JP3944095B2 - 保持装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、レンズを搭載する精密機械、特に、露光装置等の投影光学系に係り、更に詳細には、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィー工程に使用される露光装置において、原版（例えば、マスク又はレチクル（なお、本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。））の像を被処理体（例えば、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板）に投影露光する際、より正確な結像関係を得るための光学素子の保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー技術を用いてデバイスを製造する際に、マスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影光学系は、回路パターンからの回折光をウェハの上に干渉させて結像させる。
【０００３】
近年の電子機器の小型化及び薄型化への要請を実現するためには、電子機器に搭載されるデバイスを高集積化する必要があり、転写される回路パターンの微細化、即ち、高解像度化がますます要求されている。高解像力を得るためには、光源の波長を短くすること、及び、投影光学系の開口数（ＮＡ）を上げることが有効であり、同時に投影光学系の収差を小さく抑えなくてはならない。
【０００４】
投影光学系を構成するレンズ、ミラーなどの光学素子に変形が生じると、変形前後で光路が屈折し、一点に結像するべき光線が一点に収束せずに収差を生じる。収差は位置ずれを招いてウェハ上の回路パターンの短絡を招く。一方、短絡を防止するためにパターン寸法を広くすれば微細化の要求に反する。従って、収差が小さい投影光学系を実現するためには、投影光学系を構成する光学素子を形状を変化させることなく投影光学系内に保持して、光学素子が有する本来の光学的性能を最大限に引き出す必要がある。
【０００５】
図１２は、従来の光学素子１１００の保持装置１０００を示す概略断面図である。図１２を参照するに、光学素子１１００の外径を保持部材１２００の内径に嵌合、又は、ある程度の間隙を設けて配置し、保持部材１２００の内径に設けられた支持部１２００ａに光学素子１０００の一方の面を接触させ、光学素子１１００の外径と保持部材１２００の内径との間隙に接着剤１３００を注入する。接着剤１３００が硬化すると、光学素子１１００は、保持部材１２００に一体的に保持される。このように、保持装置１０００に保持された光学素子１１００は、図１３に示すように、同様に保持装置１０００に保持された複数の光学素子１１００と共に、筐体２０００内に保持されて光学系を構成する。図１３は、従来の保持装置１０００で保持された光学素子１１００で構成された光学系を示す概略断面図である。
【０００６】
一般に、光学素子１１００が保持部材１２００と接触している支持部１２００ａの形状は、図１４に示すように、光学素子１１００の回転中心軸に対して３６０°の範囲で接触するように構成されている。しかし、機械加工により支持部１２００ａの平坦度を０にすることは困難であり、３６０°の範囲で接するように構成されていても、微視的には光学素子１１００と保持部材１２００とは複数の点で接触することになる。かかる状態で重力の影響を受けた場合、光学素子１１００は、自重によって保持部材１２００との接触点を頂点とした波型に変形する。特に、近年の投影光学系の高ＮＡ化により、レンズが大口径化しているのでレンズ容積も大きくなり、自重による変形が発生しやすくなっている。ここで、図１４は、従来の保持装置１０００の保持部材１２００を示す概略構成図である。
【０００７】
投影光学系においては、複数の光学素子（ミラーやレンズ等）の諸々の誤差により生じる収差を、相互の光学素子の組み合わせや位置関係を調整することで補正しているが、光学素子の面形状に関してはナノメートルオーダーの変形を考慮する必要がある。しかし、保持装置１０００を用いた場合には、使用する光学素子１１００と保持部材１２００の組み合わせによって両者の接触点が変わり、それに伴って変形後の面形状も変わるため、部材が異なる装置間のばらつきが生じ収差の補正が非常に煩雑となる。
【０００８】
そこで、図１５に示すように、支持部１５００ａを光学素子１１００の回転中心に対して１２０°間隔の３箇所のみに残した保持部材１５００が用いられる場合もある。光学素子１１００は、常に１２０°間隔の３箇所で保持部材１５００に接触し支持されるので、重力によって接触点（即ち、支持部１５００ａ）を頂点とした山を１２０°間隔で有する波型に変形する。ここで、図１５は、従来の保持装置の保持部材１５００を示す概略構成図である。
【０００９】
幾何学的には平面は３点で定義されるので、保持部材１５００の加工精度によらず３箇所の支持部１５００ａは常に同一平面上にあり、支持部１５００ａと接触する光学素子１１００は、組み合わせる保持部材１５００が変わってもほぼ同様の条件で保持されることになる。
【００１０】
一般に、光学素子は山を３つ有する波型の形状に変形すると、波面収差の３角成分を生じるが、光学系を構成する他の光学素子との組み合わせにより補正が可能である。従って、部材が異なる装置間のばらつきを抑えることができ、光学素子の回転中心軸に対して３６０°の範囲で接触するように構成された保持部材１２００よりも収差の補正が容易になるという利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ミラーやレンズ等の光学素子は、光学的な性質や製作性の都合によって石英等の光学ガラス材で作製されることが多く、一方、光学素子の保持部材については、強度や加工性の点から金属材料で製作される。換言すれば、光学部材と保持部材の材質は互いに異なり、両者の線膨張係数には差がある。従って、光学系の置かれる環境温度の変化や光学素子の発熱などにより光学素子や保持部材の温度が変化した場合、線膨張係数の違いのために光学素子と保持部材の伸縮量に差が生じる。
【００１２】
図１２乃至図１５に示した従来の保持装置では、接着剤を介して連結されている光学素子の外径と保持部材の内径の伸縮量に差が生じ、光学素子は半径方向の引張り又は圧縮の強制変位を受け、光学素子の上下面も変形する。その結果、光学素子の光学的性能が変化し、複数の光学素子から構成される光学系の光学的性能も変化してしまう。即ち、温度が変化することによって装置の光学性能が劣化するという問題を招いてしまう。
【００１３】
特に、光学素子の回転中心軸に対して３６０°の範囲で接触するように構成された保持装置では、上述したように、微視的には複数の点で光学素子と接触し、かかる接触点の位置が異なるため、温度が変化したときの光学素子の形状変化にもばらつきが生じ、そのために生じる収差の変化を予測して（即ち、温度変化に従って）補正することは非常に困難である。
【００１４】
一方、光学素子と３箇所で接触するように構成された保持装置では、光学素子と保持部材の伸縮量の差によって、接着剤を介して光学素子の外径に強制変位を受けるために光学素子の形状は変化するが、波型に変形した頂点の回転方向の変位は変わらず、山の大きさが増減するように変化する。これにより、光学素子の変形による波面収差の３角成分が温度によって変化することになるが、波面収差の３角成分の変化量を温度変化に伴って補正することは困難である。
【００１５】
そこで、本発明は、環境温度の変化によって光学素子に生じる波面収差の３角成分の変化を抑制し、光学性能の劣化を防止することができる保持装置を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての保持装置は、中心軸を重力方向と一致させて略回転対称形状の光学素子を保持する保持装置であって、前記光学素子の中心軸に関して略１２０°間隔の３箇所に設けられた支持部を介して前記光学素子を保持する保持部材と、前記光学素子の外径部と前記保持部材とを接合する接合部材とを有し、前記光学素子の反重力方向側の面と前記中心軸との交点を原点として前記中心軸の反重力方向をｚ軸の正とする座標系（ｚ）を設定し、前記光学素子の重心のｚ座標をｚｇ、前記接合部材が前記光学素子と接合するｚ軸方向の幅の中央位置のｚ座標をｚｂ、前記接合部材が前記光学素子と接合するｚ軸方向の幅をｗｂとしたときに、｜（ｚｂ−０．６ｗｂ）−（ｚｇ＋１．２）｜≦１の関係を満たすことを特徴とする保持装置。前記光学素子は、光学ミラーであることを特徴とする。前記接合部材は、接着剤であることを特徴とする。前記接合部材は、櫛型バネであることを特徴とする。前記保持部材は、前記光学素子の中心軸を中心とする円環状形状であることを特徴とする。前記接合部材は、前記前記光学素子の外径部の全周に亘って前記保持部材と接合することを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の側面としての光学系は、略回転軸対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する上述の保持装置とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に別の側面としての光学装置は、複数の光学素子から構成され、前記複数の光学素子のうち少なくとも一は上述の保持装置に保持されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の保持装置と、前記保持装置に保持された光学素子を介してマスク又はレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する光学系とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有する。
