JP2006146083A - 光学素子の製造方法、光学素子、フライアイインテグレータの製造方法、フライアイインテグレータ、投影露光装置の照明装置、及び投影露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、光学素子間の位置合わせ精度を簡単かつ確実に向上させることを目的とする。
【解決手段】予め決められた波長の光に対し透明な基板（１１）の少なくとも一方の面（１１Ａ）上に、周期構造の光学面を形成する光学面の形成手順と、前記基板（１１）の少なくとも一方の面（１１Ａ）の非有効領域内に、平面部（１１ａ）を形成する手順とを有する。平面部には、マーク１１ａ−２を高精度にパターニングすることができる。作業者は、そのマーク１１ａ−２の位置を光学顕微鏡によって検出しながら、光学素子間の位置合わせを行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、投影露光装置の照明装置などに搭載されるシリンドリカルマイクロレンズアレイや回折格子などの、周期構造の光学面を有した光学素子、及びその製造方法に関する。
なお、本明細書でいう「周期構造の光学面」とは、各々が複数の凹凸形状をアレイ状に配置した光学面のことを指す。

また、本発明は、投影露光装置の照明装置などに搭載されるフライアイインテグレータ、及びそのフライアイインテグレータの製造方法に関する。
また、本発明は、投影露光装置の照明装置、及びそれを搭載した投影露光装置に関する。

投影露光装置の照明装置には、照明領域の照度を均一化する目的で、光源からの射出光に基づき二次光源を複数個形成するオプティカルインテグレータが搭載される。
特許文献１などに開示された照明装置には、このオプティカルインテグレータとしてフライアイインテグレータが用いられている（特許文献１の図１の符号８，及び図２参照）。

特に、特許文献１の図２に開示されたフライアイインテグレータは、１対のシリンドリカルマイクロレンズアレイからなる。個々のシリンドリカルマイクロレンズアレイは、表裏の双方にシリンドリカルレンズ面を有しており、それらシリンドリカルレンズ面の母線方向は表裏で９０°回転している。
なお、本明細書における「シリンドリカルレンズ面」は、微小なシリンドリカルレンズ面（レンズエレメント）が、アレイ状に複数個形成された面を指す。

このシリンドリカルレンズ面は、或る方向に一様な形状をしているので、その形状精度を向上させ、高性能なフライアイインテグレータを実現することが可能である。
特開２００４−１４６７９２号公報 米国特許出願公開第２００１／００４３７７９号明細書（図１）

しかしながら、現在は、１対のシリンドリカルマイクロレンズアレイの間の位置合わせを高精度に行う技術が無いため、シリンドリカルレンズ面の形状精度が向上したとしても、フライアイインテグレータが高性能化するとは限らない。
因みに、一般のレンズなどの光学部材の間の位置合わせは、光学部材の外形を基準として行われる。特許文献２には、その応用技術が開示されている。しかし、そのような位置合わせ精度は、高性能な投影露光装置の照明装置に必要とされる位置合わせ精度（位置合わせ誤差１０μｍ程度）には及ばない。

そこで本発明は、光学素子間の位置合わせ精度を簡単かつ確実に向上させることのできる光学素子の製造方法、及び光学素子間の位置合わせ精度を簡単かつ確実に向上させることのできる光学素子を提供することを目的とする。
また、本発明は、高性能なフライアイインテグレータの製造方法、及び高性能なフライアイ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、高性能な投影露光装置の照明装置、及び高性能な投影露光装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の光学素子の製造方法は、予め決められた波長の光に対し透明な基板の少なくとも一方の面上に、周期構造の光学面を形成する光学面の形成手順と、前記周期構造の光学面が形成された前記基板の少なくとも一方の面の非有効領域内に、平面部を形成する平面部の形成手順とを含むことを特徴とする。
請求項２に記載の光学素子の製造方法は、請求項１に記載の光学素子の製造方法において、前記基板は、光学ガラスからなり、前記光学面の形成手順及び前記平面部の形成手順は、フォトリソグラフィーからなることを特徴とする。

請求項３に記載の光学素子の製造方法は、請求項２に記載の光学素子の製造方法において、前記光学面の形成手順及び前記平面部の形成手順は、ドライエッチングを含むフォトリソグラフィーからなることを特徴とする。
請求項４に記載の光学素子の製造方法は、請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の光学素子の製造方法において、光学顕微鏡によって検出可能なマークを前記平面部にパターニングするマークの形成手順をさらに含むことを特徴とする。

請求項５に記載の光学素子は、所定の波長に対し透明な基板の少なくとも一方の面に、周期構造形状を有する光学素子において、前記周期構造形状が周囲に形成された領域に平面部を有したことを特徴とする。
請求項６に記載の光学素子は、請求項５に記載の光学素子において、前記平面部には、マークを有し、前記一方の面及び前記一方の面とは対向する面に形成された周期構造形状は、シリンドリカルレンズ形状であり、かつ互いに母線方向が９０°の関係を有することを特徴とする。

