JP2002202583A - Method for producing mask, method for producing optical element using the same, method for producing optical element, method for producing exposure system using optical element produced by this method and method for producing aberration measuring device - Google Patents

Method for producing mask, method for producing optical element using the same, method for producing optical element, method for producing exposure system using optical element produced by this method and method for producing aberration measuring device

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JP2002202583A
JP2002202583A JP2000392053A JP2000392053A JP2002202583A JP 2002202583 A JP2002202583 A JP 2002202583A JP 2000392053 A JP2000392053 A JP 2000392053A JP 2000392053 A JP2000392053 A JP 2000392053A JP 2002202583 A JP2002202583 A JP 2002202583A
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JP
Japan
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mask
manufacturing
photosensitive
optical element
optical
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Application number
JP2000392053A
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Japanese (ja)
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Tadashi Nagayama
匡 長山
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058Mask illumination systems

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing an optical element with high mass productivity. SOLUTION: The method has a mask setting step (S20) in which a mask is set on the object surface of a projection system, a substrate setting step (S21) in which a photosensitive optical material is set on a stage, a defocusing step (S22) in which the surface of the photosensitive optical material is dislocated from the best imaging position of the projection system by a prescribed distance D by moving the stage, an exposure step (S23) in which the photosensitive optical material is exposed through the pattern shape of the mask, a developing step (S24) in which the photosensitive optical material exposed in the exposure step is developed and an etching step (S25) in which the photosensitive optical material developed in the developing step is etched.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】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。
The present invention relates to a method of manufacturing a mask for manufacturing an optical element, a method of manufacturing an optical element using the mask, and a method of manufacturing an exposure apparatus using the optical element manufactured by the manufacturing method. The present invention relates to a method and a method for manufacturing an aberration measuring device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マイクロレンズのレプリカをマス
クを用いて感光材に形成し、このレプリカが形成された
基板をドライエッチング、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。
2. Description of the Related Art Conventionally, there is a method in which a replica of a microlens is formed on a photosensitive material using a mask, and the substrate on which the replica is formed is subjected to dry etching, for example, ion beam etching, to form a microlens on the substrate. (See Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 8-504515). In this method, a gray scale mask is used to form a replica of a microlens on a photosensitive material.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】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。
In a gray scale mask, a large number of dot patterns are formed to form a microlens replica on a photosensitive material, and the transmittance of light is controlled. It is difficult to manufacture a grayscale mask because the position where the dot pattern is to be formed must be accurately determined.

【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。
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a mask which can easily manufacture a mask for manufacturing an optical element, and a method of manufacturing an optical element with high productivity using the mask. . Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing an optical element having high mass productivity, a method of manufacturing an exposure apparatus using the optical element manufactured by the method, and a method of manufacturing an aberration measuring apparatus.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】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、投影系の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。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a mask for manufacturing an optical element, the method comprising: forming an image related to a pattern image of the mask formed at a defocus position of a projection system. An image intensity distribution determining step of obtaining an intensity distribution based on the specifications of the optical element; and a simulation of simulating the image intensity distribution of the projection system in consideration of a pattern shape to be formed on the mask and a defocus amount of the projection system. And a pattern shape determining step of determining a pattern shape of the mask based on a simulation result of the simulation step.

【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。
According to the first aspect of the present invention, the image intensity distribution of the projection system is simulated in consideration of the pattern shape to be formed on the mask and the defocus amount of the projection system in the simulation step. In the pattern shape determining step, the mask pattern shape is determined from the pattern shapes simulated in the simulation step to, for example, a pattern shape having an image intensity distribution closest to the image intensity distribution obtained in the image intensity distribution determining step. I do. Therefore, a mask for manufacturing a desired optical element can be easily manufactured.

【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。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element, comprising: a mask setting step of setting a mask manufactured by the manufacturing method of the first aspect on an object plane of a projection system; A substrate setting process to be set on the stage,
A defocusing step of moving the stage to defocus the surface of the photosensitive optical material by a predetermined amount D from the best image forming position of the projection system, and exposing the pattern shape of the mask onto the photosensitive optical material. And a developing step of developing the photosensitive optical material exposed in the exposing step; and an etching step of etching the photosensitive optical material developed in the developing step.

【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。
The method of manufacturing an optical element according to claim 3, wherein: a mask setting step of setting a mask on an object plane of the projection system; a substrate setting step of setting a photosensitive optical material on a stage; A defocusing step of defocusing the surface of the photosensitive optical material from the best image forming position of the projection system by a predetermined amount D by moving the pattern, and exposing the pattern shape of the mask onto the photosensitive optical material. A developing step of developing the photosensitive optical material exposed in the exposing step; and an etching step of etching the photosensitive optical material developed in the developing step.

【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。
According to the optical element manufacturing method of the present invention, the surface of the photosensitive optical material is defocused by a predetermined amount D from the best imaging position of the projection system in the defocusing step. Image intensity distribution on the surface of the photosensitive optical material in the exposure step is based on the shape of the mask pattern,
This reflects the shape of the optical element to be manufactured. Then, an optical element is manufactured through a developing step and an etching step. Therefore, in this method for manufacturing an optical element, an optical element can be efficiently manufactured in a small number of steps.

【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が照明光の波長をλ、前記投影系の開
口数をNAとするとき、0<| D |<200(λ/2N
2)の条件を満たすことを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the method of manufacturing an optical element, when the predetermined amount D is a wavelength of the illumination light λ and a numerical aperture of the projection system is NA, 0 <| D | <200 (λ / 2N
Wherein the condition is satisfied for A 2).

【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 |<2
00(λ/2NA2)の条件を満たすことを特徴とす
る。
According to a fifth aspect of the invention, in the method of manufacturing an optical element, when the predetermined amount D is a wavelength of the illumination light and a numerical aperture of the projection system is (λ / 2NA 2 ) <| D | <2
It satisfies the condition of 00 (λ / 2NA 2 ).

【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。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element, wherein a mask manufactured by the manufacturing method according to the first aspect is arranged on a mask stage and the mask is set on an object plane of a projection system. A substrate setting step of setting a photosensitive optical material on a stage; and moving the mask stage by a predetermined amount d to defocus the surface of the photosensitive optical material from the best imaging position of the projection system. A defocusing step, an exposure step of exposing the pattern shape of the mask on the photosensitive optical material, a developing step of developing the photosensitive optical material exposed by the exposure step, and a developing step of the developing step. An etching step of etching the photosensitive optical material.

【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。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element, comprising: a mask setting step of arranging a mask on a mask stage and setting the mask on an object plane of a projection system; Setting a substrate setting step, a defocusing step of moving the mask stage by a predetermined amount d to defocus the surface of the photosensitive optical material from the best imaging position of the projection system, and changing a pattern shape of the mask. An exposing step of exposing the photosensitive optical material, a developing step of developing the photosensitive optical material exposed in the exposing step, and an etching step of etching the photosensitive optical material developed in the developing step. It is characterized by having.

【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。
According to the optical element manufacturing method of the present invention, the mask stage is moved by the predetermined amount d from the defocusing step, and the surface of the photosensitive optical material is formed at the best image forming position of the projection system. When defocusing is performed, the image intensity distribution on the surface of the photosensitive optical material in the exposure step reflects the shape of the manufactured optical element based on the shape of the mask pattern. Then, an optical element is manufactured through a developing step and an etching step. Therefore, in this method for manufacturing an optical element, an optical element can be efficiently manufactured in a small number of steps.

【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。
The method of manufacturing an optical element according to claim 8, wherein the predetermined amount d is the wavelength of the illumination light λ, the numerical aperture of the projection system is NA, and the photosensitive optical material is obtained from the mask of the projection system. 0 <| d | <(200
/ Β 2 ) (λ / 2NA 2 ).

