(57)【要約】  例えば投影光学系の反射ミラーなどを成形するのに好適な金型の製造方法、及びそれにより製造された投影光学系用反射ミラーを提供するために、第１工程で、金型の素材ＭＭを切削又は研削加工して転写光学面の形を整えた後に、第２工程で、転写光学面に電子ビームを照射して平滑化処理を行っているので、電子ビームの照射により第１工程で金型の素材ＭＭに付いたツールマーク等を消すことができ、転写光学面の形を維持しながら表面の平滑化を実現することができる。
2008062655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
投影光学系に用いる反射ミラーの光学面を転写成形する転写成形金型の製造方法であって、金型母材を切削又は研削加工して前記転写光学面を形成する第１工程を有し、前記第１工程で加工された前記転写光学面の表面状態をパワースペクトル密度関数（以下ＰＳＤ関数＝Ａ／ｆB）が以下の関係を満たすことを特徴とする金型の製造方法。
１×１０-8≦Ａ≦１×１０-6                        （１）
１／１０００  ＜ｆ＜１                          （２）
１＜Ｂ＜３                                      （３）
但し
Ａ：定数（μｍ3-B）
ｆ：表面粗さの空間周波数（μｍ-1）
Ｂ：空間周波数にかかる冪指数
【請求項２】
前記第１工程後に前記転写光学面を研磨して平滑化処理を行う第２工程を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の金型の製造方法。
【請求項３】
前記第１工程後に前記転写光学面にエネルギー線を照射して平滑化処理を行う第２工程を有することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の金型の製造方法。
【請求項４】
前記第２工程により平滑化処理された前記転写光学面のＰＳＤ関数は以下の式を満たし、且つＰＳＤ関数における一つのうねりの最高値が最低値の２倍より小さいことを特徴とする請求の範囲第２項又は第３項に記載の金型の製造方法。
１×１０-8≦Ａ≦１×１０-7                      （４）
【請求項５】
請求の範囲第４項に記載の転写成形金型の製造方法により製造された成形金型により成形され、光学面のＰＳＤ関数が（４）式の範囲内であることを特徴とする投影光学系用反射ミラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金型の製造技術に関し、特に投影光学系に用いる反射ミラーを成形するための金型の製造方法、それにより製造された投影光学系用反射ミラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
光学素子は一般的に高い面精度が要求されるが、特に高精細プロジェクションＴＶなどに用いられる投影光学系の反射ミラーは、以下の理由により更なる鏡面化が必要になる。すなわち、反射ミラーを転写成形する金型表面には、機械加工により不可避的に生じるツールマーク等に起因する周期性を有する微小な粗さやうねりが生じる。これが転写された反射ミラーを用いて高精細な画像を投影すると、回折効果によるゴーストやモアレなどの画像欠陥を招く恐れが生じるのである。特に、ハイビジョン放送や記録密度の高い光ディスクなどが普及するにつれて、画像欠陥が目立ちやすくなる傾向がある。又、このような用途に用いる投影光学系の反射ミラーには、映画を始め種々のコンテンツを再生する上で、いかなる波長や周波数の映像に対しても適切な結像性能を発揮するリダンダンスが要求されている。従って、投影光学系の反射ミラーを転写形成するための金型は、機械加工後に研磨を行い、平滑化処理を行っている。しかしながら係る構成では投影光学系の反射ミラーのような高精度の面形状を要求されるものにおいて、形状精度の崩れによる新たな「うねり」の発生を十分除去できるものではなかった。また、研磨それ自体による平滑化処理は製造工程において時間が掛かるという問題も有している。
