JP4582306B2 - 光学系及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、マウント部と光学部材とを備えた光学系に関し、例えば半導体デバイス、撮像素子（ＣＣＤ等）、及び液晶ディスプレイ等の各種デバイスを製造する際に使用される露光装置の投影光学系に適用できるものである。さらに本発明は、その光学系を用いる露光技術に関する。

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、マスクとしてのレチクル（又はフォトマスク等）に形成されているパターンを、所定倍率の投影光学系を介して基板としてのフォトレジストが塗布されたウエハ（又はガラスプレート等）上に転写露光するために、露光装置が使用されている。露光装置としては、ステッパー等の一括露光型（静止露光型）の投影露光装置やスキャニングステッパー等の走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）などが使用されている。

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、かつ低い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通常の結像特性補正機構（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、従来の通常の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、所定のレンズを変形可能なリング内に収納し、外部からの力によってそのリングを介してそのレンズを変形させるようにした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２０００−１９５７８８号公報

従来のセンターアスのような非回転対称な収差成分の補正機構は、実質的に側面からの非回転対称な応力によって所定のレンズを変形させていた。そのため、応力を大きくすると、そのレンズが損傷する恐れがあった。また、側面からの応力によるレンズの変形状態の正確な予測は困難であるため、収差補正を再現性のある状態で行うことが困難であった。従って、或る収差を補正するための応力分布は、最終的には試行錯誤的に決定することになるため、収差補正に時間を要するという問題があった。

本発明は斯かる点に鑑み、実質的に光学部材の損傷の恐れがなく、かつ再現性のある状態で、非回転対称な収差の補正を行うことができる光学系を提供することを第１の目的とする。
また、本発明は、非回転対称な収差の補正を迅速に行うことができる露光技術を提供することを第２の目的とする。

本発明による光学系は、マウント部（２５）とこの近傍に配置された光学部材（Ｌ１）とを有する光学系において、その光学部材の周縁部を支持する一端を有する板ばね（３２Ａ）と、その光学部材の光軸に交差する方向に変位可能な第１変位部（３１ａ）と、その板ばねの他端が取り付けられ、かつその第１変位部のその光軸に交差する方向の変位に連動して、その光軸の方向に変位する第２変位部（３１ｃ）とを備え、そのマウント部に固定されるヒンジブロック（３１）と、その第１変位部に変位力を与え、その第２変位部を介してその板ばねの一端をその光軸の方向に変位させる部材（３３，３４）とを備えたものである。そのヒンジブロック及びその変位させる部材から駆動機構が構成されている。

本発明によれば、その板ばねを介してその光学部材の周縁部の一部をその光軸の方向に変位させることによって、その光学部材は非回転対称に変形するため、非回転対称な収差を補正できる。この際に、その光学部材は、光軸に平行な方向には弾性変形し易いとともに、板ばねには可撓性があるため、その光学部材は実質的に損傷する恐れがない。また、その板ばねの変位に対するその光学部材の変形状態は再現性を有している。さらに、その駆動機構に対する光軸に交差する方向の変位は、その光学系の側面から容易に与えることができる。

この場合、その光学部材は、その板ばね上に自重によって載置してもよい。これによって、その光学部材はほぼ自重のみで変形するため、損傷する恐れはほぼなくなる。
本発明において、その駆動機構は、そのマウント部に固定された固定部（３１ａ）と、この固定部に対してその光軸に交差する方向に可撓性を持つ第１変位部（３１ｂ）と、その固定部に対してその光軸の方向に可撓性を持つとともに、その第１変位部のその光軸に交差する方向の変位に連動して実質的にその光軸の方向に変位する第２変位部（３１ｃ）とを有し、その第２変位部がその板ばねの一部に固定されている。これによって、簡単な機構でその光軸に交差する方向の変位をその光軸の方向の変位に変換できる。

また、その板ばねの一端（３２Ａａ）がその光学部材を支持し、その板ばねの他端（３２Ａｃ）がその駆動機構に連結されている。さらに、一例として、その板ばねのその他端よりもその一端に近い固定部（３２Ａｂ）がそのマウント部に固定されており、その駆動機構によるその板ばねのその他端の変位に対して、その光学部材の変位は逆方向で、かつ変位量が少ない。このように一種の「てこの原理」によって、その板ばねの変位を縮小することによって、その光学部材の変位をより小さい分解能で制御できる。

また、一例として、その光学部材は回転対称な部材であり、そのマウント部はその光学部材を囲むように配置された枠状の部材であり、その板ばね及びその駆動機構は、その光学部材の周縁部に実質的に等角度間隔で少なくとも２箇所に配置されている。このように少なくとも２箇所の変位を制御することで、例えばセンターアスのような非回転対称な収差を補正できる。

また、一例として、その光学系を支持するためのコラム機構（２２）に支持されるフランジ部（２４）をさらに備え、そのマウント部は、そのフランジ部の近傍に組み込まれている。これによって、その駆動機構の一部がそのマウント部の外側にはみ出した場合に、そのはみ出した部分をそのフランジ部の内部又は近傍に配置できる。
次に、本発明の露光装置は、パターン（Ｒ）の像を投影光学系（ＰＬ）を介して基板（Ｗ）上に投影する露光装置において、その投影光学系は、本発明の光学系を含むものである。

