JP4893310B2 - 光学装置、鏡筒、露光装置、及びデバイスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、光学装置に係り、詳しくは光軸に関して非対称形状の光学素子と、当該光学素子を保持する光学素子保持部材と、前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材とを備える光学装置、前記光学装置を備えた鏡筒、該鏡筒を備えた露光装置、及び該露光装置を用いて露光を行うデバイスの製造方法に関する。

従来の投影露光装置の投影光学系において、投影光学系を構成する複数の光学素子は、光学素子保持部材を介して支持部材により支持される。従来の光学素子保持部材は光学素子の周端部の３ヶ所を等角度間隔で支持する。投影露光装置の精度を確保するため、光学素子は、その光軸方向の位置や光軸に対するチルト角などの姿勢を精密に調整可能にかつ安定に保持される必要がある。そのため、アクチュエータにより駆動される可動式の支持部材により光学素子を動的に支持する技術が開発されている。環境の変化に応じて支持部材を駆動することで、光学素子の光軸方向の位置や姿勢を微調整することができる。

近年、高集積化された半導体デバイスを生産するために、高解像度の投影露光装置が求められる。次式に示すように投影露光装置の解像度Ｒｅｓは、露光光の波長λと投影光学系の開口数ＮＡとに依存する。解像度Ｒｅｓ＝ｋ・λ／ＮＡ（ｋ：定数）
即ち、投影露光装置を高解像度化するには、開口数ＮＡの向上と、光源の短波長化が求められる。ＫｒＦエキシマレーザ（λ＝２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（λ＝１９３ｎｍ）、及びＦ_２エキシマレーザ（λ＝１５７ｎｍ）のように、光源の短波長化は進んでいる。光源の短波長化に対応するため、石英ガラスやフッ化カルシウムのような透過率の高い素材からなる光学素子が用いられる。鏡筒の内部空間に窒素やヘリウムで満たして、透過率を高める技術も知られている。

ところが、ＤＲＡＭの４５ｎｍプロセス、ＭＰＵの３２ｎｍプロセスなどの微細加工の要求に対応するためには、５〜２０ｎｍ程度の波長を有するＥＵＶ光（Ｅｘｔｒｅｍｅ ＵｌｔｒａＶｉｏｌｅｔ、軟Ｘ線領域の光）を用いたＥＵＶＬ（ＥＵＶ Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）が必要とされる。ＥＵＶＬには、通常の光学レンズ、石英ガラス、及びフッ化カルシウムのような材料性のレンズは使用できないため、真空下に配置された反射ミラーで投影光学系を構成する必要がある。反射ミラーの使用により、ＥＵＶのような極めて短波長の光線を透過率を低下させることなく使用できる。ＥＵＶＬに用いられる露光装置に適用可能な投影光学系の例は、特許文献１、特許文献２に記載されている。
米国特許第６４８５１５３号明細書 米国特許出願公開第２００４／０１２５３５３号明細書 ところで、従来のように投影光学系を構成する光学素子を透過レンズとした屈折系の場合は、その形状は光軸に関して回転対称な形状であり、それぞれの透過レンズの光軸を、鏡筒の中心線に沿って多数配列することができた。そのため、光学素子自体の重量バランスが良く、例えば、その円形の周端部に等角に３ヶ所の支持部材を配置すれば、安定して支持することができた。

しかしながら、光源の短波長化により投影光学系を構成する光学素子を反射ミラーとした場合には、投影光学系内で光路を屈曲させる必要がある。そのために、反射ミラーは光学素子の光軸に対して傾けて配置される。さらに、光路を確保するために反射ミラーの一部が切り欠かれることもある。切り欠きのため、反射ミラーは光軸に関して回転対称な形状ではなくなる。

非対称な光学素子は、従来の光学素子保持部材によって周端部の３ヶ所を等角度間隔で支持されても、バランスが悪い。そのため非対称な光学素子を備えた光学装置は環境の振動の影響を受けやすい、あるいは、光学素子のアライメント調整時に予想しない挙動を示すなど静的安定性、動的安定性に欠ける。従来の光学素子保持装置は、集積度の高い半導体デバイスの製造工程で使用される投影露光装置の精度低下の一因であった。

本発明は、安定に保持された光学素子を備えた重量バランスの良い光学装置、この光学装置を備えた鏡筒、この鏡筒を用いた露光装置、及びこの露光装置を用いたデバイスの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一側面によれば、光軸を有する光学装置であって、前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材とを備え、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子との合計重量が、前記少なくとも３つの支持部材に対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に加わるように構成される光学装置が提供される。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心は、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方を移動することで、前記少なくとも３つの支持位置に対して変位するように構成される。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心は、前記少なくとも３つの支持位置のうちの３つの支持位置によって形成される三角形の内心と一致する。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記３つの支持位置を含む基準面に対する、前記光学素子保持部材及び前記光学素子を含む光学ユニットの質量中心を通る前記基準面の垂線と前記基準面との交点が、前記３つの支持位置によって形成される三角形の内部に位置する位置関係になるように構成される。一実施形態では、前記交点は前記三角形の内心と一致する。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心が、前記少なくとも３つの支持位置のうちの３つの支持位置によって形成される三角形を含む基準面上に位置するように構成される。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも１つの慣性主軸が、前記少なくとも３つの支持位置を含む基準面と平行に位置されるように構成される。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸が、前記少なくとも３つの支持位置を含む基準面上に位置するように構成される。

一実施形態では、前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸が、前記少なくとも３つの支持位置のうちの３つの支持位置によって形成される三角形と交差するように構成される。前記慣性主軸のすべてが前記三角形と交差することが好ましい。

一実施形態では、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方はバランスウエイトを含む。

一実施形態では、前記バランスウエイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方に一体に形成される。

本発明の別の側面によれば、光軸を有する光学装置であって、前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材と、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つに設けられるバランスウェイトとを備える光学装置が提供される。

一実施形態では、前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記少なくとも３つの支持部材に対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に分配されて作用するように、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つの重量バランスを調整する。

一実施形態では、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材に保持された前記光学素子の重量が、前記少なくとも３つの支持部材のそれぞれに対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に加わるように構成される。

一実施形態では、前記バランスウエイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つに一体に形成された突出部である。

一実施形態では、前記バランスウエイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一部に設けられた切り欠きである。

本発明の更に別の側面によれば、光軸を有する光学装置であって、前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材とを備え、前記３つの支持部材は、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記少なくとも３つの支持部材に対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に分配されるように、前記３つの支持部材の間隔が不均一に配置される光学装置が提供される。

本発明は更に、上記の光学装置を備える鏡筒を提供する。その鏡筒はマスク上に形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に露光する露光装置に使用するのに適している。

本発明は更に、露光装置を用いて露光を行うリソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法を提供する。

本願明細書で使用したいくつかの用語の定義を説明する。

「光学素子」は、広く光学機器用の部品として光学材料（ガラス、樹脂、金属等）で構成されたものである。好ましい実施形態では、主に、反射型の光学素子（例えば、反射ミラーなど）を中心に説明するが、透過型（屈折型）の光学素子（例えば、レンズ、プリズム、フィルターなど）や、一部を透過し、残りを反射する光学素子（例えば、ハーフミラー、ビームスプリッタなど）も含む。

「光学素子の光軸」は、一般に、光学素子毎に特定される中心線で、光学素子の球面若しくは非球面の曲率中心を含む線を意味する。

「光学系の光軸」は、共軸光学系の回転対称軸のことであり、光学系（例えば投影光学系など）を構成する一連の光学素子の中心軸により構成される連続する軸である。屈折系の投影光学系の場合は、「光学系の光軸」は光路の中心をなす１本の直線となる。反射型の光学系の場合は、各光学素子の光軸が光学系の光軸と一致する場合もあるが、必ずしも一致するとは限らない。光学系の光軸と各光学素子の光軸が一致する場合でも、好ましい実施形態のような反射型の光学構成では、光路の中心線は屈曲したものとなるため、必ずしも光軸とは一致しない。反射型の光学系では、光軸自体が屈曲する構成もある。球面のミラーの場合は、回転対称軸が複数観念でき、必ずしも光軸の位置が１ヶ所に特定できない場合がある。そこで、「光学素子の光軸」が特定できない場合、若しくは「光学素子の光軸」は特定できるが「光学系の光軸」から大きく離れているような場合は、本願では光学素子に入射する「光路の中心線」と重なる軸を「光軸」として扱う場合がある。

