JPH0940441A

JPH0940441A - 非球面レンズの加工装置および加工方法

Info

Publication number: JPH0940441A
Application number: JP19034795A
Authority: JP
Inventors: Kenji Ando; 謙二安藤; Yasuyuki Suzuki; 康之鈴木; Riyuuji Hiroo; 竜二枇榔
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-07-26
Filing date: 1995-07-26
Publication date: 1997-02-10

Abstract

(57)【要約】【課題】大口径のレンズに高精度な非球面加工がで
き、加工処理能力の高いエッチングによる非球面レンズ
の加工装置および加工方法を提供する。【解決手段】１０１は真空槽、１０２はカソード、１
０３はターゲット、１０４は磁石、１０５はマグネトロ
ン磁場、１０６はプラズマ、１０７は負イオン、１０８
は防着板、１０９は基板、１１０は基板ホルダ、１１１
は基板移動機構、１１２はカソード角度可変機構、１１
３はスパッタガス導入系、１１４は整合器、１１５は高
周波電源、１１６は外部制御直流電源、１１７は真空排
気系である。局所的に加工するため、ターゲット１０３
を凹面形状にしてシース領域１１８で電界加速された負
イオン１０７や負イオンのイオン化電子が遊離して派生
した中性粒子の進行方向をエッチングの対象部分に絞り
込み、基板１０９の対象部分をエッチングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板の表面を除去
加工するエッチング装置およびその方法に関し、特に大
口径非球面レンズの加工に用いられるエッチング装置お
よびその方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の非球面レンズ加工法としては、非
球面形状に加工されたガラスモールドやプラスチックモ
ールドの金型にブランク材料を挿入したり、材料を注入
してプレス加工する方法が多く用いられていた。

【０００３】また、特開昭６２−２８４０８９号公報で
開示された「微小非球面反射面加工方法」に記載のごと
く、基板に微小凸球面を形成し、制御されたイオンビー
ムをこの凸球面に射出することにより、所定の微小口径
を有する非球面反射面をエッチング加工する方法が報告
されているが、これらの加工方法はいずれも小径レンズ
に対応した加工方法である。

【０００４】一方、大口径レンズに対応した加工方法と
しては、文献「ＲｏｂｅｒｔＡ．Ｊｏｎｅｓ；”Ｃｏ
ｍｐｕｔｅｒ−ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｐｏｌｉｓｈｉ
ｎｇｏｆｔｅｌｅｓｃｏｐｅｍｉｒｒｏｒｓｅｇ
ｕｍｅｎｔｓ，”ＯＰＴＩＣＡＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩ
ＮＧ，Ｍａｒ／ＡｐｒＶｏｌ．２２，Ｎｏ．２，１９
８３」等に機械加工による加工方法が報告されている。
即ち、三次元コンピュータ制御された研削機で非球面形
状を形成した後、コンピュータ制御された研磨機（ＣＣ
Ｐ）で研磨する方法で、形状精度として０．０２５λ
ｒｍｓ（λ＝６３３ｎｍ）が得られている。

【０００５】図５は、従来の機械加工による加工方法を
示す模式図である。図中５０１は基板、５０２は基板回
転機構、５０３はステージ、５０４は球面パッド、５０
５は球面パッド回転機構、５０６は荷重制御機構、５０
７は研磨液供給ノズル、５０８は研磨液である。

【０００６】移動可能なステージ５０３に回転自在に取
り付けられた基板５０１は基板回転機構５０２によって
回転する。回転する基板５０１の表面には、荷重制御機
構５０６によって接触圧力が制御され、球面パッド回転
機構５０５によって回転する球面パッド５０４が接触
し、研磨液供給ノズル５０７より接触面に供給された研
磨液５０８によって接触面を研磨する。ステージ５０３
の位置や荷重制御機構５０６によって加えられる球面パ
ッド５０４の接触圧力はコンピュータ（不図示）によっ
て制御される。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、半導体露光装置
に求められる微細加工化の要求はますます高まり、露光
光源の波長もＧ線（４３６ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）
からエキシマ波長（２４８ｎｍ、１９３ｎｍ）へ移行さ
れようとしている。

