(57)【要約】【課題】  従来に比して形状精度がよい光学素子を製造可能な光学素子の製造方法を提供する。【解決手段】  製造するシリンドリカルレンズアレイは、法線方向にレンズピッチｐでシリンドリカルレンズが並んで配列されるものとする。そして、１回で露光できる領域は、図の太い実線で囲まれた領域１であり、法線方向に３ｐ、母線方向にｑの長さの辺を持つ矩形領域であるとする。本実施の形態においては、法線方向にｐのピッチ、母線方向にｒ（ｒ＜ｑ）のピッチで繰り返し露光を行う。一般にｒを、ｑがｒの整数倍となるように選ぶ。すなわち、露光位置を法線方向にｐずつずらしながら、端から端まで露光を行い、端に達したら、露光位置を母線方向にｒだけずらして露光を行い、続いて露光位置を法線方向に３ｐずつずらしながら、端から端まで、その前とは逆方向に露光を行い、これを繰り返して全体の露光を完了する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され一方向に同一の形状を有するレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記一方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項２】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され一方向に繰り返しパターンをするレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記１方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項３】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され、第１の方向に同一の形状を有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に繰り返しパターンをするレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記第２の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項４】
前記光学素子がシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項５】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され、第１の方向に第１のピッチの繰り返しパターンを有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に第２のピッチの繰り返しパターン有するをレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向における前記１回の露光領域を、前記第１のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第１のピッチの整数倍の間隔で、前記第１の方向に繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、前記第２のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第２のピッチの整数倍の間隔で、前記第２の方向に繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項６】
前記光学素子が、マイクロレンズアレイ又はフライアイレンズであ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。
【請求項７】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に一方向に同一の形状を有するパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記一方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項８】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に一方向に繰り返しパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記１方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項９】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に、第１の方向に同一の形状を有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に繰り返しパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記第２の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１０】
前記光学素子がシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とする請求項７から請求項８のうちいずれか１項に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１１】
