JP2005172877A - レジストパターンの形成方法、光学素子の製造方法、基板の製造方法、光学素子、及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 精度と歩留良く、レジストパターンを形成する方法を提供する。
【解決手段】 グレースケールマスク３を通して光を、基板１上のレジスト２上に照射する（ｂ）。このようにして露光されたレジスト２を現像すると、（ｃ）に示すように、レジスト２にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。上記の工程において、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光量と現像時間を求め、現像時間を、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような現像時間より少なくしておく。露光時間は、前記目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光時間としておく。よって、レジストパターンの曲率は、目標とするレジストパターンの曲率より小さくなっている。次に、前記レジストパターンの実際値と目標値との差に対応して定まる現像時間だけ、再現像を行うと、目標とするパターン形状に非常に近いレジスト形状が得られる（ｄ）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、グレースケールマスクを用いてリソグラフィによるレジストパターンの形成方法、光学素子と基板の製造方法、この方法により製造された光学素子、及びこの光学素子を使用した露光装置に関するものである。

マイクロ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。

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。

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。

その例を図６に示す。石英からなる基板１の上にレジスト２を塗布する（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３を通して光をレジスト２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、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が低くなっている。ハッチングを施していない部分は、透明な部分である。

このようにして露光されたレジスト２を現像すると、マスクの透過率が高い領域に対応する部分は露光量が多くなるのでレジスト２が多く除去され、マスクの透過率が低い領域に対応する部分は露光量が少ないのでレジスト２の除去量が少なくなって、（ｃ）に示すように、レジスト２にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。

このような状態で、レジスト２と基板１を同時にドライエッチングすると、レジスト２に形成されたマイクロレンズのパターンが基板１に転写され、レジスト２が無くなった状態で、基板１の表面にマイクロレンズアレイが形成される。レジスト２と基板１のエッチングレートの違いにより、レジスト２に形成されたマイクロレンズのパターンと基板１の表面に形成されたマイクロレンズのパターンはその凹凸度（ＳＡＧ量）が異なるが、所望の凹凸を有するマイクロレンズのパターンが基板１の表面に形成されるように、予め、レジスト２に形成されるマイクロレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。

以上の例は、マイクロレンズ、マイクロレンズアレイに関するものであるが、同様の技術は、回折格子、フレネルレンズ、シリンドリカルレンズ、シリンドリカルレンズアレイのような他の光学素子の製造、その他、基板の表面に微細なパターン形状を加工する際に使用することができる。

また、光学素子の中には、基板上に形成されたレジストの形状に光学的特性を持たせたものがある。このようなものを製造する方法は、前記のような工程において、（ｃ）までの工程を実施して完成品とすればよい。

特開平９−００８２６６号公報 特開２００３−１０７２０９号公報

以上述べたようなレジストパターンの形成方法においては、露光量、現像時間と、現像により除去されるレジスト厚さとの関係を予め調べておき、所望のレジストパターンの形状が決定されたとき、その形状が得られるような露光量、現像時間を決定する。このうち、現像時間は、レジスト層の各部分により共通であるので、レジストパターンの形状と対応するのは、主にレジストの現像までに行われる露光時間であり、これはグレースケールマスクの光透過量を、目標とするレジストパターンに応じて変えることにより達成される。

しかし、単位時間当たりに現像により失われるレジスト厚さは、レジスト層の各部分について厳密には同一ではなく、現像途中のレジストパターンの形状によっても変化する。それ故、このことを考慮して現像時間を決定する必要がある。

しかしながら、このようにして所定のレジストパターンの形状が得られるように露光量、現像時間を決定しても、レジストの感度（単位露光量と単位現像時間に対してレジスト厚が減少する量）は、レジストの塗布条件等により、各基板に毎に変化する。そして、もし、レジストの感度が、予想したより高い場合には、現像が進みすぎ、所定のパターン形状から外れてしまうと共に、もはや、調整が不可能になり、結局不良品として破棄されることになる。

