JPH10142408A - 光学素子の製造方法及び該方法による光学素子 - Google Patents

光学素子の製造方法及び該方法による光学素子

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JPH10142408A
JPH10142408A JP30041696A JP30041696A JPH10142408A JP H10142408 A JPH10142408 A JP H10142408A JP 30041696 A JP30041696 A JP 30041696A JP 30041696 A JP30041696 A JP 30041696A JP H10142408 A JPH10142408 A JP H10142408A
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optical element
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etching
optical
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Minoru Otani
実 大谷
Atsumichi Ishikura
淳理 石倉
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Abstract

(57)【要約】 【課題】光学素子の接着面上において多層の薄膜を形成
する場合であっても、光学密着により高い透過率を保証
する。 【解決手段】 所定の接着剤を使用せずに、空気、所定
ガス、純水、所定アルコール液を含む分子媒体を相互の
接着面に介在させて接着するために、接着面の平面度並
びに接着面の極めて低い表面粗さを確保して光学接着す
るために、接着面をエッチング加工する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は光学素子の製造方法
及び該方法による光学素子に係り、例えばレーザービー
ムスプリッタのように複数のプリズムを接合して製造さ
れる光学素子において、接着剤を用いない光学密着によ
る光学素子の製造方法及びその光学素子に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来より、光学素子を接着して構成され
る透過光学系に用いられる光学素子であって、たとえば
レンズ、プリズム等を接着する場合には、バルサム、エ
ポキシ系、アクリル系、ポリエステル系の接着剤やシリ
コンアルコレート等の加水分解生成物を利用して接着し
ている。
【0003】また、光学系の透過率の低下や歪み発生を
防止したい場合には、上記のような接着剤を用いずに、
水、油、アルコールなどの溶媒を互いの接着面の間に用
いて光学的に密着させ接着する方法が知られている。
【0004】これは光学密着と呼ばれており、この光学
密着による接着を可能にするためには、接着面の面精度
の確保及び極めて小さい表面粗さに加工することが条件
となる。
【0005】一方、KrFエキシマレーザー等のように
出力波長が紫外波長域の250nm以下となるような場
合に使用される光学素子では、レーザー光を比較的に低
い割合で吸収する特性(高い透過率を有する)を備えて
いる接着剤は今現在は存在しないことから、レーザー光
が接着面で多少は減衰することはやむを得ないことを前
提にしていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、このような接
着剤に頼らず、上記の光学密着により高い透過率を保証
することによって、出力波長が紫外波長域の光学素子に
適用可能な光学素子を得る点が着目される。
【0007】しかしながら、この光学密着を行うために
は、上記のように接着面の面精度をきわめて高精度に所
謂磨りあわせ研磨して平面に加工しなければならず、か
つまた接着面の面粗さも極めて小さくしなければ光学密
着することはできないので、このために、例えば、光学
素子の接着面上において多層の薄膜を形成する場合に
は、薄膜の製造工程において薄膜の表面粗さが素子基板
の表面粗さより大きくなってしまうことは避けられない
ことから、結局は光学密着することができないという問
題があり、未だ実現されていなかった。
【0008】また、たとえ接着面の面精度と面粗さを確
保できた場合でも、薄膜形成工程においてどうしても導
入されてしまうような微小な粉塵や薄膜成形時の欠損等
