JP2001221688A

JP2001221688A - 分光器

Info

Publication number: JP2001221688A
Application number: JP2000383230A
Authority: JP
Inventors: Joerg Dreistein; イエルグ・ドライシュタイン
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH; Carl Zeiss AG
Priority date: 2000-01-11
Filing date: 2000-12-18
Publication date: 2001-08-17
Also published as: EP1116982A3; US20010024329A1; DE10059961A1; EP1116982A2

Abstract

(57)【要約】【課題】軸線方向の寸法を最小化した分光器を創成
し、併せて、所定の放射割合のデータを高い精度で選定
できるよう分光器を改良する。【解決手段】入射光の所定の割合を放射するための複
数の反射面セグメントを含む分光器であって、反射面セ
グメントを入射光に対して角度をなして配置した形式の
ものにおいて、入射光（３）に垂直に配置された平面
（４）に相互に且つ側方へ相互にずらして配置され部分
反射を行う面セグメント（５）を反射面セグメントとし
て設け、併せて、透明な担体の階段構造（２３）に対し
て逆方向へ構成された階段構造（２４）をガラス担体
（２１）に向く側に備えた透明なカバー担体（２２）に
透明な担体（２１）を結合し、階段構造（２４）には、
同じく、部分反射面セグメント（５）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、入射光の所定部分
を放射する複数の反射面セグメントを含み、その反射面
セグメントを入射光に対して角度をなして配置する分光
器に関する。

【０００２】

【従来の技術】Ｈａｎｓａ出版社から刊行されたＮａｕ
ｍａｎｎらの専門書“Ｂａｕｅｌｅｍｅｎｔｄｅｒ
Ｏｐｔｉｋ”、第６版、第５８章、ｐ１８２−１８４に
は、分光器が記載されている。分光器は、幾何学的分光
器と物理的分光器とに分類される。幾何学的分光器の場
合、入射光は、分光器への入射点に依存して異なる光束
に分割される。幾何学的分光器として、例えば、縞状ミ
ラーを被覆した平面プレートを挙げる。この平面プレー
トは、入射光に対して４５°の角度で配置される。ミラ
ー範囲に入射して反射された光は、入射光に垂直に伝播
し、非ミラー範囲に入射した光は、前面および背面にお
ける反射にもとづき、平面プレートの光学密度に依存し
て入射光に関して側方へシフトして平面プレート、即
ち、分光器から出る。

【０００３】更に、ジグザグの表面を形成する対向勾配
を有する反射面セグメントを入射光束に向く側に有する
条溝形ミラーが、幾何学的分光器として知られている。
その表面に入射する光は、２つの異なる空間方向へ反射
される。この場合、第１表面勾配を有する第１ミラーセ
グメントに入射する光は、第１空間方向へ反射され、逆
の勾配を有する第２ミラー面に入射する光は、面セグメ
ントによって与えられる第２空間方向へ反射される。反
射光から形成される上記光束の間の角度は、配置された
第１，第２面セグメントが相互になす角度に対応する。

【０００４】更に、対向する空間配列を有する２つの偏
菱形プリズムから形成され対称的なアパーチャ分布を与
える分光器が、幾何学的分光器として知られている。

【０００５】これらの幾何学的分光器の場合、光度の加
重平均値を表す上記幾何学的分光器によっては、入射光
を釣合い状態で分配することはできないという欠点があ
る。

【０００６】物理的分光器は、入射光の所定の部分を反
射する部分反射面を有し、残存部分は、吸収ロスは除い
て、上記部分反射層を妨害されずに通過する。これらの
物理的分光器は、入射光の部分を入射光に垂直に放射す
るため、入射光に対して４５°の角度で配置されてい
る。

【０００７】入射光に対して４５°の角度で部分反射層
を配置したことによって、分光器は、大きい軸線方向構
造スペースを必要とする。

【０００８】分光器は、多くの場合、放射光の放射強度
から透過光の放射強度を定め、かくして、当該ウエファ
またはフィルムの露光度を定めるため、特に、半導体リ
トグラフィーのための対物レンズに使用される。

