JP2006215131A - 非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、非球面反射鏡、シリンドリカル反射鏡、マイクロフライアイ光学素子、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 照明用の光学要素として使用した場合でも、照明むらを発生しにくい非球面レンズを提供する。
【解決手段】 非球面レンズ１においては、通常の非球面レンズと異なり、レンズの外周付近を通過する光線６が、焦点４より手前で光軸５と交差するように、局所曲率半径が小さくなるようにされている。よって、光線６は、リレーレンズ２を通過したときは、光軸から遠ざかる方向に進行し、照射面３から外れて照明に寄与しない。従って、３を照明する場合の照明一様性が、非球面レンズ１の周辺部を通る光線６により悪くなることが防止される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、非球面反射鏡、シリンドリカル反射鏡、及びこれらを使用したマイクロフライアイ光学素子、さらには、このマイクロフライアイ光学素子を使用した露光装置に関するものである。

露光装置（ステッパ）における照明光学系においてレチクルを照明する際には、その照明均一性が近年極めて重要視されるようになってきた。通常、露光装置の照明系ではその照明均一性を高めるためにフライアイ光学素子と呼ばれる光学素子が使われている。

フライアイ光学素子は数多くのレンズをアレイ状に配列させた構造を持っており、照明均一性を高めるためには、そのフライアイ光学素子中のレンズ素子の数を増したり、個々のレンズ素子の形状誤差を小さくしたりすることが必要である。近年では前者の要請を満たす必要から個々のレンズは小型化、すなわちマイクロレンズ化してきており、このようなフライアイをマイクロフライアイと呼んでいる。

又、近年開発が進んでいるＥＵＶ（Extremely Ultra Violet：極端紫外線）露光装置においては、レンズが使用できないので、レンズの代わりに反射鏡が使用され、マイクロ反射鏡を使用したフライアイを使用することが考えられている。

マイクロレンズアレイはフォトリソグラフィー技術を使って製作されている。これらの方法としては、特開平９−００８２６６号公報（特許文献１）に記載されているような方法もあるが、精密なマイクロレンズを製造する方法としては、特表平８−５０４５１５号公報（特許文献２）に開示されているような方法が一般的に用いられている。これは、グレースケールマスク（アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）を使用して光学基材の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、あるいは前述のように、さらにレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成するものである。

グレースケールマスクを用いてマイクロレンズを製作する方法の例を図６に示す。石英からなる基板３１の上にレジスト３２を塗布する（ａ）。この場合、レジストとしてはポジ型のものを使用している。そして、グレースケールマスク３３を通して光をレジスト３２上に照射する（ｂ）。図においてハッチングを施してある部分がグレースケールとなっており、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が低くなっている。ハッチングを施していない部分は、透明な部分である。

このようにして露光されたレジスト３２を現像すると、強く光の照射を受けた部分は多く除去され、弱く光の照射を受けた部分は除去量が少なくなって、（ｃ）に示すように、レジスト３２にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。

このような状態で、レジスト３２と基板３１を同時にドライエッチングすると、レジスト３２に形成されたマイクロレンズのパターンが基板３１に転写され、レジスト３２が無くなった状態で、基板３１の表面にマイクロレンズアレイが形成される（ｄ）。レジスト３２と基板３１のエッチングレートの違いにより、レジスト３２に形成されたマイクロレンズのパターンと基板３１の表面に形成されたマイクロレンズのパターンはその凹凸度が異なるが、所望の凹凸を有するマイクロレンズのパターンが基板３１の表面に形成されるように、予め、レジスト３２に形成されるマイクロレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。

このような方法によれば、マイクロレンズのみならす、シリンドリカルレンズ、及びこれらのアレイ、回折格子、フレネルレンズ等の種々の光学素子や、その他、光学素子以外の目的に使用される、表面に所定のパターンを有する基板を製造することができる。

