(57)【要約】本発明は、第１の結晶材料から成るレンズ（７）またはレンズ部分の少なくとも１つの第１群（３）と、第２の結晶材料から成るレンズ（１１）またはレンズ部分の少なくとも１つの第２群（５）とを備えた対物レンズ（１）、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用の投影対物レンズに関する。最も外側の開口ビーム（１５）は、第１群において、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第１の光路差となり、第２群において、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第２の光路差になる。これは、特に第１の結晶材料としてフッ化カルシウムを使用し、第２の結晶材料としてフッ化バリウムを使用することで達成できる。
2004535603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の結晶材料から成るレンズ（７，７０７，７０９，Ｌ８２９，Ｌ９２７，Ｌ９２８）またはレンズ部分（Ｌ１０２９）の少なくとも１つの第１群（３，７０３，８０３，９０３，１００３）と、第２の結晶材料から成るレンズ（１１，７１１，７１３，Ｌ８３０，Ｌ９２９，Ｌ９３０）またはレンズ部分（Ｌ１０３０）の少なくとも１つの第２群（５，７０５，Ｌ８０５，Ｌ９０５，Ｌ１００５）とを備えた対物レンズ（１，７０１，８０１，９０１，１００１，８５）、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用の投影対物レンズにおいて、
最も外側の開口ビーム（１５，７１５，８１５，９１５，１０１５）が、第１群において、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第１の光路差となり、第２群において、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第２の光路差になり、
両光路差が補正されること
を特徴とする対物レンズ。
【請求項２】
第１の結晶材料がフッ化カルシウムであり、第２の結晶材料がフッ化バリウムである請求項１に記載の対物レンズ。
【請求項３】
フッ化カルシウムから成るレンズまたはレンズ部分の少なくとも１つの第１群と、フッ化バリウムから成るレンズまたはレンズ部分の少なくとも１つの第２群とを備えた対物レンズ、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用の投影対物レンズにおいて、
最も外側の開口ビームが、第１群において、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第１の光路差となり、第２群において、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第２の光路差になり、
両光路差が補正されること、
を特徴とする対物レンズ。
【請求項４】
両群のレンズまたはレンズ部分が、それぞれ同じ主結晶方向またはこれに等価の主結晶方向を向くレンズ軸線（１７，２１，７１７，７１９，７２１，７２３）を有している請求項１から３までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項５】
レンズ軸線が＜１００＞結晶方向またはこれに等価の主結晶方向を向いている請求項４に記載の対物レンズ。
【請求項６】
レンズ軸線が＜１１１＞結晶方向またはこれに等価の主結晶方向を向いている請求項４に記載の対物レンズ。
【請求項７】
両群のレンズまたはレンズ部分に対し等価の主結晶方向が同じ方向を向いている請求項１から６までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項８】
フッ化カルシウムから成るレンズまたはレンズ部分の少なくとも１つの第１群と、フッ化バリウムから成るレンズまたはレンズ部分の少なくとも１つの第２群とを備えた対物レンズ、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用の投影対物レンズにおいて、
両群のレンズまたはレンズ部分が、それぞれ同じ主結晶方向またはこれに等価の主結晶方向を向くレンズ軸線（１７，２１，７１７，７１９，７２１，７２３）を有し、
両群のレンズまたはレンズ部分に対し等価の主結晶方向が同じ方向を向いていること
を特徴とする対物レンズ。
【請求項９】
両群のレンズまたはレンズ部分がそれぞれ１つのレンズ軸線と複屈折配列Δｎ（αL，θL）とを有し、複屈折配列Δｎ（αL，θL）の複屈折値Δｎが、レンズ軸線に対し垂直な基準方向（２５，２９，７２５，７２７，７２７，７３１）に対する方位角αLと、レンズ軸線に対する開口角θRとに依存し、
複屈折配列Δｎ（αL，θL）が基準方向に対し互いに共役になるようにレンズの基準方向が決定され、
基準方向が同じ方向を向いている
請求項１から８までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１０】
第１群（８０３，１００３）が単体レンズ（Ｌ８２９）または単体レンズの一部分（Ｌ１０２９）から成り、第２群（８０５，１００５）も単体レンズ（Ｌ８３０）または単体レンズの一部分（Ｌ１０３０）から成っている請求項９に記載の対物レンズ。
【請求項１１】
第１群（９０３）が少なくとも２個のレンズ（Ｌ９２７，Ｌ９２８）またはレンズ部分を有し、第２群（９０５）が少なくとも２つのレンズ（Ｌ９２９，Ｌ９３０）またはレンズ部分を有し、
第１群の内部では、方位角と開口角とに依存して、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第１の光路差となり、第２群では互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第２の光路差になるようなビームを持った光束が像面内の像点に入射し、
光束の光路差のそれぞれの配列が同じ群のレンズまたはレンズ部分であってレンジ軸線が同じ主結晶方向を向き且つレンズ軸線のまわりに互いに回転して配置されていない前記レンズまたはレンズ部分に比べて減少した値を有するように、１つの群のレンズまたはレンズ部分がレンズ軸線のまわりに回転して配置されている
請求項１から６までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１２】
両群のそれぞれによって生じる光路差が、所定の開口角に対する方位角の関数として３０％以下で、特に２０％以下で変化する請求項１１に記載の対物レンズ。
【請求項１３】
最も外側の開口ビームが、第１群の内部で第１の光路長を進み、第２群の内部で第２の光路長を進み、第１群の結晶材料が＜１１０＞結晶方向に第１の複屈折値を有し、第２群の結晶材料が＜１１０＞結晶方向に第２の複屈折値を有し、第１の光路長と第２の光路長との比が、第１の複屈折値と第２の複屈折値との反比例値に等しい請求項１から１２までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１４】
両群（３，５，７０３，７０５，８０３，８０５，９０３，９０５，１００３，１００５）のレンズ（７，１１，７０７，７０９，７１１，７１３，Ｌ８２９，Ｌ８３０，Ｌ９２７，Ｌ９２８，Ｌ９２９，Ｌ９３０）またはレンズ部分（Ｌ１０２９，Ｌ１０３０）が互いに隣接して配置され、特にレンズ部分（Ｌ１０２９，Ｌ１０３０）が互いにリンギングされている請求項１から１３までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１５】
両群の内部で最も外側の開口ビームがレンズ軸線に対し２０゜以上、特に２５゜以上の放射角を有している請求項１から１４までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１６】
少なくとも１つの群（５，７０５，８０５，９０５，１００５）が像面にもっとも近いレンズ（１１，７１３，Ｌ８３９，Ｌ９３０，Ｌ１０３０）を含んでいる請求項１から１５までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１７】
対物レンズ画像側の開口数ＮＡを有し、像側の開口数ＮＡが０．７よりも大きく、特に０．８よりも大きい請求項１から１６までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１８】
光線の波長が２００ｎｍ以下、特に１６０ｎｍ以下である請求項１から１７までのいずれか一つに記載の対物レンズ。
【請求項１９】
マイクロリソグラフィー投影露光装置（８１）において、
照射システム（８３）と、
