JP2002036085A

JP2002036085A - 光学レンズの製造方法、光学部材及び露光装置

Info

Publication number: JP2002036085A
Application number: JP2000225328A
Authority: JP
Inventors: Kunihiko Yoshino; 邦彦吉野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-07-26
Filing date: 2000-07-26
Publication date: 2002-02-05

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、光学レンズの周壁面に付着する異
物を低減する光学レンズの製造方法を提供することを目
的とする。【手段】被加工物のレンズ面を研磨するレンズ面研磨
工程と、前記研磨したレンズ面の光軸を中心として予め
定めた径まで前記被加工物の外周面を削る芯取り加工工
程と、前記被加工物の外周面を研磨する外周面研磨工程
とを有することを特徴とする光学レンズの製造方法とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光学レンズの製造
方法、光学部材及びその光学部材を搭載した露光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】光学系に用いるレンズなどの光学素子の
製造方法は、研削・研磨等の仕上げ加工を片面ずつ別途
行って、対向する両面を所定のレンズ面として仕上げる
レンズ面加工工程の後、外径からの光軸の偏心をなくす
ために光軸回りに所望の外径に研削する芯取り加工工程
を行っている。

【０００３】また、大量生産時に加工時間を短縮するた
めに、特公平６−３５１０１号公報には、３面同時加工
用装置及び加工方法が開示されている。この加工方法
は、図６に示したように、被加工物１ａを、２つの加工
工具３２ａ，３２ｂの加工工具面で挟み込み、被加工物
１ａの上面を加工工具３２ａの工具面で研磨しながら同
時に、被加工物１ａの下面を加工工具３２ｂの工具面で
研磨する。また、被加工物１ａの周壁面には、ローラー
３１が接しており、ローラー３１の回転により被加工物
１ａを自転させる。また、被加工物１ａの周壁面には、
芯取り加工用の回転砥石３０が接触し、芯取り加工を行
う。

【０００４】この特公平６−３５１０１号公報記載の方
法において、芯取り加工用の回転砥石３０として、例え
ば＃２００〜＃８００程度の電着ダイヤモンド砥石等が
使用される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の製造方法で
製造したレンズの周壁面は、研削面であるので破砕面で
ある。破壊面には異物が付着する可能性が高く、異物が
付着するとそれを除去することは難しい。異物が付着し
た状態で次工程の成膜工程において、以下の問題が発生
する。

【０００６】周壁面に付着した異物からガスが発生し、
そのガスによって、光学薄膜の光学特性（例えば、透過
率）が低下すること。周壁面の異物が離脱し、離脱した
異物がレンズの入射面または出射面に再付着してしまう
こと。

【０００７】本発明は、光学レンズの周壁面に付着する
異物を低減する光学レンズの製造方法を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によれば、以下のような光学レンズの製造方
法が提供される。

【０００９】すなわち、被加工物のレンズ面を研磨する
レンズ面研磨工程と、前記研磨したレンズ面の光軸を中
心として予め定めた径まで前記被加工物の外周面を削る
芯取り加工工程と、前記被加工物の外周面を研磨する外
周面研磨工程とを有することを特徴とする光学レンズの
製造方法。

【００１０】

【発明の実施の形態】発明者は、従来の光学レンズの周
壁面（外周の壁面）の表面状態に着目した。すなわち、
周壁面の状態が研削面であると、異物が付着した場合、
溶剤を用いて表面を物理的に擦ったり、洗浄液中で超音
波を印可しても異物を除去しきれない。一方、周壁面の
状態が研磨面であると、汚れが付着しにくく、また付着
した場合でも容易に除去できることがわかった。

【００１１】すなわち、レンズの上面および下面は、研
磨によって鏡面に仕上げられているのに対して、レンズ
周壁面（外周の側面）は、砥石等で加工されたのみであ
るため、レンズの周壁面の表面粗さは大きい。表面粗さ
が大きいために、表面の凹凸に異物が付着しやすく、ま
た、表面積が大きくなるために異物が付着しやすい。

【００１２】そこで、本発明では、光学レンズの周壁面
に対し研磨加工を行い、周壁面の表面粗さの粗い層（加
工変質層）を除去し、鏡面に加工する。これにより、周
壁面表面の凹凸を減らし、かつ表面積を減少させること
ができ、異物の付着を防止できる。

