JP4357117B2 - 光学系、特にマイクロリソグラフィの投影露光装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、特にスリット状視野又は回転対称形でない照明を有し、マウント部に配置されている光学要素、特にレンズ又はミラーと、マウント部の一部及び／又は光学要素に作用する作動部材とを有する光学系、特にマイクロリソグラフィの投影露光装置に関する。
【０００２】
冒頭に挙げた種類の光学系は欧州特許第０６７８７６８Ａ２号に記載されている。この場合、マスクにより幅の狭いスリット状条片をウェハ上へ転写するステップとスキャンのプロセスを適用する。全視野を露光するために、レチクルとウェハを側方へ摺動させる（走査）。
しかし、スリット状の形状であるために、特にウェハに近いレンズで回転対称形の照明の複写が起こるという欠点がある。すなわち、必然的に生じるレンズ温度の上昇に伴って、レンズ上でも同様に回転対称形に温度分布が生じ、屈折率と温度との直線的関係及び熱膨張のために、光軸上で像のずれ、たとえば、非点収差が発生する。
【０００３】
１９３ｎｍのリソグラフィでは、１９３ｎｍの光が石英ガラスレンズを透過することによって、石英ガラスの体積が減少し、ＮＩ² に従って単調に減少する。さらに、屈折率の増加が生じる。尚、Ｎはレーザーパルスの数、Ｉはパルス線量である。屈折率の増加は収縮によって光路の減少を過補償してしまうので、コンパクションと呼ばれる効果が波面を妨害する。この結果、レンズの温度上昇（レンズヒーティング）の場合と同様に、光軸上で非点収差のような結像のずれが起こる。
【０００４】
レンズの温度上昇の補償とは逆に、コンパクション効果に対し受動的補償は存在しない。この場合には、レンズ要素を変化させることにより、波面の変化を能動的に補償しなければならないであろう。屈折に基づく設計では能動ミラーを使用する可能性はない（結像ずれを補償するための追加ミラーを導入するコストは一般に問題外である）ので、「調整部材」として１つ又は複数のレンズを使用しなければならない。光軸上の非点収差を補正するために、光軸に沿った移動並びに偏心は問題外である。そこで、補正の可能性としてのあらゆる並進移動の自由度はなくなる。
欧州特許第０６７８７６８Ａ号には、レンズの不均一な温度上昇によって起こる結像ずれを補正するために「調整部材」としてレンズを使用することが提案されている。その図１１によれば、半径方向に作用する力をレンズに作用させている。しかし、そのようにして発生される力は非対称な厚さの変化を引き起こすだけである。
欧州特許第０６６０１６９Ａ１号には、対物レンズが補正要素を具備しているマイクロリソグラフィの投影露光装置が記載されている。この目的のために、特に、光軸を中心として回転自在である１対のレンズが設けられている。円筒メニスカス形を球面レンズに重ね合わせたというレンズの形状によって、屈折率は変化する。
【０００５】
本発明の目的は、光学系において不均一な温度分布により必然的に起こる結像ずれを単純な手段によって補正又は最小にすることができる冒頭に挙げた種類の光学系を提供することである。
【０００６】
本発明は、特にスリット状視野又は回転対称形でない照明を有し、マウント部に配設されている光学要素、特にレンズ又はミラーと、光学要素及び／又はマウント部に作用する作動部材とを有する光学系、特にマイクロリソグラフィの投影露光装置であって、作動部材が、ほぼ厚さの変化を伴わずに起こる曲がりを発生させるために、回転対称形ではなく且つ半径方向から外れた力及び／又はモーメントを光学要素に対し発生させることを特徴とする。
【０００７】
従来の技術とは異なり、非対称な厚さの変化を生じさせるだけの圧力のみを加えるのではなく、スラスト又はねじれを発生させることにより、必然的に発生する結像ずれを大幅に補正するように、光学要素、たとえば、レンズの曲がりを発生させる。本発明による作動部材を使用することにより、光学要素、たとえば、レンズを数百ｎｍからμｍまで適切に変形させることができる。この方法により、たとえば、非点収差ｒ²及びｒ⁴を補償できる。
本発明による方法の場合、単純な手段を使用して所望の温度分布を迅速且つ確実に実現することができる。特に、たとえば、低次の結像ずれのような所定の結像ずれを補正すべき場合には、これは重要である。
【０００８】
