JP2015126215A - 光学素子ユニット、回転方向の相対位置の調整方法、露光装置、物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来よりも精度良く回転方向の位置決めすることが可能な光学素子ユニットを提供すること。
【解決手段】 本発明は、第１の光学素子１０及び第２の光学素子３０を有する光学素子ユニットに関する。第１の光学素子１０及び第２の光学素子３０には、第１の光学素子１０及び第２の光学素子３０の厚さ方向又は厚さ方向に対して傾いた方向に平面１２、３２を有する段差が形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学素子ユニット、回転方向の相対位置の調整方法、露光装置、及び物品の製造方法に関する。

複数のレンズやミラーの光学素子ユニットを有する光学装置において、使用する光学素子の選択や配置を工夫することにより、被照射面における収差の影響を低減させることは重要である。

特許文献１には、光軸を通る全ての断面形状が異なり、かつ互いに相補な関係にある２枚の非球面レンズを対向するように配置している。それらのレンズの相対位置を並進方向に駆動制御することによってディストーションを補正する投影光学系について記載されている。

特開２０１０−１６６００７号公報

しかし、特許文献１に記載のレンズのような１組のレンズを通る光は、光軸を通る全ての断面形状が等しくなるように加工された１組のレンズを通る光に比べて、回転方向におけるレンズ同士の微少な位置決め誤差に起因して光路ずれを起こしやすい。そのため、組み立て時において、光軸を通る全ての断面形状が等しくなるように加工された１組のレンズを扱う場合よりも精度良く回転方向に位置決めをする必要がある。

そこで本発明は、従来よりも精度良く回転方向の位置決めすることが可能な光学素子ユニットを提供することを目的とする。

本発明の光学素子ユニットは、第１の光学素子及び第２の光学素子を有する光学素子ユニットであって、前記第１及び前記第２の光学素子には、前記第１及び前記第２の光学素子の厚さ方向又は厚さ方向に対して傾いた方向に平面を有する、段差が形成されていることを特徴とする。

本発明によれば、従来よりも精度良く回転方向の位置決めすることが可能な光学素子ユニットを提供することが可能となる。

第１の実施形態に係る光学素子ユニットの構成を示す図。 光学素子の形状を示す図。 第１の実施形態に係る光学素子ユニットの回転位置の調整方法を示す図。 第２の実施形態に係る光学素子ユニットの構成を示す図。 第３の実施形態に係る光学素子ユニットの構成を示す図。 露光装置への光学素子ユニットの適用例を示す図。 光学素子ユニットによるディストーション補正について説明する図。

［第１の実施形態］
（光学素子ユニットの構成）
図１（ａ）は第１の実施形態に係る光学素子ユニット１００の構成を示す図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）に示すＹ軸方向の直線Ａ−Ａ’における断面図を示す図である。

光学素子ユニット１００は、第１の光学素子であるレンズ１０とレンズ１０を保持する第１の保持部材である保持部材２０、第２の光学素子であるレンズ３０とレンズ３０を保持する第２の保持部材である保持部材４０とを有している。レンズ１０、３０、保持部材２０、４０の端には、Ｚ軸方向（厚さ方向）の断面（平面）と、Ｚ軸と直交する方向のＤ字形状の面によって段差が形成されている。

レンズ１０、３０の断面を各々断面１２、３２、保持部材２０、４０の断面を各々断面２２、４２とする。断面１２、２２、３２、４２のＸ軸方向の長さ（前記面内における前記平面の長さ）をＬとする。また、レンズ１０、３０の外周の面を外径面１４、３４とし、保持部材２０、４０の外周の面を外径面２４、４４とする。

レンズ１０とレンズ３０は光軸を通る全ての断面形状が異なり、かつ互いに相補な関係にある非球面のレンズ面１３、３３を有しており、レンズ面１３、３３は対向するように組み立てられている。

