(57)【要約】【課題】個々の固体光源ユニットに電力を供給するための端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく最適な被照射面上の露光パワーを得ることができる光源装置を提供する。【解決手段】複数個の固体光源素子１ａを有する固体光源ユニット１ｂを複数個備える光源装置１であって、前記光源装置１に設けられた前記固体光源ユニット１ｂの個数をｎ、前記光源装置１より射出される照明光の仕事率の総和をＷ（Ｗ）、前記固体光源ユニット１ｂに含まれる前記固体光源素子１ａの平均仕事率をｐ（Ｗ）としたとき、１／２（Ｗ／ｐ）１／２≦ｎ≦２（Ｗ／ｐ）１／２の条件を満足する。【選択図】  図２
2004335826.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数個の固体光源素子を有する固体光源ユニットを複数個備える光源装置であって、
前記光源装置に設けられた前記固体光源ユニットの個数をｎ、前記光源装置より射出される照明光の仕事率の総和をＷ（Ｗ）、前記固体光源ユニットに含まれる前記固体光源素子の平均仕事率をｐ（Ｗ）としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする光源装置。
１／２（Ｗ／ｐ）１／２≦ｎ≦２（Ｗ／ｐ）１／２
【請求項２】
前記固体光源ユニットに電力を供給するための端子の端子電圧は、２００Ｖ以下であることを特徴とする請求項１記載の光源装置。
【請求項３】
前記固体光源ユニットに電力を供給するための端子の端子電流は、２００Ａ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光源装置。
【請求項４】
前記固体光源ユニットの光出力は、２００ｍＷ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の光源装置。
【請求項５】
前記固体光源ユニットから射出される光の波長は、５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の光源装置。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光源装置から射出される光束によりマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写することを特徴とする露光装置。
【請求項７】
前記感光性基板上の照度むらは、照度の基準値に対して±２０％以内であることを特徴とする請求項６記載の露光装置。
【請求項８】
請求項６又は請求項７に記載の露光装置を用いた露光方法であって、
前記光源装置から射出される光束を用いてマスクを照明する照明工程と、
前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する転写工程と、
を含むことを特徴とする露光方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造工程において用いられる光源装置、該光源装置を用いた露光装置及び該露光装置を用いた露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロデバイスの一つである液晶表示素子は、通常、ガラス基板（プレート）上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターニングして、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子及び電極配線を形成して製造される。このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、マスク上に形成された原画となるパターンを、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布されたプレート上に投影露光する投影露光装置が用いられている。従来は、マスクとプレートとの相対的な位置合わせを行った後で、マスクに形成されたパターンをプレート上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後にプレートをステップ移動させて他のショット領域の露光を行う、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（所謂、ステッパー）が多用されていた。
【０００３】
近年、液晶表示素子の大面積化が要求されており、これに伴ってフォトリソグラフィ工程において用いられる投影露光装置は露光領域の拡大が望まれている。投影露光装置の露光領域を拡大するためには投影光学系を大型化する必要があるが、残存収差が極力低減された大型の投影光学系を設計及び製造するにはコスト高となってしまう。そこで、投影光学系の大型化を極力避けるために、投影光学系の物体面側（マスク側）における投影光学系の有効径と同程度に長手方向の長さが設定されたスリット状の照明光をマスクに照射し、マスクを介したスリット状の光が投影光学系を介してプレートに照射されている状態で、マスクとプレートとを投影光学系に対して相対的に移動させて走査し、マスクに形成されたパターンの一部を順次プレートに設定された１つのショットに転写し、転写後にプレートをステップ移動させて他のショット領域に対する露光を同様にして行う、所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が案出されている。
【０００４】
また、近年では、更なる露光領域の拡大を図るため、１つの大型の投影光学系を用いるのではなく、小型の部分投影光学系を走査方向に直交する方向（非走査方向）に所定間隔をもって複数配列した第１の配列と、この部分投影光学系の配列の間に部分光学系が配置されている第２の配列とを走査方向に配置した、所謂マルチレンズ方式の投影光学系を備える投影露光装置が案出されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−５７９８６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の投影露光装置の光源としては、波長約３６０ｎｍ程度の紫外領域においては主に水銀ランプなどが用いられていた。この水銀ランプの寿命は、概ね５００ｈ〜１０００ｈ程度であることから、定期的にランプ交換が必要となり露光装置ユーザには大きな負担となっていた。また、高照度確保のために高電力が必要であり、またそれに伴う発熱対策などが必要になるなど、高いランニングコストの問題や、経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性を有していた。
