(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数枚の単位マイクロレンズアレイを厚さ方向に積層して構成されたマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置において、
像を検出するカメラと、
前記カメラの光軸に関して前記カメラの焦点位置と下面の焦点板パターン面とが一致するように前記カメラに対する位置が固定された焦点板と、
前記カメラに向けて透過照明光を照射する光源と、
前記光源と前記焦点板との間に配置され上面にマスクパターン面が設けられたマスクと、
前記焦点板の前記焦点板パターン面と前記マスクの前記マスクパターン面との間の距離を測定するレーザ変位計と、
を有し、
前記焦点板と前記マスクとの間にマイクロレンズアレイを配置し、前記マイクロレンズアレイを介して前記カメラに入射したマスクパターン像が前記カメラの検出面にて合焦点となるように、前記カメラの光軸に関する前記マスクの位置を調整して、前記レーザ変位計が前記焦点板パターン面と前記マスクパターン面との間の距離を測定することを特徴とするマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置。
【請求項２】
複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数枚の単位マイクロレンズアレイを厚さ方向に積層して構成されたマイクロレンズアレイの焦点距離測定方法において、
像を検出するカメラの光軸上に焦点板を介在させて配置し、前記カメラの焦点位置を前記焦点板の下面の焦点板パターン面に合わせて、前記カメラと前記焦点板とを固定する工程と、
前記カメラの光軸上に、前記焦点板から順に、マイクロレンズアレイと、マスクと、透過照明光源とを配置し、前記透過照明光源から、透過照明光を前記カメラに向けて照射する工程と、
前記カメラにより前記マスクの上面のマスクパターン面に形成されたマスクパターンを検出し、そのマスクパターンが前記カメラの検出面にて合焦点となるように、前記カメラの光軸に関する前記マスクの位置を調整する工程と、
前記カメラが前記マスクパターンの合焦点像を検出した後、前記焦点板パターン面と前記マスクパターン面との間の距離をレーザ変位計により測定する工程と、
を有することを特徴とするマイクロレンズアレイの焦点距離測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置に使用されるマイクロレンズアレイの焦点距離を測定する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、マイクロレンズアレイにより、マスクパターンを基板上に投影する露光装置が使用されるようになってきている（特許文献１）。図９はマイクロレンズアレイを使用した露光装置を示す模式図である。露光対象の基板１の上方に、基板１に露光されるパターンが形成されたマスク３が、基板１に対して適長間隔をおいて配置されている。そして、この基板１とマスク３との間に、マイクロレンズ２ａを２次元的に配列したマイクロレンズアレイ２が配置されており、マスク３の上方から露光光がマスク３に対して照射され、マスク３を透過した露光光がマイクロレンズアレイ２により基板１上に投影され、マスク３に形成されたパターンが、マイクロレンズアレイ２により正立等倍像として、基板表面上のレジスト等に転写される。
【０００３】
図６は露光装置に使用されるマイクロレンズアレイ２を示す図、図７（a）は６角視野絞り１２を示し、図７（ｂ）は円形絞り１１を示す模式図である。図６に示すように、マイクロレンズアレイ２は、例えば、４枚８レンズ構成であり、４枚の単位マイクロレンズアレイ２−１，２−２，２−３，２−４が積層された構造を有する。各単位マイクロレンズアレイ２−１乃至２−４のマイクロレンズは２個の凸レンズにより表現される光学系から構成されている。これにより、露光光は単位マイクロレンズアレイ２−２と単位マイクロレンズアレイ２−３との間で一旦収束し、更に単位マイクロレンズアレイ２−４の下方の基板上で結像する。