JP4772023B2 - 位置の操作および／または決定のための運動部材を有する光学装置 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、少なくとも１つの光学素子と、備えられている少なくとも１つの光学素子の、位置を操作、および／または決定するための運動部材と、を備える光学装置に関する。前記運動部材は、アクチュエータまたはセンサであってもよい。本発明は、さらに、半導体リソグラフィーのための投影露光装置に関する。

操作可能な光学素子は、非常に複雑な装置を含め、多様な光学装置の実質的な構成要素である。このような場合において、上記操作可能な光学素子が用いられている光学装置は、しばしば高度な複雑性を有しているため、光学素子の位置を操作、および／または決定するために用いられる運動部材の維持が、非常に複雑となる。一般的に、上記運動部材は、上述の理由により、装置の寿命が何年にもわたるように構成されている。この期間内において、アクチュエータまたはセンサの性能が、本質的には劣化してはならず、および／または故障が発生してはならず、運動部材に置かれた要求は、明らかに厳しいものとなる。これに関連して、出願人による米国特許出願公開第２００５／１９０４６２号が、先行技術として示されうる。

それゆえ、本発明の目的は、個別の運動部材の不具合に関して、ロバスト性を強化した機能を実現する装置であって、運動部材を有する光学装置を明確に記すことである。
この目的は、本特許明細書の請求項1および１０記載の特徴を有する装置によって、達成される。上記従属項は、本発明の有利な発展形および変形例に関する。

本発明の光学装置は、マウントに配置されている、少なくとも１つの光学素子（例えば、レンズ、あるいは鏡）を有する。この場合、複数の運動部材が、光学素子の位置を操作、および／または決定のために備えられている。運動部材は、それゆえ、複数種の“アクチュエータ”あるいは“センサ”として分類されてもよい。少なくとも１つの種類の運動部材の数ｍは、光学素子が操作されうる自由度ｎの数を超える。言い換えれば、1つの種類の、２つあるいは３つの運動部材が、少なくとも１つの自由度毎に備えられている。理想的には、1つ以上の運動部材が、それぞれのとりうる自由度（具体的には、ｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向の変位と傾斜）毎に備えられている。これにより、例えばアクチュエータに不具合が生じた時でさえ、光学素子を操作することができ、機能性を確保するため完全な解体が必要となるほどまで、光学装置の機能性は損なわれない。

本発明の好ましい実施形態では、光学素子上の作用点が、1つの種類の少なくとも２つの運動部材に配置されている。この方法によれば、対応する作用点において、運動部材のうちの１つに不具合が生じた時でさえ、適切な場合は、制限を伴って、光学素子の位置を操作、および／または決定することも可能である。

少なくとも２つの運動部材を作用点へ配置するという変形例は、特定の自由度で、少なくとも１つの一方の運動部材が、他方の運動部材との関係で配置されている構成にある。その配置は、作動時に（具体的には、一方の運動部材の移動時に）、他方の運動部材もまた作動される（具体的には、移動される）。これは、例えば、運動部材が、作動方向において、互いに積層して配置されているピエゾアクチュエータの場合において達成される。この場合、設置スペースと費用を節約するという利点を有する二重機能性を達成しうるように、上記アクチュエータが従来の方法でセンサとして用いられてもよいという点で、ピエゾアクチュエータの使用が具体的に有利となる。ピエゾアクチュエータの１つに不具合が生じた時、（たとえ、いくぶん制限があったとしても、）場合によっては最大移動範囲を制限する必要があったとしても、不具合が生じる前と同様に、残りの機能しているアクチュエータを駆動させることによって、移動を実施してもよいという趣旨で、積層型の配置が、全体の配置としての機能性を発揮する。

当然のことながら、アクチュエータとしては、他の全ての種類のアクチュエータが考えられうるが、具体的には、ローレンツアクチュエータ、スピンドル駆動部、液圧シリンダまたは空気圧シリンダ、が考えられうる。

さらに本発明の運動部材を実施する可能性は、一方の、および他方の運動部材が、いわゆるピエゾクローラ（piezocrawler）の独立したピエゾスタックであることによる。ピエゾクローラは、相互接続されてピエゾアクチュエータまたはピエゾスタックが線状に配置されているものであり、ピエゾアクチュエータが、外見上キャタピラのように交互に駆動して移動される。そのような運動部材の実施例は、米国特許明細書第６１５０７５０（Ｂ２）号および独国特許出願公開明細書第１０２２５２６６（Ａ１）号に開示されている。この場合、ピエゾクローラは、永続的に光学素子に接続されていてもよいし、例えば、光学素子と共にハウジングの表面に沿って移動してもよく、この方法で光学素子を操作してもよい。一般的に、この場合、個別のアクチュエータまたはピエゾスタックの不具合により、最大移動速度が減少されうるし、ピエゾクローラに及ぼしうる最大力が減少されうる。ピエゾクローラの使用は、個別のアクチュエータまたはピエゾスタックに不具合が生じた時に、移動する最大範囲の減少を引き起こさないという点で有利である。

