(57)【要約】  多数の微小突起（ＣＰ）を含む微細凹凸構造（ＭＲ）が両面にそれぞれ形成された基板（２２）と、前記基板（２２）の一方の面に形成された前記微細凹凸構造（ＭＲ）上に成膜された金属層を含む１層以上の膜（２３）と、を備えたことを特徴とする光学素子（２１）。例えば、基板（２２）にシリコンを用いた場合、膜（２３）が含む金属層の材料は、クロム、クロム系合金、チタン、またはチタン系合金を用いることが好ましい。  本発明の光学素子は、紫外域から赤外線域の広い波長範囲において、高い光吸収特性を有する。また、脱ガスによる光学素子や光学系の汚染を引き起こすことがなく、多様な光学装置に適用できる。
2009125769.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の微小突起を含む微細凹凸構造が両面にそれぞれ形成された基板と、前記基板の一方の面に形成された前記微細凹凸構造上に成膜された金属層を含む１層以上の膜と、を備えたことを特徴とする光学素子。
【請求項２】
前記基板が半金属又は樹脂からなることを特徴とする請求項１記載の光学素子。
【請求項３】
前記金属層がクロム又はチタンからなることを特徴とする請求項１又は２記載の光学素子。
【請求項４】
前記１層以上の膜の一部に開口部が形成されたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光学素子。
【請求項５】
基板の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記基板の前記表面をドライエッチングすることで、前記基板の前記表面に、微細凹凸構造を形成する段階と、
前記基板の一方の面に形成された前記微細凹凸構造を覆うように、金属層を含む１層以上の膜を成膜する段階と、
を備えたことを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
請求項１乃至４のいずれかに記載の光学素子からなる光吸収部材を備えたことを特徴とする光学装置。
【請求項７】
入力光と異なる波長の光を含む出力光を発生する波長変換光学系と、
前記出力光に含まれる波長の異なる光をそれぞれ異なる光路に分離する波長選択光学系と、
を有し、
前記分離された光路の少なくとも一つに、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光学素子からなる光吸収部材を配置したことを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも一部が光吸収特性を有する光学素子及びその製造方法、並びに前記光学素子を用いた光学装置に関するものである。本願は、２００８年４月８日に、日本に出願された特願２００８−０９９８４３号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、例えば、光源装置等の光学装置の内部などにおいて、利用されない不要光が迷光となってノイズ成分等となるのを防止するため、光吸収特性を有する光学素子を配置して、不要光の吸収を行わせている。このような光学素子としては、黒色塗料が塗布された板状やコーン状等の光吸収部材が用いられている。【０００３】
少なくとも一部が光吸収特性を有する光学素子の他の例として、円形やスリット状の光学的な開口を有する黒色塗料が塗布された板などが用いられている。このような光学素子は、光束を円形やスリット形状に絞ったり整形したりするために用いられる。この光学素子では、光束整形機能のみに着目すれば、光束が通過する部分以外の箇所では、反射率が高くてもよい。しかし、その箇所で反射した光が迷光となってノイズ成分となるのを防止するため、黒色塗料を塗布して光吸収特性を持たせ、反射率を低減している。【０００４】
近年、石英基板等の基板上に形成されたシリコン層の表面に、多数の微小突起からなる微細凹凸構造を形成してなる光学素子が、提供されている（特許文献１：国際公開第２００６／０４６５０２号パンフレット）。この光学素子は、前記微細凹凸構造が形成された側から光が入射するように配置される。この光学素子によれば、前記微細凹凸構造によって、反射率が低減されて反射ノイズが低減される。したがって、この光学素子は、例えば、反射ノイズの少ないマスク等として使用することができる。特許文献１が開示する光学素子の製造方法では、シリコン層の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記シリコン層の表面をドライエッチングすることで、前記シリコン層の表面に、ランダムに分布した多数の微小突起からなる微細凹凸構造が形成される。【０００５】
また、特許文献２には、レーザ光源装置が開示されている（特許文献２：特開２００７−２７９０８４号公報）。レーザー光源は、フォトリソグラフィにおける露光装置の光源など、各種の用途で利用されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
レーザー光源や、露光装置、あるいは分光器など、目的波長のみの利用を意図する光学装置においては、目的外波長の光の抑制が要求される。例えば、上述の特許文献２では、赤外域の基本波を波長変換素子を用いて短波長紫外線に変換し、露光装置などに利用する技術が記載されている。この場合、目的外波長の光が赤外域から紫外域の広い波長範囲で発生している。【０００７】
前述したように、シリコン層の表面に微細凹凸構造を形成した光学素子は、光の反射率が低減されて反射ノイズが低減されるため、好適に用いることができる。【０００８】
しかしながら、上述のシリコン層の表面に微細凹凸構造を形成した光学素子では、可視域や紫外域では良好な光吸収特性が得られるものの、シリコンの吸収係数が低下する赤外領域（例えば、１μｍ〜４μｍの波長域）では、十分な光吸収特性を得ることはできなかった。【０００９】