基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に、第１の方向に第１のピッチの繰り返しパターンを有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に第２のピッチの繰り返しパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向における前記１回の露光領域を、、前記第１のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第１のピッチの整数倍の間隔で、前記第１の方向に繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、、前記第２のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第２のピッチの整数倍の間隔で、前記第２の方向に繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
【請求項１２】
前記光学素子が、マイクロレンズアレイ又はフライアイレンズであることを特徴とする請求項１１に記載の光学素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項４又は請求項１０に記載の光学素子の製造方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ。
【請求項１４】
請求項６又は請求項１２に記載の光学素子の製造方法によって製造されたマイクロレンズアレイ。
【請求項１５】
請求項６又は請求項１２に記載の光学素子の製造方法によって製造されたフライアイレンズ。
【請求項１６】
請求項１３に記載のシリンドリカルレンズアレイ、請求項１４に記載のマイクロレンズアレイ、又は請求項１５に記載のフライアイレンズのうち、少なくとも一つを照明光学系に有することを特徴とする露光装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載のマイクロレンズアレイを有することを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光リソグラフィを用いた光学素子の製造方法、この製造方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ、マイクロレンズアレイ、フライアイレンズ、これらのレンズアレイやレンズを用いた露光装置、及び、前記マイクロレンズアレイを使用した撮像装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
シリンドリカルレンズアレイ、マイクロレンズアレイ、フライアイレンズ等の光学素子は、ディジタルカメラ、光通信、ＭＥＭＳ分野を中心に実用化され、益々使用範囲が拡大しており、エキシマレーザを光源とする露光装置の光源用のインテグレータとしても使用されている。従来、このようなマイクロレンズの製造方法として、特開平９−００８２６６号公報（特許文献１）に開示されているような、光リソグラフィを使用した方法が知られている。
【０００３】
これらの方法においては、通常のフォトマスクをもちい、マスクにマイクロレンズに対応するパターンを形成し、光学基材表面に形成されたレジストを感光させて現像することにより、レジストの立体矩形パターンを製作する。そして、このレジストの立体矩形パターンを熱フローによりレンズ（曲面）形状に変形させてマイクロレンズを形成するものである。さらに、必要に応じ、このレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成している。
【０００４】
近年、これとは全く別の原理に基づくマイクロレンズの製造方法が開発され、特開２００３−１０７２０９号公報（特許文献２）に開示されている。これは、グレースケールマスク（アナログ的とみなせる光透過率の変化を有するマスク）を使用して光学基材の表面に形成されたレジストを感光させ、レジストを現像することによって、グレースケールに応じた形状の、立体的なレジストパターンを形成し、それをマイクロレンズとするか、あるいは前述のように、さらにレンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングすることにより、レンズ形状のレジストのパターンを光学基材に転写し、光学基材からなるマイクロレンズを形成するものである。
【０００５】
なお、光学素子の中には、レジストの形状に光学的な機能を持たせたものも存在する。このような光学素子は、レンズ形状となったレジストを光学基材と共にエッチングする前の工程で完成品とするものである。後に述べるように、本発明は、このようなものをも対象とするものである。
【０００６】
シリンドリカルレンズアレイについても、同様の方法で製造することができる。図８に完成したシリンドリカルレンズアレイの概要を示す。図に示すように、断面がレンズ形状となっている方向を法線方向、単体のシリンドリカルレンズを近似的に円柱の一部としてみた場合、その円柱の中心線の方向を母線方向と称する。シリンドリカルレンズの母線方向、法線方向、シリンドリカルレンズピッチは、図８中に示す通りである。
【０００７】
このようなシリンドリカルレンズアレイにおいては、法線方向の断面では、図に示すように、一定のレンズピッチで表面にレンズ形状が形成されている。母線方向の断面（不図示）は、どの断面も矩形である。
【０００８】
