TWI631430B - Optical device, projection optical system, exposure device, and article manufacturing method - Google Patents
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Abstract
本發明提供光學裝置、投影光學系統、曝光裝置以及物品製造方法。本發明減小了當鏡的形狀變形時鏡上產生的溫度分佈。光學裝置包括:鏡,具有反射面和與前述反射面的相反側的背面;底板;固定構材,固定於前述背面的一部分,以將前述鏡固定在前述底板上;以及多個致動器,分別向前述背面施加力以使前述反射面的形狀變化。其中,前述多個致動器包括:多個第一致動器,分別向前述背面中的第一區域施加力,前述第一區域包圍由前述固定構材固定的前述鏡的固定部;以及多個第二致動器,分別向前述背面中的包圍前述第一區域的第二區域施加力。前述第一致動器的推力生成的效率比前述第二致動器的推力生成的效率高。
Description
本發明涉及包含能夠變形的鏡(mirror)的光學裝置、投影光學系統、曝光裝置以及物品製造方法。
包含用於修正波面誤差和圖像失真的能夠變形的鏡的光學裝置特別地應用於半導體曝光裝置、液晶曝光裝置、或天體望遠鏡等。近年來,對曝光裝置中的解析度的要求越來越嚴格,因此對曝光像差的要求也變得嚴格。因此,為了修正曝光像差,提出了一種在曝光裝置中包含能夠變形的鏡的裝置構成。另外,在天文領域中,為了抑制空氣波動對設置在地上的望遠鏡的影響,也開始使用能夠變形的鏡。
在日本專利第4817702號中,公開了一種配置有多個致動器(actuator)的光學裝置,該多個致動器保持能夠變形的鏡的中心部,並使鏡的中心部之外的區域的表面形狀變形。另外,在日本專利特開2015-70214號中,公開了一種混合搭載有高剛性的致動器和低剛性的致
動器以使鏡的固有頻率變高的光學裝置。
若在中心部保持能夠變形的鏡,則鏡的中心部附近區域的剛性與遠離中心部的周邊區域相比更高。因此,越靠近鏡表面的中心部的區域越難以變形,往往需要大的驅動力。本發明的發明人發現若為了改變鏡的表面形狀而使用例如具有相同推力常數的多個音圈馬達(voice coil motor,VCM)作為力致動器,則在鏡的中心部附近區域與周邊區域之間存在分佈較大的發熱量。由於鏡的中心部固定於基板上,因此中心部附近區域的VCM能夠輸出比周邊區域的VCM更大的力,從而發熱量變大。
本發明的發明人獲取了在均等地設置了具有相同推力常數的多個VCM的情況下在鏡的中心部附近的中央區域與周邊區域的發熱量分佈。圖3示出了發熱量分佈的結果。如圖3所示,將鏡以同心圓狀二分為中央區域與周邊區域。若將中央區域與周邊區域的面積比分割為3%:97%,則面積為3%的中央區域中的發熱量占總發熱量的60%。在這種情況下,中央區域與周邊區域之間的單位面積的發熱量的比為49:1。若將中央區域與周邊區域的面積比分割為8%:92%,則面積為8%的中央區域中的發熱量占總發熱量的67%,中央區域與周邊區域之間的單位面積的發熱量的比為23:1。若將中央區域與周邊區域
的面積比分割為32%:68%,則面積為32%的中央區域中的發熱量占總發熱量的74%,中央區域與周邊區域之間的單位面積的發熱量的比為6:1。如上所述,鏡的中央區域中的發熱量占支配地位,其結果發現鏡的中心部附近的中央區域與周邊區域之間產生大的溫度分佈,並發生鏡的熱變形。