特開平９−００８２６６号公報 特表平８−５０４５１５号公報

以上のマイクロレンズアレイの製作手順において、レジスト３２に形成されたマイクロレンズのパターンの表面を滑らかにするために、（ｃ）の工程の後に、レジスト３２の加熱処理を行うのが一般的である。すなわち、レジスト３２を加熱することにより、レジスト３２を軟化させ、その表面に形成されている凹凸を滑らかにする。

しかしながら、加熱処理を行うと、マイクロレンズの外周部の形状誤差が大きくなり、マイクロフライアイとして使用した場合に、照度ムラを発生させる原因ともなっている。

図７は、実際に製作されたマイクロレンズ（凸レンズ）の形状と設計形状との差を示したグラフである。ここで、実際に製作されたマイクロレンズの形状は、図６（ｃ）の状態から加熱処理を行ってレジスト３２の表面を滑らかにした後、ドライエッチングし、図６（ｄ）に示されるように基板３１の表面に形成されたマイクロレンズの形状を実測したものである。

図７において、横軸は、レンズの光軸を中心とした半径方向位置であり、縦軸はサグ量の設計値と実際値との差である。設計値通りに製作できていればグラフは水平な線となり、曲率半径に製作誤差が発生したとしても上か下に凸の２次曲線となるはずである。図７からレジストの熱変形は中心部と外周部で異なることが分かるとともに、中心部の形状を基にすると、相対的に外周部の形状誤差が大きくなっていることが分かる。

外周部の変形量は製作されるマイクロレンズごとにバラツキが大きいため、変形量を事前に予測して、その分を補正したグレースケールマスクを製造することで修正を図っても、熱処理による誤差発生のばらつきが原因となり外周部の形状誤差を小さくすることが困難である。この外周部の変形が照野の外周部に照度の高い照明ムラを発生させることにつながる。

照明ムラ発生の原因を、図８を使用して説明する。照明は、照明光を図６のようにして製造されたマイクロレンズ４１とリレーレンズ４２を介して照明面４３に照射することによって行う。ここで、マイクロレンズ４１の局所半径が、その周辺部で大きくなっていると、平行光束として入射する照明光のうち、マイクロレンズ４１の周辺部を通過するものは、マイクロレンズ４１の焦点４４に集まらず、焦点４４より遠くで光軸４５と交わることになる。このため、本来ならば、照明面４３に入らないはずのマイクロレンズ４１の周辺部を通過する光線４６が、照明面４３を照明することになり、本来照明面の所定場所４８を照明するべき光線４７と重なって、照明むらを発生させる。

なお、マイクロレンズ４１は非球面レンズであり、設計値としても表面の局所曲率半径は、光軸からの距離に応じて変わっており、これにより非点収差を補正しているが、図８においては、レンズ周辺部の局所曲率半径が、この設計値より大きくなっているため、上記のような現象が発生するのである。

同様のことは、図６に示す方法と同様な方法で製造されたマイクロシリンドリカルレンズ、マイクロ反射鏡、マイクロシリンドリカル反射鏡についても発生する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、照明用の光学要素として使用した場合でも、照明むらを発生しにくい非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、非球面反射鏡、シリンドリカル反射鏡、及びこれらを使用したマイクロフライアイ光学素子、さらには、このマイクロフライアイ光学素子を使用した露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、光を屈折させる非球面レンズであって、その表面形状の非球面性を決定する非球面パラメータκが、当該非球面レンズの光軸をｚ軸とする（ｒ，θ，ｚ）円筒座標系において、ｒを変数に持つ関数とされていることを特徴とする非球面レンズ（請求項１）である。

本手段においては、レンズの局所曲率半径を、レンズの光軸からの半径に応じて変化させ、その結果、レンズの光軸に平行に入射した光線が、光軸を通過する位置（凸レンズの場合）、又は、レンズの光軸上のある点から放出されたと見える、その点の位置（凹レンズの場合）を、レンズに入射する光の、光軸からの距離に応じて変化させることができる。よって、後に述べるように、照明光学系に使用した場合に、レンズの外周近傍を通過する光が照明面に当たらないようにして、照明均一性を向上させることができる。

