(57)【要約】たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いた光学系に残存する回転対称な複屈折の影響を打ち消すことのできる光学素子。光透過部材（１）と、光透過部材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有し、光透過部材の外周に配置された環状部材（２）とを備えている。光透過部材と環状部材とは、光透過部材の実使用温度と異なる所定温度の環境内で固着されている。環状部材（２）は、光透過部材に固着されたインナーリング（２ａ）と、その径方向に可撓性を有する連結部材（２ｃ）を介して、インナーリングに連結されたアウターリング（２ｂ）とを有する。
2003040785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過部材と、
前記光透過部材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有し、前記光透過部材の外周に配置された環状部材と、
前記光透過部材と前記環状部材との間に配置され、前記光透過部材の熱膨張率と前記環状部材の熱膨張率との違いにより、前記光透過部材に対して応力を発生させる応力発生部材とを備えていることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の光学素子において、
前記応力発生部材は、前記光透過部材の実使用温度と異なる所定温度の環境内で、前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周とを固着することを特徴とする光学素子。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の光学素子において、
前記環状部材は、前記光透過部材に前記応力発生部材を介して固着されたインナーリングと、該インナーリングの径方向に可撓性を有する連結部材を介して、前記インナーリングに連結されたアウターリングとを有することを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求の範囲第３項に記載の光学素子において、
前記応力発生部材は、前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周とを固着する接着剤であり、
前記インナーリングには、前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周との間に接着剤を注入するための貫通孔が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求の範囲第３項または第４項に記載の光学素子において、
前記アウターリングの外周には、前記アウターリングの中心に対し、該アウターリングの外周面から外側に向かって突出した保持部が形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求の範囲第３項乃至第５項のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記連結部材は、前記インナーリングに外接するように延びた複数の可撓性部材を有することを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求の範囲第６項に記載の光学素子において、
前記インナーリングと前記アウターリングと前記複数の可撓性部材とは一体的に形成されていることを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の光学素子において、
前記光透過部材は、立方晶系に属する結晶で形成された結晶光学部材であることを特徴とする光学素子。
【請求項９】
光学素子を製造する製造方法において、
光透過部材と、該光透過部材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有し、前記光透過部材の外周に配置される環状部材とをそれぞれ所定位置に位置決めする位置決め工程と、
前記所定位置に位置決めされた前記光透過部材および前記環状部材を、前記光透過部材の実使用温度と異なる所定温度の環境内で保持するための保持工程と、
前記所定位置に位置決めされ且つ前記所定温度の環境内で保持された前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周とを固着する固着工程とを含むことを特徴とする製造方法。
【請求項１０】
請求の範囲第９項に記載の製造方法において、
前記位置決め工程では、エアベアリングを用いて、前記光透過部材および前記環状部材をそれぞれ浮上させて位置決めすることを特徴とする製造方法。
【請求項１１】
請求の範囲第９項に記載の製造方法において、
前記固着工程は、前記所定温度が前記実使用温度に対して高い温度の場合、前記光透過部材に引張に関する内部応力を発生させることを特徴とする製造方法。
【請求項１２】
請求の範囲第９項に記載の製造方法において、
前記固着工程は、前記所定温度が前記実使用温度に対して低い温度の場合、前記光透過部材に圧縮に関する内部応力を発生させることを特徴とする製造方法。
【請求項１３】
立方晶系に属する結晶で形成された結晶光学部材と、請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項に記載の光学素子とを含むことを特徴とする光学系。
