JP2018081201A - 光学装置、投影光学系、露光装置、及び物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ミラーの反射面を変形させる際に発生する熱の回収性能の点で有利な技術を提供する。【解決手段】光学装置は、光を反射する反射面および該反射面の反対側の裏面を有するミラー１０１と、前記裏面と対向する第１面と該第１面の反対側の第２面を有するベース１０６と、前記裏面の一部を前記第１面の一部に固定する固定部材１０２と、前記裏面に力を加えて前記反射面を変形させるアクチュエータ１０３と、前記ミラー１０１および前記ベース１０６を収容するチャンバであって、前記ミラー１０１の前記反射面側の位置に形成された給気口と、前記ベース１０６の前記第２面と対向する位置に形成された排気口とを有するチャンバと、前記反射面側の第１空間と、前記裏面と前記第１面との間の第２空間とを、前記ベース１０６の前記第２面と該第２面と対向する前記チャンバの筐体との間の第３空間に連通させる流路とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、投影光学系、露光装置、及び物品製造方法に関する。

近年の半導体デバイスや液晶表示装置等における線幅の微細化に伴い、露光装置の高精細化が求められている。この高精細化を実現するため、露光装置内に可変鏡装置を搭載することが提案されている。可変鏡装置は、ミラー形状を変化させ収差補正を行う光学系であり、例えば天文分野において星を観察する際に大気のゆらぎによる像の分解能の低下を抑えるための技術として用いられている。可変鏡装置は、典型的には、可変鏡であるミラー、アクチュエータ、アクチュエータを保持するベース、変形量を検出するセンサ等を含み、ミラー裏面をアクチュエータで駆動することでミラー形状を変形させている。

特許文献１には、可変鏡装置を露光装置に適用し、目標の形状からのずれ量を計測し、その計測値に基づいて制御部から複数のアクチュエータへそれぞれ指令を出してミラーを変形させることにより結像面を補正する構成が開示されている。可変鏡装置を搭載することで結像性能の向上が見込まれるが、ミラーの駆動時にはアクチュエータのコイルが発熱するため、その対処が必要になる。コイルで発生した熱はミラーやベースに伝わり、ミラーの温度およびその周辺の空気温度が上昇する。このような温度上昇への対策として、非特許文献１には、冷却プレートに結合した銅棒の端部にコイルを設けて、コイルの発熱を銅棒で回収する構成が開示されている。

また、露光装置の高精細化を実現するため、露光空間の温度管理を行う技術も存在する。露光装置では、露光処理が長時間に及ぶと、投影光学系内部の光学素子が露光光の一部を吸収し、吸収された光のエネルギーが熱に変換され、その光学素子や、該光学素子の保持部材、及びそれらを取り巻く気体の温度が次第に上昇する。光学経路上の気体の温度が上昇するとその空間の屈折率が変化し、結像性能に影響を及ぼす。

この気体温度の影響を低減するために、投影光学系を収容するチャンバの内部空間に、温度制御された気体を循環させる技術が提案されている。例えば、特許文献２には、投影光学系内に構成された複数の光学要素の表面を空冷することで、露光エネルギーの吸収による熱的変化を軽減させる投影光学装置が開示されている。

特開２０１６−０９２３０９号公報 特開昭６０−７９３５８号公報

VLT Deformable Secondary Mirror: integration and electromechanical tests results, SPIE 8447, Adaptive Optics Systems III, 84472G (2012年9月13日)

可変鏡装置を温度制御された空間に対して搭載する際に、可変鏡装置で発生した熱による空間への悪影響を抑制する必要がある。一般に、可変鏡装置のアクチュエータにより発生した熱は、水冷等で回収されるが全てを取りきることはできず、残った熱は空間へと放出される。その熱が温度制御された空間へ流出し、その空間の屈折率が変化し、結像性能に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は、ミラーの反射面を変形させる際に発生する熱の回収性能の点で有利な技術を提供することを目的とする。

本発明の一側面によれば、光を反射する反射面および該反射面の反対側の裏面を有するミラーと、前記裏面と対向する第１面と該第１面の反対側の第２面を有するベースと、前記裏面の一部を前記第１面の一部に固定する固定部材と、前記ミラーと前記ベースとの間に設けられ前記裏面に力を加えて前記反射面を変形させるアクチュエータと、前記ミラーおよび前記ベースを収容するチャンバであって、前記チャンバの筐体の、前記ミラーの前記反射面側の位置に形成された給気口と、前記チャンバの筐体の、前記ベースの前記第２面と対向する位置に形成された排気口とを有するチャンバと、前記チャンバの内部空間における、前記反射面側の第１空間と、前記裏面と前記第１面との間の第２空間とを、前記ベースの前記第２面と該第２面と対向する前記チャンバの筐体との間の第３空間に連通させる流路とを有することを特徴とする光学装置が提供される。