前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、その表面形状が、以下の（１）式で決定されることを特徴とするもの（請求項２）である。ただし、ｃは曲率を表す定数である。

（１）式は、代表的な非球面レンズの表面形状としてのコーニック面を定義する式である。多くのマイクロレンズは、表面形状がこの式に従うように形成され、κの値を調整することにより非点収差の発生を防いでいる。

本手段においては、このκの値を、ｒの関数とすることにより、レンズの外周近傍を通過する光線に、意識的に非点収差を発生させ、後に述べるように、照明光学系に使用した場合に、レンズの外周近傍を通過する光が照明面に当たらないようにして、照明均一性を向上させることができる。

前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段であって、前記非球面パラメータκの絶対値がｒの増加と共に増大していることを特徴とするもの（請求項３）である。

κの絶対値をｒの増加と共に増大させると、κが一定の場合に比して、レンズの外周部における局所半径が、レンズの中央部の局所半径に対して減少するようになる。よって、照明光学系に使用した場合に、レンズの外周近傍を通過する光が照明面に当たらないようにして、照明均一性を向上させることができる。

前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第４の手段のいずれかの非球面レンズを１次元、又は２次元に配置したことを特徴とする非球面レンズアレイ（請求項４）である。

本手段は、照明光学系に使用した場合に、照明均一性を向上させることができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、光を屈折させるシリンドリカルレンズであって、その母線をｚ軸、光軸をｙ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、ｘ−ｙ平面に平行な断面における前記シリンドリカルレンズの輪郭を表す線が非円弧状であり、その非円弧状の非円弧性を決める非円パラメータκが、ｘを変数に持つ関数とされていることを特徴とするシリンドリカルレンズ（請求項５）である。

前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記断面の、曲面となっている表面を表す線の形状が、以下の（２）式で決定されることを特徴とするもの（請求項６）である。ただし、ｃは曲率を表す定数である。

前記課題を解決するための第７の手段は、前記第６の手段であって前記非円パラメータκの絶対値がｘの増加と共に増大していることを特徴とするもの（請求項７）である。

前記課題を解決するための第８の手段は、前記第５の手段から第７の手段のいずれかのシリンドリカルレンズを１次元、又は２次元に配置したことを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ（請求項８）である。

これら、第５の手段から第８の手段は、それぞれ前記第１の手段から第４の手段と同様の作用効果を奏する。なお、シリンドリカルレンズ、又はシリンドリカルレンズアレイを照明光学系に使用する場合には、２つのシリンドリカルレンズ、又はシリンドリカルレンズアレイを、その母線方向が直角になるように組み合わせて使用する。

前記課題を解決するための第９の手段は、光を反射する非球面反射鏡であって、その表面形状の非球面性を決定する非球面パラメータκが、当該非球面反射鏡の光軸をｚ軸とする（ｒ，θ，ｚ）円筒座標系において、ｒを変数に持つ関数とされていることを特徴とする非球面反射鏡（請求項９）である。

前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第９の手段であって、その表面形状が、以下の（１）式で決定されることを特徴とするもの（請求項１０）である。ただし、ｃは曲率を表す定数である。

前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第１０の手段であって、前記非球面パラメータκの絶対値がｒの増加と共に増大していることを特徴とするもの（請求項１１）である。

前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第９の手段から第１１の手段のいずれかの非球面反射鏡を１次元、又は２次元に配置したことを特徴とする非球面反射鏡アレイ（請求項１２）である。

これら第９の手段から第１２の手段は、それぞれ、前記第１の手段から第４の手段と同様の作用効果を奏する。

前記課題を解決するための第１３の手段は、光を反射するシリンドリカル反射鏡であって、その母線をｚ軸、光軸をｙ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、ｘ−ｙ平面に平行な断面における前記シリンドリカル反射鏡の輪郭を表す線が非円弧状であり、その非円弧状の非円弧性を決める非円パラメータκが、ｘを変数に持つ関数とされていることを特徴とするシリンドリカル反射鏡（請求項１３）である。

