JP2021015141A - 光学装置、投影光学系、露光装置、および、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の温度上昇を抑制する点で有利な光学装置を提供する。【解決手段】第１凹反射面と、第１凸反射面と、第２凹反射面と、第２凸反射面と、第３凹反射面とを有する光学装置であって、物体面からの光が、第１凹反射面、第１凸反射面、第２凹反射面、第２凸反射面、第３凹反射面の順に反射して像面に結像するように、第１凹反射面、第１凸反射面、第２凹反射面、２凸反射面及び第３凹反射面が配置され、第２凹反射面に対向して配置された気流形成部を有し、該気流形成部は、物体面からの光が照射されない領域に配置されている。【選択図】図２

Description

本発明は、光学装置、投影光学系、露光装置、および、物品の製造方法に関する。

露光装置は、半導体デバイスや液晶表示装置等の製造工程であるリソグラフィ工程において、原版（レチクル、又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する装置である。半導体デバイスや液晶表示装置等では線幅の微細化が求められているため、それを製造する露光装置にも高精細化が必要となっている。

また、特にディスプレイの製造においては、ディスプレイの大型化に伴い、ガラス基板が大型化し、それに対応するため露光装置の光学素子も大型化が進んでいる。前記のように高精細な露光を実現するためには、光学素子には高い部品加工精度が求められ、大型化と加工精度の両立により製造コストが増大している。

高精細化と大型化がすすむディスプレイ用の露光装置に対し、光学系の小型化と高性能化との両立に有利な光学系として特許文献１に記載の投影光学系がある。特許文献１では円弧状の物体面の軸外の点からの光を、第１凹面ミラー、第１凸面ミラー、第２凹面ミラー、第１凸面ミラー、第３凹面ミラーの順に５回反射させる投影光学系が提示されている。

特開２０１８−６３４０６号公報

しかしながら、特許文献１に示された光学系は、光学素子が密集配置される為、発熱源が密集し温度が上昇し易く、特に第２凹面ミラーに相当する光学素子は、光路が集中するため温度が上昇し易いと考えられる。光学素子や光学素子保持部材、その周辺空間の気体温度が上昇した場合、特に露光光に対して直交する方向に温度の勾配がある場合、密度の差より生じる屈折率の差異により、露光光を屈折させ、基板上に形成されるパターン像を変形させてしまいうる。

本発明は、このような背景を鑑みてなされたもので、例えば、光学素子の温度上昇を抑制する点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、第１凹反射面と、第１凸反射面と、第２凹反射面と、第２凸反射面と、第３凹反射面とを有する光学装置であって、物体面からの光が、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、前記第２凸反射面、前記第３凹反射面の順に反射して像面に結像するように、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、２凸反射面及び前記第３凹反射面が配置され、前記第２凹反射面に対向して配置された気流形成部を有し、該気流形成部は、前記物体面からの光が照射されない領域に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、例えば、光学素子の温度上昇を抑制する点で有利な光学装置を提供することができる。

露光装置の構成を示す模式図である。 第１実施形態に係る投影光学系を示す模式図である。 凸面鏡の光路の有効部の一例を示す図である。 気流形成部から発生する気流を説明する図である。 第１実施形態に係る吹出口の他の配置例を示す図である。 第２実施形態に係る投影光学系を示す模式図である。 第３実施形態に係る投影光学系を示す模式図である。 第４実施形態に係る投影光学系を示す模式図である。 第５実施形態に係る投影光学系を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を用いて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材ないし要素については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

（露光装置の構成）
図１は、後述の実施形態に係る露光装置の構成を示す模式図である。露光装置１０１は、露光光を生じさせる照明光学系１０２、マスクＭを保持して移動可能なマスクステージ１０３および投影光学系１１、基板Ｗを保持して移動可能な基板ステージ１０４を備える。

