(57)【要約】【課題】近接場光エッチングを実行しつつ、リアルタイムで表面粗さを計測する。【解決手段】原料ガス雰囲気中に光学素子２を配置し、原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を光学素子２に照射することにより、当該光学素子２表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングし、更にエッチング中に光学素子２表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射し、そのレーザ光が光学素子２表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて角部へのエッチングによる表面粗さを計測する。【選択図】図２
2011144052.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガス雰囲気中に光学素子を配置し、
上記原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子に照射することにより、当該光学素子表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングし、
更に上記エッチング中に上記光学素子表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射し、上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測すること
を特徴とする表面平坦化方法。
【請求項２】
計測した表面粗さに基づいて、上記照射する光の光量、上記原料ガスの供給量の何れか１以上を制御すること
を特徴とする請求項１記載の表面平坦化方法。
【請求項３】
上記光学素子表面に対してＰ偏光からなる上記レーザ光を照射し、上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光におけるＳ偏光の強度を測定し、測定したＳ偏光の散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測すること
を特徴とする請求項１又は２記載の表面平坦化方法。
【請求項４】
上記原料ガスを構成するガス分子の吸収端波長よりも長波長の上記レーザ光を照射すること
を特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の表面平坦化方法。
【請求項５】
光学素子表面に形成された凹凸を平坦化する工程を有する光学素子の作製方法において、
原料ガス雰囲気中に光学素子を配置し、
上記原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子に照射することにより、当該光学素子表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングし、
更に上記エッチング中に上記光学素子表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射し、上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測すること
を特徴とする光学素子の作製方法。
【請求項６】
計測した表面粗さに基づいて、上記照射する光の光量、上記原料ガスの供給量の何れか１以上を制御すること
を特徴とする請求項５記載の光学素子の作製方法。
【請求項７】
光学素子が設置され、原料ガス雰囲気とされたチャンバと、
上記原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子に照射することにより、当該光学素子表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングする光源と、
上記エッチング中に上記光学素子表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射する粗さ計測用光出射手段と、
上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測する粗さ計測手段とを備えること
を特徴とする表面平坦化処理システム。
【請求項８】
上記粗さ計測手段により計測された表面粗さに基づいて、上記照射する光の光量、上記原料ガスの供給量の何れか１以上を制御する制御手段を更に備えること
