JP2009508170A5 - - Google Patents

Description

マイクロリソグラフィ露光システムの光学系

本発明は、光学系に関し、詳細にはマイクロリソグラフィ露光システムの照明系又は投影レンズに関する。

マイクロリソグラフィは、集積回路、ＬＣＤ、その他の微細構造装置のような微細構造構成要素の製造に使用される。マイクロリソグラフィプロセスは、照明系と投影レンズを含むいわゆるマイクロリソグラフィ露光システムで実施される。照明系によって照射されるマスク（又は、レチクル）の像が、投影レンズを介して、レジストで覆われた基板（一般に、１つ又は複数の感光層を支持し、投影レンズの像平面内に配置されるシリコンウェーハ）上に投影されて、ウェーハ上の感光層上に電気回路のパターンが転写される。

投影レンズの像平面に作成された像の適切な干渉コントラストを得るには、入射平面に対して垂直にそれぞれ偏光されている光線を二光線束干渉させると有利である。この点に関して、システムの瞳平面内の個々の直線偏光ビームの電界ベクトルの振動面が、光学軸から出る半径と垂直な向きを有する、いわゆる接線偏光分布を有することが好ましい。

更に、マイクロリソグラフィ露光システムの解像度と光学性能を高める様々な試みのために、比較的高い屈折率を有する材料で作成した光学部品を使用する必要性が高まっている。本明細書では、屈折率の値は、使用される波長で、１９３ｎｍでｎ≒１．５６のＳｉＯ₂の屈折率を超える場合に「高い」と見なされる。そのような材料は、例えば、スピネル（spinell）（１９３ｎｍでｎ≒１．８７）、サファイア（１９３ｎｍでｎ≒１．９３）、酸化マグネシウム（１９３ｎｍでｎ≒２．０２）である。しかしながら、これらの材料が、一軸性複屈折（例えば、１９３ｎｍでΔｎ≒−０．０１を有する光学的一軸性サファイア）又は固有複屈折（intrinsic birefringence）（「ＩＢＲ」。例えば、１９３ｎｍでＩＢＲ≒５２ｎｍ／ｃｍのスピネル、１９３ｎｍでＩＢＲ≒７０ｎｍ／ｃｍの酸化マグネシウム、又はガーネット（Ｍ１）₃（Ｍ２）₇Ｏ₁₂（ここで、Ｍ１は、例えばＹ、Ｓｃ又はＬｕ、Ｍ２は、例えばＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ又はＴｌ、ＩＢＲが２０ｎｍ／ｃｍ〜８０ｎｍ／ｃｍの範囲）のいずれかの作用を示し、透過光線の偏光分布を妨げるリターデーションを引き起こすという事実から問題が起こる。更に、例えば、使用される光学部品の応力複屈折や反射境界面で生じる位相ずれなどから他の乱れが起こる。

従って、そのような乱れを少なくとも部分的に補償するための対応策が必要である。当該技術分野では多数の手法が知られており、以下の引用は、網羅的でもなくまた本出願の関連性を宣言することなく示される。

特許文献１は、偏光状態の局所的な乱れを補償することができる装置を提供するために、偏光分布の乱れが少なくとも部分的に補償されるように光ビームの断面全体にわたって不規則に変化する厚さを有する、少なくとも１つの複屈折自由形態(free-form)光学要素（主軸を有するそのような要素の少なくとも２つが互いに対して回転されることが好ましい）を使用することを開示している。

特許文献２は、偏光分布の乱れを補償するための補償装置を開示しており、その補正装置は、厚さが局所的に不規則な２つの複屈折補正要素を含む補正部材を有する。補正要素の配置、厚さ、複屈折特性は、厚さの局所的不規則性を考慮しない場合に、乱れを補償する箇所でのみ偏光に影響を及ぼすように、複屈折効果を互に打ち消し合うように選択される。

更に、特許文献３は、水晶、サファイア、ＭｇＦ₂、ＬａＦ₃などの少なくとも２つの異なる一軸性結晶材料が対物レンズ内にある、マイクロリソグラフィ投影レンズを開示している。

複屈折の影響を補償しかつ／又は偏光状態の乱れを防ぐ更に他の試みには、例えば、形態複屈折(form-birefringent)層による偏光への様々な影響を使用するレンズのクロッキング（例えば、特許文献４又は特許文献５）や、露光ビームの対応する部分を特定の方向にそれぞれ偏光する複数の複屈折タイルを含むモザイクタイル構造の挿入（例えば特許文献６を参照）がある。

米国特許第６，２５２，７１２ Ｂ１ ＷＯ２００５／００１５２７ Ａ１ ＷＯ２００５／０５９６４５ Ａ２ 米国特許第２００４／０１０５１７０ Ａ１ ＷＯ０２／０９３２０９ Ａ２ 米国特許第６，１９１，８８０号

本発明の目的は、マイクロリソグラフィ露光システムの要件に従って高精度に製造することができる単純な構造で任意の望ましい偏光分布を有効に作成することができる光学系、詳細にはマイクロリソグラフィ露光システムの照明系又は投影レンズを提供することである。より詳細には、本発明は、特に比較的高い屈折率と比較的強い複屈折性を有する１つ又は複数の光学要素の存在による（例えば、一軸性材料又は強力な固有の複屈折を示す材料の存在による）偏光状態の局所的な乱れを有効に補償することができる光学系を提供する。更に他の態様として、本発明は、第１の（例えば、円又は直線）偏光分布を第２の（例えば、接線）偏光分布に変換する光学系を提供する。

本発明の一態様による光学系、特にマイクロリソグラフィ露光システムの照明系又は投影レンズは、光学系軸と、それぞれが光学的一軸性材料で作成され且つ非球面を有する３つの複屈折要素から成る少なくとも１つの要素グループとを有し、
前記グループの第１の複屈折要素の光学結晶軸が第１の向きを有し、
前記グループの第２の複屈折要素の光学結晶軸が第２の向きを有し、前記第２の向きは、前記第１の向きの回転から出てくるように記述することができ、前記回転は、光学系軸のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致せず、
前記グループの第３の複屈折要素の光学結晶軸が第３の向きを有し、前記第３の向きは、前記第２の向きの回転から出てくるように記述することができ、前記回転は、光学系軸のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。

本発明の意味において、用語「複屈折」又は「複屈折要素」は、直線偏光複屈折と円偏光複屈折の両方を含む（即ち、例えば結晶水晶に見られるような光学活性）。

好ましい実施態様によれば、要素グループの３つの複屈折要素は、第２の複屈折要素が、光学系軸に沿って即ち光伝搬方向に、第１の要素に続く次の複屈折光学要素であり、第３の複屈折要素が、光学系軸に沿って即ち光伝搬方向に、第２の要素に続く次の複屈折光学要素であるという意味で連続している。換言すると、グループの要素は、光学系内に光学系軸に沿って連続又は互い隣り合った関係で配列される。更に、３つの要素は、（複屈折又は非複屈折）光学要素を間に挟むことなく互いに直接隣接していることが好ましい。

本発明によれば、偏光状態の局所的乱れの望ましい補償を達成するために３つの複屈折要素の組み合わせが使用される。その複屈折要素のそれぞれは、非球面を有し、従ってその厚さプロファイルから生じる複屈折効果が様々な強さを有する。本発明は、３つの要素と、厚さプロファイル及びそれぞれの結晶軸の向きの適切な変化とのそのような組み合わせにより、主に任意の望ましいリターデーション分布を達成することができ、また、このリターデーションを使用して、例えば一軸性媒体、二軸性媒体、固有複屈折を有する媒体、又は応力誘起複屈折を有する媒体を使用することによって生じる強いリターデーションを示す光学系内の１つ又は複数の光学要素の存在による既存のリターデーション分布を少なくともある程度補償することができるという認識に基づく。

