(57)【要約】【課題】冷却装置との干渉による光学素子の形状精度の劣化を低減することができる光学素子冷却装置を提供する。【解決手段】ミラー１１は、反射鏡面１１ａを上に向けて光学素子（ミラー）冷却装置１２のミラー嵌合部１２１上に配置されている。ミラー１１は、ミラー１１の周辺に複数個（一例で３個）設置されたミラー支持機構１４によって、ミラー嵌合部１２１と接触しないように支持されている。ミラー１１の裏面１１ｂとミラー嵌合部１２１の間は、熱交換媒体１３１で満たされている。ミラー冷却装置１２の冷却媒体循環部１２２の内部には、冷却媒体１３２が充填されており、冷却媒体１３２は、冷却媒体流入口１２ａ及び冷却媒体流出口１２ｂを通じて流れている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学素子の非光学的機能面（裏面）に沿って、小さい隙間を隔てて配置された冷却装置と、
前記隙間に充填された、熱交換媒体となる低蒸気圧液体と、
を備えることを特徴とする光学素子冷却装置。
【請求項２】
エネルギー線を感応基板に選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、
該エネルギー線の光学系の光学素子を保持冷却する、請求項１記載の光学素子冷却装置を具備することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に真空中に設置される光学素子の冷却方法及びこれを用いた露光装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体リソグラフィ等に用いられる露光装置内には、種々の光学素子が設置される。このような光学素子の一つにミラーがある。ＥＵＶ露光装置に用いられるミラーとしては、ミラーの基板表面に多層膜が成膜されたものが用いられる。この多層膜は、屈折率の異なる２種類以上の物質を、光学的干渉理論に基づいて膜厚を調整しながら成膜したものである。
【０００３】
このミラーに照明光が到達すると、光学的干渉により大部分の光はミラーの多層膜によって反射され、露光装置内のほかの光学素子に向けて伝達されるが、照明光の一部はミラーの基板に吸収されるため、ミラーに熱が生じる。
【０００４】
ところで、露光装置に用いられるミラーには高い形状精度が要求される。このため、ミラーを露光装置内に固定する際には、例えば、ミラーの３点のみを支持してミラーを保持する等、外力による変形を極力抑えるような固定方法が採られる。このような固定方法を用いた場合には、照明光の吸収によりミラーに生じた熱は、支持手段に接触している部分と、ミラーの周囲を取り巻くガス（大気等）を通じ、熱伝導によって外部に放出される。
【０００５】
ところが、熱伝導だけでミラーに生じた熱が十分に放出されるとは限らない。特に、真空紫外線やＸ線等を用いる露光装置においては、光の経路を真空に維持する必要があるため、ミラーから熱を放出する経路は、放射を除けば支持手段に接触している部分のみとなる。
【０００６】
照明光を吸収することによりミラーに生じる熱量は、照明光の強度や照明光に対する多層膜の吸収率によるが、現在開発中のものでは、反射率は最高で７０％程度であり、ミラーに当たる光の約３０％という相当の割合が熱に変わる。この熱は、ミラーから十分に放出されずに蓄積される。これにより、ミラーが高温に加熱されるため、熱膨張によってミラーに形状精度の劣化が生じ、ミラーの光学性能が損なわれる。さらに、ミラーの温度が数百℃にまで達すると、主に拡散によって多層膜の内部で構造の変化が生じ、ミラーの反射率が低下してしまうという問題も生じる。
【０００７】
上記のような問題を回避するため、例えば、ミラーに入射する光量を減らすことでミラーの発熱を抑える方法が提案されている。しかしながら、この方法は、大きな入射光を必要とする部位には用いることができない。
また、ミラーの裏面（反射鏡面の反対側の面）に冷却装置を直接接触させてミラーの発熱を抑えるという方法も提案されている。
【０００８】
図５は、ミラーの裏面（反射鏡面の反対側の面）に冷却装置を直接接触させてミラーの発熱を抑える方法を示す断面図である。
図５に示すように、ミラー５１は、反射鏡面５１ａを上に向けてミラー冷却装置５２の上に載置されている。ミラー５１の側面には、被支持部５１ｃが設けられている。被支持部５１ｃは、ミラー５１の周囲を取り巻くように形成されており、ミラー５１と一体となっている。
