(57)【要約】光学素子の面精度を悪化させることなく、光学素子を保持する投影光学系２５は、上部鏡筒３２、横鏡筒３３、下部鏡筒３４、連結体５４及びフランジ５５を含む。上部鏡筒３２、横鏡筒３３及び下部鏡筒３４は互いに接触することなく連結体５４に連結される。連結体５４はフランジ５５に支持され、フランジ５５は下部架台１４に支持される。
2004021419.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台に支持され、マスク上に形成されたパターンの像を所定面上に投影する投影光学系において、
第１光軸上に配置される少なくとも一つの第１光学素子を保持する第１の保持部材と、
前記第１光軸と交差する第２光軸上に配置される少なくとも一つの第２光学素子を保持する第２の保持部材と、
前記第１の保持部材と連結される第１の連結部及び前記第２の保持部材と連結される第２の連結部を有する連結部材と、
前記連結部材を前記架台に取り付けるための取付部材とを備えることを特徴とする投影光学系。
【請求項２】
前記第１の連結部と連結された前記第１の保持部材は、前記第２の連結部と連結された前記第２の保持部材と接触しないことを特徴とする請求項１に記載の投影光学系。
【請求項３】
前記第１の連結部は前記第１の保持部材の一端部に連結され、前記第２の連結部は前記第２の保持部材の一端部に連結され、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材が前記連結部材と連結された状態において、前記第１の保持部材が保持する前記第１光学素子の光軸と前記第２の保持部材が保持する前記第２光学素子の光軸とが互いに異なる方向を向いていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の投影光学系。
【請求項４】
前記取付部材は前記連結部材と一体に設けられることを特徴とする請求項１〜請求項３のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項５】
前記第１の保持部材に対して前記連結部材を挟んで設けられ、前記第１光軸上、または前記第１光軸と平行な軸上、または、または前記第１光軸と交差する軸上に配置される少なくとも一つの第３光学素子を保持する第３の保持部材をさらに備え、前記連結部材は、前記第３の保持部材と連結される第３の連結部を有することを特徴とする請求項１〜請求項４のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項６】
前記第１保持部材と前記第２保持部材と前記第３保持部材とが互いに接触することなく、前記第３の保持部材は前記第３の連結部と連結されることを特徴とする請求項５に記載の投影光学系。
【請求項７】
前記取付部材は前記第３の保持部材に設けられ、前記連結部材は前記第３の保持部材に支持されることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の投影光学系。
【請求項８】
前記第１の保持部材は、前記少なくとも一つの第１光学素子を保持する少なくとも一つの保持枠を含み、前記第２の保持部材は、前記少なくとも一つの第２光学素子と凹面反射鏡を保持する少なくとも一つの保持枠を含むことを特徴とする請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項９】
前記少なくとも一つの第１光学素子は第１結像光学系を構成し、前記少なくとも一つの第２光学素子及び前記凹面反射鏡は第２結像光学系を構成することを特徴とする請求項８に記載の投影光学系。
【請求項１０】
前記第１の保持部材の保持枠と前記第２の保持部材の保持枠は互いに同じ材料からなることを特徴とする請求項８に記載の投影光学系。
【請求項１１】
前記少なくとも一つの第１光学素子を含む複数の光学素子を有し、前記パターンの第１中間像を形成する第１結像光学系と、
前記第１中間像の形成位置の近傍に配置されて、前記第１中間像へ向かう光束または前記第１中間像からの光束を偏向する第１光路折り曲げ鏡と、
前記少なくとも一つの第２光学素子と凹面反射鏡とを含み、前記第１中間像からの光束を用いて、第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成する第２結像光学系と、
前記第２中間像の形成位置の近傍に配置され、前記第２中間像へ向かう光束または前記第２中間像からの光束を偏向する第２光路折り曲げ鏡と、前記少なくとも一つの第３光学素子を含む複数の光学素子を有し、前記第２中間像からの光束を用いて、前記パターンの縮小像を基板上に結像する第３結像光学系とを有することを特徴とする請求項１〜請求項７のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項１２】
前記第１の保持部材は、前記少なくとも１つの第１光学素子を含む複数の光学素子を保持する複数の保持枠を含み、前記第２の保持部材は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記少なくとも一つの第２光学素子と前記凹面反射鏡と前記第２光路折り曲げ鏡とを保持する複数の保持枠を含み、前記第３の保持部材は、前記少なくとも一つの第３光学素子を含む複数の光学素子を保持する複数の保持枠を含むことを特徴とする請求項１１に記載の投影光学系。
【請求項１３】
前記複数の保持枠は同じ材料からなることを特徴とする請求項１２に記載の投影光学系。
【請求項１４】
前記連結部材は、前記第１、第２及び第３の保持部材のうち、少なくとも一つに保持されて当該連結部材内に収容された少なくとも１つの光学素子を交換するための光学素子交換機構を有することを特徴とする請求項１〜請求項１２のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項１５】
前記第２光学素子は、前記第１光学素子の少なくとも一部により形成される第１中間像からの光束またはその第１中間像に向かう光束を偏向する第１光路折り曲げ鏡と、前記第２光学素子により前記第１中間像に基づいて形成される第２中間像からの光束またはその第２中間像に向かう光束を偏向する第２光路折り曲げ鏡とを有する反射光学素子を含み、前記光学素子交換機構は当該反射光学素子を交換するためのものであることを特徴とする請求項１４に記載の投影光学系。
【請求項１６】
前記連結部材がセラミックス材料からなることを特徴とする請求項１〜請求項１５のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項１７】
前記第１、第２及び第３の保持部材と前記架台の内の少なくとも一つは、前記連結部材を構成する材料の線膨張係数とは異なる線膨張係数を有する材料で形成され、両材料の線膨張係数の差は所定値より大きいことと、前記第１、第２及び第３の保持部材と前記架台の内の少なくとも一つと前記連結部材とはフレクシャ機構を介して連結されていることを特徴とする請求項１〜請求項１６のうちいずれか一項に記載の投影光学系。
【請求項１８】
マスク上に形成されたパターンの像を基板上に露光する露光装置において、請求項１〜請求項１７のうちいずれか一項に記載の投影光学系を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の露光装置を用いて露光を行うリソグラフィ工程を備えることを特徴とするデバイスの製造方法。
【請求項２０】
マスク上に形成されたパターンの像を基板上に露光する露光装置において、
架台と、
前記架台に支持される反射屈折型投影光学系とを備え、当該投影光学系が、
第１光軸上に配置された少なくとも一つの第１光学素子を保持する第１の保持部材と、
第２光軸上に配置された少なくとも一つの第２光学素子を保持する第２の保持部材と、
前記第１光軸と前記第２光軸が交差し、かつ、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とが互いに離間するように前記第１の保持部材と前記第２の保持部材とを連結する連結部材と、
