縮小された状態でウエハ５６上に投影される。露光時にレチクルステージ５４とウエハステージ５７は、投影光学系５５の縮小倍率と同じ速度比で同期して走査駆動される。

図４において投影光学系５５は４枚の光学素子１で構成されているが、これに限るも
のではなく６枚や８枚の光学素子で構成するようにしてもよい。

高解像度で露光するＥＵＶ露光装置では、投影光学系に求められる精度が極めて高い。ミラーの形状においては、１ｎｍ程度以下の変形しか許容されない。ミラーなどの光学素子に変形が生じると、変形前後で光路が屈折し、一点に結像するべき光線が一点に収束せずに収差が生じ、像のぼやけや位置シフトが発生し、結果的にはウェハ上の回路パターンの短絡を招く。上述の実施例における光学素子保持装置をＥＵＶ露光装置のミラー保持に用いることによって、ミラー形状の変形を抑えて高精度な露光を行うことができる。

（デバイス製造方法の例）
次に、図５及び図６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５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。

ステップＳ１（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Ｓ２（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Ｓ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエ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Ｓ６（検査）では、ステップＳ５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Ｓ７）される。

図６はステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（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Ｓ１９（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エハ上に多重に回路パターンが形成される。

なお、上記説明では好適な例としてＥＵＶ露光装置について述べたが、ＥＵＶ光以外の露光光を用いた露光装置に適用してもよく、高精度に光学素子を保持すべき装置全般に適用可能である。

１ 光学素子、１ａ 光学素子の反射面、１ｂ 光学素子の側面、２，２２ 把持部材、
３ 保持部材、４ ベース部材、５ フランジ部、５ａ フランジ部下面、
５ｂ フランジ部上面、６ 接着剤、７，２７ 当接部、８，２８ 接着溝、
１０ 光学素子保持装置、１１，３１ 注入口、１２，３２ 排出口、
１３，３３ バネ部材、１４，３４ ネジ部材、１５ 加圧部材、
１６，３６ 予圧手段、１７，３７ 密閉部材、２５ ざぐり穴部、２６ シール部材、
２９ ナット部材、５１ 光源、５２ 照明光学系、５３ レチクル、
５４ レチクルステージ、５５ 投影光学系、５６ ウエハ、
５７ ウエハステージ、１００ 露光装置

Claims (7)

1. 光学素子と前記光学素子を把持するための把持部材との当接部を接着固定する把持構造であって、前記把持部材の前記当接部に溝部を有し、
   前記溝部とこれに対向する前記光学素子の平面とで密閉された密閉空間を有し、
   前記密閉空間に接着剤を充填、硬化させ、
   前記当接部及び硬化した前記接着剤を所望の圧力で加圧するための予圧手段を有する
   ことを特徴とする把持構造、及びこれを利用した光学素子保持装置。
2. 前記把持部材は前記光学素子に当接した状態で前記溝部へ接着剤を注入するための注入口と、前記溝部を通過した接着剤を排出するための排出口と、前記注入口及び前記排出口を封止するための密閉部材を有することを特徴とする請求項１に記載の把持構造、及びこれを利用した光学素子保持装置。
3. 前記把持部材は前記光学素子と略同等の熱膨張係数を有する低熱膨張材質であることを特徴とする請求項１または２に記載の把持構造、及びこれを利用した光学素子保持装置。
4. 前記予圧手段は、バネ、アクチュエータ等により所望の圧力に調整し、前記当接部及び前記接着剤を加圧することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の把持構造。
5. 前記圧力は、前記接着剤の熱変形及び経年変形を防止するのに必要な圧力以上に調整することを特徴とする請求項４に記載の把持構造、及びこれを利用した光学素子保持装置。
6. 複数の光学素子を含む光学系を備える露光装置であって、
   前記光学素子の少なくとも１つを請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の保持装置により保持することを特徴とする露光装置。
7. 請求項６に記載の露光装置を用いて基板にパターンを露光する工程と、露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。