WO2006046507A1 - 光学装置、鏡筒、露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

光学装置、鏡筒、露光装置、及びデバイスの製造方法 Download PDF

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optical
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Mitsuo Ishikawa
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Nikon Corporation
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    • G03F7/70808—Construction details, e.g. housing, load-lock, seals or windows for passing light in or out of apparatus
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    • G02B7/1822—Mountings, adjusting means, or light-tight connections, for optical elements for prisms; for mirrors for mirrors comprising means for aligning the optical axis
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Definitions

  • the present invention relates to an optical device, and more specifically, an optical element having an asymmetric shape with respect to an optical axis, an optical element holding member that holds the optical element, and at least three supports that support the optical element holding member
  • the present invention relates to an optical device including a member, a lens barrel including the optical device, an exposure device including the lens barrel, and a device manufacturing method for performing exposure using the exposure device.
  • a plurality of optical elements constituting the projection optical system are supported by a support member via an optical element holding member.
  • the conventional optical element holding member supports the three peripheral edge portions of the optical element at equiangular intervals.
  • the optical element needs to be held in such a manner that its position in the direction of the optical axis and the posture such as the tilt angle with respect to the optical axis can be precisely adjusted.
  • a technology for dynamically supporting an optical element by a movable support member driven by an actuator has been developed. By driving the support member according to environmental changes, the position and posture of the optical element in the optical axis direction can be finely adjusted.
  • the resolution Res of the projection exposure apparatus depends on the wavelength of the exposure light and the numerical aperture NA of the projection optical system.
  • Resolution Res k ′ ZNA (k: constant) That is, in order to increase the resolution of the projection exposure apparatus, it is necessary to improve the numerical aperture NA and shorten the wavelength of the light source.
  • an optical element made of a material having a high transmittance such as quartz glass or calcium fluoride is used.
  • a technique for increasing the transmittance by filling the interior of the lens barrel with nitrogen or helium.
  • EUV light Extreme Ultra EUVL (EUV Lithography) using Violet (soft X-ray region light) is required.
  • E UVL cannot use ordinary optical lenses, quartz glass, and lens materials such as calcium fluoride, so it is necessary to configure the projection optical system with a reflecting mirror placed under vacuum. By using a reflection mirror, extremely short wavelength light such as EUV can be used without reducing the transmittance. Examples of the projection optical system applicable to the exposure apparatus used in EUVL are described in Patent Document 1 and Patent Document 2.
  • Patent Document 1 US Patent No. 6485153
  • Patent Document 2 US Patent Application Publication No. 2004Z0125353
  • the optical element constituting the projection optical system is a reflecting mirror by shortening the wavelength of the light source, it is necessary to bend the optical path in the projection optical system.
  • the reflection mirror is arranged to be inclined with respect to the optical axis of the optical element.
  • a part of the reflecting mirror may be cut out to secure the optical path. Due to the notch, the reflecting mirror is not rotationally symmetric with respect to the optical axis.
  • An asymmetric optical element has a poor balance even if it is supported at three equiangular intervals on the peripheral edge by a conventional optical element holding member. For this reason, optical devices with asymmetric optical elements are susceptible to environmental vibrations, or lack static stability and dynamic stability, such as exhibiting unexpected behavior when adjusting the alignment of optical elements. Conventional optical element holding devices have contributed to a decrease in accuracy of projection exposure apparatuses used in the manufacturing process of highly integrated semiconductor devices.
  • the present invention uses an optical device having a well-balanced optical element having a stably held optical element, a lens barrel including the optical device, an exposure apparatus using the lens barrel, and the exposure apparatus. It is to provide a device manufacturing method.
  • an optical device having an optical axis, an optical element having an asymmetric shape with respect to the optical axis, and an optical element holding member that holds the optical element And at least three support members that support the optical element holding member, and at least one of the optical element holding member and the optical element has a total weight of the optical element holding member and the optical element,
  • An optical device is provided that is configured to apply approximately evenly to at least three support members.
  • the at least three support members support the optical element holding member at at least three support positions, respectively, and the center of mass of the optical element holding member and the optical element is The triangular internal force formed by three of the at least three support positions is within a predetermined distance.
  • the at least three support members support the optical element holding member at at least three support positions, respectively, and the center of mass of the optical element holding member and the optical element is , Coinciding with the inner center of the triangle formed by three of the at least three support positions.
  • the at least three support members respectively support the optical element holding member at at least three support positions
  • at least one of the optical element holding member and the optical element includes: A reference plane including the three support positions, a center of mass of the optical unit including the optical element holding member and the optical element with respect to the reference plane, a perpendicular of the reference plane passing through the center of mass, and the reference plane
  • the intersection is configured to have a predetermined positional relationship with respect to the triangle formed by the three support positions.
  • the intersection point coincides with the inner center of the triangle.
  • the intersection point is such that the internal force of the triangle is also within a predetermined distance.
  • the intersection is located inside the triangle.
  • the at least three support members respectively support the optical element holding member at at least three support positions, and at least one of the optical element holding member and the optical element includes: The center force of the optical element holding member and the optical element is configured to be positioned on a reference plane including a triangle formed by three of the at least three support positions.
  • the at least three support members respectively support the optical element holding member at at least three support positions, and at least one of the optical element holding member and the optical element includes: At least one inertia main axis of the inertia main axis of the optical unit including the optical element holding member and the optical element is configured to be positioned in parallel with a reference plane including the at least three support positions.
  • the at least three support members respectively support the optical element holding member at at least three support positions
  • at least one of the optical element holding member and the optical element includes: The inertial principal axis force of at least one of the principal axes of inertia of the optical unit including the optical element holding member and the optical element is configured to be positioned on a reference plane including the at least three support positions.
  • the at least three support members respectively support the optical element holding member at at least three support positions
  • at least one of the optical element holding member and the optical element includes: An inertial principal axis force of at least one of inertial principal axes of an optical unit including the optical element holding member and the optical element, configured to intersect with a triangle formed by three support positions of the at least three support positions It is done. It is preferable that all of the principal axes of inertia intersect the triangle.
  • At least one of the optical element holding member and the optical element includes a tolerance weight.
  • the balance weight is formed integrally with at least one of the optical element holding member and the optical element.
  • an optical device having an optical axis, an optical element having an asymmetric shape with respect to the optical axis, an optical element holding member that holds the optical element, and the optical element
  • An optical device is provided that includes at least three support members that support a holding member, and a non-weight provided on at least one of the optical element holding member and the optical element.
  • the balance weight acts so that the weight of the optical element holding member and the optical element is distributed substantially evenly to the at least three support members. Adjust the weight balance of at least one of the optical elements To do.
  • At least one of the optical element holding member and the optical element has a weight of the optical element held by the optical element holding member substantially equal to each of the at least three support members. Configured to join.
  • the balance weight is a protrusion formed integrally with at least one of the optical element holding member and the optical element.
  • the balance weight is a notch provided in at least a part of the optical element holding member and the optical element.
  • an optical device having an optical axis, an optical element having an asymmetric shape with respect to the optical axis, an optical element holding member that holds the optical element, At least three support members that support the optical element holding member, and the three support members distribute the weight of the optical element holding member and the optical element substantially equally to the at least three support members.
  • an optical apparatus is provided in which the intervals between the three support members are non-uniformly arranged.
  • the present invention further provides a lens barrel including the optical device described above.
  • the lens barrel is suitable for use in an exposure apparatus that exposes a pattern image formed on a mask onto a substrate via a projection optical system.
  • the present invention further provides a device manufacturing method including a lithographic process for performing exposure using an exposure apparatus.
  • optical element is widely composed of an optical material (glass, resin, metal, etc.) as a part for optical equipment.
  • optical material glass, resin, metal, etc.
  • the description mainly focuses on reflective optical elements (for example, reflective mirrors), but transmissive (refractive) optical elements (for example, lenses, prisms, filters, etc.) and some Also includes optical elements that pass through and reflect the rest (eg, half mirrors, beam splitters, etc.).
  • optical axis of the optical element is generally a center line specified for each optical element and means a line including the center of curvature of the spherical surface or aspheric surface of the optical element.
  • optical axis of the optical system is a rotationally symmetric axis of the coaxial optical system, and is an optical system (for example, a projection system). It is a continuous axis composed of the central axis of a series of optical elements constituting an optical system.
  • optical axis of the optical system is a single straight line that forms the center of the optical path.
  • the optical axis of each optical element may coincide with the optical axis of the optical system, but it does not necessarily coincide.
  • the center line of the optical path is bent and does not necessarily coincide with the optical axis.
  • the optical axis itself is bent.
  • multiple rotational symmetry axes can be considered, and the position of the optical axis cannot always be specified in one place. Therefore, if the “optical axis of the optical element” cannot be specified!
  • the optical axis of the optical element can be specified but is far away from the “optical axis of the optical system”
  • the optical An axis that overlaps the “center line of the optical path” incident on the element may be treated as the “optical axis”.
  • the "weight” may be either a positive weight with respect to the support member (a force pressing the optical element holding member against the support member) or a negative weight.
  • the weight is not limited to the gravity in the vertical direction, but includes a load caused by a rotational moment generated from the gravity.
  • the weights acting on the three support members are completely equal, and the force is different within a range that does not impair the stability of the optical device. Including. For example, the load acting on one support member is less than the sum of the loads acting on the other two support members, the maximum load acting on the three support members is within twice the minimum value, Conditions such that the directions of loads acting on the support member are equal can be set as appropriate in relation to the stability of the optical device.
  • Static stability means that an optical element supported by a support member is less likely to vibrate when affected by environmental vibrations. “Dynamic stability” means that the optical element itself is less likely to cause unexpected and unintended behavior when it is displaced by a support member for alignment adjustment or the like.
  • the center of mass of the optical element held by the optical element holding member means “the optical element The center of mass of the rigid body (hereinafter referred to as the “virtual rigid body”) when the optical element held by the element holding member is mechanically integrated as a unit (hereinafter referred to as “virtual rigid body”).
  • “center of gravity” and “center of mass” are considered to be the same position.
  • Triangle inner center is the point where the bisectors of the three corners of the triangle intersect each other, are at equal distances from each side, and serve as the center of motion of the rigid body supported by the three support members. is assumed.
  • FIG. 1 is a block diagram of an exposure apparatus according to a preferred embodiment.
  • FIG. 2 is a perspective view of the projection optical system PO.
  • FIG. 3 is a perspective view of mirrors M1 to M6.
  • FIG. 4 is a sectional view of the projection optical system PO.
  • FIG. 5 is a partially broken perspective view of a lens barrel unit.
  • FIG. 6 is a bottom view of the mirror holding mechanism.
  • FIG. 7 is a schematic diagram of the mirror holding mechanism shown in FIG.
  • FIG. 8 is a schematic diagram of the mirror holding mechanism shown in FIG.
  • FIG. 9 is a schematic diagram of an optical device according to a second embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of an optical device according to a third embodiment.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of an optical device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of an optical device according to a fifth embodiment.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of an optical device according to a sixth embodiment.
  • FIG. 14 is a schematic diagram of an optical device according to a seventh embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic diagram of an optical device according to an eighth embodiment.
  • FIG. 16 is a schematic diagram of an optical device according to a ninth embodiment.
  • FIG. 17 is a schematic diagram of an optical device according to a tenth embodiment.
  • FIG. 18 is a schematic diagram of an optical device according to an eleventh embodiment.
  • FIG. 19 is a schematic diagram of an optical device according to a twelfth embodiment.
  • FIG. 20 is a plan view of another example of an optical device. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 shows an overall configuration of an exposure apparatus 10 according to the first embodiment.
  • the exposure apparatus 10 includes a projection optical system PO.
  • the optical axis direction (vertical direction) with respect to the wafer W of the projection optical system PO is defined as the Z-axis direction, and in the plane orthogonal to this, the horizontal direction in FIG. To do.
  • “6 degrees of freedom” means the displacement in the X-axis direction ( ⁇ ), the displacement in the Y-axis direction (Ay), the displacement in the Z-axis direction ( ⁇ ), and the rotation around the ⁇ axis (0 x) , Rotation around the Y axis (6 y), and rotation around the Z axis ( ⁇ z).
  • the exposure apparatus 10 projects a partial image of the circuit pattern formed on the reticle R functioning as a mask onto the wafer W via the projection optical system PO.
  • the projection optical system PO By stepping the reticle R and the wafer W relative to the projection optical system PO in a one-dimensional direction (Y-axis direction), the entire circuit pattern of the reticle R is stepped into each of a plurality of shot areas on the wafer W. 'And • Transfer using the scan method.
  • the exposure apparatus 10 includes a light source device 12, an illumination optical system, a projection optical system PO, a reticle stage RST, and a wafer stage WST.
  • the light source device 12 generates EUV exposure light EL.
  • the illumination optical system makes the exposure light EL enter the pattern surface of the reticle R (the lower surface in FIG. 1 (one Z side surface)) at a predetermined incident angle, for example, about 50 mrad.
  • the bending mirror BM that reflects the exposure light EL toward the pattern surface of the reticle R functions as a part of the force illumination optical system arranged in the lens barrel 52 that holds the projection optical system PO.
  • Reticle stage RST holds reticle R.
  • the projection optical system PO projects the exposure light EL reflected by the pattern surface of the reticle R onto the exposed surface of the wafer W (the upper surface in FIG. 1 (+ Z side surface)).
  • Wafer stage WST holds wafer W.
  • An example of the light source device 12 is a laser excitation plasma light source.
  • a laser-excited plasma light source irradiates EUV photogenerator (target) with high-intensity laser light to excite the target into a high-temperature plasma state and emit EUV light and ultraviolet light emitted from the target. , Visible light, and light in other wavelength ranges.
  • the exposure light EL of the first embodiment is mainly a EUV light beam having a wavelength of 5 to 20 nm, for example, a wavelength of l nm.
  • the illumination optical system includes an illumination mirror (not shown), a wavelength selection window (not shown), and a bending mirror. 1 Including BM.
  • the parabolic mirror as a condensing mirror in the light source device 12 functions as a part of the illumination optical system.
  • the illumination optical system illuminates the pattern surface of the reticle R with the exposure light EL converted into a circular slit-shaped illumination light.
  • Reticle stage RST is arranged on reticle stage base 32 arranged in the XY plane.
  • the reticle stage RST is supported on the reticle stage base 32 by a magnetic levitation force generated by, for example, a magnetic levitation type two-dimensional linear actuator constituting the reticle stage drive unit 34.
  • Reticle stage RST is driven with a predetermined stroke in the Y-axis direction by the driving force generated by reticle stage drive unit 34, and can also be driven in minute amounts in the X-axis direction and ⁇ z direction (rotation direction around the Z-axis). It is.
  • An electrostatic chuck (or mechanical chuck) reticle holder (not shown) is provided on the lower surface of the reticle stage RST.
