(57)【要約】【課題】固体光源を備えた照明光源装置、露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法を提供すること。【解決手段】発光ダイオード２１ｂをアレイ状に配置した擬似面光源を備える固体光源ユニット２１を用いるので、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができ、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。さらに、干渉フィルタ２３によって、中心波長に対する端部波長の相対的強度が低減するように固体光源ユニット２１からの照明光を狭帯化するので、照明光の単色性を高めた状態でマスクＭＡを照明することができる。これにより、投影光学系６で色収差が発生しにくくなる。【選択図】    図１
2004335952.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位固体光源を有し、当該複数の単位固体光源からの照明光によって擬似面光源を形成する光源装置と、
前記擬似面光源から射出される照明光を、前記単位固体光源に固有の波長特性を基準として、前記照明光のうち最も放射強度の強い中心波長の強度に対する端部波長の相対的強度が低減するように狭帯化する狭帯化手段と
を備える照明光源装置。
【請求項２】
前記光源装置は、前記複数の単位固体光源をアレイ状に配置することによって前記擬似面光源を形成することを特徴とする請求項１記載の照明光源装置。
【請求項３】
前記光源装置は、前記複数の単位固体光源と、当該複数の単位固体光源からの照明光を入射端で受けて案内するライトガイドとを有し、当該ライトガイドの射出端に前記擬似面光源を形成することを特徴とする請求項１記載の照明光源装置。
【請求項４】
前記狭帯化手段は、前記中心波長をλ０とし、当該中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とした場合に、
０．００２＜Δλ１／λ０＜０．０５
の条件を満たす狭帯化を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか記載の照明光源装置。
【請求項５】
前記狭帯化手段は、前記中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とし、前記最大放射強度に対して相対的強度が９０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ２とした場合に、
Δλ２／Δλ１＞０．２
の条件を満たす狭帯化を行うことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか記載の照明光源装置。
【請求項６】
複数の単位固体光源を有し当該複数の単位固体光源からの照明光によって擬似面光源を形成する光源装置を備える照明光源装置であって、
前記擬似面光源から射出される照明光のうち最も放射強度の強い中心波長をλ０とし、当該中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とした場合に、
０．００２＜Δλ１／λ０＜０．０５
の条件を満たすことを特徴とする照明光源装置。
【請求項７】
複数の単位固体光源を有し当該複数の単位固体光源からの照明光によって擬似面光源を形成する光源装置を備える照明光源装置であって、
前記擬似面光源から射出される照明光のうち最も放射強度の強い中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とし、前記最大放射強度に対して相対的強度が９０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ２とした場合に、
Δλ２／Δλ１＞０．２
の条件を満たすことを特徴とする照明光源装置。
【請求項８】
前記狭帯化手段は、前記擬似面光源から放出される前記照明光のうち、所定の波長を選択的に透過又は反射させる波長選択手段であることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項９】
前記波長選択手段は、干渉フィルタを有することを特徴とする請求項８記載の照明光源装置。
【請求項１０】
前記波長選択手段は、ダイクロイックミラーを有することを特徴とする請求項８記載の照明光源装置。
【請求項１１】
前記波長選択手段は、色ガラスフィルタを有することを特徴とする請求項８記載の照明光源装置。
【請求項１２】
前記波長選択手段は、回折格子と、当該回折格子の射出側に配置される所定幅の開口とを有することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１３】
前記複数の単位固体光源に電力を供給する電源装置と、前記複数の単位固体光源から射出される光の強度を観測する観測手段と、当該観測手段からの信号に基づいて前記電源装置から前記複数の単位固体光源に供給する電力を調節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から請求項１２のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１４】
前記複数の単位固体光源に電力を供給する電源装置と、前記複数の単位固体光源から射出される光の強度を観測する観測手段と、当該観測手段からの信号に基づいて前記電源装置から前記複数の単位固体光源に供給する電流を調節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から請求項１２のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１５】
前記観測手段は、所定波長の光の強度を観測することを特徴とする請求項１３及び請求項１４のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１６】
前記観測手段は、前記複数の単位固体光源から射出される光の少なくとも一部を入射させる観測光選択手段と、当該観測光選択手段を経た光を光電変換する光電変換手段とを有することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１７】
前記観測手段は、前記波長選択手段を経た光の一部を観測することを特徴とする請求項１３から請求項１５のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１８】
前記制御手段は、前記観測手段によって観測される光が最大となるように前記照明光源装置を制御することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項１９】
前記制御手段は、前記複数の単位固体光源に供給する電力を、前記電源装置を介して非一様に調節することを特徴とする請求項１３から請求項１７のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項２０】
装置外に出力させる光の強度を任意の値に調節可能な透過率可変機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１９のいずれか一項記載の照明光源装置。
【請求項２１】
被照射面を照明する照明装置であって、
請求項１から請求項２０のいずれか一項記載の照明光源装置を備える照明装置。
【請求項２２】
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置であって、
被照射面又は被照射面と光学的に共役な位置に配置された前記マスクを照明するために請求項２１記載の照明装置を備えることを特徴とする露光装置。
【請求項２３】
請求項２２記載の露光装置を用いた露光方法であって、
被照射面又は被照射面と光学的に共役な位置に配置されたマスクを前記照明装置から射出される光を用いて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照明光源装置、照明装置、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】
半導体素子や液晶基板等を製造するためのリソグラフィ工程において、レチクルあるいはフォトマスク等（以下単に「レチクル」という）のパターン像を投影光学系を介して感光基板上に露光する投影露光装置が使用されている。一般に、このような投影露光装置は、光源の光でレチクルを均一に照明するための照明光学系と、レチクルに形成された回路パターンをウェハ等の基板上に結像するための投影光学系と、基板を支持しつつ適宜移動させて位置決めするためのステージ装置とからなっている（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１５４６４３号公報