本発明の基礎となる理論的考察に従って、

を備えた、一般的な形を有する非吸収性（＝ユニタリ）ジョーンズ行列をポアンカレ球の回転によって次のように記述することができる。

ここで、ポアンカレ球の面上にある点は特定の偏光状態を示す。本発明の概念は、ポアンカレ球の回転を基本回転に分割することができ、またその基本回転も特定のジョーンズ行列に対応するという事実に基づく。そのようなジョーンズ行列のうちの３つの適切な組み合わせが、ポアンカレ球の望ましい回転（即ち、望ましい非吸収（＝ユニタリ）ジョーンズ行列）を記述するために使用される。

換言すると、ユニタリジョーンズ行列は、次の３つの行列関数の行列積として表わすことができる、

ここで、適切な「オイラー角」α、β、γが選択される。行列関数Ｒ₁（α）、Ｒ₂（α）、Ｒ₃（α）はそれぞれ、次の組から得られる。

この式は、回転子、向き０°のリターダ（retarder）、向き４５°のリターダを記述し、その強さはαで指定される。任意のユニタリジョーンズ行列のこの分解は、常に、次の条件下で可能である。

Ｒ₁（α）≠Ｒ₂（α）かつＲ₂（α）≠Ｒ₃（α） （３）

本発明による３つの複屈折要素の要素グループにおいて、第２（又は、第３それぞれ）の複屈折要素の光学結晶軸の向きが、第１（又は、第２それぞれ）の複屈折要素の光学結晶軸の向きの９０°又はその整数倍に一致しない角度の回転から出てくるように記述できるという上記の特徴は、上記の意味において３つの複屈折要素の独立性を保証する。これは、それぞれ非球面とそのような光学結晶軸の向きを有する２つの要素が（これらの２つの要素の２つの向きが例えば互いに角度９０°だけ回転される）、それぞれの非球面（又は、厚さプロファイル）の符号が同時に逆になった場合にこれらの要素の一方を他方の代わりに使用することができるので、それらの偏光効果が独立でないという事実を考慮する。

換言すると、本発明による要素グループは、３つの複屈折要素を有し、本発明による光学グループの２つの後の複屈折要素は、異なる向きの光学結晶軸を有する。更に、２つのそのような向きは、それらの向きの一方を、光学系軸のまわりの９０°（又はその整数倍）の角度の回転によって達成できない場合だけ互いに異なると見なされる。

換言すると、本発明による光学グループの２つの後の複屈折要素の向きは、それらの向きでその偏光効果が実際に異なるかどうかを決定する際に、互いの「モジュロ９０°（modulo 90°）」を比較しなければならない。従って、換言すると、本発明のこの態様は、光学グループの２つの後の複屈折要素の光学結晶軸が光学系軸と垂直な平面内にある場合に、それらの光学結晶軸の２つの向きの間の「モジュロ９０°の角度」がゼロではないという点で定義される。例えば、光学系軸に対して垂直な平面内にあり且つ互いに９０°の角度を有する２つの向きは、本発明によれば、等しいか又は独立でないと見なされ、一方光学系軸に対して垂直な平面内にあり且つ互いに９５°の角度を有する２つの向きは、「モジュロ９０°の９５°」＝５°の角度をなし、従って等しくないか互いに独立であると見なされる。

光学結晶軸が上記の基準を満たす３つの複屈折要素のそのような要素グループを光線の束が通る場合は、それらの複屈折要素の非球面又は厚さプロファイルの適切な選択のために、光学系（例えばマイクロリソグラフィ露光システムの投影レンズ）内の偏光分布の乱れを補償できるようになる。

一般に、所定の位置で所定の位相リターデーションΔψを提供するために、厚さｄは、次の式で与えられる。

本発明の文脈では、投影レンズでの複屈折効果の大きな補償は、一般に、少なくともλ・Δψ≧５ナノメートル（ｎｍ）のリターデーションに対応しなければならない。そのような補償を実現するために、そのようなリターデーション効果に対応する非球面による厚さの変化Δｄは、例えばＭｇＦ₂のΔｎの代表値が０．００２４で、典型的な波長がλ≒１９３ｎｍの場合に、Δｄ≒５ｎｍ／（２・π・Δｎ）≒３３１ｎｍになる。従って、波長λ≒１９３ｎｍの場合に、非球面の厚さプロファイル変化の代表的な定量的レベルの下限をΔｄ_min≒０．３μｍに推定することができる。達成された位相リターデーションΔψに関しては、複屈折効果の有効な補償に対応する下限Δψ_minを基準Δψ＞（５ｎｍ／１９３ｎｍ）によって示すことができ、その結果、位相リターデーションの下限Δψ_minを、Δψ_min≒０．０２５又はΔψ_min≒２５ｍｒａｄとして評価することができる。従って、本発明の実施態様によれば、複屈折要素はそれぞれ、その厚さプロファイルに、Δψ_min≒２５ｍｒａｄの最小位相リターデーションが光学系の所定の動作波長で得られるような変化がある。

本発明の実施態様によれば、３つの複屈折要素のすべての光学結晶軸は、互いに異なる方向に向けられる。そのような構成により、第１と第３の複屈折要素の結晶軸が互いに垂直な方向に向けられている構成の３つの結晶方位の上記概念を実現することができる。これは、補償される（即ち、要素グループによって提供される）望ましい偏光効果が、少なくともほとんど純粋なリターデーション（楕円成分が全く又はわずかしかない）である場合に、第１と第３の要素のそれぞれの非球面が、反対符号で実質的に同一の高さプロファイルの非球面を有し、そのような面のスカラー効果が少なくとも部分的に補償される範囲で有利である。

本発明の更に他の実施態様によれば、第１の複屈折要素と第３の複屈折要素の光学結晶軸は互いと実質的に平行である。そのような構成は、同一の非球面又は高さプロファイルを有する２つの要素を製造するのに有利であり、このことは、製造工程を大幅に単純化しまたこれらの要素に同一のテスト光学要素を使用するのに有利である。

本発明の更に他の実施態様によれば、すべての３つの複屈折要素の光学結晶軸は、光学系軸と垂直な方向に向けられ、第１の複屈折要素と第３の複屈折要素の光学結晶軸はそれぞれ、光学系軸のまわりに、グループの第２の複屈折要素の光学結晶軸に対して３０°〜６０°の範囲の角度、より好ましくは４０°〜５０°の範囲の角度、更に好ましくは４５°の角度だけ回転される。これは、光学結晶軸の方向が４５°の角度に向けられたそれぞれの要素が、互いに垂直な軸のまわりのポアンカレ球の回転（即ち、線形独立の回転）に対応し、これにより、より適度な高さプロファイルとより小さな表面変形を有する特定の望ましい補償効果を達成できる限り有利である。

好ましい実施態様によれば、光学要素のそれぞれの光学結晶軸は、光学系軸に対して実質的に垂直又は実質的に平行である。以下に、光学結晶軸が、光学系軸に対して「実質的に垂直」又は「実質的に平行」であるという表現は、本発明が厳密に垂直又は平行な向きの小さなずれを許容することを表しており、このずれは、光学結晶軸とそれぞれの垂直又は平行な向きとの間の角度が±５°を超えない場合に小さいと見なされる。

