JP5424013B2 - 光学系及び露光装置 - Google Patents

Description

本発明は、鏡筒によって複数の光学部材を支持する光学系、この光学系を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いるデバイス製造技術に関する。

従来より、半導体素子、液晶表示素子等を製造するためのリソグラフィ工程では、マスクとしてのレチクルに形成されたパターンを、投影光学系を介してレジスト等が塗布されたウエハ又はガラスプレート等の基板上に転写する露光装置が用いられている。この種の露光装置としては、近年では、遠紫外域から真空紫外域の露光光を用いるステッパ等の一括露光方式及びスキャニングステッパ等の走査露光型の投影露光装置が主に用いられている。

最近では、露光光として波長が１００ｎｍ程度以下の軟Ｘ線領域の光、すなわち極端紫外光（以下、ＥＵＶ（Extreme Ultraviolet)光と呼ぶ。）を使用するＥＵＶ露光装置の開発も行われている。このＥＵＶ露光装置では、照明光学系及び投影光学系は全て反射光学部材（ミラー）によって構成され、レチクルもまた反射型レチクルが使用される。
投影光学系として、屈折系、反射屈折系、及び反射系のいずれを用いる場合であっても、温度変化によって光学部材の光軸方向の位置や光軸に対して半径方向の位置がずれると結像性能（諸収差）が劣化する恐れがある。そのため、投影光学系の鏡筒は、インバー等の低線膨張係数の金属等を用いて製造されていた。さらに、投影光学系の結像特性を調整することも必要であり、そのための手段として、投影光学系を構成する少なくとも一部の光学部材の位置・姿勢を調整する調整機構が一般的に採用されている。この位置・姿勢の調整機構としては、例えば調整ストローク及び精度の異なる複数の機構を組み合わせた機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−２０１３４２号公報

半導体素子の微細化等に対応して露光装置において高い結像特性をより安定に維持するためには、温度変化に対する安定性をさらに高める必要がある。しかしながら、投影光学系の鏡筒全体をさらに線膨張係数の小さいガラスセラミックス（例えばゼロデュア（商品名））のような材料から製造した場合には、鏡筒の剛性が劣る恐れがある。さらに、投影光学系を高精度に温度制御する方法、又は光学部材の位置・姿勢を調整する機構によって温度変化による変位をも補正する方法は、制御システムが複雑化する恐れがある。

本発明は斯かる点に鑑み、簡単な構造を用いて温度変化による光学部材の位置の変化を抑制できる光学系、この光学系を備えた露光装置、及びこの露光装置を用いたデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明による光学系は、複数の光学部材を支持する光学系において、その複数の光学部材のうちの第１光学部材を保持するとともに、その光学系の光軸に交差する第１方向に延びる第１交差部材と、その第１方向に延びてその第１交差部材とその複数の光学部材のうちのその第１光学部材と異なる第２光学部材との間に配置されるその第１交差部材とは線膨張係数の異なる第２交差部材と、その第１光学部材を支持する支持部材と、その第１交差部材、その第２交差部材、及びその支持部材を介してその第１光学部材が取り付けられるとともに、その支持部材とは線膨張係数が異なる取り付け部材と、を備え、その第１交差部材の熱変形によるその第１光学部材のその第１方向の変位を相殺するように、その第２交差部材の熱変形によってその第１光学部材がその第１方向に変位するとともに、その支持部材とその取り付け部材との一方の熱変形によって生じるその第１光学部材のその光学系の光軸に平行な第２方向への変位を、その支持部材と前記取り付け部材との他方の熱変形によって相殺するものである。

また、本発明による露光装置は、照明光学系からの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、その照明光学系又は投影光学系として本発明の光学系を用いるものである。
また、本発明によるデバイス製造方法は、本発明の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、その露光された感光性基板を処理することと、を含むものである。

本発明によれば、線膨張係数の異なる２つの部材を組み合わせるという簡単な構造を用いて、温度変化による光学部材（第１光学部材）の位置の変化を抑制できる。

以下、本発明の第１の実施形態につき図１〜図４を参照して説明する。本例は、露光光として極端紫外光、即ちＥＵＶ（Extreme Ultraviolet)光を使用するＥＵＶ露光装置に本発明を適用したものである。
図１には、本例の露光装置１０の全体構成が概略的に示されている。この露光装置１０では、後述するように、投影光学系ＰＯが使用されているので、以下では、投影光学系ＰＯの光軸に平行にＺ軸を取り、Ｚ軸に垂直な平面内で図１における紙面内左右方向にＹ軸を取り、紙面に直交する方向にＸ軸を取って説明する。露光装置１０は、マスクとしてのレチクルＲに形成された回路パターンの一部の像を投影光学系ＰＯを介して物体としてのウエハＷ上に投影しつつ、レチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＯに対して１次元方向（ここではＹ方向）に相対走査することによって、レチクルＲの回路パターンの全体をウエハＷ上の複数のショット領域の各々にステップ・アンド・スキャン方式で転写するものである。