【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投影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。
【０００４】
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。
【０００５】
この発明の課題は、固体光源を備えた光源装置、照明装置、露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明に係る照明光源装置は、複数の単位固体光源を有し、当該複数の単位固体光源からの照明光によって擬似面光源を形成する光源装置と、前記擬似面光源から射出される照明光を、前記単位固体光源に固有の波長特性を基準として、前記照明光のうち最も放射強度の強い中心波長の強度に対する端部波長の相対的強度が低減するように狭帯化する狭帯化手段とを備える。
【０００７】
上記照明光源装置では、複数の単位固体光源からの照明光によって形成される擬似面光源を用いるので、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができる。さらに、固体光源は、その構造の調節によって可視から紫外域にかけて多様な波長の光を発生させることができるので、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。さらに、狭帯化手段によって、照明光のうち最も放射強度の強い中心波長の強度に対する端部波長の相対的強度が低減するように擬似面光源から射出される照明光を狭帯化するので、照明光の単色性を高めた状態で対象を照明することができる。これにより、例えば照明光源装置の後段に設けた光学系で色収差が発生しにくくなり、色収差の補正系が存在する場合その負担が軽減される。
【０００８】
なお、「固体光源」とは、発光ダイオード、半導体レーザ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等の各種固体発光素子を含む概念である。また、「擬似面光源」とは、照明光が少なくとも見かけ上一定の面状の広がりを有する領域から射出する光源を意味し、このような領域が不連続に広がっている場合を含む。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明に係る照明光源装置において、前記光源装置は、前記複数の単位固体光源をアレイ状に配置することによって前記擬似面光源を形成することを特徴とする。この場合、複数の単位固体光源自体が光源ユニットを構成する。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明に係る照明光源装置において、前記光源装置は、前記複数の単位固体光源と、当該複数の単位固体光源からの照明光を入射端で受けて案内するライトガイドとを有し、当該ライトガイドの射出端に前記擬似面光源を形成することを特徴とする。ここで、「ライトガイド」とは、光ファイバ、導波路等を意味する。この場合、複数の単位固体光源とライトガイドとによってファイバ光源を構成する。
【００１１】
また、第４の発明は、第１〜３の発明に係る照明光源装置において、上記狭帯化手段が、前記中心波長をλ０とし、当該中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とした場合に、
０．００２＜Δλ１／λ０＜０．０５
の条件を満たす狭帯化を行うことを特徴とする。この場合、照明光の強度を維持しつつその単色性を高めることができる。なお、上記の値Δλ１／λ０が上限値０．０５より大きくなると、照明光の波長幅が広がって、後段の光学系で色収差が大きくなり、かかる照明光を利用した投影露光等において色収差に起因して解像度が低下する。一方、値Δλ１／λ０が下限値０．００２より小さくなると、照明光のパワーロスが顕著となって、このような照明光を利用した投影露光等の処理のスループットが低下する。
【００１２】
また、第５の発明は、第１〜３の発明に係る照明光源装置において、前記狭帯化手段が、前記中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とし、前記最大放射強度に対して相対的強度が９０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ２とした場合に、
Δλ２／Δλ１＞０．２
の条件を満たす狭帯化を行うことを特徴とする。この場合、ピーク波長やその周辺波長で放射強度が低下することを防止しつつ、波長分布の分散を小さくすることができる。なお、値Δλ２／Δλ１が０．２未満である場合、後段の光学系で色収差が許容できる範囲（例えばΔλ１の範囲）で、照明光の光量が不充分となり、このような照明光を利用した投影露光等の処理において所期のスループットを得ることができない。また、さらなるスループットの向上を図るためには、値Δλ２／Δλ１を０．４未満とすることが好ましい。
【００１３】
また、第６の発明は、複数の単位固体光源を有し当該複数の単位固体光源からの照明光によって擬似面光源を形成する光源装置を備える照明光源装置であって、前記擬似面光源から射出される照明光のうち最も放射強度の強い中心波長をλ０とし、当該中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とした場合に、
０．００２＜Δλ１／λ０＜０．０５
の条件を満たす。
【００１４】
上記照明光源装置では、複数の単位固体光源からの照明光によって形成される擬似面光源を用いるので、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができる。また、固体光源は、その構造の調節によって可視から紫外域にかけて多様な波長の光を発生させることができるので、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。さらに、上記条件式が満たされることにより、ピーク波長やその周辺波長で放射強度が低下することを防止しつつ、波長分布の分散を小さくすることができる。
【００１５】
また、第７の発明は、複数の単位固体光源を有し当該複数の単位固体光源からの照明光によって擬似面光源を形成する光源装置を備える照明光源装置であって、前記擬似面光源から射出される照明光のうち最も放射強度の強い中心波長における最大放射強度に対して相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とし、前記最大放射強度に対して相対的強度が９０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ２とした場合に、
Δλ２／Δλ１＞０．２
の条件を満たす。
【００１６】
上記照明光源装置では、複数の単位固体光源からの照明光によって形成される擬似面光源を用いるので、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができる。また、固体光源は、その構造の調節によって可視から紫外域にかけて多様な波長の光を発生させることができるので、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。さらに、上記条件式が満たされることにより、この場合、ピーク波長やその周辺波長で放射強度が低下することを防止しつつ、波長分布の分散を小さくすることができる。
【００１７】
また、第８の発明は、上記第１〜５の発明に係る照明光源装置において、前記狭帯化手段が、前記擬似面光源から放出される前記照明光のうち、所定の波長を選択的に透過又は反射させる波長選択手段であることを特徴とする。この場合、狭帯化手段の光学的構成を簡単なものとすることができる。
【００１８】
また、第９の発明は、上記第８の発明に係る照明光源装置において、前記波長選択手段が、干渉フィルタを有することを特徴とする。
【００１９】
また、第１０の発明は、上記第８の発明に係る照明光源装置において、前記波長選択手段が、ダイクロイックミラーを有することを特徴とする。
【００２０】
また、第１１の発明は、上記第８の発明に係る照明光源装置において、前記波長選択手段が、色ガラスフィルタを有することを特徴とする。
【００２１】
また、第１２の発明は、上記第１〜５の発明に係る照明光源装置において、前記波長選択手段は、回折格子と、当該回折格子の射出側に配置される所定幅の開口とを有することを特徴とする。
【００２２】
また、第１３の発明は、上記第１〜１２の発明に係る照明光源装置において、前記複数の単位固体光源に電力を供給する電源装置と、前記複数の単位固体光源から射出される光の強度を観測する観測手段と、当該観測手段からの信号に基づいて前記電源装置から前記複数の単位固体光源に供給する電力を調節する制御手段とをさらに備えることを特徴とする。この場合、観測手段からの信号に基づいて、複数の単位固体光源の出力を供給電力を介して調節することができ、いわゆるフィードバック制御が可能になる。
