JP6674306B2 - 照明装置、光学装置、インプリント装置、投影装置、及び物品の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、照明装置、光学装置、インプリント装置、投影装置、及び物品の製造方法に関する。

半導体デバイスやＭＥＭＳなどの微細化の要求が進み、従来のフォトリソグラフィ技術に加えて、基板上のインプリント材をモールド（型）で成形（成型）して硬化させ、基板上にパターン（構造体）を形成する微細加工技術が注目されている。かかる技術は、インプリント技術と呼ばれ、基板上に数ナノメートルオーダーの微細なパターンを形成することができる。

インプリント装置では、モールドと基板上のインプリント材とを接触させる工程において、基板上に予め形成されているパターン領域（ショット領域）の形状と、モールドのパターン領域の形状とを合わせる必要がある。このような重ね合わせ精度を向上させるために、モールドに力を加えてモールドのパターン領域を変形させる機構と、基板を加熱して基板のパターン領域を変形させる機構とを有するインプリント装置が提案されている（特許文献１参照）。かかる基板のパターン領域を変形させる機構には、基板を加熱する光の強度分布を調整するために、例えば、マイクロ・ミラー・デバイスが組み込まれている。

ＭＥＭＳの１つであるマイクロ・ミラー・デバイスはディスプレイ装置、プロジェクタ装置、露光装置などの幅広い分野で使用されている。マイクロ・ミラー・デバイスは、矩形のミラーを２次元状に配列して構成され、ミラーの配列方向と各ミラーの駆動軸の方向とが異なっている。マイクロ・ミラー・デバイスに対しては、各ミラーの駆動軸の方向に対して垂直な方向から照明するとよい。従って、ミラーの配列方向とは異なる方向（角度）からマイクロ・ミラー・デバイスを照明することになる。各ミラーの駆動軸は、一般的に、ミラーの配列方向に対して４５度傾いているため、ミラーの配列方向に対して４５度傾いた方向からマイクロ・ミラー・デバイスを照明している。

光学系に用いられるマイクロ・ミラー・デバイスは、各ミラーのサイズや分解能、光学系の配置やコストなどの複数の要因に応じて選択される。マイクロ・ミラー・デバイスを用いた光学系では、一般的に、ミラーを駆動した状態において、ミラーが配列されたアレイ面内から垂直方向に光を反射させるようにするとよい。そのため、ミラーの配列方向とは異なる方向からマイクロ・ミラー・デバイスを斜入射照明する必要がある。この際、マイクロ・ミラー・デバイスのアレイ面での照明形状がデフォーカスによって歪まないように、シャインプルーフ光学系が用いられている。

特許第５６８６７７９号公報

このように、斜入射照明では、被照明面でのデフォーカスを回避し、所期の照明形状で被照明面を照明するために、シャインプルーフ光学系が採用されている。しかしながら、シャインプルーフ光学系を構成すると、光学系におけるレンズの数が増加して装置の高コスト化及び大型化を招きうる。

本発明は、斜入射照明に有利な照明装置を提供することを例示的目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての照明装置は、斜入射照明を行う照明装置であって、それぞれが点光源を生成する複数の光学要素が配列されてなる第１光学素子と、前記第１光学素子からの光が入射し、１つの方向のパワーと、前記１つの方向に直交する方向のパワーとが異なり、照明領域を成形する第２光学素子と、を有し、前記斜入射照明による前記照明領域の歪みの補償を行うように、前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれは、その光軸まわりの回転角を有し、前記第１光学素子の前記回転角と前記第２光学素子の前記回転角とが異なっていることを特徴とする。

本発明の更なる目的又はその他の側面は、以下、添付図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされるであろう。

本発明によれば、例えば、斜入射照明に有利な照明装置を提供することができる。

本発明の一側面としてのインプリント装置の構成を示す概略図である。 図１に示すインプリント装置における基板加熱部の構成を示す概略図である。 基板のパターン領域の形状を補正する処理を説明するためのフローチャートである。 基板のパターン領域の形状を補正する処理を具体的に説明するための図である。 基板のパターン領域の形状を補正する処理を具体的に説明するための図である。 デジタル・ミラー・デバイスの構成の一例を示す図である。 シャインプルーフ光学系を含む基板加熱部の光学系の構成を示す概略図である。 デジタル・ミラー・デバイス（ミラー領域）に対する斜入射照明を説明するための図である。 本実施形態における基板加熱部の光学系の構成を示す概略図である。 本実施形態におけるＭＬＡと、シリンドリカルレンズと、ミラー領域との配置関係を示す図である。 本実施形態におけるミラー領域での照明形状の変化の一例を示す図である。 図１０に示す２つの座標系の関係を説明するための図である。 本実施形態におけるＭＬＡ及びシリンドリカルレンズの構成と、照明形状とを示す図である。 本発明の一側面としてのプロジェクタ装置の構成を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施の形態について説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一側面としてのインプリント装置１の構成を示す概略図である。インプリント装置１は、半導体デバイスなどのデバイスの製造に使用されるリソグラフィ装置であって、基板上の未硬化のインプリント材をモールド（型）で成型し、インプリント材のパターンを基板上に形成する。本実施形態では、インプリント材の硬化法として、光（例えば、紫外線）を照射してインプリント材を硬化させる光硬化法を採用する。

インプリント装置１は、図１に示すように、照射部２と、アライメント計測部３と、モールド保持部４と、基板ステージ５と、供給部６と、基板加熱部１２と、制御部２２とを有する。以下では、モールド及び基板に平行な面内で互いに直交する方向にＸ軸及びＹ軸を採用し、Ｘ軸及びＹ軸に垂直な方向にＺ軸を採用する。

