(57)【要約】（２００ｎｍより短波長の）深紫外光微細リソグラフィ結像システム（１０）における立方晶構造（１２）の固有複屈折を応力誘起光弾性複屈折によって補償する。光弾性複屈折及び固有複屈折はいずれも、立方晶構造の対称性により単純化されたテンソル形式で表される。応力誘起光弾性複屈折は、同じ光学素子に現れる固有複屈折を個別に補償する大きさまたは、好ましくは、リソグラフィシステムのその他の光学素子の固有複屈折の累積効果を一括して補償する大きさとすることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学システムの結晶素子において非ゼロ光子波動ベクトルの結果として生じる固有複屈折を打ち消す方法において、
前記結晶素子に打消し光弾性複屈折を生じさせるに必要な応力を決定する工程、及び
前記非ゼロ光子波動ベクトルの伝搬方向において前記結晶素子により示される総合複屈折を低減するために前記結晶素子に前記決定された応力を印加する工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
決定する前記工程が、前記結晶素子における前記固有複屈折をダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルとして表す工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
応力を決定する前記工程が、前記結晶素子の前記打消し光弾性複屈折をダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルとして表す工程も含むことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記ダイエレクトリックパーミアビリティテンソルが定める屈折率楕円体は、前記結晶素子を通る波動ベクトルの伝搬方向に垂直な平面と交差し且つ長軸および短軸が最大および最小屈折率ならびに２つの直交偏波方向である楕円を形成することを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記決定された応力を印加する前記工程が、前記伝搬方向における前記総合複屈折を低減するために前記２つの軸の長さの差を最小化する工程を含むことを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
応力を決定する前記工程が、前記結晶素子による光学機能の実施に関わる方向範囲全体にわたり前記総合複屈折の低減を最適化する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記決定された応力を印加する前記工程が、前記結晶素子内へのイオン注入を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記決定された応力を印加する前記工程が、前記結晶内の温度勾配をコントロールする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記結晶素子を通って伝搬している前記波動ベクトルの偏波特性をコントロールする工程をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
光学システムにおける光透過材料の複屈折を補償する方法において、
少なくともいくつかは個別の大きさの固有複屈折を示す光学素子のうち、連合する一組の光学素子を配置する工程、
前記光学システム内の前記連合する一組の光学素子により示される累積固有複屈折を決定する工程、
固有複屈折を示す前記光学素子の内の少なくとも１つに打消し光弾性複屈折を誘起する工程、及び
前記１つの光学素子における前記打消し光弾性複屈折の大きさを、（ａ）前記１つの光学素子により示される前記固有複屈折よりかなり大きくし、（ｂ）前記連合する一組の光学素子により示される前記累積固有複屈折よりそれほど大きくはせず、（ｃ）前記累積固有複屈折とは逆の符号に定める工程、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１】
大きさを定める前記工程が、前記打消し光弾性複屈折の大きさを前記累積固有複屈折に整合する大きさに定める工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
配置する前記工程が、ある方向範囲にわたり光を透過させるための光学素子を配置する工程を含み、累積固有複屈折を決定する前記工程が、前記光学素子を通る前記光の前記方向範囲にわたる前記光学素子の固有複屈折を決定する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
