JP2014154698A - 光学装置、照明装置、露光装置、デバイス製造方法、及び光学素子の保持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光学素子を冷却する。
【解決手段】 ミラー駆動系（アクチュエータ４２）により複数のエレメント４１の裏面が冷熱源であるベースプレート４２_０の表面に近接する際に、さらに、ミラー冷却系（電極５１_１，５１_２）により複数のエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する。これにより、エレメント４１とベースプレート４２_０との接触熱伝達率が大きくなり、真空中で用いられる可動な複数のエレメント４１を冷却することが可能となる。
【選択図】図５

Description

本発明は、光学装置、照明装置、露光装置、デバイス製造方法、及び光学素子の保持方法に係り、特に、光学素子を有する光学装置、該光学装置を備える照明装置、該照明装置により生成される照明光を照射して物体上にパターンを形成する露光装置、該露光装置を用いてデバイスを製造するデバイス製造方法、及び光学素子の保持方法に関する。

半導体素子、液晶表示素子等の電子デバイス（マイクロデバイス）の製造工程の１つであるリソグラフィ工程では、照明光（露光光とも呼ぶ）を、レチクル（又はマスク）及び投影光学系を介して、感光剤（レジスト）が塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に投射することによって、レチクルに形成されたパターン（の縮小像）をウエハ上の複数のショット領域に逐次転写する投影露光装置が用いられている。

近年、デバイスパターンの微細化に伴い、照明光として波長１０〜１４ｎｍの極端紫外（EUV: Extreme Ultraviolet）光を用いる投影露光技術（ＥＵＶ露光技術とも呼ぶ）が注目されている。ＥＵＶ露光技術では、照明光の波長が短いため、投影光学系等を構成する光学素子としてレンズ等の透過型素子（屈折光学素子）は利用できず、多層膜ミラーを用いた反射型素子（反射光学素子）が利用される。ここで、多層膜ミラーであっても、その反射率は約７０％程度と低いため（光吸収率が高いため）、照明光を吸収することにより光学素子が発熱する。

ＥＵＶ露光技術を採用した露光装置（ＥＵＶ露光装置）では、特に照明光学系を構成する光学素子に対しては、光源からの強い照明光が照射されるため上述の発熱は特に大きく、さらに、照明光学系内は高真空に置かれるため光学素子の冷却が不可欠となる。ここで、照明光学系において、均一な照度分布を得るためのオプティカル・インテグレータとして、傾動可動な微小な（反射型）光学素子を複数有するフライアイ光学系が配置される（例えば、特許文献１参照）。このため、真空中で用いられる可動な光学素子を冷却する技術が必要とされている。

国際公開第２０１１／０４０４８８号

本発明は、第１の観点からすると、光学素子を有する光学装置であって、前記光学素子の光学面と異なる部分で前記光学素子と接触可能な接触面を有するベースと、前記光学素子が前記ベースから離れた位置で、かつ前記光学素子の前記光学面に光が照射される第１位置と、前記接触面に前記光学素子が接触する第２位置との間で、前記光学素子と前記ベースとを相対的に移動させる移動機構と、前記第２位置から前記ベースに前記光学素子を接触させる力を発生させる発生装置と、を備える光学装置である。

これによれば、発生装置により光学素子をベースに接触させることで、光学素子を冷却することが可能となる。

本発明は、第２の観点からすると、第１の観点に係る光学装置を備える照明装置である。

これによれば、照明精度の高い照明装置が提供される。

本発明は、第３の観点からすると、第２の観点に係る照明装置により生成される照明光を照射して物体上にパターンを形成する露光装置である。

これによれば、露光精度の高い露光装置が提供される。

本発明は、第４の観点からすると、第３の観点に係る露光装置を用いて、デバイスを製造するデバイス製造方法である。

本発明は、第５の観点からすると、光学素子の保持方法であって、前記光学素子の光学面と異なる部分で前記光学素子と接触可能な接触面を有するベースを準備する工程と、前記光学素子が前記ベースから離れた位置で、かつ前記光学素子の前記光学面に光が照射される第１位置と、前記接触面に前記光学素子が接触する第２位置との間で、前記光学素子と前記ベースとを相対的に移動させる工程と、前記第２位置から前記ベースに前記光学素子を接触させる力に発生させる工程と、を含む光学素子の保持方法である。

これによれば、光学素子を冷却することが可能となる。

一実施形態に係る露光装置の構成を概略的に示す図である。 オプティカル・インテグレータ（フライアイ光学系）の構成を概略的に示す図である。 図１の露光装置の制御系の主要な構成を示すブロック図である。 第１反射型インテグレータが有する複数のエレメントを駆動する駆動系（アクチュエータ）と複数のエレメントを冷却する冷却系の構成を概略的に示す図である。 図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、第１反射型インテグレータが有する複数のエレメントを冷却する手順を説明するための図である。 図６（Ａ）及び図６（Ｂ）は、複数のエレメントをベースプレートに磁力を利用して吸着する第１反射型インテグレータの変形構成例（その１及びその２）を示す図である。

以下、一実施形態を、図１〜図５に基づいて説明する。

図１には、一実施形態に係る露光装置１の概略的な構成が示されている。露光装置１は、ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置（いわゆるスキャナ）であり、照明光（露光光とも呼ぶ）ＥＬとして波長５〜２０ｎｍの極端紫外（EUV: Extreme Ultraviolet）光を用いる投影露光装置（ＥＵＶ露光装置とも呼ぶ）である。

