(57)【要約】光学系は、複数の立方晶系光学要素と１以上の偏光回転子とを含み、立方晶系光学要素の結晶格子は、固有複屈折の影響を軽減し、かつリターダンスが軽減された光学系を形成するように、互いに対して配向させられている。光学系は、大きい開口数を有し、かつ２４８ｎｍ以下の波長を有する光を使用する、屈折光学系であっても、反射屈折光学系であってもよい。光学系の正味のリターダンスは、それぞれの光学要素のリターダンス寄与の和よりも少ない。一実施形態では、すべての立方晶系光学要素は同一の三次元立方晶系格子方向に揃えられ、９０°偏光回転子は、前部群の正味のリターダンスが後部群の正味のリターダンスと釣り合わされるように、光学系を前部群と後部群に分割する。光学系は、半導体基板などの基板をパターニングし、それによって半導体装置を作製する場合に、フォトリソグラフィツールに用いることができる。
2005508018.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学系であって、
光軸に沿って揃えられ、複屈折性を有し、前記光軸に沿って前記光学系を通って伝搬する光線にリターダンスを加える、少なくとも１つの立方晶系光学要素と、
前記光軸に沿って挿入され、前記光線の偏光を回転させて前記リターダンスを軽減する偏光回転光学系と、
を有する光学系。
【請求項２】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、少なくとも１つの被駆動(powered)光学要素を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項３】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、屈折要素、反射屈折要素、及び回折要素からなる群から選択される、請求項２に記載の光学要素。
【請求項４】
前記光学系は撮像システムである、請求項２に記載の光学系。
【請求項５】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、少なくとも１つの非被駆動(non-powered)光学要素である、請求項１に記載の光学系。
【請求項６】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、そのそれぞれの［１１１］格子方向が前記要素を通過する前記光軸にほぼ平行になるように揃えられた少なくとも１つの［１１１］立方晶系光学要素を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項７】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、そのそれぞれの［１００］格子方向が前記要素を通過する前記光軸にほぼ平行になるように揃えられた少なくとも１つの［１００］立方晶系光学要素を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項８】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、そのそれぞれの［１１０］格子方向が前記要素を通過する前記光軸にほぼ平行になるように揃えられた少なくとも１つの［１１０］立方晶系光学要素を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項９】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素は、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム及びフッ化ストロンチウムからなる群から選択された材料を含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの立方晶系光学要素はフッ化カルシウムを含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項１１】
前記光軸に沿って揃えられたそれぞれの異なる結晶格子配向を有する複数の前記立方晶系光学要素を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項１２】
少なくとも１つの前記立方晶系光学要素は、前記リターダンスを軽減するために他の前記立方晶系光学要素に対して前記光軸の周りを回転させられる、請求項１１に記載の光学系。
【請求項１３】
前記偏光回転光学系は、入力偏光を±９０（２ｎ＋１）度回転させる±９０（２ｎ＋１）度回転子を有し、ｎは整数である、請求項１に記載の光学系。
【請求項１４】
前記偏光回転光学系は、直交固有円偏光(orthogonal cirular eigenpolarization)状態を有する円リターダを有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項１５】
前記円リターダは、前記直交固有円偏光状態間に±９０（２ｎ＋１）度の位相シフトを加える９０°円リターダを有する、請求項１４に記載の光学系。
【請求項１６】
前記偏光回転光学系は１枚以上の波長板を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項１７】
前記波長板は、単軸系結晶材料を含むリターダ、及び外部から加えられた応力によって生じる応力誘起複屈折を有する材料を含むリターダからなる群から選択される、請求項１６に記載の光学系。
【請求項１８】
前記波長板は、四分の一波長板及び二分の一波長板からなる群から選択される、請求項１６に記載の光学系。
【請求項１９】
前記偏光回転光学系は、前記光軸の周りに互いに対して９０°に配向させられた高速軸を有する互いに交差する２枚の四分の一波長板と、前記光軸の周りに前記四分の一波長板の軸に対して４５°に配向させられた高速軸を有する二分の一波長板とを有する、請求項１８に記載の光学系。
【請求項２０】
少なくとも１枚の前記１枚以上の波長板は立方晶系結晶を含む、請求項１６に記載の光学系。
【請求項２１】
少なくとも１枚の前記１枚以上の波長板は、その［１００］格子方向が前記光軸にほぼ平行になるように揃えられた［１００］立方晶系結晶を含む、請求項１６に記載の光学系。
【請求項２２】
少なくとも１枚の前記１枚以上の波長板は、その［１１１］格子方向が前記光軸にほぼ平行になるように揃えられた［１１１］立方晶系結晶を含む、請求項１６に記載の光学系。
【請求項２３】
少なくとも１枚の前記１枚以上の波長板はフッ化カルシウムを含む、請求項１６に記載の光学系。
【請求項２４】
少なくとも１枚の前記１枚以上の波長板は非立方晶系材料を含む、請求項１６に記載の光学系。
【請求項２５】
前記偏光回転光学系は少なくとも１つの被駆動光学要素を含む、請求項１に記載の光学系。
【請求項２６】
前記偏光回転光学系内の前記少なくとも１つの被駆動光学要素は、少なくとも１つの湾曲面を有する、請求項２５に記載の光学系。
【請求項２７】
前記偏光回転光学系は複数の偏光回転子を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項２８】
前記偏光回転光学系は、偏光を±９０（２ｎ＋１）度回転させる複数の偏光回転子を有し、ｎは整数である、請求項２７に記載の光学系。
【請求項２９】
前記偏光回転光学系はファラデー(Faraday)回転子を有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項３０】
複数の前記立方晶系光学要素を有し、前記偏光回転光学系は、ほぼ同様のリターダンスを有する立方晶系光学要素の間に配置される、請求項１に記載の光学系。
【請求項３１】
少なくとも１つの非立方晶系光学要素をさらに有する、請求項１に記載の光学系。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの非立方晶系光学要素は溶融シリカを含む、請求項３１に記載の光学系。
【請求項３３】
出力を有する光学装置であって、
偏光によるそれぞれの部分の光学特性の違いによって生じる偏光収差が関連付けされた第１及び第２の部分に分割され、前記偏光収差が、前記光学装置の前記出力に影響を及ぼし、前記第１の部分に関連する前記偏光収差が、前記第２の部分に関連する前記偏光収差とほぼ同様である、複数の光学要素と、
前記第１の光学部分と前記第２の光学部分との間に配置され、前記第１の部分に関連する前記偏光収差が前記第２の部分に関連する前記偏光収差を少なくとも部分的に打ち消し、それによって、前記光学系の前記出力に対する偏光収差の前記影響を軽減するように、入力偏光を直交出力偏光に変換するように構成された偏光変換光学系と、
を有する光学装置。
【請求項３４】
前記複数の光学要素は、そのそれぞれの［１１１］格子方向が、そこを通過する光軸にほぼ平行になるように揃えられた［１１１］立方晶系光学要素を有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項３５】
前記第１及び第２の部分は、そこを通過する光軸にほぼ平行な［１１１］格子方向を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項３４に記載の光学要素。
【請求項３６】
前記複数の光学要素は、そのそれぞれの［１００］格子方向が、そこを通過する光軸にほぼ平行になるように揃えられた［１００］立方晶系光学要素を有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項３７】
前記複数の光学要素は、そのそれぞれの［１１０］格子方向が、そこを通過する光軸にほぼ平行になるように揃えられた［１１０］立方晶系光学要素を有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項３８】
１つ以上の光学要素がフッ化カルシウム光学要素である、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項３９】
前記偏光収差はダイアテニュエーションを含み、前記偏光変換光学系は前記ダイアテニュエーションを軽減するように構成されている、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４０】
前記偏光収差はリターダンスを含み、前記偏光変換光学系は前記リターダンスを軽減するように構成されている、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４１】
前記第１及び第２の部分はほぼ同様のリターダンスを有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４２】
前記光学変換光学系は光学回転子を有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４３】
前記複数の光学要素に対して配置され、そこを通って光を伝搬させる光源をさらに有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４４】
前記光源はエキシマレーザを有する、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４５】
前記光学系は非撮像(non-imaging)システムである、請求項３３に記載の光学装置。
【請求項４６】
光学像を生成する光学撮像システムであって、
前記光学像を劣化させる偏光収差を有する１つ以上の被駆動(powered)光学要素と、
前記光学像の前記劣化に対する前記偏光収差の前記寄与を軽減するように構成された偏光回転システムとを有する光学撮像システム。
【請求項４７】
前記偏光収差はダイアテニュエーションを含み、前記偏光回転システムは前記ダイアテニュエーションを軽減するように構成されている、請求項４６に記載の光学撮像システム。
【請求項４８】
前記偏光収差はリターダンスを含み、前記偏光回転システムは前記リターダンスを軽減するように構成されている、請求項４６に記載の光学撮像システム。
【請求項４９】
前記偏光回転システムは、偏光を±９０（２ｎ＋１）度回転させる±９０（２ｎ＋１）度回転子を有し、ｎは整数である、請求項４６に記載の光学撮像システム。
【請求項５０】
前記１つ以上の被駆動光学要素は、約２４８ナノメートル以下の波長を有する光に対してほぼ透光性である、請求項４６に記載の光学撮像システム。
【請求項５１】
前記１つ以上の被駆動光学要素は、約１９３ナノメートル以下の波長を有する光に対してほぼ透光性である、請求項５０に記載の光学撮像システム。
【請求項５２】
前記１つ以上の被駆動光学要素は、約１５７ナノメートル以上の波長を有する光に対してほぼ透光性である、請求項５１に記載の光学撮像システム。
【請求項５３】
前記１つ以上の被駆動光学要素は立方晶系結晶を含む、請求項４６に記載の光学撮像システム。
【請求項５４】
前記１つ以上の被駆動光学要素は、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム及びフッ化ストロンチウムからなる群から選択された材料を含む、請求項５３に記載の光学撮像システム。
【請求項５５】
少なくと１つの前記１つ以上の被駆動光学要素は、曲率が非対称的に変化する表面を有する、請求項４６に記載の光学撮像システム。
【請求項５６】
曲率が非対称的に変化する前記表面はトロイダル面を有する、請求項５５に記載の光学撮像システム。
【請求項５７】
非対称的に変化する前記表面は、平均屈折率のばらつきによって生じる前記光学系の非点収差、トレフォイル(trefoil)収差、またはクワドラフォイル(quadrafoil)収差を軽減するように前記光学撮像システム内に位置している、請求項５６に記載の光学撮像システム。
【請求項５８】
非立方晶系材料を含み、曲率が非対称的に変化する表面を有する追加的な光学要素をさらに有する、請求項４６に記載の光学系。
【請求項５９】
光を透過させる光学装置であって、
前記光に対するリターダンスを導入する複屈折を有する複数の光学要素と、
直交固有円偏光状態を有し、前記固有偏光状態間の、前記光の四分の一波長の奇数個分とほぼ等価の位相遅れを発生させる円リターダと、
を有する光学装置。
【請求項６０】
光学系であって、
そこを通って伝搬する、偏光を有する光線を受け、前記光線の直交偏光状態間に位相遅れを導入する第１の光学系部分と、
前記光線を出力し、やはり前記光線の直交偏光状態間に位相遅れを導入する第２の光学系部分と、
前記光線の偏光を回転させ、前記光学系から出力される前記光線の前記偏光状態の間の総位相遅れを小さくする手段と、
を有する光学系。
【請求項６１】
前記第１の光学系部分に関連する前記位相遅れは、前記第２の光学系部分に関連する前記移相位相とほぼ一致させられている、請求項６０に記載の光学系。
【請求項６２】
第１の偏光収差を導入する少なくとも１つの光学要素を用いて、物体から光を収集することと、
前記光の偏光を回転させることと、
前記収集された光を、少なくとも１つの要素を通って伝搬させ、それによって、前記第１の偏光収差を少なくとも部分的に打ち消す第２の偏光収差を導入することと、
を含む光学撮像方法。
【請求項６３】
前記物体を照明することをさらに含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６４】
前記少なくとも１つの光学要素は立方晶系材料を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６５】
前記少なくとも１つの光学要素は、そのそれぞれの［１１１］格子方向が光軸にほぼ平行に揃えられた前記光軸を有する少なくとも１つの［１１１］立方晶系光学要素を有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６６】
前記少なくとも１つの光学要素は、そのそれぞれの［１１０］格子方向が光軸にほぼ平行に揃えられた前記光軸を有する少なくとも１つの［１１０］立方晶系光学要素を有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６７】
前記少なくとも１つの光学要素は、そのそれぞれの［１００］格子方向が光軸にほぼ平行に揃えられた前記光軸を有する少なくとも１つの［１００］立方晶系光学要素を有する、請求項６２に記載の方法。
【請求項６８】
前記少なくとも１つの光学要素は、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム及びフッ化ストロンチウムからなる群から選択された立方晶系材料を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項６９】
前記少なくとも１つの光学要素は立方晶系フッ化カルシウム材料を含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７０】
前記偏光収差はダイアテニュエーションを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７１】
前記偏光収差はリターダンスを含む、請求項６２に記載の方法。
【請求項７２】
前記光の前記偏光は約±９０（２ｎ＋１）度回転させられ、ｎは整数である、請求項６２に記載の方法。
【請求項７３】
前記光の前記偏光は約±９０（２ｎ＋１）度以外の量だけ回転させられ、ｎは整数である、請求項６２に記載の方法。
【請求項７４】
前記光の前記偏光は複数回にわたって回転させられる、請求項６２に記載の方法。
【請求項７５】
第１及び第２の直交偏光成分を持つ光を、第１及び第２の固有偏光状態を有する第１の光学系部分を通して伝搬させることと、
前記第１の偏光成分を前記第２の偏光成分に変換し、前記第２の偏光成分を前記第１の偏光成分に変換することと、
前記変換を行った後、前記光を、第１及び第２の固有偏光状態を有する第２の光学系部分を通して伝搬させることと、
を含む方法。
【請求項７６】
前記第１及び第２の光学系部分は複屈折光学要素を有する、請求項７５に記載の方法。
【請求項７７】
前記偏光成分を回転させることによって、前記第１の直交偏光成分が前記第２の偏光成分に変換され、前記第２の直交偏光成分が前記第１の偏光成分に変換される、請求項７６に記載の方法。
【請求項７８】
第１及び第２の直交偏光成分を有する光を、１つ以上の立方晶系光学要素を有するとともに高速固有偏光状態及び低速固有偏光状態を有し、前記第１及び第２の直交偏光成分が前記高速及び低速固有偏光状態に対応している第１の光学系を通して伝搬させることと、
前記光を、１つ以上の立方晶系光学要素を有するとともにそれぞれ前記第１の光学系の前記高速固有偏光状態及び低速固有偏光状態とほぼ同様の大きさ及び配向を持つ高速固有偏光状態及び低速固有偏光状態を有する第２の光学系を通して伝搬させることと、
前記光を前記第２の光学系を通して伝搬させる前に、前記光の前記偏光を、前記第１及び第２の直交偏光成分がそれぞれ前記第２の光学系の前記低速固有偏光状態及び高速固有偏光状態に対応するように、変化させることと、
を含む、光を伝搬させる方法。
【請求項７９】
前記第１及び第２の光学系における前記１つ以上の立方晶系光学要素は、複屈折光学要素を有する、請求項７８に記載の方法。
【請求項８０】
前記光の前記偏光は、前記第１及び第２の偏光成分を回転させることによって変化させられる、請求項７８に記載の方法。
【請求項８１】
前記第１及び第２の偏光成分は、前記成分を約９０°の奇数倍だけ回転させることによって変化させられる、請求項８０に記載の方法。
【請求項８２】
２つの直交偏光状態の和に対応する偏光を有する光線を少なくとも１つの複屈折光学要素を透過させ、それによって前記光線の前記直交偏光状態の間に位相遅れを導入することと、
前記光線の前記偏光を回転させることと、
回転させられた偏光を有する前記光を、少なくとも１つの複屈折要素を透過させ、それによって前記直交偏光状態間に追加的な位相遅れを導入し、前記光線の前記偏光状態の間の相対的な位相差を小さくすることとを含む方法。
【請求項８３】
前記光の前記偏光は約±９０（２ｎ＋１）度回転させられ、ｎは整数である、請求項８２に記載の方法。
【請求項８４】
前記光の前記偏光は約±９０（２ｎ＋１）度以外の量だけ回転させられ、ｎは整数である、請求項８２に記載の方法。
【請求項８５】
前記光は，複数の偏光回転子を通って伝搬して複数回を実現する、請求項８２に記載の方法。
【請求項８６】
偏光収差が軽減された光学系を形成する方法であって、
複数の光学要素を共通の光路に沿って設けることと、
前記共通の光路に偏光回転光学系を挿入し、それによって前記光学系を、それぞれ第１及び第２の偏光収差が関連付けされた第１の部分と第２の部分に分割し、前記偏光回転光学系が、それを透過させられる光の前記偏光を回転させることと、
を含み、前記光学要素及び前記偏光回転光学系は、前記複数の光学要素によって発生する正味の偏光収差を軽減するように選択され配置されている方法。
【請求項８７】
前記光学要素の少なくとも１つをクロッキングすることをさらに含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項８８】
前記偏光収差はダイアテニュエーションを含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項８９】
前記複数の光学要素は複屈折光学要素を有し、前記偏光収差はリターダンスを含む、請求項８６に記載の方法。
【請求項９０】
前記光学要素は、前記第１及び第２の部分に関連する前記第１の偏光収差と第２の偏光収差が互いにほぼ打ち消しあうのに十分な程度に大きさ及び配向が同一になるように、選択される、請求項８６に記載の方法。
【請求項９１】
立方晶系光学要素を有する光学系における固有複屈折によって生じるリターダンスを軽減する方法であって、
少なくとも１つの前記立方晶系光学要素を透過させられる光線に導入されるリターダンスが、前記光線の前記偏光を回転させた後に前記光線を少なくとも１つの前記立方晶系光学要素を透過させるときに前記光線に導入されるリターダンスによってほぼ打ち消されるように、そこを通過する光線の偏光を約９０°の奇数倍回転させるように構成された偏光回転光学系を、前記光学系に導入することを含む方法。
【請求項９２】
レチクルを照明する光を出力する光源と、
前記光源から光を受けるように位置し、前記光から形成された光線が前記レチクルを通過するように前記光線を方向付けるよう位置する集光光学系と、
前記レチクルの像を基板上に形成するように構成された投影光学系と、
を有し、
前記投影光学系は、
前記レチクルを通して伝搬させられる前記方向付けられた光線を受け、前記光線にリターダンスを導入する固有複屈折を有する、１つ以上の立方晶系レンズ要素と、
前記レチクル及び前記１つ以上の立方晶系レンズ要素を有する共通の光路に沿って位置し、前記１つ以上の立方晶系レンズ要素を透過させられた前記光線の偏光を回転させる偏光回転光学系と、
を有するフォトリソグラフィツール。
【請求項９３】
前記光源は、約２４８ｎｍ以下の波長を有する光を出力する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項９４】
前記光源は、約１９３ｎｍ以下の波長を有する光を出力する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項９５】
前記光源は、約１５７ｎｍ以下の波長を有する光を出力する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項９６】
前記光源はエキシマレーザを有する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項９７】
前記１つ以上の立方晶系レンズ要素のうちの少なくとも第１のものは、前記第１の光学要素を通過する光軸にほぼ揃えられた［１１１］結晶格子方向を有する［１１１］立方晶系結晶を含む、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項９８】
前記１つ以上の立方晶系レンズ要素は、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム及びフッ化ストロンチウムからなる群から選択された材料を含む、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項９９】
前記偏光回転システムは、入力偏光を約±９０（２ｎ＋１）度回転させる±９０（２ｎ＋１）度回転子を有し、ｎは整数である、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項１００】
前記投影光学系は、少なくとも１つの反射面を含む反射屈折光学系を有する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項１０１】
前記投影光学系は、少なくとも１つの反射面を含む反射屈折光学系を有し、前記少なくとも１つの反射面には非対称的な応力がかけられ、それによって非点収差、トレフォイル収差、またはクワドワフォイル周波数を軽減する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項１０２】
前記投影光学系は、少なくとも１つの追加的な光学要素をさらに有する、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項１０３】
少なくとも１つの追加的な光学要素をさらに有し、前記少なくとも１つの追加的な光学要素は非立方晶系光学要素である、請求項９２に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項１０４】
半導体装置を形成する方法であって、
光線をレチクルを通して伝搬させることと、
レチクルの光学像を、
１つ以上の屈折光学要素を含む投影レンズの第１の部分内に前記光線を向け、前記投影レンズの前記第１の部分によって導入される第１の偏光収差の結果として前記光線に収差を生じさせ、
前記光線の偏光を回転させ、
１つ以上の屈折光学要素を含む前記投影レンズの第２の部分内を通して前記光線を通過させる、
ことによって形成することと、
前記投影レンズから出力された前記光線によって形成される前記光学像が基板上に形成されるように、前記基板を位置させることと、
を含み、前記第１の偏光収差は偏光についての光学特性のばらつきによって生じ、前記投影レンズの前記第２の部分は、前記第１の偏光収差を少なくとも部分的に打ち消す第２の偏光収差を導入するように選択され、前記第２の偏光収差は偏光についての光学特性のばらつきによって生じる、方法。
【請求項１０５】
前記基板上に感光性コーティングを形成することをさらに含む、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１０６】
前記感光性コーティングを、前記投影光学系によって出力された前記光線に露光させた後、現像することをさらに含む、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記感光性フィルムを露光した後に前記感光性コーティングをエッチングし、それによって前記基板上に前記レチクルと同様のパターンを生成することをさらに含む、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０８】
フィルム上に前記感光性コーティングが形成されるように、前記基板上に前記感光性コーティングを形成する前に前記基板上に前記フィルム膜を付着させることをさらに含む、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０９】
前記感光性コーティングを、前記投影光学系によって出力された前記光線に露光させた後、現像することをさらに含む、請求項１０８に記載の方法。
【請求項１１０】
前記感光性フィルムを露光した後に前記感光性フィルムをエッチングし、それによって、前記レチクルにほぼ対応するパターンを前記フィルムに生成することをさらに含む、請求項１０９に記載の方法。
【請求項１１１】
前記投影レンズの前記第１及び第２の部分は、２つの直交偏光状態について、前記光学特性における前記ばらつきが前記第１の部分と前記第２の部分についてほぼ同一になるようにほぼ釣り合わされている、請求項１０４に記載の方法。
