JP2011103411A - 光学素子の保持装置、光学系、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子の損傷の恐れがなく、かつ光学素子の変形の状態を正確に予測できる状態で、光学素子を変形させる。
【解決手段】凹面鏡２２を保持する保持装置５０であって、凹面鏡２２を支持する分割鏡筒４７と、凹面鏡２２の裏面２２ｃの少なくとも一部の領域に接触する磁性流体Ｌｍを保持する流体保持板５１と、流体保持板５１で保持された磁性流体Ｌｍの圧力を制御して、凹面鏡２２を変形させるアクチュエータ５４Ａと、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、光学素子の保持装置、この保持装置を備える光学系、及びこの光学系を備える露光装置に関する。さらに本発明は、その露光装置を用いるデバイス製造方法に関する。

例えば半導体デバイスの製造工程の一つであるリソグラフィ工程においては、レチクル（又はフォトマスク等）に形成されているパターンを、投影光学系を介してレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写するために、ステッパー等の一括露光型又はスキャニングステッパー等の走査露光型等の露光装置が使用されている。
これらの露光装置に搭載される投影光学系は、諸収差が所定の許容範囲内に収まるように組立調整が行われる。この際に、例えば歪曲収差や倍率誤差等の回転対称で、かつ低次数の収差成分が残存していても、これらの収差は投影光学系に装着されている結像特性補正機構（例えば所定のレンズの光軸方向の位置や傾斜角を制御する機構）によって補正することができる。これに対して、光軸上での非点収差（以下、センターアスと言う。）のような非回転対称な収差成分が残存している場合には、結像特性補正機構ではその補正は困難である。

そこで、そのような非回転対称な収差成分を補正するために、投影光学系中の所定のレンズに対して側面から非回転対称な応力を加えるようにした補正機構が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、非回転対称な収差成分を補正するために、例えばミラーのような光学素子の側面の凸部をアクチュエータで微小量変形させるようにした補正機構も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特表２００２−５１９８４３号公報 特開２００７−２６６５１１号公報

従来の非回転対称な収差成分の補正機構は、投影光学系中の所定の光学素子の一部を直接、機械的に変形させていたため、変形のための応力を大きくすると、その光学素子が損傷する恐れがあった。また、光学素子の側面の変形によって、光学素子の光束が通過する部分を変形させているため、側面の変形量から収差の補正量を正確に予測するのが困難である。そのため、例えば予め種々の変形の組み合わせに対してそれぞれ対応する収差の補正量を実測して記憶しておく必要があり、補正機構の使用方法が複雑であった。
本発明はこのような課題に鑑み、光学素子の損傷の恐れがなく、かつ光学素子の変形状態を正確に予測できる状態で、光学素子を変形可能に保持することを目的とする。

本発明の第１の態様によれば、光学素子を支持する支持部材と、その光学素子の表面の少なくとも一部の領域に接触する磁性流体を保持する流体保持部材と、その流体保持部材で保持されたその磁性流体の圧力を制御して、その光学素子を変形させる圧力制御装置と、を備える光学素子の保持装置が提供される。
また、本発明の第２の態様によれば、複数の光学素子を含む光学系において、その複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子を支持するために、本発明の第１の態様の光学素
子の保持装置を備え、その光学系の非回転対称な収差に応じてその圧力制御装置によってその光学系の変形量を制御する光学系が提供される。

また、本発明の第３の態様によれば、光学素子を支持する支持部材と、その光学素子の表面の少なくとも一部の領域に接触する磁性流体を保持する流体保持部材と、その光学素子の表面に対するその磁性流体の位置を調整して、その光学素子の温度分布を制御する温度制御装置と、を備える光学素子の保持装置が提供される。
また、本発明の第４の態様によれば、複数の光学素子を含む光学系において、その複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子を支持するために、本発明の第３の態様の光学素子の保持装置を備える光学系が提供される。

また、本発明の第５の態様によれば、露光光でパターンを照明し、その露光光でそのパターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、本発明の光学系を備える露光装置が提供される。
また、本発明の第６の態様によれば、本発明の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成されたその基板を処理することと、を含むデバイス製造方法が提供される。

本発明によれば、光学素子を磁性流体を介して変形させるか、又は光学素子の温度分布を磁性流体を介して制御することで、光学素子を変形させているため、光学素子の損傷の恐れがない。また、主に磁性流体と接触している部分で光学素子が変形するため、磁性流体の分布からその光学素子の変形の状態を正確に予測できる。

実施形態の一例の露光装置の本体部を示す一部が切り欠かれた図である。 図１中の凹面鏡２２を保持する保持装置５０を示す断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、図２のＡＡ線に沿う断面における磁性流体の種々の分布を示す図である。 （Ａ）は図２のＢＢ線に沿う断面図、（Ｂ）は図２のＣＣ線に沿う断面図である。 （Ａ）は投影光学系の波面収差の一例を示す図、（Ｂ）は投影光学系の波面収差の他の例を示す図である。 （Ａ）はレチクルのパターンの一例の要部を示す拡大図、（Ｂ）は凹面鏡２２の反射面の近傍における照明光の光強度分布の一例を示す図である。 半導体デバイスの製造工程の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態の一例につき図１〜図６を参照して説明する。
図１は、本実施形態のスキャニングステッパーよりなる走査露光型の露光装置ＥＸの露光本体部を示す。図１において、露光装置ＥＸは、露光用の照明光ＩＬ（露光光）を発生する露光光源（不図示）と、照明光ＩＬでレチクルＲ（マスク）を照明する照明光学系ＩＬＳ（図１ではこの一部のみが表れている）と、レチクルＲのパターンの像をウエハＷ（基板）の表面に形成する投影光学系ＰＬとを備えている。さらに、露光装置ＥＸは、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージ１５と、ウエハＷを保持して移動するウエハステージ３２と、装置全体の動作を統括的に制御するコンピュータよりなる主制御系５（図２参照）とを備えている。