図２にレンズ１０及びレンズ３０のレンズ面１３、３３の形状例を示す。図２（ａ）に示すθ＝０°方向の３次元形状と、図２（ｂ）に示すθ＝４５°方向への３次元形状を足し合わせた形状とすると、図２（ｃ）に示すような、非球面かつその断面が非回転対称となる面を有する３次元形状のレンズとなる。この時、レンズ面１３、３３の形状は式（１）で示される。

このような形状を有するレンズ１０及びレンズ３０（１組の光学素子）を透過する光の光路は、回転方向の相対位置合わせの微少誤差で大きく変化する。そのため、光学素子ユニット１００を組み立てる時には、精度良く回転方向の相対位置を合わせる必要が生じる。

（光学素子ユニットの位置合わせ方法）
各々の断面１２、２２、３２、４２を用いて、光学素子ユニット１００の組み立て時に精度良く回転方向の位置調整を行う方法について説明する。

光学素子ユニット１００の組み立ては、まず、レンズ１０と保持部材２０の光軸を一致させるための作業（以下、心出し作業と称す）を行う。心出し作業とは、回転させている対象物に対して接触部材を接触させながら、基準の位置から接触部材の先端までの距離が心出し対象物の外径面のどの位置でも同じ長さになるようにする作業である。これにより、各素子間の光軸を１μｍ以下の精度で一致させていく。

保持部材２０の上にレンズ１０を重ね置き、外径面１４と外径面２４を用いてＸＹ平面内における面内方向のずれを調整しながら心出し作業をする。外径面３４と外径面４４とを用いてレンズ３０と保持部材４０との心出し作業も同様に行う。

続いて、図３を用いてレンズ１０と保持部材２０の回転方向の位置調整について説明する。図３は参照面として実線で示している保持部材２０の断面２２（直線Ａ−Ｂ）に対して、調整面で破線で示しているレンズ１０の断面１２（直線Ａ’−Ｂ’）が微小角ΔωＺ傾いている様子を示している。

光学式のような非接触式や、接触式等の測長器（不図示）を用いて、断面１２と断面２２に関する角度情報を求める（取得する）。角度情報とは、断面２２を参照面とした場合の、参照面に対する断面１２の平行度ΔＹや、平行度ΔＹと断面の長さＬを用いて得られる回転方向の位置ずれΔωＺのことを指す。平行度ΔＹの計測結果からこの値が最小、すなわち測長器の計測精度と同等になるように、レンズ１０を保持部材２０ごと手動で回転調整をすることで微小角ΔωＺのずれを最小限に抑制する。同様の方法を用いて、レンズ３０と保持部材４０の平行度も小さくなるように調整をする。

光学素子ユニット１００の組み立ての際には、断面２２に対する断面４２の平行度が小さくなるように相対的な回転方向の位置を調整する。保持部材２０と保持部材４０同士の回転方向の相対位置を調整することにより、間接的にレンズ１０とレンズ３０の回転方向の相対位置を調整することが可能となる。あるいは、断面１２と断面４２の平行度測定によって、レンズ１０とレンズ３０の回転方向の相対位置を調整しても良い。

なお、参照面は必ずしもレンズ１０、３０、保持部材２０、４０の断面でなくても良く、例えばその他の基準となる参照面を設けて、その面に対する平行度を算出しながら回転方向の位置を調整しても構わない。

以上の方法を用いれば、２つの部材の相対回転誤差を１０秒以内（秒は微小角を示す場合の単位であり、１秒＝３６００分の１°である）に調整することが可能となる。

なお、回転位置の計測誤差には、測長器の計測精度の他に、断面１２、２２、３２、４２の平面度が誤差要因として含まれる。平面度とは各々の断面の凹凸の幅、すなわち平滑性を示す値である。各断面１２、２２、３２、４２の平面度は平行度以下とすることが好ましい。これにより、平行度の計測精度を確保することが可能となる。

