JP5335372B2 - 光学要素の支持装置、それを用いた露光装置及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、レンズやミラー等の光学要素の姿勢を精密に調整するための光学要素の支持装置、それを用いた露光装置及びデバイスの製造方法に関するものである。

半導体露光装置は、回路パターンを有する原版（レチクル）を基板（シリコンウエハ）に転写する装置である。転写する際には、レチクルのパターンをウエハ上に結像させるために光学装置である投影光学系が用いられるが、高集積な回路を作成するために、投影光学系には高い解像性能が要求される。

投影光学系の解像性能を向上させるためには、光学系の開口数（ＮＡ）を大きくするとともに、光学収差を極めて小さく抑える必要がある。しかしながら、光学系を構成するレンズが光軸に対して偏心していると、非点収差、コマ収差、若しくは偏心ディストーションが発生する。そこで、近年、これらの収差を補正するために、レンズの姿勢を調整する装置が提案されている。

特許文献１は、光学要素を支持する支持部材を弾性部材により保持し、該弾性部材に加力手段によって力を加えることにより、光学部材の姿勢を調整する調整機構を開示している。
特開２００４−３４７８２１号公報

しかしながら、特許文献１を適用した従来の調整機構は、光学要素の姿勢を調整する機構が大きく、結果的に投影光学系を構成する鏡筒が大きくなるという問題がある。更に、弾性部材が複雑な形状をしているため、製作コストが高くなるという問題がある。

本発明は、このような状況を鑑みてなされたものであり、省スペース及び低コストで、光学要素の姿勢を高精度に変化させることが可能な光学要素の支持装置を提供することを目的とする。更には、該支持装置を用いて光学収差の少ない露光装置等の光学装置を構成し、該露光装置による半導体デバイス等の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明は、光学要素を支持する支持装置であって、光学要素の外周に沿って配置される環状部材を含み、光学素子に当接する複数の支持部が設けられた第１の支持部材と、第１の支持部材を複数の箇所で支持する第２の支持部材と、光学要素の外周に沿う方向において第１支持部材に締結される部分と締結されない部分とを含み、光学要素の光軸方向を板厚とする板ばねと、第１の支持部材に設けられ、複数の箇所とは異なる箇所において、板ばねの締結されない部分に光軸方向の力を加える複数の加力手段と、を備え、第１支持部材は、複数の加力手段が板ばねに加える力の反力により弾性変形するように構成され、複数の加力手段は、光軸に対して、複数の支持部と同じ方向に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）省スペース及び低コストで、光学要素の姿勢を高精度に補正することができる。
（２）本発明の光学要素の支持装置を採用することにより、解像性能の高い光学装置を提供することができる。
（３）更に、光学要素の姿勢を高精度に補正することができるため、高性能な半導体露光装置を提供し、また、高品質な半導体デバイスの製造が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面等を参照して説明する。

（光学要素の支持装置）
図１及び図２は、本発明の実施形態である光学要素の支持装置の構成を示す概略図である。ここで、図１は、光学要素の光軸方向から見た平面図であり、図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。本発明の光学要素の支持装置１０は、光学要素１と、第１の支持部材２と、第２の支持部材７と、板ばね４と、調整ねじ８とを備える。

光学要素１は、レンズ、或いはミラー等の光学素子である。本実施形態では、光学要素１は、レンズであり、該レンズの材質は、石英ガラス、或いは螢石ガラスが好適である。

第１の支持部材２は、円環状の部材であり、光学要素１を内径側で支持する。第１の支持部材２の内径側には、光学要素１の外径部を収容するように、円周方向に等角度で配置された３箇所の第１の支持部２ａ、２ｂ、２ｃを設けている。光学要素１は、第１の支持部２ａ、２ｂ、２ｃに接触保持され、光軸（ＯＡ）方向の位置決めを行うとともに、３箇所の接合材３ａ、３ｂ、３ｃにより第１の支持部材２に接合される。

第１の支持部材２の材質は、炭素鋼、ステンレス鋼、インバー等のニッケル合金、アルミニウム合金、真鍮等の銅合金、又は、コージライト系、アルミナ、或いは窒化シリコン等のセラミック材料などが好適であり、弾性体としての機能を有するものを用いる。

第２の支持部材７は、円筒状の部材であり、第１の支持部材２を内径側で支持する。第２の支持部材７の内径側には、円周方向に等角度で、第１の支持部材２が有する第１の支持部２ａ、２ｂ、２ｃとは異なる角度位置に配置された、第２の支持部７ａ、７ｂ、７ｃを設けている。第１の支持部材２は、第２の支持部７ａ、７ｂ、７ｃに接触保持される。また、第２の支持部材７の材質は、鉄材、好ましくは、１８−８ステンレス鋼などの合金である。