【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。
The method of manufacturing an optical element according to claim 9, wherein the predetermined amount d is the wavelength of the illumination light λ, the numerical aperture of the projection system is NA, and the photosensitive optical material is obtained from the mask of the projection system. Where β is the magnification to (λ / 2NA 2 ) / β 2
<| D | <(200 / β 2 ) (λ / 2NA 2 ).

【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
のレチクルのパターンを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
板に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。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an exposure apparatus, comprising: an illumination optical system for illuminating a pattern of a reticle for manufacturing a micro device installed at a position to be illuminated; A method for manufacturing an exposure apparatus having a projection optical system for projecting an installed photosensitive substrate, wherein an optical element is manufactured by the method for manufacturing an optical element according to claim 2. An optical element incorporation step of incorporating the optical element into the illumination optical system, and a projection optical system installation step of installing the projection optical system between the illuminated position and the exposed position. Features.

【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。
According to the method of manufacturing an exposure apparatus according to the tenth aspect, since the optical element efficiently manufactured by a small number of steps in the optical element assembling step is incorporated into the illumination optical system, the production of the projection exposure apparatus is also reduced. It will be efficient. Also,
12. A method of manufacturing an aberration measuring apparatus according to claim 11, comprising: a condensing optical system that condenses light from the test optical system; and a photoelectric detector that photoelectrically detects light passing through the condensing optical system. 10. A method of manufacturing an optical device, comprising the steps of: manufacturing an optical element by the method of manufacturing an optical element according to claim 2; and integrating the optical element into the condensing optical system. The method is characterized by comprising an element assembling step and a photoelectric detector installation step of installing the photoelectric detector at a position for receiving the light via the condensing optical system.

【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。
According to the method of manufacturing an aberration measuring device according to the eleventh aspect, the optical element manufactured efficiently by a small number of steps in the optical element assembling step is incorporated into the converging optical system. Will also be efficient.

【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。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an optical element, comprising: a mask setting step of setting a mask on an object plane of a projection system; a substrate setting step of setting a substrate with a photosensitive material on a stage; An exposure step of exposing the pattern shape onto the photosensitive material on the substrate, a developing step of developing the photosensitive material exposed in the exposure step, and a photosensitive material curing step of curing the photosensitive material developed in the developing step An etching step of etching the photosensitive material in a state where the photosensitive material is cured by the photosensitive material curing step.

【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。
According to the method for manufacturing an optical element according to the twelfth aspect, an optical element having a precise shape can be manufactured because the photosensitive material developed in the developing step in the photosensitive material curing step is cured.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】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。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method of manufacturing a mask for manufacturing a microlens array as an optical element.

【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。
When manufacturing a mask for manufacturing a microlens array, first, the shape and the arrangement of the lenses to be manufactured are determined (step S10). For example, when manufacturing a microlens array MLA as shown in the plan view of FIG. 2A and the cross-sectional view of FIG. 2B (cross-sectional view taken along line AA of FIG. As the shape of the lens constituting the array MLA, the radius of curvature of the lens (for example, 20 mm) and the amount of swelling of the lens (for example, 0.
6 μm) and the size of each lens (for example, 0.3 mm on each side)
The number of arrays (5 × 5) is determined as an array of lenses.

【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ML
A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。
Next, a mask is set on the object plane of the projection optical system of the exposure apparatus for exposing the pattern of the mask on the substrate coated with the photoresist, and a predetermined amount of defocus is performed from the best image forming position of the projection optical system. In this case, the image intensity distribution related to the pattern image of the mask formed at the position (defocus position) is determined based on the specifications of the lenses constituting the microlens array MLA, that is, the radius of curvature of the lenses (step S11). ). FIG. 3A shows FIG.
(A) and microlens array ML shown in FIG. 2 (b)
FIG. 7 shows an image intensity distribution (light intensity distribution) of one lens when a negative resist is used, with respect to a pattern image of a mask formed at a defocus position determined based on the specifications of the lens constituting A. FIG.

【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。
In order to obtain a microlens shape conforming to the specification, it is desirable that the image intensity distribution is optimal in consideration of the processing process, such as "photosensitivity to resist light intensity distribution (resist image correction coefficient)" or " It is preferable to perform processing process correction such as "ion beam etching rate (etching correction coefficient)". That is, an image intensity distribution is determined in consideration of a resist image correction coefficient, an etching correction coefficient, and the like, and a microlens is prototyped using a mask manufactured based on the image intensity distribution, and an image is formed based on the prototyped microlens shape. Correct the intensity distribution and redesign the mask pattern.

【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M
LA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)。
Next, the image intensity distribution of the projection optical system is simulated in consideration of the pattern shape to be formed on the mask and the defocus amount of the projection optical system of the exposure apparatus (step S12). That is, the simulation is performed while changing at least one of the two-dimensional shape and the defocus amount of the mask. FIG. 3B shows the micro lens array M
The light intensity immediately after passing through one pattern portion of the mask corresponding to one lens constituting the LA is shown in a one-dimensional direction. As shown in FIG. 3B, the light intensity immediately after passing through the mask includes a region where the light intensity is high and a region where the light intensity is zero corresponding to the pattern shape of the mask.
When a predetermined amount of defocusing is performed from the best image forming position of the projection optical system, the light intensity distribution at that position becomes a smooth light intensity reflecting the pattern shape of the mask.
(See FIG. 3A).

【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を所定個数設定し、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。
When the numerical aperture NA of the projection optical system, the illumination condition σ, the wavelength λ of the illumination light, and the two-dimensional shape of the mask are determined, the simulator used in the simulation determines the image intensity at a predetermined defocus amount. It is a device that can determine the distribution. In a specific simulation, first, the wavelength λ of the illumination light of the exposure apparatus, the numerical aperture NA of the projection optical system, and the illumination condition σ are determined, and the defocus amount D is set. Next, with respect to the mask area for forming the lens, a predetermined number of annular transmission areas having an appropriate width are set with reference to the center point of each pattern, and the width and the position of each annular zone from the center are appropriately changed. Obtain the image intensity distribution. Further, the simulation is performed for various pattern shapes by obtaining the image intensity distribution by the same method while changing the defocus amount.

【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。
It should be noted that a second simulation described below may be used instead of the first simulation described above. In the second simulation, first, the wavelength λ of the illumination light of the exposure apparatus, the numerical aperture NA of the projection optical system, the illumination condition σ are determined, and the defocus amount D is set. Next, for the mask area for forming the lens, a plurality of orbicular areas are set with an appropriate orbicular width based on the center point of each pattern. Switching to obtain the image intensity distribution. At this time, in the second simulation, the image intensity distribution can be obtained while changing the defocus amount in the same manner as in the first simulation.

【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。
Next, the defocus amount D and the pattern shape of the mask are determined based on the result of the simulation (step S13). That is, the pattern shape of the mask is determined when the image intensity distribution obtained by simulating the shape of the mask pattern is closest to the image intensity distribution based on the shape of the microlens to be manufactured determined in step S11.

【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。
Next, a mask is manufactured in which the pattern shape of the mask determined in step S13 is determined by the number of arrays determined in step S10 (step S14).
That is, a mask M for manufacturing a 5 × 5 microlens array shown in FIG. 4 is manufactured by writing a predetermined pattern on the determined mask pattern shape using an electron beam writing apparatus or a laser beam writing apparatus. Is done.

【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。
The mask pattern manufactured by this mask pattern manufacturing method has an annular shape reflecting the shape of the microlens to be manufactured.
A mask for manufacturing a desired optical element can be easily manufactured as compared with the manufacturing of a mask used in a binary manufacturing method for manufacturing a microlens.