【００２３】
また、第１４の発明は、上記第１〜１２の発明に係る照明光源装置において、前記複数の単位固体光源に電力を供給する電源装置と、前記複数の単位固体光源から射出される光の強度を観測する観測手段と、当該観測手段からの信号に基づいて前記電源装置から前記複数の単位固体光源に供給する電流を調節する制御手段とをさらに備えることを特徴とする。この場合、観測手段からの信号に基づいて、複数の単位固体光源の出力を供給電流を介して調節することができ、いわゆるフィードバック制御が可能になる。
【００２４】
また、第１５の発明は、請求項１３、１４の発明に係る照明光源装置において、前記観測手段が、所定波長の光の強度を観測することを特徴とする。この場合、照明光として使用する光の強度を正確に監視することができ、照明光の輝度制御を確実なものとすることができる。
【００２５】
また、第１６の発明は、請求項１３〜１５の発明に係る照明光源装置において、前記観測手段が、前記複数の単位固体光源から射出される光の少なくとも一部を入射させる観測光選択手段と、当該観測光選択手段を経た光を光電変換する光電変換手段とを有することを特徴とする。
【００２６】
また、第１７の発明は、請求項１３〜１５の発明に係る照明光源装置において、前記観測手段が、前記波長選択手段を経た光の一部を観測することを特徴とする。
【００２７】
また、第１８の発明は、請求項１３〜１７の発明に係る照明光源装置において、前記制御手段が、前記観測手段によって観測される光が最大となるように前記照明光源装置を制御することを特徴とする。この場合、複数の単位固体光源から許容範囲で最大強度の照明光を引き出すことができるとともに、複数の単位固体光源を安定して動作させることができる。
【００２８】
また、第１９の発明は、請求項１３〜１７の発明に係る照明光源装置において、前記制御手段が、前記複数の単位固体光源に供給する電力を、前記電源装置を介して非一様に調節することを特徴とする。この場合、擬似面光源の面内の強度分布を調整・変更することができるので、例えば均一な輝度の擬似面光源を提供することができる。
【００２９】
また、第２０の発明は、第１〜１９の発明に係る照明光源装置であって、装置外に出力させる光の強度を任意の値に調節可能な透過率可変機構をさらに備えることを特徴とする。この場合、照明光源装置から射出させる照明光を所望の強度に調節することができる。
【００３０】
また、第２１の発明は、被照射面を照明する照明装置において、上記第１〜第２０の発明に係る照明光源装置を備える。
【００３１】
上記照明装置では、上述の照明光源装置からの照明光を利用することができるので、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができる。さらに、照明光の波長の任意性を極めて高めることができるとともに、照明光の単色性を高めた状態で対象を照明することができる。これにより、照明光源装置の後段に設けた光学系で色収差が発生しにくくなり、色収差の補正系が存在する場合その負担が軽減される。
【００３２】
また、第２２の発明は、マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置であって、被照射面又は被照射面と光学的に共役な位置に配置された前記マスクを照明するために第２１の発明に係る照明装置を備えることを特徴とする。
【００３３】
上記露光装置では、上述の照明装置を備えるので、十分な照明強度で露光を行うことができるとともに、照明装置の部分を長時間に亘って効率よく動作させることができる。さらに、露光に所用する照明光の波長の任意性を極めて高めることができるとともに、照明光の単色性を高めた状態で対象を露光することができる。これにより、投影光学系等で色収差が発生しにくくなり、色収差の補正系が存在する場合その負担が軽減される。
【００３４】
また、第２３の発明は、第２２の発明に係る露光装置を用いた露光方法であって、被照射面又は被照射面と光学的に共役な位置に配置されたマスクを前記照明装置から射出される光を用いて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。
【００３５】
上記露光方法では、上述の露光装置を用いるので、十分な照明強度で露光を行うことができるとともに、照明装置の部分を長時間に亘って効率よく動作させることができる。さらに、露光に所用する照明光の波長の任意性を極めて高めることができるとともに、照明光の単色性を高めた状態で対象を露光することができる。これにより、投影光学系等で色収差が発生しにくくなり、色収差の補正系が存在する場合その負担が軽減される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置１０は、照明光源装置２と、照明光学系４と、マスクステージ５と、投影光学系６と、プレートステージ７と、主制御系８とを備え、プレート（感光性基板）ＰＬ上にマスクＭＡの像を投影することによって露光処理を行う。
【００３７】
ここで、照明光源装置２は、従来の高圧水銀ランプからなる照明光源装置に代わるものであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）のパッケージである単位固体光源をアレイ状に配列した発光ダイオードアレイからなる固体光源ユニット２１により構成される。この固体光源ユニット２１は、基準光軸ＡＸ方向に垂直な方向に一定の面状の広がりを有する擬似面光源を形成する。
【００３８】
図２は、照明光源装置２の構成を説明するための図である。この照明光源装置２は、固体光源ユニット２１と、コリメートレンズ２２と、干渉フィルタ２３と、電源装置２４とを備え、狭帯化された単色の照明光を発生する。ここで、固体光源ユニット２１は、コリメートレンズ２２の前側焦点位置に配置され、電源装置２４から供給される駆動電流によって適当な輝度で発光する。干渉フィルタ２３は、固体光源ユニット２１から射出する照明光を狭帯化するための波長選択手段としてのバンドパスフィルタであり、照明光の波長特性分布において中心波長の強度に対する端部波長の相対的強度を低減させる。この際、干渉フィルタ２３であるバンドパスフィルタの透過中心波長は、固体光源ユニット２１の発光中心波長と一致させてあり、このバンドパスフィルタの透過波長幅は、誘電体多層膜の光学設計を調節することによって、目標とする狭帯化に対応したものに適宜設定されている。
【００３９】
なお、コリメートレンズ２２は、固体光源ユニット２１から射出させる照明光の波長にもよるが、例えば反射鏡等に置き換えることができ、この場合も、反射鏡等の焦点位置に固体光源ユニット２１を配置する。
【００４０】
図３は、単位固体光源である発光ダイオードの発光波長分布の一例を示すグラフである。横軸は発光波長を示し、縦軸は光出力を示す。また、実線は狭帯化後の波長特性を示し、破線は狭帯化前の波長特性を示す。グラフから明らかなように、中心波長λ０は狭帯化の前後で約３６５ｎｍと一致しているが、狭帯化前の端部波長であった約３５５ｎｍ周辺と３８０ｎｍ周辺の光出力は、干渉フィルタ２３によって遮断されて照明光として取り出されない状態となっている。
【００４１】
ここで、中心波長λ０における最大放射強度Ｉ０に対して、相対的強度が１０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ１とした場合に、以下の式（１）
０．００２＜Δλ１／λ０＜０．０５    …  （１）
が満たされるような狭帯化が行われる。なお、式（１）中の値Δλ１／λ０が上限値０．０５より大きくなると、照明光の波長幅が広がって、例えば後段の投影光学系６による結像等における色収差補正が困難になり、十分な解像度が得られなくなる。一方、値Δλ１／λ０が下限値０．００２より小さくなると、過度の狭帯化によって照明光のパワーロスが顕著となり、このような照明光を利用した投影露光の処理のスループットが低下する。
【００４２】
また、干渉フィルタ２３によって、中心波長λ０における最大放射強度に対して、相対的強度が９０％以上となる波長域に対応する波長幅をΔλ２とした場合に、
Δλ２／Δλ１＞０．２    …  （２）
の条件を満たす狭帯化が行われる。なお、式（２）中の値Δλ２／Δλ１が０．２未満である場合、例えば後段の投影光学系６で色収差が許容できる波長範囲（例えばΔλ１の範囲）で、照明光の光量が不充分となり、このような照明光を利用した投影露光のスループットが低下する。
【００４３】
図４は、固体光源ユニット２１の外観の一例を示す斜視図である。固体光源ユニット２１は、矩形状の基板２１ａ上に発光ダイオード（固体光源）２１ｂが複数個、２次元アレイ状に配列されている。なお、発光ダイオード２１ｂの個数や配列は図示のものに限らず、様々な変形が可能である。例えば、発光ダイオード２１ｂの個数や密度は、マスクＭＡやプレートＰＬ上での照度の値が適当な値となるように調節される。また、発光ダイオード２１ｂの配列は、マスクＭＡの輪郭等の露光装置の仕様に応じて適宜変更される。
