JPH0815619A - 光量調整光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フィルタ手段の入射面に対する射出面の傾き
に影響されない光量調整光学系を得る。 【構成】 再起反射光学系が、入射光と平行な方向に逆
進する光束となるようにフィルタ手段に入射してここを
透過した光束を反射して、フィルタ手段を二回透過する
ように構成させたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばレーザー光源等
を用いる光学機器において、光源からの光束光量を調節
する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】レーザ光はその光エネルギー性や波長帯
域特性等を利用して、種々の光学装置に応用されている
が、特にレーザ光を利用した光加工手段等に数多く利用
されている。例えば、半導体製造装置やその他の光学素
子等の製造工程において、レーザ光を利用して所定のパ
ターンを描画するものやリソグラフィ工程における露光
転写の光源として広く活用されている。

【０００３】ここで、近年、投影露光装置等に用いる光
学素子としていわゆる回折光学素子が注目されている。
回折光学素子は、回折作用を利用して光路の偏向を行な
わせる光学素子であり、屈折レンズでは不可能であった
短波長の光束の光路を任意に偏向させることも可能であ
り、屈折レンズとは異なる波長−偏向特性を示すことか
ら、例えば屈折レンズとの組合せによる新たな収差補正
部材等の応用に注目されている。

【０００４】このような回折光学素子としては、ゾーン
プレートが挙げられる。このゾーンプレートとしては、
光透過性の基板上に同心円状の遮光部材を設けた構造の
フレネルゾーンプレートが一般的であるが、透過特性
（屈折率、透過距離等）が異なる同心円状の領域を階段
状に設け、透過距離を部分的に異ならしめることにより
回折作用を生じさせるバイナリーオプティクス（ＢＯ
Ｅ）も新たなゾーンプレートとして提案されている。

【０００５】ＢＯＥ方式のゾーンプレートの一般的な製
造方法は、回転テーブルに基板を載置してその表面にレ
ーザ光等を集光照射し、基板の回転により円環状の露光
領域を形成させ、更にエッチングなどの工程を経ること
により回折パターンが製造されるものである。即ち、半
導体製造工程等のリソグラフィ方式が応用され、微細な
回折パターンの形成を可能ならしめている。

【０００６】このような製造工程において、基板の照射
する集光径が一定で回転テーブルの回転数（角速度）が
常に一定であると、半径の小さい円環状の露光処理領域
を形成させる場合と、半径の大きい円環状の露光処理領
域を形成させる場合とでは、一回転で照射される単位面
積当たりの照射光量に大きな差が生じる。そのため、集
光スポットの照射位置によって回転テーブルの回転数を
変更するか、照射強度を変化させる必要がある。

【０００７】ここで、この種の光学装置において照射光
量を段階的に変化させる光量調節を行う手段としては、
図４に示すような円盤状のガラス基板に、透過率が段階
的に変化する薄膜を円周方向に夫々蒸着したいわゆる可
変ＮＤフィルタ（減光フィルタ）を用いることが挙げら
れる。

【０００８】可変ＮＤフィルタは、図５に示したように
光源光束であるレーザ光の光路中に挿入され、中心の周
りに回転することによって、光路上に位置する透過領域
を選択的に変更して光量の調整を行うものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、一般に、入
射面と射出面とが完全に平行なガラス基板を製作するこ
とは極めて困難であるため、可変ＮＤフィルタのように
基板がガラスであるフィルタは、入射面に対して射出面
が平行から微小に傾いたものとなっている。従って、こ
の様なフィルタは、図５に示す様に、入射したレーザ光
を射出面の傾きに応じた角度で屈折（偏向）させて射出
してしまう。

【００１０】さらに、光量を調整する等のためにフィル
タを回転させると射出面の傾き方向も回転して偏向方向
が変わるため、フィルタを透過したレーザ光の射出角度
が振れてしまうという問題が生じる。

【００１１】このようなレーザ光の射出角度の振れは、
高精度のレーザ光学機器では、装置性能を低下させる原
因にもなる。例えば、前述したＢＯＥゾーンプレートの
製造工程においては、基板上にレーザ光を微小スポット
に集光させ、更にその位置が高精度で位置合わせされて
いるので、このようなレーザ光の振れが集光位置に対し
て影響し、正確な描画が行なえない問題となる。

【００１２】本発明は、かかる問題に鑑みてなされたも
ので、フィルタ手段の入射面に対する射出面の傾きに影
響されない光量調整光学系を得ることを主目的とする。
更に、光量を調整する等のためにフィルタを回転させて
も射出されたレーザ光が振れることがない光量調整光学
系を得ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項１に記載した発明では、光源手段からの
光束の光路上に光透過性基板からなるフィルタ手段を設
け、このフィルタ手段の光透過率を利用して透過光量の
調整を行う光量調整光学系において、入射光をこれと平
行な方向に逆進する光束となるように反射する再起反射
光学系を有し、光源手段からフィルタ手段に入射してこ
こを透過した光束の光路上に再起反射光学系を設けて、
光束がフィルタ手段を二回透過することにより光量の調
節を行う光量調整光学系を提案している。