請求項７に記載のフライアイインテグレータの製造方法は、請求項６に記載の光学素子を１対用意する手順と、前記１対の光学素子にそれぞれ形成された前記マークを光学顕微鏡で検出しながらそれら１対の光学素子を位置合わせする手順とを含むことを特徴とする。
請求項８に記載のフライアイインテグレータは、請求項７に記載のフライアイインテグレータの製造方法により製造されたことを特徴とする。

請求項９に記載の投影露光装置の照明装置は、請求項８に記載のフライアイインテグレータを備えたことを特徴とする。
請求項１０に記載の投影露光装置は、請求項９に記載の投影露光装置の照明装置を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、光学素子間の位置合わせ精度を簡単かつ確実に向上させることのできる光学素子の製造方法、及び光学素子間の位置合わせ精度を簡単かつ確実に向上させることのできる光学素子が実現する。
また、本発明によれば、高性能なフライアイインテグレータの製造方法、及び高性能なフライアイインテグレータが実現する。

また、本発明によれば、高性能な投影露光装置の照明装置、及び高性能な投影露光装置が実現する。

［第１実施形態］
以下、図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７、図８、図９を参照して本発明の第１実施形態を説明する。
本実施形態は、フライアイインテグレータの製造方法の実施形態である。本製造方法にて製造するフライアイインテグレータは、後述する第２実施形態の投影露光装置の照明装置に搭載されるものである。

先ず、フライアイインテグレータを説明する。
図１は、フライアイインテグレータの構成要素を示す斜視図（分解図）である。
図１に示すように、フライアイインテグレータ１０には、１対のシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２が、光の入射側からこの順で配置される。
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面（光の入射面）１１Ａ，裏面１１Ａ’のそれぞれには、凸のシリンドリカルレンズ面が形成される。

シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の表面１２Ａ，裏面１２Ａ’のそれぞれにも、凸のシリンドリカルレンズ面が形成される。
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面１１Ａのシリンドリカルレンズ面の母線方向と、裏面１１Ａ’のシリンドリカルレンズ面の母線方向とは互いに９０°回転している。

表面１１Ａのシリンドリカルレンズ面のレンズエレメントの形成周期（ピッチ）は、裏面１１Ａ’のシリンドリカルレンズ面のそれよりも短い。
同様に、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の表面１２Ａのシリンドリカルレンズ面の母線方向と、裏面１２Ａ’のシリンドリカルレンズ面の母線方向とは互いに９０°回転している。

表面１２Ａのシリンドリカルレンズ面のレンズエレメントの形成周期（ピッチ）は、裏面１２Ａ’のシリンドリカルレンズ面のそれよりも短い。
また、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の厚さと、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の厚さとでは、前者の方が厚い。
例えば、各部のサイズは、以下のとおりである。

シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面１１Ａにおけるレンズエレメントの形成ピッチ：４５０μｍ，
そのレンズエレメントのサグ量：３０μｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の裏面１１Ａ’におけるレンズエレメントの形成ピッチ：７５０μｍ，
そのレンズエレメントのサグ量：３０μｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の表面１２Ａにおけるレンズエレメントの形成ピッチ：４５０μｍ，
そのレンズエレメントのサグ量：３０μｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の裏面１２Ａ’におけるレンズエレメントの形成ピッチ：７５０μｍ，
そのレンズエレメントのサグ量：３０μｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の厚さ：２．８ｍｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の厚さ：１．２ｍｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の有効領域Ｅの径：１００ｍｍ，
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の有効領域Ｅの径：１００ｍｍ
なお、厚さは、表面の頂点から裏面の頂点までの光軸方向の距離とした。また、有効領域Ｅとは、フライアイインテグレータ１０の使用時に必要な光線が入射する領域である。少なくともその有効領域Ｅの全域には、シリンドリカルレンズ面が十分な精度で形成されている。

シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の特徴は、次のとおりである。
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面１１Ａの四隅（有効領域Ｅから外れた領域）のそれぞれには、凹部１１ａが形成され、裏面１１Ａ’のうち凹部１１ａに対向する位置のそれぞれには、凹部１１ａと同型同大の凹部１１ａ’が形成される。
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の表面１２Ａの四隅において、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の凹部１１ａ’に対向する位置のそれぞれには、凹部１１ａ’と同型同大の凹部１２ａが形成され、裏面１２Ａ’のうち凹部１２ａに対向する位置のそれぞれには、それと同型同大の凹部１２ａ’が形成される。

凹部１１ａの底面には、それぞれマーク１１ａ−２がパターニングされ、凹部１２ａの底面には、それぞれマーク１１ａ−２と同型同大のマーク１２ａ−２がパターニングされている。
また、凹部１１ａの底面は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の光学面形成前の基板面と同じ方向を向いた面となっている。ゆえに、凹部１１ａの底面は、光学面形成前の基板の法線に対し、略垂直な平面となっている。