【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(基板上座標換算で、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、5.18〜25μ
m、6.30〜35μm、7.42〜48μm、8.5
5〜62μm、9.70〜75μm、10.84〜89
μm、11.96〜100μmである。
FIG. 5 shows a case where a negative lens (negative pattern) is used to manufacture a cylindrical lens array (each lens has a width of 260 μm, a radius of curvature of 25 mm, and a sag amount (lens height) of 0.3 μm). Image intensity distribution (light intensity distribution) at an appropriate defocus amount (220 μm) (FIG. 5)
(A)) and image intensity distribution immediately after transmission through the mask (or image intensity distribution at the best focus position) (light intensity distribution) (FIG. 5)
(B)) is shown. In this case, the printing conditions in the projection exposure apparatus are as follows: numerical aperture NA: 0.35, illumination σ: 0.50,
Exposure wavelength: g-line (436 nm). The transmission area on the mask (in terms of coordinates on the substrate, indicated by the distance from the center to the left and right) is 1.0.5 to 2 μm, 2.3 to 6 μm, and 3.
7-10 μm, 4.12-15 μm, 5.18-25 μm
m, 6.30 to 35 μm, 7.42 to 48 μm, 8.5
5-62 μm, 9.70-75 μm, 10.84-89
μm, 11.96 to 100 μm.

【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。
FIG. 5 assumes the case of an ideal negative resist in which the remaining shape of the photoresist is proportional to the exposure amount, and the vertical axis is normalized to 1. Further, by adjusting the exposure amount during printing so that the final sag amount becomes 0.3 μm, a photoresist three-dimensional structure having a curvature radius of 25 mm can be formed. Further, when the photoresist and the substrate are dry-etched (anisotropic) at the same speed, cylindrical lenses having the same shape can be formed on the substrate.

【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。
FIG. 6 shows a case where a cylindrical lens array (width of each lens is 260 μm, radius of curvature is 25 mm, amount of sag (lens height) 0.3 μm) is manufactured using a positive resist (positive pattern). Image intensity distribution (light intensity distribution) at an appropriate amount of defocus (70 μm) (FIG. 6)
(A)) and the image intensity distribution immediately after transmission through the mask (or the image intensity distribution at the best focus position) (light intensity distribution) (FIG. 6)
(B)) is shown. In this case, the printing conditions in the projection exposure apparatus are as follows: numerical aperture NA: 0.55, illumination σ: 0.60,
Exposure wavelength: i-line (365 nm). The transmission area on the mask (in terms of coordinates on the substrate, indicated by the distance from the center to the left and right) is 1.40 to 43 μm, 2.65 to 68 μm,
3.75 to 79 μm, 4.84 to 90 μm, 5.96 to
100 μm, 6.106 to 130 μm.

【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。
FIG. 6 assumes the case of an ideal positive resist in which the remaining shape of the photoresist is inversely proportional to the exposure amount, and the vertical axis is normalized to 1. Further, by adjusting the exposure amount during printing so that the final sag amount becomes 0.3 μm, a photoresist three-dimensional structure having a curvature radius of 25 mm can be formed. Further, when the photoresist and the substrate are dry-etched (anisotropic) at the same speed, cylindrical lenses having the same shape can be formed on the substrate.

【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P
L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。
FIG. 7 is a schematic structural view of an exposure apparatus for manufacturing an optical element. In FIG. 7, the projection optical system P
A mask M on which a predetermined pattern is formed is arranged on the object plane of L, and a glass substrate S coated with a photoresist is arranged on the image plane of the projection optical system PL. The mask M is held on a mask stage MS, and the substrate S is held on a substrate stage SS. An illumination optical system for uniformly illuminating the mask M is disposed above the mask M.

【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。
The illumination optical system includes an ultra-high pressure mercury lamp (g
A light source 2 composed of light of 436 nm (line: 365 nm) is provided. Illumination light generated by the light source 2 is incident on a collimator lens 4 and a fly-eye lens (optical integrator) 6. A variable stop 8 is provided on the exit side of the fly-eye lens. Illumination light passing through the variable stop 8 is reflected almost vertically downward by the mirror 12 via the relay lens 10 and the mirror 12 so as to make the mask M uniform. Light up. The light source is not limited to a mercury lamp, and may be an excimer laser (248 nm) or (193 nm), or a light source that supplies a shorter wavelength than the excimer laser light source.

【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。
The above-described mask stage MS is provided so as to be two-dimensionally movable in a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL. Further, the substrate stage SS is not only movable two-dimensionally in a plane orthogonal to the optical axis AX of the projection optical system PL, but also moves the image plane of the projection optical system PL and the substrate S
Is provided movably in the optical axis AX direction (Z direction) of the projection optical system PL in order to defocus the surface of the projection optical system PL.

【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)。
Next, a method for manufacturing an optical element using this exposure apparatus will be described with reference to FIG. When a microlens array as an optical element is manufactured using this exposure apparatus, first, the mask M manufactured by the method shown in FIG. The mask M is set on the object plane (step 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。
Next, a glass substrate (photosensitive optical material) S coated with a photoresist is set on the substrate stage SS to set the substrate S on the image plane of the projection optical system PL (step S21). Further, positioning in the XY directions is performed.

【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)。
Next, the substrate stage SS is connected to the projection optical system PL.
By moving the substrate S along the optical axis, the surface of the substrate S is defocused by a predetermined amount (defocus amount) D from the best image forming position of the projection optical system PL (step 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。
Here, the predetermined amount D is 0 <| D | <a, where λ is the wavelength of the illumination light and NA is the numerical aperture of the projection optical system.
(Λ / 2NA 2 ), and (λ / NA / 2
2NA 2 ) <| D | <a (λ / 2NA 2 ). Under these conditions, a
= 200, but in order to obtain a more sufficient effect, a =
It is preferably set to 100.

【0043】なお、マスクステージMSを投影光学系P
L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。
The mask stage MS is connected to the projection optical system P
By moving along the optical axis of L, the surface of the substrate S may be defocused by a predetermined amount (defocus amount) D from the best imaging position of the projection optical system PL. In this case, the moving amount (predetermined amount) d of the mask stage MS is:
Assuming that the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection system is NA, the amount satisfies the condition of 0 <| d | <(200 / β 2 ) (λ / 2NA 2 ). 2 ) / β 2 <| d
It is preferable that the amount satisfy the condition of | <(200 / β 2 ) (λ / 2NA 2 ). Here, β is a projection magnification of the projection system from the mask M to the substrate S.

【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。
Further, by moving both the substrate stage SS and the mask stage MS along the optical axis of the projection optical system PL, the surface of the substrate S is moved from the best image forming position of the projection optical system PL by a predetermined amount (defocus amount). ) Only D may be defocused.

【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。
As described above, the surface of the substrate S is projected onto the projection optical system PL.
Is defocused by a predetermined amount D from the best image forming position, the image intensity distribution of the projection optical system PL on the surface of the substrate S reflects the shape of the manufactured microlens based on the pattern shape of the mask.

【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。
Next, the mask M is illuminated by the illumination system,
Mask M formed on mask M using projection optical system PL
Is exposed on the substrate S coated with the photoresist (Step S23). FIG. 9A shows a state where the pattern of the mask M is exposed on the substrate S coated with the photoresist PR. As shown in this figure, when the pattern of the mask M is exposed on the substrate S coated with the photoresist PR, a chemically altered portion having a shape corresponding to the shape of the microlens is formed in the photoresist PR (FIG. 9A). Is formed.

【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。
Although a plurality of mask patterns (5 × 5) corresponding to the microlenses are formed on the mask M, only one mask pattern corresponding to the microlenses is formed on the mask. If so, the mask pattern is repeatedly exposed on the substrate by the step-and-repeat method.