特にＳＡＧ量の大きなレンズの場合、レジストの塗布厚が厚くなり（１５μｍ以上）、その分現像時間が長くなるので、現像の不安定さも加わり、得られたレジストの立体形状は、目標形状との隔たりが大きくなる。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、精度と歩留良く、レジストパターンを形成する方法、このようなレジストパターンの形成方法を使用した光学素子と基板の製造方法、この方法により製造された光学素子、及びこの光学素子を使用した露光装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するための第１の手段は、グレースケールマスクのパターンをレジストに露光転写し、その後当該レジストを現像することにより、前記レジストに所定の形状を形成する方法であって、前記所定の形状を形成するのに必要な露光時間よりも短い時間で第１回目の露光を行って前記レジストを現像し、その結果得られた前記レジストの形状と、前記所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の露光を前記レジストに対して行って、前記レジストを再び現像する工程を有することを特徴とするもの（請求項１）である。

前述のように、はじめからレジスト形状を目標値とするように露光、現像を行った場合、レジスト感度が想定した値より高くなっていると、現像の結果、レジストの厚みが減りすぎ、回復不可能となって不良品となる。本手段においては、所定の形状を形成するのに必要な露光時間と現像時間が決定されたとき、その露光時間よりも短い時間で第１回目の露光を行って、決定された現像時間でレジストを現像し、その結果得られたレジストの形状と、所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の露光をレジストに対して行って、レジストを再び現像するようにしている。なお、現像時間は、１回目、２回目とも、前記必要な現像時間を用いるのが原則である。

よって、第１回目の現像で、現像が進みすぎる事態が回避される。そして、第２回目の現像は、第１回目の露光、現像の結果の得られた形状と、目標形状との差に基づいて露光量を決定して行っているので、正確なレジストの形状が得られ、かつ、２回目の露光量を１回目の露光量より少なくすることにより、２回目の現像、露光におけるレジスト感度が想定と違っていた場合でも、現像が進みすぎる量が少なくなり、出来上がったレジスト形状を許容誤差内に入れることができる可能性が大きくなる。なお、第１回目の露光や第２回目の露光をそれぞれ複数回に分割してもよく、各々の現像するまでの露光量が所望の露光量になっていればよい。

前記課題を解決するための第２の手段は、グレースケールマスクのパターンをレジストに露光転写し、その後当該レジストを現像することにより、前記レジストに所定の形状を形成する方法であって、前記所定のパターンを形成するのに必要な現像時間よりも短い時間で前記レジストに第１回目の現像を行い、その結果得られた前記レジストの形状と、前記所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の現像を前記レジストに対して行う工程を有することを特徴とするもの（請求項２）である。

本手段は、前記第１の手段と考え方を同じくするものであるが、第１の手段は、露光を２回に分けて行っていたのに対し、本手段では、現像を２段階に分けて行っている。即ち、所定の形状を形成するのに必要な露光時間と現像時間が決定されたとき、露光時間は決定された露光時間を使用し、第１回目の現像時間を決定された露光時間より短くしている。よって、本手段においても、前記第１の手段と同等の作用効果が得られる。なお、本手段においても、第１の手段と同様、各回の露光を複数回に分けて行ってもよい。

前記課題を解決するための第３の手段は、グレースケールマスクのパターンをレジストに露光転写し、その後当該レジストを現像することにより、前記レジストに所定の形状を形成する方法であって、前記所定の形状を形成するのに必要な露光時間よりも短い時間で第１回目の露光を行って前記レジストを現像し、その結果得られた前記レジストの形状と、前記所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の現像を前記レジストに対して行う工程を有することを特徴とするもの（請求項３）である。

本手段においては、所定の形状を形成するのに必要な露光時間と現像時間が決定されたとき、その露光時間よりも短い時間で露光を行い、決定された現像時間で第１回目の現像を行っている。そして、その結果得られたレジストの形状と、所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の現像をレジストに対して行うようにしている。よって、本手段においても、前記第１の手段と同等の作用効果が得られる。なお、本手段における第１回目の露光は複数回に分けて行ってもよい。その際、その複数回の露光量の和が、所定の形状を形成するのに必要な露光量よりも少なければよい。

