(57)【要約】【課題】光学系の性能改善の点で有利な光学装置を提供する。【解決手段】光学素子Ｍの反射面の反対側の面に取り付けられた磁石と、磁石に対向して配置されたコイル１０２ｂとを含み、コイル１０２ｂに通電して磁石を移動させることにより反射面を磁石の移動方向に変形させる光学装置であって、磁石は、所定の空間３０３を挟んで前記移動方向に沿って並ぶ第１の磁石片３０１と第２の磁石片３０２とを含み、所定の空間３０３の熱伝導率は、磁石の熱伝導率よりも低い。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の反射面の反対側の面に取り付けられた磁石と、前記磁石に対向して配置されたコイルとを含み、前記コイルに通電して前記磁石を移動させることにより前記反射面を前記磁石の移動方向に変形させる光学装置であって、
前記磁石は、所定の空間を挟んで前記移動方向に沿って並ぶ第１の磁石片と第２の磁石片とを含み、
前記所定の空間の熱伝導率は、前記磁石の熱伝導率よりも低いことを特徴とする光学装置。
【請求項２】
前記所定の空間は、空気層又は樹脂層の少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
【請求項３】
前記所定の空間には、前記空気層及び前記樹脂層の少なくとも一方に加えて、前記第１の磁石片と前記第２の磁石片とを接続する接続部が設けられることを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
【請求項４】
前記接続部の、前記第１の磁石片と前記第２の磁石片と接続されている部分の面積は、前記第１の磁石片と前記第２の磁石片との対向面積よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の光学装置。
【請求項５】
前記接続部の熱伝導率は、前記磁石の熱伝導率以下であることを特徴とする請求項３または４に記載の光学装置。
【請求項６】
前記接続部は、前記移動方向からみたときの前記磁石の中心に関して回転対称に設けられることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項７】
前記接続部は、重力方向に沿って設けられ、前記所定の空間の前記重力方向の上部および下部に開口が形成されることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の光学装置。
【請求項８】
投影光学系を介してマスクのパターンを基板に投影する露光装置であって、
前記投影光学系は、複数の反射ミラーを含み、
前記複数の反射ミラーのうち少なくとも１つの反射ミラーの反射面の形状を変形させる請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の光学装置を含む、ことを特徴とする露光装置。
【請求項９】
請求項８に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
前記露光された前記基板を現像する工程と、を含む
ことを特徴とする物品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学装置、それを備えた露光装置、および物品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学系に含まれるミラーの反射面の形状を変形させて、当該光学系の収差を補正する光学装置がある。この光学装置は、例えば、半導体デバイスなどの製造に用いられる露光装置に含まれる投影光学系の収差を補正することができる。ミラーの反射面の形状は、可動子と固定子とを備える非接触型のアクチュエータを用いて、反射面の裏面から力を加えることで調整される。
【０００３】
例えば、反射面の裏面に可動子として磁石を配置し、固定子であるコイルを当該磁石と離間させて配置する。コイルに電流を流すと磁石がコイルに近づくように移動してミラーに力が加えられ、ミラーが変形する。コイルは電流が流れることで発熱し、コイルから出た熱は、コイルから磁石、磁石からミラーに伝わる。ミラーに伝わる熱の影響で反射面の形状を所望の形状に変形させることが困難になりうる。特許文献１に記載の固定子は、発熱したコイルを冷却する手段を備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３３６１０４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、コイルを完全に冷却することは困難であり、上記特許文献１の技術によってもコイルから発生した熱は磁石を介してミラーに伝熱する恐れがある。そのため、さらにミラーへの伝熱を抑えて光学系の性能を改善させること望まれている。