前記課題を解決するための第１４の手段は、前記第１３の手段であって、前記断面の、曲面となっている表面を表す線の形状が、以下の（２）式で決定されることを特徴とするもの（請求項１４）である。ただし、ｃは曲率を表す定数である。

前記課題を解決するための第１５の手段は、前記第１４の手段であって、前記非円パラメータκの絶対値がｘの増加と共に増大していることを特徴とするもの（請求項１５）である。

前記課題を解決するための第１６の手段は、前記第１３の手段から第１５の手段のうちいずれかのシリンドリカル反射鏡を１次元、又は２次元に配置したことを特徴とするシリンドリカル反射鏡アレイ（請求項１６）である。

これら第１３の手段から第１６の手段は、それぞれ、前記第１の手段から第４の手段と同様の作用効果を奏する。

前記課題を解決するための第１７の手段は、前記第４の手段である非球面レンズアレイ、前記第８の手段であるシリンドリカルレンズアレイ、前記第１２の手段である非球面反射鏡アレイ、前記第１６の手段であるシリンドリカル反射鏡アレイのうち少なくとも一つを使用したマイクロフライアイ光学素子（請求項１７）である。

本手段は、照明光学系に使用すれば、均一な照明光を得ることができる。

前記課題を解決するための第１８の手段は、前記第１７の手段のマイクロフライアイ光学素子を照明光学系に有することを特徴とする露光装置（請求項１８）である。

本手段は、照明光学系における照明均一性が良い露光装置とすることができる。

本発明によれば、照明用の光学要素として使用した場合でも、照明むらを発生しにくい非球面レンズ、シリンドリカルレンズ、非球面反射鏡、シリンドリカル反射鏡、及びこれらを使用したマイクロフライアイ光学素子、さらには、このマイクロフライアイ光学素子を使用した露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態の１例である非球面レンズを使用した照明光学系の例を示す図である。非球面レンズ１の表面はコーニック面とされており、その表面形状（１）は以下の式を満足する。

ここで、ｃは曲率半径を示す定数、ｒは光軸を中心とした半径、κはコーニックパラメータ、Ａ（ｒ）はサグ量である。そして、通常の非球面レンズと異なり、κの値が一定でなく、ｒの関数であり、ｒの増加と共に増大するようになっている。そのため、レンズ周辺部の局所曲率半径は、通常の非球面レンズに比べて小さくなるようになっている。

このような非球面レンズ１に平行光束を入射させた場合、非球面レンズ１の中心付近を通る光線は、焦点４の位置で光軸５と交差するが、非球面レンズ１の周辺部を通る光線６は、焦点４より前の位置で５と交差する。よって、光線６は、リレーレンズ２を通過したときは、光軸から遠ざかる方向に進行し、照射面３から外れて照明に寄与しない。従って、３を照明する場合の照明一様性が、非球面レンズ１の周辺部を通る光線６により悪くなることが防止される。

以上の説明は、回転対称の非球面レンズについて行ったが、図１における非球面レンズ１とリレーレンズ２を、紙面に垂直な方向に母線を有するシリンドリカルレンズの母線に垂直な面での断面図と考えれば、シリンドリカルレンズについても同様なことが言えることは明らかである。ただし、この場合、シリンドリカルレンズの表面形状を決定する式は、（１）式でなく、以下の（２）式となる。

ここで、ｃは曲率半径を示す定数、ｘはシリンドリカルレンズの母線と光軸に垂直な方向の、光軸からの距離、κはコーニックパラメータ、Ａ（ｘ）はサグ量である。

なお、以上説明したような非球面レンズ、シリンドリカルレンズを製造するためには、図６に示したような方法を使用するが、このとき、目的の表面形状のレンズが得られるように、グレースケールマスクを設計するようにする。

