JP2009503610A - 軸対称複屈折素子及び極性直交偏極をもつ深ｕｖテレセントリック結像光学系 - Google Patents

Abstract

軸対称複屈折材料が軸対称性を利用することによって深ＵＶ結像光学系に組み込まれる。テレセントリック物空間またはテレセントリック像空間に配置された軸対称複屈折光学素子の複屈折を回避するため、テレセントリック結像光学系のひとみに共役に、極性直交偏極パターンが提供される。

Description

本発明は深紫外光のための結像光学系に関し、特に、大開口数をもって深紫外光を集束する微細リソグラフィ用投影光学系のような、高解像度を必要とする結像光学系に関する。

微細リソグラフィ用投影による益々小さな最小寸法の描画への推進力は、一層短い、今では深紫外（ＵＶ）範囲にある、波長の光の使用及び一層開口数が大きな、今では上記短波長に対して１よりかなり大きい、光学系の使用をもたらした。一般に２つの対象の間の最小解像可能距離として見なされる解像度は[波長/開口数]の関数である。

３００ｎｍより短い深ＵＶ波長で動作する現在の投影光学系は、光学素子をつくるために選択できる材料が極めて限られることを含む、多くの問題に直面している。光学材料は、不十分な光透過率、高い光子エネルギーによる損傷の受け易さ及び短波長で現れる異方性を含む、多くの理由のために不適格とされる。

現在重用されている２つの材料の石英ガラス及びフッ化カルシウムでさえも、問題をかかえている。石英ガラスは、異なるエネルギー範囲において様々な膨張及び収縮を受け、パワー（光子）密度が高くなるほど大きくなる損傷を受け得る。例えば、石英ガラスは、石英ガラスの照射部分領域の屈折率が高まるとともに体積が減少する、「圧密」と称される現象も受け得る。石英ガラス光学素子内、特に大径石英ガラス素子内の応力は複屈折を生じさせ得る。フッ化カルシウムはいくらかの光を散乱させ、高パワー密度においては溶融を防止するための保護が必要である。フッ化カルシウムは立方晶構造を有するが、フッ化カルシウムは短波長において固有複屈折を示し、補正が必要になる。重用される２つの材料の石英ガラス及びフッ化カルシウムの屈折率は僅かしか異ならず、したがって、収差を補正するために与えられる機会は限られている。縮小光学系の像平面近傍におけるような、高パワー密度は特にいずれの材料の使用との適応も困難である。

深ＵＶ結像光学系内の光学素子の応力誘起複屈折及び固有複屈折のいずれをも補償するために、複屈折補正素子が用いられている。一般に複屈折補正素子は他の光学素子が集合して示す複屈折値の極性を反転した複屈折値を示す。補正を行うために、サファイアのような単軸結晶を含む、かなりの自然複屈折を示す材料を用いることができる。自然複屈折が大きくなるほど補正素子を薄くすることができ、これにより補正にともなう光線分裂効果を低減することができる。

本発明の課題は、深ＵＶ波長において、収差の低減、開口数の増大または直径の縮小に用いることができ、より高いパワー密度に適応するかまたは光学系の実用寿命を延ばすことができる、結像光学系を提供することである。

好ましい実施形態において、本発明は、他の場合であればその自然複屈折によって結像機能への関与から排除されるであろう、光学材料を深ＵＶ結像光学系に導入する。光学材料には、複屈折補償素子として以前から用いられている、サファイアのような、単軸結晶があり、その形状は複屈折補正の要件によって決定されている。複屈折の悪影響を回避するため、深ＵＶ結像光学系の肝要な位置における、耐久性がより高く、屈折率がより高い光学材料による光学素子の形成を可能にする、対称性の組合せが本発明にしたがって利用される。例えば、深ＵＶ結像光学系の「初段ガラス」または「終段ガラス」を形成するために単軸結晶材料を用いることができる。好ましい材料の高められた耐久性により、さらに高いパワー密度、特に縮小光学系の像平面近傍の高パワー密度に耐えられる。好ましい材料のより高い屈折率は結像光学系の開口数をより大きくするかまたは与えられた開口数をもつ光学系をより小型にするに寄与する。好ましい材料のより高い屈折率は収差を低減するにも寄与する。

