JP2004207343A - Illumination light source, illumination apparatus, aligner, and exposing method - Google Patents

Illumination light source, illumination apparatus, aligner, and exposing method Download PDF

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Motoo Koyama
元夫 小山
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  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an illumination light source improved in the power of emanating light. <P>SOLUTION: The illumination light source is a pseudo-surface light source including a plurality of unit solid-state light sources disposed in an array. The light source comprises a first pseudo-surface light source 2 including a plurality of unit solid-state light sources disposed in an array, and a second pseudo-surface light source 3 disposed separately away by a predetermined distance from the first pseudo-surface light source in the emanating direction of light from the first pseudo-surface light source. When the area of the pseudo-surface light source is assumed as SA, and the total area of the unit solid-state light sources as S1, the condition, 0.5<S1/SA<0.8 is satisfied. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【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の照明光源、該照明光源を用いた照明装置、該照明装置を用いた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などの固体光源は、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】
上述の液晶表示素子の製造においては、プレート上にフォトレジストを塗布し、上述の投影露光装置の何れかを用いてマスクに形成されたパターンをプレートに転写し、フォトレジストの現像、エッチング、及びフォトレジストの剥離といった工程を繰り返すことにより、TFT等のスイッチング素子及び電極配線が形成された素子基板が形成される。そして、この素子基板と別工程で製造されたカラーフィルタを備える対向基板とを張り合わせ、これらの間に液晶を挟持させることにより液晶表示素子が製造される。
【0010】
ところで、従来の液晶表示装置は上述したようにTFTが形成される素子基板とカラーフィルタを備える対向基板とを別々に形成して張り合わせることにより製造されていたが、近年、液晶表示素子の構造の変化に伴って、TFTを形成した基板上にカラーフィルタを併せて形成した構造の液晶表示素子が案出されている。かかる構造の液晶表示素子の製造工程には、TFTが形成された基板上に、着色した顔料が分散された樹脂レジストを塗布し、投影露光装置を用いてこの樹脂レジストを露光して現像することによりカラーフィルタを形成する工程が含まれる。
【0011】
ここで、TFT等を形成する際に用いられるフォトレジストの感度は15〜30mJ/cm2程度であるのに対し、樹脂レジストの感度は50〜100mJ/cm2程度であり、樹脂レジストの露光に必要となるエネルギーは通常のフォトレジストの数倍から数十倍になることもある。従って、投影露光装置の光源として固体光源を用いる場合においても、樹脂レジストの感度に対応することができるように、固体光源からの射出光のパワーを増大させ基板上に照射される照明光の照度を高くする必要がある。
【0012】
この発明の課題は、射出光のパワーを向上させた照明光源、該照明光源を備えた照明装置、該照明装置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。
【0013】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の照明光源は、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む擬似面光源を備える照明光源であって、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む第1の擬似面光源と、前記擬似面光源の光射出方向に沿って、前記第1の擬似面光源から所定距離だけ離間して配置されて、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む第2の擬似面光源とを含み、前記擬似面光源の面積をSAとし、前記単位固体光源の総面積をS1とするとき、
0.5<S1/SA<0.8
の条件を満足することを特徴とする。
【0014】
また、請求項2記載の照明光源は、前記第1の擬似面光源に含まれる前記複数の単位固体光源の平均間隔と、前記第2の擬似面光源に含まれる前記複数の単位固体光源の平均間隔とは略等しいことを特徴とする。
【0015】
この請求項1及び請求項2に記載の照明光源によれば、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源を含んで構成される擬似面光源の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。
【0016】
また、請求項3記載の照明光源は、前記所定距離をdとし、前記第1の擬似面光源に含まれる前記単位固体光源の平均間隔をpとしたとき、
0<d/p<5
の条件を満足することを特徴とする。
【0017】
この請求項3に記載の照明光源によれば、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源の離間距離を小さくしているため、第2の擬似面光源に含まれる単位固体光源として低指向性の単位固体光源も用いることができる。
【0018】
