JP5043468B2

JP5043468B2 - 保持装置

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Publication number: JP5043468B2
Application number: JP2007044006A
Authority: JP
Inventors: 浩平井本
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2007-02-23
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-02-23
Also published as: EP1962124A1; JP2008210867A; US20080204674A1; TW200907450A; US7878665B2; KR20080078559A

Description

本発明は被保持部材を保持する保持装置に関するものであり、好適な例として露光装置において光学部材を保持する保持装置に用いられる。

フォトリソグラフィー技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、レチクル（又はマスク）に描画された回路パターンを投影光学系によってウエハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。

投影光学系の一部にはミラーやレンズといった光学部材が用いられ、この光学部材を高い精度で保持する必要がある。

図２１に特許文献１に記載された保持装置を示す。図２１において、保持装置２００Ａは光学部材２１０Ａの周縁部の３箇所に設けられた保持部を備える。保持部は光学部材２１０Ａの外周に設けられたＶ字型の凸部２１２Ａと、凸部を挟むように接触する接触する２つの球面２２２Ａおよび２２４Ａを有する。このような構成により光学部材を２点で保持して、光学部材を保持部材に対して２自由度で拘束することができる。保持部は３箇所に設けられるため、保持装置２００Ａ全体としては、光学部材２１０Ａは６点で保持されることになり、キネマティックに支持される。また、光学部材２１０Ａの半径方向に沿う方向に移動可能な平行板ばね２２０が設けられる。これにより温度環境変動時に光学部材２１０Ａの熱膨張を許容し、光学部材２１０Ａの中心Ｏが光軸に対して位置ずれすることを防止している。
特開２００４−０７８２０９号公報特開２００４−３２７５２９号公報特開２００２−３５０６９９号公報

光学部材の保持装置として、光学部材が組み込まれる光学系の収差を抑えるためにも、光学部材の表面形状の再現性が重要となる。

例えば、光学部材の汚れや破損等に対するメンテナンスのため、光学部材を保持装置から取り外して再び取り付ける必要があるが、その前後で光学部材の表面形状が変化することが知られている。

しかしながら、上述の特許文献１のように板ばね等の弾性部材を介して保持する構成だと、取り外しおよび再取り付けをする度に、光学部材の表面形状が変化してしまうと考えられる。

一般に板ばね等の弾性部材はわずかながら製造誤差をもつため、板ばね２２０はそれ自身が撓んだ状態で凸部２１２Ａを保持してこの製造誤差による影響を吸収する。ここで、光学部材２１０Ａを取り外しおよび再取り付けをすると、凸部２１２Ａの位置は保持部材２２０Ａに対して２自由度にしか拘束されないため、取り外しおよび再取り付けの前後で両者の相対位置が変わってしまう。相対位置が変わると、保持部材２２０Ａの撓み方も変わるため、撓みの反力として光学部材２１０Ａに伝わる力も変化する。この力は光学部材を変形させるため、力が変化することによって光学部材の表面形状も変化してしまう。

本願は上述の点に鑑みてなされたものであり、板ばね等の弾性部材を介して光学部材を保持する保持装置において、光学部材の取り外しおよび再取り付けの前後における表面形状の変化を低減することを目的としている。

本願発明は、被保持部材の周縁部に設けられた複数の保持部によって、ベース部材に前記被保持部材を保持する保持装置であって、前記複数の保持部は、弾性部材を介して前記ベース部材につながっている複数の第１部材と、前記被保持部材につながっている複数の第２部材と、を含み、前記複数の第２部材の各々が、前記複数の第１部材の各々に対して６自由度でキネマティックに支持されていることを特徴としている。

本発明によれば、光学部材の取り外しおよび再取り付けの前後における表面形状の変化を低減することができる。

（実施例１）
図１および図２は、実施例１における保持装置を示す図である。図１は保持装置の斜視図であり、図２（ａ）は被保持部材をベース部材に対して取り外したときの保持装置の側面図である。図２（ｂ）は図２（ａ）においてＡから見た図であり、図２（ｃ）は図２（ａ）においてＢから見た図である。

本実施例では被保持部材として光学部材１を保持する例を示す。また、本実施例では光学部材がミラーである例を示すが、例えばレンズ、平行平板ガラス、プリズム、フレネルゾーンプレート、キノフォーム、バイナリオプティックス、ホログラムのいずれかであってもよい。なお、光学部材以外の被保持部材を保持する保持装置にも本発明は適用可能である。

