(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材を所望の三次元形状を有するブランクへと形削りすることにより、高められた安定性とその表面によって規定される嵌合精度が高い光学的に活性な三次元形状とを有する光学部品を製造する方法であって、被覆層がそのように形成された三次元形状の表面上に塗布され、前記嵌合精度が前記被覆層をアブレードすることにより得られ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＬｉＦ、ＮａＦ及び／またはＫＦが前記母材として使用されることを特徴とする方法。
【請求項２】
純粋なまたは混合された、ＭｇＦ2、Ａｌ2Ｏ3、ＳｉＯ2、及び／またはダイアモンドライクカーボン化合物が前記被覆層として使用される請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記被覆層を塗布する前に処理前のブランクが焼き戻され、任意に前記三次元形状のさらなる生成のために再度後処理されることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記被覆層の処理は、機械的アブレーション、イオンビームアブレーション、及び／またはレーザアブレーションにより為されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の方法。
【請求項５】
反射防止層が前記被覆層を塗布する前及び／または後に塗布されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記被覆層は少なくとも０．５μｍの厚さを有していることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記被覆層は少なくとも０．２μｍの厚さを有していることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の方法。
【請求項８】
請求項１乃至７の何れか１項に記載の方法により得られる光学要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、光学部品，特には結晶質母材の光学部品，の製造方法、並びに、それにより得られる部品及びそれらの使用に関する。
【０００２】
レンズやプリズムのような光学部品は、長い間、多様な応用の目的で種々の光学素子を製造するためのものとして知られている。それらは、通常、電磁放射を透過させる母材で構成されており、この材料は、それを通過する波動ビームの方向をそれが入射及び出射する表面で偏向させる光学的に活性な三次元形状または幾何を有している。通常、実行可能な限りにおいては、その光学的に活性な形状は、プラスチックの場合には主としてパターンへと直接的に注型され、光学ガラスまたは結晶の場合にはチッピング、鋸引き、及びグラインディングにより材料のブロックから切り出されている。
【０００３】
しかしながら、そのような光学要素の表面は、完全に平坦な訳ではなく、微細凹凸とも呼ばれる様々なサイズの微視的な凹凸を有している。光線がそのような凹凸箇所に当たると、その光線は完全に平坦な表面を突き進む光線とは異なる入射角または出射角で光学要素と相互作用する。それゆえ、この光線または電磁波は、変更された入射／出射角に対応して不所望な方向へ偏向される。このようにして、個々の光学部品やレンズに典型的であり且つその出力に不利に影響する光散乱を生じる。
【０００４】
そのような光学部品の表面を滑らかにするために、多くの調査が始められている。光学表面の微細凹凸はグラインディング、ポリッシング、及びエッチングによって出鱈目に減少させられ得ないので、等しい或いはほぼ等しい屈折率を有する誘電体を堆積することによりこれら凹凸を滑らかにすることが試みられている。ＤＤ［東ドイツ］−Ａ ２８８，４６６に記載されるように、誘電層が例えば反応性電子ビーム堆積により導入される。この手法では、微細凹凸の窪みまたは谷が大体埋め込まれるのに等しい量の材料のみがその表面に堆積され、それにより、より滑らかな表面となる。
【０００５】