この場合、その投影光学系の結像特性を補正するために、その駆動機構によってその光学部材を変形させることができる。その光学部材は再現性のある状態で変形するため、例えば予めその光学部材の変形の状態と補正できる収差量との関係を求めておくことによって、種々の非回転対称な収差の補正を迅速に行うことができる。

本発明によれば、板ばねを介して光学部材の周縁部を光軸方向に変位させることができるため、実質的に光学部材の損傷の恐れなく、かつ再現性のある状態で、非回転対称な収差の補正を行うことができる。
また、駆動機構によって、光学系の光軸に交差する方向の変位をその光軸の方向の変位に変換することによって、その光学系の側面方向から容易にその駆動機構を操作できる。

また、本発明の露光装置によれば、投影光学系の非回転対称な収差の補正を迅速に行うことができる。

以下、本発明の好ましい実施形態の一例につき図面を参照して説明する。本例は、スキャニングステッパーよりなる走査露光型の投影露光装置（走査型露光装置）に搭載される投影光学系の結像特性を補正するために本発明を適用したものである。その結像特性の補正は、その投影光学系の単体としての組立調整時、又はその投影光学系を投影露光装置に搭載した状態での調整時若しくはメンテナンス時に行うことができる。以下では、その投影光学系を投影露光装置に搭載した状態で調整を行う場合につき説明する。

図１は、本例の投影露光装置を構成する各機能ユニットをブロック化して表した図であり、この図１において、投影露光装置を収納するチャンバーは省略されている。図１において、露光用の光源としてＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）又はＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）よりなるレーザ光源１が使用されている。その露光用の光源としては、その他のＦ₂ レーザ（波長１５７ｎｍ）のような発振段階で紫外域のレーザ光を放射するもの、固体レーザ光源（ＹＡＧ又は半導体レーザ等）からの近赤外域のレーザ光を波長変換して得られる真空紫外域の高調波レーザ光を放射するもの、或いはこの種の露光装置でよく使われている水銀放電ランプ等も使用できる。

レーザ光源１からの露光ビームとしての露光用の照明光（露光光）ＩＬは、レンズ系とフライアイレンズ系（オプティカル・インテグレータ）とで構成される均一化光学系２、ビームスプリッタ３、光量調整用の可変減光器４、ミラー５、及びリレーレンズ系６を介してレチクルブラインド機構７を均一な照度分布で照射する。レチクルブラインド７でスリット状又は矩形状に制限された照明光ＩＬは、結像レンズ系８を介してマスクとしてのレチクルＲ上に照射され、レチクルＲ上にはレチクルブラインド７の開口の像が結像される。均一化光学系２、ビームスプリッタ３、光量調整用の可変減光器４、ミラー５、リレーレンズ系６、レチクルブラインド機構７、及び結像レンズ系８を含んで照明光学系９が構成されている。

レチクルＲに形成された回路パターン領域（パターン）のうち、照明光によって照射される部分の像は、両側テレセントリックで投影倍率βが縮小倍率の投影光学系ＰＬを介して基板（感応基板）としてのフォトレジストが塗布されたウエハＷ上に結像投影される。一例として、投影光学系ＰＬの投影倍率βは１／４、像側開口数ＮＡは０．７、視野直径は２７〜３０ｍｍ程度である。投影光学系ＰＬは屈折系であるが、その他に反射屈折系等も使用できる。レチクルＲ及びウエハＷはそれぞれ第１物体及び第２物体とみなすこともできる。以下、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸに平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１の紙面に平行な方向にＸ軸を、図１の紙面に垂直な方向にＹ軸を取って説明する。本例では、Ｙ軸に沿った方向（Ｙ方向）が、走査露光時のレチクルＲ及びウエハＷの走査方向であり、レチクルＲ上の照明領域は、非走査方向であるＸ軸に沿った方向（Ｘ方向）に細長い形状である。

先ず、投影光学系ＰＬの物体面側に配置されるレチクルＲは、走査露光時にレチクルベース（不図示）上をエアベアリングを介して少なくともＹ方向に定速移動するレチクルステージＲＳＴに保持されている。レチクルステージＲＳＴの移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角）は、レチクルステージＲＳＴに固定された移動鏡Ｍｒと、これに対向して配置されたレーザ干渉計システム１０とで逐次計測され、その移動はリニアモータや微動アクチュエータ等で構成される駆動系１１によって行われる。なお、移動鏡Ｍｒ、レーザ干渉計システム１０は、実際には少なくともＸ方向に１軸及びＹ方向に２軸の３軸のレーザ干渉計を構成している。レーザ干渉計システム１０の計測情報はステージ制御ユニット１４に供給され、ステージ制御ユニット１４はその計測情報及び装置全体の動作を統轄制御するコンピュータよりなる主制御系１８からの制御情報（入力情報）に基づいて、駆動系１１の動作を制御する。