本発明によれば、ミラーの反射面を変形させる際に発生する熱の回収性能の点で有利な技術が提供される。

実施形態に係る可変鏡装置の構成を示す図。 可変鏡装置を搭載した露光装置の構成を示す図。 従来の可変鏡装置を搭載した露光装置の課題を説明する図。 実施形態に係るガイド部を有する可変鏡装置の構成を示す図。 実施形態２を説明するための概略図である。 実施形態３を説明するための概略図である。 実施形態に係るガイド部の具体的な構成例を示す図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、以下の実施形態は本発明の実施の具体例を示すにすぎない。また、以下の実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の課題解決のために必須のものであるとは限らない。

＜第１実施形態＞
（光学装置）
図１は、本実施形態に係る可変鏡装置１００の構成を示す図である。光学装置である可変鏡装置１００は、ミラー１０１の反射面の形状を変化させることができるように構成されている。構成の概略は以下の通りである。

ミラー１０１は薄鏡であり、光を反射する反射面１０１ａとその反対側の裏面１０１ｂを有する。ベース１０６は、ミラー１０１の裏面１０１ｂと対向する第１面１０６ａとその反対側の第２面１０６ｂを有する。ミラー１０１の裏面１０１ｂの例えば中心を含む一部が、固定部材１０２によってベース１０６の第１面１０６ａの例えば中心を含む一部に固定されている。ミラー１０１には、熱歪による形状誤差の発生を抑えるために、例えば低熱膨張光学ガラスが用いられうる。反射面１０１ａには、使用する光の波長に適したコーティングが施されている。ベース１０６は、固定部材１０２を介してミラー１０１を支持するとともに、変位センサ１０８、およびアクチュエータ固定用のホルダ１０７を保持する。

可変鏡装置１００は、ミラー１０１とベース１０６との間に設けられミラー１０１の裏面１０１ｂに力を加えて反射面１０１ａを変形させるアクチュエータ１０３を有する。アクチュエータ１０３は、例えば、磁石１０４とコイル１０５で構成されるボイスコイルモータ（ＶＣＭ）である。例えば、磁石１０４は、ミラー１０１の裏面１０１ｂに配置され、コイル１０５は、磁石１０４と対向するように、ホルダ１０７に保持されることでベース１０６に固定される。アクチュエータ１０３は、ミラー１０１の全面にわたって複数配置されうるが、本発明は、特定のアクチュエータ１０３の数や配置の仕方に限定されるものではない。また、アクチュエータ１０３はボイスコイルモータ以外のアクチュエータであってもよい。

ベース１０６の内部には水冷機構として流路１０９が形成されており、この流路１０には不図示の温調装置から温度制御された冷媒が供給される。冷媒には水を使用してもよいし、その他の液体を使用してもよい。冷媒が流路１０９を循環することにより、アクチュエータ１０３で発した熱が伝熱棒１１０を介して冷却され、ミラー１０１への熱伝導が低減される。これによりベース１０６の温度が一定に保たれ、ミラー１０１の熱歪の影響を低減することができる。

可変鏡装置１００は、アクチュエータ１０３を制御するコントローラ１２０を含みうる。光学性能の誤差を補正するためのミラー１０１の目標形状のデータが、コントローラ１２０に入力される。演算部１２１は、入力されたデータに応じて、各アクチュエータに対する駆動指令値をドライバ１２２に送信する。ドライバ１２２は、受信した駆動指令値をそれぞれ対応するアクチュエータ１０３に送る。これに応じて各アクチュエータは、受信した駆動指令値に応じた力を発生する。これによりミラー１０１の表面形状が変形し、光学性能の誤差が補正されうる。

また、可変鏡装置１００は、図２を参照して後述するように、ミラー１０１およびベース１０６を収容するチャンバを含みうる。
上記した可変鏡装置１００は、露光装置や天体望遠鏡などに使用されることが想定される。以下では、可変鏡装置１００を露光装置に使用する実施形態を説明する。