【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P
R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。
Next, the photoresist PR on the substrate S is developed using a developing machine (Step S24). FIG.
(B) shows the state of the substrate S on which the photoresist PR has been developed. As shown in this figure, a photoresist PR having a shape corresponding to the shape of the microlens remains on the surface of the substrate S. The photoresist P
It is desirable that the R be formed in a shape that allows for processing process correction related to the ion beam etching rate.

【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。
Next, microlenses corresponding to the pattern on the mask are formed on the substrate S by performing ion beam etching on the substrate S using the photoresist pattern as a mask (step S25). That is, a microlens array MLA as shown in FIG. 9C is formed on the substrate S. Note that various dry etchings can be used instead of the ion beam etching.

【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。
Therefore, according to the method of manufacturing a microlens array, a desired microlens array can be easily manufactured in a small number of steps as compared with a binary manufacturing method for manufacturing a microlens array. Therefore, mass productivity of the microlens array can be improved.

【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。
Note that, in the above embodiment, FIG.
Although the optical element is manufactured using the mask M manufactured by the method described in (1), a mask manufactured by another method may be used.

【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)。
Next, a more preferred example of a method for manufacturing an optical element using this exposure apparatus will be described with reference to FIG. When a microlens array as an optical element is manufactured using this exposure apparatus, first, the mask M manufactured by the method shown in FIG. The mask M is set on the object plane (step 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。
Next, a glass substrate (photosensitive optical material) S coated with a photoresist is set on a substrate stage SS to set the substrate S on the image plane of the projection optical system PL (step S210). Further, positioning in the XY directions is performed.

【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)。
Next, the substrate stage SS is connected to the projection optical system PL.
By moving the mask stage MS along the optical axis of the projection optical system PL, or by moving the mask stage MS along the optical axis of the projection optical system PL, the surface of the substrate S is shifted by a predetermined amount (defocus) from the best image forming position of the projection optical system PL. Defocus by D) (step 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。
Here, the substrate stage SS is connected to the projection optical system PL.
The predetermined amount D when moving along the optical axis of is 0 when the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection optical system is NA.
<| D | <a (λ / 2NA 2 )
Further, it is preferable that the amount satisfies the condition of (λ / 2NA 2 ) <| D | <a (λ / 2NA 2 ). Under these conditions, a = 200, but it is preferable to set a = 100 in order to obtain a more sufficient effect.

【0056】また、マスクステージMSを投影光学系P
L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。
The mask stage MS is connected to the projection optical system P
The predetermined amount d when moving along the optical axis of L is 0 when the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection system is NA.
<| D | <(200 / β 2 ) (λ / 2NA 2 ), and further, (λ / 2NA 2 ) / β 2 <| d | <
It is preferable that the amount satisfies the condition of (200 / β 2 ) (λ / 2NA 2 ). Here, β is a projection magnification of the projection system from the mask M to the substrate S. By satisfying this condition, the mask stage MS is moved along the optical axis of the projection optical system PL to defocus the surface of the substrate S by a predetermined amount (defocus amount) D from the best imaging position of the projection optical system PL. be able to.

【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。
Further, by moving both the substrate stage SS and the mask stage MS along the optical axis of the projection optical system PL, the surface of the substrate S is moved from the best image forming position of the projection optical system PL by a predetermined amount (defocus amount). ) Only D may be defocused. In the present invention, it is possible to move at least one of the mask stage MS and the substrate stage SS to defocus the surface of the photosensitive substrate S from the image plane (best image plane) of the projection optical system.

【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。
When the surface of the substrate S is defocused by a predetermined amount D from the best image forming position of the projection optical system PL, the image intensity distribution of the projection optical system PL on the surface of the substrate S is based on the pattern shape of the mask. In addition, the shape reflects the shape of the manufactured microlens.

【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。
Next, the mask M is illuminated by the illumination system,
Mask M formed on mask M using projection optical system PL
Is exposed on the substrate S coated with the photoresist (Step S230). In addition, the above-mentioned mask M includes:
A plurality of mask patterns (5
× 5), but when only one mask pattern corresponding to the microlens is formed on the mask, the substrate is repeatedly exposed to the mask pattern by a step-and-repeat method.

【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。
Next, the photoresist PR on the substrate S is developed using a developing machine (step S240). In addition, it is desirable that the photoresist PR be formed in a shape that allows for processing process correction relating to the ion beam etching rate.

【0061】次に、基板S上に残ったフォトレジストP
R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から紫外線が石英ガラス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。
Next, the photoresist P remaining on the substrate S
R is cured using a UV resist curing device (step S250). FIG. 11 schematically shows a UV resist curing device. This UV resist curing apparatus has a vacuum chamber VC, and holds a substrate S on which a developed photoresist PR remains above a heater H installed in the vacuum chamber VC. The substrate S with the photoresist PR is appropriately heated by a heater H, and UV
Ultraviolet rays are radiated from the lamp L via the quartz glass G to cure the photoresist PR. In this case, it is desirable to set an appropriate temperature atmosphere according to the type of the photoresist.

【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。
Next, a microlens corresponding to the pattern on the mask is formed on the substrate S by performing ion beam etching on the substrate S using the photoresist pattern as a mask (step S260). In addition,
Not only ion beam etching but also various types of dry etching can be used.

【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。
Therefore, according to the method for manufacturing a microlens array, a desired microlens array can be easily manufactured in a small number of steps as compared with a binary manufacturing method for manufacturing a microlens array. Therefore, mass productivity of the microlens array can be improved. Further, since the photoresist is hardened, a microlens array having a precise shape can be manufactured.

【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。
In the above embodiment, FIG.
Although the optical element is manufactured using the mask M manufactured by the method described in (1), a mask manufactured by another method may be used. In addition, the process of curing the photoresist can be applied to the production of a microlens array using gray scale. A lens array can be manufactured.

【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)には中心線と輪郭線を含む)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。
In the above embodiment, FIG.
A spherical microlens L1 (in the figure, L1 is a plan view) using a mask M1 (having a center line and a contour line in FIG. 12A) having an annular pattern shape as shown in FIG. Side view of L1 on the right side of L1,
A front view of L1 is described below L1), but the mask pattern is set assuming that the image intensity distribution of the mask pattern image corresponds to the aspherical shape, and simulation is performed by performing simulation. By changing the shape of the lens, an aspherical microlens can be easily manufactured.

【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1
2(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1
2(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。
Further, a prism P1 (FIG. 1) is formed by using a mask M2 having a rectangular band pattern as shown in FIG. 12 (b) (FIG. 12 (b) includes a center line and a contour line).
A plan view, a side view, and a front view of P1 may be manufactured in the same manner as in FIG. 2 (a), and shown in FIG. 12 (c) (FIG. 12 (c) includes the center line and the outline). The prism P2 (FIG. 1) is formed using a mask M3 having such a linear band pattern shape.
2 (a), a plan view, a side view, and a front view of P2) may be manufactured. Furthermore, the shape of each lens can be made different by changing the shape of the pattern corresponding to each microlens. Also,
A cylindrical lens array can also be easily realized.
Further, it is easy to form lenses having different powers in an array.

【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、反射光は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。
Using the two masks shown in FIGS. 13A and 14, the index plate shown in the plan view of FIG. 15A and the side view of FIG. 15B can be manufactured. This index plate has three plane line patterns (reflection portions), and the region other than the reflection portions has a fine slope shape. In this fine slope shape, the reflected light is not specularly reflected and the reflected light from other than the reflection area is not observed, so that the contrast can be easily improved. This index plate can be manufactured not only on a glass substrate but also on a silicon wafer. It is also possible to obtain a high-reflection and high-contrast pattern by applying a high-reflection coat on the entire surface.

【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。
When manufacturing this index plate, a photoresist is applied on the protective layer of a glass substrate having a protective layer (Cr film or the like) on the surface, and the pattern of the mask shown in FIG. develop. FIG. 13B shows the state of the glass substrate after the pattern of the mask has been transferred and developed. On this glass substrate, the photoresist remains only in the region indicated by oblique lines while the protective layer remains.