に起因して光学接着を前面に渡り均一に行うことは非常
に困難なことから、結局は接着後の不良率が高くなって
しまい、この結果、製造歩留まりを向上できないという
問題点があった。
【0009】したがって、本発明の光学素子の製造方法
及び該方法による光学素子は上述した各問題点に鑑みて
なされたものであり、光学素子の接着面上において多層
の薄膜を形成する場合であっても、光学密着により高い
透過率を保証することを目的としている。
【0010】より詳しくは、出力波長が紫外波長域の光
学素子に適用可能な光学素子を得るために薄膜の製造工
程において、薄膜の表面粗さが素子基板の表面粗さより
大きくなってしまうことは避けられないが、このような
場合でも光学密着することができ、かつまた、微小な粉
塵が接着面間に侵入することを防止して光学接着を前面
に渡り均一に行うことで、製造歩留まりを向上できるよ
うにすることを目的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述した課題を解決し、
目的を達成するために、本発明によれば、所定の接着剤
を使用せずに、空気、所定ガス、純水、所定アルコール
液を含む分子媒体を相互の接着面に介在させて接着する
ために、前記接着面の平面度並びに前記接着面の極めて
低い表面粗さを確保して光学接着する光学素子の製造方
法であって、前記接着面をエッチング加工することによ
り前記表面粗さを得てから、前記光学接着することを特
徴としている。
【0012】また、前記接着面において所定厚さの薄膜
を多層に形成し、その最終層上に前記光学素子と略同程
度の屈折率の材料を前記エッチング加工深さと同厚程度
または同厚以上に形成し、前記エッチング加工すること
を特徴としている。
【0013】また、前記光学接着を前記分子媒体中にお
いて行うことで、不純物を前記接着面上から排除し、か
つ光学接着の接着強度を増大させたるために接着面を貼
り合わせることを特徴としている。
【0014】また、前記エッチング加工は、イオンビー
ムによるスパッタ、RF、DC、マイクロ波等のプラズ
マ中のイオンを用いたスパッタ等物理的エッチング、お
よび化学反応やラジカルをも利用したプラズマCVM
(CHEMICAL VAPORIZATION MACHINING)、PACE(PLA
SMA ASIST CHEMICAL ETCHING)、あるいはEEM(ELAS
TIC EMISSION MACHINING)であることを特徴としてい
る。
【0015】また、光学素子により、偏向ビームスプリ
ッターを構成するために、前記光学素子の接着面上に前
記薄膜を形成し、最終層を前記エッチング加工すること
を特徴としている。
【0016】そして、前記光学素子は石英ガラスであ
り、また前記薄膜はAl2O3,Al2F3を相互に多層に形成し
てなり、出力波長が紫外波長域の350nm以下となる
ような場合に使用される偏向ビームスプリッターを構成
することを特徴としている。
【0017】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好適な実施形態に
ついて、光学素子として偏光ビームスプリッターに適用
した場合について以下に述べる。
【0018】図1は実施形態例を示した模式図であっ
て、KrFエキシマレーザー(波長248nm)用の偏
光ビームスプリッターをレーザ光線と平行な面となる正
面側から見た図である。
【0019】本図において、合成石英プリズム1、2は
図示のように横断面形状が三角形の角柱になるように夫
々加工形成されており、底辺となる互いの接着面におい
て誘電体多層膜3を設けており、S成分とP成分を反射
または透過するように構成されている。
【0020】このために、この偏光ビームスプリッター
によればプリズム1の底辺面上に誘電体多層膜3を予め
形成しておき、プリズム3を後述するように純水中にお
いて貼り合わせる光学接着を経て製造されたものであ
る。
【0021】この偏光ビームスプリッターの完成後のサ
イズは一辺が約50mmの角柱となるものであり、プリ
ズム面積度λ/10(λ=633nm)、表面粗さ0.2−
0.5nm rms程度になるように超精密に光学研磨
されている。
【0022】また、誘電体多層膜3は図2の図表に示す
ようにAl203(屈折率1.739 at 248nm)とAlF3(屈折
率1.382 at 248nm)の交互13層構成であり真空蒸着
装置等によりスパッタリングされて形成されている。
【0023】この成膜工程後に2つの合成石英プリズム
を純水中で貼り合わせてから取り出し、大気中に約2日