【０００９】しかしながら、対物レンズはますますコン
パクトになりつつあり、上記対物レンズ、特に、半導体
リトグラフィー用対物レンズに対する要求が増大してい
るので、軸線方向構造スペースは、特に、まさに不要で
ある。他方、半導体リトグラフィーの場合、照明量を絶
対的に１％まで正確に定める必要がある。

【００１０】ヨーロッパ特許ＥＰ４８４８０１Ａ２に
は、映像を部分セグメントに分割し、標準構成部材とし
て得られるＣＣＤアレーによって上記セグメントを記録
する形式の幾何学的分光器が記載されている。記録され
た上記映像セグメントは、全体像に統合される。映像の
記録が、映像の寸法にもとづき、標準構成部材として得
られるＣＣＤアレーまたは標準構成部材として得られる
他の記録ユニットによっては不可能である場合に特に、
この種の幾何学的分光器が使用される。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、軸線
方向の寸法を最小化した分光器を創成することにある。
本発明の更なる課題は、所定の放射部分のデータを高い
精度で選定できるよう分光器を改良することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の課題は、請求項
１または９に開示の特徴によって解決される。すなわ
ち、複数の反射面セグメントを有する分光器に部分反射
面セグメントを設け、入射光に垂直に配置された平面に
対して上記部分反射面セグメントを相互にずらして相互
に平行に配置する方策によって、分光器に入射する光の
所定の部分を入射光に垂直に放射するための軸線方向構
造の極めて短い分光器が得られる。垂直な放射の場合、
光路に平行に設けた検知器によって放射光の強度を検知
できる。

【００１３】部分反射面セグメントをゼロではない一定
の間隔をおいて相互に平行に配置するのが有利であるこ
とが判明している。分光器に入射する全光束が、各部分
反射面を通過するか、上記面で反射され、部分反射面セ
グメントが、極く僅かに重畳するか全く重畳しないよ
う、上記間隔を選択するのが好ましい。

【００１４】入射光に対して４５°の角度に配置された
透明な平面担体セグメントによって部分反射面セグメン
トを担持するのが有利であることが判明している。透明
な担体セグメントのうち入射光に対して４５°の角度で
配置されてない境界面は、入射光に対して垂直に配置す
るのが好ましい。かくして、分光器に入射する光は、分
光器の部分反射面を透過する際、真っすぐ通過する。入
射光が、分光器に小さい角度で入射した場合、この状態
に起因する直線推移に対する偏差は、大半の用例におい
て許容できる。

【００１５】部分反射面セグメントを備えた透明な平面
担体セグメントは、特に、透明な担体（例えば、ガラス
担体）の蒸着および次の切断操作によって妥当な価格で
製造できる。

【００１６】透明な担体上に、例えば、エッチング操作
によって、部分反射面を加工または設置すれば有利であ
ることが判明している。公知のエッチング法によって、
透明な担体に設けたこのような部分反射層を妥当な価格
で形成できる。

【００１７】若干の用例の場合、透明な担体（好ましく
は、平面担体）上に部分反射面セグメントを沈析させれ
ば有利であることが判明している。特に、露光によって
部分的に硬化されるラッカ被覆層によって、この種の部
分反射面セグメントを構成できる。ラッカを対応して選
択すれば、構成された部分反射面セグメントを特定の波
長のみに対して部分反射性とし、残余の波長において透
過性に構成することができる。

【００１８】他の有利な実施態様の場合、透明な担体の
入射光に向く側に、階段構造を設ける。この階段構造
は、入射光に対して４５°の角度で配置した第１面セグ
メントを有する。上記の第１面セグメントは、入射光に
平行に配置された第２面セグメントを介して相互に結合
されており、この場合、少なくとも第１面セグメントは
部分反射性である。階段構造を備えた担体には、入射光
とは反対側に逆方向に構成された階段構造を備えたカバ
ー担体が配してある。このような構成の場合、部分反射
面セグメントは、カバー担体上にもガラス担体上にも配
置できる。カバー担体は、透明な担体と形状結合させる
のが好ましく、かくして、これら双方の要素から形成さ
れた分光器は、入射光に向く側および入射光とは反対側
に、好ましくは入射光に垂直に配置された表面を有し、
従って、入射光は、上記表面において回折されない。

