JPH07168011A - 全反射プリズムを含む光学系 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 入射光と出射光の偏光特性が等しくなるよう
な全反射プリズムを含む光学系を提供する。 【構成】 入射光と出射光のＰ成分とＳ成分との間に90
°の位相差を与える全反射プリズム11と、その入射面12
と対向して配置された1/4 波長板13とを具える。全反射
プリズムの全反射面の方向および1/4 波長板13の結晶軸
の方向を適切に調整して、直線偏光のレーザ光17を1/4
波長板13に入射させると全反射プリズム11から出射され
る出射光も直線偏光となるようにする。すなわち、1/4
波長板13に入射されたレーザ光17の偏光特性と等しいレ
ーザ光が出射面15から出射する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばフォトマスク検
査装置の２個の対物レンズの間隔を受光側を固定したま
ま変化させるのに用いる全反射プリズムを含む光学系に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一定のパターンを有するフォトマスクの
欠陥を検査するフォトマスク検査装置では、２個の対物
レンズを介してフォトマスクの互いに対応する領域に光
を照射し、これらの反射光または透過光から得られる信
号の差を求めることにより欠陥を検出している。このよ
うなフォトマスク欠陥検査装置においては、被検体の同
一部分を同時に検出できるように２個の対物レンズの間
隔を、受光側を固定したままで変えることができるよう
にしている。

【０００３】図５は、従来の全反射プリズムを含む光学
系の概略構成図である。この全反射プリズムを含む光学
系は、第１の平行四辺形全反射プリズム１に第２の平行
四辺形全反射プリズム２を、第３の平行四辺形全反射プ
リズム３に第４の平行四辺形全反射プリズム４をそれぞ
れ直角に張り合わせた構造であり、第１および第３の全
反射プリズム１および３を、第１の全反射プリズムから
第３の全反射プリズムの入射する光の光軸を中心に相互
回転するようにしている。このような全反射プリズムを
含む光学系を用いて２つの対物レンズの光軸の間隔を変
化させることができる。

【０００４】近年照射光源として直線偏光を放射するレ
ーザが使用されるようになってきたが、上述した光学系
を使用する場合には、全反射プリズム等の回転に伴う偏
光特性への影響が問題となっている。すなわち、全反射
面に直線偏光を入射させた場合、一か所の全反射面での
Ｐ偏光成分とＳ偏光成分の位相差は、その面への入射角
と屈折率により決まるが、入射光軸の回りに反射面が回
転するとＰ偏光成分とＳ偏光成分の振幅の比率が変化
し、ＰＳ偏光の位相差は一定でありながらも例えば位相
差が90°の場合出射光は直線偏光から円偏光の間で変化
する。図６は、図５の平行四辺形の全反射プリズム１お
よび３を２個組み合わせた光学系の概略構成図である。
図６に示すように平行四辺形プリズムを２個組み合わせ
た光学系を軸Ｇの回りで相対的に回転させると、軸Ａと
軸Ｃの偏光特性は同一とならない。このような不具合を
なくすために、図５に示した光学系においては、第１お
よび第３の全反射プリズム１および３にそれぞれ第２お
よび第４の全反射プリズムを結合してＰＳ偏光成分間の
位相差を相殺するようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図５に
示すような全反射プリズムを含む光学系では全反射プリ
ズムを４個も使用する必要があり、それだけ反射面が多
くなるため面精度の誤差が積算されることになり、解像
度が低下するという欠点がある。また、光軸のオフセッ
ト量、全反射プリズムを張り合わせる際のねじれ等の機
械的寸法の調整誤差によって入射光と出射光との間に偏
角が起きるなどの種々の問題により所望の光学的特性を
得ることができない欠点がある。

【０００６】本発明の目的は、上述した問題が発生する
ことなく、全反射プリズムの入射光と出射光との偏光特
性を正確かつ簡単に等しくすることができ、その結果と
して所望の光学的特性を得ることができる全反射プリズ
ムを含む光学系を提供しようとするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の全反射プリズム
を含む光学系は、少なくとも１つの全反射面を有し、入
射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間に90°の位相差を導
入する全反射プリズムと、1/4 波長板とを具え、この1/
4 波長板の結晶軸の方向と全反射プリズムの全反射面と
の方向とを、出射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間の位
相差が零となるように調整したことを特徴とするもので
ある。