【請求項１４】
マスクを照明するための照明光学系と、
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に形成するための請求の範囲第１３項に記載の光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１５】
マスクを照明するための請求の範囲第１３項に記載の光学系と、
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項１６】
請求の範囲第１４項または第１５項に記載の露光装置を用いて前記マスクのデバイスパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光学素子、その製造方法、光学系、露光装置およびマイクロデバイスの製造方法に関し、特に半導体素子や液晶表示素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な投影光学系に関するものである。
背景技術
従来、半導体素子、撮像素子（ＣＣＤ等）、液晶表示素子、または薄膜磁気ヘッド等を製造するためのフォトリソグラフィ工程で、マスクとしてのレチクルのパターンを、投影光学系を介して基板としてのウェハ（またはガラスプレート等）の各露光領域（各ショット領域）に転写する投影露光装置が使用されている。
近年、露光装置では、半導体素子等の集積度の向上に伴って、投影光学系に要求される解像力（解像度）が益々高まっており、使用される露光光の波長は益々短くなる傾向がある。既にＡｒＦエキシマレーザーを用いる露光装置が量産体制に入りつつあり、次世代露光装置ではＦ２レーザーの使用も視野に入ってきている。このような短波長域の光を供給する光源、とりわけＦ２レーザー光源を用いる露光装置においては、透過率確保の観点から、投影光学系を構成する光透過部材（レンズなど）に蛍石を用いることが避けられない。
ところで、石英ガラス等とは異なり、蛍石は立方晶系に属する結晶体であり、入射光に対して無視できない量の複屈折が発生することがわかっている。この場合、各蛍石レンズの結晶方位を管理することにより、複屈析の影響を互いに打ち消し、ひいては複屈折の影響を抑制することが可能である。しかしながら、このような管理対策を施しても、光軸に関して回転対称な複屈折が残存することは避けられない。
発明の開示
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いた光学系に残存する回転対称な複屈折の影響を打ち消すことのできる光学素子およびその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、回転対称な複屈折の影響を打ち消すことのできる光学素子を備え、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても良好な光学性能を確保することのできる光学系を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても良好な光学性能を有する光学系を備え、高解像で高精度な露光を行うことのできる露光装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、高解像で高精度な露光を行うことのできる露光装置を用いて、高解像度の露光技術にしたがって高性能のマイクロデバイスを製造することのできるマイクロデバイス製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、光透過部材と、
前記光透過部材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有し、前記光透過部材の外周に配置された環状部材と、
前記光透過部材と前記環状部材との間に配置され、前記光透過部材の熱膨張率と前記環状部材の熱膨張率との違いにより、前記光透過部材に対して応力を発生させる応力発生部材とを備えていることを特徴とする光学素子を提供する。
第１発明の好ましい態様によれば、前記応力発生部材は、前記光透過部材の実使用温度と異なる所定温度の環境内で、前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周とを固着する。また、前記環状部材は、前記光透過部材に前記応力発生部材を介して固着されたインナーリングと、該インナーリングの径方向に可撓性を有する連結部材を介して、前記インナーリングに連結されたアウターリングとを有することが好ましい。この場合、前記応力発生部材は、前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周とを固着する接着剤であり、前記インナーリングには、前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周との間に接着剤を注入するための貫通孔が形成されていることが好ましい。
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記アウターリングの外周には、前記アウターリングの中心に対し、該アウターリングの外周面から外側に向かって突出した保持部が形成されている。さらに、前記連結部材は、前記インナーリングに外接するように延びた複数の可撓性部材を有することが好ましい。また、前記インナーリングと前記アウターリングと前記複数の可撓性部材とは一体的に形成されていることが好ましい。さらに、前記光透過部材は、立方晶系に属する結晶で形成された結晶光学部材であることが好ましい。
