JP5014498B2 - 投影照明システムの光学装置用の位置合わせ方法 - Google Patents

Description

本発明は、投影照明システムの光学装置を製造及び調整するための方法に関するものである。本発明に係る方法では、少なくとも１つのアクチュエータを用いて、光学素子を特定の増分量（increment size）で増分（incrementally）移動させることにより、操作されるべき少なくとも１つの光学装置の位置が設定される。

投影照明システムは、マイクロ電子デバイス、特に、半導体素子又はマイクロテクノロジー及びナノテクノロジーのための装置のマイクロリソグラフィ製造に用いられる。非常に寸法の小さい構造を製造するためには、投影照明システムにおいて構造を高精度に結像する必要がある。投影照明システムに用いられる光学素子の大きさに対して最小の変化でさえ、光学装置内での構成又はそれらの位置に、対応した収差が生じてしまい、したがって、製造される装置に欠陥が生じてしまう。

したがって、投影照明システムの光学装置の光学素子を位置合わせ及び／又は調整する方法を使用することが既知であり、このような方法は、位置合わせ精度の点で最高の条件に従うものである。例えば、特許文献１は、マイクロリソグラフィ用の投影照明システムの結像装置を記載しているが、当該装置では、ピエゾアクチュエータを有するマニピュレータが用いられ、例えば、光学レンズ、ミラー等の関連する光学素子を操作及び位置合わせする。

特許文献１および特許文献２の開示内容は、線形ピエゾドライブとしてピエゾアクチュエータを記載しており、これらの開示内容は参照により本願明細書に組み込まれる。

光学素子の非常に正確な位置合わせは、上述の特許文献に記載されているように、既に線形ピエゾドライブによって実現されているが、効率的な操作方法であって、容易且つ効率的にマニピュレータの操作を可能にすることに加えて、同時に、高精度の極めて正確な位置合わせも可能にする方法が更に希求されている。

更に、線形ピエゾドライブの移動、及び／又は、これらによって移動される光学素子の移動、又は、操作される光学素子と線形ピエゾドライブの間に設けられる作動レバー等のギア素子の移動は、取付（abutment）素子によって制限され、取付素子と相互作用して光学素子に影響を及ぼす。取付素子が操作装置の周辺移動領域と接触するとき、光学素子は対応する結像特性への負の影響によって悪影響を受ける恐れがある。このため、対応する位置合わせ方法であって、これらの考えられる負の影響を考慮できる方法を用いることが望ましい。

独国特許出願公開第１０２２５５６６Ａ１号明細書 米国特許第６，１５０，７５０Ａ号明細書

そこで、本願発明は、光学装置を製造又は設定及び／又は調整するための方法を提供することを課題とする。特に、本願発明は、投影照明システムの光学装置の光学素子を位置合わせするための方法を提供することを課題とし、当該方法では、正確な位置合わせが、単純且つ効率的な方法で、光学素子を増分移動させることによって実現される。さらに、移動領域を制限してしまうという、取付素子の負の影響を回避することも課題とする。

上述の課題は、請求項１の特徴を有する方法又は請求項８の特徴を有する方法によって解消される。有利な実施形態については従属項に記載する。

本発明は、例えば、ピエゾアクチュエータ、好ましくは線形ピエゾドライブのような、少なくとも１つの、好ましくは複数のアクチュエータによる、光学素子の増分移動が、正確且つ効率的な投影照明システムの光学装置の光学素子の位置合わせのために用いられる場合、増分を設定し、そして、事前に特定された増分量からの逸脱を検出することにより、上述の課題を単純な方法で解消することができるという知見に端を発するものである。

よって、本願発明の第１の観点によれば、光学素子の増分移動は、増分量を所望位置から光学素子までの距離の関数として設定するように実施され、光学素子の所望位置からの距離は、距離値として表される。この距離値は、単純な移動値又は移動ベクトルによって与えられ、これは更に、対応する方向を与える。しかし、特に単純な一次元移動値を距離値として用いる場合には、以下に例として個々の線形ピエゾドライブについて詳述するように、本発明は、同時に複数のピエゾドライブのために設計されている。これら線形ピエゾドライブは、異なる空間方向に関与するようになっており、例えば、直交座標系のＸ、Ｙ、Ｚ軸の方向に関与する。