また、請求項4記載の照明光源は、前記第2の擬似面光源は前記第1の擬似面光源よりも光射出側に配置され、前記所定距離をdとし、前記第1の擬似面光源に含まれる前記複数の単位固体光源の平均間隔をpとし、前記第1の擬似面光源に含まれる前記単位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の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度をθ(rad)としたとき、
0.2≦(2・tanθ)/(p/d)≦4
の条件を満足することを特徴とする。
【0019】
この請求項4に記載の照明光源によれば、第1の擬似面光源に含まれる単位固体光源から放出される光束が、0.2≦(2・tanθ)/(p/d)≦4、の条件を満足するため、第1の擬似面光源に含まれる単位固体光源から放出される光束が効率よく照明光源の光射出部から射出される。
【0020】
また、請求項5記載の照明光源は、前記擬似面光源が、像面照度の値が20mW/cm以上となるように前記単位固体光源をアレイ状に配置したことを特徴とする。この請求項5記載の照明光源によれば、実用的な露光に必要な像面照度を確保することができる。
【0021】
また、請求項6記載の照明光源は、前記単位固体光源が、少なくとも5mW/個以上の出力を有することを特徴とする。この請求項6記載の照明光源によれば、各単位固体光源の出力が大きいことから、照明光源の光射出部の単位面積当たりの出力を大きくすることができる。
【0022】
また、請求項7記載の照明光源は、前記単位固体光源が、300〜500nmの波長の光を射出することを特徴とする。
【0023】
また、請求項8記載の照明光源は、前記単位固体光源の発光スペクトルの波長の半値幅は±20nm以下であることを特徴とする。
【0024】
また、請求項9記載の照明光源は、前記単位固体光源が、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500mW/(cm2・sr)以上であることを特徴とする。
【0025】
この請求項9記載の照明光源によれば、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500mW/(cm2・sr)以上である単位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。
【0026】
また、請求項10記載の照明装置は、請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の照明光源と、前記照明光源からの光束を集光する集光光学系とを備え、該集光光学系により集光された光を用いて被照射面又は該被照射面と光学的に共役な面を照明する照明装置であって、前記照明光源を前記集光光学系の前側焦点位置若しくはその近傍の位置、或いは前記前側焦点位置と光学的に共役な位置又はその近傍の位置に配置したことを特徴とする。
【0027】
また、請求項11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、前記マスクを照明するために請求項10に記載の照明装置を備えることを特徴とする。
【0028】
また、請求項12記載の露光装置は、照明光源からの照明光に基づいて、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、前記照明光源は、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む擬似面光源を備え、前記擬似面光源の面積をSAとし、前記単位固体光源の総面積をS1とするとき、
S1/SA>0.7
の条件を満足することを特徴とする。
【0029】
また、請求項13記載の露光装置は、前記単位固体光源が略円形の光放出部を備えることを特徴とする。
【0030】
また、請求項14記載の露光装置は、前記単位固体光源が略正六角形の光放出部を備えることを特徴とする。
【0031】
また、請求項15記載の露光装置は、前記単位固体光源の直径をDとし、前記単位固体光源の平均間隔をpとするとき、
1≦p/D≦1.4
の条件を満足することを特徴とする。
【0032】
この請求項12乃至請求項15に記載の露光装置によれば、照明光源の光射出部の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。
【0033】
また、請求項16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ための投影光学系をさらに備えることを特徴とする。
【0034】
また、請求項17記載の露光装置は、前記照明装置から射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。
【0035】
この請求項17記載の露光装置によれば、照明装置から射出される光束が
0.2 ≦(|sinθ|/|β|)/N.A. ≦ 5
の条件を満足するため、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。
【0036】
また、請求項18記載の露光方法は、請求項11乃至請求項17の何れか一項に記載の露光装置を用いた露光方法において、前記照明光源から放射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。
【0037】
この請求項18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。
【0038】
【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にかかる露光装置について説明する。図1は、この発明の第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。この第1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(パターン)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に適用した場合を例に挙げて説明する。なお、以下の説明においては、図1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。
【0039】
この実施の形態にかかる露光装置は、マスクステージ(図1では図示せず)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照明光学系ILを備えている。図2は、照明光学系ILの側面図であり、図1に示した部材と同一の部材には同一の符号を付している。照明光学系ILは、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む擬似面光源を備える照明光源1を有する。
【0040】
図3(a)は、照明光源1の平面図、図3(b)は、照明光源1の側面図である。この図に示すように、照明光源1は、アレイ状に配列された複数の単位固体光源1aを含む第1の擬似面光源2とアレイ状に配列された複数の単位固体光源1aを含む第2の擬似面光源3とを備えており、第2の擬似面光源3は、第1の擬似面光源2の光射出方向に沿って、第1の擬似面光源2から所定距離だけ離間して配置されている。