互いに隣接する２つの運動部材を配置する変形例は、特定の自由度において、少なくとも一方の運動部材が、他方の運動部材との関係で配置されており、その関係は、一方の運動部材の作動時に、他方の運動部材が作動されない（具体的には、移動しない）というものである。言い換えれば、その２つの運動部材は、それぞれの作用点に対して並列に接続されている。

上述の装置およびその変形例を実施するための好ましい発明分野は、半導体リソグラフィーのための投影露光装置における使用にある。しかしながら、上記投影露光装置に用いられている光学システムは、相当複雑であることにおいて大きく異なる。さらに、操作可能な光学素子は、上述のような装置において広く普及しているため、ロバスト性があり且つ安全なセンサシステムおよびアクチュエータシステムの必要性が増していることは、明らかである。

以下、本発明の実施例を３つの図面を用いて詳細に説明する。
図１は、ピエゾアクチュエータ１ａ，１ｂとして構成された運動部材の、並列な配置を図示している。この場合、２つのピエゾアクチュエータ１ａ，１ｂの、レバー２ａ，２ｂは、連結部３ａ，３ｂと連接棒６とを介して、相互に連結されている。ピエゾアクチュエータ１ａの稼動時に、レバー２ａは双方向矢印７ａの方向へ移動する。ピエゾアクチュエータ１ａの稼働中であって、ピエゾアクチュエータ１ｂが稼働しない場合においては、連結棒６は連結部３ｂ周りで移動する。結果として、連結部９，１０と、制御レバー４と、を介して連接棒６に連結している光学素子５は、双方向矢印８の方向へ移動する。ピエゾアクチュエータ１ａが稼働していない場合、双方向矢印７ｂの方向でレバー２ｂと連係して、ピエゾアクチュエータ１ｂの稼働することについては、同様に説明される。その結果、連結部３ａ周りで連接棒６が移動することとなる。

２つのピエゾアクチュエータ１ａ，１ｂが同時に稼働すると、上述の場合と比較して、２倍の移動経路が達成されうることは、図面から明らかである。したがって、図１に図示された実施形態を実施するための変形例は２例である。１例目は、光学素子５の望ましい移動経路が、２つのピエゾアクチュエータ１ａおよび１ｂのうちの１つが稼働されるだけで達成されうる。この場合、２つのアクチュエータのうちの１つに不具合が生じた時、その稼働しているアクチュエータは、不具合を検出した後に駆動してもよい。これは、例えば、マルチプレクサを用いることで達成されうる。同様に、２つのピエゾアクチュエータ１ａおよび１ｂが同時に駆動されるという事実により、光学素子５の望ましい移動経路が達成されるような方法で、配置を構成することも考えられる。この方法によれば、概略説明された第１例の移動経路に対し、２倍の移動経路を実現しうる。これにより、２つのピエゾアクチュエータ１ａおよび１ｂのうちの１つに不具合が生じた後においても、なお、機能しうるアクチュエータが利用可能となり、それゆえ、制限があったとしても、全体の配置としては、変わらず機能を発揮しうる。

図２は、変形例の改良型として、互いに直列接続された２つのピエゾアクチュエータ１ａ，１ｂの配列を図示している。この場合、ピエゾアクチュエータ１ｂは、レバー２ａを介してピエゾアクチュエータ１ａに連結されている。すなわち、ピエゾアクチュエータ１ａの稼働時に、ピエゾアクチュエータ１ｂもまた、光学素子５上にあるレバー２ｂを介して移動、および稼働する。当然、２つのピエゾアクチュエータ１ａ，１ｂは、交互に駆動されてもよい。この場合、対応する稼働していないピエゾアクチュエータは、受動レバー部として機能する。

上述の２つの図に示されている構成において、ピエゾアクチュエータ１ａ，１ｂのうちの１つに、任意の位置で不具合が生じた時に、光学素子５が与えられた範囲において移動できてもよい。適切であれば、２つのピエゾアクチュエータ１ａおよび１ｂのうちの１つに不具合が生じた後、効果的に利用可能な調整装置（図示されていない）によって、光学素子５の移動範囲の変形に対応しうることを利用し、光学素子５の移動範囲を適応させてもよい。