当該投影光学系を前記架台に支持させるためのフランジとを含むことを特徴とする露光装置。
【請求項２１】
前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材は、互いに独立して前記連結部材に取り付け可能に形成されている請求項２０に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記連結部材内に収容され、前記第１光軸に沿って前記投影光学系に入射された光の向きを前記第２光軸の方向に変更する反射光学素子を更に備える請求項２０に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記反射光学素子は、前記連結部材に対して取り外し可能に取り付けられたアタッチメントを有する請求項２２に記載の露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、例えば半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド等のデバイス、あるいはレチクル、フォトマスク等のマスクの製造プロセスにおけるリソグラフィ工程で使用される露光装置、及びその露光装置に設けられる投影光学系に関する。
【背景技術】  従来の投影光学系は、マスク上に形成された所定のパターンの像を基板上に精度よく投影するために、光軸方向に配列される多数のレンズで構成される屈折型の投影光学系が主流である。なお、屈折型の光学系とは、パワーを有する反射鏡（凹面反射鏡または凸面反射鏡）を含むことなく、レンズのような透過光学部材だけを含む光学系である。それらのレンズは、鏡筒の内部に保持されている。鏡筒はその外面にフランジ部が形成されている。従って、従来の投影光学系は鏡筒のフランジ部を介して露光装置本体の架台に支持される。
ところで、半導体素子等の集積度が向上するにつれて、露光装置の投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっている。その結果、投影光学系の解像力の要求を満足させるために、照明光（露光光）の波長を短くするとともに投影光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする必要がある。
しかしながら、照明光の波長が短くなると光の吸収が顕著となる。そのため、実用可能な硝材（光学材料）の種類は限定される。特に、照明光の波長が１８０ｎｍ以下の場合、実用可能な硝材は蛍石だけに限定される。その結果、屈折型の投影光学系では、色収差の補正が困難となる。上述のように、単一の硝材からなる屈折型の投影光学系では許容できる色収差に限界があり、照明光を発するレーザ光源の極狭帯化が必須となる。しかし、レーザ光源の極狭帯化を行うと、レーザ光源のコストの増大及び出力の低下が避けられない。
そこで、色収差を生じない反射光学素子を有する反射屈折型の投影光学系が提案されている。反射屈折型の光学系は、反射光学素子として、マスク上の回路パターンを通過した露光光を偏向させる光路折り曲げミラーと、その光路折り曲げミラーで偏向された露光光を反射する凹面反射鏡とを備える。
従来の反射屈折型の投影光学系においては、鏡筒は、少なくとも、光軸が鉛直方向に延びる第１の部分鏡筒（縦鏡筒）と、光軸が水平に延びる第２の部分鏡筒（横鏡筒）とを有する。横鏡筒を、単純に縦鏡筒の一側面に取り付けると、横鏡筒の重量に基づく偏荷重が縦鏡筒に作用するおそれがある。偏荷重は縦鏡筒を歪ませてしまう。縦鏡筒が歪むと、縦鏡筒に収容された光学素子の面精度を悪化させることになり、投影光学系に予測不能な収差が発生するおそれがある。この予測不能な収差の発生は、露光精度の悪化を招くことなる。
横鏡筒を露光装置本体の架台上に支持する、あるいは横鏡筒を支持する支持装置を別途設ける等して、縦鏡筒に対する横鏡筒の重量の影響を軽減することが考えられる。しかしながら、この方法では、縦鏡筒に対する横鏡筒の位置決め作業が必要となるとともに、露光装置の大型化を招くという新たな問題が生じる。
【発明の開示】
本発明は従来技術の問題点に着目してなされたものであり、その目的は光学素子の面精度を悪化させることなく、その光学素子を保持することが可能な投影光学系を提供することにある。また、本発明の目的は露光精度を向上可能な露光装置を提供することにある。本発明の更なる目的は、露光精度の向上可能なデバイスの製造方法を提供することにある。
本発明の一態様によれば、架台に支持され、マスク上に形成されたパターンの像を所定面上に投影する投影光学系が提供される。第１の保持部材は第１光軸上に配置される少なくとも一つの第１光学素子を保持する。第２の保持部材は前記第１光軸と交差する第２光軸上に配置される少なくとも一つの第２光学素子を保持する。連結部材は前記第１の保持部材と連結される第１の連結部及び前記第２の保持部材と連結される第２の連結部を有する。投影光学系は前記連結部材を前記架台に取り付けるための取付部材を含む。
前記第１の連結部と連結された前記第１の保持部材は、前記第２の連結部と連結された前記第２の保持部材と接触しないことが好ましい。
前記第１の連結部は前記第１の保持部材の一端部に連結され、前記第２の連結部は前記第２の保持部材の一端部に連結され、前記第１の保持部材と前記第２の保持部材が前記連結部材と連結された状態において、前記第１の保持部材が保持する前記第１の光学素子の光軸と前記第２の保持部材が保持する前記第２の光学素子の光軸とが互いに異なる方向を向いていることが好ましい。
一実施形態では、前記取付部材は前記連結部材と一体に設けられる。
一実施形態の投影光学系は、前記第１の保持部材に対して前記連結部材を挟んで設けられ、前記第１光軸上、または前記第１光軸と平行な軸上、または前記第１光軸と交差する軸上に配置される少なくとも一つの第３光学素子を保持する第３の保持部材をさらに備え、前記連結部材は、前記第３の保持部材と連結される第３の連結部を有する。
前記第１保持部材と前記第２保持部材と前記第３保持部材とが互いに接触することなく、前記第３の保持部材は前記第３の連結部と連結されることが好ましい。
一実施形態では、前記取付部材は前記第３の保持部材に設けられ、前記連結部材は前記第３の保持部材に支持される。
一実施形態では、前記第１の保持部材は前記少なくとも一つの第１光学素子を保持する少なくとも一つの保持枠を含み、前記第２の保持部材は前記少なくとも一つの第２光学素子と凹面反射鏡を保持する少なくとも一つの保持枠を含む。
一実施形態では、前記少なくとも一つの第１光学素子は第１結像光学系を構成し、前記少なくとも一つの第２光学素子及び前記凹面反射鏡は第２結像光学系を構成する。
前記第１の保持部材の保持枠と前記第２の保持部材の保持枠は互いに同じ材料からなることが好ましい。
一実施形態の投影光学系は、前記少なくとも一つの第１光学素子を含む複数の光学素子を有し、前記パターンの第１中間像を形成する第１結像光学系と、前記第１中間像の形成位置の近傍に配置されて、前記第１中間像へ向かう光束または前記第１中間像からの光束を偏向する第１光路折り曲げ鏡と、前記少なくとも一つの第２光学素子と凹面反射鏡とを含み、前記第１中間像からの光束を用いて、第２中間像を前記第１中間像の形成位置の近傍に形成する第２結像光学系と、前記第２中間像の形成位置の近傍に配置され、前記第２中間像へ向かう光束または前記第２中間像からの光束を偏向する第２光路折り曲げ鏡と、前記少なくとも一つの第３光学素子を含む複数の光学素子を有し、前記第２中間像からの光束を用いて、前記パターンの縮小像を基板上に結像する第３結像光学系とを有する。
一実施形態では、前記第１の保持部材は、前記少なくとも１つの第１光学素子を含む複数の光学素子を保持する複数の保持枠を含み、前記第２の保持部材は、前記第１光路折り曲げ鏡と前記少なくとも一つの第２光学素子と前記凹面反射鏡と前記第２光路折り曲げ鏡とを保持する複数の保持枠を含み、前記第３の保持部材は、前記少なくとも一つの第３光学素子を含む複数の光学素子を保持する複数の保持枠を含む。