「回転対称形状」は、物体を軸周りに３６０／ｎ（°）回転（ｎは２以上の整数。ｎ＝∞を含む。）させた場合に、元の物体の形状に一致する形状である。このような軸は回転対称軸と呼ばれる。「非対称形状」は、回転対称軸を持たない形状を意味する。

「重量」は、支持部材に対して正の重量（光学素子保持部材から支持部材に対して押圧する力）、若しくは負の重量のいずれであってもよい。また、鉛直方向の重力に限らず、重力に由来して発生した回転モーメント等による荷重も重量に含まれる。

「略均等」は、３つの支持部材に作用する加重が完全に均等であることが好ましいが、３つの支持部材に作用する加重が光学装置の安定性を損なわない範囲で異なることも含む。例えば、１つの支持部材に作用する荷重が他の２つの支持部材に作用する荷重の合計より小さい、３つの支持部材に作用する荷重の最大値が最小値の２倍以内であるもの、３つの支持部材に作用する荷重の向きが等しいというような条件は、光学装置の安定性との関連で適宜設定できる。

「静的安定性」は、支持部材により支持された光学素子が、環境の振動の影響を受けたときに振動しにくい性質のことを意味する。「動的安定性」は、光学素子自体がアライメント調整等で支持部材によって変位されたときに、予測しない不本意な挙動を生じにくい性質を意味する。

「前記光学素子保持部材に保持された前記光学素子の質量中心」は、「前記光学素子保持部材に保持された前記光学素子」を力学的に一体と仮想した場合の剛体（以下「仮想剛体」という。）の「質量の中心（均一な重力下では、「質量中心」は「重心」と一致するため、本願においては「重心」と「質量中心」を同じ位置として考える。）」を意味する。

「三角形の内心」は、三角形の３つの角の２等分線が互いに交差した点であり、各辺から等しい距離にあり、３つの支持部材により支持される剛体の運動の中心として想定される。

好ましい実施形態に係る露光装置のブロック図である。 投影光学系ＰＯの斜視図。 ミラーＭ１〜Ｍ６の斜視図。 投影光学系ＰＯの断面図。 鏡筒ユニットの部分破断斜視図。 ミラー保持機構の底面図。 図６に示すミラー保持機構の模式図。 図６に示すミラー保持機構の模式図。 第２実施形態の光学装置の模式図。 第３実施形態の光学装置の模式図。 第４実施形態の光学装置の模式図。 第５実施形態の光学装置の模式図。 第６実施形態の光学装置の模式図。 第７実施形態の光学装置の模式図。 第８実施形態の光学装置の模式図。 第９実施形態の光学装置の模式図。 第１０実施形態の光学装置の模式図。 第１１実施形態の光学装置の模式図。 第１２実施形態の光学装置の模式図。 別例の光学装置の平面図。

以下、本発明の第１実施形態に従う光学装置を図１〜図６に基づいて説明する。

図１は、第１実施形態に係る露光装置１０の全体構成を示す。露光装置１０は、投影光学系ＰＯを含む。投影光学系ＰＯのウエハＷに対する光軸方向（上下方向）をＺ軸方向、これに直交する面内で図１における紙面内左右方向をＹ軸方向、紙面に直交する方向をＸ軸方向と定義する。第１実施形態において、「６自由度」は、Ｘ軸方向の変位（Δｘ）、Ｙ軸方向の変位（Δｙ）、Ｚ軸方向の変位（Δｚ）Ｘ軸回りの回転（θｘ）、Ｙ軸回りの回転（θｙ）、及びＺ軸回りの回転（θｚ）が可能であることを意味する。

露光装置１０は、マスクとして機能するレチクルＲに形成された回路パターンの一部の像を投影光学系ＰＯを介してウエハＷ上に投影する。レチクルＲとウエハＷとを投影光学系ＰＯに対して１次元方向（Ｙ軸方向）に相対走査することによって、レチクルＲの回路パターンの全体をウエハＷ上の複数のショット領域の各々にステップ・アンド・スキャン方式で転写する。

露光装置１０は、光源装置１２、照明光学系、投影光学系ＰＯ、レチクルステージＲＳＴ、及びウエハステージＷＳＴを含む。光源装置１２は、ＥＵＶの露光光ＥＬを生成する。照明光学系は、露光光ＥＬを所定の入射角、例えば約５０ｍｒａｄでレチクルＲのパターン面（図１における下面（−Ｚ側の面））に入射させる。露光光ＥＬをレチクルＲのパターン面に向けて反射する折り曲げミラーＢＭは、投影光学系ＰＯを保持する鏡筒５２内に配置されるが、照明光学系の一部として機能する。レチクルステージＲＳＴは、レチクルＲを保持する。投影光学系ＰＯは、レチクルＲのパターン面で反射された露光光ＥＬをウエハＷの被露光面（図１における上面（＋Ｚ側の面））に投射する。ウエハステージＷＳＴは、ウエハＷを保持する。

光源装置１２の一例は、レーザ励起プラズマ光源である。レーザ励起プラズマ光源は、ＥＵＶ光発生物質（ターゲット）に高輝度のレーザ光を照射することにより、そのターゲットを高温のプラズマ状態に励起させて、ターゲットから放出されるＥＵＶ光、紫外光、可視光、及び他の波長域の光を利用する。第１実施形態の露光光ＥＬは、主に波長５〜２０ｎｍ、例えば波長１１ｎｍのＥＵＶ光のビームである。

照明光学系は、照明ミラー（図示省略）、波長選択窓（図示省略）及び折り曲げミラーＢＭを含む。光源装置１２内の集光ミラーとしての放物面鏡は照明光学系の一部として機能する。照明光学系は、円弧スリット状の照明光にされた露光光ＥＬで、レチクルＲのパターン面を照明する。

レチクルステージＲＳＴは、ＸＹ平面に配置されたレチクルステージベース３２上に配置される。レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動部３４を構成する例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータが発生する磁気浮上力によってレチクルステージベース３２上に支持されている。レチクルステージＲＳＴは、レチクルステージ駆動部３４が発生する駆動力によってＹ軸方向に所定ストロークで駆動されるとともに、Ｘ軸方向及びθｚ方向（Ｚ軸回りの回転方向）にも微小量駆動可能である。

レチクルステージＲＳＴの下面に不図示の静電チャック方式（又はメカチャック方式）のレチクルホルダが設けられる。レチクルホルダによってレチクルＲが保持される。レチクルＲの例は、波長１１ｎｍのＥＵＶの露光光ＥＬに適合された反射型レチクルである。レチクルＲは、そのパターン面が下面となる状態でレチクルホルダによって保持されている。レチクルＲは、シリコンウエハ、石英、低膨張ガラスなどの薄い板からなる。図１において、レチクルＲの−Ｚ側の表面（パターン面）には、ＥＵＶ光を反射する反射膜が形成されている。この反射膜は、モリブデンＭｏとべリリウムＢｅの膜が交互に約５．５ｎｍの周期で、約５０ペア積層された多層膜である。この多層膜は波長１１ｎｍのＥＵＶ光に対して約７０％の反射率を有する。折り曲げミラーＢＭ、ミラーＭ１〜Ｍ６、その他の照明光学系内の各ミラーの反射面にも同様の構成の多層膜が形成されている。

レチクルＲのパターン面に形成された多層膜には、例えばニッケル（Ｎｉ）又はアルミニウム（Ａｌ）からなる吸収層が一面に塗布される。その吸収層をパターンニングして回路パターンに対応した形状で反射膜が露出される。