他方、波長を短波長紫外線、特に真空紫外線を利用する光学装置では、光学系の少なくとも一部が、真空紫外線を吸収する酸素ガス等が排除された筐体中に配置されることがある。この場合、従来の黒色塗料などは、紫外線に対して光吸収性を有する揮発性物質を放散したり、放散された揮発性物質が紫外線によって光化学反応を起こし、光学素子の表面に光吸収性の汚染層を形成したりするため、用いることができない。迷路型の光学トラップを用いれば、目的外波長の光を抑制することはできるが、装置構成が複雑化、大型化する原因となる。【００１０】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、少なくとも一部が紫外領域から赤外領域の広い波長範囲において高い光吸収特性を持つ光学素子及びその製造方法、並びに前記光学素子を用いた光学装置を提供することを目的とする。
また本発明は、広い波長範囲において高い光吸収特性を有するとともに、脱ガス等の問題を生じず、狭い装置空間にも配置できる光学素子及びその製造方法、並びに前記光学素子を用いた光学装置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】
【００１１】
本発明の第１の態様による光学素子は、多数の微小突起を含む微細凹凸構造が少なくとも一方の面に形成された基板を備えた光学素子である。
本発明の第２の態様による光学素子は、前記第１の態様にかかる光学素子であって、多数の微小突起を含む微細凹凸構造が両面にそれぞれ形成された基板と、前記基板の一方の面に形成された前記微細凹凸構造上に成膜された金属層を含む１層以上の膜と、を備えた光学素子である。【００１２】
本発明の第３の態様による光学素子の製造方法は、基板の表面に微細マスク物質を堆積させながら前記基板の前記表面をドライエッチングすることで、前記基板の前記表面に、微細凹凸構造を形成する段階を備える光学素子の製造方法である。【００１３】
本発明の第４の態様による光学素子の製造方法は、前記第３の態様にかかる光学素子の製造方法であって、前記基板の一方の面に形成された前記微細凹凸構造を覆うように、金属層を含む１層以上の膜を成膜する段階をさらに備えた光学素子の製造方法である。【００１４】
本発明の第５の態様による光学装置は、前記第１又は第２の態様による光学素子からなる光吸収部材を備えた光学装置である。【００１５】
本発明の第６の態様による光源装置は、入力光と異なる波長の光を含む出力光を発生する波長変換光学系と、前記出力光に含まれる波長の異なる光をそれぞれ異なる光路に分離する波長選択光学系と、を有し、前記分離された光路の少なくとも一つに、前記第２の態様による光学素子からなる光吸収部材を配置した光源装置である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、紫外領域から赤外領域において高い光吸収特性を持つ光学素子及びその製造方法、並びに前記光学素子を用いた光学装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による光学素子を模式的に示す概略断面図である。
【図２Ａ】図２Ａ〜図２Ｃは、図１に示す光学素子の製造方法を示す工程図であり、図２Ａは微細凹凸構造ＭＲ形成の初期段階を示している。
【図２Ｂ】図２Ａに続き、微細凹凸構造ＭＲ形成の中間段階を示している。
【図２Ｃ】微細凹凸構造ＭＲ形成の最終段階を示す図である。
【図３Ａ】図３Ａ、図３Ｂは、図２Ｃに引き続く工程を示す工程図であり、図３Ａは基板の両面に微細凹凸構造が形成された段階を示す図である。
【図３Ｂ】図３Ａに続き、基板の一方の面に膜が形成された段階を示す図である。
【図４】図１に示す光学素子の製造方法で用いられる平行平板ドライエッチング装置を模式的に示す概略構成図である。
【図５】比較例による光学素子を模式的に示す概略断面図である。
【図６Ａ】図１に示す光学素子に相当する本発明の実施例による光学素子、及び、図５に示す比較例による光学素子の光学特性を、光の波長に対する透過率で示す図である。
【図６Ｂ】図１に示す光学素子に相当する本発明の実施例による光学素子、及び、図５に示す比較例による光学素子の光学特性を、光の波長に対する反射率で示す図である。
【図７Ａ】図１に示す光学素子に相当する本発明の実施例による光学素子、及び、図５に示す比較例による光学素子について、波長に対する透過率を図６Ａより長波長領域の光について示す図である。
【図７Ｂ】図１に示す光学素子に相当する本発明の実施例による光学素子、及び、図５に示す比較例による光学素子について、波長に対する反射率を図６Ａより長波長領域の光について示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態による光源装置の波長変換光学系の概略構成図である。
【図９】図８の波長変換光学系により発生した光から波長１９３ｎｍの８倍波のみを取り出すための波長選択光学系を示す概略構成図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態による光学素子を模式的に示す概略断面図である。
【図１１】図１０に示す光学素子の各領域を示す概略平面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明による光学素子及びその製造方法、並びに光学装置について説明する。
[光学素子]
本発明の光学素子は、多数の微小突起を含む微細凹凸構造が少なくとも一方の面に形成された基板を備えた光学素子である。
前記微細構造は、基板の一方の面に形成されていてもよい。あるいは、前記微細構造は、基板の両面に形成されていてもよい。前記微細構造が形成された基板の一面において、前記微細構造は、一部の領域に構成されていてもよく、あるいは、全面に形成されていてもよい。