【特許文献１】特開２００６−３５２６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
また、特許文献１には、被処理物に対して電子ビームを照射することによって平滑化させる技術により、製造時間を短縮させる旨が開示されている。しかしながら、係る技術は１μｍ程度の表面粗さを得れば十分であるプラスチック成形金型や半導体部品用金型に関するものであり、投影光学系の反射ミラーのようなナノオーダーの高い面精度が要求される鏡面加工には、前述した形状精度の崩れによる「うねり」の発生という技術課題が考慮されておらず、不適切と考えられる。【０００４】
本発明者は、鋭意検討の結果、従来の投影光学系用反射ミラーのような高精度の面形状が要求される金型の製造方法において生ずる、前述した形状精度の崩れによる「うねり」が、その製造工程の一つである切削又は研削工程で得られる面の面状態を表すPSD関数と深く関係する事を見出し、本発明に至ったものである。【０００５】
つまり本発明は、係る投影光学系に特有の技術課題に鑑みてなされたものであり、形状崩れが抑制された、高い面精度の反射ミラーを成形するのに好適な転写成形金型の製造方法及びそれによって得られた反射ミラーを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求の範囲第１項に記載の金型の製造方法は、投影光学系に用いる反射ミラーの光学面を転写成形する転写成形金型の製造方法であって、金型母材を切削又は研削加工して前記転写光学面を形成する第１工程を有し、前記第１工程で加工された前記転写光学面の表面状態をパワースペクトル密度関数（以下ＰＳＤ関数＝Ａ／ｆB）が以下の関係を満たすことを特徴とする。
１×１０-8≦Ａ≦１×１０-6                        （１）
１／１０００  ＜ｆ＜１                          （２）
１＜Ｂ＜３                                      （３）
但し
Ａ：定数（μｍ3-B）
ｆ：表面粗さの空間周波数（μｍ-1）
Ｂ：空間周波数にかかる冪指数
本発明によれば、切削又は研削加工により、（１）〜（３）式を満たすように面形状を所定の面状態に整えることにより、投影光学系用反射ミラーとして形状崩れによる「うねり」の発生が低減された、高い精度の面形状を持った成形金型を得ることができる。【０００７】
請求の範囲第２項に記載の金型の製造方法は、請求の範囲第１項に記載の発明において、前記第１工程後に前記転写光学面を研磨して平滑化処理を行う第２工程を有することを特徴とする。【０００８】
請求の範囲第３項に記載の金型の製造方法は、請求の範囲第１項に記載の発明において、前記第１工程後に前記転写光学面にエネルギー線を照射して平滑化処理を行う第２工程を有することを特徴とする。【０００９】
本発明によれば、前記第１工程後に前記転写光学面にエネルギー線を照射して平滑化処理を行う第２工程を有するので、前記エネルギー線の照射により前記第１工程で前記金型の素材に付いたツールマーク等を消すことができ、前記転写光学面の形を維持しながら表面の平滑化を実現することができる。尚、「エネルギー線」とは、電子ビーム、イオンビーム、レーザビームなどをいう。【００１０】
請求の範囲第４項に記載の金型の製造方法は、請求の範囲第２項又は第３項に記載の発明において、前記第２工程により平滑化処理された前記転写光学面のＰＳＤ関数は以下の式を満たし、且つＰＳＤ関数における一つのうねりの最高値が最低値の２倍より小さいことを特徴とする。
１×１０-8≦Ａ≦１×１０-7                      （４）