配置する前記工程が、前記１つの光学素子の位置を前記光学システムのテレセントリック空間内に定める工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
配置する前記工程が、前記１つの光学素子の位置を前記光学システムの瞳空間内に定める工程を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
誘起する前記工程が、固有複屈折を示す前記光学素子の内の少なくとも２つに前記打消し光弾性複屈折を誘起する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。
【請求項１６】
大きさを定める前記工程が、前記２つの光学素子が合同して示す前記打消し光弾性複屈折の大きさを前記連合する一組の光学素子により示される前記累積固有複屈折にほぼ整合する大きさに定める工程を含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
光透過コンポーネントの累積固有複屈折を補償する結像システムにおいて、
物体の像をつくるための動作波長において光が透過する光学系を含む光学系の構成、
前記結像システムを通して累積される固有複屈折を前記動作波長において示す立方晶材料でつくられている複数の前記透過光学系、及び
前記透過光学系の内の選ばれた１つに、前記選ばれた透過光学系により示される前記固有複屈折だけでなく、前記複数の透過光学系により示される前記累積固有複屈折も打ち消す光弾性複屈折を生じさせる大きさ及び方向で応力を印加する応力誘導器、
を備えることを特徴とする結像システム。
【請求項１８】
光学系の前記構成がテレセントリック空間を含み、前記テレセントリック空間の内部に、前記累積固有複屈折を打ち消すために前記透過光学系の前記選ばれた１つが配置されることを特徴とする請求項１７に記載の結像システム。
【請求項１９】
光学系の前記構成が瞳空間を含み、前記瞳空間の内部に、前記累積固有複屈折を打ち消すために前記透過光学系の前記選ばれた１つが配置されることを特徴とする請求項１７に記載の結像システム。
【請求項２０】
前記応力誘導器が、前記結像システムの前記累積固有複屈折に整合する大きさで光弾性複屈折を生じさせる複数の応力誘導器の内の１つであることを特徴とする請求項１７に記載の結像システム。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の説明】
【０００１】
本出願は２００１年７月１８日に出願された米国仮特許出願第６０/３０６２０６号の恩典を請求するものである。上記仮特許出願の明細書は本明細書に参照として含まれる。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、深紫外光微細リソグラフィシステムと、そのような結像装置の光学素子、特に、波長が短くなるほど顕著になる固有複屈折を打ち消すために光学素子の立方晶構造の光弾性複屈折をコントロールすることによって、２００ナノメートル（ｎｍ）より短波長の光を結像させるために用いられる光学素子とに関する。
【背景技術】
【０００３】
フッ化カルシウム（ＣａＦ２），フッ化バリウム（ＢａＦ２）及びフッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）といった立方晶材料を使用する、可視スペクトル領域より短波長の光の結像は、長波長ではほとんど問題にならない詳細結晶構造によって有害な影響を受ける可能性がある。より長い波長であれば通常平均化される効果であっても、可視スペクトル領域より短波長では、結晶構造の原子的詳細により顕著な複屈折が生じ得る。
【０００４】
望ましくない複屈折は、光学素子、特に光結像システムに用いられる光学素子の品質及び性能を低下させる。通常は、光学材料に作用する応力の不平衡から生じる光弾性複屈折を回避または低減するために注意が払われる。内部応力を取り除くためにアニールが普通用いられ、装着システムは一般に外部応力の印加をなくすように設計される。しかし、光弾性複屈折が完全に回避されたとしても、紫外スペクトル領域内の波長等の短波長を用いる光学システムにとっては、固有複屈折が問題として残されている。
【０００５】
非特許文献１は、ある範囲の光学材料における応力の効果を説明するための光弾性定数の使用の理解を数学的にサポートするものである。非特許文献１は本明細書に参照として含むものとする。結晶構造の光弾性挙動のより完全な論述は非特許文献２、特に「自然及び人工複屈折：二次効果」と題する第XIII章に見られる。非特許文献２の全文が複屈折問題に関するものであるから、これを本明細書の参照として含むこととする。赤外スペクトル領域で固有複屈折を示すシリコン結晶に関する同様の論述が非特許文献３で発表されている。非特許文献３も本明細書に参照として含むものとする。
