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技術 マスクの製造方法、このマスクを用いた光学素子の製造方法、光学素子の製造方法、この製造方法により製造された光学素子を用いた露光装置の製造方法及び収差測定装置の製造方法

出願人 株式会社ニコン
発明者 長山匡
出願日 2000年12月25日 (19年10ヶ月経過) 出願番号 2000-392053
公開日 2002年7月19日 (18年4ヶ月経過) 公開番号 2002-202583
状態 未査定
技術分野 写真製版における原稿準備・マスク ホトレジスト感材への露光・位置合せ 光学要素・レンズ 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く) 半導体の露光(電子、イオン線露光を除く)
主要キーワード 凸状円錐面 凹状円錐面 平面ライン 縦横配列 遮光物体 配列個数 所定断面 任意座標
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

量産性の高い光学素子の製造方法を提供することである。

解決手段

マスク投影系物体面に設定するマスク設定工程(S20)と、感光光学材料ステージ上に設定する基板設定工程(S21)と、ステージを移動させることにより感光性光学材料の表面を投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせるデフォーカス工程(S22)と、マスクのパターン形状を感光性光学材料上に露光する露光工程(S23)と、露光工程により露光された感光性光学材料を現像する現像工程(S24)と、現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程(S25)とを備える。

概要

背景

従来、マイクロレンズレプリカマスクを用いて感光材に形成し、このレプリカが形成された基板ドライエッチング、例えばイオンビームエッチングすることにより基板にマイクロレンズを形成する方法が存在する(特表平8−504515号公報参照)。この方法においては、マイクロレンズのレプリカを感光材に形成するためにグレースケールのマスクを用いている。

概要

量産性の高い光学素子の製造方法を提供することである。

マスクを投影系物体面に設定するマスク設定工程(S20)と、感光光学材料ステージ上に設定する基板設定工程(S21)と、ステージを移動させることにより感光性光学材料の表面を投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせるデフォーカス工程(S22)と、マスクのパターン形状を感光性光学材料上に露光する露光工程(S23)と、露光工程により露光された感光性光学材料を現像する現像工程(S24)と、現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程(S25)とを備える。

目的

この発明の課題は、光学素子を製造するためのマスクを容易に製造することができるマスクの製造方法及びこのマスクを用いた量産性の高い光学素子の製造方法を提供することである。また、量産性の高い光学素子の製造方法、この製造方法により製造された光学素子を用いた露光装置の製造方法及び収差測定装置の製造方法を提供することである。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
6件

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請求項1

光学素子を製造するためのマスクの製造方法において、投影系デフォーカス位置において形成される前記マスクのパターン像に関する像強度分布を光学素子の仕様に基づいて求める像強度分布決定工程と、前記マスクに形成されるべきパターン形状及び前記投影系のデフォーカス量を考慮して前記投影系の像強度分布をシミュレーションするシミュレーション工程と、前記シミュレーション工程のシミュレーション結果に基づいて前記マスクのパターン形状を決定するパターン形状決定工程とを含むことを特徴とするマスクの製造方法。

請求項2

請求項1記載の製造方法により製造されたマスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光光学材料ステージ上に設定する基板設定工程と、前記ステージを移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方法。

請求項3

マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光性光学材料をステージ上に設定する基板設定工程と、前記ステージを移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方法。

請求項4

前記所定量Dは、照明光波長をλ、前記投影系の開口数をNAとするとき、次の条件を満たすことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の光学素子の製造方法。0<| D |<200(λ/2NA2)

請求項5

前記所定量Dは、照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNAとするとき、次の条件を満たすことを特徴とする請求項2又は請求項3記載の光学素子の製造方法。(λ/2NA2)<| D |<200(λ/2NA2)

請求項6

請求項1記載の製造方法により製造されたマスクをマスクステージ上に配置して前記マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光性光学材料をステージ上に設定する基板設定工程と、前記マスクステージを所定量dだけ移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置からデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方法。

請求項7

マスクをマスクステージ上に配置して前記マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光性光学材料をステージ上に設定する基板設定工程と、前記マスクステージを所定量dだけ移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置からデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方法。

請求項8

前記所定量dは、照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNA、前記投影系の前記マスクから前記感光性光学材料への倍率をβとするとき、次の条件を満たすことを特徴とする請求項6又は請求項7記載の光学素子の製造方法。0<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)

請求項9

前記所定量dは、照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNA、前記投影系の前記マスクから前記感光性光学材料への倍率をβとするとき、次の条件を満たすことを特徴とする請求項6又は請求項7記載の光学素子の製造方法。(λ/2NA2)/β2<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)

請求項10

被照明位置に設置されたマイクロデバイス製造用レチクルパターン照明する照明光学系と、前記レチクルのパターン像を被露光位置に設置された感光性基板投影する投影光学系を有する露光装置の製造方法において、請求項2〜9の何れか一項に記載の光学素子の製造方法により光学素子を製造する光学素子の製造工程と、前記光学素子を前記照明光学系内に組込む光学素子組込工程と、前記被照明位置と前記被露光位置との間に前記投影光学系を設置する投影光学系設置工程とを備えることを特徴とする露光装置の製造方法。

請求項11

光学系からの光を集光する集光光学系と、この集光光学系を介した光を光電検出する光電検出器とを有する収差測定装置の製造方法において、請求項2〜9の何れか一項に記載の光学素子の製造方法により光学素子を製造する光学素子の製造工程と、前記光学素子を前記集光光学系に組込む光学素子組込工程と、撮前記集光光学系を介した光を受ける位置に前記光電検出器を設置する光電検出器設置工程とを備えることを特徴とする収差測定装置の製造方法。

請求項12

マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光材付基板をステージ上に設定する基板設定工程と、前記マスクのパターン形状を前記基板の感光材上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光材を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光材を硬化させる感光材硬化工程と、前記感光材硬化工程により感光材を硬化した状態でエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする光学素子の製造方法。

技術分野

0001

この発明は、光学素子を製造するためのマスクの製造方法、このマスクを用いた光学素子の製造方法、この製造方法により製造された光学素子を用いた露光装置の製造方法及び収差測定装置の製造方法に関するものである。

背景技術

0002

従来、マイクロレンズレプリカをマスクを用いて感光材に形成し、このレプリカが形成された基板ドライエッチング、例えばイオンビームエッチングすることにより基板にマイクロレンズを形成する方法が存在する(特表平8−504515号公報参照)。この方法においては、マイクロレンズのレプリカを感光材に形成するためにグレースケールのマスクを用いている。

発明が解決しようとする課題

0003

ところでグレースケールのマスクには、マイクロレンズのレプリカを感光材に形成するために多数のドットパターンが形成され光の透過率を制御しているが、ドットパターン形状やドットパターンを形成する位置を正確に定めなければならないことからグレースケールのマスクの製造が困難であった。

0004

この発明の課題は、光学素子を製造するためのマスクを容易に製造することができるマスクの製造方法及びこのマスクを用いた量産性の高い光学素子の製造方法を提供することである。また、量産性の高い光学素子の製造方法、この製造方法により製造された光学素子を用いた露光装置の製造方法及び収差測定装置の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段