後述するように、本実施形態では、第１面（物体面）側が非テレセントリックで第２面（像面）側がテレセントリックな投影光学系ＰＯが設けられており、投影光学系ＰＯの光軸と平行な方向（像側の主光線と平行な方向）をＺ軸方向（Ｚ方向）、これに直交する面内でレチクルとウエハとが相対走査される方向をＹ軸方向（Ｙ方向）、Ｚ軸及びＹ軸に直交する方向をＸ軸方向（Ｘ方向）とし、Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸回りの回転（傾斜）方向をそれぞれθｘ、θｙ、及びθｚ方向として説明を行う。

露光装置１は、照明光を生成する照明光学装置３、レチクルＲを保持して移動するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパターン面（レチクル面）に形成されたパターンの像を感光材（レジスト）が塗布されたウエハＷ上に投影する投影光学系ＰＯ、及びウエハＷを保持して移動するウエハステージＷＳＴを備えている。

上記の露光装置１の構成各部のうち、特に、照明光学装置３と投影光学系ＰＯとは真空チャンバ２内に収容されている。真空チャンバ２内は、気体による照明光ＥＬの吸収を避けるために、真空ポンプ３２Ａ，３２Ｂにより、それぞれ排気管３２Ａａ，３２Ｂａを介して、例えば１０^−５Ｐａ程度まで真空排気されている。また、真空チャンバ２内には、照明光ＥＬの光路上の真空度を上げるために、さらに複数のサブチャンバ（不図示）が設けられている。例えば、投影光学系ＰＯを収納するサブチャンバ（不図示）内は、例えば１０^−５〜１０^−６Ｐａまで真空排気されている。

照明光学装置３は、真空チャンバ２内の−Ｙ側に配置されている。照明光学装置３は、照明光（ＥＵＶ光）ＥＬを生成する光源部１０及び照明光ＥＬを用いてレチクルＲを照明する照明光学系ＩＬＳを含む。

光源部１０としては、一例としてガスクラスタジェット方式のレーザ励起型プラズマ光源が採用されている。光源部１０は、例えばＹＡＧレーザ等の高出力の光源（不図示）と、この光源から出力される光を集光する集光レンズ１２と、キセノン、スズ、クリプトン等のターゲットを噴出するノズル１４と、回転楕円面状の反射面を有する集光ミラー（放物面鏡）１３と、を備える。なお、光源部１０と同様のガスクラスタジェット方式のレーザ励起プラズマ光源については、例えば米国特許第５，５７７，０９２号に詳細に開示されている。光源（不図示）は、真空チャンバ２外に配置されている。この光源から出射される光は、窓１５を介して真空チャンバ２内に入り、集光レンズ１２によって集光されて、集光ミラー１３の内側でノズル１４から噴出されるターゲットに照射される。これにより、プラズマ化したターゲット（多重に電離した多価イオン）から放出されるＥＵＶ光（照明光）ＥＬが、集光ミラー１３によってその第２焦点１３_０で集光される。

照明光学系ＩＬＳは、凹面ミラー２１と、オプティカル・インテグレータ（フライアイ光学系）４と、コンデンサ光学系６と、を備える。光源部１０から出射され、集光ミラー１３の第２焦点１３_０で集光された照明光ＥＬは、凹面ミラー２１によって反射されてほぼ平行なビームとなる。

図２には、オプティカル・インテグレータ（フライアイ光学系）４の構成が概略的に示されている。オプティカル・インテグレータ４は、レチクルＲのパターン面（レチクル面）と光学的に共役な位置（又はその近傍）に配置される第１反射型インテグレータ（単に反射型インテグレータとも呼ぶ）２２と、投影光学系ＰＯの瞳面と光学的に共役な位置（又はその近傍）に配置される第２反射型インテグレータ（単に反射型インテグレータとも呼ぶ）２３から構成され、凹面ミラー２１で反射された照明光ＥＬの照度分布を均一化する機能を有する。フライアイ光学系の構成の詳細は、例えば米国特許第６，４５２，６６１号明細書に開示されている。

第１反射型インテグレータ２２は、基準平面（例えば、照明光学装置３の光軸と直交する面）に沿って２次元配置された複数（例えば４００個）の反射型エレメント（単にエレメントとも呼ぶ）４１と、複数のエレメント４１（の反射面）のそれぞれを独立に垂直方向及び傾斜方向に駆動する複数のアクチュエータ４２と、複数のエレメント４１をそれぞれ複数のアクチュエータ４２を介して支持するフレーム４３と、を有する。なお、図２には、複数のエレメント４１と複数のアクチュエータ４２とを代表して、４つのエレメント４１と、４つのエレメント４１をそれぞれ駆動する４つのアクチュエータ４２と、が示されている。

複数のエレメント４１のそれぞれは、円弧状で所定の曲率の反射面を有する。また、第１反射型インテグレータ２２は、略円形状となるように、複数のエレメント４１が配列されている。複数のアクチュエータ４２は、例えばピエゾ素子を含む。

複数のアクチュエータ４２は、ミラー駆動系４０（図３参照）により制御される。ミラー駆動系４０は、照明条件に応じて、それぞれ複数のアクチュエータ４２を介して複数のエレメント４１を駆動して、それらの反射面の面位置及び傾きを制御する。これにより、第１反射型インテグレータ２２に入射した照明光ＥＬ（の分割光）の反射方向、すなわち、照明光ＥＬ（の分割光）による第２反射型インテグレータ２３上での照射位置が制御される。