（露光装置）
図２は、上記の可変鏡装置１００を搭載した露光装置２００の構成を示す図である。露光装置２００は、基板の上のレジストをマスク（原版）を介して露光することによって該レジストにマスクのパターンに対応する潜像を形成する装置である。露光方式としてはステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式があるが、ここではステップ・アンド・スキャン方式を採用するものとする。ただし、本発明は、特定の露光方式に限定されるものではない。露光装置２００は、照明光学系２０１と、位置合わせ用顕微鏡２０２と、パターンが形成されたマスクＭを保持するマスクステージ２０３と、投影光学系２０４と、基板Ｗ（例えばガラスプレート）を保持する基板ステージ２０５とを備えうる。また、露光装置２００は、露光処理を統括的に制御する制御装置２３０を含みうる。

照明光学系２０１は、光源を有し、マスクステージ２０３に保持されたマスクＭに対して露光光を照射する。位置合わせ用顕微鏡２０２は、マスクＭと基板Ｗとに形成された位置合わせ用のアライメントマークを観察する光学系である。露光装置２００は、マスクＭと基板Ｗとを同期させて走査露光を行うことで、マスクＭ上のパターンをレジストの塗布された基板Ｗ上に転写することができる。

投影光学系２０４は、マスクＭに形成されたパターンの像を、基板ステージ２０５に保持された基板Ｗに投影する光学系であり、上記した可変鏡装置１００を含む。ここで、可変鏡装置１００のミラー１０１は凹面ミラーを構成している。照明光学系２０１から出射し、マスクＭを透過した露光光は、平面ミラー２０７により光路を折り曲げられ、凹面ミラーであるミラー１０１の反射面１０１ａに入射する。ミラー１０１の反射面１０１ａにおいて反射した露光光は、凸面ミラー２０８において反射し、再びミラー１０１の反射面１０１ａに入射する。ミラー１０１の反射面１０１ａにおいて反射した露光光は、平面ミラー２０７により光路を折り曲げられ、基板Ｗ上に結像する。ここで、露光装置２００における制御装置２３０は、可変鏡装置１００におけるアクチュエータ１０３を制御するためのコントローラ１２０を含むように構成されていてもよい。

ミラー１０１の反射面１０１ａを変形させることにより、投影光学系２０４の結像位置を変化させることが可能である。例えば、基板Ｗの凹凸に応じてアクチュエータ１０３を駆動し結像位置を変化させることで、基板Ｗの形状に関わらず高い結像性能を維持することができる。

上述したように、可変鏡装置１００は、ミラー１０１およびベース１０６を収容するチャンバを含みうるが、本実施形態においては、このチャンバは、投影光学系２０４を収容するチャンバ２１０として実現される。チャンバ２１０の筐体における、ミラー１０１の反射面側かつミラー１０１の上下近くの位置には、給気口２１０ａおよび排気口２１０ｂが形成されている。給気口２１０ａおよび排気口２１０ｂにはそれぞれ、チャンバ２１０内の温度安定化のための給気機構２１１および排気機構２１２が接続されうる。空調機２１３で温調された気体（例えば空気）は、給気機構２１１により給気口２１０ａを介してチャンバ２１０内に送り込まれ、排気機構２１２により排気口２１０ｂを介して排気される。露光時には露光光により各光学素子が発熱するが、この吸排気によってチャンバ２１０の内部空間が適切な温度に保たれうる。

図３（Ａ）は、従来の露光装置における熱と気流の流れを例示する図である。可変鏡装置１００の周囲空間には給気機構２１１により空調機２１３で温調された空気が給気口２１０ａを介して供給され、排気機構２１２により排気口２１０ｂを介して排気される。図３（Ａ）の従来例においては、給気口２１０ａおよび排気口２１０ｂはともに、チャンバ２１０の筐体における、ミラー１０１の反射面側かつミラー１０１の上下付近の位置に形成されている。

露光時においては、ミラー１０１に露光光３０１が照射される。ミラー１０１には反射膜が形成されており露光光３０１の多くは反射されるが、残った僅かな露光光は吸収され熱に変わる。ミラー１０１の熱により温度が高められた空気３０２は、給気機構２１１により給気口２１０ａを介して給気された空気の流れに乗って、排気機構２１２により排気口２１０ｂを介して排気される。

また、可変鏡装置１００のベース１０６からは、水冷機構で取りきれなかったアクチュエータ１０３の熱が放出される。ベース１０６の熱により温度が高められた空気３０３は、排気機構２１２に向かい、露光光３０１を横切るように進み、排気口２１０ｂを介して排気される。このとき、露光光３０１は、ベース１０６の熱により温度が高められた空気３０３の影響を受け、屈折率が変化しうる。可変鏡装置１００を搭載していない露光装置の場合には、凹面ミラーからの熱のみの影響であったが、可変鏡装置１００を搭載することにより、ベース１０６の熱の影響も受けることになる。それにより、投影光学系２０４の結像位置が意図せず変化するため、安定した性能を維持することが困難になる。

