(57)【要約】砥石１は、台皿２と、台皿２上に備えられた砥粒層９とを有する。砥粒層９は、砥粒４ｂを含有するめっき皮膜である。砥粒層９と台皿２との間には、砥粒層９とは物理的特性の異なる中間層７が配置されている。中間層７は、砥粒４ａを含有するめっき皮膜であり、この中間層７のめっき皮膜は、色調が砥粒層９のめっき皮膜とは異なる。以上の構成により、めっき皮膜を結合材とした砥粒層を有する砥石において、砥石寿命を容易に判断することができる。
2003049903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
台皿と、該台皿上に備えられた砥粒層とを有し、
前記砥粒層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、
前記砥粒層と前記台皿との間には、前記砥粒層とは物理的特性の異なる中間層が配置されていることを特徴とする砥石。
【請求項２】
台皿と、該台皿上に備えられた砥粒層とを有し、
前記砥粒層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、
前記砥粒層と前記台皿との間には、前記砥粒層とは光学的特性の異なる中間層が配置されていることを特徴とする砥石。
【請求項３】
台皿と、該台皿上に備えられた砥粒層とを有し、
前記砥粒層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、
前記砥粒層と前記台皿との間には、前記砥粒層とは被加工物に対する動摩擦係数が異なる中間層が配置されていることを特徴とする砥石。
【請求項４】
請求項２に記載の砥石において、
前記中間層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜の色調は、前記砥粒層の前記めっき皮膜の色調とは異なることを特徴とする砥石。
【請求項５】
請求項４に記載の砥石において、
前記中間層の前記めっき皮膜は、黒色のニッケルめっき皮膜であり、前記砥粒層の前記めっき皮膜は、銀白色のニッケルめっき皮膜であることを特徴とする砥石。
【請求項６】
請求項４に記載の砥石において、
前記中間層の前記めっき皮膜および前記砥粒層の前記めっき皮膜のうち、一方がニッケルめっき皮膜であり、他方が銅めっき皮膜であることを特徴とする砥石。
【請求項７】
請求項３に記載の砥石において、
前記中間層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜の硬度は、前記砥粒層の前記めっき皮膜の硬度とは異なることを特徴とする砥石。
【請求項８】
請求項３に記載の砥石において、
前記中間層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜は、含有する前記砥粒の粒径および密度のうちの少なくとも一方が、前記砥粒層とは異なることを特徴とする砥石。
【請求項９】
請求項８に記載の砥石において、
前記中間層の前記砥粒の密度は、前記砥粒層の前記砥粒の密度よりも大きいことを特徴とする砥石。
【請求項１０】
請求項３に記載の砥石において、
前記中間層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜は、含有する前記砥粒の粒径および密度のうちの少なくとも一方が、該中間層で被加工物を加工すると該中間層が目詰まりを起こす目詰まり条件になっていることを特徴とする砥石。
【請求項１１】
請求項１に記載の砥石において、
前記中間層の前記物理的特性は、前記砥粒層による被加工物の加工速度に対して、極めて小さい加工速度であることを特徴とする砥石。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の砥石において、
前記砥粒層の前記めっき皮膜は、無電解めっき皮膜であることを特徴とする砥石。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の砥石を複数備え、
複数の前記砥石がベースプレートに取り付けられていることを特徴とする加工工具。
【請求項１４】
被加工物を加工して、光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記被加工物を砥石で加工する際に、
前記砥石として、台皿と、該台皿上に配され、砥粒を含有するめっき皮膜で形成された砥粒層と、該台皿と該砥粒層との間に配され、該砥粒層とは前記被加工物に対する動摩擦係数及び光学的特性を含む物理的特性の異なる中間層と、を有する砥石を用いることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光学素子の製造方法において、
前記砥粒層の前記めっき皮膜は、無電解めっき皮膜で形成されていることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４及び１５のいずれか一項に記載の光学素子の製造方法において、
前記被加工物は、蛍石叉は石英であることを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１７】
レンズを含む光学系を備えた投影露光装置の製造方法において、
台皿と、該台皿上に配され、砥粒を含有するめっき皮膜で形成された砥粒層と、該台皿と該砥粒層との間に配され、該砥粒層とはレンズ素材に対する動摩擦係数叉は光学的特性を含む物理特性の異なる中間層と、を有する砥石を準備し、
前記砥石を用いて、前記レンズ素材を加工して、該レンズ素材の加工で得られた前記レンズを前記光学系に組み込むことを特徴とする投影露光装置の製造方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の投影露光装置の製造方法において、