【００４４】
図５は、図４に示す固体光源ユニット２１の一変形例である別の固体光源ユニット１２１を示す正面図である。この固体光源ユニット１２１の場合、帯状の基板１２１ａ上に２列の発光ダイオード２１ｂが配列されている。このような固体光源ユニット２１を照明光源装置２中に組み込むことによっても、図４の固体光源ユニット２１と同様の照明光を得ることができる。
【００４５】
図１に戻って、照明光学系４は、フライアイレンズ４１と、開口絞り４２と、ミラー４３と、コンデンサーレンズ系４４とを備え、マスクＭＡに対して波面分割重畳型のケーラー照明を可能にする。なお、この照明光学系４と上述の照明光源装置２とを組み合わせることによって照明装置が構成される。
【００４６】
フライアイレンズ４１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４１を構成する各レンズエレメントは、マスクＭＡ上において形成すべき照野の形状、ひいてはプレートＰＬ上において形成すべき露光領域の形状とほぼ相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ４１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。
【００４７】
したがって、フライアイレンズ４１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、固体光源ユニット２１の一組の発光部に対応する擬似面状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４１の後側焦点面には、多数の擬似面光源像を２次元的に配列した多重の面光源すなわち２次光源像が形成される。
【００４８】
フライアイレンズ４１の後側焦点面に形成された２次光源像からの光束は、その近傍に配置されたσ絞りとも呼ばれる開口絞り４２を通過する。開口絞り４２は、後述する投影光学系６の入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、２次光源像のうち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。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重要なファクタであるσ値（投影光学系６の瞳面の開口ＥＰの径に対するその瞳面上での２次光源像の口径の比）を所望の値に設定することができる。
【００４９】
なお、フライアイレンズ４１には、固体光源ユニット２１からコリメートレンズ２２を経た照明光が入射するが、この際、照明光を効率的にフライアイレンズ４１に取り込むべく、フライアイレンズ４１の入射側光学面の全体形状を照明光のビーム形状に一致させることが望ましい。
【００５０】
コンデンサ光学系４４は、フライアイレンズ４１の各レンズエレメントの後側焦点面に形成された２次光源像から射出される照明光を、それぞれ平行光束としてプレートＰＬ上に入射させる。つまり、フライアイレンズ４１の各レンズエレメントの射出面に形成された多数の２次光源によって、プレートＰＬ上に重畳してケーラー照明が行われるので、プレートＰＬが照明光によって極めて均一に照明される。
【００５１】
マスクステージ５は、マスク駆動部５１に駆動されて基準光軸ＡＸに垂直な面内で２次元的に移動する。マスクステージ５の位置は、マスク駆動部５１に設けたレーザ干渉計等によって計測され、主制御系８に出力される。主制御系８は、この位置情報に基づいてマスク駆動部５１に設けたモータを駆動してマスクＭＡを目標位置に所望の速度で移動させることができる。
【００５２】
投影光学系６は、屈折レンズ等の光学素子で構成されており、照明光によって照明されたマスクＭＡの像を適当な倍率でプレートＰＬ上に投影する。なお、この投影光学系６の瞳面に設けた可変の開口ＥＰは、照明光学系４に設けた開口絞り４２と光学的に共役な配置となっている。
【００５３】
プレートステージ７は、プレート駆動部７１に駆動されて基準光軸ＡＸに垂直な面内及び基準光軸ＡＸに沿って３次元的に移動する。プレートステージ７の位置は、プレート駆動部７１に設けたレーザ干渉計やフォーカスセンサ等によって計測され、主制御系８に出力される。主制御系８は、この位置情報に基づいてプレート駆動部７１に設けたモータを駆動してプレートＰＬを目標位置に所望の速度で移動させることができ、プレートＰＬ上に投影されるマスクＭＡの像の結像位置や結像状態を調節することができる。なお、プレートステージ７上には、照度センサ７２が配置されている。この照度センサ７２による検出信号は、後述する露光量制御のため主制御系８に対して出力される。
【００５４】
主制御系８は、照明光源装置２、マスクステージ５、プレートステージ７等を適当なタイミングで動作させて、プレートＰＬ上の適所にマスクＭＡの像を投影するとともに投影位置を変更しながら露光を繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート型の露光処理を行う。なお、主制御系８にはハードディスク等の記憶装置が内臓されており、この記憶装置内には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ＰＬ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ＰＬ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ＭＡ、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。
【００５５】
以下、図１に示す第１実施形態に係る露光装置１０の動作について説明する。固体光源ユニット２１からは、発光ダイオード２１ｂに固有の単色の照明光が出力される。固体光源ユニット２１からの光束は、コリメートレンズ２２によりほぼ平行な光束に変換された後、干渉フィルタ２３で狭帯化され、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４１に入射する。フライアイレンズ４１に入射した光束は波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には２次光源像が形成される。各２次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り４２を通過し、ミラー４３を介してコンデンサ光学系４４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ＭＡを重畳的に均一照明する。マスクＭＡのパターンを透過した光束は、投影光学系６を介して、感光性基板であるプレートＰＬ上にマスクパターンの像を形成する。そして、投影光学系６の光軸すなわち基準光軸ＡＸと直交する平面内においてプレートＰＬ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ＰＬの各露光領域にマスクＭＡのパターンが逐次露光される。この際、主制御系８は、照度センサ７２からの出力に基づいて、固体光源ユニット２１の出力を制御し、適正な照度すなわち露光量が確保されるようにする。
【００５６】
上記第１実施形態の露光装置１０では、発光ダイオード２１ｂをアレイ状に配置した擬似面光源を備える固体光源ユニット２１を用いるので、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができる。さらに、発光ダイオード２１ｂは、その組成を調整するバンド構造の変更によって可視から紫外域にかけて多様な波長の光を発生させることができるので、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。さらに、干渉フィルタ２３によって、中心波長に対する端部波長の相対的強度が低減するように固体光源ユニット２１からの照明光を狭帯化するので、照明光の単色性を高めた状態でマスクＭＡを照明することができる。これにより、投影光学系６で色収差が発生しにくくなり、色収差の補正系が不要となり、或いは投影光学系６に設けるべき色収差の補正系の負担を軽減することができる。
【００５７】
〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、第１実施形態の露光装置に部分的に変更を加えたものであり、同一部分には同一の符号を付し、重複説明を省略する。
【００５８】
図６は、第２実施形態の露光装置に組み込まれる照明光源装置２０２の要部構成を説明する図である。この照明光源装置２０２は、固体光源ユニット２１と、コリメートレンズ２２と、ダイクロイックミラー２２３とを備え、狭帯化された単色の照明光を発生する。
