JP5036732B2 - マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム用の光結合器 - Google Patents

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本出願は、２００６年２月１７日出願の米国特許仮出願出願番号第６０／７７４、８５０号及び２００６年６月９日出願の米国特許出願出願番号第６０／８０４、３６９号の恩典を主張するものである。これらの以前の出願の全開示は、本明細書において引用により組み込まれている。
本発明は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて複数の２次光源を生成するための光結合器に関する。本発明は、更に、このような照明システムで使用される細長マイクロレンズのアレイを製造する方法に関する。細長マイクロレンズのアレイは、このような照明システム光結合器又は散乱板に収容されることが多い。

マイクロリソグラフィ（フォトリソグラフィ又は単にリソグラフィとも呼ばれる）は、集積回路、液晶ディスプレイ、及び他の微細構造装置製造技術である。マイクロリソグラフィの処理は、エッチング処理と関連して、基板、例えば、シリコンウェーハ上に形成された積層薄膜内に特徴をパターン化するのに使用される。製作の各層で、最初に、深紫外線（ＤＵＶ）光のような放射線に感応する材料であるフォトレジストでウェーハを被覆する。次に、投影露光装置内のマスクを通じて、投影光でフォトレジストが上に置かれたウェーハを露光する。マスクは、フォトレジスト上に投影される回路パターンを収容している。露出後、マスクに収容された回路パターンに対応する画像を生成するためにフォトレジストを現像する。次に、エッチング処理により、ウェーハ上の積層薄膜内に回路パターンを転写する。最後に、フォトレジストを除去する。異なるマスクを用いてこの処理を繰り返すと、結果として多層微細構造構成要素が得られる。
投影露光装置は、一般的に、照明システムと、マスクを整列させるマスクステージと、投影レンズと、フォトレジストで被覆したウェーハを整列させるウェーハアラインメントステージとを含む。照明システムは、（細長）矩形又はリングセグメントの形状を有することが多いマスク上の視野を照らす。

現在の投影露光装置においては、２つの異なる形式の装置を区別することができる。一方の形式においては、１回の試行でターゲット部分上へマスクパターン全体を露光させることにより、ウェーハ上の各ターゲット部分を照射し、このような装置は、一般的にウェーハステッパと呼ばれる。一般的にステップ−アンド−スキャン装置又はスキャナと呼ぶ他方のタイプの装置においては、所定の基準方向と平行又は逆平行に基板を同期走査しながら、この方向で投影光ビームでマスクパターンを漸進的に走査することにより各ターゲット部分を照射する。ウェーハの速度とマスクの速度の比率は、通常１より小さい投影レンズの倍率に等しく、例えば、１：４である。

微細構造デバイス製造の技術が進むと、照明システムに対する要求も常に増加する。理想的には、照明システムは、マスク上で照明視野の各点を明確な角度分布及び放射照度を有する投影光で照らす。通常、投影光の角度分布は、照明視野内での全ての点に対して同じであるべきである。ステッパ型装置においては、これは、放射照度にも適用され、その理由は、照明視野内での僅かな放射照度変動でさえも、フォトレジストの厳しい露出閾値のために、ウェーハ上の実質的なサイズ変動に変換されるからである。

スキャナ形式の露光装置においては、照明視野内での放射照度は、走査方向に沿って異なる場合がある。走査移動により達成される積分効果の結果、フォトレジスト上の各点は、それでも同量の光エネルギを受け取る。例えば、湾曲勾配又は傾斜勾配が照明視野の長い縁部にある状態での走査方向の放射照度機能は、パルス量子化効果を抑制するのに役に立つことが判明している。パルス量子化効果は、本出願人に譲渡された国際特許出願ＷＯ２００５／０７８５２２においてより詳細に説明されている。

マスクに衝突する投影光の角度分布は、通常、フォトレジスト上に投影されるパターンの種類に適応される。例えば、比較的大型の特徴には、小型特徴と異なる角度分布が必要であろう。投影光の最も一般的に用いられる角度分布は、従来型、環状、双極子、及び四極子照明設定と呼ばれる。これらの用語は、照明システムの瞳孔平面内での放射照度分布を意味する。例えば、環状照明設定では、環状領域だけが瞳孔平面内で照らされ、従って、全ての光ビームが同様の角度で斜めにマスク上へ衝突するように、投影光の角度分布においては小さい角度範囲のみが存在する。

２００ｎｍ未満の波長を対象として設計される照明システムにおいては、レーザが、一般的に光源として使用される。レーザにより放出される投影光束は、小さな断面及び低い発散を有し、従って幾何学的光束も小さい。ラグランジュ不変量とも呼ばれるこの幾何学的光束は、少なくともある一定の特別な構成に対しては、最大光角度と照明視野のサイズの積に比例する量である。レーザ光源の幾何学的光束が小さいということは、従来のレンズのみが使用された場合に、小さな照明角度で照らされる大きな視野、又は大きな照明角度で照らされる小さな視野を達成することができるということを示唆している。

両方、すなわち、より大きい照明角度で照らされた大きい視野を達成するために、大部分の照明システムは、光学要素を収容し、これは、要素上の点に対してこの点を通過する光の発散を増大させる。この特性を有する光学要素は、以下では、光学ラスター要素と呼ぶことにする。このような光学ラスター要素は、複数の通常は周期的に配置される小要素、例えば、回析構造体又はマイクロレンズを含む。

ガラス棒又は類似の光混合要素を含む照明システムは、通常、マスク平面内で非常に良好な放射照度均一性を達成する。しかし、これらの光混合要素は、投影光の偏光状態をかなり破壊するものである。これは、慎重に選択された偏光状態を有する投影光でマスクを照らすと、フォトレジスト上へマスクパターンの撮像を大幅に改善することができることが見出されているので、時に不要な効果である。

ガラス棒又は類似の光混合要素なしで良好な放射照度分布を達成する典型的な照明システムは、米国特許第６、５８３、９３７号Ｂ１に開示されている。第１の光学ラスター要素は、照明システムに収容された対物レンズの対物面内に位置決めされる。対物レンズは、ズーム光学器械及びａｘｉｃｏｎレンズ対を含み、これは、その射出瞳孔内の放射照度分布、及び従ってマスクに衝突する投影光束の角度分布内を修正することを可能にする。複数の２次光源を生成するｆｌｙ−ｅｙｅ光結合器が、対物レンズの射出瞳孔平面の近くに配置される。各々が円柱マイクロレンズのアレイを含む２つの結合器部材を含む光結合器は、幾何学的光束を増大させて、マスク上の照明視野のサイズ及び幾何学的形状を修正する。照明システムは、マスク上の照明視野の鮮明な縁部を保証する視野絞りの直前に配置された散乱構造体を更に含む。
しかし、このような高度の照明システムでさえも、マスク上に衝突する投影光の望ましい放射照度及び角度分布に関して将来の照明システムに適用されることになる厳しい仕様を満たすことは困難である。

放射照度分布に更に影響を与える１つの手法は、ＥＰ０９５２４９１Ａ２において開示されているような調節可能な絞りデバイスを使用することである。このデバイスは、走査方向と平行して配置される２本の対向する列の小さな隣接ブレードを含む。各ブレードは、投影光束に選択的に挿入することができる。対向するブレード間の距離を調節することにより、フォトレジストを露光する全光エネルギ（線量）を走査方向に対して垂直な方向で操作することができる。しかし、絞りの使用は、相当量の投影光が、投影目的に対して消失されるという影響を与えることが多い。それ以外に、これらの調節可能な絞りデバイスは、機械的に複雑であり、従って、高価な構成要素である。従って、この種のより単純かつ廉価なデバイスの使用、これらのデバイスの微調節のためだけの使用、又は全くこれらのデバイスなしで済ますことが望ましい。

放射照度分布を改善する別の手法は、照明視野の幾何形状を決めるだけでなくマスク平面での放射照度分布に大きな影響も与える光結合器を改良することである。このような光結合器において使用されるマイクロレンズアレイは、広くて連続的な角度分布を生成する。マイクロレンズアレイの欠点は、遠視野及び従ってマスク平面内で生成された放射照度分布が、多くの場合に十分に均一ではないという点である。放射照度分布は、平坦である代わりに、時には許容することができない複数の波紋を特徴とする。

国際特許出願ＷＯ２００５／０７８５２２Ａは、散乱構造体がマイクロレンズアレイの直近に配置された照明システムを開示している。散乱構造体は、走査方向及びそれと垂直に幾何学的光束を増大させ、かつマイクロレンズアレイにより生成された照度分布の波紋を排除する。この文書は、更に、マイクロレンズ又はマイクロレンズを支持する基板内の非常に高い光放射照度が、少なくともある一定程度回避される光結合器に関する有利な構成を開示している。このような高い光強度は、非常に短期間でマイクロレンズ又は基板を破壊する場合がある。

米国特許出願第２００４／００３６９７７号Ａ１は、個々に調節することができる２つの結合器部材を含む照明システムのための光結合器を開示している。この目的のために、少なくとも１つの結合器部材は、光軸（Ｚ軸）に沿って又は走査方向（Ｘ軸）に対して垂直に移動させることができ、又はそれは、Ｚ軸、Ｘ軸、又はＺ及びＸ軸に垂直である走査方向（Ｙ軸）周りに回転させることができる。各結合器部材の前には、マスク上の不要な放射照度変動を低減する整色フィルタが配置される。整色フィルタは、各々、それぞれの結合器部材の円柱レンズのピッチと同一であるピッチを有するランダムパターンの縞を含む。整色フィルタは、ランダムパターンの縞の境界線が正確に円柱レンズの境界線と一致するように、顕微鏡の助けを借りて整列している。円柱レンズは、マスク上の放射照度分布を更に改善するために非円形断面を有することができる。

米国特許出願第２００５／００１８２９４号Ａ１は、直交するＸ及びＹ方向に延びる円柱レンズアレイを各々が含む第１及び第２の結合器部材を含む照明システムのための光結合器を開示している。各円柱レンズアレイは、複数の平行した凸状に湾曲した円柱マイクロレンズを含む。隣接した凸面マイクロレンズ間には、光線の屈折を完全には制御することができず、かつ光の散乱を引き起こす移行帯が形成される。このような帯域を避けるために、全体的な表面プロファイルが波形板屋根に似るように、凸面マイクロレンズは、小さな凹状に湾曲した円柱マイクロレンズにより分離される。狭い凹状円柱マイクロレンズは、上述の問題が回避されるように、定められた方法で光線を屈折させる。しかし、この形式の２つの同一マイクロレンズアレイが前後に配置された場合、遠視野強度分布の外側に強度ピークが起こる。これらのピークを避けるために、一方のマイクロレンズアレイにおいて変動ピッチで凸状に湾曲したマイクロレンズを有することが提案されている。ピッチの変動は、凸面マイクロレンズの頂点線が、他方のマイクロレンズアレイ上に配置される対応するマイクロレンズの頂点線と依然として正確に一致するように決定される。
マイクロレンズのピッチのこの変動により、遠視野の不要な強度ピークが低減される。しかし、マイクロレンズのピッチが非常に小さい上に１ｍｍ未満であることが多いので、精巧に研磨された屈折面さえも、高性能の照明システムでは許容することができない波紋を遠視野強度分布に生成する。

