【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高精度光学素子及び光学素子の保持手段に関し、更に具体的にはＸ線を光源とする反射光学系に使用される反射光学素子や、紫外線領域の光源を使用する半導体露光装置に使用される光学素子及び、光学素子の保持手段の温度調整手段に好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスの製造工程においては、表面に回路パターンが形成されたフォトマスク、レチクル等の原板（以下、代表してマスクと呼ぶ）を照明光で照射し、フォトリソグラフィ技術を用いてウェハ、ガラス基板等の感光基板（以下、代表してウェハと呼ぶ）の表面に、等倍あるいは縮小投影する投影露光技術が用いられている。
【０００３】
この時、照明光の波長をλ、係数をＫ１、投影レンズの開口数をＮＡとすると、解像度βは一般にβ＝ｋ１・λ／ＮＡで示され、開口数ＮＡの増大と、照明光の短波長化によって解像度の向上が図られてきた。特に、同じ開口数を有する光学系を用いた場合は、照明光の波長に比例して解像度が向上するため、照明光として使用される光源はｇ線やｉ線の輝線を発する超高圧水銀灯から、２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザー、１９３ｎｍの波長を有するＡｒＦエキシマレーザー、さらにはＦ２レーザーやＥＵＶと呼ばれる極短紫外線へと変更が加えられてきた。
【０００４】
このような投影露光装置において、例えばｉ線を発生させる水銀ランプを照明光の光源として用いた光学系や、ＫｒＦないしはＡｒＦエキシマレーザーのような光を照明光の光源として使用した場合には、石英や蛍石を高精度に研磨したレンズを中心とした光学素子によって、露光装置の光学系を形成しており、各光学素子の精度を保証した状態で保持し、しかも、露光光によって発生する熱によって、光学系の精度が劣化しないように、保持構造と冷却構造を十分に考慮した光学系を構成しなければならないが、露光波長の短波長化がさらに進行して、Ｘ線の波長領域に達すると、透過型の光学素子を使用することができず、一般に反射型の光学系が用いられるようになる。
【０００５】
ここで、屈折率ｎの母材を用いたレンズにおいて、光学素子の表面状態が保持歪や熱勾配によって変形した場合、透過光のズレは変形量Δに対して、おおよそΔ×（ｎ−１）／ｎだけ発生し、例えば、屈折率１．５０の光学ガラスを用いた時には、変形量の１／３の透過光ズレしか発生しない。これに対し、反射型の光学系においては、入射光に対して反射光は光学素子が変化した量の倍のズレ量としてズレが発生するので、反射型の光学系を構成するためには、透過型光学系の数倍の保持精度が求められる。
【０００６】
図８は光学素子上の熱勾配の発生を防止して、光学素子の変形を防止するための方法として、特開２０００−０９１２０７によって示された、反射光学素子の温度調整手段の構造であって、同図において、レーザーの光路１０１を変更するための反射ミラー１１は押え板１０４によって保持台１０５上に固定されており、低出力のレーザー照射の際には、冷却管１０２に冷媒を流して、保持台１０５及び反射ミラー１１を同時に冷却して、ミラー１１の表面１２を安定した状態に保ち、レーザーの出力が上昇した場合には、冷却管１０３側にも冷媒を同通させて冷却効率を向上させるように構成されている。
【０００７】
また、図７はミラー１１を冷却するための他の従来例として、特開平１０−２３５４８５号公報に示されたもので、同図において、反射ミラー１１の内部には冷却液を導通させるための冷却管１０２が埋設されており、反射ミラー１１の内部を直接冷却できる構成となっている。
【０００８】
以上の従来例は、いずれもレーザー加工機などに使用されるような、炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザー等の高出力レーザーに対応した反射ミラー１１の冷却構造であって、半導体露光装置のような超精密光学系であり、特に、Ｘ線を光源に用いたミラーの場合は、特開２００１−０１３２９７号公報において図９に示す構造が提案されている。同公報によれば、反射ミラー１１の表面（反射面）上で、露光領域１６の周辺部に冷却管３を配置し、冷却管３と反射ミラー１１との間に熱伝達性の高い材料を伝熱層として挿入することによって反射ミラー１１表面に発生する熱を除去し、冷却液の温度を温調手段２２によって制御することで、反射ミラー１１表面の温度勾配の発生を防止できる構成を実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような光源装置の場合、下記に挙げるような欠点があった。第一の欠点は熱勾配の制御精度に関するものであって、例えば図７示す光路変更ミラーのサイズを１００ｍｍ×１００ｍｍとし、反射ミラー面の精度補償範囲をφ１００ｍｍとした場合を考える。反射ミラー１１の母材が、例えば、比較的熱膨張の少ない材料である石英の場合であっても、線膨張係数は５．６×１０−７程度であって、φ１００ｍｍ範囲で反射ミラーの表面に０．１℃の温度勾配意が発生したものとすると、熱膨張による歪Δｈは、Δｈ＝０．１×１００×１０６×５．６×１０−７（ｎｍ）＝５．６（ｎｍ）となってしまう。Ｘ線露光装置で使用する光源波長λは１０〜１５ｎｍであって、ミラー面が１／３・λ分だけ変形していることになって、反射光学系としては許容できない変形量となってしまう。もちろん、局所的に熱勾配が発生した場合は、光学性能に与える影響はさらに大きなものとなるため、従来の温調方式では光学性能を保証することは、非常に困難である。
【００１０】
第２の欠点として挙げられるものは機械的な変形に関するものものであり、例えば図８ないしは図９に示すように、ミラー１１の内部又はミラー保持手段１０５の内部に冷媒の通り道を形成し、ミラー１１又は保持手段１０５と冷媒が直接接触するように構成した場合について考えると、冷媒は流動性が高い物質を使用したとしても、流動させるためには、図示しない供給装置によって加圧されるか、あるいは、吸引側を減圧されるため、陽圧ないしは負圧のいずれかの外圧を受けることとなる。
【００１１】
図８の例で言えば、冷却管１０２及び冷却管１０３は内部の冷媒の圧力によって膨張し、光学素子保持手段１０５を変形させ、さらにはミラー１１を変形させる。もちろん変形量は微量であって、レーザー加工機などのように使用波長が数μｍ〜数十μｍの光学系におけるミラー精度では何ら問題は発生しないが、波長が１０〜１５ｎｍ程度のＸ線光源を用いるような光学系の場合は、流量調整による圧力変動程度であっても、光学性能を変化させるのに十分な変形が発生してしまう。
【００１２】
以上、記載した従来例の問題点を鑑み、本出願に係る発明は、精密光学素子に関して、光学素子に圧力負荷を加えることなく、冷媒を用いた熱交換による温度調整を可能とすることや、前記光学素子において、光学素子を複数の領域に分割して、それぞれの領域を温度調整可能とすることを目的としている。
【００１３】
さらに、本出願に係る発明は、精密光学素子の保持手段に関して、光学素子保持手段に圧力負荷を加えることなく、冷媒を用いた熱交換による温度調整を可能とすることや、前記光学素子保持手段において、光学素子保持手段を複数の領域に分割して、それぞれの領域を温度調整可能とすることを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本出願に係る第１の発明の光学素子は、反射面を有する光学素子であって、光学素子の内部に形成された空間内に第一の冷媒を有しており、前記空間内に前記光学素子の外部より導入された第二の冷媒を導通させる経路を有することを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
（第１の実施例）
図６は本発明による光学素子ならびに光学素子保持手段を構成要素として含む投影露光装置の一例を示したものであって、同図のおいて８１は励起用光源であるＹＡＧレーザー、８２及び８４〜８７は複数の反射ミラーによって構成された照明光学系、８３はＸ線光源、８８は所定のパターンが形成され、原板として用いられるマスク、９０はマスク８８のパターン像をウェハ９１上に投影露光するための投影光学系、９２はウェハ９１を駆動し位置決めするためのウェハステージを示している。
【００１７】