本発明によれば、操作される光学素子を瞬間位置から所望位置へと接近させるための増分量は、例えば、アクチュエータの最大増分量は距離値が第１の閾値を上回る限り、必然的に、初期的に一定の増分量として設定される。距離値が閾値を下回る場合、増分量は距離値の減少に応じて減少する。第１の閾値までの、一定値、特に最大の増分量による最初の接近移動により、所望位置への最初の接近移動が実施される。一旦距離値が第１の閾値を下回ると、増分量が減少して、所望位置への正確な接近移動ができるようになる。距離値が第１の閾値を上回るか下回るかをチェックしながら、すなわち、所望位置に対する瞬間位置をチェックしながら行われる対応する接近サイクルの反復能と、チェック結果による移動増分量の性能によって、正確な位置合わせが実施できる。

本発明の更なる観点によれば、自動的に保護がなされ、本発明の第１の観点と関連して増分量の事前に特定された増分量からの逸脱及び／又は事前に特定された増分量変化率からの増分量変化率の逸脱、すなわち、事前に特定された移動速度の逸脱又は移動加速度若しくは減速度の逸脱が、取付素子に接近する光学素子の目安として用いられ、これにより、適切な警告信号を発し、及び／又は移動を停止させることができる。結局、光学素子をマミピュレータによって、取付素子の領域に移動させる場合、光学素子、アクチュエータ及びこれらに接続するギア装置の最初の接触の後、光学素子が最終的に物理的に停止される前に、サイズ幅０．５μｍまでの追加の移動が適切なマッチングプロセスによって実施される。しかし、正に最初の接触による光学素子への負の影響が想定されるため、本発明に係る方法によって、この最初の接触を事前に判断することもできる。

よって、この有利な効果を光学素子の実際の位置合わせ及び／又は調整に単独で用いて、移動領域を確定することができる。この場合、取付素子の方向の移動は事前に特定された、又は最大の増分量で、事前に特定された値からの増分量の逸脱又は増分量変化率の逸脱に基づいて最初の接触が確定されるまで実施される。言い換えれば、事前に特定された一定移動速度、すなわち、移動増分ごとの一定増分量を用いて、事前に特定された許容可能な範囲外の、一定移動速度からの逸脱を取付素子との接触の目安とすることによって、この最初の接触点を移動領域の端を画定するために予め用いることができる。

本発明に係る、投影照明システムの光沢装置の製造及び／又は調整のための方法では、移動増分が反復して実施され、各接近サイクルは、複数の移動増分又は単独の移動増分を含むことができる。この接近サイクルは、所望の位置合わせが完了するまで反復され得る。

更に、制御ループ及び少なくとも１つの位置センサ、好ましくは複数の位置センサ、具体的には容量位置センサ、を備えることができる。位置センサを用いて操作される光学素子の瞬間位置を確定して、これを所望位置と比較することによって、対応する距離値を確定することができる。そして、距離値は、次の接近サイクル又は次の移動増分における増分量の決定のための制御ループに役立てられる。或いは、位置センサが利用不可能な場合には、距離値を直接入力して、他の方法で距離値を確定することも可能である。

第１の閾値は、特に、１つ又は複数のアクチュエータの最大増分量によって与えられ得る。よって、距離値が第１の閾値を上回る場合には、常に、所望位置を通り過ぎてしまうリスクを犯すことなく、アクチュエータの最大増分量で移動増分を実施することが可能である。

距離値がこの第１の閾値を下回る場合、距離値に応じて減少させた対応する増分量で動き増分を実施することができる。

本発明による位置合わせ方法は、第１の閾値を上回る距離値に対応する第２の閾値を決定することによって補強される。所望位置から光学素子までの距離値であって、システムに入力されるか、又は、制御ループ若しくは位置センサによって決定される距離値が第２の閾値を上回る場合、所定の因数で減じられた距離値と、そして、この減じられた距離値に応じて実施される最大増分量の複数の移動増分によって、第１接近移動が実施される。結果的に、この複数の移動増分によって、減じられた距離値に対応する位置に到達又は接近する。距離値を特定の因数で減じることで、確実に所望位置を通り過ぎないようにする。

距離値が第２の閾値を下回る場合、接近移動の第２フェーズが実施され、各場合で最大増分量の移動増分が第１の閾値に達するまで実施される。

前回の移動増分の実際に移動した区域及び／又は前回の移動増分の事前に特定された増分量を、次の移動増分の増分量を決定するための入力変数として使用することで、マニピュレータ又はアクチュエータの実際の挙動、すなわち、非理想的な挙動を考慮することができる。このようにして、本方法において、実際の、及び、所定条件下での様々なアクチュエータの様々な状態を考慮することができる。これにより、本発明による位置合わせ方法の位置合わせ精度及び効率が向上する。

