JP2007163804A - Polarization beam splitter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、一般には、偏光ビームスプリッターに係り、特に、所定の波長の光束が入射した場合に、かかる光束の偏光状態によって分離する方向が所定の割合で異なる偏光ビームスプリッターに関する。本発明は、例えば、レーザー加工機、測定装置、露光装置などのレーザー応用機器に用いられる偏光ビームスプリッターに好適である。 The present invention generally relates to a polarizing beam splitter, and more particularly, to a polarizing beam splitter in which a light beam having a predetermined wavelength is incident at different predetermined directions depending on the polarization state of the light beam. The present invention is suitable for a polarization beam splitter used in laser application equipment such as a laser processing machine, a measuring apparatus, and an exposure apparatus.
フォトリソグラフィー(焼き付け)技術を用いて半導体メモリや論理回路などの微細な半導体素子を製造する際に、投影露光装置が従来から使用されている。投影露光装置は、レチクル(マスク)に描画された回路パターンを投影光学系によってウェハ等に投影して回路パターンを転写する。 2. Description of the Related Art A projection exposure apparatus has been conventionally used when manufacturing a fine semiconductor element such as a semiconductor memory or a logic circuit by using a photolithography technique. The projection exposure apparatus projects a circuit pattern drawn on a reticle (mask) onto a wafer or the like by a projection optical system and transfers the circuit pattern.
投影露光装置で転写できる最小の寸法(解像度)は、露光に用いる光の波長に比例し、投影光学系の開口数(NA)に反比例する。従って、波長を短くすればするほど、及び、NAを上げれば上げるほど、解像度は高くなる。このため、近年の半導体素子の微細化への要求に伴い露光光の短波長化が進められている。例えば、超高圧水銀ランプ(i線(波長約365nm))からKrFエキシマレーザー(波長約248nm)、ArFエキシマレーザー(波長約193nm)と、露光光の波長は短くなってきた。また、投影光学系の高NA化も進められ、現在では、ArFエキシマレーザーを光源とした投影露光装置(投影光学系)の高NA化が進められている。 The minimum dimension (resolution) that can be transferred by the projection exposure apparatus is proportional to the wavelength of light used for exposure and inversely proportional to the numerical aperture (NA) of the projection optical system. Therefore, the shorter the wavelength and the higher the NA, the higher the resolution. For this reason, the wavelength of exposure light has been shortened in accordance with the recent demand for miniaturization of semiconductor elements. For example, the wavelength of exposure light has been shortened from an ultra-high pressure mercury lamp (i-line (wavelength: about 365 nm)) to KrF excimer laser (wavelength: about 248 nm) and ArF excimer laser (wavelength: about 193 nm). In addition, the NA of the projection optical system has been increased, and at present, the NA of a projection exposure apparatus (projection optical system) using an ArF excimer laser as a light source is being advanced.
投影光学系の高NA化は、像面からの垂線と入射光の進行方向との成す角が大きくなることを意味しており、高NA結像と呼ばれる。高NA結像では、露光光の偏光が問題となってくる。例えば、ラインとスペースが繰り返されているような、所謂、ライン・アンド・スペース(L&S)パターンを露光する場合を考える。L&Sパターンは、平面波2光束干渉によって形成される。2光束の入射方向ベクトルを含む面を入射平面とし、入射平面に垂直な偏光をS偏光、入射平面に平行な偏光をP偏光とする。なお、単に紙面に垂直な偏光をS偏光と呼び、単に紙面に平行な偏光をP偏光と呼ぶこともある。2光束の入射方向ベクトルの互いに成す角が90度の場合、S偏光は干渉するのでL&Sパターンに応じた光強度分布が像面上に形成される。一方、P偏光は干渉しない(干渉の効果が打ち消される)ので光強度分布は一定となり、L&Sパターンに応じた光強度分布が像面上に形成されることはない。S偏光とP偏光が混在していると、S偏光だけのときよりもコントラストが悪い光強度分布が像面上に形成され、P偏光の割合が大きくなると像面上の光強度分布のコントラストが低下し、最終的には、パターンが形成されなくなる。 An increase in the NA of the projection optical system means that the angle formed between the perpendicular from the image plane and the traveling direction of the incident light is increased, and this is called high NA imaging. In high NA imaging, the polarization of exposure light becomes a problem. For example, consider the case of exposing a so-called line and space (L & S) pattern in which lines and spaces are repeated. The L & S pattern is formed by plane wave two-beam interference. A plane including the incident direction vector of two light beams is defined as an incident plane, polarized light perpendicular to the incident plane is defined as S-polarized light, and polarized light parallel to the incident plane is defined as P-polarized light. Note that simply polarized light perpendicular to the paper surface may be referred to as S-polarized light, and simply polarized light parallel to the paper surface may be referred to as P-polarized light. When the angle formed between the incident vectors of the two light beams is 90 degrees, the S-polarized light interferes, so that a light intensity distribution according to the L & S pattern is formed on the image plane. On the other hand, since the P-polarized light does not interfere (the effect of interference is canceled), the light intensity distribution is constant, and the light intensity distribution corresponding to the L & S pattern is not formed on the image plane. When S-polarized light and P-polarized light coexist, a light intensity distribution having a poorer contrast than when only S-polarized light is formed on the image plane. When the ratio of P-polarized light is increased, the contrast of the light intensity distribution on the image plane is increased. In the end, the pattern is not formed.
