光学设备、具有光学设备的曝光装置及物品制造方法与流程

本发明涉及光学设备、具有光学设备的曝光装置及物品制造方法。

背景技术：

已知可以校正由光学系统的光学元件的制造误差、组装误差等导致的像差等的光学设备。光学设备包括如下的镜子：该反射镜的反射表面的形状可被改变并且被例如用在经由投影光学系统将光投影到物体的设备(诸如曝光装置或激光加工设备)中。通过将光学设备设置在投影光学系统的光路上并调整反射镜的形状可以校正像差等。反射镜的形状的调整由设置在反射镜的背面上的多个驱动单元来执行，但是由于从驱动单元发出的热而可能难以将反射镜的形状改变为期望的形状。因此，日本专利特开No.2007-316132公开了包括使驱动单元(电磁体单元)冷却的冷却单元的光学设备(反射设备)。

多个驱动单元由于反射镜的变形能力等而在发出的热量方面彼此不同。在日本专利特开No.2007-316132中公开的光学设备中，冷却单元的冷却能力被设定为与具有最大的发出的热量的驱动单元相对应，以便均匀地冷却所有的驱动单元。这导致冷却单元的尺寸增大和成本增加。

技术实现要素：

本发明的目的是提供例如在光学系统的性能改进方面有利的光学设备。

根据本发明的一个方面，提供了使用多个致动器单元使光学元件变形的光学设备，每个致动器单元包括附接到光学元件的磁性构件和被设置为以非接触方式面对磁性构件的线圈，光学设备包括：基准板(base plate)，其被配置为保持光学元件，并且所述线圈被设置在所述基板中；以及冷却单元，被配置为使线圈冷却，其中，冷却单元的冷却能力根据线圈被设置的位置而变化。

本发明的另外特征根据参考附图对示例性实施例的以下描述将变得清楚。

附图说明

图1是例示出应用了根据第一实施例的光学设备的曝光装置的配置的示意图。

图2A是例示出光学设备的基本配置的截面图。

图2B是例示出反射镜背面上的磁体的布置的示意图。

图2C是例示出与冷却板耦合的热传递构件和冷却剂的流动通道的示意图。

图3是例示出根据第一实施例的光学设备的冷却单元的配置的示意图。

图4是例示出根据第二实施例的光学设备的冷却单元的配置的示意图。

图5是例示出根据第三实施例的光学设备的冷却单元的配置的示意图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图等描述本发明的实施例。

(第一实施例)

图1是例示出应用了根据本发明的第一实施例的光学设备的曝光装置的配置的示意图。曝光装置50包括照明光学系统IL、投影光学系统PO、保持掩模55可移动的掩模台MS，保持基板56可移动的基板台WS以及控制器51。在将在下面描述的附图中，在上下方向(垂直方向)上定义Z轴，并且在与Z轴垂直的平面中限定彼此垂直的X轴和Y轴。照明光学系统IL包括光源和狭缝(这两者均未示出)。照明光学系统IL将从光源发出的光成形(shape)为例如在XY方向上长的圆弧形状，并用狭缝光照射掩模55。掩模台MS和基板台WS分别保持掩模55和基板56，并且被设置在经由投影光学系统PO而基本上彼此光学共轭的位置(投影光学系统PO中的物面和像面的位置)处。投影光学系统PO以预定的投影倍率将形成在掩模55上的图案投影到基板56上。控制器51以与投影光学系统PO的投影倍率相对应的速度比在与投影光学系统PO的物面平行的方向(例如，Y方向)上扫描掩模台MS和基板台WS。因此，在掩模55上形成的图案可以被转印到基板56上。

投影光学系统PO包括平面镜52、凹面镜53和凸面镜54。从照明光学系统IL发出并透射通过掩模55的曝光光由于平面镜52的第一表面52a而在光路中弯曲，并且然后入射到凹面镜53的第一表面53a上。第一表面53a是反射表面，并且入射的曝光光被第一表面53a反射并入射到凸面镜54上。入射光被凸面镜54反射并入射到第一表面53a上。由第一表面53a再次反射的曝光光由于平面镜52的第二表面52b而在光路中弯曲并被聚焦在基板上。在具有上述配置的投影光学系统PO中，凸面镜54的表面用作光瞳。在根据第一实施例的光学设备中，凹面镜53的第一表面53a变形并且投影光学系统PO中的光学像差被精确地校正。