即ち、単位マイクロレンズアレイ２−２と単位マイクロレンズアレイ２−３との間には、マスク３の倒立等倍像が結像し、基板上には、マスク３の正立等倍像が結像する。単位マイクロレンズアレイ２−２と単位マイクロレンズアレイ２−３との間には、多角視野絞り（例えば６角視野絞り１２）が配置され、単位マイクロレンズアレイ２−３と単位マイクロレンズアレイ２−４との間には、円形絞り１１が配置されている。円形絞り１１が各マイクロレンズのＮＡ（開口数）を規定すると共に、６角視野絞り１２が結像位置に近いところで６角形に視野を絞る。これらの６角視野絞り１２及び円形絞り１１はマイクロレンズ毎に設けられており、各マイクロレンズについて、マイクロレンズの光透過領域を円形絞り１１により円形に整形すると共に、露光光の基板上の露光領域を６角視野絞り１２により６角形に整形している。６角視野絞り１２は、例えば、図７に示すように、マイクロレンズのレンズ開口１０の中に６角形状の開口として形成される。よって、この６角視野絞り１２により、マイクロレンズアレイ２を透過した露光光は、スキャンが停止しているとすると、１個のマイクロレンズにより、基板１上で図８に示す６角形に囲まれた領域にのみ照射される。
【０００４】
このマイクロレンズアレイを使用した露光装置においては、基板１とマスク３とは固定されていて、マイクロレンズアレイ２及び光源（図示せず）が一体的に同期してスキャン方向Ｓに移動することにより、基板１の表面の例えばレジスト膜にマスク３のパターンをスキャン露光するか、又はマイクロレンズアレイ２及び光源が固定されていて、基板１及びマスク３が一体的に同期してスキャン方向Ｓに移動することにより、基板１の表面のレジスト膜にマスク３のパターンをスキャン露光する。
【０００５】
このとき、基板１の表面においては、瞬間的に、図８に示すように各マイクロレンズの６角視野絞り１２の６角形の部分に露光光が照射される。この図８に示すように、マイクロレンズは、スキャン方向Ｓに垂直の方向に並んで配置されており、スキャン方向Ｓに垂直の方向に並ぶマイクロレンズ列に関し、スキャン方向Ｓに隣接するマイクロレンズ列は、スキャン方向Ｓに垂直の方向に若干ずれて配置されている。即ち、マイクロレンズの６角視野絞り１２は６角形状をなし、スキャン方向Ｓに垂直の方向に対し、左側の三角形部分１２ｂと、中間の矩形部分１２ａと、右側の三角形部分１２ｃとから構成されている。そして、マイクロレンズ列の左側の三角形部分１２ｂと、スキャン方向Ｓに隣接するマイクロレンズ列の右側の三角形部分１２ｃとがスキャン方向Ｓに関して重なるように、複数個のマイクロレンズ列がスキャン方向Ｓに配置されている。よって、マイクロレンズ２ａはスキャン方向Ｓに垂直の方向については１直線上にならび、スキャン方向Ｓについては若干ずれて配置されている。そして、これらのマイクロレンズ列は、スキャン方向Ｓに関し、３列で１群となるように配置されており、４列目のマイクロレンズ列は１列目のマイクロレンズ列と同一の位置に配置されている。即ち、１列目と４列目のマイクロレンズ列は、マイクロレンズ２ａのスキャン方向Ｓに垂直の方向の位置が同一である。
【０００６】
そして、マイクロレンズアレイ２及び光源と、基板１及びマスク３とが、相対的にスキャン方向Ｓに移動すると、基板１上においては、スキャン方向Ｓに垂直の方向に関して、先ず、１列目のマイクロレンズ列の６角視野絞りの右側三角形部分１２ｃの通過を受ける領域は、その後、２列目のマイクロレンズ列の６角視野絞りの左側三角形部分１２ｂの通過を受け、３列目のマイクロレンズ列では開口部の通過はない。一方、１列目のマイクロレンズ列の６角視野絞りの矩形部分１２ａの通過を受ける領域は、その後、２列目及び３列目のマイクロレンズ列では開口部の通過はない。更に、１列目のマイクロレンズ列の６角視野絞りの左側三角形部分１２ｂの通過を受ける領域は、その後、２列目のマイクロレンズ列では開口部の通過を受けず、３列目のマイクロレンズ列の６角視野絞りの右側三角形部分１２ｃの通過を受ける。このようにして、スキャンの際、基板１上の領域は、３列のマイクロレンズ列が通過する都度、６角視野絞り１２の２個の三角形部分１２ｂ、１２ｃの通過を受けるか、又は１個の矩形部分１２ａの通過を受ける。