このため、投影光学系の高NA化に伴って露光光の偏光を制御することが必須となり、193nmの波長領域でも高効率な偏光ビームスプリッター(偏光素子)が必要となる。また、将来的には、F2レーザー(波長約157nm)を光源とした投影露光装置も実用化されると予想されており、F2レーザーに対応した偏光ビームスプリッターも必要とされている。 For this reason, it is essential to control the polarization of the exposure light as the NA of the projection optical system increases, and a highly efficient polarizing beam splitter (polarizing element) is required even in the wavelength region of 193 nm. In the future, a projection exposure apparatus using an F 2 laser (wavelength of about 157 nm) as a light source is expected to be put into practical use, and a polarization beam splitter corresponding to the F 2 laser is also required.
偏光ビームスプリッターは、光束を偏光に応じて2つに分離する光学素子である。偏光ビームスプリッターは、一般には、立方体型プリズムに誘電体を積層し、接着剤を用いて作製する。しかしながら、200nm以下の波長領域では、接着剤による光の吸収が大きく、使用できる接着剤がない。そこで、平板に誘電体多層膜を積層したプレート型の偏光ビームスプリッターが用いられる。 The polarization beam splitter is an optical element that separates a light beam into two in accordance with polarization. The polarizing beam splitter is generally manufactured by laminating a dielectric on a cubic prism and using an adhesive. However, in the wavelength region of 200 nm or less, light absorption by the adhesive is large, and there is no usable adhesive. Therefore, a plate-type polarizing beam splitter in which a dielectric multilayer film is laminated on a flat plate is used.
プレート型の偏光ビームスプリッターは、一般に、設計波長の1/4倍の光学的膜厚を有する高屈折率層及び低屈折率層を基板上に積層することで構成される。また、偏光ビームスプリッターとして機能する波長領域を広げるために、積層した膜に様々な調整層を付与したり、積層の基準膜厚を設計波長の1/4倍の光学的膜厚の整数倍又は整数の逆数倍として用いたりしている。 A plate-type polarizing beam splitter is generally configured by laminating a high refractive index layer and a low refractive index layer having an optical film thickness that is ¼ times the design wavelength on a substrate. In addition, in order to widen the wavelength region that functions as a polarizing beam splitter, various adjustment layers are added to the laminated film, or the reference film thickness of the laminated film is an integral multiple of the optical film thickness that is 1/4 times the design wavelength or It is used as a reciprocal of an integer.
一方、このようにして作製された偏光ビームスプリッターは、角度に敏感であり、使用する際に、角度に厳しく制限されるという欠点を有している。そこで、高屈折率層と低屈折率層とを繰り返し積層した積層群を2つ使用し、入射角度の発散角度が±5度以上でも偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッターが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に提案されている偏光ビームスプリッターは、入射角度の発散角度が±10度になると偏光分離特性を維持することができなかった。換言すれば、特許文献1に提案されている偏光ビームスプリッターは、様々な角度で入射する光に対して偏光分離特性を維持することができず、例えば、高NA化が進む露光装置において、所期の偏光分離特性を達成することができない。 However, the polarization beam splitter proposed in Patent Document 1 cannot maintain the polarization separation characteristics when the divergence angle of the incident angle becomes ± 10 degrees. In other words, the polarization beam splitter proposed in Patent Document 1 cannot maintain polarization separation characteristics with respect to light incident at various angles. For example, in an exposure apparatus where the NA increases. The desired polarization separation characteristics cannot be achieved.
そこで、本発明は、広い発散角度において、高い偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッターを提供することを例示的目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a polarization beam splitter having high polarization separation characteristics at a wide divergence angle.
上記目的を達成するために、本発明の一側面としての偏光ビームスプリッターは、入射する光束を分離する偏光ビームスプリッターであって、基板上に形成され、前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる膜と、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した少なくとも3つ以上の積層群を有し、前記光束の中心波長λに対して、前記高屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をH×λ/4、前記低屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をL×λ/4としたとき、前記少なくとも3つ以上の積層群のうち、最も前記光束の入射側に形成された最終積層群は、1.3<H<1.5、且つ、1.3<L<1.5を満足し、前記最終積層群以外の積層群は、0.5<H<1、且つ、1<L<1.5、又は、1<H<1.5、且つ、0.5<L<1を満足することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a polarizing beam splitter as one aspect of the present invention is a polarizing beam splitter that separates an incident light beam, and is formed on a substrate and has a refractive index higher than that of the substrate. And having at least three laminated groups in which a film made of a high refractive index material and a film made of a low refractive index material having a refractive index lower than the refractive index of the substrate are alternately laminated, and the center of the light beam When the optical film thickness of the film made of the high refractive index material is H × λ / 4 and the optical film thickness of the film made of the low refractive index material is L × λ / 4 with respect to the wavelength λ, Of the at least three or more stacked groups, the final stacked group formed most on the light incident side satisfies 1.3 <H <1.5 and 1.3 <L <1.5. Layer groups other than the final layer group include 0.5 <H <1 and 1 <L <1 .5 or 1 <H <1.5 and 0.5 <L <1.