ここで、上記投影露光装置は露光用の光源として波長が１０〜１５ｎｍのＸ線領域の光を用い、マスク８８とウェハ９１を同期して駆動し、マスク８８上のパターンをウェハ９２上にスキャン露光する露光装置であって、光源部は、所謂、プラズマ型のＸ線光源となっている。この光源は、図示しない導入手段によって集光ミラー８２の第一焦点近傍にキセノンガスを導入し、同時にＹＡＧレーザー等の励起用レーザー８１を同位置に集光照射することで、導入ガスは励起されてプラズマ状態となり、Ｘ線を放射する。
【００１８】
前記の集光ミラー８２は、回転放物面を切り出した形状であって、表面にＸ線に対する多層高反射膜が蒸着されているため、放射状に発散したＸ線は、集光ミラー８２によって反射され、第二焦点位置で一旦集光した後に再び拡散して、照明光学系側へと導かれる。
【００１９】
一般に、上記のようなＸ線領域の光源を使用した光学系においては、露光光の減衰を押え、透過率を十分に得るため、光学系周辺の雰囲気は１０−４Ｐａ以下程度の真空に保たれ、そのために、光学系を含む露光装置は図示しない真空チャンバー内に収納されていて、本実施例の露光装置においても、光学系周辺は真空領域に設置されているのものとする。しかしながら前記のように、光源部にはＹＡＧレーザー８１の集光点８３近傍に例起用のガスを導入しており、実際には光源付近は真空に保つことは困難である。
【００２０】
もちろん、Ｘ線領域の透過率が比較的高いヘリウムガスで周辺環境を置換して、常圧状態で光学系を構成することも可能ではあるが、本実施例では、光源部を包含する真空チャンバーは前記集光ミラー８２の第二焦点近傍で小さな口径に開口部が絞られており、光源部の真空チャンバーと照明光学系・露光系の真空チャンバーの２室に分かれて構成されている。さらに、上記２室のチャンバー接続部近傍には排気ポンプの吸入口が設けられており、励起用のガスが照明光学系側に回り込むことを防止し、照明系側の真空度を保つことが可能であるように構成されている。
【００２１】
集光ミラー８２の第二焦点から発散した照明光は放物面鏡８４によって平行化された後にオプティカルインテグレータ８５によって、平滑化された照明光が形成され、さらに照明光学部８６によって所望の光束形状に成形された後に、反射ミラー８７によってマスク８８上に結像する。
【００２２】
以上に説明したように、本実施例によるＸ線露光装置では、光源部から照明光学系に至るまでの光路は、複数の反射ミラーによって構成されており、それぞれのミラーは露光光による熱負荷を受けている。
【００２３】
エキシマレーザーを使用する露光装置の場合では、反射ミラーとして使用される光学素子の反射率は９５％以上に達するものが一般的であるが、Ｘ線光源用に使用されるミラーは石英やガラスセラミクスあるいはＳｉＣの表面を研磨した後に、ＭｏやＳｉ又はそれらを含む化合物による多層高反射膜を蒸着して反射率を増加させてはいるものの、その反射率は６０％〜７０％であって、照射された光の３０％程度は散乱ないしは吸収されてミラーに熱負荷を与えることになる。ここで与えられた熱負荷によって発生するミラー表面の変形や、熱負荷の負均一性〜発生する温度勾配によるミラー面の変形は、前述のように光学性能を大きく劣化させる原因となるため、各ミラーの温度制御を行うための温調手段が必須の構成要素となっている。
【００２４】
そこで、本実施例では、各ミラーの温度制御を行うための温調手段をミラーごとに具備しているが、図６中のミラー８７の場合を他の図を用いて、詳細に説明する。
【００２５】
図５においてミラー１１は保持台７５の上に固定されている。ミラー１１の外周には保持部の変形が伝達されないように溝１８が形成され、溝１８よりも外部の接地点７４で保持台７５と接触している。この設置点７４は凸球面形状であって、ミラー１１の外周上に３箇所設置された円錐面あるいはＶ字溝面に接触し、保持台７５の上面の面形状がミラー１１の精度に影響を及ぼさないように配置されていると共に、接地点７４の対面側より押え７２がスプリング７１によって、点接触することで、ミラー１１の位置が拘束されている。ミラー１１の内部には、空間１４が形成され、内部に第一の冷媒が充填されていて、前記空間１４内には、ミラー１１の内壁に接することなく冷却管３が固定されている。また、この冷却管３はベローズ７６によって配管部品の位置ズレや振動の影響が、ミラー１１に伝達されないように構成されている。逆に、ミラー１１の内部（空間）の導入管（冷却管）３は、好ましくは変形しない部材、すなわちミラー１１に対して実質的に位置変化を生じない部材、例えばセラミクス、低熱膨張合金材等の部材のように熱変形が小さくて固有振動数が高い部材で構成されているのが好ましい。それは、導入管３が高い周波数で振動したとしても、ミラー１１との間には固有振動数の低い第１の冷媒が介在しているため、ミラー１１には振動が伝わらないからである。逆にミラー１１内部の導入管３が固有振動数の低い部材で構成されている場合は、導入管３の振動がミラー表面にまで伝わる可能性が生じてしまう。
【００２６】
一方、図１はミラー１１内の第一の冷媒及び、外部より配管（経路、導入管）３によって導入される第二の冷媒についてさらに詳しく説明する図であって、ミラー１１の内部に封入された第一の冷媒４は封入用の導管３１によって外部の液層３６と導通させることが可能であって、圧力計３５によって内圧が所定の値となるように調整された後にバルブ３３，３４が閉じられる。このときの内圧は、ミラー１１の加工段階から一定の値に保持されるものであって、内圧の変化によってミラー１１の表面１２の加工精度が途中で変化することがないように保たれている。配管３はミラー１１の内部の壁面に接することなく、前記第一の冷媒で満たされた空間１４内に配置されており、この配管３に導入される第二の冷媒２は温度制御手段２２を具備した液層２１より、ポンプ２３を介して循環するように構成されている。第二の冷媒２は第一の冷媒４の温度変化分を熱交換によって受け取り、配管３内を循環することで、熱を外部に運搬する役目を果たすが、ポンプによって発生する圧力をミラー１１に伝達することなく、熱交換が可能なように、ミラー１１とは分離された構造となっている。
【００２７】
ミラー１１の温度を制御するためには、ミラー１１の表面温度を測定する必要があるが、温度の測定手段に関しては、例えば、前記特開２００１−０１３２９７号公報のように、反射面の有効領域近傍に熱伝対等の温度計を貼り付けて計測する方法や、あるいは、ミラー１１内の空洞部１４内に複数の熱伝対を貼り付けて、温度の分布まで計測する方法、又は、ミラー１１の反射面外部より、非接触の放射温度計でモニタする方法などが考えられるが、温度の計測方法自体は、本発明の趣旨に反しない限りは特に限定されるものではないので、詳細の説明は省略する。
【００２８】
但し、本出願に係る露光装置では、例えば光源部に使用される集光ミラー８２は最大径が３００ｍｍ程度であり、また、露光光学系９０に使用されるミラーの最大サイズもφ３００ｍｍ〜５００ｍｍの円形の一部を３００×１５０ｍｍ程度に切り取ったサイズとなるため、例えば０．１℃／１００ｍｍ以下の温度勾配を想定して温度制御を行う場合は、図１における空間１４は単独の１空間とするよりも、複数の小空間に分割することで、熱負荷の多少にしたがって部署ごとに温度調整の制御方法を変更することが効果的な場合をありうるので、ミラー１１のサイズや、加えられる熱負荷、または、ミラー１１の表面の形状精度に要求される精度条件によって、空間１４の分割方法は使い分けがなされている。
【００２９】
さらに、例えばミラー１１自体に冷媒を封入する空間を成形することができない場合もある為、図２に示すように、ミラー１１の保持手段内に温調手段を移動させることも可能である。図２においてミラー１１は保持台４１の上に固定されているが、ミラー１１の裏面側と保持台４１の表面は微視的に言うと数μｍの表面粗さに仕上げられており、密着性が低いため、Ａｇ、Ｃｕ及びその化合物による熱伝達材料を介して密着状態となっている。固定代４１はＳｉＣ等の低熱膨張材料を成形して製作されているが、図５に示すミラー１１の場合と同様に、内部には密閉空間４２と、外部より導入された配管３が形成され、ミラー１１自体の温調と同様の方法で温調を実施することが可能である。
【００３０】
以上のように、光学系の構成要素である反射ミラーはそれぞれが独立して強制的に温度制御され、接待温度の変化や、反射面内での温度勾配が発生することを抑制できるように構成されている。
【００３１】
さて、ここで、マスク８８上にはウェハ９１上に転写すべきパターンが形成されており、マスク８８上に結像した照明光はマスク８８表面で反射されて露光光学系９０に導かれる。このとき、マスク８８とウェハ９１それぞれは同期駆動が可能なマスクステージ８９及びウェハステージ９２によって同期駆動され、所謂、スキャン露光が実施されるが、前期マスクステージ８９及びウェハステージ９２上には、それぞれ図示しない照度センサが搭載されている。