  • Reticle R is held by the reticle holder.
  • An example of reticle R is a reflective reticle adapted to EUV exposure light EL with a wavelength of 1 lnm.
  • Reticle R is held by a reticle holder with its pattern surface being the bottom surface.
  • the reticle R also has a thin plate strength such as silicon wafer, quartz, and low expansion glass.
  • a reflective film that reflects EUV light is formed on the surface (pattern surface) of the reticle R on the Z side.
  • This reflective film is a multilayer film in which about 50 pairs of molybdenum Mo and beryllium Be films are alternately laminated with a period of about 5.5 nm.
  • This multilayer film has a reflectivity of about 70% for EUV light with a wavelength of 1 lnm.
  • a multilayer film having the same configuration is also formed on the reflecting surface of each mirror in the bending mirror BM, mirrors M1 to M6, and other illumination optical systems.
  • An absorption layer made of, for example, nickel (Ni) or aluminum (A1) is applied to one surface of the multilayer film formed on the pattern surface of the reticle R.
  • the absorbing layer is patterned to expose the reflective film in a shape corresponding to the circuit pattern.
  • EUV light striking the absorption layer of Reticunore R is absorbed by the absorption layer.
  • EUV light applied to the reflective film exposed by removing the absorbing layer is reflected by the reflective film.
  • EUV light (exposure light EL) containing circuit pattern information is supplied from the pattern surface of reticle R to projection optical system PO.
  • Reticle interferometer 82R detects the position of reticle stage RST (reticle R) in the XY plane To do.
  • reticle interferometer 82R is a reticle laser interferometer that projects a laser beam onto a reflective surface provided on or formed on reticle stage RST.
  • the reticle laser interferometer always detects the position of the reticle stage RST with a resolution of, for example, about 0.5 to 1 nm.
  • the position of reticle R in the Z-axis direction includes an irradiation system 13a that irradiates the detection beam obliquely with respect to the pattern surface, and a light receiving system 13b that receives the detection beam reflected by the pattern surface of reticle R. It is measured by a reticle focus sensor.
  • the measurement values of the reticle interferometer 82R and the reticle focus sensor (13a, 13b) are supplied to the main control device 20.
  • Main controller 20 activates reticle stage drive unit 34 based on the measurement values of reticle interferometer 82R and reticle focus sensors (13a, 13b) to drive reticle stage RST.
  • Main controller 20 controls the position and orientation of reticle R in the six-dimensional direction.
  • the projection optical system PO is a reflection optical system that includes only a reflection optical element (mirror).
  • the numerical aperture NA of the projection optical system PO is, for example, 0.1.
  • the projection magnification of the projection optical system PO is 1 Z4 times, for example. Accordingly, the exposure light EL that is reflected by the reticle R and includes information on the pattern formed on the reticle R is projected onto the wafer W, whereby the pattern on the reticle R is reduced to 1Z4 and transferred to the wafer W. .
  • a specific configuration of the projection optical system PO will be described later.
  • Wafer stage WST is arranged on wafer stage base 60 arranged in the XY plane, and the wafer stage WST is formed by a magnetic levitation force generated by, for example, a magnetic levitation type two-dimensional linear actuator that constitutes the stage drive unit 62. Supported on stage base 60. Wafer stage drive unit 62 displaces wafer stage WST in the X-axis direction and Y-axis direction with a predetermined stroke (stroke is, for example, 300 to 400 mm), and rotates it in a minute amount in the ⁇ z direction.
  • stroke is, for example, 300 to 400 mm
  • a wafer holder (not shown) of an electrostatic chuck type is placed on the upper surface of wafer stage WST.
  • the wafer holder picks up wafer W.
  • Wafer interferometer 82W detects the position of wafer stage WST.
  • Wafer interferometer 82W is, for example, a wafer laser interferometer that constantly detects the position of wafer stage WST with a resolution of about 0.5 to: Lnm. Wafers The position of the wafer w can be detected from the position of the stage WST.
  • the wafer focus sensor includes an irradiation system 14a that irradiates an upper surface of the wafer W with an oblique force detection beam, and a light receiving system 14b that receives the detection beam reflected by the wafer W surface. Including.
  • the irradiation system 14a and the light receiving system 14b are fixed to a column (not shown) that holds the lens barrel of the projection optical system PO.
  • the wafer focus sensor (14a, 14b) can be configured in the same manner as the reticle focus sensor (13a, 13b).
  • Main controller 20 activates wafer stage drive unit 62 to control the position and orientation of wafer stage WST in the six-dimensional direction.
  • wafer stage WST At one end portion of wafer stage WST, the relative position between the projection position on the surface of wafer W of the pattern formed on reticle R and alignment system ALG fixed to lens barrel 52 is measured (, A measuring instrument FM is installed to measure the so-called baseline.
  • Reticle stage RST, projection optical system PO, and wafer stage WST are housed in a vacuum chamber (not shown).
  • the projection optical system PO has five lens barrels 152a, 152b, 152c, 152d, 152e, and a lens barrel arranged along the Z axis and connected to each other.
  • a lens barrel 52 such as a flange FLG cable provided between the tubes 152b and 1 52c is provided.
  • mirrors Ml, M2, M3, M4, M5, and M6 are arranged in the lens barrel 52.
  • An opening 52a is formed on the side wall of the lens barrel 52, more specifically, on the outer surface of the lens barrel unit 152a and the lens barrel unit 152b, for the exposure light EL to enter.
  • the lens barrel units 152a to 152e and the flange FLG are made of a material with little degassing such as stainless steel (SUS).
  • the lens barrel unit 152a is a cylindrical member having a rectangular through-hole 52b on the upper wall (+ Z side wall). At the lower end of the barrel unit 152a, an overhanging portion 152f is provided on the outer surface opposite to the opening 52a (one Z side and Y side position).
  • the lens barrel unit 152b is a cylindrical member having a slightly larger diameter than the lens barrel unit 152a. It is connected to the lower part (one Z side) of the lens barrel unit 152a. A flange FLG having a diameter larger than that of the other part of the lens barrel 52 is connected to the lower part of the lens barrel unit 152b.
  • the lens barrel unit 152c is coupled to the lower part ( ⁇ Z side) of the flange FLG.
  • the lens barrel unit 152d is formed of a cylindrical member having a diameter slightly smaller than that of the lens barrel unit 152c, and is connected to the lower portion (one Z side) of the lens barrel unit 152c.
  • the lens barrel unit 152e is made of a cylindrical member having a diameter slightly smaller than that of the lens barrel unit 152d, and is connected to the lower portion (one Z side) of the lens barrel unit 152d.
  • the lens barrel unit 152e has a bottom surface in which an opening for allowing the exposure light EL to pass from a force projection optical system PO (not shown) toward the weno and W is formed.
  • Figs. 3 and 4 With reference to Figs. 3 and 4, the arrangement of the optical elements (mirrors M1 to M6) of the projection optical system PO will be described.
  • the six mirrors M1 to M6 are arranged in the order of mirror M2, mirror M4, mirror M3, mirror Ml, mirror M6, and mirror M5 from the top.
  • the hatching in Fig. 3 (A) and (B) shows the mirror reflection surface.
  • the reflecting surfaces of the mirrors M1 to M6 are formed with high accuracy while alternately repeating the measurement and processing of the optical characteristics so as to satisfy the design values of the optical characteristics.
  • the reflecting surfaces of the mirrors M1 to M6 are smooth surfaces including unevenness reduced to about 1/50 to 1/60 or less of the exposure wavelength.
  • the RMS value (standard deviation) indicating the surface roughness is 0.2 nm or less, such as 0.2 nm force.
  • the mirror Ml is a concave mirror as shown in FIG. 3 (A) and FIG. 4, and its upper surface is a rotationally symmetric reflecting surface such as a spherical surface or an aspherical surface.
  • the position of the mirror Ml is adjusted so that the rotational symmetry axis (aspheric surface axis) of the reflecting surface coincides with the optical axis AX of the projection optical system PO.
  • the mirror Ml is arranged inside the lens barrel unit 152c and is held by a holding mechanism with 6 degrees of freedom.
  • the mirror M2 is a concave mirror, and its lower surface is a rotationally symmetric reflecting surface such as a spherical surface or an aspherical surface.
  • the position of the mirror M2 is adjusted so that the rotational symmetry axis (spherical axis or aspherical axis) of the reflecting surface coincides with the optical axis AX of the projection optical system PO.
  • the mirror M2 is arranged inside the barrel unit 152a and is held by a holding mechanism with 6 degrees of freedom.
  • the mirror M3 is a convex mirror disposed at a position deviating from the optical axis AX of the projection optical system PO. Its upper surface is a reflective surface. As shown in FIG. 4, the reflecting surface of the mirror M3 is a part of a rotationally symmetric surface 94a such as a spherical surface or an aspherical surface indicated by a broken line. The position of L3 is adjusted so that the rotational symmetry axis (spherical axis or aspherical axis) of the surface 94a coincides with the optical axis AX.
  • the mirror M3 is arranged inside the lens barrel unit 152b and is held by a holding mechanism with 6 degrees of freedom.
  • the mirror M4 is a concave mirror disposed at a position greatly deviated from the optical axis AX of the projection optical system PO, and its lower surface is a reflecting surface.
  • the reflecting surface of the mirror M4 is a part of a rotationally symmetric surface 94b such as a spherical surface or an aspherical surface indicated by a broken line.
  • the position of the mirror M4 is adjusted so that the rotational symmetry axis (spherical axis or aspherical axis) of the surface 94b coincides with the optical axis AX.
  • the mirror M4 is held in the lens barrel unit 152a in FIG. 2 by a holding mechanism with 6 degrees of freedom.
  • the mirror M5 is an approximately horseshoe-shaped convex mirror having a notch formed in a part thereof, and its upper surface is a reflecting surface.
  • the reflecting surface of the mirror M5 is a part of a rotationally symmetric surface such as a spherical surface or an aspherical surface.
  • the position of the mirror M5 is adjusted so that the rotational symmetry axis (spherical axis or aspherical axis) of the reflecting surface coincides with the optical axis AX of the projection optical system PO.
  • the cutout of the mirror M5 is formed so as not to block the optical path of the exposure light EL in the portion on the + Y side from the optical axis AX.
  • the mirror M5 is held by a holding mechanism with 6 degrees of freedom in the lens barrel unit 152e of FIG.
  • the mirror M6 is a substantially horseshoe-shaped concave mirror having a notch formed in a part thereof, and the lower surface thereof is a reflecting surface.
  • the reflecting surface of the mirror M6 is a part of a rotationally symmetric surface such as a spherical surface or an aspherical surface.
  • the position of the mirror M6 is adjusted so that the rotational symmetry axis (spherical axis or aspherical axis) of the reflecting surface substantially coincides with the optical axis AX of the projection optical system PO!
  • the notch of the mirror M6 is formed so as not to block the optical path of the exposure light EL from the portion on the -Y side from the optical axis AX.
  • the mirror M6 is held by a holding mechanism with 6 degrees of freedom in the lens barrel unit 152d of FIG.
  • the optical axes of the mirrors M1 to M6 coincide with the optical axis AX of the projection optical system.
  • Each of the mirrors M2 to M6 has an asymmetric shape with respect to the optical axis of the optical element itself.
  • a mirror holding mechanism 92 that holds the mirror M2 will be described with reference to FIGS. other
  • the mirror holding mechanism that holds the mirrors M1, M3 to M6 is the same as the mirror holding mechanism 92.
  • the mirror holding mechanism 92 holds the mirror M2 within the lens barrel unit 152a.
  • the mirror M2 includes an irregular polygonal (hexagonal) body portion M2a and a cutout portion M2b formed to secure an optical path in a part of the body portion M2a. .
  • the mirror holding mechanism 92 includes mirror holding members 44A, 44B, 44C that hold the mirror M2 and fix it to the inner ring 42, and a parallel link mechanism 41 that displaces the inner ring 42.
  • the mirror holding members 44A, 44B, and 44C are disposed on the lower surface of the inner ring 42 and hold predetermined three locations on the outer peripheral surface of the mirror M2.
  • the mirror holding members 44A to 44C respectively hold three portions on the outer peripheral surface of the mirror M2, for example, three equally divided points on the outer periphery at intervals of 120 ° of the central angle.
  • Each mirror holding member 44A to 44C has a substantially U-shape, and this shape is set so that the rigidity of each mirror holding member 44A to 44C in the radial direction of the inner ring 42 is reduced! RU
  • Each mirror holding member 44A to 44C includes a mechanical clamping mechanism that clamps a flange portion (not shown) provided on the outer periphery of the mirror M2. The positional relationship between the mirror M2 and the inner ring 42 is maintained by the clamp mechanism.
  • the trisection point on the outer periphery of the mirror M2 is in the radial direction of the inner ring 42, and the rigidity is low! ⁇ Since it is held by the mirror holding members 44A to 44C, the mirror M2 is thermally expanded. Even if this occurs, the mirror M2 thermally expands almost uniformly in various directions in the XY plane. Therefore, the contour shape of the mirror M2 after the thermal expansion is maintained to be similar to the original mirror M2.
  • the parallel link mechanism 41 is a parallel link mechanism having six degrees of freedom called a Stewart platform type including six extendable links 110.
  • the parallel link mechanism 41 includes an outer ring 48 as a base disposed on the inner surface of the lens barrel unit 152a, a drive mechanism 46 fixed to the outer ring 48, and an end effector that is displaced by the drive mechanism 46. It is comprised from the inner ring 42 which comprises.
  • the outer ring 48 is an annular member provided on an annular projecting portion projecting inward at the upper end portion of the lens barrel unit 152a via three adjustment washers (not shown).
  • the inner ring 42 is an annular member whose diameter is slightly smaller than that of the outer ring 48. It is arranged below.
  • the drive mechanism 46 connects the outer ring 48 and the inner ring 42 to each other, and drives the inner ring 42 in the direction of 6 degrees of freedom with respect to the outer ring 48.
  • the drive mechanism 46 includes six links 110 having one end and the other end connected to the outer ring 48 and the inner ring 42 through spherical pairs, respectively.
  • each link 110 includes a first shaft member 113 and a second shaft member 115 connected to or coupled to the first shaft member 113.
  • One end (upper end) of the first shaft member 113 is attached to the outer ring 48 via the ball joint 111.
  • the other end (lower end) of the second shaft member 115 is attached to the inner ring 42 via the ball joint 112 so as to form a spherical pair.
  • Three sets of drive mechanisms 46A, 46B, 46C are constituted by a set of two links 110, and these three drive mechanisms 46A, 46B, 46C are arranged at equiangular intervals of 120 °.
  • Each drive mechanism 46A, 46B, 46C [Shortly, the distance between the outer ring 48 rule Bonore joint 111 [The distance between the ball joint 112 on the inner ring 42 side is relatively small.