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、レジストの現像液として有機系現像液を使用することを特徴とするもの（請求項４）である。

発明者が入手できた現像液で実験した限りにおいては、無機系の現像液を使用して複数回の現像を行うと、レジスト表面が荒れてしまい、光学素子として使用するには不適当なものとなってしまう。これに対し、有機系現像液ではこのようなことが起こらないので、前記第１の手段、第２の手段を行う際には、現像液として有機系現像液を用いることが好ましい。

前記課題を解決するための第５の手段は、基板の上にレジスト層を形成し、そのレジスト層にパターンを形成することにより光学特性を持たせた光学素子を製造する方法であって、前記第１の手段から第４の手段のいずれかのレジストパターンの形成方法によりレジスト層にパターンを形成する工程を有することを特徴とするもの（請求項５）である。

この光学素子の製造方法の基本的な構成は、背景技術の欄で述べたものと変わるところはないが、本手段においては、この工程中においてレジストパターンを形成する方法として、前記第１の手段から第４の手段のいずれかを使用している。よって、形状精度の良い光学素子を製造することができる。

前記課題を解決するための第５の手段は、前記第の手段であって、基板の上にレジスト層を形成し、そのレジスト層にパターンを形成した後、前記レジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジスト層のパターンを前記基板に転写し、所定のパターンを表面に有する基板を製造する方法であって、前記第１の手段から第４の手段のいずれかのレジストパターンの形成方法によりレジスト層にパターンを形成する工程を有することを特徴とするもの（請求項６）である。

この基板の製造方法の基本的な構成も、背景技術の欄で述べたものと変わるところはないが、本手段においては、この工程中においてレジストパターンを形成する方法として、前記第１の手段から第４の手段のいずれかを使用している。よって、形状精度の良い基板を製造することができる。

前記課題を解決するための第７の手段は、前記第５の手段である光学素子の製造方法又は前記第５の手段である基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子（請求項７）である。

本手段における光学素子は、第５の手段である光学素子の製造方法又は第６の手段である基板の製造方法によって製造されるので、形状精度の良い光学素子となる。

前記課題を解決するための第８の手段は、前記第７の手段の光学素子を照明光学系の光学素子として用いていることを特徴とする露光装置（請求項８）である。

本手段においては、前記第６の手段の光学素子を照明光学系の光学素子として用いているので、照明光学系の精度を良くすることができる。特にエキシマレーザを用いた露光装置においては、透明な硝材として蛍石が用いられるが、蛍石を硝材とする光学素子を前記第５の方法で製造することにより、精度の良い露光装置とすることができる。

以上説明したように、本発明によれば、精度と歩留良く、レジストパターンを形成する方法、このようなレジストパターンの形成方法を使用した光学素子と基板の製造方法、この方法により製造された光学素子、及びこの光学素子を使用した露光装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である基板の製造方法を示す概要図である。石英からなる基板１の上にレジスト２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３を通して光をレジスト２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、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が低くなっている。ハッチングを施していない部分は、透明な部分である。

このようにして露光されたレジスト２を現像すると、強く光の照射を受けた部分は多く除去され、弱く光の照射を受けた部分は除去量が少なくなって、（ｃ）に示すように、レジスト２にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。なお、図１（ｂ）に示す工程は、露光回数を複数に分割して露光を行うようにしてもよい。

上記の工程において、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光量と現像時間を求め、露光量を、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光量より少なくしておく。現像時間は、前記目標とするマイクロレンズの形状が得られるような現像時間とする。よって、この状態では、一般に得られるレジストパターンの曲率は、目標とするレジストパターンの曲率より小さくなっている。この状態で、触針式の形状計等を用いて、レジストパターンの形状を計測し、目標とするレジストパターンの形状との差を求める。