本発明によれば、（４）式に示す範囲にＡを設定する事により、当該範囲の下限を下回った場合と比較して加工時間がより短時間で行う事ができ、また当該範囲の上限を上回った場合以上と比較して、より転写光学面の面形状の崩れが低減された、高い精度の面形状を持つ成形金型を得ることが可能となる。尚、ＰＳＤ関数については、ＪＩＳ  Ｂ００９０−８で説明されている。【００１１】
請求の範囲第５項に記載の投影光学系用反射ミラーは、請求の範囲第４項に記載の転写成形金型の製造方法により製造された成形金型により成形され、光学面のＰＳＤ関数が（４）式の範囲内であることを特徴とする。【００１２】
一般的に鏡面は、ｒｍｓ粗さで表されるが、ｒｍｓ粗さが同じ値でも光学性能に与える影響が違う場合がある。特に、フライカット加工のように、鏡面に規則正しく横方向（あるいは縦方向）にツールマークやうねりが出やすい加工法では注意する必要がある。ＰＳＤ関数は粗さの周波数スペクトルであり、鏡面のうねりの周期性やその周波数の振幅を表現することができる。投影光学系ではｒｍｓ粗さが仮に大きくても周期性がなければ問題にならない場合があるので、ＰＳＤ関数で規定するのが好ましい。【００１３】
鏡面の粗さの測定には粗さ計を用いるが、このレベルの精度では接触式では測定キズがつき正確な測定ができないことが多く、光学式分解能０．１ｎｍの粗さ計を用いることが好ましい。この測定データを高速フーリエ変換してパワースペクトルが求められ、周波数幅で除してパワースペクトル密度を計算し、ＰＳＤ関数が求められる。「ＰＳＤ関数における１つのうねり」とは、このパワースペクトル密度のうねりをいう。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、例えば投影光学系の反射ミラーなどを成形するのに好適な金型の製造方法、及びそれにより製造された投影光学系用反射ミラーを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態による転写成形金型を、ダイセットに固定した状態を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）は、投影光学系の反射ミラーＭＲの一例を示す正面図であり、図２（ｂ）は、その斜視図である。
【図３】レンズＬＳの一例を示す正面図である。
【図４】本実施の形態にかかる転写成形金型の製造方法を示すフローチャートである。
【図５】第１の工程に用いると好適な、金型の素材を切削加工する超精密旋盤の斜視図である。
【図６】加工中の工具近傍を示す斜視図である。
【図７】第２の工程に用いると好適な、金型の素材に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置の概略断面である。
【図８】転写光学面の粗さを示すＰＳＤ関数（Ｂ＝２）のグラフである。
【図９】転写光学面の粗さを示すＰＳＤ関数（Ｂ＝２）のグラフである。
【図１０】図５に示す超精密加工機にて切削加工された金型の素材ＭＭの転写光学面の表面を干渉計で観察した写真である。
【図１１】図７に示す電子ビーム照射装置にて電子ビームを照射された金型の素材ＭＭの転写光学面の表面を干渉計で観察した写真である。
【図１２】図８に示す金型により転写成形された反射ミラーの投影像を示す写真である。
【図１３】図８に示す金型により転写成形された反射ミラーの投影像を示す写真である。
【図１４】第１工程において（１）式を満たす条件で切削加工を行い、更に手研磨（第２工程）した状態での金型の転写光学面の形状を示すグラフである。
【図１５】第１工程において（１）式を満たさない条件で切削加工を行い、更に手研磨（第２工程）した状態での金型の転写光学面の形状を示すグラフである。
【符号の説明】
【００１６】
ＢＳ  ベース
ＥＧ  電子銃
ＥＬ  電子レンズ
ＦＣＶ  固定側キャビティ
ＧＴ  ゲート
ＨＤ  保持部
ＨＳ  ハウジング
ＬＳ  レンズ
Ｍ１  転写成形金型
Ｍ１ａ  光学面転写面
Ｍ２  転写成形金型
ＭＣ  可動コア
ＭＣＶ  可動側キャビティ
ＭＭ  金型素材