【請求項１１２】
半導体ウェハ上に感光性材料を付着させることと、
マスクパターンを照明することと、
第１及び第２の直交偏光状態を有する光線を前記マスクパターンから光路に沿って、前記第１の偏光状態の位相が前記第２の偏光状態に対して遅らされるような固有複屈折を有する少なくとも１つの光学要素を透過させることと、
前記光線の前記第１及び第２の直交偏光状態を回転させることと、
前記第１及び第２の直交偏光状態を回転させた前記光線を、前記第２の偏光状態の位相を前記第１の偏光状態に対して遅らせて前記光線の前記第１及び第２の直交偏光状態の間の相対的位相差を小さくするように、少なくとも１つの複屈折要素を透過させることと、
前記光線が前記少なくとも１つの複屈折要素を透過させられた後、前記光線を受け、前記光線を前記半導体ウェハ上の前記感光性材料上に投影することと、
前記マスクパターンに似たパターンを前記感光性材料に形成するように感光性材料の一部を除去することと、
前記パターンニングされた感光性材料を有する前記半導体ウェハを処理することと、
を含む方法にしたがって形成される半導体装置。
【請求項１１３】
前記感光性材料はフォトレジストを含む、請求項１１２に記載の半導体装置。
【請求項１１４】
前記半導体ウェハの前記処理はエッチングを含む、請求項１１２に記載の半導体装置。
【請求項１１５】
前記半導体ウェハの前記処理はイオン注入を含む、請求項１１２に記載の半導体装置。
【請求項１１６】
前記半導体ウェハ上に少なくとも１つの材料層を付着させることをさらに含む、請求項１１２に記載の半導体装置。
【請求項１１７】
前記半導体装置は半導体集積回路を有する、請求項１１２に記載の半導体装置。
【請求項１１８】
前記直交偏光状態は、９０°の整数倍だけ回転させられる、請求項１１２に記載の半導体装置。
【請求項１１９】
レチクルを照明する光を出力する光源と、
前記光源から光を受けるように位置し、前記光から形成された光線が前記レチクルを通過するように前記光線を方向付けるよう位置する集光光学系と、
前記レチクルの像を基板上に形成するように構成された投影光学系と、
を有し、
前記投影光学系は、
前記光源から前記光を受け、前記光線にリターダンスを導入する固有複屈折を有する、１つ以上の立方晶系レンズ要素と、
前記１つ以上の立方晶系光学要素を通る共通の光路に沿って位置し、前記１つ以上の立方晶系光学要素を透過させられた前記光の偏光を回転させる偏光回転光学系と、
を有するフォトリソグラフィツール。
【請求項１２０】
前記集光光学系は混合ロッド(mixing rod)を含む、請求項１１９に記載のフォトリソグラフィツール。
【請求項１２１】
光を出力する光学系であって、
それぞれが複数の対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素を有する第１及び第２の部分であって、各フッ化カルシウムレンズ要素は、それを通過するそれぞれの光軸の周りで対称であり、前記複数の対称的な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は光路に沿って配置させられている第１及び第２の部分と、
前記第１及び第２の部分の間のリターダンス軽減システムとを有し、
前記第１及び第２の部分における前記対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、全体として、前記それぞれの光軸にほぼ平行な［１１１］結晶方向を有する少なくとも約８０質量％の［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、光学系。
【請求項１２２】
前記第１及び第２の部分における前記対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、全体として、前記それぞれの光軸にほぼ平行な［１１１］結晶方向を有する少なくとも約８５重量％の［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１２１に記載の光学撮像システム。
【請求項１２３】
前記第１及び第２の部分における前記対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、全体として、前記それぞれの光軸にほぼ平行な［１１１］結晶方向を有する少なくとも約９０重量％の［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１２１に記載の光学撮像システム。
【請求項１２４】
前記第１及び第２の部分における前記対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、全体として、前記それぞれの光軸にほぼ平行な［１１１］結晶方向を有する少なくとも約９５重量％の［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１２１に記載の光学撮像システム。
【請求項１２５】
立方晶系結晶以外の材料を実質的に含む１つ以上の非立方晶系光学要素をさらに有する、請求項１２１に記載の光学撮像システム。
【請求項１２６】
前記１つ以上の非立方晶系光学要素は溶融シリカを含む、請求項１２５に記載の光学撮像システム。
【請求項１２７】
前記偏光軽減システムは光学回転子を有する、請求項１２１に記載の光学撮像システム。
【請求項１２８】
前記光学回転子は、立方晶系結晶以外の材料を実質的に含む１つ以上の非立方晶系光学要素をさらに有する、請求項１２７に記載の光学撮像システム。
【請求項１２９】
前記光学回転子は、フッ化カルシウムを通過する各光軸に揃えられた［１１１］結晶軸を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１２７に記載の光学撮像システム。
【請求項１３０】
前記光学回転子は、フッ化カルシウムを通過する各光軸に揃えられた［１００］結晶軸を有する［１００］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１２７に記載の光学撮像システム。
【請求項１３１】
少なくとも１つの前記対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、そこを通過する前記それぞれの光軸の周りで回転対称である、請求項１２１に記載の光学系。
【請求項１３２】
少なくとも１つの前記対称な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、少なくとも１つの円筒状の光学表面を有する、請求項１２１に記載の光学系。
【請求項１３３】
前記第１及び第２の部分の各々における前記複数の対称な形状を有するフッ化カルシウムレンズ要素は、全体として、少なくとも約１５個のレンズ要素を有する、請求項１２１に記載の光学系。
【請求項１３４】
前記第１及び第２の部分の各々における前記複数の対称な形状を有するフッ化カルシウムレンズ要素は、全体として、少なくとも約２５個のレンズ要素を有する、請求項１２１に記載の光学系。
【請求項１３５】
前記偏光軽減システムは、前記光学系によって基準面上に出力される前記光のリターダンスが前記基準面上の各位置において約０．０２０波以下になるように、前記第１及び第２の部分の各々における前記複数の対称な形状を有するフッ化カルシウムレンズ要素によって生じるリターダンスを全体的に軽減する、請求項１２１に記載の光学系。
【請求項１３６】
前記偏光軽減システムは、前記光学系によって基準面上に出力される前記光のリターダンスが前記基準面上の各位置において約０．０１０波以下になるように、前記第１及び第２の部分の各々における前記複数の対称な形状を有するフッ化カルシウムレンズ要素によって生じるリターダンスを全体的に軽減する、請求項１２１に記載の光学系。
【請求項１３７】
物体視野内に位置する物体から放出された光に関連する複数の波面を整形することによって前記物体の光学像を作成する光学撮像システムであって、前記整形後の前記複数の波面が、まとまって像視野内に位置する光学像を形成する光学撮像システムにおいて、
共通の光軸に沿って配置された複数の第１のレンズ要素であって、前記第１のレンズ要素を通過する前記共通の光軸にほぼ沿った［１１１］結晶方向を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、複数の第１のレンズ要素と、
前記光軸に沿って配置された複数の第２のレンズ要素であって、前記第２のレンズ要素を通過する前記共通の光軸にほぼ沿った［１００］結晶方向を有する［１００］立方晶系フッ化カルシウムと、前記第２のレンズ要素を通過する前記共通の光軸にほぼ沿った［１１０］結晶方向を有する［１１０］立方晶系フッ化カルシウムとからなる群から選択された材料を含む、複数の第２のレンズ要素とを有し、
前記複数の第１のレンズ要素は、前記複数の第２のレンズ要素に比べ、比が少なくとも約４：１になるように重み付けされ、前記複数の第１のレンズ要素及び前記複数の第２のレンズ要素は、全体として前記光学像を形成する各波面ごとに、前記複数の第１のレンズ要素及び複数の第２のレンズ要素の全体によって発生するリターダンスが約０．０１５波ｒｍｓ未満になるように、前記共通の光軸の周りの位置、形状、及び回転配向を有する、光学撮像システム。
【請求項１３８】
少なくとも１枚の波長板をさらに有する、請求項１３７に記載の光学撮像システム。
【請求項１３９】
前記少なくとも１枚の波長板は、２枚の四分の一波長板と、２枚の四分の一波長板の間に挿入された二分の一波長板とを含む、請求項１３８に記載の光学撮像システム。
【請求項１４０】
前記波長板は少なくとも１つの湾曲面を有する、請求項１３８に記載の光学撮像システム。
【請求項１４１】
前記複数の第１のレンズ要素は、前記複数の第２のレンズ要素に比べ、比が少なくとも約９：１になるように重み付けされている、請求項１３７に記載の光学撮像システム。
【請求項１４２】
前記複数の第１のレンズ要素及び前記複数の第２のレンズ要素は、全体として前記光学像を形成する各波面ごとに、前記複数の第１のレンズ要素及び複数の第２のレンズ要素の全体によって発生するリターダンスが約０．００５波ｒｍｓ未満になるように、前記共通の光軸の周りの位置、形状、及び回転配向を有する、請求項１３７に記載の光学撮像システム。
【請求項１４３】
前記複数の第１のレンズ要素及び前記複数の第２のレンズ要素は、全体として、少なくとも約１５個のレンズ要素を有する、請求項１３７に記載の光学撮像システム。
【請求項１４４】
前記複数の第１のレンズ要素及び前記複数の第２のレンズ要素は、全体として、少なくとも約２５個のレンズ要素を有する、請求項１４３に記載の光学撮像システム。
【請求項１４５】
光線を出力する光学系であって、
第１の偏光を有する光線を受ける光路に沿って配置された第１の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素と、
前記光線の前記第１の偏光を第２の偏光に変換する偏光変換光学系と、
前記第２の偏光を有する前記光線を受ける光路に沿って配置された第２の複数の［１１１］立方晶系レンズと、
を有し、
前記第２の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素の各［１１１］立方晶系レンズ要素は、前記それぞれのレンズ要素を通過する光軸に対して対称であり、前記各［１１１］立方晶系レンズ要素は、前記それぞれのレンズ要素を通過する光軸にほぼ平行な［１１１］結晶軸を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含み、
前記第１の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素は、前記光線に第１のリターダンスを加え、前記第２の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素は、前記第１のリターダンスを少なくとも部分的に補償する第２のリターダンスを前記光線に加える、光学系。
【請求項１４６】
前記偏光変換光学系は、前記それぞれの光学要素を通過する光軸に対して対称であり、前記それぞれのレンズ要素を通過する前記光軸にほぼ平行な［１１１］結晶軸を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、１つ以上の立方晶系フッ化カルシウム光学要素を有する、請求項１４５に記載の光学系。
【請求項１４７】
前記偏光変換光学系は、二分の一波長板の両側にある一対の四分の一波長板を有する、請求項１４５に記載の光学系。
【請求項１４８】
前記第１の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素及び前記第２の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素は、全体として、前記光学系によって出力された前記光線を横切る任意の点におけるリターダンス寄与が約０．０１５波ＲＭＳリターダンス以下である、請求項１４５に記載の光学系。
【請求項１４９】
２つの直交偏光状態の和に対応する偏光を持つ、少なくとも１つの［１１１］光学要素を通って伝搬する光線のリターダンスを軽減する方法であって、
前記光線の前記偏光を、前記光線が少なくとも１つの［１１１］光学要素を通って伝搬し、前記２つの直交偏光状態の間の第１の位相ずれを得た後に変化させることと、
変化した偏光を有する前記光線を少なくとも１つの［１１１］光学要素を通して伝搬させ、それによって、前記第１の位相ずれに少なくとも部分的に対抗する前記２つの直交偏光状態の間の第２の位相ずれを与えることと、
を含む方法。
【請求項１５０】
光学系であって、
各レンズ要素がそれぞれの光軸を有し、そこを通して光伝搬させる光路に沿って揃えられた、複数のフッ化カルシウムレンズ要素を有し、
前記光学系内の前記各フッ化カルシウムレンズ要素は、その［１１１］格子方向が前記それぞれの光軸にほぼ平行になるように揃えられた立方晶系フッ化カルシウムを含み、前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素は、前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素の全体によって発生するリターダンスが約０．０１５波ｒｍｓ未満になるような前記それぞれの光軸の周りの位置、形状、及び回転配向を有する、光学系。
【請求項１５１】
偏光回転光学系をさらに有する、請求項１５０に記載の光学系。
【請求項１５２】
共通の光軸に沿って揃えられた２枚の互いに交差する四分の一波長板と二分の一波長板とを含む偏光回転光学系をさらに有し、前記２枚の互いに交差する四分の一波長板は、前記共通の光軸の周りに互いに対して９０°に配向させられた高速軸を有し、前記二分の一波長板は、前記共通の光軸の周りに前記四分の一波長板の軸に対して４５°に配向させられた高速軸を有する、請求項１５０に記載の光学系。
【請求項１５３】
前記四分の一波長板及び前記二分の一波長板のうちの少なくとも１枚は、立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１５２に記載の光学系。
【請求項１５４】
前記四分の一波長板及び前記二分の一波長板のうちの少なくとも１枚は、前記共通の光軸にほぼ揃えられた［１００］方向を有する［１００］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１５２に記載の光学系。
【請求項１５５】
前記四分の一波長板及び前記二分の一波長板のうちの少なくとも１枚は、非立方晶系材料を含む、請求項１５２に記載の光学系。
【請求項１５６】
前記偏光回転光学系は透過性光学要素を含み、各透過性光学要素は対応する光軸を有し、各透過性光学要素は、前記対応する光学要素を通過する前記光軸にほぼ揃えられた［１１１］結晶格子方向を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含む、請求項１５１に記載の光学系。
【請求項１５７】
前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素は、前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素の全体によって発生するリターダンスが約０．００５波ｒｍｓ未満になるような、前記それぞれの光軸の周りの位置、形状、及び回転配向を有する光学系。
【請求項１５８】
前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素は少なくとも１５個のフッ化カルシウムレンズ要素を有する、請求項１５０に記載の光学系。
【請求項１５９】
前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素は少なくとも２５個のフッ化カルシウムレンズ要素を有する、請求項１５０に記載の光学系。
【請求項１６０】
前記複数のフッ化カルシウムレンズ要素は光学フォトリソグラフィシステムである、請求項１５０に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学系における収差の軽減に関する。特に、本発明は、固有複屈折を有する立方晶系光学要素を有するリソグラフィ撮像システムなどの光学系における、偏光収差を軽減する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集積回路及びその他の半導体要素のデバイス集積度を高めるには、より小さい寸法を有するデバイスフィーチャ(device feature)が望ましい。今日の急速に進歩する半導体製造産業には、このようなデバイスフィーチャを信頼できかつ反復可能な方法で製造するという目標がある。
【０００３】
光学リソグラフィシステムは、製造プロセスにおいて、半導体基板上にデバイスパターンの像を形成する際に、一般に使用されている。このようなシステムの分解能は、露光波長に比例し、したがって、できるだけ短い露光波長を用いた方が有利である。サブミクロンリソグラフィの場合、２４８ｎｍ（ナノメートル）以下の波長を有する深紫外線光が一般に使用されている。関心のある波長には、１９３ｎｍ及び１５７ｎｍが含まれる。
【０００４】
紫外線波長又は深紫外線波長では、リソグラフィシステムのレンズ、窓、及びその他の光学要素を形成するのに用いられる材料の選択が重要である。このような光学要素は、これらのリソグラフィシステムに用いられる短波長光で実質的に透光性であることが好ましい。
【０００５】
フッ化カルシウム、及びフッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウムのようなその他の立方晶系材料は、例えば、１５７ｎｍリソグラフィ用の光学要素として使用される材料として開発されている材料のいくつかを代表するものである。これらの単結晶フッ化物材料は、通常の光学ガラスと比べて望ましく高い透過率を有し、かなり均質に製造することができる。
【０００６】
したがって、このような立方晶系材料は、半導体製造産業で用いられる半導体ウェハやその他のウェハなどの基板上に小さなフィーチャを作製するのに用いられるウェハステッパやその他の投影プリンタを含むがそれらに限らない短波長光学系における光学要素として有用である。特に、フッ化カルシウムは、それが容易に得られる立方晶系材料であり、大きな高純度単結晶を成長させることができるという点で特に有利である。しかし、これらの結晶は、高価であり、＜１００＞結晶学的配向や＜１１０＞結晶学的配向のようなある配向は、＜１１１＞結晶配向のような他の配向よりも高価である。
【０００７】
深紫外線リソグラフィシステムにおける光学要素に立方晶系材料を使用する場合の主要な問題は、立方晶系材料に固有の屈折率の異方性である。これを「固有複屈折(intrinsic birefringence)」と呼ぶ。光が複屈折材料を通って伝搬する場合、屈折率は、伝搬方向に対する材料の偏光及び配向及び偏光の関数として変化する。したがって、異なる偏光成分は、複屈折材料を含む光学要素内を通過するときに異なる位相速度で伝搬し、かつそれぞれの異なる位相シフトを受ける。
【０００８】
これらの立方晶系材料を光学系の要素を構成するのに用いると、立方晶系材料の複屈折特性によって、像解像度を著しく低下させ、かつ視野歪曲を導入する波面収差が発生する可能性がある。このような収差は、集積度を高めフィーチャ・サイズを小さくすることが重視されるため高い解像度及び厳しいオーバレイ要件が要求される今日の半導体製造産業においてフォトリソグラフィに用いられる光学装置にとって、特に問題である。
【０００９】
最近、フッ化カルシウムなどの立方晶系材料が、光学系に用いられる光の波長の２乗の逆数に比例する固有複屈折を示すことが報告されている［J. Burnett, Z. H. Levine, and E. Shipley, "Intrinsic Birefringence in 157 nm materials（１５７ｎｍ材料における固有複屈折）," Proc. 2nd Intl. Symp on 157 nm Lithography, Austin, Intl SEMANTEC, ed. R. Harnison, 2001］。この複屈折値は、光波長が２５０ｎｍよりも短くなり、特に１００ｎｍに近づいたときに特に顕著になる。特に重要なのは、１５７ｎｍの波長、すなわち、半導体製造産業で好んで用いられているＦ2エキシマレーザによって生成される光の波長における固有複屈折の影響である。この波長における強い固有複屈折は、特に半導体製造におけるサブミクロン投影リソグラフィの場合に、像解像度を著しく低下させ、かつ像視野の歪曲を導入するおそれのある波面収差を発生させるという望ましくない効果を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、像解像度を低下させかつ像視野歪曲をもたらす、固有複屈折によって生じる波面収差を軽減する必要がある。このような補正は、深紫外線範囲の波長を持つ光を用い立方晶系光学要素を有する投影リソグラフィシステムにおいて、特に望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、出力を有する光学装置を含む。この光学装置は、装置の出力を変化させる偏光収差を持つ１つ以上の光学要素を有している。この光学装置は、出力に対する偏光収差の寄与を低減させるように構成された偏光変換光学系、例えば偏光回転光学系をさらに有している。
【００１２】
本発明の他の態様は、光軸に沿って揃えられた少なくとも１つの立方晶系光学要素とこの光軸に沿って挿入された回転光学系とを有する光学系を含む。少なくとも１つの立方晶系光学要素は、複屈折性を有し、光軸に沿って光学系を通って伝搬する光線にリターダンス(retardance)を加える。偏光回転光学系は、光線の偏光を回転させ、リターダンスを軽減する。
【００１３】
本発明の他の態様では、出力を有する光学装置は、第１及び第２の部分に分割された複数の光学要素と、第１及び第２の光学部分の間に配置された偏光変換光学系とを有している。第１及び第２の部分には、偏光についてのそれぞれの部分の光学特性のばらつきによって生じる偏光収差が関連付けされている。偏光収差は、光学装置の出力に影響を及ぼす。第１の部分に関連する偏光収差は、第２の部分に関連する偏光収差とほぼ同様である。偏光変換光学系は、第１の部分に関連する偏光収差が第２の部分に関連する偏光収差を少なくとも部分的に打ち消すように、入力偏光を直交出力偏光に変換するように構成されている。それによって、光学系の出力に対する偏光収差の影響が軽減される。
【００１４】
本発明のさらに他の態様は、光学像を生成する光学撮像(imaging)システムを有している。この光学撮像システムは、光学像を劣化させる偏光収差を有する１つ以上の被駆動(powered)光学要素を含んでいる。光学撮像システムは、光学像の劣化に対する偏光収差の寄与を軽減するように構成された偏光回転システムをさらに有している。
【００１５】
本発明のまたさらに他の態様は、光を透過させる光学装置を有している。この光学装置は、光に対するリターダンスを導入する複屈折を持つ複数の光学要素と、直交円固有円偏光(orthogonal circular eigenpolarization)状態を持つ円リターダ(retarder)とを有している。円リターダは、光の四分の一波長の奇数個分とほぼ等価の、固有偏光状態間の位相遅れを発生させる。
【００１６】
本発明の他の態様では、光学系は、そこをを通って伝搬する、偏光を有する光線を受ける第１の光学系部分と、この光線を出力する第２の光学系部分とを含んでいる。第１及び第２の光学系部分は、光線の直交偏光状態間に位相遅れを導入する。光学系は、光線の偏光を回転させ、光学系から出力される光線の偏光状態間の総位相遅れを小さくする手段をさらに含んでいる。
【００１７】
本発明の他の態様は、光学的な撮像(imaging)方法を含む。この方法では、第１の偏光収差を導入する少なくとも１つの光学要素を用いて、物体から光が収集される。光の偏光が回転させられる。収集された光は、少なくとも１つの要素を通って伝搬させられ、それによって、第１の偏光収差を少なくとも部分的に打ち消す第２の偏光収差を導入する。
【００１８】
本発明の他の態様では、方法は、第１及び第２の直交偏光成分を持つ光を、第１及び第２の固有偏光状態を有する第１の光学系部分を通して伝搬させることを含んでいる。第１の偏光成分は第２の偏光成分に変換され、第２の偏光成分は第１の偏光成分に変換される。変換を行った後、光は、第１及び第２の固有偏光状態を有する第２の光学系部分を通して伝搬させられる。
【００１９】
本発明のさらに他の態様は、光を伝搬させる方法を含む。第１及び第２の直交偏光成分を有する光は、１つ以上の立方晶系光学要素を有する第１の光学系を通して伝搬させられる。第１の光学系は、高速固有偏光状態及び低速固有偏光状態を有している。第１及び第２の直交偏光成分は、高速及び低速固有偏光状態に対応する。光は、１つ以上の立方晶系光学要素を有する第２の光学系を通して伝搬させられる。第２の光学系は、それぞれ第１の光学系の高速固有偏光状態及び低速固有偏光状態とほぼ同様の大きさ及び配向を持つ高速固有偏光状態及び低速固有偏光状態を有している。光を第２の光学系を通して伝搬させる前に、光の偏光は、第１及び第２の直交偏光成分が、それぞれ、第２の光学系の低速固有偏光状態及び高速固有偏光状態に対応するように、変化させられる。
【００２０】
本発明の他の態様は、２つの直交偏光状態の和に対応する偏光を有する光線を少なくとも１つの複屈折光学要素を透過させ、それによって光線の直交偏光状態間に位相遅れを導入することを含む方法を含む。光線の偏光が回転させられる。回転させられた偏光を有する光は、少なくとも１つの複屈折要素を透過させられ、それによって直交偏光状態の間に追加的な位相遅れを導入し、光線の偏光状態間の相対的な位相差を小さくする。
【００２１】
本発明のさらに他の態様は、偏光収差が軽減された光学系を形成する方法を含む。この方法は、複数の光学要素を共通の光路に沿って設けることと、共通の光路に偏光回転光学系を挿入することとを含んでいる。それによって、光学系は、第１の部分と第２の部分に分割されている。第１及び第２の部分には、それぞれ、第１及び第２の偏光収差が関連付けされている。偏光回転光学系は、そこを透過させられる光の偏光を回転させる。光学要素及び偏光回転光学系は、複数の光学要素によって発生する正味の偏光収差を軽減するように選択され配置される。
【００２２】
本発明の他の態様は、立方晶系光学要素を有する光学系における固有複屈折によって生じるリターダンスを軽減する方法を含む。この方法は、光学系に偏光回転光学系を導入することを含んでいる。偏光回転光学系は、少なくとも１つの立方晶系光学要素を透過させられる光線に導入されるリターダンスが、光線の偏光を回転させた後に光線を少なくとも１つの立方晶系光学要素を透過させるときに光線に導入されるリターダンスによってほぼ打ち消されるように、そこを通過する光線の偏光を約９０°の奇数倍回転させるよう構成されている。
【００２３】