本発明の実施態様によれば、複屈折要素は、平均実質屈折力ゼロ（on average essentially no refracting power）である。この表現は、本発明の意味において、それぞれの要素の表面が最適球面によって近似される場合に、そのように近似された要素の屈折力が、１ジオプトリー（１Ｄｐｔ＝１ｍ^-1）以下であると理解される。「平均実質屈折力ゼロ」の複屈折要素の特性は、代替として、１つ又は複数の光学要素のための追加の補償板によって達成されてもよく、あるいは周辺部のみ（即ち、平行平面板と実質的に類似の）それぞれの要素の表面の起伏に起因する場合もある。一実施態様によれば、補償板は、非複屈折材料（例えば、融解石英）から作成されてもよい。

本発明の更に態様によれば、光学系、特にマイクロリソグラフィ露光システムの照明系又は投影レンズは、光学系軸と、３つの要素対から成る少なくとも１つの要素グループとを有し、各要素対は、１つの複屈折要素と１つの属性補償要素から成り、複屈折要素は、光学的一軸性材料で作成され且つ非球面を有し、それぞれの複屈折要素と属性補正要素は互いに補って要素対の平行平面幾何学形状になり、
前記グループの第１の複屈折要素の光学結晶軸は第１の向きを有し、
前記グループの第２の複屈折要素の光学結晶軸は第２の向きを有し、前記第２の向きは、前記第１の向きの回転から出てくるように記述することができ、光学系軸のまわりの９０°の角度又は整数倍の回転に一致しておらず、
前記グループの第３の複屈折要素の光学結晶軸は第３の向きを有し、前記第３の向きは、前記第２の向きの回転から出てくるように記述することができ、前記回転は、光学系軸（ＯＡ）のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。

従って、この態様における光学系又は光学要素グループは、前述の光学系又は光学要素グループと類似しており、複屈折要素と属性補償要素が平行平面幾何学形状になるように要素グループが複屈折要素のそれぞれに属性補償要素を含む点だけが異なる。更にこの態様で達成される有利な効果は、いわゆるスカラー位相への要素グループの有害な影響を小さく維持することができ、理想的なケースでは、平行平面板によってスカラー位相に引き起こされる影響と等しくすることができることである。補正要素は、また、光学系軸と垂直な平面内で向けられ且つ属性複屈折要素の光学結晶軸と垂直に向けられた光学結晶軸を有する光学的一軸性材料から作成されることが好ましい。この態様での光学系又は光学要素グループの好ましい実施態様と利点は、第１の態様による光学系又は光学要素グループに関して延べ検討した好ましい実施態様と利点を参照することができる。

更に好ましい実施態様によれば、結合された要素又は要素グループは、光学系の瞳平面内に配置される。

この構成は、投影レンズの像側最終レンズ要素に同じ角度で入る（従って、類似の強さの複屈折を受ける）光線がそれぞれ、要素グループ又は結合された要素を実質的に同じ位置で通りその偏光状態が同じように補償される限り有利である。

更に好ましい実施態様によれば、結合された要素又は要素グループは、関係０．８＜（Ｄ₁／Ｄ₂）＜１．０を満たす位置に配置され、ここで、Ｄ₁は前記位置における光束の径であり、Ｄ₂は、前記位置で光学的に使用される全体の径である。

この構成は、（光ビームの様々なフィールド位置に属する最終レンズ要素内の異なる幾何学的経路の長さにより）像側最終レンズ要素による偏光効果のフィールド依存性が生じる場合に達成される改善された補償の点で有利であり、その理由は、瞳平面に対する要素グループ又は結合された要素のそれぞれの変位と共にフィールド依存性をより良く考慮できるからである。

更に好ましい実施態様によれば、光学系は、関係０．５≦（Ｄ₁／Ｄ₂）≦１．０を満たす位置に、少なくとも２つの結合された要素又は要素グループの両方を配置して含み、この場合、Ｄ₁は、それぞれの位置における光学的に使用される全体の径であるそれぞれの位置における光束の径である。そのような構成では、達成される補償が、特に少なくとも瞳平面に最も近い位置で有効であると考えられる。詳細には、これらの２つの要素グループ又は結合された要素グループは、瞳平面に関して対称的、即ち同じ関係Ｄ₁／Ｄ₂を有する光学系の光学要素に沿って、瞳平面上の反対側の位置に配列することができる。

好ましい実施態様によれば、要素グループ又は結合された要素はそれぞれ、光学系の光伝搬方向に沿った第１の瞳平面内に配置される。この位置は、詳細には、光学系全体の設計において光学系内に配置された補正要素（又は、要素グループ）の補正効果と幾何学的サイズ径に対して瞳平面を変更する能力の高さの点で有利である。これは、第１の瞳平面が、開口数（ＮＡ）が最終（即ち、像側）瞳平面よりも低く、またこの第１の瞳平面の下流に配置された多数の光学要素が、光学結像を補正し最適化するのに十分な能力を提供する位置に配列されるからである。

更に他の好ましい実施態様によれば、結合された要素又は要素グループは、光学系軸に沿って、要素グループの平均光学有効径の５０％以下、好ましくは２０％以下、更に好ましくは１０％以下の最大軸方向長を有する。そのような小さな軸方向の長さは、グループの複屈折要素を互いに近くに配置することによって、各光学要素を比較的小さな厚さで作成しかつ／又は複屈折要素（又は、要素対それぞれ）を他の光学要素を間に入れることなく互いに直接隣り合わせて配置することによって得ることができる。光学要素グループのそのようなコンパクトな設計は、光学系軸に対して同じ傾きで通る光ビームの発散が減少し又は最小になり、その結果光学系軸に対して同じ距離で要素を通る光ビームが少なくともほぼ同じ偏光作用を受ける範囲で有利である。

更に他の態様では、本発明は、また、第２のレンズ構成要素に埋め込まれた第１のレンズ構成要素を含む光学要素に関し、第１のレンズ構成要素はスピネルから作成され、第２のレンズ構成要素は、光学的に等方性の材料から作成される。光学要素のそのような構造の有利な効果は、第１のレンズ構成要素を比較的薄く作成できることであり、要素の影響による光学系の光学性能（詳細には、一軸性複屈折又は固有複屈折ならびに吸収）の低下を小さく維持することができる。そのような光学要素は、前述のような光学系との組み合わせでも独立でも実現することができる。

本発明は、また、マイクロリソグラフィ投影露光装置、マイクロリソグラフィ投影露光装置用の照明系又は投影レンズ、マイクロリソグラフィ投影露光用の光学系の使用、基板と微細構造装置を構成するマイクロリソグラフィ方法に関する。

本発明の更に他の態様及び有利な実施態様は、以下の詳細な説明ならびに更に他の添付の特許請求の範囲から得られ、その内容は、参照によりその全体が説明の一部となる。

本発明は、以下の詳細な説明を参照し図面に示された好ましい実施形態に基づいて詳細に説明される。

図１は、本発明の一実施形態による完全なカタディオプトリック投影レンズ１００の全体の子午線断面を示す。投影レンズ１００の設計データは、表１に示されている。この表において、第１列には、反射性や他の点で異なるそれぞれの光学面の番号が含まれ、第２列には、その面の半径（ｍｍ）が含まれ、第３列には、その面の次の面からの距離（ｍｍ。厚さとしても示した）が含まれ、第４列には、それぞれの面に続く材料が含まれ、第５列には、λ＝１９３ｎｍにおけるこの材料の屈折率が含まれ、第６列には、光学部品の光学的に使用可能な自由半径（ｍｍ）が含まれる。

図１に短い横線によって示され表２に指定した面は非球面であり、そのような面の湾曲率は、次の非球面の式によって与えられる。

式（５）では、Ｐは、光学軸と平行関係にある当該の面のサジッタを示し、ｈは、光学軸から半径方向の距離を示し、ｒは、当該の面の曲率半径を示し、Ｋは、円錐定数を示し、Ｃ１、Ｃ２，．．．は、表２に示した非球面定数を示す。