本発明の第２発明では、光学素子を製造する製造方法において、
光透過部材と、該光透過部材の熱膨張率と異なる熱膨張率を有し、前記光透過部材の外周に配置される環状部材とをそれぞれ所定位置に位置決めする位置決め工程と、
前記所定位置に位置決めされた前記光透過部材および前記環状部材を、前記光透過部材の実使用温度と異なる所定温度の環境内で保持するための保持工程と、
前記所定位置に位置決めされ且つ前記所定温度の環境内で保持された前記光透過部材の外周と前記環状部材の内周とを固着する固着工程とを含むことを特徴とする製造方法を提供する。
第２発明の好ましい態様によれば、前記位置決め工程では、エアベアリングを用いて、前記光透過部材および前記環状部材をそれぞれ浮上させて位置決めする。また、前記固着工程は、前記所定温度が前記実使用温度に対して高い温度の場合、前記光透過部材に引張に関する内部応力を発生させることが好ましい。さらに、前記固着工程は、前記所定温度が前記実使用温度に対して低い温度の場合、前記光透過部材に圧縮に関する内部応力を発生させることが好ましい。
本発明の第３発明では、立方晶系に属する結晶で形成された結晶光学部材と、第１発明の光学素子とを含むことを特徴とする光学系を提供する。
本発明の第４発明では、マスクを照明するための照明光学系と、
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に形成するための第３発明の光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第５発明では、マスクを照明するための第３発明の光学系と、
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に形成するための投影光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第６発明では、第４発明または第５発明の露光装置を用いて前記マスクのデバイスパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするデバイスの製造方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
２００１年５月１５日に開かれたリソグラフィに関するシンポジュウム（２ｎｄ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  １５７ｎｍ  Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）において、米国ＮＩＳＴのＪｏｈｎ  Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔらにより、蛍石には固有複屈折（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）が存在することを実験および理論の両面から確認したことが発表された。この発表によれば、蛍石の複屈折は、結晶軸［１１１］方向（およびこれと等価な結晶軸）、並びに結晶軸［１００］方向（およびこれと等価な結晶軸）ではほぼ零であるが、その他の方向では実質的に零でない値を有する。
Ｂｕｒｎｅｔｔらは上述の発表において、蛍石の複屈折の影響を低減する手法を開示している。Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法では、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１１１］とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約６０度だけ相対的に回転させる。そして、この結晶軸［１１１］のペアレンズの作用により、径方向の偏光に対する屈折率よりも周方向の偏光に対する屈折率が小さい複屈折領域が残る（換言すれば光軸に関して回転対称な複屈折が残る）ことになるが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
一方、本出願人は、たとえば特願２００１−２０６９３５明細書および図面において、一対の蛍石レンズの光軸と結晶軸［１００］（または該結晶軸［１００］と光学的に等価な結晶軸）とを一致させ、且つ光軸を中心として一対の蛍石レンズを約４５度だけ相対的に回転させる手法を提案している。本出願人の手法においても、この結晶軸［１００］のペアレンズの作用により、光軸に関して回転対称な複屈折はある程度残ることになるが、複屈折の影響をかなり低減することができる。
前述したように、たとえば露光光としてＦ２レーザー光を用いる露光装置では、多数の蛍石レンズを用いて投影光学系を構成することになる。この場合、Ｂｕｒｎｅｔｔらの手法にしたがう結晶軸［１１１］のペアレンズや、本出願人の手法にしたがう結晶軸［１００］のペアレンズを用いることにより、蛍石の複屈折の影響をかなり低減することができる。しかしながら、各蛍石レンズの結晶方位を上述のように管理しても、光軸に関して回転対称な複屈折の影響は残存することになる。
