JP2017129685A - 光学装置、投影光学系、露光装置およびデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ミラーの形状を変形するときにミラーに生じる温度分布を低減する【解決手段】 光学装置は、反射面およびその反対側の裏面を有するミラーと、ベースプレートと、前記裏面の一部に固定されて前記ミラーを前記ベースプレートの上に固定する固定部材と、それぞれ前記裏面に力を加えて前記反射面の形状を変化させる複数のアクチュエータと、を備える。前記複数のアクチュエータは、前記裏面のうちで、前記固定部材による前記ミラーの固定部を取り囲む第１領域に力をそれぞれ加える複数の第１アクチュエータと、前記裏面のうちで前記第１領域を取り囲む第２領域に力をそれぞれ加える複数の第２アクチュエータと、を含む。前記第１アクチュエータの推力生成の効率は、前記第２アクチュエータの推力生成の効率よりも大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、変形可能なミラーを含む光学装置、投影光学系、露光装置およびデバイス製造方法に関する。

波面誤差と像ひずみを補正するために変形可能なミラーを含む光学装置は、特に半導体露光装置や液晶露光装置、天体望遠鏡などに使用される。露光装置では近年その解像度の要求がますます厳しくなってきており、従って露光収差の要求も厳しくなってきている。そこで、露光収差を補正するために、露光装置に変形可能なミラーを含む装置構成が提案されている。また、天文分野でも、地上に設置される望遠鏡における空気揺らぎの影響を抑えるために、変形可能なミラーが使われるようになってきている。

特許文献１には、変形可能なミラーの中心部を保持し、ミラーの中心部以外の領域の表面形状を変形される複数のアクチュエータを配置した光学装置が開示されている。また、特許文献２には、ミラーの固有振動数が高くなるように高剛性のアクチュエータと低剛性のアクチュエータとを混在させた光学装置が開示されている。

特許第４８１７７０２号公報 特開２０１５−７０２１４号公報

変形可能なミラーを中心部で保持すると、ミラーの中心部近傍領域の剛性は中心部から離れた周辺領域に比べ高くなる。そのため、ミラー表面の中心部に近い領域ほど変形しにくくなり、往々に大きな駆動力が必要となる。ミラーの表面形状を変えるために力アクチュエータとして例えば同じ推力定数を持つボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を多数使用すると、ミラーの中心部近傍領域と周辺領域とで発熱量に大きな分布が存在することを本発明の発明者は発見した。ミラーはその中心部で基板に固定されているため、中心部近傍領域のＶＣＭは、周辺領域のＶＣＭよりも大きな力を出力させられるために発熱量が大きくなる。

本発明の発明者は、同じ推力定数を持つ多数のＶＣＭを均等に設置した場合のミラーの中心部近傍の中央領域と周辺領域とにおける発熱量分布を取得した。図３は、発熱量分布の結果を示している。図３に示すように、ミラーを同心円状に中央領域と周辺領域とに２分するとする。中央領域と周辺領域との面積の比を３％：９７％に分割すると、３％の面積の中央領域における発熱量が全発熱量の６０％を占めている。この場合、中央領域と周辺領域との単位面積当たりの発熱量の比は、４９：１である。中央領域と周辺領域との面積の比を８％：９２％に分割すると、８％の面積の中央領域における発熱量が全発熱量の６７％を占め、中央領域と周辺領域との単位面積当たりの発熱量の比は、２３：１である。中央領域と周辺領域との面積の比を３２％：６８％に分割すると、３２％の面積の中央領域における発熱量が全発熱量の７４％を占め、中央領域と周辺領域との単位面積当たりの発熱量の比は、６：１である。このように、ミラーの中央領域における発熱量が支配的で、その結果として、ミラーの中心部近傍の中央領域と周辺領域との間で大きな温度分布が生じてミラーの熱変形が発生していることが判明した。