露光装置１０は、軟Ｘ線領域の光、即ち波長１００ｎｍ程度以下の極端紫外光（ＥＵＶ光）を露光用の照明光ＥＬとして射出する光源装置１、この光源装置１からの照明光ＥＬを反射して所定の入射角、例えば約５０ｍｒａｄでレチクルＲのパターン面（下面）に入射させる光路折り曲げ用のミラーＭを含む照明光学系、レチクルＲを保持するレチクルステージＲＳＴ、レチクルＲのパターン面で反射された照明光ＥＬをウエハＷの被露光面（上面）に対して垂直に投射する光学ユニットとしての投影光学系ＰＯ、及びウエハＷを保持するウエハステージＷＳＴ等を備えている。なお、ミラーＭは、投影光学系ＰＯの鏡筒２の内部に配置されているが、実際には照明光学系の一部である。光源装置１としては、一例として、レーザ励起プラズマ光源が用いられている。また、照明光ＥＬとしては、一例として、主に波長５〜２０ｎｍ、例えば波長１１ｎｍのＥＵＶ光が用いられる。照明光ＥＬの気体による吸収を防止するため、露光装置１０は不図示の真空チャンバ内に収容されている。

その照明光学系は、複数の照明用ミラー、波長選択窓等（いずれも図示省略）、及びミラーＭ等を含んで構成されている。また、光源装置１内の集光ミラーとしての放物面鏡も照明光学系の一部を構成する。光源装置１から射出され、照明光学系の端部のミラーＭで反射された照明光ＥＬは、レチクルＲのパターン面の円弧スリット状の領域を照明する。
前記レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面に沿って配置されたレチクルベース３上に配置され、駆動系４を構成する例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータが発生する磁気浮上力によってレチクルベース３上に浮上支持されている。レチクルステージＲＳＴは、駆動系４が発生する駆動力によってＹ方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｘ方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）にも微小量駆動される。また、レチクルステージＲＳＴは、駆動系４が複数箇所で発生する磁気浮上力の調整によってＺ方向、Ｘ軸回りの回転方向（θｘ方向）、及びＹ軸回りの回転方向（θｙ方向）にも微小量だけ駆動可能である。

レチクルステージＲＳＴの下面に不図示の静電チャックを介してレチクルＲが保持されている。このレチクルＲとしては、照明光ＥＬがＥＵＶ光であることから反射型レチクルが用いられている。レチクルＲのパターン面には、ＥＵＶ光を反射する多層膜が形成されている。なお、ミラーＭ、その他の照明光学系及び投影光学系ＰＯ内の各ミラーの反射面にも同様の構成の多層膜が形成されている。レチクルＲのパターン面に形成された多層膜上には、吸収層（例えばニッケルＮｉ又はアルミニウムＡｌ等）が形成され、この吸収層をパターニングすることによって所定の回路パターンが形成されている。レチクルＲのパターン面で反射された照明光ＥＬが投影光学系ＰＯに向かう。

レチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＸＹ面内の位置（Ｘ，Ｙ，θｚ）は、レチクルステージＲＳＴに設けられた（又は形成された）反射面にレーザビームを投射するレーザ干渉計（以下、「レチクル干渉計」という）５Ｒによって、例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出される。また、レチクルＲのＺ方向の位置及びＸＹ面に対する傾斜角（θｘ，θｙ）は、そのパターン面に対し斜め方向から検出ビームを照射する送光系６Ｒａと、そのパターン面で反射された検出ビームを受光する受光系６Ｒｂとから構成されるフォーカスセンサによって計測されている。このフォーカスセンサとしては、例えば特開平６−２８３４０３号公報（対応米国特許第５，４４８，３３２号）等に開示される多点焦点位置検出系が用いられている。レチクル干渉計５Ｒ及びフォーカスセンサ（６Ｒａ，６Ｒｂ）の計測値は、主制御装置（不図示）に供給され、この主制御装置がその計測値に基づいて駆動部４を介してレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）を６自由度で駆動する。

投影光学系ＰＯは、開口数ＮＡが例えば０．１で、反射光学部材（ミラー）のみから成る反射光学系が使用されており、本例の投影倍率は１／４倍である。投影光学系ＰＯの鏡筒本体２には、ミラーＭに入射する照明光ＥＬ及びレチクルＲに入射して反射される照明光ＥＬをそれぞれ通過させるための開口２ａ及び２ｂが形成され、投影光学系ＰＯからウエハＷに入射する照明光ＥＬを通過させるための開口（不図示）も形成されている。レチクルＲによって反射された照明光ＥＬは、投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上に投射され、これによりレチクルＲ上のパターンは１／４に縮小されてウエハＷに転写される。

前記ウエハステージＷＳＴは、ＸＹ平面に沿って配置されたウエハベース７上に配置され、例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータから成る駆動系８によってウエハベース７上に浮上支持されている。このウエハステージＷＳＴは、駆動系８によってＸ方向及びＹ方向に例えば３００〜４００ｍｍの所定ストロ−クで駆動され、θｚ方向にも微小量駆動される。また、ウエハステージＷＳＴは、駆動系８によってＺ方向及びＸＹ面に対する傾斜方向にも微小量だけ駆動可能である。