保持装置１０は光学部材１の周縁部の３箇所に保持部７を備える。保持部７はある軸の回りに等間隔の角度で配置されることが好ましい。保持部７の各々は、キネマティックカップリング２と、フレクシャ３とを備え、光学部材１はこれらを介してベース部材４に接続される。

図３は保持部７の詳細を示す図である。キネマティックカップリング２は、光学部材に繋がる接続部材５と、ベース部材４にフレクシャ（弾性部材）３を介して繋がる接続部材６とを備える。接続部材６は３つの球面部を備え、接続部材５には３つのＶ溝が形成される。Ｖ溝は所定の中心点から放射状に３本設けられており、中心点を通るＺ軸に平行な軸（中心軸）回りに等角度間隔で設けられる。球面部はこの中心軸回りに等角度間隔で設けられる。各Ｖ溝によって形成された面（接触部）と各球面部とが接触することによって、接続部材５は接続部材６に対してキネマティックに支持される。変形例として、接続部材５に球面部を設けて接続部材６にＶ溝を設けるようにしてもよい。すなわち、接続部材５および接続部材６のうちいずれか一方に複数の凸部が設けられ、の他方と凸部とが接触して接続部材５が支持される。

ここで「キネマティックに支持」とは、支持される物体の自由度（自由軸）の数が０であり、拘束される自由度の数が６となるように支持することを意味する。冗長な軸をもたないようにすることで、過拘束をなくし、支持による歪みを低減することができるうえ、物体を脱着したときの位置再現性を向上させることができる。すなわち、接続部材２１２に対する接続部材２１１の相対位置が一義的に決まるように支持される。

なお、キネマティックに支持する機構は本実施例の構成に限定されない。すなわち、上記の自由度と拘束軸数の関係を満たす構成であればよい。これについては、後ほどキネマティック支持の変形例をいくつか挙げて説明する。

ここで、球面部と接触部の互いに接触する部分は高いヤング率であることが好ましい。また、接触する部分を表面加工して着脱を容易にしたり、摩擦を低減させるようにしてもよい。

各Ｖ溝によって形成される２つの面がなす角度は９０°であることが好ましいが、６０°〜１２０°にしてもよい。例えば、Ｚ方向の剛性よりもＸＹ方向の剛性を優先させる場合には９０°よりも小さな角度にすればよい。

フレクシャ３は弾性ヒンジまたは板ばねを含む機構であってもよく、本実施例においては２つの板ばねの曲げを利用して光学部材１の半径方向に変形する部材である。このように半径方向に柔に支持することによって、ベース部材が変形したときに光学部材１に力が伝わるのを抑えることができる。いいかえると、外部から光学部材１に伝わる力の外乱を低減することができる。なお、本実施例におけるフレクシャ３は半径方向以外のＸ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回りの回転方向においてもボールジョイントによって柔に支持するようにしている。

ここで、光学部材１が円形状の場合について説明しているが、円形状以外の場合にも本保持装置は適用できる。その場合には上述の半径方向は、光学部材の周方向に垂直な方向、または光学部材の光軸と周縁部における点を直線的に結ぶ方向、または光学部材の重心と周縁部における点を直線的に結ぶ方向として置き換えることができる。

つぎに、光学部材１の脱着前後における光学部材１の面形状について説明する。

本実施例の構成を適用した場合を図４で示し、比較のために本実施例の構成を適用しない場合を図５および図６に示す。

まず、本実施例の構成を適用しない場合を説明する。図５は光学部材１に連結された接続部材１０５と、ベース部材４にフレクシャ１０３を介して連結された接続部材１０６が面で接触して連結されている例である。

図５（ａ）は光学部材１を取り外す前の状態、図５（ｂ）は光学部材１を取り外した後の状態、図５（ｃ）は光学部材１を再度取り付けた状態を示す。図５（ｂ）および図５（ｃ）の点線は図５（ａ）のままの状態を示す。

図５（ａ）の状態から光学部材１を取り外すと、フレクシャ１０３は図５（ｂ）のように傾きをもった状態となる。これは、フレクシャ１０３には本来製造誤差があり、フレクシャ１０３が撓んで取り付けられることによってこの製造誤差分を吸収しているためである。ふたたび光学部材を取り付けると、図５（ｃ）のように、図５（ａ）と異なる位置で取り付けられてしまう。これは、取り付け面の摩擦およびすべりの動的な状態が毎回再現せずにフレクシャの撓み方がばらついてしまうためである。

