JP2000056114A

JP2000056114A - 回折光学素子の製造方法及び製造装置

Info

Publication number: JP2000056114A
Application number: JP10234929A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ogusu; 誠小楠; Keiko Chiba; 啓子千葉
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-08-06
Filing date: 1998-08-06
Publication date: 2000-02-25

Abstract

(57)【要約】【課題】接合面に気泡等が残存することなく他の部材
を接着して高剛性及び高精度の回折光学素子を製造す
る。【解決手段】回折光学素子をチャック１２に載せ、排
気口１７から空気を排出して固定する。治具１１を所定
角度回転してマーク位置をマークスコープ１８で計測
し、回折光学素子１６と治具１１の偏心を除去して回転
中心を一致させる。屈折レンズ１９をレンズホルダ１３
に載せ、異なる２点においてレーザー測長機２０により
表裏２面までの距離を計測し、屈折レンズ１９の光軸と
治具１１の偏心を除去して回転中心を一致させる。レン
ズホルダ１３を下降して回折光学素子１６を屈折レンズ
１９に中心位置から接触させ、吸着している排気口１７
の負圧を大気圧に戻すことにより、中心位置から徐々に
周辺部へ接合部を拡げて両者を直接接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体露光装置、
カメラ、望遠鏡、顕微鏡等の光学系に使用する回折光学
素子の製造方法及び製造装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から回折光学素子は、図１８に示す
ようなブレーズド形状Ｂの断面を有する回折光学素子１
が理想的とされ、設計波長に対する回折光率は１００％
にすることが可能とされている。しかし、現実には完全
なブレーズド形状Ｂを加工することは困難であるため
に、通常はブレーズド形状Ｂを量子化して近似し、図１
９に示すような階段形状Ｓの断面を有するバイナリオプ
ティクスと呼ばれる回折光学素子２が利用されている。
この回折光学素子２は回折光学素子１を近似したもので
あり、一次回折光の回折効率は図１９の４レベルのバイ
ナリオプティクスで８０％以上を確保することができ
る。

【０００３】ここで、近似の度合いを高めたり、回折光
学素子２に大きなパワーを持たせるためには、回折光学
素子２の周期構造のピッチを可能な限り小さくする必要
があり、このような高性能な回折光学素子２を得るため
に、半導体製造で培われたリソグラフィ技術が用いられ
ている。

【０００４】現状使用されているリソグラフィ工程用の
装置は、厚さが１ｍｍ未満のウエハを扱うことを前提と
して設計されているために、リソグラフィ工程により作
成される回折光学素子３は、図２０に示すように薄い円
板形状に形成されている。

【０００５】図２１は従来の露光装置の構成図を示し、
上方から光源４、レチクルＲを保持する保持台５、レン
ズ６や回折光学素子３を含む投影光学系７が配置されて
おり、投影光学系７の下方にウエハＷを載置するウエハ
ステージ８が配置されている。

【０００６】ウエハステージ８によってウエハＷを所望
の位置に位置決めし、図示しないフォーカス検出手段に
よりウエハ高さをフォーカス位置に調整する。図示しな
いシャッタを開き、光源４からの照明光によってレチク
ルＲを照明し、レチクルＲ上の回路パターンを投影光学
系７によりウエハＷ上に投影する。また、レンズ６はウ
エハＷの熱歪み等による伸縮に対応するために、微小に
上下動可能とされており、これによって投影光学系７の
倍率補正や収差補正が行われる。

【０００７】半導体露光装置の投影レンズ系は要求精度
が厳しいために、重力を考慮すると鉛直方向に光軸を設
定するのが一般的である。即ち、回折光学素子３はレン
ズとして投影光学系７中に横置き状態で配置されてい
る。ここで、回折光学素子３は直径に対して非常に薄い
ので、ウエハ形状のままでは自重によっても変形し、収
差の発生原因となる。また、保持や表裏面での圧力差に
よる外力によっても変形する虞れがあり、所望の光学性
能を得るためには、このような変形を抑えることが望ま
しく、従って回折光学素子３には十分な強度が要求され
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例において、回折光学素子３をリソグラフィ工程を介
して作製する際の半導体製造装置は、Ｓｉウエハの規格
の範囲内で最も精度が保たれるように設計されている。
即ち、Ｓｉウエハは形状として外径が１５０ｍｍ( ６イ
ンチ）、２００ｍｍ（８インチ）、３００ｍｍ（１２イ
ンチ）などに定められており、そのサイズ毎に厚さ範囲
も決まっている。その厚さは１ｍｍ以下とされ、通常の
光学素子に比べて非常に薄い基板となる。この半導体製
造装置をＳｉウエハの規格の範囲外で使用するように改
造すると、基板の精度を保持することが困難になる。

