(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、コンデンサと共に使用したときの照明ムラ低減効果を確実に高めることのできる高性能なオプティカルインテグレータを製造するオプティカルインテグレータの製造方法を提供することにある。【解決手段】少なくとも２つのシリンドリカルレンズアレイを互いの母線方向が異なるように配置したオプティカルインテグレータ（１０）の製造方法であって、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの少なくとも一方のレンズ面（１０ａ’）の形成では、フォトリソ法が適用され、かつ、その露光工程では、露光領域を少なくとも母線方向へシフトさせながら同じ領域を多重露光するシフト露光が適用され、前記シフト露光の前記母線方向のシフトピッチは、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの他方のレンズ面（１０ａ）のその方向のレンズピッチ（Ｐ）から外れた値に設定されることを特徴とする。【選択図】      図１
2007129161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのシリンドリカルレンズアレイを互いの母線方向が異なるように配置したオプティカルインテグレータの製造方法であって、
前記２つのシリンドリカルレンズアレイの少なくとも一方のレンズ面の形成では、フォトリソ法が適用され、かつ、その露光工程では、露光領域を少なくとも母線方向へシフトさせながら同じ領域を多重露光するシフト露光が適用され、
前記シフト露光の前記母線方向のシフトピッチは、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの他方のレンズ面のその方向のレンズピッチから外れた値に設定される
ことを特徴とするオプティカルインテグレータの製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のオプティカルインテグレータの製造方法において、
前記シフトピッチは、
前記レンズピッチと前記シフトピッチとの最小公倍数が、前記オプティカルインテグレータの有効径の１／２倍以上となるように設定される
ことを特徴とするオプティカルインテグレータの製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載のオプティカルインテグレータの製造方法において、
前記シフトピッチは、
前記レンズピッチと前記シフトピッチとの最小公倍数が、前記オプティカルインテグレータの有効径以上となるように設定される
ことを特徴とするオプティカルインテグレータの製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載のオプティカルインテグレータの製造方法において、
前記シフトピッチは、
前記レンズピッチと前記シフトピッチとの最小公倍数が、前記オプティカルインテグレータの有効径に等しくなるように設定される
ことを特徴とするオプティカルインテグレータの製造方法。
【請求項５】
少なくとも２つのシリンドリカルレンズアレイを互いの母線方向が異なるように配置したオプティカルインテグレータであって、
前記２つのシリンドリカルレンズアレイの一方のレンズ面の母線方向に周期的に生じている形状エラーのピッチは、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの他方のレンズ面のその方向のレンズピッチから外れている
ことを特徴とするオプティカルインテグレータ。
【請求項６】
請求項５に記載のオプティカルインテグレータにおいて、
前記レンズピッチと前記形状エラーのピッチとの最小公倍数は、前記オプティカルインテグレータの有効径の１／２倍以上である
ことを特徴とするオプティカルインテグレータ。
【請求項７】
請求項６に記載のオプティカルインテグレータにおいて、
前記レンズピッチと前記形状エラーのピッチとの最小公倍数は、前記オプティカルインテグレータの有効径以上である
ことを特徴とするオプティカルインテグレータ。
【請求項８】
請求項７に記載のオプティカルインテグレータにおいて、
前記レンズピッチと前記形状エラーのピッチとの最小公倍数は、前記オプティカルインテグレータの有効径に等しい
ことを特徴とするオプティカルインテグレータ。
【請求項９】
光源からの光に基づき二次光源群を生成する請求項５〜請求項８の何れか一項に記載のオプティカルインテグレータと、
前記二次光源群の各々から射出した光で被照明領域を重畳して照明するコンデンサと
を備えたことを特徴とする照明光学系。
【請求項１０】
マスク上の被照明領域を照明する請求項９に記載の照明光学系と、
前記マスク上の前記被照明領域のパターンを被露光物へ投影する投影光学系と