これらのマーク１１ａ−２，１２ａ−２は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の間の位置合わせに用いられる。
次に、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の凹部１１ａ，１１ａ’，マーク１１ａ−２を詳細に説明する。なお、以下の説明は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の凹部１２ａ，１２ａ’，１２ａ−２にも同様に当てはまる。

図２は、凹部１１ａ，１１ａ’，マーク１１ａ−２を説明する図である。図２の上部は、シリンドリカルマイクロレンズ１１の表面１１Ａの部分拡大図（光軸方向から見た図）であり、図２の下部は、Ｘ−ＸＸ線における概略断面図である。
図２の上部に示すように、凹部１１ａを光軸方向から見たときの形状は、円形である。
凹部１１ａ，凹部１１ａ’の深さは、表面１１Ａ，裏面１１Ａ’に形成されたシリンドリカルレンズ面のサグ量と略同じである。

凹部１１ａの底面１１ａ−１に、クロムからなるマーク１１ａ−２がパターニングされている。マーク１１ａ−２のパターン形状は、十字状である。
例えば、各部のサイズは、以下のとおりである。
凹部１１ａ，１１ａ’の深さｄ₀：３０μｍ，
凹部１１ａ，１１ａ’の径ｄ₁：３ｍｍ，
マーク１１ａ−２の全体の幅ｄ₂：１ｍｍ，
マーク１１ａ−２の線幅ｄ₃：０．００２±０．０００５ｍｍ，
マーク１１ａ−２の厚さｄ₄：０．１μｍ
次に、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造方法を説明する。なお、以下の説明は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の製造方法にも同様に当てはまる（基板の厚さのみ異なる。）。

シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造には、フォトリソグラフィーが適用される。
図３は、このフォトリソグラフィーに用いられる投影露光装置の概略構成図である。以下、後述する第２実施形態の投影露光装置と区別するため、この投影露光装置を「レンズアレイの製造装置」という。レンズアレイの製造装置は、ステップ・アンド・リピートによる逐次露光が可能である。

図３に示すように、レンズアレイの製造装置には、照明装置１４ａ、マスクステージ１４ｂ、投影光学系１４ｈ、ウエハステージ１４ｅ、制御部１４ｆなどが備えられる。
照明装置１４ａには、光源（超高圧水銀ランプなど）１４ａ−１、コリメータレンズ１４ａ−２、フライアイインテグレータ１４ａ−３、コンデンサレンズ１４ａ−４、折り曲げミラー１４ａ−５などが備えられる。

図４は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造手順を示すフローチャートである。図５、図６は、製造途中の各段階におけるシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の様子を示す概略断面図である。以下、各ステップを順に説明する。
（図４ステップＳ１１）
シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の原型となる基板が用意される。以下、この基板に対し、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１と同じ符号「１１」を付与する。

基板１１は、後述する第２実施形態の投影露光装置の使用波長に対し透明な材料、例えば、石英ガラスからなる。
基板１１の厚さは、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の厚さに応じた値、例えば３ｍｍに設定される。
基板１１の外形には、図８に示すように、オリエンテーションフラットなどの位置の指標が設けられている。

図５（ａ）に示すように、基板１１の一方の面（表面）に、レジスト（以下、ポジ型レジストとする。）Ｒ１が塗布される。レジストＲ１の厚さは、その面に創成すべきシリンドリカルレンズ面のサグ量に応じた値、例えば、５０μｍに設定される。
（図４ステップＳ１２）
基板１１は、レジストＲ１を上にしてレンズアレイの製造装置（図３）のウエハステージ１４ｅにセットされる。レンズアレイの製造装置のマスクステージ１４ｂには、図７（ａ）に示すような凹部用のマスクＭ₁がセットされる。

この凹部用のマスクＭ₁は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１上に形成されるべき凹部１１ａの形状に対応する開口パターン（円形の開口パターン）を有している。
レンズアレイの製造装置は、基板１１のレジストＲ１上において凹部１１ａが形成されるべき４つの領域を、凹部用のマスクＭ₁のパターンでそれぞれ露光する。このときの露光量は、後述するレンズ面用のマスクＭ₂による露光時における適正露光量の２倍以上に設定される（つまりオーバー露光される。）。

これによって、図５（ｂ）に示すように、レジストＲ１の露光領域が変質する。オーバー露光されたので、レジストＲ１の露光領域は、最深部まで変質する。
なお、基板１１における各露光領域の位置座標は、レンズアレイの製造装置が基板１１の外形（オリエンテーションフラットなど）を基準とする。
（図４ステップＳ１３）
レンズアレイの製造装置（図３）のマスクステージ１４ｂに、図７（ｂ）に示すようなレンズ面用のマスクＭ₂がセットされる。

このレンズ面用のマスクＭ₂は、シリンドリカルレンズマイクロレンズアレイ１１上に形成されるべきシリンドリカルレンズ面の形状に対応する透過率分布を有したグレースケールマスクである。
なお、図８の点線で囲まれた領域は、レンズアレイの製造装置による１回の露光領域（例えば、２０×２０ｍｍの矩形領域）である。１回の露光領域は、シリンドリカルレンズ面が十分な精度で形成されるべき有効領域Ｅよりも小さい。