  • each link 110 at least one of the second shaft member 115 and the first shaft member 113 has a length of the link 110, that is, a distance between the upper end of the first shaft member 113 and the lower end of the second shaft member 115.
  • An actuator for changing the separation is provided.
  • Examples of the actuator are a direct acting cylinder, a solenoid, a small linear motor, or a piezoelectric element.
  • a piezoelectric element is used.
  • the actuator is controlled by a drive circuit (not shown). With this drive circuit, the six actuators are controlled without stress, and the inner ring 42 is controlled to a predetermined posture with six degrees of freedom.
  • the configuration of the mirror holding mechanism for the mirrors Ml and M3 to M6 is almost the same as that of the mirror holding mechanism 92 for the mirror M2.
  • the location, shape, direction, and optical path position of the mirrors M1 to M6 may be changed as appropriate.
  • the mirror holding mechanism 92 of the mirror M2 is not limited to the examples of FIGS.
  • the inner ring 42 is arranged on the back side of the reflecting surface (+ Z direction, upper side in FIG. 5).
  • the outer ring 48 may be arranged on the lower end periphery of the lens barrel unit 152a, the link mechanisms may be arranged above the outer ring 48, and the inner ring 42 may be arranged above the link mechanism.
  • the mirror M2 may be disposed above the inner ring 42 instead of the lower end of the inner ring 42.
  • the inner ring 42 and the outer ring 48 need to have an annular shape along the lens barrel 52. There is no. If the mechanical conditions described later are satisfied, the inner ring 42 and the outer ring 48 are in accordance with conditions such as an elliptical shape or a half moon shape that is biased to one side so as not to interfere with the optical path, or a shape having a notch. The shape may be different.
  • the links 110 do not have to be arranged at equiangular intervals of 120 ° with respect to the centers of the inner ring 42 and the outer ring 48.
  • EUVL requires an optical device that stably holds an optical element.
  • the use of EUV light affects the accuracy of EUVL due to minute vibrations that were not likely to be a problem in the past.
  • the inventor of the present application has developed an optical device designed with emphasis on the mechanical conditions of the optical device, rather than the conventional design focusing only on optical performance and productivity.
  • the mechanical configuration of the optical device according to the first to twelfth embodiments of the present invention will be described.
  • FIG. 7 is a simplified schematic diagram of the mirror holding mechanism 92 shown in FIG. 6, and FIG. 8 is a perspective view of FIG.
  • the three pairs of links 110 shown in FIGS. 7 and 8 are expressed as three support members LA, LB, and LC.
  • the two ball joints 112 included in each of the drive mechanisms 46A, 46B, and 46C are approximated to be at the intersection of the two links 110, and are expressed as one support position PI, P2, and P3.
  • one support member includes a set of links 110 included in each of the drive mechanisms 46A, 46B, 46C of the first embodiment, and one support position is an optical that is supported by the one set of links 110. Including the position on the element.
  • a ball joint 111 which is a connection point between the pair of links 110 and the outer ring 48, is simplified as ball joints BJD, BJE, and BJF.
  • the mirror M2, the inner ring 42, and the mirror holding member 44 form an optical unit.
  • the academic unit can be considered as one rigid body.
  • the optical unit is called a virtual rigid body M.
  • the dynamic center of mass (center of gravity) CM of the virtual rigid body M is illustrated.
  • a triangle with the three support positions PI, P2, and P3 as vertices is defined as “reference triangle DT”.
  • the circumscribed circle of the reference triangle is defined as “reference circle DC”.
  • the plane including the three support positions PI, P2, and P3 is defined as “reference plane DP”.
  • the geometric center CI of the reference triangle DT which is the intersection of the bisectors of the three corners, and points that are equidistant from the three sides are indicated by double circles.
  • the optical device supports optical elements (M2 to M6) that are asymmetric with respect to the optical axis of the optical device, optical element holding members (42, 44) that hold the optical elements, and optical element holding members And at least three support members (LA, LB, LC).
  • At least one of the optical element holding member and the optical element is configured such that the weight of the virtual rigid body M is substantially evenly applied to the support members LA, LB, LC, that is, the support positions PI, P2, P3.
  • the load of the virtual rigid body M is calculated considering the vertical gravity and the rotational moment of the virtual rigid body M.
  • the load of the virtual rigid body M is calculated by a method according to indefinite mechanics.
  • the relative positions of the support positions PI, P2, and P3 and the mass center CM of the virtual rigid body M are determined so that the loads acting on the support positions PI, P2, and P3 are equal to each other.
  • the mass of the virtual rigid body M with respect to the support positions PI, P2, and P3 is moved by moving one or both of the elements constituting the virtual rigid body M, that is, the optical element holding member and the optical element.
  • the optical element holding member and the optical element Optimize the position of the central CM.
  • light The optical holding member (inner ring 42 and mirror holding member 44) and the optical element (mirror M2) are moved relative to each other by the link 110.
  • the moving element is a combination of only “mirror M2", “mirror M2 + mirror holding member 44", or “mirror M2 + mirror holding member 44 + inner ring 42".
  • To move only the mirror M2 if there is a gap between the flange portion of the mirror M2 and the mirror holding member 44, the holding position of the mirror M2 by the mirror holding member 44 is changed. If there is no gap between the flange part of the mirror M2 and the mirror holding member 44, the shape of the flange part of the mirror M2 is changed.
  • the center of mass CM of the virtual rigid body M is displaced basically by changing only the position of the component.
  • the positions of the support positions PI, P2, and P3 are optimized according to the position of the center of mass CM of the elements constituting the virtual rigid body M.
  • the support positions PI, P2, and P3 are not arranged at regular intervals.
  • the position, orientation and shape of the optical element are strictly designed according to the conditions required for the projection optical system PO.
  • the optical conditions such as the position of the reflecting surface of the main body M2a 'posture, the position of the notch M2b, and the position of the inner ring 42 are determined.
  • the third method in order to determine the position of the center of mass CM of the virtual rigid body M, at least one of the optical element holding member and the optical element without moving the optical element holding member and / or the optical element is used.
  • the center of mass of the virtual rigid body M is moved by providing a balance weight.
  • the protrusion M2c is formed on the back surface (opposite surface of the reflecting surface, + Z side) of the substantially hexagonal main body M2a.
  • the protrusion M2c functions as a balance weight having a positive weight.
  • the non-weight M2c is an unnecessary part that does not contribute to optical and production efficiency requirements.
  • Mirror on M2 When the back surface is formed flat, the mirror M2 does not have a rotationally symmetric shape due to the presence of the notch M2b, and the center of mass of the mirror M2 is notched with respect to the optical axis AX in FIG.
  • the balance weight M2c is integrally provided in the vicinity of the notch M2b on the back surface of the mirror M2.
  • the balance weight M2c may be provided at a position other than the back surface of the mirror M2. For example, it can be provided on a flange portion (not shown) of the mirror M2 held by the mirror holding member 44. If the optical path is not obstructed, the balance weight M2c can be provided at any position of the mirror M2 excluding the reflecting surface.
  • the balance weight BW may be a separate member attached to the force inner ring 42 that may be provided integrally with the inner ring 42.
  • the first and second methods can be implemented without making major changes to each member.
  • the third method can be implemented without changing the original optical design, and when the balance weight M2c is integrated with the mirror M2, which is an optical element, the mass is close to the center of mass M2d. The rotational moment around M2d becomes smaller. Further, since no adhesive is used, it does not become a gas generation source that prevents purging.
  • the balance ring BW is provided on the inner ring 42, the processing is easy. In particular, when it is formed of a separate member, it is easy to adjust the mass and position, and adjustment is possible even after the optical device is assembled.
  • balance weight BW is a part with a positive mass like a protrusion. "Minute” and “portions with negative mass” such as recesses and notches. The provision of the lance weight BW is to add a “part having a positive mass” to the original configuration and to partially delete the original configuration, that is, to form a recess or a notch. Including.
  • At least one of the optical element holding member and the optical element is configured such that the mass of the virtual rigid body M is evenly applied to the three support members LA, LB, and LC. Since the relative position between the center of mass CM of the virtual rigid body M and the support positions PI, P2, and P3 is adjusted, the weight balance of the optical device is improved and it is possible to prevent the load from acting on a specific support member. As a result, the rotational moment of the virtual rigid body M is reduced, and the static stability and dynamic stability of the optical device are improved.
  • the support members LA, LB, and LC are dynamic actuators, but may be static support members.
  • At least one of the optical element holding member and the optical element is such that the mass center CM of the virtual rigid body M supports at least three support members LA, LB, LC that support the optical element holding member. It is configured to be within a predetermined distance d from the inner center CI of the reference triangle DT formed with the positions PI, P2, and P3 as vertices.
  • the reason why the “inner center CI of the reference triangle DT” was used as a reference is that the inner center CI has the smallest momentum during the movement of the reference triangle DT. This will be explained.
  • the six degrees of freedom are X, Y, displacement along the ⁇ axis, and rotation around the X, ⁇ , ⁇ axis. Of the six degrees of freedom, consider the displacement in the ⁇ axis direction and the rotation around the X axis and ⁇ axis, which require the most alignment adjustment.
  • the weight of the virtual rigid body ⁇ is equally applied to the support positions PI, ⁇ 2, and ⁇ 3.
  • the center of mass CM of the virtual rigid body ⁇ be in the vertical direction of the reference triangle DT.
  • the center of mass CM of the virtual rigid body M is in the vertical direction of the inner center CI of the reference triangle DT.
  • tilting of the optical element that is, rotation ⁇ ⁇ , ⁇ y is considered.
  • the supporting members LA, LB, and LC tilt the virtual rigid body M, that is, the optical element, by displacing the supporting positions PI, P2, and P3 in the Z-axis direction. Displace one of the supporting members LA, LB, LC in the Z direction. Then, one of the support positions PI, P2, P3 moves around a straight line connecting the other two support positions, and the optical element tilts.
  • Optical axis of projection optical system In the case of an optical element at a position far away from AX, for example, in the case of mirror M3 or mirror M4 (see Fig. 3), the optical axis of the optical element (optical axis of the optical system) If the axis of rotation is on AX), the calculation to control the tilt of the optical element is simple. The force optical element is far from the optical axis AX, so a large displacement is required to tilt the optical element. Become. In the telescopic type parallel mechanism equipped with an actuator using piezoelectric elements, the stroke force S of each actuator is small, so that one or two actuators can be extended and the remaining actuators can contract. Necessary for a large tilt. Therefore, if the rotation axis of the rotational movement of the optical element is within the reference triangle DT composed of the three support positions PI, P2, and P3, the optical element can be efficiently rotated.
  • the displacement of the virtual rigid body M in the X-axis direction, the displacement in the Y-axis direction, or the rotation around the Z-axis means that the displacement in the XY plane of the support positions PI, P2, P3 is a horizontal movement. For this reason, it is desirable that the center of mass CM of the virtual rigid body M be placed on the plane containing the reference triangle DT.
  • the distance d between the center of mass CM and the inner center CI is smaller than a predetermined value determined by the rotational moment of the virtual rigid body M, the rigidity of the support member, the allowable vibration, and the like.
  • the first method of moving the optical element and the optical element holding member in order to make the distance d between the center of mass CM and the inner center CI smaller than the predetermined value, and the second method of moving the center of mass CM by the balance weight Can be used.
  • the center of motion of the virtual rigid body M approaches the mass center CM of the virtual rigid body M. Therefore, the rotational moment of the virtual rigid body M accompanying the adjustment of the optical element is reduced, and the optical device The dynamic stability of is improved.
  • the center of mass most preferable as the center point of the rotational motion CM force Since it coincides with the inner center CI of the reference triangle DT that is the center of the actual motion, the dynamic stability is most improved. In addition, unnecessary vibration moments are generated by external vibrations.
  • the third embodiment is the most desired form.
  • the intersection point PI coincides with the inner center CI of the reference triangle DT.
  • the weight force applied to the support positions PI, P2, P3 is the same in the 3 ⁇ 4 axis direction, and the load applied to the support positions PI, P2, P3 is substantially uniform. Improves.
  • the distance e between the intersection point PI and the inner center CI of the reference triangle DT is smaller than the predetermined distance r.
  • the weight applied perpendicularly to each support position PI, P2, P3 is not necessarily the same in the vertical direction (Z-axis direction of the first embodiment).
  • the moment of inertia of the rotation ⁇ z around the Z axis is reduced.
  • the moment of inertia of the rotations ⁇ ⁇ and ⁇ y around the X and ⁇ axes is less likely to cause a difference in weight applied perpendicular to the support positions PI, P2, and P3. Therefore, the static stability and dynamic stability of the optical device are improved.
  • the intersection point PI is arranged in the reference plane DP.
  • the intersection point PI may be inside or outside the reference triangle DT.
  • the center of mass of the virtual rigid body M CM force is positioned above the reference plane DP of the reference triangle DT formed with the support positions PI, P2, P3 of the support members LA, LB, LC as vertices It is structured as follows. That is, the intersection point PI is located inside the reference triangle DT. In addition, the distance e between the intersection point PI and the inner center CI is set smaller than a predetermined distance.
  • the center of mass CM of the virtual rigid body M is the height h of the center of mass CM from the intersection point PI of the perpendicular line dropped to the reference plane DP, that is, the reference plane DP and the center of mass CM.
  • Distance force between and smaller than the predetermined value In this configuration, the distance between the reference plane DP including the center of motion and the center of mass CM is close, and static stability and dynamic stability are improved. In particular, the smaller the height h, the better the stability against displacement in the X-axis and ⁇ -axis directions.
  • At least one of the optical element holding member and the optical element of the ninth embodiment has at least one force of the inertia main axes PA, PA, PA of the virtual rigid body M.
  • It is configured to extend in parallel with the reference plane DP including the support positions PI, P2, P3.
  • Inertial principal axis is the principal axis of the inertia ellipsoid.
  • a homogeneous object has three principal axes of inertia that are orthogonal to each other.
  • An “inertia ellipsoid” is a quadric surface that represents the shape of an inertia tensor of a rigid body or mass system. When the moment of inertia is 1, 1, 1, and the product of inertia is I, 1, 1, 1, 1, the inertia ellipse
  • the virtual rigid body M is in a state similar to the static imbalance (JIS B 0123) of the rotating machine, and at least the virtual rigid body M parallel to the inertial principal axis PA.
  • the movement is unbalanced in only one direction and is relatively stable.
  • optical device will be described with reference to FIG.
  • at least one of the optical element holding member and the optical element is positioned on at least one of inertial principal axes PA, PA, and PA of the virtual rigid body M, for example, the inertial principal axis PA force on the reference plane DP.
  • the virtual rigid body M is often rotated around a rotation axis close to the XY plane.