照射部２は、モールド７と基板上のインプリント材９とを接触させた状態においてインプリント材９を硬化させるために、モールド７に対して紫外線を照射する。照射部２は、光源と、かかる光源から射出される紫外線をインプリント材９に対して所定の形状で均一に照射するための複数の光学素子とを含む。照射部２による紫外線の照射領域（照射範囲）は、モールド７のパターン領域７ａの面積と同程度、或いは、パターン領域７ａの面積よりも僅かに大きい。これは、紫外線の照射領域を最小限にすることで、紫外線の照射による熱に起因してモールド７や基板８が膨張し、基板上のインプリント材９に転写されるパターンに位置ずれや歪みが発生することを抑えるためである。また、基板８で反射された紫外線が供給部６に到達し、供給部６に残留したインプリント材９を硬化させて供給部６の動作に異常が発生することを抑えるためでもある。ここで、光源は、例えば、高圧水銀ランプ、各種エキシマランプ、エキシマレーザ、発光ダイオードなどを含む。光源は、基板上のインプリント材の特性に応じて適宜選択され、光源の種類、数、波長などを限定するものではない。

モールド７は、基板８に対向する面に、所定のパターン（例えば、回路パターンなどの凹凸パターン）が３次元状に形成されたパターン領域７ａを有する型である。モールド７は、紫外線を透過させる可能な材料、例えば、石英などで構成されている。

モールド保持部４は、真空吸着力又は静電力によってモールド７を引き付けて保持する。モールド保持部４は、例えば、モールドチャックと、モールド７と基板上のインプリント材とを接触させるためにモールドチャックをＺ軸方向に駆動するモールド駆動部とを含む。更に、モールド保持部４は、モールド７をＸ軸方向及びＹ軸方向に変形させてインプリント材９に転写されるパターンの形状（歪み）を補正する倍率補正部を含む。インプリント装置１における押型及び離型の各動作は、モールド保持部４に保持されたモールド７をＺ軸方向に移動させることで実現してもよいが、例えば、基板ステージ５に保持された基板８をＺ軸方向に移動させることで実現してもよい。また、モールド７及び基板８の両方をＺ軸方向に移動させることで押型及び離型の各動作を実現してもよい。

基板ステージ５は、例えば、真空吸着によって基板８を保持し、ＸＹ平面内を移動可能なステージである。基板８は、例えば、単結晶シリコン基板を含み、基板８には、モールド７によって成形されるインプリント材９が供給される。

アライメント計測部３は、モールド７と基板８との相対的な位置合わせを行うための計測を行う。アライメント計測部３は、モールド７及び基板８のそれぞれに設けられたアライメントマーク１０及び１１を光学的に検出して、両者の相対的な位置を計測する。アライメント計測部３は、その計測軸（光軸）がモールド７又は基板８に対して垂直になるように配置されている。アライメント計測部３は、アライメントマーク１０及び１１の位置に応じてＸ軸方向及びＹ軸方向に駆動可能に構成されているとともに、アライメントマーク１０及び１１の位置に焦点を合わせるためにＺ軸方向にも駆動可能に構成されている。アライメント計測部３で計測されたモールド７と基板８との相対的な位置に基づいて、基板ステージ５やモールド保持部４（倍率補正部）が制御される。

供給部６は、基板上に未硬化のインプリント材９を供給する。インプリント材９は、本実施形態では、紫外線が照射されることで硬化する性質を有する紫外線硬化性の樹脂材料であるが、半導体デバイスの種類などに応じて適宜選択される。また、本実施形態では、インプリント装置１の内部に供給部６を設けているが、インプリント装置１の外部に供給部６を設けて、インプリント材９が予め供給された基板８をインプリント装置１の内部に導入するようにしてもよい。この場合、インプリント装置１の内部でのインプリント材９の供給工程がなくなるため、インプリント装置１での処理の迅速化が可能となる。また、供給部６が不要となることから、インプリント装置１の全体としてのコストを抑えることができる。

図２は、インプリント装置１における基板加熱部１２の構成を示す概略図である。基板加熱部１２は、インプリント装置１に搬入された基板８を加熱することで、基板８に予め形成されているパターン領域（ショット領域）２５を変形させる。基板加熱部１２は、基板８を加熱するための光２３を照射する加熱用光源２０と、光２３の照射量（照射量分布）を調整する調整部２１と、調整部２１からの光２４が基板８に向かうように光路を規定する反射板２６とを含む。

加熱用光源２０は、紫外線硬化性の樹脂材料であるインプリント材９が感光（硬化）しない波長の光、例えば、４００ｎｍ〜２０００ｎｍの波長帯域の光を射出する。加熱用光源２０は、加熱効率の観点から、５００ｎｍ〜８００ｎｍの波長帯域の光を射出するとよい。但し、加熱用光源２０は、上述した波長帯域の光に限らず、例えば、インプリント材９が感光する２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長帯域うち、インプリント材９が感光しにくい波長帯域の光を射出してもよい。

調整部２１は、基板上に所定の照射量分布を形成するために、光２３のうち特定の光のみを基板８に向けて照射可能とする。調整部２１は、例えば、それぞれが駆動軸を含む複数のミラーがアレイ状に配列されたミラーアレイ、所謂、デジタル・ミラー・デバイス（デジタル・マイクロミラー・デバイス）を含む。デジタル・ミラー・デバイスは、各ミラーの面方向を個別に調整することで照射量分布を制御（変化）することが可能である。

制御部２２は、ＣＰＵやメモリなどを含むコンピュータで構成され、インプリント装置１の全体を制御する。制御部２２は、プログラムなどに従ってインプリント装置１の各部を制御してインプリント処理を行う。制御部２２は、本実施形態では、基板８に予め形成されているパターン領域２５を所定の形状にするために、基板加熱部１２を制御する。制御部２２は、インプリント装置１の他の部分と一体で（共通の筐体内に）構成してもよいし、インプリント装置１の他の部分とは別体で（別の筐体内に）構成してもよい。

インプリント装置１におけるインプリント処理について説明する。まず、基板搬送部（不図示）によって基板８を基板ステージ５に搬送し、基板８を基板ステージ５に保持（固定）させる。次いで、基板ステージ５を供給部６の下（インプリント材９の供給位置）に移動させて、基板上のショット領域に対応するパターン領域２５にインプリント材９を供給する。次に、基板８のパターン領域２５がモールド７の下に位置するように、基板ステージ５を移動させる。次いで、モールド保持部４をＺ軸方向に駆動（下降）させて、モールド７と基板上のインプリント材９とを接触させる。モールド７とインプリント材９とを接触させることで、インプリント材９がモールド７のパターン領域７ａ（パターンの凹部）に充填される。また、モールド７とインプリント材９とを接触させた状態で、アライメントマーク１０及び１１をアライメント計測部３によって検出し、モールド７と基板８との位置合わせ（アライメント）や倍率補正機構によるモールド７の倍率補正などを行う。

