JP5013906B2 - 光学素子保持装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学素子を保持するための光学素子保持装置に関するもので、特に露光装置で投影光学系の一部を構成する光学素子を保持する光学素子保持装置に関するものである。

フォトリソグラフィー技術を用いてマイクロデバイスを製造する際に、マスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する縮小投影露光装置が使用されている。

露光の解像度は露光光の波長と、投影光学系の開口数（ＮＡ）に依存し、波長が短ければ短いほど、また開口数が大きければ大きいほど、高い解像度が得られる。

このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められてきた。具体的には、超高圧水銀ランプ（ｉ線（波長が約３６５ｎｍ））、ＫｒＦエキシマレーザー（波長が約２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザー（波長約１９３ｎｍ）の順に露光光の波長が短くなってきた。

しかし、上記のような紫外域の露光光を用いたフォトリソグラフィー技術では半導体素子のさらなる微細化には対応できない。そこで、０．１μｍ以下の非常に微細な回路パターンを高解像度で転写するために、紫外光よりも更に波長が短い波長１０ｎｍ乃至１５ｎｍ程度の極端紫外線（ＥＵＶ）光を用いた縮小投影露光装置（以下、「ＥＵＶ露光装置」という。）が開発されている。

高解像度で露光するＥＵＶ露光装置では、投影光学系に求められる精度が極めて高い。また、保持装置には十分高い固有振動数が求められる。
図１３は特許文献１に記載されている保持装置を示す図である。光学素子１を保持する保持装置は光学素子１の周縁に沿う３箇所に設けられた支持装置２を備える。支持装置２は、光学素子１に対して正接をなすように配置される曲げ部材７，９と、径方向に延びる曲げ部材１１とを備え、これらは取り付け部４を介して光学素子１に接続され、接続部６を介して基部構造体３に接続される。また、曲げ部材７と曲げ部材９は堅いアダプタ８を介して接続される。このような構成により十分な固有振動数が得られるようにしている。
特開２００２−３５０６９９号公報

光学素子を保持する上で、光学素子に外部からの熱や力による変形が伝わらないように、光学素子の６自由度を冗長な拘束がない状態で保持する必要がある。例えば３箇所の保持部で光学素子を保持する場合、保持部１箇所につき２自由度のみを拘束し、残りの４自由度は柔軟に保持する必要がある。

しかしながら、上述のような曲げ部材を直交させて配置する保持装置では、保持部のねじり方向の剛性が十分柔軟になっていないため、拘束が冗長な状態であるといえる。このような拘束が冗長である状態では外乱による変形がミラーに伝わり、光学性能の悪化を招く。

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、簡素な構造で高いかわし性能を得て、外部からの熱や力による光学素子の変形を低減することを目的とする。

光学素子の周縁部の３箇所に保持部を備える保持装置であって、前記各保持部は、第１軸回りに変形可能な板状の第１弾性部材と、前記第１弾性部材と繋がっており、前記第１軸回りに変形可能であるとともに、前記第１軸に垂直な軸である第２軸回りに変形可能であり、さらに前記第１軸および前記第２軸の両方に垂直な軸である第３軸回りに変形可能である第２弾性部材とを備え、前記各保持部は前記第１軸および前記第３軸における前記光学素子の位置を拘束するように構成され、３箇所の保持部を用いて前記光学素子を６自由度でキネマティックに保持することを特徴としている。

本発明によれば、簡素な構造で高いかわし性能を得て、外部からの熱や力による光学素子の変形を低減することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。

（実施例１）
図１を参照しつつ光学素子を保持する保持装置１０について詳細を説明する。
保持装置１０は、光学素子８の周縁部の３箇所に保持部２０を備える。保持部２０は、その一端が接続部材１９を介して光学部材８と繋がっており、他端がベース部材１２に繋がっている。接続部材１９は金属でできており、光学素子８に接着して取り付けられる。取り付け方法はこれ以外の方法であってもよく、例えば光学素子８に突起部を設けて突起部を接続部材１９で挟み込むようにしてもよい。