構造を担持するマスク（８９）を受光性の基板（８１５）に結像させる請求項１から１８までのいずれか一つに記載の対物レンズ（８５）
とを有するマイクロリソグラフィー投影露光装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載のマイクロリソグラフィー投影露光装置を用いて半導体素子を製造する方法。
【請求項２１】
レンズ製造方法において、第１の結晶材料から成る少なくとも１つの第１の板（Ｌ１０２９）と、第２の結晶材料から成る第２の板（Ｌ１０３０）とを光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わせ、特にリンギングし、次に一体の部材（１０３７）として加工して形状を付与し、研磨し、その際結晶材料は、光線（１０１５）が、第１の板内で、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第１の光路差となり、第２の板内で、互いに直交する２つの線形偏光状態に対する第２の光路差になるような材料であり、両光路差が補正されることを特徴とするレンズ製造方法。
【請求項２２】
レンズ製造方法において、フッ化カルシウムから成る少なくとも１つの第１の板（Ｌ１０２９）と、フッ化バリウムから成る第２の板（Ｌ１０３０）とを光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わせ、特にリンギングし、次に一体の部材（１０３７）として加工して形状を付与し、研磨することを特徴とするレンズ製造方法。
【請求項２３】
第１の板の面法線と第２の板の面法線とがそれぞれ同じ主結晶方向またはこれに等価の主結晶方向を向いている請求項２１−２２のいずれか一つに記載のレンズ製造方法。
【請求項２４】
面法線が＜１００＞結晶方向、またはこれに等価の主結晶方向を向いている請求項２３に記載のレンズ製造方法。
【請求項２５】
面法線が＜１１１＞結晶方向、またはこれに等価の主結晶方向を向いている請求項２３に記載のレンズ製造方法。
【請求項２６】
第１の板の等価の主結晶方向と第２の板の等価の主結晶方向とが同じ方向を向いている請求項２３−２５のいずれか一つに記載のレンズ製造方法。
【請求項２７】
第１の板が第１の厚さを有し、第２の板が第２の厚さを有し、
第１の板の結晶材料が＜１１０＞結晶方向に第１の複屈折値を有し、第２の板の結晶材料が＜１１０＞結晶方向に第２の複屈折値を有し、
第１の厚さの合計と第２の厚さの合計との比が、第１の複屈折値と第２の複屈折値との反比例値に等しい請求項２１から２６までのいずれか一つに記載のレンズ製造方法。
【請求項２８】
請求項２１から２７までのいずれか一つに記載のレンズ製造方法に従って製造されていることを特徴とするレンズ（１０３７）。
【請求項２９】
対物レンズ（１００１）、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置用の投影対物レンズにおいて、請求項２８に記載のレンズを含んでいることを特徴とする対物レンズ。
【請求項３０】
請求項１から１８までの少なくとも一つに記載の対物レンズ（１００１）において、請求項２８に記載のレンズを含んでいることを特徴とする対物レンズ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の対物レンズに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の対物レンズは、たとえば本出願人の特許文献１から知られている。１つの実施形態には、フッ化カルシウムとフッ化バリウムをレンズ材料として並行使用することが示されている。この場合、フッ化カルシウムはクラウンガラスとして使用され、フッ化バリウムは色消し用のフリントガラスとして使用される。
【０００３】
２つの異なるフッ化物結晶から成るレンズを備えた投影対物レンズは特許文献２からも知られている。フッ化物結晶を使用するのは、２００ｎｍ以下の作業波長で比較的高い透過性を得るためである。使用するフッ化物結晶のアッベ数が異なっていることにより、像の色補正が可能である。
【０００４】
しかしながら、上記の文献では、結晶の複屈折特性が光学的設計に対し問題とされていない。
【０００５】
フッ化物結晶レンズを製造する際に、理想的にはレンズ軸線をフッ化物結晶の｛１１１｝結晶面に対し垂直に整列させ、応力誘導複屈折を低減させることが特許文献３から知られている。しかしこの文献は、フッ化物結晶が固有複屈折を有していないことを仮定している。
【０００６】
しかしながら、非特許文献１に記載されているように、フッ化カルシウム鋳塊が応力誘導でない複屈折を示している、すなわち固有複屈折を有している。この文献で提供された測定が示すところによると、＜１１０＞結晶方向に放射伝播する場合、フッ化カルシウムに対しては、波長λ＝１５６．１ｎｍで（６．５±０．４）ｎｍ／ｃｍの複屈折が発生し、波長λ＝１９３．０９ｎｍで（３．６±０．２）ｎｍ／ｃｍの複屈折が、そして波長λ＝２５３．６５ｎｍで（１．２±０．１）ｎｍ／ｃｍの複屈折が発生する。これに対して、＜１００＞結晶方向および＜１１１＞結晶方向での放射伝播の場合には、フッ化カルシウムは固有複屈折を有しない。これは理論的にも予測されるものである。このように固有複屈折は方向に強く依存しており、波長が短くなるにつれて著しく増大する。
【０００７】
本出願人が測定して確認したところによると、フッ化カルシウムはＮＩＳＴ−Ｉｎｓｔｉｔｕｔで測定された固有複屈折を有する。波長がλ＝１５６．１ｎｍの場合の測定値は、＜１１０＞結晶方向での放射伝播に対しては１１ｎｍだけずれている。
【０００８】
以下では、結晶方向を符号「＜」と符号「＞」の間に記載し、結晶面を符合「｛」と符号「｝」の間に記載する。この場合結晶方向は、常に対応する結晶面の面法線の方向を示している。したがって結晶方向＜１００＞は結晶面｛１００｝の面法線の方向を示している。フッ化物結晶が属している立方晶系結晶の主結晶方向は、＜１１０＞，＜−１１０＞，＜１−１０＞，＜−１−１０＞，＜１０１＞，＜１０−１＞，＜−１０１＞，＜−１０−１＞，＜０１１＞，＜０−１１＞，＜０１−１＞，＜０−１−１＞，＜１１１＞，＜−１−１−１＞，＜−１−１１＞，＜−１１−１＞，＜１−１−１＞，＜−１１１＞，＜１−１１＞，＜１１−１＞，＜１００＞，＜０１０＞，＜００１＞，＜−１００＞，＜０−１０＞，＜００−１＞である。（訳注、マイナスの記号は本来面指数の上に付されるものであるが、表記の都合上、上記のとおり指数の前に付す）主結晶方向＜１００＞，＜０１０＞，＜００１＞，＜−１００＞，＜０−１０＞，＜００−１＞は立方晶系結晶の対象特性のために互いに等価であるので、以下では、これらの主結晶方向の一つを向いている結晶方向を（１００）結晶方向と記す。前記主結晶方向の一つに対し垂直な結晶面は対応的に（１００）結晶面と記す。主結晶方向＜１１０＞，＜−１１０＞，＜−１１０＞，＜−１−１０＞，＜１０１＞，＜１０−１＞，＜−１０１＞，＜−１０−１＞，＜０１１＞，＜０−１１＞，＜０１−１＞，＜０−１−１＞も同様に互いに等価であるので、以下では、これら主結晶方向の一つを向いている結晶方向を（１１０）結晶方向と記す。また、これら主結晶方向の一つに対し垂直な結晶面は対応的に（１１０）結晶面と記す。主結晶方向＜１１１＞，＜−１−１−１＞，＜−１−１１＞，＜−１１−１＞，＜１−１−１＞，＜−１１１＞，＜１−１１＞，＜１１−１＞も同様に等価であるので、以下では、これらの主結晶方向の一つを向いている結晶方向を（１１１）結晶方向と記す。これら結晶方向の一つに対し垂直な結晶面は対応的に（１１１）と記す。なお、以下で上記結晶方向の一つについて述べることは、常に等価の主結晶方向に対しても適用される。
【０００９】
複屈折の効果を補正するためにレンズ要素を回転させることに関しては、本出願人による未公開の特許文献４および同様に本出願人による未公開の特許文献５に記載されている。これら特許出願の内容は本出願の一部でもある。
【００１０】
【特許文献１】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９９２９７０１Ａ１号公報
【特許文献２】
ドイツ連邦共和国特許公開第１９９３９０８８Ａ１号公報
【特許文献３】
米国特許第６２０１６３４号明細書
【特許文献４】
特許出願ＤＥ１０１２３７２５．１「マイクロリソグラフィイーの投影露光装置、光学システム、およびその製造方法」
【特許文献５】
特許出願ＤＥ１０１２７３２０．７「フッ化物結晶レンズを備えた対物レンズ」
【非特許文献１】