図３は、本発明による運動部材を備えたマイクロリソグラフィーのため投影露光装置１１を図示している。上記装置は、感光材料でコートされた基板へ投影露光するためのものであり、半導体部品（例えば、コンピューターチップなど）を製造する目的で、その基板は、通常、主としてシリコンからなるもので、ウエハ１２として図示されている。

この場合、投影露光装置１１は、照明装置１３と、格子状の構造、いわゆるレチクル１５（該レチクル１５によってウエハ１２上に格子状構造が規定されるものであるが）を備えるマスクを保持し、該マスクを正確に位置させる装置１４と、該ウエハ１２を、保持し、移動させ、正確に位置させる装置１６と、画像装置、具体的には、投影オブジェクティブ１７のオブジェクティブハウジング２０内にあるマウント１９を介して支持される、いくつかの光学素子５を有する投影オブジェクティブ１７とを、実質的に備えている。この場合、本発明の基本的な機能原則は、レチクル１５に入れられた構造が、縮小されてウエハ１２上に投影されることを提供する。

露光が実施された後、ウエハ１２は、レチクル１５によりあらかじめ定められた構造をそれぞれ有する、複数の独立した領域が、該ウエハ１２上に露光されるように、矢印の方向へ移動される。投影露光装置１１におけるウエハ１２が、ステップ的に処理移動されることにより、投影露光装置は、しばしばステッパとよばれる。

照明装置１３は、ウエハ１２に、レチクル１５を投影するために必要な投影ビーム２１を供給する。レーザーまたは同様のものが、放射するためのソースとして利用されてもよい。この放射は、光学素子を介して照明装置１３において、レチクル１５へ入射する時に、投影ビーム２１が、直径と、偏光と、波面の形状等と、に関して、所望の特性を有するように、形成される。

レチクル１５の像は、投影ビーム２１によって形成され、上述したように、適切に縮小されて、投影オブジェクティブ１７によってウエハ１２上へ転写される。投影レンズ１７は、複数の独立した屈折性、回折性、および／または反射性光学素子５（例えば、レンズ、反射鏡、プリズム、終板等）を有する。

本発明の実施例では、光学素子５は、いわゆる、ピエゾクローラ２３を介してマウント１９に連結されている。この場合、ピエゾクローラ２３は、永続的に光学素子５へ連結されており、投影オブジェクティブ１７の光学軸方向で、光学素子５と共に、マウント１９の表面上で移動される。

当然のことながら、光学装置の信頼性を向上させるため、あるいは、具体的な条件に適応するため、所望の方法で上述された概念を組み合わせてもよい。さらには、運動部材の分野を超えて、上述された本発明の概念を適用することも考えられうる（具体的には、例えば、熱処理装置にも適用しうる）。

運動部材が並列配置されている、本発明の実施例を示す図である。 運動部材のうちの一方が移動する時に、他方も移動する、さらなる実施例を示す図である。 運動部材を有し、本発明に記載の方法で備えられている、マイクロリソグラフィーのための投影露光装置の原理を示す図である。

Claims (8)

1. 並進および回転の自由度ｎで操作されうる少なくとも１つの光学素子（５）と、
   前記光学素子（５）の位置を操作するまたは決定するために備えられた複数の運動部材（１ａ、１ｂ）であって、前記運動部材（１ａ、１ｂ）の数ｍが前記並進および回転の自由度ｎの数を超える運動部材とを備え、
   少なくとも２つの前記運動部材が、前記自由度の少なくとも１つ毎に存在し、前記少なくとも２つの運動部材（１ａ、１ｂ）の１つに不具合が生じたとき、前記自由度で前記光学素子がなお位置を操作または決定されることを特徴とする光学装置。
2. 少なくとも２つの運動部材（１ａ、１ｂ）が、前記光学素子（５）上の作用点に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 特定の自由度において、少なくとも１つの一方の運動部材（１ａ）が、他方の運動部材（１ｂ）との関係で、前記一方の運動部材（１ａ）の作動時に、前記他方の運動部材（１ｂ）も同様に作動されるように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 少なくとも１つの運動部材（１ａ、１ｂ）がアクチュエータであることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
5. 前記一方のおよび前記他方の運動部材（１ａ、１ｂ）が、ピエゾクローラ（２３）の個別のピエゾスタックであることを特徴とする、請求項３および４に記載の装置。
6. 特定の自由度が、少なくとも１つの一方の運動部材（１ａ）が、他方の運動部材（１ｂ）との関係で、前記一方の運動部材（１ａ）の作動時に、前記他方の運動部材（１ｂ）が作動されないように配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
7. 少なくとも１つの運動部材（１ａ、１ｂ）がセンサとして用いられることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれかに記載の装置。
8. 請求項１ないし７のいずれかに記載の光学装置を有することを特徴とする、半導体リソグラフィーのための投影露光装置（１１）。

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