深ＵＶ結像光学系の結像機能に関与できる光学材料の範囲を拡大するためには本発明にしたがって３つの対称性の組合せが利用されることが好ましい。補助光学材料は、本発明によって利用される３つの対称性の内の第１である、軸複屈折対称性を示す結晶であることが好ましい。３つの対称性の内の第２はＵＶ光の極性直交偏極である。３つの対称性の内の第３は、ＵＶ光の極性直交偏極を補助材料の軸複屈折対称性と揃えるためのテレセントリック光線構成である。

単軸結晶のような、好ましい補助材料の複屈折は材料の光軸に対する光線の傾きによって変わり得るが、複屈折は光軸のまわりの光線の角位置に関して不変であることが好ましい。サファイアのような、丈夫な高屈折率結晶材料は、複屈折が大きいにもかかわらず、複屈折が軸対称性を示すため、用いることができる。放射形複屈折対称性を示す他の結晶材料は縁取りするか、さもなければ集合して軸複屈折対称性を示すように組み合せることができる。本発明の好ましい深ＵＶ結像光学系には１つまたはそれより多くの軸対称複屈折を示す光学素子が組み込まれる。

本発明に好ましい極性直交偏極は放射形偏極または旋光偏極の形態をとる。光軸に沿って伝搬する与えられた光円錐に対して、放射形偏極光線の電場ベクトルはそれぞれの光線の軸平面に載り、旋光偏極光線の電場ベクトルは同じ軸平面に垂直に向く。放射形偏極は、個々の軸平面におけるそれぞれの光線の傾きとともに電場が傾くから、光線毎ベースでいわゆる「ＴＭ」偏極と同等と考えることができる。旋光偏極は、個々の軸平面におけるそれぞれの光線の傾きと異なるいかなる方向にも電場ベクトルが傾くことはないから、光線毎ベースでいわゆる「ＴＥ」偏極と同等と考えることができる。

テレセントリック光線構成により、極性直交偏極光が軸対称複屈折を示す光学素子の光軸に揃って結像光学系を通して投影されることが可能になる。軸対称偏極パターンは、テレセントリック像空間内またはテレセントリック物空間内で、それぞれの物点または像点に極性直交偏極及び軸対称複屈折のいずれの光軸にも平行に進む主光線によって形成される軸を有するそれぞれ自体の光円錐が付随するように、テレセントリック結像光学系のひとみに対して共役に形成される。したがって、テレセントリック空間におけるそれぞれの物光円錐または像光円錐は、軸対称複屈折材料の軸に揃う（すなわち、平行な）、実質的に同じ極性直交偏極パターンを示す。

３つの対称性の合同により軸対称複屈折光学素子の複屈折効果が排除される。理想的には、偏光は異常光線または常光線として軸対称複屈折光学素子を通って伝搬するが、異常光線かつ常光線としては伝搬しない。したがって、軸対称複屈折材料は、その複屈折の結果として結像に有害な影響を与えることなく、高複屈折性であることができる。軸対称複屈折光学素子は深ＵＶ結像光学系内において、光学系の開口数を大きくするかまたは与えられた開口数をもつ光学系を縮小するような、結像に関係する目的を含む多くの目的のためにはたらくことができる。補助材料選択によって可能になる屈折率の不均衡を収差の低減のために用いることができる。より高い耐久性を有する補助材料を用いれば、縮小光学系の像平面に見られるような、高パワー密度に一層強く耐えることができる。

軸対称複屈折素子は、物点または像点の主光線が極性直交偏極光の偏極軸及び軸対称複屈折素子の複屈折軸のいずれとも揃えられる、テレセントリック空間内に配置されることが好ましい。テレセントリック結像光学系は縮小光学系とすることができ、軸対称複屈折素子はテレセントリック像空間内に配置することができる。軸対称複屈折素子の少なくとも一部はサファイアで形成されることが好ましい。

