JP2000056197A - 光学ユニット、光学ユニットを備えた光学系、光学ユニットの製造方法、光学ユニットを備えた光学系を含む露光装置、及び露光装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用時の姿勢に制限がなく、設置の際の自由
度が極めて大きい光学ユニット（及びこれを備えたステ
ッパー等）を提供する。 【解決手段】 光学ユニット２１を、後述の内圧を受け
て変形した状態が最適な機能状態となる回折光学素子３
１を備え、密閉空間３４内に内圧が以下のように規定さ
れている。即ち、回折光学素子３１の光軸に対する相対
的な重力方向変化を含む外力変化を受けたときに、回折
光学素子３１の弾性変形量が非線型状態となるととも
に、回折光学素子３１が非破壊状態に保たれる程度の正
圧となるように、ドライエアーやヘリウムガス、窒素ガ
ス等を封入する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学ユニット、光
学ユニットを備えた光学系、光学ユニットの製造方法、
光学ユニットを備えた光学系を含む露光装置、及び露光
装置を用いたデバイスの製造方法に関し、特に光学素子
としていわゆる回折光学素子を適用して好適な発明であ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の製造技術の進展は目
覚ましく、それに伴う微細加工技術の進展も著しい。特
に近年では、サブミクロンのオーダーの解像力を有する
縮小投影露光装置（ステッパー）を用いて微細加工を行
うことが主流であり、更なる解像力の向上に向けて、光
学系の開口数（ＮＡ）の拡大や露光波長の短波長化、新
しい光学素子として例えばいわゆる回折光学素子の導入
も盛んに研究されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の回折光学素子
は、表面に所定のパターンが複数形成されてなり、入射
光を所望の偏向角に回折させる光学素子であり、色収差
補正等に優れている。

【０００４】しかしながら、回折光学素子は様々な利点
を有する反面、製造過程や使用時においてその自重が問
題となる。即ち、回折光学素子が重力方向変化を含む外
力変化を受け、光軸と重力方向が相対的に変動すると、
変形量やモードが変化して機能低下が惹起される。特
に、仮に製造過程で変形を抑えられたとしても、例えば
テレビカメラの如く比較的機動性を要求される機器にこ
の回折光学素子を適用することは困難であり、ステッパ
ーに適用するにしても設置部位が一義的に決定されてし
まうという欠点がある。

【０００５】本発明の目的は上記従来の問題点に着目し
その解決を図るべく、自重により変形せず、従って使用
時の姿勢に制限がなく、設置の際の自由度が極めて大き
い光学ユニット、光学ユニットを備えた光学系、光学ユ
ニットの製造方法、光学ユニットを備えた光学系を含む
露光装置、及び露光装置を用いたデバイスの製造方法を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の光学ユニットは、自重で変形する光学素
子を表層に有し、当該光学素子を含む前記表層により密
閉空間が形成されてなる光学ユニットであって、外力を
受けたときの前記光学素子の変形量が非線型状態となる
程度に当該光学素子を変形させるように、前記密閉空間
内に所定の流体が封入されている。

【０００７】本発明の光学ユニットは、自重で変形する
光学素子を表層に有し、当該光学素子を含む前記表層に
より密閉空間が形成されてなる光学ユニットであって、
前記密閉空間内に所定の流体を封入することにより、外
力ｆとそれによる前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすように、前記光学素子を変形させてお
く。

【０００８】本発明の光学ユニットの一態様において、
前記密閉空間の内圧値は、前記光学素子が非破壊状態に
保たれる程度の正圧とされている。

【０００９】本発明の光学ユニットの一態様において、
前記光学素子は、表面及び／又は裏面に所定のパターン
が複数形成されてなり、入射光を所望の偏向角に（回折
角で）回折させる回折光学素子である。

【００１０】本発明の光学ユニットの一態様において、
前記表層の上部及び／又は下部に前記光学素子が設けら
れ、側部を囲むように保持リングが設けられている。

【００１１】本発明の光学ユニットの一態様において、
前記保持リングは、前記密閉空間内に前記流体を封入す
るための孔部を有する。

【００１２】本発明の光学ユニットの一態様において、
前記流体は、ドライエアー、不活性ガス及び前記光学素
子と同一の屈折率を有する液体のうちから選ばれた１種
である。