板ばね４は、円環状の弾性部材である。板ばね４は、ブロック体である板ばね押さえ５ａ、５ｂ、５ｃを固定ねじ６で円周方向に等間隔で締結することにより、第１の支持部材２に固定される。また、板ばね４の材質は、ばね用ステンレス鋼や、ばね用りん青銅などのばね材が好適である。

調整ねじ８（８ａ、８ｂ、８ｃ）は、第１の支持部材２に形成されたタップ９（９ａ、９ｂ、９ｃ）に螺接されており、それぞれ回転調整可能である。調整ねじ８ａ、８ｂ、８ｃの取付け位置は、それぞれ第１の支持部２ａ、２ｂ、２ｃの近傍が好適である。

次に、光学要素の支持装置１０の作用について説明する。図３は、図２の断面図において、調整ねじ８ａの回転時を示す概略図である。また、図４は、図３におけるＢ―Ｂ断面図である。以下の説明は、光学要素１の初期の設置時、若しくは、光学要素１の姿勢が経時変化した場合を想定し、光学要素１の姿勢調整を行うものとする。

光学要素１の姿勢調整は、作業者が調整ねじ８ａを適宜回転させることにより実施される。まず、調整ねじ８ａの回転により、調整ねじ８ａの先端部８ａ（ｐ）は、第１の支持部材２に対して、光軸方向上向きに移動し、板ばね４を上向きに押す。

ここで、光学要素１の光軸方向において、第１の支持部材２のばね定数をＫ１、板ばね４のばね定数をＫ２、第１の支持部材２の変位をＺ１、板ばね４の変位をＺ２とする。このとき、第１の支持部材２には、荷重Ｆ１＝Ｋ１×Ｚ１が下向きに加わり、板ばね４には、荷重Ｆ２＝Ｋ２×Ｚ２が上向きに加わる。荷重Ｆ１と荷重Ｆ２は、等しく、また、第１の支持部材２に対する調整ねじ８ａの移動量は、Ｚ１とＺ２の和となる。

次に、板ばね４は、光軸方向を板厚とし、両端を板ばね押さえ５ａ、５ｃで固定されているため、該板ばね押さえ５ａ、５ｃ間においてたわみ、光軸方向下向きに反力を発生する。この板ばね４の反力に起因し、調整ねじ８ａは、第１の支持部材２に対し、光軸方向下向きに変位Ｚ１を発生させる。該変位Ｚ１により、第１の支持部材２に設けられた支持部２ａは、光軸方向下向きに移動する。したがって、図３に示すように、支持部２ａに保持された光学要素１も光軸方向下向きに傾くので、光学要素１の姿勢調整が可能となる。

特に、板ばね４のばね定数Ｋ２が、第１の支持部材２のばね定数Ｋ１に対して極めて小さい場合は、板ばね４の変位Ｚ２と比較し、第１の支持部材２の変位Ｚ１が極めて小さくなるため、光学要素１の姿勢調整を高精度に行うことができる。例えば、光学要素１の姿勢調整量を大きくするには、ばね定数Ｋ１を小さくする、若しくは、ばね定数Ｋ２を大きくすることにより調整可能である。

また、調整ねじ８には、ねじ部よりも径の大きな段差部分８ａ（ｑ）がある。該段差部分８ａ（ｑ）が設けられていることにより、板ばね４や第１の支持部材２の弾性変形量が所定の量を超えないように、調整ねじ８の移動量を制限し、調整ねじ８の基準位置とすることができる。なお、調整ねじ８は、常時、板ばね４より光軸方向下向きの反力を受けているため、自ら経時的に移動することはない。

同様に、他の２箇所の調整ねじ８ｂ、８ｃを回転調整することにより、光学要素１を他の方位に傾かせることが可能である。

以上のように、３箇所全ての調整ねじ８ａ、８ｂ、８ｃの調整量を各々組み合わせることにより、光学要素１を任意の方位に任意の量を傾かせ、光学要素１を光軸方向において適宜移動させることが可能となる。これにより、光学要素１の姿勢を所望の位置に調整することが可能となる。

（光学系）
図５は、本発明の光学要素の支持装置１０を適用した光学系３０の構成を示す概略図である。光学系３０は、光学要素２０ａ〜２０ｅと、第１の支持部材２１ａ〜２１ｅと、第２の支持部材２２とを備える。

本発明の光学要素の支持装置１０は、光学要素２０ａ〜２０ｅに対して少なくとも１箇所に適用される。なお、光学要素２０ａ〜２０ｅ、及び第１の支持部材２１ａ〜２１ｅに適用可能な各種部材は、前述の実施形態と同一構成であるため、説明を省略する。また、第２の支持部材２２は、前述の実施形態における第２の支持部材７が、連続する円筒部材で一体形成されたものである。なお、図５において、第２の支持部材２２は、一体の円筒形状であるが、必要に応じて前述の実施形態のように分割し、組み合わせた構成としても良い。