レンズアレイの製造装置は、基板１１のレジストＲ１上のうち、有効領域Ｅよりも若干広い領域内の各位置を、レンズ面用のマスクＭ₂のパターンで、逐次露光する。これによって、図５（ｃ）に示すように、レジストＲ１の露光領域が、その露光量に応じた厚さずつ変質する。
なお、基板１１における各露光領域の位置座標は、レンズアレイの製造装置が基板１１の外形（オリエンテーションフラットなど）を基準とする。

（図４ステップＳ１４）
基板１１のレジストＲ１が現像される。これによって、図５（ｄ）に示すように、レジストＲ１の変質部分が除去される。レジストＲ１の表面形状は、凹部１１ａ及びシリンドリカルレンズ面に対応した形状となる。なお、凹部１１ａの底面は、基板１１の面が露出した状態となっている。

さらに、反応性イオンエッチング装置などによりドライエッチングが施される。これによって、レジストＲ１の表面形状が基板１１の表面に転写され、基板１１の表面（符号１１Ａを付す。）には、図５（ｅ）に示すように、凹部１１ａ及びシリンドリカルレンズ面が現れる。
つまり、凹部１１ａは、シリンドリカルレンズ面と共通のフォトリソグラフィーの手順を経て形成される。因みに、凹部１１ａを形成するためだけに必要な手順は、図４ステップＳ１２ステップのみである。よって、凹部１１ａの形成は、効率的に行われる。

（図４ステップＳ１５）
図６（ａ）に示すように、基板１１の表面１１Ａに、レジスト（以下、ポジ型レジストとする。）Ｒ２がスピンコートなどによって塗布される。レジストＲ２の厚さは、例えば、１ｍｍである。
（図４ステップＳ１６）
基板１１が、レンズアレイの製造装置（図３）のウエハステージ１４ｅにセットされる。レンズアレイの製造装置のマスクステージ１４ｂには、図７（ｃ）に示すようなマーク用のマスクＭ₃がセットされる。

このマーク用のマスクＭ₃は、マーク１１ａ−２の形状に対応する開口パターン（十字状の開口パターン）を有している。
レンズアレイの製造装置は、基板１１のレジストＲ２上のうち、マーク１１ａ−２が形成されるべき４つの領域を、マーク用のマスクＭ₃のパターンでそれぞれ露光する。これによって、図６（ｂ）に示すように、レジストＲ２の露光領域が、変質する。

なお、基板１１における各露光領域の位置座標は、レンズアレイの製造装置が基板１１の外形（オリエンテーションフラットなど）を基準とする。
（図４ステップＳ１７）
基板１１のレジストＲ２が現像される。これによって、図６（ｃ）に示すように、レジストＲ２の変質部分が除去される。レジストＲ２には、マーク１１ａ−２と同じパターンの開口が現れる。

このレジストＲ２の上から、図６（ｄ）に示すように、全体的にクロムＣ１の層が形成される。クロムＣ１の厚さは、例えば、０．１μｍである。
さらに、基板１１は、アルカリに浸され、レジストＲ２が剥離される。これによって、図６（ｅ）に示すように、クロムからなるマーク１１ａ−２が凹部１１ａの底面１１ａ−１に現れる。

つまり、マーク１１ａ−２は、リフトオフ加工によってパターニングされる。また、マーク１１ａ−２が形成されるべき底面１１ａ−１は平面である。よって、マーク１１ａ−２の形状精度は、十分に高くなる（線幅誤差０．０００５ｍｍ程度）。
以上のステップＳ１１〜Ｓ１７が、基板１１の表面１１Ａの加工手順（図４ステップＳ１）である。

（図４ステップＳ２１）
ステップＳ１１と同様に、基板１１の裏面にレジストＲ１が塗布される。
（図４ステップＳ２２）
ステップＳ１２と同様に、基板１１は、レジストＲ１を上にしてレンズアレイの製造装置（図３）のウエハステージ１４ｅにセットされる。レンズアレイの製造装置のマスクステージ１４ｂには、凹部用のマスクＭ₁（図７（ａ））がセットされる。

レンズアレイの製造装置は、基板１１のレジストＲ１上において凹部１１ａ’が形成されるべき領域を、凹部用のマスクＭ₁のパターンでそれぞれ露光する。このときの露光量は、前述と同様にレンズ面用のマスクＭ₂使用時の適正露光量の２倍以上に設定される（つまりオーバー露光される。）。
なお、基板１１における各露光領域の位置座標は、レンズアレイの製造装置が基板１１の外形（オリエンテーションフラットなど）を基準とする。

（図４ステップＳ２３）
ステップＳ１３と同様に、レンズアレイの製造装置のマスクステージ１４ｂに、レンズ面用のマスクＭ₂（図７（ｂ））がセットされる。
レンズアレイの製造装置は、基板１１のレジストＲ１のうち、有効領域Ｅよりも若干広い領域内の各位置を、レンズ面用のマスクＭ₂のパターンで、逐次露光する。

