光学装置、投影光学系统、曝光装置及物品的制造方法
【专利摘要】本发明提供一种光学装置、投影光学系统、曝光装置以及物品的制造方法。该光学装置用于使镜的反射面变形，所述光学装置包括：底板；多个第一致动器，其各自被构造为向与所述反射面相背对的面施加力；多个第二致动器，其各自具有比所述第一致动器低的刚度，并且被构造为向与所述反射面相背对的面施加力；传感器，其被构造为检测表示所述多个第一致动器中的各个的驱动状态的信息；以及控制单元，其被构造为基于所述传感器的输出，以将所述反射面的形状改变为目标形状的方式对所述多个第一致动器中的各个的驱动以及所述多个第二致动器中的各个的驱动进行控制。
【专利说明】光学装置、投影光学系统、曝光装置及物品的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于使镜的反射面变形的光学装置、使用该光学装置的投影光学 系统、曝光装置以及物品的制造方法。
【背景技术】
[0002] 由于天文望远镜以及用来制造半导体设备等的曝光装置需要提高分辨率，因此有 必要精确地校正这些装置中使用的光学系统的光学像差。为了实现此，提出了如下光学装 置：通过使光学系统中包括的镜的反射面变形，校正光学系统的光学像差（参见专利文献1 和2)。专利文献1和2中描述的各光学装置具有各自用于向镜的背面（与反射面相背对的 面）施加力的多个致动器，并且能够通过控制各致动器的驱动以使镜的反射面变形，校正 光学系统的光学像差。
[0003] 如果当光学装置使镜的反射面变形时镜发生振动，则可能难以精确地校正光学系 统的光学像差。因此，需要光学装置以镜的固有频率变高的方式支持镜。然而，在专利文献 1和2中描述的光学装置中，使用具有低刚度的致动器作为用于向镜的背面施加力的各致 动器，并且能够由支持构件在镜的周边部支持镜。因此，在专利文献1和2中描述的光学装 置中，难以以镜的固有频率变高的方式支持镜。
[0004] [专利文献1]日本特开第2005-4146号公报
[0005] [专利文献2]日本特开第2004-64076号公报
【发明内容】
[0006] 本发明提供例如一种在使镜的反射面变形方面有利的光学装置。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供了一种用于使镜的反射面变形的光学装置，该光学 装置包括：底板；多个第一致动器，其各自具有连接到与所述镜的所述反射面相背对的面 的第一端子以及连接到所述底板的第二端子，并且被构造为通过以改变所述第一端子与所 述第二端子之间的距离的方式进行变形，向与所述反射面相背对的面施加力；多个第二致 动器，其各自具有比所述第一致动器低的刚度，布置在所述镜与所述底板之间，并且被构造 为向与所述反射面相背对的面施加力；传感器，其被构造为检测表示所述多个第一致动器 中的各个的驱动状态的信息；以及控制单元，其被构造为基于所述传感器的输出，以将所述 反射面的形状改变为目标形状的方式对所述多个第一致动器中的各个的驱动以及所述多 个第二致动器中的各个的驱动进行控制。
[0008] 根据本发明的一个方面，提供了一种物品的制造方法，该物品的制造方法包括以 下步骤：使用曝光装置对基板进行曝光；使所曝光的基板显影；以及对所显影的基板进行 处理以制造所述物品，其中，用于对所述基板进行曝光的所述曝光装置包括投影光学系统， 该投影光学系统具有光学装置，其中，用于使镜的反射面变形的所述光学装置包括：底板； 多个第一致动器，其各自具有连接到与所述镜的所述反射面相背对的面的第一端子以及连 接到所述底板的第二端子，并且被构造为通过以改变所述第一端子与所述第二端子之间的 距离的方式进行变形，向与所述反射面相背对的面施加力；多个第二致动器，其各自具有比 所述第一致动器低的刚度，布置在所述镜与所述底板之间，并且被构造为向与所述反射面 相背对的面施加力；传感器，其被构造为检测表示所述多个第一致动器中的各个的驱动状 态的信息；以及控制单元，其被构造为基于所述传感器的输出，以将所述反射面的形状改变 为目标形状的方式对所述多个第一致动器中的各个的驱动以及所述多个第二致动器中的 各个的驱动进行控制。