【非特許文献１】
ジャン・スミット（Jan Smit），「光弾性係数の符号について（On the Ｓigns of the Elasto-Optic Coefficients）」，Journal of Applied Physics，１９７８年５月，第４９巻，第５号，ｐ.２９３５−２９３６
【非特許文献２】
ジェイ・エフ・ナイ（J. F. Nye）著，「結晶の物理特性（Physical Properties of Crystals）」，（オックスフォード（Oxford）），クラレンデン・プレス（Clarenden Press），２０００年
【非特許文献３】
ジェイ・パステルナーク（J. Pastrnak）及びケイ・ヴィーダム（K. Vedam），「シリコン単結晶の光学異方性（Optical Anisotropy of Silicon Single Crystals）」，Physical Review B，１９７１年４月１６日，第３巻，第８号，ｐ.２５６７−２５７１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
１つないしそれより多くの好ましい実施形態において、本発明は立方晶構造をもつ光学素子の固有複屈折を、同じかまたは同様の光学素子内に打消し光弾性複屈折を生じさせることにより補償する。選ばれた大きさ及び方向で光学素子に印加される応力が光学素子の実効結晶構造を変えて光弾性複屈折を生じさせ、この光弾性複屈折が固有複屈折と合わさって、光学素子を通る光の意図される伝搬方向における総合複屈折を低減する。複屈折の低減による光学素子の品質及び性能の向上が期待される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
結晶素子において固有複屈折及び光弾性複屈折の両者により生じる擾乱は、その要素が“インディカトリックス”と称されることがある屈折率楕円体を定める２階ダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルＢｉｊに与える変化として表すことができる。定められた結晶素子を通る光の伝搬方向に垂直な平面との屈折率楕円体の交差により、長軸及び短軸が最大及び最小屈折率並びに２つの直交する方向を表す、楕円が形成される。２つの軸の長さの差は、考えられている伝搬方向における複屈折を低減するために最小化される。結晶素子による結像またはその他の光学機能の実施に関わる方向範囲全体にわたり総合複屈折を最小化するために、最適化ルーチンを用いることができる。
【０００８】
光弾性複屈折の結果としてのダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルの変化は、４階テンソルｑｉｊｋｌに配列された光学定数行列と２階テンソルとして配列された応力成分σｋｌの行列積で表すことができる。同様に、固有複屈折の結果としてのダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルの変化は、類似の４階テンソルＲｉｊｋｌと非ゼロ光子波動ベクトルｋの成分ｋｋ及びｋｌの行列積で表すことができる。２つの行列積を加え合せて、光弾性複屈折の要素と固有複屈折の要素を結合することができる。立方晶の対称性により、結合された式は大きく単純化されて項数が少なくなり、このため、選ばれた光伝搬方向に現れる総合複屈折への応力の影響を見ることが可能になる。
【０００９】
固有複屈折の補償に必要な応力は、引張応力、圧縮応力または剪断応力の形態で印加することができる。結晶素子に外部点から必要な応力を印加するために、通常の圧電素子または可調節機械装具を用いることができる。結晶素子内の温度勾配をコントロールすることによるかまたは、分布屈折率レンズの作成に実用化されているようなイオン拡散により、同様の応力を導入することもできる。
【００１０】
固有複屈折は、結晶素子を通って伝搬している光の偏波特性をコントロールすることによっても低減することができる。伝搬している光の波長はある結像すなわち解像度要件を満たすように選ぶことができ、光の偏波特性は複屈折の効果を低減するようにコントロールすることができる。例えば、固有複屈折の大きさを低減するように結晶特性を整合させるため、固有複屈折を逆の光弾性複屈折で打ち消す代わりに、所望の方位または対称性（例えば３回対称性）をもつ偏光を用いることができる。
【００１１】
