JP2018013510A - 光学装置、リソグラフィ装置及び物品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの故障が検出された場合の稼働率の低下を抑制することができる光学装置を提供すること。
【解決手段】ミラー１の反射面であるミラー面１ａを変形させる光学装置であって、ミラー面１ａを変形させる力をミラー１に加えるように駆動する複数のアクチュエータ４と、アクチュエータ４の異常を検出する故障検出部１０と、故障検出部１０において異常が検出された場合に、異常が検出されたアクチュエータを交換せずに駆動を継続するか否かを判断する故障対策部１１と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学装置、リソグラフィ装置及び物品の製造方法に関する。

露光装置における解像度を上げるため、可変形ミラーを用いた露光収差補正が提案されている。可変形ミラーには、ミラーを変形させるためのアクチュエータが複数組み込まれている。しかし、アクチュエータは、製作不良、組み付け不良、構成部材の経年劣化などにより故障する恐れがある。そのため、アクチュエータが故障しているかどうかを診断する故障診断手段を設けてリアルタイム、または定期的に故障診断を行う必要がある。特許文献１は、異常判別部が異常を判別した場合に、較正部による可動素子の変位と駆動信号との対応関係の更新を禁止する技術を開示している。

特開４４３５６９１号公報

しかしながら、可変形ミラーのアクチュエータが故障した場合、可変形ミラーユニットが搭載されている露光装置はアクチュエータの交換のために装置を停止する必要があり、装置の稼働率の低下を招いてしまう。特許文献１には、マイクロアクチュエータの異常が判別した場合の装置稼働率に関する技術の開示はない。

本発明は、例えば、アクチュエータの故障が検出された場合の稼働率の低下を抑制することができる光学装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一側面である光学装置は、光学素子の反射面を変形させる光学装置であって、前記光学素子の反射面を変形させる力を前記光学素子に加えるように駆動する複数のアクチュエータと、前記アクチュエータの異常を検出する検出部と、前記検出部において異常が検出された場合に、前記異常が検出されたアクチュエータを交換せずに前記駆動を継続するか否かを判断する故障対策部と、を有する。

本発明によれば、例えば、アクチュエータの故障が検出された場合の稼働率の低下を抑制することができる光学装置を提供することができる。

第１実施形態の構成を示す図である。 第１実施形態の故障対策部の対処法を説明する図である。 第２実施形態の構成を示す図である。 第２実施形態の故障対策部の対処法を説明する図である。 露光装置の概略構成を示す図である。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光学装置の基本構成を示す図である。光学装置は、ミラー１、保持部材２、ベースプレート３、複数のアクチュエータ４を有する。また、本実施形態の光学装置は、さらに、故障検出部１０、故障対策部１１、テーブルデータ保存部１２、駆動制御部１３、駆動指令演算部１４を有する。ミラー１は、変形可能な光学素子であり、反射面であるミラー面１ａと反射面の反対側の面である裏面１ｂを有している。ミラー１は、保持部材２を介してベースプレート３に固定されている。アクチュエータ４は、磁石４ａとコイル４ｂを含む。磁石４ａはミラーの裏面１ｂに接着され、コイル４ｂはベースプレート３に固定されている。コイル４ｂは、すきまを介して磁石４ａと対向するように配置されている。コイル４ｂに電流を流すことで電流に比例した力が磁石４ａとコイル４ｂ間に発生し、ミラー１を変形させることができる。したがって、アクチュエータ４はミラー１の形状と位置姿勢を変えることができる。

故障検出部１０は、アクチュエータ４の動作状態をモニタすることで異常の検出を行う。異常の検出は、例えば、コイル４ｂに流れる電流をモニタすることで行う。なお、異常の検出方法はこれに限られるものではなく、磁石４ａとコイル４ｂを含めた異常を検出するために各アクチュエータ４における駆動変位を変位計などでモニタするなど、他の方法であってもよい。

故障検出部１０においてアクチュエータ４の故障が検出されなかった場合は、テーブルデータ保存部１２に予め保存してある各アクチュエータの駆動指令値とミラー変形量との関係を表すテーブルデータ（情報）は、そのまま駆動指令演算部１４に送られる。また、システム１５側では光学性能を改善するために可変形ミラーユニットで補正させたい情報を目標形状の形で算出し、目標形状を可変形ミラーユニットの駆動指令演算部１４に送る。