但し、本ステップＳ２３において、レンズ面用のマスクＭ₂は、ステップＳ１３におけるそれと比較して９０°回転した状態でマスクステージ１４ｂに配置されている。これは、基板１１の表面のシリンドリカルレンズ面の母線方向と基板１１の裏面のシリンドリカルレンズ面の母線方向とを９０°回転させるためである。
（図４ステップＳ２４）
ステップＳ１４と同様に、レジストＲ１の現像、及びドライエッチングが行われる。これによって、基板１１の裏面には、凹部１１ａ’及びシリンドリカルレンズ面が現れる。

以上のステップＳ２１〜Ｓ２４が、基板１１の裏面１１Ａ’の加工手順（図４ステップＳ２）である。
その後、図８の外側の細実線で示すとおり、基板１１の有効領域Ｅ及び凹部１１ａの周辺の不要な部分が切り落とされると、図１に示したシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１が完成する。

以上説明したとおり、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造では、基板１１の外形を基準としたフォトリソグラフィーが適用されたので、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面１１Ａにおけるシリンドリカルレンズ面とマーク１１ａ−２との位置関係は、所定の位置関係に正確に合わせられる。
また、マーク１１ａ−２は、クロムパターンからなるので、その外形（エッジ）がシャープ（高コントラスト）である。

同様に、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２も上述のとおりに製造される。
シリンドリカルレンズアレイ１１，１２の双方が完成すると、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の位置合わせが行われる。
先ず、位置合わせの作業者は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２を、マーク１１ａ−２、マーク１２ａ−２が重なるようにして位置決めして重ね合わせる。

その様子は、図９（ａ），（ｂ）に示すとおりであり、作業者は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の表面１２Ａ又は裏面１２Ａ’の側から、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の凹部１１ａ，１２ａを光学顕微鏡で観察する。図９において符号３０ａで示すのは、光学顕微鏡の対物レンズである。ここでは、裏面１２Ａ’の側から観察する場合を説明する。

作業者は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２のマーク１２ａ−２を観察するために、光学顕微鏡を操作し、対物レンズ３０ａの焦点を、図９（ａ）に示すように、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の凹部１２ａの底面１２ａ−１の近傍に合わせる。
ここで、底面１２ａ−１は平面である。また、底面１２ａ−１から対物レンズ３０ａに至る光路には、凹部１２ａ’の底面１２ａ’−１が存在するが、底面１２ａ’−１は平面である。

よって、マーク１２ａ−２の近傍を経た光線の多くは、それら面において殆ど屈折作用を受けることなく対物レンズ３０ａによって取り込まれる。また、クロムパターンからなるマーク１２ａ−２のエッジは、シャープである。したがって、光学顕微鏡は、図９（ａ）の上部に示すように、マーク１２ａ−２を鮮明に結像することができる。また、マーク１２ａ−２の像は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の屈折作用を受けることなく、ゆがむことなく光学顕微鏡で観察することができる。

作業者は、光学顕微鏡が結像するマーク１２ａ−２を目視して、マーク１２ａ−２の中心位置を検知する。
また、作業者は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１のマーク１１ａ−２を観察するために、光学顕微鏡を操作し、対物レンズ３０ａの焦点を、図９（ｂ）に示すように、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の凹部１１ａの底面１１ａ−１の近傍に合わせる。

ここで、底面１１ａ−１は平面である。また、底面１１ａ−１から対物レンズ３０ａに至る光路には、凹部１１ａ’の底面１１ａ’−１，凹部１２ａの底面１２ａ−１，凹部１２ａ’の底面１２ａ’−１が存在するが、それらの面は、何れも平面である。
よって、マーク１１ａ−２の近傍を経た光線の多くは、それら面において殆ど屈折作用を受けることなく対物レンズ３０ａによって取り込まれる。

また、クロムパターンからなるマーク１１ａ−２のエッジは、シャープである。したがって、光学顕微鏡は、図９（ｂ）の下部に示すように、マーク１１ａ−２を鮮明に、かつゆがむことなく結像することができる。
作業者は、光学顕微鏡が結像するマーク１１ａ−２を目視して、マーク１１ａ−２の中心位置を検知する。

そして、検知したマーク１１ａ−２の中心位置とマーク１２ａ−２の中心位置とが近づくよう、作業者は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の相対姿勢と相対位置とをそれぞれ調整する。
さらに、以上の検知及び調整は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の他のマーク１１ａ−２，マーク１２ａ−２についても行われる。

その結果、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の位置合わせが完了する。
ここで、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１のシリンドリカルレンズ面とマーク１１ａ−２との位置関係と、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２のシリンドリカルレンズ面とマーク１２ａ−２との位置関係とは、それぞれ所定の位置関係に正確に合わせられている。

