(57)【要約】【課題】  ビーム径の小さいレーザーを有効に活用して比較的単純で安価な光学系を用いて大面積のレンズ全面に照射することで、界面吸収を改善したフッ化物光学素子を形成すること。【解決手段】  基材にフッ化物光学素子を製造した後、レーザーを照射することで低吸収なフッ化物光学素子に改質するレーザー照射法において、大面積な基材に対してレーザーを照射する際に、前記レーザー光を少なくとも基材外径の半分以上の長さを持つ分布になるようにビーム形状を分割整形し、前記分割したレーザー光を基板に照射にすることによって、ビーム径の小さいレーザーを有効に活用して、界面吸収を改善したフッ化物光学素子を形成することができる。【選択図】  図１
2005172903.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にフッ化物光学素子を製造した後、レーザーを照射することで低吸収なフッ化物光学素子に改質するレーザー照射法において、大面積な基材に対してレーザーを照射する際に、前記レーザー光を少なくとも基材外径の半分以上の長さを持つ分布になるようにビーム形状を分割整形し、前記分割したレーザー光を基板に照射にすることを特徴とするフッ化物光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項２】
レーザー発振装置と前記レーザー発振装置から射出されたレーザー光を均一の強度分布のレーザービームとして透過させる整形光学系と請求項1に記載のビーム形状を分割整形し、前記分割したレーザー光を基材に照射にさせる照射光学系とを備えることを特徴とするフッ化物光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項３】
前記基材の外心を中心に前記基材を回転させる機構を持ち、請求項2に記載の光学系を通じてレーザー照射することを特徴とするフッ化物光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項４】
照射するレーザー光源は真空紫外領域260[nm]以下の波長を有するエキシマレーザーとすることを特徴とする請求項1に記載の光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項５】
請求項4に記載の光源を照射する際の照射室内雰囲気は真空もしくは真空紫外領域で光透過性の高いRn、Xe、Kr、Ar、He、N2から少なくとも1種類以上のガスでパージされた状態であることを特徴とする請求項1に記載の光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項６】
前記フッ化物光学素子の基材は石英または蛍石から成ることを特徴とする請求項1に記載の光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項７】
前記フッ化物光学素子が石英または蛍石の基材上に形成された光学薄膜として用いられ、且つフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化ランタン、フッ化アルミニウム、フッ化ネオジウム、フッ化ガドリウム、フッ化リチウム、フッ化イットリウム、フッ化ディスプロシウムから選ばれた1つ以上から成ることを特徴とする、請求項1に記載の光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項８】
前記フッ化物光学素子をスパッタリング法または真空蒸着法により形成することを特徴とする請求項1に記載の光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置。
【請求項９】
請求項7に記載の光学素子を1層以上含む多層光学薄膜がエキシマレーザーを選択的に透過または反射することを特徴とする請求項1に記載の光学素子製造後の処理方法及び処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は種類の違うフッ化物光学素子を積層した光学薄膜製造後の後処理に関するものであり、膜と膜または基板と膜の界面に吸収を発生するフッ化物光学素子に関するものであり、さらにまた本光学素子を有する光学系を備えた光学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、AlF3やMgF2などのフッ化物光学素子は可視光領域における光学部品の反射防止膜やミラーとして用いられている。また近年では光リソグラフィー技術の進展に伴ってフッ化物光学素子はバンドギャップエネルギーが大きいという理由から真空紫外領域で用いられる半導体露光装置の光学系などでも必要不可欠な素子として適用されはじめている。