米国特許第６、４１６、２３７号に説明されているように、現在、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムに用いられるマイクロレンズアレイは、超音波振動ラッピング方法を用いて製造されることが多い。ラッピング成形型には、形成されるマイクロレンズと相補的である逆の圧痕が設けられている。基板に対向する側では、ラッピング成形型は、研磨材、例えば、研削粉から成るコーティングで被覆される。ラッピング成形型は、次に、超音波範囲の機械的振動で刺激されて基板に押圧される。基板の材料の一部は、従って、一方向の切削により除去され、研磨材は、切削材として機能する。ラッピング段階の後、表面は、高エネルギ電子ビームで研磨される。電子による衝撃により表面が僅かに溶融し、従って、表面粗度が低減される。

Ｄ．Ｌ．Ｄｅｃｋｅｒ他著「ダイヤモンド機械加工された赤外線窓の光学特性及び表面物理的特性」、「セラミック機械加工及び表面仕上げの科学ＩＩ」、Ｂ．Ｊ．Ｈｏｃｋｅｙ及びＲ．Ｗ．Ｒｉｃｅ共編、規格基準局特別文献（米国政府出版局、ワシントンＤ．Ｃ．、１９７９年）、２９３ページから３０４ページの小論文から、ＣａＦ₂又は他の単一結晶物質で製造される赤外線窓を形成するためにダイヤモンド旋削処理を適用することは公知である。この文献は、結晶方向の方位がダイヤモンド旋削処理で生成された表面粗度に影響を与えることを説明したものである。
同様の結果は、Ｊ．Ｂ．Ａｒｎｏｌｄ他著「赤外線窓材料及び金属の機械加工性研究」、ＳＰＩＥ、第９３巻、「光学器械の精密機械加工の進歩」（１９７６年）、９６ページから１０３ページの小論文に説明されている。

高精度の非球面及び回折面の製造のためのＣａＦ₂を含む様々な基板のダイヤモンドフライカットのための機械は、「Ｔｅｍｍｅｋ Ｏｐｔｉｃｓ Ｌｔｄ．」により提供されている。
微小溝のフライカット形成のバリの形成に関連した問題は、Ｆ．Ｚ．ＦＡＮＧ他著「バリ形成及びフライカット」という名称の小論文に説明されており、これは、２００７年１月２９日付けｗｗｗ．ｓｉｍｔｅｃｈ．ａ−ｓｔａｒ．ｅｄｕ．ｓｇ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｐｏｒｔｓ／ｔｒ０３１１．ｐｄｆの下で入手可能である。

マイクロレンズアレイ製造の別の方法は、Ｄ．Ｆｌａｍｍ他著「イオンミリングによるＣａＦ２のマイクロレンズアレイの製造」、「マイクロ光学器械の微細加工技術」、ＳＰＩＥ議事録、第４１７９巻（２０００年）の小論文に説明されている。この方法によれば、レジストは溶解されて、表面張力により非バイナリレジスト構造に変形される。しかし、この方法は、再現性の精度に限界がある複数の露光及びエッチング段階を伴っている。従って、このような方法により生成されたマイクロレンズアレイは、仕様外である公差を有することが多い表面プロファイルを有する。

米国特許仮出願出願番号第６０／７７４、８５０号 米国特許出願出願番号第６０／８０４、３６９号 ＷＯ２００５／０７８５２２ 米国特許第６、５８３、９３７号Ｂ１ ＥＰ０９５２４９１Ａ２ ＷＯ２００５／０７８５２２Ａ 米国特許出願第２００４／００３６９７７号Ａ１ 米国特許出願第２００５／００１８２９４号Ａ１ 米国特許第６、４１６、２３７号 ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００１２６７ ＵＳ２００４／０１０５１７０Ａ１ Ｄ．Ｌ．Ｄｅｃｋｅｒ他著「ダイヤモンド機械加工された赤外線窓の光学特性及び表面物理的特性」、「セラミック機械加工及び表面仕上げの科学ＩＩ」、Ｂ．Ｊ．Ｈｏｃｋｅｙ及びＲ．Ｗ．Ｒｉｃｅ共編、規格基準局特別文献（米国政府出版局、ワシントンＤ．Ｃ．、１９７９年）、２９３ページから３０４ページ Ｊ．Ｂ．Ａｒｎｏｌｄ他著「赤外線窓材料及び金属の機械加工性研究」、ＳＰＩＥ、第９３巻、「光学器械の精密機械加工の進歩」（１９７６年）、９６ページから１０３ページ Ｆ．Ｚ．ＦＡＮＧ他著「バリ形成及びフライカット」、ｗｗｗ．ｓｉｍｔｅｃｈ．ａ−ｓｔａｒ．ｅｄｕ．ｓｇ／ｒｅｓｅａｒｃｈ／ｔｅｃｈｎｉｃａｌｒｅｐｏｒｔｓ／ｔｒ０３１１．ｐｄｆ、２００７年１月２９日 Ｄ．Ｆｌａｍｍ他著「イオンミリングによるＣａＦ２のマイクロレンズアレイの製造」、「マイクロ光学器械の微細加工技術」、ＳＰＩＥ議事録、第４１７９巻（２０００年）

本発明の目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて複数の２次光源を生成する光結合器を提供することである。光結合器は、マスク平面において望ましい放射照度及び角度遠視野分布を達成することを可能にするものとする。より具体的には、均一又は望ましい不均一性の放射照度分布が達成されるものとし、そこでは不要な波紋が低減されている。
本発明の更に別の目的は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムで使用される細長マイクロレンズのアレイを非常に正確に製造する方法を提供することである。

光結合器に関して、この目的は、本発明の第１の態様によれば、第１の平面に並んで配置され、かつ第１の頂点線を有する細長い凸状に湾曲した第１のマイクロレンズの第１のアレイを含む光結合器により達成される。光結合器は、更に、第２の平面に並んで配置され、かつ第２の頂点線を有する細長い凸状に湾曲した第２のマイクロレンズの第２のアレイを含む。少なくとも１つの第２の頂点線又はその一部分は、光結合器の光軸に沿った投影において、第１の頂点線又はその一部のいずれの１つとも一致しない。

対応するマイクロレンズを横方向に変位させることにより、遠視野でも強度分布を横方向にシフトさせることができることが見出されている。複数の対応するマイクロレンズの頂点線が光軸に沿った投影と一致しない場合、遠視野において横方向に変位された強度分布は、全体強度分布に重畳され、１つのマイクロレンズにより生成された各強度分布に存在する波紋が平均化効果の結果として低減される。

対応するマイクロレンズの全て又は一部の対の頂点線の完全な一致を回避することができる様々な手法がある。例えば、少なくとも１つの第２の頂点線は、ジグザグ線又は蛇行線を形成することができる。ジグザグ線の場合、少なくとも１つの第２の頂点線の隣接した直線部分は、基準方向に対して共通の角度δだけ傾かせることができる。それは、遠視野の強度分布が横方向に変位する距離が最良の平均化効果を保証する均等分配関数に従うことを保証する。

当然のことながら、第１及び第２のマイクロレンズの両方の頂点線は、ジグザク又は蛇行線を形成することができ、又は第１及び／又は第２のマイクロレンズ内の一部だけが、他方のアレイ内の対応するマイクロレンズの頂点線と一致しない頂点線を有することができる。光は、第１のマイクロレンズから第２のマイクロレンズの方向又はその反対方向に沿って光結合器を通じて伝播することができることに注意すべきである。
対応するマイクロレンズの頂点線間の傾斜角の導入の代わりに又はそれに加えて、様々なピッチを有する第２のマイクロレンズを設置することを想定することができる。対応する頂点線の間の完全な一致は、たとえ第１及び第２の頂点線が直線的であるとしても、こうして回避される。

本発明の別の態様によれば、上述の目的は、第１の平面に並んで配置された細長い第１のマイクロレンズの第１のアレイを含む光結合器により達成される。光結合器は、第２の平面に並んで配置された細長い凸状に湾曲した第２のマイクロレンズの第２のアレイを更に含む。少なくとも１つの第２のマイクロレンズは、少なくとも１つの第２のマイクロレンズの縦軸に沿って変化する湾曲した表面プロファイルを有する。
マイクロレンズの湾曲した表面プロファイルのこのような変動により、光結合器の出口表面にわたって分布したある一定の区域のマイクロレンズにより生成される角度分布を変えることができる。例えば、マスク平面に衝突する投影光のテレセントリック性及び楕円率特性の視野依存の変動を導入することができる。

異なる湾曲した表面プロファイルは、マスク平面で重畳された場合により滑らかな全体強度分布をもたらす異なる遠視野強度分布を生成するので、湾曲した表面プロファイルの局所変化も、遠視野強度分布で波紋を低減するのに有利であると考えられる。この場合、表面プロファイル変動を個々のマイクロレンズに制限することが好ましいであろう。
遠視野におけるテレセントリック性及び楕円率特性を修正するために、通常は、複数の第２のマイクロレンズの縦軸に沿って変化する湾曲した表面プロファイルを有する複数の隣接した第２のマイクロレンズを設置することが好ましい。例えば、第２のマイクロレンズの第２のアレイは、第２のマイクロレンズが第１の湾曲した表面プロファイルを有する少なくとも１つの第１の区域を含むことができる。少なくとも１つの第２の区域において、第２のマイクロレンズは、材料が局所的に除去されたという点で、第１の湾曲した表面プロファイルと異なる第２の湾曲した表面プロファイルを有する。材料が、例えば、研磨又はイオンビームエッチングにより少なくとも１つの第２の区域のみで除去された場合、湾曲した表面プロファイルは局所的に修正され、これは、照明システムのテレセントリック性及び楕円率特性の視野依存の変化をもたらす。材料が除去される前に、第２の湾曲した表面プロファイルは、例えば、曲率半径又はマイクロレンズピッチに関して全て同一である場合があり、又は互いと異なる場合もある。

照明システムのテレセントリック性及び楕円率特性を修正するために、少なくとも２つの第２の区域は、第１の方向に沿って配置することができ、少なくとも２つの更に別の第２の区域を、第１の方向に少なくとも実質的に垂直である第２の方向に沿って配置することができる。第１の方向に沿って配置された第２の区域の第２のマイクロレンズは、こうして、第２の方向に沿って配置された更に別の第２の区域の第２のマイクロレンズの湾曲した表面プロファイルとは異なる湾曲した表面プロファイルを有する。

マイクロレンズアレイを製造する方法に関する目的は、基板及び刃先を含む切削工具を設置することにより達成される。切削工具は、フライカット処理で基板に対して反復して移動され、従って、刃先は、基板に切り込むことができる。この段階中、基板は、マイクロレンズの縦軸と平行である縦方向に沿って移動される。次に、基板は、縦方向と少なくとも実質的に垂直に移動される。次に、切削工具を移動させて同時に基板を移動させる段階が、全てのマイクロレンズが基板上に形成されるまで繰り返される。

原理的には、曲面上にもマイクロレンズアレイを形成することができる。しかし、通常、機械加工面と平行して基板を移動させることが好ましいことになる。基板が直線的な平行線に沿ってフライカット処理中に移動された場合、全てが平行に配置された円柱マイクロレンズが形成される。基板がジグザク線又は蛇行線に沿って移動された場合、マイクロレンズの縦軸も、ジグザク線又は蛇行線の形状を有することになる。