  • At least one of the optical element holding member and the optical element is at least one of inertial principal axes PA, PA, PA of the virtual rigid body M, for example, inertial principal axis PA 1S support position PI,
  • It is configured to intersect with the reference triangle DT within the reference triangle DT formed with P2 and P3 as vertices.
  • the optical device according to the twelfth embodiment will be described.
  • all of the principal axes of inertia PA, PA and PA are connected to the reference triangle DT within the reference triangle DT.
  • optical devices according to the first to twelfth embodiments can be applied to the lens barrel units 152a to 152e.
  • the projection optical system PO with good static stability and dynamic stability can be obtained.
  • the parallel link mechanism 41 of the present embodiment is limited to this configuration that drives the mirror held by the mirror holding members 44A, 44B, 44C by displacing the inner ring 42. Is not to be done.
  • the inner ring 42 may be omitted, and the drive mechanism 46A, 46B, 46C of the normal link mechanism 41 may support the mirror holding members 44A, 44B, 44C, respectively, to drive the mirror.
  • the projection optical system PO equipped with the optical apparatus of the present invention is used in the lithographic process for manufacturing a device, EUV light having an extremely short wavelength is reflected by the reflective projection optical system, and therefore it is affected by chromatic aberration.
  • the fine pattern of reticle R can be transferred to each shot area on wafer W with high accuracy. Specifically, it is possible to transfer a fine pattern with a minimum line width of about 70 nm with high accuracy.
  • the present invention is not limited to a reflective projection optical system that uses EUV light as exposure light and includes six reflective optical elements (mirrors M1 to M6).
  • the number of optical elements may be other than six.
  • the exposure light is VUV light with a wavelength of 100 to 160 nm, such as Ar laser (wavelength 126 nm).
  • the present invention can also be suitably applied to a catadioptric projection optical system that includes a lens and a reflective optical element.
  • the present invention has a remarkable effect in holding a non-rotationally symmetric optical element.
  • the performance of the optical device is improved. Therefore, the present invention shows the most remarkable effect in the catoptric projection optical system.
  • the present invention can be applied to the catadioptric projection optical system and the catadioptric projection optical system in which the rotationally symmetric lens is configured coaxially. It produces a sufficient effect.
  • the optical apparatus may be a projection exposure apparatus that uses EUV light having a wavelength of 13 nm as exposure light.
  • each mirror needs to be provided with a multilayer reflective film in which molybdenum Mo and silicon Si are alternately laminated.
  • the exposure light source is not limited to a laser-excited plasma light source, and an SOR, a betatron light source, a discharge light source, an X-ray laser, or the like can be used.
  • the optical apparatus included in the projection optical system constituting the exposure apparatus has been described, but the present invention may be an optical apparatus included in the illumination optical system.
  • the optical apparatus of the present invention can be employed in apparatuses other than an exposure apparatus having an optical element in a lens barrel, and the same effects as those of the embodiments can be obtained.
  • the present invention can be implemented with a remarkable effect even if it is an optical device that does not have a lens barrel, for example, holds an optical element of a single mirror.
  • the parallel link mechanism of the first embodiment is a Stewart platform type in which an extendable actuator is provided between joints.
  • the ball joint 112 that connects a pair of links 110 on the inner ring 42 side constituting the end effector is close to the ball joint 111 on the outer ring 48 side that constitutes the base, and is widely separated.
  • the inner ring 42 side may be widely separated and the outer ring 48 side may be close.
  • the ball joints 112 on the inner ring 42 side constituting the virtual rigid body M are distributed in six locations. Force Even if two pairs of parallel links are separated, this pair of two parallel links
  • the link corresponds to one support member of the present invention, and the reference triangle DT is defined with the intermediate points of the two ball joints 112 as the support positions P1, P2, P3.
  • the inner ring 42 is supported by the link 110, which is a support member, at six support positions.
  • the reference triangle DT may be defined by selecting one of the links 110 in a set of two links 110.
  • a fixed linear motion actuator is used, and a linear motion type link mechanism that moves on a straight line where the base side joint is fixed, or a fixed rotary type actuator. It is possible to use a rotary (bending) link mechanism in which the base joint rotates.
  • the optical element may be movably supported by a configuration other than the normal link mechanism 41.
  • the movement of the optical element may be other than 6 degrees of freedom.
  • the present invention can be applied to any mechanism that supports the optical element and the optical element holding member with at least three support members so as to be integrally movable with one or more degrees of freedom.
  • FIG. 20 is a schematic diagram of an optical device that supports the mirror M3.
  • the support positions PI, P2, P3 of the support members LA, LB, LC are arranged at equiangular intervals of approximately 120 ° in the annular inner ring 42.
  • the optical element (mirror M3) is arranged around the inside of the lens barrel 52, and the inner ring 142 and the outer ring 148 are also irregularly shaped to avoid the optical path.
  • the mirror holding members 144A to 144C that hold the mirror M3 are also not arranged at equiangular intervals. Even with such a configuration, the methods described in the eleventh to twelfth embodiments can be applied.
  • the relationship of the virtual rigid body M with the center of mass CM is not limited to the inner center CI, but can be set based on the intersection of the optical axis AX and the reference plane DP, the outer center of the reference triangle DT, and the center of gravity.
  • the control calculation is simpler if the calculation is based on the intersection with the optical axis AX.
  • This action requires a large stroke for the actuator. If the stroke is sufficient, it is possible to use the intersection with the optical axis AX as a reference, but in this configuration, the stroke of the actuator is particularly small in piezo elements, so the reference is the inner center CI. It is reasonable.
  • the relationship with the mass center CM of the virtual rigid body M can be set based on the center of gravity of the reference triangle DT. Which configuration is adopted depends on the conditions required for the optical element.
  • an optical device such as the mirror holding mechanism 92 is arranged in parallel. Since the link mechanism 41 is provided, not only the static stability of the mirrors M1 to M6, which are optical elements, but also the dynamic stability is improved.
  • the exposure apparatus 10 including the lens barrel 52 equipped with the optical apparatus of the present invention it is possible to produce a semiconductor device with a high accuracy with a small accuracy drop due to vibration and a high accuracy.

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Abstract

重量バランスと安定性の向上した光学装置（９２）は、インナーリング（４２）と、光軸（ＡＸ）に対して非対称形状の光学素子（Ｍ２）と、光学素子を保持してインナーリングに固定するための光学素子保持部材（４４Ａ～４４Ｃ）とからなる仮想剛体（Ｍ）を、アウターリング（４８）に対して移動可能に支持する駆動機構（４６Ａ～４６Ｃ）とを含む。インナーリング、アウターリング、及び駆動機構はパラレルリンク機構（４１）として機能する。仮想剛体の重量が駆動機構に略均等にかかるように、バランスウエイト（ＢＷ，Ｍ２ｃ）が仮想剛体に設けられる。そのため、外部からの振動を受けたときや調整時に光学素子は振動しにくい。本発明の光学装置は、高い露光精度の要求される露光装置への使用に適している。

Description

明 細 書
光学装置、鏡筒、露光装置、及びデバイスの製造方法
技術分野
[0001] 本発明は、光学装置に係り、詳しくは光軸に関して非対称形状の光学素子と、当該 光学素子を保持する光学素子保持部材と、前記光学素子保持部材を支持する少な くとも 3つの支持部材とを備える光学装置、前記光学装置を備えた鏡筒、該鏡筒を備 えた露光装置、及び該露光装置を用いて露光を行うデバイスの製造方法に関する。 背景技術