ＭＲ  反射ミラー
ＯＥ  光学素子
ＯＰ  光学面
Ｒ  工具回転半径
ＲＳ  主軸
ＳＰ  スピンドル部
ＴＬ  工具
ＴＴ  テーブル
ＴＸ  Ｘ軸テーブル
ＴＹ  Ｙ軸テーブル
ＴＺ  Ｚ軸テーブル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は、本実施の形態による転写成形金型を、ダイセットに固定した状態を示す断面図である。自由曲面の鏡面である光学面転写面Ｍ１ａを有する転写成形金型Ｍ１を保持する保持部ＨＤは、固定側キャビティＦＣＶに固定されている。ニッケルなどからなり転写成形金型Ｍ１に対向して配置された転写成形金型Ｍ２は、可動側キャビティＭＣＶ内において、可動コアＭＣと共に一体的に左右方向に相対移動可能となっている。ゲートＧＴを介して外部から溶融した樹脂を、転写成形金型Ｍ１、Ｍ２で囲う空間内に射出し、可動コアＭＣを右方向に加圧した状態で固化させることにより、光学素子ＯＥが成形される。光学素子ＯＥの光学面は、転写成形金型Ｍ１の光学面転写面Ｍ１ａにより高精度に鏡面化された状態で成形される。かかる光学素子ＯＥは、その後コーティングを施すことで、例えば投影光学系の反射ミラー又はレンズとして形成される。【００１８】
図２（ａ）は、光学素子の一例として投影光学系の反射ミラーＭＲを示す正面図であり、図２（ｂ）は、その斜視図である。図３は、光学素子の一例としてレンズＬＳを示す正面図である。いずれも、転写成形金型Ｍ１の光学面転写面Ｍ１ａにより転写形成される自由曲面の光学面ＯＰを有している。【００１９】
図４は、本実施の形態にかかる転写成形金型の製造方法を示すフローチャートである。本実施の形態にかかる転写成形金型の製造方法によれば、ステップＳ１０１で、金型の素材に対して切削加工が行われ（第１工程）、所望の形状の転写光学面を切削創成した後に、ステップＳ１０２で、創成した転写光学面に対して電子ビームを照射して（第２工程）、その表面の平滑化処理を行っている。なお本実施の形態においては平滑化処理のための第２の工程を電子ビーム照射による処理にて行っているが、係る処理は必ずしも電子ビームには限定されず、イオンビームやレーザービーム照射による平滑化処理でも良い事はいうまでもない。またビーム照射による平滑化処理に代えて、研磨処理による平滑化処理であっても、第１工程をPSD関数にて所定の面形状に仕上げることで、多少の時間的ロスはあっても本発明の効果が得られる事は言うまでもない。また、上記第１工程は、研削加工であってもよい。【００２０】
図５は、第１の工程に用いると好適な、金型の素材を切削加工する超精密加工機の斜視図である。図６は、加工中の工具近傍を示す斜視図である。以下、金型の素材ＭＭの切削加工に用いる超精密加工機の構成について説明する。【００２１】
超精密加工機１００は、図５に示すように、定盤に固定されたベースＢＳと、ベースＢＳに対してＸ軸方向に移動可能に支持されたＸ軸テーブルＴＸと、Ｘ軸テーブルＴＸに対してＹ軸方向に移動可能に支持されたＹ軸テーブルＴＹと、ベースＢＳに対してＺ軸方向に移動可能に支持されたＺ軸テーブルＴＺと、Ｚ軸テーブルＴＺに支持されたスピンドル部ＳＰとを有する。スピンドル部ＳＰには、工具回転半径Ｒの工具ＴＬを取り付けた主軸ＲＳが回転駆動自在に支持されている。スピンドル部ＳＰにより工具ＴＬを回転させながら、金型の素材ＭＭに接近させ、各テーブルを移動させて切削加工を行うことができる。【００２２】
より具体的には、図６に示すように、工具ＴＬを回転させて金型の素材ＭＭの面を切削しながら、創成したい自由曲面に倣ってＸ軸テーブルＴＸとＹ軸テーブルＴＹとを移動させ、矢印で示すように工具ＴＬを金型の素材ＭＭの一端Ｐ１から他端Ｐ２まで相対移動させる。工具ＴＬが他端Ｐ２に到達したら、Ｚ軸方向に工具ＴＬを１ステップ移動（ピックフィード）させ、更に金型の素材ＭＭの一端Ｐ２から他端Ｐ１まで相対移動させる。これをフライカット加工という。このように１ライン毎に加工を繰り返すことで、転写光学面を形成できる。代表的な加工条件を以下に示す。
