(57)【要約】たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系。立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系（１００）。第１結晶軸が光軸に一致する結晶光学素子（１０５，１０６）と、第２結晶軸が光軸に一致する結晶光学素子（１０９，１１０）とを備えている。複屈折の影響を実質的に回避するために、複数の結晶光学素子に関する第１の評価量Ｒｊの総和である第１の総和評価量ΣＲｊと、複数の結晶光学素子に関する第２の評価量Ｓｊの総和である第２の総和評価量ΣＳｊとが、光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線について所定の関係にある。
2003007046.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記複数の結晶光学素子は、第１結晶軸が前記光学系の光軸にほぼ一致するように設定された結晶光学素子と、前記第１結晶軸とは異なる第２結晶軸が前記光軸にほぼ一致するように設定された結晶光学素子とを備え、
前記複数の結晶光学素子Ｇｊは、前記光軸と直交する面内にある所定の結晶軸の方向が、前記面内にある所定の軸の方向に対して、前記光軸を中心として角度ρｊ回転して配置され、
前記複数の結晶光学素子Ｇｊを通過する特定の光線について、該特定の光線が前記光軸の方向となす角度をθｊとし、前記特定の光線が前記所定の軸の方向となす角度をφｊとし、前記特定の光線の光路長をＬｊとしたとき、前記結晶の物性定数αと、前記光軸とほぼ一致する結晶軸と、前記角度ρｊと、前記角度θｊと、前記角度φｊと、前記光路長Ｌｊとから定まる第１の所定の偏光に対する第１の評価量Ｒｊおよび第２の所定の偏光に対する第２の評価量Ｓｊが規定され、
前記複数の結晶光学素子に関する前記第１の評価量Ｒｊの総和である第１の総和評価量ΣＲｊと、前記複数の結晶光学素子に関する前記第２の評価量Ｓｊの総和である第２の総和評価量ΣＳｊとが、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線について所定の関係にあることを特徴とする光学系。
【請求項２】
請求の範囲第１項に記載の光学系において、
前記第１の評価量Ｒｊは、前記第１の所定の偏光に対する光路長変化情報であり、前記第２の評価量Ｓｊは、前記第２の所定の偏光に対する光路長変化情報であることを特徴とする光学系。
【請求項３】
請求の範囲第１項または第２項に記載の光学系において、
前記所定の関係は、前記第１の評価量Ｒｊの総和が前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてほぼ等しい関係と、前記第２の総和評価量ΣＳｊが前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてほぼ等しい関係と、前記第１の評価量Ｒｊの総和と前記第２の総和評価量ΣＳｊとが前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線について互いにほぼ等しい関係との少なくとも１つを含むことを特徴とする光学系。
【請求項４】
請求の範囲第１項乃至第３項のいずれか１項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［１１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定された結晶光学素子Ｇｊにおいて、前記所定の結晶軸は結晶軸［−１１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸であり、ωｊ＝φｊ−ρｊとしたとき、前記第１の評価量Ｒｊおよび前記第２の評価量Ｓｊは、
2003007046.tif 000022
の式でそれぞれ表されることを特徴とする光学系。
【請求項５】
請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［００１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定された結晶光学素子Ｇｊにおいて、前記所定の結晶軸は結晶軸［１１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸であり、ωｊ＝φｊ−ρｊとしたとき、前記第１の評価量Ｒｊおよび前記第２の評価量Ｓｊは、
2003007046.tif 000023
の式でそれぞれ表されることを特徴とする光学系。
【請求項６】
請求の範囲第１項乃至第５項のいずれか１項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定された結晶光学素子Ｇｊにおいて、前記所定の結晶軸は結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸であり、ωｊ＝φｊ−ρｊとしたとき、前記第１の評価量Ｒｊおよび前記第２の評価量Ｓｊは、
2003007046.tif 000024
の式でそれぞれ表されることを特徴とする光学系。
【請求項７】
請求の範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の光学系において、
前記結晶の物性定数αは、各結晶光学素子Ｇｊを形成する結晶中で結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向に進行する光のうち、結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向に偏光方向を有する光の屈折率ｎ１００と、前記結晶軸［０−１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向に偏光方向を有する光の屈折率である光の屈折率ｎ０１１との差であることを特徴とする光学系。
【請求項８】
請求の範囲第１項乃至第７項のいずれか１項に記載の光学系において、
光の波長をλとしたとき、前記第１の総和評価量ΣＲｊと前記第２の総和評価量ΣＳｊとの差の絶対値が、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく設定されていることを特徴とする光学系。
【請求項９】
請求の範囲第１項乃至第８項のいずれか１項に記載の光学系において、
光の波長をλとしたとき、前記第１の総和評価量ΣＲｊと所定の値との差の絶対値が、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく設定されていることを特徴とする光学系。
【請求項１０】
請求の範囲第１項乃至第９項のいずれか１項に記載の光学系において、
光の波長をλとしたとき、前記第２の総和評価量ΣＳｊと所定の値との差の絶対値が、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく設定されていることを特徴とする光学系。
【請求項１１】
立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［１１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＭ（Ｍは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｍ枚の結晶光学素子は、前記光軸に略垂直な面内にある結晶軸［１−１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１２０／Ｍ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１２】
請求の範囲第１１項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［００１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＮ（Ｎは３以上の整数）枚の結晶光学素子をさらに含み、
前記Ｎ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｎ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１３】
請求の範囲第１１項または第１２項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＬ（Ｌは３以上の整数）枚の結晶光学素子をさらに含み、
前記Ｌ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１８０／Ｌ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１４】
請求の範囲第１１項乃至第１３項のいずれか１項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＰ（Ｐは２以上の整数）枚の結晶光学素子をさらに含み、
前記Ｐ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｐ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１５】
立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［００１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とが互いにほぼ一致するように設定されたＮ（Ｎは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｎ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｎ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１６】
請求の範囲第１５項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＬ（Ｌは３以上の整数）枚の結晶光学素子をさらに含み、
前記Ｌ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１８０／Ｌ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１７】
請求の範囲第１５項または第１６項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＰ（Ｐは２以上の整数）枚の結晶光学素子をさらに含み、
