JP7328292B2 - 保持装置、露光装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、保持装置、露光装置、及び物品の製造方法に関する。

液晶パネルや有機ＥＬディスプレイ、或いは半導体デバイスなどの製造では、投影光学系を介して、感光材が塗布された基板に原版のパターンを露光する露光装置が用いられる。露光装置は、微細なパターンを精度よく転写する必要があるため、露光装置に搭載される光学素子を精度よく保持することが要求される。

特許文献１には、自重により変形してしまった光学素子の面形状を、変形する前の状態に戻すことができる機構を備えた保持装置について開示されている。また、特許文献１には、光学素子に局所的に発生している応力を除去する手法について記載されている。

特開２０２１－００５０１８号公報

また、露光装置に搭載された光学素子は、外乱の影響による振動モードの発生により、露光精度に影響を及ぼすおそれがある。特許文献１には、光学素子で発生する振動が露光精度に悪影響を及ぼすという課題認識は無く、光学素子で生じる振動に対する対策について開示されていない。特に、光学素子の光軸と垂直な方向の軸回りに回転する振動モードは、他の振動モードに比べて光学素子の敏感度が高いため、光学性能を悪化させる要因の１つとなりうる。

そこで、本発明は、光学性能の低下を抑制するために有利な保持装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての保持装置は、光学素子を保持する保持装置であって、ベースと、前記光学素子と前記ベースとを保持する第１保持部と、前記第１保持部が前記光学素子を保持する保持位置とは異なる位置で前記光学素子と前記ベースとを保持する第２保持部と、前記光学素子で発生する振動を検出する検出部と、を有し、前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方の剛性を変更できるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、光学性能の低下を抑制するために有利な保持装置を提供することができる。

第１実施形態における保持装置の構成を示す概略図である。 振動センサの配置を説明するための図である。 第１実施形態における剛性調整手段を説明するための図である。 第２実施形態における保持装置の構成を示す概略図である。 第２実施形態における剛性調整手段を説明するための図である。 第２実施形態における保持装置の変形例の構成を示す概略図である。 露光装置の構成を示す概略図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。尚、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１を参照して、光学素子１を保持する保持装置１００について説明する。図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本実施形態の保持装置１００の構成を示す図である。本実施形態では、重力方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に対して垂直な方向であり、且つ互いに直交する方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と定義する。図１（ａ）はＸ軸方向から見た保持装置１００の側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示す鎖線Ａ－Ａ´の断面をＹ軸方向から見た図である。本実施形態における保持装置１００は、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように直交座標系に定義された空間において、光学素子１が光学面の面法線が重力方向に対して直交になるように保持されている。

保持装置１００は、ベース２と、光学素子１を固定して保持する固定部５と、連結部１３（第１保持部）と、連結部１０（第２保持部）と、振動センサ２０、２１、２２を有する。固定部５は、連結部１０、１３を介してベース２と結合されている。固定部５は必須な構成ではなく、光学素子１に直接、連結部１０、１３が連結される構成であっても良い。連結部１０及び連結部１３の少なくとも一方は、ベース２が光学素子１を保持する保持力を変更できるように構成されている。すなわち、連結部１０及び連結部１３の少なくとも一方は、ベース２が光学素子１を保持することにより光学素子１に付与される剛性を変更できる剛性調整手段を有する。

図１（ｂ）に示すように、固定部５には、固有振動数で振動する光学素子１の変形形状を計測するために、光学素子１で発生する振動を検出する振動センサ２０、２１、２２（振動検出部）が設けられる。図２は、本実施形態における振動センサ２０、２１、２２の配置位置を詳細に示した図である。振動センサ２０は光学素子１のＹ軸方向の振動成分を検出し、振動センサ２１は光学素子１のＸ軸方向の振動成分を検出し、振動センサ２２は光学素子１のＺ軸方向の振動成分を検出する。

本実施形態では、Ｙ方向の振動成分を光学素子１の領域毎に計測するために、３つの振動センサ２０が設けられる。これにより、Ｙ方向の並進の振動を測定することができる。また、振動センサ２０、２１、２２のそれぞれで計測された振動成分から、既知の方法により、Ｘ軸回りの回転成分ωＸやＺ軸回りの回転成分ωＺを算出することができる。尚、振動センサ２０、２１、２２が配置される数や配置される位置については、計測したい振動成分に基づいて、任意に設定されても良い。

