JP4959968B2 - 紫外光用１／２波長板 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造機器、光源装置及び露光装置等の光学機器に用いられる紫外光用１／２波長板に関する。

従来、半導体製造装置、光源装置及び露光装置等の光学機器には紫外光用１／２波長板が用いられている。この１／２波長板は水晶やフッ化物等の複屈折性結晶板から成っている。

例えば従来の紫外光用水晶１／２波長板の一実施例として、Ｙカットされた右水晶から製作された水晶板ａと右水晶から製作された水晶板ｂあるいは左水晶から製作された水晶板ａと左水晶から製作された水晶板ｂの厚み差が７．２±０．２μｍである紫外光用水晶１／２波長板は、図５に示すように光学軸ａと光学軸ｂを入射光の偏光方向から４５°の角度を持つようにし、光学軸ａと光学軸ｂが直交するように貼り合わせられている。なお、水晶板ａと水晶板ｂの厚みはどちらが大きくても構わない。

例えば、波長１９３ｎｍ紫外光用１／２波長板の位相差設計値が１８０°±５°の場合、Ｙカットされた２枚の水晶板の厚み差は７．２±０．２μｍでなければならない。ここで２枚の水晶板の厚み差を正確に制御するため高精度な厚み研磨を行っている。また、厚み差の公差±０．２μｍで水晶板を研磨する場合、水晶板の厚みは研磨精度や水晶板の強度を考慮し１ｍｍ以上であることが望ましい。

例えば、設計波長１９３ｎｍで位相差が１８０°となるように、板厚が１．００７２ｍｍと１ｍｍの水晶板を使用して製作した１９３ｎｍ紫外光用１／２波長板の位相差の波長依存性を図６に示すが、縦軸に位相差、横軸に波長の特性図から分かるように、出射光の位相差は入射光の設計波長からのバラツキに対して変化が非常に大きい。

また、前記１９３ｎｍ紫外光用１／２波長板の位相差の入射角度依存性を図７に示すが、縦軸に位相差、横軸に入射角の特性図から分かるように、出射光の位相差は入射光の垂直入射からのバラツキに対して変化が非常に大きい。

なお、従来技術としては以下に掲載する特許文献１と特許文献２があり、特許文献１では簡単な構成で偏光状態を制御しつつ所定の光を発生する装置に関するもので、偏光調整装置が複数の光ファイバから射出される複数の光束の偏光状態を揃えた後、偏光方向変換装置が、複数の光ファイバを介した全ての光束を同一の偏光方向を有する複数の直線偏光光束に変換することで、直線偏光の偏光方向は、後段の波長変換装置における初段の非線形光学結晶について波長変換が効率良く行われる偏光方向に設定され、こうして得られた同一偏光方向の複数の直線偏光光束を、波長変換装置に入射させて波長変換を行うことにより、効率良く所定の波長の光を得る光源装置及び露光装置である。

また、特許文献２については、加工誤差が緩和され、波長依存性の小さい紫外領域用波長板を作成するために、複屈折率が１０−^３と小さいＭｇまたはＢｅ添加フッ化リチウムカルシウムアルミニウム（フッ化物材料）を用いて波長板を作成する技術である。
特開２００１−８５３０７号公報 特開２００４−５３６３１号公報 なお、出願人は前記した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を、本件出願時までに発見するに至らなかった。

背景技術で述べたように、従来の１／２波長板は高精度な研磨加工を行う必要があり、製作が難しいという課題がある。また、位相差の波長及び入射角度依存性が大きい。そのため、光学機器に１／２波長板を組み込んだ後の特性劣化がおきやすい。また、紫外光を１／２波長板に照射し続けることにより、透過率が劣化するという問題もある。

本発明は、右水晶のＺカット板の旋光板と、左水晶のＺカット板の旋光板とを備え、一方の前記旋光板における光学軸と垂直に交わる一方の面と、他方の前記旋光板における光学軸と垂直に交わる一方の面とを接合してなる、入射光の偏光角を変える紫外光用１／２波長板において、入射光の波長が１９３ｎｍのとき、一方の旋光板の所望する厚みが１ｍｍであり、他方の旋光板の所望する厚さが１．２７６５ｍｍであり、且つ２つの旋光板の厚みの差の公差が±０．００２ｍｍであることにより、紫外光用１／２波長板を得る。

本発明は、水晶板の板厚公差を従来の１／２波長板に比べ、１０倍程度にでき、かつ位相差の波長依存及び入射角依存性を大幅に改善した紫外光用１／２波長板である。

本発明は、右水晶のＺカットの旋光板と左水晶のＺカットの旋光板を用いた紫外光用光学部品に直線偏光を入射させることで、入射光の振動面から９０°振動方向を変換した振動面をもつ直線偏光を取り出せる。

以上のように本発明を用いることによって、従来の紫外光用１／２波長板よりも厚み公差を大きくすることができ、従来よりも１０倍程度厚み公差を広くできた。そのため、従来よりも研磨加工が簡単にできるようになった。また、位相差の波長及び入射角度依存性による影響が減り、光学機器に紫外光用光学部品を組み込んだ後の特性劣化を抑えることができる。
なお、アルミニウム濃度が１ｐｐｍ以下という人工水晶から旋光板を製作することにより、紫外光を照射させても、透過率の劣化を抑えることができる。