本発明の別の側面としての偏光ビームスプリッターは、入射する光束を分離する偏光ビームスプリッターであって、基板上に形成され、前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる膜と、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した第1の積層群と、前記第1の積層群上に形成され、前記高屈折率材料からなる膜と、前記低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した第2の積層群と、前記第2の積層群上に形成され、前記高屈折率材料からなる膜と、前記低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した第3の積層群とを有し、前記光束の中心波長λに対して、前記高屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をH×λ/4、低屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をL×λ/4としたとき、前記第1の積層群及び前記第2の積層群は、0.5<H<1、且つ、1<L<1.5、又は、1<H<1.5、且つ、0.5<L<1を満足し、前記第3の積層群は、1.3<H<1.5、且つ、1.3<L<1.5を満足することを特徴とする。 A polarizing beam splitter according to another aspect of the present invention is a polarizing beam splitter that separates an incident light beam, and is formed of a high refractive index material that is formed on a substrate and has a refractive index higher than that of the substrate. A first laminated group in which a film and a film made of a low refractive index material having a refractive index lower than the refractive index of the substrate are alternately laminated; and the high refractive index formed on the first laminated group. A second laminated group in which a film made of a material and a film made of the low refractive index material are alternately laminated; a film made of the high refractive index material formed on the second laminated group; A third laminated group in which films made of a refractive index material are alternately laminated, and an optical film thickness of the film made of the high refractive index material is H × λ / 4. When the optical film thickness of the film made of a low refractive index material is L × λ / 4, The first stack group and the second stack group are 0.5 <H <1, and 1 <L <1.5, or 1 <H <1.5, and 0.5 <L. <1 is satisfied, and the third stacked group satisfies 1.3 <H <1.5 and 1.3 <L <1.5.
本発明の更に別の側面としての偏光ビームスプリッターは、入射する光束を分離する偏光ビームスプリッターであって、前記光束の発散角度が±10度以上において、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下であることを特徴とする。 A polarizing beam splitter according to still another aspect of the present invention is a polarizing beam splitter that separates an incident light beam. When the divergence angle of the light beam is ± 10 degrees or more, the transmittance of P-polarized light is 80% or more, and The transmittance of S-polarized light is 10% or less.
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施例によって明らかにされるであろう。 Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
本発明によれば、広い発散角度において、高い偏光分離特性を有する偏光ビームスプリッターを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a polarization beam splitter having high polarization separation characteristics over a wide divergence angle.
以下、添付図面を参照して、本発明の一側面としての偏光ビームスプリッターについて説明する。図1は、本発明の一側面としての偏光ビームスプリッター100の構成を示す概略断面図である。 Hereinafter, a polarizing beam splitter as one aspect of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a polarizing beam splitter 100 as one aspect of the present invention.
偏光ビームスプリッター100は、入射する光束を分離(分岐)する偏光ビームスプリッターである。偏光ビームスプリッター100は、図1に示すように、基板110と、少なくとも3つ以上の積層群(図1では、3つの積層群)120乃至140と、調整層150とを有する。なお、最も分離する光束の入射側に形成された積層群(図1では、積層群140)を最終積層群とする。 The polarization beam splitter 100 is a polarization beam splitter that separates (branches) an incident light beam. As shown in FIG. 1, the polarization beam splitter 100 includes a substrate 110, at least three or more stacked groups (three stacked groups in FIG. 1) 120 to 140, and an adjustment layer 150. Note that a stacked group (in FIG. 1, the stacked group 140) formed on the incident side of the most separated light beam is a final stacked group.
積層群120乃至140は、基板110の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる膜FHと、基板110の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる膜FLとを交互に積層した構成を有する。積層群120乃至140は、高屈折率材料からなる膜FHと低屈折率材料からなる膜FLとの膜厚の周期がそれぞれ異なる。分離する光束の中心波長をλ、高屈折率材料からなる膜FHの膜厚をH×λ/4、低屈折率材料からなる膜FLの膜厚をL×λ/4として、積層群120乃至140における各膜の膜厚について具体的に説明する。 The stacked groups 120 to 140 include a film F H made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the substrate 110 and a film F made of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the substrate 110. L is alternately laminated. Stacked group 120 to 140, the period of the thickness of the film F L made of film F H and the low refractive index material made of a high refractive index material are different. The center wavelength of the light beam separating lambda, the thickness of the film F H made of a high refractive index material H × λ / 4, the thickness of the film F L made of a low refractive index material as L × λ / 4, stacked groups The film thickness of each film at 120 to 140 will be specifically described.