前記Ｐ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｐ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１８】
立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＬ（Ｌは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｌ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１８０／Ｌ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項１９】
請求の範囲第１８項に記載の光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＰ（Ｐは２以上の整数）枚の結晶光学素子をさらに含み、
前記Ｐ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｐ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系。
【請求項２０】
請求の範囲第１項乃至第１９項のいずれか１項に記載の光学系において、
前記結晶はフッ化カルシウム結晶またはフッ化バリウム結晶であることを特徴とする光学系。
【請求項２１】
マスクを照明するための照明系と、
前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に形成するための請求の範囲第１項乃至第２０項のいずれか１項に記載の光学系とを備えていることを特徴とする露光装置。
【請求項２２】
請求の範囲第２１項に記載の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、
前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、光学系および該光学系を備えた露光装置に関し、特に半導体素子や液晶表示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投影光学系に関するものである。
背景技術
半導体集積回路や液晶ディスプレイ等の電子デバイス（マイクロデバイス）の微細パターンの形成に際して、形成すべきパターンを４〜５倍程度に比例拡大して描画したフォトマスク（レチクルとも呼ぶ）のパターンを、投影露光装置を用いてウエハ等の感光性基板（被露光基板）上に縮小露光転写する方法が用いられている。この種の投影露光装置では、半導体集積回路の微細化に対応するために、その露光波長が短波長側へシフトし続けている。
現在、露光波長はＫｒＦエキシマレーザーの２４８ｎｍが主流となっているが、より短波長のＡｒＦエキシマレーザーの１９３ｎｍも実用化段階に入りつつある。さらに、波長１５７ｎｍのＦ２レーザーや波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザー等の、いわゆる真空紫外域と呼ばれる波長帯の光を供給する光源を使用する投影露光装置の提案も行なわれている。また、投影光学系の大開口数（ＮＡ）化によっても高解像度化が可能であるため、露光波長の短波長化のための開発だけでなく、より大きい開口数を有する投影光学系の開発もなされている。
このように波長の短い紫外域の露光光に対しては、透過率や均一性の良好な光学材料（レンズ材料）は限定される。ＡｒＦエキシマレーザーを光源とする投影光学系では、レンズ材料として合成石英ガラスも使用可能であるが、１種類のレンズ材料では色収差の補正を十分に行うことができないので、一部のレンズにフッ化カルシウム結晶（蛍石）が用いられる。一方、Ｆ２レーザーを光源とする投影光学系では、使用可能なレンズ材料は事実上フッ化カルシウム結晶（蛍石）に限定される。
最近、このように波長の短い紫外線に対しては、立方晶系であるフッ化カルシウム結晶（蛍石）においても、複屈折が生じることが報告されている。電子デバイスの製造に用いられる投影光学系のような超高精度の光学系においては、レンズ材料の複屈折に伴って生じる収差は致命的であり、複屈折の影響を実質的に回避したレンズ構成およびレンズ設計の採用が不可欠である。
発明の開示
本発明は、前述の課題に鑑みてなされたものであり、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を確保することのできる光学系および該光学系を備えた露光装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、結晶材料を用いて良好な光学性能を有する光学系が搭載された露光装置を用いて、高解像度の露光技術にしたがって高性能のマイクロデバイスを製造することのできるマイクロデバイス製造方法を提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明の第１発明では、立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記複数の結晶光学素子は、第１結晶軸が前記光学系の光軸にほぼ一致するように設定された結晶光学素子と、前記第１結晶軸とは異なる第２結晶軸が前記光軸にほぼ一致するように設定された結晶光学素子とを備え、
前記複数の結晶光学素子Ｇｊは、前記光軸と直交する面内にある所定の結晶軸の方向が、前記面内にある所定の軸の方向に対して、前記光軸を中心として角度ρｊ回転して配置され、
前記複数の結晶光学素子Ｇｊを通過する特定の光線について、該特定の光線が前記光軸の方向となす角度をθｊとし、前記特定の光線が前記所定の軸の方向となす角度をφｊとし、前記特定の光線の光路長をＬｊとしたとき、前記結晶の物性定数αと、前記光軸とほぼ一致する結晶軸と、前記角度ρｊと、前記角度θｊと、前記角度φｊと、前記光路長Ｌｊとから定まる第１の所定の偏光に対する第１の評価量Ｒｊおよび第２の所定の偏光に対する第２の評価量Ｓｊが規定され、
前記複数の結晶光学素子に関する前記第１の評価量Ｒｊの総和である第１の総和評価量ΣＲｊと、前記複数の結晶光学素子に関する前記第２の評価量Ｓｊの総和である第２の総和評価量ΣＳｊとが、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線について所定の関係にあることを特徴とする光学系を提供する。
第１発明の好ましい態様によれば、前記第１の評価量Ｒｊは、前記第１の所定の偏光に対する光路長変化情報であり、前記第２の評価量Ｓｊは、前記第２の所定の偏光に対する光路長変化情報である。また、前記第１の所定の偏光は、前記光軸を中心とした円の径方向に偏光方向を有するＲ偏光であり、前記第２の所定の偏光は、前記光軸を中心とした円の周方向に偏光方向を有するθ偏光であることが好ましい。さらに、前記所定の関係は、前記第１の評価量Ｒｊの総和が前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてほぼ等しい関係と、前記第２の総和評価量ΣＳｊが前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてほぼ等しい関係と、前記第１の評価量Ｒｊの総和と前記第２の総和評価量ΣＳｊとが前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線について互いにほぼ等しい関係とを含むことが好ましい。
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記光軸と結晶軸［１１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定された結晶光学素子Ｇｊにおいて、前記所定の結晶軸は結晶軸［−１１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸であり、ωｊ＝φｊ−ρｊとしたとき、前記第１の評価量Ｒｊおよび前記第２の評価量Ｓｊは、
2003007046.tif 000003
2003007046.tif 000004
の式でそれぞれ表される。
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記光軸と結晶軸［００１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定された結晶光学素子Ｇｊにおいて、前記所定の結晶軸は結晶軸［１１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸であり、ωｊ＝φｊ−ρｊとしたとき、前記第１の評価量Ｒｊおよび前記第２の評価量Ｓｊは、
2003007046.tif 000005
の式でそれぞれ表される。
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定された結晶光学素子Ｇｊにおいて、前記所定の結晶軸は結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸であり、ωｊ＝φｊ−ρｊとしたとき、前記第１の評価量Ｒｊおよび前記第２の評価量Ｓｊは、
2003007046.tif 000006
の式でそれぞれ表される。
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記結晶の物性定数αは、各結晶光学素子Ｇｊを形成する結晶中で結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向に進行する光のうち、結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向に偏光方向を有する光の屈折率ｎ１００と、前記結晶軸［０−１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向に偏光方向を有する光の屈折率である光の屈折率ｎ０１１との差である。また、光の波長をλとしたとき、前記第１の総和評価量ΣＲｊと前記第２の総和評価量ΣＳｊとの差の絶対値が、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく設定されていることが好ましい。
また、第１発明の好ましい態様によれば、光の波長をλとしたとき、前記第１の総和評価量ΣＲｊと所定の値との差の絶対値が、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく設定されている。また、光の波長をλとしたとき、前記第２の総和評価量ΣＳｊと所定の値との差の絶対値が、前記光学系の像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく設定されていることが好ましい。