モールド７のパターン領域７ａへのインプリント材９の充填、モールド７と基板８との位置合わせ、及び、モールド７の倍率補正が十分に行われたら、照射部２からモールド７を介してインプリント材９に紫外線を照射して、インプリント材９を硬化させる。この際、紫外線の光路を遮らないように、アライメント計測部３を駆動して退避させる。そして、モールド保持部４をＺ軸方向に駆動（上昇）させて、基板上の硬化したインプリント材９からモールド７を引き離す。これにより、基板上にモールド７のパターンが転写される。

インプリント装置１においてインプリント処理が行われる基板８は、デバイス製造工程において、例えば、スパッタリングなどの成膜工程、即ち、加熱処理を含む工程を経て、インプリント装置１に搬入される。従って、インプリント装置１に搬入される基板８は、拡大又は縮小しており、ＸＹ平面内で直交する２つの方向でパターン領域２５が変形（パターン領域２５の形状又はサイズが変化）している場合がある。このようなパターン領域２５の変形は、主に、倍率成分、平行四辺形成分、台形成分に分類され、それらが組み合わされていることもある。

そこで、インプリント装置１では、モールド７と基板上のインプリント材９とを接触させる際に、基板８のパターン領域２５の形状を補正して、モールド７のパターン領域７ａの形状と一致させる必要がある。具体的には、制御部２２の制御下において、アライメント計測部３の計測結果から基板８のパターン領域２５の形状の補正量を求め、かかる補正量に基づいて、基板加熱部１２によって基板８を加熱してパターン領域２５を熱変形させる。

図３を参照して、インプリント装置１において、基板８のパターン領域２５の形状を補正する処理について説明する。かかる処理は、制御部２２がインプリント装置１の各部を統括的に制御することで行われる。また、本実施形態では、基板８のパターン領域２５の形状、即ち、変形成分を補正するために、パターン領域２５の内外に所定の補正量を得るための温度分布を形成する。

Ｓ３０２では、基板８に設けられたアライメントマーク１１をアライメント計測部３で検出して、基板８のパターン領域２５の形状を計測する。本実施形態では、アライメント計測部３によってパターン領域２５の形状を計測しているが、これに限定されるものではなく、外部計測器によってパターン領域２５の形状を計測してもよい。Ｓ３０４では、Ｓ３０２で計測された基板８のパターン領域２５の形状に基づいて、パターン領域２５に含まれる変形成分を分析して、かかる変形成分を補正するための補正量を求める。Ｓ３０６では、Ｓ３０４で求めた補正量と、パターン領域２５に含まれる変形成分を補正するための補正量と基板８に照射する光の照射量（照射量分布）との関係を示す情報とに基づいて、基板加熱部１２から基板８に照射すべき光の照射量を求める。Ｓ３０８では、Ｓ３０６で求めた照射量を指標として基板加熱部１２（調整部２１）を制御して、基板加熱部１２から基板８に光を照射する。これにより、基板８のパターン領域２５の内外には、照射量が調整された光２４が照射され、照射量分布が形成される。

図４（ａ）に示すように、台形成分のみを変形成分として含むパターン領域２５の形状を補正する場合について具体的に説明する。パターン領域２５は、Ｙ軸方向（座標Ｙ）のみに台形成分を含み、Ｘ軸方向は変形していないものとする。パターン領域２５に含まれる台形成分は、図４（ａ）に示すように、Ｙ軸方向のプラス側の辺（上底）がＹ軸方向のマイナス側の辺（下底）よりも短くなっているため、上底を下底と一致させる（正常な状態に戻す）ための補正量を求める。次いで、かかる補正量に基づいて、基板加熱部１２から基板８に照射すべき光の照射量を求める。そして、かかる照射量を指標として、基板加熱部１２から基板８に光を照射し、図４（ｂ）に示すように、Ｙ軸方向のみに照射量分布３０を形成する。照射量分布３０は、上底の部分で補正量を最大とし、上底から下底に向かって徐々に補正量を小さくするため、図４（ｂ）に示すような線形となる。なお、Ｘ軸方向に関しては、パターン領域２５は台形成分を含んでいないため、照射量を一様とすればよい。

照射量分布３０を形成する光をパターン領域２５に照射すると、図４（ｃ）に示すような温度分布３１が基板８のパターン領域上に形成される。ここで、温度分布３１が下底から上底に向かって一様に上昇せず、上底の近傍で下降するのは、パターン領域２５の外側の領域には光が照射されていない（即ち、加熱されていない）ため、パターン領域２５の外側の領域の温度が放熱によって低下するからである。基板上に形成された温度分布３１によって、パターン領域２５は、図４（ｄ）に示すような変形量分布３２で熱変形する。これにより、パターン領域２５を、図４（ｅ）に示すような形状に補正することができる。図４（ｅ）を参照するに、パターン領域２５は、上底の両端では変形が残存しているものの、モールド７のパターン領域７ａの形状に近似した形状に補正されている。但し、パターン領域２５の外側の領域も加熱することで、パターン領域２５での変形量を線形とし、パターン領域２５の形状をパターン領域７ａの形状に更に近づけることも可能である。

図４（ａ）乃至図４（ｅ）に示すパターン領域２５の形状の補正では、基板加熱部１２から基板８に照射する光の照射量を時間的に一定としている。従って、加熱時間に対するパターン領域２５の変形量４０は、図５に示すように、加熱の開始から変化するが、一定の時間が経過すると安定する。そこで、パターン領域２５の変形量４０が安定した状態において、パターン領域２５の形状とモールド７のパターン領域７ａとの形状とを合わせる。このように、インプリント装置１では、基板８のパターン領域２５の形状を補正してから、かかるパターン領域２５にインプリント材９のパターンを形成することで、パターン領域２５の形状とパターン領域７ａの形状とを高精度に合わせることができる。