【００３２】
前記照度センサは、照明光あるいは露光光であるＸ領域の光の強度を計測するものであり、シリコンフォトダイオードを用いたセンサが用いられている。このセンサはシリコンフォトダイオードの基盤にＣｒ、ＳｉあるいはＴｉ、Ｍｏ等の薄膜からなる数ｎｍ〜数ｎｍ圧の波長フィルタを付加して検出可能な波長領域を限定したものであって、計測位置まで、ステージの駆動によって運ばれて位置決めされ、計測を開始し、マスク面及びウェハ面と同じ面内の複数の位置で照度を計測することによって照度の分布を計測している。またこのセンサは、検出制度を安定させるためフォトダイオードの冷却が必要であり、ペルチェ素子と一体化されており、ペルチェ素子を制御することによって、一定の温度に保たれているが、ペルチェ素子もフォトダイオードから奪った熱を放熱するための熱交換手段を必要とする。一般に大気中で使用されるペルチェ素子では、大気中に熱放出がおこなわれるが、Ｘ線露光装置の場合は照度センサも真空中に配置されているため、ペルチェ素子からも放熱の場合であっても、前記のミラーと同様に外部に接続した配管によって冷媒を導入し、ペルチェ素子の放熱部と冷媒との熱交換による放熱が行われている。
【００３３】
なお、図６における露光光学系９０の光学特性を向上させるため、マスク８８上には円弧状の照明光が照射され、露光光学系の各反射ミラーはおおむね同心円上の有効領域を使用している。このため照明光学系８６から射出される照明光の形状も、円弧状の形状に成形されるが、照明光学系８６の途中光路では所望の円弧形状よりも若干広い幅の照明光形状を有しており、図示しない絞り板を光路中に挿入することで、照明光の切り出しを行っている。この際、切り出された照明光の外側で除去される光の一部は、図示しない反射ミラーによって光路外設置された照度センサへと導かれる。この照度センサは、露光途中の照明光の照度を逐次計測するためのものであって、ウェハステージ９２上の照度センサと出力比の換算を事前に実施しておくことにより、ウェハ９１に露光される露光光の積算照度を計測し、露光量が一定の値なるように光源側の強度や、スキャンスピードを調整するために使用されている。
【００３４】
本実施例では露光光学系の構成を図６に二組の凹凸ミラーの組み合わせとして記載しているが、もちろん組み合わせや、枚数を限定するものではなく、また、構成要素である各ミラーは前記の照明光学系の場合と同様に、ミラーの冷却機構を具備していることは言うまでもない。
【００３５】
以上のように、本実施例によるＸ線路光装置では、光学系を構成する各反射ミラーの温度制御を適切に行うことにより、光学系の結像性能を常に一定に保証し、露光性能のばらつきを抑制すると共に、各ミラーの冷却時間を待つための、露光待ち時間なくすことが可能となっている。
【００３６】
（第２の実施例）
又、図４は本発明による第二の実施例として、Ｘ線を光源とするＳｃｈｗｒｔｚｃｈｉｌｄタイプの顕微鏡の構成を示したものであって、同図において資料６１の像は凹面鏡１７の表面で反射された後に凸面鏡１６を経由してＣＣＤ６４上に特定の倍率αを乗じて結像する。ここで、凹面鏡１７はＳｉＣの焼結体を成形して製作され、凹面鏡１７の内部には同心円状にそれぞれ独立した、ドーナツ状の空間６５及び６７が形成されている。同図による説明では、簡易的に空間は２個に分割されているが、分割数及び方向に関しては、制限を加えるものではない。
【００３７】
焼結ＳｉＣの表面にはＣＶＤによって表面にＳｉＣの緻密像を形成し、表面を研磨することにより数ｎｍ以下の表面粗さに仕上げられている。さらにＭｏやＳｉ又はそれらを含む化合物による多層高反射膜を蒸着して入射光に対して６０％〜７０％程度の反射率を有し、凸面鏡１６と合わせて反射光学系をなしている。
【００３８】
前記した、凹面鏡内部の空間６５及び６７の内部には冷媒を通すための配管６６及び６８が反射鏡の内壁面に接しない位置に配置されており、さらに、空間６５及び６７の内部は熱伝導性の高いゲル状の冷媒で満たされている。一方、配管６６及び６８には外部配管６９より熱交換のための流動性の高い冷媒が導入されており、配管６６及び６８の壁面を介してゲル状の冷媒と熱交換がおこなわれる。
【００３９】
凸面鏡１６は例えばＳｃｈｏｔｔ社の低熱膨張硝子セラミック・ＺＥＲＯＤＵＲ等を研磨して成形した後に凹面鏡１７と同様に多層高反射膜を蒸着しているが、図に示すように凸面鏡１６の固定部６３の内部に空間６２を形成し、やはり凹面鏡と同様に壁面に接しない位置に配管部品が固定されていて、固定部６３の外部より流動性の高い冷媒が導入されている。
【００４０】
凸面鏡１６側は、光軸・ピント調整のため図中の水平方向ならびに垂直方向への図示しないアクチュエータによって駆動が可能であるため、凸面鏡１６へ接続される配管はフレキシブルジョイントによって、図示しない冷媒供給手段に接続されている。
【００４１】
本実施例の場合も第一の実施例と同様に、凸面鏡１６及び凹面鏡１７の表面は図示しない非接触温度計によって、表面の温度分布が観察されており、外部より供給される流動性の高い冷媒の温度を調整することによって、光学素子表面の絶対温度ならびに温度勾配が一定の値以下に保たれるように制御されているものである。
【００４２】
以上は、主に反射型の光学素子を対象として、光学素子及び光学素子保持手段の温調方法を説明してきたが、光学素子が透過型の場合は、もちろん光線が透過する領域に温調手段を配置することは不可能であるが、例えば図３に示すように、レンズ１５を保持するためのレンズホルダ５１の内部に空間を形成して、レンズホルダ５１の内部で、壁面に接しない位置に配管５４を設置して外部より流体、好ましくは流動性の高い冷媒を導入して温度制御を行えば、レンズホルダ５１に冷媒の内圧を加えることなく温調を実施することが可能であり、レンズ１５に対して変形歪を与えないと言う点では、本発明の趣旨に順ずるものである。
【００４３】
また、本実施例は光学素子、或いは光学素子の保持装置、保持方法だけに限らない。照明光学系、投影光学系、計測系、アライメント系等の光学系が有するミラー或いはレンズ等の光学素子のうちのいずれか一つが本実施例の光学素子を有するような露光装置に適用しても良い。また、上述のような光学素子の保持装置、保持方法を有する露光装置に適用しても構わない。また、上述のように温度制御、温度調整を行う温度調整装置に適用することも可能である。また、上述のような露光装置を用いて基板（ウエハ）を露光し、その後その露光した基板を現像することによってデバイスを製造するデバイスの製造方法に適用しても構わない。
【００４４】
また、本実施態様は以下のように書くことができる。
【００４５】
（実施態様１） 反射面を有する光学素子であって、光学素子の内部に形成された空間内に第一の冷媒を有しており、前記空間内に前記光学素子の外部より導入された第二の冷媒を導通させる経路を有することを特徴とする光学素子。
【００４６】
（実施態様２） 前記第一の冷媒と前記第二の冷媒との間で熱交換を行うことにより、前記第一の冷媒の温度調整を行い、前記第一の冷媒と前記光学素子との間の熱交換により、前記光学素子の内部又は表面の温度制御を行うことを特徴とする実施態様１記載の光学素子。
【００４７】
（実施態様３） 前記第一の冷媒の圧力を一定に保つ、圧力制御装置を更に具備する事を特徴とする、実施態様１又は２に記載の光学素子。
【００４８】
（実施態様４） 前記第一の冷媒は前記光学素子内の空間に対して、完全に充填されていないことを特徴とする、実施態様１乃至３いずれかに記載の光学素子。
【００４９】
（実施態様５） 前記空間が複数の独立した空間に分離されており、該独立した空間のそれぞれに対して前記第二の冷媒を導入する独立した導入経路を形成していることを特徴とする実施態様１乃至４いずれかに記載の光学素子。
【００５０】
（実施態様６） 前記空間が複数の独立した空間に分離されており、該独立した空間のそれぞれに対して独立した温度調整を行う温度調整手段を有することを特徴とする実施態様１乃至５いずれかに記載の光学素子。
【００５１】
（実施態様７） 前記空間が複数の独立した空間に分離されており、該独立した空間のそれぞれに対して前記第二の冷媒を導入する独立した導入経路が形成されており、前記独立した複数の導入経路内に導入される前記第二の冷媒に対して、それぞれ独立した温度調整を行う温度調整手段を備えたことを特徴とする実施態様１乃至４いずれかに記載の光学素子。
【００５２】
（実施態様８） 前記光学素子内の空間の容積の７割以上の前記第一の冷媒を前記空間内に有していることを特徴とする実施態様１乃至７いずれかに記載の光学素子。