第２反射型インテグレータ２３は、基準平面（例えば、照明光学装置３の光軸と直交する面）に沿って２次元配置された複数のエレメント２３１を有する。複数のエレメント２３１のそれぞれは、矩形状で所定の曲率の反射面を有する。なお、矩形に限らず、円形等、他の形状であっても良い。

第２反射型インテグレータ２３では、複数のエレメント２３１を任意に組み合わせて３つのエレメント群２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃが構成されている。３つのエレメント群２３０Ａ，２３０Ｂ，２３０Ｃは、それぞれ略円形状になるように、エレメント２３１が配列されている。エレメント群２３０Ａは、中央に位置する１つの照明領域を有する。エレメント群２３０Ｂは、エレメント群２３０Ａの照明領域に対して一軸方向の一側と他側（図２において紙面右側と左側）に配置される２つの照明領域を有する。エレメント群２３０Ｃは、エレメント群２３０Ａの照明領域に対して一軸方向に垂直な方向の一側と他側（図２において紙面手前と奥）に配置される２つの照明領域を有する。

上述の構成のオプティカル・インテグレータ４において、第１反射型インテグレータ２２は、照明光ＥＬを複数（エレメント４１の数に等しい）の光束に分割して、第２反射型インテグレータ２３に向けて反射する。これにより、第２反射型インテグレータ２３のエレメント２３１の反射面に、光源の光学像（光源像）が形成される。従って、第２反射型インテグレータ２３のエレメント群は、多数の光源像からなる二次光源を形成するフィールドミラー群として機能する。

照明光学装置３（オプティカル・インテグレータ４）は、照明条件に応じて、第２反射型インテグレータ２３における二次光源の分布を変えることで得られる変形照明により、σ値を例えば０．１〜０．９の値に切り換える。例えば、第２反射型インテグレータ２３のエレメント群２３０Ａにより通常照明（コンベント照明）、エレメント群２３０Ｂにより２極照明（第１のダイポール照明）、エレメント群２３０Ｃにより２極照明（第２のダイポール照明であり、第１のダイポール照明に対して直交する方向に２極が形成される照明）、第２及び第３エレメント群２３０Ｂ，２３０Ｃにより４極照明（クワトラポール照明）が形成される。図２では、照明光学装置３は、通常照明（コンベント照明）に対し、第１反射型インテグレータ２２に入射した照明光ＥＬを、複数のアクチュエータ４２を用いて分割し、第２反射型インテグレータ２３のエレメント群２３０Ａに向けて反射することで、二次光源を形成している。詳細は、例えば国際公開第２０１１／０４０４８８号に開示されている。

コンデンサ光学系６は、曲面（凸面）ミラー２４と凹面ミラー２５とから構成されている。オプティカル・インテグレータ４からの照明光ＥＬは、反射型インテグレータ２３と曲面ミラー２４との間で集光し、順に曲面ミラー２４及び凹面ミラー２５により反射され、ブラインド板２６Ａの円弧状のエッジによりその−Ｙ側が遮光されて整形され、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲに照射される。

なお、上述の照明光学系ＩＬＳの構成は一例であり、例えば、レチクルＲに対する照明光ＥＬの入射角を小さくするために、凹面ミラー２５とレチクルＲとの間に別のミラーを配置しても良い。また、反射型インテグレータ２３と曲面ミラー２４との間で集光しない光学系でも良い。

本実施形態に係る露光装置１では、照明光ＥＬとして波長の短いＥＵＶ光が使用されるため、照明光学系ＩＬＳ（及び後述する投影光学系ＰＯ）を構成する光学素子として、一部のフィルタ（不図示）等を除いて、例えばＭｏ／Ｂｅ、Ｍｏ／Ｓｉ等の多層膜からなるミラー（多層膜ミラー）が採用されている。

上述のように照明光学装置３（コンデンサ光学系６）から出射される照明光ＥＬにより、レチクルステージＲＳＴ上のレチクルＲのパターン面（レチクル面）が、Ｘ軸方向に細長い円弧状の照明領域２７Ｒ内において、均一な照度分布で照明される。なお、コンデンサ光学系６によって、反射型インテグレータ２３を構成するエレメント群（反射ミラー要素群）からの光によりレチクルＲが重畳的に照明される。

本実施形態に係る露光装置１では、光学系と同様に、レチクルＲとして多層膜ミラー型の反射型レチクルが使用される。反射型レチクルは、例えば、低熱膨張率を有する基板上にＭｏ／Ｓｉ多層膜を形成し、その上にＥＵＶ光を強く吸収するＣｒ，Ｗ，Ｔａを用いて吸収体パターンを設けることで、構成される。

照明領域２７Ｒ内においてレチクルＲにより反射された照明光ＥＬは、ブラインド板２６Ｂの円弧状のエッジによりその＋Ｙ側が遮光されて整形され、投影光学系ＰＯに向けて出射される。なお、ブラインド板２６Ａ，２６Ｂの配置は本実施形態における配置に限らず、例えば照明光学系ＩＬＳ内のレチクル面に対する共役面の近傍でも良い。