[0002] 従来の投影露光装置の投影光学系において、投影光学系を構成する複数の光学 素子は、光学素子保持部材を介して支持部材により支持される。従来の光学素子保 持部材は光学素子の周端部の 3ケ所を等角度間隔で支持する。投影露光装置の精 度を確保するため、光学素子は、その光軸方向の位置や光軸に対するチルト角など の姿勢を精密に調整可能にかつ安定に保持される必要がある。そのため、ァクチュ エータにより駆動される可動式の支持部材により光学素子を動的に支持する技術が 開発されている。環境の変化に応じて支持部材を駆動することで、光学素子の光軸 方向の位置や姿勢を微調整することができる。
[0003] 近年、高集積化された半導体デバイスを生産するために、高解像度の投影露光装 置が求められる。次式に示すように投影露光装置の解像度 Resは、露光光の波長え と投影光学系の開口数 NAとに依存する。解像度 Res = k' ZNA(k:定数） 即ち、投影露光装置を高解像度化するには、開口数 NAの向上と、光源の短波長 化が求められる。 KrFエキシマレーザ（ λ = 248nm)、 ArFエキシマレーザ（ λ = 19 3nm)、及び Fエキシマレーザ（ λ = 157nm)のように、光源の短波長化は進んでい
2
る。光源の短波長化に対応するため、石英ガラスやフッ化カルシウムのような透過率 の高い素材からなる光学素子が用いられる。鏡筒の内部空間に窒素やヘリウムで満 たして、透過率を高める技術も知られている。
[0004] ところが、 DRAMの 45nmプロセス、 MPUの 32nmプロセスなどの微細加工の要 求に対応するためには、 5〜20nm程度の波長を有する EUV光（Extreme Ultra Violet,軟 X線領域の光）を用いた EUVL (EUV Lithography)が必要とされる。 E UVL〖こは、通常の光学レンズ、石英ガラス、及びフッ化カルシウムのような材料性の レンズは使用できないため、真空下に配置された反射ミラーで投影光学系を構成す る必要がある。反射ミラーの使用により、 EUVのような極めて短波長の光線を透過率 を低下させることなく使用できる。 EUVLに用いられる露光装置に適用可能な投影光 学系の例は、特許文献 1、特許文献 2に記載されている。
特許文献 1 :米国特許第 6485153号明細書
特許文献 2 :米国特許出願公開第 2004Z0125353号明細書 ところで、従来のよう に投影光学系を構成する光学素子を透過レンズとした屈折系の場合は、その形状は 光軸に関して回転対称な形状であり、それぞれの透過レンズの光軸を、鏡筒の中心 線に沿って多数配列することができた。そのため、光学素子自体の重量バランスが良 ぐ例えば、その円形の周端部に等角に 3ケ所の支持部材を配置すれば、安定して 支持することができた。
[0005] しかしながら、光源の短波長化により投影光学系を構成する光学素子を反射ミラー とした場合には、投影光学系内で光路を屈曲させる必要がある。そのために、反射ミ ラーは光学素子の光軸に対して傾けて配置される。さらに、光路を確保するために反 射ミラーの一部が切り欠かれることもある。切り欠きのため、反射ミラーは光軸に関し て回転対称な形状ではなくなる。
[0006] 非対称な光学素子は、従来の光学素子保持部材によって周端部の 3ケ所を等角度 間隔で支持されても、バランスが悪い。そのため非対称な光学素子を備えた光学装 置は環境の振動の影響を受けやすい、あるいは、光学素子のァライメント調整時に 予想しない挙動を示すなど静的安定性、動的安定性に欠ける。従来の光学素子保 持装置は、集積度の高い半導体デバイスの製造工程で使用される投影露光装置の 精度低下の一因であった。
発明の開示
[0007] 本発明は、安定に保持された光学素子を備えた重量バランスの良い光学装置、こ の光学装置を備えた鏡筒、この鏡筒を用いた露光装置、及びこの露光装置を用いた デバイスの製造方法を提供することにある。 [0008] 上記目的を達成するため、本発明の一側面によれば、光軸を有する光学装置であ つて、前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する光学 素子保持部材と、前記光学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材とを 備え、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素 子保持部材と前記光学素子との合計重量が、前記少なくとも 3つの支持部材に略均 等に加わるように構成される光学装置が提供される。
[0009] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記 光学素子との質量中心は、前記少なくとも 3つの支持位置のうちの 3つの支持位置に よって形成される三角形の内心力 所定距離内にある。
[0010] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記 光学素子との質量中心は、前記少なくとも 3つの支持位置のうちの 3つの支持位置に よって形成される三角形の内心と一致する。
[0011] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び 前記光学素子の少なくとも一方は、前記 3つの支持位置を含む基準面と、当該基準 面に対する、前記光学素子保持部材及び前記光学素子を含む光学ユニットの質量 中心と、当該質量中心を通る前記基準面の垂線と前記基準面との交点とが、前記 3 つの支持位置によって形成される三角形に対して所定の位置関係になるように構成 される。一実施形態では、前記交点は前記三角形の内心と一致する。一実施形態で は、前記交点は、前記三角形の内心力も所定距離内にある。一実施形態では、前記 交点が、前記三角形の内部に位置する。
[0012] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び 前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量 中心力 前記少なくとも 3つの支持位置のうちの 3つの支持位置によって形成される 三角形を含む基準面上に位置するように構成される。 [0013] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び 前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む 光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも 1つの慣性主軸が、前記少なくとも 3つの 支持位置を含む基準面と平行に位置されるように構成される。
[0014] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び 前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む 光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸力 前記少なくとも 3つの 支持位置を含む基準面上に位置するように構成される。
[0015] 一実施形態では、前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少な くとも 3つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び 前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む 光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸力 前記少なくとも 3つの 支持位置のうちの 3つの支持位置によって形成される三角形と交差するように構成さ れる。前記慣性主軸のすべてが前記三角形と交差することが好ましい。
[0016] 一実施形態では、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は ノ ランスウェイトを含む。
[0017] 一実施形態では、前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学 素子の少なくとも一方に一体に形成される。
[0018] 本発明の別の側面によれば、光軸を有する光学装置であって、前記光軸に関して 非対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、前記光 学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材と、前記光学素子保持部材及 び前記光学素子の少なくとも一つに設けられるノ ンスウェイトとを備える光学装置が 提供される。
[0019] 一実施形態では、前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学 素子の重量が前記少なくとも 3つの支持部材に略均等に分配されて作用するように、 前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つの重量バランスを調整 する。
[0020] 一実施形態では、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、 前記光学素子保持部材に保持された前記光学素子の重量が、前記少なくとも 3つの 支持部材のそれぞれに略均等に加わるように構成される。
[0021] 一実施形態では、前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学 素子の少なくとも一つに一体に形成された突出部である。
[0022] 一実施形態では、前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学 素子の少なくとも一部に設けられた切り欠きである。
[0023] 本発明の更に別の側面によれば、光軸を有する光学装置であって、前記光軸に関 して非対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、前 記光学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材とを備え、前記 3つの支持 部材は、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記少なくとも 3つの 支持部材に略均等に分配されるように、前記 3つの支持部材の間隔が不均一に配置 される光学装置が提供される。
[0024] 本発明は更に、上記の光学装置を備える鏡筒を提供する。その鏡筒はマスク上に 形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に露光する露光装置に使用 するのに適している。
[0025] 本発明は更に、露光装置を用いて露光を行うリソグラフイエ程を含むデバイスの製 造方法を提供する。
[0026] 本願明細書で使用したいくつかの用語の定義を説明する。
[0027] 「光学素子」は、広く光学機器用の部品として光学材料 (ガラス、榭脂、金属等)で 構成されたものである。好ましい実施形態では、主に、反射型の光学素子 (例えば、 反射ミラーなど)を中心に説明するが、透過型 (屈折型)の光学素子 (例えば、レンズ 、プリズム、フィルターなど)や、一部を透過し、残りを反射する光学素子 (例えば、ハ 一フミラー、ビームスプリッタなど)も含む。
[0028] 「光学素子の光軸」は、一般に、光学素子毎に特定される中心線で、光学素子の球 面若しくは非球面の曲率中心を含む線を意味する。
[0029] 「光学系の光軸」は、共軸光学系の回転対称軸のことであり、光学系（例えば投影 光学系など）を構成する一連の光学素子の中心軸により構成される連続する軸であ る。屈折系の投影光学系の場合は、「光学系の光軸」は光路の中心をなす 1本の直 線となる。反射型の光学系の場合は、各光学素子の光軸が光学系の光軸と一致する 場合もあるが、必ずしも一致するとは限らない。光学系の光軸と各光学素子の光軸が 一致する場合でも、好ましい実施形態のような反射型の光学構成では、光路の中心 線は屈曲したものとなるため、必ずしも光軸とは一致しない。反射型の光学系では、 光軸自体が屈曲する構成もある。球面のミラーの場合は、回転対称軸が複数観念で き、必ずしも光軸の位置が 1ケ所に特定できない場合がある。そこで、「光学素子の光 軸」が特定できな!/、場合、若しくは「光学素子の光軸」は特定できるが「光学系の光軸 」から大きく離れているような場合は、本願では光学素子に入射する「光路の中心線」 と重なる軸を「光軸」として扱う場合がある。
[0030] 「回転対称形状」は、物体を軸周りに 360Zn(° )回転 (ηは 2以上の整数。 η=∞ を含む。）させた場合に、元の物体の形状に一致する形状である。このような軸は回 転対称軸と呼ばれる。「非対称形状」は、回転対称軸を持たない形状を意味する。
[0031] 「重量」は、支持部材に対して正の重量 (光学素子保持部材から支持部材に対して 押圧する力）、若しくは負の重量のいずれであってもよい。また、鉛直方向の重力に 限らず、重力に由来して発生した回転モーメント等による荷重も重量に含まれる。
[0032] 「略均等」は、 3つの支持部材に作用する加重が完全に均等であることが好ま 、 力 3つの支持部材に作用する加重が光学装置の安定性を損なわない範囲で異な ることも含む。例えば、 1つの支持部材に作用する荷重が他の 2つの支持部材に作用 する荷重の合計より小さい、 3つの支持部材に作用する荷重の最大値が最小値の 2 倍以内であるもの、 3つの支持部材に作用する荷重の向きが等しいというような条件 は、光学装置の安定性との関連で適宜設定できる。
[0033] 「静的安定性」は、支持部材により支持された光学素子が、環境の振動の影響を受 けたときに振動しにくい性質のことを意味する。「動的安定性」は、光学素子自体がァ ライメント調整等で支持部材によって変位されたときに、予測しない不本意な挙動を 生じにくい性質を意味する。
[0034] 「前記光学素子保持部材に保持された前記光学素子の質量中心」は、「前記光学 素子保持部材に保持された前記光学素子」を力学的に一体と仮想した場合の剛体 ( 以下「仮想剛体」という。）の「質量の中心 (均一な重力下では、「質量中心」は「重心」 と一致するため、本願においては「重心」と「質量中心」を同じ位置として考える。；)」を 意味する。
[0035] 「三角形の内心」は、三角形の 3つの角の 2等分線が互いに交差した点であり、各 辺から等しい距離にあり、 3つの支持部材により支持される剛体の運動の中心として 想定される。
図面の簡単な説明
[0036] [図 1]好ましい実施形態に係る露光装置のブロック図である。
[図 2]投影光学系 POの斜視図。
[図 3]ミラー M1〜M6の斜視図。
[図 4]投影光学系 POの断面図。
[図 5]鏡筒ユニットの部分破断斜視図。
[図 6]ミラー保持機構の底面図。
[図 7]図 6に示すミラー保持機構の模式図。
[図 8]図 6に示すミラー保持機構の模式図。
[図 9]第 2実施形態の光学装置の模式図。
[図 10]第 3実施形態の光学装置の模式図。
[図 11]第 4実施形態の光学装置の模式図。
[図 12]第 5実施形態の光学装置の模式図。
[図 13]第 6実施形態の光学装置の模式図。
[図 14]第 7実施形態の光学装置の模式図。
[図 15]第 8実施形態の光学装置の模式図。
[図 16]第 9実施形態の光学装置の模式図。
[図 17]第 10実施形態の光学装置の模式図。
[図 18]第 11実施形態の光学装置の模式図。
[図 19]第 12実施形態の光学装置の模式図。
[図 20]別例の光学装置の平面図。 発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、本発明の第 1実施形態に従う光学装置を図 1〜図 6に基づいて説明する。
[0038] 図 1は、第 1実施形態に係る露光装置 10の全体構成を示す。露光装置 10は、投影 光学系 POを含む。投影光学系 POのウェハ Wに対する光軸方向（上下方向）を Z軸 方向、これに直交する面内で図 1における紙面内左右方向を Y軸方向、紙面に直交 する方向を X軸方向と定義する。第 1実施形態において、「6自由度」は、 X軸方向の 変位（Δ χ)、 Y軸方向の変位（Ay)、Z軸方向の変位（Δ ζ)Χ軸回りの回転（0 x)、 Y 軸回りの回転（ 6 y)、及び Z軸回りの回転（ θ z)が可能であることを意味する。
[0039] 露光装置 10は、マスクとして機能するレチクル 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を介してウェハ W上に投影する。レチクル Rとウェハ Wとを投 影光学系 POに対して 1次元方向（Y軸方向）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ェハ 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。
[0040] 露光装置 10は、光源装置 12、照明光学系、投影光学系 PO、レチクルステージ RS T、及びウェハステージ WSTを含む。光源装置 12は、 EUVの露光光 ELを生成する 。照明光学系は、露光光 ELを所定の入射角、例えば約 50mradでレチクル Rのパタ ーン面（図 1における下面（一 Z側の面））に入射させる。露光光 ELをレチクル Rのパ ターン面に向けて反射する折り曲げミラー BMは、投影光学系 POを保持する鏡筒 52 内に配置される力 照明光学系の一部として機能する。レチクルステージ RSTは、レ チクル Rを保持する。投影光学系 POは、レチクル Rのパターン面で反射された露光 光 ELをウェハ Wの被露光面（図 1における上面（+ Z側の面)）に投射する。ウェハス テージ WSTは、ウェハ Wを保持する。
[0041] 光源装置 12の一例は、レーザ励起プラズマ光源である。レーザ励起プラズマ光源 は、 EUV光発生物質 (ターゲット）に高輝度のレーザ光を照射することにより、そのタ 一ゲットを高温のプラズマ状態に励起させて、ターゲットから放出される EUV光、紫 外光、可視光、及び他の波長域の光を利用する。第 1実施形態の露光光 ELは、主 に波長 5〜20nm、例えば波長 l lnmの EUV光のビームである。
[0042] 照明光学系は、照明ミラー（図示省略)、波長選択窓（図示省略)及び折り曲げミラ 一 BMを含む。光源装置 12内の集光ミラーとしての放物面鏡は照明光学系の一部と して機能する。照明光学系は、円弧スリット状の照明光にされた露光光 ELで、レチク ル Rのパターン面を照明する。
