(57)【要約】光リソグラフィー装置に用いられる光学装置は、フッ化物結晶材料で形成されたレンズと；上記レンズを保持するホルダーと；上記ホルダーに取り付けられた押圧部材であって、レンズ内に応力を発生させるためにレンズを押圧する押圧部材と；を備える。押圧部材でレンズの特定の方位を押圧することでレンズ内部に応力を発生させてレンズの複屈折を低減させることができる。レンズをフッ化カルシウム結晶から構成した場合、波長約１５７ｎｍの光に対する複屈折量の最大値が上記レンズの有効径（光透過領域）内で２．０ｎｍ／ｃｍ以下、あるいは波長約１９３ｎｍの光に対する複屈折量の最大値が上記レンズの有効径内で１．０ｎｍ／ｃｍ以下にすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料であって、波長が約１５７ｎｍである光源に対する複屈折量が、最大値で２．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とするフッ化物結晶材料。
【請求項２】
光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料であって、波長が約１９３ｎｍである光源に対する複屈折量が、最大値で１．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とするフッ化物結晶材料。
【請求項３】
上記フッ化物結晶材料がフッ化カルシウム結晶であり、フッ化カルシウム結晶の光入射面が｛１１１｝面、｛１１０｝面または｛１００｝面である請求項１または２に記載のフッ化物結晶材料。
【請求項４】
上記フッ化物結晶材料固有の複屈折量を低減させるように該フッ化物結晶材料内に内部応力が生じていることを特徴とする請求項３に記載のフッ化物結晶材料。
【請求項５】
上記内部応力が、上記フッ化物結晶材料を外部から押圧することにより生じていることを特徴とする請求項４に記載のフッ化物結晶材料。
【請求項６】
上記内部応力が、上記フッ化物結晶材料を熱処理することにより生じていることを特徴とする請求項４記載のフッ化物結晶材料。
【請求項７】
上記内部応力が上記フッ化物結晶材料の熱処理及び外部からの加圧処理により生じていることを特徴とする請求項４記載のフッ化物結晶材料。
【請求項８】
請求項１または２に記載のフッ化物結晶材料で形成された光学素子。
【請求項９】
請求項８に記載の光学素子を備える光リソグラフィー装置。
【請求項１０】
光リソグラフィー装置に用いられる光学装置であって、
フッ化物結晶材料で形成されたレンズと；
上記レンズを保持するホルダーと；
上記ホルダーに取り付けられた押圧部材であって、レンズ内に応力を発生させるためにレンズを押圧する押圧部材と；を備える光学装置。
【請求項１１】
上記押圧部材が複数の押圧部を備え、各押圧部が上記レンズ外周の異なる位置を押圧することを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１２】
上記各押圧部が上記レンズの外周の回転対称位置を押圧することを特徴とする請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１３】
上記回転対称位置が、２回、３回及び４回対称位置のいずれかであることを特徴とする請求項１２に記載の光学装置。
【請求項１４】
さらに、上記各押圧部がレンズを押圧している状態で、押圧部をホルダー上に固定するための固定部材を備える請求項１１に記載の光学装置。
【請求項１５】
上記押圧部材に、上記フッ化物結晶材料固有の複屈折量を低減させるように押圧力がかけられることを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１６】
上記ホルダーが、光リソグラフィーに用いられる投影光学系の鏡筒の一部であることを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１７】
上記フッ化物結晶材料がフッ化カルシウム結晶であり、波長約１５７ｎｍの光に対する複屈折量の最大値が上記レンズの有効径内で２．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１８】
上記フッ化物結晶材料がフッ化カルシウム結晶であり、波長約１９３ｎｍの光に対する複屈折量の最大値が上記レンズの有効径内で１．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とする請求項１０に記載の光学装置。
【請求項１９】
請求項１６に記載の光学装置を含む投影光学系。
【請求項２０】
請求項１９に記載の投影光学系を備える光リソグラフィー装置。
【請求項２１】
フッ化物結晶を成長させる工程と成長させたフッ化物結晶を昇温して一定時間保持した後に降温する熱処理工程とを含む、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料の製造方法において、
上記熱処理工程で、フッ化物結晶内に不均一な熱分布が発生するようにフッ化物結晶を加熱することを特徴とするフッ化物結晶材料の製造方法。
【請求項２２】
上記不均一な熱分布は、上記フッ化物結晶固有の複屈折量を打ち消すような内部応力を発生させる熱分布であることを特徴とする請求項２１に記載のフッ化物結晶材料の製造方法。
【請求項２３】
上記フッ化物結晶が、フッ化カルシウム結晶である請求項２１または２２に記載のフッ化物結晶材料の製造方法。
【請求項２４】
フッ化物結晶を成長させる工程と成長させたフッ化物結晶を昇温して一定時間保持した後に降温する熱処理工程とを含む、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料の製造方法において、
上記熱処理工程に施されるフッ化物結晶に内部応力が発生するように、フッ化物結晶を部分的に押圧する工程を含むことを特徴とするフッ化物結晶材料の製造方法。
【請求項２５】
ホルダーを用いてフッ化物結晶に部分的に押圧力をかけてフッ化物結晶を保持し、フッ化物結晶を保持したホルダーを熱処理工程に供することを特徴とする請求項２４に記載のフッ化物結晶材料の製造方法。
【請求項２６】
上記フッ化物結晶が、フッ化カルシウム結晶である請求項２４または２５に記載のフッ化物結晶材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料及び光学素子並びにそれらの製造方法に関し、特に、波長２００ｎｍ以下、例えば波長１９３ｎｍまたは１５７ｎｍの光を光源として用いる光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料及びその製造方法、並びにフッ化物結晶材料を用いた光学素子、光学装置及び光リソグラフィー装置に関する。
技術背景