レチクルステージＲＳＴは、真空チャンバ２の＋Ｚ側に設けられたパーティション８内に配置されている。パーティション８内は、真空ポンプ（不図示）によって、大気圧と真空チャンバ２内の気圧との間の気圧に維持されている。レチクルステージＲＳＴの底面には、レチクルＲが、静電チャックＲＨにより下向きに（パターン面を−Ｚ方向に向けて）吸着保持されている。

レチクルステージＲＳＴは、例えば、磁気浮上型２次元リニアアクチュエータを含むレチクルステージ駆動系ＲＳＤ（図３参照）によって、水平面（ＸＹ平面）内で微小駆動可能に、且つ、走査方向（Ｙ軸方向）に所定ストロークで駆動可能に構成されている。また、レチクルステージＲＳＴは、Ｚ駆動機構（不図示）によって、Ｚ軸方向に駆動可能に、且つ、θｘ方向及びθｙ方向に傾動可能に構成されている。レチクルステージＲＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、レーザ干渉計（レチクル干渉計と呼ぶ）ＲＳＩ（図３参照）によって計測される。その計測結果は、主制御装置３１に供給される（図３参照）。主制御装置３１は、その計測結果に基づいて、レチクルステージ駆動系ＲＳＤを介してレチクルステージＲＳＴを駆動制御する。

レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）の下方には、例えばレチクルＲのパターン面に対して斜めに計測光を照射してレチクルＲのＺ軸方向の位置及び傾斜量を計測する光学式のレチクルオートフォーカス系ＲＦ（図１では不図示、図３参照）が配置されている。主制御装置３１は、レチクルオートフォーカス系ＲＦからの計測結果に基づいて、Ｚ駆動機構（不図示）を用いてレチクルＲの面位置を制御する。

投影光学系ＰＯは、レチクルステージＲＳＴの下方（−Ｚ側）、真空チャンバ２内の＋Ｙ側に配置されている。投影光学系ＰＯは、例えば、６枚のミラーＭ１〜Ｍ６から構成されている。一例として、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６は凹面鏡であり、残りのミラーＭ３，Ｍ５は凸面鏡である。ミラーＭ１〜Ｍ６は、鏡筒（不図示）により保持されている。投影光学系ＰＯは、第１面（物体面）側について非テレセントリックで、第２面（像面）側にテレセントリックな反射光学系であり、その投影倍率は１／４倍等の縮小倍率である。レチクルＲにより反射された照明光ＥＬは、順にミラーＭ１〜Ｍ６により反射されて、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷに向けて射出される。

ウエハステージＷＳＴは、投影光学系ＰＯの下方（−Ｚ側）、真空チャンバ２の底面上の＋Ｙ側に設けられたパーティション７内に配置されている。パーティション７内は、真空ポンプ（不図示）により真空排気されている。これにより、ウエハＷを露光する際にレジストから生じるガスによる投影光学系ＰＯのコンタミネーションが回避される。ウエハステージＷＳＴ上には、ウエハＷが、静電チャック（不図示）により吸着保持されている。

ウエハステージＷＳＴは、例えば、磁気浮上型２次元リニアアクチュエータを含むウエハステージ駆動系ＷＳＤ（図３参照）によって、ＸＹ平面に平行なガイド面に沿って、Ｙ軸方向及びＸ軸方向に所定ストロ−クで駆動可能に、且つ、Ｚ軸方向、θｘ方向、θｙ方向、及びθｚ方向にも微小駆動可能に、構成されている。ウエハステージＷＳＴのＸＹ平面内の位置（θｚ方向の回転を含む）は、レーザ干渉計（ウエハ干渉計と呼ぶ）ＷＳＩ（図３参照）によって計測される。その計測結果は、主制御装置３１に供給される（図３参照）。主制御装置３１は、その計測結果に基づいて、ウエハステージ駆動系ＷＳＤを介してウエハステージＷＳＴを駆動制御する。

ウエハステージＷＳＴ上には、レチクルＲに形成されたアライメントマーク等を検出する空間像計測系２９が配置されている。空間像計測系２９からの検出結果は、主制御装置３１に供給される（図３参照）。主制御装置３１は、その検出結果から投影光学系ＰＯの光学特性（諸収差、波面収差等）を求める。

投影光学系ＰＯから射出される照明光ＥＬは、パーティション７に形成された開口７ａを介して、ウエハステージＷＳＴ上のウエハＷの露光領域２７Ｗ（照明領域２７Ｒと共役な領域）内に投射される。これにより、レチクルＲ上の照明領域２７Ｒ内のパターンの縮小像が、ウエハＷ上の露光領域２７Ｗ内に投影される。

図３には、露光装置１の制御系の主要な構成が示されている。制御系は、装置全体を統括制御するマイクロコンピュータ（あるいはワークステーション）などを含む主制御装置３１を中心として構成されている。

ウエハＷ上の１つのショット領域を露光する際には、照明光ＥＬによりレチクルＲのパターン面上の照明領域２７Ｒを照明し、投影光学系ＰＯに対してレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）とウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）とを投影光学系ＰＯの投影倍率に応じた速度比で走査方向（Ｙ軸方向）に等速駆動する。この走査露光により、レチクルＲのパターンがウエハＷ上の１つのショット領域に転写される。転写後、ウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）をＸ軸方向にステップ駆動して、次のショット領域に対して同様の走査露光を行う。このように各ショット領域に対する走査露光とショット領域間のステップ駆動とを繰り返すステップ・アンド・スキャン方式の露光処理により、ウエハＷ上の全てのショット領域にレチクルＲのパターンが転写される。

