JP2009223095A

JP2009223095A - 偏光制御装置及び偏光制御方法

Info

Publication number: JP2009223095A
Application number: JP2008068919A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Ogawa; 力小川
Original assignee: Advanced Mask Inspection Technology Inc
Current assignee: Advanced Mask Inspection Technology Inc
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: US8199403B2; JP4734364B2; US20090237909A1

Abstract

【課題】分割型波長板の分割数を増やすことなく、光束内の多くのエリアで独立に偏光状態を制御すること。
【解決手段】直線偏光の光線を発生する直線偏光発生装置と、光軸の前後に配置され、直交する２本の境界線によって４つの領域に分割された４分割型１／２波長板の一対と、を備え、直線偏光の光線を一対の４分割型１／２波長板を通過させることにより、８つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状又は放射状に変更する、偏光制御装置、又は、１本の境界線によって２つの領域に分割された２分割型１／２波長板の一対と、を備え、直線偏光の光線を一対の２分割型１／２波長板を通過させることにより、４つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状又は放射状に変更する、偏光制御装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、偏光制御装置又は偏光制御方法に関し、特に、半導体露光装置や検査装置における照明光の偏光状態を制御する偏光制御装置又は偏光制御方法に関するものである。

半導体露光装置や検査装置において、照明光の偏光状態を円周状ないしは放射状に制御することにより、分解能を向上できることが知られている。最も簡便な方法としては、分割型波長板を照明系内に設置し、入射光線の偏光方向を領域ごとに制御する方法があり、４分割型波長板や８分割型波長板（特許文献１の記載参照）について既知である。この方式は、分割領域数が多いほど理想的な円周状ないしは放射状の偏光状態を生成できるが、分割型波長板の製作に要求される精度が高くなり、コストの増大、性能低下を引き起こす。
特開２００７−１９３０２５

本発明は、分割型波長板の分割数を増やすことなく、光束内の多くのエリアで独立に偏光状態を制御できるようにする。

また、本発明は、コストの増大や性能低下を引き起こすことなく、光束内の多くのエリアで独立に偏光状態を制御できるようにする。

本発明の実施の形態によると、直線偏光の光線を発生する直線偏光発生装置と、光軸の前後に配置され、直交する２本の境界線によって４つの領域に分割された４分割型１／２波長板の一対と、を備え、直線偏光の光線を一対の４分割型１／２波長板を通過させることにより、８つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状又は放射状に変更する、偏光制御装置にある。

また、本発明の実施の形態によると、直線偏光の光線を発生する直線偏光発生装置と、光軸の前後に配置され、１本の境界線によって２つの領域に分割された２分割型１／２波長板の一対と、を備え、直線偏光の光線を一対の２分割型１／２波長板を通過させることにより、４つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状又は放射状に変更する、偏光制御装置にある。

また、本発明の実施の形態によると、直交する境界線によって４つの領域に分割された４分割型１／２波長板の一対を光軸に配置し、直線偏光の光線を一対の４分割型１／２波長板を通過させることにより、出射光の偏光状態を８つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状ないしは放射状に変更する、偏光制御方法にある。

また、本発明の実施の形態によると、１本の境界線によって２つの領域に分割された２分割型１／２波長板の一対を光軸に配置し、直線偏光の光線を一対の２分割型１／２波長板を通過させることにより、出射光の偏光状態を４つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状ないしは放射状に変更する、偏光制御方法にある。

本発明は、分割型１／２波長板の分割数を増やすことなく、光束内の多くのエリアで独立に偏光状態を制御できる。

また、本発明は、コストの増大や性能低下を引き起こすことなく、光束内の多くのエリアで独立に偏光状態を制御できる。

以下、本発明の詳細な実施形態の偏光制御装置と偏光制御方法について説明する。

図1は、１／２波長板２４の光学軸３２の方向と、入射光と出射光の光束内の偏光方向１６の回転を模式的に示している。光学軸３２は、光学軸状態３６に示され、また、偏光方向１６は、偏光状態１４に示されている。図１において、光線は、直線偏光発生装置２０から発射し、偏光状態１４ａの偏光方向１６で光軸１２（光線の進行方向）に沿って伝播する。この光束は、１／２波長板２４を透過すると、偏光方向１６が回転して、偏光状態１４ｂとなる。なお、偏光状態１４は、すべての図面において、光軸１２から見たときの光線の偏光方向を示し、また、光学軸状態３６は、すべての図面において、光軸１２から見たときの光学軸３２の方向を示している。

