JPH1096859A - 光学構造 - Google Patents

光学構造

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JPH1096859A
JPH1096859A JP9239376A JP23937697A JPH1096859A JP H1096859 A JPH1096859 A JP H1096859A JP 9239376 A JP9239376 A JP 9239376A JP 23937697 A JP23937697 A JP 23937697A JP H1096859 A JPH1096859 A JP H1096859A
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mirror
segment
optical structure
segment mirror
single beam
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Juergen Dr Schweizer
ユルゲン・シュヴァイツァー
Albrecht Geist
アルブレヒト・ガイスト
Bruno Schweizer
ブルノ・シュヴァイツァー
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Carl Zeiss AG
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Carl Zeiss SMT GmbH
Carl Zeiss AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 初めの焦点から対物レンズの瞳点に至るまで
の各単ビームの長さを厳密に一定にすることができ且つ
単ビーム相互の幾何学的・空間的配置関係ができる限り
正確なままであるような、多数の単ビームを結像するた
めの光学構造を提供する。 【解決手段】 複数の個別の単ビームが第１のセグメン
トミラー領域の前方で共通の焦点を通過し、セグメント
ミラー領域のそれぞれ別個のミラーで反射された後、対
物レンズを経て１つ又は複数の工作物の上に結像され
る。本発明によれば、セグメントミラー領域と対物レン
ズとの間に別の第２のセグメントミラー領域を配置する
か、又は焦点の背後に、単ビームを少なくとも１つのセ
グメントミラー領域へ偏向させるビームスプリッタを配
置し、単ビームがこのセグメントミラー領域から少なく
ともほぼ同一の光路に沿って反射されて戻るようにし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、複数の別個の単ビ
ームが第１のセグメントミラー領域の前方で共通の焦点
を通り、セグメントミラー領域のそれぞれ別個のミラー
で反射された後に、対物レンズを経て１つ又は複数の工
作物の上に結像されるような光学構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】多数の単ビームを発生させた後に、それ
らの単ビームを工作物の上に結像させたい場合、単ビー
ムの間の空間角の差によって単ビームによって結像され
る像（単ビームの相互関係）にゆがみが発生するか、あ
るいは、単ビーム相互間で空間角間隔を強制的に一定に
しなければならないために、必然的に単ビームの光路の
長さが違ってしまい、対物レンズ又は像平面におけるビ
ーム直径の大きさに差が生じるという問題が起こる。オ
フナー光学系は１つの技術的解決策ではあるが、それに
かかるコストは非常に高い。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、初め
の焦点から対物レンズの瞳点に至るまでの各単ビームの
長さを厳密に一定にすることができ且つ単ビーム相互の
幾何学的・空間的配置関係ができる限り正確なままであ
るような、多数の単ビームを結像するための光学構造を
提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この課題は特許請求の範
囲第１項と第２項の特徴部分によって達成される。本発
明は、単ビームの光路の長さを互いに均衡させるための
方法を２つ提供する。
【０００５】本発明に従って発明の思想を実現した２つ
の構成においては、幾何学的に規定された配列の複数の
単ビームを含む集束マルチビームから発する光束は、た
とえば、正四角錐の形状に相応しており、各々のビーム
がセグメントミラー領域の１つのミラーに入射し、ミラ
ーが基本位置にあるとき、そのミラーから対物レンズの
瞳点へ反射されるようにセグメントミラー領域に入射
し、その際、 −初めの焦点から対物レンズの瞳点に至るまでの各単ビ
ームの長さはできる限り厳密に一定であり、且つ −単ビーム相互間の幾何学的・空間的配列関係も同様に
できる限り厳密に一定のままであるか又は少なくとも互
いにできる限り厳密な比例関係を保つ。