駆動指令演算部１４では、テーブルデータと目標形状から駆動指令値が算出される。算出された駆動指令値は、許容範囲以内の値かどうかの判断を行い、許容範囲以内であれば駆動制御部１３に送られ、ミラーの変形駆動を行う。もし、駆動指令値が許容範囲を越えた場合は装置保護のためミラーの変形駆動動作を停止（ＳＴＯＰ）させる。駆動指令値が許容範囲内であるか否かは、駆動指令値が閾値であるリミッタ以下（閾値以下）であるか否かで判断する。

故障検出部１０においてアクチュエータ４の故障が検出された場合は、故障対策部１１において、装置の使用を継続するか否かの判断を行う。故障したアクチュエータがあっても残りのアクチュエータで所望の変形駆動精度を満たすことができれば可変形ミラーユニットが搭載された装置は継続して使用し、そうでない場合は故障したアクチュエータの交換、または修復を行う。

図２を参照し、故障対策部１１で行われる装置の使用を継続するか否かの判断の詳細を説明する。故障検出部１０からアクチュエータの故障が検出された場合、該当するアクチュエータのインデックスｊ（ｊ＝１、２…Ｎ。Ｎはアクチュエータの数）が故障対策部１１に送られる。インデックスは、全てのアクチュエータに個別に付与されている。

故障対策部１１は、ステップＳ２０１で、テーブルデータ保存部１２に予め保存してあるアクチュエータ４の駆動指令値とミラー変形量との関係を表すテーブルデータであるデータ行列ＣＭを読み込む。式（１）において、Ｍはミラー面形状を算出するのに必要な点の数である。

データ行列ＣＭの作成には、主に二通りの方法が使われる。一つ目は、各アクチュエータをそれぞれある駆動指令値で駆動した時のミラーの変形形状をミラー面上のＭ個の点で代表させ、Ｍ個の点の変位と駆動指令値との比を用いる方法である。二つ目は、各アクチュエータをそれぞれある駆動指令値で駆動した時のミラーの変形形状を光学分野で良く用いるＺｅｒｎｉｋｅ多項式のＭ項までを用いてフィッティングし、Ｚｅｒｎｉｋｅ係数と駆動指令値の比を用いて表現する方法である。

一つ目の方法はミラー形状を必要な精度で表現するのに十分な点数を用いる必要がある。よって、一般的には配置されたアクチュエータの数だけあれば良いが、ミラーの形状精度を高精度に見積もる必要がある場合は、データ行列ＣＭにおけるＭの値は数千、数万と大きくなる場合が多い。一方、二つ目の方法はデータ行列ＣＭ作成用のデータを取得するためにアクチュエータで駆動した場合のミラー変形形状の取得には十分な点のデータ数が必要である。しかし、これをＺｅｒｎｉｋｅ多項式でフィッティングした後は、多項式の項数によってデータ行列ＣＭのＭの大きさが決まる。Ｚｅｒｎｉｋｅ多項式の項数は一般的には３６項までを用いることが多く、高精度を必要な場合は１６９項まで考慮すればほとんどの場合は満足できる。よって、二つ目の方法は、一つ目の方法に比べデータ行列ＣＭの大きさを十分小さくすることができ、駆動指令の演算時間も短縮できるメリットがある。

ステップＳ２０２では故障したアクチュエータｊに対応するデータ列（式（１）の破線で囲まれた列）を削除して式（２）のように縮小されたテーブルデータＣＭｓを再生成する。

ステップＳ２０３では、縮小されたテーブルデータＣＭｓと、システム１５側から送られてくる目標形状から、式（３）のように故障が検出されたアクチュエータ以外の各アクチュエータの駆動指令値を算出する。

ステップＳ２０４では、駆動指令値が許容範囲内であるか否か判断するため、各アクチュエータのリミッタ以内になっているかどうかを判断する。駆動指令値の中でそのアクチュエータの駆動リミッタを超えるものがあれば、該駆動指令値での変形駆動は装置の破損を招く恐れがあるので、ステップＳ２０７に進み、アクチュエータの交換プロセスに入る。駆動指令値がアクチュエータのリミッタ以内である場合は、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、駆動指令値を用いてアクチュエータを駆動した結果得られるミラーの変形駆動形状を、式（４）を用いて算出する。