本發明提供一種對在鏡的形狀變形時在減小鏡上產生的溫度分佈的方面有利的光學裝置。
為了解決上述問題,本發明的光學裝置的特徵在於,包括:鏡,具有反射面和與前述反射面的相反側的背面;底板;固定構材,固定於前述背面的一部分,以將前述鏡固定在前述底板上;以及多個致動器,分別向前述背面施加力以使前述反射面的形狀變化,其中,前述多個致動器包括:多個第一致動器,分別向前述背面中的第一區域施加力,前述第一區域包圍由前述固定構材固定的前述鏡的固定部;以及多個第二致動器,分別向前述背面中的包圍前述第一區域的第二區域施加力,前述第一致動器的推力生成的效率比前述第二致動器的推力生成的效率高。
根據本發明,能夠在鏡的形狀變形時減小鏡
上產生的溫度分佈。
1‧‧‧鏡
1a‧‧‧表面
1b‧‧‧背面
1b1‧‧‧第一區域
1b2‧‧‧第二區域
2‧‧‧固定構材
3‧‧‧底板
3b‧‧‧面
4‧‧‧第一致動器
4a‧‧‧第一磁體
4b‧‧‧第一線圈
5‧‧‧第二致動器
5a‧‧‧第二磁體
5b‧‧‧第二線圈
6‧‧‧控制部
6a‧‧‧運算部
6b‧‧‧致動器驅動器
50‧‧‧曝光裝置
51‧‧‧控制部
52‧‧‧平面鏡
53‧‧‧凹面鏡
54‧‧‧凸面鏡
55‧‧‧遮罩
56‧‧‧基板
52a‧‧‧第一面
52b‧‧‧第二面
53a‧‧‧第一面
53b‧‧‧第二面
IL‧‧‧照明光學系統
MS‧‧‧遮罩台
PO‧‧‧投影光學系統
WS‧‧‧基板台
圖1係示出根據本發明的光學裝置的一例的圖。
圖2係示出根據本發明的光學裝置的工作原理的圖。
圖3係說明本發明要解決的問題的圖。
圖4係示出根據本發明的曝光裝置的一例的圖。
以下,參照附圖等說明本發明的實施形態。
[光學裝置]
圖1的(b)示出了根據本實施形態的光學裝置的一例,圖1的(a)示出了該光學裝置的鏡的背面。如圖1的(b)所示,能夠變形的鏡1的一部分(例如中心部)經由固定構材2固定於底板3。鏡1的表面1a係反射面。鏡1的與反射面的相反側的背面1b包括包圍由固定構材2固定的中心部(保持區域)的中央區域(第一區域)1b1和包圍中央區域1b1的周邊區域(第二區域)1b2。中央區域1b1可以係鏡1的背面1b整體之中發熱量占支配地位的面積占例如3%或更小的中央部分的區域。或者,基於發明要解決的問題一欄中所示的發熱量分佈的資料,中央區域1b1可以係面積占鏡1的背面1b整體的
8%或更小的中央部分的區域。
在鏡背面1b的中央區域1b1中,例如通過粘著設置有多個第一磁體4a,在周邊區域1b2中,例如通過粘著設置有多個第二磁體5a。與鏡背面1b對置的底板3的面3b包括與鏡背面1b的中央區域1b1和周邊區域1b2相對應的中央區域及周邊區域。在底板3的中央區域中,與多個第一磁體4a對置地配置有多個第一線圈4b,在底板3的周邊區域中,與多個第二磁體5a對置地配置有多個第二線圈5b。第一線圈4b和第二線圈5b分別固定於底板3的面3b。如圖1的(a)所示,多個第一磁體4a和多個第二磁體5a能夠在鏡背面1b上呈放射狀配置。在這種情況下,與多個第一磁體4a和多個第二磁體5a類似,多個第一線圈4b和多個第二線圈5b也在底板面3b上呈放射狀配置。然而,所述磁體和線圈不限於呈放射狀配置。也可以採用例如使單位面積上的致動器的數量相同等其他的配置方式。
在鏡背面1b和底板面3b的中央區域中配置的第一磁體4a和第一線圈4b構成了第一致動器4。通過使電流流過第一線圈4b,在第一磁體4a與第一線圈4b之間產生與電流成正比的力,從而能夠使鏡1的中央區域的形狀變化。在鏡背面1b和底板面3b的周邊區域中配置的第二磁體5a和第二線圈5b構成了第二致動器5。通過使電流流過第二線圈5b,在第二磁體5a與第二線圈5b之間產生與電流成正比的力,從而能夠使鏡1的周邊區域