【００１９】分光器の表面が平面である場合、特に、組
込前に、上記表面を容易にクリーニングできる。更に、
このような分光器は、より安定であり、その幾何学的形
状にもとづき、容易に包装できる。

【００２０】入射光に垂直に配置した面に反射防止層を
設ければ有利であることが判明している。かくして、上
記面に入射する光の不測な反射は、阻止されるか、少な
くとも減少され、従って、放射ロスが減少される。

【００２１】入射光の光束外に分光器の半径方向延長線
上に設けた焦点に同軸に部分反射面セグメントを配置す
れば有利であることが判明している。この構成は、光度
測定のために入射光の極めて僅かな部分のみを放射する
場合に特に、有利である。かくして、測定精度の向上を
達成できる。なぜならば、フォーカシングにもとづき、
放射光を検知器によって完全に把握できるからである。
即ち、焦点における光度は、まさに大きく、従って、妨
害（例えば、外部光）は、ほぼ重大ではない。検知器の
測定精度は、ほぼ重大ではない。入射光の入力強度の僅
かな部分のみが光強度測定に必要である場合は、対応し
て、得られる所要光強度のための入力強度も僅かでよ
く、従って、エネルギ収支に有利である。更に、検知面
積の小さい検知器を使用できる。更に、放射光の集束の
ために別個の光学系を設ける必要はなく、従って、コス
トに関して有利である。

【００２２】周期的インターバルを有する微小構造を担
体に設ける方策によって、更に軸線方向構造が短い分光
器が得られる。微小構造の選択した構造寸法と照明に使
用される波長の比に依存して、分光器に入射する光の所
定の部分の放射のため回折現象を適切に利用でき、透過
光強度の測定に利用できる。表面を入射光に垂直に向
け、微小構造をプレート前面に配置したプレートを担体
として設ければ有利であることが判明している。

【００２３】微小構造の周期的インターバルにもとづき
生ずる回折像が、高次の回折ピークを有し、その回折光
が、全反射が起きる角度でプレートの入射光とは反対側
の表面に入射し、即ち、第１回折ピークの光が、全反射
でプレートの側部境界エッジに導かれて上記エッジに入
射するよう、上記周期的インターバルを選択するのが有
利であることが判明している。即ち、プレートは光伝送
体として機能する。できる限り小さい回折次数が予定さ
れる。なぜならば、この場合、透過光度を正確に測定で
きる比較的大きい強度が得られるからである。しかしな
がら、より高い回折次数の光を放射することもできる
が、この場合、光ロスが大きくなる。

【００２４】上記プレートエッジから出る光度を検知す
ることによって、入射光または分光器を通過する光の強
度を求めることができる。

【００２５】他の有利に方策を他の従属請求項に記載し
た。

【００２６】

【発明の実施の形態】若干の実施形態を参照して、以下
に、本発明を詳細に説明する。

【００２７】図１に示した分光器１は、入射光３に対し
て４５°の角度に配置した部分反射面セグメント５を有
する。上記部分反射面セグメント５は、入射光３に対し
て垂直な平面４に対して相互にずらして設けてあり、こ
の場合、部分反射面セグメント５は、一定の間隔（７）
を置いて相互に平行に配置されている。上記の部分反射
面セグメント５は、透明な平面担体セグメント９によっ
て担持されている。上記の透明な担体セグメント９は、
入射光３に向く側１０および入射光３とは反対側１２
に、それぞれ、入射光３に垂直に延びる境界面１１，１
３を有する。散乱による光ロスを減少するため、上記境
界面１１，１３に反射防止層を設けることができる。