図３を参照して、連結部１３の構成を詳細に説明する。図３は、保持装置１００における連結部１３の構成を示す図である。以下の説明では、連結部１３が剛性調整手段を有する例について説明するが、連結部１３と同様な構成により連結部１０が剛性調整手段を有していても良い。また、連結部１０のみが、以下に説明する構成により剛性調整手段を有していても良い。

連結部１３は、連結部材１１ａ、１１ｂと、板バネ１２（剛性調整手段）を有する。連結部材１１ａは、固定部５の１箇所を固定し、板バネ１２と連結部材１１ｂとを介してベース２に連結される。連結部材１１ｂは、ベース２の２箇所を固定する。板バネ１２は、固定部５とベース２の間でＹ方向に橋渡しするように、連結部材１１ａ、１１ｂを介して配置される。板バネ１２は、光学素子１を配置した後でも変更することが可能な構成となっており、板バネ１２の材質、厚み、数等を変更することにより、光学素子１とベース２とを保持する保持力を調整可能な構成となっている。

本実施形態において、連結部１０、１３は、図１（ａ）に示すように、光学素子１を光学素子１における光軸を含まない領域で保持している。光軸は、光学素子１の中心を通過し、光軸方向はＹ軸方向と並行な方向である。本実施形態では、複数の連結部を介してベース２と固定部５とを固定しており、連結部１０は、連結部１３が光学素子１を保持している保持位置とは異なる位置で光学素子１とベース２とを保持している。

しかしながら、本実施形態のように複数の連結部が構成される場合に、それぞれの連結部が光学素子１を保持する保持力が異なると、例えば、光学素子１のあおりωＸ（光学素子１の光軸と垂直な方向であるＸ軸回りの回転）方向に振動モードが発生してしまう。

連結部１０、１３は、設計の段階で光学性能に影響するおそれが大きい回転の振動モードが発生しないように構成される。しかしながら、保持装置１００の各部品における公差や保持装置１００の組立時における製造誤差等により、設計値よりも大きな回転の振動モードが発生してしまうおそれがある。

回転の振動モードは、連結部１０が光学素子１を保持する剛性と、連結部１３が光学素子１を保持する剛性との差に応じて、回転振動モードが発生する。そのため、連結部１０が光学素子１を保持する保持力と、連結部１３が光学素子１を保持する保持力との差が低減されるように、連結部１０及び連結部１３が構成されることが好ましい。本実施形態では、連結部１０及び連結部１３の少なくとも一方は、設置後に材質、厚み、数等を変更できるように構成される。

次に、本実施形態において剛性調整手段を調整する調整方法について説明する。まず、振動センサ２０、２１、２２により振動成分を取得する。振動センサ２０、２１、２２で取得した振動成分から、回転の振動モードを算出する。回転の振動モードを算出した結果、例えばωＸ方向の回転の振動モードが発生している場合、連結部１０が光学素子１を保持する保持力と、連結部１３が光学素子１を保持する保持力との差が生じていることが考えられる。

そこで、本実施形態では、連結部１０が光学素子１を保持する保持力と、連結部１３が光学素子１を保持する保持力との差が低減するように、板バネ１２を調整する。具体的には、連結部１３が光学素子１を保持する保持力が、連結部１０が光学素子１を保持する保持力よりも小さい場合には、板バネ１２の材質を変形量が小さい材質に変更する。これにより、保持力を高めることができる。あるいは、板バネ１２の厚みを大きくして変形量が小さくなるようにすることで保持力を高めても良いし、板バネ１２の数を増やして、変形量が小さくなるようにすることで保持力を高めても良い。

上記の調整を実行することにより、光学素子１の回転の振動モードを低減させることができる。より詳細には、光学素子１の回転の振動モードを並進の振動モードに変換させることができる。光学素子１の並進の振動モードは、回転の振動モードに比べて敏感度が小さい。したがって、本実施形態における保持装置１００は、光学性能の低下を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、剛性調整手段が板バネである例について説明した。本実施形態では、板バネ以外の剛性調整手段について説明する。図４を参照して、光学素子１を保持する保持装置２００について説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、本実施形態の保持装置２００の構成を示す図である。本実施形態では、重力方向をＺ軸方向と定義し、Ｚ軸方向に対して垂直な方向であり、且つ互いに直交する方向をそれぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と定義する。図４（ａ）はＹ軸方向から見た保持装置２００の正面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す鎖線Ｂ－Ｂ´の断面をＸ軸方向から見た図である。本実施形態における保持装置２００は、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように直交座標系に定義された空間において、光学素子１が光学面の面法線が重力方向に対して直交になるように保持されている。