これまでフッ化物光学素子の製造方法としては主に真空蒸着法が採用されてきた。真空蒸着法は装置構成が単純で大面積基板上に高速成膜できるという生産性に優れた成膜方法であるが、一方で膜厚の高精度制御や自動生産機の開発などが難しく、膜と基板の密着性強化や膜吸収低減のためには基板を３００［℃］程度に加熱しなくてはならない欠点も持ち合わせている。特に基板加熱に関しては真空紫外領域対応の硝材として用いられているCaF2基板が加熱により露光性能に影響を与える面変形を起こしてしまうという問題が発生している。そこで真空蒸着法と比較して再現性、ムラの制御、低温成膜などの点で優れているスパッタリング法による成膜への要求が高まり、スパッタリング法に関する報告も増えてきている。しかしスパッタリング法にはプラズマ等の荷電粒子を利用しかつ材料を原子状で飛ばして成膜するという特徴があるため、フッ化物光学素子をスパッタリング法で成膜する際に、スパッタ材料とフッ素の反応性や荷電粒子による基板へのダメージを制御することが難しい。その結果、スパッタリング法により成膜されたフッ化物光学素子はバンドギャップに相当する波長より長波長側から吸収が発生してしまうという問題がある。特に種類の違うフッ化物光学素子を積層し多層膜を作成する際にこの問題は顕著に表れる。これらに対して、特開平4-289165号公報では反応性の問題に対してフッ化物光学素子をフッ化化合物として化学量論的組成に制御するためにフッ素系ガスを使用することにより、Fを補うスパッタリング法が開示されている。また特開2001-081550号公報によればダメージの問題に対してターゲットが円筒形状を構成し、その底面部からスパッタガスを導入し、基板近傍から反応ガスを導入する反応性スパッタ装置が提案されている。また成膜後の処理方法として特開2001-290001ではレーザー光を照射することにより薄膜の構成原子を直接励起して結合を強めることにより良質の光劣化しにくい光学薄膜を得る方法が開示されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
スパッタリング法によりフッ化物光学素子を作成する際に発生するロスを低減するために、成膜後に真空紫外領域の波長を有するレーザー光を照射することが有効であることがわかっているが、それを大面積のレンズに対して行うにはこれまでいい方法がなかった。特に真空紫外光用の光学系を作成するための真空紫外領域で透明な光学素子は高価なものになってしまうので、比較的簡便で安価な方法が望まれる。ビームエキスパンダーを使用する場合はビームエキスパンダーに用いられるアフォーカル光学系において、被レーザー照射レンズと同程度の大きさの光学素子が必要になる。また反射鏡をガルバノメーターで走査させる等の走査光学系を使用する場合はモータが必要になり、また反射鏡には広い入射角度光線に対して高反射率をもつ光学素子を用いなければならない。本発明は上記の問題を解決し、真空紫外領域での吸収を微少にするためのフッ化物光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置、及びその素子を組み込んだ光学系を備えた光学装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記問題を解決するために、本発明ではビーム径の小さいレーザーを有効に活用して比較的単純で安価な光学系を用いて大面積のレンズ全面に照射することで、界面吸収を改善したフッ化物光学素子を形成することができるフッ化物光学素子製造後のレーザー照射処理方法及び処理装置を提供する。
【０００５】
本発明のレーザー照射処理方法及び処理装置はレーザー照射室とレーザー照射室内を排気する排気系とレーザー照射室内を請求項5に記載の不活性なガスでパージするパージ機構と、レンズを保持する基材ホルダーと、基材ホルダーを回転させる回転機構と、レーザー発振装置と前記レーザー発振装置から射出されたレーザー光を均一の強度分布のレーザービームとして透過させる整形光学系と整形光学系において整形したレーザー光を基板に照射にさせる照射光学系を有するレーザー照射処理方法及び処理装置において、前記照射光学系においてレーザー光を少なくともレンズ外径の半分以上の長さを持つ分布になるようにビーム形状を分割整形し、かつレンズをレンズの中心を中心に回転させながら、前記分割したレーザー光をレンズの中心から外周にかけて照射することによってレンズ面全体にレーザーを照射し、低吸収なフッ化物光学素子を作成することができる。
【発明の効果】
【０００６】