【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。
Next, the protective layer other than the shaded area is removed by etching, and the photoresist in the shaded area is removed. In this state, the protective layer remains on the glass substrate only in the shaded region.

【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。
Next, a photoresist is applied again to the entire glass substrate, and the mask pattern shown in FIG. 14, that is, the mask pattern for forming the inclined surface is exposed by defocus exposure and developed. Next, by performing dry etching to remove the protective layer, FIG.
The indicator plate shown in FIG. 15B is completed. In this example, the protective layer for forming the plane portion of the pattern is provided. However, in the present invention, the plane portion of the pattern may be formed by another method without using the protective layer.

【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
ジスト形状の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。
Also, by applying a low-reflection coating such as a low-reflection Cr film on the back surface of the substrate S on which the microlens array is formed, when exposing the pattern of the mask M to the photoresist PR, Distortion of the resist shape due to reflection can be prevented. Furthermore, the same effect can be obtained by subjecting the back surface of the substrate S to lemon skin processing.

【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。
A phase shift reticle is used as a mask for manufacturing the microlens array shown in FIG. 8 or FIG.
(Mask), halftone reticle that imparts a light transmittance distribution by making it semi-transmissive without completely blocking light
By using a gray scale reticle (mask) that imparts a light transmittance distribution by controlling the density of the dot pattern or the thickness of the light-shielding object of the mask, a microlens array with a more precise shape is manufactured. be able to.

【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。
The illumination method of the exposure apparatus used for manufacturing the microlens array includes any one of circular illumination, annular illumination, multipole illumination, coherent illumination, and incoherent illumination under an appropriate σ value. Can be used. For example, in the exposure apparatus shown in FIG. 7, circular illumination, annular illumination, or multipolar illumination under an appropriate σ value (numerical aperture of the illumination system / numerical aperture on the mask side of the projection optical system PL) is performed. In order to change the shape and size of the pupil or secondary light source of the illumination system,
That is, the shape and size of the aperture of the variable stop 8 disposed on the emission side of the optical integrator 6 may be changed. In order to perform circular illumination while changing the σ value, the opening of the variable aperture 8 may be changed in size while keeping the aperture shape circular. For annular illumination, the aperture of the variable aperture 8 may be used. The part is an appropriate ring ratio (ring inner diameter / ring outer diameter)
What is necessary is just to change to the annular opening which has. Further, in order to perform multi-pole illumination, the opening of the variable stop 8 may be changed to a multi-pole opening (for example, a dipole or quadrupole) which is separated from the center by an appropriate distance.

【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値可変の
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。
In order to perform each illumination efficiently, a variable-magnification optical system (zoom optical system) with a variable σ value upstream of the optical integrator 6 and an annular light beam forming optical system (convex shape) for forming an annular light beam are provided. An optical system such as an axicon including an element having a conical surface and an element having a concave conical surface moving relatively thereto, or a diffractive optical element forming an annular light beam) or a multipolar light beam forming a multipolar light beam Forming optics (e.g.,
An optical system such as an axicon including an element having a convex quadrangular pyramid surface and an element having a concave quadrangular pyramid surface moving relatively thereto, or a diffractive optical element that forms a multipolar light beam can also be used. Further, the optical integrator 6 is not limited to a fly-eye lens, but may be a micro lens array, a diffractive optical element, an internal reflection type integrator (a rod type internal reflection integrator, a hollow type internal reflection integrator), or the like.

【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。
In the above-described embodiment, the microlenses are formed on the substrate S by the step-and-repeat type projection exposure. However, the microlenses are formed on the substrate S by the proximity type exposure. You may do it. In the proximity type exposure in this case, it is preferable to dispose the mask and the photosensitive substrate at an appropriate distance so that an appropriate intensity distribution in which the pattern of the mask is defocused is obtained. Further, using a scanning type exposure apparatus of a scan type (step and scan type) in which a mask pattern image is projected and exposed on a photosensitive substrate while moving the mask stage MS and the substrate stage SS, the exposure step in the present invention is performed. You may do it.

【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の紙面に平
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。
Next, an exposure apparatus incorporating the microlens array manufactured by the above-described method for manufacturing an optical element will be described. FIG. 16 is a diagram schematically showing the configuration of this exposure apparatus. In this figure, the Z axis is set along the normal direction of the wafer serving as the photosensitive substrate, the Y axis is set in a direction parallel to the plane of FIG. 16, and the X axis is set in a direction perpendicular to the plane of FIG. ing.

【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。
In this exposure apparatus, as a light source 21 for supplying exposure light (illumination light), for example, 248 nm (KrF)
Alternatively, an excimer laser light source for supplying light having a wavelength of 193 nm (ArF) is provided. A substantially parallel light flux emitted from the light source 21 in the Z direction has a rectangular cross section elongated in the X direction, and enters a beam expander 22 including a pair of cylindrical lenses 22a and 22b. Each of the cylindrical lenses 22a and 22b is
It has a negative refractive power and a positive refractive power in the paper plane of FIG. 16 (in the YZ plane), and functions as a parallel plane plate in a plane perpendicular to the paper plane (in the XZ plane) including the optical axis AX. Accordingly, the light beam that has entered the beam expander 22 is enlarged in the plane of the paper of FIG. 16 and shaped into a light beam having a predetermined cross section, for example, a light beam having a square cross section.

【0078】整形光学系としてのビームエキスパンダ2
2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。
Beam Expander 2 as Shaping Optical System
After being deflected in the Y direction by the bending mirror 23, the light beam passing through 2 enters the diffractive optical element 24b and the afocal zoom lens 25 as a first variable power optical system. Here, the afocal zoom lens 25 is configured to be able to continuously change magnification within a predetermined range while maintaining an afocal system (a non-focus optical system). Here, in FIG. 16, the diffractive optical element 24b for annular illumination is used.
Is set in the optical path, but instead of this diffractive optical element 24b, a diffractive optical element for circular illumination (normal illumination) that forms a circular light intensity distribution on the pupil plane or 4 The diffraction optical element for quadrupole illumination which forms a polar light intensity distribution may be replaceable. Note that, during circular illumination (normal illumination), normal illumination can be performed without a diffractive optical element without setting a diffractive optical element for circular illumination (normal illumination) in the optical path.

【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A
X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2
6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。
The light beam incident on the afocal zoom lens 25 forms a ring-shaped (annular) light source image on its pupil plane. The light from the ring-shaped light source image is emitted from the afocal zoom lens 25 as a substantially parallel light flux, and enters a first fly-eye lens (microlens array) 26 as a first optical integrator. At this time, the incident surface of the first fly-eye lens 26 has an optical axis A
A light beam enters from an oblique direction almost symmetrically with respect to X. In other words, a light beam is obliquely incident along all directions at an equal angle around the optical axis AX. First fly-eye lens 2
Numeral 6 is manufactured by the manufacturing method of the optical element shown in FIG. 8 or FIG. 10, and is constituted by arranging a number of lens elements having a positive refractive power vertically and horizontally along the optical axis AX. . Note that the entrance side surface of each lens element is formed in a spherical shape with the convex surface facing the entrance side, and the exit side surface is formed in a planar shape.

