JP2018189850A - 光学装置、投影光学系、露光装置、および物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成でミラーの反射面を精度よく変形させるために有利な技術を提供すること。【解決手段】光学装置は、ミラーと、前記ミラーの反射面と反対側の裏面に対して離間して配置され、前記ミラーを支持するベース部材と、前記ベース部材に設けられ、前記ベース部材と前記ミラーとの間の距離を計測する複数のセンサと、前記ベース部材と前記ミラーとの間に設けられ、前記ミラーに力を加える複数のアクチュエータと、前記複数のセンサによる計測結果に基づいて、前記複数のアクチュエータを制御する制御部と、前記制御部による前記複数のアクチュエータそれぞれの指令値の履歴を記憶する記憶部とを有し、前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記履歴に基づいて、熱による前記ベース部材の変形量を推定し、該変形量の影響を低減するように前記複数のアクチュエータのうちの少なくともいずれかの前記指令値を補正する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ミラーの反射面を変形させる光学装置、それを用いた投影光学系、露光装置、および物品製造方法に関する。

半導体デバイス等の製造に用いられる露光装置においては、解像度を向上させるため投影光学系の光学収差を補正する必要がある。特許文献１には、マスクと基板の特性を計測し、計測した特性に基づき、複数のアクチュエータを用いてミラーの反射面を変形させる技術が開示されている。

ミラーの反射面を変形させる光学装置においては発熱の問題が存在する。各アクチュエータを駆動させる際に流す電流により、アクチュエータが発熱する。アクチュエータが発熱すると、ミラーとアクチュエータを固定しているベースに温度分布が生じ、その結果、ベースが熱変形しうる。ベースが熱変形すると、アクチュエータの駆動量に誤差が生じてミラーを目標形状に変形させることができず、所望の光学性能を得ることが困難となりうる。

このような熱の問題に対し、特許文献２には、熱負荷による要素の変形を補償するための熱補償変形ユニットを備えたリソグラフィック装置が示されている。この熱補償変形ユニットは、要素上の位置で温度を温度センサで検出し、検出された温度に基づいて、熱負荷による要素の変形を予測する。

特許第４３３０５７７号公報 特開２００５−１０１５９３号公報

しかし、変形の影響を正確に予測するには、ミラー上の多数の点における温度を検出しなければならない。したがって、多数の温度センサが必要になるため、構造が複雑化しコストも増大する。

本発明は、簡易な構成でミラーの反射面を精度よく変形させるために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、ミラーと、前記ミラーの反射面とは反対側の裏面に対して離間して配置され、前記ミラーを支持するベース部材と、前記ベース部材に設けられ、前記ベース部材と前記ミラーとの間の距離を計測する複数のセンサと、前記ベース部材と前記ミラーとの間に設けられ、前記ミラーに力を加える複数のアクチュエータと、前記複数のセンサによる計測結果に基づいて、前記複数のアクチュエータを制御する制御部と、前記制御部による前記複数のアクチュエータそれぞれの指令値の履歴を記憶する記憶部とを有し、前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記履歴に基づいて、熱による前記ベース部材の変形量を推定し、該変形量の影響を低減するように前記複数のアクチュエータのうちの少なくともいずれかの前記指令値を補正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、簡易な構成でミラーの反射面を精度よく変形させるために有利な技術を提供することができる。

実施形態における光学装置の構成例を示す図。 実施形態における露光装置の構成例を示す図。 アクチュエータ周辺の要部拡大図。 ベースの熱変形によるセンサの位置ずれの問題を説明する図。 実施形態におけるミラーの形状補正処理のフローチャート。 実施形態におけるミラーの形状補正処理のフローチャートのフローチャート。

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、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ものであり、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。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＞
図１に本実施形態における光学装置３の構成例を示す。本実施形態において使用されるミラー３１は、薄いメニスカス形状をなし、凹面側に反射膜がコーティングされた反射面３１１を有する。ミラー３１の材質は、例えば低熱膨張セラミック、低熱膨張ガラス等でありうる。ミラーの裏面から力を与えることにより反射面（表面）を容易に変形させることが可能であるよう、ミラー３１は非常に薄く加工されている。ただし薄すぎると、変形時の応力等による破損の可能性が大きくなる。直径１０００ｍｍのミラーであれば、厚さは例えば５ｍｍ〜２０ｍｍ程度である。