上記微細凹凸構造は、複数の突起が、基板表面上に所定密度で配列する構造であってもよい。突起の長さは、数ｎｍから数千ｎｍ、例えば５０ｎｍ〜１００ｎｍ、または、３００ｎｍ〜５００ｎｍとすることができる。また、突起の密度は、５×１０６本/ｃｍ２〜１×１０１０本/ｃｍ２とすることができる。【００１９】
上記基板は、広い波長範囲の光に対し、大きな吸光係数を有する素材であることが好ましい。
具体的には、シリコン（Ｓｉ）等の半金属や、各種の樹脂を基板として用いることができる。半金属を含む基板の材料としては、たとえば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、シリコンとゲルマニウムの混晶、ガリウム砒素などから選択される半金属を用いることができる。例えば、前記基板はシリコン基板でもよい。【００２０】
上記の樹脂とは有機高分子材料を意味する。例えば、塩化ビニル、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネートなどから選択される樹脂を基板の素材として用いることができる。基板は、一種類の樹脂を含むものでもよく、二種以上の樹脂を含むものであってもよい。
上記の樹脂は、芳香環や不飽和結合を含む樹脂であってもよい。この場合、紫外領域において大きな吸光係数を有するため、樹脂単独で基板を構成してもよい。但し、より大きな吸光係数を得るためには、樹脂にカーボンブラック等の光吸収性物質を含有させることが好ましい。樹脂に含有させる光吸収性物質としてはカーボンブラックの他、市販の染料や紫外線吸収剤などの、紫外から可視領域で光吸収を示す物質を適宜用いることができる。例えば、樹脂にニグロシン系の黒色染料を含有させてもよい。あるいは、カーボンブラック、アニリンブラック、チャコールブラック、酸化鉄などから選択される少なくとも一種の顔料（黒色顔料）が樹脂に混入されていてもよい。
上記本発明の基板に用いる素材は、可視域の光に対する吸収係数が１×１０１／ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０２／ｃｍ以上であることがより好ましく、１．５×１０２／ｃｍ以上であることが更に好ましい。また、上記の吸収係数は少なくとも４００ｎｍ〜８００ｎｍの間で満たされることが好ましく、より好ましくは４００ｎｍ未満の紫外域においてもできるだけ短波長側まで大きな吸収係数を有することが好ましい。【００２１】
表面に微細凹凸構造を形成しやすい点からは、シリコン等の半金属基板を用いることが好ましい。他方、樹脂基板は、半金属に比べて可撓性および/または可塑性にすぐれるため、多様な形状に加工しやすいという点で利点を有する。【００２２】
上記本発明の光学素子は、両面に上記の微細凹凸構造が形成された基板と、前記基板の一方の面における、微細凹凸構造上に成膜された膜を有し、前記の膜が少なくとも一層の金属層を含む１層以上の膜から構成されているも光学素子であってもよい。上記の金属層は、基板表面の微細凹凸構造上に直接成膜されていてもよい。上記金属層は、基板を構成する素材に応じ、適宜選択することができる。例えば、基板にシリコン等の半金属を用いる場合には、基板表面との密着性を考慮して、クロム（Ｃｒ）、クロム系合金、チタン（Ｔｉ）、チタン系合金（Ｔｉ）などから選択される金属を用いることが好ましい。たとえば、基板にシリコンを用い、クロムまたはチタンの金属層を含む膜を成膜してもよい。なお、基板の微細凹凸構造上にバッファ層を成膜し、バッファ層上に金属層を成膜してもよい。この場合、バッファ層は、基板素材および金属層との密着性を有することが好ましい。
少なくとも１層の金属層を含む上記膜の膜厚は、例えば０．１μｍ〜５μｍであってもよく、０．２μｍ〜０．５μｍでもよい。【００２３】
基材に紫外域から可視光域において、高い光吸収特性を有する素材よりなる基板を用い、上記の微細凹凸構造を少なくとも一方の面に形成すれば、紫外域から可視域において、高い光吸収特性を発揮する光学素材を提供できる。たとえば、波長約２００ｎｍ〜８００ｎｍの光に対し、透過率、反射率ともに０．０５％以下を達成可能である。さらに、上記の金属層含む膜を設けることにより、本発明の光学素子では、紫外域から赤外線域において高い光吸収特性を発揮することができる。たとえば、赤外域を含む波長２００ｎｍ〜１．５μｍの光に対し、透過率０．０５％以下、反射率０．３％以下を達成でき、さらに波長２００ｎｍ〜４μｍの光に対しても透過率０．５％以下、反射率０．３％以下を達成できる。
なお、上記光学素子において、少なくとも一層の金属層を含む前記膜の一部に開口部をもうけてもよい。この場合、開口部を通じて、赤外線領域の光を選択的に取り出すことが可能となる。
上記本発明の光学素子は、全体的な厚み１ｍｍ以下、例えば０．２ｍｍ〜０．６ｍｍの厚みでも、良好な光吸収特性を発揮できる。そのため、複雑な構成を有する光学装置内の狭い空間にも配置することができる。
上記光学素子の形状は制限されない。例えば、四角板状、円板状などの板状（シート状）の基板を用いてもよい。あるいは、板状基板に上記微細凹凸構造または、微細凹凸構造及び金属層を含む膜を形成した後、所望の形状に成型してもよい。なお、板状の基板の表面および/または裏面だけではなく、必要に応じて側面にも、前記微細凹凸構造を形成してもよい。【００２４】
[光学素子の製造方法]
本発明による光学素子の製造方法は、基板の少なくとも一方の表面にマスク物質（微細マスク物質）を堆積させながら前記基板の前記表面をドライエッチングすることで、前記基板の表面に、微細凹凸構造を形成する段階を備える。
基板の素材は、上記光学素子に関する説明で記載した素材より、適宜選択することができる。【００２５】
