(57)【要約】【課題】  ２次元方向の位置合わせに使用することが可能な位置合わせ用マークを持ったシリンドリカルマイクロレンズアレイを提供する。【解決手段】  複数のグレースケールマスクを使用することにより、精度良く形成された高サグ量のシリンドリカルマイクロレンズパターンを有する基板１の表面にレジスト２を塗布する（ｆ）。そして、アライメントマークのパターン５ａが形成されたマスク５を通してレジスト２を感光させ（ｇ）、レジスト２を現像することにより、アライメントマークに対応する部分２ａのレジスト２を除去する（ｈ）。そして、その上にスパッタリングによりクロム薄膜６を成膜する（ｉ）。続いて、レジスト２を溶解すると、レジスト２上のクロム薄膜６は除去され、レジスト２が存在しなかった部分に、クロム薄膜からなるアライメントマーク７が形成される（ｊ）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記光学基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記光学基材に転写してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であり、前記各グレースケールマスクを用いて露光する露光時間のうち、少なくとも一つのグレースケールマスクにおいて、それを用いて露光する露光時間が、他のグレースケールマスクを用いて露光する露光時間と異なっているマイクロレンズの製造方法によって製造されたシリンドリカルマイクロレンズアレイであって、前記光学基材のレンズ形状が形成された箇所以外の平坦部分に、２次元方向の位置の基準として用いることが可能なアライメントマークが形成されたシリンドリカルマイクロレンズアレイ。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンドリカルマイクロレンズアレイであって、前記マイクロレンズアレイの製造方法が、各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚はマイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンを有するものであることを特徴とするシリンドリカルマイクロレンズアレイ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のシリンドリカルマイクロレンズアレイであって、前記アライメントマークが、前記光学基材をエッチングして形成されたか、あるいは、前記光学基材の上に成膜された金属薄膜をエッチングして形成されたことを特徴とするシリンドリカルマイクロレンズアレイ。
【請求項４】
請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のシリンドリカルマイクロレンズアレイであって、前記アライメントマークの形成された平坦部分が、実際にシリンドリカルレンズが形成された部分を包絡していることを特徴とするシリンドリカルマイクロレンズアレイ。
【請求項５】
請求項４に記載のシリンドリカルマイクロレンズアレイであって、前記アライメントマークが、シリンドリカルレンズの長さ方向の延長線上に形成されていることを特徴とするシリンドリカルマイクロレンズアレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、露光装置の照明光学系において均一な照明光を作り出すためのフライアイレンズ等に使用するのに好適なシリンドリカルマイクロレンズアレイに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスや液晶デバイスを製造するための工程であるリソグラフィ工程においては、マスクに形成されたパターンを、ウエハ上に塗布されたレジストに転写するために露光装置が使用される。最近、これら半導体バイスや液晶デバイスのパターンの微細化に伴い、露光装置に使用される光の波長が短くなり、波長が200nm程度のエキシマレーザ光源を使用した露光装置が使用されるようになってきている。
【０００３】
このようなエキシマレーザを使用した露光装置においては、マスクを照明する照明光の照明一様性を確保するために、フライアイレンズが使用される。しかしながら、通常のマイクロフライアイレンズを使用した場合には、十分な照明一様性を出すことができず、２つのシリンドリカルマイクロレンズアレイを、その軸方向が直交するようにして組み合わせ、全体としてマイクロフライアイレンズの役割を果たすようにする方法が採用されている。
【０００４】