【００１３】以下、本発明の一実施の形態として、フッ
化物を主成分とする蛍石を材料とする蛍石レンズを製造
する方法を図１に基づいて説明する。

【００１４】図１は、レンズの製造方法を示すブロック
図である。

【００１５】まず、レンズ面４を所望の形状に研削加工
および研磨加工して鏡面に仕上げる（ステップＳ０
１）。

【００１６】次に、レンズの外周の壁面（周壁面）を削
り芯取り加工する（ステップＳ０２）。

【００１７】さらに、レンズの周壁面を研磨する工程を
行う（ステップＳ０３）。

【００１８】この研磨工程によって、芯取り加工工程に
よって生じた周壁面の粗さのあらい加工変質層を取り除
き、鏡面にすることができる。

【００１９】以下に、具体的に、周壁の研磨方法を図面
を参照しつつ詳細に説明する。

【００２０】レンズ（被加工物１）の周壁面２が、レン
ズの光軸を中心とした円筒である場合の研磨方法を図２
を用いて説明する。被加工物１は、被加工物１と同径か
同径以下の貼り付け皿３に装着される。装着方法として
は、接着式や吸引式等の方法を用いる。該貼り付け皿３
は、高さ調整機構部７を備えた工作軸５に装着される。
該工作軸５は、回転駆動部６の回転駆動力を貼り付け皿
３に伝達する。これにより、貼り付け皿３が回転し、被
加工物１が自転する。本実施の形態では、被加工物１の
回転数を１〜１００ｒｐｍ程度とする。

【００２１】自転する被加工物１の周壁面２に、研磨液
１８を供給し、研磨用ポリシャ１０を回転させながら押
圧する。研磨用ポリシャ１０の回転数は、１〜１００ｒ
ｐｍ程度とする。これにより、周壁面２を研磨し、周壁
面２の表面の粗い加工変質層を除去する。研磨ポリシャ
１０の材質としては、被加工物１が蛍石レンズであれ
ば、最初に、エポキシ樹脂を主成分とする硬質のポリシ
ャを用いる。このエポキシ樹脂の研磨ポリシャ１０で粗
研磨して周壁面２の表面粗さを２ｎｍ程度まで加工した
後、研磨ポリシャ１０を、発泡ポリウレタンやスウェー
ド状の軟質のポリシャに交換し、仕上げ研磨を行う。仕
上げ研磨によって、周壁面２の表面粗さが、芯取り加工
後よりも滑らかになっていれば加工歪みを低減する効果
が得られるが、好ましくは最大表面粗さＲｍａｘが５０
０ｎｍ以下の鏡面になるまで研磨することが望ましい。
また、可能な限り研磨傷等のスクラッチも除去すること
が望ましい。

【００２２】硬質の研磨ポリシャ１０を用いる粗研磨工
程では、該研磨液１８として、ダイヤモンド砥粒（粒径
２μｍ〜０．５μｍ程度）を水等で混合させた混合液
や、酸化セリウム砥粒（粒径１．５μｍ〜０．１μｍ程
度）を主成分とするスラリー状の研磨液や、酸化ジルコ
ニウムを主成分とする粒子（粒径１．０μｍ〜０．１μ
ｍ）を水等で混合させた混合液を使用する。仕上げ研磨
工程では、コロイダルシリカ（粒径１５０ｎｍ〜５ｎｍ
程度）を用いる。

【００２３】なお、この研磨により除去する厚さ（加工
取り代）は、被加工物１の材質により異なるが、蛍石の
場合では、片側で１００μｍ〜３００μｍ程度必要であ
る。形成される加工変質層の厚さは芯取り工程によるダ
イヤモンド砥石の粗さの設定により大きく左右される
が、１００μｍ〜３００μｍ程度の加工取り代を除去す
ることにより通常の加工変質層を除去できる。

【００２４】尚、レンズの周壁面２に段付け加工が施し
てある場合や、曲面加工してある場合等は、加工変質層
がより深部まで到達している可能性がある。そのため、
研磨取り代を厚くして、加工変質層を全て取り除くよう
にする。特に被加工物１が、蛍石レンズである場合のよ
うに単結晶材料からなる場合には、劈開しやすい面が存
在するため、結晶方向に深い加工変質層が確認されるこ
とがあるので、素材が持つ特有の性質を考慮して除去す
る厚さを決定する必要がある。