この方法は、その光学表面は誘電層の堆積前に既に最適にポリッシュされていること，すなわち、最適または最小限の微細凹凸が生成されていること，を仮定している。そのような高度にポリッシュされた最小限の微細凹凸を生じさせるためには、数多くの処理工程が必要である。しかしながら、それぞれの処理工程は、分子骨格，特には母材の結晶構造，に余計な応力を及ぼす。既に存在している結晶または材料の欠陥に加え、この応力は、母材の分子構造に付加的な微小粉砕をもたらすか、或いは、例えば既に存在している結晶欠陥などにより生じた材料中の応力及び歪みの緩和をもたらす。これにより、母材の安定性は低下する。その材料が結晶質構造を有している場合、特には、それが単結晶である場合、その結晶は、僅かな温度ストレスや機械的荷重により粉砕されるか、或いは、嵌め合いにズレを生じて結晶表面に沿ってクリスタルユニット中に存在している応力や歪みを圧倒（break down）し始めるかも知れない。そのような材料の処理，特にはグラインディング及びポリッシング，により、それに関係した材料の摩擦のせいで結晶欠陥は表面に到達し、これら結晶欠陥はエネルギーの解放とともにそれら応力や歪みを緩和し、それは前述のズレへと導くか或いは様々なサイズの材料片への分裂へと導く。そのような効果は、軟質であり且つ高純度の結晶で特に著しい。異質原子は、殆どの位置にとって不適当なそれらのサイズが小さなガラス質領域を生じさせるので、高純度結晶中に欠陥を導入する。これらガラス質領域は、格子のすべりを巨視的に防ぐパテとして作用する。透過性への要求並びに最大の均質性及び最小のひずみ複屈折への要求のため、ＵＶにおける光学リソグラフィのための結晶は高純度でなければならない。
【０００６】
上述した材料の欠陥は、光学部品の製造において、さらなる歩留まりの低下をもたらす。大量の技術的処理について低下した歩留まりをさらに考慮すると、何れにせよ、例えば、微細リソグラフィの対物レンズのように大きな径の光学部品に必要な、大きく、高度に均質で、方向性の単結晶の成長では、そのような光学部品の処理または製造の際の廃棄（discard）数の増加は全プロセスの歩留まりを桁外れに低下させ、それはコストを顕著に上昇させる。
【０００７】
そのような高性能光学素子並びにそれらの部品または光学要素にとっては、光散乱の最小化が重要であるだけでなく、それらの光学的に活性な三次元形状またはそれらの幾何も重要である。光学部品の実際の形状を理論的な形状に可能な限り近づけることが試みられている。これは、従来、最適なまたは理論的なレンズまたはプリズム形状に対応したネガパターン，その中に完成したレンズまたはプリズムが挿入される，をつくることにより為されていた。最適に嵌合した形状からの極微な逸脱はニュートンリングとして見ることができる。観察されるニュートンリングが少ないほど、完成したレンズはより良好にネガ形状に適合している、すなわち、それは所望の最適な均一レンズ曲率またはプリズム角により近くなる。レンズ形状の品質は、「嵌合精度」または「単嵌合」と呼ばれる。より近代的な測定法は、干渉計により非接触で行う。表面形状は、試験片で反射され且つ参照波と干渉させられる波による適当な計算機評価技術を用いた高精度な方法で決定される。
【０００８】
結晶においては、光散乱を防ぐことを試みて小さな微細凹凸へとポリッシングしても良好な嵌合は達成され得ないことが分かっている。他方、激しいポリッシングにより良好な嵌合を得ようと試みると、表面の微細凹凸が激しくなり、光散乱のせいで相当な損失となる。
【０００９】
それゆえ、本発明の目的は、光学部品の製造プロセスの歩留まりを高めるとともに、そのような部品の安定性を高め、微細凹凸及び光散乱の出現を減少させ、同時に、良好な嵌合を生じさせることにある。
【００１０】
本発明によると、上述した対物レンズは、毎度、それ自体が公知の方法で光学部品を所望の光学的に活性な形状にモデリングすることにより得られ、次いで、被覆層が塗布され、その被覆層のアブレーションにより嵌合精度が達成されることが分かっている。その光学的に活性な形状は、通常、ブランクを仕上げること，すなわち、材料の標的とされるエロージョンの除去，により得られる。
【００１１】
驚くべきことに、その部品の処理工程，特にはグラインディング及びポリッシング，の数は、本発明に係る手法により、およそ２０工程から数工程，およそ５工程，にまで減少させられ得て、それは機械的応力及び／または熱応力がレンズに及ぶのを顕著に減少させることが分かった。
【００１２】
また、被覆層の塗布は、光学部品の母材における内発的な変化を打ち消す「ベルト」としての役割を果たすため、その部品の安定性を高めることも分かっている。
【００１３】