マイクロレンズを光リソグラフィを使用して製造する方法の例は、例えば特開平９−８２６６号公報（特許文献１）や、特表平８−５０４５１５号公報（特許文献２）に記載されている。このうち、特許文献１に記載される方法は、マイクロレンズの形状をレジストのリフローによって形成しており、高精度を要求されるマイクロレンズを製造することができない。特許文献２に記載される方法は、グレースケールマスクを使用してレジスト形状を制御するものであり、特許文献１に記載される方法に比して、高精度でマイクロレンズを製造することができる。
【０００５】
しかしながら、前述のような露光装置の光源に使用されるシリンドリカルマイクロレンズアレイは、サグ量が大きく、かつ、非常に高い形状精度が要求されるので、特許文献２に記載の方法を使用した場合でも、製造が不可能であった。
【０００６】
そこで、従来、前述のような露光装置の光源に使用されるシリンドリカルマイクロレンズアレイは、研削と研磨を応用した方法により製造されていた。研削・研磨法によるシリンドリカルマイクロレンズアレイの製造方法を、図４に示す。
【０００７】
（ｂ）に示すように、製造したいシリンドリカルマイクロレンズの形状と凹凸関係が逆の断面形状を持つ研削型２１を用意し、それをガラス基板２２に適度な荷重で押し付け、（ｃ）に示すように、研削型２１あるいはガラス基板２２を、研削型２１に形成してあるレンズ断面形状の稜線方向（矢印方向）に何回も往復運動させることにより、（ａ）に示すように、ガラス基板２２にシリンドリカルマイクロレンズ形状を創生する。
【０００８】
創生されたシリンドリカルマイクロレンズは、未だ研磨面にはなっておらず、表面荒さが粗い。よって、前記研削型と同様な断面形状を持つ研磨型を用い、前記研削工程と同様な方法で研磨を行い、シリンドリカルレンズとして必要な表面粗さとレンズ形状精度を得る。研磨後、必要に応じて加熱、電子ビーム照射等の手段により、創生されたシリンドリカルマイクロレンズの形状修正が行われることもある。
【０００９】
【特許文献１】特開平９−８２６６号公報
【特許文献２】特表平８−５０４５１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
前述のように、露光装置の照明光学系に使用されるシリンドリカルマイクロレンズアレイは、２つをその軸方向（長さ方向）を直角にして組み合わせて使用される。従って、２つのシリンドリカルマイクロレンズアレイの位置合わせが必要となり、位置合わせは±１μｍ程度の精度で行う必要がある。
【００１１】
研削・研磨法によって製造されるシリンドリカルマイクロレンズの場合、シリンドリカルレンズの軸方向に研削型、研磨型を摺動させて研削・研磨を行うので、図４に符号２３で示すようにシリンドリカルマイクロレンズの軸方向に平行な位置あわせマークを、シリンドリカルマイクロレンズアレイの創生と同時に創生することはできる。
【００１２】
しかしながら、このような位置あわせマークは、平面で一方向（図４（ａ）では左右方向）の位置合わせには使用できるが、それと直角な方向（図４（ａ）では上下方向）の位置合わせには用いることができない。特に、前述のように、２つのシリンドリカルマイクロレンズアレイが、その軸が直交するように組み合わせて使用される場合には、このような位置合わせマークは、位置合わせマークとしての役割を果たすことができない。
【００１３】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、２次元方向の位置合わせに使用することが可能な位置合わせ用マークを持ったシリンドリカルマイクロレンズアレイ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】
【００１４】
前記課題を達成するための第１の手段は、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、順次グレースケールマスクパターンを光学基材上に設けたレジストに転写し、前記レジストを現像した後、残存する前記レジストと前記光学基材をエッチングすることにより、前記グレースケールマスクに対応する前記レジストのパターンを前記光学基材に転写してマイクロレンズを製造する工程を有するマイクロレンズの製造方法であり、前記各グレースケールマスクを用いて露光する露光時間のうち、少なくとも一つのグレースケールマスクにおいて、それを用いて露光する露光時間が、他のグレースケールマスクを用いて露光する露光時間と異なっているマイクロレンズの製造方法によって製造されたシリンドリカルマイクロレンズアレイであって、前記光学基材のレンズ形状が形成された箇所以外の平坦部分に、２次元方向の位置の基準として用いることが可能なアライメントマークが形成されたことを特徴とするシリンドリカルマイクロレンズアレイ（請求項１）である。
【００１５】
発明者の同僚は、特許文献２に記載された技術を改良し、複数枚のグレースケールマスクを組み合わせてレジストの露光を行うことにより、従来製造が不可能であった、精度の良い、高サグ量のマイクロレンズを製造する方法を発明し、特願２００３−８２２０７号、特願２００４−８６８１３号として特許出願している（「先願発明」と称する。）