マスク物質とは、ドライエッチングに対する耐性が基板の素材より大きい物質、すなわち、エッチング速度が基板のエッチング速度より遅くなる物質である。例えば、シリコン等の半金属より基板を構成する場合、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、あるいはこれらの二種以上の固溶体などを用いることができる。なお、上記酸化物中に、酸化クロム、酸化鉄、酸化マグネシウム等が固溶していてもよい。なお、基板に樹脂を用いる場合、上記の金属酸化物をマスク物質として用いてもよいが、例えば、カーボンなどをマスク物質として用いることができる。【００２６】
基板をドライエッチングする方法としては、たとえば、プラズマ化した反応ガスで基板を反応性イオンエッチングあるいはスパッタする方法を採用できる。基板にマスク物質を堆積させながら基板表面のドライエッチングを行う方法としては、基板と、マスク物質を含む部材を同時に反応性イオンエッチングあるいはスパッタ・エッチングし、スパッタされたマスク物質の粒子を基板表面に付着させながら、エッチングを行ってもよい。たとえば、マスク物質を含む部材上に基板を載置し、あるいは基板とマスク物質を含む部材を並置してスパッタ・エッチングを行ってもよい。あるいは、マスク物質を含む部材をターゲットとして用い、高周波電圧を印加してマスク物質のスパッタを行い、同時に反応性ガスによる基板のエッチングを行ってもよい。なお、上述のマスク物質を含む部材は、マスク物質よりなるものでもよい。【００２７】
反応ガスは、基板の材質に応じて選択できる。例えば、テトラクロロメタン（ＣＣｌ４）テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ペンタクロロエタン、三塩化ホウ素、塩素等の少なくとも１つを含むエッチガスに、酸素やＡｒ等の補助ガスを必要に応じて添加したものが用いられる。また、テトラクロロメタン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ペンタクロロエタン、三塩化ホウ素、及び塩素のうち少なくとも一種を含む塩素系ガスと、四フッ化メタン、三フッ化メタン、六フッ化エタン、八フッ化プロパン、及びフッ素等の少なくとも一種のフッ素系ガスとの混合エッチングガスに、酸素やＡｒ等の補助ガスを必要に応じて添加したものを用いることができる。【００２８】
上記のような方法で、基板の表面にマスク物質の粒子を堆積させながら前記基板の表面をドライエッチングすることにより、マスク物質の粒子が付着していない部位を優先的にエッチングし、結果として微細な突起が高密度に配列した凹凸構造を形成することができる。
前記微細凹凸構造を基板の両面に形成する場合は、上記の方法を用いて基板の一面に微細凹凸構造を形成したのち、同様の方法で他面に微細凹凸構造を形成すればよい。あるいは、基板表面に平行な軸周りに基板を回転させながら、マスク物質の堆積とスパッタリングを行い、両面に微細凹凸構造を形成してもよい。【００２９】
本発明の光学素子の製造方法は、基板の一面において、基板表面の微細凹凸構造を覆うように少なくとも１層の金属層を含む膜を成膜する段階をさらに備えていてもよい。前記の膜は、１層の金属層でもよく、複数の金属層で構成されていてもよい。また、基板と金属層の間にバッファ層を形成し、密着性を高めてもよい。金属層は、通常の蒸着などの手法で成膜できる。たとえば、抵抗加熱、レーザー加熱などの手法で蒸着してもよく、金属ターゲットのスパッタリングや基板側にも高周波バイアスを印加するバイアススパッタリングによって金属層を成膜してもよい。
上記の方法により、上述の構成を有する本発明の光学素子を製造することができる。【００３０】
[光学装置]
本発明の光学装置は、上述の本発明による光学素子からなる光吸収部材を備えた光学装置である。本発明の光学組織は、広い波長域において高い光吸収特性を示すため、各種の装置に応用できる。
たとえば、入力光と異なる波長の光を含む出力光を発生する波長変換光学系と、前記出力光に含まれる波長の異なる光をそれぞれ異なる光路に分離する波長選択光学系とを有する光源装置において、前記の分離された光路の少なくとも一つに、本発明の光学素子からなる光吸収部材を配置した構成とすることができる。【００３１】
なお、本発明の光学素子は、光源装置に限定されず、分光器などの光学装置にも応用できる。またカメラ、双眼鏡、顕微鏡、望遠鏡等の光学観測装置において、本発明の光学素子を光吸収部材として用いることができる。また、本発明の光学素子は、従来の黒色塗料を塗付した光学素子とは異なり、脱ガスによる光学素子や光学系の汚染を抑制または防止できる。したがって、本発明の光学素子は、真空紫外領域の光を利用する光学装置においても、吸光部材として利用可能である。【００３２】
以下、本発明による光学素子及びその製造方法、並びに光学装置について、さらに図面を参照して説明する。【００３３】
［第１の実施の形態］【００３４】
図１は、本発明の第１の実施の形態による光学素子２１を模式的に示す概略断面図である。本実施の形態による光学素子２１は、平面視の全領域が入射光を吸収する光吸収部材として構成されている。【００３５】
本実施の形態による光学素子２１は、多数の微小突起ＣＰを含む微細凹凸構造ＭＲが両面にそれぞれ形成された基板２２と、金属層を含む１層以上の膜２３と、を備えている。膜２３は、基板２２の一方の面（図１中の左側の面）に形成された微細凹凸構造ＭＲ上に成膜されている。【００３６】
基板２２の材料としては、広い波長範囲で大きな吸光係数を有する材料を用いることが好ましい。具体的には上述のシリコン（Ｓｉ）等の半金属や、各種の樹脂を基板として用いることができる。基板の材料は、上記の光学素子に関する説明で記載した物質から適宜選択できる。樹脂を用いる場合には、上記で説明したように、樹脂中に光吸収性の染料、顔料等を含有させてもよい。なお、表面に微細凹凸構造を形成しやすい点からはシリコン等の半金属を用いることが好ましい。【００３７】
