(57)【要約】【課題】  製造時と異なる使用時の圧力環境下で目標形状を有する光学素子を効率よく製造する。【解決手段】  本発明は、光学部材を第１気圧のもとで加工して、前記第１気圧とは異なる第２気圧のもとで使用される光学素子を製造する方法であって、前記光学部材の表面形状を前記第１気圧のもとで測定する測定工程と、前記第１気圧と前記第２気圧との気圧差により発生する前記光学部材の変形量を算出する算出工程と、前記測定工程で測定された表面形状と前記算出工程で算出された変形量とに基づいて、前記光学部材の表面形状が前記第２気圧のもとで目標形状となるように前記光学部材を前記第１気圧のもとで加工する加工工程と、を含む。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学部材を第１気圧のもとで加工して、前記第１気圧とは異なる第２気圧のもとで使用される光学素子を製造する方法であって、
前記光学部材の表面形状を前記第１気圧のもとで測定する測定工程と、
前記第１気圧と前記第２気圧との気圧差により発生する前記光学部材の変形量を算出する算出工程と、
前記測定工程で測定された表面形状と前記算出工程で算出された変形量とに基づいて、前記光学部材の表面形状が前記第２気圧のもとで目標形状となるように前記光学部材を前記第１気圧のもとで加工する加工工程と、を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記算出工程は、前記第２気圧とは異なり、かつ、互いに異なる複数の圧力のもとで測定された前記光学部材の表面形状の差分に基づいて前記変形量を算出することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記差分を多項式で表現し、前記多項式における所定の周波数以下の項に基づいて前記変形量を算出することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記光学部材の表面形状は非球面形状であり、
前記算出工程は、
前記測定工程で測定された表面形状を、球面項成分と非球面項成分とを含む非球面式で近似する工程と、
前記第１気圧と前記第２気圧との気圧差による前記球面項成分の変化量から前記変形量を算出する工程と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記変化量を多項式で表現し、前記多項式における所定の周波数以下の項に基づいて前記変形量を算出することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記第１気圧は真空圧であり、前記第２気圧は大気圧であることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか1項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から露光装置の光学系に用いられる光学素子を製造するために、光学部材の表面形状を測定し、測定結果に基づいて光学部材を加工する方法がとられている。特に露光装置では、製造された光学素子の表面形状が所望の表面形状と異なると、意図しない収差を発生させる。そのため、上述の測定や加工における誤差をできるだけ小さくすることが望まれていた。特許文献１には、光学素子の表面形状を測定する測定装置が開示されている。特許文献１に記載の測定装置は、光学素子の表面形状を干渉計で測定するものであって、参照面と被検面の各々の熱変形形状を算出し、この算出結果に基づいて、２次元画像処理装置により処理された被検面形状データを補正する。
【０００３】
