(57)【要約】【課題】レンズ等の光学要素に加える外力を減らし、光学要素を確実に固定することが可能となる光学要素の支持手段、該光学要素の支持手段による光学系、露光装置等の光学装置、デバイス製造方法を提供する。【解決手段】光学素子の外周部を支持する第一の支持部材と、該第一の支持部材の外径側に位置し該第一の支持部材を支持する第二の支持部材とを備え、該第一の支持部材を該第二の支持部材に対して、光軸と直交する面内方向に固定する連結部材と、光軸方向に押圧する弾性部材とを有する構成とする。【選択図】　　　　　　図１
2004093663.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の外周部を支持する第一の支持部材と、該第一の支持部材の外径側に位置し該第一の支持部材を支持する第二の支持部材とを備え、
該第一の支持部材と該第二の支持部材との間に、該第一の支持部材を光軸と直交する面内方向に固定する連結部材と、該第一の支持部材を光軸方向に押圧する弾性部材とを有することを特徴とする光学要素の支持手段。
【請求項２】
前記連結部材は、前記光学要素の半径方向の剛性が、光軸方向の剛性よりも高いことを特徴とする請求項１に記載の光学要素の支持手段。
【請求項３】
前記連結部材は、その形状寸法がつぎの式▲１▼を満たすように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学要素の支持手段。
Ｌ／Ａ＜Ｅδ／ｍＧｘｙ……▲１▼
但し、Ｌ：板ばねの有効長さ
ａ：板ばねの厚さ
ｂ：板ばねの幅
Ａ：板ばねの断面積（ａ×ｂ）
Ｅ：板ばねのヤング率
ｍ：レンズと支持部材の質量
Ｇｘｙ：本発明を適用した光学系にかかる最大横方向加速度
δ：本発明を適用した光学系で許容される各レンズの横ずれ量
【請求項４】
前記連結部材は、その形状寸法がつぎの式▲２▼を満たすように構成されていることを特徴とする請求項３に記載の光学要素の支持手段。
ａ３ｂ／Ｌ３＜４Ｗ／Ｅｚ……▲２▼
但し、ｚ：光軸方向最大調整量
Ｗ：第一の支持部材に対して、光軸方向に加重可能な１点当りの最大荷重であり、光学要素に伝播する歪の許容量より決定される数値
【請求項５】
前記連結部材は、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材の間にほぼ等間隔に少なくとも３個所以上に配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光学要素の支持手段。
【請求項６】
前記光軸方向に押圧する弾性部材は、前記第一の支持部材を押圧する１箇所当りの力Ｆが、つぎの式▲３▼及び▲４▼を満たすように構成されていることを特徴とする請求項５に記載の光学要素の支持手段。
Ｆ≧ＭＧｚ／３……▲３▼
Ｆ≦Ｗ−ａ３ｂＥｚ／４Ｌ３……▲４▼
但し、Ｍ：レンズ（上下）と支持部材（上下）とスペーサの合計質量
Ｇｚ：本発明を適用した光学系にかかる最大光軸方向加速度
【請求項７】
前記連結部材は、円盤状部材で構成され、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材の間に配置されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学要素の支持手段。
【請求項８】
前記円盤状部材は、放射状にスリットを有することを特徴とする請求項７に記載の光学要素の支持手段。
【請求項９】
複数の光学要素を有する光学系において、該複数の光学要素が請求項１〜８のいずれか１項に記載の光学要素の支持手段によって支持されていることを特徴とする光学系。
【請求項１０】