近年におけるＶＬＳＩは、高集積化、高機能化が進行し、ウェハ上の微細加工技術が要求されている。その加工方法として、光リソグラフィーによる方法が一般的に行われている。現在では、露光波長もしだいに短波長となり、ＫｒＦエキシマレーザ光（波長２４８ｎｍ）を光源とする投影露光装置（ステッパーやスキャナー）に続いて、ＡｒＦエキシマレーザ光（波長１９３ｎｍ）を光源とする投影露光装置も市場に登場している。
光リソグラフィー技術の要である投影露光装置の投影レンズには、高い結像性能（解像度、焦点深度）が要求されている。解像度と焦点深度は、露光に用いる光の波長λとレンズの開口数ＮＡにより決まり、解像度＝ｋ１・λ／ＮＡ、焦点深度＝ｋ２・λ／（１−√（１−ＮＡ２））で表される。ここで、ｋ１及びｋ２は比例定数である。露光波長λが同一の場合には、細かいパターンほど回折光の角度が大きくなるので、レンズのＮＡが大きくなければ回折光を取り込めなくなる。また、露光波長λが短いほど、同一パターンにおける回折光の角度は小さくなるので、レンズのＮＡは小さくて済む。
上式より、解像度を向上させるためには、レンズのＮＡを大きくする（レンズを大口径化する）か、あるいは露光波長λを短くすればよい。特に焦点深度を深くしたまま解像度を上げるには、ＮＡを大きくするよりもλを小さくするほうが有利であることが上式から分る。それゆえ、光リソグラフィーで更なる微細加工を実現するために、光源の波長を短くする試みがなされている。光の短波長化に関して、露光波長λは、ＫｒＦエキシマレーザ光の波長２４８ｎｍからＡｒＦエキシマレーザ光の波長１９３ｎｍへと短くなり、さらにはＦ２レーザ光の波長１５７ｎｍへと短波長化が進むと予想されている。
一方、レンズの大口径化に関して、レンズの開口数ＮＡはＫｒＦエキシマレーザ光を光源とする投影露光装置の投影レンズですでに０．６を越え、ＡｒＦエキシマレーザではそれ以上のＮＡとなっている。Ｆ２レーザを光源とする投影レンズでは、ＮＡが０．７以上になることも予想される。
２５０ｎｍ以下の光源波長に対する光リソグラフィー投影レンズに用いられる光学材料は非常に少なく、主にフッ化カルシウム結晶と石英ガラスの２種類が用いられる。また、Ｆ２レーザ光に対する光リソグラフィー投影レンズでは、もはや石英ガラスは使用が困難と予想され、フッ化カルシウム結晶が有望視されている。
フッ化カルシウム単結晶は、一般にブリッジマン法（ストックバーガ法、ルツボ降下法とも呼ばれる）により製造される。紫外域または真空紫外域において使用されるフッ化カルシウム単結晶の場合、原料として天然の蛍石は使用せず、化学合成により作製された高純度原料を使用することが一般的である。原料は粉末のまま使用することも可能であるが、この場合、粉末が溶融した時の体積減少が激しいため、一般に半溶融品やその粉砕品が用いられる。また、フッ化カルシウム単結晶の原料として、結晶成長させたブロックを再利用することも可能である。
ここで、ブリッジマン法によるフッ化カルシウムの製造方法を説明する。まず、育成装置の中にフッ化カルシウムの原料を充填したルツボを置き、育成装置内を排気して１０−３〜１０−４Ｐａの真空雰囲気に保持する。次に、育成装置内の温度をフッ化カルシウムの融点以上まで上昇させてルツボ内の原料を溶融する。この際、育成装置内温度の時間的変動を最小限に抑えるために、定電力出力による制御または高精度なＰＩＤ制御を行う。
結晶育成段階では、育成装置内でルツボを０．１〜５ｍｍ／時間程度の速度で引き下げることにより、ルツボの下部から徐々に結晶化させる。融液最上部まで結晶化したところで結晶育成は終了し、育成した結晶（インゴット）が割れないように、急冷を避けて簡単な徐冷を行う。育成装置内の温度が室温程度まで下がったところで、装置を大気開放してインゴットを取り出す。
投影露光装置の投影レンズなどに用いられるフッ化カルシウム単結晶の場合には、高均質性が要求されるので、インゴットはそのまま簡単なアニール（熱処理）が行われる。そして、レンズ素材として、適当な大きさに切断加工された後、さらにアニールが行われる。アニール終了後に、品質保証のための諸特性が測定されて選別される。品質保証に合格したレンズ素材は、光学レンズとして必要な表面形状に球面研磨または非球面研磨が行われ、コーティング処理が施される。こうして仕上がった光学レンズは、１枚ずつ、周辺を金属または樹脂製の保持用工具によって保持され、鏡筒と呼ばれる容器に複数枚のレンズが調整されて組み込まれ、投影レンズが完成する。
ところで、等軸晶系に属するフッ化物結晶（フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウムなど）には結晶固有の複屈折が存在する。例えば、フッ化カルシウム結晶の場合、最大の固有複屈折が現れる結晶面方位において、波長１９３ｎｍの光に対して３．４ｎｍ／ｃｍ、波長１５７ｎｍの光に対して１１．２ｎｍ／ｃｍの複屈折がそれぞれ存在することが知られている（Ｊ．Ｈ．Ｂｕｒｎｅｔｔ  ｅｔ  ａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ６４，２４１１０２（２００１））。その固有の複屈折量は結晶を透過する光の進行方向及び光の偏光方向に依存する。即ち、透過光の方向に応じて、屈折率が最小となる偏光方向（進相軸）及び屈折率が最大となる偏光方向（遅相軸）が存在する。ここで、進相軸と遅相軸は直交する。
固有の複屈折を有するフッ化物結晶材料を用いて光リソグラフィー投影レンズを作製する場合、フッ化物結晶材料を円板状に加工した後、光学設計に応じて表面を球面研磨または非球面研磨する。その加工された投影レンズに光を照射すると、レンズの中心では光は光軸（レンズの中心軸）を通るが、その他の部分では光軸に対して有限の大きさの入射角で入射して複屈折の影響を受ける。例えば、フッ化物結晶の｛１１１｝面や｛１００｝面に垂直に入射される光に対しては固有の複屈折はほとんど存在しないが、垂直方向からずれた光、即ち、｛１１１｝面や｛１００｝面の垂直軸に対して角度を持った入射光に対しては固有の複屈折が存在する。
それゆえ、波長が２００ｎｍ以下、例えば、波長が１９３ｎｍまたは１５７ｎｍである光をフッ化物結晶で作製された光リソグラフィー用投影レンズに入射させると、フッ化物結晶における固有の複屈折によりストレール強度が低下して、結像性能が悪化するという問題があった。ここで、ストレール強度とは点像強度分布とも呼ばれ、収差のあるレンズの回折像最高点の高さと、無収差レンズの山の高さとの比である。ストレール強度は、無収差レンズで１．０となり、収差が大きいほど１より小さい正の値となる。
本発明者は、特開平１１−２４０７９８号公報において、光リソグラフィー用の光学系に使用される、複屈折が十分に小さい蛍石単結晶を製造する方法を開示している。この方法では、ブリッジマン法で製造した蛍石単結晶を特定の温度スケジュールに従ってアニール処理している。しかしながら、この文献では特定の熱分布が発生するような方法で結晶を加熱してはいない。