[0043] レチクルステージ RSTは、 XY平面に配置されたレチクルステージベース 32上に配 置される。レチクルステージ RSTは、レチクルステージ駆動部 34を構成する例えば 磁気浮上型 2次元リニアァクチユエータが発生する磁気浮上力によってレチクルステ ージベース 32上に支持されている。レチクルステージ RSTは、レチクルステージ駆 動部 34が発生する駆動力によって Y軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、 X軸方向及び Θ z方向（Z軸回りの回転方向）にも微小量駆動可能である。
[0044] レチクルステージ RSTの下面に不図示の静電チャック方式（又はメカチャック方式） のレチクルホルダが設けられる。レチクルホルダによってレチクル Rが保持される。レ チクル Rの例は、波長 1 lnmの EUVの露光光 ELに適合された反射型レチクルであ る。レチクル Rは、そのパターン面が下面となる状態でレチクルホルダによって保持さ れている。レチクル Rは、シリコンウエノ、、石英、低膨張ガラスなどの薄い板力もなる。 図 1において、レチクル Rの Z側の表面（パターン面）には、 EUV光を反射する反 射膜が形成されている。この反射膜は、モリブデン Moとベリリウム Beの膜が交互に約 5. 5nmの周期で、約 50ペア積層された多層膜である。この多層膜は波長 1 lnmの EUV光に対して約 70%の反射率を有する。折り曲げミラー BM、ミラー M1〜M6、 その他の照明光学系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。
[0045] レチクル Rのパターン面に形成された多層膜には、例えばニッケル (Ni)又はアルミ -ゥム (A1)からなる吸収層が一面に塗布される。その吸収層をパターンユングして回 路パターンに対応した形状で反射膜が露出される。
[0046] レチクノレ Rの吸収層に当たった EUV光はその吸収層によって吸収される。吸収層 の除去により露出した反射膜に照射された EUV光はその反射膜によって反射される 。回路パターンの情報を含んだ EUV光（露光光 EL)がレチクル Rのパターン面から 投影光学系 POへ供給される。
[0047] レチクル干渉計 82Rはレチクルステージ RST (レチクル R)の XY面内の位置を検出 する。第 1実施形態ではレチクル干渉計 82R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チクルレーザ干渉計である。レ チタルレーザ干渉計は、例えば 0. 5〜lnm程度の分解能でレチクルステージ RST の位置を常時検出する。
[0048] レチクル Rの Z軸方向の位置は、パターン面に対し斜めに検出ビームを照射する照 射系 13aと、レチクル R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 13b とを含むレチクルフォーカスセンサによって計測される。
[0049] レチクル干渉計 82R及びレチクルフォーカスセンサ（13a, 13b)の計測値は、主制 御装置 20に供給される。主制御装置 20はレチクル干渉計 82R及びレチクルフォー カスセンサ（13a, 13b)の計測値に基づ ヽてレチクルステージ駆動部 34を活性ィ匕し 、レチクルステージ RSTを駆動させる。主制御装置 20により、レチクル Rの 6次元方 向の位置及び姿勢が制御される。
[0050] 投影光学系 POは、反射光学素子 (ミラー）のみからなる反射光学系である。投影光 学系 POの開口数 NAは例えば 0. 1である。投影光学系 POの投影倍率は例えば 1 Z4倍である。従って、レチクル Rによって反射され、レチクル Rに形成されたパターン の情報を含む露光光 ELは、ウェハ Wに投射され、これによりレチクル R上のパターン は 1Z4に縮小されてウエノ、 Wに転写される。投影光学系 POの具体的構成について は後述する。
[0051] ウェハステージ WSTは、 XY平面に配置されたウェハステージベース 60上に配置 され、ウエノ、ステージ駆動部 62を構成する例えば磁気浮上型 2次元リニアァクチユエ ータが発生する磁気浮上力によってウエノ、ステージベース 60上に支持されて 、る。 ウェハステージ駆動部 62は、ウェハステージ WSTを X軸方向及び Y軸方向に所定 ストローク（ストロークは例えば 300〜400mm)で変位させ、 θ z方向にも微小量回転 させる。
[0052] ウェハステージ WSTの上面には、静電チャック方式の不図示のウェハホルダが載 置される。ウェハホルダはウェハ Wを吸着する。ウェハ干渉計 82Wはウェハステージ WSTの位置を検出する。ウェハ干渉計 82Wは例えば、 0. 5〜： Lnm程度の分解能 でウェハステージ WSTの位置を常時検出するウェハレーザ干渉計である。ウェハス テージ WSTの位置からウェハ wの位置を検出することができる。
[0053] 投影光学系 POの結像面を基準とするウェハ Wの Z軸方向の位置は、斜入射方式 のウェハフォーカスセンサによって計測される。ウェハフォーカスセンサは、図 1に示 されるように、ウェハ Wの上面に対し斜め方向力 検出ビームを照射する照射系 14a と、ウェハ W面で反射された検出ビームを受光する受光系 14bとを含む。照射系 14a と受光系 14bは投影光学系 POの鏡筒を保持するコラム (不図示）に固定される。ゥェ ハフォーカスセンサ（14a, 14b)としては、レチクルフォーカスセンサ（13a, 13b)と同 様に構成することができる。
[0054] ウェハ干渉計 82W及びウェハフォーカスセンサ（14a、 14b)の計測値は、主制御 装置 20に供給される。主制御装置 20はウェハステージ駆動部 62を活性ィ匕して、ゥ ェハステージ WSTの 6次元方向の位置及び姿勢を制御する。
[0055] ウェハステージ 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ゥェ ハ Wの表面における投影位置と、鏡筒 52に固定されたァライメント系 ALGとの相対 位置を計測（ 、わゆるベースライン計測）する計測器 FMが設けられて 、る。レチクル ステージ RST、投影光学系 PO、及びウェハステージ WSTは不図示の真空チャンバ 内に収容される。
[0056] 次に、投影光学系 POについて、図 2〜図 6に基づいて、詳細に説明する。
[0057] 図 2に示すように、投影光学系 POは、 Z軸に沿って配置され、かつ互いに連結され た 5つの鏡筒ュ -ッ卜 152a, 152b, 152c, 152d, 152e,及び鏡筒ュ-ッ卜 152b, 1 52c間に設けられたフランジ FLGカゝらなる鏡筒 52を備えている。鏡筒 52内部には、 ミラー Ml, M2, M3, M4, M5, M6 (図 3、図 4参照）が配置されている。鏡筒 52の 側壁、詳しくは鏡筒ユニット 152a及び鏡筒ユニット 152bの外面には、露光光 ELを 入射するために開口 52aが形成されている。鏡筒ユニット 152a〜152e及びフランジ FLGは、ステンレス鋼 (SUS)等の脱ガスの少な!/、材料で形成されて ヽる。
[0058] 鏡筒ユニット 152aは、上壁（+Z側の壁）に矩形の貫通口 52bを備えた円筒状の部 材である。鏡筒ユニット 152aの下端部において、開口 52aと反対側の外面には（一 Z 側かつ Y側位置）張り出し部 152fが設けられる。
[0059] 鏡筒ユニット 152bは、鏡筒ユニット 152aよりも僅かに径の大きい円筒状の部材から なり、鏡筒ユニット 152aの下部（一 Z側）に連結されている。鏡筒ユニット 152bの下部 には、鏡筒 52の他の部分より直径の大きなフランジ FLGが連結されている。
[0060] 鏡筒ユニット 152cは、フランジ FLGの下部（― Z側）に連結されている。
[0061] 鏡筒ユニット 152dは、鏡筒ユニット 152cよりも僅かに直径の小さい円筒状の部材 からなり、鏡筒ユニット 152cの下部（一 Z側）に連結されている。
[0062] 鏡筒ユニット 152eは、鏡筒ユニット 152dよりも僅かに直径の小さい円筒状部材から なり、鏡筒ユニット 152dの下部（一 Z側）に連結されている。鏡筒ユニット 152eは、不 図示ではある力 投影光学系 POからウエノ、 Wに向けて露光光 ELを通過させるため の開口の形成された底面を有する。
[0063] 図 3及び図 4を参照して、投影光学系 POの光学素子（ミラー M1〜M6)の配置を 説明する。 6つのミラー M1〜M6は、上からミラー M2、ミラー M4、ミラー M3、ミラー Ml、ミラー M6、ミラー M5の順に配置されている。図 3 (A) , (B)のハッチングは、ミ ラーの反射面を示す。
[0064] 第 1実施形態では、ミラー M1〜M6の反射面は、光学特性の設計値を満たすよう に光学特性の計測と加工とを交互に繰り返しながら高精度に形成される。第 1実施形 態では、ミラー M1〜M6の反射面は、露光波長の約 50分の 1から 60分の 1以下に 低減された凹凸を含む平滑面である。その表面粗さを示す RMS値 (標準偏差）は 0. 2nm力ら 0. 3nm以下である。
[0065] ミラー Mlは、図 3 (A)及び図 4から分力るように凹面鏡であり、その上面は球面又 は非球面などの回転対称な反射面である。その反射面の回転対称軸 (非球面軸）が 投影光学系 POの光軸 AXに一致するように、ミラー Mlの位置は調整される。ミラー Mlは、鏡筒ユニット 152cの内部に配置され 6自由度の保持機構によって保持され ている。
[0066] ミラー M2は凹面鏡であり、その下面が球面又は非球面などの回転対称な反射面 である。その反射面の回転対称軸 (球面軸又は非球面軸）が投影光学系 POの光軸 AXに一致するようにミラー M2の位置は調整される。ミラー M2は、鏡筒ユニット 152a の内部に配置され 6自由度の保持機構によって保持されて!、る。
[0067] ミラー M3は投影光学系 POの光軸 AXから外れた位置に配置された凸面鏡であり、 その上面は反射面である。図 4に示されるように、ミラー M3の反射面は、破線で示さ れる球面又は非球面などの回転対称な面 94aの一部である。面 94aの回転対称軸（ 球面軸又は非球面軸）が光軸 AXに一致するようにラー M3の位置は調整されて 、る 。ミラー M3は、鏡筒ユニット 152bの内部に配置されて 6自由度の保持機構によって 保持されている。
[0068] ミラー M4は投影光学系 POの光軸 AXから大きく外れた位置に配置された凹面鏡 であり、その下面は反射面である。図 4に示されるように、ミラー M4の反射面は、破線 で示される球面又は非球面などの回転対称な面 94bの一部である。面 94bの回転対 称軸 (球面軸又は非球面軸）が光軸 AXに一致するようにミラー M4の位置は調整さ れている。ミラー M4は、図 2の鏡筒ユニット 152a内で、 6自由度の保持機構によって 保持されている。
[0069] ミラー M5は、その一部に切り欠きが形成された概略馬蹄形状の凸面鏡であり、そ の上面は反射面である。ミラー M5の反射面は球面又は非球面などの回転対称な面 の一部である。その反射面の回転対称軸 (球面軸又は非球面軸）が投影光学系 PO の光軸 AXに一致するようにミラー M5の位置は調整されて 、る。ミラー M5の切り欠き は、光軸 AXより +Y側の部分において、露光光 ELの光路を遮らないように形成され る。ミラー M5は、図 2の鏡筒ユニット 152e内で、 6自由度の保持機構によって保持さ れている。
[0070] ミラー M6は、その一部に切り欠きが形成された概略馬蹄形状の凹面鏡であり、そ の下面は反射面である。ミラー M6の反射面は球面又は非球面などの回転対称な面 の一部である。その反射面の回転対称軸 (球面軸又は非球面軸）が投影光学系 PO の光軸 AXにほぼ一致するようにミラー M6の位置は調整されて!、る。ミラー M6の切 り欠きは、光軸 AXより—Y側の部分にぉ 、て露光光 ELの光路を遮らな 、ように形成 されている。ミラー M6は、図 2の鏡筒ユニット 152d内で、 6自由度の保持機構によつ て保持されている。第 1実施形態では、各ミラー M1〜M6の光軸は、投影光学系の 光軸 AXと一致する。各ミラー M2〜M6は光学素子自体の光軸に関して非対称の形 状である。
[0071] 図 5及び図 6を参照して、ミラー M2を保持するミラー保持機構 92を説明する。他の ミラー M1、M3〜M6を保持するミラー保持機構はミラー保持機構 92と共通である。
[0072] 図 5に示すように、ミラー保持機構 92は、鏡筒ユニット 152a内でミラー M2を保持す る。図 6に示されるように、ミラー M2は変則的な多角形 (6角形)状とされた本体部 M 2aと、その一部に光路を確保するために形成された切り欠き部 M2bとを含む。
[0073] ミラー保持機構 92は、ミラー M2を保持してインナーリング 42に固定するミラー保持 部材 44A, 44B, 44Cと、インナーリング 42を変位させるパラレルリンク機構 41とから 構成される。ミラー保持部材 44A, 44B, 44Cは、インナーリング 42の下面に配置さ れ、ミラー M2の外周面の所定の 3箇所を保持する。
[0074] ミラー保持部材 44A〜44Cは、ミラー M2の外周面の 3箇所、例えば中心角 120° 間隔の外周の 3等分点をそれぞれ保持して 、る。各ミラー保持部材 44A〜44Cは、 ほぼ U字状の形状を有しており、この形状はインナーリング 42の半径方向について の各ミラー保持部材 44A〜44Cの剛性が低くなるように設定されて!、る。
[0075] 各ミラー保持部材 44A〜44Cは、ミラー M2の外周に設けられたフランジ部（不図 示)をクランプする機械的なクランプ機構を含む。クランプ機構により、ミラー M2とイン ナーリング 42との位置関係は維持される。
[0076] ミラー M2の外周の 3等分点がインナーリング 42の半径方向につ!、ての剛性が低!ヽ ミラー保持部材 44A〜44Cによって保持されて 、ることから、ミラー M2に熱膨張が 生じるような場合であっても、ミラー M2は XY面内の種々の方向にほぼ均等に熱膨 張する。よって、熱膨張後のミラー M2の輪郭形状は元のミラー M2の相似形に維持 される。
[0077] パラレルリンク機構 41は、 6本の伸縮可能なリンク 110を含む、スチュワートプラット ホーム型と呼ばれる 6自由度を備えたパラレルリンク機構である。
[0078] パラレルリンク機構 41は、鏡筒ユニット 152aの内面に配置されたベースとなるァゥ ターリング 48と、アウターリング 48に固定された駆動機構 46と、駆動機構 46により変 位されるエンドェフエクタを構成するインナーリング 42とから構成される。アウターリン グ 48は、鏡筒ユニット 152aの上端部で内側に突出する円環状の突出部上に、不図 示の 3つの調整用ヮッシャを介して設けられた円環状部材である。インナーリング 42 は、アウターリング 48よりも径が一回り小さい円環状部材であり、アウターリング 48の 下方に配置される。駆動機構 46は、アウターリング 48とインナーリング 42とを相互に 連結するとともにインナーリング 42をアウターリング 48に対して 6自由度方向に駆動 する。
[0079] 駆動機構 46は、アウターリング 48及びインナーリング 42に対してそれぞれ球面対 偶を介して接続された一端と他端とを有する、 6本のリンク 110によって構成される。 各リンク 110は、図 5に示されるように、第 1軸部材 113と、第 1軸部材 113に接続又 は連結された第 2軸部材 115とを有する。第 1軸部材 113の一端 (上端）は、アウター リング 48にボールジョイント 111を介して取り付けられて 、る。第 2軸部材 115の他端 (下端）は、インナーリング 42にボールジョイント 112を介して球面対偶となるように取 り付けられている。
[0080] 2本一組のリンク 110によって 3つの駆動機構 46A, 46B, 46Cが構成され、この 3 つの駆動機構 46A, 46B, 46Cは、 120° の等角の間隔で配置される。各駆動機構 46A, 46B, 46C【こお!ヽて、アウターリング 48ィ則のボーノレジョイント 111 の距離【ま 比較的大きぐインナーリング 42側のボールジョイント 112間の距離は比較的小さい 。各リンク 110において、第 2軸部材 115と第 1軸部材 113との少なくとも一方には、 当該リンク 110の長さ、即ち、第 1軸部材 113の上端と第 2軸部材 115の下端との距 離を変更するァクチユエータが設けられている。ァクチユエ一タの例は、流体による直 動シリンダ、ソレノイド、小型リニアモータ、又は圧電素子である。第 1実施形態では、 圧電素子が用いられる。ァクチユエータは、図示しない駆動回路により制御される。こ の駆動回路により、 6つのァクチユエータがストレス無くコントロールされ、インナーリン グ 42は、 6自由度で所定の姿勢にコントロールされる。
[0081] ミラー Ml、 M3〜M6用のミラー保持機構の構成は、ミラー M2用のミラー保持機構 92のものとほぼ共通である力 ミラー M1〜M6の配置場所、形状、方向、光路の位 置等の条件に応じて、ミラー M1〜M6用のミラー保持機構の構成が適宜変更されて もよい。ミラー M2のミラー保持機構 92は図 5, 6の例に限定されるものではない。例 えば、図 5に示すミラー保持機構 92では、ミラー M2の反射面が下側であるため、反 射面の背面方向（+Z方向、図 5において上側）にインナーリング 42を配置し、そのィ ンナーリングのさらに上側にリンク 110を配置して、さらに上側にあるアウターリング 4 8の下端に接続されている。し力しながら、アウターリング 48を鏡筒ユニット 152aの下 端周縁に配置し、アウターリング 48の上方に各リンク機構を配置し、さらにリンク機構 の上方にインナーリング 42を配置してもよい。ミラー M2はインナーリング 42の下端で なくインナーリング 42の上方に配置してもよい。
[0082] 鏡筒 52の中心軸に対して偏って配置されたミラー M3、 M4を保持するミラー保持 機構の場合、インナーリング 42及びアウターリング 48は鏡筒 52に沿った円環形であ る必要はない。後述する力学的条件が満たされれば、インナーリング 42及びァウタ 一リング 48は、光路を干渉しないように一方に偏った楕円形や半月状等、若しくは切 り欠き部を備えた形状など条件に応じた形状であってもよい。
[0083] インナーリング 42やアウターリング 48が円環状ではない場合、リンク 110はインナ 一リング 42やアウターリング 48の中心に対して 120° の等角間隔に配置されなくても よい。