图2A至图2C是例示出光学设备的基本配置的示意图。图2A是光学设备100的截面图。图2B是例示出反射镜的后表面上的磁体的布置的示意图。图2C是例示出与冷却板耦合的热传递构件和冷却剂的流动通道的示意图。如图2A中所示，光学设备100包括反射镜固定部102、致动器单元103、磁体固定部106、基准板121、传感器123、热传递构件124、冷却板125(冷却单元)和未示出的控制器。光学设备100从反射镜101的背面用插入在其间的反射镜固定部102来保持反射镜101。反射镜101是薄的反射镜，并且其反射面经受适合于要使用的光的波长的涂覆。作为反射镜的材料，使用低热膨胀光学玻璃，以抑制由热应变引起的形状误差的发生。反射镜可具有大约0.1m至2m的外径和数mm至数cm的厚度，并且在本实施例中使用具有1m的外径和1cm的厚度的反射镜。

基准板121保持反射镜固定部102、线圈固定部122和传感器123。作为其材料，使用低热膨胀材料，以抑制从致动器等发出的热的影响。反射镜固定部102将反射镜101固定为与反射镜101同轴，并且被设置在基准板121的中心。反射镜固定部102的形状是圆筒形，并且与基准板121类似地，低热膨胀材料被用作其材料。在本实施例中，基准板121和反射镜固定部102由相同的材料形成。

致动器单元103是音圈马达，该音圈马达包括作为可移动元件的磁体(磁性构件)104和作为被设置为以非接触方式面对磁体104的定子的线圈105。如图2B中所示，磁体104以放射形状布置在反射镜101的背面上。磁体104被布置在反射镜101上，其中磁体固定部106插入在其间。作为磁体104，例如使用具有高磁通密度的钕磁体。磁体固定部106和磁体104利用粘合剂而彼此固定，并且磁体固定部106和反射镜101利用粘合剂而彼此固定。磁体固定部106由与反射镜101相同的低热膨胀材料形成，以减少磁体104的热应变对反射镜101的影响。线圈105被固定到基准板121，其中线圈固定部122插入在其间，以便位于与对应的磁体104分开微小间隙的位置处。致动器单元103的布置和数量根据反射镜101的目标形状和所需精度来确定。

每个致动器单元103通过使电流在线圈105中流动而在连接磁体104和线圈105的轴向方向上产生洛伦兹力，并且具有可以以期望的形状来使反射镜101的反射面位移的驱动力和驱动程度。线圈105和磁体104之间的间隙需要被设定为例如大约0.1mm至1mm。在控制器(未示出)的控制下基于由传感器123获取的关于反射镜101的形状的信息，多个致动器单元103被驱动以使得反射镜101具有目标形状。此时，因为反射镜固定部102将反射镜101固定为不可变形，所以反射镜101不会由于由致动器单元103生成的力的差异而在X方向上平移移动和围绕垂直于X方向的轴旋转。例如，反射镜固定部102生成与由致动器单元103产生的力的差异生成的力矩相对应的力矩。结果，反射镜101的姿势可以被维持在所需的精度范围内，并且不需要控制反射镜101的姿势。

如图2A中所示，多个传感器123在面向反射镜的背面的位置处被设置在基准板121上，测量从反射镜的背面相对于基准板121的距离，并获取反射镜101的形状。如图2B中所示，传感器123被布置成放射形状，但是布置和数量根据反射镜101的目标形状和所需的精度来确定。

每个热传递构件124将相应的线圈105连接到作为热发散部的冷却板125，并将从线圈105生成的热传递到冷却板125。热传递构件124由具有良好热传导性的构件形成，并且使用例如铜、铝或热管。热传递构件124的形状例如是棒状，并且其长度和厚度根据从线圈105发出的热量和所需的热阻值确定。线圈105和热传递构件124利用粘合剂而彼此耦合。如图2C中所示，热传递构件124和冷却板125的耦合位置以放射形状布置在冷却板上。冷却板125在其中具有流动通道126并且供应有冷却剂，冷却剂的温度由未示出的温度控制器控制。由热传递构件124收集的线圈105的热由形成在冷却板125中的流动通道126收集。冷却板125可以由具有良好热传导性的材料(诸如铜或铝)形成。冷却剂的流速和流动通道126的形状根据收集线圈105的热所需的热阻值、冷却剂的压力损失等来确定。在本实施例中，流动通道126的多条线路被并行布置以减少压力损失。考虑组装特性，冷却板125可被配置为被分割。

因为每个致动器单元103通过使电流在相应的线圈105中流动而生成驱动力，所以线圈105在驱动时发出热。线圈105的热从线圈105经由空气层传递到磁体104，并且从磁体104传递到反射镜101。然后，反射镜101引起热应变，并且可能难以使反射镜101变形为期望的形状。当线圈105的热经由线圈固定部122传递到基准板121并且基准板121由于传递的热而变形时，反射镜101因此经由反射镜固定部102而变形。当基准板121热变形时，传感器123的位置偏移，并且不可能精确地测量反射镜101的形状。在本实施例中，如上所述，线圈105的热经由热传递构件124由冷却板125收集以抑制基准板121和反射镜101的热应变。