を備えたことを特徴とする投影露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロデバイスの製造などに適用される投影露光装置、その投影露光装置に搭載される照明光学系、その照明光学系に搭載されるオプティカルインテグレータ、及びそのオプティカルインテグレータの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロデバイスの製造などに適用される投影露光装置の照明光学系には、照明ムラを低減する目的で、オプティカルインテグレータとコンデンサとが搭載されている（特許文献１など参照）。特に、特許文献１に記載のオプティカルインテグレータには、母線が９０°回転した２つのシリンドリカルレンズアレイを持つマイクロフライアイレンズが用いられる。それらのレンズ面をそれぞれ微細化すれば、オプティカルインテグレータとしての性能を高めることができる。
【０００３】
レンズ面の微細化には、フォトリソ法（特許文献２など参照）が適している。フォトリソ法でシリンドリカルレンズアレイを形成するには、その露光工程で、シリンドリカルレンズアレイの立体形状に対応したマスク（例えば、ストライプ状の階調パターンを有したグレースケールマスク）を使用すればよい。
ここで、露光工程で使用される投影露光装置の１ショット分の露光領域は、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍであり、１回に露光できるのは、例えば母線方向の長さ１０ｍｍ、レンズピッチ１ｍｍの１０列分のパターンである。それに対し、マイクロフライアイレンズに必要な有効径は、例えば３０ｍｍである。
【０００４】
このため、露光工程では、ステップ・アンド・リピート方式を適用し、レンズ面の全域を逐次露光する必要がある。但し、ステップ・アンド・リピート方式では、レンズ面上のショット間の繋ぎ目に段差（露光量の段差）が生じ、完成後のレンズ面にも段差が生じるので、「シフト露光」の併用が有効と考えられる。
シフト露光は、少ない露光量で複数回の露光（多重露光）を行うと共に、各回の露光で繋ぎ目の位置がずれるように、各回の露光領域をシフトさせるもの（具体的には、露光開始位置にオフセットをかけるもの）である。このシフト露光によると、段差の生じる箇所は増えるが、個々の段差の程度は抑えられるので、レンズ面のトータルの形状誤差は少なくなる。
【特許文献１】特開２００４−５６１０３号公報（シリンドリカル×２）
【特許文献２】特開２００３−１０７２０９号公報（グレースケールマスク）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者等は、その僅かな段差であっても、オプティカルインテグレータの性能に影響し、照明ムラの低減効果を阻害する可能性のあることを突き止めた。
本発明の目的は、コンデンサと共に使用したときの照明ムラの低減効果を確実に高めることのできる高性能なオプティカルインテグレータを製造するオプティカルインテグレータの製造方法を提供することにある。
【０００６】
また、本発明は、高性能なオプティカルインテグレータを提供することを目的とする。また、本発明は、照明ムラの抑えられた高性能な照明光学系を提供することを目的とする。また、本発明は、露光精度の高い高性能な投影露光装置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】
【０００７】
本発明のオプティカルインテグレータの製造方法は、少なくとも２つのシリンドリカルレンズアレイを互いの母線方向が異なるように配置したオプティカルインテグレータの製造方法であって、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの少なくとも一方のレンズ面の形成では、フォトリソ法が適用され、かつ、その露光工程では、露光領域を少なくとも母線方向へシフトさせながら同じ領域を多重露光するシフト露光が適用され、前記シフト露光の前記母線方向のシフトピッチは、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの他方のレンズ面のその方向のレンズピッチから外れた値に設定されることを特徴とする。
【０００８】
望ましくは、前記シフトピッチは、前記レンズピッチと前記シフトピッチとの最小公倍数が、前記オプティカルインテグレータの有効径の１／２倍以上となるように設定される。
さらに望ましくは、前記シフトピッチは、前記レンズピッチと前記シフトピッチとの最小公倍数が、前記オプティカルインテグレータの有効径以上となるように設定される。
【０００９】
さらに望ましくは、前記シフトピッチは、前記レンズピッチと前記シフトピッチとの最小公倍数が、前記オプティカルインテグレータの有効径に等しくなるように設定される。
また、本発明のオプティカルインテグレータは、少なくとも２つのシリンドリカルレンズアレイを互いの母線方向が異なるように配置したオプティカルインテグレータであって、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの一方のレンズ面の母線方向に周期的に生じている形状エラーのピッチは、前記２つのシリンドリカルレンズアレイの他方のレンズ面のその方向のレンズピッチから外れていることを特徴とする。
【００１０】
望ましくは、前記レンズピッチと前記形状エラーのピッチとの最小公倍数は、前記オプティカルインテグレータの有効径の１／２倍以上である。
