JPH08220308A - 透過型光学素子及び透過型光学素子の補正方法 - Google Patents
透過型光学素子及び透過型光学素子の補正方法Info
- Publication number
- JPH08220308A JPH08220308A JP7025068A JP2506895A JPH08220308A JP H08220308 A JPH08220308 A JP H08220308A JP 7025068 A JP7025068 A JP 7025068A JP 2506895 A JP2506895 A JP 2506895A JP H08220308 A JPH08220308 A JP H08220308A
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- Japan
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- refractive index
- shape
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光学素子の表面形状を正確に補正する。
【構成】 光線透過型の光学素子において、光学素子の
表面形状の設計形状５に対する局部的な形状誤差相当分
４を光学的に補正するための、光学素子部材の屈折率と
は局部的に屈折率の異なる部分２、３を設ける。
表面形状の設計形状５に対する局部的な形状誤差相当分
４を光学的に補正するための、光学素子部材の屈折率と
は局部的に屈折率の異なる部分２、３を設ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、透過型の光学素子及び
光学素子の補正方法に関するものである。
光学素子の補正方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】半導体露光装置等に用いられる透過型光
学素子（以下レンズという）は所要の性能を得るために
非常に高い形状精度が要求されている。特に、非球面レ
ンズは球面レンズの加工のように加工機の幾何学的な運
動機構を利用できないために要求される形状精度で加工
することが難しい。従来は加工するレンズ径より小型の
研磨工具を使用して部分的な修正研磨と形状測定を繰り
返して必要な形状精度に仕上げている。
学素子（以下レンズという）は所要の性能を得るために
非常に高い形状精度が要求されている。特に、非球面レ
ンズは球面レンズの加工のように加工機の幾何学的な運
動機構を利用できないために要求される形状精度で加工
することが難しい。従来は加工するレンズ径より小型の
研磨工具を使用して部分的な修正研磨と形状測定を繰り
返して必要な形状精度に仕上げている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら小型の研
磨工具による修正研磨は研磨工具とワークであるレンズ
との接触部分の圧力分布によって研磨工具の運動軌跡を
複雑に制御しなければならず、工具軌跡の計算に長時間
を要したり、ときに予期せぬ凹凸が研磨後の表面に形成
されることがあった。さらに、研磨による機械的加工を
行うにはレンズを加工機のテーブルに強く拘束しなけれ
ばならず、加工と測定を異なる装置で行う場合にはワー
クの拘束状態の差による変形が測定形状に含まれてしま
い、正しく修正研磨を行うことが困難であった。
磨工具による修正研磨は研磨工具とワークであるレンズ
との接触部分の圧力分布によって研磨工具の運動軌跡を
複雑に制御しなければならず、工具軌跡の計算に長時間
を要したり、ときに予期せぬ凹凸が研磨後の表面に形成
されることがあった。さらに、研磨による機械的加工を
行うにはレンズを加工機のテーブルに強く拘束しなけれ
ばならず、加工と測定を異なる装置で行う場合にはワー
クの拘束状態の差による変形が測定形状に含まれてしま
い、正しく修正研磨を行うことが困難であった。
【０００４】本発明は上記問題点を鑑みてなされたもの
であり、光学素子の表面形状を正確に補正することの可
能な透過型光学素子及び方法を提供することを目的とす
る。
であり、光学素子の表面形状を正確に補正することの可
能な透過型光学素子及び方法を提供することを目的とす
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明は、光