フライカット処理中、切削工具は、回転軸周りに回転されることが好ましい。この回転軸は、マイクロレンズが形成される基板表面と少なくとも実質的に平行して延びることができる。フライカット処理では、刃先は、回転軸から離れる方向を向き、かつ少なくとも５ｍｍだけ、好ましくは９ｍｍよりも大きくかつ１１ｍｍよりも小さく回転軸から離間することができる。このような距離では、切削工具の回転数は、５０００毎分を超え、好ましくは８０００毎分と１００００毎分の間とすることができる。

基板が１つのマイクロレンズの形成の間にマイクロレンズのピッチの倍数で実質的に横方向に移動された場合、交互配置マイクロレンズ製造シーケンスを得ることができる。刃先は、通常は磨耗しやすく、従ってフライカット処理中に形成されたマイクロレンズは、その表面プロファイルのわずかな変動を有することになるので、これは有利であろう。交互配置製造シーケンスの適用により、この変動は、基板の表面全体にわたって分配され、これは、遠視野強度分布の均一性に好ましい影響を与える。

少なくとも１つのマイクロレンズの表面プロファイルを変えるために、このマイクロレンズの表面の少なくとも一部を再加工することができる。これは、例えば、異なる刃先を有する切削工具でフライカット処理を繰り返すことにより達成することができる。異なる切削特性を有する刃先は、単に１８０°だけ１つの同一の切削工具を回すことにより得ることができる。
表面はまた、少なくとも１つのマイクロレンズを研磨することにより、又はイオンビームに少なくとも１つのマイクロレンズ又は少なくともその一部分を露光することにより再加工することができる。イオンビームは、少なくとも１つのマイクロレンズのピッチよりも大きい最大寸法を備えた断面を有するべきである。複数のマイクロレンズは、次に、マイクロレンズ表面上に平行に衝突するイオンの同じ流れに露光される。イオンビーム方向と表面の間で形成される角度がマイクロレンズの縦方向と垂直な断面において大きく変化するので、エッチング速度も断面内で大きく変化する。これは、単一のマイクロレンズの一部分上に非常に細いイオンビームを向け、かつエッチング時間を制御することによってエッチング速度を変える必要がなく、均質なイオンビームでマイクロレンズの湾曲した表面プロファイルを修正することを可能にする。エッチング速度に影響を与えるために、例えば、マイクロレンズアレイを有する基板が装着された傾斜台を用いて、少なくとも１つのマイクロレンズ又はその一部分とイオンビームの間の向きを変えることができる。

代替的に又は追加的に、慎重に選択された材料から成るか又は異なる材料の層を含むコーティングをマイクロレンズ上に堆積させることができる。コーティングの材料は、次に、望ましい表面操作を得るために必要である処理パラメータを決める時に利用することができる付加的な設計自由度を提供する。材料がＣａＦ₂のような異方性結晶である場合、エッチング速度Ｒも結晶方位に依存する。
本発明の様々な特徴及び利点は、添付図面に関連して行う以下の詳細説明を参照してより容易に理解することができる。

１．光結合器
以下に、本発明による光結合器の一般的構造及び機能を説明する。
１．１．一般的構造
図１は、１０により全体として示す光結合器の単純化した斜視図である。この実施形態の光結合器１０は、第１の結合器部材１２及び第２の結合器部材１４から成る。第１の結合器部材１２は、Ｘ方向に沿って整列した平行した縦軸を有する円柱マイクロレンズ１２Ｙの第１のアレイを含む。第１の結合器部材１２は、Ｘ方向に垂直であるＹ方向に沿って整列した平行した縦軸を有する第２の円柱マイクロレンズのアレイ１２Ｘを更に含む。マイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘの縦軸は直線的であるので、第１のマイクロレンズ１２Ｙは、Ｙ方向だけに沿って屈折力を有し、第２のマイクロレンズ１２Ｘは、Ｘ方向だけの屈折力を有する。

第２の結合器部材１４は、第１の結合器部材１４の同一コピーであるが、Ｘ軸又はＹ軸周りに１８０°回転された後に取り付けられる。従って、第３のマイクロレンズ１４Ｘは、第２のマイクロレンズ１２Ｘに対向しており、第４のマイクロレンズ１４Ｙは、第１の結合器部材１２から離れる方向に向いている。
図示の実施形態では、マイクロレンズ１２Ｘ、１２Ｙ、１４Ｘ、１４Ｙの焦点距離及び光軸ＯＡに沿った結合器部材１２、１４間の距離は、第２のマイクロレンズ１２Ｘにより生成された焦線が、第３のマイクロレンズ１４Ｘの頂点上に位置するように選択される。第３のマイクロレンズ１４Ｘは、第２のマイクロレンズ１２Ｘと同じ焦点距離を有するので、これは、第３のマイクロレンズ１４Ｘの焦線が第２のマイクロレンズ１２Ｘの頂点上に位置することを意味する。同じ条件が、変更すべき点を変更して、それぞれ第１及び第４のマイクロレンズ１２Ｙ及び１４Ｙにも適用される。

代替的な実施形態（図示せず）においては、第２及び第３のマイクロレンズ１２Ｘ及び１４Ｘは、それぞれ異なっている。より具体的には、第２のマイクロレンズ１２Ｘの焦点距離は、第３のマイクロレンズ１４Ｘの焦点距離より大きい。結合器部材１２、１４の間の距離は、次に、第３のマイクロレンズ１４Ｘの焦線が第２のマイクロレンズ１２Ｘの頂点上又はその直近に位置するように選択されることが好ましい。第２のマイクロレンズ１２Ｘの焦線は、第４のマイクロレンズ１４Ｙ内か、又は更にそれから遠く離れ、すなわち、第２の結合器部材１４の外側にある。
各マイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘ、１４Ｘ、１４Ｙは、その縦軸、そのピッチ、すなわち、その縦軸に垂直な幅、及び屈折面の湾曲した表面プロファイルにより幾何学的に定められる。用語「プロファイル」は、マイクロレンズの縦軸に垂直な（あらゆる）断面での表面の形状に関連する。

表面プロファイルにより、主にマイクロレンズの光学特性が決まる。例えば、第２のマイクロレンズ１２Ｘが円形である湾曲した表面プロファイルを有する場合、第２のマイクロレンズ１２Ｘは、ＸＺ面において球面レンズの効果を有する。湾曲した表面プロファイルが円形でない場合、第２のマイクロレンズ１２Ｘは、この平面において非球面レンズの効果を有する。
マイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘ、１４Ｘ、１４Ｙのピッチは、５ｍｍ未満、より良くは、２ｍｍ未満であるべきである。図示の実施形態では、ピッチは、数マイクロメートルと数百マイクロメートルまで、例えば、５００μｍの間に範囲にある。通常、光結合器１０を通じて伝播する光の波長よりも、例えば、係数３だけ大きいピッチを有することが好ましい。

光結合器の様々な他の代替構造は、本出願によって請求されているのと同じ２００６年２月１７日出願の米国特許仮出願第６０／７７４、８５０号に対する優先権を請求するものである国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００１２６７において説明されている。例えば、第１、第２、第３、及び第４のマイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘ、１４Ｘ、１４Ｙは、２つよりも多い結合器部材に分配することができ、かつ上記マイクロレンズの順番を変えることができる。

１．２．機能
光結合器１０は、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて複数の２次光源を生成することを目的としたものである。各２次光源は、マスク上で漏れなく照明視野を照らす。これを図２を参照して説明する。機能の更に詳細な説明は、上述の国際特許出願番号ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００１２６７にある。
図２は、３つの第３のマイクロレンズ１４Ｘ、照明システムの集光レンズ１６、及び光結合器１０により照らされるマスク平面１８（又は、中間視野面）を示している。各マイクロレンズ１４Ｘは、対応する第２のマイクロレンズ１２Ｘにより照らされると、拡散的光束を生成する。光束の角度強度分布は、マイクロレンズ１４Ｘの湾曲した表面プロファイルで判断される。集光レンズ１６は、マスク平面１８において角度分布を強度分布に変える。

走査形式の投影露光装置においては、マスクの照明視野は、通常は、Ｘ方向に沿って大きな寸法、及びＹ方向に沿って遥かに小さな寸法を有する。これはまた、マイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘ、１４Ｘ、及び１４Ｙの屈折力に関して含意を有する。第１のマイクロレンズ１２Ｙ及び第４のマイクロレンズ１４Ｙに関しては、照明視野がＹ方向に沿って小さな寸法を有するので、必要なのは、小さな屈折力だけである。第２のマイクロレンズ１２Ｘ、特に第３のマイクロレンズ１４は、より大きな最大散乱角を有する光束を生成すべきであるために、より大きな屈折力を有する。

理想的には、角度分布が全く滑らかであると、各マイクロレンズ１４Ｘは、全く均質であるか均一な強度分布でマスク平面１８を照らす。マイクロレンズの表面プロファイルが、例えば、実質的な仕上げ面粗度の結果として、その理想的な形状と対応しない場合、角度分布は、全く滑らかとは限らず、従って、マスク平面１８内に波紋が観察される。全てのマイクロレンズ１４Ｘにより生成される強度分布は、マスク平面１８で重ね合わせられるので、波紋は、多数の強度分布の重ね合わせと関連する平均化効果の結果として平滑化することができる。しかし、これには、各マイクロレンズ１４Ｘにより生成される強度分布が完全に同一ではないことが必要である。通常、マイクロレンズ１４Ｘの製造工程により、マイクロレンズ間にある一定の変化があることが保証される。しかし、これらの変化は、十分なものではない場合がある。
光結合器１０は、設計された、すなわち、意図的に導入された変動を特徴とする。すなわち、第３のマイクロレンズ１４Ｘ又は第３のマイクロレンズ中の異なる部分は、ピッチ及び／又は縦軸及び／又は湾曲した表面プロファイルに関して互いに異なっている。これを節３．３以下でより詳細に説明する。

２．光結合器の製造
以下に、光結合器１０を製造する方法を図３から図１６を参照して説明する。好ましい方法は、フライカット機械で行われるフライカット処理を伴っている。
２．１．フライカット機械の概要
図３は、２０により全体として示すフライカット機械の概略側面図である。簡潔さを期すために、図３の図は、縮尺通りでない。
機械２０は、フライカット処理を手段として適切な基板上でマイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘ、１４Ｘ、１４Ｙを生成するのに使用される。フライカット処理は、加工物がゆっくり移動され、工具が別の方向に回転されるか又は迅速に移動されるという点で、ゆっくり移動する工具に対して加工物が回転される従来の回転工程と異なっている。

フライカット処理を達成するために、フライカット機械２０は、刃先２４を有する切削工具２２を含む。切削工具２２は、図示の実施形態では、保持具２５に装着され、保持具２５は、回転軸２８周りに回転されるスピンドル２６に調節可能に取り付けられる。刃先２４は、好ましくは、少なくとも５ｍｍ、一般的に９ｍｍを上回って１１ｍｍ未満ほど回転軸から離間している。５０００毎分よりも大きく、好ましくは８０００毎分と１００００毎分の間の回転数で、刃先２４は、３０により示される基板に対して非常に速い速度で移動される。それによってゆっくり移動する基板３０上に非常に滑らかで正確な表面プロファイルを生成することができる。