【０００９】更に、リソグラフィ工程にはレジストパタ
ーン形成とエッチング工程などが含まれ、レジストパタ
ーン形成では有機物であるレジストを塗布し、加工すべ
き面形状が形成されているレチクルを介して、光を用い
て露光、ベーク、現像工程を行い、所望の面形状を有す
るレジストパターンを形成する。このときのレジストの
塗布には、高速で基板を回転させてレジストを均一な膜
厚に塗布するスピンナと呼ばれる装置が使用されるの
で、基板の重量が重くなることにより、回転の負荷が大
きくなって制御が難しくなる。

【００１０】また、ベーク工程には温度制御性の高いホ
ットプレートが使用されて、秒単位の管理が行われてい
るが、石英のように熱伝導率の悪い材料でかつ厚い基板
で温度制御を行うことは非常に難しい。また、エッチン
グ工程では、レジストパターンをマスクとして薬品を用
いてエッチングを行ったり、プラズマなどを用いるドラ
イエッチング装置を用いて加工するが、主として使用さ
れる精度の高いドライエッチング方式では、基板の冷却
等が必要となり、レジストのベークと同様に熱伝導率の
悪い材料でかつ厚い基板での温度制御は困難である。

【００１１】このような薄板基板を使用して作製された
回折光学素子３を横置きに投影光学系７に搭載する場合
には、従来の保持方法で鏡筒に保持すると、レンズの自
重変形や、鏡筒の加工精度による接触部位の不均一、固
定時に加わる力等による取付時の歪み、気圧や温度変動
による変形により、回折光学素子３に面変形が発生し
て、設計時の性能が発揮できずに像性能が劣化する。ま
た、基板は外径が１５０ｍｍ( ６インチ）、２００ｍｍ
（８インチ）、３００ｍｍ（１２インチ）のように定ま
った値のものしかないので、光学系に使用する場合に
は、作製した後に回折光学素子３の外径寸法を修正する
ための加工を行う必要が生ずる。この外径加工において
は、基板の周辺部のガラスを削るために、微細なパター
ンを作製した回折光学素子３に削り屑が付着し、またパ
ターン間に入り込んだ塵埃が洗浄によっても完全には除
去できず、光学性能を劣化させる原因となる。

【００１２】本発明の目的は、上述の問題点を解消し、
自重及び／又は保持部材の圧力及び／又は気圧により変
形しない剛性を有する回折光学素子の製造方法及び製造
装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に係る回折光学素子の製造方法は、単体では自
重及び／又は保持部材の圧力及び／又は気圧によって変
形する回折格子を他の部材に１つの接触点において接触
する工程と、前記接触点から全体に接触面を拡げるこれ
により両者を接合する工程とを有することを特徴とす
る。

【００１４】また、本発明に係る回折光学素子の製造装
置は、単体では自重及び／又は保持部材の圧力及び／又
は気圧によって変形する回折格子の中心位置を計測する
第１の計測手段と、前記回折格子を所定位置に位置調整
する第１の調整手段と、他の部材の中心位置を計測する
第２の計測手段と、前記他の部材を所定位置に位置調整
する第２の調整手段と、前記回折格子を前記他の部材か
ら見て凸形状に変形する変形手段と、前記回折格子及び
他の部材を接合して一体化する接合手段とを有すること
を特徴とする。

【００１５】本発明に係る回折光学素子の製造装置は、
回折機能を有する回折格子の中心位置を計測する第１の
計測手段と、他の部材の中心位置を計測する第２の計測
手段と、前記回折格子と前記他の部材を対向して平行に
近接配置する保持手段と、前記回折格子と前記他の部材
を周辺部において接触した後に前面において平行に接触
するまで連続的に駆動する可動手段とを有することを特
徴とする。

【００１６】本発明に係る製造装置の好適な実施例は、
第１の計測手段により回折格子の所定測定に設けたマー
クを観察する。

【００１７】また、本発明の好適な実施例は、第２の計
測手段により他の部材表面の任意の位置のうねりを検出
する。

【００１８】更に、本発明の好適な実施例は、変形手段
により回折格子を周辺部にモーメントを発生して凸状に
変形する。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明を図１〜図１７に図示の実
施例に基づいて詳細に説明する。図１、図２は第１の実
施例の断面図を示し、エアベアリングを使用して回転軸
１０がぶれずに回転可能な治具１１上には、回折光学素
子チャック１２が搭載され、治具１１の側面には略円筒
上のレンズホルダ１３が外接されている。チャック１２
の表面には半径が異なる大小２つの円環状の突起１４、
１５が上方に向けて突設されており、突起１４、１５の
間には、石英基板上に回折格子が形成された回折光学素
子１６を吸着するための排気口１７が設けられている。
また、突起１４、１５は共に回折光学素子１６の最外周
パターンよりも小さな直径を有し、直径が小さい方の突
起１５は大きい方の突起１４よりも高さが５０μｍ高く
形成されている。