レチクルＲの吸収層に当たったＥＵＶ光はその吸収層によって吸収される。吸収層の除去により露出した反射膜に照射されたＥＵＶ光はその反射膜によって反射される。回路パターンの情報を含んだＥＵＶ光（露光光ＥＬ）がレチクルＲのパターン面から投影光学系ＰＯへ供給される。

レチクル干渉計８２ＲはレチクルステージＲＳＴ（レチクルＲ）のＸＹ面内の位置を検出する。第１実施形態ではレチクル干渉計８２Ｒは、レチクルステージＲＳＴに設けられた又は形成された反射面にレーザビームを投射するレチクルレーザ干渉計である。レチクルレーザ干渉計は、例えば０．５〜１ｎｍ程度の分解能でレチクルステージＲＳＴの位置を常時検出する。

レチクルＲのＺ軸方向の位置は、パターン面に対し斜めに検出ビームを照射する照射系１３ａと、レチクルＲのパターン面で反射された検出ビームを受光する受光系１３ｂとを含むレチクルフォーカスセンサによって計測される。

レチクル干渉計８２Ｒ及びレチクルフォーカスセンサ（１３ａ，１３ｂ）の計測値は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０はレチクル干渉計８２Ｒ及びレチクルフォーカスセンサ（１３ａ，１３ｂ）の計測値に基づいてレチクルステージ駆動部３４を活性化し、レチクルステージＲＳＴを駆動させる。主制御装置２０により、レチクルＲの６次元方向の位置及び姿勢が制御される。

投影光学系ＰＯは、反射光学素子（ミラー）のみからなる反射光学系である。投影光学系ＰＯの開口数ＮＡは例えば０．１である。投影光学系ＰＯの投影倍率は例えば１／４倍である。従って、レチクルＲによって反射され、レチクルＲに形成されたパターンの情報を含む露光光ＥＬは、ウエハＷに投射され、これによりレチクルＲ上のパターンは１／４に縮小されてウエハＷに転写される。投影光学系ＰＯの具体的構成については後述する。

ウエハステージＷＳＴは、ＸＹ平面に配置されたウエハステージベース６０上に配置され、ウエハステージ駆動部６２を構成する例えば磁気浮上型２次元リニアアクチュエータが発生する磁気浮上力によってウエハステージベース６０上に支持されている。ウエハステージ駆動部６２は、ウエハステージＷＳＴをＸ軸方向及びＹ軸方向に所定ストローク（ストロークは例えば３００〜４００ｍｍ）で変位させ、θｚ方向にも微小量回転させる。

ウエハステージＷＳＴの上面には、静電チャック方式の不図示のウエハホルダが載置される。ウエハホルダはウエハＷを吸着する。ウエハ干渉計８２ＷはウエハステージＷＳＴの位置を検出する。ウエハ干渉計８２Ｗは例えば、０．５〜１ｎｍ程度の分解能でウエハステージＷＳＴの位置を常時検出するウエハレーザ干渉計である。ウエハステージＷＳＴの位置からウエハＷの位置を検出することができる。

投影光学系ＰＯの結像面を基準とするウエハＷのＺ軸方向の位置は、斜入射方式のウエハフォーカスセンサによって計測される。ウエハフォーカスセンサは、図１に示されるように、ウエハＷの上面に対し斜め方向から検出ビームを照射する照射系１４ａと、ウエハＷ面で反射された検出ビームを受光する受光系１４ｂとを含む。照射系１４ａと受光系１４ｂは投影光学系ＰＯの鏡筒を保持するコラム（不図示）に固定される。ウエハフォーカスセンサ（１４ａ，１４ｂ）としては、レチクルフォーカスセンサ（１３ａ，１３ｂ）と同様に構成することができる。

ウエハ干渉計８２Ｗ及びウエハフォーカスセンサ（１４ａ、１４ｂ）の計測値は、主制御装置２０に供給される。主制御装置２０はウエハステージ駆動部６２を活性化して、ウエハステージＷＳＴの６次元方向の位置及び姿勢を制御する。

ウエハステージＷＳＴ上面の一端部には、レチクルＲに形成されたパターンのウエハＷの表面における投影位置と、鏡筒５２に固定されたアライメント系ＡＬＧとの相対位置を計測（いわゆるベースライン計測）する計測器ＦＭが設けられている。レチクルステージＲＳＴ、投影光学系ＰＯ、及びウエハステージＷＳＴは不図示の真空チャンバ内に収容される。

次に、投影光学系ＰＯについて、図２〜図６に基づいて、詳細に説明する。

図２に示すように、投影光学系ＰＯは、Ｚ軸に沿って配置され、かつ互いに連結された５つの鏡筒ユニット１５２ａ，１５２ｂ，１５２ｃ，１５２ｄ，１５２ｅ，及び鏡筒ユニット１５２ｂ，１５２ｃ間に設けられたフランジＦＬＧからなる鏡筒５２を備えている。鏡筒５２内部には、ミラーＭ１，Ｍ２，Ｍ３，Ｍ４，Ｍ５，Ｍ６（図３、図４参照）が配置されている。鏡筒５２の側壁、詳しくは鏡筒ユニット１５２ａ及び鏡筒ユニット１５２ｂの外面には、露光光ＥＬを入射するために開口５２ａが形成されている。鏡筒ユニット１５２ａ〜１５２ｅ及びフランジＦＬＧは、ステンレス鋼（ＳＵＳ）等の脱ガスの少ない材料で形成されている。

鏡筒ユニット１５２ａは、上壁（＋Ｚ側の壁）に矩形の貫通口５２ｂを備えた円筒状の部材である。鏡筒ユニット１５２ａの下端部において、開口５２ａと反対側の外面には（−Ｚ側かつ−Ｙ側位置）張り出し部１５２ｆが設けられる。

鏡筒ユニット１５２ｂは、鏡筒ユニット１５２ａよりも僅かに径の大きい円筒状の部材からなり、鏡筒ユニット１５２ａの下部（−Ｚ側）に連結されている。鏡筒ユニット１５２ｂの下部には、鏡筒５２の他の部分より直径の大きなフランジＦＬＧが連結されている。

鏡筒ユニット１５２ｃは、フランジＦＬＧの下部（−Ｚ側）に連結されている。

鏡筒ユニット１５２ｄは、鏡筒ユニット１５２ｃよりも僅かに直径の小さい円筒状の部材からなり、鏡筒ユニット１５２ｃの下部（−Ｚ側）に連結されている。

鏡筒ユニット１５２ｅは、鏡筒ユニット１５２ｄよりも僅かに直径の小さい円筒状部材からなり、鏡筒ユニット１５２ｄの下部（−Ｚ側）に連結されている。鏡筒ユニット１５２ｅは、不図示ではあるが、投影光学系ＰＯからウエハＷに向けて露光光ＥＬを通過させるための開口の形成された底面を有する。

図３及び図４を参照して、投影光学系ＰＯの光学素子（ミラーＭ１〜Ｍ６）の配置を説明する。６つのミラーＭ１〜Ｍ６は、上からミラーＭ２、ミラーＭ４、ミラーＭ３、ミラーＭ１、ミラーＭ６、ミラーＭ５の順に配置されている。図３（Ａ），（Ｂ）のハッチングは、ミラーの反射面を示す。

第１実施形態では、ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面は、光学特性の設計値を満たすように光学特性の計測と加工とを交互に繰り返しながら高精度に形成される。第１実施形態では、ミラーＭ１〜Ｍ６の反射面は、露光波長の約５０分の１から６０分の１以下に低減された凹凸を含む平滑面である。その表面粗さを示すＲＭＳ値（標準偏差）は０．２ｎｍから０．３ｎｍ以下である。

ミラーＭ１は、図３（Ａ）及び図４から分かるように凹面鏡であり、その上面は球面又は非球面などの回転対称な反射面である。その反射面の回転対称軸（非球面軸）が投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに一致するように、ミラーＭ１の位置は調整される。ミラーＭ１は、鏡筒ユニット１５２ｃの内部に配置され６自由度の保持機構によって保持されている。