每个致动器单元103所需的驱动力(即，从每个线圈105发出的热量)根据反射镜101的目标形状而变化。为了抑制反射镜101等的热应变，有必要根据具有最大的发出的热量的线圈105增加热传递构件124的厚度，增加冷却板125的厚度，或者增加冷却剂的流速。这导致设备的尺寸增大和成本增加。每个致动器单元103的驱动力基于反射镜101、反射镜固定部102和基准板121的配置或反射镜101的目标形状来确定。从每个线圈105发出的热量可以基于驱动力来估计。光学设备100的配置由所估计的从线圈105发出的热量来确定。

图3是例示出根据第一实施例的光学设备的冷却单元的配置的示意图。与上面参考图2A描述的元件相同的元件将由相同的标号来引用，并且其描述将不被重复。光学设备300与图2A中所示的配置的不同之处在于反射镜固定部102附近的冷却单元的配置。就是说，在反射镜固定部102(反射镜101的中心)附近设置的致动器单元103a中包括的冷却单元和在与反射镜101的中心分离的位置处设置的致动器单元103b中包括的冷却单元具有不同的配置。致动器单元103a包括线圈105a和磁体104a，并且致动器单元103b包括线圈105b和磁体104b。线圈105a和线圈105b被分别连接到热传递构件。线圈105a被连接到热传递构件124a，并且线圈105b被连接到具有比热传递构件124a小的直径的热传递构件124b。热传递构件124b被连接到冷却板125。珀耳帖(Peltier)元件301被固定到热传递构件124a的端部，并且散热器303被设置在珀耳帖元件301的热发散表面上。珀耳帖元件301的温度由控制器(未示出)基于设置在热传递构件124a和线圈105a的连接部分附近的温度传感器(测量单元)302的测量结果来控制。具体而言，被使得在珀耳帖元件中流动的电流值由控制器(未示出)来控制以使得温度传感器302的值是基准温度(例如，作为环境温度的23℃)。如上所述，致动器单元103b的冷却单元包括热传递构件124b和用作热发散部的冷却板125，该热发散部使经由热传递构件124b从线圈105b传递的热均匀地发散。另一方面，致动器单元103a的冷却单元包括热传递构件124a和作为热发散部的珀耳帖元件301，该热发散部可以调整经由热传递构件124a从线圈105a传递的热的发散的热量。散热器303可以是水冷却型或空气冷却型。可替代地，代替散热器，珀耳帖元件301的热发散表面可被连接到冷却板125以用于热发散。

在该实施例中，反射镜101通过将反射镜固定部102连接到反射镜101的中心来固定。在这种情况下，靠近反射镜固定部102(保持反射镜的部分)的致动器单元103a需要比在与反射镜固定部102分离的位置处的致动器单元103b的驱动力大的驱动力。例如，当偏转度为恒定时，一维悬臂梁的载荷(驱动力)与距支撑点的距离的立方成反比地减小。反射镜101的厚度在支撑反射镜的反射镜固定部102附近最大，并且随着它远离反射镜固定部102而减小。因此，反射镜固定部102附近的致动器单元103a需要大的驱动力以使反射镜101变形为目标形状，并且从线圈105a发出的热量比线圈105b发出的热量大。可以例如基于包括反射镜的厚度和反射镜固定部102与设置线圈的位置之间的距离的参数来估计具有增加的发出的热量的线圈。

在本实施例中，通过将热传递构件124a的直径设置为比热传递构件124b的直径大并且附加地将珀耳帖元件301设置在热传递构件124a的端部处，线圈105a的冷却能力比反射镜101的外周中的线圈105b的冷却能力强。在比线圈105a与反射镜固定部102更分离的位置处，具有相对小的发出的热量的线圈105b由具有比热传递构件124a的直径小的直径的热传递构件124b和冷却板125来冷却。

从线圈发出的热量根据反射镜101的目标形状而变化，但是在反射镜固定部102附近具有大的发出的热量的线圈105a也具有发出的热量的大的变化宽度。在本实施例中，因为通过反馈控制来控制珀耳帖元件301的电流值，所以可以根据从线圈105a发出的热量来控制(调整)冷却能力(发散的热量)。珀耳帖元件301由控制器(未示出)基于靠近线圈105a的热传递构件124a的温度来控制，并因此可以有效地冷却线圈105a。如果使用提供有恒定温度(23°)的冷却剂的散热器来代替珀耳帖元件301，则线圈105a的冷却效率由于散热器和线圈105a之间的(热传递构件124a等的)热阻的影响而降低。在本实施例中，为了减小珀耳帖元件301的冷却负荷，将热传递构件124a被设定为比反射镜101的外周中的热传递构件124b的厚度大的厚度以减小线圈105a与珀耳帖元件301之间的热阻值。

