JP2009167030A - Surface flattening method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光学素子の表面を平坦化するのに好適な表面平坦化方法並びにこれを用いた光学素子の作製方法に関する。 The present invention relates to a surface flattening method suitable for flattening the surface of an optical element and a method for producing an optical element using the same.
従来から、合成石英、BK7(ホウケイ酸塩クラウンガラス)等を用いたレンズ、反射鏡、窓板、偏光素子等の光学素子の平坦化方法としては、例えば、特許文献1に示されるような研磨方法が提案されている。この研磨方法においては、固定砥粒工具とレンズホルダーとを少なくとも有する加工装置を用いており、このレンズホルダーに光学素子であるレンズを保持させ、保持させたレンズを固定砥粒工具の加工面に当接させたまま、固定砥粒工具を回転モーターによって所定の回転数をもって回転駆動させ、レンズを固定砥粒工具の加工面上を円弧状に揺動させながら、レンズ表面の研磨を行っている。この場合において、通常、レンズと固定砥粒工具との間には、適宜研磨液がノズル等を介して導入されることになる。
ところで、近年においては、核融合用レーザー等の超高出力レーザーの需要が増大している。このような超高出力レーザー装置内においても、レンズ、反射鏡等の光学素子が使用されている。これら超高出力レーザー装置内において使用される光学素子は、その表面や内部を通過するレーザー光の強力な電界によって、光学素子を構成する物質が破壊され易い。特に、このような超高出力レーザー光によってレーザー損傷が一反発生してしまうと、この損傷箇所から更にレーザー損傷が拡大することになる。このため、今後その需要の増大が望まれる超高出力レーザー装置を実用可能なものとするためには、優れたレーザー耐性を備えた光学素子が要求される。そして、このような光学素子のレーザー耐性は、光学素子の表面粗さが影響していると考えられている。 By the way, in recent years, the demand for ultra-high power lasers such as fusion lasers is increasing. Optical elements such as lenses and reflecting mirrors are also used in such ultra-high power laser devices. The optical elements used in these ultra-high power laser devices are easily destroyed by the strong electric field of the laser beam passing through the surface or inside thereof. In particular, when laser damage is caused by such ultra-high power laser light, the laser damage is further expanded from the damaged portion. For this reason, an optical element having excellent laser resistance is required in order to make an ultra-high-power laser device that is expected to increase in demand in the future practical. And it is thought that the laser tolerance of such an optical element is influenced by the surface roughness of the optical element.
ここで、上述の特許文献1に示すような、現在提案されている光学素子の表面平坦化方法は、レンズ表面を固定砥粒工具や研磨液等を用いて物理的に研磨することによってその表面を平坦化しているため、固定砥粒工具表面や研磨液の物理的な寸法より小さな凹凸までの研磨を施すことができなかった。また、上述のような研磨液を導入することによって行なわれる研磨では、研磨工程の進行に伴い、研磨液が凝集、固体化等されてしまい粗大粒子を形成し、これによって光学素子表面に引っ掻き疵(スクラッチ)を形成し、微細な凹凸が光学素子表面に残存してしまっていた。また、物理的な研磨を用いて平坦化を行う場合、研磨の対象となる材料や板厚に応じて最適な研磨条件に条件だしをする必要があるが、現実的には凹凸が最小となる条件を探すことが不可能であり、加工の条件出しが非常に困難であった。
Here, the surface flattening method of the optical element currently proposed as shown in the above-mentioned
このため、従来において提案されている物理的な研磨による表面平坦化方法によっては、優れたレーザー耐性を有する光学素子が得られにくくなっているため、物理的な研磨以外に方法によって光学素子の表面に平坦化を施すことを可能とする平坦化方法の提案が望まれていた。 For this reason, it is difficult to obtain an optical element having excellent laser resistance depending on the surface flattening method by physical polishing that has been proposed in the past. Therefore, it has been desired to propose a flattening method that makes it possible to perform flattening.
特に、現在において提案されている表面平坦化方法では、光学素子の形状によっては、光学素子の表面に対して研磨を施すこと自体が困難な場合が多くあり、光学素子の表面形状にとらわれることなく、その表面を平坦化可能とする技術が望まれていた。 In particular, with the surface flattening methods currently proposed, depending on the shape of the optical element, it is often difficult to polish the surface of the optical element itself, so that it is not limited by the surface shape of the optical element. Therefore, a technique that can flatten the surface has been desired.
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑みて案出されてものであり、その目的とするところは、従来から提案されている光学素子の表面平坦化方法と比較して表面粗さを更に低減可能となり、光学素子の表面形状に依存することなくその表面を平坦化させるのに好適に用いられる表面平坦化方法を提供することを目的とする。また、本発明が目的とするところは、レーザー耐性に優れた光学素子を作製可能な光学素子の作製方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been devised in view of the above-mentioned problems, and the object of the present invention is to further increase the surface roughness compared with the conventionally proposed surface flattening methods of optical elements. It is an object of the present invention to provide a surface flattening method that can be reduced and is suitably used to flatten the surface of the optical element without depending on the surface shape. Another object of the present invention is to provide an optical element manufacturing method capable of manufacturing an optical element having excellent laser resistance.