を特徴とする請求項７記載の表面平坦化処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光学素子の表面を平坦化するのに好適な表面平坦化方法並びにこれを用いた光学素子の作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、合成石英、ＢＫ７（ホウケイ酸塩クラウンガラス）等を用いたレンズ、反射鏡、窓板、偏光素子等の光学素子の平坦化方法としては、例えば、特許文献１に示されるような研磨方法が提案されている。この研磨方法においては、固定砥粒工具とレンズホルダーとを少なくとも有する加工装置を用いており、このレンズホルダーに光学素子であるレンズを保持させ、保持させたレンズを固定砥粒工具の加工面に当接させたまま、固定砥粒工具を回転モーターによって所定の回転数をもって回転駆動させ、レンズを固定砥粒工具の加工面上を円弧状に揺動させながら、レンズ表面の研磨を行っている。この場合において、通常、レンズと固定砥粒工具との間には、適宜研磨液がノズル等を介して導入されることになる。
【０００３】
ここで、上述の特許文献１に示すような、現在提案されている光学素子の表面平坦化方法は、レンズ表面を固定砥粒工具や研磨液等を用いて物理的に研磨することによってその表面を平坦化しているため、固定砥粒工具表面や研磨液の物理的な寸法より小さな凹凸までの研磨を施すことができなかった。また、上述のような研磨液を導入することによって行なわれる研磨では、研磨工程の進行に伴い、研磨液が凝集、固体化等されてしまい粗大粒子を形成し、これによって光学素子表面に引っ掻き疵（スクラッチ）を形成し、微細な凹凸が光学素子表面に残存してしまっていた。また、物理的な研磨を用いて平坦化を行う場合、研磨の対象となる材料や板厚に応じて最適な研磨条件に条件だしをする必要があるが、現実的には凹凸が最小となる条件を探すことが不可能であり、加工の条件出しが非常に困難であった。
【０００４】
このため、従来において提案されている物理的な研磨による表面平坦化方法によっては、優れたレーザー耐性を有する光学素子が得られにくくなっているため、物理的な研磨以外に方法によって光学素子の表面に平坦化を施すことを可能とする平坦化方法の提案が望まれていた。そこで提案された技術は、例えば特許文献２に示すような近接場光を用いたエッチング方法である。
【０００５】
この近接場光エッチングは、塩素系ガス雰囲気内に光学素子を配置し、その塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を光学素子に照射することによって、当該光学素子表面の凹凸に近接場光を発生させる。そして、発生させた近接場光に基づき、塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、当該生成された活性種と当該光学素子表面の凹凸とを化学反応させてエッチングするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１９８７８４号公報
【特許文献２】特開２００９−１６７０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上述した近接場光エッチングにおいては、特にエッチングの進行度合を光学素子の表面粗さを介して識別する。しかしながら、近接場光エッチングを行いつつ、そのエッチング対象としての光学素子表面の粗さをリアルタイムに計測する技術が従来において確立されていなかった。このため、従来においては、光学素子の表面粗さ計測を行うために、近接場光エッチングを一度中断し、光学素子をチャンバから取り出して表面粗さ計測を行わなければならず、労力の負担が増大し、製造工程が複雑化してしまうという問題点があった。特に計測した表面粗さに基づいて近接場光エッチングの各種条件を切り替えたい場合もあることから、リアルタイムで表面粗さを計測しつつ近接場光エッチングを行う方法を案出する必要があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、その目的とするところは、近接場光エッチングを実行しつつ、リアルタイムで表面粗さを計測することが可能な表面平坦化方法、並びにその平坦化工程を含む光学素子の作製方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る表面平坦化方法は、上述した課題を解決するために、原料ガス雰囲気中に光学素子を配置し、上記原