以下、代表的な例として、レンズピッチ700μｍ、レンズの数３２（すなわち法線方向の長さ22.4mm）、母線方向長さ44.8mmのシリンドリカルレンズアレイを製造する場合の露光方式について説明する。一般に、このような大きな面積を一度に露光することができないので、全体の露光部分をいくつかに分けて、ステップ・アンド・リピートにより露光する。以下の例では、１回の露光領域を2800μｍ×5600μｍとし、法線方向、母線方向共に８区分し、全体を６４の領域に分けて露光している。
【０００９】
このシリンドリカルレンズアレイ全体の露光区分を図９に示す。図９は平面図であり（概念図であるので、寸法は上述の寸法に対応していない）、太い線で囲まれる領域が１回の露光領域である。１回の露光領域には４個のレンズ要素が含まれている。ステップ・アンド・リピート方式の露光では、例えば、一つの露光領域の露光が終わると、法線方向の隣である露光領域を露光することを繰り返し、端部までの露光が終わると、母線方向にシフトして、母線方向に隣り合う露光領域を露光し、続いて、先ほどとは母線方法の反対方向に隣り合う露光領域を露光を順次露光するというステップを繰り返して、全体の露光を行う。露光の順を、図に矢印で示す。このような、ステップ・アンド・リピート方式の露光方式は、マイクロレンズアレイ、フライアイレンズアレイを製造する場合にも用いられる。
【００１０】
【特許文献１】特開平９−００８２６６号公報
【特許文献２】特開２００３−１０７２０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、これらレンズアレイに要求される形状の精度は、近年益々厳しくなってきている。ところが、上述のような従来方法で製造したシリンドリカルレンズアレイの形状精度は、こうした要求精度を満足できない場合がある。その例を図３、図４に示す。図は、図８に示すような形状のシリンドリカルレンズアレイを製造した結果を示すものである。使用したレジスト厚さは５５μｍであり、ｇ線ステッパによりレジストを露光して、現像した後、エッチングによりレジストを除去し、レジストパターンを基板に転写して製造した。
【００１２】
図３は、シリンドリカルレンズアレイの母線方向に沿って計測したレンズ中心の表面高さを示す図である。図で破線（細線）で示されるものが、従来のステップ・アンド・リピート方式による露光を行って製造されたものである。これを見ると分かるように、本来一定であるべき高さが、大きくばらついていること、特に、大きな矢印で示されるステップ・アンド・リピートのつなぎ目で大きな段差が生じていることが分かる。
【００１３】
なお、小さな矢印で示される７つの小さな段差は、グレースケールマスクパターンを製造するときにできた段差である。すなわち、グレースケールマスクパターンを製造する場合にも、母線方向を８つの区分に分けてステップ・アンド・リピート方式で露光を行っているため、そのつなぎ目で段差が生じることになる。
【００１４】
図４は、一つのレンズ要素について、法線方向の形状誤差を示した図である。横軸は、700μｍのレンズ有効径内における位置を±100％に換算して表したものであり、縦軸は形状誤差を示したものである。
【００１５】
中太線ａ２は、ステップ・アンド・リピート方式で露光を行った従来例における、ステップ・アンド・リピート方式のつなぎ目にかからない部分についての形状誤差を示すものであり、ほぼ満足できる範囲に入っている。これに対し、細線ａ３は、ステップ・アンド・リピート方式のつなぎ目にかかった部分についてのものである。この場合、−100％の位置がつなぎ目であるが、−100％の位置から−40％の位置にかけて、大きな形状誤差が生じていることが分かる。
【００１６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、従来の露光方式とは異なる露光方式を用いることにより、従来に比して形状精度がよい光学素子を製造可能な光学素子の製造方法、この製造方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ、マイクロレンズアレイ、フライアイレンズ、これらのレンズアレイやレンズを用いた露光装置、及び、前記マイクロレンズアレイを使用した撮像装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前記課題を解決するための第１の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され一方向に同一の形状を有するレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記一方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項１）である。
【００１８】
「一方向に同一の形状を有する」とは、その方向に直角な方向の断面形状が、その方向のどの位置でも同じ形状であることを言い、このことは本明細書及び請求の範囲において同じである。
【００１９】
従来技術におけるステップ・アンド・リピート方式においては、前記一方向に、１回の露光で露光転写可能な長さに等しい間隔で繰り返し露光を行っているが、本手段においては、光学素子を製造する際に、この長さよりも短い間隔で繰り返し露光を行うようにしている。よって、ステップ・アンド・リピート方式の場合に継ぎ目に当たる部分でも、本手段においては、他の露光においては継ぎ目には当たらないことになる。すなわち、本手段において、１回の露光における端部は、必ず他の露光における端部以外の部分に相当するようになるので、ステップ・アンド・リピート方式のような継ぎ目が発生せず、よって、大きな段差が発生しない。又、冗長性を持たせて繰り返し露光を行っているので、前記一方向にグレースケールマスクパターンのむらがあるような場合でも、繰り返し露光によりそのむらが平均化される。この効果は、繰り返し間隔を短くし多数回の露光を行えば行うほど、顕著になる。