【００５９】
ダイクロイックミラー２２３は、固体光源ユニット２１から射出する照明光を狭帯化するための波長選択手段としてのローパス又はハイパス・フィルタであり、照明光の固有の波長特性分布において中心波長の強度に対する端部波長の相対的強度を低減させる。この際、ダイクロイックミラー２２３の透過又は遮断波長端は、固体光源ユニット２１の発光中心波長と一致させてあり、固体光源ユニット２２１からの照明光を概ね通過させつつも狭帯化することができる。
【００６０】
なお、ダイクロイックミラー２２３は、単独で使用することもできるが、図２に示す干渉フィルタ２３と組み合わせて使用することもでき、この場合、照明光の狭帯化の自由度を高めることができる。
【００６１】
〔第３実施形態〕
以下、第３実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置も、第２実施形態と同様に第１実施形態の露光装置に部分的に変更を加えたものである。
【００６２】
図７は、第３実施形態の露光装置に組み込まれる照明光源装置３０２の要部構成を説明する図である。この照明光源装置３０２は、固体光源ユニット２１と、コリメートレンズ２２と、反射型回折格子３２３ａと、スリット３２３ｂを備え、狭帯化された単色の照明光を発生する。
【００６３】
反射型回折格子３２３ａ及びスリット３２３ｂは、固体光源ユニット２１から射出する照明光を狭帯化するための波長選択手段であり、照明光の波長特性分布において中心波長の強度に対する端部波長の相対的強度を低減させる。なお、反射型回折格子３２３ａで分離された不要な照明光は、基準光軸ＡＸから外れた方向に反射されるので、所定幅の開口を有するスリット３２３ｂによってカットされる。なお、反射型回折格子３２３ａ等は、単独で使用することもできるが、図２や図６に示す干渉フィルタ２３やダイクロイックミラー２２３と組み合わせて使用することもできる。
【００６４】
〔第４実施形態〕
以下、第４実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置も、第１実施形態の露光装置に部分的に変更を加えたものである。
【００６５】
図８は、第４実施形態の露光装置に組み込まれる照明光源装置４０２の構成を説明する図である。この照明光源装置４０２は、固体光源ユニット２１と、コリメートレンズ２２と、干渉フィルタ２３と、電源装置２４と、光量センサ４２５と、濃度ウェッジ４２６と、ウェッジ駆動装置４２７と、光源制御装置４２８とを備える。ここで、光量センサ４２５は、観測手段の一部を構成し、濃度ウェッジ４２６及びウェッジ駆動装置４２７は、両者を併せて透過率可変機構を構成する。
【００６６】
コリメートレンズ２２で略平行光束とされた照明光は、干渉フィルタ２３を経て狭帯化された後、ハーフミラーであるビームスプリッタ４２５ａで約２％がサンプリング用に反射される。ビームスプリッタ４２５ａは、観測光選択手段としてその反射光をレンズ４２５ｂを介して光量センサ４２５に入射させる。光量センサ４２５は、照明光の波長域で入射光の強度に応じた電気信号を発生する例えばフォトダイオード等の光電変換手段であり、その光量検出出力は、光源制御装置４２８に出力され照明光の光量制御に用いられる。一方、ビームスプリッタ４２５ａを通過した透過光は、濃度傾斜を有するフィルタである濃度ウェッジ４２６を経て図１の照明光学系４に入射する。この際、ウェッジ駆動装置４２７は、制御手段である光源制御装置４２８からの指示に基づいて濃度ウェッジ４２６を動作させ、照明光源装置４０２から射出させる照明光の光量を減光させることにより、図１の照明光学系４に供給すべき照明光の強度を調節することができる。この際、主制御系８は、例えば照度センサ７２からの出力に基づいて光源制御装置４２８に光量制御信号を出力する。光源制御装置４２８は、この光量制御信号に基づいて固体光源ユニット２１の出力を制御し、適正な照度すなわち露光量が確保されるようにする。
【００６７】
光源制御装置４２８は、主制御系８からの指令に基づいて動作するが、通常の動作モードでは、光量センサ４２５の出力が一定となるように電源装置２４をフィードバック制御して、照明光源装置４０２から射出させる照明光の光量を一定に保つ。この際、固体光源ユニット２１を定格電流若しくは電力の上限で動作させるように、固体光源ユニット２１すなわち各発光ダイオード２１ｂへの供給電流が調整される。このように、定格電流の上限で各発光ダイオード２１ｂを発光させることにより、最大限の照明光を出力させることができ、露光処理のスループットを上げることができる。また、固体光源ユニット２１を一定の電流若しくは電力で駆動することにより、波長特性が安定し、固体光源ユニット２１から射出される照明光の波長が変動することを防止することができ、結果的に照明光源装置４０２から出力される照明光を安定したものとすることができる。
【００６８】
なお、発光ダイオード２１ｂの出力ピーク波長が供給電流に応じて変動するものである場合、固体光源ユニット２１の目標波長における出力が最大となるように、各発光ダイオード２１ｂへの供給電流を調整することもできる。この場合、目標波長において取り出される照明光の強度を最大限とすることができるとともに、固体光源ユニット２１から出力される照明光の波長変動を最小限に抑えて、照明光の強度の安定化を図ることができる。
【００６９】
〔第５実施形態〕
以下、第５実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置も、第４実施形態の露光装置に部分的に変更を加えたものである。
【００７０】
図９は、第５実施形態の露光装置に組み込まれる照明光源装置５０２の要部構成を説明する図である。この照明光源装置５０２は、図８に示すようなビームスプリッタ４２５ａを用いない。その代わりに、固体光源ユニット２１の近傍に配置したレンズ５２５ｂを用いて、光路から外れた照明光を後方の光量センサ５２５に直接取り込む。この場合も、例えば光量センサ５２５の出力が一定となるように電源装置２４をフィードバック制御して、照明光源装置５０２から射出させる照明光の光量を一定に保つことができる。
【００７１】
〔第６実施形態〕
以下、第６実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置も、第４実施形態の露光装置に部分的に変更を加えたものである。
【００７２】
図１０は、第６実施形態の露光装置に組み込まれる照明光源装置６０２の要部構成を説明する図である。この照明光源装置６０２は、２次元的な照度分布を検出するアレイセンサ６２５を備える。このアレイセンサ６２５は、光量センサを２次元的に配列したものであり、固体光源ユニット２１の発光面が投影されるので、固体光源ユニット２１の発光面における２次元的光量分布を検出することができる。アレイセンサ６２５の照度検出出力は、光源制御装置４２８に出力され照明光の光量制御に用いられる。なお、電源装置２４は、固体光源ユニット２１を構成する各発光ダイオード２１ｂへの供給電流を個別に制御することができるので、光源制御装置４２８は、アレイセンサ６２５の照度検出出力に基づいて固体光源ユニット２１の発光面の輝度分布を算出するとともにその輝度分布をキャンセルするようなフィードバック制御を行う。これにより、固体光源ユニット２１から射出させる照明光の光量の２次元的な分布を一定に保つことができ、結果的に、照明光源装置５０２から射出される照明光の特性を極めて均一なものとすることができ、露光処理における照明ムラの発生を防止することができる。
【００７３】
〔第７実施形態〕
以下、第７実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、第１実施形態を変形した、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置である。
【００７４】
図１１は、第７実施形態に係る露光装置の要部を説明する斜視図である。固体光源ユニット２１からは、単色の照明光が出力される。固体光源ユニット２１からの光束は、コリメートレンズ２２によりほぼ平行な光束に変換された後、干渉フィルタ２３で狭帯化され、フライアイレンズ４１に入射する。フライアイレンズ４１に入射した光束は波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には２次光源像が形成される。各２次光源からの光束は、リレーレンズ７４６を経て視野絞り７４７に入射する。この視野絞り７４７は、矩形スリット状の開口７４７ａを有する。視野絞り７４７は、フライアイレンズ４１の入射面及び図１のマスクＭＡと光学的に共役な位置に配置されており、視野絞り７４７を通過した光は、図１のコンデンサ光学系４４に入射してマスクＭＡを重畳的に照明する。マスクＭＡ上には、開口７４７ａの形状に対応して、矩形スリット状の照明領域が形成される。この矩形スリット状の照明領域は、図１の投影光学系６のマスクＭＡ側における有効径と同程度になるように、開口７４７ａの寸法調整によって長手方向の幅が設定されている。なお、フライアイレンズ４１を構成する各レンズエレメントの断面形状は、矩形スリット状の照明領域をカバーできるものあることが必要であり、開口７４７ａの形状が固定されたものである場合、その開口形状と相似なものとし、開口７４７ａの形状が可変である場合、その最も正方形に近い開口形状と相似なものとすることが、照明光の利用効率上望ましい。