【０００８】露光光源波長の短波長化によってレンズ自
体や反射防止膜の光の吸収が問題となるため、構成され
ているレンズの枚数を極力減らす必要がある。焼き付け
精度を損なわず（色収差をなくす）レンズ枚数を極力減
らすためには非球面形状レンズを採用することが有効で
あり、この場合非球面レンズの口径はΦ１５０ｍｍ以上
と大口径で、かつ、面精度は０．００１λ ｒｍｓ、形
状精度０．０１λｐ−ｖ程度が必要とされる。

【０００９】上述の従来技術のモールドによる非球面加
工方法は、カメラやビデオカメラ等の非球面加工レンズ
の加工に用いられている加工方法で、その目的に対して
は加工精度や能力の面では十分満足できる。しかし、現
状の技術ではワレや熱収縮による非球面形状精度の点か
ら、レンズ口径Φ５０ｍｍ以下の小口径レンズ対応の加
工方法であり、また、露光光学系レンズに要求される形
状精度を満足させることは非常に困難である。

【００１０】同様にイオンビームを用いた手法において
も、チャージアップによるエッチングレートの再現性や
加工面の荒さ、所望のイオンビーム空間分布を得るため
の手法（マスク）による損失や複雑さ等で、現状の技術
では形状精度および加工能力を満足させることは困難で
ある。

【００１１】一方、大口径非球面レンズの加工に用いら
れた上述の機械加工による加工方法では、リップルと呼
ばれる周期的な凹凸が現れたり、一次加工痕が残った
り、接触加工に起因するマイクロクラックや加工歪（ス
トレス）を生ずるなどの問題点があった。さらにこの機
械加工法では球面パッドの消耗や、加工温度、研磨液濃
度等の研磨条件の不安定に起因して目標に対して±２０
％程度の誤差を生ずるため、非球面形状測定および非球
面研磨の工程を繰り返して所望の形状に追い込む必要が
あることから、総加工時間も非常に長く数百時間に及ぶ
ことが多い等の問題を有している。

【００１２】本発明の目的は、以上のような欠点を克服
し、大口径のレンズに高精度な非球面加工ができ、加工
処理能力の高いエッチングによる非球面レンズの加工装
置および加工方法を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の非球面レンズの
加工装置では、レンズ用基板の表面を所望の形状に加工
する非球面レンズの加工装置において、真空排気手段と
スパッタガス導入手段とを有する真空槽と、基板移動手
段によって回転および移動が可能な基板保持用の基板ホ
ルダと、基板エッチング用のイオンビームを生成するタ
ーゲットと、ターゲットを保持し、カソード角度可変手
段によって回転可能なカソードと、カソードにプラズマ
発生用の電源を供給する高周波電源発生手段と、基板移
動手段とカソード角度可変手段を制御する制御手段とを
有し、基板ホルダとカソードは真空槽内に配置されてい
る。

【００１４】また、ターゲットのイオン生成面が凹面形
状をしていてもよく、カソードが、カソードに保持され
たターゲットの中心を通る法線が一点で交差するように
配置された複数のカソードであってもよく、カソードの
プラズマ発生手段がマグネトロン磁場を発生させるため
の磁石であってもよく、カソードのプラズマ発生手段が
コイル電極であってもよく、制御可能なバイアス電圧を
カソードに印加するための外部制御直流電源発生手段を
有してもよい。

【００１５】本発明の非球面レンズの加工方法は、スパ
ッタガスの真空雰囲気内で、基板の所望の位置に、ター
ゲットで生成した重負イオンおよび中性粒子を加速制御
して所望の方向から照射し、基板の表面をエッチングし
て所望の形状に加工する。

【００１６】また、重負イオンをスパッタによるターゲ
ットからの二次負イオン放出により生成させてもよく、
ターゲットがイットリューム（Ｙ）もしくは酸化イット
リューム（イットリアＹ₂Ｏ₃）であってもよく、スパッ
タガスが、酸素（Ｏ₂ ）もしくは酸素（Ｏ₂ ）とアルゴ
ン（Ａｒ）の混合ガスであってもよい。

【００１７】さらに、基板の形状にかかわらず、局所加
工面積が一定でかつ負イオンおよび中性粒子の基板局所
加工部に対する入射量が最大となるように基板移動手段
とカソード角度可変手段が制御されてもよい。