本発明の他の利点、特徴および特性は、添付の図面を参照しつつ以下に詳述する例示的実施形態にて明らかになるであろう。本願では、図面は純粋に概略的に示す。

距離時間グラフであって、時間は増分数としてプロットする。 速度時間グラフであって、ここでも、時間は増分数としてプロットする。

本発明の一実施形態によれば、光学素子は、当該光学素子が所望の位置に増分的に接近するような方法で配置される。このため、先ず、光学素子の瞬間的な位置が決定され、この結果をもって、この瞬間的な位置と所望の位置とを比較することで、距離値が確定され得る。この場合、距離値は、１つの純粋な移動値又は複数の移動値を含み、そして、距離ベクトルとしての方向情報を含む。

本発明による例示的実施形態によれば、第１ステップにてチェックが実施され、距離値が第２の閾値を越えているか、すなわち、瞬間位置が第２の閾値よりも大きく所望位置から離れているかがチェックされる。この場合、瞬間位置から所望位置までの距離は、初期に瞬間位置に向けてさらに接近移動させる必要があるほど、依然として大きい。この接近移動は、特定の因数で距離値を減じること、例えば、距離値に因数０．８又は０．６を乗算することにより行われる。そして、この減じられた距離値に応じて、移動増分の数が、使用される１つ又は複数のアクチュエータの最大増分量と共に決定される。１つ又は複数のアクチュエータは、必然的に、減じられた距離値だけ移動される。仮に、例えば所望位置から瞬間位置までの距離が４０μｍに、第２の閾値が３０μｍに設定された場合、したがって、続いて距離値４０μｍが因数０．６で乗算され、減じられた距離値２４μｍが確定される。結果的に、移動増分の最大増分量が３μｍであれば、各回３μｍの増分量の８つの移動増分が好ましい。移動増分が理論値に従って実施される場合、位置決めおよび操作される光学素子は、したがって、最大１６μｍの距離で瞬間位置に接近する。しかし、移動増分の真の性能は逸脱を含むことができることであるため、実際の瞬間位置は理論上の習慣位置から逸脱していてもよい。よって、１６μｍよりも大きい又は小さい距離値を、次の接近サイクルに想定することができる。

したがって、次の接近サイクルでは、先ず、実際の瞬間位置が位置センサを用いて確定される。実際の位置の確定に適切なあらゆるセンサを位置センサとして用いることが可能である。位置センサは、例えば、具体的には、容量センサである。

この確定された第２瞬間位置から、例えば、１６．５μｍであっても良い距離値が、順に第２接近サイクルのために決定される。この第２接近サイクルの第２距離値は、第２の閾値３０μｍを下回り、最大増分量を伴う複数の移動増分は、第２接近サイクルにて、以後全く実施されることがないが、ただ１つの移動増分が実施される。しかし、まず、距離値１６．５μｍが第１の閾値を上回るか、または下回るかのチェックが実施される。アクチュエータの最大増分量が３μｍのとき、第１の閾値は３μｍに固定することができる。よって、第２接近サイクルでは、第２距離値１６．５μｍは第１の閾値を上回り、したがって、最大増分量３μｍの１つの移動増分が実施される。理論上、これにより、瞬間位置の方向に３μｍの接近動作が行われ、距離値は１３．５μｍとなる。しかし、この場合であっても、実際の移動増分が逸脱することも可能であるため、これにより、実際の瞬間位置は位置センサを用いて決定することができる。

さらなる接近サイクルを以下に実施する。この接近サイクルでは、現時点での距離値が反復的に決定され、第１の閾値と比較される。現時点での距離値が第１の閾値を上回っている限り、最大増分量３μｍの移動増分が毎回実施される。しかし、接近サイクルにて確定された距離値が第１の閾値を下回るとすぐに、実施される移動増分の増分量が、それに従って適応、すなわち減じられる。この場合、更なる接近サイクルが、光学素子の確定された瞬間位置が、耐容可能且つ許容可能な、事前に決定された逸脱幅以内となるまで実施される。そして、対応する光学装置の製造又は設定、及び当該光学装置の対応する調節中の、光学素子の位置合わせが完了する。

