JPH11305163A

JPH11305163A - 光学装置

Info

Publication number: JPH11305163A
Application number: JP11688598A
Authority: JP
Inventors: Sunao Mori; 直森
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-04-27
Filing date: 1998-04-27
Publication date: 1999-11-05

Abstract

(57)【要約】【課題】使用される環境に制限を与えること無く光学
装置内の光学素子の初期の光学特性を維持でき、しかも
装置のコストアップをできるだけ抑えた光学装置を提供
する。【解決手段】光学素子１の光路を構成する保持鏡筒２
等の部材の光路側の表面が、光触媒機能材料（ＴｉＯ₂
等）及び吸着機能材料（活性炭等）を含む光学装置。こ
の装置は特にエキシマレーザー光を用いる露光装置とし
て有用である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、レンズ、ミラー及
び光学フィルター等の光学素子を有する光学装置に関
し、更に詳しくは、光学素子の光路を構成する部材に関
する。

【０００２】

【従来の技術】レンズ、ミラー及び光学フィルタ等の光
学素子は、例えば、カメラ、望遠鏡、顕微鏡などの光学
装置に用いられている。これらの光学素子は、通常、そ
の表面に反射防止膜や反射増強膜を備えている。

【０００３】一般的には、光学装置が使用される環境空
間は制御されていない。したがって環境中に含まれるオ
イルミスト、建材からの放出ガス、粉塵等が光学装置内
に取り込まれることがある。また、光学素子を光学装置
に組み込む際には、光学素子を保持部材に固定する為の
接着剤や緩衝材を用いたり、固定の為の機械的手法を用
いたりする。さらに、光路アライメント焦点合わせ、絞
り、光路変更等の機能の為に、光学装置内に可動機能を
有する場合もある。したがって、たとえ光学装置が使用
される環境空間を制御しても、それら周辺の様々な部材
から、放出ガス、塵、オイルミスト等が光学装置内に取
り込まれることがある。

【０００４】このような不純物分子が光学装置内に取り
込まれ、光学素子に付着すると、光学素子の初期の光学
特性が劣化する。特に、カメラ、望遠鏡、顕微鏡など、
光学装置における光学素子の果たす機能が高ければ高い
ものほど、光学素子の光学特性の変化が装置性能に及ぼ
す影響が大きい。特に、露光装置などの光学装置は、半
導体集積回路の製造工程やそのためのフォトマスクの製
造工程で用いられ、微少な特性変化でも大きく影響して
しまう。

【０００５】この分野の露光装置の代表例として、ステ
ッパー又はスキャナーと呼ばれる露光装置が知られてい
る。従来、このような露光装置の照明光源としては、ｇ
線（４３５．８ｎｍ）、ｈ線（４０４．７ｎｍ）、ｉ線
（３６５ｎｍ）を発生する超高圧水銀灯、キセノン・水
銀アークランプ等が用いられてきた。しかし、近年、更
に微細な集積回路を作製するため、あるいは露光処理能
力の向上、ウエハのような被露光体上での均一照明特性
を実現するために、遠紫外線（２６０ｎｍ以下）や高出
力でスペクトル幅の狭い光束を発振するレーザーが用い
られるようになってきている。その中でも、エキシマレ
ーザーは、極めて狭いスペクトル幅で高出力の光を放出
することから、有力な光源のひとつである。

【０００６】エキシマレーザー用の光学素子としては、
特開昭６３−１１３５０１号公報、特開昭６３−１１３
５０２号公報等に記載のように、反射防止膜を真空蒸着
した光学素子が知られている。また、特開平７−７０７
４号公報、特開平７−７２３０７号公報等には、スパッ
タ法を用いて成膜する例も記載されている。

【０００７】上述した露光装置の使用環境は、一般的
に、クリーンルームと呼ばれる雰囲気管理がなされてい
る場所である。しかし、半導体製造現場では様々な溶液
が使用されていたり、様々な装置が駆動しており、環境
雰囲気に飛散している化学物質は皆無ではない。

【０００８】一方、先に述ベたように、近年の露光装置
は使用する光の波長が短くなり、要求される光学特性も
非常に高い。即ち、光学素子の光学特性の変化に対し、
さらに厳しい制限が課されるようになっている。加え
て、使用する光の波長が短くなるということは、反応過
程も反応する化学物質の範囲も広くなるということであ
り、ますます環境制御が必要となってきている。