【００７５】
このように、スリット状の照明光でマスクＭＡを照明することにより、マスクＭＡを介したスリット状の光が投影光学系６を介してプレートＰＬに照射された状態となる。この状態で、マスク駆動部５１及びプレート駆動部７１を同期動作させることにより、マスクＭＡとプレートＰＬとを、投影光学系６に対して矩形スリット状の照明領域の短手方向に関して相対的に移動させて走査し、マスクＭＡに形成されたパターンの一部を順次プレートＰＬに設定された１つのショットに転写し、このような走査型の転写動作後にプレートＰＬ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。
【００７６】
なお、照明光源装置２は、図示の光学系に限らず、第２〜６実施形態として図６〜１０に例示した各種照明光源装置２０２，３０２，４０２，５０２，６０２に置き換えることができる。
【００７７】
〔第８実施形態〕
以下、第８実施形態に係る露光装置について説明する。この露光装置は、ステップ・アンド・スキャン方式に加え、露光領域の拡大を図るため、所謂マルチレンズ方式の投影光学系（不図示）を備える。つまり、この投影光学系は、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、これら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構造をとる。具体的な装置構成は、照明光源装置を除き、特開平７−５７９８６号公報に開示されたものと同様であり詳細な説明を省略する。なお、照明光源装置は、同公報の図２に示す水銀ランプ、楕円鏡等からなる光源に代えて、第１〜７実施形態に例示するような照明光源装置２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２を備える。
【００７８】
このような露光装置おいても、照明光源装置２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２を組み込むことにより、十分な照明強度を確保しつつ、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができるとともに、照明光の波長の任意性を高めることができる。さらに、干渉フィルタ２３その他の狭帯化手段によって照明光を狭帯化するので、照明光の単色性を高めた状態でマスクＭＡを照明することができ、投影光学系で色収差が発生しにくくなる。
【００７９】
〔第１〜８実施形態の変形例〕
上述の各実施形態において、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から第７実施形態の露光装置に組み込まれる照明光源装置２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２の固体光源ユニット２１，１２１がファイバ光源に変更される。
【００８０】
図１２は、固体光源ユニット２１，１２１に代わるファイバ光源８０２を示す。ファイバ光源８０２は、固体光源２１ａと各固体光源２１ａに対応して設けられた光ファイバ２１ｄとからなる単位光源を複数個束ね合わせた構造を有する。図１２に示すファイバ光源８０２においては、各固体光源７１が各光ファイバ２１ｄの入射端に対して光学的に結合されており、各固体光源２１ａから射出される光は、光ファイバ２１ｄの入射端に入射して、面状に配列された光ファイバ２１ｄの射出端２１ｇすなわち擬似面光源から射出される。図１３は、図１２に示すファイバ光源８０２の変形例を示す。ファイバ光源９０２は、固体光源２１ａと、各固体光源２１ａに対応して設けられたレンズ（集光光学系）２１ｅと、各レンズ２１ｅに対応して設けられた光ファイバ２１ｄとからなる単位光源を複数個束ね合わせた構造を有する。図１３に示すファイバ光源９０２においては、各固体光源２１ａが各光ファイバ２１ｄの入射端に対して光学的に結合されており、固体光源７１から射出される光は、レンズ２１ｅに入射して、レンズ２１ｅにより集光されて光ファイバ２１ｄの入射端に入射し、面状に配列された光ファイバ２１ｄの射出端２１ｇすなわち擬似面光源から射出される。
【００８１】
図１２に示すファイバ光源８０２及び図１３に示すファイバ光源９０２においては、適切な開口数を有する光ファイバ２１ｄを用いることにより、通常楕円断面を有する固体光源２１ｄのビームプロファイルＢＰ０（図１４（ａ）参照）を円形断面のビームプロファイルＢＰ１（図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）参照）に修正することができる。
【００８２】
図１５は、図１３に示すファイバ光源９０２の単位光源、すなわち１つの固体光源２１ａ、それに対応して設けられたレンズ２１ｅ及び光ファイバ２１ｄの具体的構成例を示す。このファイバ光源９０２においては、固体光源２１ａから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２１ａの発光部の大きさ（直径）の最大値をφ、光ファイバ２１ｄ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２１ｄの開口数をＮＡ２、光ファイバ２１ｄ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２１ａから射出される光を無駄なく光ファイバ２１ｄ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２１ｄの射出端から射出させることができる。
【００８３】
また、上記のファイバ光源９０２においては、固体光源２１ｄのビームプロファイルＢＰ０の最大角がＤＡで与えられ、光ファイバ２１ｄの光を取り込むことが可能な開口数をＮＡ０とするとき、
ＮＡ０≧ＮＡ２
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２１ｄから射出される光を無駄なく光ファイバ２１ｄに取り込むことができるとともに、このように取り込んだ光の光量を維持しつつ光ファイバ２１ｄ内で伝搬させて、光ファイバ２１ｄの射出端から効率良く射出させることができる。以上において、例えば光ファイバとして石英ファイバを用いる場合、通常
０．３≧（φ／Ｄ）×ＮＡ１
の条件を満足することになる。この条件を満足することにより、固体光源２１ｄ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るとともに、光ファイバ２１ｄに取り込んだ光の光量を維持して、光ファイバ２１ｄの射出端から射出させることができる。
【００８４】
また、図１２に示すファイバ光源８０２及び図１３に示すファイバ光源９０２においては、複数個の光ファイバ２１ｄ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２１ｇ（擬似面光源）の形状を最適な形状に成形することが可能である。射出端２１ｇは、例えば図１６（ａ）に示すような矩形状に成形することもでき、図１６（ｂ）に示すような形状に成形することもできる。また、図１７に示すように、ファイバ光源８０２、９０２の光ファイバ２１ｄの射出端２１ｇの形状とフライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａの形状とが相似形になるように、複数個の光ファイバ２１ｄから光源の射出端２１ｇを形成することも極めて容易となる。
【００８５】
また、図１８はファイバ光源８０２、９０２の射出端からフライアイレンズ４１までの構成を示す図、図１９はフライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａにおける入射面の形状を示す図、図２０はファイバ光源８０２，９０２の射出端２１ｇの形状を示す図である。ここで、フライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａの入射面の長さをａ、他方の長さをｂ、複数個の光ファイバ２１ｄを束ね合わせた射出端２１ｇの形状において一方の長さをＡ、他方の長さをＢとする。さらに、コリメートレンズ２２の焦点距離をｆ１、フライアイレンズ４１の焦点距離をｆ２としたとき、
Ａ×ｆ２／ｆ１≦ａ
及び
Ｂ×ｆ２／ｆ１≦ｂ