図６は、図５において、前述の実施形態である光学要素の支持装置１０を光学系３０に適用し、部分的に拡大した概略図である。前述の実施形態と同じ構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略する。また、第２の支持部材２２は、前述の実施形態における第２の支持部材７と同様に、第１の支持部材２を支持する。

ここで、第２の支持部材２２には、調整ねじ８の近傍に、開口部２３を有する。作業者は、図５の光学系３０の光学性能を所定の手段により測定し、その結果に基づいて調整ねじ８を適宜回転させることにより所望の光学性能に追い込み、光学要素１の姿勢を調整する。なお、開口部２３は、調整ねじ８を回転させるに最適な位置に配置することが望ましい。

（露光装置）
図７は、本発明の光学要素の支持装置１０を適用した露光装置の構成を示す概略図である。露光装置１００は、照明装置１１０と、原版（レチクル）１２０と、投影光学系１３０と、基板１４０と、基板ステージ１４５とを備える。

なお、本実施形態における露光装置１００は、ステップ・アンド・リピート方式、又はステップ・アンド・スキャン方式を採用し、原版１２０に形成された回路パターンを基板１４０に露光する走査型投影露光装置とする。

照明装置１１０は、光源部１１２と、照明光学系１１４とを備え、転写用の回路パターンが形成された原版１２０を照明する装置である。

光源部１１２において、光源は、例えば、レーザーを使用する。使用可能なレーザーは、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザー、波長約１５７ｎｍのＦ２エキシマレーザー等である。なお、レーザーの種類は、エキシマレーザーに限定されず、例えば、ＹＡＧレーザーを使用しても良いし、レーザーの個数も限定されない。また、光源部１１２にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザーをインコヒーレント化するインコヒーレント光学系を使用することが好ましい。更に、光源部１１２に使用可能な光源は、レーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプ等のランプも使用可能である。

照明光学系１１４は、原版１２０を照明する光学系である。該光学系は、レンズ、ミラー、ライトインテグレーター、及び絞り等を含む。一般に、光学系は、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する。照明光学系１１４は、軸上光、軸外光を問わず使用可能である。ライトインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含む。なお、ライトインテグレーターは、光学ロッドや回折要素に置換される場合もある。また、開口絞りは、円形絞り、変形照明用の輪帯照明絞り、及び４重極照明絞り等として構成される。

原版１２０は、例えば、石英ガラス製であり、原版１２０上には転写されるべき回路パターンが形成されている。また、原版１２０は、本実施形態では、矩形のレチクルステージ１２５の中央に設けられた不図示のレチクルチャックに固定される。

投影光学系１３０は、照明光学系１１４からの露光光で照明された原版１２０上のパターンを所定倍率（例えば、１／４、若しくは１／５）で基板１４０上に投影露光する。投影光学系１３０としては、複数の光学要素のみから構成される光学系や、複数の光学要素と少なくとも一枚の凹面鏡とから構成される光学系（カタディオプトリック光学系）が採用可能である。若しくは、投影光学系１３０として、複数の光学要素と少なくとも一枚のキノフォーム等の回折光学要素とから構成される光学系や、全ミラー型の光学系等も採用可能である。

また、投影光学系１３０は、該投影光学系１３０内に配置される不図示の光学要素と、光学絞り装置１３５と、前述の実施形態である光学要素の支持装置１３６と、鏡筒１３２とを備える。

光学要素の支持装置１３６は、少なくとも１つ以上で構成される。例えば、図７のように、３つの支持装置を構成し、各々、非点収差、コマ収差、及び偏心ディストーション等に敏感な光学要素の姿勢の調整に用いれば、収差が極めて少ない状態に修正され、解像性能の高い露光装置を提供することができる。

基板１４０は、シリコンウエハや液晶基板用のガラスプレート等の被処理体であり、表面上にレジスト（感光剤）が塗布されている。基板ステージ１４５は、プレートチャック１４１を介して基板１４０を固定するステージである。基板ステージ１４５は、投影光学系１３０とともに、ベースフレーム１５０に保持されている。

本実施形態の露光装置１００において、原版１２０から発せられた回折光は、投影光学系１３０を通過し、基板１４０上に投影される。該基板１４０と原版１２０とは、共役の関係にある。走査型の投影露光装置の場合は、原版１２０と基板１４０とを走査することにより、原版１２０のパターンを基板１４０上に転写する。なお、ステッパー（ステップ・アンド・リピート方式の露光装置）の場合は、原版１２０と基板１４０とを静止させた状態で露光が行われる。