【０００７】
これに対して発光ダイオードは、水銀ランプなどに比べて発光効率が高く、そのため省電力、小発熱という特長を持ち大幅なランニングコストの低減を実現できる。また寿命も３０００ｈ程度のものもあるため、交換にかかる負担も少なく、経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性もない。さらに最近では、波長３６５ｎｍで１００ｍｗ程度の高い光出力を達成したＵＶ−ＬＥＤなども開発されている。
【０００８】
しかしながら、複数個の発光ダイオードを有する固体光源ユニットを複数個備えた光源装置を使用する場合において、被照射面上における最適な露光パワーを得るために高い光出力を確保する必要があると共に、個々の固体光源ユニットに電力を供給する際に端子電圧及び端子電流が過度に増大するのを防止する必要がある。
【０００９】
この発明の課題は、個々の固体光源ユニットに電力を供給するための端子電圧及び端子電流の過度の増大を防止すると共に被照射面上において最適な露光パワーを得ることができる光源装置、該光源装置を用いた露光装置及び該露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の光源装置は、複数個の固体光源素子を有する固体光源ユニットを複数個備える光源装置であって、前記光源装置に設けられた前記固体光源ユニットの個数をｎ、前記光源装置より射出される照明光の仕事率の総和をＷ（Ｗ）、前記固体光源ユニットに含まれる前記固体光源素子の平均仕事率をｐ（Ｗ）としたとき、１／２（Ｗ／ｐ）１／２≦ｎ≦２（Ｗ／ｐ）１／２を満足することを特徴とする。
【００１１】
この請求項１記載の光源装置によれば、光源装置を構成する個々の固体光源ユニットに電力を供給するための端子の端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく、この光源装置を露光装置の光源として用いる場合において最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の光源装置は、前記固体光源ユニットに電力を供給するための端子の端子電圧が２００Ｖ以下であることを特徴とする。この請求項２記載の光源装置によれば、高電圧による放電という問題を生じさせることなく、この光源装置を露光装置の光源として用いる場合において最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる。
【００１３】
また、請求項３記載の光源装置は、前記固体光源ユニットに電力を供給するための端子の端子電流が２００Ａ以下であることを特徴とする。この請求項３記載の光源装置によれば、的確な太さの電力供給線を用いた光源装置を製造することができ、この光源装置を露光装置の光源として用いる場合において最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる。
【００１４】
また、請求項４記載の光源装置は、前記固体光源ユニットの光出力が２００ｍＷ以上であることを特徴とする。この請求項４記載の光源装置によれば、固体光源ユニットの光出力が２００ｍＷ以上であるため、この光源装置を露光装置の光源として用いる場合において、最適かつ十分な感光性基板上の露光パワーを得ることができる。
【００１５】
また、請求項５記載の光源装置は、前記固体光源ユニットから射出される光の波長が５００ｎｍ以下であることを特徴とする。この請求項５記載の光源装置によれば、特性の異なるレジストの選択幅を広げることができ、この光源装置を露光装置の光源として用いる場合において最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる。
【００１６】
また、請求項６記載の露光装置は、請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の光源装置から射出される光束によりマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写することを特徴とする。
【００１７】
この請求項６記載の露光装置によれば、固体光源ユニットに電力を供給するための端子の端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく、最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる光源装置を備えた露光装置であるため、実用的な露光に要求される像面照度の値を確保することができ、良好な露光を行なうことができる。
【００１８】
また、請求項７記載の露光装置は、前記感光性基板上の照度むらが照度の基準値に対して±２０％以内であることを特徴とする。この請求項７記載の露光装置によれば、実用的な露光装置に要求される解像度や線幅均一性を確保することができる。
【００１９】
また、請求項８記載の露光方法は、請求項６又は請求項７に記載の露光装置を用いた露光方法であって、前記光源装置から射出される光束を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する転写工程とを含むことを特徴とする。
【００２０】
この請求項８記載の露光方法によれば、実用的な露光に要求される像面照度の値を確保した露光装置を用いて露光を行うため、実用的な露光方法としてのスループットを確保することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態を説明する。図１は第１の実施の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