本発明のもう１つの非常に重要な利点は、必要に応じて「過補償」及び製造誤差の付加的補正が可能であるということにある。従来の技術で見られたように個々のレンズを対称にするのではなく、個々のレンズを「過補償」すること、すなわち、温度分布又は変形を意識的に「別の方向」に非対称にすることもできる。このようにして、全体として見れば、対物レンズ全体又は露光装置の補正ができる。
【０００９】
製造誤差の補正に関して、２つの変形構成、すなわち、偶発的な製造誤差の同時補正と、必要な補正量を半減するための一定の進み量意図的な組み込みが存在する。
本発明の方法によれば、レンズヒーティングと、光学要素のコンパクション効果とを同時に補償することが可能である。
本発明による光学系は半導体リソグラフィに適用されると特に有利である。半導体リソグラフィの場合、結像すべき構造の縮小率が増すほどに発生する結像ずれを最小限に抑えなければならないからである。
本発明の作動部材により、熱非点収差及び光学要素、たとえば、レンズのコンパクション効果に基づく誤りの補正のための非点収差を目的に合わせて発生させることができる。
さらに、作動部材の配列と数に応じて、光学要素の別の変形も可能であることも有利である。
本発明の有利な構成は、請求項２から８及び以下に添付の図面に基づいて原理を説明される例から明白になるであろう。
【００１０】
マイクロリソグラフィにおける投影露光装置は一般に知られているので、以下、レンズマウントとして機能する装着リング２に保持されている光学要素、すなわち、レンズ１に限定して説明する。調整ねじの形態をとる作動部材３は、装着リング２を取り囲むフレーム５に配設されている。互いに対向する位置にある２つの連結体４は装着リング２と、フレーム５との結合を成立させている。光軸に沿った安定性を得るために、必要に応じて、光軸に沿って剛性のより高い別の連結体４を配設しても良い。図１及び図２に示す実施形態から明らかであるように、２つの作動部材３は互いに向かい合う位置にある。
【００１１】
図２から明らかであるように、装着リング２は底部の開いた鉢形の形状を有し、２つの作動部材３はその上縁部に配置され、半径方向の力を発生させている。レンズ１は装着リング２の底部の楔形下縁部に当接し、作動部材３により図２の矢印Ａの方向に力が加わったとき、レンズに対し、光軸と平行な矢印Ｂ方向の曲げモーメントが発生する。調整ねじとして構成されている作動部材３は油圧方式で作動されても良く、あるいは、必要に応じて別の方式で作動されても良い。図から明らかであるように、作動部材は、レンズ１のたわみという形の変形をもたらすモーメントを装着リング２に、各々の目的に応じて適切に導入する。
【００１２】
図３及び図４はフレーム５を示し、このフレーム５においても、図１及び図２に示す実施形態の場合と同様に、変形自在の装着リング２にモーメントを導入する。特に図４から明らかであるように、この場合には、フレーム５と装着リング２は部分的に光軸と平行な方向で前後に位置しているので、この場合にも、互いに対向する２つの作動部材３の長手方向軸は光軸と平行であり、従って、同様に光軸と平行な向きの力を発生することができる。
【００１３】
フレーム５を装着リング２と結合するために、作動部材３に対しそれぞれ９０°ずれた位置に、固定部材又は締め付け部材４（詳細には図示せず）が設けられている。図１及び図２に示す実施形態とは異なり、装着リング２は２つの互いに真向かいの場所でフレーム５に固定保持され且つ９０°ずれた位置では光軸に沿って曲げられる。
【００１４】
図５及び図６に示す実施形態の場合、２つの互いに対向する位置では下方に向かって、また、それらの位置に対しそれぞれ９０°ずれた位置では上方に向かって、対応して配置された作動部材３により押圧されるので、光軸に沿った摺動は起こらない。図から明らかなように、この場合、図３及び図４に示す実施形態と同様に、たとえば、水平に対向する作動部材は下向きの曲げモーメントを発生し、垂直に対向する作動部材３は上向きの曲げモーメントを発生して、それらのモーメントがレンズ１に作用する。装着リングとフレームとの結合は、作動部材３の相互間にそれぞれ周囲に対称に配分して配設される４つの連結体により行われる。
【００１５】
図７は、圧電素子として構成されている原理上の作動部材３の断面図である。この場合、作動部材、すなわち、圧電素子３が圧電動作したとき、それらの素子の周囲に沿った配分状態に応じて所定の形態の曲げモーメントがレンズ１に加わるように、より多くの数、たとえば、２０個の圧電素子をフレーム５又は装着リング２のリング部分に配分することができる。モーメントを導入するために、圧電素子４とレンズ１との間の中間部材として楔形のレンズ支え６がある。