複屈折素子は偏極光線を異常光線と常光線に分離し、極性直交偏極光は異常光線及び常光線の実質的に一方または他方として軸対称複屈折素子を通過する。軸対称複屈折素子は常光線と異常光線の間で少なくとも０.０００５の複屈折差を示すことが好ましい。

極性直交偏極光は、軸対称複屈折素子を常光線として通過する旋光偏極光、または軸対称複屈折素子を異常光線として通過する放射形偏極光とすることができる。軸対称複屈折素子は、テレセントリック結像光学系の１つまたはそれより多くの他の波面変化を補償する波面変化を生じさせる、異常光線の傾きにともなって変化する屈折率を示すことができる。軸対称複屈折素子は、テレセントリック結像光学系に光屈折能を付与し、テレセントリック結像光学系の開口数を大きくすることもできる。後者に関しては、軸対称複屈折素子はテレセントリック結像光学系の他の固体光学素子よりも高い平均屈折率を示す固体光学素子であることが好ましい。

深ＵＶ結像光学系としての本発明の別形態様は、対物像を形成するための光学素子の配置及び深ＵＶ極性直交偏極光を発生する照明器を含む。光学素子の内の少なくとも１つは常光線と異常光線の間で複屈折差を示す軸対称複屈折素子である。軸対称複屈折素子は極性直交偏極光に対して、極性直交偏極光が常光線及び異常光線の内の実質的に一方または他方として軸対称複屈折素子を通って伝搬するように、方位が定められる。

照明器は結像光学系のひとみに実質的に共役な極性直交偏極光を発生することが好ましい。軸対称複屈折素子は、物点または像点の主光線が極性直交偏極光の偏極軸及び軸対称複屈折素子の複屈折軸のいずれとも実質的に平行に進む、テレセントリック空間に配置されることが好ましい。

軸対称複屈折素子は光軸が偏極軸及び主光線のいずれとも揃えられた単軸結晶でつくることができる。複屈折は単軸結晶の光軸に沿って最小になる。しかし、軸対称複屈折素子は常光線と異常光線の間で少なくとも０.０００５の最大複屈折差を示すことが好ましい。軸対象複屈折素子は結像光学系に光屈折能を付与し、結像光学系の開口数を大きくすることが好ましい。軸対称複屈折素子は他の光学素子の平均屈折率より実質的に高い平均屈折率及び他の光学素子の平均融点より実質的に高い融点を有することができる。

本発明はリソグラフィ分野にわたって広い適用性を有し、描画及び検査の目的に有用である。範囲が拡大されて、深ＵＶ波長における結像に利用できるようになった材料は、収差の低減、開口数の増大または直径の縮小に用いることができ、より高いパワー密度に適応するかまたは光学系の実用寿命を延ばすことができる。

複屈折材料を通って伝搬している無偏極光線が感受する屈折率には偏極依存性があって、入り光線を異なる屈折率を感受する直交偏極した異常光線及び常光線に分ける。図１Ａ，１Ｂ，２Ａ及び２Ｂは、軸対称複屈折材料１０，特に単軸複屈折結晶の軸平面１２に関し、異常光線偏極及び常光線偏極を示す。図１Ａ及び１Ｂに示されるように、異常光線１４の振動電場ベクトル１６は、光線１４及び軸対称複屈折材料１０の複屈折軸２０のいずれをも含む、軸平面１２に載る。単軸複屈折結晶については、複屈折軸２０は、複屈折がそれに沿って最小になる、単軸結晶の光軸である。電場ベクトル１６は異常光線１４に垂直に向くが軸平面１２内にある。

図２Ａ及び２Ｂに示されるように、常光線２４の振動電場ベクトル１６は図１Ａ及び１Ｂに示される軸平面と同じ軸平面１２に対して法線方向（垂直方向）に向く。電場ベクトル２６は常光線２４及び軸平面１２のいずれに対しても法線方向を指す。