【００２２】
図１に示す投影露光装置は、高圧水銀ランプからなる光源に代えて光源装置１を備えている。即ち光源装置１は、複数個の発光ダイオード（固体光源素子）を有する複数個の固体光源ユニットにより構成され、従来の水銀ランプ及び回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡を備える光源を用いた場合の楕円鏡の第２焦点位置に位置決めされている。ここで楕円鏡の第２焦点位置は、後述するコンデンサ光学系７の前側焦点位置と光学的に共役な位置である。なお、光源装置１を配置する位置は、コンデンサ光学系７の前側焦点位置と光学的に共役な位置の近傍であってもよい。
【００２３】
図２は、光源装置１の構成を説明するための図である。この図に示すように光源装置１は、矩形状の基板上に複数個の発光ダイオード（固体光源素子）１ａが１次元アレイ状に配列されている固体光源ユニット１ｂを複数個備えている。ここで光源装置１は、光源装置１に備えられている固体光源ユニット１ｂの個数をｎ、光源装置１より射出される照明光の仕事率の総和をＷ（Ｗ）、固体光源ユニット１ｂに含まれる発光ダイオード（固体光源素子）１ａの平均仕事率をｐ（Ｗ）としたとき、数式１の条件を満足するように構成されている。
（数式１）
１／２（Ｗ／ｐ）１／２≦ｎ≦２（Ｗ／ｐ）１／２
即ち、図２に示す光源装置１は、６個の発光ダイオード（固体光源素子）１ａを含む６個の固体光源ユニット１ｂにより構成されているが、図３に示すような構成であってもよい。図３は、光源装置１の別の構成を説明するための図である。この図に示すように光源装置１は、１２個の発光ダイオード（固体光源素子）１ａを含む３個の固体光源ユニット１ｂにより構成されている。また、光源装置１は、図４に示すような構成であってもよい。図４は、光源装置１の別の構成を説明するための図である。この図に示すように光源装置１は、３個の発光ダイオード（固体光源素子）１ａを含む１２個の固体光源ユニット１ｂにより構成されている。図２、図３及び図４に示す光源装置１は、何れも数式１の条件を満足するように構成されている。
【００２４】
また、それぞれの固体光源ユニット１ｂは、電力を供給するための端子の端子電圧が２００Ｖ以下となるように構成されている。また、固体光源ユニット全体としての端子電流が２００Ａ以下となるように構成されており、例えば、ｎ個の固体光源ユニット１ｂが並列に接続されている場合には、それぞれの固体光源ユニット１ｂは、電力を供給するための端子の端子電流が２００／ｎＡ以下となるように構成されている。また、それぞれの固体光源ユニット１ｂは、２００ｍＷ以上の光出力を有するように構成されている。更に、固体光源ユニット１ｂは、波長が５００ｎｍ以下の光を射出する。
【００２５】
コンデンサ光学系７の前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置された光源装置１からの光束は、コリメートレンズ３によりほぼ平行な光束に変換された後、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ４に入射する。
【００２６】
フライアイレンズ４は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。フライアイレンズ４を構成する各レンズエレメントは、マスク上において形成すべき照野の形状（ひいてはプレート上において形成すべき露光領域の形状）と相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ４を構成する各レンズエレメントの入射側の光学面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の光学面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００２７】
したがって、フライアイレンズ４に入射した光束は多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には１つの光源像がそれぞれ形成される。すなわち、フライアイレンズ４の後側焦点面には、多数の光源像からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。なお、フライアイレンズ４の各レンズエレメント射出面側の光学面の有効領域の形状と光源装置１の発光部の形状とはほぼ相似形状に構成されている。
【００２８】
フライアイレンズ４の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、その近傍に配置されたσ絞り５に入射する。σ絞り５は、後述する投影光学系ＰＬの入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、二次光源の照明に寄与する範囲を規定するための可変開口部を有する。σ絞り５は、可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比）を所望の値に設定する。
【００２９】
σ絞り５を介した二次光源からの光は、ミラー６を介してコンデンサ光学系７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を重畳的に均一照明する。ここでコリメートレンズ３、フライアイレンズ４、σ絞り５、ミラー６及びコンデンサ光学系７は、照明光学系を構成する。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、感光性基板であるプレートＰ上にマスクパターンの像を形成する。
【００３０】
そして、投影光学系ＰＬの光軸と直交する平面内において、プレートステージＰＳに載置されているプレートＰを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、プレートＰ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。
【００３１】