図４には、前述の第１反射型インテグレータ２２が有する複数のエレメント４１を駆動する駆動系（アクチュエータ４２）と複数のエレメント４１を冷却するミラー冷却系５０の構成が概略的に示されている。ここで、図１からわかるように、フレーム４３の法線の方向は、実際には、Ｚ軸に対して所定角度を成す方向であるが、図４では、図示及び説明の便宜上から、フレーム４３の法線の方向をＺ軸方向に一致させている。図５（Ａ）〜図６（Ｂ）においても同様である。

駆動系は、複数のエレメント４１のそれぞれを駆動する複数のアクチュエータ４２を備える。複数のエレメント４１のそれぞれは、３つの支持部材４２_１を用いて、３つの駆動装置４２_２により三点支持されている。３つの支持部材４２_１はエレメント４１とフレーム４３の間に配置されたベースプレート４２_０に設けられた孔４２ａに挿通され、それらの一端がエレメント４１（の裏面）に固定され、それらの他端がそれぞれ駆動装置４２_２に接続されている。３つの駆動装置４２_２は、フレーム４３上に固定されている。３つの駆動装置４２_２と対応する支持部材４２_１とからアクチュエータ４２が構成されている。３つの支持部材４２_１のうちの２つはエレメント４１の裏面の＋Ｘ側のＹ軸方向の両端部近傍にそれぞれ配置され、残りの１つは−Ｘ側の中央に配置されている。

３つの駆動装置４２_２のそれぞれは例えばピエゾ素子を含み、支持部材４２_１をＺ軸方向に駆動する。これにより、３つの支持部材４２_１によって支持されるエレメント４１が、ベースプレート４２_０に対してＺ軸方向に近接及び離間するとともにθｘ方向及びθｙ方向に傾斜する。複数のアクチュエータ４２はミラー駆動系４０により制御される。複数のエレメント４１のＺ位置及び傾斜は、ミラー駆動系４０を介して主制御装置３１により制御される（図３参照）。

ミラー冷却系５０は、ベースプレート４２_０と、複数の冷却素子５２を備える。

ベースプレート４２_０は、フレーム４３と同様の大きさを有する平板状部材であり、複数の支持部材４２_３を介してフレーム４３上に固定された複数の固定部材４２_４により支持されている。複数の固定部材４２_４及び対応する複数の支持部材４２_３は、隣り合うエレメント４１相互の間に配置されている。

ベースプレート４２_０には、２つの電極５１_１，５１_２が内設されている。ベースプレートは、この２つの電極５１_１，５１_２を備え、これら電極に電圧を印加することによって発生する吸着力で、エレメント４１を吸着する静電チャックとして機能する。

なお、ベースプレート４２_０に１つの電極を内設し、単極方式の静電チャックとして機能させても良い。また、電極の数は１つ又は２つに限定されず、複数の組の電極を設けても良い。

電極５１_１，５１_２にそれぞれ逆符号の同電位をかけて（与えて）、ベースプレート４２_０とエレメント４１との間に電圧を印加することにより、後述するように、エレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する。

ベースプレート４２_０は、例えばＳｉＣ等、高熱伝導率を有する部材からなり、複数のエレメント４１のそれぞれに対応して、それらに対向する一面に対する裏面に複数の冷却素子５２が設置されている。冷却素子５２は、例えばペルチェ素子等を含む。複数の冷却素子５２の下端は、フレーム４３上に配置された配管５３に接続されている。ミラー冷却系５０では、外部から配管５３に冷却水が供給される。これにより、冷却素子５２を介して、ベースプレート４２_０の熱が効率よく排熱される。なお、冷却素子５２及び配管５３は、ベースプレート４２_０内に設けられても良い。また、冷却素子５２及び配管５３を電極５１_１，５１_２の周囲に設け、電極５１_１，５１_２及びベースプレート４２_０を冷却する構成にしても良い。

第１反射型インテグレータ２２が有する複数のエレメント４１の冷却（間歇冷却）について説明する。

露光時には、図４に示されるように、主制御装置３１は、ミラー駆動系４０を介して、アクチュエータ４２を用いて複数のエレメント４１をベースプレート４２_０から離間し、照明条件に応じて傾斜する。これにより、第１反射型インテグレータ２２は、照明光ＥＬを第２反射型インテグレータ２３に向けて反射する。露光中に複数のエレメント４１は照明光ＥＬを受光することにより発熱するため、露光が行われていないとき（非露光時）に複数のエレメント４１を冷却することとする。

非露光時（例えば、第１反射型インテグレータ２２に露光光が照射されていない時）には、図５（Ａ）に示されるように、主制御装置３１は、ミラー駆動系４０を制御し、アクチュエータ４２（３つの支持部材４２_１）を用いて３つの支持部材４２_１を白抜き矢印の方向（＋Ｚ方向）に駆動して、エレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に近接（接触）させる。この状態で、主制御装置３１は、さらに、電極５１_１，５１_２に電圧を印加することによって、黒塗り矢印により示されるように、エレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する。これにより、ベースプレート４２_０は冷熱源の役割を果たし、エレメント４１の熱はベースプレート４２_０に移動する。ベースプレート４２_０は冷却素子５２により冷却され、その熱は配管５３内を通る冷却水により排熱される。