前記連結部材は、前記第１、第２及び第３の保持部材のうち、少なくとも一つに保持されて当該連結部材内に収容された少なくとも１つの光学素子を交換するための光学素子交換機構を有することが好ましい。
一実施形態では、前記第２光学素子は、前記第１光学素子の少なくとも一部により形成される第１中間像からの光束またはその第１中間像に向かう光束を偏向する第１光路折り曲げ鏡と、前記第２光学素子により前記第１中間像に基づいて形成される第２中間像からの光束またはその第２中間像に向かう光束を偏向する第２光路折り曲げ鏡とを有する反射光学素子を含み、前記光学素子交換機構は当該反射光学素子を交換するためのものである。
前記連結部材がセラミックス材料からなることが好ましい。
前記第１、第２及び第３の保持部材と前記架台の内の少なくとも一つは、前記連結部材を構成する材料の線膨張係数とは異なる線膨張係数を有する材料で形成され、両材料の線膨張係数の差は所定値より大きいことと、前記第１、第２及び第３の保持部材と前記架台の内の少なくとも一つと前記連結部材とはフレクシャ機構を介して連結されていることが好ましい。
上記投影光学系はマスク上に形成されたパターンの像を基板上に露光して、デバイスを製造するリソグラフィ工程で使用される露光装置に設けられる。
【図面の簡単な説明】  図１は本発明の第１実施形態の露光装置の概略図。
図２は図１の投影光学系の断面図。
図３は図１の横鏡筒及び連結体の部分断面斜視図。
図４は図２の４−４線に沿った断面図
図５は図４のボルト取付部の部分拡大断面図。
図６は本発明の第２実施形態の投影光学系の断面図。
図７は本発明の第３実施形態の投影光学系の断面図。
図８は本発明の第４実施形態の投影光学系の断面図。
図９は本発明の露光装置を用いたデバイスの製造例のフローチャート。
図１０は図９の詳細なフローチャート。
【発明を実施するための最良の形態】  以下に、本発明の第１実施形態の投影光学系及び露光装置について説明する。
図１に示すように、第１実施形態の投影光学系２５は反射屈折型であり、いわゆるステップ・アンド・スキャン式の走査型投影露光装置１１に設けられる。
図１において、Ｘ軸は図１の紙面に垂直であり、Ｚ軸は投影光学系２５の第１光軸ＡＸに平行であり、Ｙ軸は図１の紙面に平行でかつ第１光軸ＡＸに垂直である。
露光装置１１は、真空紫外領域の波長を有する露光光ＥＬを供給するための光源２１として、たとえばＦ２レーザ（発振中心波長１５７．６２４ｎｍ）を備えている。光源２１から射出された露光光ＥＬは、照明光学系２２を介して、所定の回路パターンが形成されたマスクとしてのレチクルＲを均一に照明する。なお、光源２１と照明光学系２２との間には、ビームマッチングユニット（ＢＭＵ）２３が設けられ、ＢＭＵ２３により、光源２１と露光装置本体１２とが光学的に接続される。光源２１から出射された露光光ＥＬがＢＭＵ２３を介して露光装置本体１２に導かれる。光源２１から照明光学系２２中の最もレチクルＲに近い側の光学素子までの空間は、露光光ＥＬの吸収率が低い気体、例えばヘリウムガスや窒素等の不活性ガスで置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
露光装置本体１２は、上部架台１５、下部架台１４、及び架台１４，１５を支持する定盤１３を含む。レチクルステージ２４が上部架台１５上に配置され、レチクルＲは、レチクルホルダ（図示略）にＸＹ平面に平行に保持される。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、そのパターン領域は、Ｘ方向に沿って長辺を有し、かつＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光光ＥＬで順次照明される。レチクルステージ２４は、図示しない駆動系により、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能である。レチクルステージ２４の位置（座標）は干渉計（図示略）によって計測される。
レチクルＲを通過した光は、投影光学系２５を介して、感光材料の塗布された基板としてのウエハＷ上に投影され、レチクルＲに形成されたパターンの像をウエハＷ上に形成する。ウエハＷは、ウエハホルダ（図示略）を介して、露光装置本体１２の定盤１３上に配置されたウエハステージ２６によりＸＹ平面と平行に保持されている。そして、レチクルＲ上での矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ウエハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有しかつＹ方向に沿って短辺を有する矩形状の露光領域にパターン像が形成される。ウエハステージ２６は、図示しない駆動系によりウエハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能である。ウエハステージ２６の位置（座標）は干渉計（図示略）によって計測される。
図２に示すように、投影光学系２５において、レチクルＲに最も近い側に配置された第１光学素子としてのカバーガラス２７と、ウエハＷに最も近い側に配置された第３光学素子としてのカバーガラス２８との間に区画された内部空間は、気密状態に保たれている。投影光学系２５の内部空間は、ヘリウムガスや窒素等の不活性ガスによって置換されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されているのが好ましい。
レチクルＲ及びレチクルステージ２４は照明光学系２２と投影光学系２５との間に配置され、密封ケーシング（不図示）によって包囲されている。ケーシングの内部空間は、窒素やヘリウムガス等の不活性ガスによって充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
ウエハＷ及びウエハステージ２６は投影光学系２５とウエハステージ２６との間に配置され、別の密封ケーシング（不図示）によって包囲されている。そのケーシングの内部空間は、窒素やヘリウムガス等の不活性ガスによって充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。
このように、光源２１からウエハＷまでの光路には、露光光ＥＬがほとんど吸収されることのない雰囲気が形成されている。
上述したように、照明光学系２２によって規定されるレチクルＲ上の照明領域及びウエハＷ上の露光領域はＹ方向に沿った短辺を有する矩形状である。従って、前記駆動系および前記干渉計を用いてレチクルＲ及びウエハＷの位置を制御して、矩形状の露光領域および照明領域の短辺方向すなわちＹ方向に沿ってレチクルステージ２４とウエハステージ２６とを移動させ、レチクルＲとウエハＷとを同じ方向へ同期的に移動（走査）させることにより、ウエハＷ上には、露光領域の長辺に等しい幅を有しかつウエハＷの走査量（移動量）に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが露光される。
次に、投影光学系２５について説明する。
図１及び図２に示すように、投影光学系２５は、連結部材３１を中心に、第１の保持部材としての第１の鏡筒モジュール（上部鏡筒）３２と、第２の保持部材としての第２の鏡筒モジュール（横鏡筒）３３と、第３の保持部材としての第３の鏡筒モジュール（下部鏡筒）３４とを有している。投影光学系２５のすべての屈折光学素子（レンズ）は、蛍石（ＣａＦ２結晶）製である。
上部鏡筒３２は、投影光学系２５の第１光軸ＡＸ上において、レチクルＲに近い側に配置されている。上部鏡筒３２は略円筒状であり、その内部にレチクルＲのパターンの第１中間像を形成するための第１結像光学系３５を保持している。第１結像光学系３５は、複数の屈折光学素子を有する。上部鏡筒３２は、各々が第１光学素子としてのレンズ３６ａ及びカバーガラス２７を１つまたは複数組み合わせて保持する複数（本実施形態では４つ）の保持枠３７ｕを積層することによって形成される。各保持枠３７ｕは、例えばステンレス鋼、チタン合金等の金属材料製である。
