(57)【要約】【課題】固体光源を備えた露光装置を提供する。【解決手段】光源１から射出される光束をマスクＭへ導き、前記マスクのパターンを感光性基板Ｐ上に転写する露光装置において、前記光源と前記マスクとの間の光路中に配置されて、前記光源からの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系を備え、前記光源は、前記感光性基板上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ２  以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ユニットを備える。【選択図】  図１
2004335953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源から射出される光束をマスクへ導き、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
前記光源と前記マスクとの間の光路中に配置されて、前記光源からの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系を備え、
前記光源は、前記感光性基板上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ２  以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ユニットを備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２】
前記固体光源は、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
【請求項３】
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
複数個の固体光源を有する固体光源ユニットと、
該固体光源ユニットから射出される光束を前記マスクへ導く照明光学系とを備え、
前記固体光源は、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上であることを特徴とする露光装置。
【請求項４】
前記固体光源は、少なくとも１０ｍＷ／個以上の出力を有す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露光装置。
【請求項５】
前記感光性基板上の照度むらは、平均値に対して±２０％以内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露光装置。
【請求項６】
前記固体光源の光射出部の面積は、１ｃｍ２  以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項７】
前記固体光源ユニットの前記複数個の固体光源は、１個／ｃｍ２以上となるように配列されることを特徴とする請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項８】
前記固体光源は、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線の分布が、前記最も放射強度の強い光線を中心として±２°以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項９】
前記固体光源は、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、１ｃｍ２  当たりの前記固体光源の個数をｎとしたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の露光装置。
θ２  ×ｎ≧０．００２
【請求項１０】
前記固体光源から射出される光の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１１】
前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１２】
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
複数個の固体光源を有する固体光源ユニットと、
前記固体光源ユニットと前記マスクとの間の光路中に配置されて、前記固体光源ユニットからの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系と、
前記マスクからの光束に基づいて、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、
前記固体光源の発光スペクトルの波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であり、
前記投影光学系は、反射屈折型光学系を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項１３】
放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、前記投影光学系の倍率をβとし、前記投影光学系の開口数をＮ．Ａ．としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の露光装置。
０．２  ≦（｜ｓｉｎθ｜／｜β｜）／Ｎ．Ａ．  ≦  ５
【請求項１４】
前記投影光学系は、前記マスク上で互いに異なる視野を有する複数の投影光学ユニットを備え、
前記照明光学系は、前記複数の投影光学ユニットの複数の視野にそれぞれ対応した複数の照明光学ユニットを備え、
前記複数の照明光学ユニットのそれぞれは、前記固体光源ユニットを備えることを特徴とする請求項１１乃至請求項１３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
前記複数の照明光学ユニットにそれぞれ設けられた前記固体光源ユニットに接続されて、前記複数の固体光源ユニットの光出力を各照明光学ユニット毎に設定可能にする光源出力設定部を備えることを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
【請求項１６】
前記感光性基板上の照度を計測する照度計測手段をさらに備え、
前記光源出力設定部は、前記照度計測手段の計測結果に基づいて、前記照明光学ユニット毎に設けられた前記複数の固体光源ユニットの出力を個別に設定することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。
【請求項１７】
前記感光性基板を載置する基板ステージをさらに備え、
前記照度計測手段は前記基板ステージ上に設置されることを特徴とする請求項１６に記載の露光装置。
【請求項１８】
前記照明光学系の出力を計測する出力計測手段と、
前記出力計測手段により計測された結果に基づいて、前記固体光源ユニットの光出力を制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項１乃至請求項１７の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項１９】
前記出力計測手段は、前記感光性基板上の照度を計測する照度計測手段を備えることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
【請求項２０】
前記複数の固体光源の仕事率の総和をＡ（Ｗ）、前記マスクを照明する照明光の仕事率の総和をＢ（Ｗ）としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項１乃至請求項１９の何れか一項に記載の露光装置。
Ｂ／Ａ≧０．４
【請求項２１】