本発明者は、上述した課題を解決するために、塩素系ガスが導入されてなるチャンバ内に上記光学素子を配置し、上記塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記凸部に照射することによって、当該凸部の局所領域に近接場光を発生させ、上記凸部の局所領域に発生した近接場光に基づき、非共鳴過程を経て上記塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、当該生成された活性種と上記凸部とを化学反応させて反応生成物を生成させることによって、上記凸部をエッチングすることを特徴とする表面平坦化方法を発明した。 In order to solve the above-mentioned problem, the present inventor arranges the optical element in a chamber into which a chlorine-based gas is introduced, and emits light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength of the gas molecule of the chlorine-based gas. By irradiating the convex portion with this, near field light is generated in the local region of the convex portion, and the chlorine-based gas is dissociated through a non-resonant process based on the near field light generated in the local region of the convex portion. Inventing a surface flattening method characterized in that an active species is generated, and the generated active species and the convex portion are chemically reacted to generate a reaction product to etch the convex portion. did.
即ち、本願請求項1に係る発明は、光学素子構造体表面に形成された凸部を平坦化する表面平坦化方法において、塩素系ガスが導入されてなるチャンバ内に上記光学素子構造体を配置し、上記塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子構造体に照射することによって、当該光学素子構造体表面の凸部の局所領域に近接場光を発生させ、上記凸部の局所領域に発生した近接場光に基づき、上記塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、当該生成された活性種と上記凸部とを化学反応させて反応生成物を生成させることによって、上記凸部をエッチングすることを特徴とする。
That is, the invention according to
本願請求項2に係る発明は、請求項1に係る発明において、上記チャンバ内の塩素系ガスのガス分子の分圧を1×10−5Pa以上とすることを特徴とする。
The invention according to
本願請求項3に係る発明は、請求項1又は2に係る発明において、上記照射される光のエネルギー密度が1μJ/cm2以上であることを特徴とする。
The invention according to
本願請求項4に係る発明は、光学素子構造体表面に形成された凸部を平坦化する工程を有する光学素子の作製方法において、塩素系ガスが導入されてなるチャンバ内に上記光学素子構造体を配置し、上記塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子構造体に照射することによって、当該光学素子構造体表面の凸部の局所領域に近接場光を発生させ、上記凸部の局所領域に発生した近接場光に基づき、非共鳴過程を経て上記塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、当該生成された活性種と上記凸部とを化学反応させて反応生成物を生成させることによって、上記凸部を除去することを特徴とする光学素子の作製方法である。
The invention according to
本願請求項5に係る発明は、請求項4に係る発明において、上記チャンバ内の塩素系ガスのガス分子の分圧を1×10−5Pa以上とすることを特徴とする。
The invention according to claim 5 of the present application is characterized in that, in the invention according to
本願請求項6に係る発明は、請求項4又は5に係る発明において、上記照射される光のエネルギー密度が1μJ/cm2以上であることを特徴とする。
The invention according to claim 6 of the present application is the invention according to
本願請求項1に係る発明によれば、物理研磨によって取り除くことが困難であったサイズの凸部を、装置内にガスを導入し、光を照射すると言う簡単な工程によって平坦化することが可能となっている。特に、ガスの導入、光の照射のみによって、反応が自動的に進行するため、平坦化を施そうとする光学素子構造体の表面形状によって装置内の各種要素の特別の制御をする必要無く、その表面を平坦化することが可能となる。また、本願請求項1に係る発明によって、光学素子構造体の表面の表面粗さを光の照射範囲全体で均一にしつつ、更に表面粗さを低減させる平坦化を施すことが可能となる。
According to the invention according to
本願請求項4に係る発明によれば、物理研磨によって取り除くことが困難であったサイズの凸部を平坦化することが可能となっており、物理研磨することによって得られた光学素子と比較してその表面粗さが低減されていることから、従来から提案されている光学素子と比較して優れたレーザー耐性を有する光学素子を得ることが可能となっている。
According to the invention of
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、本発明を適用した表面平坦化方法の対象となる光学素子について説明する。 First, an optical element that is an object of a surface flattening method to which the present invention is applied will be described.
本発明の対象となる光学素子は、例えば、レンズ、ミラー、プリズム、基板、ビームスプリッタ、偏光素子として用いられるものである。 The optical element that is the subject of the present invention is used as, for example, a lens, a mirror, a prism, a substrate, a beam splitter, or a polarizing element.