【００１３】本発明の光学ユニットの製造方法は、薄肉
の光学素子を形成する工程と、前記光学素子が表層の一
部を構成するように、当該光学素子を含む前記表層に囲
まれた密閉空間を形成する工程と、外力を受けたときの
前記光学素子の変形量が非線型状態となる程度に当該光
学素子を変形させるように、前記表層を貫通するように
設けた孔部から前記密閉空間内に所定の流体を封入する
工程とを備え、前記光学素子を形成する工程において、
前記内圧により変形した初期状態が最適な機能状態とな
るように、予め前記変形を見込んで前記光学素子を形成
（設計）する。

【００１４】本発明の光学ユニットの製造方法は、薄肉
の光学素子を形成する工程と、前記光学素子が表層の一
部を構成するように、当該光学素子を含む前記表層に囲
まれた密閉空間を形成する工程と、外力ｆとそれによる
前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすように前記光学素子を変形させるため、
前記表層を貫通するように設けた孔部から所定の流体を
前記密閉空間内に封入する工程とを備え、前記光学素子
を形成する工程において、前記内圧により変形した初期
状態が最適な機能状態となるように、予め前記変形を見
込んで前記光学素子を形成（設計）する。

【００１５】本発明の光学ユニットの製造方法は、薄肉
の光学素子を形成する工程と、外力を受けたときの前記
光学素子の変形量が非線型状態となる程度に当該光学素
子を変形させる圧力雰囲気下で、前記光学素子を表層と
する密閉空間を形成して、前記密閉空間内を正圧の内圧
値とする気体を封入する工程とを備え、前記光学素子を
形成する工程において、前記内圧により変形した初期状
態が最適な機能状態となるように、予め前記変形を見込
んで前記光学素子を形成（設計）する。

【００１６】本発明の光学ユニットの製造方法は、薄肉
の光学素子を形成する工程と、前記光学素子が表層の一
部を構成するように、当該光学素子を含む前記表層に囲
まれた密閉空間を形成する工程であって、外力ｆとそれ
による前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすように前記光学素子を変形させる圧力雰
囲気下で、前記光学素子を表層とする密閉空間を形成し
て、前記密閉空間内を正圧の内圧値とする気体を封入す
る工程とを備え、前記光学素子を形成する工程におい
て、前記内圧により変形した初期状態が最適な機能状態
となるように、予め前記変形を見込んで前記光学素子を
形成（設計）する。

【００１７】本発明の光学ユニットの製造方法の一態様
において、前記流体は、ドライエアー、不活性ガス及び
前記光学素子と同一の屈折率を有する液体のうちから選
ばれた１種である。

【００１８】本発明の光学ユニットの製造方法の一態様
において、前記気体は、ドライエアー又は不活性ガスで
ある。

【００１９】本発明の光学ユニットの製造方法の一態様
において、前記密閉空間の内圧値を、前記光学素子が非
破壊状態に保たれる程度の正圧とする。

【００２０】本発明の光学ユニットの製造方法の一態様
では、前記光学素子を形成する工程において、表面及び
／又は裏面に所定のパターンを複数形成し、入射光を所
望の偏向角に回折させる回折光学素子となるように、前
記光学素子を形成する。

【００２１】本発明の光学系は、前記光学ユニットと、
前記光学ユニットの前段及び後段のうち少なくとも一方
に配された少なくとも１枚の光学レンズとを備え、前記
光学ユニット及び前記光学レンズが鏡筒内に一体に保持
されている。

【００２２】本発明の露光装置は、照明光を発する光源
と、所定パターンの形成されたレチクルに照明光を照射
する第１光学系と、前記レチクルを通過した照明光を被
照射面に照射する第２光学系とを備え、前記被照射面に
前記レチクルの所定パターンを投影し露光を行う露光装
置であって、前記第１光学系及び／又は前記第２光学系
が前記光学系を含む。