【００２０】チャック１２及びレンズホルダ１３の上方
には、回折光学素子１６の中心を特定するための観察系
が回転軸１０に対し偏心して設けられており、本実施例
では、観察系として位置合わせ用マークを読み取るマー
クスコープ１８が配置されている。更に、レンズホルダ
１３にセットする屈折レンズ１９の位置合わせのため
に、屈折レンズ１９の表裏２面までの距離を測定可能な
レーザー測長機２０とミラー２１が配置されている。

【００２１】図３は工程のフローチャート図を示し、回
折光学素子１６をチャック１２に載せ、排気口１７から
空気を排出して吸着により固定する。このとき、２つの
突起１４、１５の間が負圧となるために、回折光学素子
１６は負圧となる部分がチャック１２側に落ち込むよう
に変形する。その結果、回折光学素子１６の外周部にモ
ーメントが発生し、突起１５との接点を支点として回折
光学素子１６の中央部が極く僅かに隆起する。

【００２２】次に、回折光学素子１６の位置調整のため
に、所定角度だけ治具１１を回転して回折光学素子１６
の向きを変え、回折光学素子１６上の図４に示すような
マークＭをマークスコープ１８で計測して、回折光学素
子１６の中心と治具１１の回転軸１０の中心を一致させ
る作業を行う。

【００２３】先ず、回折光学素子１６を角度９０度毎に
回転して、直交する方向のマークＭの偏心量を算出す
る。マークＭは回折光学素子１６の中心から等距離に形
成されているので、マークスコープ１８の位置を固定し
て計測した両マークＭの位置差の半分が偏心量となる。
治具１１に対してチャック１２を相対的に移動すること
により、回折光学素子１６と治具１１の回転軸１０との
偏心を除去する。

【００２４】ここでは、回折光学素子１６の中心を特定
するために専用のマークＭを使用しているが、このマー
クＭは本実施例のように回折光学素子１６の中心を計測
する目的のために用意したものでもよいし、回折光学素
子１６を加工する際に使用したパターニング用のマーク
を兼用してもよい。更に、回折光学素子１６の外周付近
のパターン、例えば図５に円で示した領域ＡをマークＭ
の代りに計測してもよい。また、マークＭは回折光学素
子１６の有効径外にあってもよく、有効径内例えば中心
に形成してもよい。

【００２５】回折光学素子１６の中心を特定するための
観察系は、予めその位置を校正して複数設けておき、同
時又は一部が重なるタイミングで使用して、観察工程の
時間を短縮するようにしてもよい。また、予め治具１１
の回転軸１０との位置校正を行った１つの観察系を、治
具１１の回転軸１０の中心に配置して測定を行ってもよ
い。

【００２６】回折光学素子１６を位置合わせした後に、
石英の屈折レンズ１９をレンズホルダ１３に載せて位置
合わせ及び接着作業を行う。先ず、屈折レンズ１９を所
望の位置に位置合わせする。屈折レンズ１９の偏心測定
は初めに光軸に対し偏心する異なる２点で、レーザー測
長機２０により表裏２面までの距離を測定する。測定す
る２点については、治具１１の回転軸１０との相対的な
位置合わせを作業前に行っているので、屈折レンズ１９
の光軸中心と治具１１の回転軸１０との偏心及び傾き
は、屈折レンズ１９の表面までの距離の差として現れ
る。治具１１を回転すると、屈折レンズ１９の回転に同
期した振幅信号となるので、表裏２面について偏心を除
去すれば、屈折レンズ１９の光軸と治具１１の回転軸１
０を一致させることができる。

【００２７】使用する光学素子の接着する面の平滑度又
は粗さは、空間周波数において１×１０⁴ 本／ｍｍ程度
の範囲では平方二乗平均で０．８〜０．９ｎｍ、２〜３
本／ｍｍの範囲では平方二乗平均で０．２〜０．３ｎｍ
である。

【００２８】回折光学素子１６、屈折レンズ１９の偏心
を除去した後に、レンズホルダ１３を降下してこれらを
接触させる。このとき、最初に接触する中心位置から水
素結合による接着現象が起こり、接着部の境界には隙間
による干渉縞が観察される。中心が接触した後に、回折
光学素子１６を吸着している負圧を排気口１７を介して
徐々に大気圧に戻すことにより、回折光学素子１６が解
放されて変形が除去される。変形が無くなるに従って、
水素結合の部位が徐々に周辺へ拡がり、最終的には回折
光学素子１６の全面に渡って屈折レンズ１９と接着され
る。