【００２０】
前記課題を解決するための第２の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され一方向に繰り返しパターンをするレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記１方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項２）である。
【００２１】
本手段の原理は、前記第１の手段と変わるところはないが、対象とする光学素子が一方向に繰り返しパターンをするレジスト層を有するものである点が異なっている。よって、１回の露光量域を、繰り返しパターンの複数倍とし、前記一方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う。これにより、前記第１の手段で述べたような作用効果が得られる。
【００２２】
前記課題を解決するための第３の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され、第１の方向に同一の形状を有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に繰り返しパターンをするレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記第２の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項３）である。
【００２３】
本手段は、前記第１の手段と前記第２の手段を組み合わせたものである。よって、前記第１の手段、第２の手段と同様の作用効果を生ずる。
【００２４】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１の手段から第３の手段のいずれかであって、前記光学素子がシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２５】
前記第１の手段から第３の手段は、いずれもシリンドリカルレンズアレイを製造するのに特に有効である。
【００２６】
前記課題を解決するための第５の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することにより、基板上に形成され、第１の方向に第１のピッチの繰り返しパターンを有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に第２のピッチの繰り返しパターン有するをレジスト層を有する光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向における前記１回の露光領域を、前記第１のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第１のピッチの整数倍の間隔で、前記第１の方向に繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、前記第２のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第２のピッチの整数倍の間隔で、前記第２の方向に繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項５）である。
【００２７】
本手段は、前記第２の手段を、第１の方向とそれと直角な第２の方向について、それぞれ適用したものである。よって、前記第２の手段と同様の作用効果を奏する。
【００２８】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第５の手段であって、前記光学素子が、マイクロレンズアレイ又はフライアイレンズであることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２９】
前記第５の手段は、マイクロレンズアレイ又はフライアイレンズを製造するのに特に有効である。
【００３０】
前記課題を解決するための第７の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に一方向に同一の形状を有するパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記一方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項７）である。
【００３１】
前記課題を解決するための第８の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に一方向に繰り返しパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記１方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項８）である。
【００３２】
前記課題を解決するための第９の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に、第１の方向に同一の形状を有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に繰り返しパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短い間隔で、繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、前記繰り返しパターンの複数倍とし、前記第２の方向に、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記繰り返しパターンの整数倍の間隔で、繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項９）である。