【００２３】本発明のデバイスの製造方法は、被照射面
に感光材料を塗布する工程と、前記露光装置を用いて、
前記感光材料が塗布された前記被照射面に所定パターン
の露光を行う工程と、前記所定パターンの露光が行われ
た前記感光材料を現像する工程とを備える。

【００２４】本発明のデバイスの製造方法の一態様にお
いては、前記被照射面をウェハ面とし、当該ウェハ面に
半導体素子を形成する。

【００２５】

【作用】本発明の光学ユニットにおいては、その密閉空
間内の内圧が以下のように規定されている。即ち、光学
素子の光軸に対する相対的な重力方向変化を含む外力変
化を受けたときに、当該光学素子の弾性変形量が非線型
状態となるとともに、当該光学素子が非破壊状態に保た
れる程度の正圧、換言すれば、光学素子の相対的な重力
方向変化を含む外力ｆの変化を受けたときに、当該外力
ｆと前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすとともに、前記光学素子が非破壊状態に
保たれる程度の正圧状態の内圧値とされる。従って、光
学素子の製造過程や使用時等に前記外力を受けても、そ
の変形量は上式を満たす程度の少量であるため、光学素
子を内圧により変形した初期状態が最適な機能状態とな
るように設計しておくことにより、設置状態や使用状態
に影響を受けずに常に当該光学素子としての良好な機能
を実現することができる。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の光学ユニットを適
用したいくつかの具体的な実施形態を図面を用いて詳細
に説明する。

【００２７】（第１の実施形態）先ず、第１の実施形態
について説明する。図１は、第１の実施形態の投影露光
装置（ステッパー）の主要構成を示す模式図である。こ
のステッパーは、所望のパターンが描かれたレチクル１
１に照明光を照射するための第１光学系である照明光学
系２０と、レチクル１１を通過した照明光が入射して当
該レチクル１１のパターンをウェハ１３の表面に縮小投
影するための第２光学系である投影光学系１２と、ウェ
ハ１３が載置固定されるウェハチャック１４と、ウェハ
チャック１４が固定されるウェハステージ１５とを有し
ている。

【００２８】照明光学系２０は、紫外線や遠紫外線等の
短波長光、ここでは照明光としての高輝度のＡｒＦエキ
シマレーザー光を発する光源１と、光源１からの照明光
を所望の光束形状に変換するビーム形状変換手段２と、
複数のシリンドリカルレンズや微小レンズを２次元的に
配置されてなるオプティカルインテグレータ３と、不図
示の切替手段により任意の絞りに切替可能とされ、オプ
ティカルインテグレータ３により形成された２次光源の
位置近傍に配置された絞り部材４と、絞り部材４を通過
した照明光を集光するコンデンサーレンズ５と、ハーフ
ミラー６と、例えば４枚の可変ブレードにより構成さ
れ、レチクル１１の共役面に配置されてレチクル１１の
表面での照明範囲を任意に決定するブラインド７と、ブ
ラインド７で所定形状に決定された照明光をレチクル１
１の表面に投影するための結像レンズ８と、結像レンズ
８からの照明光をレチクル１１の方向へ反射させる折り
曲げミラー９とを備えて構成されている。

【００２９】投影光学系１２は、図２に示すように、前
段のレンズ２２及び後段のレンズ２３を有してなるレン
ズ群と、レンズ２２，２３の間に設けられた光学ユニッ
ト２１とを鏡筒２４内に備えて構成されている。

【００３０】光学ユニット２１は、図３に示すように、
その直径（１２０ｍｍ程度）に比して厚みが極めて薄肉
（１ｍｍ程度）の回折光学素子３１と、当該回折光学素
子３１と対向するように設けられたシートガラス３２
と、回折光学素子３１及びシートガラス３２を側面で保
持して密閉空間３４を形成するための保持リング３３と
を備えて構成されている。

【００３１】回折光学素子３１は、石英を含む材料から
なり、入射光を所望の偏向角に回折させる光学素子であ
り、色収差補正等に優れている。この回折光学素子３１
は、図４（ａ）に示すように、例えば直径１２０ｍｍ程
度の円盤状基板３１ａの表面に同心円状に回折パターン
３１ｂが形成されている。この回折パターン３１ｂは、
図４（ｂ）に示すように、微細な略階段状（バイナリー
形状）に形成されており、そのピッチや深さ等の条件が
外側の同心円に向かうにつれて変化するように構成され
ている。