【００５３】
（実施態様９） 前記経路は前記空間外において少なくとも一部が振動及び／又は位置変化を減衰することが可能な部材（例えばベローズ等）で形成されていることを特徴とする実施態様１乃至８いずれかに記載の光学素子。
【００５４】
（実施態様１０） 実施態様１乃至９いずれかに記載の光学素子を保持する光学素子保持装置。
【００５５】
（実施態様１１） 光学素子の温度調整を行う温度調整装置であって、
前記光学素子の内部に第一の冷媒を有する空間と、該空間内を通る経路が形成されており、前記経路内に前記光学素子の外部より第二の冷媒を導通させる導通手段を有することを特徴とする温度調整装置。
【００５６】
（実施態様１２） 前記第一の冷媒の圧力を一定に保つ、圧力制御装置を更に具備する事を特徴とする、実施態様１１に記載の温度調整装置。
【００５７】
（実施態様１３） 前記第一の冷媒は前記光学素子内の空間に対して、完全に充填されていない事を特徴とする、実施態様１１又は１２いずれかに記載の温度調整装置。
【００５８】
（実施態様１４） 前記空間が複数の独立した空間に分離されており、該独立した空間のそれぞれに対して独立した温度調整を行う温度調整機構を有することを特徴とする実施態様１１乃至１３いずれかに記載の温度調整装置。
【００５９】
（実施態様１５） 前記空間が複数の独立した空間に分離されており、該独立した空間のそれぞれに対して前記第二の冷媒を導入する独立した導入経路が形成されており、前記独立した複数の導入経路内に導入される前記第二の冷媒に対して、それぞれ独立した温度調整を行う温度調整機構を備えたことを特徴とする実施態様１１乃至１３いずれかに記載の温度調整装置。
【００６０】
（実施態様１６） 前記光学素子内の空間の容積の７割以上の前記第一の冷媒を前記空間内に有していることを特徴とする実施態様１１乃至１５いずれか１項記載の温度調整装置。
【００６１】
（実施態様１７） 光源からの光を実施態様１乃至９いずれか記載の光学素子を介して基板に導く光学系を有することを特徴とする露光装置。
【００６２】
（実施態様１８） 光源からの光を実施態様１０記載の光学素子保持装置で保持する光学素子を介して基板に導く光学系を有することを特徴とする露光装置。
【００６３】
（実施態様１９） 光源からの光を実施態様１１乃至１６いずれか記載の温度調整装置により温度調整された光学素子を介して基板に導く光学系を有することを特徴とする露光装置。
【００６４】
（実施態様２０） 実施態様１７乃至１９いずれかに記載の露光装置を用いて前記基板を露光する工程と、前記露光した基板を現像する工程とを有することを特徴とするデバイスの製造方法。
【００６５】
上記のような実施態様により以下のような効果が得られる。
【００６６】
光学素子１１内に形成された空間１４を第一の冷媒４で充填することにより、光学素子１１内の熱伝達率を向上させ、光学素子表面及び内部に温度勾配が発生することを防止するとともに、前記第一の冷媒４内にさらに冷却管３を挿入して、冷却管３内に第二の冷媒２を導通させることで、前記第二の冷媒２に加えられる圧力が、光学素子１１に伝達されることなく、第二の冷媒２と第一の冷媒４との間で熱交換が行われ、第一の冷媒４及び光学素子１１に対する加熱又は冷却を実施して、温度の調整を行うことが可能となっている。
【００６７】
さらに光学素子１１内に封入された第一の冷媒４の内を一定に保つための圧力制御手段を付加することで、光学素子１１内の圧力変動による光学素子表面形状の変形を防止している。
【００６８】
また、光学素子１１内の空間１４に封入される冷媒４の充填率を１００％未満として空き空間を残すことで、第一の冷媒４の圧力調整を行う際のタイムラグによる圧力の微変動分を、エアダンパとして吸収し、圧力変動による変形をさらに抑制する効果を得ている。
【００６９】
光学素子１１内に形成される空間１４を複数の領域に分割して、光学素子１１内の微小領域のそれぞれに温調を行うことが可能となり、光学素子１１上の熱負荷に勾配が発生した場合であっても、場所ごとに分割された領域のそれそれに対して温調を行うことが可能となっている。
【００７０】
光学素子１１を保持する保持手段４１内に形成された空間４２を第一の冷媒４で充填することにより、光学素子保持手段４１内の熱伝達率を向上させ、光学素子保持手段４１表面及び内部に温度勾配が発生することを防止するとともに、前記第一の冷媒４内にさらに冷却管３を挿入して、冷却管３内に第二の冷媒２を導通させることで、前記第二の冷媒２に加えられる圧力が、光学素子保持手段４１に伝達されることなく、第二の冷媒２と第一の冷媒４との間で熱交換が行われ、第一の冷媒４及び光学素子保持手段４１に対する加熱又は冷却を実施して、温度の調整を行うことが可能となっている。
【００７１】
さらに光学素子保持手段４１内に封入された第一の冷媒４の内を一定に保つための圧力制御手段を付加ことで、光学素子保持手段４１内の圧力変動による光学素子表面形状の変形を防止している。
【００７２】
光学素子保持手段４１内の空間４２に封入される冷媒４の充填率を１００％未満として空き空間を残すことで、第一の冷媒４の圧力調整を行う際のタイムラグによる圧力の微変動分を、エアダンパとして吸収し、圧力変動による変形をさらに抑制する効果を得ている。
【００７３】
光学素子保持手段４１内に形成される空間４２を複数の領域に分割して、光学素子保持手段４１内の微小領域のそれぞれに温調を行うことが可能となり、光学素子１１上の熱負荷に勾配が発生した場合であっても、場所ごとに分割された領域のそれそれに対して温調を行うことが可能となっている。
【００７４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る第１から第５の発明よれば、精密光学素子の表面形状に圧力負荷による変形を発生させることなく、光学素子の表面及び内部の温度調整を実施し、光学系の性能を常に厳密に一定に保つことを可能となり、また、本発明に係る第６から第１０の発明によれば、精密光学素子を保持する光学素子保持手段の表面形状に圧力負荷による変形を発生させることなく、光学素子保持手段の表面及び内部の温度調整を実施して、精密光学素子に変形を加えることなく保持し、光学系の性能を常に厳密に一定に保つことを可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に精密光学素子の構造を説明する図
【図２】本発明に光学素子保持手段の構造を説明する図
【図３】光学素子保持手段の他の実施例を説明する図
【図４】Ｘ線顕微鏡の構造を説明する図
【図５】Ｘ線用ミラーの保持構造の例を示す図
【図６】Ｘ線露光装置の構成を説明する図
【図７】レーザー加工機でのミラー保持例を説明する図
【図８】従来例におけるミラー冷却手段を説明する図
【図９】Ｘ線用反射ミラーの温調手段を説明する図
【符号の説明】
２、４ 冷媒
３、５３、５５ 導入管
１１、１６、１７、８７ 反射ミラー
１２ 反射面
１３、４３ 蓋
１４、４２、５２、６５、６７ 空間
１５ レンズ
１６ 照射領域
２１、３６ 液槽
２２ 温調手段
２３、３５ ポンプ
３１、６９ 配管
３２ 圧力計
４１、７５、１０５ 保持台
４４ ゲル
５１ レンズホルダ
６４ ＣＣＤ
６６、６８、１０２、１０３ 冷却管
７１ スプリング
７２、１０４ 押え板
７４ 押え
７６ ダンパ
８１ レーザー
８２ 集光ミラー
８３ 輝点
８４ 放物面鏡
８５ インテグレータ
８６ 照明光学部
８８ マスク
８９ ステージ
９０ 露光光学系
９１ ウェハ
９２ ウェハステージ
１０１ 光路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a high-precision optical element and holding means for an optical element, and more specifically, to a reflective optical element used in a reflective optical system using X-rays as a light source, and a semiconductor exposure apparatus using a light source in the ultraviolet region. It is suitable for an optical element to be used and a temperature adjusting means of a holding means for the optical element.