【００３３】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第７の手段から第９の手段のいずれかであって、前記光学素子がシリンドリカルレンズアレイであることを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００３４】
前記課題を解決するための第１１の手段は、基板上にレジスト層を形成し、１回の露光領域を順次変えながらグレースケールマスクに形成されたパターンを前記レジスト層に繰り返し露光転写し、その後前記レジスト層を現像することによりレジストパターンを形成し、続いて前記レジストと前記基板をエッチングすることにより、基板表面に、第１の方向に第１のピッチの繰り返しパターンを有し、前記第１の方向と直角な第２の方向に第２のピッチの繰り返しパターンが形成された光学素子を製造する方法であって、前記第１の方向における前記１回の露光領域を、前記第１のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第１のピッチの整数倍の間隔で、前記第１の方向に繰り返し露光転写を行うと共に、前記第２の方向における前記１回の露光領域を、前記第２のピッチの繰り返しパターンの複数倍とし、前記１回の露光領域の露光転写可能な長さよりも短く、かつ前記第２のピッチの整数倍の間隔で、前記第２の方向に繰り返し露光転写を行う工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法（請求項１１）である。
【００３５】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第１１の手段であって、前記光学素子が、マイクロレンズアレイ又はフライアイレンズであることを特徴とするもの（請求項１２）である。
【００３６】
これら第７の手段から第１２の手段は、それぞれ前記第１の手段から第６の手段とは、対象とする光学素子が異なるだけで、発明の本質である光リソグラフィ工程は全く同じである。すなわち、前記第１の手段から第６の手段までが、基板の上に所定パターンの形状を有するレジスト層が形成された光学素子を対象としているのに対し、第７の手段から第１２の手段は、このような光学素子のレジスト層と基板をエッチングしてレジスト層をなくすると共に、レジスト層の形状を基板表面に転写した方式の光学素子を対象としている。よって、これら第７の手段から第１２の手段は、それぞれ、前記第１の手段から第６の手段と、同じ作用効果を奏する。
【００３７】
前記課題を解決するための第１３の手段は、前記第４の手段又は第１０の手段によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ（請求項１３）である。
【００３８】
前記課題を解決するための第１４の手段は、前記第６の手段又は第１２の手段によって製造されたマイクロレンズアレイ（請求項１４）である。
【００３９】
前記課題を解決するための第１５の手段は、前記第６の手段又は第１２の手段によって製造されたフライアイレンズ（請求項１５）である。
【００４０】
前記課題を解決するための第１６の手段は、前記第１３の手段であるシリンドリカルレンズアレイ、前記第１４の手段であるマイクロレンズアレイ、又は前記第１５の手段であるフライアイレンズのうち、少なくとも一つを照明光学系に有することを特徴とする露光装置（請求項１６）である。
【００４１】
本手段においては、それぞれのシリンドリカルレンズアレイ、マイクロレンズアレイ、フライアイレンズのうち少なくとも一つを照明光学系に有しているので、照明一様性を向上させることができる。
【００４２】
前記課題を解決するための第１７の手段は、前記第１４の手段であるマイクロレンズアレイを有することを特徴とする撮像装置（請求項１７）である。
【００４３】
本手段においては、各マイクロレンズ間のばらつきが少なくなるので、撮像精度を向上させることができる。
【発明の効果】
【００４４】
以上説明したように、本発明によれば、従来に比して形状精度がよい光学素子を製造可能な光学素子の製造方法、この製造方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイ、マイクロレンズアレイ、フライアイレンズ、これらのレンズアレイやレンズを用いた露光装置、及び、前記マイクロレンズアレイを使用した撮像装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
以下、本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。以下の説明において、光学素子を製造する方法自体は、図７を用いて説明した従来の方法と変わるところはなく、露光方法のみが従来の方法と変わっているので、露光方法についてのみ説明を行う。
【００４６】
図１は、本発明の実施の形態におけるシリンドリカルレンズアレイを製造する際の露光方法を説明するための図である。製造するシリンドリカルレンズアレイは、法線方向にレンズピッチｐでシリンドリカルレンズが並んで配列されるものとする。そして、１回で露光できる領域は、図の太い実線で囲まれた領域１であり、法線方向に３ｐ、母線方向にｑの長さの辺を持つ矩形領域であるとする。