直線偏光の光線が、１／２波長板２４に入射したとき、入射光の偏光方向１６と１／２波長板２４の光学軸３２とのなす角度をθとすると、出射光の偏光方向１６は、２θ回転する。図１では、θは、４５度であるため、出射光の偏光方向１６は、２×４５度＝９０度となり、入射光の偏光方向１６に対して、９０度回転している。なお、光線の偏光方向１６の０度（３６０度）は、光軸１２から見たときの、図１の下部に示す方向で定義してある。

図２は、図１の１／２波長板２４の代わりに、４分割型１／２波長板３０を配置したものであり、偏光状態１４ａの入射光は、扇状の４つのエリアからなる放射状の偏光状態１４ｃとして生成される。４分割型１／２波長板３０は、境界線３４、３４が中央付近で直交するように、複数の１／２波長板２４を組み合わせたものである。４分割型１／２波長板３０の各光学軸３２は、光学軸状態３６に図示されている。この光軸状態３６は、一例であり、１／２波長板２４の特性から、光学軸３２を９０度の整数倍だけ回転しても同様の効果を得ることが可能である。

分割型波長板を製作する上で、各々の領域を隙間なく合わせることが必要であり、隙間があるとそこで散乱光が生じ、照明むらや損失を引き起こす。そのため、合わせの中心点（放射状の中心点）において４分割型では９０度、８分割型では４５度になるように精密な加工を行う必要がある。分割数が増えると、誤差が累積することになるため、飛躍的に要求精度が高くなる。そのため、できるだけ少ない分割数が望ましいことになる。

（第１の実施形態）
図３は、偏光制御装置１０の第１の実施形態を示している。本実施の形態では、少ない分割数の１／２波長板を光軸１２に沿って複数枚、並べて配置することによって、光束のエリア数を増大し、分割型１／２波長板の分割数が結果的に増大したことになる。図３は、直線偏光発生装置２０と、光束の光軸１２上に前段に４分割型１／２波長板３０ａと後段に４分割型１／２波長板３０ｂを２枚並べて順に配置した偏光制御装置１０を示している。直線偏光発生装置２０は、レーザなどの光源を備え、直線偏光を発生する。

偏光制御装置１０は、光軸１２から見て角度０度の直線偏光１４ａを光軸１２に沿って発生し、この光線が前段の４分割型１／２波長板３０ａを透過すると、その出射光線は、４個の扇状エリアの偏光状態１４ｄとなり、更に、後段の４分割型１／２波長板３０ｂを透過すると、その出射光線は、８個の扇状エリアの８方向の放射状の偏光状態１４ｅとなる。前段と後段の４分割型１／２波長板３０ａと３０ｂは、いずれも、光学軸状態３６において、分割境界線３４と光学軸３２の方向を示している。

図３のように光束のエリアを８分割にするために、２つの４分割型１／２波長板３０ａと３０ｂの分割境界線３４は、互いに４５度回転している。また、図３に示す光学軸３２の方向はあくまでも一例であり、光学軸３２の方向を９０度の整数倍だけ増減しても同様の効果を得ることができる。

図４は、直線偏光発生装置２０から角度９０度の直線偏光１４ｂを光軸１２に沿って発生する偏光制御装置１０を示している。直線偏光１４ｂの光線が前段の４分割型１／２波長板３０ａを透過すると、その出射光線は偏光状態１４ｆとなり、更に、後段の４分割型１／２波長板３０ｂを透過すると、その出射光線は、８個の扇状エリアの８方向の円周状の偏光状態１４ｇとなる。偏光状態１４ｅ、１４ｇの各々の偏光方向は、後述する式によって算出できる。