複数の保持枠３７ｕのうち、レチクルＲから遠い側の端部（すなわち上部鏡筒３２の下端）に設けられた保持枠３７ｕｗは、他の保持枠３７ｕの外径に比較して小さい外径を有する端部３２ａを有する。端部３２ａが連結部材３１に挿入されて、上部鏡筒３２が連結部材３１に連結される。また、端部３２ａの一部には、連結部材３１に連結される横鏡筒３３と上部鏡筒３２との干渉を避けるために、凹部（肉取部）３２ｂが設けられている。
横鏡筒３３は第２中間像を形成するための第２結像光学系３９を保持する。横鏡筒３３は第２結像光学系３９の光軸（第２光軸ＡＸ’）が第１光軸ＡＸと直交するように配置される。第２結像光学系３９は、後述する反射光学素子としての直角反射鏡４４、第２光学素子としての負レンズ４０、及び凹面反射鏡４１を含む。負レンズ４０及び凹面反射鏡４１は、第２光軸ＡＸ’が水平方向を指向するように縦置き状態で配置される。直角反射鏡４４は、第１光路折り曲げ鏡３８と、第２光路折り曲げ鏡４２とを含む。横鏡筒３３は直角反射鏡４４、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１を保持する複数の保持枠３７ａ，３７ｂ，３７ｃを連結することにより形成される。
第１結像光学系３５により形成される第１中間像の近傍に、第１光路折り曲げ鏡３８が配置される。第１光路折り曲げ鏡３８で偏向された露光光ＥＬが、負レンズ４０を介して凹面反射鏡４１に導かれ、そして凹面反射鏡４１によって反射される。凹面反射鏡４１で反射された露光光ＥＬは、再び負レンズ４０を通過し、第１中間像の形成位置の近傍、本実施形態では第２光路折り曲げ鏡４２の近傍に第２中間像を形成する。第２中間像は、第１中間像とほぼ等倍であり、パターンの２次像である。
すなわち、第２光路折り曲げ鏡４２は、第２結像光学系３９により形成される第２中間像の近傍に配置され、第２中間像へ向かう露光光ＥＬまたは第２中間像からの露光光ＥＬを、屈折型の第３結像光学系４３に向かって偏向する。直角反射鏡４４は、金属材料（ステンレス鋼等）、低熱膨張セラミックス（炭化珪素等）などからなる母材に形成される。直角反射鏡４４は互いに直交する２つの斜面を有し、一方の斜面に第１光路折り曲げ鏡３８の反射面が形成され、他方の斜面に第２光路折り曲げ鏡４２の反射面が形成される。母材が炭化珪素からなる場合、鋳型に炭化珪素を流し込んだ後に、整形加工を行うことによって直角反射鏡４４は形成される。
第１光路折り曲げ鏡３８の反射面及び第２光路折り曲げ鏡４２の反射面は金属反射面である。金属反射面は、例えば、化学気相蒸着（ＣＶＤ）などにより母材の斜面４５，４６に、Ｓｉなど研磨に適した材料をコーティングし、その斜面４５，４６を鏡面研磨し、鏡面研磨した面を金属膜（アルミ膜など）あるいはフッ化物膜で被覆することによって形成される。また、金属膜上にフッ化物膜を形成してもよい。
さらに、Ｓｉなどの鏡面を提供するための材料のコーティングは、母材の斜面４５，４６だけでなく、母材の全表面、例えば後述する直角反射鏡４４の支持脚４４ａにも施すことが好ましい。このように母材の全表面をコーティングすることにより、母材からの吸光物質（露光光ＥＬを吸収する酸素、水蒸気、有機物等）の揮散を低減することができる。なお、反射面とその他の部分とをコーティングする場合には、反射面は鏡面加工が必要であるため、その他の部分よりも厚い方が望ましい。また、母材の加工精度としては、両反射面の直角度が±５秒以内、面精度が３．５〜７λ／１００００ｒｍｓ以内であることが望ましい。また、凹面反射鏡４１の反射面も、直角反射鏡４４と同様に金属反射面としてもよく、直角度を除いた精度や、その他の加工についても直角反射鏡４４と同様に施すことが望ましい。
なお、直角反射鏡４４の両斜面４５，４６は光学的に隔絶されている。従って、第１結像光学系３５からの光束は第２光路折り曲げ鏡４２に入射せず、第２結像光学系３９からの光束は第１光路折り曲げ鏡３８に入射しない。
横鏡筒３３は、凹面反射鏡４１を保持する第１保持枠３７ａと、負レンズ４０を保持する第２保持枠３７ｂと、直角反射鏡４４を保持する第３保持枠３７ｃとを備える。凹面反射鏡４１を保持する第１保持枠３７ａは、有底円筒状である。
第１保持枠３７ａ、第２保持枠３７ｂ、及び第３保持枠３７ｃはそれぞれ互いに連結される。即ち、第１保持枠３７ａの内側端部と第２保持枠３７ｂの外側端部とが連結され、第２保持枠３７ｂの内側端部と第３保持枠３７ｃの外側端部とが連結される。さらに、第２保持枠３７ｂは、内側端部３３ａにおいて連結部材３１と連結される。第２保持枠３７ｂの内側端部３３ａの外形は、外側端部の外径に比較して小さい。内側端部３３ａが連結部材３１に挿入された状態で、横鏡筒３３が連結部材３１に連結される。内側端部３３ａが第２保持部材の一端部として機能する。
図３に示すように、第３保持枠３７ｃは有底四角柱状に形成される。第３保持枠３７の底部４８には、直角反射鏡４４の両斜面４５，４６の稜線が凹面反射鏡４１に対向するように直角反射鏡４４が保持されている。なお、直角反射鏡４４は、両反射面から離れた位置に形成された支持脚４４ａを有し、支持脚４４ａを介して第３保持枠３７ｃに保持される。
第３保持枠３７ｃの底部４８には、光学素子交換機構の一部としてのガイドレール４９が形成されており、直角反射鏡４４の支持脚４４ａは、ガイドレール４９に対して該直角反射鏡４４の稜線と平行な方向に移動可能である。ガイドレール４９の延長線上の第３保持枠３７ｃの側壁には、不図示の開口が形成され、この開口を介して、直角反射鏡４４が交換可能となる。なお、第３保持枠３７ｃは、連結体５４内に挿入された状態になるので、連結体５４にも光学素子交換機構の一部としての反射鏡交換用開口６７が形成されている（詳細は後述）。
直角反射鏡４４の第１光路折り曲げ鏡３８の反射面に対向する第３保持枠３７ｃの側壁５１ａには、第１結像光学系３５を通過してきた露光光ＥＬが直角反射鏡４４の第１光路折り曲げ鏡３８の反射面に入射する際に、露光光ＥＬの「けられ」を生じさせない寸法を有する開口部５０ａが形成されている。第２光路折り曲げ鏡４２の反射面に対向する第３保持枠３７ｃの側壁５１ｂには、直角反射鏡４４の第２光路折り曲げ鏡４２の反射面で反射した露光光ＥＬが第３結像光学系４３に向けて偏向される際に、露光光ＥＬがけられることがない程度の寸法の開口部５０ｂが形成されている。第３保持枠３７ｃの側壁５１ａは、第１結像光学系３５から第１光路折り曲げ鏡３８、第２結像光学系３９及び第２光路折り曲げ鏡４２を介することなく、直接第３結像光学系４３へと入射する迷光を遮蔽するための遮蔽板として機能する。
下部鏡筒３４は、投影光学系２５の第１光軸ＡＸ上、すなわち上部鏡筒３２と同軸上において、ウエハＷに近い側に配置されている。下部鏡筒３４は略円筒状をなしており、その内部には、第２中間像からの光束に基づいて、レチクルＲのパターンの縮小像（第２中間像の像であってパターンの最終像）をウエハＷ上に形成するための第３結像光学系４３が保持されている。第３結像光学系４３は、複数の屈折光学素子を有する。下部鏡筒３４は、各々が第３光学素子としてのレンズ３６ｂ及びカバーガラス２８を１つまたは複数組み合わせて保持する複数（本実施形態では４つ）の保持枠３７ｌを積層することにより形成されている。
下部鏡筒３４の上端、すなわちレチクルＲに近い側に配置される保持枠３７ｌｒの端部３４ａは、下部鏡筒３４の他の保持枠３７ｌの外径に比較して小さい径を有する。端部３４ａは、連結部材３１に挿入された状態で、下部鏡筒３４が連結部材３１に連結される。この端部３４ａが第３の保持部材の一端部として機能する。端部３４ａの一部には、連結部材３１に連結される横鏡筒３３との干渉を避けるために、凹部（肉取部）３４ｂが設けられている。
次に、連結部材３１について説明する。
図２及び図３に示すように、連結部材３１は、上部鏡筒３２、横鏡筒３３及び下部鏡筒３４と連結される連結体５４と、その連結体５４を露光装置本体１２の下部架台１４に取り付けるための取付部材としてのフランジ５５とを含む。連結体５４及びフランジ５５は、例えば炭化珪素等のセラミックス製である。