この先願発明によれば、２枚以上のグレースケールマスクを用いて、それぞれのグレースケールマスクにより前記レジストを露光する工程を有しているので、１枚のグレースケールマスクを用いる方法よりフレキシビリティに富んだ露光方法を採用することができ、それにより、形状精度の良いマイクロレンズを製造することができる。なお、本明細書及び特許請求の範囲において「光学基材」とは、ガラスや石英等、マイクロレンズが適用される光学系に使用される光に対して高い透過率を有する基材を言う。
【００１６】
また、露光時間が長いときには、グレースケールマスクの透過率が少し違うだけでも、現像によって溶解されるレジストの膜べり量の差が大きいので、マイクロレンズの形状の粗調整に適している。これに対し、露光時間が短いときには、グレースケールマスクの透過率が大きく違う場合でも、レジストの膜べり量の差は小さくなるので、マイクロレンズの形状の微調整に適している。先願発明においては、この性質を利用して、形状精度の良いマイクロレンズを製造することができる。
【００１７】
このようなマイクロレンズの製造方法によりシリンドリカルマイクロレンズアレイを製造することができるが、この製造方法がリソグラフィを使用していることを利用して、十字マークやリング形状等の２次元位置合わせマークとして使用できる位置合わせマークを、光学基材のレンズ形状が形成された箇所以外の平坦部分に作り込むことができる。
【００１８】
このような２次元位置合わせマークとして使用できる位置合わせマークを有するシリンドリカルマイクロレンズアレイは、２つを軸方向を直角にしてペアで使用する場合に、位置合わせマークを基準にして位置合わせをすることが容易にできる。
【００１９】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段であって、前記マイクロレンズアレイの製造方法が、各グレースケールマスクのうち、少なくとも１枚はマイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンを有し、少なくとも１枚は、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンを有するものであることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２０】
本手段においては、マイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンによる露光により、マイクロレンズの形状を粗く決定する。すなわち、このグレースケールパターンによる露光により、レジストの膜べり量を大きくとり、マイクロレンズの粗い形状を決定する。そして、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンによる露光により、粗い形状の誤差を補正するようにして、最終的に精度の良いレジストパターンを形成するようにし、これにより高精度のマイクロレンズを製造する。なお、実際の露光においては、マイクロレンズの形状を粗く決定するためのグレースケールパターンによる露光と、粗く決定されたマイクロレンズの形状を微調整するためのグレースケールパターンによる露光のいずれを先に行ってもよい。レジストに蓄積されるエネルギーに重ね合わせの定理が成り立つからである。このようにして、各グレースケールパターンによる露光を行った後にレジストの現像を行う。
【００２１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段であって、前記アライメントマークが、前記光学基材をエッチングして形成されたか、あるいは、前記光学基材の上に成膜された金属薄膜をエッチングして形成されたことを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２２】
アライメントマークを、光学基材をエッチングして形成する場合、シリンドリカルマイクロレンズアレイの形成のために使用されるマスクと同一のマスクにアライメントマークのパターンを形成して露光を行えばよいので、製造が簡単である。ただし、アライメントマークは、光学基材がエッチングされた状態で形成されるだけであるので、視認しにくいという問題点がある。
【００２３】
金属薄膜をエッチングして形成された位置合わせ用マークの場合には、シリンドリカルマイクロレンズアレイの形成後にレジストを塗布し、位置合わせ用マークを露光してその部分のレジストを除去し、金属薄膜をスパッタリング、蒸着等によりレジストが除去された部分に形成してからレジストを除去して形成する。よって、フォトリソ工程が１工程増えるが、見やすく、かつ、位置精度の良い位置合わせマークを形成することができる。