前記砥粒層の前記めっき皮膜は、無電解めっき皮膜で形成されていることを特徴とする投影露光装置の製造方法。
【請求項１９】
請求項１７及び１８のいずれか一項に記載の投影露光装置において、
前記レンズ素材は、蛍石叉は石英であることを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
「技術分野」
本発明は、ガラスや金属などの研削及び研磨加工に使用される砥石、及びこの砥石を用いた光学素子の製造方法に関する。
「背景技術」
めっき皮膜を砥粒の結合材とした砥石が知られている。この砥石は、金属製の台皿の上に、めっき皮膜中に砥粒を分散させた砥粒層を搭載した構成である。この砥石を製造する際には、まず台皿の表面に所定の脱脂処理および活性化処理を施し、この台皿をめっき液中に投入してめっきを行う。この際、めっき液中に砥粒を投入しておくことにより、砥粒を抱き込んだめっき皮膜が台皿の上に形成され、砥粒層を形成することができる。この砥石は、レジンボンドやメタルボンドなどを結合材とした砥石と同様、種々の研削及び研磨加工に使用される。
以上のめっき皮膜を砥粒の結合材とした砥石は、研削や研磨により砥粒層が次第に摩滅すると、最終的には台皿表面が露出することとなる。しかしながら、この砥粒層の摩滅を判別することが難しく、砥石寿命の終点を見極められないことが問題となっている。従来のレジンボンドやメタルボンドを結合材とした砥石では、厚さ方向のすべてが砥粒層であるため、砥石の寿命を目視で容易に判断することができるが、めっき皮膜を結合材とした砥石の場合、金属製の台皿上に砥粒層が搭載されているため、台皿と砥粒層の境界部を目視で判別することは難しい。砥粒層が被加工物の加工を終えた時点で、ちょうど台皿表面が露出すれば、被加工物の交換時に砥粒層の摩滅を判別して砥石を交換することができるが、ほとんどは、加工途中で台皿表面が露出するため、それに被加工物表面が接触することによって、被加工物の表面に深い傷が入ったり、被加工物が割れるなどして、再加工が不可能な不良品となることが多い。また、台皿自体にも傷が入るために、台皿の再使用が不可能になることもある。
「発明の開示」
本発明は、めっき皮膜を結合材とした砥粒層を有する砥石であって、砥石寿命を容易に判別可能な砥石、この砥石を用いた光学素子の製造方法、及び投影露光装置の製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本出願では、以下のような砥石を提供する。
すなわち、台皿と、該台皿上に備えられた砥粒層とを有し、
前記砥粒層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、
前記砥粒層と前記台皿との間には、前記砥粒層とは物理的特性の異なる中間層が配置されていることを特徴とする砥石である。
また、本出願では、以下のような砥石を提供する。
すなわち、台皿と、該台皿上に備えられた砥粒層とを有し、
前記砥粒層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、
前記砥粒層と前記台皿との間には、前記砥粒層とは光学的特性の異なる中間層が配置されていることを特徴とする砥石である。
上記砥石において、前記中間層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜の色調は、前記砥粒層の前記めっき皮膜の色調とは異なる構成にすることが可能である。
上記砥石において、前記中間層の前記めっき皮膜は、黒色のニッケルめっき皮膜であり、前記砥粒層の前記めっき皮膜は、銀白色のニッケルめっき皮膜である構成にすることが可能である。
上記砥石において、前記中間層の前記めっき皮膜および前記砥粒層の前記めっき皮膜は、一方がニッケルめっき皮膜であり、他方が銅めっき皮膜である構成にすることが可能である。
また、本出願では、以下のような砥石を提供する。
すなわち、台皿と、該台皿上に備えられた砥粒層とを有し、
前記砥粒層は、砥粒を含有するめっき皮膜であり、
前記砥粒層と前記台皿との間には、前記砥粒層とは被加工物に対する動摩擦係数が異なる中間層が配置されていることを特徴とする砥石である。
上記砥石において、前記中間層は、前記砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜の硬度は、前記砥粒層の前記めっき皮膜の硬度とは異なる構成にすることが可能である。
上記砥石において、前記中間層は、前記砥粒を含有するめっき皮膜であり、該めっき皮膜は、含有する前記砥粒の粒径および密度のうちの少なくとも一方が、前記砥粒層とは異なる構成にすることが可能である。
以上の発明によれば、めっき皮膜を結合材とした砥粒層を有する砥石であって、砥石寿命を容易に判断可能な砥石を提供することができる。
また、上記目的を達成するために、本出願では、以下のような光学素子の製造方法を提供する。
すなわち、被加工物を加工して、光学素子を製造する光学素子の製造方法において、
前記被加工物を砥石で加工し、
前記砥石として、台皿と、該台皿上に配され、砥粒を含有するめっき皮膜で形成された砥粒層と、該台皿と該砥粒層との間に配され、該砥粒層とは前記被加工物に対する動摩擦係数及び光学的特性を含む物理的特性の異なる中間層と、を有する砥石を用いることを特徴とする光学素子の製造方法である。
また、上記目的を達成するために、本出願では、以下のような投影露光装置の製造方法を提供する。
すなわち、レンズを含む光学系を備えた投影露光装置の製造方法において、
台皿と、該台皿上に配され、砥粒を含有するめっき皮膜で形成された砥粒層と、該台皿と該砥粒層との間に配され、該砥粒層とはレンズ素材に対する動摩擦係数叉は光学的特性を含む物理特性の異なる中間層と、を有する砥石を準備し、
前記砥石を用いて、前記レンズ素材を加工して、該レンズ素材の加工で得られた前記レンズを前記光学系に組み込む、