線透過型の光学素子において、光学素子の表面形状の設
計形状に対する局部的な形状誤差相当分を光学的に補正
するための、光学素子部材の屈折率とは局部的に屈折率
の異なる部分を設ける（請求項１）。この場合（請求項
１）に、屈折率の異なる部分は光学素子の表面に形成さ
れていること（請求項２）は好ましい。
線透過型の光学素子において、光学素子の表面形状の設
計形状に対する局部的な形状誤差相当分を光学的に補正
するための、光学素子部材の屈折率とは局部的に屈折率
の異なる部分を設ける（請求項１）。この場合（請求項
１）に、屈折率の異なる部分は光学素子の表面に形成さ
れていること（請求項２）は好ましい。
【０００６】また、これらの場合（請求項１、２）に、
光学素子の表面形状がほぼ球面であること（請求項３）
は好ましい。また、これらの場合（請求項１、２）に、
光学素子の表面形状が非球面であること（請求項４）は
好ましい。また、本発明の透過型光学素子の補正方法
は、光学素子の表面形状を測定し、測定された表面形状
と、光学素子の設計形状との差を算出し、算出された形
状の差に応じて光学素子表面の屈折率を変化させる（請
求項５）。
光学素子の表面形状がほぼ球面であること（請求項３）
は好ましい。また、これらの場合（請求項１、２）に、
光学素子の表面形状が非球面であること（請求項４）は
好ましい。また、本発明の透過型光学素子の補正方法
は、光学素子の表面形状を測定し、測定された表面形状
と、光学素子の設計形状との差を算出し、算出された形
状の差に応じて光学素子表面の屈折率を変化させる（請
求項５）。
【０００７】
【作用】本発明では、均一な屈折率を持つ透過型光学素
子部材（ガラス、プラスチック、赤外線光学部材Ｇｅ、
Ｓｉ等）を切削，研磨等の機械加工することにより製作
されたレンズの表面形状（加工形状）が設計形状からず
れていた場合、加工形状が設計形状に対して隆起してい
る領域に対してはその領域の素子部材の屈折率を周りよ
り低くし、加工形状が設計形状に対してへこんでいる領
域にはその領域の部材の屈折率を高くすることによっ
て、設計形状からずれている領域を透過する光線に対す
る光路長を修正する。すなわち、素子部材の屈折率を低
めた領域は、その領域の光学的な光路長が短くなり、そ
の領域の表面を機械的に除去したことと同じことにな
り、素子部材の屈折率を高めた領域は、その領域の光学
的な光路長が長くなり、その領域の表面に部材を盛りつ
けたことと同じことになる。
子部材（ガラス、プラスチック、赤外線光学部材Ｇｅ、
Ｓｉ等）を切削，研磨等の機械加工することにより製作
されたレンズの表面形状（加工形状）が設計形状からず
れていた場合、加工形状が設計形状に対して隆起してい
る領域に対してはその領域の素子部材の屈折率を周りよ
り低くし、加工形状が設計形状に対してへこんでいる領
域にはその領域の部材の屈折率を高くすることによっ
て、設計形状からずれている領域を透過する光線に対す
る光路長を修正する。すなわち、素子部材の屈折率を低
めた領域は、その領域の光学的な光路長が短くなり、そ
の領域の表面を機械的に除去したことと同じことにな
り、素子部材の屈折率を高めた領域は、その領域の光学
的な光路長が長くなり、その領域の表面に部材を盛りつ
けたことと同じことになる。
【０００８】屈折率の変化量と光路長の変化量との関係
は、数１、あるいは数２で表される。すなわち、屈折率
の変化量Δｎが一様と見なせる場合には
は、数１、あるいは数２で表される。すなわち、屈折率
の変化量Δｎが一様と見なせる場合には
【０００９】
【数１】
【００１０】となり、屈折率の変化量Δｎが一様と見な
せないときは
せないときは
【００１１】
【数２】
【００１２】となる。ここで、ΔＬは屈折率を変化させ
たことによりその領域を通る光線の光路長変化量であ
り、Δｎは屈折率の変化量であり、ｓは屈折率を変化さ
せた領域を光線が通った長さである。図４の透過型光学
素子１は、透過型光学素子１の一部に透過型光学素子と
は屈折率の異なる領域７が設けられている。また、光学
素子１を透過する光線６が屈折率の異なる領域７を通過
する長さはｓである。図４に示すように、数２は長さｓ
の光路６に沿って変化する屈折率変化量（透過型光学素
子１の部材の屈折率と領域７の屈折率との差の屈折率）
の積分が光路長の変化量に等しいという事である。
たことによりその領域を通る光線の光路長変化量であ