図４は、図２における４−４線に沿った上部鏡筒３２の断面図であり、連結部材３１の上面を示す。
図３及び図４に示すように、連結体５４は略八角柱状である。図２及び図３に示すように、連結体５４の上面には、上部鏡筒３２の端部３２ａが挿嵌される第１の連結部としての上部鏡筒取付凹部５６が形成されている。連結体５４の下面には、下部鏡筒３４の端部３４ａが挿嵌される第３の連結部としての下部鏡筒取付凹部５７が形成されている。上部鏡筒取付凹部５６と下部鏡筒取付凹部５７は、上部鏡筒３２及び下部鏡筒３４を第１光軸ＡＸ上に配置させるように形成されている。連結体５４の一側面には、横鏡筒３３のうち、第３保持枠３７ｃが挿入され、かつ第２保持枠３７ｂの内側端部３３ａが挿嵌される横鏡筒取付孔５８が形成されている。連結体５４の外周側面には複数（本実施例では３つ）のフランジ５５に固定される固定部５４ｂが形成されている。上部鏡筒取付凹部５６と下部鏡筒取付凹部５７とを区画する隔壁５９には、横鏡筒取付孔５８が連続する切欠部６０が形成されている。切欠部６０には横鏡筒３３の第３保持枠３７ｃが収容される。
上部鏡筒３２は上部鏡筒取付凹部５６に、横鏡筒３３は横鏡筒取付孔５８にそれぞれ連結され、ボルト６１によって連結体５４に固定される。連結体５４の固定部５４ｂと、フランジ５５の一方の面（上面）とをボルト６２によって固定し、連結体５４とフランジ５５とを一体化する。フランジ５５は、連結体５４の第１光軸ＡＸと直交する面内での外径寸法より大きい形状を有し、かつ下部鏡筒３４が挿入可能な開口部６３を有する。開口部６３は、フランジ５５の略中央部分に形成されている。下部鏡筒３４はフランジ５５の開口部６３に挿入され、下部鏡筒３４の保持枠３７ｌｒに形成されたボルト取付部６５がボルト６４によってフランジ５５の他方の面（下面）に固定される。
このように、上部鏡筒３２と横鏡筒３３と下部鏡筒３４とが連結部材３１の連結体５４に連結され、上部鏡筒３２と横鏡筒３３とが連結体５４に、下部鏡筒３４がフランジ５５にそれぞれ固定された状態では、鏡筒３２〜３４は互いに接触しない。
なお、フランジ５５は、露光装置本体１２の下部架台１４上に、所定の間隔をおいて配置される複数（例えば３つ）の所定厚さのワッシャを介して載置される。
ところで、投影光学系２５のレンズ３６ａ，３６ｂ及びカバーガラス２７，２８に露光光ＥＬが照射されると、レンズ３６ａ，３６ｂ及びカバーガラス２７，２８が発熱することがある。レンズ３６ａ，３６ｂ及びカバーガラス２７，２８の熱は、鏡筒３２〜３４を構成する保持枠３７ｕ，３７ｕｗ，３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，３７ｌｒ，３７ｌを介して、連結体５４及びフランジ５５に伝達される。
本実施形態では、鏡筒３２〜３４は金属材料で構成されているのに対して、連結体５４及びフランジ５５はセラミックスで構成されている。このため、上部鏡筒３２と連結体５４とでは、線膨張係数が異なっており、熱変形量に差が生じる。また、横鏡筒３３と連結体５４とでは、線膨張係数が異なっており、熱変形量に差が生じる。さらに、下部鏡筒３４とフランジ５５とでは、線膨張係数が異なっており、熱変形量に差が生じる。
そこで、図４及び図５に示すように、上部鏡筒３２の保持枠３７ｕｗの外周面上には、複数（本実施形態では３つ）のボルト取付部６５が等角度間隔おきに形成されている。ボルト取付部６５には、中央に形成されたボルト孔（図示略）を取り囲むように、一対の略Ω字状のスリット６６が形成されている。一対のスリット６６によりフレクシャ構造が形成される。フレクシャ構造により、ボルト取付部６５のボルト孔に挿通され連結体５４のねじ孔５４ａに螺着されたボルト６１と、上部鏡筒３２の保持枠３７ｕｗのボルト取付部６５との、上部鏡筒３２の径方向における微小な相対移動が許容される。この相対移動により、上部鏡筒３２の径方向の熱変形と、連結体５４との間の熱変形の違いが吸収される。
横鏡筒３３の第２保持枠３７ｂの外周面上及び下部鏡筒３４の保持枠３７ｌｒの外周面上にも、上部鏡筒３２の保持枠３７ｕｗと同様のボルト取付部６５が形成されている。これにより、ボルト取付部６５のボルト孔に挿通され、連結体５４のねじ孔５４ａ（図３参照）に螺着されたボルト６１と、横鏡筒３３の第２保持枠３７ｂのボルト取付部６５との、横鏡筒３３の径方向における微小な相対移動が許容される。そして、この相対移動により、横鏡筒３３の径方向の熱変形と、連結体５４との間の熱変形の違いが吸収される。
ボルト取付部６５のボルト孔に挿通され、フランジ５５のねじ孔（図示略）に螺着されたボルト６４と、下部鏡筒３４の保持枠３７ｌｒのボルト取付部６５との、下部鏡筒３４の径方向における微小な相対移動が許容される。そして、この相対移動により、下部鏡筒３４の径方向の熱変形と、フランジ５５との間の熱変形の違いが吸収される。
図１に示すように、連結体５４における直角反射鏡４４の長手方向の一方の端面に対応する一方の側面には、その直角反射鏡４４の通過を許容する光学素子交換装置の一部としての反射鏡交換用開口６７が、横鏡筒３３の第３保持枠３７ｃのガイドレール４９に連続するように形成されている。反射鏡交換用開口６７は、常にはプラグ６８により封止され投影光学系２５内の気密性が確保される。一方、直角反射鏡４４に交換の必要が生じたときには、プラグ６８を取り外すとともに、直角反射鏡４４をガイドレール４９に沿って移動させて、反射鏡交換用開口６７から直角反射鏡４４の交換を行う。
第１実施形態によれば、以下の利点が得られる。
（ａ）  投影光学系２５では、第１光軸ＡＸ上に配置される第１結像光学系３５を保持する上部鏡筒３２が連結体５４の上部鏡筒取付凹部５６に連結されている。第１光軸ＡＸ上に配置される第３結像光学系４３を保持する下部鏡筒３４が、連結体５４の下部鏡筒取付凹部５７に連結されている。第２光軸ＡＸ’上に配置される第２結像光学系３９を保持する横鏡筒３３が、連結体５４の横鏡筒取付孔５８に連結されている。そして、鏡筒３２〜３４が、連結体５４及びフランジ５５を介して露光装置本体１２の下部架台１４上に保持されている。このため、互いに直交する光軸を有する上部鏡筒３２と横鏡筒３３とが、連結体５４に互いに独立して連結される。また、互いに直交する光軸を有する下部鏡筒３４と横鏡筒３３とが、連結体５４に互いに独立して連結される。そして、鏡筒３２〜３４が、連結体５４及びフランジ５５を介して、互いに独立して下部架台１４に支持される。これにより、鏡筒３２〜３４間で、鏡筒３２〜３４に他の鏡筒の重量が作用することがなく、各鏡筒３２〜３４において、偏荷重による歪みの発生が抑制される。従って、鏡筒３２〜３４内のカバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１の面状態を良好に保つことができる。連結部材３１は、連結体５４とフランジ５５とからなる簡単な構成である。連結部材３１を設けることによって、鏡筒３２〜３４が、結像光学系３５，３９，４３のカバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１を、面精度を悪化させることなく保持することができるようになる。
従って、投影光学系２５の結像性能が向上されて、露光精度を向上させることができる。しかも、連結部材３１の構成は簡単なものであり、投影光学系２５に連結部材３１を取着することで、投影光学系２５の重量が大きく増大したりすることがなく、また投影光学系２５が大型化及び重量が増加するとしてもわずかな程度に留めることができる。
露光装置本体１２としても、横鏡筒３３を直接支持するために、露光装置本体１２の下部架台１４を大型化したり、横鏡筒３３を支持するための支持装置を別途設けたりする必要がない。従って、露光装置本体１２の大型化も抑制することができる。