ことを特徴とする投影露光装置の製造方法である。
「発明を実施するための最良の形態」
以下、本発明に係る各種実施形態について、図面を用いて説明する。
［第一実施形態］
まず、本発明に係る第一の実施形態について説明する。
本実施形態における砥石は、図１のように、台皿２の上に中間砥粒層７と表面砥粒層９とが順に積層された構成である。中間砥粒層７および表面砥粒層９は、いずれも、めっき皮膜を結合材として砥粒４ａ，４ｂを結合させた砥粒層である。中間砥粒層７と表面砥粒層９とは、両者の境界５１を判別可能にするために、光学特性、動摩擦係数等の物理的特性値のうちの少なくとも一つが異なるように構成されている。
例えば、中間砥粒層７と表面砥粒層９は、反射率や吸収波長等の光学特性が異なるめっき皮膜を結合材としてそれぞれ用いるように構成することができる。この場合、中間砥粒層７と表面砥粒層９の色相（色調、色み）、彩度、明度、光沢等の差異を肉眼で確認するか、もしくは測定装置で反射光強度や反射光波長の分布特性を確認することにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９との境界５１を判別することができる。めっき皮膜の反射率や吸収波長を変えるために、めっき皮膜を構成する主成分の金属の種類を変えることができる。例えば、黒色の色調を呈するめっき皮膜としては、無電解ニッケルめっき皮膜が知られている。また、銀白色の色調を呈するめっき皮膜としては、電解および無電解ニッケルめっき皮膜、電解すずめっき皮膜、電解鉛めっき皮膜、電解鉄めっき皮膜、電解銀めっき皮膜、電解亜鉛めっき皮膜がある。また、茶色の色調を呈するめっき皮膜として、電解銅めっき皮膜が知られ、金色の色調を呈するめっき皮膜として、金めっき皮膜が知られている。よって、例えば中間砥粒層７のめっき皮膜として、黒色の無電解ニッケルめっき皮膜を用い、表面砥粒層９のめっき皮膜として、銀白色の無電解ニッケルめっき皮膜を用いることができる。また、例えば、中間砥粒層７のめっき皮膜として、銀白色の無電解ニッケルめっき皮膜を用い、表面砥粒層９のめっき皮膜として、茶色の銅めっき皮膜を用いることができる。これらの場合、表面砥粒層９が摩滅して異なる中間砥粒層７に達したことを、砥石１の表面を目視で確認することで、表面砥粒層９が摩滅して砥石１の寿命の終点に近づいたことを判別することができる。
上記各色のめっき皮膜を形成することのできるめっき液（めっき浴）の例を下記表１に示す。
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また、同じ金属であっても、めっき液に投入する添加剤の濃度を変える等の手法により、反射率や吸収波長を変えることが可能である。この場合、例えば、目視で光沢の差異等を判別したり、測定装置で砥石１の表面や排液の反射率や吸収波長を測定することにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９との境界を判別することができる。
また、中間砥粒層７と表面砥粒層９の砥粒として、それぞれ光学特性の異なる砥粒を用いることにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９の反射率や吸収波長を変化させ、中間砥粒層７と表面砥粒層９との境界５１を判別できるようにすることができる。
また、中間砥粒層７と表面砥粒層９とが、硬度の異なるめっき皮膜を結合材とするように構成することができる。上述の表１に示したように、めっき皮膜の硬度は、めっき皮膜の材質によって異なる他、同じ材質のめっき皮膜であっても、めっき液（めっき浴）や、めっき方法（電解めっきか無電解めっきか）によって異なる。また、表１に記載のめっき液に、下記表２に示したような添加剤を加えることにより、めっき皮膜の硬度を変えることができる。表２には添加剤の一例を示しているが、添加剤の種類や添加濃度を変えることにより、硬度を調整することができる。したがって、中間砥粒層７と表面砥粒層９とで、異なる材質のめっき皮膜を用いるか、もしくは、同じ材質のめっき皮膜を、異なるめっき液もしくはめっき方法で形成することにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９を異なる硬度にすることができる。このように、中間砥粒層７と表面砥粒層９とでめっき皮膜の硬度が異なるように構成することにより、被加工物との動摩擦係数が、中間砥粒層７と表面砥粒層９とで異なる値となるため、本実施の形態の砥石を用いて研削や研磨等の加工を行っている際に、砥石１の回転トルクを測定することにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９との境界５１を判別することができる。なお、めっき時のめっき液の温度を変える、電解めっきの場合は電流値を変える等の手法により、同じ材質のめっき皮膜を異なる硬度にすることもできる。
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また、中間砥粒層７と表面砥粒層９とに含まれる砥粒４ａ，４ｂの粒径、および、砥粒の密度（含有量）のうちの少なくとも一方が異なるように構成することもできる。これにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９は、被加工物との動摩擦係数が異なる値となるため、本実施の形態の砥石を用いて研削や研磨等の加工を行っている際に、回転トルクを測定することにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９との境界５１を判別することができる。なお、中間砥粒層７と表面砥粒層９とにそれぞれ含まれる砥粒の粒径４ａ，４ｂは、めっき液に投入する砥粒のサイズで決まるため、投入する砥粒のサイズを異なるようにすることにより、中間砥粒層７の砥粒４ａの粒径と表面砥粒層９の砥粒４ｂの粒径とが異なる構成にすることができる。また、中間砥粒層７および表面砥粒層９の砥粒の密度は、めっき液に投入する砥粒の量を変えることにより制御できる。例えば、表１に記載のめっき液に、下記表３のような粒径および量の砥粒を投入することにより、表３に示した割合でめっき皮膜中に砥粒が含有される砥粒層を形成することができる。よって、所望の砥粒の密度（含有量）に応じて、めっき液に投入する砥粒量を調整することにより、形成されるめっき皮膜中の砥粒密度を変え、被加工物との動摩擦係数が中間砥粒層７と表面砥粒層９とで異なるようにすることができる。