発明の開示
本発明は、上記従来技術の問題を解決するためになされたものであり、本発明の第１の目的はフッ化物結晶固有の複屈折が低減されたフッ化物結晶材料及びその製造方法を提供することである。本発明の第２の目的は、真空紫外域のような短波長領域の光に対して良好な結像特性を有する光学素子並びにそれを用いた光学装置及び光リソグラフィー装置を提供することにある。
本発明の第１の態様に従えば、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料であって、波長が約１５７ｎｍである光源に対する複屈折量が、最大値で２．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とするフッ化物結晶材料が提供される。
本発明の第２態様に従えば、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料であって、波長が約１９３ｎｍである光源に対する複屈折量が、最大値で１．０ｎｍ／ｃｍ以下であることを特徴とするフッ化物結晶材料が提供される。
本発明の光学素子用フッ化物結晶材料は、波長が約１５７ｎｍまたは約１９３ｎｍの短波長の光に対しても複屈折量が極めて低く抑制されているので、短波長光源を用いても良好な結像特性を維持することができる。後述の実施例から分るように複屈折量の平均値は、波長約１５７ｎｍの光に対して１．７ｎｍ／ｃｍ以下であり、波長約１９３ｎｍの光に対して０．８ｎｍ／ｃｍ以下を達成している。このようなフッ化物結晶材料は、フッ化物結晶のインゴットから円板状に切り出したフッ化物結晶の屈折率の進相軸（及び遅相軸）を実測あるいは計算で求め、その特性に基づいて結晶固有の複屈折を低減させるようにフッ化物結晶材料内に内部応力を発生させることで得られる。
本発明の光学素子用フッ化物結晶材料は、フッ化カルシウム結晶であることが好ましい。この場合、フッ化カルシウム結晶の光入射面は｛１１１｝面、｛１１０｝面または｛１００｝面にし得る。
本発明の光学素子用フッ化物結晶材料では、フッ化物結晶材料固有の複屈折量を低減させるように該フッ化物結晶材料内に内部応力が生じている。この内部応力は、上記フッ化物結晶材料を外部から押圧することにより、または、フッ化物結晶材料を熱処理することにより生じさせ得る。さらに、内部応力はフッ化物結晶材料の熱処理及び外部からの加圧処理の両方により生じさせてもよい。
本発明では、本発明のフッ化物結晶材料で形成された光学素子及びこの光学素子を備える光リソグラフィー装置もまた提供される。これらの光学素子及び光リソグラフィー装置は、高解像度のために用いられるＦ２レーザなどの短波長光源に最適である。
本発明の第３の態様に従えば、光リソグラフィー装置に用いられる光学装置であって、
フッ化物結晶材料で形成されたレンズと；
上記レンズを保持するホルダーと；
上記ホルダーに取り付けられた押圧部材であって、レンズ内に応力を発生させるためにレンズを押圧する押圧部材と；を備える光学装置が提供される。
本発明の光学装置はレンズ内に応力を発生させるためにレンズを押圧する押圧部材を備えるので、レンズの特定の方位を押圧することでレンズ内部に応力を発生させてレンズの複屈折を低減させることができる。例えば、レンズをフッ化カルシウム結晶から構成した場合、波長約１５７ｎｍの光に対する複屈折量の最大値が上記レンズの有効径（光透過領域）内で２．０ｎｍ／ｃｍ以下、あるいは波長約１９３ｎｍの光に対する複屈折量の最大値が上記レンズの有効径内で１．０ｎｍ／ｃｍ以下にすることができる。また、本発明の光学装置では、押圧部材はホルダーに設けられているので、レンズがホルダーに保持されている限り、レンズに押圧力をかけた状態を維持することができる。
上記押圧部材が複数の押圧部（内部圧力発生部材）を備え、各押圧部が上記レンズ外周の異なる位置を押圧し得る。フッ化物結晶材料の複屈折が現れる面方位を考慮すると、各押圧部が上記レンズの外周の回転対称位置、例えば、２回、３回及び４回対称位置でレンズを押圧するようにホルダーに設けることが望ましい。より具体的には、レンズの中心軸に対して、周方向に３０°毎（１２点支持）、６０°毎（６点支持）、１２０°毎（３点支持）、あるいは１８０°（２点支持）の位置に対応するホルダー上に押圧部を設けることができる。ホルダーには、押圧部材とは別にレンズを保持する保持部材を設けてもよく、または、押圧部材によりレンズを保持させてもよい。保持部材をホルダーに設ける場合に、保持部材はレンズの外周部を把持するように構成し得る。
各押圧部がレンズを押圧している状態で押圧部をホルダー上に固定するための固定部材、例えば、押さえ螺子を備え得る。また、ホルダーを、レンズが設置される用途に応じて設計しておけばそのまま設置が可能となる。例えば、上記ホルダーを、光リソグラフィーに用いられる投影光学系の鏡筒の一部を構成するようにしてもよい。こうすることで投影光学系の組立及びレンズの諸特性の調整が容易となる。
本発明の第４の態様に従えば、フッ化物結晶を成長させる工程と成長させたフッ化物結晶を昇温して一定時間保持した後に降温する熱処理工程とを含む、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料の製造方法において、
上記熱処理工程で、フッ化物結晶内に不均一な熱分布が発生するようにフッ化物結晶を加熱することを特徴とするフッ化物結晶材料の製造方法が提供される。
本発明のフッ化物結晶材料の製造方法では、フッ化物結晶内に不均一な熱分布が発生するようにフッ化物結晶を加熱するので、昇温時または降温時に、上記フッ化物結晶固有の複屈折量を打ち消すような内部応力（熱応力）を発生させることができる。熱処理に用いる装置としては、例えば、フッ化物結晶材料の中心軸に対して周方向に３回対称や４回対称の温度分布を与えることのできる熱処理炉を用い得る。これらの温度分布は、熱処理炉内で所望の対称位置にヒータを配置したり、断熱材、反射板や放熱板などを所望の対称位置に配置することで、実現することが可能である。
例えば、｛１１１｝面がレンズの上下面となるように円板状に切り出したフッ化物結晶材料では、円板状のフッ化物結晶材料の垂直軸に対して周方向に１２０°毎に固有の複屈折量のピークが存在する。即ち、複屈折量の分布が円板状のフッ化物結晶材料の垂直軸に対して周方向に３回対称の分布形状を有する。光が垂直軸と同じ方向から入射する場合には複屈折はほとんど発生しないが、このフッ化物結晶材料をレンズとして使用した際には垂直軸に対して斜めから入射する光に対して｛１１１｝面方向以外の方向の固有の複屈折が発生する。そこで、｛１１１｝面を上下面となるように円板状に切り出したフッ化物結晶材料に対して、フッ化物結晶材料の中心軸に対して周方向に３回対称の温度分布を与えることのできる熱処理炉を用意し、その中心にフッ化物結晶材料を配置して熱処理を行うと、｛１１１｝面を上下面として円板状に切り出したフッ化物結晶材料内にその中心軸に対して周方向に不均一（３回対称）な内部応力を発生させることができる。これによりフッ化物結晶材料の斜入射光に対する固有の複屈折を低下させてフッ化物結晶全体の複屈折量を低減することができる。