[0009] 通过以下参照附图对示例性实施例的描述，本发明的其他特征将变得清楚。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图IA是示出根据第一实施例的光学装置的截面图；
[0011] 图IB是示出根据第一实施例的光学装置的图；
[0012] 图2是示出根据第一实施例的光学装置的截面图；
[0013] 图3是示出第二致动器的示例的图；
[0014] 图4是示出当生成柔度矩阵时的光学装置的布置的截面图；
[0015] 图5是示出根据第二实施例的光学装置的截面图；
[0016] 图6是示出根据第二实施例的光学装置的截面图；
[0017]图7是示出根据第三实施例的光学装置的截面图；
[0018]图8是示出曝光装置的图；
[0019]图9是示出使用耦合机构连接第一致动器和镜的情况的图；
[0020] 图10是用于说明耦合机构的图；
[0021] 图IlA是用于说明使用耦合机构对光学装置的组装的截面图；
[0022] 图IlB是用于说明使用耦合机构对光学装置的组装的截面图；
[0023] 图IlC是用于说明使用耦合机构对光学装置的组装的截面图；以及
[0024] 图IlD是用于说明使用耦合机构对光学装置的组装的截面图。
【具体实施方式】
[0025] 下面，将参照附图描述本发明的示例性实施例。请注意，相同的附图标记在所有图 中表示相同的构件，并且将不给出其重复描述。
[0026]〈第一实施例〉
[0027] 将参照图IA描述根据第一实施例的光学装置100。图IA是示出根据第一实施例 的光学装置100的截面图。第一实施例的光学装置100包括镜1、底板6、多个第一致动器 2、多个第二致动器4、多个位移传感器3以及控制单元15。控制单元15包括CPU和存储器， 并且控制各第一致动器2的驱动以及各第二致动器4的驱动。
[0028] 镜1包括反射光的反射面la、以及作为与反射面Ia相背对的面的背面lb。镜1经 由多个第一致动器2被底板6支持。镜1可以经由至少3个第一致动器2被底板6支持。 各第一致动器2包括连接到镜1的背面Ib的第一端子2a、以及连接到底板6的第二端子 2b。各第一致动器2能够变形，以改变第一端子2a与第二端子2b之间的距离，从而将力施 加至背面Ib上的连接第一端子2a的位置。诸如压电致动器、磁致伸缩元件或电丝杠等具 有高刚度的致动器被用作第一致动器2。参照图1A，第一致动器2的第一端子2a直接连接 到镜1的背面lb，第一致动器2的第二端子2b直接连接到底板6。然而，本发明并不限于 此。例如，第一致动器2的第一端子2a可以经由弹性构件或刚体连接到镜1的背面lb，第 一致动器2的第二端子2b可以经由弹性构件或刚体连接到底板6。
[0029] 由于光学装置100包括多个第一致动器2,因此当组装光学装置100时难以使所有 第一致动器的长度与预定值匹配。因此，镜1在组装时可能被扭曲。为了在维持镜1的满意 的形状精度的同时组装光学装置1〇〇,有必要吸收各第一致动器2的长度的误差。此外，驱 动镜1以使其变形，因此镜1具有低刚度，并且容易因外力而变形。由于一般的螺纹紧固方 法对镜1施加外力，因此无法在组装时使用该方法，从而使得不能够维持满意的形状精度。
[0030] 如图9所示，耦合机构18能够通过吸收各第一致动器2的长度的误差，连接镜1 和第一致动器2。耦合机构18能够根据各第一致动器2的长度的误差（第一端子2a与第 二端子2b之间的距离的误差）进行调整。
[0031] 下面，将参照图10描述耦合机构18。耦合机构18包括锥形部18a、V形槽部18b 及球端杆18c。锥形部18a由磁铁部ISa2以及形成有圆锥状凹槽（下文中称为"锥形"）的、 由非磁性材料制成的非磁性锥形部Wa1构成。在V形槽部18b中，在垂直方向上形成V形 槽。锥形部18a连接到镜1，V形槽部18b连接到第一致动器2。球端杆18c的锥形部18a 侦Ij的球由磁性材料制成。
