JP4751958B2 - 光学要素とマウントからなるアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、光学要素とマウントからなるアセンブリ、そのアセンブリの使用、対物レンズ系およびマイクロリソグラフィの投影露光装置に関するものである。

光学要素、例えばレンズ、プリズム、ミラー、格子（これらはしばしばガラス、結晶、あるいはセラミックスによって構成されているが）は、一般に金属製マウントによって規則的に光学アセンブリ（例えば、対物レンズ系）へとまとめられている。

その際に光学要素は、狭い公差を遵守しながら互いに位置決めされなければならない。そしてアセンブリ全体は外界の影響に対して一定の頑丈さを備えていなければならない。その際に例えば衛星により支持されたシステム（例えば、ＲＯＳＡＴＸ線望遠鏡）などの天体望遠鏡でも、並びにマイクロリソグラフィの投影露光システムでも特別な要求が課せられる。

EP 0 053 463は、接着されている板バネ要素による精密ミラーの懸架を教えている。マイクロリソグラフィ投影対物レンズ系向けの先行するマウント技術は、米国特許明細書、第5,428,482号に記述されている。レンズは、ラジアル方向の３つの曲げビームによって直接接着されるか、あるいは中間リングを外周部に等分配した３つの固体リンクを介して外部マウントリングと結合させるかのいずれかである。その場合、レンズと中間リングの全面接着が見込まれている。マウントリングを積層することによって光学アセンブリ、とりわけ対物レンズ系が組立てられる。

マウントベース部に対して相対的に光学要素を移動、もしくは変形させるためのアクチュエータを有する装置は、多様な仕様で知られている。EP 0 145 902はその一例を示していて、ここではミラーは接線方向の３つのスポークを介してマウントに懸架されていて、そのスポークはペルチェ素子によってその長さを変更できる。

欧州特許第００５３４６３号明細書 米国特許第５，５２８，４８２号明細書 欧州特許第０１４５９０２号明細書

本発明の課題は、光学要素とマウントからなるアセンブリを用意することであって、アセンブリされたときに光学要素の位置決め精度が向上され、マウントに作用を及ぼす環境影響を少なくすることである。これと同時に光学要素とマウントとの間の接合箇所、従って一般にガラス／金属結合、あるいは結晶／金属結合は、主として遠紫外線耐久性を向上させるために接着以外の別の接合方法を採用出来るようにするために、幾何学形状的精度に対する要求から開放されるべきである。

本発明による解決案は、設計原理として幅広い用途をカバーすべきである。対物レンズ系への組込み、およびマイクロリソグラフィ投影露光装置での使用が、結像性能を極めて精密に調整するための格別な適合性とともに見込まれている。この課題は、請求項１に記載の光学要素とマウントからなるアセンブリによって解決される。すなわち、このアセンブリとされた光学要素は、多数の接合板を介して剛性のある中間リングに結合されていて、中間リングはこれまた能動式アクチュエータを介してハウジングおよび／または別のマウントに接続するためにマウントに結合されている。

有利な実施態様は特許請求の範囲の従属請求項２から２０の対象である。請求項２によれば、接合板はバネリンク、あるいは板バネとして取付けられている。これによって基本的に光学要素（例えば、ガラス）とマウント（金属）の異なる熱膨張が吸収される。全体的に見れば、応力は最小限にされている。光学要素と接合板との結合は、請求項３から６の対象である。ここでは光学要素に入射する光線に対する安定性を確保すること（このことは接着時に紫外線範囲において問題であるが）、そして同時に光学要素に応力を生じさせないこと（このことは、噛み合い式結合（クランプ）時には不可避であるが）が重要である。従って金属による溶接継手、あるいはロウ付け継手が望ましい。

請求項７から１０によれば、これと同じことは接合板と中間リングとの結合にも当てはまり、その際にここでは請求項７によれば均質な一体仕様も可能であり、そして多くの場合においてこの仕様が有効である。しかしながら光学要素との接合部で接合板の位置公差を補正せねばならない場合には、例えば請求項１０に記載のレーザ溶接によって中間リングに接合するのが有利である。

請求項１１によればピエゾ素子、さらにはペルチェ素子（EP 0 145 902 Aにより）も能動的アクチュエータ向けに適した駆動手段であって、これらは加えて適切な伝動装置（固体レバーと固体リンク）を含む。重要な種類の光学要素は、請求項１２に基づいて見込まれた、対称軸を有する回転対称縁部を備えた光学要素である。これは、とりわけ円筒状縁部を有する古典的レンズ、それに非球面光学面および非中心光学面を有する古典的レンズも含んでいる。これについては、請求項１３から１５が中間リングと接合板の有利な実施態様を示している。

