JP2006215400A - パターン形成方法、光学素子の製造方法、マイクロレンズアレイの製造方法、投影露光装置の照明装置、投影露光装置、及び収差測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造するのに適したパターン形成方法を提供する。
【解決手段】このパターン形成方法は、感光性材料の表面の所定領域にマスクの光学像を投影しながら所定方向に走査露光する第１走査露光工程（Ｓ１２，Ｓ２２）と、前記感光性材料の表面の前記所定領域にマスクの光学像を投影しながら前記所定方向とは異なる方向に走査露光する第２走査露光工程（Ｓ１３，Ｓ３３）と、前記感光性材料を現像処理し、前記所定領域の露光量分布に対応した凹凸パターンをその所定領域に表出させる現像処理工程（Ｓ１４，Ｓ２４）とを含む。前記第１走査露光工程（Ｓ１２，Ｓ２２）及び前記第２走査露光工程（Ｓ１３，Ｓ２３）で用いられる前記マスクの開口パターンを、所望の曲率を有する面形状になるように設定することで、前記凹凸パターンを回転対称面にする。
【選択図】図７

Description

本発明は、感光性材料の表面に凹凸パターンを形成するパターン形成方法、光学ガラス基板の表面を凹凸パターンからなる光学面に加工する光学素子の製造方法に関する。
また、本発明は、マイクロレンズアレイを製造するマイクロレンズアレイの製造方法、投影露光装置の照明装置、及びその投影露光装置に関する。
また、本発明は、シャック−ハルトマン式収差測定装置に関する。

投影露光装置の照明光学系には、照明の均一化を図るためのフライアイインテグレータが搭載されている。このフライアイインテグレータは、マイクロレンズアレイからなる。
このようなマイクロレンズアレイに要求される性能は高いので、その製造方法としては、光学ガラス基板上を微細加工可能なフォトリソグラフィーの技術を適用したものが提案されている（特許文献１など）。

特許文献１の製造方法には、次の工程（１）〜（４）が含まれる。
（１）光学ガラス基板上にレジストを塗布する。
（２）光学ガラス基板を投影露光装置にセットし、レジストの表面の各位置をマスクの光学像で逐次露光する。このマスクの開口パターンは、シリンドリカル面に対応したもの、つまり１方向に一様な透過率分布を持ったパターン（特許文献１ではラインパターン）である。

（３）マスクを９０°回転させてから、レジストの表面の各位置をマスクの光学像で逐次露光する。
（３）レジストを現像処理する。これによって、レジストの表面に凹凸パターンが表出する。この凹凸パターンは、複数の回転対称面を配列してなるパターンである。この回転対称面には、軸対称面、軸非対象面（トーリック面）も含まれる。

（４）光学ガラス基板をレジストの側からドライエッチングして、レジストの凹凸パターンを光学ガラス基板の表面に転写する。これによって、光学ガラス基板の表面に、複数の回転対称面を配列してなる光学面が形成される。
なお、この製造方法では、工程（２）の露光量と工程（３）の露光量とを異なる値に設定することで、トーリックマイクロレンズアレイを製造し、それら露光量を同じ値に設定することで、軸対称面からなるマイクロレンズアレイを製造することができる。

また、この製造方法では、ラインパターンからなるマスクが用いられたが、そのマスクに代えて、グレースケールマスクを用いることも周知である。
特開２００３−３１５５０７号公報

しかし、この製造方法によると、工程（２），（３）の逐次露光の各ショットの境界線に相当する部分の面精度が他の部分の面精度よりも悪くなり、それによってマイクロレンズアレイの性能が悪化する可能性がある。
そこで本発明は、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造するのに適したパターン形成方法を提供することを目的とする。

また、本発明は、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造するのに適した光学素子の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造することのできるマイクロレンズアレイの製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、高性能な投影露光装置の照明装置を提供することを目的とする。

また、本発明は、高性能な投影露光装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、高性能な収差測定装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載のパターン形成方法は、感光性材料の表面の所定領域にマスクの光学像を投影しながら所定方向に走査露光する第１走査露光工程と、前記感光性材料の表面の前記所定領域にマスクの光学像を投影しながら前記所定方向とは異なる方向に走査露光する第２走査露光工程と、前記感光性材料を現像処理し、前記所定領域の露光量分布に対応した凹凸パターンをその所定領域に表出させる現像処理工程とを含み、前記第１走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターン、及び前記第２走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターンを、それぞれの走査露光の走査方向に直交した面における前記凹凸パターンの断面が所望の曲率を有する面形状になるように設定することで、前記凹凸パターンを回転対称面にすることを特徴とする。

請求項２に記載のパターン形成方法は、請求項１に記載のパターン形成方法において、前記第１走査露光工程及び前記第２走査露光工程のそれぞれでは、同じ領域を複数回走査露光する多重露光が行われることを特徴とする。
請求項３に記載のパターン形成方法は、請求項１又は請求項２に記載のパターン形成方法において、前記凹凸パターンはトーリック面であり、前記第１走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターンと、前記第２走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターンとは、異なることを特徴とする。

請求項４に記載のパターン形成方法は、感光性材料の表面の所定領域にマスクの光学像を投影しながら所定方向に走査露光する走査露光工程と前記感光性材料を現像処理し、前記所定領域の露光量分布に対応した凹凸パターンをその所定領域に表出させる現像処理工程とを含み、前記走査露光工程では、同じ領域を複数回走査露光する多重露光が行われることを特徴とする。

請求項５に記載の光学素子の製造方法は、加工対象である光学ガラス基板の表面を感光性材料で覆う感光性材料形成工程と、前記感光性材料の表面に、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のパターン形成方法で、回転対称面を形成するパターン形成工程と、前記光学ガラス基板を前記感光性材料の側からエッチングし、前記回転対称面をその光学ガラス基板の表面に転写するエッチング工程とを含むことを特徴とする。