【００２９】回折光学素子１６の接着面はパーティクル
などの汚染が無い状態でなければならない。汚染がある
とボイドと呼ぶ接着不良の原因となるために、洗浄を行
う必要がある。また、水素結合に関係する石英の表面の
吸着水分量は、洗浄方法によらず保管時の環境に注意す
ればよく、通常では約１０¹³分子／ｃｍ² なのでレベル
的に問題はない。

【００３０】このように、回折光学素子１６は治具１１
に対して周辺部だけで接触するので、回折面でない裏面
で接着する場合、即ち微細加工が施された面をチャック
１２側にする場合でも、微細加工された回折面とチャッ
ク１２が接触することはなく、良好な接着を実施するこ
とができる。

【００３１】このように接着されたレンズを使用する場
合には、水素結合の状態で使用してもよいし、加熱処理
をして結合力を強めてもよい。ＳＯＩ（Silicon on Ins
ulator）技術として報告されている中に貼合わせＳＯＩ
技術があり、一般的には水素結合の状態から加熱処理す
ると結合状態が共有結合に変化する。完全に共有結合に
移行するまでの間は、水素結合と共有結合が共存する状
態と考えられ、加熱処理温度の上昇に伴って接着強度も
増加する。なお、一般的なＳｉＯ₂ を主成分とする光学
ガラスでも、同様の手法により良好な接着を実施するこ
とができる。

【００３２】図６は第２の実施例の断面図を示し、回折
光学素子チャック２２は治具２３にピエゾ素子２４を介
して固定されており、チャック２２には円環状の突起２
５が上方に向けて設けられ、治具２３の上端には押さえ
用部材２６が取り外し自在に設けられている。

【００３３】回折光学素子１６はチャック２２に固定さ
れる場合に、先ず他の面よりも一段高い円環状の突起２
５に接触する。その後に、押さえ用部材２６を回折光学
素子１６の上から図示しない固定用ねじにより治具２３
に固定する。そして、ピエゾ素子２４に電圧を印加して
チャック２２を治具２３に対して相対的に押し上げる。
本実施例では回折光学素子１６を変形するために、チャ
ック２２と治具２３が相対的に移動し、円環状の突起２
５と押さえ用部材２６により接触する回折光学素子１６
の円周部に、モーメントを発生させて図示を省略した屈
折レンズなどと良好な接着を実現している。

【００３４】更に、チャック２２と治具２３を一体化し
てピエゾ素子２４を省略し、押さえ用部材２６の固定用
ねじの締め込みだけで、回折光学素子１６に変形を発生
させることも可能である。ただし、ピエゾ素子２４を使
用して変形した方がより作業が安定し、均一な変形を与
えること及び作業者の技量によらないことなどの点で好
適である。

【００３５】また、本実施例は回折光学素子１６と治具
２３が回折光学素子１６の周辺部だけで接触するので、
回折面でない裏面で接着する場合、即ち微細加工が施さ
れた面をチャック２２側にする場合にも、微細加工した
回折面にチャック２２が接触することなく、良好な接着
を実施することができる。

【００３６】図７は第３の実施例の断面図を示し、治具
２７上の略中央部にピエゾ素子２８を介してピン２９が
立設されており、治具２７の側部上面には吸着溝３０が
円環状に設けられ、吸着溝３０には排気口３１が連結し
ている。

【００３７】治具２７に載置された回折光学素子１６
は、排気口３１による排気により負圧とされた吸着溝３
０に吸着される。位置調整を実施した後に、図示しない
接触面が図示しない屈折レンズの平面と接触する工程で
は、ピエゾ素子２８に電圧を印加してピン２９を吸着溝
３０のレベルよりも上方に突出させると、吸着溝３０と
ピン２９の相対的なレベル差によって、回折光学素子１
６は中央部が凸状態に変形し、中央部から屈折レンズに
接触する。

【００３８】本実施例では、回折光学素子１６と治具２
７が回折光学素子１６の周辺部だけで接触するので、回
折面でない裏面で接着する場合、即ち微細加工が施され
た面を治具２７側にする場合でも、微細加工した回折面
と接触する面積はピン２９の部分に限定され、良好な接
着を実現することができる。

【００３９】図８は第４の実施例の断面図を示し、回折
光学素子１６は屈折レンズではなく平行平板３２と接合
する。第１の実施例の治具１１の側面に、平行平板３２
を位置決めするための３点の当接部３３を有する平行平
板ホルダ３４が外接されている。そして、石英ウエハか
ら成る回折光学素子１６には、位置測定用マークが形成
されている。

【００４０】回折光学素子１６をチャック１２上に載置
し、マークスコープ１８により回折光学素子１６の中心
とチャック１２の中心が一致するように調整する。回折
光学素子１６は負圧により突起１４、１５間でチャック
１２に吸着され、突起１４、１５のために回折光学素子
１６は中央部が凸状に極く僅かに変形する。なお、回折
光学素子１６の中心出しは、回折光学素子１６のパター
ンそのものを使用して行ってもよい。測定後に、マーク
スコープ１８は接合装置から接合に邪魔にならない場所
に移動する。