ところで、光透過部材（レンズ、平行平面板など）において、その光軸に関して回転対称な内部応力を発生させると、光透過部材を通過する光に対して、光軸に関して回転対称な複屈折が発生する。したがって、各蛍石レンズの結晶方位を管理した後に残存する回転対称な複屈折の影響を、回転対称な内部応力に起因して発生する回転対称な複屈折（残存する複屈折と符号が反対でほぼ同じ大きさを有する複屈折）の影響で相殺することにより、良好な光学性能を有する光学系を実現することができる。
特開２０００−３３１９２７号公報には、結晶材料が本来的に有する複屈折の影響を補正するために、平行平面板（補正部材）の周辺に金属製のベルト（応力調整手段）を取り付け、ネジを介してベルトを締め付けることにより、平行平面板において内側方向に内部応力を発生させる技術が開示されている。しかしながら、この公報に開示された従来技術では、平行平面板とベルトとの間の摩擦、平行平面板の外周面の製造誤差または加工精度やベルトの内周面の製造誤差または加工精度などに起因して、光軸に関して回転対称な均一分布の内部応力を平行平面板に発生させることはできない。また、従来技術では、平行平面板において外側方向に内部応力を発生させることはできない。
本発明の典型的な態様にしたがう光学素子は、光透過部材と、その外周に配置された環状部材とを備えている。ここで、光透過部材の熱膨張率と環状部材の熱膨張率とが異なるように設定されている。そして、光透過部材と環状部材とは、実使用温度と異なる所定温度の環境内で保持された状態において互いに固着されている。
したがって、互いに固着された光透過部材と環状部材とが実使用温度に戻ったとき、光透過部材の熱膨張率と環状部材の熱膨張率との違いにより、光透過部材にはその光軸に関してほぼ回転対称な内部応力が発生する。ここで、発生した回転対称な内部応力の向きは、光透過部材の熱膨張率と環状部材の熱膨張率との大小関係および固着を行う所定温度と実使用温度との大小関係に依存する。また、回転対称な内部応力の大きさは、固着を行う所定温度と実使用温度との温度差に依存する。
こうして、本発明の光学素子では、熱膨張率の大小関係、温度の大小関係および温度差を適宜設定することにより、光軸に関してほぼ回転対称で且つ所望の向きおよび所望の大きさを有する内部応力を光透過部材に発生させることができる。その結果、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いた光学系に残存する回転対称な複屈折の影響を打ち消すことができる。
したがって、回転対称な複屈折の影響を打ち消すことのできる本発明の光学素子を光学系に組み込むことにより、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても良好な光学性能を確保することができる。また、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても良好な光学性能を有する本発明の光学系を露光装置に搭載することにより、高解像で高精度な露光を行うことができる。さらに、高解像で高精度な露光を行うことのできる本発明の露光装置を用いて、高解像度の露光技術にしたがって高性能のマイクロデバイスを製造することができる。
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の実施形態にかかる光学素子が組み込まれた投影光学系の搭載された露光装置の構成を概略的に示す図である。なお、第１図において、投影光学系ＰＬの基準光軸ＡＸに平行にＺ軸を、基準光軸ＡＸに垂直な面内において第１図の紙面に平行にＹ軸を、基準光軸ＡＸに垂直な面内において第１図の紙面に垂直にＸ軸を設定している。
第１図に示す露光装置は、紫外領域の照明光を供給するための光源ＬＳとして、たとえばＦ２レーザー光源（波長１５７ｎｍ）を備えている。光源ＬＳから射出された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクル（マスク）Ｒを照明する。なお、光源ＬＳと照明光学系ＩＬとの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源ＬＳから照明光学系ＩＬ中の最もレチクル側の光学部材までの空間は、露光光の吸収率が低い気体であるヘリウムガスや窒素など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。
レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介して、レチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている。レチクルＲには転写すべきパターンが形成されており、照明光学系ＩＬにより、たとえばパターン領域全体のうちＸ方向に沿って長辺を有し且つＹ方向に沿って短辺を有する矩形状のパターン領域が照明される。レチクルステージＲＳは、図示を省略した駆動系の作用により、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り、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いた干渉計ＲＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