的形狀變化。
在本實施形態中,使用作為非接觸力致動器之一的利用洛侖茲力的低成本的音圈馬達(VCM)作為第一致動器4、第二致動器5。然而,也可以使用VCM之外的其他力致動器作為第一致動器4、第二致動器5。
設VCM的推力常數(推力生成的效率)為Kr,線圈的電阻值為R,流過線圈的電流為I,則產生的力F由式(1)表示。另外,產生力F時所產生的發熱量P由式(2)表示。
F=Kf×I‧‧‧(1)
P=I2R=(F/Kf)2×R‧‧‧(2)
根據式(1),推力常數Kf越大,則產生相同的力F所需的電流值I越小。根據式(2),發熱量與電流的平方成正比,與線圈的電阻成正比。式(2)意味著要減少產生同樣的力時的VCM的發熱量,最有效的係減小電流值,其次係減小線圈的電阻。由此,通過使用推力常數大的致動器,能夠減小必要的驅動電流,從而能夠有效地減少發熱量。當然,減小線圈的電阻也能夠減少致動器的發熱量。
因此,在本實施形態中,作為使鏡1的中央區域變形的各第一致動器4,使用與使鏡1的周邊區域變形的各第二致動器5相比推力常數更大的致動器。在本實施形態中,多個第一致動器4具有彼此相同的推力常數,多個第二致動器5具有比第一致動器4的推力常數小並且彼此相同的推力常數。然而,多個第一致動器4和多個第
二致動器5也可以被構成為其配置位置與鏡1的中心部之間的距離越小則推力常數越大。在本實施形態中,提出了減少鏡1的中央區域中的發熱量的構成,但是也可以並用使底板3冷卻的溫控方式。或者,也可以並用將底板3的中央區域集中地冷卻的方式。
接下來,使用圖2來說明根據本實施形態的光學裝置的工作原理。如圖2所示,光學裝置包括控制多個第一致動器4和多個第二致動器5的控制部6。控制部6可以包括運算部6a和致動器驅動器6b。為了修正光學性能的誤差,將希望鏡1變形成的形狀作為目標形狀發送到控制部6的運算部6a。運算部6a計算出致動器驅動器6b應當輸出的驅動指令值,並發送到致動器驅動器6b。致動器驅動器6b將運算部6a計算出的驅動指令值分別發送到多個第一致動器4和第二致動器5。各致動器產生必要的力,使鏡1的表面形狀變形,從而修正光學性能的誤差。圖2示出的係一例,並不限於此。
[曝光裝置]
關於根據本實施形態的曝光裝置,參照圖4來說明。本實施形態的曝光裝置50可以包括照明光學系統IL、投影光學系統PO、能夠保持遮罩(原型)並移動的遮罩台(mask stage)MS以及能夠保持基板56並移動的基板台WS。另外,曝光裝置50可以包括控制使基板56曝光的處理的控制部51。
從照明光學系統IL所包含的光源(未示出)射出的光通過照明光學系統IL所包含的狹縫(slit)(未示出)能夠在遮罩55上形成例如在Y方向上較長的圓弧狀曝光區域。遮罩55和基板56分別由遮罩台MS和基板台WS保持,經由投影光學系統PO配置在光學上基本共軛的位置(投影光學系統PO的物面和像面的位置)上。投影光學系統PO具有規定的投影倍率(例如1/2倍),將形成於遮罩55的圖案投影到基板56上。此外,在與投影光學系統PO的物面平行的方向(例如X方向)上,以與投影光學系統PO的投影倍率相對應的速度比掃描遮罩台MS和基板台WS。由此,能夠將形成於遮罩55的圖案轉印到基板56上。