したがって、上述した位置合わせによると、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２のシリンドリカルレンズ面同士を、極めて高精度（例えば、位置合わせ誤差１０μｍ以下で）に位置合わせすることができる。
なお、位置合わせされた状態のシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２は、所定の保持具によって固定される。固定に当たっては、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の間隔調整も行われる。例えば、その間隔は、０．５ｍｍに設定される。以上の作業によって、フライアイインテグレータ１０（図１参照）が完成する。

このように、高精度な位置合わせの手順を経て完成したフライアイインテグレータ１０は、高性能である。
［第２実施形態］
以下、図１０を参照して本発明の第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１０に示すように、本投影露光装置には、照明装置５０、レチクルＲなどのマスク（以下、レチクルＲとする。）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、制御部５３などが備えられる。
照明装置５０には、光源５０ａ、１対のシリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃ、折り曲げミラー５０ｄ、回折光学素子５０ｅ、アフォーカルズームレンズ５０ｆ、輪帯照明用回折光学素子５０ｇ、ズームレンズ５０ｈ、フライアイインテグレータ１０、開口絞り５０ｉ、コンデンサレンズ５０ｊ、折り曲げミラー５０ｋなどが備えられる。

光源５０ａは、例えば２４８nm（ＫｒＦ）又は１９３nm（ＡｒＦ）の波長の光を供給するエキシマレーザ光源である。
シリンドリカルレンズ５０ｂは、両凹であり、シリンドリカルレンズ５０ｃは両凸である。これらのシリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃは、互いの母線が９０°回転するように配置されており、光源２１からの射出光束の径を拡大するビームエキスパンダの働きと、その断面を所定形状の断面（例えば、正方形状の断面）に整形する整形光学系の働きとを有する。

回折光学素子５０ｅは、アフォーカルズームレンズ５０ｆの瞳面に所定形状（例えば、輪帯状）の光源像を形成するための回折光学素子である。
アフォーカルズームレンズ５０ｆ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内でその倍率を連続的に変化させることのできるズームレンズである。
輪帯照明用回折光学素子５０ｇは、平行光束が入射した場合にその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。

ズームレンズ５０ｈは、所定範囲内で焦点距離を連続的に変化させることのできるリレー光学系であり、輪帯照明用回折光学素子５０ｇの回折面で回折した光束を集光して、フライアイインテグレータ１０の入射面に光軸を中心とした輪帯状の照野を形成する。
ズームレンズ５０ｈは、後側にテレセントリックである。上述の共役関係及びテレセントリシティを満足するため、ズームレンズ５０ｈは、少なくとも３つのレンズ群が独立に移動可能な多群ズームレンズとなっている。

フライアイインテグレータ１０は、第１実施形態にて製造された高性能なフライアイインテグレータである。このフライアイインテグレータ１０には、相対姿勢と相対位置とがそれぞれ予め調整された１対のシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２を有している。
開口絞り５０ｉは、フライアイインテグレータ１０の射出面の近傍に配置され、かつサイズ可変の輪帯状の開口を有している。

マスクステージ５１は、投影光学系５４の物体面においてレチクルＲを移動可能に支持する。
ウエハステージ５２は、投影光学系５４の像面においてウエハＷを移動可能に支持する。
制御部５３は、照明装置５０、マスクステージ５１、ウエハステージ５２などの各部を制御する。例えば、制御部５３は、ウエハステージ５２を駆動して、投影光学系５４の光軸と垂直な平面内（ＸＹ平面内）の所望の位置座標へとウエハＷを移動させることができる。

以上の構成の本投影露光装置における光の振る舞いは、次のとおりである。
光源５０ａからの射出光は、一対のシリンドリカルレンズ５０ｂ，５０ｃ、折り曲げミラー５０ｄ、回折光学素子５０ｅを介して、適当な形状及びサイズの断面となってアフォーカルズームレンズ５０ｆに入射し、そのアフォーカルズームレンズ５０ｆの瞳面に輪帯状の強度分布を有した像を形成する。

その像からの射出光束は、ほぼ平行な光束となってアフォーカルズームレンズ５０ｆから射出し、輪帯照明用回折光学素子５０ｇに入射する。
輪帯照明用回折光学素子５０ｇの入射面には、光軸に対して略同じ角度で光束が入射する。
輪帯照明用回折光学素子５０ｇに入射した光束は、回折作用を受け、ズームレンズ５０ｈの作用を受けて、光軸に対する角度における強度分布を調整する。

そして、輪帯照明用回折光学素子５０ｇからの射出光束は、ズームレンズ５０ｈにより、フライアイインテグレータ１０の入射面に輪帯状の照野を形成する。
フライアイインテグレータ１０に入射した光束は、フライアイインテグレータ１０の後側焦点面に、複数の光源像を並べて形成する。
これらの光源像の個々の形状は、フライアイインテグレータ１０の入射面に形成される照野と相似形状である（以下、これらの光源像を、「二次光源」という。）。