また、前述したレンズ以外でも、レンズの中心を通る子午線の方向により曲率半径が異なるトーリックレンズの場合は、円筒座標系において、コーニックパラメータκは少なくとも変数として、光軸を中心とした半径ｒの他に、光軸を中心に光軸と垂直な面内における方向を示す角度(動径方向)θも変数に持つようにすることが好ましい。もちろん、直交座標系で表されている場合は、光軸方向に対して垂直な面内における位置を示す２つの変数を用いればよい。一方、トーリックレンズ以外でも２次元的に配列されたレンズアレイにおいて、レンズピッチの配列方向ごとに配列ピヅチが異なるようなものは、プロセスにより生ずるレンズが変形する影響が、配列方向ごとに異なる。したがって、このような場合には、光軸方向に対して垂直な面内おける位置を示す二つの変数(円筒座標系では、ｒ、θ)を用いることが好ましい場合がある。

以上の説明は、非球面レンズ、シリンドリカルレンズについて行ったが、非球面反射鏡、シリンドリカル反射鏡についても同じことが言えることは、説明を要しないであろう。本発明の実施の形態の１例である非球面シリンドリカル反射鏡（反射鏡アレイ）を製造する方法の例を、図２に示す。

石英からなる基板７の上にレジスト８を塗布する（ａ）。この場合、レジストとしてはポジ型のものを使用している。そして、グレースケールマスク９を通して光をレジスト８上に照射する（ｂ）。図においてハッチングを施してある部分がグレースケールとなっており、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が高くなっている。黒塗りの部分は、不透明な部分である。

このようにして露光されたレジスト８を現像すると、強く光の照射を受けた部分は多く除去され、弱く光の照射を受けた部分は除去量が少なくなって、（ｃ）に示すように、レジスト８に反射鏡アレイのパターンが形成される。この状態でレジスト８を加熱し、表面の細かい凹凸を除去する。

その後、状態で、レジスト８と基板７を同時にドライエッチングすると、レジスト８に形成された反射鏡のパターンが基板７に転写され、レジスト８が無くなった状態で、基板７の表面に反射鏡アレイのパターンが形成される（ｄ）。レジスト８と基板７のエッチングレートの違いにより、レジスト８に形成された反射鏡のパターンと基板７の表面に形成された反射鏡のパターンはその凹凸度が異なるが、所望の凹凸を有する反射鏡のパターンが基板７の表面に形成されるように、予め、レジスト８に形成される反射鏡のパターンの形状を決定しておけばよい。

このようにして形成された基板７の表面に、屈折率の異なる２つの物質（例えばＥＵＶ領域ではMoとSi）からなる薄膜を交互に成膜することにより、多層膜からなる反射膜１０を製造することにより、反射鏡アレイが完成する（ｅ）。もちろん、可視光や紫外光用に使用する場合には、通常の反射剤を、スパッタリングや蒸着により、基板７の上に成膜して、反射膜１０を形成してもよい。

以下、本発明の実施の形態の方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズを使用した露光装置の概要について図３を用いて説明する。図３に示す露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１１として、たとえば248nmの波長の光を供給するKrＦエキシマレーザー光源または193nmの波長の光を供給するArＦエキシマレーザー光源を備えている。光源１１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、一対のレンズ１２ａおよび１２ｂからなるビームエキスパンダー１２に入射し、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。

整形光学系としてのビームエキスパンダー１２を介したほぼ平行な光束は、折り曲げミラー１３でＹ方向に偏向された後、回折光学素子１４を介して、アフォーカルズームレンズ１５に入射する。一般に、回折光学素子は、ガラス基板に露光光（照明光）の波長程度のピッチを有する段差を形成することによって構成され、入射ビームを所望の角度に回折する作用を有する。具体的には、回折光学素子１４は、矩形状の断面を有する平行光束が入射した場合に、そのファーフィールド（またはフラウンホーファー回折領域）に円形状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子１４を介した光束は、アフォーカルズームレンズ１５の瞳位置に円形状の光強度分布、すなわち円形状の断面を有する光束を形成する。