前記複数個の固体光源はアレイ状に配置されることを特徴とする請求項１乃至請求項２０の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項２２】
前記固体光源ユニットは、２次元アレイ状に配列された複数の前記固体光源を備えることを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
【請求項２３】
前記照明光学系は、２次元的に配列された複数の光学面を持つオプティカルインテグレータを備え、
前記オプティカルインテグレータの射出面側の前記光学面の有効領域の形状と前記複数の固体光源の発光部の全体形状とはほぼ相似形状であることを特徴とする請求項２２に記載の露光装置。
【請求項２４】
前記固体光源ユニットは複数のファイバを備え、
前記複数のファイバのそれぞれの入射端は前記複数個の固体光源と光学的に接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項２３の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項２５】
前記固体光源から射出された光束は、前記複数のファイバの前記入射端に直接に入射することを特徴とする請求項２４に記載の露光装置。
【請求項２６】
前記固体光源ユニット中の前記固体光源と前記ファイバの入射端との間に配置された集光光学系を備えることを特徴とする請求項２４に記載の露光装置。
【請求項２７】
前記固体光源の発光部の大きさの最大値をφ、前記固体光源からの発散光の内で最大の射出角度を持つ光の前記射出角度の正弦をＮＡ１、前記ファイバのコア直径をＤ、前記光ファイバが光を取り込むことが可能な角度範囲の正弦をＮＡ２とするとき、
以下の条件を満たすことを特徴とする請求項２６に記載の露光装置。
ＮＡ２≧φ／Ｄ×ＮＡ１
【請求項２８】
前記照明光学系は、２次元的に配列された複数の光学面を持つオプティカルインテグレータを備え、
前記オプティカルインテグレータの射出面側の前記光学面の有効領域の形状と前記複数のファイバの射出端の全体形状とはほぼ相似形であることを特徴とする請求項２４乃至請求項２７の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項２９】
前記複数の固体光源は、互いに出力特性が異なる第１及び第２の固体光源を少なくとも備えていることを特徴とする請求項１乃至請求項２８の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項３０】
静電気の帯電を防止する帯電防止手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至請求項２９の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項３１】
前記光源は、定格出力以下の出力で照明光の射出を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３０の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項３２】
前記光源から射出される光束と前記マスクとの位置関係を走査方向に沿って相対的に走査させる走査手段と、
前記マスクとほぼ共役な位置に配置されて、前記走査方向の開口幅を変更可能な可変絞りと、
前記光源から射出される光束と前記マスクとの相対位置に関する情報に基づいて、前記可変絞りの前記走査方向の開口幅を可変制御する制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至請求項３１の何れか一項に記載の露光装置。
【請求項３３】
請求項１乃至請求項３２記載の露光装置を用いた露光方法において、
前記固体光源ユニットからの光により前記マスクを照明する照明工程と、
前記マスクのパターンを前記感光性基板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露光装置及び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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−５７９８６号公報
【０００７】
【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。
【０００８】
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。
【０００９】
この発明の課題は、固体光源を備え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記載の露光装置は、光源から射出される光束をマスクへ導き、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、前記光源と前記マスクとの間の光路中に配置されて、前記光源からの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系を備え、前記光源は、前記感光性基板上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ２  以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ユニットを備えることを特徴とする。
【００１１】
この請求項１記載の露光装置によれば、光源が感光性基板上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ２  以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ユニットを備えるため、像面照度を実用的な露光装置に要求される値にすることができ、実用的な露光装置としてのスループットを確保することができる。
【００１２】
また、請求項２記載の露光装置は、前記固体光源が放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上であることを特徴とする。
【００１３】
この請求項２記載の露光装置によれば、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上である固体光源を備えるため、投影光学系を介して多くの光束を感光性基板上に照射することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。ここで、平均放射輝度とは、±１°内でのすべての角度の輝度の平均値である。
【００１４】
また、請求項３記載の露光装置は、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、複数個の固体光源を有する固体光源ユニットと、該固体光源ユニットから射出される光束を前記マスクへ導く照明光学系とを備え、前記固体光源は、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上であることを特徴とする。
【００１５】
この請求項３記載の露光装置によれば、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上である固体光源を備えるため、投影光学系を介して多くの光束を感光性基板上に照射することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００１６】
また、請求項４記載の露光装置は、前記固体光源が少なくとも１０ｍＷ／個以上の出力を有することを特徴とする。この請求項４記載の露光装置によれば、個々の固体光源の出力が大きいことから実用的な露光装置に要求される像面照度を確保することができる。
【００１７】