【００４１】平行平板ホルダ３４の３点の当接部３３に
平行平板３２を載せると、チャック１２の中心と平行平
板３２の中心が一致する。回折光学素子１６と平行平板
３２の中心を位置合せした後に、平行平板３２は先ず回
折光学素子１６の中心に接触する。突起１４、１５間の
負圧を徐々に大気に戻すことにより回折光学素子１６の
変形が開放され、回折光学素子１６と平行平板３２は徐
々に接触し直接接合される。当接部３３を有する平行平
板ホルダ３４を採用することにより、形状から中心位置
を計測することが困難な平行平板３２と良好な接着を実
施することができる。

【００４２】図９、図１０は第５の実施例の断面図を示
し、回転軸４０を中心に回転可能な治具４１上には周囲
に円筒部を有するホルダ４２が載置されており、治具４
１の側面には治具４３が取り外し自在に外接されてい
る。治具４３の上面には円環状平板４４が移動自在に取
り付けられ、円環状平板４４には円環状の吸着溝４５が
下向きに形成されている。ホルダ４２には例えば平凸レ
ンズ４６が支持されており、円環状平板４４の吸着溝４
５に回折光学素子１６が吸着保持されるようになってい
る。回折光学素子１６及び平凸レンズ４６の上方の周辺
位置には、マークスコープ４７及びマイクロメータ４８
が配置され、略中央位置には加圧ピン４９がバー５０に
よって支持されている。

【００４３】図９においては、治具４１上のホルダ４２
に平凸レンズ４６が凸部を下に向けて載置され、平凸レ
ンズ４６の上側の平面にはマイクロメータ４８の触針が
接触している。治具４１の回転軸４０に対して平凸レン
ズ４６の光軸が偏心している場合には、マイクロメータ
４８が示す値は治具４１全体を回転軸４０を中心に回転
させたときに変動する。従って、マイクロメータ４８の
指示値が治具４１全体を回転しても安定するように、平
凸レンズ４６の位置を修正することにより、回転軸４０
と平凸レンズ４６の光軸を一致させることができる。

【００４４】次に、図１０に示すように回折光学素子１
６を吸着溝４６により吸着したホルダ４３を治具４１に
装着して、回折光学素子１６を平凸レンズ４６の平面側
に対向させる。また、回折光学素子１６は平凸レンズ４
６の平面と数１０μｍ程度の距離に制御され、この状態
で特定の角度だけ治具４１全体を回転して回折光学素子
１６の向きを変更し、回折光学素子１６上のマークをマ
ークスコープ４７により計測する。そして、第１の実施
例と同様に、回折光学素子１６を９０度の角度毎に回転
して、直交する方向の偏心量を算出する。マークが回折
光学素子１６の中心から等距離に形成されていれば、固
定された観察系によって観察される両者の位置差の半分
が偏心量となる。治具４１に対して円環状平板４４を相
対的に移動することによって、回折光学素子１６と治具
４１の回転軸４０との偏心を除去する。

【００４５】その後に、回折光学素子１６の中央付近を
加圧ピン４９により上方に押圧し、最初にこの中央部を
平凸レンズ４６に対して接触させる。続いて、円環状平
板４４の吸着溝４５に吸着された回折光学素子１６を徐
々に解放して接着面全体を接触することによって、良好
な接着を実施することができる。

【００４６】図１１は第６の実施例の断面図を示し、第
１〜第５の実施例により回折光学素子１６と別の光学素
子を一体化した後に、更に別の光学素子を一体化する。
上下のフレーム５１ａ、５１ｂは蝶番５２により可動状
態に連結されており、上下フレーム５１ａ、５１ｂには
それぞれ弾性体５３ａ、５３ｂを介して治具５４ａ、、
５４ｂが固定され、治具５４ａ、５４ｂにはそれぞれ吸
着溝５５ａ、５５ｂが設けられている。

【００４７】このような構成により、図１２に示すよう
な平凸レンズ４６と回折光学素子１６を一体化した後
に、更に別の平凸レンズ４６を一体化した部材や、図１
３に示すような平凸レンズ４６と回折光学素子１６を一
体化した後に、更に平凹レンズ５６を一体化した部材を
製造することができる。なお、同じ構成における一体化
する順序は何れが先でも問題はない。