【０００８】さらに本発明の全反射プリズムを含む光学
系は、互いに平行な入射面および出射面と、互いに平行
な第１および第２の全反射面を有し、入射直線偏光のＰ
成分とＳ成分との間に90°の位相差を導入する第１の平
行四辺形全反射プリズムと、互いに平行な入射面および
出射面と、互いに平行な第１および第２の全反射面を有
し、入射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間に90°の位相
差を導入する第２の平行四辺形全反射プリズムと、前記
第１の全反射プリズムの入射面に対向して配置された第
１の1/4 波長板と、前記第２の全反射プリズムの出射面
に対向して配置された第２の1/4 波長板とを具え、前記
第１の全反射プリズムの第１の全反射面および第１の1/
4 波長板の結晶軸の方向および前記第２の全反射プリズ
ムの第２の全反射面および第２の1/4 波長板の結晶軸の
方向を出射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間の位相差が
零となるように調整し、前記第１の全反射プリズムの第
２反射面と出射面との間の光軸と前記第２の全反射プリ
ズムの入射面と第１反射面との間の光軸とを一致させ、
これら第１および第２の全反射プリズムを前記光軸を中
心に相互回転し得るように構成したことを特徴とするも
のである。

【０００９】

【作用】本発明の全反射プリズムを含む光学系では、直
線偏光のＰ成分とＳ成分との間に90°の位相差を与える
全反射プリズムを用いる場合、直線偏光の光を全反射プ
リズムに入射させると、上述したように円偏光または楕
円偏光の光が出射し、逆に円偏光または楕円偏光を入射
させると直線偏光が出射する。また、1/4 波長板も同様
の機能を有している。したがって全反射プリズムと1/4
波長板とを組み合わせ、全反射面の方向と1/4 波長板の
結晶軸の方向とを調整することによってＰ成分とＳ成分
との位相差を零とすることができ、入射光と出射光との
偏光特性を等しくすることができる。すなわち、直線偏
光を入射させた場合に同じ偏光面を持つ直線偏光を出射
させることができる。

【００１０】また、現在の技術では１個の全反射プリズ
ムは十分な機械的精度を以て製造することができるた
め、上述した多数の反射面を用いることによる解像度の
低下や光軸のオフセット量、全反射プリズムを張り合わ
せる際のねじれ等の機械的寸法の調整の問題がなくな
り、したがって出射光の偏光特性を入射光の偏光特性と
正確かつ容易に一致させることができ、光学特性の良好
な光学系を実現できるようになった。

【００１１】

【実施例】本発明の全反射プリズムを含む光学系の実施
例を図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明の全
反射プリズムを含む光学系の第１実施例の概略構成図で
ある。図１において全反射プリズムを含む光学系は、直
線偏光のＰ成分とＳ成分との間に90°の位相差を導入す
る平行四辺形の全反射プリズム１１と、この全反射プリ
ズムの入射面１２と対向して配置した1/4 波長板１３と
を具える。本例ではこの全反射プリズム１１は、例えば
He-Ne レーザ（波長632.8nm ）用のものであり、硝材と
してLLF1を使用したもので、入射面１２には中心波長が
632.8nm の反射防止膜を形成する。また、入射面１２と
第１反射面１４との間の角θ₁ および出射面１５と第２
反射面１６との間の角θ₂ をともに45.54 ±0.03°とす
る。本発明においては、全反射プリズム１１によって導
入される位相差を相殺するために、1/4 波長板１３を設
け、その結晶軸を全反射面１４，１６の方向に対して調
整するものである。