投影レンズ１００は、光学系軸ＯＡに沿って、物体（即ち、レチクル）面ＯＰと像（即ち、ウェーハ）平面ＩＰの間に、屈折レンズ１１１〜１１４及び１１６〜１１９から成る第１のサブシステム１１０、光線が通過できるようにするために適切な位置でそれぞれ切断された第１の凹面鏡１２１と第２の凹面鏡１２２から成る第２のサブシステム１２０、屈折レンズ１３１〜１４３から成る第３のサブシステム１３０を有する。第３のサブシステムの像側の最終レンズ１４３は、Ｌｕ₃ＡＩ₅Ｏ₁₂（＝「ＬｕＡＧ」）で作成された向き［１００］を有する平凸レンズであり、即ち、投影レンズ１００の光学系軸ＯＡは、レンズ１４３の結晶軸［１００］と平行である。像側最終レンズ１４３は、その最終レンズ１４３と、投影レンズ１００の動作中に像平面ＩＰ内に配置されているウェーハ上の感光層との間にある液浸液と隣接している。液浸液１４３は、示した実施形態では、ｎ_imm≒１．６５の屈折率を有する。適切な液浸液は、例えば「デカリン（Decalin）」である。更に適切な液浸液は、例えばシクロヘキサン（λ≒１９３ｎｍでｎ_imm≒１．５７）である。

本願において、用語「サブシステム」は常に、それにより実物体が実像又は中間像に結像される光学要素の配列を示す。換言すると、所定の実像又は中間像平面から始まる各サブシステムは、常に、次の実像又は中間像までのすべての光学要素を含む。

第１のサブシステム１１０は、物体平面ＯＰを第１の中間像ＩＭＩ１上に投影する。第１の中間像ＩＭＩ１のおよその位置は、図１では矢印でマークされている。この第１の中間像ＩＭＩ１は、第２のサブシステム１２０によって第２の中間像ＩＭＩ２に投影される。第２の中間像ＩＭＩ２のおよその位置は、図１に矢印でマークされている。第２の中間像ＩＭＩ２は、第３のサブシステム１３０によって像平面ＩＰに投影される。

図１に矢印１１５でマークされ第１のサブシステム１１０内の瞳平面ＰＰ１の近くの位置に、図２ａ〜図２ｄと図３に関して後で構造を記述する要素グループが設けられる。

要素グループ２００は、図２ａによれば、光学的一軸性サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）でそれぞれ作成された３つの複屈折要素２１１〜２１３から成る。図２ｃによれば、３つの要素２１１〜２１３内の光学的一軸性材料の光学結晶軸は互いに異なる方向に向けられている。更に、３つの要素２１１〜２１３はそれぞれ、図２ａに単に概略的に示し図３と関連してより詳細に説明されるような非球面を有する。図２ａの概略図が、単に、要素２１１〜２１３がそれぞれ異なる厚さプロファイルを有することを表すものであり、厚さプロファイルの形状のより定量的な詳細は、図３の対応する高さプロファイルから収集することができることが重要である。

光学結晶軸の様々な向き関して、より具体的には、（図２ｃにｃａ−１、ｃａ−２、ｃａ−３として示した）そのような光学結晶軸はすべて、投影レンズ１００の光軸ＯＡ（＝Ｚ軸）と垂直な平面、すなわち図２ｃに示した座標系でｘ−ｙ平面内に向けられている。更に、図２ｃによれば、要素２１１の光学結晶軸ｃａ−１は、Ｙ軸と平行に向けられており、要素２１２の光学結晶軸ｃａ−２は、光軸ＯＡ（即ち、Ｚ軸）のまわりに結晶軸ｃａ−１に対して角度４５°だけ時計回りに回転され、要素２１３の光学結晶軸ｃａ−３も、光軸ＯＡ（即ち、ｚ軸）のまわりに結晶軸ｃａ−２に対して右回りに角度４５°（即ち、Ｙ軸に対して角度９０°）だけ回転されている。

より一般には、第２の光学要素２１２の光学結晶軸ｃａ−２の向きは、第１の光学要素２１１の光学結晶軸ｃａ−１の向きの投影レンズ１００の光軸１００のまわりの回転から出てくる(emerge)ように記述され、回転は、光学系軸のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。更に、第３の光学要素２１３の光学結晶軸ｃａ−３の向きは、第２の光学要素２１２の光学結晶軸ｃａ−２の向きの投影レンズ１００の光軸ＯＡのまわりの回転から出てくるように記述され、その回転もまた、光学系軸ＯＡのまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。

要素２１１〜２１３のそれぞれに提供された非球面に関して、図３ａは、第１の要素２１１の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示し、図３ｂは第２の要素２１２の高さプロファイルを示し、図３ｃは第３の要素２１３の高さプロファイルを示す。第１の要素２１１と第３の要素２１３の高さプロファイルは、反対符号のものであり、示した例では大きさが同じであることが分かる。

投影レンズ１００内の要素グループ２００の効果を示すために、図４ａは、位置１１５に要素グループ２００のない場合に像側最終レンズ要素１４３によって引き起こされるリターデーション（ナノメートル、ｎｍ）を示し、一方図４ｂは、位置１１５に光学要素グループ２００がある場合の投影レンズ１００のリターデーションを示す。図４ａのリターデーションが約１８０ｎｍの極大値を有し、それに対して図４ｂの最大リターデーションは、約０．５ｎｍの極めて小さい値に大幅に短縮されており、この値は、代表的なリソグラフィ用途に十分な値より大きいことが分かる。

図２ｄは、要素２２１〜２２３の要素グループの更に別の例を示し、第１の要素２２１と第３の要素２２３の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３の向きは、同一で且つ第２の要素２２２の光学結晶軸ｃａ−２の向きと異なる。より具体的には、また図２ｄに示したように、要素２２１と２２３の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３は両方ともｙ軸と平行に向けられており、要素２１２の光学結晶軸ｃａ−２は、結晶軸ｃａ−１に対して４５°の角度だけ光軸ＯＡ（即ち、ｚ軸）のまわりに回転されている。

図２ｃの実施形態と共通の特徴として、第２の光学要素２２２の光学結晶軸ｃａ−２の向きが、第１の光学要素２２１の光学結晶軸ｃａ−１の向きｃａ−１の投影レンズ１００の光軸ＯＡのまわりの回転から出てくるように記述することができ、回転は、光学系軸のまわりの９０°の角度又はその複数倍の回転に一致しない。更に、第３の光学要素２２３の光学結晶軸ｃａ−３の向きは、第２の光学要素２２２の光学結晶軸ｃａ−２の向きの投影レンズ１００の光軸ＯＡのまわりの回転から出てくるように記述することができ、その回転も、光学系軸のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。

要素２２１〜２２３のそれぞれに提供された非球面に関して、図３ａは、第１の要素２２１と第３の要素２２３の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示し、図３ｂは、第２の要素２２２の高さプロファイルを示す。従って、この特定の例では、第１の要素２２１と第３の要素２２３の高さプロファイルは同一であり、このことは、これらの要素が、投影レンズ１００内で楕円成分なしにリターデーションを補償するのに適することを意味する。しかしながら、本発明はこれに限定されず、本発明は、また、図２ｃの基本構造を有し且つ第１の要素２２１と第３の要素２２３の異なる高さプロファイルを有する光学要素２２１〜２２２ｃのグループを含む。