請求項６に記載の光学素子の製造方法は、加工対象である光学ガラス基板の表面を感光性材料で覆う感光性材料形成工程と、前記感光性材料の表面に、請求項４に記載のパターン形成方法で、前記所定方向に一様な凹凸パターンを形成するパターン形成工程と、前記光学ガラス基板を前記感光性材料の側からエッチングし、前記所定方向に一様な凹凸パターンをその光学ガラス基板の表面に転写するエッチング工程とを含むことを特徴とする。

請求項７に記載のマイクロレンズアレイの製造方法は、光学ガラス基板の表面に、請求項５に記載の光学素子の製造方法で、複数の回転対称面を複数配列してなる光学面を形成する工程を含むことを特徴とする。
請求項８に記載のマイクロレンズアレイの製造方法は、光学ガラス基板の表面に、請求項６に記載の光学素子の製造方法で、所定方向に一様な面を複数配列してなる光学面を形成する工程を含むことを特徴とする。

請求項９に記載のマイクロレンズアレイの製造方法は、請求項８に記載のマイクロレンズアレイの製造方法において、前記所定方向に一様な面は、シリンドリカル面であることを特徴とする。
請求項１０に記載の投影露光装置の照明装置は、請求項７〜請求項９の何れか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法で製造されたマイクロレンズアレイをフライアイインテグレータとして備えたことを特徴とする。

請求項１１に記載の投影露光装置は、請求項１０に記載の投影露光装置の照明装置を備えたことを特徴とする。
請求項１２に記載の収差測定装置は、請求項７に記載のマイクロレンズアレイの製造方法で製造されたマイクロレンズアレイを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造するのに適したパターン形成方法が実現する。
また、本発明によれば、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造するのに適した光学素子の製造方法が実現する。
また、本発明によれば、面精度が高く高性能なマイクロレンズアレイを製造することのできるマイクロレンズアレイの製造方法が実現する。

また、本発明によれば、高性能な投影露光装置の照明装置が実現する。
また、本発明によれば、高性能な投影露光装置が実現する。
また、本発明によれば、高性能な収差測定装置が実現する。

［第１実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態は、マイクロレンズアレイの製造方法の実施形態である。
図１は、マイクロレンズアレイの完成品（少なくともレンズ面の加工後の状態）を示す図である。図１（ａ）は、正面から見た図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ’線における概略断面図である。

ここでは、マイクロレンズアレイの各レンズ要素は、両面にレンズ形状が作られた両凸のトーリックレンズとする。
このマイクロレンズアレイは、例えば、投影露光装置の照明装置中のフライアイインテグレータとして用いられる。
このマイクロレンズアレイの製造方法には、フォトリソグラフィーが適用される。

図２は、フォトリソグラフィーに用いられる投影露光装置の概略構成図である。図２において、符号ＳＢで示すのが、マイクロレンズアレイが形成される光学ガラス基板であり、符号１４ｈで示すのが投影光学系、符号Ｍで示すのがマスクである。
この光学ガラス基板ＳＢの表面に塗布されたレジスト上に、マスクＭの光学像が投影される。この光学像によってレジストが露光する。

ここで、本明細書では、光学ガラス基板ＳＢの表面と平行な所定方向をＸ方向とし、その表面と平行であってＸ方向と垂直な方向をＹ方向とし、光学ガラス基板ＳＢの法線方向（投影光学系１４ｈの光軸方向）をＺ方向としたＸＹＺ直交座標系を採用する。
なお、フォトリソグラフィーでは、露光後にレジストを現像し、レジストに与えられた露光量分布に応じた形状の凹凸パターンをレジストに表出させる。さらにレジスト側から光学ガラス基板ＳＢにエッチングを施すことによって、レジストの凹凸パターンを光学ガラス基板ＳＢの表面に転写する（詳細は後述する図６参照）。

先ず、マスクＭの製造方法を、図３のフローチャートに沿って説明する。
（図３ステップＳ１１）
マイクロレンズアレイ（図１）の仕様を決定する。
ここでは、マイクロレンズアレイ（図１）の各レンズ要素の表面形状を、トーリック面（Ｘ方向の曲率とＹ方向の曲率とが異なる回転対称面）とする。また、ここでは、マイクロレンズアレイの配列方向である２方向の軸を「トーリック軸」と称し、それぞれＸ方向及びＹ方向とする。

このとき、図３ステップＳ１１にて決定すべきパラメータは、次のとおりである。
・レンズ要素のＸ方向のサイズＬｘ，
・レンズ要素のＹ方向のサイズＬｙ，
・レンズ要素の全体の配列，
・レンズ要素の表面の膨らみ量ｚ，
・レンズ要素の裏面の膨らみ量ｚ’，
・レンズ要素の表面頂点のＸ方向の曲率半径ｒｘ，
・レンズ要素の表面頂点のＹ方向の曲率半径ｒｙ，
・レンズ要素の裏面頂点のＸ方向の曲率半径ｒｘ’，
・レンズ要素の裏面頂点のＹ方向の曲率半径ｒｙ’。

以下、説明を簡単にするため、Ｘ方向のサイズＬｘとＹ方向のサイズＬｙとを同じにし（Ｌｘ＝Ｌｙ）、かつ表面の仕様と裏面の仕様とを同じにする（ｚ＝ｚ’，ｒｘ＝ｒｘ’，ｒｙ＝ｒｙ’）。
（図３ステップＳ１２）
決定されたレンズ要素の表面形状に基づき、レジストに照射するレンズ要素１つ分の露光量分布を計算する。