次に、再びグレースケールマスク３を用いて、前記レジストパターンの実際値と目標値との差に対応して定まる露光時間だけ、再露光を行う（ｄ）。そして、再びレジストを現像すると、目標とするパターン形状に非常に近いレジスト形状が得られる（ｅ）。このときの現像時間は、第１回目の現像時間と同じとしてもよく、かつ、２回目の露光時間を決定するときに、露光時間と合わせて決定してもよい。又、２回目の露光も、露光回数を複数に分割して露光を行うようにしてもよい。

このような状態で、レジスト２と基板１を同時にドライエッチングすると、レジスト２に形成されたマイクロレンズのパターンが基板１に転写され、レジスト２が無くなった状態で、基板１の表面にマイクロレンズアレイが形成される。レジスト２と基板１のエッチングレートの違いにより、レジスト２に形成されたマイクロレンズのパターンと基板１の表面に形成されたマイクロ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マイクロレンズのパターンが基板１の表面に形成されるように、予め、レジスト２に形成されるマイクロレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。

なお、レジストのパターン形状そのものを光学要素として用いる場合には、図１における（ｅ）の工程で製造工程を終わとし、（ｅ）に示されるようなものを完成品とする。

図２は、本発明の第２の実施の形態である基板の製造方法を示す概要図である。この実施の形態においては、図１に示した実施の形態とは異なり、現像後の露光は行わず、現像のみを２回に分けて行っている。石英からなる基板１の上にレジスト２を塗布する（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３を通して光をレジスト２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、ハッチング部の中心に行くほど光の透過率が低くなっている。ハッチングを施していない部分は、透明な部分である。なお、実際には、実行される露光は１回だけに限られず、現像を行うまでに複数回に分けて行ってもよい。

このようにして露光されたレジスト２を現像すると、強く光の照射を受けた部分は多く除去され、弱く光の照射を受けた部分は除去量が少なくなって、（ｃ）に示すように、レジスト２にマイクロレンズアレイのパターンが形成される。

上記の工程において、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光量と現像時間を求め、現像時間を、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような現像時間より少なくしておく。露光時間は、前記目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光時間としておく。よって、この状態では、一般に得られるレジストパターンの曲率は、目標とするレジストパターンの曲率より小さくなっている。この状態で、触針式の形状計等を用いて、レジストパターンの形状を計測し、目標とするレジストパターンの形状との差を求める。

次に、前記レジストパターンの実際値と目標値との差に対応して定まる現像時間だけ、再現像を行うと、目標とするパターン形状に非常に近いレジスト形状が得られる（ｄ）。

このような状態で、レジスト２と基板１を同時にドライエッチングすると、レジスト２に形成されたマイクロレンズのパターンが基板１に転写され、レジスト２が無くなった状態で、基板１の表面にマイクロレンズアレイが形成される。レジスト２と基板１のエッチングレートの違いにより、レジスト２に形成されたマイクロレンズのパターンと基板１の表面に形成されたマイクロ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マイクロレンズのパターンが基板１の表面に形成されるように、予め、レジスト２に形成されるマイクロレンズのパターンの形状を決定しておけばよい。

なお、レジストのパターン形状そのものを光学要素として用いる場合には、図２における（ｄ）の工程で製造工程を終わとし、（ｄ）に示されるようなものを完成品とする。

本発明の第３の実施の形態である基板の製造方法は、図２に示すものと同じであるが、第３の実施の形態においては、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光量と現像時間を求め、露光時間は、目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光時間と現像時間との関係で決められた露光時間より少なくしておく。そして、現像を２回に分けて行うが、第１回目の現像時間は、前記目標とするマイクロレンズの形状が得られるような露光時間とする。すると、露光時間が足らないために、図２（ｃ）に示すようなパターンが得られる。その後は、第２の実施の形態におけるように、触針式の形状計等を用いて、レジストパターンの形状を計測し、目標とするレジストパターンの形状との差を求める。

次に、前記レジストパターンの実際値と目標値との差に対応して定まる現像時間だけ、再現像を行うと、目標とするパターン形状に非常に近いレジスト形状が得られる（ｄ）。その後の工程等については、前記第２の実施の形態と同じである。