主軸回転数        ２００００ｒｐｍ
素材の送り速度    ４００ｍｍ／ｍｉｎ
工具ノーズＲ      １０ｍｍ
工具回転半径Ｒ    １１ｍｍ
ピックフィード量  ０．０２ｍｍ
このように転写光学面を形成すると、その表面に図６の矢印に沿った微細なツールマークやうねりが形成される。かかるツールマークやうねりが残ると、上述した反射ミラーＭＲの反射面に転写され、画像欠陥を生じさせる原因となる。そこで、このようなツールマークやうねりを、以下の第２の工程で除去する。【００２３】
図７は、第２の工程に用いると好適な、金型の素材に電子ビームを照射する電子ビーム照射装置の概略断面である。電子ビーム照射装置は、電子線プローブを形成して高速に照射対象の彼方他の素材ＭＭ上を走査するものであり、カソードとアノードを含み、電子ビームを生成してターゲットに対してビーム照射を行う電子銃ＥＧと、この電子銃ＥＧからの電子ビームの金型の素材ＭＭに対する焦点位置を制御するための電子レンズＥＬと、金型の素材ＭＭを載置してビーム軸線に直交する方向に移動可能なテーブルＴＴを含んで構成されている。なお、これらの各部は、ハウジングＨＳ内に配設されて電子ビーム出射時には真空状態に維持される。電子ビーム照射装置は、例えば特開２００６−３５２６３号公報に開示されているので、詳細な説明を省略する。【００２４】
電子銃ＥＧから照射された電子ビームが、転写面全体に照射されるように、テーブルＴＴを駆動する。代表的な加工条件を以下に示す。
カソード電圧    ５〜１０ｋＶ
アノード電圧    ５ｋＶ
ソレノイド電圧  ０．３〜０．５ｋＶ
真空度          ０．０４Ｐａ
照射時間        １〜６秒
このような電子ビーム照射により、転写光学面のツールマーク微細な段差が溶融し、表面の平滑化処理が行われる。尚、電子ビーム照射後に、仕上げとして手研磨を行うことは任意である。【００２５】
図８、９は、転写光学面の粗さを示すＰＳＤ関数のグラフであり、縦軸にパワースペクトル密度、横軸に空間周波数をとって示している。ＰＳＤ関数は、Ａ／ｆBで表される。
但し、
Ａ：定数（μｍ3-B）
ｆ：表面粗さの空間周波数（μｍ-1：１／１０００＜ｆ＜１）
Ｂ：空間周波数にかかる冪指数（１＜Ｂ＜３）
図９は、機械加工後に電子ビーム照射を６秒行った場合を示しており、機械加工後に電子ビーム照射を６秒だけ行えば、おおよそＡ＝1×10-8レベルで表面を平滑化できることがわかる。これに対し図８に示したような、図９と同じレベルの鏡面を研磨で得るには、研磨時間を２時間必要とした。従って金型の製作時間が長くなってしまうことがわかる。尚、電子ビーム照射後に手研磨を行う場合でも、その必要時間を大幅に低減できる。【００２６】
なお、図８及び図９の縦軸は１０のべき乗数（例えば  １．０×１０−０３）を、Ｅ（例えば  １．Ｅ―３）を用いて表している。【００２７】
ところで、電子ビームを多量に照射すれば、照射された表面をより平滑化できるかもしれないが、転写光学面の形が崩れる恐れがあり、それにより高精度な反射ミラーを転写成形できなくなる。一方、ピックフィード量を小さく抑えるなどしてツールマークを抑制するように切削加工を行えば、電子ビーム照射量を減らすことはできるが、それにより切削加工時間が長くなるという課題がある。そこで、本実施の形態では、以下のようにして加工時間と表面粗さとのバランスを確保している。【００２８】
より具体的には、切削加工により加工された金型の素材ＭＭの転写光学面の表面状態をＰＳＤ関数（＝Ａ／ｆB）で表したとき、以下の式を満たすようにすると好ましい。その理由は以下の通りである。【００２９】
１×１０-8 ≦  Ａ  ≦  １×１０-6                        （１）