三角形部分１２ｂ、１２ｃの開口面積は、矩形部分１２ａの開口面積の１／２であるから、マイクロレンズ列が３列通過する都度、スキャン方向Ｓに関して均一な光量の露光を受けることになる。４列目のマイクロレンズ列は、スキャン方向Ｓに垂直の方向に関して１列目のマイクロレンズ列と同一の位置にマイクロレンズが配置されているので、以後、３列１群となって、同一の露光が繰り返される。従って、マイクロレンズアレイ２として、スキャン方向Ｓについて３ｎ（ｎは自然数）列のマイクロレンズ列を設け、この３ｎ列のマイクロレンズ列をスキャンさせることにより、基板１は、そのスキャン領域の全域にて、均一な光量の均等な露光を受ける。これにより、マイクロレンズアレイ２及び光源が、基板１及びマスク３に対してスキャン方向Ｓに相対的に移動することにより、マスク３に形成されたパターンが基板１上に露光される。このようにして、マイクロレンズアレイ２により、マスク３のマスクパターンの正立等倍像が基板１に転写される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−７９２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のごとく構成されるマイクロレンズアレイは、高精細露光に使用する場合に、その焦点距離を高精度で把握する必要がある。マイクロレンズアレイの製造時の各単位マイクロレンズアレイの相互間のギャップの誤差等により、製造されたマイクロレンズアレイの焦点距離は設計値から若干外れる場合がある。このため、製造されたマイクロレンズアレイを使用して、マスクパターンを結像させたときの実像のコントラストで、フォーカス状態を判断することが好ましい。
【０００９】
図５に示すように、フォーカス検査に際し、透過照明光源２２から照明光を上方のマスク３０に向けて照射し、マスク３０の上面３０ａに形成したマスクパターンの像を、マイクロレンズアレイ２によりＣＣＤカメラ２０に入射させる。そうすると、カメラ２０は、マスク３０のマスクパターンの像を観察し、この実像のコントラストをみて、マイクロレンズアレイ２のフォーカス状態を判断する。
【００１０】
しかし、従来、マスク３０におけるマイクロレンズアレイ２のフォーカス状態は検出することができるものの、カメラ２０とマイクロレンズアレイ２との間の焦点位置３２は不明であり、マイクロレンズアレイ２の焦点距離ｆ自体は測定することができなかった。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、マイクロレンズアレイの焦点距離を測定することができるマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置及び方法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】
【００１２】
本発明に係るマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置は、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数枚の単位マイクロレンズアレイを厚さ方向に積層して構成されたマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置において、
像を検出するカメラと、
前記カメラの光軸に関して前記カメラの焦点位置と下面の焦点板パターン面とが一致するように前記カメラに対する位置が固定された焦点板と、
前記カメラに向けて透過照明光を照射する光源と、
前記光源と前記焦点板との間に配置され上面にマスクパターン面が設けられたマスクと、
前記焦点板の前記焦点板パターン面と前記マスクの前記マスクパターン面との間の距離を測定するレーザ変位計と、
を有し、