図３に、本発明の実施の形態である露光装置の光学系の概要を示す。図３において、レジストが塗布されたウエハＷの法線方向に沿ってＺ軸を、ウエハ面内において図３の紙面に平行な方向にＹ軸を、ウエハ面内において図３の紙面に垂直な方向にＸ軸をそれぞれ設定している。なお、図３では、照明光学装置が輪帯照明を行うように設定されている。

図３の露光装置は、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、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。

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。

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。

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。

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。

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１６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。

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。

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、レジストが塗布されたウエハ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）内においてウエハ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、ウエハ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。

このように本実施の形態にかかる露光装置においては、ファーフィールドにリング状の光強度分布を形成する手段として、回折格子１４、１６を使用している。この回折格子は、蛍石の表面にグレーティングパターンを加工したものが使用され、この回折格子は、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ている。それ故、蛍石のような材料を使用する場合でも、グレーティングパターンを正確かつ迅速に形成することができ、所望の照明パターンを得ることができる。

又、この回折格子１４、１６は、光源に近いので、ArＦレーザ光やKrＦレーザ光等の高エネルギー光を多量に照射した場合にも変質しにくいものであることが好ましい。よって、材料として蛍石を用いて、本発明の方法により、回折格子１４、１６を製造して、このような露光装置の照明光学系に用いることで、今までに得られなかったような長寿命とすることが期待できる。

さらに、マイクロフライアイレンズ１８の射出面には、光源像ができて、ここにエネルギーが集中するため、マイクロフライアイレンズ１８も、蛍石を用いて、本発明の方法により製造することが好ましい。

（実施例１）
レンズ径５００μｍ、目標曲率Ｒ＝６８０μｍのレジスト製マイクロレンズを製作した。まず、５５μｍ厚のレジスト（クラリアンドジャパン社製ＰＬＰシリーズ）を光学基材（石英基板）上に塗布した。開口により透過率を変調したグレースケールマスクを用い、ｇ線ステッパーにより、この厚膜レジストを露光した。予め設定した露光時間は、8000msec、現像時間は２０分であった。しかし、実際には第１回目の露光を、露光時間8000msecで行い、有機系現像液（東京応化製ＮＭＤ３）を用いて現像時間１７分の現像を行った。

１回目の現像後にマイクロレンズの形状を測定した結果、曲率Ｒ＝７１０μｍであり、曲率Ｒ＝７１０μｍに対する各部分の形状誤差は図４の細線のようになったであった。露光時間を設定した露光時間より短くしているので、現像後のレジストの形状は、目標とする形状（曲率Ｒ＝６８０±７μｍ）と隔たりがあるが、得られた曲率Ｒ＝７１０μｍに対する各部分の形状誤差は、最大で0.2μｍ以下と小さい。

目標の曲率６８０μｍと実際の曲率７１０μｍの差に応じた再現像時間を決定すると３分となったので、３分間、２回目の現像を行った。その結果得られた形状は、曲率Ｒ＝６８４μｍで、目標とする曲率Ｒ＝６８０μｍ±７μｍ（±１％）に入った。また、曲率Ｒ＝６８４μｍに対する形状誤差は、図４の太線で示すようなものであった。図４から分かるように、３分の追加現像行うことにより、形状誤差を変えずに曲率だけを変化させることができた。

（実施例２）
レンズ径５００μｍ、目標曲率Ｒ＝６８０μｍのレジスト製マイクロレンズを製作した。まず、５５μｍ厚のレジスト（クラリアンドジャパン社製ＰＬＰシリーズ）を光学基材（石英基板）上に塗布した。開口により透過率を変調したグレースケールマスクを用い、ｇ線ステッパーにより、この厚膜レジストを露光した。予め設定した露光時間は、8000msec、現像時間は２０分であった。しかし、実際のには第１回目の露光を、露光時間7200msecで行い、有機系現像液（東京応化製ＮＭＤ３）を用いて現像時間２０分の現像を行った。

