保持装置、投影光学系统、曝光装置及物品制造方法与流程

本发明涉及保持装置、投影光学系统、曝光装置及物品制造方法。

背景技术：

已知在光路的中途配置可变形镜来进行像差校正的光学系统。在天文学领域中，在观察星体时，为了抑制由大气的扰动导致的像的分辨率的下降，存在高速地测量波阵面并利用可变形镜进行校正的技术。另外，在半导体的制造所用的投影曝光装置中，为了应对由曝光时的温度变化导致的像差的劣化，存在对光学系统所使用的镜采用可变形镜来校正像差的技术。

可变形镜使用薄到容易变形的镜(例如约5mm)，但是由于其薄度而可能因自重导致变形。作为想要消除自重变形的光学元件的制造方法，存在一种将光学元件保持为与实际使用状态基本相同的状态，测量表面形状并决定加工量，基于所决定的加工量将被加工面修正加工的方法(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-84795号公报

技术实现要素：

发明所要解决的问题

然而，在为了消除自重变形而利用上述专利文献1的方法来加工可变形镜的情况下，由于加工量可能变大，所以在加工时间、成本方面可能变得不利。另外，通常由多个支承部件(致动器等)在多个点支承可变形镜。而且，在加工时，将可变形镜从支承部件拆下，而在测量表面形状时，将可变形镜安装于支承部件。在重复加工和测量的情况下，在作业时间和成本方面可能变得不利。

本发明的目的在于提供一种例如对减少具有曲面的光学元件的自重变形的影响有利的保持装置。

用于解决问题的方案

为了解决上述问题，本发明的保持装置以使具有曲面的光学元件的光轴方向变为水平方向的方式来保持光学元件，特征在于，具有支承光学元件的支承部件，在包含光学元件的光轴方向和重力方向的平面内，支承部件将支承部件支承光学元件的部分相对于光轴方向倾斜地支承。

发明效果

根据本发明，能够提供一种例如对减少具有曲面的光学元件的自重变形的影响有利的保持装置。

附图说明

图1为示出第一实施方式的包括保持装置的曝光装置的结构的示意图。

图2为示出支承部件对凹面镜的保持状态的图。

图3为示出致动器的位置和以等高线示出与凹面镜的期望的反射面形状的偏差量的图。

图4为示出进行通常的曝光的情况下的投影区域的图。

(附图标记说明)

100：曝光装置；110：保持装置；112：支承部件；113：致动器；m：镜(光学元件)

具体实施方式

以下，参照附图等对用于实施本发明的方式进行说明。

第一实施方式

图1为示出本发明的第一实施方式的包括保持装置的曝光装置的结构的示意图。曝光装置100可以用于例如液晶显示设备、有机el设备等的平板面板的制造工序中的光刻工序。尤其在本实施方式中，设曝光装置100为扫描型投影曝光装置，该扫描型投影曝光装置利用步进扫描方式，将形成在未图示的掩模原版(掩模)上的图案像转印(曝光)至未图示的基板上。

曝光装置100包括保持装置110、照明光学系统120、投影光学系统130、保持掩模且能够移动的掩模载置台140和保持基板且能够移动的基板载置台150。通过未图示的控制部控制各部分来执行基板的曝光处理。此外，在图1以下的各图中，以在与作为铅直方向s的z轴垂直的平面内曝光时的掩模原版及基板的扫描方向为y轴，以与y轴正交的非扫描方向为x轴。另外，基板例如由玻璃材制成，为表面涂敷有感光剂(抗蚀剂)的被处理基板。而且，掩模原版例如由玻璃材制成，为形成有应被转印于基板的图案(精细的凹凸图案)的母版。

从照明光学系统120所包含的光源(未图示)射出的光能够通过照明光学系统120所包含的狭缝(未图示)在掩模上形成例如在x方向上长的圆弧状的照明区域。掩模及基板分别被掩模载置台140及基板载置台150保持，隔着投影光学系统130被配置于在光学上大致共轭的位置(投影光学系统130的物面及像面的位置)。投影光学系统130具有规定的投影倍率，将形成于掩模的图案投影于基板。然后，使掩模载置台140及基板载置台150以与投影光学系统130的投影倍率相应的速度比在与投影光学系统130的物面平行的方向(例如y方向)上相对地移动。据此，进行将狭缝光在基板上扫描的扫描曝光，能够将形成于掩模的图案转印到基板。