基材にフッ化物光学素子を製造した後、レーザーを照射することで低吸収なフッ化物光学素子に改質するレーザー照射法において、大面積なレンズに対してレーザーを照射する際に、前記レーザー光を少なくともレンズ外径の半分以上の長さを持つ分布になるようにビーム形状を分割整形し、前記分割したレーザー光を基板に照射にすることによって、ビーム系の小さいレーザーを有効に活用して、界面吸収を改善したフッ化物光学素子を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、実施例を挙げて図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明はこの実施例に限定されず、種々の変更が可能である。
【実施例１】
【０００８】
図1は本発明の好適な実施形態のレーザー照射処理装置の模式的断面図である。レーザー照射処理装置にはレーザー照射室1とレーザー照射室1の内部を排気する排気するポンプ等からなる排気系2と前記レーザー照射室1を請求項5に記載のガスでパージするパージ機構3と前記レーザー照射室1をリークするリークバルブ4を設けている。これによりレーザー照射室１は照射条件として内部を真空状態に保ったり、請求項5に記載のArやN2などの不活性なガスでパージすることによりチャンバー内を清浄かつ真空紫外領域の波長を有するレーザー光を透過する雰囲気を生成する。具体的には前記レーザー照射室1を50[Pa]以内に排気し、酸素濃度濃度が5[ppm]以下になるような真空状態、もしくはそのような状態で、前記不活性なガスを前記パージ機構3より導入しかつ、前記リークバルブを4の開閉度を調整して、前記レーザー照射室1内の圧力が101325[Pa]以上になるように保持した状態にするのが好ましい。前記レーザー照射室１の下部にはレンズを保持する基材ホルダー5とその下の底部に前記基材ホルダー5を回転させる回転機構6が設けられている。なお前記基材ホルダー5に平行平板のレンズ7を保持させた場合、前記平行平板レンズ7のレンズ面は水平方向に保持されるようにする。また前記レーザー照射室１の側面から前記レーザー照射室１内へ向けてレーザー発振装置8を設けている。前記レーザー発振装置8は真空紫外領域の波長を有するパルスレーザーを発生して照射するもので、照射する光の波長は本光学素子を有する光学系を備えた光学装置において利用される波長と同じ波長が望まれる。例えば、F2エキシマレーザー用の光学素子の場合にはF2エキシマレーザーを照射することが好ましい。その理由としては(1)F2エキシマレーザー用の光学素子にF2エキシマレーザーよりも波長の短いArFレーザー等を照射すると、ArFエキシマレーザーよりも波長が短くエネルギーの高いF2エキシマレーザーの波長領域のロスを十分に改善することが難しいことがわかっているからであり、(2)またArFエキシマレーザー用の光学素子の場合はArFエキシマレーザーを照射することで十分にロスを改善することができるので、出力及び発振周波数の点で劣るF2エキシマレーザーをわざわざ使用することは余計にコストがかかってしまうからである。さらに前記レーザー照射室1内には前記レーザー発振装置8より発振されたパルスレーザーを均一の強度分布のレーザービームとして透過させる整形光学系9を設けている。図2は前記整形光学系により整形されたレーザー光束Aの断面を示している。前記整形光学系9はパルスレーザーを水平方向に光軸（整形光学系）Bを持つよう整形し、また前記レーザー光束Aは前記光軸（整形光学系）Bと垂直に交わる面内において鉛直方向に長さd[mm]の長辺Cを持つ長方形のレーザービームとして透過させ、しかもその際にできるだけ前記長辺Cを長くし、かつ長方形内でほとんどむらのない均質な強度分布のレーザービームとして透過させるものである。それからさらに前記レーザー照射室1内には前記整形光学系9により整形されたレーザービームを少なくとも基材外径の半分以上の長さを持つ分布になるようにビーム形状を分割整形し、分割したレーザーをレンズに照射する照射光学系10を設けている。図3は照射光学系10の機能を示す模式的���面図であり、前記照射光学系10を構成する平行平板型半透鏡aの配置を示している。前記平行平板型半透鏡aは入射するレーザービームの前記光軸（整形光学系）Bと対向する位置にあって、前記光軸（整形光学系）Bを含む水平面に対しα[°]の角度を持っていて、かつ前記レーザー光束Aを包括できる必要最小限の面積を持っている。また前記照射光学系10を経たレーザーで前記基材ホルダー5により保持できる最大径のレンズの中心から外周部分をくまなく照射できるように、前記平行平板型半透鏡aを複数並べてビーム形状を分割整形する。なお本例では、前記平行平板型半透鏡aにより反射した後のレーザーの光軸（照射光学系）bが前記基材ホルダー5に載せた前記平板レンズ7に対して垂直になるように、すなわち前記平板レンズ7へのレーザー入射角度が0[°]になるようにα=45[°]に設定している。