請求項９に記載の光学系を有することを特徴とする露光装置等の光学装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の露光装置等の光学装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学要素の支持手段、該光学要素の支持手段による光学系、露光装置等の光学装置、デバイス製造方法に関し、特に、レンズ、ミラーなどの光学要素の支持部材及び、このような支持部材による光学要素を用いた高精度な光学装置、例えば半導体集積回路等の製造に用いる露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体露光装置は、回路パターンを有する原板（レチクル）を基板（シリコンウエハ）に転写する装置である。転写する際には、レチクルのパターンをウエハ−上に結像させるために投影レンズが用いられるが、高集積な回路を作成するために、投影レンズには高い解像力が要求される。そのために、半導体露光装置用のレンズは、収差が小さく抑えられている。
このようなことから、半導体露光装置用のレンズ等においては、ガラス材質や膜に関する諸特性の均一性や、ガラスの面形状の加工精度、組立精度が必要である。
【０００３】
レンズに用いられるガラスを保持する鏡筒は、金属などで形成されるのが一般的であり、ガラスと異なる材質のものが使用される。
図６は、従来の半導体露光装置用の光学系の一部であり、鏡筒構造の概念を示したものである。同図において、複数のレンズ２０１、２０２がそれぞれレンズを支持する金枠２０３、２０４に固定され、さらに、空気間隔調整用スペーサ２０６、２０７を挟んで、この金枠が筒状の支持部材２０５の中に積み立てられ、上部から押えネジ環２０８、２０９によって押圧固定されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例によれば、レンズと金枠が、筒状支持部材に対して、光軸と直交する面内方向に横ずれしないように固定しているのは、ネジ環で金枠を光軸方向に挟む力により発生する摩擦力である。
また、前記従来例の他に、レンズを直接押圧することで発生する摩擦力が、レンズの固定力として働く構成が、特願昭５７−６２１８３などにも開示されている。
【０００５】
このような構成では、すなわち、金枠−スペーサ間の静止摩擦係数と、スペーサー筒状支持部材間の静止摩擦係数のうち小さい方をμ、ネジ環が金枠を光軸方向に挟む力をＦ、光学系に加わる横方向の加速度をＧ、レンズと金枠の質量合計をＭとすれば、レンズ及び金枠が横ずれしないためには
Ｆ＞ＭＧ／μ
を満たす必要があり、一般的な金属同士の静止摩擦係数が０．１〜０．１５程度であることを考えると、ネジ環が金枠を挟み込む力は、想定される横方向の外力ＭＧに対して７〜１０倍が必要となる。
半導体露光装置に用いられる投影光学系など、高性能な光学特性が必要とされる機器において、レンズの横ずれ、傾きなどの姿勢変化を防止することは必須であるが、同時に、光学系を構成する各レンズが外力を受けて変形することは極力避けねばならない。
【０００６】
しかしながら、前記従来例によれば、レンズの横ずれを防止するために、光軸方向に強大な力を加えることが必要なため、金枠にかかる力がレンズに伝播し、結果としてレンズに歪みを伝えてしまう。
さらに、光学系の環境温度が変化し、線膨張率の違いからネジ環と金枠との間に微小な隙間が生じた場合、ネジ環が金枠を挟む力は急激に減少し、レンズは容易に姿勢変化を起こすことになる。
【０００７】
そこで、本発明は、レンズ等の光学要素に加える外力を減らし、光学要素を確実に固定することが可能となる光学要素の支持手段、該光学要素の支持手段による光学系、露光装置等の光学装置、デバイス製造方法を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、つぎの（１）〜（１１）のように構成した光学要素の支持手段、該光学要素の支持手段による光学系、露光装置等の光学装置、デバイス製造方法を提供するものである。
（１）光学素子の外周部を支持する第一の支持部材と、該第一の支持部材の外径側に位置し該第一の支持部材を支持する第二の支持部材とを備え、
該第一の支持部材と該第二の支持部材との間に、該第一の支持部材を光軸と直交する面内方向に固定する連結部材と、該第一の支持部材を光軸方向に押圧する弾性部材とを有することを特徴とする光学要素の支持手段。
（２）前記連結部材は、前記光学要素の半径方向の剛性が、光軸方向の剛性よりも高いことを特徴とする上記（１）に記載の光学要素の支持手段。