（デバイスの製造方法）
次に、上述の露光装置を利用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。

半導体素子、液晶表示素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、薄膜磁気ヘッド等のデバイスは、レジストが塗布された基板を、上述の露光装置を用いて露光する工程と、露光された前記基板を現像する工程と、その他の周知の工程と、を経ることによって製造される。該周知の工程は、例えば、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、及びパッケージング等の少なくとも１つの工程を含む。

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定するものでなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成が代替的に置換されても良い。

上記実施形態において、光学要素としてはレンズを用いる場合を説明したが、特にこれに限定するものではない。例えば、光学要素として、平行平板状のガラス、ミラー、プリズム、回折光学要素等を用いても良い。また、光学要素は、その変形を防止するため、不図示の保持枠に接着などで固定したものを用いても良い。

また、上記実施形態では、弾性部材として、一体の板ばねを用いる場合を説明したが、板ばねは、３分割等で構成されても良く、各々、ばねとして機能する両端部が、第１の支持部材２に固定されていれば良い。この場合、板ばねの大きさを小さくすることができ、より低コスト、省スペース化が可能である。

また、上記実施形態では、第１の支持部材２の上側に板ばね４を配置したが、第１の支持部材２の下側に板ばね４を配置しても良い。また、上記実施形態では、加力手段として、調整ねじ８の回転により、調整ねじ８を第２の支持部材７に対して移動させ、第２の支持部材７及び板ばね４に力を加えたが、例えば、ピエゾアクチュエータやボールねじ駆動等のアクチュエータを用いても良い。更に、上記実施形態では、光学要素１を第１の支持部材２に固定する手段として接合材３ａ、３ｂ、３ｃを用いたが、固定手段はこれに限定されるものではなく、メカニカルクランプ等の固定手段を用いても良い。

なお、本発明は、その精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実現する事ができる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点に於いて単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。

本発明の光学要素の支持装置の構成を示す概略図（平面図）である。 本発明の光学要素の支持装置の構成を示す概略図（断面図）である。 本発明の光学要素の支持装置の作用を示す概略図である。 本発明の光学要素の支持装置の作用を示す概略図である。 本発明の光学要素の支持装置を適用した光学系の構成を示す概略図である。 図５に示す光学系の一部を拡大した概略図である。 本発明の光学要素の支持装置を適用した露光装置の構成を示す概略図である。

符号の説明

１ 光学要素
２ 第１の支持部材
４ 板ばね
７ 第２の支持部材
８ 調整ねじ
１０ 支持装置
３０ 光学系
１００ 露光装置

Claims (10)

1. 光学要素を支持する支持装置であって、
   前記光学要素の外周に沿って配置される環状部材を含み、前記光学素子に当接する複数の支持部が設けられた第１の支持部材と、
   前記第１の支持部材を複数の箇所で支持する第２の支持部材と、
   前記光学要素の外周に沿う方向において前記第１支持部材に締結される部分と締結されない部分とを含み、前記光学要素の光軸方向を板厚とする板ばねと、
   前記第１の支持部材に設けられ、前記複数の箇所とは異なる箇所において、前記板ばねの前記締結されない部分に光軸方向の力を加える複数の加力手段と、を備え、
   前記第１支持部材は、前記複数の加力手段が前記板ばねに加える力の反力により弾性変形するように構成され、
   前記複数の加力手段は、前記光軸に対して、前記複数の支持部と同じ方向に配置されていることを特徴とする光学要素の支持装置。
2. 前記板ばねは、前記光学要素の外周に沿う２箇所において前記第１支持部材に締結され、
   前記複数の加力手段のうち１つの加力手段は、前記２箇所の間に位置する締結されない部分に力を加えることを特徴とする請求項１に記載の光学要素の支持装置。
3. 前記光学要素の光軸方向に係る前記板ばねのばね定数は、前記第１の支持部材のばね定数よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の光学要素の支持装置。
4. 前記複数の加力手段は、前記第１の支持部材及び前記板ばねに対して加える力の大きさを調整可能であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の光学要素の支持装置。
5. 前記複数の加力手段は、前記第１の支持部材に形成されたタップに螺接された調整ねじであることを特徴とする請求項４記載の光学要素の支持装置。
6. 前記複数の加力手段は、アクチュエータであることを特徴とする請求項４記載の光学要素の支持装置。
7. 前記板ばねは、前記第１の支持部材に、該第１の支持部材の円周方向において等間隔に３箇所で締結されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の光学要素の支持装置。
8. 請求項１〜７のいずれか１項記載の光学要素の支持装置を備えることを特徴とする光学系。
9. 光源部からの光でレチクルを照明する照明光学系と、前記レチクルからの光を基板に導く投影光学系とを有する露光装置であって、
   前記照明光学系及び前記投影光学系の少なくとも１つは、請求項１〜７のいずれか１項記載の光学要素の支持装置を有することを特徴とする露光装置。
10. 請求項９記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記基板を現像する工程と、
    を有することを特徴とするデバイスの製造方法。

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