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なお、砥石１の表面砥粒層９の厚さは、所望の枚数の被加工物を研削または研磨加工することのできる厚さ、例えば、数百μｍの厚さに設計する。一方、中間砥粒層７の厚さは、少なくとも被加工物が１枚以上加工できる厚さであることが望ましい。これにより、表面砥粒層９が摩滅して中間砥粒層７に達したことが、肉眼や測定装置により判別された場合に、そのまま現在加工中の被加工物の加工が終了するまで加工を続行した後、砥石１を交換する手順にすることができ、作業効率を高めることができる。このような手順としても、中間砥粒層７の厚さが、被加工物を１枚以上加工できる厚さであるため、加工続行中に台皿２が露出することがなく、台皿２が被加工物を傷つけるのを防止できる。例えば、中間砥石層７の厚さは、数十μｍ程度にすることができる。
次に、本実施の形態の砥石１を製造する手順について説明する。
まず、所望の被加工物形状及び寸法に対応し、被加工物の形状に対して反転した形状の台皿２を加工する。台皿２の材料は、機械的剛性を保てることから金属が適している。例えば、めっき前処理が容易に済むことから鉄や黄銅を用いることができる。無電解めっきを用いて中間砥粒層７を形成する場合は、台皿２を鉄製にすることにより、台皿２そのものが触媒となるため、何らの触媒の付与することなくめっきを行うことができる。また、触媒を付与することにより、アルミ、黄銅、ステンレス、ならびに、樹脂を台皿２として用いることが可能である。
次に、めっきの前処理として、台皿２を溶剤脱脂した後、砥粒層７、９を形成する部分を除き、マスキングを行う。なお、無電解めっきで中間砥粒層７を形成する場合には、さらに、台皿２全体に所定のアルカリ脱脂と活性化処理を行う。無電解めっきの反応を促す触媒性を有しない台皿２を用いる場合には、さらに、触媒層を形成する。触媒層の形成は、台皿２が黄銅やステンレスであれば塩化パラジウムを主成分とする水溶液中に台皿２を浸漬し、触媒となるパラジウム層を台皿表面に形成する。
次に、予め選択しためっき液に所望の粒径及び量の砥粒を投入して、電解めっきまたは無電解めっきにより中間砥粒層７を形成する。具体的には、無電解めっきで中間砥粒層７を形成する場合には、予め選択した無電解めっき液中に、所望の粒径のダイヤモンドパウダー等の砥粒４ａを投入した後、スターラー等で攪拌して砥粒を均一に分散させながら、台皿２を投入することで、台皿２表面の露出部にのみ、砥粒を含有するめっき皮膜が形成され、中間砥粒層７を形成することができる。中間砥粒層７の厚さは、めっき液温度と時間等のめっき条件を制御することにより、所望の厚さとなるように制御する。また、中間砥粒層７中の砥粒４ａの含有量は、めっき液中に投入する砥粒の量とスターラーの攪拌条件を制御することにより、制御が可能である。一方、電解めっきによる中間砥粒層７を形成する場合は、電解めっきの特性上、台皿２の形状に沿って均一に中間砥粒層７が形成されないことがあるため、中間砥粒層７の形成後に機械加工による形状修正を行うことが望ましい。電解めっきの場合、形成される中間砥粒層７の厚さは主に電流量と時間によって制御する。
次に、中間砥粒層７の上に表面砥粒層９を形成する。表面砥粒層９の形成に無電解めっきを用いる場合、中間砥粒層７が黒色もしくは銀色のニッケルめっき皮膜を結合材として用いるものである場合には、中間砥粒層７自体が表面砥粒層９の無電解めっき反応を促す触媒として作用するため、特別な前処理は必要ではない。しかし、中間砥粒層７が銅めっき皮膜等を結合材としているものでは、中間砥粒層７の形成の前処理で行うときと同様、触媒層としてのパラジウム核の形成を行う。その後、無電解めっきによる表面砥粒層９を形成する。一方、表面砥粒層９の形成に電解めっきを用いる場合は、触媒層は必要ないため、水洗した後に直ちに、めっき液中に投入し表面砥粒層９を形成することができる。表面砥粒層９の厚さと砥粒層中の砥粒の含有量の制御は、中間砥粒層７を形成するときと同じである。
この後、台皿２をめっき液中から取り出して水洗した後、台皿２のマスキングを除去する。これにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９を有した砥石１を完成する。ただし、電解めっきによる表面砥粒層９を形成した場合は、台皿２表面の形状に均一に砥粒層が形成されないことがあるため、機械加工による形状修正を行うことが望ましい。
上述してきた本実施の形態の砥石１は、中間砥粒層７と表面砥粒層９とが、両光学特性、動摩擦係数等の物理的特性値のうちの少なくとも一つが異なるように構成しているため、光学特性を目視や測定装置で測定するか、動摩擦係数を測定装置で測定することにより、中間砥粒層７と表面砥粒層９との境界５１を判別することができる。よって、砥石１を用いて研削や研磨加工を行っている途中で、表面砥粒層９が摩滅し、中間砥粒層７が露出したことが検出できるため、砥石１の寿命が終点に近づいたと判断できる。よって、台皿２が露出する前に砥石１を交換することができ、台皿２が被加工物１を傷つける恐れがない。同時に、台皿２にも傷が入ることがないため、台皿２の再使用が可能である。また、中間砥粒層７の厚さを、被加工物を１枚研削または研磨加工するのに必要な厚さ以上に形成しておくことにより、中間砥粒層７が露出したことが検出されても、現在加工中の被加工物の加工が終了するまで加工を続行した後、砥石１を交換する手順にすることができ、砥石１の交換の作業効率を高めることができる。