積層群120及び130(即ち、最終積層群以外の積層群)において、高屈折率材料からなる膜FHの膜厚H×λ/4及び低屈折率材料からなる膜FLの膜厚L×λ/4は、以下の数式1又は数式2で示される条件式を満足する。 Stacked group 120 and 130 (i.e., laminated group other than the final laminated group), the film F L thickness L × consisting of a film thickness H × λ / 4 and a low refractive index material film F H made of a high refractive index material λ / 4 satisfies the conditional expression represented by the following Expression 1 or Expression 2.
積層群140(即ち、最終積層群)において、高屈折率材料からなる膜FHの膜厚H×λ/4及び低屈折率材料からなる膜FLの膜厚L×λ/4は、以下の数式3で示される条件式を満足する。 Stacked group 140 (i.e., the final laminated group), the thickness L × λ / 4 of the film F L consisting of thickness H × λ / 4 and a low refractive index material film F H made of high refractive index material, the following Satisfy the conditional expression expressed by Equation 3 below.
最終積層群以外の積層群(積層群120及び130)は、分離する光束の中心波長λ(所定波長)よりも長い波長領域のP偏光をよく透過する特徴を有する。また、最終積層群(積層群140)は、分離する光束の中心波長λ(所定波長)よりも短い波長領域のP偏光をよく透過する特徴を有する。最終積層群以外の積層群の閾値波長(即ち、透過する光の波長)をずらして設定することで、従来よりも広い発散角度(例えば、±10度以上)で高い偏光分離特性を維持することができる。 The laminated groups other than the final laminated group (laminated groups 120 and 130) have a characteristic of well transmitting P-polarized light in a wavelength region longer than the center wavelength λ (predetermined wavelength) of the light beam to be separated. In addition, the final stacked group (stacked group 140) has a characteristic of well transmitting P-polarized light in a wavelength region shorter than the center wavelength λ (predetermined wavelength) of the light beam to be separated. Maintaining high polarization separation characteristics with a wider divergence angle (for example, ± 10 degrees or more) than before by setting the threshold wavelength (that is, the wavelength of transmitted light) of the laminated groups other than the final laminated group by shifting them. Can do.
調整層150は、最終積層群(積層群140)上に形成され、分離する光束の入射角度に対する少なくとも3つ以上の積層層(積層層120乃至140)による偏光分離特性を調整する。調整層150は、基板110の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる膜及び/又は基板110の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる膜を用いて、1層乃至5層程度で構成される。 The adjustment layer 150 is formed on the final stack group (stack group 140), and adjusts polarization separation characteristics of at least three or more stack layers (stack layers 120 to 140) with respect to an incident angle of a light beam to be separated. The adjustment layer 150 uses a film made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the substrate 110 and / or a film made of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the substrate 110, It consists of about 1 to 5 layers.
偏光ビームスプリッター100は、後述するように、入射する光束の発散角度±10度においても、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下の偏光分離特性を達成することができる。換言すれば、偏光ビームスプリッター100は、入射する光束の発散角度±10度において、S偏光の反射率が80%以上、且つ、P偏光の反射率が10%以下の偏光分離特性を達成する。 As will be described later, the polarization beam splitter 100 achieves polarization separation characteristics such that the transmittance of P-polarized light is 80% or more and the transmittance of S-polarized light is 10% or less even at a divergence angle of incident light of ± 10 degrees. can do. In other words, the polarization beam splitter 100 achieves the polarization separation characteristic in which the reflectance of S-polarized light is 80% or more and the reflectance of P-polarized light is 10% or less at the divergence angle of the incident light beam ± 10 degrees.
なお、積層群110乃至140の層数は、4層乃至20層(即ち、高屈折率材料からなる膜FHと、低屈折率材料からなる膜FLとを交互に積層する繰り返し数が2回乃至10回)程度であることが好ましい。これは、偏光ビームスプリッター100を透過型の偏光ビームスプリッターとして使用する場合、積層群の層数が多いと光束の吸収が大きくなってしまうからである。 Incidentally, the number of layers of stacked group 110 to 140, four layers or 20 layers (i.e., the repetition number of laminating the film F H made of a high refractive index material, and a film F L made of a low refractive index material are alternately 2 Times to about 10 times). This is because when the polarization beam splitter 100 is used as a transmission type polarization beam splitter, the number of layers in the stacked group increases, so that the absorption of the light beam increases.