投影光学系统130包括保持平面镜131及133、凸面镜132和凹面镜(可变形镜)m的镜筒。从照明光学系统120射出且透射了掩模的曝光的光被平面镜131弯折光路而入射到凹面镜m的反射面的上部。在凹面镜m的上部反射的曝光的光在凸面镜132处反射而入射到凹面镜m的反射面的下部。在凹面镜m的下部反射的曝光的光被平面镜133弯折光路而在基板上成像。在如此构成的投影光学系统30中，凸面镜132的表面成为光学上的光瞳。

另外，曝光装置100可以包括对准测量部171、基板高度测量部172和像面测量部161。对准测量部171例如通过拍摄被装载于基板载置台150的基板上的标记(对准标记)并进行图像处理，从而测量基板的位置(xy方向)。基板高度测量部172在基板载置台150正在移动的状态下测量基板的表面在z方向上的位置(基板的表面的高度)。

像面测量部161被设置于例如基板载置台150，通过获取被设置于掩模载置台131的基准标记162的投影像，来测量像面的位置和高度(图中的x、y、z方向)。作为用于获知掩模的像在装置上的哪个位置的单元，通过使基板载置台150移动，能够准确地获知掩模图案被投影在装置坐标上的哪个位置。像面测量部161被用于校正可变形镜的驱动量与像的关系。

在此，在曝光装置100中，为了提高解析度，要求校正投影光学系统130的光学像差。由此，本实施方式的曝光装置100包括保持装置110，所述保持装置110保持作为投影光学系统130所包含的光学元件的凹面镜m，使其反射面变形。保持装置110使凹面镜m的反射面从基准形状变形为校正投影光学系统130的光学像差、投影像的倍率、畸变及对焦的目标形状。所谓基准形状是指关于凹面镜m的反射面的任意形状，例如，可以使用某时刻的凹面镜m的反射面的形状、设计形状。在此，在本实施方式中，对保持装置110使凹面镜m的反射面变形的示例进行说明，但是保持装置110使反射面变形的镜并不限于凹面镜。例如也可以为具有凹面、凸面的曲面的球面镜、非球面镜等。另外，在本实施方式中，保持装置110被用于使曝光装置100的投影光学系统130所包含的镜的反射面变形，但是不限于此，也可以被用于例如使望远镜所包含的镜的反射面变形。此外，保持装置110的保持对象不仅可以是反射性光学元件，也可以是透射性或者折射性光学元件。

本实施方式的保持装置110包括基部111、支承凹面镜m的支承部件112、多个致动器113和检测部114。多个致动器113被未图示的控制部控制。凹面镜m具有使光反射的反射面和作为反射面的相反侧的面的背面，包含凹面镜m的中心的一部分(以下称为“中心部”)经由支承部件112被固定于基部111。将凹面镜m的中心部固定于基部111是因为投影光学系统130所用的凹面镜m的中心部大多是光的入射量比其他的区域少的有效区域外，使该中心部变形的必要性小。

在初始状态下，凹面镜m的反射面为曲率半径约2000mm的凹的球面，但是，本实施方式的保持装置110能够在反射面的法线方向上以约几百nm的驱动量来改变形状。通过改变反射面的形状，能够使被投影于基板上的掩模图案的像的焦平面和失真与基板上的图案相配合地变化。即使因基板的厚度不均匀导致焦点位置的变动、经过流程而图案畸变，通过与该畸变的图案相配合地改变投影像，也能够提高重合精度、cd(criticaldimension，临界尺寸)精度。

凹面镜m为约直径1m、厚度5mm的薄镜，为了使反射面(凹面)的形状变化，由薄玻璃制成。通过薄型能够使用相对小的力来变形。基部111支撑保持装置110整体。支承部件112为固定凹面镜m的支承支柱，一端固定并保持凹面镜m的中心部分。与支承凹面镜m的端部不同的另一端被固定于基部111。

关于凹面镜m，例如，通过弯曲厚度5mm的平板，加工成大致球面形状，之后通过研磨加工反射面，形成精密的球面形状。与从块体的玻璃材经过磨削、研磨来形成球面形状的加工相比，在玻璃材成本、加工成本方面是有利的。