ウエハステージＷＳＴの上面には、静電チャック（不図示）によってウエハＷが吸着保持されている。ウエハステージＷＳＴのＸ方向、Ｙ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角θｘ，θｙ，θｚは、外部に配置されたレーザ干渉計（以下、「ウエハ干渉計」という）５Ｗにより、例えば０．５〜０．１ｎｍ程度の分解能で常時検出されている。また、投影光学系ＰＯの鏡筒本体２を基準とするウエハＷのＺ方向の位置及びＸＹ面に対する傾斜角（θｘ，θｙ）は、その被露光面に対し斜め方向から検出ビームを照射する送光系６Ｗａと、その被露光面で反射された検出ビームを受光する受光系６Ｗｂとから構成されるフォーカスセンサによって計測されている。このフォーカスセンサは、レチクルＲ用のフォーカスセンサ（６Ｒａ，６Ｒｂ）と同様の多点焦点位置検出系である。ウエハ干渉計５Ｗ及びフォーカスセンサ（６Ｗａ，６Ｗｂ）の計測値は、不図示の主制御装置に供給され、主制御装置はその計測値及びレチクルステージＲＳＴの位置の計測値に基づいて、駆動系８を介してウエハステージＷＳＴ（ウエハＷ）を６自由度で駆動する。

さらに、本実施形態では、投影光学系ＰＯの鏡筒本体２に、ウエハＷ上のアライメントマークの位置を計測するためのアライメント系ＡＬＧが固定されている。ウエハステージＷＳＴ上面の一端部には、レチクルＲに形成されたパターンの投影像の位置とアライメント系ＡＬＧとの相対位置関係の計測（いわゆるベースライン計測）等を行うための空間像計測部ＦＭが設けられている。

ウエハＷ上の１つのショット領域（ダイ）を露光するときには、照明光が照明光学系によりレチクルＲの照明領域に照射され、レチクルＲとウエハＷとは投影光学系ＰＯに対して投影光学系ＰＯの縮小倍率に従った所定の速度比でＹ方向に同期して移動する（同期走査）。このようにして、レチクルパターンはウエハＷ上の一つのショット領域に露光される。その後、ウエハステージＷＳＴを駆動してウエハＷをステップ移動した後、ウエハＷ上の次のショット領域に対してレチクルＲのパターンが走査露光される。このようにステップ・アンド・スキャン方式でウエハＷ上の複数のショット領域に対して順次レチクルＲのパターンの像が露光される。

次に、投影光学系ＰＯについて詳細に説明する。図２は、投影光学系ＰＯを構成する複数の光学部材としての６枚のミラーＭ１〜Ｍ６の配置を示す。図２において、レチクルＲからウエハＷに向かって、反射面を下方（−Ｚ方向）に向けたミラーＭ２、反射面を下方に向けたミラーＭ４、反射面を上方（＋Ｚ方向）に向けたミラーＭ３、反射面を上方に向けたミラーＭ１、反射面を下方に向けたミラーＭ６、及び反射面を上方に向けたミラーＭ５が配置され、照明光学系の一部であるミラーＭは、ミラーＭ３及びＭ４の反射面を延長した２つの面Ｃａ及びＣｂの間に配置されている。ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面は、それぞれ球面又は非球面などの回転対称な面であり、その回転対称軸が投影光学系ＰＯの光軸ＡＸにほぼ一致するように位置調整されている。また、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ４，Ｍ６は凹面鏡であり、他のミラーＭ３，Ｍ５は凸面鏡である。ミラーＭ１〜Ｍ６それぞれの反射面は、設計値に対して露光波長の約５０分の１から６０分の１以下の凹凸となる加工精度で加工される。

図２の構成において、レチクルＲで反射された照明光ＥＬは、ミラーＭ１で上方に反射され、ミラーＭ２で下方に反射された後、ミラーＭ３で上方に反射され、ミラーＭ４で下方に反射される。そして、ミラーＭ５で上方に反射された照明光ＥＬは、ミラーＭ６で下方に反射されて、ウエハＷ上にレチクルＲのパターンの像を形成する。
図３（Ａ）は、その６枚のミラーＭ１〜Ｍ６を斜め上方から見た斜視図を示し、図３（Ｂ）は、その６枚のミラーＭ１〜Ｍ６を斜め下方から見た斜視図を示している。なお、図３（Ａ）、（Ｂ）では、各ミラーの反射面に、ハッチングが付されている。これらの図から分かるように、ミラーＭ１〜Ｍ６は、それぞれ照明光ＥＬを遮光しないような形状に加工されている。

図４は、投影光学系ＰＯの鏡筒本体及びこの鏡筒本体内のミラーＭ１〜Ｍ６の保持機構（保持調整機構）を示す。図４において、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６はそれぞれほぼ円筒状の分割鏡筒１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｄ，１２Ｅ，１２Ｆ内に保持調整機構１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ，１３Ｆによって、不図示のコラムに対して基本的にＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの回転角の６自由度で移動（駆動）可能に保持されている。なお、分割鏡筒１２Ｄのみは、ミラーＭ４を配置するために＋Ｙ方向の側面が切り欠かれており、その−Ｙ方向の内部に照明光学系のミラーＭが配置されている。また、保持調整機構１３Ｂ，１３ＥのミラーＭ２，Ｍ５に対する調整の自由度は例えばＺ方向、Ｘ軸の周りの回転方向、及びＹ軸の周りの回転方向の３自由度である。

また、分割鏡筒１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ，１２Ｆ内にそれぞれリング状の支持板２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ，２５Ｆが固定され、保持調整機構１３Ａ，１３Ｆは、それぞれ支持板２５Ａ，２５Ｆ上に固定され、保持調整機構１３Ｃ，１３Ｄはそれぞれ支持板２５Ｃ，２５Ｂの底面に固定されている。さらに、分割鏡筒１２Ｂ上に照明光を通す開口が形成された分割鏡筒１２Ｇが固定され、分割鏡筒１２Ｅの底面に照明光を通す開口が形成された分割鏡筒１２Ｈが固定されている。保持調整機構１３Ｂ及び１３Ｅは、それぞれ分割鏡筒１２Ｇの底面及び分割鏡筒１２Ｈの上面に固定されている。