保持装置２００は、ベース２ａ、２ｂと、光学素子１が載置される連結部１６（第１保持部）と、載置部１７（第２保持部）と、振動センサ２０、２１、２２を有する。光学素子１は、載置部１７を介してベース２ａにより保持されている。また、光学素子１は、連結部１６を介してベース２ｂにより保持されている。連結部１６及び載置部１７の少なくとも一方は、ベース２ａ、２ｂが光学素子１を保持する保持力を変更できるように構成されている。すなわち、連結部１６及び載置部１７の少なくとも一方は、ベース２ａ、２ｂが光学素子１を保持することにより光学素子１に付与される剛性を変更できる剛性調整手段を有する。

図４（ａ）に示すように、光学素子１の裏面には、固有振動数で振動する光学素子１の変形形状を計測するために、光学素子１で発生する振動を検出する振動センサ２０、２１、２２（振動検出部）が設けられる。振動センサ２０は光学素子１のＹ軸方向の振動成分を検出し、振動センサ２１は光学素子１のＸ軸方向の振動成分を検出し、振動センサ２２は光学素子１のＺ軸方向の振動成分を検出する。

ベース２ｂは、ベース２ａの上部に搭載され、ベース２ａの内部に蓋をするように構成される。連結部１６は、光学素子１の上部中央の１箇所を直接保持し、剛性調整手段を備えてベース２ｂと連結される。載置部１７は、光学素子１の外周と接する下方２箇所で光軸（Ｙ軸）とＺ軸からなるＹ－Ｚ平面に対して対称となる位置で光学素子１の自重を支えている。載置部１７には、光学素子１のＹ方向を規制するように光学素子１の表面と裏面を挟み込むように構成されている。

図５を参照して、連結部１６の構成を詳細に説明する。図５は、保持装置２００における連結部１６の構成を示す図である。以下の説明では、連結部１６が剛性調整手段を有する例について説明するが、連結部１６と同様な構成により載置部１７が剛性調整手段を有していても良い。また、載置部１７のみが、以下に説明する構成により剛性調整手段を有していても良い。

連結部１６は、連結部材１４とボルト１５（剛性調整手段）を有する。ボルト１５は、ベース２ｂと連結部１６とを複数箇所で固定する。ボルト１５は、光学素子１を配置した後でもボルト１５の配置、締結トルク、数等を変更することが可能な構成となっている。ボルト１５の配置、締結トルク、数等を変更することにより、光学素子１とベース２ｂとを保持する保持力を調整可能な構成となっている。

連結部材１４で光学素子１とベース２ｂを連結するが、光学素子１は光学面の面法線が重力方向に直交になるよう配置されるため、光学素子１の上部を支持するために片持ち梁構造となってしまう。そのような構成により、光学素子１がωＸ方向に振動する振動モードが発生してしまう原因となりえる。

本実施形態における剛性調整手段を調整する調整方法は、第１実施形態と同様であり、センサ２０、２１、２２で計測された振動成分に基づいて、回転の振動モードが低減されるように調整を行う。本実施形態では、連結部１６が光学素子１を保持する保持力と、載置部１７が光学素子１を保持する保持力との差が低減するように、ボルト１５を調整する。具体的には、連結部１６が光学素子１を保持する保持力が、載置部１７が光学素子１を保持する保持力よりも小さい場合には、ボルト１５の数を増やすことにより、保持力を高めることができる。あるいは、ボルト１５の締結トルクを大きくすることで保持力を高めても良いし、ボルト１５の配置を工夫することで変形量を小さくすることにより保持力を高めても良い。

したがって、上記の調整を実行することにより、光学素子１の回転の振動モードを低減させることができる。より詳細には、光学素子１の回転の振動モードを並進の振動モードに変換させることができる。光学素子１の並進の振動モードは、回転の振動モードに比べて敏感度が小さい。したがって、本実施形態における保持装置２００は、光学性能の低下を抑制することができる。

本実施形態の変形例について、図６を参照して説明する。図６（ａ）及び図６（ｂ）は、本実施形態の変形例における保持装置３００の構成を示す図である。図６（ａ）はＹ軸方向から見た保持装置３００の正面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）に示す鎖線Ｃ－Ｃ´の断面をＸ軸方向から見た図である。図４における保持装置２００とは、動吸振器３０、３１を更に有している点で異なる。動吸振器３０、３１以外の構成については図４における保持装置２００と同様であるため、説明を省略する。