【００１２】本例の光学系において、全反射プリズム１
１と1/4 波長板１３との調整は種々の方法で行うことが
できるが、先ず基本的な調整方法について説明する。最
初に直線偏光された入射レーザ光１７の偏光方向に対し
て1/4 波長板１３の結晶軸が45°傾くように調整する。
このために1/4 波長板１３を、その平面内で回転可能に
支持する機構を設けるのが好適である。このように調整
すると、直線偏光されたレーザ光１７は1/4 波長板１３
によって円偏光に変換されて出射することになる。この
円偏光は全反射プリズム１１の入射面１２を介して第１
の全反射面１４に入射され、続いて第２の全反射面１６
で反射されて出射面１５から出射する。この全反射プリ
ズムは上述したようにＰ偏光とＳ偏光との間で90°の位
相差を生じさせる作用を有しているが、直線偏光を入射
させたときには、入射面と全反射面との相対位置関係に
よって円偏光を出射したり楕円偏光を出射することにな
る。そこで、本例においては入射円偏光を直線偏光に変
換するように、すなわち入射面と全反射面とが互いに直
交するように全反射プリズム１１を調整する。このよう
に調整すると、直線偏光された入射レーザ光１７は1/4
波長板１３および全反射プリズム１１を透過することに
よってＰ成分とＳ成分との間の位相差は零となるととも
に振幅も等しいものとなり、入射レーザ光１７と等しい
偏光特性を有する直線偏光として全反射プリズム１１の
出射面１５から出射することになる。

【００１３】本発明による光学系の調整方法の他の例を
説明する。本例では、先ず全反射プリズム１１の入射面
１４の位置を固定した後、直線偏光を入射させ、全反射
プリズムから直線偏光が出射されるように1/4 波長板１
３を回転調整して固定する。このように調整すれば、全
反射プリズム１１および1/4 波長板１３の相対位置を変
えない限り入射直線偏光に対して光学系をどのように設
定しても常に直線偏光が出射されることになる。したが
って、光学系を入射光軸Ａを中心として回動させても偏
光特性が変化することはない。

【００１４】上述したしたように本発明によれば、全反
射プリズム１１と1/4 波長板１３または1/4 波長板を調
整することによって、全反射プリズム１１で導入される
偏光特性を、これとは逆の偏光特性を1/4 波長板１３で
発生させることによって相殺除去することができ、出射
光の偏光特性を入射光の偏光特性に等しくすることがで
きる。この場合、全反射プリズム１１および／または1/
4 波長板１３の調整は従来の全反射プリズムを用いる場
合に比べて大幅に簡単かつ正確とすることができる。

【００１５】図２は本発明の全反射プリズムを含む光学
系の第２実施例の概略構成図である。図１に示した実施
例では直線偏光を1/4 波長板１３に入射させた後に全反
射プリズム１１に入射させたが、本例ではこの関係を逆
とし、直線偏光を先ず全反射プリズム２１に入射させた
後、1/4 波長板２２に入射させるようにしたものであ
る。本例では入射直線偏光は全反射プリズム２１によっ
て円偏光または直線偏光に変換されるが、1/4 波長板２
２によって直線偏光に戻されるので、前例と同様に出射
光の偏光特性を入射光の偏光特性と一致させることがで
きる。なお本例でも、全反射プリズム２１と1/4 波長板
２２とを一緒に出射光軸Ｂの回りで回転させても出射光
の偏光特性には影響がない。

【００１６】図３は本発明の全反射プリズムを含む光学
系の第３実施例の構成を示す斜視図であり、図４はその
正面図である。本例の光学系は、上述したホトマスクの
欠陥検査装置において、２つの対物レンズの光軸間の距
離を調整する光学系として使用することができるもので
ある。図４において全反射プリズムを含む光学系は、図
１の全反射プリズム１１と同一の材質および形状の第１
および第２の全反射プリズム３１および３２と、第１の
全反射プリズム３１の入射面３３と対向して配置された
第１の1/4 波長板３４と、第２の全反射プリズム３２の
出射面３５と対向して配置された第２の1/4 波長板３６
とを具える。また、第１の全反射プリズム３１の出射面
と第２の全反射プリズム３２の入射面とを対向させると
ともに両プリズムを軸Ｃを中心として相対的に回動でき
るように結合する。

【００１７】第１の全反射プリズム３１の全反射面と第
１の1/4 波長板３４の結晶軸とを図１に示した実施例で
説明したように調整して第１の1/4 波長板に直線偏光３
７を入射させた場合に第１の全反射プリズムの出射面か
ら直線偏光が出射されるようにする。同様に第２の全反
射プリズム３２の全反射面と第２の1/4 波長板３６の結
晶軸とを図２に示した実施例で説明したように調整して
第２の全反射プリズムの入射面に直線偏光が入射された
場合に第２の1/4 波長板３６から直線偏光が出射される
ようにする。

