(57)【要約】【課題】光学素子を支持する第１の支持部材と第１の支持部材を支持する第２の支持部材をネジ締結による固定方式を用いる場合において、最適なネジ本数・ネジ径を決定する手順を確立させ、省スペース・省工程数・耐環境性を考慮した最適な設計を実現可能にする。【解決手段】光学素子を支持する第１の支持部材と第１の支持部材を支持する第２の支持部材をネジ締結による固定方式を用いる場合において、温度変化等の環境変化が起きた時、第１支持部材のネジ締結部以外の部分が半径方向に伸縮することでネジ締結部に掛かる応力を緩和することができることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子と、それを保持するリング状の支持部材と、第１の支持部材を支持し、第１の支持部材と線膨張率の異なる第２の支持部材より成り、第１の支持部材は、ほぼ同一円周上に配置された少なくとも２本以上のネジで第２の支持部材に固定されている保持構造であって、第１の支持部材は、該固定部位のみで第２の支持部材と接触しており、且つ、各々の固定点の間は、周方向の弾性を有することを特徴とする光学素子保持方法。
【請求項２】
前記第１支持部材と該第１支持部材を支持する前記第２支持部材とを、ネジを用いて固定する方式において、温度変化時にネジ締結部以外の部分が半径方向に伸縮した時、第１支持部材の外径変形量が均等になるようなネジ固定構成であることを特徴とする請求項１記載の光学素子保持方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学部材等を支持する方法に関し、例えば半導体露光装置に使用される投影レンズのレンズ支持装置や投影露光装置等の光学素子保持方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体露光装置は回路パターンを有する原板（レチクル）を基板（シリコンウエハ）に転写する装置である。転写する際にはレチクルのパターンをウエハ上に結像させるために投影レンズが用いられるが、高集積な回路を作製するために、投影レンズには高い解像力が要求される。一般的にレンズを支持する鏡筒は、金属等が一般的で、レンズと異なる材質のものが使用される。
【０００３】
従来、レンズ支持装置、特に半導体露光装置用に使用する投影レンズのレンズ支持装置の構成として、レンズ部材を支持する第１の支持部材と概第１の支持部材を支持する第２の支持部材を有する構成において、押え環等金属部材にて第１支持部材を第２支持部材に固定する押え環方式や、レンズを支持する第１支持部材と該第１支持部材を支持する第２支持部材においてネジ等にて締結させ支持固定させるネジ締結方式が用いられている。
【０００４】
公知例としては特許文献１のように鏡筒の中にレンズが接着された全周円形状セルを挿入し、それを押さえ環等で上部から押圧固定されてるものや、特許文献２のように保持枠と称されたもにレンズを保持する鏡枠をネジにより取り付けているものがある。
【０００５】
【特許文献１】特開平０８−３２７８９５号公報
【特許文献２】特開平０８−２２７０８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この２つの方式の中でも、高精度な光学性能が求められる半導体露光装置に使用する投影レンズ等において、押え環方式ではレンズ部材を位置決めするとき、第１支持部材（セル）と第２支持部材（鏡筒）は所定のクリアランスで嵌合することで位置調整を行っているが、温度変化等の環境変化がおきたとき、レンズや鏡筒部品はそれぞれ熱膨張係数が異なるため、この方法だとセルが鏡筒内径のどこかしらと接触することにより壁面摩擦力が発生し、セルが持ち上がり応力が緩和されずに偏芯を引き起こす、若しくは壁面摩擦によってレンズ変形が起こり、高精度な光学性能が得られずに光学性能を悪化させるといった問題があった。
【０００７】
又、ネジ締結方式においては従来、或る所望の環境変化等に対して鏡筒とセルの位置が偏芯しないように、ネジによって強い拘束力を得る場合、単にネジの本数を増やす・ネジ径を大きくし軸力を増やす、といった作業が行われているが、これでは工程数の増加・必要以上の拘束力による高次の面変形が起きるといった課題があった。
【０００８】
本発明は、レンズ部材を支持する第１支持部材、そして、該第１支持部材を支持する第２支持部材をネジにて固定させる方法を用いる方式において、上述の従来技術の有する未解決の問題点に鑑みてなされたものであって、最適なネジ本数・ネジ径を求める光学素子保持方法を提供することを目的とするものである。
【０００９】