請求項１６は、別の種類の光学要素を示していて（請求項１２に記述された種類の光学要素がその中に含まれているが）、その光学要素を用いれば接合板の配置に関してとりわけ請求項１７と第１８による格別有利な実施態様が可能である。それによれば接合板は、光学要素である「ボス」と中間リングである「リム」との間にスポークと同様に配置されている。

請求項１９によれば、該接合板は米国特許明細書 第5,428,482号のビームと同様に接線方向に配置されている。

請求項２０に設けられたような受動的アクチュエータは、請求項２４、あるいは第２５による調整用にとりわけ適している。請求項２１から２３に記載の該アセンブリは、マイクロリソグラフィの対物レンズ系および投影露光装置で望ましく用いられている。その際に請求項２２による制御回路への組込みはとりわけ極端に微細な障害の修正を可能にする。

懸架式接合板とアクチュエータを有する本発明に基づく装置の模式的断面図である。 水平な接合板と、中間リングとマウントとの間の固体リンクを有する本発明に基づく装置の模式的断面図である。 図２による装置の上面図である。 接線方向の接合板を有する本発明に基づく装置の上面図である。 レバー伝動装置を有するアクチュエータとミラーを有する本発明に基づく装置の模式的断面図である。 投影露光装置を模式的に示す図である。 望ましいバネ接合板を模式的示す図である。

以下、図面をもとにして本発明実施形態を詳しく説明する。図１に示した装置は、レンズ１とマウント５を示している。本発明によれば剛性のある中間リング３、例えば、レンズの質量と剛性に依存して断面積が（オーダー的に言って）１ｃｍ^２のステンレス・スチール製リングが設けられている。そのリングは接合板２を介してレンズに、そしてアクチュエータ４を介してマウント５にそれぞれ接合されている。正確な高さ調整に用いられるシム６を介して、マウントはハウジング７に接続されている。ハウジング７は、例えばこのようにはめ込まれた別のレンズのためのスペーサリングとして形成されている。

レンズ１と接合板２との接続部１２は、２つの理由から問題がある。まず第一にガラス、結晶（例えば、ＣａＦ_２、石英）、あるいはガラスセラミックス（Zerodur(R)ミラー）からなる光学要素１とステンレス・スチール、バネ青銅などからなる金属製接合板２との、性質の異なる材料組合せは溶接、ロウ付け、さらにはボルト結合、リベット結合の場合に問題がある。第二にこの接合箇所は、光線を伝送するために光学要素がここにあるために光線によって（ミラーを例外として）負荷を受ける。遠紫外スペクトル領域（波長、約３００ｎｍから１００ｎｍ）で使用する場合、これによって有機接着剤が使用不能になる。光線によって破壊されるためである。

その他にこの結合部１２は、装置の目的を達成するために幾何学形状公差を非常に狭くして製造せねばならない。さらに光学要素１は熱的荷重に対して鋭敏である；それは、例えば反射防止コーティングが１００℃を著しく越える温度に耐えることが出来ず、そして他方ガラスと例えばＣａＦ_２などの特別な結晶（これはその遠紫外線透明性のためにアクロマートレンズ系向けの石英ガラスに対する相手部品として必要とされるのであるが）は時間的および空間的な温度勾配に対して鋭敏なためである。

例では接合部１２は、上述した問題を克服するために、超音波溶接（これは、例えばＥ．レーダーらの「テクノロジーおよび管理」４４（１９９５）、ページ３１−３９で知られているが）によって製造されている。別の可能な接合技術は、ドイツ特許明細書 第197 55 356号で示されたような低融点ロウによるロウ付けである。接合板２の位置公差は、カップリング２３と連結するように製造されている場合には、剛性のある中間リングへの接合板のカップリング２３によって吸収される。そのためにはレーザ溶接が適切であることが判明している。このレーザ溶接によって僅かな入熱のもとで非常に均一な溶接継手が達成される。

接合板２は、板バネ要素として板材から打ち抜き、あるいはエッチングによって精密成形される。接合板は、厚さが０．１ｍｍから０．５ｍｍで、幅が約３ｍｍから２０ｍｍで、長さが１０ｍｍから３０ｍｍで、間隔が数ｍｍであるのが典型的である。例では、接合板はレンズ１の光学軸と対称軸に平行に配置されている。

図７による実施形態、すなわち剛性のあるクランプ７１、接線方向の２つの板バネ要素７２、７３および、レンズをその間に超音波溶接するためのゾーン７４を有するエッチング部品、あるいは打抜き部品によって、レンズを無モーメントで半径方向に膨張させることが出来る。７５は、中間リングと接合させるためのレーザ溶接ゾーンを示している。

例えば外周部に均等に分配された３つの箇所に剛性のある中間リング３がアクチュエータ４を介してマウント５と結合されている。アクチュエータ４は、例えば圧電要素から製造されている。この装置によってマウント５に対してレンズ１が２つの自由度、すなわち対称軸Ｓに垂直なＸ軸とＹ軸を中心とする傾倒が可能なように減少結合されている。なお、減少結合とは結合されるもの同士の変形の影響を減少させるように結合することを意味する。