ミラーＭ２は凹面鏡であり、その下面が球面又は非球面などの回転対称な反射面である。その反射面の回転対称軸（球面軸又は非球面軸）が投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに一致するようにミラーＭ２の位置は調整される。ミラーＭ２は、鏡筒ユニット１５２ａの内部に配置され６自由度の保持機構によって保持されている。

ミラーＭ３は投影光学系ＰＯの光軸ＡＸから外れた位置に配置された凸面鏡であり、その上面は反射面である。図４に示されるように、ミラーＭ３の反射面は、破線で示される球面又は非球面などの回転対称な面９４ａの一部である。面９４ａの回転対称軸（球面軸又は非球面軸）が光軸ＡＸに一致するようにラーＭ３の位置は調整されている。ミラーＭ３は、鏡筒ユニット１５２ｂの内部に配置されて６自由度の保持機構によって保持されている。

ミラーＭ４は投影光学系ＰＯの光軸ＡＸから大きく外れた位置に配置された凹面鏡であり、その下面は反射面である。図４に示されるように、ミラーＭ４の反射面は、破線で示される球面又は非球面などの回転対称な面９４ｂの一部である。面９４ｂの回転対称軸（球面軸又は非球面軸）が光軸ＡＸに一致するようにミラーＭ４の位置は調整されている。ミラーＭ４は、図２の鏡筒ユニット１５２ａ内で、６自由度の保持機構によって保持されている。

ミラーＭ５は、その一部に切り欠きが形成された概略馬蹄形状の凸面鏡であり、その上面は反射面である。ミラーＭ５の反射面は球面又は非球面などの回転対称な面の一部である。その反射面の回転対称軸（球面軸又は非球面軸）が投影光学系ＰＯの光軸ＡＸに一致するようにミラーＭ５の位置は調整されている。ミラーＭ５の切り欠きは、光軸ＡＸより＋Ｙ側の部分において、露光光ＥＬの光路を遮らないように形成される。ミラーＭ５は、図２の鏡筒ユニット１５２ｅ内で、６自由度の保持機構によって保持されている。

ミラーＭ６は、その一部に切り欠きが形成された概略馬蹄形状の凹面鏡であり、その下面は反射面である。ミラーＭ６の反射面は球面又は非球面などの回転対称な面の一部である。その反射面の回転対称軸（球面軸又は非球面軸）が投影光学系ＰＯの光軸ＡＸにほぼ一致するようにミラーＭ６の位置は調整されている。ミラーＭ６の切り欠きは、光軸ＡＸより−Ｙ側の部分において露光光ＥＬの光路を遮らないように形成されている。ミラーＭ６は、図２の鏡筒ユニット１５２ｄ内で、６自由度の保持機構によって保持されている。第１実施形態では、各ミラーＭ１〜Ｍ６の光軸は、投影光学系の光軸ＡＸと一致する。各ミラーＭ２〜Ｍ６は光学素子自体の光軸に関して非対称の形状である。

図５及び図６を参照して、ミラーＭ２を保持するミラー保持機構９２を説明する。他のミラーＭ１、Ｍ３〜Ｍ６を保持するミラー保持機構はミラー保持機構９２と共通である。

図５に示すように、ミラー保持機構９２は、鏡筒ユニット１５２ａ内でミラーＭ２を保持する。図６に示されるように、ミラーＭ２は変則的な多角形（６角形）状とされた本体部Ｍ２ａと、その一部に光路を確保するために形成された切り欠き部Ｍ２ｂとを含む。

ミラー保持機構９２は、ミラーＭ２を保持してインナーリング４２に固定するミラー保持部材４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃと、インナーリング４２を変位させるパラレルリンク機構４１とから構成される。ミラー保持部材４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃは、インナーリング４２の下面に配置され、ミラーＭ２の外周面の所定の３箇所を保持する。

ミラー保持部材４４Ａ〜４４Ｃは、ミラーＭ２の外周面の３箇所、例えば中心角１２０°間隔の外周の３等分点をそれぞれ保持している。各ミラー保持部材４４Ａ〜４４Ｃは、ほぼＵ字状の形状を有しており、この形状はインナーリング４２の半径方向についての各ミラー保持部材４４Ａ〜４４Ｃの剛性が低くなるように設定されている。

各ミラー保持部材４４Ａ〜４４Ｃは、ミラーＭ２の外周に設けられたフランジ部（不図示）をクランプする機械的なクランプ機構を含む。クランプ機構により、ミラーＭ２とインナーリング４２との位置関係は維持される。

ミラーＭ２の外周の３等分点がインナーリング４２の半径方向についての剛性が低いミラー保持部材４４Ａ〜４４Ｃによって保持されていることから、ミラーＭ２に熱膨張が生じるような場合であっても、ミラーＭ２はＸＹ面内の種々の方向にほぼ均等に熱膨張する。よって、熱膨張後のミラーＭ２の輪郭形状は元のミラーＭ２の相似形に維持される。

パラレルリンク機構４１は、６本の伸縮可能なリンク１１０を含む、スチュワートプラットホーム型と呼ばれる６自由度を備えたパラレルリンク機構である。

パラレルリンク機構４１は、鏡筒ユニット１５２ａの内面に配置されたベースとなるアウターリング４８と、アウターリング４８に固定された駆動機構４６と、駆動機構４６により変位されるエンドエフェクタを構成するインナーリング４２とから構成される。アウターリング４８は、鏡筒ユニット１５２ａの上端部で内側に突出する円環状の突出部上に、不図示の３つの調整用ワッシャを介して設けられた円環状部材である。インナーリング４２は、アウターリング４８よりも径が一回り小さい円環状部材であり、アウターリング４８の下方に配置される。駆動機構４６は、アウターリング４８とインナーリング４２とを相互に連結するとともにインナーリング４２をアウターリング４８に対して６自由度方向に駆動する。

駆動機構４６は、アウターリング４８及びインナーリング４２に対してそれぞれ球面対偶を介して接続された一端と他端とを有する、６本のリンク１１０によって構成される。各リンク１１０は、図５に示されるように、第１軸部材１１３と、第１軸部材１１３に接続又は連結された第２軸部材１１５とを有する。第１軸部材１１３の一端（上端）は、アウターリング４８にボールジョイント１１１を介して取り付けられている。第２軸部材１１５の他端（下端）は、インナーリング４２にボールジョイント１１２を介して球面対偶となるように取り付けられている。

２本一組のリンク１１０によって３つの駆動機構４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃが構成され、この３つの駆動機構４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃは、１２０°の等角の間隔で配置される。各駆動機構４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃにおいて、アウターリング４８側のボールジョイント１１１間の距離は比較的大きく、インナーリング４２側のボールジョイント１１２間の距離は比較的小さい。各リンク１１０において、第２軸部材１１５と第１軸部材１１３との少なくとも一方には、当該リンク１１０の長さ、即ち、第１軸部材１１３の上端と第２軸部材１１５の下端との距離を変更するアクチュエータが設けられている。アクチュエータの例は、流体による直動シリンダ、ソレノイド、小型リニアモータ、又は圧電素子である。第１実施形態では、圧電素子が用いられる。アクチュエータは、図示しない駆動回路により制御される。この駆動回路により、６つのアクチュエータがストレス無くコントロールされ、インナーリング４２は、６自由度で所定の姿勢にコントロールされる。

ミラーＭ１、Ｍ３〜Ｍ６用のミラー保持機構の構成は、ミラーＭ２用のミラー保持機構９２のものとほぼ共通であるが、ミラーＭ１〜Ｍ６の配置場所、形状、方向、光路の位置等の条件に応じて、ミラーＭ１〜Ｍ６用のミラー保持機構の構成が適宜変更されてもよい。ミラーＭ２のミラー保持機構９２は図５，６の例に限定されるものではない。例えば、図５に示すミラー保持機構９２では、ミラーＭ２の反射面が下側であるため、反射面の背面方向（＋Ｚ方向、図５において上側）にインナーリング４２を配置し、そのインナーリングのさらに上側にリンク１１０を配置して、さらに上側にあるアウターリング４８の下端に接続されている。しかしながら、アウターリング４８を鏡筒ユニット１５２ａの下端周縁に配置し、アウターリング４８の上方に各リンク機構を配置し、さらにリンク機構の上方にインナーリング４２を配置してもよい。ミラーＭ２はインナーリング４２の下端でなくインナーリング４２の上方に配置してもよい。