またこれにより前記平行平板型半透鏡aの形状を直径約「d/sin45°[mm]」の円柱形とし、前記平行平板型半透鏡aを並べる際の間隔をd[mm]としている。そして前記基材ホルダー5により保持できるレンズの最大径をβ[mm]とし、これにより前記平行平板型半透鏡aを「n=｛「β/2d+1」未満の最大の整数｝［枚］」だけ並べている。さらに、並べられた前記平行平板型半透鏡aはそれぞれが前記整形光学系9により前記照射光学系10に入射する光量に対して同じ光量だけ反射できるように前記整形光学系9に近い側から順次反射率を大きくしたものを使用している。具体的には前記平行平板型半透鏡aは光学的損失がないと仮定し、かつ前記整形光学系9に近い側から「I=1,2,3,----,n [番目]」とし、I番目の反射率と透過率をそれぞれRi [%]、Ti [%]とすると、Ri [%]、Ti [%]はそれぞれ漸化式「Ri+Ti=100 , Ri×Ti-1=100/n , T0=100 」を満足するものであり、並べられた各前記平行平板型半透鏡aが反射する光量Raは「Ra = 100/n [%]」である。並べられた前記平行平板型半透鏡aの各々の反射率を制御するには、前記平行平板型半透鏡aの反射面に対して、請求項4に記載のレーザーに対して光学的損失の小さい請求項6に記載の基材に対して、請求項7に記載のフッ化物光学素子を積層して作成した半透膜を作成する。また前記平行平板型半透鏡aの裏面、すなわち反射面の反対面には反射防止膜を施すことが望ましい。これにより前記平行平板型半透鏡aの反射面以外の反射光を取り除くことで前記光量を制御しやすくなる。これらの半透膜、反射防止膜を施す際にはもちろん膜に対する光の入射角を考慮する必要があり、本例においては45[°]の入射角に対して施されるべきである。次に前記照射光学系10において前記基材ホルダー5により保持できる最大径のレンズの中心から外周部分をくまなくレーザー照射できるようになった状態で前記回転機構6を用いて前記基材ホルダー5を回転させ、レンズ全面にレーザー光を照射する。レーザーの照射量としては、1パルス当たり0.1[mJ/cm2]の場合、0.5Mパルス以上であり、1パルス当たり1[mJ/cm2]の場合は0.05Mパルス以上が好ましい。
【実施例２】
【０００９】
次に図1のレーザー照射処理装置を用いて、直径300[mm]の平行平板CaF2レンズにスパッタリング法により成膜されたフッ化物光学素子に対してF2レーザーを照射処理した例を示す。前記レーザー照射室1内の雰囲気は、O2濃度5[ppm]以下のN2パージ雰囲気で圧力を101325[Pa]強とした。また前記平行平板型半透鏡aとして、直径30[mm]で厚み2[mm]のCaF2基板上に半透膜が施された光学素子を5枚用意し、前記実施例1のようにα=45[°]としてそれらを並べた。施された半透膜は請求項7に記載のフッ化物光学素子を積層して作成したものであり、前記整形光学系9に近い側から反射率を約20%、約25%、約33%、約50%、約100%になるように設計し作成したものである。レーザーは前記整形光学系9によりレーザー光束Aの断面を30[mm]×3[mm]の長方形に整形し、かつ照射エネルギーを1パルス当たり約10[mJ/cm2]にした。よって、前記照射光学系を経たレーザーの照射エネルギーは1パルス当たり約2[mJ/cm2]である。またレーザーの発振周波数は600[Hz]であったので、被照射レンズ面積と前記照射光学系10により分割整形された後のレーザー光束の面積比約1200を考慮にいれて、前記回転機構6を20[rpm]で回転させながら約9時間レーザー照射処理を行った。レーザー照射処理前後でロスがどの程度改善したのかを、レンズの中心から周辺にかけて5分割した各点において調べた結果を図4に示す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に用いるレーザー照射処理装置の模式的断面図である。
【図２】整形光学系により整形されたレーザー光束Aの断面を示している。
【図３】照射光学系を構成する平行平板型半透鏡の配置を示している。
【図４】F2レーザー照射処理前後でのロスの改善量を示したグラフである。
【符号の説明】
【００１１】
１  レーザー照射室
２  排気系
３  パージ機構
４  リークバルブ
５  基材ホルダー
６  回転機構
７  平行平板のレンズ
８  レーザー発振装置
９  整形光学系
１０  照射光学系
Ａ  整形光学系により整形されたレーザー光束
Ｂ  光軸（整形光学系）
Ｃ  長辺
ａ  平行平板型半透鏡
ｂ  光軸（照射光学系）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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