さらに望ましくは、前記レンズピッチと前記形状エラーのピッチとの最小公倍数は、前記オプティカルインテグレータの有効径以上である。
さらに望ましくは、前記レンズピッチと前記形状エラーのピッチとの最小公倍数は、前記オプティカルインテグレータの有効径に等しい。
【００１１】
また、本発明の照明光学系は、光源からの光に基づき二次光源群を生成する本発明の何れかのオプティカルインテグレータと、前記二次光源群の各々から射出した光で被照明領域を重畳して照明するコンデンサとを備えたことを特徴とする。
また、本発明の投影露光装置は、マスク上の被照明領域を照明する本発明の照明光学系と、前記マスク上の前記被照明領域のパターンを被露光物へ投影する投影光学系とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コンデンサと共に使用したときの照明ムラの低減効果を確実に高めることのできる高性能なオプティカルインテグレータを製造することができる。
また、本発明によれば、高性能なオプティカルインテグレータが実現する。また、本発明によれば、照明ムラの抑えられた高性能な照明光学系が実現する。また、本発明によれば、露光精度の高い高性能な投影露光装置が実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態を説明する。本実施形態は、投影露光装置の照明光学系に搭載されるマイクロフライアイレンズの製造方法の実施形態である。
先ず、本実施形態で製造すべきマイクロフライアイレンズを説明する。
図１は、本実施形態で製造すべきマイクロフライアイレンズ１０の概略断面図であり、図２は、マイクロフライアイレンズ１０の一部を拡大して示す図である。
【００１４】
図１，図２に示すように、マイクロフライアイレンズ１０の入射側のレンズ面１０ａ’と、射出側のレンズ面１０ａとには、それぞれシリンドリカルレンズアレイが形成される。レンズ面１０ａ’の母線方向と、レンズ面１０ａの母線方向とは、９０°の角度を成す。
レンズ面１０ａのレンズピッチをＰ、レンズ面１０ａ’のレンズピッチをＰ’とすると、マイクロフライアイレンズ１０の個々のマイクロレンズＭＬを正面から見たときの輪郭は、Ｐ×Ｐ’の矩形状となる。
【００１５】
このマイクロフライアイレンズ１０は、図１に示すとおり、コンデンサＬｃと共に使用される。使用時に、レンズ面１０ａ’の有効径φの領域に平行光束が入射すると、マイクロフライアイレンズ１０の個々のマイクロレンズＭＬは二次光源を生成する。各二次光源から射出した光束は、コンデンサＬｃへ入射する。コンデンサLｃは、各二次光源から射出した光束を、所定の照明エリアＥｒ上に重畳して入射させる。
【００１６】
因みに、このマイクロフライアイレンズ１０の各部のサイズは、例えば、φ＝３０ｍｍ程度、Ｐ＝数百μｍ程度，Ｐ’＝数百μｍ程度である。
次に、マイクロフライアイレンズ１０の製造方法を説明する。
マイクロフライアイレンズ１０のレンズ面１０ａ，１０ａ’の形成には、それぞれフォトリソ法が適用される。先ず、一方のレンズ面１０ａの形成を説明する。
【００１７】
図３は、フォトリソ法の露光工程で使用する投影露光装置の模式図である。なお、図３では、照明光学系を省略した。
図３に示すとおり、投影露光装置の投影光学系ＰＬの物体側のステージＳｍにはマスクＭがセットされ、投影光学系ＰＬの像側のステージＳｇに、マイクロフライアイレンズ１０の原型となる基板（石英ガラス基板）Ｇがセットされる。この基板Ｇの表面には予めレジストが塗布されており、マスクＭは適切な露光光で照明される。投影光学系ＰＬは、そのマスクＭの像で基板Ｇの表面（レジスト）を露光する。
【００１８】
この投影露光装置には、ステップ・アンド・リピート方式が適用されており、マスクＭの像と基板Ｇとの相対位置は、高精度に移動可能である。また、この投影露光装置は、１ショット分の露光領域の輪郭を、例えば、１５ｍｍ×１５ｍｍ程度の矩形領域、或いはそれよりも小さい任意の形状に設定することが可能である。
次に、露光工程で使用するマスクを説明する。
【００１９】
図４は、マスクＭの一例を示す図である。
図４に示すように、マスクＭは、レンズ面１０ａの一部の設計形状に対応した透過率分布を持つ。特に、図４に示したマスクＭは、レンズピッチＰ＝１ｍｍ、１０列分、母線方向の長さ１０ｍｍのシリンドリカルレンズアレイのパターンを１ショットで露光するためのグレースケールマスクである。
【００２０】
但し、レンズ面１０ａの有効径φ（３００ｍｍ程度）は、１ショット分の露光領域と比較して広いので、本実施形態では、図５に示すように、ステップ・アンド・リピート方式により、露光領域ｅを繋げて広い露光領域Ｅを確保する。
また、このステップ・アンド・リピート方式によると、ショット間の繋ぎ目に露光量の段差が生じるので、本実施形態では、シフト露光が併用される。
【００２１】
図６は、シフト露光を説明する図である。図６に示すように、シフト露光では、必要露光量よりも少ない露光量で、領域Ｅ１をステップ・アンド・リピート方式により露光し、その後、露光開始位置をオフセットした上で、再び同じ露光量で領域Ｅ２をステップ・アンドリピート方式で露光する。これを、１ショット内のレンズ本数分（ここでは１０本分）だけ繰り返す。露光回数が１０の場合、各回の露光量は必要露光量の１／１０倍にすればよい。