鏡筒５２の中心軸に対して偏って配置されたミラーＭ３、Ｍ４を保持するミラー保持機構の場合、インナーリング４２及びアウターリング４８は鏡筒５２に沿った円環形である必要はない。後述する力学的条件が満たされれば、インナーリング４２及びアウターリング４８は、光路を干渉しないように一方に偏った楕円形や半月状等、若しくは切り欠き部を備えた形状など条件に応じた形状であってもよい。

インナーリング４２やアウターリング４８が円環状ではない場合、リンク１１０はインナーリング４２やアウターリング４８の中心に対して１２０°の等角間隔に配置されなくてもよい。

ＥＵＶＬでは、光学素子を安定に保持する光学装置が要求される。特に、ＥＵＶ光の使用は従来では問題になりにくかった微細な振動によってＥＵＶＬの精度は影響を受ける。本願発明者は、光学的な性能及び生産性のみに着目した従来の設計ではなく、光学装置の力学的な条件を重視して設計された光学装置を開発した。以下、本発明の第１〜１２実施形態の光学装置の力学的構成を説明する。

図７は、図６に示すミラー保持機構９２の単純化した模式図であり、図８は、図７の斜視図である。図７、図８に示す３対のリンク１１０は３つの支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣとして表現する。各駆動機構４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃに含まれ、近接した２つのボールジョイント１１２は２本のリンク１１０の交点にあると近似して、一つの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３として表現する。本発明において、１つの支持部材は、第１実施形態の各駆動機構４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃに含まれる一組のリンク１１０を含み、１つの支持位置は、１組のリンク１１０により支持される光学素子上の位置を含む。

アウターリング４８の図示は省略している。一対のリンク１１０とアウターリング４８との接続点であるボールジョイント１１１は、ボールジョイントＢＪＤ，ＢＪＥ，ＢＪＦとして単純化している。

ミラーＭ２、インナーリング４２及びミラー保持部材４４は光学ユニットを形成する。光学ユニットは１つの剛体と見なすことができる。以下の説明では、光学ユニットを仮想剛体Ｍと呼ぶ。仮想剛体Ｍの詳細な形状の図示は省略する代わりに、仮想剛体Ｍの力学的な質量中心（重心）ＣＭを図示する。本明細書において、重力は一様であると仮定したので、質量中心と重心は一致している。３つの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点とした三角形を「基準三角形ＤＴ」と定義する。基準三角形の外接円を「基準円ＤＣ」と定義する。３つの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を含む平面を「基準面ＤＰ」と定義する。基準三角形ＤＴの幾何的な内心ＣＩすなわち３つの角の２等分線の交点であり、三辺から等距離にある点を二重丸で示す。

本発明に従う光学装置は、光学装置の光軸に関して非対称形状の光学素子（Ｍ２〜Ｍ６）と、光学素子を保持する光学素子保持部材（４２、４４）と、光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材（ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ）とを備える。

光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの重量が、支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに、すなわち支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に略均等に加わるように構成される。仮想剛体Ｍの荷重は、鉛直方向の重力と、仮想剛体Ｍの回転モーメントとを考慮して算出される。仮想剛体Ｍの荷重は不静定力学に従う方法により算出される。支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に作用する荷重が互いに等しくなるように、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３と、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭの相対位置を定める。仮想剛体Ｍの荷重としてＺ軸方向における仮想剛体Ｍの重量のみを考えた場合は、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭが基準三角形ＤＴの重心（不図示）を通るＺ軸に配置されたときに、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に作用する荷重が互いに等しくなり、光学装置の静的安定性が向上する。

支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対して仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭの位置を所定の位置に設定するためには、仮想剛体Ｍを構成する光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方の質量中心を変位させる必要がある。質量中心を変位させるための２つの方法を説明する。仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭの変位は、第２〜１２実施形態でも同様である。

第１の方法では、仮想剛体Ｍを構成する要素、即ち光学素子保持部材及び光学素子のいずれか一方若しくは双方を移動することで、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対する仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭの位置を最適化する。例えば第１実施形態において、光学保持部材（インナーリング４２及びミラー保持部材４４）と光学素子（ミラーＭ２）をリンク１１０によって相対移動する。

移動する要素は、「ミラーＭ２」のみ、「ミラーＭ２＋ミラー保持部材４４」、若しくは「ミラーＭ２＋ミラー保持部材４４＋インナーリング４２」の組合せである。ミラーＭ２のみを移動させるには、ミラーＭ２のフランジ部とミラー保持部材４４との間にギャップがある場合は、ミラー保持部材４４によるミラーＭ２の保持位置を変更する。ミラーＭ２のフランジ部とミラー保持部材４４との間にギャップがない場合はミラーＭ２のフランジ部の形状を変更する。第１の方法では、基本的に構成要素の位置のみを変更することで仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭを変位させる。

第２の方法では、仮想剛体Ｍを構成する要素の質量中心ＣＭの位置に応じて、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の位置を最適化する。この場合、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３の間隔は、等間隔に配置されない。

第３の方法を説明する。投影光学系ＰＯに要求される条件に従って、光学素子の位置、姿勢、及び形状は厳密に設計される。例えば第１実施形態のミラーＭ２の場合では、本体部Ｍ２ａの反射面の位置・姿勢、切り欠き部Ｍ２ｂの位置、及びインナーリング４２の位置などの光学的な条件が決められているため、光学素子及び光学素子保持部材のいずれの移動も困難である。光学素子及び光学素子保持部材の少なくとも一方を移動が支持部材であるリンク１１０の可動範囲を超えた場合、アライメント調整に必要な制御ができない場合もある。このような場合、第１の方法は採用できない。

第３の方法では、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭの位置を決めるために、光学素子保持部材及び光学素子少なくとも一方を移動することなく、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方にバランスウエイトを設けることで仮想剛体Ｍの質量中心を移動させる。

例えば、図６に示すミラーＭ２の場合、概ね六角形の本体部Ｍ２ａの背面（反射面の反対面、＋Ｚ側）に突出部Ｍ２ｃが一体形成されている。突出部Ｍ２ｃは正の重量を有するバランスウエイトとして機能する。バランスウエイトＭ２ｃは、光学的な及び生産効率の要求に貢献しない不要な部分である。本来の光学的な要求に対しては、ミラーＭ２の背面は、強度や歪み等を考慮すれば平坦であることが望ましい。ミラーＭ２において背面を平坦に形成した場合は、切り欠き部Ｍ２ｂの存在のため、ミラーＭ２は回転対称の形状とはならず、ミラーＭ２の質量中心は、図６において光軸ＡＸに対して切り欠き部Ｍ２ｂから離れる方向に外れた位置Ｍ２ｄにある。これはアンバランスな状態であり、周囲からの振動に対して不安定である。アンバランスを解消すべく、第１実施形態では、バランスウエイトＭ２ｃがミラーＭ２の背面において切り欠き部Ｍ２ｂの近傍に一体に設けられる。バランスウエイトＭ２ｃは、ミラーＭ２の背面以外の位置に設けてもよい。例えば、ミラー保持部材４４によって保持されるミラーＭ２のフランジ部（不図示）に設けることができる。光路を妨げることがなければ、ミラーＭ２において反射面を除くいずれの位置にバランスウエイトＭ２ｃを設けることができる。

また、光学素子保持部材を構成するインナーリング４２にバランスウエイトＢＷを設けることで、仮想剛体Ｍ自体を変位することなく、質量中心ＣＭのみを変位させることができる。バランスウエイトＢＷはインナーリング４２に一体に設けることもできるが、インナーリング４２に取り付けられた別の部材であってもよい。