一方、投影光学系ＰＬの像面側に配置されるウエハＷは、不図示のウエハホルダを介してウエハステージＷＳＴ上に保持され、ウエハステージＷＳＴは、走査露光時に少なくともＹ方向に定速移動できるとともに、Ｘ方向及びＹ方向にステップ移動できるように、エアベアリングを介して不図示のウエハベース上に載置されている。また、ウエハステージＷＳＴの移動座標位置（Ｘ方向、Ｙ方向の位置、及びＺ軸の周りの回転角）は、投影光学系ＰＬの下部に固定された基準鏡Ｍｆと、ウエハステージＷＳＴに固定された移動鏡Ｍｗと、これに対向して配置されたレーザ干渉計システム１２とで逐次計測され、その移動はリニアモータ及びボイスコイルモータ（ＶＣＭ）等のアクチュエータで構成される駆動系１３によって行われる。なお、移動鏡Ｍｗ及びレーザ干渉計システム１２は、少なくともＸ方向に１軸及びＹ方向に２軸の３軸のレーザ干渉計を構成している。また、レーザ干渉計システム１２は、実際には更にＸ軸及びＹ軸の周りの回転角計測用の２軸のレーザ干渉計も備えている。レーザ干渉計システム１２の計測情報はステージ制御ユニット１４に供給され、ステージ制御ユニット１４はその計測情報及び主制御系１８からの制御情報（入力情報）に基づいて、駆動系１３の動作を制御する。

また、ウエハステージＷＳＴには、ウエハＷのＺ方向の位置（フォーカス位置）と、Ｘ軸及びＹ軸の周りの傾斜角とを制御するＺレベリング機構も備えられている。そして、投影光学系ＰＬの下部側面に、ウエハＷの表面の複数の計測点にスリット像を投影する投射光学系（不図示）と、その表面からの反射光を受光してそれらのスリット像の再結像された像の横ずれ量の情報を検出して、ステージ制御ユニット１４に供給する受光光学系（不図示）とから構成される斜入射方式の多点のオートフォーカスセンサが配置されている。ステージ制御ユニット１４は、そのスリット像の横ずれ量の情報を用いてそれら複数の計測点における投影光学系ＰＬの像面からのデフォーカス量を算出し、走査露光時にはこれらのデフォーカス量が所定の制御精度内に収まるように、オートフォーカス方式でウエハステージＷＳＴ内のＺレベリング機構を駆動する。なお、斜入射方式の多点オートフォーカスセンサの詳細な構成については、例えば特開平１−２５３６０３号公報に開示されている。

また、ステージ制御ユニット１４は、レーザ干渉計システム１０による計測情報に基づいて駆動系１１を最適に制御するレチクル側のコントロール回路と、レーザ干渉計システム１２による計測情報に基づいて駆動系１３を最適に制御するウエハ側のコントロール回路とを含み、走査露光時にレチクルＲとウエハＷとを同期走査するときは、その両方のコントロール回路が各駆動系１１，１３を協調制御する。また、主制御系１８は、ステージ制御ユニット１４内の各コントロール回路と相互にコマンドやパラメータをやり取りして、オペレータが指定したプログラムに従って最適な露光処理を実行する。そのために、オペレータと主制御系１８とのインターフェイスを成す不図示の操作パネルユニット（入力デバイスと表示デバイスとを含む）が設けられている。

更に、レーザ光源１がエキシマレーザ光源であるときは、主制御系１８の制御のもとにあるレーザ制御ユニット１５が設けられ、この制御ユニット１５は、レーザ光源１のパルス発振のモード（ワンパルスモード、バーストモード、待機モード等）を制御するとともに、放射されるパルスレーザ光の平均光量を調整するためにレーザ光源１の放電用高電圧を制御する。また、光量制御ユニット１７は、ビームスプリッタ３で分割された一部の照明光を受光する光電検出器１６（インテグレータセンサ）からの信号に基づいて、適正な露光量が得られるように可変減光器４を制御するとともに、パルス照明光の強度（光量）情報をレーザ制御ユニット１５及び主制御系１８に送る。

そして、図１において、レチクルＲへの照明光ＩＬの照射を開始して、レチクルＲのパターンの一部の投影光学系ＰＬを介した像をウエハＷ上の一つのショット領域に投影した状態で、レチクルステージＲＳＴとウエハステージＷＳＴとを投影光学系ＰＬの投影倍率βを速度比としてＹ方向に同期して移動（同期走査）する走査露光動作によって、そのショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。その後、照明光ＩＬの照射を停止して、ウエハステージＷＳＴを介してウエハＷをＸ方向、Ｙ方向にステップ移動する動作と、上記の走査露光動作とを繰り返すことによって、ステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の全部のショット領域にレチクルＲのパターン像が転写される。

この露光に際しては、予めレチクルＲとウエハＷとのアライメントを行っておく必要がある。そこで、図１の投影露光装置には、レチクルＲを所定位置に設定するためのレチクルアライメント系（ＲＡ系）２１と、ウエハＷ上のマークを検出するためのオフアクシス方式のアライメント系１９とが設けられている。
次に、本例の投影光学系ＰＬ（光学系）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を補正するための補正機構について説明する。なお、本例の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ（Ｚ軸に平行）は鉛直線に平行である。

図１において、投影光学系ＰＬは、多数の光学部材としてのレンズや収差補正板等を収納するための円筒状の鏡筒２３と、この鏡筒２３の側面に固定されたリング状のフランジ２４（フランジ部）とを備えている。また、投影光学系ＰＬを支持するための支持板２２（コラム機構の一部）が不図示のコラム及び防振台を介して不図示のベース部材上に設置され、支持板２２に設けられた開口中に鏡筒２３が配置され、フランジ２４がその開口を囲む支持板２２上に固定されている。