図５は、図３の偏光制御装置１０を解析するものであり、入射光の偏光方向を０度とし、これに対して、前段の４分割１／２波長板３０ａの１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄの領域の光学軸３２の方向をそれぞれφ_１ａ、φ_１ｂ、φ_１ｃ、φ_１ｄとおく。同様に後段の４分割１／２波長板３０ｂの２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄの領域の光学軸３２の方向をそれぞれφ_２ａ、φ_２ｂ、φ_２ｃ、φ_２ｄとおく。これらの波長板３０ａ、３０ｂを通過した後、光束は、偏光状態１４ｈとなり、８つのエリアＡ〜Ｈに分割され、各々のエリアで所望の偏光方向が設定される。偏光状態１４ｈにおいて、８つのエリアＡ〜Ｈの偏光方向をそれぞれθ_Ａ、θ_Ｂ、θ_Ｃ、θ_Ｄ、θ_Ｅ、θ_Ｆ、θ_Ｇ、θ_Ｈとおくと、放射状の偏光状態を得る場合には、以下の数１の式（１）〜式（８）が成り立つ。

式（１）〜（８）を適当に整理すると、前段の４分割１／２波長板３０ａに対して、以下の数２の式（９）〜式（１２）の関係が成立する。

したがって、φ_１ａ＝０＋９０ｎ_１ａとすると、各領域の光学軸の角度は、以下の数３の式（１３）〜式（１６）となる。

同様に、後段の４分割１／２波長板３０ｂに対しても、φ_２ａ＝０＋９０ｎ_２ａとすると、以下の数４の式（１７）〜式（２０）の関係が成立する。

以上から、２つの４分割型１／２波長板３０ａ、３０ｂの光学軸方向の条件が明らかとなる。図３に示す一例は、ｎ_１ａ〜ｎ_１ｄおよびｎ_２ａ〜ｎ_２ｄがすべて０の場合に相当する。

図４に示すとおり、上記のような一対の４分割型１／４波長板に対して、９０°の直線偏光を導入すると、円周状の偏光状態を生成することができる。これは、数１の式から自明である。つまり、入射偏光状態を９０度にするということは、左辺に９０を加算することであり、円周状の偏光状態を生成するということは右辺に９０を加算することで表されるため、打ち消しあって数１とまったく同じ数式になるためである。

（第２の実施形態）
図６は、偏光制御装置１０の第２の実施形態を示している。本実施形態では、前段の２分割型１／２波長板４０ａと、後段の２分割型１／２波長板４０ｂを使用することにより４個の扇状のエリアの４方向の放射状の偏光状態１４ｊを生成する方法について説明する。直線偏光発生装置２０から角度０度の直線偏光１４ａを光軸１２に沿って発生し、この光線が前段の２分割型１／２波長板４０ａを透過すると、出射光線は偏光状態１４ｉとなり、更に、後段の２分割型１／２波長板４０ｂを透過すると、その出射光線は、４方向の放射状の偏光状態１４ｊとなる。４個の均等な扇状のエリアを生成するために、２つの２分割型１／２波長板４０ａと４０ｂの分割境界線３４、３４は、９０度の角度をなしている。また、図６に示す光学軸３２の方向は、あくまでも一例であり、光学軸３２の方向を９０度の整数倍だけ増減しても同様の効果を得ることができる。

図７は、図６の偏光制御装置１０において、直線偏光発生装置２０から角度０度の直線偏光１４ａの代わりに、角度９０度の直線偏光１４ｂを光軸１２に沿って発生したものである。この光線が前段の２分割型１／２波長板４０ａを透過すると、その出射光線は偏光状態１４ｋとなり、更に、後段の２分割型１／２波長板４０ｂを透過すると、その出射光線は、４個の均等な扇状のエリアの４方向の円周状の偏光状態１４ｌとなる。また、図７に示す光学軸３２の方向は、あくまでも一例であり、後述する式によって算出できる。