１回目の現像後にマイクロレンズの形状を測定した結果、曲率Ｒ＝７１４μｍであり、曲率Ｒ＝７１４μｍに対する各部分の形状誤差は図５の細線のようになったであった。露光時間を設定した露光時間より短くしているので、現像後のレジストの形状は、目標とする形状（曲率Ｒ＝６８０±７μｍ）と隔たりがあるが、得られた曲率Ｒ＝７１４μｍに対する各部分の形状誤差は、最大で0.3μｍ以下と小さい。

目標の曲率６８０μｍと実際の曲率７１０μｍの差に応じた再現像時間を決定すると３分となったので、３分間、２回目の現像を行った。その結果得られた形状は、曲率Ｒ＝６８４μｍで、目標とする曲率Ｒ＝６８０μｍ±７μｍ（±１％）に入った。また、曲率Ｒ＝６８６μｍに対する形状誤差は、図５の太線で示すようなものであった。図５から分かるように、３分の追加現像行うことにより、形状誤差を変えずに曲率だけを変化させることができた。

本発明の第１の実施の形態である基板の製造方法を示す概要図である。 本発明の第２の実施の形態である基板の製造方法を示す概要図である。 本発明の実施の形態である露光装置の光学系の概要を示す図である。 本発明の実施例におけるマイクロレンズの形状誤差を示す図である。 本発明の実施例におけるマイクロレンズの形状誤差を示す図である。 従来のマイクロレンズを製造する方法を示す概要図である。

符号の説明

１…基板、２…レジスト、３…グレースケールマスク、１１…光源、１２…ビームエキスパンダー、１２ａ、１２ｂ…レンズ、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、１８ａ…第１フライアイ部材、１８ｂ…第２フライアイ部材、１９…コンデンサー光学系、Ｍ…マスク、ＰＬ…投影光学系、Ｗ…ウエハ

Claims (8)

1. グレースケールマスクのパターンをレジストに露光転写し、その後当該レジストを現像することにより、前記レジストに所定の形状を形成する方法であって、前記所定の形状を形成するのに必要な露光時間よりも短い時間で第１回目の露光を行って前記レジストを現像し、その結果得られた前記レジストの形状と、前記所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の露光を前記レジストに対して行って、前記レジストを再び現像する工程を有することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
2. グレースケールマスクのパターンをレジストに露光転写し、その後当該レジストを現像することにより、前記レジストに所定の形状を形成する方法であって、前記所定のパターンを形成するのに必要な現像時間よりも短い時間で前記レジストに第１回目の現像を行い、その結果得られた前記レジストの形状と、前記所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の現像を前記レジストに対して行う工程を有することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
3. グレースケールマスクのパターンをレジストに露光転写し、その後当該レジストを現像することにより、前記レジストに所定の形状を形成する方法であって、前記所定の形状を形成するのに必要な露光時間よりも短い時間で第１回目の露光を行って前記レジストを現像し、その結果得られた前記レジストの形状と、前記所定の形状との差に基づいて決定された時間だけ、第２回目の現像を前記レジストに対して行う工程を有することを特徴とするレジストパターンの形成方法。
4. 前記レジストの現像液として有機系現像液を使用す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項に記載のレジストパターンの形成方法。
5. 基板の上にレジスト層を形成し、そのレジスト層にパターンを形成することにより光学特性を持たせた光学素子を製造する方法であって、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のレジストパターンの形成方法によりレジスト層にパターンを形成する工程を有することを特徴とする光学素子の製造方法。
6. 基板の上にレジスト層を形成し、そのレジスト層にパターンを形成した後、前記レジストと前記基板を同時にエッチングして、前記レジスト層のパターンを前記基板に転写し、所定のパターンを表面に有する基板を製造する方法であって、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のレジストパターンの形成方法によりレジスト層にパターンを形成する工程を有することを特徴とする基板の製造方法。
7. 請求項５に記載の光学素子の製造方法又は請求項６に記載の基板の製造方法によって製造されたことを特徴とする光学素子。
8. 請求項７に記載の光学素子を照明光学系の光学素子として用いていることを特徴とする露光装置。
   

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