本発明における光学素子は、例えば、図1に模式的に示す形状のような、光学素子構造体3A〜3Eによって具体化される。光学素子構造体3Aは、図1(a)、(b)に示されるように、その表面31、裏面32ともに平坦な形状から構成される、いわゆる平行平面基板とよばれる光学素子である。光学素子構造体3B、3Cは、図1(c)〜(f)に示すように、その表面に凹曲面33や凸曲面34を有するレンズであり、裏面32は平坦な形状から構成される。このように、本発明の対象となる光学素子は、その表面が平坦な形状からなる光学素子構造体3Aや、その表面が所定の曲率をもって湾曲してなる光学素子構造体3B、C等が含まれるものであるが、図示される形状に限定されるものではない。また、本発明の対象となる光学素子構造体は、その大きさに限定されるものではない。
The optical element in the present invention is embodied by
光学素子構造体3の材質は、例えば、BK7等のクラウンガラス、F2等のフリントガラスのような光学ガラスであったり、合成石英、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化バリウム、岩塩(NaCl)、ゲルマニウム(Ge)、サファイア、ジンクセレン(ZnSe)のような光学結晶等によって具体化される。
The material of the
これらの光学素子構造体3には、図2に模式的に示すような凸部51がその表面に形成されている。この凸部51は、物理研磨等を施した後に、光学素子構造体3表面に残存しているものであって、数nm〜数μmの大きさから構成されている。
These
次に、本発明を適用した表面平坦化方法において用いられる表面平坦化装置1について説明する。
Next, the
表面平坦化装置1は、図3に概略的に示すような構成からなる。この表面平坦化装置1は、チャンバ11と、チャンバ11内のステージ13と、チャンバ11内にガスを供給するためのガス供給部17と、チャンバ11内に光を照射するための光源14とを備えている。また、この表面平坦化装置1は、光の形状や偏光方向を制御可能とする照明光学系16と、光源14から射出される光を照明光学系16に反射する反射ミラー15と、チャンバ11内に光を導入するための開口窓18と、チャンバ11内のガス等を排気する排気口19とを備えている。
The
チャンバ11内には、ガス供給部17から塩素系ガスと不活性ガスとを混合してなる混合ガスが、所定の圧力となるように随時供給されている。この塩素系ガスは、凸部51を有する光学素子構造体3を平坦化するためにチャンバ11内に導入されるものであり、例えば、Cl2(塩素)、BCl3(三塩化ホウ素)、CCl4(四塩化炭素)等によって具体化される。また、不活性ガスは、N2,He,Ar,Kr,Xe等の何れか一種または二種以上を混合してなるガスによって具体化される。なお、塩素系ガスを適用した理由は、塩素系ガスのガス分子の長波側の吸収端波長が可視広域の帯域にあり、後述するように光源からこの吸収端波長より長波長からなる光を照射する際に、光源14として安価な可視光域のランプや白色光源を用いることができるためである。
A gas mixture obtained by mixing a chlorine-based gas and an inert gas is supplied from the
ステージ13は、光学素子構造体3を載置するための図示しない載置部や、光学素子構造体3を加熱するための図示しない加熱機構が設けられており、これによって、光学素子構造体3上で塩素系ガスをエッチングさせる場合において、エッチング反応速度をコントロールできる。なお、ステージ13は、光学素子構造体3の位置を高精度に調整するための図示しない高精度ステージ機構等が設けられていてもよい。
The
光源14は、図示しない駆動電源による制御に基づき、所定の波長を有する光を射出するものである。この光源14からは、以下に詳細に説明するように、塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光が射出される。この光源1は、例えば、レーザーダイオード等によって具体化される。
The
照明光学系16は、図示しない偏光レンズや集束レンズ等を備えて具体化される。これによって、光学素子構造体3の表面の凸部51の位置、大きさ、範囲等に応じて、ビーム径やビーム形状を制御し、光を照射する範囲を絞ることができる。
The illumination
次に、本発明を適用した平坦化方法における各種条件について説明する。 Next, various conditions in the planarization method to which the present invention is applied will be described.
まず、上述した表面平坦化装置1の光源14から出射される光の波長について説明する。
First, the wavelength of light emitted from the
図4は、チャンバ11内に導入された塩素系ガスのガス分子の原子核間距離に対するポテンシャルエネルギーの関係について示している。通常、チャンバ11内に導入された塩素系ガスのガス分子に対して、基底準位と励起準位とのエネルギー差Ea以上の光子エネルギーをもつ光、即ち、ガス分子の吸収端波長よりも短波長からなる光(以下、この光を共鳴光という。)を照射すると、このガス分子は、励起準位へ直接励起される。この励起準位は、解離エネルギーEbを超えているため、矢印で示される方向へガス分子を光解離させて活性種が生成される。
FIG. 4 shows the relationship of potential energy with respect to the internuclear distance of gas molecules of the chlorine-based gas introduced into the
本発明においては、上述のようなガス分子に対して共鳴光を照射して、ガス分子を励起準位にまで直接的に励起させてから解離させる共鳴過程ではなく、ガス分子の吸収端波長よりも長波長である光(以下、この光を非共鳴光という。)を、近接場光として当該ガス分子に対して照射した場合に発生する非共鳴過程を利用して、基板表面の平坦化を行なう。 In the present invention, it is not a resonance process in which a gas molecule as described above is irradiated with resonance light to directly excite the gas molecule to an excitation level and then dissociate, but from the absorption edge wavelength of the gas molecule. The substrate surface is flattened using a non-resonant process that occurs when light of a long wavelength (hereinafter, this light is referred to as non-resonant light) is applied to the gas molecules as near-field light. Do.