照明光学系１０２に含まれる光源（不図示）から射出された光は、照明光学系１０２に含まれるスリット（不図示）によって、例えば、Ｘ方向に長い円弧状の照明領域をマスクＭ上に形成することができる。マスクＭおよび基板Ｗは、マスクステージ１０３および基板ステージ１０４によってそれぞれ保持されており、後述する投影光学系１１を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系１１の物体面および像面の位置）に配置される。そして、マスクステージ１０３および基板ステージ１０４を、投影光学系１１の物体面と平行な方向（例えば図１のＹ方向）に、投影光学系１１の投影倍率に応じた速度比で走査させる。基板上には感光性のレジスト（以下、レジストと記す）が塗布されており、露光後に現像処理を施すことで基板上にマスクＭのパターンを作成することができる。

投影光学系１１は、図１の鉛直方向（図中Ｚ方向）から（照明光学系１０２から）進行する光路を水平方向（図中Ｙ方向）に折り曲げる第１反射面１２ａを備える光学素子１２を有する。また、投影光学系１１は、水平方向（図中Ｙ方向）に出た光路を垂直方向（図中Ｚ方向）に折り曲げ、基板Ｗ上に結像する第２反射面１３ａを備える光学素子１３を有する。また、投影光学系１１は、さらに、凸面鏡１４と、第１凹面鏡１５と、第２凹面鏡１６を有し、それぞれ光路１７で示す順番で合計５回の反射を行う。即ち、「第１凹反射面、第１凸反射面、第２凹反射面、第２凸反射面、第３凹反射面」の順で、合計５回の反射を行う。本実施形態では、第１凹面鏡１５は第１凹反射面および第３凹反射面に相当し、凸面鏡１４は第１凸反射面および第２凸反射面に相当し、第２凹面鏡１６は第２凹反射面に相当する。つまり、物体面側から順に第１反射面１２ａ、第１凹面鏡１５、凸面鏡１４、第２凹面鏡１６、および第２反射面１３ａが物体面から像面に至る光路に配置される。

なお、本実施形態では、第１凹反射面と第３凹反射面を一つの第１凹面鏡１５で構成する例について説明するが、第１凹反射面と第３凹反射面は、別個の凹面鏡で構成しても良い。さらに、第１凸反射面と第２凸反射面についても一つの凸面鏡１４で構成する例について説明するが、別個の凸面鏡で構成しても良い。

また、第２凹面鏡１６の凸面鏡１４側には、不図示の光学絞り及び、メニスカスレンズ１８を有し、第２凹面鏡１６と合わせて、第２凹面ユニット２０と呼称する。以下の実施形態において、特に第２凹面ユニット２０のメニスカスレンズ１８表面に対しての空調方法について説明する。

（第１実施形態）
先ず、第１実施形態について説明する。図２は、第１実施形態に係る投影光学系１１を示す模式図である。凸面鏡１４上の光路の有効部外には気流形成部２１が設けられている。言い換えると、気流形成部２１は、物体面からの光が照射されない領域に配置されている。気流形成部２１は、第２凹面ユニット２０に対向して配置され、第２凹面ユニット２０に対して、例えば、冷却された気体を吹き出すことにより、第２凹面ユニット２０の温度の上昇を抑制する。気流形成部２１は、管２３、および、吹出口２４を含みうる。

管２３は、例えば、不図示の気体供給部と吹出口２４とを接続し、吹出口２４に気体を供給する。管２３は、物体面からの光が照射されない領域に配置される。

吹出口２４は、第２凹面ユニット２０に対向して配置され、第２凹面ユニット２０に対して気体を吹き出す。吹出口２４は、吹き出した気体によって、第２凹面ユニット２０を冷却する。吹出口２４は光路の有効領域外、言い換えると物体面からの光が照射されない領域に配置される。