ベース部材１２は、後述する投影光学系の鏡筒に締結され、外部からの力によって光学素子８が変形しないように堅い構造体となっている。またベース部材１２は熱の影響を考慮して低熱膨張材質であることが好ましく、さらには光学素子８と同程度の熱膨張係数の材質が好ましい。本実施例ではベース部材１２の形状は円筒形状だが、これにかぎるものではなく例えば多角形の形状であってもよい。また、光学素子８を駆動するアクチュエータや光学素子８の位置を検出するセンサ等をさらに配置してもよい。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）は保持部２０の斜視図、正面図、側面図を示す。図において、光学素子８の周縁に沿う周方向に延びる軸をＸ軸とし、該周方向に垂直であり、光学素子８の重心と周縁部における点を結ぶ軸をＹ軸とし、Ｘ軸とＹ軸の両方向に垂直な軸をＺ軸としている。

本実施例では一例として光学素子８が円形状であり、光軸が光学面に垂直に照射される場合について説明する。すなわち、円の接線方向に延びる軸をＸ軸、径方向に延びる軸をＹ軸、光軸方向に延びる軸をＺ軸として説明する。

保持部２０は、Ｘ軸（第１軸）回りに変形可能な板状の弾性部材２２（第１弾性部材）と、Ｘ軸回りに変形可能であるとともにＹ軸（第２軸）回りに変形可能であり、さらにＺ軸回りに変形可能な弾性部材２１（第２弾性部材）とを備える。つまり、弾性部材２１は３つの回転方向に柔軟なボールジョイント（ピボット）の働きをする。本実施例において、Ｙ軸方向に厚みをもちＸ軸方向に延びる板ばねを弾性部材２２として用いている。

なお、「変形可能」とは他の方向に比べて剛性が十分低いことをいい、弾性部材２２の場合はＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、Ｙ軸回りの回転方向、Ｚ軸回りの回転方向の剛性に比べてＸ軸回りの剛性が十分低い。同様に弾性部材２１の場合は、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向の剛性に比べてＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転方向の剛性が十分低い。

さらに保持部２０は３つのブロック２３，２４，２５を備える。ブロック２３は接続部材１９または光学素子８と弾性部材２１とを接続するための部材であり、ブロック２４は弾性部材２１と弾性部材２２とを接続するための部材であり、ブロック２５は弾性部材２２とベース部材１２とを接続するための部材である。すなわち、弾性部材２１と弾性部材２２は繋がっている。各ブロックは十分な厚みをもち、剛体片として用いられる。

これらのブロックおよび弾性部材は一体的に形成してもよく、個別に形成したものを圧着、溶接、螺合、圧入などによって接続してもよい。

弾性部材２１および弾性部材２２はそれぞれＸ軸回りに変形可能であるため、保持部２０はＹ軸方向に変形可能である。すなわち、保持部２０はＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回り、Ｙ軸方向に変形をかわしつつ、Ｘ軸方向およびＺ軸方向で光学素子８の位置を拘束することができる。

保持部２０は３つ設けられるため、各保持部が２方向で光学素子８の位置を拘束することによって、光学素子８を６自由度で過拘束なく保持することができる。すなわち、より周囲からの外乱の影響を受けにくいキネマティック保持が可能となる。

なお、弾性部材２１の形状は図２では四角柱状としている、円柱状やその他の多角柱状としてもよい。

以上のような保持部を有する光学素子保持装置によれば、簡素な構造で高いかわし性能が得られ、外部からの熱や力による光学素子の変形を抑制し、収差の悪化を低減することができる。

なお、一般的に、ボールとＶ溝もしくはコーンなどによって保持する保持装置では高い固有振動数を得るためには、接続部分の締結力も大きくする必要がある。しかしながら、締結力を大きくすると摩擦が大きくなり、本来拘束されるべきでない自由度も拘束され、キネマティックな拘束状態ではなくなってしまう。それに対して、本実施例のような弾性部材を用いた保持装置は、締結力の大小に拘らずキネマティックに支持でき、なおかつ高い固有振動数を維持できる。

また、各弾性部材の間をブロックで接続することによって関節部（ジョイントの機能をする個所）以外での変形が小さいため、高剛性にすることができる。ブロックは略直方体形状であると加工が容易となるため好ましい。