異常光線１４の電場ベクトル１６は複屈折軸２０に対し、複屈折軸２０に対する異常光線の傾角θの余角をなして傾いている。常光線２４の電場ベクトル２６は、複屈折軸２０に対する常光線２４の傾きの全範囲にわたって、複屈折軸２０及び軸平面２０のいずれに対しても直交したままである。

一般的な単軸複屈折結晶において、常光線２４が感受する屈折率は複屈折軸２０に対する傾角の全範囲にわたって一定のままである。しかし、異常光線１４が感受する屈折率は下式：

にしたがう、複屈折軸に対する傾きの連続関数として変化する。

ここで、θは複屈折軸２０に対する光線の傾角、ｎは異常光線１４が感受する屈折率、ｎ_０は常屈折率、ｎ_ｅは異常屈折率である。傾き０°（θ＝０）において、異常光線１４は常光線２４と同じ屈折率を感受する。傾きが０°と９０°の間で大きくなるとともに、異常光線１４が感受する異常屈折率ｎ_ｅは漸進的に大きくなり、感受する常屈折率ｎ_０は漸進的に小さくなる。９０°の傾きにおいて、異常光線１４は異常屈折率ｎ_ｅだけを感受する。常光線２４が感受する屈折率は、複屈折軸２０に対する傾きにかかわらず、常屈折率ｎ_０のままである。

すなわち、無偏極光線が複屈折軸２０に対して傾いて、単軸複屈折結晶のような、軸対称複屈折光学素子を通過すると、そのような光線は異常光線１４及び常光線２４に分れる。無偏極光の電場ベクトルは異常光線１４及び常光線２４に相当するいずれの偏極成分を含む。２つの偏極成分の相対比は異常光線１４と常光線２４の相対強度を示す。２つの光線１４及び２４は、２つの光線１４及び２４が感受する異なる屈折率に依存して、異なる位置で軸対称複屈折材料から出る。異常光線１４の感受する屈折率ｎは上式で表されるように複屈折軸２０に対する傾きの関数であるから、一般に、無偏極光の複屈折軸に対する傾きが大きくなるほど、出てくる異常光線１４と常光線２４の間の隔たりは大きくなる。

しかし、複屈折軸を含む軸平面内にあるかまたは同じ軸平面の法線方向を向く電場ベクトルを有する直線偏極光線は常光線と異常光線に分れないであろう。代りに、直線偏極光線は、電場ベクトルが軸平面の法線方向を向いていれば常光線として、また電場ベクトルが軸平面内にあれば異常光線として出て来るであろう。直線偏極光の電場ベクトルは、直角ではない角度で軸平面と交差する方向に向くこともでき、この直線偏極光は常光線と異常光線に分れる。

したがって、光ビームが、単軸複屈折結晶のような軸対称複屈折材料の複屈折効果を回避するためには、ビーム内のそれぞれの光線が複屈折軸の軸平面内にあるかまたは同じ平面の法線方向を向く方向に直線偏極していなければならない。

図３Ａ，３Ｂ及び４Ａ，４Ｂに示されるように、光円錐に対する軸対称直線偏極パターンは、光円錐の軸２８が複屈折軸２０に揃えられ、それぞれの光線の直線偏極が光線の軸平面１２内にあるかまたは光線の軸平面１２の法線方向を向いていれば、上記の要請を満たすことができる。一方の、電場ベクトル１６ａ及び１６ｂがそれぞれの光線１４ａ及び１４ｂとともに軸平面１２に載っている軸対称直線偏極パターン（図３Ａ及び３Ｂを見よ）は、他方の、偏極軸３０を中心とする放射形偏極と称される。電場ベクトル２６ａ及び２６ｂがそれぞれの光線２４ａ及び２４ｂの軸平面１２に垂直な方向を向いている回転対称直線偏極パターン（図４Ａ及び４Ｂを見よ）は、同じ偏極軸３０を中心とする旋光偏極と称される。