[0002]
[Prior art]
In a manufacturing process of a semiconductor device, an original plate (hereinafter, typically referred to as a mask) such as a photomask or a reticle having a circuit pattern formed on its surface is irradiated with illumination light, and a wafer, a glass substrate is formed using a photolithography technique. For example, a projection exposure technique is used in which the same size or reduced projection is performed on the surface of a photosensitive substrate (hereinafter, typically referred to as a wafer).
[0003]
At this time, assuming that the wavelength of the illumination light is λ, the coefficient is K1, and the numerical aperture of the projection lens is NA, the resolution β is generally represented by β = k1 · λ / NA. Resolution has been improved by wavelength conversion. In particular, when an optical system having the same numerical aperture is used, since the resolution is improved in proportion to the wavelength of the illumination light, the light source used as the illumination light is an ultra-high pressure mercury lamp emitting g-line or i-line emission lines. Changes have been made to a KrF excimer laser having a wavelength of 248 nm, an ArF excimer laser having a wavelength of 193 nm, and an ultra-short ultraviolet ray called an F2 laser or EUV.
[0004]
In such a projection exposure apparatus, for example, when an optical system using a mercury lamp that generates i-rays as a light source of illumination light or a light such as a KrF or ArF excimer laser is used as a light source of illumination light, quartz is used. The optical system of the exposure apparatus is formed by optical elements, mainly lenses that are polished from fluorite or fluorite, and the precision of each optical element is maintained and the heat generated by the exposure light is maintained. Therefore, it is necessary to construct an optical system that fully considers the holding structure and the cooling structure so that the precision of the optical system does not deteriorate. At that time, a transmission type optical element cannot be used, and a reflection type optical system is generally used.
[0005]
Here, in a lens using a base material having a refractive index n, when the surface state of the optical element is deformed due to holding strain or thermal gradient, the deviation of transmitted light is approximately Δ × (n−1 ) / N. For example, when optical glass having a refractive index of 1.50 is used, only a transmitted light shift of １ ／ of the deformation amount occurs. On the other hand, in the reflection type optical system, the reflected light is shifted with respect to the incident light as a shift amount twice as much as the amount by which the optical element is changed. A holding accuracy several times higher than that of the transmission optical system is required.
[0006]
FIG. 8 shows a structure of a temperature adjusting means of a reflective optical element disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-091207 as a method for preventing the occurrence of a thermal gradient on the optical element and preventing the deformation of the optical element. In the figure, a reflection mirror 11 for changing the optical path 101 of the laser is fixed on a holding table 105 by a holding plate 104, and when a low-output laser is irradiated, a cooling medium is passed through a cooling pipe 102. , The holding table 105 and the reflection mirror 11 are simultaneously cooled to maintain the surface 12 of the mirror 11 in a stable state, and when the laser output is increased, the coolant is also passed through the cooling pipe 103 to achieve cooling efficiency. Is configured to be improved.
[0007]
FIG. 7 shows another conventional example for cooling the mirror 11, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. Hei 10-235485. In FIG. A cooling pipe 102 is buried, and the inside of the reflection mirror 11 can be directly cooled.
[0008]
Each of the above conventional examples has a cooling structure of the reflection mirror 11 corresponding to a high-output laser such as a carbon dioxide gas laser or a YAG laser, which is used for a laser beam machine or the like. In the case of a precision optical system, particularly, in the case of a mirror using X-rays as a light source, a structure shown in FIG. According to the publication, on the surface (reflection surface) of the reflection mirror 11, the cooling pipe 3 is arranged around the exposure area 16, and a material having a high heat transfer property is provided between the cooling pipe 3 and the reflection mirror 11. By removing the heat generated on the surface of the reflection mirror 11 by inserting it as a heat transfer layer, the temperature of the cooling liquid is controlled by the temperature control means 22 to realize a configuration capable of preventing the occurrence of a temperature gradient on the surface of the reflection mirror 11. are doing.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
However, the light source device as described above has the following disadvantages. The first disadvantage relates to the control accuracy of the thermal gradient. For example, consider the case where the size of the optical path changing mirror shown in FIG. 7 is 100 mm × 100 mm and the accuracy compensation range of the reflecting mirror surface is φ100 mm. Even when the base material of the reflection mirror 11 is, for example, quartz, which is a material having relatively low thermal expansion, the linear expansion coefficient is about 5.6 × 10 −7 and the surface of the reflection mirror is within a range of φ100 mm. Assuming that a temperature gradient of 0.1 ° C. occurs, the strain Δh due to thermal expansion is Δh = 0.1 × 100 × 106 × 5.6 × 10−7 (nm) = 5.6 (nm) Will be. The light source wavelength λ used in the X-ray exposure apparatus is 10 to 15 nm, and the mirror surface is deformed by ３ · λ, which is an unacceptable amount of deformation for the reflection optical system. . Of course, if a local thermal gradient occurs, the effect on the optical performance will be even greater, and it is very difficult to guarantee the optical performance with the conventional temperature control method.
[0010]
The second drawback relates to mechanical deformation. For example, as shown in FIG. 8 or FIG. 9, a refrigerant passage is formed inside the mirror 11 or inside the mirror holding means 105, Considering the case where the refrigerant is in direct contact with 11 or the holding means 105, even if the refrigerant uses a substance having a high fluidity, in order to flow, the refrigerant is pressurized by a supply device (not shown) Alternatively, since the suction side is depressurized, it receives either a positive pressure or a negative pressure.
[0011]
In the example of FIG. 8, the cooling pipe 102 and the cooling pipe 103 expand due to the pressure of the internal refrigerant, deform the optical element holding means 105, and further deform the mirror 11. Of course, the amount of deformation is very small, and there is no problem with mirror accuracy in an optical system with a wavelength of several μm to several tens of μm, such as a laser beam machine, but an X-ray light source with a wavelength of about 10 to 15 nm is required. In the case of an optical system to be used, even if the pressure changes due to the flow rate adjustment, sufficient deformation occurs to change the optical performance.
[0012]
As described above, in view of the problems of the conventional examples described above, the invention according to the present application relates to a precision optical element without applying a pressure load to the optical element, enabling temperature adjustment by heat exchange using a refrigerant, In the above-mentioned optical element, an object is to divide the optical element into a plurality of regions and adjust the temperature of each region.
[0013]
Further, the invention according to the present application relates to a precision optical element holding means, which enables temperature adjustment by heat exchange using a refrigerant without applying a pressure load to the optical element holding means, It is an object of the present invention to divide the optical element holding means into a plurality of regions and to make it possible to adjust the temperature of each region.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the optical element of the first invention according to the present application is an optical element having a reflective surface, having a first refrigerant in a space formed inside the optical element, It is characterized by having a path for conducting the second refrigerant introduced from outside the optical element into the space.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0016]
(First embodiment)
FIG. 6 shows an example of a projection exposure apparatus including the optical element and the optical element holding means according to the present invention as constituent elements. In FIG. 6, reference numeral 81 denotes a YAG laser serving as an excitation light source, and 82 and 84 to. 87 is an illumination optical system constituted by a plurality of reflection mirrors, 83 is an X-ray light source, 88 is a mask on which a predetermined pattern is formed and used as an original plate, and 90 is a pattern image of the mask 88 projected and exposed on a wafer 91. Optical system 92 indicates a wafer stage for driving and positioning the wafer 91.