0005

請求項1記載のマスクの製造方法は、光学素子を製造するためのマスクの製造方法において、投影系デフォーカス位置において形成される前記マスクのパターン像に関する像強度分布を光学素子の仕様に基づいて求める像強度分布決定工程と、前記マスクに形成されるべきパターン形状及び前記投影系のデフォーカス量を考慮して前記投影系の像強度分布をシミュレーションするシミュレーション工程と、前記シミュレーション工程のシミュレーション結果に基づいて前記マスクのパターン形状を決定するパターン形状決定工程とを含むことを特徴とする。

0006

この請求項1記載のマスクの製造方法によれば、シミュレーション工程においてマスクに形成されるべきパターン形状及び投影系のデフォーカス量を考慮して投影系の像強度分布をシミュレーションする。パターン形状決定工程により、シミュレーション工程においてシミュレートしたパターン形状の中から、例えば像強度分布決定工程により求められた像強度分布に最も近い像強度分布となったパターン形状等にマスクパターンの形状を決定する。従って、所望の光学素子を製造するためのマスクを容易に製造することができる。

0007

また、請求項2記載の光学素子の製造方法によれば、請求項1記載の製造方法により製造されたマスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光光学材料ステージ上に設定する基板設定工程と、前記ステージを移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする。

0008

また、請求項3記載の光学素子の製造方法は、マスクを前記投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光性光学材料をステージ上に設定する基板設定工程と、前記ステージを移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする。

0009

この請求項2、請求項3記載の光学素子の製造方法によれば、デフォーカス工程より感光性光学材料の表面を投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせると、露光工程における感光性光学材料の表面の像強度分布はマスクパターンの形状に基づいた、製造される光学素子の形状を反映したものとなる。そして現像工程、エッチング工程を経ることにより光学素子が製造される。従って、この光学素子の製造方法においては少ない工程において効率良く光学素子を製造することができる。

0010

また、請求項4記載の光学素子の製造方法は、前記所定量Dが照明光波長をλ、前記投影系の開口数をNAとするとき、0<| D |<200(λ/2NA2)の条件を満たすことを特徴とする。

0011

また、請求項5記載の光学素子の製造方法は、前記所定量Dが照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNAとするとき、(λ/2NA2)<| D |<200(λ/2NA2)の条件を満たすことを特徴とする。

0012

また、請求項6記載の光学素子の製造方法は、請求項1記載の製造方法により製造されたマスクをマスクステージ上に配置して前記マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光性光学材料をステージ上に設定する基板設定工程と、前記マスクステージを所定量dだけ移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置からデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする。

0013

また、請求項7記載の光学素子の製造方法は、マスクをマスクステージ上に配置して前記マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光性光学材料をステージ上に設定する基板設定工程と、前記マスクステージを所定量dだけ移動させることにより前記感光性光学材料の表面を前記投影系の最良結像位置からデフォーカスさせるデフォーカス工程と、前記マスクのパターン形状を前記感光性光学材料上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光性光学材料を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光性光学材料をエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする。

0014

この請求項6、請求項7記載の光学素子の製造方法によれば、デフォーカス工程よりマスクステージを所定量dだけ移動させて感光性光学材料の表面を投影系の最良結像位置からデフォーカスさせると、露光工程における感光性光学材料の表面の像強度分布はマスクパターンの形状に基づいた、製造される光学素子の形状を反映したものとなる。そして現像工程、エッチング工程を経ることにより光学素子が製造される。従って、この光学素子の製造方法においては少ない工程において効率良く光学素子を製造することができる。

0015

また、請求項8記載の光学素子の製造方法は、前記所定量dが照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNA、前記投影系の前記マスクから前記感光性光学材料への倍率をβとするとき、0<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)の条件を満たすことを特徴とする。

0016

また、請求項9記載の光学素子の製造方法は、前記所定量dが照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNA、前記投影系の前記マスクから前記感光性光学材料への倍率をβとするとき、(λ/2NA2)/β2<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)の条件を満たすことを特徴とする。

0017

また、請求項10記載の露光装置の製造方法は、被照明位置に設置されたマイクロデバイス製造用レチクルパターン照明する照明光学系と、前記レチクルのパターン像を被露光位置に設置された感光性基板投影する投影光学系を有する露光装置の製造方法において、請求項2〜9の何れか一項に記載の光学素子の製造方法により光学素子を製造する光学素子の製造工程と、前記光学素子を前記照明光学系内に組込む光学素子組込工程と、前記被照明位置と前記被露光位置との間に前記投影光学系を設置する投影光学系設置工程とを備えることを特徴とする。

0018

この請求項10記載の露光装置の製造方法によれば、光学素子組込工程において少ない工程により効率的に製造された光学素子を照明光学系内に組込むため、投影露光装置の製造も効率的なものとなる。また、請求項11記載の収差測定装置の製造方法は、被検光学系からの光を集光する集光光学系と、この集光光学系を介した光を光電検出する光電検出器とを有する収差測定装置の製造方法において、請求項2〜9の何れか一項に記載の光学素子の製造方法により光学素子を製造する光学素子の製造工程と、前記光学素子を前記集光光学系に組込む光学素子組込工程と、前記集光光学系を介した光を受ける位置に前記光電検出器を設置する光電検出器設置工程とを備えることを特徴とする。

0019

この請求項11記載の収差測定装置の製造方法によれば、光学素子組込工程において少ない工程により効率的に製造された光学素子を集光光学系に組込むため、収差測定装置の製造も効率的なものとなる。

0020

また、請求項12記載の光学素子の製造方法は、マスクを投影系の物体面に設定するマスク設定工程と、感光材付基板をステージ上に設定する基板設定工程と、前記マスクのパターン形状を前記基板の感光材上に露光する露光工程と、前記露光工程により露光された前記感光材を現像する現像工程と、前記現像工程により現像された感光材を硬化させる感光材硬化工程と、前記感光材硬化工程により感光材を硬化した状態でエッチングするエッチング工程とを備えることを特徴とする。

0021

この請求項12記載の光学素子の製造方法によれば、感光材硬化工程により現像工程により現像された感光材を硬化させるため精密な形状の光学素子を製造することができる。

発明を実施するための最良の形態

0022

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態の説明を行う。図1は、光学素子としてのマイクロレンズアレイを製造するためのマスクの製造方法を示すフローチャートである。

0023

マイクロレンズアレイを製造するためのマスクの製造を行う場合には、まず、製造するレンズの形状及びレンズの配列を決定する(ステップS10)。例えば、図2(a)の平面図及び図2(b)の断面図(図2(a)のA−A断面図)に示すような、マイクロレンズアレイMLAを製造する場合には、マイクロレンズアレイMLAを構成するレンズの形状としてレンズの曲率半径(例えば20mm)、レンズの膨らみ量(例えば0.6μm)、各レンズの大きさ(例えば一辺0.3mm)を、レンズの配列として配列個数(5×5)を決定する。