【０００９】
ミラー冷却装置５２は、ミラー５１よりやや大きいタライ状である。ミラー冷却装置５２の側壁の上には、Ｏリング５４が取り付けられている。このＯリング５４の上には、ミラー５１の被支持部５１ｃが載せられる。ミラー５１とミラー冷却装置５２との間には、冷却水５３が充填されている。ミラー５１は、被支持部５１ｃをクランプ５５で締め付けることにより固定される。これにより、冷却水５３は密閉され、露光装置内の真空環境が汚染されるのを防いでいる。
【００１０】
ミラー冷却装置５２の側壁には、冷却水流入口５２ａ及び冷却水流出口５２ｂが設けられている。冷却水５３が冷却水流入口５２ａ及び冷却水流出口５２ｂを通じて入れ換えられることにより、熱がミラー５１から放出される。
【００１１】
しかしながら、上記の構成によると、ミラー５１がミラー冷却装置（Ｏリング５４及びクランプ５５）と接触しているため、ミラー５１に外力による変形が生じ、形状精度が維持できないという問題がある。さらに、ミラー冷却装置５２に変形が生じたりすると、その変形がミラー５１にも伝わってしまう。
【００１２】
【特許文献１】
特開平５−３３３１９９号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の点に鑑み、本発明は、冷却装置との干渉による光学素子の形状精度の劣化を低減することができる光学素子冷却装置を提供することを目的とする。また、このような光学素子冷却装置を有し、露光精度を向上することができる露光装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するため、本発明の光学素子冷却装置は、光学素子の非光学的機能面（裏面）に沿って、小さい隙間を隔てて配置された冷却装置と、前記隙間に充填された、熱交換媒体となる低蒸気圧液体と、を備えることを特徴とする。
本発明の光学素子冷却装置には、冷却装置と光学素子との間に隙間が設けられており、両者の間で機械的な接触・干渉が生じない構造となっている。このため、冷却装置に多少変形が生じたとしても、ミラーが直接圧迫を受けるようなことがない。また、この隙間は、熱交換媒体で満たされており、光学素子に生じた熱は、この熱交換媒体を介して冷却装置へと伝達される。したがって、本発明によれば、光学素子の形状精度を維持しつつ、効率よく光学素子の冷却を行うことができる。
【００１５】
本発明の露光装置は、エネルギー線を感応基板に選択的に照射してパターン形成する露光装置であって、該エネルギー線の光学系の光学素子を保持冷却する、上記の光学素子冷却装置を具備することを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る光学素子冷却装置を示す図である。
図１に示すように、ミラー１１は、反射鏡面１１ａを上に向けて光学素子（ミラー）冷却装置１２の上に配置されている。ミラー１１は、ミラー１１の周辺に複数個（一例で３個）設置されたミラー支持機構１４によって、ミラー冷却装置１２（ミラー嵌合部１２１）と接触しないように支持されている（簡単のため、図１ではミラー支持機構１４が１つだけ図示されている）。
【００１７】
ミラー冷却装置１２の上半分（ミラー嵌合部）１２１は、ミラー１１よりやや大きいタライ状である。ミラー冷却装置１２のミラー嵌合部１２１は、ある隙間（例えば１〜４ｍｍ）を隔ててミラー１１の非光学機能面１１ｂに対面している。ミラー嵌合部１２１には、熱交換媒体１３１が張られており、ミラー１１の裏面１１ｂとミラー嵌合部１２１の間の隙間は、熱交換媒体１３１で満たされている。熱交換媒体１３１としては、蒸気圧が低く、露光装置内の真空環境を汚染しない液体等を用いる。このような液体の候補としては、例えば、油拡散ポンプに用いられる油等が挙げられる。
【００１８】
ミラー冷却装置１２の下半分（冷却媒体循環部）１２２は、ミラー嵌合部１２１と同様の形状の中空容器で、ミラー嵌合部１２１と一体となっている。
冷却媒体循環部１２２の側壁には、冷却媒体流入口１２ａ及び冷却媒体流出口１２ｂが取り付けられている。冷却媒体循環部１２２の内部には、冷却媒体１３２が充填されており、冷却媒体１３２は、冷却媒体流入口１２ａ及び冷却媒体流出口１２ｂを通じて流れている。
【００１９】