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、前記光軸と結晶軸［１１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＭ（Ｍは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、前記Ｍ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１−１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１２０／Ｍ）度ずつ離れた回転位置関係を有する。
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、前記光軸と結晶軸［００１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＮ（Ｎは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、前記Ｎ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｎ）度ずつ離れた回転位置関係を有する。
さらに、第１発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＬ（Ｌは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、前記Ｌ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１８０／Ｌ）度ずつ離れた回転位置関係を有する。
また、第１発明の好ましい態様によれば、前記光学系は、前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＰ（Ｐは２以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、前記Ｐ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｐ）度ずつ離れた回転位置関係を有する。
本発明の第２発明では、立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［１１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＭ（Ｍは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｍ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１−１０］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１２０／Ｍ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系を提供する。
本発明の第３発明では、立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［００１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とが互いにほぼ一致するように設定されたＮ（Ｎは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｎ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｎ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系を提供する。
本発明の第４発明では、立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＬ（Ｌは３以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｌ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（１８０／Ｌ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系を提供する。
本発明では、第５発明として、立方晶系に属する結晶で形成された複数の結晶光学素子を含む光学系において、
前記光軸と結晶軸［０１１］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸とがほぼ一致するように設定されたＰ（Ｐは２以上の整数）枚の結晶光学素子を含み、
前記Ｐ枚の結晶光学素子は、前記光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］または該結晶軸と光学的に等価な結晶軸の方向が前記光軸を中心として互いにほぼ（９０／Ｐ）度ずつ離れた回転位置関係を有することを特徴とする光学系を提供することもできる。なお、第１発明〜第５発明において、２枚または３枚以上の結晶光学素子は、各素子の回転誤差が±４度以下、または光軸と一致すべき結晶軸と光軸との角度誤差が±４度以下であることが好ましい。
第１発明〜第５発明の好ましい態様によれば、前記結晶はフッ化カルシウム結晶またはフッ化バリウム結晶であることが好ましい。さらに、少なくとも１つの凹面反射鏡をさらに備えていることが好ましい。また、ＡｒＦエキシマレーザーの発振波長に対して最適に収差補正されているか、あるいはＦ２レーザの発振波長に対して最適に収差補正されていることが好ましい。
本発明の第６発明では、マスクを照明するための照明系と、前記マスクに形成されたパターンの像を感光性基板上に形成するための第１発明〜第５発明の光学系とを備えていることを特徴とする露光装置を提供する。
本発明の第７発明では、第６発明の露光装置を用いて前記マスクのパターンを前記感光性基板に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性基板を現像する現像工程とを含むことを特徴とするマイクロデバイスの製造方法を提供する。
発明を実施するための最良の形態
本発明の実施形態を、添付図面に基づいて説明する。
第１図は、本発明の各実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。本発明の各実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に本発明を適用している。第１図を参照すると、各実施形態にかかる露光装置は、たとえばＡｒＦエキシマレーザーやＦ２レーザーのような光源１を備えている。光源１から供給された光束は、送光系２を経由して、照明光学系３に導かれる。照明光学系３は、図示した折り曲げミラー３ａおよび３ｂや不図示のオプティカルインテグレータ（照度均一化素子）等からなり、レチクル（マスク）１０１をほぼ均一な照度で照明する。
レチクル１０１は、たとえば真空吸着によりレチクルホルダー４に保持され、レチクルステージ５の作用によって移動可能に構成されている。レチクル１０１を透過した光束は、投影光学系３００を介して集光され、半導体ウエハ１０２のような感光性基板上に、レチクル１０１上のパターンの投影像を形成する。ウエハ１０２も、たとえば真空吸着によりウエハホルダー７に保持され、ウエハステージ８の作用によって移動可能に構成されている。こうして、ウエハ１０２をステップ移動させつつ一括露光を行うことにより、ウエハ１０２の各露光領域にレチクル１０１のパターン投影像を順次転写することができる。
また、投影光学系３００に対してレチクル１０１およびウエハ１０２を相対移動させつつ走査露光（スキャン露光）を行うことにより、ウエハ１０２の各露光領域にレチクル１０１のパターン投影像を順次転写することも可能である。なお、実際の電子デバイスへの回路パターンの露光に際しては、前の工程で形成されたパターンの上に次の工程のパターンを正確に位置合わせして露光する必要があるので、露光装置にはウエハ１０２上の位置検出マークの位置を正確に検出するためのアライメント顕微鏡１０が搭載されている。
光源１としてＦ２レーザーやＡｒＦエキシマレーザー（あるいは波長１２６ｎｍのＡｒ２レーザーなど）を用いる場合、送光系２、照明光学系３および投影光学系３００の光路が、たとえば窒素のような不活性ガスでパージされている。特に、Ｆ２レーザーを用いる場合には、レチクル１０１、レチクルホルダー４およびレチクルステージ５がケーシング６によって外部の雰囲気と隔離され、このケーシング６の内部空間も不活性ガスでパージされている。同様に、ウエハ１０２、ウエハホルダー７およびウエハステージ８がケーシング９によって外部の雰囲気と隔離され、このケーシング９の内部空間も不活性ガスでパージされている。
第２図は、本発明の第１実施形態にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。なお、第２図では、投影光学系１００（第１図の投影光学系３００に対応）の光軸ＡＸ１００に平行にＺ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において第２図の紙面に平行にＸ軸を、Ｚ軸に垂直な面内において第２図の紙面に垂直にＹ軸をそれぞれ設定している。そして、＋Ｚ軸は図中下向きであり、＋Ｘ軸は図中右向きであり、＋Ｙ軸は紙面手前向きであり、ＸＹＺ座標系は全体として右手座標系（以下、単に「右手系」という）を構成している。
第１実施形態では、波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザーに対して収差補正が最適化された屈折型の投影光学系に本発明を適用している。第１実施形態の投影光学系１００では、レチクル１０１上の１点を射出した光束が、光軸ＡＸ１００に沿って配置されたレンズ１０３〜１１０を介して、感光性基板としての半導体ウエハ１０２上の１点に集光する。こうして、ウエハ１０２上には、レチクル１０１に描画されたパターンの投影像が形成される。
第１実施形態では、レンズ１０３〜１１０のうち、レンズ１０５、１０６、１０９および１１０はフッ化カルシウム結晶（蛍石）で形成され、その他のレンズは合成石英ガラスで形成されている。以下、蛍石で形成されたレンズを「結晶レンズ」という。なお、瞳面ＰＰは、レチクル１０１およびウエハ（感光性基板）１０２に対してほぼ光学的フーリエ変換面となっており、ここに開口絞りを配置することもできる。