なお、エレメント４１の裏面に、電極５１_１，５１_２による吸着力が及ぶのであれば、エレメント４１の裏面がベースプレート４２_０の表面に近接（接触）する状態に限らず、エレメント４１の裏面がベースプレート４２_０の表面近傍で離間する状態において、電極５１_１，５１_２による吸着力を用いてエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着することとしても良い。

冷却終了後、主制御装置３１は、電極５１_１，５１_２への電圧印加を停止してエレメント４１の吸着を解除し、アクチュエータ４２を用いて複数のエレメント４１をベースプレート４２_０から離間する。

ここで、電極５１_１，５１_２への電圧印加をオフにしても、残留電荷による残留吸着力によりエレメント４１の吸着を解除できない場合も考えられる。かかる場合、電極５１_１，５１_２と別に、エレメント４１に接続する別の電極（不図示）を設け、それぞれの電極に同符号の同電位をかけることで、強制的にベースプレート４２_０からエレメント４１を剥離することとしても良い。また、エレメントが残留吸着力によりベースプレートに吸着している状態において、アクチュエータ４２を駆動させて、ベースプレート４２_０からエレメント４１を剥離させても良い。

上述の複数のエレメント４１の冷却（間歇冷却）では、アクチュエータ４２を用いてエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に近接（接触）する。しかし、本実施形態に係る露光装置１では、照明光学系内は高真空に置かれるためエレメント４１とベースプレート４２_０との接触は弱く、すなわち接触熱抵抗が大きく（接触熱伝達率が小さく）、エレメント４１を十分に冷却することができない。そこで、さらに、電極５１_１，５１_２を用いてエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する。これにより、エレメント４１とベースプレート４２_０の接触が強くなり、より正確には接触面積が大きくなり、これにより接触熱抵抗が小さく（接触熱伝達率が大きく）なるため、エレメント４１を十分に冷却することが可能となる。

ただし、アクチュエータ４２が、エレメント４１がベースプレート４２_０に接触した後、さらにエレメント４１がベースプレートに押し付けることが可能な駆動力を発生する場合には、ベースプレート内の電極を省略しても良い。

すなわち、電極５１_１，５１_２を用いず、アクチュエータ４２のみを用いてエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に強く接触することとしても良い。

以上詳細に説明したように、本実施形態に係る露光装置１におけるフライアイ光学系４（第１反射型インテグレータ２２）では、ミラー駆動系４０（アクチュエータ４２）により複数のエレメント４１の裏面が冷熱源であるベースプレート４２_０の表面に近接する際に、さらに、ミラー冷却系５０により複数のエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する。これにより、エレメント４１とベースプレート４２_０との接触熱伝達率が大きくなり、特に真空中で用いられる可動な複数のエレメント４１を冷却することが可能となる。

また、電極５１_１，５１_２を用いて複数のエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着するのに加えて、冷却素子５２を設け、配管５３に冷却水を供給することで、ベースプレート４２_０の熱を排熱することができ、複数のエレメント４１を効率良く冷却することが可能となる。

また、本実施形態に係るフライアイ光学系４（第１反射型インテグレータ２２）を備える照明光学系ＩＬＳを用いることにより、高い照明精度が得られる。また、本実施形態に係る照明光学系ＩＬＳにより生成される照明光を照射してウエハＷ上にパターンを形成することにより、高い露光精度が得られる。

なお、本実施形態では、複数のエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する手段として電極５１_１，５１_２による静電力を利用したが、これに限らず、例えば磁力（電磁力）、分子間力、機械力等を利用することとしても良い。

図６（Ａ）は、磁力を利用して複数のエレメント４１をベースプレート４２_０に吸着する第１反射型インテグレータ２２の変形構成例が示されている。この例では、電極５１_１，５１_２に代えて、ベースプレート４２_０内の上部に複数の電磁石５５が配置されている。これに対し、複数のエレメント４１のそれぞれをＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の強磁性体を用いて構成することとする。

複数のエレメント４１を冷却する際には、主制御装置３１は、アクチュエータ４２（ミラー駆動系４０）を用いて、エレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に近接（接触）させ、この状態において、さらに、複数の電磁石５５を用いて（それらを構成するコイルに電流を供給して）、エレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着する。冷却終了後、主制御装置３１は、複数の電磁石５５を解除して（それらを構成するコイルへの電流の供給を停止して）、エレメント４１の吸着を解除し、アクチュエータ４２（ミラー駆動系４０）を用いて複数のエレメント４１をベースプレート４２_０から離間させる。あるいは、エレメント４１本体を熱伝導率の高いＣｕ等を用いて構成し、ベースプレート４２_０に対向する面にＦｅ，Ｎｉ，Ｃｏ等の強磁性体から成る複数の小片を所定間隔で配置するようにして良い。このようにすることにより、エレメント４１の冷却を効率良く行えるとともに、複数の電磁石５５を解除して（それらを構成するコイルへの電流の供給を停止して）、エレメント４１の吸着を解除することができる。