0024

次に、フォトレジストが塗布された基板にマスクのパターンを露光するための露光装置の投影光学系の物体面にマスクを設定し、投影光学系の最良結像位置から所定量デフォーカスさせた場合に、その位置(デフォーカス位置)において形成されるマスクのパターン像に関する像強度分布をマイクロレンズアレイMLAを構成するレンズの仕様、即ちレンズの曲率半径等に基づいて決定する(ステップS11)。図3(a)は、図2(a)及び図2(b)に示すマイクロレンズアレイMLAを構成するレンズの仕様に基づいて決定されたデフォーカス位置において形成されるマスクのパターン像に関する、ネガレジストを用いる場合の1つのレンズの像強度分布(光強度分布)を示すものである。

0025

なお、仕様に合ったマイクロレンズ形状を得るにあたって、加工プロセスを見込んだ最適な像強度分布であることが望ましく、「レジストの光強度分布に対する感光特性(レジスト像補正係数)」や「イオンビームエッチング速度(エッチング補正係数)」等、の加工プロセス補正を行うことが好ましい。即ち、レジスト像補正係数やエッチング補正係数等を見込んで像強度分布を決定し、この像強度分布に基づいて製造したマスクを用いてマイクロレンズを試作し、試作されたマイクロレンズ形状に基づいて像強度分布を修正してマスクパターンを再設計する。

0026

次に、マスクに形成されるべきパターン形状及び露光装置の投影光学系のデフォーカス量を考慮して投影光学系の像強度分布をシミュレーションする(ステップS12)。即ち、マスクの2次元形状及びデフォーカス量の内の少なくとも1つ変更しながらシミュレートを行う。なお、図3(b)はマイクロレンズアレイMLAを構成する1つのレンズに対応するマスクの1パターン部分を透過した直後の光強度を1次元方向について示すものである。図3(b)に示すようにマスクを透過した直後の光強度は、マスクのパターン形状に対応して光強度の強い領域と光強度がゼロの領域が存在するが、投影光学系の最良結像位置から所定量デフォーカスさせた場合には、その位置における光強度の分布はマスクのパターン形状を反映した状態の滑らかな光強度になる。(図3(a)参照)。

0027

このシミュレーションで用いるシミュレータは、投影光学系の開口数NA、照明条件であるσ、照明光の波長λ及びマスクの2次元形状が決定された際に、所定のデフォーカス量における像強度分布を求めることができる装置である。具体的なシミュレーションは、まず、露光装置の照明光の波長λと投影光学系の開口数NA、照明条件であるσを決定し、更に、デフォーカス量Dを設定する。次にレンズを形成するマスク領域に対して、各パターンの中心点を基準にして適当な幅を有する輪帯透過領域所定個数設定し、各輪帯の幅及び中心からの位置を適宜変更し像強度分布を求める。更に、デフォーカス量を変更しながら同様な方法により像強度分布を求めることにより種々のパターン形状についてシミュレーションを行う。

0028

なお、上述の第1のシミュレーションの代わりに以下に述べる第2のシミュレーションとすることもできる。この第2のシミュレーションは、まず、露光装置の照明光の波長λと投影光学系の開口数NA、照明条件であるσを決定し、更に、デフォーカス量Dを設定する。次にレンズを形成するマスク領域に対して、各パターンの中心点を基準にして適当な輪帯幅で複数の輪帯領域を設定し、各輪帯領域を透過の場合と遮光の場合に順次切換えて像強度分布を求める。このとき第2のシミュレーションでは上述の第1のシミュレーションと同様にして、デフォーカス量を変更しながら像強度分布を求めることができる。

0029

次に、このシミュレーションの結果に基づいてデフォーカス量D及びマスクのパターン形状を決定する(ステップS13)。即ち、マスクのパターンの形状をシミュレーションにより求めた像強度分布がステップS11において定めた製造するマイクロレンズの形状に基づく像強度分布に最も近づいた場合のマスクのパターン形状に決定する。

0030

次に、ステップS13において決定されたマスクのパターン形状をステップS10で決定した配列数、配列したマスクの製造を行う(ステップS14)。即ち、決定されたマスクのパターン形状を電子ビーム描画装置又はレーザビーム描画装置を用いて所定パターンを描画することにより、図4に示す5×5のマイクロレンズアレイを製造するためのマスクMが製造される。

0031

このマスクパターンの製造方法により製造されるマスクパターンは、製造されるマイクロレンズの形状を反映した輪帯形状を有するものであることから、マイクロレンズを製造するための2値式製造方法において用いられるマスクの製造等に比較して、容易に所望の光学素子を製造するためのマスクを製造することができる。

0032

なお、図5に、ネガレジスト(ネガパターン)を用いてシリンドリカルレンズアレイ(各レンズの幅は、260μm、曲率半径25mm、サグ量(レンズ高さ)0.3μm)を製造する場合のデフォーカス適性量(220μm)での像強度分布(光強度分布)(図5(a))及びマスク透過直後の像強度分布(又はベストフォーカス位置での像強度分布)(光強度分布)(図5(b))を示す。この場合の投影露光装置における焼付け条件は、開口数NA:0.35、照明σ:0.50、露光波長:g線(436nm)である。また、マスク上の透過領域(基板上座換算で、中心から左右への距離で示す)は、1.0.5〜2μm、2.3〜6μm、3.7〜10μm、4.12〜15μm、5.18〜25μm、6.30〜35μm、7.42〜48μm、8.55〜62μm、9.70〜75μm、10.84〜89μm、11.96〜100μmである。

0033

図5は、フォトレジストの残存形状が露光量に比例する理想的なネガレジストの場合を想定しており、縦軸は1に規格化されている。また最終的なサグ量が0.3μmとなるように焼付け時の露光量を調節すると、曲率半径が25mmのフォトレジスト立体構造を形成できる。更に、フォトレジストと基板が同じ速度でドライエッチング(異方性)されると、同形状のシリンドリカルレンズを基板上に形成することができる。

0034

また、図6に、ポジレジスト(ポジパターン)を用いてシリンドリカルレンズアレイ(各レンズの幅は、260μm、曲率半径25mm、サグ量(レンズ高さ)0.3μm)を製造する場合のデフォーカス適性量(70μm)での像強度分布(光強度分布)(図6(a))及びマスク透過直後の像強度分布(又はベストフォーカス位置での像強度分布)(光強度分布)(図6(b))を示す。この場合の投影露光装置における焼付け条件は、開口数NA:0.55、照明σ:0.60、露光波長:i線(365nm)である。また、マスク上の透過領域(基板上座標換算で、中心から左右への距離で示す)は、1.40〜43μm、2.65〜68μm、3.75〜79μm、4.84〜90μm、5.96〜100μm、6.106〜130μmである。

0035

図6は、フォトレジストの残存形状が露光量に反比例する理想的なポジレジストの場合を想定しており、縦軸は1に規格化されている。また最終的なサグ量が0.3μmとなるように焼付け時の露光量を調節すると、曲率半径が25mmのフォトレジスト立体構造を形成できる。更に、フォトレジストと基板が同じ速度でドライエッチング(異方性)されると、同形状のシリンドリカルレンズを基板上に形成することができる。

0036

図7は、光学素子を製造するための露光装置の概略構成図である。この図7において投影光学系PLの物体面には所定のパターンが形成されたマスクMが配置され、投影光学系PLの像面には、フォトレジストが塗布されたガラス製の基板Sが配置されている。マスクMはマスクステージMS上に保持され、基板Sは基板ステージSS上に保持されている。マスクMの上方には、マスクMを均一照明するための照明光学系が配置されている。