の関係が成り立つようにする。これにより、光源の射出端２１ｇからの照明光を各フライアイレンズ４１に無駄なく取り込むことができるようになり、照明光の利用効率（パワー）を高めることができる。
【００８６】
さらに、このファイバ光源８０２，９０２では、ファイバ光源がｍ組の光ファイバ光源８０２，９０２で構成される場合（ｍは自然数）、ｍ組の光ファイバ２１ｄから射出される光出力の総量をＷ、光ファイバ２１ｄ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、フライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａ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２１ｄを束ねた射出端２１ｇの形状とフライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａの形状とは相似形であることが望ましい。
【００８７】
また、図１２に示すファイバ光源８０２及び図１３に示すファイバ光源９０２においては、特定の固体光源２１ａについての光ファイバ２１ｄ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、フライアイレンズ４１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２１ａの数ｎは
ｎ≧（ΔＰ／ΔＷ）２
の条件を満たすことが望ましい。この条件を満足することにより、つまり、固体光源２１ａの数ｎを（ΔＰ／ΔＷ）２より多くすることにより、ファイバ光源８０２，９０２を構成する個々の固体光源２１ａから射出される光出力のばらつきが平均化され、その平均化効果によって安定した光出力を有するファイバ光源８０２，９０２を提供することができる。
【００８８】
また、図１２に示すファイバ光源８０２及び図１３に示すファイバ光源９０２においては、それぞれの固体光源２１ｄの波長、光量等の出力特性に固有の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２１ｄをファイバ光源の光源として用いることにより光ファイバ２１ｄを束ねた射出端２１ｇにおいて出力特性のばらつきが均一化される。このように均一化された照明光は、干渉フィルタ２３によって狭帯化されるが、このような狭帯化後の照明光の光量は安定して高い状態となっている。干渉フィルタ２３によって狭帯化された光は、さらにフライアイレンズ４１を経て均一化される。図２１は、各固体光源２１ａの出力特性のばらつきを均一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２１ａを均一化して、グラフ化したものが波長特性ＡＶＥである。この波長特性ＡＶＥは干渉フィルタ２３を経て狭帯化された波長特性ＮＢＰとなる。このように、出力特性の異なる複数個の固体光源２１ａを組み合わせたものをファイバ光源８０２，９０２に使用した場合において、均一化効果により狭帯化後も安定した光出力を有する照明光を得ることができる。
【００８９】
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よい。図２２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若しくはプレートステージが移動しつつ、マスクＭＡ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の実施形態に係る露光装置と同一の構成を有する。
【００９０】
図２２に示すように、マスクＭＡ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２３に示すように、この可動ブラインド機構９１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（Ｘ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６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。
【００９１】
固定ブラインドＢＬ０の開口と可動ブラインド機構９１の開口ＡＰとを通過した照明光は図１５に示すようにマスクＭＡ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ＢＬ０の開口とが重なっている領域についてのみ、マスクＭＡ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ＭＡのパターン面に結像されるが、マスクＭＡ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。すなわち、マスクステージ５の走査に際して、照明光源装置２から射出される光束とマスクＭＡ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ＭＡ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、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ＭＡ近傍に可動ブラインド機構９１を設けているが、マスクＭＡと共役な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。
【００９２】
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２４は、帯電防止手段を備えた露光装置の構成例である。その他の点においては、第１実施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、照明光源装置２のうち固体光源ユニット２１を収容する筐体９３と、照明光学系４、投影光学系６等の露光装置本体を収容する筐体９４とが別々に設けられており、両筐体９３，９４が互いに電気的に接続され、さらにアースされている。すなわち、筐体９３と筐体９４とが同電位に保たれている。また、固体光源ユニット２１に電力を供給する電源部９５とプレート駆動部７１等を含む露光装置本体に電力を供給する電源部９６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、両電源部９５，９６が互いに独立して相互の干渉を防止できるだけでなく、露光装置本体側からの静電気による固体光源ユニット２１の破損を防止することができる。
【００９３】
〔第９実施形態〕
以下、本発明の第９実施形態に係る投影露光方法について説明する。この投影露光方法は、第１〜８実施形態及びその変形例の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である。この場合、ウェハ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半導体デバイスを得る。
【００９４】
図２５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２５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、プレートＰＬである感光性基板が準備される。その後、ステップＳ４４において、上記実施形態に係る露光装置を用いて、マスクＭＡ上のパターンの像がその投影光学系６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、照明光源装置２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２、照明光学系４等を用いてマスクＭＡを照明することで、投影光学系６を介してマスクＭＡ上のパターンの像がウェハ上に投影され露光転写される。
【００９５】
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。
【００９６】
図２６は、第１〜８実施形態及びその変形例の露光装置を用いて、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。この場合、ガラス基板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得る。
【００９７】
図２６のパターン形成工程（ステップ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プレートＰＬである感光性基板（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、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（ステップＳ５２）へ移行する。
【００９８】