ここで、複数のエレメント４１のそれぞれの熱伝導率を向上するために、エレメント４１本体を熱伝導率の高いＣｕ等を用いて構成し、その内部に磁性流体を充填して、複数のエレメント４１を構成することとしても良い。或いは、図６（Ｂ）に示されるように、エレメント４１本体を熱伝導率の高いＣｕ等を用いて構成し、ベースプレート４２_０に対向する一面にネオジム磁石等の複数の磁石５６を間隔を設けて配置することとしても良い。かかる場合、複数の電磁石５５を構成するコイルに電流を供給してエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に吸着し、冷却終了後、コイルに逆電流を供給することでエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面から強制的に剥離することができる。

また、分子間力を利用して複数のエレメント４１をベースプレート４２_０に吸着する場合、複数のエレメント４１の裏面とこれに対向するベースプレート４２_０の表面を鏡面加工する。これにより、アクチュエータ４２（ミラー駆動系４０）を用いてエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に近接（接触）すると、複数のエレメント４１の裏面とベースプレート４２_０の表面との間に分子間力（引力）が働き、複数のエレメント４１の裏面がベースプレート４２_０の表面に吸着される。なお、ベースプレート４２_０を加圧する加圧手段（不図示）を設け、これを用いてベースプレート４２_０を微小変形することで、或いはエレメント４１とベースプレート４２_０との少なくとも一方を接触面内に平行な方向に駆動する駆動手段（不図示）を設け、これを用いてエレメント４１とベースプレート４２_０とを相対的に移動することで、複数のエレメント４１をベースプレート４２_０から剥離することとしても良い。また、複数のエレメント４１の裏面とベースプレート４２_０の表面との間に働く分子間力（引力）が強い場合、分子間力（引力）を適度に調整するために、複数のエレメント４１の裏面若しくはベースプレート４２_０の表面又はこれらの両方を部分的に鏡面加工することとしても良い。

また、機械力を利用する場合、長ストロークのアクチュエータ４２と独立の微小ストロークで強い駆動力を発する（第２）アクチュエータを設ける。第２アクチュエータは、例えばフレーム４３上に設けられ、ベースプレート４２_０に設けられた孔を挿通する支持部材を用いてエレメント４１をフレーム４３側に駆動する。アクチュエータ４２によりエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に近接（接触）させ、さらに第２アクチュエータによりエレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面に強く押し付ける。第２アクチュエータは、電極５１_１，５１_２に代えて設けることとしても良いし、電極５１_１，５１_２に併せて設けることとしても良い。また、前述の磁力（電磁力）、分子間力等を利用する場合に併せて設けることとしても良い。

また、上述の第２アクチュエータによりエレメント４１をフレーム４３とは反対側に駆動することで、エレメント４１の裏面をベースプレート４２_０の表面から強制的に剥離することとしても良い。

なお、上述の実施形態では、正瞳タイプの投影光学系について例示したが、これに限らず、逆瞳タイプの投影光学系であっても良い。なお、逆瞳タイプの投影光学系とは、マスクが配置された物体面を挟んで投影光学系の反対側に所定距離だけ離れた位置に入射瞳を有する投影光学系である。逆瞳タイプの投影光学系を適用した場合、コンデンサ光学系６を構成する曲面ミラー２４と凹面ミラー２５とを設ける必要がないので、露光装置のスループットが向上する。

なお、上述の実施形態において、パターンを形成する基板としては、半導体デバイス製造用の半導体ウエハのみならず、ディスプレイデバイス用のガラスプレート、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、フィルム部材、或いは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等、他の基板でも良い。

また、上述の実施形態では、露光装置が、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置である場合について説明したが、これに限らず、ステップ・アンド・リピート方式の静止型投影露光装置に上記実施形態を適用しても良い。また、ショット領域とショット領域とを合成するステップ・アンド・スティッチ方式の縮小投影露光装置、プロキシミティー方式の露光装置、又はミラープロジェクション・アライナーなどにも上記実施形態を適用することができる。さらに、例えば米国特許第６，５９０，６３４号明細書、米国特許第５，９６９，４４１号明細書、米国特許第６，２０８，４０７号明細書などに開示されているように、複数のウエハステージを備えたマルチステージ型の露光装置にも上記実施形態を適用できる。また、例えば米国特許第７，５８９，８２２号明細書などに開示されているように、ウエハステージとは別に、計測部材（例えば、基準マーク、及び／又はセンサなど）を含む計測ステージを備える露光装置にも上記実施形態は適用が可能である。

さらに、例えば米国特許第６，６１１，３１６号に開示されているように、２つのマスクのパターンを投影光学系を介して基板上で合成し、１回の走査露光によって基板上の１つのショット領域をほぼ同時に二重露光する露光装置などにも上記実施形態を適用することができる。

また、露光装置の用途は、半導体素子製造用の露光装置に限られず、例えば、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置、有機ＥＬ、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ等）、マイクロマシン、ＤＮＡチップ、レチクル又はマスク等を製造するための露光装置にも広く適用できる。

また、上記実施形態においては、照明光ＥＬがＥＵＶ光である場合を例にして説明したが、照明光ＥＬとして、例えば水銀ランプから射出される輝線（ｇ線、ｈ線、ｉ線）及びＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）等の遠紫外光（ＤＵＶ光）、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）及びＦ２レーザ光（波長１５７ｎｍ）等の真空紫外光（ＶＵＶ光）等を用いることもできる。