【００２２】
ここで、各回の露光に当たっての法線方向のオフセット量（＝法線方向のシフトピッチ）Ｐｎは、レンズ面１０ａが有するべきレンズピッチＰの整数倍に設定される。より好ましくは、そのレンズピッチＰと同じ値に設定される。
一方、各回の露光に当たっての母線方向のオフセット量（＝母線方向のシフトピッチ）Ｐｂは、基板の反対側のレンズ面１０ａ’が有するべきレンズピッチＰ’との関係を考慮した上で設定される（詳細は後述）。
【００２３】
以上のシフト露光によると、露光回数が増えるので露光量の段差の数は増えるが、各回の露光量が抑えられるので、各々の段差の程度は緩和される。
なお、図６中の斜線領域は、露光領域Ｅ１，Ｅ２，・・・，Ｅ１０が重複する領域である。この斜線領域では必要露光量が確保されるが、それ以外の領域では露光量が不足する。したがって、この斜線領域が、レンズ面１０ａとして必要な領域をカバーできるように、各回の露光領域Ｅ１，，Ｅ２，・・・，Ｅ１０は十分に広く設定される。
【００２４】
フォトリソ法では、その後、基板Ｇに対し現像処理が施される（現像工程）。これによって、基板Ｇのレジスト表面に、マスクＭのパターンに対応した凹凸形状が表出する。さらに、フォトリソ法では、そのレジストをエッチングマスクとしてエッチング処理が施される（エッチング工程）。これによって、レジスト形状が基板Ｇの表面に転写され、レンズ面１０ａが完成する。
【００２５】
図７（ａ）は、完成したレンズ面１０ａの模式図である。レンズ面１０ａには、実線で示すように、レンズピッチＰでシリンドリカルレンズアレイが形成されている。また、このレンズ面１０ａには、点線で示すような周期的な形状エラー（段差）も生じている。この段差は、シフト露光時の母線方向へのシフトに起因するものである。このため、その段差のピッチは、母線方向のシフトピッチＰｂと同じである。なお、レンズ面１０ａには、法線方向にも周期的な形状エラーが生じているが、その発生箇所はマイクロレンズの間隙なので、ここではレンズ性能に影響しないとみなし、無視する。
【００２６】
以上の処理（フォトリソ法による処理）と同様の処理が、基板Ｇの反対側にも施される。これによって、基板Ｇの反対側にレンズ面１０ａ’が形成される。
但し、レンズ面１０ａ’の形成は、以下の点でレンズ面１０ａの形成とは異なる。すなわち、使用されるマスクは、レンズ面１０ａ’の設計形状に対応した透過率分布を持つ。また、シフト露光の法線方向のシフトピッチＰｎ’は、レンズ面１０ａ’が有するべきレンズピッチＰ’の整数倍（好ましくはレンズピッチＰ’と同じ）に設定される。また、シフト露光の母線方向のシフトピッチＰｂ’は、反対側のレンズ面１０ａが有するべきレンズピッチＰとの関係を考慮した上で設定される（詳細は後述）。
【００２７】
なお、レンズ面１０ａ’の形成に関するフォトリソ法の一部の工程は、レンズ面１０ａの形成に関するフォトリソ法の一部の工程と共通化されてもよい。
図７（ｂ）は、完成したレンズ面１０ａ’の模式図である。レンズ面１０ａ’には、実線で示すように、レンズピッチＰ’でシリンドリカルレンズアレイが形成されている。また、このレンズ面１０ａ’には、点線で示すような周期的な段差も生じている。この段差は、シフト露光時の母線方向へのシフトに起因するものである。このため、その段差のピッチは、母線方向のシフトピッチＰｂ’と同じである。なお、レンズ面１０ａ’には、法線方向にも周期的な形状エラーが生じているが、その発生箇所はマイクロレンズの間隙なので、ここではレンズ性能に影響しないとみなし、無視する。
【００２８】
次に、一方のレンズ面が他方のレンズ面の性能に与える影響を考える。
図８は、完成したマイクロフライアイレンズ１０の概略断面図である。図８の断面には、レンズ面１０ａ’にピッチＰｂ’で生じた段差ｄと、レンズ面１０ａにピッチＰで形成されたシリンドリカルレンズとが表れている。なお、図８では、段差ｄを強調して描いた。
【００２９】
先ず、レンズ面１０ａ’の光学的パワーの方向とレンズ面１０ａの光学的パワーの方向とは直交するので、レンズ面１０ａ’とレンズ面１０ａとは互いの性能に影響しないとみなせる。
しかし、レンズ面１０ａ’の段差ｄは、レンズ面１０ａの性能に影響する可能性がある。同様に、レンズ面１０ａの段差（図８では不図示）も、レンズ面１０ａ’の性能に影響する可能性がある。以下、前者の関係に着目して詳しく説明する。
【００３０】
図９は、マイクロフライアイレンズ１０のレンズ面１０ａとコンデンサＬｃとが成す光学的作用を示す概略光路図である。
図９に示すように、マイクロフライアイレンズ１０の或る１つのマイクロレンズＭＬの入射側の面から入射した光束は、そのマイクロレンズＭＬの射出側の面で光学的パワーを受けて、点光源を生成する。その点光源から発散した光束は、コンデンサＬｃを介して照明エリアＥｒの全体を照射する。
【００３１】
このとき、マイクロレンズＭＬの入射側の面の所定箇所に生じている段差ｄは、照明エリアＥｒの所定箇所ｄ’に照射強度の段差を与える。これは、全てのマイクロレンズについてそれぞれ当てはまる。
このため、仮に、段差ｄのピッチＰｂ’がレンズ面１０ａのレンズピッチＰと等しければ、段差ｄの発生箇所がマイクロレンズ間で同じになるので、照射強度の段差を与える箇所ｄ’も、マイクロレンズ間で同じになる。