なお、この投影露光装置のプレートステージＰＳ上には、照度センサ８が配置されている。また、フライアイレンズ４とミラー６との間の光路中には、ビームスプリッタ９が配置され、ビームスプリッタ９により反射された光は、インテグレータセンサ１０に入射する。インテグレータセンサ１０による検出信号は、制御部１１に対して出力される。また、照度センサ８による検出信号も制御部１１に対して出力される。ここで、インテグレータセンサ１０の検出信号とプレートＰ上の照度との関係は予め高精度に計測されて、制御部１１内のメモリに記憶されている。
【００３２】
この投影露光装置においては、プレートＰ上の照度むらは照度の基準値に対して±２０％以内に抑えられている。プレートＰ上の照度むらは、照度センサ８の検出信号に基づいて算出することができる。ここで、プレートＰ上の照度の基準値に対する照度むらＩ（％）は、プレートＰ上の照度の最大値をＩｍａｘ（Ｗ）、プレートＰ上の照度の最小値をＩｍｉｎ（Ｗ）とすると、数式２により定義される。
（数式２）
Ｉ＝｛（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）｝×１００（％）
なお、照度センサ８による検出結果及びインテグレータセンサ１０による検出結果は、表示部１２によっても表示される。
【００３３】
この第１の実施の形態にかかる露光装置によれば、光源装置を構成する個々の固体光源ユニットに電力を供給するための端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく、最適なプレート上の露光パワーを確保することができる。また、光源装置１により、射出される光束に基づいてプレートＰ上の照度むらを照度の基準値に対して±２０％以内に抑えることができるため、実用的な露光装置に要求される解像度や線幅均一性を確保することができる。
【００３４】
次に、図面を参照して、この発明の第２の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。この実施の形態においては、複数の反射屈折型の投影光学ユニットからなる投影光学系に対してマスクＭとプレート（感光性基板）Ｐとを相対的に移動させつつマスクＭに形成された液晶表示素子のパターンＤＰの像を感光性材料（レジスト）が塗布された感光性基板としてのプレートＰ上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明する。
【００３５】
また、以下の説明においては、図５中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰに対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がプレートＰに対して直交する方向に設定されている。図中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直上方向に設定される。また、この実施の形態ではマスクＭ及びプレートＰを移動させる方向（走査方向）をＸ軸方向に設定している。
【００３６】
この実施の形態の露光装置は、マスクステージＭＳ（図６参照）上においてマスクホルダ（図示せず）を介してＸＹ平面に平行に支持されたマスクＭを均一に照明するための部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５より構成される光源装置、各部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５に対応した照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５により構成される照明光学系を備えている。
【００３７】
ここで、部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５は、第１の実施の形態における光源装置１（図２、図３または図４参照）と同様な構成を有するものである。なお、部分光源装置ＳＵ２〜ＳＵ５は、部分光源装置ＳＵ１と同一の構成を有するものであるため、部分光源装置ＳＵ１を代表して説明する。
【００３８】
部分光源装置ＳＵ１は、部分光源装置ＳＵ１に設けられた固体光源ユニット１ｂの個数をｎ、光源装置１（部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５）より射出される照明光の仕事率の総和をＷ（Ｗ）、固体光源ユニット１ｂに含まれる発光ダイオード（固体光源素子）１ａの平均仕事率をｐ（Ｗ）としたとき、上述の数式１の条件を満足するように構成されている。また、それぞれの固体光源ユニット１ｂは、電力を供給するための端子の端子電圧が２００Ｖ以下となるように構成されている。また、固体光源ユニット全体としての端子電流が２００Ａ以下となるように構成されており、例えば、ｎ個の固体光源ユニット１ｂが並列に接続されている場合には、それぞれの固体光源ユニット１ｂは、電力を供給するための端子の端子電流が２００／ｎＡ以下となるように構成されている。また、それぞれの固体光源ユニット１ｂは、２００ｍＷ以上の光出力を有するように構成されている。更に、固体光源ユニット１ｂは、波長が５００ｎｍ以下の光を射出する。
【００３９】
図６は、部分光源装置ＳＵ１及び照明光学ユニットＩＬ１の側面図であり、図５に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。なお、この図に示されるＸＹＺ直交座標系は、図５に示す直交座標系と同一のものである。
【００４０】
部分光源装置ＳＵ１とマスクＭとの間には、コリメートレンズ２０ａ、フライアイ・インテグレータ２１ａ、開口絞り２２ａ、ハーフミラー２３ａ及びコンデンサーレンズ系２７ａが順に配置されている。なお、照明光学ユニットＩＬ２〜ＩＬ５の構成は、照明光学ユニットＩＬ１の構成と同一であるためその説明は省略する。
【００４１】
