JP2000314803A

JP2000314803A - 光学素子

Info

Publication number: JP2000314803A
Application number: JP11125163A
Authority: JP
Inventors: Hideo Kato; 日出夫加藤; Hiroshi Maehara; 広前原
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1999-04-30
Filing date: 1999-04-30
Publication date: 2000-11-14

Abstract

(57)【要約】【課題】光学素子の汚染を防止すると共に補強する。【解決手段】基板１１上に設けたＢＯレンズ１５の表
面に反射防止膜２２を成膜し、別途に用意し反射防止膜
を設けた保持基板２３とを接合により基板１１、２３の
外周部分とＢＯ最上面とにより接合を行い、保持シール
ドタイプのＢＯ光学素子４１を製作する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、露光装
置、撮影装置、照明装置等に使用される光学素子に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】回折格子は従来から分光器の分光素子と
して使用されてきており、その形状は鋸歯状の所謂ブレ
ーズドタイプと呼ばれており、回折効率は１００％に達
するものもある。

【０００３】また近年では、回折を利用した光学素子と
して階段状形状のバイナリオプティクス（ＢＯ）素子が
注目されており、ＢＯレンズと呼ばれ、色消し効果、非
球面効果を有しているため、新しい光学系への発展に大
きな期待が持たれている。

【０００４】一般のスチールカメラ等の可視光線に適用
するレンズ光学系は、金属の型材を用いたプラスチック
の型加工法及びガラスのモールド法により製造が可能で
ある。しかし、紫外線等の波長の短い光線に適用させる
ためには、光の吸収が少ない紫外線用の硝材や、より微
細な加工精度が要求されるため、型加工法、モールド加
工法、レンズ材料等の技術の確立が困難である。また、
紫外線等の波長の短い光線に適用するＢＯレンズヘの要
求仕様は、現状のブレーズドタイプの加工限界つまり切
削加工限界を大幅に越えている。

【０００５】そこで、石英に対し半導体製造用の紫外線
を用いたフォトリソグラフィ技術とドライエッチング加
工技術を用いた手法が考案され、それにより高精度の微
細加工が或る程度可能となっている。

【０００６】しかし、希望するＢＯレンズのサイズが直
径２０ｍｍ程度であれば、３枚のクロムマスクを用いた
各１回の露光、即ち合計３回の露光と各３回のフォトリ
ソグラフィプロセスとドライエッチングプロセスの繰り
返しにより製造が可能であるが、実際に半導体用縮小露
光焼付装置（ステッパ）に適用するための直径２００ｍ
ｍ程度のＢＯレンズを製作するためには、１００近い分
割が必要となり、分割に応じてマスクの数が増加し、少
なくとも１５枚のマスクが必要とされる。このように、
製造工数の増加と複雑な工程はＢＯ素子の生産性の低下
とコストアップにつながる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
従来例により得られたＢＯ素子の表面には微細な加工が
施してあるため、取り扱いに注意を要する。更に、最近
では光学系の汚染が問題となってきており、従来のｇ線
（λ＝４３５ｎｍ）及びｉ線（λ＝３６５ｎｍ）では顕
著ではなかったものの、ＫｒＦ（λ＝２４８ｎｍ）、Ａ
ｒＦ（λ＝１９４ｎｍ）そしてＦ₂ （λ＝１５７ｎｍ）
レーザーのような高エネルギの光線を使用することによ
り、周囲の雰囲気等の影響により汚染物質が析出、堆積
することがある。また、従来のクリーンルームは塵に対
してのみ対処しており、化学物質に対しては対応してお
らず、またレジストの露光、現像プロセスに起因し発生
する分解、揮発成分も光学系及びＢＯ素子に大きな影響
を与えている。

【０００８】このような問題の対策として、従来の光学
レンズにおいては、レンズ系の分解、拭き、洗浄等によ
り或る程度は解決可能であるが、ＢＯレンズにおいては
表面に微細な凹凸が施してあるため対応は困難である。