[0032] 下面，将参照图IlA至图IlD说明使用耦合机构18对光学装置100的组装。图 IlA至图IlD是各自示出由图10中的单点划线表示的面的截面图。锥形部18a被附装到镜 1侦彳，V形槽部18b被附装到第一致动器2。如图IlA所示，使球端杆18c的一个球沿V形 槽部18b的V形槽接触。如图IlB所示，使球与V形槽轻微接触。如图IlC所示，在使球与 V形槽保持轻接触的同时，另一个球被插入至锥形部18a的锥形。此时，锥形部18a的磁铁 部ISa2的磁力吸引球。因此，没有必要施加力以将球插入至锥形部18a，从而使由于施加力 以插入球而导致的镜的改变最小化。由于非磁性锥形部ISa1的圆锥形状，能够顺畅地地插 入磁性球，直到使磁性球与锥形线接触为止。如果无法降低锥形部18a与球之间的摩擦，则 可以通过向锥形或球的表面提供诸如DLC(类金刚石碳）等的摩擦降低方法，来促进球的顺 畅插入。
[0033] 通过以上处理，镜1侧的球被约束。接下来，底板6侧的球将被约束。参照图11C， 球仅接触V形槽。因此，如图IlD所示，使用约束部Wb1按压球并将球约束在V形槽部18b 中。即使如图IlD所示，锥形部18a和V形槽部18b不在一条直线（Z轴）上，球端杆18c 也能够连接镜1和第一致动器2。可以不考虑镜1与第一致动器2之间的间隔，而以任意的 间隔连接这两者。由于在连接时没有施加使镜1变形的不必要的力，因此在组装光学装置 100时能够使镜1的变形最小化。
[0034] 与上述弹性构件类似地，耦合机构18可以相对于第一致动器2布置在镜1或底板 6侧。弹性构件可以配设在球端杆18c的杆部分中。此外，为了提高耦合机构18的稳定性， 在组装之后，球和锥形部18a或者球和V形槽部18b可以被粘附并固定。
[0035] 多个位移传感器3中的各个配设在第一致动器2中的相应的一个附近，并且检测 第一致动器2的第一端子2a与第二端子2b之间的位移，以进行第一致动器2的反馈控制。 在下文中，第一致动器2的第一端子2a与第二端子2b之间的位移将被称为"驱动位移"。 如果例如压电致动器被用作第一致动器2,则在压电致动器中发生滞后，因此，可能无法获 得与压电致动器的命令值（电压）相对应的位移。因此，有必要在光学装置100中配设用 于检测表示多个第一致动器2中的各个的驱动状态的信息的传感器。在第一实施例中，位 移传感器3用作传感器，并且检测第一致动器2的驱动位移作为表示驱动状态的信息。当 压电致动器用作第一致动器2时，位移传感器3检测第一致动器2的驱动位移，并且通过基 于检测出的驱动位移（位移传感器3的输出）与目标位移之差的命令值，进行反馈控制。
[0036] 在第一实施例的光学装置100中，在各个第一致动器2附近配设了位移传感器3。 然而，例如，也可以替代位移传感器3,配设各自用于检测第一致动器2的驱动力的力传感 器30。图2是示出当使用力传感器30时的光学装置100的截面图。各力传感器30布置 在例如第一致动器2与底板6之间，并且能够检测由第一致动器2施加至镜1的背面Ib的 力，即第一致动器2的驱动力。
[0037] 多个第二致动器4中的各个布置在镜1与底板6之间，并且使用具有比第一致动 器2低的刚度的致动器。包括彼此不接触的可动元件4a和定子4b的非接触式致动器（例 如，线性电机、电磁铁或静电致动器）用作第二致动器4。在第一实施例中，定子4b经由构 件5被固定至底板6,可动元件被固定至镜1的背面lb。这使得各第二致动器4能够通过 向镜1的背面Ib施加力来改变镜1与底板6之间的距离。与第一致动器2不同，各第二致 动器4不包括用于检测第二致动器4的位移的传感器。这是因为在第二致动器4中难以发 生滞后，并且能够获得与第二致动器4的命令值（电流或电压）相对应的位移。即，没有必 要使用传感器的检测结果（输出）进行第二致动器4的反馈控制。如图3所示，各第二致 动器4可以被构造为包括串联连接的弹性构件22和致动器20。例如，串联连接到弹性构件 22的致动器20包括电磁电机20a和和螺杆20b。在这种情况下，可动元件包括螺杆20b、弹 性构件22和耦合衬垫23。定子包括电磁电机20a。致动器20通过控制单元15向电磁电 机20a供给信号，在垂直方向上驱动螺杆20b。例如，螺旋弹簧用作弹性构件22,并且一端 连接到螺杆20b的端部，另一端经由所述耦合衬垫23连接到镜1的背面lb。