以下、投影光学系ＰＬのレチクルＲ側の部分光学系（後述の第１結像光学系Ｇ１）の光軸ＡＸ１に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面（本実施形態ではほぼ水平面）内で図１
の紙面に平行にＹ軸を取り、図１の紙面に垂直にＸ軸を取って説明する。走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向はＹ軸に平行な方向（Ｙ方向）であり、レチクルＲのパターン面及びウエハＷの表面はＸＹ面にほぼ平行である。また、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸に平行な軸の回りの回転方向（傾斜方向）をθｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向とも呼ぶ。

まず、投影光学系ＰＬ、レチクルステージ１５、及びウエハステージ３２を含む露光本体部は、フレーム機構によって支持されている。そのフレーム機構は、床面に設置されたフレームキャスタよりなるベース部材１と、ベース部材１の上面に設置された例えば３本（４本等でも可）の第１コラム２と、これらの第１コラム２の上面に例えば能動型の防振装置３Ａ，３Ｂ（実際には３個又は４個配置されている）を介して設置された第２コラム４とを備えている。第２コラム４の底部に設けられた平板状の支持板部４ａの中央のＵ字型の開口部に投影光学系ＰＬが搭載されている。

そのフレーム機構の近傍に設置された露光光源（不図示）は、ＡｒＦエキシマレーザ光源（発振波長１９３ｎｍ）であるが、その他にＫｒＦエキシマレーザ光源（波長２４８ｎｍ）、又は固体レーザ（ＹＡＧレーザ若しくは半導体レーザ等）の高調波発生装置等も使用できる。その露光光源から射出された照明光ＩＬは、照明光学系ＩＬＳに入射する。照明光学系ＩＬＳは、レチクルＲのパターン面（下面）のＸ方向（非走査方向）に細長いスリット状の照明領域を照明光ＩＬによりほぼ均一な照度分布で照明する。

サブチャンバ１４内に配置された照明光学系ＩＬＳは、例えば米国特許出願公開第２００３／０２５８９０号明細書などに開示されるように、回折光学素子等を含む光量分布設定機構（不図示）、オプティカルインテグレータ（フライアイレンズ又はロッドインテグレータなど）等を含む照度均一化光学系（不図示）、レチクルブラインド等の可変視野絞り（不図示）、並びにレンズ１１，１３及びミラー１２を含むコンデンサ光学系等を含んでいる。また、通常照明、２極照明、４極照明、又は輪帯照明等の照明条件に応じて、その光量分布設定機構が、照明光学系ＩＬＳ内の瞳面（不図示）における照明光ＩＬの光量分布を、光軸を中心とする円形領域、光軸を挟む２つの領域、光軸を挟む４つの領域、又は輪帯状の領域等でそれぞれ大きい光量となる分布に切り換える。

レチクルＲを通過した照明光ＩＬは、投影光学系ＰＬを介して、フォトレジスト（感光剤）が塗布された円板状の基板であるウエハＷの表面の一つのショット領域のＸ方向に細長い露光領域に、レチクルＲの照明領域内のパターンを投影倍率β（例えば１／４，１／５等）で縮小した像を形成する。投影光学系ＰＬは反射屈折光学系である。投影光学系ＰＬは、フランジ部４４ａによって支持板部４ａに載置されている。照明光学系ＩＬＳ及び投影光学系ＰＬの照明光ＩＬの光路はほぼ気密化され、これらの光路には、ほぼ真空紫外域の光に対して高透過率の気体（以下、「パージガス」と呼ぶ）であるドライエアー、窒素、又は希ガス（ヘリウム等）等が、供給用の配管２０Ａ等及び排気用の配管２１Ａ，２１Ｄ等を介して供給されている。

また、レチクルＲは、レチクルホルダ（不図示）を介してレチクルステージ１５の上面に保持され、レチクルステージ１５はレチクルベース１６のＸＹ面に平行な上面に、Ｙ方向に一定速度で移動可能に、かつＸ方向、Ｙ方向、θｚ方向に変位可能な状態で載置されている。レチクルベース１６は、第２コラム４の上端に固定されている。レチクルステージ１５の少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角はレーザ干渉計１７によって計測され、この計測値及び主制御系５からの制御情報に基いて、リニアモータ等を含む駆動装置（不図示）がレチクルステージ１５を駆動する。

一方、ウエハＷは、ウエハホルダ（不図示）を介してウエハテーブル３１の上面に保持され、ウエハテーブル３１はウエハステージ３２の上面に固定されている。ウエハステー
ジ３２は、ウエハベース３３のＸＹ面に平行な上面にＹ方向に一定速度で移動可能に、かつＸ方向、Ｙ方向にステップ移動可能に載置されている。ウエハベース３３は、能動型の防振装置３８Ａ，３８Ｂ等を介してベース部材１上に載置されている。ウエハステージ３２の少なくともＸ方向、Ｙ方向の位置、及びθｚ方向の回転角はレーザ干渉計３４によって計測され、この計測値及び主制御系５からの制御情報に基いて、リニアモータ等を含む駆動装置（不図示）がウエハステージ３２を駆動する。

また、ウエハステージ３２の内部には、ウエハテーブル３１（ウエハＷ）のＺ方向の位置（フォーカス位置）と、θｘ方向及びθｙ方向の傾斜角とを調整するためのフォーカス・レベリング機構が組み込まれている。投影光学系ＰＬの下部側面に配置された投射光学系３５Ａと受光光学系３５Ｂとから構成される斜入射方式の多点の焦点位置検出系（オートフォーカスセンサ）によって計測されるウエハＷの複数の計測点でのフォーカス位置の情報に基いて、そのフォーカス・レベリング機構は、露光中に継続してウエハＷの表面を投影光学系ＰＬの像面に合焦させる。投射光学系３５Ａ及び受光光学系３５Ｂは、投影光学系ＰＬのフランジ部４４ａの底面に取り付けられたセンサーコラム３６に取り付けられている。