多个致动器113被设置于凹面镜m与基部111之间，对凹面镜m的背面的多个部位分别施加力。多个致动器113例如包括对凹面镜m的周缘区域分别施加力的多个第一致动器113a和对相比周缘区域距中心更近的凹面镜m的区域分别施加力的多个第二致动器113b。

多个第一致动器113a的各个以使凹面镜m的背面所连接的第一端与基部111所连接的第二端之间的距离变化的方式变形。据此，多个第一致动器113a的各个能够对连接了第一端的凹面镜m的背面的各部位施加力。作为第一致动器113a例如可以使用压电致动器、磁致伸缩致动器等刚性相对较高的致动器。

多个第二致动器113b的各个包括例如互不接触的动子113b1和定子113b2，能够对凹面镜m的背面的各部位施加力。作为第二致动器113b例如可以使用音圈马达、线性马达等。在使用音圈马达作为第二致动器113b的情况下，作为定子113b2的线圈被固定于基部111，作为动子113b1的磁体可以被固定于凹面镜m的背面。然后，各第二致动器114b通过向线圈供给电流来使线圈与磁体之间产生洛伦兹力，能够对凹面镜m的各部位施加力。在本实施方式中，动子113b1与定子113b2之间存在约0.1mm的间隙，两者不接触。

检测部114检测凹面镜m与基部111之间的距离。检测部114可以包括分别检测凹面镜m与基部111之间的距离的多个传感器(例如静电电容传感器)。通过如此设置检测部114，能够基于检测部114的检测结果反馈控制多个致动器113，能够高精度地使凹面镜m的反射面变形为目标形状。

优选地将检测部114的多个传感器分别设置于第一致动器113a的附近。这是因为在用作第一致动器113a的压电致动器中发生磁滞，不能获得与指令值(电压)相当的位移。因此，可以针对多个第一致动器113a的各个进行基于检测部114的检测结果的反馈控制。另一方面，在用作第二致动器113b的音圈马达中，不易产生磁滞，能够获得与指令值(电压或者电流)相当的位移。由此，针对第二致动器113b也可以不进行基于检测部114的检测结果的反馈控制。

图2(a)及(b)为示出由保持装置110的支承部件112保持凹面镜m的保持状态的图。图2(a)为将支承部件112对凹面镜m的支承方向设为沿着水平方向(光轴方向)的方向的情况。另一方面，图2(b)为在包含凹面镜m的光轴方向和重力方向的平面内，将支承凹面镜m的部分相对于光轴的方向向上倾斜地支承的情况。在凹面镜m的背面中心(穿过凹面镜m的曲率中心的方向，外径中心)设置有孔。支承部件112的端面通过嵌合于该孔而被定位，并使用粘着剂等接合。凹面镜m的反射面的光轴方向为水平方向(沿着y轴的方向)，在图中以单点划线示出。以实线示出了凹面镜m的支承方向。此外，在图2(a)中，光轴方向与支承方向一致，为方便起见仅示出了光轴方向。

由于凹面镜m薄至厚度5mm，因此由自重导致变形(倾斜)。图中以双点划线示出了变形后的凹面镜m′的形状。在图2(a)的情况下，由于自重变形，凹面镜m的反射面围绕x轴向下。另一方面，在如图2(b)所示将支承方向设为向上的情况下，变形后的凹面镜m′的光轴变为水平方向。图2(b)所示的支承方向是通过将凹面镜实际沿水平方向保持在夹具上，使用位置传感器等测量来求出由自重引起的倾斜量，基于求出的量而决定的。或者也可以通过计算来求出。

将支承方向倾斜并由固定部112保持凹面镜m，在周缘区域安装第一致动器113a。在不对第一致动器113a施力的状态下，凹面镜m的反射面(凹面)变为畸变少的形状。

图3为示出第一致动器113a及第二致动器113b的位置和以等高线示出与凹面镜m的期望的反射面形状的偏差量的图。第一致动器113a的位置以圆圈记号示出，第二致动器113b的位置以×记号示出。以实线及虚线的等高线示出了与凹面镜m的期望的反射面形状的偏差量。等高线的以虚线示出的部分表示比期望的反射面形状凹陷，以实线示出的部分表示突出。