また、3つ以上の積層群を形成すれば、偏光ビームスプリッター100は、入射する光束の発散角度±10度において、偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下の偏光分離特性を有することができる。但し、積層群の数が多すぎると偏光ビームスプリッター100の作製が難しくなるため、3つ乃至6つ程度が好ましい。 If three or more stacked groups are formed, the polarizing beam splitter 100 has a polarization transmittance of 80% or more and an S-polarization transmittance of 10% or less at a divergence angle of ± 10 degrees of the incident light beam. The polarization separation characteristic can be as follows. However, if the number of stacked groups is too large, it becomes difficult to manufacture the polarizing beam splitter 100, and therefore it is preferably about three to six.
本発明者は、積層群110乃至140の膜構成を変えて数多くの偏光ビームスプリッター100を作製し、偏光分離特性の評価を行った。 The inventor manufactured a large number of polarization beam splitters 100 by changing the film configurations of the stacked groups 110 to 140 and evaluated the polarization separation characteristics.
YAGレーザー(中心波長λ=1064nm)を分離する光束とする。この場合、基板110として1.42の屈折率を有する基板を、高屈折率材料として屈折率1.91の酸化ハフニウム(HfO2)を、低屈折率材料として屈折率1.37のフッ化マグネシウム(MgF2)を用いる。 Let YAG laser (center wavelength λ = 1064 nm) be a separated light beam. In this case, a substrate having a refractive index of 1.42 as the substrate 110, hafnium oxide (HfO 2 ) having a refractive index of 1.91 as a high refractive index material, and magnesium fluoride having a refractive index of 1.37 as a low refractive index material. (MgF 2 ) is used.
積層群120は、0.9×λ/4の光学的膜厚を有するHfO2(高屈折率材料からなる膜FH)と、1.1×λ/4の光学的膜厚を有するMgF2(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 120 includes HfO 2 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 0.9 × λ / 4 and MgF 2 having an optical film thickness of 1.1 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
積層群130は、1.02×λ/4の光学的膜厚を有するHfO2(高屈折率材料からなる膜FH)と、0.92×λ/4の光学的膜厚を有するMgF2(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 130 includes HfO 2 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 1.02 × λ / 4 and MgF 2 having an optical film thickness of 0.92 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
積層群140は、1.43×λ/4の光学的膜厚を有するHfO2(高屈折率材料からなる膜FH)と、1.37×λ/4の光学的膜厚を有するMgF2(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 140 includes HfO 2 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 1.43 × λ / 4 and MgF 2 having an optical film thickness of 1.37 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
調整層150は、0.3×λ/4の光学的膜厚を有するMgF2と、2.72×λ/4の光学的膜厚を有するHfO2とを1層ずつ積層して構成した。 The adjustment layer 150 was formed by laminating MgF 2 having an optical thickness of 0.3 × λ / 4 and HfO 2 having an optical thickness of 2.72 × λ / 4 one by one.
実施例1の偏光ビームスプリッター100のシミュレーション結果を図2に示す。図2は、偏光ビームスプリッター100の入射角度に対する偏光透過率を示すグラフである。図2では、横軸に入射角度[度]を、縦軸に透過率[%]を採用している。偏光ビームスプリッター100は、1064nmの波長領域の光束に対して、入射角度60度を中心として±10度の範囲において、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下の偏光分離特性を達成している。 The simulation result of the polarizing beam splitter 100 of Example 1 is shown in FIG. FIG. 2 is a graph showing the polarization transmittance with respect to the incident angle of the polarizing beam splitter 100. In FIG. 2, the horizontal axis indicates the incident angle [degree], and the vertical axis indicates the transmittance [%]. The polarizing beam splitter 100 has a P-polarized light transmittance of 80% or more and an S-polarized light transmittance of 10% in a range of ± 10 degrees centering on an incident angle of 60 degrees with respect to a light beam in a wavelength region of 1064 nm. The following polarization separation characteristics are achieved.
ArFエキシマレーザー(中心波長λ=193nm)を分離する光束とする。この場合、基板110として1.5の屈折率を有する基板を、高屈折率材料として屈折率1.68のフッ化ランタン(LaF3)を、低屈折率材料として屈折率1.39のフッ化アルミニウム(AlF3)を用いる。 Let ArF excimer laser (center wavelength λ = 193 nm) be a separated light beam. In this case, a substrate having a refractive index of 1.5 as the substrate 110, lanthanum fluoride (LaF 3 ) having a refractive index of 1.68 as a high refractive index material, and fluorination having a refractive index of 1.39 as a low refractive index material. Aluminum (AlF 3 ) is used.