図１では、図面表記の便宜上、微小突起ＣＰは、規則正しく分布しているかのように記載しているが、実際には高さや間隔などの形状がランダムに分布していても良い。【００３８】
一方の微細凹凸構造ＭＲ上に成膜された１層以上の膜２３は、少なくとも一層の金属を含む。この金属層の材料は、特に限定されない。これは、金属であれば、紫外から赤外領域の光に対してある程度吸収特性を持つとともに微細凹凸構造ＭＲとの界面である程度の反射率を持つからである。しかしながら、膜２３が含む金属層の材料は、微小突起ＣＰ（すなわち、基板２２の材料）と直接に接する場合には基板２２の材料との密着性等を考慮して選択することが好ましい。例えば、基板にシリコンを用いた場合、クロム、クロム系合金、チタン、またはチタン系合金を用いることが好ましい。なおここでは、クロム系合金、チタン系合金は、それぞれクロムまたはチタンを９０質量％含む合金であることが好ましい。膜２３は、単層の金属層で構成してもよいし、２層以上の金属層で構成してもよいし、１層以上の金属層と１層以上の他の材料の層との積層膜としてもよい。例えば、膜２３を複数層の積層膜とする場合、膜２３を外側の金属層と内側のバッファ層とで構成してもよい。【００３９】
本実施の形態では、基板２２の両面の微細凹凸構造ＭＲは基板２２の平面視の全領域に渡って形成され、膜２３は基板２２の平面視の全領域に渡って形成されている。ただし用途によっては、両面の微細凹凸構造ＭＲの形成領域や膜２３の形成領域は、基板の一部の領域に限定してもよい。【００４０】
次に、本実施の形態による光学素子２１の製造方法の一例について、図２Ａ乃至図４を参照して説明する。図２及び図３は、各製造工程を模式的に示す概略断面図である。図４は、図２Ａ〜図２Ｃ及び図３Ａに示す各工程で用いる平行平板ドライエッチング装置３０を模式的に示す概略構成図である。【００４１】
まず、基板２２を用意する。次に、図４に示す平行平板ドライエッチング装置３０を用いて、基板２２の一方の面に微細マスク物質ＳＰを堆積させながら基板２２の前記一方の面をドライエッチングすることで、基板２２の一方の面に微細凹凸構造ＭＲを形成する（図２Ａ〜図２Ｃ）。この点について、以下に説明する。【００４２】
平行平板ドライエッチング装置３０は、図４に示すように、基本的に反応性イオンエッチング装置（ＲＩＥ装置）と同様の構造を有し、アースに接続されたアノード電極３１と、反応ガスをプラズマ化するための高周波電力が印加されるカソード電極３２と、これらの電極３１，３２を収容する真空チャンバ３４とを備える。カソード電極３２は、反応ガスのプラズマ化や微細凹凸構造ＭＲの形成に必要な所定の高周波電圧を発生する交流電圧源３６に接続されている。【００４３】
一方、真空チャンバ３４は、アノード電極３１と同様接地電位に設定される。真空チャンバ３４は、真空ポンプ３８により適当な真空度に維持することができる。反応ガス源３９は真空チャンバ３４に反応ガスを供給するためのガス源であり、必要な流量の反応ガスを真空チャンバ３４中に導入することで真空チャンバ３４内の反応ガスの密度を所望の値に設定することができる。反応ガス源３９から供給される反応ガスとしては、基板の材質に応じて、例えば、テトラクロロメタン（ＣＣｌ４）テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ペンタクロロエタン、三塩化ホウ素、塩素等の少なくとも１つを含むエッチガスに、酸素やＡｒ等の補助ガスを必要に応じて添加したものが用いられる。また、テトラクロロメタン、テトラクロロエチレン、トリクロロエチレン、ペンタクロロエタン、三塩化ホウ素、及び塩素のうち少なくとも一種を含む塩素系ガスと、四フッ化メタン、三フッ化メタン、六フッ化エタン、八フッ化プロパン、及びフッ素等の少なくとも一種のフッ素系ガスとの混合エッチングガスに、酸素やＡｒ等の補助ガスを必要に応じて添加したものが好ましい。【００４４】
カソード電極３２上にはアルミナ製で円盤状のトレイ４１が載置されており、トレイ４１上には、基板２２が配置される。トレイ４１は基板２２の支持台として機能するとともに、後述するように、微細マスク物質（エッチング速度の低い微細マスク）ＳＰの材料としても機能する。この基板２２は、処理前においては単なる平板をなしている。トレイ４１に載置された基板２２の上面は、両電極３１，３２間でプラズマ化され加速されたイオンの入射によりエッチングされる。【００４５】
通常のエッチングであれば、両電極３１，３２の上面に垂直な方向に所定の異方性で一様にエッチングされる。ところが、この場合、基板２２が載置されているトレイ４１が反応ガスのイオンによってスパッタ・エッチされることにより、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）製のトレイ４１から出射した微細なスパッタ粒子ＳＰが基板２２の表面にランダムに付着する。しかしながら、ＣＣｌ４等のエッチガスからなる反応ガスの場合、アルミナのスパッタ速度よりもシリコン等の基板のスパッタ速度の方が大きいので、基板２２表面にランダムに付着したスパッタ粒子ＳＰがマスクとして機能する。その結果、スパッタ粒子ＳＰが付着した部分と付着していない部分とのエッチング速度の違いにより、基板２２の表面全体に渡ってランダムな突起ＣＰが形成される。【００４６】
図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、図４の装置３０による微細凹凸構造ＭＲの形成を概念的に示している。図２Ａは微細凹凸構造ＭＲ形成の初期段階を示し、図２Ｂは微細凹凸構造ＭＲ形成の中間段階を示し、図２Ｃは微細凹凸構造ＭＲ形成の最終段階を示している。【００４７】
図２Ａに示す初期段階においては、基板２２の表面とともにトレイ４１の表面もスパッタ・エッチされるので、アルミナの微細粒子である無数のスパッタ粒子ＳＰがトレイ４１から基板２２へと飛来し、基板２２の表面にランダムに付着する。【００４８】