0037

照明光学系には、超高圧水銀ランプ(g線:436nm、i線:365nm)により構成される光源2が設けられ、光源2において発生した照明光がコリメータレンズ4、フライアイレンズオプティカルインテグレータ)6に入射する。フライアイレンズの出射側には可変絞り8が設けられており、可変絞り8を通過した照明光は、リレーレンズ10、ミラー12を介し、ミラー12においてほぼ垂直下方に反射されてマスクMを均一照明する。なお、光源は、水銀ランプに限らずエキシマレーザ(248nm)や(193nm)、更には、エキシマレーザ光源よりも短い波長を供給する光源を用いても良い。

0038

上述のマスクステージMSは、投影光学系PLの光軸AXと直交する面内で2次元的に移動可能に設けられている。また、基板ステージSSは、投影光学系PLの光軸AXと直交する面内で2次元的に移動可能であるのみならず更に、投影光学系PLの像面と基板Sの表面とをデフォーカスさせるために投影光学系PLの光軸AX方向(Z方向)に移動可能に設けられている。

0039

次に、図8を参照して、この露光装置を用いた光学素子の製造方法の説明を行う。この露光装置を用いて光学素子としてのマイクロレンズアレイを製造する場合には、まず、図1に示す方法により製造されたマスクMを露光装置のマスクステージMSに設置することにより投影光学系PLの物体面にマスクMを設定する(ステップS20)。

0040

次に、フォトレジストが塗布されたガラス製基板(感光性光学材料)Sを基板ステージSS上に設置することにより投影光学系PLの像面に基板Sを設定し(ステップS21)、更にXY方向の位置決めを行う。

0041

次に、基板ステージSSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させることにより基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量(デフォーカス量)Dだけデフォーカスする(ステップS22)。

0042

ここで所定量Dは、照明光の波長をλ、投影光学系の開口数をNAとした場合に、0<| D |<a(λ/2NA2)の条件を満たす量で有り、更に(λ/2NA2)<| D |<a(λ/2NA2)の条件を満たす量で有ることが好ましい。これらの条件においては、a=200であるが、より十分な効果を得るためにはa=100とすることが好ましい。

0043

なお、マスクステージMSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させることにより基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量(デフォーカス量)Dだけデフォーカスさせるようにしても良い。この場合のマスクステージMSの移動量(所定量)dは、照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNAとするとき、0<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)の条件を満たす量であり、更に(λ/2NA2)/β2<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)の条件を満たす量で有ることが好ましい。ここでβは、マスクMから基板Sへの投影系の投影倍率である。

0044

また、基板ステージSS及びマスクステージMSの両方を投影光学系PLの光軸に沿って移動させることにより基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量(デフォーカス量)Dだけデフォーカスさせるようにしても良い。

0045

このように基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせると基板Sの表面における投影光学系PLの像強度分布はマスクのパターン形状に基づいた、製造されるマイクロレンズの形状を反映したものとなる。

0046

次に、照明系によってマスクMを照明し、投影光学系PLを用いてマスクMに形成されたマスクMのパターンをフォトレジストを塗布した基板Sに露光する(ステップS23)。図9(a)は、マスクMのパターンをフォトレジストPRを塗布した基板Sに露光した状態を示すものである。この図に示すようにマスクMのパターンをフォトレジストPRを塗布した基板Sに露光した場合には、フォトレジストPR内にマイクロレンズの形状に対応した形状の化学的変質部分図9(a)における斜線部分)が形成される。

0047

なお、上述のマスクMには、マイクロレンズに対応したマスクパターンが複数個(5×5個)形成されているが、マスクにマイクロレンズに対応したマスクパターンが1個だけ形成されている場合には、ステップ・アンドリピート方式により基板に対してマスクパターンを繰返し露光する。

0048

次に、現像機を用いて基板S上のフォトレジストPRの現像を行なう(ステップS24)。図9(b)は、フォトレジストPRの現像を行った基板Sの状態を示すものである。この図に示すように基板Sの表面には、マイクロレンズの形状に対応した形状のフォトレジストPRが残存している。なお、フォトレジストPRの形成は、イオンビームエッチング速度に関する加工プロセス補正を見込んだ形状であることが望ましい。

0049

次に、基板S上をフォトレジストのパターンをマスクとしてイオンビームエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応するマイクロレンズが基板S上に形成される(ステップS25)。即ち、図9(c)に示すようなマイクロレンズアレイMLAが基板S上に形成される。なお、イオンビームエッチングに限らず種々のドライエッチングを用いることも可能である。

0050

従って、このマイクロレンズアレイの製造方法によれば、マイクロレンズアレイを製造するための2値式製造方法等に比較して、少ない工程で容易に所望のマイクロレンズアレイを製造することができるためマイクロレンズアレイの量産性を高めることができる。

0051

なお、上述の実施の形態においては、図1に示す方法により製造されたマスクMを用いて光学素子の製造を行っているが、マスクは他の方法により製造されたものを用いても良い。

0052

次に、図10を参照して、この露光装置を用いた光学素子の製造方法の更に好ましい例の説明を行う。この露光装置を用いて光学素子としてのマイクロレンズアレイを製造する場合には、まず、図1に示す方法により製造されたマスクMを露光装置のマスクステージMSに設置することにより投影光学系PLの物体面にマスクMを設定する(ステップS200)。

0053

次に、フォトレジストが塗布されたガラス製基板(感光性光学材料)Sを基板ステージSS上に設置することにより投影光学系PLの像面に基板Sを設定し(ステップS210)、更にXY方向の位置決めを行う。

0054

次に、基板ステージSSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させることにより又は、マスクステージMSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させることにより基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量(デフォーカス量)Dだけデフォーカスする(ステップS220)。

0055

ここで基板ステージSSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させる場合の所定量Dは、照明光の波長をλ、投影光学系の開口数をNAとした場合に、0<|D |<a(λ/2NA2)の条件を満たす量で有り、更に(λ/2NA2)<| D|<a(λ/2NA2)の条件を満たす量で有ることが好ましい。これらの条件においては、a=200であるが、より十分な効果を得るためにはa=100とすることが好ましい。

0056

また、マスクステージMSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させる場合の所定量dは、照明光の波長をλ、前記投影系の開口数をNAとするとき、0<|d |<(200/β2)(λ/2NA2)の条件を満たす量であり、更に(λ/2NA2)/β2<| d |<(200/β2)(λ/2NA2)の条件を満たす量で有ることが好ましい。ここでβは、マスクMから基板Sへの投影系の投影倍率である。この条件を満たすことによりマスクステージMSを投影光学系PLの光軸に沿って移動させて基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量(デフォーカス量)Dだけデフォーカスさせることができる。

0057

また、基板ステージSS及びマスクステージMSの両方を投影光学系PLの光軸に沿って移動させることにより基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量(デフォーカス量)Dだけデフォーカスさせるようにしても良い。本発明では、マスクステージMS基板ステージSSとの少なくとも一方を移動させて投影光学系の像面(最良像面)から感光性基板Sの表面をデフォーカスさせることが可能である。