例えば調整面である断面２２の長さＬ＝５０ｍｍであって、断面２２と断面２４を１０秒以上２０秒以下の精度で位置を調整しようとする場合、許容の変位成分ΔＹは２．４μｍ以上４．８μｍ以下となる。そのため、Ｌ＝５０ｍｍの場合は、断面２２、４２の平面度は３．２μｍ以下となるように加工しておくことが好ましい。

ここで、平行度の計測時には、断面の多点数を計測することが好ましい。これにより、平面度の影響を極力低減することが可能となる。さらに平行度の計測誤差を低減するには、測長する断面の長さＬは長いほうが好ましいが、レンズの直径付近まで長くなると光を透過することが可能な面積が低減しすぎてしまう。そのため、断面の長さＬは平行度の計測精度と光の透過領域を考慮して設計することが望ましい。例えば、断面の長さＬを断面加工を施すレンズの直径の１／４以上３／５以下、より好ましくは２／５以上３／５以下にすることが好ましい。

レンズ３０と保持部材４０の回転方向の相対位置調整も行い、レンズ１０と保持部材２０、レンズ３０と保持部材４０を各々の間隙に不図示の接着剤、硬化剤等を塗布して固定する。あるいは、不図示のボルト、押さえ環、板ばね押さえ等で固定しても良い。

このようにレンズ１０、３０及び保持部材２０、４０に対して平面度が微少となるように加工された断面を形成しておき、断面を用いてレンズ１０とレンズ３０の回転方向の相対位置を、精度良く調整することが可能となる。さらに回転方向に対象物を駆動させる駆動機構を用いることなく、容易に調整することができるという効果もある。

［第２の実施形態］
第１の実施形態の変形例を図４に示す。図４の光学素子ユニット２００は、保持部材２０、４０の外径面２４、４４に沿って複数のブロック６０を設けている点で第１の実施形態における光学素子ユニット１００とは構成が異なる。

断面１２、２２、３２、４２の回転方向の位置を調整する際に、調整対象となっている部材同士におけるＸＹ平面内での並進移動を制限することができる。光学素子ユニット２００を使用時にはレンズ１０やレンズ３０をＸＹ平面内において並進駆動できるようにするため、回転方向の位置を調整後にはブロック６０を取り外す。

なお、図４には３つのブロック６０を光軸５０を中心として１２０°間隔で配置している例を示しているが、２つのブロック６０を９０°間隔で配置しても構わない。ブロック６０の位置は、回転方向の位置調整中にＸＹ平面内における少なくとも二方向のずれを防止する配置であれば良い。

［第３の実施形態］
第３の実施形態に係る光学素子ユニット３００を図５に示す。光学素子ユニット３００は保持部材２０に対して、図１（ａ）（ｂ）に示した断面２２が設けられておらず、代わりに保持部材２０に対して印７０が設けられている点で、第１及び第２の実施形態とは異なる。

本実施形態では、レンズ３０と保持部材４０の心出し作業及び回転位置の調整方法は第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。

レンズ１０と保持部材２０の回転方向の位置合わせは、印７０と断面１２の位置が合うように概略調整し、接着剤などの任意の固定手段でレンズ１０を保持部材に固定する。続いて、レンズ１０の断面１２及び、保持部材４０の断面４２を用いて、第１の実施形態と同様の方法で回転方向の位置合わせを行う。以上の方法により、レンズ１０と保持部材４０の位置合わせを行い、間接的にレンズ１０とレンズ３０の回転方向の位置を調整する。

このようにすれば、レンズ面１３、３３の隙間の狭さに起因して測長器でレンズ１０とレンズ３０の回転方向の位置を直接調整できない場合であっても、保持部材４０を介してレンズ１０とレンズ３０の位置を調整することが可能となる。