前記焦点板と前記マスクとの間にマイクロレンズアレイを配置し、前記マイクロレンズアレイを介して前記カメラに入射したマスクパターン像が前記カメラの検出面にて合焦点となるように、前記カメラの光軸に関する前記マスクの位置を調整して、前記レーザ変位計が前記焦点板パターン面と前記マスクパターン面との間の距離を測定することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係るマイクロレンズアレイの焦点距離測定方法は、複数個のマイクロレンズが２次元的に配置されて構成された複数枚の単位マイクロレンズアレイを厚さ方向に積層して構成されたマイクロレンズアレイの焦点距離測定方法において、
像を検出するカメラの光軸上に焦点板を介在させて配置し、前記カメラの焦点位置を前記焦点板の下面の焦点板パターン面に合わせて、前記カメラと前記焦点板とを固定する工程と、
前記カメラの光軸上に、前記焦点板から順に、マイクロレンズアレイと、マスクと、透過照明光源とを配置し、前記透過照明光源から、透過照明光を前記カメラに向けて照射する工程と、
前記カメラにより前記マスクの上面のマスクパターン面に形成されたマスクパターンを検出し、そのマスクパターンが前記カメラの検出面にて合焦点となるように、前記カメラの光軸に関する前記マスクの位置を調整する工程と、
前記カメラが前記マスクパターンの合焦点像を検出した後、前記焦点板パターン面と前記マスクパターン面との間の距離をレーザ変位計により測定する工程と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、透過照明光は、マスクのマスクパターンの像をマイクロレンズアレイを介してカメラに入射させるが、カメラの光軸上の焦点位置は、焦点板の焦点板パターン面に一致しているので、カメラが、焦点板パターンの検出像と、マスクパターンの検出像とが合焦点であることを確認すると、マイクロレンズアレイの焦点位置は、カメラ側で焦点板パターン面であり、マスク側でマスクパターン面であるので、この焦点板パターン面とマスクパターン面との間の距離を、測定部材等で測定すれば、それが、マイクロレンズアレイの焦点間距離となり、高精度で、マイクロレンズアレイの焦点間距離を測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置を示す模式図である。
【図２】同じくその動作を示す図である。
【図３】同じくその動作の次の工程を示す図である。
【図４】同じくその動作の次の工程を示す図である。
【図５】マイクロレンズアレイにより焦点を結ぶ状態を示す図である。
【図６】マイクロレンズアレイを構成する単位マイクロレンズアレイを示す断面図である。
【図７】６角視野絞り及び円形絞りを示す平面図である。
【図８】マイクロレンズの配置を示す模式図である。
【図９】マイクロレンズアレイを使用した露光装置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明の実施形態に係るマイクロレンズアレイの焦点距離測定装置を示す。本実施形態のマイクロレンズアレイ２は、図６乃至図８に示す構造を有し、マスクの露光パターンを正立等倍像として基板上に結像させるものである。このマイクロレンズアレイ２は、製造後に、本発明の焦点距離測定装置に設置される。
【００１７】
この焦点距離測定装置においては、下方に透過照明光源２２がその光照射方向を上方に向けて配置されており、上方にＣＣＤカメラ２０がその光検出方向を下方に向けて配置されている。このカメラ２０の光軸と、透過照明光源２２の光軸とは一致しており、共に鉛直方向を向いている。そして、このカメラ２０の下方に焦点板３１がその面を水平にして配置されており、この焦点板３１とカメラ２０とは、保持具２１により一体的に相互に固定されるようになっている。この保持具２１は、焦点板３１とカメラ２０との間の距離を調整可能に両者を保持するものであり、距離調整後は、保持具２１とカメラ２０とを固定することができる。また、この保持具２１により固定されたカメラ２０と焦点板３１は、適宜の駆動装置（図示せず）により、上下方向に駆動され、カメラ２０及び焦点板３１はこの駆動装置によりその上下位置を調整することができる。焦点板３１の下面は、焦点板パターンが形成される焦点板パターン面３１ａとなっている。
【００１８】
