(57)【要約】  【課題】  結晶性光学部材を有する光学系において応力複屈折量および応力複屈折の異方性を低減する。  【解決手段】  結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、所定の結晶軸方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有する複数の光学部材を、前記応力分布の対称軸を一致させ、かつ該対称軸の周りに相対的に所定の角度回転させて配置する。【選択図】  図１
2005308876.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１１＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材。
【請求項２】
前記単結晶がフッ化カルシウム(CaF2)単結晶である請求項１に記載の光学部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の光学部材を少なくとも１枚有する光学系。
【請求項４】
前記光学部材を２枚有する光学系であって、該２枚の光学部材の前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに６０度回転させて配置した請求項３に記載の光学系。
【請求項５】
結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置した光学系。
【請求項６】
前記２枚の光学部材の応力分布が互いに等しい請求項４または請求項５に記載の光学系。
【請求項７】
結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞方向に入射する光線に対する複屈折量および進相軸方向が[１００]面内において４回回転対称の分布を示す２枚の光学部材を、前記４回回転対称の対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置した光学系。
【請求項８】
前記２枚の光学部材の[１００]面内における複屈折量および進相軸方向の分布が互いに等しい請求項７に記載の光学系。
【請求項９】
結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１１＞方向に入射する光線に対する複屈折量および進相軸方向が[１１１]面内において軸対称の分布を示す２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに６０度回転させて配置した光学系。
【請求項１０】
前記２枚の光学部材の[１１１]面内における複屈折量および進相軸方向の分布が互いに等しい請求項９に記載の光学系。
【請求項１１】
前記２枚の光学部材が隣接して配置された、請求項６または請求項８または請求項１０に記載の光学系。
【請求項１２】
結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１０＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する４枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ前記４枚の光学部材のうち３枚の光学部材を、他の１枚の光学部材に対して前記対称軸の周りにそれぞれ４５度、９０度、１３５度回転させて配置した光学系。
【請求項１３】
前記４枚の光学部材の応力分布が互いに等しい請求項１２に記載の光学系。
【請求項１４】
前記４枚の光学部材が隣接して配置された請求項１３に記載の光学系。
【請求項１５】
前記単結晶がフッ化カルシウム(CaF2)単結晶である請求項５ないし請求項１４のいずれか一項に記載の光学系。
【請求項１６】
請求項１または請求項２に記載の光学部材を備えた露光装置。
【請求項１７】
請求項３ないし請求項１５のいずれか一項に記載の光学系を備えた露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、応力複屈折を低減した光学系および該光学系を備えた露光装置に関し、特に半導体素子などのマイクロデバイスをフォトリソグラフィ工程で製造する際に使用される露光装置に好適な光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体製造における光を用いた精密加工や計測の分野では、要求される加工・計測精度の向上に合わせて光源の短波長化が進んでいる。これに伴い使用可能な光学部材は、より短波長まで光吸収の少ない材料に限定されることになる。現在主流の光源であるArFエキシマレーザー（波長193nm）に使用可能な光学部材は合成石英ガラスまたはフッ化カルシウム等のフッ化物単結晶であり、さらに波長の短いF2レーザー（波長157nm）を光源とする場合は、事実上フッ化物単結晶のみが光学部材として使用できる。
【０００３】
光学部材としてのフッ化物単結晶には等軸晶系結晶が好適に用いられる。等軸晶系結晶は一般に複屈折を持たないとされているためである。しかしながら等軸晶系結晶であっても光の波長がその結晶の吸収端波長に近い場合、または結晶に応力が働き歪みを生じている場合には、複屈折を生じることが知られている。以下、前者の場合に生じる複屈折を固有複屈折（Intrinsic Birefringence、真性複屈折又は本質的複屈折ともいう）、後者の場合に生じる複屈折を応力複屈折（Stress Birefringence）と呼ぶ。なお今後特に断らない限り、結晶とは等軸晶系結晶を指すものとする。
【０００４】
固有複屈折は結晶の本質的な性質である周期構造の反映であるため、理想的な結晶においても発生し、結晶製造上の工夫で解消することはできない。そこで固有複屈折が認められる結晶性光学部材を用いる光学系では、光線に対して所定の結晶方位に配向させた複数の光学部材を組み合わせ、光学系全体の複屈折を見かけ上打ち消すことが行われる。この手法を一般にクロッキングと呼ぶ。
【０００５】
Burnettらは＜１１１＞方向を光軸とする一対のフッ化カルシウム(CaF2)単結晶製レンズを光軸の周りに結晶学的に６０度回転した関係に置くことによって、光学系全体としての複屈折が改善されることを示した（非特許文献１参照）。フッ化カルシウム結晶は＜１１１＞方向の光線に対して光軸周りに３回対称の固有複屈折分布を持つが、Burnettらの方法によれば、３回対称成分は打ち消され、固有複屈折は同心円状の分布すなわち軸対称の分布となって、光学設計上の問題がある程度改善される。しかしながら軸対称成分は依然残存するため、この固有複屈折の軸対称成分を低減する手段として、＜１１１＞方向を光軸とする一対のフッ化カルシウム単結晶製レンズに加え、＜１００＞方向を光軸とし、光軸の周りに相対的に４５度回転させた一対のフッ化カルシウム単結晶製レンズを追加した光学系が提案されている（特許文献１）。
【０００６】
なお特に断らない限り、以下の説明において軸対称とは、対称軸の回りに同心円状の∞回回転対称を指すものとする。