【0041】
ここで照明光源1は、擬似面光源の面積をSAとし、単位固体光源1aの総面積をS1とするとき、
0.5<S1/SA<0.8
の条件を満足するように構成されている。なお、単位固体光源1aの面積とは、単位固体光源1aの発光部の面積を言うのではなく、単位固体光源1aを単位固体光源1aの光射出方向から見たときの外形形状で規定される面積をいい、総面積S1は、各単位固体光源1aの面積の総和である。
【0042】
また、第1の擬似面光源2に含まれる複数の単位固体光源1aの平均間隔と第2の擬似面光源3に含まれる複数の単位固体光源1aの平均間隔とが略等しくなるように単位固体光源1aが配置されている。
【0043】
また、図4に示すように、第1の擬似面光源2と第2の擬似面光源3との離間距離をdとし、第1の擬似面光源2に含まれる単位固体光源1aの平均間隔をpとしたとき、
0<d/p<5
の条件を満足するように単位固体光源1aが配置されている。
【0044】
また、図4に示すように、単位固体光源1aは、第1の擬似面光源2と第2の擬似面光源3との離間距離をdとし、第1の擬似面光源2に含まれる複数の単位固体光源1aの平均間隔をpとし、第1の擬似面光源2に含まれる単位固体光源1aから放出される光束のうち最も放射強度の強い光線の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度をθ(rad)としたとき、
0.2≦(2・tanθ)/(p/d)≦4
の条件を満足する。
【0045】
また、第1の擬似面光源2及び第2の擬似面光源3には、像面照度の値が20mW/cm以上となるように単位固体光源1aがアレイ状に配置されている。また、単位固体光源1aは、少なくとも5mW/個以上の出力を有し、300〜500nmの波長の光を射出する。更に、単位固体光源1aの発光スペクトルの波長の半値幅は±20nm以下である。
【0046】
また、単位固体光源1a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500mW/(cm2・sr)以上である。
【0047】
図2に戻り、照明光源1から射出された光束は、集光レンズ5によりほぼ平行な光束に変換され、集光レンズ6を介して集光する。集光レンズ6により集光された光は、この近傍に配置されたライトガイド7の入射端7aに入射する。ライトガイド7は、例えば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であって、光源ユニット1の数(図1では1つ)と同じ数の入射端7aと、投影光学系PLを構成する投影光学ユニットの数(図1では5つ)と同じ数の射出端(図2では射出端7bだけを示す)とを備えている。こうして、ライトガイド7の入射端7aへ入射した光は、その内部を伝播した後、5つの射出端(射出端7b及び他の4つの射出端)から分割されて射出される。
【0048】
ライトガイド7の射出端7bとマスクMとの間には、コリメートレンズ8b、フライアイ・インテグレータ9b、開口絞り10b、ハーフミラー11b及びコンデンサレンズ系12bが順に配置されている。同様に、ライトガイド7の各射出端(射出端7b及び7b以外の4つの射出端)とマスクMとの間には、コリメートレンズ、フライアイ・インテグレータ、開口絞り、ハーフミラー及びコンデンサレンズ系がそれぞれ順に配置されている。ここでは、説明の簡単化のために、ライトガイド7の射出端(射出端7b以外の4つの射出端)とマスクMとの間に設けられる光学部材の構成を、ライトガイド7の射出端7bとマスクMとの間に設けられたコリメートレンズ8b、フライアイ・インテグレータ9b、開口絞り10b、ハーフミラー11b及びコンデンサレンズ系12bに代表させて説明する。
【0049】
ライトガイド7の射出端7bから射出された発散光束は、コリメートレンズ8b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)9bに入射する。フライアイ・インテグレータ9b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9b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9bの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。
【0050】
フライアイ・インテグレータ9b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9bの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り10bにより制限された後、ハーフミラー11bに入射する。ハーフミラー11bにより反射された光束は、レンズ13bを介して照度センサ14bに入射する。この照度センサ14bは、プレート(被照射面)Pと光学的に共役な位置の照度を計測するためのセンサであり、この照度センサ14b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上の照度を計測することができる。なお、照度センサ14bにおいては、光の照度を計測し、その計測された計測値は、主制御系15に入力される。
【0051】
一方、ハーフミラー11bを透過した光束は、コンデンサレンズ系12bに入射する。なお、開口絞り10b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10b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10bの開口部が可変であるものとして説明する。開口絞り10b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。
【0052】
コンデンサレンズ系12bを介した光束は、被照射面と光学的に共役な地位に配置されている、パターンDPが形成されたマスクMを重畳的に照明する。ライトガイド7の他の4つの射出端から射出された発散光束も同様に、コリメートレンズ、フライアイ・インテグレータ、開口絞り、ハーフミラー及びコンデンサレンズ系を順に介してマスクMを重畳的にそれぞれ照明する。即ち、照明光学系ILは、マスクM上においてY軸方向に並んだ複数(図1では合計で5つ)の台形状の領域を照明する。なお、ライトガイド7の他の4つの射出端から射出された光も照度センサでそれぞれの光の照度が計測されて主制御部15に入力される。
【0053】
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1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、プレートステージ(図示せず)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。
【0054】