レチクルＲに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷは、ウェハテーブル（ウェハホルダ）ＷＴを介して、ウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に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、ウェハＷ上ではＸ方向に沿って長辺を有し且つ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。ウェハステージＷＳは、図示を省略した駆動系の作用によりウェハ面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いた干渉計ＷＩＦによって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
また、図示の露光装置では、投影光学系ＰＬを構成する光学部材のうち最もレチクル側に配置された光学部材と最もウェハ側に配置された光学部材との間で投影光学系ＰＬの内部が気密状態を保つように構成され、投影光学系ＰＬの内部の気体はヘリウムガスや窒素など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。
さらに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の狭い光路には、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどが配置されているが、レチクルＲおよびレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。なお、ケーシングを設けずに、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬとの間の光路部分のみに、局所的に不活性ガスを供給する構成であってもよい。
また、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の狭い光路には、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどが配置されているが、ウェハＷおよびウェハステージＷＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部に窒素やヘリウムガスなどの不活性ガスが充填されているか、あるいはほぼ真空状態に保持されている。なお、ケーシングを設けずに、投影光学系ＰＬとウェハＷとの間の光路部分のみに、局所的に不活性ガスを供給する構成であってもよい。このように、光源ＬＳからウェハＷまでの光路の全体に亘って、露光光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、投影光学系ＰＬによって規定されるレチクルＲ上の照明領域およびウェハＷ上の露光領域（すなわち実効露光領域）は、Ｙ方向に沿って短辺を有する矩形状である。したがって、駆動系および干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）などを用いてレチクルＲおよびウェハＷの位置制御を行いながら、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ＲＳとウェハステージＷＳとを、ひいてはレチクルＲとウェハＷとを同期的に移動（走査）させることにより、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し且つウェハ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走査露光される。
本実施形態では、露光光としてＦ２レーザー光を用いているので、投影光学系ＰＬは多数の蛍石レンズを備えているが、結晶軸［１１１］のペアレンズや結晶軸［１００］のペアレンズをそれぞれ複数組用いることにより、蛍石の複屈折の影響はかなり低減されている。しかしながら、各蛍石レンズの結晶方位を適宜管理しても光軸に関して回転対称な複屈折は残存することになるので、本発明にしたがう光学素子を投影光学系ＰＬに組み込むことにより、残存する回転対称な複屈折の影響を光学素子の内部応力に起因して発生する回転対称な複屈折の影響で相殺して、良好な結像性能を実現している。
第２Ａ図は、本実施形態にかかる光学素子の構成を概略的に示す図であって、平面図を示している。また、第２Ｂ図は、第２Ａ図における線Ａ−Ａに沿った断面図を示している。第２Ａ図および第２Ｂ図を参照すると、本実施形態の光学素子は、Ｆ２レーザー光を透過させる特性を有する光透過部材１と、光透過部材１の外周に配置された環状部材２とから構成されている。光透過部材１の形状は、図示のような両凹形状に限定されることなく、たとえばメニスカス形状や両凸形状や平行平面形状であってもよい。また、光透過部材１を形成する光学材料は、蛍石に限定されることなく、他の適当な結晶材料や、光の波長によっては石英ガラスなどを用いることもできる。