アフォーカルズームレンズ１５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。アフォーカルズームレンズ１５を介した光束は、輪帯照明用の回折光学素子１６に入射する。アフォーカルズームレンズ１５は、回折光学素子１４の発散原点と回折光学素子１６の回折面とを光学的にほぼ共役に結んでいる。そして、回折光学素子１６の回折面またはその近傍の面の一点に集光する光束の開口数は、アフォーカルズームレンズ１５の倍率に依存して変化する。

輪帯照明用の回折光学素子１６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。

回折光学素子１６を介した光束は、ズームレンズ１７に入射する。ズームレンズ１７の後側焦点面の近傍には、光源側から順に第１フライアイ部材１８ａと第２フライアイ部材１８ｂとからなるマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１８の入射面（すなわち第１フライアイ部材１８ａの入射面）が位置決めされている。なお、マイクロフライアイレンズ１８は入射光束に基づいて多数光源を形成するオプティカルインテグレータとして機能する。

上述したように、回折光学素子１４を介してアフォーカルズームレンズ１５の瞳位置に形成される円形状の光強度分布からの光束は、アフォーカルズームレンズ１５から射出された後、様々な角度成分を有する光束となって回折光学素子１６に入射する。すなわち、回折光学素子１４は、角度光束形成作用を有するオプティカルインテグレータを構成している。一方、回折光学素子１６は、平行光束が入射した場合に、そのファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する機能を有する。したがって、回折光学素子１６を介した光束は、ズームレンズ１７の後側焦点面に（ひいてはマイクロフライアイレンズ１８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。

マイクロフライアイレンズ１８の入射面に形成される輪帯状の照野の外径は、ズームレンズ１７の焦点距離に依存して変化する。このように、ズームレンズ１７は、回折光学素子１６とマイクロフライアイレンズ１８の入射面とを実質的にフーリエ変換の関係に結んでいる。マイクロフライアイレンズ１８に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ１８の後側焦点面にはマイクロフライアイレンズ１８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。

マイクロフライアイレンズ１８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、コンデンサー光学系１９の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。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。こうして、投影光学系ＰＬの光軸ＡＸと直交する平面（ＸＹ平面）内においてウェハＷを二次元的に駆動制御しながら一括露光またはスキャン露光を行うことにより、ウェハＷの各露光領域にはマスクＭのパターンが逐次露光される。

このように本実施の形態にかかる露光装置においては、照明光の均一性を向上させるために、マイクロフライアイレンズ１８を使用している。そして、このマイクロフライアイレンズ１８を構成する第１フライアイ部材１８ａ、第２フライアイ部材１８ｂは、前述のような本発明のシリンドリカルレンズアレイである。それ故、従来よりも均一な照明光を形成することができる。

なお、第１フライアイ部材１８ａ、第２フライアイ部材１８ｂのシリンドリカルレンズアレイの母線方向は互いに直交するようにされている。勿論、マイクロフライアイレンズとして、本発明の実施の形態である単体のフライアイレンズアレイを使用するようにしてもよい。

次に、本発明の実施の形態であるシリンドリカル反射鏡のアレイをフライアイミラーとして使用したＥＵＶ露光装置の概要を図４に示す。ＥＵＶ光源２１から放出されたＥＵＶ光２２は、照明光学系２３に入射し、コリメータミラーとして作用する凹面反射鏡２４を介してほぼ平行光束となり、一対のフライアイミラー２５ａおよび２５ｂからなるオプティカルインテグレータ２５に入射する。一対のフライアイミラー２５ａおよび２５ｂは、本発明の実施の形態であるシリンドリカルマイクロ反射鏡アレイであり、その母線方向が互いに直交するように配置されている。