前述したように、蛍石は、短波長の光束に対して複屈折性を有する。ただし、蛍石結晶の結晶軸［１００］および［１１１］の方向に進む光については、複屈折性（直交する偏光面を有する２つの光束間の屈折率差）は生じない。したがって、結晶レンズ（結晶光学素子）の結晶軸［１１１］または［１００］と投影光学系１００の光軸ＡＸ１００（ひいては結晶レンズの光軸）とが一致するように設定すれば、光軸ＡＸ１００と平行に進む結像光に対して複屈折は生じないことになる。逆に、結晶軸［０１１］に沿って進む結像光に対しては、複屈折量が最大となる。
ところで、投影光学系１００の解像度を向上させるには、ウエハ上１０２への光束の最大入射角θ１００（第２図参照）の正弦である像側ＮＡ（像側開口数）を拡大する必要がある。ちなみに、レチクル１０１上の１点を発してウエハ１０２上に集光する結像光束は、ウエハ１０２への最大入射角θ１００によって規定される結像光束の範囲（第２図において結像光束１００Ｌから１００Ｒまでの範囲）で広がって、投影光学系１００を構成するレンズ１０３〜１１０を通ることになる。
したがって、結像光束（１００Ｌ〜１００Ｒ）中の任意の結像光線１００ｍについては、その進行方向をすべて光軸ＡＸ１００と平行に設定することは不可能である。事実、任意の結像光線１００ｍについて、結晶レンズ１０５内の光路１０５ｍ、結晶レンズ１０６内の光路１０６ｍ、結晶レンズ１０９内の光路１０９ｍ、および結晶レンズ１１０内の光路１１０ｍは、光軸ＡＸ１００と平行ではない。その結果、結像光線１００ｍについては、蛍石結晶の複屈折に起因する光路長変動（光路長変化）を受けることになる。
結像光束（１００Ｌ〜１００Ｒ）内の他の結像光線についても、結晶レンズ１０５，１０６，１０９，１１０を透過する際に、蛍石結晶の複屈折に起因する光路長変動を受ける。この場合、他の結像光線については、各結晶レンズ中の光路長や光軸ＡＸ１００となす角が一般には結像光線１００ｍの場合と異なるので、結像光線１００ｍの場合とは異なる光路長変動を受けることになる。このように、結像光束（１００Ｌから１００Ｒ）内の各結像光線についてそれぞれ異なる光路長変動を受けることは、すなわち結像光束に波面収差が生じることであり、投影光学系１００の解像性能を低下させることにつながる。
このような複屈折量は、露光波長λと、蛍石の結晶方向と光束の進行方向との関係と、光束の偏光方向とに基づいて正確に求まる。しかしながら、それは、蛍石の結晶方向と光束の進行方向とから定まる２階のテンソルと、そのテンソルを３次元空間内で回転するための多数の回転行列とを併用して初めて得られるものであり、光学設計の指標として使用するには極めて複雑な計算方法であった。本件発明者は、以下に述べる簡便な式によって上記の複屈折量を表記することができることを見出した。そして、この式を満たすように光学設計を行うことにより、結晶レンズを使用しても複屈折の悪影響が実質的に生じない光学系の設計が可能であることを見出した。
上記複屈折量を算出する式は、結晶レンズのどの結晶軸を光学系の光軸（以下、「Ｚ軸」とも称する）にほぼ一致させるかによって異なるものとなる。そこで、第３図を参照して、蛍石のような立方晶系の結晶における結晶軸の名称などを説明する。立方晶系とは、立方体の単位胞がその立方体の各辺の方向に周期的に配列した結晶構造である。立方体の各辺は、相互に直交しており、これをＸａ軸，Ｙａ軸，Ｚａ軸とする。このとき、Ｘａ軸の＋方向が結晶軸［１００］の方向であり、Ｙａ軸の＋方向が結晶軸［０１０］の方向であり、Ｚａ軸の＋方向が結晶軸［００１］の方向である。
より一般的には、上記の（Ｘａ，Ｙａ，Ｚａ）右手座標系において方位ベクトル（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をとるとき、その向きが結晶軸［ｘ１，ｙ１，ｚ１］の方向となる。たとえば、結晶軸［１１１］の向きは、方位ベクトル（１，１，１）の向きと一致する。また、結晶軸［１１−２］の向きは、方位ベクトル（１，１，−２）の向きと一致する。もちろん、立方晶系の結晶において、Ｘａ軸とＹａ軸とＺａ軸とは、光学的にも機械的にも互いに全く等価であり、実際の結晶において何ら区別をつけることはできない。また、結晶軸［０１１］，［０−１１］，［１１０］等のように３個の数字の並びおよびその符号を変えた各結晶軸も、光学的にも機械的にも全く等価（同等）である。
本発明では、相対的な結晶軸方位を厳密に定義する必要がある場合には、たとえば結晶軸［０１１］と光学的に等価な複数の結晶軸を、［０１１］，［０−１１］，［１１０］などのように、符号や配列位置を変えて表記（列記）する。しかしながら、相対的な結晶軸方位を厳密に定義する必要がない場合には、結晶軸［０１１］の表記をもって、［０１１］，［０−１１］，［１１０］の様な複数の光学的に等価な結晶軸を一括的に表わすものとする。これは、結晶軸［００１］や［１１１］等のように結晶軸［０１１］以外の他の結晶軸についても同様である。
高解像度が要求される光学系の場合、結晶レンズにおいて、結晶軸［００１］、結晶軸［０１１］、または結晶軸［１１１］が光軸（Ｚ軸）とほぼ一致するように設定するのがよい。これは、これらの結晶軸を光軸と一致させることにより、複屈折の光軸に対する回転対称性を最良に設定することができるからである。なお、結晶軸［００１］をＺ軸と一致させる場合には、Ｚ軸に垂直な面（ＸＹ平面）内には、結晶軸［１００］，［０１０］，［１１０］，［−１１０］等が存在することになる。また、結晶軸［０１１］をＺ軸と一致させる場合には、ＸＹ平面内に結晶軸［１００］，［−１００］，［０１−１］などが存在する。さらに、結晶軸［１１１］をＺ軸と一致させる場合には、ＸＹ平面内に結晶軸［１−１０］，［１１−２］などが存在する。
したがって、上述の３つの結晶軸［００１］，［０１１］，［１１１］のうち、どの結晶軸を光軸（Ｚ軸）に一致させても、その結晶レンズを光軸中心に何度回転させるかという回転角度の自由度が残存し、その回転角度に伴って複屈折の影響も変わることになる。第１実施形態では、結晶レンズ１０５および１０６において、結晶軸［００１］を投影光学系１００の光軸ＡＸ１００に一致させている。また、結晶レンズ１０９および１１０では、結晶軸［１１１］を投影光学系１００の光軸ＡＸ１００に一致させている。
第４Ａ図〜第４Ｃ図は、結晶レンズの光軸を中心とした回転角度の定義を説明する図である。なお、第４Ａ図〜第４Ｃ図において、＋Ｚ軸は紙面手前向きであり、投影光学系１００の光軸ＡＸ１００と一致している。第４Ａ図に示すように、結晶軸［００１］が光軸（Ｚ軸）と一致している結晶レンズＧｊ（結晶レンズ１０５および１０６のうちの１つのレンズ）については、そのＸＹ平面内の結晶軸［１００］のＺ軸を回転中心としたＸ軸方向からＹ軸方向への回転量（回転角度）をρｊと定めることにする。
また、第４Ｂ図に示すように、結晶軸［１１１］が光軸（Ｚ軸）と一致している結晶レンズＧｊ（結晶レンズ１０９および１１０のうちの１つのレンズ）では、そのＸＹ平面内の結晶軸［１−１０］のＺ軸を回転中心としたＸ軸方向からＹ軸方向への回転量をρｊと定めることにする。さらに、本実施形態では使用していないが、結晶軸［０１１］が光軸（Ｚ軸）と一致している結晶レンズＧｊについては、第４Ｃ図に示すように、そのＸＹ平面内の結晶軸［１００］のＺ軸を回転中心としたＸ軸方向からＹ軸方向への回転量をρｊと定めることにする。
第５図は、結晶レンズＧｊ中の結像光線がＺ軸方向となす角度θおよびＸ軸方向となす角度φの定義を説明する図である。すなわち、第５図は、結晶レンズＧｊ（結晶レンズ１０５，１０６，１０９，１１０）中の結像光路（１０５ｍ，１０６ｍ，１０９ｍ，１１０ｍ）がＺ軸方向となす角度θおよびＸ軸方向となす角度φを示している。第５図中のベクトルＬｊｍは、各結晶レンズＧｊ中の結像光路（１０５ｍ，１０６ｍ，１０９ｍ，１１０ｍ）に平行な方向ベクトルであり、その始点をＺ’軸上の点Ｉに一致させている。なお、Ｚ’軸は、光軸であるＺ軸をベクトルＬｊｍの始点Ｉの位置まで平行シフトした軸であり、その方向は当然ながらＺ軸の方向に等しい。
このとき、ベクトルＬｊｍとＺ’軸とのなす角度をθと定義する。ｊ番目の結晶レンズＧｊについて、この角度はθｊである。また、ベクトルＬｊｍの終点ＰがＺ’軸上に投影される位置を原点Ｏとし、原点Ｏから終点Ｐへ延びる線分とＸ’軸とがなす角度をφと定義する。この場合も、ｊ番目の結晶レンズＧｊについて、この角度はφｊである。ここで、Ｘ’軸もＸ軸を平行シフトしたものであり、その方向は当然ながらＸ軸の方向に等しい。その結果、Ｙ’軸もＹ軸を平行シフトしたものであり、その方向は当然ながらＹ軸の方向に等しい。
以下、光束の進行方向を表わすベクトルＬｊｍとＺ’軸とを含む平面内に電場面がある偏光を「Ｒ偏光」と呼び、ベクトルＬｊｍを含み且つＲ偏光面と直交する平面内に電場面がある偏光を「θ偏光」と呼ぶものとする。より広義には、Ｒ偏光は、偏光方向が光軸ＡＸ１００を中心とする円の径方向と概ね一致している偏光を表わしている。また、θ偏光は、偏光方向が光軸ＡＸ１００を中心とする円の周方向と概ね一致している偏光を表わしている。
以上のような前提に基づいて、前述の複屈折量を算出する式について、改めて説明する。ｊ番目の結晶レンズＧｊ内の光束に関する複屈折量の影響を表わす評価量は、Ｒ偏光の屈折率変動量を表わす評価量Ｒｊ（第１の評価量）と、θ偏光の屈折率変動量を表わす評価量Ｓｊ（第２の評価量）とである。これら２つの評価量ＲｊおよびＳｊが、結晶レンズＧｊを形成する結晶の物性定数αと、結晶レンズＧｊ中の各光束の光路長Ｌｊと、上述した３つの角度θｊ，φｊ，ρｊと、角度パタメータωｊ（＝φｊ−ρｊ）とを用いて、以下のように簡便な式で表されることが、本件発明者の解析によって初めて明らかになった。
すなわち、光軸と結晶軸［１１１］とが一致するように設定された結晶レンズ（結晶光学素子）Ｇｊにおいて、第１の評価量Ｒｊおよび第２の評価量Ｓｊは、次の式（１）および（２）でそれぞれ表される。
2003007046.tif 000007
2003007046.tif 000008
また、光軸と結晶軸［００１］とが一致するように設定された結晶レンズＧｊにおいて、第１の評価量Ｒｊおよび第２の評価量Ｓｊは、次の式（３）および（４）でそれぞれ表される。
2003007046.tif 000009
さらに、光軸と結晶軸［０１１］とが一致するように設定された結晶レンズＧｊにおいて、第１の評価量Ｒｊおよび第２の評価量Ｓｊは、次の式（５）および（６）でそれぞれ表される。
2003007046.tif 000010