ばねとしてのフレクシャが撓むことによって光学部材１は反力を受けて面形状が変形してしまうため、撓み方がばらつくことによって面形状の再現性が悪くなってしまう。

つづいて図６を用いて本実施例の構成を適用しない場合を説明する。図６は光学部材１に連結された接続部材２０５にＶ溝を１つ設けて、ベース部材４にフレクシャ２０３を介して連結された接続部材２０６に球面部を１つ設けて、Ｖ溝によって形成される面に球面部を接触させて支持させた例である。本実施例とは異なり、３箇所に設けられた各保持部において２軸方向で拘束するように支持している。すなわち、３つの保持部を用いて光学部材１をキネマティックに支持している。

図６（ａ）は光学部材１を取り外す前の状態、図６（ｂ）は光学部材１を取り外した後の状態、図６（ｃ）は光学部材１を再度取り付けた状態を示す。図５（ｂ）および図６（ｃ）の点線は図６（ａ）のままの状態を示す。

図５と同様に、図６（ａ）の状態から光学部材１を取り外すと、フレクシャは図６（ｂ）のように傾きをもった状態となる。ふたたび光学部材を取り付けると、図６（ｃ）のように、図６（ａ）と異なる位置で取り付けられてしまう。すなわち、Ｖ溝に対して球面部は溝が形成される方向に自由度を持っており、球体部の中心を通る軸回りの回転方向にも自由度を持っているため、図５と同様に撓み方がばらついてしまう。

これらに対して、本実施例の構成を適用した場合について図４を用いて説明する。

図４（ａ）は光学部材１を取り外す前の状態、図４（ｂ）は光学部材１を取り外した後の状態、図４（ｃ）は光学部材１を再度取り付けた状態を示す。図４（ｂ）および図４（ｃ）の点線は図４（ａ）のままの状態を示す。

図４（ａ）の状態から光学部材１を取り外すと、フレクシャは図４（ｂ）のように傾きをもった状態となる。ふたたび光学部材を取り付けると、図４（ｃ）のように、図５（ａ）とほぼ同じ位置で保持される。すなわち、光学部材の脱着の前後でフレクシャの撓み方が大きく変化しないため、光学部材の面形状の再現性を向上させることができる。

以上のように本実施例では、光学部材を３箇所で保持する保持部のそれぞれがキネマティックに支持している。つまり、図６の構成が各保持部で２軸拘束して、全体として光学部材を６軸拘束しているのに対し、本実施例は各保持部で６軸拘束して、全体としては光学部材を１８軸拘束している。

しかしながら、本実施例において光学部材を過拘束に保持するものであっても、光学部材の脱着前後における面形状の再現性を向上させる効果を奏する。

以下、変形例について説明する。なお、各変形例において特に言及しない箇所については実施例１の構成と同様であるものとする。

（変形例１）
実施例１の変形例１について説明する。図７は、フレクシャ１３を介して接続部材１６をベース部材４に接続するとともに、フレクシャ１７を介して光学部材１に接続部材１５を接続する例である。図７（ａ）は光学部材１を取り外す前の状態、図７（ｂ）は光学部材１を取り外した後の状態、図７（ｃ）は光学部材１を再度取り付けた状態を示す。図７（ｂ）および図７（ｃ）の点線は図７（ａ）のままの状態を示す。実施例１の図４と同様に、図７（ｃ）は図７（ａ）とほぼ同じ位置で保持され、光学部材の脱着の前後でフレクシャの撓み方が大きく変化しないため、光学部材の面形状の再現性を向上させることができる。

（変形例２）
実施例１の変形例２について説明する。図８はフレクシャ３の弾性ヒンジにアクチュエータ９を配置した例である。アクチュエータ９によってフレクシャ３を弾性変形させて光学部材１の位置および姿勢（傾き）を変化させる。アクチュエータ９は好適にはピエゾアクチュエータが用いられ、他にもインチワーム型アクチュエータ、電磁アクチュエータ、油圧アクチュエータ等などの駆動制御可能なアクチュエータが用いられうる。

また光学部材１の位置および姿勢を変化させるためだけでなく、光学部材１に意図的に変形を与えるためにもアクチュエータは用いられうる。

（変形例３）
実施例１の変形例３について説明する。図９は、実施例１の保持装置１０のベース部材４は第２の保持部２７によって保持される。第２の保持部２７はベース部材４の周縁部に３箇所設けられる。第２の保持部２７の各々は、キネマティックカップリング２２と、フレクシャ２３とを備え、光学部材１はこれらを介して第２のベース部材２４に接続される。キネマティックカップリング２２は、ベース部材４に繋がる接続部材２５と、フレクシャ２３を介して第２のベース部材２４に繋がる接続部材２６とを備える。保持部２７の詳細は保持部７と同様であり、保持部７の変形例も同様に適用されうるとして、ここでは説明を省略する。