【００２１】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な保持装置及び露光装置について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。例えば、本実施形態では、保持装置１００を例示的に露光装置２００の投影光学系２３０に適用しているが、露光装置２００の照明光学系２１４、その他周知のいかなる光学系に適用してもよい。ここで、図１は、本発明の一側面としての保持装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。重力方向は、光学素子１１０の光軸方向と一致し、図面矢印方向である。
【００２３】
図１において、１００は保持装置、１１０は光学系を構成する光学素子で回転対称形状を有し、その中心軸が重力方向と一致している。本実施形態では、光学素子１１０は、光学ミラーで構成され、ミラー面が反重力方向、即ち、図面上側になるように配置されている。但し、光学素子１１０は光学ミラーに限定するものではなく、例えば、レンズ、平行平板ガラス、プリズム、フレンネルゾーンプレート、キノフォーム、バイナリオプティックス、ホログラム等の回折光学素子を含む。
【００２４】
保持部材１２０は光学素子１１０の中心軸を中心とする円環状形状を有し、図２に示すように、光学素子１１０の中心軸に関して１２０°間隔の３箇所に設けられた支持部１２２を介して光学素子１１０を保持する。ここで、図２は、図１に示す保持部材１２０の概略構成図である。保持部材１２０及び支持部１２２は、例えば、実質的に光学素子１１０の線膨張係数と等しい線膨張係数を有する材料から構成される。このように構成すれば、温度環境変動時に、線膨張係数の違いから生じる光学素子１１０と保持部材１２０の相対変位により、光学素子１１０が支持部１２２を介して外力を受けて変形したり、ストレスがかかったりすることを防止することができる。
【００２５】
１３０は光学素子１１０と保持部材１２０とを接合する接合部材を、２３２は後述する露光装置２００の投影光学系２３０の鏡筒を示している。接合部材１３０は、本実施形態では、接着剤で構成され、かかる接着剤は脱ガスが極小であるものを選択する。
【００２６】
このような構成において、保持部材１２０の支持部１２２に、光学素子１１０の重力方向の面（即ち、ミラー面の対向面）が支持されるように接触させ、光学素子１１０を保持部材１２０に嵌合、又は、ある程度の間隙を設けて配置する。そして、光学素子１１０の外径部１１０ａと保持部材１２０の内側面との間隙の全周（即ち、光学素子１１０の中心軸に対して３６０°の範囲）に接合部材１３０を注入する。接合部材１３０は、本実施形態では、接着剤であるため、かかる接着剤が硬化することにより光学素子１１０は保持装置１００に一体的に保持される。
【００２７】
ここで、図１に示す保持装置１００において、有限要素解析を用いて環境温度が変化した場合の影響を求める。図３に示すように、光学素子１１０の中心軸を反重力方向を正とするｚ軸とし、ｚ軸と反重力方向側の面（ミラー面）との交点を原点Ｏ、原点Ｏを通り光学素子１１０の半径方向をｒ、ｚ軸に垂直であり支持部１２２に向かう方向をθ＝０としてｚ軸周りに角度θをとった円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）を設定する。また、Ｐｇは光学素子１１０の重心であり、光学素子１１０は回転対称形状であるため重心は中心軸上にあるので座標を（０，０，ｚｇ）とする。光学素子１１０と保持部材１２０との間隙に注入された接合部材１３０のｚ軸方向の幅をｗｂ、接合部材１３０のｚ軸方向の幅の中央位置を接合位置と称し、そのｚ座標をｚｂとする。更に、光学素子１１０の直径をＤ、中心軸上の厚さをＬ、光学素子１１０の曲率半径をＲｏとする。ここで、図３は、本発明の保持装置１００の座標系を示す概略断面図である。
【００２８】
かかる保持装置１００の有限要素解析のモデルを図４に示す。光学素子１１０は、１２０°等間隔の３箇所で支持され、中心軸方向に重力を受け、外周部１１０ａに接合部材１３０が配置されていることから、境界条件の対称性を考慮すると、有限要素解析モデルとしては０≦θ≦６０°の範囲について考えればよい。任意の点の変位を円筒座標系で（Ｕｒ，Ｕθ，Ｕｚ）とすると、境界条件としてはθ＝０°、及び、θ＝６０°の対称面において変位成分Ｕθ＝０、光学素子１１０に保持部材１２０に支持部１２２が接触する部分を点接触とみなし変位成分Ｕｚ＝０という変位拘束をそれぞれ設定する。また、ｚ軸の負方向に重力加速度Ｇを設定する。更に、環境温度が変化したときの光学素子１１０と保持部材１２０の伸縮量の差により光学素子１１０に加わる強制変位を、外径部１１０ａの接合部材１３０の接合範囲に変位成分Ｕｒとして設定する。なお、それ以外の変位成分については非拘束とする。ここで、図４は、本発明の保持装置１００の有限要素解析モデルを示す概略図である。
【００２９】
図４を参照するに、光学素子１１０の材質を石英（縦弾性係数７．３×１０１０［Ｐａ］、ポアソン比０．１８、密度２．２×１０３［Ｋｇ／ｍ３］）、重力加速度Ｇ＝９．８０６６５［ｍ／ｓ２］とし、接合部材１３０の接合範囲の変位境界条件は、環境温度が変化する前の変位成分Ｕｒを非拘束、環境温度が変化したときの変位成分Ｕｒ＝−０．１［ｍｍ］（圧縮）と設定し、光学素子１１０の形状に関して、曲率半径Ｒｏ＝１５０［ｍｍ］、中心軸上厚さＬ＝１０［ｍｍ］、直径Ｄ＝１１０［ｍｍ］、及び、接合に関する接合幅ｗｂ＝２［ｍｍ］を基準として各々を独立して変化させて弾性静変形の有限要素解析を行った。
【００３０】
ここで、光学素子１１０の変形について、有限要素解析で求められたミラー面上の各点の変位成分Ｕｚを、収差論などで用いられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式により、図３の円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）に関して展開する。光学素子１１０のミラー面の変形は１２０°間隔で３つの山を有する波型となり、１２０°で回転対称となる。従って、求められたＺｅｒｎｉｋｅ多項式の項のうち、θを含まない、所謂、軸対称項と、ｓｉｎ３θ、ｃｏｓ３θを含む、所謂、３θ項以外の係数は直交条件により０となる。
【００３１】
このうち、上述した波面収差の３角成分に影響があるのは３θ項であり、特に、３つの山を有する波型に変形する場合は、３θ項のちｒの次数が最も低い、ｒ３ｓｉｎ３θ、ｒ３ｃｏｓ３θという項の係数が、それよりｒの次数が高い項の係数よりもはるかに大きくなるので、これら２つの項の係数の和を３θ変形と呼ぶこととし、環境温度の変化による３θ変形の変化量をδ（３θ）とすることとする。
【００３２】
このようにして求めた３θ変形の変化量を、横軸に接合位置の座標ｚｂをとり、縦軸に３θ変形の変化量δ（３θ）をとって表示すると図５のようになる。図５は、本発明の保持装置１００において、光学素子１１０と保持部材１２０との接合位置と光学素子１１０の３θ変形の変化量との関係を示すグラフである。光学素子１１０の形状を基準として、図５（ａ）は曲率半径Ｒｏのみを、図５（ｂ）は中心軸上厚さＬのみを、図５（ｃ）は直径Ｄのみを、図５（ｄ）は接合幅ｗｂのみを、それぞれ変化させて有限要素解析を行った結果である。
【００３３】
