(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布が該回折光学素子の位置に応じた所定の分布を持つような光学機器に用いられる位相型の回折光学素子であって、該位相型の回折光学素子の周期構造の側面が、フレアー光の発生を抑えるために、該回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布における最も光強度の強い入射角の光線に対して平行となるように、該回折光学素子の光入射面上の位置によって異なる傾きで傾いていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項２】
回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布が該回折光学素子の位置に応じた所定の分布を持つような光学機器に用いられる位相型の回折光学素子であって、該位相型の回折光学素子の周期構造の側面が、フレアー光の発生を抑えるために、該回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布における重心位置の角度の光線に対して平行となるように、該回折光学素子の光入射面上の位置によって異なる傾きで傾いていることを特徴とする回折光学素子。
【請求項３】
前記回折光学素子を複数の領域に分け、該複数の領域毎に前記側面の傾きが異なることを特徴とする請求項１又は２に記載の回折光学素子。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の回折光学素子を有することを特徴とする光学機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は回折光学素子、特に位相型の回折光学素子及びそれを有する光学機器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より図１０，１１に示すような断面形状を有する位相型回折光学素子が知られている。一般に図１０に示したような周期構造をブレーズド形状と呼んでおり、図１１の周期構造は、図１０のブレーズド形状を量子化して階段状に近似したものである。図１１の回折光学素子において、１周期Ｐ内の階段の段数（レベル）が大きくなるほど図１０の形状に近づき、回折効率を大きくすることができる。
【０００３】
位相型回折光学素子は、光路長差によって入射光線に位相差を生じさせ、偏向作用を持たせる素子である。例えば、図１０の素子では入射光線５１を図示したような方向に、図１１の素子では入射光線６１を図示したような方向に偏向させている。図１１に示した回折光学素子では、素子を透過してきた光の出射点を第２の光源と考えて、干渉によって光を強め合う方向に偏向すると考えると現象を理解しやすい。
【０００４】
回折光学素子において、周期を等しく構成すれば入射光線を同じ方向に偏向することができる。一方、周期を変化させれば入射光線を収斂又は発散させることができ、この時、図１０，１１において紙面垂直方向に一様に周期構造を連続させれば１次元的な機能を、同心円状に周期構造を形成すれば屈折光学素子であるレンズと同様な機能を持たせることができる。ちなみに図１０，１１において周期を変化させ、図左側に中心を持つ同心円状の周期構造を持つ回折光学素子を形成すれば凸レンズの機能を、図右側に中心を持つ同心円状の周期構造を持つ回折光学素子を形成すれば凹レンズの機能を持たせることができる。更に、周期を適当に変化させることで、非球面効果を持たせることや、凸レンズと凹レンズを組み合わせた効果を持たせることも可能である。
【０００５】
また回折光学素子は、屈折光学素子と逆方向に分散が生じるため、両者を組み合わせることで、同一の硝材でも色消しを行なうことができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
位相型回折光学素子は、前述したように光路長差を利用して入射光線を偏向しているため、必然的に有限の厚みを有することになり、各周期構造の境界では不連続な側面（以後、境界側面と呼び、図１０，１１中それぞれ５４，６４で表される）を持つ構成となっている。従って従来の位相型回折光学素子では、図１０，１１における入射光線５２，５３，６２，６３のような光線が境界側面５４，６４によって反射され、フレアー光が発生するという問題があった。
【０００７】
本発明は、このような周期構造の境界側面によって生ずるフレアー光を極力抑えた回折光学素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本願第１発明の回折光学素子は、回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布が該回折光学素子の位置に応じた所定の分布を持つような光学機器に用いられる位相型の回折光学素子であって、該位相型の回折光学素子の周期構造の側面が、フレアー光の発生を抑えるために、該回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布における最も光強度の強い入射角の光線に対して平行となるように、該回折光学素子の光入射面上の位置によって異なる傾きで傾いていることを特徴としている。