この計算には、レンズ要素の表面形状を示すパラメータの他に、レジストへの露光量に対するレジスト現像時のレジストの溶出量との関係を示すパラメータ、レジストと光学ガラス基板ＳＢのエッチング選択比を示すパラメータが用いられる。
ここで、本実施形態のフォトリソグラフィー（図６）では、図４に概念的に示すように、本マスクの製造方法により製造されたマスクＭを用いて走査露光を行う。この走査露光は、レンズ要素の一方のトーリック軸方向（Ｘ方向）に走査方向を一致させた「Ｘ方向の走査露光」と、レンズ要素の他方のトーリック軸方向（Ｙ方向）に走査方向を一致させた「Ｙ方向の走査露光」との２種類の走査露光からなる。

図４に概念的に示したように、Ｘ方向の走査露光だけでは、母線方向がＸ方向となったシリンドリカル面を光学ガラス基板ＳＢの表面に形成することができ、Ｙ方向の走査露光だけでは、母線方向がＹ方向となったシリンドリカル面を光学ガラス基板ＳＢの表面に形成することができる。
よって、Ｘ方向の走査露光は、各レンズ要素の表面のＹ方向のカーブ（曲率半径ｒｙ）を創成し、Ｙ方向の走査露光は、各レンズ要素の表面のＸ方向のカーブ（曲率半径ｒｘ）を創成する。

よって、図３のステップＳ１２で計算されるのは、Ｘ方向の走査露光にてレジストに生じさせるべき露光量分布（以下、「Ｘ走査用の露光量分布」という。）と、Ｙ方向の走査露光にてレジストに生じさせるべき露光量分布（以下、「Ｙ走査用の露光量分布」という。）との２つである。なお、露光量分布は、走査露光による露光強度の積分値の分布である（以下同様）。

（図３ステップＳ１３）
ステップＳ１２で得られた露光量分布を基に、マスクＭに設けるべき最適な開口パターンを決定するために、計算機で諸々の条件を仮定して、出来上がるマイクロレンズの形状をシミュレーションする。
このシミュレーションでは、投影露光装置（図２）の露光条件も考慮される。

この露光条件には、投影露光装置（図２）の露光強度（投影光学系１４ｈの開口数ＮＡ、照明装置１４ａの照明条件（σ値）、照明光の波長λなどにより決まる）、及び同方向への走査露光の回数（Ｘ方向又はＹ方向の走査露光の回数）、走査露光の走査速度（一定値）などが含まれる。
但し、多重露光の回数は、後述するようにして別途決定された値に固定される。以下、この値を「３」とする。

（図３ステップＳ１４）
シミュレーションの結果に基づき、「Ｘ走査用の露光量分布」を実現可能な開口パターンと、その開口パターンを有したマスクＭを使用するときに必要な露光条件とを求める。
また、シミュレーションの結果に基づき、「Ｙ走査用の露光量分布」を実現可能な開口パターンと、その開口パターンを有したマスクＭを使用するときに必要な露光条件とを求める。

ここでは、後述するフォトリソグラフィーを用いたマイクロレンズアレイの製造工程を簡略化するため、「Ｘ方向への走査露光」と「Ｙ方向への走査露光」との双方に共用可能な開口パターンを１つ求めると共に、その開口パターンのマスクＭを使用した場合でのＸ方向の走査露光に必要な露光強度Ａｘと、そのマスクＭを使用した場合でのＹ方向の走査露光に必要な露光強度Ａｙとをそれぞれ求める。

なお、本実施形態では、Ｘ方向，Ｙ方向共に、走査速度を同じにした。
このようにして求められた開口パターンの一例は、図４に示すとおりである。この開口パターンにおいては、開口部と遮光部との境界線が放物線に近いカーブを描いている。
因みに、本実施形態にて形成すべきレンズ要素の表面形状がトーリック面なので、露光強度Ａｘと露光強度Ａｙとが異なるものとなったが、形成すべきレンズ要素の表面形状をＸ方向及びＹ方向の曲率が一致した回転対称面にするときには、露光強度Ａｘと露光強度Ａｙとは同じになる。

（図３ステップＳ１４）
マスクＭのサイズ、及びマスクＭに形成すべき開口パターンの配列を決定し、マスクＭを製造する。
この決定は、マイクロレンズアレイ（図１）の仕様（レンズ要素の配列及びサイズ）、投影露光装置（図２）の投影倍率などに基づいて行われる。

例えば、マイクロレンズアレイ（図１）において、投影露光装置（図２）の１ショット分のサイズの領域に含まれるレンズ要素の数が５×５個であるときには、マスクＭには、図５に示すとおり、５つの開口パターンが並ぶことになる。図４中に矢印で示す方向が、このマスクＭを使用して走査露光を行うときの走査方向である。
また、マスクＭの製造には、例えば、電子ビーム描画装置又はレーザビーム描画装置などが用いられる。

次に、投影露光装置（図２）を詳しく説明する。
図２において、マスクＭが配置されるのは、投影光学系１４ｈの物体面であり、レジストの塗布された光学ガラス基板ＳＢが配置されるのは、投影光学系１４ｈの像面である。
マスクＭは、マスクステージ１４ｂ上に保持され、光学ガラス基板ＳＢは基板ステージ１４ｅ上に保持されている。マスクＭは、照明装置１４ａによって照明される。

照明装置１４ａには、超高圧水銀ランプ（ｇ線：４３６nm、ｉ線：３６５nm）などの光源１４ａ−１が備えられる。
光源１４ａ−１にて発生した照明光は、コリメータレンズ１４ａ−２を介してフライアイインテグレータ１４ａ−３に入射する。フライアイインテグレータ１４ａ−３の出射側には可変絞り１４ａ−３’が設けられており、可変絞り１４ａ−３’を通過した照明光は、コンデンサ光学系１４ａ−４、折り曲げミラー１４ａ−５を介してマスクＭを均一照明する。