【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、前記アライメントマークの形成された平坦部分が、実際にシリンドリカルレンズが形成された部分を包絡していることを特徴とするもの（請求項４）である。
【００２５】
本手段においては、平坦部分がシリンドリカルレンズアレイが形成された領域を包絡するように形成されている。そのため、このシリンドリカルマイクロレンズアレイを鏡筒内に組み込むときにアライメントマークを確認しやすい位置に設ける等、様々な理由でアライメントマークを形成する位置が指定されるような場合にでも、柔軟に対応できるシリンドリカルマイクロレンズアレイを得ることができる。
【００２６】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第４の手段であって、前記アライメントマークが、シリンドリカルレンズの長さ方向に延長上に形成されていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２７】
本手段においては、研削、研磨等でシリンドリカルレンズを形成する際には、アライメントマークを形成できなかったシリンドリカルレンズの長さ方向にアライメントマークを形成しているので、アライメントマーク形成のための特別のスペースを必要とせず、シリンドリカルマイクロレンズアレイが大型化することがない。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、２次元方向の位置合わせに使用することが可能な位置合わせ用マークを持ったシリンドリカルマイクロレンズアレイ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】
【００２９】
以下、本発明の実施の形態であるシリンドリカルマイクロレンズアレイを製造する方法について、図面を参照しながら説明する。図１、図２は、本発明の第１の実施の形態であるシリンドリカルマイクロレンズアレイの製造工程の概要を示す図である。
【００３０】
まず、石英やガラスで形成された基板（光学基材）１の上にレジスト２を塗布する（ａ）。そして、粗調整用グレースケールマスク３を用いてレジスト２を感光させ、レジスト２を現像した場合に、所定のシリンドリカルマイクロレンズアレイが得られるようにする（ｂ）。この露光は比較的長時間行い、これによりシリンドリカルマイクロレンズアレイの形状が大まかに決定されるようになる。
【００３１】
次に、精密調整用グレースケールマスク４を用いて、レジスト２を感光させ、前記粗調整用グレースケールマスク３を用いた感光で得られるシリンドリカルマイクロレンズアレイの形状を、調整するようにする（ｃ）。精密調整用グレースケールマスク４のパターンは、まず、粗調整用グレースケールマスク３のみの露光によって得られたシリンドリカルマイクロレンズアレイの形状を測定し、その結果に基づいて、目的とする形状との差を補正するようなパターンとなるように決定する。この工程が先願発明の特徴部分である。
【００３２】
次に、露光されたレジスト２を現像すると、レジスト２がシリンドリカルマイクロレンズアレイのパターンに形成される（ｄ）。このようにして得られたレジスト２と基板１をドライエッチングしてレジスト２を除去すると、レジスト２のパターンが基板１に転写され、表面にシリンドリカルマイクロレンズアレイの形状を有する基板１が得られる（ｅ）。このとき、基板１とレジスト２のエッチングレートの違いにより、レジスト２のパターン形状と基板１の表面のパターン形状は等しくならないが、基板１の表面に目的とするパターン形状が得られるように、レジスト２のパターン形状を決定しておく。以上の工程によりシリンドリカルマイクロレンズアレイが完成する。
【００３３】
なお、粗調整用グレースケールマスク３を用いた露光よりも前に、精密調整用グレースケールマスク４を用いた露光を行ってもよく、これにより、場合によっては、より精度の高いマイクロレンズアレイを製造することができる。
【００３４】
以下、この基板１にアライメントマークを形成する。図２においては、図１に（ｅ）で示した基板を出発物質とする。まず、この基板１の表面にレジスト２を塗布する（ｆ）。そして、アライメントマークのパターン５ａが形成されたマスク５を通してレジスト２を感光させ（ｇ）、レジスト２を現像することにより、アライメントマークに対応する部分２ａのレジスト２を除去する（ｈ）。
【００３５】
そして、その上にスパッタリングによりクロム薄膜６を成膜する（ｉ）。続いて、レジスト２を溶解すると、レジスト２上のクロム薄膜６は除去され、レジスト２が存在しなかった部分に、クロム薄膜からなるアライメントマーク７が形成される（ｊ）。
【００３６】