図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照するに、いずれの場合でも３θ変形の変形量δ（３θ）が０となる接合位置の座標ｚｂが存在する。そして、図５（ａ）乃至図５（ｄ）において、３θ変形の変化量δ（３θ）が０となるときの接合位置の座標ｚｂをｚｂ０とし、有限要素解析を行った。各結果のデータについて、横軸に光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇ、縦軸に（ｚｂ０−０．６ｗｂ）の値をとって表示すると図６のようになる。図６は、本発明の保持装置１００において、光学素子１１０の重心Ｐｇの位置と光学素子１１０と保持部材１２０との接合位置との関係を示すグラフである。
【００３４】
図６を参照するに、光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇと（ｚｂ０−０．６ｗｂ）との間にはほぼ線形な関係が成り立ち、以下の数式１で表される関係の直線を同図上に描画すると、各データは同直線上にほぼのっていることがわかる。
【００３５】
【数１】
【００３６】
即ち、数式１の関係を満たすように接合部材１３０を配置したとき、光学素子１１０は環境温度が変化しても３θ変形の変化がほぼ０となることがわかる。
【００３７】
以上のように、光学素子１１０において、光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇ、接合位置の座標ｚｂ、及び、接合幅ｗｂが数式１の関係を満たすように接合することにより、環境温度が変化しても光学素子１１０の３θ変形の変化が小さく、それによる波面収差の３角成分の変化も小さくなり、環境温度の変化による光学性能の劣化が起こり難い保持装置１００が実現できる。
【００３８】
更に、本実施形態の保持装置１００を複数の光学素子から構成される光学装置に適用すれば、環境温度の変化による光学性能の劣化が起こり難い光学装置が得られる。
【００３９】
但し、上述の数式１の等号を満たす場合の接合位置ｚｂは、光学素子１１０の形状寸法及び接合幅ｗｂが決まれば唯一通りに決まるが、数式１の関係式を満たす接合位置ｚｂの近傍に接合位置を設定しても、光学系の温度変化による光学性能の劣化を低減する効果がある。実際には、設置位置を１［ｍｍ］程度の範囲に設定することは容易であるので、数式１の関係式の両辺の差分の絶対値を１［ｍｍ］以下に設定する、即ち、以下に示す数式２の関係式を満たすように接合しても効果がある。
【００４０】
【数２】
【００４１】
なお、本実施例について述べたが、レンズ等、他の光学素子においても、光学素子の反重力方向側の面の変形に起因する収差の影響についてのみ考慮すればよい場合は、同様の効果を得ることができる。
【００４２】
次に、図７を参照して、図１に示す保持装置１００の変形例である保持装置１００Ａについて説明する。図７は、図１に示す保持装置１００の変形例である保持装置１００Ａの例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図７において、図１に示すのと同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
図７を参照するに、保持装置１００Ａは、図１に示す保持装置１００と同様であるが、接合部材１３０を、接着剤から櫛型バネ１３０Ａに置き換えた構成をしている。
【００４４】
櫛型バネ１３０Ａは、図８に示すように、光学素子１１０の中心軸を中心とする円環状形状であり、内側面に多数の放射状貫通溝１３２Ａを設けた櫛状になった接続部１３４Ａを有する。櫛型バネ１３０Ａは、接続部１３４Ａの貫通溝１３２Ａに挟まれた部分を折り曲げることによりその１つ１つが板バネとして機能するようになっている。ここで、図８は、図７に示す櫛型バネ１３０Ａの概略構成図である。
【００４５】
また、櫛型バネ１３０Ａは、光学素子１１０に一体的に取り付けられ、内側面の櫛状の接続部１３４Ａが光学素子１１０の外径部１１０ａに接合し、バネ力により光学素子１１０を外径部１１０ａを介して中心向きに押すようになっている。櫛型バネ１３０Ａのバネ力により、光学素子１１０は保持部材１２０に一体的に保持される。
【００４６】
保持装置１００Ａにおいて、環境温度が変化した際には、光学素子１１０と保持部材１２０との線膨張閨秀の差に起因する伸縮量の差は、保持装置１００と同様に、櫛型バネ１３０Ａを介して光学素子１１０の外径部１１０ａに強制変位として与えられる。
【００４７】
従って、図３に示すのと同様な円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）を設定し、光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇ、櫛型バネ１３０Ａと光学素子１１０とが接合する範囲のｚ軸方向の幅の中央位置のｚ座標をｚｂ、同じく、接合するｚ軸方向の幅をｗｂとしたときに、数式２を満たすように構成すれば、保持装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
以下、図９を参照して、本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａを適用した例示的な投影光学系２３０及び投影光学系２３０を有する露光装置２００について説明する。ここで、図９は、本発明の一側面としての露光装置２００の例示的一形態を示す概略ブロック断面図である。露光装置２００は、図９に示すように、回路パターンが形成されたマスク２２０を照明する照明装置２１０と、照明されたマスクパターンから生じる回折光をプレート２４０に投影する投影光学系２３０と、プレート２４０を支持するステージ２４５とを有する。
【００４９】
露光装置２００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク２２０に形成された回路パターンをプレート２４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００５０】
照明装置２１０は、転写用の回路パターンが形成されたマスク２２０を照明し、光源部２１２と、照明光学系２１４とを有する。
【００５１】
光源部２１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５３ｎｍのＦ２レーザーやＹＡＧレーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。また、ＥＵＶ光源等を用いてもよい。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部２１２にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部２１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００５２】
照明光学系２１４は、マスク２２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系２１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。かかる照明光学系２１４のレンズなどの光学素子の保持に本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａを使用することができる。
【００５３】
マスク２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク２２０から発せられた回折光は、投影光学系２３０を通りプレート２４０上に投影される。マスク２２０とプレート２４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置２００はスキャナーであるため、マスク２２０とプレート２４０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク２２０のパターンをプレート２４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク２２０とプレート２４０を静止させた状態で露光が行われる。
【００５４】
投影光学系２３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００５５】
かかる投影光学系２３０のレンズなどの光学素子の保持に本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａを使用することができる。保持装置１００及び１００Ａは、図１及び図７に示すように、半径方向の変形を吸収することができるバネ部材２３４によって投影光学系２３０の鏡筒２３２に連結されている。このような構成にすることによって、装置輸送などの温度環境変動時に、線膨張係数の違いから生じる鏡筒２３２と保持部材１２０との相対変位により、保持部材１２０が鏡筒２３２に対して偏芯することを防止することができる。