図３は、凸面鏡１４の光路の有効部の一例を示す図である。図３にて斜線で示された領域が凸面鏡１４の露光光を反射する領域、即ち光路の有効領域であり、光路の有効部１４ａである。有効部１４ａを除く領域が凸面鏡１４の光路の有効領域外となっている。以降、光路の有効領域外の領域を非有効領域という。凸面鏡１４は、中心部に大きな領域の非有効領域を有し、そこから水平方向、つまり、Ｘ方向に光路の非有効領域が広がっている。本実施形態においては、凸面鏡１４の表面の中心部に有効部１４ａを避ける形で、言い換えると、非有効領域に貫通穴が設けられ、貫通穴内に少なくとも吹出口２４の一部が配置される例を説明する。この場合、貫通穴は凸面鏡１４に設けられた空間であると言える。なお、この時管２３は、例えば、凸面鏡１４の裏面側に配置されることが好ましいが、凸面鏡１４上の光路の有効部１４ａ外に沿うように配置されても良い。

図４は、気流形成部２１から発生する気流２２を説明する図である。図４（Ａ）は、気流形成部２１をＸ方向から見た図である。気流形成部２１の吹出口２４から発生する気流２２は、凸面鏡１４に対向して設けられた第２凹面ユニット２０のメニスカスレンズ１８表面に向かって正面から噴射される。このとき、吹出口２４は、気体をメニスカスレンズ１８の中央に向けて吹き出すことが望ましく、吹出口２４から吹き出された気体によって形成される気流２２は、メニスカスレンズ１８の中心軸と同軸であることがさらに望ましい。言い換えると、メニスカスレンズ１８の中心軸と吹出口２４の中心軸との間隔が狭いほど望ましく、２つの中心軸が一致することがさらに望ましい。

気流２２は、メニスカスレンズ１８の中心に垂直に衝突後、メニスカスレンズ１８の放射状にメニスカスレンズ１８の表面を流れる。図４（Ｂ）は、図４（Ａ）に示すＡ―Ａの断面図である。本図では、メニスカスレンズ１８の表面の気流２２の流れを正面、つまり、−Ｙ方向から示した模式図である。本図に示すように、気流２２は、メニスカスレンズ１８表面に沿って、放射状に広がる。気流２２は、メニスカスレンズ１８の中心に衝突後、メニスカスレンズ１８の外側に向かって放射状に均一に広がっていく。よって、吹出口２４は、例えば、整流化された気体を吹き出すことが好ましい。ここで気体の整流化は、例えば、細管の集合体、網体、フィルタ等の整流部材を介して気体を吹き出すことによって実現されても良い。

尚、吹出口２４から吹き出される気体によって形成される気流２２が拡散しない指向性をもつ前提にて、気流２２がメニスカスレンズ１８の中心にあたり、その後、メニスカスレンズ１８全面に気流２２が流れる場合で説明を行った。しかし、吹出口２４から吹き出される気体に一定の拡散性のあるものを用いて、気流２２が拡散しながらメニスカスレンズ１８に向かったとしても、対向するメニスカスレンズ１８表面に均一に気流２２が当たるのであれば均一な空調効果は期待できる。

以上説明したように、メニスカスレンズ１８に対向して配置された凸面鏡１４上の光路の有効部外に冷却された気体等を吹き出す吹出口２４を設けることにより、メニスカスレンズ１８を正面から温調することが出来る。メニスカスレンズ１８の中心に垂直に気流２２が形成できることで、気流２２が放射状に均一にメニスカスレンズ１８表面を流れ、同心円状に均一に温調を行うことが出来る。