本発明は、ミラーの形状を変形するときにミラーに生じる温度分布を低減する上で有利な光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、反射面およびその反対側の裏面を有するミラーと、ベースプレートと、前記裏面の一部に固定されて前記ミラーを前記ベースプレートの上に固定する固定部材と、それぞれ前記裏面に力を加えて前記反射面の形状を変化させる複数のアクチュエータと、を備える光学装置であって、前記複数のアクチュエータは、前記裏面のうちで、前記固定部材による前記ミラーの固定部を取り囲む第１領域に力をそれぞれ加える複数の第１アクチュエータと、前記裏面のうちで前記第１領域を取り囲む第２領域に力をそれぞれ加える複数の第２アクチュエータと、を含み、前記第１アクチュエータの推力生成の効率は、前記第２アクチュエータの推力生成の効率よりも大きいことを特徴とする。

本発明によれば、ミラーの形状を変形するときにミラーに生じる温度分布を低減することができる。

本発明に係る光学装置の一例を示す図である。 本発明に係る光学装置の動作原理を示す図である。 本発明の課題を説明する図である。 本発明に係る露光装置の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面などを参照しながら説明する。

［光学装置］
図１（ｂ）は、本実施形態に係る光学装置の一例を示し、図１（ａ）は、その光学装置のミラーの裏面を示す。図１（ｂ）に示されるように、変形可能なミラー１は、その一部、例えば中心部が固定部材２を介してベースプレート３に固定されている。ミラー１の表面１ａは反射面である。ミラー１の反射面と反対側の裏面１ｂは、固定部材２による中心部（保持領域）を取り囲む中央領域（第１領域）１ｂ_１と中央領域１ｂ_１を取り囲む周辺領域（第２領域）１ｂ_２とを含む。中央領域１ｂ_１は、ミラー１の裏面１ｂ全体のうち発熱量が支配的な、例えば３％以下の面積を占める中央部分の領域とすることができる。もしくは、発明が解決しようとする課題で示した発熱量分布のデータに基づいて、中央領域１ｂ_１は、ミラー１の裏面１ｂ全体のうちの８％以下の面積を占める中央部分の領域とすることができる。

ミラー裏面１ｂの中央領域１ｂ_１には複数の第１磁石４ａが例えば接着により設置されており、周辺領域１ｂ_２には第２磁石５ａが例えば接着により設置されている。ミラー裏面１ｂと対面するベースプレート３の面３ｂは、ミラー裏面１ｂの中央領域１ｂ_１、周辺領域１ｂ_２に対応する中央領域および周辺領域を含む。ベースプレート３の中央領域には、複数の第１磁石４ａと対向するように複数の第１コイル４ｂが配置され、ベースプレート３の周辺領域には、複数の第２磁石５ａと対向するように複数の第２コイル５ｂが配置されている。第１コイル４ｂおよび第２コイル５ｂは、それぞれベースプレート３の面３ｂに固定されている。複数の第１磁石４ａおよび複数の第２磁石５ａは、図１（ａ）に示されるように、ミラー裏面１ｂ上に放射状に配置することができる。その場合には、複数の第１コイル４ｂおよび複数の第２コイル５ｂも、複数の第１磁石４ａおよび複数の第２磁石５ａのように、ベースプレート面３ｂ上で放射状に配置される。ただし、前記磁石とコイルを放射状に配置することに限定するものではない。単位面積当たりのアクチュエータの数を同じにするなど、他の配置方式であってもよい。

ミラー裏面１ｂおよびベースプレート面３ｂの中央領域に配置される第１磁石４ａと第１コイル４ｂは、第１アクチュエータ４を構成している。第１コイル４ｂに電流を流すことで電流に比例した力が第１磁石４ａと第１コイル４ｂとの間に発生し、ミラー１の中央領域の形状を変化させることができる。ミラー裏面１ｂおよびベースプレート面３ｂの周辺領域に配置される第２磁石５ａと第２コイル５ｂは、第２アクチュエータ５を構成している。第２コイル５ｂに電流を流すことで電流に比例した力が第２磁石５ａと第２コイル５ｂとの間に発生し、ミラー１の周辺領域の形状を変化させることができる。