【００３２】保持リング３３は、回折光学素子３１及び
シートガラス３２を保持固定する円環状部材であり、そ
の側面の一部位を貫通する少なくとも１つの通気孔３３
ａが形成されている。この通気孔３３ａは、後述するよ
うに密閉空間３４内への気体封入を経た後に封止可能に
形成されている。

【００３３】一般的に、回折光学素子は、色収差補正等
の同目的に用いられる多層の複雑な構成を有するレンズ
群をもつ光学素子と異なり、極めて薄肉であるために多
様な光学機器の様々な部位に設置することが可能とな
る。しかしながらその反面、直径に比して薄肉であるが
故に、その自重を主原因とする変形が問題視される。そ
こで本実施形態では、以下に示すように、変形防止のた
めに密閉空間３４内に外界に対して所定の正圧となるよ
うに気体が封入される。

【００３４】回折光学素子３１の主材料である石英のみ
ならず、光学系に用いられる部材は一般的に図５に示す
ような弾性変形の特性を示す。即ち、当該部材の光軸に
対する相対的な重力方向変化を含む外力ｆの変化を受け
たときに、０≦ｆ≦Ｐ１のときには外力ｆに変位ｘが比
例する線型の特性を示す。そして更に外力ｆが大きい場
合、即ちＰ１＜ｆ＜Ｐ２のときには外力ｆの増加に比し
て変位ｘの増加率が小さい非線型の特性を示す（図５中
で特性曲線が上に凸となる。）。ここで、Ｐ２は光学系
の材料に損傷が生じ始める臨界値である。

【００３５】本実施形態では、この性質を利用して、外
力ｆによる回折光学素子３１の変位ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ ・・・（１） を満たし、回折光学素子３１が非破壊状態に保たれる程
度の正圧の内圧値となるように、換言すれば、密閉空間
３４内の圧力Ｆが、 Ｐ１＜Ｆ＜Ｐ２ ・・・（２） を満たす正圧となるように、密閉空間３４内に気体を封
入する。

【００３６】封入する気体としては、使用するレーザー
光の波長等により異なるが、ドライエアーや、ヘリウム
ガス、窒素ガス等の不活性ガスなどが好適である。

【００３７】このとき、回折光学素子３１は、前記内圧
により若干変形した初期状態が最適な機能状態となるよ
うに、予め当該変形を見越してその回折パターン３１ｂ
の形状・配列等が設計されている。

【００３８】以上のように構成される光学ユニット２１
の製造方法について、以下で説明する。先ず、上述のよ
うに変形を見込んで回折光学素子３１を形成する。この
場合、回折パターン３１ｂを形成するには、円盤状基板
３１ａの表面にフォトリソグラフィー及びドライエッチ
ングを施してパターニングを行う。ここで、回折パター
ンを階段状に形成するには、その段数に応じた回数のパ
ターニングが必要である。図４（ｂ）の如く回折パター
ン３１ｂを４段状に形成する場合には、所定領域毎に２
回のパターニングが必要となる。円盤状基板３１ａが回
転対称体であることを考慮し、前記所定領域を例えば３
つの同心円領域の１区分とすれば、合計で２×３＝６枚
のレチクルを用いた各区分毎の回転露光を用いたパター
ニングを行うことになる。

【００３９】続いて、回折光学素子３１とシートガラス
３２を所定距離だけ離間させて対向させ、保持リング３
３で保持固定して密閉空間３４を形成する。そして、保
持リング３３に設けられた通気孔３３ａを通じて密閉空
間３４内を真空状態とした後、通気孔３３ａから上記し
た正圧の内圧値となるように、ドライエアーやヘリウム
ガス、窒素ガス等の不活性ガスなどを密閉空間３４内に
封入する。このとき、当該内圧値は、回折光学素子の大
きさ等により異なるが、直径が１２０ｍｍ程度で厚みが
１ｍｍ程度のものである場合には、４ｋｇ／ｃｍ² 程度
とするのが好適である。