好ましい例示的実施形態では、例えば、独国特許出願公開第１０２２５５６６Ａ１号明細書、及び米国特許第６，１５０，７５０Ａ号明細書に記載されているように、ピエゾアクチュエータ、特に、線形ピエゾドライブがアクチュエータとして用いられる。上記文献の記載内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

ピエゾアクチュエータは、所定の応力、具体的にはずり応力が印加されることを介して作動し、特定距離及び経路区域又は増分量についての上述のような手順もまた、応力が印加される平面上で実施され得る。このことは、例えば、ピエゾアクチュエータの作動のための応力値は、距離値から直接的に確定でき、これまで記載してきたように、同様に変更することができる。

本発明の例示的実施形態では、最新の移動増分の区域を次の移動増分の計算に組み込むことで、マニピュレータ又はアクチュエータの非理想的な挙動を考慮することができる。

また、所望位置の所望方向における接近移動の最終フェースでは、最終の移動増分の設定増分量又は設定応力値を、ピエゾアクチュエータの作動のために保存し、そして、次の移動増分の増分量又は対応する応力値を、例えば、対応開始値として算出するために用いることができる。

このようにして、本願発明による方法を用いて、所望位置における、高信頼性且つ正確な光学素子の接近移動又は設定を実現することができる。

さらにまた、位置センサにより確定される操作対象の瞬間位置を用いて、実施すべき移動増分を決定する、制御ループを実現することができる。対応する制御ループは、既知の電気光学的／情報工学的実施形態によって実現することができる。

光学素子の、対応する操作又は位置合わせは、典型的に、操作する光学素子が自由移動可能なように実施される。しかし、多くの場合、光学素子の移動領域は限られている。移動領域を制限する取付素子が、光学素子又は対応するアクチュエータ、又は、損傷等を回避するためにこれらに接続される、作動レバー等のギア装置に備えられる。

この場合、設定すべき所望位置は取付素子付近に配置されうる。取付素子の接触が生じると、以下のようにして、光学素子にいわゆる寄生性の欠陥（parasitic defects）を生じさせ、非点収差、光学素子の傾斜等の結像特性を悪化させる。光学素子は依然として限られた区域、例えば、０．５μｍ等の距離を移動できるに過ぎないが、上述の欠陥は、特に、最初に取付素子と接触するとにより既に生じている。したがって、取付素子の方向で光学素子が更に移動することを防ぎ、対応する欠陥が生じることを回避するために、取付素子（取付位置）における、光学素子又はアクチュエータ装置の最終停止位置の前であっても、取付素子と最初に接触する位置又は時間を決定することは重要である。

このことは、図１及び図２に示されている。図１は、距離時間グラフであり、光学素子は、取付素子の方向の最大増分量を有するピエゾアクチュエータを用いて移動される。距離時間グラフは、最初、線形領域を有し、この領域では光学素子は自由移動可能であり、対応する光学素子への作用は小さく、また、欠陥の発生は少ない。対応する線形領域は、最大、増分数２０まで存続する。

光学素子若しくはアクチュエータ、又はこれらに対応するギア装置と、取付素子と最初の接触によって、移動速度が変更され、すなわち、移動増分ごとの増分量は、移動の最終停止位置に至る。よって、移動増分ごとの移動速度又は増分量は、０にリセットされる。しかし、このような、減速移動の第２領域では、光学素子の相互作用が既に生じており、これにより、いわゆる寄生性の欠陥が生じ、且つ結像特性が悪化するおそれがある。よって、本願発明の第２の観点によれば、光学素子若しくはアクチュエータ又はこれらに対応するギア装置と、取付素子とが最初に接触する位置は、投影照明システム内の光学素子又は光学装置の製造又は設定の最中、及び／又は、別個の方法でそれとは独立して決定される。これにより、移動領域が制限され、寄生性の欠陥につながる可能性のあるような影響を光学素子に与えることが回避される。

これは、特に、図２のような、速度時間グラフを補助として用いることで決定可能である。図２では、増分番号に対して増分量をプロットし、速度時間グラフを得た。直線領域では、例えば、０．０３μｍの値では、例示的実施形態に示したように、速度は一定である。