（第１の方法、第２の方法、第３の方法の効果）
第１、第２の方法では、各部材に大きな変更を加えることなしに実施できる。第３の方法では、本来の光学設計を変更せずに実施できるとともに、光学素子であるミラーＭ２にバランスウエイトＭ２ｃを一体に設けた場合には、質量が質量中心Ｍ２ｄに近接するため、質量中心Ｍ２ｄを中心とした回転モーメントが小さくなる。また、接着剤などを用いることがないのでパージを妨げるガス発生源となることもない。一方、インナーリング４２にバランスウエイトＢＷを設ける場合は、加工が容易である。特に別部材で形成する場合は、質量や位置の調整が容易であり、光学装置の組み付け後においても調整が可能となる。さらに、インナーリングはパラレルリンク機構４１のエンドイフェクタとしての機能を有するため、Ｚ軸方向の運動の中心となるインナーリングにバランスウエイトＢＷを配置することは望ましい。もちろん、光学素子と光学素子保持部材、ミラーＭ２とインナーリング４２の両者にバランスウエイトＭ２ｂ，ＢＷを設けてもよい。光学素子に別部材を固定するような方法も条件によっては可能である。また、図示は省略するが光学素子保持部材を構成するミラー保持部材４４にバランスウエイトＢＷを設けるようにしてもよい。バランスウエイトＢＷは、突起のような「正の質量を有する部分」及び凹部や切り欠きのような「負の質量を有する部分」を含む。バランスウェイトＢＷを設けることは、元の構成に「正の質量を有する部分」を付加すること、及び、元の構成を部分的に削除すること、すなわち凹部や切り欠きを形成することを含む。

第１実施形態の光学装置では、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの質量が３つの支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣに均等に加わるように構成される。仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭと支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３との相対位置が調整されるため、光学装置の重量バランスは向上し、特定の支持部材に荷重が偏って作用するのが防止され、仮想剛体Ｍの回転モーメントが小さくなり、光学装置の静的安定性及び動的安定性が向上する。支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣ（リンク１１０）は、動的なアクチュエータであるが、静的な支持部材であってもよい。

図９を参照して、第２実施形態の光学装置を説明する。第２実施形態の光学装置では、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭが、光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点として形成される基準三角形ＤＴの内心ＣＩから所定距離ｄ内になるように構成される。

「基準三角形ＤＴの内心ＣＩ」を基準としたのは、内心ＣＩが基準三角形ＤＴの移動中に、運動量が最も小さいからである。これを説明する。３つの支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣが駆動されて、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３が変位することで、光学素子は６自由度で変位される。６自由度はＸ、Ｙ、Ｚ軸方向の変位、及びＸ、Ｙ、Ｚ軸周りの回転である。６自由度のうち、アライメント調整の必要性が最も高い、Ｚ軸方向の変位とＸ軸及びＹ軸周りの回転を考える。

Ｚ軸方向の変位は直線運動なので、仮想剛体Ｍの重量が支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に均等にかかっていることが望ましい。この場合は、基準三角形ＤＴの鉛直方向に仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭがあることが望まれる。基準三角形ＤＴの内心ＣＩの鉛直方向に仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭがあることが理想的である。

次に光学素子の傾動、即ち回転θｘ、θｙを考える。この場合、支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣが支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のそれぞれをＺ軸方向に変位させることにより仮想剛体Ｍ、即ち光学素子を傾ける。支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣのいずれかをＺ方向に変位すると、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のうちの１つが他の２つ支持位置を結ぶ直線の周りで移動し、光学素子は傾動する。

投影光学系の光軸ＡＸから大きく離れた位置にある光学素子の場合、例えば、ミラーＭ３やミラーＭ４（図３参照）の場合、その光学素子の光軸（光学系の光軸ＡＸ）上に回転軸があれば、光学素子の傾動を制御するための計算はシンプルであるが、光学素子が光軸ＡＸから離れているため、光学素子を傾動するには大きな変位が必要となる。圧電素子を用いたアクチュエータを備えた伸縮型のパラレルメカニズムでは、各アクチュエータのストロークが小さいことから、１あるいは２つのアクチュエータが伸長するとともに残りのアクチュエータが収縮することが光学素子を大きく傾けるために必要である。従って、３つの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３から構成される基準三角形ＤＴ内に光学素子の回転運動の回転軸があれば、光学素子を効率的に回転させることができる。

一方、仮想剛体ＭのＸ軸方向の変位、Ｙ軸方向の変位、又はＺ軸回りの回転は、即ち支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のＸＹ面内の変位は、水平な動きであるため、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭが基準三角形ＤＴを含む平面に配置されることが望ましい。

以上のことから、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３のＺ軸方向の変位による光学素子の傾動の回転軸は、基準三角形ＤＴの辺または内部にあることが多いと考えられる。従って、基準三角形ＤＴの各辺から等距離にある内心ＣＩに、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭを近接させることが制御上最も適当である。

質量中心ＣＭと内心ＣＩとの距離ｄは、仮想剛体Ｍの回転モーメント、支持部材の剛性、許容される振動等などによって決定された所定値より小さい。質量中心ＣＭと内心ＣＩとの距離ｄを所定値より小さくするために、光学素子や光学素子保持部材を移動させる第１の方法、及びバランスウエイトにより質量中心ＣＭを移動させる第２の方法を用いることができる。

第２実施形態の光学装置では、仮想剛体Ｍの運動の中心が仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭに近づくため、光学素子の調整に伴う仮想剛体Ｍの回転モーメントが小さくなり光学装置の動的安定性が向上する。

図１０を参照して第３実施形態の光学装置を説明する。第３実施形態の光学装置では、仮想剛体Ｍを構成する光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭが、支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点として形成される基準三角形ＤＴの内心ＣＩと一致する（距離ｄ＝０）ように構成される。

第３実施形態の光学装置では、回転運動の中心点として最も好ましい質量中心ＣＭが、実際の運動の中心となる基準三角形ＤＴの内心ＣＩと一致するため、動的安定性が最も向上し、また外部からの振動によっても無用な回転モーメントを生じにくく静的安定性にも優れる。第３実施形態は最も望ましい形態である。

図１１〜図１５を参照して第４〜第８実施形態の光学装置を説明する。第４〜第８実施形態では、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭと、質量中心ＣＭから基準面ＤＰに下ろした垂線との交点ＰＩと、支持部材によるＬＡ，ＬＢ，ＬＣにより支持される支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３（基準三角形ＤＴ）との位置関係が異なる。

図１１に示すように、第４実施形態の光学装置では、交点ＰＩが基準三角形ＤＴの内心ＣＩと一致する。この構成によれば、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にかかる重量がＺ軸方向において同一方向となり、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３にかかる荷重が略均一となるため、静的安定性及び動的安定性が向上する。

図１２を参照して、第５実施形態の光学装置を説明する。第５実施形態の光学装置では、交点ＰＩと基準三角形ＤＴの内心ＣＩとの距離ｅが所定距離ｒより小さい。

交点ＰＩが必ずしも基準三角形ＤＴ内にはないため、各支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に垂直にかかる重量が、上下方向（第１実施形態のＺ軸方向）において必ずしも同一方向ではないが、交点ＰＩが内心ＣＩに近いためＺ軸周りの回転θｚの慣性モーメントは低減される。また、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に垂直にかかる重量に差が生じにくく、Ｘ軸及びＹ軸周りの回転θｘ、θｙの慣性モーメントは低減される。よって光学装置の静的安定性及び動的安定性が向上する。

図１３を参照して、第６実施形態の光学装置を説明する。第６実施形態の光学装置では、交点ＰＩが基準面ＤＰ内に配置される。交点ＰＩは基準三角形ＤＴの内側であっても外側であってもよい。