次に、図１の光学素子冷却装置を用いてミラー１１に生じた熱を放出する過程について説明する。
まず、照明光の照射によってミラー１１に生じた熱は、熱交換により、ミラー冷却装置１２のミラー嵌合部１２１内に貯まっている熱交換媒体１３１に伝わる。熱交換媒体１３１に伝わった熱は、冷却媒体循環部１２２内の冷却媒体１３２に伝わる。そして、熱せられた冷却媒体１３２が、冷却媒体流出口１２ｂから冷却媒体循環部１２２の外部に排出される。熱せられた冷却媒体１３２は、冷却媒体流出口１２ｂから排出された後冷やされ、冷めた冷却媒体１３２は、冷却媒体流入口１２ａから冷却媒体循環部１２２内に再び導入される。
【００２０】
本実施形態においては、例えば、冷却装置に変形が生じたとしても、ミラーと冷却装置との間の隙間の幅が変化するのみで、冷却装置からの力がミラーに直接作用することがない。
【００２１】
なお、上述の実施形態においては、ミラー１１の被支持部１１ｃが、図１の場合よりやや斜めになるように加工し、ミラー嵌合部１２１の側壁の高さを調整すれば、ミラー１１の反射面１１ａを斜め上に向けることもできる。
【００２２】
図２は、本発明の第２の実施形態に係る光学素子冷却装置を示す図である。
図２においては、重力の向きを図における下向きとする。
図２に示すミラー２１は、反射鏡面２１ａが重力方向下向きになるように配置されている。ミラー２１は、ミラー２１の周辺に複数個（一例で３個）設置されたミラー支持機構２４によって、ミラー冷却装置２２（ミラー嵌合部２２１）と接触しないように支持されている（簡単のため、図２ではミラー支持機構２４が１つだけ図示されている）。
【００２３】
ミラー２１の裏面（非光学機能面）側は、ミラー冷却装置２２のミラー嵌合部２２１よりやや大きいタライ状の裏面凹部２１ｂとなっている。ミラー２１の裏面凹部２１ｂは、ある隙間（例えば１〜４ｍｍ）を隔ててミラー冷却装置２２のミラー嵌合部２２１に対面している。ミラー２１の裏面凹部２１ｂには、熱交換媒体２３１が張られており、ミラー２１の裏面凹部２１ｂとミラー嵌合部２２１の間の隙間は、熱交換媒体２３１で満たされている。熱交換媒体２３１としては、上述の実施形態と同様、蒸気圧が低く、露光装置内の真空環境を汚染しない液体等を用いる。このような液体の候補としては、例えば、油拡散ポンプに用いられる油等が挙げられる。
【００２４】
ミラー冷却装置２２の上半分（冷却媒体循環部）２２２は、中空容器であり、ミラー嵌合部２２１と一体となっている。
冷却媒体循環部２２２の側壁には、冷却媒体流入口２２ａ及び冷却媒体流出口２２ｂが取り付けられている。冷却媒体循環部２２２の内部には、冷却媒体２３２が充填されており、冷却媒体２３２は、冷却媒体流入口２２ａ及び冷却媒体流出口２２ｂを通じて流れている。
【００２５】
次に、図２の光学素子冷却装置を用いてミラー２１に生じた熱を放出する過程について説明する。
まず、照明光の照射によってミラー２１に生じた熱は、熱交換により、ミラー２１の裏面凹部２１ｂ内に貯まっている熱交換媒体２３１に伝わる。熱交換媒体２３１に伝わった熱は、冷却媒体循環部２２２内の冷却媒体２３２に伝わる。そして、熱せられた冷却媒体２３２が、冷却媒体流出口２２ｂから冷却媒体循環部２２２の外部に排出される。熱せられた冷却媒体２３２は、冷却媒体流出口２２ｂから排出された後冷やされ、冷めた冷却媒体２３２は、冷却媒体流入口２２ａから冷却媒体循環部２２２内に再び導入される。
【００２６】
図３は、本発明の第３の実施形態に係る光学素子冷却装置を示す図である。
図３においては、重力の向きを図における下向きとする。
図３に示すミラー３１は、反射鏡面３１ａが重力方向に対して斜め下向きになるように配置されている。ミラー３１は、ミラー３１の周辺に複数個（一例で３個）設置されたミラー支持機構３４によって、ミラー冷却装置３２（ミラー嵌合部３２１）と接触しないように支持されている（簡単のため、図３ではミラー支持機構３４が１つだけ図示されている）。
【００２７】