結晶の物性定数αは、結晶軸［０１１］の方向に進行する光に対して生じる複屈折を表わし、結晶軸［１００］の方向に偏光方向（電場方向）を有する光の屈折率ｎ１００と、結晶軸［０−１１］の方向に偏光方向を有する光の屈折率ｎ０１１との差である。物性定数αは、結晶が蛍石であれば、波長が１９３ｎｍのＡｒＦレーザー光に対しては３．６×１０−７程度であり、波長が１５７ｎｍのＦ２レーザー光に対しては６．５×１０−７程度である。光路長Ｌｊは、結晶レンズＧｊ中での結像光路の長さ（光路１０５ｍなどの長さ）である。また、それ以降のｃｏｓやｓｉｎを含む項は無次元量であるため、評価量ＲｊおよびＳｊは複屈折による透過光の光路長変化（光路長情報）を表わしている。
こうして、レチクル１０１上の１点からウエハ１０２上の１点に至る結像光線１００ｍ上には、複数の（本実施形態では４枚の）結晶レンズＧｊが存在するので、評価量ＲｊおよびＳｊを複数の結晶レンズＧｊのそれぞれについて求める。そして、第１の評価量Ｒｊの総和である第１の総和評価量ΣＲｊ（Σは異なるｊについての積算を表わす積算記号である）および第２の評価量Ｓｊの総和である第２の総和評価量ΣＳｊを求める。総和評価量ΣＲｊおよびΣＳｊは、結像光線１００ｍに対する投影光学系１００全体としての複屈折の影響（複屈折による透過光の光路長変化）を表わす指標となる。すなわち、総和評価量ΣＲｊの値と総和評価量ΣＳｊの値とが等しければ、Ｒ偏光とθ偏光との光路長変化は等しく、従って波面も一致していることになる。
より具体的には、結晶レンズ１０５，１０６については結晶軸［００１］が光軸ＡＸ１００と一致しているので、結像光路１０５ｍ，１０６ｍについて、その光路長Ｌｊと上記角度θｊ，φｊとを求め、それらを式（３）および（４）に代入することにより、各結晶レンズ１０５，１０６の評価量ＲｊおよびＳｊをそれぞれ求める。また、結晶レンズ１０９，１１０については結晶軸［１１１］が光軸ＡＸ１００と一致しているので、結像光路１０９ｍ，１１０ｍについて、その光路長Ｌｊと上記角度θｊ，φｊとを求め、それらを式（１）および（２）に代入することにより、各結晶レンズ１０９，１１０の評価量ＲｊおよびＳｊをそれぞれ求める。そして、すべての結晶レンズ１０５，１０６，１０９，１１０についての評価量ＲｊおよびＳｊの総和である総和評価量ΣＲｊおよびΣＳｊを求める。
レチクル１０１上の１点からウエハ１０２上の１点に至る結像光束（１００Ｌ〜１００Ｒ）内での波面収差、すなわち各結像光線間の光路長差を求めるには、各結像光線（瞳面ＰＰ上で異なる位置を通る結像光線）についてそれぞれΣＲｊおよびΣＳｊを求める必要がある。そして、ΣＲｊおよびΣＳｊがすべての結像光線についてそれぞれ一定であり、且つΣＲｊとΣＳｊとがすべての結像光線について互いに等しければ、結像光束（１００Ｌ〜１００Ｒ）には波面収差が無いことになる。
そして、ΣＲｊおよびΣＳｊがすべての結像光線についてそれぞれ一定であり且つΣＲｊとΣＳｊとがすべての結像光線について互いに等しいというこの関係を満たすように、投影光学系１００の設計を最適化することにより、すなわち各レンズの厚さ，曲率半径，間隔などを最適化し、結晶レンズの光軸を中心とした回転角度を最適化することにより、複屈折による波面収差の無い光学系を実現することができる。なお、ΣＲｊおよびΣＳｊをすべての結像光線についてそれぞれ完全に一定にし、且つΣＲｊとΣＳｊとをすべての結像光線について互いに完全に等しくすることは困難である。
実際には、ΣＲｊおよびΣＳｊのばらつきの範囲を露光波長λの１／２以下程度に抑え込むことにより、実用上は複屈折の悪影響を受けない光学系を実現することができる。換言すると、ΣＲｊと所定値との差の絶対値およびΣＳｊと所定値との差の絶対値を、像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく抑えるとともに、ΣＲｊとΣＳｊとの差の絶対値を、像面上または物体面上の少なくとも任意の１点に集光する結像光束中の光線についてλ／２よりも小さく抑えることにより、複屈折の悪影響を実質的に受けない光学系を実現することができる。
ただし、この基準値λ／２は、ｋ１ファクター＝０．３５程度の微細度のパターン（線幅＝ｋ１×λ／ＮＡ）を想定した場合に、結像特性に大きな影響を与えないための許容値であり、露光するパターンサイズがより小さい場合にはさらに厳しい基準が必要である。例えば、位相シフトレチクルを使用して、ｋ１ファクター＝０．２程度の微細度のパターンを露光する場合には、ΣＲｊおよびΣＳｊのばらつきの範囲をすべての結像光線について露光波長λの１／２０以下程度に抑え込まないと、良好な結像特性を得ることが難しくなる。
ところで、実際には、結像光束内の全面（瞳面ＰＰの全面）に亘って、上記の様なＲ偏光およびθ偏光を実現することは難しい。ただし、結像光束の一部分（瞳面ＰＰの一部分）毎に分割して考えると、このようなＲ偏光およびθ偏光は、現実的なＸ偏光およびＹ偏光に対して、回転行列を変換関係として結ばれる偏光である。したがって、Ｒ偏光およびθ偏光を想定し、この偏光状態において波面収差の無い光学系は、その偏光状態と回転行列の関係で結ばれる現実的なＸ偏光およびＹ偏光の光束に対しても波面収差の無い光学系であり、上記のようにＲ偏光およびθ偏光に基づいた評価指標を用いることに特に問題は無い。
ところで、上述の式（１）〜（６）においてωｊ（＝φｊ−ρｊ）を含む項すなわちφｊを含む項の存在は、光束とＸ軸方向とがなす角度φｊによって複屈折の影響が変動することを意味している。つまり、これらの項の値は、角度パラメータωｊ中の角度ρｊ、すなわち所定の軸方向に対する結晶レンズＧｊの回転角度を変更することにより、変動させることが可能である。
結晶軸［１１１］を光軸とする結晶レンズでは、ＲｊおよびＳｊは、ｓｉｎ（３ωｊ）に比例する項を持つので、レンズの回転に対して３回回転対称な値を持つ。これは、ＲｊおよびＳｊで与えられる光路長変化量が、レンズ回転の１２０度を周期として変動することを意味している。したがって、結晶軸［１１１］を光軸とするレンズを２枚使用するなら、一方のレンズに対して他方のレンズが光軸を中心として６０度または１８０度（＝６０＋１２０）だけ相対回転し、ＸＹ面内で双方の結晶軸［１−１０］が６０度または１８０度だけ角度的に離れるように設定すると、両レンズの３回回転対称成分が相殺され、各結像光束についてΣＲｊとΣＳｊとを等しくするのに好都合であることが判る。
同様に、結晶軸［００１］を光軸とする結晶レンズでは、ＲｊおよびＳｊは、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する項を持つので、レンズの回転に対して４回回転対称な値を持つ。この場合、ＲｊおよびＳｊは、レンズ回転の９０度を周期として変動する。したがって、結晶軸［００１］を光軸とするレンズを２枚使用するなら、一方のレンズに対して他方のレンズが光軸を中心として４５度または１３５度（＝４５＋９０）だけ相対回転し、ＸＹ面内で双方の結晶軸［１００］が４５度または１３５度だけ角度的に離れるように設定すると、両レンズの４回回転対称成分が相殺され、各結像光束についてΣＲｊとΣＳｊとを等しくするのに好都合である。
さらに、結晶軸［０１１］を光軸とする結晶レンズでは、ＲｊおよびＳｊは、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する項およびｃｏｓ（２ωｊ）に比例する項の両方を持つ。この場合、結晶軸［０１１］を光軸とするレンズを４枚使用し、各レンズが光軸を中心として４５度ずつ相対回転し、ＸＹ面内でそれぞれの結晶軸［１００］が４５度ずつ離れるように設定すると、各レンズの回転非対称が相殺され、各結像光束についてΣＲｊとΣＳｊとを等しくするのに好都合である。
勿論、上記の２枚のレンズペアによる回転対称成分相殺や、４枚のレンズペアによる回転非対称の相殺は、２枚のレンズや４枚のレンズへの適用に限られるわけではない。したがって、複数の結晶レンズの光軸を中心とした回転角度、厚さ、曲率半径、間隔等や、他のレンズの厚さ、曲率半径、間隔等を調整しつつ、全体としてΣＲｊとΣＳｊとが等しくなるように設定すれば良いことは言うまでもない。
たとえば、結晶軸［１１１］を光軸とする厚さのほぼ等しい３枚のレンズを用いて、複屈折の回転非対称な成分を相殺することもできる。この場合、１枚のレンズでの回転非対称の周期は、前述したように１２０度である。したがって、３枚のレンズが光軸を中心として互いに４０度ずつ離れた回転位置関係を有するように、すなわち光軸に垂直な面内にある結晶軸［１−１０］の方向が光軸を中心として互いに４０度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、３枚のレンズの回転非対称性がそれぞれ１／３周期ずつ位置ずれして重なり合うことになる。
このとき、３枚のレンズにおいて、第１のレンズの結晶軸［１−１０］の方向に対して第２のレンズの結晶軸［１−１０］の方向が光軸を中心として所定の向きに４０度だけ回転した位置関係を有し、第３のレンズの結晶軸［１−１０］の方向が第２のレンズの結晶軸［１−１０］の方向に対して光軸を中心として同じ所定の向きに４０度だけ回転した位置関係を有する。換言すると、各レンズの結晶軸［１−１０］の回転角度は、３枚のレンズ中の１つのレンズを基準（＝０度）とすると、０度，４０度，８０度となる。
３枚の各レンズの屈折力が弱く且つ各レンズ中での光束の進行方向がほぼ一定である場合には、上述の式（１）および（２）におけるｓｉｎ（３ωｊ）は、３枚のレンズに対して次の式（２１），（２２），（２３）でそれぞれ表わされる。ここで、ｓｉｎの引数の単位は［度］である。
2003007046.tif 000011
さらに、式（２２）および（２３）を、次の式（２２’）および（２３’）に示すように変形することができる。
2003007046.tif 000012
したがって、式（２１）と（２２）と（２３）との総和は、次の式（２４）で表される。
2003007046.tif 000013
式（２４）において、１＋ｃｏｓ（１２０）＋ｃｏｓ（２４０）およびｓｉｎ（１２０）＋ｓｉｎ（２４０）は、ともに０である。したがって、式（２１）と（２２）と（２３）との総和すなわち式（２４）の値は０になる。換言すれば、結晶軸［１１１］を光軸とする３枚のレンズが光軸を中心として互いに４０度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、その相殺作用によって複屈折の回転非対称成分を除去することができる。そして、このような３枚のレンズの組を用いても、各結像光束についてΣＲｊとΣＳｊとを等しくするのに好都合であることが判る。