なお、本実施の形態では、中間砥粒層７と表面砥粒層９そのものの色調を異なる色調にする構成について説明したが、中間砥粒層７に、色素を包含したマイクロカプセルを砥粒４ａと共に包含させる構成にすることも可能である。この場合、表面砥粒層９が摩滅して中間砥粒層７が露出すると、加工によりマイクロカプセルがつぶれて色素が放出されるため、排液の色調を目視または測定装置で検出することにより、中間砥粒層７が露出したことを判別することができる。
また、本実施の形態では、中間砥粒層７と表面砥粒層９の動摩擦係数を変えるために、砥粒の密度を変えることを説明したが、中間砥粒層７から表面砥粒層９として明確な境界５１がなく、砥粒層７，９の砥粒密度が厚さ方向について多段階または連続的に変化する構成にすることもできる。この場合、回転トルクが砥粒層の摩滅の進行に伴って多段階または連続的に変化するため、予め求めておいた回転トルクになった時点で、砥石の寿命がきたことを判断することができる。この構成は、１種類の砥石によって、材質の異なる複数の被加工物を加工する場合に、被加工物の材質によって必要な中間砥粒層７の厚さが異なっていても、寿命と判断する回転トルクを予め被加工物の材質ごとに定めておくことにより砥石寿命を判断できるという効果が得られる。
〈実施例１〉
本発明の実施例１について説明する。実施例１の砥石は、図１に示した砥石１の構造であり、一般に総形砥石と呼ばれる、凹レンズを加工するための球面砥石である。砥石１は、台皿２と、台皿２の上に備えられた、中間砥粒層７と、表面砥粒層９とを有する。中間砥粒層７は、ダイヤモンド製の砥粒４ａを、黒色の無電解ニッケルめっき皮膜によって結合させた構成である。表面砥粒層９は、ダイヤモンド製の砥粒４ｂを、銀白色の無電解ニッケルめっき皮膜によって結合させた構成である。砥粒４ａと砥粒４ｂは、いずれも粒径２〜４μｍである。中間砥粒層７の厚さは約１０μｍ、表面砥粒層９の厚さは約３００μｍである。台皿２の材料には黄銅材を用いており、直径は３０ｍｍで、曲率半径Ｒは２０ｍｍに加工してある。
次に、実施例１の砥石１の製造方法について説明する。
まず、台皿２を用意し、溶剤脱脂する（図２（ａ））。その後、台皿２の裏面部と外周側にマスクキング剤を塗布してマスキング３を形成し、乾燥させる（図２（ｂ））。次に、台皿２に、アルカリ脱脂処理、活性化処理を順に行った後、塩酸と塩化パラジウムを主成分とするパラジウム置換液に６０秒浸漬し、台皿表面部分にパラジウム層（不図示）を形成する。これが無電解めっきの反応を促す触媒層となる。触媒層形成後、黒色の色調のニッケルめっき皮膜が得られる無電解ニッケルめっき液（日本カニゼン（株）製、商品名カニブラックＳＫＺ）５に投入する（図２（ｃ））。
無電解ニッケルめっき液５中には、砥粒４ａとなる粒径２〜４μｍのダイヤモンドパウダー０．１重量％を投入し、攪拌機６により攪拌する。攪拌条件は、砥粒４ａをめっき皮膜中に所望の量含有させるために予め求めておいた条件に設定する。めっき液の温度は９０℃である。この中で１時間のめっきを行い、砥粒４ａを含有した、黒色のニッケルめっき皮膜を１０μｍの厚さに析出させる。これが中間砥粒層７となる（図２（ｄ））。
この後、水洗し、銀白色の色調のニッケルめっき皮膜が得られる無電解ニッケルめっき液８中に投入する（図２（ｅ））。めっき液８としては、表１に記載されている無電解ニッケルめっき液のいずれかを用いる。無電解ニッケルめっき液８中には、砥粒４ｂとなる粒径２〜４μｍのダイヤモンドパウダー０．１重量％を投入し、攪拌機６により攪拌する。攪拌機６の攪拌条件は、砥粒４ｂをめっき層中に所望量含有させるために予め求めておいた条件に設定する。めっき液の温度は、９０℃である。この中で１６時間のめっきを行い、砥粒４ｂを含有した、銀白色のニッケルめっき皮膜を３００μｍの厚さに析出させる。これが、表面砥粒層９となる。めっき後、めっき液８中から取り出し、水洗した後、乾燥し、マスクキング３を除去する。これにより、直径３０ｍｍで曲率半径Ｒが２０ｍｍの砥石１が完成される（図１）。
〈実施例２〉
実施例２の砥石３０は、一般にペレット型と呼ばれる平面砥石である。この砥石３０は、台皿３２と、台皿３２の上に備えられた、中間砥粒層３７と、表面砥粒層３９とを有する。中間砥粒層３７は、ダイヤモンド製の砥粒３４ａを、銀白色の無電解ニッケルめっき皮膜を結合材として結合させたものである。表面砥粒層３９は、ダイヤモンド製の砥粒３４ｂを、茶色の電解銅めっき皮膜を結合材として結合させたものである。砥粒３４ａと砥粒３４ｂは、いずれも粒径４〜６μｍである。台皿３２は、アルミ製であり、直径φ１５ｍｍで厚さ５ｍｍの円筒形である。台皿３２の裏面には、予めねじ部２０１が設けられている（図４（ａ））。
まず、台皿３２を溶剤脱脂した後、台皿３２の裏面のねじ部２０１に、電解めっき用電極１０を取り付け、台皿３２の裏面と、外周側の厚さ方向の約半分程度までマスキング剤を塗布してマスキング３を形成した後、乾燥させる（図４（ｂ））。次に、台皿３２にアルカリ脱脂処理、活性化処理を順に行った後、亜鉛置換液に３０秒浸漬し、台皿３２の上面および外周面のアルミ面が露出している部分に亜鉛層（不図示）を形成する。これが無電解めっきの反応を促す触媒層となる。
触媒層形成後、銀白色の色調が得られる無電解ニッケルめっき液３８中に投入する（図４（ｃ））。めっき液３８としては、表１に記載されている無電解ニッケルめっき液のいずれかを用いる。無電解ニッケルめっき液３８中には、砥粒３４ａとなる粒径４〜６μｍのダイヤモンドパウダー０．２重量％を投入し、攪拌機６により攪拌する。攪拌機６の攪拌条件は、砥粒３４ａをめっき皮膜中に所望の量含有させるために予め求めておいた条件に設定する。めっき液の温度は９０℃である。この中で１時間のめっきを行い、砥粒３４ａを含有した、銀白色のニッケルめっき皮膜を１５μｍの厚さに析出させる。これが中間砥粒層３７となる（図４（ｄ））。