【００４８】第１〜第５の実施例によって一体化した平
凸レンズ４６と回折光学素子１６とを、吸着溝５５ａ又
は５５ｂを負圧にすることによって治具５４ａ又は５４
ｂに保持する。治具５４ａ、５４ｂへの各素子の位置合
わせは、第１〜第５の実施例の何れの方法でもよい。例
えば、回折光学素子１６が一体化されているものであれ
ば、回折光学素子１６の中心を特定するための各マーク
又は素子の外周部のパターン等を使用してもよく、また
レンズ４６の形状を使用して位置合わせを行ってもよ
い。例えば、側面を計測して側面や外径を基準に作業を
行ってもよく、また表裏面を使用して作業をしてもよ
い。

【００４９】治具５４ａ、５４ｂによりレンズ４６を保
持する際に、治具５４ａ、５４ｂの吸着溝５５ａ、５５
ｂを有する吸着部の内側平面と、レンズ４６の２つの表
面を使って位置調整を行う。レーザー干渉計により吸着
部の内側平面とレンズ４６の表面の距離をそれぞれ測定
する。治具５４ａ、５４ｂの内側平面からレンズ４６の
治具５４ａ、５４ｂ側の面積との距離が等しい位置を測
定点とし、この位置でレンズ４６の表裏面間の距離即ち
レンズ厚みが等しくなるように、レンズ４６の保持位置
を調整する。これによって、治具５４ａ、５４ｂの吸着
溝５５ａ、５５ｂを有する円環状の支持部の中心同士が
一致し、組み立てたときの光学素子同士の中心が一致す
る。

【００５０】更に、フレーム５１ａ、５１ｂを蝶番５２
を支点として動かして、光学素子同士を接触させる。こ
のとき、治具５４ａ、５４ｂの光学素子を支持する仮想
平面同士が平行になった状態で、この仮想平面間の距離
を一体化したレンズ４６の厚み未満とすることにより、
光学素子同士は蝶番５２に近い部位から接触を開始す
る。なお、不均一な接触を開始しても、弾性体５３ａ、
５３ｂが変形することによって幾何学的配置の矛盾を吸
収することができる。

【００５１】本実施例によれば、図１４に示すように平
凸レンズ４６と平凹レンズ５６の組み合わせや、図示し
ない平凸レンズ４６同士又は平凹レンズ５６同士の一体
化も実施することができ、図１５に示すような球面レン
ズ５７、５８同士の同じ曲率面を接触させる一体化も可
能である。なお、本実施例では３番目に接合する部材を
非平行状態から平行状態へ全面接触する手法を述べた
が、同様の手法を回折光学素子１６と他の部材の一体化
に使用してもよく、この手法によれば厚板基板同士の一
体化も可能である。

【００５２】図１６、図１７は第７の実施例の断面図を
示し、図９、図１０と同様の構成であり、回折光学素子
１６を平凸レンズ４６ではなく平行平板３２と接合す
る。図１６では、治具４１上のホルダ４２に平行平板３
２が載置されており、平行平板３２の側面にマイクロメ
ータ４８の触針が接触している。治具４１の回転軸４０
と平行平板３２の中心がずれている場合には、マイクロ
メータ４８が示す値は治具４１全体を回転したときに変
動するので、マイクロメータ４８の指示値が治具４１全
体を回転しても安定するように、平行平板３２の位置を
修正することによって、治具４１の回転軸４０と平行平
板３２の中心を一致させる。

【００５３】次に、図１７に示すように回折光学素子１
６を平行平板３２に対向させて、吸着溝４５により回折
光学素子１６を保持する。また、回折光学素子１６は平
行平板３２と数１０μｍ程度の距離に制御されており、
この状態で特定の角度だけ治具４１全体を回転して回折
光学素子１６の向きを変更し、回折光学素子１６上のマ
ークをマークスコープ４７により計測する。そして、第
１の実施例と同様に、回折光学素子１６を９０度の角度
毎に回転し、直交する方向の偏心量を算出する。位置を
固定したマークスコープ４７により、回折光学素子１６
の中心から等距離の直交する２つのマークを計測すれ
ば、両者の位置差の半分が偏心量となる。治具４１に対
して円環状平板４４を相対的に移動することにより、回
折光学素子１６と回転軸４０との偏心を除去する。

【００５４】その後に、回折光学素子１６の中央付近を
加圧ピン４９により圧力を加えて、平行平板３２に対し
て接触させ、吸着溝４５から回折光学素子１６を徐々に
解放することによって、接触は徐々に接着面全体に及
び、良好な接着を実施することができる。

【００５５】接着対象として、石英と蛍石などの弗化物
（弗化リチウム、弗化バリウム、弗化マグネシウム、弗
化ストロンチウム）を使用できる。この場合に、石英を
変形して接着する場合は問題はなく、石英に近いヤング
率を示す蛍石を変形する場合には、第１〜７の実施例と
同様の手法を用いて良好な水素結合による接着を実施す
る。