同様に、結晶軸［００１］を光軸とする厚さのほぼ等しい３枚のレンズを用いて、複屈折の回転非対称な成分を相殺することもできる。この場合、１枚のレンズでの回転非対称の周期は、前述したように９０度である。したがって、３枚のレンズが光軸を中心として互いに３０度ずつ離れた回転位置関係を有するように、すなわち光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］の方向が光軸を中心として互いに３０度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、３枚のレンズの回転非対称性がそれぞれ１／３周期ずつ位置ずれして重なり合うことになる。
上述の式（３）および（４）におけるｃｏｓ（４ωｊ）は、３枚のレンズに対して次の式（３１），（３２），（３３）でそれぞれ表わされる。ここで、ｃｏｓの引数の単位は［度］である。
2003007046.tif 000014
さらに、式（３２）および（３３）を、次の式（３２’）および（３３’）に示すように変形することができる。
2003007046.tif 000015
したがって、式（３１）と（３２）と（３３）との総和は、次の式（３４）で表される。
2003007046.tif 000016
式（３４）において、１＋ｃｏｓ（１２０）＋ｃｏｓ（２４０）およびｓｉｎ（１２０）＋ｓｉｎ（２４０）は、ともに０である。したがって、式（３１）と（３２）と（３３）との総和すなわち式（３４）の値は０になる。換言すれば、結晶軸［００１］を光軸とする３枚のレンズが光軸を中心として互いに３０度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、その相殺作用によって複屈折の回転非対称成分を除去することができる。そして、このような３枚のレンズの組を用いても、各結像光束についてΣＲｊとΣＳｊとを等しくするのに好都合であることが判る。
なお、結晶軸［１１１］を光軸とするレンズおよび結晶軸［００１］を光軸とするレンズについて回転非対称な複屈折の低減を行う方法は、上述の２枚のレンズまたは３枚のレンズの相互回転による回転非対称成分の相殺に限定されない。例えば上記の方法をさらに発展させると、結晶レンズが周期β度の回転非対称性を有する場合、光軸を中心として互いに（β／Ｑ）度ずつ離れた回転位置関係を有するＱ枚（Ｑは２以上の任意の整数）の結晶レンズを使用することにより、その相殺作用によって複屈折の回転非対称成分を除去することができる。
換言すれば、結晶軸［１１１］を光軸とするＭ枚（Ｍは３以上の任意の整数）の結晶レンズを用いる場合、Ｍ枚のレンズが光軸を中心として互いに（１２０／Ｍ）度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、その相殺作用によって複屈折の回転非対称成分を除去することができる。具体的には、たとえば結晶軸［１１１］を光軸とする５枚の結晶レンズを用いる場合、５枚のレンズが光軸を中心として互いに２４（＝１２０／５）度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、複屈折の回転非対称成分を相殺することができる。
また、結晶軸［００１］を光軸とするＮ枚（Ｎは３以上の任意の整数）の結晶レンズを用いる場合、Ｎ枚のレンズが光軸を中心として互いに（９０／Ｎ）度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、その相殺作用によって複屈折の回転非対称成分を除去することができる。具体的には、たとえば結晶軸［００１］を光軸とする６枚の結晶レンズを用いる場合、６枚のレンズが光軸を中心として互いに１５（＝９０／６）度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定することにより、複屈折の回転非対称成分を相殺することができる。
なお、各結晶レンズの回転角が上記各値（１２０／Ｍ，９０／Ｎ）に回転非対称の周期βを加えたものであってもよいことは、上述の実施形態と同様である。一般に、複屈折の回転非対称成分を相殺するためのレンズの枚数が２枚であってもよいが、以上の方法では３枚以上の任意の枚数のレンズを用いて複屈折の回転非対称成分を相殺することができるので、レンズの枚数が２枚の場合に比してレンズ設計に与える制約が少なくなり好都合である。つまり、各結像光束についてΣＲｊとΣＳｊとを等しくするのに、このような多数枚の結晶レンズからなるレンズ群を使用することもできる。なお、上述のように、各レンズの屈折力が弱く且つ各レンズ中での光束の進行方向がほぼ一定である場合に上記相殺効果が最も効果的に得られるが、それ以外の場合にも上記相殺効果が得られることは言うまでもない。
ところで、結晶軸［０１１］を光軸とするレンズの場合、上述の式（５）および（６）に示すように、回転非対称な項として、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する項およびｃｏｓ（２ωｊ）に比例する項が存在する。この２つの項のうち、ｃｏｓ（２ωｊ）に比例する項は、１８０度の回転周期を有する成分である。そこで、前述の通り、結晶軸［０１１］を光軸とするほぼ等しい厚さの２枚のレンズを光軸中心に相互に９０度回転させて配置すること（９０度回転２枚レンズ群）により、回転非対称成分を相殺することが可能である。さらに、上記と同様の考察から、結晶軸［０１１］を光軸とするほぼ等しい厚さの３枚のレンズを用いて、複屈折の回転非対称な成分を相殺することもできる。この場合、３枚のレンズが光軸を中心として互いに６０度ずつ離れた回転位置関係を有するように、すなわち光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］の方向が光軸を中心として互いに６０度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定すること（６０度回転３枚レンズ群）により、複屈折の回転非対称成分を相殺することが可能である。
さらに一般的には、ｃｏｓ（２ωｊ）に比例する回転非対称項を除去するには、結晶軸［０１１］を光軸とするＬ枚（Ｌは３以上の任意の整数）の結晶レンズを用いて、Ｌ枚のレンズが光軸を中心として互いに（１８０／Ｌ）度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定すればよい。この方法によれば、結晶軸［０１１］を光軸とするレンズにおいて、ｃｏｓ（２ωｊ）に比例する回転非対称項を相殺するためのレンズ枚数を任意の値に選定することができるため、レンズ設計に与える制約が少なくなり好都合である。
また、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する回転非対称項は、結晶軸［００１］を光軸とするレンズと同様に、光軸を中心として相互に４５度回転させた２枚のレンズを用いることにより相殺することが可能である。さらに、上記と同様の考察から、結晶軸［０１１］を光軸とするほぼ等しい厚さの３枚のレンズを用いて、複屈折の回転非対称な成分を相殺することもできる。この場合、３枚のレンズが光軸を中心として互いに３０度ずつ離れた回転位置関係を有するように、すなわち光軸に垂直な面内にある結晶軸［１００］の方向が光軸を中心として互いに３０度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定すること（３０度回転３枚レンズ群）により、複屈折の回転非対称成分を相殺することが可能である。
さらに一般的には、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する回転非対称項を除去するには、結晶軸［０１１］を光軸とするＰ枚（Ｐは２以上の任意の整数）の結晶レンズを用いて、Ｐ枚のレンズが光軸を中心として互いに（９０／Ｐ）度ずつ離れた回転位置関係を有するように設定すればよい。この方法によれば、結晶軸［０１１］を光軸とするレンズにおいて、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する回転非対称項を相殺するためのレンズ枚数を任意の値に選定することができるため、レンズ設計に与える制約が少なくなり好都合である。
なお、結晶軸［０１１］を光軸とするレンズの場合、実際には、ｃｏｓ（２ωｊ）に比例する回転非対称成分を相殺するために、光軸に沿って近接配置された上記Ｌ枚のレンズまたは２枚のレンズからなるレンズ群を少なくともＰ組用意する。そして、各レンズ群の間に光軸を中心として（９０／Ｐ）度の相対回転を付与することによりｃｏｓ（４ωｊ）に比例する項を除去することが望ましい。この方法においても、ｃｏｓ（４ωｊ）に比例する回転非対称項を相殺するためのレンズ群の数が２群に限定されることなく、３群以上のレンズ群を使用することができるので、レンズ設計上の制約が少なくなり好都合である。なお、本実施形態では、複屈折の回転非対称成分を相殺するためのレンズの枚数が２枚であってもよいが、以上の方法では３枚以上の任意の枚数のレンズを用いて複屈折の回転非対称成分を相殺することができるので、レンズの枚数が２枚の場合に比してレンズ設計に与える制約が少なくなり好ましい。
以上の様に、複数枚のレンズの光軸を中心とした回転によって複屈折の影響を解消するには、上記複数枚の各レンズの回転方向を上記所定の角度に対して±４度程度以内に抑えることが望ましい。回転角度の設定誤差がこの許容値よりも大きくなると、本発明による複屈折の解消効果が減少し、ひいては残存複屈折により結像性能が悪化してしまうため問題がある。また、光軸とほぼ一致すべき指定の結晶軸の光軸との方向誤差についても、±４度程度以内に抑えることが望ましい。指定の結晶軸と光軸との角度の設定誤差がこの許容値よりも大きくなると、上述の場合と同様に、残存複屈折により結像性能が悪化してしまうため問題がある。
これは、３枚以上のレンズからなるレンズ群を使用して複屈折を解消する場合にも、２枚のレンズからなるレンズ群を使用して複屈折を解消する場合にも同様である。ただし、この±４度以内の角度誤差範囲は、前述の基準と同様に、ｋ１ファクター＝０．３５程度の微細度のパターン（線幅＝ｋ１×λ／ＮＡ）を想定した場合の許容角度誤差範囲であり、これよりも微細なパターンを転写する必要のある光学系では、上記指定の結晶軸と光軸との方向誤差を上記の角度誤差範囲よりも小さくする必要がある。例えば、位相シフトレチクルを使用して、ｋ１ファクター＝０．２程度の微細度のパターンを露光する場合には、これらの角度誤差を共に±２度以下とすることが望ましい。
逆に、ｋ１ファクター＝０．５程度のパターンを対象とする光学系であれば、これらの角度誤差を共に±６度程度に緩和しても、実用上、十分な結像性能を得ることが可能である。なお、このように、結晶軸の方向を厳密に管理するためには、結晶レンズの材料である結晶材料の製造工程や、結晶レンズの加工（研削・研磨等）工程において、結晶の格子定数に近い波長を有するＸ線を結晶に対して照射し、その回折パターンを計測して結晶軸方向を確認する手段、すなわち結晶軸方向確認手段を講じることが好ましい。