伝搬光である非共鳴光を照射した場合、通常、ガス分子は励起準位へ励起されないが、近接場光である非共鳴光を照射した場合、このガス分子は、非共鳴過程を経て活性種等へと解離可能となる。この非共鳴過程とは、図5に示すような、過程T1、過程T2、過程T3に分類される。過程T1は、ガス分子が複数の分子振動準位を介して励起され(多段階遷移)、その結果、励起準位にまで励起された後に、活性種等に解離される過程のことをいう。また、過程T2は、ガス分子の解離エネルギーEb以上の光エネルギーをもつ光(以下、S1モードという)を照射した場合に、ガス分子が解離エネルギー以上のエネルギー準位の分子振動準位にまで励起され、その結果、活性種等に直接的に解離される過程のことをいう。また、過程T3は、ガス分子のEb以下の光エネルギーを持つ光(以下、S2モードという)を照射した場合に、ガス分子が複数の分子軌道準位を介して励起され(多段階遷移)、Ea未満Eb以上の分子振動準位にまで励起された後に、活性種等に解離される過程のことをいう。 When irradiated with non-resonant light that is propagating light, gas molecules are not normally excited to the excitation level, but when irradiated with non-resonant light that is near-field light, this gas molecule undergoes a non-resonant process and becomes an active species. It becomes possible to dissociate into etc. This non-resonant process is classified into process T1, process T2, and process T3 as shown in FIG. Process T1 refers to a process in which gas molecules are excited through a plurality of molecular vibration levels (multistage transition), and as a result, are excited to the excited level and then dissociated into active species. In process T2, when light having a light energy higher than the dissociation energy Eb of gas molecules (hereinafter referred to as S1 mode) is irradiated, the gas molecules are excited to the molecular vibration level of the energy level higher than the dissociation energy. As a result, it refers to the process of being directly dissociated into active species. Further, in the process T3, when light having a light energy less than Eb of gas molecules (hereinafter referred to as S2 mode) is irradiated, the gas molecules are excited through a plurality of molecular orbital levels (multistage transition), This refers to the process of being dissociated into active species after being excited to a molecular vibration level of less than Ea and greater than or equal to Eb.
このように、近接場光である非共鳴光を照射した場合に、非共鳴過程が発生するのは、近接場光をガス分子に対して照射した場合に、ガス分子を分子振動準位にまで直接的に励起可能となることによる。 In this way, when non-resonant light, which is near-field light, is irradiated, the non-resonant process occurs when the gas molecules are irradiated to the molecular vibration level when the near-field light is irradiated to the gas molecules. This is because it can be directly excited.
即ち、伝搬光を使った通常の光解離では、伝搬光の電場強度が分子サイズの空間内において均一な分布であるため、ガス分子を構成する原子核や電子のうち軽い電子のみが光に対して反応するが、原子核間距離を変化させることができない。これに対して、近接場光を使った光解離では、近接場光の電場強度が分子サイズの空間内において変位が激しく、不均一な分布となっている。このため、近接場光を使った場合は、ガス分子の電子のみならず、原子核も反応し、原子核間距離を周期的に変化させることが可能となり、分子の振動準位への直接的な励起を生じさせることが可能となる(非断熱化学反応)。 In other words, in normal photodissociation using propagating light, the electric field intensity of propagating light has a uniform distribution in a molecular size space, so that only light electrons among the nuclei and electrons that make up gas molecules Reacts, but cannot change internuclear distance. On the other hand, in the photodissociation using near-field light, the electric field intensity of the near-field light is significantly displaced in a molecular size space, resulting in an uneven distribution. For this reason, when using near-field light, not only the electrons of gas molecules but also the nuclei react, and the internuclear distance can be changed periodically, and the molecules are excited directly into the vibrational level. (Non-adiabatic chemical reaction).