【００１８】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施の形態について
図面を参照して説明する。

【００１９】図１は本発明の第１の実施の形態の負イオ
ンエッチングによる加工装置の構成説明図、図２は本発
明の負イオンの加速の説明図である。図１において１０
１は真空槽、１０２はカソード、１０３はターゲット、
１０４は磁石、１０５はマグネトロン磁場、１０６はプ
ラズマ、１０７は負イオン、１０８は防着板、１０９は
基板、１１０は基板ホルダ、１１１は基板移動機構、１
１２はカソード角度可変機構、１１３はスパッタガス導
入系、１１４は整合器、１１５は高周波電源、１１６は
外部制御直流電源、１１７は真空排気系である。図２
（ａ）は電位を示すグラフでＶｐはプラズマ電位、Ｖｄ
ｃはセルフバイアス電圧である。図２（ｂ）はイオンの
状態を示す説明図でＹターゲットはイットリュームター
ゲット１０３を、Ｙ₂Ｏ₃ ^- はイットリア負イオンを、Ｏ
₂ は酸素をーは電子を、＋は正イオンを、１１８はシー
ス領域を、１１９はプラズマ領域を示す。

【００２０】反応容器となる真空槽１０１は、酸素（Ｏ
₂ ）または酸素とアルゴン（Ａｒ）との混合ガスを導入
するためのスパッタガス導入系１１３および真空槽１０
１内部を真空にする真空排気系１１７を備え、さらに真
空槽１０１の内部には基板１０９、基板ホルダ１１０、
ターゲット１０３およびカソード１０２が配置されてい
る。

【００２１】カソード１０２には、負イオンを生成させ
るためのイットリューム（Ｙ）ターゲット１０３が装着
され、磁石１０４で電子を閉じ込めプラズマ密度を高め
るためのマグネトロン磁場１０５を発生させる。またプ
ラズマを発生させるための高周波電源１１５と、バイア
ス電圧を変化させるための外部制御直流電源１１６とが
整合器１１４を介して接続されている。

【００２２】また、基板ホルダ１１０は図１中に矢印で
示したように、基板移動機構１１１によって左右、前後
方向の移動および回転が可能に保持されおり、カソード
１０２は角度可変機構１１２によって回転可能に保持さ
れ、いずれもコンピュータによって高精度に制御されて
いる。

【００２３】基板１０９に非球面形状をエッチング加工
によって形成する場合を例として説明すると、まず所望
する非球面形状に限りなく近い球面形状に超精密球面研
磨された基板１０９を基板ホルダ１１０に取付け、真空
槽１０１内を真空排気系１１７によって排気し、内部の
真空度を１０^ー4〜１０^ー5Ｐａとする。なおこの時、凹面
ターゲット１０３の表面が基板１０９の表面に対して９
０°回転した原点位置となるように、カソード角度可変
機構１１２でカソード１０２の位置を設定しておく。

【００２４】次に、基板１０９を基板移動機構１１１で
５００ｒｐｍ程度で高速回転させ、ターゲット１０３に
整合器１１４を介して高周波電源１１５から周波数１０
５ＭＨｚの高周波電力を印加し、スパッタガス導入系１
１３から酸素（Ｏ₂ ）ガスを導入し、真空槽１０１内の
真空度を０．１〜０．５Ｐａ程度にすることにより高周
波放電（プラズマ）１０６を発生させる。

【００２５】発生したプラズマ１０６は、磁石１０４で
形成されるマグネトロン磁場１０５のターゲット１０３
に平行な成分の磁界（電界はターゲット１０３に垂直方
向）で、電子はサイクロイド運動をしてイオン化効率を
高め高密度プラズマを生成させる。

【００２６】一方、図２のように、イットリューム
（Ｙ）ターゲット１０３の表面近傍では、電子と酸素イ
オンの移動度の差により、ターゲット表面は負に帯電
（セルフバイアス）される。また、酸素雰囲気中にさら
されているためターゲット１０３の表面は薄い酸化膜
（イットリア）で覆われている。