【００３２】
その反対に、段差ｄのピッチＰｂ’がレンズ面１０ａのレンズピッチＰから外れていれば、段差ｄの発生箇所がマイクロレンズ間でずれるので、照射強度の段差を与える箇所ｄ’も、マイクロレンズ間でずれる。
次に、このときの照明ムラを、場合分けして評価する。なお、ここでは段差ｄに起因する照明ムラのみを評価できればよいので、照明エリアＥｒの照射強度分布を、「有効径φ内に並ぶｎ（＝φ／Ｐ）個のマイクロレンズＭＬが個別に照明エリアＥｒに形成する照射強度分布の重ね合わせ」とみなす。
【００３３】
図１０は、段差のピッチＰｂ’がレンズピッチＰと等しいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
Ｐｂ’＝Ｐであるときには、図１０の上段に示すように、有効径φ内のｎ個のマイクロレンズＭＬは、互いに同じ位置に段差ｄを持つので、図１０の下段に示すように、それらｎ個のマイクロレンズＭＬは、照明エリアＥｒの同じ位置に照射強度の段差を与える。このため、照明エリアＥｒの照明ムラは、極めて大きくなる。
【００３４】
ここで、段差の無い１個のマイクロレンズＭＬが照明エリアＥｒに形成する照射強度分布を強度ａの一様な分布とし、１個のマイクロレンズＭＬの１個の段差ｄが照明エリアＥｒに与える照射強度の段差を、０．０８ａ（＝照射強度ａの８％）と仮定する。
このとき、ｎ個のマイクロレンズＭＬの全体が照明エリアＥｒに形成する照射強度分布の非段差部分の高さは、（Ａ）で表される。
【００３５】
ｎ×ａ  …（Ａ）
そして、その照射強度分布の段差部分の高さ（段差部分を含めた高さ）は、（Ｂ）で表される。
ｎ×ａ＋ｎ×０．０８ａ  …（Ｂ）
したがって、照明エリアＥｒの照明ムラＲは、（Ｃ）で表される。
【００３６】
Ｒ＝（Ｂ）÷（Ａ）−１
＝０．０８            …（Ｃ）
すなわち、照明ムラＲは０．０８＝８％となり、極めて大きい。
図１１は、段差のピッチＰｂ’がレンズピッチＰと異なり、かつＰｂ’とＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φに等しいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【００３７】
Ｐｂ’≠Ｐであるときには、図１１の上段に示すように、有効径φ内のｎ個のマイクロレンズＭＬは、互いにずれた位置に段差ｄを持つので、図１１の下段に示すように、それらｎ個のマイクロレンズＭＬは、照明エリアＥｒの異なる位置に照射強度の段差を与える。よって、照明エリアＥｒの照明ムラは小さくなる。
特に、ＬＣＭ＝φであれば、図１１の下段に示すとおり、照射強度の段差は照明エリアＥｒの全体へ均等に振り分けられるので、照明ムラが小さくなるだけでなく、照明の均一性も高い。
【００３８】
ここで、段差の無い１個のマイクロレンズＭＬが照明エリアＥｒに形成する照射強度を強度ａの一様な分布とし、１個のマイクロレンズＭＬの１個の段差ｄが照明エリアＥｒに与える照射強度の段差を、０．０８ａ（＝照射強度ａの８％）と仮定する。
このとき、ｎ個のマイクロレンズＭＬの全体が照明エリアＥｒに形成する照射強度分布の非段差部分の高さは、（Ａ）で表される。
【００３９】
ｎ×ａ  …（Ａ）
そして、その照射強度分布の段差部分の高さは、（Ｂ）で表される。
ｎ×ａ＋１×０．０８ａ  …（Ｂ）
したがって、照明エリアＥｒの照明ムラＲは、（Ｃ）で表される。
Ｒ＝（Ｂ）÷（Ａ）−１
＝０．０８／ｎ      …（Ｃ）
すなわち、照明ムラＲは、０．０８／ｎに抑えられる。
【００４０】
例えば、
有効径φ＝２５．２８ｍｍ，
レンズピッチＰ＝０．３２０ｍｍ，
レンズ個数ｎ＝７９個，
シフトピッチＰｂ’＝０．３１６ｍｍ
であるときには、Ｐｂ’≠Ｐ，かつＬＣＭ＝φ＝２５．２８ｍｍとなるので、この場合（図１１）に当てはまり、照明ムラＲは０．１％に抑えられる。
【００４１】
図１２は、段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φよりも大きいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
このときも、図１２の上段に示すように、有効径φ内のｎ個のマイクロレンズＭＬは、互いにずれた位置に段差ｄを持つので、図１２の下段に示すように、それらｎ個のマイクロレンズＭＬは、照明エリアＥｒの異なる位置に照射強度の段差を与える。よって、照明エリアＥｒの照明ムラは、図１１の場合と同程度に抑えられる。
【００４２】
ここで、段差の無い１個のマイクロレンズＭＬが照明エリアＥｒに形成する照射強度を強度ａの一様な分布とし、１個のマイクロレンズＭＬの１個の段差ｄが照明エリアＥｒに与える照射強度の段差を、０．０８ａ（＝照射強度ａの８％）と仮定すると、図１１の場合と同様、照明ムラＲは０．０８／ｎに抑えられる。
但し、ＬＣＭ≠φなので、図１１の場合とは異なり、照射強度の段差は照明エリアＥｒの全体へ均等に振り分けられる訳ではないので、照明の均一性は図１１の場合ほど高くない。
【００４３】
例えば、
有効径φ＝２５．２８ｍｍ，
レンズピッチＰ＝０．３２０ｍｍ，
レンズ個数ｎ＝７９個，
シフトピッチＰｂ’＝０．２５９２ｍｍ