本発明の第５の態様に従えば、フッ化物結晶を成長させる工程と成長させたフッ化物結晶を昇温して一定時間保持した後に降温する熱処理工程とを含む、光リソグラフィー装置に用いられる光学素子用のフッ化物結晶材料の製造方法において、
上記熱処理工程に施されるフッ化物結晶に内部応力が発生するように、フッ化物結晶を部分的に押圧する工程を含むことを特徴とするフッ化物結晶材料の製造方法が提供される。
本発明の第５の態様に従う方法のように、フッ化物結晶材料の外周に押圧力を加えた状態で熱処理を行い、熱処理終了後にその外部応力を取り除くことにより、フッ化物結晶材料に内部応力を発生させても良い。この外周に加える押圧力は、フッ化物結晶材料の中心軸に対して周方向に不均一、例えば中心軸に対して周方向に３回対称、４回対称などの押圧力を加えても良い。この方法では、例えば、押圧部材が設けられたホルダーを用いてフッ化物結晶に部分的に押圧力をかけてフッ化物結晶を保持し、フッ化物結晶を保持したホルダーを熱処理工程に供することができる。
発明を実施する最良の実施形態
実施例１
図１（ａ）及び（ｂ）に、実施例１で作製したリソグラフィーに用いられる光学素子（光学装置）を示す。この例で作製した光学素子１１０は、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズ１１１、円筒状のホルダー１１４、３つの保持部材１１６及び３つの内部応力発生部材（押圧部材）１１５で構成される。
レンズ１１１はフッ化カルシウム結晶で形成された円盤状の凹凸レンズであり、レンズ１１１の光軸（中心軸）１１７はフッ化カルシウム結晶の［１１１］軸と概ね一致している。ここで、「概ね一致」とは、光軸が結晶の指定の軸に対して±３°以内の精度で一致していることを表している。レンズ１１１の外周の側壁１１１ｂは、図１（ｂ）に示すように、凸部１１１ａが周方向に形成されている。
レンズ１１１は、円筒状のホルダー１１４に設けられた保持部材１１６によりホルダー１１４内に保持される。保持部材１１６は、図１（ａ）に示すように、ホルダー１１４に３つ設けられ、ホルダー１１４の周方向に約１２０°間隔で設けられている。図１（ｂ）に示すように、保持部材１１６はホルダー１１４の内周壁内部からホルダーの中心に向かって延在するアーム１１６ｂとその先端に設けられたの把持部（凹部）１１６ａとを有する。把持部１１６ａはレンズ１１１の外周の側壁に形成された凸部１１１ａの上下面を挟み込む構造を有する。保持部材１１６の把持部１１６ａでレンズ１１１の外周の凸部１１１ａを挟み込むことにより、レンズ１１１をホルダー１１４の中心軸と同軸上に保持している。ただし、図１（ａ）に示すように、保持部材１１６と内部応力発生部材１１５とは周方向に互いに重ならない位置に設けられている。
ホルダー１１４には、レンズ１１１に内部応力を発生させるための３つの内部応力発生部材（押圧部）１１５が設けられている。この部材１１５は、ホルダー１１４の壁面を貫通する貫通穴１１４ａ内に移動可能に挿入されたロッド１１５ａと、ロッド１１５ａのレンズ側端部が分岐してできたアーム１１５ｂと、アーム１１５ｂの先端に取り付けられた円盤状の弾性部材１１５ｃとを備える。ロッド１１５ａのホルダー１１４に対する位置はホルダー１１４に形成されたねじ穴１１４ｂに挿入されるねじ１１４ｃがロッド１１５ａを押圧することで固定される。内部応力発生部材１１５は、レンズの中心軸１１７（［１１１］軸）と直交する［−１１０］軸１１２からホルダー１１４の周方向に３０°、１５０°及び２７０°の位置に設けられている。内部応力発生部材１１５のロッド１１５ａのホルダー外側に位置する端部に、レンズ中心軸１１７に向かって押圧力１１３を加えることによって、内部応力発生部材１１５の弾性部材１１５ｃは、図１（ｂ）に示すように、レンズ１１１の外周壁面１１１ｂを押圧し、ホルダー１１４の半径方向外側からレンズ１１１の中心軸１１７に向かって押圧力１１３が加えられる。レンズ１１１内に内部応力を発生させる際、レンズ１１１の材料であるフッ化カルシウム結晶固有の複屈折を低減させるように、各内部応力発生部材１１５から加えられる圧力をそれぞれ調整する。
以下に、リソグラフィー用光学素子１１０の作製方法について説明する。まず、レンズ１１１に用いられるフッ化カルシウム結晶を、ブリッジマン法によって成長させ、熱処理工程を経て熱歪を除去することにより作製した。この例では直径２５０ｍｍの円柱状のフッ化カルシウム結晶を作製した。次いで、作製したフッ化カルシウム結晶のインゴットから、フッ化カルシウム結晶の［１１１］軸がレンズの中心軸と概ね一致するように円板状素材を切り出した。切り出した円板状素材について、［１１１］軸と直交する［−１１０］軸方向をＸ線回折により見出した。
次に、採取した円板状のフッ化カルシウム結晶素材を複屈折測定用のホルダーに装着してフッ化カルシウム結晶素材の複屈折量を測定した。図２（ａ）及び（ｂ）にフッ化カルシウム結晶素材を複屈折測定用のホルダー１２４に装着した様子を示した。ホルダー１２４は保持部材を設けていない以外は、図１に示したホルダー１１４と同様な構造を有する。図２（ａ）に示すように、フッ化カルシウム結晶素材１２１をホルダー１２４の中心軸と同軸上に配置して、フッ化カルシウム結晶素材１２１の［−１１０］軸１２２からホルダー１２４の周方向に３０°、１５０°及び２７０°の位置に設けられた内部応力発生部材１２５で３方向からそれぞれ約５０Ｎ／ｃｍ２の押圧力１２３をフッ化カルシウム結晶素材１２１の半径方向外側から中心軸１２７に向かって中心軸１２７に垂直に加えながらフッ化カルシウム結晶素材１２１を内部応力発生部材１２５により保持した。
３つの内部応力発生部材１２５により保持され且つ加圧されたフッ化カルシウム結晶素材１２１に、波長が１９３ｎｍ及び１５７ｎｍである光をそれぞれ中心軸１２７に平行に照射して、フッ化カルシウム結晶素材１２１の複屈折量を測定した。この例では、光源にＤ２ランプを用い、複屈折量は複屈折測定装置により測定した。その結果を下記表１Ａに示した。なお、測定はフッ化カルシウム結晶素材１２１の中心から最外周までの面内領域で半径方向に５ｍｍ毎及び円周方向に３０°毎に光照射位置を移動して測定した。表１Ａには、測定値の最大値と平均値を示した。また、比較のために、フッ化カルシウム結晶素材１２１に押圧力を加えない場合の複屈折量も記載した。
2003054590.tif 000003