放射形偏極光円錐３２は、光線角θの関数としての屈折率ｎの変化のために波面歪を受けた一組の異常光線（例えば１４ａ及び１４ｂ）として軸対称複屈折材料１０から出る。旋光偏極光円錐３４は、そのような波面歪を受けない一組の常光線（例えば２４ａ及び２４ｂ）として軸対称複屈折材料１０から出る。通常は、波面歪を回避するために旋光偏極光がおそらく好ましいと考えられる。しかし、放射形偏極光によって発生する整然とした波面歪は、結像光学系における他の歪の補正のため、または、結像光学系における偏光のような、その他の光学操作のために、有益であり得る。単軸複屈折結晶は異常屈折率ｎ_ｅ及び上屈折率ｎ_０の相対比に依存して正または負の複屈折を有することができる。

図５に示されるように軸対称偏極パターンをテレセントリック結像光学系４０のひとみに共役に配置することにより、軸対称複屈折材料を、テレセントリック物空間５６及びテレセントリック像空間５８に配置される、光学素子５２及び５４のような、光学素子を、それぞれの固有複屈折の効果を回避しながら、形成するために用いることができる。３００ナノメートル（ｎｍ）より短い、好ましくは約１５７ナノメートル（ｎｍ）の波長で動作するエキシマーレーザのような、光源４２が、（例えば、アパーチャ絞り４８の像として見られる）レンズのひとみにおいて放射形偏極光または旋光偏極光を与える照明器の形態をつくるための軸対称偏光子４６を有する照明器４４に光を供給する。軸対称偏光子は、偏極光または無偏極光を基にして、様々な形態をとることができる。例えば、回折光学素子、偏波感応コーティング、波長板の組合せ及び回転スリットをこの目的のために用いることができる。微細リソグラフィ用結像光学系での使用が予定された偏波回転子が米国特許出願公開第２０００２/０１２６３８０号明細書に開示されている。この明細書は本明細書に参照として含まれる。

テレセントリック物空間５６内での物平面６６の物点６０ａ，６０ｂ及び６０ｃのそれぞれまたはテレセントリック像空間５８内での像平面６８の像点６１ａ，６１ｂ及び６１ｃのそれぞれには、極性直交偏極の意図された偏極軸３０並びに軸対称複屈折光学素子５２及び５４の複屈折軸２０のいずれにも平行に向く、主光線６４ａ，６４ｂ，６４ｃまたは６５ａ，６５ｂ，６５ｃによって形成される軸を有する、それぞれ自体の光円錐６２ａ，６２ｂ，６２ｃのそれぞれまたは６３ａ，６３ｂ，６３ｃのそれぞれが付随する。主光線６４ａ，６４ｂ，６４ｃのそれぞれまたは６５ａ，６５ｂ，６５ｃのそれぞれは複屈折軸３０の方向に進み、物点光円錐６２ａ、６２ｂ、６２ｃのそれぞれまたは像点光円錐６３ａ、６３ｂ、６３ｃのそれぞれの他の光線は常光線偏極と異常光線偏極を区分する軸平面に載る。したがって、照明光の回転対称偏極がテレセントリック結像光学系のひとみに共役であれば、テレセントリック物空間５６内の物光円錐６２ａ、６２ｂ、６２ｃまたはテレセントリック像空間５８内の像光円錐６３ａ、６３ｂ、６３ｃも実質的に同じ軸対称偏極を有する。

軸対称光学素子５２または５４をテレセントリック物空間５６またはテレセントリック像空間５８に配置できる能力により、テレセントリック結像光学系の初段光学素子または終段光学素子を、物平面６６または像平面６８近傍の高パワー密度により良く適応するような、単軸結晶またはその他の丈夫な軸対称複屈折材料でつくることが可能になる。ほとんどの微細リソグラフィ用投影光学系のような、縮小光学系において、最高パワー密度は像平面６８に現れ、サファイアのような一層丈夫な材料は、破壊されずにそのような最高パワー密度により良く適応することができる。サファイア及びフッ化ランタンのような単軸結晶は、結像光学系４０の開口数を大きくするため、または与えられた開口数において結像光学系の他の光学素子の寸法を縮小するために利用することができる、高屈折率を有する。さらに、軸対称複屈折光学素子５２または５４は、光屈折能を付与するため、または結像光学系４０内で収差の補正に関与させるために、配置することができる。