インプリント装置１には、上述したように、モールド７の側面に外力又は変位を与えることでモールド７のパターン領域７ａの形状を補正する倍率補正部を有する。かかる倍率補正部によるパターン領域７ａの形状の補正と、基板加熱部１２によるパターン領域２５の形状の補正とを組み合わせることで、パターン領域２５の形状とパターン領域７ａの形状とを更に高精度に合わせることができる。これにより、パターン領域２５と、新たに形成されるインプリント材９のパターンとが高精度に重ね合わされることになる。

本実施形態では、台形成分のみを変形成分として含むパターン領域２５の形状の補正について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、倍率成分を変形成分として含むパターン領域２５の形状の補正では、パターン領域２５の内外に均一な温度分布が形成されるように、基板加熱部１２から基板８に光を照射すればよい。同様に、例えば、樽形や糸巻き形を変形成分として含むパターン領域２５の形状の補正では、パターン領域２５に適切な温度分布が形成されるように、基板加熱部１２から基板８に光を照射すればよい。更に、本実施形態では、パターン領域２５のＹ軸方向のみに照射量分布を形成しているが、パターン領域２５に変形成分に応じて、Ｘ軸方向に照射量分布を形成してもよいし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の両方に照射量分布を形成してもよい。

基板加熱部１２における加熱用光源２０及び調整部２１の構成について具体的に説明する。調整部２１は、基板８に照射する光の照射量分布を制御する機能を有し、本実施形態では、デジタル・ミラー・デバイスとして具現化されている。図６は、調整部２１としてのデジタル・ミラー・デバイスの構成を示す図である。調整部２１は、複数の矩形のミラー７１をミラー領域（複数のミラー７１が配列された領域）７０にアレイ状に配列して構成されている。ミラー７１のそれぞれは、ミラー７１の対角方向に駆動軸７２を有し、駆動軸７２の周りに回転することが可能である。ミラー７１のそれぞれは、所定の方向に光を反射する状態、及び、所定の方向に光を反射しない状態のいずれかを選択可能である。本実施形態では、ミラー７１が＋１２度に傾いた状態を所定の方向に光を反射する状態（ＯＮ状態）とし、ミラー７１が−１２度に傾いた状態を所定の方向に光を反射しない状態（ＯＦＦ状態）とする。

ミラー領域７０（調整部２１）を照明する光は、ミラー７１のそれぞれの駆動軸７２に対して直交する方向７３から入射するとよい。従って、複数のミラー７１の配列方向とは異なる方向（角度）からミラー領域７０を照明することになる。本実施形態では、複数のミラー７１の第１配列方向及び第２配列方向のそれぞれを０度及び９０度としている。また、ミラー７１のそれぞれの駆動軸７２は、第１配列方向から４５度傾いている。従って、ミラー領域７０は、第１配列方向から−４５度傾いた方向（角度）７３から斜入射照明されることになる。

デジタル・ミラー・デバイスを調整部２１として含む基板加熱部１２の構成について説明する。図７は、加熱用光源２０及び調整部２１の光学系の構成を示す概略図である。図７に示す座標系は、基板面での座標系を示している。基板８を加熱して熱変形させるためには、大きな熱量が必要となる。このような熱量を基板８に光を照射することで得るためには、加熱用光源２０の高輝度化が必要となる。また、インプリント装置１には、スループットの目標値がある。そのため、短時間で目標の熱変形を得ることが要求され、加熱用光源２０の高輝度化や光学系の照明光率の向上が求められている。

本実施形態では、加熱用光源２０として、高出力のレーザ光源６２を用いている。但し、レーザ光源６２は、発熱量が大きく、インプリント装置１における重ね合わせ精度への影響が懸念される。そこで、レーザ光源６２は、光学系を含むインプリント空間から離して配置し、レーザ光源６２からの光をファイバ５０で引き回している。

ファイバ５０からの光は、強度分布及び角度分布の両方が不均一である。ミラー領域７０を照明する光に照度むらがあると、基板面で所定の強度分布を形成するのに制約が生じる。例えば、基板面で均一な強度分布を形成するためには、ミラー領域７０で最も低い照度に合わせる必要があり、照明効率が低下する。従って、ミラー領域７０を照明する光は、均一な強度分布であることが要求される。ミラー領域７０を照明する光を均一な強度分布にするために、例えば、マイクロレンズアレイ（ＭＬＡ）などのホモジナイザ光学素子及びインテグレータ光学系が用いられる。ＭＬＡは、それぞれが点光源を生成する複数の光学要素がアレイ状に配列されてなる光学素子である。

ファイバ５０からの光でＭＬＡ５２を照明する。本実施形態では、レンズ５１を用いてＭＬＡ５２をケーラー照明している。ＭＬＡ５２は、ＭＬＡ５２ａと、ＭＬＡ５２ｂとを含む。ＭＬＡ５２ａ及び５２ｂのそれぞれは、一方の面が微小な凸レンズの集合体であって、他方の面が平面である。但し、両面に曲率を有するＭＬＡであれば、１つでも構成可能である。また、ＭＬＡの代わりに、ハエの目レンズ、シリンドリカルタイプの柱状レンズを多数組み合わせることも考えられる。

ＭＬＡ５２の射出面５３に形成される複数の点光源（輝点）からの光を光学的に積分するために、フーリエ変換光学系５４によって、フーリエ変換面５６を形成する。フーリエ変換光学系５４は、レンズ５４ａと、シリンドリカルレンズ５５とを含む。シリンドリカルレンズ５５は、ＭＬＡ５２からの光が入射し、１つの方向のパワーと、かかる１つの方向に直交する方向のパワーとが異なり、照明領域を成形する光学素子である。シリンドリカルレンズ５５は、本実施形態では、シリンドリカルレンズ５５ａ及び５５ｂの２つのレンズで構成されているが、１つ又は３つ以上のレンズで構成してもよい。