上述の主制御系15にはハードディスク等の記憶装置17が接続されており、この記憶装置17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序が記憶されており、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、使用する固体光源、照明光学系ILの補正量、投影光学系PLの補正量、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】
なお、上述のレシピデータ(露光データファイル)を通信等の手段により更新又は追加可能とすることが好ましい。具体的には、この実施の形態の露光装置と、当該露光装置が設置されるデバイス製造工場内の管理システムとをローカルエリアネットワーク(LAN)で結び、この管理システムから露光装置のレシピデータを更新或いは追加する構成をとる。この管理システムは、露光装置以外の各種プロセス用製造装置、例えば、レジスト処理装置、エッチング装置、生膜装置等の前工程用機器、組み立て装置、検査装置等の後工程装置ともローカルエリアネットワーク(LAN)で結ばれている。従って、この管理システムでは、どの装置にどのロッドが流されているのかを管理することが可能であるため、そのロッドに適合したレシピデータを露光装置へ送り、この露光装置は、送られたレシピデータに基づいた制御を行うことが可能となる。
【0056】
図1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18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。
【0057】
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19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20a,20b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上の照明光の照度を計測するための照度センサ21が設けられており、計測値が照明光学系ILの主制御系15に入力される。
【0058】
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。
【0059】
ここで、前述したように、この実施の形態においては、照度センサ14b及び射出端7b以外の他の4つの射出端から射出された光の照度を計測する照度センサにより照明光源1から射出される光の照度を計測し、その計測値が主制御系15に入力される。また、照度センサ21によりプレートP上の照明光の照度を計測し、その計測値も主制御系15に入力される。主制御系15は、記憶装置17に記憶されているプレートPに塗布されたレジストの分光特性に基づいて、照明光源1から射出される光の照度がレジストの分光特性に応じた最適かつ一定の値になるように、電源装置16を介して、照明光源1に対する電力供給量を制御する。
【0060】
また、主制御部15は、第1の擬似面光源2及び第2の擬似面光源3を構成する単位固体光源1aのそれぞれに供給される電力を独立して制御することもできる。従って、第1の擬似面光源2及び第2の擬似面光源3を構成する単位固体光源1aのそれぞれから射出される光の出力を個々に調整することにより、照明光源1から射出される光のパワーをより高精度に制御することができる。
【0061】
この第1の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ発光ダイオードやレーザダイオードなど、いわゆる固体光源を用いることにより、低ランニングコストで長寿命かつ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【0062】
また、照明光源の第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源のそれぞれから照明光を射出することから、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源を含んで構成される擬似面光源の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。また、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源の離間距離を小さくしているため、第2の擬似面光源に含まれる単位固体光源として低指向性の単位固体光源も用いることができる。更に、第1の擬似面光源に含まれる単位固体光源から放出される光束が効率よく照明光源の光射出部から射出されるため、第1の擬似面光源に含まれる単位固体光源から放出される光束を有効に活用することができる。
【0063】
また、この投影露光装置の照明光源によれば、各単位固体光源の出力が大きいことから照明光源の光射出部の単位面積当たりの出力を大きくすることができ、実用的な露光に必要な像面照度を確保することができる。
【0064】
また、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源を構成している単位固体光源から射出される光のパワーを制御することができるため、光源ユニットから射出される光の照度をレジストの感度、例えば、フォトレジスト(感度:20mJ/cm2)又は樹脂レジスト(感度:60mJ/cm2)の感度に適した照度になるように高精度な制御を行うことができる。
【0065】
なお、この第1の実施の形態にかかる照明光源は、第1の擬似面光源2及び第2の擬似面光源3を有しているが、3以上の擬似面光源を有してもよい。
【0066】
また、第1の実施の形態にかかる照明光源においては、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源を構成する単位固体光源として、同一の波長の光を射出する単位固体光源を用いているが、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源と、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源とで、異なる波長の光を射出する単位固体光源を用いるようにしてもよい。例えば、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源として、波長365nmの光を含む波長域の光を射出する単位固体光源を用い、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源として、波長385nmの光を含む波長域の光を射出する単位固体光源を用いるようにしてもよい。
【0067】