環状部材２は、光透過部材１に固着されたインナーリング２ａと、インナーリング２ａの径方向に可撓性を有する連結部材を介して、インナーリング２ａに連結されたアウターリング２ｂとから構成されている。ここで、連結部材は、インナーリング２ａに外接するように延びた３本のプレート状の可撓性部材２ｃを有する。この可撓性部材２ｃは、その両端部の各々がアウターリング２ｂに連結され、かつその中央部がインナーリング２ａに連結される。また、アウターリング２ｂの外周には、アウターリング２ｂの中心に対して、アウターリング２ｂの外周面から外側に向かって突出した保持部２ｄが形成されている。なお、インナーリング２ａとアウターリング２ｂと３本の可撓性部材２ｃとは、たとえばアルミニウムやその合金やステンレス銅やチタンや真鍮（しんちゅう）などの適当な材料により一体的に形成されている。
本実施形態では、光透過部材１の熱膨張率とインナーリング２ａの熱膨張率（ひいては環状部材２の熱膨張率）とが異なるように設定されている。そして、光透過部材１とインナーリング２ａ（ひいては環状部材２）とは、光学素子の実使用温度（たとえば常温）と異なる所定温度（たとえば常温に対して高温または冷温）の環境内で保持された状態において、たとえばエポキシ系の接着剤により互いに固着されている。なお、接着剤は、露光光を吸収する有機物や水分の発生が抑制された材質のものを使用することが望ましい。
第３図は、本実施形態において光透過部材とインナーリングとを接着剤により互いに固着する様子を示す図である。本実施形態では、第３図に示すように、光透過部材１の外周と環状部材２の内周（ひいてはインナーリング２ａの内周）との間に接着剤を注入するための貫通孔３１が、インナーリング２ａの周方向に沿って所定のピッチで（すなわち等角度間隔で）複数形成されている。したがって、各貫通孔３１を介して接着剤を注入することにより、光透過部材１と環状部材２とを周方向に沿って均等に固着することができる。
こうして、本実施形態では、互いに固着された光透過部材１と環状部材２とが実使用温度に戻ったとき、光透過部材１の熱膨張率と環状部材２の熱膨張率との違いにより、光透過部材１にはその光軸ＡＸに関してほぼ回転対称な内部応力が発生する。具体的には、光透過部材１が蛍石で形成され且つ環状部材２がチタンやステンレス鋼や真鍮で形成されている場合、環状部材２の熱膨張率よりも光透過部材１の熱膨張率が大きくなる。この場合、実使用温度よりも高い温度で固着すれば光透過部材１には外側方向の内部応力（引張り応力）が発生し、実使用温度よりも低い温度で固着すれば光透過部材１には内側方向の内部応力（圧縮応力）が発生する。
逆に、光透過部材１が石英ガラスで形成され且つ環状部材２がチタンやステンレス鋼や真鍮で形成されている場合、光透過部材１の熱膨張率よりも環状部材２の熱膨張率が大きくなる。この場合、実使用温度よりも高い温度で固着すれば光透過部材１には内側方向の内部応力が発生し、実使用温度よりも低い温度で固着すれば光透過部材１には外側方向の内部応力が発生する。このように、接着剤は、光透過部材１と環状部材２との間に配置され、光透過部材１の熱膨張率と環状部材２の熱膨張率との違いにより、光透過部材１に対して内部応力を発生させる応力発生部材を構成している。
本実施形態では、光学素子の実使用温度がある程度変動した場合にも、光透過部材１に発生する内部応力の変動があまり大きくならないように、ひいては投影光学系ＰＬの光学特性の変動があまり大きくならないように、インナーリング２ａの周方向剛性（断面積と弾性係数との積）を小さく抑える必要がある。その結果、インナーリング２ａは非常に薄い円環プレート状の形態を有し、光学素子を保持する際に把持すべき保持部（突起部）をインナーリング２ａの外周に設けることは好ましくない。
そこで、本実施形態では、インナーリング２ａの径方向に可撓性を有する連結部材２ｃを介して、インナーリング２ａとアウターリング２ｂとを連結する構造を採用している。この場合、径方向に可撓性を有する連結部材２ｃの作用により、アウターリング２ｂが実使用温度に戻っても、アウターリング２ｂの収縮または膨張がインナーリング２ａ（ひいては光透過部材１）に実質的に影響を及ぼすことがない。したがって、アウターリング２ｂの断面積を小さく抑える必要はなく、結果としてアウターリング２ｂの外周に保持部２ｄを形成することが可能になっている。
第４Ａ図および第４Ｂ図は、本実施形態の光学素子の製造方法を説明する図である。本実施形態の製造方法（組立方法）では、第４Ａ図に示すように、光透過部材１の一方の光学面１ａに対して補完的な面形状の支持面４１ａを有するエアベアリングユニット４１を用いて、光透過部材１を浮上させて位置決めする。また、環状部材２を構成するアウターリング２ｂの一方の側面２ｂａに対して補完的な面形状の支持面４２ａを有するエアベアリングユニット４２を用いて、環状部材２を浮上させて位置決めする。こうして、エアベアリングの作用により、光透過部材１の光軸ＡＸと環状部材２の中心軸線とが一致するように調芯し、光透過部材１と環状部材２とを光軸ＡＸに沿って位置合わせして、光透過部材１および環状部材２をそれぞれ所定位置に非接触方式で位置決めする。
次いで、所定位置にそれぞれ位置決めされた光透過部材１および環状部材２を、実使用温度と異なる所定温度（たとえば常温に対して高温または低温）の環境内で保持する。そして、所定位置に位置決めされ且つ所定温度の環境内で保持された光透過部材１の外周と環状部材２の内周とを、インナーリング２ａに形成された貫通孔３１を介して接着剤を注入することにより固着する。こうして、第４Ｂ図に示すように、互いに固着された光透過部材１と環状部材２とが実使用温度に戻ったとき、光透過部材１の熱膨張率と環状部材２の熱膨張率との違いにより、光透過部材１にはその光軸ＡＸに関してほぼ回転対称な内部応力が発生する。
