(57)【要約】【課題】蛍石等を素材に用いた場合でも高精度の加工処理を容易に行えて、高性能な光学素子を加工し製造できる光学素子の加工方法等を提供する。【解決手段】蛍石によって形成された基板１１の表面に石英ガラスによって形成された被加工層１２を成膜させ、被加工層１２の表面にレジスト１３を成膜させた後、レジスト１３の表面に３次元形状を形成し、レジスト１３にドライエッチングを施してレジスト１３の３次元形状を被加工層１２の表面に転写させる。この被加工層１２に機械的除去加工を施して、被加工層１２の３次元形状を基板１１に転写させて光学素子１５を形成する。【選択図】図１
2009103803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フッ化物によって形成された基板の表面に成膜された、表面が３次元形状を呈する被加工層に機械的除去加工を施して、前記被加工層の前記３次元形状を前記基板に転写させることを特徴とする光学素子の加工方法。
【請求項２】
前記基板の表面に前記被加工層を成膜させ、該被加工層の表面に前記レジストを成膜させた後に該レジストの表面に３次元形状を形成し、該３次元形状が形成された前記レジストにドライエッチング等の化学的処理を施して前記レジストの前記３次元形状を前記被加工層の前記表面に転写させることで前記被加工層の前記３次元形状を形成することを特徴とする請求項１に記載の光学素子の加工方法。
【請求項３】
前記被加工層の表面に前記レジストを成膜させた後に該レジストの表面に３次元形状を形成し、該３次元形状が形成された前記レジストにドライエッチング等の化学的処理を施して前記被加工層の前記表面に転写させることで前記被加工層の前記３次元形状を形成し、該３次元形状が形成された前記被加工層を前記基板の前記表面に成膜させることを特徴とする請求項１に記載の光学素子の加工方法。
【請求項４】
前記レジストはフォトレジストであることを特徴とする請求項２又は３に記載の光学素子の加工方法。
【請求項５】
前記被加工層は石英ガラスであることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一つに記載の光学素子の加工方法。
【請求項６】
請求項１乃至５に記載の光学素子の加工方法によって製造されたことを特徴とする光学素子。
【請求項７】
前記光学素子はレンズアレイであることを特徴とする請求項６に記載の光学素子。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の光学素子を光学系に用いたことを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置、撮影装置、照明装置等に用いられる光学素子の加工方法、当該加工方法によって製造された光学素子、当該光学素子を光学系に用いた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
露光装置や、撮影装置、照明装置等において、紫外線等の短波長の光線が用いられる場合が増加している。特に、フォトリソグラフィの露光光源は、ＡｒＦ（λ＝１９３ｎｍ）、ＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）等のレーザー光や、波長λ＝２００ｎｍ以下の真空紫外線が用いられることが多く、この波長を使用可能とする光学系が求められる。このような波長で十分な透過率を有する材料として、蛍石（ＣａＦ２）がある。
【０００３】
従来、蛍石等のフッ化物を用いた光学素子の生成方法としては、特許文献１に記載のものが提案されている。図４に同文献に示す光学素子の生成方法を示す。この方法は、図４の（ａ）に示す通り、蛍石１０１の基板にフッ化カルシウム（ＣａＦ２）膜１０２を生成し、図４の（ｂ）に示す通り、クロムマスク１０３のパターンを基板１０１上のポジ型フォトレジストに縮小焼付けし、現像されたレジストパターンをマスクとして平行平板型ドライエッチング（ＲＩＥ）装置を用いてエッチングする。さらに、クロムマスク１０４，１０５を用いて同様の工程を繰り返し、光学素子１０６を形成する。