個々の二次光源からの射出光束は、開口絞り５０ｉ、コンデンサレンズ５０ｊ、及び折り曲げミラー５０ｋを介して、レチクルＲを重畳的に照明する。
レチクルＲを透過した光束は、投影光学系５４によって結像され、ウエハＷの所定領域をレチクルＲのパターンで露光する。
この露光領域は、ウエハＷがＸＹ平面内で移動すると、ウエハＷの上を移動する。制御部５３は、ウエハＷの位置座標を管理しながら照明装置５０を駆動制御して、ウエハＷ上をレチクルＲのパターンで逐次露光（ステップ・アンド・リピートによる露光）するか、或いは走査露光（スキャン露光）する。

以上、本投影露光装置の照明装置５０には、上述した第１実施形態で製造した高性能なフライアイインテグレータ１０が搭載されているので、レチクルＲを照明する光の均一性は高く、光の利用効率も高い。つまり、照明装置５０の性能は高い。
したがって、本投影露光装置は、レチクルＲのパターンをウエハＷ上に高いコントラストで転写することができる。つまり、本投影露光装置は、スループットが高く、高性能である。

［その他］
なお、上述した第１実施形態では、光軸方向から見た凹部の形状が、円形とされているが（図２参照）、四角形など他の形状としてもよい。
また、上述した第１実施形態では、凹部の形成される面が、図９に示すように、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面１１Ａ及び裏面１１Ａ’、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の表面１２Ａ及び裏面１２Ａ’の全てとされたが、必ずしも全てで無くてよい。凹部は、少なくとも光学顕微鏡の光路になり得る箇所に設けられればよい。

例えば、図１１（ａ）に示すように、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の表面１１Ａの側から観察することが決まっている場合は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の裏面１２Ａ’の凹部１２ａ’を省略することができる。
また、上述した第１実施形態では、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２においてマークの形成される面は、表面１２Ａであるが、図１１（ｂ）に示すように、裏面１２Ａ’であってもよい。

また、上述した第１実施形態では、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１においてマークの形成される面は、表面１１Ａであるが、図１１（ｃ）に示すように裏面１１Ａ’であってもよい。
また、図１１（ｃ）に示すように、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１においてマークの形成される面が裏面１１Ａ’であり、かつシリンドリカルマイクロレンズ１１の表面１１Ａの側から観察することが決まっている場合は、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１２の裏面１１Ａ’の凹部１２ａ’を省略できる。

また、上述した第１実施形態においては、シリンドリカルレンズ面の形成に用いられるグレースケールマスク（レンズ面用のマスクＭ₂）は、図７（ｂ）に示すものに限定されることはなく、必要な透過率分布が付けられていれば、他の開口タイプのグレースケールマスクが用いられてもよい。
また、投影光学系１４ｈをデフォーカスするなどの露光方法を採用し、より滑らかな形状のシリンドリカルレンズ面を得てもよい。また、２種類以上のマスクを用いた多重露光を採用することによって、シリンドリカルレンズ面の形状精度を高めてもよい。

また、上述した第１実施形態においては、マークの線幅を、０．００２±０．０００５ｍｍとしたが（図１２（ａ））、例えば、図１２（ｂ）に示すように、０．０１±０．０００５ｍｍなど他の線幅にしてもよい。
また、上述した第１実施形態においては、図１２（ａ），（ｂ）に示すように、マークのパターン形状を、十字状としたが、図１２（ｃ），（ｄ）に示すように、マークのパターン形状を×字状としてもよい。

また、上述した第１実施形態においては、凹部、マーク、シリンドリカルレンズ面の全てをフォトリソグラフィーによって形成したが、一部又は全部を他の加工技術によって形成してもよい。
例えば、図１２（ｅ）に示すように、マークの形成を、先端の尖った工具で凹部の底面を彫刻することによって実現してもよい。但し、フォトリソグラフィーによって形成する方が、マークの位置精度や形状精度を高めることができるので好ましい。

また、マークとシリンドリカルレンズ面との位置関係を正確に所定の位置関係にするために、マークとシリンドリカルレンズ面とは共通の製造装置を用いたフォトリソグラフィーによって形成されることが望ましい。
また、上述した第１実施形態においては、図１２（ｆ）に示すように、マークを省略し、マークの代わりに凹部の外形（エッジ）を光学顕微鏡で検知し、その凹部の中心位置を検知することによって、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１とシリンドリカルマイクロレンズアレイ１２との位置合わせをしてもよい。

その場合、光軸方向から見た凹部の形状を、中心位置の検知を容易化するような形状（例えば、十字状）などに設定してもよい。但し、マークの方が高コントラストなので、高精度な検知を行うためには、マークを利用する方が好ましい。
なお、以上のように、本発明の実施形態では、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の光学面形成前の基板面とほぼ同じ方向を向いている平面にマークを形成することで、マーク観察時にマークの像を歪まずに観察できるようにしている。

ゆえに、上述の実施形態のように、周囲に比べて低くなっている凹部を形成せずとも、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１のレンズアレイの形成領域中で平面となっている領域にアライメントマークを直接設けてもよい。
更に、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１のレンズアレイの形成領域中にマークを設けることのできる本発明は、次の利点を有する。すなわち、仮に、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の加工方法が、レンズアレイとして必要な領域よりも広い加工領域を必要とする方法であったとしても適用可能となる。つまり、本発明は、マークを設けるに当たって、適用可能な加工方法を限定する必要が無くなるという利点を有する。

