(57)【要約】リターデーション・プレート（１０）が、それぞれ入射する光と出て行く光のための入射面（１３）と射出面（１５）を有する複屈折結晶プレート（１２）を包含する。結晶プレート（１２）は、アルカリ土類金属フッ化物、特に蛍石からなる。その光軸（１１）は、＜１１０＞結晶軸もしくはそれに等価な主結晶軸の方向と少なくともほぼ整列している。入射面および／または射出面（１３、１５）にフォーム複屈折層構造（１４、１６）が付け加えられる。これは、たとえば交番する屈折率を伴う少なくとも２つの誘電体層（１６１、１６２、．．．、１６６）の周期的なシーケンスとして構成させることができる。このリターデーション・プレート（１０）は、紫外光に適しており、広い角度範囲にわたる入射を可能にする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ入射する光と出て行く光（２２、２４）のための入射面（１３）と射出面（１５）を有する複屈折結晶プレート（１２）を備えたリターデーション・プレートであって、前記結晶プレート（１２）が、アルカリ土類金属フッ化物、特に蛍石からなり、その光軸（１１）が、＜１１０＞結晶軸または実質的に等価な主結晶軸の方向と少なくとも整列しており、前記入射面および／または前記射出面（１３、１５）にフォーム複屈折層構造（１４、１６）が設けられていることを特徴とするリターデーション・プレート。
【請求項２】
前記フォーム複屈折層構造（１４、１６）が、交番する屈折率を備えた少なくとも２つの誘電体層（１６１、１６２、．．．、１６６）の周期的なシーケンスとして構成されることを特徴とする請求項１に記載のリターデーション・プレート。
【請求項３】
前記層（１６１、１６２、．．．、１６６）の厚さ（ｄ）が、前記リターデーション・プレートが設計される波長より小さいことを特徴とする請求項２に記載のリターデーション・プレート。
【請求項４】
前記層（１６１、１６２、．．．、１６６）の厚さ（ｄ）が、前記リターデーション・プレートが設計される波長の１／５より小さいこと、好適には１／１０より小さいことを特徴とする請求項３に記載のリターデーション・プレート。
【請求項５】
前記層（１６１、１６２、．．．、１６６）のすべてが同一の厚さ（ｄ）を有することを特徴とする、先行する請求項のいずれかに記載のリターデーション・プレート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、それぞれ入射する光と出て行く光のための入射面と射出面を有する複屈折結晶プレートを伴うリターデーション・プレートに関する。
【背景技術】
【０００２】
リターデーション・プレートまたは位相プレートという用語は、光学的な複屈折平行平面板を言い、通常、光学的な一軸結晶からなる。リターデーション・プレートの表面は、垂直入射波が、プレートの厚さに依存した位相差を伴って互いに直交して振動する２つの波に分離されるように、結晶の光軸に平行である。リターデーション・プレートの後ろでは光が結合されてプレートの厚さに依存する偏光状態を形成する。たとえば、位相差が入射光の波長の４分の１に対応するように厚さが選択された場合には、リターデーション・プレートは四分の一波長板と呼ばれ、直線偏光を楕円か円偏光に変換するか、その逆を行う。しかしながら、リターデーション・プレートによって偏光方向の間に導かれる位相差が半波長であれば、半波長板と呼ばれ、たとえば楕円もしくは円偏光の左右の反転に使用することができる。
【０００３】
たとえばリターデーション・プレートは、マイクロリソグラフ投影照明システムの反射屈折投影対物レンズに使用される。この種のシステムは、今日、短波紫外光で動作しており、すでに非常に多く複屈折結晶が、過剰な吸収に起因してリターデーション・プレート用の材料としての生命を失っている。
【０００４】
フッ化マグネシウムは、原理的にこの波長範囲に適しているが、複屈折が高すぎ、非常に厳格な要件を製造許容誤差に課する必要がある。実際、意図された厚さからの非常にわずかなずれが、直交偏光方向の間における所望の位相差からの顕著なずれをもたらす。フッ化マグネシウムの高い複屈折に起因して、さらに、導かれる位相差が正確にλ／４であるか、あるいはたとえばｎ＝１、２、．．．としてλ（ｎ＋１／４）であるゼロ次リターデーション・プレートを作成することが技術的に困難である。この種のゼロ次リターデーション・プレートは、実際に、それらの製造や光学機器内におけるそれらの扱いが無視できない問題を伴うほど薄い。