取付素子との相互作用が生じると、例えば、事前に特定された速度範囲から逸脱することによって、増分量又は移動速度が変化するので、最初の接触点を空間的又は時間的に用意に決定できる。同様にして、加速時間グラフを用いて、最初の接触点を確定することも可能である。このようなグラフは、速度時間グラフを時間に対して微分することで得られる。

図２に示すグラフでは、上限及び下限が与えられているが、これらは増分量の許容可能な逸脱を特定する。増分量がこれらの閾値を超えて逸脱した場合、取付素子と接触したと推定される。

操作する光学素子と取付素子との最初の接触を決定する方法は、図１及び図２に示したように別個に実施することも、又は、光学素子を位置合わせするための上述の方法に統合して実施することも可能である。別個の実施形態では、光学素子は、取付素子の方向で、当該取付素子との接触が、増分量若しくは速度における変化、又は加速度若しくは増分量変化率の変化を確定することによって確定されるまで、最大増分量で移動される。

位置合わせ又は調整方法に統合する場合、本発明によれば、移動速度若しくは加速度の逸脱、又は事前に特定された値を超える減速を検出したことを、取付素子との相互作用の警告信号として用いて、操作者に通知し、及び／又は更なる移動を回避することができる。

このようにして、本発明による方法を用いて、光学素子の極めて正確な位置合わせを実施し、不所望な欠陥原因が生じることを回避することができる。

本発明について、例示的実施形態を参照して詳述してきたが、当業者には本発明はこれらの例示的実施形態に限定されるものではなく、むしろ、そのような改変であって、添付の特許請求の範囲の保護範囲内から逸脱することの無い限りにおいて、個々の特徴を省略し、又は異なる組み合わせで用いることが可能である。特に、本発明は、存在する全ての発明の特徴の全ての組み合わせを含む。

Claims (9)

1. 少なくとも１つのアクチュエータを用いて少なくとも１つの光学素子を特定の増分量で増分移動させることにより、操作されるべき前記少なくとも１つの光学素子の位置の設定を行う、投影照明システムの光学装置の製造及び／又は調整方法であって、
   移動増分の増分量は、所望位置からの前記光学素子の距離の関数として、距離値として表される前記距離によって設定され、前記距離値が第１の閾値を上回る場合、略一定の増分量が設定され、他方、前記距離値が前記第１の閾値を下回る場合、前記所望位置からの距離が減少することに伴って、前記特定の増分量が減じられるステップと、
   前記特定の増分量及び／又は事前に特定された増分量変化率からの、事前に特定された逸脱により、警告信号が発せられ及び／又は移動が中止されるステップと、
   前記第１の閾値よりも大きい距離値に対応する第２の閾値が決定されるステップと、
   距離値が前記第２の閾値よりも大きい場合、前記距離値は特定の因数によって減じられ、最大増分量で移動増分が複数回実施されて、必然的に、減じられた前記距離値に対応する位置に達するステップと、
   距離値が前記第２の閾値よりも小さい場合、前記第１の閾値に達するまで、最大増分量で移動増分が実施されるステップと、
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 制御ループ及び少なくとも１つの位置センサが備えられ、
   前記少なくとも１つの位置センサを用いて操作されるべき前記光学素子の位置を確定することによって、前記所望値からの前記距離が確定されるステップと、
   前記制御ループは、前記確定された距離値に基づいて前記特定の増分量を決定するステップと、
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の閾値は、前記アクチュエータの最大増分量によって与えられ、距離値が前記第１の閾値より大きい場合、前記アクチュエータの最大増分量で移動増分が実施されるステップ、
   を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 距離値が前記第１の閾値を下回る場合、前記距離値に応じて減じられる前記アクチュエータの増分量で移動増分が実施されるステップ、
   を含むことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前回の移動増分の実際に移動した区域及び／又は、前記前回の移動増分の事前定義された増分量が、次回の移動増分の増分量を決定するための入力変数として用いられるステップ
   を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記特定の又は最大増分量及び／又は事前に特定された増分量変化率からの事前に特定された逸脱が、光学素子の位置の設定とは独立して、光学素子の取付位置を決定するために用いられるステップ
   を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 使用される前記アクチュエータは、ピエゾアクチュエータ又は線形ピエゾドライブである、ことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記各方法ステップは、連続的に複数回実施されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記光学素子、前記アクチュエータ、及び該アクチュエータに接続されるギア装置と、前記光学素子、前記アクチュエータ、及び前記ギア装置に備えられた取付素子との最初の接触点を判定するステップ、
   を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。

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