【０００６】
本発明は、例えば、光学系の性能改善の点で有利な光学装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の観点からの光学装置は、光学素子の反射面の反対側の面に取り付けられた磁石と、磁石に対向して配置されたコイルとを含み、コイルに通電して磁石を移動させることにより反射面を磁石の移動方向に変形させる光学装置であって、磁石は、所定の空間を挟んで移動方向に沿って並ぶ第１の磁石片と第２の磁石片とを含み、所定の空間の熱伝導率は、磁石の熱伝導率よりも低いことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光学系の性能改善の点で有利な光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態に係る光学装置の構成を示す断面図である。
【図２】本実施形態の光学装置を含む光学系を有する露光装置の概略図である。
【図３】本実施形態のアクチュエータの詳細を示す図である。
【図４】従来のアクチュエータの構成を示す図である。
【図５】本実施形態のアクチュエータからミラーへの熱伝導の様子と従来のアクチュエータからミラーへの熱伝導の様子とを比較する図である。
【図６】溝を有する磁石の模式図である。
【図７】溝部の形状の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態について図面等を参照して説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る光学装置の構成を示す断面図である。光学装置１００は、光学素子であるミラー（＝反射ミラー）Ｍの反射面の形状を変形させる。ミラーＭの反射面に直交し、当該反射面からミラーＭの裏面に向かう方向をｙ軸、ｙ軸に直交する方向をｘ軸およびｚ軸とする。光学装置１００は、ミラー固定部１０１と、アクチュエータ１０２と、基準ベース１０３と、ホルダ１０４と、位置センサ１０５と、伝熱部１０６と、を有する。ミラーＭは、薄鏡であり、熱歪を抑えるために、例えば、低熱膨張光学ガラスを用いる。ミラーＭの反射面には、ミラーＭを含む光学系に入射する光の波長に適したコーティングが施されている。本実施形態では、例えば、外形１ｍ、厚さ１ｃｍ程度の大きさのミラーを用いる。
【００１２】
ミラー固定部１０１は、ミラーＭとミラー固定部１０１の中心線が一致するように、ミラーＭの反射面の裏面からミラーＭを保持して基準ベース１０３に固定する。本実施形態のミラー固定部１０１は、円筒形状をしており、その材質は、熱歪の影響を低減するために低熱膨張性を有するものが望ましい。基準ベース１０３の材質も、熱歪の影響を低減するために低熱膨張性を有するものが望ましい。本実施形態では、ミラー固定部１０１および基準ベース１０３は、同じ低熱膨張材を用いる。
【００１３】
本実施形態のアクチュエータ１０２は、磁石１０２ａとコイル１０２ｂとで構成されるボイスコイルモータである。アクチュエータ１０２は、コイル１０２ｂに電流を流す（通電）ことによって、磁石１０２ａとコイル１０２ｂとを結ぶ方向にローレンツ力を発生させる。このローレンツ力により、磁石１０２ａを移動させてミラーＭの反射面を移動方向に変形させて所望の形状にすることができる。本実施形態では、磁石１０２ａの移動方向をｙ方向としている。磁石１０２ａは、例えば磁束密度の高いネオジムを用いうる。磁石１０２ａとコイル１０２ｂとの間隔が大きくなるとコイル１０２ｂが磁石１０２ａを引き寄せる力は減少するため、当該間隔は、例えば０．１ｍｍから数ミリ程度とすることが望ましい。
【００１４】
磁石１０２ａは、ミラーＭの裏面（反射面の反対側の面）においてパック１０７を介して放射状に設置され、コイル１０２ｂは、磁石１０２ａに対向し上記間隔を有する位置においてホルダ１０４を介して基準ベース１０３に保持される。パック１０７と磁石１０２ａ、および、パック１０７とミラーＭは、それぞれ接着剤で固定されている。パック１０７は、ミラーＭと磁石１０２ａとの間に配置されることで、磁石１０２ａの熱歪の影響がミラーＭに及ぶのを低減する。パック１０７の材質は、ミラーＭと同じ材質の低熱膨張材である。アクチュエータ１０２の配置や個数はミラーＭの目標形状および必要精度に基づいて決定する。例えば、アクチュエータ１０２は、例えば、ｘｚ平面において２次元に配置されていてもよい。
【００１５】