光学装置３は、ミラー３１の反射面３１１とは反対側の裏面３１２に対して離間して配置されたベース部材３４を有する。ベース部材３４はミラー３１を支持する部材であり、例えばベース部材３４は、ミラー３１の中心を含むミラー３１の一部を、中心軸３５によって支持している。中心軸３５はベース部材３４の一部として形成されてもよいし、ベース部材３４とは別の部材として設けられていてもよい。ベース部材３４の材質は、例えば、低熱膨張材であるインバー材、セラミック、あるいはガラス等でありうる。ベース部材３４とミラー３１との間には、複数のアクチュエータ３２が設けられている。アクチュエータ３２は、反射面３１１の形状を変化させるべく、ミラー３１の裏面３１２に力を加える。本実施形態では、アクチュエータ３２としてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）を用いる。

図３に、図１の破線３６で囲まれたアクチュエータ３２周辺の要部拡大図を示す。ＶＣＭの可動子３２２はミラー３１に固定され、アクチュエータ３２であるＶＣＭは、固定子３２１と可動子３２２とを含む。固定子３２１はベース部材３４に固定され、可動子３２２はミラー３１の裏面３１２に固定されている。固定子３２１に電流を流すと、可動子３２２と固定子３２１との間に電磁力が生じ、ミラー３１の裏面３１２に力を加えることができる。なお、アクチュエータ３２としてはＶＣＭのほか、電磁石、静電力等を利用した機構を採用してもよい。

図１に示されるように、アクチュエータ３２は、ミラー３１の全面に亘って複数設置されており、これによりミラー３１を任意の形状に変形させることができる。ベース部材３４にはさらに、ベース部材３４とミラー３１との間の距離を計測（検知）する複数のセンサ３３が設けられている。センサ３３としては、ミラー３１の変位を計測するもので、例えば静電容量センサや光学式センサ等を採用しうる。複数のセンサ３３はそれぞれ、例えば、各アクチュエータ３２の作用点近傍のミラー裏面３１２の変位を計測するように配置される。

複数のアクチュエータ３２および複数のセンサ３３はそれぞれ、制御部３８に接続されている。制御部３８は、複数のセンサ３３による計測結果（計測値）を受け取り、その計測値に基づいて複数のアクチュエータ３２それぞれの指令値を制御する。指令値は、例えば電流値でありうる。制御部３８は、例えばＣＰＵ３８ａやメモリ３８ｂを有するコンピュータによって構成されうる。

以下、ミラー３１の形状を制御する方法について説明する。アクチュエータ３２に電流が流れていない状態、すなわちミラー３１にアクチュエータに３２よる外力が加わっていない状態を初期状態と呼ぶ。また、初期状態におけるミラー形状を初期形状と呼ぶ。初期形状は事前の計測により既知であるものとする。まず、目標とするミラー３１の面形状の情報が、制御部３８に入力される。面形状の情報とは、例えば、面形状をＺｅｒｎｉｋｅ多項式で展開して得られた各項の係数である。面形状の情報は、Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式に限らず、他の関数や、ビットマップ等の形式のデータであってもよい。

制御部３８は、初期形状と目標とする面形状との差に基づいて、各アクチュエータ３２の目標駆動量を決定し、その目標駆動量を実現する指令値としての電流値を、各アクチュエータ３２に与える。各アクチュエータ３２は、与えられた電流値に応じた力をミラー３１に加えてミラー３１を変形させる。理想的には、変形後の面形状は、目標とする面形状と一致するはずである。しかし、電流量の誤差等の要因により、目標駆動量と実際の駆動量との間には誤差が存在する。そのため、目標とする面形状と実際の面形状の間には誤差が生じる。この誤差を低減するため、制御部３８はセンサ３３からの計測値を用いてフィードバック制御を行う。前述のように、各センサ３３は、各アクチュエータ３２の作用点近傍のミラー３１の変位を計測し、計測した変位量を計測値として制御部３８に送る。誤差がなければ、センサ３３により計測された変位量は、対応するアクチュエータ３２の目標駆動量と一致するはずであるが、前述の誤差のため、一般に両者には差がある。制御部３８は、この差に基づいて各アクチュエータ３２の電流値を調整する。例えば、センサ３３により計測された変位量が対応するアクチュエータ３２の目標駆動量より小さい場合、対応するアクチュエータ３２の電流をより大きくして駆動量を増大させる。逆に、センサ３３により計測された変位量が対応するアクチュエータ３２の目標駆動量よりも大きい場合、対応するアクチュエータ３２の電流をより小さくして駆動量を減少させる。このようなフィードバック制御を行うことで、面形状を目標形状に近づける。