また、投影光学系ＰＬの鏡筒２３の内部において、投影光学系ＰＬの瞳面（物体面に対する光学的フーリエ変換面）の近傍にレンズＬ１（光学部材）が配置され、レンズＬ１はリング状の鋼製のレンズ枠２５（マウント部）内に収納され、レンズ枠２５が鏡筒２３内に固定されている。鏡筒２３内にはレンズ枠２５を上下から挟んで固定するようにレンズ枠２６及び２７が固定され、レンズ枠２６及び２７内にもそれぞれレンズＬ２及びＬ３が収納されている。本例のフランジ２４はほぼ投影光学系ＰＬの瞳面の近傍、即ちレンズＬ１が収納されたレンズ枠２５の近傍に配置されており、レンズＬ１の周縁部の支持状態を制御することによって非回転対称な収差を補正する補正機構の一部が、フランジ２４の内側の切り欠き部及び上面に配置されている。

その補正機構は、レンズＬ１の周縁部の一部を底面側から可変の高さで支持する駆動ユニット３０Ａと、この駆動ユニット３０Ａに対向するように配置されてレンズＬ１の周縁部を底面側から実質的に一定の高さで支持する小型のリーフスプリング２８Ｅ（板ばね）とを備えている。後者のリーフスプリング２８Ｅは、レンズ枠２５の底面に２本のボルト（不図示）によって固定されている。前者の駆動ユニット３０Ａは、レンズＬ１の周縁部に一端が接触しており、その周縁部を底面側から支持する大型のリーフスプリング３２Ａ（板ばね）と、リーフスプリング３２Ａの他端を光軸ＡＸに平行な方向（Ｚ方向）に変位させるための鋼製のヒンジブロック３１と、ヒンジブロック３１に光軸ＡＸにほぼ直交する方向の変位を与えるためのスピンドル３４と、スピンドル３４をフランジ２４上に保持するフレーム３３とを備えている。フレーム３３はフランジ２４上に固定されているが、スピンドル３４を保持するフレーム３３を、レンズ枠２５又は鏡筒２３に固定することも可能である。

ヒンジブロック３１は、そのスピンドル３４による光軸ＡＸにほぼ直交する方向の変位を光軸ＡＸにほぼ平行な方向（ほぼＺ方向）の変位に変換して、リーフスプリング３２Ａの他端をほぼＺ方向に変位させる。ヒンジブロック３１、スピンドル３４、及びフレーム３３を含んで、リーフスプリング３２Ａ（板ばね）の一部を変位させる駆動機構が構成されている。実際には、レンズＬ１を等角度間隔で囲むように、駆動ユニット３０Ａと同じ構成の駆動ユニットが３個配置されており、これらの駆動ユニットの間に等角度間隔でそれぞれリーフスプリング２８Ｅと同じ形状の３個のリーフスプリングが配置されている。

図２は、図１の投影光学系ＰＬの鏡筒２３を断面としてレンズＬ１の３個の駆動ユニット（収差の補正機構）を示す平面図であり、この図２において、第１の駆動ユニット３０ＡはレンズＬ１に対して＋Ｘ方向側に配置されている。そして、レンズ枠２５の底面から鏡筒２３に設けた開口部２３ａ及びフランジ２４の内側に設けた切り欠き部２４ａにかけてヒンジブロック３１が配置され、ヒンジブロック３１は底面側から２本のボルト３７を用いてレンズ枠２５に固定されている。また、リーフスプリング３２Ａの一端がレンズＬ１の底面を支持し、その他端が２本のボルト３６を用いてヒンジブロック３１の底面に固定され、リーフスプリング３２Ａのその他端よりもその一端に近い固定部が、２本のスタッド３５（上下にねじ部の形成された部材）及び２個のナット（不図示）を用いてレンズ枠２５の底面に固定されている。

そして、第１の駆動ユニット３０Ａを光軸ＡＸの周りに反時計方向及び時計方向に１２０°回転した位置に、それぞれ駆動ユニット３０Ａと同じ構成の第２の駆動ユニット３０Ｂ及び第３の駆動ユニット３０Ｃが配置されている。第２の駆動ユニット３０Ｂは、ヒンジブロック３１、スピンドル３４、及びフレーム３３を含む駆動機構によってレンズＬ１の周縁部を支持するリーフスプリング３２Ｂ（板ばね）を変位させる。同様に、第３の駆動ユニット３０Ｃは、ヒンジブロック３１、スピンドル３４、及びフレーム３３を含む駆動機構によってレンズＬ１の周縁部を支持するリーフスプリング３２Ｃ（板ばね）を変位させる。駆動ユニット３０Ｂのヒンジブロック３１を配置するために鏡筒２３の開口部２３ｂ及びフランジ２４の切り欠き部２４ｂが設けられ、駆動ユニット３０Ｃのヒンジブロック３１を配置するために鏡筒２３の開口部２３ｃ及びフランジ２４の切り欠き部２４ｃが設けられている。