（３）前記連結部材は、その形状寸法がつぎの式▲１▼を満たすように構成されていることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の光学要素の支持手段。
Ｌ／Ａ＜Ｅδ／ｍＧｘｙ……▲１▼
但し、Ｌ：板ばねの有効長さ、ａ：板ばねの厚さ、ｂ：板ばねの幅、Ａ：板ばねの断面積（ａ×ｂ）、Ｅ：板ばねのヤング率、ｍ：レンズと支持部材の質量、Ｇｘｙ：本発明を適用した光学系にかかる最大横方向加速度、δ：本発明を適用した光学系で許容される各レンズの横ずれ量。
（４）前記連結部材は、その形状寸法がつぎの式▲２▼を満たすように構成されていることを特徴とする上記（３）に記載の光学要素の支持手段。
ａ３ｂ／Ｌ３＜４Ｗ／Ｅｚ……▲２▼
但し、ｚ：光軸方向最大調整量、Ｗ：第一の支持部材に対して、光軸方向に加重可能な１点当りの最大荷重であり、光学要素に伝播する歪の許容量より決定される数値。
（５）前記連結部材は、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材の間にほぼ等間隔に少なくとも３個所以上に配置されていることを特徴とする
上記（１）〜（４）のいずれかに記載の光学要素の支持手段。
（６）前記光軸方向に押圧する弾性部材は、前記第一の支持部材を押圧する１箇所当りの力Ｆが、つぎの式▲３▼及び▲４▼を満たすように構成されていることを特徴とする
上記（５）に記載の光学要素の支持手段。
Ｆ≧ＭＧｚ／３……▲３▼
Ｆ≦Ｗ−ａ３ｂＥｚ／４Ｌ３……▲４▼
但し、Ｍ：レンズ（上下）と支持部材（上下）とスペーサの合計質量、Ｇｚ：本発明を適用した光学系にかかる最大光軸方向加速度。
（７）前記連結部材は、円盤状部材で構成され、前記第一の支持部材と前記第二の支持部材の間に配置されていることを特徴とする上記（１）または上記（２）に記載の光学要素の支持手段。
（８）前記円盤状部材は、放射状にスリットを有することを特徴とする
上記（７）に記載の光学要素の支持手段。
（９）複数の光学要素を有する光学系において、該複数の光学要素が上記（１）〜（８）のいずれかに記載の光学要素の支持手段によって支持されていることを特徴とする光学系。
（１０）上記（９）に記載の光学系を有することを特徴とする露光装置等の光学装置。
（１１）上記（１０）に記載の露光装置等の光学装置を用いてデバイスを製造することを特徴とするデバイス製造方法。
【０００９】
【発明の実施の形態】
光学素子を所定の場所に保持するに際して、上記構成を適用し、レンズ等の光学要素の外周部を支持する第一の支持部材と、該第一の支持部材の外径側に位置し該第一の支持部材を支持する第二の支持部材との間に、該第二の支持部材に固定された連結部材を配置して、該第一の支持部材を光軸と直交する面内方向に固定することで、光軸方向に押圧する弾性部材による押圧固定力は、光軸方向に加わる最大荷重に相当する力でよく、レンズ等の光学要素に過大な力を加えることなくレンズ等の光学要素の位置決めを行うことができる。また連結部材は光学要素の半径方向の剛性が、光軸方向の剛性よりも高いので、レンズ間距離調整のため、レンズ位置が光軸方向に移動した場合も、前記第一の支持部材に大きな歪を与えることがなく、光学要素を確実に固定することが可能となる。また、これを半導体露光装置等の光学装置に適用することによって、安定で、収差の小さい露光等が実現でき、解像力の高い転写等を行うことができる。これにより、微細な半導体を製造することが可能になる。
【００１０】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について説明する。
［実施例１］
本発明の実施例を以下、図１〜図３を用いて説明する。
図１は本発明の実施例１にかかる投影光学系の一部を表す概略図であり、同様の構成による複数のユニットが光軸方向に積み重なることによって、後述する図５に示す半導体露光装置における投影光学系１０３を構成する。
図２はレンズ及び支持部材の詳細図であり、一部を断面図で表わしている。重力方向は光軸と一致する方向である。
【００１１】
図１において、１は石英のレンズ、２はレンズ１を支持するリング状の支持部材であり、説明のため一部を断面図で表している。レンズ１周辺部と支持部材２の径方向の隙間には全周にわたって不図示の接着剤が充填され、レンズ１は支持部材２に固定されている。