なお、ここでいう近接場光とは、約1μm以下の大きさからなる物体の表面に伝搬光を照射した場合に、その物体の表面にまとわりついて局在する非伝搬光のことをいう。この近接場光は、非常に強い電場成分を有しているが、物体の表面から遠ざかるにつれてその電場成分が急激に減少する性質をもっている。この非常に強い電場成分が見られる物体表面からの厚みは、その物体の寸法に依存しており、その物体の寸法と同程度の厚みからなる。本発明における局所領域とは、このような非常に強い電場成分が見られる物体表面の局所的な領域のことをいうものとし、例えば、図2における光学素子構造体3表面の微小な凸部51先端のエッジ部分のことをいう。
The near-field light here refers to non-propagating light that clings to the surface of the object when the surface of the object having a size of about 1 μm or less is irradiated with the propagation light. This near-field light has a very strong electric field component, but has a property that the electric field component rapidly decreases as the distance from the surface of the object increases. The thickness from the object surface at which this very strong electric field component is seen depends on the size of the object, and is of the same thickness as the size of the object. The local region in the present invention refers to a local region on the surface of an object where such a very strong electric field component is seen. For example, the minute
また、本発明において、光源14から光学素子構造体3に照射される光の波長は、10μm以下とするのが好ましい。この光の波長が10μm超であると、ガス分子の振動準位への直接的な励起が生じにくく、近接場光によるエッチングレートが低減するためである。
In the present invention, the wavelength of light emitted from the
また、本発明において、チャンバ11内に導入される塩素系ガスのガス分子の分圧は、少なくとも1×10−5Pa以上とするのが望ましい。チャンバ11内の塩素系ガスのガス分子の分圧が1×10−5Pa未満であると、光学素子構造体3表面の凸部51近傍の空間内に、エッチング反応を起こすために必要となる塩素系ガスのガス分子が行き届かず、これによって、凸部51に近接場光が発生したとしてもエッチング反応が進行しにくくなるためである。なお、チャンバ11内に導入される塩素系ガスのガス分子の分圧は、あまりに低すぎるとエッチングレートが低くなり、平坦化の完了までに多大な時間を要することになるので、100Pa以上とするのが一層望ましい。これによって、光学素子構造体3表面の凸部51近傍の空間内に、エッチング反応を起こすために必要となる塩素系ガスのガス分子が十分量行き届き、短時間で平坦化工程を完了することが可能となる。なお、塩素系ガスのガス分子の分圧の測定は、図示しないマスフィルタのような分圧計を利用して行うことになるが、特にその測定装置を限定するものではない。
In the present invention, the partial pressure of gas molecules of the chlorine-based gas introduced into the
また、本発明においては、光学素子構造体3に対して照射される光のエネルギー密度を少なくとも1μJ/cm2以上とすること望ましい。これは、エネルギー密度が1μ未満であると、近接場光によるエッチング反応が進行しにくくなり、十分に光学素子構造体3表面の平坦化を進行させにくくなるためである。なお、照射される光のエネルギー密度は、あまりに低すぎるとエッチングレートが低くなり、平坦化の完了までに多大な時間を要することになるため、100J/cm2とすることが一層望ましい。
In the present invention, it is desirable that the energy density of light applied to the
なお、チャンバ11内に導入されるガス分子の圧力や、照射する光のエネルギー密度を増加させるにつれて、光の照射時間を低減可能となり、光学素子構造体の平坦化に要する作業時間を低減させることが可能となる。
As the pressure of gas molecules introduced into the
次に本発明を適用した表面平坦化方法を含む光学素子の作製方法の工程について説明する。 Next, steps of a method for manufacturing an optical element including a surface flattening method to which the present invention is applied will be described.
まずは、表面平坦化を施そうとする光学素子構造体3を準備する。この場合、プレスモールド成形、射出圧縮成形等の種々の成形法によって得られた光学素子構造体3に対して、いわゆる荒ずり工程、砂かけ工程、研磨工程を施し、その後に本発明の表面平坦化方法を施すようにしてもよい。また、この他にも、新規に作製された光学素子構造体3ではなく、既存の光学素子構造体3に対して平坦化を施すようにしてもよい。
First, an
次に、図3に示すように、チャンバ11内のステージ13上に光学素子構造体3を配置する。この場合において、チャンバ11内にガス供給部17から予め塩素系ガスが導入されていてもよいし、光学素子構造体3の配置後に塩素系ガスを導入してもよい。
Next, as shown in FIG. 3, the
次に、図6(a)に示すように、光源14から、反射ミラー15等を介して光学素子構造体3に対して光を照射する。これによって、凸部51の局所領域において、近接場光が発生する。この場合、照射する光が非共鳴光であるため、塩素系ガスは、近接場光の発生しない光学素子構造体3表面の平坦な箇所では反応せず、また、凸部51先端の近接場領域に対して比較的弱い近接場領域が発生する各凸部51間の凹部においても、反応が進行しにくく、近接場光の発生している凸部51の局所領域においてのみ反応が進行することになる。
Next, as shown in FIG. 6A, light is irradiated from the
この場合、図7に示すように、塩素系ガスG10は、上述したような非共鳴過程を経て解離されて、活性種G11を生成し、この活性種G11と凸部51の原子、分子21aとが化学反応し、これによって、揮発性を有する反応生成物G12が生成される。この反応生成物G12は、排気口19に接続された、図示しない真空ポンプによってチャンバ11外に排出される。
In this case, as shown in FIG. 7, the chlorine-based gas G10 is dissociated through the non-resonance process as described above to generate the active species G11, and the active species G11 and the atoms and