ひとみにおいて、放射形偏極光は物平面６６または像平面６８において光線毎ベースでＴＭ偏波と同等と考えることができ、旋光偏極光は同じ物平面６６または像平面６８において光線毎ベースでＴＥ偏波と同等と考えることができる。開口数を大きくすると、ＴＭ成分はコントラスト低下という初期効果を有する。しかし、１.２をこえるような、さらに大きな開口数になると、ＴＭ偏波に対するコントラストは高くなるが、位相が反転する。ＴＥ偏波はより一貫したコントラストを生じるが、結像光学系４０全体でより容易に反射から消え去る。

放射形偏極及び旋光偏極は、同じ９０°間隔でそれぞれの光線の電場ベクトルを回転させることにより、相互に変換することができる。これは光軸のまわりの角方位に不感な波長板を用いることで達成することができよう。この変換を達成するための結像光学系における位置は、例えばひとみに、限定することができ、波長板に入射する光は偏極を平等に回転させるためにコリメートされることが好ましい。

本発明に至る過程で、サファイア、フッ化マグネシウム及びフッ化ランタンをとりわけて含む、単軸結晶類は、微細リソグラフィ用結像光学系において用いるに十分に透過性で丈夫であると認められたが、不適とされるほどの固有複屈折を示すことも認められた。フッ化カルシウムは深ＵＶ波長において補正を必要とする十分に大きいと見なされるいくらかの固有複屈折を示すが、既知の単軸複屈折結晶はさらに大きく、１００００倍にも達する固有複屈折を示す。しかし、上述した対称性の合同により、これらの結晶の複屈折の望ましくない効果は回避される。軸偏極対称性を、テレセントリック空間に見られるような、適切な伝搬対称性と適切に組み合せれば、軸対称複屈折材料によって、深ＵＶ結像光学系に用いることができる材料の数を大きく拡大することができる。

軸対称複屈折材料は収差補正を含む目的のために用いることができる。収差補正がなされ得る場所には、テレセントリック像空間５６の像平面６６近傍、テレセントリック物空間５８の物平面６８の近傍、または設計にしたがって生じ得る１つまたはそれより多くの中間テレセントリック空間がある。軸対称複屈折素子は軸偏極対称性が共役であるひとみに配置することもできる。ほとんどの単軸結晶が示す複屈折は結晶軸に対する傾きが大きくなるにつれて強くなるが、極性直交偏極をもつ光線は単軸結晶の屈折率を１つしか感受しない。すなわち、光線がそれぞれの偏極にしたがって異常光線と常光線に分れて結晶を出ることはない。

おそらく単軸結晶の最も重要な用法は、パワー密度が最も高く、高屈折率が結像光学系の開口数を大きくする上でおそらく最も大きな効果を有し得る、微細リソグラフィ用縮小光学系のテレセントリック像空間における終段素子としての用法であろう。浸漬結像光学系における終段固体光学素子として用いるにはサファイアが特に好ましい。最近の進展により、水のような、液体浸漬媒質の屈折率をドーピングによって高めることが可能になり、サファイアは（短ＵＶ波長において）１.９の範囲の高屈折率も有する。開口数は屈折率に直接的に依存するから、開口数のかなりの増大を支援するための屈折率のかなりの増大が期待される。

さらに、サファイアはフッ化カルシウムまたは石英ガラスよりもかなり丈夫な材料であり、サファイアは像平面近くで生じる高パワー密度に一層よく耐え得ると考えられる。終段光学素子は単体として、またはスタック形態で形成することができる。例えば、サファイア素子は、サファイア板を像平面６８及び、半球石英ガラスレンズのような、かなり大きな屈折能を有する隣接素子のいずれにも光結合させるために液体媒質に両面とも浸漬される、板として形成することができよう。別の態様では、サファイア素子がより大きな半球体内にはまり込む半球体として形成される。また別の態様では、浸漬に用いられる終段光学素子全体がサファイアでつくられ、像平面に最も近い表面自体は平面であるが、逆側表面はかなりの屈折能を有する。