【０００９】また、従来からシールド方法として、ＢＯ
レンズの上面を光透過性の樹脂により覆う方法がある
が、この方式は簡便であり、可視光線領域において使用
する光学系に対しては或る程度対応できるが、遠紫外光
線に適用させるには光の吸収が大きいために採用するこ
とができない。

【００１０】本発明の第１の目的は、上述の問題点を解
消し、表面が汚れ難いシールドタイプの光学素子を提供
することにある。

【００１１】また本発明の第２の目的は、保持基板によ
る物理的、機械的強度を向上した光学素子を提供するこ
とにある。

【００１２】

【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は、表面に反射防止膜を設
けた回折光学素子又は屈折光学素子の表面に、反射防止
膜を設けた保持基板又は他の光学素子とを反射防止膜を
介して接合したことを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明を図示の実施例に基づいて
詳細に説明する。図１はＢＯレンズ１の斜視図、図２は
断面図を示している。設計上では、使用波長２４８ｎｍ
のＫｒＦエキシマレーザー用を想定したものであり、約
１８０００本の輪帯が刻設され、各輪帯はそれぞれ８段
の階段状のＢＯ形状を有している。

【００１４】図３は８段の階段状ＢＯ素子の輪帯単位の
摸式図を示しており、最外殻の輪帯は設計値では各段の
幅が０．３５μｍ、高さが０．０６２μｍであり、輪帯
単位の幅は２．８μｍ、高さは０．４３４μｍである。

【００１５】図４は製造時のＢＯレンズ１及びマスクの
断面図を示しており、ＢＯ基板１１には直径２２０ｍ
ｍ、厚さ２ｍｍの石英基板を使用し、ＢＯ基板１１の上
方に３枚のクロムマスク１２〜１４を配置する。

【００１６】ＢＯレンズ１の作成にはλ＝３６５ｎｍの
ｉ線用のステッパを使用し、クロムマスク１２〜１４の
パターンをＢＯ基板１１上のフォトレジストに縮小焼付
けした後に、現像されたレジストパターンを平行平板型
のドライエッチング（ＲＩＥ）装置を用いてＢＯ基板１
１の表面をエッチング加工することにより得られる。本
実施例においては、３枚のクロムマスク１２〜１４を使
用し、上述のプロセスを３回繰り返すことにより、８段
のＢＯレンズ１５を得ることができる。

【００１７】直径２２０ｍｍのＢＯ基板１１への露光焼
付け及び加工プロセスは、ＢＯ基板１１を７６分割し、
３枚のマスク１２〜１４を５組つまり合計１５枚のクロ
ムマスクを用いて７６×３の合計２２８回による露光焼
付けと、３回のドライエッチングプロセスにより得る。

【００１８】図５はシールドタイプのＢＯ光学素子２１
の第１の実施例の断面図を示しており、図４において得
られたＢＯレンズ１５の表面に光の透過率、回折効率の
向上及びフレア等を減少させるために、抵抗加熱式蒸着
装置を用いて膜厚約４３ｎｍの弗ッ化マグネシウム（Ｍ
ｇＦ₂ ）膜から成る反射防止膜２２が成膜されている。
また、別途に用意した同様に反射防止膜２２が成膜され
ている直径２２０ｍｍの石英ガラスから成る厚さ６ｍｍ
のシールド用保持基板２３が、ＢＯレンズ１５に接して
上方に配置されている。そして、この接合は約５００℃
に保持した窒素雰囲気中においてなされる。

【００１９】保持基板２３及びＢＯレンズ１５は石英ガ
ラスであり、ＫｒＦエキシマレーザー光（λ＝２４８ｎ
ｍ）を用いる場合には、反射防止膜２２の膜厚は４３．
４ｎｍ又は１３０．２ｎｍとなる。この単層膜は大気中
から光線が通過すると反射防止膜として働くが、保持基
板２３と接触した場合には、一種の原子接合が起きる。
その際に温度が高ければ、より接合強度を増加させるこ
とになる。