部分光源装置ＳＵ１から射出された発散光束は、コリメートレンズ２０ａによりほぼ平行な光束に変換された後、フライアイ・インテグレータ（オプティカルインテグレータ）２１ａに入射する。フライアイ・インテグレータ２１ａは、多数の正レンズエレメントをその中心軸線が光軸ＡＸ２に沿って延びるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。従って、フライアイ・インテグレータ２１ａに入射した光束は、多数のレンズエレメントにより波面分割され、その後側焦点面（即ち、射出面の近傍）にレンズエレメントの数と同数の光源像からなる二次光源を形成する。即ち、フライアイ・インテグレータ２１ａの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。なお、図７に示すように、フライアイ・インテグレータ２１ａのレンズエレメント射出面側の光学面の有効領域の形状（図において斜線で示すフライアイ・インテグレータ２１ａを構成する１つのレンズエレメントの射出側の光学面の形状）と、部分光学装置ＳＵ１発光部の形状（複数の発光ダイオードを含む複数の固体光源ユニット１ｂにより形成される発光部の形状）とはほぼ相似形状に構成されている。
【００４２】
フライアイ・インテグレータ２１ａの後側焦点面に形成された多数の二次光源からの光束は、フライアイ・インテグレータ２１ａの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り２２ａにより制限された後、ハーフミラー２３ａに入射する。ハーフミラー２３ａにより反射された光束は、レンズ２４ａを介して照度センサ２５ａに入射する。この照度センサ２５ａは、プレートＰと光学的に共役な位置の照度を検出するためのセンサであり、この照度センサ２５ａにより、露光中においてもスループットを低下させることなくプレートＰ上の照度を検出することができる。なお、照度センサ２５ａの検出値は、主制御系２６に入力される。
【００４３】
一方、ハーフミラー２３ａを透過した光束は、コンデンサーレンズ系２７ａに入射する。なお、開口絞り２２ａは、対応する投影光学ユニットＰＬ１の瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、照明に寄与する二次光源の範囲を規定するための開口部を有する。この開口絞り２２ａの開口部は、開口径が固定であってもよく、また開口径が可変であってもよい。ここでは開口絞り２２ａの開口部が可変であるものとして説明する。開口絞り２２ａは、この可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定するσ値（投影光学系ＰＬを構成する各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の口径の比）を所望の値に設定する。コンデンサーレンズ系２４ａを介した光束は、パターンＤＰが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。
【００４４】
部分光源装置ＳＵ２〜ＳＵ５から射出された光束も同様に、照明光学ユニットＩＬ２〜ＩＬ５を介してマスクＭを重畳的にそれぞれ照明する。即ち、照明光学系を構成する照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５は、マスクＭ上においてＹ軸方向に並んだ複数（図５では合計で５つ）の台形状の領域を照明する。
【００４５】
なお、主制御系２６は、照明光学ユニットＩＬ１の照度センサ２５ａにより検出された照度、及び照明光学ユニットＩＬ２〜ＩＬ５の照度センサにより検出された照度に基づいて、各照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５によりマスクＭを照明する際の照度が均一になるように、各照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５に対応して設けられている各部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５の光出力を設定する光源出力設定部に対して制御信号を出力する。
【００４６】
マスクＭ上の各照明領域からの光は、各照明領域に対応するようにＹ軸方向に沿って配列された複数（図５では合計で５つ）の投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５からなる投影光学系ＰＬに入射する。ここで、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の構成は、互いに同じである。こうして、複数の投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５から構成された投影光学系ＰＬを介した光は、図示しないプレートステージ上において、図示しないプレートホルダを介してＸＹ平面に平行に支持されたプレートＰ上にパターンＤＰの像を形成する。なお、この露光装置においては、プレートＰ（被照射面）上の照度の基準値に対する照度むらは±２０％以内に抑えられている。
【００４７】
上述の主制御系２６にはハードディスク等の記憶装置２８が接続されており、この記憶装置２８内に露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、プレートＰの露光を行う上で必要となる処理及びその処理順が記憶されており、この処理毎に、プレートＰ上に塗布されているレジストに関する情報（例えば、レジストの分光特性）、必要となる解像度、使用するマスクＭ、照明光学系の補正量（照明光学特性情報）、投影光学系の補正量（投影光学特性情報）、及び基板の平坦性に関する情報等（所謂、レシピデータ）が含まれている。
【００４８】
図５に戻り、前述したマスクステージＭＳには、マスクステージＭＳを走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（図示せず）が設けられている。また、マスクステージＭＳを走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させると共にＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（図示せず）が設けられている。そして、マスクステージＭＳの位置座標が移動鏡を用いたレーザ干渉計（図示せず）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。