普通の光リソグラフィシステム内の複数の結晶素子の固有複屈折に対してなされる補正は、それぞれの結晶素子内で個別に、または選ばれた１つ以上ではあるが全てよりは少ない結晶素子内で一括してなされ得る。光学システム内の結晶素子の連合により現れる累積複屈折量を決定することができ、結晶素子の内の１つまたは連合している結晶素子に符号が反対の量の光弾性複屈折を生じさせることにより補正を行うことができる。個々の結晶素子に生じる光弾性複屈折が同じ結晶素子に現れる固有複屈折に整合する必要はないが、光学システム内の結晶素子の連合により現れる累積固有複屈折量に整合する（または少なくともかなり低減する）光弾性複屈折量に寄与する必要はある。例えば、結晶素子の内の１つに生じる打消し光弾性複屈折を、（ａ）その１つの結晶素子に現れる固有複屈折よりかなり大きくし、（ｂ）光学素子の連合により現れる累積固有複屈折よりはそれほど大きくしないようにすることができる。その他の発生源からの複屈折も同様に補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
非ゼロ光子波動ベクトルｋにおいて（例えば、２００ｎｍより短い深紫外または真空紫外波長において）生じる固有複屈折は、応力の結果として生じる光弾性複屈折の論述と類似の態様で数学的に論述することができる。具体的には、ダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルへのいずれの擾乱も立方晶の対称性の下で特定の変換特性を有する４階テンソルによって表すことができる。以下に提示される例示的な数学的論述は、ＣａＦ２，ＢａＦ２またはＳｒＦ２といった、ｍ３ｍ対称性をもつ立方晶に限られる。応力及び非ゼロ波動ベクトル伝搬の２つの擾乱は独立に与えることができ、誘電特性に対するこれらの擾乱は非常に小さいから、２つの擾乱は単純な態様で加え合される。すなわち、固有複屈折の最適打消しを生じさせる目的で外部印加応力（または等価的に、歪）を設定することができる。
【００１３】
以下の数式は、（光弾性複屈折を生じさせる）印加応力及び（固有複屈折を生じさせる）非ゼロ波動ベクトル伝搬の２つの擾乱のそれぞれがどのようにして立方晶材料の屈折率を量的に変えるかを示す（応力と歪は材料の弾性特性を介して関係付けられるから、いずれの量に関する定式化も選ぶことができる）。印加応力は、最も有害な固有複屈折効果を最小限に抑える（すなわち、打ち消す）ように選ぶことができる。
【００１４】
発明者等は、応力誘起（光弾性）複屈折に対する、上で参照した非特許文献２に提示される定式化と同様の定式化からはじめる。ダイエレクトリックインパーミアビリティテンソルと称される２階テンソルＢｉｊは逆誘電率テンソルである。発明者等は、このテンソルの要素が関係式：
【数１】
2004536454.tif 000003
【００１５】
により屈折率楕円体を定めることから、このテンソルを扱う。
【００１６】
屈折率楕円体は、材料内の様々な偏波及び様々な光伝搬方向に対する屈折率を見いだすために用いられる。例えば、固有複屈折がなく（例えば、ゼロ光子波動ベクトルにおいて）、応力が印加されていなければ、屈折率楕円体は下式：
【数２】
2004536454.tif 000004
【００１７】
で与えられる球である。ここでＢ（０）＝（１/ｎ（０））２であり、ｎ（０）は擾乱がないときの屈折率である。この場合、長波長（ｋ＝０）及び無応力に対して立方晶材料で期待されるように、屈折率は等方性である。
【００１８】
応力の結果としてのＢｉｊの変化を考慮に入れるため、応力−光学定数ｑｉｊｋｌを用いる。これらの数値は、非特許文献２の２４８ページに式（２３）で表されているように、４階テンソルｑｉｊｋｌ（非特許文献２ではπｉｊｋｌと表されている）を構成する。完全に一般化した２階テンソルσｋｌで表した応力に応答したＢｉｊの変化は：
【数３】
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【００１９】
で与えられる。
【００２０】
固有複屈折も（次数ｋ２に対応する）４階テンソルとして表されるから、上記のｑｉｊｋｌに類似の記号Ｒｉｊｋｌを導入する。したがって、歪及び固有複屈折のいずれもが存在する場合の、屈折率の変化すなわち誘起複屈折に対する完全な式は：
【数４】
2004536454.tif 000006
【００２１】
で与えられる。ここでｋｋは波動ベクトルｋのｋ方向成分を表す。最適化の目標は最も重要な波動ベクトルｋに対して上式を最小化するかまたはゼロにする応力σｋｌを選ぶことである。
【００２２】
ΔＢｉｊについての直上の式は、立方晶の対称性が認識されれば、かなり単純化することができる。そのような対称性を適用すれば：
【数５】
2004536454.tif 000007
【００２３】
を導くことができる。
【００２４】
ここでは、非特許文献２に述べられているテンソルｑ及びＲに対して縮約２添字表記が用いられている。４添字表記と２添字表記は、いずれの場合にも：