また、駆動ユニット３０Ａと駆動ユニット３０Ｂとの間に等角度間隔でリーフスプリング２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが配置され、駆動ユニット３０Ｂと駆動ユニット３０Ｃとの間に等角度間隔でリーフスプリング２８Ｄ，２８Ｅ，２８Ｆが配置され、駆動ユニット３０Ｃと駆動ユニット３０Ａとの間に等角度間隔でリーフスプリング２８Ｇ，２８Ｈ，２８Ｉが配置されている。同一形状の９個のリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉはそれぞれ一端でレンズＬ１の周縁部を支持するとともに、他端が２本のボルト３８によってレンズ枠２５の底面に固定されている。リーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃ及びリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉは、一例としてステンレス鋼に時効硬化処理(age-hardening) を施した材料から形成されている。

この場合、レンズＬ１は３個の変位可能なリーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃ及び９個の高さが固定されているリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉの上に保持されており、各リーフスプリングによって、レンズＬ１の自重を支えている。なお、本例では、変位可能なリーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃ（板ばね）は３個であるため、後述のように非回転対称な収差としてのセンターアスを補正することができる。ただし、補正する収差の種類により変位可能なリーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃを含む駆動ユニット３０Ａ〜３０Ｃの個数を等角度間隔又は非等角度間隔の２個以上としてもよい。

次に、図２中の駆動ユニット３０Ａの構成につき図３を参照して詳細に説明する。なお、図３では、図２の鏡筒２３及びフランジ２４が省略されている。また、図１及び図２ではヒンジブロック３１を簡略化して表しているため、図３のヒンジブロック３１の形状は図１及び図２とは異なっている。この場合、ヒンジブロック３１と図１の鏡筒２３及びレンズ枠２６とが機械的に干渉する恐れがあるときには、その鏡筒２３及びレンズ枠２６の部分に切り欠き部を設ければよい。

図３は、駆動ユニット３０Ａの構成を示す一部を切り欠いた図であり、この図３において、レンズ枠２５の円筒状の内面２５ａに回転対称のレンズＬ１の外周面が、レンズＬ１がＺ方向に摺動できる程度の余裕をもって内接している。レンズＬ１の周縁部Ｌ１ａはほぼ平行平板状に形成され、この周縁部Ｌ１ａの底面が図２のリーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃ及びリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉの先端部によって支持されている。

図３において、リーフスプリング３２Ａの先端部３２Ａａ（一端）がレンズＬ１の周縁部Ｌ１ａを支持している。また、レンズ枠２５の底面は、レンズＬ１のＺ方向の位置を設定する際の基準面Ａ３とされ、その底面をレンズＬ１の周縁部Ｌ１ａの厚さ程度の幅でＺ方向に切り欠いて形成された面Ａ２がリーフスプリング３２Ａの取り付け面であり、レンズ枠２５の外側面から底面にかけて形成された切り欠き部２５ｂの＋Ｚ方向の面Ａ１がヒンジブロック３１の取り付け面であり、その切り欠き部２５ｂにヒンジブロック３１の一部が収納されている。ヒンジブロック３１は、側面の形状がほぼＪ字状の鋼製の部材の内側に、ほぼＺ方向に伸びる溝部３１ｄと、この溝部３１ｄにほぼ平行な第１スリット部とほぼＸ方向に伸びる第２スリット部とを合わせた形状の開口部３１ｅとを形成したものである。そして、ヒンジブロック３１の内側に突き出た取り付け部３１ａ（固定部）がレンズ枠２５の面Ａ１にボルト３７によって固定されている。この際に、基準面Ａ３に対するヒンジブロック３１のＺ方向の位置を所定の目標値に設定するために、例えば１μｍ単位で異なる厚さが選択できる間隔設定用のワッシャであるクリアランス・アジャスト・ワッシャ（以下、「ＣＡＷ」と言う。）３９Ｂが、面Ａ１と取り付け部３１ａとの間に介装されている。

図４は、図３のヒンジブロック３１及びリーフスプリング３２Ａのレンズ枠２５に対する取り付け状態を示す斜視図であり、この図４において、ヒンジブロック３１のボルト３７が通過する位置にはボルト３７を通す開口部３１ｆが形成されている。これによって、ヒンジブロック３１はレンズ枠２５に底面側から容易に取り付けることができる。
図３に戻り、ヒンジブロック３１の溝部３１ｄ及び開口部３１ｅの周囲の弾性変形可能なヒンジ構造によって、ヒンジブロック３１の上端部３１ｂ（第１変位部）は取り付け部３１ａに対してほぼＸ方向に変位可能であり、ヒンジブロック３１の底部の先端部３１ｃ（第２変位部）は取り付け部３１ａに対してほぼＺ方向に変位可能である。言い換えると、上端部３１ｂ及び先端部３１ｃはそれぞれ取り付け部３１ａに対してほぼＸ方向及びＺ方向に可撓性を有しており、スピンドル３４によって上端部３１ｂを所定の中立位置からほぼ−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）に変位させると、上記のヒンジ構造の弾性変形によって、上端部３１ｂに連動して先端部３１ｃはほぼ−Ｚ方向（又は＋Ｚ方向）に変位する。