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子に照射することにより、当該光学素子表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングし、更に上記エッチング中に上記光学素子表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射し、上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測することを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る光学素子の作製方法は、上述した課題を解決するために、光学素子表面に形成された凹凸を平坦化する工程を有する光学素子の作製方法において、原料ガス雰囲気中に光学素子を配置し、上記原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子に照射することにより、当該光学素子表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングし、更に上記エッチング中に上記光学素子表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射し、上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る表面平坦化処理システムは、光学素子が設置され、原料ガス雰囲気とされたチャンバと、上記原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子に照射することにより、当該光学素子表面に形成された凹凸における少なくとも角部に発生させた近接場光に基づいて上記原料ガスを解離させて上記角部をエッチングする光源と、上記エッチング中に上記光学素子表面に対して表面粗さ計測用のレーザ光を照射する粗さ計測用光出射手段と、上記レーザ光が上記光学素子表面で散乱された散乱光の強度を測定し、測定した散乱光強度に基づいて上記角部へのエッチングによる表面粗さを計測する粗さ計測手段とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、光を光学素子２へ照射しつつ、その場で粗さ計測用光を光学素子に照射する。その結果、光学素子への近接場光エッチングにより経時的に改善された表面粗さを、散乱光を介してリアルタイムに計測することが可能となる。即ち、本発明では、近接場光エッチングを実行しつつ、リアルタイムで表面粗さを計測することが可能となることから、従来技術の如く光学素子の表面粗さ計測を行うために、近接場光エッチングを一度中断し、光学素子をチャンバから取り出して表面粗さ計測を行う必要性も無くなる。このため本発明では、表面粗さを計測しつつ近接場光エッチングを行う際において、特に労力の負担を軽減でき、製造工程をより簡略化させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明を適用した表面平滑化処理システムを示す図である。
【図２】本発明を適用した表面平滑化処理システムのブロック構成図である。
【図３】本発明を適用した光学素子の表面平滑化方法について説明するための図である。
【図４】チャンバ内に導入された塩素系ガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係図である。
【図５】共鳴光照射モードについて説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明を適用した光学素子の表面平滑化方法を実現するための表面平滑化処理システム１である。
【００１５】
この表面平滑化処理システム１は、光学素子２の表面を平滑化するものであって、チャンバ１１内に、ステージ１３を配設して構成され、またこのチャンバ１１内の気体は、ポンプ１６を介して吸引可能とされ、更に圧力センサ１７によりチャンバ１１内の圧力を検出し、これに基づいてバタフライバルブ１８を自動的に開閉することにより内圧の自動制御を実現可能としている。また、このチャンバ１１に対して原料ガスを供給するための供給管２３が接続されて構成されている。また、このチャンバ１１における少なくとも一の面には、窓１５が形成され、チャンバ１１の外側から光がこの窓１５を通過してチャンバ１１内へと入射されることになる。
【００１６】