0058

このようにして基板Sの表面を投影光学系PLの最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせると基板Sの表面における投影光学系PLの像強度分布はマスクのパターン形状に基づいた、製造されるマイクロレンズの形状を反映したものとなる。

0059

次に、照明系によってマスクMを照明し、投影光学系PLを用いてマスクMに形成されたマスクMのパターンをフォトレジストを塗布した基板Sに露光する(ステップS230)。なお、上述のマスクMには、マイクロレンズに対応したマスクパターンが複数個(5×5個)形成されているが、マスクにマイクロレンズに対応したマスクパターンが1個だけ形成されている場合には、ステップ・アンド・リピート方式により基板に対してマスクパターンを繰返し露光する。

0060

次に、現像機を用いて基板S上のフォトレジストPRの現像を行なう(ステップS240)。なお、フォトレジストPRの形成は、イオンビームエッチング速度に関する加工プロセス補正を見込んだ形状であることが望ましい。

0061

次に、基板S上に残ったフォトレジストPRをUVレジスト硬化装置を用いて硬化させる(ステップS250)。図11は、UVレジスト硬化装置の概略を示すものである。このUVレジスト硬化装置は、真空チャンバVCを有し、真空チャンバVC内に設置されたヒータH上部に現像されたフォトレジストPRが残った基板Sが保持されている。フォトレジストPRが付いた基板Sは、ヒータHにより適宜加熱されると共に、UVランプLから紫外線石英ガラスGを介して照射されフォトレジストPRの硬化が行われる。この場合にフォトレジストの種類に応じて適切な温度雰囲気とされることが望ましい。

0062

次に、基板S上をフォトレジストのパターンをマスクとしてイオンビームエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応するマイクロレンズが基板S上に形成される(ステップS260)。なお、イオンビームエッチングに限らず種々のドライエッチングを用いることも可能である。

0063

従って、このマイクロレンズアレイの製造方法によれば、マイクロレンズアレイを製造するための2値式製造方法等に比較して、少ない工程で容易に所望のマイクロレンズアレイを製造することができるためマイクロレンズアレイの量産性を高めることができる。また、フォトレジストの硬化がなされているため、精密な形状のマイクロレンズアレイを製造することができる。

0064

なお、上述の実施の形態においては、図1に示す方法により製造されたマスクMを用いて光学素子の製造を行っているが、マスクは他の方法により製造されたものを用いても良い。また、フォトレジストを硬化する処理は、グレースケールを用いたマイクロレンズアレイの製造にも適用でき、フォトレジストの硬化により、グレースケールを用いてマイクロレンズアレイを製造する場合においても精密な形状のマイクロレンズアレイを製造することができる。

0065

上述の実施の形態においては、図12(a)に示すような輪帯状のパターン形状を有するマスクM1(図12(a)には中心線輪郭線を含む)を用いて球面状のマイクロレンズL1(図中、L1は平面図として記載されており、L1の右側にはL1の側面図、L1の下側にはL1の正面図が記載されている)を製造しているが、マスクパターン像の像強度分布を非球面形状に対応したものとしてマスクパターンを設定し、シミュレーションを行いマスクパターンの形状を変更することにより容易に非球面のマイクロレンズを製造することができる。

0066

更に、図12(b)に示すような四角形状帯のパターン形状を有するマスクM2(図12(b)には中心線と輪郭線を含む)を用いてプリズムP1(図12(a)と同様にP1の平面図、側面図、正面図を記載)を製造しても良く、図12(c)(図12(c)には中心線と輪郭線を含む)に示すような直線帯のパターン形状を有するマスクM3を用いてプリズムP2(図12(a)と同様にP2の平面図、側面図、正面図を記載)を製造しても良い。更に、各マイクロレンズに対応するパターンの形状を変更することにより各レンズの形状をそれぞれ異なったものとすることができる。また、シリンドリカルレンズアレイも容易に実現可能である。更に、パワーの異なるレンズをアレイ状に形成することも容易である。

0067

また、図13(a)及び図14に示す2つのマスクを用いて、図15(a)の平面図、図15(b)の側面図に示す指標板を製造することもできる。この指標板は、3本の平面ラインパターン(反射部)を有し、反射部以外の領域は微細斜面形状となっている。この微細斜面形状においては、反射光正反射されず反射領域以外からの反射光は観測されないため、コントラストを容易向上させることができる。この指標板は、ガラス基板上に製造できるだけでなく、シリコンウエハ上に製造することも可能である。また全面に高反射コートを塗布して高反射でかつ高コントラストのパターンを得ることも可能である。

0068

この指標板を製造する場合には、表面に保護層(Cr膜等)を有するガラス基板の保護層上にフォトレジストを塗布し、図13(a)に示すマスクのパターンを転写・現像する。図13(b)は、マスクのパターンを転写・現像した後のガラス基板の状態を示すものである。このガラス基板上には、保護層が残存すると共に斜線で示す領域のみにフォトレジストが残存している。

0069

次に、エッチングにより斜線部の領域以外の保護層を除去すると共に斜線部の領域のフォトレジストを除去する。この状態では、ガラス基板上には、斜線部の領域だけに保護層が残存している。

0070

次に、このガラス基板の全体にフォトレジストを再度塗布し、図14に示すマスクのパターン、即ち傾斜面を形成するためのマスクパターンをデフォーカス露光により露光し現像処理する。次に、ドライエッチングを施して保護層を取り除くことにより、図15(a)及び図15(b)に示す指標板が完成する。本例では、パターンの平面部を形成するための保護層を設けたが、本発明では、保護層を用いない他の手法によってパターンの平面部を形成するようにしても良い。

0071

また、マイクロレンズアレイを形成する基板Sの裏面に低反射Cr膜等の低反射コーティングを施しておくことにより、マスクMのパターンをフォトレジストPRに露光する場合に、基板Sの裏面反射によるレジスト形状乱れを防止することができる。更に、基板Sの裏面に対してレモンスキン加工を施すことによっても同様の効果を得ることができる。

0072

また、図8又は図10に示すマイクロレンズアレイの製造に用いるマスクに位相シフトレチクル(マスク)、光を完全に遮光せず半透過状態とすることにより光の透過率分布を付与するハーフトーンレチクル(マスク)、ドットパターンの濃度又はマスクの遮光物体の厚さの制御により光の透過率分布を付与するグレースケールレチクル(マスク)等を用いることにより、更に精密な形状のマイクロレンズアレイを製造することができる。

0073

また、マイクロレンズアレイの製造に用いられる露光装置の照明方法には、適切なσ値のもとでの円形照明輪帯照明多極照明、コヒーレント照明、インコヒーレント照明の何れかを用いることができる。例えば、図7に示した露光装置において、適切なσ値(照明系の開口数/投影光学系PLのマスク側の開口数)のもとでの円形照明、輪帯照明又は多極照明を行うためには、照明系の瞳又は2次光源の形状及び大きさを変更、即ちオプティカルインテグレータ6の射出側に配置された可変絞り8における開口形状及び大きさを変更すれば良い。σ値を変更しながら円形照明するためには、可変絞り8の開口部は、開口形状を円形としながら開口の大きさを変更すれば良く、輪帯照明するためには、可変絞り8の開口部は、適切な輪帯比(輪帯内径/輪帯外径)を持つ輪帯開口部に変更すればよい。更に、多極照明するためには、可変絞り8の開口部は、中心から適切な距離だけ離れた多極状の開口部(例えば、2極や4極の開口部)に変更すれば良い。