【特許文献１】特開２００１−１０００１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、蛍石に代表されるフッ化物は、石英ガラス基板のドライエッチングに用いられるハロゲン系のドライエッチングガスが適用できず、特殊な不活性ガス（アルゴンと水素の混合ガス）を用いねばならないため、エッチング処理を適切に行うことが難しいという問題がある。一方、蛍石等のフッ化物の基板を直接機械加工すれば上述の問題は解決するが、フッ化物、特に蛍石は硬度が高くないため、直接機械加工を施すと基板表面に凹凸ができ易く、かつ加工精度も低くなり易くなって、光学素子としての性能が不十分になり易いという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、蛍石等のフッ化物を素材に用いた場合であっても高精度の加工処理を容易に行うことができ、高性能な光学素子を加工し製造できる光学素子の加工方法、光学素子、露光装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を達成するために、本発明の光学素子の加工方法は、蛍石等のフッ化物によって形成された基板（１１）の表面に成膜された、表面が３次元形状を呈する被加工層（１２）に機械的除去加工を施して、前記被加工層（１２）の前記３次元形状を前記基板（１１）に転写させることを特徴とする。
【０００７】
本発明の光学素子（１５）は、上記光学素子の加工方法によって形成されたことを特徴とする。
【０００８】
本発明の露光装置（３０）は、上記光学素子（１５）を光学系に用いたことを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明を判りやすく説明するために一実施の形態を示す符号に対応付けて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものではないことはいうまでもない。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学素子の加工方法によれば、表面が３次元形状を呈する被加工層に加工を施して、被加工層の３次元形状を基板に転写させることにより、被加工層に形成された３次元形状に略同一の３次元形状をフッ化物基板の表面に形成させることができる。その際、機械的除去加工を施すことにより、寸法精度の高い加工、表面粗さが小さい加工を行うことができて、寸法バラツキを極めて小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１乃至図２にこの発明の実施の形態を示す。
【００１２】
図１はこの実施の形態の光学素子の加工方法を示す図である。同図の（ａ）に示す通り、この加工方法において用いる基板１１は蛍石から成り、厚さ２〜４ｍｍ程度の板状に形成されている。
【００１３】
この基板１１の表面（同図の上側）には被加工層１２を成膜させる。この被加工層１２は石英ガラスから成り、厚さ１００μｍ程度に形成される。石英ガラスの被加工層を成膜するには、スパッタリング法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法等の成膜方法を用いることが出来る。石英ガラスを被加工層１２用いることにより、ハロゲン系ガスを用いた加工とドライエッチングと機械的除去加工との双方に対応可能な被加工層１２を形成できる。
【００１４】
この被加工層１２の表面には、レジスト１３が塗布されて成膜される。レジスト１３としては、たとえばノボラック樹脂系のポジ型フォトレジストを使用し、厚さ１００μｍ程度に形成される。レジスト１３をフォトレジストにより形成することにより、フォトリソグラフィを用いて滑らかな曲面の３次元形状を呈するレジストパターンを形成できる。なお、レジスト１３にはノボラック樹脂系以外の素材で形成されたネガ型フォトレジストを用いてもよいし、各種ネガ型フォトレジストを用いてもよい。
【００１５】
このレジスト１３の上方にマスク１４を配設し、マスク１４を通して光をレジスト１３上に照射する。本実施の形態におけるマスク１４は、公知のグレースケールマスク（アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）であり、このマスク１４を使用してレジスト１３の表面に光強度分布を持つパターン光を照射して感光させ、レジスト１３を現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンが形成される。即ち、強く光の照射を受けた部分は多く除去され、弱く光の照射を受けた部分は除去量が少なくなって、レジスト１３の表面に３次元形状のマイクロレンズアレイのパターン（断面略凸状の同一形状の曲面が多数規則的に配列された形状）が形成される。
【００１６】
このような状態で、レジスト１３と被加工層１２と基板１１とに対して同時にドライエッチングを施す。この実施の形態において、ドライエッチングは公知の手法、例えば平行平板型のドライエッチング装置におけるハロゲン系のドライエッチングガスを用いた手法、によって行う。また、基板１１は蛍石によって形成されておりハロゲン系のガスに曝すことには適しないため、ドライエッチングはレジスト１３と被加工層１２に対してのみ行い、基板１１に対してはドライエッチングを行わないようにすることが望ましい。
【００１７】