さらに、ブロックと弾性部材を一体的に構成することによって、ボルト等の締結要素を少なくすることができ、高剛性にすることができる。また、加工精度の向上が望めるうえ、部品数を少なくすることができる。

（変形例１）
図３は実施例１における変形例１を示す図である。図３（ａ），（ｂ），（ｃ）は保持部２０ａの斜視図、正面図、側面図を示す。同様の機能をもつ部材には図２で用いた符合にアルファベットａを付している。

本変形例では弾性部材２１ａは円柱状となっている。また、ブロック２３ａ，２４ａ，２５ａにも曲面が形成されている。単一のブロックを光軸に延びる軸回りに回転させながら旋盤加工したときに保持部はこのような形状となる。弾性部材２２ａについてはワイヤカット加工により形成される。

（変形例２）
図４は実施例１における変形例２を示す図である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は保持部２０ｂの斜視図、正面図、側面図を示す。図２で説明した箇所と対応する箇所については同一の符合にアルファベットｂを付している。

単一のブロックから保持部を作成するときに、エンドミルや放電加工を利用したときに例えば図４の保持部２０ａのような形状となる。

Ｙ軸方向の前後からエンドミルによって掘り込み加工を行うことで円柱状の穴を形成し、さらにワイヤカット加工をすることによってブロック２３ｂとブロック２４ｂとの間に弾性部材２１ｂが形成される。また、ブロック２４ｂとブロック２５ｂとの間もワイヤカット加工をすることによって弾性部材２２ｂが形成される。

上述の変形例１及び変形例２のように、保持部を作成するときの加工工数を短縮するために様々な加工方法が考えられる。これにより形状に違いが生じることがあるが、上述の実施例１と同様の効果を奏する。

（変形例３）
図５は実施例１における変形例３を示す図である。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は保持部２０ｃの斜視図を示す。図２で説明した箇所と対応する箇所については同一の符合にアルファベットｃを付している。

本変形例では図２における弾性部材２２の代わりに２つの弾性部材２２ｃが設けられる。弾性部材２１ｃ，ブロック２３ｃ，２４ｃ，２５ｃについては上述の実施例と同様である。弾性部材２２ｃはそれぞれＸ軸回りに変形可能であるため、結果としてＹ軸方向にも変形可能である。

（変形例４）
図６は実施例１における変形例４を示す図であり、保持部２０ｄの斜視図を示す。図２で説明した箇所と対応する箇所については同一の符合にアルファベットｄを付している。

本変形例では、図２におけるブロック２４に相当する部材がなく、弾性部材２１ｄおよび弾性部材２２ｄが直接接続されている。光学素子８または接続部材１９と弾性部材２１ｄとの間にはブロック２３ｄが接続され、弾性部材２２ｄとベース部材１２との間にはブロック２５ｄが接続される。

このように弾性部材２１ｄおよび弾性部材２２ｄを直接接続することによって、小型で軽量な構成することができる。

（変形例５）
図７は実施例１における変形例５を示す図であり、保持部２０ｅの斜視図を示す。図２で説明した箇所と対応する箇所については同一の符合にアルファベットｅを付している。

本変形例では、変形例４と同様に図２におけるブロック２４に相当する部材がなく、弾性部材２１ｅおよび弾性部材２２ｅが直接接続されている。光学素子８または接続部材１９と弾性部材２１ｅとの間にはブロック２０ｅが接続され、弾性部材２２ｅとベース部材１２との間にはブロック２５ｅが接続される。変形例４との違いは、弾性部材２２ｅが三角形の板状部材となっている点である。

（変形例６）
図８は実施例１における変形例６を示す図であり、保持部２０ｆの斜視図を示す。図２で説明した箇所と対応する箇所については同一の符合にアルファベットｆを付している。

本変形例では、変形例４，５と同様に図２におけるブロック２４に相当する部材がなく、弾性部材２１ｆおよび弾性部材２２ｆが直接接続されている。変形例５との違いは、弾性部材２２ｆが２枚の三角形の板状部材となっており、２枚の弾性部材２２ｆの間に弾性部材２１ｆが直接接続されている点である。ブロック２３ｆは光学素子８と一方の弾性部材２２ｆを接続するために用いられ、ブロック２４はベース部材１２と他方の弾性部材２２ｆを接続するために用いられる。