表１Ａから明らかなように、フッ化カルシウム結晶素材１２１に外部から約５０Ｎ／ｃｍ２の押圧力を加えることにより複屈折量が低減されることが分った。なお、押圧力を変更して上記と同様にして複屈折量を測定したところ、押圧力が約５０Ｎ／ｃｍ２のときに複屈折量が最小になることが分った。すなわち、押圧力が約５０Ｎ／ｃｍ２のときに固有複屈折が応力複屈折によって最も効率よく相殺されている。このように、応力による複屈折を加えることにより、固有複屈折が相殺されて素材のトータルの複屈折が小さくなる。そうすると、入射光の互いに直交して振動する２つの偏光成分の光路差が小さくなるので、その結果として、ストレール強度が上がり、１に近づく。ストレール強度が１に近づくほど結像特性が良くなるので、この実施例により得られた素材を用いることにより結像特性の優れた光学素子を製造することができる。
また、この例では、図３に示すように、フッ化カルシウム結晶素材１２１を内部応力発生部材１２５でホルダー１２４に保持したまま、光源１３４から射出した測定光１３５に対して傾け、透過光を検出器１３６で検出することで斜入射光に対する複屈折の測定を行った。フッ化カルシウム結晶素材１２１の傾斜角は測定光１３５の入射方向に対して３０°及び４５°とした。なお、測定は、フッ化カルシウム結晶素材１２１の面内領域で半径１００ｍｍの円周状を１５°間隔で光照射位置を移動しながら測定した。測定結果を表１Ｂに示した。
2003054590.tif 000004
フッ化カルシウム結晶素材１２１の複屈折量を測定した後、フッ化カルシウム結晶素材１２１を一旦ホルダー１２４から取り外し、所定のレンズ形状になるように、研削及び研磨を行った。なお、取り外す前に、結晶軸の方位とホルダーとの相対位置関係について研削及び研磨後のレンズ取り付けのために記録しておいた。研削の際、レンズ外周部の側壁には、図１（ｂ）に示すような凸部１１１ａが形成されるようにした。次いで、加工されたレンズを、図１（ａ）及び（ｂ）に示すようなホルダー１１４に、前記記録した相対位置関係を維持しつつ装着した。その際、ホルダー１１４に設けられた３つの保持部材１１６でレンズ１１１をホルダー１１４の中心軸と同軸上に保持した。次に、ホルダー１１４に設けられた各内部応力発生部材１１５の押圧部材１１５ｃを、レンズ１１１の外周に形成された側壁部１１１ｂに押し当て、レンズ１１１の中心軸１１７に向かって垂直に押圧力１１３を加えてレンズ１１１に圧縮応力を発生させた。押圧力１１３には空気圧を用い、圧力値は５０±５Ｎ／ｃｍ２とした。このようにして、実施例１のリソグラフィー用光学素子１１０を作製した。
上記作製方法で作製された光学素子１１０内のレンズ１１１の複屈折量を前述の複屈折測定方法と同様の方法で測定した。その結果、表１Ａとほぼ同じ結果が得られた。
実施例２
図４（ａ）及び（ｂ）に、実施例２で作製したリソグラフィー用光学素子を示す。この例で作製した光学素子２１０は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、レンズ２１１、円筒状のホルダー２１４、４つの保持部材２１６及び２つの内部応力発生部材２１５で構成されている。この例では、レンズ２２１の中心軸２１７は、フッ化カルシウム結晶の［１１０］軸とした。また、図４（ａ）に示すように、保持部材２１６をホルダー２１４の周方向に約９０°間隔で４つ設け、内部応力発生部材２１５をレンズの中心軸２１７と直交する［−１１０］軸２１２からホルダー２１４の周方向に０°及び１８０°の位置にそれぞれ設けた以外は、実施例１と同様の構成とした。ただし、図４（ａ）に示すように、４つの保持部材２１６と２つの内部応力発生部材２１５とは互いに重ならない位置に設けられている。
以下に、この例で作製したリソグラフィー用光学素子２１０の作製方法について説明する。まず、実施例１と同様に、レンズ２１１に用いられるフッ化カルシウム結晶を、ブリッジマン法によって成長させ、熱処理工程を経て熱歪を除去することにより直径２５０ｍｍの円柱状のフッ化カルシウム結晶を作製した。次いで、作製されたフッ化カルシウム結晶のインゴットから結晶の［１１０］軸がレンズ２１１の中心軸２１７と概ね一致するように円板状素材を切り出し、［１１０］軸と直交する［−１１０］軸方向２１２をＸ線回折により見出した。
次に、切り出した円板状のフッ化カルシウム結晶素材を複屈折測定用のホルダーに装着した。その様子を図５に示した。ホルダー２２４は保持部材２１６を設けなかった以外は図４に示したホルダー２１４と同様の構造を有する。フッ化カルシウム結晶素材２２１を複屈折測定用のホルダー２２４に装着する際、フッ化カルシウム結晶素材２２１の［−１１０］軸２２２からホルダー２２４の周方向に０°及び１８０°の位置に設けられた内部応力発生部材２２５で２方向からそれぞれ約５０Ｎ／ｃｍ２の押圧力２２３を中心軸２２７に向かって中心軸２２７に垂直に加えながらフッ化カルシウム結晶素材２２１を内部応力発生部材２２５で保持した。
内部応力発生部材２２５で保持されたフッ化カルシウム結晶素材２２１の中心軸２２７（［１１０］軸）方向に、波長が１９３ｎｍ及び１５７ｎｍである光をそれぞれ照射して、フッ化カルシウム結晶素材２２１の複屈折量を測定した。この例では、実施例１同様、光源にＤ２ランプを用い、複屈折量は複屈折測定装置により測定した。その結果を下記の表２に示した。なお、測定は、フッ化カルシウム結晶素材２２１の中心から最外周までの面内領域で半径方向に５ｍｍ毎及び円周方向に３０°毎に光照射位置を移動して測定した。表２には、測定値の最大値と平均値を示した。また、比較のために、フッ化カルシウム結晶素材２２１に押圧力を加えない場合の複屈折量も記載した。
2003054590.tif 000005
フッ化カルシウム結晶素材２２１の複屈折量を測定した後、フッ化カルシウム結晶素材２２１を一旦ホルダー２２４から取り外し、所定のレンズ形状になるように、研削及び研磨を行った。レンズ外周部の側壁には、図４（ｂ）に示すように、保持部材２１４でレンズ２１１を保持するとともに、内部応力発生部材２１５の押圧部材２１５ｃで押圧できるようにするために凸部２１１ａを形成した。次いで、加工されたレンズを、図４（ａ）及び（ｂ）のように、ホルダー２１４に装着した。その際、ホルダー２１４に設けられた４つの保持部材２１６でレンズ２１１をホルダー２１４の中心軸と同軸上に保持した。次に、ホルダー２１４に設けられた各内部応力発生部材２１５の押圧部材２１５ｃを、レンズ２１１の外周の側壁部２１１ｂに押し当て、レンズ２１１の中心軸２１７に向かって且つ中心軸２１７に垂直に押圧力２１３を加えてレンズ２１１に圧縮応力を発生させた。押圧力２１３には空気圧を用い、圧力値は５０±５Ｎ／ｃｍ２とした。このようにして、実施例２のリソグラフィー用光学素子２１０を作製した。
上記作製方法で作製された光学素子２１０内のレンズ２１１の複屈折量を前述の複屈折測定方法と同様の方法で測定した。その結果、表２とほぼ同じ結果が得られた。
実施例３