【０００９】これに対し、特開平７−２０９５６９号公
報等には、露光装置の光学素子を内包する構造体を外部
環境と遮断する密閉構造にしたり、光学素子の洗浄機能
を光学装置に組み込むことが記載されている。しかし、
光学素子を内包する構造体を密閉構造にしても、光学素
子を組み込む際には何らかの化学物質が混入する可能性
が有る。また完全な密閉構造を実現しようとすると、非
常に高額なものとなってしまう。同様に、光学素子の洗
浄機能を光学装置に組み込む場合も、装置が高額なもの
となる。しかも、光学素子の表面のみを洗浄する制御も
困難である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した従
来技術の課題を解決する為になされたものである。すな
わち本発明の目的は、使用される環境に制限を与えるこ
と無く光学装置内の光学素子の初期の光学特性を維持で
き、しかも装置のコストアップをできるだけ抑えた光学
装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、光学素子と、
該光学素子の光路を構成する部材を有する光学装置にお
いて、前記光路を構成する部材の光路側の表面に、光触
媒反応機能を有する材料及び分子吸着機能を有する材料
が付与されていることを特徴とする光学装置である。

【００１２】本発明者らの分析によれば、光学装置内で
検出される不純物の多くは、使用環境下で飛散している
様々な有機分子である。例えば、大気環境下のメタン、
プロパン、オイルミスト、あるいは建材からの放出ガス
などに起因すると思われる有機分子が検出される。この
ような有機分子は、使用環境下で浮遊し、光学装置内に
混入し、光学素子の表面に吸着し、その光学特性を変化
させる。

【００１３】本発明においては、光触媒反応機能を有す
る材料及び分子吸着機能を有する材料を用いることによ
り、この有機分子（不純物分子）を吸着及び分解し、こ
れらが光学素子の表面に吸着することを防ぎ、これによ
り前記目的を達成する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施形態に
ついて説明する。

【００１５】本発明において、光学素子は特に限定され
ない。例えば、レンズ、ミラー、光学フィルターなど従
来より知られる各種の光学素子が挙げられる。この光学
素子の表面は、反射防止膜又は反射増強膜が設けられて
いてもよい。

【００１６】本発明において、光触媒反応機能を有する
材料（以下「光触媒機能材料」と略す）とは、光学素子
の光学特性を損なうような分子に対して光触媒反応を生
起し得る材料であり、このような機能を有する事が知ら
れている各種材料を使用できる。代表的には、ＴｉＯ₂
が挙げられる。その他には、チタン酸ストロンチウム、
Ｋ₄Ｎｂ₆Ｏ₁₇等も挙げられる。

【００１７】このような光触媒機能材料を用いれば、光
学素子周辺に浮遊する有機分子が、この材料の表面に付
着した場合、その触媒反応により分解でき、光学素子及
びその他の部材に吸着し難い分子に変換できる。例え
ば、先に例示した光触媒機能材料は、メタン、プロパン
等の有機分子をＣＯ₂とＨ₂Ｏに分解できる。そして、Ｃ
Ｏ₂、Ｈ₂Ｏなどの分解後の分子は、装置外に容易に排出
できる。その排出方法としては、例えば、装置内部に高
純度の乾燥空気や窒素等の高純度ガスを還流させ、装置
外部に排気する方法などが挙げられる。この結果、光学
素子への有機分子の吸着による光学特性の劣化を防止で
きる。

【００１８】この光触媒反応において、触媒活性となる
光の波長は紫外領域である。一方、屋外におけるこの紫
外領域の波長の光強度は１ｍＷ／ｃｍ²程度である。し
たがって、光学装置を屋外で使用する場合は、光触媒機
能材料として、そのような光強度でも光触媒反応を十分
生起し得る材料を用いればよい。例えば、光活性の高い
ＴｉＯ₂は、その程度の光強度で十分な光触媒反応を生
起し得る。また、露光装置などの場合は、先に述べたよ
うな紫外領域の波長の光を用いて露光を行えば、光触媒
反応を十分生起し得る。このような点から、光触媒機能
材料を用いる場合は、紫外領域の光を使用する光学装置
であることが望ましく、さらに、本発明の光学装置が有
する光学素子は、例えば、エキシマレーザー光を選択的
に透過又は反射させる素子であることが好ましい。

【００１９】一方、本発明において、分子吸着機能を有
する材料（以下「吸着機能材料」と略す）とは、光学素
子の光学特性を損なうような分子を吸着できる材料であ
り、このような機能を有する事が知られている各種材料
（多孔質材料など）を使用できる。代表的には、活性炭
が挙げられる。その他には、ゼオライト、グラファイト
なども挙げられる。このような吸着機能材料を用いれ
ば、光学素子周辺に浮遊する有機分子が、この材料の表
面に吸着・保持される。したがって、その分、光学素子
に吸着しなくなり、光学特性の劣化を防止できる。

【００２０】そして、本発明においては、光触媒機能材
料と吸着機能材料を併用し、光路を構成する部材の表面
に両機能を付与する。例えば、光触媒機能材料及び吸着
機能材料を適当なバインダー中に混合添加して用いても
よいし、別々にこれら材料を付与してもよいし、あるい
は吸着機能材料中に光触媒機能材料を添加して用いても
よい。