【００２５】研磨ポリシャ１０の取り付けられた研磨工
具１５の構成を簡単に説明する。図２の研磨工具１５で
は、研磨ポリシャ１０は貼付工具１２に装着されてい
る。貼付工具１２には、圧力機構部１３を備える圧力シ
リンダー１１が取り付けられている。圧力機構部１３
は、バネ圧・エヤー圧等と電気制御のボイスコイルモー
ターなどを使用する。圧力シリンダー１１の軸方向は、
周壁面２の法線方向（工作軸５の中心軸に対して直交す
る方向）に一致するように配置されている。また、貼付
工具１２は、回転動力部１４により回転駆動される。圧
力シリンダー１１は、傾き調節機構１６に搭載され、傾
き調節機構１６は高さ調節可能なＺ軸９に搭載されてい
る。Ｚ軸９は、スライド機構部１７に取り付けられ、ス
ライド軸８に沿ってスライドする。スライド軸８の軸方
向は、周壁面２の法線方向（工作軸５の中心軸に対して
直交する方向）に平行である。スライド機構部１７は、
５０〜２００ｍｍ程度スライド可能であり、これによ
り、径の異なる被加工物１に対応可能である。

【００２６】なお、図２の研磨装置では、周壁面２の１
箇所のみに研磨ポリシャ１０およびその回転押圧機構を
配置しているが、これらを複数箇所に配置して、複数箇
所で同時に研磨を行うことにより、周壁面２の研磨効率
を向上させることが可能である。

【００２７】また、図３のように該被加工物１に平面押
し部１９がある場合は、被加工物１と同径か同径以上の
研磨ポリシャ１１０を、平面押し部１９に押しつけなが
ら、揺動運動および回転運動させる。したがって、研磨
ポリシャ１１０が取り付けられた研磨工具には、揺動機
構２０と回転機構２１と圧力機構２２とが備えられてい
る。圧力機構２２には、バネ圧・エヤー圧・重り圧等と
電気制御のボイスコイルモーターなどを使用する。

【００２８】また、被加工物１の周壁面に異形角の部分
１２０がある場合には、貼付工具１２の形状を異形角の
部分１２０に沿う形状にするか、該傾き機構１６を調整
して異形角にポリシャ１０が沿うように調節して研磨加
工を行う。

【００２９】また、図４に示すような面取り部２８の加
工には、図２の研磨工具１５の貼付工具１２および研磨
ポリシャ１０の形状を任意のＲ形状にしたものを用い、
貼付工具１２と圧力シリンダー１１との間にユニバーサ
ルジョイント２６を組み込んで押圧する。また、同時
に、傾き機構１６を電気的に制御して、貼付工具１２を
揺動運動させることもできる。

【００３０】上述したように、本実施の形態では、光学
レンズ製造工程において、周壁面２を研磨加工して表面
粗さを滑らかにしているため、周壁面２における異物の
付着が低減されている。

【００３１】なお、本実施例では、光学レンズの材質を
蛍石としたがこれに限定されることなく、石英ガラス及
び一般的な光学ガラスに応用できることはいうまでもな
い。（比較例）上述の方法（周壁面を研磨面にする方法）に
より作製された光学レンズＡ（表面粗さＲｍａｘ５００
ｎｍ）と従来の方法（周壁面を研削面の方法）で作製さ
れた光学レンズＢ（表面粗さＲｍａｘ２０μｍ）との脱
ガス状態を真空チャンバ内の真空度で比較した。

【００３２】形状、材質が同じ光学レンズＡ及びＢを各
々洗浄し、別々の真空チャンバにいれ、真空チャンバ内
を真空中で昇温したときの真空チャンバ内の真空度を測
定した。つまり、脱ガス量が多ければ真空度が下がり、
脱ガス量が少なければ真空度が上がるので、真空度の変
化から脱ガス量を比較できる。直径１０ｍｍ、中心厚５
ｍｍ、縁厚２ｍｍの形状で、主表面が鏡面に研磨された
ガラス製凸レンズをサンプルとした。

【００３３】周壁の表面粗さＲｍａｘ５００ｎｍの光学
レンズＡを真空チャンバ内に入れて、光学レンズＡを加
熱して、脱ガス状態を真空チャンバ内の真空度で評価し
た。常温で７×１０^-10ｔｏｒｒの真空度が、加熱後６
００℃において２×１０^-8ｔｏｒｒまで真空度が低下し
た。

【００３４】一方、周壁の表面粗さＲｍａｘ２０μｍの
光学レンズＢを上記と同一条件で評価した。常温で７×
１０^-10ｔｏｒｒの真空度が、加熱後６００℃において
３×１０^-6ｔｏｒｒまで真空度が悪化した。