【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を満足するために、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。
Therefore, the light beam incident on the first fly-eye lens 26 is two-dimensionally divided by a number of lens elements, and one ring-shaped light source image is formed on the rear focal plane of each lens element. . Light beams from a number of ring-shaped light source images formed on the rear focal plane of the first fly-eye lens 26 pass through a zoom lens 27 as a second variable power optical element, and then pass through a second optical integrator as a second optical integrator. The two fly-eye lenses 28 are illuminated in a superimposed manner. The zoom lens 27 is a relay optical system that can continuously change the focal length within a predetermined range in order to make the size of the secondary light source formed on the pupil plane variable, and The rear focal plane of the eye lens 26 and the rear focal plane of the second fly-eye lens 28 are optically substantially conjugated. The zoom lens 27 forms a telecentric optical system on the rear side. In order to satisfy the above-described conjugate relationship and telecentricity, the zoom lens 27 is configured as a multi-unit zoom lens in which at least three lens groups can move independently.

【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。
Therefore, on the entrance surface of the second fly-eye lens 28, a square illumination field similar to the cross-sectional shape of each lens element of the first fly-eye lens 26 is infinitely located at a position equidistant from the optical axis AX. An illumination field having a shape arranged in a number, that is, an annular illumination field centered on the optical axis AX is formed. Like the first fly-eye lens 26, the second fly-eye lens 28 is configured by arranging a number of lens elements having a positive refractive power vertically and horizontally along the optical axis AX. However, each lens element constituting the second fly-eye lens 28 has a rectangular cross section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask (and, consequently, the shape of the exposure region to be formed on the wafer). The entrance side surface of each lens element constituting the second fly-eye lens 28 is formed in a spherical shape with a convex surface facing the incident side, and the exit side surface is formed in a spherical shape with a convex surface facing the exit side. ing.

【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。
Accordingly, the light beam incident on the second fly-eye lens 28 is two-dimensionally divided by a number of lens elements, and the lens of the first fly-eye lens 26 is provided on the rear focal plane of each lens element on which the light beam has entered. A large number of light source images of the number of elements are respectively formed. Thus, on the rear focal plane of the second fly-eye lens 28, a number of light sources (hereinafter, referred to as "secondary light sources") having the same annular shape as the illumination field formed by the light beam incident on the second fly-eye lens 28. It is formed. The luminous flux from the annular secondary light source formed on the rear focal plane of the second fly-eye lens 28 enters an aperture stop 29 arranged in the vicinity thereof.

【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3
2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。
The aperture stop 29 has a ring-shaped aperture (light transmitting portion), and the light from the secondary light source passing through the aperture stop 29 is subjected to the light condensing operation of the condenser optical system 30 before being condensed.
The reticle R on which a predetermined pattern is formed is uniformly illuminated in a superimposed manner. Here, the reticle R is set on the object plane of the projection optical system 32 by being set on the reticle stage RS. The light beam transmitted through the pattern of the reticle R forms an image of the reticle pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system 32. Here, the wafer W is set on the wafer stage WS so that the projection optical system 3
2 image planes. Thus, the projection optical system 32
Is performed in a plane (XY plane) orthogonal to the optical axis AX by performing batch exposure or scan exposure while driving and controlling the wafer W two-dimensionally, so that the pattern of the reticle R is sequentially exposed in each exposure region of the wafer W. Is done.

【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。
In the batch exposure, a so-called step
The reticle pattern is collectively exposed to each exposure region of the wafer by the AND repeat method. in this case,
The shape of the illumination area on the reticle R is a rectangular shape close to a square, and the cross-sectional shape of each lens element of the second optical integrator is also a rectangular shape close to a square. On the other hand, in the scan exposure, the reticle pattern is scanned and exposed on each exposure region of the wafer while the reticle and the wafer are relatively moved with respect to the projection optical system according to a so-called step-and-scan method. In this case, the shape of the illumination area on the reticle R is a rectangular shape having a ratio of the short side to the long side of, for example, 1: 3, and the cross-sectional shape of each lens element of the second optical integrator is similar to this. Becomes

【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又図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)。
Next, a method of manufacturing the exposure apparatus shown in FIG. 16 will be described with reference to FIG. When manufacturing this exposure apparatus, first, a microlens array as an optical element is manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 8 or FIG. 10 (step 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S3
1)。
Next, the microlens array is incorporated as a first fly-eye lens 26 as a first optical integrator between the afocal zoom lens 25 and the zoom lens 27 of the illumination optical system (step S3).
1).

【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。
Next, a projection optical system PL is set between the reticle R (the position to be illuminated) and the wafer W (the position to be exposed).
(Step S32) The projection exposure apparatus is completed.

【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。
Therefore, according to the method of manufacturing the projection exposure apparatus, since the manufacturing method shown in FIG. 8 or FIG. Is also efficient.

【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。
Next, an aberration measuring apparatus using a microlens array manufactured by the above-described method for manufacturing an optical element will be described. FIG. 18 is a diagram schematically showing a configuration of an exposure apparatus provided with the aberration measuring device. In this figure, Z along the normal direction of the wafer W as a photosensitive substrate
The axis is set as the Y axis in a direction parallel to the paper of FIG. 18, and the X axis is set as the direction perpendicular to the paper of FIG. In addition,
FIG. 18 shows a state at the time of aberration measurement in which the marking plate of the aberration measurement device is positioned on the image plane of the projection optical system PL.
During position detection and projection exposure using an FIA system (not shown) or an oblique incidence type autofocus system (not shown), the wafer W is positioned on the image plane of the projection optical system PL.

【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(Kr
F)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。
The exposure apparatus shown in FIG. 18 has a light source 41 for supplying exposure light (illumination light) of, for example, 248 nm (Kr).
F) or an excimer laser light source for supplying light having a wavelength of 193 nm (ArF). The substantially parallel light beam emitted from the light source 41 is shaped into a light beam having a predetermined cross section via the beam shaping optical system 42, and then enters the coherence reducing unit 43. The coherence reducing unit 43 has a function of reducing the occurrence of an interference pattern on the mask M (and, consequently, on the wafer W), which is the irradiated surface.

【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軸周りに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。
The light beam from the coherence reducing unit 43 forms a large number of light sources on the rear focal plane via the first fly-eye lens 44. After being deflected by the oscillating mirror 45, the light from these multiple light sources illuminates the second fly-eye lens 46 in a superimposed manner via the relay optical system 46. here,
The vibrating mirror 45 is a bending mirror that rotates around the X axis, and has a function of reducing the occurrence of an interference pattern on the irradiated surface. Thus, on the rear focal plane of the second fly-eye lens 47, a secondary light source including a large number of light sources is formed. The luminous flux from the secondary light source is restricted by an aperture stop 48 disposed in the vicinity thereof, and is then reflected almost vertically downward by a mirror 50 via a condenser optical system 49 and a mirror 50 to form a predetermined pattern. The illuminated mask M is superimposed and uniformly illuminated.

【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。
The light beam transmitted through the pattern of the mask M forms an image of the mask pattern on the wafer W as a photosensitive substrate via the projection optical system PL. The mask M is mounted on a mask stage MS via a mask holder (not shown). The mask stage MS is driven by a mask stage controller (not shown) based on a command from a main control system (not shown).

【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。
On the other hand, the wafer W is vacuum chucked by the wafer holder WH on the wafer stage WS. Wafer stage WS is driven by a wafer stage control unit (not shown) based on a command from a main control system (not shown).

【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
定用のテストマスクTMが設置される。テストマスクT
M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1
7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6
0bが形成されている。
In the aberration measuring apparatus provided in this exposure apparatus, a test mask TM for measuring aberration is set on the mask stage MS when measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL as the optical system to be measured. . Test mask T
As shown in FIG. 19, M has a plurality of circular openings 60a for measuring aberration along the X and Y directions (see FIG. 1).
7 are 9). Also,
Square opening 6 substantially larger than opening 60a
0b is formed.