【特許文献１】特開２００３−５０３４９号公報
【非特許文献１】J.H.Burnett, Z.H.Levine, E.L.Shirley and J.H.Bruing, "Symmetry of spatial-dispersion-induced birefringence and its implications for CaF2 ultraviolet optics", Journal of Microlithography, Microfabrication, and Microsystems, Vol.1 No.3, p.213-224, October 2002
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
結晶性光学部材が示す複屈折のうち、固有複屈折についてはクロッキング等の光学設計上の検討がなされている一方、応力複屈折についてはこれまで特に技術的検討はなされていなかった。ところが最近になって応力複屈折の存在がクローズアップされ、ArF、F2といった真空紫外波長領域での光露光の実現可能性を左右するほどの大きな問題になっている。レンズ等の光学部材が複屈折を持つと、結像性能等の光学性能を悪化させるためである。
【０００８】
現在、露光装置の光学系を想定した場合に問題となるレベルの応力複屈折が観測されているのは、フッ化カルシウム単結晶の＜１００＞方向である。
前述のように、固有複屈折を打ち消すためのクロッキングにおいては、＜１１１＞方向を光軸とする単結晶のペアに加え、＜１００＞方向を光軸とする単結晶のペアを用いることが有効である（特許文献１）。ところが＜１００＞方向を光軸とするフッ化カルシウム単結晶では、レタデーションで数nm〜数10nm/cm程度という比較的大きな応力複屈折が観測されている。また＜１００＞方向と比べて複屈折量は小さいものの、＜１１１＞方向についても無視できない量の応力複屈折が存在することがわかっている。つまりクロッキングによって固有複屈折を完全に打ち消すことができたとしても、応力複屈折の影響は排除することができないのである。また＜１１１＞方向の周りでは、光線と＜１１１＞軸のなす角によって応力複屈折量が大きく異なる、つまり応力複屈折の入射角依存性が大きいという現象も知られており、露光装置の光学設計上の問題となっている。
【０００９】
固有複屈折は結晶の本質的な対称性に由来するものであり、外的要因とは無関係に結晶自体が備える特性であるから、固有複屈折に対するクロッキング等の対策は、同一の対称性を備える結晶であれば製造方法や使用条件によらず必ず同一の効果を得ることができる。これに対して応力複屈折は結晶に働く応力によって生じる現象であって、応力は結晶の製造条件や使用条件等、個々の結晶に付随する外的要因に依存するので、応力複屈折の低減手段は一般化することが難しい。また応力複屈折は結晶の対称性と応力の双方に依存した複雑な挙動を示すため、固有複屈折と比較して異方性が高く、その解消は困難と考えられる。
応力複屈折の影響を減らすため、結晶のアニール方法を改良する等の対策によって応力の絶対値自体を低減する試みもあるが、完全な応力フリーの状態を作り出すことは困難であり、現在のところ有効な解決手段は見出されていない。
本発明は光学部材および光学系において応力複屈折量および応力複屈折の異方性を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、応力複屈折の異方性を改善した光学部材および光学系を提供するものである。
本発明が提供する請求項１に記載の光学部材は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１１＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有することを特徴とする。
【００１１】
応力複屈折は特に短波長の光に対して問題となる。したがって短波長の光に対して透明な光学部材であるフッ化カルシウム単結晶に適用すれば大きな効果が得られる。そこで本発明の請求項２に記載の光学部材は、請求項１に記載の光学部材であって、前記単結晶がフッ化カルシウム(CaF2)単結晶であることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の光学系は、請求項１または請求項２に記載の光学部材を少なくとも１枚有するものである。
本発明はまた、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、所定の結晶方位に軸対称な応力分布を有する複数の光学部材を、所定の方位に配置した、以下の光学系を提供する。
【００１３】
請求項４に記載の光学系は、請求項３に記載の光学系であって、前記光学部材を２枚有し、該２枚の光学部材の前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに６０度回転させて配置したことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の光学系は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置したことを特徴とする。
【００１５】
請求項１２に記載の光学系は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１０＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する４枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ前記４枚の光学部材のうち３枚の光学部材を、他の１枚の光学部材に対して前記対称軸の周りにそれぞれ４５度、９０度、１３５度回転させて配置したことを特徴とする。
【００１６】
以上の光学系は、前記２枚または４枚の光学部材の応力分布が互いに等しい場合に、応力分布の異方性が最も低減される。そこで本発明は以下の光学系を提供する。
請求項６に記載の光学系は、請求項４または請求項５に記載の光学系であって、前記２枚の光学部材の応力分布が互いに等しいことを特徴とする。
【００１７】
請求項１３に記載の光学系は、請求項１２に記載の光学系であって、前記４枚の光学部材の応力分布が互いに等しいことを特徴とする。
本発明はまた、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなる光学部材を複数組み合わせた光学系であって、前記それぞれの光学部材が所定の複屈折量および進相軸方向の分布を有するものであり、かつ所定の方位に配置されたことを特徴とする、以下の光学系を提供する。ここで所定の複屈折量および進相軸方向の分布とは、前記軸対称の応力分布を有する光学部材に特有に観測される分布である。
【００１８】