【００２７】プラズマ中で生成された酸素の正イオン
は、シース領域１１８でプラズマ電位Ｖｐとセルフバイ
アス電圧Ｖｄｃとの電位差（ＶｐーＶｄｃ）で加速され
てイットリュウム（Ｙ）ターゲット１０３の表面をスパ
ッタする。ターゲット１０３の表面から飛び出したイッ
トリア（Ｙ₂Ｏ₃）は、電子を付着した負イオン１０７と
なってプラズマ電位Ｖｐとセルフバイアス電圧Ｖｄｃと
の電位差で加速される。エッチングレートと加速電圧は
比例関係にあり、図１の本装置では制御性を高めるため
に、加速電圧（バイアス電圧）を変化させることのでで
きる外部制御直流電源１１６が接続されている。整合器
１１４の内部には高周波電力が外部制御直流電源１１６
側に供給されないように、ローバスフイルタが設けられ
ており、加速電圧はローバスフイルタを通してカソード
１０２に供給されている。

【００２８】また、局所的に加工するため、ターゲット
１０３を凹面形状にしてシース領域１１８で電界加速さ
れた負イオン１０７や負イオンのイオン化電子が遊離し
て派生した中性粒子の進行方向をエッチングの対象部分
に絞り込み、基板１０９の対象部分をエッチングする。
なお、ターゲット１０３表面で負イオンにならなずにス
パッタされたイットリア粒子を基板１０９表面に付着さ
せないために防着板１０８がターゲット１０３前面に配
置されている。防着板１０８の負イオン焦点部には孔が
明けてあり、絞り込まれた負イオン、中性粒子は通過す
ることができる。同様に孔を通過したスパッタされたイ
ットリア粒子は基板１０９に成膜されるが、負イオン１
０７によるエッチング量の方が勝り、その結果基板１０
９表面にはイットリアは成膜されない。

【００２９】放電が立ち、ターゲット１０３表面のクリ
ーニングや放電の安定化を目的とするプリスパッタが終
了後、非球面加工を開始する。非球面加工に当たって
は、局所加工をする面積はどの領域であっても一定であ
り、局所加工面への負イオン、中性粒子の入射角が最大
値（垂直入射）となるようにカソード角度可変機構１１
２と基板移動機構１１１がコンピュータによって制御さ
れる。

【００３０】まず、カソード角度可変機構１１２によっ
てターゲット１０３が回転動作した時の局所加工領域
（ターゲット焦点位置）の軌跡と基板１０９の最外周部
が交わり、局所加工面に対する負イオン、中性粒子の入
射角が最大値となる位置まで、基板１０９の曲率と厚
み、基板の回転半径より演算して回転中の基板ホルダ１
１０を、基板移動機構１１１によって前進および傾斜移
動させる。同様にカソード１０２も局所加工領域が基板
１０９の最外周部と交わる角度までカソード角度可変機
構１１２によって回転させる。

【００３１】次にカソード１０２を、局所加工領域が基
板の中心に向かうようにカソード角度可変機構１１２に
よって徐々に回転させる。同時に局所加工領域が基板１
０９表面で常に一定で、局所加工面に対する負イオン、
中性粒子の入射角が最大値となるように、回転中の基板
ホルダ１１０を、カソードの回転と同期して基板移動機
構１１１によって前後進および傾斜移動させる。さら
に、カソード角度と基板１０９の移動調整と同期させ
て、所望の形状に非球面加工するための非球面エッチン
グデータを外部制御直流電源１１６に供給して加速電圧
を調整し、エッチング量を制御しながら加工をする。エ
ッチング加工量と加速電圧は比例関係にあるので、非球
面エッチングデータによってエッチング加工量に比例し
た電圧を外部制御直流電源１１６からカソード１０２に
供給する。

【００３２】以上の操作を所望の形状になるまで繰返し
走査させることによって基板１０９の表面を非球面形状
に加工することができる。

【００３３】なお、この実施の形態では高周波電源１１
５を１０５ＭＨｚのＶＨＦ電源で説明したが、１３．５
６ＭＨｚのＲＦ電源でも同様の加工が行なえる。しかし
プラズマ密度が高く、かつセルフバイアス電圧が低く制
御性が高いＶＨＦ電源を使用する方が好ましい。