【００３５】光学レンズＡを用いた場合に比べ光学レン
ズＢを用いた場合の方が真空度は悪化した。このこと
は、光学レンズＡに比べ光学レンズＢからの脱ガス量が
多いためである。即ち、研削面に比べて研磨面は異物が
付着しにくいことがわかった。（製品への応用）次に本発明の露光装置の一例を説明す
る。

【００３６】図５は、本発明に係る上記方法、装置で得
られたフッ化物薄膜を有する光学素子を用いた露光装置
の基本構造であり、フォトレジストでコートされたウェ
ハー上にレチクルのパターンのイメージを投影するため
の、ステッパと呼ばれるような投影露光装置に特に応用
される。

【００３７】図５に示すように、本発明の露光装置は少
なくとも、表面３０１ａに置かれた感光剤を塗布した基
板Ｗを置くことのできるウェハーステージ３０１，露光
光として用意された波長の真空紫外光を照射し、基板Ｗ
上に用意されたマスクのパターン（レチクルＲ）を転写
するための照明光学系１０１，照明光学系１０１に露光
光を供給するための光源１００，基板Ｗ上にマスクＲの
パターンのイメージを投影するためのマスクＲが配され
た最初の表面Ｐ１（物体面）と基板Ｗの表面と一致させ
た二番目の表面（像面）との間に置かれた投影光学系５
００、を含む。照明光学系１０１は、マスクＲとウェハ
ー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１１０も含んでおり、マスクＲはウェハーステー
ジ３０１の表面に対して平行に動くことのできるレチク
ルステージ２０１に配置される。レチクル交換系２００
は、レチクルステージ２０１にセットされたレチクル
（マスクＲ）を交換し運搬する。レチクル交換系２００
はウェハーステージ３０１の表面３０１ａに対してレチ
クルステージ２０１を平行に動かすためのステージドラ
イバーを含んでいる。投影光学系５００は、スキャンタ
イプの露光装置に応用されるアライメント光学系を持っ
ている。

【００３８】そして、本発明の露光装置は、前記本発明
の方法で製造された光学素子を使用したものである。具
体的には、図５に示した本発明の露光装置は、照明光学
系１０１の光学レンズ９０および／または投影光学系５
００の光学レンズ１００として本発明にかかる光学レン
ズを備えることが可能である。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、光
学レンズの周壁面における異物の付着を低減できる。そ
のため、次工程における成膜工程において、脱ガスが少
なくなるので、光学レンズの光学特性の低下を防止でき
る。

【００４０】本発明の光学部材が適用される露光装置
は、前述のように光学特性の低下を防止した光学素子を
用いているので、従来の露光装置に比べて光源の照度の
ロスを少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、レンズの製造方法を示すブロック図
である。

【図２】図２は、周壁面の研磨方法を示す図である。

【図３】図３は、平面押し部がある場合の研磨方法を
示す図である。

【図４】図４は、面取り部を研磨する方法を示す図で
ある。

【図５】図５は、本発明の光学レンズが搭載された露
光装置を示す図である。

【図６】従来のレンズの製造方法を示す図である。

【符号の説明】

１、１ａ・・・被加工物２・・・周壁面１０・・・研磨用ポリシャ１９・・・平面押し部２８・・・面取り部１０１・・・照明光学系５００・・・投影光学系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被加工物のレンズ面を研磨するレンズ面研
磨工程と、前記研磨したレンズ面の光軸を中心として予
め定めた径まで前記被加工物の外周面を削る芯取り加工
工程と、前記被加工物の外周面を研磨する外周面研磨工
程とを有することを特徴とする光学レンズの製造方法。
【請求項２】請求項１に記載の光学レンズの製造方法に
おいて、前記被加工物は、結晶からなることを特徴とす
る光学レンズの製造方法。
【請求項３】請求項１に記載の光学レンズの製造方法お
いて、前記外周面の表面粗さをＲｍａｘ５００ｎｍ以下
にすることを特徴とする光学レンズの製造方法。
【請求項４】請求項１において、前記外周面研磨工程で
は、前記レンズ面と前記外周面との境界部分についても
研磨を行うことを特徴とする光学レンズの製造方法。
【請求項５】請求項１に記載の製造方法によって製造さ
れた光学部材。
【請求項６】請求項５に記載の光学部材が搭載された半
導体露光装置。