り、Δｎは屈折率の変化量であり、ｓは屈折率を変化さ
せた領域を光線が通った長さである。図４の透過型光学
素子１は、透過型光学素子１の一部に透過型光学素子と
は屈折率の異なる領域７が設けられている。また、光学
素子１を透過する光線６が屈折率の異なる領域７を通過
する長さはｓである。図４に示すように、数２は長さｓ
の光路６に沿って変化する屈折率変化量（透過型光学素
子１の部材の屈折率と領域７の屈折率との差の屈折率）
の積分が光路長の変化量に等しいという事である。
【００１３】この屈折率の変化による光路長の変化量
を、部材を研磨する事による光路長の変化量に換算した
場合、屈折率変化量Δｎを与えることは以下の式で表さ
れる関係によって部材をΔＰだけ研磨したまたは盛りつ
けたことと同様になる。屈折率の変化量Δｎが一様と見
なせる場合、
を、部材を研磨する事による光路長の変化量に換算した
場合、屈折率変化量Δｎを与えることは以下の式で表さ
れる関係によって部材をΔＰだけ研磨したまたは盛りつ
けたことと同様になる。屈折率の変化量Δｎが一様と見
なせる場合、
【００１４】
【数３】
【００１５】屈折率の変化量Δｎが一様と見なせない場
合、
合、
【００１６】
【数４】
【００１７】ΔＰは研磨量、ｎは部材の屈折率、Δｎは
部材に与えた屈折率変化量、ｓは屈折率を変化させた領
域を光線が通った長さである。つまり、本発明によれ
ば、光学素子の表面形状の屈折率を変化させることによ
って光学素子の表面形状を補正する。従って、光学素子
の表面形状の補正に研磨加工を用いないため、レンズを
加工機のテーブルに強く拘束したりする必要がないので
正確に光学素子の表面形状を補正することが可能であ
る。
部材に与えた屈折率変化量、ｓは屈折率を変化させた領
域を光線が通った長さである。つまり、本発明によれ
ば、光学素子の表面形状の屈折率を変化させることによ
って光学素子の表面形状を補正する。従って、光学素子
の表面形状の補正に研磨加工を用いないため、レンズを
加工機のテーブルに強く拘束したりする必要がないので
正確に光学素子の表面形状を補正することが可能であ
る。
【００１８】尚、部材に屈折率分布を与える手段として
は、特公昭４７ー８１６〜８２４号公報等に開示されて
いるイオン交換法が一般的に知られており、他にも中性
子照射法等がある。
は、特公昭４７ー８１６〜８２４号公報等に開示されて
いるイオン交換法が一般的に知られており、他にも中性
子照射法等がある。
【００１９】
【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、本発明はこれに限るものではない。図１は、
本発明の実施例による球面レンズを示す概略図である。
図１の球面レンズは設計形状は図１（ｂ）の破線で示さ
れるように球面レンズであるが、領域２の部分では設計
形状である破線に比べて凹な状態となり、領域３の部分
では設計形状である破線に比べて凸な状態となってい
る。また、この凹な領域２は部材１の屈折率よりも高い
屈折率となっていて、凸な領域３は部材１の屈折率より
も低い屈折率となっている。
明するが、本発明はこれに限るものではない。図１は、
本発明の実施例による球面レンズを示す概略図である。
図１の球面レンズは設計形状は図１（ｂ）の破線で示さ
れるように球面レンズであるが、領域２の部分では設計
形状である破線に比べて凹な状態となり、領域３の部分
では設計形状である破線に比べて凸な状態となってい
る。また、この凹な領域２は部材１の屈折率よりも高い
屈折率となっていて、凸な領域３は部材１の屈折率より
も低い屈折率となっている。
【００２０】図１に示した光学素子は、部材としてショ
ット社製のＳＦ５４と呼ばれている光学ガラスを用い、
分布屈折率の付与はイオン交換法によって部材の屈折率
を高めたい領域にＴｌ+ をドープし、部材の屈折率を低
めたい領域にＫ+ をドープすることで作成した。図１に
示すような光学素子の形成法としては、まずＳＦ５４の
ガラス部材１を用いて球面レンズを機械加工を行う。次
に、光学素子の表面形状の測定を行って、加工された表
面形状と設計形状との差を測定する。このような表面形
状の測定は既存の干渉測定法等を用いて行うことができ
る。
ット社製のＳＦ５４と呼ばれている光学ガラスを用い、
分布屈折率の付与はイオン交換法によって部材の屈折率
を高めたい領域にＴｌ+ をドープし、部材の屈折率を低