反応の進行に伴って凸部51は、その寸法が徐々に微細化される。これによって、図6(b)に示すように、光学素子構造体3は、平坦化を施す前より、表面粗さが低減されることになる。このエッチング反応は、凸部51が、その周囲の光学素子構造体3表面の他の原子層と略同一レベルになった時点、即ち、凸部51がほぼ完全に除去された時点で、近接場光の発生する領域も消滅し、これによって、自己組織的に平坦化工程が終了することになる。しかし、照射している光の出力密度によっては、反応が完了するまでに多大な時間を要する場合もあるので、この場合は、所望の表面粗さが得られた時点で、適宜表面平坦化の工程を終了することになる。
As the reaction proceeds, the size of the
このように、本発明を適用した表面平坦化方法によれば、物理研磨によって取り除くことが困難であったサイズの凸部を、装置内にガスを導入し、光を照射するという簡単な工程によって平坦化することが可能となっている。特に、ガスの導入、光の照射のみによって、反応が自動的に進行するため、平坦化を施そうとする光学素子構造体の表面形状によって装置内の各種要素の特別の制御をする必要なく、その表面を平坦化することが可能となる。このため、従来において物理研磨を精度よく施すことが困難であった、光学素子構造体3Bや3Cのような、表面が湾曲した形状の凹曲面33や凸曲面34に対しても、塩素系ガス雰囲気中でこれら曲面等に光を照射するのみという簡単な工程によって、特別の制御することなく平坦化が可能となる。
As described above, according to the surface flattening method to which the present invention is applied, the convex portion having a size difficult to be removed by physical polishing is introduced into the apparatus by introducing a gas into the apparatus and irradiating light. It is possible to flatten. In particular, since the reaction automatically proceeds only by introducing gas and irradiating light, there is no need to perform special control of various elements in the apparatus depending on the surface shape of the optical element structure to be flattened, The surface can be flattened. For this reason, chlorine-based gas is also applied to the concave
なお、この表面平坦化装置1は、例えば、光CVD(Chemical Vapor Deposition)装置、スパッタリング装置、光励起エッチング装置、反応性イオンエッチング装置、誘導結合プラズマエッチング装置等に用いられているガス供給部17や、光源14、チャンバ11等をそのまま利用することによって具体化されていてもよい。この場合、光CVD装置の光源の波長のみを変化させるのみによって本発明を適用した表面平坦化方法を実現可能となる。なお、光源の波長を変化させる場合、光源から白色光を射出させ、開口窓18等においてカラーフィルターを通過させるようにして、単色光を照射するようにしてもよい。
The
また、凸部51は、その大きさが1mm以上である等、あまりに大きすぎる場合は、反応に要する時間が膨大になる。このため、この場合は、予め物理研磨を施しておき、ある程度光学素子構造体3表面を研磨しておき、この後の仕上げ加工として、本発明を適用するようにしてもよい。
Moreover, when the
予め酸化セリウム等を含有する研磨剤によって物理研磨が施された合成石英からなる光学素子構造体3Aをチャンバ11内のステージ13上に配置し、光学素子構造体3Aに対して、光源14から波長532nmの光を出力密度20mW/cm2となるように照射した。ガス供給部17からチャンバ11内に塩素ガスを供給し、チャンバ11内の塩素ガスのガス分子の分圧が100Paとなるようにした。所定の時間に亘って光を照射した後、光学素子構造体3Aに対して周波数40kHz、洗浄時間5minで超音波洗浄を施した後、光学素子構造体3A表面の形状を原子間力顕微鏡により数点に亘って観察した。得られた光学素子構造体3Aの表面形状について、JIS B 0601に基づき評価し、これを表面粗さRaとした。
An
図8〜図10は、それぞれ光の照射時間を60min、90min、120minと変化させた場合に得られた、各測定領域ごとの表面粗さを示している。四角形記号で示される値が平坦化を施す前の表面粗さ、円形記号で示される値が平坦化を施した後の表面粗さを示している。 8 to 10 show the surface roughness for each measurement region obtained when the light irradiation time is changed to 60 min, 90 min, and 120 min, respectively. The value indicated by the square symbol indicates the surface roughness before flattening, and the value indicated by the circular symbol indicates the surface roughness after flattening.
光の照射時間を60minとした場合、平坦化を施す前の表面粗さの各測定領域での平均値は2.391Åで、平坦化を施した後の表面粗さの各測定領域での平均値は2.229Åであり、0.246Åの表面粗さの低減が確認された。 When the light irradiation time is 60 min, the average value of the surface roughness before flattening in each measurement region is 2.391 mm, and the average of the surface roughness after flattening in each measurement region is 2.391 mm. The value was 2.229 mm, and a reduction in surface roughness of 0.246 mm was confirmed.
光の照射時間を90minとした場合、平坦化を施す前の表面粗さの各測定領域での平均値は3.131Åで、平坦化を施した後の表面粗さの各測定領域での平均値は2.391Åであり、0.740Åの表面粗さの低減が確認された。 When the light irradiation time is 90 min, the average value of the surface roughness before flattening in each measurement region is 3.131 mm, and the average of the surface roughness after flattening in each measurement region The value was 2.391 mm, and a reduction in surface roughness of 0.740 mm was confirmed.