本出願に係る発明の目的は、レンズ部材を支持する第１支持部材、そして、該第１支持部材を支持する第２支持部材をネジにて固定させる方法を用いる方式において、環境変化が起きたときにネジ本数を可変パラメータとして有限要素法により解析することで、所望の温度変化内に対してネジ締結部以外の部分が周方向に伸縮でき、それによりネジ締結部に掛かる応力が緩和される最適なネジ本数・ネジ径が求まり、構成が簡易的且つ省スペースになり、工程数をも抑えることが可能となる光学素子保持方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光学素子と、それを保持するリング状の支持部材と、第１の支持部材を支持し、第１の支持部材と線膨張率の異なる第２の支持部材より成り、第１の支持部材は、ほぼ同一円周上に配置された少なくとも２本以上のネジで第２の支持部材に固定されている保持構造であって、第１の支持部材は、該固定部位のみで第２の支持部材と接触しており、且つ、各々の固定点の間は、周方向の弾性を有することを特徴とする光学素子保持方法である。
【００１１】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１支持部材と該第１支持部材を支持する前記第２支持部材とを、ネジを用いて固定する方式において、温度変化時にネジ締結部以外の部分が半径方向に伸縮した時、第１支持部材の外径変形量が均等になるようなネジ固定構成であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、レンズ部材を支持する第１支持部材、そして、該第１支持部材を支持する第２支持部材をネジにて固定させる方法を用いる方式において、所望の温度変化に耐えうるネジ本数・ネジ径を求める場合、ネジ本数を可変パラメータとして有限要素法で解析を行う手順を踏まえれば省スペース・省工程数・耐環境性を考慮した最適な設計が可能になり、又、その際、セルのネジ締結部がネジ軸力によって大きく圧縮変形し、それに伴いレンズ変形を引き起こした場合、座グリ高さを可変パラメータとして有限要素法で解析を行う手順を踏まえればレンズ変形を抑えることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
＜実施の形態１＞
本発明の実施の形態を図１及び図２に基づいて説明する。
【００１５】
図１は本発明を適用した半導体露光装置の投影光学系ユニットの一部である。図１において、１は本実施例の半導体露光装置における投影光学系を含む鏡筒、２は鏡筒を支える本体定盤、３はウエハ、４はウエハを支持するウエハステージ、５は照明系光学系のユニットの一部である。６はレチクル、７はレチクルを支持するレチクルステージである。照明光学系のユニットによりレチクル６を露光し、投影光学系を含む鏡筒１を介してウエハ３にレチクル６のパターンを転写する。
【００１６】
図２は鏡筒内に属する光学素子支持機構の一実施例を適用した投影光学系を概略的に図示する光学装置の中心から半分を示したものであり、第１支持部材と第２支持部材をネジにて支持固定させたネジ締結方式の一部である。２１は屈折式投影光学系を構成する石英製レンズ等の光学素子、２２は光学素子２１の外周部を支持して位置決めするためのリング状のセルであり、他の部材に当接して位置決めするためそれぞれ切削加工性の優れた真鍮製の部材が用いられている。レンズ２１とレンズを支持する第１の支持部材２２（セル）は、接着剤又は充填材２３が注入され硬化することによって支持部材２２に固定される。２４はこれらのレンズを同軸上に支持するための支持部材である鏡筒であり、鉄材を用いている。図において、重力方向は光軸と一致し、図中の−Ｚ方向とする。
【００１７】
そして、図３は本実施のの形態において石英（ＳｉＯ２ ）製の光学素子（レンズ）、真鍮製セルを用いて、所望の温度変化（今回＋３℃と設定）を掛けた時にネジ固定部位１箇所当たり半径方向にどれだけの反力が発生するかを固定点数、つまり、ネジ本数をパラメータとして有限要素法で解析したグラフであり（尚、セルの形状はφ２００ｍｍ、ｈ：３０ｍｍとした）、又、３１ａ〜３１ｄは各ネジが半径方向に持つ拘束力を示す。例えば、Ｍ４の標準軸力Ｔ：１９７５Ｎｓ、静止摩擦係数μ：０．１とするとＭ４が半径方向に持つ拘束力はＦ＝Ｔ・μ＝１９７．５Ｎとなる。即ち、この場合、所望の温度変化が起き、セルが膨張・伸縮を起こしたとしても、ネジ固定部位に掛かる反力が１９７．５Ｎ以下ならばネジ固定部は偏芯が起きないことになる。
【００１８】
ここで、ネジ本数をパラメータとして有限要素法で解析した結果、ネジ本数６本以下ならばネジ固定部１箇所に掛かる反力は大幅に減少していく。これは６本より固定点を減らすとセル変形の自由度が高く、固定点以外の部分が周方向に伸縮することで、ネジ締結部に掛かる応力を緩和されるためである。
【００１９】
一方、６本からネジ本数を増やしていくとネジの持つ拘束力の合計値は増えるものの固定点以外でのセル変形の自由度が低くなることで周方向に変位されにくくなり、ネジ固定部位１箇所当たりに掛かる反力は緩やかに減少していくに止まる。実際にネジ本数２本では、ネジ締結部位置の垂直方向に対してチルトが起こる可能性があり、不安定な要素が含まれるので本実施の形態の場合、所望の温度変化に耐え得るネジ本数・ネジ径はネジ本数３本・ネジ径Ｍ４にすることで省スペース・省工程数・耐環境性を考慮した最適な設計が可能になる。但し、ネジ本数２本でチルト等の不安定要素が解消できるならばネジ本数２本・ネジ径Ｍ４でも良い。