対物レンズ系の調整時にしか必要とされない受動的アクチュエータは、セットスクリュによっても作動させることが出来る。このことは、一方ではレンズの傾倒調整を可能にし、他方ではマウント５の変形の影響を少なくする。その変形は、マウント５、シム６およびハウジング７を組立てて一つの光学系 （例えば対物レンズ系）にする際にそれぞれの製造公差などから生じるものである。

図２は、然るべく描写した一つの実施形態を示している。ここでは、レンズ１は接着箇所１２２によって接合板２２と結合されている。ドイツ特許明細書、第197 48 211号に記載の接着剤保護層を使用する場合、接着剤の光線耐久性は保証されている。その際に矯正用パテ接合の公知の方法は、非常に正確な調整を可能にする。

接合板２２は、剛性のあるリング３２と統合されて一体に製造されている。その際に例えば精密に回転させるために追加的に接合板２２間に分離部を設けるために放電加工が用いられる。固体リンク３５はマウント５２のリングであり、それでマウント５２に減少結合されているので、マウントの変形は組込んだ状態ではレンズ１に影響を及ぼすことがない。典型的なサイズは図１の場合と同じである。

図３は、図２に横断面で示した装置を光学軸と対称軸Ｓの方向で示している。この図から、接合部２２は半径方向に配置されていて、しかも対称軸Ｓを含んでいる平面Ｅに対称に形成されていることが判明する（請求項１７）。光学要素１（レンズ）も対称軸Ｓに対して回転対称な縁部１Ｒを有していて、中間リング３２は対称軸Ｓに対して回転対称的なリングであり（請求項１６）、そして接合板２２は、円周部にわたって等分配されている（請求項１８）。直交するＸ軸とＹ軸上にはそれぞれバネリンク３５、３５’があり、その運動性はそれぞれの対で異なっている。マウント設計者は、所与の荷重に応じてその数、位置および運動性を選択する。マウント５２もここでは一般にレンズマウントと同様に円筒状である。

図４は、同じ上面図でレンズ１に接線方向で作用している接合板２４を有する本発明に基づく装置を示している。この接合板は、ここでは紙面に対して垂直にもなっていて、このため請求項２０の意味においてｘ軸とｙ軸を有する主平面Ｘ、Ｙに（図１の懸下式接合板と同様に）垂直になっている。中間リング３４は、ここでは図１に記述した構造を有する、１２０°の等間隔で配置された３つのアクチュエータ４を介してマウント５と結合されている。

本発明による装置は、もちろん上述した諸例のように回転対称的レンズにのみ適しているのではなくて、いかなる形状をしたあらゆる種類の光学要素、例えばプリズム、ミラー、格子、ホログラフ要素などにも適している。注意すべきことは、このマウント技術が光学要素の、重力に対して相対的な任意の位置に適していることである。

例として、図５は偏心円筒ミラー１５を示している。ミラーは、対になっている傾斜式バネ接合板２５によって中間リング３２に結合されている。リンク４５２、４５３とレバー４５１を介して、剛性のある中間リングがマウント５５に結合されている。アクチュエータ４５（例えば、圧電式アクチュエータ、あるいはペルチェ素子によって制御された膨張要素、EP 0 145 902 Aを参照のこと）は、こうしてレバー伝動装置４５１、４５２、４５３を介して減速されて中間リング３２に作用する。

最後に図６は、例として本発明に従いマウント６５２に配置されたレンズ６５１を対物レンズ系６５内に収容する例を示している。対物レンズ系は、投影用対物レンズ系としてマイクロリソグラフィ投影露光装置の一部である。その露光装置は、公知のように光源６１、照明システム６３、位置決めシステム６４１を有するマスク６４、対物レンズ系６５、ウエーハー６６およびその位置決めシステム６６１によって構成されている。

もちろん、一般に対物レンズ系６５には多数のレンズが、そしてカタディオプトリック対物レンズ系、あるいはカトプトリック対物レンズ系のもとではミラーも本発明に従ってマウントされている。しかしここでは、分かり易くするために１枚のレンズしか示されていない。同様にこのマウント技術はもちろん照明システム６３でも使用されている。

センサ６７１、６７２、６７３を有する投影露光装置の制御システム６７は、マウント６５２のアクチュエータ６５３を制御する。焦点位置、波面などの画像パラメータ（センサ６７１）、パルス持続時間、数、照明調整（例えば、コヒーレント度、４重極照明）などの照明パラメータ（センサ６７２）、および／またはマスクのパラメータ（センサ６７３）に依存して、制御システム６７はアクチュエータ６５３、並びに場合によっては他の光学要素のアクチュエータを制御することによって最適な画像品質を調整する。その際に、一般に制御システム６７に記憶された特性領域と校正パラメータが使用される。