図２〜図３に関して説明した実施形態の要素２１１〜２１３と２２１〜２２３はすべて、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）で作成されるが、本発明はこれに限定されず、使用される波長領域内で十分な透明性を有する他の光学的一軸性材料（例えば、限定ではなく、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、フッ化ランタン（ＬａＦ₃）、結晶水晶（ＳｉＯ₂））を代替として使用することができる。更に、本発明は、３つの要素２１１〜２１３又は２２１〜２２３をすべて同じ材料とすることに制限されず、従って様々な材料の組み合わせを使用することもできる。

図５ａ〜図５ｆは、３つの各要素の図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を平面図で示す。

図５による要素グループのこれらの様々な実施形態を一般化するために、図２ｃと図２ｄと同じように、これらの要素グループのいずれについても、それぞれの第２の光学要素５１２〜５６２の光学結晶軸ｃａ−２の向きは、それぞれの第１の光学要素５１１〜５６１の光学結晶軸ｃａ−１の向きｃａ−１の投影レンズ１００の光軸１００のまわりの回転から出てくるように記述することができ、その回転は、光学系軸のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。更に、それぞれの第３の光学要素５１３〜５６３の光学結晶軸ｃａ−３の向きは、それぞれの第２の光学要素５１２〜５６３の光学結晶軸ｃａ−２の向きの投影レンズ１００の光軸ＯＡのまわりの回転から出てくるように記述することができ、その回転もまた、光学系軸のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない。

これらの要素グループの更に共通の特徴として、図２ｃと図２ｄのように、それぞれの３つの要素のうちの２つの要素（例えば、図５ａの要素５１１と要素５１３）の光学結晶軸「ｃａ−１」及び「ｃａ−３」は、第３の要素（例えば、図５ａの要素５１２）の光学結晶軸とは異なる方向に向けられている。

より具体的には、図５ａによれば、要素５１２の光学結晶軸「ｃａ−２」は、図に示した座標系でｙ方向に延び、一方光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３は両方とも、光学系軸ＯＡのまわりに光学結晶軸ｃａ−２に対して４５°回転される。すべての要素５１１〜５１３は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）又は別の適切な光学的一軸性材料で作成される。

図５ｂによれば、要素５２２の光学結晶軸ｃａ−２は、図に示した座標系で、ｙ方向に延びており、一方要素５２１と５２３の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３は、光学系軸ＯＡと平行（即ち、ｚ方向）に延びている。要素５２２は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）から作成され、要素５２１と５２３は、光学的に活性な水晶から作成される。

図５ｃによれば、要素５３２の光学結晶軸ｃａ−２は、光学系軸ＯＡと平行（即ち、ｚ方向）に延びており、要素５３１と５３３の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３は、図に示した座標系でｙ方向に延びている。要素５３１と５３３は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）から作成され、要素５３２は、光学的に活性な水晶から作成される。

図５ｄによれば、要素５４２の光学結晶軸ｃａ−２は、光学系軸ＯＡと垂直に延びかつｙ方向に対して４５°回転され、要素５４１と５４３の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３は、光学系軸ＯＡと平行（即ち、図に示した座標系でｚ方向）に延びている。要素５４２は、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）から作成され、要素５４１と５４３は、光学的に活性な水晶から作成される。

図５ｅによれば、要素５５２の光学結晶軸ｃａ−２は、光学系軸ＯＡと平行（即ち、図に示した座標系でｚ方向）に延び、要素５５１と５５３の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３は、光学系軸ＯＡと垂直に延びかつｙ方向に対して４５°回転されている。要素５４１と５４３は、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）から作成され、要素５４２は、光学的に活性な水晶から作成される。

図５ｆによれば、要素５６１の光学結晶軸ｃａ−１は、光学系軸「ＯＡ」と平行（即ち、ｚ方向）に延びている。要素５６２の光学結晶軸ｃａ−２はｙ方向に延びている。要素５６３の光学結晶軸ｃａ−３は、光学系軸ＯＡと垂直に延び且つｙ方向に対して４５°回転されている。要素５６２と５６３は、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）から作成され、要素５６１は、光学的に活性な水晶から作成される。従って、図５ｆに示した実施形態では、３つの光学要素５６１〜５６３のすべての光学結晶軸は、図２ｃの実施形態と同じように、互いに異なる方向に向けられている。当然ながら、図５ｆに示した実施形態は、図示した要素５６１〜５６３の順序に限定されず、これらの要素の可能な順列をすべて含む（例えば、要素５６３が要素５６１と５６２の間に配置される）。

前述の要素グループの更に共通な特徴として、各要素グループは、光学的一軸性材料から作成され、光学系軸に沿って異なる厚さプロファイルを有する３つの光学要素を含み、それぞれの光学要素の光学結晶軸は、光学系軸に対して実質的に垂直又は実質的に平行であり、３つの光学要素のうちの少なくとも２つの光学結晶軸は、互いに異なる方向に向けられている。

図２ｄと図５ａの実施形態では、３つの光学要素がすべて、光学系軸と実質的に垂直な光学結晶軸を有し、グループの第１の光学要素と第２の光学要素（即ち、それぞれ要素２１１と２１３又は要素５１１と５１３）の光学結晶軸は、互いに実質的に平行であり且つ光学系軸のまわりでグループの第３の光学要素（即ち、それぞれ要素２１２又は５１２）の光学軸に対して回転される。

図５ｂ〜図５ｆの実施形態では、グループの光学要素（即ち、要素５２２，５３１，５３３，５４２，５５１，５５３）のうちの１つ又は２つの光学要素だけが、光学系軸に対して実質的に垂直な光学結晶軸を有し、グループの他の光学要素（即ち、要素５２１，５２３，５３２，５４１，５４３，５５２，５６１）は、光学系軸に対して実質的に平行な光学結晶軸を有する。これらの実施形態では、光学系軸ＯＡと実質的に平行な光学結晶軸を有する要素は、光学的に活性な材料（例えば、水晶）から作成される。

図５ｆによる実施形態では、３つの光学要素５６１〜５６３のすべての光学結晶軸は、互いに異なる方向に向けられる。光学系軸ＯＡと実質的に平行な光学結晶軸を有する要素は、光学的に活性な材料（例えば、結晶水晶）から作成される。

図２ｂは、本発明による要素グループの更に好ましい実施形態を示し、この実施形態は、いわゆるスカラー位相への要素グループの有害な影響を低く維持することができる有利な効果を有する。図２ｂに概略的に示した概念によれば、異なる複屈折要素２１５と２１７と２１９の間の中間領域２１６、２１８は、光学グループを通る光が複屈折要素の光入射面に入るか光出口面から出るときに生じる屈折率の変化を小さくするために液体で満たされる。

図２ｂによる特定の実施形態では、複屈折要素２１５、２１７及び２１９はそれぞれ、ＭｇＦ₂から作成され、中間領域２１６と２１８は水（Ｈ₂Ｏ）で満たされる。

典型的な動作波長がλ≒１９３．３８ｎｍのとき、ＭｇＦ₂の正常屈折率はｎ_o≒１．４２７４であり、異常屈折率はｎ_e≒１．４４１０であり、これは、平均屈折率ｎ＝（ｎ_o＋ｎ_e）／２≒１．４３４２に相当する。λ≒１９３．３８ｎｍでの水（Ｈ₂Ｏ）の屈折率は１．４３６６である。従って、複屈折要素２１５、２１７、２１９と中間領域２１６、２１８との間に生じる屈折率の変化は、Δｎ≒０．００２４になる（平均屈折率のＭｇＦ₂の場合）。比較のために、中間領域２１６と２１８が典型的な充満ガス（例えば、λ≒１９３．３８ｎｍの窒素（Ｎ₂））で満たした場合の屈折率の変化は、Δｎ≒０．４３９である。従って、複屈折要素２１５、２１７、２１９と中間領域２１６、２１８との間に生じる屈折率の変化は、図２ｂの実施形態では、約１８０分の１に減少する。