【００２０】
図４はネジ本数３本にしたときの実施形態で用いた光学素子と第１支持部材の変形具合を有限要素法で計算した結果を描いた図である（鏡筒・ネジは省略している）。色が濃くなっていくほど半径方向に変位していることを示す。ネジ本数３本の時はネジ締結されていない箇所は半径方向に最大９．５μｍ変形している。よって、この場合、鏡筒とセルの隙間を９．５μｍ以上空けておくことで鏡筒−セルの壁面接触は避けられる。本実施の形態のように所望の温度変化に耐え得るネジ本数・ネジ径を求める場合、ネジ本数を可変パラメータとして有限要素法で解析を行う手順を踏まえれば省スペース・省工程数・耐環境性を考慮した最適な設計が可能になる。
【００２１】
＜実施の形態２＞
次に、本発明の実施の形態２を図５を用いて説明する。
【００２２】
図５は図２と同様に鏡筒内に属する光学素子支持機構の一実施形態を適用した投影光学系を概略的に図示する光学装置の中心から半分を示したものである。
【００２３】
本実施の形態では、前記実施の形態１で示したレンズ部材２１の支持構造については同様である。本実施の形態においては、第１支持部材２１とネジ部２５の間に座グリ４１を設けている。所望の温度変化を与え、ネジ本数をパラメータとして有限要素法で解析を行うことで最適なネジ本数・ネジ径が求まるが、このとき、セルはネジ締結部がネジ軸力によって大きく圧縮変形し、それに伴いレンズ変形を引き起こす恐れがある。セルの圧縮変形はセル高さに依存するので、座グリ深さをパラメータとして有限要素法で解析することによってセルの圧縮変形を抑えることができる。
【００２４】
図６は本実施の形態おいて石英（ＳｉＯ２ ）製の光学素子（レンズ）、真鍮製セルを用い（形状φ２００ｍｍ、ｈ：３０ｍｍ）座グリなしと座グリ高さ4 ｍｍの２種類で、Ｍ４ネジ３本、軸力１９７５Ｎｓを条件とし有限要素法で解析したときのレンズの３θ変形をZernike 係数で表したものである。
【００２５】
座グリなしの場合、Zernike 係数Ｃ１で約３０ｎｍ近くの３θ変形が発生したが、座ぐり高さ４ｍｍのとき、３θ変形は約１０ｎｍにまで低減させることができる。本実施の形態のように前記実施の形態１を適用し、最小のネジ本数・ネジ径で保持し、セルの圧縮変形に伴うレンズ変形が起きた場合、座グリ高さを可変パラメータとし有限要素法で解析を行う手順を踏まえればレンズ変形を抑えることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、例えば半導体露光装置に使用される投影レンズのレンズ支持装置や投影露光装置等の光学素子保持方法に対して適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施の形態１に係る半導体露光装置の投影光学系ユニットを説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る投影光学系ユニットの一例を示す概略図（半断面図）である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る本発明を適用したときの計算値を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る投影光学系ユニットの一例を有限要素法で計算した結果を示す概略図（１／６断面図）である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る投影光学系ユニットの一例を示す概略図（半断面図）である。
【図６】本発明の実施の形態２に係るZernike係数の計算値を示した図である。
【符号の説明】
【００２８】
１          鏡筒
２          本体定盤
３          ウエハ
４          ウエハステージ
５          照明光学のユニットの一部
６          レチクル
７          レチクルステージ
２１        光学素子（レンズ）
２２        第１支持部材（セル）
２３        接着剤又は充填材
２４        第２支持部材（鏡筒）
２５        ネジ
３１ａ〜３１ｄ  各ネジが持つ半径方向の拘束力
４１        ネジ座グリ部
【図１】
2005173363.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005173363.tif 000007
【図６】
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