(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のレンズが隣り合うように配列されたレンズアレイにおいて、
隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面に、湾曲形状の凹面部分を有しており、
前記各レンズは、その光軸を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されていることを特徴とするレンズアレイ。
【請求項２】
光の入射側に配置された第１レンズアレイと、光の出射側に配置された第２レンズアレイの２つのレンズアレイを有する光学系であって、
前記２つのレンズアレイは、それぞれ、複数のレンズが隣り合うように配列されており、
隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面に、湾曲形状の凹面部分を有しており、
少なくとも前記第２レンズアレイの各レンズは、その光軸を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されていることを特徴とする光学系。
【請求項３】
前記２つのレンズアレイの各レンズには、光が入射する入射面と、該入射面から入射した光が出射する出射面とが形成されており、
隣り合う前記複数のレンズ間の前記出射面のレンズ表面に、湾曲形状の凹面部分を有しており、
少なくとも前記第２レンズアレイの各レンズの前記出射面において、その光軸を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の光学系。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のレンズが隣り合うように配列されたレンズアレイ及び該レンズアレイを有する光学系に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、フォトリソグラフィ等の露光装置に用いられる照明光学系の中には、焦点面での照度均一性を確保するためのインテグレータ光学系として、フライアイレンズ（マイクロフライアイレンズ）を利用したレンズアレイを用いたものがある。また、前記したインテグレータ光学系の例として、２枚のフライアイレンズを並べた構成を有しているものが挙げられる（例えば、特許文献１参照）。さらに、その２枚構成されたフライアイレンズの両面が、シリンドリカルレンズ面で形成されたものがある。このような構成のインテグレータ光学系の場合、２枚のフライアイレンズの全ての面は凸レンズ形状となるため、各レンズの全体の大きさに対して入射面及び出射面の有効径が小さくなることが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１９１４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、前記したようなフライアイレンズをフォトリソグラフィを用いて形成した場合、その製造工程において、レンズ表面の平滑化のためにソルベントやポストベーク等を行う。そのため、設計上、隣り合うシリンドリカルレンズ２００同士それぞれの有効径外となる継ぎ目部分２０１は、凸面と凸面とが合わさることで、図６のグラフにおいて点線で示すような角部２０１ａを形成するはずだが、実際は設計形状とは異なり、図６のグラフの実線で示すような滑らかな曲線部２０１ｂとなってしまう。
【０００５】
これにより、継ぎ目部分２０１の曲線部２０１ｂは、光の射出角度が設計上の角度より小さくなってしまい、その結果、本来は焦点面のおいて必要なエリアの外に向かうはずの有効径外の光線が、迷光として必要なエリア内に入ってしまい、照明強度分布を悪化させてしまう、という問題が生じていた。
【０００６】
なお、このような現象を防ぐための方法としては、継ぎ目部分２０１の曲線部２０１ｂを設計上の角部２０１ａと同じ形状にするか、設計上の角部２０１ａに限りなく近づけるようにすることが考えられる。しかし、フォトリソグラフィによる製造の特性上、この方法は非常に困難であることが判明している。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、必要な光量は確保した上で、焦点面における必要なエリアに向かう有効径外の光線による迷光を生じさせないようにして、焦点面における必要なエリアに有効径内の光線による均一な照明強度分布を形成することができるレンズアレイ及び該レンズアレイを有する光学系を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するために、本発明は、複数のレンズ（１１１，１２１）が隣り合うように配列されたレンズアレイ（１１０，１２０）において、隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面（Ｄ）に、湾曲形状の凹面部分（Ｄｃ）を有しており、前記各レンズは、その光軸（Ｋ）を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径（Ｄａ）内外の境界（Ｌ）を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されているレンズアレイとしたことを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、光の入射側に配置された第１レンズアレイ（１１０）と、光の出射側に配置された第２レンズアレイ（１２０）の２つのレンズアレイを有する光学系（１００）であって、前記２つのレンズアレイは、それぞれ、複数のレンズ（１１１，１２１）が隣り合うように配列されており、隣り合う前記複数のレンズ間のレンズ表面（Ｄ）に、湾曲形状の凹面部分（Ｄｃ）を有しており、少なくとも前記第２レンズアレイの各レンズ（１２１）は、その光軸（Ｋ）を含む断面におけるレンズ表面の前記凹面部分を除く部分が、その有効径（Ｄａ）内外の境界（Ｌ）を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されていて、前記各レンズの有効径外の光線を焦点面における必要なエリア外に向かわせるように構成されている光学系としたことを特徴とする。
【００１０】
なお、ここでは、本発明をわかりやすく説明するため、実施の形態を表す図面の符号に対応付けて説明したが、本発明が実施の形態に限定されるものではないことは言及するまでもない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光軸を含む断面におけるレンズ表面が、その有効径内外の境界を挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されているため、有効径外の光線が迷光として焦点面における必要なエリアに入ってくることを防止することができ、有効径外の光線を焦点面における必要なエリアの外に向かわせて、焦点面における必要なエリアに有効径内の光線による均一な照明強度分布を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】図１の露光装置に備えられたインテグレータ光学系の第１マイクロフライアイレンズにおける１つのシリンドリカルレンズとそれに対応する第２マイクロフライアイレンズにおける１つのシリンドリカルレンズを示す概略斜視図である。
【図３】図２の第２マイクロフライアイレンズのＤ面のレンズ表面の様子を示す概略横断面図である。
【図４】図３の第２マイクロフライアイレンズにおける１つのシリンドリカルレンズのＤ面の設計上の曲率半径と実際の曲率半径の計測値を比較した結果をグラフに表した図である。
【図５】（ａ）本実施の形態のインテグレータ光学系による光の状態と、（ｂ）従来のインテグレータ光学系による光の状態とを比較説明するための概略図である。
【図６】従来のフライアイレンズにおけるシリンドリカルレンズ同士の継ぎ目部分の設計形状と実形状とを比較した結果をグラフに表した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る露光装置の構成を示す概略正面図である。図２は、図１の露光装置に備えられたインテグレータ光学系の第１マイクロフライアイレンズにおける１つのシリンドリカルレンズとそれに対応する第２マイクロフライアイレンズにおける１つのシリンドリカルレンズを示す概略斜視図である。図３は、図２の第２マイクロフライアイレンズのＤ面のレンズ表面の様子を示す概略横断面図である。図４は、図３の第２マイクロフライアイレンズにおける１つのシリンドリカルレンズのＤ面の設計上の曲率半径と実際の曲率半径の計測値を比較した結果をグラフに表した図である。
【００１５】
なお、本実施の形態では、本発明における光学系の実施の形態として、露光装置に備えられたインテグレータ光学系を例にして説明する。また、本実施の形態では、本発明におけるレンズアレイの実施の形態として、インテグレータ光学系を構成するマイクロフライアイレンズを例にして説明する。
【００１６】
まず、本実施の形態のマイクロフライアイレンズ及びインテグレータ光学系を備えた露光装置１０の概要について説明する。図１に示すように、本実施の形態における露光装置１０は、ウェハに対して露光を行う装置であり、光源１１、ビームエキスパンダー１２、折り曲げミラー１３、回折光学素子１４、アフォーカルズームレンズ１５、回折光学素子１６、ズームレンズ１７、本発明における光学系の実施の形態としてのインテグレータ光学系１００、コンデンサー光学系１８、マスクＭ、投影光学系ＰＬ、ウェハＷ等を有している。
【００１７】
本実施の形態では、露光光（照明光）を供給するための光源１１として、例えば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。また、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ており、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に入射して、所定の矩形状の断面を有する光束に整形されるようになっている。
【００１８】
さらに、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に入射するようになっている。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。また、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。