【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。
Further, this aberration measuring apparatus includes a sign plate 51 mounted on the wafer stage WS at a position substantially equal to the exposure surface of the wafer W (position in the Z direction). The indicating plate 51 is made of, for example, a glass substrate, and has a reference plane 51a perpendicular to the optical axis X of the projection optical system PL, and further perpendicular to the optical axis of an aberration measuring system described later.
As shown in FIG. 20, a calibration opening (light transmitting portion) 51b is formed in the center of the reference plane 51a, as shown in FIG.
A plurality (four in FIG. 20) of alignment marks 51c are formed around the periphery.

【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6
0a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。
Here, the calibration opening 51b is formed in the opening 6 of the test mask TM formed through the projection optical system PL.
It is set larger than the image of 0a. Each set of the alignment marks 51c is composed of a line and space pattern formed along the X direction and a line and space pattern formed along the Y direction. Further, a reflection surface 51d is formed in a region excluding the calibration opening 51b and the plurality of alignment marks 51c. The reflection surface 51d is formed, for example, by depositing chromium (Cr) on a glass substrate.

【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。
Further, this aberration measuring apparatus includes an aberration measuring system as an optical system for measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL. In the aberration measurement system, light from the image of the opening 60 a of the test mask TM formed on the image plane via the projection optical system PL passes through the micro fly eye 54 via the collimator lens 52 and the relay lens 53.
Incident on. Here, the micro fly's eye 54 is manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 8 or FIG. 10, and is an optical element composed of a large number of minute lenses having positive refracting power arranged vertically and horizontally and densely.

【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。
Therefore, the light beam incident on the micro fly's eye 54 is two-dimensionally split by a large number of microlenses.
An image of one aperture 60a is formed near the rear focal plane of each microlens. Many images thus formed are detected by the CCD 55 as a two-dimensional image sensor. The output of the CCD 55 is supplied to a signal processing unit (not shown). As described above, the micro fly's eye 54 wavefront-divides light from the primary image of the opening 60a of the test mask TM formed on the image plane of the projection optical system PL to form many secondary images of the opening 60a. Wavefront splitting element for the purpose.

【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60
a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。
The CCD 55 has an opening 60 formed by a micro fly's eye 54 as a wavefront dividing element.
A photoelectric detection unit for photoelectrically detecting a large number of secondary images a. As shown in FIG. 18, the collimating lens 52, the relay lens 53, the micro fly's eye 54, and the CCD 55 are provided inside the mask stage MS, and measure the wavefront aberration of the projection optical system PL. (Optical optical system). Further, the marking plate 51 is integrally attached to the aberration measurement system (52 to 55).

【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。
Hereinafter, the operation of measuring the wavefront aberration of the projection optical system PL using this aberration measuring device will be described. In this aberration measuring device, an aberration measuring system (52 to 55)
There is provided a sign board 51 integrally attached to the rim. An alignment mark 51c is formed on the reference plane 51a of the sign plate 51 by etching a chrome film or the like, and a reflection surface 51d processed with necessary and sufficient surface accuracy is formed. Therefore,
Using a FIA system mounted on the exposure apparatus, a sign board 51 along the XY plane is formed based on the alignment mark 51c.
, And the position of the aberration measurement system along the XY plane can be detected.

【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。
Further, using the oblique incidence type two-dimensional AF system mounted on the exposure apparatus, the surface position of the sign plate 51 along the Z direction, and hence the Z direction position of the aberration measurement system, and the tilt around the X axis , And a tilt about the Y axis. Furthermore, the wafer interferometer WIF (not shown) mounted on the exposure apparatus and the wafer stage
Alignment (position alignment) and position control can be performed quickly with the same high accuracy as that of (1). In this manner, the aberration measurement system is positioned at a position where the image of the first opening 60a arbitrarily selected from the plurality of openings provided in the test mask TM is formed via the projection optical system PL. Is initially positioned.

【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A
X1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、波面収差計測の具体的方法については、国際公開W
O99/60361号公報に開示されている。
That is, in a state where the aberration measuring system is accurately positioned, the first optical system formed via the projection optical system PL
Center point of the image of the aperture 60a and the optical axis A of the aberration measurement system
X1 matches in the XY plane. That is, as shown in FIG. 21, the center point of the image 60i of the opening 60a and the center point of the calibration opening 51b of the sign board 51 coincide in the XY plane. In this initial state, the wavefront aberration of the projection optical system PL is measured based on the output of the CCD 55. The specific method of measuring the wavefront aberration is described in International Publication W.
It is disclosed in O99 / 60361.

【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。
The above-described operation of measuring the wavefront aberration is similarly performed sequentially on the remaining plural openings provided in the test mask TM. After the position setting of the aberration measurement system with respect to the first opening of the test mask TM using the marking plate 51 is completed, the marking is performed by the two-dimensional AF system in the same manner as the original printing operation of the exposure apparatus. The height position of the plate 51 is always aligned, and the position of the wafer stage WS along the XY plane is controlled based on the output information of the wafer interferometer, so that the wavefront aberration of the projection optical system PL at an arbitrary coordinate position is reduced. Measurement (ie, measurement of wavefront aberration for the remaining plurality of openings of the test mask TM) can be performed.

【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)。
In the case of manufacturing the aberration measuring device provided in this exposure apparatus, first, as shown in FIG. 22, a microlens array as an optical element is manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 8 or FIG. (Step 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。
Next, a micro fly's eye is placed on the exit side of the relay lens 53 of the condensing optical system.
(Step S41). Next, a CCD (photoelectric detector) 55 is installed at a position for receiving the light via the condensing optical system, that is, at the exit side of the micro fly's eye 54 (step S42), and the aberration measuring device is completed.

【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。
Therefore, according to the method of manufacturing this aberration measuring apparatus, the manufacturing method shown in FIG. 8 or FIG. The manufacture of the device is also efficient.

【0107】[0107]

【発明の効果】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。
According to the mask manufacturing method of the present invention,
In order to determine the shape of the mask pattern from the simulated pattern shape to the pattern shape or the like having the image intensity distribution closest to the image intensity distribution determined by the image intensity distribution determining step, it is necessary to manufacture a desired optical element. The mask can be easily manufactured.

【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。
According to the optical element manufacturing method of the present invention, the surface of the photosensitive optical material is defocused by a predetermined amount D from the best imaging position of the projection system in the defocusing step, and the developing step and the etching step are performed. Thus, the optical element is manufactured through the steps described above, so that the optical element can be efficiently manufactured in a small number of steps in the method for manufacturing the optical element.

【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。
Further, according to the method of manufacturing a projection exposure apparatus of the present invention, since an optical element efficiently manufactured by a small number of steps in an optical element assembling step is incorporated into an illumination optical system, the projection exposure apparatus can be manufactured. It will be efficient.

【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。
Further, according to the method of manufacturing an aberration measuring apparatus of the present invention, an optical element efficiently manufactured by a small number of steps in an optical element assembling step is incorporated into a condensing optical system. It will be efficient.

【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。
Further, according to the optical element manufacturing method of the present invention, an optical element having a precise shape can be manufactured because the photosensitive material developed in the developing step in the photosensitive material curing step is cured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【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。
FIG. 1 is a flowchart for explaining a mask manufacturing method according to an embodiment.

【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。
FIG. 2 is a diagram illustrating a microlens array manufactured using a mask manufactured by the mask manufacturing method according to the embodiment;

【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。
FIG. 3 shows the light intensity at a position defocused by a predetermined amount from the best image forming position of the projection optical system of the light transmitted through the mask when the negative resist pattern according to the embodiment is used, and the light intensity immediately after transmitting through the mask. FIG.

【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。
FIG. 4 is a view showing a mask manufactured by the mask manufacturing method according to the embodiment;

【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。
FIG. 5 shows the light intensity at a position defocused by a predetermined amount from the best image forming position of the projection optical system of the light transmitted through the mask when the negative resist pattern according to the embodiment is used, and the light intensity immediately after transmitting through the mask. FIG.