また、請求項５記載の露光装置は、前記感光性基板上の照度むらが平均値に対して±２０％以内であることを特徴とする。この請求項５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。
【００１８】
また、請求項６記載の露光装置は、前記固体光源の光射出部の面積が、１ｃｍ２  以下であることを特徴とする。ここでいう光射出部とは、固体光源において実際に発光している部分のことを指し、パッケージの大きさとは無関係である。
【００１９】
また、請求項７記載の露光装置は、前記固体光源ユニットの前記複数個の固体光源が、１個／ｃｍ２以上となるように配列されることを特徴とする。
【００２０】
この請求項６、請求項７記載の露光装置によれば、多数の固体光源を配列することができることから、実用的な露光装置に要求される像面照度を確保することができる。
【００２１】
また、請求項８記載の露光装置は、前記固体光源から放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線の分布が、前記最も放射強度の強い光線を中心として±２°（±３５ｍｒａｄ）以上であることを特徴とする。
【００２２】
この請求項８記載の露光装置によれば、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線の分布が、最も放射強度の強い光線を中心として±２°（±３５ｍｒａｄ）以上である固体光源を備えるため、投影光学系を介して多くの光束を感光性基板上に照射することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００２３】
また、請求項９記載の露光装置は、前記固体光源から放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、１ｃｍ２当たりの前記固体光源の個数をｎとしたとき、θ２  ×ｎ≧０．００２、の条件を満足することを特徴とする。
【００２４】
この請求項９記載の露光装置によれば、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、１ｃｍ２当たりの固体光源の個数をｎとしたとき、θ２  ×ｎ≧０．００２、の条件を満足する固体光源を備えるため、投影光学系を介して多くの光束を感光性基板上に照射することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００２５】
また、請求項１０記載の露光装置は、前記固体光源から射出される光の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であることを特徴とする。
【００２６】
また、請求項１１記載の露光装置は、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系をさらに備えることを特徴とする。
【００２７】
また、請求項１２記載の露光装置は、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、複数個の固体光源を有する固体光源ユニットと、前記固体光源ユニットと前記マスクとの間の光路中に配置されて、前記固体光源ユニットからの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系と、前記マスクからの光束に基づいて、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系とを備え、前記固体光源の発光スペクトルの波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であり、前記投影光学系は、反射屈折型光学系を備えることを特徴とする。
【００２８】
この請求項１２記載の露光装置によれば、固体光源の発光スペクトルの波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であることから、反射屈折型投影光学系の色収差の発生量を小さくすることができる。
【００２９】
また、請求項１３記載の露光装置は、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、前記投影光学系の倍率をβとし、前記投影光学系の開口数をＮ．Ａ．としたとき、
０．２  ≦（｜ｓｉｎθ｜／｜β｜）／Ｎ．Ａ．  ≦  ５
の条件を満足することを特徴とする。
【００３０】
この請求項１３記載の露光装置によれば、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、投影光学系の倍率をβとし、投影光学系の開口数をＮＡとしたとき、
０．２  ≦（｜ｓｉｎθ｜／｜β｜）／Ｎ．Ａ．  ≦  ５
の条件を満足する固体光源を備えるため、投影光学系を介して多くの光束を感光性基板上に照射することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００３１】
また、請求項１４記載の露光装置は、前記投影光学系が前記マスク上で互いに異なる視野を有する複数の投影光学ユニットを備え、前記照明光学系は、前記複数の投影光学ユニットの複数の視野にそれぞれ対応した複数の照明光学ユニットを備え、前記複数の照明光学ユニットのそれぞれは、前記固体光源ユニットを備えることを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１５記載の露光装置は、前記複数の照明光学ユニットにそれぞれ設けられた前記固体光源ユニットに接続されて、前記複数の固体光源ユニットの光出力を各照明光学ユニット毎に設定可能にする光源出力設定部を備えることを特徴とする。
【００３３】
また、請求項１６記載の露光装置は、前記感光性基板上の照度を計測する照度計測手段をさらに備え、前記光源出力設定部は、前記照度計測手段の計測結果に基づいて、前記照明光学ユニット毎に設けられた前記複数の固体光源ユニットの出力を個別に設定することを特徴とする。
【００３４】
この請求項１５、請求項１６記載の露光装置によれば、各照明光学ユニットの光出力を均一にする等の制御を行うことができ、露光むらの発生の抑制等を行うことができる。
【００３５】
また、請求項１７記載の露光装置は、前記感光性基板を載置する基板ステージをさらに備え、前記照度計測手段は前記基板ステージ上に設置されることを特徴とする。
【００３６】
また、請求項１８記載の露光装置は、前記照明光学系の出力を計測する出力計測手段と、前記出力計測手段により計測された結果に基づいて、前記固体光源ユニットの光出力を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
【００３７】
また、請求項１９記載の露光装置は、前記出力計測手段が感光性基板上の照度を計測する照度計測手段を備えることを特徴とする。
【００３８】
また、請求項２０記載の露光装置は、前記複数の固体光源の仕事率の総和をＡ（Ｗ）、前記マスクを照明する照明光の仕事率の総和をＢ（Ｗ）としたとき、
Ｂ／Ａ≧０．４
の条件を満足することを特徴とする。この請求項２０記載の露光装置によれば、照明効率を向上させることができる。
【００３９】
また、請求項２１記載の露光装置は、前記複数個の固体光源はアレイ状に配置されることを特徴とする。この請求項２１記載の露光装置によれば、複数の固体光源がアレイ状に配列されているため、複数の固体光源の集積化を図ることができ固体光源ユニットの小型化に寄与する。
【００４０】
また、請求項２２記載の露光装置は、前記固体光源ユニットが２次元アレイ状に配列された複数の前記固体光源を備えることを特徴とする。この請求項２２記載の露光装置によれば、複数の固体光源が２次元アレイ状に配列されているため、さらなる固体光源ユニットの小型化を図ることができる。
【００４１】
また、請求項２３記載の露光装置は、前記照明光学系が２次元的に配列された複数の光学面を持つオプティカルインテグレータを備え、前記オプティカルインテグレータの射出面側の前記光学面の有効領域の全体形状と前記複数の固体光源の発光部の形状とはほぼ相似形状であることを特徴とする。