また、不図示のコラムに大型のリング状のフランジ１１が固定され、フランジ１１の底面にスペーサ１４Ａを介してボルト１５によって分割鏡筒１２Ａが固定され、分割鏡筒１２Ａの底面にスペーサ１４Ｆを介してボルト１６及びナット１７によって分割鏡筒１２Ｆが固定され、分割鏡筒１２Ｆの底面にスペーサ１４Ｅを介してボルト（不図示）によって分割鏡筒１２Ｅが固定され、分割鏡筒１２Ｅの底面にボルト及びナット（不図示）によって、分割鏡筒１２Ｈが固定されている。本実施形態では、フランジ１１の底面がミラーＭ１〜Ｍ６の光軸方向（Ｚ方向）の位置の基準となる基準面ＳＰである。

また、フランジ１１の上面にスペーサ１４Ｃを介してボルト（不図示）によって分割鏡筒１２Ｃが固定され、分割鏡筒１２Ｃの上面にボルト（不図示）によって分割鏡筒１２Ｄが固定され、分割鏡筒１２Ｄの上面にスペーサ１４Ｂを介してボルト及びナット（不図示）によって分割鏡筒１２Ｂが固定され、分割鏡筒１２Ｂ上にボルト及びナット（不図示）によって分割鏡筒１２Ｇが固定されている。本実施形態では、フランジ１１、分割鏡筒１２Ａ〜１２Ｈ、スペーサ１４Ａ〜１４Ｆ、及びこれらを固定するためのボルトやナット等から図１の投影光学系ＰＯの鏡筒本体２が構成されている。フランジ１１及びスペーサ１４Ａ〜１４Ｆは分割鏡筒の一種とみなすことも可能である。フランジ１１、分割鏡筒１２Ａ〜１２Ｈ、及びスペーサ１４Ａ〜１４Ｆは、例えばインバー等の線膨張係数の小さい金属から形成されている。なお、さらに線膨張係数の小さいスーパーインバーも使用可能であるが、製造コストを低く抑える観点から、全ての部材をスーパーインバーから形成するのは実用的ではない場合がある。なお、インバー及びスーパーインバーの１００℃〜２００℃における線膨張係数はそれぞれ約１．２×１０^-6／Ｋ及び０．１〜１×１０^-6／Ｋである。

上記の保持調整機構１３Ａ〜１３Ｆのうち、保持調整機構１３Ａ，１３Ｃの構成は、大きさは異なるが基本的に同一であるため、そのうちの保持調整機構１３Ａの構成につき説明する。即ち、分割鏡筒１２Ａ内の支持板２５Ａ上に、保持調整機構１３Ａを介してミラーＭ１が保持されている。保持調整機構１３Ａは、ミラーＭ１を例えば３箇所のミラーホルダＭＨを介して保持するインナーリング２１と、これに対してＺ方向に離れて配置されたアウターリング２３と、アウターリング２３に対してインナーリング２１のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの角度からなる６自由度の相対位置を微調整するパラレルリンク機構２２と、支持板２５Ａに対してアウターリング２３のＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の位置、及びＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の周りの角度からなる６自由度の相対位置を調整する半固定式のレバー方式調整機構２４とを備えている。パラレルリンク機構２２は、独立に伸縮量が制御可能な６個のロッド状のリンク４７Ａ，４７Ｂ，４７Ｃ，４７Ｄ，４７Ｅ，４７Ｆを備え、レバー方式調整機構２４は、それぞれ２自由度の変位を制御できる３個のレバー方式駆動部４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを備えている。なお、以下では各ミラーのミラーホルダＭＨに関する説明は省略する。

なお、これらのパラレルリンク機構２２及びレバー方式調整機構２４は、例えば特開２００７−２０１３４２号公報に開示されているため、その詳細な説明を省略する。この場合、インナーリング２１（ミラーＭ１）の駆動ストロークについては、パラレルリンク機構２２及びレバー方式調整機構２４の順に広くなり、その駆動時の分解能（最小設定単位）については、パラレルリンク機構２２及びレバー方式調整機構２４の順に大きく（粗く）なっている。このようにストローク及び駆動精度の異なる複数の調整機構を組み合わせて用いることによって、インナーリング２１（ミラーＭ１）の位置及び姿勢を広いストロークで、かつ極めて小さい分解能で高精度に調整できる。これは、保持調整機構１３Ｃも同様である。

これに対して、保持調整機構１３Ｆは、ミラーＭ６を保持する円筒状の保持部材２１Ｆと、支持板２５Ｆに対して保持部材２１Ｆを駆動するレバー方式調整機構２４とから構成されている。なお、ミラーＭ６等についても、保持調整機構１３Ａと同様に複数の調整機構を設けてもよいことは言うまでもない。また、ミラーＭ４を保持する保持調整機構１３Ｄは、支持板２５Ｂの底面に吊り下げるように固定された第１リンク部材２２Ｄと、第１リンク部材２２Ｄの下端に＋Ｙ方向に延びるように固定された第２リンク部材２３Ｄと、第２リンク部材２３Ｄの先端に＋Ｙ方向に延びるように固定された第３リンク部材２１Ｄとを有し、第３リンク部材２１Ｄの底面にミラーＭ４が保持されている。