透過照明光源２２の上方には、マスク３０がその面を水平にして設置されている。このマスク３０の上面は、マスクパターンが形成されているマスクパターン面３０ａとなっている。そして、このマスク３０と焦点板３１との間に、焦点距離を測定せんとするマイクロレンズアレイ２が配置される。また、このマイクロレンズアレイ２の側方にレーザ光路を有する１対のレーザ変位計２３，２４がマスク３０の下方に設置されており、レーザ変位計２３，２４により、マスクパターン面３０ａと焦点板パターン面３１ａとの間の距離を測定することができる。
【００１９】
次に、上述のごとく構成された焦点距離測定装置の動作について説明する。先ず、図２（ａ）に示すように、保持具２１により焦点板３１を保持し、保持具２１をカメラ２０に対して上下動可能に支持する。そして、焦点板３１の下面の焦点板パターン面３１ａには、図２（ｂ）に示すように、２個の焦点板パターン４０が形成されており、この焦点板パターン４０をカメラ２０により撮影し、保持具２１をカメラ２０に対して相対的に上下方向に移動させることにより、カメラ２０にて焦点板パターン４０の像のコントラストが明瞭に見える状態で、保持具２１をカメラ２０に固定する。これにより、カメラ２０に入射するカメラ側の透過照明光の焦点位置が、焦点板パターン面３１ａに一致し、焦点板パターンが合焦点となる。なお、カメラ２０と焦点板３１とは相対的に上下動すればよく、いずれを移動させても良いことは勿論である。
【００２０】
次に、図３（ａ）に示すように、透過照明光源２２から照明光をマスク３０に照射し、マスクパターン面３０ａに設けたマスクパターンの像を、マイクロレンズアレイ２を介して、焦点板３１の焦点板パターン面に結像させる。このとき、マスクパターン面３０ａには、図３（ｂ）に示すマスクパターン４１が形成されており、カメラ２０は、図３（ｂ）に示すように、１対の焦点板パターン４０の中央にマスクパターン４１が存在する像を観察する。そして、カメラ２０、保持具２１及び焦点板３１が一体的に固定されているので、これらのカメラ２０及び焦点板３１を一体的に上下動させて、マスクパターン面３０ａのマスクパターン４１の像を、マイクロレンズアレイ２により、焦点板３１の焦点板パターン面３１ａで結像させるように、カメラ２０及び焦点板３１の位置を調整する。これにより、図３（ｂ）に示すパターン４０，４１が全て合焦点となり、カメラ２０の光軸において、カメラ２０の合焦点位置は、パターン４０が設けられた焦点板パターン面３１ａにあると共に、パターン４１をマイクロレンズアレイ２により結像させたパターン４１の像が、同様に、焦点板パターン面３１ａにて合焦点となり、両者のフォーカスが一致する。
【００２１】
そこで、図４に示すように、マスクパターン面３０ａと焦点板パターン面３１ａとの間の距離を、レーザ変位計２３，２４により測定すると、マイクロレンズアレイ２の焦点距離ｆが求まる。このようにして、本実施形態によれば、簡易にかつ容易に、マイクロレンズアレイ２の焦点距離ｆを求めることができる。この場合に、例えば、焦点距離ｆは１０ｍｍであり、マイクロレンズアレイ２と焦点板３１の焦点板パターン面３１ａとの間の距離と、マスク３０のマスクパターン面３０ａとの間の距離は、いずれも約０．７ｍｍ程度である。このような微小な焦点距離ｆも、本実施形態においては、高精度で測定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明によれば、製造後の検査工程において、マイクロレンズアレイの焦点距離を高精度で測定できるので、本発明は、マイクロレンズアレイの高性能化に寄与する。
【符号の説明】
【００２３】
１：基板
２：マイクロレンズアレイ
２ａ：マイクロレンズ
２−１，２−２，２−３，２−４：単位マイクロレンズアレイ
３：マスク
１０：開口
１０ａ：遮光膜
１１：円形絞り
１２：６角視野絞り
２０：（ＣＣＤ）カメラ
２１：保持具
２２：透過照明光源
２３，２４：レーザ変位計
３０：マスク
３０ａ：マスクパターン面
３１：焦点板
３１ａ：焦点板パターン面
４０，４１：パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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