インターネット刊行物、Ｊｏｈｎ  Ｈ．  Ｂｕｒｎｅｔｔ，  Ｅｒｉｃ  Ｌ．  Ｓｈｉｒｌｅｙ，  Ｚａｃｈａｒｙ．  Ｈ．  Ｌｅｖｉｎｅ，著”Ｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  ａｎ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ  ｉｎ  ＣａＦ２”，  ＮＩＳＴ  Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ  ＭＤ  ２０８９９  ＵＳＡ（２００１年５月７日頒布）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、マイクロリソグラフィー投影露光装置において、固有複屈折の影響を実質的に低減させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題は、請求項１，３，８に記載の対物レンズ、請求項１９に記載のマイクロリソグラフィー投影露光装置、請求項２０に記載の半導体素子の製造方法、請求項２１と２２に記載のレンズ製造方法により解決される。
【００１３】
本発明の有利な構成は従属項の構成から明らかである。
【００１４】
固有複屈折の影響を低減するため、対物レンズはレンズまたはレンズ部分の少なくとも２群を含んでいる。これら群は、１つの群のレンズまたはレンズ部分が同じ結晶材料から成り、異なる群のレンズまたはレンズ部分が異なる結晶材料から成っていることによって区別される。この場合１つの群は、単体レンズまたは複数のレンズを含んでいてもよく、１つのレンズの一部分または複数個のレンズ部分を含んでいてもよい。レンズ部分とは、たとえばリンギング(密着)により継ぎ目なしに継ぎ合わされて１つの単体レンズを形成させたレンズのことである。通常、１つの単体レンズの構成要素をレンズ部分という。この場合、これらレンズ部分のレンズ軸線はそれぞれ単体レンズのレンズ軸線の方向を向いている。レンズ材料の選定、並びに、レンズまたはレンズ部分の構成および配置は、最も外側の開口ビームに対し、互いに直行する２つの直線偏光状態に対する光路差である、群内部で開口ビームの光路差が著しく減少するように行なわれる。光路差は、開口ビームが第１群および第２群の第１および第２の光路差の合計として生じる。これら群による複屈折の外乱は、合成光路差が２つの光路差の最大値の３０％以下、特に２０％以下のときに著しく減少する。最も外側の開口ビームとは、対物レンズの像面における放射高さが絞りの半径に相当しており、よって像面内で像側の開口数に従った角度を有するようなビームのことである。この最も外側の開口ビームを進歩性を特徴づけるために用いるのは、該開口ビームは通常レンズ内部でレンズ軸線に対し最も大きな開口角をもっており、それによって複屈折による障害を最も受けるからである。
【００１５】
レンズとしては、屈折性のレンズまたは非屈折性のレンズ、および自由形状補正面を持った補正板が挙げられる。対物レンズの光路内に配置されていれば、平面板もレンズと見なされる。
【００１６】
本発明は、マイクロリソグラフィー投影露光装置の投影レンズに適用できるので有利である。というのは、この種の対物レンズに対しては、解像度に関し極めて高度な要求がなされるからである。たとえば、大きな開口の波面を測定することにより投影対物レンズ用のレンズを検査する検査用対物レンズにおいても複屈折の影響が外乱として作用するので、補正処置を行うのが望ましい。本発明の他の適用可能性としては、ウエハを検査するための検査用対物レンズ、顕微鏡の対物レンズが挙げられ、他方これらのタイプの対物レンズの対象物を照射する照射システムの対物レンズにも本発明を適用できる。
【００１７】
有利なレンズ材料、特に２５０ｎｍ以下の波長に対して使用する際のレンズ材料は、たとえばフッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化ストロンチウムのようなフッ化物結晶である。
【００１８】
フッ化カルシウムについては、角度依存性の固有複屈折を有することが知られている。本出願人による測定によれば、（１１０）結晶方向における放射伝播における複屈折に対しては１１ｎｍ／ｃｍの値が生じる。同様の測定をフッ化バリウムに対して行なうと、フッ化バリウムも同様に複屈折を有することが明らかになった。その複屈折は、フッ化カルシウムとフッ化バリウムが同じタイプの結晶であり、比較しうる角度依存性を有しているという事実によって説明できる。本出願人がフッ化バリウムにおいて（１１０）結晶方向での放射伝播において測定したところ、２５ｎｍ／ｃｍの複屈折値が得られた。しかしながら、複屈折は量だけでなく方向をも有していることに注意すべきである。複屈折の方向はいわゆる遅軸の方向に等しい。この場合、直線偏光した光に対しては、遅軸の方向に偏光した場合に最も大きな屈折率が生じる。本発明者らは、複屈折の方向がフッ化カルシウムおよびフッ化バリウムの（１１０）結晶方向において互いに直交しており、その結果（１１０）伝播方向の光ビームは、フッ化カルシウムおよびフッ化バリウムにおける互いに直交する２つの偏光状態に対し、異なった符号を持つ光路差になるという認識に至った。このような特性を、複屈折の外乱を低減させるために活用するのが有利である。偏光した光ビームに対し、符号が反対の互いに直交する２つの直線偏光状態に対する光路差を生じさせるような異なる結晶材料から成るレンズまたはレンズ部分を並行使用することにより、且つ複屈折特性により決定される光学的設計により、１つの結晶材料だけを使用することによって生じる複屈折の外乱をほぼ補正することができる。
【００１９】
補正が特に好適に行われるのは、両群のすべてのレンズまたはレンズ部分のレンズ軸線がほぼ同じ主結晶方向またはこれに等価の主結晶方向を向いている場合である。この場合レンズ軸線は、回転対称なレンズの対称軸線によって与えられる。レンズが対称軸線をもっていない場合には、レンズ軸線を、入射光束の中心によって、或いは、レンズ内部のすべての光ビームの放射角が最小になるような直線によって与えてもよい。平面板のレンズ軸線は平坦なレンズ面に対し垂直である。レンズ軸線は、レンズ軸線と主結晶方向とのずれが５゜以内であれば、ほぼ主結晶方向と一致するとする。第１の結晶材料と第２の結晶材料が同じタイプの結晶であり、且つレンズ軸線がほぼ同じ主結晶方向に向いていれば、レンズまたはレンズ部分の複屈折配列が同じような配列を持つという利点がある。複屈折配列Δｎ（αL，θL）は開口角θLの関数として与えられるとともに、方位角αLの関数としても与えられる。開口角θLはレンズ軸線に対する光ビームの角度であり、方位角αLは、レンズ軸線に対し垂直な面内で光ビームを投影することによって与えられる方向と、レンズ軸線に対し垂直な、レンズと関連づけられる基準方向とのなす角度である。
【００２０】
複屈折の値Δｎは、いわゆる遅軸に対する屈折率といわゆる速軸に対する屈折率との差に等しく、この場合、開口角θLと方位角αLとによって決定される放射方向に対しては、互いに直交する２つの直線偏光状態に対する光路差とフッ化物結晶物内を進む物理的放射距離（単位ｎｍ／ｃｍ）との比を表わす。したがって、固有複屈折は放射距離とレンズの形状とに依存する。１つのビームに対する光路差は、複屈折と進んだ放射距離との積によって得られる。
【００２１】
複屈折がたとえばフッ化物結晶の製造方法或いはレンズの機械的荷重によって生じる場合には（応力誘導複屈折）、本発明による解決法を、複屈折の外乱を低減させるために適用することができる。
【００２２】
両群のレンズまたはレンズ部分のレンズ軸線が（１００）結晶方向または（１１１）結晶方向を向いているのが有利である。開口角θL＝０゜に対しては複屈折は消滅する。開口角が増大するにつれて複屈折も増大し、この場合、レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いている場合の複屈折配列は４回の方位角対称性を有し、レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いている場合の複屈折は３回の方位角対称性を有する。すなわち開口角θ0が固定して設定されている場合に対して、複屈折配列Δｎ（αL，θ0）は、レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いている際には４つの局所的な極大値と極小値が生じ、レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いている際には３つの極大値と極小値が生じる。これはフッ化カルシウムに対してもフッ化バリウムに対しても言える。
【００２３】
特に有利なのは、少なくとも２つの群のレンズまたはレンズ部分に対し等価の主結晶方向がほぼ同じ方向を向き、その結果個々の主結晶方向の間の最大のずれが１０゜以下であることである。これにより、第１群および第２群のレンズまたはレンズ部分はほぼ同じ結晶方向をもつ。
【００２４】