【００４９】
同様の駆動系が、プレートステージにも設けられている。即ち、プレートステージを走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（図示せず）、プレートステージを走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させると共にＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（図示せず）が設けられている。そして、プレートステージの位置座標が移動鏡３１を用いたレーザ干渉計（図示せず）によって計測され且つ位置制御されるように構成されている。更に、マスクＭとプレートＰとをＸＹ平面に沿って相対的に位置合わせするための手段として、一対のアライメント系３２ａ，３２ｂがマスクＭの上方に配置されている。更に、プレートステージ上には、プレートＰ上の照明光による照度を検出するための照度センサ３３が設けられており、検出値が照明光学系ＩＬの主制御系２６に入力される。主制御系２６は、照度センサ３３の検出値に基づいて、プレートＰ上の照明光による照度を制御する。
【００５０】
主制御系２６による各部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５の光出力の制御は、各部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５毎の光出力の制御の他、各部分光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５を構成する固体光源ユニット１ｂ毎の光出力の制御、または各固体光源ユニット１ｂに含まれる発光ダイオード毎の光出力の制御によっても行うことができる。
【００５１】
なお、プレートＰ上の照度の基準値に対するプレートＰ上の照度むらＩ（％）は、照度センサ３３の検出信号に基づいて上述の数式２により算出することができる。
【００５２】
こうして、マスクステージＭＳ側の走査駆動系及びプレートステージ側の走査駆動系の作用により、複数の投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５からなる投影光学系ＰＬに対してマスクＭとプレートＰとを一体的に同一方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させることによって、マスクＭ上のパターン領域の全体がプレートＰ上の露光領域の全体に転写（走査露光）される。
【００５３】
この第２の実施の形態にかかる露光装置によれば、光源装置を構成する個々の固体光源ユニットに電力を供給するための端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく、最適なプレート上の露光パワーを確保することができる。また、プレートＰ上の照度むらを照度の基準値に対して±２０％以内に抑えることができるため、実用的な露光装置に要求される解像度や線幅均一性を確保することができる。
【００５４】
なお、上述の第１の実施の形態においては、照明光学系にオプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズを用いており、上述の第２の実施の形態においても、照明光学系にフライアイ・インテグレータを用いているが、これに代えてロッド型のインテグレータ又はシリンダ型のインテグレータを用いてもよい。
【００５５】
ロッド型のインテグレータを用いる場合には、光源装置の発光部の形状とロッドの断面形状を相似形とすることが好ましい。また、シリンダ型のインテグレータを用いる場合には、シリンダ型のインテグレータを構成する一方のシリンダレンズのピッチと、これと直交して配置される他方のシリンダレンズのピッチで形成される矩形領域（オプティカルインテグレータの射出面側の光学面の有効領域）と光源装置の発光部の形状とを相似形にすることが好ましい。
【００５６】
なお、上述の第１の実施の形態においては、ステップ・アンド・リピート型の投影露光装置を例として説明し、第２の実施の形態においては、ステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置を例として説明したが、プロキシミティ方式の露光装置に本発明を適用してもよい。この場合には、投影光学系が存在しないことから像面照度を高くすることができる。
【００５７】
また、第２の実施の形態のステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置においては、照明光学ユニット毎に光源装置を配置して、光源装置ＳＵ１〜ＳＵ５から照明光学ユニットに対して照明光を供給しているが、多数のファイバ素線をランダムに束ねて構成されたランダムライトガイドファイバの入射端に１つの光源装置を配置し、５つの射出端のそれぞれから射出される照明光を照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５に入射させるようにしてもよい。
【００５８】
なお、上述の各実施の形態においては、プレートＰ上の照度むらを照度の基準値に対して±２０％以内に抑えるように構成しているが、プレートＰ上の照度むらを照度の基準値に対して±１０％以内に抑えるように構成することが好ましい。この場合には、１０μｍ以上の線幅を含むマスクのパターン像をプレート上に精密に形成することができる。更に、プレートＰ上の照度むらを照度の基準値に対して±５％以内に抑えるように構成することが更に好ましい。この場合には、５μｍ以上の線幅を含むマスクのパターン像をプレート上により精密に形成することができる。更に、プレートＰ上の照度むらを照度の基準値に対して±３％以内に抑えるように構成することが更に一層好ましい。この場合には、３μｍ以上の線幅を含むマスクのパターン像をプレート上により一層精密に形成することができる。
【００５９】