【００５６】
なお、保持装置１００及び／又は１００Ａは、上述した構成であり、ここでの詳細な説明は省略する。従って、投影光学系２３０は、環境温度が変化しても結像性能の劣化となる光学素子の変形及び位置ずれによる収差を低減することができ、所望の光学性能を達成することができる。
【００５７】
プレート２４０は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００５８】
ステージ２４５は、プレート２４０を支持する。ステージ２４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ２４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレートを移動することができる。マスク２２０とプレート２４０は、例えば、同期走査され、ステージ２４５と図示しないマスクステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ２４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系２３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００５９】
露光において、光源部２１２から発せられた光束は、照明光学系２１４によりマスク２２０を、例えば、ケーラー照明する。マスク２２０を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系２３０によりプレート２４０上に結像される。露光装置１００が使用する投影光学系２３０（及び／又は照明光学系２１４）は、本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａで保持された光学素子を含んで、環境温度の変化に起因する光学素子の変形及び位置ずれによる収差を抑えることができるので、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６０】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて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。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００６１】
図１１は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。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、ウェハの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などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（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、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。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、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行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。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、本発明の保持装置をマスクやウェハを支持するために用いてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、環境温度の変化によって光学素子に生じる波面収差の３角成分の変化を抑制し、光学性能の劣化を防止することができる保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一側面としての保持装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】 図１に示す保持部材の概略構成図である。
【図３】 本発明の保持装置の座標系を示す概略断面図である。
【図４】 本発明の保持装置の有限要素解析モデルを示す概略図である。
【図５】 本発明の保持装置において、光学素子と保持部材との接合位置と光学素子の３θ変形の変化量との関係を示すグラフである。
【図６】 本発明の保持装置において、光学素子の重心の位置と光学素子と保持装置との接合位置との関係を示すグラフである。
【図７】 図１に示す保持装置の変形例である保持装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図８】 図７に示す櫛型バネの概略構成図である。
【図９】 本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略ブロック断面図である。
【図１０】 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１１】 図１０に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１２】 従来の光学素子の保持装置を示す概略断面図である。
【図１３】 従来の保持装置で保持された光学素子で構成された光学系を示す概略断面図である。
【図１４】 従来の保持装置の保持部材を示す概略構成図である。
【図１５】 従来の保持装置の保持部材を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１００及び１００Ａ 保持装置
１１０ 光学素子
１１０ａ 外径部
１２０ 保持部材
１２２ 支持部
１３０ 接合部材
１３０Ａ 櫛型バネ
１３２Ａ 貫通溝
１３４Ａ 接続部
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２１２ 光源部
２１４ 照明光学系
２２０ マスク
２３０ 投影光学系
２３２ 鏡筒
２３４ バネ部材
２４０ プレート
２４５ ステージ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般には、レンズを搭載する精密機械、特に、露光装置等の投影光学系に係り、更に詳細には、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）又は薄膜磁気ヘッド等を製造するためのリソグラフィー工程に使用される露光装置において、原版（例えば、マスク又はレチクル（なお、本出願ではこれらの用語を交換可能に使用する。））の像を被処理体（例えば、半導体ウェハ用の単結晶基板、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）用のガラス基板）に投影露光する際、より正確な結像関係を得るための光学素子の保持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
フォトリソグラフィー技術を用いてデバイスを製造する際に、マスクに描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する投影露光装置が従来から使用されている。投影光学系は、回路パターンからの回折光をウェハの上に干渉させて結像させる。
【０００３】
近年の電子機器の小型化及び薄型化への要請を実現するためには、電子機器に搭載されるデバイスを高集積化する必要があり、転写される回路パターンの微細化、即ち、高解像度化がますます要求されている。高解像力を得るためには、光源の波長を短くすること、及び、投影光学系の開口数（ＮＡ）を上げることが有効であり、同時に投影光学系の収差を小さく抑えなくてはならない。
【０００４】
投影光学系を構成するレンズ、ミラーなどの光学素子に変形が生じると、変形前後で光路が屈折し、一点に結像するべき光線が一点に収束せずに収差を生じる。収差は位置ずれを招いてウェハ上の回路パターンの短絡を招く。一方、短絡を防止するためにパターン寸法を広くすれば微細化の要求に反する。従って、収差が小さい投影光学系を実現するためには、投影光学系を構成する光学素子を形状を変化させることなく投影光学系内に保持して、光学素子が有する本来の光学的性能を最大限に引き出す必要がある。
【０００５】