なお、光源１４ａ−１には、水銀ランプの他にエキシマレーザ（波長２４８nm，１９３nmなど）や、エキシマレーザ光源よりも短い波長を供給する他の光源が用いられてもよい。
また、マスクステージ１４ｂは、ＸＹ平面と平行な面内を２次元移動可能であると共に、投影光学系１４ｈの光軸の周りを回転可能である。また、基板ステージ１４ｅは、ＸＹ平面内を２次元移動可能である。

以上の照明装置１４ａ、マスクステージ１４ｂ、基板ステージ１４ｅは、制御部１４ｆによって制御される。
制御部１４ｆは、基板ステージ１４ｅをＸ方向に一定の速度で移動させながら照明装置１４ａを連続的に駆動することによって、マスクＭの光学像で光学ガラス基板ＳＢの表面（レジストの表面）をＸ方向に走査露光することができる。

次に、フォトリソグラフィーの工程を、図６のフローチャートに沿って説明する。説明に当たり、図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）を参照する。
（図６ステップＳ１１）
マイクロレンズアレイ（図１）の原型となる光学ガラス基板ＳＢを用意し、その表面にレジストを塗布する。この光学ガラス基板ＳＢの有効領域外に、Ｘ方向用及びＹ方向用のアライメントマークが設けられている。なお、光学ガラス基板ＳＢとしては、マイクロレンズアレイの使用波長に適した材料からなるものが用意される。例えば、石英ガラス、蛍石などである。

（図６ステップＳ１２）
レジストの塗布された光学ガラス基板ＳＢと、図３の工程で製造されたマスクＭとを、それぞれ投影露光装置（図２）にセットし、光学ガラス基板ＳＢの表裏面のうちレジストが塗布された面に形成されたアライメントマークと、マスクＭに設けられたアライメントマークとを使って、位置合わせする。

このとき、光学ガラス基板ＳＢのレジストの塗布面が投影光学系１４ｈの側を向いている。マスクＭの姿勢は、図５の矢印の方向が所定のＸ方向を向くように調整される。
また、投影露光装置には、マスクＭを使用したＸ方向の走査露光に必要な露光強度Ａｘが設定される。
この状態で、投影露光装置は、マスクＭの光学像を、光学ガラス基板ＳＢのレジスト表面に投影しながらＸ方向に走査露光する。

また、以上のＸ方向の走査露光は、同じ所定領域Ｅに対し３回連続して行われる。
以上の３回の露光の結果、図７（ａ）に示すように、レジストＰＲの表面が、露光量分布（露光強度の積分値の分布）に対応した深さで変質する。図７（ａ）では、変質部分の断面を斜線で示した。
（図６ステップＳ１３）
光学ガラス基板ＳＢを投影光学系１４ｈの光軸の周りに９０°回転させ、露光強度をＡｙに変更する。そして、光学ガラス基板ＳＢのアライメントマークとマスクＭのアライメントマークを使って位置合わせをする。

そして、投影露光装置は、マスクＭの光学像を、光学ガラス基板ＳＢのレジスト表面に投影しながらＸ方向に走査露光する。
また、この走査露光も、同じ所定領域Ｅに対し３回連続して行われる。
以上の３回の露光の結果、図７（ｂ）に示すように、レジストＰＲの表面が、露光量分布（露光強度の積分値の分布）に対応した深さで変質する。図７（ｂ）では、変質部分の断面を斜線で示した。

（図６ステップＳ１４）
なお、それぞれの走査露光時において、マイクロレンズアレイ形成領域が、１回の走査露光で投影できる領域よりも広い場合には、マスクＭの１つのレンズパターン分だけ横ずらししながら、同じ方向への走査露光を繰り返して、マイクロレンズアレイを形成すべき領域の全体を露光すればよい。

光学ガラス基板ＳＢのレジストＰＲを現像機で現像処理する。
その結果、図７（ｃ）に示すとおり、レジストＰＲの変質部分が除去され、レジストＰＲの表面に、複数のトーリック面を配列してなる凹凸パターンが表出する。
さらに、その光学ガラス基板ＳＢを、エッチング装置でレジストＰＲの側からドライエッチングする。このドライエッチングは、例えば、イオンビームエッチングなどである。

その結果、図７（ｄ）に示すとおり、レジストＰＲの凹凸パターンが光学ガラス基板ＳＢの表面に転写される。
これによって、光ガラス基板ＳＢの表面には、Ｘ方向の曲率半径がｒｘ，Ｙ方向の曲率半径がｒｙとなったトーリック面からなるレンズ要素が複数個配列される（以上、図６ステップＳ１）。

（図６ステップＳ２１）
光学ガラス基板ＳＢの裏面にレジストを塗布する。
（図６ステップＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４）
ステップＳ１２，Ｓ１３と同様の方法で、光学ガラス基板ＳＢの裏面にも走査露光を行い、現像及びエッチングを行うことで、光学ガラス基板ＳＢにレンズ要素を形成する。

これによって、光学ガラス基板ＳＢの裏面には、Ｘ方向の曲率半径がｒｘ，Ｙ方向の曲率半径がｒｙとなったトーリック面からなるレンズ要素が複数個配列される（以上、図６ステップＳ２）。その結果、図１のマイクロレンズアレイが完成する。
ところで、本実施形態では投影露光装置の走査速度が安定しない場合に備え、同じ方向への走査露光を複数回行う。以下、一方向への走査露光の回数の決定方法を説明する。