スピンドル３４は、フレーム３３に対して螺合しており、スピンドル３４を回転することによってフレーム３３に対する上端部３１ｂのＸ方向への変位を制御できる。この場合、上端部３１ｂの変位を高精度に制御（管理）するために、スピンドル３４の＋Ｘ方向の直径の大きい上端部とフレーム３３との間に、厚さの粗調用の複数枚のシム４２Ｂと、厚さの微調用の馬蹄ワッシャ４２Ａとが介装されている。この際に、複数枚のシム４２Ｂと馬蹄ワッシャ４２Ａとで、スピンドル３４の上端部とフレーム３３との間隔を例えば１０μｍ程度の分解能で２ｍｍ程度の範囲内で制御することができる。この際に、スピンドル３４をフレーム３３側に締め付けると、その間隔の変化量とヒンジブロック３１の上端部３１ｂの−Ｘ方向への変位の変化量とはほぼ同じである。これによって、その上端部３１ｂのＸ方向への変位を例えば１０μｍ程度の分解能で２ｍｍ程度の範囲内で高精度に制御できる。

また、ヒンジブロック３１の先端部３１ｃの底面に１対のワッシャ４１及びボルト３６を用いてリーフスプリング３２Ａの連結部３２Ａｃ（他端）が固定され、リーフスプリング３２ＡのレンズＬ１を支持する先端部３２Ａａ（一端）に近い固定部３２Ａｂが、１対の固定ブロック４０Ａ，４０Ｂ及び１対のナット３５Ｎを用いてレンズ枠２５の面Ａ２に固定されている。固定ブロック４０Ａ，４０ＢにはＹ方向の中央部に対向するように「逃げ部」が形成され、固定ブロック４０Ａ，４０Ｂ内にその逃げ部をＹ方向に挟むように形成された１対の開口にスタッド３５が配置され、スタッド３５の上端のねじ部は面Ａ２のねじ穴に連結され、スタッド３５の下端のねじ部にナット３５Ｎが螺合している。この際に、基準面Ａ３に対する固定部３２ＡｂのＺ方向の位置を所定の目標値に設定するために、ＣＡＷ３９Ｂと同様の間隔設定用のＣＡＷ（クリアランス・アジャスト・ワッシャ）３９Ａが、面Ａ２と固定部３２Ａｂ（固定ブロック４０Ｂ）との間に介装されている。図４に示すように、リーフスプリング３２Ａの固定部３２Ａｂと連結部３２Ａｃとの間には、細長い部材を折り畳んだ構造が設けられている。これによって、先端部３１ｃがほぼＺ方向に変位する際に、固定部３２Ａｂと連結部３２ＡｃとのＸ方向の間隔が僅かに変化しても、リーフスプリング３２Ａが塑性変形を起こさないように構成されている。なお、図４では図３の固定ブロック４０Ａ，４０Ｂは図示省略されている。

図３に戻り、リーフスプリング３２Ａの固定部３２Ａｂは「てこ」の支点として作用するとともに、固定部３２Ａｂの中心と先端部３２Ａａの先端までの距離と、固定部３２Ａｂの中心と連結部３２Ａｃの先端までの距離との比はほぼ１：３であるため、連結部３２ＡｃのＺ方向への変位に対して先端部３２Ａａの変位方向は逆方向でその量はほぼ１／３である。ただし、実際には固定部３２ＡｂはＸ方向に所定幅を有しており、先端部３２Ａａの実質的な作用点は先端よりも内側に位置しているため、先端部３２Ａａの変位は連結部３２Ａｃの変位の１／３よりも少ない。以下では、一例として、先端部３２Ａａの変位は連結部３２Ａｃの変位の１／５程度であるとする。

図５は、図３の要部の拡大図を示し、この図５において、スピンドル３４によってヒンジブロック３１の上端部３１ｂが−Ｘ方向（又は＋Ｘ方向）にΔＸだけ位置Ｐ１まで変位すると、先端部３１ｃは−Ｚ方向（又は＋Ｚ方向）にΔＺ１だけ変位する。これに連動して、リーフスプリング３２Ａの連結部３２Ａｃも−Ｚ方向（又は＋Ｚ方向）にΔＺ１だけ位置Ｐ２まで変位する。これに応じて「てこの原理」によって、リーフスプリング３２Ａの先端部３２Ａａは＋Ｚ方向（又は−Ｚ方向）にΔＺ２だけ変位する。この際に、ヒンジブロック３１での変位変換（速度で考えた場合には減速）によって、変位ΔＺ１は変位ΔＸのほぼ１／３に等しく、てこの原理によって変位ΔＺ２は変位ΔＺ１のほぼ１／５である。従って、ヒンジブロック３１の上端部３１ｂの変位ΔＸに対して、リーフスプリング３２Ａの先端部３２Ａａ（レンズＬ１）の変位ΔＺ２は、ほぼ１／１５（＝（１／３）×（１／５））まで小さくなり、ヒンジブロック３１の上端部３１ｂの変位の分解能のほぼ１／１５の分解能でレンズＬ１のＺ方向への変位を制御できる。一例として、上端部３１ｂの変位の分解能はほぼ１０μｍ程度であるため、レンズＬ１のＺ方向への変位の分解能はほぼ０．７μｍ程度である。また、上端部３１ｂの変位の範囲は例えば２ｍｍ程度であるため、レンズＬ１のＺ方向への変位の範囲はほぼ１３０μｍである。