根据本实施方式的固定方法，校正作为自重变形的大分量的倾斜(倾斜)分量。但是，由于仅在中心一点进行保持，因此会产生如以等高线所示的局部的微小的变形。这是由于严格来说凹面镜m的背面侧的保持点并不是以点而是以面来固定，因此在保持位置的周围残留有微小的凹凸。

在凹面镜m为直径为1m、厚度10mm的尺寸情况下，突出量、凹陷量的偏差量均为1μm以下，能够由第二致动器113b校正。为了通过第二致动器113b来校正上述量，有约10n的推力即可，这是使用音圈马达足以应对的量。

在现有的技术中，由于是将自重变形整体修正加工，因此偏差量(加工量)为10μm以上，但是，在本实施方式中由于仅修正局部的变形，因此如上述加工量为约1μm即可。因此，能够大幅缩短加工所需时间，能够抑制成本。

将校正后的反射面形状作为基准形状(致动器113的初始位置)。控制部基于用于将凹面镜m的反射面形状从基准形状变为校正光学像差、投影像的倍率、畸变、对焦的目标形状的反射面的变形量，来驱动各个致动器113。

此外，关于偏差量的校正，作为与上述不同的方法，还有预先测量局部的变形(除去影响大的倾斜分量后的变形分量)，以校正该变形的方式加工凹面镜m的形状的方法。在通过加工来校正局部的变形的情况下，由于不需要在初始状态下驱动致动器113b，因此不需要一直驱动致动器113b，能够抑制发热。从热畸变的观点来看，与由致动器113b的驱动进行的校正相比，由抑制发热的加工进行的校正更能提高反射面形状的校正精度。

如上所述，本实施方式的保持装置110不需要为了校正自重变形而将凹面镜m从支承部件112取下进行形状加工，在例如加工时间及成本方面是有利的。另外，因为即使在通过加工来校正自重变形的情况下，与现有技术相比加工量也更少，因此在加工时间方面可能是有利的。根据本实施方式，能够提供抑制了自重变形的影响的可变形镜的保持装置。

第二实施方式

图4为示出本发明的第二实施方式的曝光装置200的结构的示意图。关于具有与第一实施方式相同的功能的部件，添加相同的附图标记，省略详细的说明。在本实施方式中，由被接合于构成投影光学系统的镜筒230的固定部件210保持凹面镜m。与第一实施方式同样地，以使凹面镜m在自重变形的状态下反射面的光轴(图中以单点划线示出)变为水平的方式，将固定部件210的支承方向(图中以实线示出)倾斜。图中以双点划线示出了自重变形后的凹面镜m′的形状。实线示出自重变形前的凹面镜m的形状。与第一实施方式同样地，在凹面镜m的中心部发生局部的凹凸。为了实现更高精度的图案转印性能，也可以在事前通过加工来校正局部的变形。根据本实施方式的结构，由于不需要致动器，因此能够以更低成的本实现图案转印性能良好的扫描型曝光装置。

此外，在上述实施方式中，以将自重变形后的凹面镜m的光轴变为水平方向的方式进行了支承，但是能够根据投影光学系统所包含的其他的镜的配置等来决定在自重变形后作为目标的光轴方向。另外，将在上述实施方式中支承的凹面镜m变为凸面镜的情况下，例如，将对镜进行支承的部分相对于光轴的方向向下倾斜地支承。

物品制造方法的实施方式

本实施方式的物品的制造方法适于制造例如半导体器件等微型器件、具有精细的结构的元件等物品。本实施方式的物品的制造方法包括使用上述曝光装置将潜像图案形成于涂敷于基板的感光剂的工序(曝光基板的工序)和将经由该工序形成了潜像图案的基板显影(处理)的工序。此外，该制造方法包括其他周知的工序(氧化、成膜、蒸镀、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂剥离、切割、接合、封装等)。本实施方式的物品的制造方法与现有的方法相比，在物品的性能、品质、生产率、生产成本中的至少一方面是有利的。

其他的实施方式

以上，对本发明的优选的实施方式进行了说明，但本发明并不限于这些实施方式，在该要旨的范围内能够进行各种变形及变更。