本発明の他の態様は、フォトリソグラフィツールを含む。このフォトリソグラフィツールは、レチクルを照明する光を出力する光源と、光源から光を受けるように位置する集光光学系とを含んでいる。集光光学系は、光から形成された光線をレチクルを通過させるよう方向付けるように位置している。フォトリソグラフィツールは、レチクルの像を基板上に形成するように構成された投影光学系をさらに有している。投影光学系は、レチクルを通して伝搬させられる方向付けられた光線を受ける１つ以上の立方晶系レンズ要素と、レチクル及び１つ以上の立方晶系レンズ要素を有する共通の光路に沿って位置する偏光回転光学系とを有している。１つ以上の立方晶系レンズ要素は、光線にリターダンスを導入する固有複屈折を有している。偏光回転光学系は、１つ以上の立方晶系レンズ要素を透過させられた光線の偏光を回転させる。
【００２４】
本発明の他の態様は、半導体装置を形成する方法を含む。この方法では、光線がレチクルを通して伝搬させられる。レチクルの光学像は、光線を投影レンズの第１の部分内に向けることによって形成される。投影レンズの第１の部分は、投影レンズの第１の部分によって導入される第１の偏光収差の結果として光線に収差を生じさせる１つ以上の屈折光学要素を含んでいる。このような第１の偏光収差は、偏光についての光学特性のばらつきによって生じる。光線の偏光は回転させられる。光線は、次に、投影レンズの第２の部分を通して伝搬させられる。投影レンズの第２の部分は、１つ以上の屈折光学要素を含んでいる。投影レンズのこの第２の部分は、第１の偏光収差を少なくとも部分的に打ち消す第２の偏光収差を導入するように選択され、第２の偏光収差は、やはり、偏光についての光学特性のばらつきによって生じる。基板は、投影レンズから出力された光線によって形成される光学像が基板上に形成されるように、位置させられる。
【００２５】
本発明の他の態様では、半導体ウェハ上に感光性材料を付着させることと、マスクパターンを照明することと、第１及び第２の直交偏光状態を有する光線をマスクパターンからの光路に沿って少なくとも１つの光学要素を透過させることとを含むプロセスによって、半導体装置が形成される。光学要素は、第１の偏光状態の位相が第２の偏光状態に対して遅らされるような固有複屈折を有している。この光線の第１及び第２の直交偏光状態は回転させられ、第１及び第２の直交偏光状態を回転させた光線は、少なくとも１つの複屈折要素を透過させられる。このようにして、第２の偏光状態の位相が第１の偏光状態に対して遅らされ、光線の第１の直交偏光状態と第２の直交偏光状態との相対的位相差が小さくされる。光線が少なくとも１つの複屈折要素を透過させられた後、光線は半導体ウェハ上の感光性材料上に投影される。マスクパターンに似たパターンを感光性材料に形成するように感光性材料の一部が除去され、パターニングされた感光性材料を有する半導体ウェハが処理される。
【００２６】
本発明の他の態様は、レチクルを照明する光を出力する光源と光源から光を受けるように位置する集光光学系とを含むフォトリソグラフィツールを含んでいる。集光光学系は、光から形成された光線をレチクルを通過させるように位置している。フォトリソグラフィツールは、レチクルの像を基板上に形成するように構成された投影光学系をさらに有している。集光光学系は、光源から光を受ける１つ以上の立方晶系光学要素を含んでいる。１つ以上の立方晶系光学要素は、光線にリターダンスを導入する固有複屈折を有している。集光器は、１つ以上の立方晶系光学要素を通る共通の光路に沿って位置する偏光回転光学系をさらに含んでいる。偏光回転光学系は、１つ以上の立方晶系光学要素を透過させられた光線の偏光を回転させる。
【００２７】
本発明の他の態様は、固有複屈折を有する１つ以上の立方晶系レンズ要素と、立方晶系中央部及びそれに固定されたクランプを有する実質的に透光性の要素とを有する光学系を含む。立方晶系中央部には、クランプによって加えられる圧縮力によって複屈折が生じる。この複屈折は、中央部を通過する光軸から半径方向に離れる方向に大きくなる。この圧縮力は、１つ以上の立方晶系レンズ要素の固有複屈折を少なくとも部分的に打ち消す量の半径方向に大きくなる複屈折を生じさせる。実質的に透光性の要素は、レンズ要素を有している。立方晶系中央部は、立方結晶フッ化カルシウムなどの立方晶系フッ化材料を含んでよい。様々な実施態様では、複屈折は光軸から二次関数的に大きくなってよい。クランプはフープを有してもよい。さらに、光学系は偏光回転光学系を含んでよい。さらに、いくつかの実施態様では、共通の光軸が、１つ以上の立方晶系レンズ要素内を通るとともに、実質的に透光性の要素内を通って延びてよく、圧縮力によって誘起される複屈折は、共通の光軸から半径方向に離れる方向に大きくなってよい。
【００２８】
本発明の他の態様は、光路を形成する１つ以上の立方晶系光学要素を有する光学系を通過する光線のリターダンスを軽減する方法を含む。この方法では、そこを通過する中央軸からほぼ対称的に離れる方向へ大きくなる応力誘起複屈折を発生させるだけの量の力が、少なくとも１つの立方晶系光学要素に印加される。印加される力の量としては、そこを通過する光線のリターダンスを軽減するように複屈折を生じさせる量が選択される。この応力誘起複屈折は、中央軸からの距離に応じて単調に大きくなってよい。応力誘起複屈折は、中央軸からの距離に応じて二次関数的に大きくなってよい。いくつかの実施態様では、この方法は、リターダンスを軽減するように光学要素を選択し配向させることをさらに含んでよい。さらに、この方法は、光線の偏光を回転させ、リターダンスを軽減することを含んでよい。
【００２９】
本発明のさらに他の態様は、共通の光軸に沿って揃えられた１つ以上の立方晶系レンズ要素を有する光学系を通る光路を横切って伝搬する光線のリターダンスを軽減する方法を含む。この方法は、第１の光学パワーを有する立方晶系レンズ要素のうちの１つを２つ以上の立方晶系光学要素で置き換えることを含んでいる。２つ以上の立方晶系光学要素は、全体として、第１の光学パワーにほぼ一致する第２の光学パワーを有している。２つ以上の立方晶系光学要素は、互いに異なるように配向させられた結晶軸を有する立方晶系結晶を含んでもよい。２つ以上の立方晶系光学要素は、共通の光軸に沿ってほぼ揃えられたそれぞれの異なる結晶軸を持つ立方晶系結晶を含んでよい。立方晶系レンズ要素のうちの１つは、それぞれ、共通の光軸にほぼ揃えられた［１００］立方晶系軸及び［１１０］立方晶系軸を有する［１００］立方晶系要素及び［１１０］立方晶系要素で置き換えられてよい。立方晶系レンズ要素のうちの１つは、それぞれ、共通の光軸にほぼ揃えられた［１１１］立方晶系軸及び［１１０］立方晶系軸を有する［１１１］立方晶系要素及び［１１０］立方晶系要素で置き換えられてよい。さらに、立方晶系レンズ要素のうちの１つは、それぞれ、共通の光軸にほぼ揃えられた［１００］立方晶系軸及び［１１１］立方晶系軸を有する［１００］立方晶系要素及び［１１１］立方晶系要素で置き換えられてよい。いくつかの実施態様では、２つ以上の立方晶系光学要素は、共通の光軸に沿ってほぼ揃えられたほぼ同じ結晶軸を有する立方晶系結晶を含んでよく、かつこの方法は、各光学要素を、光軸の周りで、光線のリターダンスを軽減する配向に回転させることをさらに含んでよい。立方晶系レンズ要素のうちの１つは、それぞれ、共通の光軸にほぼ揃えられた［１１１］立方晶系軸を有する２つの［１１１］立方晶系レンズ要素で置き換えられてよい。さらに、様々な実施態様では、この方法は、光路に偏光回転光学系を挿入し、光線の偏光を回転させるとともに光線リターダンスを軽減することをさらに含んでよい。
【００３０】
本発明のさらなる他の態様では、光を出力する光学系は、各々が複数の対称的な形状のフッ化カルシウムレンズ要素を有する第１及び第２の部分と、第１の部分と第２の部分との間のリターダンス軽減システムと、を含む。各フッ化カルシウムレンズ要素は、そこを通過するそれぞれの光軸に対して対称である。複数の対称的な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、光路に沿って配置されている。第１及び第２の部分内の対称的な形状のフッ化カルシウムレンズ要素は、それぞれの光軸にほぼ平行な［１１１］結晶方向を有する、全体として、少なくとも８０質量％の［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含んでいる。この光学系は、例えば、半導体装置及び／又はその他の装置を製造する際に使用できるフォトリソグラフィシステムであってもよい。様々な実施態様では、偏光軽減システムは、光学系によって基準面上に出力される光のリターダンスが基準面上の各位置において約０．０２０波ｒｍｓ以下であるように、第１及び第２の部分のそれぞれにおける複数の対称的な形状のフッ化カルシウムレンズ要素によって生じるリターダンスを軽減する。いくつかの実施態様では、光学系によって基準面上に出力される光のリターダンスは、基準面上の各位置において、約０．０１０波ｒｍｓ以下である。この基準面は、例えば、光学系の射出瞳、ウェハ、フォトリソグラフィ装置のフォーマットに対応してよいが、これらの例に限られない。
【００３１】
本発明のまたさらに他の態様では、光学撮像システムは、共通の光軸に沿って配置された複数の第１のレンズ要素を含んでいる。第１のレンズ要素は、第１のレンズ要素を通過する共通の光軸にほぼ沿った［１１１］結晶方向を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムを含んでいる。光学撮像システムは、光軸に沿って配置された複数の第２のレンズ要素をさらに有している。第２のレンズ要素は、第２のレンズ要素を通過する共通の光軸にほぼ沿った［１００］結晶方向を有する［１００］立方晶系フッ化カルシウムと、第２のレンズ要素を通過する共通の光軸にほぼ沿った［１１０］結晶方向を有する［１１０］立方晶系フッ化カルシウムとからなる群から選択された材料を含んでいる。複数の第１のレンズ要素は、複数の第２のレンズ要素と比べ、少なくとも約４：１の比で重み付けされている。複数の第２のレンズ要素は、複数の第１のレンズ要素及び複数の第２のレンズ要素の全体によって約０．０１５波ｒｍｓ未満のリターダンスが発生するように、共通の光軸の周りの位置、形状、及び回転配向を有している。この光学系は、光学リソグラフィシステムであってもよい。
【００３２】
本発明のさらに他の態様では、光学系は、第１の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素と、偏光変換光学系と、第２の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素とを有している。第１の複数の［１１１］立方晶系レンズは、第１の偏光を有する光線を受ける光路に沿って配置されている。偏光変換光学系は、光線の第１の偏光を第２の偏光に変換する。第２の複数の［１１１］立方晶系レンズは、第２の偏光を有する光線を受ける光路に沿って配置されている。各［１１１］立方晶系レンズ要素は、それぞれのレンズ要素を通過する光軸に対して対称である。各［１１１］立方晶系レンズ要素は、それぞれのレンズ要素を通過する光軸にほぼ平行な［１１１］結晶軸を有する［１１１］立方晶系フッ化カルシウムも含んでいる。さらに、第１の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素は、光線に第１のリターダンスを加え、第２の複数の［１１１］立方晶系レンズ要素は、第１のリターダンスを少なくとも部分的に補償する第２のリターダンスを光線に加える。様々な実施態様では、この光学系は、フォトリソグラフィシステムであってよい。
【００３３】
本発明の他の態様は、２つの直交偏光状態の和に対応する偏光を有し、少なくとも１つの［１１１］光学要素を通って伝搬する光線のリターダンスを軽減する方法を含む。この方法では、光線の偏光は、光線が少なくとも１つの［１１１］光学要素を通って伝搬し、２つの直交偏光状態の間の第１の位相シフトを得た後に変化させられる。変化した偏光を有する光線は、少なくとも１つの［１１１］光学要素を通して伝搬させられ、それによって、第１の位相シフトに少なくとも部分的に対抗する、２つの直交偏光状態間の第２の位相シフトが加えられる。この方法は、光学リソグラフィシステムのリターダンスを軽減するのに用いることができる。
【００３４】
本発明の他の態様では、光学系は、各々がそれぞれの光軸を有する複数のフッ化カルシウムレンズ要素を有している。複数のフッ化カルシウムレンズ要素は、そこを通して光を伝搬させる光路に沿って揃えられている。光学系内の各フッ化カルシウムレンズ要素は、その［１１１］格子方向がそれぞれの光軸にほぼ平行になるように揃えられた立方晶系フッ化カルシウムを含んでいる。複数のフッ化カルシウムレンズ要素は、複数のフッ化カルシウムレンズ要素の全体によって発生するリターダンスが約０．０１５波ｒｍｓ未満になるように、それぞれの光軸の周りの位置、形状、及び回転配向を有することが好ましい。この光学系は、例えば半導体装置を製造する際に使用される光学リソグラフィシステムであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下の説明を添付の図面と一緒に参照することによって本発明及びその利点をより完全に理解することができる。図面において、同じ参照番号は同じ構成要素を示している。
【００３６】
半導体製造産業で用いられる高性能フォトリソグラフィックツールのようなリソグラフィシステムでは、フッ化カルシウムなどの立方晶系材料が好んで用いられることはよく知られている。このような結晶材料は、高い光学解像度を実現する短波長ＵＶ光に対して透光性である。しかし、このような立方晶系材料は固有複屈折、すなわち屈折率における固有の異方性を示すことがよく知られている。
【００３７】
複屈折、すなわち二重屈折は、屈折率が異方的であり、すなわち、異なる偏光に対して屈折率、したがって位相速度が異なる、屈折材料の特性である。光が複屈折材料を通って伝搬する場合、屈折率は、偏光と、偏光したがって伝搬方向に対する材料の配向との関数として変化する。複屈折材料を通って伝搬する偏光していない光は、一般に、直交偏光状態を有する２条の光線に分離される。これらの光線は、固有偏光状態又は固有偏光と呼ばれることがある。２条の光線は、異なる位相速度で材料を通って伝搬する。光が単位長の複屈折材料を通過する際、２つの光路の位相速度の差によって、伝統的にリターダンス(retardance)と呼ばれている偏光間の位相差が生じる。それぞれの異なる位相速度を有するこの２つの状態を低速固有偏光状態及び高速固有偏光状態と呼ぶことができる。
【００３８】
複屈折は無単位量である。しかしながら、リソグラフィ業界では、複屈折を１センチメートル当たりナノメートル（ｎｍ／ｃｍ）単位で表すのが一般的な習慣である。複屈折は材料の特性であり、一方、リターダンスは偏光状態の間での光学遅延である。光学系内を通る所与の光線のリターダンスは、ナノメートル（ｎｍ）単位で表すことも、特定の波長の波の数で表すこともできる。
【００３９】
フッ化マグネシウムや石英結晶（水晶）などの単軸性結晶では、２つの直交偏光が同じ速度で伝搬する複屈折材料内の方向が、複屈折軸と呼ばれる。語「光軸」は、一般に、単一の結晶を扱う際には、複屈折軸と相互交換可能に用いられる。レンズ要素の系（システム）では、語「光軸」は、通常、レンズ系の対称軸を指す。混乱を避けるために、以下では、語「光軸」は、レンズ系における対称軸のみを指すものとする。複屈折軸以外の、材料内を通る方向については、２つの直交偏光はそれぞれの異なる速度で伝わる。複屈折媒体に対する所与の入射光線については、屈折した２条の光線は、一般に、常光線及び異常光線と呼ばれる。常光線は、複屈折軸に対して垂直に偏光され、スネルの法則(Snell's law)に従って屈折し、異常光線は、常光線に対して垂直に偏光され、入射光線に対する複屈折軸の相対的な方向及び複屈折の量に応じた角度で屈折する。単軸性結晶では、複屈折軸は単一の方向に沿って配向させられ、複屈折の大きさは材料全体にわたって一定である。単軸性結晶は、一般に、リターデーションプレートや偏光子などの光学要素に用いられる。
【００４０】
しかし、これに対して、立方晶系結晶は、複屈折軸の配向と大きさの両方が結晶格子の配向に対する光の伝搬方向に応じて変化することが分かっている。複屈折、すなわち２つの固有偏光に見られる屈折率の差だけでなく、平均屈折率も、偏光に依存しない位相誤差を発生させる入射角の関数として変化する。
【００４１】
立方晶系材料で構成された光学要素は、光学要素の固有複屈折の結果として波面を遅延させる可能性がある。さらに、波面上の所与の点におけるリターダンスの大きさ及び配向は、それぞれ異なる可能性がある。なぜなら、材料に対する局所的な伝搬角度が波面全体にわたって変化するからである。波面全体にわたるリターダンスのこのようなばらつきを「リターダンス収差」と呼ぶことができる。リターダンス収差は、一様に偏光している波面、又は偏光していない波面を、直交偏光を有する２つの波面に分割する。この場合も、これらの直交波面は固有偏光状態に対応する。各直交波面は異なる屈折率を有し、その結果、異なる波面収差が生じる。
【００４２】
したがって、立方晶系材料を含む光学要素は、偏光と相関する追加的な収差を導入する。このような収差は、一般に、この明細書では、偏光収差と呼ばれ、立方結晶材料における固有複屈折によって生じる上述のリターダンス収差を含む。さらに、これらの偏光収差は、ダイアテニュエーション(diattenuation)、すなわち偏光による透光度の変化を含む。
【００４３】
立方晶系材料では、これらの偏光収差は、半導体製造プロセスで用いられるフォトリソグラフィシステムなどの光学系における像品質に影響を与えるほど顕著である。したがって、これらの収差を軽減する方法及び装置は重要な価値を有する。
【００４４】
説明を容易にするために、本明細書では、立方晶系材料は、よく知られたミラー指数(Miller index)、すなわち共通の因数を有さず、結晶軸に沿った結晶面の切片に反比例する整数を用いて説明される、結晶軸方向及び結晶面を有するものとする。格子面は、例えば、（１００）のように、括弧内のミラ−指数によって与えられ、直接格子内の軸方向は、例えば［１１１］のように角括弧内に与えられる。結晶格子方向、例えば［１１１］は、材料又は光学要素の［１１１］結晶軸と呼ぶこともできる。（１００）面、（０１０）面、及び（００１）面は、立方晶系結晶において等価であり、まとめて｛１００｝面と呼ばれる。
【００４５】
上述のように、立方晶系材料では、複屈折の大きさは、結晶軸の配向に対する、結晶を通る光伝搬の方向に依存する。例えば、［１１０］結晶軸に沿って例示的な立方晶系光学要素を通って伝搬する光は、最大の複屈折を受け、一方、［１００］結晶軸に沿って伝搬する光は、複屈折を受けない。
【００４６】
残念なことに、フッ化カルシウムなどの立方晶系材料で光学系を構成する際、光学要素のコストはこのような光学系の総コストに著しく寄与する。特に、屈折光学要素を製造するのに用いられる材料の経費によって、コストが高くなる。さらに、最も小さい固有複屈折を有する［１００］結晶方向に沿って向けられた光軸を有するフッ化カルシウムを含む光学要素は、最も製造費が高い。［１１０］に対応する光軸を有する屈折要素を作製するためのブランクも高価である。これに対して、［１１１］方向に成長させた（又はへき開された）フッ化カルシウムは、製造費がずっと安い。しかし上述のように、結晶材料の［１１１］方向に概ね一致する光軸を有する光学要素は、最も廉価であるが、画質や解像度のような光学系の性能を低下させる波面収差を導入する固有複屈折を有している。［１００］光学要素と［１１１］光学要素は、どちらもそれぞれの光軸に沿ってゼロ複屈折を有するが、［１００］光学要素の場合、軸からのずれ（オフアクシス）が大きくなるほど、複屈折の増大の割合はよりゆっくりしたものとなる。
【００４７】
図１は、例示的なリソグラフィシステムの投影光学系部分の概略図である。図１に示されている光学系１００は、内容が引用によって全体的に本明細書に組み込まれるS.Kudo及びY.Suenagaによるヨーロッパ特許出願０８２８１７２号に図示され記載された光学系にかなり類似している。この例示的な光学系１００は、ＮＡ（開口数）が０．７５、ピーク波長が１９３．３ｎｍであり、縮小率が４Ｘ（４倍）である大フォーマットの屈折投影レンズである。このような光学系は、例示的なものに過ぎず、他の実施形態では他の光学撮像システム及び非撮像システムを使用することができる。しかし、光学系１００は、好ましい一実施形態ではリソグラフィツールの投影光学系部分であってよい。図１に示されているように、投影レンズ１００は、レチクル１０２と基板１０４との間に配置されている。レチクル１０２は、投影レンズ１００の像視野内の基板１０４を伴う物体視野に対応してもよい。
【００４８】
図示の光学系１００は、複数、すなわち２９個の個別のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９，光軸１０６、及び開口絞り（ＡＳ）１０８を有する一般に集合的に「レンズ」と呼ばれるレンズ系である。レチクル１０２は、基板１０４の表面１１０上に投影されるマスクパターンを含んでいる。基板１０４は例えば、半導体製造産業で用いられる半導体ウェハであってよく、表面１１０は、半導体製造産業で一般に用いられているフォトレジストなどの感光性材料で被覆することができる。他の実施形態及び用途にしたがって他の基板を用いることができる。レチクル１０２は様々なマイクロリソグラフィツールに適したフォトマスクであってよい。一般的に言えば、レチクル又はフォトマスクは、以下ではまとめてレチクル１０２と呼ばれ、物体視野におけるパターンを含んでいる。パターンは、例えば、透明な部分と不透明な部分、グレースケール（階調）部分、それぞれの異なる位相シフトを有する透明な部分、又はこれらの組合せであってよい。光は、パターンを通して伝搬させられ、パターンはレンズ系１００を通して基板１０４の表面１１０上に投影される。レチクル１０２から基板面１１０上に投影されたパターンは、１０：１、５：１、４：１その他のような様々な比率で、一様に縮小することができる。光学系１００は、開口数ＮＡが０．７５であるが、そうとは限らない。例えば、０．６０と０．９０の間やこの範囲を超える値のような他の開口数を有する系も考えられる。
【００４９】
複数のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９の構成は例示的なものに過ぎず、様々な形状及び寸法を有し、それぞれの異なる材料を含む個々のレンズの他の様々な構成を、他の例示的な実施形態にしたがって使用することができる。要素の厚さ、間隔、曲率半径、非球面係数などは、レンズ規定（lens prescription）とみなされる。このレンズ規定は、制限されず、用途、性能要件、コスト、及びその他の構成要件に応じて異なる。
【００５０】
図１に示されている光学系１００は、２９個の個々のレンズ又は被駆動屈折光学要素を含んでいる。これらの各々は、使用波長で実質的な透光性を有することが好ましい。他の設計にはこれよりも多くの又は少ない光学要素を含めてよい。他の実施形態では、これらの要素は駆動されてもされなくても、屈折性を有しても、反射性を有しても、回折性を有してもよく、また被覆されていてもいなくてもよい。個々のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９は、レンズ１００を通って延びている共通の光軸１０６に沿って配置されている。図１の例示的な実施形態では、この光軸１０６は直線状である。
【００５１】
光学系１００が複数の個々のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９、又は透光性を有する他の要素を有する場合、１つ又は複数の要素が立方晶系材料を含むことが好ましい。例えば、フッ化ストロンチウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化カルシウムのような単結晶フッ化材料などの立方晶系材料を用いることができる。フッ化カルシウムは、紫外（ＵＶ）光とともに使用するのに好ましい１つの材料である。例示的な実施形態では、大部分の立方晶系光学要素、場合によってはすべての立方晶系光学要素が、同じ立方晶系材料で形成されている。この立方晶系材料は、レンズ１００の光軸に対して同じ結晶配向を有してもよい。好ましい一実施形態では、大部分のレンズ要素は、光軸にほぼ揃えられた＜１１１＞結晶軸を有する立方晶系フッ化カルシウムなどの立方晶系結晶を含んでいる。というのは、このような結晶は他の結晶方向のものよりも廉価であるからである。一実施形態では、すべてのレンズ又は被駆動光学要素が＜１１１＞結晶を含んでいる。非被駆動透過光学要素がある場合には、それも＜１１１＞結晶を含んでよい。レンズ１００は、乾燥溶融シリカとも呼ばれる低ＯＨ溶融シリカなどの非立方晶系材料で形成されたレンズ要素を含んでもよい。
【００５２】
図２は、より大きなリソグラフィツール５０内の投影光学系部分として機能する光学系１００を示す概略図である。図２は、光源１１２及び基板１０４を示している。レチクル１０２は、集光器光学系１１４と投影光学系１００との間に配置されている。レチクル１０２の光学視野は様々な寸法のものであってよい。投影光学系１００及び集光器光学系１１４はそれぞれ、開口絞り及び複数のレンズ要素、窓、ならびに他の屈折部材、反射部材、反射屈折部材、及び回折部材を含んでよい。図２に示されているリソグラフィツール５０は、この場合は直線状である光軸１０６に沿って揃えられている。このリソグラフィツール５０は、ウェハステッパ、投影プリンタ、あるいは半導体産業で用いられる他のフォトリソグラフィツール又はマイクロリソグラフィツールであってよい。リソグラフィツール５０は、同様に、走査光学系、ステップアンドリピート光学系、あるいは他のマイクロリソグラフィ光学系又は投影光学系であってよい。走査型光学系では、レチクル１０２上のパターンは、基板１０４の表面１１０の対応する部分上に投影され走査される。在来型のウェハステッパなどのステップアンドリピート光学系では、レチクル１０２上のパターンは、複数の離散した工程において表面１１０の複数の異なる部分上に投影される。いずれの場合も、レチクルパターンは、表面１１０に同時に投影される様々な視野点を含んでいる。
【００５３】
レチクル１０２上に印刷されたパターンを用いて、基板１０４上に製造される集積回路装置用の回路パターンを表面１１０上に作製することができる。パターンを表面１１０上に形成された感光性材料上に投影して露光パターンを作製することができる。従来の手段を用いて露光パターンを現像し、感光性材料にフォトパターンを作製することができる。フォトパターンは、エッチング又はその他の方法によって、基板１０４に移すことができる。その上に複数の材料層を堆積させることができる。表面１１０は、それらの複数の層の１つであってよく、この層の上にフォトパターンを形成してよい。エッチング又はその他の技術を用いて、この層にフォトパターンを移すことができる。同様に形成されたフォトパターンを使用して、イオン注入のような既知の方法を用いた空間的に選択的なドーピングを可能にすることができる。このようにして、複数のフォトリソグラフィ工程を用いて、様々な層に様々なパターンを形成し、集積回路のような完全な半導体装置を作製することができる。本明細書で説明する斬新な技術の利点は、基板１０４に形成される像が、厳密な寸法を有しかつ厳密に揃えられたデバイスフィーチャをより小さい寸法を持つように作製できるようにするのに十分な、小さい収差を有することである。
【００５４】
ある例示的な走査光学系では、基板表面１１０上に投影され走査されるレチクル１０２の光学視野は、高さが約２６ミリメートルで幅が数ミリメートルである。特定の用途に適しており、かつ投影光学系が含まれるリソグラフィツールの種類に依存する、他の視野寸法を用いることができる。同様に、ウェハが配置される像面におけるフォーマットも様々であってよい。
【００５５】
光源１１２は、後で集光器レンズ１１４によって整形され調節される光を生成する。光源１１２の光学波長は、様々であってよく、場合によっては２４８ｎｍ以下であってよい。好ましい一実施形態では、波長が約１５７ｎｍの光を用いることができる。光源１１２は直線偏光された光を生成することができる。直線偏光された光を生成する１つの光源はエキシマレーザである。他の実施形態では、光源１１２は、他の偏光を有するか又はほとんど偏光されない光を生成することができる。約２４８ｎｍで動作するＫｒＦエキシマレーザ、約１９３ｎｍで動作するＡｒＦエキシマレーザ、又は約１５７ｎｍで動作するＦ2エキシマレーザは、様々な光源１１２の例である。