【００４２】
この請求項２３記載の露光装置によれば、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の全体形状と複数の固体光源の発光部の形状とはほぼ相似形状であるため、固体光源から射出された光を効率よく用いることができ、像面の照度を高くすることができる。
【００４３】
また、請求項２４記載の露光装置は、前記固体光源ユニットが複数のファイバを備え、前記複数のファイバのそれぞれの入射端は前記複数個の固体光源と光学的に接続されていることを特徴とする。
【００４４】
この請求項２４記載の露光装置によれば、固体光源の配置の自由度を大きくすることができ、また複数のファイバの射出端の配列形状を容易に任意な形とすることができる。
【００４５】
また、請求項２５記載の露光装置は、前記固体光源から射出された光束が、前記複数のファイバの前記入射端に直接に入射することを特徴とする。この請求項２５記載の露光装置によれば、構成を複雑化させることなく簡単な構成により固体光源から射出された光束をファイバに入射させることができる。
【００４６】
また、請求項２６記載の露光装置は、前記固体光源ユニット中の前記固体光源と前記ファイバの入射端との間に配置された集光光学系を備えることを特徴とする。
【００４７】
また、請求項２７記載の露光装置は、前記固体光源の発光部の大きさの最大値をφ、前記固体光源からの発散光の内で最大の射出角度を持つ光の前記射出角度の正弦をＮＡ１、前記ファイバのコア直径をＤ、前記光ファイバが光を取り込むことが可能な角度範囲の正弦をＮＡ２とするとき、ＮＡ２≧φ／Ｄ×ＮＡ１の条件を満たすことを特徴とする。
【００４８】
この請求項２６、請求項２７記載の露光装置によれば、固体光源から射出された光束を無駄なくファイバに入射させることができる。
【００４９】
また、請求項２８記載の露光装置は、前記照明光学系が２次元的に配列された複数の光学面を持つオプティカルインテグレータを備え、前記オプティカルインテグレータの射出面側の前記光学面の有効領域の形状と前記複数のファイバの射出端の全体形状とはほぼ相似形であることを特徴とする。
【００５０】
この請求項２８記載の露光装置によれば、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の形状と複数のファイバの射出端の全体形状とはほぼ相似形であるため、照明光を効率的に用いることができる。
【００５１】
また、請求項２９記載の露光装置は、前記複数の固体光源が互いに出力特性が異なる第１及び第２の固体光源を少なくとも備えていることを特徴とする。
【００５２】
この請求項２９記載の露光装置によれば、出力特性の異なる固体光源を組み合わせることにより、所望の出力特性を得ることができる。
【００５３】
また、請求項３０記載の露光装置は、静電気の帯電を防止する帯電防止手段を更に備えることを特徴とする。この請求項３０記載の露光装置によれば、静電気により固体光源が破損するのを防止することができる。
【００５４】
また、請求項３１記載の露光装置は、前記光源が、定格出力以下の出力で照明光の射出を行うことを特徴とする。この請求項３１記載の露光装置によれば、定格出力以下の出力で照明光の射出を行うため、固体光源の寿命を延ばすことができる。
【００５５】
また、請求項３２記載の露光装置は、前記光源から射出される光束と前記マスクとの位置関係を走査方向に沿って相対的に走査させる走査手段と、前記マスクとほぼ共役な位置に配置されて、前記走査方向の開口幅を変更可能な可変絞りと、前記光源から射出される光束と前記マスクとの相対位置に関する情報に基づいて、前記可変絞りの前記走査方向の開口幅を可変制御する制御手段とをさらに備えることを特徴とする。
【００５６】
この請求項３２記載の露光装置によれば、光源から射出される光束とマスクとの相対位置に関する情報に基づいて、可変絞りの走査方向の開口幅を可変制御するため、露光する必要のないマスクに付されている情報、露光する必要のないマスクパターン等が感光性基板上に転写されるのを防止することができる。
【００５７】
また、請求項３３記載の露光方法は、請求項１乃至請求項３２記載の露光装置を用いた露光方法において、前記固体光源ユニットからの光により前記マスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを前記感光性基板に転写する転写工程とを含むことを特徴とする。
【００５８】
この請求項３３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。
【００５９】
【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。
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（固体光源ユニット）１を備えている。即ち光源１は、発光ダイオード（固体光源）をアレイ状に配列した発光ダイオードアレイにより構成され、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。
【００６０】
図２は、光源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１は、矩形状の基板１ａ上に発光ダイオード（固体光源）１ｂが複数個、アレイ状に配列されている。ここで発光ダイオード１ｂは、後述するプレート（感光性基板）Ｐ上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ２  以上となるように、基板１ａ上においてアレイ状に配列されている。また、発光ダイオード１ｂは、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上のものが基板１ａ上に配列されている。
【００６１】
また、発光ダイオード１ｂは、少なくとも１０ｍＷ／個以上の出力を有するものが基板１ａ上に配列されている。また、発光ダイオード１ｂは、１ｃｍ２以下の光射出部の面積を有するものが基板１ａ上に配列されている。更に、光源１においては、複数個の発光ダイオード１ｂが１個／ｃｍ２以上となるように基板１ａ上に配列されている。
【００６２】
また、発光ダイオード１ｂは、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線の分布が、最も放射強度の強い光線を中心として±２°以上のものが基板１ａ上に配列されている。更に、発光ダイオード１ｂは、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と、最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、１ｃｍ２当たりの発光ダイオード１ｂの個数をｎとしたとき、
θ２  ×ｎ≧０．００２
の条件を満足するものが基板１ａ上に配列されている。また、発光ダイオード１ｂは、射出される光（発光スペクトル）の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であるものが基板１ａ上に配列されている。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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複数の固体光源の発光部の形状とはほぼ相似形状に構成されている。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