以上のように、本実施形態に係る露光装置は、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度、光学的精度を保つように、組み立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、この組み立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組み立て工程は、各種サブシステム相互の、機械的接続、電気回路の配線接続、気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組み立て工程の前に、各サブシステム個々の組み立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組み立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置の製造は温度およびクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

半導体素子などの電子デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、この設計ステップに基づいたレチクルを製作するステップ、シリコン材料からウエハを製作するステップ、前述した実施形態に係る露光装置（パターン形成装置）及びその露光方法によりマスク（レチクル）のパターンをウエハに転写するリソグラフィステップ、露光されたウエハを現像する現像ステップ、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去るエッチングステップ、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除くレジスト除去ステップ、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、パッケージ工程を含む）、検査ステップ等を経て製造される。この場合、リソグラフィステップで、上記実施形態に係る露光装置を用いて前述の露光方法が実行され、ウエハ上にデバイスパターンが形成されるので、高集積度のデバイスを生産性良く製造することができる。

ＥＬ…照明光（露光光）、ＰＯ…投影光学系、Ｒ…レチクル、ＲＳＤ…レチクルステージ駆動系、ＲＳＩ…レチクル干渉計、ＲＳＴ…レチクルステージ、Ｗ…ウエハ、ＷＳＩ…ウエハ干渉計、ＷＳＤ…ウエハステージ駆動系、ＷＳＴ…ウエハステージ、１…露光装置、３…照明光学装置、４…オプティカル・インテグレータ（フライアイ光学系）、２２，２３…反射型インテグレータ、３１…主制御装置、４０…ミラー駆動系、４１…反射型エレメント、４２…アクチュエータ、４２_０…ベースプレート、４３…フレーム、５１_１，５１_２…電極、５２…冷却素子、５３…配管、５５…電磁石、５６…磁石。

Claims (19)

1. 光学素子を有する光学装置であって、
   前記光学素子の光学面と異なる部分で前記光学素子と接触可能な接触面を有するベースと、
   前記光学素子が前記ベースから離れた位置で、かつ前記光学素子の前記光学面に光が照射される第１位置と、前記接触面に前記光学素子が接触する第２位置との間で、前記光学素子と前記ベースとを相対的に移動させる移動機構と、
   前記第２位置から前記ベースに前記光学素子を接触させる力を発生させる発生装置と、を備える光学装置。
2. 前記発生装置は、
   前記移動機構とは別に設けられることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記発生装置は、
   前記接触面に前記光学素子を吸着させる吸着装置を有する請求項１又は２に記載の光学装置。
4. 前記吸着装置は、
   前記接触させる力として、静電力を利用した吸着機構を有する請求項３に記載の光学装置。
5. 前記ベースは、前記ベース内に設けられた電極を有し、
   前記吸着機構は、前記電極に電圧を印加することにより前記光学素子を前記ベースに吸着する請求項４に記載の光学装置。
6. 前記吸着装置は、
   前記接触させる力として、磁力を利用した吸着機構を有する請求項３に記載の光学装置。
7. 前記光学素子は、少なくとも一部に磁性体または強磁性体を含み、
   前記ベースは、前記ベース内に設けられた電磁石を備え、
   前記吸着装置は、前記電磁石に電流を流すことにより前記光学素子を前記ベースに吸着する請求項６に記載の光学装置。
8. 前記ベースの温度を調整する温度調整装置と、
   前記温度調整装置との間で熱を交換するヒートシンクと、をさらに備え、
   前記吸着装置は、前記ベースに設けられ、
   前記ベースに対して前記光学素子から離れる方向に、前記吸着装置、前記温度調整装置、前記ヒートシンクの順で配置されることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の光学装置。
9. 前記発生装置は、
   前記接触面に前記光学素子を押し付ける押付機構を有する請求項１又は２に記載の光学装置。
10. 前記発生装置は、
    前記第２位置から前記第１位置に前記光学素子を移動する際に、前記接触させる力と反する力を前記光学素子に発生させる請求項１〜９のいずれか一項に記載の光学装置。
11. 前記移動機構は、
    前記光学素子の光学面とは異なる部分で、前記光学素子を保持することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光学装置。
12. 前記光学素子を前記ベースから離す脱離装置をさらに備える請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光学装置。
13. 請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光学装置を備える照明装置。
14. 請求項１３に記載の照明装置により生成される照明光を照射して物体上にパターンを形成する露光装置。
15. 請求項１４に記載の露光装置を用いて、デバイスを製造するデバイス製造方法。
16. 光学素子の保持方法であって、
    前記光学素子の光学面と異なる部分で前記光学素子と接触可能な接触面を有するベースを準備する工程と、
    前記光学素子が前記ベースから離れた位置で、かつ前記光学素子の前記光学面に光が照射される第１位置と、前記接触面に前記光学素子が接触する第２位置との間で、前記光学素子と前記ベースとを相対的に移動させる工程と、
    前記第２位置から前記ベースに前記光学素子を接触させる力に発生させる工程と、を含む光学素子の保持方法。
17. 前記発生させる工程は、
    前記接触面に前記光学素子を吸着させる請求項１６に記載の光学素子の保持方法。
18. 前記発生させる工程は、
    前記接触させる力として、静電力を利用する請求項１６又は１７に記載の光学素子の保持方法。
19. 前記発生させる工程は、
    前記第２位置から前記第１位置に前記光学素子を移動する際に、前記接触させる力と反する力を前記光学素子に発生させる請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の光学素子の保持方法。

Images