また、ウエハテーブル３１の上部に、例えば米国特許第６，５７３，９９７号明細書等で開示されているシアリング干渉方式又はポイント・ディフラクション・干渉方式（ＰＤＩ方式）の波面収差計測装置３９が設けられている。波面収差計測装置３９によって計測される投影光学系ＰＬの波面収差の情報は図２の結像特性制御系６で処理される。
露光時には、不図示のアライメント系を用いてレチクルＲ及びウエハＷのアライメントを行った後、ウエハステージ３２をＸ方向、Ｙ方向にステップ移動することで、ウエハＷの露光対象のショット領域が露光領域の手前に移動する。その後、レチクルＲの照明領域内のパターンの投影光学系ＰＬによる像でウエハＷの当該ショット領域を露光しつつ、レチクルステージ１５及びウエハステージ３２を介してレチクルＲとウエハＷとをＹ方向に投影光学系ＰＬの投影倍率を速度比として同期移動する走査露光が行われる。そのステップ移動と走査露光とをステップ・アンド・スキャン方式で繰り返すことによって、ウエハＷの全部のショット領域にレチクルＲのパターンの像が露光される。

次に、本実施形態の投影光学系ＰＬの構成等につき詳細に説明する。
図１において、反射屈折光学系からなる投影光学系ＰＬは、レチクルＲのパターンの第１中間像を形成する屈折型の第１結像光学系Ｇ１と、凹面鏡２２と２つの負屈折力のレンズＬ８，Ｌ９とから構成されて第１中間像とほぼ等倍の第２中間像を形成する第２結像光学系Ｇ２と、第２中間像からの光を用いてウエハＷ上にレチクルＲのパターンの最終像を形成する屈折型の第３結像光学系Ｇ３と、凹面鏡２２を保持する保持装置５０とを備えている。さらに、投影光学系ＰＬは、第１結像光学系Ｇ１からの光を第２結像光学系Ｇ２に向かって偏向する反射面Ａと、第２結像光学系Ｇ２からの光を第３結像光学系Ｇ３に向かって偏向する反射面Ｂとが形成された光路折り曲げ鏡ＦＭを備えている。第１中間像及び第２中間像は、それぞれ反射面Ａと第２結像光学系Ｇ２との間、及び第２結像光学系Ｇ２と反射面Ｂとの間に形成される。

また、第１結像光学系Ｇ１及び第３結像光学系Ｇ３はＺ軸に平行な光軸ＡＸ１を有し、第２結像光学系Ｇ２の光軸ＡＸ２は、光軸ＡＸ１と直交するように、かつＹ軸に平行に設定されている。更に、光路折り曲げ鏡ＦＭの２つの反射面Ａ，Ｂの交線（厳密にはその仮想延長面の交線）Ｃで光軸ＡＸ１と光軸ＡＸ２とが交差している。
第１結像光学系Ｇ１は、レチクルＲ側から順に、平行平面板Ｌ１、レンズＬ２，Ｌ３，Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７を配置して構成されている。第２結像光学系Ｇ２は、光の進行往路に沿ってレチクル側（即ち入射側）から順に、負のレンズＬ８及びＬ９と、凹面鏡２２とを配置して構成されている。第３結像光学系Ｇ３は、光の進行方向に沿ってレチクル側
から順に、レンズＬ１０，Ｌ１１と、開口絞りＡＳと、レンズＬ１２，Ｌ１３とを配置して構成されている。開口絞りＡＳの配置面は投影光学系ＰＬの瞳面又はその近傍の面であり、凹面鏡２２の反射面２２ｂ（図２参照）は、投影光学系ＰＬの瞳面とほぼ共役である。なお、投影光学系ＰＬの構成は任意である。

本実施形態において、投影光学系ＰＬを構成する全ての屈折光学素子（レンズ成分）の光学材料には合成石英又は蛍石（ＣａＦ₂ 結晶）を使用している。また、光路折り曲げ鏡ＦＭ及び凹面鏡２２は、一例として炭化ケイ素（ＳｉＣ）或いはＳｉＣとケイ素（Ｓｉ）とのコンポジット材の反射面にアルミニウム等の金属膜、又は誘電体多層膜を被着することにより形成される。このとき、脱ガス防止のために凹面鏡２２全体を炭化ケイ素等でコーティングすることが好ましい。また、凹面鏡２２の材料としては、コーニング社のＵＬＥ（Ultra Low Expansion:商品名）などの低膨張材料、又はベリリウム（Ｂｅ）を用いても良い。ベリリウムを用いる場合には、凹面鏡２２全体を炭化ケイ素等でコーティングすることが好ましい。

また、第１結像光学系Ｇ１の平行平面板Ｌ１、レンズＬ２〜Ｌ７は、それぞれ輪帯状のレンズ枠４２Ａ，４２Ｂ，４２Ｃ，４２Ｄ，４２Ｅ，４２Ｆ，４２Ｇを介して円筒状の分割鏡筒４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４１Ｄ，４１Ｅ，４１Ｆ，４１Ｇ内に保持され、分割鏡筒４１Ａ〜４１Ｇは光軸ＡＸ１に沿って気密性を保持する状態で例えば対向するフランジ部（不図示）をボルト（不図示）で固定して連結されている。レンズ枠４２Ｂ〜４２Ｇ等には上記のパージガスを流通させるための複数の開口が形成されている（以下同様）。

同様に、第３結像光学系Ｇ３のレンズＬ１０，Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３は、それぞれ輪帯状のレンズ枠４２Ｈ，４２Ｋ，４２Ｉ，４２Ｊを介して円筒状の分割鏡筒４１Ｈ，４４，４１Ｉ，４１Ｊ内に保持されている。開口絞りＡＳは、分割鏡筒４４，４１Ｉに挟まれた分割鏡筒４１Ｋ内に保持され、分割鏡筒４１Ｈ，４４，４１Ｋ，４１Ｉ，４１Ｊは気密性を保持する状態で連結されている。そして、分割鏡筒４４にフランジ部４４ａが設けられている。分割鏡筒４１Ｇ，４１Ｈ間に＋Ｙ方向に開口が設けられた円筒状の分割鏡筒４３が連結され、分割鏡筒４３内の突部に保持枠４３ａを介して光路折り曲げ鏡ＦＭが固定されている。分割鏡筒４１Ａ〜４１Ｋ，４３，４４より第１の部分鏡筒７が構成されている。