【００４７】
本実施の形態においては、法線方向にｐのピッチ、母線方向にｒ（ｒ＜ｑ）のピッチで繰り返し露光を行う。一般にｒを、ｑがｒの整数倍となるように選ぶ。
【００４８】
１回で露光できる領域としては、レンズの曲面に継ぎ目がこないように、法線方向の長さをレンズピッチｐのｍ倍（ｍは２以上の整数）とすることが肝要である。そして、露光ピッチは法線方向に対してレンズピッチｐのｎ倍（ｎは自然数でｎ＜ｍ）とする一般にはｍがｎの整数倍となるようにすることが好ましい。
【００４９】
図において、破線で示される領域２が法線方向の２回目の露光領域、一点鎖線で示される領域３が、母線方向の２回目の露光領域である。このようにして、図１に示す例においては、露光位置を法線方向にｐずつずらしながら、端から端まで露光を行い、端に達したら、露光位置を母線方向にｒだけずらして露光を行い、続いて露光位置を法線方向にｐずつずらしながら、端から端まで、その前とは逆方向に露光を行い、これを繰り返して全体の露光を完了する。
【００５０】
このようにすると、全露光領域の周縁部を除く部分は、３×（ｑ／ｒ）回（一般にはｍｑ／（ｎｒ）回）露光を受けることになる。よって、これだけの回数の露光を受けたとき、必要な露光量となるように、従来に比べて１回当たりの露光量を低下させておく必要がある。さらに、ｍｑ／（ｎｒ）が整数でないと、場所によって全照射線量が変わってくるので、少なくともｍｑ／（ｎｒ）が整数であるようにすることが好ましい。
【００５１】
又、このようにすると、全照射領域の周縁部では、上記の回数だけの露光が行われないので、露光が不十分となる。よって、これらの領域はダミー領域として、製品からは除外するか、製品として使用しないようにする必要がある。
【００５２】
以上に示した例は、シリンドリカルレンズアレイについてのものであるが、マイクロレンズアレイや、フライアイレンズについても、同様の考え方に基づいて露光を行うようにすればよい。その場合には、単体レンズが配列される直角な２方向とも、図１における母線方向と考えて露光方法を決定すればよい。
【００５３】
その例を図２に示す。レジストが塗布された石英基板４の矩形領域５内に１つずつマイクロレンズを製造する場合、グレースケールマスク６として、同一形状のマイクロレンズのパターンが複数（図においては３×４＝１２個）設けられたグレースケールマスクを用意する。なお、図２に図示されたグレースケールマスク６は、縮小投影倍率と同じ倍率に縮小したときの寸法で図示されている。また、ハッチングの部分全ては同じパターンを持つグレースケールパターン７が形成された領域を示す。このとき、矩形領域の一辺を４０μｍの正方形とすると、レンズのビッチはＸ方向Ｙ方向とも４０μｍのピッチとなる。したがって、繰り返し露光を４０μｍピッチずらしながら、本発明における露光方法で順次露光することが好ましい。なお、このときの一回当たりの露光量は、従来のステップ・アンド・リピート法を使用した場合の１／１２とする必要がある。
【００５４】
なお、シフトするピッチは、これだけに限られず、Ｘ方向については、120μｍ朱満で４０μｍの整数倍であればよく、また、Ｙ方向については、160μｍ未満で４０μｍの整数倍であればよい。たとえば、Ｘ方向のステヅプ量は４０μｍ、Ｙ方向のステッブ量を８０μｍとしてもよく、その場合は、露光される領域内における最多露光回数が６回となるので、通常の露光量の１／６とする必要がある。
【００５５】
以下、本発明の実施の形態であるシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズを使用した露光装置の概要について図５を用いて説明する。図５に示す露光装置は、露光光（照明光）を供給するための光源１１として、たとえば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。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、光源１１からＺ方向に沿って射出されたほぼ平行光束は、Ｘ方向に沿って細長く延びた矩形状の断面を有し、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、所定の矩形状の断面を有する光束に整形される。
【００５６】
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。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。
【００５７】
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。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。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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。ズームレンズ１７の後側焦点面の近傍には、光源側から順に第１フライアイ部材１８ａと第２フライアイ部材１８ｂとからなるマイクロフライアイレンズ（またはフライアイレンズ）１８の入射面（すなわち第１フライアイ部材１８ａの入射面）が位置決めされている。なお、マイクロフライアイレンズ１８は入射光束に基づいて多数光源を形成するオプティカルインテグレータとして機能する。
【００６０】