従来の露光装置は、光源から射出される光として気体中を通過しても減衰が大きくないものを使用していた。しかし、近年の露光装置のさらなる高解像度の要求に応えるためには、光源から射出される光の波長を短くする必要がある。そこで、ＥＵＶ（Extreme Ultra Violet）光など短波長の光を射出する光源を使用した露光装置の開発がなされている。しかし、短波長の光は気体中を通過すると従来の光源から射出される光よりも大きく減衰する。そのため、短波長の光で露光する露光装置では、光が通過する場所は真空環境となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２２０４７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光学素子を製造するための光学部材の測定や加工は大気中で行われることが多い。したがって、真空環境のような減圧環境下で使用される露光装置の光学素子を大気圧下で製造する場合、光学素子を製造するための光学部材が測定され加工される圧力環境と露光時等の製造された光学素子が使用される圧力環境とは異なる。圧力環境が変化することによって、光学素子の表面に対する圧力による応力が変化し、その結果、光学素子は変形する。そのため、光学素子の圧力変化による変形を考慮しないで製造を行うと、露光時に所望の光学性能が得られず、所望の解像性能が得られない。露光装置の光学素子が使用されるときの圧力環境である例えば真空環境の下で光学部材の表面形状を測定し、加工するとする。そうすると、光学部材及びその周辺環境を真空引きするための時間や真空引きによる温度変化を安定させるための時間を要し、光学素子の製造に多大な時間がかかる。
【０００６】
本発明は、製造時と異なる使用時の圧力環境下で目標形状を有する光学素子を効率よく製造することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、光学部材を第１気圧のもとで加工して、前記第１気圧とは異なる第２気圧のもとで使用される光学素子を製造する方法であって、前記光学部材の表面形状を前記第１気圧のもとで測定する測定工程と、前記第１気圧と前記第２気圧との気圧差により発生する前記光学部材の変形量を算出する算出工程と、前記測定工程で測定された表面形状と前記算出工程で算出された変形量とに基づいて、前記光学部材の表面形状が前記第２気圧のもとで目標形状となるように前記光学部材を前記第１気圧のもとで加工する加工工程と、を含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製造時と異なる使用時の圧力環境下で目標形状を有する光学素子を効率よく製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】光学部材の形状を測定する測定装置を示す図
【図２】光学素子を製造するフローを示す図
【図３】減圧環境における測定装置を示す図
【図４】測定データを示す図
【図５】測定データを補正したグラフ
【図６】真空圧と大気圧との圧力差による変形量を算出したグラフ
【図７】光学素子を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、光学部材を加工して光学素子を製造する本発明に係る方法の実施形態を詳細に説明する。例えば露光装置に使用される光学素子は、露光時の圧力環境と異なる圧力環境で光学部材の表面形状の測定及び加工がなされる。例えば、製造時の圧力環境は第１気圧（大気圧）であり、露光時の圧力環境は第１気圧と異なる第２気圧（真空圧）である。測定時と露光時との気圧差により発生する光学部材の変形量を前もって算出し、算出した変形量を用いて、測定値から出た加工量を補正し、光学素子を製造することについて以下述べる。まず、光学部材の表面形状を測定する測定装置の一例を図１に示す。光源１０３から出た平行光は集光レンズ１０５で集光され、ハーフミラー１０８で反射させられる。反射された光は、コリメータレンズ１０６で再び平行光にされ、被測定物である光学部材１０１の被検面で反射された光と参照面１０２で反射された光とが干渉する。その干渉光は、再びコリメータレンズ１０６とハーフミラー１０８とを通過し、コリメータレンズ１０７で平行光とされた後、撮像素子１０４で測定される。このようにして、被検面と参照面１０２との光路長差が計測できる。また、撮像素子１０４により取得された測定データは演算部１１０で処理され、干渉光から被測定物である光学部材１０１の形状データを取得することができる。この時、光学部材１０１が収容されたチャンバー１０９内の温度及び圧力は、制御されるとともに計測される。