第５図は、本実施形態の光学素子を保持して投影光学系の鏡筒に取り付けるための取付け部材の全体構成を概略的に示す斜視図である。また、第６図は、第５図の取付け部材の上面図である。また、第７図は、第６図の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。第５図〜第７図を参照すると、本実施形態の光学素子（光透過部材１および環状部材２）は、取付け部材５０によって保持され、投影光学系ＰＬの鏡筒（不図示）に取り付けられる。
取付け部材５０は、全体的にリング状の本体５１を有する。そして、本実施形態の光学素子（１，２）は、本体５１の周方向に沿って所定のピッチで（詳細には１２０度の等角度間隔で）配置された３つのばね組立体５２ａ〜５２ｃの作用により、取付け部材５０に取り付けられている。具体的には、３つのばね組立体５２ａ〜５２ｃの位置に小さな受座（不図示）が設けられ、この３つの受座の上に光学素子のアウターリング２ｂに形成された保持部２ｄが載置される。このとき、受座と保持部２ｄとの平面接触により、アウターリング２ｂが、ひいては光学素子が過度に拘束されることが回避される。
受座は、光学素子の半径方向（水平方向）の伸張を可能にする構造を有するが、鉛直方向および接線方向の両方においては所定の剛性を有し、光学素子に対して高度の取付け剛性を維持している。ばね組立体５２ａ〜５２ｃは、光学素子の保持部２ｄを受座の上に直接的に且つ機械的に締め付けて、締付け力と受座の力とのずれにより生じ得るモーメントを全て除去する。接着剤を用いることなく光学素子（１，２）を機械的に締め付けることにより、接着剤の使用に固有な問題、すなわちガス抜きおよび分解の際の破壊の問題などが回避される。
ばね組立体５２ａ〜５２ｃに可撓性の締付機構を設けることにより、機械的許容差の範囲内で起こり得る機械的誤差および寸法的誤差が幾らかあっても、締付け力は実質的に均等に且つ一定に加えられる。この種の締付機構は、ばね組立体５２ａ〜５２ｃの位置に取り付けられて、光学素子（１，２）の伸張差による過度の拘束を防止する。なお、取付け部材５０のさらに詳細な構成および作用については、本出願人の出願にかかる特願２０００−２１００２９号明細書および図面を参照することができる。
以上のように、本実施形態では、熱膨張率が互いに異なるように設定された光透過部材１と環状部材２とが、実使用温度と異なる高温または低温の環境内で保持された状態において互いに固着されている。したがって、互いに固着された光透過部材１と環状部材２とが実使用温度に戻ったとき、光透過部材１の熱膨張率と環状部材２の熱膨張率との違いにより、光透過部材１にはその光軸ＡＸに関してほぼ回転対称な応力が発生する。
こうして、本実施形態の光学素子では、光軸ＡＸに関してほぼ回転対称な内部応力を光透過部材２に発生させることができるので、蛍石を用いた投影光学系ＰＬに残存する回転対称な複屈折の影響を打ち消すことができる。したがって、回転対称な複屈折の影響を打ち消すことのできる本実施形態の光学素子が組み込まれた投影光学系ＰＬでは、蛍石を用いても良好な結像性能（光学性能）を確保することができる。また、蛍石を用いても良好な光学性能を有する投影光学系ＰＬが搭載された露光装置では、高解像で高精度な露光を行うことができる。
なお、上述の実施形態では、複屈折性の光学材料としてフッ化カルシウム結晶（蛍石）を用いているが、これに限定されることなく、他の一軸性結晶、たとえばフッ化バリウム結晶（ＢａＦ２）、フッ化リチウム結晶（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム結晶（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム結晶（ＳｒＦ２）、フッ化ベリリウム結晶（ＢｅＦ２）など、紫外線に対して透明な他の結晶材料を用いることもできる。このうち、フッ化バリウム結晶は、すでに直径２００ｍｍを越す大型の結晶材料も開発されており、レンズ材料として有望である。この場合、フッ化バリウム（ＢａＦ２）などの結晶軸方位も本発明に従って決定されることが好ましい。
また、上述の実施形態では、光透過部材１と環状部材２とを接着剤により固着しているが、これに限定されることなく、例えばろう付けや溶着などの手法を用いて光透過部材１と環状部材２とを固着することもできる。さらに、上述の実施形態では、インナーリング２ａに等角度間隔に設けられた複数の貫通孔３１を介して接着剤を注入しているが、貫通孔３１の数、形状および配置については様々な変形例が可能である。また、貫通孔３１を用いることなく、光透過部材１と環状部材２との間に接着剤を注入することもできる。
また、上述の実施形態では、インナーリング２ａとアウターリング２ｂと３本の可撓性部材２ｃとが金属材料により一体的に形成されている。しかしながら、これに限定されることなく、インナーリング２ａとアウターリング２ｂと３本の可撓性部材２ｃとを、それぞれ別体で形成することもできる。また、可撓性部材２ｃの数および形状、並びに環状部材２の形成材料については様々な変形例が可能である。
ところで、上述の実施形態では、光透過部材１に発生する内部応力の影響を受けて、その光学面が微小変形する可能性がある。そこで、本実施形態の光学素子の製造後に、必要に応じて光学面の面形状を測定し、その測定結果に基づいて研磨加工を行うことにより光学面の補正を行うことが好ましい。