さらに、上方の保持調整機構１３Ｂは、分割鏡筒１２Ｇの底面に吊り下げるように固定された３本のロッドよりなる連結機構２２Ｂと、連結機構２２Ｂの先端でミラーＭ２を保持するインナーリング２１Ｂとを有する。同様に、下方の保持調整機構１３Ｅは、分割鏡筒１２Ｈの上面に植設された３本のロッドよりなる連結機構２２Ｅと、連結機構２２Ｂの先端でミラーＭ５を保持するインナーリング２１Ｅとを有する。

次に、本実施形態において、照明光によるミラーＭ１〜Ｍ６に対する照射熱等によって投影光学系ＰＯの鏡筒本体及び保持調整機構１３Ａ〜１３Ｅの温度がほぼ同じ傾向で変化するものとした場合に、ミラーＭ１等の基準面ＳＰに対する変位を抑制する機構につき説明する。即ち、保持調整機構１３Ａ〜１３Ｅの各構成部材（パラレルリンク機構２２等）には、鏡筒本体部２とは線膨張係数の異なる材料（例えばベリリウム（Ｂｅ）若しくはクロム−モリブデン鋼等の高耐熱性の金属、又はステンレス等の金属等）から形成されている部材が含まれている。ベリリウム、クロム−モリブデン鋼、及びステンレスの０℃〜１００℃における線膨張係数はそれぞれ約１１×１０^-6／Ｋ、約５×１０^-6／Ｋ、及び約１５×１０^-6／Ｋである。なお、保持調整機構１３Ａ〜１３Ｅにおいて部分的に鏡筒本体と同じ材料（インバー等）を使用してもよい。

先ず、図４において、基準面ＳＰから支持板２５Ａまでの−Ｚ方向への距離（スペーサ１４Ａ及び分割鏡筒１２Ａの対応する部分の長さ）をＬＺ１、支持板２５ＡからミラーＭ１の裏面までの＋Ｚ方向への距離（保持調整機構１３Ａの長さ）をＬＺ２、ミラーＭ１の厚さ（一定とみなす）をＭｔ１とすると、基準面ＳＰからミラーＭ１の反射面までの＋Ｚ方向への距離ＺＭ１は次のようになる。なお、図４では、ミラーＭ１は基準面ＳＰよりも高いが、ここでは便宜上ＬＺ２＜ＬＺ１であるとする。

ＺＭ１＝Ｍｔ１＋ＬＺ２−ＬＺ１ …（１）
この場合、スペーサ１４Ａ及び分割鏡筒１２Ａの平均的な線膨張係数をαｐ１、保持調整機構１３Ａの平均的な線膨張係数をαｐ２（＞αｐ１）とすると、これらの正の線膨張係数αｐ１，αｐ２は、次のように設定されている。
ＬＺ１・αｐ１＝ＬＺ２・αｐ２ …（２）
このとき、投影光学系ＰＯの温度がΔＴだけ変動しても、基準面ＳＰからミラーＭ１の裏面までの＋Ｚ方向への距離の変動量ΔＺＭ１は、式（２）を用いて以下のように０になる。

ΔＺＭ１＝（ＬＺ２・αｐ２−ＬＺ１・αｐ１）ΔＴ＝０ …（３）
即ち、スペーサ１４Ａ及び分割鏡筒１２Ａは、基準面ＳＰを固定端として−Ｚ方向に膨張し、また、保持調整機構１３Ａは、支持板２５Ａを固定端として＋Ｚ方向に膨張することになる。したがって、基準面ＳＰに対するスペーサ１４Ａ及び分割鏡筒１２Ａの熱変形によるミラーＭ１の−Ｚ方向への変位が、保持調整機構１３Ａの熱変形によるミラーＭ１の＋Ｚ方向への変位によって相殺されるため、ミラーＭ１の基準面ＳＰに対する相対位置が変化しない。なお、式（２）の関係には或る程度（結像性能が許容範囲を超えて変動しない程度）の許容範囲がある。特に温度変化ΔＴが小さい場合には、その許容範囲は広くなる。

同様に、ミラーＭ６についても、基準面ＳＰから支持板２５Ｆまでの分割鏡筒１２Ａ，１２Ｆ等の熱変形によるミラーＭ６の＋Ｚ方向の変位が、保持調整機構１３Ｆの熱変形による−Ｚ方向への変位によって相殺されるように、両者の長さ及び線膨張係数が設定されている。従って、温度変化が生じても、基準面ＳＰからミラーＭ６までの距離ＺＭ６は変化しない。この場合、分割鏡筒１２Ａ、１２Ｆは、基準面ＳＰを固定端として−Ｚ方向に膨張し、また、保持調整機構１３Ｆは、支持板２５Ｆを固定端として＋Ｚ方向に膨張することになる。
また、光軸ＡＸから離れて配置されたミラーＭ４に関しても、基準面ＳＰから支持板２５Ｂまでの＋Ｚ方向への距離をＬＺ３、支持板２５ＢからミラーＭ４の裏面までの−Ｚ方向への距離（リンク部材２２Ｄの長さ）をＬＺ４（＜ＬＺ３）、ミラーＭ４の厚さ（一定とみなす）をＭｔ４とすると、基準面ＳＰからミラーＭ４の反射面までの＋Ｚ方向への距離ＺＭ４は次のようになる。