図８は、図６を解析するものであり、入射光の偏光方向を０度とし、これに対して、前段の２分割１／２波長板４０ａの１ａ、１ｂの領域の光学軸３２の方向をそれぞれφ_１ａ、φ_１ｂとおく。後段の２分割１／２波長板４０ｂの光学軸の２ａ、２ｂの領域の光学軸３２の方向をそれぞれφ_２ａ、φ_２ｂとする。これらの波長板４０ａ、４０ｂを通過した後、光束は、偏光状態１４ｍとなり、４つのエリアＡ〜Ｄに分割され、各々のエリアで所望の偏光方向が設定される。図５の８分割の場合と同様に計算すると、以下の数５の式（２１）〜式（２４）の関係が成立する。

以上から、２つの２分割型１／２波長板４０ａ、４０ｂの光学軸方向の条件が明らかとなる。図６に示す一例は、ｎ_１ａ〜ｎ_１ｂおよびｎ_２ａ〜ｎ_２ｂがすべて０の場合に相当する。

図７に示すとおり、上記のような一対の２分割型１／２波長板に対して、９０°の直線偏光を導入すると、円周状の偏光状態を生成することができる。これは、一対の４分割型１／２波長板における効果と同じ理由による。

（第３の実施形態）
図９は、偏光制御装置１０の第３の実施形態を示している。本実施の形態では、直線偏光発生装置２０に光源２２の他に、回転装置２６を有する１／２波長板２４を備えている。そのため、偏光制御装置１０は、光源２２と、初段に回転装置２６を有する１／２波長板２４を設置し、次に、４分割型１／２波長板を複数使用することにより、最終的な偏光状態を放射状偏光状態１４ｅあるいは円周状偏光状態１４ｇのいずれかに切り替えることが可能となる。回転装置２６は、パルスモータ駆動の回転ステージなどを使用でき、１／２波長板２４を光軸１２の周りに回転して、入射光の偏光方向を任意の角度に変更する。

放射状の偏光状態１４ｅを生成するには、光源２２の直線偏光の方向が９０度である場合、これを０度にする必要がある。そのため、回転装置２６を駆動制御して初段の１／２波長板２４の光学軸３２を４５度の方向に設定する。それにより、９０度の偏光状態１４ｂを０度の偏光状態１４ａに変える。偏光状態１４ａの光線は、図３と同様に、前段の４分割型１／２波長板３０ａを通過すると、偏光状態１４ｄになる。更に、後段の４分割型１／２波長板３０ｂを通過すると、放射状の偏光状態１４ｅが生成される。

円周状の偏光状態１４ｇを生成するには、光源２２の直線偏光の方向が９０度である場合、図４のように、そのまま、前段の４分割型１／２波長板３０ａに入射すればよいので、初段の１／２波長板２４を回転して光学軸３２を９０度に設定する。それにより、偏光状態１４ｂの光線は、図４と同様に、４分割型１／２波長板３０ａと３０ｂを通過して、円周状の偏光状態１４ｇが生成される。

（第４の実施形態）
図１０は、偏光制御装置１０の第４の実施形態を示している。本実施の形態では、図９と同様に、直線偏光発生装置２０に光源２２の他に、回転装置２６を有する１／２波長板２４を備える。そのため、偏光制御装置１０は、光源２２と、初段に回転装置２６を有する１／２波長板２４を設置し、次に、２分割型１／２波長板４０ａ、４０ｂを複数使用することにより、最終的な偏光状態を放射状の偏光状態１４ｊあるいは円周状偏光状態１４ｌのいずれかに切り替えることが可能となる。

放射状の偏光状態１４ｊを生成するには、光源２２の直線偏光の方向が９０度である場合、これを０度にする必要がある。そのため、回転装置２６を駆動制御して初段の１／２波長板２４の光学軸３２を４５度の方向に設定する。それにより、９０度の偏光状態１４ｂを０度の偏光状態１４ａに変える。偏光状態１４ａの光線は、図６と同様に、前段の２分割型１／２波長板４０ａを通過すると、偏光状態１４ｉになる。更に、後段の４分割型１／２波長板４０ｂを通過すると、放射状の偏光状態１４ｊが生成される。

円周状の偏光状態１４ｌを生成するには、光源２２の直線偏光の方向が９０度である場合、図７のように、そのまま、前段の４分割型１／２波長板３０ａに入射すればよいので、初段の１／２波長板２４を回転して光学軸３２を９０度に設定する。それにより、偏光状態１４ｂの光線は、図７と同様に、４分割型１／２波長板３０ａと３０ｂを通過して、円周状の偏光状態１４ｇが生成される。