ゼロ次リターデーション・プレートは、それらの機能が、光がリターデーション・プレートに入射する角度に対してあまり強く依存しないことから好まれる。前述した投影対物レンズにおいては、それらが有する開口数が０．３を超えることが多く、大きい入射角が生じるので、この側面が特に重要となる。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，３８４，９７４Ｂ１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、導入部分で述べた、マイクロリソグラフ投影照明システムにおける使用に適したタイプのリターデーション・プレートを提供することを本発明の目的とする。特にこのリターデーション・プレートには、紫外線範囲において高い透過性を有し、製造と扱いがシンプルであり、さらには広開口光学システムにおいてさえ使用可能であることが意図される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、導入部分で述べたタイプのリターデーション・プレートの場合であれば、結晶プレートがアルカリ土金属フッ化物、特に蛍石からなり、かつそのプレートの光軸を少なくとも概略で＜１１０＞結晶軸またはそれに等価な主結晶軸の方向に整列させることによって、またはフォーム複屈折(form-birefreingent)層構造を入射面および射出面のいずれか又は双方に設けることによって達成される。
【０００８】
本発明は、一方においては非常に多くのアルカリ土金属フッ化物結晶、たとえば蛍石結晶（ＣａＦ2）あるいはフッ化バリウム結晶（ＢａＦ2）が、＜１１０＞結晶軸の方向におけるビーム伝播について真性複屈折を有するという事実を基礎としている。しかしながら、ほかの結晶軸に沿ったビーム伝播についての複屈折は小さい。これらの結晶が、紫外線波長範囲において高い透過性を有することから、これらは、特にマイクロリソグラフ投影照明システムの投影対物レンズにおける使用に適している。また、これらの結晶の複屈折は、＜１１０＞方向において比較的小さく、そのためたとえばフッ化マグネシウムから作られたリターデーション・プレートほど薄くないゼロ次リターデーション・プレートを作ることが可能になる。したがって、プレートの厚さに関係する製造許容誤差に課せられる要件がそれほど厳格でない。
【０００９】
さらに、たとえば特許文献１によって開示されているようなフォーム複屈折層構造においては、複屈折効果の角度依存度が、アルカリ土金属フッ化物結晶と比較すると異なり、実際、ほとんど逆になる。すでに上で述べたとおり、その種の結晶においては入射の角度の増加に伴って複屈折が減少するが、フォーム複屈折層構造においては状況が正確に逆であり、言い換えると入射の角度の増加に伴って複屈折が増加する。このようにすれば、より大きい入射角における結晶の複屈折の減少が、その場合に増加するこの層構造の複屈折によって、少なくとも部分的に補償される。さらに、層の適切な構成を用いれば、光の直交偏光成分の間における実質的な角度非依存の位相差を達成することも可能になる。
【００１０】
したがって、この種のリターデーション・プレートは、投影照明システムにおける非常に広い開口の対物レンズにも適している。
【００１１】
フォーム複屈折層構造は、交番する屈折率を伴う少なくとも２つの層の周期的なシーケンスとして構成することができる。その場合、層の厚さは、リターデーション・プレートが設計される波長より小さくなければならない。好適には、層の厚さをこの波長の１／５より小さく、さらには１／１０より小さくする。実際、入射光の波長と比較して層の厚さが小さいほど、層構造が入射光に対してより均質な一軸複屈折メディアとして作用する。さらに好ましくは、すべての層が同一の厚さを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を補助として本発明を例示した実施形態について説明する。
【００１３】
図１は、全体を１０として示したリターデーション・プレートの対称軸に沿った断面図を示している。リターデーション・プレート１０は、蛍石結晶プレート１２を有し、１１によって示されるその光軸は、少なくともほぼ＜１１０＞結晶軸の方向に整列している。
【００１４】