【００２８】この種の分光器１を製造する場合、予め平
行四辺形に構成した透明な担体セグメント９に、例え
ば、蒸着によって、部分反射面セグメント５を形成する
ための部分反射層１９を設ける。この部分反射層１９
は、透明な担体２１（例えば、ガラス板）に被覆し、次
いで、担体セグメント９に截断することもできる。更
に、透明な担体セグメント９の前面および背面に部分反
射層１９を設けることもできる。上記の透明な担体セグ
メント９は、部分反射層１９を備えた面で（場合によっ
ては、１つの面にのみ部分反射層１９を設けるが）次の
透明な担体セグメント９の上記表面に平行な表面１５に
接合される。この場合、入射光３に向く境界面１１およ
び入射光とは反対側の境界面１３によって、平坦な表面
が形成される。

【００２９】図２を参照して、部分反射面セグメント５
に依拠する光強度分布を詳細に説明する。光度Ｐｏの光
３が、ｉ番目の部分反射面セグメント５に入射する。こ
の場合、入射光３の部分Ｒは上記面セグメントで反射さ
れ、部分Ｔは透過する。部分反射面セグメント５は、間
隔１７を置いて相互にずらして配置されているので、分
光器１内に残存する光Ｒ＊Ｐｏは、次のｉ＋１番目の部
分反射層５の背面に入射する。この光の強度のうち、部
分Ｒは、反射され、上記部分反射面セグメント５を透過
する光強度Ｔ＊Ｐｏとともに、分光器１から出る。残余
の部分Ｔ＊Ｐｉは、透過し、ｉ＋１番目の上記部分反射
面セグメント５で反射された入射光３の部分Ｒ＊Ｐｏに
加えられる。部分反射面セグメントの数１〜Ｎにわたる
積算によって、透過光の部分が得られる。更に、部分反
射面セグメント５の数Ｎにわたる積算によって、入射光
に垂直に分光器内を伝播し、入射光に垂直に側方へ分光
器から出る入射光部分が得られる。放射光の部分をＰΔ
（図３参照）で示した。校正測定によって、部分反射面
セグメント５の数Ｎに依存する散乱ロスの部分°を求め
ることができる。

【００３０】図３に示した分光器１は、部分反射面セグ
メント５を設置した担体構造の構成においてのみ異な
る。この場合、部分反射面５は、入射光３に関して同様
に配置されている。しかしながら、上記の部分反射面セ
グメント５は、２つの配位を有する表面セグメント２５
を有する階段構造２３を入射光３に向く側に有するガラ
ス担体２１に担持される。第１面セグメント２７は、入
射光３に対して４５°の角度に配置され、第１面セグメ
ント２７を介して相互に結合された第２面セグメント２
９は、階段構造２３を形成し、入射光３に平行に配列さ
れている。部分反射面セグメント５は、第１面セグメン
ト２７によって担持される。

【００３１】図示の実施形態の場合、透明な担体２１の
階段構造２３に対向して構成された階段構造２４を入射
光３とは反対側に有するカバー担体２２が、透明な担体
２１に配してあり、この場合、同じく、第１面セグメン
ト２７に、部分反射層１９を設けることができる。この
ような層は、蒸着によって被覆できる。透明なカバー担
体２２および担体２１を統合することによって、平行な
表面を有し、部分反射面セグメント５を含む層を組込ん
だプレート４３が形成される。カバー担体２２およびガ
ラス担体２１は、接合化合物によって統合される。一体
化されたこの種の部分反射層は、エッチング法によって
透明な担体に構成できる。

【００３２】この実施形態の場合も、入射光３に垂直な
表面４５に反射防止層を設けることによって散乱ロスを
減少できる。

【００３３】図４に示した実施形態は、入射光３の方向
から見た状態に示してある。入射光３に対して４５°の
角度に配置した部分反射面セグメント５は、放射される
部分ＰΔのフォーカシングのため、入射光３の光路外に
設けた焦点３１に同軸に配置されている。焦点３１に
は、入射光３の放射部分ＰΔの強度を検知するための検
知器３３が設けてある。上記光は、最小の散乱ロスを除
いて、検知器によって完全に把握される。上記強度の検
知には、小寸法の検知面積（３４）を有する検知器３３
で十分である。