これにより、レジスト１３に形成された３次元形状のマイクロレンズのパターンが被加工層１２に転写され、レジスト１３が無くなった状態で、被加工層１２の表面にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。
【００１８】
次に、このような状態で、被加工層１２と基板１１とに対して同時に機械的除去加工を施す。この実施の形態における機械的除去加工は、各種加工用装置、加工用器具、液体、流体等を用いて被加工層１２や基板１１に対して切削加工・研削加工・研磨などを行うことをいう。具体的には、例えば以下＜加工方法１＞乃至＜加工方法３＞のうち何れか一つを行う。
【００１９】
＜加工方法１：液体ジェット加工＞
砥粒を含む高圧の研磨液を（液体ジェット）を噴射ノズルから噴射させて被加工層１２及び基板１１に当てることや、容器に貯留した研磨液中に被加工層１２及び基板１１を浸し、被加工層１２及び基板１１に噴射ノズルから気体を噴射させて、この被加工層１２及び基板１１に所要の加工を施す。研磨液の原液は水等を用い、砥粒にはダイヤモンド、酸化セリウム、コロイダルシリカ等を用いる。この際、高圧液体を噴射する際に噴射口を振動させたり、貯留した研磨液の温度や流動状態を一定に保つ手段を備えたりすることで加工効果を一層高めることができる。例えば、特開2004-98202に記載された方法を用いることが出来る。
【００２０】
＜加工方法２：磁性流体を用いた加工＞
例えば、研磨粒及び磁性流体を混合させた研磨流体を非磁性容器に収容し、磁気回路の磁気ギャップ内に被加工層１２及び基板１１を設置し、磁気回路に磁界を与えて磁気ギャップ内に回転磁界を形成し、磁性流体の動きによって被加工層１２及び基板１１に切削・研削・研磨を施す。磁気回路は励磁コイルを有し磁界を可変可能とし、研磨粒としては例えばダイヤモンド微細粉にニッケル（Ｎｉ）をコーティングした砥粉を用い、磁性流体としては例えばフェライトを含む磁性流体を用いる。
【００２１】
＜加工方法３：ブラシ研磨＞
被加工層１２や基板１１上でブラシを摺動させて被加工層１２や基板１１に対して研磨を施す。ブラシとしては例えばロールブラシ、円盤ブラシ、カップブラシ等を用いる。
【００２２】
上記＜加工方法１＞乃至＜加工方法３＞の何れかにより、被加工層１２と基板１１に対しては一様に加工を施され、被加工層１２の表面に形成された３次元形状が基板１１に転写される。なお、被加工層１２の表面に形成された３次元形状が基板１１に転写されるような加工方法であれば、＜加工方法１＞乃至＜加工方法３＞以外のどのような方法を用いてもよい。
【００２３】
これにより、被加工層１２に形成された３次元形状のマイクロレンズのパターンが基板１１に転写され、被加工層１２が無くなった状態で、基板１１の表面にマイクロレンズアレイのパターンが形成されて光学素子が完成する。図１の（ｃ）には、各工程により加工・製造された光学素子の側面図、図２の（ａ）に同光学素子の斜視図を示す。同図に示すように、光学素子１５は、表面に３次元形状のマイクロレンズアレイが形成されている。このマイクロレンズアレイを形成するｎ個（ｎ＞１）の凸状曲面１６１，１６２，・・・１６ｎ（ｎ＞１）の幅方向大きさは約１．０ｍｍ程度に形成されている。凸状曲面１６１，１６２，・・・１６ｎは図２の（ａ）に示すように畝状に形成される。但し図２の（ｂ）に示すようにドーム型に形成されていてもよい。このような加工方法を用いることにより、１つのレンズの直径が１mm以下のマイクロレンズアレイを精度良く作ることが出来る。
【００２４】
なお、レジスト１３と被加工層１２のエッチングレートの違い、及び被加工層１２と基板１１との硬度の違いにより、レジスト１３に形成されたマイクロレンズのパターンと被加工層１２の表面に形成されたマイクロレンズのパターン、及び被加工層１２に形成されたマイクロレンズの基板１１の表面に形成されたマイクロレンズのパターンはその凹凸度が異なるが、所望の凹凸を有するマイクロレンズのパターンが基板１１の表面に形成されるように、予め、レジスト１３に形成されるマイクロレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。
【００２５】
以上、この実施の形態の加工方法においては、表面が３次元形状を呈する被加工層１２に加工を施して、被加工層の３次元形状を基板１１に転写させることにより、被加工層１２に形成された３次元形状に略同一の３次元形状を基板１１の表面に形成させることができる。その際、機械的除去加工を施すことにより、寸法精度の高い加工、表面粗さが小さい加工を行うことができて、寸法バラツキを極めて小さくすることができる。また、基板１１の表面に被加工層１２が成膜されており、この被加工層１２ごと基板に加工を施すので、直接機械加工を施した場合と違い、蛍石等のフッ化物によって形成された基板１１の表面に不要な凹凸を形成することなく加工できる。これにより、蛍石等のフッ化物を素材に用いた場合であっても容易に加工処理を行うことができ、かつ高性能な光学素子を生成できる。