図６に、実施例３で作製したリソグラフィー用光学素子を示す。この例で作製した光学素子３１０は、図６に示すように、レンズ３１１、円筒状のホルダー３１４、４つの保持部材３１６及び４つの内部応力発生部材３１５で構成されている。この例では、レンズ３２１の中心軸３１７は、フッ化カルシウム結晶の［１００］軸とした。また、図６（ａ）に示すように、保持部材３１６をホルダー３１４の周方向に約９０°間隔で４つ設け、内部応力発生部材３１５をレンズの中心軸３１７と直交する［００１］軸３１２からホルダー３１４の周方向に０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置に設けた以外は、実施例１と同様の構成とした。ただし、図６（ａ）に示すように、４つの保持部材３１６と４つの内部応力発生部材３１５は互いに重ならない位置に設けられている。
以下に、この例で作製したリソグラフィー用光学素子３１０の作製方法について説明する。まず、実施例１と同様に、レンズ３１１に用いられるフッ化カルシウム結晶を、ブリッジマン法によって成長させ、熱処理工程を経て熱歪を除去することにより直径２５０ｍｍの円柱状のフッ化カルシウム結晶を作製した。次いで、作製したフッ化カルシウム結晶のインゴットから結晶の［１００］軸がレンズ３１１の中心軸３１７と概ね一致するように円板状素材を切り出し、［１００］軸と直交する［００１］軸方向３１２をＸ線回折により見出した。
次に、切り出した円板状のフッ化カルシウム結晶素材を複屈折測定用のホルダーに装着した。その様子を図７に示した。ホルダー３２４は、保持部材３１６を設けなかった以外は図６に示したホルダー３１４と同じ構造を有する。フッ化カルシウム結晶素材３２１を複屈折測定用のホルダー３２４に装着する際、フッ化カルシウム結晶素材３２１の［００１］軸３２２からホルダー３２４の周方向に０°、９０°、１８０°及び２７０°の位置に設けられた内部応力発生部材３２５で４方向からそれぞれ約５０Ｎ／ｃｍ２の押圧力３２３を中心軸３２７に向かって中心軸３２７に垂直に加えることにより、フッ化カルシウム結晶素材３２１を内部応力発生部材３２５で保持した。
内部応力発生部材３２５で保持されたフッ化カルシウム結晶素材３２１の中心軸３２７（［１００］軸）方向に、波長が１９３ｎｍ及び１５７ｎｍである光をそれぞれ照射して、フッ化カルシウム結晶素材３２１の複屈折量を測定した。この例では、実施例１同様、光源にＤ２ランプを用い、複屈折量は複屈折測定装置により測定した。その結果を下記の表３に示した。なお、測定は、フッ化カルシウム結晶素材３２１の中心から最外周までの面内領域で半径方向に５ｍｍ毎及び円周方向に３０°毎に光照射位置を移動して測定した。表３には、測定値の最大値と平均値を示した。また、比較のためにフッ化カルシウム結晶素材３２１に押圧力を加えない場合の複屈折量も記載した。
2003054590.tif 000006
フッ化カルシウム結晶素材３２１の複屈折量を測定した後、フッ化カルシウム結晶素材３２１を一旦ホルダー３２４から取り外し、所定のレンズ形状になるように、研削及び研磨を行った。レンズ外周部の側壁には、図６（ｂ）に示すように、保持部材３１６でレンズ３１１を保持するとともに、押圧部材３１５ｃで押圧できるようにするために凸部３１１ａを形成した。次いで、加工されたレンズを、図６（ａ）及び（ｂ）のように、ホルダー３１４に装着した。その際、ホルダー３１４に設けられた、４つの保持部材３１６でレンズ３１１をホルダー３１４の中心軸と同軸上に保持した。次に、各内部応力発生部材３１５の押圧部材３１５ｃを、レンズ３１１の外周の側壁部３１１ｂに押し当て、レンズ３１１の中心軸３１７に向かって中心軸３１７に垂直に押圧力３１３を加えてレンズ３１１に圧縮応力を発生させた。押圧力３１３には空気圧を用い、圧力値は５０±５Ｎ／ｃｍ２とした。このようにして、実施例３のリソグラフィー用光学素子３１０を作製した。
上記作製方法で作製された光学素子３１０内のレンズ３１１の複屈折を前述の複屈折測定方法と同様の方法で測定した。その結果、表３とほぼ同じ結果が得られた。
実施例４
この例では、熱処理によりフッ化カルシウム結晶内に内部応力を発生させた。以下に、この例で作製したリソグラフィー用フッ化カルシウム結晶の作製方法について説明する。まず、ブリッジマン法により、直径３００ｍｍの円柱状のフッ化カルシウム結晶を成長させて３本のフッ化カルシウム結晶のインゴットを得た。これらのフッ化カルシウム結晶のインゴットは概ね単結晶であり、それらのインゴットから｛１１１｝面、｛１１０｝面、｛１００｝面がそれぞれのレンズの上下面になるように、直径２３０ｍｍ、厚さ５５ｍｍの円板状の３種類のフッ化カルシウム結晶素材を切り出した。
次に、切り出した各フッ化カルシウム結晶の円板状素材を図８に示す熱処理装置に入れて熱処理を行い、フッ化カルシウム結晶に内部応力を発生させた。
図８に示すように、円筒形状の熱処理装置４０の中央部には、グラファイトで形成された容器４２が配置され、その外周には、気密性のステンレス容器４３が設けられている。ステンレス容器４３の外側には、アルミナ製断熱材４４とヒータ４５がそれぞれ配置されている。アルミナ製断熱材４４は、ヒータ４５から熱を容器４２の中心（４８）に対して周方向に３回対称に分布させることができるように周方向に１２０°毎に分割して設置されている。ヒータ４５は、熱処理装置内部の温度を１２００℃まで上昇させることができるヒータであれば任意のヒータで良く、この例ではニッケルとクロムの合金でできた抵抗発熱体をコイル状に巻いたものを使用した。また、ヒータ４５の外側は、断熱材４６と外枠４７がそれぞれ設けられている。このような熱処理装置４０の容器４２内に、切り出した円板状素材の上下面が｛１１１｝面であるフッ化カルシウム結晶素材４１を挿入した。円板状素材の上下面が｛１１１｝面であるフッ化カルシウム結晶素材４１では、その中心軸に対して周方向に１２０°毎に固有の複屈折量のピークが存在する。そのため円板素材の上下面が｛１１１｝面であるフッ化カルシウム結晶素材４１を熱処理する際には、固有の複屈折量のピークが低減されるように、図８に示した構造の熱処理装置４０を用いて３回対称の温度分布を形成することが好ましい。
一方、円板素材の上下面が｛１１０｝面であるフッ化カルシウム結晶素材については、フッ化カルシウム結晶素材の中心軸に対して周方向に２回対称の温度分布が与えられるようにアルミナ製断熱材を配置した（不図示）。また、円板素材の上下面が｛１００｝面であるフッ化カルシウム結晶素材については、フッ化カルシウム結晶素材の中心軸に対して周方向に４回対称の温度分布が与えられるようにアルミナ製断熱材を配置した（不図示）。
次に、円板素材の上下面が｛１１１｝面、｛１１０｝面及び｛１００｝面であるフッ化カルシウム結晶素材をそれぞれの複屈折分布に適合した熱処理装置に挿入し、適量のフッ化水素アンモニウムとともに、油回転ポンプでステンレス容器４３内を真空排気した。容器４３を密閉後、昇温、保持、降温の熱処理プロセスを行った。この例では、熱処理に次のような温度制御スケジュールを採用した。まず、０℃から１０５０℃まで５０℃／ｈの速度で昇温して、１０５０℃で５０時間保持する。次いで、１０５０℃から７００℃までは０．５℃／ｈの速度、７００℃から５００℃までは２．０℃／ｈの速度、そして、５００℃から２０℃までは５．０℃／ｈの速度でそれぞれ降温した。