【数６】
2004536454.tif 000008
【００２５】
のように関係付けられる。ここでｔはｑまたはＲを表し、他の全ての成分はゼロであるかまたは対称性により関係付けられている。ＣａＦ２のような立方晶の場合、応力−光学定数は、ΔＢｉｊの式に見られるように、ｑ１１，ｑ１２及びｑ４４で与えられる３つしかない。類推により、固有複屈折テンソルを定めるにも、やはり上式に見られるように、Ｒ１１，Ｒ１２及びＲ４４で与えられる３つの定数しか必要ではない。固有複屈折による最も有害な光線方向ｋを識別することができ、次いで、有害な複屈折を小さくするかまたはゼロにするような応力σｋｌの値を選ぶことができる。
【００２６】
立方晶系の固有複屈折は、＜１１０＞方位に等価ないずれの方位に沿っても最大であり、＜１００＞及び＜１１１＞方位に沿ってゼロであることが知られている。本節では印加応力がどのようにして[１１０]方位に沿う固有複屈折を補正してゼロに戻すかを示す。
【００２７】
光子波動ベクトル：
【数７】
2004536454.tif 000009
【００２８】
を考え、ｎ[００１]−ｎ[−１１０]で与えられる複屈折を考察する。この、２つの偏波方位[００１]及び[−１１０]に対する屈折率の差の値は、ｎ[００１]−ｎ[−１１０]＝＋６.５×１０−７であることが最近測定された。このようにして得られるΔＢｉｊの式を単純化すると：
【数８】
2004536454.tif 000010
【００２９】
になる。
【００３０】
簡単のため、固有複屈折には相同項がないことから、応力成分σ３２及びσ３１は印加しない、すなわちσ３２及びσ３１をゼロに設定することを選択する。この結果、ΔＢ行列の固有値が比較的容易に見いだされ、２つの固有ベクトルの方向は、本例に望まれるように、偏波方位[００１]及び[−１１０]に沿う。最も簡単な、固有ベクトル[００１]が随伴する固有値は、単にテンソル要素ΔＢ３３、すなわちΔＢ３３＝ｑ１１σ３３＋ｑ１２（σ１１＋σ２２）＋Ｒ１２ｋ２だけで与えられる。その他の固有値については残余非ゼロテンソル成分でつくられる２×２行列：
【数９】
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【００３１】
を上式を用いて対角化する必要がある。σ１１＝σ２２を維持することを選べば、ΔＢ１１＝ΔＢ２２となって、解析が若干簡略化される。最後に、固有ベクトル[−１１０]が随伴する固有値は、ΔＢ１１−ΔＢ２１＝ｑ１１σ１１＋ｑ１２（σ２２＋σ３３）＋（Ｒ１１＋Ｒ１２）ｋ２/２−（ｑ４４σ２１＋Ｒ４４ｋ２/２）である。誘電率テンソルの逆テンソルに関して解析を定式化しているから、固有値は１/ｎ２の変化に等しく、ここでｎは屈折率である。上述したような、固有複屈折及び印加応力（すなわち光弾性複屈折）の両者の複合により誘起される、屈折率の最終差は：
【数１０】
2004536454.tif 000012
【００３２】
である。ここでｎ０は擾乱のない場合の屈折率であり、仮定によりσ１１＝σ２２である。ｋ２に関する項は固有複屈折率について測定された値を厳密に表すから、＋６.５×１０−７で置き換えることができる。よって：
【数１１】
2004536454.tif 000013
【００３３】
が得られる。
【００３４】
波長１５７ｎｍにおける無擾乱屈折率は約１.５５８６である。応力−光学定数に対する値は、１０−６/ＭＰａ単位で、極めて近似的に：
【数１２】
2004536454.tif 000014
【００３５】
である。この値から、ＭＰａ単位の応力に対して：
【数１３】
2004536454.tif 000015
【００３６】
が得られる。直上の式をゼロに向かわせるために印加される応力に対してなし得る選択がいくつかある。１つの可能性は、＋０.２３５ＭＰａの引張応力σ２２＝σ１１の印加である。別の可能性は、[００１]に沿うσ３３＝−０.２３５ＭＰａの圧縮応力の印加である。第３の選択は、０.９１５ＭＰａの圧縮剪断応力σ２１の印加である。この第３の選択は[１００]及び[０１０]に対して４５°をなしてそれぞれの軸に圧縮応力を印加することにより達成されよう。印加応力の精確な選択は、外部応力の下にある試料の弾性緩和を考慮に入れ、また複屈折が最小化されるべき光線の範囲をさらに完全に考察することにより、判断することができる。
【００３７】
図１は、（２００ｎｍより短波長の）深紫外光結像のためのニュートン型形態を有する、具体例としてのリソグラフィ結像システム１０を示す。立方体ビームスプリッタ１２は、掩蔽をおこさずに像をつくるための集束能を提供する凹面鏡１４と組み合わされている。立方体ビームスプリッタ１２により失われる光量を低減するために、波長板（図示せず）のような偏光素子を用いることができる。収差補正を行うかまたは集束能をさらに高めるために、レンズ（図示せず）のような屈折光学系を用いることができる。