次に、アクチュエータの発熱の問題について説明する。
アクチュエータ３２に電流を流して駆動すると、流した電流量に応じてアクチュエータ３２が発熱する。ｉ番目のアクチュエータ３２の発熱量Ｑｉは次式で表される。
Ｑｉ＝ｄ・Ａｉ^２／Ｒ （式１）
ここで、ｄはＶＣＭの熱損失係数である。Ｒは、ＶＣＭの電気抵抗であり、使用されているＶＣＭの種類が同一ならば、全てのアクチュエータ３２で共通の値をとる。Ａｉはｉ番目のアクチュエータ３２のＶＣＭに流れる電流である。

各アクチュエータ３２で発生した熱は、ベース部材３４に伝わる。その結果、ベース部材３４には初期状態とは異なる温度分布が生じる。ベース部材３４に温度分布が生じると、それに応じベース部材３４が熱変形する。したがって、ベース部材３４の形状も初期状態とは異なるものとなる。

ベース部材３４が変形した場合、センサ３３の位置ずれが問題になることを、図４を用いて説明する。図４において、（ａ）は、初期状態を示している。ミラー３１の下面の初期位置３１３、ベース部材３４の上面の初期位置３４１の位置が破線で示されている。（ｂ）は、目標駆動量Ｄが与えられ、アクチュエータ３２により力を受けたミラー面の位置がＤだけ変位した状態を示している。ミラー３１は初期位置３１３からＤだけ変位した位置３１４にある。

ここで、発熱の影響によりベース部材３４が熱変形した場合を考える。図４において（ｃ）は、ベース部材３４がΔだけ熱変形した状態を示している。ベース部材３４の上面は、初期位置３４１からΔだけ変位した位置３４２にある。ベース部材３４の変形に伴い、センサ３３の位置も面に垂直な方向にΔだけ変位する（面に平行な方向の変位は、垂直方向と比較して影響が小さいため、ここでは無視する。）。すると、センサ３３自体がミラー３１にΔだけ近づくため、センサ３３によるミラー変位量の測定値がΔだけ騙されることになる。すなわち、（ｃ）の状態では、センサ３３が出力する変位量（計測値）はＤ−Δとなってしまう。この計測値に基づいて前述のフィードバック制御が行われると、最終的な面形状は、目標形状に各センサの原点位置の変化が重ねられた形になってしまう。図４において（ｄ）は、フィードバック制御がなされた後の状態を示している。センサ３３の計測値がＤとなるようにミラー３１は変位されるため、最終的なミラー３１の位置３１５は、初期位置３１３からＤ＋Δだけ変位した位置となる。これは本来の目標である駆動量Ｄと違ってしまう。結果として、目標とする面形状を実現することができない。

次に、制御部３８による、ミラー３１の形状補正処理を、図５のフローチャートに基づいて説明する。
制御部３８は、各アクチュエータ３２に流した電流値の履歴情報を記憶部であるメモリ３８ｂに格納している。Ｓ１で、制御部３８は、メモリ３８ｂに記憶されている履歴情報を読み出し、式１に基づいて各アクチュエータ３２の発熱量を計算する。Ｓ２で、制御部３８は、Ｓ１で計算された発熱量に基づいて、ベース部材３４の温度分布を計算する。ここで、温度分布の計算は、シミュレータ等の解析プログラムを用いて行うことができる。シミュレータには、あらかじめ、光学装置全体の形状と、それを構成する各材料の物性値（熱伝導率、熱容量、線熱膨張係数、ヤング率、ポアソン比など）が解析モデルとして入力されている。さらに、この解析モデルに、Ｓ１で計算した発熱量の履歴情報が、位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）および時間の関数として入力される。この解析モデルをシミュレータに解析させることで、ベース部材３４の温度分布が計算される。解析には、例えば有限要素法（ＦＥＭ）が用いられる。

Ｓ３で、制御部３８は、Ｓ２で計算された温度分布に基づいて、熱によるベース部材３４の変形量（熱変形量）を計算（推定）する。ここで、熱変形量の計算は、ステップＳ２と同じシミュレータ等の解析プログラムを用いて行うことができる。前述の解析モデルには、ステップＳ２で計算された温度分布が含まれている。この解析モデルをシミュレータに解析させることで、ベース部材３４の熱変形量が推定される。

Ｓ４で、制御部３８は、Ｓ３で計算したベース部材３４の熱変形量から、各センサ３３の原点位置のずれ量を計算する。前述のとおり、ベース部材３４の変形により、ベース部材３４に固定されているセンサ自体が位置変化し、それに伴って各センサ３３の原点位置がずれる。Ｓ３での計算結果から、各センサが固定されている位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）におけるベース部材３４の熱変形量（Δｘ，Δｙ，Δｚ）を求めることで、各センサの位置変化量を求めることができる。