この場合には、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源及び第2の擬似面光源を構成する単位固体光源に対して供給する電力を制御することにより、照明光源1から射出される光の波長を選択することができる。即ち、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーを維持したまま第2の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーをゼロとした場合には、照明光源1から射出される光の波長は365nmの光を含む波長域となる。また、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーを維持したまま第1の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーをゼロとした場合には、照明光源から射出される光の波長は385nmの光を含む波長域となる。このようにして、一方の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーをゼロにすることにより、必要な波長域の光を射出させることができる。
【0068】
また、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源と、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源とで、異なる波長の光を射出する単位固体光源を用いる場合において、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源及び第2の擬似面光源を構成する単位固体光源のそれぞれから射出される光のパワーを調整することもできる。例えば、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーを大きくし、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーを小さくする。又は、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーを大きくし、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源から射出される光のパワーを小さくする等の制御を行うことができる。このように、照明光源から射出される光の分光特性の調整を行うこともできる。
【0069】
また、第1の実施の形態にかかる照明光源においては、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源を構成する単位固体光源として、同一の波長の光を射出する単位固体光源を用いているが、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源として、異なる波長の光を射出する複数種類の単位固体光源を用い、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源として、異なる波長の光を射出する複数種類の単位固体光源を用いるようにしてもよい。更に、第1の擬似面光源を構成する単位固体光源の発散角と、第2の擬似面光源を構成する単位固体光源の発散角とを異ならせてもよい。
【0070】
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。なお、この第2の実施の形態の説明においては、第1の実施の形態にかかる露光装置の部材と同一の部材には、第1の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。この発明の第2の実施の形態にかかる露光装置は、照明光源1を図5に示す照明光源に変更したものであり、それ以外の部分については、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。
【0071】
図5に示すように、照明光源22は、基板23a上に単位固体光源23bを2次元アレイ状に配置したものである。ここで単位固体光源23bは、単位固体光源23bの光射出方向から単位固体光源23bを見たときに円形の外形形状を有しており略円形の光放出部を備えている。この単位固体光源23bは、基板23a上に最密に配置されている。
【0072】
ここで照明光源22は、照明光源の擬似面光源の面積をSAとし、単位固体光源22bの総面積をS1とするとき、
S1/SA>0.7
の条件を満足するように構成されている。なお、単位固体光源23bの面積とは、単位固体光源23bの光放出部の面積を言うのではなく、単位固体光源23bを単位固体光源23bの光射出方向から見たときの外形形状で規定される面積をいい、総面積S1は、各単位固体光源23bの面積の総和である。
【0073】
また、照明光源22は、単位固体光源23bの直径をDとし、単位固体光源23bの平均間隔をpとするとき、
1≦p/D≦1.4
の条件を満足する。
【0074】
照明光源22から射出された光束は、集光レンズ5によりほぼ平行な光束に変換される。その他の点については、第1の実施の形態と同一のため説明を省略する。
【0075】
ここで、この第2実施の形態においても、照度センサ14b及び射出端7b以外の他の4つの射出端から射出された光の照度を計測する照度センサにより照明光源22から射出される光の照度を計測し、その計測値が主制御系15に入力される。また、照度センサ21によりプレートP上の照明光の照度を計測し、その計測値も主制御系15に入力される。主制御系15は、記憶装置17に記憶されているプレートPに塗布されたレジストの感度に基づいて、照明光源22から射出される光の照度がレジストの感度に応じた最適かつ一定の値になるように、電源装置16を介して、照明光源22に対する電力供給量を制御する。
【0076】
また、主制御部15は、照明光源22を構成する単位固体光源23bのそれぞれに供給される電力を独立して制御することもできる。従って、照明光源22を構成する単位固体光源23bのそれぞれから射出される光の出力を個々に調整することにより、照明光源22から射出される光のパワーをより高精度に制御することができる。
【0077】
この第2の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ発光ダイオードやレーザダイオードなど、いわゆる固体光源を用いることにより、低ランニングコストで長寿命かつ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【0078】
また、照明光源22の擬似面光源の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。また、この投影露光装置の照明光源によれば、各単位固体光源の出力が大きいことから照明光源の光射出部の単位面積当たりの出力を大きくすることができ、実用的な露光に必要な像面照度を確保することができる。
【0079】
次に、図面を参照して、この発明の第3の実施の形態にかかる露光装置について説明する。なお、この第3の実施の形態の説明においては、第1の実施の形態にかかる露光装置の部材と同一の部材には、第1の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。この発明の第3の実施の形態にかかる露光装置は、照明光源1を図6に示す照明光源に変更したものであり、それ以外の部分については、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。