光の照射時間を120minとした場合、平坦化を施す前の表面粗さの各測定領域での平均値は2.719Åで、平坦化を施した後の表面粗さの各測定領域での平均値は2.374Åであり、0.345Åの表面粗さの低減が確認された。 When the light irradiation time is 120 min, the average value of the surface roughness before flattening in each measurement region is 2.719 mm, and the average of the surface roughness after flattening in each measurement region is 2.719 mm. The value was 2.374 mm, and a reduction in surface roughness of 0.345 mm was confirmed.
特に、何れの場合においても、平坦化を施す前には、測定領域によっては表面粗さのばらつきがみられていたが、平坦化を施した後には、このばらつきが解消されることとなった。即ち、本発明を適用することにより、光学素子構造体3の表面の表面粗さを光の照射範囲全体で均一にしつつ、更に表面粗さを低減させる平坦化を施すことが可能となることが確認された。
In particular, in any case, variation in the surface roughness was observed depending on the measurement region before the planarization, but this variation was eliminated after the planarization. . That is, by applying the present invention, it is possible to make the surface roughness of the
なお、図8〜図10に示される実験条件のうち、チャンバ内の塩素ガスのガス分子の分圧のみを2Paに変化させ、光の照射時間を60分として試験を行ったところ、1×10−1Å程度の表面粗さの低減は確認されなかったが、光の照射時間を更に長くすれば原理的には1×10−1Å程度の表面粗さを低減可能になるものと考えられる。 Of the experimental conditions shown in FIGS. 8 to 10, the test was performed by changing only the partial pressure of the gas molecules of the chlorine gas in the chamber to 2 Pa and setting the light irradiation time to 60 minutes. Although the reduction of the surface roughness of about -1 mm was not confirmed, it is considered that the surface roughness of about 1 × 10 -1 mm can be reduced in principle if the light irradiation time is further increased. .
図11は、波長、出力密度、ガス圧力、雰囲気ガスの種類を上記と同様の条件としたうえで、光の照射時間を変化させてエネルギー密度を変化させ、異なるエネルギー密度ごとに得られた表面粗さ低減量の値を示している。なお、ここでいう表面粗さ低減量とは、本発明を適用した表面平坦化方法を施す前の光学素子構造体の表面粗さの値から、表面平坦化方法を施した後の光学素子構造体の表面粗さの値を減じたものをいう。 FIG. 11 shows the surface obtained for each different energy density by changing the energy density by changing the irradiation time of light after setting the wavelength, power density, gas pressure, and type of the atmospheric gas as above. The value of the roughness reduction amount is shown. Here, the surface roughness reduction amount is the optical element structure after the surface flattening method is applied from the surface roughness value of the optical element structure before the surface flattening method to which the present invention is applied. This is the value obtained by reducing the surface roughness value of the body.
図11に示されるように、エネルギー密度の増加に伴い、表面粗さがより低減されており、更にエネルギー密度が100J/cm2以上の場合には、確実に光学素子構造体の表面粗さが低減されていることが確認される。エネルギー密度の増大に伴い、表面粗さがより低減される傾向にあることから、例えばエネルギー密度700J/cm2となるように光源から光を照射した場合、表面粗さ低減量が2Å前後になるものと考えられる。 As shown in FIG. 11, as the energy density increases, the surface roughness is further reduced, and when the energy density is 100 J / cm 2 or more, the surface roughness of the optical element structure is surely reduced. It is confirmed that it is reduced. Since the surface roughness tends to be further reduced as the energy density increases, for example, when light is irradiated from a light source so that the energy density is 700 J / cm 2 , the surface roughness reduction amount is about 2 mm. It is considered a thing.
1 表面平坦化装置
3 光学素子構造体
11 チャンバ
13 ステージ
14 光源
15 反射ミラー
16 照明光学系
17 ガス供給部
18 開口窓
19 排気口
51 凸部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
塩素系ガスが導入されてなるチャンバ内に上記光学素子構造体を配置し、
上記塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子構造体に照射することによって、当該光学素子構造体表面の凸部の局所領域に近接場光を発生させ、
上記凸部の局所領域に発生した近接場光に基づき、上記塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、
当該生成された活性種と上記凸部とを化学反応させて反応生成物を生成させることによって、上記凸部をエッチングすること
を特徴とする表面平坦化方法。 In a surface flattening method for flattening a convex portion formed on the surface of an optical element structure,
Arranging the optical element structure in a chamber into which chlorine-based gas is introduced,
By irradiating the optical element structure with light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength of gas molecules of the chlorine-based gas, near-field light is generated in a local region of the convex portion on the surface of the optical element structure,
Based on the near-field light generated in the local region of the convex part, dissociate the chlorine-based gas to generate active species,
A surface flattening method comprising: etching the protrusion by chemically reacting the generated active species with the protrusion to generate a reaction product.