一方向への走査露光の回数の決定方法は、例えば、以下の工程（１）〜（５）からなる。
（１）上述したのと同じレジストが塗布されたテスト用の基板と、テスト用のマスクＭとを用意し、それらを上述したのと同じ投影露光装置（図２）にセットする。
（２）マスクＭの光学像でレジストの表面の複数領域を、それぞれ異なる回数ずつ走査露光する。

（３）レジストを現像し、レジストの複数領域の表面精度をそれぞれ測定する。
（４）複数領域それぞれの表面精度（測定精度）と、マイクロレンズアレイに要求される表面精度（要求精度）とを比較し、複数領域の中から、測定精度が要求精度を満たし、かつ走査露光の回数が最小である領域を見出す。その領域に対して施された走査露光の回数を、一方向への走査露光の回数とする。

次に、本マイクロレンズアレイの製造方法の効果を説明する。
本製造方法では、Ｘ方向の走査露光（図６ステップＳ１２）とＹ方向の走査露光（図６ステップＳ１３）とによって、Ｘ方向とＹ方向の双方にそれぞれ曲率を持ったレンズ要素（ここではトーリック面からなるレンズ要素）を光学ガラス基板ＳＢの表面に形成する。
走査露光によると、ショットの境界線が少なくとも走査方向には生じないので、レンズ要素の走査方向の表面精度を高くすることができる。

しかも、本製造方法では、Ｘ方向への走査露光、及びＹ方向の走査露光が、それぞれ複数回（ここでは３回）ずつ行われたので、各レンズ要素のＸ方向の表面精度とＹ方向の表面精度とがそれぞれ高められている。以下、図８を参照して具体的に説明する。
図８（ａ）は、１方向への走査露光（及び現像処理）によってレジストＰＲの表面に形成される凹凸パターン（シリンドリカル面）を示す図である。

図８（ｂ），（ｃ）は、シリンドリカル面の稜線部（図８（ａ）の点線部）の面精度を示す概念図である。（ｂ）は、１方向への走査露光が１回しか行われなかったときの面精度を示し、（ｃ）は、１方向の走査露光が３回行われたときの面精度を示す。
１方向への走査露光が１回しか行われなかったときには、図８（ｂ）に示すように、面精度が悪く、面精度の指標であるＰＶ値（実験値）は、約５００ｎｍであった。このようにＰＶ値が悪くなったのは、投影露光装置（図２）の基板ステージ１４ｅの定速性の悪さ（速度誤差）に原因があると思われる。

一方、１方向への走査露光が３回行われたときには、図８（ｃ）に示すように、面精度が良くなり、面精度の指標であるＰＶ値（実験値）は、約１５ｎｍにまで抑えられた。このようにＰＶ値が改善されたのは、１方向への３回の走査露光により、基板ステージ１４ｅの速度誤差の影響が平均化されたからと思われる。
以上の結果、本製造方法によると、高性能なマイクロレンズアレイを製造することができる。

なお、このように１方向への走査露光が３回行われる方法においては、同じマスクを用いる方法以外にも、開口パターンの異なる複数のマスクを準備し、走査回数毎にそれぞれ異なるマスクを用いる方法を適用することもできる。その際には、使用するマスクの開口パターンに応じて、露光量をそれぞれ設定する必要がある。具体的には、開口パターンに応じて、走査速度を変えたり、照明強度を変えたりすることである。

［第１実施形態の補足］
なお、本実施形態においては、光学ガラス基板ＳＢ上において、Ｘ方向の走査露光とＹ方向の走査露光との双方が終了してから現像・ドライエッチングの工程が実行されたが（図６ステップＳ１２，Ｓ１３，Ｓ１４，又はＳ２２，Ｓ２３，Ｓ２４）、Ｘ方向の走査露光が終了したときと、Ｙ方向の走査露光が終了したときのそれぞれにおいて、現像・ドライエッチングの工程が実行されてもよい。但し、双方が終了してからの方が、工程数を低減できるので好ましい。

また、本実施形態のフォトリソグラフィーでは、ポジ型レジストを用いたが、ネガ型レジストを用いてもよい。その場合、マスクＭの開口パターンは、ネガ型レジストに対応したパターンとなる。
また、本実施形態においては、Ｘ方向の走査露光（つまりレンズ要素の表面のＹ方向のカーブの創成（図６ステップＳ１２，Ｓ２２））と、Ｙ方向の走査露光（つまりレンズ要素の表面のＸ方向のカーブの創成（図６ステップＳ１３，Ｓ２３））とに共通のマスクＭを使用したが、異なるマスクＭを使用してもよい。また、走査速度をそれぞれの方向で変えることで、露光量分布を変えてもよい。但し、共通のマスクＭを使用した方が、マスク切り替えの手間が省ける（フォトリソグラフィーの工程数を低減できる）ので好ましい。

また、本実施形態では、レンズ要素の表面（トーリック面）のＸ方向のサイズＬｘとＹ方向のサイズＬｙとを同じ値に設定したが、それらを異なる値に設定してもよい。因みに、その場合、Ｘ方向の走査露光で使用するマスクＭのＹ方向のサイズと、Ｙ方向の走査露光で使用するマスクＭのＸ方向のサイズとは、互いに異なるものとなる。
また、本実施形態では、レンズ要素の表面（トーリック面）を、トーリック球面にすることも、トーリック非球面にすることもできる。また、Ｘ方向、Ｙ方向で非球面度が異なる回転対称非球面とすることもできる。