基準ベース１０３は、ミラー固定部１０１、ホルダ１０４、および位置センサ１０５を保持する。本実施形態の基準ベース１０３は、内部に流路Ｐを備える。流路Ｐには、不図示の温調器から温度制御された冷媒が供給される。流路Ｐは、コイル１０２ｂに取り付けられた伝熱部１０６を挟むように、かつ、伝熱部１０６の近傍に配置される。流路Ｐの直径および長さはアクチュエータ１０２（特に、コイル１０２ｂ）の発熱量や必要な熱抵抗値に応じて決定される。伝熱部１０６と流路Ｐを内部に有する基準ベース１０３との間は、数μｍから数ｍｍ程度の隙間が設けられる。アクチュエータ１０２から発生した熱は、伝熱部１０６に伝わり、伝熱部１０６に伝わった熱は、隙間を介して流路Ｐを内部に有する基準ベース１０３にて回収される。これにより、アクチュエータ１０２から発生した熱がミラーＭに伝わることを防ぎ、また、基準ベース１０３の温度を一定に保っている。
【００１６】
位置センサ１０５は、基準ベース１０３上のミラーＭの裏面と対向する位置に複数個配置されている。位置センサ１０５は、基準ベース１０３とミラーＭの裏面との距離を計測する。後述の制御部２０５が、複数の位置センサ１０５の計測結果を用いて、ミラーＭの形状情報を取得する。位置センサ１０５は、例えば、放射状に配置されるが、配置や個数は目的とするミラーＭの目標形状および精度に基づいて決定される。
【００１７】
伝熱部１０６は、コイル１０２ｂの熱が伝わる伝熱体である。伝熱部１０６は、熱伝導性の良い部材から成り、例えば、銅、アルミあるいはヒートパイプなどが用いられる。伝熱部１０６の長さおよび太さは、コイル１０２ｂの発熱量と必要な熱抵抗値から決まる。コイル１０２ｂと伝熱部１０６とは、例えば、接着剤を介して結合される。
【００１８】
図２は、本実施形態の光学装置を含む光学系を有する露光装置の概略図である。露光装置２００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式で原版Ｍ（マスク）のパターンを被処理基板であるガラスプレート（基板）Ｗに露光する装置である。露光装置２００は、照明光学系２０１と、投影光学系２０２と、原版Ｍを保持して移動可能なマスクステージ２０３と、基板Ｗを保持して移動可能な基板ステージ２０４と、基板Ｗの露光処理を制御する制御部２０５とを有する。なお、図２の座標系は図１の座標系と対応している。
【００１９】
照明光学系２０１は、光源およびスリット（いずれも不図示）を含む。原版Ｍおよび基板Ｗは、マスクステージ２０３および基板ステージ２０４によってそれぞれ保持されており、投影光学系２０２を介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系２０２の物体面および像面の位置）に配置される。投影光学系２０２は、所定の投影倍率を有し、原版Ｍに形成されたパターンを基板Ｗに投影する。そして、マスクステージ２０３および基板ステージ２０４を、投影光学系２０２の物体面と平行な方向（例えばＸＹ方向）に、投影光学系２０２の投影倍率に応じた速度比で走査させる。これにより、原版Ｍに形成されたパターンを基板Ｗに転写することができる。
【００２０】
投影光学系２０２は、台形鏡２０６と、凹面鏡２０７と、凸面鏡２０８とを有する。照明光学系２０１から出射し原版Ｍを透過した露光光は、台形鏡２０６の第１面２０６ａにより光路を折り曲げられ、凹面鏡２０７の第１面２０７ａに入射する。凹面鏡２０７の反射面２０７ａにおいて反射した露光光は、凸面鏡２０８において反射し、凹面鏡２０７の反射面２０７ａに入射する。凹面鏡２０７の反射面２０７ａにおいて反射した露光光は、台形鏡２０７の第２面２０７ｂにより光路を折り曲げられ、基板Ｗ上に結像する。このように構成された投影光学系２０２では、凸面鏡２０８の表面が光学的な瞳となる。
【００２１】
図１に示した本実施形態の光学装置１００においてミラーＭを凹面鏡２０７とした場合に、光学装置１００は、図２に示した投影光学系２０２の凹面鏡２０７の第１面（反射面）２０７ａを変形させる装置として用いられる。光学装置１００は、凹面鏡２０７の反射面２０７ａを変形させて、投影光学系２０２の光学収差を補正する。
【００２２】
図３は、アクチュエータ１０２の詳細を示す図である。すでに説明した構成については同じ符号を付けて説明を省略する。磁石１０２ａは、コイル１０２ｂ側の第１磁石３０１とミラーＭ側の第２磁石３０２との複数の磁石片で構成される。第１磁石３０１と第２磁石３０２とは、断熱層（所定の空間）３０３を挟んで接続され、第２磁石３０２は、接着層３０４を介してミラーＭに取り付けられる。磁石１０２ａとコイル１０２ｂとは、一点鎖線の方向（磁石の移動方向）に沿って隙間を空けて配置される。断熱層３０３は熱伝導率の低い材料であることが望ましく、断熱層３０３は、ｙ方向の長さ（厚み）が小さい扁平な形状をしている。接着層３０４としては、断熱作用を有するエポキシ樹脂などを用いうる。
【００２３】
本実施形態のアクチュエータ１０２の構成要素の寸法は例えば、次の通りである。コイル１０２ｂは、外径φ２０ｍｍ、厚み１０ｍｍ、第１磁石３０１および第２磁石３０２は、共に外径φ２０ｍｍ・厚み５ｍｍ、断熱層３０３は、外径φ２０ｍｍ・厚み０．１ｍｍ、接着層３０４は、外径φ２０ｍｍ・厚み１ｍｍである。各磁石の材料は同一のものに限らない。また、第１磁石３０１の厚みと第２磁石３０２の厚みとの大小関係は、上記のように等しい場合に限らない。