なお、上述のように、同じ結晶軸を光軸とするレンズ群を光軸中心に相対回転させて、それらの回転非対称成分を相殺除去していくと、相殺が完全に達成された場合には、式（１）〜（６）中のωｊを含まない項だけがΣＲｊおよびΣＳｊに影響することになる。
光軸と結晶軸［１１１］とが一致するように設定された結晶レンズＧｊにおいて、ωｊを含まない項だけが影響する場合、第１の評価量Ｒｊ’および第２の評価量Ｓｊ’は、次の式（７）および（８）でそれぞれ表される。
2003007046.tif 000017
また、光軸と結晶軸［００１］とが一致するように設定された結晶レンズＧｊにおいて、ωｊを含まない項だけが影響する場合、第１の評価量Ｒｊ’および第２の評価量Ｓｊ’は、次の式（９）および（１０）でそれぞれ表される。
2003007046.tif 000018
さらに、光軸と結晶軸［０１１］とが一致するように設定された結晶レンズＧｊにおいて、ωｊを含まない項だけが影響する場合、第１の評価量Ｒｊ’および第２の評価量Ｓｊ’は、次の式（１１）および（１２）でそれぞれ表される。
2003007046.tif 000019
以上のように、いずれの結晶軸を光軸としても、Ｒｊ’中の｛１−ｃｏｓ（４θｊ）｝を含む項の係数と、Ｓｊ’中の｛１−ｃｏｓ（２θｊ）｝を含む項の係数との間には、７：４の関係が成立している。また、結晶軸［１１１］が光軸である結晶レンズと、結晶軸［００１］が光軸である結晶レンズと、結晶軸［０１１］が光軸である結晶レンズとの間には、Ｒｊ’の値およびＳｊ’の値のいずれに関しても、８：−１２：３の関係が成立している。
したがって、同じ結晶軸を光軸とするレンズ群を光軸中心に相対回転させてそれらの回転非対称成分を相殺する場合には、結晶軸［１１１］が光軸であるレンズ群内の光路長の総和ΣＬ１１１と、結晶軸［００１］が光軸であるレンズ群内の光路長の総和ΣＬ００１と、結晶軸［０１１］が光軸であるレンズ群内の光路長の総和ΣＬ０１１との間で次の式（１３）に示す関係を満たすときに、ΣＲｊおよびΣＳｊを共に０にすることができる。
2003007046.tif 000020
第１実施形態にかかる投影光学系１００の場合、結晶軸［００１］が光軸である結晶レンズ（１０５，１０６）と、結晶軸［１１１］が光軸である結晶レンズ（１０９，１１０）とを含み、結晶軸［０１１］が光軸である結晶レンズは含んでいない。したがって、結晶レンズ１０５と結晶レンズ１０６とを互いにほぼ等しい厚さとし、且つ双方のレンズを光軸中心に４５度または１３５度だけ相対回転させる。また、結晶レンズ１０９と結晶レンズ１１０とを互いにほぼ等しい厚さとし、且つ双方のレンズを光軸中心に６０度または１８０度だけ相対回転させる。
そして、結晶軸［００１］が光軸であるレンズ群（１０５，１０６）と結晶軸［１１１］が光軸であるレンズ群（１０９，１１０）との間で複屈折の回転非対称分を相殺する場合、結像光路１０５ｍと１０６ｍとの光路長の総和ΣＬ００１と、結像光路１０９ｍと１１０ｍとの光路長の総和ΣＬ１１１との間で次の式（１４）に示す関係を満たすときに、ΣＲｊおよびΣＳｊを共に０にすることができる。
2003007046.tif 000021
すなわち、結晶レンズ１０５と１０６との厚さの総和と、結晶レンズ１０９と１１０との厚さの総和との比を概ね２：３に設定すると、複屈折の影響を極小にすることができる。なお、上述の例では、結像光束内の各結像光線について、ΣＲｊおよびΣＳｊがともに０に一致している。しかしながら、ΣＲｊおよびΣＳｊを必ずしも常に０に一致させる必要はなく、各結像光線についてΣＲｊおよびΣＳｊを所定の値にほぼ一致させれば良い。そして、その所定の値を中心としたΣＲｊおよびΣＳｊのばらつきが、上述したように、例えばλ／２やλ／２０の範囲に収まるように、各結晶レンズの結晶軸、回転角度ρｊ、すべてのレンズの厚さ、曲率半径、間隔等を設定することにより、複屈折の悪影響を極小に抑えた光学系を実現することが可能である。
なお、上述の第１実施形態のように、それぞれ回転非対称性を相殺したレンズ群の組み合わせによって光学系全体での複屈折の悪影響を除去する方法が、本発明における複屈折の悪影響の低減方法の一例に過ぎないことは、言うまでもない。すなわち、上記のような回転レンズ群の組み合わせに限定されることなく、光学系全体として、第１の総和評価量ΣＲｊと第２の総和評価量ΣＳｊとが像面または物体面上の任意の１点に集光する光束について等しくなるように設定すれば、他のどのような手法を用いても良いことは言うまでもない。
第６図は、本発明の第２実施形態にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。第２実施形態では、波長が１５７ｎｍのＦ２レーザーに対して収差補正が最適化された反射屈折型の投影光学系に本発明を適用している。第２実施形態の投影光学系２００（第１図の投影光学系３００に対応）では、レチクル２０１（第１図のレチクル１０１に対応）上の１点を射出した光束が、光軸ＡＸ２００ａに沿って配置されたレンズ２０４を介して、光路変更手段としてのミラーブロック２０３に入射する。
ミラーブロック２０３の平面ミラー２０３ａで反射された光束は、光軸ＡＸ２００ｂに沿って配置されたレンズ２０５および２０６を介して、凹面反射鏡２２０に入射する。凹面反射鏡２２０で反射された光束は、レンズ２０６および２０５を介して、ミラーブロック２０３に再び入射する。ミラーブロック２０３の平面ミラー２０３ｂで反射された光束は、光軸ＡＸ２００ａに沿って配置されたレンズ２０７〜２１２を介して、ウエハ２０２（第１図のウエハ１０２に対応）上の１点に集光する。こうして、ウエハ２０２上には、レチクル２０１に描画されたパターンの投影像が形成される。第２実施形態では、すべてのレンズ２０４〜２１２がフッ化カルシウム結晶（蛍石）で形成されている。
このような反射屈折光学系においても、本発明の総和評価量ΣＲｊおよびΣＳｊによって、投影光学系２００の複屈折の影響を算定することが可能であり、本発明による評価量量ΣＲｊおよびΣＳｊに基づいて投影光学系２００の複屈折の悪影響を極小に抑えることが可能である。ただし、第２実施形態にかかる反射屈折光学系では、一部の結晶レンズが他の結晶レンズとは異なる光軸上に配置されること、平面ミラー２０３ａ，２０３ｂや凹面反射鏡２２０の反射作用によって、各結晶レンズの光軸を中心とした回転角度の基準となるＸ軸の方向も変動すること、および結晶レンズ２０５，２０６については結像光路がその中を往復することが、第１実施形態の場合と相違する。
以下、反射屈折型の投影光学系２００におけるＸＹＺ軸の設定について説明する。まず、第６図に示すように、レチクル２０１の近傍において光軸ＡＸ２００ａに沿って配置された結晶レンズ２０４については、第１実施形態と同様に、Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標系を設定している。すなわち、露光光の進行方向である光軸ＡＸ２００ａに沿った下向きを＋Ｚ０軸の方向とし、第６図の紙面において水平右向きを＋Ｘ０軸の方向とし、紙面手前向きを＋Ｙ０軸の方向と設定している。この場合、Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標系は右手系である。こうして、結晶レンズ２０４については、Ｘ０Ｙ０Ｚ０座標系を基準として上記の角度θｊ，ρｊ，φｊを求め、それらを式（１）〜（６）に代入することにより、評価量ＲｊおよびＳｊを算出する。
次に、結像光束が平面ミラー２０３ａで反射された後は、光束の進行方向が図中右向きになるので、この光束の進行方向を＋Ｚ１軸としてＸ１Ｙ１Ｚ１座標系を設定する。この場合、Ｘ１Ｙ１Ｚ１座標系は、平面ミラー２０３ａの反射作用によって左手座標系（以下、単に「左手系」という）に変換される。すなわち、露光光の進行方向である光軸ＡＸ２００ｂに沿った右向きを＋Ｚ１軸の方向とし、図中下向きを＋Ｘ１軸の方向とし、紙面手前向きを＋Ｙ１軸の方向と設定する。こうして、結晶レンズ２０５，２０６を右向きに透過する結像光束については、Ｘ１Ｙ１Ｚ１座標系を基準として上記の角度θｊ，ρｊ，φｊを求め、それらを式（１）〜（６）に代入することにより、評価量ＲｊおよびＳｊを算出する。
ただし、この場合には、Ｘ１Ｙ１Ｚ１座標系が左手系であるため、第４図および第５図に示す角度ρｊおよびφｊの符号の採り方に注意する必要がある。すなわち、左手系であるＸ１Ｙ１Ｚ１座標系の場合、Ｘ軸，Ｚ軸およびＸ’軸，Ｚ’軸をそれぞれ第４図および第５図に合わせて固定すると、Ｙ軸およびＹ’軸が第４図および第５図の向きとは逆向きになる。回転角度ρｊおよび角度φｊの定義はＸ軸（Ｘ’軸）からＹ軸（Ｙ’軸）方向への回転方向を正としているので、左手系であるＸ１Ｙ１Ｚ１座標系においては回転の正方向も第４図および第５図に示す方向とは逆向きになる。ただし、Ｘ１軸からＹ１軸方向への回転方向が正であることに変わりはない。
次いで、結像光束が凹面反射鏡２２０で反射されると、光束の進行方向が図中左向きになるので、この光束の進行方向を＋Ｚ２軸としてＸ２Ｙ２Ｚ２座標系を設定する。この場合、Ｘ２Ｙ２Ｚ２座標系は、凹面反射鏡２２０の反射作用によって右手系に戻る。すなわち、露光光の進行方向である光軸ＡＸ２００ｂに沿った左向きを＋Ｚ２軸の方向とし、図中上向きを＋Ｘ２軸の方向とし、紙面奥向きを＋Ｙ２軸の方向と設定する。こうして、結晶レンズ２０５，２０６を左向きに透過する結像光束については、Ｘ２Ｙ２Ｚ２座標系を基準として上記の角度θｊ，ρｊ，φｊを求め、それらを式（１）〜（６）に代入することにより、評価量ＲｊおよびＳｊを算出する。
なお、結晶レンズ２０５，２０６では、光束の進行方向に結晶軸［００１］（または結晶軸［１１１］，［０１１］）を一致させるとしているので、結晶レンズ２０５，２０６中を光束が右向きに進む場合と左向きに進む場合とでは、各結晶軸の符号が反転することに注意する必要がある。すなわち、光束が右向きに進む場合に［１１１］であった結晶軸は、光束が左向きに進む場合には結晶軸［−１−１−１］として扱うことになる。同様に、結晶軸［１００］は結晶軸［−１００］として、結晶軸［１−１０］は結晶軸［−１１０］として扱うことになる。
最後に、結像光束が平面ミラー２０３ｂで反射された後は、光束の進行方向が図中下向きに戻るので、この光束の進行方向を＋Ｚ３軸としてＸ３Ｙ３Ｚ３座標系を設定する。この場合、Ｘ３Ｙ３Ｚ３座標系は、平面ミラー２０３ｂの反射作用によって左手系に再び変換される。すなわち、露光光の進行方向である光軸ＡＸ２００ａに沿った下向きを＋Ｚ３軸の方向とし、図中右向きを＋Ｘ３軸の方向とし、紙面奥向きを＋Ｙ３軸の方向と設定する。こうして、結晶レンズ２０７〜２１２については、Ｘ３Ｙ３Ｚ３座標系を基準として上記の角度θｊ，ρｊ，φｊを求め、それらを式（１）〜（６）に代入することにより、評価量ＲｊおよびＳｊを算出する。なお、Ｘ３Ｙ３Ｚ３座標系は左手系であるため、角度ρｊおよびφｊの算出方法は、結晶レンズ２０５，２０６を右向きに透過する光束の場合と同じである。