積層群120は、0.92×λ/4の光学的膜厚を有するLaF3(高屈折率材料からなる膜FH)と、1.18×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 120 includes LaF 3 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 0.92 × λ / 4 and AlF 3 having an optical film thickness of 1.18 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
積層群130は、1.24×λ/4の光学的膜厚を有するLaF3(高屈折率材料からなる膜FH)と、0.92×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 130 includes LaF 3 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 1.24 × λ / 4 and AlF 3 having an optical film thickness of 0.92 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
積層群140は、1.37×λ/4の光学的膜厚を有するLaF3(高屈折率材料からなる膜FH)と、1.32×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 140 includes LaF 3 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 1.37 × λ / 4 and AlF 3 having an optical film thickness of 1.32 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
調整層150は、1.24×λ/4の光学的膜厚を有するLaF3と、1.24×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3と、0.83×λ/4の光学的膜厚を有するLaF3とを1層ずつ積層して構成した。 The adjustment layer 150 includes LaF 3 having an optical thickness of 1.24 × λ / 4, AlF 3 having an optical thickness of 1.24 × λ / 4, and an optical of 0.83 × λ / 4. LaF 3 having a target film thickness was laminated one by one.
実施例2の偏光ビームスプリッター100のシミュレーション結果を図3に示す。図3は、偏光ビームスプリッター100の入射角度に対する偏光透過率を示すグラフである。図3では、横軸に入射角度[度]を、縦軸に透過率[%]を採用している。偏光ビームスプリッター100は、193nmの波長領域の光束に対して、入射角度65度を中心として±10度の範囲において、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下の偏光分離特性を達成している。 A simulation result of the polarizing beam splitter 100 of Example 2 is shown in FIG. FIG. 3 is a graph showing the polarization transmittance with respect to the incident angle of the polarizing beam splitter 100. In FIG. 3, the horizontal axis indicates the incident angle [degree], and the vertical axis indicates the transmittance [%]. The polarization beam splitter 100 has a P-polarized light transmittance of 80% or more and an S-polarized light transmittance of 10% in a range of ± 10 degrees centering on an incident angle of 65 degrees with respect to a light beam in a wavelength region of 193 nm. The following polarization separation characteristics are achieved.
F2レーザー(中心波長λ=157nm)を分離する光束とする。この場合、基板110として1.78の屈折率を有する基板を、高屈折率材料として屈折率1.68のフッ化ガドリニウム(GdF3)を、低屈折率材料として屈折率1.42のフッ化アルミニウム(AlF3)を用いる。 Let F 2 laser (center wavelength λ = 157 nm) be a separated light beam. In this case, a substrate having a refractive index of 1.78 as the substrate 110, gadolinium fluoride (GdF 3 ) having a refractive index of 1.68 as a high refractive index material, and fluoride having a refractive index of 1.42 as a low refractive index material. Aluminum (AlF 3 ) is used.
積層群120は、0.63×λ/4の光学的膜厚を有するGdF3(高屈折率材料からなる膜FH)と、1.43×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 120 includes GdF 3 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 0.63 × λ / 4 and AlF 3 having an optical film thickness of 1.43 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
積層群130は、1.43×λ/4の光学的膜厚を有するGdF3(高屈折率材料からなる膜FH)と、0.63×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 130 includes GdF 3 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 1.43 × λ / 4 and AlF 3 having an optical film thickness of 0.63 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
積層群140は、1.37×λ/4の光学的膜厚を有するGdF3(高屈折率材料からなる膜FH)と、1.32×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3(低屈折率材料からなる膜FL)を交互に5層ずつ積層して構成した。 The stacked group 140 includes GdF 3 (film F H made of a high refractive index material) having an optical film thickness of 1.37 × λ / 4 and AlF 3 having an optical film thickness of 1.32 × λ / 4. (Films made of a low refractive index material F L ) were alternately laminated to form 5 layers.
調整層150は、1.36×λ/4の光学的膜厚を有するGdF3と、1.23×λ/4の光学的膜厚を有するAlF3と、0.68×λ/4の光学的膜厚を有するGdF3とを1層ずつ積層して構成した。 The adjustment layer 150 includes GdF 3 having an optical film thickness of 1.36 × λ / 4, AlF 3 having an optical film thickness of 1.23 × λ / 4, and an optical film of 0.68 × λ / 4. GdF 3 having a target film thickness was laminated one by one.
実施例3の偏光ビームスプリッター100のシミュレーション結果を図4に示す。図4は、偏光ビームスプリッター100の入射角度に対する偏光透過率を示すグラフである。図4では、横軸に入射角度[度]を、縦軸に透過率[%]を採用している。偏光ビームスプリッター100は、157nmの波長領域の光束に対して、入射角度65度を中心として±10度の範囲において、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下の偏光分離特性を達成している。 The simulation result of the polarizing beam splitter 100 of Example 3 is shown in FIG. FIG. 4 is a graph showing the polarization transmittance with respect to the incident angle of the polarizing beam splitter 100. In FIG. 4, the horizontal axis represents the incident angle [degree], and the vertical axis represents the transmittance [%]. The polarizing beam splitter 100 has a transmittance of P-polarized light of 80% or more and a transmittance of S-polarized light of 10% in a range of ± 10 degrees centering on an incident angle of 65 degrees with respect to a light beam in a wavelength region of 157 nm. The following polarization separation characteristics are achieved.