【０００６】本発明による光学構造は、焦点の背後に、
単ビームを少なくとも１つのセグメントミラー領域へ偏
向させるビームスプリッタが配置されており、単ビーム
はセグメントミラー領域から少なくともほぼ同じ光路を
たどって反射されて戻ることを特徴としている。すなわ
ち、本発明による第１の解決策では、単ビームはほぼ自
らに向かって反射される。上記の問題のこの解決法は最
も穏やかなものであるが、結果として、少なくとも約７
５％という大きなエネルギー損失が起こる。そこで、エ
ネルギー収量を最大限で５０％まで増加させるために、
第２のセグメントミラーアレイが必要になるが、この第
２のアレイの個々のミラーの動きは第１のセグメントミ
ラーアレイの個々のビームの動きと厳密に連結していな
ければならない。
【０００７】本発明による第２の光学構造は、セグメン
トミラー領域と対物レンズとの間に別の第２のセグメン
トミラー領域が配置されていることを特徴とする。２つ
のセグメントミラーアレイを有する構成の場合、入射し
て来る角錐形ビームは固定セグメントミラーアレイ（設
置時に製造許容差を補整するために調整可能であると有
利である）の方向へ偏向され、そのミラーアレイによ
り、全ての単ビームが好ましくは９０°の角度で平行に
反射されて第２のセグメントミラーアレイ（複数のコン
ピュータ制御２軸傾斜ミラーから構成されていると有利
である）に至る。この第２のミラーアレイは単ビームを
対物レンズの瞳に向かって反射する。
【０００８】ビームを反射する個々のミラーの大きさに
従って、平行光束の「高さ」（第２のセグメントミラー
アレイにおける反射時の単ビームのＺ軸高さ差）を「全
光束の直径」とみなすことができ、また、セグメントミ
ラーアレイの個々のミラーが互いに妨害されないよう
に、この「高さ」を自在に確定できる。第１のレンズの
後の焦点における光束の所定の開き角をΦとするとき、
光束の中心ビームが第２のセグメントミラーアレイへ垂
直に反射させ且つ２つのセグメントミラーアレイの間の
単ビームが互いに平行に進むのであれば、構造の寸法関
係は「基本高さｈ」（好ましくはセグメントミラーアレ
イの中心のミラーと、第１のレンズ（図２の１１）の後
の焦点までの垂直距離）によってのみ決まる。
【０００９】第２のセグメントミラーアレイのミラーが
基本位置にあり且つ全ての単ビームが第２のセグメント
ミラーアレイで反射された後に共通の焦点を通るように
すれば、単ビームの全長を厳密に同じ長さにすることが
でき、単ビーム相互の空間的・幾何学的配列関係は妨
害，ひずみを生じない（同じままであるか又は比例関係
をもって増減させる（すなわち、開き角の大小）ことが
できる）。これにより、たとえば、適切な投影対物レン
ズにより、エネルギー損失を最小限に抑えて、単ビーム
のテレセントリック集束を幾何学的に最適の状態で（す
なわち、対物レンズにより集束される単ビームの光学的
ゆがみ及び収差が最小になり且つ像平面は同じであるよ
うに）行うことができる。
【００１０】この解決方法の大きな利点は、空間角が同
じであるときには長さを同じにできることである。この
場合、セグメントミラーアレイの個々のミラーの間隔は
第２のセグメントミラーアレイの全ての傾斜ミラーが十
分に広いスペースを利用できるような、十分な広さであ
ることに注意すべきである。これは第２のセグメントミ
ラーアレイを使用することにより得られたものであり、
この場合、単ビームの周囲部分が平行に進んでいないと
きには、単ビームの直径は第１及び第２のセグメントミ
ラーアレイの各々のミラーで異なる大きさになることに
注意すべきである。セグメントミラーアレイの個々のミ
ラーの直径の大きさには、個々のミラーへの単ビームの
入射角も関連している。
【００１１】本発明による第１の解決策では、焦点の後
に、単ビームを２つのセグメントミラー領域へ偏向させ
る直角ビームスプリッタが配置されており、このミラー
領域から単ビームは少なくともほぼ同じ光路をたどって
反射されて戻り、且つ２つのミラー領域が互いに直角を
成して配置されていると有利である。第１のミラー領域
が複数の可動単ミラーから構成されていれば、設置が容
易になるので有利である。この場合の単ミラーの移動は
入射単ビームの方向及び／又はそれに対し垂直な方向に
実行可能である。第２のミラー領域が複数の可動単ミラ
ーから構成されていると、１つ又は複数の工作物表面に
所定の１つの点を形成できるばかりでなく、規定された
ある１つの移動範囲でミラーを傾斜運動させることによ
り、ビームを別の場所に位置決めするか又は工作物表面
に対してほぼテレセントリックに限定された領域内で任
意の動きを行わせることも可能である。
【００１２】２つのミラー領域の間で単ビームが平行に
進むのであれば、光学系全体の構造は単純になり、ま
た、単純な数学計算によって、セグメントミラーアレイ
における単ミラーの位置決めを行うことができる。第１
のミラー領域を固定セグメントミラーアレイとして構成
すれば、第１のセグメントミラーアレイをモノリシック