尚、凸面鏡１４の表面に穴を開けない形態にて本件を構成することも可能で、光路の有効部１４ａを避けて、凸面鏡１４のメニスカスレンズ１８と対向する側の面に吹出口２４を設けても構わない。図５は、第１実施形態に係る吹出口２４の他の配置例を示す図である。図５（Ａ）は気流形成部２１をＸ方向から見た図であり、図５（Ｂ）は気流形成部２１をＹ方向から見た図である。本図では、凸面鏡１４の表面に穴を開けずに、凸面鏡１４の光路の有効領域外の表面に配置している。この場合、管２３は、例えば、凸面鏡１４上の光路の有効部１４ａ外に沿うように配置される。管２３および吹出口２４は、非有効領域に配置されていれば良く、凸面鏡１４の表面に接触した状態で配置されても良いし、凸面鏡１４の表面に非接触の状態で配置されても良い。凸面鏡１４の表面に穴を設けない場合、穴を設ける場合と比較して凸面鏡１４の加工コストを低減することができる。

さらに、例えば、第１凸反射面と第２凸反射面を別個の凸面鏡で構成し、第１凸反射面と第２凸反射面との間の空間に吹出口２４を設けても良い。

また、前述の例で、投影光学系１１において、空隙を満たすものは大気に限らず他の流体でも良く、例えば窒素、純水など科学的に不活性であり、露光光の吸収がほぼ起こらない流体物質であれば特に制限は無い。また、温調の対象はメニスカスレンズ１８に必ずしも限定されるものではなく、本件の要旨は光学素子の光路の有効部外に設置された吹出口２４から、吹出口２４に対向して配置された光学素子の表面を温調するものである。また、反射の回数は５回に限られるものではない。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。図６は、第２実施形態に係る投影光学系１１を示す模式図である。本実施形態の気流形成部２１は、図２で示した第１実施形態に加えて、駆動機構３１（進退部）を備える。尚、図５で示した実施形態に駆動機構３１を設けることで、本実施形態を実現することも可能である。駆動機構３１は、凸面鏡１４からメニスカスレンズ１８に向かう軸方向（Ｙ方向）に前後する調整機構を含む。言い換えると、駆動機構３１は、吹出口２４を進退させることで吹出口２４とメニスカスレンズ１８との距離を変更する。

尚、本実施形態において、吹出口２４は、一例として一定の広がりを持つ気流２２を吹き出すことが出来る構成とする。よって、駆動機構３１によって、吹出口２４をメニスカスレンズ１８に向けて前進させた場合、即ち、吹出口２４とメニスカスレンズ１８との距離を短くした場合、メニスカスレンズ１８の表面において気流２２が衝突する領域は縮小する。また、駆動機構３１をメニスカスレンズ１８に向けて後退させた場合、即ち、吹出口２４とメニスカスレンズ１８との距離を長くした場合、メニスカスレンズ１８の表面において気流２２が衝突する領域は拡大する。

本実施形態によれば、光路に対する対称性を維持したまま、気流２２の当たり方を変更することが出来る。このため、実際に長時間露光した際のメニスカスレンズ１８の表面の温度ムラに合わせて、駆動機構３１の前後位置を調整することで、同心円状の温度ムラをコントロールし、球面収差の改善を行うことができる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。図７は、第３実施形態に係る投影光学系１１を示す模式図である。本実施形態の投影光学系１１は、図２で示した第１実施形態に加えて、メニスカスレンズ１８表面の温度状態を計測（取得）する取得部４１を備える。また、気流形成部２１は、気流２２の方向、言い換えると、吹出口２４の気体を吹き出す方向を可変とする駆動機構４２（駆動部）を有する。尚、図２で示した第１実施形態に取得部４１のみを設けても良いし、図５で示した実施形態に取得部４１および駆動機構４２、またはこれらのうちいずれか一方を設けることで、本実施形態を実現することも可能である。

取得部４１は、吹出口２４と同様に、物体面からの光が照射されない領域に配置され、メニスカスレンズ１８の表面の温度状態を取得する。図７では、凸面鏡１４の非有効領域に設けられた貫通穴内に少なくとも取得部４１の一部が配置される例を示している。取得部４１は、例えば、サーモグラフィ等、メニスカスレンズ１８の表面の温度分布を取得できるものが好ましい。取得部４１は、メニスカスレンズ１８に対向して配置されることが好ましい。しかし、メニスカスレンズ１８の表面の温度状態を取得可能であって、光路の有効領域外、言い換えると物体面からの光が照射されない領域であれば、メニスカスレンズ１８と対向していなくても良い。