なお、印７０はレンズ１０に対する保持部材４０の位置を事前にある程度調整するために設けられている。これにより、保持部材２０と保持部材４０とが回転方向に大きくずれた状態のまま対向させた場合にレンズ面１３とレンズ面３３が接触して破損することを防ぐことが可能となる。また、平行度計測に際して計測範囲に応じて一定の割合で計測誤差が生じる測長器を使用する場合に、初期計測値を小さくして計測誤差を少なくすることが可能となる。

本実施形態によれば、保持部材２０に対して断面２２を形成する手間と加工コストを削減することが可能となる。

［第４の実施形態］
第４の実施形態として、図６に示す露光装置６００に対して、第１の実施形態に係る光学素子ユニット１００を適用した場合について説明する。

光源６０１は、露光光を射出する。露光光の光源として、例えば水銀ランプ、ＡｒＦエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ等が挙げられる。照明光学系６０２は光源６０１より射出した光を所定の形状に成形して、レチクル（原版）６０３に照射する。レチクル６０３には回路パターンが形成されている。光学素子ユニット１００及び複数のレンズ６０７（代表的なレンズのみを図示している）を内包している鏡筒６０４を有する投影光学系６２０を介して基板６０５上の１つのショット領域に対してレチクル６０３上の回路パターンが縮小投影される。

駆動装置６０６は、複数のレンズ６０７を投影光学系６２０の光軸に沿った方向に移動する。これにより、投影光学系６２０に起因する収差の影響を低減しつつ、投影する回路パターンの歪みを減らしている。投影レンズ用の制御部６０８は、主制御部６０９からの指示を受けて駆動装置６０６にレンズ６０７の駆動量等を指示する。

基板６０５は、ステージ６１０によって保持されている。ステージ６１０はＸ、Ｙ、及びＺ軸方向に移動可能である。また、ステージ６１０上には移動鏡６１１、基準マーク６１２が設置されている。干渉計６１２が移動鏡６１１に向けてレーザ光を射出し、移動鏡６１１で反射されたレーザ光を用いて、ステージ６１０の位置を検出する。検出結果に基づき、ステージの制御部６１３はステージ６１０を駆動する駆動装置６１４に駆動量を指示する。

基準マーク６１２の位置を、オフアクシス方式のアライメント光学系６１５及び投影光学系６２０を介して計測することによって、投影光学系６２０の光軸とアライメント光学系６１５との距離、すなわちベースラインを計測する。また、アライメント光学系６１５は基板６０５上に形成されている不図示のアライメントマークの位置を計測し、次に形成する層に対するディストーションの補正量を計測する。

投光系６１６と受光系６１７を用いて、基準マーク６１２のＺ軸方向の位置合わせをする。投光系６１６が、基板６０５上のレジストに対して非露光光の複数個の光束を照射し、基準マーク６１２で反射した光が受光系６１７で集光する。同様にして基板６０５の各位置におけるＺ軸の位置を計測し、基準マーク６１２に対する基板６０５の高さずれを求め、基板６０５に対する露光時のフォーカス補正値として使用する。

露光装置は、不図示の露光室内に配置されており、露光室内の区間の雰囲気は不図示の雰囲気維持部によって温度や湿度が制御された環境下にある。

レチクル６０３と鏡筒６０４との間には、第１の実施形態の光学素子ユニット１００が配置されている。光露光装置６００には、レンズ１０又はレンズ３０の少なくとも一方をＸ軸及びＹ軸方向に移動する駆動装置６１８及び駆動装置６１８に駆動量を指示する制御部６１９を有している。

光学素子ユニット１００は、鏡筒６０４の内部に構成されていても良いし、図６に示すように鏡筒６０４の外部に独立したユニットとして構成されていても良い。また、レチクル６０３を保持している不図示のレチクルホルダや不図示のレチクルステージ機構と一体的に構成されていても構わない。

なお、レチクル６０３を透過した光が光学素子ユニット１００も透過することを考慮すると、通常矩形形状あるレチクル６０３の一辺が、光学素子ユニット１００の断面（断面１２、２２、３２、４２のいずれか）に沿う方向に配置することが好ましい。より好ましくは、レチクル６０３の一辺が、光学素子ユニット１００の断面（断面１２、２２、３２、４２のいずれか）と平行であるように配置することが好ましい。