ブロックとして製造し、それにより、製造コストを大幅
に低減することができる。これとは逆に、第１のミラー
領域を調整自在のセグメントミラーアレイとして構成す
ると、光学系全体の設置は著しく容易になる。光学構造
の設計と用途に応じて、特に単ビームに求められる光学
的品質を考慮して、どちらの構成がより有利であるかを
決めることができる。
【００１３】いずれの場合にも、第２のミラー領域を複
数のコンピュータ制御２軸傾斜ミラーから構成すると有
利である。これにより、光学構造をその後の加工のため
に移動させなければならないと考えられる工作物の表面
にビームを点状に投影するために使用できるのみなら
ず、工作物上の多次元作業領域の様々な場所をビームに
より点照明することや、線状の照明を発生させることも
できる。
【００１４】照明自体は工作物に溝を形成したり、工作
物の所定の場所を放射にさらす（加熱する、感光層を露
光するなど）ために利用できる。本発明は、特に、ドイ
ツ特許第４４２３０４０号，ドイツ特許第４４４０１１
７号又はドイツ特許第１９６１４０５０号に記載されて
いる光学構造に適用可能である。これらの特許で提示さ
れている内容を本発明による光学構造と共に適用するた
めに応用することができる。使用される単ビームの波長
と特性は、光学構造の用途の条件（たとえば、感光層の
露光，材料の削り取りなど）に応じて選択されるべきで
ある。以下、図面を参照して例を挙げながら本発明を説
明する。説明の中で、本発明のその他の特徴並びに本発
明をさらに良く理解するのに役立つ説明及び発明の思想
の実現可能性を記載する。
【００１５】
【発明の実施の形態】本発明による第１の解決策を図１
に示す。この構成では、従来の技術に従って発生された
単ビーム（１ａ，１ｂ，１ｃ）はレンズ２を経て共通の
焦点３に集束した後、ビームスプリッタ４に入射する。
ビームスプリッタ４は入射した光束（１ａ，１ｂ，１
ｃ）をビーム分割層４ａで２つの全く同一の光束（１
ａ′，１ｂ′，１ｃ′；１ａ″，１ｂ″，１ｃ″）に分
割する。
【００１６】単ビーム（１ａ′，１ｂ′，１ｃ′；１
ａ″，１ｂ″，１ｃ″）は、ビームスプリッタ４から射
出した後、多数の個別に調整可能である単ミラーを有す
る少なくとも１つのセグメントミラーアレイ（５ａ，５
ｂ，５ｃ）へと偏向される。このビームスプリッタは単
ビーム（１ａ′，１ｂ′，１ｃ′）を小さなビーム角度
ずつ偏向させることができる。この場合、単ビーム（１
ａ′，１ｂ′，１ｃ′）は少なくともほぼ完全に自身の
光路に沿って反射されて戻るので、単ビーム（１ａ′，
１ｂ′，１ｃ′）の光路はビームスプリッタ４の背後の
第２の「疑似焦点」６（ミラーアレイの基本位置におけ
る単ビームの交点）に至るまでは同一である。セグメン
トミラーアレイ（５ａ，５ｂ，５ｃ）の基本位置におい
ては、単ビーム（１ａ′，１ｂ′，１ｃ′）はこの第２
の焦点６を通過する。
【００１７】ここでは、問題となる角度はほぼ９０度で
あり、光路で長さの差はほとんど生じないので、ディス
トーションの問題は起こらない。一般に、エネルギーの
損失は非常に大きい。単ビーム（１ａ，１ｂ，１ｃ）の
入射エネルギー１００％のうち、ビームスプリッタ４か
ら第２の焦点６の方向へ射出するのは最大でもわずか２
５％である。単ビーム（１ａ″，１ｂ″，１ｃ″）の第
２の光路に第２のセグメントミラーアレイ（７ａ，７
ｂ，７ｃ）を配置すると、エネルギー損失を少なくとも
約５０％に制限することができる。
【００１８】単ビームをレンズ８の背後の１つ又は複数
の工作物表面の上で移動させるときには、双方のセグメ
ントミラーアレイ（５ａ，５ｂ，５ｃ，７ａ，７ｂ，７
ｃ）の結合関係を一定にし、それらのアレイに同じ軸に
対して同一の可動度（同じ傾斜角）をもたせることが必
要である。
【００１９】図２は、本発明による第２の解決策を示
す。この場合にも、あらかじめ従来の技術に従って発生
されて、互いに平行に進み、空間的には互いに離間する
単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は、まず、第１の
レンズ１１を経て焦点に集束する。単ビーム（１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ）の共通の焦点１２の後には第１のセグ
メントミラーアレイ（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）が配置
されており、このミラーアレイは単ビーム（１０ａ，１
０ｂ，１０ｃ）をそれぞれ第２のセグメントミラーアレ
イ（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の方向へ（好ましくは９
０°に近い角度）偏向させる。
【００２０】第１のセグメントミラーアレイ（１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ）は調整後は改めて調節の必要がなく、