また、本実施形態においては、レンズ要素の表面の仕様と裏面の仕様とを同じにしたので、表面の創成（図６ステップＳ１）と裏面の創成（図６ステップＳ２）とに共通のマスクＭを使用したが、レンズ要素の表面の仕様と裏面の仕様とが異なる場合には、異なるマスクＭを使用してもよい。但し、共通のマスクＭを使用できる場合（露光強度を変えるだけで共通のマスクＭで表面の創成と裏面の創成とが可能な場合）には、共通のマスクＭを使用した方が、マスク切り替えの手間が省けるので好ましい。

また、本実施形態では、２方向の走査露光の方向差を９０°とした（つまり、２方向の走査露光をＸ方向の走査露光とＹ方向の走査露光とした）が、９０°以外の角度にしてもよい（つまり、図６ステップＳ１３，Ｓ２３における回転角度をθに変更すればよい。）。因みに、その場合、レンズ要素の外形は、平行四辺形になる（特に、レンズ要素の２方向のサイズを同じにすれば、ひし形になる。）。

また、本実施形態では、投影露光装置（図２）の基板ステージ１４ｅの速度誤差が、ランダムに発生することを前提としたが、仮に、その速度誤差の発生パターン（脈動のパターン）に光学ガラス基板ＳＢ上の同じ位置で繰り返し再現性が認められた場合（ランダムではない場合）には、次のようにするとよい。
すなわち、図６ステップＳ１２，Ｓ２２において、各回の走査露光の基板ステージ１４ｅの移動開始位置を、意図的にＸ方向にずらす。同様に、図６ステップＳ１３，Ｓ２３において、各回の走査露光の基板ステージ１４ｅの移動開始位置を、意図的にＹ方向にずらす。なお、ずらし量は、速度誤差の発生周期の整数倍から外れた値に設定される。

また、本実施形態においては、一方向への走査露光の回数を３としたが、２又は４以上にしてもよい。この回数は、マイクロレンズアレイ（図１）に要求される面精度に応じた値に設定すればよい。
また、本実施形態においては、一方向への走査露光中における露光条件（露光強度、走査速度など）が固定されたが、必要な露光量分布（露光強度の積分値の分布）を実現できるのであれば、変更されてもよい。

また、本実施形態におけるマスクＭの開口パターンは、必要な露光量分布を実現できるのであれば、図４，図５に示すもの以外のパターンとしてもよい。
また、本実施形態のフォトリソグラフィーには、レジストを硬化する処理工程など、レンズ要素の面精度を高めるための様々な周知技術を適用することができる。
また、本実施形態では、２方向に曲率を有したレンズ要素が複数配列されたマイクロレンズアレイを製造したが、所定方向に一様な光学面が複数配列されたマイクロレンズアレイを製造することもできる。そのようなマイクロレンズアレイに、例えば、シリンドリカルマイクロレンズアレイがある。

例えば、表面と裏面とで母線方向が９０°回転したシリンドリカルマイクロレンズアレイを製造する場合、図６のステップＳ１３及びステップＳ２２を省略するか、或いは、図６のステップＳ１２及びステップＳ２３を省略すればよい。
その他、表面とで裏面とでレンズ要素の形成ピッチが異なるマイクロレンズアレイや、各レンズ要素の表面を不連続形状にしてなる回折格子、一方の面が平面となったマイクロレンズアレイ、各レンズ要素の正面から見た形状が長方形となったマイクロレンズアレイなど、様々なマイクロレンズアレイの製造に本発明は適用可能である。

また、投影露光装置（図２）の照明方法には、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。なお、照明装置１４ａには、照明の効率化を図るための周知の何れかの工夫が施されていてもよい。
［第２実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第２実施形態を説明する。

本実施形態は、投影露光装置の実施形態である。
図９は、本投影露光装置の構成図である。
図９に示すとおり、本投影露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源５０ａ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５０ａから射出した略平行な光束は、一対のシリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃ（ビームエキスパンダ）に入射する。
シリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃは、負の屈折力および正の屈折力をそれぞれ有しており、それぞれ適切な姿勢で配置される。
シリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃに入射した光束は、所定方向に拡大され、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。

整形された光束は、折り曲げミラー５０ｄ、回折光学素子５０ｅを介してアフォーカルズームレンズ５０ｆに入射する。
ここで、アフォーカルズームレンズ５０ｆ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５０ｆに入射した光束は、その瞳面に輪帯状の強度分布を有する像を形成する。

この像からの射出光束は、略平行な光束となってアフォーカルズームレンズ５０ｆから射出し、輪帯照明用回折光学素子５０ｇに入射する。
輪帯照明用回折光学素子５０ｇの入射面には、光軸に対して略同じ角度で光束が入射する。
輪帯照明用回折光学素子５０ｇに入射した光束は回折作用を受け、また、ズームレンズ５０ｈの作用も受けて、光軸に対する角度における強度分布を調整する。

輪帯照明用回折光学素子５０ｇからの射出光束は、ズームレンズ５０ｈにより、フライアイインテグレータ１０の入射面に輪帯状の照野を形成する。
なお、ズームレンズ５０ｈは、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る。また、ズームレンズ５０ｈは、後ろ側にテレセントリックである。

フライアイインテグレータ１０は、正の屈折力を有する複数のレンズ要素を配列してなる。各レンズ要素の入射側の面は入射側に凸のトーリック面であり、射出側の面は射出側に凸のトーリック面である。また、各レンズ要素の各子午線上の曲率は、本投影露光装置に必要な照野（矩形状）の形状に対応した曲率を持っている。このフライアイインテグレータ１０は、第１実施形態の製造方法で製造されたものである。