こうして、第２フライアイミラー２５ｂの反射面の近傍、すなわちオプティカルインテグレータ２５の射出面の近傍には、所定の形状を有する実質的な面光源が形成される。実質的な面光源からの光は、平面反射鏡２６により偏向された後、マスクＭ上に細長い円弧状の照明領域を形成する（円弧状の照明領域を形成するための開口板は図示を省略している）。照明されたマスクＭのパターンからの光は、複数の反射鏡（図４では例示的に６つの反射鏡Ｍ１〜Ｍ６）からなる投影光学系ＰＬを介して、ウェハＷ上にマスクパターンの像を形成する。なお、フライアイミラー２５ａ、２５ｂを対として使用する代わりに、本発明の実施の形態であるマイクロ反射鏡アレイを使用することもできる。

図６に示されるような工程で、レジストを加熱する工程を付加して製造され、図６（ｄ）に示されるような形状を有する石英マイクロレンズを製造した。このレンズの使用有効半径は250μｍである。

非球面レンズを設計するに当たり、（１）式における非球面パラメータκを、半径ｒの関数
κ＝-2.3+1.0ｒ+2.0ｒ^２ （ｒ＝０〜0.35mm）
として、レンズの表面形状が（１）式によって決定されるような形状となるようにグレースケールマスクを設計し使用した。比較例として、（１）式における非球面パラメータκを-2.3で一定として、レンズの表面形状が（１）式によって決定されるような形状となるようにグレースケールマスクを設計し使用した。

このようにして製造された実際のレンズの形状を図５に示す。図５において、横軸は半径方向位置、縦軸は局所半径を示している。設計面とされているのは、（１）式においてκを-2.3の一定値とした場合の（１）式で示される曲面の局所半径である。

非球面パラメータ一定とされているのは、表面形状が、（１）式においてκを-2.3の一定値とした場合の（１）式で示される曲面となるようにグレースケールマスクを設計して使用し、図６に示す工程（加熱処理を含む）で製造した場合（比較例）に、実際に得られた局所曲率半径である。

これを見ると分かるように、非球面パラメータを一定とした場合には、設計値と大きく異なり、レンズの周縁部において曲率半径が著しく大きくなっていることが分かる。よって、前述のような問題が発生する。

非球面パラメータを変化とされているのが、本発明の実施例の結果であり、レンズの周縁部において、設計値よりも局所半径が小さくなっている。よって、本発明の実施の形態において説明したような効果が得られる。

本発明の実施の形態の１例である非球面レンズを使用した照明光学系の例を示す図である。 本発明の実施の形態の１例である非球面シリンドリカル反射鏡（反射鏡アレイ）を製造する方法の例を示す図である。 本発明の実施の形態の方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズを使用した露光装置の概要を示す図である。 本発明の実施の形態であるシリンドリカル反射鏡のアレイをフライアイミラーとして使用したＥＵＶ露光装置の概要を示す図である。 本発明の実施例と比較例おけるレンズ形状を示す図である。 グレースケールマスクを用いてマイクロレンズを製作する方法の例を示す図である。 実際に製作されたマイクロレンズ（凸レンズ）の形状と設計形状との差を示したグラフである。 照明むらの発生原因を説明するための図である。

符号の説明

１…非球面レンズ、２…リレーレンズ、３…照射面、４…焦点、５…光軸、６…光線、７…基板、８…レジスト、９…グレースケールマスク、１０…反射膜、１１…光源、１２…ビームエキスパンダ、１２ａ…レンズ、１２ｂ…レンズ、１３…折り曲げミラー、１４…回折光学素子、１５…アフォーカルズームレンズ、１６…回折光学素子、１７…ズームレンズ、１８…マイクロフライアイレンズ、１８ａ…第１フライアイ部材、１８ｂ…第２フライアイ部材、１９…コンデンサ光学系、２１…ＥＵＶ光源、２２…ＥＵＶ光、２３…照明光学系、２４…凹面反射鏡、２５…オプティカルインテグレータ、２５ａ…フライアイミラー、２５ｂ…フライアイミラー、２６…平面反射鏡、ＡＸ…光軸、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウェハ、Ｍ１〜Ｍ２…ミラー

Claims (18)