分解能向上のための偏光制御としては、少なくとも８つの領域において独立に偏光を制御することが求められている。そこで、上記実施形態によれば、分割型波長板の分割数を増やすことなく、光束内のより多くのエリアで独立に偏光状態を制御することを可能となる。これにより、生産性と性能の両立を達成することができる。また、マスクなどのパターン検査に本件の偏光制御装置１０を使用すると、パターン検査の精度を向上することができる。

ここで述べた実施の形態は一例であり、同様の効果が得られる他の構成も本発明の範囲に含まれる。装置構成や手法等において、本発明の説明に直接必要としない部分等については記載を省略してあるが、必要とされる装置構成や手法等を適宜選択して用いることができる。その他、本発明の要素を具備し、当業者が適宜設計変更しうる全ての装置は、本発明の範囲に包含される。

１／２波長板の特性の説明図４分割型１／２波長板の特性の説明図８方向の放射状の偏光状態を生成する説明図８方向の円周状の偏光状態を生成する説明図８方向の偏光状態を生成する計算方法の説明図４方向の放射状の偏光状態を生成する説明図４方向の円周状の偏光状態を生成する説明図４方向の偏光状態を生成する計算方法の説明図８方向の放射状と円周状の偏光状態を切り替える説明図４方向の放射状と円周状の偏光状態を切り替える説明図

符号の説明

１０・・偏光制御装置
１２・・光軸
１４・・偏光状態
１６・・偏光方向
２０・・直線偏光発生装置
２２・・光源
２４・・１／２波長板
２６・・回転装置
３０・・４分割型１／２波長板
３２・・光学軸
３４・・分割境界線
３６・・光学軸状態
４０・・２分割型１／２波長板

Claims

直線偏光の光線を発生する直線偏光発生装置と、
光軸の前後に配置され、直交する２本の境界線によって４つの領域に分割された４分割型１／２波長板の一対と、を備え、
直線偏光の光線を一対の４分割型１／２波長板を通過させることにより、８つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状又は放射状に変更する、偏光制御装置。
請求項１に記載の偏光制御装置において、
一対の４分割型１／２波長板の境界線のなす角度が４５度であり、入射する光線の偏光方向を基準にしたときの他の領域の光学軸の角度が−６７．５度、−４５度、−２２．５度、０度、＋２２．５度、＋４５度、＋６７．５度、＋９０度のいずれかである、偏光制御装置。
直線偏光の光線を発生する直線偏光発生装置と、
光軸の前後に配置され、１本の境界線によって２つの領域に分割された２分割型１／２波長板の一対と、を備え、
直線偏光の光線を一対の２分割型１／２波長板を通過させることにより、４つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状又は放射状に変更する、偏光制御装置。
請求項３に記載の偏光制御装置において、
一対の２分割型１／２波長板の境界線のなす角度が９０度であり、入射する光線の偏光方向を基準にしたときの他の領域の光学軸の角度が−４５度、０度、＋４５度、＋９０度のいずれかである、偏光制御装置。
請求項１〜請求項４のいずれかに記載の偏光制御装置において、
直線偏光発生装置は、回転機構を有する１／２波長板を備え、
回転機構を有する１／２波長板の回転角度を変更することにより、一対の分割型波長板からの出射光の偏光状態を放射状と円周状に切り替える、偏光制御装置。
直交する境界線によって４つの領域に分割された４分割型１／２波長板の一対を光軸に配置し、直線偏光の光線を一対の４分割型１／２波長板を通過させることにより、出射光の偏光状態を８つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状ないしは放射状に変更する、偏光制御方法。
１本の境界線によって２つの領域に分割された２分割型１／２波長板の一対を光軸に配置し、直線偏光の光線を一対の２分割型１／２波長板を通過させることにより、出射光の偏光状態を４つのエリアに分割し、各エリアの偏光状態を円周状ないしは放射状に変更する、偏光制御方法。