なお、この投影露光装置においては、複数の発光ダイオード（固体光源）により構成される光源１により、プレートＰ（被照射面）で、３０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度が得られる。また、光源１により、プレートＰ（被照射面）では、照度むらを平均値（基準値）に対して±２０％以内に抑えることができる。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／ｃｍ２）、プレートＰ上の照度の最小値をＩｍｉｎ（Ｗ／ｃｍ２）とすると、次の数式により定義される。
【００６９】
Ｉ＝｛（Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）／（Ｉｍａｘ＋Ｉｍｉｎ）｝×１００（％）
また、この投影露光装置においては、光源１が、定格出力以下の出力で照明光の射出を行っている。従って、固体光源の寿命を延ばすことができる。
【００７０】
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。
【００７１】
なお、プレートＰは、プレートステージＰＳ上に載置されており、プレートステージＰＳ上には、照度センサ（照度計測手段）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。
【００７２】
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上での露光光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。制御部１１は、インテグレータセンサ１０の検出信号より間接的にプレートＰに対する露光光の照度（平均値）及びその積分値（積算露光量の平均値）をモニタできるように構成されている。そして、この制御部１１は、露光中において、インテグレータセンサ１０を介してプレートＰに対する露光光の照度の積分値を算出する。制御部１１では、その照度の積分値を逐次算出し、この結果に応じてプレートＰ上において適正露光量が得られるように、光源１の出力を設定して制御を行う。また、制御部１１は、照度センサ８からの出力に基づいても、光源１の出力を制御する。ここで、光源１の出力制御は、光源１全体を一体として行うことができるだけでなく、光源１を構成する発光ダイオード毎に出力を制御することができる。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。
【００７３】
この投影露光装置においては、光源１から放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と、最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、投影光学系ＰＬの倍率をβとし、投影光学系ＰＬの開口数をＮ．Ａ．としたとき、
０．２  ≦（｜ｓｉｎθ｜／｜β｜）／Ｎ．Ａ．  ≦  ５
の条件を満足する。また、複数の発光ダイオード１ｂの仕事率の総和をＡ（Ｗ）、マスクＭを照明する照明光の仕事率の総和をＢ（Ｗ）としたとき、
Ｂ／Ａ≧０．４
の条件を満足する。
【００７４】
次に、この第１の実施の形態にかかる露光装置の実施例について説明する。以下に、第１実施例の装置構成を表す数値を示す。
【００７５】
光源のサイズ    １２×３ｃｍ
発光ダイオードの数    ２４×６個
発光ダイオードの出力    １２．５ｍＷ／個
発光ダイオードのサイズ    ４．５ｍｍφ
発光ダイオードの輝度    ５００００ｍＷ／（ｎｍ・ｃｍ２・ｓｒ）
発光ダイオードの発光部    １ｍｍ×１ｍｍ
発光ダイオードの波長の半値幅    ±１０ｎｍ
照明光学系の透過率    ８０％
投影光学系の開口数（Ｎ．Ａ．）    ０．１
投影光学系の倍率（β）    等倍
投影光学系の透過率    ８０％
プレート上の照度    ３２ｍＷ
プレート上の照度むら    ±３％
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３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（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。
【００７６】
また、以下の説明においては、図３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。
【００７７】
この実施の形態の露光装置は、マスクステージ（図３では不図示）ＭＳ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固体光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５、各固体光源ユニット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。
【００７８】
ここで、固体光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５は、第１の実施の形態における光源１（図２参照）と同様な構成を有するものである。なお、固体光源ユニットＳＵ２〜ＳＵ５は、固体光源ユニットＳＵ１と同一の構成を有するものであるため、固体光源ユニットＳＵ１を代表して説明する。
【００７９】
固体光源ユニットＳＵ１は、矩形状の基板１ａを有し、この基板１ａ上に複数個の発光ダイオード（固体光源）１ｂがアレイ状に配列されている。ここで発光ダイオード１ｂは、後述するプレート（感光性基板）Ｐ上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ２  以上となるように、基板１ａ上においてアレイ状に配列されている。また、発光ダイオード１ｂは、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が１０００ｍＷ／（ｃｍ２・ｓｒ）以上のものが基板１ａ上に配列されている。
【００８０】
また、発光ダイオード１ｂは、少なくとも１０ｍＷ／個以上の出力を有するものが基板１ａ上に配列されている。また、発光ダイオード１ｂは、１ｃｍ２  以下の光射出部の面積を有するものが基板１ａ上に配列されている。更に、固体光源ユニットＳＵ１においては、複数個の発光ダイオード１ｂが１個／ｃｍ２以上となるように基板１ａ上に配列されている。
【００８１】
また、発光ダイオード１ｂは、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線の分布が、最も放射強度の強い光線を中心として±２°以上のものが基板１ａ上に配列されている。更に、発光ダイオード１ｂは、放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と、最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、１ｃｍ２  当たりの発光ダイオード１ｂの個数をｎとしたとき、
θ２  ×ｎ≧０．００２
の条件を満足するものが基板１ａ上に配列されている。また、発光ダイオード１ｂは、射出される光（発光スペクトル）の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であるものが基板１ａ上に配列されている。
【００８２】
図４は、固体光源ユニットＳＵ１及び照明光学ユニットＩＬ１の側面図であり、図３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３に示す直交座標系と同一のものである。
【００８３】
固体光源ユニット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。
【００８４】