【００３４】図５，６を参照して、周期的構造３７とし
て微小構造３９を備えた表面４５を有する分光器１の実
施形態を説明する。微小構造３９の周期的インターバル
４１は、分光器において形成すべき波長に依存して、微
小構造３９の設置にもとづき回折像が生ずるよう選択さ
れている。この微小構造３９は、プレート４３上に、例
えば、ラッカ塗布またはエッチング法によって形成され
る。この微小構造は、相互に平行に且つ入射光３に垂直
に配位された表面４６，４７を有し、この場合、より高
次の回折ピークは、入射光３とは反対側の表面４６に浅
い角度で入射し、従って、上記光は、全反射でプレート
４３内にとどまり、即ち、上記プレートは、光伝送体４
９として作用する。端面５４、特に、その寸法は、使用
した検知器に適合されており、従って、フォーカシング
光学系は不要である。

【００３５】図６に、可能な微小構造３９，即ち、相互
に間隔４１を置いて相互に平行に配置された直線５１を
拡大して示した。この間隔４１は、同時に、周期的構造
３７の周期的インターバル４１である。回折現象が現れ
るよう、微小構造３９の周期性は、ほぼ、入射光の波長
の範囲に選択しなければならない。

【００３６】垂直入射について下式が成立する：ｇ＝（λ／ｎ）・ｃｏｓα ここで、ｇ＝格子定数ｎ＝ガラスの屈折率ｃｏｓα＝格子担体の回折角

【００３７】波長１９３ｎｍの光を使用し、１０００本
／ｍｍの格子を使用した場合、関連の回折次数について
表１に示した角度が得られる。表：１回折次数角度（°）１６，９２１３，９３２１，２４２８，８５３７，１６４６，３放射出力は下式で与えられる：Ｐｎ＝Ｒ・Ｐｏ・（１−Ｔ^h）／（１−Ｔ）

【００３８】全反射の限界角Ｅｇは、下式で与えられ
る：Ｅｇ＝ａｒｃｓｉｎ（ｎ／ｎ’）ここで、ｎ＝１Ｅｇ＝ａｒｃｓｉｎ（１／ｎ’）この場合、ｎは、空気の屈折率であり、ｎ’は、使用し
た担体の屈折率であり、石英ガラスの場合、ｎ’＝１，
６である。

【００３９】従って、上記実施形態において、ガラスに
おける回折の場合、限界角Ｅｇは３８，６８°である。
即ち、微小構造にもとづく６次の回折が、全反射によっ
て放射される。

【００４０】更に、各格子線の特殊な形状（例えば、三
角形条溝）によって優先方向を回折次数に与えることも
でき、従って、より低次の回折が、既に、全反射によっ
て放射される。

【００４１】更に、プレートの部分範囲にのみ微小構造
を設けることもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】平行四辺形分光セグメントを有する分光器の図
面である。