またチャンバ１１外には、近接場光エッチングを行うための光Ｌ１をチャンバ１１内に供給する光源１２と、表面粗さ計測用のレーザ光Ｌ２をチャンバ１１内に供給するとともに、これを受光するための表面粗さ計測部２４とが設けられている。
【００１７】
ステージ１３は、光学素子２を載置するための図示しない載置部や、光学素子２を加熱するための図示しない加熱機構等が設けられていてもよく、これらを制御することにより、光学素子２を原料ガスに基づいて表面平滑化処理を施す際において反応速度をコントロールすることが可能となる。なお、ステージ１３は、光学素子２の位置を高精度に調整するための図示しない高精度ステージ機構等が設けられていてもよい。
【００１８】
チャンバ１１内に対して供給管２３を介して供給される原料ガスとしては、例えば塩素系ガスと不活性ガスとを混合してなる混合ガスである。この混合ガスは、所定の圧力となるように調整された上で随時供給される。塩素系ガスは、表面に凹凸を有する光学素子をナノオーダまで平滑化させるためにチャンバ１１内に導入されるものであり、例えば、Ｃｌ２（塩素）、ＢＣｌ３（三塩化ホウ素）、ＣＣｌ４（四塩化炭素）等によって具体化される。また、不活性ガスは、Ｎ２，Ｈｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等の何れか一種または二種以上を混合してなる塩素系ガスによって具体化される。なお、これら原料ガスの供給量は、供給管２３に設けられたガスバルブ９５を介して制御可能とされている。
【００１９】
窓１５は、ガラスやプラスチック材料で構成されているが、これらに限定されるものではなく、入射される光のうち、所定の波長以上の光のみ透過させ、それ以外の波長の光を反射させる光学フィルタであってもよい。また、この窓１５は、所定の波長のみを選択的に透過させるバンドパスフィルタで構成されていてもよい。窓１５を光学フィルタで構成する場合には、ガラス等のような基板材料に光を吸収可能なＣｄＳ等の半導体微粒子を分散させ、当該半導体微粒子による光の吸収を通じて透過する光の波長選択性を持たせるようにしてもよい。
【００２０】
光源１２は、図示しない駆動電源による制御に基づき、所定の波長を有する光を射出するものである。この光源１２からは、以下に詳細に説明するように、原料ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光Ｌ１が射出される。この光源１は、例えば、レーザーダイオード等によって具体化される。光源１２から出射された光Ｌ１はレンズ２５によりそのスポット径が調整されたうえで光学素子２の表面に照射される。
【００２１】
表面粗さ計測部２４は、例えば図２に示すようなブロック構成からなる。表面粗さ計測部２４は、第１のアンプ６１と、第１のアンプ６１に接続されたロックインアンプ６２と、このロックインアンプ６２にそれぞれ接続されているパーソナルコンピュータ（ＰＣ）６３並びにチョッパーコントローラ７２と、ＰＣ６３に接続されている第２のアンプ６４とを有する制御系を備えている。
【００２２】
この表面粗さ計測部２４は、更に半導体レーザ６５と、半導体レーザ６５から出射された光ビームが供給される偏光素子６６と、偏光素子６６を通過した光ビームを分割するビームスプリッタ６７と、このビームスプリッタ６７を通過した光ビームの光路中に配された光チョッパー７０と、光チョッパー７０を通過した光の光路を変換するための光路変換ミラー７１と、ビームスプリッタ６７により反射された光ビームを通過させるフィルタ６９と、このフィルタ６９を通過した光ビームを受光する第１の受光素子６８とを有する光学系を備えている。また、この表面粗さ計測部２４は、光学素子２を散乱してきた散乱光Ｌ２´を集光するためのレンズ７３、またそれを強度調整するためのレンズ群７９、さらに散乱光Ｌ２´の偏光制御を行う偏光素子７４を有し、この偏光素子７４を通過した光のみを受光する第２の受光素子７５とを有する光学系を備えている。
【００２３】
なお、ＰＣ６３には上述の光源１２が接続されてなるとともに、更にガスバルブ９５にも接続されていてもよい。
【００２４】
半導体レーザ６５は、半導体の再結合発光を利用した発光素子であり、所定の波長のレーザ光を出射する。この半導体レーザにより出射された光ビームは、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分等、各種偏光成分が混在したものとなっている。半導体レーザ６５から出射された光ビームは、偏光素子６６へ供給される。なお、半導体レーザ６５の出射端側には、出射された光ビームを平行光とするための図示しないコリメータレンズを別途配設するようにしてもよい。