機械加工される基板は、昇降台３６にアダプタ部材３４を通じて装着された加工物保持具３２に受け取られる。昇降台３６により、基板３０は、通常、垂直方向と一致するＺ方向に沿って刃先２４に対して調節することができる。
昇降台３６は、矢印線４０及び４２により図３で示すように、２つの直交するＸ及びＹ方向の周りに基板３０を傾かせることを可能にする傾斜台３８に取り付けられる。傾斜台３８は、好ましくはスピンドル２６の回転軸２８と交差する回転軸４６（二重矢印線４８を参照されたい）周りに基板３０を回転させることを可能にする回転台４４上に取り付けられる。回転台４４は、Ｚ方向に垂直な平面において直交するＸ及びＹ方向に沿って基板３０を変位させることを可能にする位置決め台５０上に取り付けられる。位置決め台５０は、スピンドル２６に対して、及び従って回転中の刃先２４に対して、１０ｎｍ又は更にそれよりも大きい位置決め精度を有することができる。
昇降台３６、傾斜台３８、回転台４４、及び位置決め台５０により生成される様々な運動の重ね合わせにより、速く回転している刃先２４に対して基板の実質的にあらゆる動きを生成することができる。これは、次に、不規則形状を有することさえある基板上の広範な構造を生成することを可能にする。

図４は、例えば半田付けによって切削工具２２が装着されたシャフト５２を含む保持具２５の概略側面図である。シャフト５２は、スピンドル２６の回転軸２８に対して工具２２の正確な正しい向きを達成するために、スピンドル２６に対して調節可能であることが好ましい。代替的に又は追加的に、調節機構を工具２２とシャフト５２の間に設置することができる。
図５及び６は、それぞれ、斜視図及び上面図で工具２２を示している。工具２２は、基本的に三日月形であり、刃先２４は、三日月形の内側に形成される。

図６の上面図で明らかなように、工具２２は、工具２２が刃先２４の後に後退するように、より大きい刃先２４が形成される前面５４と、より小さな後面５６とを有する。生成されるマイクロレンズの表面プロファイルを決める刃先２４の曲率は、後面５６の隣接した湾曲した刃５８の曲率よりも小さい。フライカット処理中に、スピンドル２６の回転方向（矢印線５０を参照されたい）は、刃先２４を有する前面５４が基板の方へ進んで、刃先２４が最初に基板の表面に切り込むように選択される。隣接した湾曲した刃５８は、フライカット処理中は、通常、基板と接触しない。

図示の実施形態では、刃先２４は、円の凹状アーチを定める。このような刃先２４を用いて、マイクロレンズの縦軸に垂直な平面において、球面レンズの効果を有する円筒形の凸状に湾曲したマイクロレンズをフライカット処理で製造することができる。刃先２４の端部間の幅Ｗは、工具２２で生成することができるマイクロレンズの最大ピッチを定める。図示の実施形態では、幅Ｗは、０．００１ｍｍの精度で、１．５００ｍｍに等しい。
工具２２は、単結晶ダイヤモンドで製造されることが好ましい。基板の材料により、従来のダイヤモンド、超硬合金、又はセラミックのような他の材料も想定することができる。

２．２ 製造工程
以下に、フライカット機械２０を用いたフライカット処理を簡潔に説明する。
最初に、好ましくは平行平面板の形状を有する基板を加工物保持具３２に取り付けて、スピンドル２６の方向を指しているその上面が正確にＺ方向に対して垂直であるように傾斜台３８を使って調節する。昇降台３６は、刃先２４が完全に基板３０の表面に切り込むようにＺ方向に沿って基板３０を変位させるために使用される。スピンドル２６回転中に、位置決め台５０の助けを借りて、製造対象のマイクロレンズの縦軸を定める第１の方向に沿って基板３０をゆっくり移動させる。このフライカット処理では、図５及び図６で示すような工具で直線的な縦軸を有する第１の凸状に成形された円筒形のマイクロレンズを生成する。

マイクロレンズの望ましい長さが達成された場合、昇降台３６は、基板３０を下降させ、昇降台３６が再び基板３０を上昇させる前に、位置決め台５０は、横方向に基板３０を変位させる。再びゆっくりと、ただし、今度は第１の方向と反対に基板３０を移動させることにより、前に生成された第１のマイクロレンズに平行して延びる第２のマイクロレンズを生成する。マイクロレンズのより均質な表面が所望されるならば、フライカット処理の間の基板３０の動きは、平行のみならず、同方向に向けることができる。これは、刃先２４と同方向に又は反対方向に移動する基板３０に刃先２４を切り込ませることにより、違いを作ることができるからである。

この処理は、望ましい数の平行なマイクロレンズが基板３０上で生成されるまで繰り返される。マイクロレンズが、基板３０の反対側でも生成されるべきである場合、光結合器部材１２及び１４と同様に、基板は、次に、加工物保持具３２から解放され、逆転され、かつ加工物保持具３２内にこの逆転した向きで固定される。処理は、こうして繰り返される。基板３０の反対側でマイクロレンズの２つの直交するアレイを生成するために、両側でのフライカット処理中の基板の遅い動きは直交している。
昇降台３６の助けを借りてＺ軸に沿って基板３０を移動させる代わりに、スピンドル２６は、小さいが非常に正確に制御可能な距離だけＺ方向に沿って、スピンドル２６、及び従って刃先２４を移動させることを可能にする調節ユニットに接続することができる。

２．３．フライカット処理の一般的特性
マイクロレンズを生成する従来の方法の一部と同様に、フライカット処理がエッチング段階を含まないので、ＣａＦ₂から成るマイクロレンズも製造することができる。これは、ＣａＦ₂が２００ｎｍ未満の波長で使用される光結合器に非常に重要な光学材料であるので、有意な利点である。
フライカット処理により、優れた縁部鮮明度を有するマイクロレンズを生成することができる。これは、特に、隣接したマイクロレンズが直接に接しているマイクロレンズアレイには重要である。図１２の拡大切欠き図で分るように、隣接するマイクロレンズは、曲率が理想的な場合にゼロである直線縁６２に沿って当接する。しかし、フライカット処理で達成することができる良好な縁部鮮明度のために、非常に良好な程度まで縁部６２に沿って理想的な形状に近づけることができる。従って、光学的に使用不能であるか又は不要な方向に光を屈折させるアレイ区域を非常に小さく保つことができる。

縁部鮮明度は、この処理で達成することができる最小半径により定めることができる。図１２では、この半径は、Ｒ_minにより示されている。実験により、２００ｎｍ未満の縁部半径Ｒ_minは、ＣａＦ₂で製造された基板上にフライカット処理で達成することができることが公知である。
刃先２４と基板３０の間の速い相対速度の結果として、マイクロレンズの非常に滑らかな表面が達成される。それでも、この表面は、多くの場合に全く滑らかとは限らず、微細な粗さが現れる。この微細な粗さは、基板３０の材料特性、更に工具２２の品質及び摩耗条件に依存する場合がある。例えば、ＣａＦ₂基板の結晶欠陥は、結果として、直径数マイクロメートル及び深さ数ナノメートルの材料破損になる可能性がある。

このような微細な粗さ又は局所的破損を低減するために、フライカット機械２０で製造される表面は、更に別の研磨段階で研磨することができる。様々な研磨法、例えば、研摩布又は研磨懸濁液の使用を備えた方法がこの目的に適している。ロボットの助けを借りて、又は磁気流動流体又は流体噴流を使用することにより、研磨段階を実行することも想定されている。代替的に又は追加的に、研磨は、アレイの表面プロファイルの陰画であるプロファイルを外側に有する回転研磨シリンダで達成することができる。このような研磨シリンダは、フライカット機械２０のスピンドル２６に取り付けることができる。これは、研磨段階により引き起こされるマイクロレンズの表面の形状に関する欠陥が最小にされるという利点を有する。

被覆された基板上にマイクロレンズを形成することは、フライカット処理でも可能である。例えば、ＣａＦ₂は、レジスト、別のニス、又はＡｌ又はＮｉなどの金属のようなより軟質の材料で被覆することができる。マイクロレンズは、コーティングのみ、又はコーティング及び基板材料の両方の中に直接に切り込まれる。好ましくは一定の除去速度で残りのコーティングを除去するために、機械仕上げ面は、次に、エッチング段階でエッチングされる。

フライカット処理には、同じ工具で形成された全てのマイクロレンズが実質的に同一である付加的な利点がある。これは、少なくとも、刃先２４の材料摩耗が、単一のマイクロレンズアレイの製造工程中に無視することができる場合に当て嵌まる。刃先２４が理想的な形状から僅かに偏位する場合もあるが、全てのマイクロレンズは、それでも同じ（決して理想的でない）形状を有する。多くの場合、これは、結果としてマスク平面で得られる強度分布の系統的誤差になるので有利である。このような系統的誤差は、通常、一般的に他の製造技術で生成されるマイクロレンズアレイに対するものである無相関誤差よりも簡単に補正することができる。

他方、マイクロレンズは、個々に（又は、以下で更に説明する小群で）製造されるので、フライカット処理により、単一のマイクロレンズアレイのマイクロレンズ間で又は単一のマイクロレンズ内でさえも、幾何学的な偏位を選択的に導入することができる。これらの偏位を慎重に設計することにより、結果としてマスク平面でより滑らかな強度分布になる平均化効果を達成することができる。これは、節３で以下により詳細に説明する。

フライカット処理は、あらゆる種類の細長マイクロレンズ、例えば、光結合器で又は散乱板で使用されるマイクロレンズを製造するのに適切である。原理的には、基板の同じ側で２つの直交する組の円柱マイクロレンズを切断することにより円環マイクロレンズのアレイを生成するのにフライカット処理を使用することを想定することができる。
以下で、フライカット処理のある一定の改良点をより詳細に説明する。

２．４．基板配向
表面の微細な粗さは、散乱の原因になり、表面研磨費用増大が必要になる。散乱光は、一般的に、結果としてシステム性能の劣化になる。
同方性光学材料、例えば、ＣａＦ₂においても、表面粗度は、刃先が基板に切り込む方向に依存する。この切削方向は、基板がフライカット処理中にゆっくり移動される方向と区別すべきである。
ＣａＦ₂の場合、結晶軸は、｛１１１｝結晶面が光軸に垂直に配置されるように、光軸に対して一定方向に向けられることが多い。ここでは、表現｛１１１｝は、Ｍｉｌｌｅｒ指数形式を使っている１組の同等結晶面を示している。ＣａＦ₂のような立方結晶においては、各平面｛１１１｝は、等しい結晶方向（１１１）の１つに垂直である。（１１１）の丸括弧は、全ての同等結晶方向の組＜１１１＞、＜−１−１−１＞、＜−１−１１＞、＜１−１−１＞、＜１１−１＞、＜−１１１＞、＜１−１１＞、及び＜１１−１＞を示している。Ｍｉｌｌｅｒ指数、結晶方向、及び結晶面に関する詳細に対しては、本出願人に譲渡されたＵＳ２００４／０１０５１７０Ａ１を参照されたい。
ＣａＦ₂の結晶が光学面に垂直に、すなわち、マイクロレンズが形成される基板の機械加工面と平行に｛１１１｝結晶面が一定方向に向けられるように、一定方向に向けられる場合、結晶は、切削表面粗度に関する最適の結果が達成される方向に対して三重の対称性を示している。