[0017]
Here, the projection exposure apparatus uses a light in an X-ray region having a wavelength of 10 to 15 nm as a light source for exposure, drives the mask 88 and the wafer 91 in synchronization, and scans the pattern on the mask 88 onto the wafer 92. In the exposure apparatus for performing exposure, the light source unit is a so-called plasma type X-ray light source. This light source introduces xenon gas into the vicinity of the first focal point of the condenser mirror 82 by introducing means (not shown), and simultaneously collectively irradiates an excitation laser 81 such as a YAG laser at the same position to excite the introduced gas. Into a plasma state to emit X-rays.
[0018]
The condensing mirror 82 has a shape obtained by cutting out a paraboloid of revolution, and a multilayer high-reflection film for X-rays is deposited on the surface, so that the X-rays radiated radially are reflected by the converging mirror 82. After being condensed once at the second focal position, the light is diffused again and guided to the illumination optical system side.
[0019]
Generally, in an optical system using a light source in the X-ray region as described above, the atmosphere around the optical system is kept at a vacuum of about 10-4 Pa or less in order to suppress the attenuation of exposure light and sufficiently obtain transmittance. For this purpose, the exposure apparatus including the optical system is housed in a vacuum chamber (not shown), and in the exposure apparatus of this embodiment, the periphery of the optical system is set in a vacuum area. However, as described above, an example gas is introduced into the light source unit near the focal point 83 of the YAG laser 81, and it is actually difficult to maintain a vacuum near the light source.
[0020]
Of course, it is possible to replace the surrounding environment with a helium gas having a relatively high transmittance in the X-ray region to constitute the optical system under normal pressure. However, in this embodiment, the vacuum chamber including the light source unit is used. The aperture is narrowed to a small diameter near the second focal point of the condenser mirror 82, and is divided into two chambers, a vacuum chamber of a light source unit and a vacuum chamber of an illumination optical system and an exposure system. Further, a suction port of an exhaust pump is provided in the vicinity of the connection between the two chambers, so that the gas for excitation is prevented from flowing to the illumination optical system side, and the degree of vacuum on the illumination system side can be maintained. It is configured to be
[0021]
The illumination light diverging from the second focal point of the condenser mirror 82 is collimated by a parabolic mirror 84, and then is formed into a smoothed illumination light by an optical integrator 85. Then, an image is formed on the mask 88 by the reflection mirror 87.
[0022]
As described above, in the X-ray exposure apparatus according to the present embodiment, the optical path from the light source unit to the illumination optical system is constituted by a plurality of reflection mirrors, and each mirror bears a heat load due to the exposure light. is recieving.
[0023]
In the case of an exposure apparatus using an excimer laser, the reflectivity of an optical element used as a reflection mirror generally reaches 95% or more, but a mirror used for an X-ray light source is made of quartz or glass ceramics. Alternatively, after polishing the surface of SiC, a multi-layer high-reflection film made of Mo or Si or a compound containing them is deposited to increase the reflectivity, but the reflectivity is 60% to 70%. About 30% of the emitted light is scattered or absorbed and gives a heat load to the mirror. The deformation of the mirror surface caused by the applied heat load and the deformation of the mirror surface due to the negative uniformity of the heat load to the generated temperature gradient cause the optical performance to be significantly deteriorated as described above. Temperature control means for controlling the temperature of the mirror is an essential component.
[0024]
Therefore, in this embodiment, a temperature control means for controlling the temperature of each mirror is provided for each mirror, but the case of the mirror 87 in FIG. 6 will be described in detail with reference to other drawings.
[0025]
In FIG. 5, the mirror 11 is fixed on a holding base 75. A groove 18 is formed on the outer periphery of the mirror 11 so that deformation of the holding portion is not transmitted, and is in contact with the holding table 75 at a ground point 74 outside the groove 18. The installation point 74 has a convex spherical shape, and comes into contact with three conical surfaces or V-shaped groove surfaces installed on the outer periphery of the mirror 11, and the surface shape of the upper surface of the holding base 75 affects the accuracy of the mirror 11. The position of the mirror 11 is constrained by being arranged so as not to exert any influence and by the spring 71 pressing the presser 72 from the opposite side of the ground point 74 into point contact. A space 14 is formed inside the mirror 11, and a first refrigerant is filled therein. The cooling pipe 3 is fixed in the space 14 without contacting the inner wall of the mirror 11. Further, the cooling pipe 3 is configured so that the influence of the positional deviation and the vibration of the piping component is not transmitted to the mirror 11 by the bellows 76. Conversely, the introduction pipe (cooling pipe) 3 inside the mirror 11 (space) is preferably a member that does not deform, that is, a member that does not substantially change its position with respect to the mirror 11, for example, ceramics, a low thermal expansion alloy material, or the like. It is preferable to be configured of a member having a small thermal deformation and a high natural frequency, such as the above member. This is because even if the introduction pipe 3 vibrates at a high frequency, the vibration is not transmitted to the mirror 11 because the first refrigerant having a low natural frequency is interposed between the introduction pipe 3 and the mirror 11. Conversely, if the introduction tube 3 inside the mirror 11 is made of a member having a low natural frequency, there is a possibility that the vibration of the introduction tube 3 is transmitted to the mirror surface.
[0026]
On the other hand, FIG. 1 is a diagram for explaining the first refrigerant in the mirror 11 and the second refrigerant introduced from outside through the pipe (path, introduction pipe) 3 in more detail. The first refrigerant 4 can be conducted to the external liquid layer 36 by the conduit 31 for sealing, and after the internal pressure is adjusted to a predetermined value by the pressure gauge 35, the valves 33 and 34 are opened. Closed. The internal pressure at this time is maintained at a constant value from the processing stage of the mirror 11, and is maintained so that the processing accuracy of the surface 12 of the mirror 11 does not change on the way due to the change of the internal pressure. . The pipe 3 is disposed in the space 14 filled with the first refrigerant without contacting the inner wall surface of the mirror 11, and the second refrigerant 2 introduced into the pipe 3 controls the temperature control unit 22. It is configured to circulate from a liquid layer 21 provided through a pump 23. The second refrigerant 2 receives a change in temperature of the first refrigerant 4 by heat exchange and circulates in the pipe 3 to serve to transfer heat to the outside. The pressure generated by the pump is applied to the mirror 11. It has a structure separated from the mirror 11 so that heat can be exchanged without transmission.
[0027]
In order to control the temperature of the mirror 11, it is necessary to measure the surface temperature of the mirror 11. However, regarding the means for measuring the temperature, for example, as described in JP-A-2001-013297, the effective area of the reflection surface A method in which a thermometer such as a thermocouple is attached to the vicinity to perform measurement, or a method in which a plurality of thermocouples are attached in the cavity 14 in the mirror 11 to measure a temperature distribution, or the mirror 11 From the outside of the reflection surface, a method of monitoring with a non-contact radiation thermometer can be considered, but the method of measuring the temperature itself is not particularly limited as long as it does not contradict the purpose of the present invention. Is omitted.
[0028]
However, in the exposure apparatus according to the present application, for example, the condensing mirror 82 used for the light source unit has a maximum diameter of about 300 mm, and the maximum size of the mirror used for the exposure optical system 90 is also a circle of φ300 mm to 500 mm. Is cut off to a size of about 300 × 150 mm. For example, when temperature control is performed assuming a temperature gradient of 0.1 ° C./100 mm or less, the space 14 in FIG. 1 is a single space. In some cases, it may be more effective to change the control method of temperature adjustment for each department according to the degree of heat load by dividing the space into a plurality of small spaces. Depending on the load or the accuracy condition required for the shape accuracy of the surface of the mirror 11, the method of dividing the space 14 is properly used.
[0029]
Further, for example, it may not be possible to form a space for enclosing the refrigerant in the mirror 11 itself, and therefore, as shown in FIG. 2, it is also possible to move the temperature control means into the holding means of the mirror 11. In FIG. 2, the mirror 11 is fixed on the holding table 41. The back side of the mirror 11 and the surface of the holding table 41 are microscopically finished to a surface roughness of several μm. , Is in a close contact state via a heat transfer material of Ag, Cu and its compounds. The fixing margin 41 is manufactured by molding a low thermal expansion material such as SiC, but similarly to the case of the mirror 11 shown in FIG. 5, a closed space 42 and a pipe 3 introduced from the outside are formed inside. The temperature control can be performed in the same manner as the temperature control of the mirror 11 itself.