【００２１】光触媒機能材料と吸着機能材料を併用した
場合、光学素子周辺の雰囲気内に浮遊する有機分子は、
この材料の表面にただちに吸着され、次いでＣＯ₂とＨ₂
Ｏ等に分解され、外部に排出される。したがって、浮遊
する有機分子を、より効率的に分解することが可能とな
る。

【００２２】本発明において、光路を構成する部材と
は、光学素子の光路としての空間を形成するために従来
より光学装置に用いられている各種部材である。特に、
その空間中に有機分子（不純物分子）が混入しやすい箇
所の部材に対して、本発明は非常に有用である。また、
この光路を構成する部材は、光学装置内に特に光路用に
組み込まれる部材だけではなく、光学素子自体を保持す
ると同時に、結果としてその光学素子の光路を構成する
保持部材（光路空間に接する面を有する保持部材）を含
む。

【００２３】この光路を構成する部材の表面に、光触媒
機能材料及び吸着機能材料を付与する方法としては、例
えば、それら材料を含む溶液又は分散液の硬化塗膜で、
部分的にあるいは全面を覆う方法などが挙げられる。

【００２４】また、本発明の光学素子は、石英、蛍石等
の母材を用いて作製することが好ましい。

【００２５】図１は、本発明の光学装置が有する構造体
として、光学素子を保持し内包する鏡筒構造体を例示す
る模式図である。この例における鏡筒構造体は、光学素
子１である二つの円形レンズ素子と、これらを上下の開
口部分で保持する保持鏡筒２とを有して成る。この保持
鏡筒２の内部は光学素子１の光路となり、その内壁表面
には、光触媒機能材料及び吸着機能材料を含む被膜が形
成されている。また保持鏡筒２の内径は、光学素子１を
保持し内包できるように、光学素子１のレンズ径より若
干大きくしてある。さらに、保持鏡筒２の側面にはパー
ジ用の気体の供給口３が設けられ、この供給口３とは反
対側の側面には排気口４が設けられいる。また、保持鏡
筒２の内径は、光学素子１を保持し内包できるように、
光学素子１のレンズ径より若干大きくしてある。

【００２６】このような構造体において、光学素子１を
保持鏡筒２に保持固定する為には、接着剤を使用するこ
とが好ましい。接着剤を使用すれば、光学素子１のアラ
イメント調整や組み立ての作業性が容易なる。しかも、
本発明においては、接着剤に含まれる有機物質が保持鏡
筒２内の空間に浸入した場合でも、保持鏡筒２の内壁表
面に吸着され、かつ分解されるので、従来技術における
ような問題は発生し難い。

【００２７】この保持鏡筒２自体の材質は、特に限定さ
れないが、加工性、価格性等に有利な金属が望ましく、
特にステンレスが好ましい。

【００２８】供給口３及び排気口４は、高純度の大気、
窒素、アルゴン、ヘリウム等のパージ用気体を構造体内
に供給し、保持鏡筒２の内壁の表面で分解された分子を
十分除去・排出できるように還流させ、排気できる形状
で設けられている。ただし、気体の還流方法はこれに限
定されない。例えばクリーンルームなど、装置を比較的
高純度なエアやガスの雰囲気下で使用する場合は、供給
口３から積極的に気体を供給することなく、排気口４よ
り吸気するだけで光学装置を取り巻く雰囲気中の気体を
構造体内に還流させ、これにより保持鏡筒２の内部の表
面で分解された分子を除去・排出することもできる。こ
のように、排出口４より吸気する方法の方が、より安価
な光学装置を提供することが可能である。

【００２９】以上説明した本発明の光学装置は、光学素
子と光路を有する各種の光学装置、特に光学素子の果た
す機能が高い光学装置において、非常に有用である。具
体的には、カメラ、望遠鏡、顕微鏡等としても有用であ
るが、特に、半導体集積回路の製造工程やそのためのフ
ォトマスクの製造工程で用いられる露光装置として、非
常に有用である。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。

【００３１】＜実施例１＞図１に示した構成の鏡筒構造
体を、以下のようにして作製した。

【００３２】まず、ステンレス製筒部材の内径を、使用
する光学素子１のレンズ素子径より若干大きく削り上
げ、光学素子１の形状に加工し、図１に示した形状のス
テンレス製保持鏡筒２を得た。次いで、切削油等の汚れ
を取り除くために、界面活性剤を含む溶液内で超音波洗
浄し、高温槽内で乾燥した。

【００３３】一方、微粒子活性炭及びＴｉＯ₂粒子（各
微粒子の平均粒径１０μｍ）をシリコーン中に約５重量
％混合分散して、分散液を調製した。この分散液を、ス
テンレス製保持鏡筒２の内壁面に塗布し、シリコーンを
重合硬化させ、厚さ約７〜約１０μｍの被膜を形成し
た。このシリコーンは加熱硬化型でも光重合型でも構わ
ない。この処理により、微粒子活性炭とＴｉＯ₂粒子が
ステンレス製保持鏡筒２の光路側の内壁面で凹凸を形成
して存在させることが出来た。