上記熱処理が施された各フッ化カルシウム結晶素材に、波長１９３ｎｍ及び１５７ｎｍの光を各フッ化カルシウム結晶素材の中心軸に平行に照射してそれぞれの複屈折量を測定した。この例では、実施例１同様、光源にＤ２ランプを用い、複屈折量は複屈折測定装置により測定した。なお、測定は各フッ化カルシウム結晶素材の直径２１０ｍｍ以内の面内領域で約２８０点の測定点で測定した。その結果を表４に示した。表４には、測定値の最大値と平均値を示した。表４からいずれの結晶素材も波長１９３ｎｍ及び１５７ｎｍの光に対して複屈折量が十分に抑制されていることが分る。
2003054590.tif 000007
実施例５
この例では、熱処理と外部からの加圧処理によりフッ化カルシウム結晶内に内部応力を発生させた。以下に、この例で作製したリソグラフィー用フッ化カルシウム結晶の作製方法について説明する。まず、ブリッジマン法により、直径３００ｍｍの円柱状のフッ化カルシウム結晶を成長させて、３本のフッ化カルシウム結晶のインゴットを得た。これらのフッ化カルシウム結晶のインゴットは概ね単結晶であり、それらのインゴットから｛１１１｝面、｛１１０｝面、｛１００｝面がそれぞれのレンズの上下面になるように、直径２３０ｍｍ、厚さ５５ｍｍの円板状の３種類のフッ化カルシウム結晶素材を切り出した。
次に、それぞれのインゴットから切り出したフッ化カルシウム結晶の円板状素材５１１に、図９に示すように、グラファイト製ブランケット５１６に巻いた後、円筒状のホルダー５１４内に配置して、ホルダー５１４に設けられた内部応力発生部材５１５により外部からフッ化カルシウム結晶素材５１１の中心軸に向かって中心軸に垂直に押圧力を加えてフッ化カルシウム結晶内に内部応力を発生させた。
円板素材の上下面が｛１１１｝面であるフッ化カルシウム結晶素材の場合には、フッ化カルシウム結晶素材５１１の中心軸５１７と垂直方向の［−１１０］軸５１２からホルダー５１４の周方向に３０°、１５０°及び２７０°の位置に設けられた内部応力発生部材５１５によりフッ化カルシウム結晶素材５１１の半径方向外側から中心軸５１７に向かって加圧し、フッ化カルシウム結晶素材５１１に３回対称の圧縮応力を発生させた。押圧力は約５０Ｎ／ｃｍ２とした。
各内部応力発生部材５１５で圧縮応力が生じている状態のフッ化カルシウム結晶素材５１１をホルダー５１４ごと熱処理装置に入れて、フッ化カルシウム結晶素材５１１の中心軸５１７に対して周方向に均一に加熱されるように熱処理を行った。熱処理の温度制御スケジュールは、実施例４と同様に、まず、０℃から１０５０℃まで５０℃／ｈの速度で昇温して、１０５０℃で５０時間保持する。次いで、１０５０℃から７００℃までは０．５℃／ｈの速度、７００℃から５００℃までは２．０℃／ｈの速度、そして、５００℃から２０℃まで５．０℃／ｈの速度でそれぞれ降温した。
円板素材の上下面が｛１１０｝面であるフッ化カルシウム結晶素材については、フッ化カルシウム結晶素材の中心軸に対して周方向に２回対称の押圧力が加えられるホルダー、すなわち、直径方向に対向して内部応力発生部材が設けられたホルダーにフッ化カルシウム結晶素材を装着して、フッ化カルシウム結晶素材内に内部応力を発生させ、この状態で熱処理を行った。温度制御スケジュールは上下面が｛１１１｝面である円板素材と同様にした。また、円板の上下面が｛１００｝面であるフッ化カルシウム結晶素材については、フッ化カルシウム結晶素材の中心軸に対して周方向に４回対称の押圧力が加えられるホルダー、すなわち、９０°の回転角度間隔で内部応力発生部材が設けられたホルダーにフッ化カルシウム結晶素材を装着して、フッ化カルシウム結晶素材内に内部応力を発生させ、その状態で熱処理を行った。温度制御スケジュールは上下面が｛１１１｝面である円板素材と同様にした。
熱処理後、フッ化カルシウム結晶素材をホルダーから取り外し、フッ化カルシウム結晶素材の外周を約２ｍｍの圧さで研削した。研削後のフッ化カルシウム結晶素材の中心軸の方向に波長１９３ｎｍ及び１５７ｎｍの光を照射して、フッ化カルシウム結晶素材の複屈折量をそれぞれ測定した。この例では、実施例１同様、光源にＤ２ランプを用い、複屈折量は複屈折測定装置により測定した。なお、測定は、フッ化カルシウム結晶素材の中心から直径２１０ｍｍの面内領域で、半径方向５ｍｍ毎及び円周方向３０°毎に測定点を移動して総計約２８０点において行った。その結果を表５に示した。表５には測定値の最大値と平均値を示した。表５からいずれの結晶素材も複屈折量が十分に抑制されていることが分る。
2003054590.tif 000008
上記実施例１〜３では、レンズを光学素子内で保持するための保持部材とレンズ内に内部応力を発生させるための内部応力発生部材とが別個である例を説明したが、本発明はこれに限定されず、保持部材に内部応力発生機能を持たせて、保持部材のみで、レンズの保持と加圧を行っても良い。この場合、例えば、保持部材のアームをホルダーの壁面を貫通して移動可能にするとともにアームを押圧後固定するためのネジをホルダーに設けることができる。あるいは、内部応力発生部材でレンズを支持することにより、保持部材をホルダーから省略することもできる。
上記実施例１〜５では、レンズの形成材料としてフッ化カルシウム結晶を用いて説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウムなどの等軸晶系に属するフッ化物結晶を用いることも可能であり、上記実施例と同様に複屈折を低減させることが可能である。
上記実施例１〜５では、インゴットからフッ化物結晶素材を円板状に切り出す際に、フッ化物結晶の｛１１１｝面、｛１１０｝面及び｛１００｝面が円板の上下面となるように切り出す例を説明したが、これら以外の面で切り出しても良い。その場合には、フッ化物結晶素材に熱処理または加圧処理により内部応力を発生させる際、切り出した結晶面の複屈折の特性に合わせて、フッ化物結晶素材の中心軸に対する周方向の熱処理の温度分布や加圧処理の圧力分布を適宜変更し得る。
実施例６
図１０は、光リソグラフィー装置の一例として、上記実施例１で作製したフッ化物結晶製レンズを収容した投影光学系を備える露光装置を示す。図１０はＦ２レーザーを光源とする光リソグラフィー用露光装置１０の概念図を示す。図１０において、１００はＦ２レーザー光源（発振中心波長１５７．６ｎｍ）、ＩＬは照明光学系、ＰＬは投影光学系、Ｒはレチクル、Ｗは縮小投影されるシリコンウェハである。光源１００から出射された光は、照明光学系ＩＬを介して、所定のパターンが形成されたレチクルＲを均一な照度で照明する。