第１光軸ＡＸ上に配置される第１結像光学系３５と第３結像光学系４３とを、それぞれ上部鏡筒３２と下部鏡筒３４とに分割して保持することにより、各鏡筒３２，３４の長さを短くすることができる。各鏡筒３２，３４の支持点から先端までの距離が短縮されるため、投影光学系２５の振動はより低減され、投影光学系２５の解像力をより向上することができる。
（ｂ）  投影光学系２５では、屈折型の第１結像光学系３５及び第３結像光学系４３を有し、両結像光学系３５，４３の間に凹面反射鏡４１を含む第２結像光学系３９を有している。すなわち、投影光学系２５では、結像光学系３５，４３，３９毎に結像点を有する。このため、結像光学系３５，４３，３９毎に収差状態を調整することができる。また、第１及び第３結像光学系３５，４３には、凹面反射鏡４１をはじめとする反射光学素子を含まないため、上部鏡筒３２及び下部鏡筒３４に保持されるレンズ３６ａ，３６ｂ及びカバーガラス２７，２８の配列方向を揃えることができる。従って、上部鏡筒３２及び下部鏡筒３４の構成の簡素化を図ることができる。
（ｃ）  投影光学系２５では、連結体５４は、上部鏡筒３２の端部３２ａを上部鏡筒取付凹部５６内に挿入した状態で上部鏡筒３２に連結し、横鏡筒３３の内側端部３３ａを上部鏡筒３２とは異なる方向から横鏡筒取付孔５８内に挿入された状態で横鏡筒３３に連結されている。このため、簡単な構成で２つの方向から上部鏡筒３２と横鏡筒３３とを連結体５４に連結することができる。しかも、横鏡筒３３の内側端部３３ａを、連結体５４の横鏡筒取付孔５８に挿入することで、上部鏡筒３２及び下部鏡筒３４に対する横鏡筒３３の位置決めを容易に行うことができる。
（ｄ）  投影光学系２５では、上部鏡筒３２が、光学素子（カバーガラス２７、レンズ３６ａ）を１つまたは２つ以上組み合わせて保持する保持枠３７ｕ，３７ｕｗを有している。また、横鏡筒３３が、光学素子（第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１）を１つまたは２つ以上組み合わせて保持する保持枠３７ａ〜３７ｃを有している。さらに、下部鏡筒３４が、光学素子（レンズ３６ｂ、カバーガラス２８）を１つまたは２つ以上組み合わせて保持する保持枠３７ｌｒ，３７ｌを有している。このため、各鏡筒３２〜３４内において、光学素子の相対位置を細かくかつ精密に調整することができる。これにより、より高精度の収差調整が可能となり、投影光学系２５の解像力をさらに向上させることができる。
（ｅ）  投影光学系２５では、横鏡筒３３及び連結体５４が、横鏡筒３３に保持された状態で連結体５４内に収容される直角反射鏡４４を交換するためのガイドレール４９及び反射鏡交換用開口６７を有している。このため、連結体５４を十分に高い剛性を有する材料で形成することで、直角反射鏡４４を交換するための反射鏡交換用開口６７を形成したとしても、各鏡筒３２〜３４に強度上の問題を生じることがない。従って、鏡筒３２〜３４に保持される各光学素子（カバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１）の面精度が良好に保たれる。また、投影光学系２５のメンテナンスを容易に行うことができる。
（ｆ）  投影光学系２５では、直角反射鏡４４が交換可能に装着されている。直角反射鏡４４上に形成され光路折り曲げ鏡３８，４２としての反射膜は、特にＦ２レーザ、ＥＵＶ等の極めて波長の短い露光光ＥＬを用いる場合には、反射性能を安定に保つために所定期間をおいて交換することが望ましい。このため、このような投影光学系２５は、遠紫外光〜真空紫外光を露光光ＥＬとして用いる露光装置１１に特に好適である。
（ｇ）  投影光学系２５では、鏡筒３２〜３４を支持する連結体５４及びフランジ５５が、セラミックス材料からなっている。このため、連結体５４及びフランジ５５に高い剛性を付与しつつ、連結体５４及びフランジ５５を設けることでの投影光学系全体の重量増を小さく抑えることができる。ここで、特にセラミックス材料のうちでも、優れた熱伝導性を有する炭化珪素を採用した場合には、露光光ＥＬの照射によって生じた熱を鏡筒３２〜３４、連結体５４及びフランジ５５を介して、露光装置本体１２の下部架台１４へと速やかに逃がすことができる。これにより、露光光ＥＬの照射中における光学素子（カバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１）の面状態を良好に保つことができる。
（ｈ）  投影光学系２５では、鏡筒３２〜３４が金属材料で構成され、連結体５４及びフランジ５５が鏡筒３２〜３４の材料とは線膨張係数の異なるセラミックス材料で構成されている。そして、各鏡筒３２〜３４におけるボルト取付部６５には、一対のスリット６６からなるフレクシャ機構が形成されている。このため、露光光ＥＬの照射に伴う各鏡筒３２〜３４の熱変形を、ボルト取付部６５の変形により吸収することができる。このため、各鏡筒３２〜３４に歪みが生じるのが抑制され、露光光ＥＬの照射中における光学素子（カバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１）の面状態を良好に保つことができる。
（ｉ）  投影光学系２５では、連結体５４とフランジ５５とが別体で形成されている。このため、連結体５４における横鏡筒取付孔５８と反対側の側面を平面状に形成することで、横鏡筒３３を連結体５４に連結して、その横鏡筒３３を一時的に第２光軸ＡＸ’が鉛直方向を指向する立てた状態に配置することができる。そして、横鏡筒３３を立てた状態で、その横鏡筒３３内に保持される第２結像光学系３９の調整を行うことができ、その調整作業を容易なものとすることができる。
（ｊ）  投影光学系２５では、鏡筒３２〜３４の保持枠３７ｕ，３７ｕｗ，３７ａ〜３７ｃ，３７ｌｒ，３７ｌは、１つの鏡筒３２〜３４内において同一材料で構成されているらこのため、露光光ＥＬの照射中に各鏡筒３２〜３４内において、保持枠３７ｕ，３７ｕｗ，３７ａ〜３７ｃ，３７ｌｒ，３７ｌ毎の熱変形のばらつきを生じることが抑制される。従って、露光光ＥＬの照射中における光学素子（カバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１）の面精度を一層良好に保つことができる。
本発明の第２実施形態の投影光学系及び露光装置について、第１実施形態と異なる部分を中心に説明する。
図６に示すように、第２実施形態の投影光学系８１は、第１の保持部材としての縦鏡筒８２及び連結部材８３の構成において、第１実施形態と異なっている。
すなわち、投影光学系８１では、縦鏡筒８２が１本の略円筒状の構造体である。縦鏡筒８２内に、第１光軸ＡＸ上に配置される第１結像光学系３５と、同じく第１光軸ＡＸ上に配置される第３結像光学系４３とが保持されている。縦鏡筒８２の側面において、長手軸の中央付近には、横鏡筒３３の第３保持枠３７ｃの挿通を許容する横鏡筒収容孔８２ａが形成されている。
連結部材８３は、縦鏡筒８２と横鏡筒３３とを連結する連結部８４と、その連結部８４を露光装置本体１２の下部架台１４に取り付ける取付部材としてのフランジ部８５とが一体に形成されている。連結部材８３は、線膨張係数の小さい金属材料であるインバー（登録商標）で構成されている。連結部材８３は、連結部８４が八角柱状で、第１光軸ＡＸと直交する面内において、縦鏡筒８２の外径より大きい外形寸法に形成され、その中央には上面から下面にわたって第１の連結部としての縦鏡筒挿通孔８６が形成されている。また、連結部８４は、第２光軸ＡＸ’と直交する面内において、横鏡筒３３の外径より大きい外形寸法に形成され、その一側面の中央には、縦鏡筒挿通孔８６に接続するように第２の連結部としての横鏡筒取付孔５８が形成されている。
縦鏡筒８２及び横鏡筒３３がステンレス鋼及びチタン合金等で形成されているのに対して、連結部材８３はインバーで形成されている。このため、縦鏡筒８２と連結部材８３とでは、線膨張係数が異なっており、熱変形量に差が生じる。また、横鏡筒３３と連結部材８３とでは、線膨張係数が異なっており、熱変形量に差が生じる。