【００１１】
［光学部材の形状データ］
光学素子の理想形状からのズレＡは形状データＭと目標形状Ｒとの差（Ｍ−Ｒ）として表せて、目標形状からのズレＡ＝（Ｍ−Ｒ）を加工データとしていた。従来は、必要とされる光学素子の形状精度がゆるかったり、露光時の圧力環境が真空環境でなかったりと、光学素子の形状の圧力による変形を考慮しなくても問題が発生していなかった。しかし、光学素子の形状精度の観点から、露光時の圧力環境を考慮する必要がでてきた。そのため、本実施形態では製造時の形状と露光時の形状との差を考慮する。それによって、従来よりも光学素子を精度良く作成することができる。つまり、製造時と露光時との気圧差による変形量Ｂを考慮し、加工データとして（Ａ＋Ｂ）を使用する。以上のように、演算部１１０は、測定装置で測定した測定データに製造時と露光時の気圧差による変形量を足す作業を行い、加工データを作成する。そして、その加工データをもとに光学部材１０１の形状を加工する。
【００１２】
まず、光学部材の表面形状が大気圧（第１気圧）のもとで測定される（測定工程）。続いて、大気圧（第１気圧）と真空圧（第２気圧）との気圧差により発生する光学部材の変形量が算出される（算出工程）。測定工程で測定された表面形状と算出工程で算出された変形量とに基づいて加工データが取得される。取得された加工データに基づいて、光学部材の表面形状が真空圧（第２気圧）のもとで目標形状となるように光学部材が大気圧（第１気圧）のもとで加工される（加工工程）。
【００１３】
次に、気圧差により発生する光学部材の変形量を算出する方法について述べるにあたって、一般的な概念を述べた後に実用的な手法について説明する。
【００１４】
まず、一般的な概念として圧力による光学素子の伸縮について考える。ここで、光学素子は異方性でないとする。圧力は光学素子に対して等方的にかかるため、歪みは等方的に生じる。次に等方的に生じる歪みについて考える。考察しやすいように、三次元上にある軸をｘ、ｙ、ｚとし、ｚ方向の歪みについて考えてみる。圧力は等方的にかかるので、ｘ、ｙ、ｚ方向に同じ圧力ｐがかかっている。圧力がかかっている光学素子のヤング率をＥ、ポアソン比をνとすると、歪みαはα＝（ｐ／Ｅ）×（１−２ν）と表せる。光学素子の圧力差による変形を問題としているため、光学素子の表面、特に光学素子として必要とされている面だけに着目して、変形を論じる。また、光学素子の表面は、一般的に球面と非球面とに分けられるため、それぞれについて考える。
【００１５】
［球面形状の場合］
球面は、式１で表される曲線を原点の通るｙ軸に回転させてできる。ここで、ｒは、球面の半径である。
ｘ２＋（ｙ−ｒ）２＝ｒ２・・・（式１）
ここで、後の説明のため、圧力差が生じても変形が一つの方向に生じない面を中立面と呼ぶこととする。例えば、表面と裏面の中心の点の集合面は中立面として扱える（図７）。片面だけが必要な光学素子は中立面を平面に設計することは容易であるため、中立面が平面である球面で設計された光学素子について考える。式１のx方向、y方向の歪みをαとすると、圧力変形前のｘ、ｙと圧力変形後のｘ’、ｙ’との関係式x=(1+α)x'、y=(1+α)y'を代入することにより圧力差による光学素子の変形を表すことができる。前記関係式は、ｘ、ｙ軸が１／（１＋α）分だけ圧力変形によって歪んだことを表す。
【００１６】
x=(1+α)x'、y=(1+α)y'を代入すると、式１は式２となる。
ｘ’２＋｛ｙ’−（ｒ／（１＋α））２＝｛ｒ／（１＋α）｝２・・・（式２）
式２は、圧力変形後の球面が１／（１＋α）倍の半径を持つ円になること表している。つまり、球面形状の光学素子は圧力差による変形が起こっても球面を保てるように設計でき、その変形量を簡単な手計算で表現できることが分かる。また、球面の半径誤差は光学素子の間隔調整等である程度許容することができるため、気圧による変形の影響は小さい。