【００５６】
光源１１２によって生成された光は、集光器レンズ１１４によって整形され調節され、レチクル１０２及び投影光学系１００を通って伝搬し、レチクル１０２又はフォトマスクの像を基板１１０上に投影する。この光は、複数の光線で構成された光ビームとして表すことができる。本発明によれば、周辺光線とは、光軸１０６と交差する物体視野１０２上の点から開口１０８の縁部までの光線であり、像視野１０４で軸１０２とも交差する。主光線とは、光学系１００内の開口絞り１０８の中心及び系の瞳を通過する所与の視野点からの光線である。物体視野が、光軸１１０がレチクル１０２と交差する場所に位置する場合、主光線は光軸１０６に沿って伝わる。レチクル又はフォトマスク１０２上の個々の物体視野点から放出された光線は、投影レンズ１００を通って伝搬する波面に対応し、基板１０４における対応する像視野点に集束する。したがって、像視野全体は、対応する波面が関連付けられた複数の像視野点によって生成される。
【００５７】
上述のように、これらの波面には、立方晶系材料内の方向に応じて異なる大きさ及び配向を有する固有複屈折によって生じるリターダンスの結果として、収差が発生する可能性がある。図３Ａは、立方晶系格子を有する材料内の複屈折軸配向の空間変化を示す三次元ベクトルプロットである。立方晶系格子は、例えばフッ化カルシウムの立方晶系格子であってよい。図３Ａと図３Ｂに示されている結晶軸方向について、ミラー指数を用いて説明する。図３Ｂは、図３Ａに示されているベクトルプロットの象限に対応する三次元プロットであり、固有複屈折の対応する大きさを示している。複屈折の局所的な大きさ及び軸は、空間的に、結晶全体にわたって、公知のように変化することが分かる。光がこのような立方晶系材料を通って伝わる方向に応じて、複屈折値及び伝搬方向に対する複屈折軸の配向が変化することも分かる。図３Ｂは、結晶格子の八分円を表しており、この図を結晶を通るすべての可能な方向に拡張すると、本明細書では複屈折ローブと呼ばれる最大複屈折を有する１２個の方向が得られる。
【００５８】
したがって、結晶材料は有利なことに、所与の面に沿って切断し、その面に垂直な光が選択された軸方向に沿って伝わるように配置することができる。例えば、（１００）結晶格子面１３２に垂直に配向している［１００］結晶軸１３０に沿って（すなわち、［１００］結晶格子方向に沿って）伝わる光は、一定の確定的で局所的な固有複屈折を受ける。したがって、所与の光線が受ける複屈折値及び複屈折軸方向は、光線が結晶を通って伝わる方向の関数として変化する。
【００５９】
図４は、例示的な立方晶系結晶格子を通過する様々な方向間の角度関係を示す斜視図である。立方晶系結晶格子は、例えばフッ化カルシウムの立方晶系結晶格子であってよい。図４は、それぞれ線１４２、１４４、及び１４６によって示されている［１０１］格子方向、［１１０］格子方向、及び［０１１］格子方向に沿ったピーク固有複屈折方向を含んでいる。線１４０は、固有複屈折なしに結晶を通過する方向に対応する［１１１］結晶軸方向を表している。
【００６０】
図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃは、図４に示されている立方晶系構造の、それぞれ、［１１０］格子方向、［１００］格子方向、及び［１１１］格子方向に沿った光軸１０６配向についての角度空間における複屈折値及び複屈折軸方向の変化の概略図である。プロットの中心は、指摘した結晶軸に沿って図の平面に垂直に伝わる光線が受ける複屈折を表している。中心からの半径方向距離の増大に従って示されている複屈折は、光軸１０６に対する光線の伝搬角度が大きくなる場合の複屈折を表している。したがって、点、例えば光軸１０６上の点から例えば［１１１］材料を含むレンズ要素を通って放出された複数の光線から受ける複屈折を視覚化するのにこれらのプロットを用いることができる。光軸１０６を通る光線は、［１１１］方向にレンズ要素の中心を通って伝搬し、プロットの中心に示された大きさ及び配向を有する複屈折を受ける。軸上の点から斜めに放出された光線は、これらのプロット上に示された方向によって示された複屈折を受ける。図５Ａ〜５Ｃの各々では、局所複屈折軸は、正方形の格子上に描かれた線の方向によって示されており、大きさは線の相対的な長さによって示されている。
【００６１】
図５Ａ〜５Ｃにおける複屈折値の変化は、ノード(node)とも呼ばれ、複屈折が最大になる方位角に分散されるいくつかのローブによって特徴付けられる。図５Ａ〜５Ｃは、それぞれ、図４に示されている立方晶系格子における様々な結晶軸方向に対するピーク固有複屈折ローブを示している。立方晶系格子の空間配向は、矢印によって示されている他の関連する結晶格子方向によって示されている。例えば、中心が、［１１０］結晶軸に沿って伝わる光線が受ける複屈折を表す図５Ａでは、［１０１］格子方向に沿って伝わる光線は、［１１１］格子方向に沿って伝わる光線よりも［１１０］結晶軸に対する角度が大きく、これらの光線角度は、それぞれ、６０°及び３５．３°である。このことは、中心からの半径方向距離が［１１１］矢頭よりも遠くに位置する［１０１］矢頭によって示されている。指摘された［１００］格子方向、［１０１］格子方向、及び［１１１］格子方向の相対方位角方向は図４に示されている。この説明は図５Ｂ及び５Ｃにも当てはまる。
【００６２】
図５Ａ〜５Ｃを参照すると、それぞれの場合に、指摘した結晶軸は、図の平面に垂直でそれぞれの図の中心に位置する方向である。図５Ａは、各々が［１１０］結晶軸方向に対して６０°の角度を形成するピーク固有複屈折ローブ１５０Ａ、１５０Ｂ、１５０Ｃ、及び１５０Ｄを含む、［１１０］格子方向に対する固有複屈折を示している。固有［１１０］複屈折は中心複屈折ノード２９Ｅも含んでいる。図５Ｂは、各々が［１００］結晶軸方向に対して４５°の角度を形成するピーク固有複屈折ローブ１５２Ａ、１５２Ｂ、１５２Ｃ、及び１５２Ｄを含む、［１００］格子方向に対する固有複屈折を示している。図示されていない、９０°の対角線に沿ったピークもある。図５Ｃは、各々が［１１１］結晶軸方向に対して３５．３°の角度を形成するピーク固有複屈折ローブ１５４Ａ、１５４Ｂ、１５４Ｃ、及び１５４Ｄを含む、［１１１］格子方向に対する固有複屈折を示している。
【００６３】
図５Ａ〜５Ｃに示されているような結晶軸に対する結晶格子及び結果として得られる固有複屈折ローブは、立方晶系結晶が負の立方晶系結晶である例示的な場合に対応し、すなわち、常光線の屈折率は異常光線の屈折率よりも大きく、したがって、複屈折ｎe−ｎoは負である。フッ化カルシウムは例示的な負立方晶系結晶の例である。正の立方晶系結晶の場合、線がそれぞれその中点の周りに９０°回転されることを除いて、パターンはほぼ同様である。フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウムのような他の立方晶系光学要素と、その他の材料を用いて光学要素を形成できることを理解されたい。使用される任意の立方晶系材料に関して、固有複屈折の方向及び大きさの変化を、測定するか、又はコンピュータモデリングを用いて算出することができる。さらに、光学材料の固有複屈折の方向及び大きさの変化も測定することができる。図５Ａ〜５Ｃに示されているのと同様の、複屈折値及び軸配向の変化の図を、前述の立方晶系材料のそれぞれについて同様に生成することができる。
【００６４】
再び図１を参照すると理解されるように、個々のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９または光学要素がそれぞれフッ化カルシウムのような同じ立方晶系光学要素で形成されており、個々の要素Ｌ１〜Ｌ２９が、共通の光軸１０６に沿って配置され、かつ立方晶系材料で構成された個々の要素Ｌ１〜Ｌ２９がそれぞれ、光軸１０６に対してほぼ同じ三次元格子配向を含むように揃えられた場合、レンズ系１００の正味のリターダンスは、図５Ａ〜５Ｃに概略的に示されている固有複屈折の角度変化と同様に、系の射出瞳全体にわたって変化するリターダンスを有する。
【００６５】
実施例１：
図６は、光軸１６５に沿って揃えられた単一の屈折要素１６２と単一の反射要素１６４とを有するダイソン(Dyson)反射屈折レンズに基づくリソグラフィ用途に使用できる例示的な光学系１６０を示している［R. Kingslake, Lens Design Fundamentals（レンズ構成の基本）, Academic Press, Inc. (1978)に記載されたJ. Dyson, "Unit magnification optical system without Seidal aberrations（ザイデル収差の発生しないユニット磁化光学系）," J. Opt. Soc. Am., Vol. 49, p.713(1959)参照］。好ましい一実施形態では、屈折光学要素は、立方晶系材料を含んでいる。この屈折要素１６２は、第１の平らな表面１６６と第２の湾曲した表面１６８とを有している。反射要素１６４も湾曲した反射面１７０を有している。
【００６６】
ダイソン構成の顕著な特徴は、物体視野１７２と像視野１７４が、同一平面上にあり、屈折要素１６０及び反射要素１６２の曲面の湾曲の中心Ｃに位置していることである。屈折要素１６２の曲率半径Ｒ1は、反射面１７０の曲率半径Ｒ2の（ｎo−１）／ｎo倍であることが好ましい。この場合、ｎoは屈折要素１６２の常屈折率である。これらの構成仕様は、ペッツバル(Petzval)曲率及び三次球面収差、コマ非点収差、及びサジタル(sagital)非点収差に対して補正される構成を実現する。開口数が０．２０であり、物体高さＨ及び像高さＨ’がそれぞれ７ｍｍ及び−７ｍｍである例示的なダイソンシステムについてシミュレーションを行った。光の波長を１５７．６３ｎｍと仮定した。もちろん、他の曲率、厚さ、材料、他の物体高さ及び像高さも可能である。光学系１６０は、他の波長で使用することもでき、他の実施形態では異なる開口数を有してよい。しかし、この波長では、常屈折率ｎoは１．５５８７と仮定される。シミュレーションに用いられた例示的なシステム１６０の寸法を表１に示す。
【００６７】
【表１】
2005508018.tif 000003
【００６８】
D. Krahmer, "Intrinsic Birefringence in CaF2（ＣａＦ2における固有複屈折）," Calcium Fluoride Birefringence Workshop, Intl SEMATECH, ２００１年７月３１日で示唆されたように、立方晶系要素１６０は、波長１５７ｎｍで測定されたフッ化カルシウムの固有複屈折に対応する−１２×１０-7である複屈折値ｎe−ｎoを有すると仮定する。
【００６９】
立方晶系レンズ材料に関連する固有複屈折の効果を考慮すると、システム性能は著しく低下する。図７Ａ及び７Ｂは、図６に示されている屈折要素１６２が、光軸１６５と平行なその［１１１］結晶軸に揃えられたときの、それぞれ視野の中心及び縁部における視野点についての系の射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【００７０】
これらのプロット及び以下のリターダンス瞳図では、リターダンスは、関心のある光学系のシステム射出瞳全体にわたって方形格子上に示されている。上述のように、リターダンスは一般に、複屈折光学系を通って伝搬する波面全体にわたって変化する。したがってリターダンスは、光軸の断面全体にわたるそれぞれの異なる位置ごとに異なる。これらのリターダンス図に描かれた変化は、光学系の射出瞳に対応する。
【００７１】
リターダンスプロットは一般に、場合によっては１つの固有偏光状態を示す線に縮退する楕円によって表される。上記に定義されたように、固有偏光状態は、所与の瞳座標において光学系を通って伝搬する光線について、変化しないで残存する偏光である。プロット内の固有偏光は、低速固有偏光状態である。高速固有偏光と低速固有偏光は直交する。高速固有偏光状態は、中心の周りを９０°回転させられたプロットに示されている固有偏光に対応する。例えば、局所リターダンスが、直線状であるか、楕円形であるかにかかわらず、垂直方向に延びている場合、低速固有偏光状態は垂直方向に配向させられ、高速固有偏光は水平方向に配向させられる。楕円の方向は、その主軸によって定められ、垂直方向の楕円の場合、主軸は垂直方向に配向させられる。ここでは主軸をリターダンス軸と呼ぶ。所与の瞳座標における楕円のサイズ又は線の長さは、リターダンスの相対強度、すなわち、高速固有偏光と低速固有偏光との間の位相シフトに比例する。
【００７２】
さらに、レンズ及び対応するリターダンス図については、座標は、系の光軸が＋Ｚ軸方向に物体から像面の方へ延び、＋Ｙ軸が垂直方向に延び、＋Ｘ方向がＹ軸及びＺ軸に直交するように、右手座標系を用いて定義される。射出瞳リターダンス及び波面マップについては、プロットは、デカルト座標系を用いた所与の一定の点についての射出瞳基準球に対する変化を表し、Ｘ座標及びＹ座標は、主光線に垂直な平面上に投影された基準球上の座標である。
【００７３】
図７Ａ及び７Ｂは、図６に示されている光学系１６０に対する固有複屈折の効果を含んでいる。図７Ａの物体視野高さは０ｍｍで、図７Ｂの物体視野高さは７ｍｍであり、それぞれ、視野点の中心及び縁部に対応する。固有複屈折によるピークリターダンスはこの例では、波長が１５７．６３ｎｍのときに約０．４１波である。
【００７４】
図７Ａは、光軸１６５上の物体点から系１６０を通って、理想的には光軸１６４上に位置する像視野１７４上の位置まで放出される光線の束によって表される光線の射出瞳全体にわたるリターダンスを描いた図である。この光線及び対応する光線の束は、開口及び射出瞳を満たす。図７Ａのリターダンス図は、射出瞳に示されている各位置における光線のリターダンスに対応する。したがって、これらのリターダンスプロットは、射出瞳の所でこの特定の光線を横切ってサンプリングされたリターダンスを表している。リターダンスは、物体視野内の軸上の点光源によって生成される、射出瞳の所の波面に対応することができる。図７Ｂは、オフアクシス物体点、ここでは軸から７ｍｍずれた物体点から放出され、系１６０を通って、やはり軸からずれた位置に配置された像視野１７４上の位置まで通過する光線の束によって表される光線の射出瞳を横切るリターダンスを描いた図である。この光線及び対応する光線の束はやはり、開口及び射出瞳を満たす。図７Ｂのリターダンス図は、射出瞳内の様々な位置における光線のリターダンスを示している。上述のように、このリターダンスは、物体視野内のオフアクシス視野点、すなわち、軸から７ｍｍずれた視野点の所の点光源によって生成される、射出瞳における波面のリターダンスに対応することができる。このオフアクシス物体視野点は、例えば、フォトリソグラフィ装置のフォーマットの縁部上の点に対応づけることができる。したがって、これらのリターダンスプロットは、射出瞳の所でこの特定の光線を横切ってサンプリングされたリターダンスを表す。
【００７５】
図８Ａ及び８Ｂは、図６に示されているレンズ系１６０の他の例示的な実施形態のリターダンスのグラフである。図８Ａ及び８Ｂでは、系の射出瞳を横切る正味のリターダンスは、光軸１６５に沿って［１００］結晶軸を有する立方晶系結晶を含む屈折要素１６２の視野の中心及び縁部の所の視野点について示されている。この例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長が１５７．６３ナノメートルのときに約０．１波である。したがって、図８Ａ及び８Ｂに関連する［１００］光学要素１６２のピークリターダンスは、図７Ａ及び７Ｂに関連する［１１１］光学要素１６２のピークリターダンスよりも小さい。
【００７６】
図９Ａ及び９Ｂは、図６に示されている屈折要素１６２の結晶格子配向の他の例示的な実施形態のリターダンスのグラフである。図９Ａ及び９Ｂでは、系の射出瞳を横切る正味のリターダンスは、概ね光軸１６５に沿った［１００］結晶軸を持つ立方晶系結晶を含む屈折要素１６２による、視野の中心及び縁部の所の視野点について示されている。この構成例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長が１５７．６３ナノメートルのときに約０．５８波であり、図７Ａ及び７Ｂに関連する［１１１］光学要素１６２のピークリターダンスと図８Ａ及び８Ｂに関連する［１００］光学要素１６２のピークリターダンスよりも大きい。図９Ａ及び９Ｂならびに正味のリターダンスが±０．５波を超える（すなわち、πラジアン又は１８０°）図９Ａ及び９Ｂの後の図に与えられているリターダンス瞳マップでは、リターダンスは「モジュロ１波」として描かれる。したがって、リターダンス配向が二分の一波間隔で９０°回転し、すなわち、０°における０．７５波リターダ(retarder)の効果は９０°における０．２５波リターダの効果と同じである。
【００７７】
図７Ａ〜９Ｂに示されている前述の３つの例はそれぞれ、固有複屈折が大きな偏光収差、すなわち大きなリターダンス収差を発生させることを示している。この結果、単一の屈折要素１６２が適度な開口数で用いられているにもかかわらず、大きな波面収差が得られる。補償しない場合、この収差は、フォトリソグラフィ又は他の多数の撮像用途の許容波面誤差を大幅に上回る。
【００７８】
図７Ａ〜９Ｂのリターダンスプロットは、物体視野１７２から屈折光学要素１６２を通って反射光学要素１６４の方へ伝搬する光に対応する屈折光学要素１６２を通る単一のパスに関する図である。上述のように、像面１７４は物体面１７２に重ね合わせられ、したがって、ダイソン系では、像形成には、光線が反射光学要素１６４から反射して屈折光学要素１６２を通って戻ることが含まれる。屈折光学要素１６２をその［１１１］結晶軸、［１００］結晶軸、又は［１１０］結晶軸がほぼ光軸１４に沿って揃えられるように配向させた場合、屈折要素１６２により中心視野点について発生するリターダンスは、屈折要素１６２を通る第１のパス及び第２のパス上の瞳全体にわたる大きさ及び配向の変化と同じである。これは、中心視野点からの各光線が反射要素１６４によってそれ自身に反射されるからである。したがって、第１のパスに導入されるリターダンスは、第２のパスに導入されるリターダンスに一致する。
【００７９】
立方晶系結晶を含む屈折要素１６２によって生じるリターダンスを軽減するには、図１０に示されているように、屈折要素１６２と反射要素１６４との間に非可逆ファラデー(Faraday)回転子１８０を挿入する。この非可逆回転子１８０は、それを通過する光の偏光を約４５°回転させることが好ましい。（非可逆とは、回転子１８０が、第１の順方向軸方向と第２の逆方向軸方向の両方で回転子１８０を透過した光について、偏光を同じ方向、すなわち、時計周り方向又は逆時計周り方向に回転させることを意味する。したがって、回転子は第１のパスで導入された回転を増す回転を第２のパスで与える。これに対して、可逆回転子は、順方向軸方向及び逆方向軸方向で回転子を透過した光について、偏光を逆方向に回転させ、したがって、２つの偏光回転は打ち消しあい、正味の偏光回転がなくなる。）
ファラデー回転子１８０は、光線が回転子１８０を通過するたびに各構成偏光を約４５°回転させることによって偏光状態を変化させる。例えば、よく知られているように、直線偏光又は楕円偏光された光を垂直偏光成分及び水平偏光成分にすることができる。これらの偏光成分は、ファラデー回転子１８０を通る第１の順方向パス及び第２の逆方向パス上で、伝搬方向の周りを約４５°回転させられる。光線が、屈折要素１６２を通る第１のパスの後で４５°ファラデー回転子１８０を２回通過するので、回転子１８０は、光線がもう一度屈折要素１６２を通過する前に、各構成偏光状態について９０°の正味の回転を発生させる。したがって、上述の水平成分は垂直方向に配向させられ、上述の垂直成分は水平方向に配向させられる。２つの成分の和は、伝搬方向の周りを約９０°回転させられた最初の直線偏光状態又は楕円偏光状態に対応する総偏光を形成する。
【００８０】
同様に、物体からの光が直線偏光を有し、水平方向に沿って偏光されている場合、回転子１６０を通る第１及び第２のパスの後で、水平方向に偏光された光は垂直方向に偏光される。この例の場合、第１のパスでは、水平方向に偏光された光が屈折光学要素１６０を通過し、第２のパスでは、ダイアテニュエーションがないと仮定すると、第１のパスの水平に偏光された光とほぼ同じ大きさを有する垂直方向に偏光された光が、屈折光学要素１６２を透過する。他の例では、楕円の主軸がほぼ垂直方向に揃えられるように楕円偏光された物体からの光は、回転子１６０を通る第１及び第２のパスの後、水平方向に配向させられた楕円偏光された光になる。したがって、屈折光学要素１６０を通る第１のパスでは、楕円偏光された光が、垂直方向に配向させられ、屈折光学要素１６２を通る第２の逆方向パスでは、主軸に対して水平方向に沿って楕円偏光される。各構成偏光成分は同様に９０°回転させられる。
【００８１】
さらに、光学要素を透過した任意の偏光を第１及び第２の直交する固有偏光成分の重み付き複素和にすることができる。低速固有偏光状態に対応する第１の偏光成分は、第１のパス上の高速偏光状態に対応する第２の直交偏光成分に対して低速化される。第２のパスでは、第１の偏光成分が高速固有偏光状態に対応するように回転させられ、第２の偏光成分が低速固有偏光状態に対応するように回転させられる。したがって、第２の偏光成分は、第２のパス上で第１の偏光成分に対して等しい量だけ低速化される。第１のパス上に導入された第１の偏光成分のリターダンスは、第２のパス上の第２の偏光成分のリターダンスによって打ち消されるか又は補償される。リターダンスは、一致したか又は釣り合ったと言われる。
【００８２】
したがって、光線が中心視野点から伝搬する場合、第２のパス上で屈折要素１６２によってもたらされるリターダンスは、すべての瞳座標において（すなわち、すべての光線角度について）、第１のパス上で屈折要素１６２によってもたらされるリターダンスと大きさが同じで符号が反対であり、配向が直交しており、したがって、固有複屈折によって発生するリターダンスはほぼ打ち消される。それぞれ［１１１］結晶軸、［１００］結晶軸、又は［１１０］結晶軸が光軸１６５にほぼ平行に揃えられ、４５°偏光回転子１８０が屈折要素１６２と反射要素１６４との間に配置されるように、屈折要素１６２が配向させられる図７Ａ〜７Ｂ、８Ａ〜８Ｂ、及び９Ａ〜９Ｂに関して上記に論じた例示的な実施形態では、瞳に対するＲＭＳ（二乗平均平方根）リターダンスは、中心視野点についてはほぼゼロである。オフアクシス視野点の場合、屈折要素１６２を通る第１及び第２のパスからのリターダンス収差もほぼ釣り合わされる。ただし、光線が、第１のパスと第２のパスとで、屈折要素１６２を通るそれぞれの異なる光路を辿るため、小さな残留リターダンス収差がある。これらの例についてコンピュータシミュレーションを行う際、ファラデー回転子１８０は、ゼロ厚さを有する理想的な回転子と仮定される。
【００８３】
［１１１］結晶軸、［１００］結晶軸、又は［１１０］結晶軸がほぼ光軸１６５の方向に揃えられ、４５°非可逆ファラデー回転子１８０が偏光を第１のパスと第２のパスの合計で約９０°回転させるように配置されるように、屈折要素１６２を配向させる例示的な実施形態では、瞳に対するＲＭＳリターダンスは、波長が１５７．６３ｎｍのときにそれぞれ、０．０００６波、０．０００１波、及び０．００３５波である。山対谷（ピーク・ツー・バリー; peak to valley）リターダンスは、それそれ、０．００３２波、０．０００７波及び０．０１３０波である。山対谷リターダンスは、このダイソン構成に回転子１８０を導入することによってそれぞれ、約１２８倍、３４３倍、及び４５倍少なくなる。
【００８４】
図１１Ａは、屈折要素１６２が光軸１６５にほぼ沿って揃えられた［１１１］結晶軸を有する、図１０に示されている例示的な光学系１６０の極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスの大きさ及び配向のグラフである。図１１Ｂは、屈折要素１６２が光軸１６５にほぼ平行に揃えられた［１１０］結晶軸を有する、図１０に示されている例示的な光学系１６０の極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスの大きさ及び配向のグラフである。ほぼ光軸１６５の方向に［１００］結晶軸を有する屈折要素１６２を用いた場合、リターダンスは射出瞳全体にわたってゼロに非常に近くなり、したがって、リターダンス図は与えられていない。
【００８５】
したがって、図１０に示されている例示的な系１６０内の屈折要素１６２と反射要素１６４との間に４５°ファラデー回転子１８０を挿入することによって、各構成偏光状態は、屈折要素１６２によって第１のパスと第２のパスとの間で約９０°回転させられる。中心視野点のリターダンス収差はほぼ完全に補正される。［１１１］結晶軸、［１００］結晶軸、又は［１１０］結晶軸がほぼ光軸１６５に揃えられるように配向させられた屈折要素１６２によって、各オフアクシス視野点のリターダンス収差もほぼ打ち消される。
【００８６】
ファラデー回転子はこの技術分野でよく知られている。この装置は、光の偏光を調節可能な量だけ回転させる。他の偏光回転子を使用することもできる。このような回転子は、偏光状態を回転させるうえで磁界の印加に依存するファラデー回転子のような能動装置であってよい。受動装置、又は能動装置と受動装置の組合せも、可能である。
【００８７】
９０°可逆波長板回転子の一例は、高速軸が四分の一波長板の高速軸に対して４５°に配置された二分の一波長板の各側で、高速軸が互いに対して９０°に配置された２枚の四分の一波長板を用いて構成される。例えば、R. C. Jones, "A new calculus for the treatment of optical systems III: The Sohncke theory of optical activity（光学系の処理の新しい計算法III：光学活動のSohncke理論）," J. Opt. Soc. Am., 31, p. 500-503, 1941を参照されたい。これらの波長板(wave plate)は、応力誘起複屈折を用いる（例えば、とっもに引用によって本明細書に組み込まれる、K. H. Schusterに発行された米国特許第６０８４７０８号明細書及びG. Martinに発行された米国特許第６３２４００３号明細書を参照されたい）か、又は単軸性結晶材料を用いて作製することができる。立方晶系材料に応力をかけることによって波長板を作製する場合、応力複屈折係数は、［１００］結晶格子方向を系の光軸に沿って配向させたときに最も大きくなる。［１００］方向に沿った応力複屈折係数は、［１１１］格子方向に沿った係数よりも４倍以上大きい［Alternative Materials Development (LITJ216) Final Report - Stress Birefringence, Intrinsic Birefringence, and Index Properties of 157 nm Refractive Materials（代替材料開発（LITJ216）最終報告書−１５７ｎｍ屈折材料の応力複屈折、固有複屈折、及び指数特性）, International SEMATECH, 2/28/02, J. Burnett and R. Morton］。したがって、所与の板厚の場合、所与のリターダンスを生じさせるのに必要な応力は、波長板をその［１００］結晶格子方向が光軸に沿うように配向させることによって、かなり小さくするか又は最小限に抑えることができ、かつ立方晶系応力要素はこの配向で使用されることが少なくない（例えば、引用によって本明細書に組み込まれる、S. Sakumaに発行された米国特許第６２０１６３４号明細書を参照されたい）。２分の１波長板以外の、弱いリターダンスを有する要素を、回転子の性能にほとんど影響を与えずに四分の一波長板同士の間に配置することもできる。これらの種類の偏光回転子は任意の偏光を９０°回転させる。
【００８８】