【００５６】また、蛍石などの弗化物（弗化リチウム、
弗化バリウム、弗化マグネシウム、弗化ストロンチウ
ム）同士を接着対象とすることもできる。この場合に
は、第２の実施例で行ったように、蛍石においても第１
〜５の実施例と同じ手法によって変形させることがで
き、更に第１〜７の実施例と同じ手法によって良好な水
素結合による接着を実施することができる。

【００５７】また、接着すべき面に超純水を０．０５ｃ
ｃ程滴下し、屈折レンズと接触させることもできる。こ
の状態では、接着すべき光学素子同士が動いてしまうの
で、治具に保持したまま乾燥雰囲気中に保管する。保管
する雰囲気により異なるが、数時間〜数１０時間後には
余分な水が除去された水素結合により、光学素子同士が
動かない接着を達成することができる。なお、発明者ら
の実験によれば、乾燥雰囲気中に保管するだけではなく
加熱処理を行えば、より一層短時間で余分な水を除去で
きることを確認している。

【００５８】前述の実施例において、水素結合状態にな
った光学素子を、窒素雰囲気の密閉容器に入れて加圧処
理をすることによって、更に接着強度を向上することが
できる。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折光
学素子の製造方法は、単体では自重や保持や気圧により
変形する回折格子と他の部材を１点において接触し、接
触点から全体に接触面を拡げて接合することにより、高
剛性かつ高精度の回折光学素子を効率良く安定して製造
することができる。

【００６０】また、本発明に係る回折光学素子の製造装
置は、単体では自重や保持や気圧により変形する回折格
子と他の部材それぞれの中心位置を計測し、正確に位置
調整を行って両者を接合することにより、気泡などが残
存しない良好な接着を実施することができ、光利用効率
の良好な高精度の素子を得ることができる。

【００６１】更に、本発明に係る回折光学素子の製造装
置は、回折格子と他の部材を周辺部において接触させて
平行になるまで連続的に接合することにより、両面から
複数の光学素子を高精度に接着することもでき、半導体
デバイスなどに使用可能な傷や塵埃等の不良がない良好
な素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例の断面図である。

【図２】接合作業の断面図である。

【図３】フローチャート図である。

【図４】位置合わせのマークの説明図である。

【図５】位置合わせのマークの説明図である。

【図６】第２の実施例の断面図である。

【図７】第３の実施例の断面図である。

【図８】第４の実施例の断面図である。

【図９】第５の実施例の断面図である。

【図１０】接合作業の断面図である。

【図１１】第６の実施例の断面図である。

【図１２】複合光学素子の側面図である。

【図１３】複合光学素子の側面図である。

【図１４】複合光学素子の側面図である。

【図１５】複合光学素子の側面図である。

【図１６】第６の実施例の断面図である。

【図１７】接合作業の断面図である。

【図１８】従来例のフレネルレンズの断面図である。

【図１９】バイナリオプティクスの断面図である。

【図２０】回折光学素子の斜視図である。

【図２１】露光装置の構成図である。

【符号の説明】

１１、２３、２７、４１、４３、５４ａ、５４ｂ治具１２、２２回折光学素子チャック１３、３４、４２レンズ又は平行平板ホルダ１４、１５、２５円環状突起１６回折光学素子１７、３１排気口１８、４７マークスコープ１９、４６、５６、５７、５８屈折レンズ２０レーザー測長機２４、２８ピエゾ素子２６押さえ用部品２９、４９ピン３０、４５、５５ａ、５５ｂ吸着溝３２平行平板３３当接部３４平行平板ホルダ４８マイクロメータ５１ａ、５１ｂフレーム５３ａ、５３ｂ弾性体