【００２５】
偏光素子６６は、半導体レーザ６５から出射された光ビームにおけるＳ偏光成分とＰ偏光成分のうち、例えばＰ偏光成分を透過させてビームスプリッタ６７へと導くとともに、他の偏光成分を反射させる。
【００２６】
ビームスプリッタ６７は、偏光素子６６を通過したＰ偏光成分の光ビームを分割し、一部はそのまま通過させるとともに、残りの一部はこれと略直交する方向へと反射させる。ビームスプリッタ６７を通過した光ビームは、そのまま光チョッパー７０へと導かれ、またビームスプリッタ６７を反射した光ビームは、フィルタ６９へと導かれる。
【００２７】
フィルタ６９は、ビームスプリッタ６７を反射した光ビームの一部を遮蔽し、一部を通過させることにより、当該光ビームの強度調整を行う。フィルタ６９によって強度調整が行われた光ビームは、そのまま第１の受光素子６８により受光される。第１の受光素子６８は、かかる光ビームを受光して光電変換することにより電気信号を生成し、これを第２のアンプ６４へと送信する。第２のアンプ６４は、この電気信号を増幅してこれをＰＣ６３へと送信する。
【００２８】
また光チョッパー７０は、ビームスプリッタ６７を通過した光ビームを一定周期で断続することにより、当該光ビームを周期的にチョッピングする。光チョッパー７０は、光反射部と光透過部とが周方向に交互に配置された回転ディスクとして構成され、モータの回転駆動によって光ビームを周期的に反射させ又は通過させるようにしてもよい。ちなみに、この光チョッパー７０はチョッパーコントローラ７２により制御される。光チョッパー７０により変調された光ビームは、光路変換ミラー７１へと導かれる。
【００２９】
光路変換ミラー７１は、入射されてくる光ビームを反射させることによりその光路を変換する。この光路変換ミラー７１により光路変換された光ビームは、光Ｌ２として光学素子２へ照射される。
【００３０】
光学素子２の表面に照射された光Ｌ２は、当該光学素子２の表面を反射して図中太字矢印方向へと導かれていく。また、これとともに光Ｌ２は、当該光学素子２の表面に形成された微細な凹凸により散乱される。その結果、散乱光Ｌ２´が新たに発生することになる。この散乱光Ｌ２´は、レンズ７３により集光され、更にレンズ群７４により、その強度が調整されることになる。レンズ群７４によって強度調整がなされた散乱光Ｌ２´は、偏光素子７４へと導かれる。
【００３１】
偏光素子７４は、散乱光Ｌ２´に含まれているＳ偏光成分とＰ偏光成分のうち、Ｓ偏光成分を透過させてビームスプリッタ６７へと導くとともに、他の偏光成分を反射させる。
【００３２】
第２の受光素子７５は、偏光素子７４を透過したＳ偏光成分の光を受光して光電変換することにより電気信号を生成し、これを第１のアンプ６１へと送信する。第１のアンプ６１は、この電気信号を増幅してこれをロックインアンプ６２へと送信する。
【００３３】
ロックインアンプ６２は、第１のアンプ６１により増幅された電気信号が送信されてくるとともに、チョッパーコントローラ７２から参照信号が送信される。
【００３４】
ＰＣ６３は、ロックインアンプ６２から信号が供給されるとともに、第２のアンプ６４からも信号が供給され、これら供給された各信号に基づいて散乱光Ｌ２´の強度を計算する。またＰＣ６３は、求めた散乱光Ｌ２´の強度に基づいて、光学素子２の表面粗さを計測する。更にＰＣ６３は、計測した表面粗さに基づいて、各種制御を行う上での演算を全て行うようにしてもよい。
【００３５】
本発明を適用した表面平滑化処理システム１による処理対象としての光学素子２は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、基板、ビームスプリッタ、偏光素子として用いられるものである。光学素子２の材質は、例えば、ＢＫ７等のクラウンガラス、Ｆ２等のフリントガラスのような光学ガラスであったり、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、岩塩（ＮａＣｌ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、サファイヤ、ジンクセレン（ＺｎＳｅ）等のような光学結晶等によって具体化される。
【００３６】