0074

なお、効率良く各照明を行うためには、オプティカルインテグレータ6の上流においてσ値可変変倍光学系(ズーム光学系)、輪帯光束を形成する輪帯光束形成光学系(凸状円錐面を持つ素子とこれと相対的に移動する凹状円錐面を持つ素子を含むアキシコン等の光学系、又は輪帯光束を形成する回折光学素子等)あるいは、多極光束を形成する多極光束形成光学系(例えば、凸状4角錐面を持つ素子とこれと相対的に移動する凹状4角錐面を持つ素子を含むアキシコン等の光学系、又は多極光束を形成する回折光学素子等)を用いることもできる。更に、オプティカルインテグレータ6は、フライアイレンズに限らず、マイクロレンズアレイ、回折光学素子、内面反射型インテグレータ(ロッド型内面反射インテグレータ中空型内面反射インテグレータ)等を用いることができる。

0075

また、上述の実施の形態においては、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光によりマイクロレンズを基板S上に形成しているが、プロキシミティ方式の露光によりマイクロレンズを基板S上に形成するようにしても良い。この場合のプロキシミティ方式の露光では、マスクのパターンがデフォーカスした適切な強度分布が得られるように、マスクと感光性基板とを適切な間隔を隔てて配置することが好ましい。更には、マスクステージMS及び基板ステージSSを移動させながらマスクパターン像を感光性基板に投影露光するスキャーン方式(ステップ・アンド・スキャーン方式)の走査型露光装置を用いて、本発明における露光工程を実行しても良い。

0076

次に、上述の光学素子の製造方法により製造されたマイクロレンズアレイが組込まれた露光装置について説明する。図16は、この露光装置の構成を概略的に示す図である。この図においては、感光性基板であるウエハの法線方向に沿ってZ軸を、図16紙面に平行な方向にY軸を、図16の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。

0077

この露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源21として、例えば248nm(KrF)又は193nm(ArF)の波長の光を供給するエキシマレーザ光源を備えている。光源21からZ方向に沿って射出されたほぼ平行な光束は、X方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、一対のシリンドリカルレンズ22a及び22bからなるビームエキスパンダ22に入射する。各シリンドリカルレンズ22a及び22bは、図16の紙面内(YZ平面内)において負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有し、光軸AXを含んで紙面と直交する面内(XZ平面内)において平行平面板として機能する。従って、ビームエキスパンダ22に入射した光束は、図16の紙面内において拡大され、所定形状の断面を有する光束、例えば、正方形状の断面を有する光束に整形される。

0078

整形光学系としてのビームエキスパンダ22を介した光束は、折り曲げミラー23でY方向に偏向された後、回折光学素子24b、第1の変倍光学系としてのアフォーカルズームレンズ25に入射する。ここでアフォーカルズームレンズ25は、アフォーカル系(無焦点光学系)を維持しながら所定の範囲で倍率を連続的に変化させることができるように構成されている。ここで図16においては、輪帯照明用の回折光学素子24bが光路中に設定された例を示しているが、この回折光学素子24bの代わりに瞳面に円形状の光強度分布を形成する円形照明(通常照明)用の回折光学素子又は瞳面に4極形状の光強度分布を形成する4極照明用の回折光学素子に交換可能に構成しても良い。なお、円形照明(通常照明)時に円形照明(通常照明)用の回折光学素子を光路に設定せずに回折光学素子が無い状態として通常照明を行うこともできる。

0079

アフォーカルズームレンズ25に入射した光束は、その瞳面にリング状(円環状)の光源像を形成する。リング状の光源像からの光は、ほぼ平行な光束となってアフォーカルズームレンズ25から射出され、第1オプティカルインテグレータとしての第1フライアイレンズ(マイクロレンズアレイ)26に入射する。このとき、第1フライアイレンズ26の入射面には、光軸AXに対してほぼ対称に斜め方向から光束が入射する。換言すると、光軸AXを中心として等角度であらゆる方向に沿って光束が斜め入射する。第1フライアイレンズ26は、図8又は図10に示す光学素子の製造方法により製造されたものであり、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントが光軸AXに沿って縦横配列されることによって構成されている。なお、各レンズレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は平面状に形成されている。

0080

従って、第1フライアイレンズ26に入射した光束は多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、各レンズエレメントの後側焦点面にはそれぞれ1つのリング状の光源像が形成される。第1フライアイレンズ26の後側焦点面に形成された多数のリング状光源像からの光束は、第2の変倍光学素子としてのズームレンズ27を介した後、第2オプティカルインテグレータとしての第2フライアイレンズ28を重畳的に照明する。なお、ズームレンズ27は、瞳面に形成される2次光源の大きさを可変とするために所定の範囲で焦点距離を連続的に変化させることのできるリレー光学系であって、第1フライアイレンズ26の後側焦点面と第2フライアイレンズ28の後側焦点面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。また、ズームレンズ27は、後側にテレセントリックな光学系を構成している。上述の共役関係及びテレセントリシティ満足するために、ズームレンズ27は、少なくとも3つのレンズ群が独立に移動可能な多群ズームレンズとして構成されている。

0081

従って、第2フライアイレンズ28の入射面には、第1フライアイレンズ26の各レンズエレメントの断面形状に相似な正方形状の照野を光軸AXから等距離の位置に無限の数だけ配置した形状の照野、即ち光軸AXを中心とした輪帯状の照野が形成される。第2フライアイレンズ28は、第1フライアイレンズ26と同様に、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントを光軸AXに沿って縦横配列することによって構成されている。しかしながら、第2フライアイレンズ28を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状(ひいてはウエハ上において形成すべき露光領域の形状)と相似な矩形状の断面を有する。また、第2フライアイレンズ28を構成する各レンズエレメントの入射側の面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。

0082

従って、第2フライアイレンズ28に入射した光束は多数のレンズエレメントにより二次元的に分割され、光束が入射した各レンズエレメントの後側焦点面には第1フライアイレンズ26のレンズエレメントの数の多数の光源像がそれぞれ形成される。こうして、第2フライアイレンズ28の後側焦点面には、第2フライアイレンズ28への入射光束によって形成される照野と同じ輪帯状の多数光源(以下、「二次光源」という)が形成される。第2フライアイレンズ28の後側焦点面に形成された輪帯状の二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り29に入射する。

0083

開口絞り29は、輪帯状の開口部(光透過部)を有し、この開口絞り29を介した二次光源からの光は、コンデンサー光学系30の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたレチクルRを重畳的に均一照明する。ここでレチクルRはレチクルステージRSに設置されることにより投影光学系32の物体面に設定されている。レチクルRのパターンを透過した光束は、投影光学系32を介して、感光性基板であるウエハW上にレチクルパターンの像を形成する。ここでウエハWはウエハステージWSに設置されることにより投影光学系32の像面に設定されている。こうして、投影光学系32の光軸AXと直交する平面(XY平面)内においてウエハWを二次元的に駆動制御しながら一括露光又はスキャン露光を行うことにより、ウエハWの各露光領域にはレチクルRのパターンが逐次露光される。