また、上述した第１実施形態においては、フライアイインテグレータ１０の製造方法や、シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造方法に本発明を適用した場合を説明したが、それと同様に、周期構造の光学面を有した他の種類の光学素子の製造にも、本発明は適用可能である。他の種類の光学素子とは、例えば、少なくとも一方の面が凹面となったシリンドリカルマイクロレンズアレイ、少なくとも一方の面が平面となったシリンドリカルマイクロレンズアレイ、複数の刻線が表面に形成された回折格子などである。

第１実施形態で製造するフライアイインテグレータの構成を示す斜視図（分解図）である。 凹部１１ａ，１１ａ’，マーク１１ａ−２を説明する図である。 シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造に用いられる投影露光装置（レンズアレイの製造装置）の概略構成図である。 シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造手順を示すフローチャートである。 製造途中の各段階におけるシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の様子を示す概略断面図である。 製造途中の各段階におけるシリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の様子を示す概略断面図である。 シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１の製造に用いられる３種類のマスクを説明する図である。 基板１１を表面の側から見た図である。 シリンドリカルマイクロレンズアレイ１１，１２の位置合わせの様子を示す図である。 第２実施形態の投影露光装置の概略構成図である。 凹部が形成される面のバリエーション、マークが形成される面のバリエーション、観察方向のバリエーションを示す図である。 マークのバリエーションを示す図である。

符号の説明

１０ フライアイインテグレータ
１１，１２ シリンドリカルマイクロレンズアレイ（基板）
１１Ａ，１２Ａ 表面
１１Ａ’，１２Ａ’ 裏面
１１ａ，１２ａ 凹部
１１ａ−１，１１ａ’−１，１２ａ−１，１２ａ’−１ 底面
１１ａ−２，１２ａ−２ マーク
１４ａ 照明装置
１４ｂ，５１ マスクステージ
１４ｈ，５４ 投影光学系
１４ｅ，５２ ウエハステージ
１４ｆ，５３ 制御部
１４ａ−１，５０ａ 光源
１４ａ−２ コリメータレンズ
５０ｂ，５０ｃ シリンドリカルレンズ
１４ａ−３ フライアイインテグレータ
５０ｇ 輪帯照明用回折光学素子
１０ フライアイインテグレータ
１４ａ−４，５０ｊ コンデンサレンズ
１４ａ−５，５０ｄ，５０ｋ 折り曲げミラー
５０ｅ 回折光学素子
５０ｆ アフォーカルズームレンズ
５０ｈ ズームレンズ
Ｍ₁ 凹部用のマスク
Ｍ₂ レンズ面用のマスク
Ｍ₃ マーク用のマスク
５０ｉ 開口絞り
５０ａ 対物レンズ

Claims (10)

1. 予め決められた波長の光に対し透明な基板の少なくとも一方の面上に、周期構造の光学面を形成する光学面の形成手順と、
   前記周期構造の光学面が形成された前記基板の少なくとも一方の面の非有効領域内に、平面部を形成する平面部の形成手順と
   を含むことを特徴とする光学素子の製造方法。
2. 請求項１に記載の光学素子の製造方法において、
   前記基板は、
   光学ガラスからなり、
   前記光学面の形成手順及び前記平面部の形成手順は、
   フォトリソグラフィーからなる
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
3. 請求項２に記載の光学素子の製造方法において、
   前記光学面の形成手順及び前記平面部の形成手順は、
   ドライエッチングを含むフォトリソグラフィーからなる
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
4. 請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の光学素子の製造方法において、
   光学顕微鏡によって検出可能なマークを前記平面部にパターニングするマークの形成手順をさらに含む
   ことを特徴とする光学素子の製造方法。
5. 所定の波長に対し透明な基板の少なくとも一方の面に、周期構造形状を有する光学素子において、
   前記周期構造形状が周囲に形成された領域に平面部を有したことを特徴とする光学素子。
6. 請求項５に記載の光学素子において、
   前記平面部には、マークを有し、
   前記一方の面及び前記一方の面とは対向する面に形成された周期構造形状は、
   シリンドリカルレンズ形状であり、かつ互いの母線方向が９０°の関係を有することを特徴とする光学素子。
7. 請求項６に記載の光学素子を１対用意する手順と、
   前記１対の光学素子にそれぞれ形成された前記マークを光学顕微鏡で検出しながらそれら１対の光学素子を位置合わせする手順と
   を含むことを特徴とするフライアイインテグレータの製造方法。
8. 請求項７に記載のフライアイインテグレータの製造方法により製造されたことを特徴とするフライアイインテグレータ。
9. 請求項８に記載のフライアイインテグレータを備えた
   ことを特徴とする投影露光装置の照明装置。
10. 請求項９に記載の投影露光装置の照明装置を備えた
    ことを特徴とする投影露光装置。
    

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