[0030]
As described above, each of the reflection mirrors, which are components of the optical system, is independently and forcibly controlled in temperature, so that it is possible to suppress the change in the reception temperature and the occurrence of a temperature gradient in the reflection surface. Have been.
[0031]
Here, a pattern to be transferred onto the wafer 91 is formed on the mask 88, and the illumination light imaged on the mask 88 is reflected on the surface of the mask 88 and guided to the exposure optical system 90. At this time, the mask 88 and the wafer 91 are driven synchronously by a mask stage 89 and a wafer stage 92 that can be driven synchronously, and so-called scan exposure is performed. An illuminance sensor (not shown) is mounted.
[0032]
The illuminance sensor measures the intensity of light in the X region, which is illumination light or exposure light, and a sensor using a silicon photodiode is used. This sensor limits the wavelength range that can be detected by adding a wavelength filter with a pressure of several nm to several nm composed of a thin film of Cr, Si or Ti, Mo, etc. on the base of a silicon photodiode. The illuminance distribution is measured by measuring the illuminance at a plurality of positions in the same plane as the mask surface and the wafer surface, starting measurement by being carried and positioned by driving the stage. Also, this sensor requires cooling of the photodiode to stabilize the detection accuracy, and is integrated with the Peltier element, and is controlled at a constant temperature by controlling the Peltier element. A heat exchange means for dissipating heat taken from the photodiode is required. Generally, in a Peltier element used in the atmosphere, heat is released into the atmosphere. However, in the case of an X-ray exposure apparatus, since an illuminance sensor is also arranged in a vacuum, heat is also released from the Peltier element. Also, similarly to the above-described mirror, a refrigerant is introduced through a pipe connected to the outside, and heat is radiated by heat exchange between the radiator of the Peltier element and the refrigerant.
[0033]
In order to improve the optical characteristics of the exposure optical system 90 shown in FIG. 6, the mask 88 is irradiated with arc-shaped illumination light, and each reflection mirror of the exposure optical system generally uses an effective area on a concentric circle. . Therefore, the shape of the illumination light emitted from the illumination optical system 86 is also formed into an arc shape, but the illumination light system has an illumination light shape having a width slightly wider than a desired arc shape in the optical path in the middle of the illumination optical system 86. The illumination light is cut out by inserting an aperture plate (not shown) into the optical path. At this time, part of the light removed outside the cut-out illumination light is guided to an illuminance sensor installed outside the optical path by a reflection mirror (not shown). This illuminance sensor is for sequentially measuring the illuminance of the illumination light during the exposure, and by performing the conversion of the illuminance sensor on the wafer stage 92 and the output ratio in advance, the exposure of the wafer 91 is performed. It is used to measure the integrated illuminance of the exposure light and adjust the intensity on the light source side and the scan speed so that the exposure amount becomes a constant value.
[0034]
In this embodiment, the configuration of the exposure optical system is described in FIG. 6 as a combination of two sets of concave and convex mirrors. However, the combination and the number of mirrors are not limited, and each mirror as a component is As in the case of the illumination optical system, it goes without saying that a mirror cooling mechanism is provided.
[0035]
As described above, in the X-line optical device according to the present embodiment, by appropriately controlling the temperature of each reflecting mirror constituting the optical system, the imaging performance of the optical system is always assured to be constant, and the variation in the exposure performance And the exposure waiting time for waiting for the cooling time of each mirror can be eliminated.
[0036]
(Second embodiment)
FIG. 4 shows a configuration of a Schwrtzchild type microscope using an X-ray as a light source as a second embodiment according to the present invention. In FIG. 4, the image of the document 61 is reflected by the surface of the concave mirror 17. After that, an image is formed by multiplying a specific magnification α on the CCD 64 via the convex mirror 16. Here, the concave mirror 17 is manufactured by molding a sintered body of SiC, and inside the concave mirror 17 are formed concentric independent donut-shaped spaces 65 and 67, respectively. In the description with reference to the figure, the space is simply divided into two, but the number of divisions and directions are not limited.
[0037]
A dense image of SiC is formed on the surface of the sintered SiC by CVD, and the surface is polished to a surface roughness of several nm or less. Further, a multilayer high-reflection film made of Mo or Si or a compound containing them is deposited to have a reflectance of about 60% to 70% with respect to incident light, and forms a reflection optical system together with the convex mirror 16.
[0038]
The pipes 66 and 68 for passing the refrigerant are disposed in the spaces 65 and 67 inside the concave mirror at positions not in contact with the inner wall surface of the reflecting mirror, and the insides of the spaces 65 and 67 are heat conductive. It is filled with a highly gelled refrigerant. On the other hand, a refrigerant having high fluidity for heat exchange is introduced into the pipes 66 and 68 from the external pipe 69, and heat exchange with the gel-like refrigerant is performed through the wall surfaces of the pipes 66 and 68.
[0039]
The convex mirror 16 is formed, for example, by polishing and shaping a low thermal expansion glass ceramic, ZERODUR or the like from Schott, and then depositing a multilayer high-reflection film in the same manner as the concave mirror 17, but as shown in FIG. A piping component is fixed at a position not in contact with the wall surface similarly to the concave mirror, and a refrigerant having high fluidity is introduced from outside the fixing portion 63.
[0040]
The convex mirror 16 can be driven by actuators (not shown) in the horizontal and vertical directions in the figure for adjusting the optical axis and focus, so that the piping connected to the convex mirror 16 is provided by a flexible joint, It is connected to the.
[0041]
Also in the case of the present embodiment, similarly to the first embodiment, the surface of the convex mirror 16 and the concave mirror 17 is observed with a non-contact thermometer (not shown), and the surface temperature distribution is observed. By controlling the temperature of the refrigerant, the absolute temperature and the temperature gradient on the surface of the optical element are controlled so as to be kept below a certain value.
[0042]
In the above, the method of adjusting the temperature of the optical element and the optical element holding means has been described mainly for a reflection type optical element. Although it is impossible to dispose, for example, as shown in FIG. 3, a space is formed inside the lens holder 51 for holding the lens 15, and a position that does not contact the wall surface inside the lens holder 51. If the temperature is controlled by installing a pipe 54 in the outside and introducing a fluid, preferably a highly fluid refrigerant from the outside, it is possible to control the temperature without applying the internal pressure of the refrigerant to the lens holder 51, The point that no deformation distortion is applied to the lens 15 is in accordance with the gist of the present invention.
[0043]
Further, the present embodiment is not limited to the optical element or the holding device and the holding method of the optical element. Even when applied to an exposure apparatus in which any one of optical elements such as a mirror or a lens included in an optical system such as an illumination optical system, a projection optical system, a measurement system, and an alignment system has the optical element of the present embodiment. good. Further, the present invention may be applied to an exposure apparatus having the above-described optical element holding device and holding method. Further, the present invention can be applied to a temperature control device that performs temperature control and temperature control as described above. Further, the present invention may be applied to a device manufacturing method of manufacturing a device by exposing a substrate (wafer) using the above-described exposure apparatus and thereafter developing the exposed substrate.
[0044]
This embodiment can be written as follows.
[0045]
(Embodiment 1) An optical element having a reflection surface, wherein a first refrigerant is contained in a space formed inside the optical element, and a first refrigerant introduced into the space from outside the optical element. An optical element having a path for conducting two refrigerants.
[0046]
(Embodiment 2) By performing heat exchange between the first refrigerant and the second refrigerant, the temperature of the first refrigerant is adjusted, and between the first refrigerant and the optical element. 2. The optical element according to embodiment 1, wherein the temperature of the inside or the surface of the optical element is controlled by the heat exchange.
[0047]
(Embodiment 3) The optical element according to Embodiment 1 or 2, further comprising a pressure control device that keeps the pressure of the first refrigerant constant.
[0048]
(Embodiment 4) The optical element according to any one of Embodiments 1 to 3, wherein the first refrigerant is not completely filled in a space in the optical element.
[0049]
(Embodiment 5) The space is separated into a plurality of independent spaces, and an independent introduction path for introducing the second refrigerant into each of the independent spaces is formed. The optical element according to any one of Embodiments 1 to 4.