間放置し、水分を蒸発させる方法で接着している。よ
り、詳しくは純水を夫々のプリズム1、2を収容できる
程度の容積の容器内に満杯の状態にして準備しておき、
夫々のプリズム1、2を容器内に入れてから純水中にお
いて接着面を接合するようにし、気泡が混入しないよう
に摺りあわせるようにして接着後に、容器外部に取り出
す。
【0024】このように、して光学接着した偏光ビーム
スプリッターによれば約50%に不良が生じることが判
明し、接着むらや接着不良によりプリズムの接着面から
剥がれてしまうという問題があった。このような接着不
良の原因は、誘電体多層膜3の製造時に混入するゴミ等
の不純物と多層膜自体が基板の表面粗さに比べて約2−
3倍大きい表面粗さとなっていることに原因すると推測
された。
【0025】そこで、成膜工程で膜構成の最終層となる
第13層上にさらに、ニ酸化珪素(SiO2)を膜厚で
250nmオーバーコートしてから、このオーバーコー
ト層を真空中でイオンビームエッチングした。このエッ
チング深さは200nm、イオンガンはカウフマンタイ
プを用い、イオンの加速電圧として1KVとした。
【0026】このプリズムを用いて上記の光学接着を行
って得た偏光ビームスプリッターによれば、剥がれ発生
による不良率は5〜10%前後となり歩留まりが大幅に
改善されることが確認された。
【0027】図2は上記のようにエッチング後に光学接
着して得られた偏光ビームスプリッターの光学特性であ
って、横軸に波長(単位nm)をとり、縦軸に接着面に
おける反射率をとって示した光学特性図である。
【0028】本図において、上記のようなようなKrF
エキシマレーザー(波長248nm)用から出力される
レーザ波長の反射率のS成分4の反射散率は略100%
となりP成分5の反射率は略0%にできるようになり、
特に波長230nmから270ナノメータの間でS成分
4の反射率は略100%となりP成分5の反射率は略0
%にできることが確認された。以上のように、従来のよ
うに接着剤を使用した場合に発生する膜吸収が上記のエ
ッチング処理により殆ど増加することないことが実証さ
れた。
【0029】この原理について考察すると、膜表面をイ
オンビームエッチングすることにより不良原因の一つと
考えられていた膜表面の粗さが変化したものと考えられ
る。そこで、石英表面及び膜面をエッチングしたサンプ
ルとエッチングなしの成膜直後のサンプルで表面粗さを
比較測定した。この測定では、ヘトロダイン干渉計を用
い、表面粗さ測定装置(ZYGO社製)とAFM(Atom
ic Force Microscopy;Park Science Instrument製)を
用いた。石英プリズム表面とA,B,C3ヶの膜サンプ
ルを測定した結果を図4の図表にまとめた。
【0030】この結果からイオンビームエッチングする
ことにより表面粗さが石英プリズム表面でも膜でも約1
/2−1/3に減少していることが確認された。さら
に、AFM像の観察によれば、エッチング前の石英及び
膜表面は鋭角の鋭い突起の集合体のような表面である
が、エッチング後は鋭角の突起はエッチングにより丸め
られ表面がなだらかになっていることも確認された。
【0031】すなわち、エッチングにより表面の鋭角の
突起状態がなだらかに丸くなり、表面粗さが減少するこ
とにより接着歩留まりが向上したと考えられる。
【0032】また、エッチング方法は、RF、DCスパ
ッタ等のスパッタエッチングによっても同様の結果が得
られた。このことから、エッチングは表面粗さを傷や欠
陥の導入なく小さくできる方法であればどの方法でも接
着効果はあると考えられ、プラズマCVM,PACE,
EEMや化学エッチングでも可能であると思われる。上
記のように光学接着するための表面粗さは1nm rm
s以下がよく、これ以上の表面粗さである1.2nm
rmsでは少なくとも純水を使用する場合には接着不良
が発生した。
【0033】以上説明したように、薄膜を製造した後に
接着する場合は、薄膜の最終層に接着光学素子材料とほ
ぼ同程度の屈折率の膜材料をエッチング深さと同厚程度
または同厚以上に形成した後に、膜をエッチングすれば
光学特性にほとんど影響を与えない光学接着を行うこと
ができる。
【0034】尚、エッチング方法としては種々が採用で
き、イオンビームエッチング、RF、DCスパッタリン
グやプラズマCVM(CHEMICAL VAPORIZATION MACHININ
G)、PACE(PLASMA ASIST CHEMICAL ETCHING)やE
EM(ELASTIC EMISSIONMACHINING)等であって加工表