本発明による装置は、その数多くの自由な設計パラメータによって機械的振動の２００Ｈｚから４００Ｈｚよりも大きな最低固有振動数の設定を十分に可能にしている。これによって基本的にこれより低い振動数のもとにある障害となる振動、励振を効果的に抑制できる。本発明は、レンズの３０ｎｍ以下、さらには２０ｎｍ以下の非点収差、あるいは３波長残留変形が達成されている。外部リングの支持面の変形は、その９５％以上、および光学的構造物においては９９％以上を減少させてレンズに結合している。

１ 光学要素
２ 多数の接合板
３ 中間リング
４ アクチュエータ
５ マウント
７ ハウジング
２２ 接合板
３５ 受動的減結合器
Ｓ 対称軸
Ｅ 平面
Ｈ 主平面
１Ｒ 縁部
６５ レンズ系
６５３ アクチュエータ

Claims (25)

1. 光学要素と、マウントとを有するアセンブリであって、前記光学要素は、複数の接合板と結合され、該複数の接合板は、剛性のある中間リングと結合され、該中間リングは、アクチュエータおよび受動的減少結合器を介してハウジングおよび／または別のフレームに接続するためにマウントと結合されているアセンブリ。
2. 前記接合板は、板バネを含むバネリンクとして設計されていることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
3. 前記光学要素は、ガラス、あるいは結晶によって構成され、前記接合板は金属製であり、そして前記光学要素と前記接合板との間の結合は有機成分を含んでいないことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
4. 前記結合は、とりわけ拡散溶接、あるいは超音波溶接によって溶接されていることを特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
5. 前記結合は、ろう付けされていることを特徴とする請求項３に記載のアセンブリ。
6. 前記接合板は、中間リングと一体に形成していることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のアセンブリ。
7. 前記接合板は、中間リングに結合されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のアセンブリ。
8. 前記接合板と前記中間リングとの結合は、有機成分を含んでいないことを特徴とする請求項７に記載のアセンブリ。
9. 前記接合板と前記中間リングとの結合は、とりわけレーザ溶接によって溶接されていることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリ。
10. 前記アクチュエータは、圧電要素、あるいはペルチェ要素を含んでいることを特徴とする請求項１から９のうちの少なくとも１つの項に記載のアセンブリ。
11. 受動式減少結合器は、固体リンクであることを特徴とする請求項１から１０のうちの少なくとも１つの項に記載のアセンブリ。
12. 前記光学要素は、対称軸を有する回転対称縁を有していることを特徴とする請求項１から１１のうちの少なくとも１つの項に記載のアセンブリ。
13. 前記中間リングは、対称軸に対して回転対称的であることを特徴とする請求項１２に記載のアセンブリ。
14. 前記接合板は、対称軸を含む平面に対して対称的に形成されていることを特徴とする請求項１２、あるいは１３に記載のアセンブリ。
15. 前記接合板は、光学要素の外周部にわたって等分配配置されていることを特徴とする請求項１２から１４のうちの少なくとも１つの項に記載のアセンブリ。
16. 前記光学要素は、主平面を有し、その主平面は光学要素の縁部を閉じた曲線を突き通していることを特徴とする請求項１から１５のうちの少なくとも１つの項に記載のアセンブリ。
17. 前記接合板は、基本的に前記主平面に対して垂直に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載のアセンブリ。
18. 前記接合板は、基本的に前記主平面において前記光学要素の縁部に対して接線方向に配置されていることを特徴とする請求項１７に記載のアセンブリ。
19. 前記接合板は、基本的に前記光学要素の縁部に対して接線方向に配置されていることを特徴とする請求項１から１７のうちの少なくとも１つの項に記載のアセンブリ。
20. 複数のアクチュエータのうちの少なくとも一部は、受動式であることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリ。
21. 請求項１から２０のうちの少なくともいずれか１つの項に記載の少なくとも１つのアセンブリを含む対物レンズ系。
22. 少なくとも１つのアクチュエータを制御する制御回路が存在することを特徴とする少なくとも１つのアクチュエータを含む、請求項１から２１のうちのいずれか１項に記載の少なくとも１つのアセンブリを含んでいるマイクロリソグラフィ投影露光装置。
23. マイクロリソグラフィ投影露光装置を構成するために請求項１から２２のうちの少なくとも１項に記載のアセンブリの使用。
24. 請求項２１に記載の対物レンズ系の外部基準に対してレンズを調整するために請求項２０に記載の受動的アクチュエータの使用。
25. レンズの調整中に請求項２１に記載の対物レンズ系内でレンズを調整するために請求項２０に記載の受動的アクチュエータの使用。

Images