当然ながら、複屈折要素の光入射面及び／又は光出射面で起こる屈折率の変化を小さくするために複屈折要素間の中間領域を適切な液体で満たす上記の概念は、上記のＨ₂ＯとＭｇＦ₂の組み合わせに限定されない。一般に、複屈折要素のうちの少なくとも２つの複屈折要素間のギャップに、２つの複屈折要素の屈折率の３０％以下、好ましくは２０％以下、更に好ましくは１０％以下異なる屈折率を有する液体で少なくとも部分的に満たした場合に、本発明の要素グループの複屈折要素間の上記の屈折率の変化状況を大幅に改善し、従っていわゆるスカラー位相への要素グループの有害な影響を減少させる液体が適していると考えられる。隣り合った複屈折要素の材料の屈折率に応じて、そのような適切な液体は、例えば「デカリン」（λ≒１９３ｎｍでｎ_imm≒１．６５）やシクロヘキサン（λ≒１９３ｎｍでｎ_imm≒１．５７）など、像側最終レンズとウェーハ上にある感光層との間の領域内の液浸液としても使用されるいわゆる高屈折率液浸液でよい。

図６は、本発明の更に他の実施形態による完全なカタディオプトリック投影レンズ６００の全体の子午線断面図を示す。投影レンズ６００の設計データは表３に示されており、表４で指定されている面は、非球面に湾曲している。

投影レンズ６００は、図１の投影レンズ１００と類似のカタディオプトリック設計を有し、光軸ＯＡに沿って、レンズ６１１〜６１７を含む第１のサブシステム６１０、２つのミラー６２１、６２２を含む第２のサブシステム６２０、レンズ６３１〜６４２を含む第３のサブシステム６３０を有する。

投影レンズ６００は、また、矢印でマークされた第３のサブシステム６３０内の瞳平面ＰＰ２の近くの位置に、本発明の更に他の好ましい実施形態による要素グループ６５０を含み、この実施形態は、図７と図８を参照して後で記述する。これらの実施形態によって達成される有利な効果は、いわゆるスカラー位相に対する要素グループの有害な影響を小さく維持し、理想的なケースでは、平行平面板がスカラー位相に引き起こさせる影響と等しくすることができることである。

このため、図６ａに概略的に示した要素グループ６５０は、３つの複屈折要素６５１、６５２、６５３から成り、それぞれの複屈折要素グループはそれぞれ、２つのプレート６５１ａと６５１ｂ、６５２ａと６５２ｂ、あるいは６５３ａと６５３ｂから成る。互いに属するそれぞれのプレートは非球面と平面を有し、互いに属するプレートの非球面は、相補的であり、そのように形成された複屈折要素６５１、６５２、６５３の平行平面幾何学形状となる。換言すると、それぞれの形成された複屈折要素６５１、６５２、６５３の厚さはそれぞれ断面全体にわたって一定である。

更に、単に光学結晶軸をより良く表すために６つのプレート６５１ａ〜６５３ｂをすべて分解図で示した図８ａで分かるように、互いに属するそれぞれのプレート６５１ａと６５１ｂ、６５２ａと６５２ｂ、又は６５３ａと６５３ｂの光学結晶軸は、互いに垂直な方向に向けられている。光学結晶軸の前記向きとは別に、各対のプレート６５１ａと６５１ｂ、６５２ａと６５２ｂ、又は６５３ａと６５３ｂのそれぞれと、好ましくは６つのすべてのプレート６５１ａ〜６５３ｂは、同じ光学的一軸性材料（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＦ₂、又はＬａＦ₃）から作成される。

複屈折要素６５１〜６５３が平行平面幾何学形状である結果、２つのプレートが互いに相補的に当接する位置における各複屈折要素６５１、６５２、６５３内にある非球面境界は、同一の屈折率の領域間の境界だけなので、複屈折要素６５１、６５２、６５３のそれぞれが、要素グループ６５０を通る光のスカラー位相を妨害したり影響を与えたりすることはない。図８ａに示した実施形態は、単なる例示であり、各複屈折要素６５１、６５２、６５３のそれぞれの第１のプレート６５１ａ、６５２ａ、６５３ａの場合、これらのプレートが図５ａの基本構造に応じて光軸ＯＡに従って配置されるように要素グループを組み立てることによって、図７の一般的な概念を実現するさらに他の実施形態を構成することができる。同様に、前記実施形態のそれぞれにおいて、光学系軸ＯＡに対して垂直な平面内に光学結晶軸が向けられた複屈折要素のうちの少なくとも１つ（及び、好ましくはすべて）の複屈折要素を、図７と図８に関して前に述べたような１対のプレート、即ち、互いに相補的に対になりまたそのように形成された複屈折要素の平行平面幾何学形状になるプレートと置き換え、光学結晶軸を互いに垂直な対になるように向けることによって、前述の図２ｃ〜図２ｄと図５ｂ〜図５ｆに示した他の実施形態を修正することができる。

光学グループ６５０の図７ａの３つの複屈折要素６５１〜６５３は、互いに離間されて示されているが、これらの複屈折要素は、図７ｂに示した好ましい実施形態によれば、共通の光学要素６５０’を形成するために結合されてもよい。このことは、プレート６５１ａ〜６５３ｂの比較的薄い厚さを考慮する構成の機械的安定性の観点から好ましく、この厚さは、通常、１ｍｍよりはるかに小さく、例えば数マイクロメートルの範囲である。

更に他の実施形態では、図７ｃと図７ｄに概略的に示したように、極めて厚い厚さの１つ又は複数の支持プレートが使用される。より具体的には、図７ｃは、２つのそのような支持プレート６６０と６７０を示し、各支持プレートは、それぞれ隣り合った複屈折要素６５１と６５２の間又は６５２と６５３の間に配置されて共通部分６５０”が形成される。図７ｄは、図７ｂに既に示したように互いに接合され、共通部分６５０'''を形成するように１つの支持プレート６８０に支持された３つの複屈折要素６５１〜６５３をすべて示している。この実施形態の斜視図を図８ｂに示す。このような１つ又は複数の支持プレート６６０、６７０、６８０は、融解石英（ＳｉＯ₂）などの光学等方性材料から作成されることが好ましい。そのような支持プレートの厚さは主に任意であるが、代表的な厚さは数ミリメートルの範囲である。

図９に、図８による複屈折要素の高さプロファイルを示す。複屈折要素の高さプロファイルの定量的説明は、例えば米国カリフォルニア州パサデナの「OPTICAL RESEARCH ASSOCIATES」による市販のソフトウェア「CODE V 9.6」（２００５年１０月）に基づいて提供され、このソフトウェアによれば、ソフトウェアの対応するリリースノートに記載されているようなそれぞれの自由曲面は、次の式を使って多項式近似により表される。

ここで、ｚはｚ軸と平行な面のサジッタを示し、ｃは頂点曲率を示し、ｋは円錐定数を示し、ｚ_jはｊ番目のゼルニケ多項式（半径座標の標準ゼルニケ多項式、即ちＺ₁＝１、Ｚ₂＝Ｒ・ｃｏｓθ、Ｚ₃＝Ｒ・ｓｉｎθ、Ｚ₄＝Ｒ²ｃｏｓ２θなど）を示し、Ｃ_j+1は、Ｚ₁の係数を示す。

図９ａ〜図９ｃの実施形態の場合、表５は、自由曲面４１、４３、４５のそれぞれの上記ゼルニケ多項式の対応する係数を示し、例えば、ＺＰ₁＝Ｃ₂はゼルニケ多項式の項１の係数を示し、ＺＰ₂＝Ｃ₃はゼルニケ多項式の項２の係数を示し、以下同様にＺＰ_ε3＝Ｃ₆₄はゼルニケ−多項式の項６３の係数を示す。