【００１７】
［非球面形状の場合］
次に、光学素子の表面が非球面形状であるときの場合について述べる。この場合も、モデルを簡単にするため、中立面が平面である場合を想定し、非球面は以下の式３に示す非球面式で近似されるとする。ここで、ｃは近軸曲率半径の逆数、ｘは中心からの距離、Ａ、Ｂは非球面係数、ｋはコーニック係数を表す。
ｙ（ｘ）＝ｃｘ２／｛１＋（１−（１＋ｋ）ｃ２ｘ２）１／２｝＋Ａｘ４＋Ｂｘ６＋・・・
・・・（式３）
ここで、式３の右辺のうち、ｃｘ２／｛１＋（１−（１＋ｋ）ｃ２ｘ２）１／２｝は球面項成分を表し、Ａｘ４、Ｂｘ６、・・・は、非球面項成分を表している。
【００１８】
圧力変形前のｘ、ｙと圧力変形後のｘ’、ｙ’との関係式x=(1+α)x'=βx'、y=(1+α)y'=βy'（ただし、β=1+α）を式３に代入すると、式３は式４となる。式４で表される曲面は、大気圧による歪みの影響を受けた曲面であると考えることができる。
ｙ’（ｘ’）＝ｃβｘ’２／｛１＋（１−（１＋ｋ）ｃ２β２ｘ’２）１／２｝＋Ａβ４ｘ’４＋Ｂβ６ｘ’６＋・・・
・・・（式４）
ここで、cβ＝c'、A'=Aβ4、B'=Bβ6・・・とすると、式４は以下の式５のように表され、非球面式を再構成することができる。
ｙ’（ｘ’）＝ｃ’ｘ’２／｛１＋（１−（１＋ｋ）ｃ’２ｘ’２）１／２｝＋Ａ’ｘ’４＋Ｂ’ｘ’６＋・・・
・・・（式５）
つまり、球面項成分は半径がβ倍だけ変化し、高次のｘのべき乗に対する係数として表現されるＡ、Ｂ・・・はβのべき乗分だけ変化することを意味している。これは、圧力による形状変形は非球面式の球面項成分と非球面項成分に分けて考えられることを意味する。また、非球面の場合には光学素子の間隔調整以外で考慮する必要があることを意味している。
【００１９】
以上の計算は対称性のよい光学素子が気圧によって生じる歪みをヤング率やポアソン比を用いて計算した結果であって、現実的に中立面が平面でない場合や、対称性が悪い場合も多数存在する。そのため、計算式による正確な計算は難しくなる。そのため、実用的な観点で考える際には、有限要素法などの手法を用いて気圧の影響を考慮した形状の変形計算を行うことが望ましい。
【００２０】
次に実用的手法として解析的手法と実験的手法の２種類を考える。
【００２１】
［解析的手法］
解析的手法は、ＣＡＥなどの有限要素法を用いた解析ソフトに光学素子の寸法と密度、ヤング率、ポアソン比等の機械的特性と光学素子の表面に圧力の境界条件をつけることで変形量を求めることができる。圧力による応力以外の応力によって変形することを避けるために光学素子が非常に柔らかいバネで支持されている場合には、保持の影響を考えなくても良い。光学素子の表面形状が、上述した球面式、非球面式等で表現される場合、光学素子の圧力による変形を解析的手法で精度よく効率的に求めることができる。目標形状に関して球面項成分による影響と非球面項成分による影響を見た際、球面項成分によるｙ’への影響が非球面項成分による影響に比べて１桁以上大きくなり、変形量への影響も球面項成分による影響が大きくなる場合が多い。球面項成分による影響が非球面項成分による影響より大きくしている理由としては、非球面項成分が多いと高精度に測れないという問題もある。したがって、光学素子の表面形状が非球面式で近似できる場合、非球面式の球面項成分の変化量だけを考慮して変形量を効率的に算出しても良い。光学素子の表面形状が複雑な場合、解析的手法では細かい要素が必要になり、細かく要素を作成できないと誤差は大きくなる。そのため、形状が複雑な場合は実験的手法で変形量を求めてもよい。
【００２２】
［実験的手法］