ミラー３１の裏面（非光学機能面）３１ｂ側には、ミラー３１の外周から鉛直上向きに堤部３１ｃが形成されており、堤部３１ｃの上端は、ミラー３１の上端とほぼ同じ高さまで伸びている。非光学機能面３１ｂと堤部３１ｃとに囲まれた部分を裏面凹部３１ｄという。ミラー３１の裏面凹部３１ｄは、ミラー冷却装置３２のミラー嵌合部３２１よりやや大きいタライ状である。ミラー３１の裏面凹部３１ｄは、ある隙間（例えば１〜４ｍｍ）を隔ててミラー冷却装置３２のミラー嵌合部３２１に対面している。ミラー３１の裏面凹部３１ｄには、熱交換媒体３３１が張られており、ミラー３１の裏面凹部３１ｄとミラー嵌合部３２１の間の隙間は、熱交換媒体３３１で満たされている。熱交換媒体３３１としては、上述の実施形態と同様、蒸気圧が低く、露光装置内の真空環境を汚染しない液体等を用いる。このような液体の候補としては、例えば、油拡散ポンプに用いられる油等が挙げられる。
【００２８】
ミラー冷却装置３２の上半分（冷却媒体循環部）３２２は、中空容器であり、ミラー嵌合部３２１と一体となっている。
冷却媒体循環部３２２の側壁には、冷却媒体流入口３２ａ及び冷却媒体流出口３２ｂが取り付けられている。冷却媒体循環部３２２の内部には、冷却媒体３３２が充填されており、冷却媒体３３２は、冷却媒体流入口３２ａ及び冷却媒体流出口３２ｂを通じて流れている。
【００２９】
次に、図３の光学素子冷却装置を用いてミラー３１に生じた熱を放出する過程について説明する。
まず、照明光の照射によってミラー３１に生じた熱は、熱交換により、ミラー３１の裏面凹部３１ｄ内に貯まっている熱交換媒体３３１に伝わる。熱交換媒体３３１に伝わった熱は、冷却媒体循環部３２２内の冷却媒体３３２に伝わる。そして、熱せられた冷却媒体３３２が、冷却媒体流出口３２ｂから冷却媒体循環部３２２の外部に排出される。熱せられた冷却媒体３３２は、冷却媒体流出口３２ｂから排出された後冷やされ、冷めた冷却媒体３３２は、冷却媒体流入口３２ａから冷却媒体循環部３２２内に再び導入される。
【００３０】
上述の３つの実施形態においては、いずれも冷却装置として冷却媒体（冷却水）を循環させる機構（冷却媒体循環部）が用いられているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、上述の冷却媒体循環部に代えて、クライオパネル等の断熱膨張を用いた機構やペルチェ素子等の電子冷却素子を用いることもできる。
【００３１】
図４は、本発明の一実施形態に係るＥＵＶ露光装置（４枚投影系）の概略構成を示す図である。
図４に示すＥＵＶ露光装置は、光源を含む照明系ＩＬを備えている。照明系ＩＬから放射されたＥＵＶ光（一般に波長は５〜２０ｎｍであり、具体的には１３ｎｍや１１ｎｍの波長のＥＵＶ光が用いられる。）は、折り返しミラー３０１で反射されてレチクル３０２に照射される。
【００３２】
レチクル３０２は、裏面（パターンの形成される面の反対側の面）に所要の加工がなされており、レチクルステージ３０３に固定されたチャック３０３ａにチャック・保持されている。このレチクルステージ３０３は、走査方向に１００ｍｍ以上のストロークを持ち、レチクル面内の走査方向と直交する方向に微小ストロークを持ち、光軸方向にも微小ストロークを持っている。レチクルステージ３０３の走査方向及びこれに直交する方向の位置は図示せぬレーザー干渉計によって高精度にモニターされ、光軸方向はレチクルフォーカス送光系３０４とレチクルフォーカス受光系３０５からなるレチクルフォーカスセンサーでモニターされている。
【００３３】
レチクル３０２に反射されたＥＵＶ光は、図中下側の光学鏡筒３１４内に入射する。このＥＵＶ光は、レチクル３０２に描かれた回路パターンの情報を含んでいる。レチクル３０２にはＥＵＶ光を反射する多層膜（例えばモリブデン（Ｍｏ）／シリコン（Ｓｉ）やモリブデン（Ｍｏ）／ベリリウム（Ｂｅ））が形成されており、この多層膜の上に吸収層（例えばニッケル（Ｎｉ）やアルミニウム（Ａｌ））の有無でパターニングされている。
【００３４】
光学鏡筒３１４内には、４枚のミラー３０６、３０７、３０８及び３０９が、それぞれミラー冷却装置３０６ｃ、３０７ｃ、３０８ｃ及び３０９ｃ上に設置されている。これらミラー冷却装置３０６ｃ、３０７ｃ、３０８ｃ及び３０９ｃは、本発明の光学素子冷却装置である。
【００３５】
光学鏡筒３１４内に入射したＥＵＶ光は、第１ミラー３０６で反射された後、第２ミラー３０７、第３ミラー３０８、第４ミラー３０９で順次反射され、最終的にはウェハ３１０に対して垂直に入射する。投影系の縮小倍率は、例えば１／４や１／５である。この図では、ミラーは４枚用いられているが、Ｎ．Ａ．（Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｐｅｒｔｕｒｅ）をより大きくするためには、ミラーを６枚あるいは８枚にすると効果的である。鏡筒３１４の近傍には、アライメント用のオフアクシス顕微鏡３１５が配置されている。