を特徴とする請求項1記載の表面平坦化方法。 The surface flattening method according to claim 1, wherein a partial pressure of gas molecules of the chlorine-based gas in the chamber is set to 1 × 10 −5 Pa or more.
を特徴とする請求項1又は2記載の表面平坦化方法。 The surface flattening method according to claim 1, wherein an energy density of the irradiated light is 1 μJ / cm 2 or more.
塩素系ガスが導入されてなるチャンバ内に上記光学素子構造体を配置し、
上記塩素系ガスのガス分子の吸収端波長よりも長波長からなる光を上記光学素子構造体に照射することによって、当該光学素子構造体表面の凸部の局所領域に近接場光を発生させ、
上記凸部の局所領域に発生した近接場光に基づき、上記塩素系ガスを解離させて活性種を生成させ、
当該生成された活性種と上記凸部とを化学反応させて反応生成物を生成させることによって、上記凸部を除去すること
を特徴とする光学素子の作製方法。 In a method for producing an optical element having a step of flattening a convex portion formed on the surface of an optical element structure,
Arranging the optical element structure in a chamber into which chlorine-based gas is introduced,
By irradiating the optical element structure with light having a wavelength longer than the absorption edge wavelength of gas molecules of the chlorine-based gas, near-field light is generated in a local region of the convex portion on the surface of the optical element structure,
Based on the near-field light generated in the local region of the convex part, dissociate the chlorine-based gas to generate active species,
A method of producing an optical element, wherein the convex part is removed by chemically reacting the generated active species with the convex part to generate a reaction product.
を特徴とする請求項4記載の光学素子の作製方法。 The method for producing an optical element according to claim 4, wherein a partial pressure of gas molecules of the chlorine-based gas in the chamber is 1 × 10 −5 Pa or more.
を特徴とする請求項4又は5記載の光学素子の作製方法。 6. The method of manufacturing an optical element according to claim 4, wherein the energy density of the irradiated light is 1 μJ / cm 2 or more.
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011144052A (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Sigma Koki Kk | Method for flattening surface and method for producing optical element |
JP2012160487A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Research Institute Of Nanophotonics | Substrate surface planarization method |
JP2013143169A (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Research Institute Of Nanophotonics | Surface planarization method of translucent substrate |
JP2014022411A (en) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Research Institute Of Nanophotonics | Etching method using near-field light |
JP2016171189A (en) * | 2015-03-12 | 2016-09-23 | 特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構 | Surface planarization method |
CN111095503A (en) * | 2017-11-01 | 2020-05-01 | 韩国基础科学支援研究院 | Atomic layer polishing method and polishing device thereof |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08316208A (en) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Mori Yuzo | Machining device using radical reaction and its machining method |
JP2001269781A (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Etching method and device stimulated by laser beam and using proximity field optical probe |
JP2001284294A (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser beam stimulated etching processing device, wherein near field optical probe is used, and processing method thereof |
JP2004281805A (en) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Flattening process method for semiconductor wafer |
WO2007035460A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Apparatus and process for surface treatment of substrate using an activated reactive gas |
-
2008
- 2008-01-11 JP JP2008004472A patent/JP5139092B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08316208A (en) * | 1995-05-19 | 1996-11-29 | Mori Yuzo | Machining device using radical reaction and its machining method |
JP2001269781A (en) * | 2000-03-27 | 2001-10-02 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Etching method and device stimulated by laser beam and using proximity field optical probe |
JP2001284294A (en) * | 2000-03-31 | 2001-10-12 | Sumitomo Heavy Ind Ltd | Laser beam stimulated etching processing device, wherein near field optical probe is used, and processing method thereof |
JP2004281805A (en) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Sumitomo Mitsubishi Silicon Corp | Flattening process method for semiconductor wafer |
WO2007035460A1 (en) * | 2005-09-20 | 2007-03-29 | Air Products And Chemicals, Inc. | Apparatus and process for surface treatment of substrate using an activated reactive gas |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011144052A (en) * | 2010-01-12 | 2011-07-28 | Sigma Koki Kk | Method for flattening surface and method for producing optical element |
JP2012160487A (en) * | 2011-01-28 | 2012-08-23 | Research Institute Of Nanophotonics | Substrate surface planarization method |
JP2013143169A (en) * | 2012-01-12 | 2013-07-22 | Research Institute Of Nanophotonics | Surface planarization method of translucent substrate |
JP2014022411A (en) * | 2012-07-12 | 2014-02-03 | Research Institute Of Nanophotonics | Etching method using near-field light |
JP2016171189A (en) * | 2015-03-12 | 2016-09-23 | 特定非営利活動法人ナノフォトニクス工学推進機構 | Surface planarization method |
CN111095503A (en) * | 2017-11-01 | 2020-05-01 | 韩国基础科学支援研究院 | Atomic layer polishing method and polishing device thereof |
CN111095503B (en) * | 2017-11-01 | 2024-02-23 | 韩国核融合能源研究院 | Atomic layer polishing method and polishing apparatus thereof |
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