動吸振器３０、３１は、設計段階で予め把握している光学素子１の高次の回転振動モードを減衰させることができる。動吸振器３０、３１は光学素子１に直接取り付けられ、減衰させたい振動モードにつき２つ配置される。例えば、動吸振器３０は、光学素子１の背面上部に配置され、光学素子１のωＸ方向の回転振動を減衰させる。動吸振器３１は光学素子１の外周部に配置され、光学素子１のωＺ方向の回転振動を減衰させる。

動吸振器３０、３１を用いることで、高次の回転の振動成分を減衰させることができるが、保持装置３００の各部品における公差や保持装置３００の組立時における製造誤差等により発生しうる低次の振動成分が残存してしまう。そこで、高次の振動に対しては動吸振器３０、３１により低減させ、低次の振動に対しては剛性調整手段を調整することで光学性能の悪化を改善することができる。

したがって、上記の調整を実行することにより、光学素子１の回転の振動モードを低減させることができる。より詳細には、光学素子１の回転の振動モードを並進の振動モードに変換させることができる。光学素子１の並進の振動モードは、回転の振動モードに比べて敏感度が小さい。したがって、本実施形態における保持装置３００は、光学性能の低下を抑制することができる。

＜露光装置の実施形態＞
上記の保持装置１００、２００、３００を露光装置に適用する実施形態について図７を参照して説明する。図７は、本実施形態における露光装置ＥＸＰの構成を示す概略図である。露光装置ＥＸＰは、原版Ｍ（マスク）を保持する原版ステージ４０と、照明光学系ＩＬによって照明される原版Ｍのパターンを基板Ｐに投影する投影光学系ＰＯと、基板Ｐを保持する基板ステージ４４とを有する。不図示の光源から照射された露光光は、照明光学系ＩＬにより原版Ｍに集光される。

投影光学系ＰＯは、原版Ｍ上に形成されたパターンを感光材が塗布された基板Ｐ上に投影し、パターンを転写するための光学系である。本実施形態では、オフナー型の光学系による投影光学系を想定する。オフナー型の光学系の場合、良好な像領域を確保するために原版Ｍは円弧形状の照明領域で照射される。また、基板Ｐへ到達する露光光の照射形状も円弧形状となる。不図示の光源は、例えば、高圧水銀ランプやＬＥＤによる光源である。

光源から照射された光は、照明光学系ＩＬ、原版Ｍを透過し、台形ミラー４１、凹面ミラー４２、凸面ミラー４３、凹面ミラー４２、台形ミラー４１の順に反射した後に、基板Ｐに到達し、原版Ｍ上のパターンが基板Ｐ上に転写される。凸面ミラー４３は、例えば、第１実施形態で説明した保持装置１００により保持される。

また、凹面ミラー４２は、凸面ミラー４３よりも大きいため、第１実施形態における保持装置１００よりも安定して保持されることが好ましい。そこで、凹面ミラー４２の自重を支えることができるよう、第２実施形態における保持装置２００のように、光学素子の底面を支えることができる構成であることが好ましい。よって、凹面ミラー４２は、例えば、第２実施形態で説明した保持装置２００により保持される。

上記の例では投影光学系ＰＯの少なくとも１つの光学素子を保持装置１００や保持装置２００で保持する例について説明したが、これに限らず、例えば、照明光学系ＩＬの少なくとも１つの光学素子を保持装置１００や保持装置２００で保持しても良い。

露光装置ＥＸＰにおける凹面ミラー４２や凸面ミラー４３を本発明に係る保持装置により保持することで、露光装置ＥＸＰ設置後にも回転の振動モードを低減させることができる。したがって、露光装置ＥＸＰを用いた露光処理は、露光性能の低下を抑制することができるため、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

＜物品の製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板上に塗布された感光剤に上記の露光装置による露光で潜像パターンを形成し、露光基板を得る工程（露光工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された露光基板を現像し、現像基板を得る工程（現像工程）とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

１ 光学素子
２ ベース
１０ 連結部（第２保持部）
１２ 板バネ（剛性調整手段）
１３ 連結部（第１保持部）
１００ 保持装置

Claims (19)