上側誘電体層構造１４と下側誘電体層構造１６が、ディスク形状の蛍石結晶プレート１２の上下の面１３、１５にそれぞれ設けられている。図１の拡大表現からわかるとおり、下側層構造１６は、交番する屈折率を伴う６つの誘電体層１６１、１６２、．．．、１６６のシーケンスからなる。ここに例示されている実施形態においては、層１６１、１６３、１６５が第１の屈折率ｎ1を有し、層１６２、１６４、１６６が、屈折率ｎ1とは異なる第２の屈折率ｎ2を有する。すべての層１６１、１６２、．．．、１６６は同一の厚さｄを有し、例示の実施形態においては入射光の波長の１／１０となっている。たとえばリターデーション・プレート１０が、波長λ＝１５３ｎｍを伴う紫外光用に設計されている場合には、厚さｄが約１５ｎｍにしかならない。したがって明瞭にするため、図１においては、個別の層１６１〜１６６の厚さが、かなり誇張して表されている。
【００１５】
下側層構造１６は、高低の屈折率を伴う層１６１〜１６６の交番するシーケンスであるので、フォーム複屈折である。このことは、下側層構造１６が、層平面に斜めに入射する光に対して、光の偏光方向に応じて異なる屈折率を有することを意味する。図２は、下側層構造１６に関する屈折率楕円を示している。この図から、層平面に対して平行に偏光されている光は、正常ビームのための屈折率ｎoにさらされ、層平面に対して垂直に偏光されている光は、異常ビームのための屈折率ｎeにさらされることが明らかである。その際ｎe＜ｎoである。
【００１６】
屈折率ｎe、ｎoと、一方における層１６１、１６２、．．．、１６６の屈折率ｎ1、ｎ2の関係をはじめ、他方における層の厚さｄとの関係は、たとえば前述した特許文献１に記述されている。
【００１７】
層構造上に垂直に入力する光は、常に層平面に対して平行に偏光されることから、その種の光ビームに対しては、下側層構造１６が複屈折にならない。しかしながら層平面と通過する光の角度が大きくなるほど、下側層構造１６の複屈折効果が、少なくとも非偏光もしくは円偏光に対して強くなる。
【００１８】
上側層構造１４は、正確に下側層構造１６と同様に構成され、したがってここでも対応して上記の説明を適用することができる。
【００１９】
図１においては、上側と下側の層構造１４、１６をはじめ、蛍石結晶プレート１２の複屈折効果が、極めて図式的に２つの直線偏光ビーム２２、２４に対して例示されている。光ビーム２２は、この場合、それが上側層構造１４を垂直に通過するようにリターデーション・プレート１０の入射面１８に入射する。この垂直の透過により、前述したとおり、光ビーム２２は上側層構造１４内において複屈折を受けない。その結果、波面の分離も生じない。しかしながら、波面が蛍石結晶プレート１２に入ると直ちに、入射波が複屈折に特有の態様で正常波と異常波に分離され、図１においてはそれぞれが破線と点線を用いて例示されている。この波面の分離、および同時に生じる位相差における増加は、下側層構造１６では光ビーム２２が複屈折にさらされないことから、波面がそこに入ると直ちに終了する。光ビーム２２は、層１２の厚さに対応する所望の位相差λ／４、λ／２を、２つの相互に直交する偏光された成分の間に有する。
【００２０】
第２のビーム２４は、リターデーション・プレート１０の入射面１８に大きい角度で入射するように第１のビーム２２に対して傾いている。この角度の入射の場合、上側層構造１４と下側層構造１６の両方が強い複屈折効果を有するが、それらの間にある蛍石結晶プレート１２は、この角度の入射ではほとんど複屈折とならない。したがって、上側層構造１４によって導入される波面の分離は、蛍石結晶プレート１２を透過する間にわたって、すなわち下側層構造１６で波面の分離がさらに進められるまで保持される。図１からわかるように、層構造１４、１６は、光軸１１に対して斜めに入射するビーム２４の場合の全体的な波面の分離、言い換えるとリターデーション・プレート１０によって導入される異なる偏光方向についての位相差が、光軸１１に対して垂直に入射するビーム２２についてリターデーション・プレート１０によって導入される位相差とほぼ一致するように構成される。このようにしてリターデーション・プレート１０は、広い範囲の入射角にわたる光ビームについて、ほぼ一定の位相差とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ディスク形状のリターデーション・プレートのその対称軸に沿った断面図である。
【図２】図１に示したリターデーション・プレートの一部である層構造について屈折率楕円を示した説明図である。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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