であるときには、ＬＣＭ＝２５．９２ｍｍとなり、ＬＣＭ＞φが満たされるので、この場合（図１２）に当てはまり、照明ムラＲは０．１％に抑えられる。
【００４４】
図１３は、段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φより小さく、かつ有効径φの１／２倍より大きいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
ＬＣＭ＜φであるときには、有効径φ内にピッチがＬＣＭで配置されたマイクロレンズＭＬ同士は、互いに同じ箇所に段差ｄを持つので、図１３の下段に示すように、照明エリアＥｒの同じ箇所に照射強度の段差を与える。
【００４５】
但し、φ／２＜ＬＣＭであるので、図１３の上段に示すように、有効径φ内にピッチがＬＣＭで配置されたマイクロレンズＭＬが３個以上存在することは無い。したがって、図１３の下段に示すように、照射強度の段差の重なり個数は、高々２である。よって、照明エリアＥｒの照明ムラは、或る程度抑えられる。
ここで、段差の無い１個のマイクロレンズＭＬが照明エリアＥｒに形成する照射強度を強度ａの一様な分布とし、１個のマイクロレンズＭＬの１個の段差ｄが照明エリアＥｒに与える照射強度の段差を、０．０８ａ（＝照射強度ａの８％）と仮定する。
【００４６】
このとき、ｎ個のマイクロレンズＭＬの全体が照明エリアＥｒに形成する照射強度分布の非段差部分の高さは、（Ａ）で表される。
ｎ×ａ  …（Ａ）
そして、その照射強度分布の非段差部分の最大高さは、（Ｂ）で表される。
ｎ×ａ＋２×０．０８ａ  …（Ｂ）
したがって、照明エリアＥｒの照明ムラＲは、（Ｃ）で表される。
【００４７】
Ｒ＝（１）÷（２）−１
＝０．１６／ｎ      …（Ｃ）
すなわち、照明ムラＲは、０．１６／ｎに抑えられる。
例えば、
有効径φ＝２５．２８０ｍｍ，
レンズピッチＰ＝０．３２０ｍｍ，
レンズ個数ｎ＝７９個，
シフトピッチＰｂ’＝０．３０８ｍｍ
であるときには、ＬＣＭ＝２４．６４ｍｍとなり、φ／２＜ＬＣＭ＜φとなるので、この場合（図１３）に当てはまり、照明ムラＲは０．２％に抑えられる。
【００４８】
図１４は、段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φの１／２倍に等しいときに、照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
ＬＣＭ＝φ／２であるときには、図１４の上段に示すように、有効径φ内にピッチがＬＣＭで配置されたマイクロレンズＭＬがｎ／２組だけ存在するので、図１４の下段に示すように、照明エリアＥｒ上の照明強度の段差は、ｎ／２箇所に２個ずつ重なる。よって、照明エリアＥｒの照明ムラは、或る程度抑えられる。
【００４９】
ここで、段差の無い１個のマイクロレンズＭＬが照明エリアＥｒに形成する照射強度を強度ａの一様な分布とし、１個のマイクロレンズＭＬの１個の段差ｄが照明エリアＥｒに与える照射強度の段差を、０．０８ａ（＝照射強度ａの８％）と仮定すると、図１３の場合と同様、照明ムラＲ＝０．１６／ｎに抑えられる。
例えば、
有効径φ＝５０．５６０ｍｍ，
レンズピッチＰ＝０．３２０ｍｍ，
レンズ個数ｎ＝７９個，
シフトピッチＰｂ’＝０．３１６ｍｍ
であるときには、ＬＣＭ＝２５．２８ｍｍとなり、ＬＣＭ＝φ／２となるので、この場合（図１４）に当てはまり、照明ムラＲは０．２％に抑えられる。
【００５０】
図１５は、段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φの１／２倍未満であるときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
ＬＣＭ＜φ／２であるときには、図１５の上段に示すように、有効径φ内にピッチがＬＣＭで配置されたマイクロレンズＭＬが３つ以上存在する。このとき、図１５の下段に示すように、照射強度の段差の重なり個数は、３以上となる。このため、照明エリアＥｒの照明ムラは大きくなってしまう。
【００５１】
以上、図１０〜図１５にて評価した結果をまとめると、以下の（１）〜（４）となる。
（１）レンズ面１０ａ’に発生する段差のピッチＰｂ’は、レンズ面１０ａのレンズピッチＰから外れた値になっている必要がある（図１１，図１２，図１３，図１４，図１５）。これによって、図１０のように、照明エリアＥｒにおける照射強度の段差が全て重なるという最悪の事態は避けられる。
（２）さらに望ましくは、段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭは、有効径φの１／２倍以上になっている（図１１，図１２，図１３，図１４）。これによって、照明エリアＥｒにおける照射強度の段差の重なり数が２以下に抑えられる。
（３）さらに望ましくは、最小公倍数ＬＣＭは、有効径φ以上になっている（図１１，図１２）。これによって、照明エリアＥｒにおける照射強度の段差の重なり数が１以下に抑えられる。
（４）さらに望ましくは、最小公倍数ＬＣＭは有効径φと等しくなっている（図１１）。これによって、照明の均一性は最大に高まる。
【００５２】