図１２は、従来の光学素子１１００の保持装置１０００を示す概略断面図である。図１２を参照するに、光学素子１１００の外径を保持部材１２００の内径に嵌合、又は、ある程度の間隙を設けて配置し、保持部材１２００の内径に設けられた支持部１２００ａに光学素子１０００の一方の面を接触させ、光学素子１１００の外径と保持部材１２００の内径との間隙に接着剤１３００を注入する。接着剤１３００が硬化すると、光学素子１１００は、保持部材１２００に一体的に保持される。このように、保持装置１０００に保持された光学素子１１００は、図１３に示すように、同様に保持装置１０００に保持された複数の光学素子１１００と共に、筐体２０００内に保持されて光学系を構成する。図１３は、従来の保持装置１０００で保持された光学素子１１００で構成された光学系を示す概略断面図である。
【０００６】
一般に、光学素子１１００が保持部材１２００と接触している支持部１２００ａの形状は、図１４に示すように、光学素子１１００の回転中心軸に対して３６０°の範囲で接触するように構成されている。しかし、機械加工により支持部１２００ａの平坦度を０にすることは困難であり、３６０°の範囲で接するように構成されていても、微視的には光学素子１１００と保持部材１２００とは複数の点で接触することになる。かかる状態で重力の影響を受けた場合、光学素子１１００は、自重によって保持部材１２００との接触点を頂点とした波型に変形する。特に、近年の投影光学系の高ＮＡ化により、レンズが大口径化しているのでレンズ容積も大きくなり、自重による変形が発生しやすくなっている。ここで、図１４は、従来の保持装置１０００の保持部材１２００を示す概略構成図である。
【０００７】
投影光学系においては、複数の光学素子（ミラーやレンズ等）の諸々の誤差により生じる収差を、相互の光学素子の組み合わせや位置関係を調整することで補正しているが、光学素子の面形状に関してはナノメートルオーダーの変形を考慮する必要がある。しかし、保持装置１０００を用いた場合には、使用する光学素子１１００と保持部材１２００の組み合わせによって両者の接触点が変わり、それに伴って変形後の面形状も変わるため、部材が異なる装置間のばらつきが生じ収差の補正が非常に煩雑となる。
【０００８】
そこで、図１５に示すように、支持部１５００ａを光学素子１１００の回転中心に対して１２０°間隔の３箇所のみに残した保持部材１５００が用いられる場合もある。光学素子１１００は、常に１２０°間隔の３箇所で保持部材１５００に接触し支持されるので、重力によって接触点（即ち、支持部１５００ａ）を頂点とした山を１２０°間隔で有する波型に変形する。ここで、図１５は、従来の保持装置の保持部材１５００を示す概略構成図である。
【０００９】
幾何学的には平面は３点で定義されるので、保持部材１５００の加工精度によらず３箇所の支持部１５００ａは常に同一平面上にあり、支持部１５００ａと接触する光学素子１１００は、組み合わせる保持部材１５００が変わってもほぼ同様の条件で保持されることになる。
【００１０】
一般に、光学素子は山を３つ有する波型の形状に変形すると、波面収差の３角成分を生じるが、光学系を構成する他の光学素子との組み合わせにより補正が可能である。従って、部材が異なる装置間のばらつきを抑えることができ、光学素子の回転中心軸に対して３６０°の範囲で接触するように構成された保持部材１２００よりも収差の補正が容易になるという利点がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ミラーやレンズ等の光学素子は、光学的な性質や製作性の都合によって石英等の光学ガラス材で作製されることが多く、一方、光学素子の保持部材については、強度や加工性の点から金属材料で製作される。換言すれば、光学部材と保持部材の材質は互いに異なり、両者の線膨張係数には差がある。従って、光学系の置かれる環境温度の変化や光学素子の発熱などにより光学素子や保持部材の温度が変化した場合、線膨張係数の違いのために光学素子と保持部材の伸縮量に差が生じる。
【００１２】
図１２乃至図１５に示した従来の保持装置では、接着剤を介して連結されている光学素子の外径と保持部材の内径の伸縮量に差が生じ、光学素子は半径方向の引張り又は圧縮の強制変位を受け、光学素子の上下面も変形する。その結果、光学素子の光学的性能が変化し、複数の光学素子から構成される光学系の光学的性能も変化してしまう。即ち、温度が変化することによって装置の光学性能が劣化するという問題を招いてしまう。
【００１３】
特に、光学素子の回転中心軸に対して３６０°の範囲で接触するように構成された保持装置では、上述したように、微視的には複数の点で光学素子と接触し、かかる接触点の位置が異なるため、温度が変化したときの光学素子の形状変化にもばらつきが生じ、そのために生じる収差の変化を予測して（即ち、温度変化に従って）補正することは非常に困難である。
【００１４】
一方、光学素子と３箇所で接触するように構成された保持装置では、光学素子と保持部材の伸縮量の差によって、接着剤を介して光学素子の外径に強制変位を受けるために光学素子の形状は変化するが、波型に変形した頂点の回転方向の変位は変わらず、山の大きさが増減するように変化する。これにより、光学素子の変形による波面収差の３角成分が温度によって変化することになるが、波面収差の３角成分の変化量を温度変化に伴って補正することは困難である。
【００１５】
そこで、本発明は、環境温度の変化によって光学素子に生じる波面収差の３角成分の変化を抑制し、光学性能の劣化を防止することができる保持装置を提供することを例示的目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての保持装置は、中心軸を重力方向と一致させて略回転対称形状の光学素子を保持する保持装置であって、前記光学素子の中心軸に関して略１２０°間隔の３箇所に設けられた支持部を介して前記光学素子を保持する保持部材と、前記光学素子の外径部と前記保持部材とを接合する接合部材とを有し、前記光学素子の反重力方向側の面と前記中心軸との交点を原点として前記中心軸の反重力方向をｚ軸の正とする座標系（ｚ）を設定し、前記光学素子の重心のｚ座標をｚｇ、前記接合部材が前記光学素子と接合するｚ軸方向の幅の中央位置のｚ座標をｚｂ、前記接合部材が前記光学素子と接合するｚ軸方向の幅をｗｂとしたときに、｜（ｚｂ−０．６ｗｂ）−（ｚｇ＋１．２）｜≦１の関係を満たすことを特徴とする保持装置。前記光学素子は、光学ミラーであることを特徴とする。前記接合部材は、接着剤であることを特徴とする。前記接合部材は、櫛型バネであることを特徴とする。前記保持部材は、前記光学素子の中心軸を中心とする円環状形状であることを特徴とする。前記接合部材は、前記前記光学素子の外径部の全周に亘って前記保持部材と接合することを特徴とする。
【００１７】
本発明の別の側面としての光学系は、略回転軸対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する上述の保持装置とを有することを特徴とする。
【００１８】
本発明の更に別の側面としての光学装置は、複数の光学素子から構成され、前記複数の光学素子のうち少なくとも一は上述の保持装置に保持されることを特徴とする。
【００１９】
本発明の更に別の側面としての露光装置は、上述の保持装置と、前記保持装置に保持された光学素子を介してマスク又はレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する光学系とを有することを特徴とする。
【００２０】
本発明の更に別の側面としてのデバイス製造方法は、上述の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有する。
【００２１】
本発明の他の目的及び更なる特徴は、以下添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の例示的な保持装置及び露光装置について説明する。但し、本発明は、これらの実施例に限定するものではなく、本発明の目的が達成される範囲において、各構成要素が代替的に置換されてもよい。例えば、本実施形態では、保持装置１００を例示的に露光装置２００の投影光学系２３０に適用しているが、露光装置２００の照明光学系２１４、その他周知のいかなる光学系に適用してもよい。ここで、図１は、本発明の一側面としての保持装置１００の例示的一形態を示す概略断面図である。重力方向は、光学素子１１０の光軸方向と一致し、図面矢印方向である。
【００２３】
図１において、１００は保持装置、１１０は光学系を構成する光学素子で回転対称形状を有し、その中心軸が重力方向と一致している。本実施形態では、光学素子１１０は、光学ミラーで構成され、ミラー面が反重力方向、即ち、図面上側になるように配置されている。但し、光学素子１１０は光学ミラーに限定するものではなく、例えば、レンズ、平行平板ガラス、プリズム、フレンネルゾーンプレート、キノフォーム、バイナリオプティックス、ホログラム等の回折光学素子を含む。