ＺＭ４＝ＬＺ３−ＬＺ４−Ｍｔ４ …（４）
この場合、スペーサ１４Ｂ，１４Ｃ及び分割鏡筒１２Ｃ，１２Ｄの平均的な線膨張係数をαｐ１、リンク部材２２Ｄの線膨張係数をαｐ４（＞αｐ１）とすると、これらの正の線膨張係数αｐ１，αｐ４は、次のように設定されている。
ＬＺ３・αｐ１＝ＬＺ４・αｐ４ …（５）
このとき、投影光学系ＰＯの温度がΔＴだけ変動しても、式（３）と同様の関係が成立するため、距離ＺＭ４は変化しない。

さらに、光軸ＡＸからリンク部材２３Ｄの＋Ｙ方向の先端までの距離をＬＲ１、リンク部材２３Ｄの先端からミラーＭ４の中心までの−Ｙ方向への距離をＬＲ２（＜ＬＲ１）とすると、光軸ＡＸからミラーＭ４の中心までの距離ＲＭ４は次のようになる。
ＲＭ４＝ＬＲ１−ＬＲ２ …（６）
この場合、支持板２５Ｂ及びリンク部材２３Ｄの平均的な線膨張係数をαｒ１、リンク部材２１Ｄの線膨張係数をαｒ２（＞αｒ１）とすると、これらの正の線膨張係数αｒ１，αｒ２は、次のように設定されている。

ＬＲ１・αｒ１＝ＬＲ２・αｒ２ …（７）
このとき、投影光学系ＰＯの温度がΔＴだけ変動しても、式（３）と同様の関係が成立するため、光軸ＡＸからミラーＭ４までの半径方向の距離ＲＭ４は変化しない。
すなわち、リンク部材２３Ｄは、光軸ＡＸを中心に外側に膨張し、支持板２５Ｂ及びリンク部材２３Ｄは、光軸ＡＸに向かって膨張することになる。
同様に、他のミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ５に関しても、保持調整機構１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｅの線膨張係数及び長さと、分割鏡筒１２Ａ〜１２Ｆ等の線膨張係数及び長さとが式（１）及び式（２）と同様の関係を満たすように設定されている。従って、温度変化があっても、基準面ＳＰからミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ５までのＺ方向の距離が変化しない。

このように本実施形態によれば、照明光の照射熱等によって投影光学系ＰＯの温度が変動しても、基準面ＳＰに対するミラーＭ１〜Ｍ６のＺ方向の位置、及び光軸ＡＸに対するミラーＭ４の半径方向の位置が変化しないため、常に高い結像特性でレチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上に露光できる。
次に、本発明の第２の実施形態につき図５を参照して説明する。図５において図４に対応する部分には同一符号を付してその詳細な説明を省略する。本実施形態の投影光学系は、正の線膨張係数の部材と負の線膨張係数の部材とを組み合わせて用いる点で第１の実施形態の投影光学系とは異なっている。

図５は、本実施形態の投影光学系ＰＯの鏡筒本体及びこの鏡筒本体内のミラーＭ１〜Ｍ６の保持機構を示す。図５において、ミラーＭ１は、スペーサ１４Ａ内に支持板１３Ａ１、スペーサ５１、インナーリング２１、及び３箇所のミラーホルダＭＨを介して支持されている。なお、以下では各ミラーのミラーホルダＭＨに関する説明は省略する。また、説明の便宜上、図５の例では、ミラーＭ１の位置は基準面ＳＰより高いものとする。

また、スペーサ１４Ａの底面に分割鏡筒１２Ａ１，１２Ａ２及びスペーサ１４Ｆを介して分割鏡筒１２Ｆが連結され、スペーサ１４Ｃの上面に分割鏡筒１２Ｃ１，１２Ｃ２を介して分割鏡筒１２Ｄが連結されている。この他の鏡筒本体の構成は図４の例と同じである。
そして、分割鏡筒１２Ａ２内の支持板２５Ａ２の底面にミラーＭ６が保持され、分割鏡筒１２Ｈの上面にミラーＭ５が保持され、コラム１４Ｃ内の支持板２５Ｃ１上にミラーＭ３が保持されている。また、分割鏡筒１２Ｄの＋Ｙ方向の開口の端部に、Ｙ方向に延びる連結部材５２を介してインナーリング２１Ｄ１が固定され、インナーリング２１Ｄ１の底面にミラーＭ４が保持され、分割鏡筒１２Ｇの底面にミラーＭ２が保持されている。なお、ミラーＭ１〜Ｍ６にはそれぞれ位置調整機構（不図示）が設けられている。

本実施形態においては、温度変化によるミラーＭ１〜Ｍ６の変位を抑制するために、図５の斜線を施した部材である分割鏡筒１２Ａ１，１２Ｅ，１２Ｃ１，１２Ｂ、スペーサ１４Ｃ、スペーサ５１、及び連結部材５２の材料として、負の線膨張係数を持つ材料を使用する。これ以外の投影光学系ＰＯの鏡筒の材料は、インバー等の正の線膨張係数を持つ材料である。負の線膨張係数を持つ材料としては、ａ）β−石英固溶体（例えばＬｉ₂₀−Ａｌ_20-3−ｎＳｉＯ₂：ｎ≧２）の多結晶体（０℃〜１００℃の線膨張係数が−１×１０^-6／Ｋ程度）、ｂ）逆ペロブスカイト型マンガン窒化物Ｍｎ₃ＸＮ（０℃〜１００℃の線膨張係数が−３〜−２５×１０^-6／Ｋ程度）、ｃ）タングステン酸ジルコニウム（０℃〜１００℃の線膨張係数が−９×１０^-6／Ｋ程度）、ｄ）鉄白金合金（例えば４５Ｆｅ−５５Ｐｔ、Ｆｅ₃Ｐｔ等）、又はｅ）カーボン繊維等が使用可能である。