これに対し、図３（Ｂ）は、排気口２１０ｂを、チャンバ２１０の筐体における、ベース１０６の第２面１０６ｂと対向する位置（「ベース１０６の裏面側の位置」ともいう。）に形成し、そこに排気機構２１２を配置した従来例を示している。なお図３（Ｂ）においては、排気口２１０ｂと排気機構２１２が複数配置されている。排気機構２１２をベース１０６の裏面側の位置に設けることにより、ベース１０６の熱で温度が高められた空気３０３を効果的に排気することができる。

その一方で、ミラー１０１の熱で温度が高められた空気３０２は、排気機構２１２からの距離が離れているため流速が遅くなり、露光光３０１付近の空間に帯留しがちになる。露光光３０１は、滞留している温度の高い空気３０２の影響を受け、屈折率が変化しうる。それにより、投影光学系２０４の結像位置が変化するため、依然として安定した性能を維持することが困難である。

これに対する本実施形態の構成例を図４に示す。図４において、チャンバ２１０の内部空間における、ミラー１０１の反射面側の空間を第１空間Ｓ１という。また、ミラー１０１の裏面１０１ｂとベース１０６の第１面１０６ａとの間の空間を第２空間Ｓ２という。また、ベース１０６の第２面１０６ｂと該第２面１０６ｂと対向するチャンバ２１０の筐体との間の空間を第３空間Ｓ３という。本実施形態ではまず、図３（Ｂ）と同様に、チャンバ２１０の筐体におけるベース１０６の第２面１０６ｂと対向する位置に排気口２１０ｂが形成され、そこに排気機構２１２が設置される。さらに、第１空間Ｓ１と、第２空間Ｓ２とを、第３空間Ｓ３に連通させる流路４０１を設ける。

流路４０１は、後述するような流路形成部材によって形成される。流路形成部材は、ミラー１０１の外周部に沿う開口４０２を形成する。開口４０２の断面積は、流路４０１の他の部分の断面積に対して小さいものとする。一般に、露光装置内に存在する空気は非圧縮性流体と考えてよいため、断面積と流速は反比例の関係になる。そのため、開口４０２は、第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２の気体を誘引するオリフィスとして機能し、開口４０２で流速が一時的に増加する。それにより、ミラー１０１の熱で温度が高められた空気３０２は、開口４０２を介して流路４０１内に回収され排気口２１０ｂへと流れていく。これにより、ミラー１０１の熱で温度が高められた空気３０２が露光光３０１の光路付近で滞留することが防止される。よって、ミラー１０１の熱で温度が高められた空気３０２およびベース１０６の熱で温度が高められた空気３０３が露光光３０１が通過する空間に対して与える影響を小さくすることができる。こうして、露光装置の結像性能を安定的に維持することが可能になる。

図４及び図７を参照して、流路４０１の具体的な構成例を説明する。図７は、可変鏡装置１００周辺のミラー１０１の裏面側から見た斜視図である。流路４０１は、流路形成部材である隔壁４０１ａおよびプレート４０１ｂによって形成される。隔壁４０１ａは、チャンバ２１０内において、第１空間Ｓ１を反射面１０１ａに入射する光の光路を横切る方向に仕切るように配置される。隔壁４０１ａには、反射面１０１ａに入射する光を通過させるための、ミラー１０１の径と同等もしくはそれより大きな開口部Ｋが形成されている。ここで、ミラー１０１と隔壁４０１ａとの間には隙間が生じるよう、ミラー１０１は隔壁４０１ａからベース１０６の裏面側に所定距離（例えば数100mm）離して設置される。プレート４０１ｂは、ベース１０６の第１面１０６ａと第２面１０６ｂとをつなぐ側面１０６ｃに沿って、複数配置されている。複数のプレート４０１ｂは、例えば隔壁４０１ａに結合される。オリフィスとして機能する開口４０２は、上記したミラー１０１と隔壁４０１ａとの間の隙間を、複数のプレート４０１ｂで一部塞ぐことによって形成されうる。

なお、本実施形態において、ベース１０６は、ベース１０６の側面１０６ｃに沿って延びる複数（例えば３個）の支持部材７０３によって支持されうる。ここで、複数の支持部材７０３は、それぞれ隔壁４０１ａに結合されている。ただし、このような専用の支持部材のかわりに、複数のプレート４０１ｂを用いてベース１０６を支持する構成としてもよい。