したがって、本実施形態のレンズ面１０ａ’の形成時のシフト露光では、母線方向のシフトピッチＰｂ’は、レンズ面１０ａのレンズピッチＰとの間で、以下の条件１〜条件４の何れかを満たすような値に設定される。特に、下位の条件を満たすほど、照明ムラの低減効果が高くなる。
＜条件１＞
Ｐｂ’≠Ｐ
＜条件２＞
Ｐｂ’≠Ｐ，かつ，ＬＣＭ≧φ／２
＜条件３＞
Ｐｂ’≠Ｐ，かつ，ＬＣＭ≧φ
＜条件４＞
Ｐｂ’≠Ｐ，かつ，ＬＣＭ＝φ
但し、一般に、シフトピッチＰｂ’が大きいほどシフト露光の効果が薄れるので、シフトピッチＰｂ’がなるべく小さくなり、かつ条件１〜条件４の何れかが満たされるようにシフトピッチＰｂ’が選定されることが望ましい。
【００５３】
同様に、本実施形態のレンズ面１０ａの形成時のシフト露光では、母線方向のシフトピッチＰｂは、レンズ面１０ａ’のレンズピッチＰ’との間で、条件１〜条件４の何れかを満たすような値に設定される。特に、下位の条件を満たすほど、照明ムラの低減効果が高くなる。
但し、一般に、シフトピッチＰｂが大きいほどシフト露光の効果が薄れるので、シフトピッチＰｂがなるべく小さくなり、かつ条件１〜条件４の何れかが満たされるようにシフトピッチＰｂが選定される必要がある。
【００５４】
以上、本実施形態の製造方法では、従来例と同様、マイクロフライアイレンズ１０のレンズ面上にシフト露光に起因する周期的な段差が生じるが、その段差のピッチが適切な値となるようにシフトピッチを設定するので、その段差が反対側のレンズ面の性能に及ぼす影響は確実に抑えられる（ここでは、照明ムラの低減に関するレンズ面の性能を単に「レンズ面の性能」という。）。
【００５５】
なお、本実施形態で製造したのは、シリンドリカルレンズアレイを裏表に形成してなる１つの光学部材（マイクロフライアイレンズ）であるが、複数の光学部材からなる光学系を本実施形態と同様の方法で製造してもよい。例えば、１対のマイクロフライアイレンズからなるオプティカルインテグレータである。このオプティカルインテグレータに、互いに母線方向の異なるシリンドリカルレンズアレイが含まれる場合、それらのシリンドリカルレンズアレイは本実施形態の２つのレンズ面と同様に互いの性能に影響を与える可能性があるので、それらシリンドリカルレンズアレイの形成を、本実施形態で２つのレンズ面を形成したのと同様に行えば、オプティカルインテグレータの性能を確実に高めることができる。
【００５６】
［比較例］
比較例として、第１実施形態に当てはまらない例を示す。
・有効径φ＝３０ｍｍ，
・レンズピッチＰ＝０．７ｍｍ，
・レンズ個数ｎ＝４３，
・シフトピッチＰｂ’＝０．４ｍｍ，
このとき、最小公倍数ＬＣＭ＝２．８ｍｍとなるので、条件１〜条件４の何れも満たされず、照明ムラＲは２％と大きくなってしまう。
【００５７】
本比較例のマイクロフライアイレンズによる照明ムラの測定結果を、図１６に示した。但し、この測定結果には、段差に起因した照明ムラだけでなく、レンズ面の形状誤差に起因した照明ムラも反映されている。
［実施例］
第１実施形態の実施例を示す。
・有効径φ＝３０ｍｍ，
・レンズピッチＰ＝０．７ｍｍ，
・レンズ個数ｎ＝４４，
・シフトピッチＰｂ’＝０．３０１ｍｍ，
このとき、最小公倍数ＬＣＭ＝３０．１ｍｍとなるので、条件３が満たされる（図１２参照）。よって、照明ムラＲは０．１９％に抑えられる。
【００５８】
本実施例のマイクロフライアイレンズによる照明ムラの測定結果を、図１７に示した。但し、この測定結果には、段差に起因した照明ムラだけでなく、レンズ面の形状誤差に起因した照明ムラも反映されている。
このように、シフトピッチＰｂ’の大きさは、比較例と実施例とで大差無い。しかし、比較例の最小公倍数ＬＣＭは２．８ｍｍと小さいのに対し、本実施例の最小公倍数ＬＣＭは３０．１ｍｍと大きくなる。このため、照明ムラの低減効果には、比較例と実施例との間で大きな差が生じた。
【００５９】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態を説明する。本実施形態は、投影露光装置の実施形態である。
図１８は、本投影露光装置の概略構成図である。
図１８に示すとおり、本投影露光装置には、光源５０ａ、一対のシリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃからなるビームエキスパンダ、回折光学素子５０ｅ、アフォーカルズームレンズ５０ｆ、回折光学素子５０ｇ、ズームレンズ５０ｈ、オプティカルインテグレータ１００、開口絞り５０ｉ、コンデンサ光学系５０ｊ、マスクＭ’を支持するマスクステージ５１、投影光学系５４、ウエハＷを支持するウエハステージ５２などが備えられる。なお、図１８中に点線で囲った光学系５０が照明光学系であり、符号５０ｄ，５０ｋで示すのは光路折り曲げミラーである。
【００６０】
この照明光学系５０のうち、オプティカルインテグレータ１００は２枚のマイクロフライアイレンズ１０，１１からなり、マイクロフライアイレンズ１０，１１の各々は、第１実施形態の製造方法で製造されたものである。