めたい領域にＫ+ をドープすることで作成した。図１に
示すような光学素子の形成法としては、まずＳＦ５４の
ガラス部材１を用いて球面レンズを機械加工を行う。次
に、光学素子の表面形状の測定を行って、加工された表
面形状と設計形状との差を測定する。このような表面形
状の測定は既存の干渉測定法等を用いて行うことができ
る。
【００２１】次に、このデータに従って、球面レンズの
表面形状が設計形状に比べて凹な領域２に開口を有する
マスクを形成する。このマスクは、例えば、開口部を設
けたい領域に水溶性の塗料（例えば、コダック社製の
「オペック」）を塗布し、その後、Ｔｉをスパッタ等で
蒸着することによって、水溶液の塗料が塗布されていな
い領域にＴｉのマスクを形成する。尚、水溶性の塗料を
塗布する代わりに、ポリイミド樹脂性テープを貼ること
や電子線描画等のリソグラフィ技術を用いても良い。
尚、このマスクはＴｌ等のイオンに対して不透性の膜で
あれば他のものを使用しても良い。
表面形状が設計形状に比べて凹な領域２に開口を有する
マスクを形成する。このマスクは、例えば、開口部を設
けたい領域に水溶性の塗料（例えば、コダック社製の
「オペック」）を塗布し、その後、Ｔｉをスパッタ等で
蒸着することによって、水溶液の塗料が塗布されていな
い領域にＴｉのマスクを形成する。尚、水溶性の塗料を
塗布する代わりに、ポリイミド樹脂性テープを貼ること
や電子線描画等のリソグラフィ技術を用いても良い。
尚、このマスクはＴｌ等のイオンに対して不透性の膜で
あれば他のものを使用しても良い。
【００２２】そして、図２のように、この素子をＴｌ2
ＳＯ4溶液９に浸漬することによってマスク８の開口部
のレンズ部材１の屈折率を高めた。尚、実施例１ではレ
ンズ部材１の屈折率を高めるためにＴｌ2ＳＯ4溶液を用
いてレンズ部材にＴｌ+ をドープさせたが、ＬｉＮｂＯ
3溶液を用いてＬｉ+ をドープさせても良い。
ＳＯ4溶液９に浸漬することによってマスク８の開口部
のレンズ部材１の屈折率を高めた。尚、実施例１ではレ
ンズ部材１の屈折率を高めるためにＴｌ2ＳＯ4溶液を用
いてレンズ部材にＴｌ+ をドープさせたが、ＬｉＮｂＯ
3溶液を用いてＬｉ+ をドープさせても良い。
【００２３】次に、部材の屈折率を高める方法と同様に
して、部材の屈折率を低めたい領域に開口を有するマス
クをレンズ表面に形成する。そして、今度はＫＮＯ3溶
液に浸漬させることによってレンズ部材にＫ+ をドープ
した。尚、レンズ表面の屈折率の増加は溶液中にレンズ
を浸漬する時間によって制御することができるため、屈
折率を大きくしたい領域は長時間浸漬し、屈折率を少し
だけ大きくしたい領域は短い時間浸漬した。尚、レンズ
表面の屈折率を減少させる場合についても同様に溶液中
にレンズを浸漬させる時間を制御させれば良い。
して、部材の屈折率を低めたい領域に開口を有するマス
クをレンズ表面に形成する。そして、今度はＫＮＯ3溶
液に浸漬させることによってレンズ部材にＫ+ をドープ
した。尚、レンズ表面の屈折率の増加は溶液中にレンズ
を浸漬する時間によって制御することができるため、屈
折率を大きくしたい領域は長時間浸漬し、屈折率を少し
だけ大きくしたい領域は短い時間浸漬した。尚、レンズ
表面の屈折率を減少させる場合についても同様に溶液中
にレンズを浸漬させる時間を制御させれば良い。
【００２４】このようにして作成した素子の光学性能を
調べるためレンズの透過波面収差を調べた結果、形状誤
差を有する光学素子に対して本発明の実施により透過波
面収差が改善されていることが確認でき、本発明による
方法が有効であることを確認した。また、第１実施例で
は、部材に屈折率分布を与える方法として熱拡散による
イオン交換法を用いているので、部材に与える屈折率の
時間的変化量は非常に小さくなり、研磨加工に比べてよ
り微妙な光学性能の調整が可能となった。
調べるためレンズの透過波面収差を調べた結果、形状誤
差を有する光学素子に対して本発明の実施により透過波
面収差が改善されていることが確認でき、本発明による
方法が有効であることを確認した。また、第１実施例で
は、部材に屈折率分布を与える方法として熱拡散による
イオン交換法を用いているので、部材に与える屈折率の
時間的変化量は非常に小さくなり、研磨加工に比べてよ
り微妙な光学性能の調整が可能となった。
【００２５】尚、第１実施例では球面レンズについて説