光学素子ユニット１００に対する回路パターンの投影領域が断面加工されている領域に重ならないようにしつつ、光学素子ユニット１００をなるべく小さな構成とすることが可能となるからである。光学素子ユニット１００を小さくすることにより、光学素子ユニット１００の製造コストの低減することが可能となる。

主制御部６０９は、光源６０１、制御部６０８、制御部６１３、制御部６１９と接続されており、これらを統括的に制御している。

本実施形態に搭載している光学素子ユニット１００によって、例えばレンズ１０に対してレンズ３０をＸ軸から１３５°をなす方向に並進駆動することで、図７（ａ）、（ｂ）に示す縦横倍率差のディストーションが発生する。あるいは、レンズ１０とレンズ３０の相対位置を互いにＹ軸方向に並進駆動することで、図７（ｃ）、（ｄ）に示すような平行四辺形形状のディストーションが発生する。このように、ＸＹ平面内でレンズ１０とレンズ３０の相対位置を任意の方向に並進駆動することによって、二回回転対称性をもつディストーション補正を行うことが可能となる。

このように光学素子ユニット１００に形成した断面を利用して回転方向の位置合わせを精度良く行っていれば、前述のディストーション補正を精度良くすることが可能となる。以上の性質を用いれば、先に基板６０５上に形成しているショットのパターンが歪んでいる場合であっても、次に形成するパターンに対して適切なディストーション補正をすることで高度な重ね合わせ精度を実現することが可能となる。

［その他の実施形態］
断面１２を例にその他の段差構造について説明する。なお、以下の説明は断面２２、３２、４２についても同様に当てはまるため説明を省略する。

断面１２による平行度の計測が可能であれば、段差構造は必ずしもＸＹ平面内にＤ字形状の面を呈している必要は無い。レンズ１０の外周まで段差の下面が形成されているほうが加工は容易であるが、断面１２の平面度が許容範囲内であり、かつ断面１２の長さＬと直交方向に測長可能なスペースがあるのであれば溝形状でも構わない。

断面１２の平面度を小さくするための加工や平行度の計測に支障がでなければ、Ｄ字形状の面は必ずしもＺ軸と直交しているＸＹ平面でなくても良く、Ｚ軸方向と交差する方向の面に形成されていても良い。また、Ｄ字形状の面の平面度は断面１２の平面度より大きい値で構わない。さらに、断面の長さＬは、平行度の計測に必要な長さがあれば、断面１２の両端がレンズ１０の外径面まで無くても構わない。

前述の各実施形態では断面１２がレンズ１０の厚さ方向であるＺ軸方向に形成されている例のみを示したが、断面１２は平行度の計測に際して許容範囲内の平面度を有する斜面であっても構わない。すなわち、Ｚ軸方向に対して傾いた方向に形成されている斜めの平面であっても構わない。

また、前述の各実施形態のように断面１２を形成しても、レンズ１０の外径面１４はレンズ１０の全周にわたって形成されていることが好ましい。レンズ１０の一端を完全に切り落として断面１２を形成してしまうと、心出し作業時に接触部材の接触面がなくなってしまうからである。

仮にその他の手法にて心出し作業を行うことが可能であれば、断面１２が完全に切り落とされている形状であっても構わない。このほうが平行度測定に必要な断面形成に要する加工コストを抑えることが可能となる。

レンズ１０及びレンズ３０の面の形状が、回転方向の位置合わせが重要となるような形状であれば本実施形態の適用が必要となる。光軸まわりに軸対称ではないレンズ同士を組み合わせて使用する場合ほど、各々のレンズの厚さ方向に平面を設けて回転方向の位置を精度良く調整することが必要となる。特に、前述の各実施形態のように、非球面かつ光軸まわりの断面形状が全て異なるような形状のレンズの場合に好適である。