固体光源ユニット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５に示すように、フライアイ・インテグレータ２１ａの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つのエレメントの射出側の光学面の形状）と、固体光源ユニットＳＵ１発光部の形状（複数の発光ダイオード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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
固体光源ユニット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３では合計で５つ）の台形状の領域を照明する。
【００８８】
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固体光源ユニットＳＵ２〜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。
【００８９】
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３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。
【００９０】
なお、この複数の発光ダイオード（固体光源）により構成される固体光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５により、プレートＰ（被照射面）では、３０ｍＷ／ｃｍ２以上の照度が得られる。また、固体光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５により、プレートＰ（被照射面）では、照度むらを平均値に対して±２０％以内に抑えることができる。
【００９１】
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。
【００９２】
図３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。
【００９３】
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により検出されたプレートＰ上の照明光による照度に基づいて、各固体光源ユニットＳＵ２〜ＳＵ５の光出力を制御する。なお、主制御系２６による各固体光源ユニットＳＵ２〜ＳＵ５の光出力の制御は、各固体光源ユニットＳＵ２〜ＳＵ５毎の光出力の制御の他、各固体光源ユニットＳＵ２〜ＳＵ５を構成する各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。
【００９４】
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。
【００９５】
この投影露光装置においては、固体光源ユニットを構成する発光ダイオード１ｂから放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と、最も放射強度の強い光線とのなす角をθ（ｒａｄ）とし、投影光学系ＰＬの倍率をβとし、投影光学系ＰＬの開口数をＮ．Ａ．としたとき、
０．２  ≦（｜ｓｉｎθ｜／｜β｜）／Ｎ．Ａ．  ≦  ５
の条件を満足する。また、複数の発光ダイオード１ｂの仕事率の総和をＡ（Ｗ）、マスクＭを照明する照明光の仕事率の総和をＢ（Ｗ）としたとき、
Ｂ／Ａ≧０．４
の条件を満足する。
【００９６】
上述の各実施の形態にかかる露光装置によれば、光源が複数個の発光ダイオード（固体光源）をアレイ状に配列した固体光源ユニットを備えるため、像面照度を実用的な露光装置に要求される値にすることができ、実用的な露光装置としてのスループットを確保することができる。
【００９７】
また、この実施の形態にかかる露光装置によれば、複数の固体光源をアレイ状に配列した光源を備えているため、露光装置の小型化を図ることができる。また、露光光の照射、遮断を制御するためのメカシャッタが不要になり装置構造を簡素化することができる。更に、メカシャッタ作動時に発生する振動が露光に悪影響を及ぼす恐れもなくすことができる。
【００９８】
また、複数の固体光源をアレイ状に配列した光源を備えているため、従来の水銀ランプ等に比較して、光源の長寿命化を図ることができる。また、省電力化、低ランニングコスト化を実現することができる。更に、光源の光出力の制御も容易に行うことができる。
【００９９】
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は、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。
【０１００】
ロッド型のインテグレータを用いる場合には、光源（発光ダイオードアレイ）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（発光ダイオードアレイ）の形状とを相似形とすることが好ましい。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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固体光源ユニットを配置して、固体光源ユニット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つの固体光源ユニットを配置し、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。
【０１０３】
また、上述の各実施の形態においては、固体光源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を用いてもよい。
【０１０４】
また、上述の各実施の形態において、複数の固体光源として、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。
【０１０５】
また、上述の各実施の形態において、光源として、複数個の固体光源と各固体光源に対応して設けられた複数の光ファイバ等のライトガイド（ファイバ）とを組み合わせたファイバ光源を用いても良い。この場合には、第１の実施の形態の光源１をファイバ光源に変更し、光源１の発光ダイオード１ｂの位置にファイバ光源のファイバ射出端が位置するように配置する。また、第２の実施の形態の固体光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５をファイバ光源に変更し、固体光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５の発光ダイオード１ｂの位置にファイバ光源のファイバ射出端が位置するように配置する。
【０１０６】
図６は、固体光源７１と各固体光源７１に対応して設けられた光ファイバ７２とを複数個束ね合わせたファイバ光源６９を示す図である。図６に示すファイバ光源６９においては、固体光源７１から射出される光は、光ファイバ７２の入射端に入射して、光ファイバ７２の射出端から射出する。即ち、光ファイバ７２のそれぞれの入射端は、固体光源７１と光学的に接続されている。また、図７は、固体光源７１、各固体光源７１に対応して設けられたレンズ（集光光学系）７３及び光ファイバ７２を複数個束ね合わせたファイバ光源７０を示す図である。図７に示すファイバ光源７０においては、固体光源７１から射出される光は、レンズ７３に入射して、レンズ７３により集光されて光ファイバ７２の入射端に入射し、光ファイバ７２の射出端から射出する。即ち、光ファイバ７２のそれぞれの入射端は、固体光源７１と光学的に接続されている。
【０１０７】
図６に示すファイバ光源６９及び図７に示すファイバ光源７０においては、適切な開口数を有する光ファイバ７２を用いることにより、通常楕円形である固体光源７１のビームプロファイル７５（図８（ａ）参照）を円形のビームプロファイル７６（図８（ｂ）及び図８（ｃ）参照）に成形することができる。