【００３４】次に本発明の第２の実施の形態について説
明する。本実施の形態のエッチングによる非球面レンズ
の加工装置および加工方法は第１の実施の形態のターゲ
ット１０３の材質を絶縁物のイットリア（Ｙ₂Ｏ₃）とし
た。

【００３５】イットリアターゲットは絶縁物なので、第
１の実施の形態で行なった外部制御直流電源１１６によ
る加速電圧制御ができず、加速電圧は電子とイオンとの
移動度の差で発生するセルフバイアス電圧Ｖｄｃで一定
となるので、エッチング加工量の制御は基板移動機構１
１１とカソード角度可変機構１１２とによる局所加工滞
留時間の制御によって行ない、滞留時間を局所の所望の
非球面エッチング量に比例させて増減する。

【００３６】この実施の形態では高周波電源１１５とし
てはセルフバイアス電圧の高い１３．５６ＭＨｚのＲＦ
電源を使用することが望ましい。

【００３７】図３は本発明の第３の実施の形態の負イオ
ンエッチングによる加工装置の構成説明図である。図３
において３０１は真空槽、３０２はカソード、３０３は
ターゲット、３０４は磁石、３０５はマグネトロン磁
場、３０６はプラズマ、３０７は負イオン、３０８は防
着板、３０９は基板、３１０は基板ホルダ、３１１は基
板移動機構、３１２はカソード角度可変機構、３１３は
スパッタガス導入系、３１４は整合器、３１５は高周波
電源、３１６は外部制御直流電源、３１７は真空排気系
である。

【００３８】この実施の形態において、加工装置の基本
構成は第１の実施の形態と同様であるが、第１の実施の
形態では１個の凹面形状であったターゲット１０３を、
複数個の平面形状のターゲット３０３に置き換え、図３
に示すように各ターゲット３０３の中心を通る法線が一
点に交わるように配置されており、この交点に基板３０
９の対象局所をおいてエッチング加工を行なう。

【００３９】このような構造にすることにより、第１の
実施の形態よりもさらに大きな負イオン源を備えること
ができ、局所加工面積を増加させ、さらに大口径な非球
面レンズの加工が可能となる。また、ターゲット３０３
の構造も簡単となる。

【００４０】図４は本発明の第４の実施の形態の負イオ
ンエッチングによる加工装置の構成説明図である。図４
において４０１は真空槽、４０２はカソード、４０３は
ターゲット、４０６はプラズマ、４０７は負イオン、４
０８は防着板、４０９は基板、４１０は基板ホルダ、４
１１は基板移動機構、４１２はカソード角度可変機構、
４１３はスパッタガス導入系、４１４は第１の整合器、
４１５は第１の高周波電源、４１６は外部制御直流電
源、４１７は真空排気系、４２０は第２の高周波電源、
４２１は第２の整合器、４２２はコイル電極である。

【００４１】この実施の形態では、第１の実施の形態の
マグネトロンカソード１０２の磁石１０４を除き、プラ
ズマ発生手段としてコイル電極４２２と、コイル電極４
２２に電源を供給する第２の高周波電源４２０と第２の
整合器４２１を設けた。

【００４２】第１の実施の形態で、負イオンの絞りをさ
らに高めるためには、ターゲット１０３の表面のシース
領域１１８（図２）の厚みを均一にする必要がある。シ
ース領域１１８の厚みはプラズマ密度に関係がありプラ
ズマ密度が高いほど薄くなるので、ターゲット１０３の
表面で均一のプラズマを発生させる手段が有効となる。

【００４３】そのためプラズマ発生手段として実施の形
態１の磁石１０４をコイル電極４２２に変更し、１００
ＭＨｚ程度のＶＨＦ電力を供給してターゲット４０３の
表面に均一なプラズマを発生させている。ＶＨＦ放電の
ためコイル電極４２２にかかるセルフバイアス電圧Ｖｄ
ｃは数十Ｖ〜百数十Ｖと低く、コイル電極４２２がスパ
ッタされることはない。さらに、ターゲット４０３に高
周波および直流バイアスを供給することによって、均一
なシース領域１１８の厚みとなり、負イオンの絞りを高
めることができる。