【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。
FIG. 6 shows the light intensity at a position defocused by a predetermined amount from the best image forming position of the projection optical system of the light transmitted through the mask when the positive resist pattern according to the embodiment is used, and the light intensity immediately after transmitting through the mask. FIG.

【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。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus for manufacturing the microlens array according to the embodiment.

【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。
FIG. 8 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a microlens array according to the embodiment.

【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。
FIG. 9 is a diagram for explaining a manufacturing process of the microlens array according to the embodiment.

【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。
FIG. 10 is a flowchart showing a method for manufacturing a microlens array according to the embodiment.

【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。
FIG. 11 is a schematic view of a UV resist curing device according to an embodiment.

【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。
FIG. 12 is a diagram showing a mask pattern according to the embodiment and an optical element manufactured by the mask pattern.

【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。
FIG. 13 is a diagram for explaining a mask pattern and the like for manufacturing the index plate according to the embodiment;

【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。
FIG. 14 is a diagram for explaining a mask pattern for manufacturing the index plate according to the embodiment;

【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。
FIG. 15 is a diagram for explaining an index plate according to the embodiment.

【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。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus in which an optical element manufactured by the manufacturing method according to the embodiment is incorporated.

【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。
FIG. 17 is a flowchart showing a method of manufacturing an exposure apparatus incorporating an optical element manufactured by the manufacturing method according to the embodiment.

【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。
FIG. 18 is a schematic configuration diagram of an exposure apparatus provided with an aberration measuring device in which an optical element manufactured by the manufacturing method according to the embodiment is incorporated.

【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。
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a configuration of a test mask installed on a mask stage when measuring aberration according to the embodiment.

【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。
FIG. 20 is a schematic diagram showing a configuration of a sign plate attached to an aberration measurement system of the aberration measurement device according to the embodiment.

【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。
FIG. 21 is a diagram showing a state in which an image of the opening of the test mask is formed at the center of the calibration opening of the sign plate according to the embodiment;

【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。
FIG. 22 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an exposure apparatus including an aberration measuring device in which an optical element manufactured by the manufacturing method according to the embodiment is incorporated.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。
MLA: micro lens array, M: mask, MS: mask stage, PL: projection optical system, S: substrate, SS: substrate stage, 21: light source, 26: first fly-eye lens, R: reticle, W: wafer, 52: Collimating lens, 54: Micro fly eye, 55: CCD.

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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、 投影系の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。
1. A method for manufacturing a mask for manufacturing an optical element, comprising: determining an image intensity distribution relating to a pattern image of the mask formed at a defocus position of a projection system based on specifications of the optical element. A simulation step of simulating an image intensity distribution of the projection system in consideration of a pattern shape to be formed on the mask and a defocus amount of the projection system; and A pattern shape determining step of determining a pattern shape.
【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。
2. A mask setting step for setting a mask manufactured by the manufacturing method according to claim 1 on an object plane of a projection system; a substrate setting step for setting a photosensitive optical material on a stage; and moving the stage. A defocusing step of defocusing the surface of the photosensitive optical material by a predetermined amount D from the best image forming position of the projection system; and an exposing step of exposing the pattern shape of the mask on the photosensitive optical material. An optical element manufacturing method, comprising: a developing step of developing the photosensitive optical material exposed in the exposure step; and an etching step of etching the photosensitive optical material developed in the developing step.
【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。
3. A mask setting step of setting a mask on an object plane of a projection system; a substrate setting step of setting a photosensitive optical material on a stage; and moving the stage to change the surface of the photosensitive optical material. A defocusing step of defocusing by a predetermined amount D from the best image forming position of the projection system; an exposing step of exposing a pattern shape of the mask onto the photosensitive optical material; and the photosensitivity exposed by the exposing step. A method for manufacturing an optical element, comprising: a developing step of developing an optical material; and an etching step of etching a photosensitive optical material developed in the developing step.
【請求項4】 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。 0<| D |<200(λ/2NA2
4. The optical system according to claim 2, wherein the predetermined amount D satisfies the following condition when the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection system is NA. Device manufacturing method. 0 <| D | <200 (λ / 2NA 2 )
【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
5. The optical system according to claim 2, wherein the predetermined amount D satisfies the following condition when the wavelength of the illumination light is λ and the numerical aperture of the projection system is NA. Device manufacturing method. (Λ / 2NA 2 ) <| D | <200 (λ / 2NA 2 )
【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。
6. A mask setting step of arranging a mask manufactured by the manufacturing method according to claim 1 on a mask stage and setting the mask on an object plane of a projection system, and setting a photosensitive optical material on the stage. A substrate setting step of performing, a defocusing step of moving the mask stage by a predetermined amount d to defocus the surface of the photosensitive optical material from a best imaging position of the projection system, and changing a pattern shape of the mask. An exposure step of exposing the photosensitive optical material to light, a development step of developing the photosensitive optical material exposed in the exposure step, and an etching step of etching the photosensitive optical material developed in the development step A method for producing an optical element, comprising:
【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。
7. A mask setting step of arranging a mask on a mask stage and setting the mask on an object plane of a projection system; a substrate setting step of setting a photosensitive optical material on the stage; A defocusing step of defocusing the surface of the photosensitive optical material from the best image forming position of the projection system by moving by a fixed amount d, and an exposure step of exposing the pattern shape of the mask on the photosensitive optical material. An optical element manufacturing method, comprising: a developing step of developing the photosensitive optical material exposed in the exposure step; and an etching step of etching the photosensitive optical material developed in the developing step.
【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
8. The predetermined amount d, when the wavelength of the illumination light is λ, the numerical aperture of the projection system is NA, and the magnification from the mask of the projection system to the photosensitive optical material is β, The method for manufacturing an optical element according to claim 6, wherein the condition is satisfied. 0 <| d | <(200 / β 2 ) (λ / 2NA 2 )
【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
9. The predetermined amount d is as follows when the wavelength of the illumination light is λ, the numerical aperture of the projection system is NA, and the magnification from the mask of the projection system to the photosensitive optical material is β. The method for manufacturing an optical element according to claim 6, wherein the condition is satisfied. (Λ / 2NA 2 ) / β 2 <| d | <(200 / β 2 ) (λ
/ 2NA 2 )
【請求項10】 被照明位置に設置されたマイクロデバ
イス製造用のレチクルのパターンを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
た感光性基板に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。
10. An illumination optical system for illuminating a pattern of a reticle for manufacturing a micro device installed at a position to be illuminated, and a projection optical system for projecting a pattern image of the reticle onto a photosensitive substrate installed at the position to be exposed. A manufacturing method of an exposure apparatus, comprising: an optical element manufacturing step of manufacturing an optical element by the optical element manufacturing method according to any one of claims 2 to 9; and the optical element in the illumination optical system. A method of manufacturing an exposure apparatus, comprising: a step of incorporating an optical element to be incorporated; and a step of installing the projection optical system between the position to be illuminated and the position to be exposed.
【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。
11. A method for manufacturing an aberration measuring device, comprising: a condensing optical system for condensing light from an optical system, and a photoelectric detector for photoelectrically detecting light passing through the condensing optical system. 10. An optical element manufacturing step of manufacturing an optical element by the optical element manufacturing method according to any one of claims 9 to 9, an optical element assembling step of incorporating the optical element into the condensing optical system, and A step of installing the photoelectric detector at a position to receive light via an optical system.
【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。
12. A mask setting step of setting a mask on an object plane of a projection system, a substrate setting step of setting a substrate with a photosensitive material on a stage, and exposing a pattern shape of the mask on a photosensitive material of the substrate. An exposing step, a developing step of developing the photosensitive material exposed in the exposing step, a photosensitive material curing step of curing the photosensitive material developed in the developing step, and a photosensitive material cured in the photosensitive material curing step An etching step of etching in a state.
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