この後、水洗し、茶色の色調の銅めっき皮膜が得られる電解銅めっき液１１中に投入する。めっき液８としては、表１に記載されている電解銅めっき液のいずれかを用いる。この際に、電解めっき用電極１０に直流電流電源の陰極側を結線し、めっき浴に配置されている銅電極１２に陽極側を結線する（図５（ｅ））。電解銅めっき液１１には、砥粒３４ｂとなる粒径４〜６μｍのダイヤモンドパウダー０．２重量％を投入し、攪拌機６により攪拌する。攪拌機６の攪拌条件は、砥粒３４ｂをめっき皮膜中に所望の量含有させるために予め求めておいた条件に設定する。めっき液の温度は４０℃である。電極１０と電極１２間に、１００平方センチメートル当たり５アンペアの割合で直流電流を流して１６時間電解めっきを行い、砥粒３４ｂが含有された、約１ｍｍの厚さの銅めっき皮膜を析出させる（図５（ｆ））。これが表面砥粒層３９となる。めっき後、めっき液から取り出し、水洗した後、乾燥し、電解めっき用電極１０とマスキング３を除去する。その後、表面砥粒層３９の表面に砂擦り等の機械加工で面修正を行い、砥石３１が完成される（図５（ｇ））。
〈実施例３〉
実施例３の砥石は、図６に示した構造をしており、実施例２と同様に、ペレット型と称する平面砥石である。したがって、この砥石６０も、実施例２と同様に、台皿６２と、台皿６２の上に形成された中間砥粒層６７と、さらにその上に形成された表面砥粒層６９と、を有する。中間砥粒層６７と表面砥粒層６９とは、いずれも、粒径が２〜３μｍのダイヤモンド砥粒６４ａ，６４ｂを、銀白色の無電解ニッケルめっき皮膜によって結合させた構成である。但し、中間砥粒層６７のダイヤモンド砥粒６４ａの含有量が３０容量％であるに対して、表面砥粒層６９のダイヤモンド砥粒６４ｂの含有量は１５容量％である。また、中間砥粒層７６の厚さは約１５μｍ、表面砥粒層６９の厚さは約３５０μｍである。台皿６２は、その材料としてアルミ材を用いており、その直径はφ３０ｍｍで、その厚さは４ｍｍである。
次に、この実施例３の砥石６０の製造方法について、図７を用いて説明する。
まず、前述の台皿６２の表面を溶剤脱脂した後、この台皿６２の裏面にマスキング材６３を塗布し、これをめっき冶具６１上に載せる（図７（ａ））。その後、一定時間、マスキング材６３を乾燥させることで、めっき冶具６１上に台皿６２を固定させる。次に、台皿６２の表面をアルカリ脱脂、活性化を順に行った後、この台皿６２を亜鉛置換液に３０秒浸漬し、台皿６２の上表面及び外周面のアルミが露出している部分に亜鉛層（不図示）を形成する。この亜鉛層が無電解めっき反応を促す触媒層を形成する。
そして、ダイヤモンド砥粒６４ａを含有させた無電解めっき液３８中に、触媒層を形成した台皿６２を投入する（図７（ｂ））。この無電解めっき液３８は、実施例１で表面砥粒層９の形成に用いた無電解めっき液と同じもので、９０℃に加熱してある。この無電解めっき液３８中には、砥粒６４ａとして、粒径が２〜３μｍのダイヤモンドパウダーが０．２重量％投入されている。攪拌器６によるめっき液の攪拌条件は、砥粒６４ａがめっき層中に所定量（この実施例では３０容量％）含有される条件である。以上の条件で、１時間のめっき処理を行い、台皿６２の触媒層上に、１５μｍの厚さの無電解めっき皮膜を析出させる。この無電解めっき皮膜が、前述の中間砥粒層６７を形成する（図７（ｃ））。
この後、中間砥粒層６７が形成された台皿６２を水洗いしてから、再び、ダイヤモンド砥粒６４ｂを含有させた無電解めっき液３８中に投入する（図７（ｄ））。この無電解めっき液３８は、中間砥粒層６７の形成の際に使用しためっき液と同じものである。このため、水洗いは、簡易で済む。さらに、種類の異なるめっき液が混入した場合に生じるめっき析出不良を防ぐこともできる。この無電解めっき液３８中には、砥粒６４ｂとして、中間砥粒層６７の形成の際に使用した、粒径が２〜３μｍのダイヤモンドパウダーが投入されているものの、その投入量は０．０５重量％である。攪拌器６によるめっき液の攪拌条件は、砥粒６４ｂがめっき層中に所定量（この実施例では１５容量％）含有される条件である。めっき液３８の温度は９０℃で、３時間のめっき処理を行い、中間砥粒層６７の上に、４５μｍの厚さの無電解めっき皮膜を析出させる。この無電解めっき皮膜が、前述の表面砥粒層６９を形成する。
所望の厚さの表面砥粒層６９が形成されると、めっき液３８から冶具６１ごと台皿６２等を取り出し、これを水洗いし、乾燥させた後、マスキング剤６３を除去して、冶具６２等をめっき冶具６１から外す。そして、表面砥粒層６９の表面を砂擦りなどの機械加工で面修正を行って、砥石６０を完成させる（図７（ｅ））。
次に、以上のように製造した砥石６０の性能試験を行ったので、以下で説明する。
この性能試験では、以上の砥石６０を直径３８０ｍｍの平面ベース皿に１５０個接着したものを用いて、以下に示す加工条件下で、二分毎における、加工速度（被加工物の厚さ方向の磨耗量）と表面砥粒層６９の磨耗量との関係を調べた。
被加工物の材質：石英（ＳｉＯ２）
被加工物の形状及びサイズ：直径２７０ｍｍの円板状で、
被加工面は平面
研削装置：舘野製楕円運動型
砥石回転数：２５０ｒｐｍ
被加工物回転数：５００ｒｐｍ
ゲージ圧：０．３ＭＰａ
研削液：水溶液タイプの研削原液を水で希釈したもの
（研削原液：水＝１：１０）
この性能試験では、以下の表４に示すように、厚さが約４５μｍの表面砥粒層６９がほぼ磨耗してしまう手前（Ｎｏ．１４）までは、加工速度が４０μｍ台でほぼ安定していたが、表面砥粒層６９がほぼ磨耗してしまった以降（Ｎｏ．１５）は、加工速度の著しい低下が見られた。