0084

なお、一括露光では、いわゆるステップ・アンド・リピート方式により、ウエハの各露光領域に対してレチクルパターンを一括的に露光する。この場合、レチクルR上での照明領域の形状は正方形に近い矩形状であり、第2オプティカルインテグレータの各レンズエレメントの断面形状も正方形に近い矩形状となる。一方、スキャン露光では、いわゆるステップ・アンド・スキャン方式にしたがって、レチクル及びウエハを投影光学系に対して相対移動させながらウエハの各露光領域に対してレチクルパターンをスキャン露光する。この場合、レチクルR上での照明領域の形状は短辺と長辺との比がたとえば1:3の矩形状であり、第2オプティカルインテグレータの各レンズエレメントの断面形状もこれと相似な矩形状となる。

0085

次に、図17を参照して、図16に示す露光装置の製造方法の説明を行う。この露光装置を製造する場合には、まず、図8図10に示す製造方法により光学素子としてのマイクロレンズアレイを製造する(ステップS30)。

0086

次に、マイクロレンズアレイを照明光学系のアフォーカルズームレンズ25とズームレンズ27との間に第1オプティカルインテグレータとしての第1フライアイレンズ26として組み込む(ステップS31)。

0087

次に、レチクルR(被照明位置)とウエハW(被露光位置)との間に投影光学系PLを設置し、(ステップS32)投影露光装置が完成する。

0088

従って、この投影露光装置の製造方法によれば、図8又は図10に示す製造方法、即ち少ない工程により効率的に製造された光学素子を照明光学系内に組込むため、投影露光装置の製造も効率的なものとなる。

0089

次に、上述の光学素子の製造方法により製造されたマイクロレンズアレイを用いた収差測定装置について説明する。図18は、この収差測定装置を備えた露光装置の構成を概略的に示す図である。この図においては、感光性基板であるウェハWの法線方向に沿ってZ軸を、図18の紙面に平行な方向にY軸を、図18の紙面に垂直な方向にX軸をそれぞれ設定している。なお、図18では、投影光学系PLの像面に収差測定装置の標示板を位置決めした収差測定時の状態を示しているが、FIA系(図示せず)や斜入射方式のオートフォーカス系(図示せず)を用いた位置検出時及び投影露光時には、投影光学系PLの像面にウェハWが位置決めされる。

0090

図18の露光装置は、露光光(照明光)を供給するための光源41として、例えば248nm(KrF)又は193nm(ArF)の波長の光を供給するエキシマレーザー光源を備えている。光源41から射出されたほぼ平行な光束は、ビーム整形光学系42を介して所定断面の光束に整形された後、干渉性低減部43に入射する。干渉性低減部43は、被照射面であるマスクM上(ひいてはウェハW上)での干渉パターンの発生を低減する機能を有する。

0091

干渉性低減部43からの光束は、第1フライアイレンズ44を介して、その後側焦点面に多数の光源を形成する。これらの多数の光源からの光は、振動ミラー45で偏向された後、リレー光学系46を介して第2フライアイレンズ46を重畳的に照明する。ここで、振動ミラー45は、X軸周り回動する折り曲げミラーであって、被照射面での干渉パターンの発生を低減する機能を有する。こうして、第2フライアイレンズ47の後側焦点面には、多数の光源からなる二次光源が形成される。この二次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り48により制限された後、コンデンサ光学系49、ミラー50を介して、ミラー50においてほぼ垂直下方に反射されて所定のパターンが形成されたマスクMを重畳的に均一照明する。

0092

マスクMのパターンを透過した光束は、投影光学系PLを介して、感光性基板であるウェハW上にマスクパターンの像を形成する。マスクMは、マスクホルダ(図示せず)を介して、マスクステージMSに載置されている。なお、マスクステージMSは、主制御系(図示せず)からの指令に基づき、マスクステージ制御部(図示せず)によって駆動される。

0093

一方、ウェハWは、ウェハステージWS上のウェハホルダWHに真空チャックされている。ウェハステージWSは、主制御系(図示せず)からの指令に基づき、ウェハステージ制御部(図示せず)によって駆動される。

0094

この露光装置に備えられている収差測定装置においては、被検光学系としての投影光学系PLの波面収差の測定に際して、マスクステージMS上に収差測定用テストマスクTMが設置される。テストマスクTMには、図19に示すように、収差測定用の円形状の開口部60aがX方向およびY方向に沿って複数個(図17では9個)マトリックス状に形成されている。また、開口部60aよりも実質的に大きな正方形状の開口部60bが形成されている。

0095

また、この収差測定装置においては、ウェハステージWS上においてウェハWの露光面とほぼ同じ高さ位置(Z方向位置)に取り付けられた標示板51を備えている。標示板51は、例えばガラス基板からなり、投影光学系PLの光軸Xに垂直な、ひいては後述する収差測定系の光軸に垂直な基準平面51aを有する。この基準平面51a上には、図20に示すように、その中央部に校正用開口部(光透過部)51bが形成され、その周辺には複数組図20では4組)のアライメントマーク51cが形成されている。

0096

ここで、校正用開口部51bは、投影光学系PLを介して形成されるテストマスクTMの開口部60aの像よりも大きく設定されている。また、各組のアライメントマーク51cは、X方向に沿って形成されたラインアンドスペースパターンとY方向に沿って形成されたラインアンドスペースパターンとから構成されている。更に、校正用開口部51b及び複数のアライメントマーク51cを除く領域には、反射面51dが形成されている。反射面51dは、例えばガラス基板にクロム(Cr)を蒸着することにより形成されている。

0097

更に、この収差測定装置においては、投影光学系PLの波面収差を測定するための光学系としての収差測定系を備えている。収差測定系では、投影光学系PLを介してその像面に形成されたテストマスクTMの開口部60aの像からの光が、コリメートレンズ52及びリレーレンズ53を介して、マイクロフライアイ54に入射する。ここでマイクロフライアイ54は、図8又は図10に示す製造方法により製造されたものであり縦横に且つ稠密に配列された正屈折力を有する多数の微小レンズからなる光学素子である。

0098

従って、マイクロフライアイ54に入射した光束は多数の微小レンズにより二次元的に分割され、各微小レンズの後側焦点面の近傍にはそれぞれ1つの開口部60aの像が形成される。こうして形成された多数の像は、二次元撮像素子としてのCCD55によって検出される。CCD55の出力は、信号処理ユニット(図示せず)に供給される。このように、マイクロフライアイ54は、投影光学系PLの像面に形成されたテストマスクTMの開口部60aの一次像からの光を波面分割して開口部60aの二次像を多数形成するための波面分割素子を構成している。

0099

また、CCD55は、波面分割素子としてのマイクロフライアイ54により形成された開口部60aの多数の二次像を光電検出するための光電検出部を構成している。なお、コリメートレンズ52、リレーレンズ53、マイクロフライアイ54及びCCD55は、図18に示すように、マスクステージMSの内部に設けられ、投影光学系PLの波面収差を測定するための光学系(集光光学系)としての収差測定系を構成している。また、標示板51は、収差測定系(52〜55)に一体的に取り付けられている。