他の場合には他の構成が適している場合もある。例えば、入射光が既知の直線偏光を有している場合、四分の一波長板（ＱＷＰ）は偏光を回転させることができる。ＱＷＰを通る第１のパスでは、ＱＷＰが偏光状態に対して４５°である場合、直線偏光された光を左円偏光された光に変換することができる。鏡からの反射は、この光を右円偏光された光に変換する。ＱＷＰを通る第２のパスでは、光は再び直線偏光された光に変換され、偏光状態は、ＱＷＰに最初に入射した光の偏光状態に対して９０°回転させられる。
【００８９】
他の実施形態では、入射光線と出射光線を偏光回転子において完全に分離することができる。両方の光線に４５°非可逆回転子を挿入する代わりに、一方の光線の光路に可逆又は非可逆の９０°偏光回転子を挿入することができる。可逆回転子には、波長板回転子、及び複屈折軸が系の光軸の方向に沿って配向させられた光学的に能動的な材料を用いて構成された回転子が含まれるが、それらに限らない。９０°偏光回転を行う光学構成は、上述の構成に限らず、当技術分野でよく知られた他の偏光回転子とまだ開発されていない他の偏光回転子の両方を含んでよい。
【００９０】
実施例２：
ホモジナイザ又は万華鏡とも呼ばれる混合ロッド(mixing rod)は、一般に、フォトリソグラフィ用の照明システムに用いられる。図１２は、フッ化カルシウムを含み、かつ寸法が１０×１０×１６０ミリメートル（ｍｍ）である例示的な混合ロッドを示している。混合ロッド２００は、D. Krahmer, "Intrinsic Birefringence in CaF2（ＣａＦ2における固有複屈折）," Calcium Fluoride Birefringence Workshop, Intl SEMATECH, ２００１年７月３１日で示唆されたように、波長１５７ナノメートル（ｎｍ）で測定されたフッ化カルシウムの固有複屈折に対応する−１２×１０-7の複屈折値ｎe−ｎoを有すると仮定される。混合ロッド２００は、近位端２０２及び遠位端２０４と、光線を入力し出力する入力面又はポート２０６及び出力面又はポート２０８と、混合ロッド２００内を通って伝搬する光線を反射する両側面の壁２１０とを有している。光軸２１２は、混合ロッド２００の長さにわたって延びている。混合ロッド２００は、好ましくは長さが等しく、より好ましくはほぼ同じリターダンスを有する２つの部分２１４、２１６に分離することができ、すなわち、射出瞳全体にわたるリターダンスの大きさ及びリターダンス軸の配向は、２つの部分２１４、２１６について等価である。２つの部分２１４、２１６は、混合ロッド２００の軸方向中心２１８で合体されている。
【００９１】
光線は、光軸２１２に沿って混合ロッド２００の入力ポート２０６の中心に集束させることによってロッド２００に入力される。光線は例えば、開口数が約０．５である。光線は、入力ポート２０６から出力ポート２０８まで伝搬し、混合ロッド２００内で側壁２１０から反射される。光線２２０及び２２２は、光がロッド２００の長さに沿ってどのように伝わるかを示している。
【００９２】
図１３は、一体化ロッド２００の壁からの反射がそこを通って伝搬する光の伝搬状態を変化させないと仮定した場合の、混合ロッド２００の光軸２１２の方向に［１１１］結晶軸を持つフッ化カルシウムを含む混合ロッド２００の射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示している。これらのプロットでは、リターダンス配向は二分の一波（π又は１８０°）間隔で９０°回転し、すなわち、０°での０．７５波リターダの効果は、９０°での０．２５波リターダと同じである。したがって、この例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長が１５７ナノメートルのときに約０．８波である。
【００９３】
上述のように、［１１１］結晶軸が光学要素、ここでは混合ロッド２００の光軸２１２に揃えられた立方晶系結晶が好ましい。［１１１］方向に沿った光軸を有する立方晶系光学要素は、応力複屈折係数が［１１１］軸に沿って最小になるため（例えば、S. Sakumaに発行された米国特許第６２０１６３４号明細書を参照されたい）、リソグラフィ品質の光学系に必要な低応力複屈折レベルで成長するのが最も容易である。［１１１］配向が好ましいが、本明細書に記載された技術を他の結晶配向に用いてもリターダンス収差を軽減することができる。
【００９４】
図１４は、一様に円偏光された光線が混合ロッド２００の入射面に入射したときの射出瞳全体にわたる偏光状態を示している。出力偏光状態は、リターダンスの結果として一様に偏光されていない。しかし、フォトリソグラフィ用途でレチクルを照明するには一様な偏光が望ましく、補償を行わないと、この混合ロッド２００は、レチクルに応じた許容されない歪み及び線幅の変化を生じさせる。
【００９５】
図１４及びそれに続く偏光状態瞳図では、光線の偏光状態は、関心のある光学系のシステム射出瞳全体にわたって正方形の格子上に示されており、一般に、場合によっては線に縮退する楕円によって表される。所与の瞳座標における楕円又は線の形状及び配向は、射出瞳における出力偏光の状態及び配向を示している。
【００９６】
図１５は、混合ロッド２００に軸方向中心２１８に配置された偏光回転光学系２３０をさらに有する混合ロッド２００の概略側面図である。偏光回転光学系２３０は、偏光を約９０°回転させる９０°回転子であることが好ましい。偏光変換光学系２３０は可逆回転子であっても、非可逆回転子であってもよい。この回転子２３０は、混合ロッド２００内の、各々が好ましくは大きさと配向の両方が等価のリターダンスを導入する２つの部分２１４、２１６間の位置２１８に位置することが好ましい。したがって、回転子２３０は、複屈折特性及びリターダンス特性が一致した部分２１４、２１６間に挿入される。
【００９７】
例示的な一実施形態では、応力複屈折波長板回転子が使用される。ただし、他の種類の偏光回転光学系を用いることもできる。上述のように、波長板回転子は、高速軸が四分の一波長板の高速軸に対して４５°に配置された二分の一波長板の各側で高速軸が互いに対して９０°に配置された２枚の四分の一波長板を用いて構成することができる。例えば、ともに引用によって本明細書に組み込まれる、K. H. Schusterに発行された米国特許第６０８４７０８号明細書及びG. Martinに発行された米国特許第６３２４００３号明細書を参照されたい。一実施形態では、二分の一波長板は厚さが２ミリメートルの［１００］フッ化カルシウムを含み、４分の１波長板波長板はそれぞれ、厚さが１ミリメートルのフッ化カルシウム要素を有している。［１００］配向は、［１１１］や［１１０］のような他の配向と比べて複屈折の量が多いので有利である。
【００９８】
軸が一致しているとき、９０°回転子２３０は、各構成入力偏光状態を約９０°又はπ／４ラジアン回転させる。回転子の固有偏光状態は円偏光され、９０°回転子は、２つの直交偏光された円状態間に９０°の位相遅れ、すなわち、４分の１波の円リターダンスを示す。オフアクシス光線の場合、波長板のリターダンスは、角度による屈折率のばらつきと、波長板を通る光路の変化のために、オンアクシス値からずれる。したがって、回転子２３０は、オフアクシス光線については、４分の１波の円リターダンスからずれる。図１６は、波長が１５７ｎｍの場合の厚さが１ミリメートル及び３ミリメートルの４分の１波長板（それぞれ曲線２３２及び２３４）についての、大気中の入射角の関数としてのリターダンス誤差の大きさを示している。２つの直交偏光状態間の屈折率の差は、凡例に示されているように、曲線２３２及び２３４について、それぞれ、３．９×１０-5及び１．３×１０-5である。大気中の３０°にわたる入射角範囲にわたって、リターダンス誤差は、多数の照明用途で許容できる約０．０３波の範囲内である。
【００９９】
偏光回転光学系２３０は、すべての偏光状態、すなわち、どちらも直交偏光状態の重み付き和をからなる任意の偏光又は偏光されていない光について、リターダンスを少なくするのを可能にする。例えば、入力２０２から混合ロッド２００に入る光の偏光状態を、第１及び第２の部分の各々に関連する直交固有偏光状態に分離することができる。２つの部分はほぼ同一であるので、２つの部分２１４、２１６の固有偏光は同じである。この特徴を利用して、各部分２１４、２１６によって導入されるリターダンスを補償するか又は打ち消すことができる。
【０１００】
特に、混合ロッド２００に入力された光は、それぞれ混合ロッド２００の第１の部分２１４の低速固有偏光及び高速固有偏光に対応する第１及び第２の直交偏光成分を有する。したがって、第１の偏光成分は、混合ロッド２００の第１の部分によって導入されるリターダンスに対応する量だけ、第２の偏光成分に対して遅延させられる。この光は、第１の偏光成分が第２の部分２１６の高速固有偏光に対応し、かつ第２の偏光成分が第２の部分２１４の低速固有偏光に対応するように偏光成分を９０°回転させる偏光回転光学系２３０を通過する。したがって、第２の偏光成分は、混合ロッド２００の第２の部分２１６によって導入されるリターダンスに対応する量だけ、第１の偏光成分に対して遅延させられる。第１の部分２１４と第２の部分２１６の複屈折はほぼ同じであるので、２つの部分２１４及び２１６の複屈折特性及びリターダンス特性が一致し、第１及び第２の成分が第１及び第２の部分２１４、２１６を通過するときに受けるリターダンスは、打ち消される。第１の成分は、第２の成分が第２の部分で遅延させられるのと等しい量だけ、第１の部分で遅延させられる。混合ロッド２００の第１の半分によってもたらされるリターダンスは、すべての瞳座標において（すなわち、すべての光線角度について）、混合ロッド２００の第２の半分２１６によってもたらされるリターダンスと大きさがほぼ等しく配向がほぼ直交しているため、固有複屈折によって生じるリターダンスはほぼ打ち消される。
【０１０１】
図１７は、図１５に示されている例示的な実施形態の射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示している。この例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長が１５７ナノメートルのときに０．０４４波山対谷リターダンス未満であり、これは、回転子を付加する前の山対谷リターダンス０．８波よりもかなり少ない。
【０１０２】
図１８は、偏光回転光学系２３０を含む図１５に示されている混合ロッド２００の入射面２０６に一様に円偏光された光線が入射したときの、射出瞳全体にわたる偏光状態を示している。出力偏光状態は、図１２に示されている回転子２３０を有さない混合ロッド２００よりも一様で、すなわち、円偏光されており、したがって、フォトリソグラフィにより適している。
【０１０３】
実施例３：
固有複屈折によって生じる偏光収差を軽減するこれらの技術は、フォトリソグラフィに用いられる屈折撮像システムの波面補正を行うのに特に適している。この用途には厳しい性能要件が伴うだけでなく、フォトリソグラフィレンズは、全体として顕著な量の複屈折を有する多数の屈折光学要素を含んでいる。したがって、リターデーション収差によって生じる波面誤差は、フォトリソグラフィ投影システムから結果として得られる解像度をかなり制限する。すべてが透光性であり、特に、すべてが屈折被駆動である光学要素Ｌ１〜Ｌ２９を含む例示的な投影レンズ１００が図１に示されている。内容が引用によって本明細書に組み込まれる、S. Kudo及びY. Suenagaのヨーロッパ特許第０８２８１７２号で、同様のレンズが提供されている。この光学系１００は、中心波長１９３．３ナノメートルで動作するように設計され、開口数０．６０で４Ｘ縮小を行い、３０．６ミリメートル（ｍｍ）の像視野直径を有している。この例示的な構成は、フッ化カルシウム及び溶融シリカを有する２９個の光学要素Ｌ１〜Ｌ２９を使用し、かつ球面のみを用いている。以下に、ヨーロッパ特許出願第０８２８１７２号に開示されたのと同じ規定を有するが、すべてのレンズが立方晶系材料すなわちフッ化カルシウムを含む同様のレンズについて、リターデーション収差を算出する。したがって、このような基線(baseline)計算において、要素Ｌ１〜Ｌ２９は、−１２×１０-7の固有複屈折を有すると仮定する。固有複屈折の実際の値は、材料に応じて異なってよく、材料が結晶である場合には、結晶配向に応じて異なってよい。さらに、他の実施形態では、光学要素Ｌ１〜Ｌ２９のうちの１つ以上は、立方晶系結晶以外の結晶材料や、非結晶材料を含んでよい。溶融シリカは、２４８ｎｍや１９３．３ｎｍなどのＵＶ波長をほぼ透光し、したがって、このようなＵＶ用途に適合するこのような非結晶材料の一例である。上述のように、例示的な系１００は光軸１０６を含んでおり、２９個の光学要素Ｌ１〜Ｌ２９は、オンアクシス光学系と同様にこの光軸１０６に沿って揃えられている。光線は、光軸１０６に沿って物体面１０６からレンズ１００内のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９を通って像面１０４まで伝搬する。
【０１０４】
固有複屈折の影響を含まない公称設計についての射出瞳全体にわたるＲＭＳ（二乗平均平方根）及び最大リターダンス及びダイアテニュエーションが、相対視野高さ０、０．７、及び１．０について、以下の表２に列挙されている。上述のように、ダイアテニュエーションは、偏光収差の他の形態であって、直交偏光状態の間の透過差の最大値の測度として定義される。相対視野高さは、半視野(semi-field)高さで正規化された実際の視野高さとして定義される。したがって、光軸１０６上に配置された像は、ゼロ視野高さを有し、このレンズ１００において１５．３０ｍｍに位置する像は単位相対視野高さに対応する。リターダンス及びダイアテニュエーションは、モデルに用いられる単一層反射防止コーティングによって生じる。リターダンスは、半径方向に配向し、瞳の縁部で最大になる。反射防止コーティングのみによるリターダンスは比較的小さい。
【０１０５】
【表２】
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【０１０６】
立方晶系レンズ材料に関連する固有複屈折の影響を考慮すると、系の性能は著しく低下する。図１９Ａ及び１９Ｂは、図１に示されているすべてのレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２９が、光軸１０６に沿うそれらの［１１０］結晶軸を有して、三次元において同一に揃えられる例示的な実施形態による、それぞれ視野の中心及び縁部における視野点のシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。図１９Ａ及び１９Ｂは、固有複屈折の影響を含んでいる。図１９Ａは、光軸１０６から０ｍｍ離れた図１９Ａの物体視野位置の点で発生した光線の射出瞳全体にわたる様々な位置での正味のリターダンスを示している。図１９Ｂは、光軸１０６から６１．２ｍｍ離れた高さにある図１９Ａの物体視野内の点で発生した光線の射出瞳全体にわたる様々な位置での正味のリターダンスを定量化した図である。この２つの点はそれぞれ、中心視野点及び縁部視野点に対応している。この縁部視野点は、例えば、半導体ウェハを処理するフォトリソグラフィ装置のフレームの縁部の所の点に対応付けることができる。図１９Ａ及び１９Ｂに与えられているリターダンス瞳図、及び後続の図であって正味のリターダンスの大きさが０．５波を超える他の図では、リターダンスは「モジュロ１波」として描かれている。したがって、リターダンス配向は二分の一波（πラジアン又は１８０°）間隔で９０°回転し、すなわち、０°での０．７５波リターダの効果は９０°での０．２５波リターダと同じである。したがって、この構成例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルで軸上（オンアクシス）で約０．７２波であり、極端視野では０．８７波である。
【０１０７】
図２０Ａ及び２０Ｂは、図１に示されているレンズ系１００の結晶格子配向の他の例示的な実施形態についてのリターダンスのグラフである。図２０Ａ及び２０Ｂでは、固有複屈折の影響を含む、システム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスは、視野１０２の中心及び縁部の所の視野点について示されており、すべての要素Ｌ１〜Ｌ２９の結晶軸はほぼ同一に揃えられており、［１００］結晶軸は概ね光軸１００に平行に向けられている。この例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルで軸上で約０．４９波であり、極端視野では０．５４波である。
【０１０８】
図２１Ａ及び２１Ｂは、図１に示されているレンズ系１００の結晶格子配向のさらに他の例示的な実施形態についてのリターダンスのグラフである。図２１Ａ及び２１Ｂでは、［１１１］光学要素、すなわち、［１１１］方向が光軸１０６に平行な［１１１］結晶を含む要素についての、システム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスが、視野１０２の中心及び縁部の所の視野点について示されており、すべての要素Ｌ１〜Ｌ２９の結晶軸がほぼ同一に揃えられている。この場合も、リターダンス配向は二分の一波（πラジアン又は１８０°）間隔で９０°回転し、したがって、固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルでは約１．３７波であり、極端視野では１．４０波である。
【０１０９】
図１９Ａ〜２１Ｂに示されている前述の３つの例では、要素Ｌ１〜Ｌ２９の各々を光軸１０６に対して同一に配向させた場合、固有複屈折によって大きなリターダンス収差、したがって大きな波面収差が発生する。補償を行わないと、この波面収差は、高精度フォトリソグラフィの許容波面誤差を大きく上回る。
【０１１０】
この収差を軽減するために、光学系１００に２つの偏光回転子を付加し、光学要素Ｌ１〜Ｌ２９の固有複屈折によって発生するリターダンスを補償する。図１に示されているのと同様であるが、通過する光線の偏光をそれぞれ−９０°及び９０°回転させる２つの偏光回転子３１０及び３２０を有するレンズ３００を示す図２２を参照する。このレンズ３００は、光線が物体面３０６から像面３０８まで伝搬する光路を定める光軸３０２を有している。この光路は、図２２の直線を辿るが、他の実施形態では、光路及び光軸３０２は直線以外であってよい。レンズ３００は、光を物体３０６から像視野３０８まで伝搬させ、かつその伝搬を制御する２９個の被駆動屈折光学要素Ｌ１〜Ｌ２９を有している。
【０１１１】
図２２では、任意選択の−９０°回転子３２０が、物体面３０６と第１の要素Ｌ１との間に位置している。９０°回転子３１０は、系３００の動作を追加的に変更せずに正味のシステムリターダンスを最小限に抑える位置に位置している。この位置は、回転子３１０よりも前の光路の部分内の光学要素Ｌ１〜Ｌ２６の複屈折が回転子３１０よりも後の光路内の光学要素Ｌ２７〜Ｌ２９の複屈折と等価になるように決定されることが好ましい。同様に、回転子３１０よりも前の光路内の光学要素Ｌ１〜Ｌ２６と後の光路内の光学要素Ｌ２７〜Ｌ２９によって導入される正味のリターダンスは一致し釣り合う。リターダンスの大きさと、配向又はリターダンス軸は、どちらもほぼ同じである。別の言い方をすると、光が回転子３１０に達する前に通過する光学要素Ｌ１〜Ｌ２６に対応する固有複屈折状態は、光が回転子３１０よりも後に通過する光学要素Ｌ２７〜Ｌ２９ｎｉ対応する固有複屈折とほぼ同一であることが好ましい。
【０１１２】
レンズ３００の性能の向上を算出する際、回転子３１０及び３２０は、各構成偏光状態が厳密に９０°又は−９０°回転させられるような理想的な偏光回転子であると仮定される。さらに、これらの回転子３１０及び３２０はゼロ厚さを有すると仮定される。レンズ規定も、有限厚さ回転子３１０及び３２０について調整し最適化することができる。光軸３０２は、Ｚ方向に沿って定められ、視野はＹ方向に配向させられ、右手座標系が使用され、したがって、光軸３０２の周りの９０°の回転は、Ｙ軸の方へのＸ軸の回転を表す。回転子３１０、３２０の順序は、９０°回転子３１０が物体空間で使用され、−９０°回転子３２０が要素Ｌ２６と要素Ｌ２７との間で使用されるように、性能を変化させずに切り換えることができる。さらに、物体空間内の回転子３２０は、原理的に、像空間内で（最後の要素Ｌ２９と像面３０８との間で）使用することもできる。しかし、この特定の設計と、多数のフォトリソグラフィレンズの場合、実際の回転子の性能は、回転子が物体空間に位置する場合に向上する。これは、入射角の範囲が小さくなるからである。いくばくかの光線が回転子３１０、特に波長板を有する回転子３１０に大きな角度で入射すると、位相遅延が変化し、したがって、すべての光線が同じ偏光回転を受けるとは限らない。回転子３１０は、光学系３００を通って伝搬する光線が光軸３０２により厳密に平行になり、光軸３０２に対する角度をほとんど有さない場所に位置することが好ましい。偏光は、回転子３１０を通過する光線をほぼ一様に横切って回転させられることが好ましい。光軸にほぼ沿うか又は平行な各光線については、リターダンス及び位相シフトは同じである。したがって、少なくとも、光軸３０２に対して小さい角度を有する光線は、ほぼ同じ量の偏光回転を受ける。
【０１１３】
レンズ３００の前部３２２と後部３２４との間に９０°偏光回転子３１０を挿入することによってかなりの利点が得られる。上述のように、回転子３１０の位置は、系３００の前部３２２における立方晶系要素によって生じる正味のリターダンスの、視野及び瞳位置の関数としての大きさが、系３００の後部３２４における立方晶系要素によって生じる正味のリターダンスと同様になるように選択される。回転子３１０は、個々の要素Ｌ１〜Ｌ２９のリターダンス寄与を釣り合わせて波面補正を行い、固有複屈折によって生じる正味のリターダンスを許容レベルまで軽減するのを可能にする。これらの条件の下で、系３００は９０°の一様な円リターダンスを有する。９０°の円リターダンスは任意の偏光状態を９０°回転させる。光学系３００に入力された光が受ける波面収差は最小限に抑えられる。ただし、偏光状態は、９０°の円リターダンスによって、物体面３０６と像面３０８との間で９０°回転させられる。
【０１１４】
リターダンスの、９０°からの逸脱の大きさを評価するために、物体３０６と第１のレンズ要素Ｌ１との間に−９０°回転子３２０を挿入する。この第２の回転子３２０は、この例では計算の助けとして用いられ、光学系３００に含めても含めなくてもよい。この第２の回転子３２０は、例えば、入力偏光と出力偏光が同一である必要がある場合、光学系３００に含めることができる。第２の回転子３２０をレンズモデルに挿入すると、設計者がリターダンスの大きさのみを含む評価関数(merit function)を用いてリターダンス収差を簡単に最適化できるようになることによって、系３００の最適化も容易になる。この場合、設計者は、リターダンスの大きさをゼロまで小さくするだけでよい。第２の回転子がない場合、設計者は、リターダンスの大きさ及び形状を、瞳全体にわたって一定になるように最適化する必要がある。この評価関数は、２倍の数の項を有し、最適化にはより長い時間がかかる。しかし、追加的な回転子３２０は、光学系３００に追加的な複雑さ及びコストを導入する可能性があり、したがって、排除することができる。
【０１１５】
図２２に示されている光学系３００のすべての光学要素Ｌ１〜Ｌ２９は、同一の三次元結晶格子方向に対して配向させられた立方晶系材料を含んでおり、各要素Ｌ１〜Ｌ２９の［１００］結晶格子方向は光軸３０２に沿っている。さらに、これらの光学要素はそれぞれ、湾曲面を有しており、被駆動屈折光学要素である。動作は１９３．３ナノメートルの波長で行われ、各光学要素Ｌ１〜Ｌ２９は実質的に透光性である。
【０１１６】
図２３Ａ及び２３Ｂは、系３００の、−９０°回転子３１０と９０°回転子３２０との間の前部３２２における光学要素Ｌ１〜Ｌ２６のシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。リターダンスは、固有複屈折と反射防止コーティングによって生じる。すでに表２に示されているように、コーティングによる寄与は比較的小さく、したがって、大部分のリターダンス収差は固有複屈折によるものである。図２３Ａは、中心視野点における正味のリターダンスを示し、図２３Ｂは、縁部視野点における正味のリターダンスを示している。
【０１１７】
図２４Ａ及び２４Ｂは、系３００の、−９０°回転子３１０と像面３０８との間の後部３２４における光学要素Ｌ２７〜Ｌ２９のシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。図２４Ａは、中心視野点の正味のリターダンスを示し、図２４Ｂは、縁部視野点の正味のリターダンスを示している。
【０１１８】
図２３Ａと図２４Ａを比較すると、系３００の前部３２２からの正味のリターダンスは、軸方向視野点から放出された光線の瞳全体にわたって、系３００の後部３２４からの正味のリターダンスとほぼ同様である。したがって、９０°回転子３２０は各構成偏光状態を９０°回転させるので、系３００の後部３２４のリターダンスは系３００の前部３２２のリターダンスを補償する。それぞれ図２３Ａ及び２４Ａに示されている２つの部分３２２及び３２４の低速固有偏光状態は、射出瞳全体にわたって直線状である。したがって、この場合、第１の部分３２２の低速固有偏光状態に平行な第１の偏光成分を有する第１の部分３２２を通って伝搬する光は、高速固有偏光状態に平行な第２の直交偏光成分に対して遅延させられる。第１の偏光の位相は、第２の偏光に対して、第１の部分３２２によって導入されるリターダンスに対応する量だけ遅延させられる。しかし、偏光回転子３２０は、第１の偏光成分が第２の部分３２４において高速固有偏光状態に平行になり、第２の偏光状態が低速固有偏光状態に平行になるように、第１及び第２の偏光成分の偏光を回転させる。したがって、第２の偏光成分は、第２の部分３２４において第１の偏光成分に対して、第１の部分３２２において第１の偏光によって導入されるリターダンスに等しい量遅延だけさせられる。このようにリターダンスは相殺される。
【０１１９】
図２３Ｂ及び２４Ｂは、光学系３００の前部３２２の瞳全体にわたる正味のリターダンスと後部３２４の瞳全体にわたる正味のリターダンスが、極端視野ではうまく一致しないことを示している。前部３２２のリターダンス寄与の方が大きく、このリターダンス寄与については瞳が中心とならない。
【０１２０】
図２５Ａ及び２５Ｂは、９０°回転子３１０を含むが、−９０°回転子３２０を除く、すべての要素Ｌ１〜Ｌ２９の固有複屈折によるシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。これらのプロットは、回転子３１０が、第２の回転子３２０によって生じるリターダンスと釣り合わせることのできる概ね一定のリターダンスを瞳全体にわたって生じさせることを示している。一般に、収差を軽減するために、光学系では、瞳全体にわたって偏光状態が変化しないことが好ましい。これはリターダンスが一定であるときに起こり、リターダンスがないときには縮退的に起こる。縮退的な場合、あらゆる偏光状態は固有偏光状態である。
【０１２１】
図２６Ａ及び２６Ｂは、９０°回転子３１０及び−９０°回転子３２０を含む、すべての要素Ｌ１〜Ｌ２９の固有複屈折によるシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。９０°回転子３２０によって導入されるリターダンスは、さらなる補正のための−９０°回転子３２０によって導入されるリターダンスによって、打ち消される。図示のように、軸方向視野のリターダンスは、図２０Ａに示されている回転子３１０、３２０を有さないすべての［１００］要素Ｌ１〜Ｌ２９についてのリターダンスと比べて著しく軽減されている。しかし、図２６Ｂは、瞳全体にわたるより大きい残留リターダンスを示している。
【０１２２】
射出瞳上のＲＭＳ及び最大リターダンスが、相対視野高さ０．０７及び１．０について、以下の表３に列挙されている。これには、固有複屈折の影響と、モデルに用いられている単一層反射防止コーティングの影響が含まれている。相対視野高さ０．０は、図２６Ａに示されているリターダンス結果に関連する中心視野点に対応しており、相対視野高さ１．０は縁部視野点に対応しており、そのリターダンス結果は図２６Ｂに示されている。ＲＭＳリターダンスは、λ0＝１９３．３ｍｍで０．０１５４波から０．０６７７波の範囲である。