【００３８】
立方体ビームスプリッタ１２は、ｍ３ｍ立方晶構造を有するフッ化カルシウムでつくられることが好ましい。立方体ビームスプリッタ１２の光学的作動領域の直近に与えられている矢印１６ａ，１６ｂ，１８ａ及び１８ｂは、立方体ビームスプリッタ１２を通って伝搬している光の方向、偏波及び波長の結果として生じる固有複屈折を打ち消すように最適化された光弾性複屈折を生じさせるに必要な大きさ及び方向で応力を加える応力誘導器を表す。矢印１６ａ，１６ｂ，１８ａ及び１８ｂは適切な、機械的、電気機械的、熱的またはその他の既知の、応力誘導器で置き換えることができる。矢印は、イオン注入またはその他の内部反作用により誘起される歪を表すと理解することもできる。
【００３９】
別のカタディオプトリック結像システム２０が図２により詳細に示される。結像システム２０は、ウエハ基板２４のフォトレジスト層（像平面）上にレチクル２２（物体平面）を結像するための、２００ｎｍより短い深紫外波長、特に１５７ｎｍ近傍の波長で動作する、微細リソグラフィ投影システムとして特に有用である。紫外光ビーム２６は、初めに、結像システム２０内のテレセントリック形態でレチクル２２がもつ情報を取り込む。レチクル２２を通過した後、ビーム２６はまだ、開口絞り３２の中心に向かう徐収斂経路上にレチクル２２上の物体点の主光線２８を方向付ける集束光学系３８の背後の有限の距離にわたり、テレセントリック空間にある。限界光線２７及び２９を含むビーム２６自体は、徐々に発散し続けて、開口絞り３２一杯に広がる。
【００４０】
集束光学系４２，４４，４６及び４８は、開口絞り３２を含む瞳空間を通してビーム２６を導く。集束光学系３８並びに集束光学系４２，４４，４６及び４８は、結像システム１０に入るビーム２６の開口数とともに、焦点距離を確立する役割を果たす、開口絞り３２に先立つ前面焦群を構成し、開口絞り３２の直径を設定する。図２から明らかな長焦点距離により、物体点の対応する主光線２８を対応する限界光線２７または２９とともに互いに対して最小角をなして収斂させる手段が提供される。対応する光線が交差する開口絞り３２の近傍では、対応する光線２７，２８または２９の有意な径方向発散があるようには見えない。したがって、その中で対応する光線２７，２８または２９がほぼ重なる瞳空間は開口絞り３２の両側に十分に広がっている。
【００４１】
前面焦群の透過光学系３８，４２，４４，４６及び４８は、いずれもフッ化カルシウム（ＣａＦ２）などの単結晶材料でつくられることが好ましい。同じく前面光学系を構成するために用いることができるであろうその他の立方晶には、フッ化バリウム（ＢａＦ２）及びフッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）がある。フッ化カルシウム（ＣａＦ２）結晶材料は、その＜１１１＞軸の内の１つが共通光軸３４に合わせられた方位をもつことが好ましい。光軸３４に平行またはほぼ平行に進行する光線は、偏向角が大きくなるほどさらに顕著になる複屈折効果の影響をわずかしか受けない。前面焦群の光学系３８，４２，４４及び４８は光学能をほとんど示さない（すなわち、光線の光軸に向かうかまたは光軸からそれる曲がりはほとんどない）。したがって、前面焦群を通る光ビーム２６の透過にともなう固有複屈折効果の累積はわずかでしかない。
【００４２】
二重反射マンジャンミラー６０がほぼコリメートされた形態にあるビーム２６を受け取り、同じくフッ化カルシウム（ＣａＦ２）のような単結晶材料でつくられることが好ましい透過素子６４を通る収斂経路上に、曲反射面６２でビーム２６を反射する。別の材料には、フッ化バリウム（ＢａＦ２）及びフッ化ストロンチウム（ＳｒＦ２）がある。半反射面６６がビーム２６を再反射して、透過素子６４を通る別の収斂経路上に戻し、ビーム２６は、曲反射面６２のアパーチャを通ってマンジャンミラー６０を出る。マンジャンミラー６０を出る収斂ビーム２６が、ウエハ基板２４のレジスト層上にレチクル２２の縮小像をつくる。
【００４３】
マンジャンミラー６０の２回反射により、対応する開口数の増大とともに、像寸法の大幅な縮小が得られる。しかし、ビーム２６及び、特にビーム２６の限界光線２７及び２９は、光軸３４に対してかなりの偏向角をなして透過素子６４を横切る。それぞれの経路にともない、かなりの固有複屈折効果が累積する。
【００４４】