明したが、図３のように軸対称な形状を持つ光学素子を
用いて、屈折率を変化させる領域を素子の光軸に対称に
形成された非球面レンズを作成することも可能である。
尚、図３の光学素子は第１実施例と同様にして作成され
たものであり、領域２が素子部材１に比べて屈折率の高
い領域となっている。
明したが、図３のように軸対称な形状を持つ光学素子を
用いて、屈折率を変化させる領域を素子の光軸に対称に
形成された非球面レンズを作成することも可能である。
尚、図３の光学素子は第１実施例と同様にして作成され
たものであり、領域２が素子部材１に比べて屈折率の高
い領域となっている。
【００２６】
【効果】本発明によれば光学素子の屈折率を局所的に変
化させることによって、機械加工を行わずに光学素子の
表面形状の補正を行うことができるため、精度良く光学
素子の表面形状を補正することができる。
化させることによって、機械加工を行わずに光学素子の
表面形状の補正を行うことができるため、精度良く光学
素子の表面形状を補正することができる。
【図１】本発明の実施例による光学素子を示す概略図で
ある。
ある。
【図２】本発明の実施例による光学素子の製造方法を説
明する説明図である。
明する説明図である。
【図３】本発明の実施例による光学素子の別例を示す概
略図である。
略図である。
【図４】本発明の原理を説明する説明図である。
１・・・素子部材 ２・・・素子部材に比べて屈折率が高い部分 ３・・・素子部材に比べて屈折率が低い部分 ４・・・加工形状 ５・・・設計形状 ６・・・光線 ７・・・屈折率を変化させた部分 ８・・・マスク ９・・・Ｔｌ2ＳＯ4溶液
Claims (5)
- 【請求項１】 光線透過型の光学素子において、 前記光学素子の表面形状の設計形状に対する局部的な形
状誤差相当分を光学的に補正するための、前記光学素子
部材の屈折率とは局部的に屈折率の異なる部分を設けた
ことを特徴とする透過型光学素子。 - 【請求項２】 前記屈折率の異なる部分は前記光学素子
の表面に形成されていることを特徴とする請求項１記載
の透過型光学素子。 - 【請求項３】 前記光学素子の表面形状がほぼ球面であ
ることを特徴とする請求項１または２に記載の透過型光
学素子。 - 【請求項４】 前記光学素子の表面形状が非球面である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の透過型光学
素子。 - 【請求項５】 光学素子の表面形状を測定し、 前記測定された表面形状と、前記光学素子の設計形状と
の差を算出し、 前記算出された形状の差に応じて前記光学素子表面の屈
折率を変化させることを特徴とする透過型光学素子の補
正方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025068A JPH08220308A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 透過型光学素子及び透過型光学素子の補正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7025068A JPH08220308A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 透過型光学素子及び透過型光学素子の補正方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220308A true JPH08220308A (ja) | 1996-08-30 |
Family
ID=12155619
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7025068A Pending JPH08220308A (ja) | 1995-02-14 | 1995-02-14 | 透過型光学素子及び透過型光学素子の補正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08220308A (ja) |
-
1995
- 1995-02-14 JP JP7025068A patent/JPH08220308A/ja active Pending
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