【図２】光伝播の略図である。

【図３】階段構造を含む分光器の図面である。

【図４】焦点に同軸に配置した部分反射面を含む分光器
の図面である。

【図５】微小構造を含む分光器の前面図である。

【図６】微小構造の拡大図である。

【図７】ガラスから空気に移行する際の限界角を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１分光器３入射光４平面５部分反射セグメント７間隔９透明な担体セグメント１０向く側１１光束に向く境界面１２反対側１３光とは反対側の境界面１５平面平行表面１７間隔１９部分反射層２１透明な担体２２カバー担体２３階段構造２４対向側の階段構造２５表面セグメント２７第１面セグメント２９第２面セグメント３１焦点３３検知器３４検知面３５担体３７周期的構造３９微小構造４１周期的インターバル４３プレート４５垂直表面４６表面（背面）４７前面４９光伝送体５１直線５３角度５４端面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光の所定部分を放射するための複数
の反射面セグメントを含む分光器であって、反射面セグ
メントを入射光に対して角度をなして配置した形式のも
のにおいて、相互に平行に配列し、入射光（３）に垂直
に配置された平面（４）に相互にずらして配置されて部
分反射を行う面セグメント（５）が、反射面セグメント
として設けてあることを特徴とする分光器。
【請求項２】部分反射面セグメント（５）が、ゼロで
はない一定の間隔（７）を置いて相互に平行に配置され
ていることを特徴とする請求項１の分光器。
【請求項３】部分反射面セグメント（５）が、入射光
（３）に対して４５°の角度で配置されていることを特
徴とする請求項１の分光器。
【請求項４】部分反射面セグメント（９）が、透明な
担体（２１）にエッチングによって形成されていること
を特徴とする請求項１−３の１つに記載の分光器。
【請求項５】部分反射面セグメント（９）が、透明な
平面担体（２１）に、沈析または被覆されていることを
特徴とする請求項１−３のいずれか１つに記載の分光
器。
【請求項６】入射光（３）に対して４５°の角度に配
置された部分反射面セグメント（５）が、入射光（３）
に向く側（１０）および反対側（１２）に入射光（３）
に対して垂直に延びる境界エッジ（１１，１３）を有す
る透明な平面担体セグメント（９）によって担持される
ことを特徴とする請求項１または３の分光器。
【請求項７】透明な担体セグメント（９）が、間隔
（１７）を置いた２つの平行な表面（１５）を有し、上
記表面（１５）の少なくとも１つが、部分反射面セグメ
ント（５）を形成する部分反射層（１９）を備えてお
り、透明な担体セグメント（９）が、上記表面（１５）
の全範囲にわたって相互に結合されていることを特徴と
する請求項１または６の分光器。
【請求項８】部分反射面セグメント（５）が、入射光
（３）に対して４５°の角度に配置された第１面セグメ
ント（２７）と、その第１面セグメント（２７）にそれ
ぞれ結合され、入射光（３）に平行に配置され第２面セ
グメント（２９）とを有する階段構造（２３）を備えた
透明な担体（２１）に担持されていることを特徴とする
請求項１の分光器。
【請求項９】透明な担体（２１）が、透明な担体の階
段構造（２３）に対して逆方向に構成された階段構造
（２４）をガラス担体（２１）に向く側に備えた透明な
カバー担体（２２）に結合されており、階段構造（２
４）には、同じく、部分反射面セグメント（５）を設け
ることができることを特徴とする請求項６の分光器。
【請求項１０】部分反射面セグメント（５）が、入射
光（３）の光束外に配置された焦点（３１）に同軸に配
置されていることを特徴とする先行請求項の少なくとも
１つに記載の分光器。
【請求項１１】先行請求項の少なくとも１つに記載の
分光器であって、周期的構造を備えた担体を有する形式
のものにおいて、周期的構造（３７）が、周期的インタ
ーバル（４１）を有する微小構造（３９）を有すること
を特徴とする分光器。
【請求項１２】微小構造（３９）が、入射光（３）に
垂直に配置された表面（４５）を有するプレート（４
３）の形の担体（３５）によって担持されており、微小
構造が、入射光（３）に向く側（４７）に設けてあるこ
とを特徴とする請求項１１の分光器。
【請求項１３】より高い次数の回折ピークの光が、入
射光（３）とは反対側のプレート（４３）の表面（４
６）に、全反射が起きる角度で入射し、かくして、プレ
ート（４３）が、光伝送体（４９）として機能すること
を特徴とする請求項１１の分光器。
【請求項１４】担体（３５）が、入射光（３）に垂直
に配置された表面（４５）を有し、入射光（３）とは反
対側の表面（４６）に微小構造（３９）を備えたプレー
ト（４３）であることを特徴とする請求項１１の分光
器。
【請求項１５】微小構造（３９）が、検知面（３４）
に平行に配列され相互に平行に配置された直線（５１）
を有することを特徴とする請求項１１の分光器。
【請求項１６】周期的インターバル（４１）が、直線
（５１）の間隔によって定められていることを特徴とす
る請求項１１の分光器。
【請求項１７】入射光（３）に垂直に延びる面（１
１，１３，４５）の少なくとも１つの面（１１，１３，
４５）が、反射防止層を備えていることを特徴とする請
求項４または６，７，１１または１２の分光器。