（実施例２）
図９は実施例２における保持部を示す図である。保持部が適用される箇所については実施例１の図１および図２で説明したものと同様である。

図９（ａ），（ｂ），（ｃ）は保持部３０の斜視図、正面図、側面図を示す。図において、軸方向の定義については実施例１と同様である。

保持部３０は、Ｚ軸（第１軸）回りに変形可能な弾性部材３２と、Ｚ軸回りに変形可能であると共にＸ軸（第２軸）回りに変形可能であり、さらにＹ軸（第３軸）回りに変形可能な弾性部材３１とを備える。つまり、弾性部材３１は３つの回転方向に柔軟なボールジョイント（ピボット）の働きをする。弾性部材３２の形状はＹ方向に厚みをもちＺ軸方向に延びる板状である。

さらに保持部３０は３つのブロック３３，３４，３５を備える。ブロック３３は光学素子８と弾性部材３１とを接続するための部材であり、ブロック３４は弾性部材３１と弾性部材３２とを接続するための部材であり、ブロック３５は弾性部材３２とベース部材１２とを接続するための部材である。

これらのブロックおよび弾性部材は一体的に形成してもよく、個別に形成したものを圧着、溶接、螺合、圧入などによって接続してもよい。

弾性部材３１および弾性部材３２はＸ軸回りに変形可能であるため、保持部３０はＹ軸方向に変形可能である。すなわち、保持部２０はＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回り、Ｙ方向に変形をかわしつつ、Ｘ軸方向およびＺ軸方向で光学素子８の位置を拘束することができる。

保持部２０は３つ設けられるため、各保持部が２方向で光学素子８の位置を拘束することによって、光学素子８を６自由度で過拘束なく保持することができる。すなわち、より周囲からの外乱の影響を受けにくいキネマティック保持が可能となる。

ここで、実施例２においても実施例１で説明した変形例を適用することが可能であり、同様の効果を奏する。

（露光装置に適用した例）
図１０は露光装置の概要を示す図である。露光装置１００は、光源５１と、照明光学系５２と、レチクル５３を保持するレチクルステージ５４と、投影光学系５５と、ウエハ５６を保持するウエハステージ５７等を備える。

光源５１はＥＵＶ光源であり、照明光学系５２は、複数枚のミラーや絞りで構成されている。光源５１から出射されたＥＵＶ光はこの照明光学系５２により、レチクル５３上に照射される。

レチクル５３で反射されたＥＵＶ光は投影光学系５５に入射される。投影光学系５５は複数枚の光学素子８を備え、光学素子８は保持装置１０によって保持される。本実施例では光学素子８としてミラーを用いた例を説明する。投影光学系５５に入射したＥＵＶ光は、複数枚の光学素子８によって反射され、ウエハ５６に照射される。レチクル５３のパターンは、投影光学系５５によって例えば１／４や１／５に縮小された状態でウエハ５６上に投影される。露光時にレチクルステージ５４とウエハステージ５７は、投影光学系５５の縮小倍率と同じ速度比で同期して走査駆動される。

図１０において投影光学系５５は４枚の光学素子８で構成されているが、これに限るものではなく６枚や８枚の光学素子で構成するようにしてもよい。

高解像度で露光するＥＵＶ露光装置では、投影光学系に求められる精度が極めて高い。ミラーの形状においては、１ｎｍ程度以下の変形しか許容されない。ミラーなどの光学素子に変形が生じると、変形前後で光路が屈折し、一点に結像するべき光線が一点に収束せずに収差が生じ、像のぼやけや位置シフトが発生し、結果的にはウェハ上の回路パターンの短絡を招く。上述の実施例における光学素子保持装置をＥＵＶ露光装置のミラー保持に用いることによって、ミラー形状の変形を抑えて高精度な露光を行うことができる。

（デバイス製造方法の例）
次に、図１１及び図１２を参照して、上述の露光装置を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１１は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造方法を例に説明する。