【００４０】なお、本実施形態のように密閉空間３４内
に気体を封入する代わりに、当該内圧と同値の気体雰囲
気下で回折光学素子３１を組み立てるようにすることも
好適である。

【００４１】また、本実施形態では、回折パターン３１
ｂが密閉空間３４に対して外側となるように構成した
が、微細な塵の付着等を防止する観点から密閉空間３４
の内側なるように形成してもよい。更に、シートガラス
３２の代わりに、別の回折光学素子を用いて回折光学素
子３１と共に一対の回折光学素子とすることも好適であ
る。

【００４２】以上説明したように、第１の実施形態の光
学ユニット２１においては、回折光学素子３１の製造過
程や使用時等に外力ｆを受けても、その変形量は（１）
式を満たす程度の少量であるため、回折光学素子３１を
内圧により変形した初期状態が最適な機能状態となるよ
うに設計しておくことにより、ステッパー内への設置状
態やステッパーの使用状態、例えば投影光学系１２の設
置角度等に影響を受けずに常に当該回折光学素子として
の良好な機能を実現することができる。従って、色収差
を始めとする各種の光学的収差を効率良く除去するとと
もに、使用時の姿勢に制限がなく、自由度が極めて大き
いステッパーを実現することが可能となる。

【００４３】なお、本実施形態では、ウェハ１３の表面
に各種収差の補正された均一な照明光を照射することを
考慮して、光学ユニット２１をステッパーの投影光学系
１２に設置した例を開示したが、図６に示すように、レ
チクル１１の表面に同様の照明光を照射することを考慮
して、投影光学系１２の代わりに照明光学系２０に設置
してもよい。更に、ウェハ１３及びレチクル１１の各表
面にそれぞれ同様の照明光を照射し、更なる各種収差の
補正された均一な照明を達成するために、投影光学系１
２及び照明光学系２０の双方に光学ユニット２１を設置
しても好適である。

【００４４】次に、図１，図６を用いて説明したステッ
パーを利用した半導体装置（半導体デバイス）の製造方
法の一例を説明する。

【００４５】図７は、半導体デバイス（ＩＣやＬＳＩ等
の半導体チップ、あるいは液晶パネルやＣＣＤ等）の製
造工程のフローを示す。先ず、ステップ１（回路設計）
では半導体デバイスの回路設計を行なう。ステップ２
（マスク製作）では設計した回路パターンを形成したマ
スクを製作する。一方、ステップ３（ウェハ製造）では
シリコン等の材料を用いてウェハを製造する。ステップ
４（ウェハプロセス）は前工程と称され、上記の如く用
意したマスクとウェハを用いて、フォトリソグラフィー
技術によってウェハ上に実際の回路を形成する。次のス
テップ５（組み立て）は後工程と称され、ステップ４に
よって作製されたウェハを用いて半導体チップ化する工
程であり、アッセンプリ工程（ダイシング、ボンディン
グ）、パッケージンク工程（チップ封入）等の工程を含
む。ステップ６（検査）ではステップ５で作製された半
導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査
を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、
これが出荷（ステップ７）される。

【００４６】図８は、上記ウェハプロセスの詳細なフロ
ーを示す。ステップ１１（酸化）ではウェハの表面を酸
化させる。ステップ１２（ＣＶＤ）ではウェハ表面に絶
縁膜を形成する。ステップ１３（電極形成）ではウェハ
上に電極を蒸着によって形成する。ステップ１４（イオ
ン打込み）ではウェハにイオンを打ち込む。ステップ１
５（レジスト処理）ではウェハに感光剤を塗布する。ス
テップ１６（露光）では上記説明したステッパーによっ
てマスクの回路パターンをウェハに焼付露光する。ステ
ップ１７（現像）では露光したウェハを現像する。ステ
ップ１８（エッチング）では現像したレジスト像以外の
部分を削り取る。ステップ１９（レジスト剥離）ではエ
ッチングが終了して不要となったレジストを除去する。
これらのステップを繰り返し行なうことによって、ウェ
ハ上に多重に回路パターンが形成される。