[0084] EUVLでは、光学素子を安定に保持する光学装置が要求される。特に、 EUV光の 使用は従来では問題になりにくかった微細な振動によって EUVLの精度は影響を受 ける。本願発明者は、光学的な性能及び生産性のみに着目した従来の設計ではなく 、光学装置の力学的な条件を重視して設計された光学装置を開発した。以下、本発 明の第 1〜12実施形態の光学装置の力学的構成を説明する。
[0085] 図 7は、図 6に示すミラー保持機構 92の単純ィ匕した模式図であり、図 8は、図 7の斜 視図である。図 7、図 8に示す 3対のリンク 110は 3つの支持部材 LA, LB, LCとして 表現する。各駆動機構 46A, 46B, 46Cに含まれ、近接した 2つのボールジョイント 1 12は 2本のリンク 110の交点にあると近似して、一つの支持位置 PI, P2, P3として 表現する。本発明において、 1つの支持部材は、第 1実施形態の各駆動機構 46A, 46B, 46Cに含まれる一組のリンク 110を含み、 1つの支持位置は、 1組のリンク 110 により支持される光学素子上の位置を含む。
[0086] アウターリング 48の図示は省略している。一対のリンク 110とアウターリング 48との 接続点であるボールジョイント 111は、ボールジョイント BJD, BJE, BJFとして単純ィ匕 している。
[0087] ミラー M2、インナーリング 42及びミラー保持部材 44は光学ユニットを形成する。光 学ユニットは 1つの剛体と見なすことができる。以下の説明では、光学ユニットを仮想 剛体 Mと呼ぶ。仮想剛体 Mの詳細な形状の図示は省略する代わりに、仮想剛体 M の力学的な質量中心 (重心) CMを図示する。本明細書において、重力は一様であ ると仮定したので、質量中心と重心は一致している。 3つの支持位置 PI, P2, P3を 頂点とした三角形を「基準三角形 DT」と定義する。基準三角形の外接円を「基準円 DC」と定義する。 3つの支持位置 PI, P2, P3を含む平面を「基準面 DP」と定義する 。基準三角形 DTの幾何的な内心 CIすなわち 3つの角の 2等分線の交点であり、三 辺から等距離にある点を二重丸で示す。
[0088] 本発明に従う光学装置は、光学装置の光軸に関して非対称形状の光学素子 (M2 〜M6)と、光学素子を保持する光学素子保持部材 (42、 44)と、光学素子保持部材 を支持する少なくとも 3つの支持部材 (LA, LB, LC)とを備える。
[0089] 光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体 Mの重量が、支持 部材 LA, LB, LCに、すなわち支持位置 PI, P2, P3に略均等に加わるように構成 される。仮想剛体 Mの荷重は、鉛直方向の重力と、仮想剛体 Mの回転モーメントとを 考慮して算出される。仮想剛体 Mの荷重は不静定力学に従う方法により算出される。 支持位置 PI, P2, P3に作用する荷重が互いに等しくなるように、支持位置 PI, P2, P3と、仮想剛体 Mの質量中心 CMの相対位置を定める。仮想剛体 Mの荷重として Z 軸方向における仮想剛体 Mの重量のみを考えた場合は、仮想剛体 Mの質量中心 C Mが基準三角形 DTの重心 (不図示）を通る Z軸に配置されたときに、支持位置 P1, P2, P3に作用する荷重が互いに等しくなり、光学装置の静的安定性が向上する。
[0090] 支持位置 PI, P2, P3に対して仮想剛体 Mの質量中心 CMの位置を所定の位置に 設定するためには、仮想剛体 Mを構成する光学素子保持部材及び光学素子の少な くとも一方の質量中心を変位させる必要がある。質量中心を変位させるための 2つの 方法を説明する。仮想剛体 Mの質量中心 CMの変位は、第 2〜12実施形態でも同 様である。
[0091] 第 1の方法では、仮想剛体 Mを構成する要素、即ち光学素子保持部材及び光学 素子のいずれか一方若しくは双方を移動することで、支持位置 PI, P2, P3に対する 仮想剛体 Mの質量中心 CMの位置を最適化する。例えば第 1実施形態において、光 学保持部材 (インナーリング 42及びミラー保持部材 44)と光学素子 (ミラー M2)をリン ク 110によって相対移動する。
[0092] 移動する要素は、「ミラー M2」のみ、「ミラー M2 +ミラー保持部材 44」、若しくは「ミ ラー M2 +ミラー保持部材 44 +インナーリング 42」の組合せである。ミラー M2のみを 移動させるには、ミラー M2のフランジ部とミラー保持部材 44との間にギャップがある 場合は、ミラー保持部材 44によるミラー M2の保持位置を変更する。ミラー M2のフラ ンジ部とミラー保持部材 44との間にギャップがない場合はミラー M2のフランジ部の 形状を変更する。第 1の方法では、基本的に構成要素の位置のみを変更することで 仮想剛体 Mの質量中心 CMを変位させる。
[0093] 第 2の方法では、仮想剛体 Mを構成する要素の質量中心 CMの位置に応じて、支 持位置 PI, P2, P3の位置を最適化する。この場合、支持位置 PI, P2, P3の間隔 は、等間隔に配置されない。
[0094] 第 3の方法を説明する。投影光学系 POに要求される条件に従って、光学素子の位 置、姿勢、及び形状は厳密に設計される。例えば第 1実施形態のミラー M2の場合で は、本体部 M2aの反射面の位置'姿勢、切り欠き部 M2bの位置、及びインナーリン グ 42の位置などの光学的な条件が決められているため、光学素子及び光学素子保 持部材のいずれの移動も困難である。光学素子及び光学素子保持部材の少なくとも 一方を移動が支持部材であるリンク 110の可動範囲を超えた場合、ァライメント調整 に必要な制御ができない場合もある。このような場合、第 1の方法は採用できない。
[0095] 第 3の方法では、仮想剛体 Mの質量中心 CMの位置を決めるために、光学素子保 持部材及び光学素子少なくとも一方を移動することなぐ光学素子保持部材及び光 学素子の少なくとも一方にバランスウェイトを設けることで仮想剛体 Mの質量中心を 移動させる。
[0096] 例えば、図 6に示すミラー M2の場合、概ね六角形の本体部 M2aの背面 (反射面の 反対面、 +Z側）に突出部 M2cがー体形成されている。突出部 M2cは正の重量を有 するバランスウェイトとして機能する。ノ ランスウェイト M2cは、光学的な及び生産効 率の要求に貢献しない不要な部分である。本来の光学的な要求に対しては、ミラー M2の背面は、強度や歪み等を考慮すれば平坦であることが望ましい。ミラー M2に おいて背面を平坦に形成した場合は、切り欠き部 M2bの存在のため、ミラー M2は 回転対称の形状とはならず、ミラー M2の質量中心は、図 6において光軸 AXに対し て切り欠き部 M2bから離れる方向に外れた位置 M2dにある。これはアンバランスな 状態であり、周囲力もの振動に対して不安定である。アンバランスを解消すベぐ第 1 実施形態では、バランスウェイト M2cがミラー M2の背面において切り欠き部 M2bの 近傍に一体に設けられる。バランスウェイト M2cは、ミラー M2の背面以外の位置に 設けてもよい。例えば、ミラー保持部材 44によって保持されるミラー M2のフランジ部 (不図示）に設けることができる。光路を妨げることがなければ、ミラー M2において反 射面を除くいずれの位置にバランスウェイト M2cを設けることができる。
[0097] また、光学素子保持部材を構成するインナーリング 42にバランスウェイト BWを設け ることで、仮想剛体 M自体を変位することなぐ質量中心 CMのみを変位させることが できる。バランスウェイト BWはインナーリング 42に一体に設けることもできる力 イン ナーリング 42に取り付けられた別の部材であってもよい。
[0098] (第 1の方法、第 2の方法、第 3の方法の効果）
第 1、第 2の方法では、各部材に大きな変更を加えることなしに実施できる。第 3の 方法では、本来の光学設計を変更せずに実施できるとともに、光学素子であるミラー M2にバランスウェイト M2cを一体に設けた場合には、質量が質量中心 M2dに近接 するため、質量中心 M2dを中心とした回転モーメントが小さくなる。また、接着剤など を用いることがないのでパージを妨げるガス発生源となることもない。一方、インナー リング 42にバランスウェイト BWを設ける場合は、加工が容易である。特に別部材で 形成する場合は、質量や位置の調整が容易であり、光学装置の組み付け後におい ても調整が可能となる。さらに、インナーリングはパラレルリンク機構 41のエンドイフェ クタとしての機能を有するため、 Z軸方向の運動の中心となるインナーリングにバラン スウェイト BWを配置することは望ましい。もちろん、光学素子と光学素子保持部材、 ミラー M2とインナーリング 42の両者にバランスウェイト M2b, BWを設けてもよい。光 学素子に別部材を固定するような方法も条件によっては可能である。また、図示は省 略するが光学素子保持部材を構成するミラー保持部材 44にバランスウェイト BWを 設けるようにしてもよい。ノ《ランスウェイト BWは、突起のような「正の質量を有する部 分」及び凹部や切り欠きのような「負の質量を有する部分」を含む。ノ《ランスウェイト B Wを設けることは、元の構成に「正の質量を有する部分」を付加すること、及び、元の 構成を部分的に削除すること、すなわち凹部や切り欠きを形成することを含む。
[0099] 第 1実施形態の光学装置では、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方 は、仮想剛体 Mの質量が 3つの支持部材 LA, LB, LCに均等に加わるように構成さ れる。仮想剛体 Mの質量中心 CMと支持位置 PI, P2, P3との相対位置が調整され るため、光学装置の重量バランスは向上し、特定の支持部材に荷重が偏って作用す るのが防止され、仮想剛体 Mの回転モーメントが小さくなり、光学装置の静的安定性 及び動的安定性が向上する。支持部材 LA, LB, LC (リンク 110)は、動的なァクチ ユエータであるが、静的な支持部材であってもよ 、。
[0100] 図 9を参照して、第 2実施形態の光学装置を説明する。第 2実施形態の光学装置で は、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体 Mの質量中心 C Mが、光学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材 LA, LB, LCの支持 位置 PI, P2, P3を頂点として形成される基準三角形 DTの内心 CIから所定距離 d内 になるように構成される。
[0101] 「基準三角形 DTの内心 CI」を基準としたのは、内心 CIが基準三角形 DTの移動中 に、運動量が最も小さいからである。これを説明する。 3つの支持部材 LA, LB, LC が駆動されて、支持位置 PI, P2, P3が変位することで、光学素子は 6自由度で変位 される。 6自由度は X、 Y、 Ζ軸方向の変位、及び X、 Υ、 Ζ軸周りの回転である。 6自由 度のうち、ァライメント調整の必要性が最も高い、 Ζ軸方向の変位と X軸及び Υ軸周り の回転を考える。
[0102] Ζ軸方向の変位は直線運動なので、仮想剛体 Μの重量が支持位置 PI, Ρ2, Ρ3に 均等に力かっていることが望ましい。この場合は、基準三角形 DTの鉛直方向に仮想 剛体 Μの質量中心 CMがあることが望まれる。基準三角形 DTの内心 CIの鉛直方向 に仮想剛体 Mの質量中心 CMがあることが理想的である。
[0103] 次に光学素子の傾動、即ち回転 θ χ、 Θ yを考える。この場合、支持部材 LA, LB, LCが支持位置 PI, P2, P3のそれぞれを Z軸方向に変位させることにより仮想剛体 M、即ち光学素子を傾ける。支持部材 LA, LB, LCのいずれかを Z方向に変位する と、支持位置 PI, P2, P3のうちの 1つが他の 2つ支持位置を結ぶ直線の周りで移動 し、光学素子は傾動する。
[0104] 投影光学系の光軸 AXから大きく離れた位置にある光学素子の場合、例えば、ミラ 一 M3やミラー M4 (図 3参照）の場合、その光学素子の光軸 (光学系の光軸 AX)上 に回転軸があれば、光学素子の傾動を制御するための計算はシンプルである力 光 学素子が光軸 AXから離れているため、光学素子を傾動するには大きな変位が必要 となる。圧電素子を用いたァクチユエータを備えた伸縮型のパラレルメカニズムでは、 各ァクチユエータのストローク力 S小さ 、ことから、 1あるいは 2つのァクチユエ一タが伸 長するとともに残りのァクチユエータが収縮することが光学素子を大きく傾けるために 必要である。従って、 3つの支持位置 PI, P2, P3から構成される基準三角形 DT内 に光学素子の回転運動の回転軸があれば、光学素子を効率的に回転させることが できる。
[0105] 一方、仮想剛体 Mの X軸方向の変位、 Y軸方向の変位、又は Z軸回りの回転は、即 ち支持位置 PI, P2, P3の XY面内の変位は、水平な動きであるため、仮想剛体 Mの 質量中心 CMが基準三角形 DTを含む平面に配置されることが望ましい。
[0106] 以上のことから、支持位置 PI, P2, P3の Z軸方向の変位による光学素子の傾動の 回転軸は、基準三角形 DTの辺または内部にあることが多いと考えられる。従って、 基準三角形 DTの各辺から等距離にある内心 CIに、仮想剛体 Mの質量中心 CMを 近接させることが制御上最も適当である。
[0107] 質量中心 CMと内心 CIとの距離 dは、仮想剛体 Mの回転モーメント、支持部材の剛 性、許容される振動等などによって決定された所定値より小さい。質量中心 CMと内 心 CIとの距離 dを所定値より小さくするために、光学素子や光学素子保持部材を移 動させる第 1の方法、及びバランスウェイトにより質量中心 CMを移動させる第 2の方 法を用いることができる。
[0108] 第 2実施形態の光学装置では、仮想剛体 Mの運動の中心が仮想剛体 Mの質量中 心 CMに近づくため、光学素子の調整に伴う仮想剛体 Mの回転モーメントが小さくな り光学装置の動的安定性が向上する。
[0109] 図 10を参照して第 3実施形態の光学装置を説明する。第 3実施形態の光学装置で は、仮想剛体 Mを構成する光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮 想剛体 Mの質量中心 CM力 支持部材 LA, LB, LCの支持位置 PI, P2, P3を頂 点として形成される基準三角形 DTの内心 CIと一致する（距離 d = 0)ように構成され る。
[0110] 第 3実施形態の光学装置では、回転運動の中心点として最も好ましい質量中心 C M力 実際の運動の中心となる基準三角形 DTの内心 CIと一致するため、動的安定 性が最も向上し、また外部からの振動によっても無用な回転モーメントを生じに《静 的安定性にも優れる。第 3実施形態は最も望ま ヽ形態である。
[0111] 図 11〜図 15を参照して第 4〜第 8実施形態の光学装置を説明する。第 4〜第 8実 施形態では、仮想剛体 Mの質量中心 CMと、質量中心 CMから基準面 DPに下ろし た垂線との交点 PIと、支持部材による LA, LB, LCにより支持される支持位置 PI, P 2, P3 (基準三角形 DT)との位置関係が異なる。
[0112] 図 11に示すように、第 4実施形態の光学装置では、交点 PIが基準三角形 DTの内 心 CIと一致する。この構成によれば、支持位置 PI, P2, P3にかかる重量力 ¾軸方向 において同一方向となり、支持位置 PI, P2, P3にかかる荷重が略均一となるため、 静的安定性及び動的安定性が向上する。
[0113] 図 12を参照して、第 5実施形態の光学装置を説明する。第 5実施形態の光学装置 では、交点 PIと基準三角形 DTの内心 CIとの距離 eが所定距離 rより小さい。
[0114] 交点 PIが必ずしも基準三角形 DT内にはないため、各支持位置 PI, P2, P3に垂 直にかかる重量が、上下方向（第 1実施形態の Z軸方向）において必ずしも同一方向 ではないが、交点 PIが内心 CIに近いため Z軸周りの回転 Θ zの慣性モーメントは低 減される。また、支持位置 PI, P2, P3に垂直に力かる重量に差が生じにくぐ X軸及 ひ Ύ軸周りの回転 θ χ、 Θ yの慣性モーメントは低減される。よって光学装置の静的安 定性及び動的安定性が向上する。
[0115] 図 13を参照して、第 6実施形態の光学装置を説明する。第 6実施形態の光学装置 では、交点 PIが基準面 DP内に配置される。交点 PIは基準三角形 DTの内側であつ ても外側であってもよい。
[0116] この構成によれば、仮想剛体 Mが X軸及び Y軸方向に変位したときに、 X軸及び Y 軸周りの回転 θ χ、 Θ yのモーメントが生じず、光学装置の静的安定性及び動的安定 性が向上する。
[0117] 図 14を参照して、第 7実施形態の光学装置を説明する。第 7実施形態の光学装置 では、仮想剛体 Mの質量中心 CM力 支持部材 LA, LB, LCの支持位置 PI, P2, P3を頂点として形成される基準三角形 DTの基準面 DPの上方に位置するように構 成される。つまり交点 PIが基準三角形 DTの内部に位置する。かつ、交点 PIと内心 C Iとの間の距離 eが所定距離より小さく設定される。
[0118] この構成では、交点 PIが基準三角形 DTの内部に位置するため、支持位置 PI, P2 , P3に対して仮想剛体 Mの質量は、上方（レチクル Rに近い方向）若しくは下方（ゥェ ハ Wに近い方向）のいずれかに揃うため、静的安定性及び動的安定性が向上する。 また、交点 PIと内心 CIとの間の距離 eが所定距離より小さく設定されるため、特に、 Θ zにつ 、ては慣性モーメントが小さくなり安定性が高!、。
[0119] 図 15を参照して第 8実施形態の光学装置を説明する。図 15に示す第 8実施形態 の光学装置では、仮想剛体 Mの質量中心 CM力 基準面 DPに下ろした垂線の交点 PIからの質量中心 CMの高さ h、即ち、基準面 DPと質量中心 CMとの距離力 所定 値より小さい。この構成では、運動の中心を含む基準面 DPと質量中心 CMとの距離 が近接し、静的安定性及び動的安定性が向上する。特に高さ hが小さいほど X軸及 ひ Ύ軸方向の変位に対する安定性が向上する。
[0120] 図 16を参照して、第 9実施形態の光学装置を説明する。図 16に示すように、第 9実 施形態の光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体 Mの慣性 主軸 PA , PA , PAの少なくとも 1つ力 少なくとも 3つの支持部材 LA, LB, LCの
1 2 3
支持位置 PI, P2, P3を含む基準面 DPと平行に延びるように構成される。