こうして求まった各結晶レンズの評価量ＲｊおよびＳｊをそれぞれ加算して得られる総和評価量ΣＲｊおよびΣＳｊを、反射屈折型の投影光学系２００における複屈折の影響度の指標として用いることができることは、第１実施形態にかかる屈折型の投影光学系１００の場合と同様である。また、レチクル２０１上の１点を発してウエハ２０２上の１点に収束する結像光束内のすべての結像光線について、総和評価量ΣＲｊおよびΣＳｊの所定の値を中心としたばらつきが例えばλ／２やλ／２０の範囲に収まるように、各結晶レンズの結晶軸、回転角度ρｊ、すべてのレンズの厚さ、曲率半径、間隔等を設定することにより、複屈折の悪影響を極小に抑えた光学系を実現することが可能であることも、第１実施形態にかかる屈折型の投影光学系１００の場合と同様である。
なお、第２実施形態にかかる投影光学系２００では、凹面反射鏡２２０の近傍に配置される結晶レンズ２０５，２０６については、蛍石の結晶軸［１１１］を光軸ＡＸ２００ｂと一致させ、且つ結晶軸［１−１０］を光軸中心に６０度または１８０度だけ相対回転させて配置する。また、結晶レンズ２０４，２０７，２０８，２０９については、蛍石の結晶軸［０１１］を光軸ＡＸ２００ａと一致させ、且つ結晶軸［１００］が光軸を中心に４５度ずつ離れるように相対回転させて配置する。
さらに、結晶レンズ２１１，２１２については、蛍石の結晶軸［００１］を光軸ＡＸ２００ａと一致させ、且つ結晶軸［１００］の方向を一致させて配置する。そして、結晶レンズ２１０については、蛍石の結晶軸［００１］を光軸ＡＸ２００ａと一致させ、結晶軸［１００］の方向を結晶レンズ２１１，２１２の結晶軸［１００］の方向に対して光軸中心に４５度または１３５度だけ相対回転させて配置する。こうして、レチクル２０１上の１点を発してウエハ２０２上の１点に収束する結像光束内のすべての結像光線について、総和評価量ΣＲｊおよびΣＳｊの値を所定の範囲内に設定することが容易になる。
なお、上述の第１実施形態および第２実施形態では、本発明の説明を簡略化するために、レチクル１０１（２０１）上の１点を発した結像光束についてのみ着目している。しかしながら、良好な結像性能を得るためには、レチクル１０１（２０１）上の有効照明エリア内の全ての点からウエハ１０２（２０２）上の有効露光エリア内に達する結像光束について、本発明の上記関係を満たすべきであることは言うまでもない。
また、上述の各実施形態では、複屈折性の光学材料としてフッ化カルシウム結晶（蛍石）を用いているが、これに限定されることなく、他の一軸性結晶、たとえばフッ化バリウム結晶（ＢａＦ２）、フッ化リチウム結晶（ＬｉＦ）、フッ化ナトリウム結晶（ＮａＦ）、フッ化ストロンチウム結晶（ＳｒＦ２）、フッ化ベリリウム結晶（ＢｅＦ２）など、紫外線に対して透明な他の結晶材料を用いることもできる。このうち、フッ化バリウム結晶は、すでに直径２００ｍｍを越す大型の結晶材料も開発されており、レンズ材料として有望である。この場合、フッ化バリウム（ＢａＦ２）などの結晶軸方位も本発明に従って決定されることが好ましい。
さらに、上述の各実施形態では、投影光学系に本発明を適用しているが、これに限定されることなく、投影光学系を検査するための光学系、例えば収差計測用光学系に本発明を適用することもできる。また、本発明を適用する光学系のタイプによっては、上記実施形態のように物体面から像面へ像を形成する光学系とは異なり、物体面から瞳面までの光学系や平行光束を像面へ集光する光学系の構成となる場合もある。この場合には、上記実施形態のようにレチクル１０１（２０１）上の１点からウエハ１０２（２０２）上の１点に至る結像光束は存在し得ないが、この結像光束を物体面上の１点から瞳面に至る結像光束または像面の１点へ集光する結像光束としてとらえることにより、本発明を上述の実施形態と同様に適用することができることは明らかである。
上述の各実施形態の露光装置では、照明装置によってレチクル（マスク）を照明し（照明工程）、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（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、各実施形態の露光装置を用いて感光性基板としてのウエハ等に所定の回路パターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法の一例につき第７図のフローチャートを参照して説明する。
先ず、第７図のステップ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップ３０２において、その１ロットのウエハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップ３０３において、各実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。その後、ステップ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップ３０５において、その１ロットのウエハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウエハ上の各ショット領域に形成される。
その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。なお、ステップ３０１〜ステップ３０５では、ウエハ上に金属を蒸着し、その金属膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチングの各工程を行っているが、これらの工程に先立って、ウエハ上にシリコンの酸化膜を形成後、そのシリコンの酸化膜上にレジストを塗布、そして露光、現像、エッチング等の各工程を行っても良いことはいうまでもない。
また、各実施形態の露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、第８図のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。第８図において、パターン形成工程４０１では、各実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィー工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルター形成工程４０２へ移行する。
次に、カラーフィルター形成工程４０２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、またはＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルターの組を複数水平走査線方向に配列されたりしたカラーフィルターを形成する。そして、カラーフィルター形成工程４０２の後に、セル組み立て工程４０３が実行される。セル組み立て工程４０３では、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルター等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。セル組み立て工程４０３では、例えば、パターン形成工程４０１にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルター形成工程４０２にて得られたカラーフィルターとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
その後、モジュール組み立て工程４０４にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
なお、上述の各実施形態では、露光装置に搭載される投影光学系に対して本発明を適用しているが、これに限定されることなく、他の一般的な光学系に対して本発明を適用することもできる。また、上述の各実施形態では、１９３ｎｍの波長光を供給するＡｒＦエキシマレーザー光源や１５７ｎｍの波長光を供給するＦ２レーザー光源を用いているが、これに限定されることなく、たとえば１２６ｎｍの波長光を供給するＡｒレーザー光源などを用いることもできる。
産業上の利用の可能性
以上説明したように、本発明では、たとえば蛍石のような複屈折性の結晶材料を用いても、複屈折の影響を実質的に受けることなく良好な光学性能を有する光学系を実現することができる。したがって、本発明の光学系を露光装置に組み込むことにより、高解像な投影光学系を介した高精度な投影露光により、良好な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】
第１図は、本発明の各実施形態にかかる投影光学系を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。
第２図は、本発明の第１実施形態にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。
第３図は、蛍石のような立方晶系の結晶における結晶軸の名称などを説明する図である。
第４Ａ図〜第４Ｃ図は、結晶レンズの光軸を中心とした回転角度の定義を説明する図である。
第５図は、結晶レンズＧｊ中の結像光線がＺ軸方向となす角度θおよびＸ軸方向となす角度φの定義を説明する図である。
第６図は、本発明の第２実施形態にかかる投影光学系の構成を概略的に示す図である。
第７図は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。
第８図は、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る際の手法のフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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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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【国際調査報告】
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