【００２０】上述の一連の作成工程を経ることにより、
直径２２０ｍｍ、厚さ約１０ｍｍの接合保持シールドタ
イプのＢＯ光学素子２１を製作することができる。この
ようにして得られたＢＯ光学素子２１の回折効率は、平
均すると約７５％と良好な値を得る。

【００２１】なお、従来のＢＯレンズ１５は表面への指
等の接触は悪影響を及ぼすため、極めて慎重な取り扱い
を必要としたが、本実施例においてＢＯ光学素子２１は
仕上げの際の洗浄等が可能となったことにより、ＢＯレ
ンズ１５が汚染される虞れの少ない高品質のＢＯ光学素
子２１を得ることができる。

【００２２】この第１の実施例における石英から成るＢ
Ｏレンズ１５の代りに、蛍石の結晶材料をＢＯレンズ１
５として使用し、ＢＯレンズ１５のパターン部分には膜
厚約５００ｎｍに成膜したＳｉＯ₂ を、フォトリソグラ
フィとドライエッチング工程を用いて加工し、反射防止
膜２２として膜厚約３６ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ
₂ Ｏ₃ ）と膜厚約４１ｎｍのＳｉＯ₂ の２層膜をスパッ
タ蒸着法を用いて成膜してもよい。

【００２３】このようにして得られたシールドタイプの
ＢＯ光学素子も、同様に良好な結果を得ることができ
る。また、反射防止膜２２として酸化アルミニウムと氷
晶石の２層膜を用いても良好な結果を得る。

【００２４】更に、第１の実施例における石英から成る
保持基板２３の代りに蛍石の結晶材料を用い、反射防止
膜２２として弗ッ化アルミニウム（Ａ１Ｆ₃ ）と酸化ア
ルミニウムの２層膜を成膜し、減圧ヘリウム雰囲気中で
接合しても、同様の良好な結果を得ることができる。

【００２５】図６は第２の実施例におけるシールドタイ
プのＢＯ光学素子２１の断面図を示しており、基板１１
の裏面と保持基板２３の両面、又は保持基板２３の両面
のみに、膜厚約４３ｎｍの弗ッ化マグネシウムと膜厚約
３６ｎｍの酸化アルミニウムから成る４層膜として反射
防止膜３２が成膜されている。また、ＢＯレンズ１５の
表面には反射防止膜３２として膜厚約４３ｎｍの弗ッ化
マグネシウムの単層膜を用いても良好な結果を得ること
ができる。

【００２６】また、得られたシールドタイプのＢＯ光学
素子２１の回折効率も、平均すると８２％と良好な値を
得ることができる。

【００２７】この第２の実施例におけるＢＯレンズ１５
に石英、保持基板２３に蛍石を用い、ＢＯレンズ１５に
反射膜として弗ッ化マグネシウム、基板１１、２３に反
射防止膜３２として弗ッ化アルミニウムと酸化アルミニ
ウムの２層膜を形成しても、同様に良好な結果を得るこ
とができる。

【００２８】図７は第３の実施例におけるシールドタイ
プの反射型ＢＯ光学素子４１の断面図を示しており、Ｂ
Ｏレンズ１５の表面に反射膜３２としてアルミニウム膜
を成膜し、更にこの反射膜４２上に反射防止膜４３が成
膜されている。同様の反射防止膜３２を設けた直径２２
０ｍｍ、厚さ６ｍｍの石英ガラスから成る保持基板２３
が、ＢＯレンズ１５の表面と接するように配置され、真
空雰囲気中において基板１１、２３の接合を行う。この
接合は各輪帯の最上面と基板１１、２３の幅２０ｍｍの
外周部分においてなされる。接合の後に高温（４００
℃）かつ高圧（１０気圧）の処理を行い、強固に接合さ
れた光学素子を得ることができる。