【００１６】
図８はもう一つの実施形態の一部断面図を示す。ここでも変形可能な装着リング２に保持されているレンズ１、ならびに装着リング２をかこむフレーム５が認められる。装着リング２の周縁フランジ１０の厚さは外側円周で薄くなる。フレーム５の周縁フランジ１１の内側円周は上記外側円周と同じ厚さで、そのため装着リング２とフレーム５の間で、リング状かつ溝状のくぼみを生じるようになっている。
【００１７】
この溝状のくぼみにはリング状の作動部材ホルダ１２が挿入され、図中番号１３が示すように、フレーム５の周縁フランジ１１にネジ止めされている。作動部材ホルダ１２は、円周上複数の箇所に配置されてたとえば直径をはさむ２箇所で向かい合い、円筒形の取付口１４を備えている。この取付口は、これよりも直径が小さい貫通孔１５を経由して、作動部材ホルダ１１の上側と連結している。このようにして取付口１４と貫通口１５の間に、リング状の肩１６が生じる。
【００１８】
いずれの取付口１４にも空気圧ベローズ３があり、これはこの実施形態では作動部材として用いられている。このベローズ３の下側は、変形可能な装着リング２のリング状フランジ１０に密着している。ベローズ３のリング状の上側前面は、取付口１４と作動部材ホルダ１１の貫通孔１５の間の段状部分１６に密着している。ベローズ３のかぎ形のソケット１７は、貫通孔１５を通ってホース１８と連結し、加圧されたガスがこのホースから供給される。
【００１９】
ガスの圧力調節はさまざまな方法で行うことができる：
【００２０】
最も単純な場合では、調節弁（ここには図示せず）と装着リング２の両方またはそのいずれかに簡単なガス圧力センサを取り付け、このセンサがベローズ３で実際に得られているガス圧力に関する応答信号を制御装置に発する。別法として、装着リング２に光路センサ（ここには図示せず）を取りつけることができ、このセンサが装着リング２の実際の曲がりを検知し、それに応じて制御装置に通報する。この光路センサはたとえば静電容量の原理で動作させることができる。
【００２１】
ガス圧力センサによるガス圧力調節も光路センサによる路程測定も、センサを複数備えることによってその精度を上げることができる。たとえば４つのガス圧力センサを備え、制御装置でそれらの信号を４つの較正済みのガス圧力曲線により修正することができる。これらガス圧力曲線は制御装置内に記憶されているもので、そのときどきのガス圧力に異常が生じていないかどうかの基準となるものである。同様に４つの光路センサを装着リング２に配設することもできる。
【００２２】
装着リング２とフレーム５の連結は、ここでもまた一種の関節である装置で行われ、これらの装置はベローズ３間の角度範囲に備えられる。
【００２３】
装着リング２とフレーム５の連結は、図９の実施形態で行うのがとくに優雅である。ここで装着リング２とフレーム５は１つの均質な加工物として製造され、図示された形態では複数のスリット２０により機能上２つの部材２と５に区分されている。スリット２０はたとえば放電加工によって設けることができる。これらのスリットはならんで、この光学系の軸を中心とするほぼ１つの円となり、隣り合う末端でわずかに半径方向外側に向きを変える。こうして装着リング２とフレーム５の間には、変形可能な関節として働く素材ブリッジ４が生じる。スリット２０は、素材ブリッジ４に９０°だけ位置をずらしたところに、半径方向に突出する舌状物２１を形成する。これら舌状物にはそれぞれ今見ている図の平面の向こう側から、ベローズが１つずつ図８に示したと同様に作用する。このベローズはみずからの（今回はリング状ではない）作動部材ホルダによってポケット２２（点線で示す）に収められ、このポケットは装着リング２とフレーム５の前面に設けられているが、その前面は今見ている図の平面の向こう側にあることになる。
【００２４】
作動部材として空気圧で動作するベローズ３を使用することは、先に述べた実施形態とくらべてメカニズム上の原理が単純になるという利点がある。いかなる案内装置も不要であり、したがって摩擦と摩耗が大幅に解消する。また調節速度が速くなるのも利点である。
【００２５】