図７は、｛１１１｝結晶面と平行な機械加工面を有する基板３０の上面図を示している。破線６０は、基板３０の機械加工面と平行である｛１１１｝結晶面との３つの同等｛１００｝結晶面の交差を示している。破線６６は、頂点６８を有する三角形を形成する。矢印線７０は、３つの｛１００｝結晶面に垂直である理想的な切削方向を示している。驚くべきことに、理想的な切削方向は、単なる方位ではなく、刃先２４が矢印線７０の方向に沿って基板に切り込んだ場合に限り最適の結果を得ることができるという意味での方向である。破線矢印線７２により図７で示す反対の切削方向のいずれに対しても、機械仕上げ面は、実質的に粗度が高くなる。

マイクロレンズが｛１１１｝ＣａＦ₂結晶上で片側でのみ製造されるべきである場合、結晶質の基板３０は、刃先が矢印線７０により示す３つの理想的な切削方向のいずれかに沿って基板３０に切り込むように、単に回転中の刃先２４に対して一定方向に向けられるべきである。回転台４４は、理想的な角度位置に達するまで基板３０を回転させるために使用することができる。
結合器部材１２及び１４の場合に当て嵌まるように、マイクロレンズの２つの直交するアレイを｛１１１｝ＣａＦ₂結晶の両側に製造すべきである場合、理想的な切削方向で両方のアレイを製造することは不可能である。この状況においては、両方の実際の切削方向が理想的な切削方向にできるだけ近いものであるという妥協をすることができる。

この状況は、それぞれ、結合器部材１２の上面及び背面の平面図を示す図８及び図９に示している。両側の実際の切削方向は、拡張されたマイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘに沿って縦軸に対応している。図８及び図９に示すように、両方の表面に対して実際の切削方向と理想的な切削方向７０の間で１５°だけ振れを得ることができる。最大２０°までの理想的な切削方向と実際の切削方向の間の振れは、通常は許容可能であるので、マイクロレンズ１２Ｙ及び１２Ｘは、それでも小さな表面粗度で生成することができるが、マイクロレンズのいずれも理想的な切削方向で製造されたものではない。

走査型の投影露光装置においては、マスクの照明視野は、通常は、Ｘ方向に沿って大きな寸法、及びＹ方向に沿って遥かに小さな寸法を有する。これはまた、マイクロレンズ１２Ｙ、１２Ｘ、１４Ｘ、及び１４Ｙの屈折力に関して含意を有する。第１のマイクロレンズ１２Ｙ及び第４のマイクロレンズ１４Ｙには、照明視野がＹ方向に沿って小さな寸法を有するので、必要なものは、小さな屈折力だけである。第２のマイクロレンズ１２Ｘ、特に第３のマイクロレンズ１４は、より大きな最大散乱角を有する光束を生成すべきであるために、より大きな屈折力を有する。

上述のように、第２のマイクロレンズ１２Ｘ及び第３のマイクロレンズ１４は、第１のマイクロレンズ１２Ｙ及び第４のマイクロレンズ１４Ｙよりも大きな屈折力を有する。それによって、製造公差及び表面の微細な粗さに対する第２のマイクロレンズ１２Ｘ及び第３のマイクロレンズ１４Ｘの感度が増大する。従って、理想的な切削方向７０で、又は理想的な切削方向７０から数°の振れで、第２のマイクロレンズ１２Ｘ及び第３のマイクロレンズ１４Ｘを生成することが有利である可能性があり、一方、理想的な切削方向７０からの振れが増大するほど、第１のマイクロレンズ１２Ｙ及び第４のマイクロレンズ１４Ｙは感度が劣る。上述のように、理想的な切削方向７０からの振れが約２０°超えると、通常は、表面粗度に関して重要な劣化が発生することになる。しかし、多くの場合、仕上げ面粗度のこのような増大は、第１のマイクロレンズ１２Ｙ及び第４のマイクロレンズ１４Ｙの僅かに過ぎない湾曲には許容可能なものである。

２．５．表面プロファイル操作
多くの場合、フライカット処理で生成されるマイクロレンズの湾曲した表面プロファイルを修正することができることが望ましい。１つの誘因は、非円形の表面プロファイルを有するマイクロレンズを製造しにくいということであろう。これは、非円形である刃先２４の製造が非常に高度な処理であり、例えば、１０ｎｍ尺度で刃の湾曲及び波形を判断することができる測定装置の使用を必要とする場合があるからである。これとは対照的に、円形の刃先２４による工具２２の製造の方が遥かに単純かつ安上がりである。従って、フライカット処理に円形の表面プロファイルを有するマイクロレンズを製造して、次に、他の手段でこのプロファイルを修正することが、多くの場合に有利であると考えられる。

表面プロファイルを修正する別の誘因は、マスク平面１８に衝突する光の角度分布を選択的に変えることである。例えば、角度分布により、照明システムのテレセントリック性が決まり、かつ角度分布は、第２の結合器部材１４のある一定の区域だけで第３のマイクロレンズ１４の湾曲した表面プロファイルを変えることにより修正することができる。
これを第２の結合器部材１４の上面図を示す図１０を参照して説明する。簡潔さを期すために、左上のコーナでは、第３のマイクロレンズ１４Ｘの一部だけが示されている。第３のマイクロレンズ１４Ｘの湾曲した表面プロファイルは、より多くの光エネルギが区域７２でマイクロレンズ１４Ｘにより放出される光束の中央に集中するように、区域７２において修正される。従って、区域７２の中の実線により図１０に示すように、より多くの光エネルギがマスク平面１８の中央に集中する。このような修正された角度分布は、第３のマイクロレンズ１４Ｘの頂点帯を平坦化することにより生成することができる。

第２の区域７４においては、第３のマイクロレンズ１４Ｘの湾曲した表面プロファイルは、異なる方法で修正される。ここでは、修正は、より多くの光エネルギがより大きな角度で屈折されるように行われ、それによって光エネルギがＸ方向（区域７４の実線を参照されたい）に中心部から照明視野の縁までシフトされた強度分布がマスク平面１８で得られる。このような修正は、曲率が第３のマイクロレンズ１４Ｘの側面の方向へ減少するように材料を除去することにより行うことができる。

第１の区域７２及び第２の区域７４は、対が互いに垂直に配置された２対の対極を形成するので、マスク平面１８の中央の地点では、第１の区域７２に関連した方向から受光する光量が増大し、第２の区域７４に関連した方向から受光する光エネルギ量が減少する。照明視野の縁（Ｘ方向で）の点に対しては、同じことが適用され、その逆も適用される。これは、一方でマスク平面１８上の入射角と、他方で光線が第２の結合器部材１４を通過する光軸ＯＡからの距離との間の関係が光線毎にあることを利用するものである（図２も参照されたい）。区域７２及び区域７４内でマイクロレンズにより生成される補完的な強度分布の結果として、マスク平面上各点では、それでも、受光する光エネルギは同じ量である。

当然のことながら、図１０に示す特定の修正は、例示的なものに過ぎない。第２の結合器部材１４上のある一定の区域に制限されるマイクロレンズの表面プロファイルの様々な他の修正も角度分布の視野依存の修正の場合に可能である。例えば、区域７２、７４のマイクロレンズは、異なる角度強度分布を生成することができ、又は区域の数や位置を変えることもできる。当然のことながら、全てのマイクロレンズ１４Ｘの表面プロファイルも、同様に異なる程度に修正することができる。従って、マイクロレンズ１４Ｘの表面全体のある一定の区域に制限されるか又はマイクロレンズ１４Ｘの表面にわたって変る表面プロファイル修正は、角度分布の視野依存の修正を選択的に生成する優れた処置である。角度分布により、直接、テレセントリック性と、通常は照明システムの瞳孔楕円率と呼ばれるものとが決まる。
表面プロファイルを選択的に修正する更に別の誘因は、マスク平面の強度均一性を改善することである。これを節３．３で以下により詳細に説明する。
以下では、フライカット処理で生成されるマイクロレンズの湾曲した表面プロファイルを選択的に修正することを可能にする様々な方法を説明する。

２．５．１．研磨
節２．３で上述の研磨法は、例えば、マイクロレンズの縦軸に垂直な平面で又はアレイのある一定の区域内のみで非球面レンズの効果を達成するために、アレイの全てのマイクロレンズの湾曲した表面プロファイルを修正するのに用いることができる。例えば、研摩布でマイクロレンズの頂点領域を平坦化することができる。他の研磨法、例えば、磁気流動性流体でマイクロレンズの側面から材料を選択的に磨削することさえ可能である。

２．５．２．イオンビーム
マイクロレンズが均質なイオンビームに露光された場合、複数のイオンが、マイクロレンズ又はその一部の表面に衝突する。イオンは、他の量の中でもとりわけ、マイクロレンズの材料、及びイオンのエネルギ及び電流密度にも依存する摩損又はエッチング速度Ｒでマイクロレンズの表面から原子を除去する。その上、エッチング速度Ｒは、局所入射角に強く依存する。
図１１に示すグラフは、５００ｅＶのイオンエネルギの場合のＣａＦ₂（実線）、及び比較のためのレジスト（破線）の局所入射角φに対するエッチング速度Ｒの依存性を例示している。

イオンビームの断面は、最大寸法がマイクロレンズのピッチより大きい、好ましくは、５倍又はそれよりも大きいように選択される。イオンが共通のイオンビーム方向と全て平行して移動するので（少なくとも実質的に）、この状態により、イオンが表面に衝突する局所入射角φが、マイクロレンズの縦軸に垂直である方向に沿って変化することを保証する。これは、斜視図で複数の第３のマイクロレンズ１４Ｘを示す図１２から明らかである。この実施形態では、イオンビーム源７６は、イオンビーム方向７８を有する均質なイオンビームを生成する。この点における「均質」という用語は、イオンビームのイオン電流密度がビームの断面にわたって一定である（少なくとも実質的に）ということを示している。イオンビーム源７６により生成されるイオンビームのイオン電流密度が、ビームの外側部分に向けて有意に減少する場合、それらの部分を阻止するイオン停止具としてダイヤフラムを使用することができる。イオンビーム供給源７６は、イオンビームが第３のマイクロレンズ１４Ｘ上にあらゆる角度で導かれるように、２つの直交する軸線８０、８２周りに回転させることができる。共通の平面内に延びるマイクロレンズのみがエッチングされるべきである場合、通常、イオンビーム供給源７６を回転させる代わりに、傾斜台を使用して基板３０を保持する基板３０を回転させる方が簡単である。

第３のマイクロレンズ１４Ｘが上に形成された基板３０は、それぞれ、二重の矢印８４及び８６により示すように、直交する方向Ｘ及びＹに沿ってマイクロレンズ１４Ｘを変位させることを可能にする位置決め台に固定される。このようにして、イオンビームに露光される第３のマイクロレンズ１４Ｘ上の区域８７を変えることができる。当然のことながら、露光された区域８７は、あらゆる幾何学を有することができ、かつ図１２に概略的に示されているものよりも小さいか又は大きいものとすることができる。例えば、イオンビームの直径が第２の結合器部材１４の表面全体より大きい場合、全ての第３のマイクロレンズ１４Ｘは、特定の時間に同時にイオンビームに露光される。イオンビームの断面が第２の結合器の表面全体より小さい最大寸法を有する場合、この表面の一部のみが、同時にイオンビームに露光される。これは、図１０を参照して節２．５で上述のように、第３のマイクロレンズ１４Ｘの異なる区域を別様に再加工すべきである場合に有利であろう。これは、以下でより詳細に説明するように、平均化効果を利用することによりマスク平面内の強度分布における波紋を取り除くのに用いることができる。