【０１０８】
また、複数個の光ファイバの射出端部分を任意の形に束ね合わせることにより光源の射出端の形状（射出端の配置形状）を最適な形状に成形することが可能である。例えば、図９（ａ）に示すような矩形状に成形することもでき、図９（ｂ）に示すような形状に成形することもできる。また、図１０に示すように、ファイバ光源６９、７０の光ファイバの射出端を束ねた形状とフライアイ・インテグレータ８０の１つのエレメント８１の形状とが相似形になるように、複数個の光ファイバの射出端部分の形状を成形することも極めて容易となる。従って、照明光を効率的に用いることができる。
【０１０９】
ここで、図１１は、図７に示すファイバ光源７０の１つの固体光源７１、それに対応して設けられたレンズ（集光光学系）７３及び光ファイバ７２を示す図である。図７に示すファイバ光源７０においては、固体光源７１の発散光の内で最大の射出角度を持つ光の開口数（最大の射出角度（半角）の正弦（ｓｉｎ）、以下、最大開口数と呼ぶこととする）をＮＡ１、固体光源７１の発光部の大きさ（直径）の最大値をφ、光ファイバ７２が光を取り込むことが可能な角度範囲（半角）の正弦（ｓｉｎ）、いわゆる光ファイバ７２の開口数をＮＡ２、光ファイバ７２の入射端のコア直径をＤとしたとき、ＮＡ２≧φ／Ｄ×ＮＡ１の条件を満足している。この条件を満足することにより、固体光源７１から射出される光を無駄なく光ファイバ７２に取り込むことができ、固体光源７１から射出される光の光量を維持して、光ファイバ７２の射出端から射出させることができる。
【０１１０】
また、光ファイバとして石英ファイバを用いる場合、固体光源７１の最大開口数をＮＡ１、固体光源７１の発光部の大きさ（直径）の最大値をφ、石英ファイバの入射端のコア直径をＤとしたとき、０．３≧φ／Ｄ×ＮＡ１の条件を満足している。この条件を満足することにより、固体光源から射出される光を無駄なく石英ファイバに取り込むことができ、固体光源から射出される光の光量を維持して、光ファイバ７２の射出端から射出させることができる。
【０１１１】
また、図１２はファイバ光源６９、７０の射出端からフライアイ・インテグレータ８０までの構成を示す図、図１３はフライアイ・インテグレータ８０の１つのエレメント８１における入射面の形状を示す図、図１４はファイバ光源６９、７０の射出端８３の形状を示す図である。ここで、フライアイ・インテグレータ８０のエレメント８１の入射面の一方の長さをａ、他方の長さをｂ、複数個の光ファイバ７２を束ね合わせた射出端８３の形状において一方の長さをＡ、他方の長さをＢ、光ファイバ７２とフライアイ・インテグレータ８０との間に位置するコリメートレンズ８２の焦点距離をｆ１、フライアイ・インテグレータ８０の焦点距離をｆ２としたとき、Ａ×ｆ２／ｆ１≦ａ及びＢ×ｆ２／ｆ１≦ｂの関係が成り立つ。
【０１１２】
また、ファイバ光源がｍ組の光ファイバ光源６９、７０で構成される場合（ｍは自然数）、ｍ組の光ファイバ７２から射出される光出力の総量をＷ、光ファイバ７２の射出端のコア直径をｄとしたとき、［ｍ×｛ｄ（ｆ２／ｆ１）｝２π／（４×ａ×ｂ）］×Ｗ≧３０（ｍＷ）の条件を満足することが望ましい。この条件を満足することにより、フライアイ・インテグレータ８０の１つのエレメント８１に対する光源像の充填率を最適な状態にすることができ、露光装置として実用的な照度を得ることができる。なお、この場合において、光ファイバ７２の射出端を束ねた形状とフライアイ・インテグレータ８０のエレメント８１の形状とは相似形であることが望ましい。
【０１１３】
また、図６に示すファイバ光源６９及び図７に示すファイバ光源７０においては、光ファイバ７２の射出端における時間的に変化する光量の最大値をＰｍａｘ、最小値をＰｍｉｎとしたとき、その光ファイバ７２の射出端における光量の平均リップル幅ΔＰは、ΔＰ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／（Ｐｍａｘ＋Ｐｍｉｎ）により算出される。ここで、フライアイ・インテグレータ８０の入射端において要求される光量のリップル幅をΔＷとしたとき、固体光源７１の数ｎはｎ≧（ΔＰ／ΔＷ）２の条件を満たしている。
【０１１４】
この条件を満足することにより、ファイバ光源６９、７０の射出端から射出される光出力のばらつきは、固体光源７１の数ｎを（ΔＰ／ΔＷ）２より多くすることにより平均化され、その平均化効果により安定した光出力を有するファイバ光源６９、７０を提供することができる。
【０１１５】
また、図６に示すファイバ光源６９及び図７に示すファイバ光源７０においては、それぞれの固体光源７１の波長、光量等の出力特性にばらつきがある場合、それら出力特性の異なる複数個の固体光源７１をファイバ光源の光源として用いることにより、ファイバ光源６９，７０の射出端において出力特性のばらつきが平均化される。また、異なる出力特性を有する固体光源を組み合わせることにより所望の特性を得ることができる。ファイバ光源６９，７０の射出端において平均化された光は、さらにフライアイ・インテグレータ８０により平均化される。図１５は、各固体光源７１の出力特性のばらつきを平均化した状態をグラフ化した図である。それぞれ異なった出力特性を持つ固体光源７１を平均化して、グラフ化したものがＡＶＥである。このように、出力特性の異なる複数個の固体光源７１を組み合わせたものをファイバ光源６９、７０に使用した場合において、平均化効果により安定した光出力を有する照明光を得ることができる。
【０１１６】
また、露光装置が走査型露光装置である場合に、同期ブラインドを備えても良い。図１６は、走査型露光装置の構成図である。この露光装置は、投影光学系に対して、マスクステージ及び基板ステージが移動しつつ、マスクのパターンをプレート上に転写する走査型露光装置であり、同期ブラインド（可動ブラインド機構）９１を有する。その他の点においては、第１の実施の形態にかかる露光装置と同一の構成を有する。
【０１１７】
図１６に示すように、マスクＭの近傍には、固定ブラインドＢＬ０と、可動ブラインド機構９１とが配置されており、図１７に示すように、この可動ブラインド機構は、４枚の可動ブレードＢＬ１、ＢＬ２、ＢＬ３、ＢＬ４からなる。可動ブレードＢＬ１、ＢＬ２のエッジによって走査露光方向の開口ＡＰの幅が決定され、可動ブレードＢＬ３、ＢＬ４のエッジによって非走査方向の開口ＡＰの長さが決定される。また、４枚の可動ブレードＢＬ１〜ＢＬ４の各エッジで規定された開口ＡＰの形状は、投影レンズＰＬの円形イメージフィールドＩＦ内に包含されるように定められる。
【０１１８】
固定ブラインドＢＬ０の開口と可動ブランド機構９１の開口ＡＰとを通過した照明光はマスクＭを照射する。つまり、各可動ブレードＢＬ１〜ＢＬ４によって形成される開口ＡＰと固定ブラインドの開口とが重なっている領域についてのみ、マスクＭの照明が行われることになる。通常の露光状態においては、固定ブラインドＢＬ０の開口の像がマスクＭのパターン面に結像されるが、マスクＭ上の特定走査露光領域の周辺すなわち遮光部分の近傍領域の露光が行われる場合、４枚の可動ブレードＢＬ１〜ＢＬ４によって遮光部分の外側に照明光が入射することが防止される。即ち、マスクステージの走査に際して、照明光学系から射出される光束とマスクＭとの相対位置に関する情報が監視される。この監視情報に基づいて、マスクＭ上の特定走査露光領域の露光開始時や露光終了時において遮光部分の近傍領域について露光が始まると判断した場合、可動ブレードＢＬ１、ＢＬ２のエッジ位置を移動させ、走査露光方向の開口ＡＰの幅を制御する。これにより、不要なパターン等がプレートに対して転写されるのを防止することができる。なお、この露光装置においては、マスクＭ近傍に可動ブラインド機構９１を設けているが、マスクＭと共役な位置又はその近傍の位置であれば、他の位置に可動ブラインド機構を設けても良い。
【０１１９】