2003049903.tif 000006
この現象は、以下のような理由によるものと考えられる。
表面砥粒層６９の場合、図８（ａ）に示すように、砥粒６４ｂ，６４ｂの相互の間隔が比較的広いために、研削過程で、砥粒６４ｂ及び結合材であるめっき皮膜の粉砕紛が適宜排出される。これに対して、中間砥粒層６７の場合、同図（ｂ）に示すように、砥粒６４ａ，６４ａの相互の間隔が狭いために、研削過程で、砥粒６４ｂ及び結合材であるめっき皮膜の破砕紛が排出されづらく、これらの破砕紛が研削面の小さな凹みに溜まり、目詰まり状態になる。このため、この中間砥粒層６７での研削では加工速度が低下し、中間砥粒層６７が完全に露出した状態での加工では、極端な場合、被加工物が空転することも観察された。
以上のように、本実施例３では、中間砥粒層６９で被加工物を加工しようとすると、この中間砥粒層６９が目詰まりを起こす目詰まり条件、つまり、銀白色の無電解ニッケルめっき皮膜中に、粒径が２〜３μｍのダイヤモンド砥粒６４ａを３０容量％含有させることで、表面砥粒層６９よりも中間砥粒層６７の動摩擦係数を極端に小さくしている。
そこで、回転する被加工物の回転駆動部分、叉は回転する砥石の回転駆動部分に、回転トルク測定器を設置しておけば、表面砥粒層６９が無くなり、中間砥粒層６７が露出してくると、表面の動摩擦係数の極端な低下に伴って、回転トルクの著しい低下が測定され、この測定結果から砥石寿命を判断することができる。
なお、加工速度の著しい低下が見られた後の被加工物を観察したところ、その表面には傷がまったく見られなかった。これは、中間砥粒層６７の表面が目詰まりにより、極めて滑らかな表面形状になったためであると考えられる。
以上説明したとおり、実施例１，２の砥石１，３０は、表面砥粒層９，３９とは異なる色調を有する中間砥粒層７，３７を有するため、被加工物を加工中に表面砥粒層９，３９が摩滅しても、中間砥粒層７，３７が露出したことを色調により、目視または測定装置により検出することができる。また、実施例３の砥石６０では、表面砥粒層６９に対して中間砥粒層６７の動摩擦係数が極めて小さいため、被加工物を加工中に表面砥粒層６９が摩滅しても、加工速度の変化叉は砥石６０の回転トルクの変化により、中間砥粒層６７が露出してきたことを検出することができる。従って、いずれの実施例１，２，３の砥石でも、砥石に寿命の終点が近づいたことを簡単に判断でき、確実に砥石を交換することができる。なお、中間砥粒層７，３７，６７は、砥石として機能するため、被加工物に傷や割れが発生するのを防ぐことができる。また、台皿２，３２，６２そのものにも傷が入ることなく、再使用が可能である。
ところで、背景技術の欄で述べたレジンボンドやメタルボンドを結合材とした砥石では、砥石寿命が短いために、例えば、被加工物を一回研削した段階で、その研削面を観察し、研削面が変形していれば、それを修正する。従って、このような砥石では、研削面を頻繁に観察する必要がある上に、砥石の厚さ方向の全てが砥粒層であるため、砥石が寿命に至ったことをほぼ確実に判断できる。
しかしながら、以上の第一の実施形態及びその実施例１，２，３で示した砥石は、金属製の台皿の上に形成されためっき皮膜により砥粒層が形成されているため、この砥粒層と台皿との境界が見難く、砥粒層の減少を判別しにくい。さらに、めっき皮膜による砥粒層は硬くて寿命が長いため、特に無電解めっき皮膜による砥粒層は非常に硬くて寿命が非常に長いために、レジンボンド砥石のように修正作業を行わずに、多数の被加工物を研削する傾向があり、レジンボンド砥石よりも研削面を観察する機会が極端に少ない。このため、以上の第一の実施形態、及びその実施例１，２，３で示した砥石のように、めっき皮膜で砥粒層を形成しているものに関して、寿命を確実に判断することができることは極めて有用である。
［第二の実施形態］
次に、本発明に係る第二の実施形態について説明する。
本実施形態は、以上の実施形態で説明した砥石を多数用いた加工工具である。
具体的には、図９に示すように、本実施形態の加工工具７０は、例えば、先に説明した実施例２の砥石３０を円板状のベースプレート７１上に取り付けたものである。つまり、この加工工具７０は、以上の実施形態及びその実施例で砥石としていたものを砥石ペレットとして扱い、この砥石ペレットをベースプレート７１に多数取り付けて、砥石にしたものである。
このような加工工具７０では、その加工面は、目的の加工形状の反転形状であることが要求される。そこで、以下では、加工面が目的の反転形状になっている加工工具の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、目的の加工形状が凸形状で、加工面は、その反転形状である凹形状であるとする。
まず、図１０を用いて、第一の製造方法について説明する。
この製造方法では、ベースプレート７１ａとして、表面が目的の面形状の反転形状になっているものを準備する。そして、このベースプレート７１ａの表面に、砥石３０の台皿３２を接着剤７８等で多数貼り付ける（図１０（ａ））。
この時点で、多数の台皿３２の表面を連ねた形状が目的の面形状の反転形状にほぼなっているが、ここでは、さらに、多数の台皿３２の表面を摺合せ皿７９で研削し、多数の台皿３２の表面を連ねた形状が正確に目的の面形状の反転形状になるよう成形する（図１０（ａ））。
以降は、以上の実施形態で述べたように、多数の台皿上に中間砥粒層及び表面砥粒層を形成する。
次に、図１１を用いて第二の製造方法について説明する。
この製造方法では、第一の方法と異なり、表面が平らなベースプレート７１ｂを準備する。そして、このベースプレート７１ｂの表面に、砥石３０の台皿３２を接着剤７８等で多数貼り付ける（図１１（ａ））。
次に、ベースプレート７１ｂ上に貼り付けられた多数の台皿３２の表面を摺合せ皿７９で研削し、多数の台皿３２の表面を連ねた形状が目的の面形状の反転形状になるよう成形する（図１１（ｂ））。