αがイオンビーム方向とＺ方向の間で形成される開口角を示し、βがイオンビーム方向７８とＹ方向の間の方位角（図１３を参照されたい）を示す場合、マイクロレンズ１４Ｘの湾曲した表面上の局所入射角φは、式（１）により示される。

関数ｆ（ｘ）は、マイクロレンズの湾曲した表面プロファイルを定める。
イオンビームが１つ又は複数のマイクロレンズ上に導かれる場合、局所入射角φに対するエッチング速度Ｒの依存性、及び更に表面プロファイルｆ（ｘ）に対するこの角度φの依存性により、エッチング速度Ｒがマイクロレンズの表面にわたって変化することが保証される。これは、次に、１回でマイクロレンズの表面プロファイルを修正することを可能にする。特に、単一のマイクロレンズの一部で非常に細いイオンビームを導くか、又はエッチング時間を制御することによってエッチング速度を変える必要がない。代替的に、表面プロファイル修正は、主として、イオンビームがマイクロレンズ１４Ｘ上に導かれる角度α及びβで判断される。

エッチ速度Ｒも進行中のイオンが衝突する材料に依存するので（図１１を参照されたい）、慎重に選択された材料から成るか又は異なる材料の層を含むコーティングを第３のマイクロレンズ１４Ｘ上に堆積させることができる。コーティングの材料は、次に、望ましい表面操作を得るために必要である処理パラメータを決める時に利用することができる付加的な設計自由度を提供する。材料がＣａＦ₂のような異方性結晶である場合、エッチング速度Ｒも結晶方位に依存する。これは、イオンエッチング処理のパラメータを決める時に考慮すべきである。

図１４は、方位角β＝０°である第１の例示的な設定を示している。イオンビーム方向７８は、こうしてＹ方向に平行であり、かつ第３のマイクロレンズ１４Ｘが延びるＸＹ平面に垂直である入射面にある。このような設定により、イオンビームにより引き起こされる摩損が各第３のマイクロレンズ１４Ｘの両側で対称形であることを保証する。しかし、このような設定では、より大きな開口角αでさえ、各マイクロレンズの頂点区域上で実質的な摩損を得るのは困難である。これを、異なる開口角αに関する単一のマイクロレンズのピッチにわたるエッチング速度Ｒの依存を示す図１５のグラフに例示する。開口角α＝７５°を除き、エッチング速度Ｒは、Ｘ方向のマイクロレンズの頂点線からの距離Ｘの増加と共に増加する。

従って、方位角β＝０であるこの設定は、主として、材料が主にマイクロレンズの側面から除去されるべきである表面プロファイル修正に適するものである。通常、このような修正により、プロファイルにより三角形の形状が得られる。
しかし、多くの場合に、表面プロファイルにより矩形の形状を与えるために頂点領域を平坦化することが所望される。これらの場合、方位角β＝９０°である図１６に示す第２の例示的な設定を用いる方がよい。イオンビーム方向７８は、こうしてＹ方向に垂直な入射面にある。

図１７のグラフに示すように、エッチング速度Ｒは、ここでは変り方がより強く、かつ大きな開口角α＝７５°では、最大のエッチング速度Ｒは、殆どマイクロレンズの頂点線（ｘ＝０）で達成される。しかし、開口角α≠０°に対しては、エッチング速度Ｒは、頂点線（ｘ＝０）に対して対称形でない。これは、第３のマイクロレンズ１４Ｘの表面プロファイルが頂点線に対して非対称で変動されることを意味する。これは、少なくとも一般的には望ましくないので、付加的なイオンビームエッチング処理を、同じ方位角β＝９０°を有するイオンビームで、ただし開口角−αで実行すべきである。図１６では、対向する開口角αを有する２つのこのようなイオンビームのイオンビーム方向７８ａ、７８ｂが点線として示されている。

異なるイオンビーム方向を有する２つのイオンビーム７８ａ、７８ｂへのマイクロレンズの露光は、次に、２つのエッチング処理間で傾斜されるか又は他の方法で調節される単一のイオンビーム供給源７６で実行することができる。同じ効果は、第３のマイクロレンズ１４Ｘより上方に適切に配置された付加的なイオンビーム源の助けを借りて得られる。２つのイオンビーム源の設置により、加工時間の半減を達成することができる。

図１８のグラフは、２つのイオンビームが第３のマイクロレンズ１４Ｘ上へ両側から導かれる場合に得られる全体的なエッチング速度Ｒを示している。全体的なエッチ速度Ｒは、ここでは、開口角α≠０°に対しても対称形であり、かつより大きな開口角α＞５０°に対しては、エッチング速度Ｒは、頂点線から更に離れた地点よりもマイクロレンズの頂点線での方が大きい。従って、方位角β＝９０°によるこの設定は、通常、マイクロレンズが頂点領域で平坦化されるべきである場合に好ましい。

マイクロレンズの露光中に開口角αを変えることも可能である。それによって望ましい表面操作を得るために必要である処理パラメータを決める時に利用することができる付加的な設計自由度が得られる。
イオンビームエッチング処理の上述の説明は、第３のマイクロレンズ１４Ｘに例示的に関連することに注意すべきである。当然のことながら、他のマイクロレンズ及び特に第２のマイクロレンズ１２Ｘは、上述のものと同じ方法でイオンビームを使用して再加工することができる。

３．幾何学的形状の変動
以下では、マイクロレンズの幾何学的形状のある一定の変動を説明する。フライカット処理を使用して生成することができる変動は、第２及び第３のマイクロレンズ１２Ｘ、１４Ｘ間の厳密な幾何学的な相関関係を部分的に破壊する目的を有するものである。全ての第２のマイクロレンズ１２Ｘが必ずしも同じ方法で対応する第３のマイクロレンズ１４Ｘを照らすというわけではない場合、マスク平面１８で第３のマイクロレンズにより生成される強度分布は、Ｘ方向に沿って僅かにずれる。それによって、以下でより詳細に説明するように、マスク平面で強度分布の均一性が改善する。

言うまでもなく、同じ手法は、変更すべき点を変更して、第１及び第４のマイクロレン１２Ｙ、１４Ｙに適用することができる。しかし、Ｙ方向に沿った強度分布の均一性は、マスクの走査運動がいずれにしろ平均化効果を生成するので、殆ど重要でないことが多い。そういう理由から、以下の説明は、常に、Ｘ方向に沿って強度分布を生成する第２及び第３のマイクロレンズ１２Ｘ、１４Ｘに関するものである。

３．１．ピッチ変動
図１９は、別の実施形態による第１で第２の結合器部材１１２、１１４の拡大断面を示している。この実施形態では、第１の結合器部材１１２の第２のマイクロレンズ１１２Ｘは、等しいピッチｐ₁で規則正しく配置され、かつ全てが同じ表面プロファイルを有すると仮定されている。第２の結合器部材１１４上に配置された第３のマイクロレンズ１１４Ｘは、同じ曲率半径を有する円形の表面プロファイルを有する。しかし、第３のマイクロレンズ１１４Ｘのピッチｐ₂₁、ｐ₂₂、．．．、ｐ_2nは変動する。この実施形態では、ピッチｐ₂₁、ｐ₂₂、．．．、ｐ_2nの変動は、ある一定の範囲の全てのピッチｐ₂₁、ｐ₂₂、．．．、ｐ_2nが同じ発生で発生するように、均等分配関数に従う。ピッチの平均値が第１の結合器部材１２のｐ₁と同じであるので、依然として対向した第２及び第３のマイクロレンズ１１２Ｘ、１１４Ｘ間に１対１の対応がある。ピッチ変動の結果として、第２のマイクロレンズ１１２Ｘの頂点線Ｖは、一般的に、もはや対応する第３のマイクロレンズ１１４Ｘの頂点線Ｖ₁、Ｖ₂、．．．、Ｖ_nと一致しない。代替的に、対応する頂点線間の距離も、均等分配関数に従って変動する。

図２０は、単一の第３のマイクロレンズ１１４Ｘにより生成されるマスク平面１８のｘ座標の関数としての強度分布Ｅ（ｘ）を示すグラフである。第３のマイクロレンズ１１４Ｘの表面プロファイルは、ｘ方向に沿ったマスク平面１８の強度分布が、少なくとも照明視野（すなわち、−ｘ₀と＋ｘ₀の間のｘ座標）内で殆ど平坦であるように決定される。
しかし、マイクロレンズ１１４Ｘの残留表面粗度のような様々な理由から、強度分布は、図２０で概略的に示すように、完全に平坦であるわけではなく、小さな振幅及び高い周波数を有する複数の波紋を示している。全ての第３のマイクロレンズが図２０で示すように同じ強度分布を生成すると仮定した場合、重ね合わされた強度分布は、波紋が、絶対値の意味で、重ね合わせのために単一の第３のマイクロレンズに対してより強くなった全体強度分布をもたらすであろう。しかし、製作公差のために、第３のマイクロレンズは、決して完全に等しいわけではなく、従って、マスク平面１８で第３のマイクロレンズにより生成される強度分布も若干変動する。このような若干異なる強度分布が重なり合うと、各単一の第３のマイクロレンズ１１４Ｘの強度分布で観察される波紋を部分的に排除する平均化又は不鮮明化効果が発生する。

しかし、例えば、刃先２４の欠陥又は刃先２４の摩耗により生成される場合があるより大きな波紋は、全ての第３のマイクロレンズで存在する恐れがあり、かつマスク平面１８での全ての第３のマイクロレンズの全体強度分布の結果として生じる波紋は、明らかに検出可能なものである。より大きな波紋がなくても、平均化効果では、全ての第３のマイクロレンズの全体強度分布内の波紋を十分に排除するには不十分であろう。

第３のマイクロレンズ１１４Ｘのピッチｐ₂₁、ｐ₂₂、．．．、ｐ_2nは、図１９に示す実施形態では変動するので、対応する頂点線間の距離も上述のように同様に変動する。その結果として、第３のマイクロレンズ１１４Ｘは、異なる方法で、すなわち、Ｘ方向に沿って横方向に変位される程度が異なる照射のための光束で、第２のマイクロレンズ１２Ｘにより照らされる。これは、次に、各第３のマイクロレンズ１１４Ｘにより生成される強度分布が、僅かな距離だけＸ方向に沿ってシフトされることを引き起こすことになる。この距離は、第３のマイクロレンズ１１４Ｘの頂点線Ｖ_2kが対応する第２のマイクロレンズ１１２Ｘの頂点線Ｖに対して横方向に変位する距離に比例する。

図２１では、図２０に示す複数の強度分布は、点線により示されている。強度分布は、均等分配関数により与えられる距離によりＸ方向に沿って変位する。従って、各距離は、所定の範囲内で同じ発生で存在する。９０により示される濃い実線は、総強度分布が、個々の第３のマイクロレンズ１１４Ｘにより生成される全ての強度分布を重畳することによって得られることを表している。僅かに変位した強度分布の平均化効果のために、総強度分布９０は、現在照明視野（−ｘｏと＋ｘｏの間のｘ座標）内では殆ど完全に平坦であることが分る。マスク平面１８の強度分布の横方向変位の結果として、一部の光が消失する。これは、図２１で、照明視野の外側の全体強度分布９０のより幅の広い傾斜により表されている。この光損失は、例えば、照明システムの光源により生成される時間単位当たりの光エネルギの僅かな増加により補正することができる。