仮に投影対物レンズにおいて典型的に最も外側の開口ビームに対し最大の開口角が生じたとしても、補完的な複屈折挙動を持った２つの異なる結晶材料（たとえばフッ化バリウムとフッ化カルシウム）から成るレンズまたはレンズ部分を使用することにより、たとえば絞り面領域のメインビームのような他のビームに対しても、互いに直交する２つの直線偏光状態に対する光路差の補正を行うことができる。視野像の代わりに瞳像を観察したとすると、最も外側の開口ビームは、像面内において対象物視野の縁と同じビーム高さを有しているので、最も高い対象物高さを持ったメインビームと等価である。したがって、本出願において行なわれる、最も外側の開口ビームに対する考察は、最も外側のメインビームに対する光路差の補正にも転用することができる。
【００２５】
最も外側の開口ビームに対して複屈折の外乱が著しく減少するのは、両群の個々のレンズまたはレンズ部分の基準方向が複屈折配列が互いに共役になうように向き、且つ基準方向が１０゜の最大ずれで同じ方向を向くようにレンズまたはレンズ部分がそのレンズ軸線のまわりに回転させられている場合である。複屈折値の局所的極小値がほぼ同じ方位角で生じる場合に２つの複屈折配列は共役になる。レンズをこのように配置することにより、たとえば像面とリンクしている基準方向に対し最大の複屈折をもっている方位角角度範囲または最小の複屈折をもっている方位角角度範囲を、同じ方位角で発生させることが達成される。したがって、対物レンズの像面内の像点にあたる光束に対しては、互いに直交する２つの直線偏光状態に対する光路差の配列は、ビームの方位角とはほとんど関係ない。
【００２６】
この場合、第１群が１個の単体レンズまたは単体レンズの一部分だけから成り、第２群も同様に１個の単体レンズまたは単体レンズの一部分だけから成っていれば十分である。この場合レンズの厚さおよびレンズの半径は、両単体レンズまたはレンズ部分内で最も外側の開口ビームが互いに直行する２つの直線偏光状態に対し正反対の光路差になるように決定されている必要がある。
【００２７】
複屈折の外乱の補正は、両群が異なる結晶材料でそれぞれ少なくとも２個のレンズまたはレンズ部分を有し、これらレンズまたはレンズ部分が群内部で互いにレンズ軸線のまわりに回転して配置されている場合にも得られる。レンズまたはレンズ部分の複屈折配列は方位角に依存しているので、上記回転配置により、１つの群によって生じる光路差を、像面内の一点に当たる光束のビームに対し、レンズを同じ方向に向けた構成に比べて少なくとも２０％−２５％低減させることができる。
【００２８】
群内部に回転させて取り付けることにより、光束のビームの方位角に対する、１つの群によって生じる光路差配列の依存性を著しく減少させることができ、その結果ほぼ回転対称な配列が得られる。この場合ビームの方位角は、ビームを像面へ投影することによって生じる方向と、像面内での基準方向との間で決定される。結晶材料が異なる両群を組み合わせることにより、ほぼ回転対称な２つの光路差配列が相殺される。
【００２９】
複屈折配列が共役になるように基準方向を設定する場合、１つの群のレンズまたはレンズ部分のそれぞれ２つの基準方向の間の回転角γを次の式で設定するのが好ましい。
γ＝３６０゜／ｋ・ｎ  ＋  ｍ・３６０゜／ｋ  ±１０゜
【００３０】
ここでｋは方位角対称の回数であり、ｎは１つの群のレンズの数量、ｍは任意の整数である。±１０゜の公差は、対物レンズ位置調整時の他の境界条件を考慮することができるように、場合によっては回転角が理論的に理想的な角度からずれる場合もあるという事実を考慮したものである。理想的な回転角からずれていると、１つの群のレンズの光路差の最適な方位角補正が得られない。しかし、これはある程度許容することができる。
【００３１】
したがって、レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いているレンズまたはレンズ部分に対しては、回転角は次のように設定される。
γ＝９０゜／ｎ  ＋  ｍ・９０゜±１０゜
【００３２】
１つの群がこの種の２個のレンズを含んでいれば、これら両レンズ間の回転角は理想的には４５゜、或いは１３５゜、２２５゜…である。
【００３３】
レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いているレンズまたはレンズ部分に対しては、回転角は次のように設定される。
γ＝１２０゜／ｍ  ＋ｍ・１２０゜±１０゜
【００３４】
両群のレンズまたはレンズ部分で最も外側の開口ビームが同じ開口角を持っている場合には、レンズの厚さおよび半径をとりわけ結晶材料の複屈折特性に整合させるのが好ましい。フッ化カルシウムおよびフッ化バリウムに対しては、複屈折は（１１０）結晶方向で最大である。したがって、この放射伝播方向に対する複屈折値は基準量を表わしている。それ故、両群を最適に補正するためには、第１群での光路長と第２群での光路長との比が、第１の結晶材料に対する（１１０）結晶方向での複屈折値と、第２の結晶材料に対する（１１０）結晶方向での複屈折値との比にほぼ反比例している必要がある。この場合、１つの群の光路長は１つの群の個々のレンズまたはレンズ部分での光路長の合計である。優れた補正は、両群のレンズまたはレンズ部分の内部で最大開口角の２０％以下だけ変化する開口角が同じであるときに、第１群での光路長と第２群での光路長との比と、第１群の結晶材料の（１１０）複屈折値と第２群の結晶材料の（１１０）複屈折値との反比例値との商が０．８と１．２の間にあるときである。
【００３５】
両群が隣接して配置されていると、複屈折の外乱の低減が特に効果的になる。というのは、この場合両群の１つの光束のビームが同じ方位角を有するからである。特に、２つの群のレンズ部分をたとえばリンギングにより光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わせることができる。これにより、複数個のレンズ部分を備えた２群を有する単体レンズが生じる。
【００３６】
１つの群のレンズは、これらレンズ内部の１つの光束の最も外側の開口ビームがそれぞれ同じ開口角を有していることによって決定される。この場合、これらレンズ内部の最も外側の開口ビームの開口角が２０゜以上、特に２５゜以上であるのが有利である。像側の開口数が大きな対物レンズの場合、特に０．７よりも大きな対物レンズの場合に、このような大きな開口角が発生する。したがって、複屈折の外乱を低減させるには、補正処置が必要である。
【００３７】
大きな開口角は主に視野面付近のレンズにおいて発生し、特に像面付近のレンズで発生する。それ故、補正のために設けられる群を像面領域で使用するのが有利である。理想的には、両群のうちの一方が像面に最も近いレンズを含んでいるのがよい。
【００３８】
固有複屈折は作業波長が短くなるにつれて著しく増大する。したがって、波長が１９３ｎｍの場合の固有複屈折は、波長が１５７ｎｍの場合の２倍であり、波長が２４８ｎｍの場合の５倍である。それ故本発明は、光線が２００ｎｍ以下の波長を有する場合、特に１６０ｎｍ以下の波長を有する場合に有利に使用することができる。
【００３９】
この種の対物レンズは、光源を基準にして、露光システムと、構造を担持するマスクを備えたマスク位置決めシステムと、投影対物レンズと、光を受ける基板を備えた対象物位置決めシステムとを有するマイクロリソグラフィー投影露光装置の投影対物レンズとして有利に使用することができる。この場合投影対物レンズは、構造を担持するマスクを光を受ける基板に結像させる。
【００４０】
このようなマイクロリソグラフィー投影露光装置により微細構造の半導体素子を製造することができる。
【００４１】
本発明はレンズ製造方法にも関わるものであり、すなわち第１ステップで少なくとも１つの第１の板と少なくとも１つの第２の板とを光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わせて半製品を形成させ、第２ステップでレンズを公知の製造方式によって半製品から加工する。この場合、第１の板と第２の板は異なる結晶材料を有している。結晶材料と結晶方向と板厚は次のように選定されている。すなわち、第１の板において、互いに直交する２つの直線偏光状態に対し第１の光路差となり、第２の板において、互いに直交する２つの直線偏光状態に対し第２の光路差となるような光線に対し、両光路差がほぼ補正され、その結果、得られる光路差が両光路差の最大値の３０％以下、特に２０％以下であるように選定されている。
【００４２】
結晶材料としてたとえばフッ化カルシウムとフッ化バリウムを用いると、優れた補正が得られる。これは、これら材料が同じような複屈折特性を有しているが、（１１０）結晶方向においては、複屈折の方向が互いに直交しているからである。
【００４３】
第１の板と第２の板の面法線が同じ主結晶方向を向いているか、或いはこれに対して等価の主結晶方向を向いているのが好ましい。この場合のずれは５゜以下であるべきである。
【００４４】
面法線に対する方向としては（１００）結晶方向と（１１１）結晶方向が有利である。というのは、放射伝播に対しちょうどこれらの方向で複屈折が消滅するからである。