前面焦群の透過光学系３８，４２，４４，４６及び４８で累積される固有複屈折及びマンジャンミラー６０の透過素子６４が寄与するさらに大きな固有複屈折のいずれをも打ち消すために、２つの補正光学系７０及び７２がカタディオプトリック結像システム２０内に装備される。補正光学系７０は物体光線２８が互いに平行ではあるがオフセットされて広がるテレセントリック空間に配置される。補正光学系７２は、物体光線２８が収斂するが互いに重なり合う瞳空間に配置される。
【００４５】
補正光学系７０及び７２はいずれも、結像システム２０のその他の透過光学系と同様の立方晶材料でつくられることが好ましい。しかし、補正光学系７０及び７２は、それぞれ自体の固有複屈折だけでなく結像システム２０のその他の透過光学系で累積される固有複屈折も打ち消す光弾性複屈折を発現させるため、応力誘導器を表す矢印７４及び７６で示されるように、応力が印加される。テレセントリック空間及び瞳空間内に現れる固有複屈折の量は、ビーム２６が透過集束光学系３８，４２，４４，４８及び６４のそれぞれ、並びに２つの補正光学系７０及び７２を通って伝搬するときの、ビーム２６の内部光線角度にしたがって変化する。
【００４６】
累積固有複屈折量を定めるためにも、光学システム２０の総合複屈折を実効的に低減するために補正光学系７０及び７２に必要な光弾性複屈折量を定めるためにも、レイトレーシングと上掲のテンソル表記を合わせて用いることができる。補正光学系７０及び７２のそれぞれで示される打消し光弾性複屈折は補正光学系７０及び７２自体で示される固有複屈折よりかなり大きいが、透過光学系の連合により示される累積固有複屈折よりそれほど大きくはない。一般に、２つの補正光学系７０及び７２により示される付加光弾性複屈折は結像システム２０の残りの透過光学系の累積複屈折に整合することが好ましい。
【００４７】
図２には２つの補正光学系７０及び７２が示されているが、より多いかまたは少ない補正光学系を別の結像システムの同様のまたは異なる場所に用いることができる。補正光学系自体は、同じ結像システムのその他の光学系とは符合が逆の固有複屈折を有する立方晶材料を含む、光弾性複屈折を生じることにより応力に応答する、様々な立方晶材料でつくることができる。しかし、本発明の好ましい実施形態においては、補正光学系を含む結像システムの全ての透過光学系がフッ化カルシウム（ＣａＦ２）材料でつくられる。簡単のためには個別のプレート形補正光学系が好ましいが、さらに複雑な形状を用いて補助的な補償効果を生じさせることができる。光学システム内の個々の集束光学系自体またはその他の複屈折を補償するために、個々の集束光学系に応力を印加することもできる。本発明から恩恵を受ける別の結像システムのさらなる詳細が、２００２年３月６日に出願された、名称を「径対称複屈折に対する補償器（Compensator for Radially Symmetric Birefringence）」とする、同時係属米国仮特許出願第６０/３６２２３４号の明細書に開示されている。上記明細書は本明細書に参照として含まれる。
【００４８】
応力誘起光弾性複屈折による固有複屈折の打消しに加えて、結晶素子（例えば立方体ビームスプリッタ１２）を通って伝搬する光を定める非ゼロ光子波動ベクトルｋの偏波特性をコントロールすることにより、発現する固有複屈折を低減することができる。例えば、最も固有複屈折の影響を受ける方向の成分を最小化するように偏波を選ぶことができる。結晶構造の対称性をさらに利用するために偏波対称性を用いることもできる。
【００４９】
本発明は可視スペクトル領域より短波長における非ゼロ光子波動ベクトルにより立方晶構造に生じる固有複屈折を低減するかまたは打ち消すことを目的としているが、同様の恩恵を、固有複屈折がスペクトルの別の領域に生じる別の結晶構造で得ることができる。例えば、シリコンは赤外スペクトル領域において固有複屈折を免れない立方晶構造を有し、応力誘起光弾性複屈折の打消し効果による同様の恩恵を享受できるであろう。さらに、印加応力は固有複屈折の打消しを目的としているが、材料作成、材料成長及び集成を含む、その他の発生源から生じる複屈折を補償するために印加応力を調節することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】立方体ビームスプリッタの固有複屈折を補償するために外部応力が立方体に印加される、ニュートン型形態を有する結像システムの略図である
【図２】応力が印加されている２つの相異なる補償光学系を含むカタディオプトリック結像システムの、より詳細な略図である
【符号の説明】
【００５１】
１０    リソグラフィ結像システム
１２    立方体ビームスプリッタ
１４    凹面鏡
７０，７２    補正光学系
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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