当然のことながら、同じ効果は、第３のマイクロレンズ１１４Ｘではなく第２のマイクロレンズ１１２Ｘが異なるピッチを有する場合にも達成される。その上、第２及び第３のマイクロレンズ１１２Ｘ、１１４Ｘの両方が異なるピッチを有する可能性もある。簡潔さを期すために、どのようにすると異なるピッチを有するマイクロレンズを生成することができるかの以下の説明は、第３のマイクロレンズ１１４Ｘだけに言及するものである。
以下では、異なるピッチを有する第３のマイクロレンズ１１４Ｘをフライカット処理を使用して生成することができる方法に対して説明する。図２２ａから図２２１は、第３のマイクロレンズ１１４Ｘ製造中の様々なその後の段階での基板３０の断面を示している。これらの段階中に刃先２４に垂直である方向に沿って基板３０が移動されると仮定されている。

図２２ａでは、刃先２４を有する工具２２がどのように基板３０の方へ移動するかが示されている。図２２ｂでは、回転軸２８周りの回転中に基板に入った時に工具２２がどのように基板３０に切り込むかを見ることができる。図２２ｃは、第１のマイクロレンズ１１４Ｘ１が形成されるように材料が工具２２により除去された基板３０を示している。
第１のマイクロレンズ１１４Ｘ１が完全に形成された後、マイクロレンズ１１４Ｘ１に並んで配置された次のマイクロレンズを形成することができるように、基板３０が横へ変位される。

図２２ｅ及び図２２ｆは、図２２ｂ及び２２ｃに対応する。図２２ｆでは、第１のマイクロレンズ１１４ｘ１と同じピッチを有する第２のマイクロレンズ１１４ｘ２が形成されていることが分る。
第２のマイクロレンズ１１４Ｘ２が形成された後、基板３０は、再び変位されるが、今回は、距離は小さくなっている。その結果として、工具２２は、部分的に第２のマイクロレンズ１１４Ｘ２に切り込み、それによってＷ字形の溝９２が、第２のマイクロレンズ１１４Ｘ２と第３のマイクロレンズ１１４Ｘ３の間に形成される。
第３のマイクロレンズ１１４Ｘ３の製造が完了された後、基板３０は、横へ再び変位されるが、今回は、従来の距離より大きい距離分である。その結果として、工具２２により生成される第４のマイクロレンズ１１４Ｘ４は、ここでは、三角形のプロファイルを有する隆起部９４により、第３のマイクロレンズ１１４Ｘ３から離間している。

図２２ａ〜図２２ｌから、異なるピッチを有するマイクロレンズの製造により、原理的には、マイクロレンズアレイの性能を悪化させる可能性がある隣接した不要な溝９２又は隆起部９４がマイクロレンズ間に生成されることが明らかである。ただし、簡潔さを期すために、溝９２及び隆起部９４は、かなり拡大されている。実際的なマイクロレンズアレイにおいては、ピッチ変動は非常に小さく、平均ピッチの１％を上回らないことが好ましい。従って、溝９２及び隆起部９４は、非常に小さいので、光学特性に及ぼすあらゆる悪影響は、マスク平面１８での僅かに変位した強度分布の重ね合わせによって得られる改善により実質的に相殺される。この関連において、隣接したマイクロレンズが当接する縁部では、いずれにしろ、図１２に関して上述したように、理想的な形状に対する違いがあることに注意すべきである。

３．２．縦軸の変動
図２３及び図２４は、それぞれ、上面図及び側面図で別の実施形態による第３のマイクロレンズ２１４Ｘのアレイを示している。この実施形態では、第３のマイクロレンズ２１４Ｘは、互いに平行して延びるが、縦軸は、第２のマイクロレンズ１２Ｘの縦軸に対して傾斜される。第２のマイクロレンズ１２Ｘの規則的なアレイは、図２４では、隣接した第２のマイクロレンズ１２Ｘが当接する点線による境界線９６により示されている。

第３のマイクロレンズ２１４Ｘは、前後に整列した複数の異なる部分を含むと考えることができる。これらの部分は、ジグザグ線を形成する縦軸及び頂点線を有する。全てのマイクロレンズに対して全長に沿って等しいピッチを意味する、全ての第３のマイクロレンズ２１４Ｘが平行に配置されるので、隣接した第３のマイクロレンズ２１４Ｘが当接する境界線９７も、ジグザグ線を形成する。明確に分るように、第３のマイクロレンズ２１４Ｘのジグザクの境界線９７は、対応する第２のマイクロレンズ１２Ｘの直線的な境界線９６の周りに「巻き付く」。

同じことは、第２のマイクロレンズ１２Ｘの頂点線に対する第３のマイクロレンズ２１４Ｘの頂点線にも当て嵌まる。従って、図２３に示す境界線９６及び９７は、マイクロレンズピッチの半分だけ横方向に変位されたマイクロレンズアレイの頂点線を等しく表すことができる。従って、図２３の上面図は、光結合器１０の光軸（すなわち、Ｚ方向）に沿った第２のマイクロレンズ１２Ｘ及び第３のマイクロレンズ２１４Ｘの頂点線を投影したものと見なすことができる。

このジグザグ形は、第２のマイクロレンズ１２Ｘと第３のマイクロレンズ２１４Ｘの間の１対１の対応が維持されることを保証する。ジグザグ線は、δの傾斜角で規則的であるので、対応する第２のマイクロレンズ１２Ｘの頂点線に対する第３のマイクロレンズ２１４Ｘの頂点線の横方向のずれも均等分配関数に従う。第２のマイクロレンズ１２Ｘに対して第３のマイクロレンズ２１４Ｘの横方向変位のために、第３のマイクロレンズ２１４Ｘは、異なる方法で、すなわち、Ｘ方向に沿って横方向に変位される程度が異なる照射のための光束で、第２のマイクロレンズ１２Ｘにより照らされる。変位の程度は、対応するマイクロレンズの単一の対毎にＹ方向に沿って連続的に変化する。これは、次に、各第３のマイクロレンズ１２４Ｘにより生成される強度分布が、僅かな距離だけＸ方向に沿ってシフトされることを引き起こすことになる。従って、図１９に示す実施形態の第３のマイクロレンズ１１４Ｘに対して、図２１に示すように本質的に同じ効果が達成される。

当然のことながら、第３のマイクロレンズの軸線がジグザグ線ではなく、蛇行線（すなわち、連続的に湾曲した線）、又は図２３に示すよりも複雑な形を有するジグザグ線を形成する場合も類似した影響が達成される。その上、この実施形態では、第２のマイクロレンズ１２Ｘだけ、又は両方の第２及び第３のマイクロレンズ１２Ｘ、２１４Ｘは、様々な形状のジグザク線又は蛇行線を形成する縦軸を有する隣接した部分を有することができることにも注意すべきである。
このようなマイクロレンズを製造するために、フライカット処理を同様に用いることができる。例えば、蛇行線縦軸を有するマイクロレンズを生成するためには、フライカット処理中に回転軸４６周りにゆっくりと回転台４４を回転させることが必要なだけである。

３．３．表面プロファイルの変動
マスク平面１８の強度分布の均一性を改善するためにも、節２．５で示したプロファイル形状修正を有利に用いることができることは上述した。個々のマイクロレンズ又はその一部を研磨又はイオンビームエッチングすることにより、製造公差のために存在する変動を増した表面プロファイル変動を選択的に生成することができる。これらの変動を慎重に設計することにより、殆ど完全に均一な強度分布が達成される程度まで、マスク平面１８内の異なる強度分布の重ね合わせによって得られる平均化効果を増大させることができる。
以下では、非常に単純な手段で表面プロファイルを選択的に変えることができる代替方法を説明する。

３．３．１．交互配置マイクロレンズ製造シーケンス
マイクロレンズアレイ製造中、切削工具２２には、通常、刃先２４の幾何学的形状及び切削品質に影響を及ぼす摩耗が発生する。通常、新しいマイクロレンズが既存のものの直近に隣接して製造されるように、マイクロレンズは、次々と製造される。次に、隣接したマイクロレンズの表面プロファイルは、殆ど同一であるが、切削工具２２摩耗の増加のために、アレイの表面にわたって若干異なっている。それによって他の手段により簡単には補正することができない均一性分布の系統的誤差が導入される。

これらの悪影響は、マイクロレンズが交互配置製造シーケンスで製造される製造工程を用いて回避することができる。これが意味することが、図２５ａから図２５ｅに例示されており、図２５ａから図２５ｅは、製造工程中の様々なその後の段階での基板３０及び工具２２を断面で示している。
第１のマイクロレンズ３１４Ｘ１１が形成された（図２５ａ）後、第２のマイクロレンズ３１４Ｘ１２が形成される前に、基板３０は、マイクロレンズピッチ（図２５ｂ）の倍数で横へ移動される。同じことが、第２のマイクロレンズ３１４Ｘ１２の製造が完了された後（図２５ｃ）等々に第３のマイクロレンズ３１４Ｘ１３に対しても適用される。

基板の表面全体がマイクロレンズピッチの倍数により離間したマイクロレンズ３１４Ｘ１１、３１４Ｘ１２、３１４Ｘ１３、．．．、３１４Ｘ１ｎで覆われた後、図２５ｄ及び図２５２５ｅで示めすように、等しい間隔で配置されたマイクロレンズの３１４Ｘ２１、３１４Ｘ２２、３１４Ｘ２３、．．．、３１４Ｘ２ｎの第２のアレイが同様に製造される。
この交互配置製造シーケンスにより、節３．１及び節３．２で上述したことに類似した平均化効果を達成するのに隣接したマイクロレンズの表面プロファイル間の差異で実質的に十分であることが保証される。それにも関わらず、表面プロファイルの系統的な変化は、マイクロレンズの縦方向に垂直な方向にはない。

３．３．２．切削工具による再加工
マイクロレンズの完全なアレイが基板３０上に製造された後、同じか又は好ましくは若干異なる切削工具を使用して、何らかの、例えば、第２番目ごと又は第３番目ごとのマイクロレンズを再加工することができ、それによって表面プロファイルの変動が生成される。
図２６は、第１の実行で第３のマイクロレンズ４１２Ｘを形成した工具と異なる工具１２２で、どのようにして第３のマイクロレンズ４１２Ｘの第２番目毎のマイクロレンズが再形成されるかに関して説明している。当然のことながら、マイクロレンズ４１２Ｘは、１つよりも多い付加的な工具１２２でも再加工することができる。

図２７は、第１の実行でマイクロレンズ５１２Ｘの製造に使用されたのと同じ工具２２で、マイクロレンズ５１２Ｘの全て又は一部のみが再形成される代替方法を例示している。しかし、基板２８は、再加工対象のマイクロレンズが工具２２に対して僅かに横方向に相殺されるように、スピンドル２６に対して位置決めされている。それによって図１９を参照して上述したものに類似したピッチ変動が得られる。