また、図２の結像特性制御系６の制御のもとで、例えばレンズ枠４２Ａ〜４２Ｅを駆動して、平行平面板Ｌ１、レンズＬ２〜Ｌ５をＺ方向、θｘ方向、θｙ方向に微動することによって、投影光学系ＰＬのディストーション及びコマ収差等の回転対称で比較的低次の収差を補正する回転対称な結像特性補正機構（不図示）が設けられている。このような回転対称な結像特性補正機構としては、例えば米国特許出願公開第２００６／２４４９４０号明細書に開示されている機構を使用可能である。

また、第２結像光学系Ｇ２のレンズＬ８，Ｌ９は、それぞれ保持枠４６Ａ，４６Ｂを介して、円筒型の分割鏡筒４５，４１Ｌ内に保持され、凹面鏡２２は、保持装置５０で保持される。保持装置５０は、投影光学系ＰＬの結像特性としてのセンターアス等の非回転対称な収差及び高次の収差を補正するための補正機構でもある。保持装置５０は、分割鏡筒４１Ｌに連結されて、凹面鏡２２が収納された円筒状の分割鏡筒４７と、分割鏡筒４７の＋Ｙ方向の開口を覆うように分割鏡筒４７の端面に固定されたハウジング４９と、凹面鏡２２の裏面２２ｃに配置される磁性流体Ｌｍとを備えている。磁性流体Ｌｍは、例えばテフロン（登録商標）系の液体中に所定量の磁性体の粉末（例えば鉄粉）を混入したものである。

図２に示すように、円筒状で＋Ｙ方向側の端部が閉じられたハウジング４９は、分割鏡
筒４７の端面４７ｂにボルト４０によって固定されている。さらに、保持装置５０は、分割鏡筒４７の内面４７ａの段差部との間で凹面鏡２２の外周の凸部２２ａを挟んで固定する押さえリング４８と、凹面鏡２２の裏面２２ｃ側に磁性流体Ｌｍを隔てて配置された流体保持板５１と、ハウジング４９の内面に流体保持板５１を連結するＹ方向に弾性変形可能なヒンジ部材５２Ａと、ハウジング４９に対する流体保持板５１のＹ方向の位置を検出するリニアエンコーダ５３Ａと、流体保持板５１の＋Ｙ方向の外面に固定された、円筒状で＋Ｙ方向の端部が閉じられた取り付け部材５５とを備えている。ハウジング４９に固定されたヒンジ部材５２Ａは、ボルト５２Ａａによって流体保持板５１に固定されている。リニアエンコーダ５３Ａは、流体保持板５１に固定されたスケール部５３Ａｂとハウジング４９に固定された検出部５３Ａａとからなる。

凹面鏡２２の凸部２２ａの−Ｙ方向の側面にはほぼ等角度間隔で３箇所に半球状の接触部（不図示）が形成され、凹面鏡２２は分割鏡筒４７に対して安定に保持されている。
図２のＢＢ線に沿う断面図である図４（Ａ）に示すように、ハウジング４９の内面に等角度間隔で配置された３箇所の同一構成のヒンジ部材５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃによって流体保持板５１が支持されている。即ち、流体保持板５１は、ハウジング４９の内部に３箇所で安定に保持されている。また、ヒンジ部材５２Ａ〜５２Ｃの近傍に、それぞれハウジング４９に対する流体保持板５１のＹ方向の位置を検出するリニアエンコーダ５３Ａ，５３Ｂ，５３Ｃが配置されている。リニアエンコーダ５３Ａ〜５３Ｃの検出結果は図２の圧力温度制御系９に供給されている。

図２において、流体保持板５１及び取り付け部材５５は、熱伝導率が高い常磁性体の金属、例えばチタン合金又はアルミニウム等から形成されている。ヒンジ部材５２Ａ及びハウジング４９は例えば金属製である。凹面鏡２２の裏面２２ｃと流体保持板５１との間隔は、例えば１〜３ｍｍ程度が好ましい。本実施形態では、その間隔は２ｍｍ程度に設定されている。

また、保持装置５０は、ヒンジ部材５２Ａの弾性変形の範囲内でハウジング４９に対してヒンジ部材５２Ａを介して流体保持板５１をＹ方向に変位させるアクチュエータ５４Ａと、流体保持板５１の表面で取り付け部材５５の内部に配置された複数の永久磁石５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃ（図４（Ｂ）参照）及び複数の電磁石５７とを備えている。
図２のＣＣ線に沿う断面図である図４（Ｂ）に示すように、ハウジング４９内にはヒンジ部材５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃを介して流体保持板５１をそれぞれＹ方向に変位させる同じ構成のアクチュエータ５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｃが配置されている。アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃは例えばピエゾ素子（電歪素子）又はボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等である。リニアエンコーダ５３Ａ〜５３Ｃの検出結果及び結像特性制御系６からの制御情報に基づいて、図２の圧力温度制御系９がアクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃの駆動量を制御する。アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃを駆動することで、凹面鏡２２の裏面２２ｃに対する流体保持板５１のＹ方向の位置、及びθｘ方向、θｚ方向の傾斜角を制御できる。アクチュエータ５４Ａ〜５４ＣのＹ方向の駆動ストロークは例えば数μｍ程度である。