請求項７に記載の光学系は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞方向に入射する光線に対する複屈折量および進相軸方向が[１００]面内において４回回転対称の分布を示す２枚の光学部材を、前記４回回転対称の対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置したことを特徴とする。
【００１９】
請求項９に記載の光学系は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１１＞方向に入射する光線に対する複屈折量および進相軸方向が[１１１]面内において軸対称の分布を示す２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに６０度回転させて配置したことを特徴とする。
【００２０】
以上の光学系において応力複屈折の異方性が最も低減されるのは、前記２枚の光学部材の複屈折量および進相軸方向の分布が互いに等しい場合である。そこで本発明は以下の光学系を提供する。
【００２１】
請求項８に記載の光学系は、請求項７に記載の光学系であって、前記２枚の光学部材の[１００]面内における複屈折量および進相軸方向の分布が互いに等しいことを特徴とする。
【００２２】
請求項１０に記載の光学系は、請求項９に記載の光学系であって、前記２枚の光学部材の[１１１]面内における複屈折量および進相軸方向の分布が互いに等しいことを特徴とする。
【００２３】
前記２枚または４枚の光学部材が、互いに等しい応力分布または複屈折分布を有する場合、該光学部材を隣接して配置することによって光学系の応力複屈折の異方性が最も低減される。そこで本発明は以下の光学系を提供する。
【００２４】
請求項１１に記載の光学系は、請求項６または請求項８または請求項１０に記載の光学系であって、前記２枚の光学部材が隣接して配置されたことを特徴とする。
請求項１４に記載の光学系は、請求項１３に記載の光学系であって、前記４枚の光学部材が隣接して配置されたことを特徴とする。
【００２５】
以上の構成を有する光学系を露光装置の光学系に適用すれば、複屈折の改善により結像性能が向上するという効果がある。特に複屈折が問題となるのは光源として紫外光を用いた光学系および該光学系を備えた露光装置であり、該光学系においてはフッ化カルシウム単結晶が光学部材として用いられる。そこで本発明は以下の光学系および露光装置を提供する。
【００２６】
請求項１５に記載の光学系は、請求項５ないし請求項１４のいずれか一項に記載の光学系であって、前記単結晶がフッ化カルシウム(CaF2)単結晶であることを特徴とする。
請求項１６に記載の露光装置は、請求項１または請求項２に記載の光学部材を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１７に記載の露光装置は、請求項３ないし請求項１５のいずれか一項に記載の光学系を備えたことを特徴とする。
なお、本発明において応力分布が互いに等しいとは、応力分布の対称軸から距離ｒの点における応力テンソルの成分が、それぞれの光学部材について互いに等しいことを指し、対称軸を一致させるとは、対称軸を同一直線上に位置させることを指す。また複屈折量は進相軸方向と遅相軸方向のレタデーション量により表される量である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなる光学部材および該光学部材を有する光学系において、応力複屈折量ならびに応力複屈折の異方性を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
まず始めに、点群ＯまたはＯｈまたはＴｄに属する結晶が軸対称の応力分布を有する場合における応力複屈折の挙動について、本発明者が行った解析結果を示し、本発明による応力複屈折の低減効果を説明する。なお点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄは、シェーンフリースの表記法による表示である。
【００３０】
応力と複屈折の関係は一般に（１）式で表される。
【００３１】
【数１】
2005308876.tif 000003
【００３２】
ここでπijmnは光弾性定数のテンソル、Ｔmnは応力テンソルである。また左辺は屈折率のマイナス２乗の、応力が働かない場合（添字０）に対する差分を表すテンソルであり、以下の説明では（１）式で表されるテンソルを応力複屈折テンソルと呼ぶことにする。
【００３３】
本発明の特徴は光学部材の有する応力が軸対称な点にある。そこで応力テンソルＴ'mnを、応力の対称軸方向をｚ、ｚに垂直な径方向をｒ、ｒの方位角方向をφとする円筒座標上で定義する。軸対称すなわちｚ方向に均等な同心円状の応力分布を考えると、応力テンソルはｒのみの関数Ｔ'mn(ｒ)となり、次式のように表される。
【００３４】
【数２】
2005308876.tif 000004
【００３５】
ここでｒ＝一定すなわちｚ軸（応力の対称軸）から等距離にある周上の点を解析対象とすれば、応力テンソルＴmn’(ｒ)の成分はそれぞれ定数となり、応力テンソルはＴmn’となる。
【００３６】
【数３】
2005308876.tif 000005
【００３７】
なお、以下の説明では２階のテンソルAijおよび４階のテンソルXijmnをそれぞれ次のように列ベクトルおよび行列の形で表記することにする。
【００３８】
【数４】
2005308876.tif 000006
【００３９】
【数５】
2005308876.tif 000007
【００４０】
光弾性定数のテンソルπijmnは一般に結晶軸（本発明に係る結晶点群が属する等軸晶系では直交座標）を基準に表示されるので、計算上の便宜のため、円筒座標で定義された応力テンソルＴmn’を、結晶の[１００][０１０][００１]を３軸とする直交座標上のテンソルＴmnに一旦変換する。このとき応力の対称軸すなわちｚ軸を結晶の[００１]軸に一致させ、φ＝０を[１００]軸にとると、応力テンソルＴmnは（６）式で表される。
【００４１】
【数６】
2005308876.tif 000008
【００４２】
また点群ＯまたはＯｈまたはＴｄに属する結晶のπijmnは（７）式のとおりである。（結晶の対称性から等価となる項については一つのシンボルで代表して表記する）
【００４３】
【数７】
2005308876.tif 000009
【００４４】
したがって点群ＯまたはＯｈまたはＴｄに属する結晶に軸対象の応力が働く場合の応力複屈折は、（８）式のように両テンソルの積で表される。
【００４５】
【数８】
2005308876.tif 000010
【００４６】
（８）式のテンソルは直交座標に対応している。そこでこれを再び円筒座標に変換すれば、円筒座標上での応力複屈折テンソルは、結晶の光弾性定数のテンソルπijmnの成分と、円筒座標で定義された応力テンソルＴmn’の成分を用いて、最終的に（９）式のように表される。
【００４７】
【数９】
2005308876.tif 000011
【００４８】
（９）式の応力複屈折テンソルは、点群ＯまたはＯｈまたはＴｄに属する結晶からなり、対称軸が＜１００＞方向である軸対称の応力分布を有する光学部材について、応力の対称軸から距離ｒ、方位角φにある点の応力複屈折を表すものである。