給気口２１１から供給された空気は、開口４０２を通過し、排気機構２１２に回収される。上記したように、この空気は開口４０２を通過する際に流速が一時的に増加するため、ミラー１０１周辺の流速が増加し、熱を回収する効果が高まる。

オリフィスとして機能する開口４０２は、例えば、第１空間内、すなわち、ミラー１０１の反射面１０１ａの位置よりも光路側、に形成される。発明者は、シミュレーションにより、開口４０２を第１空間内に形成した場合の方が、第２空間側に設けた場合よりもミラー１０１周辺の排気効果が高いことを確認している。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、隔壁４０１ａとプレート４０１ｂとで形成した流路４０１により排気効率を促進するようにした。これに対し、第２実施形態では、コアンダ効果を利用して排気効率を促進させる。図５に示されるように、第１空間Ｓ１における流路４０１の入口には、隔壁４０１ａのかわりに、圧縮気体を排気機構２１２側に噴出するノズル５０１が設けられる。圧縮気体は、不図示の圧縮気体供給装置から配管５０２を介して供給される。なお、本発明は、設置されるノズル５０１の特定の種類や個数に限定されるものではない。ノズル５０１から圧縮気体を排気機構２１２側に噴出することで、第１空間Ｓ１および第２空間Ｓ２の気体を誘引するコアンダ効果により、噴出した圧縮気体の流量の数倍の流量の気体を巻き込んで排気機構２１２へ送り込むことができる。

＜第３実施形態＞
第１実施形態では、流路４０１を隔壁４０１ａとプレート４０１ｂとで形成したが、このかわりに、図６に示されるように、ベース１０６の表裏を貫く貫通孔６０１を設けてもよい。この貫通孔６０１の断面積は、貫通孔６０１を通過する空気の流速が一時的に増加するような広さにされる。ここで、隔壁４０１ａとプレート４０１ｂは、ベース１０６とチャンバ２１０との隙間を埋めるように設置される。給気機構２１１から供給された空気は、貫通孔６０１を通り、排気機構２１２に回収される。貫通孔６０１は断面積が小さく流速が速いため、ミラー１０１の熱により温度が高まった空気３０２も回収することができる。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、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。

１００：可変鏡装置、１０１：ミラー、１０２：固定部材、１０３：アクチュエータ、１０６：ベース

Claims (10)

1. 光を反射する反射面および該反射面の反対側の裏面を有するミラーと、
   前記裏面と対向する第１面と該第１面の反対側の第２面を有するベースと、
   前記裏面の一部を前記第１面の一部に固定する固定部材と、
   前記ミラーと前記ベースとの間に設けられ前記裏面に力を加えて前記反射面を変形させるアクチュエータと、
   前記ミラーおよび前記ベースを収容するチャンバであって、前記チャンバの筐体の、前記ミラーの前記反射面側の位置に形成された給気口と、前記チャンバの筐体の、前記ベースの前記第２面と対向する位置に形成された排気口とを有するチャンバと、
   前記チャンバの内部空間における、前記反射面側の第１空間と、前記裏面と前記第１面との間の第２空間とを、前記ベースの前記第２面と該第２面と対向する前記チャンバの筐体との間の第３空間に連通させる流路と、
   を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記流路を形成する流路形成部材を有し、
   前記流路形成部材は、前記第１空間および前記第２空間の気体を前記第３空間に誘引するオリフィスを形成している
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記流路形成部材は、
   前記第１空間を前記反射面に入射する光の光路を横切る方向に仕切る隔壁であって、前記反射面に入射する光を通過させるための開口部が形成された隔壁と、
   それぞれ前記ベースの前記第１面と前記第２面とをつなぐ側面に沿って配置される複数のプレートと、
   を含み、
   前記オリフィスは、前記ミラーと前記隔壁との間の隙間を、前記複数のプレートで一部塞ぐことによって形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. それぞれ前記隔壁に結合され前記側面に沿って延び前記ベースを支持する複数の支持部材を更に有することを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
5. 前記オリフィスは、前記第１空間内に形成されていることを特徴とする請求項３又は４に記載の光学装置。
6. 前記第１空間における前記流路の入口に設けられ、コアンダ効果を利用して前記第１空間および前記第２空間の気体を誘引するノズルを含むことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
7. 前記流路は、前記ベースの表裏を貫く貫通孔を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
8. マスクが形成されたパターンの像を基板に投影する投影光学系であって、
   請求項１乃至７いずれか１項に記載の光学装置を含む投影光学系。
9. 基板を露光する露光装置であって、
   請求項８に記載の投影光学系を含む露光装置。
10. 請求項９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、
    を含む物品製造方法。

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