[0121] 「慣性主軸」は、慣性楕円体の主軸である。均質な物体は相互に直交する三つの 慣性主軸を有する。「慣性楕円体」は、剛体や質点系の慣性テンソルの形を表す二 次曲面である。慣性モーメントを 1 ,1 ,1とし、慣性乗積を I ,1 ,1 としたとき、慣性楕円
X y z xy yz zx
体は I x2+I y2+I z2-2I xy- 21 yz- 21 zx=lで表される。
x y z xy yz zx
[0122] 質量中心 CM (重心)を座標系の原点 Oと一致させると、慣性乗積は、剛体におい て微小質量 dmとしたとき、 I = J xydm, I = J yzdm, I = J zxdmと表せる。座標軸を慣 性主軸と一致させたとき (重心慣性主軸)、即ち中心楕円体を採用した場合は慣性主 軸における慣性乗積は消失する。
[0123] この剛体では、慣性主軸回りの回転運動は慣性乗積はゼロとなり、回し初めに加え たモーメントとは異なる方向の回転運動が生じないため、回転は安定する。即ち、動 的安定性が向上する。逆に、回転運動の回転軸が慣性主軸と一致しない場合は慣 性乗積がゼロでないため、回し初めに加えたモーメントとは異なる方向の回転運動が 生じ、回転運動が不安定となる。即ち、動的安定性が損なわれる。
[0124] 以上説明したように、仮想剛体 Mの慣性主軸 PA , PA , PAの少なくとも 1つが、
1 2 3
例えば、慣性主軸 PAが基準面 DPと平行に位置されるので、仮想剛体 Mは回転機 械の静不釣合い (JIS B 0123)と類似した状態であり、少なくとも慣性主軸 PAと平行 な仮想剛体 Mの動きは、 1方向のみの不釣合いとなり、比較的安定する。
[0125] 図 17を参照して第 10実施形態の光学装置を説明する。第 10実施形態の光学装 置では、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体 Mの慣性 主軸 PA , PA , PAの少なくとも一つ、例えば慣性主軸 PA力 基準面 DP上に位
1 2 3 1
置するように構成される。この構成では、仮想剛体 Mの運動が少なくとも慣性主軸 P Aを軸とする回転運動である場合には、仮想剛体 Mの動きは極めて安定し、優れた 動的安定性を示す。仮想剛体 Mの運動が他の慣性主軸 PA , PAを軸とする回転
2 3
運動である場合にも同様である。光学装置の場合、仮想剛体 Mは、 XY平面に近い 回転軸の周りで回転されることが多いと考えられる。他の慣性主軸 PA , PA
2 3のいず れか一つと、基準面 DPとの間の角度は小さいことが望ましい。
[0126] 3本の慣性主軸 PA , PA , PAのうち 2本が基準面 DP上に配置されることがさら
1 2 3
に望ましい。この構成によれば、光学装置の動的安定性はさらに向上する。
[0127] 図 18を参照して第 11実施形態の光学装置を説明する。第 11実施形態の光学装 置では、光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体 Mの 慣性主軸 PA , PA , PAの少なくとも一つ、例えば慣性主軸 PA 1S 支持位置 PI,
1 2 3 1
P2, P3を頂点として形成される基準三角形 DT内で基準三角形 DTと交差するように 構成される。
[0128] 仮想剛体 Mの運動の中心となる可能性の高い基準三角形 DTの内部を慣性主軸 P 八ェが通過するため、慣性主軸！^八ェの周りの回転運動は極めて安定し、光学装置は 優れた動的安定性を示す。慣性主軸 PAに加えて慣性主軸 PA , PAのいずれか
1 2 3
が基準三角形 DTの内部を通過する場合は、光学装置の回転はさらに安定する。
[0129] 図 19を参照して、第 12実施形態の光学装置を説明する。第 12実施形態の光学装 置では、慣性主軸 PA , PA , PAのすべてが基準三角形 DT内で基準三角形 DTと
1 2 3
交差する。
[0130] この構成によれば、仮想剛体 Mの運動の中心となる可能性の高い基準三角形 DT の内部をすベての慣性主軸 PA , PA , PAが通過するため、第 11実施形態と比較
1 2 3
して、さらに優れた動的安定性を有する光学装置が得られる。
[0131] 第 1乃至第 12実施形態の光学装置は、鏡筒ユニット 152a〜152eに適用できる。
第 1から 12実施形態の光学装置を備えた鏡筒 52によれば、静的安定性及び動的安 定性の良好な投影光学系 POが得られる。
[0132] 本実施の形態のパラレルリンク機構 41は、インナーリング 42を変位させることによつ て、ミラー保持部材 44A, 44B, 44Cによって保持されたミラーを駆動していた力 こ の構成に限定されるものではない。例えば、インナーリング 42を省略し、ノラレルリン ク機構 41の駆動機構 46 A, 46B, 46Cがミラー保持部材 44A, 44B, 44Cをそれぞ れ支持して、ミラーを駆動してもよい。
[0133] 本発明の光学装置を備えた投影光学系 POをデバイスの製造のリソグラフイエ程に 使用すれば、極めて波長の短い EUV光を反射投影光学系で反射するので、色収差 の影響を受けることなくレチクル Rの微細パターンをウェハ W上の各ショット領域に高 精度に転写することができる。具体的には、最小線幅 70nm程度の微細パターンの 高精度な転写が可能である。
[0134] 本発明は、露光光として EUV光を用い、 6枚の反射光学素子 (ミラー M1〜M6)か らなる反射投影光学系に限定されない。例えば、光学素子の数は 6枚以外でもよい。 露光光は、 Arレーザ（波長 126nm)のような波長が 100〜160nmの VUV光であつ
2
てもよい。
[0135] レンズと反射光学素子とを含む反射屈折投影光学系にも、本発明は好適に適用す ることができる。本発明は、非回転対称形状の光学素子の保持において顕著な効果 を示すが、回転対称形状の光学素子の保持において、本発明の力学的条件を考慮 することにより、光学装置の性能が向上する。従って、本発明は、反射投影光学系に おいて最も顕著な効果を示すが、反射屈折投影光学系、及び回転対称形状のレン ズが同軸に構成された屈折投影光学系においても適用でき、また、十分な効果を発 揮する。
[0136] 各実施形態では、高精度な光学装置の一例として、露光光として波長 l lnmの EU V光を用 、る投影露光装置について説明した。光学装置は露光光として波長 13nm の EUV光を用いる投影露光装置であっても良い。この場合には、波長 13nmの EU V光に対して約 70%の反射率を確保するため、各ミラーはモリブデン Moとケィ素 Si を交互に積層した多層反射膜を備える必要がある。
[0137] 露光光源はレーザ励起プラズマ光源に限られず、 SOR、ベータトロン光源、デイス チャージド光源、 X線レーザなどを使用することができる。
[0138] 各実施形態では、露光装置を構成する投影光学系に含まれる光学装置を説明し たが、本発明は照明光学系に含まれる光学装置であってもよい。本発明の光学装置 は、鏡筒内に光学素子を有する、露光装置以外の装置に採用することができ、各実 施形態と同様の効果を得ることが可能である。
[0139] 本発明は、鏡筒を持たない、例えば、単ミラーの光学素子を保持する光学装置に ぉ ヽても顕著な効果をもって実施することができる。
[0140] 第 1実施形態のパラレルリンク機構は、伸縮式ァクチユエータがジョイント間にあるス チュワートプラットホーム型である。エンドェフエクタを構成するインナーリング 42側の 2本一組のリンク 110を接続するボールジョイント 112が近接し、ベースを構成するァ ウタ一リング 48側のボールジョイント 111が広く離間している。逆に、インナーリング 4 2側が広く離間し、アウターリング 48側が近接してもよい。この場合は、仮想剛体 Mを 構成するインナーリング 42側のボールジョイント 112が、 6ケ所に分散した配置になる 力 2本一組のパラレルリンクが離間していても、この 2本一組のパラレルリンクが本発 明の 1つの支持部材に相当し、 2つのボールジョイント 112の中間点を支持位置 P1 , P2, P3として、基準三角形 DTを定義する。
[0141] インナーリング 42が、 6ケ所の支持位置で支持部材であるリンク 110により支持され る場合は、 2本一組のリンク 110のうち 、ずれか一方のリンク 110を選択して基準三 角形 DTを定義してもよい。
[0142] 伸縮型のパラレルリンク機構に代えて、固定された直動ァクチユエータを使い、ベ ース側ジョイントが固定された直線上を動く直動型のリンク機構や、固定された回転 式ァクチユエータを使い、ベース側ジョイントが回転運動をする回転型 (屈曲型）のリ ンク機構を使用することができる。
[0143] ノラレルリンク機構 41以外の構成で光学素子を移動可能に支持してもよい。光学 素子の運動は 6自由度以外の自由度であってもよい。少なくとも 3つの支持部材で光 学素子と光学素子保持部材とを、 1以上の自由度で一体的に移動可能に支持する 機構であれば本発明は適用できる。
[0144] 図 20は、ミラー M3を支持する光学装置の模式図である。各実施形態では、支持 部材 LA, LB, LCの支持位置 PI, P2, P3は、円環状のインナーリング 42において 略 120° の等角間隔に配置される。図 20の例では光学素子 (ミラー M3)は鏡筒 52 内の周辺に配置され、光路を避けるため、インナーリング 142やアウターリング 148も 変則的な形状である。ミラー M3を保持するミラー保持部材 144A〜144Cも等角間 隔には配置されない。このような構成であっても、第 11〜12実施形態で説明した方 法は適用できる。
[0145] 仮想剛体 Mの質量中心 CMとの関係を内心 CIに限らず、光軸 AXと基準面 DPとの 交点や、基準三角形 DTの外心、重心を基準に設定することもできる。例えば、図 20 に示すように、光軸 AXと光学素子が離れた配置である場合には、制御上の計算は 光軸 AXとの交点を基準に計算した方が単純ィ匕するが、実際の動作にはァクチユエ ータに大きなストロークが要求される。ストロークが十分にある場合には、光軸 AXとの 交点を基準にすることも可能であるが、この構成の場合、ピエゾ素子などでは特にァ クチユエータのストロークが小さいため、基準は内心 CIであることが合理的である。ま た、静的安定性を重視するには、基準三角形 DTの重心を基準に仮想剛体 Mの質 量中心 CMとの関係を設定することもできる。いずれの構成を採用するかは、その光 学素子に求められる条件による。
[0146] 以上説明したように、本発明では、ミラー保持機構 92のような光学装置がパラレルリ ンク機構 41を備えるので、光学素子であるミラー M1〜M6の静的安定性のみならず 動的安定性が向上する。本発明の光学装置を備えた鏡筒 52を含む露光装置 10を 用いれば、振動に由来する精度低下が小さぐ精度が高ぐ歩留りよく半導体デバイ スを生産することができる。

Claims

請求の範囲
[1] 光軸を有する光学装置であって、
前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、
前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、
前記光学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材とを備え、 前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保 持部材と前記光学素子との合計重量が、前記少なくとも 3つの支持部材に略均等に カロわるように構成されることを特徴とする光学装置。
[2] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量 中心は、前記少なくとも 3つの支持位置のうちの 3つの支持位置によって形成される 三角形の内心から所定距離内にあることを特徴とする請求項 1に記載の光学装置。
[3] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量 中心は、前記少なくとも 3つの支持位置のうちの 3つの支持位置によって形成される 三角形の内心と一致することを特徴とする請求項 1に記載の光学装置。
[4] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少 なくとも一方は、前記 3つの支持位置を含む基準面と、当該基準面に対する、前記光 学素子保持部材及び前記光学素子を含む光学ユニットの質量中心と、当該質量中 心を通る前記基準面の垂線と前記基準面との交点とが、前記 3つの支持位置によつ て形成される三角形に対して所定の位置関係になるように構成されることを特徴とす る請求項 1に記載の光学装置。
[5] 前記交点は、前記三角形の内心と一致することを特徴とする請求項 4に記載の光学 装置。
[6] 前記交点は、前記三角形の内心から所定距離内にあることを特徴とする請求項 4に 記載の光学装置。
[7] 前記交点が、前記三角形の内部に位置することを特徴とする請求項 4に記載の光学 装置。
[8] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少 なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心が、前記少な くとも 3つの支持位置のうちの 3つの支持位置によって形成される三角形を含む基準 面上に位置するように構成されることを特徴とする請求項 1に記載の光学装置。
[9] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少 なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣 性主軸のうちの少なくとも 1つの慣性主軸が、前記少なくとも 3つの支持位置を含む 基準面と平行に位置されるように構成されることを特徴とする請求項 1に記載の光学 装置。
[10] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少 なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣 性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸が、前記少なくとも 3つの支持位置を含む 基準面上に位置するように構成されることを特徴とする請求項 1に記載の光学装置。
[11] 前記少なくとも 3つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも 3つの支持位 置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少 なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣 性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸力 前記少なくとも 3つの支持位置のうち の 3つの支持位置によって形成される三角形と交差するように構成されることを特徴と する請求項 1に記載の光学装置。
[12] 前記慣性主軸のすべてが前記三角形と交差することを特徴とする請求項 11に記載 の光学装置。
[13] 前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方はバランスウェイトを含 むことを特徴とする請求項 1〜12の何れか一項に記載の光学装置。
[14] 前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一 方に一体に形成されたことを特徴とする請求項 13に記載の光学装置。
[15] 光軸を有する光学装置であって、
前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、
前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、
前記光学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材と、
前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つに設けられるバランス ウェイトと
を備える光学装置。
[16] 前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記少 なくとも 3つの支持部材に略均等に分配されて作用するように、前記光学素子保持部 材及び前記光学素子の少なくとも一つの重量バランスを調整することを特徴とする請 求項 15に記載の光学装置。
[17] 前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持 部材に保持された前記光学素子の重量が、前記少なくとも 3つの支持部材のそれぞ れに略均等に加わるように構成されることを特徴とする請求項 15に記載の光学装置
[18] 前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一 つに一体に形成された突出部である請求項 16に記載の光学装置。
[19] 前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一 部に設けられた切り欠きである請求項 16に記載の光学装置。
[20] 光軸を有する光学装置であって、
前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、
前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、
前記光学素子保持部材を支持する少なくとも 3つの支持部材とを備え、 前記 3つの支持部材は、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記 少なくとも 3つの支持部材に略均等に分配されるように、前記 3つの支持部材の間隔 が不均一に配置されることを特徴とする光学装置。
[21] 請求項 1〜20の何れか一項に記載の光学装置を備えることを特徴とする鏡筒。
[22] マスク上に形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に露光する露光装 置において、前記投影光学系は、請求項 21に記載の鏡筒を備えることを特徴とする 露光装置。
[23] リソグラフイエ程を含むデバイスの製造方法にぉ 、て、前記リソグラフイエ程で請求項 22に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイスの製造方法。
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