ＭＬＡ５２を構成する微小なレンズエレメントの形状が正方形である場合、フーリエ変換面５６は、正方形の照明形状となる。基板８のショット領域のサイズは、通常、２６ｍｍ×３３ｍｍの矩形である。照明効率の観点では、ミラー領域７０を照明する光を、ショット領域のサイズの相似形にするとよい。フーリエ変換面５６の照明形状を変更する手法としては、２つの手法が考えられる。１つの手法は、ＭＬＡ５２を構成する微小なレンズエレメントの形状を矩形にする手法であるが、ＭＬＡ５２の製造難易度が高くなり、コストアップを招きやすい。もう１つの手法は、フーリエ変換光学系５４において、シリンドリカルレンズなどの１つの方向に曲率（パワー）を有する光学素子を用いて、光の縦横比を変更する手法である。本実施形態では、シリンドリカルレンズを用いるが、アナモルフィックレンズやトーリックレンズを用いてもよい。

図７に示すように、ＭＬＡ５２及びフーリエ変換光学系５４によって光学的に積分されたフーリエ変換面５６からの光で、ミラー領域７０を照明する。ミラー領域７０に配列された複数のミラー７１のそれぞれの駆動を制御することで基板面の強度分布を可変にするために、ミラー領域７０と基板８とを略共役の関係に設定している。ミラー領域７０に配列された複数のミラー７１で反射された光で基板８を照明するために、ミラー領域７０を斜入射照明している。

図８は、ミラー領域７０に対する斜入射照明を説明するための図である。ミラー領域７０に配列された複数のミラー７１のそれぞれは、上述したように、ミラー７１の対角方向に駆動軸７２を有している。そこで、ＸＹ平面内において、複数のミラー７１の配列方向（Ｙ軸）から角度θで回転させた方向からミラー領域７０を照明する。本実施形態では、角度θは、４５度である。また、Ｚ軸（ミラー領域７０の法線）から角度φで傾いた方向７３からミラー領域７０を斜入射照明している。本実施形態では、角度φは、２４度である。換言すれば、本実施形態では、ミラー領域７０の矩形の一辺に対して４５度の方位を有し、ミラー領域７０（被照明面）の法線に対して２４度の仰角を有する光軸を有する。Ｚ軸から角度φで傾いた光軸７７は、ミラー領域７０を斜入射照明するための複数の光学素子を含む光学系の光軸である。ミラー領域７０に配列された複数のミラー７１のそれぞれで反射された光７４は、Ｚ軸に沿って進む。光７４は、図８において、Ｚ軸と一致している。

図７に戻って、フーリエ変換面５６よりも後段の光学系を説明する。結像光学系５９は、ミラー領域７０と基板８とを略共役の関係に設定している。ミラー領域７０を斜入射照明するために、例えば、フーリエ変換面５６とミラー領域７０とをシャインプルーフの関係に設定する必要がある。ここで、単純な結像光学系では、照明領域の周辺部でデフォーカスが発生し、ミラー領域７０での照明形状が歪んでしまうため、矩形ではなくなる。矩形から外れた光は、光学系の照明効率を低下させてしまう。

シャインプルーフ光学系６１は、レンズ５７と、ミラー５８とを含む。フーリエ変換面５６の物体面と結像面６０の像面とを傾かせて結像するために、レンズ５７は、光学系の光軸に対して傾いて配置されている。ここで、ミラー領域７０と結像面６０とは、同一面である。ミラー５８は、図８に示すように、ミラー領域７０を斜入射照明するために用いられている。ミラー領域７０と基板８とは、略共役の関係であるため、ミラー領域７０に配列された複数のミラー７１のそれぞれの駆動を制御することで、基板上に所定の強度分布を形成することができる。

シャインプルーフ光学系６１を構成することによって、矩形の照明形状でミラー領域７０を照明することが可能となる。一方、シャインプルーフ光学系６１を構成すると、基板加熱部１２を構成する光学系のレンズの数が増加し、装置の高コスト化を招いてしまう。また、フーリエ変換面５６からミラー領域７０を結像する光学系が必要となるため、装置の大型化を招いてしまう。

そこで、本実施形態では、シャインプルーフ光学系６１を構成することなく、装置の高コスト化及び大型化を回避し、高い照明効率の斜入射照明を実現する照明装置を提供する。

図９は、加熱用光源２０及び調整部２１の本実施形態における光学系の構成を示す概略図である。図９に示すように、本実施形態における光学系は、シャインプルーフ光学系６１を含んでいない。また、図９では、ミラー７１をＯＦＦ状態とした場合に、不要光を吸収するための光吸収体６３が配置されている。本実施形態では、フーリエ変換光学系５４において、ＭＬＡ５２の射出面５３からの光でミラー領域７０を照明している。従って、ミラー領域７０とフーリエ変換面５６とは、同一面となる。但し、上述したように、フーリエ変換面５６からの光でミラー領域７０を斜入射照明しただけでは、照明領域の周辺部でデフォーカスが発生し、ミラー領域７０での照明形状が歪んで照明効率が低下してしまう。

そこで、調整部２１の光学系に含まれる複数の光学素子のうち、ＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５を、かかる光学系の光軸に対する垂直面内において、光軸周りに回転させる。図１０は、ＭＬＡ５２と、シリンドリカルレンズ５５と、ミラー領域７０との配置関係を示す図である。図１０は、図８をＺ軸のプラス方向から観察した場合におけるＸＹ平面投影図を示している。図１０において、座標系７８は、ミラー領域７０での座標系を示し、座標系７９は、光軸７７での座標系を示し、光軸７７と座標系７９におけるＺ軸とが一致している。なお、図１０では、光学系に含まれる複数の光学素子のうち、光の進行方向に垂直面内で回転対称の光学素子については、図示を省略している。

ＭＬＡ５２は、複数の微小な凸レンズの集合体で構成されており、ミラー領域７０において、座標系７９におけるＸ軸及びＹ軸に沿って複数のレンズが配列されている。ミラー領域７０に配列された複数のレンズの配列方向の１つを軸８０とする。光軸７７の上での座標系７９におけるＸ軸方向と軸８０とのなす角度を角度８１とする。ＭＬＡ５２は、座標系７９におけるＸＹ平面内において、光軸７７の周りに角度８１で回転させて配置されている。