【００４９】
引き続いて本発明者は、（９）式の応力複屈折テンソルについて固有値方程式を解き、応力複屈折量および進相軸方向を導き出した。固有値方程式からは固有値と固有ベクトルが導かれるが、応力複屈折量は二つの固有値の差であり、大きい方の固有値に対応する固有ベクトルが進相軸方向を表す。この計算を行うことによって、応力分布の対称軸に平行な＜１００＞方向に入射する光線についての応力複屈折量は、
【００５０】
【数１０】
2005308876.tif 000012
【００５１】
であり、進相軸の方向は、ｒベクトルと進相軸とがなす角をΨとして、
【００５２】
【数１１】
2005308876.tif 000013
【００５３】
であることが導き出された。
図１（ａ）は、フッ化カルシウム単結晶[１００]面において応力の対称軸からｒ＝一定の距離にある点の、応力複屈折量と進相軸方向を、（１０）式および（１１）式により計算した結果である。紙面が[１００]面、図の中心が応力の対称軸であり、ｒ＝一定の周上に書かれた円の直径がその点における応力複屈折量の相対的な大小を、また円内の直線が進相軸の方向を表す。
【００５４】
図１（ａ）から明らかなように、応力複屈折量および進相軸方向のいずれも軸対称ではなく、４回回転対称の異方性が認められる。応力複屈折量は、＜１００＞方向で最大となり＜１１０＞方向で最小になるような、応力の対称軸を中心とする４回回転対称の分布をもつ。また進相軸方向は、＜１００＞方向で周方向となり＜１１０＞方向で径方向となるような４回回転対称の分布をもつ（(Tr-Tφ)＞0の場合）。＜１００＞方向と＜１１０＞方向の間では、進相軸方向は連続的に回転し、観測位置が時計回りに１周する間に、進相軸は反時計回りに１周するような挙動を示す。(Tr-Tφ)＜0の場合の進相軸方向は、(Tr-Tφ)＞0の場合の進相軸方向と直交する方向である。
【００５５】
以上の解析結果から、点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶性光学部材は、応力分布を＜１００＞方向を対称軸とする軸対称な分布としても、応力複屈折量と進相軸方向は軸対称にはならないことが明らかとなった。そこで本発明者は以上の解析過程で得られた知見を基に、複数の光学部材の組み合わせによる応力複屈折低減法の開発を開始した。その結果、所定の応力分布を有する光学部材を所定の結晶方位に向けて配置することで応力複屈折の異方性が打ち消された光学系を実現可能であることを見出し、本発明をなすに至ったのである。
【００５６】
以下、本発明の実施形態について説明する。
[第１の実施形態]
本発明の第１の実施形態は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置した光学系に関するものである。
【００５７】
（９）式は＜１００＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有する１枚の光学部材に関する応力複屈折テンソルであり、図１（ａ）はその応力複屈折と進相軸方向の分布を表すものであった。ここで（９）式においてφをφ＋４５度に置き換えた応力複屈折テンソルを計算する。これは（９）式の解析対象とした光学部材と同一の光学部材を、応力の対称軸周りに４５度回転させた場合に相当する。点群ＯまたはＯｈまたはＴｄに属する結晶の＜１００＞軸（この場合の応力の対称軸）は、結晶構造の対称性に関して４回回転対称軸であるから、４５度回転の回転方向の左右は問われない。結果は（１２）式となる。
【００５８】
【数１２】
2005308876.tif 000014
【００５９】
次に、（９）式と（１２）式の算術平均を求める。結果は（１３）式となる。（１３）式は、互いに等しい軸対称の応力分布を有し、応力の対称軸が＜１００＞方向である２枚の光学部材を、応力の対称軸を一致させ、かつ応力の対称軸周りに相対的に４５度回転させて配置した光学系全体の応力複屈折テンソルに相当する。
【００６０】
図８は本実施形態の光学系を、応力の対称軸に垂直な＜１００＞方向を回転角度の基準として表示した模式図である。図８の光学系を構成する光学部材２１および２２は同一の軸対称の応力分布を有し、かつ応力分布の対称軸周りに４５度回転して配置されている。
【００６１】
【数１３】
2005308876.tif 000015
【００６２】
（１３）式の応力複屈折テンソルの特徴は、テンソル成分にφを含まない点にある。応力複屈折率テンソルがφを含まないということは、テンソルの固有値および固有ベクトルである応力複屈折量および進相軸方向の双方にφ依存性がなく、応力の対称軸周りの異方性が完全に打ち消された、同心円状の分布となることを意味する。すなわち本実施形態の、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置した光学系は、光学系全体として応力複屈折の異方性が打ち消され、応力の対称軸の周りに軸対称な複屈折分布をもつものとなる。
【００６３】
図１（ｂ）は、（１３）式から求めた本発明に係る光学系の応力複屈折量および進相軸方向を、図１（ａ）と同様の手法で図示したものである。単一の光学部材の応力複屈折分布を表す図１（ａ）と比較すると、本実施形態の光学系では応力の対称軸周りの異方性が解消し、さらに応力複屈折量の絶対値も低減されていることが明らかである。
【００６４】
以上の解析結果は、本実施形態を構成する２枚の光学部材の応力分布が完全に等しい場合についてのものである。応力分布が異なる光学部材を組み合わせた場合は、応力テンソルのφ依存性は完全には打ち消されないが、応力複屈折および進相軸方向の異方性について低減効果が認められることは言うまでもない。
【００６５】
本実施形態において所定の角度回転して配置された２枚の光学部材は、光学系内において隣接して配置されることが望ましく、オプティカルコンタクト等を用いて密着して配置されることが最も好ましい。これは２枚の光学部材の間の距離が小さいほど、１本の光線が夫々の光学部材を通過する点の、応力の中心軸からの距離ｒの差が小さくなり、応力複屈折の打ち消し効果がより大きくなるからである。
[第２の実施形態]
本発明の第２の実施形態は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１１＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材に関するものである。
【００６６】
本発明者は、＜１１１＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材について、＜１００＞方向と同様の解析を行った。（１４）式は＜１１１＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材の応力複屈折テンソルである。
【００６７】
【数１４】
2005308876.tif 000016
【００６８】