これに対して、縦鏡筒８２の外周面上には、縦鏡筒８２の中央より若干上方に、一対のスリット６６を有する複数（本実施形態では３つ）のボルト取付部６５が、等角度間隔をおいて形成されている。そして、縦鏡筒８２は、連結部材８３の縦鏡筒挿通孔８６に対して挿通した状態で、横鏡筒収容孔８２ａが連結部材８３の横鏡筒取付孔５８に対応するように取り付けられる。縦鏡筒８２が連結部材８３に挿通された状態では、縦鏡筒８２のボルト取付部６５が連結部材８３の上面に係合し、ボルト取付部６５を連結部材８３に対してボルト６１により締め付け固定する。これにより、縦鏡筒８２と連結部材８３とが、一対のスリット６６からなるフレクシャ構造を介して連結される。
これにより、連結部材８３に固着されたボルト６１と、縦鏡筒８２のボルト取付部６５との、縦鏡筒８２の径方向における微小な相対移動が許容される。そして、この相対移動により、縦鏡筒８２の径方向の熱変形と、連結部材８３との間の熱変形の違いが吸収される。
横鏡筒３３の第２保持枠３７ｂの内側端部３３ａは、横鏡筒３３の第３保持枠３７ｃを縦鏡筒８２の横鏡筒収容孔８２ａ内に挿入した状態で、連結部材８３の横鏡筒取付孔５８に挿嵌される。この状態では、横鏡筒３３の第２保持枠３７ｂの外周面上に形成され、一対のスリット６６を有する複数のボルト取付部６５が連結部材８３の側面に係合する。そして、ボルト取付部６５が、連結部材８３に対してボルト６１により締め付け固定される。これにより、横鏡筒３３と連結部材８３とが、一対のスリット６６からなるフレクシャ構造を介して連結される。
これにより、連結部材８３に固着されたボルト６１と、横鏡筒３３の第２保持枠３７ｂのボルト取付部６５との、横鏡筒３３の径方向における微小な相対移動が許容される。そして、この相対移動により、横鏡筒３３の径方向の熱変形と、連結部材８３との間の熱変形の違いが吸収される。
なお、横鏡筒３３が、連結部材８３に連結された状態では、縦鏡筒８２と横鏡筒３３とは互いに離間しており、接触しない。
従って、第２実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（ｋ）  投影光学系８１では、第１光軸ＡＸ上に配置される第１結像光学系３５及び第３結像光学系４３を保持する縦鏡筒８２が連結部材８３の縦鏡筒挿通孔８６に挿通した状態で、ボルト取付部６５と連結部８４の上面との係合により連結されている。また、第１光軸ＡＸと直交する第２光軸ＡＸ’上に配置される第２結像光学系３９を保持する横鏡筒３３が、連結部材８３の横鏡筒取付孔５８に連結されている。そして、両鏡筒８２、３３が、連結部材８３のフランジ部８５を介して露光装置本体１２の下部架台１４上に保持されている。
このため、互いに直交する光軸を有する縦鏡筒８２と横鏡筒３３とが、連結部材８３上にそれぞれ独立した状態で連結され、そしてそれぞれ独立した状態で下部架台１４上に支持される。これにより、両鏡筒３２〜３４間で、鏡筒３２〜３４の一方に他方の鏡筒の重量が作用することがなく、鏡筒８２、３３において、偏荷重による歪みの発生が抑制される。従って、鏡筒８２，３３内のカバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１の面状態を良好に保つことができる。このように、簡単な構成の連結部材８３を設けることによって、各鏡筒８２，３３が各結像光学系３５，３９，４３を良好な状態で保持することができるようになる。従って、投影光学系８１の結像性能が向上されて、露光精度を向上させることができる。
（ｌ）  投影光学系８１では、鏡筒８２，３３が比較的線膨張係数の大きなステンレス鋼、チタン合金等の金属材料で構成され、連結部材８３が鏡筒８２，３３を構成する材料に比べて線膨張係数の小さな金属材料で構成されている。そして、各鏡筒８２，３３におけるボルト取付部６５には、一対のスリット６６からなるフレクシャ機構が形成されている。このため、露光光ＥＬの照射に伴う各鏡筒８２，３３の熱変形を、ボルト取付部６５の変形により吸収することができる。このため、各鏡筒８２，３３に歪みが生じるのが抑制され、露光光ＥＬの照射中における光学素子（カバーガラス２７，２８、レンズ３６ａ，３６ｂ、第１及び第２光路折り曲げ鏡３８，４２、負レンズ４０及び凹面反射鏡４１）の面状態を良好に保つことができる。
（ｍ）  投影光学系８１の連結部材８３では、縦鏡筒８２及び横鏡筒３３を連結する連結部８４と露光装置本体１２の下部架台１４に係合するフランジ部８５とが一体に形成されている。このため、鏡筒８２，３３を連結及び下部架台１４上に保持するために連結部材８３を設けたとしても、部品点数の増大を最低限に抑えることができる。
上記の実施形態は、以下のように変更してもよい。
第１実施形態では、上部鏡筒３２を連結体５４に、下部鏡筒３４をフランジ５５に固定する構成とした。これに対して、上部鏡筒３２及び下部鏡筒３４を連結体５４に固定する構成としてもよい。また、連結部材３１を露光装置本体１２の下部架台１４に対して垂下するような状態で係合させ、上部鏡筒３２及び下部鏡筒３４を連結体５４に固定する構成としてもよい。連結部材３１を垂下させた場合には、フランジ５５が上方に、連結体５４が下方に配置されるので、上部鏡筒３２をフランジ５５に固定し、下部鏡筒３４を連結体５４に固定してもよい。
第１実施形態では、上部鏡筒３２を連結体５４に固定し、その連結体５４をフランジ５５に固定する構成とした。これに対して、例えば図７に示すように、下部鏡筒３４の外周面上、例えばウエハＷとは反対側の端部に配置される保持枠３７ｌｒ等の外周面上に取付部材としてのフランジ部９１を形成し、そのフランジ部９１上に連結体５４を固定する構成としてもよい。このように構成した場合、部品点数の増大を抑制することができる。
この場合、下部鏡筒３４の保持枠３７ｌｒと連結体５４との材質が異なる場合には、連結体５４のフランジ部９１に対する固定部に、例えば第１実施形態の上部鏡筒３２におけるボルト取付部６５に形成されているようなフレクシャ構造を設けることが望ましい。
第１実施形態において、連結体５４とフランジ５５とを一体化してもよい。また、第２実施形態において、連結部８４とフランジ部８５とを別体で構成してもよい。また、第１実施形態及び第２実施形態では、第１光路折り曲げ鏡３８と第２光路折り曲げ鏡４２とは１つの部材で構成されているが、第１光路折り曲げ鏡３８と第２光路折り曲げ鏡４２とをそれぞれ独立に構成してもよい。
各実施形態では、保持枠３７ｕ，３７ｕｗ，３７ｂ，３７ｌｒ，３７ｌに、それぞれ１つのレンズ３６ａ，３６ｂ（場所によってはカバーガラス２７，２８を併せて）または負レンズ４０を保持した。これに対して、各保持枠３７ｕ，３７ｕｗ，３７ｂ，３７ｌｒ，３７ｌが、複数のレンズ３６ａ，３６ｂまたは負レンズ４０を保持してもよい。
各実施形態では、横鏡筒３３が第１光軸ＡＸに直交する第２光軸ＡＸ’上に配置される第２結像光学系３９を保持するようにした。これに対して、横鏡筒３３内に第１光軸ＡＸに対して斜めに交差する光軸上に配置される光学系を保持してもよい。この場合、上部鏡筒３２、横鏡筒３３及び下部鏡筒３４の少なくとも１つを、連結体５４の上面、側面または下面に対して斜めに連結するようにしたものであってもよい。
各実施形態では、第１結像光学系３５と第３結像光学系４３とを第１光軸ＡＸ上に配置したが、第３結像光学系４３を第１光軸ＡＸとは同軸ではなく、第１光軸ＡＸ（または第２光軸ＡＸ’）と交差あるいは第１光軸ＡＸに平行な第３光軸上に配置してもよい。要するに、連続的に交差する複数の光軸上に配置される光学系をそれぞれ保持する鏡筒が、連結部材に対して互いに接触することなく独立して連結され、その連結部材を介して露光装置本体１２の下部架台１４に支持されていればよい。この場合、第１光路折り曲げ鏡３８と第２光路折り曲げ鏡４２とを互いに別体の反射光学素子に形成してもよい。
第１及び第２実施形態では直角反射鏡４４は横鏡筒３３に保持されているが、直角反射鏡４４は横鏡筒３３から分離されてもよい。図８に示す例では、その先端に直角反射鏡４４の設けられたアタッチメント１００が連結体５４の側壁に取り外し可能に取り付けられている。この場合、直角反射鏡４４は連結部材３１に保持される。直角反射鏡４４を交換するために横鏡筒３３を取り外す手間が不要となるため、直角反射鏡４４の交換は容易である。尚、直角反射鏡４４はアタッチメント１００から取り外し可能な別部材であってもよい。