【０１２３】
【表３】
2005508018.tif 000005
【０１２４】
１つ以上の要素に応力をかけて応力誘起固有複屈折を生じさせることによって、さらなる補正を行うことができる。例えば、クランプ、ブレース、又は光学要素の周囲のその他の構造を用いて、光学要素に例えば引張り力や圧縮力をかけることができる。図２７に示されている一実施形態では、図２２に示されている光学系３００の第１の要素Ｌ１に引張りフープ応力をかけた。計算の都合上、引っ張りフープ応力は、明確な開口直径においてピーク複屈折値−６．９５ナノメートル／センチーメートルによって固有複屈折の半径方向の変化を引き起こすと仮定されている。図２８Ａは、仮定された複屈折プロファイルの等高線図を示している。図２８Ｂ及び２８Ｃは、第１のレンズ要素Ｌ１に関連する応力誘起固有複屈折及び反射防止コーティングによるシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。表４は、相対視野高さの関数としての、対応するＲＭＳ値及び最大リターダンス値を列挙している。このデータは、軸３０２上への寄与が比較的小さく、λ＝１９３．３ｎｍでピークリターダンスが０．０２５波であり、一方、極端視野におけるリターダンスはずっと大きく、最大リターダンスは０．３１波であることを示している。
【０１２５】
この設計の第１の要素Ｌ１は、複屈折を導入するためにフープ応力をかける場合に特に適している。第１の要素Ｌ１は、物体面３０６に近く、それによって、視野高さに応じて第１の要素Ｌ１の表面全体にわたる光線の変位が変化するため、視野に応じてリターダンスを大きく変化させることができる。さらに、この例におけるこの要素Ｌ１は特に厚く、要素に応力をかけるうえで良好な機械的安定性を実現する。
【０１２６】
【表４】
2005508018.tif 000006
【０１２７】
図２８Ｂ及び２８Ｃを、図２６Ａ及び２６Ｂに与えられている残留リターダンス図と比較すると、応力誘起複屈折によって生じるリターダンスは、瞳及び視野位置の関数としての残留系リターダンスとほぼ同様である。９０°回転子３１０が、応力誘起複屈折を有する要素Ｌ１の後に用いられているので、応力をかけられた要素Ｌ１のリターダンス寄与は、固有複屈折によって生じる系３００のリターダンスと釣り合う。
【０１２８】
図２９Ａ及び２９Ｂは、９０°回転子３１０及び９０°回転子３２０を含む、すべての要素Ｌ１〜Ｌ２９の固有複屈折と、第１の要素Ｌ１に対する応力誘起複屈折とによるシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。ＲＭＳ及び最大リターダンスの対応する値が表５に列挙されている。表に示されているように、応力をかけられた要素Ｌ１によって生じるリターダンスはリターダンス補正をさらに向上させる。
【０１２９】
【表５】
2005508018.tif 000007
【０１３０】
回転子３１０及び３２０を除くすべての［１００］要素を用いたリターダンスは図２０Ａ及び２０Ｂに示されている。２つの回転子３１０及び３２０ならびに応力をかけられた第１の要素Ｌ１を用いた場合、最大リターダンスは、λ＝１９３．３ｎｍのときに軸方向視野（９．４Ｘ縮小）については０．４８８波から０．０５１７波まで低下し、極端視野（６．７Ｘ縮小）については０．５４４波から０．０８１１波まで低下した。
【０１３１】
この例では、フープ応力を光学要素Ｌ１にかけると、複屈折の大きさが二次関数的に変化し、複屈折軸は半径方向に配向させられると仮定した。図３０では、有限要素解析法を用いて算出された要素半径の関数としてのリターダンスが、中心厚さ５ｍｍ、曲率半径４０ｍｍ及び３５ｍｍ、ならびに圧縮応力１平方インチ当たり１０００ポンド（６．９ＭＰａ）のメニスカス形状フッ化カルシウム要素について示されている。フッ化カルシウムの十分に研磨された単結晶の破壊強度は、１平方インチ当たり２００００ポンド（１３７ＭＰａ）を超えると報告されている。この第１のレンズ要素Ｌ１はメニスカス形状要素とは異なるが、応力の変化は同様の関数形式に従うことが予想される。他の実施形態では、引張り応力を用いて応力誘起複屈折を生じさせることができる。
【０１３２】
当技術分野で一般に知られており、かつ図３１Ａに示されているように、偏光方向を回転させる実際の偏光回転子３５０は、共通の光軸３５２に沿って揃えられた２枚の四分の一波長板３５４及び３５６ならびに二分の一波長板３５８を用いて構成することができる。２枚の四分の一波長板３５４及び３５６は、光軸３５２の周りで互いに対して９０°回転させられる高速軸３６０及び３６２を有している。二分の一波長板３５８は、２枚の四分の一波長板３５４と四分の一波長板３５６との間に挿入され、四分の一波長板３５４及び３５６の高速軸方向３６０及び３６２に対して約４５°の角度の高速軸３６４を有している。この回転子３５０は、任意の偏光状態を、偏光配向が９０°回転させられた古い状態に対応する新しい偏光状態に変換する。このような偏光回転子は、例えば、どちらも引用によって本明細書に全体的に組み込まれる、K. H. Schusterに発行された米国特許第６０８４７０８号明細書及びG. Martinに発行された米国特許第６３２４００３号明細書に記載されている。
【０１３３】
二分の一波長板３５６以外の、弱いリターダンスを有する要素（図示せず）を、回転子３５０の性能にほとんど影響を与えずに四分の一波長板３５４と四分の一波長板３５６との間に配置することもできる。これらの追加的な要素は、例えば、被駆動光学要素を含んでよい。これらの波長板３５４、３５６、及び３５８は、応力誘起複屈折を用いるか又は単軸性材料を用いて作製することができる。立方晶系基板に応力をかけることによって波長板を作製した場合、応力複屈折係数は、［１００］結晶格子方向が系の光軸３５２に沿って揃えられたときに最高になる。［１００］方向に沿った応力複屈折係数は、［１１１］格子方向に沿った係数よりも４倍以上大きい。したがって、所与のプレート厚さの場合、［１００］結晶格子方向が光軸３５２に沿うように波長板を配向させることによって、所与のリターダンスを発生させるのに必要な応力を最小限に抑えることができ、立方晶系応力要素は、この配向で使用されることが少なくない。例えば、引用によって本明細書に組み込まれる、S. Sakuma等に発行された米国特許第６２０１６３４号明細書及びG. Martinに発行された米国特許第６３２４００３号明細書を参照されたい。
【０１３４】
実際の四分の一波長板は、開口数及び複屈折値に依存する残留リターダンス誤差を有する。図３１Ｂでは、推定された残留リターダンス誤差が、０．０から０．５までの開口数範囲及び１×１０-6から１×１０-4までの固有複屈折の範囲にわたって描かれている。これらの範囲にわたって、残留リターダンス誤差は８分の１波未満であり、この結果は、波長板で構成された実際の回転子の性能が、リソグラフィレンズのような多数の用途における補償について許容できる性能であることを示唆している。
【０１３５】
図３１Ａに示されている回転子とは異なる他の種類の偏光回転子３５０を使用することもできる。このような偏光回転子には、ファラデー回転子や、石英結晶（水晶）や砂糖水のような光学活性を有する材料を用いて構成された回転子が含まれるが、それらに限らない。水晶回転子を作製する際、材料は、複屈折軸が光軸に平行になり、一方、複屈折軸が水晶直線リターダにおける光軸に垂直になるように切断される。
【０１３６】
さらに、図３１Ａに示されている偏光回転子３５０は偏光を９０°回転させるが、９０°の奇整数倍（すなわち、±９０°、±２７０°など）も実現される場合には、偏光収差を補償し軽減することができる。例えば、任意の偏光を伝搬方向の周りに±２７０°回転させる偏光回転子を、光学系３００の、等価の複屈折を有する２つの部分３２２、３２４間に位置させることができる。
【０１３７】
さらに、９０°の回転が、光学系３００の軸３０２に沿った１つの位置に導入されるが、光学系３００はこのように限定されない。他の設計では、９０°の奇数の回転子を使用することができる。例えば、各々が偏光を９０°回転させる３つの偏光回転子を光学系３００内の３つの位置に挿入することができる。この３つの９０°偏光回転子は光学系を４つの部分に分離することが好ましい。これらの位置は、４つの部分のそれぞれからの複屈折がほぼ打ち消されるように選択されることが好ましい。他の設計では、偏光を９０°以外の量だけ回転させることができる。具体的には、奇数個ｎの回転子がある場合、各回転子の回転は１８０°／（ｎ＋１）であってよい。例えば、各々が偏光を４５°回転させる３つの偏光回転子を光学系３００内の３つの位置に挿入することができる。この３つの４５°偏光回転子は光学系を４つの部分に分離することが好ましい。これらの位置は、４つの部分の各々からの複屈折がほぼ打ち消されるように選択されることが好ましい。回転子を用いて固有複屈折を打ち消すには多数の方法が可能であり、これらの例は例示的なものに過ぎず、制限的なものではない。単一回転子による解決策は、簡素であるため、通常、非常に費用的に有効であることが予想される。
【０１３８】
さらに、偏光回転子３５０を形成するものとして非被駆動波長板３５４、３５６、３５８は、示されているが、他の設計では波長板（及び／又は回転子）機能をレンズ機能と一体化してもよい。波長板３５４、３５６、及び３５８は、例えば湾曲面を含んでよく、したがって、光学系３００の動作に寄与するパワーを有してよい。このような一体化は設計の複雑さを増すが、追加的な可能性ももたらす。したがって、動力を含む偏光回転要素が可能であると考えられる。
【０１３９】
さらに、光学系の２つの部分３２２、３２４の複屈折が、完全には一致せずに、互いに対して回転させられるときには、９０°以外の回転が望ましいこともある。例えば、光学系３００の第１及び第２の部分３２２、３２４の複屈折が、互いに対して約１０°回転させられる複屈折を有する場合、２つの部分３２２及び３２４間に１００°偏光回転子を挿入して、２つの部分３２２、３２４によってもたらされるリターダンスを補償し打ち消すことができる。
【０１４０】
実施例４：
被駆動屈折光学要素を有する他の例示的な全屈折投影レンズ４００が図３２に示されている。このような例示的な撮像レンズ４００は、フォトリソグラフィに用いることができ、特に半導体製造産業に用いることができる。Y. Ohmuraに発行されたヨーロッパ特許第１１３９１３８Ａ１号に開示された同様のレンズは、中心波長１９３．３ナノメートルで動作するように構成されており、開口数０．７５で４Ｘ縮小を行い、２７．５ｍｍの像視野直径を有している。この設計は、光軸４０２上に揃えられ、各レンズ要素Ｌ１〜Ｌ２８がフッ化カルシウム及び溶融シリカで構成された、２８個の光学要素Ｌ１〜Ｌ２８を使用している。光学要素Ｌ１〜Ｌ２８上の３つの表面は非球面である。これらの光学要素Ｌ１〜Ｌ２８はＵＶ光をほぼ透光させる。図３２に示されているレンズ４００は、図３２のレンズ４００のすべてのレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２８がフッ化カリウムを有し、かつ計算の都合上、−１２×１０-7の固有複屈折を有すると仮定されていることを除いて、ヨーロッパ特許第１１３９１３８Ａ１号に開示されたのとほぼ同じレンズ規定を有している。しかし、他の実施形態では、レンズ要素Ｌ１〜Ｌ２８のうちのいくつかを非立方晶系材料で形成することも、追加的なレンズ要素又は他の透光要素を非立方晶系材料で形成することもできる。例えば、乾燥した溶融シリカのような様々な適切な非立方晶系材料を使用することができる。
【０１４１】
図３２は、例えばレチクルやフォトマスクであってよい物体面４０４と、例えば、像が形成される基板であってよい像面４０６と、開口絞りＡＳ４０８とを有する撮像レンズ４００を示している。
【０１４２】
固有複屈折の影響を含まない公称構成についての射出瞳全体にわたるＲＭＳ及び最大リターダンス及びダイアテニュエーションが、相対視野高さが０、０．７、及び１．０について、表６に列挙されている。リターダンス及びダイアテニュエーションは、モデルに用いられる単一層反射防止コーティングによって生じる。リターダンスは、半径方向に配向させられ、瞳の縁部で最大になる。
【０１４３】
【表６】
2005508018.tif 000008
【０１４４】
表７は、固有複屈折の影響のない公称設計についてのＲＭＳ及び山対谷波面誤差を示している。波面誤差は、Ｙ方向における相対視野高さ０、０．７、及び１．０について与えられ、２つの直交偏光成分について列挙されている。Ｘ成分は、系の射出瞳におけるＸ方向に沿った線形偏光子を仮定した場合の、Ｘ方向の入力偏光に対する波面誤差を表している。Ｙ成分は、射出瞳におけるＹ方向に沿った線形偏光子を仮定した場合の、Ｙ方向の入力偏光に対する波面誤差を表している。立方晶系光学要素がないか、又は固有複屈折の影響を考慮しない場合、この公称設計は０．００４波のピークＲＭＳ波面誤差を含んでいる。
【０１４５】
【表７】
2005508018.tif 000009
【０１４６】
図３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ、及び３３Ｄは、固有複屈折の影響を含まない公称設計についての等高線図としてシステム射出瞳において描かれた波面誤差を示している。図３３Ａ及び３３Ｂは、視野高さに垂直なＸ方向の入力偏光に対応する、それぞれ中心視野点及び極端視野点のＸ方向における射出瞳アナライザと一緒に用いた場合の、図３２に示されている例示的なレンズ４００の残留波面誤差の等高線図である。中心視野点における波面誤差の場合、最大山対谷光路差は波長１９３．３ナノメートルで０．０１７波であり、極端視野点における波面誤差の場合、最大山対谷光路差は０．０２２波である。図３３Ｃ及び３３Ｄは、視野高さに平行なＹ方向の入力偏光に対応する、それぞれ中心視野点及び極端視野点のＹ方向における射出瞳アナライザと一緒に用いた場合の、図３２に示されている例示的なレンズ４００の残留波面誤差の等高線図である。中心視野点における波面誤差の場合、最大山対谷光路差は波長１９３．３ナノメートルで０．０１７波であり、極端視野点における波面誤差の場合、最大山対谷光路差は０．０２９波である。
【０１４７】
表８は、相対視野高さ０、０．７、及び１．０における、点拡散関数の重心に基づいて算出された公称設計の歪み、及びＹ方向のテレセントリシティ誤差を示している。歪みとは、理想的な位置からの像位置の逸脱である。リソグラフィシステムでは集積回路の１つの層上に印刷されたフィーチャが、場合によっては異なるリソグラフィツールを用いて製造される他の層と厳密に位置合わせされるように、歪みを軽減するか又は最小限に抑えることが好ましい。物体と像が完全に集束されないときでも歪みを調節しなければならないので、光のコーンは物体及び像に対して垂直でなければならない。垂直でない場合、焦点位置に応じて像の重心が逸脱する（すなわち、焦点依存歪み）。像コーンの垂直入射からの逸脱はテレセントリシティ誤差と呼ばれる。
【０１４８】
【表８】
2005508018.tif 000010
【０１４９】
図３２に示されているレンズ４００内の光学要素Ｌ１〜Ｌ２８がそれぞれ、図３２において固有複屈折を示す立方晶系材料を含むとき、光学性能は著しく低下する。図３４Ａ及び３４Ｂは、すべての要素Ｌ１〜Ｌ２８が、三次元においてほぼ同一に揃えられた立方晶系結晶を含み、［１１０］結晶軸が光軸４０２に沿う方向に向けられた、例示的な実施形態による（物体視野高さ０ｍｍ及び５５ｍｍにおける）視野の中心及び縁部における視野点のシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示している。これらのプロットでは、リターダンス配向は二分の一波（πラジアン又は９０°）間隔で９０°回転し、すなわち、０°での０．７５波リターダの効果は９０°での０．２５波リターダと同じである。したがって、この例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルで約２．１波である。
【０１５０】
図３５Ａ及び３５Ｂは、すべての要素が三次元において同一に揃えられ、要素のＬ１〜Ｌ２８の［１００］結晶軸方向が光軸４０２に平行である、他の例示的な構成による、それぞれ視野４０４の中心及び縁部における視野点のシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示している。この場合も、リターダンス配向は二分の一波間隔で９０°回転し、したがって、この例における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルで約１．５波である。
【０１５１】
図３６Ａ及び３６Ｂは、すべての要素が三次元において同一に揃えられ、様々な光学要素のそれぞれの［１１１］結晶軸が光軸４０２に沿う方向に向けられた、他の例示的な構成による、それぞれ視野４０４の中心及び縁部における視野点の系の射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示している。この例示的な構成では、固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルで約０．８波である。
【０１５２】
光学要素Ｌ１〜Ｌ２８の各々の結晶軸を三次元において同一に配向させた場合、固有複屈折によって生じたリターダンスは大きな波面収差を発生させる。補償を行わないと、この収差は、フォトリソグラフィプロセス、特に、今日の半導体製造産業における小さなフィーチャサイズを作製するのに用いられるフォトリソグラフィプロセスに必要な望ましい波面誤差を大きく上回る。
【０１５３】
リターダンス収差を軽減するために、図３７に示されているように、少なくとも１つの偏光変換器４１０が光学系４００に挿入される。偏光変換器４１０は、光学系４００内に配置され、それによってシステムを第１及び第２の（前方及び後方の）群４１２及び４１４に分割する９０°偏光回転子を有している。前方の群４１２内の立方晶系要素によって生じる正味のリターダンスは、大きさと瞳及び視野位置による変化の点で、後方の群４１４によって生じる正味のリターダンスとほぼ同様であることが好ましい。偏光回転子４１０の位置は、第２の群４１４によって導入されるリターダンスが、固有複屈折によって生じるリターダンスを補償できるように選択されることが好ましい。
【０１５４】
９０°偏光回転子４１０だけでなく、−９０°偏光回転子４２０も、９０°回転子４１０によって生じる円リターダンスを打ち消すために物体面４０４と第１のレンズ要素Ｌ１との間に付加される。レンズモデルにおいてこの第２の偏光変換器４２０を付加すると、９０°に対するリターダンスの差を算出するうえで助けになる。第２の回転子を用いた場合、設計者は、リターダンスの大きさをゼロに縮小するだけでよい。第２の回転子を用いない場合、設計者は、リターダンスの大きさ及び形状を監視し、例えば、リターダンスの大きさ及び形状が瞳全体にわたってほぼ一定になるように、設計を調整する。この後者の評価関数は、２倍多い数の項を有し、計算及び最適化により時間がかかる。
【０１５５】
視野によるリターダンスの変化を最小限に抑えるには、ピーク複屈折ノードが光軸４０２に沿う方向に向けられ、かつ外側ピーク複屈折ローブが光軸４０２に対して６０°の角度になるように、各光学要素Ｌ１〜Ｌ２８Ｂを、その［１１０］結晶格子方向が系の光軸４０２にほぼ平行になるように配向させる。
【０１５６】
さらに、図３７に示されているレンズ４００では、図３２の例示的なレンズ系では１つの要素Ｌ２７として組み合わされた２つのレンズ要素Ｌ２７Ａ及びＬ２７Ｂがそれぞれ、同じ総厚さ及びパワーを有する２つの要素に分割されている。さらに、図３２のレンズ系では、１つの要素Ｌ２８として組み合わされた２つのレンズ要素Ｌ２８Ａ及びＬ２８Ｂがそれぞれ、同じ総厚さ及びパワーを有する２つの要素に分割されている。これらのレンズは、図３２及び３７では斜線で示されている。セグメントＬ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ及びＬ２８Ｂの各組の厚さと、それらのセグメント間のそれぞれの埋め込み面４１８及び４２２の曲率は、正味系リターダンスを最小限に抑えるように最適化されている。これらの追加的な自由度は、レンズ４００の再構成を必要とせずに実現可能なリターダンス補償を向上させるように示されている。
【０１５７】
平均屈折率のばらつきによる残留非点収差を補償するトロイダル表面４２４も、斜線で識別された１つの光学要素Ｌ１９上に設けられている。立方晶系格子における固有複屈折によってもたらされる他の影響は、結晶を通る光線角度の関数として平均屈折率のばらつきである。固有複屈折によって生じるリターダンス誤差を補償するだけでなく、平均屈折率のばらつきによる残留波面収差を補正することができる。補正を行わない場合、平均屈折率のこのばらつきによって波面に非点収差が生じる。そのため、光学設計の屈折率によって波面に非点収差が生じる可能性がある。そのため、光学設計は、平均屈折率のばらつきの影響を補償するためにこのトロイダル面４２４を含んでいる。このトロイダル面４２４は、Ｙ方向に沿って−２１８．６０７３１ｍｍ、Ｘ方向に沿って−２１８．６０３７８９ｍｍの曲率半径を有している。
【０１５８】
これらの技術を適用して、９０°偏光回転子４１０の前に位置する要素Ｌ１〜Ｌ２４のリターダンス寄与を、９０°偏光回転子４１０の後に位置する要素Ｌ２５〜Ｌ２８の正味のリターダンスとほぼ釣り合わせ、大開口数のリソグラフィシステムに許容できる全体的な波面補正を可能にすることができる。
【０１５９】
リターダンス補償のさらなる改善は、光軸４０２の周りでのレンズ要素Ｌ１〜Ｌ２８の相対的な回転を最適化することによって行うことができる。光学要素Ｌ１〜Ｌ２８のうちの１つ又は複数を光軸４０２の周りで回転させるプロセスは、クロッキング(clocking)と呼ばれる。光学要素Ｌ１〜Ｌ２８自身のこの形態の回転を用いて、正味のリターダンスを軽減することができる。これは、瞳面を横切る複屈折軸が、それぞれの異なる要素Ｌ１〜Ｌ２８によって導入されるリターダンスを少なくとも部分的に打ち消すように再配向させられるからである。
【０１６０】
一実施形態では、レンズ要素Ｌ１〜Ｌ２８は、表９に与えられているクロッキングを有している。各要素のクロッキングは、リターダンス軸をＸ軸（水平、指定された視野に垂直な方向）にほぼ平行にして配向させた配向であって光軸４０２に沿ってピーク複屈折を生じさせる配向に対して与えられる。
【０１６１】
【表９】
2005508018.tif 000011
【０１６２】
したがって、所与のレンズ規定は、少なくとも１つの個々のレンズ要素（この場合はＬ２７又はＬ２８）を２つ以上のサブ要素Ｌ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ、Ｌ２８Ｂに分割する（サブ要素Ｌ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ、Ｌ２８Ｂと交換する）ことによって改善することができる。サブ要素Ｌ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ、Ｌ２８Ｂは、それぞれ、元のレンズ規定の全体的な光学品質が悪影響を受けないように、同じ全体的な曲率半径を含むとともに同じ厚さを含んでいる。個々の各要素Ｌ２７、Ｌ２８を交換する場合、サブ要素Ｌ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ、Ｌ２８Ｂは、サブ要素が組み合わされて置き換わる個々のレンズ要素Ｌ２７、Ｌ２８を用いて実現できるリターダンス補正に対して正味のシステムリターダンスを軽減するように配向させられる。サブ要素Ｌ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ、Ｌ２８Ｂはそれぞれ、光軸４０２に沿って同じ結晶軸と揃えることができ、かつサブ要素Ｌ２７Ａ、Ｌ２７Ｂ及びＬ２８Ａ、Ｌ２８Ｂは互いに対してクロッキングすることができる。例えば、各サブ要素は［１１０］光学要素又は［１００］光学要素であってよい。他の例示的な実施形態では、サブ要素は、光軸に沿って揃えられたそれぞれの異なる結晶軸を含んでよく、例えば、［１００］光学要素や［１１０］光学要素であってよい。
【０１６３】
一実施形態では、補償を微調整できるように、図３２の光学要素Ｌ２７が図３７の２つの［１１０］光学サブ要素Ｌ２７Ａ及びＬ２７Ｂに分割され、図３２の光学要素Ｌ２８が図３７の２つの［１１０］光学サブ要素Ｌ２７Ａ及びＬ２７Ｂに分割される。図３７のレンズサブ要素Ｌ２８Ａ及びＬ２８Ｂの組合せ厚さは、図３２のレンズ要素Ｌ２８の厚さとほぼ同じである。埋め込み面４１８及び４２２の厚さ及び曲率半径は、瞳の中心及び縁部の所のリターダンス収差を調節するのを可能にする。表１０は、要素Ｌ２７及びＬ２８を分割することによって形成される光学サブ要素のクロッキング、曲率半径、及び厚さを列挙したものである。
【０１６４】
【表１０】
2005508018.tif 000012
【０１６５】
図３８Ａ及び３８Ｂは、系４００における、−９０°回転子４１０と９０°回転子４２０との間の前部群４１２内の光学要素Ｌ１〜Ｌ２４のシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。リターダンスは、固有複屈折及び反射防止コーティングによって生じる。すでに表６に示されているように、コーティングの寄与は比較的小さく、したがって、大部分のリターダンス収差は固有複屈折によるものである。図３８Ａは中心視野点における正味のリターダンスを示し、図３８Ｂは縁部視野点における正味のリターダンスを示している。図３８Ａ及び３８Ｂでは、リターダンスが中心視野点と縁部視野点とでほぼ同様であり、各要素Ｌ１〜Ｌ２４を、その［１１０］結晶格子方向が光軸４０２に沿うように揃えると、視野高さの変化による入射角度の変化に対する感度が低くなることも分かる。
【０１６６】
図３９Ａ及び３９Ｂは、系４００の、９０°回転子４１０と像面４０６との間の後部群４１４内の光学要素Ｌ２５〜Ｌ２８Ｂのシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。図３９Ａは中心視野点における正味のリターダンスを示し、図２９Ｂは縁部視野点における正味のリターダンスを示している。
【０１６７】
図３８Ａ、３９Ａ、３８Ｂ、及び３９Ｂを比較すると、系４００の前部群４１２からの正味のリターダンスは、系４００の後部群４１４からの正味のリターダンスと、瞳全体にわたってほぼ同様であると共に、中心視野点及び縁部視野点においてほぼ同様である。したがって、９０°回転子４１０が各構成偏光状態を９０°回転させるので、系４００の後部群４１４によって導入されるリターダンスは、系４００の前部群４１２によって導入されるリターダンスを補償する。
【０１６８】
図４０Ａ及び４０Ｂは、９０°回転子４１０及び−９０°回転子４２０を含むすべての要素Ｌ１〜Ｌ２８Ｂの固有複屈折による、中心視野点及び縁部視野点におけるシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。図示のように、正味のリターダンスは、図３４Ａ及び３４Ｂに示されている回転子４１０及び４２０を有さないすべての［１１０］要素のリターダンスと比べて、両方の視野において著しく軽減されている。
【０１６９】
射出瞳上のＲＭＳ及び最大リターダンスが、相対視野高さ０、０．７、及び１．０について、以下の表１１に列挙されている。これには、固有複屈折の影響と、モデルに用いられている単一層反射防止コーティングの影響が含まれている。相対視野高さ０．０は、結果が図４０Ａに示されている中心視野点に対応しており、相対視野高さ１．０は縁部視野点に対応しており、そのリターダンス寄与は図４０Ｂに示されている。ＲＭＳリターダンスは、λ0＝１９３．３ｍｍで０．０００３３波から０．００６５波の範囲である。
【０１７０】
【表１１】
2005508018.tif 000013
【０１７１】
偏光変換器４１０及び４２０を含まないすべての［１１０］要素を用いた場合のリターダンスは、図３４Ａ及び３４Ｂに示されている。２つの回転子４１０及び４２０を用い、要素Ｌ１〜Ｌ２８Ｂの最適化されたクロッキングを行い、かつ２つの要素Ｌ２７及びＬ２８を分割したところ、最大リターダンスは、λ＝１９３．３ｎｍで軸方向視野（１０７Ｘ縮小）については２．１２波から０．０１９８波に減少し、極端視野（５６Ｘ縮小）では２．１４波から０．０３８３波に減少した。