【００４４】次に本発明による作用を、従来技術の問題
点と比較しながら説明する。イオンエッチングを用いた
非球面レンズの加工においては、下記の４項の条件が重
要となる。

【００４５】１．エッチング加工後の仕上り面精度２．エッチングレートの安定性（形状精度）３．イオンの絞り（局所加工）４．加工処理能力１．のエッチング加工後の仕上り面精度についての要求
は非常に高い。イオンビーム照射によるスパッタエッチ
ングにおいて、表面の凹凸性は照射されるイオンの種
類、加速エネルギー、表面への入射角によって変化す
る。通常のスパッタエッチング条件下では、軽イオン、
高エネルギーで、ある範囲の斜め入射の場合に凹凸性が
悪くなる。

【００４６】本発明では、重負イオンと重負イオンのイ
オン化電子が遊離した中性粒子を使用しており、ターゲ
ットにイットリューム（Ｙ）もしくは酸化イットリュー
ム（イットリアＹ₂Ｏ₃）を用い、スパッタガスに酸素
（Ｏ₂ ）もしくは酸素（Ｏ₂ ）とアルゴン（Ａｒ）の混
合ガスを用いれば反応性のスパッタとなり、ターゲット
表面上でイットリアの負イオンが生成される。通常のス
パッタエッチングに用いられるアルゴンイオン（質量４
０）に比べてイットリアの負イオンは質量２２６であ
り、約５．５倍の質量を持つ重負イオンとなる。

【００４７】また、通常のスパッタエッチングでは数Ｋ
ｅＶ程度に加速するのが一般的であるが、負イオンを用
いるので、プラズマ領域とターゲットの間のシース領域
で、プラズマ電位とターゲットのセルフバイアス電圧と
の差、もしくはプラズマ電位と外部制御バイアス電圧と
の差で加速されるため、数百ｅＶで加速され加速エネル
ギーも少ない。

【００４８】さらに、ターゲットで生成した重負イオン
および重負イオンから派生した中性粒子を加速制御して
所望の方向から照射するので、斜めイオン入射成分を少
なくできる。

【００４９】以上のような条件から加工表面を荒らすこ
となく十分満足できる面精度で加工される。

【００５０】２．のエッチングレートの安定性は、形状
精度に大きな影響がある。通常のイオンビーム照射によ
るスパッタエッチング加工では、加速電極に印加する電
圧が制御されるが、基板が絶縁物の場合はイオン照射に
よって基板表面に正の電荷が蓄積（チャージアップ）さ
れ、しまいにはエッチングが不可能となる。この電荷の
蓄積を除去するために通常電子照射による中和が行なわ
れるが、電子と正イオン量のバランスや基板表面の局部
的なチャージアップ等で完全に中和することは困難であ
る。

【００５１】本発明では、負イオンを用いるので、負イ
オンの特徴として絶縁基板表面へのチャージアップ電位
は非常に小さくなる。そのため、電界加速された負イオ
ンは基板表面で減速されることなく照射される。特にイ
ットリューム（Ｙ）のような金属ターゲットでは、外部
制御直流電源発生手段でバイアス電圧を制御することに
よってイオン加速電圧の安定した制御ができる。

【００５２】以上のようにシース領域で電界加速された
負イオンは、基板表面のチャージアップ電位で減速され
ることなく基板に照射され、安定的なエッチッングレー
トを得ることができる。

【００５３】また、シース領域で電界加速された負イオ
ンの一部は中性粒子となるが、スパッタガスの酸素（Ｏ
₂ ）やアルゴン（Ａｒ）に比べて約５．５〜７倍の質量
があり、運動エネルギーをあまり奪われることなく基板
に照射され、負イオン同様に安定したエッチングレート
を得ることができ、全体として形状精度が向上する。３．のイオンの絞りの必要性は、所望の形状にエッチン
グ加工をするためには局所加工部が基板表面全体を走査
でき、局所加工部の滞留時間および負イオンの加速電圧
制御によりエッチング量を制御する必要があり、その精
度を上げるためには照射部分に対する負イオンビームの
絞り込みが必要となることによる。