【0080】
図6に示すように、照明光源24は、基板25a上に単位固体光源25bを2次元アレイ状に配置したものである。ここで単位固体光源25bは、単位固体光源25bの光射出方向から単位固体光源25bを見たときに正六角形の外形形状を有しており略正六角形の光放出部を備えている。この単位固体光源25bは、基板25a上に最密に配置されている。
【0081】
ここで照明光源24は、照明光源の擬似面光源の面積をSAとし、単位固体光源25bの総面積をS1とするとき、
S1/SA>0.7
の条件を満足するように構成されている。なお、単位固体光源25bの面積とは、単位固体光源25bの光放出部の面積を言うのではなく、単位固体光源25bを単位固体光源25bの光射出方向から見たときの外形形状で規定される面積をいい、総面積S1は、各単位固体光源25bの面積の総和である。
【0082】
また、照明光源24は、単位固体光源25bの直径をDとし、単位固体光源25bの平均間隔をpとするとき、
1≦p/D≦1.4
の条件を満足する。
【0083】
照明光源24から射出された光束は、集光レンズ5によりほぼ平行な光束に変換される。その他の点については、第1の実施の形態と同一のため説明を省略する。
【0084】
ここで、この第3実施の形態においても、照度センサ14b及び射出端7b以外の他の4つの射出端から射出された光の照度を計測する照度センサにより照明光源24から射出される光の照度を計測し、その計測値が主制御系15に入力される。また、照度センサ21によりプレートP上の照明光の照度を計測し、その計測値も主制御系15に入力される。主制御系15は、記憶装置17に記憶されているプレートPに塗布されたレジストの感度に基づいて、照明光源24から射出される光の照度がレジストの感度に応じた最適かつ一定の値になるように、電源装置16を介して、照明光源24に対する電力供給量を制御する。
【0085】
また、主制御部15は、照明光源24を構成する単位固体光源25bのそれぞれに供給される電力を独立して制御することもできる。従って、照明光源24を構成する単位固体光源25bのそれぞれから射出される光の出力を個々に調整することにより、照明光源24から射出される光のパワーをより高精度に制御することができる。
【0086】
この第3の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ発光ダイオードやレーザダイオードなど、いわゆる固体光源を用いることにより、低ランニングコストで長寿命かつ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【0087】
また、照明光源24の擬似面光源の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。また、この投影露光装置の照明光源によれば、各単位固体光源の出力が大きいことから照明光源の光射出部の単位面積当たりの出力を大きくすることができ、実用的な露光に必要な像面照度を確保することができる。
【0088】
なお、上述の第2の実施の形態及び、この第3の実施の形態にかかる照明光源は、擬似面光源を構成する単位固体光源として、同一の波長の光を射出する単位固体光源を用いているが、異なる波長の光を射出する複数種類の単位固体光源を用いるようにしてもよい。この場合には、擬似面光源を構成する各単位固体光源に対して供給する電力を制御することにより、照明光源から射出される光の波長を選択することができる。即ち、例えば、擬似面光源を365nmの光を含む波長域の光を射出する単位固体光源と、385nmの光を含む波長域の光を射出する単位固体光源とにより構成した場合においては、365nmの光を含む波長域の光を射出する単位固体光源又は385nmの光を含む波長域の光を射出する単位固体光源に対してのみ電力を供給することにより必要な波長域の光を射出させることができる。
【0089】
また、擬似面光源を異なる波長の光を射出する複数種類の単位固体光源を用いて構成している場合においては、各単位固体光源に供給する電力量を制御することにより照明光源から射出される光の分光特性の調整を行うこともできる。
【0090】
次に、図面を参照して、この発明の第4の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図7は、この第4の実施の形態にかかる照明光学系ILの側面図である。なお、この第4の実施の形態の説明においては、第1の実施の形態にかかる露光装置の部材と同一の部材には、第1の実施の形態の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を行う。この第4の実施の形態にかかる露光装置は、照明光学系ILに3つの照明光源51a、51a、51aを備えており、3つの照明光源からの照明光をランダム性の良好なライトガイド7を介して5つの照明光に分割する。なお、図7中に示したXYZ直交座標系は、第1の実施の形態で用いられているXYZ直交座標系と同一のものである。
【0091】
ここで照明光源51a、51a、51aは、第1の実施の形態にかかる露光装置の照明光源1と同一の構成を有するものである。照明光源51aから射出される光は、集光レンズ5aによってほぼ平行光束に変換され集光レンズ6aによって集光し、ライトガイド7の入射端7aに入射する。同様にして、照明光源51a、51aから射出される光は、集光レンズ5a、5aによってほぼ平行光束に変換され集光レンズ6a、6aによって集光し、ライトガイド7の入射端7a、7aに入射する。
【0092】
図7に示すライトガイド7は、例えば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であって、光源ユニットの数と同じ数の入射端7a,7a、7aを備え,投影光学系PLを構成する投影光学ユニットの数と同じ数の射出端(図7では射出端7bだけを示す)とを備えている。ライトガイド7の入射端入射端7a,7a、7aへ入射した光は、その内部を伝播した後、5つの射出端(射出端7b及び他の4つの射出端)から分割されて射出される。
【0093】
このライトガイド7は、複数の光ファイバ束を有することが好ましい。即ち、この場合には、入射端7aと射出端7bとを光学的に接続し入射端7aから入射する光の一部を射出端7bに導く光ファイバ束、入射端7aと射出端7bとを光学的に接続し入射端7aから入射する光の一部を射出端7bに導く光ファイバ束、入射端7aと射出端7bとを光学的に接続し入射端7aから入射する光の一部を射出端7bに導く光ファイバ束を有する。同様に入射端7a、入射端7a、入射端7aと他の4つの射出端とを光学的に接続し、入射端7a、入射端7a、入射端7aから入射する光の一部を他の4つの射出端に導く光ファイバ束を有する。
【0094】