【００１２】
環境温度変化時のレンズ面形状変化を抑えるため、本実施例では支持部材２はレンズ１と同等の線膨張率をもつスーパーインバー材を使用しているが、ガラス材質、面形状変化の許容値、温度環境などによっては、鉄材、真鍮材、セラミック等を選択的に使用することも可能である。支持部材２は、レンズの空気間隔を調整するためのスペーサ４を挟んで、筒状の支持部材である鏡筒３内に挿入されている。支持部材２は、外周上ほぼ等間隔の３箇所に配置された連結部材１１によって、鏡筒３と連結されている。連結部材１１は光軸と直交する面内方向に高剛性で、光軸方向には弱いバネ性を有する板ばね形状をしている。
【００１３】
１３は複数枚のレンズ１を鏡筒３内の光軸方向の位置ずれを規制するためのプランジャーであり、鏡筒３の内周上ほぼ等間隔の３箇所に設けられたプランジャー固定台１２のネジ穴に係合されている。図２にその一部の断面図を示す。プランジャー１３内の圧縮コイルばね１４は、プランジャー先端のボール１５を介して、支持部材２を光軸方向に押圧している。
【００１４】
図５は集積回路を製造するための半導体露光装置を示す図である。上記図１に示す構成の複数のユニットが光軸方向に積み重なることにより、図５に示す半導体露光装置における投影光学系１０３を構成する。この露光装置において、レチクルステージ１０２に搭載されたレチクル１０１の一部に照明光学系１０５から露光用の照明光が照射される。照明光源は紫外線領域、あるいは真空紫外線領域の光である。照射領域は、スリット状であり、レチクルのパターン領域の一部を照明する。このスリット部分に相当するパターンは投影光学系１０３によって１／４に縮小されて、ウエハステージ１０４に搭載されたウエハ１０６上に投影される。投影光学系１０３は、露光装置のフレーム１０７に搭載されている。投影光学系に対しレチクルとウエハとを同期走査移動させることによりレチクルのパターン領域全体をウエハ上の感光剤に転写する。この走査露光がウエハ上の複数の転写領域（ショット）に対して繰り返し行なわれる。
【００１５】
次に本実施例において、連結部材１１の形状寸法がどのように決定されているかを、連結部材１１の板バネ形状の詳細図（図３）を用いて説明する。
Ｌ：板ばねの有効長さ
ａ：板ばねの厚さ
ｂ：板ばねの幅
Ａ：板ばねの断面積（ａ×ｂ）
Ｅ：板ばねのヤング率
ｍ：レンズと支持部材の質量
Ｇｘｙ：本発明を適用した光学系にかかる最大横方向加速度
とすると、最大の横方向加速度が光学系に加わった場合の横ずれ量は、支持部材２と鏡筒３との摩擦を考慮しない場合、板ばねの半径方向の伸び
ｍＧｘｙＬ／ＡＥ
に等しくなるので、本発明を適用した光学系で許容される各レンズの横ずれ量をδとすると、
δ＞ｍＧｘｙＬ／ＡＥ
すなわち、
Ｌ／Ａ＜Ｅδ／ｍＧｘｙ……▲１▼
を満たすことが必要である。
【００１６】
また、光学性能のチューニングのため、レンズ間距離をスペーサ４の高さ調整により行うが、その際、支持部材２の光軸方向の位置は変動し、連結部材１１は光軸方向に変位する。支持部材２に歪を与えないためには、連結部材１１は光軸方向に弱いばね性を持っていることが望ましい。
ｚ：光軸方向最大調整量
とすると、前記条件▲１▼に加え
ａ３ｂ／Ｌ３＜４Ｗ／Ｅｚ……▲２▼
を満たすように、連結部材１１の形状寸法は決定されている。
【００１７】
この時、Ｗは支持部材２に対して、光軸方向に加重可能な１点当りの最大荷重であり、レンズ１に伝播する歪の許容量より決定される数値である。
また、プランジャー１３が支持部材２を押圧する１箇所当りの力Ｆは、
Ｍ：レンズ（上下）と支持部材（上下）とスペーサの合計質量
Ｇｚ：本発明を適用した光学系にかかる最大光軸方向加速度
とすると
Ｆ≧ＭＧｚ／３…▲３▼
かつ
Ｆ≦Ｗ−ａ３ｂＥｚ／４Ｌ３…▲４▼
となるよう、圧縮コイルばね１４の圧縮量が決定され、プランジャー１３はプランジャー固定台１２に対して所望の突出量になるよう調整される。
【００１８】