【００２４】
保持部材１２０は光学素子１１０の中心軸を中心とする円環状形状を有し、図２に示すように、光学素子１１０の中心軸に関して１２０°間隔の３箇所に設けられた支持部１２２を介して光学素子１１０を保持する。ここで、図２は、図１に示す保持部材１２０の概略構成図である。保持部材１２０及び支持部１２２は、例えば、実質的に光学素子１１０の線膨張係数と等しい線膨張係数を有する材料から構成される。このように構成すれば、温度環境変動時に、線膨張係数の違いから生じる光学素子１１０と保持部材１２０の相対変位により、光学素子１１０が支持部１２２を介して外力を受けて変形したり、ストレスがかかったりすることを防止することができる。
【００２５】
１３０は光学素子１１０と保持部材１２０とを接合する接合部材を、２３２は後述する露光装置２００の投影光学系２３０の鏡筒を示している。接合部材１３０は、本実施形態では、接着剤で構成され、かかる接着剤は脱ガスが極小であるものを選択する。
【００２６】
このような構成において、保持部材１２０の支持部１２２に、光学素子１１０の重力方向の面（即ち、ミラー面の対向面）が支持されるように接触させ、光学素子１１０を保持部材１２０に嵌合、又は、ある程度の間隙を設けて配置する。そして、光学素子１１０の外径部１１０ａと保持部材１２０の内側面との間隙の全周（即ち、光学素子１１０の中心軸に対して３６０°の範囲）に接合部材１３０を注入する。接合部材１３０は、本実施形態では、接着剤であるため、かかる接着剤が硬化することにより光学素子１１０は保持装置１００に一体的に保持される。
【００２７】
ここで、図１に示す保持装置１００において、有限要素解析を用いて環境温度が変化した場合の影響を求める。図３に示すように、光学素子１１０の中心軸を反重力方向を正とするｚ軸とし、ｚ軸と反重力方向側の面（ミラー面）との交点を原点Ｏ、原点Ｏを通り光学素子１１０の半径方向をｒ、ｚ軸に垂直であり支持部１２２に向かう方向をθ＝０としてｚ軸周りに角度θをとった円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）を設定する。また、Ｐｇは光学素子１１０の重心であり、光学素子１１０は回転対称形状であるため重心は中心軸上にあるので座標を（０，０，ｚｇ）とする。光学素子１１０と保持部材１２０との間隙に注入された接合部材１３０のｚ軸方向の幅をｗｂ、接合部材１３０のｚ軸方向の幅の中央位置を接合位置と称し、そのｚ座標をｚｂとする。更に、光学素子１１０の直径をＤ、中心軸上の厚さをＬ、光学素子１１０の曲率半径をＲｏとする。ここで、図３は、本発明の保持装置１００の座標系を示す概略断面図である。
【００２８】
かかる保持装置１００の有限要素解析のモデルを図４に示す。光学素子１１０は、１２０°等間隔の３箇所で支持され、中心軸方向に重力を受け、外周部１１０ａに接合部材１３０が配置されていることから、境界条件の対称性を考慮すると、有限要素解析モデルとしては０≦θ≦６０°の範囲について考えればよい。任意の点の変位を円筒座標系で（Ｕｒ，Ｕθ，Ｕｚ）とすると、境界条件としてはθ＝０°、及び、θ＝６０°の対称面において変位成分Ｕθ＝０、光学素子１１０に保持部材１２０に支持部１２２が接触する部分を点接触とみなし変位成分Ｕｚ＝０という変位拘束をそれぞれ設定する。また、ｚ軸の負方向に重力加速度Ｇを設定する。更に、環境温度が変化したときの光学素子１１０と保持部材１２０の伸縮量の差により光学素子１１０に加わる強制変位を、外径部１１０ａの接合部材１３０の接合範囲に変位成分Ｕｒとして設定する。なお、それ以外の変位成分については非拘束とする。ここで、図４は、本発明の保持装置１００の有限要素解析モデルを示す概略図である。
【００２９】
図４を参照するに、光学素子１１０の材質を石英（縦弾性係数７．３×１０１０［Ｐａ］、ポアソン比０．１８、密度２．２×１０３［Ｋｇ／ｍ３］）、重力加速度Ｇ＝９．８０６６５［ｍ／ｓ２］とし、接合部材１３０の接合範囲の変位境界条件は、環境温度が変化する前の変位成分Ｕｒを非拘束、環境温度が変化したときの変位成分Ｕｒ＝−０．１［ｍｍ］（圧縮）と設定し、光学素子１１０の形状に関して、曲率半径Ｒｏ＝１５０［ｍｍ］、中心軸上厚さＬ＝１０［ｍｍ］、直径Ｄ＝１１０［ｍｍ］、及び、接合に関する接合幅ｗｂ＝２［ｍｍ］を基準として各々を独立して変化させて弾性静変形の有限要素解析を行った。
【００３０】
ここで、光学素子１１０の変形について、有限要素解析で求められたミラー面上の各点の変位成分Ｕｚを、収差論などで用いられるＺｅｒｎｉｋｅ多項式により、図３の円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）に関して展開する。光学素子１１０のミラー面の変形は１２０°間隔で３つの山を有する波型となり、１２０°で回転対称となる。従って、求められたＺｅｒｎｉｋｅ多項式の項のうち、θを含まない、所謂、軸対称項と、ｓｉｎ３θ、ｃｏｓ３θを含む、所謂、３θ項以外の係数は直交条件により０となる。
【００３１】
このうち、上述した波面収差の３角成分に影響があるのは３θ項であり、特に、３つの山を有する波型に変形する場合は、３θ項のちｒの次数が最も低い、ｒ３ｓｉｎ３θ、ｒ３ｃｏｓ３θという項の係数が、それよりｒの次数が高い項の係数よりもはるかに大きくなるので、これら２つの項の係数の和を３θ変形と呼ぶこととし、環境温度の変化による３θ変形の変化量をδ（３θ）とすることとする。
【００３２】
このようにして求めた３θ変形の変化量を、横軸に接合位置の座標ｚｂをとり、縦軸に３θ変形の変化量δ（３θ）をとって表示すると図５のようになる。図５は、本発明の保持装置１００において、光学素子１１０と保持部材１２０との接合位置と光学素子１１０の３θ変形の変化量との関係を示すグラフである。光学素子１１０の形状を基準として、図５（ａ）は曲率半径Ｒｏのみを、図５（ｂ）は中心軸上厚さＬのみを、図５（ｃ）は直径Ｄのみを、図５（ｄ）は接合幅ｗｂのみを、それぞれ変化させて有限要素解析を行った結果である。
【００３３】
図５（ａ）乃至図５（ｄ）を参照するに、いずれの場合でも３θ変形の変形量δ（３θ）が０となる接合位置の座標ｚｂが存在する。そして、図５（ａ）乃至図５（ｄ）において、３θ変形の変化量δ（３θ）が０となるときの接合位置の座標ｚｂをｚｂ０とし、有限要素解析を行った。各結果のデータについて、横軸に光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇ、縦軸に（ｚｂ０−０．６ｗｂ）の値をとって表示すると図６のようになる。図６は、本発明の保持装置１００において、光学素子１１０の重心Ｐｇの位置と光学素子１１０と保持部材１２０との接合位置との関係を示すグラフである。
【００３４】
図６を参照するに、光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇと（ｚｂ０−０．６ｗｂ）との間にはほぼ線形な関係が成り立ち、以下の数式１で表される関係の直線を同図上に描画すると、各データは同直線上にほぼのっていることがわかる。
【００３５】
【数１】
即ち、数式１の関係を満たすように接合部材１３０を配置したとき、光学素子１１０は環境温度が変化しても３θ変形の変化がほぼ０となることがわかる。
【００３７】
以上のように、光学素子１１０において、光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇ、接合位置の座標ｚｂ、及び、接合幅ｗｂが数式１の関係を満たすように接合することにより、環境温度が変化しても光学素子１１０の３θ変形の変化が小さく、それによる波面収差の３角成分の変化も小さくなり、環境温度の変化による光学性能の劣化が起こり難い保持装置１００が実現できる。
【００３８】
更に、本実施形態の保持装置１００を複数の光学素子から構成される光学装置に適用すれば、環境温度の変化による光学性能の劣化が起こり難い光学装置が得られる。
【００３９】
但し、上述の数式１の等号を満たす場合の接合位置ｚｂは、光学素子１１０の形状寸法及び接合幅ｗｂが決まれば唯一通りに決まるが、数式１の関係式を満たす接合位置ｚｂの近傍に接合位置を設定しても、光学系の温度変化による光学性能の劣化を低減する効果がある。実際には、設置位置を１［ｍｍ］程度の範囲に設定することは容易であるので、数式１の関係式の両辺の差分の絶対値を１［ｍｍ］以下に設定する、即ち、以下に示す数式２の関係式を満たすように接合しても効果がある。
【００４０】
【数２】
なお、本実施例について述べたが、レンズ等、他の光学素子においても、光学素子の反重力方向側の面の変形に起因する収差の影響についてのみ考慮すればよい場合は、同様の効果を得ることができる。