【００４７】この製造方法を用いれば、ステップ１６に
おいて本実施形態のステッパーを用いてその使用形態を
限定されず自由度の高い状態で、ウェハ面に各種光学的
収差の補正された均一な照明光が照射されるので、従来
は製造が難しかった高集積度の半導体デバイスを容易且
つ確実に製造することができる。

【００４８】なお、本実施形態のステッパーを用いた製
造方法は、上記した半導体デバイスに限定されるもので
はなく、各種の電子素子や光学素子などのフォトリソグ
ラフィーによる微細加工が必要なもの全てにわたって適
用可能である。即ち、光学ユニット２１の構成要素であ
る回折光学素子３１の回折パターン３１ｂの形成に当該
製造方法を適用することもできる。

【００４９】（第２の実施形態）続いて、第２の実施形
態について説明する。この第２の実施形態においては、
テレビカメラを構成するレンズの一部として光学ユニッ
ト２１を用いる。なお、第１の実施形態のステッパーを
構成する各種構成部材等と同様のものについては、同符
号を記して説明を省略する。

【００５０】図９に示すテレビカメラにおいては、光電
変換素子（ＣＣＤ）１０１の前側、すなわち被写体側に
レンズ群１０２〜１０５が構成されている。ここで１０
２はフォーカシングレンズ群であり、１０３はバリエー
ターレンズ群である。また、１０４はコンペンセータレ
ンズ群、１０５はリレーレンズ群である。

【００５１】フォーカシングレンズ群１０２はフォーカ
シングレンズ鏡筒によって保持され、光軸方向に移動す
るように構成されており、フォーカシングレンズ群１０
２が移動することにより、合焦動作が行われる。バリエ
ーターレンズ群１０３とコンペンセータレンズ群１０４
が移動することにより、ズーミングが行われる。そし
て、被写体の像がリレーレンズ群１０５の後方のＣＣＤ
撮像素子に結像されることにより、画像が形成される。

【００５２】このような構成のテレビカメラにおいて、
本発明に係る光学ユニット２１は例えばコンペンセータ
レンズ群１０４の最前部に固定されている。収差の発生
を抑えるために必要とされたレンズ群の一部を光学ユニ
ット２１によって置き換えることができる。

【００５３】また、本実施形態では密閉空間３４内に封
入する流体としてはドライエアーや、ヘリウムガス、窒
素ガス等の不活性ガスなどの気体に限定されず、例えば
回折光学素子３１やシートガラス３２の材料と屈折率の
等しい、いわゆるインデックスマッチング液等の液体を
封入してもよい。

【００５４】以上説明したように、第２の実施形態の光
学ユニット２１においては、第１の実施形態の場合と同
様に、回折光学素子３１の製造過程や使用時等に外力ｆ
を受けても、その変形量は（１）式を満たす程度の少量
であるため、回折光学素子３１を内圧により変形した初
期状態が最適な機能状態となるように設計しておくこと
により、テレビカメラ内への設置状態やテレビカメラの
使用状態、例えばテレビカメラの任意の素早い移動等に
影響を受けずに常に当該回折光学素子としての良好な機
能を実現することができる。従って、色収差を始めとす
る各種の光学的収差を効率良く除去するとともに、使用
時の姿勢に制限がなく、自由度が極めて大きいテレビカ
メラを実現することが可能となる。

【００５５】

【発明の効果】本発明によれば、光学素子の製造過程や
使用時等に前記外力を受けても、その変形量は線型の弾
性変形に比して少量であるため、光学素子を内圧により
変形した初期状態が最適な機能状態となるように設計し
ておくことにより、設置状態や使用状態に影響を受けず
に常に当該光学素子としての良好な機能が実現される。
即ち、使用時の姿勢に制限がなく、設置の際の自由度が
極めて大きい光学ユニットを備えた投影露光装置やテレ
ビカメラ等の各種光学機器を実現することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態のステッパーの概略構
成を示す模式図である。