そこで固定しておくことができるが、第２のセグメント
ミラーアレイ（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）は、少なくと
も１本の軸に対して、より好ましくは２本の互いに垂直
に位置する軸に対して傾斜自在である傾斜ミラーから構
成されている。
【００２１】単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）に対
してそれぞれ使用されるミラー（１３ａ，１４ａ；１３
ｂ，１４ｂ；１３ｃ，１４ｃ）を互いに正しく位置決め
すれば（装置設置時に既に慎重に行われているべきであ
ろう）、単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の光路を
互いに適合させると共に、単ビーム（１０ａ，１０ｂ，
１０ｃ）の光路に常に同じ長さをもたせることができ
る。
【００２２】第１のセグメントミラーアレイ（１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ）をモノリシックブロックから構成する
こともできるであろうが、第１のセグメントミラーアレ
イ（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を位置決めするために、
特にＺ軸調整を少なくとも１本の軸に対する傾斜軸調整
を行うと有意義である。また、第１のセグメントミラー
アレイ（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）の個々のミラーを第
２のセグメントミラーアレイ（１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ）の個々のミラーと同一の構造とし、単軸又は多軸傾
斜ミラーから構成することも可能である。
【００２３】第１のセグメントミラーアレイ（１３ａ，
１３ｂ，１３ｃ）を第２のセグメントミラーアレイの配
列（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）に対応して構成すると、
第１のセグメントミラーアレイ（１３ａ，１３ｂ，１３
ｃ）の個々のミラーの位置決めを全く行わず、ミラーア
レイを互いに一定の位置関係にある固定ミラーで構成す
ることもできる。場合によっては、単一のモノリシック
ブロックから成り、ブロックの必要な場所に個々のミラ
ー領域を加工形成した構造により、第１のセグメントミ
ラーアレイ（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）を構成すること
ができる。
【００２４】第２のセグメントミラーアレイ（１４ａ，
１４ｂ，１４ｃ）の背後には、ビームを少なくとも１つ
の工作物１６の表面に結像する別のレンズ１５（好まし
くはｆθ対物レンズ又はテレセントリック投影レンズ）
が配置されている。レンズ構造群の１つの象徴として考
えても良いレンズ１５の前方で、第２のセグメントミラ
ーアレイの傾斜ミラーの基本位置では、ビーム（１０
ａ，１０ｂ，１０ｃ）は別の共通焦点１７（対物レンズ
１５の瞳）を通る。この場合、工作物表面１６（単ビー
ムの作業領域）における単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ）の結像品質に重要であるのは、第１の焦点１２と
第２の焦点１７との間の単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１
０ｃ）の長さができる限り厳密に同じになることであ
る。このような構成であれば、単ビーム（１０ａ，１０
ｂ，１０ｃ）を誤りなく制御でき、第２のセグメントミ
ラーアレイの傾斜ミラー（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）に
より単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）がわずかに偏
向されても、単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の位
置及び焦点が許容しえないほどずれてしまうことはな
い。
【００２５】本発明を別の外観をもつ光学構造において
実現することも可能である。特に、２つの焦点（１２，
１７）の間の反射の回数をより多くしても良く、また、
レンズ（１１，１５）を任意の数のレンズを含むレンズ
構造群から実現することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による発明の思想の第１の実現形態を
示す図。
【図２】 本発明による発明の思想の第２の実現形態を
示す図。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ａ′，１ｂ′，１ｃ′，１ａ″，
１ｂ″，１ｃ″…単ビーム、２，８…レンズ、３…第１