1. 光学素子を保持する保持装置であって、
   ベースと、
   前記光学素子と前記ベースとを保持する第１保持部と、
   前記第１保持部が前記光学素子を保持する保持位置とは異なる位置で前記光学素子と前記ベースとを保持する第２保持部と、
   前記光学素子で発生する振動を検出する検出部と、を有し、
   前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方の剛性を変更できるように構成されていることを特徴とする保持装置。
2. 前記光学素子を固定して保持する固定部を更に有し、
   前記第１保持部及び前記第２保持部は、前記固定部を介して前記光学素子と前記ベースとを保持することを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
3. 前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記第１保持部を介して前記ベースが前記光学素子を保持する保持力と、前記第２保持部を介して前記ベースが前記光学素子を保持する保持力との差が低減できるように構成されている請求項１又は２に記載の保持装置。
4. 光学素子を保持する保持装置であって、
   ベースと、
   前記光学素子と前記ベースとを保持する第１保持部と、
   前記第１保持部が前記光学素子を保持する保持位置とは異なる位置で前記光学素子と前記ベースとを保持する第２保持部と、を有し、
   前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方の剛性を変更できるように構成され、
   前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記第１保持部を介して前記ベースが前記光学素子を保持する保持力と、前記第２保持部を介して前記ベースが前記光学素子を保持する保持力との差が低減できるように構成されていることを特徴とする保持装置。
5. 前記第１保持部及び前記第２保持部は、前記光学素子を該光学素子における光軸を含まない領域で保持することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の保持装置。
6. 前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記ベースが前記光学素子を保持することにより前記光学素子に付与される剛性を変更できるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の保持装置。
7. 前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記剛性を調整できる剛性調整手段を有することを特徴とする請求項６に記載の保持装置。
8. 前記剛性調整手段は、板バネを含むことを特徴とする請求項７に記載の保持装置。
9. 前記剛性調整手段は、ボルトを含むことを特徴とする請求項７に記載の保持装置。
10. 前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記光学素子で発生する回転の振動モードを低減できるように調整可能であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の保持装置。
11. 前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記光学素子で発生する回転の振動モードを並進の振動モードに変換するように調整可能であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の保持装置。
12. 前記回転の振動モードは、前記光学素子の光軸に対して垂直な方向の軸回りに回転する方向の振動であることを特徴とする請求項１１に記載の保持装置。
13. 前記並進の振動モードは、前記光学素子の光軸に沿った方向の振動であることを特徴とする請求項１１に記載の保持装置。
14. 光学素子を保持する保持装置であって、
    ベースと、
    前記光学素子と前記ベースとを保持する第１保持部と、
    前記第１保持部が前記光学素子を保持する保持位置とは異なる位置で前記光学素子と前記ベースとを保持する第２保持部と、を有し、
    前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方の剛性を変更できるように構成され、
    前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方は、前記光学素子で発生する回転の振動モードを並進の振動モードに変換するように調整可能であることを特徴とする保持装置。
15. ベースにより第１保持部及び第２保持部を介して光学素子を保持する保持装置において、前記ベースが前記光学素子を保持する保持力を調整する調整方法であって、
    前記光学素子で発生する振動を検出する検出工程と、
    前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方の剛性を変更する調整工程と、を含むことを特徴とする調整方法。
16. 前記調整工程では、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記第１保持部を介して前記ベースが前記光学素子を保持する保持力と、前記第２保持部を介して前記ベースが前記光学素子を保持する保持力との差が低減するように、前記第１保持部及び前記第２保持部の少なくとも一方を調整することを特徴とする請求項１５に記載の調整方法。
17. 前記調整工程では、前記検出工程で検出された結果に基づいて、前記光学素子で発生する回転の振動モードを低減することを特徴とする請求項１５又は１６に記載の調整方法。
18. 原版に形成されたパターンを、光源からの露光光を用いて基板上に塗布された感光材に転写するように前記感光材を露光する露光装置であって、
    前記光源からの露光光を前記原版に照明する照明光学系と、
    前記原版を透過した露光光を前記基板上に投影する投影光学系と、を有し、
    前記照明光学系及び前記投影光学系に含まれる少なくとも１つの光学素子は、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の保持装置によって保持されていることを特徴とする露光装置。
19. 請求項１８に記載の露光装置を用いて基板を露光し、露光基板を得る露光工程と、
    前記露光基板を現像し、現像基板を得る現像工程と、を含み、
    前記現像基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

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