このように、偏光ビームスプリッター100は、広い発散角度(例えば、±10度)において、高い(例えば、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下の)偏光分離特性を達成することができる。 As described above, the polarization beam splitter 100 has a high polarization (for example, the transmittance of P-polarized light is 80% or more and the transmittance of S-polarized light is 10% or less) at a wide divergence angle (for example, ± 10 degrees). Separation characteristics can be achieved.
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は、プレート型の偏光ビームスプリッターだけではなく、プリズム型の偏光ビームスプリッターにも適用することができる。 The preferred embodiments of the present invention have been described above, but the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist. For example, the present invention can be applied not only to a plate-type polarizing beam splitter but also to a prism-type polarizing beam splitter.
100 偏光ビームスプリッター
110 基板
120及び130 積層群
140 積層群(最終積層群)
150 調整層
FH 高屈折率材料からなる膜
FL 低屈折率材料からなる膜
100 Polarizing beam splitter 110 Substrate 120 and 130 Layer group 140 Layer group (final layer group)
Film made of a film F L low refractive index material consisting of 150 adjustment layer F H high refractive index material
Claims (8)
基板上に形成され、前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる膜と、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した少なくとも3つ以上の積層群を有し、
前記光束の中心波長λに対して、前記高屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をH×λ/4、前記低屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をL×λ/4としたとき、
前記少なくとも3つ以上の積層群のうち、最も前記光束の入射側に形成された最終積層群は、1.3<H<1.5、且つ、1.3<L<1.5を満足し、
前記最終積層群以外の積層群は、0.5<H<1、且つ、1<L<1.5、又は、1<H<1.5、且つ、0.5<L<1を満足することを特徴とする偏光ビームスプリッター。 A polarizing beam splitter for separating an incident light beam,
A film made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the substrate and a film made of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the substrate are alternately formed on the substrate. Having at least three or more laminated groups laminated;
With respect to the center wavelength λ of the luminous flux, the optical film thickness of the film made of the high refractive index material is H × λ / 4, and the optical film thickness of the film made of the low refractive index material is L × λ / 4. When
Of the at least three or more stacked groups, the final stacked group formed most on the light incident side satisfies 1.3 <H <1.5 and 1.3 <L <1.5. ,
The laminated groups other than the final laminated group satisfy 0.5 <H <1 and 1 <L <1.5, or 1 <H <1.5 and 0.5 <L <1. A polarizing beam splitter characterized by that.
基板上に形成され、前記基板の屈折率よりも高い屈折率を有する高屈折率材料からなる膜と、前記基板の屈折率よりも低い屈折率を有する低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した第1の積層群と、
前記第1の積層群上に形成され、前記高屈折率材料からなる膜と、前記低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した第2の積層群と、
前記第2の積層群上に形成され、前記高屈折率材料からなる膜と、前記低屈折率材料からなる膜とを交互に積層した第3の積層群とを有し、
前記光束の中心波長λに対して、前記高屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をH×λ/4、低屈折率材料からなる膜の光学的膜厚をL×λ/4としたとき、
前記第1の積層群及び前記第2の積層群は、0.5<H<1、且つ、1<L<1.5、又は、1<H<1.5、且つ、0.5<L<1を満足し、
前記第3の積層群は、1.3<H<1.5、且つ、1.3<L<1.5を満足することを特徴とする偏光ビームスプリッター。 A polarizing beam splitter for separating an incident light beam,
A film made of a high refractive index material having a refractive index higher than that of the substrate and a film made of a low refractive index material having a refractive index lower than that of the substrate are alternately formed on the substrate. A laminated first laminated group;
A second laminated group formed on the first laminated group, wherein the film made of the high refractive index material and the film made of the low refractive index material are alternately laminated;
A third laminated group formed on the second laminated group, wherein the film made of the high refractive index material and the film made of the low refractive index material are alternately laminated;
The optical film thickness of the film made of the high refractive index material is H × λ / 4 and the optical film thickness of the film made of the low refractive index material is L × λ / 4 with respect to the center wavelength λ of the light beam. When
The first stack group and the second stack group are 0.5 <H <1, and 1 <L <1.5, or 1 <H <1.5, and 0.5 <L. <1 satisfied,
The polarization beam splitter, wherein the third stacked group satisfies 1.3 <H <1.5 and 1.3 <L <1.5.