[0038] 图IB是示出根据第一实施例的光学装置100中的多个致动器的布置的示例的图。 参照图1B，实心圆圈分别表示第一致动器2,空心圆圈分别表示第二致动器4。多个第一致 动器2例如均等地分担镜1的质量，并且可以布置为使得光学装置100的最低阶固有频率 变为等于或高于期望频率。此外，如图IB所示，多个第一致动器2彼此分开布置，使得至少 一个第二致动器4布置在相邻的第一致动器2之间。通过如上所述布置多个第二致动器4， 能够加宽相邻的第一致动器2的间隔。
[0039] 在具有上述布置的光学装置100中，为了控制镜1的反射面Ia的形状，用于驱动 多个第一致动器2和多个第二致动器4的柔度矩阵是必要的。柔度矩阵包括用于将施加至 镜1的背面Ib的力（电流或电压）转换为反射面Ia的位移量的转换系数。将描述使用如 图IB所示的多个第一致动器2和多个第二致动器4在光学装置100中生成柔度矩阵的方 法。在柔度矩阵的生成中，M代表第一致动器2的数量与第二致动器4的数量的和，N代表 测量镜1的反射面Ia的变形（位移量）的点的数量。
[0040] 图4是示出当生成柔度矩阵时的光学装置100的布置的截面图。为了生成柔度矩 阵，有必要检测各第一致动器2的驱动电压或驱动力。能够从命令值中容易地获取驱动电 压。然而，如果期望获取驱动力，则如图4所示，有必要仅在各第一致动器2的侧面上配设 应变片7,并且通过应变片7检测第一致动器2的驱动力。
[0041] 控制单元15逐个依次驱动包括多个第一致动器2和多个第二致动器4的所有致 动器。当逐个驱动致动器时，控制单元15获取各第一致动器2的驱动电压、或者由应变片 7检测出的各第一致动器2的驱动力、以及各第二致动器4的驱动力（换算自命令值）。当 逐个驱动致动器时，控制单元15还获取表示镜1的反射面Ia的变形的信息。然后，控制单 元15能够基于各第一致动器2的驱动电压或驱动力、各第二致动器4的驱动力以及表示镜 1的反射面Ia的变形的信息，生成柔度矩阵。用于测量镜1的反射面Ia的形状的测量单元 (未示出）可以配设在光学装置1〇〇中，以获取表示镜1的反射面Ia的变形的信息。
[0042] 设M是在镜1的背面Ib上布置的第一致动器2的数量与第二致动器4的数量的 和，N是镜1的反射面Ia上的计算点或测量点的数量。为了便于描述，用于生成各第一致 动器2中的驱动电压或驱动力以及各第二致动器4中的驱动力的命令值被定义为"驱动命 令值"，并且由FjU= 1，...，M)表示。当驱动命令值Fj被提供给镜1的背面Ib上的位置 j处的致动器时，在镜1的反射面Ia上的任意点P(Xi，Yi)生成的位移量Zij由下面的等式 给出：
【权利要求】
1. 一种用于使镜的反射面变形的光学装置，该光学装置包括： 底板； 多个第一致动器，其各自具有连接到与所述镜的所述反射面相背对的面的第一端子以 及连接到所述底板的第二端子，并且所述多个第一致动器被构造为通过以改变所述第一端 子与所述第二端子之间的距离的方式进行变形，向与所述反射面相背对的面施加力； 多个第二致动器，其各自具有比所述第一致动器低的刚度，布置在所述镜与所述底板 之间，并且所述多个第二致动器被构造为向与所述反射面相背对的面施加力； 传感器，其被构造为检测表示所述多个第一致动器中的各个的驱动状态的信息；以及 控制单元，其被构造为基于所述传感器的输出，以将所述反射面的形状改变为目标形 状的方式对所述多个第一致动器中的各个的驱动以及所述多个第二致动器中的各个的驱 动进行控制。