【００１９】
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に入射するようになっている。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。また、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。
【００２０】
回折光学素子１６を介した光束は、ズームレンズ１７に入射するようになっている。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、本発明における第１レンズアレイの実施の形態としての第１マイクロフライアイレンズ１１０と、本発明における第２レンズアレイの実施の形態としての第２マイクロフライアイレンズ１２０とを有する、本発明における光学系の実施の形態としてのインテグレータ光学系（オプティカルインテグレータ）１００の入射面（すなわち第１マイクロフライアイレンズ１１０の入射面）が位置決めされている。なお、インテグレータ光学系１００は、入射光束に基づいて多数光源を形成するように機能するものである。
【００２１】
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（ひいてはインテグレータ光学系１００の入射面に）、たとえば光軸Ｋを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【００２２】
インテグレータ光学系１００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とインテグレータ光学系１００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。インテグレータ光学系１００に入射した光束は二次元的に分割され、インテグレータ光学系１００の後側焦点面にはインテグレータ光学系１００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。
【００２３】
インテグレータ光学系１００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１８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Ｋ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。
【００２４】
このように、本実施の形態における露光装置１０においては、照明光の均一性を向上させるために、第１マイクロフライアイレンズ１１０及び第２マイクロフライアイレンズ１２０を有するインテグレータ光学系１００を使用している。
【００２５】
次に、本実施の形態のインテグレータ光学系１００について、さらに詳細に説明する。本実施の形態のインテグレータ光学系１００は、上述したように、光の入射側に配置された第１マイクロフライアイレンズ１１０と、光の出射側に配置された第２マイクロフライアイレンズ１２０の２つのレンズアレイを有している。本実施の形態の第１マイクロフライアイレンズ１１０と第２マイクロフライアイレンズ１２０は、それぞれ複数のレンズが隣り合うように配列されたものであり、特に本実施の形態では、シリンドリカルレンズに形成された複数のレンズが隣合うように配列されている。また、図２に示すように、それぞれのマイクロフライアイレンズ１１０，１２０における１つのシリンドリカルレンズ１１１，１２１同士は、露光装置１０の構成において、同じ光軸Ｋ上に位置するように形成及び配置されている。
【００２６】
また、本実施の形態の第１マイクロフライアイレンズ１１０におけるシリンドリカルレンズ１１１は、光の入射側に入射面としてＡ面、該Ａ面から入射した光の出射側に出射面としてＣ面を有している。さらに、本実施の形態の第２マイクロフライアイレンズ１２０におけるシリンドリカルレンズ１２１は、光の入射側に入射面としてＢ面、該Ｂ面から入射した光の出射側に出射面としてＤ面を有している。そして、本実施の形態における２つのシリンドリカルレンズ１１１，１２１同士は、入射面同士（Ａ面とＢ面）、出射面同士（Ｃ面とＤ面）でそれぞれ母線方向が平行に形成されており、第１マイクロフライアイレンズ１１０のシリンドリカルレンズ１１１の入射面（Ａ面）と出射面（Ｃ面）及び第２マイクロフライアイレンズ１２０のシリンドリカルレンズ１２１の入射面（Ｂ面）と出射面（Ｄ面）では、それぞれ母線方向が直交するように形成されている。これにより、第１マイクロフライアイレンズ１１０のＡ面と第２マイクロフライアイレンズ１２０のＢ面で例えばＺ軸方向の光に作用し、第１マイクロフライアイレンズ１１０のＣ面と第２マイクロフライアイレンズ１２０のＤ面で例えばＺ軸方向と直交するＸ軸方向の光に作用するようにレンズ形成することができる。
【００２７】