フライアイインテグレータ１０に入射した光束は、フライアイインテグレータ１０の後側焦点面に、複数の光源像を並べて形成する。
これらの光源像の個々の形状は、フライアイインテグレータ１０の入射面に形成される照野と相似形状である（以下、これらの光源像を「二次光源」という。）。
それら二次光源からの射出光束は、その近傍に配置された開口絞り５０ｉを介してコンデンサ光学系５０ｊへ入射し、コンデンサ光学系５０ｊの集光作用を受けた後、マスクＭ（レチクルなど）上の矩形状の領域を重畳的に均一照明する。

マスクＭは、マスクステージ５１により支持され、投影光学系５４の物体面に配置されている。
マスクＭを透過した光束は、投影光学系５４を介してウエハＷ上にマスクＭの光学像を形成する。
ウエハＷは、ウエハステージ５２により支持され、投影光学系５４の像面に配置されている。

以上、本実施形態の投影露光装置（図９）においては、照明装置５０内のフライアイインテグレータ１０が第１実施形態の製造方法で製造されたので、高性能である。
したがって、照明装置５０は、照明効率の高い高性能な照明装置である。よって、この照明装置５０を搭載した投影露光装置は、スループットの高い高性能な投影露光装置である。

特に、本実施形態の照明装置５０においては、フライアイインテグレータ１０の各レンズ要素の表面がトーリック面になっているので、矩形状の照明領域に対応した照明効率での照明が可能である。これによって、投影露光装置のスループットがさらに高められる。
［第３実施形態］
以下、図面を参照して本発明の第３実施形態を説明する。

本実施形態は、収差測定ユニットを備えた投影露光装置の実施形態である。
図１０は、本投影露光装置の構成図である。
図１０に示すとおり、本投影露光装置には、シャック−ハルトマン式の収差測定ユニット８０が搭載されている。
収差測定ユニット８０は、投影光学系ＰＬの収差測定時にのみ、ウエハＷに代わって投影光学系ＰＬの像側に挿入される。図１０に示す収差測定ユニット８０の配置位置は、収差測定時の配置位置である。

また、収差測定時、投影露光装置には、マスクＭに代わってテストマスク（ピンホールマスク）ＰＭがセットされる。
収差測定ユニット８０とウエハＷとは、ウエハステージＷＳによって支持され、マスクＭとピンホールマスクＰＭとは、マスクステージＭＳによって支持される。
本投影露光装置は、光源６１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６１から射出され略平行な光束は、ビーム整形光学系６２を介して所定断面の光束に整形された後、干渉性低減部６３に入射する。干渉性低減部６３は、マスクＭ上（ひいてはウエハＷ上）での干渉の発生を低減する機能を有する。
干渉性低減部６３からの射出光束は、第１フライアイレンズ６４を介して、そのレンズ要素の後側焦点面に１つずつ光源像を形成する。

これらの光源像からの射出光束は、振動ミラー６５で偏向された後、リレー光学系６６を介して第２フライアイレンズ６７を重畳的に照明する。
ここで、振動ミラー６５は、折り曲げミラーであって、照明領域上の干渉パターンの発生を低減する機能を有する。
第２フライアイレンズ６７に入射した各光束は、各レンズ要素の後側焦点面にそれぞれ二次光源を形成する。

この二次光源からの射出光束は、その近傍に配置された開口絞り６８、コンデンサ光学系６９、折り曲げミラー７０を介して、マスクＭ又はピンホールマスクＰＭを照明する。
以下、収差測定時の光の振る舞いを説明する。
照明されたピンホールマスクＰＭのピンホールは、投影光学系ＰＬの物体面上の測定対象点に配置される。

ピンホールマスクＰＭのピンホールからは、収差測定のための光束が射出する。
この光束は、投影光学系ＰＬに入射し、その波面に投影光学系ＰＬの収差の情報を重畳させてから、投影光学系ＰＬの像面側へ射出し、収差測定ユニット８０へ入射する。
収差測定ユニット８０に入射した光束は、コリメートレンズ８０ａ、リレーレンズ８０ｂを介してマイクロレンズアレイ８０ｃに入射する。

マイクロレンズアレイ８０ｃは、正の屈折力を有する複数のレンズ要素を配列してなる。
マイクロレンズアレイ８０ｃは、第１実施形態の製造方法で製造されたものである。
マイクロレンズアレイ８０ｃに入射した光束は、各レンズ要素の後側焦点面の近傍にそれぞれ集光点を形成する。各集光点の全体像（輝度分布）は、ＣＣＤ（撮像素子）８０ｄによって検出される。

ＣＣＤ８０ｄの出力信号は、外部の計算機によって取り込まれる。この出力信号から、投影光学系ＰＬの収差情報（測定対象点に関する収差情報）が抽出される。
以上、本投影露光装置においては、収差測定ユニット８０内のマイクロレンズアレイ８０ｃが第１実施形態の製造方法で製造されたので、高性能である。よって、収差測定ユニット８０は、高精度に収差情報を取得することのできる、高性能なシャック−ハルトマン式の収差測定ユニットである。

［第３実施形態の補足］
なお、本実施形態では、収差測定の機能と投影露光の機能とを併せ持った投影露光装置を説明したが、収差測定の機能しか持たない装置（収差測定装置）にも、本発明は適用可能である。
また、本実施形態では、収差測定の対象が投影光学系であるが、収差測定の対象が他の光学系であるような収差測定装置にも本発明は適用可能である。