在本实施例中，使用珀耳帖元件301，但是可使用利用温度反馈模式的散热器来代替珀耳帖元件301。在这种情况下，在散热器中流动的冷却剂的温度基于温度传感器302而被反馈控制。在该实施例中，光学元件101是反射镜，但是可以是透射光学元件。在这种情况下，致动器单元103、冷却板125和珀耳帖元件301被设置在非有效区域中，该非有效区域不透射光学元件的光。致动器单元103a可以被直接冷却，并且热传递构件124a不是必需的。

如上所述，根据本实施例的光学设备300具有基于从每个线圈发出的热量的冷却单元的适当配置，并且从设备尺寸和成本方面来看是有利的。根据本实施例，可以提供从光学系统的性能改进方面来看是有利的光学设备。

(第二实施例)

图4是例示出根据第二实施例的光学设备的冷却单元的配置的示意图。与第一实施例中描述的相同的元件将由相同的标号来引用，并且其描述将不被重复。根据本实施例的光学设备400与根据第一实施例的光学设备的不同之处在于，设置在反射镜固定部102附近的热传递构件124a穿过冷却板125。

根据本实施例，除了珀耳帖元件301和散热器303之外，线圈105a的热量经由热传递构件124a还传递到冷却板125，并被收集。因此，在本实施例中，由于珀耳帖元件301的冷却负荷可以比第一实施例中减小更多，因此可以选择小尺寸的珀尔帖元件301。还可以通过减小珀尔帖元件301的控制电流来实现节能。可以实现与第一实施例中相同的优点。

(第三实施例)

图5是例示出根据第三实施例的光学设备的冷却单元的配置的示意图。与上述实施例中描述的相同的元件将由相同的标号来引用，并且其描述将不被重复。根据本实施例的光学设备500与根据上述实施例的光学设备的不同之处在于基准板501的配置并且不包括冷却板。根据本实施例的基准板501包括流动通道502，冷却剂在该流动通道502中流动。流动通道502被布置在热传递构件124a和124b附近。流动通道的直径和长度根据从线圈发出的热量或所需的热阻值来确定。在本实施例中，流动通道502包括并行布置多条线路的配置。通过使用并行配置来减小每个流动通道的长度，可以减小压力损失并且可以减少由于冷却剂的温度升高而引起的冷却能力的劣化。本实施例中的热传递构件124a和热传递构件124b的直径被设置为使得热传递构件和基准板501之间的间隙503在从大约10μm到1mm的范围内。

在线圈105a和线圈105b中生成的热分别被传递到热传递构件124a和124b，经由间隙503的空气层被传递到基准板501，并且在流动通道502中被收集。在这种情况下，通过将具有高热传导性的热传导构件插入到间隙503中，可以改进冷却效果。与具有大的发出的热量的线圈105a连接的热传递构件124a在其端部具有珀尔帖元件301，珀尔帖元件补充了流动通道502的冷却能力，并且与线圈105b相比改进了冷却能力。

本实施例不采用单独的冷却板125，并因此与上述实施例相比在设备尺寸和设备配置方面更有利。特别地，由于流动通道502被形成在基准板501中，所以基准板501的温度基本上与冷却剂的温度相同。即使当放置光学设备500的环境温度变化时，也抑制了基准板501的温度变化。在根据本实施例的光学设备中，也可以实现与第一实施例和第二实施例中相同的优点。上述实施例中的基准板可以用根据本实施例的基准板501来替换。

在上述实施例中已经描述了对曝光装置的应用，但是可以应用根据上述实施例的光学设备的装置的示例是通过利用EUV光的照射在基板上形成光致抗蚀剂的潜像图案的光刻装置。此外，光学设备可被应用于激光加工装备、眼底照相装备、望远镜等。

(物品制造方法)

根据本发明的实施例的物品制造方法可以适合用于制造诸如微器件(诸如半导体器件或具有微结构的元件)之类的物品。物品制造方法可包括使用前述曝光装置在施加到基板上的光致抗蚀剂上形成潜像图案的步骤(例如，基板曝光步骤)以及使在之前的步骤中在其上已经形成潜像图案的对象显影的步骤。此外，物品制造方法可包括其它已知的步骤(氧化、成膜、气相沉积、掺杂、平坦化、蚀刻、抗蚀剂去除、切割、粘合、封装等)。与根据现有技术的物品制造方法相比，根据本实施例的设备制造方法在物品的性能、质量、生产率和生产成本中的至少一个方面更有利。

虽然已经参考示例性实施例描述了本发明，但是将理解，本发明不限于所公开的示例性实施例。以下权利要求的范围应被赋予最宽范的解释以包含所有这种修改以及等同的结构和功能。

本申请要求于2015年12月10日提交的日本专利申请No.2015-240736的权益，其特此通过引用以其整体并入本文。