対応する光学グループの作用を、図７〜図９による要素グループがある場合（図１０ａ）とない場合（図１０ｂ）の投影レンズのそれぞれのリターデーション瞳マップとして図１０ａ〜図１０ｂに示す。要素グループが、リターデーションを大幅に減少させることが分かる（図１０ａと図１０ｂの倍率が異なることに注意されたい）。

図１１は、本発明の更に他の実施形態による完全なカタディオプトリック投影レンズ９００の全体の子午線断面を示す。投影レンズ９００は、図１の投影レンズ１００と類似の設計を有し、光軸ＯＡに沿って、レンズ９１１〜９１７を含む第１のサブシステム９１０と、２つのミラー９２１と９２２を含む第２のサブシステム９２０と、レンズ９３１〜９４２を含む第３のサブシステム９３０とを備える。

投影レンズ９００内の偏光の乱れを補償するために、投影レンズ９００は、この場合も、矢印でマークされた第１の瞳平面「ＰＰ１」内の位置に、前述のような３つの複屈折要素の要素グループで構成された補正要素９５０を有し、この３つの光学要素の高さプロファイルは、図１３ａ〜図１３ｃで後述する。

図１１の投影レンズ９００の更に他の態様として、第３の部分的システム９３０の最終レンズ９４２（即ち、像平面ＩＰに最も近いレンズ）は、図１２の拡大概略図と関連して更に詳しく述べるような第２のレンズ構成要素９４２ｂに埋め込まれた第１のレンズ構成要素９４２ａを含む。

この「埋め込みレンズ」構成の実現は、当然ながら、偏光の乱れを補償するために非球面を有する少なくとも３つの複屈折要素で構成された光学グループ又は補正要素を使用する補償の概念との組み合わせに限定されないことに注意されたい。従って、図１２に示した態様は、（そのような補正要素又は光学グループを備えていない）他の設計も対象として含み、その場合、光学レンズ（詳細には像側最終要素でよい。即ち像面に最も近い光学要素）は、後述するように第１のレンズ構成要素を第２のレンズ構成要素に埋め込むことによって実現される。

一般に、図１１と図１０に示した構成は、第１のレンズ構成要素９４２ａが、光学的一軸性材料あるいは強い固有複屈折性を有する立方晶系結晶構造の材料から作成され、第２のレンズ構成要素９４２ｂが光学的に等方性の材料から作成されると有利である。第１のレンズ構成要素の材料は、スピネルのような立方晶系結晶の他に、例えば、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）、フッ化ランタン（ＬａＦ₃）、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、結晶水晶（ＳｉＯ₂）から成るグループから選択されてもよい。光学要素の上記構造の有利な効果は、第１のレンズ構成要素９４２ａを比較的薄く作成することができ、また前記要素の影響（具体的には、一軸性複屈折又は固有複屈折ならびに吸収）による光学系の光学性能の低下を小さく維持できることである。

図１１と図１２の像側最終レンズ９４２の実施形態では、第１のレンズ構成要素９４２ａは、（１００）−スピネルから作成され、第２のレンズ構成要素９４２ｂは、融解石英（ＳｉＯ₂）から作成される。図１１と図１２の特定の例では、レンズ９４２は、次の表６のパラメータによって示される。

更に、図１２の構成は、第１のレンズ構成要素９４２ａの光入射面と第２のレンズ構成要素９４２ｂの光出射面を密接させることによって実現されることが好ましい。代替として、第１のレンズ構成要素９４２ａの光入射面と第２のレンズ構成要素９４２ｂの光出射面の間に、液浸液層又は小さなエアギャップが配置されてもよい。

前述の補正要素９５０を再び参照すると、補正要素は、図１４ａ〜図１４ｂに示したジョーンズ瞳（Jones-Pupil）を補償するために投影レンズ９００内に使用され、ジョーンズ瞳は、スピネル−１００−レンズを含むマイクロリソグラフィ投影レンズ用に決定されたものである。より具体的には、図１４ａは、リターデーション（ｎｍ）の絶対値の分布を示し、図１４ｂは、リターデーションの速い軸の方向を示す。

図１３ａ〜図１３ｃはそれぞれ、図２ａの一般的構造に従って配置された第１、第２、第３の光学要素の高さプロファイルを示す。示した実施形態では、光学要素９５１〜９５３はそれぞれフッ化マグネシウムで作成されている。これらの高さプロファイルは、最初に、第１、第２、第３の光学要素のそれぞれについて、望ましい補償効果を達成するために必要なリターデーション分布を決定し、次に対応する高さプロファイルを計算することによって決定される。一般に、所定の位置でΔψの所定のリターデーションを提供するには、（既に前に述べた）式（４）に示したように厚さｄが必要である。

図１４に示したジョーンズ瞳の概略形状に関して、図１４ａに示したリターデーションの分布は、例示的な実施形態で補償されるスピネル−［１００］−レンズの特性のように４回対称性を有する。更に、前記第１、第２、第３の光学要素のそれぞれに、高さプロファイルは、２つの軸を有するミラー対称性を有し、かつ角度９０°の回転を有する符号変化を有することが分かる。

本発明の更に他の態様によれば、図１〜図１２に関して前に概説したような光学要素グループを使用して、一般に、第１の（例えば、円又は直線）偏光分布を第２の（例えば、接線）偏光分布に変換することができる。このため、例えば図２ｄの一般的な構成を参照することができ、この構成は、即ち、すべての複屈折要素２１１〜２１３の光学結晶軸が光学系軸に対して垂直であり、且つ第２の要素の光学結晶軸ｃａ−２が、光学系軸ＯＡのまわりに、第１と第２の光学要素の光学結晶軸ｃａ−１とｃａ−３に対して４５°だけ回転されている。この場合も、３つの要素はすべて光学的一軸性材料で作成され、例えばフッ化マグネシウム（ＭｇＦ₂）で作成される。

そのようなグループの３つの複屈折要素が、図１５ａに示したリターデーションプロファイルを有する場合は、この要素グループを使用して回転偏光分布を接線偏光分布に変換することができる。図１５ａと図１５ｂでは、曲線「Ｔ１」は、第１の要素２０１のアジマス角αの関数のリターデーションプロファイルを示し、曲線「Ｔ２」は、第２の要素２０２のリターデーションプロファイルを示し、曲線「Ｔ３」は、第３の要素２０３のリターデーションプロファイルを示す。それぞれのリターデーションプロファイルは、半径方向に一定でもよい。要素グループの３つの要素が、図１５ｂに示したリターデーションプロファイルを示す場合は、この要素グループを使用して、直線偏光分布を接線偏光分布に変換することができる。

好ましい実施形態の以上の説明は例として示した。しかしながら、当業者は、本発明とその利点を理解するだけでなく、その適切な修正を見出すであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲とその均等物に定義されているような本発明の精神と範囲内にあるすべての変更と修正を対象として含むように意図される。