【図２】ステッパーの構成要素である投影光学系を示す
概略断面図である。

【図３】ステッパーの構成要素である投影光学系に設け
られた光学ユニットを示す概略断面図である。

【図４】光学ユニットの構成要素である回折光学素子を
示す模式図である。

【図５】主に回折光学素子を対象とした光学部材の弾性
変形特性を示す特性図である。

【図６】本発明の第１の実施形態のステッパーの他の例
の概略構成を示す模式図である。

【図７】本発明の第１の実施形態のステッパーを用いて
半導体デバイスを製造する際の製造工程を示すフロー図
である。

【図８】図７に引き続き、本発明の第１の実施形態のス
テッパーを用いて半導体デバイスを製造する際の製造工
程を示すフロー図である。

【図９】本発明の第２の実施形態のテレビカメラの主要
構成を示す概略断面図である。

【符号の説明】

１ 光源 ２ ビーム形状変換手段 ３ オプティカルインテグレータ ４ 絞り部材 ５ コンデンサーレンズ ６ ハーフミラー ７ ブラインド ８ 結像レンズ ９ 折り曲げミラー １０，１０１ 補正光学系 １１ レチクル １２ 投影光学系 １３ ウェハ １４ ウェハチャック １５ ウェハステージ ２０ 照明光学系 ２１ 光学ユニット ２２，２３ レンズ ２４ 鏡筒 ３１ 回折光学素子 ３１ａ 円盤状基板 ３１ｂ 回折パターン ３２ シートガラス ３３ 保持リング ３３ａ 通気孔 ３４ 密閉空間 １０１ 光電変換素子（ＣＣＤ） １０２ フォーカシングレンズ群 １０３ バリエーターレンズ群 １０４ コンペンセータレンズ群 １０５ リレーレンズ群