面に欠陥等が生じにくく、光学的に吸収散乱が発生しに
くい方法が良い。
【0035】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の光学素子
の製造方法及び該方法による光学素子によれば光学素子
の接着面上において多層の薄膜を形成する場合であって
も、光学密着により高い透過率を保証することができ
る。
【0036】また、出力波長が紫外波長域の光学素子に
適用可能な光学素子を得るために薄膜の製造工程におい
て、薄膜の表面粗さが素子基板の表面粗さより大きくな
ってしまうことは避けられないが、このような場合でも
光学密着することができ、かつまた、微小な粉塵が接着
面間に侵入することを防止して光学接着を前面に渡り均
一に行うことで、製造歩留まりを向上できるようにな
る。
【0037】
【図面の簡単な説明】
【図1】 偏光ビームスプリッターの模式断面図であ
る。
【図2】 誘電体多層膜3の層構成図である。
【図3】 エッチング後に光学接着して得られた偏光ビ
ームスプリッターの光学特性であって、横軸に波長(単
位nm)をとり、縦軸に接着面における反射率をとって
示した光学特性図である。
【図4】 表面粗さ測定結果の図表である。
【符号の説明】
1 合成石英プリズム 2 合成石英プリズム 3 誘電体多層膜 4 反射率のS成分 5 反射率のP成分

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の接着剤を使用せずに、空気、所定
    ガス、純水、所定アルコール液を含む分子媒体を相互の
    接着面に介在させて接着するために、前記接着面の平面
    度並びに前記接着面の極めて低い表面粗さを確保して光
    学接着する光学素子の製造方法であって、 前記接着面をエッチング加工することにより前記表面粗
    さを得てから、前記光学接着することを特徴とする光学
    素子の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記接着面において所定厚さの薄膜を多
    層に形成し、その最終層上に前記光学素子と略同程度の
    屈折率の材料を前記エッチング加工深さと同厚程度また
    は同厚以上に形成し、前記エッチング加工することを特
    徴とする請求項1に記載の光学素子の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記光学接着を前記分子媒体中において
    行うことで、不純物を前記接着面上から排除し、かつ光
    学接着の接着強度を増大させたるために接着面を貼り合
    わせることを特徴とする請求項1または請求項2のいず
    れかに記載の光学素子の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記エッチング加工は、イオンビームに
    よるスパッタ、RF、DC、マイクロ波等のプラズマ中
    のイオンを用いたスパッタ等物理的エッチング、化学反
    応やラジカルをも利用したプラズマCVM(CHEMICAL V
    APORIZATIONMACHINING)、PACE(PLASMA ASIST CHE
    MICAL ETCHING)、EEM(ELASTICEMISSION MACHININ
    G)の内のいずれかまたはいずれかを組み合わることを
    特徴とする請求項1に記載の光学素子の製造方法。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4による前記光学素
    子であって、偏向ビームスプリッターを構成するため
    に、前記光学素子の接着面上に前記薄膜を形成し、最終
    層を前記エッチング加工することを特徴とする光学素子
    の製造方法による光学素子。
  6. 【請求項6】 前記光学素子は石英ガラスであり、また
    前記薄膜はAl2O3,Al2F3を相互に多層に形成してなり、
    出力波長が紫外波長域の350nm以下となるような場
    合に使用される偏向ビームスプリッターを構成すること
    を特徴とする請求項5に記載の光学素子の製造方法によ
    る光学素子。
JP30041696A 1996-11-12 1996-11-12 光学素子の製造方法及び該方法による光学素子 Withdrawn JPH10142408A (ja)

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