【００４５】
第１および第２の板に対し、等価の主結晶方向がほぼ同じ方向を向いていると、すなわち結晶が同じ指向性を有していると、両板の優れた補正が得られる。この場合、約１０゜までのずれであれば許容できる。
【００４６】
さらに、第１の板の厚さと第２の板の厚さとが整合していれば、ほぼ完璧な補正が得られる。厚さを設定するために重要なことは、第１の結晶材料が（１１０）結晶方向においてどの程度の第１の複屈折値を有し、第２の結晶材料が（１１０）結晶方向においてどの程度の第２の複屈折値を有しているかという点である。すなわち、第１の板の厚さの合計と第２の板の厚さの合計との比は、第１の複屈折値と第２の複屈折値との比に対しほぼ反比例している必要がある。ずれは、最大で両比の最大値の２０％であるべきである。
【００４７】
上述したレンズ製造方法を用いると、対物レンズ、特にマイクロリソグラフィー投影露光装置のための投影レンズに使用できるレンズを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。
【００４９】
図１は本発明による対物レンズ１の第１実施形態の概略図である。対物レンズ１は、図示していない他のレンズ以外に、レンズ７を備えた第１群３と、レンズ１１を備えた第２群５とを有している。レンズ７はフッ化カルシウム結晶から成り、他方レンズ１１はフッ化バリウム結晶から成っている。回転対称な負レンズ７のレンズ軸線１７も、回転対称な正レンズ１１のレンズ軸線１２も、光軸ＯＡの方向を向いている。レンズ７は、レンズ軸線１７が＜１１１＞結晶方向を向くようにフッ化カルシウム塊から製造されている。フッ化バリウムから成るレンズ１１もレンズ軸線１２は＜１１１＞結晶方向を向いている。レンズ７と１１は基準方向２５と２９を有し、基準方向２５と２９はレンズと固定されている。これらレンズはこの基準方向に関し固有複屈折配列を有している。図１の実施形態では、基準方向２５と２９は同じ方向であり、その結果両レンズ７と１１の等価主結晶方向は、たとえばレンズ７とレンズ１１とにおける＜１００＞結晶方向と同じ方向を向いている。基準方向２５と２９は像面ＩＭのｘ方向に対し回転して配置されている。最も外側の開口ビーム１５（絞り面内におけるそのビーム高さは絞りＡＳの高さに等しい）は、第１群３において、互いに直交する２つの直線偏光状態に対し第１の光路差となり、第２群５において、第２の光路差になる。フッ化カルシウム結晶とフッ化バリウム結晶とが同一方向に取り付けられているため、両光路差は部分的に相殺される。最も外側のエッジビームは像面ＩＭにおいて光軸ＯＡと交差する。
【００５０】
図２は、開口ビーム２１５の開口角θLと方位角αLとの定義を説明する図である。開口角θLは、開口ビーム２１５とレンズ軸線に対し平行な方向２１７との間で決定される。方位角αLを決定するため、開口ビーム２１５をまず方向２１７に対し垂直な面２３３に投影する。このとき、投影方向２３５とレンズの基準方向に対し平行な方向２２５との間で測定する。
【００５１】
図３ないし図６は、レンズ軸線を（１００）結晶方向および（１１１）結晶方向に向けたときのフッ化カルシウムとフッ化バリウムとの複屈折配列を示したものである。本出願人が測定したところ、ビーム伝播方向が＜１１０＞結晶方向であるときのフッ化カルシウムは波長λ＝１５７ｎｍで１１ｎｍ／ｃｍの複屈折値を有し、ビーム伝播方向が＜１１０＞結晶方向であるときのフッ化バリウムは波長λ＝１５７ｎｍで２５ｎｍ／ｃｍの複屈折値を有することが明らかになった。これに対し、開口ビームが等価方向に伝播する場合、互いに直交する２つの直線偏光状態の光路差は、フッ化カルシウムの場合フッ化バリウムとは逆の符号を有する。正規化基準としてのこれらの測定値を用いて、フッ化カルシウムレンズまたはフッ化バリウムレンズの複屈折配列Δｎ（θL，αL）を結晶指向方向の関数として理論的に計算できる。この計算を実行するため、結晶光学から知られている、放射方向の関数として屈折率楕円体を算出するための数学的形式を援用する。その理論的な基礎はたとえば”Ｌｅｘｉｋｏｎ  ｄｅｒ  Ｏｐｔｉｋ（光学事典）”，  Ｓｐｅｋｔｒｕｍ  Ａｋａｄｅｍｉｓｃｈｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ  Ｈｅｉｄｅｌｂｅｒｇ  Ｂｅｒｌｉｎ，  １９９９の見出し語”Ｋｒｉｓｔａｌｌｏｐｔｉｋ（結晶光学）”に見出される。
【００５２】
図３Ａないし図３Ｃは、レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いているフッ化カルシウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折の角度依存性を示したものである。
【００５３】
図３Ａには、方位角αL＝０゜に対する固有複屈折と開口角θLとの関係が図示されている。開口角θL＝３５゜のときの固有複屈折の値１１ｎｍ／ｃｍは、（１１０）結晶方向が（１１１）結晶方向に対し３５゜であるときの測定値に対応している。曲線は結晶光学から知られている式から決定されたものである。
【００５４】
図３Ｂには、開口角θL＝３５゜に対する固有複屈折と方位角αLとの関係が示されている。３回の方位対称性が見て取れる。最小複屈折値は方位角αL＝６０゜、１８０゜、３００゜に対し得られる。基準方向は、方位角αL＝０゜に対し最大複屈折が得られるように決定されている。
【００５５】
図３Ｃには、（θL，αL）角度空間での個々の放射方向に対する複屈折配列Δｎ（θL，αL）が示されている。各短い線は、開口角θLと方位角αLとによって決まる１つの放射方向に対する複屈折の量と方向を表わしている。線の長さは複屈折の量に比例しており、或いは、切断楕円体の個々の主軸線長さの差に対応しており、線の方向は切断楕円体の長軸線の指向性を表わしている。切断楕円体は、方向（θL，αL）の放射に対する屈折率楕円体を、放射方向に対し垂直で且つ屈折率楕円体の中心を通る面と交差させることによって得られるものである。線の方向も長さも配列の３回対称性を示している。線の長さは、すなわち複屈折は、方位角が０゜、１２０゜、２４０゜のときに最大である。
【００５６】
図４Ａないし図４Ｃは、レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いているフッ化バリウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折を示したものである。図３Ａと図４Ａの曲線、或いは図３Ｂと図４Ｂの曲線は、複屈折の最大値を除いては共役的な変化をもっている。この場合基準方向は、最小複屈折を持った方位角がフッ化カルシウムの場合もフッ化バリウムの場合も同じ値で生じるように決定されている。図３Ｃと図４Ｃを比較するとわかるように、複屈折の配列は互いに共役的であり、他方フッ化カルシウムの場合において個々の放射方向に対する複屈折の方向はフッ化バリウムの場合における対応する放射方向に対する複屈折の方向に対し直交している。
【００５７】
図５Ａないし図５Ｃは、レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いているフッ化カルシウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折の角度依存性を示している。
【００５８】
図５Ａには、方位角αL＝０゜に対する固有複屈折と開口角θLとの関係が示されている。開口角がθL＝４５゜のときの固有複屈折の値１１ｎｍ／ｃｍは、（１１０）結晶方向が（１１１）結晶方向に対し４５゜の角度であるときの測定値に対応している。曲線は結晶光学から知られている式に従って決定した。
【００５９】
図５Ｂには、開口角θL＝４５゜に対する固有複屈折と方位角αLとの関係が示されている。４回の方位対称性が見て取れる。最小複屈折値は方位角αL＝４５゜、１３５゜、２２５゜、３１５゜で得られる。この場合基準方向は、方位角αL＝０゜に対し最大複屈折値が生じるように決定されている。
【００６０】
図５Ｃは、図３Ｃの図示における（θ，α）角度空間での個々の放射方向に対する複屈折配列Δｎ（θ，α）を示したものある。線の方向も長さも配列の４回対称性を示している。線の長さ、すなわち複屈折は、方位角が０゜、９０゜、１８０゜、２７０゜のときに最大である。
【００６１】
図６Ａないし図６Ｃは、レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いているフッ化バリウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折配列を示している。図５Ａと図６Ａの曲線、或いは図５Ｂと図６Ｂの曲線は、複屈折の最大値を除いては共役的な変化をもっている。この場合基準方向は、最小複屈折を持った方位角がフッ化カルシウムの場合もフッ化バリウムの場合も同じ値で生じるように決定されている。図５Ｃと図６Ｃを比較するとわかるように、複屈折の配列は互いに共役的であり、他方フッ化カルシウムの場合において個々の放射方向に対する複屈折の方向はフッ化バリウムの場合における対応する放射方向に対する複屈折の方向に対し直交している。