【００４２】
次に、図７を参照して、図１に示す保持装置１００の変形例である保持装置１００Ａについて説明する。図７は、図１に示す保持装置１００の変形例である保持装置１００Ａの例示的一形態を示す概略断面図である。なお、図７において、図１に示すのと同一の部材については、同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
図７を参照するに、保持装置１００Ａは、図１に示す保持装置１００と同様であるが、接合部材１３０を、接着剤から櫛型バネ１３０Ａに置き換えた構成をしている。
【００４４】
櫛型バネ１３０Ａは、図８に示すように、光学素子１１０の中心軸を中心とする円環状形状であり、内側面に多数の放射状貫通溝１３２Ａを設けた櫛状になった接続部１３４Ａを有する。櫛型バネ１３０Ａは、接続部１３４Ａの貫通溝１３２Ａに挟まれた部分を折り曲げることによりその１つ１つが板バネとして機能するようになっている。ここで、図８は、図７に示す櫛型バネ１３０Ａの概略構成図である。
【００４５】
また、櫛型バネ１３０Ａは、光学素子１１０に一体的に取り付けられ、内側面の櫛状の接続部１３４Ａが光学素子１１０の外径部１１０ａに接合し、バネ力により光学素子１１０を外径部１１０ａを介して中心向きに押すようになっている。櫛型バネ１３０Ａのバネ力により、光学素子１１０は保持部材１２０に一体的に保持される。
【００４６】
保持装置１００Ａにおいて、環境温度が変化した際には、光学素子１１０と保持部材１２０との線膨張閨秀の差に起因する伸縮量の差は、保持装置１００と同様に、櫛型バネ１３０Ａを介して光学素子１１０の外径部１１０ａに強制変位として与えられる。
【００４７】
従って、図３に示すのと同様な円筒座標系（ｒ，θ，ｚ）を設定し、光学素子１１０の重心Ｐｇの座標ｚｇ、櫛型バネ１３０Ａと光学素子１１０とが接合する範囲のｚ軸方向の幅の中央位置のｚ座標をｚｂ、同じく、接合するｚ軸方向の幅をｗｂとしたときに、数式２を満たすように構成すれば、保持装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００４８】
以下、図９を参照して、本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａを適用した例示的な投影光学系２３０及び投影光学系２３０を有する露光装置２００について説明する。ここで、図９は、本発明の一側面としての露光装置２００の例示的一形態を示す概略ブロック断面図である。露光装置２００は、図９に示すように、回路パターンが形成されたマスク２２０を照明する照明装置２１０と、照明されたマスクパターンから生じる回折光をプレート２４０に投影する投影光学系２３０と、プレート２４０を支持するステージ２４５とを有する。
【００４９】
露光装置２００は、例えば、ステップ・アンド・スキャン方式やステップ・アンド・リピート方式でマスク２２０に形成された回路パターンをプレート２４０に露光する投影露光装置である。かかる露光装置は、サブミクロンやクオーターミクロン以下のリソグラフィー工程に好適であり、以下、本実施形態ではステップ・アンド・スキャン方式の露光装置（「スキャナー」とも呼ばれる。）を例に説明する。ここで、「ステップ・アンド・スキャン方式」とは、マスクに対してウェハを連続的にスキャン（走査）してマスクパターンをウェハに露光すると共に、１ショットの露光終了後ウェハをステップ移動して、次の露光領域に移動する露光方法である。「ステップ・アンド・リピート方式」とは、ウェハの一括露光ごとにウェハをステップ移動して次のショットの露光領域に移動する露光方法である。
【００５０】
照明装置２１０は、転写用の回路パターンが形成されたマスク２２０を照明し、光源部２１２と、照明光学系２１４とを有する。
【００５１】
光源部２１２は、例えば、光源としては、波長約１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザー、波長約２４８ｎｍのＫｒＦエキシマレーザーなどを使用することができるが、光源の種類はエキシマレーザーに限定されず、例えば、波長約１５３ｎｍのＦ２レーザーやＹＡＧレーザーを使用してもよいし、その光源の個数も限定されない。また、ＥＵＶ光源等を用いてもよい。例えば、独立に動作する２個の固体レーザーを使用すれば固体レーザー間相互のコヒーレンスはなく、コヒーレンスに起因するスペックルはかなり低減する。さらにスペックルを低減するために光学系を直線的又は回動的に揺動させてもよい。また、光源部２１２にレーザーが使用される場合、レーザー光源からの平行光束を所望のビーム形状に整形する光束整形光学系、コヒーレントなレーザー光束をインコヒーレント化するインコヒーレント化光学系を使用することが好ましい。また、光源部２１２に使用可能な光源はレーザーに限定されるものではなく、一又は複数の水銀ランプやキセノンランプなどのランプも使用可能である。
【００５２】
照明光学系２１４は、マスク２２０を照明する光学系であり、レンズ、ミラー、オプティカルインテグレーター、絞り等を含む。例えば、コンデンサーレンズ、ハエの目レンズ、開口絞り、コンデンサーレンズ、スリット、結像光学系の順で整列する等である。照明光学系２１４は、軸上光、軸外光を問わずに使用することができる。オプティカルインテグレーターは、ハエの目レンズや２組のシリンドリカルレンズアレイ（又はレンチキュラーレンズ）板を重ねることによって構成されるインテグレーター等を含むが、光学ロッドや回折素子に置換される場合もある。かかる照明光学系２１４のレンズなどの光学素子の保持に本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａを使用することができる。
【００５３】
マスク２００は、例えば、石英製で、その上には転写されるべき回路パターン（又は像）が形成され、図示しないマスクステージに支持及び駆動される。マスク２２０から発せられた回折光は、投影光学系２３０を通りプレート２４０上に投影される。マスク２２０とプレート２４０は、光学的に共役の関係にある。本実施形態の露光装置２００はスキャナーであるため、マスク２２０とプレート２４０を縮小倍率比の速度比でスキャンすることによりマスク２２０のパターンをプレート２４０上に転写する。なお、ステップ・アンド・リピート方式の露光装置（「ステッパー」とも呼ばれる。）の場合は、マスク２２０とプレート２４０を静止させた状態で露光が行われる。
【００５４】
投影光学系２３０は、複数のレンズ素子のみからなる光学系、複数のレンズ素子と少なくとも一枚の凹面鏡とを有する光学系（カタディオプトリック光学系）、複数のレンズ素子と少なくとも一枚のキノフォームなどの回折光学素子とを有する光学系、全ミラー型の光学系等を使用することができる。色収差の補正が必要な場合には、互いに分散値（アッベ値）の異なるガラス材からなる複数のレンズ素子を使用したり、回折光学素子をレンズ素子と逆方向の分散が生じるように構成したりする。
【００５５】
かかる投影光学系２３０のレンズなどの光学素子の保持に本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａを使用することができる。保持装置１００及び１００Ａは、図１及び図７に示すように、半径方向の変形を吸収することができるバネ部材２３４によって投影光学系２３０の鏡筒２３２に連結されている。このような構成にすることによって、装置輸送などの温度環境変動時に、線膨張係数の違いから生じる鏡筒２３２と保持部材１２０との相対変位により、保持部材１２０が鏡筒２３２に対して偏芯することを防止することができる。
【００５６】
なお、保持装置１００及び／又は１００Ａは、上述した構成であり、ここでの詳細な説明は省略する。従って、投影光学系２３０は、環境温度が変化しても結像性能の劣化となる光学素子の変形及び位置ずれによる収差を低減することができ、所望の光学性能を達成することができる。
【００５７】
プレート２４０は、ウェハや液晶基板などの被処理体でありフォトレジストが塗布されている。フォトレジスト塗布工程は、前処理と、密着性向上剤塗布処理と、フォトレジスト塗布処理と、プリベーク処理とを含む。前処理は、洗浄、乾燥などを含む。密着性向上剤塗布処理は、フォトレジストと下地との密着性を高めるための表面改質（即ち、界面活性剤塗布による疎水性化）処理であり、ＨＭＤＳ（Ｈｅｘａｍｅｔｈｙｌ−ｄｉｓｉｌａｚａｎｅ）などの有機膜をコート又は蒸気処理する。プリベークは、ベーキング（焼成）工程であるが現像後のそれよりもソフトであり、溶剤を除去する。
【００５８】