但し、測定対象となる光学系が、投影光学系のように高性能であるときほど、収差測定に要求される精度は高いので、本発明を適用することによる効果は大きい。

第１実施形態で製造するマイクロレンズアレイの完成品を示す図である。 第１実施形態のフォトリソグラフィーに用いられる投影露光装置の概略構成図である。 第１実施形態のフォトリソグラフィーに用いられるマスクＭの製造方法を示すフローチャートである。 走査露光の概念を説明する図である。 マスクＭに形成すべき開口パターンの配列を示す図である。 第１実施形態のフォトリソグラフィーの工程を示すフローチャートである。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は、Ｘ方向の走査露光後のレジストＰＲの変質の様子を可視化した図、Ｙ方向の走査露光後のレジストＰＲの変質の様子を可視化した図、現像後のレジストＰＲの様子を示す図、エッチング後の光学ガラス基板ＳＢの様子を示す図である。 一方向への走査露光を複数回行ったことによる具体的効果を説明する図である。 第２実施形態の投影露光装置の構成図である。 第３実施形態の投影露光装置の構成図である。

符号の説明

１４ａ，５０・・・照明装置，
１４ｂ，５１・・・マスクステージ，
１４ｈ・・・投影光学系，
Ｍ・・・マスク，
ＳＢ・・・光学ガラス基板，
１４ｅ・・・基板ステージ，
１４ａ−１，５０ａ，６１・・・光源，
１４ａ−２・・・コリメータレンズ，
１４ａ−３・・・フライアイインテグレータ，
１４ａ−３’・・・可変絞り，
１４ａ−４，５０ｊ，６９・・・コンデンサ光学系，
１４ａ−５，５０ｄ，７０・・・折り曲げミラー，
１４ｆ・・・制御部
ＰＲ・・・レジスト（ポジ型レジスト），
５０ｂ，５０ｃ・・・シリンドリカルレンズ，
５０ｅ・・・回折光学素子，
５０ｆ・・・アフォーカルズームレンズ，
５０ｈ・・・ズームレンズ，
５０ｇ・・・輪帯照明用回折光学素子，
１０・・・フライアイインテグレータ，
６４・・・第１フライアイレンズ，
６７・・・第２フライアイレンズ，
５０ｉ，６８・・・開口絞り，
５２・・・ウエハステージ
６２・・・ビーム整形光学系，
６３・・・干渉性低減部，
６５・・・振動ミラー，
８０・・・収差測定ユニット，
８０ａ・・・コリメートレンズ，
８０ｂ・・・リレーレンズ，
８０ｃ・・・マイクロレンズアレイ，
８０ｄ・・・ＣＣＤ（撮像素子）

Claims (12)

1. 感光性材料の表面の所定領域にマスクの光学像を投影しながら所定方向に走査露光する第１走査露光工程と、
   前記感光性材料の表面の前記所定領域にマスクの光学像を投影しながら前記所定方向とは異なる方向に走査露光する第２走査露光工程と、
   前記感光性材料を現像処理し、前記所定領域の露光量分布に対応した凹凸パターンをその所定領域に表出させる現像処理工程とを含み、
   前記第１走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターン、及び前記第２走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターンを、それぞれの走査露光の走査方向に直交した面における前記凹凸パターンの断面が所望の曲率を有する面形状になるように設定することで、前記凹凸パターンを回転対称面にする
   ことを特徴とするパターン形成方法。
2. 請求項１に記載のパターン形成方法において、
   前記第１走査露光工程及び前記第２走査露光工程のそれぞれでは、
   同じ領域を複数回走査露光する多重露光が行われる
   ことを特徴とするパターン形成方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のパターン形成方法において、
   前記凹凸パターンはトーリック面であり、
   前記第１走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターンと、前記第２走査露光工程で用いられる前記マスクの開口パターンとは、異なる
   ことを特徴とするパターン形成方法。
4. 感光性材料の表面の所定領域にマスクの光学像を投影しながら所定方向に走査露光する走査露光工程と
   前記感光性材料を現像処理し、前記所定領域の露光量分布に対応した凹凸パターンをその所定領域に表出させる現像処理工程とを含み、
   前記走査露光工程では、
   同じ領域を複数回走査露光する多重露光が行われる
   ことを特徴とするパターン形成方法。
5. 加工対象である光学ガラス基板の表面を感光性材料で覆う感光性材料形成工程と、
   前記感光性材料の表面に、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のパターン形成方法で、回転対称面を形成するパターン形成工程と、
   前記光学ガラス基板を前記感光性材料の側からエッチングし、前記回転対称面をその光学ガラス基板の表面に転写するエッチング工程と
   を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
6. 加工対象である光学ガラス基板の表面を感光性材料で覆う感光性材料形成工程と、
   前記感光性材料の表面に、請求項４に記載のパターン形成方法で、前記所定方向に一様な凹凸パターンを形成するパターン形成工程と、
   前記光学ガラス基板を前記感光性材料の側からエッチングし、前記所定方向に一様な凹凸パターンをその光学ガラス基板の表面に転写するエッチング工程と
   を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
7. 光学ガラス基板の表面に、請求項５に記載の光学素子の製造方法で、複数の回転対称面を複数配列してなる光学面を形成する工程を含む
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
8. 光学ガラス基板の表面に、請求項６に記載の光学素子の製造方法で、所定方向に一様な面を複数配列してなる光学面を形成する工程を含む
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
9. 請求項８に記載のマイクロレンズアレイの製造方法において、
   前記所定方向に一様な面は、シリンドリカル面である
   ことを特徴とするマイクロレンズアレイの製造方法。
10. 請求項７〜請求項９の何れか一項に記載のマイクロレンズアレイの製造方法で製造されたマイクロレンズアレイをフライアイインテグレータとして備えた
    ことを特徴とする投影露光装置の照明装置。
11. 請求項１０に記載の投影露光装置の照明装置を備えた
    ことを特徴とする投影露光装置。
12. 請求項７に記載のマイクロレンズアレイの製造方法で製造されたマイクロレンズアレイを備えた
    ことを特徴とする収差測定装置。

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