図５において、基準面ＳＰからのスペーサ５１の厚さをＬＺｍ１、インナーリング２１の厚さをＬＺｐ１とすると、基準面ＳＰからミラーＭ１（厚さＭｔ１）の反射面までの＋Ｚ方向への距離ＺＭ１は次のようになる。
ＺＭ１＝ＬＺｍ１＋ＬＺｐ１＋Ｍｔ１ …（１１）
この場合、スペーサ５１の負の線膨張係数を−αｍ１（αｍ１＞０）、インナーリング２１の正の線膨張係数をαｐ１（＞０）とすると、線膨張係数αｍ１，αｐ１は、次のように設定されている。

ＬＺｍ１・αｍ１＝ＬＺｐ１・αｐ１ …（１２）
このとき、投影光学系ＰＯの温度がΔＴだけ変動しても、基準面ＳＰからミラーＭ１の裏面までの＋Ｚ方向への距離の変動量ΔＺＭ１は、式（１２）を用いて以下のように０になる。
ΔＺＭ１＝（−ＬＺｍ１・αｍ１＋ＬＺｐ１・αｐ１）ΔＴ＝０ …（１３）
即ち、スペーサ５１の熱変形によるミラーＭ１のＺ方向への変位が、インナーリング２１の熱変形によるミラーＭ１のＺ方向への変位によって相殺されるため、ミラーＭ１の基準面ＳＰに対する相対位置が変化しない。なお、式（１２）の関係にも或る程度の許容範囲がある。

同様に、ミラーＭ６についても、基準面ＳＰからミラーＭ６までの部材のうちで、負の線膨張係数を持つ分割鏡筒１２Ａ１の熱変形によるミラーＭ６のＺ方向の変位が、正の線膨張係数を持つスペーサ１４Ａ及び支持板２５Ａ２の熱変形による変位によって相殺されるように、両者の長さ及び線膨張係数が設定されている。従って、温度変化が生じても、基準面ＳＰからミラーＭ６までの距離ＺＭ６は変化しない。

また、光軸ＡＸから離れて配置されたミラーＭ４に関しても、基準面ＳＰからミラーＭ４（厚さＭｔ４）の裏面までの部材のうちで、スペーサ１４Ｃ及び分割鏡筒１２Ｃ１のＺ方向の長さをＬＺｍ２、分割鏡筒１２Ｃ２，１２Ｄの対応する部分の長さＬＺｐ２とすると、基準面ＳＰからミラーＭ４の反射面までの＋Ｚ方向への距離ＺＭ４は次のようになる。

ＺＭ４＝ＬＺｍ２＋ＬＺｐ２−Ｍｔ４ …（１４）
この場合、スペーサ１４Ｃ、分割鏡筒１２Ｃ１の平均的な負の線膨張係数を−αｍ２（αｍ２＞０）、分割鏡筒１２Ｃ２，１２Ｄの平均的な正の線膨張係数をαｐ２（＞０）とすると、線膨張係数αｍ２，αｐ２は、次のように設定されている。
ＬＺｍ２・αｍ２＝ＬＺｐ２・αｐ２ …（１５）
このとき、投影光学系ＰＯの温度がΔＴだけ変動しても、式（１３）と同様の関係が成立するため、距離ＺＭ４は変化しない。

さらに、光軸ＡＸから連結部材５２までのＹ方向の距離と、連結部材５２からインナーリング２１Ｄ１の中心までのＹ方向の距離との和をＬＲｐ１、連結部材５２のＹ方向の長さをＬＲｍ１とすると、光軸ＡＸからミラーＭ４の中心までの距離ＲＭ４は次のようになる。
ＲＭ４＝ＬＲｐ１＋ＬＲｍ１ …（１６）
この場合、分割鏡筒１２Ｃ及びインナーリング２１Ｄ１の平均的な正の線膨張係数をαｒｐ１、連結部材５２の負の線膨張係数を−αｒｍ１（αｒｍ１＞０）とすると、これらの線膨張係数αｒｐ１，αｒｍ１は、次のように設定されている。

ＬＲｐ１・αｒｐ１＝ＬＲｍ１・αｒｍ１ …（１７）
このとき、投影光学系ＰＯの温度がΔＴだけ変動しても、式（１３）と同様の関係が成立するため、光軸ＡＸからミラーＭ４の中心までの半径方向の距離ＲＭ４は変化しない。
同様に、他のミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ５に関しても、分割鏡筒１２Ａ１〜１２Ｈの線膨張係数及び長さと、スペーサ１４Ａ〜１４Ｆの線膨張係数及び長さとが式（１１）及び式（１２）と同様の関係を満たすように設定されている。従って、温度変化があっても、基準面ＳＰからミラーＭ２，Ｍ３，Ｍ５までのＺ方向の距離が変化しない。