ステージ２４５は、プレート２４０を支持する。ステージ２４５は、当業界で周知のいかなる構成をも適用することができるので、ここでは詳しい構造及び動作の説明は省略する。例えば、ステージ２４５は、リニアモーターを利用してＸＹ方向にプレートを移動することができる。マスク２２０とプレート２４０は、例えば、同期走査され、ステージ２４５と図示しないマスクステージの位置は、例えば、レーザー干渉計などにより監視され、両者は一定の速度比率で駆動される。ステージ２４５は、例えば、ダンパを介して床等の上に支持されるステージ定盤上に設けられ、マスクステージ及び投影光学系２３０は、例えば、床等に載置されたベースフレーム上にダンパを介して支持される図示しない鏡筒定盤上に設けられる。
【００５９】
露光において、光源部２１２から発せられた光束は、照明光学系２１４によりマスク２２０を、例えば、ケーラー照明する。マスク２２０を通過してマスクパターンを反映する光は、投影光学系２３０によりプレート２４０上に結像される。露光装置１００が使用する投影光学系２３０（及び／又は照明光学系２１４）は、本発明の保持装置１００及び／又は１００Ａで保持された光学素子を含んで、環境温度の変化に起因する光学素子の変形及び位置ずれによる収差を抑えることができるので、高いスループットで経済性よく従来よりも高品位なデバイス（半導体素子、ＬＣＤ素子、撮像素子（ＣＣＤなど）、薄膜磁気ヘッドなど）を提供することができる。
【００６０】
次に、図１０及び図１１を参照して、上述の露光装置１００を利用したデバイス製造方法の実施例を説明する。図１０は、デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。ここでは、半導体チップの製造を例に説明する。ステップ１（回路設計）では、デバイスの回路設計を行う。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。ステップ３（ウェハ製造）では、シリコンなど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、前工程と呼ばれ、マスクとウェハを用いて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。ステップ５（組み立て）は、後工程と呼ばれ、ステップ４によって作成されたウェハを用いて半導体チップ化する工程であり、アッセンブリ工程（ダイシング、ボンディング）、パッケージング工程（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で作成された半導体デバイスの動作確認テスト、耐久性テストなどの検査を行う。こうした工程を経て半導体デバイスが完成し、それが出荷（ステップ７）される。
【００６１】
図１１は、ステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。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、ウェハの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などによって形成する。ステップ１４（イオン打ち込み）では、ウェハにイオンを打ち込む。ステップ１５（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、露光装置１００によってマスクの回路パターンをウェハに露光する。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、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。これらのステップを繰り返し行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。本実施形態のデバイス製造方法によれば、従来よりも高品位のデバイスを製造することができる。このように、露光装置１００を使用するデバイス製造方法、並びに結果物としてのデバイスも本発明の一側面を構成する。
【００６２】
以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれらに限定されずその要旨の範囲内で様々な変形や変更が可能である。例えば、本発明の保持装置をマスクやウェハを支持するために用いてもよい。
【００７４】
【発明の効果】
本発明によれば、環境温度の変化によって光学素子に生じる波面収差の３角成分の変化を抑制し、光学性能の劣化を防止することができる保持装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一側面としての保持装置の例示的一形態を示す概略構成図である。
【図２】 図１に示す保持部材の概略構成図である。
【図３】 本発明の保持装置の座標系を示す概略断面図である。
【図４】 本発明の保持装置の有限要素解析モデルを示す概略図である。
【図５】 本発明の保持装置において、光学素子と保持部材との接合位置と光学素子の３θ変形の変化量との関係を示すグラフである。
【図６】 本発明の保持装置において、光学素子の重心の位置と光学素子と保持装置との接合位置との関係を示すグラフである。
【図７】 図１に示す保持装置の変形例である保持装置の例示的一形態を示す概略断面図である。
【図８】 図７に示す櫛型バネの概略構成図である。
【図９】 本発明の一側面としての露光装置の例示的一形態を示す概略ブロック断面図である。
【図１０】 デバイス（ＩＣやＬＳＩなどの半導体チップ、ＬＣＤ、ＣＣＤ等）の製造を説明するためのフローチャートである。
【図１１】 図１０に示すステップ４のウェハプロセスの詳細なフローチャートである。
【図１２】 従来の光学素子の保持装置を示す概略断面図である。
【図１３】 従来の保持装置で保持された光学素子で構成された光学系を示す概略断面図である。
【図１４】 従来の保持装置の保持部材を示す概略構成図である。
【図１５】 従来の保持装置の保持部材を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１００及び１００Ａ 保持装置
１１０ 光学素子
１１０ａ 外径部
１２０ 保持部材
１２２ 支持部
１３０ 接合部材
１３０Ａ 櫛型バネ
１３２Ａ 貫通溝
１３４Ａ 接続部
２００ 露光装置
２１０ 照明装置
２１２ 光源部
２１４ 照明光学系
２２０ マスク
２３０ 投影光学系
２３２ 鏡筒
２３４ バネ部材
２４０ プレート
２４５ ステージ
Claims (10)
- 中心軸を重力方向と一致させて略回転対称形状の光学素子を保持する保持装置であって、
前記光学素子の中心軸に関して略１２０°間隔の３箇所に設けられた支持部を介して前記光学素子を保持する保持部材と、
前記光学素子の外径部と前記保持部材とを接合する接合部材とを有し、
前記光学素子の反重力方向側の面と前記中心軸との交点を原点として前記中心軸の反重力方向をｚ軸の正とする座標系（ｚ）を設定し、前記光学素子の重心のｚ座標をｚｇ、前記接合部材が前記光学素子と接合するｚ軸方向の幅の中央位置のｚ座標をｚｂ、前記接合部材が前記光学素子と接合するｚ軸方向の幅をｗｂとしたときに、
｜（ｚｂ−０．６ｗｂ）−（ｚｇ＋１．２）｜≦１
の関係を満たすことを特徴とする保持装置。 - 前記光学素子は、光学ミラーであることを特徴とする請求項１記載の保持装置。
- 前記接合部材は、接着剤であることを特徴とする請求項１記載の保持装置。
- 前記接合部材は、櫛型バネであることを特徴とする請求項１記載の保持装置。
- 前記保持部材は、前記光学素子の中心軸を中心とする円環状形状であることを特徴とする請求項１記載の保持装置。
- 前記接合部材は、前記前記光学素子の外径部の全周に亘って前記保持部材と接合することを特徴とする請求項１記載の保持装置。
- 回転軸対称形状の光学素子と、
前記光学素子を保持する請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の保持装置とを有することを特徴とする光学系。 - 複数の光学素子から構成され、前記複数の光学素子のうち少なくとも一は請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の保持装置に保持されることを特徴とする光学装置。
- 請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の保持装置と、
前記保持装置に保持された光学素子を介してマスク又はレチクルに形成されたパターンを被処理体に露光する光学系とを有することを特徴とする露光装置。 - 請求項９記載の露光装置を用いて被処理体を露光するステップと、
露光された前記被処理体に所定のプロセスを行うステップとを有するデバイス製造方法。
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