[0050]
(Embodiment 6) Each of the embodiments 1 to 5, wherein the space is divided into a plurality of independent spaces, and a temperature adjusting means for performing independent temperature adjustment for each of the independent spaces is provided. An optical element according to any one of the above.
[0051]
(Embodiment 7) The space is separated into a plurality of independent spaces, and an independent introduction path for introducing the second refrigerant is formed in each of the independent spaces. The optical element according to any one of embodiments 1 to 4, further comprising a temperature adjusting unit that performs independent temperature adjustment on the second refrigerant introduced into the introduction path of (1).
[0052]
(Eighth Embodiment) The optical element according to any one of the first to seventh embodiments, wherein 70% or more of the volume of the space in the optical element has the first refrigerant in the space.
[0053]
(Embodiment 9) Embodiments 1 to 8 characterized in that at least a part of the path is formed of a member (for example, a bellows or the like) capable of attenuating vibration and / or position change outside the space. The optical element according to any one of the above.
[0054]
(Embodiment 10) An optical element holding device that holds the optical element according to any one of Embodiments 1 to 9.
[0055]
(Embodiment 11) A temperature adjusting device for adjusting the temperature of an optical element,
A space having a first refrigerant inside the optical element, a path passing through the space is formed, and a conduction unit that conducts a second refrigerant from outside the optical element is provided in the path. Characteristic temperature control device.
[0056]
(Embodiment 12) The temperature controller according to embodiment 11, further comprising a pressure control device that keeps the pressure of the first refrigerant constant.
[0057]
(Thirteenth Embodiment) The temperature adjusting device according to any one of the eleventh and twelfth embodiments, wherein the first refrigerant is not completely filled in a space in the optical element.
[0058]
(Embodiment 14) Each of the embodiments 11 to 13, wherein the space is divided into a plurality of independent spaces, and a temperature adjustment mechanism that performs independent temperature adjustment for each of the independent spaces is provided. A temperature adjusting device according to any one of the above.
[0059]
(Embodiment 15) The space is separated into a plurality of independent spaces, and an independent introduction path for introducing the second refrigerant is formed in each of the independent spaces. The temperature adjusting device according to any one of embodiments 11 to 13, further comprising a temperature adjusting mechanism that performs an independent temperature adjustment for the second refrigerant introduced into the introduction path of (1).
[0060]
(Embodiment 16) The temperature adjustment according to any one of embodiments 11 to 15, wherein 70% or more of the volume of the space in the optical element has the first refrigerant in the space. apparatus.
[0061]
(Embodiment 17) An exposure apparatus comprising an optical system that guides light from a light source to a substrate via the optical element according to any one of Embodiments 1 to 9.
[0062]
(Embodiment 18) An exposure apparatus having an optical system for guiding light from a light source to a substrate via an optical element held by the optical element holding apparatus according to Embodiment 10.
[0063]
(Embodiment 19) An exposure apparatus having an optical system for guiding light from a light source to a substrate via an optical element whose temperature has been adjusted by the temperature adjustment apparatus according to any one of Embodiments 11 to 16.
[0064]
(Embodiment 20) A device manufacturing method, comprising: exposing the substrate using the exposure apparatus according to any one of embodiments 17 to 19; and developing the exposed substrate.
[0065]
The following effects can be obtained by the above embodiment.
[0066]
By filling the space 14 formed in the optical element 11 with the first refrigerant 4, the heat transfer coefficient in the optical element 11 is improved, and the occurrence of a temperature gradient on the surface and inside of the optical element is prevented. By inserting the cooling pipe 3 further into the first cooling medium 4 and conducting the second cooling medium 2 through the cooling pipe 3, the pressure applied to the second cooling medium 2 is applied to the optical element 11. Heat is exchanged between the second refrigerant 2 and the first refrigerant 4 without being transmitted, and the temperature is adjusted by heating or cooling the first refrigerant 4 and the optical element 11. It is possible.
[0067]
Further, by adding a pressure control means for keeping the inside of the first refrigerant 4 sealed in the optical element 11 constant, deformation of the optical element surface shape due to pressure fluctuation in the optical element 11 is prevented. .
[0068]
Further, by setting the filling rate of the refrigerant 4 sealed in the space 14 in the optical element 11 to be less than 100% and leaving an empty space, a minute change in pressure due to a time lag when adjusting the pressure of the first refrigerant 4 is reduced. As an air damper, the effect of further suppressing deformation due to pressure fluctuation is obtained.
[0069]
The space 14 formed in the optical element 11 is divided into a plurality of areas, and it is possible to control the temperature of each of the minute areas in the optical element 11, and a gradient occurs in the heat load on the optical element 11. Even in this case, it is possible to perform temperature control on each of the areas divided for each place.
[0070]
By filling the space 42 formed in the holding means 41 for holding the optical element 11 with the first refrigerant 4, the heat transfer coefficient in the optical element holding means 41 is improved, and the surface and the inside of the optical element holding means 41 are improved. In addition to preventing a temperature gradient from occurring in the first refrigerant 4, a cooling pipe 3 is further inserted into the first refrigerant 4, and the second refrigerant 2 is caused to flow through the cooling pipe 3, whereby the second refrigerant The heat exchange is performed between the second refrigerant 2 and the first refrigerant 4 without transmitting the pressure applied to the second refrigerant 2 to the optical element holding means 41, and the first refrigerant 4 and the optical element holding means It is possible to adjust the temperature by performing heating or cooling with respect to 41.
[0071]
Further, by adding pressure control means for keeping the inside of the first refrigerant 4 sealed in the optical element holding means 41 constant, deformation of the optical element surface shape due to pressure fluctuation in the optical element holding means 41 is prevented. are doing.
[0072]
By setting the filling rate of the refrigerant 4 sealed in the space 42 in the optical element holding means 41 to be less than 100% and leaving an empty space, a minute change in pressure due to a time lag when adjusting the pressure of the first refrigerant 4 is reduced. As an air damper, the effect of further suppressing deformation due to pressure fluctuation is obtained.
[0073]
The space 42 formed in the optical element holding means 41 is divided into a plurality of areas, and it is possible to perform temperature control on each of the minute areas in the optical element holding means 41. Even when a gradient occurs, it is possible to perform temperature control on each of the regions divided for each location.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the first to fifth aspects of the present invention, the temperature of the surface and the inside of the optical element is adjusted without causing the surface shape of the precision optical element to be deformed by a pressure load, According to the sixth to tenth aspects of the present invention, the performance of the optical system can always be kept strictly constant. According to the sixth to tenth aspects of the present invention, the surface shape of the optical element holding means for holding the precision optical element is affected by a pressure load. By performing temperature adjustment on the surface and inside of the optical element holding means without generating deformation, it is possible to hold the precision optical element without deformation, and to keep the performance of the optical system strictly constant at all times. Has become.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the structure of a precision optical element according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a structure of an optical element holding unit according to the present invention.
FIG. 3 is a view for explaining another embodiment of the optical element holding means.
FIG. 4 is a diagram illustrating the structure of an X-ray microscope.
FIG. 5 is a diagram showing an example of an X-ray mirror holding structure;
FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of an X-ray exposure apparatus.
FIG. 7 is a diagram illustrating an example of holding a mirror in a laser processing machine.
FIG. 8 is a diagram illustrating a mirror cooling unit in a conventional example.
FIG. 9 is a view for explaining temperature control means of the X-ray reflection mirror;
[Explanation of symbols]
2, 4 refrigerant
3, 53, 55 Introductory tube
11, 16, 17, 87 Reflection mirror
12 Reflective surface
13,43 lid
14, 42, 52, 65, 67 space
15 lenses
16 Irradiation area
21, 36 liquid tank
22 Temperature control means
23, 35 pump
31, 69 piping
32 pressure gauge
41, 75, 105 Holder
44 gel
51 Lens holder
64 CCD
66, 68, 102, 103 Cooling pipe
71 Spring
72, 104 Holding plate
74 Foot
76 Damper
81 Laser
82 condenser mirror
83 bright spots
84 Parabolic mirror
85 Integrator
86 Illumination optical unit
88 mask
89 stages
90 Exposure optical system
91 wafers
92 Wafer stage
101 Light Path