ライトガイド7の射出端7bから射出された発散光束は、コリメートレンズ8b、フライアイ・インテグレータ9b、開口絞り10bを順に介して、ハーフミラー11bを透過し、コンデンサレンズ系12bを介してマスクMを重畳的にそれぞれ照明する。なお、他の4つの射出端から射出された発散光束もコリメートレンズ、フライアイ・インテグレータ、開口絞りを順に介してハーフミラーを透過し、コンデンサレンズを介してマスクMを重畳的にそれぞれ照明する。即ち、照明光学系ILは、マスクM上においてY軸方向に並んだ複数(図1では合計で5つ)の台形状の領域を照明する。
【0095】
ハーフミラー11bにより反射された光束は、レンズ13bを介して照度センサ14bに入射する。なお、照度センサ14bにおいては、光の照度を検出し、その検出された検出値は、主制御系15に入力される。なお、他の4つの射出端から射出された光も照度センサで光の照度が検出されて主制御部15に入力される。
【0096】
主制御系15は、照明光源51a〜51aから射出される光の照度がレジストの感度に応じた最適かつ一定の値になるように、照明光源51a〜51aにそれぞれ供給される電力量を制御する。
【0097】
この第4の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ発光ダイオードやレーザダイオードなど、いわゆる固体光源を用いることにより、低ランニングコストで長寿命かつ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【0098】
また、各照明光源51a〜51aの擬似面光源の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。更に、3つの照明光源51a〜51aを有することから、更に像面照度を高くすることができる。従って、実用的な露光に必要な像面照度を確保することができ、高いスループットでプレート上にマスクパターンの露光を行うことができる。
【0099】
なお、上述の各実施の形態においては、複数の投影光学ユニットにより構成される投影光学系を備えるステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置を例にして説明したが、1つの投影光学系を有するステップ・アンド・リピート型の投影露光装置にこの発明を適用してもよい。また、プロキシミティ方式の露光装置にこの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。また、上述の各実施の形態においては、ケーラー照明によりマスクの照明を行っているが、クリティカル照明によりマスクの照明を行うようにしてもよい。
【0100】
次に、この発明の実施の形態にかか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を得る際の手法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。
【0101】
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。以下、図9のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。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。
【0102】
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、レチクル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。
【0103】
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。
【0104】
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。
【0105】
【発明の効果】
この発明の照明光源及び照明装置によれば、第1の擬似面光源及び第2の擬似面光源を含んで構成される擬似面光源の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。
【0106】
この発明の露光装置によれば、照明光源の光射出部の単位面積当たりの光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができる。
【0107】
この発明の露光方法によれば、感光性基板に塗布された感光性材料に適した照度の光によりマスクのパターン像を露光するため、マスクのパターンを感光性基板に良好に転写することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第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】この発明の第1の実施の形態にかかる露光装置の照明光学系の側面図である。
【図3】この発明の第1の実施の形態にかかる照明光源の平面図及び側面図である。
【図4】この発明の第1の実施の形態にかかる照明光源を説明するための図である。
【図5】この発明の第2の実施の形態にかかる照明光源の構成図である。
【図6】この発明の第3の実施の形態にかかる照明光源の構成図である。
【図7】この発明の第4の実施の形態にかかる露光装置の照明光学系の側面図である。
【図8】この発明の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】この発明の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】
1,22,24…光源ユニット、7…ライトガイド、8b…コリメートレンズ、9b…フライアイ・インテグレータ、10b…開口絞り、11b…ハーフミラー、12b…コンデンサレンズ系、14b、21…照度センサ、15…主制御系、16…電源装置、17…記憶装置、DP…パターン、M…マスク、P…プレート、IL…照明光学系、PL…投影光学系、PL1〜PL5…投影光学ユニット、MS…マスクステージ。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an illumination light source of an exposure device used in a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device, a thin film magnetic head, and other micro devices, an illumination device using the illumination light source, and an exposure using the illumination device. The present invention relates to an apparatus and an exposure method.
[0002]
[Prior art]