本実施形態では、第１アクチュエータ４、第２アクチュエータ５として、非接触の力アクチュエータの１つであるローレンツ力を利用する低コストのボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を使用した。しかし、第１アクチュエータ４、第２アクチュエータ５として、ＶＣＭ以外の他の力アクチュエータを使用しても構わない。

ＶＣＭの推力定数（推力生成の効率）をＫ_ｆ、コイルの抵抗値をＲ、コイルに流す電流をＩとすると、発生する力Ｆは、式（１）で表される。また、力Ｆを発生するときに生じる発熱量Ｐは、式（２）で表される。
Ｆ＝Ｋ_f×Ｉ ・・・（１）
Ｐ＝Ｉ^２Ｒ＝（Ｆ／Ｋ_ｆ）^２ ×Ｒ・・・（２）

式（１）より、推力定数Ｋ_ｆが大きいほど同じ力Ｆを発生させるのに必要な電流値Ｉが小さくなる。式（２）より、発熱量は電流の二乗に比例し、コイルの抵抗値に比例する。式（２）は、同じ力を発生させるときのＶＣＭの発熱量を減らすには電流値を下げることが一番効果的で、その次にコイルの抵抗値を小さくした方がよいことを意味する。したがって、推力定数の大きいアクチュエータを用いることで、必要な駆動電流を小さくでき、発熱量を効果的に低減することが可能である。もちろん、コイルの抵抗値を下げてもアクチュエータの発熱量を低減できる。

そこで、本実施形態では、ミラー１の中央領域を変形させる各第１アクチュエータ４として、ミラー１の周辺領域を変形させる各第２アクチュエータ５よりも推力定数が大きいものを使用する。本実施形態では、複数の第１アクチュエータ４は、互いに同じ推力手数を有し、複数の第２アクチュエータ５は、第１アクチュエータ４の推力定数より小さく、互いに同じ推力手数を有している。しかし、複数の第１アクチュエータ４および複数の第２アクチュエータ５を、その配置位置とミラー１の中心部との距離が小さいほど推力定数が大きくなるように構成してもよい。本実施形態では、ミラー１の中央領域における発熱量を低減する構成を提案しているが、ベースプレート３を冷却する温調方式と併せて使用してもよい。あるいは、ベースプレート３の中央領域を集中的に冷却する方式と併せて使用してもよい。

次に図２を用いて本実施形態に係る光学装置の動作原理を説明する。光学装置は、図２に示されるように、複数の第１アクチュエータ４および複数の第２アクチュエータ５を制御する制御部６を含む。制御部６は、光学性能の誤差を補正するために、ミラー１が変形してほしい形状である目標形状が、演算部６ａに送られてくる。演算部６ａは、アクチュエータドライバ６ｂが出力すべき駆動指令値を算出して、アクチュエータドライバ６ｂに送信する。アクチュエータドライバ６ｂは、演算部６ａが算出した駆動指令値を複数の第１アクチュエータ４および第２アクチュエータ５のそれぞれに送る。各アクチュエータは、必要な力を発生させて、ミラー１の表面形状を変形させ、光学性能の誤差を補正する。図２に示したのは、一つの例であって、これに限定するものではない。

［露光装置］
本実施形態に係る露光装置について、図４を参照しながら説明する。本実施形態の露光装置５０は、照明光学系ＩＬと、投影光学系ＰＯと、マスク（原版）を保持して移動可能なマスクステージＭＳと、基板５６を保持して移動可能な基板ステージＷＳとを含みうる。また、露光装置５０は、基板５６を露光する処理を制御する制御部５１を含みうる。