シリンドリカルレンズ５５は、シリンドリカルレンズ５５の非曲率面方向（パワーを有していない方向）を軸８２と定義する。光軸７７の上での座標系７９におけるＸ軸方向と軸８２とのなす角度を角度８３とする。シリンドリカルレンズ５５は、座標系７９におけるＸＹ平面内において、光軸７７の周りに角度８３で回転させて配置されている。図１０では、シリンドリカルレンズ５５を１つのレンズとして図示しているが、シリンドリカルレンズ５５ａ及び５５ｂのように２つ以上のレンズを構成し、それぞれのレンズを独立して回転させて配置してもよい。また、シリンドリカルレンズ５５ａ及び５５ｂを同一角度で回転させて、１つのシリンドリカルレンズ５５とみなしてもよい。

同様に、図１０では、ＭＬＡ５２を１つのＭＬＡとして図示しているが、ＭＬＡ５２ａ及び５２ｂのように２つのＭＬＡで構成してもよいし、両面に曲率を有する１つのＭＬＡで構成してもよい。但し、複数のＭＬＡで構成する場合には、それぞれのＭＬＡを１つのＭＬＡとし、同一角度で回転させるとよい。複数のＭＬＡの間において、回転させる角度が相対的にずれると、分布のぼけが発生し、照明光率が低下してしまう。

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）は、図１０に示すＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５のそれぞれを回転させた場合におけるミラー領域７０での照明形状の変化の一例を示す図である。シリンドリカルレンズ５５の角度８３を固定し、ＭＬＡ５２の角度８１を変化させた場合におけるミラー領域７０での照明形状の変化の一例を図１１（ａ）に示す。図１１（ａ）を参照するに、破線で示す照明形状９９は、ミラー領域７０において形成すべき照明形状を示しており、目標形状９２と一致している。本実施形態では、目標形状９２は、基板８のショット領域のサイズである２６ｍｍ×３３ｍｍの相似形としている。目標形状９２を基準として、ＭＬＡ５２の角度８１を±方向に変化させている。ＭＬＡ５２の角度８１を変化させると、照明形状９０、９１、９３及び９４に示すように、ミラー領域７０での照明形状が菱形形状となり、且つ、ＸＹ平面内で回転していることがわかる。ＭＬＡ５２の角度８１が目標形状９２と一致する条件では、照明光率が高くなる。但し、ＭＬＡ５２の角度８１を目標形状９２と一致する条件からずらしていくと、ミラー領域７０を目標形状９２で照明することができず、照明光率が低下する。

ＭＬＡ５２の角度８１を固定し、シリンドリカルレンズ５５の角度８３を変化させた場合におけるミラー領域７０での照明形状の変化の一例を図１１（ｂ）に示す。図１１（ｂ）では、目標形状９２を基準として、シリンドリカルレンズ５５の角度８３を±方向に変化させている。シリンドリカルレンズ５５の角度８３を変化させると、照明形状９５、９６、９７及び９８に示すように、ミラー領域７０での照明形状が菱形形状と平行四辺形とを組み合わせた形状に変化する。シリンドリカルレンズ５５の角度８３が目標形状９２と一致する条件では、照明光率が高くなる。但し、シリンドリカルレンズ５５の角度８３を目標形状９２と一致する条件からずらしていくと、ミラー領域７０を目標形状９２で照明することができず、照明光率が低下する。

ＭＬＡ５２の角度８１及びシリンドリカルレンズ５５の角度８３の最適値（最適な回転角度）は、以下の要因で変化する。１つ目は、ミラー領域７０に形成すべき照明形状である。本実施形態では、基板８のショット領域のサイズの相似形である。２つ目は、ミラー領域７０に対する光の入射角度、即ち、角度θ及びφである。本実施形態では、角度θは４５度であり、角度φは２４度である。３つ目は、シリンドリカルレンズ５５の曲率方向（パワーを有する方向）のパワーである。１つ目については、ミラー領域７０での照明領域のサイズであるため、光学設計から得られる。２つ目については、被照明面に配置される光学素子、本実施形態では、デジタル・ミラー・デバイスのタイプによって決まる数値である。３つ目については、光学設計値である。このような３つのパラメータに依存して、ＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５のそれぞれの最適な回転角度が決定される。

目標形状が基板８のショット領域のサイズである２６ｍｍ×３３ｍｍの相似形である場合での具体的な例を説明する。図１２は、図１０に示す２つの座標系、即ち、座標系７８と座標系７９との関係を説明するための図である。座標系７８は、図１２に示すＸＹＺ座標系に対応し、座標系７９は、図１２に示すＸ’Ｙ’Ｚ’座標系に対応している。Ｘ’Ｙ’Ｚ’座標系は、ＸＹＺ座標系から角度φが１４度傾き、角度θが４５度回転している。この場合、平面投影線１１１は、Ｚ’軸のＸＹ平面内の投影線であり、ＸＹ平面内において、Ｙ軸と平面投影線１１１とは、４５度の角度で回転している。また、平面投影線１１２は、Ｚ’軸のＸＺ平面内の投影線であり、平面投影線１１３は、Ｚ’軸のＹＺ平面内の投影線である。ＸＺ平面内において、Ｚ軸と平面投影線１１２とのなす角度１１４は、１７．５度となる。また、ＹＺ平面内において、Ｚ軸と平面投影線１１２とのなす角度１１５は、１７．５度となる。

図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）は、本実施形態において、Ｚ’軸に沿って、視点１１０からＸ’Ｙ’平面を視認した場合におけるＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５の構成と、ミラー領域７０での照明形状とを示す図である。図１３（ａ）乃至図１３（ｃ）では、Ｘ’Ｙ’座標系におけるＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５の構成を上段に示し、目標形状１２０及び照明形状１２１乃至１２３を下段に示す。図１３（ａ）では、Ｘ’軸のプラス側から、反時計回りをプラス（＋）の角度、時計回りをマイナス（−）の角度とする。シリンドリカルレンズ５５は、短手方向（曲率面方向）にパワーを有し、長手方向（非曲率面方向）にはパワーを有していない。