2. 根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述多个第一致动器以在相邻的第一致动 器之间布置有所述多个第二致动器中的至少一个的方式彼此分开布置。
3. 根据权利要求1所述的光学装置，所述光学装置还包括： 固定构件，其被构造为将所述镜的一部分固定至所述底板。
4. 根据权利要求1所述的光学装置，其中， 所述多个第二致动器中的各个包括彼此不接触的定子和可动元件，并且 所述定子和所述可动元件中的一个被固定至所述镜，并且另一个被固定至所述底板。
5. 根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述多个第二致动器中的各个被构造为驱 动可动元件，所述可动元件包括连接到所述镜的弹性构件。
6. 根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述传感器包括位移传感器，所述位移传感 器被构造为检测所述多个第一致动器中的各个的所述第一端子与所述第二端子之间的位 移，作为表示所述驱动状态的信息。
7. 根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述传感器包括力传感器，所述力传感器被 构造为检测由所述多个第一致动器中的各个施加至与所述反射面相背对的面的力，作为表 示所述驱动状态的信息。
8. 根据权利要求1所述的光学装置，所述光学装置还包括： 基准板，其布置在所述镜与所述底板之间， 其中，所述传感器检测所述基准板与所述镜之间的距离，作为表示所述驱动状态的信 肩、。
9. 根据权利要求1所述的光学装置，其中，所述控制单元包括用于将被施加至与所述 反射面相背对的面的力转换为所述反射面的位移量的柔度矩阵，并且以将所述反射面改变 为所述目标形状的方式，基于所述柔度矩阵，确定所述多个第一致动器中的各个的驱动命 令值以及所述多个第二致动器中的各个的驱动命令值。
10. 根据权利要求9所述的光学装置，其中，所述控制单元基于当依次驱动包括所述多 个第一致动器和所述多个第二致动器的多个致动器时的所述反射面的形状，生成所述柔度 矩阵。
11. 一种用于将掩模的图案投影到基板上的投影光学系统，该投影光学系统包括： 根据权利要求1至10中任一项中所述的光学装置。
12. -种用于对基板进行曝光的曝光装置，该曝光装置包括： 根据权利要求11所述的投影光学系统。
13. -种物品的制造方法，该物品的制造方法包括以下步骤： 使用曝光装置对基板进行曝光； 使所曝光的基板显影；以及 对所显影的基板进行处理以制造所述物品， 其中，用于对所述基板进行曝光的所述曝光装置包括具有光学装置的投影光学系统， 其中，用于使镜的反射面变形的所述光学装置包括： 底板； 多个第一致动器，其各自具有连接到与所述镜的所述反射面相背对的面的第一端子以 及连接到所述底板的第二端子，并且所述多个第一致动器被构造为通过以改变所述第一端 子与所述第二端子之间的距离的方式进行变形，向与所述反射面相背对的面施加力； 多个第二致动器，其各自具有比所述第一致动器低的刚度，布置在所述镜与所述底板 之间，并且所述多个第二致动器被构造为向与所述反射面相背对的面施加力； 传感器，其被构造为检测表示所述多个第一致动器中的各个的驱动状态的信息；以及 控制单元，其被构造为基于所述传感器的输出，以将所述反射面的形状改变为目标形 状的方式对所述多个第一致动器中的各个驱动以及所述多个第二致动器中的各个的驱动 进行控制。
【文档编号】G03F7/20GK104516212SQ201410497939
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2013年9月30日
【发明者】崔长植, 井本浩平 申请人:佳能株式会社