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（ひいてはマイクロフライアイレンズ１８の入射面に）、たとえば光軸ＡＸを中心とした輪帯状の照野を形成する。
【００６１】
マイクロフライアイレンズ１８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とマイクロフライアイレンズ１８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。マイクロフライアイレンズ１８に入射した光束は二次元的に分割され、マイクロフライアイレンズ１８の後側焦点面にはマイクロフライアイレンズ１８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。
【００６２】
マイクロフライアイレンズ１８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１９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ＡＸ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。
【００６３】
このように本実施の形態にかかる露光装置においては、照明光の均一性を向上させるために、マイクロフライアイレンズ１８を使用している。そして、このマイクロフライアイレンズ１８を構成する第１フライアイ部材１８ａ、第２フライアイ部材１８ｂは、前述のような本発明に係る光学素子の製造方法によって製造されたシリンドリカルレンズアレイである。それ故、従来よりも均一な照明光を形成が形成される。
【００６４】
なお、第１フライアイ部材１８ａ、第２フライアイ部材１８ｂのシリンドリカルレンズアレイの母線方向は互いに直交するようにされている。勿論、マイクロフライアイレンズとして、本発明の実施の形態である単体のフライアイレンズアレイを使用するようにしてもよい。
【００６５】
以下、本発明の実施の形態であるマイクロレンズアレイを使用した固体撮像装置の概要について図６を用いて説明する。図６は、従来のマイクロレンズ付き固体撮像装置であるＣＣＤの構造を示す図であり、その平面構造が（ａ）に、そのＡ−Ａ'部断面構造が（ｂ）に、模式的にされている。図６において２１はＣＣＤ単位画素、２２は垂直ＣＣＤ電極、２３はフォトダイオード、２４はマイクロレンズ、２５はAl遮光膜、２６はフォトダイオードのＮ型半導体領域、２７はフォトダイオードのＰ型半導体領域、２８は垂直ＣＣＤのＮ型半導体領域、２９は垂直ＣＣＤのＰ型半導体領域である。
【００６６】
外部から入射する光は、マイクロレンズ２４でフォトダイオード２３に集光されるので、見かけ上受光面の面積率が向上する。本固体撮像装置においては、マイクロレンズとして、本発明の実施の形態であるマイクロレンズアレイを用いているので、各マイクロレンズ２４間にばらつきが少なく、それにより撮像性能が向上する。
【実施例】
【００６７】
背景技術の欄で説明したものと同じシリンドリカルレンズアレイを、本発明の方法を用いて製造した。すなわち、このシリンドリカルレンズアレイは、レンズピッチ700μｍ、レンズの数３２（すなわち法線方向の長さ22.4mm）、母線方向長さ44.8mmのものである。１回の露光領域は、従来例と同じように、法線方向2800μｍ、母線方向5600μｍの矩形とした。すなわち、１回の露光領域には、８個のシリンドリカルレンズが含まれることになる。
【００６８】
マイクロレンズの場合、以下の様に設計する。マイクロレンズにおいて、ほぼ同じ高さと見なせる領域を一つの領域と見なし、その領域を細い幅の帯状領域として設定する。そのような帯状領域をマイクロレンズのあらゆる高さ毎に、設定する。次に個々の帯状領域ごとに、所定の透過率分布となるように、開口の数又は開口の面積を設定する。同一の帯状領域は、マイクロレンズにおいて同じ高さの領域であるため、エヅチング量が同じなる必要がある。したがって、個々の帯状領域が所定の透過率となるように．開ロの分布を決める。
【００６９】
なお、グレースケールマスクは次のように製造される。クロム膜が蒸着された石英基板にポジ型レジストを塗布する。次に、開口を形成する部分にレーザライターにより所定の面積の開ロを形成する。次に、ポジ型レジストを現像する。現像された石英基板は、次にエッチングによリクロム膜を除去する。クロム膜が除去された部分が開口となり、グレースケールマスクの原盤ができる。なお、グレースケールマスクの原盤では、開口のパターンが大き過ぎるので、グレースケールマスクの原盤を縮小投影露光により、縮小することで微細な開口を有するグレースケールマスクができる。
【００７０】
なお、本発明に用いるグレースケールマスクとしては、特開平８−５０４５１５号公報に記載されたグレースケールマスクや、基板中に光吸収体の濃度を変化させて所望の透過率分布を得るグレースケールマスクでも適用可能であることは言うまでもない。
【００７１】
本実施例においては、上記のようにして製造されたグレースケールマスクを用いて、公知の方法によりシリンドリカルレンズアレイを製造している。その方法を、図７に示す。石英からなる基板３１の上にレジスト３２を成膜する（ａ）。この場合、レジストとしてはポジ型のものを使用している。そして、グレースケールマスク３３を通して光をレジスト３２上に照射する（ｂ）。図においてハッチングを施してある部分がグレースケールとなっており、形成されるシリンドリカルレンズの法線方向に沿った断面で見ると、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が悪くなっている。ハッチングを施していない部分は、透明な部分である。