本願第２発明の回折光学素子は、回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布が該回折光学素子の位置に応じた所定の分布を持つような光学機器に用いられる位相型の回折光学素子であって、該位相型の回折光学素子の周期構造の側面が、フレアー光の発生を抑えるために、該回折光学素子に入射する光線の入射角に対する光強度分布における重心位置の角度の光線に対して平行となるように、該回折光学素子の光入射面上の位置によって異なる傾きで傾いていることを特徴としている。
【００１０】
本願第３発明の光学機器は、本願第１及び第２発明の回折光学素子を有することを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
従来の位相型回折光学素子の周期構造の境界側面は、回折光学素子が形成された面（以後、基板面と呼ぶ）に対して垂直になっている。これに対して本発明の回折光学素子は、素子に入射する光線の入射角に対する強度分布に着目し、境界側面の基板面に対する傾き角を回折光学素子の位置に応じて最適化して、フレアー光の発生を極力抑えている。
【００１２】
本実施形態では、回折光学素子の入射面を複数の領域に分割し、分割した各領域毎に境界側面の傾き角を設定している。回折光学素子が同心円状の周期構造を持っている場合、例えば図６に正面図を示すような３つの領域ａ１〜ａ３に入射面を分割する。
【００１３】
この時、領域ａ１〜ａ３における光強度Ｉｎの入射角に対する分布が、それぞれ図７（ａ）〜（ｃ）に示したようになっていたとする。θ１〜θ３はそれぞれの領域ａ１〜ａ３において光強度がピークとなる入射角であり、本実施形態では、このθ１〜θ３を領域ａ１〜ａ３における代表入射角としている。
【００１４】
本発明の回折光学素子は、領域ａ１〜ａ３における境界側面がそれぞれ角度θ１〜θ３で入射する光線（以後、代表入射光線と呼ぶ）に対して平行になるよう構成し、各領域において最も光強度の大きい代表入射光線の反射光によって生ずるフレアーを良好に抑制している。なお、図７において入射角の符号は、収斂光を負、発散光を正としている。また、本発明における入射角は、基板面に対する入射角と定義している。
【００１５】
ところで図６は、回折光学素子の周期構造を同心円状に構成した場合の分割領域の一例であり、周期構造が一次元的な場合も含めて、領域を図６のように分割しなければならないという訳ではない。すなわち分割領域は、入射角に対する光強度分布の傾向がほぼ同様になるような領域で適当に分ければよく、使用する光学系や回折光学素子を配置する位置に応じて最適に設定する。可能であるならば、１ピッチの周期構造毎の境界側面に対して、最適な傾き角を設定することが光学性能上好ましいことは言うまでもない。
【００１６】
また、代表入射角は光強度分布の重心位置の角度等、他の方法により決めてもよい。
【００１７】
各実施例において、様々な入射角に対する境界側面の構成例を説明する。
【００１８】
（実施例１）
図１は実施例１のブレーズド型回折光学素子の一部拡大断面図である。本実施例の回折光学素子は、凸レンズの機能を有すべく、図左側に光軸を有した同心円状の周期構造を持っている。同図において１は回折光学素子、２は境界側面、３は基準となる基板面、４は代表入射角θ１１で入射する代表入射光線である。代表入射光線４は、回折光学素子１に収斂光として入射している。
【００１９】
本実施例では、境界側面２を基板面３に対して、代表入射光線４の代表入射角θ１１と同じだけ傾けている。これによって、境界側面２の代表入射光線４に対する投影面積は０になるので、境界側面２における不要な反射光が抑えられ、フレアーが生じにくい。したがって、本実施例の回折光学素子１を光学系に用いた際には、より光学性能の向上を図ることができる。
【００２０】
（実施例２）
図２は実施例１と同じくブレーズド型回折光学素子の一部拡大断面図である。本実施例の回折光学素子も、実施例１と同様に凸レンズの機能を有すべく、図左側に光軸を有した同心円状の周期構造を持っている。代表入射光線４が発散光として回折光学素子１に入射することが、本実施例と実施例１との相違点である。
【００２１】
本実施例でも、境界側面２を基板面３に対して、代表入射角θ１２と同じだけ傾けることによって、境界側面２における不要な反射光を抑えている。これにより実施例１と同様な効果が本実施例でも得られる。
【００２２】
（実施例３）
図３は実施例３の量子化されたブレーズド型回折光学素子の一部拡大断面図である。本実施例の回折光学素子は、凸レンズの機能を有すべく、図左側に光軸を有した同心円状の周期構造を持っている。同図において１０は回折光学素子、２０は理想的な面２００を量子化して８レベルの階段状に近似した境界側面、３は基準となる基板面、４は代表入射角θ１３で入射する代表入射光線である。代表入射光線４は、回折光学素子１０に収斂光として入射している。
【００２３】
本実施例では、理想的な面２００を基板面３に対して、代表入射光線４の代表入射角θ１３と同じだけ傾けている。実際の境界側面２０は、８レベルの階段形状であるので、代表入射光線４に対する投影面積が、基板面３に対して垂直な境界側面を持つ従来の素子に比べて１／８になる。したがって、本実施例の素子においても、境界側面２０における不要な反射光を抑えることができ、フレアーが生じにくい。したがって、本実施例の回折光学素子１０を光学系に用いた際には、より光学性能の向上を図ることができる。