【００２６】
この実施の形態によれば、基板１１の表面に被加工層１２を成膜させ、被加工層１２の表面にレジスト１３を成膜させた後に、レジスト１３の表面に３次元形状を形成し、３次元形状が形成されたレジスト１３にドライエッチングを施してレジスト１３の３次元形状を被加工層１２の表面に転写させることで被加工層１２の３次元形状を形成することにより、被加工層１２やレジスト１３を成膜する工程と、化学的処理や機械的除去加工による表面加工の工程とをそれぞれ連続した工程として行うことができる。これにより、成膜加工、表面処理の各工程を合理的に行い、製造効率を向上させることができる。
【００２７】
なお、上記実施の形態においては、基板１１の表面に成膜された被加工層１２の表面にレジスト１３を成膜させたものに対し、レジスト１３の表面への３次元形状の形成を行い、更にドライエッチングを行い、更に機械的除去加工を行うことで光学素子１５を生成したが、これに代えて、被加工層１２の表面にレジスト１３を成膜させたものについて、レジスト１３の表面への３次元形状の形成を行い、さらにドライエッチングを行って被加工層１２にレジスト１３の表面の３次元形状を転写させたのち、この３次元形状が形成された被加工層１２を基板１１の表面に成膜させて、被加工層１２と基板１１とに機械的除去加工を行うことで光学素子１５を生成させて、基板１１が誤ってドライエッチングされてしまう事態を確実に防止することもできる。
【００２８】
上記実施の形態において、基板１１は蛍石により形成されるものとしたが、蛍石以外のフッ化物によって形成してもよいし、石英ガラス、プラスチック等、フッ化物以外の素材によって形成された基板に上記実施の形態を適用することもできる。
【００２９】
上記実施の形態において、被加工層１２は石英ガラスとしたが、石英ガラス以外の素材によって被加工層を形成してもよい。
【００３０】
上記実施の形態において、レジスト１３に形成された３次元形状を被加工層１２に転写させる際に用いる化学的処理はドライエッチングを用いたが、ウエットエッチング等、ドライエッチング以外のエッチング処理や、エッチング以外の化学的処理を用いてもよい。また、上記実施の形態においてはハロゲン系のドライエッチングガスを用いたが、アルゴン系のガス等、ハロゲン系以外のガスをエッチングガスに用いてもよい。
【００３１】
次に、以上のように加工・製造された光学素子１５を用いた露光装置３０について、図３を用いて説明する。
【００３２】
この露光装置３０は、少なくともエキシマレーザ等を露光光として供給するための光源３１、この露光光をマスクＲに供給するための照明光学系３２、マスクＲのパターンのイメージを被露光基板Ｗ上に投影するための投影光学系３３を含んでいる。
【００３３】
照明光学系３２は、マスクＲと被露光基板Ｗとの間の相対位置を調節するためのアライメント光学系３４を含んでいる。マスクＲは、マスク交換系３５により位置が制御されるマスクステージ３６に配置されている。被露光基板Ｗは、ステージ制御系３７により位置が制御されるウェハーステージ３８に配置されている。更に、光源３１、アライメント光学系３４、マスク交換系３５、ステージ制御系３７は、主制御部３９によって制御される。
【００３４】
このような露光装置３０では、詳細な図示は省略されているが、この発明の成膜方法で成膜された多数の光学素子が、照明光学系３２及び／または投影光学系３３に配置されている。
【００３５】
このような露光装置３０によれば、照明光学系３２及び／または投影光学系３３を構成する光学素子として、膜厚ムラ及び屈折率ムラが優れた光学性能を備えているので、高精度に露光することが可能である。
【００３６】
なお、上記実施の形態は本発明の例示であり、本発明が上記実施の形態のみに限定されることを意味するものではないことは、いうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この実施の形態の光学素子の加工方法を示す図である。
【図２】（ａ）同上光学素子の加工方法によって加工・製造された光学素子の斜視図、（ｂ）同光学素子の変形例を示す斜視図である。
【図３】同上実施の形態により加工・製造された光学素子を用いた露光装置である。
【図４】従来の光学素子の加工方法を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１１・・・基板
１２・・・被加工層
１３・・・レジスト
１５・・・光学素子
３０・・・露光装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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