駆動機構４２は、取得部４１によって取得されたメニスカスレンズ１８の表面の温度状態（取得結果）に基づき、吹出口２４の気体を吹き出す方向を変更させる。具体的には、メニスカスレンズ１８の表面の温度状態を取得部４１にて測定し、駆動機構４２を用いて、気流２２の方向をメニスカスレンズ１８の表面のうちの温度の高い領域に向かって噴射するように変更する。このようにすることで、メニスカスレンズ１８の温度を均一になるよう制御することが可能になる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。図８は、第４実施形態に係る投影光学系１１を示す模式図である。本実施形態の投影光学系１１は、図７で示した第３実施形態に加えて、気流２２の方向を可変とする駆動機構４２と吹出口２４を複数設ける。図８においては、一例として駆動機構４２および吹出口をそれぞれ３つずつ設けた場合を示している。尚、図５で示した実施形態のように、凸面鏡１４に穴を開けない構成で本実施形態を実現することも可能である。

駆動機構４２は、取得部４１によって取得されたメニスカスレンズ１８の表面の温度状態（取得結果）に基づき、それぞれの吹出口２４の気体を吹き出す方向を変更させる。即ち、複数の吹出口２４は、それぞれ独立して制御される。具体的には、メニスカスレンズ１８の表面の温度状態を取得部４１にて測定する。そして、駆動機構４２を用いて、気流２２の方向をメニスカスレンズ１８の温度の高い領域に向かって噴射することで、メニスカスレンズ１８の温度を均一になるよう制御することが可能になる。

吹出口２４を複数設けそれぞれを独立して制御することで、第３実施形態に対して、より複雑なメニスカスレンズ１８の温度ムラに対応することが可能となる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。図９は、第５実施形態に係る投影光学系１１を示す模式図である。本実施形態の気流形成部２１は、図２で示した第１実施形態に加えて、メニスカスレンズ１８の外周部に気流を流入させる吸引機構５１（吸引部）を備える。尚、図５で示した実施形態に吸引機構５１を設けることで、本実施形態を実現することも可能である。

上述の通り、吹出口２４から吹き出された気体により形成された気流２２は、メニスカスレンズ１８の中心に衝突後にメニスカスレンズ１８表面に沿って外周に向かって流れる。メニスカスレンズ１８の外周部１８ａと第１凹面鏡１５の内周部１５ａは、必ずしも同一面ではなく、図９に示すように設計上段差が存在する場合がある。特に図９のようにメニスカスレンズ１８が第１凹面鏡１５に対して後退して配置されている場合には、メニスカスレンズ１８外周部へ流れた気流２２が第１凹面鏡１５の内周部に衝突し、乱気流を生じ均一にコントロールされた空調ができない可能性がある。そこで、第２凹面鏡１６の吸引機構５１を設けることで、メニスカスレンズ１８外周部へ流れた気流２２は吸引機構５１へ流入し、気流２２は乱気流を発生させることなく均一に流れることが可能となる。

本実施形態では、吸引機構５１は上下に配置された例にて説明したが、メニスカスレンズ１８の外周部に沿って円周上に複数配置されるのが望ましい。

（第６実施形態）
第６の実施形態について説明する。図２で示した第１の実施形態であって、メニスカスレンズ１８が無く、凸面鏡１４の光路の有効部外に設けられた吹出口２４から第２凹面鏡１６に向かって気体を正面から噴射し、第２凹面鏡１６表面を温調することを特徴とする。尚、上述全ての実施形態において、第２凹面鏡１６表面を温調することが可能である。