（１４）式について固有値方程式を解くと、応力分布の対称軸に平行な＜１１１＞方向に進行する光に対する応力複屈折量は（１５）式に、進相軸方向は（１６）式になる。
【００６９】
【数１５】
2005308876.tif 000017
【００７０】
【数１６】
2005308876.tif 000018
【００７１】
（１５）式および（１６）式のいずれにもφは含まれない。すなわち点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属し、＜１１１＞方向に対称軸を持つ軸対称の応力分布を有する光学部材の、応力分布の対称軸に平行な＜１１１＞方向に進行する光に対する応力複屈折量および進相軸方向は、応力の対称軸の周りに軸対称の分布を示すことが明らかとなったのである。
【００７２】
本発明者が見出したこの性質は＜１１１＞方向に応力の対称軸を有する光学部材に特有の性質であって、＜１００＞方向に応力の対称軸を有する光学部材の場合とは異なり、複数の光学部材を組み合わせること無しに、軸対称の応力複屈折量分布および進相軸方向分布を実現できるという特徴がある。
[第３の実施形態]
本発明の第３の実施形態は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１０＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する４枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ前記４枚の光学部材のうち３枚の光学部材を、他の１枚の光学部材に対して前記対称軸の周りにそれぞれ４５度、９０度、１３５度回転させて配置した光学系に関するものである。
【００７３】
以下、本発明者が行った＜１１０＞方向に応力の対称軸を有する光学部材についての解析結果を説明する。
（１７）式は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１０＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する１枚の光学部材の応力複屈折テンソルである。
【００７４】
【数１７】
2005308876.tif 000019
【００７５】
この場合の応力複屈折テンソルは成分中にφを含むことから、応力複屈折は応力の対称軸の周りに異方性を示すと考えられる。そこで本発明者は上記光学部材の組み合わせについて種々の解析を行った結果、応力複屈折の異方性を打ち消し、軸対称の応力複屈折分布を得ることのできる組み合わせ手法を見出すに至った。
【００７６】
（１８）式〜（２０）式は、（１７）式で表される光学部材を応力の対称軸の周りにそれぞれ４５度、９０度、１３５度回転させた場合の応力複屈折テンソルである。また（２１）式は（１７）式〜（２０）式の算術平均を取ったものである。
【００７７】
【数１８】
2005308876.tif 000020
【００７８】
【数１９】
2005308876.tif 000021
【００７９】
【数２０】
2005308876.tif 000022
【００８０】
【数２１】
2005308876.tif 000023
【００８１】
（２１）式は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１０＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する４枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ前記４枚の光学部材のうち３枚の光学部材を、他の１枚の光学部材に対して前記対称軸の周りにそれぞれ４５度、９０度、１３５度回転させて配置した光学系の、光学系全体としての応力複屈折を表すテンソルに相当する。
【００８２】
図１２は本実施形態の光学系を、＜１００＞方向を回転角度の基準として模式的に表した図である。光学部材６１〜６４は応力の対称軸が同一直線上に来るように配置され、光学部材６１を基準として光学部材６２は４５度、光学部材６３は９０度、光学部材６４は１３５度、それぞれ応力の対称軸の周りに回転して配置される。
（２１）式のテンソル成分にはφが含まれないことから、（２１）式を固有値方程式として解いて得られる応力複屈折量および進相軸方向もφに依存しないことが明らかである。したがって上記光学系は光学系全体として応力複屈折の異方性が打ち消された、軸対称の応力複屈折を有するものとなる。
【００８３】
本実施形態における応力複屈折の低減効果は、上述の解析過程から明らかなように、光学系を構成する４枚の光学部材における応力分布が互いに等しい場合に最も大きくなる。応力分布が異なる光学部材を組み合わせた場合は、応力テンソルのφ依存性は完全には打ち消されないが、応力複屈折および進相軸方向の異方性について低減効果が認められることは言うまでもない。
【００８４】
本実施形態において所定の角度回転して配置された４枚の光学部材は、光学系内において隣接して配置されることが望ましく、オプティカルコンタクト等を用いて密着して配置されることが最も好ましい。これは４枚の光学部材の間の距離が小さいほど、１本の光線が夫々の光学部材を通過する点の、応力の中心軸からの距離ｒの差が小さくなり、応力複屈折の打ち消し効果がより高くなるからである。
[第４の実施形態]
さて、ここまでに本発明者が行った解析は、入射光軸が応力の対称軸と平行な場合についてのものであった。ところが現実に光学部材として用いられているフッ化カルシウム単結晶の場合、応力複屈折には入射角依存性があり、特に＜１１１＞方向の周りに入射する光に対しては応力複屈折の入射角依存性が大きいことが知られている。そこで本発明者は応力複屈折の入射角依存性の低減を目的として、＜１１１＞方向に応力の対称軸を有する部材を複数組み合わせた光学系についての解析を行った。その結果を以下に説明する。
【００８５】
本発明者は、光学部材の応力複屈折テンソルを、光線の入射方向をｚ軸とする円筒座標に変換した上で固有値方程式を解き、任意の方向に入射する光線に対する応力複屈折を算出した。解析の際には、図２に示すように、応力分布の対称軸に平行な＜１１１＞方向からの入射光線の倒れ角をθ、倒れ方向をχとした。
【００８６】
座標変換後の応力複屈折テンソルは膨大な表式となるため説明を省略し、最終的に得られた応力複屈折の入射角（θ）依存性を図３に示す。図３（ａ）は、＜１１１＞方向に軸対称な応力分布を有するフッ化カルシウム単結晶の、φ=π／６すなわち[０１−１]方向の点における応力複屈折量を、χ＝０で入射する波長157nmの光について、本発明者が計算した結果である。応力複屈折量はＴr(Pa)×（−ｎo3／2）×10-12で規格化した値で表示してある。図３（ａ）によれば、光線の入射方向が応力分布の対称軸に平行な＜１１１＞方向から傾くにつれて応力複屈折量が急激に増大することが明らかである。これは実際の光学部材で観測される傾向と一致する。
【００８７】
ここで（１４）式の応力複屈折テンソルにおいて、φ→φ＋π／３に置き換えたテンソルを計算する。結果は（２２）式となる。