光学素子ユニットとは、前述の各実施形態で示したように２つのレンズと２つの保持部材の組み合わせだけでなく、２枚以上のレンズで構成されたユニットや、１つの保持部材で２枚以上のレンズを保持することが可能なユニットのことを指すものとする。

なお、組み立て時においてレンズ１０とレンズ３０の間のＺ軸方向の相対位置を調整する必要がある場合は、不図示のスペーサを挟むことによって予め調整しておく構成としても良い。さらに、各実施形態ではレンズ１０、３０が対向している場合のみを示したが、各々のレンズの間にその他のレンズが配置されている場合であって、かつレンズ１０及びレンズ３０の回転方向の相対位置を調整する場合にも適用可能である。

［物品の製造方法］
本発明の物品（半導体集積回路素子、液晶表示素子、ＣＤ−ＲＷ、光露光装置用のマスク等）の製造方法は、前述の描画装置を用いてＳｉ基板やガラス等の基板上にパターンを露光する工程と、パターンを露光した基板を現像する工程とを有している。さらに、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）を含んでも良い。

１０、３０ レンズ（光学素子）
２０、４０ 保持部材
１２、２２、３２、４２ 断面（厚さ方向又は厚さ方向に対して傾いた方向にある平面）
１４、２４、３４、４４ 外径面
１００ 光学素子ユニット
６００ 露光装置
６０３ レチクル（原版）
６０５ 基板
６２０ 投影光学系

Claims (11)

1. 第１の光学素子及び第２の光学素子を有する光学素子ユニットであって、
   前記第１及び前記第２の光学素子には、前記第１及び前記第２の光学素子の厚さ方向又は厚さ方向に対して傾いた方向に平面を有する、段差が形成されていることを特徴とする光学素子ユニット。
2. 前記平面の平面度は、前記第１の光学素子の平面と前記第２の光学素子の平面との平行度以下であることを特徴とする請求項１に記載の光学素子ユニット。
3. 前記第１及び前記第２の光学素子の外径面は、全周にわたって形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学素子ユニット。
4. 前記段差は前記第１及び前記第２の光学素子の厚さ方向と交差する方向に面を備え、前記面は、前記第１及び前記第２の光学素子の外周まであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光学素子ユニット。
5. 前記第１及び第２の光学素子は、互いに対向していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光学素子ユニット。
6. 前記段差は前記第１及び前記第２の光学素子の厚さ方向と交差する方向に面を備え、前記面内における前記平面の長さは、前記第１の光学素子の直径及び前記第２の光学素子の直径の、各々１／４以上３／５以下であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光学素子ユニット。
7. 第１の光学素子及び該第１の光学素子を保持する第１の保持部材と、第２の光学素子及び該第２の光学素子を保持する第２の保持部材とを有する光学素子ユニットであって、
   前記第１の光学素子と、前記第２の光学素子と、前記第１又は前記第２の保持部材のいずれか一方と、は、各々の厚さ方向又は厚さ方向に対して傾いた方向に平面を有する、段差が形成されていることを特徴とする光学素子ユニット。
8. １組の光学素子の回転方向における相対位置を調整する方法であって、
   前記１組の光学素子の各々の光学素子の厚さ方向又は厚さ方向に対して傾いた方向に形成されている平面を用いて、前記平面に関する角度情報を取得する工程と、
   前記角度情報を用いて回転方向の相対位置を調整する工程とを有することを特徴とする調整方法。
9. 前記角度情報は、前記角度情報の基準となる参照面から前記平面までの距離を計測することで求めることを特徴とする請求項８に記載の調整方法。
10. 原版のパターンを投影光学系を介して基板に照射する露光装置において、前記投影光学系が請求項１乃至７のいずれか１項に係る光学素子ユニットを有していることを特徴とする露光装置。
11. 請求項１０に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物品の製造方法。