また、本実施の形態の第２マイクロフライアイレンズ１２０におけるシリンドリカルレンズ１２１の出射面であるＤ面は、図３及び図４に示すように、その光軸Ｋを含む断面におけるレンズ表面が、その有効径Ｄａの内外の境界Ｌを挟んで、内側の曲率よりも外側の曲率が大きくなるように形成されている。詳述すると、本実施の形態の第２マイクロフライアイレンズ１２０におけるシリンドリカルレンズ１２１のＤ面は、光軸Ｋを挟んだ所定の範囲が有効径Ｄａとなっており、この範囲を通った光は焦点面において必要なエリアに向かうようになっている。また、境界Ｌを挟んで有効径Ｄａと反対側（外側）に位置する有効径外（シリンドリカルレンズ１２１同士の継ぎ目部分）の所定範囲は、その曲率が有効径Ｄａの曲率と比較して大きくなるように形成された曲率大部分Ｄｂとなっている。また、有効径外の曲率大部分Ｄｂのさらに外側の所定範囲には凹面部分Ｄｃが形成されている。
【００２８】
このようなレンズ構成により、図５（ｂ）に示すように、曲率が有効径の内外で変化しない従来のレンズであると、有効径外を通った光が、図中点線で示す迷光となって焦点面の必要なエリアに入り込んでしまうのに対して、図５（ａ）に示すように、有効径の内側より境界を挟んだ外側でレンズの曲率を大きく形成した本実施の形態のレンズでは、有効径外の光が焦点面の必要なエリア外に向かうため、有効径外の光による迷光が発生せず、均一な照明強度分布を形成することができるものである。なお、有効径内外で曲率を変化させる割合や範囲については、レンズの形状や大きさ、レンズの有効径の曲率等によって、適宜決定すれば良い。
【００２９】
以上のように、本実施の形態の露光装置１０におけるインテグレータ光学系１００及び該インテグレータ光学系１００に備えられた第２マイクロフライアイレンズ１２０によれば、光軸Ｋを含む断面におけるシリンドリカルレンズ１２１のＤ面が、その有効径Ｄａの内外の境界Ｌを挟んで、内側（有効径Ｄａ）の曲率よりも外側（曲率大部分Ｄｂ）の曲率が大きくなるように形成されているため、必要な光量は確保した上で、有効径外の光線が迷光として焦点面における必要なエリアに入ってくることを防止することができ、有効径外の光線を焦点面における必要なエリアの外に向かわせて、焦点面における必要なエリアに有効径内の光線による均一な照明強度分布を形成することができる。
【００３０】
なお、以上説明した実施の形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。
【００３１】
例えば、前記した実施の形態では、マイクロフライアイレンズの両面にレンズが形成されている構成であったが、これに限るものではなく、片面のみがレンズ形成されているものであっても良い。
【００３２】
また、前記した実施の形態では、マイクロフライアイレンズとして、複数のシリンドリカルレンズが隣り合うように配列されたものを用いたが，これに限るものではなく、他の形状の複数のレンズが隣り合うように配列されたもの等、異なる構成のレンズアレイであっても良い。
【００３３】
また、前記した実施の形態では、２つのマイクロフライアイレンズのうち、第２マイクロフライアイレンズの、しかもＤ面のみが有効径の内外で曲率が変わるようにされていた。すなわち、前記した実施の形態においては、光線のうち、Ａ面及びＢ面で作用する方向については、有効径外からの迷光が特に問題にならないことから、２つのマイクロフライアイレンズのＡ面とＢ面には本発明の構成を適用していない。また、前記した実施の形態においては、Ｃ面はその有効径がレンズの大きさに対して比較的大きいため、迷光が発生する有効径外の部分が、その影響を無視できる位小さく、これによりＣ面にも本発明の構成を適用していない。このように、前記した実施の形態では、本発明の構成が本当に必要なＤ面のみに、本発明における有効径の内外で曲率を変化させる（境界を挟んだ有効径の外側の曲率を大きくしている）構成を適用しており、これにより光学系の構成を可能な限り簡単にして、光学系を製造し易くし、光学系の製造に対するコストを抑えることができるように設計されている。
【００３４】
しかし、本発明はこれに限るものではなく、１つのレンズの両面で同様の曲率を変化させる構成を有していても良いし、また、２つのマイクロフライアイレンズのうちの第１マイクロフライアイレンズ又は両方のマイクロフライアイレンズにおいて、曲率を変化させる構成を有していても良い。
【００３５】
また、前記した実施の形態では、２つのマイクロフライアイレンズを有するインテグレータ光学系について説明してきたが、他の光学系に適用しても良いし、１つのマイクロフライアイレンズのみのレンズアレイ等、他の構成に対して本発明を適用しても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１０      露光装置
１００    インテグレータ光学系（光学系）
１１０  第１マイクロフライアイレンズ（第１レンズアレイ）
１１１  シリンドリカルレンズ（レンズ）
１２０  第２マイクロフライアイレンズ（第２レンズアレイ）
１２１  シリンドリカルレンズ（レンズ）
Ｄ      レンズのＤ面（レンズ表面）
Ｄａ    有効径
Ｄｂ    曲率大部分
Ｄｃ    凹面部分
Ｋ      光軸
Ｌ      境界
【図１】
0005504763.tif 000002
【図２】
0005504763.tif 000003
【図３】
0005504763.tif 000004
【図４】
0005504763.tif 000005
【図５】
0005504763.tif 000006
【図６】
0005504763.tif 000007