このような光学素子２は、表面平滑化処理システム１による処理前において、図３(a)に示すように、表面に微細な凹凸が形成されている。この凹凸のピッチは、数ｎｍのオーダから数μｍまでのオーダまで様々であるが、本発明では特に１ｎｍ程度のピッチで構成されている凹凸をエッチングする場合においても適用可能である。以下この光学素子３の表面が内側に凹んでいる凹部４１と、外側に先鋭化された凸部４２で形成されているものとし、更に、この凸部４２の先端を先鋭化部分４３という。なお、表面粗さが極度に大きい場合等には、予め物理研磨を施しておき、その後の仕上げ加工として、本発明を適用するようにしてもよい。
【００３７】
次に、上述した構成からなる表面平滑化処理システム１により、実際に光学素子２の表面を平滑化させるプロセスについて説明をする。
【００３８】
先ず、表面処理を施すべき光学素子２をステージ１３上に載置する。そしてチャンバ１１内を密閉状態に保持し、所定圧力、所定温度に制御する。次に、供給管２３を介してチャンバ１１内に原料ガスを供給する。因みに以下では、原料ガスとして吸収端波長４００ｎｍの塩素系ガスを使用する場合を例にとる。その結果、この光学素子２は、原料ガスとしての塩素系ガス雰囲気中において配置されている状態を作り出すことが可能となる。
【００３９】
次に光源１２から光Ｌ１を出射する。このとき光源１２から出射される光の波長Ｌ２は、上述の吸収端波長４００ｎｍよりも長波長の光である４００ｎｍ超で構成されていれば所期の作用効果を奏する。
【００４０】
図４は、チャンバ１１内に導入された塩素系ガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について示している。通常、チャンバ１１内に導入された塩素系ガスのガス分子に対して、基底準位と励起準位とのエネルギー差Ｅａ以上の光エネルギーをもつ光、即ち、ガス分子の吸収端波長よりも短波長からなる光（以下、この光を共鳴光という。）を照射すると、このガス分子は、励起準位へ直接励起される。この励起準位は、解離エネルギーＥｂを超えているため、矢印で示される方向へガス分子を光解離させて塩素ラジカルが生成される。これは、伝搬光を使った通常の光解離のメカニズムに基づくものであるが、伝搬光の電場強度が分子サイズの空間内において均一な分布であるため、ガス分子を構成する原子核や電子のうち軽い電子のみが光に対して反応するものの、原子核間距離を変化させることができない。即ち、伝搬光による光解離過程は断熱近似となることから、基底状態から解離軌道へ遷移させるためには、励起準位軌道のポテンシャルエネルギーよりも高い光エネルギーを持つ光を照射する必要がある。ちなみに、塩素系ガスの吸収端波長以上の非共鳴光を伝搬光として照射した場合、ガス分子は励起準位へ励起されない。非共鳴光は、図５における光エネルギーＳ１、Ｓ２等のように励起準位軌道のポテンシャルエネルギーよりも低いため、伝搬光を単に照射させたのみでは、ガス分子を光解離させて活性種としてのラジカルを生成させることはできない。
【００４１】
これに対して本発明では、塩素系ガスの吸収端波長よりも長波長の光（以下、この光を非共鳴光という。）を利用するが、光学素子２の表面凹凸をエッチングする上で、窓１５を透過してきた非共鳴光としての伝搬光を直接的に利用するものではなく、この照射された伝搬光に基づいて光学素子２の局所領域に発生させた近接場光に基づいて、表面の凹凸をエッチングする。
【００４２】
ここでいう近接場光とは、約１μｍ以下の大きさからなる物体の表面に伝搬光を照射した場合に、その物体の表面にまとわりついて局在する非伝搬光のことをいう。この近接場光は、非常に強い電場成分を有しているが、物体の表面から遠ざかるにつれてその電場成分が急激に減少する性質をもっている。この非常に強い電場成分が見られる物体表面からの厚みは、その物体の寸法に依存しており、その物体の寸法と同程度の厚みからなる。
【００４３】
近接場光の電場強度は、局所領域においても急激に減少するという特質を有する。このため、この近接場光を塩素系ガスの分子と反応させた場合において、その電場は分子にとって不均一な空間分布となり、塩素系ガス分子中の原子核も、かかる近接場光の電場勾配により引力を受けることになる。即ち、近接場光をガス分子と反応させることにより、当該ガス分子を構成する比較的軽い電子のみならず、原子核をも近接場光に対して応答させることができる。その結果、近接場光により、原子核間距離を周期的に変化させることが可能となり、分子の振動準位への直接的な励起を生じさせる、いわゆる非断熱光化学反応を起こさせることが可能となる。
【００４４】