なお、以上の工程においては、３回の露光を行っているので、各露光におけるマスクと基板１の位置合わせが必要であるが、これは、各マスクと基板１に位置合わせ用のアライメントマークを形成しておくという、通常のリソグラフィ工程で行われている方法で実現することができる。
【００３７】
又、以上の工程においては、（ｈ）に示した工程の後で、クロム薄膜６を成膜していたが、（ｈ）に示す状態からドライエッチングを行うことにおり、アライメントマークに対応する部分２ａが基板１に彫り込まれて、基板１に凹部が形成されたものを形成することができ、この凹部をアライメントマークとして使用することができる。この方法によれば、クロム薄膜６のような金属薄膜の形成と除去という工程が省略できるが、形成されたアライメントマークは、クロム薄膜のような金属薄膜で形成されたものと異なり視認しにくいというデメリットを有する。
【００３８】
なお、図１、図２においては説明を簡略化するために、各マイクロレンズが独立しており、かつ、基板１から突出しているように図示したが、実際に形成されるシリンドリカルマイクロレンズアレイは図３に示すようなものである。図３において（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。シリンドリカルマイクロレンズアレイの部分は、全体が基板１の表面から凹んだような状態となっており、アライメントマーク７は基板の表面部に形成される。
【００３９】
図３に示す例では、各シリンドリカルレンズの長さが、実際に使用される円形部分に合わせて形成されているので、実際に使用される部分に近い位置にアライメントマーク７を形成することができる。すなわち、アライメントマーク７は、シリンドリカルレンズアレイが形成されている部分を包絡する矩形で、一つの辺がシリンドリカルレンズの長さ方向に一致するものの中に形成されている。このようにすれば、アライメントマーク７の形成のために、基板１を大きくする必要が無く、図４と比較すれば分かるように、アライメントマーク用のスペースが特別に要らないので、シリンドリカルマイクロレンズアレイを小型化することができる。
【００４０】
なお、基板の表面部が、シリンドリカルレンズアレイを囲うように、完成後のシリンドリカルレンズアレイに存在しているが、この表面部の部分のどの部分にアライメントマークを形成してもよい。アライメントマークの使用目的や使用時の条件に応じて、アライメントマークの形成位置を決定するようにしてもよい。
【００４１】
このように、シリンドリカルマイクロレンズアレイが形成されない部分は、基板１の原型をとどめているので、図１（ｂ）、（ｃ）の工程で使用するマスク３，５は、実際にはこの部分に対応する露光光を遮光するようなパターンとなっている。従って、マスク３，５のいずれかにおいて、この部分にアライメントマークに対応するパターンの露光部分を形成しておくことにより、（ｄ）、（ｅ）の工程において、シリンドリカルマイクロレンズアレイのパターンの形成と同時に、アライメントマークの形成を行うことができる。
【実施例】
【００４２】
図１、図２に示した工程により、図３に示すようなシリンドリカルマイクロレンズアレイを製造した。このシリンドリカルマイクロレンズのサグ量は、約７０μｍである。アライメントマークとしては、線幅約２μｍのクロム薄膜の十字線（長さ１ｍｍ）を形成した。十字線なので、このマークを用いて２次元的に（即ち、図３（ａ）において横方向をＸ方向、上下方向をＹ方向とした場合に、Ｘ方向、Ｙ方向とも）アライメントが可能である。この例では十字線を形成したが、十字線以外のアライメントマーク形状、例えばリング状にすることも、その形状に合わせたマスクを用意することで容易に実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施の形態であるシリンドリカルマイクロレンズアレイの製造工程の概要を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態であるシリンドリカルマイクロレンズアレイの製造工程の概要を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態であるシリンドリカルマイクロレンズアレイの例を示す図である。
【図４】研削・研磨法によるシリンドリカルマイクロレンズアレイの製造方法を示す図である。
【符号の説明】
【００４４】
１…基板、２…レジスト、２ａ…アライメントマークに対応する部分、３…粗調整用グレースケールマスク、４…精密調整用グレースケールマスク、５…マスク、５ａ…アライメントマークのパターン、６…クロム薄膜、７…アライメントマーク
【図１】
2005331804.tif 000003
【図２】
2005331804.tif 000004
【図３】
2005331804.tif 000005
【図４】
2005331804.tif 000006