この際に、本例ではヒンジブロック３１によってスピンドル３４によるほぼＸ方向の変位をリーフスプリング３２ＡのほぼＺ方向への変位に変換しているため、スピンドル３４の操作を投影光学系ＰＬの側面から容易に行うことができる。図２において、他の２つの駆動ユニット３０Ｂ及び３０Ｃも駆動ユニット３０Ａと同じ構成であり、駆動ユニット３０Ｂ及び３０Ｃはそれぞれリーフスプリング３２Ｂ及び３２ＣのＺ方向への変位を制御することができる。また、他の駆動ユニット３０Ｂ及び３０Ｃにおいても、スピンドル３４の操作は投影光学系ＰＬの側面から容易に行うことができる。

次に、図２の収差の補正機構を用いてセンターアスを補正する動作の一例につき説明する。その前提として、図１において、投影光学系ＰＬのセンターアスを計測するには、図７（Ａ）の拡大図に示すように、Ｘ方向に所定ピッチで配列されたライン・アンド・スペースパターン（以下、「Ｌ／Ｓパターン」と言う。）６０Ｘ及びＹ方向に所定ピッチで配列されたＬ／Ｓパターン６０Ｙが形成されたテストレチクルを、図１のレチクルＲの代わりにレチクルステージＲＳＴ上にロードする。そして、ウエハステージＷＳＴ上にはフォトレジストの塗布された未露光のウエハＷをロードする。次に、図７（Ａ）のＬ／Ｓパターン６０Ｘ及び６０Ｙの中心をほぼ図１の投影光学系ＰＬの光軸ＡＸ上に移動して、ウエハステージＷＳＴによってウエハＷのＺ方向の位置を次第に変えて、かつＸ方向及びＹ方向へのステップ移動を行いながら、ウエハＷ上の一連のショット領域に投影光学系ＰＬを介してＬ／Ｓパターン６０Ｘ及び６０Ｙの像を露光する。次に、そのウエハＷの現像を行って、Ｌ／Ｓパターン６０Ｘの像が最も高い解像度で転写されるときのウエハＷのフォーカス位置Ｆ１と、Ｌ／Ｓパターン６０Ｙの像が最も高い解像度で転写されるときのウエハＷのフォーカス位置Ｆ２とを求めると、その差分（＝Ｆ１−Ｆ２）がセンターアスとなる。

そのセンターアスが所定の許容範囲を超えている場合には、図１の投影光学系ＰＬの瞳面付近のレンズＬ１上では、図７（Ｂ）の波面４３で示すように、本来は同心円状となる波面（例えば物体面上の１点から出た光の波面）が、例えばＸ方向に細長い楕円状となる。そこで、その波面をほぼ同心円状に戻すために、本例ではレンズＬ１を自重によって変形させる。

図６は、そのレンズＬ１を支持する図２のリーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃ及びリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉを示し、収差補正を行わない状態では、リーフスプリング３２Ａ〜３２Ｃ及びリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉは互いにほぼ等しい力でレンズＬ１を支持しており、２点鎖線で示すようにレンズＬ１は回転対称な形状を維持している。これに対して、図７（Ｂ）のような収差を補正するためには、一例として図６において、駆動ユニット３０Ｂ及び３０Ｃによるリーフスプリング３２Ｂ及び３２ＣのＺ方向への変位を大きくして、レンズＬ１の＋Ｙ方向の部分Ｂ１及び−Ｙ方向の部分Ｂ２を＋Ｚ方向に変位させる。この際に、他のリーフスプリング３２Ａの位置は変化しないとともに、他のリーフスプリング２８Ａ〜２８Ｉのうちでリーフスプリング３２Ｂ及び３２Ｃに近い部分のリーフスプリングは弾性変形によって＋Ｚ方向に追従して変位するだけであるため、レンズＬ１の自重によって、レンズＬ１の光軸を通りＸ軸に平行な直線Ｂ３に沿う部分は殆ど変位しない。従って、僅かではあるが自重によって、レンズＬ１は直線Ｂ３を中心として両側の部分Ｂ１及びＢ２が上方に変位した状態に非回転対称に変形するため、図７（Ｂ）に示すセンターアスのような非回転対称な収差を補正できる。

この場合、本例ではレンズＬ１は自重によって弾性変形するだけであるため、図６の３個のリーフスプリング３２Ａ〜３２ＣのＺ方向への変位によって、レンズＬ１は再現性のある状態で変形する。また、レンズＬ１が損傷する恐れは実質的にない。従って、例えば予めリーフスプリング３２Ａ〜３２ＣのＺ方向への変位を種々に変えた状態で、図７（Ａ）の計測用パターンを用いてセンターアスの発生量の計測を行っておくことで、実際の収差補正時には、センターアスの発生量から必要なリーフスプリング３２Ａ〜３２ＣのＺ方向への変位を容易に求めることができる。従って、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迅速に補正することができる。

このように投影光学系ＰＬの非回転対称な収差の補正を行うことによって、その後の露光工程では、レチクルのパターンを高精度にウエハ上に転写することができる。
なお、上記の実施形態では投影光学系ＰＬの瞳面の近傍のレンズＬ１の周縁部の変位分布を制御していたが、例えば投影光学系ＰＬの瞳面の近傍の複数枚のレンズの周縁部の変位分布を独立に制御することで、より高精度に非回転対称な収差を補正することも可能である。また、投影光学系ＰＬの物体面又は像面の近傍の光学部材の周縁部の変位分布を制御することも可能であり、これによって、種々の非回転対称な収差の補正を行うことが可能である。