ステップＳ２０６では、算出した変形駆動形状と目標形状との差分形状から計算される形状誤差が許容値以内かどうかを判断する。形状誤差が許容値を超える場合、可変形ミラーユニットは所望の精度を満たさないので、異常が検出されたアクチュエータをそのまま使用することはできず、Ｓ２０８に進みアクチュエータの交換プロセスを実行する。形状誤差が許容範囲内の場合は、駆動指令値を駆動制御部１３に送って故障していないアクチュエータに変形駆動を実行させる。

本実施形態によると、システム１５側から送られてくる目標形状によっては、異常が検出されたアクチュエータがあっても他のアクチュエータのみで目標形状まで駆動が可能な場合があり、その場合は装置を停止させずに駆動を行う。そのため、装置の稼働率低下を抑制することができる。なお、本実施形態では磁石とコイルからなるボイスコイルモータの例を用いて故障対策を説明したが、ボイスコイルモータに限定するものでない。他のアクチュエータ、例えば電磁石、ピエゾアクチュエータ、磁歪素子、マイクロアクチュエータなどを用いたアクチュエータなどでもよい。また、アクチュエータを交換した場合、交換されるアクチュエータと交換した後のアクチュエータの特性とが異なるとき、駆動指令値とミラー変形量との関係が変わるので、その関係を表すテーブルデータを更新する必要がある。

（第２実施形態）
第２実施形態と第１実施形態との違いは、縮小されたテーブルデータを故障対策部１１に保存しておくか、それともテーブルデータ保存部１２に保存するかの違いである。本実施形態ではテーブルデータ保存部１２に対して縮小されたテーブルデータ（式（２））に上書きするための指令を送り、テーブルデータ保存部１２のデータ更新を行っている。以下、図３及び図４を参照して第２実施形態を説明するが、第１実施形態と同様の構成やステップには、第１実施形態と同じ符号を記し、その説明を省略する。

図３は、第２実施形態における光学装置の基本構成を示す図である。故障対策部１１において、アクチュエータに故障が検出されたにもかかわらず装置の継続使用が可能であると判断された場合、テーブルデータ保存部１２にテーブルデータの更新指令が送られる。そして、更新指令を受けたテーブルデータ保存部１２は、保存しているテーブルデータを、故障したアクチュエータに関するデータを排除して縮小したテーブルデータに更新する。

図４は、故障対策部１１で行われる装置の使用を継続するか否かの判断の詳細を説明する図である。故障対策部１１は、ステップＳ２０６で形状誤差が許容範囲内であると判断した場合、すなわち、装置の使用を継続できると判断した場合、ステップＳ４０２に進む。ステップＳ４０２で、故障対策部１１は、テーブルデータ保存部１２に対し、テーブルデータを更新するよう指令を送る。

縮小されたテーブルデータの保存場所が異なるのみで、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、装置の稼働率低下を抑制することができる。なお、故障による装置稼働率の低下を効果的に抑制するには、アクチュエータの数を必要最小限より余分に配置し、本発明の対処法を適用すればよい。しかし、この場合は余分にアクチュエータを配置できるスペースとコスト、メンテナンスの容易さなどのトレードオフになる。また、故障したアクチュエータがあっても、このアクチュエータを正常のようにみなして駆動指令値を算出し、駆動指令値を駆動制御部に送るときに故障したアクチュエータへの入力をゼロにおくことも考えられる。このような方法でも、アクチュエータの交換なしで装置を稼働し続けることができる。

（第３実施形態）
図５は、露光装置の概略構成を示す図である。露光装置５０は、照明光学系ＩＬと、投影光学系ＵＭと、マスク５５を保持して移動可能なマスクステージＭＳと、基板５６を保持して移動可能な基板ステージＰＳとを含みうる。また、露光装置５０は、基板５６を露光する処理を制御する制御部５１を含む。

照明光学系ＩＬに含まれる光源（不図示）から射出された光は、照明光学系ＩＬに含まれるスリット（不図示）によって、例えば、Ｙ方向に長い円弧状の照明領域をマスク５５上に形成することができる。マスク５５および基板５６は、マスクステージＭＳおよび基板ステージＰＳによってそれぞれ保持されており、投影光学系ＵＭを介して光学的にほぼ共役な位置（投影光学系ＵＭの物体面および像面の位置）に配置される。投影光学系ＵＭは、所定の投影倍率（例えば１／２倍）を有し、マスク５５に形成されたパターンを基板５６に投影する。そして、マスクステージＭＳおよび基板ステージＰＳを、投影光学系ＵＭの物体面と平行な方向（例えば図５のＸ方向）に、投影光学系ＵＭの投影倍率に応じた速度比で走査させる。これにより、マスク５５に形成されたパターンを基板５６に転写することができる。