【００１４】また、請求項２の発明では、請求項１の発
明において、フィルタ手段が、透過率が互いに異なる複
数の光透過性基板を有しており、これらの基板が光路上
で交換可能に構成されているものを提案している。

【００１５】さらに請求項３の発明では、請求項１の発
明において、フィルタ手段が、透過率が互いに異なる複
数の透過領域を備えた光透過性基板を有しており、光路
上に位置する基板上の透過位置が変更可能に構成されて
いるものを提案している。

【００１６】また、請求項４の発明では、請求項３の発
明において、フィルタ手段は、透過率が互いに異なる複
数の透過領域が円周方向の異なる位置に設けられた光透
過性基板と、前記光路上に位置する基板上の透過位置が
移動するように、光透過性基板をその基板と平行な面内
で回転させる基板回転手段とを有し、光透過性基板を回
転させて光路上に位置する透過領域を選択的に変更する
ことにより透過光量の調整を行うものを提案している。

【００１７】さらに、請求項５の発明では、請求項４の
発明において、フィルタ手段は、透過率が互いに異なる
複数の扇形透過領域が円周方向の異なる位置にそれぞれ
設けられた円盤状の光透過性基板と、光路上に調光物質
する基板上の透過位置が移動するように、円盤状の光透
過性基板をその基板と平行な面内で円盤の中心周りに回
転させる基板回転手段とを有し、光透過性基板を回転さ
せて光路上に位置する透過領域を選択的に変更すること
により透過光量の調整を行うものを提案している。

【００１８】

【作用】本発明では、光量調整光学系が、再起反射光学
系を有しているため、フィルタ手段を透過したレーザ光
は、再起反射光学系に入射してここで反射される。再起
反射光学系は、例えば、コーナーキューブ、キャッツア
イ等のように入射光をこれと平行な方向に逆進する光束
となるように反射する光学系である。このため、フィル
タ手段を透過したレーザ光は、再起反射光学系で反射さ
れ、ここに入射した光路と平行な光路を持つように反射
され、再びフィルタ手段に入射する。

【００１９】図３は、再起反射光学系として例えば、コ
ーナーキューブを用いた場合の光の経路を示す説明図で
ある。図３において、図示しないレーザ光源からの光束
Ｒ₃は、光量調整光学系を構成するフィルタ手段３２に
入射する。このフィルタ手段３２は、入射面に対して射
出面がθだけ傾いているものとする。そのため、フィル
タ手段３２を透過した光束Ｒ₃ は、この傾斜角θの影響
でその光路がδだけ屈折（偏向）されている。

【００２０】フィルタ手段３２から一旦射出された光束
Ｒ₃ は、そのまま進行しコーナーキューブ３３に入射す
る。コーナーキューブ３３は、底面（入射面）が正三角
形の三角錐であり、この三角錐の側面（反射面）の頂角
はすべて９０度となるように構成された光学素子であ
る。このコーナーキューブ３３の底面が入射面となって
おり、側面は反射面となっているので、底面から入射し
た入射光は少なくとも三つの側面により反射され、入射
した光路と平行な光路で射出される。

【００２１】従って、コーナーキューブ３３に入射した
光束Ｒ₃ は、ここで反射されて入射した光路と平行な光
路で射出されるので、フィルタ手段３２に射出面側から
入射することになる。コーナーキューブ３３から射出さ
れた光束Ｒ₃ は、入射した光路と平行な光路を持つた
め、フィルタ手段３２を再度透過し、フィルタ手段３２
の入射面側から射出された光束Ｒ₃ は、入射した時の光
路と平行な光路を備えたものとなる。

【００２２】このように、入射面に対して射出面が傾き
を持ったフィルタ手段を用いた場合であっても光量調整
光学系に入射した光束と光量調整光学系から射出された
光束の光路が平行となるため、常に一定の射出角度で光
量調整された光束を射出させることができる。

【００２３】従って、例えばフィルタ手段として透過率
が互いに異なる複数枚のフィルタを用意し、目的に応じ
て交換する場合であってもレーザ光を常に一定の射出角
度で射出させることができる。勿論、フィルタ手段とし
て透過率が互いに異なる複数の透過領域を備えた一枚の
フィルタを用いる場合であっても、レーザ光を常に一定
の射出角度で射出させることができる。この様なフィル
タ手段として、例えば、レーザ光の光路上に透過率が互
いに異なる複数の透過領域を備えたフィルタ手段を用
い、レーザ光の透過位置を変更させるように構成したも
のが挙げられる。