【００６２】
図１の第１実施形態で最も外側の開口ビーム１５は、光軸ＯＡでの像面ＩＭと交差しているので、レンズ７と１１の内部では平行な基準方向２５と２９に対して同じ方位角を有している。光軸ＯＸの像面ＩＭと交差する他の全ての開口ビームに対しても同じである。フッ化カルシウムレンズ７内での基準方向とフッ化バリウムレンズ１１内での基準方向とは複屈折配列が共役な変化を持つように決定されているので、すべての開口ビームは、互いに直交する２つの直線偏光状態に対する光路差に関し同様の補正を受ける。レンズ７の複屈折配列は図３Ａないし図３Ｃに図示されており、レンズ１１の複屈折配列は図４Ａないし図４Ｃに図示されている。レンズ７と１１の厚さを適宜整合させると、少なくとも最も外側の開口ビームに対してはほぼ完璧な補正を得ることができる。
【００６３】
図７は本発明による対物レンズ７０１の第２実施形態を示している。対物レンズ７０１は、図示していない他のレンズの他に、レンズ７０７と７０９を備えた第１群７０３と、レンズ７１１と７１３を備えた第２群７０５とを有している。レンズ７０７と７０９はフッ化カルシウム結晶から成り、レンズ７１１と７１３はフッ化バリウム結晶から成っている。すべてのレンズ軸線７１７，７１９，７２１，７２３は光軸ＯＡの方向を向いている。レンズ７０７と７０９は、レンズ軸線７１７と７１９が＜１１１＞結晶方向の方向を向くようにフッ化カルシウム塊から製造されている。フッ化バリウムから成っているレンズ７１１と７１３も、レンズ軸線７２１と７２３は＜１１１＞結晶方向を向いている。レンズ７０７，７０９，７１１，７１３は基準方向７２５，７２７，７２９，７３１を有し、これらの基準方向はそれぞれのレンズに固定されている。これらの基準方向に対して、群７０５のレンズの複屈折配列は群７０３のそれらと共役である。レンズ７０７と７０９に対する複屈折配列は図３Ａないし図３Ｃから読み取ることができ、レンズ７１１と７１３に対する複屈折配列は図４Ａないし図４Ｃから読み取ることができる。図７の実施形態では、基準方向７２５と７２７との間の回転角は６０゜であり、基準方向７２９と７３１との間の回転角も６０゜である。第１群７０３と第２群７０５との間の回転角は、回転対称でない像欠陥の補正に利用できる自由度である。補正に利用できる他の補正自由度は、像面と関連している基準方向に対する両群の回転である。第１群７０３のレンズ７０７と７０９を回転させて取り付けることにより、像面ＩＭ内で光軸に合焦される光束は、互いに直交する２つの直線偏光状態に対する光路差の配列においてほぼ回転対称になる。同様にほぼ回転対称な光路差の配列が、第２群７０５の回転させた両レンズ７１１と７１３を透過する同様の光束に対し得られる。しかし、フッ化カルシウムとフッ化バリウムとを並行使用しているので、両配列の光路差は逆の符号を持っており、その結果光路差は少なくとも部分的に補正される。
【００６４】
図８は本発明による対物レンズ８０１の第３実施形態を示している。対物レンズ８０１は波長１５７ｎｍ用の屈折性投影対物レンズである。この対物レンズの光学データは表１にまとめられている。非球面に対する記載は光学ソフトウェアＣｏｄｅＶのフォーマットに対応している。対物レンズ８０１は、本出願人の特許出願ＰＣＴ／ＥＰ００／１３１８４の図７または表６に記載されている対物レンズに類似している。対物レンズの機能に関する詳細な説明はこの特許出願を参照してもらいたい。対物レンズの像側の開口数は０．９である。このように像側の開口数が大きな高性能対物レンズの場合には、複屈折のような外乱をできるだけ低減させることが必要である。
【００６５】
対物レンズ８０１は、面平行なレンズＬ８２９を備えた群８０３と、面平行なレンズＬ８３０を備えた群８０５とを有している。レンズＬ８２９はフッ化バリウムから成り、レンズＬ８３０はフッ化カルシウムから成っている。レンズＬ８２９とＬ８３０のレンズ軸線はそれぞれ＜１１１＞結晶方向を向いている。基準方向は両者ともｙ方向を向いている。レンズＬ８２９に対する複屈折配列は図４Ａないし図４Ｃから読み取ることができ、レンズＬ８３０に対する複屈折配列は図３Ａないし図３Ｃから読み取ることができる。
【００６６】
表２には、レンズＬ８２９とＬ８３０に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム８１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム８１６はｙ軸線に関し方位角αL＝６０゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム８１５とビーム８１６とは、（１１１）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００６７】
【表１】
2004535603.tif 000003
【００６８】
互いに直交している２つの直線偏光状態に対し得られる最大光路差は、レンズの個別の寄与のために著しく減少している。両レンズの光路差はほぼ完全に補正される。これは、両レンズ内での光路長の比がフッ化バリウムとフッ化カルシウムの＜１１０＞結晶方向における複屈折値の比に対し反比例するように、レンズＬ８２９とＬ８２９のレンズ厚を整合させたためである。
(25 nm/cm)／(11 nm/cm)≒30.6 mm/13.4 mm
【００６９】
両レンズの開口角は３０゜よりも大きい。レンズＬ８３０は像面ＩＭに最も近いレンズである。
【００７０】
第４実施形態は第３実施形態と同一の設計データを有しているが、レンズＬ８２９とＬ８３０のレンズ軸線がそれぞれ＜１００＞結晶方向を向いている点が異なっている。基準方向は両者ともｙ方向を向いている。レンズＬ８２９に対する複屈折配列は図６Ａないし図６Ｃから読み取ることができ、レンズＬ８３０に対する複屈折配列は図５Ａないし図５Ｃから読み取ることができる。
【００７１】
表３には、レンズＬ８２９とＬ８３０に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム８１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム８１６はｙ軸線に関し方位角αL＝４５゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム８１５とビーム８１６とは、（１００）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００７２】
【表２】
2004535603.tif 000004
【００７３】
第４実施形態においても、群８０３と８０５によって生じる光路差のほぼ完全な補正が得られた。
【００７４】
第５実施形態は、レンズＬ８２９とＬ８３０を除いては第３実施形態と同一の設計データを有している。レンズＬ８２９はレンズ部分Ｌ８２９１とＬ８２９２とに分割され、レンズＬ８３０はレンズ部分Ｌ８３０１とＬ８３０２とに分割されている。これらレンズ部分は原レンズのほぼ半分の中心厚さを有している。すべてのレンズ部分のレンズ軸線は＜１１１＞結晶方向を向いている。レンズ部分Ｌ８２９１とＬ８２９２に対する複屈折配列は図４Ａないし図４Ｃから読み取ることができ。レンズ部分Ｌ８３０１とＬ８３０２に対する複屈折配列は図３Ａないし図３Ｃから読み取ることができる。レンズ部分Ｌ８２９１とＬ８２９２とはレンズ軸線のまわりに互いに６０゜回転させて配置されており、たとえばリンギング（密着）によって光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わされている。対応的にレンズ部分Ｌ８３０１とＬ８３０２もレンズ軸線のまわりに６０゜回転させて配置されており、光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わされている。レンズ部分Ｌ８２９１とＬ８３０１の基準方向はｙ方向を向いているのに対し、レンズ部分Ｌ８２９２とＬ８３０２の基準方向はｙ方向に対し６０゜の回転角を成している。
【００７５】
表４には、レンズ部分Ｌ８２９１，Ｌ８２９２，Ｌ８３０１，Ｌ８３０２に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム８１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム８１６はｙ軸線に関し方位角αL＝６０゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム８１５とビーム８１６とは、（１１１）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００７６】