次の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、或いはＲ、Ｇ、Ｂの３本からなる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（ステップＳ５２）の後に、セル組み立て工程（ステップＳ５４）が実行される。このセル組み立て工程では、パターン形成工程（ステップ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（ステップＳ５２）にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネルすなわち液晶セルを組み立てる。
【００９９】
セル組み立て工程（ステップＳ５４）では、例えば、パターン形成工程（ステップ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（ステップ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、液晶パネルを製造する。その後、モジュール組立工程（ステップＳ５６）にて、組み立てられた液晶パネ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。
【０１００】
なお、以上のようなマイクロデバイスの製造方法によれば、固体光源からの照明光を狭帯化して用いるので、十分な照明強度を確保し、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができ、照明光の波長の任意性を高めることができるだけでなく、照明光の単色性を高めた状態でマスクＭＡを照明することができ、投影光学系で色収差が発生しにくくなる。
【０１０１】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１実施形態において、干渉フィルタ２３は、適当な光吸収特性を有する色ガラスフィルタに置き換えることができる。
【０１０２】
また、上記第１〜第７実施形態及びその変形例では、照明光源装置２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２及び照明光学系４をケーラー照明型の構成としているが、これらをクリティカル照明型の照明系とすることもできる。この場合、固体光源ユニット２１によって形成される擬似面光源の像を、例えばコリメートレンズ２２に代わる適当な結像レンズによってフライアイレンズ４１の入射側の光学面全体に投影する。この際、フライアイレンズ４１を構成する各レンズエレメントの入射側の各光学面は、マスクＭＡと光学的に共役な位置若しくはその近傍となる。
【０１０３】
また、上記第１〜第７実施形態及びその変形例では、露光装置が基本的に屈折光学系で構成される場合について説明したが、照明光源装置２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２、照明光学系４、投影光学系６等は、すべて等価若しくは類似の機能を有する反射光学系或いは反射屈折光学系に置き換え得ることはいうまでもない。
【０１０４】
また、上記第１〜第８実施形態及びその変形例では、照明装置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等を用いているが、これに代えて、反射型のフライアイ・インテグレータや、ロッド型又はシリンダ型のインテグレータを用いてもよい。なお、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と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。
【０１０５】
また、上記第１〜第８実施形態及びその変形例では、ステップ・アンド・リピート型又はステップ・アンド・スキャン型の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に係る照明装置若しくは露光装置を適用してもよい。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。
【０１０６】
また、上記第１〜第８実施形態及びその変形例では、固体光源として発光ダイオードを用いているが、レーザダイオードその他の各種の固体光源を用いるこができる。
【０１０７】
また、上述の各実施形態において、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。
【０１０８】
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：ＥｌｅｃｔｒｏＰｈｏｒｅｔｉｃ  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。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る露光装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る照明光源装置の構成を示すブロック図である。
【図３】図２に示す光源の波長特性を説明するグラフである。
【図４】図２の照明光源装置を構成する光源ユニットの構成を示す正面図である。
【図５】図４の光源ユニットの変形例の構成を示す正面図である。
【図６】第２実施形態に係る照明光源装置の構成を示すブロック図である。
【図７】第３実施形態に係る照明光源装置の構成を示すブロック図である。
【図８】第４実施形態に係る照明光源装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第５実施形態に係る照明光源装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】第６実施形態に係る照明光源装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】第７実施形態に係る照明光源装置及び照明光学系の構成を示すブロック図である。
【図１２】固体光源ユニットに代わるファイバ光源の構造を示す図である。
【図１３】図１２のファイバ光源を変形したファイバ光源の構造を示す図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、図１２等に示すファイバ光源を用いた場合のビームプロファイルを説明する図である。
【図１５】図１３に示すファイバ光源の具体的な構造を説明する図である。
【図１６】（ａ）、（ｂ）は、図１２及び図１３に示すファイバ光源の射出端の様子を説明する図である。
【図１７】ファイバ光源の射出端の外形をフライアイレンズのレンズエレメントの外形に対して相似にする場合を説明する図である。
【図１８】ファイバ光源の射出端の外形とフライアイレンズのレンズエレメントの外形との関係を説明する図である。
【図１９】ファイバ光源の射出端の外形とフライアイレンズのレンズエレメントの外形との関係を説明する図である。
【図２０】ファイバ光源の射出端の外形とフライアイレンズのレンズエレメントの外形との関係を説明する図である。
【図２１】複数の固体光源からの照明光の合波による均一化の効果を説明する図である。
【図２２】可動ブラインドを用いた走査を行う露光装置について説明する図である。
【図２３】可動ブラインドの構造を説明する図である。
【図２４】帯電防止機能を設けた露光装置について説明する図である。
【図２５】第９実施形態に係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２６】第９実施形態に係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】
２，２０２，３０２，４０２，５０２，６０２…照明光源装置、  ４…照明光学系、  ５…マスクステージ、  ６…投影光学系、  ７…プレートステージ、  ８…主制御系、  １０…露光装置、  ２１，２２１…  固体光源ユニット、  ２１ｂ…発光ダイオード、  ２２…コリメートレンズ、  ２３…干渉フィルタ、  ２４…電源装置、  ４１…フライアイレンズ、  ４２…開口絞り、  ４４…コンデンサ光学系、  ５１…マスク駆動部、  ７１…プレート駆動部、  ４２５…光量センサ、  ４２６…濃度ウェッジ、  ４２７…ウェッジ駆動装置、  ４２８…光源制御装置、  ６２５…アレイセンサ、  ＡＸ…基準光軸、  ＭＡ…マスク、ＰＬ…プレート
【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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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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