【００８８】
【数２２】
2005308876.tif 000024
【００８９】
（１４）式と（２２）式の幾何平均を取ると（２３）式の応力複屈折テンソルが得られる。
【００９０】
【数２３】
2005308876.tif 000025
【００９１】
（２３）式は、点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶からなり、＜１１１＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有し、該応力分布が互いに等しい２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに６０度回転させて配置した、本発明に係る光学系の応力複屈折テンソルに相当する。
【００９２】
図１１は、＜１１０＞方向を回転角度の基準として表示した本実施形態に係る光学系の模式図である。第１の光学部材５１と第２の光学部材５２とは、応力の対称軸が同一直線上に来るように配置され、かつ対称軸の周りに６０度回転して配置される。
【００９３】
図３（ｂ）は、（２３）式の応力複屈折テンソルを用いて、任意の方向から入射する光線に対する応力複屈折量を、フッ化カルシウムに波長157nmの光が入射する場合を想定して計算した結果である。図３（ａ）および図３（ｂ）を比較すると、応力分布の対称軸に平行な＜１１１＞方向すなわちθ＝０から入射光を傾斜させた場合の応力複屈折量はほぼ同じであるが、この方向から外れた（θ≠０）入射光に対する応力複屈折量には大きな差が生じ、２枚の光学部材を所定の角度で組み合わせたことにより、光学部材を単独で用いた場合と比較して応力複屈折量の入射角依存性が著しく改善されたことが明らかである。
【００９４】
なお、上記の効果は２枚の光学部材の応力分布が絶対値を含めて等しい場合に最大となり、両者の応力分布に差があると効果は減少することになる。
また、本実施形態において所定の角度回転して配置された２枚の光学部材は、光学系内において隣接して配置されることが望ましく、オプティカルコンタクト等を用いて密着して配置されることが最も好ましい。これは２枚の光学部材の間の距離が小さいほど、１本の光線が夫々の光学部材を通過する点の、応力の中心軸からの距離ｒの差が小さくなり、応力複屈折の打ち消し効果がより高くなるからである。
[第５の実施形態]
本実施形態は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１００＞方向に入射する光線に対する複屈折量および進相軸方向が[１００]面内において４回回転対称の分布を示す２枚の光学部材を、前記４回回転対称の対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに４５度回転させて配置した光学系に関するものである。
【００９５】
第１から第４の実施形態で説明した光学部材および光学系は、所定の結晶方位に軸対称の応力分布を有する光学部材について理論的解析を行った結果から導かれたものであった。かかる光学部材または光学系を実現するためには、光学系を構成する光学部材について、実際に結晶方位と応力分布を測定・評価する必要がある。
【００９６】
光学部材の結晶方位を測定する方法としてはＸ線構造解析の手法が一般的であり、例えばラウエ法により測定される回折スポットの解析によって、結晶方位を容易に決定することができる。
【００９７】
一方、光学部材の応力分布測定は結晶方位測定ほど容易ではなく、実際に製造した光学部材の応力分布が軸対称であることを確かめるためには、簡便な応力分布測定法が求められる。そこで本発明者は、ここまでの応力複屈折解析を通じて得られた知見を元に、光学部材の応力分布が軸対称であることを容易に判別する手段を見出した。
【００９８】
本発明者の解析結果によれば、点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶からなり、＜１００＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材において、応力分布の対称軸に平行な＜１００＞方向に入射する光に対する応力複屈折量および進相軸方向の相対的な分布は、Ｔr、Ｔφ、Ｔzの値の如何によらず、図１（ａ）に示すとおりである。したがって点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶光学部材の＜１００＞方向に入射する光に対する応力複屈折量および進相軸方向を測定し、その分布が[１００]面内において図１（ａ）に示すような４回回転対称であるならば、該光学部材は＜１００＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有することになる。＜１００＞方向に軸対称の応力分布を有する光学部材を所定の方位に配置することで応力複屈折が改善されることは第１の実施形態として説明したとおりであるから、本実施形態の光学系も第１の実施形態の光学系と同様の効果が得られることは明らかである。
[第６の実施形態]
第６の実施形態は、結晶構造が点群ＯまたはＯｈまたはＴｄのいずれかに属する単結晶からなり、＜１１１＞方向に入射する光線に対する複屈折量および進相軸方向が[１１１]面内において軸対称の分布を示す２枚の光学部材を、前記対称軸を一致させ、かつ一方の光学部材を他方の光学部材に対して前記対称軸の周りに６０度回転させて配置した光学系に関するものである。
【００９９】
点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶からなり、＜１１１＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材について本発明者が解析したところによれば、応力分布の対称軸に平行な＜１１１＞方向に入射する光に対する応力複屈折量および進相軸方向の相対的な分布は、Ｔr、Ｔφ、Ｔzの値の如何によらず軸対称の分布となる（（１５）式および（１６）式）。したがって点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶光学部材の＜１１１＞方向に入射する光に対する応力複屈折量および進相軸方向を測定し、その分布が[１１１]面内において軸対称の分布を示すならば、該光学部材は＜１１１＞軸を対称軸とする軸対称の応力分布を有することになる。かかる軸対称の応力分布を有する光学部材を所定の方向に組み合わせれば、応力複屈折の入射角依存性が低減されることは第４の実施形態で説明したとおりである。よって本実施形態の光学系も第４の実施形態と同様に応力複屈折の入射角依存性を低減することができるのである。
【実施例１】
【０１００】
実施例１では、対称軸が＜１００＞方向である軸対称の応力分布を有するフッ化カルシウム単結晶からなる光学部材を製造した。図４は、軸対称の応力分布を有するフッ化カルシウム単結晶を製造するための熱処理装置の概略図である。
【０１０１】