【表３】
2004535603.tif 000005
【００７７】
第５実施形態においても、群８０３と８０５によって生じる光路差のほぼ完全な補正が得られた。この場合、群８０３に従っても、また群８０５に従っても、像面内で光軸に合焦される光束に対し光路差の回転対称な配列が存在した。これらの配列は、フッ化バリウムとフッ化カルシウムの並行使用と両群のレンズ部分の光学的設計とにより補正される。
【００７８】
第６実施形態は第５実施形態と同一の設計データを有しているが、レンズ部分Ｌ８２９１，Ｌ８２９２，Ｌ８３０１，Ｌ８３０２のレンズ軸線がそれぞれ＜１００＞結晶方向を向いている点で異なっている。レンズ部分Ｌ８２９１とＬ８２９２に対する複屈折配列は図６Ａないし図６Ｃから読み取ることができ、レンズ部分Ｌ８３０１とＬ８３０２に対する複屈折配列は図５Ａないし図５Ｃから読み取ることができる。レンズ部分Ｌ８２９１とＬ８２９２とはレンズ軸線のまわりに互いに４５゜回転させて配置されており、たとえばリンギングによって光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わされている。対応的にレンズ部分Ｌ８３０１とＬ８３０２もレンズ軸線のまわりに４５゜回転させて配置されており、光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わされている。レンズ部分Ｌ８２９１とＬ８３０１の基準方向はｙ方向を向いているのに対し、レンズ部分Ｌ８２９２とＬ８３０２の基準方向はｙ方向に対し４５゜の回転角を成している。
【００７９】
表５には、レンズ部分Ｌ８２９１，Ｌ８２９２，Ｌ８３０１，Ｌ８３０２に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム８１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム８１６はｙ軸線に関し方位角αL＝４５゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム８１５とビーム８１６とは、（１００）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００８０】
【表４】
2004535603.tif 000006
【００８１】
第６実施形態においても、群８０３と８０５によって生じる光路差のほぼ完全な補正が得られた。この場合、群８０３に従っても、また群８０５に従っても、像面内で光軸に合焦される光束に対し光路差の回転対称な配列が存在した。これら２つの配列は、フッ化バリウムとフッ化カルシウムの並行使用と両群のレンズ部分の光学的設計とにより補正される。
【００８２】
図９は本発明による対物レンズ９０１の第７実施形態を示している。この対物レンズ９０１は波長１５７ｎｍに対し屈折性投影対物レンズである。この対物レンズの光学データは表６にまとめられている。非球面に対する記載は光学ソフトウェアＣｏｄｅＶのフォーマットに対応している。この対物レンズの像側の開口数は０．９である。
【００８３】
対物レンズ９０１は、メニスカスレンズＬ９２７とＬ９２８とを備えた群９０３と、面平行なレンズＬ９２９とＬ９３０とを備えた群９０５とを有している。レンズＬ９２７とＬ９２８はフッ化バリウムから成り、レンズＬ９２９とＬ９３０はフッ化カルシウムから成っている。レンズＬ９２７，Ｌ９２８，Ｌ９２９，Ｌ９３０のレンズ軸線はそれぞれ＜１１１＞結晶方向を向いている。基準方向はすべて同一方向であり、この実施形態ではｙ方向を向いている。レンズＬ９２７とＬ９２８に対する複屈折配列は図４Ａないし図４Ｃから読み取ることができ、レンズＬ９２９とＬ９３０に対する複屈折配列は図３Ａないし図３Ｃから読み取ることができる。
【００８４】
表７には、レンズＬ９２７ないしＬ９３０に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム９１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム９１６はｙ軸線に関し方位角αL＝６０゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム９１５とビーム９１６とは、（１１１）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００８５】
【表５】
2004535603.tif 000007
【００８６】
互いに直交している２つの直線偏光状態に対し得られる最大光路差は、最も外側の開口ビームに対し、個別のレンズが寄与する個別の光路差の合計に比べて著しく減少している。両群９０３と９０５の光路差はほぼ完全に補正される。これは、両群内での光路長の合計の比がフッ化バリウムとフッ化カルシウムの＜１１０＞結晶方向における複屈折値の比に対し反比例するように、レンズＬ９２７ないしＬ９３０のレンズ厚を整合させたためである。
(25 nm/cm)／(11 nm/cm)≒(27.3 mm＋26.0 mm)／(11.1 mm＋11.6 mm)
【００８７】
図９のレンズ断面図から明らかなように、開口ビームの開口角が小さくなるにつれてメニスカスレンズ内での光路長は増大し、他方の群のレンズ内では減少する。したがって前記の条件は当初最も外側の開口ビームに対しては満たされている。しかしここで注目すべきことは、開口角が減少するにつれて複屈折値も強く減少し、その結果小さな開口角を持った開口ビームに対しては補正が必要ないことである。しかしながら、複屈折配列が１つの光束に対し集中的に最小値を有し、最も外側の開口ビームに対しては最小値を持たないように厚さを決定する変形実施形態も可能である。
【００８８】
第８実施形態は第７実施形態と同一の設計データを有しているが、レンズＬ９２７ないしＬ９３０のレンズ軸線がそれぞれ＜１００＞結晶方向を向いている点で異なっている。基準方向はそれぞれｙ方向を向いている。レンズＬ９２７とＬ９２８に対する複屈折配列は図６Ａないし図６Ｃから読み取ることができ、レンズＬ９２９とＬ９３０に対する複屈折配列は図５Ａないし図５Ｃから読み取ることができる。
【００８９】
表８には、レンズＬ９２７ないしＬ９３０に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム９１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム９１６はｙ軸線に関し方位角αL＝４５゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム９１５とビーム９１６とは、（１００）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００９０】
【表６】
2004535603.tif 000008
【００９１】
第８実施形態においても、群９０３と９０５によって生じる光路差のほぼ完全な補正が得られた。
【００９２】
第９実施形態は、第７実施形態と同一の設計データを有しているが、レンズＬ９２７とＬ９２８、およびＬ９２９とＬ９３０がレンズ軸線のまわりに互いに６０゜回転させて配置されている点で異なっている。レンズＬ９２７とＬ９２９の基準方向はｙ方向を向いているのに対し、レンズＬ９２８とＬ９３０の基準方向はｙ方向に対し６０゜の回転角を成している。
【００９３】
表９には、レンズＬ９２７ないしＬ９３０に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム９１５は像面においてｙ軸線に関し方位角α＝０゜を有し、ビーム９１６はｙ軸線に関し方位角α＝６０゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム９１５とビーム９１６とは、（１１１）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００９４】
【表７】
2004535603.tif 000009
【００９５】
第９実施形態においても、群９０３と９０５によって生じる光路差のほぼ完全な補正が得られた。この場合、群９０３に従っても、また群９０５に従っても、像面内で光軸に合焦される光束に対し光路差の回転対称な配列が存在した。これらの配列は、フッ化バリウムとフッ化カルシウムの並行使用と両群のレンズの光学的設計とにより補正される。
【００９６】