また、露光装置に帯電防止手段を設けるようにしても良い。図１８は、帯電防止手段を備えた露光装置の構成図である。その他の点においては、第１の実施の形態にかかる露光装置と同一の構成を有する。この露光装置においては、光源を収容する筐体９２と、照明光学系及び投影光学系等の露光装置本体を収容する筐体９３とが別々に設けられており、筐体９２と筐体９３とが電気的に接続され、更にアースされている。即ち、筐体９２と筐体９３とが同電位に保たれている。また、光源に電力を供給する電源部８４と露光装置本体に電力を供給する電源部８５とが別々に設けられており、それぞれアースされている。したがって、露光装置の光源及び露光装置本体に静電気が帯電するのを防止することができ、静電気による固体光源の破損を防止することができる。
【０１２０】
また、上述の各実施形態におけるマスクに替えて、投影すべきパターンを生成する可変パターン生成装置を用いても良い。このような可変パターン生成装置は、自発光型画像表示素子と、非発光型画像表示素子とに大別される。自発光型画像表示素子としては、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ  ｒａｙ  ｔｕｂｅ）、無機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤディスプレイ、ＬＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：ｆｉｅｌｄ  ｅｍｉｓｓｉｏｎ  ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｐａｎｅｌ）が例としてあげられる。また、非発光型画像表示素子は、空間光変調器  （Ｓｐａｔｉａｌ  Ｌｉｇｈｔ  Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下ＳＬＭと略記する）とも呼ばれ、光の振幅、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子であり、透過型空間光変調器と反射型空間光変調器とに分けられる。透過型空間光変調器としては、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）などが例としてあげられ、反射型空間光変調器としては、ＤＭＤ（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ，  またはＤｉｇｉｔａｌ  Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ）、反射ミラーアレイ、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｐｈｏｒｅｔｉｃ  Ｄｉｓｐｌａｙ）、電子ペーパー（または電子インク）、光回折型ライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ  Ｌｉｇｈｔ  Ｖａｌｖｅ）などが例としてあげられる。
【０１２１】
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１９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１９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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
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２０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。
【０１２４】
図２０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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
このマイクロデバイスの製造方法によれば、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いるため、実用的な露光装置としてのスループットを確保することができる。
【０１２８】
【発明の効果】
この発明の露光装置によれば、光源が複数個の固体光源をアレイ状に配列した固体光源ユニットを備えるため、像面照度を実用的な露光装置に要求される値にすることができ、実用的な露光装置としてのスループットを確保することができる。
【０１２９】
また、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斜視図である。
【図２】第１の実施の形態にかかる光源の構成を示す図である。
【図３】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４】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５】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６】実施の形態にかかるファイバ光源の構成を示す図である。
【図７】実施の形態にかかる別のファイバ光源の構成を示す図である。
【図８】実施の形態にかかる光源から射出されるビームプロファイルの形状を説明するための図である。
【図９】実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状を示す図である。
【図１０】実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状とフライアイ・インテグレータのエレメントの形状とが相似形であることを示す図である。
【図１１】実施の形態にかかるファイバ光源において、固体光源から射出される光を無駄なく光ファイバに取り込むための条件を説明するための図である。
【図１２】実施の形態にかかるファイバ光源の射出端からフライアイ・インテグレータまでの構成を示す図である。
【図１３】実施の形態にかかるフライアイ・インテグレータの１つのエレメントの形状を示す図である。
【図１４】実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状を示す図である。
【図１５】実施の形態にかかる各固体光源の出力特性のばらつきを平均化した状態をグラフ化した図である。
【図１６】実施の形態にかかる走査型露光装置の構成を示す図である。
【図１７】実施の形態にかかる走査型露光装置に設けられた４枚の可動ブレードを示す図である。
【図１８】実施の形態にかかる帯電防止手段を備えた露光装置の構成を示す図である。
【図１９】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２０】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、１ｂ…発光ダイオード、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…照度サンサ、１０…インテグレータセンサ、１１…制御部、Ｍ…マスク、Ｐ…プレート、ＰＬ…投影光学系、ＳＵ１〜ＳＵ５…固体光源ユニット、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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【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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【図２０】
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