図２Ｂに示す中間段階においては、基板２２の表面に付着したスパッタ粒子ＳＰがマスクとして機能するので、スパッタ粒子ＳＰが付着していない領域において反応ガスのイオンＧＩによる異方性エッチングが進行し、スパッタ粒子ＳＰの位置に対応してコーン状の突起ＣＰが無数に形成されていく。なお、基板２２に比べてエッチング速度は遅いが、基板２２の表面に付着したスパッタ粒子ＳＰもイオンＧＩによってエッチングされるので、突起ＣＰの先端が徐々に露出することになる。しかし、突起ＣＰの先端には別のスパッタ粒子ＳＰが再付着する傾向があり、結果的に、突起ＣＰが全体的に徐々に成長していく。【００４９】
図２Ｃに示す最終段階においては、突起ＣＰがナノメータ・オーダーから数ミクロンメータのサイズに成長し、基板２２の上層は微小突起ＣＰがランダムに密集して形成された状態となる。このように多数の微小突起ＣＰが形成された上層部分が微細凹凸構造ＭＲを構成する。【００５０】
このようにして基板２２の一方の面に微細凹凸構造ＭＲを形成した後、基板２２の他方の面に微細マスク物質ＳＰを堆積させながら基板２２の前記他方の面をドライエッチングすることで、基板２２の他方の面に微細凹凸構造ＭＲを形成する（図３Ａ）。具体的には、やはり図４に示す平行平板ドライエッチング装置３０を用いて、基板２２を裏返してトレイ４１上に載置し、前述と同様のエッチングを行えばよい。【００５１】
最後に、基板２２の一方の面に形成された微細凹凸構造ＭＲ上に、蒸着等により膜３を成膜する（図３Ｂ）。これにより、本実施の形態による光学素子２１が完成する。【００５２】
ここで、本実施の形態による光学素子２１と比較される比較例による光学素子５１について、図５を参照して説明する。図５は、この比較例による光学素子５１を模式的に示す概略断面図であり、図１に対応している。この比較例による光学素子５１が本実施の形態による光学素子２１と異なる所は、微細凹凸構造ＭＲが基板２２の一方の面にのみ形成されて他方の面には形成されていない点と、膜３も形成されていない点のみである。この比較例による光学素子５１は、前述した光学素子２１の製造方法において説明した工程のうち図２に示す工程までを行うことで、製造することができる。【００５３】
本実施の形態による光学素子２１では、図１に示すように、膜３が形成されていない微細凹凸構造ＭＲの側（図中左側）が光の入射側とされる。比較例による光学素子５１では、図５に示すように、微細凹凸構造ＭＲの側（図中左側）が光の入射側とされる。以下の説明では、基板２２がシリコンからなるものとして説明するが、基板２２がカーボンブラック含有の樹脂などの場合も同様である。【００５４】
本実施の形態による光学素子２１においても比較例による光学素子５１においても、可視域や紫外域ではシリコンが良好な光吸収特性を持つので、まず、図中左側の微細凹凸構造ＭＲに入射すると、光入射側の微細凹凸構造ＭＲによる反射防止効果によって、入射光は、入射側にほとんど戻ることなく基板２２内に進入する。そして、可視から紫外域の光は基板２２に吸収される。ところが、シリコンは赤外域ではほとんど光を吸収しないため、入射光のうち赤外域（例えば、１μｍ〜４μｍの波長域）の光は基板２２によりほとんど吸収されずに、基板２２の図中右側へ向かう。【００５５】
そして、比較例による光学素子５１では、基板２２の右側面には微細凹凸構造ＭＲや膜３が形成されていないので、入射光のうち赤外域の光はほとんど吸収されずに透過光として基板２２から右側に出射する。【００５６】
これに対し、本実施の形態による光学素子２１では、基板２２の図中右側の面に微細凹凸構造ＭＲが形成され、この右側の微細凹凸構造ＭＲ上に金属層を含む膜３が形成されている。したがって、本実施の形態による光学素子２１では、入射光のうち基板２２に吸収されずに微細構造ＭＲに到達した光は、微小突起ＣＰの内部を進行し、膜３の金属層で一部が反射され残りの一部が金属層内に進入して吸収される。このとき金属層は微小突起ＣＰと同様の凹凸形状を有するため、金属層で反射された光は入射側へ戻ることなく微小突起ＣＰの内部を横切りながら進行し、対向する金属層に再び入射する。そして金属層に入射した光の一部は吸収され、一部は再び微小突起ＣＰの内部に反射される。このように微細凹凸構造ＭＲに達した光は微小突起ＣＰの内部で反射と吸収を繰り返しながら微小突起ＣＰの先端に向かって進行し、徐々に金属層に吸収されて最終的に消滅する。このため、本実施の形態による光学素子２１では、入射光のうちの赤外域の光についても、入射面や裏面で反射されて入射側に戻るようなことがほとんどないとともに、光学素子２１を透過して図中右側へ出射されるようなことがほとんどなくなり、赤外域の光についても光吸収特性が高まる。【００５７】
本発明の一実施例による光学素子として、本実施の形態による光学素子２１を前述した製造方法により実際に作製した。また、比較例による光学素子５１も前述した製造方法で実際に作製した。【００５８】
それらの実際の製造条件等は、次の通りとした。本実施例の光学素子も比較例の光学素子も、基板２２として直径が３インチで厚さ０．３８ｍｍのシリコン基板を用い、図４に示す平行平板ドライエッチング装置３０を用いてこのシリコン基板の一方の面に微細凹凸構造ＭＲを形成した。このとき、トレイ４１はアルミナ製とし、反応ガス源３９からＣ２Ｃｌ４ガスを２０ｓｃｃｍの流量でＯ２ガスを１０ｓｃｃｍの流量でガスＳＦ６を１０ｓｃｃｍの流量で真空チャンバ３４内へ導入し、真空チャンバ３４内の圧力は６Ｐａとし、カソード電極３２に０．０７ｗ／ｃｍ２の高周波ＲＦパワー密度を印加して、前述したドライエッチングを行った。そのエッチング時間は、２５分とした。これにより形成された微細凹凸構造ＭＲの微小突起ＣＰは針状構造をなしており、その長さは、電子顕微鏡写真によれば、およそ２μｍであった。比較例による光学素子５１は、このようにして一方の面に微細凹凸構造ＭＲが形成されたシリコン基板とした。【００５９】