図４（Ｂ）において、取り付け部材５５の内側の中央の円形の領域が、図２の凹面鏡２２に照明光ＩＬが照射される有効領域に対応する有効領域６２Ｍである。有効領域６２Ｍ内に、Ｘ方向及びＺ方向に所定周期で配置された多数の駆動点Ｐ（ｉ，ｊ）にそれぞれ電磁石５７が設置されている。駆動点Ｐ（ｉ，ｊ）は、最も−Ｘ方向及び−Ｚ方向の駆動点からそれぞれ＋Ｘ方向にｉ番目（ｉ＝１〜Ｉ）で＋Ｚ方向にｊ番目（ｊ＝１〜Ｊ）の駆動点である（Ｉ，Ｊは２以上の整数）。有効領域６２のほぼ中央を通りＸ方向及びＹ方向に配列される駆動点Ｐ（ｉ，ｊ）及び電磁石５７の数は例えば１０〜２０程度（図４（Ｂ）ではほぼ１０個）である。或る電磁石５７のコイルに電流を供給することによって、その電磁石５７で発生する磁力によって、図２の凹面鏡２２の裏面２２ｃの磁性流体Ｌｍの一部をその電磁石５７の延長上の領域に移動することができる。全部の電磁石５７のコイルに流れる電流（ひいては磁力）は、図２の圧力温度制御系９によって個別に制御可能である。

図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は図２のＡＡ線に沿う断面図であり、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）は図２の凹面鏡２２の裏面２２ｃにおける磁性流体Ｌｍの分布を示している。また、図３（Ａ）〜図３（Ｆ）の裏面２２ｃの有効領域６２は、図４（Ｂ）の有効領域６２Ｍに対向する領域である。図２の全部の電磁石５７のコイルに流れる電流を制御することによって、裏面２２ｃの有効領域６２内における磁性流体Ｌｍの分布を、図３（Ａ）の光軸ＡＸ２をＺ方向（レチクルＲ上のＹ方向に対応する方向）に挟む２箇所の領域６３Ａ，６３Ｂ、図３（Ｃ）の一箇所の領域６３Ｃ、図３（Ｄ）の光軸を斜め方向に挟む２箇所の領域６３Ｄ，６３Ｅ、図３（Ｅ）の多数の領域６４Ｆ、又は図３（Ｆ）の輪帯状の領域６４Ｇ等の種々の分布に設定可能である。図３（Ａ）、図３（Ｃ）〜図３（Ｆ）のような磁性流体Ｌｍの分布で、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃによって流体保持板５１のＹ方向の位置、θｘ方向、θｚ方向の傾斜角を制御することによって、磁性流体Ｌｍが存在する裏面２２ｃに対向する凹面鏡２２の反射面２２ｂを僅かに変形させることができる。この際に、凹面鏡２２は横置きであるため、裏面２２ｃからの僅かな力で反射面２２ｂを変形できる。これによって、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差及び高次の収差（波面収差等）を補正できる。

また、図４（Ｂ）の取り付け部材５５の内側で有効領域６２Ｍの外側の領域内に、ヒンジ部材５２Ａ〜５２Ｃの近傍の領域を隔てて３箇所の円弧状の退避領域６４ＡＭ，６４ＢＭ，６４ＣＭが設定され、退避領域６４ＡＭ，６４ＢＭ，６４ＣＭ内に近接してそれぞれ同じ構成の複数の永久磁石５６Ａ，５６Ｂ，５６Ｃが設置されている。永久磁石５６Ａ〜５６Ｃは、全部の電磁石５７の電流がオフの状態で、退避領域６４ＡＭ〜６４ＣＭに対向する図３（Ｂ）の凹面鏡２２の裏面２２ｃの退避領域６４Ａ〜６４Ｃに磁性流体Ｌｍを保持するために使用される。なお、凹面鏡２２の裏面２２ｃには、磁性流体Ｌｍをはじく撥液性のコーティング膜（例えばテフロン（登録商標）等の合成樹脂等）が形成されている。これによって、磁性流体Ｌｍは裏面２２ｃに沿って容易に移動可能である。

また、図２において、流体保持板５１の内部に流路５１ａが設けられ、流路５１ａの一端及び他端がそれぞれ可撓性を持つ配管６０Ａ及び６０Ｂを介して冷媒供給装置５９に連結されている。冷媒供給装置５９は配管６０Ａを介して流路５１ａに温度制御（冷却）された冷媒Ｃｏを供給し、流路５１ａを流れた冷媒Ｃｏを配管６０Ｂを介して回収する。流体保持板５１には温度センサ６１が固定され、温度センサ６１で検出される流体保持板５１の温度情報が圧力温度制御系９に供給されている。圧力温度制御系９は、流体保持板５１の温度が結像特性制御系６による設定値になるように、冷媒供給装置５９を介して流路５１ａに供給される冷媒Ｃｏの温度及び流量を制御する。流路５１ａは、図４（Ａ）に示すように、流体保持板５１のほぼ全面を軌跡６９に沿って巡るように形成されているため、流体保持板５１の温度分布はほぼ均一になる。保持装置５０は、温度センサ６１及び配管６０Ａ，６０Ｂを有する。なお、冷媒Ｃｏ等としては、例えばフッ素系不活性液体などが使用できる。フッ素系不活性液体としては例えばフロリナート（米国スリーエム社の商品名）が使用できる。

次に、凹面鏡２２を保持する保持装置５０を用いて、投影光学系ＰＬのセンターアスのような非回転対称な収差を補正する動作の一例につき説明する。この場合、一例として図１の波面収差計測装置３９を用いて投影光学系ＰＬの波面収差を計測する。この計測の結果、投影光学系ＰＬの瞳面における波面収差、ひいては凹面鏡２２の反射面２２ｂの近傍における波面収差が、図５（Ａ）に示すように、光軸ＡＸ２をＺ方向にほぼ対称に挟む２つのほぼ円形の領域２３Ａ，２３Ｂで負になっているとする。この場合、図２の結像特性
制御系６から圧力温度制御系９に対して、その領域２３Ａ，２３Ｂの位置及び大きさの情報、及びこれらの領域における平均的な波面収差量の情報を供給する。