本実施例によれば、光学部材１を取り外すことができるうえ、ベース部材４ごと取り外すことができるため、メンテナンスの自由度が向上する。例えば、ベース部材４上には光学部材の位置や面形状を計測するための不図示のセンサが配置される。本実施例によれば、メンテナンス時にこれらを取り外しおよび再取り付けができるうえ、脱着の前後におけるベース部材４の形状の変化を低減することができるため、これらのセンサの誤差要因を低減することができる。

（変形例４）
実施例１の変形例４について説明する。図１０は、キネマティックカップリングの形状が実施例１と異なる例である。図３のように接続部材５にＶ溝を形成しなくても、略Ｖ字状の２つの平面を形成するように部材５ｂを配置するようにしてもよい。すなわち部材５ｂを６つ配置して３つのＶ字を形成している。部材５ｂは多角柱形状となっている。球面部６ａについては実施例１と同様であり、Ｖ字と球面部との配置関係も同様である。

（変形例５）
実施例１の変形例５について説明する。図１１は、キネマティックカップリングの形状が実施例１と異なる例である。接続部材５には円柱の一部である部材５ｃが配置される。平行に設けられた２つの部材５ｃを１組として、合計で３組配置される。各組の部材５ｃはそれぞれある軸に対して線対称に配置されており、３本の対象軸の交点から垂線を下ろすとその垂線は３つの球面体の各中心を結ぶ三角形の略重心を通過することが望ましい。また、３つの対称軸のうち隣り合う軸がなす角度は略１２０°であることが好ましい。

（変形例６）
実施例１の変形例６について説明する。図１２は、キネマティックカップリングの形状が実施例１と異なる例である。接続部材５には、円錐状のくぼみ５ｄと、Ｖ溝５ｅと、平面５ｆが設けられる。球面部６ａは実施例１と同様である。

くぼみ５ｄの内面に１つの球面部を当接させることによって、接続部材５の位置は接続部材６に対して３軸方向で拘束される。また、Ｖ溝５ｅの平面に１つの球面部を当接させることによって、接続部材５の位置は接続部６に対して２つの回転方向に拘束される。さらに、平面５ｆに１つの球面部を当接させることによって、接続部材５の位置は接続部材６に対して１つの回転方向に拘束される。各方向は独立であり、この構成により接続部材５は接続部材６に対してキネマティックに支持される。

（変形例７）
実施例１の変形例７について説明する。図１３は、キネマティックカップリングの形状が実施例１と異なる例である。

接続部材５には３つの凸部５ｇと、Ｖ溝５ｅと、平面５ｆが設けられる。接続部材６には３つの球面部６ａが設けられる。３つの凸部はある軸に対して回転対称に配置され、Ｖ溝５ｅの延長線がこの軸を通過するように配置される。また、３つの凸部５ｇはそれぞれ球面部６ａと接触する平面を有し、この平面は仮想の三角錐、好ましくは正四面体の一部を形成する。

（変形例８）
実施例１の変形例８について説明する。図１４は、キネマティックカップリングの形状が実施例１と異なる例である。接続部材５には、３つの球面部５ｈと、Ｖ溝５ｅと、平面５ｆが設けられる。Ｖ溝５ｅの延長線が各球面部５ｈの中心を結ぶ三角形の重心を通るように配置される。

（変形例９）
実施例１の変形例９について説明する。図１５は、キネマティックカップリングの形状が実施例１と異なる例である。接続部材５には、複数の球面部５ｉが設けられる。接続部材６には円柱の一部である円柱体６ｂが３つ設けられる。球面部５ｉは各円柱体６ｂの中心軸に対して対称に配置された２つの球面部５ｉを１組として、３組設けられる。円柱体６ｂは、互いに隣合う円柱体の中心軸どうしがなす角度が略１２０°となることが好ましい。

（実施例２）
図１６および図１７は、実施例２における保持装置を示す図である。図１６は保持装置の斜視図であり、図１７（ａ）は被保持部材をベース部材に対して取り外したときの保持装置の側面図である。図１７（ｂ）は図１７（ａ）においてＡから見た図であり、図１７（ｃ）は図１７（ａ）においてＢから見た図である。