【００７２】
このようにして露光されたレジスト３２を現像すると、強く光の照射を受けた部分は多くエッチングされ、弱く光の照射を受けた部分はエッチング量が少なくなって、（ｃ）に示すように、レジスト３２にシリンドリカルレンズアレイのパターンが形成される。
【００７３】
このような状態で、レジスト３２と基板３１を同時にドライエッチングすると、レジスト３２に形成されたシリンドリカルレンズのパターンが基板３１に転写され、レジスト３２が無くなった状態で、基板３１の表面にシリンドリカルレンズアレイが形成される。レジスト３２と基板３１のエッチングレートの違いにより、レジスト３２に形成されたシリンドリカルレンズのパターンと基板３１の表面に形成されたシリンドリカルレンズのパターンはその凹凸度が異なるが、所望の凹凸を有するシリンドリカルレンズのパターンが基板３１の表面に形成されるように、予め、レジスト３２に形成されるシリンドリカルレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。
【００７４】
本実施例においては、石英基板にポジ型レジストを塗布し、プリベーク後、ｉ線露光装置によりグレースケールマスクのパターンを縮小投影露光した。最初に、グレースケールマスクに形成されたアライメントマークと、石英基板上に形成されたアライメントマークとを基に、相対的に位置合わせを行い、前述のとおり、所定のステップ量で順次、露光領域を変えて所定領域を露光した。露光完了後、現像液に浸すことで、石英基板上に所定の形状を有したレジストが形成された。このときのレジストの形状は、おおよそシリンドリカルレンズアレイの形状となっている。その後、ＩＣＰエッチング装置を用い、反応性ガスとして、フッ素系ガスと酸素とアルゴンガスを導入しながら、レジストと石英基板を同時にエッチングして、石英基板の表面に、シリンドリカルレンズアレイを形成した。
【００７５】
本実施例においては、法線方向については700μｍピッチ、すなわちレンズピッチと等しい間隔で繰り返し露光を行い、母線方向についても700μｍピッチで露光を行った。よって、レジストの同一箇所が４×８＝３２回の露光を受けることになるので、１回当たりの露光量を、ステップ・アンド・レピート方式である従来例の１／３２とした。
【００７６】
製作されたシリンドリカルレンズアレイの形状誤差を図３、図４に示す。図３は、シリンドリカルレンズアレイの母線方向に沿って計測したレンズ中心の表面高さを示すものであり、太線が本実施例のものである。製作誤差はほぼ±１０nm以内となっており、破線（細線）で示した従来の結果と比較すると、ステップ・アンド・レピート時のつなぎ目や、マスク制作時のつなぎ目に対応する段差も見受けられなくなっている。
【００７７】
図４は、一つのレンズ要素について、法線方向の形状誤差を示した図である。横軸は、700μｍのレンズ有効径内における位置を±100％に換算して表したものであり、縦軸は形状誤差を示したものである。太線ａ１が本実施例のものである。これを見ると、本実施例の形状誤差は、中太線ａ２で示される、ステップ・アンド・リピート方式のつなぎ目にかからない部分についての形状誤差とほぼ同等であり、細線ａ３で示される、ステップ・アンド・リピート方式のつなぎ目にかかった部分に比べて大幅に向上している。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明の実施の形態におけるシリンドリカルレンズアレイを製造する際の露光方法を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態におけるシリンドリカルレンズアレイを製造する際の露光方法を説明するための図である。
【図３】シリンドリカルレンズアレイの母線方向に沿って計測したレンズ中心の表面高さを示す図である。
【図４】一つのレンズ要素について、法線方向の形状誤差を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態であるシリンドリカルレンズアレイ、フライアイレンズを使用した露光装置の概要を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態であるマイクロレンズアレイを使用した固体撮像装置の概要を示す図である。
【図７】グレースケールマスクを用いたマイクロレンズの製造方法の例を示す図である。
【図８】完成したシリンドリカルレンズアレイの概要を示す図である。
【図９】シリンドリカルレンズアレイ全体の露光区分を示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
１…領域、２…領域、３…領域、４…石英基板、５…矩形領域、６…グレースケールマスク、７…グレースケールパターン、１１…光源、１２…ビームエキスパンダー、１３…折り曲げミラー、１４…回折光学素子、１５…アフォーカルズームレンズ、１６…回折光学素子、１７…ズームレンズ、１８…マイクロフライアイレンズ、１９…コンデンサー光学系、２１…ＣＣＤ単位画素、２２…垂直ＣＣＤ電極、２３…フォトダイオード、２４…マイクロレンズ、２５…Al遮光膜、２６…フォトダイオードのＮ型半導体領域、２７…フォトダイオードのＰ型半導体領域、２８…垂直ＣＣＤのＮ型半導体領域、２９…垂直ＣＣＤのＰ型半導体領域
【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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