これに応じて圧力温度制御系９は、まず全部の電磁石５７の電流を制御して、凹面鏡２２の裏面２２ｃの磁性流体Ｌｍの分布を、図３（Ａ）の領域２３Ａ，２３Ｂに対向する領域６３Ａ，６３Ｂに設定する。さらに圧力温度制御系９は、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃを駆動し、流体保持板５１を裏面２２ｃに平行にした状態で、反射面２２ｂの領域２３Ａ，２３Ｂにおける変位がその波面収差量のほぼ１／２になるように、流体保持板５１をＹ方向に変位させる。これによって、凹面鏡２２の裏面２２ｃと流体保持板５１との間の磁性流体Ｌｍの圧力が変化する。この磁性流体Ｌｍの圧力の変化が凹面鏡２２の裏面２２ｃのうち領域２３Ａ，２３ｂに対して付勢力を与えることになり、その非回転対称な収差が低減（補正）される。なお、電磁石５７の磁力と、流体保持板５１のＹ方向の移動量（裏面２２ｃと流体保持板５１との間隔）と、反射面２２ｂの変位との関係は、計算又は実測によって予め求めて記憶しておいてもよい。なお、２つの領域２３Ａ，２３Ｂで波面収差量が異なる場合には、それに応じて流体保持板５１のθｘ方向の傾斜角を調整すればよい。

また、計測された波面収差が、図５（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸ２を斜めにほぼ対称に挟む２つの領域２３Ｄ，２３Ｅで負の値になる場合には、凹面鏡２２の裏面２２ｃにおける磁性流体Ｌｍの分布を図３（Ｄ）の２つの領域６３Ｄ，６３Ｅに設定し、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃの駆動量を調整すればよい。同様に、計測される種々の波面収差に応じて、それぞれ磁性流体Ｌｍの分布及び流体保持板５１による付勢力を制御することによって、その波面収差を低減できる。なお、波面収差が２つの領域２３Ａ，２３Ｂで正の値になる場合には、一例として、図３（Ａ）の対応する２つの領域６３Ａ，６３Ｂを囲む領域に磁性流体Ｌｍを分布させればよい。

また、このように磁性流体Ｌｍの分布を制御するために全部の電磁石５７の電流を調整すると、流体保持板５１の温度が上昇し、磁性流体Ｌｍを介して凹面鏡２２の温度も上昇する。そこで、流体保持板５１の温度が許容値を超えたときには、冷媒供給装置５９から流体保持板５１の流路５１ａに冷媒Ｃｏを供給して、流体保持板５１を冷却する。これによって、凹面鏡２２の温度上昇が抑制できる。

次に、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差等を補正する動作の他の例につき説明する。この場合、予めレチクルＲのパターン及び照明条件から凹面鏡２２の温度分布を予測する。即ち、レチクルＲに形成されている主なパターンが、例えば図６（Ａ）に拡大して示すように、Ｙ方向にほぼ解像限界の周期で形成されたライン・アンド・スペースパターン（以下、Ｌ＆Ｓパターンという）７１Ｈである場合、照明光学系ＩＬＳの照明条件として２極照明が使用される。この結果、投影光学系ＰＬの瞳面、ひいては凹面鏡２２の反射面では、図６（Ｂ）に示すように、光軸ＡＸ２をＺ方向にほぼ対称に挟む２つの領域７２で照明光ＩＬの光量が高くなり、領域７２の温度が上昇する。

そこで、図２の結像特性制御系６から圧力温度制御系９にその２極照明の照明条件の情報が供給された場合には、圧力温度制御系９は、電磁石５７によって凹面鏡２２の裏面２２ｃの磁性流体Ｌｍの分布を図３（Ａ）の２つの領域２３Ａ，２３Ｂに設定する。ただし、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃの駆動量はほぼ０にしておく。すなわち、凹面鏡２２の裏面２２ｃに対して、磁性流体Ｌｍ及び流体保持板５１による付勢力が発生しないようにしておく。なお、この場合、圧力温度制御系９は、凹面鏡２２の裏面２２ｃと液体保持板５１との間の磁性流体Ｌｍの圧力を調整しないので、磁性流体を移動する制御系として機能する。また、冷媒供給装置５９を介して流体保持板５１の流路５１ａに冷却された冷媒Ｃｏを供給する。これによって、領域２３Ａ，２３Ｂの温度が低下して、凹面鏡２２の温度分布は回転対称な分布に近づくため、非回転対称な収差が低減される。

また、例えば輪帯照明が使用される場合には、図３（Ｆ）の凹面鏡２２の反射面では、輪帯状の領域２３Ｇに対応する部分の光量が大きくなり、領域２３Ｇに対応する部分の温度が上昇する。そこで、圧力温度制御系９が裏面２２ｃの輪帯状の領域６４Ｇに磁性流体Ｌｍを分布させ、流体保持板５１の流路５１ａに冷媒Ｃｏを供給することによって、回転対称ではあるが高次の収差を低減させることができる。同様に、他の種々の領域で反射面の温度が上昇するときに、その領域に合わせて磁性流体Ｌｍの分布を設定し、流体保持板５１に冷媒Ｃｏを供給することで、非回転対称及び／又は高次の収差を低減できる。

本実施形態の効果等は以下の通りである。
（１）本実施形態の投影光学系ＰＬは凹面鏡２２を保持する保持装置５０を備えている。保持装置５０は、凹面鏡２２（光学素子）を支持する分割鏡筒４７（支持部材）と、凹面鏡２２の裏面２２ｃ（表面の一部）の少なくとも一部の領域に接触する磁性流体Ｌｍを保持する流体保持板５１（流体保持部材）と、流体保持板５１で保持された磁性流体Ｌｍの圧力を制御して、凹面鏡２２を変形させるアクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃ（圧力制御装置）と、を備えている。