前記第1の積層群は、0.9×λ/4の光学的膜厚を有する酸化ハフニウムと、1.1×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化マグネシウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記第2の積層群は、1.02×λ/4の光学的膜厚を有する酸化ハフニウムと、0.92×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化マグネシウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記第3の積層群は、1.43×λ/4の光学的膜厚を有する酸化ハフニウムと、1.37×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化マグネシウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記調整層は、0.3×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化マグネシウムと、2.72×λ/4の光学的膜厚を有する酸化ハフニウムとを1層ずつ積層した構成を有することを特徴とする請求項4記載の偏光ビームスプリッター。 The high refractive index material is hafnium oxide, and the low refractive index material is magnesium fluoride,
The first stack group includes five layers of hafnium oxide having an optical film thickness of 0.9 × λ / 4 and magnesium fluoride having an optical film thickness of 1.1 × λ / 4 alternately. Having a stacked configuration,
The second stacked group includes five layers of hafnium oxide having an optical film thickness of 1.02 × λ / 4 and magnesium fluoride having an optical film thickness of 0.92 × λ / 4 alternately. Having a stacked configuration,
The third stacked group includes five layers of hafnium oxide having an optical film thickness of 1.43 × λ / 4 and magnesium fluoride having an optical film thickness of 1.37 × λ / 4 alternately. Having a stacked configuration,
The adjustment layer has a configuration in which magnesium fluoride having an optical thickness of 0.3 × λ / 4 and hafnium oxide having an optical thickness of 2.72 × λ / 4 are stacked one by one. The polarizing beam splitter according to claim 4, wherein:
前記第1の積層群は、0.92×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ランタンと、1.18×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記第2の積層群は、1.24×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ランタンと、0.92×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記第3の積層群は、1.37×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ランタンと、1.32×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記調整層は、1.24×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ランタンと、1.24×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムと、0.83×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ランタンとを1層ずつ積層した構成を有することを特徴とする請求項4記載の偏光ビームスプリッター。 The high refractive index material is lanthanum fluoride, and the low refractive index material is aluminum fluoride,
The first stacked group includes five layers of lanthanum fluoride having an optical film thickness of 0.92 × λ / 4 and aluminum fluoride having an optical film thickness of 1.18 × λ / 4 alternately. Each of which has a stacked structure,
The second laminated group includes five layers of lanthanum fluoride having an optical thickness of 1.24 × λ / 4 and aluminum fluoride having an optical thickness of 0.92 × λ / 4. Each of which has a stacked structure,
The third laminated group includes five layers of lanthanum fluoride having an optical thickness of 1.37 × λ / 4 and aluminum fluoride having an optical thickness of 1.32 × λ / 4. Each of which has a stacked structure,
The adjustment layer includes lanthanum fluoride having an optical thickness of 1.24 × λ / 4, aluminum fluoride having an optical thickness of 1.24 × λ / 4, and 0.83 × λ / 4. 5. The polarizing beam splitter according to claim 4, wherein the polarizing beam splitter has a structure in which one layer of lanthanum fluoride having an optical thickness of 1 is laminated.
前記第1の積層群は、0.63×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ガドリニウムと、1.43×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記第2の積層群は、1.43×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ガドリニウムと、0.63×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記第3の積層群は、1.37×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ガドリニウムと、1.32×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムとを交互に5層ずつ積層した構成を有し、
前記調整層は、1.36×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ガドリニウムと、1.23×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化アルミニウムと、0.68×λ/4の光学的膜厚を有するフッ化ガドリニウムとを1層ずつ積層した構成を有することを特徴とする請求項4記載の偏光ビームスプリッター。 The high refractive index material is gadolinium fluoride, and the low refractive index material is aluminum fluoride,
The first stack group includes five layers of gadolinium fluoride having an optical thickness of 0.63 × λ / 4 and aluminum fluoride having an optical thickness of 1.43 × λ / 4. Each of which has a stacked structure,
The second stack group includes five layers of gadolinium fluoride having an optical thickness of 1.43 × λ / 4 and aluminum fluoride having an optical thickness of 0.63 × λ / 4. Each of which has a stacked structure,
The third stacked group includes five layers of gadolinium fluoride having an optical thickness of 1.37 × λ / 4 and aluminum fluoride having an optical thickness of 1.32 × λ / 4 alternately. Each of which has a stacked structure,
The adjustment layer includes gadolinium fluoride having an optical thickness of 1.36 × λ / 4, aluminum fluoride having an optical thickness of 1.23 × λ / 4, and 0.68 × λ / 4. 5. The polarizing beam splitter according to claim 4, wherein the polarizing beam splitter has a structure in which gadolinium fluoride having an optical film thickness of 1 layer is stacked.
前記光束の発散角度が±10度以上において、P偏光の透過率が80%以上、且つ、S偏光の透過率が10%以下であることを特徴とする偏光ビームスプリッター。 A polarizing beam splitter for separating an incident light beam,
A polarizing beam splitter characterized by having a P-polarized light transmittance of 80% or more and an S-polarized light transmittance of 10% or less at a divergence angle of the luminous flux of ± 10 degrees or more.
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JP2018025810A (en) * | 2012-11-06 | 2018-02-15 | 株式会社ニコン | Polarization beam splitter, substrate processing apparatus, system for manufacturing device, and method for manufacturing device |
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- 2005-12-13 JP JP2005359585A patent/JP2007163804A/en not_active Withdrawn
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