【００２９】本実施例においては、補強の意味で側面の
接合部を紫外線硬化型接着剤４４を使用して固定するこ
とができ、製作が更に容易となる。この作成工程を経る
ことにより、直径２２０ｍｍ、厚さ約１２ｍｍのシール
ドタイプの反射型ＢＯ光学素子４１を製作することがで
きる。このようにして得られたＢＯ光学素子４１の回折
効率は、平均すると約９０％と良好な値を得る。

【００３０】また、第１〜第３の実施例において、保持
基板２３には石英、蛍石の他に、遠紫外線を透過させる
無機、有機ガラス封着剤、サファイヤ、金属酸化物、弗
ッ化物等を使用してもよい。

【００３１】本実施例のＢＯ光学素子２１、３１、４１
は特に遠紫外光線用光学系に対して有効であるが、紫外
線、可視光線、赤外線用光学系として適用することもで
きる。

【００３２】更に、第１〜第３の実施例により得られた
保持基板を用いたシールド型のＢＯ光学素子２１、３
１、４１を組み込んだレンズ光学系が得られ、この光学
系を装着したＫｒＦレーザー用ステッパである半導体製
造用縮小露光焼付装置を用いて、シリコンウエハ上のフ
ォトレジストヘの縮小焼付け及び一連の半導体製造プロ
セスにより高性能の半導体集積回路を製造することがで
きる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る回折光
学素子は、汚染等に対して対応可能で取り扱いが容易と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＢＯレンズの斜視図である。

【図２】ＢＯレンズの断面図である。

【図３】８段階段状ＢＯ素子の輪帯単位の模式図であ
る。

【図４】ＢＯレンズ及びマスクの断面図である。

【図５】第１の実施例のＢＯ光学素子の断面図である。

【図６】第２の実施例のＢＯ光学素子の断面図である。

【図７】第３の実施例のＢＯ光学素子の断面図である。

【符号の説明】

１１ＢＯ基板１５ＢＯレンズ２１、３１、４１ＢＯ光学素子２２、３２、４３反射防止膜２３保持基板４２反射膜４４接着剤

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面に反射防止膜を設けた回折光学素子
又は屈折光学素子の表面に、反射防止膜を設けた保持基
板又は他の光学素子とを反射防止膜を介して接合したこ
とを特徴とする光学素子。
【請求項２】前記回折光学素子及び前記保持基板の表
面に設けた前記反射防止膜の膜材は、金属の酸化物又は
金属の弗っ化物又は二酸化シリコンとした請求項１に記
載の光学素子。
【請求項３】前記反射防止膜を介して接合する保持基
板は紫外光透過性材料とした請求項１に記載の光学素
子。
【請求項４】前記回折光学素子の表面に設けた前記反
射防止膜の最上層の膜材と前記保持基板表面に設けた前
記反射防止膜の最上層の膜材とを同種とした請求項１に
記載の光学素子。
【請求項５】表面に前記反射防止膜を設けた前記回折
光学素子と前記保持基板とを真空又は減圧又は不活性ガ
ス雰囲気中で接合した請求項１に記載の光学素子。
【請求項６】前記保持基板は前記回折光学素子よりも
厚くした請求項１に記載の光学素子。
【請求項７】前記金属の酸化物はアルミナ又は酸化マ
グネシウム又は酸化ハフニウム又は酸化チタンとした請
求項２に記載の光学素子。
【請求項８】前記金属の弗っ化物は弗っ化マグネシウ
ム又は弗っ化リチウム又は弗っ化バリウム又は弗っ化ア
ルミニウム又は弗っ化カルシウム又は氷晶石とした請求
項２に記載の光学素子。
【請求項９】前記接合は加温雰囲気で行う請求項５に
記載の光学素子。
【請求項１０】前記接合後に加温、加圧処理をした請
求項５に記載の光学素子。
【請求項１１】請求項１〜１０の光学素子を組み込ん
だ半導体製造用露光焼付装置。
【請求項１２】請求項１１の半導体製造用露光焼付装
置を用いて製造した半導体装置。