このように本実施形態においても、照明光の照射熱等によって投影光学系ＰＯの温度が変動しても、基準面ＳＰに対するミラーＭ１〜Ｍ６のＺ方向の位置、及び光軸ＡＸに対するミラーＭ４の半径方向の位置が変化しないため、常に高い結像特性でレチクルＲのパターンの像を投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上に露光できる。
また、上記の実施形態の露光装置を用いて半導体デバイス等の電子デバイス（又はマイクロデバイス）を製造する場合、電子デバイスは、図６に示すように、電子デバイスの機能・性能設計を行うステップ２２１、この設計ステップに基づいたマスク（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）を製造してレジストを塗布するステップ２２３、前述した実施形態の露光装置（ＥＵＶ露光装置）によりマスクのパターンを基板（感応基板）に露光する工程、露光した基板を現像する工程、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その投影面上に設置される基板（ウエハ）を露光することと、露光された基板を処理すること（ステップ２２４）とを含んでいる。この際に、上記の実施形態の露光装置によれば、簡単な構成で露光装置の結像特性を高精度に維持できるため、装置コストを抑制して高精度にデバイスを製造できる。

また、上記実施形態では、露光光としてＥＵＶ光を用い、６枚のミラーのみから成るオール反射の投影光学系を用いる場合について説明したが、これは一例であって、本発明がこれに限定されないことは勿論である。すなわち、例えば、特開平１１−３４５７６１号公報に開示されるような４枚のミラーのみから成る投影光学系を備えた露光装置は勿論、光源に波長１００〜２００ｎｍのＶＵＶ光源、例えばＡｒ₂ レーザ（波長１２６ｎｍ）を用い、４〜８枚のミラーを有する投影光学系などにも好適に適用することができる。また、レンズのみから成る屈折系の投影光学系、レンズを一部に含む反射屈折系の投影光学系のいずれにも、本発明は好適に適用することができる。

なお、上記実施形態では、本発明の光学系を、露光装置を構成する投影光学系として採用した場合について説明したが、本発明の光学系を露光装置の照明光学系として採用することとしても良い。
また、上記実施形態では、露光光源としてレーザ励起プラズマ光源を用いるものとしたが、これに限らず、ＳＯＲ（Synchrotron Orbital Radiation）リング、ベータトロン光源、ディスチャージド光源、Ｘ線レーザなどのいずれを用いても良い。

このように、本発明は上述の実施の形態に限定されず、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。

本発明の第１の実施形態の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ＰＯ内の照明光の光路を示す断面図である。 （Ａ）は投影光学系ＰＯを構成する複数のミラーを斜め上方から見た斜視図、（Ｂ）はその複数のミラーを斜め下方から見た斜視図である。 第１の実施形態の投影光学系の鏡筒本体及びミラーの保持機構を示す断面図である。 第２の実施形態の投影光学系の鏡筒本体及びミラーの保持機構を示す断面図である。 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。

符号の説明

Ｒ…レチクル、ＰＯ…投影光学系、Ｗ…ウエハ、Ｍ１〜Ｍ６…ミラー、２…鏡筒本体、１０…露光装置、１１…フランジ、１２Ａ〜１２Ｈ…分割鏡筒、１３Ａ〜１３Ｆ…保持調整機構、１４Ａ〜１４Ｆ…スペーサ、２１…インナーリング、２２…パラレルリンク機構、２２Ｂ，２２Ｅ…連結機構

Claims (9)

1. 複数の光学部材を支持する光学系において、
   前記複数の光学部材のうちの第１光学部材を保持するとともに、前記光学系の光軸に交差する第１方向に延びる第１交差部材と、
   前記第１方向に延びて前記第１交差部材と前記複数の光学部材のうちの前記第１光学部材と異なる第２光学部材との間に配置される前記第１交差部材とは線膨張係数の異なる第２交差部材と、
   前記第１光学部材を支持する支持部材と、
   前記第１交差部材、前記第２交差部材、及び前記支持部材を介して前記第１光学部材が取り付けられるとともに、前記支持部材とは線膨張係数が異なる取り付け部材と、を備え、
   前記第１交差部材の熱変形による前記第１光学部材の前記第１方向の変位を相殺するように、前記第２交差部材の熱変形によって前記第１光学部材が前記第１方向に変位するとともに、
   前記支持部材と前記取り付け部材との一方の熱変形によって生じる前記第１光学部材の前記光学系の光軸に平行な第２方向への変位を、前記支持部材と前記取り付け部材との他方の熱変形によって相殺することを特徴とする光学系。
2. 前記第１交差部材に、前記第１光学部材を保持するホルダが設けられたことを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第２交差部材の少なくとも一部は、部分鏡筒の内部に設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記光学系は、波長１００ｎｍ以下のＥＵＶ光によって照明され、
   前記複数の光学部材はそれぞれ反射部材であ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. 前記光学系は、第１面のパターンの像を第２面上に形成する投影光学系であ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. 前記光学系は、照明光でパターンを照明する照明光学系であ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。
7. 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、
   前記投影光学系として請求項５に記載の光学系を用いることを特徴とする露光装置。
8. 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６に記載の光学系を用いて前記パターンを照明することを特徴とする露光装置。
9. 請求項７又は８に記載の露光装置を用いて感光性基板を露光することと、
   前記露光された感光性基板を処理することと、を含むデバイス製造方法。
   

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