一方、本実施例による光学素子では、このようにして一方の面に微細凹凸構造ＭＲが形成されたシリコン基板を裏返してトレイ４１上に載置し、一方の面側の微細凹凸構造ＭＲの形成時と同一の条件で、当該シリコン基板の他方の面側に微細凹凸構造ＭＲを形成した。さらに、シリコン基板の一方の面の微細凹凸構造ＭＲ上に、膜３として、厚さ０．３μｍのクロム層を蒸着し、これにより、本実施例による光学素子を完成させた。【００６０】
このようにして作成した本実施例による光学素子及び比較例による光学素子５１について、光学特性を測定した。その測定結果を図６及び図７に示す。図６Ａ、図６ＢはＶａｒｉａｎ社製の紫外可視分光光度計ＣＡＲＹ５００を用いた測定結果を示し、図７Ａ、図７Ｂは株式会社島津製作所製のフーリエ変換赤外分光光度計ＦＴＩＲ−８３００ＰＣを用いた測定結果を示す。図６Ａ及び図７Ａは透過スペクトルを示し、図６Ｂ及び図７Ｂは反射スペクトルを示している。【００６１】
図６Ａ及び図６Ｂからわかるように、１μｍ以下の波長域では、本実施例も比較例も、透過率及び反射率の両方が非常に低く、高い光吸収特性が得られる。特に８００ｎｍ以下の波長域では、透過率、反射率ともに０．０５％以下となっている。そして、図６Ａ、図６Ｂ及び図７Ａ、図７Ｂからわかるように、１μｍ以上の波長域では、比較例では透過率も反射率も高くなり光吸収特性が低下しているのに対し、本実施例では透過率も反射率も非常に低くなり光吸収特性が非常に高い。【００６２】
なお、微小突起ＣＰの長さや膜２３の厚さなどは、前述した数値例に限定されるものではない。例えば、微小突起ＣＰの長さは０．３μｍ〜５μｍ程度としてもよいし、前記膜２３の厚さは０．１μｍ〜２μｍ程度としてもよい。
なお、上記の説明において、実施形態１にかかる両面に微細凹凸構造を形成し、片面に金属層を蒸着した光学素子を実施例として記載し、片面のみに微細凹凸構造を形成した光学素子を比較例として記載したが、可視領域では、比較例も高い光吸収特性を示している。したがって、可視領域における迷光の発生が特に問題となる通常のカメラ、双眼鏡などの光学機器において光吸収部材として用いる場合には、片面のみに微細凹凸構造を形成した光学素子も利用性が高い。【００６３】
［第２の実施の形態］【００６４】
図８及び図９は、本発明の第２の実施の形態による光学装置であって、不要光を吸収する光吸収部材２００として、前記第１の実施の形態による光学素子２１を備えたものを示している。本実施の形態による光学装置は、波長変換光学系を備えた光源装置である、波長１９３ｎｍの光を発生する固体レーザ光源装置として構成されている。【００６５】
図８は、本実施の形態による光源装置の波長変換光学系の概略構成図である。以下、波長変換のプロセスについて簡単に説明する。【００６６】
レーザ光源としてのＤＦＢ（Distributed Bragg Reflection)レーザ（不図示）から発せられた波長１５４７ｎｍの基本波は、第１のＥＤＦＡ（光ファイバー増幅器：Erbium Doped Fiber Amplifier）１で増幅された後、第１の２倍波形成光学素子３に入射し、波長７７３ｎｍの２倍波を発生する。発生した２倍波は、基本波と共に３倍波形成光学素子４に入射し、波長５１６ｎｍの３倍波を発生する。発生した３倍波は、基本波及び２倍波と共に５倍波形成光学素子６に入射し、波長３０９ｎｍの５倍波を発生する。【００６７】
一方、第１のＤｅｌａｙ装置（遅延装置）１５を通り第２のＥＤＦＡ２に入射した波長１５４７ｎｍの基本波は、第２の２倍波形成光学素子９に入射し、第２の２倍波形成光学素子９からは基本波と共に２倍波が発生する。この２倍波は、第２のＤｅｌａｙ装置１６を通り第３のＥＤＦＡ１４に入射した波長１５４７ｎｍの基本波と、ダイクロイックミラー１３により合成される。ダイクロイックミラー１３は基本波を透過し、２倍波を反射するように構成されている。ダイクロイックミラー１３で合成された基本波と２倍波は、さらにダイクロイックミラー１０により前述の５倍波と合成される。ダイクロイックミラー１０は基本波と２倍波を透過し、５倍波を反射するように構成されている。【００６８】
以上の過程により合成された、基本波、２倍波及び５倍波からなる光は、７倍波形成光学素子１１に入射し、７倍波形成光学素子１１からは、これらの光と共に、波長２１１ｎｍの７倍波が発生する。これらの光は８倍波形成光学素子１２に入射し、基本波と７倍波が合成されて波長１９３ｎｍの８倍波を発生する。発生した８倍波は、モニタ光分割用のハーフミラー１７を透過して出射される。【００６９】
８倍波形成光学素子１２から出射した８倍波は、ハーフミラー１７によってその一部が分離され、モニタ装置１８に入射する。モニタ装置１８は、２次元ＣＣＤ等の位置検出素子を有し、光がこれらの撮像素子に入射する位置から、８倍波の射出方向を算出して、出射光方向制御装置１９に送る。出射光方向制御装置１９は、８倍波の射出方向が予め定められた方向になるように、レンズ位置制御装置２０に指令を送り、レンズＬの姿勢を変えて、ダイクロイックミラー１３、ダイクロイックミラー１０、７倍波形成光学素子１１を経て８倍波形成光学素子１２に入射する基本波の入射方向を制御する。【００７０】
以上の波長変換光学系のさらに詳細な説明については、前記特許文献２（特開２００７−２７９０８４号公報）に記載されているとおりである。【００７１】
このような構成の波長変換光学系によって発生する波長１９３ｎｍの光には、波長１５４７ｎｍの基本波及びその２倍波、５倍波、７倍波が同時に含まれることが原理上避けられない。したがって、フォトリソグラフィ工程で使用される露光装置の光源に用いる場合のように、目的とする波長以外の光の混入が問題となる用途においては、ダイクロイックミラーやプリズム、グレーティング等の波長選択素子により、目的波長のみを分離することが必要となる。【００７２】