光源２１としては、波長１５７ｎｍのパルス光を供給するＦ２レーザ光のみならず、波長２４８ｎｍの光を供給するＫｒＦエキシマレーザ、波長１９３ｎｍの光を供給するＡｒＦエキシマレーザ、波長１２６ｎｍの光を供給するＡｒ２レーザを用いてもよい。また、ＤＦＢ半導体レーザまたはファイバレーザから発振される赤外域、または可視域の単一波長レーザ光を、例えばエルビウム（またはエルビウムとイッテルビウムの双方）がドープされたファイバアンプで増幅し、非線形光学結晶を用いて紫外光に波長変換された高調波を用いてもよい。
本発明は、半導体素子などのマイクロデバイス製造用露光装置だけに限定されるものではない。つまり、本発明は、光露光装置、ＥＵＶ露光装置、Ｘ線露光装置、及び電子線露光装置などで使用されるレチクルまたはマスクを製造するために、マザーレチクルからガラス基板やシリコンウエハなどへ回路パターンを転写する露光装置にも適用できる。ここで、ＤＵＶ（深紫外）やＶＵＶ（真空紫外）光などを用いる露光装置では、一般的に透過型レチクルが用いられ、レチクル基板としては石英ガラス、フッ素がドープされた石英ガラス、螢石、フッ化マグネシウム、または水晶などが用いられる。また、プロキシミティ方式のＸ線露光装置や電子線露光装置などでは、反射型マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク等）が用いられ、マスク基板としてはシリコンウエハなどが用いられる。
本発明は、半導体素子の製造に用いられる露光装置以外の露光装置に適用可能である。例えば、液晶表示素子（ＬＣＤ）などを含むディスプレイの製造に用いられてデバイスパターンをガラスプレート上へ転写する露光装置、薄膜磁気ヘッドの製造に用いられてデバイスパターンをセラミックウエハ上へ転写する露光装置、及びＣＣＤ等の撮像素子の製造に用いられる露光装置などにも本発明を適用することができる。
上記実施形態では、本発明がスキャニング・ステッパに適用された場合について説明したが、マスクと基板とを静止した状態でマスクのパターンを基板へ転写し、基板を順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の露光装置にも本発明を適用できる。
上記実施形態では、投影光学系２５，８１の投影倍率を縮小倍率としたが、投影倍率は縮小に限られず、等倍、拡大倍率であってもよい。例えば、投影倍率を拡大倍率とする場合には、第３結像光学系４３側から光を入射させるように配置し、第３結像光学系４３によってマスクまたはレチクルＲの１次像を形成し、第２結像光学系３９により２次像を形成し、第１結像光学系３５により３次像（最終像）をウエハＷ等の基板上に形成させればよい。
本発明の露光装置１１は、例えば次のように製造される。すなわち、投影光学系２５，８１を構成する複数のレンズ３６ａ，３６ｂ，４０、反射鏡４１，４４及びカバーガラス２７，２８等の光学素子を各鏡筒３２〜３４，８２で保持する。鏡筒３２〜３４，８２を連結部材３１，８３で連結し、露光装置本体１２に組み込み、光学調整を行う。そして、多数の機械部品からなるウエハステージ２６（スキャンタイプの露光装置の場合は、レチクルステージ２４も含む）を露光装置本体１２に取り付けて配線を接続する。ついで、露光光ＥＬの光路内にガスを供給するガス供給配管を接続した上で、さらに総合調整（電気調整、動作確認など）を行う。
鏡筒３２〜３４，８２を構成する部品は、超音波洗浄などにより、加工油や、金属物質などの不純物を落としたうえで、組み上げられる。なお、露光装置１１の製造は、温度、湿度や気圧が制御され、かつ適切なクリーン度に維持されたクリーンルーム内で行うことが望ましい。
硝材として蛍石を例にあげたが、石英、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化ストロンチウム、リチウム−カルシウム−アルミニウム−フルオライド、及びリチウム−ストロンチウム−アルミニウム−フルオライド等の結晶や、ジルコニウム−バリウム−ランタン−アルミニウムからなるフッ化ガラスや、フッ素をドープした石英ガラス、フッ素に加えて水素もドープされた石英ガラス、ＯＨ基を含有させた石英ガラス、フッ素に加えてＯＨ基を含有した石英ガラス等の改良石英を用いてもよい。
次に、上述した露光装置１１をリソグラフィ工程で使用したデバイスの製造方法の実施形態について説明する。
図９は、デバイス（ＩＣやＬＳＩ等の半導体チップ、液晶パネル、ＣＣＤ、薄膜磁気ヘッド、マイクロマシン等）の製造例のフローチャートを示す図である。図９に示すように、まず、ステップＳ１０１（設計ステップ）において、デバイス（マイクロデバイス）の機能・性能設計（例えば、半導体デバイスの回路設計等）を行い、その機能を実現するためのパターン設計を行う。引き続き、ステップＳ１０２（マスク製作ステップ）において、設計した回路パターンを形成したマスク（レクチルＲ、フォトマスク等）を製作する。一方、ステップＳ１０３（基板製造ステップ）において、シリコン、ガラス等の材料を用いて基板（ウエハＷ、ガラスプレート等）を製造する。
ステップＳ１０４（基板処理ステップ）において、ステップＳ１０１〜Ｓ１０３で用意したマスクと基板を使用して、後述するように、リソグラフィ技術等によって基板上に実際の回路等を形成する。ステップＳ１０５（デバイス組立ステップ）において、ステップＳ１０４で処理された基板を用いてデバイス組立を行う。ステップＳ１０５には、ダイシング工程、ボンディング工程、及びパッケージング工程（チップ封入）等の工程が必要に応じて含まれる。
最後に、ステップＳ１０６（検査ステップ）において、ステップＳ１０５で作製されたデバイスの動作確認テスト、耐久性テスト等の検査を行う。検査後のデバイスが出荷される。
図１０は、半導体デバイスの場合における、図９のステップＳ１０４の詳細なフローの一例を示す図である。図１０において、ステップＳ１１１（酸化ステップ）では、ウエハＷ（基板）の表面を酸化させる。ステップＳ１１２（ＣＶＤステップ）では、ウエハＷ表面に絶縁膜を形成する。ステップＳ１１３（電極形成ステップ）では、ウエハＷ上に電極を蒸着によって形成する。ステップＳ１１４（イオン打込みステップ）では、ウエハＷにイオンを打ち込む。以上のステップＳ１１１〜Ｓ１１４のそれぞれは、ウエハ処理の各段階の前処理工程を構成しており、各段階において必要な処理に応じて選択されて実行される。
ウエハプロセスの各段階において、上述の前処理工程が終了すると、以下のようにして後処理工程が実行される。後処理工程では、まず、ステップＳ１１５（レジスト形成ステップ）において、ウエハＷにフォトレジスト等の感光剤を塗布する。引き続き、ステップＳ１１６（露光ステップ）において、先に説明したリソグラフィシステム（露光装置１１）によってレチクルＲの回路パターンをウエハＷ上に転写する。次に、ステップＳ１１７（現像ステップ）では露光されたウエハＷを現像し、ステップＳ１１８（エッチングステップ）において、レジストが残存している部分以外の部分の露出部材をエッチングにより取り去る。そして、ステップＳ１１９（レジスト除去ステップ）において、エッチングが済んで不要となったレジストを取り除く。
前処理工程と後処理工程とを繰り返し行うことによって、ウエハＷ上に多重に回路パターンが形成される。
上記の露光装置１１が露光工程（ステップＳ１１６）において用いられ、真空紫外域の露光光ＥＬにより解像力の向上が可能となり、露光量制御を高精度に行うことができる。従って、上記のデバイス製造方法によれば、結果的に最小線幅が０．１μｍ程度の高集積度のデバイスを歩留まりよく生産することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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