以降は、以上の実施形態で述べたように、多数の台皿上に中間砥粒層及び表面砥粒層を形成する。
［第三の実施形態］
次に、本発明に係る第三の実施形態について説明する。
本実施形態は、以上で説明した砥石を用いての光学素子の製方法である。ここでは、第二の実施形態で説明した加工工具（砥石）７０を用いて、凸形状の光学素子を製造する方法について、図１２を用いて説明する。
まず、同図（ａ）（ｂ）に示すように、被加工物８０ａの形状を光学素子８０の形状に近づけるために、形状創成する。次に、同図（ｃ）に示すように、加工工具７０を用いて、被加工物の表面を研削し、同図（ｄ）に示すような光学素子８０を得る。この場合、この実施形態では、加工工具７０を回転させつつ、被加工物も回転させる。
この光学素子の材料としては、目的の光学特性に合ったものであれば、基本的に如何なるものでもよい。例えば、シリコンウェハ上に微細なパターンを投影するために、その光源として、波長の短いＡｒＦレーザやＦ２レーザが用いられることが多く、その投影光学系等の各種光学素子には波長の短い光に対応するために石英や蛍石が採用されている。これら石英や蛍石を素子の材料にする場合、砥粒の結合材として、めっき皮膜、特に無電解めっき皮膜を用いている砥石の使用が極めて好適であることが、各種試験により確認されている。このため、石英や蛍石を素子の材料とする場合には、以上で説明した第一の実施形態及びその実施例１，２，３の砥石、さらに第二の実施形態の加工工具を用いることが有効である。
［第四の実施形態］
次に、本発明に係る第四の実施形態について説明する。
本実施形態は、以上で説明した砥石を用いての投影露光装置の製方法である。
本実施形態における投影露光装置は、図１３に示すように、シリコンウェハ９０に対してパターン投影するもので、光源９１と、集光レンズ９２と、照明光学系９３と、投影光学系９４と、シリコンウェハ９０が置かれるステージ９５とを備えている。照明光学系９３と投影光学系９４との間には、シリコンウェハ９０の加工内容に応じたパターンが形成されているレチクル９６が適宜配置される。光源９１として、この実施形態では、極めて波長の短い光を出力するＡｒＦレーザ、叉はさらに波長の短い光を出力するＦ２レーザを用いている。照明光学系９３は、光路中の光強度分布を均一化する機能を担い、投影光学系９４は、レチクル９６の像をシリコンウェハ９０上に結像させる機能を担っている。
近年の投影露光装置は、シリコンウェハ９０上に極微細なパターンを投影するため、前述したように、より波長の短い光を用いて、レチクル９６のパターンを投影することが求められている。そこで、本実施形態では、波長の短い光に対応するため、集光レンズ９２、照明光学系９３内の各種レンズ、投影光学系９４内の各種レンズは、いずれも、石英叉は蛍石を素材としている。
ところで、蛍石や石英の研削には、第三の実施形態で説明したように、第二の実施形態の加工工具（砥石）７０を使用することで、極めて良好な結果が得られることを、発明者による各種試験により確認している。具体的には、研削速度を格段に向上させることができる。また、加工工具（砥石）７０の寿命を容易に確認できるので、研削過程で、蛍石や石英等の硝材を台皿３２で不用意に傷付けることを防ぐことができ、歩留まりを高めることができる。さらに、無電解ニッケルめっき皮膜にダイヤモンド砥粒を含有させた表面砥粒層３９で研削することで、蛍石や石英等の硝材を高精度に且つ良好に研削でき、装置自体の製造コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明に係る第一の実施形態および実施例１の砥石の構造を示す説明図である。
図２（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る実施例１の砥石の製造方法を示す説明図である。
図３は、本発明に係る実施例２の砥石の構造を示す説明図である。
図４（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る実施例２の砥石の製造方法を示す説明図（その１）である。
図５（ｅ）〜（ｇ）は、本発明に係る実施例２の砥石の製造方法を示す説明図（その２）である。
図６は、本発明に係る実施例３の砥石の構造を示す説明図である。
図７（ａ）〜（ｅ）は、本発明に係る実施例３の砥石の製造方法を示す説明図である。
図８（ａ）は、本発明に係る実施例３の表面砥粒層の変化を示す説明図で、同図（ｂ）は、本発明に係る実施例３の中間砥粒層の変化を示す説明図である。
図９は、本発明に係る第二の実施形態の加工工具の斜視図である。
図１０は、本発明に係る第二の実施形態の加工工具の第一の製造方法を示す説明図である。
図１１は、本発明に係る第二の実施形態の加工工具の第二の製造方法を示す説明図である。
図１２は、本発明に係る第三の実施形態の光学素子の製造方法を示す説明図である。
図１３は、本発明に係る第四の実施形態の投影露光装置の構成図である。
【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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【図６】
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【図７】
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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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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