【００２４】例えば、一枚の矩形状のフィルタを透過率
の異なる複数の透過領域に均等に分割し、フィルタの入
射面の位置は変えないで入射領域のみを移動させるよう
な構成としても良いし、円形のフィルタの円周方向の異
なる位置に透過率の異なる複数の透過領域を設けフィル
タ手段を回転させて、レーザ光の入射領域を変更させる
ように構成してもよい。具体的な一例としては、図４に
示すような円盤状のガラス基板の円周方向に透過率の変
化する薄膜を夫々扇形領域に蒸着して形成し、これを回
転させてレーザ光の入射領域を変更させるようなものが
挙げられる。

【００２５】

【実施例】以下、実施例を通じ本発明を更に区らしく説
明する。図１に、本発明の位置実施例に係る光量調整光
学系を応用したゾーンプレート製造装置を示す。本実施
例では、光源手段として波長３６５ｎｍのレーザ光を発
するＡｒレーザ光源１を用いている。

【００２６】また、被加工物となるレジスト膜が塗布さ
れた基板８は、回転ステージ９上に載置されており、回
転ステージ９の回転に応じて回転するようになってい
る。レーザ光源１からの光束は、光学ヘッド１２の集光
光学系を介してこの基板８上に集光するので、基板８は
その回転に応じて円環状に露光処理されることになる。

【００２７】図１において、レーザ光源１から発せられ
た光束は、光量調整光学系を構成するフィルタ手段であ
る回転式の減光フィルタ２に入射する。本実施例では、
この回転式減光フィルタ２として、図４に示すような、
円盤状のガラス基板に透過率の異なる薄膜を扇形領域に
円周方向に並べて蒸着した可変ＮＤフィルタ（減光フィ
ルタ）を用いている。

【００２８】減光フィルタ２により光量が調節された光
束は、光量調整光学系を構成する再起反射光学系である
コーナーキューブ３に入射する。このコーナーキューブ
３は、前述したように、入射した光を入射光路と平行な
光路を持つように射出するものであり、コーナーキュー
ブ３に入射した光束は、ここで反射されて、再び減光フ
ィルタ２に入射する。

【００２９】即ち、レーザ光源１から発せられた光束
は、減光フィルタ２を二回透過して所望の強度に調節さ
れる。所望の強度に光量調節された光束は、ビームエキ
スパンダー４に入射し、ここで光束径を広げられてディ
フレクタ５に入射する。ディフレクタ５は、入射した光
の進行方向を変える偏向器であり、後述する集光スポッ
トの位置を変えて正しい位置に集光させている。ディフ
レクタ５からの光束は、対物レンズ６に入射し、この対
物レンズ６により１／１００に縮小されて基板８上に集
光スポットとして照射される。

【００３０】基板８は、回転ステージ９の回転に応じて
回転するよため、基板８に照射された集光スポットは、
円環状に基板８を照射していることになる。このとき、
ＬＥＤ１０とポジションセンサー１１からなる焦点（基
板上下位置）検出器が、基板８の位置を検出し、位置制
御手段（図示せず）により対物レンズ６を自動的に上下
させて常に基板８の上下方向の変動に対して焦点が合う
ように調整している。また、位置検出光学系７がパター
ンの位置を検出して描画パターンずれのチェック及びレ
ーザ光照射位置の検出及びアライメントを行っている。

【００３１】更に、ディフレクタ５、対物レンズ６、位
置検出光学系７、ＬＥＤ１０とポジションセンサー１１
とからなる焦点（基板上下位置）検出器は、１個の光学
ヘッド１２の内部に組み込まれており、このヘッド１２
を回転テーブルの回転中心軸と直交する方向に移動させ
る移動制御部（図示せず）が設けられている。このヘッ
ド１２の移動距離は、レーザ干渉測長器（図示せず）に
よって正確に読み取ると共に、その値をフィードバック
してヘッド１２の位置を制御している。

【００３２】ここで、回転ステージ９は一定速度（角速
度）で回転しているので、外周位置では集光スポットと
基板の相対速度は速いが、集光スポットが内周位置にな
るほど遅くなる。そのため、外周部では露光不足になり
がちになり、内周部では露光オーバーになりがちであ
る。そこで、減光フィルタ２を回転させてレーザ光の透
過位置の透過率を所望の透過率を備えたものに変更して
光量を調整する。