塩素系ガスの吸収端波長よりも長波長の非共鳴光を近接場光としてガス分子に反応させた場合には、かかる非断熱光化学反応により、ガス分子をラジカルへと解離させることが可能となる。この非断熱光化学反応は、図４に示すような過程Ｔ１〜Ｔ３に分類することができる。過程Ｔ１は、ガス分子が複数の分子振動準位を介して励起され（多段階遷移）、その結果、励起準位にまで励起された後に、活性種等に解離される過程のことをいう。また、過程Ｔ２は、ガス分子の解離エネルギーＥｂ以上の光エネルギーをもつ光を照射した場合に、ガス分子が解離エネルギーＥｂ以上のエネルギー準位の分子振動準位にまで励起され、その結果、活性種等に直接的に解離される過程のことをいう。また、過程Ｔ３は、ガス分子のＥｂ以下の光エネルギーを持つ光を照射した場合に、ガス分子が複数の分子軌道準位を介して多段階遷移し、Ｅａ未満Ｅｂ以上のエネルギー準位まで励起された後に、活性種等に解離される過程のことをいう。
【００４５】
このように、非共鳴光を近接場光としてガス分子と反応させた場合に、非断熱光化学反応における過程Ｔ１〜Ｔ３により、当該ガス分子を分子振動準位にまで直接的に遷移させることが可能となる。
【００４６】
ここで伝搬光としての光Ｌ１を光学素子２に照射することにより、近接場光が発生する角部とは、図３(b)に示すように凸部４２の先端に相当する先鋭化部分４３である。この先鋭化部分４３において近接場光が選択的に発生すると、当該発生した近接場光により原料ガス分子５１が解離されてラジカル５２が生成される。このラジカル５２は、近接場光が発生した先鋭化部分４３近傍のみにおいて選択的に生成される。そして、この生成されたラジカル５２は、これに最も近接する先鋭化部分４３のみと選択的に反応することになる。その結果、図３(c)に示すように、先鋭化部分４３がラジカル５２の活性によりエッチングされることになる。そして先鋭化部分４３がエッチングされると、この凸部４２において更に先鋭化部分４３’が形成されるが、これに対しても近接場光が選択的に発生し、原料ガス分子５１を解離させてラジカル５２を先鋭化部分４３’近傍において選択的に形成されることができる。その結果、この先鋭化部分４３’は、ラジカル５２と反応することによりエッチングされることになる。
【００４７】
また、近接場光が発生する角部は、かかる先鋭化部分のみならず、凹部４１、凸部４２を構成するいかなる角部分をも含む。凹部４１もここでいう角部に含まれ、図３(b)に示すように近接場光が発生し、この発生した近接場光に基づいて発生させたラジカル５２により当該凹部４１が平滑化されることになる。
【００４８】
上述したように、光学素子２の局所領域における近接場光の発生と、原料ガス分子５１の解離によるラジカル活性、先鋭化部分４３の反応が繰り返し実行されることにより、最終的には図３(d)に示すように、角部をエッチングすることにより表面を平滑化させ、表面粗さを低減させることが可能となる。
【００４９】
このように、本発明を適用した光学素子の表面平滑化方法では、特に光学素子２における先鋭化部分４３を初めとした局所的な部分において近接場光を発生させ、かかる近接場光による非断熱光化学反応に基づいて当該部分のみについて原料ガス分子５１を選択的に解離させ、生成したラジカル５２に基づいて角部を選択的にエッチングすることが可能となる。特に、この近接場光は、１ｎｍオーダの角部であっても選択的に発生させることができることから、表面平滑化処理そのものをナノオーダで実現することができる。このため、本発明では、従来の光学素子の研磨方法と比較して、ナノオーダの光の回折限界以下のピッチで凹凸を無くすことにより、光学素子２の表面をより平滑化させることが可能となる。
【００５０】
また本発明は、光学素子２の表面形状がいかなるものであっても、その微細な表面凹凸の局所領域に近接場光を発生させることができることから、光学素子２の表面形状により処理の制約を受けることが無くなり、処理対象としての光学素子２の表面形状の自由度に幅を持たせることで汎用性を向上させることができる。従って、従来において物理研磨を精度よく施すことが困難であった、表面が湾曲した形状の凹曲面や凸曲面に対しても、塩素系ガス雰囲気中でこれら曲面等に窓１５を介して光Ｌ１を照射することにより平滑化が可能となる。
【００５１】
更に本発明では、上述したように光Ｌ１を光学素子２へ照射することによる近接場光エッチングを行うとともに、その近接場光エッチングの進行度合いを光学素子の表面粗さを介して識別することができる。この表面粗さの識別は、光Ｌ２を光学素子２表面に照射することにより光学素子２表面で散乱された散乱光Ｌ２´を検出することにより行う。具体的には、検出した散乱光Ｌ２´の光強度を測定し、測定した光強度に基づいて表面粗さを識別する。