以下、本発明の実施例を図に基づいて説明する。
紫外光用光学部品は、半導体製造装置等の光学機器において紫外光用１／２波長板として使用することができる。
本発明の一実施例として、右水晶のＺカットの旋光板と左水晶のＺカットの旋光板との厚み差が２７６．５±２．０μｍである紫外光用光学部品は、図１に示すように右水晶のＺカットの旋光板ａと左水晶のＺカットの旋光板ｂの光学軸が平行になるように貼り合せる。なお、右水晶のＺカットの旋光板と左水晶のＺカットの旋光板から製作された前記紫外光用光学部品は、各々の板厚が１ｍｍ以上５ｍｍ以下である右水晶のＺカットの旋光板と左水晶のＺカットの旋光板を組み合わせており、板厚については、右水晶側が厚くても、左水晶側が厚くても、両方を組み合わせたときの板厚み差が２７６．５±２．０μｍあれば１／２波長板の機能を有する紫外光用光学部品を実現することができる。

なお、図１で示した紫外光用光学部品の設計波長は１９３ｎｍである。この設計波長では、右水晶のＺカットの旋光板の厚みは１．２７６５ｍｍであり、左水晶のＺカットの旋光板の厚みは１ｍｍである。このときの旋光板間の厚み差の公差は２μｍ程度でよい。

本発明の紫外光用光学部品の位相差の波長依存性を図２に示すが、縦軸に位相差、横軸に波長の特性図から分かるように、出射光の位相差は入射光の設計波長からのバラツキに対してほぼ変化がない。

また、前記紫外光用光学部品の位相差の入射角度依存性を図３に示すが、縦軸に位相差、横軸に入射角度の特性図から分かるように、出射光の位相差は入射光の垂直入射からのバラツキに対して変化が非常に小さくなる。

そしてまた、図２と図３に示すように、本発明の紫外光用光学部品は従来の紫外光用水晶１／２波長板の位相差の波長及び入射角度依存性より、特性が良くなっていることが分かる。

ここで、人工水晶中のアルミニウム濃度に対する波長１９３ｎｍの透過率の関係を図４に示す。図４よりアルミニウム濃度が少ないほど透過率が高い傾向があることが分かる。従って、紫外線を照射し続けることによる透過率の劣化は、吸収が少ない、すなわちアルミニウム濃度が低い人工水晶を使用することにより、抑えることができる。これは、人工水晶の屈折率実測値から吸収が無いと仮定し透過率の理論計算を行うと、波長１９３ｎｍでの透過率は８８．２％であり、図４の波長１９３ｎｍの透過率とアルミニウム濃度の比較より、アルミニウム濃度を１ｐｐｍ以下とすると理論透過率に近づく。

従って、上述した右水晶のＺカットの旋光板と左水晶のＺカットの旋光板を組み合わせ、各々の板厚を１ｍｍ以上５mm以下とすることにより、位相差の波長および入射角度依存性が良好で、なおかつ透過率が良好である１／２波長板の機能を有する紫外光光学部品を実現することができた。さらに、右水晶のＺカットの旋光板と左水晶のＺカットの旋光板内に含まれるアルミニウム濃度を１ｐｐｍ以下とすることにより、紫外線を照射し続けることによる透過率の劣化を抑制できる。

また、２枚の旋光板の組立に有機系接着剤等を使わずに直接接合してもかまわない。直接接合は、旋光板をプラズマ処理等行い、旋光板の汚染物質をきれいに除去し、親水性を向上させた旋光板を重ね合わせて応力を印加することによりファン・デル・ワールス力が働き、そしてアニールすることで行える。

本発明の紫外光用１／２波長板の模式図である。 本発明の紫外光用１／２波長板の位相差の波長依存性を示すシミュレーションの特性図である。（回転検光子法による値） 本発明の紫外光用１／２波長板の位相差の入射角度依存性を示すシミュレーションの特性図である。（回転検光子法による値） 人工水晶のアルミニウム濃度と波長１９３ｎｍの透過率の関係を示す特性図である。 従来の１／２波長板の模式図である。 従来の１／２波長板の位相差の波長依存性を示すシミュレーションの特性図である。（回転検光子法による値） 従来の１／２波長板の位相差の入射角度依存性を示すシミュレーションの特性図である。（回転検光子法による値）

Claims (1)

1. 右水晶のＺカット板の旋光板と、
   左水晶のＺカット板の旋光板とを備え、
   一方の前記旋光板における光学軸と垂直に交わる一方の面と、他方の前記旋光板における光学軸と垂直に交わる一方の面とを接合してなる紫外線用１／２波長板において、
   入射光の波長が１９３ｎｍのとき、一方の前記旋光板の所望する厚みが１ｍｍであり、他方の前記旋光板の所望する厚さが１．２７６５ｍｍであり、且つ２つの前記旋光板の厚みの差の公差が±０．００２ｍｍであることを特徴とする紫外光用１／２波長板。

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