光源１００と照明光学系ＩＬの間の光路はケーシング（不図示）で密封されており、光源１００から照明光学系ＩＬの最もレチクルに近い側のレンズまでの空間は、露光光の吸収率が低い不活性ガスが充填されている。レチクルＲは、レチクルホルダＲＨを介してレチクルステージＲＳ上においてＸＹ平面に対して平行となるように保持されている。レチクルＲにはウェハＷ上に転写するためのパターンが形成されている。パターン領域全体のうち、Ｘ方向に沿って短辺を有し、かつ、Ｙ方向に沿って長辺を有する矩形状（スリット状）領域が照明される。
レチクルステージＲＳは、レチクル面（すなわちＸＹ平面）に沿って二次元的に移動可能であり、その位置座標はレチクル移動鏡ＲＭを用いたレチクル干渉計ＲＩＦによって計測され位置制御される。レチクルＲに形成されたパターンを通過した光は、投影光学系ＰＬを介して感光性基板であるウェハＷ上にレチクルパターン像を形成する。ウェハＷは、ウェハテーブルＷＴを介してウェハステージＷＳ上においてＸＹ平面に対して平行となるように保持される。ウェハステージＷＳは、ウェハＷ上においてＸ方向に沿って短辺を有し、かつ、Ｙ方向に沿って長辺を有する矩形状の露光領域が、レチクルＲ上における矩形状の照明領域に光学的に対応するように、ＸＹ平面に沿って二次元的に移動可能である。ウェハテーブルＷＴの位置座標はウェハ移動鏡ＷＭを用いてウェハ干渉計ＷＩＦにより計測され位置制御される。
投影光学系ＰＬの内部は気密状態を保つように構成され、その内部の空間には不活性ガスが充填されている。図１０に示すように、投影光学系ＰＬの内部には、実施例１で作製したホルダー付きの光学素子１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃが各ホルダーを投影光学系ＰＬの鏡筒に装着することにより設置されている。また、照明光学系ＩＬと投影光学系ＰＬの間の狭い光路には、レチクルＲ及びレチクルステージＲＳなどが配置されている。レチクルＲ及びレチクルステージＲＳなどを密封包囲するケーシング（不図示）の内部には不活性ガスが充填されている。
このように、光源１００からウェハＷまでの光路全体にわたって、露光光が殆ど吸収されることのない雰囲気が形成されている。上述した通り、投影光学系ＰＬを介して照明されるレチクルＲ上の照明領域及びウェハＷ上の露光領域は、Ｘ方向に沿って短辺を有する矩形状である。従って、駆動系及び干渉計（ＲＩＦ、ＷＩＦ）等を用いてレチクルＲ及びウェハＷの位置制御を行ないながら、矩形状の照明領域及び露光領域の短辺方向、即ちＸ方向に沿ってレチクルステージＲＳとウェハステージＷＳとを同期して移動（走査）させることで、ウェハＷ上には露光領域の長辺に等しい幅を有し、かつ、ウェハＷの移動（走査）量に応じた長さを有する領域に対してレチクルパターンが走査露光される。
このような構成の露光装置により、微細かつ鮮明なパターンを得られる光リソグラフィーが実現できる。前述のように、実施例１で作製したホルダー付きの光学素子１１０ａ、１１０ｂ及び１１０ｃは、図１０に示すようにそのまま投影光学系ＰＬの鏡筒に装着することが可能であるので、レンズの良好な結像特性を維持したまま投影光学系の組立が可能となる。この場合、投影光学系の結像特性をホルダーに設けられた応力発生部材を調整することで制御することも可能となり、メンテナンスの点でも有利となる。上記実施例で作製したフッ化物結晶製レンズは投影光学系用のレンズのみならず照明光学系で用いられる各種レンズに使用することができる。露光装置の構造の詳細は、例えば、米国特許第６，４００，４４１Ｂ１及び第６，３９１，５０３Ｂ２に記載されており、国際出願の指定国又は選択国の国内法令又は規則が許容する場合において、これらの米国特許の内容を援用して本文の記載の一部とする。
産業上の利用可能性
以上のように、本発明のフッ化物結晶材料及び光学装置（光学素子）並びにそれらの製造方法によれば、フッ化物結晶の固有の複屈折が光学性能に与える影響を最小限にすることができる。それゆえ、フッ化物結晶材料を、例えば、投影露光装置、特にＡｒＦレーザやＦ２レーザを光源とする投影露光装置に用いられる投影レンズ材料として用いたときに、ストレール値を向上させることが可能となり、高解像度の露光が実現される。また、本発明の光学装置は、ホルダーによりレンズの結像特性を調整しているために、レンズの組み込み作業並びに光学特性の調整及びメンテナンスが容易となる。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施例１に記載のフッ化カルシウム結晶を保持した光学素子を示し、図１（ａ）は平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中の破線Ａ１−Ａ１方向の断面図である。
図２は、実施例１に記載のフッ化カルシウム結晶の複屈折を測定する際のフッ化カルシウム結晶の保持方法を示し、図２（ａ）は平面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）中の破線Ａ２−Ａ２方向の断面図である。
図３は、実施例１に記載のフッ化カルシウム結晶の斜入射光に対する複屈折の測定方法を示す。
図４は、実施例２に記載のフッ化カルシウム結晶を保持した光学素子を示し、図４（ａ）は平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）中の破線Ａ３−Ａ３方向の断面図である。
図５は、実施例２に記載のフッ化カルシウム結晶の複屈折を測定する際のフッ化カルシウム結晶の保持方法を示し、図５（ａ）は平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）中の破線Ａ４−Ａ４方向の断面図である。
図６は、実施例３に記載のフッ化カルシウム結晶を保持した光学素子を示し、図６（ａ）は平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）中の破線Ａ５−Ａ５方向の断面図である。
図７は、実施例３に記載のフッ化カルシウム結晶の複屈折を測定する際のフッ化カルシウム結晶の保持方法を示し、図７（ａ）は平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）中の破線Ａ６−Ａ６方向の断面図である。
図８は、実施例４に記載の平板の上下面が｛１１１｝面であるフッ化カルシウム結晶をアニールする際の熱処理炉の構成断面図である。
図９は、実施例５に記載の熱処理時のフッ化カルシウム結晶の保持方法を示し、図９（ａ）は平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）中の破線Ａ７−Ａ７方向の断面図である。
図１０は、光リソグラフィー装置の全体構造を表す概念図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【国際調査報告】
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