単軸結晶材料としてのフッ化マグネシウムは、フッ化カルシウムより低い散乱を有するから、別の場所のために好ましい。単軸結晶以外のその他の材料は、適切に縁取りされるか、さもなければ軸対称複屈折対称性を示すように操作されれば、本発明に有益になることができる。

図６は、テレセントリック像平面における終段屈折能付与光学素子９１がサファイアでつくられた、微細リソグラフィ用縮小対物光学系７０としての本発明の一例を詳細に示す。ＴＥ偏波光線の向きがサファイア光学素子の軸平面内に定められるような縮小光学系に対して旋光偏極照明が予定される。光学系を作成するための製造データを含む表を以下に示す。

寸法は全てミリメートル（ｍｍ）で与えられる。厚さは次の表面までの軸距離である。表における正の半径は曲率の中心が図６の縮小光学系の右側にあることを示す。負の半径は曲率の中心が左側にあることを示す。像直径は近軸値である。術語「シリカ」は石英ガラスを指し、術語「液体」は屈折率が１.６３６の高屈折率液体を指す。サファイアの高屈折率（予定される波長においてほぼ１.９）により、大開口数を得るために高屈折率液体を用いることが可能になる。

非球面Ａ（１）は下式：

にしたがって定められる。ここで、非球面Ａ（１）については下表の定数が適用される。

図７に示されるように、サファイア光学素子９１は湾曲光入射面９４及び高屈折率液体９２に接する平光出射面９６を有する。サファイア光学素子９１を通って伝搬する像点（例えば１００）の主光線（例えば９８）は、極性直交偏極光のそれぞれの光円錐１０２の偏極軸３０をサファイア光学素子９１の複屈折軸（すなわち光軸）２０と揃えるために、ほぼテレセントリックである。

本発明は、テレセントリック結像光学系、極性直交偏極及び軸対称複屈折材料に関するが、発明者等は、実用目的に関しては、概テレセントリック結像光学系、概極性直交偏極及び概軸対称複屈折材料も本発明の総体的な目的が達成される変形態様範囲に包含されると主張する。関わる特定の許容範囲自体は特定の適用要件によって変わるであろう。

本発明を限られた数の実施形態に関して説明したが、当業者であれば、本発明の教示の範囲内で可能な多くの変形態様を認めるであろう。例えば、単純な単軸結晶で軸対称複屈折光学素子を形成する代りに、集合して軸対称複屈折を示す、立方晶を含む、材料の組合せを用いることができるであろう。

軸対称複屈折材料の軸平面の、異常光線がその振動偏極ベクトルとともに軸平面内で描かれている図である 全てが軸平面にある、異常光線、異常光線の振動偏極ベクトル及び軸対称複屈折材料の軸の内の複屈折軸を示す、図１Ａの軸平面の端面図である 軸対称複屈折材料の軸平面の、常光線が軸平面内に描かれているが、常光線の振動偏極ベクトルは軸平面内または軸平面外を指している図である 図２Ａの軸平面の、常光線及び軸対称複屈折材料の複屈折軸は軸平面内にあるが、常光線の振動偏極ベクトルは軸平面の法線方向に向いていることを示す端面図である 電場ベクトルが軸対称複屈折材料の軸平面内にある放射形偏極パターンの軸方向図である 図３Ａの線３Ｂ-３Ｂに沿ってとられた軸平面の、一対の異常光線及び軸平面内のそれぞれの偏極ベクトルを示す図である 電場ベクトルが軸対称複屈折材料の軸平面の法線方向に向いている旋光偏極パターンの軸方向図である 図４Ａの線４Ｂ-４Ｂに沿ってとられた軸平面の、一対の常光線を軸平面の内または外に向いているそれぞれの偏極ベクトルとともに示す図である 軸対象複屈折光学素子がテレセントリック物空間及びテレセントリック像空間に配置されている深ＵＶテレセントリック結像光学系の図である 終段ガラス光学素子がサファイアでつくられている、微細リソグラフィ用浸漬対物光学系のさらに詳細な図である サファイア光学素子の拡大側面図である