熱処理装置は、処理対象のフッ化カルシウム単結晶を収納するカーボン製の第１容器１と、内部にフッ化カルシウム単結晶が収納された第１容器１を収納した後に密閉されて真空排気される気密化可能なステンレス製の第２容器２と、該第２容器２の外側に配置されたヒーター３とを有するものである。第２容器２の排気口４には、図示しない真空排気装置が接続されている。
【０１０２】
また該熱処理装置は、熱処理時においてフッ化カルシウム単結晶の内部温度分布が軸対称となるように前記第１容器１および第２容器２およびヒーター３が構成されている。具体的にはヒーター３は前記第１容器１および第２容器２の水平断面の中心位置を中心とする円の円周上に配置されており、処理対象のフッ化カルシウム単結晶は、その中心を第１容器１、第２容器２、ヒーター３の中心に一致させて収納される。
【０１０３】
ヒーター３としては円筒形状の支持体に等間隔に巻き付けられた線状の発熱体や、円筒形状の発熱体を用いることができる。具体例としては、ニクロム線ヒーターを使用し、ヒーター同士が一定間隔となるようにして第２容器の外周をらせん状に取り巻くように第２容器から等距離に配置したもの、棒状の発熱体を使用して発熱体の長手方向を第２容器の長手方向と一致させ、一定間隔に第2容器外周の全周に等距離に配置したもの、ヒーター形状を第２容器の外周に沿った形状に特別に製造・加工して発熱体としてもの等を挙げることができる。
【０１０４】
またヒーターの材質としては、炭化珪素(SiC)、窒化珪素(Si3N4)、二珪化モリブデン(MoSi2)、炭素などを用いることができる。
次に、実際の熱処理工程について説明する。
【０１０５】
本実施例では、従来の垂直ブリッジマン法により製造された高純度フッ化カルシウム単結晶のインゴットを用意し、上面および下面を[１００]面とする、直径240mm厚さ50mmの円柱状の光学部材１０を切り出した。インゴットから切り出した光学部材１０は、図５に示すように上下面を直径300mm、厚さ10mmの円板状カーボン材７で挟み、さらに周囲をフェルト状カーボン材８で覆った上で、光学部材１０の中心軸（＜１００＞軸）を熱処理装置の中心軸に一致させた状態で第１容器１に収納した。円板状カーボン材７の直径は300mm、厚さは10mmである。熱処理装置を密閉した後、所定の真空度まで排気し、図６に示すスケジュールに従って熱処理を行った。
【０１０６】
熱処理後の光学部材について、円柱状部材の軸方向（＜１００＞方向）に入射する波長633nmの光に対する複屈折を測定した。図７は円柱状部材の軸方向に垂直な[１００]面内における複屈折量および進相軸の測定結果を表し、紙面が[１００]面、上下方向および左右方向が＜１１０＞、４５度方向が＜１００＞である。[１００]面内の各測定点における複屈折量を円の大きさで、その点における進相軸方向を円内の直線で表示した。
【０１０７】
図７からは本実施例で製造した光学部材について以下の特徴を読み取ることができる。第一に複屈折量の分布は＜１００＞方向を極大、＜１１０＞方向を極小とする４回回転対称を示し、その対称軸は光学部材の幾何学的中心とほぼ一致する。第二に進相軸の方向は＜１００＞方向で直径に垂直な方向、＜１１０＞方向で直径方向の４回回転対称を示し、その対称軸は光学部材の幾何学的中心とほぼ一致する。以上の測定結果より、本実施例で製造した光学部材は＜１００＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有することが確認され、その対称軸は幾何学形状の対称軸とほぼ一致することが判明した。また結晶方位と進相軸方向の関係から、本実施例で製造された光学部材はＴr−Ｔφ＞０であることが判明した。
【０１０８】
本実施例における円板状カーボン材７およびフェルト状カーボン材８の作用は以下のように解釈することができる。
円板状カーボン材７およびフェルト状カーボン材８はいずれも伝熱性部材として作用する。これらの伝熱性部材によって、熱処理対象である光学部材１０の周方向の温度分布が均一化され、残留応力の形成過程が周方向に対称なかたちで進み、円柱状に加工された光学部材に軸対称の応力分布を実現するものと考えられる。また光学部材１０の側面を伝熱性部材で覆うことにより、円柱側面からの冷却が促進され、円柱中心部との間に引っ張り応力が形成されて、径方向の引っ張り応力が支配的な状態すなわちＴr−Ｔφ＞０が実現されたものと考えられる。
【０１０９】
以上の工程により、フッ化カルシウム単結晶からなり＜１００＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材が製造されたので、これを所定の角度回転させて配置すれば応力複屈折の異方性を低減した光学系が実現される。
【０１１０】
図８はかかる光学系の一例であって、光学部材の＜１００＞方向を光軸とし、さらに各光学部材の応力の対称軸と光軸とを一致させて配置したものである。図８の光学系を構成する光学部材２１および２２はいずれも同一の軸対称の応力分布を有し、かつ応力分布の対称軸周りに４５度回転して配置されているので、応力複屈折の異方性が打ち消されて軸対称となる。さらに光軸が複屈折分布の対称軸と一致しているから、図８の光学系を構成要素として含む上位の光学系について、光学設計が容易になるという特徴がある。
【０１１１】
本実施例では＜１００＞方向に応力分布の対称軸を有する光学部材を製造したが、他の結晶方位、すなわち＜１１１＞方向または＜１１０＞方向に応力の対称軸を有する光学部材を製造する場合は、前記熱処理時における光学部材の中心軸を＜１１１＞軸または＜１１０＞軸として熱処理を行えばよい。
【実施例２】
【０１１２】
実施例２では対称軸が＜１００＞方向である軸対称の応力分布を有するフッ化カルシウム単結晶からなる光学部材を製造した。軸対称の応力分布を有するフッ化カルシウム単結晶を製造するための熱処理装置は、実施例１と同一のものを使用した。
【０１１３】
始めに、フッ化カルシウム単結晶のインゴットから、上面および下面を[１００]面とする、直径270mm厚さ55mmの円柱状の光学部材１１を切り出した。このインゴットは従来の垂直ブリッジマン法により製造されたフッ化カルシウム単結晶であって、熱処理を経ていないものである。インゴットから切り出した光学部材１１は、図９に示すように上下面の中程のみを直径200mm、厚さ10mmのカーボン板９で挟み込み、光学部材１１の中心軸（＜１００＞軸）を熱処理装置の中心軸に一致させた状態で第１容器１に収納した。このとき第１容器１とカーボン板９の間はフェルト状カーボン１２で熱接触を取った。
【０１１４】
熱処理は実施例１と同様に図６に示すスケジュールで行った。
熱処理後の光学部材について、円柱状部材の軸方向（＜１００＞方向）に入射する波長633nmの光に対する複屈折を測定した。図１０は円柱状部材の軸方向に垂直な[１００]面内における複屈折量および進相軸の測定結果を表し、紙面が[１００]面、上下方向および左右方向が＜１００＞、４５度方向が＜１１０＞である。[１００]面内の各測定点における複屈折量を円の大きさで、その点における進相軸方向を円内の直線で表示した。
【０１１５】