実験的手法は、真空圧（第２気圧）とは異なり、互いに異なる複数の圧力のもとで表面形状を測定し、測定された光学部材の表面形状の差分に基づいて製造時と露光時の気圧差による変形量を算出する手法である。図３は減圧環境における測定装置を示す。図１のチャンバー１０９内は大気環境であるが、図３のチャンバー１０９内の圧力環境は減圧環境である。図２で参照面１０２がレンズ等で構成されていると、圧力の変化により参照面１０２がゆがみ、大気圧と異なる光が射出される可能性がある。そこで、参照面１０２を構成するレンズはピンホールなどを用いた光学系であるとする。また、参照面１０２が球面で、光学部材１０１の被検面が非球面の場合、干渉される場所は非常に狭い部分になるため、被検面は駆動部２１１を用いて走査させ測定を行っても良い。以上のようにして、異なる圧力環境の測定データを求めることができる。なお、異なる圧力環境として、高真空な圧力環境での計測を行なってもよい。しかし、真空引きを行う際に、断熱変化した測定装置の温度環境を所定の温度にならすまでの時間がかかるため、高真空にせずに気体による熱の授受がある1000Pa以上の圧力環境で測定を行うのが望ましい。
【００２３】
次に、製造時と露光時の圧力差による変形量を算出する方法を以下に示す。まず、前もってＰ１気圧の測定データＳ１とＰ２気圧の測定データＳ２が取得されたとする。そして、製造時と露光時の圧力環境の圧力差をＰＳとする。すると、圧力差による変形量Ｂは、以下の式６で算出することができる。
Ｂ＝ＰＳ×（Ｓ１−Ｓ２）／（Ｐ１−Ｐ２）・・・（式６）
製造時の圧力環境が一定でない場合は、ＰＳが変数となり、製造時の圧力を高精度に測定し、変形量Ｂを算出する際にフィードバックする必要がある。
【００２４】
図４、図５、図６はデータ処理の例を示す。図４の符号（ａ）は円状の光学素子の２次元マップであり、光学素子の法線方向の設計値からのずれを表している。図４の符号（ｂ）は、符号（ａ）の２次元マップ中で矢印で示している中心部分の断面を表している図である。また、図５は図４の符号（ｂ）で示される断面に存在するずれの低周波成分だけを取り出した図である。
【００２５】
データ処理において、光学素子は形状に対応した形状誤差が生じるため、レンズやミラーなどの複雑でない光学素子において、形状誤差を多項式で表現し、所定の周波数以下の項に基づいて変形量を算出すればよい。そして、光学素子の変形に起因する要因として光学素子の厚みが大きいので、光学素子の一番薄いところの長さの１／２を目安として低周波を評価するのが望ましい。低周波成分だけを評価する理由として、測定を行うと細かいノイズ成分が存在するため、高周波成分を除くことで精度の向上をすることができる。その際に、Zernike多項式による展開を行ったり、２次元ＦＦＴを用いて低周波成分だけを評価しても良い。Zernike多項式とは「Principlesof Optics(p523)」に示されているものであり、半径と角度の関数からなる独立した多項式である。例えば、Z1＝１、Z2＝ρcosθ、Z3=ρsinθ、Z4＝2ρ2−１、・・・（Zｎ：各多項式、ρ：中心からの距離、θ：角度）等がZernike多項式と言われているものである。最小二乗法を用いてZernike多項式に対する係数を算出し、高次のZernike多項式を評価せず低次のZernike多項式だけで評価することを述べている。
【００２６】
図６は、データ処理を終えた１気圧（Ｐ１）の測定データＳ１と０．５気圧（Ｐ２）の測定データＳ２を表す。製造時の圧力（大気圧）と露光時の圧力（真空圧）との気圧差ＰＳが１気圧とする。図６では、Ｐ１−Ｐ２＝０．５であるから、Ｓ１−Ｓ２を２倍することによって気圧差による変形量Ｂを算出することができる。図６では、Ｐ１とＰ２はそれぞれ１気圧と０．５気圧であるが、Ｐ１とＰ２とが異なる気圧であれば変形量Ｂを算出できる。図６では、Ｐ１気圧とＰ２気圧の２つの圧力におけるデータを用いているが、３つ以上の圧力の下で測定データを取得して、多項式に近似して変形量Ｂを求めてもよい。
【００２７】
本実施形態の光学素子の製造方法は、ＥＵＶ露光装置などの真空環境で使用される装置に使用される光学素子を製造するときに適用されうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図４】
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