３．３．３．異なる工具
異なる表面プロファイル又はピッチを有するマイクロレンズを生成する非常に単純な方法は、望ましい表面プロファイル及び／又はピッチに特に適する異なる切削工具を使用することである。図２９は、第３のマイクロレンズ６１４Ｘが、全て同じピッチを有するが、ｒ₁から：ｒ₄により示される異なる曲率半径を有するマイクロレンズアレイの断面を示している。異なる曲率は、簡潔さを期すために、図２９ではかなり誇張されており、実際的なマイクロレンズアレイにおいては、曲率半径の変動は、僅か１パーセントであろう。マイクロレンズ６１４Ｘのこのようなアレイが、第２のマイクロレンズ１２Ｘの規則的なアレイにより照らされた場合、異なる幅を有する４つの強度分布が、マスク平面１８において重畳される。それによって全体強度分布内の不要な波紋がかなり低減される。
第３のマイクロレンズ６１４Ｘを製造するために、図２５ａから図２５ｅを参照して節３．３．１で上述の交互配置製造シーケンスを適用することができ、平行かつ離間したマイクロレンズの各アレイは、異なる切削工具２２で形成される。

３．３．２．多重刃先工具
単一の刃先だけを有する工具を使用する代わりに、いくつかの刃先が並んで配置された工具を使用することができる。多重刃先工具上に設けられる刃先が多いほど、マイクロレンズアレイを製造する総機械加工時間が短縮されることになる。
多重刃先工具を設置すると、単一のフライカットサイクルで異なる表面プロファイル及び／又はピッチを有する複数のマイクロレンズを生成することができる。例えば、図２８に示す第３のマイクロレンズ６１４Ｘを製造するために、１つのフライカットサイクルで４つの隣接したマイクロレンズ６１４Ｘを形成する４枚刃切削工具を使用することができる。

図２９は、２つの異なる刃先２２４ａ、２２４ｂを含む工具２２２の概略正面図を示している。ここでは、刃先２４ａ、２４ｂは、１マイクロレンズピッチだけ離間している。このような構成は、図２１に示すものに類似した方法でマイクロレンズのアレイを再加工するのに有利であろう。
図３０は、３つの隣接した刃先３２４ａ、３２４ｂ、３２４ｃを有する多重刃先工具３２２の正面図である。多重刃先工具３２２は、隣接したマイクロレンズの群の周期的なアレイを製造するために最適化されており、１つの群内のマイクロレンズは、異なる表面プロファイルを有する。工具３２２を用いると、製造工程中に工具交換は不要である。

４．散乱板
上述のように、節２及び３で説明した異なる実施形態のフライカット処理は、他の種類の細長マイクロレンズの製造にも有利に用いることができる。例えば、開示内容全体が本明細書において引用により組み込まれている国際特許出願ＰＣＴ／ＥＰ２００７／００１２６７では、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいてマイクロレンズの平行アレイを有する散乱板を使用することを提案している。
図３１は、図１に類似した図での光結合器１０の斜視図である。この実施形態では、２つの散乱板９８及び１００は、それぞれ、光結合器１０の前と後に配置される。散乱板９８、１００も、上述のマイクロレンズに類似した異なる幾何学的形状を有するマイクロレンズのアレイを含む。

好ましい実施形態の以上の説明は、一例として行ったものである。与えた開示内容から、当業者は、本発明及びその付随する利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法に対する様々な変更及び修正が明らかなことを見出すであろう。本出願人は、従って、特許請求の範囲及びその均等物によって規定される本発明の精神及び範囲に該当する全てのこのような変更及び修正を含むことを求めるものである。

本発明による光結合器の斜視図である。 マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムの光結合器の一部のマイクロレンズ、集光レンズ、及びマスク平面の概略子午断面図である。 フライカット処理を用いて図１に示す光結合器を製造する機械の概略側面図である。 フライカット処理に使用される工具のための保持具の側面図である。 工具の斜視図である。 工具の上面図である。 （１１１）ＣａＦ２基板上の上面図である。 基板の反対側のマイクロレンズアレイに対して図７に示す基板の結晶方位を示す図である。 マイクロレンズの表面プロファイルが異なる区域を有し、結果として円で示される強度分布になるマイクロレンズアレイの上面図である。 イオンビームエッジングに関する入射角からのエッチング速度の依存を示すグラフである。 マイクロレンズのイオンビームエッジングに関する全体的な設定の概略斜視図である。 用語方位角及び開口角を例示する図である。 図１１に類似した図であるが、方位角β＝０°を備えたイオンビームエッジングの別の設定を示す図である。 開口角からのエッチング速度Ｒ及びマイクロレンズの頂点線からの距離の依存を例示するグラフである。 図１２に類似した図であるが、方位角β＝９０°を備えたイオンビームエッジングの別の設定を示す図である。 図１６に示す設定に関する図１５に類似したグラフである。 図１７に類似しているが、イオンビームがマイクロレンズの両側面に対称的に導かれる状態でのグラフである。 一方のアレイのマイクロレンズが異なるピッチを有する２つの対向したマイクロレンズアレイの側面図である。 単一のマイクロレンズにより生成されるマスク平面での強度分布を示すグラフである。 図１９に示すマイクロレンズアレイの全てのマイクロレンズの強度分布の重ね合わせによって得られるマスク平面での総強度分布を示すグラフである。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 単一の切削工具で異なるピッチを有を有するマイクロレンズの製造を例示する図である。 マイクロレンズの縦軸がジグザグ線に平行である別の実施形態によるマイクロレンズアレイの上面図である。 図２３に示すマイクロレンズの側面図である。 マイクロレンズアレイの製造を交互配置マイクロレンズ構成で例示する図である。 マイクロレンズアレイの製造を交互配置マイクロレンズ構成で例示する図である。 マイクロレンズアレイの製造を交互配置マイクロレンズ構成で例示する図である。 マイクロレンズアレイの製造を交互配置マイクロレンズ構成で例示する図である。 マイクロレンズアレイの製造を交互配置マイクロレンズ構成で例示する図である。 第１の実施形態による再加工処理を例示するマイクロレンズアレイの側面図である。 第２の実施形態による図２６に類似した側面図である。 マイクロレンズが異なる円形曲率を有する表面プロファイルを有するマイクロレンズアレイの断面図である。 第１の実施形態による多重刃先切削工具の概略正面図である。 第２の実施形態による多重刃先切削工具の正面図である。 図１に示す光結合器及び２つの散乱板を含む光学的構成の斜視図である。

符号の説明

１１２Ｘ 第１のマイクロレンズの第１のアレイ
１１４Ｘ 第２のマイクロレンズの第２のアレイ
Ｖ 第１の頂点線
Ｖ₁からＶ₄ 第２の頂点線

Claims (19)

1. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて複数の２次光源を生成するための光結合器であって、
   ａ）第１の平面に並んで配置されて第１の頂点線（Ｖ）を有する細長い凸状に湾曲した第１のマイクロレンズ（１１２Ｘ）の第１のアレイ、
   ｂ）第２の平面に並んで配置されて第２の頂点線（Ｖ₁〜Ｖ₄）を有する細長い凸状に湾曲した第２のマイクロレンズ（１１４Ｘ、２１４Ｘ）の第２のアレイ、
   を含み、
   少なくとも１つの第２の頂点線又はその一部分は、光結合器の光軸に沿った投影において、前記第１の頂点線（Ｖ）又はその一部分のいずれの１つとも一致しない、
   ことを特徴とする光結合器。
2. 前記少なくとも１つの第２の頂点線（Ｖ₁〜Ｖ₄）又はその一部分は、ジグザク線を形成することを特徴とする請求項１に記載の光結合器。
3. 前記少なくとも１つの第２の頂点線（Ｖ₁〜Ｖ₄）又はその一部分の、互いに隣接する直線部分は、基準方向に対して角度δだけ傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の光結合器。
4. 前記少なくとも１つの第２の頂点線又はその一部分は、蛇行線を形成することを特徴とする請求項１に記載の光結合器。
5. 前記第１のマイクロレンズ（１１２Ｘ）は、前記第２のマイクロレンズ（１１４Ｘ、２１４Ｘ）の縦軸と少なくとも実質的に平行である第１の縦方向と平行に延びる縦軸を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の光結合器。
6. 前記第２のマイクロレンズ（１１４Ｘ）は、様々なピッチを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光結合器。
7. 前記第１の頂点線（Ｖ）及び前記第２の頂点線（Ｖ₁〜Ｖ₄）は、直線的であることを特徴とする請求項６に記載の光結合器。
8. 前記第２のマイクロレンズ（１１４Ｘ）は、同一表面プロファイルを有することを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の光結合器。
9. 前記第１のマイクロレンズ（１２Ｘ、１１２Ｘ）と前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ、１１４、２１４）の間に１対１の対応が存在することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の光結合器。
10. 前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ、１１４、２１４）の焦点面が、前記第１の平面と少なくとも実質的に一致することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の光結合器。
11. 前記第１のマイクロレンズ（１２Ｘ、１１２Ｘ）及び前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ、１１４、２１４）は、５ｍｍ未満のピッチを有することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の光結合器。
12. 前記第１のマイクロレンズ（１２Ｘ、１１２Ｘ）及び前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ、１１４、２１４）は、２ｍｍ未満のピッチを有することを特徴とする請求項１１に記載の光結合器。
13. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光結合器（１０）を含む、マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システム。
14. ２次光源の前又はその後に配置された複数のマイクロレンズを含む少なくとも１つの散乱構造体（９８、１００）を含むことを特徴とする請求項１３に記載の照明システム。
15. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて複数の２次光源を生成するための光結合器であって、
    ａ）第１の平面に並んで配置されて第１の頂点線を有する細長い第１のマイクロレンズの第１のアレイ、
    ｂ）第２の平面で並んで配置され、かつ少なくとも１つの頂点線がジグザク又は蛇行線を形成する第２の頂点線を有する細長い第２のマイクロレンズ（２１４Ｘ）の第２のアレイ、
    を含むことを特徴とする光結合器。
16. マイクロリソグラフィ投影露光装置の照明システムにおいて複数の２次光源を生成するための光結合器であって、
    ａ）第１の平面に並んで配置された細長い第１のマイクロレンズの第１のアレイ、
    ｂ）第２の平面で並んで配置された細長い第２のマイクロレンズの第２のアレイ、
    を含み、
    少なくとも１つの第２のマイクロレンズは、該少なくとも１つの第２のマイクロレンズの縦軸に沿って変化する湾曲した表面プロファイルを有する、
    ことを特徴とする光結合器。
17. 複数の隣接する第２のマイクロレンズ（１４Ｘ）は、該複数の第２のマイクロレンズの縦軸に沿って変化する湾曲した表面プロファイルを有することを特徴とする請求項１６に記載の光結合器。
18. 前記第２のマイクロレンズの第２のアレイは、
    ａ）前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ）が第１の湾曲した表面プロファイルを有する少なくとも１つの第１の区域、及び
    ｂ）材料が局所的に除去されている点で前記第１の湾曲した表面プロファイルとは異なる第２の湾曲した表面プロファイルを前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ）が有する少なくとも１つの第２の区域（７２、７４）、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項１７に記載の光結合器。
19. 少なくとも２つの第２の区域（７２）が、第１の方向（Ｙ）に沿って配置され、少なくとも２つの更に別の第２の区域（７４）が、該第１の方向（Ｙ）に少なくとも実質的に垂直である第２の方向（Ｘ）に沿って配置され、
    前記第１の方向（Ｙ）に沿って配置された前記少なくとも２つの第２の区域（７２）における前記第２のマイクロレンズ（１４Ｘ）は、前記第２の方向（Ｘ）に沿って配置された前記更に別の第２の区域（７４）において該少なくとも２つの第２のマイクロレンズ（１４Ｘ）の前記湾曲した表面プロファイルとは異なる湾曲した表面プロファイルを有する、
    ことを特徴とする請求項１８に記載の光結合器。

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