【００５４】数ミリ厚のシース領域で形成される電界
は、等電位面に対して垂直方向に形成され、等電位面は
ターゲット面に対して均一なプラズマを発生させれば略
ターゲット面に対して平行となるので、電界はターゲッ
ト面に対して垂直方向となる。ターゲット表面で生成さ
れた負イオンは、シース領域で電界に沿って加速される
ので負イオンはターゲット面に垂直方向に加速される。

【００５５】本発明では、ターゲットのイオン生成面が
凹面形状をしている場合には、負イオンや中性粒子が凹
面の曲率中心に向けて加速されるので、その中心位置に
基板の局所加工部をおけばイオンが絞り込まれる。ま
た、複数のカソードが、カソードに保持されたターゲッ
トの中心を通る法線が一点で交差するように配置される
ことによって、複数のターゲットで生成した負イオンや
中性粒子もその１点で交差し、その交差点に基板の局所
加工部をおけばイオンが絞り込まれる。

【００５６】また、生成された負イオンは質量の大きい
重負イオンなので、質量の小さいスパッタガスとの粒子
衝突による散乱も非常に少ない。

【００５７】以上のことから、負イオン、中性粒子の絞
りができ精密な局所加工が可能となる。

【００５８】４．の加工処理能力は、エッチングレート
で左右され、エッチングレートは負イオンおよび中性粒
子の質量、負イオンおよび中性粒子の量と加速電圧で決
定する。

【００５９】本発明では、イットリアのような重負イオ
ン、中性粒子を使用しているので、通常使用されるアル
ゴンに比べて約５．５倍の質量を有し、負イオン源がス
パッタカソードと同様な構成になっているのでターゲッ
トの大きさには余り制約はなく、ターゲット面積を大き
くして生成される負イオン量を多くすることができる。
さらに外部制御直流電源発生手段でバイアス電圧を印加
することによってイオン加速電圧を高めることができ
る。

【００６０】以上のことから高い加工処理能力が得られ
る。

【００６１】

【発明の効果】以上説明したように本発明では、大口径
基板に所望する非球面形状を形成するため、所望の非球
面形状に限りなく近い球面形状に超精密研磨した基板
に、イットリュームもしくはイットリアの凹面ターゲッ
トで生成されたイットリアの重負イオンビームおよび中
性粒子を絞り込んで、基板上に垂直に適度な加速エネル
ギーで照射して基板表面を除去（エッチング）するの
で、基板表面の面粗さを損なうことなく所望の非球面形
状を制御性良く得ることができる。

【００６２】また、本発明は、負イオン、中性粒子を用
いた非接触加工のため、機械加工のごとき接触加工法の
欠点であるマイクロクラックを発生させることなく、ス
トレスの少ないダメージフリーな加工方法を実現でき、
従来の方法に比べて高品質な加工表面を得ることができ
る。

【００６３】さらに、本発明においては、ターゲットの
大口径化が可能で、ターゲット表面に生成した重負イオ
ン、中性粒子を総て絞り込み効率良く利用することがで
きるので従来の方法に比べて加工スピードを著しく高め
ることができる。

【００６４】なお、本発明は大口径非球面加工だけに限
定されるものではなく、光学レンズ、ミラー以外にも加
工形状を精密に制御する必要のある総てのエッチング加
工に適用できるものであることはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の負イオンエッチン
グによる加工装置の構成説明図である。