の焦点、４…ビームスプリッタ、５ａ，５ｂ，５ｃ…第
１のセグメントミラーアレイ、６…第２の焦点、７ａ，
７ｂ，７ｃ…第２のセグメントミラーアレイ、１０ａ，
１０ｂ，１０ｃ…単ビーム、１１，１５…レンズ、１２
…第１の焦点、１３ａ，１３ｂ，１３ｃ…第１のセグメ
ントミラーアレイ、１４ａ，１４ｂ，１４ｃ…第２のセ
グメントミラーアレイ、１６…工作物表面、１７…第２
の焦点。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アルブレヒト・ガイスト ドイツ連邦共和国・ディ−73432・アーレ ン・ヴァルトホイザー シュトラーセ・38 ／２ (72)発明者 ブルノ・シュヴァイツァー ドイツ連邦共和国・ディ−73447・オーベ ルコーヒエン・エルンスト−アベ−シュト ラーセ・19／１

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の別個の単ビーム（１０ａ，１０
    ｂ，１０ｃ）が第１のセグメントミラー領域（１３ａ，
    １３ｂ，１３ｃ）の前方で共通の焦点（１２）を通過
    し、第１のセグメントミラー領域（１３ａ，１３ｂ，１
    ３ｃ）のそれぞれ別個のミラーで反射された後に、対物
    レンズ（１５）を経て１つ又は複数の工作物（１６）の
    上に結像される光学構造において、第１のセグメントミ
    ラー領域（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と対物レンズ（１
    ５）との間に別の第２のセグメントミラー領域（１４
    ａ，１４ｂ，１４ｃ）が配置されていることを特徴とす
    る光学構造。
  2. 【請求項２】 複数の別個の単ビーム（１ａ，１ｂ，１
    ｃ）が第１のセグメントミラー領域（５ａ，５ｂ，５
    ｃ）の前方で共通の焦点（３）を通過し、セグメントミ
    ラー領域（５ａ，５ｂ，５ｃ）のそれぞれ別個のミラー
    で単ビーム（１ａ′，１ｂ′，１ｃ′）が反射された
    後、対物レンズ（８）を経て１つ又は複数の工作物の上
    に結像される光学構造において、焦点（３）の背後に少
    なくとも１つのビームスプリッタ（４）が配置され、単
    ビーム（１ａ′，１ｂ′，１ｃ′）はビームスプリッタ
    （４）から少なくとも１つのセグメントミラー領域（５
    ａ，５ｂ，５ｃ）に入射し、そこから、単ビーム（１
    ａ′，１ｂ′，１ｃ′）は少なくともほぼ同じ光路をた
    どって反射されて戻り、ビームスプリッタ（４）を経て
    対物レンズ（８）に至ることと、ミラー領域（５ａ，５
    ｂ，５ｃ）は複数の可動単ミラーから構成されているこ
    とを特徴とする光学構造。
  3. 【請求項３】 焦点（３）の背後に、単ビーム（１ａ，
    １ｂ，１ｃ）を２つのセグメントミラー領域（５ａ，５
    ｂ，５ｃ，７ａ，７ｂ，７ｃ）の方向へ偏向する直角ビ
    ームスプリッタ（４）が配置されており、それらのセグ
    メントミラー領域から単ビームは少なくともほぼ同じ光
    路をたどって反射されて戻り、それぞれのミラー領域
    （５ａ，５ｂ，５ｃ，７ａ，７ｂ，７ｃ）は互いに直角
    を成して配置されていることを特徴とする請求項２記載
    の光学構造。
  4. 【請求項４】 第１のミラー領域（５ａ，５ｂ，５ｃ，
    １３ａ，１３ｂ，１３ｃ）は複数の可動単ミラーから構
    成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれ
    か１項に記載の光学構造。
  5. 【請求項５】 第２のミラー領域（１４ａ，１４ｂ，１
    ４ｃ）は複数の可動単ミラーから構成されていることを
    特徴とする請求項１記載の光学構造。
  6. 【請求項６】 単ビーム（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）は
    ２つのミラー領域（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１４ａ，
    １４ｂ，１４ｃ）の間で平行に走っていることを特徴と
    する請求項１記載の光学構造。
  7. 【請求項７】 第１のミラー領域（１３ａ，１３ｂ，１
    ３ｃ）は固定セグメントミラーアレイであることを特徴
    とする請求項１記載の光学構造。
  8. 【請求項８】 第１のミラー領域（１３ａ，１３ｂ，１
    ３ｃ）は調整自在のセグメントミラーアレイであること
    を特徴とする請求項１記載の光学構造。
  9. 【請求項９】 第２のミラー領域（１４ａ，１４ｂ，１
    ４ｃ）は複数のコンピュータ制御２軸傾斜ミラーから構
    成されていることを特徴とする請求項１記載の光学構
    造。
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