如圖4所示,投影光學系統PO例如可以被構成為包括平面鏡52、凹面鏡53以及凸面鏡54。從照明光學系統IL射出並透過遮罩55的曝光光被平面鏡52的第一面52a折射光路,並入射到凹面鏡53的第一面53a。在凹面鏡53的第一面53a上反射的曝光光在凸面鏡54處反射,並入射到凹面鏡53的第二面53b。在凹面鏡53的第二面53b上反射的曝光光被平面鏡52的第二面52b折射光路,並在基板上成像。在這種構造的投影光學系統PO中,凸面鏡54的表面成為光學瞳孔。在曝光裝置50的構成中,上述光學裝置例如可以用作使作為鏡1的凹面鏡53的反射面變形的裝置。通過將上述光學裝置用於曝光裝置50,能夠使凹面鏡53的反射面(第一面53a和第二
面53b)變形,從而能夠高精度地修正投影光學系統PO中的光學像差。在此,曝光裝置50中的控制部51可以被構為包括用於控制光學裝置中的致動器的控制部6。
[物品的製造方法]
根據本實施形態的物品的製造方法,適宜用於製造例如半導體裝置等的微型裝置或具有微細構造的元件等的物品。本實施形態的物品的製造方法包括使用上述曝光裝置在塗敷於基板的感光劑上形成潛像圖案的程序(基板曝光程序)和使在該程序中形成了潛像圖案的基板顯影的程序。此外,該製造方法還包括其他公知的程序(氧化、成膜、蒸鍍、摻雜、平坦化、蝕刻、去除抗蝕層剝離、切割、接合、封裝等)。與已有的方法相比,本實施形態的物品的製造方法在物品的性能、品質、生產率、生產成本之中的至少一方面有優勢。
[其他實施例]
本發明還可以通過將實現上述實施形態的一個或更多的功能的程式經由網路或記憶媒體提供給系統或裝置,由該系統或裝置的電腦中的一個或更多處理器讀出並執行程式的處理來實現。另外,也可以通過實現一個或更多功能的電路(例如ASIC)來實現。
雖然參照例示性實施例對本發明進行了描述,但是應當理解,本發明並不限於所公開的示例性實施
例。應當對所附申請專利範圍給予最寬的解釋,以使其涵蓋所有這些變形例以及等同的構成和功能。
Claims (9)
- 一種光學裝置,包括:鏡,具有反射面和與前述反射面的相反側的背面;底板;固定構材,固定於前述背面的一部分,以將前述鏡固定在前述底板上;以及多個致動器,分別向前述背面施加力以使前述反射面的形狀變化,其中,前述多個致動器包括:多個第一致動器,分別向前述背面中的第一區域施加力,前述第一區域包圍由前述固定構材固定的前述鏡的固定部;以及多個第二致動器,分別向前述背面中的包圍前述第一區域的第二區域施加力,使驅動電流為I、推力為F時,關於以F/I表示之推力生成的效率,前述第一致動器的推力生成的效率比前述第二致動器的推力生成的效率高。
- 如申請專利範圍第1項的光學裝置,其中,被施加力的前述背面的區域與前述固定部之間的距離越小,前述第一致動器的效率和前述第二致動器的效率越高。
- 如申請專利範圍第1項的光學裝置,其中,前述第一致動器和前述第二致動器係音圈馬達。
- 如申請專利範圍第3項的光學裝置,其中,前述音圈馬達包括配置於前述背面的磁體和配置於前述底板的線圈。
- 如申請專利範圍第1項的光學裝置,其中,前述第一區域係前述背面的8%或更小的區域。
- 如申請專利範圍第1項的光學裝置,其中,前述第一區域係前述背面的3%或更小的區域。
- 一種將遮罩的圖案投影在基板上的投影光學系統,前述投影光學系統包括如申請專利範圍第1至6項中任一項的光學裝置。
- 一種使基板曝光的曝光裝置,所述曝光裝置包括如申請專利範圍第7項的投影光學系統。
- 一種物品製造方法,所述物品製造方法包括:使用如申請專利範圍第8項的曝光裝置使基板曝光的程序;以及使在前述程序中曝光的前述基板顯影的程序;從前述被顯影的前述基板製造物品。
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