【００３４】次いで、シリコーン接着剤を用い、ステン
レス製保持鏡筒２の上下の開口に光学素子１である２つ
の円形レンズ素子を固定し、図１に示した構成の鏡筒構
造体を得た。

【００３５】シリコーンは、他の接着剤に比べて、メタ
ン、プロパン等の有機物を放出し難いので、本例のバイ
ンダーや接着剤として有効である。

【００３６】＜比較例１＞微粒子活性炭とＴｉＯ₂粒子
を含むシリコーン樹脂溶液による内壁処理は施さずに、
切削したままの内壁面を有するステンレス製保持鏡筒
２'を用いたこと以外は、実施例１と同様にして鏡筒構
造体を作製した（図２）。

【００３７】すなわち、本比較例においては、構造体の
寸法、光学素子の精度及び性能などは、全て実施例１と
同様にした。

【００３８】＜評価＞実施例１及び比較例１で作製した
各鏡筒構造体を用いて、（１）実験室であるクリーンル
ーム内のエア、又は、（２）高純度窒素及び高純度エ
ア、を還流させながら、波長３６５ｎｍのｉ線を照射し
て、光学素子１の光学特性及び光学素子１表面の観察、
分析を実施した。

【００３９】比較例１の構造体については、光学素子１
の透過率が初期透過率より減少することが確認された。
これを光学顕微鏡で観察したところ、光学素子１の表面
に付着層が存在していた。この付着物を掻き集め、分析
を試みたところ、物質の同定ができる程の量ではなかっ
たが、有機物系のものであることが分かった。

【００４０】また、この有機物系物質の量は（２）より
も（１）の場合の方が多かった。この事実等から、この
有機系物質は、クリーンルーム内に浮遊する溶剤や、天
井等の建材から放出する可塑剤等であると思われる。ま
た、（２）の場合も同質の有機物系物質が存在している
が、これは、光学素子１をステンレス製保持鏡筒２に保
持固定する為に用いた接着剤からの透過ガスによるもの
と思われる。

【００４１】一方、実施例１の構造体については、
（１）及び（２）の何れの場合も、初期の光学特性から
変化は認められなかった。すなわち、ステンレス製保持
鏡筒２の内壁表面に、微粒子活性炭とＴｉＯ₂粒子を含
むシリコーン樹脂硬化層から成る被膜を形成したことに
より、光学素子１の表面の有機物の付着を抑制すること
ができ、接着剤を用いたにもかかわらず、その光学特性
の経時変化を抑制できることが確認できた。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、光路を構成する部材の光路側の表面に対して、光触
媒機能材料及び吸着機能材料を用いることにより、光学
素子周辺に浮遊する有機分子を吸着及び分解し、これが
光学素子の表面に付着することを防ぎ、これにより光学
素子の初期光学特性の変化を抑制できる。

【００４３】したがって、有機分子が内部に浸入するの
を防ぐための高い加工精度の密閉構造や洗浄機構などの
特別な構造を設けることは、必ずしも必要ではなく、装
置のコストアップも抑えられる。また、洗浄処理を実施
するために装置を停止する必要も無くなる。さらには、
その光学装置が使用される環境に対する制限も緩和でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光学装置が有する構造体として、光学
素子を保持し内包する鏡筒構造体を例示する模式図であ
る。

【図２】比較例１の鏡筒構造体を示す模式図である。

【符号の説明】

１光学素子２、２' 保持鏡筒３気体の供給口４気体の排気口

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光学素子と、該光学素子の光路を構成す
る部材を有する光学装置において、前記光路を構成する部材の光路側の表面に、光触媒反応
機能を有する材料及び分子吸着機能を有する材料が付与
されていることを特徴とする光学装置。
【請求項２】前記光路を構成する部材の光路側の表面
は、光触媒反応機能を有する材料及び分子吸着機能を有
する材料の膜で被覆されている請求項１記載の光学装
置。
【請求項３】前記光学素子の表面に、反射防止膜又は
反射増強膜が設けられている請求項１又は２記載の光学
装置。
【請求項４】前記光学素子の母材は、石英又は蛍石で
ある請求項１〜３の何れか一項記載の光学装置。
【請求項５】前記光学素子は、エキシマレーザー光を
選択的に透過又は反射させる素子である請求項１〜４の
何れか一項記載の光学装置。
【請求項６】前記光路内にパージガスを流す手段を備
えている請求項１〜５の何れか一項記載の光学装置。
【請求項７】請求項１〜６の何れか一項記載の光学装
置から成ることを特徴とする露光装置。