【００２４】
（実施例４）
図４は実施例３と同じく量子化されたブレーズド型回折光学素子の一部拡大断面図である。本実施例の回折光学素子も、凸レンズの機能を有すべく、図左側に光軸を有した同心円状の周期構造を持っている。同図において１００は回折光学素子、２は境界側面、３は基準となる基板面、４は代表入射角θ１４で入射する代表入射光線、５は量子化されたブレーズド形状の各側面である。代表入射光線４は、回折光学素子１００に収斂光として入射している。
【００２５】
本実施例では、境界側面２を傾けるだけでなく、側面５も基板面３に対して代表入射光線４の代表入射角θ１３と同じだけ傾けている。これによって、境界側面２及び側面５の代表入射光線４に対する投影面積が０になるので、不要な反射光が抑えられ、フレアーが生じにくい。したがって、本実施例の回折光学素子１００を光学系に用いた際には、より光学性能の向上を図ることができる。
【００２６】
（実施例５）
図５も実施例４と同じく量子化されたブレーズド型回折光学素子の一部拡大断面図である。本実施例の回折光学素子も、凸レンズの機能を有すべく、図左側に光軸を有した同心円状の周期構造を持っている。代表入射光線４が発散光として回折光学素子１００に入射することが、本実施例と実施例４との相違点である。
【００２７】
本実施例でも、境界側面２及び側面５を基板面３に対して、代表入射角θ１５と同じだけ傾けることによって、境界側面２における不要な反射光を抑えている。これにより実施例４と同様な効果が本実施例でも得られる。
【００２８】
実施例１〜５において基板面３は平面として説明したが、平面に限らず曲面上に回折光学素子を形成しても本発明の効果を損なうことはない。
【００２９】
次に本発明の回折光学素子を利用した光学機器について簡単に説明する。
【００３０】
（実施例６）
図８は本発明の回折光学素子を用いた半導体デバイス等のデバイス製造用の露光装置の光学系の要部概略図である。図中、８１は光源、８２は照明光学系、８３は投影光学系、Ｒはレチクル、Ｗはウエハである。本発明の回折光学素子は、照明光学系８２や投影光学系８３、その他不図示であるがアライメント光学系等の様々な箇所において使用することができ、従来の露光装置に比べて良好な光学性能を得られる。
【００３１】
（実施例７）
図９は本発明の回折光学素子を用いた一眼レフレックスカメラの光学系の要部概略図である。図中、９１は撮影光学系、９２はファインダー光学系である。本発明の回折光学素子は、このようなカメラの光学系に対しても適用することができ、従来のカメラに比べて良好な光学性能を得ることができる。
【００３２】
実施例６，７では光学機器の例として露光装置及びカメラを示したが、本発明の回折光学素子を利用した光学機器はこれらに限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しなければ、その他様々な光学系、光学機器に対して応用でき、良好な光学性能を得ることができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、位相型回折光学素子における周期構造の不連続な側面によって生ずるフレアー光を極力抑えることができ、本発明の回折光学素子を利用した光学機器の光学性能を高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図２】実施例２の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図３】実施例３の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図４】実施例４の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図５】実施例５の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図６】回折光学素子の光入射面の分割領域の一例である。
【図７】各分割領域の入射角に対する光強度分布を表す図である。
【図８】本発明の回折光学素子を用いた露光装置の光学系の要部概略図である。
【図９】本発明の回折光学素子を用いた一眼レフレックスカメラの光学系の要部概略図である。
【図１０】従来の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【図１１】従来の回折光学素子の一部拡大断面図である。
【符号の説明】
１  回折光学素子
２  境界側面
３  基板面
４  代表入射光線
８１  光源
８２  照明光学系
８３  投影光学系
９１  撮影光学系
９２  ファインダー光学系
Ｒ  レチクル
Ｗ  ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003774522.tif 000009
【図９】
0003774522.tif 000010
【図１０】
0003774522.tif 000011
【図１１】
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