また、上述の各実施の形態においては、固体光源素子として発光ダイオードを用いているが、レーザダイオードなどの他の種類の固体光源素子を用いてもよい。
【００６０】
また、上述の各実施の形態においては、複数の固体光源素子として、複数の発光点を有する固体光源チップ、チップを複数個アレイ状に配列した固体光源チップアレイ、さらに複数の発光点を一枚の基板に作り込んだタイプのものなどを用いても良い。なお、固体光源素子は無機、有機を問わない。
【００６１】
次に、この発明の実施の形態による露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法について説明する。図８は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、図８のステップＳ４０において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ４４において、この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスクＭ上のパターンの像がその投影光学系（投影光学ユニット）を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明装置を用いてマスクＭが照明され、投影光学系を用いてマスクＭ上のパターンの像が基板上に投影され露光転写される。
【００６２】
その後、ステップＳ４６において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ４８において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。また、この発明の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。図９は、この実施の形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を説明するためのフローチャートである。
【００６３】
図９のパターン形成工程Ｓ５０では、この実施の形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２へ移行する。
【００６４】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２の後に、セル組み立て工程Ｓ５４が実行される。セル組み立て工程Ｓ５４では、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【００６５】
セル組み立て工程Ｓ５４では、例えば、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組立工程Ｓ５６にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【００６６】
このマイクロデバイスの製造方法によれば、最適な露光パワーを確保することができる露光装置を用いて露光を行うため、実用的な露光に要求される像面照度の値を確保することができ、実用的な露光方法としてのスループットを確保することができる。
【００６７】
【発明の効果】
この発明の光源装置によれば、光源装置に設けられた固体光源ユニットの個数をｎ、光源装置より射出される照明光の仕事率の総和をＷ（Ｗ）、固体光源ユニットに含まれる固体光源素子の平均仕事率をｐ（Ｗ）としたとき、１／２（Ｗ／ｐ）１／２≦ｎ≦２（Ｗ／ｐ）１／２を満足しているため、光源装置を構成する個々の固体光源ユニットに電力を供給するための端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく、この光源装置を露光装置の光源として用いる場合において最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる。
【００６８】
また、この発明の露光装置によれば、この発明の光源装置を用いているため、固体光源ユニットに電力を供給するための端子電圧及び端子電流を過度に増大させることなく、最適な感光性基板上の露光パワーを確保することができる。従って、実用的な露光に要求される像面照度の値を確保することができ、良好な露光を行なうことができる。また、感光性基板上の照度むらが照度の基準値に対して±２０％以内であるため、実用的な露光装置に要求される解像度や線幅均一性を確保することができる。
【００６９】
この発明の露光方法によれば、実用的な露光に要求される像面照度の値を確保した露光装置を用いて露光を行うため、実用的な露光方法としてのスループットを確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる光源装置の構成を示す図である。
【図３】第１の実施の形態にかかる別の光源装置の構成を示す図である。
【図４】第１の実施の形態にかかる別の光源装置の構成を示す図である。
【図５】第２の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図６】第２の実施の形態にかかる照明光学系の側面図である。
【図７】第２の実施の形態にかかる照明光学系の概略斜視図である。
【図８】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図９】実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１…光源装置、１ａ…発光ダイオード（固体光源素子）、１ｂ…固体光源ユニット、３…コリメートレンズ、４…フライアイレンズ、５…σ絞り、７…コンデンサ光学系、８，３３…照度サンサ、１０…インテグレータセンサ、１１…制御部、２６…主制御系、２８…記憶装置、３１…移動鏡、Ｍ…マスク、Ｐ…プレート、ＰＬ…投影光学系、ＳＵ１〜ＳＵ５…部分光源装置、ＩＬ１〜ＩＬ５…照明光学ユニット、ＰＬ１〜ＰＬ５…投影光学ユニット、ＭＳ…マスクステージ、ＰＳ…プレートステージ。
【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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