本実施例によれば、連結部材１１がレンズ１および支持部材２を光軸と直交する面内方向に固定しているため、光軸方向に位置決めするための、押圧固定力は、光軸方向に加わる最大荷重に相当する力でよく、レンズに過大な力を加えることなくレンズの位置決めを行うことができる。また連結部材１１は光軸方向に弱いばね性を持っているので、レンズ間距離調整のため、レンズ位置が光軸方向に移動した場合も、支持部材２およびレンズ１に大きな歪を与えることがなく、光学系トータルの光学特性を良好に保つことが可能である。
また光学系の環境温度が変化した場合、支持部材２、鏡筒３、スペーサ４の線膨張率差により、ボール１５が支持部材２と接触する部位が相対的に上下するが、本実施例ではプランジャー１３内の圧縮コイルばね１４の伸縮により、常に支持部材２には与圧がかかるため、押圧力に大きな変化はなく、レンズ１の位置変動を抑えることが可能である。
【００１９】
本実施例では、連結部材１１、プランジャー１３は各々、支持部材の周上３箇所に配置したが、それ以上であればよい。
また、本実施例ではスペーサ４はリング形状のものを使用したが、円周上３箇所以上の複数箇所に配置された同一高さのブロック形状でもよい。その場合、プランジャー１３の押圧力による支持部材２の変形量を小さくするため、プランジャー１３は、スペーサが配置された場所と同じ角度に配置することが望ましい。
【００２０】
［実施例２］
本発明の実施例２を以下、図４を用いて説明する。
図４は本発明の実施例にかかる投影光学系の構成を表す概略図である。
図４において、先の実施例と同一の符号は同一の部材を表す。
２１はリング形状の連結部材であり、連結部材２１の外周部は鏡筒３内に設けられた段部に固定され、内周部は支持部材２に固定されている。
連結部材２１が光軸方向に弱いばね性を有することは、前記実施例１と同様であるが、本実施例では、連結部材をリング状としたことで、前記実施例１で用いた連結部材１１と同等のばね厚さ、有効長さでありながら、光軸と直交する面内方向により強固な固定が可能となった。
【００２１】
また、前記面内方向の剛性を確保しつつ、光軸方向により柔軟な形状とするために、板ばね部に放射状にスリットを形成する構造でもよい。
以上において、半導体露光装置の投影レンズシステムを例として説明したが、光学要素としてはレンズ以外にミラーに適用しても良い。また、高精度な光学系を用いる種々の光学装置、光学システムに応用することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、光学要素及びその支持手段に加える光軸方向の押圧力を最小限にし、光学要素の歪を低減した状態で、光学要素をその支持手段に確実に位置決めして固定することが可能となる。
また、これを半導体露光装置等の光学装置に適用することによって、安定で、収差の小さい露光等が実現でき、解像力の高い転写等を行うことができる。これにより、微細な半導体を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における投影光学系の概略図。
【図２】実施例１において、プランジャー部を断面表示した詳細図。
【図３】実施例１において、連結部材の寸法を示す詳細図。
【図４】本発明の実施例２における投影光学系の概略図。
【図５】本発明の実施例１における投影光学系が適用された半導体露光装置の概略図。
【図６】従来例における鏡筒構造の概略図。
【符号の説明】
１：石英のレンズ
２：支持部材
３：鏡筒
４：スペーサ
１１：連結部材
１２：プランジャー固定台
１３：ボールプランジャー
１４：圧縮コイルばね
１５：ボール
２１：リング状連結部材
１０１：レチクル
１０２：レチクルステージ
１０３：投影光学系
１０４：ウエハーステージ
１０５：照明光学系
１０６：ウエハー
１０７：露光装置のフレーム
２０１：レンズ
２０２：レンズ
２０３：金枠
２０４：金枠
２０５：支持部材
２０６：スペーサ
２０７：スペーサ
２０８：ネジ環
２０９：ネジ環
【図１】
2004093663.tif 000003
【図２】
2004093663.tif 000004
【図３】
2004093663.tif 000005
【図４】
2004093663.tif 000006
【図５】
2004093663.tif 000007
【図６】
2004093663.tif 000008