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自重で変形する光学素子を表層に有し、
   当該光学素子を含む前記表層により密閉空間が形成され
   てなる光学ユニットであって、 外力を受けたときの前記光学素子の変形量が非線型状態
   となる程度に当該光学素子を変形させるように、前記密
   閉空間内に所定の流体が封入されていることを特徴とす
   る光学ユニット。
2. 【請求項２】 自重で変形する光学素子を表層に有し、
   当該光学素子を含む前記表層により密閉空間が形成され
   てなる光学ユニットであって、 前記密閉空間内に所定の流体を封入することにより、外
   力ｆとそれによる前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすように、前記光学素子を変形させておく
   ことを特徴とする光学ユニット。
3. 【請求項３】 前記密閉空間の内圧は、前記光学素子が
   非破壊状態に保たれる程度の正圧とされていることを特
   徴とする請求項１又は２に記載の光学ユニット。
4. 【請求項４】 前記光学素子は、表面及び／又は裏面に
   所定のパターンが複数形成されてなり、入射光を所望の
   偏向角に（回折角で）回折させる回折光学素子であるこ
   とを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光
   学ユニット。
5. 【請求項５】 前記表層の上部及び／又は下部に前記光
   学素子が設けられ、側部を囲むように保持リングが設け
   られていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１
   項に記載の光学ユニット。
6. 【請求項６】 前記保持リングは、前記密閉空間内に前
   記流体を封入するための孔部を有することを特徴とする
   請求項５に記載の光学ユニット。
7. 【請求項７】 前記流体は、ドライエアー、不活性ガス
   及び前記光学素子と同一の屈折率を有する液体のうちか
   ら選ばれた１種であることを特徴とする請求項１〜６の
   いずれか１項に記載の光学ユニット。
8. 【請求項８】 薄肉の光学素子を形成する工程と、 前記光学素子が表層の一部を構成するように、当該光学
   素子を含む前記表層に囲まれた密閉空間を形成する工程
   と、 外力を受けたときの前記光学素子の変形量が非線型状態
   となる程度に当該光学素子を変形させるように、前記表
   層を貫通する孔部から前記密閉空間内に所定の流体を封
   入する工程とを備え、 前記光学素子を形成する工程において、前記内圧により
   変形した初期状態が最適な機能状態となるように、予め
   前記変形を見込んで前記光学素子を形成（設計）するこ
   とを特徴とする光学ユニットの製造方法。
9. 【請求項９】 薄肉の光学素子を形成する工程と、 前記光学素子が表層の一部を構成するように、当該光学
   素子を含む前記表層に囲まれた密閉空間を形成する工程
   と、 外力ｆとそれによる前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすように前記光学素子を変形させるため、
   前記表層を貫通する孔部から所定の流体を前記密閉空間
   内に封入する工程とを備え、 前記光学素子を形成する工程において、前記内圧により
   変形した初期状態が最適な機能状態となるように、予め
   前記変形を見込んで前記光学素子を形成（設計）するこ
   とを特徴とする光学ユニットの製造方法。
10. 【請求項１０】 薄肉の光学素子を形成する工程と、 外力を受けたときの前記光学素子の変形量が非線型状態
    となる程度に当該光学素子を変形させる圧力雰囲気下
    で、前記光学素子を表層とする密閉空間を形成して、前
    記密閉空間内を正圧の内圧値とする気体を封入する工程
    とを備え、 前記光学素子を形成する工程において、前記内圧により
    変形した初期状態が最適な機能状態となるように、予め
    前記変形を見込んで前記光学素子を形成（設計）するこ
    とを特徴とする光学ユニットの製造方法。
11. 【請求項１１】 薄肉の光学素子を形成する工程と、 前記光学素子が表層の一部を構成するように、当該光学
    素子を含む前記表層に囲まれた密閉空間を形成する工程
    であって、 外力ｆとそれによる前記光学素子の弾性変形量ｘが、 ｄ² ｘ／ｄｆ² ＜０ の関係を満たすように前記光学素子を変形させる圧力雰
    囲気下で、前記光学素子を表層とする密閉空間を形成し
    て、前記密閉空間内を正圧の内圧値とする気体を封入す
    る工程とを備え、 前記光学素子を形成する工程において、前記内圧により
    変形した初期状態が最適な機能状態となるように、予め
    前記変形を見込んで前記光学素子を形成（設計）するこ
    とを特徴とする光学ユニットの製造方法。
12. 【請求項１２】 前記流体は、ドライエアー、不活性ガ
    ス及び前記光学素子と同一の屈折率を有する液体のうち
    から選ばれた１種であることを特徴とする請求項８又は
    ９に記載の光学ユニットの製造方法。
13. 【請求項１３】 前記気体は、ドライエアー又は不活性
    ガスであることを特徴とする請求項１０又は１１に記載
    の光学ユニットの製造方法。
14. 【請求項１４】 前記密閉空間の内圧値を、前記光学素
    子が非破壊状態に保たれる程度の正圧とすることを特徴
    とする請求項８〜１３のいずれか１項に記載の光学ユニ
    ットの製造方法。
15. 【請求項１５】 前記光学素子を形成する工程におい
    て、表面及び／又は裏面に所定のパターンを複数形成
    し、 入射光を所望の偏向角に（回折角で）回折させる回折光
    学素子となるように、前記光学素子を形成することを特
    徴とする請求項８〜１４のいずれか１項に記載の光学ユ
    ニットの製造方法。
16. 【請求項１６】 請求項１〜７のいずれか１項に記載の
    光学ユニットと、 前記光学ユニットの前段及び後段のうち少なくとも一方
    に配された少なくとも１枚の光学レンズとを備え、 前記光学ユニット及び前記光学レンズが鏡筒内に一体に
    保持されていることを特徴とする光学系。
17. 【請求項１７】 照明光を発する光源と、 所定パターンの形成されたレチクルに照明光を照射する
    第１光学系と、 前記レチクルを通過した照明光を被照射面に照射する第
    ２光学系とを備え、 前記被照射面に前記レチクルの所定パターンを投影し露
    光を行う露光装置であって、 前記第１光学系及び／又は前記第２光学系は、請求項１
    ６に記載の光学系を含むことを特徴とする露光装置。
18. 【請求項１８】 被照射面に感光材料を塗布する工程
    と、 請求項１７に記載の露光装置を用いて、前記感光材料が
    塗布された前記被照射面に所定パターンの露光を行う工
    程と、 前記所定パターンの露光が行われた前記感光材料を現像
    する工程とを備えることを特徴とするデバイスの製造方
    法。
19. 【請求項１９】 前記被照射面をウェハ面とし、当該ウ
    ェハ面に半導体素子を形成することを特徴とする請求項
    １８に記載のデバイスの製造方法。