【図２】本発明の負イオンの加速の説明図である。
（ａ）は電位を示すグラフである。（ｂ）はイオンの状
態を示す説明図である。

【図３】本発明の第３の実施の形態の負イオンエッチン
グによる加工装置の構成説明図である。

【図４】本発明の第４の実施の形態の負イオンエッチン
グによる加工装置の構成説明図である。

【図５】従来の機械加工による加工方法を示す模式図で
ある。

【符号の説明】

１０１、３０１、４０１真空槽１０２、３０２、４０２カソード１０３、３０３、４０３ターゲット１０４、３０４磁石１０５、３０５マグネトロン磁場１０６、３０６、４０６プラズマ１０７、３０７、４０７負イオン１０８、３０８、４０８防着板１０９、３０９、４０９基板１１０、３１０、４１０基板ホルダ１１１、３１１、４１１基板移動機構１１２、３１２、４１２カソード角度可変機構１１３、３１３、４１３スパッタガス導入系１１４、３１４、整合器１１５、３１５高周波電源１１６、３１６、４１６外部制御直流電源１１７、３１７、４１７真空排気系１１８シース領域１１９プラズマ領域４１４第１の整合器４１５第１の高周波電源４２０第２の高周波電源４２１第２の整合器４２２コイル電極５０１基板５０２基板回転機構５０３ステージ５０４球面パッド５０５球面パッド回転機構５０６荷重制御機構５０７研磨液供給ノズル５０８研磨液Ｖｐプラズマ電位Ｖｄｃセルフバイアス電圧ＹターゲットイットリュームターゲットＹ₂Ｏ₃ ^- イットリア負イオンＯ₂ 酸素ー電子＋正イオン

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】レンズ用基板の表面を所望の形状に加工
する非球面レンズの加工装置において、真空排気手段とスパッタガス導入手段とを有する真空槽
と、基板移動手段によって回転および移動が可能な前記基板
保持用の基板ホルダと、前記基板エッチング用のイオンビームを生成するターゲ
ットと、前記ターゲットを保持するカソードと、前記カソードを回転させるカソード角度可変手段と、前記カソードにプラズマ発生用の電源を供給する高周波
電源発生手段と、前記基板移動手段と前記カソード角度可変手段を制御す
る制御手段とを有し、前記基板ホルダと前記カソードは前記真空槽内に配置さ
れていることを特徴とする非球面レンズの加工装置
【請求項２】請求項１記載の非球面レンズの加工装置
において、前記ターゲットのイオン生成面が凹面形状をしているこ
とを特徴とする請求項１記載の非球面レンズの加工装
置。
【請求項３】請求項１または２記載の非球面レンズの
加工装置において、前記カソードが、カソードに保持された前記ターゲット
の中心を通る法線が一点で交差するように配置された複
数のカソードであることを特徴とする請求項１または２
記載の非球面レンズの加工装置。
【請求項４】請求項１から３のいずれか１項記載の非
球面レンズの加工装置において、前記カソードのプラズマ発生手段が、マグネトロン磁場
を発生させるための磁石であることを特徴とする請求項
１から３のいずれか１項記載の非球面レンズの加工装
置。
【請求項５】請求項１から３のいずれか１項記載の非
球面レンズの加工装置において、前記カソードのプラズマ発生手段が、コイル電極である
ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の
非球面レンズの加工装置。
【請求項６】請求項１から３のいずれか１項記載の非
球面レンズの加工装置において、制御可能なバイアス電
圧を前記カソードに印加するための外部制御直流電源発
生手段を有することを特徴とする請求項１から３のいず
れか１項記載の非球面レンズの加工装置。
【請求項７】請求項１から６のいずれか１項記載の非
球面レンズの加工装置を用いた非球面レンズの加工方法
であって、スパッタガスの真空雰囲気内で、前記基板の所望の位置
に、前記ターゲットで生成した重負イオンおよび中性粒
子を加速制御して所望の方向から照射し、前記基板の表
面をエッチングして所望の形状に加工することを特徴と
する非球面レンズの加工方法。
【請求項８】請求項７記載の非球面レンズの加工方法
において、前記重負イオンを、スパッタによる前記ターゲットから
の二次負イオン放出により生成させることを特徴とする
請求項７記載の非球面レンズの加工方法。
【請求項９】請求項７記載の非球面レンズの加工方法
において、前記ターゲットがイットリューム（Ｙ）もしくは酸化イ
ットリューム（イットリアＹ₂Ｏ₃）であることを特徴と
する請求項７記載の非球面レンズの加工方法。
【請求項１０】請求項７記載の非球面レンズの加工方
法において、前記スパッタガスが、酸素（Ｏ₂ ）もしくは酸素（Ｏ
₂ ）とアルゴン（Ａｒ）の混合ガスであることを特徴と
する請求項７記載の非球面レンズの加工方法。
【請求項１１】請求項７記載の非球面レンズの加工方
法において、前記基板の形状にかかわらず、局所加工面積が一定でか
つ負イオンおよび中性粒子の基板局所加工部に対する入
射量が最大となるように前記基板移動手段と前記カソー
ド角度可変手段を制御することを特徴とする請求項７記
載の非球面レンズの加工方法。