本発明の例示的実施形態によるマイクロリソグラフィ投影レンズの子午線断面図である。 本発明の実施形態による３つの各要素の光学要素グループの基本構造を概略的に示す側面図である。 本発明の実施形態による３つの各要素の光学要素グループの基本構造を概略的に示す側面図である。 本発明の実施形態による３つの各要素の光学要素グループの基本構造を概略的に示す平面図である。 本発明の実施形態による３つの各要素の光学要素グループの基本構造を概略的に示す平面図である。 図２ａ〜図２ｄの実施形態による要素グループの特定の複屈折要素の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示す図である。 図２ａ〜図２ｄの実施形態による要素グループの特定の複屈折要素の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示す図である。 図２ａ〜図２ｄの実施形態による要素グループの特定の複屈折要素の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示す図である。 本発明による光学要素グループのない場合の図１の投影レンズのリターデーションを示す図である。 本発明による光学要素グループがある場合の図１の投影レンズのリターデーションを示す図である。 図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を３つの要素のそれぞれについて概略的に示す上面図である。 図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を３つの要素のそれぞれについて概略的に示す上面図である。 図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を３つの要素のそれぞれについて概略的に示す上面図である。 図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を３つの要素のそれぞれについて概略的に示す上面図である。 図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を３つの要素のそれぞれについて概略的に示す上面図である。 図２ａによる光学要素グループの更に他の実施形態の基本構造を３つの要素のそれぞれについて概略的に示す上面図である。 本発明の更に他の例示的な実施形態によるマイクロリソグラフィ投影レンズの子午線断面図である。 本発明の更に他の実施形態による光学要素グループの基本構造を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による光学要素グループの基本構造を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による光学要素グループの基本構造を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による光学要素グループの基本構造を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による光学要素グループの基本構造を示す図である。 本発明の更に他の実施形態による光学要素グループの基本構造を示す図である。 本発明の実施形態による図７と図８による光学グループ内の複屈折要素の高さプロファイルを示す図である。 本発明の実施形態による図７と図８による光学グループ内の複屈折要素の高さプロファイルを示す図である。 本発明の実施形態による図７と図８による光学グループ内の複屈折要素の高さプロファイルを示す図である。 図７〜図９による要素グループを有する投影レンズのそれぞれのリターデーション瞳マップを示す図である。 本発明の更に他の例示的な実施形態によるマイクロリソグラフィ投影レンズの子午線断面図である。 図１１のマイクロリソグラフィ投影レンズの詳細図である。 図１４ａ〜図１４ｂのジョーンズ瞳を部分的に補償するために使用される本発明による要素グループの光学要素の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示す図である。 図１４ａ〜図１４ｂのジョーンズ瞳を部分的に補償するために使用される本発明による要素グループの光学要素の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示す図である。 図１４ａ〜図１４ｂのジョーンズ瞳を部分的に補償するために使用される本発明による要素グループの光学要素の高さプロファイル（マイクロメートル、μｍ）を示す図である。 スピネル−１００−レンズを含むマイクロリソグラフィ投影レンズのジョーンズ瞳を例として示す図であり、リターデーション（ｎｍ）の絶対値の分布を示す。 スピネル−１００−レンズを含むマイクロリソグラフィ投影レンズのジョーンズ瞳を例として示す図であり、速い軸の方向を示す。 回転偏光分布を接線偏光分布にアジマス角の関数として変換するために本発明に従って使用される要素グループ内の３つの光学要素のそれぞれのリターデーションプロファイルを示す図である。 直線偏光分布を接線偏光分布にアジマス角の関数として変換するために本発明に従って使用される要素グループ内の３つの光学要素のそれぞれのリターデーションプロファイルを示す図である。

Claims (15)

1. 光学系軸（ＯＡ）と、３つの複屈折要素から成る少なくとも１つの要素グループ（２００）とを有し、ここで、
   ・前記グループの第１の複屈折要素（２１１、２２１、５１１、５２１、５３１、５４１、５５１、５６１）の光学結晶軸（ｃａ−１）が第１の向きを有し、
   ・前記グループの第２の複屈折要素（２１２、２２２、５１２、５２２、５３２、５４２、５５２、５６２）の光学結晶軸（ｃａ−２）が第２の向きを有し、前記第２の向きは、前記第１の向き（ｃａ−１）の回転から出てくるように記述することができ、前記回転は、光学系軸（ＯＡ）のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致せず、
   ・前記グループの第３の複屈折要素（２１３、２２３、５１３、５２３、５３３、５４３、５５３、５６３）の光学結晶軸（ｃａ−３）は第３の向きを有し、前記第３の向きは、前記第２の向きの回転から出てくるように記述することができ、前記回転は、光学系軸（ＯＡ）のまわりの９０°又はその整数倍の角度の回転に一致しない、光学系、特にマイクロリソグラフィ露光システムの照明系又は投影レンズであって、
   前記３つの複屈折要素の各々は、光学的一軸性材料から作成され、且つ非球面を有することを特徴とする光学系。
2. 前記３つの複屈折要素のすべての光学結晶軸は、互いに異なる方向に向けられていることを特徴とする請求項１に記載の光学系。
3. 前記第１の複屈折要素、第２の複屈折要素、第３の複屈折要素の前記光学結晶軸は、前記光学系軸と垂直か平行であることを特徴とする請求項１又は２に記載の光学系。
4. 前記グループの前記複屈折要素（５２１〜５２３、５３１〜５３３、５４１〜５４３、５５１〜５５３、５６１〜５６３）のうちの１つ又は２つは、前記光学系軸と実質的に垂直な光学結晶軸を有し、前記グループの他の複屈折要素は、前記光学系軸（ＯＡ）と実質的に平行な光学結晶軸を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光学系。
5. 前記要素グループの前記３つの複屈折要素（２１１〜２１３、５１１〜５１３、５２１〜５２３、５３１〜５３３、５４１〜５４３、５５１〜５５３、５６１〜５６３、６５１ａ、６５２ａ、６５３ａ）のうちの少なくとも２つ、より好ましくはすべての複屈折要素は、結合された要素に一体化されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光学系。
6. 光ビームの断面全体に偏光分布の乱れを引き起こす少なくとも１つの第４の光学要素（１４３、６４２、９４２）を含み、前記第１の非球面、第２の非球面、第３の非球面は、偏光分布の前記乱れが少なくとも部分的に補償されるように選択されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の光学系。
7. 前記第４の光学要素（１４３、６４２、９４２）は、（１００）−立方晶系結晶レンズ又は（１１１）−立方晶系結晶レンズであることを特徴とする請求項６に記載の光学系。
8. 前記第４の光学要素（１４３、６４２、９４２）は、スピネル、特にＭｇＡｌ₂Ｏ₄とガーネット、特にＬｕ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂とＹ₃Ａｌ₅Ｏ₁₂から成るグループから選択される材料から作成されることを特徴とする請求項６又は７に記載の光学系。
9. 前記非球面の少なくとも１つは、前記光学系の少なくとも瞳平面の近くに配置されたことを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の光学系。
10. 前記瞳平面は、前記光学系の光伝搬方向に沿って第１の瞳平面であることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の光学系。
11. 前記要素グループ又は結合された要素のうちの少なくとも２つ、より好ましくは少なくとも３つをそれぞれ含むことを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の光学系。
12. 前記結合された要素又は前記要素グループは、前記光学系の瞳平面に配置されたことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の光学系。
13. 前記結合された要素又は前記要素グループは、関係０．８＜（Ｄ₁／Ｄ₂）＜１．０を満たす位置に配置され、ここでＤ₁は、前記位置における光束の径であり、Ｄ₂は、前記位置における光学的に使用される全体の径であることを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の光学系。
14. 照明系と投影レンズを有し、前記照明系及び／又は前記投影レンズは、請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学系であることを特徴とするマイクロリソグラフィ投影露光装置。
15. マスクに光を照射する段階と、前記マスクの像を前記基板上に投影する段階とを含む、基板をマイクロリソグラフィで構成する方法であって、マスクに光を照射する前記段階及び／又は前記マスクの像を前記基板上に投影する前記段階が、請求項１から１３のいずれか１項に記載の光学系を使用することを特徴とする方法。