第１０実施形態は第８実施形態と同一の設計データを有しているが、レンズＬ９２７ないしＬ９３０のレンズ軸線がそれぞれ＜１００＞結晶方向を向いている点で異なっている。レンズＬ９２７とＬ９２８に対する複屈折配列は図６Ａないし図６Ｃから読み取ることができ、レンズＬ９２９とＬ９３０に対する複屈折配列は図５Ａないし図５Ｃから読み取ることができる。レンズＬ９２７とＬ９２８はレンズ軸線のまわりに互いに４５゜回転させて配置されている。同様に、レンズＬ９２９とＬ９３０はレンズ軸線のまわりに互いに４５゜回転させて配置されている。レンズＬ９２７とＬ９２９の基準方向はｙ方向を向いているのに対し、レンズＬ９２８とＬ９３０の基準方向はｙ方向に対し４５゜の回転角を成している。
【００９７】
表１０には、レンズＬ９２７ないしＬ９３０に対し、最も外側の２つの開口ビームの光路長、開口角θL、方位角αLが記載されている。ビーム９１５は像面においてｙ軸線に関し方位角αL＝０゜を有し、ビーム９１６はｙ軸線に関し方位角αL＝４５゜を有している。両ビームは光軸ＯＡにおいて像面と交差している。ビーム９１５とビーム９１６とは、（１００）結晶方向において最大の複屈折と最小の複屈折とを受けるので、すべての最も外側の開口ビームにとって典型的なものである。
【００９８】
【表８】
2004535603.tif 000010
【００９９】
第１０実施形態においても、群９０３と９０５によって生じる光路差のほぼ完全な補正が得られた。この場合、群９０３に従っても、また群９０５に従っても、像面内で光軸に合焦される光束に対し光路差の回転対称な配列が存在した。これらの配列は、フッ化バリウムとフッ化カルシウムの並行使用と両群のレンズの光学的設計とにより補正される。
【０１００】
図１０は本発明による対物レンズ１００１の第１１実施形態を示している。この対物レンズ１００１は波長１５７ｎｍに対し屈折性投影対物レンズである。この対物レンズの光学データは表１１にまとめられている。非球面に対する記載は光学ソフトウェアＣｏｄｅＶのフォーマットに対応している。この対物レンズの像側の開口数は０．９である。
【０１０１】
対物レンズ１００１は、面平行なレンズ部分Ｌ１０２９を備えた群１００３と、面平行なレンズ部分Ｌ１０３０を備えた群１００５とを有している。レンズ部分Ｌ１０２９はフッ化バリウムから成り、レンズ部分Ｌ１０３０はフッ化カルシウムから成っている。レンズ部分Ｌ１０２９とＬ１０３０のレンズ軸線はそれぞれ＜１１１＞結晶方向を向いている。これと代替的な実施形態では、レンズ軸線は＜１００＞結晶方向に向いている。両レンズ部分の基準方向は同一方向、この実施形態ではｙ方向を向いている。レンズ部分Ｌ１０２９とＬ１０３０はたとえばリンギングによって光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わされている。
【０１０２】
レンズ部分の厚さは、最も外側の開口ビームに対し、両レンズ部分に生じる光路差がほぼ相殺されるように整合されている。このため、両レンズ部分の厚さの比を、フッ化バリウムとフッ化カルシウムの＜１１０＞結晶方向における複屈折値の比に対し反比例するように選定した。
(25 nm/cm)／(11 nm/cm)≒25.0 mm/11.27 mm
【０１０３】
わずかな差異は、両結晶材料の屈折率の違いを考慮したものである。
【０１０４】
紫外線で結晶の複屈折を補正するため、上記実施形態のいくつかで説明したように、補完的な複屈折挙動を示す複数個の結晶要素を直列に配置してもよい。１つの光学系で複数個のレンズを直列に配置すると、光線がレンズを異なる角度で透過するという問題がある。この場合補正は制限的にしかできないことがある。１個の結晶レンズしか含んでいない光学系の場合には、この種の補正はほとんど不可能である。
【０１０５】
１つの解決法は、１個のレンズを結晶材料が異なる２個のレンズに分割し、両レンズを互いにリンギングさせることである。本発明は、未加工物を、補完的な複屈折特性をもった異なる結晶材料、たとえばフッ化カルシウムとフッ化バリウムとから成る互いにリンギングさせた単体板から製造し、これらの単体板を研削、研磨して１個のレンズを形成させることを提案するものである。レンズ軸線および基準方向に関し前記したことはすべてこれにも適用される。
【０１０６】
光学系を製造する際の古典的なリンギング（密着）以外にも、内部接触を可能にし、応力導入をできるだけ小さくさせた他の継ぎ合わせ技術も可能であり、本発明はこれらの継ぎ合わせ技術をも含むものである。リンギングは特に層によって、たとえば水晶ガラスから成る層によって支持することができる。重要なことは、継ぎ合わせ個所に、障害となるような屈折或いは反射が生じないことである。図１０の第１１実施形態は、レンズ部分Ｌ１０２９とＬ１０３０から成っているレンズ１０３７を有しているが、このレンズＬ１０３７はこのようにして製造したレンズである。
【０１０７】
もちろん２個の板ではなく、フッ化バリウムとフッ化カルシウムとを交互に設けた４個、６個、８個、１０個……の板を光学的に継ぎ目なしに継ぎ合わせてよい。この場合、異なる結晶材料を持った１対のレンズのレンズ軸線は同じ主結晶方向に向いており、たとえば（１００）結晶方向または（１１１）結晶方向を向いている。等価の主結晶方向もほぼ同じ方向を向いているべきである。
【０１０８】
図１１を用いて、マイクロリソグラフィー投影露光装置の基本構成を説明する。投影露光装置８１は照射装置８３と投影対物レンズ８５とを有している。投影対物レンズ８５は開口絞りＡＰを備えたレンズ装置８１９を有し、この場合レンズ装置８１９によって光軸８７が定義される。レンズ装置８９に対する実施形態は図８ないし図１０に図示されている。照射装置８３と投影対物レンズ８５との間にはマスク８９が配置されており、マスク８９はマスクホールダ８１１により光路内に保持される。マイクロリソグラフィーで使用されるこの種のマスク８９はマイクロメートル・ナノメートル構造を有し、投影対物レンズ８５によりたとえばファクター４または５だけ縮小して像面８１３に結像される。像面８１３内では、基板ホールダ８１７によって位置決めされる受光性の基板８１５、たとえばウエハが保持される。
【０１０９】
さらに高解像度の微小構造は、照射に使用する光の波長λと、投影対物レンズ８５の像側の開口数とに依存している。この場合、投影露光装置８１の最大に達成可能な解像度は、照射装置８３の波長λの減少と、投影対物レンズ８５の像側の開口数の増大とともに増大する。図８ないし図１０に図示した実施形態とその変形実施形態とにより、１５０ｎｍ以下の解像度を実現することができる。それ故、固有複屈折のような作用も低減させねばならない。本発明により、像側の開口数が大きな投影対物レンズにおいて固有複屈折の外乱をかなりの程度低減させることができた。
【表９】
2004535603.tif 000011
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【表１０】
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【表１１】
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2004535603.tif 000019
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】第１実施形態の概略図である。
【図２】開口角と方位角を説明するための概略図である。
【図３Ａ−３Ｃ】レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いているフッ化カルシウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折配列のグラフである。
【図４Ａ−４Ｃ】レンズ軸線が（１１１）結晶方向を向いているフッ化バリウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折配列のグラフである。
【図５Ａ−５Ｃ】レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いているフッ化カルシウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折配列のグラフである。
【図６Ａ−６Ｃ】レンズ軸線が（１００）結晶方向を向いているフッ化バリウムから成るレンズまたはレンズ部分に対する複屈折配列のグラフである。
【図７】第２実施形態の概略図である。
【図８】第３実施形態から第６実施形態までの屈折性投影対物レンズのレンズ断面図である。
【図９】第７実施形態から第１０実施形態までの屈折性投影対物レンズのレンズ断面図である。
【図１０】第１１実施形態の屈折性投影対物レンズのレンズ断面図である。
【図１１】マイクロリソグラフィー投影露光装置の概略図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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