【００２４】
コイル１０２ｂからの熱伝導を抑える点で、断熱層３０３は、空気層であることが望ましい。断熱層３０３が空気層である場合は、第１磁石３０１と第２磁石３０２とを接続する構造が必要である。例えば、第１磁石３０１および第２磁石３０２の対向面積よりも小さな断面積を有し、第１磁石３０１および第２磁石３０２と接続された接続部（スペーサ）を配置する。接続部をもって、空気層である断熱層３０３を設けうる。また、スペーサ自体を磁石の熱伝導率以下の材料とすることで更に断熱効果を向上することもできる。材料の観点では、断熱層３０３に真空断熱材を用いることで更なる断熱効果を向上することができる。ただし、真空断熱材の真空を保持する枠体は磁石の磁束に影響を与えない非磁性である必要がある。断熱層３０３に用いうる断熱材として、磁石接着に用いられるエポキシ樹脂などがある。断熱層３０３をエポキシ樹脂からなる樹脂層を用いる場合は、第１磁石３０１と第２磁石３０２とはエポキシ樹脂により接着されるため、磁石間にスペーサを設ける必要はない。
【００２５】
本実施形態の磁石１０２ａの材料であるネオジムは、焼結ネオジムであり、８．９６（Ｗ／ｍ・Ｋ）の熱伝導率を有する。一方、断熱層３０３に用いうる空気の熱伝導率は、０．０２（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、エポキシ樹脂（３Ｍ社、ＤＰ−４６０）の熱伝導率は、０．１８（Ｗ／ｍ・Ｋ）である。いずれもネオジムよりも十分に低い熱伝導率であるため高い断熱作用がある。また、微細な多孔質材により高い断熱特性を示すシリカエアロゲル素材（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社、ＮＡＳＢＩＳ）も、熱伝導率が、０．０２（Ｗ／ｍ・Ｋ）であり、厚みも０．１ｍｍと薄い。これも、磁束密度、すなわち、コイル１０２ｂが磁石１０２ａを引き付ける力の低下を抑えながら高い断熱作用を奏する。
【００２６】
図４は、従来のアクチュエータ４００の構成を示す図である。従来のアクチュエータ４００が有する磁石４０１は、図３の本実施形態のアクチュエータ１０２と異なり、２つの要素に分かれていない。その他の構成は図３の本実施形態のアクチュエータ１０２と同様である。磁石４０１は外径φ２０ｍｍ・長さ１０ｍｍとする。
【００２７】
図５は、図３に示す本実施形態のアクチュエータ１０２からミラーＭへの熱伝導の様子と図４に示す従来のアクチュエータ４００からミラーＭへの熱伝導の様子とを比較する図である。図５の下部に示すグラフは、発熱源であるコイル１０２ｂからの位置（ｍｍ）を横軸、縦軸を温度Ｔ（℃）としたグラフである。グラフの横軸と、第１磁石３０１、第２磁石３０２、断熱層３０３または接着層３０４との対応関係を示すため、本実施形態のアクチュエータ１０２および従来のアクチュエータ４００の構成を示す図を図５の上部に示している。グラフにおける実線は、本実施形態のアクチュエータ４００からの熱伝導の様子を示し、点線は、従来のアクチュエータ１０２からの熱伝導の様子を示している。なお、コイル１０２ｂの発熱量は本実施形態と従来例とで等しいものとする。
【００２８】
図５の下部に示すグラフによれば、コイル１０２ｂから断熱層３０３に達するまでの間は、本実施形態と従来との間で熱伝導の仕方に差異はない。しかしながら、断熱層３０３に達してからミラーＭに向かうまでの間では、第２磁石３０２、断熱層３０３および接着層３０４における温度は、従来のアクチュエータ４００の磁石４０１および接着層３０４における温度よりも低い。すなわち、本実施形態のアクチュエータ１０２は、磁石からミラーへの伝熱を抑制する効果が従来のアクチュエータ４００よりも高い。
【００２９】
以上より、本実施形態のアクチュエータは、断熱層３０３を有することで磁石からミラーへの伝熱を抑制することができる。従来は、ミラーの変形量を大きくすべく磁石１０２ａとコイル１０２ｂとの距離を短くさせようとした場合に、コイル１０２ｂから発生した熱が磁石１０２ａを経由してミラーへ伝わりやすくなる課題があった。しかしながら、本実施形態のアクチュエータであれば、磁石１０２ａからミラーへの伝熱を従来よりも抑制しながら、所望の距離まで磁石１０２ａとコイル１０２ｂとを近づけることができる。したがって、本実施形態のアクチュエータを有する光学装置は、光学系に含まれるミラーの反射面を従来よりも精度よく変形させうる。つまり、本実施形態によれば、光学系の性能改善の点で有利な光学装置を提供することができる。
【００３０】
（第２実施形態）