投影光学系ＵＭは、例えば、図５に示すように、平面鏡５２と、凹面鏡であるミラー１と、凸面鏡５４とを含むように構成される。照明光学系ＩＬから出射し、マスク５５を透過した露光光は、平面鏡５２の第１面５２ａにより光路を折り曲げられ、ミラー１の第１面１ａ１に入射する。ミラー１の第１面１ａ１において反射した露光光は、凸面鏡５４において反射し、ミラー１の第２面１ａ２に入射する。ミラー１の第２面１ａ２において反射した露光光は、平面鏡５２の第２面５２ｂにより光路を折り曲げられ、基板５６上に結像する。なお、本実施形態では、露光装置に適用する例を説明したが、上記実施形態に係る光学装置を適用可能な装置は、例えば、ＥＵＶ光の照射により基板上にレジストの潜像パターンを形成するリソグラフィ装置がある。その他、レーザ加工装置、眼底撮影装置、望遠鏡等にも適用可能である。

（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。

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。

１ ミラー
１ａ ミラー面
１ｂ ミラー裏面
４ アクチュエータ
４ａ 磁石
４ｂ コイル
１０ 故障検出部
１１ 故障対策部

Claims (11)

1. 光学素子の反射面を変形させる光学装置であって、
   前記光学素子の反射面を変形させる力を前記光学素子に加えるように駆動する複数のアクチュエータと、
   前記アクチュエータの異常を検出する検出部と、
   前記検出部において異常が検出された場合に、前記異常が検出されたアクチュエータを交換せずに前記駆動を継続するか否かを判断する故障対策部と、を有することを特徴とする光学装置。
2. 前記故障対策部は、前記検出部において異常が検出された場合に、前記複数のアクチュエータのうち、前記異常が検出されたアクチュエータ以外のアクチュエータの駆動指令値を変更し、前記変更された各アクチュエータの駆動指令値が許容範囲内であれば、前記異常が検出されたアクチュエータを交換せずに前記駆動を継続すると判断することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記故障対策部は、前記変更された駆動指令値による駆動の結果得られる前記光学素子の形状を算出し、前記算出した形状と目標形状との形状誤差が許容範囲内であれば、前記異常が検出されたアクチュエータを交換せずに前記駆動を継続すると判断することを特徴とする請求項２に記載の光学装置。
4. 前記故障対策部は、前記複数のアクチュエータの駆動指令値と前記反射面の変形量の関係を示す情報に基づいて、前記異常が検出されたアクチュエータ以外のアクチュエータの駆動指令値の変更をすることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の光学装置。
5. 前記故障対策部は、前記情報に基づいて、前記変更された駆動指令値による駆動の結果得られる前記光学素子の形状を算出することを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記情報を保存する保存部をさらに有し、
   前記故障対策部は、前記保存部から前記情報を読み込むことを特徴とする請求項４又は５に記載の光学装置。
7. 前記アクチュエータは、前記反射面の反対側の面に取り付けられた磁石と、前記磁石に対向する位置に配置されるコイルを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の光学装置。
8. 前記検出部は、前記コイルに流れる電流に基づいて、前記アクチュエータの異常を検出することを特徴とする請求項７に記載の光学装置。
9. 光学素子の反射面を変形させる力を前記光学素子に加えるように駆動する複数のアクチュエータにより、前記反射面を変形させる光学装置の制御方法であって、
   前記アクチュエータの異常を検出する工程と、
   前記異常が検出された場合、前記複数のアクチュエータのうち、前記異常が検出されたアクチュエータ以外のアクチュエータの駆動指令値を変更する工程と、
   前記変更された各アクチュエータの駆動指令値が許容範囲内であるか否か判断する工程と、
   駆動指令値が許容範囲内であると判断された場合、前記変更された駆動指令値による駆動の結果得られる前記光学素子の形状を算出する工程と、
   前記算出した形状と目標形状との形状誤差が許容範囲内であるか否か判断する工程と、
   前記形状誤差が許容範囲内であると判断された場合、前記異常が検出されたアクチュエータを交換せずに前記駆動を継続する工程と、を有することを特徴とする制御方法。
10. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光学装置を有することを特徴とする露光装置。
11. 請求項１０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。

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