この構成によれば、仮想剛体ＭがＸ軸及びＹ軸方向に変位したときに、Ｘ軸及びＹ軸周りの回転θｘ、θｙのモーメントが生じず、光学装置の静的安定性及び動的安定性が向上する。

図１４を参照して、第７実施形態の光学装置を説明する。第７実施形態の光学装置では、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭが、支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点として形成される基準三角形ＤＴの基準面ＤＰの上方に位置するように構成される。つまり交点ＰＩが基準三角形ＤＴの内部に位置する。かつ、交点ＰＩと内心ＣＩとの間の距離ｅが所定距離より小さく設定される。

この構成では、交点ＰＩが基準三角形ＤＴの内部に位置するため、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３に対して仮想剛体Ｍの質量は、上方（レチクルＲに近い方向）若しくは下方（ウェハＷに近い方向）のいずれかに揃うため、静的安定性及び動的安定性が向上する。また、交点ＰＩと内心ＣＩとの間の距離ｅが所定距離より小さく設定されるため、特に、θｚについては慣性モーメントが小さくなり安定性が高い。

図１５を参照して第８実施形態の光学装置を説明する。図１５に示す第８実施形態の光学装置では、仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭから基準面ＤＰに下ろした垂線の交点ＰＩからの質量中心ＣＭの高さｈ、即ち、基準面ＤＰと質量中心ＣＭとの距離が、所定値より小さい。この構成では、運動の中心を含む基準面ＤＰと質量中心ＣＭとの距離が近接し、静的安定性及び動的安定性が向上する。特に高さｈが小さいほどＸ軸及びＹ軸方向の変位に対する安定性が向上する。

図１６を参照して、第９実施形態の光学装置を説明する。図１６に示すように、第９実施形態の光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３の少なくとも１つが、少なくとも３つの支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を含む基準面ＤＰと平行に延びるように構成される。

「慣性主軸」は、慣性楕円体の主軸である。均質な物体は相互に直交する三つの慣性主軸を有する。「慣性楕円体」は、剛体や質点系の慣性テンソルの形を表す二次曲面である。慣性モーメントをI_x,I_y,I_zとし、慣性乗積をI_xy,I_yz,I_zxとしたとき、慣性楕円体はI_xx²+I_yy²+I_zz²-2I_xyxy-2I_yzyz-2I_zxzx=1 で表される。

質量中心ＣＭ（重心）を座標系の原点Ｏと一致させると、慣性乗積は、剛体において微小質量dmとしたとき、I_xy=∫xydm，I_yz=∫yzdm，I_zx=∫zxdmと表せる。座標軸を慣性主軸と一致させたとき（重心慣性主軸）、即ち中心楕円体を採用した場合は慣性主軸における慣性乗積は消失する。

この剛体では、慣性主軸回りの回転運動は慣性乗積はゼロとなり、回し初めに加えたモーメントとは異なる方向の回転運動が生じないため、回転は安定する。即ち、動的安定性が向上する。逆に、回転運動の回転軸が慣性主軸と一致しない場合は慣性乗積がゼロでないため、回し初めに加えたモーメントとは異なる方向の回転運動が生じ、回転運動が不安定となる。即ち、動的安定性が損なわれる。

以上説明したように、仮想剛体Ｍの慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３の少なくとも１つが、例えば、慣性主軸ＰＡ_１が基準面ＤＰと平行に位置されるので、仮想剛体Ｍは回転機械の静不釣合い（JIS B 0123）と類似した状態であり、少なくとも慣性主軸ＰＡ_１と平行な仮想剛体Ｍの動きは、１方向のみの不釣合いとなり、比較的安定する。

図１７を参照して第１０実施形態の光学装置を説明する。第１０実施形態の光学装置では、光学素子保持部材及び光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３の少なくとも一つ、例えば慣性主軸ＰＡ_１が、基準面ＤＰ上に位置するように構成される。この構成では、仮想剛体Ｍの運動が少なくとも慣性主軸ＰＡ_１を軸とする回転運動である場合には、仮想剛体Ｍの動きは極めて安定し、優れた動的安定性を示す。仮想剛体Ｍの運動が他の慣性主軸ＰＡ_２，ＰＡ_３を軸とする回転運動である場合にも同様である。光学装置の場合、仮想剛体Ｍは、ＸＹ平面に近い回転軸の周りで回転されることが多いと考えられる。他の慣性主軸ＰＡ_２，ＰＡ_３のいずれか一つと、基準面ＤＰとの間の角度は小さいことが望ましい。

３本の慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３のうち２本が基準面ＤＰ上に配置されることがさらに望ましい。この構成によれば、光学装置の動的安定性はさらに向上する。

図１８を参照して第１１実施形態の光学装置を説明する。第１１実施形態の光学装置では、光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、仮想剛体Ｍの慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３の少なくとも一つ、例えば慣性主軸ＰＡ_１が、支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３を頂点として形成される基準三角形ＤＴ内で基準三角形ＤＴと交差するように構成される。

仮想剛体Ｍの運動の中心となる可能性の高い基準三角形ＤＴの内部を慣性主軸ＰＡ_１が通過するため、慣性主軸ＰＡ_１の周りの回転運動は極めて安定し、光学装置は優れた動的安定性を示す。慣性主軸ＰＡ_１に加えて慣性主軸ＰＡ_２，ＰＡ_３のいずれかが基準三角形ＤＴの内部を通過する場合は、光学装置の回転はさらに安定する。

図１９を参照して、第１２実施形態の光学装置を説明する。第１２実施形態の光学装置では、慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３のすべてが基準三角形ＤＴ内で基準三角形ＤＴと交差する。

この構成によれば、仮想剛体Ｍの運動の中心となる可能性の高い基準三角形ＤＴの内部をすべての慣性主軸ＰＡ_１，ＰＡ_２，ＰＡ_３が通過するため、第１１実施形態と比較して、さらに優れた動的安定性を有する光学装置が得られる。

第１乃至第１２実施形態の光学装置は、鏡筒ユニット１５２ａ〜１５２ｅに適用できる。第１から１２実施形態の光学装置を備えた鏡筒５２によれば、静的安定性及び動的安定性の良好な投影光学系ＰＯが得られる。

本実施の形態のパラレルリンク機構４１は、インナーリング４２を変位させることによって、ミラー保持部材４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃによって保持されたミラーを駆動していたが、この構成に限定されるものではない。例えば、インナーリング４２を省略し、パラレルリンク機構４１の駆動機構４６Ａ，４６Ｂ，４６Ｃがミラー保持部材４４Ａ，４４Ｂ，４４Ｃをそれぞれ支持して、ミラーを駆動してもよい。

本発明の光学装置を備えた投影光学系ＰＯをデバイスの製造のリソグラフィ工程に使用すれば、極めて波長の短いＥＵＶ光を反射投影光学系で反射するので、色収差の影響を受けることなくレチクルＲの微細パターンをウエハＷ上の各ショット領域に高精度に転写することができる。具体的には、最小線幅７０ｎｍ程度の微細パターンの高精度な転写が可能である。

本発明は、露光光としてＥＵＶ光を用い、６枚の反射光学素子（ミラーＭ１〜Ｍ６）からなる反射投影光学系に限定されない。例えば、光学素子の数は６枚以外でもよい。露光光は、Ａｒ_２レーザ（波長１２６ｎｍ）のような波長が１００〜１６０ｎｍのＶＵＶ光であってもよい。

レンズと反射光学素子とを含む反射屈折投影光学系にも、本発明は好適に適用することができる。本発明は、非回転対称形状の光学素子の保持において顕著な効果を示すが、回転対称形状の光学素子の保持において、本発明の力学的条件を考慮することにより、光学装置の性能が向上する。従って、本発明は、反射投影光学系において最も顕著な効果を示すが、反射屈折投影光学系、及び回転対称形状のレンズが同軸に構成された屈折投影光学系においても適用でき、また、十分な効果を発揮する。