作動部材３として多数の圧電素子を設けると共に、それらを周囲に沿って任意に配分することにより、任意の方向の非点収差、３波状態及び円筒レンズ効果のような他の効果を作り出すこと又は場合によっては重ね合わせることができる。 先に説明した作動部材の使用により、他のレンズの表面誤差の結像の誤りを補正することができるように、レンズ１をマウント部に対し変形させることが可能である。すなわち、１つ又はいくつかのレンズ１において「過補償」が行われることになる。この結果、対物レンズ全体の結像品質は改善される。さらに、石英のコンパクション又はレンズの温度上昇に起因する屈折の変化を稼動中に、対物レンズの寿命の全てを通して光学的品質が保証されるように補正することができる。
【００２６】
一般に、レンズ１は対物レンズの上三分の一の部分で変形のために使用され、光束の光束直径とレンズ直径との比は、ゆがみ作用と非点収差作用との正しい関係を規定する。さらに、光束直径に沿った視野の推移を操作すべきである。絞り空間にあるレンズに関しては、視野全体にわたり一定である非点収差が起こり、ゆがみ作用は発生しない。レチクルに非常に近接しているレンズについては、ゆがみアナモルフィズムは起こるが、非点収差作用はごく小さい。
作動部材、特に圧電素子は減速又は加速のための直線伝動装置又はレバー伝動装置のような伝動装置を具備していても良い。この目的のために、固体連結体を使用できると有利である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に従った作動部材を有する光学要素の概略平面図。
【図２】 図１の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図。
【図３】 本発明に従った作動部材を有する光学要素の第２の実施形態を示す図。
【図４】 図３の線ＩＶ−ＩＶに沿った断面図。
【図５】 本発明に従った作動部材を有する光学要素の第３の実施形態を示す図。
【図６】 図５の線ＶＩ−ＶＩに沿った断面図。
【図７】 作動部材の別の実施形態の図２，図４及び図６にならった断面図。
【図８】 本発明に従った作動部材を有する光学要素の第５の実施形態の部分断面図。
【図９】 図８に示した２部分構成の実施形態に代わる、装着リング及びそれと連結するフレームの一体型に実施形態の部分上面図。
【符号の説明】
１ レンズ
２ 装着リング
３ 作動部材
５ フレーム
６ レンズ支え

Claims (8)

1. スリット状視野の照明、又は回転対称形でない照明を有してなり、マウント部に配設された、光軸を有する光学要素と、光学要素及びマウント部のいずれか又は双方に作用する作動部材とを有する光学系において、
   作動部材（３）は、前記光軸を挟んで互いに対向する２つを対とした２対よりなり、第１の対の作動部材（３）は、厚さの変化を伴わずに起こる曲がりを発生させるために、光軸と平行な向きのスラスト及びモーメントのいずれか又は双方を光学要素（１）に発生させ、第２の対の作動部材（３）は、それらに対しそれぞれ９０°位置のずれた前記スラスト又はモーメントと逆の向きのスラスト又はモーメントを発生させることを特徴とする光学系。
2. 作動部材（３）は油圧方式で、機械的に又は電気的に作動される調整要素を有することを特徴とする請求項１記載の光学系。
3. 作動部材（３）は、光学要素（１）に直接に又は中間部材（６）を介して作用する圧電素子を具備していることを特徴とする請求項１記載の光学系。
4. 前記作動部材（３）が圧電素子よりなり、圧電素子（３）が少なくとも光軸とほぼ平行なスラスト及びモーメントのいずれか又は双方を発生させるように、複数の圧電素子（３）はマウント部又はフレーム（５）のリング部分の周囲に配分して配置されていることを特徴とする請求項３記載の光学系。
5. 圧電素子（３）と光学要素（１）との間にレンズ支え（６）が配設されていることを特徴とする請求項３又は４記載の光学系。
6. レンズ支え（６）は少なくともほぼ楔形に形成されていることを特徴とする請求項５記載の光学系。
7. 作動部材は伝動手段、好ましくは固体連結体を有する伝動手段を有することを特徴とする請求項１から６の少なくとも１項に記載の光学系。
8. 作動部材（３）が空気圧ベローズを備え、このベローズが直接にまたは中間部材を介して光学要素に作用することを特徴とする請求項１または７のいずれか一項に記載の光学系。

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