0100

以下、この収差測定装置を用いて投影光学系PLの波面収差を測定する動作について説明する。この収差測定装置においては、収差測定系(52〜55)に一体的に取り付けられた標示板51が設けられている。そして、標示板51の基準平面51a上には、クロム膜などをエッチングすることによりアライメントマーク51cが形成されているとともに、必要十分な面精度で加工された反射面51dが形成されている。従って、露光装置に搭載されたFIA系を用いて、アライメントマーク51cに基づいて、XY平面に沿った標示板51の位置を、ひいてはXY平面に沿った収差測定系の位置を検出することができる。

0101

また、露光装置に搭載された斜入射式の二次元AF系を用いて、Z方向に沿った標示板51の面位置を、ひいては収差測定系のZ方向位置、X軸周りの傾き、およびY軸周りの傾きを検出することができる。更に、露光装置に搭載されたウェハ干渉計WIF(図視せず)及びウェハステージ駆動部の作用により、ウェハWと同じ程度に高精度なアライメント(位置合わせ)および位置制御を迅速に行うことができる。こうして、テストマスクTMに設けられた複数の開口部のうち、恣意的に選択された第1番目の開口部60aの像が投影光学系PLを介して形成される位置に対して、収差測定系を初期的に位置決めする。

0102

即ち、収差測定系が正確に位置決めされた状態において、投影光学系PLを介して形成された第1番目の開口部60aの像の中心点と収差測定系の光軸AX1とがXY平面内において一致する。即ち、図21に示すように、開口部60aの像60iの中心点と標示板51の校正用開口部51bの中心点とがXY平面内において一致する。この初期状態において、CCD55の出力に基づいて投影光学系PLの波面収差を測定する。なお、波面収差計測具体的方法については、国際公開WO99/60361号公報に開示されている。

0103

上述の波面収差の測定動作は、テストマスクTMに設けられた残りの複数の開口部について同様に順次行われる。このように、標示板51を用いてテストマスクTMの第1番目の開口部に対する収差測定系の位置設定が終了した後は、露光装置の本来の焼き付け動作と同様に、二次元AF系で標示板51の高さ位置を常に位置合わせすると共に、ウェハ干渉計の出力情報に基づいてウェハステージWSのXY平面に沿った位置を制御して、投影光学系PLの任意座標位置での波面収差の測定(即ちテストマスクTMの残りの複数の開口部に対する波面収差の測定)を実施することができる。

0104

この露光装置に備えられている収差測定装置を製造する場合には、図22に示すように、まず、図8又は図10に示す製造方法により光学素子としてのマイクロレンズアレイを製造する(ステップS40)。

0105

次に、マイクロレンズアレイを集光光学系のリレーレンズ53の出射側にマイクロフライアイ54として組込む(ステップS41)。次に、集光光学系を介した光を受ける位置、即ちマイクロフライアイ54の出射側にCCD(光電検出器)55を設置し(ステップS42)、収差測定装置が完成する。

0106

従って、この収差測定装置の製造方法によれば、図8又は図10に示す製造方法、即ち、少ない工程により効率的に製造された光学素子を集光光学系に組込むため、収差測定装置の製造も効率的なものとなる。

発明の効果

0107

この発明のマスクの製造方法によれば、シミュレーションしたパターン形状の中から像強度分布決定工程により求められた像強度分布に最も近い像強度分布となったパターン形状等にマスクパターンの形状を決定するため、所望の光学素子を製造するためのマスクを容易に製造することができる。

0108

また、この発明の光学素子の製造方法によれば、デフォーカス工程より感光性光学材料の表面を投影系の最良結像位置から所定量Dだけデフォーカスさせて、現像工程、エッチング工程を経ることにより光学素子が製造されるため、この光学素子の製造方法においては少ない工程において効率良く光学素子を製造することができる。

0109

また、この発明の投影露光装置の製造方法によれば、光学素子組込工程において少ない工程により効率的に製造された光学素子を照明光学系内に組込むため、投影露光装置の製造も効率的なものとなる。

0110

また、この発明の収差測定装置の製造方法によれば、光学素子組込工程において少ない工程により効率的に製造された光学素子を集光光学系に組込むため、収差測定装置の製造も効率的なものとなる。

0111

また、この発明の光学素子の製造方法によれば、感光材硬化工程により現像工程により現像された感光材を硬化させるため精密な形状の光学素子を製造することができる。

図面の簡単な説明

0112

図1実施の形態にかかるマスクの製造方法を説明するためのフローチャートである。
図2実施の形態にかかるマスクの製造方法により製造されたマスクを用いて製造されたマイクロレンズアレイを示す図である。
図3実施の形態にかかるネガレジストパターンを用いる場合のマスクを透過した光の投影光学系の最良結像位置から所定量デフォーカスさせた位置における光強度、マスクを透過した直後の光強度を示す図である。
図4実施の形態にかかるマスクの製造方法により製造されたマスクを示す図である。
図5実施の形態にかかるネガレジストパターンを用いる場合のマスクを透過した光の投影光学系の最良結像位置から所定量デフォーカスさせた位置における光強度、マスクを透過した直後の光強度を示す図である。
図6実施の形態にかかるポジレジストパターンを用いる場合のマスクを透過した光の投影光学系の最良結像位置から所定量デフォーカスさせた位置における光強度、マスクを透過した直後の光強度を示す図である。
図7実施の形態にかかるマイクロレンズアレイを製造するための露光装置の概略構成図である。
図8実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示すフローチャートである。
図9実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの製造工程を説明するための図である。
図10実施の形態にかかるマイクロレンズアレイの製造方法を示すフローチャートである。
図11実施の形態にかかるUVレジスト硬化装置の概略図である。
図12実施の形態にかかるマスクパターンとそれにより製造される光学素子を示す図である。
図13実施の形態にかかる指標板を製造するためのマスクパターン等を説明するための図である。
図14実施の形態にかかる指標板を製造するためのマスクパターンを説明するための図である。
図15実施の形態にかかる指標板を説明するための図である。
図16実施の形態にかかる製造方法により製造された光学素子が組み込まれた露光装置の概略構成図である。
図17実施の形態にかかる製造方法により製造された光学素子が組み込まれた露光装置の製造方法を示すフローチャートである。
図18実施の形態にかかる製造方法により製造された光学素子が組み込まれた収差測定装置を備えた露光装置の概略構成図である。
図19実施の形態にかかる収差測定に際してマスクステージ上に設置されるテストマスクの構成を示す概略図である。
図20実施の形態にかかる収差測定装置の収差測定系に取りつけられた標示板の構成を示す概略図である。
図21実施の形態にかかる標示板の校正用開口部の中央にテストマスクの開口部の像が形成されている状態を示す図である。
図22実施の形態にかかる製造方法により製造された光学素子が組み込まれた収差測定装置を備えた露光装置の製造方法を示すフローチャートである。

--

0113

MLA…マイクロレンズアレイ、M…マスク、MS…マスクステージ、PL…投影光学系、S…基板、SS…基板ステージ、21…光源、26…第1フライアイレンズ、R…レチクル、W…ウエハ、52…コリメートレンズ、54…マイクロフライアイ、55…CCD。

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