各実施形態では、高精度な光学装置の一例として、露光光として波長１１ｎｍのＥＵＶ光を用いる投影露光装置について説明した。光学装置は露光光として波長１３ｎｍのＥＵＶ光を用いる投影露光装置であっても良い。この場合には、波長１３ｎｍのＥＵＶ光に対して約７０％の反射率を確保するため、各ミラーはモリブデンＭｏとケイ素Ｓｉを交互に積層した多層反射膜を備える必要がある。

露光光源はレーザ励起プラズマ光源に限られず、ＳＯＲ、ベータトロン光源、ディスチャージド光源、Ｘ線レーザなどを使用することができる。

各実施形態では、露光装置を構成する投影光学系に含まれる光学装置を説明したが、本発明は照明光学系に含まれる光学装置であってもよい。本発明の光学装置は、鏡筒内に光学素子を有する、露光装置以外の装置に採用することができ、各実施形態と同様の効果を得ることが可能である。

本発明は、鏡筒を持たない、例えば、単ミラーの光学素子を保持する光学装置においても顕著な効果をもって実施することができる。

第１実施形態のパラレルリンク機構は、伸縮式アクチュエータがジョイント間にあるスチュワートプラットホーム型である。エンドエフェクタを構成するインナーリング４２側の２本一組のリンク１１０を接続するボールジョイント１１２が近接し、ベースを構成するアウターリング４８側のボールジョイント１１１が広く離間している。逆に、インナーリング４２側が広く離間し、アウターリング４８側が近接してもよい。この場合は、仮想剛体Ｍを構成するインナーリング４２側のボールジョイント１１２が、６ヶ所に分散した配置になるが、２本一組のパラレルリンクが離間していても、この２本一組のパラレルリンクが本発明の１つの支持部材に相当し、２つのボールジョイント１１２の中間点を支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３として、基準三角形ＤＴを定義する。

インナーリング４２が、６ヶ所の支持位置で支持部材であるリンク１１０により支持される場合は、２本一組のリンク１１０のうちいずれか一方のリンク１１０を選択して基準三角形ＤＴを定義してもよい。

伸縮型のパラレルリンク機構に代えて、固定された直動アクチュエータを使い、ベース側ジョイントが固定された直線上を動く直動型のリンク機構や、固定された回転式アクチュエータを使い、ベース側ジョイントが回転運動をする回転型（屈曲型）のリンク機構を使用することができる。

パラレルリンク機構４１以外の構成で光学素子を移動可能に支持してもよい。光学素子の運動は６自由度以外の自由度であってもよい。少なくとも３つの支持部材で光学素子と光学素子保持部材とを、１以上の自由度で一体的に移動可能に支持する機構であれば本発明は適用できる。

図２０は、ミラーＭ３を支持する光学装置の模式図である。各実施形態では、支持部材ＬＡ，ＬＢ，ＬＣの支持位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３は、円環状のインナーリング４２において略１２０°の等角間隔に配置される。図２０の例では光学素子（ミラーＭ３）は鏡筒５２内の周辺に配置され、光路を避けるため、インナーリング１４２やアウターリング１４８も変則的な形状である。ミラーＭ３を保持するミラー保持部材１４４Ａ〜１４４Ｃも等角間隔には配置されない。このような構成であっても、第１１〜１２実施形態で説明した方法は適用できる。

仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭとの関係を内心ＣＩに限らず、光軸ＡＸと基準面ＤＰとの交点や、基準三角形ＤＴの外心、重心を基準に設定することもできる。例えば、図２０に示すように、光軸ＡＸと光学素子が離れた配置である場合には、制御上の計算は光軸ＡＸとの交点を基準に計算した方が単純化するが、実際の動作にはアクチュエータに大きなストロークが要求される。ストロークが十分にある場合には、光軸ＡＸとの交点を基準にすることも可能であるが、この構成の場合、ピエゾ素子などでは特にアクチュエータのストロークが小さいため、基準は内心ＣＩであることが合理的である。また、静的安定性を重視するには、基準三角形ＤＴの重心を基準に仮想剛体Ｍの質量中心ＣＭとの関係を設定することもできる。いずれの構成を採用するかは、その光学素子に求められる条件による。

以上説明したように、本発明では、ミラー保持機構９２のような光学装置がパラレルリンク機構４１を備えるので、光学素子であるミラーＭ１〜Ｍ６の静的安定性のみならず動的安定性が向上する。本発明の光学装置を備えた鏡筒５２を含む露光装置１０を用いれば、振動に由来する精度低下が小さく、精度が高く、歩留りよく半導体デバイスを生産することができる。

Claims (21)

1. 光軸を有する光学装置であって、
   前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、
   前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、
   前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材とを備え、
   前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子との合計重量が、前記少なくとも３つの支持部材に対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に加わるように構成されることを特徴とする光学装置。
2. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心は、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方を移動することで、前記少なくとも３つの支持位置に対して変位するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
3. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心は、前記少なくとも３つの支持位置のうちの３つの支持位置によって形成される三角形の内心と一致することを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
4. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記３つの支持位置を含む基準面に対する、前記光学素子保持部材及び前記光学素子を含む光学ユニットの質量中心を通る前記基準面の垂線と前記基準面との交点が、前記３つの支持位置によって形成される三角形の内部に位置する関係になるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
5. 前記交点は、前記三角形の内心と一致することを特徴とする請求項４に記載の光学装置。
6. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子との質量中心が、前記少なくとも３つの支持位置のうちの３つの支持位置によって形成される三角形を含む基準面上に位置するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
7. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも１つの慣性主軸が、前記少なくとも３つの支持位置を含む基準面と平行に位置されるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
8. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸が、前記少なくとも３つの支持位置を含む基準面上に位置するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
9. 前記少なくとも３つの支持部材は前記光学素子保持部材を少なくとも３つの支持位置でそれぞれ支持するものであり、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材と前記光学素子とを含む光学ユニットの慣性主軸のうちの少なくとも一つの慣性主軸が、前記少なくとも３つの支持位置のうちの３つの支持位置によって形成される三角形と交差するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の光学装置。
10. 前記慣性主軸のすべてが前記三角形と交差することを特徴とする請求項９に記載の光学装置。
11. 前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方はバランスウエイトを含むことを特徴とする請求項１〜１０の何れか一項に記載の光学装置。
12. 前記バランスウエイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方に一体に形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
13. 光軸を有する光学装置であって、
    前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、
    前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、
    前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材と、
    前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つに設けられるバランスウェイトと
    を備える光学装置。
14. 前記バランスウェイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記少なくとも３つの支持部材に対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲で均等に分配されて作用するように、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つの重量バランスを調整することを特徴とする請求項１３に記載の光学装置。
15. 前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一方は、前記光学素子保持部材に保持された前記光学素子の重量が、前記少なくとも３つの支持部材のそれぞれに対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に加わるように構成されることを特徴とする請求項１３に記載の光学装置。
16. 前記バランスウエイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一つに一体に形成された突出部である請求項１４に記載の光学装置。
17. 前記バランスウエイトは、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の少なくとも一部に設けられた切り欠きである請求項１４に記載の光学装置。
18. 光軸を有する光学装置であって、
    前記光軸に関して非対称形状の光学素子と、
    前記光学素子を保持する光学素子保持部材と、
    前記光学素子保持部材を支持する少なくとも３つの支持部材とを備え、
    前記３つの支持部材は、前記光学素子保持部材及び前記光学素子の重量が前記少なくとも３つの支持部材に対して、当該光学装置の安定性を損なわない範囲内で均等に分配されるように、前記３つの支持部材の間隔が不均一に配置されることを特徴とする光学装置。
19. 請求項１〜１８の何れか一項に記載の光学装置を備えることを特徴とする鏡筒。
20. マスク上に形成されたパターンの像を投影光学系を介して基板上に露光する露光装置において、前記投影光学系は、請求項１９に記載の鏡筒を備えることを特徴とする露光装置。
21. リソグラフィ工程を含むデバイスの製造方法において、前記リソグラフィ工程で請求項２０に記載の露光装置を用いて露光を行うことを特徴とするデバイスの製造方法。

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