本実施形態によれば、凹面鏡２２を磁性流体Ｌｍを介して変形させているため、凹面鏡２２の損傷の恐れがない。また、磁性流体Ｌｍと接触している部分、及びその部分に対向する凹面鏡２２の反射面の部分で凹面鏡２２が変形するため、凹面鏡２２の変形の状態を正確に予測できる状態で、凹面鏡２２を所望の形状に変形させることができる。
（２）また、保持装置５０は、凹面鏡２２の裏面２２ｃにおける磁性流体Ｌｍの分布を制御するための複数の電磁石５７（分布設定装置）を備えている。従って、電磁石５７の電流を個別に制御することで、磁性流体Ｌｍの分布を種々の分布に容易に設定できる。

（３）また、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃはそれぞれハウジング４９（ベース部材）に対して流体保持板５１を裏面２２ｃに垂直な方向（Ｙ方向）に変位させている。従って、流体保持板５１を３自由度で変位させることができ、ひいては裏面２２ｃの磁性流体Ｌｍの圧力を位置によって変えることもできる。
なお、保持装置５０は一つのアクチュエータのみを備え、このアクチュエータでハウジング４９に対して流体保持板５１をＹ方向に変位させるのみでもよい。この場合には、電磁石５７の磁力が互いに等しいときには、裏面２２ｃの磁性流体Ｌｍの圧力は位置に関係なくほぼ等しくなる。一方、電磁石５７毎に磁力を変えることによって、磁力の強い部分で磁性流体Ｌｍの圧力を大きくすることも可能である。

（４）また、保持装置５０は、凹面鏡２２の裏面２２ｃに対する磁性流体Ｌｍの位置（分布）を調整して、凹面鏡２２の温度分布を制御する温度制御装置を備えている。この温度制御装置は、流体保持板５１に設けられ、温度制御された冷媒Ｃｏが供給される配管６０Ａと、磁性流体Ｌｍを吸引する複数の電磁石５７とを有する。
従って、例えば２極照明を用いる場合のように、凹面鏡２２の温度分布が非回転対称になることが予め予測できる場合には、その非回転対称な温度分布を抑制するように、磁性流体Ｌｍの分布及びその温度を制御することで、非回転対称な収差を低減できる。また、回転対称な高次の収差も低減可能である。

このように、磁性流体Ｌｍを介して凹面鏡２２の温度分布のみを調整する場合には、アクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃは省略してもよい。
なお、凹面鏡２２の裏面２２ｃを格子状の仕切り部材によって複数の領域に分割し、これらの複数の領域に磁性流体Ｌｍを満たし、複数の領域毎にペルチエ素子（温度制御装置）によって磁性流体Ｌｍの温度を制御してもよい。この構成でも、凹面鏡２２の温度分布を補正可能である。

（５）また、磁性流体Ｌｍは、凹面鏡２２の裏面２２ｃの温度分布の制御に有効な有効領域６２の外の退避領域６４Ａ〜６４Ｃに永久磁石５６Ａ〜５６Ｃによって退避可能である。従って、例えば全部の電磁石５７の電流をオフにしても、磁性流体Ｌｍが裏面２２ｃの外に漏れ出ることがない。
（６）また、磁性流体Ｌｍは、凹面鏡２２（ミラー）の反射面２２ｂの裏面２２ｃの少なくとも一部の領域に接触するように保持される。従って、裏面２２ｃにおける磁性流体Ｌｍの分布によって、それに対向する反射面２２ｂの変位の分布又は温度分布を正確に制御可能である。

なお、投影光学系ＰＬのうちの例えばレンズＬ１１等に、保持装置５０と同様の磁性流体Ｌｍを用いる保持装置を適用してもよい。この場合、磁性流体は、レンズＬ１１の表面のうち、照明光ＩＬの光束が通過しない領域の少なくとも一部に接触するように保持されればよい。この構成においては、波面収差が発生している領域、又は温度が上昇している領域に近い領域に磁性流体を分布させ、その圧力及び／又は温度を制御することで、非回転対称な収差及び／又は高次の収差等を補正できる。

（７）また、投影光学系ＰＬは、レンズＬ８，Ｌ９及び凹面鏡２２（複数の光学素子）を含む光学系において、それらの光学素子のうちの凹面鏡２２を支持するために保持装置５０を備え、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差に応じてアクチュエータ５４Ａ〜５４Ｃ（圧力制御装置）によって磁性流体Ｌｍを介して凹面鏡２２の変形量を制御している。従って、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差を低減できる。

なお、投影光学系ＰＬ内の複数の光学素子にそれぞれ保持装置５０と同様の保持装置を備えることも可能である。
（８）また、本実施形態の露光装置ＥＸは、照明光ＩＬ（露光光）でレチクルＲのパターンを照明し、照明光ＩＬでそのパターン及び投影光学系ＰＬを介してウエハＷ（基板）を露光する露光装置において、投影光学系ＰＬは保持装置５０を備えている。

従って、投影光学系ＰＬの非回転対称な収差を低減できるため、レチクルＲのパターンの像を高精度にウエハＷの各ショット領域に露光できる。
なお、露光装置ＥＸの照明光学系ＩＬＳ内の光学素子（例えば瞳面の近傍のレンズ）に保持装置５０と同様の保持装置（ただし、磁性流体Ｌｍはレンズの光束が通過する部分の周囲の領域に分布する）を備えてもよい。この場合には、照明条件を高精度に設定可能である。

次に、上記の実施形態の露光装置ＥＸを用いて半導体デバイス（電子デバイス）を製造する場合、この半導体デバイスは、図７に示すように、デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいてマスク（レチクル）を製作するステップ２２２、デバイスの基材である基板（ウエハ）を製造するステップ２２３、露光装置ＥＸによりレチクルのパターンをレジストが塗布された基板（感光基板）に露光する工程、露光した基板を現像してレジストパターンを形成する工程、現像した基板の加熱（キュア）及びエッチング工程などを含む基板処理ステップ２２４、デバイス組み立てステップ（ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程などの加工プロセスを含む）２２５、並びに検査ステップ２２６等を経て製造される。