（物品の製造方法の実施形態）
本発明の実施形態にかか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、上記の露光装置を用いて基板（に塗布された感光剤）にパターン（潜像）を形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で露光（パターンを形成された）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）を含みうる。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

（その他の実施形態）
以上、本発明の実施の形態を説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されず、その要旨の範囲内において様々な変更が可能である。

１１ 投影光学系
１２ａ 第１反射面
１３ａ 第２反射面
１４ 凸面鏡
１５ 第１凹面鏡
１６ 第２凹面鏡
１８ メニスカスレンズ
２０ 第２凹面ユニット
２３ 管
２４ 吹出口
３１ 駆動機構
４１ 取得部
４２ 回転機構
５１ 吸引機構
１０１ 露光装置
Ｍ マスク
Ｗ 基板

Claims (16)

1. 第１凹反射面と、第１凸反射面と、第２凹反射面と、第２凸反射面と、第３凹反射面とを有する光学装置であって、
   物体面からの光が、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、前記第２凸反射面、前記第３凹反射面の順に反射して像面に結像するように、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、２凸反射面及び前記第３凹反射面が配置され、
   前記第２凹反射面に対向して配置された気流形成部を有し、該気流形成部は、前記物体面からの光が照射されない領域に配置されていることを特徴とする光学装置。
2. 前記気流形成部は、前記第２凹反射面に対向して配置され、前記第２凹反射面に向けて気体を吹き出す吹出口を備えることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。、
3. 前記吹出口を進退させることで前記吹出口と前記第２凹反射面との距離を変更する進退部を備えることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記吹出口は、複数配置され、
   前記複数の吹出口は、それぞれ独立して制御されることを特徴とする請求項２または３に記載の光学装置。
5. 前記吹出口は、前記第２凹反射面の中央に向けて前記気体を吹き出すことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載の光学装置。
6. 前記吹出口は、整流された気体を吹き出すことを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
7. 前記第１凸反射面と前記第２凸反射面とを含む凸面鏡を備え、
   前記吹出口は、前記凸面鏡の光路の有効領域外に設けられた穴または前記凸面鏡の光路の有効領域外の表面に配置されることを特徴とする請求項２乃至６のいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記気流形成部は、前記吹出口に接続され、前記吹出口に気体を供給する管を有し、
   前記管は、前記凸面鏡上の光路の有効領域外に沿うように配置されることを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
9. 前記吹出口から吹き出された気体を吸引する吸引部を備えることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか１項に記載の光学装置。
10. 前記第２凹反射面の温度状態を取得する取得部と、
    前記吹出口の気体を吹き出す方向を変更させる駆動部と、を備え、
    前記駆動部は、前記取得部の取得結果に基づき、前記方向を変更させることを特徴とする請求項２乃至９のいずれか１項に記載の光学装置。
11. 前記取得部は、前記第２凹反射面に対向して配置されることを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
12. 第１凹反射面と、第１凸反射面と、第２凹反射面と、第２凸反射面と、第３凹反射面とを有する光学装置であって、
    物体面からの光が、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、前記第２凸反射面、前記第３凹反射面の順に反射して像面に結像するように、前記第１凹反射面、前記第１凸反射面、前記第２凹反射面、２凸反射面及び前記第３凹反射面が配置され、
    前記第２凹反射面に対向して配置され、前記第２凹反射面の温度状態を取得する取得部を有し、該取得部は、前記物体面からの光が照射されない領域に配置されていることを特徴とする光学装置。
13. 前記第１凸反射面と前記第２凸反射面とを含む凸面鏡を備え、
    前記取得部は前記凸面鏡の前記光路の有効領域外に配置されることを特徴とする請求項１０乃至１２のいずれか１項に記載の光学装置。
14. 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乃至１３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。
15. 基板を露光する露光装置であって、
    請求項１４に記載の投影光学系を含むことを特徴とする露光装置。
16. 請求項１５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、を含み、
    前記現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。
    
    

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