照明光学系ＩＬに含まれる光源（不図示）から出射された光は、照明光学系ＩＬに含まれるスリット（不図示）によって、例えば、Ｙ方向に長い円弧状の露光領域を、マスク５５上に形成することができる。マスク５５および基板５６は、マスクステージＭＳおよび基板ステージＷＳによってそれぞれ保持されており、投影光学系ＰＯを介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系ＰＯの物体面および像面の位置）に配置される。投影光学系ＰＯは、所定の投影倍率（例えば１／２倍）を有し、マスク５５に形成されたパターンを基板５６に投影する。そして、マスクステージＭＳおよび基板ステージＷＳを、投影光学系ＰＯの物体面と平行な方向（例えばＸ方向）に、投影光学系ＰＯの投影倍率に応じた速度比で走査させる。これにより、マスク５５に形成されたパターンを基板５６に転写することができる。

投影光学系ＰＯは、例えば、図４に示すように、平面鏡５２と、凹面鏡５３と、凸面鏡５４とを含むように構成されうる。照明光学系ＩＬから出射し、マスク５５を透過した露光光は、平面鏡５２の第１面５２ａにより光路を折り曲げられ、凹面鏡５３の第１面５３ａに入射する。凹面鏡５３の第１面５３ａにおいて反射した露光光は、凸面鏡５４において反射し、凹面鏡５３の第２面５３ｂに入射する。凹面鏡５３の第２面５３ｂにおいて反射した露光光は、平面鏡５２の第２面５２ｂにより光路を折り曲げられ、基板上に結像する。このように構成された投影光学系ＰＯでは、凸面鏡５４の表面が光学的な瞳となる。露光装置５０の構成において、上述した光学装置は、例えば、ミラー１としての凹面鏡５３の反射面を変形する装置として用いられうる。上述の光学装置を露光装置５０に用いることにより、凹面鏡５３の反射面（第１面５３ａおよび第２面５３ｂ）を変形させることができ、投影光学系ＰＯにおける光学収差を精度よく補正することができる。ここで、露光装置５０における制御部５１は、光学装置におけるアクチュエータを制御するための制御部６を含むように構成されてもよい。

［物品の製造方法］
本実施形態に係る物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。

１：ミラー。１a：反射面。１ｂ：ミラー裏面。１ｂ_１：中央領域。１ｂ_２：周辺領域。２：固定部材。３：ベースプレート。４：第１アクチュエータ。４ａ：第１磁石。４ｂ：第１コイル。５：第２アクチュエータ。５ａ：第２磁石。５ｂ：第２コイル。

Claims (9)

1. 反射面およびその反対側の裏面を有するミラーと、ベースプレートと、前記裏面の一部に固定されて前記ミラーを前記ベースプレートの上に固定する固定部材と、それぞれ前記裏面に力を加えて前記反射面の形状を変化させる複数のアクチュエータと、を備える光学装置であって、
   前記複数のアクチュエータは、
   前記裏面のうちで、前記固定部材による前記ミラーの固定部を取り囲む第１領域に力をそれぞれ加える複数の第１アクチュエータと、
   前記裏面のうちで前記第１領域を取り囲む第２領域に力をそれぞれ加える複数の第２アクチュエータと、を含み、
   前記第１アクチュエータの推力生成の効率は、前記第２アクチュエータの推力生成の効率よりも大きいことを特徴とする光学装置。
2. 前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータの前記効率は、力を加える前記裏面の領域と前記固定部との距離が小さいほど大きいことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記第１アクチュエータおよび前記第２アクチュエータは、ボイスコイルモータであることを特徴とする請求項１ないし２のいずれか１項に記載の光学装置。
4. 前記ボイスコイルモータは、前記裏面に配置された磁石と、前記ベースプレートに配置されたコイルと、を含むことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記第１領域は、前記裏面のうちの８％以下の領域であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記第１領域は、前記裏面のうちの３％以下の領域であることを特徴とする請求項５に記載の光学装置。
7. マスクのパターンを基板に投影する投影光学系であって、
   請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光学装置を含むことを特徴とする投影光学系。
8. 基板を露光する露光装置であって、
   請求項７に記載の投影光学系を含むことを特徴とする露光装置。
9. 請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記工程で露光された前記基板を現像する工程と、
   を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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