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】単体では自重及び／又は保持部材の圧力
及び／又は気圧によって変形する回折格子を他の部材に
１つの接触点において接触する工程と、前記接触点から
全体に接触面を拡げるこれにより両者を接合する工程と
を有することを特徴とする回折光学素子の製造方法。
【請求項２】単体では自重及び／又は保持部材の圧力
及び／又は気圧によって変形する回折格子の中心位置を
計測する第１の計測手段と、前記回折格子を所定位置に
位置調整する第１の調整手段と、他の部材の中心位置を
計測する第２の計測手段と、前記他の部材を所定位置に
位置調整する第２の調整手段と、前記回折格子を前記他
の部材から見て凸形状に変形する変形手段と、前記回折
格子及び他の部材を接合して一体化する接合手段とを有
することを特徴とする回折光学素子の製造装置。
【請求項３】前記第１の計測手段は１つ以上の観察系
を有し、該観察系によって所定の位置を指示するマーク
を観察する請求項２に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項４】前記第２の計測手段は、前記他の部材及
び該他の部材を搭載する治具を一体的に回転して、前記
他の部材表面の任意の位置のうねりを検出する検出手段
を備えた請求項２に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項５】前記他の部材は光学素子とし、前記検出
手段はレーザー干渉計とした請求項４に記載の回折光学
素子の製造装置。
【請求項６】前記検出手段はマイクロメータとした請
求項４に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項７】前記第１の計測手段は前記回折格子の有
効径外に配置する請求項２に記載の回折光学素子の製造
装置。
【請求項８】前記第１の計測手段は前記回折格子の中
心に配置する請求項２に記載の回折光学素子の製造装
置。
【請求項９】前記マークはパターニング工程のマーク
を兼用する請求項３に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項１０】前記観察系により前記回折格子の回折
パターンを観察する請求項３に記載の回折光学素子の製
造装置。
【請求項１１】前記変形手段は周辺部のみで前記光学
素子を保持する請求項２に記載の回折光学素子の製造装
置。
【請求項１２】前記変形手段は前記回折格子を周辺部
にモーメントを発生させて凸状に変形するモーメント発
生手段とした請求項２に記載の回折光学素子の製造装
置。
【請求項１３】前記モーメント発生手段は、異なる半
径の２つのエッジで前記回折格子と接触し、前記２つの
エッジに囲まれた領域を負圧にすることにより、前記回
折格子を吸着して前記領域内を変形する請求項１２に記
載の回折光学素子の製造装置。
【請求項１４】前記モーメント発生手段は、異なる半
径の２つの作用点で前記回折格子と接触し、これらの接
触面は互いに表裏の関係を有し、前記２つの作用点を押
圧して前記回折格子を変形する請求項１２に記載の回折
光学素子の製造装置。
【請求項１５】前記変形手段は、前記回折格子を周辺
部において吸着する吸着手段と、中心部において制御可
能な力によって前記周辺部の吸着面と同一又は低い位置
から該吸着面より隆起することを可能とする駆動手段と
を有し、前記周辺吸着部の円と前記駆動手段により隆起
した前記中心部の点とにより前記光学素子が球面形状と
なる請求項２に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項１６】前記他の部材を側面を基準として位置
決めする位置決め手段を有する請求項２に記載の回折光
学素子の製造装置。
【請求項１７】前記位置決め手段は治具への当接とし
た請求項１６に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項１８】前記位置決め手段は、前記他の部材及
び前記他の部材を搭載する治具を一体的に回転し、前記
基準とする側面位置をマイクロメータで検出して前記治
具の回転中心からの偏心を除去する請求項１６に記載の
回折光学素子の製造装置。
【請求項１９】回折機能を有する回折格子の中心位置
を計測する第１の計測手段と、他の部材の中心位置を計
測する第２の計測手段と、前記回折格子と前記他の部材
を対向して平行に近接配置する保持手段と、前記回折格
子と前記他の部材を周辺部において接触した後に前面に
おいて平行に接触するまで連続的に駆動する可動手段と
を有することを特徴とする回折光学素子の製造装置。
【請求項２０】前記第１の計測手段は１つ以上の観察
系を有し、該観察系によって所定の位置を指示するマー
クを観察する請求項１９に記載の回折光学素子の製造装
置。
【請求項２１】前記第２の計測手段は、前記他の部材
及び前記他の部材を搭載する治具を一体的に回転して、
前記他の部材の表面の任意の位置のうねりを検出する検
出手段を備えた請求項１９に記載の回折光学素子の製造
装置。
【請求項２２】前記他の部材は光学素子とし、前記検
出手段はレーザー干渉計とした請求項２１に記載の回折
光学素子の製造装置。
【請求項２３】前記検出手段はマイクロメータとした
請求項２１に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項２４】前記第１の計測手段は前記回折格子の
有効径外に配置する請求項１９に記載の回折光学素子の
製造装置。
【請求項２５】前記第１の計測手段は前記回折格子の
中心に配置する請求項１９に記載の回折光学素子の製造
装置。
【請求項２６】前記マークはパターニング工程のマー
クを兼用する請求項２０に記載の回折光学素子の製造装
置。
【請求項２７】前記観察系により前記回折格子の回折
パターンを観察する請求項２０に記載の回折光学素子の
製造装置。
【請求項２８】前記他の部材を側面を基準として位置
決めする位置決め手段を有する請求項１９に記載の回折
光学素子の製造装置。
【請求項２９】前記位置決め手段は治具への当接とし
た請求項２８に記載の回折光学素子の製造装置。
【請求項３０】前記位置決め手段は、前記他の部材及
び前記他の部材を搭載する治具を一体的に回転し、前記
基準とする側面位置をマイクロメータで検出して前記治
具の回転中心からの偏心を除去する請求項２８に記載の
回折光学素子の製造装置。
【請求項３１】前記保持手段の一部を変形可能な弾性
体とした請求項１９に記載の回折光学素子の製造装置。