まず、（１）式の下限以上である粗さとなるように、金型素材ＭＭの転写光学面を切削又は研削加工するので、加工時間が少なくて済む。一方、（１）式の上限以下である粗さとなるように、金型素材ＭＭの転写光学面を切削又は研削加工するので、比較的少量或いは短時間の電子ビーム線の照射により表面の鏡面化を実現でき、転写光学面の形を崩す恐れも少ない。【００３０】
更に、切削加工により加工された金型の素材ＭＭの転写光学面のＰＳＤ関数が（４）式を満たし、且つＰＳＤ関数における１つのうねりの最高値が最低値の２倍より小さくなっていると、より好ましい。うねりは、Ｖｅｅｃｏ社の干渉計（顕微鏡）［商品名：ＷＹＫＯ  ＨＤ３３００］を用いて、位相シフト法により測定することができる。【００３１】
１×１０-8 ≦  Ａ  ≦  １×１０-7                      （４）
図１０は、図５に示す超精密加工機にて切削加工された金型の素材ＭＭの転写光学面の表面を干渉計で観察した写真であり、図１１は、切削加工後に、図７に示す電子ビーム照射装置にて電子ビームを照射された金型の素材ＭＭの転写光学面の表面を干渉計で観察した写真である。図１０，１１を比較すると明らかであるが、切削加工のみでは転写光学面にツールマーク等が残存するのに対し、電子ビーム照射によりツールマーク等が消滅することがわかる。【００３２】
図１２は、図１０に示す、切削加工のみの金型により転写成形された反射ミラーの投影像を示す写真であり、図１３は、図１１に示す、電子ビームを照射された金型により転写成形された反射ミラーの投影像を示す写真である。図１２，１３を比較すると明らかであるが、切削加工のみの金型により転写成形された反射ミラーにはゴーストが発生するのに対し、電子ビームを照射された金型により転写成形された反射ミラーにはゴーストが発生せず、優れた鏡面が形成されることがわかる。【００３３】
以上、第２工程において電子ビームを照射することにより平滑化処理を行う例を示したが、必ずしもこれに限られるわけではなく、第２工程において手研磨を行っても良い。【００３４】
図１４に示すグラフは、第１工程において（１）式を満たす条件（Ａ＝１×１０−７）で切削加工を行い、更に第２工程でＡ＝１×１０−８となるよう手研磨した状態での金型の転写光学面の形状を、３次元測定機（Ｕａ３Ｐ：松下電器株式会社製）で測定した結果を示す。図１５に示すグラフは、第１工程において（１）式を満たさない条件（Ａ＝１×１０−５）で切削加工を行い、更に第２工程でＡ＝１×１０―８となるよう手研磨した状態での金型の転写光学面の形状を、同じ３次元測定機で測定した結果を示す。【００３５】
図１４，１５を比較すると明らかであるが、図１５に示す例では、第２工程により形状精度が悪化（研磨時間も増加）するので、かかる金型を用いて反射ミラーを成形すると、その投影像の解像度に影響がでる。これに対し、図１４の例によれば、第２工程で手研磨を行っても形状精度の悪化を抑制できる。【００３６】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定
して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、電子ビームを照射する前の機械加工は、フライカット加工に限られず、研削加工や、シェービング加工、或いは研磨加工であっても良い。
【図４】
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【図８】
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【図９】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008062655.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2008062655.tif 000017
【国際調査報告】
2008062655.tif 000018
2008062655.tif 000019
2008062655.tif 000020
2008062655.tif 000021