言い換えると、このデバイスの製造方法は、上記の実施形態の露光装置を用いて基板（ウエハ）上に感光層のパターンを形成することと、そのパターンが形成された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。この製造方法によれば、その露光装置では非回転対称な収差を含む諸収差を低減できるため、微細パターンを有するデバイスを高精度に製造できる。

なお、本発明は、例えば米国特許出願公開第２００７／２４２２４７号明細書、又は欧州特許出願公開第１４２０２９８号明細書等に開示されている液浸型露光装置の投影光学系の収差補正を行う場合にも適用することができる。また、本発明は、走査型の露光装置のみならず、一括露光型の露光装置（ステッパー等）等にも適用することができる。
また、本発明は、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光光として用いる投影露光装置の投影光学系の収差補正を行う場合にも適用できる。露光光としてＥＵＶ光を用いる場合には、投影光学系は特定のフィルタ等を除いて複数のミラー（凹面鏡、凸面鏡、平面鏡等）から構成されるため、本発明の光学素子の保持装置は、その複数のミラーのうちの少なくとも１枚のミラーを保持するために使用可能である。

また、本発明は、半導体デバイス製造用の露光装置への適用に限定されることなく、例えば、角型のガラスプレートに形成される液晶表示素子、若しくはプラズマディスプレイ等のディスプレイ装置用の露光装置や、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシーン、薄膜磁気ヘッド、及びＤＮＡチップ等の各種デバイスを製造するための露光装置にも広く適用できる。更に、本発明は、各種デバイスのマスクパターンが形成されたマスク（フォトマスク、レチクル等）をフォトリソグフィ工程を用いて製造する際の、露光装置にも適用することができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を取り得ることは勿論である。

ＥＸ…露光装置、Ｒ…レチクル、Ｗ…ウエハ、Ｌｍ…磁性流体、ＩＬＳ…照明光学系、ＰＬ…投影光学系、９…圧力温度制御系、２２…凹面鏡、３９…波面収差計測装置、４７…分割鏡筒、４９…ハウジング、５０…保持装置、５１…流体保持板、５２Ａ〜５２Ｃ…ヒンジ部材、５３Ａ〜５３Ｃ…リニアエンコーダ、５４Ａ〜５４Ｃ…アクチュエータ、５６Ａ〜５６Ｃ…永久磁石、５７…電磁石、５９…冷媒供給装置

Claims (21)

1. 光学素子の保持装置であって、
   前記光学素子を支持する支持部材と、
   前記光学素子の表面の少なくとも一部の領域に接触する磁性流体を保持する流体保持部材と、
   前記流体保持部材で保持された前記磁性流体の圧力を制御して、前記光学素子を変形させる圧力制御装置と、
   を備えることを特徴とする光学素子の保持装置。
2. 前記圧力制御装置は、ベース部材に対して前記流体保持部材を変位させる少なくとも一つのアクチュエータを有することを特徴とする光学素子の保持装置。
3. 前記光学素子の表面に対する前記磁性流体の位置を調整して、前記光学素子の温度分布を制御する温度制御装置を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光学素子の保持装置。
4. 前記流体保持部材に設けられ、温度制御された冷媒が供給される配管部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の光学素子の保持装置。
5. 前記温度制御装置は、前記磁性流体を吸引するための複数の電磁石を有することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の光学素子の保持装置。
6. 前記磁性流体は、前記光学素子の表面の温度分布の制御に有効な領域の外に退避可能であることを特徴とする請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置。
7. 前記光学素子はミラーであり、前記磁性流体は前記ミラーの反射面の裏面の少なくとも一部の領域に接触するように保持されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置。
8. 前記光学素子はレンズであり、前記磁性流体は、前記レンズの表面のうち、光束が通過しない領域の少なくとも一部に接触するように保持されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置。
9. 複数の光学素子を含む光学系において、
   前記複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子を支持するために、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置を備え、
   前記光学系の非回転対称な収差に応じて前記圧力制御装置によって前記光学系の変形量を制御することを特徴とする光学系。
10. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    請求項９に記載の光学系を備えることを特徴とする露光装置。
11. 前記光学系は前記投影光学系であることを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 光学素子の保持装置であって、
    前記光学素子を支持する支持部材と、
    前記光学素子の表面の少なくとも一部の領域に接触する磁性流体を保持する流体保持部
    材と、
    前記光学素子の表面に対する前記磁性流体の位置を調整して、前記光学素子の温度分布を制御する温度制御装置と、
    を備えることを特徴とする光学素子の保持装置。
13. 前記流体保持部材に設けられ、温度制御された冷媒が供給される配管部材を備えることを特徴とする請求項１２に記載の光学素子の保持装置。
14. 前記温度制御装置は、前記磁性流体を吸引するための複数の電磁石を有することを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の光学素子の保持装置。
15. 前記磁性流体は、前記光学素子の表面の温度分布の制御に有効な領域の外に退避可能であることを特徴とする請求項１４に記載の光学素子の保持装置。
16. 前記光学素子はミラーであり、前記磁性流体は前記ミラーの反射面の裏面の少なくとも一部の領域に接触するように保持されることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置。
17. 前記光学素子はレンズであり、前記磁性流体は、前記レンズの表面のうち、光束が通過しない領域の少なくとも一部に接触するように保持されることを特徴とする請求項１２から請求項１５のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置。
18. 複数の光学素子を含む光学系において、
    前記複数の光学素子の少なくとも一つの光学素子を支持するために、請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載の光学素子の保持装置を備えることを特徴とする光学系。
19. 露光光でパターンを照明し、前記露光光で前記パターン及び投影光学系を介して基板を露光する露光装置において、
    請求項１８に記載の光学系を備えることを特徴とする露光装置。
20. 前記光学系は前記投影光学系であることを特徴とする請求項１９に記載の露光装置。
21. 請求項１０、請求項１１、請求項１９、又は請求項２０に記載の露光装置を用いて基板上に感光層のパターンを形成することと、
    前記パターンが形成された前記基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。

Images