【０１７２】
固有複屈折の影響を含む補償された設計についてのＲＭＳ及び山対谷波面誤差が表１２に示されている。波面誤差は、Ｙ方向における相対視野高さ０、０．７、及び１．０について与えられ、２つの直交偏光成分について列挙されている。Ｘ成分は、システム射出瞳におけるＸ方向に沿った線形偏光子を仮定した場合の、Ｘ方向の入力偏光に対する波面誤差を表している。Ｙ成分は、射出瞳におけるＹ方向に沿った線形偏光子を仮定した場合の、Ｙ方向の入力偏光に対する波面誤差を表している。０．０１０波から０．０１４波まで変化するＲＭＳ波面誤差が得られる。山対谷波面誤差は、すべての要素がほぼ同一に配向させられた［１１０］光学要素、［１００］光学要素、又は［１１１］光学要素である例示的なレンズでは、約８から２２の範囲の係数（ファクタ）だけ軽減される。したがって、この実施形態は、固有複屈折の影響を、大開口数リソグラフィに許容できるレベルまで軽減できることを実証する。
【０１７３】
【表１２】
2005508018.tif 000014
【０１７４】
図４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、及び４１Ｄでは、波面誤差が系の射出瞳において等高線図として描かれている。図４１Ａ及び４１Ｂは、視野高さに垂直なＸ方向の入力偏光に対応する、それぞれ中心視野点及び極端視野点の、Ｘ方向における射出瞳アナライザと一緒に用いた場合の、図３７に示されているレンズ４００の残留波面誤差の等高線図である。中心視野点の場合、最大山対谷光路差は波長１９３．３ナノメートルで０．０５６波であり、極端視野点では、最大山対谷光路差は０．０９７波である。図４１Ｃ及び４１Ｄは、視野高さに平行なＹ方向の入力偏光に対応する、それぞれ中心視野点及び極端視野点の、Ｙ方向における射出瞳アナライザと一緒に用いた場合の、図３７に示されているレンズ４００の残留波面誤差の等高線図である。中心視野点の場合、最大山対谷光路差は波長１９３．３ナノメートルで０．０５０波であり、極端視野点では、最大山対谷光路差は０．０８８波である。
【０１７５】
相対視野高さ０、０．７、及び１．０における、点拡散関数に基づいて算出された、固有複屈折を有する補償された設計の重心歪み、及びＹ方向のテレセントリシティ誤差が、以下の表１３に示されている。図示のように、表８に与えられている固有複屈折を有さない公称設計の歪みと比べて、最大Ｘ歪みが約−０．３ｎｍ大きくなり、最大Ｙ歪みが６．７ｎｍ大きくなっている。設計の曲率をいくらか調整することによって、このような歪みの変化を補償し軽減することができる。公称設計に対するテレセントリシティ誤差の変化は無視することができる。
【０１７６】
【表１３】
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【０１７７】
図３７に示されているレンズ４００は、３０個の屈折光学要素Ｌ１〜Ｌ２８Ｂを含んでいたが、他の実施形態は、反射性、回折性、および／または屈折性であってよい３０個のよりも多いかまたは少ない光学要素を有してよい。同様に、光学要素は、球面を有しても非球面を有してもよく、被駆動式であっても非被駆動式であってもよく、オフアクシスであってもオンアクシスであってもよい。他の透光性要素は、回折光学要素およびホログラフィ光学要素、プレート、フィルタ、ミラー、ビームスプリッタ、窓などを含んでよい。さらに、すべての光学要素が同じ材料を含む必要はない。これらの光学要素は、結晶性であっても、アモルファスガラスのように非晶質であってもよい。少なくともいくつかの要素が結晶性である場合、それらの要素はすべてが同じ結晶配向である必要はない。例えば、［１１１］結晶方向、［１００］結晶方向、および／または［１１０］結晶方向を有する立方晶系光学要素の様々な組合せを好適に使用することができる。
【０１７８】
実施例５：
図４２に示されているような、屈折光学要素Ｌ１〜Ｌ１９と反射光学要素Ｍ１〜Ｍ３の両方を有する反射屈折光学系５００を、フォトリソグラフィ用の投影レンズとして用いることができる。このような例示的なレンズ５００は、内容が引用によって本明細書に組み込まれる、Y. Ohmuraによる米国特許第６１９５２１３号明細書に開示されている。この系５００は、物体視野５０２、及び像視野５０４、ならびに複数の光軸を含んでいる。系５００は２つのアーム５０６および５０８に分離されており、第１のアーム５０６は、一部のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ８と、第１の光軸に沿ってほぼ揃えられた第１のミラーＭ１とを含んでいる。第２のアーム５０８は、第２の光軸に沿ってほぼ揃えられた残りのレンズ要素Ｌ９〜Ｌ１９を含んでいる。２つのアームは、平面折り畳みミラーＭ２およびＭ３を介して光学的に接続されている。系５００は有利なことに、中心波長λ0＝１９３．３ｍｍ及び開口数０．７５で動作し、４Ｘ縮小を行う。像視野５０４は、直径が３４．２５ｍｍであるが、中間像における折り畳みミラーＭ２は光線を部分的に遮り、折り畳まれた光線の平面内の第２の光軸に対して５ｍｍから１７．１２５ｍｍの高さに延びる像視野５０４を与える。米国特許第６１９５２１３号明細書でY. Ohmuraによって示された設計では、すべてのレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９が溶融シリカで構成されているが、立方晶系材料、特に立方晶系フッ化カルシウムを含んでよい。結果が以下に与えられている計算の都合上、各透過性光学要素は−１２×１０-7の固有複屈折を有すると仮定されている。しかし、他の例示的な実施形態によれば、レンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９のうちのいくつかを非立方晶系材料で形成しても、非立方晶系材料で形成された追加的なレンズ要素または他の透光性要素を使用してもよい。乾燥溶融シリカなどの種々の公的な非立方晶系材料が、紫外光での動作のために使用可能である。
【０１７９】
固有複屈折を含まない公称設計についての、射出瞳上のＲＭＳ及び最大リターダンス及びダイアテニュエーションが、像視野高さ５ｍｍ、１１ｍｍ、及び１７．１２５ｍｍについて以下の表１４に列挙されている。リターダンス及びダイアテニュエーションは、モデルに用いられる単一層反射防止コーティングによって生じる。リターダンスは、半径方向外側に変化し、瞳の縁部で最大になる。反射防止コーティングのみによるリターダンスは比較的小さい。
【０１８０】
【表１４】
2005508018.tif 000016
【０１８１】
立方晶系材料に関連する固有複屈折の影響を考慮すると、系の性能は著しく低下する。図４３Ａ及び４３Ｂは、図４２に示されているすべての屈折レンズ要素が三次元において同一に揃えられ、要素Ｌ１〜Ｌ１９の［１１０］結晶軸が特定のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９のそれぞれの光軸に沿っている例示的な実施形態による、それぞれ５ｍｍ及び１７．１２５ｍｍの像視野点についての射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。図４３Ａ及び４３Ｂは、固有複屈折の影響を含んでいる。図４３Ａ及び４３Ｂに与えられているリターダンス瞳図、及び正味のリターダンスの大きさが０．５波を超える以下の他の図では、リターダンスは「モジュロ１波」として描かれている。したがって、リターダンス配向は二分の一波間隔で９０°回転し、すなわち、０°での０．７５波リターダの効果は９０°での０．２５波リターダと同じである。したがって、この例示的な構成における固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルでは視野高さ５ｍｍおよび１７．１２５ｍｍで約０．８波である。
【０１８２】
図４４Ａ及び４４Ｂは、図４２に示されているレンズ系５００の結晶格子配向の他の例示的な実施形態についてのリターダンスのグラフである。図４４Ａ及び４４Ｂでは、固有複屈折の影響を含む、システム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスは、視野の中心及び縁部の所の視野点について示されており、すべての要素Ｌ１〜Ｌ１９の結晶軸は三次元において同一に揃えられており、それら要素の［１００］結晶軸は、特定のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９のそれぞれの光軸に沿っている。この場合も、リターダンス配向は二分の一波間隔で９０°回転し、したがって、固有複屈折によるピークリターダンスは、リターダンスが「モジュロ１波」として描かれない場合、波長１９３．３ナノメートルでは像高さ５ｍｍで約１．４波であり、極端視野で１．２波である。
【０１８３】
図４５Ａ及び４５Ｂは、図４２に示されているレンズ系５００の結晶格子配向の他の例示的な実施形態のリターダンスのグラフである。図４５Ａ及び４５Ｂでは、システム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスは、視野１０２の中心及び縁部の所の視野点について示されており、すべての要素Ｌ１〜Ｌ１９は、三次元において同一に揃えられた結晶軸を有しており、［１１１］光学要素については、［１１１］結晶方向が特定のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９の光軸にほぼ平行である。固有複屈折によるピークリターダンスは、波長１９３．３ナノメートルでは像高さ５ｍｍ及び１７．１２５ｍｍで約０．５波である。
【０１８４】
これらの立方晶系要素は、光軸における結晶軸の方向に基づいて［１１１］光学要素として表されている。光学系を通って伝搬するビーム中の多数の光線が光軸の周りに密集するので、多くの光線は結晶軸に平行である。レンズ設計が対称的であるため、要素の光軸は系の光軸に対応する。
【０１８５】
図４３Ａ〜４５Ｂに示されている前述の３つの例はそれぞれ、各結晶要素をそれぞれの光軸に対して同一に配向させたときに、固有複屈折によって大きなリターダンス収差、したがって大きな波面収差が発生することを示している。補償を行わないと、この収差は、高精度フォトリソグラフィの許容波面誤差を大きく上回る。
【０１８６】
この波面収差を補正するために、光学系５００に２つの偏光回転子５１０及び５２０を付加し、図４６に示されている屈折光学要素Ｌ１〜Ｌ１９の固有複屈折によって発生するリターダンスを軽減する。すべてのこれらの光学要素Ｌ１〜Ｌ１９は、この実施形態では同一の三次元結晶格子方向に配向させられており、［１１１］要素である。各要素Ｌ１〜Ｌ１９の［１１１］結晶格子方向は、系の光軸に沿っている。
【０１８７】
光学系を構成する場合、それぞれの［１１１］結晶格子方向が系の光軸に沿ったできるだけ多くの立方晶系要素を選択すると、特に有利である。ＶＵＶ光学リソグラフィシステム用のＣａＦ2結晶などの高純度立方晶系結晶は、（１１１）面に沿って自然に劈開し、単結晶は［１１１］方向に沿ってより容易に成長する。その結果、［１１１］光学要素構成用のレンズブランクは、通常、他の格子方向に沿って配向させられたレンズブランクよりも安価であり、かつより容易に入手できる。さらに、応力光学係数は［１００］方向または［１１０］方向に沿った方向よりも［１１１］方向に沿った方向の方が小さく、取付け(mount)誘起応力による像の劣化が軽減される。したがって、［１１１］屈折光学要素を有するすべての被駆動立方晶系要素が、そのそれぞれの［１１１］結晶軸が光軸に沿うように配向させられた、この好ましい構成の一例が示されている。
【０１８８】
しかし、他の実施形態は、結晶軸が異なるように配向させられた他の立方晶系材料を含む光学要素を含んでよい。レンズは、例えば、それぞれの［１００］結晶方向及び［１１０］結晶方向が光軸５４０にほぼ平行な１つ以上の［１００］光学要素及び／又は［１１０］光学要素を含んでよい。このようなレンズ要素は、適切にクロッキングされ、例えば［１１１］光学要素によって生じるリターダンスを補償するために含めることができる。しかし、光学系において光線が通過する立方晶系光学要素の大部分、より好ましくはそのようなほとんどの立方晶系光学要素が［１１１］光学要素を有することが好ましい。例えば、光学系５００内の光線の経路内の立方晶系光学要素の７０％、８０％、９０％あるいはそれ以上が［１１１］立方晶系光学系を有することが好ましい。これらの割合は、立方晶系レンズ要素のみに適用しても、レンズ要素と、例えば波長板のような他の光学要素の両方を含んでもよい。あるいは、レンズ５００の光路内のすべての立方晶系材料のうちの［１１１］立方晶系結晶の質量％は好ましくは５０％を超え、より好ましくは少なくとも約８０％であり、最も好ましくは９０％以上である。この割合は、被駆動屈折光学要素と、被駆動光学要素及び波長板、窓などの非駆動光学要素とを含んでよい。例えば、立方晶系レンズの正味の質量の９０％は、光軸に沿って配向させられた［１１１］軸を有する立方晶系結晶を含んでよい。他の例では、偏光回転子を形成する波長板を含む立方晶系光学系の正味の質量の８０％は、［１１１］軸が光軸に平行な［１１１］立方晶系結晶であってよい。このような系の材料のコストは、より多くの［１１０］結晶材料または［１００］結晶材料を使用する光学系と比べて、著しく安くなる。リターダンス収差を軽減するうえで偏光変換器を用いると、このような大きな質量％の［１１１］結晶材料を、系の光学性能を不当に劣化させずに使用することができる。他の実施形態では、いくつかのレンズ要素又は他の光学要素を非立方晶系材料で形成しても、非立方晶系材料で形成された追加的なレンズまたは光学要素を使用してもよい。乾燥溶融シリカのような様々な適切な非立方晶系材料も、より低コストの材料として利用することができる。
【０１８９】
しかし、上述のように、図４６に示されているレンズ５００内のすべての屈折光学要素Ｌ１〜Ｌ１９は、［１１１］結晶方向が光軸に平行な［１１１］立方晶系結晶を含んでいる。９０°回転子５１０は、１６番目のレンズ要素Ｌ１６と１７番目のレンズ要素Ｌ１７との間に位置しており、正味のシステムリターダンスを軽減する。−９０°回転子５２０は、物体面５０２と第１の要素Ｌ１との間に位置している。計算の都合上、回転子５１０及び５２０は、各構成偏光状態が厳密に９０°または−９０°回転させられるような理想的な偏光回転子であると仮定する。さらに、偏光回転子５１０及び５２０はゼロ厚さを有すると仮定する。上述のように、レンズ規定を有限厚さ回転子３１０及び３２０向けに調整し最適化することができる。
【０１９０】
上述のように、９０°偏光回転子５１０はレンズ５００を２つの部分、すなわちレンズ５００の前方部分および後方部分に分割する。回転子５１０の位置は、系５００の前方部分における立方晶系要素Ｌ１〜Ｌ１６によって生じる正味のリターダンスの、視野及び瞳位置の関数としての大きさ及び配向が、系５００の後方部分における立方晶系要素Ｌ１７〜Ｌ１９Ｂによって生じる正味のリターダンスと同様になるように選択される。回転子５１０は、個々の要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂのリターダンス寄与を釣り合わせて波面補正を行い、固有複屈折によって生じる正味のリターダンスを、特定の用途、例えば大開口数リソグラフィシステムに許容されるレベルまで軽減するのを可能にする。
【０１９１】
この設計を用いた場合、系は９０°の一様な円リターダンスを有し、入力が受ける波面収差は少なくなる。ただし、９０°の円リターダンスが導入されるため、偏光状態は物体面（レチクル）と像面（ウェハ）との間で９０°回転させられる。９０°からのリターダンスの逸脱の大きさを評価するために、−９０°の完全な円リターダ５２０（すなわち、−９０°回転子）が物体と第１のレンズ要素との間に挿入されている。第２の回転子は、第１の回転子によって導入されたほぼ一定の９０°の円リターダンスを打ち消し、小さな残留リターダンス収差のみを残す。この第２の回転子５２０は、この例では、計算の助けとして用いられ、入力偏光と出力偏光が同一である必要がないかぎり（通常そうする必要はない）、特定の光学系に含めても含めなくてもよい。小さいリターダンスばらつきを視覚化し、大きい一定の９０°の円リターダンスを削除する方がずっと容易である。第２の回転子は、最適化評価関数の作成も簡略化する。これは、リターダンスの大きさを含めるだけでよく、リターダンスの形状を含める必要がないからである。第２の回転子５２０をレンズモデルに挿入すると、設計者が９０°からのリターダンスの逸脱の大きさを小さくできるようになることによって、系５００の最適化も容易になる。しかし、追加的な回転子５２０は、光学系５００に追加的な複雑さ及びコストを導入する。
【０１９２】
アーム５０６及び５０８の各々における光軸は、Ｚ軸にほぼ沿っており、視野はＹ方向に配向させられ、右手座標系が使用され、したがって、光軸の周りの９０°の回転は、Ｙ軸の方へのＸ軸の回転を表す。回転子５１０、５２０の順序は、９０°回転子５１０が物体空間で使用され、−９０°回転子５２０が１６番目のレンズＬ１６と１７番目のレンズＬ１７との間で使用されるように、性能を変化させずに切り換えることができる。さらに、物体空間内の回転子５２０は、原理的に、像空間内で（最後の要素Ｌ１９Ｂと像面５０４との間で）使用することもできる。
【０１９３】
上述のように、光学系５００内のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂは、リターダンスを軽減するように光軸の周りを回転させることができ、本明細書ではこれをクロッキングと呼んでいる。レンズ瞳全体にわたる複屈折寄与は、２つ以上のレンズの複屈折が互いに補償し合いかつ打ち消しあうように、位置を変更され、場合によっては配向を変更される。好ましい一実施形態では、例えば、図４６のレンズ５００内のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂは、表１５に与えられているクロッキングを有している。各要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂのクロッキングは、リターダンス軸をＸ軸（水平、指定された視野に垂直な方向）にほぼ平行にして配向させられた光軸に沿ってピーク複屈折を生じさせる配向に対して与えられる。
【０１９４】
【表１５】
2005508018.tif 000017
【０１９５】
さらに、好ましい一実施形態では、図４２の最後の要素Ｌ１９は、間に埋め込み面５１２を有する図４６の２つのサブ要素Ｌ１９Ａ及びＬ１９Ｂと交換され、すなわち、これらのサブ要素に分割される。これらのレンズ要素Ｌ１９、Ｌ１９Ａ、及びＬ１９Ｂは図４２及び４６では斜線が施されている。サブ要素１９Ａ及び１９Ｂはそれぞれ、同じ全体的な外側曲率半径を有している。サブ要素Ｌ１９Ａ及びＬ１９Ｂは、サブ要素が組み合わされて置き換わる要素Ｌ１９を用いて実現できるリターダンス補正に対して正味のシステムリターダンスを軽減するように配向させられる（クロッキングされる）。ここで、サブ要素Ｌ１９Ａ及び１９Ｂの各々の［１１１］結晶軸は系の光軸に平行であるが、２つの要素Ｌ１９ＡおよびＬ１９Ｂの他の結晶軸は光軸の周りを互いに対して回転させられる。埋め込み面５１２の曲率半径及びサブ要素Ｌ１９Ａ及びＬ１９Ｂの厚さは、正味のリターダンスを最小限に抑えるように最適化されている。
【０１９６】
ここで、サブ要素Ｌ１９Ａとサブ要素Ｌ１９Ｂの組合せ厚さを、図４２の要素Ｌ１９の厚さに対して変更した。要素Ｌ１９の中心厚さは最初６５ｍｍであったが、Ｌ１９ＡとＬ１９Ｂの組合せ厚さを４５．５８２０ｍｍに薄くなった。さらに、図４２の要素Ｌ１の厚さを５９．９７６３ｍｍから４１．２０２４ｍｍに薄くした。公称レンズ規定に対するこれらの変更によって、リターダンス収差ではなく、当業者によって一般に実施されている手段によって補正できる追加的な波面が導入される。リターダンス収差の補正を示すために、レンズ設計は、追加的な波面誤差を補正するようにさらに修正されてはいない。さらに、本実施形態は、要素の厚さの変更を補正するように再最適化されておらず、したがって、この例は、リソグラフィ撮像の許容レベルへのシステムリターダンスの軽減を示している。
【０１９７】
表１６は、図４２に示されている設計の要素Ｌ１９を分割することによって作製された光学サブ要素Ｌ１９Ａ及びＬ１９Ｂの曲率及び厚さを列挙したものである。
【０１９８】
【表１６】
2005508018.tif 000018
【０１９９】
図４７Ａ及び４７Ｂは、系５００の、−９０°回転子５２０と９０°回転子５１０との間の前方部分における、光学要素Ｌ１〜Ｌ１６のシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。図４７Ａは像高さ５ｍｍにおける正味のリターダンスを示し、図４７Ｂは像高さ１７．１２５ｍｍにおける正味のリターダンスを示している。
【０２００】
図４８Ａ及び４８Ｂは、系５００の、９０°回転子５１０と像面５０４との間の後方部分における、光学要素Ｌ１７〜Ｌ１９Ｂのシステム射出瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。図４８Ａは像高さ５ｍｍにおける正味のリターダンスを示し、図４８Ｂは像高さ１７．１２５ｍｍにおける正味のリターダンスを示している。
【０２０１】
図４７Ａ、４８Ａ、４７Ｂ、及び４８Ｂを比較すると、系５００の前方部分からの正味のリターダンスは、系５００の後方部分からの正味のリターダンスと、瞳全体にわたってほぼ同様であると共に、像高さ５ｍｍ及び１７．１２５ｍｍにおいてほぼ同様である。したがって、９０°回転子５１０が各構成偏光状態を９０°回転させるので、系５００の後方部分のリターダンスは、系５００の前方部分のリターダンスを補償する。
【０２０２】
図４９Ａ及び４９Ｂは、９０°回転子５１０及び−９０°回転子５２０を含むすべての要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂ、５１０、５２０の固有複屈折による、中心視野点及び縁部視野点におけるシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。図示のように、正味のリターダンスは、図４５Ａ及び４５Ｂに示されている回転子５１０及び５２０を有さないすべての［１１１］要素のリターダンスと比べて、両方の視野において著しく軽減されている。したがって、光学系５００内の光の偏光を９０°回転させられた偏光状態に変換する偏光変換器を用いることによって、すべての［１１１］光学要素Ｌ１〜Ｌ１９を有する系５００のリターダンスを実質的に補正することが可能である。
【０２０３】
射出瞳上のＲＭＳ及び最大リターダンスが、像視野高さ５ｍｍ、１１ｍｍ、及び１７．１２５ｍｍについて、以下の表１７に列挙されている。これには、固有複屈折の影響と、モデルに用いられている単一層反射防止コーティングの影響が含まれている。ＲＭＳリターダンスは、λ0＝１９３．３ｍｍで０．００３７波から０．００５９波の範囲である。
【０２０４】
【表１７】
2005508018.tif 000019
【０２０５】
図４６のこの反射屈折レンズ５００は、２０個のレンズ要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂを有しており、このうちの６つは二重パスに用いられ（Ｌ３〜Ｌ８）、各レンズ要素は、［１１１］結晶軸がそれぞれのレンズ要素を通過する光軸に平行な［１１１］立方晶系材料を含んでいる。反射屈折レンズ５００は、１枚の被駆動ミラーＭ１と２枚の折り畳みミラーＭ２、Ｍ３とをさらに含んでいる。屈折光学要素Ｌ１〜Ｌ１９Ｂは、リターダンスを軽減するようにクロッキングされ、すなわち、そこを通過する光軸の周りを回転させられる。９０°偏光回転子５１０は、光学系５００を同様の正味の複屈折を有する２つの部分に分割し、２つの部分によって導入されるリターダンスを互いに補償させ打ち消させる。物体空間内の−９０°偏光回転子５２０は、９０°偏光回転子５１０によって生じる一定のリターダンスを補償する。図４２における像面に最も近い要素Ｌ１９は、それぞれの異なる相対クロッキングを有する２つの［１１１］要素Ｌ１９Ａ及びＬ１９Ｂに分割されており、要素の厚さ及び埋め込み面４１２の曲率は、正味のリターダンスを最小限に抑えるように最適化されている。それによって、山対谷リターダンスを１５．６Ｘから１８．９Ｘの範囲の係数だけ改善することができる。
【０２０６】
他の補償技術を適用してリターダンスを軽減することができる。例示的な実施形態では、１つ以上の応力複屈折要素、波長板、又はそれらの組合せを用いて、上述のシステム補正が行われた後で反射屈折系に残る残留複屈折ばらつき及び一定の残留リターダンスを補償し補正することができる。これらの技術の１つとして、例えば、光軸に対して適切に回転させられて補償を行う［１００］光学要素を付加することが含まれる。
【０２０７】
さらに、鏡面Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３などの反射要素に応力をかけて基本曲率半径を直交方向に変更することができる。この応力は、反射屈折光学系における残留非点収差を補正することができる。さらに、又はあるいは、基本曲率半径が直交方向において異なる少なくとも１つの光学要素を用いて、残留非点収差を補償することができる。例えば、［１１０］光学要素の平均屈折率のばらつきによる残留非点収差は、光学要素の少なくとも１つの表面の基本曲率半径を、直交方向において変更することによって対処することができる。［１１１］光学要素における平均屈折率のばらつきによる残留トレフォイル(trefoil)波面収差も、方位角依存度３θを有する光学要素の少なくとも１つの表面の形状、例えば曲率半径を、この収差を軽減するように変えることによって、補償することができる。光軸がｚ軸に沿っている場合、方位角θはｘ−ｙ平面に存在し、ｘ軸から測定される。同様に、［１００］結晶の平均複屈折のばらつきによるクワドラフォイル(quadrafoil)波面収差に対処することができる。補償は、方位角依存度４θを有する少なくとも１つの光学要素の形状を変更することによって行うことができる。
【０２０８】
ビームスプリッタ又は波長板を含む反射屈折系の他の例が、引用によって本明細書に全体的に組み込まれる、Ohmura等による米国特許第６０８１３８２号明細書に記載されている。この系における偏光収差も、例えば、少なくとも１つの偏光回転子を付加して、光学系を、同様の正味のリターダンスを持つ２つの群のような複数の群に分割することによって、補正することができる。さらに、各光学要素の相対的なクロッキング、［１１１］光学要素、［１１０］光学要素、及び［１００］光学要素の種々の組合せを含めること、半径方向に変化する応力による応力誘起複屈折要素、光軸に垂直な軸に沿って変化する応力による応力誘起複屈折要素、レンズ要素の厚さ、間隔、曲率半径、及び非球面係数の最適化を用いて、光学性能を低下させる収差の影響を軽減することができる。同様に、基本曲率半径が２θ、３θ、及び４θとして変化する少なくとも１つの光学要素を用いることによって、［１１０］立方晶系光学要素、［１１１］立方晶系光学要素、及び［１００］立方晶系光学要素における平均屈折率のばらつきによる残留非点収差、トレフォイル収差、及びクワドラフォイル収差を軽減することができる。
【０２０９】
前述の例のいくつかは、従来技術で公開されているレンズ規定に基づくものである。これらの例は、例示的なものに過ぎず、これらの例を参照して適用される原則は、他の様々なレンズ設計のうちの任意のレンズ設計に拡張することができる。しかし、リターダンス収差を軽減する上述の技術の適用は、Ｆ2エキシマレーザによって生成されるような１５７ｎｍに近い露光波長におけるフォトリソグラフィ用の大開口数光学系に特に重要である。当技術分野で発表されている利用可能な光学系の多くは、より小さい開口数を有し、かつ１９３ｎｍのようなより長い波長で動作するので、このような技術は、一般にフォトリソグラフィに用いられているＡｒＦエキシマレーザによって生成される波長に対応する１９３ｎｍに近い露光波長向けに構成された例示的な既知の光学系への適用によって例示されている。しかし、これらの原則及び技術が、大開口数のシステム及び１５７ｎｍで動作するシステムにも同様に適用されることを理解されたい。