図１３（ａ）は、ＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５が回転していない状態、即ち、Ｘ’Ｙ’平面内において、ＭＬＡ５２のレンズエレメントの配列方向（軸８０）とシリンドリカルレンズ５５のパワーの方向（軸８２）とが一致する基準状態を示している。ＭＬＡ５２の軸８０とＸ’軸とのなす角度は０度であり、シリンドリカルレンズ５５の軸８２とＸ’軸とのなす角度は９０度である。このような状態では、照明形状１２１は、平行四辺形の照明形状となり、目標形状１２０を実現できていない。

図１３（ｂ）は、図１３（ａ）に示す基準状態からシリンドリカルレンズ５５のみを回転させた状態を示している。シリンドリカルレンズ５５の軸８２とＸ’軸とのなす角度は、８０度である。ＭＬＡ５２は回転させていないため、ＭＬＡ５２の軸８０とＸ’軸とのなす角度は、０度である。このような状態では、照明形状１２２は、矩形を回転させた照明形状となり、目標形状１２０を実現できていない。

図１３（ｃ）は、図１３（ｂ）に示す状態からＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５を回転させた状態、即ち、図１３（ａ）に示す基準状態からＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５のそれぞれを、Ｚ’軸を回転軸として回転させた回転状態を示している。ＭＬＡ５２の軸８０とＸ’軸とのなす角度（その光軸まわりの回転角）は−２．８度であり、シリンドリカルレンズ５５の軸８２とＸ’軸とのなす角度（その光軸まわりの回転角）は７７．２度である。このような状態では、照明形状１２３は、矩形の照明形状となり、目標形状１２０と一致する。換言すれば、図１３（ｃ）に示す回転状態においてミラー領域７０に形成される照明形状は、図１３（ａ）に示す基準状態においてミラー領域７０に形成される照明形状よりも矩形に近い。

本実施形態では、ＭＬＡ５２は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに０．３ｍｍのピッチでマイクロレンズを配列して構成され、かかるマイクロレンズの曲率半径を２．２ｍｍとしている。また、ＭＬＡ５２の射出面からミラー領域７０までのフーリエ変換光学系において、シリンドリカルレンズ５５の曲率面方向に関する焦点距離を１０３．９ｍｍとし、非曲率面方向に関する焦点距離を１３３．５ｍｍとしている。

ミラー領域７０に形成すべき照明形状、即ち、目標形状や光学系の条件が異なれば、ＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５の構成条件が変わることは明確である。本実施形態のように、シリンドリカルレンズ５５及びＭＬＡ５２のそれぞれを光軸周りに回転させることで、被照明面に形成される照明形状を制御することが可能である。

本実施形態では、基板８のショット領域のサイズである２６ｍｍ×３３ｍｍの相似形を目標形状とし、上述した光学系を採用した場合におけるＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５について説明した。一方、光学系の組立誤差を考慮すると、目標形状に対して、照明形状を大きく設定する、或いは、目標形状に対してマージンを予め含めるとよい。従って、照明形状は、本実施形態では、矩形としているが、厳密な形状が求められているわけではない。照明形状を目標形状の相似形にすることで、簡易な構成で照明光率の高い斜入射照明を実現することができる。

本実施形態では、斜入射照明による照明領域の歪みの補償を行うように、ＭＬＡ５２及びシリンドリカルレンズ５５のうち少なくとも一方は、その光軸周りの回転角を有している。また、照明領域の歪みの補償により照明領域の形状を矩形としている。これにより、上述したように、ミラー領域７０に形成される照明形状を目標形状にすることが可能となる。

このように、本実施形態における基板加熱部１２の光学系は、シャインプルーフ光学系６１を構成することなく、装置の高コスト化及び大型化を回避し、高い照明効率の斜入射照明を実現することができる。

＜第２実施形態＞
図１４は、本発明の一側面としてのプロジェクタ装置（投影装置）２００の構成を示す概略図である。プロジェクタ装置２００は、光源２０１と、カラーホイール２０２と、ＭＬＡ２０３と、シリンドリカルレンズ２０４と、反射板２０５と、デジタル・ミラー・デバイス２０６と、投影レンズ（投影部）２０７とを有する。

光源２０１は、高圧水銀ランプなどの高輝度光源である。光源２０１からの光をコンデンサーレンズ（不図示）で集光し、カラーホイール２０２に入射させる。カラーホイール２０２は、ＲＧＢの領域に分割されており、回転可能に構成されている。カラーホイール２０２を通過した光は、ＭＬＡ２０３、シリンドリカルレンズ２０４及びインテグレータ光学系（不図示）を介して、光学的に積分される。ＭＬＡ２０３及びインテグレータ光学系によって、光源２０１からの光の照度むらを低減する。

インテグレータ光学系を通過した光は、光路を規定する反射板２０５を介して、デジタル・ミラー・デバイス２０６を斜入射照明する。デジタル・ミラー・デバイス２０６は、それぞれが駆動軸を含む複数のミラーをアレイ状に配列して構成され、本実施形態では、かかる複数のミラーのそれぞれを±１２度に傾いた状態に駆動することが可能である。デジタル・ミラー・デバイス２０６に対して２４度の角度で入射した光は、ミラーによって、ＯＮ状態では投影レンズ２０７に向けて反射され、ＯＦＦ状態では投影レンズ２０７から離れた位置に配置された光吸収体２０９に向けて反射される。デジタル・ミラー・デバイス２０６からの光（画像を生成する光）は、投影レンズ２０７を介して、スクリーン（被表示面）２０８に投影される。

ここで、座標系２２１は、デジタル・ミラー・デバイス２０６での座標系を示す。デジタル・ミラー・デバイス２０６を構成する微小なミラーは、上述したように、±１２度に傾いた状態にすることが可能であり、座標系２２１におけるＺ軸を基準として、デジタル・ミラー・デバイス２０６に対する入射角度φは、２４度となる。また、デジタル・ミラー・デバイス２０６は、複数のミラーが配列された面であるＸＹ平面内において、角度θの方向から照明される。本実施形態では、角度θは、４５度である。