ステップＳ１（回路設計）では半導体デバイスの回路設計を行う。ステップＳ２（マスク製作）では設計した回路パターンに基づいてマスクを製作する。ステップＳ３（ウエハ製造）ではシリコン等の材料を用いてウエハを製造する。ステップＳ４（ウエハプロセス）は前工程と呼ばれ、マスクとウエハを用いて、上記の露光装置によりリソグラフィ技術を利用してウエハ上に実際の回路を形成する。ステップＳ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップＳ４によって作製されたウエハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（チップ封入）等の組み立て工程を含む。ステップＳ６（検査）では、ステップＳ５で作製された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップＳ７）される。

図１２は、ステップ４のウエハプロセスの詳細なフローチャートである。ステップＳ１１（酸化）では、ウエハの表面を酸化させる。ステップＳ１２（ＣＶＤ）では、ウエハの表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１３（電極形成）では、ウエハ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１４（イオン打ち込み）では、ウエハにイオンを打ち込む。ステップＳ１５（レジスト処理）では、ウエハに感光剤を塗布する。ステップＳ１６（露光）では、露光装置によってマスクの回路パターンをウエハに露光する。ステップＳ１７（現像）では、露光したウエハを現像する。ステップＳ１８（エッチング）では、現像したレジスト像以外の部分を削り取る。ステップＳ１９（レジスト剥離）では、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行うことによってウエハ上に多重に回路パターンが形成される。

なお、上記説明では好適な例としてＥＵＶ露光装置について述べたが、ＥＵＶ光以外の露光光を用いた露光装置に適用してもよく、高精度に光学素子を保持すべき装置全般に適用可能である。

本発明の好適な実施形態の光学素子保持装置を示す図である。 実施例１における保持部を示す図である。 実施例１の保持部の変形例１を示す図である。 実施例１の保持部の変形例２を示す図である。 実施例１の保持部の変形例３を示す図である。 実施例１の保持部の変形例４を示す図である。 実施例１の保持部の変形例５を示す図である。 実施例１の保持部の変形例６を示す図である。 実施例２の保持部を示す図である。 本発明の好適な実施形態の露光装置の概略構成を示す図である。 露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのフローチャートである。 図１１に示すフローチャートのステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。 特許文献１に記載の保持装置を示す図である。

符号の説明

８ 光学素子
１０ 光学素子保持装置
１２ ベース部材
１９ 接続部材
２０，３０ 保持部
２１，２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，３１ 弾性部材
２２，２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄ，２２ｅ，２２ｆ，３２ 弾性部材
２３，２３ａ，２３ｂ，２３ｅ，２３ｆ，３３：ブロック、２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，３４ ブロック
２５，２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ，３５ ブロック
５１ 光源
５２ 照明光学系
５３ レチクル
５４ レチクルステージ
５５ 投影光学系
５６ ウエハ
５７ ウエハステージ
１００ 露光装置

Claims (7)

1. 光学素子の周縁部の３箇所に保持部を備える光学素子保持装置であって、
   前記各保持部は、第１軸回りに変形可能な板状の第１弾性部材と、前記第１弾性部材と繋がっており、前記第１軸回りに変形可能であるとともに、前記第１軸に垂直な軸である第２軸回りに変形可能であり、さらに前記第１軸および前記第２軸の両方に垂直な軸である第３軸回りに変形可能である第２弾性部材とを備え、前記各保持部は前記第１軸および前記第３軸における前記光学素子の位置を拘束するように構成され、３箇所の保持部を用いて前記光学素子を６自由度でキネマティックに保持することを特徴とする光学素子保持装置。
2. 前記第１軸は前記光学素子の周方向と平行であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子保持装置。
3. 前記第３軸は前記光学素子の周方向に垂直であり、かつ、前記光学素子の重心と前記光学素子の周縁部における点とを結ぶ軸方向に垂直であることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
4. 前記第１弾性部材と前記第２弾性部材が、ブロック状の部材を介して接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の保持装置。
5. 前記第１弾性部材および前記第２弾性部材および前記ブロック状の部材は、単一の部材から形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子保持装置。
6. 複数の光学素子を含む光学系を備える露光装置であって、
   前記光学素子の少なくとも１つを請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持装置により保持することを特徴とする露光装置。
7. 請求項６に記載の露光装置を用いて基板にパターンを露光する工程と、露光された基板を現像する工程とを備えることを特徴とするデバイス製造方法。

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