【０２１０】
さらに、中心波長１５７ｎｍ向けに設計され、屈折要素が主としてフッ化カルシウムで構成された大開口数レンズにおける固有複屈折の影響を推定するために、各要素が、フッ化カルシウムにおいて波長１５７ｎｍで測定されるピーク固有複屈折と概ね等価のピーク固有複屈折（ｎe−ｎo）＝−１２×１０-7を有すると仮定する。しかし、他の実施形態では、１つ以上の光学要素をフッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ストロンチウム、溶融シリカのような他の材料で構成することができる。さらに、負の複屈折を示す材料を含む光学要素の影響を補償するために、正の複屈折を示す材料を含む光学要素を含めることができる。
【０２１１】
このように、中心波長１９３ｎｍ向けに構成された公知の例示的なレンズ規定を開始点として用いて、１５７ｎｍ向けに構成された同様の大開口数レンズにおける固有複屈折を補償する方法を実証することができる。中心波長を変更すると、屈折成分の屈折率を変更することができ、フッ化カルシウムなどのフッ化物材料の使用が可能になるが、使用される要素の種類及び所与の開口数に対する光線角度の分布は、中心波長１９３ｎｍ向けに構成されたレンズを用いて、中心波長１５７ｎｍの大開口数レンズにおける固有複屈折の影響を軽減する斬新な技術を実証できるようにするのに十分なほど類似している。しかし、上記に示されている設計技術を用いて、他の波長で動作する光学系における偏光収差を軽減することができる。
【０２１２】
上述の例における光学系のうちのいくつかの性能を算出する際、屈折面は、要素の屈折率の平方根に等しい屈折率を有すると共に、波長１９３．３ｎｍで四分の一波の光学厚さを有する仮説的な単一層反射防止コーティングを有すると仮定される。上述の例のうちのいくつかで用いられているフッ化カルシウム及び溶融シリカについての屈折率は、波長１９３．３ｎｍでそれぞれ１．５０１４５５及び１．５６０３２６と仮定されている。異なるコーティングによって、それぞれの異なるリターダンス及び位相収差が導入され、互いにわずかに異なる補償が必要になる。しかし、単一の仮説的なコーティングについて実証された方法を、他の様々なコーティングを有する系に適用することができ、コーティングを全く有さない系にも適用することができることを理解されたい。
【０２１３】
前述の例は例示的なものであり、制限的なものではない。さらに、平均屈折率のばらつきによって生じるリターダンス収差及び波面収差を含む固有複屈折の影響に対処する様々な例示的な技術を他の実施形態に適用することもできる。より一般的には、リターデーションやダイアテニュエーションなどの偏光収差を補償するのに用いられるこれらの基本原則を、他の様々な光学系におけるこれらの影響を少なくとも部分的に補正するように拡張することができる。これらの原則は、屈折レンズ要素と反射屈折レンズ要素の両方に適用されると共に、材料を通って伝搬する光線に偏光収差を加える実質的に透光性の材料を含む他の系にも適用される。
【０２１４】
他の光学系では、光学要素の光学フィーチャは異なるものであってよい。例えば、個々の厚さ、曲率半径、非球面係数、及び光線角度は、要素ごとに著しく異なっていてよい。さらに、これらの光学要素を有する材料は、制限されず、非立方晶系光学要素と結晶要素を含んでよい。
【０２１５】
これらの原則は、新しい光学系を構成する際に用いることも、公知のレンズ規定を改善するために用いることもできる。上記の例のうちのいくつかでは、補正される光学系は、維持できる所与のレンズ規定と、上述の技術を用いて補償される固有複屈折の影響に基づく系である。あるいは、所与の規定の１つ以上のレンズ要素を２つ以上のサブ要素に分割することによって、リターデーションを軽減することができる。埋め込み面の位置、埋め込み面の曲率、及びそれぞれのサブ要素の厚さは、収差を軽減するか又は他の性能属性を与えるように調整できる自由度である。例えば、光学パワーは、同じ中心厚さを有しても有さなくてもよいサブ要素にほぼ均等に分割することができる。しかし、上述の技術及び設計は有利なことに、設計中の他の様々な新しいレンズ規定に適用することができる。
【０２１６】
レイトレーシング（光線追跡）ソフトウェアを用いて、個々のレンズ要素の位置と、厚さ、曲率半径、非球面係数、材料特性などを含むレンズ規定を生成または改訂することができる。一実施形態では、ＲＭＳリターダンスを、瞳格子上の各視野点で算出し、市販のレイトレーシングソフトウェア、例えばＣＯＤＥ  Ｖ（登録商標）を用いて減衰最小自乗最適化用の評価関数として用いることができる。コンピュータを用いて、系内の各要素の配向およびクロッキングを最適化することができる。同様に、各要素の厚さ、各要素間の間隔、各レンズ要素の曲率半径及び非球面係数を、各収差を釣り合わせ、かつ視野全体にわたるリターダンスを軽減するように最適化することができる。さらに、１つ以上の複屈折要素、波長板、又はそれらの組合せを用いて残留複屈折ばらつき及び一定の残留リターダンスを補正することができる。それぞれ［１１０］要素、［１１１］要素、及び［１００］要素における平均屈折率のばらつきによって導入される非点収差、トレフォイル収差、クワドラフォイル収差などの位相収差を、それぞれ２θ、３θ、及び４θとして変化する曲率半径を持つ１つまたは２つ以上の表面を用いて補償することができる。
【０２１７】
フッ化カルシウムなどの立方晶系材料を用いる際、このような結晶要素のかなりの部分が、［１１１］結晶格子方向が光軸に平行なより安価な［１１１］立方晶系結晶を含むことが好ましい。適切にクロッキングされる［１００］要素及び［１１０］要素を付加して、［１１１］要素によって導入される複屈折を補償することができるが、これらの［１００］要素及び［１１０］要素のコストは高くなる。上述の技術は有利なことに、［１１１］要素の複屈折を他のより安価な［１１１］要素によって補償するのを可能にする。したがって、立方晶系要素の、［１１１］結晶格子方向が光軸に沿った［１１１］結晶を含む部分が大きく、すなわち、少なくとも７０質量％〜９０質量％であることが好ましい。偏光回転子は様々な材料で形成することができるが、［１１０］立方晶系要素、［１００］立方晶系要素、［１１１］立方晶系要素などの立方晶系結晶を含んでよい。偏光回転子が立方晶系結晶を含むいくつかの実施形態では、偏光回転子の大部分が［１１１］立方晶系結晶で構成されることが好ましく、すべてが［１１１］立方晶系材料で構成されることがより好ましい。上述のように、多数の立方晶系要素に［１１１］材料を含ませると、光学系のコストが安くなった。最も好ましくは、大部分の透光性要素は、［１１１］結晶格子方向に概ね揃えられた光軸を有する。好ましい一実施形態では、ほぼすべての透光性立方晶系要素はこの［１１１］結晶を含んでいる。
【０２１８】
上述のように、偏光回転を用いてリターダンス以外の偏光収差を補正することができる。例えば、光学系に偏光回転装置を挿入することによって、ダイアテニュエーションを軽減するか又はほぼ無くすことができる。好ましい一実施形態では、偏光回転子の両側の光学要素によって導入されるダイアテニュエーションが一致させられるか又は釣り合わされる。したがって、回転子の第１の側の第１組の要素を通って伝搬する第１の偏光は、第２の直交偏光よりも減衰させられる。２つの偏光は回転させられ、回転子の第２の反対の側の第２組の要素を通過する。２つの側の第１組のレンズ要素と第２組のレンズ要素が一致した場合、第２の偏光は、第１組のレンズ要素において第１の偏光が受けた減衰量だけ減衰させられる。したがって、第１の偏光と第２の偏光はどちらもほぼ同じ量だけ減衰させられ、それによって、光学系の正味のダイアテニュエーションが少なくとも部分的に軽減される。偏光依存収差の補正についての他の例も可能であると考えられる。
【０２１９】
上述のように、半導体基板上に収差の無いパターンを形成するための様々な例示的な立方晶系光学系及び方法は、フィーチャサイズが、ますます小さくなり、パターンを作製するのに用いられる光の波長の二分の一に近づくときに特に有利である。このような技術は、大開口数（ＮＡ）レンズ系で特に有利であるが、これらの方法及び新技術の様々な形態は、比較的大きな開口数を持つ光学系に適用することも、比較的小さな開口数を持つ光学系に適用することもできる。
【０２２０】
上述の技術及び設計は、半導体産業で基板をパターン化するのに用いられるフォトリソグラフィツールに関して説明したが、撮像用途であるか非撮像用途であるかにかかわらず、赤外線、可視光線、紫外線に関する様々な用途に用いることができる。医療、軍事、科学、製造、通信、及びその他の用途に用いられる光学系は、本明細書で説明した新技術から利益を得る可能な候補と考えられる。
【０２２１】
上記では、本発明の特定の実施形態に関して説明したが、各実施形態の説明が本発明を例示するものであり、制限するものではないことを理解されたい。したがって、当業者には、本発明の真の趣旨及び範囲から逸脱せずに様々な修正及び応用が可能である。本発明の範囲は、本明細書で説明した好ましい実施形態に制限されず、むしろ、本発明の範囲は、特許請求の範囲を、特許請求の範囲によって法律的に認められる均等物の全範囲と一緒に参照することによって決定することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２２２】
【図１】図１は、２９個の屈折光学要素を有する例示的なリソグラフィシステム用の投影光学系の断面図である。
【図２】図２は、集光レンズ及び投影光学系を含む例示的なリソグラフィシステムの概略図である。
【図３】図３Ａは、立方晶系格子に対する複屈折軸配向の変化を表した図である。図３Ｂは、立方晶系格子に対する複屈折値の変化を表した図である。
【図４】図４は、例示的な立方晶系格子を通る様々な方向間の角度関係を示す斜視図である。
【図５】図５Ａは、［１１０］格子方向に対する立方晶系材料の角度空間における複屈折値と複屈折軸配向を示す図であって、オフアクシスピーク複屈折ローブの方位配向(azimuth orientation)を示す図である。図５Ｂは、［１００］格子方向に対する立方晶系材料の角度空間における複屈折値と複屈折軸配向を示す図であって、オフアクシスピーク複屈折ローブの方位配向を示す図である。図５Ｃは、［１１１］格子方向に対する立方晶系材料の角度空間における複屈折値と複屈折軸配向を示す図であって、オフアクシスピーク複屈折ローブの方位配向を示す図である。
【図６】図６は、光軸に沿って揃えられた屈折要素と反射要素とを有するダイソン(Dyson)システムと呼ばれる光学系の例示的な構成の断面図である。
【図７】図７Ａ及び７Ｂは、屈折要素が、その［１１１］結晶軸が光軸に沿って揃えられた立方晶系材料を含む、図６に示されているような光学系の視野の、それぞれ中央及び縁部における視野点のシステム射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示す図である。
【図８】図８Ａ及び８Ｂは、屈折要素が、その［１００］結晶軸が光軸に沿って揃えられた立方晶系材料を含む、図６に示されているような光学系の視野の、それぞれ中央及び縁部における視野点のシステム射出瞳全体にわたるリターダンスの図である。
【図９】図９Ａ及び９Ｂは、屈折要素が、その［１１０］結晶軸が光軸に沿って揃えられた立方晶系材料を含む、図６に示されているような光学系の視野の、それぞれ中央及び縁部における視野点のシステム射出瞳全体にわたるリターダンスの図である。
【図１０】図１０は、固有複屈折の悪影響を軽減するために偏光を回転させるのに用いられる、４５°非可逆ファラデー(Faraday)回転子を追加的に含む図６に示されているレンズの断面図である。
【図１１】図１１Ａは、屈折要素が、［１１１］結晶軸が極端視野点の光軸にほぼ沿って揃えられた立方晶系材料を含む、図１０に示されている例示的な光学系の瞳（ひとみ）全体にわたる正味のリターダンスを示す図である。図１１Ｂは、屈折要素が、［１１０］結晶軸が極端視野点の光軸にほぼ沿って揃えられた立方晶系材料を含む、図１０に示されている例示的な光学系の瞳全体にわたる正味のリターダンスを示す図である。
【図１２】図１２は、例示的な混合ロッド、すなわち、非撮像光学要素の概略断面図である。
【図１３】図１３は、結合ロッドの壁からの反射がそこを通って伝搬する光の伝搬状態を変化させないと仮定した場合に、［１１１］結晶軸が混合ロッドの光軸に揃えられかつこの光軸に対応する立方晶系材料を含む、図１２に示されている混合ロッドの射出瞳全体にわたる正味のリターダンスを示す図である。
【図１４】図１４は、一様な円偏光された光線が混合ロッドの入射面に入射したときの、射出瞳全体にわたる光の偏光状態を示す図である。
【図１５】図１５は、混合ロッドの中央に配置され、二分の一波長板の両側の一対の四分の一波長板を有していてもよい、９０°偏光回転子をさらに含む、図１２の混合ロッドの概略断面図である。
【図１６】図１６は、空気に囲まれた厚さが１ｍｍ及び３ｍｍの四分の一波長板の入射角の関数としてのリターダンス誤差の大きさの、角度（度単位）及びリターダンス誤差（度単位）の軸上のプロットである。
【図１７】図１７は、光学系に偏光回転子を導入したことによる正味のリターダンスの軽減を示す、図１５に示されている混合ロッドの射出瞳全体にわたる正味のリターダンスのグラフである。
【図１８】図１８は、図１５に示され偏光回転子を含む混合ロッドの入射面に一様な円偏光された光線が入射したときの、射出瞳全体にわたる光の偏光状態を示す。
【図１９】図１９Ａ及び１９Ｂは、光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系材料を含み、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値を用いて算出された［１１０］結晶格子方向に沿って延びている、図１に示されているレンズの、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスの図である。
【図２０】図２０Ａ及び２０Ｂは、光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系材料を含み、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値を用いて算出された［１００］結晶格子方向に沿って延びている、図１に示されているレンズの、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスの図である。
【図２１】図２１Ａ及び２１Ｂは、光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系材料を含み、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値を用いて算出された［１１１］結晶格子方向に沿って延びている、図１に示されているレンズの、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスの図である。
【図２２】図２２は、２９個の光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を有する立方晶系結晶を含み、光軸が、［１００］結晶格子方向に沿って延びており、さらに−９０°偏光回転子及び９０°偏光回転子を有する、図１に示されている例示的なレンズを示す概略図である。
【図２３】図２３Ａ及び２３Ｂは、図２２に示されている例示的なレンズの−９０°偏光回転子と９０°偏光回転子との間の光学要素の固有複屈折による、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図２４】図２４Ａ及び２４Ｂは、図２２に示されている例示的なレンズの９０°偏光回転子と像面との間の要素の固有複屈折による、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図２５】図２５Ａ及び２５Ｂは、図２２に示されている例示的なレンズの、−９０°偏光回転子のリターダンスを除くすべてのレンズ要素及び９０°偏光回転子に対する、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図２６】図２６Ａ及び２６Ｂは、図２２に示されている例示的なレンズのすべてのレンズ要素ならびに９０°偏光回転子及び−９０°偏光回転子に対する、それぞれ中心視野点及び極端視野点における瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図２７】２９個の光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を有する立方晶系結晶を含み、光軸が、概ね［１００］結晶格子方向に沿っており、−９０°偏光回転子及び９０°偏光回転子と、半径方向の応力複屈折を誘起するようにフープによって印加された応力を有する要素とを含む、図２２に示されている例示的なレンズを示す概略図である。
【図２８】図２８Ａは、図２７に示されている例示的なレンズにおいて半径半径方向の応力複屈折を生じさせるようにフープによって印加される応力を有する第１のレンズ要素における複屈折の半径方向の変化を示す等高線図であって、この変化が、−６．９５ｎｍ／ｃｍのピーク複屈折を有する二次関数プロファイルに従うと仮定される等高線図である。図２８Ｂ及び２８Ｃは、レチクルの後に位置する第１のレンズ要素に対するフープによって印加される応力によって誘起された複屈折による、それぞれ中心視野点及び極端視野点における瞳全体にわたるリターダンスを示すグラフである。
【図２９】図２９Ａ及び２９Ｂは、図２７に示されている例示的なレンズにおいて、９０°回転子及び９０°回転子と、レチクルの後に位置する第１の要素にフープ応力を印加することによって生じるリターダンスとを含むすべての要素の、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図３０】図３０は、例示的な光学要素の周囲に沿って圧縮フープ応力が印加されたときにこの要素を横切る半径方向のリターダンスの変化を示す、半径（ミリメートル単位）及びリターダンス（波単位）の軸上のプロットである。
【図３１】図３１Ａは、任意の偏光状態の偏光を伝搬方向の周りに約９０°回転させる偏光回転子の斜視図である。図３１Ｂは、応力によって誘起される生じる複屈折を使用した単一オーダー波長板で構成された偏光回転子についての、角度ｓｉｎ  θ（０．０から０．５まで）及びピーク応力複屈折値（１×１０-6から１×１０-3まで）の関数としての四分の一波長板の残留リターダンスの変化のプロットである。
【図３２】図３２は、立方晶系材料を含む２８個の屈折光学要素を有する例示的な大フォーマットの屈折投影レンズの断面図である。
【図３３】図３３Ａ、３３Ｂ、３３Ｃ及び３３Ｄは、図３２に示されている例示的なレンズの残留波面誤差を示す等高線図である。図３３Ａは、中心視野点に対する（Ｘ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｘ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。図３３Ｂは、極端視野点に対する（Ｘ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｘ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。図３３Ｃは、中心視野点に対する（Ｙ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｙ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。図３３Ｄは、極端視野点に対する（Ｙ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｙ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。
【図３４】図３４Ａ及び３４Ｂは、すべての要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系結晶であり、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値について算出された概ね［１１０］結晶格子方向に沿って延びている、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての、図３２に示されている例示的なレンズの瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図３５】図３５Ａ及び３５Ｂは、すべての要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系結晶であり、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値について算出された概ね［１００］結晶格子方向に沿って延びている、それぞれ中心視野点及び極端視野点における図３２に示されている例示的なレンズの瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図３６】図３６Ａ及び３６Ｂは、すべての要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系結晶であり、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値について算出された概ね［１１１］結晶格子方向に沿って延びている、それぞれ中心視野点及び極端視野点における図３２に示されている例示的なレンズの瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図３７】図３７は、すべての屈折光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を有する立方晶系材料を含み、光軸が［１１０］結晶格子方向に沿って延びており、−９０°偏光回転子及び９０°偏光回転子を有し、ウェハに最も近い２つの要素が単一の光学要素を分割することによって得られ、かつトロイダル面を有する、図３２に示されている例示的なレンズを示す概略図である。
【図３８】図３８Ａ及び３８Ｂは、図３７に示されている例示的なレンズの−９０°偏光回転子と９０°偏光回転子との間の光学要素についての、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図３９】図３９Ａ及び３９Ｂは、図３７に示されている例示的なレンズの９０°偏光回転子と像面との間の光学要素についての、それぞれ中心視野点及び極端視野点における瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４０】図４０Ａ及び４０Ｂは、図３７に示されている例示的なレンズのすべての要素ならびに９０°偏光回転子及び−９０°偏光回転子についての、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４１】図４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ、及び４１Ｄは、図３７に示されている例示的なレンズの残留波面誤差を示す等高線図である。図４１Ａは、中心視野点に対する（Ｘ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｘ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。図４１Ｂは、極端視野点に対する（Ｘ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｘ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。図４１Ｃは、中心視野点に対する（Ｙ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｙ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。図４１Ｄは、極端視野点に対する（Ｙ方向において射出瞳アナライザと一緒に用いられた）Ｙ方向の入力偏光に対する波面誤差を示す図である。
【図４２】図４２は、１９個の被駆動屈折光学要素と１個の被駆動反射光学要素とを有する例示的な大フォーマットの反射屈折投影レンズを示す概略図である。
【図４３】図４３Ａ及び４３Ｂは、１９個の被駆動屈折光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系結晶を含み、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値について算出された概ね［１１０］結晶格子方向に沿って延びている、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての、図４２に示されている例示的なレンズの瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４４】図４４Ａ及び４４Ｂは、１９個の被駆動屈折光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系結晶を含み、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値について算出された［１００］結晶格子方向に沿って延びている、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての、図４２に示されている例示的なレンズの瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４５】図４５Ａ及び４５Ｂは、１９個の被駆動屈折光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を持つ立方晶系結晶を含み、光軸が、波長が１５７ｎｍのときにフッ化カルシウムのピーク複屈折値に対応するピーク複屈折値について算出された［１１１］結晶格子方向に沿って延びている、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての、図４２に示されている例示的なレンズの瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４６】２０個の被駆動屈折光学要素が、三次元においてほぼ同一に揃えられた結晶軸を有する立方晶系材料を含み、光軸が［１１１］結晶格子方向に沿って延びており、−９０°偏光回転子及び９０°偏光回転子をさらに有し、ウェハに最も近い２つの要素が単一の被駆動屈折光学要素を分割することによって得られ、かつトロイダル面を有する、図２９に示されているレンズに類似の例示的なレンズを示す概略断面図である。
【図４７】図４７Ａ及び４７Ｂは、図４６に示されている例示的なレンズの−９０°偏光回転子と９０°偏光回転子との間の光学要素についての、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４８】図４８Ａ及び４８Ｂは、図４６に示されている例示的なレンズの９０°偏光回転子と像面との間の光学要素についての、それぞれ中心視野点及び極端視野点についての瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図４９】図４９Ａ及び４９Ｂは、図４６に示されている例示的なレンズのすべての要素ならびに９０°偏光回転子及び−９０°偏光回転子についての、それぞれ中心視野点及び極端視野点における瞳全体にわたる正味のリターダンスを示すグラフである。
【図３】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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