Ｓ５で、ミラーの目標形状が外部から入力される。目標形状は、例えば、ミラー面上の各点座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）における変位量（ΔＸ，ΔＹ，ΔＺ）の形で与えられる。

Ｓ６で、制御部３８は、Ｓ４で計算された各センサ３３の原点位置のずれ量を考慮して、Ｓ５で入力された目標形状を実現するためのアクチュエータ３２の駆動量を決定する。この決定は例えば次のようにして行われる。まず、制御部３８は、初期状態において、目標形状を実現するために各アクチュエータをどれだけ駆動すればよいかを計算する。これは、例えば、Ｓ５で入力された目標形状を、各アクチュエータにより変位を受ける位置座標における変位量に変換することで求められる。次に、制御部３８は、Ｓ４で計算された各センサの原点位置のずれ量を考慮し、各アクチュエータの実際の駆動量を決定する。例えば、アクチュエータ３２の初期状態における駆動量をＤ、ベース部材３４の熱変形によるセンサ３３の原点位置のずれ量をΔとすると、センサの原点位置のずれを考慮した駆動量Ｄ’は、Ｄ’＝Ｄ−Δと決定される。このようにして、ベース部材３４の熱変形量の影響を低減するように複数のアクチュエータ３２のうちの少なくともいずれかの指令値が補正される。

Ｓ７で、制御部３８は、Ｓ６で決定された駆動量Ｄ’に基づいて各アクチュエータ３２の電流値を制御する。すると、実際の駆動量は、Δ＋Ｄ’＝Ｄとなり、目標駆動量が実現される。図４の例でいえば、（ｃ）の状態で、初期状態における駆動量Ｄから熱変形量Δを差し引いて得られる目標駆動量Ｄ’が実現される。これにより、ベース部材３４の熱変形がミラー面形状に影響を及ぼすことがなくなる。

Ｓ８で、制御部３８は、上記のような補正を行った後の、各アクチュエータに与えた電流値を、履歴に含めるようメモリ３８ｂに追記する。記録された情報は、次回のＳ１の発熱量計算で使用されることになる。

以上の処理によれば、ベース部材３４が変形してもミラー３１を目標形状に近づけることができる。

＜第２実施形態＞
第２実施形態では、第１実施形態の光学装置３が適用された露光装置の例を説明する。図２は、本実施形態における露光装置１００の構成例を示す図である。
露光装置１００は、照明光学系１と、マスク２１を保持して移動可能なマスクステージ２２と、投影光学系７と、基板６１を保持して移動可能な基板ステージ６２と、制御部５０とを含みうる。制御部５０は、例えばＣＰＵ５１とメモリ５２を含むコンピュータによって構成され、基板６１を露光する処理を制御する。

照明光学系１は、光源から射出された光をスリットにより整形し、整形された光（スリット光）でマスク２１を照明する。マスク２１および基板６１はそれぞれ、マスクステージ２２および基板ステージ６２によって保持され、投影光学系７を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系７の物体面および像面の位置）に配置される。投影光学系７は、所定の投影倍率を有し、マスク２１のパターン像を複数のミラーで反射させて基板６１に投影する。そして、マスクステージ２２および基板ステージ６２を、投影光学系７の物体面と平行な方向に、投影光学系７の投影倍率に応じた速度比で相対的に移動させる。これにより、スリット光を基板上で走査して基板６１の露光を行い、マスク２１に形成されているパターンを基板６１に転写する。

投影光学系７は、複数のミラーから構成される反射型光学系であり、複数のミラーのうちの１つに、第１実施形態で示した光学装置３が使用されている。なお、本実施形態においては、図１に示した光学装置３における制御部３８の機能は図２の制御部５０が担うものとする。投影光学系７において、照明光学系１から射出されてマスク２１を透過した光は、台形ミラー４の第１面４ａにより光路を折り曲げられ、凹面ミラーであるミラー３１の反射面３１１に入射する。ミラー３１の反射面３１１で反射した光は、凸面ミラー５の反射面で反射し、再びミラー３１の反射面３１１に入射する。ミラー３１の反射面３１１で反射した光は、台形ミラー４の第２面４ｂにより光路を折り曲げられ、基板６１に入射する。このように構成された投影光学系７では、凸面ミラー５の反射面が光学的な瞳となる。

露光装置１００は、基板６１の表面の高さ方向の形状（面形状）を計測する面形状計測器７１を含みうる。面形状計測器７１は、基板６１の表面に計測光を投光し基板６１で反射された計測光を受光することにより基板６１の高さ方向の位置を計測することができる。面形状計測器７１の計測結果は制御部５０に出力される。