本実施形態では、ＭＬＡ２０３及びシリンドリカルレンズ２０４を、座標系２２０におけるＺ軸周りに回転可能に構成している。座標系２２０は、光源２０１から反射板２０５までの座標系を示している。ＭＬＡ２０３及びシリンドリカルレンズ２０４においては、軸２２２がＸ軸を示し、軸２２３がＹ軸を示している。本実施形態では、ＭＬＡ２０３は、ＭＬＡ２０３を構成する微小なレンズエレメントの配列方向の１つを軸２１０とした場合、軸２１０とＹ軸２２３との角度２１２で、ＸＹ平面内で回転している。また、シリンドリカルレンズ２０４は、シリンドリカルレンズ２０４のパワーを有さない方向（母線）を軸２１１とした場合、軸２１１とＹ軸２２３との角度２１３で、ＸＹ平面内で回転している。ＭＬＡ２０３における角度２１２及びシリンドリカルレンズ２０４における角度２１３を変更することで、被照明面に配置されたデジタル・ミラー・デバイス２０６での照明形状を変化させることができる。そこで、デジタル・ミラー・デバイス２０６、或いは、スクリーン２０８において、所定の照明形状となるように、角度２１２及び２１３を決定する。カラーホイール２０２の回転と、デジタル・ミラー・デバイス２０６のＯＮ状態／ＯＦＦ状態の制御とを同期させ、１フレーム内で時間的に分割してＲＧＢの色を投影することで、スクリーン２０８において画像（映像）を表示することができる。

プロジェクタ装置２００では、フーリエ変換光学系において、ＭＬＡ２０３の射出面からの光でデジタル・ミラー・デバイス２０６を照明することが可能となるため、デジタル・ミラー・デバイス２０６を照明する光学系を小型化することができる。また、かかる光学系のレンズの数を低減させることができるため、装置の高コスト化及び大型化を回避し、高い照明光率の斜入射照明を実現することができる。本実施形態では、単板方式のプロジェクタ装置を例に説明したが、３枚方式のプロジェクタ装置や光源にＬＥＤを用いたプロジェクタ装置にも適用可能である。

＜第３実施形態＞
物品としてのデバイス（半導体デバイス、磁気記憶媒体、液晶表示素子等）の製造方法について説明する。かかる製造方法は、インプリント装置１を用いてパターンを基板（ウエハ、ガラスプレート、フィルム状基板等）に形成する工程を含む。かかる製造方法は、パターンを形成された基板を加工する工程を更に含む。当該加工ステップは、当該パターンの残膜を除去するステップを含みうる。また、当該パターンをマスクとして基板をエッチングするステップなどの周知の他のステップを含みうる。本実施形態における物品の製造方法は、従来に比べて、物品の性能、品質、生産性及び生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されないことはいうまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、第１実施形態及び第２実施形態では、デジタル・ミラー・デバイスを用いたインプリント装置及びプロジェクタ装置について説明したが、本発明は、デジタル・ミラー・デバイスを用いていない装置にも適用可能であることは明らかである。本発明は、被照明面において矩形の照明形状を形成する場合であって、ＭＬＡを介して光学的に積分された光によって、被照明面の１つの辺に対して垂直な方向以外の方向から斜入射照明する際に適用することができる。光学系内にＭＬＡ及びシリンドリカルレンズを構成し、ＭＬＡ及びシリンドリカルレンズを光の進行方向に垂直な面内で回転させることで、被照明面での照明形状を矩形にすることができる。

１：インプリント装置 １２：基板加熱部 ５２：マイクロレンズアレイ ５５：シリンドリカルレンズ

Claims (12)

1. 斜入射照明を行う照明装置であって、
   それぞれが点光源を生成する複数の光学要素が配列されてなる第１光学素子と、
   前記第１光学素子からの光が入射し、１つの方向のパワーと、前記１つの方向に直交する方向のパワーとが異なり、照明領域を成形する第２光学素子と、
   を有し、
   前記斜入射照明による前記照明領域の歪みの補償を行うように、前記第１光学素子及び前記第２光学素子のそれぞれは、その光軸まわりの回転角を有し、
   前記第１光学素子の前記回転角と前記第２光学素子の前記回転角とが異なっていることを特徴とする照明装置。
2. 前記補償により前記照明領域の形状を矩形とすることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記第１光学素子の前記回転角と前記第２光学素子の前記回転角とが等しい場合より、前記照明領域の形状が矩形に近いことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記矩形の一辺に対して４５度の方位を有し、かつ被照明面の法線に対して２４度の仰角を有する光軸を有することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
5. 被照明面は、前記第１光学素子の射出面に対するフーリエ変換面になっていることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の照明装置。
6. 前記第１光学素子は、前記回転角として２．８度を有し、
   前記第２光学素子は、前記回転角として７７．２度を有することを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載の照明装置。
7. 前記第１光学素子は、マイクロレンズアレイを含むことを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の照明装置。
8. 前記第２光学素子は、シリンドリカルレンズ、アナモルフィックレンズ及びトーリックレンズのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の照明装置。
9. それぞれが駆動軸を含む複数のミラーが配列されてなり、前記複数のミラーの配列方向と前記駆動軸の方向とが異なっているミラーアレイと、
   前記ミラーアレイを照明する請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の照明装置と、
   を含むことを特徴とする光学装置。
10. 基板上のインプリント材を成型してパターンを形成するインプリント装置であって、
    前記基板を照明することによって前記基板を加熱して変形させる加熱部を有し、
    前記加熱部は、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の照明装置又は請求項９に記載の光学装置を含み、前記照明装置又は前記光学装置を介して前記基板を照明することにより前記基板を加熱することを特徴とするインプリント装置。
11. 投影装置であって、
    画像を投影する投影部を有し、
    前記投影部は、請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の照明装置又は請求項９に記載の光学装置を含み、前記照明装置又は前記光学装置を介して前記画像を投影することを特徴とする投影装置。
12. 請求項１０に記載のインプリント装置を用いてパターンを基板に形成する工程と、
    前記工程で前記パターンを形成された前記基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とする物品の製造方法。

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