上述の実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、本実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウェハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき第８図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第８図のステップ３０１において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウェハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウェハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、本実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、第９図のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。第９図において、パターン形成工程４０１では、本実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
なお、上述の実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、露光装置に搭載される照明光学系や、他の一般的な光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の実施形態では、１５７ｎｍの波長光を供給するＦ２レーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源や１２６ｎｍの波長光を供給するＡｒ２レーザー光源などを用いることもできる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明では、熱膨張率が異なるように設定された光透過部材と環状部材とが、実使用温度と異なる所定温度の環境内で保持された状態において互いに固着されているので、互いに固着された光透過部材と環状部材とが実使用温度に戻ったときに、光透過部材の熱膨張率と環状部材の熱膨張率との違いにより、光透過部材にはその光軸に関してほぼ回転対称な応力が発生する。その結果、本発明の光学素子では、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いた光学系に残存する回転対称な複屈折の影響を打ち消すことができる。
したがって、回転対称な複屈折の影響を打ち消すことのできる本発明の光学素子を組み込んだ光学系では、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても良好な光学性能を確保することができる。また、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても良好な光学性能を有する本発明の光学系を搭載した露光装置では、高解像で高精度な露光を行うことができる。さらに、高解像で高精度な露光を行うことのできる本発明の露光装置を用いて、高解像度の露光技術にしたがって高性能のマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明の実施形態にかかる光学素子が組み込まれた投影光学系の搭載された露光装置の構成を概略的に示す図である。
第２Ａ図は、本実施形態にかかる光学素子の構成を概略的に示す図であって、平面図を示している。
第２Ｂ図は、本実施形態にかかる光学素子の構成を概略的に示す図であって、第２Ａ図における線Ａ−Ａに沿った断面図を示している。
第３図は、本実施形態において光透過部材とインナーリングとを接着剤により互いに固着する様子を示す図である。
第４Ａ図および第４Ｂ図は、本実施形態の光学素子の製造方法を説明する図である。
第５図は、本実施形態の光学素子を保持して投影光学系の鏡筒に取り付けるための取付け部材の全体構成を概略的に示す斜視図である。
第６図は、第５図の取付け部材の上面図である。
第７図は、第６図の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
第８図は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
第９図は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【図１】
2003040785.tif 000003
【図２Ａ】
2003040785.tif 000004
【図２Ｂ】
2003040785.tif 000005
【図３】
2003040785.tif 000006
【図４Ａ】
2003040785.tif 000007
【図４Ｂ】
2003040785.tif 000008
【図５】
2003040785.tif 000009
【図６】
2003040785.tif 000010
【図７】
2003040785.tif 000011
【図８】
2003040785.tif 000012
【図９】
2003040785.tif 000013
【国際調査報告】
2003040785.tif 000014
2003040785.tif 000015
2003040785.tif 000016
2003040785.tif 000017