【００１８】本例においても第１の1/4 波長板３４に直
線偏光３７を入射させた場合、第２の1/4 波長板３６か
ら入射直線偏光と同じ偏光特性を有する直線偏光が出射
されることになり、この関係は第１の1/4 波長板３４お
よび第１の全反射プリズム３１を一体として軸Ｄの回り
に回動させたり、第２の1/4 波長板３６および第２の全
反射プリズム３２を一体として軸Ｅの回りで回動させて
も変化しない。すなわち、本例の光学系を上述したホト
マスク欠陥検査装置に適用した場合、対物レンズの光軸
間の間隔を変化させるために光学系を回動させても偏光
特性が何ら変化しないことになる。

【００１９】

【発明の効果】上述したように本発明の全反射プリズム
を含む光学系によれば、全反射プリズムによって導入さ
れるＰ偏光成分とＳ偏光成分との位相差を1/4 波長板に
よって相殺して零とすることができ、したがって入射光
と出射光との偏光特性を等しくすることができる。この
場合、全反射プリズムの全反射面と1/4 波長板の結晶軸
との調整は非常に簡単にかつ正確に行うことができるの
で、所望の光学的特性を容易に得ることができる。ま
た、本発明の光学系を例えばフォトマスク検査装置に用
いる場合、２つの対物レンズの光軸間の間隔を調整して
も偏光特性が変化することはないので、装置全体の光学
特性が変化することもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全反射プリズムを含む光学系の第１実
施例の概略構成図である。

【図２】本発明の全反射プリズムを含む光学系の第２実
施例の概略構成図である。

【図３】本発明の全反射プリズムを含む光学系の第３実
施例の概略構成図である。

【図４】本発明の全反射プリズムを含む光学系の第３実
施例の側面図である。

【図５】従来の全反射プリズムを含む光学系の概略構成
図である。

【図６】平行四辺形の全反射プリズムを２個組み合わせ
た光学系の概略構成図である。

【符号の説明】

１１，２１，３１，３２ 全反射プリズム １２ 入射面 １３，２２，３４，３６ 1/4 波長板 １４ 第１反射面 １５，３５ 出射面 １６ 第２反射面 １７，３７ レーザ光 Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ 軸

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの全反射面を有し、入射
   直線偏光のＰ成分とＳ成分との間に90°の位相差を導入
   する全反射プリズムと、1/4 波長板とを具え、この1/4
   波長板の結晶軸の方向と全反射プリズムの全反射面との
   方向とを、出射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間の位相
   差が零となるように調整したことを特徴とする全反射プ
   リズムを含む光学系。
2. 【請求項２】 互いに平行な入射面および出射面と、互
   いに平行な第１および第２の全反射面を有し、入射直線
   偏光のＰ成分とＳ成分との間に90°の位相差を導入する
   第１の平行四辺形全反射プリズムと、互いに平行な入射
   面および出射面と、互いに平行な第１および第２の全反
   射面を有し、入射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間に90
   °の位相差を導入する第２の平行四辺形全反射プリズム
   と、前記第１の全反射プリズムの入射面に対向して配置
   された第１の1/4 波長板と、前記第２の全反射プリズム
   の出射面に対向して配置された第２の1/4 波長板とを具
   え、前記第１の全反射プリズムの第１の全反射面および
   第１の1/4 波長板の結晶軸の方向および前記第２の全反
   射プリズムの第２の全反射面および第２の1/4 波長板の
   結晶軸の方向を出射直線偏光のＰ成分とＳ成分との間の
   位相差が零となるように調整し、前記第１の全反射プリ
   ズムの第２反射面と出射面との間の光軸と前記第２の全
   反射プリズムの入射面と第１反射面との間の光軸とを一
   致させ、これら第１および第２の全反射プリズムを前記
   光軸を中心に相互回転し得るように構成したことを特徴
   とする全反射プリズムを含む光学系。