図１９に拡大して示すとおり、一方のマイクロフライアイレンズ１０の入射側のレンズ面１０ａ’の母線方向と、他方のマイクロフライアイレンズ１１の入射側のレンズ面１１ａ’の母線方向とは一致しており、一方のマイクロフライアイレンズ１０の射出側のレンズ面１０ａの母線方向と、他方のマイクロフライアイレンズ１１の射出側のレンズ面１１ａの母線方向とは一致している。また、レンズ面１０ａ’のレンズピッチと、レンズ面１１ａ’のレンズピッチとは共にＰ’であり、レンズ面１０ａのレンズピッチと、レンズ面１１ａのレンズピッチとは共にＰである。
【００６１】
マイクロフライアイレンズ１０は第１実施形態で製造されたものなので、その一方のレンズ面１０ａ’の段差のピッチＰｂ’と他方のレンズ面１０ａのレンズピッチＰとの関係は、レンズ面の性能を低下させることのない適切な関係になっており、また、他方のレンズ面１０ａの段差のピッチＰｂと一方のレンズ面１０ａ’のレンズピッチＰ’との関係も、レンズ面の性能を低下させることのない適切な関係になっている（なお、ここでは、母線方向に周期的に生じている段差を単に「段差」という。）。
【００６２】
マイクロフライアイレンズ１１も第１実施形態で製造されたものなので、一方のレンズ面１１ａ’の段差のピッチＰｂ’と他方のレンズ面１１ａのレンズピッチＰとの関係は、レンズ面の性能を低下させることのない適切な関係になっており、また、他方のレンズ面１１ａの段差のピッチＰｂと一方のレンズ面１１ａ’のレンズピッチＰ’との関係も、レンズ面の性能を低下させることのない適切な関係になっている。
【００６３】
このとき同時に、レンズ面１０ａ’の段差とレンズ面１１ａとの関係、レンズ面１０ａの段差とレンズ面１１ａ’との関係、レンズ面１１ａ’の段差とレンズ面１０ａとの関係、レンズ面１１ａの段差とレンズ面１０ａ’との関係も、全て適切な関係になる。
したがって、オプティカルインテグレータ１００の各レンズ面に生じた段差が各レンズ面の性能に及ぼす影響は、何れも小さく抑えられる。
【００６４】
その結果、図１８に示した照明光学系５０は、マスクＭ’を少ない照明ムラで照明することのできる高性能な照明光学系となり、この照明光学系５０を搭載した投影露光装置は、露光現像後のパターン精度の高い高性能な投影露光装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】第１実施形態で製造すべきマイクロフライアイレンズ１０の概略断面図である。
【図２】マイクロフライアイレンズ１０の一部を拡大して示す図である。
【図３】フォトリソ法の露光工程で使用する投影露光装置の模式図である。
【図４】マスクＭの一例を示す図である。
【図５】ステップ・アンド・リピート方式を説明する図である。
【図６】シフト露光を説明する図である。
【図７】完成したレンズ面１０ａ，１０ｂの模式図である。
【図８】完成したマイクロフライアイレンズ１０の概略断面図である。
【図９】マイクロフライアイレンズ１０のレンズ面１０ａとコンデンサＬｃとが成す光学的作用を示す概略光路図である。
【図１０】段差のピッチＰｂ’がレンズピッチＰと等しいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【図１１】段差のピッチＰｂ’がレンズピッチＰと異なり、かつＰｂ’とＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φに等しいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【図１２】段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φよりも大きいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【図１３】段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φより小さく、かつ有効径φの１／２倍より大きいときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【図１４】段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φの１／２倍に等しいときに、照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【図１５】段差のピッチＰｂ’とレンズピッチＰとの最小公倍数ＬＣＭが有効径φの１／２倍未満であるときに照明エリアＥｒに生じる照明ムラの概念図である。
【図１６】比較例の照明ムラのシミュレーション結果である。
【図１７】実施例の照明ムラのシミュレーション結果である。
【図１８】第２実施形態の投影露光装置の概略構成図である。
【図１９】第２実施形態のオプティカルインテグレータ１００を説明する図である。
【符号の説明】
【００６６】
１０…マイクロフライアイレンズ，１０ａ，１０ａ’…レンズ面，Ｌｃ…コンデンサ，Ｅｒ…照明エリア，φ…有効径，ＭＬ…マイクロレンズ，Ｐ，Ｐ’…レンズピッチ，Ｐｂ，Ｐｂ’…シフトピッチ（段差のピッチ），１００…オプティカルインテグレータ，５０ｊ…コンデンサ光学系，５４…投影光学系
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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