図１０からは本実施例で製造した光学部材について以下の特徴を読み取ることができる。第一に複屈折量の分布は＜１００＞方向を極大、＜１１０＞方向を極小とする４回回転対称を示し、その対称軸は光学部材の幾何学的中心とほぼ一致する。第二に進相軸の方向は＜１００＞方向で直径方向、＜１１０＞方向で直径に垂直な方向の４回回転対称を示し、その対称軸は光学部材の幾何学的中心とほぼ一致する。以上の測定結果より、本実施例で製造した光学部材は＜１００＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有することが確認され、その対称軸は幾何学形状の対称軸とほぼ一致することが判明した。また結晶方位と進相軸方向の関係から、本実施例で製造された光学部材はＴr−Ｔφ＜０であることが判明した。
【０１１６】
本実施例では実施例１と異なり円柱状の光学部材１１の側面にフェルト状カーボンを配置しなかったので、円柱側面の冷却が中心部より遅れることによって周方向に引っ張り応力が形成され、Ｔr−Ｔφ＜０が実現されたものと考えられる。
【０１１７】
以上の工程により、フッ化カルシウム単結晶からなり＜１００＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有する光学部材が製造されたので、これを実施例１と同様に所定の角度回転させて配置すれば、応力複屈折を低減した光学系が実現される。
【実施例３】
【０１１８】
図１３は、本発明に係る露光装置の構成例である。実施例３では屈折型の投影露光装置を備えた露光装置に本発明を適用している。本実施例の露光装置は第１面に配置されるレチクル（マスク）３１を照明するための照明装置３０を備えている。
【０１１９】
照明装置３０は、例えば波長193nmの光を供給するArFエキシマレーザー光源、光源からのレーザー光により所定形状（円形状、輪帯状、二極状、四極状など）の二次光源を形成するオプティカルインテグレータ、レチクル３１上の照明領域を規定するための照明視野絞りなどを有し、レチクル３１上の照明領域をほぼ均一な照度分布のもとで照明する。
【０１２０】
ここで、照明装置３０内の照明光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施例では高純度窒素ガスでパージしている。レチクル３１はレチクルステージ３２上に載置されており、レチクル３１およびレチクルステージ３２はケーシング３３によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシング３３の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施例では高純度窒素ガスでパージしている。
【０１２１】
照明装置３０により照明されたレチクル３１からの光は、光軸ＡＸに沿って配置された複数のレンズ素子３４〜３９およびコヒーレンスファクタ（σ値）を制御するための開口絞り４０を有する投影光学系４１を介して、感光性基板としてのウェハ４２へ導かれ、ウェハ４２上の感光領域内にレチクル３１のパターン像を形成する。この投影光学系４１内の投影光路は不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施例では高純度窒素ガスでパージしている。
【０１２２】
ウェハ４２は、その表面が投影光学系４１の像面としての第２面に位置決めされるようにウェハステージ４３上に載置されており、ウェハ４２およびウェハステージ４３はケーシング４４によって外部の雰囲気と隔離されている。このケーシング４４の内部空間も不活性ガスでパージされることが好ましく、本実施例では高純度窒素ガスでパージしている。そして、レチクルステージ３２とウェハステージ４３とを投影光学系４１の倍率に応じた速度比で投影光学系４１に対して相対的に移動させつつ、レチクル３１を照明することにより、ウェハ４２上の露光領域内にレチクル３１上のパターンが転写される。
【０１２３】
本実施例では、屈折型の投影光学系４１中で隣接するレンズ素子３７および３８がフッ化カルシウム単結晶で構成されており、それぞれ実施例１で製造された同一の軸対称の応力分布を有する光学部材からレンズ形状に加工・研磨され、表面に反射防止処理が施されたものである。すなわちレンズ素子３７は＜１００＞方向を対称軸とする軸対称の応力分布を有し、かつ応力の対称軸と光軸とが一致するように配置されている。またレンズ素子３８はレンズ素子３７と同一の応力分布を有するものであって、やはり応力の対称軸と光軸とが一致するように配置され、かつレンズ素子３７に対して光軸周りに結晶学的に４５度回転させて配置されている。本実施例の投影光学系は、レンズ素子３７と３８とが本発明が提供する所定の方位に配置されていることに加え、レンズ素子３７と３８とは投影光学系４１中で隣接して配置されているので、応力複屈折の異方性が十分低減されたものである。
【０１２４】
なお、本実施例では光学部材としてフッ化カルシウム単結晶を用いているが、これに限定されることなく、点群Ｏ、Ｏｈ、Ｔｄのいずれかに属する結晶性光学部材であれば、例えばフッ化バリウム（BaF2）やチタン酸ストロンチウム（SrTiO3）などもフッ化カルシウムと同様にして用いることができる。
【０１２５】
本実施例の露光措置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光することにより、半導体素子や撮像素子、液晶表示素子等のマイクロデバイスを製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１２６】
【図１】応力複屈折の分布を表す図である。
【図２】解析に用いた座標系を表す図である。
【図３】応力複屈折量の光線入射角依存性を示す図である。
【図４】熱処理装置の概略図である。
【図５】熱処理時における光学部材の収納配置を示す図である。
【図６】実施例１における熱処理の温度スケジュールである。
【図７】実施例１で製造した光学部材の応力複屈折測定結果である。
【図８】本発明にかかる光学系の概略図である。
【図９】熱処理時における光学部材の収納配置を示す図である。
【図１０】実施例２で製造した光学部材の応力複屈折測定結果である。
【図１１】本発明にかかる光学系の概略図である。
【図１２】本発明にかかる光学系の概略図である。
【図１３】本発明にかかる露光装置の構成例である。
【符号の説明】
【０１２７】
１…第１容器、２…第２容器、３…ヒーター、４…排気口、７…円板状カーボン材、８…フェルト状カーボン材、９…円板状カーボン材１０…光学部材、１１…光学部材、１２…フェルト状カーボン材、２１…光学部材、２２…光学部材、３０…照明装置、３１…レチクル、３４〜３９…レンズ素子、４１…投影光学系、４２…ウェハ、５１〜５２…光学部材、６１〜６４：光学部材
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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