【００３６】
ウェハ３１０は、ウェハステージ３１１に固定されたチャック３１１ａ上にチャック・保持されている。このウェハステージ３１１は、光軸と直交するように設置されており、光軸と直交する面内を自由に移動することができる。ウェハステージ３１１のストロークは、例えば３００〜４００ｍｍである。このウェハステージ３１１は、光軸方向にも微小ストロークの移動が可能となっている。ウェハステージ３１１の光軸方向の位置は、ウェハオートフォーカス送光系３１２とウェハオートフォーカス受光系３１３からなるウェハフォーカスセンサーでモニターされている。ウェハステージ３１１の光軸と直交する面内における位置は、図示せぬレーザー干渉計によって高精度にモニターされている。露光動作において、レチクルステージ３０３とウェハステージ３１１は、投影系の縮小倍率と同じ速度比、例えば、（レチクルステージ３０３の移動速度）：（ウェハステージ３１１の移動速度）が４：１あるいは５：１で同期走査される。
【００３７】
なお、本実施形態においては、４枚のミラー３０６、３０７、３０８及び３０９のみが、本発明のミラー冷却装置によって冷却されているが、レチクル３０２やウェハ３１０等の露光装置内に設置されているほかの光学素子も、本発明の冷却装置を用いて冷却することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によると、光学素子と光学素子冷却装置との間に隙間が設けられているので、冷却装置との力学的干渉によって光学素子の形状精度が影響を受けることがない。さらに、熱交換媒体として低蒸気圧の液体がミラーと冷却装置との間に充填されているので、真空環境中においても効率よくミラーの熱を放出させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る光学素子冷却装置を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る光学素子冷却装置を示す図である。
【図３】本発明の第３の実施形態に係る光学素子冷却装置を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るＥＵＶ露光装置（４枚投影系）の概略構成を示す図である。
【図５】ミラーの裏面（反射鏡面の反対側の面）に冷却装置を直接接触させてミラーの発熱を抑える方法を示す断面図である。
【符号の説明】
１１  ミラー
１１ａ  反射面
１１ｂ  ミラーの裏面（非光学機能面）
１１ｃ  ミラーの被支持部
１２  光学素子冷却装置
１２１  ミラー嵌合部
１２２  冷却媒体循環部
１２ａ  冷却媒体流入口
１２ｂ  冷却媒体流出口
１３１  熱交換媒体
１３２  冷却媒体
１４  ミラー支持機構
２１  ミラー
２１ａ  反射面
２１ｂ  裏面凹部
２２  光学素子冷却装置
２２１  ミラー嵌合部
２２２  冷却媒体循環部
２２ａ  冷却媒体流入口
２２ｂ  冷却媒体流出口
２３１  熱交換媒体
２３２  冷却媒体
２４  ミラー支持機構
３１  ミラー
３１ａ  反射面
３１ｂ  ミラーの裏面（非光学機能面）
３１ｃ  堤部
３１ｄ  裏面凹部
３２  光学素子冷却装置
３２１  ミラー嵌合部
３２２  冷却媒体循環部
３２ａ  冷却媒体流入口
３２ｂ  冷却媒体流出口
３３１  熱交換媒体
３３２  冷却媒体
３４  ミラー支持機構
ＩＬ  照明系
３０１  折り返しミラー
３０２  レチクル
３０３  レチクルステージ
３０３ａ  チャック
３０４  レチクルフォーカス送光系
３０５  レチクルフォーカス受光系
３０６、３０７、３０８、３０９  ミラー
３０６ｃ、３０７ｃ、３０８ｃ、３０９ｃ  ミラー冷却装置
３１０  ウェハ
３１１  ウェハステージ
３１１ａ  チャック
３１２  ウェハオートフォーカス送光系
３１３  ウェハオートフォーカス受光系
３１４  鏡筒
３１５  オフアクシス顕微鏡
【図１】
2005024818.tif 000003
【図２】
2005024818.tif 000004
【図３】
2005024818.tif 000005
【図４】
2005024818.tif 000006
【図５】
2005024818.tif 000007