【００５２】
光学素子２の表面粗さと散乱光Ｌ２´の光強度とは互いに相関関係を有することが分かっている。このため、光学素子２の表面粗さと散乱光Ｌ２´の光強度との関係を予め調査しておくことにより、実測定で得られた散乱光Ｌ２´の光強度から逆に光学阻止２の表面粗さを特定することも可能となる。
【００５３】
本発明では、光Ｌ１を光学素子２へ照射しつつ、その場で光Ｌ２を光学素子２に照射する。その結果、光学素子２への近接場光エッチングにより経時的に改善された表面粗さを、散乱光Ｌ２´を介してリアルタイムに計測することが可能となる。
【００５４】
即ち、本発明では、近接場光エッチングを実行しつつ、リアルタイムで表面粗さを計測することが可能となることから、従来技術の如く光学素子の表面粗さ計測を行うために、近接場光エッチングを一度中断し、光学素子をチャンバから取り出して表面粗さ計測を行う必要性も無くなる。このため本発明では、表面粗さを計測しつつ近接場光エッチングを行う際において、特に労力の負担を軽減でき、製造工程をより簡略化させることが可能となる。
【００５５】
また、本発明では、計測した表面粗さに基づいて、照射する光Ｌ１の光量、原料ガスの供給量の何れか１以上を制御するようにしてもよい。実際にかかる制御を行う場合には、ＰＣ６３は、光Ｌ２´の光強度を識別した後、その光強度に応じて光源１２に対してその出射光量を増減させるための制御信号を送る。その結果、光Ｌ２´の光強度に応じて光源１２からの光Ｌ１の光強度を制御することが可能となる。また、ＰＣ６３は、光Ｌ２´の光強度を識別した後、その光強度に応じてガスバルブ９５に対してその原料ガスの供給量を増減させるための制御信号を送る。その結果、光Ｌ２´の光強度に応じて原料ガスの供給量を制御することが可能となる。
【００５６】
特に近接場光エッチングを行う場合には、最終的に所望の表面粗さにするためには、特に光Ｌ１の光強度や原料ガスの供給量を適宜制御する必要がある。本発明では、リアルタイムに光学素子２の表面粗さを識別することができることから、表面粗さに関する最新の情報を常時取得することができ、これに基づいてより適切な光Ｌ１の光強度や原料ガスの供給量とすることが可能となる。その結果、光学素子２の表面粗さに応じたより最適な光Ｌ１の光強度の条件、原料ガスの条件をリアルタイムに作り出すことが可能となり、より最適な光学素子２の表面粗さに向けてより的確な制御を実現することが可能となる。
【００５７】
また、本発明では、光学素子２表面に対してＰ偏光からなる光Ｌ２を照射する。そして、光Ｌ２が光学素子表面で散乱された散乱光Ｌ２´のうち、Ｓ偏光成分を検出する。光学素子２の表面に形成された凹凸によって入射されてきたＰ偏光成分の偏光方向が解消され、結果として散乱光はＳ偏光成分に変化する。このＳ偏光成分のみ取り出すことにより、光学素子２表面の微細な凹凸をより精度よく反映した情報を抽出することが可能となり、表面粗さをより高精度に求めることが可能となる。
【００５８】
また、本発明では、更に原料ガスを構成するガス分子の吸収端波長よりも長波長のレーザ光Ｌ２を照射するように調整するようにしてもよい。これにより、レーザ光Ｌ２は、非共鳴光とすることが可能となり、原料ガスがレーザ光Ｌ２を吸収してしまうのを防止することができ、上述した非断熱過程を起こさせることによる近接場光エッチングを実現する上で光Ｌ２が障害となるのを防止することが可能となる。なお、光Ｌ２を非共鳴光とした場合においても、光学素子２の表面の凹凸によって散乱されるため、かかる散乱光を生じさせることによる表面粗さ測定を行う上でこれが障壁となることはない。
【符号の説明】
【００５９】
１  表面平滑化処理システム
２  光学素子
１１  チャンバ
１３  ステージ
１５  窓
１６  ポンプ
１７  圧力センサ
１８  バタフライバルブ
２３  供給管
２４  表面粗さ計測部
４１  凹部
４２  凸部
４３  先鋭化部分
６１  第１のアンプ
６２  ロックインアンプ
６３  ＰＣ
６４  第２のアンプ
６５  半導体レーザ
６６  偏光素子
６７  ビームスプリッタ
６８  第１の受光素子
６９  フィルタ
７０  光チョッパー
７１  光路変換ミラー
７２  チョッパーコントローラー
７３  レンズ
７４  偏光素子
７９  レンズ群
９５  ガスバルブ
【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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