また、上記の実施形態では、駆動ユニット３０Ａ〜３０Ｃのスピンドル３４は例えばマニュアル操作されているが、スピンドル３４の操作を駆動モータを用いて自動的に行うようにしてもよい。投影光学系ＰＬの非回転対称な収差は、例えばレチクルＲの照明領域が非回転対称であることや、２極照明等の瞳面での光量分布が非回転対称となる照明条件でも発生することがある。このような場合に、駆動ユニット３０Ａ〜３０Ｃを駆動モータで駆動することによって、露光中に発生する非回転対称な収差を補正することも可能となる。

なお、上述の実施形態の投影露光装置は、複数のレンズから構成される照明光学系、投影光学系を露光装置本体に組み込み光学調整をして、多数の機械部品からなるレチクルステージやウエハステージを露光装置本体に取り付けて配線や配管を接続し、総合調整（電気調整、動作確認等）をすることにより製造することができる。なお、その露光装置の製造は温度及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。

また、上記の実施形態の投影露光装置を用いて半導体デバイスを製造する場合、この半導体デバイスは、デバイスの機能・性能設計を行うステップ、このステップに基づいてレチクルを製造するステップ、シリコン材料からウエハを形成するステップ、上記の実施形態の投影露光装置によりアライメントを行ってレチクルのパターンをウエハに露光するステップ、エッチング等の回路パターンを形成するステップ、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）、及び検査ステップ等を経て製造される。

なお、本発明は、例えば国際公開（ＷＯ）第９９／４９５０４号などに開示され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、波長数ｎｍ〜１００ｎｍ程度の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光ビーム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。
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、露光工程（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。

本発明を露光装置に適用した場合には、非回転対称な収差の補正を迅速に行うことができ、パターンを高精度に基板上に転写することができる。

本発明の実施形態の一例の投影露光装置の概略構成を示す一部を切り欠いた図である。 図１の投影光学系ＰＬ中の鏡筒２３を断面として収差の補正機構を示す平面図である。 図２中の駆動ユニット３０Ａを示す一部を切り欠いた図である。 図３のレンズ枠２５に対するヒンジブロック３１及びリーフスプリング３２Ａの連結状態を示す斜視図である。 図３のヒンジブロック３１を変形させた場合のレンズＬ１の変位状態の一例を示す一部を切り欠いた図である。 非回転対称な収差補正を行う際のレンズＬ１の変形状態の一例を示す斜視図である。 （Ａ）はセンターアス計測用のパターンの一例を示す拡大平面図、（Ｂ）はレンズＬ１上での波面収差の一例を示す図である。

符号の説明

９…照明光学系、Ｒ…レチクル、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、Ｌ１…レンズ、２２…支持板、２３…鏡筒、２４…フランジ、２５…レンズ枠、２８Ａ〜２８Ｉ…リーフスプリング、３０Ａ〜３０Ｃ…駆動ユニット、３１…ヒンジブロック、３２Ａ〜３２Ｃ…リーフスプリング、３３…フレーム、３４…スピンドル

Claims (7)

1. マウント部とこの近傍に配置された光学部材とを有する光学系において、
   前記光学部材の周縁部を支持する一端を有する板ばねと、
   前記光学部材の光軸に交差する方向に変位可能な第１変位部と、前記板ばねの他端が取り付けられ、かつ前記第１変位部の前記光軸に交差する方向の変位に連動して、前記光軸の方向に変位する第２変位部とを備え、前記マウント部に固定されるヒンジブロックと、
   前記第１変位部に変位力を与え、前記第２変位部を介して前記板ばねの一端を前記光軸の方向に変位させる部材とを備えたことを特徴とする光学系。
2. 前記ヒンジブロックは、
   前記マウント部に固定された固定部を有し、
   前記第１変位部は、前記固定部に対して前記光軸に交差する方向に可撓性を持ち、
   前記第２変位部は、前記固定部に対して前記光軸の方向に可撓性を持つことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記板ばねは、前記他端よりも前記一端に近い部分が前記マウント部に固定されており、
   前記板ばねの前記他端の変位に対して、前記板ばねの前記一端の変位は逆方向で、かつ変位量が少ないことを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記光学部材は回転対称な部材であり、前記マウント部は前記光学部材を囲むように配置された枠状の部材であり、
   前記板ばね、前記ヒンジブロック及び前記変位させる部材は、前記光学部材の周縁部に実質的に等角度間隔で少なくとも２箇所に配置されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光学系。
5. 前記光学系を支持するためのコラム機構に支持されるフランジ部をさらに備え、
   前記マウント部は、前記フランジ部の近傍に組み込まれていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光学系。
6. パターンの像を投影光学系を介して基板上に投影する露光装置において、
   前記投影光学系は、請求項１から５のいずれか一項に記載の光学系を含むことを特徴とする露光装置。
7. 前記投影光学系の結像特性を補正するために、前記駆動機構によって前記光学部材を変形させることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
   

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