また、基板６１上に、前工程で形成されたパターン（以下「既存パターン」という。）が既に存在する場合、既存パターンの位置に合わせて、新たなパターンを露光することが求められる。そこで、露光装置１００は、さらに、既存パターンの位置計測を行うパターン位置計測器８１を含みうる。パターン位置計測器８１は、基板６１上の既存パターンとマスク２１上のパターンとの位置関係を測定する。その測定結果に基づいて基板ステージ６２が移動することで、基板６１の位置合わせが行われる。

このとき、種々の要因により、既存パターンに局所的な位置ずれが生じている場合がある。例えば、前工程では別の露光装置を使用してパターンが形成されており、その露光装置が歪曲収差（ディストーション）を持っていたような場合である。局所的な位置ずれは、基板の位置合わせだけで十分に補正することは困難である。また、基板６１がもともと局所的に凹凸を持っている場合には、局所的に投影光学系７のフォーカス位置と基板面が大きくずれ、その部分で結像パターンのコントラストが低下してしまう。

光学装置３は、これら局所的な光学性能の補正に有効である。光学装置３に含まれるミラー３１を適切な形状に変形させることで、投影光学系７によるパターン結像位置を局所的に変化させ、既存パターンの位置に正確に合わせることができる。同様に、ミラー３１を適切な形状に変形させることで、投影光学系７のフォーカス位置を局所的に変化させ、基板面の凹凸形状に正確に一致させることができる。

図６は、露光装置１００における、光学装置３のミラー３１の形状補正処理のフローチャートである。このフローチャートに従う制御処理は、制御部５０によって行われる。

Ｓ１１で、制御部５０は、不図示の基板搬送機構を制御して、基板６１を露光装置１００内に搬入する。搬入された基板６１は基板ステージ６２により保持される。Ｓ１２で、制御部５０は、面形状計測器７１を制御して、基板６１の面形状の計測を行う。Ｓ１３で、制御部５０は、パターン位置計測器８１を制御して、基板６１上の既存パターンの位置を計測する。Ｓ１４で、制御部５０は、Ｓ１２での面形状の計測結果およびＳ１３での既存パターンの位置の計測結果に基づき、パターンの位置ずれおよびフォーカスずれを補正するためのミラー３１の最適な形状を算出し、これを目標形状とする。

そしてＳ１５で、制御部５０は走査露光を実行し、この走査露光の実行中、第１実施形態の図５のフローに従うミラー３１の形状補正処理を実行する。これにより、走査中にミラー３１の形状が変化し、パターンの位置ずれおよびフォーカスずれを補正しながら露光することができる。

＜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。

３：光学装置、３１：ミラー、３２：アクチュエータ、３３：センサ、３４：ベース

Claims (8)

1. ミラーと、
   前記ミラーの反射面とは反対側の裏面に対して離間して配置され、前記ミラーを支持するベース部材と、
   前記ベース部材に設けられ、前記ベース部材と前記ミラーとの間の距離を計測する複数のセンサと、
   前記ベース部材と前記ミラーとの間に設けられ、前記ミラーに力を加える複数のアクチュエータと、
   前記複数のセンサによる計測結果に基づいて、前記複数のアクチュエータを制御する制御部と、
   前記制御部による前記複数のアクチュエータそれぞれの指令値の履歴を記憶する記憶部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記履歴に基づいて、熱による前記ベース部材の変形量を推定し、該変形量の影響を低減するように前記複数のアクチュエータのうちの少なくともいずれかの前記指令値を補正する
   ことを特徴とする光学装置。
2. 前記制御部は、
   前記履歴に基づいて、前記複数のアクチュエータそれぞれの発熱量を計算し、
   前記計算された発熱量に基づいて、前記ベース部材の温度分布を計算し、
   前記計算された温度分布に基づいて、前記変形量を推定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記制御部は、前記履歴と、前記ベース部材の物性値とに基づいて、有限要素法を用いて前記温度分布の計算を行うことを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記制御部は、前記複数のセンサによる計測結果に基づいて、前記複数のアクチュエータのフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記制御部は、前記補正を行った後の前記指令値を前記履歴に含めるよう前記記憶部に追記することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. マスクのパターン像を複数のミラーで反射させて基板に投影する投影光学系であって、
   前記複数のミラーのうち少なくとも１つのミラーの反射面を変形させる請求項１乃至５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。
7. 基板を露光する露光装置であって、
   請求項６に記載の投影光学系を含む
   ことを特徴とする露光装置。
8. 請求項７に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
   前記露光された基板を現像する工程と、
   を含み、
   前記現像された基板を加工することによって物品を製造する
   ことを特徴とする物品製造方法。

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