1. 光を屈折させる非球面レンズであって、その表面形状の非球面性を決定する非球面パラメータκが、当該非球面レンズの光軸をｚ軸とする（ｒ，θ，ｚ）円筒座標系において、ｒを変数に持つ関数とされていることを特徴とする非球面レンズ。
2. 請求項１に記載の非球面レンズであって、その表面形状が、以下の（１）式で決定されることを特徴とする非球面レンズ。ただし、ｃは曲率を表す定数である。
   

   
3. 請求項２に記載の非球面レンズであって、前記非球面パラメータκの絶対値がｒの増加と共に増大していることを特徴とする非球面レンズ。
4. 請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の非球面レンズを１次元、又は２次元に配置したことを特徴とする非球面レンズアレイ。
5. 光を屈折させるシリンドリカルレンズであって、その母線をｚ軸、光軸をｙ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、ｘ−ｙ平面に平行な断面における前記シリンドリカルレンズの輪郭を表す線が非円弧状であり、その非円弧状の非円弧性を決める非円パラメータκが、ｘを変数に持つ関数とされていることを特徴とするシリンドリカルレンズ。
6. 請求項５に記載のシリンドリカルレンズであって、前記断面の、曲面となっている表面を表す線の形状が、以下の（２）式で決定されることを特徴とするシリンドリカルレンズ。ただし、ｃは曲率を表す定数である。
   

   
7. 請求項６に記載のシリンドリカルレンズであって、前記非円パラメータκの絶対値がｘの増加と共に増大していることを特徴とするシリンドリカルレンズ。
8. 請求項５から請求項７のうちいずれか１項に記載のシリンドリカルレンズを１次元、又は２次元に配置したことを特徴とするシリンドリカルレンズアレイ。
9. 光を反射する非球面反射鏡であって、その表面形状の非球面性を決定する非球面パラメータκが、当該非球面反射鏡の光軸をｚ軸とする（ｒ，θ，ｚ）円筒座標系において、ｒを変数に持つ関数とされていることを特徴とする非球面反射鏡。
10. 請求項９に記載の非球面反射鏡であって、その表面形状が、以下の（１）式で決定されることを特徴とする非球面反射鏡。ただし、ｃは曲率を表す定数である。
    

    
11. 請求項１０に記載の非球面反射鏡であって、前記非球面パラメータκの絶対値がｒの増加と共に増大していることを特徴とする非球面反射鏡。
12. 請求項９から請求項１１のうちいずれか１項に記載の非球面反射鏡を１次元、又は２次元に配置したことを特徴とする非球面反射鏡アレイ。
13. 光を反射するシリンドリカル反射鏡であって、その母線をｚ軸、光軸をｙ軸とするｘ−ｙ−ｚ直交座標系において、ｘ−ｙ平面に平行な断面における前記シリンドリカル反射鏡の輪郭を表す線が非円弧状であり、その非円弧状の非円弧性を決める非円パラメータκが、ｘを変数に持つ関数とされていることを特徴とするシリンドリカル反射鏡。
14. 請求項１３に記載のシリンドリカル反射鏡であって、前記断面の、曲面となっている表面を表す線の形状が、以下の（２）式で決定されることを特徴とするシリンドリカル反射鏡。ただし、ｃは曲率を表す定数である。
    

    
15. 請求項１４に記載のシリンドリカル反射鏡であって、前記非円パラメータκの絶対値がｘの増加と共に増大していることを特徴とするシリンドリカル反射鏡。
16. 請求項１３から請求項１５のうちいずれか１項に記載のシリンドリカル反射鏡を１次元、又は２次元に配置したことを特徴とするシリンドリカル反射鏡アレイ。
17. 請求項４に記載の非球面レンズアレイ、請求項８に記載のシリンドリカルレンズアレイ、請求項１２に記載の非球面反射鏡アレイ、請求項１６に記載のシリンドリカル反射鏡アレイのうち少なくとも一つを使用したマイクロフライアイ光学素子。
18. 請求項１７に記載のマイクロフライアイ光学素子を照明光学系に有することを特徴とする露光装置。
    
    

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