保持装置４０は光学部材１の周縁部の２箇所に保持部７を備える。保持部７の各々は、キネマティックカップリング２と、フレクシャ３とを備え、光学部材１はこれらを介してベース部材４に接続される。この保持部７については実施例１と同様の構成であり、実施例１における変形例１〜９は本実施例についても同様に適用されうる。

保持部７は光学部材１の重心、または光学部材の光軸を通る平面に対して対象に配置されることが好ましい。

また、光学部材１を３箇所で保持して、そのうちの２箇所のみに保持部７を適用するようにしてもよい。

（露光装置に適用された例）
図１８に露光装置の概略構成を示す。露光装置５０は、ＥＵＶ光を発光する発光部５１と、発光した光をレチクルに導光する照明光学系５２と、レチクル（原版）５４で反射された光をウエハ（基板）５７に投影する投影光学系５６とを備える。また、露光装置５０は、レチクル５４を駆動するレチクルステージ５５と、ウエハ５７を駆動するウエハステージ５８等を備える。

上述の実施例における保持装置は照明光学系５２や投影光学系５６、そのほかの光学系が有する光学部材の少なくとも１つを保持する保持装置として好適に適用される。また、本保持装置が適用される露光装置の構成については図１８の構成に限定されるべきでなく、他の構成であってもよい。

（デバイス製造方法の例）
次に、図１９及び図２０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１９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２０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。

実施例１における光学部材保持装置の斜視図である。実施例１における光学部材保持装置の側面図および平面図である。キネマティックカップリングの詳細を示す図である。キネマティックカップリングによる位置再現性を示す図である。面締結保持による位置再現性を示す図である。１つのボールと溝による位置再現性を示す図である。実施例１における変形例１を適用した場合の位置再現性を示す図である。実施例１における変形例２における保持装置の斜視図である。実施例１における変形例３における保持装置の斜視図である。実施例１における変形例４におけるキネマティックカップリングを示す図である。実施例１における変形例５におけるキネマティックカップリングを示す図である。実施例１における変形例６におけるキネマティックカップリングを示す図である。実施例１における変形例７におけるキネマティックカップリングを示す図である。実施例１における変形例８におけるキネマティックカップリングを示す図である。実施例１における変形例９におけるキネマティックカップリングを示す図である。実施例２における光学部材保持装置の斜視図である。実施例２における光学部材保持装置の側面図および平面図である。光学部材保持装置が適用された露光装置を示す図である。露光装置を使用したデバイスの製造を説明するためのをフローチャートである。図１９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に記載された保持装置を示す図である。

符号の説明

１光学部材
２，２２キネマティックカップリング
３，２３フレクシャ
４ベース部材
５，６，２５，２６接続部材
５ａ，５ｅＶ溝
５ｂ，５ｃ，５ｇ，５ｉ凸部
５ｄ凹部
５ｆ平面
６ａ，６ｂ凸部
７，２７保持部
９アクチュエータ
１０，２０，３０，４０保持装置
２４第２ベース部材
５０露光装置
５１発光部
５２照明光学系
５４レチクル
５５レチクルステージ
５６投影光学系
５７ウエハ
５８ウエハステージ
５９露光チャンバ

Claims

光学部材の周縁部に設けられた複数の保持部によって、ベース部材に前記光学部材を保持する保持装置であって、
前記複数の保持部は、弾性部材を介して前記ベース部材につながっている複数の第１部材と、前記光学部材につながっている複数の第２部材と、を含み、
前記複数の第２部材の各々が、前記複数の第１部材の各々に対して６自由度でキネマティックに支持されていることを特徴とする保持装置。
前記第１部材および前記第２部材のうちいずれか一方に複数の凸部が設けられ、前記第１部材および前記第２部材のうち他方と前記凸部とが接触して前記第２部材が支持されることを特徴とする請求項１に記載の保持装置。
前記第１部材および前記第２部材の間に配置される球面体を備え、前記第１部材と前記球面体、および前記第２部材と前記球面体とが接触して前記第２部材が支持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。
前記保持装置は、前記ベース部材の少なくとも２箇所に設けられた第２保持部によって、第２ベース部材に前記ベース部材を保持し、
前記第２保持部の各々は、前記第２ベース部材に繋がる第３部材と、前記ベース部材に繋がる第４部材とを備え、前記第３部材に対して前記第４部材がキネマティックに支持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の保持装置。
前記ベース部材に対して前記保持部を駆動するアクチュエータを備え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。
複数の光学部材を含む光学系を備える露光装置であって、
前記光学部材の少なくとも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。
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。