加えて、驚くべきことに、この方法では、微細凹凸と光散乱による損失との双方を減少させるとともに高い嵌合精度を達成し得ることが分かっている。
【００１４】
それゆえ、本発明は光学部品の製造方法に関し、そこでは、その表面上に被覆層が塗布され、次いで、その被覆層のアブレーションにより嵌合精度が所望の三次元形状へと調節される。
【００１５】
原則として、どのような光学部品のどのような表面も、本発明に係る方法により処理され得る。ここでは、光学レンズ，特には結晶レンズ，が例として挙げられる。
【００１６】
好ましい態様では、これら光学レンズは、高度に結晶質の材料，特には単結晶，で構成される。好ましい結晶材料は、例えば、ＮａＦ、ＫＦ、ＣａＦ2、ＢａＦ2、ＬｉＦ及びＭｇＦ2である。
【００１７】
本発明に係る方法では、好ましくは、被覆層に誘電体が使用される。これに適した材料は、例えば、ＭｇＦ2、Ａｌ2Ｏ3或いはＬａＦ3である。
【００１８】
被覆層の材料及び光学母材の屈折率は、同じであってもよく或いは異なっていてもよい。しかしながら、それらは少しだけ異なっていることが好ましい。３０％までの逸脱でも利益を生じさせるが、特には１０％までの逸脱が、及び、５％までの逸脱が特に好ましいことが明らかにされている。光学表面欠陥の優れた補償は、屈折率におけるそのような小さな差で可能となる。例えばレンズ材料が特に低い屈折率を有している場合、塗布されるべき被覆層には高度に屈折性ではない材料を使用することが好ましい。概して、被覆層の初期材料の屈折率は、光学部品の材料の屈折率に比べてより高い，特には僅かに高い，ことが確認されている。堆積される層はいつも屈折率の高い初期材料（例えば、ＳｉＯ2層に関する石英ガラス）よりも幾分低い屈折率を有しているので、屈折率の差は小さく維持され得る。
【００１９】
被覆層は、好ましくは少なくとも０．２μｍ、特には０．３乃至５μｍの範囲内の厚さに塗布されるべきであることが判明している。しかしながら、最終的には、被覆層の可能な厚さは、堆積される材料と堆積プロセスとに依存する。材料がより密に導入され得ると、被覆層をより厚く形成することができる。毎度、材料に依存して、それは過剰に厚くされるべきではなく、もしそうであれば許容できない機械的応力が生じる。
【００２０】
被覆層は様々な技術により塗布され得る。そのような方法は当業者には公知である。被覆層の材料は、イオンビーム堆積により最も密になる。これに用いられる条件は、被覆層の材料及び光学部品に合わされる。
【００２１】
被覆層を塗布する前に、光学部品はその表面から水や脂質残留物などを除去する目的で通常の方法により注意深く清浄化される。次いで、その表面は、好ましくは、例えば、ポリッシング，特にはピッチポリッシング，による形削り処理に供される。
【００２２】
光学部品は、被覆層を塗布する前であり且つその予備的な処理の後に、好適な方法で焼き戻されることが分かっている。この方法では、結晶構造中の欠陥により生じた及び表面の鋸引きやグラインディングで発生した歪みが圧倒される。レンズ形状を生成するための材料のアブレーションにより、成長形状の結晶中における当初の平衡した応力状態は持続的に崩壊させられる。圧力または温度のような小さな影響により、結晶は、新たな応力の平衡状態へと調節するためにすべりを開始する。７０℃乃至１５０℃の範囲内の温度での焼き戻しが好ましい。粗い予備加工後の結晶中の歪みを圧倒するためには１１５〜１２５℃の温度が特に好適であり、微細な予備加工後では約７０℃の温度が適している。
【００２３】
図面は本発明に係る方法を説明するのに用いられる。ここで、
図１は、本発明に従って塗布された補助層を有する光学部品の表面を示し、
図２は、本発明の方法に従って製造された部品，それは補助層の塗布後に加工されている，を示し、
図３は、本発明に係る方法の好ましい態様，そこでは、加工後に反射防止層がさらに塗布されている，を示している。
【００２４】
光学部品１の表面が図１に概略的に示され、その上には、本発明に従って被覆層２が塗布されている。部品１の表面は或る微細凹凸を示し、それは小さな丘に起因している。その上に塗布された被覆層２は部品１の表面に適合しており、それもまた丘を示している。
【００２５】
図２は、本発明の方法に従って加工された被覆層２，それは光学部品１の表面上に塗布されている，を示している。短いポリッシング時間の後、それら丘は消失し、被覆層の加工された表面は光散乱による損失から解放される。
【００２６】