【００３３】このとき、減光フィルタ２の入射面に対す
る射出面の傾きが生じていても、またこの傾き方向がフ
ィルタ手段の回転により変わっても、レーザ光の進行方
向は常に同じ方向に維持される。即ち、本実施例によれ
ばフィルタ手段の入出射面の傾きの影響がないため、減
光フィルタ２を回転して光量調整割合を変化（傾きの方
向を変化）させても、レーザ光の進行方向は変化しない
ため、その集光位置に変化が生じないので、正確なパタ
ーンを描画できる。

【００３４】以上は、光量調整光学系を構成する再起反
射光学系としてコーナーキューブを用いた場合について
説明したが、勿論、図２に示したキャッツアイのような
別の構成の光学系を用いてもよい。

【００３５】このキャッツアイは、レンズ２３ａの焦点
位置に反射板２３ｂを設けて、レンズ２３ａに入射した
光束を反射部２３ｂで反射し再びレンズ２３ａに入射さ
せることにより、入射光をこれと平行な方向に逆進する
光束とするものであるが、本発明では、このような働き
をする光学系であれば、特に限定はしない。また、用い
るフィルタ手段も上述したものに限らず、どのようなも
のであっても本発明はその効果を達成できるものであ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明の光量調整
光学系によれば、入射面に対して射出面が微小に傾いた
フィルタを用いても、射出されるレーザ光の進行方向が
変化しない光量調整光学系を得ることができる。特に、
光量を調整するためにフィルタ手段を回転させても、射
出された光が振れることがない光量調整光学系を得るこ
とができる。

【００３７】このため、この光量調整光学系を利用する
光学装置において、光量の如何によらず常に一定の進行
方向が維持された光束が供給されるので、装置の安定性
が維持される利点がある。さらに、フィルタ手段を二度
透過させる構成としているので、例えばＮＤフィルタの
ダイナミックレンジを拡大する効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光量調整光学系を用いたゾーンプレー
ト製造装置の一実施例を示す概略図である。

【図２】本発明の光量調整光学系の別の実施例を示す概
略図である。

【図３】再起反射光学系にコーナーキューブを用いた場
合の光の経路を示す説明図である。

【図４】可変ＮＤフィルタの説明図である。

【図５】従来の光量調整光学系の構成を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１、２１、５１ Ａｒレーザ光源 ２、２２、３２、５２ 回転式減光フィルタ ３、３３ コーナーキューブ ２３ａ レンズ ２３ｂ 反射板 ３ ヘッド ４ ビームエキスパンダー ５ ディフレクタ ６ 対物レンズ ７ 位置検出光学系 ８ 基板 ９ 回転ステージ １０ ＬＥＤ １１ ポジションセンサー

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光源手段からの光束の光路上に光透過性
   基板からなるフィルタ手段を設け、該フィルタ手段の光
   透過率を利用して透過光量の調整を行う光量調整光学系
   において、 入射光をこれと平行な方向に逆進する光束となるように
   反射する再起反射光学系を有し、 前記光源手段から前記フィルタ手段に入射してここを透
   過した光束の光路上に前記再起反射光学系を設けて、前
   記フィルタ手段を二回透過することにより光量の調節を
   行うことを特徴とする光量調整光学系。
2. 【請求項２】 前記フィルタ手段は、透過率が互いに異
   なる複数の光透過性基板を有し、これらの基板が光路上
   で交換可能に構成されていることを特徴とする請求項１
   に記載した光量調整光学系。
3. 【請求項３】 前記フィルタ手段は、透過率が互いに異
   なる複数の透過領域を備えた光透過性基板を有し、前記
   光路上に位置する基板上の透過位置が変更可能に構成さ
   れていることを特徴とする請求項１に記載した光量調整
   光学系。
4. 【請求項４】 前記フィルタ手段は、透過率が互いに異
   なる複数の透過領域が円周方向の異なる位置に設けられ
   た光透過性基板と、前記光路上に位置する基板上の透過
   位置が移動するように、前記光透過性基板をその基板と
   平行な面内で回転させる基板回転手段と、を有し、 前記光透過性基板を回転させて光路上に位置する透過領
   域を選択的に変更することにより透過光量の調整を行う
   ことを特徴とする請求項３に記載した光量調整光学系。
5. 【請求項５】 前記フィルタ手段は、透過率が互いに異
   なる複数の扇形透過領域が円周方向の異なる位置にそれ
   ぞれ設けられた円盤状の光透過性基板と、 前記光路所に調光物質する基板上の透過位置が移動する
   ように、前記円盤状の光透過性基板をその基板と平行な
   面内で円盤の中心周りに回転させる基板回転手段とを有
   し、 前記光透過性基板を回転させて光路上に位置する透過領
   域を選択的に変更することにより透過光量の調整を行う
   ことを特徴とする請求項４に記載した光量調整光学系。