図９は、図８の波長変換光学系により発生した基本波〜８倍波を含む光から波長１９３ｎｍの８倍波のみを取り出すための、波長選択素子としてプリズムを用いた波長選択光学系の一構成例である。【００７３】
図９の波長選択光学系において、前述の波長変換光学系から出射された基本波から８倍波までを含む光１０１は、プリズム１１０及び１１１に入射する。そしてプリズム１１１からは、基本波１０５、２倍波１０６、５倍波１０７、７倍波１０８、８倍波１０４が、それぞれ異なる出射角に分離されて出射する。そして８倍波１０４の出射角に対応する光路上に設けられた出射窓１０９から、８倍波１０４のみが光源装置の外部に取り出される。【００７４】
図９の波長選択光学系では、プリズム１１０及び１１１によって分離された基本波１０５から７倍波１０８の光路上に、不要光としての基本波１０５から７倍波１０８を吸収する光吸収部材２００が配置されている。本実施の形態では、光吸収部材２００として、前記第１の実施の形態による光学素子２１が用いられている。【００７５】
前記第１の実施の形態による光学素子２１は、例えば図６及び図７に示すように、波長１５４７ｎｍの基本波１０５から２１１ｎｍの７倍波１０８に至るまで、幅広い波長の光に対して極めて低い透過率及び反射率を示す。すなわち、光学素子２１は極めて高い光吸収特性を示すので、光吸収部材２００として前記第１の実施の形態による光学素子２１を用いることで、プリズム１１０及び１１１によって８倍波１０４から分離された基本波１０５から７倍波１０８は、光吸収部材２００によって略完全に吸収される。したがって、出射窓１０９からは純粋な８倍波１０４のみが取り出されることになり、これを露光装置の露光光として用いた場合に、他の波長の光による色収差の影響を受けず、良好な露光解像度を得ることができる。【００７６】
また図９の波長選択光学系では、筐体２０１の内側の広い領域に光吸収部材２００が配置されており、プリズム１１０の入射面からの反射光１０２やプリズム１１１の入射面からの反射光１０３等も吸収されるので、これらの光が筐体内で散乱・反射を繰り返し、迷光となって８倍波１０４に混入することが抑制される。【００７７】
［第３の実施の形態］【００７８】
図１０は、本発明の第３の実施の形態による光学素子６１を模式的に示す概略断面図であり、図１に対応している。図１１は、図１０に示す光学素子６１の各領域Ｒ１，Ｒ２を示す概略平面図である。図１０において、図１中の要素と同一又は対応する要素には同一符号を付し、その重複する説明は省略する。【００７９】
本実施の形態による光学素子６１は、赤外線用透過型光学素子の一種である赤外線用開口絞りとして構成されている。本実施の形態による光学素子６１が前記第１の実施の形態による光学素子２１と異なる所は、前記第１の実施の形態による光学素子２１では、平面視の全領域に渡って膜２３が形成されているのに対し、本実施の形態による光学素子６１では、平面視で中央の小円領域Ｒ１には膜２３が形成されておらず、その周囲の領域Ｒ２のみに膜２３が形成されている。すなわち、基板２２の一方の面に形成された微細凹凸構造ＭＲ上の１層以上の膜２３には、領域Ｒ１に対応する開口部２３ａが形成されている。【００８０】
本実施の形態による光学素子６１では、領域Ｒ２に入射する入射光については、前記第１の光学素子２１と同様に、可視域や紫外域の光のみならず、赤外域の光も吸収される。一方、領域Ｒ１に入射する入射光については、可視域や紫外域の光は吸収されるが、赤外域の光はほとんど吸収されることなく透過光として外部に出射される。したがって、本実施の形態による光学素子６１は、赤外線用開口絞りとして用いることができ、領域Ｒ２では微細凹凸構造ＭＲの反射防止効果及び膜２３の吸収効果により赤外線の反射率が非常に小さいので、反射ノイズを大幅に低減することができる。また、入射光は、赤外域のみの光でもよいし、赤外域以外に、可視域や紫外域の光も含んでいてもよい。この場合、領域Ｒ２において赤外域の光のみを選択的に通過させる赤外線フィルタとしての機能も同時に担うことになる。【００８１】
なお、本実施の形態による光学素子６１を製造する場合、例えば、まず、前述した方法前記第１の実施の形態による光学素子２１を用意し、フォトリソエッチング法により膜３に開口部２３ａを形成すればよい。【００８２】
本実施の形態において、開口部２３ａの形状や配置を種々に変更することで、所望の赤外線用透過型光学素子を得ることができる。例えば、開口部２３ａをスリット形状とすれば、赤外光束をスリット状に整形するための赤外線用光学素子を得ることができる。また、開口部２３ａの形状や配置を適宜変更することで、赤外線用のマスクを得ることもできる。【００８３】
以上、本発明の各実施の形態について説明したが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。例えば、本実施の形態による光学素子は、前述したような光源装置のみならず、種々の光学装置に用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明の光学素子は、紫外域から赤外線域の広い波長範囲において、高い光吸収特性を有する。また、脱ガスによる光学素子や光学系の汚染を引き起こすことがなく、多様な光学装置に適用できる。本発明の方法によれば、上記の光学素子を簡便な手法で生産することができる。上記光学素子を光吸収部材として備えた光学装置は、目的外波長の光に起因する色収差や迷光を低減し、光学測定、露光等の装置性能を精密化することができる。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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