図３は、本発明に係る方法の好ましい態様を示している。反射防止層４が、通常の方法により、被覆層３の処理された表面上に塗布されている。この方法では、より小さな屈折率の差がもたらされる。これは、好適には、ブルーミングコート（反射の低減）へと導く。
【００２７】
光学部品の性能は、本発明に従う被覆層の加工，例えばポリッシング，で明確に改良される。光散乱による損失の明らかな改良は、被覆層と光学部品との間の小さな屈折率の差によって保証される。例えば、屈折率ｎ＝１．４０が光学部品に適用され且つその上に塗布されるべき被覆層が屈折率ｎ＝１．４５を有していると、その改良は少なくとも８倍である。その部品の屈折率を調べると、存在し得る長い嵌合欠陥（long-fit defects）は、例えばイオンビームアブレーションやロボットポリッシングでさらに抑制され得る。
【００２８】
光学部品は異なる温度で輸送及び加工されるので、膨張係数が母材とはあまり異ならない材料を被覆層に使用することが好ましい。この理由のため、その塗布は過剰に高い温度で実行されるべきではない。好ましくは、その膨張係数は２０％を超えて異なるべきではない。
【００２９】
本発明に係る方法における処理工程の減少は、レンズ材料の付加的な負荷，それらはそれぞれの（付加的な）工程で生じる，が減少するという事実によって生じる。例えば、イオンビームアブレーションでは、結晶の強い熱的な負荷が生じ、結晶表面に沿ってあちこちに十分にシフトする。しかしながら、被覆層の塗布のせいで、表面の原子は外側に向けて位置を変化させる可能性は非常に僅かでしかない。
【００３０】
また、本発明は、本発明に係る方法で得られる光学部品または光学要素に関する。本発明に従って得られる光学要素は、好ましい態様では、母材の表面と被覆層との間にそれ自体公知の反射防止層を有している。これら反射防止層の製造及び塗布は当業者には公知である。本発明によると、製造完了後に、すなわち、被覆層の加工後であり且つ所望の嵌合精度及び微細凹凸を得た後に、反射防止層を塗布することができる。特に最も好ましい態様において、本発明に係る光学要素は、母材と被覆層との間及び被覆層上の双方に反射防止（層）を有する。
【００３１】
本発明に従って加工された光学部品は高い性能能力を有しており、それらは例えばリソグラフィ対物レンズのような高性能光学素子で使用され得る。
【００３２】
また、本発明は、対物レンズ、プリズム、導光バー、光学窓、ＤＵＶフォトリソグラフィのための光学部品を製造するために本発明に係る方法により得られた光学部品の、ステッパ、レーザ装置，特にはエキシマレーザ、ウエハ、コンピュータチップ、集積回路、そのような回路やチップを含んだ電子デバイスを製造するための使用に関する。
【００３３】
以下の実施例は、本発明に係る方法をさらに説明する。
【００３４】
実施例
均質な単結晶から鋸引き及びグラインディングにより得られたＣａＦ2材料の結晶レンズは、微細凹凸へとポリッシュされる。次いで、それは、表面上の汚染粒子及び水成分を除去するために注意深く清浄化される。他の清浄化工程が、蒸発装置内で室温でのグロー放電によりおよそ３０分間にわたり為される。このようにして、部品の温度は幾分高くなる。次に、ＳｉＯ2の被覆層が０．５μの厚さに堆積される。堆積後、被覆層はダイアモンドポリッシング手段でのポリッシングにより水フリー状態まで処理される。その表面はもはや結晶構造中に方向依存性の硬さを有していないので、ＣａＦ2で一般的な三重波性（triple-wave character）は明確により小さく残留する。イオンビームアブレーションやロボットポリッシングのようなその次のプロセスは、ここではアブレーションプロセスは殆どガラス質の表面上に為されるので、嵌合を改良するための目標とするさらに急速な収斂を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に従って塗布された補助層を有する光学部品の表面を示す図。
【図２】本発明の方法に従って製造された部品，それは補助層の塗布後に加工されている，を示す図。
【図３】本発明に係る方法の好ましい態様，そこでは、加工後に反射防止層がさらに塗布されている，を示す図。
【図１】
0003980408.tif 000002
【図２】
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【図３】
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