符号の説明

１０ 軸対称複屈折材料
２８ 光円錐軸
３０ 偏極軸
４０ テレセントリック結像光学系
４２ 光源
４４ 照明器
４６ 軸対称偏光子
４８ アパーチャ絞り
５２，５４ 軸対称複屈折光学素子
５６ テレセントリック物空間
５８ テレセントリック像空間
６０ａ，６０ｂ，６０ｃ 物点
６１ａ，６１ｂ，６１ｃ 像点
６２ａ，６２ｂ，６２ｃ 物点光円錐
６３ａ，６３ｂ，６３ｃ 像点光円錐
６４ａ，６４ｂ，６４ｃ，６５ａ，６５ｂ，６５ｃ 主光線
６６ 物平面
６８ 像平面

Claims (10)

1. 深ＵＶ結像光学系において、
   対物像を形成するための光学素子の配置、及び
   深ＵＶ極性直交偏極光を発生する照明器、
   を備え、
   前記光学素子の少なくとも１つが、常光線と異常光線の間で複屈折差を示す軸対称複屈折素子であり、
   前記軸対称複屈折素子が、前記極性直交偏極光が前記常光線及び前記異常光線の内の実質的に一方または他方として前記軸対称複屈折素子を通って伝搬するように、前記極性直交偏極光に対して方向付けられている、
   ことを特徴とする結像光学系。
2. ひとみを有し、前記照明器が前記ひとみに実質的に共役な前記極性直交偏極光を発生することを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
3. 前記軸対称複屈折素子が、物点または像点の主光線が前記極性直交偏極光の偏極軸及び前記軸対称複屈折素子の複屈折軸のいずれとも実質的に平行に進むテレセントリック空間に配置されることを特徴とする請求項１に記載の結像光学系。
4. 前記軸対称複屈折素子が前記偏極軸及び前記主光線のいずれとも揃えられた光軸を有する単軸結晶でつくられることを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
5. 前記軸対称複屈折素子が、少なくとも０.０００５の、常光線と異常光線の間の複屈折差を示し、他の光学素子の平均屈折率より実質的に高い平均屈折率を有し、他の光学素子の平均融点より実質的に高い融点を有することを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
6. 前記軸対称複屈折素子が前記結像光学系に屈折能を付与することを特徴とする請求項３に記載の結像光学系。
7. 極性直交偏極光を軸対称複屈折素子に揃えるテレセントリック結像光学系において、電場ベクトルがそのまわりに対称に配される偏極軸を前記極性直交偏極光が有し、複屈折がそのまわりに対称に配される複屈折軸を前記軸対称複屈折素子が有し、前記偏極直交偏極光の前記偏極軸が前記軸対称複屈折素子の前記複屈折軸に揃えられることを特徴とする結像光学系。
8. 前記軸対称複屈折素子が、物点または像点の主光線が前記偏極直交偏極光の前記偏極軸及び前記軸対称複屈折素子の前記複屈折軸のいずれとも揃えられる、テレセントリック空間内に配置されることを特徴とする請求項７に記載の結像光学系。
9. 前記軸対称複屈折素子が偏極光線を異常光線と常光線に分け、前記極性直交偏極光が前記異常光線及び前記常光線の内の実質的に一方または他方として前記軸対称複屈折素子を通過することを特徴とする請求項７に記載の結像光学系。
10. 前記軸対称複屈折素子が前記異常光線の傾きにしたがって変化する屈折率を示し、前記テレセントリック結像光学系の１つまたはそれより多くの波面変化を補償する波面変化を生じることを特徴とする請求項９に記載の結像光学系。

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