上記実施形態のアクチュエータでは、第１磁石３０１と第２磁石３０２との間に接続部であるスペーサを配置することで空気層である断熱層３０３を設けていたが、磁石を分割せずに１つの磁石に溝を形成して溝を断熱層とすることも可能である。図６は、本実施形態に係るアクチュエータに含まれる、溝が形成された磁石の模式図である。本実施形態の磁石６００は、溝部６０１を有する。溝部６０１を形成することによる磁束密度への影響を抑えるため、溝部６０１は、第１実施形態の断熱層３０３と同様にｙ方向に薄い扁平な形状をしている。これにより、溝部６０１は、磁束密度、すなわち、コイル１０２ｂが磁石１０２ａを引き寄せる力への影響を抑えながら高い断熱作用を奏する。
【００３１】
磁石６００は、溝部６０１をｙ方向で挟む磁石部分を接続する磁石接続部６０２を有する。本実施形態の溝部６０１の体積および形状は、磁石接続部６０２による磁力も考慮して決定される。これは、当該磁力により、溝部６０１近傍の磁石接続部６０２に応力が集中して磁石６００が溝部６０１で分離して破損しうるためである。
【００３２】
図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、溝部６０１の形状の変形例を示す図である。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）は、磁石６００のｘｚ平面断面図である。−ｚ方向を重力方向としている。図７（Ａ）〜図７（Ｄ）における斜線部は、溝部６０１近傍の磁石部分６０２を示している。図７（Ａ）は、ｘ方向およびｚ方向に沿って溝部６０１を形成したときの断面図である。図７（Ａ）のように溝部６０１を磁石の中心に関して回転対称に形成することで、磁石部分６０２をｘｚ平面内に均一に配置することができ、応力集中を回避することができる。
【００３３】
図７（Ｂ）も、磁石部分６０２を磁石の移動方向からみたときの磁石の中心に関して回転対称に配置するように溝部６０１を形成したときの断面図である。図７（Ａ）と同様に応力集中を回避できる。図７（Ｃ）は、ｚ方向に沿う方向に溝部６０１を形成したときの断面図である。溝部６０１は磁石６００の側面につながって形成されても良く、当該側面に接続されている開口部分の位置を空気の自然対流の気流を考慮して配置してもよい。例えば、図７（Ｃ）における矢印は、溝部６０１内の空気の自然対流による気流の方向である。ｚ方向（重力方向）の上部および下部に開口を形成することで、自然対流により、溝部６０１内の温められた空気が磁石６００の外に放熱され断熱効果が向上する。しかしながら、図７（Ｃ）の場合は、磁石６００の剛性が不足する場合もありうる。図７（Ｄ）は、ｚ方向に沿う方向に溝部６０１を複数形成した場合の断面図である。図７（Ｄ）のように溝部６０１を形成することで、自然対流を利用しつつ、磁石部分６０２への応力集中を回避することができる。本実施形態のアクチュエータを有する光学装置も、第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００３４】
なお、ミラー固定部１０１がミラーＭを保持する位置、ミラー固定部１０１の形状および数は、本実施形態を限定するものではない。また、アクチュエータの種類は、ボイスコイルモータに限らず、電磁石またはリニアモータであってもよい。断熱層を複数設け、空気層の断熱層、樹脂層の断熱層または空気層および樹脂層を含む断熱層を組み合わせてもよい。
【００３５】
（物品の製造方法に係る実施形態）
本実施形態にかかる物品の製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品の製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。さらに、かかる製造方法は、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）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。
【００３６】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【符号の説明】
【００３７】
Ｍ    ミラー（光学素子）
１００    光学装置
１０１    ミラー固定部
１０２    アクチュエータ
１０２ａ  磁石
１０２ｂ  コイル
１０３    基準ベース
１０４    ホルダ
１０５    位置センサ
１０６    伝熱部
３０１    第１磁石
３０２    第２磁石
３０３    断熱層（所定の空間）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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