A liquid crystal display device, which is one of the micro devices, is usually formed by patterning a transparent thin-film electrode on a glass substrate (plate) into a desired shape by a photolithography method, and using a switching element such as a TFT (Thin Film Transistor) and an electrode. It is manufactured by forming wiring. In a manufacturing process using this photolithography method, a projection exposure apparatus that projects and exposes an original pattern formed on a mask onto a plate coated with a photosensitive agent such as a photoresist through a projection optical system is used. Used.
[0003]
Conventionally, after performing relative positioning between a mask and a plate, a pattern formed on the mask is collectively transferred to one shot area set on the plate, and the plate is step-moved after the transfer. A step-and-repeat type projection exposure apparatus (a so-called stepper) for performing exposure of another shot area by using the exposure apparatus is often used.
[0004]
In recent years, a liquid crystal display element has been required to have a large area, and accordingly, a projection exposure apparatus used in a photolithography process has been desired to have an enlarged exposure area. In order to enlarge the exposure area of the projection exposure apparatus, it is necessary to increase the size of the projection optical system. However, it becomes costly to design and manufacture a large projection optical system in which residual aberration is reduced as much as possible. Therefore, in order to minimize the size of the projection optical system, a slit-like illumination light whose length in the longitudinal direction is set to be substantially the same as the effective diameter of the projection optical system on the object plane side (mask side) of the projection optical system. Irradiates the mask, and while the slit-shaped light passing through the mask is irradiating the plate via the projection optical system, the mask and the plate are moved relative to the projection optical system and scanned, A so-called step-and-scan method in which a part of the pattern formed on the mask is sequentially transferred to one shot set on the plate, and after the transfer, the plate is step-moved and the other shot areas are similarly exposed. Projection exposure apparatus has been devised.
[0005]
In recent years, in order to further expand the exposure area, instead of using one large projection optical system, a small partial projection optical system is placed at a predetermined interval in a direction orthogonal to the scanning direction (non-scanning direction). A projection including a so-called multi-lens type projection optical system in which a plurality of first arrays and a second array in which a partial optical system is arranged between the partial projection optical systems are arranged in the scanning direction. An exposure apparatus has been devised (for example, see Patent Document 1).
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-7-57986
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
As a light source of the above-described projection exposure apparatus, a mercury lamp or the like is mainly used in an ultraviolet region having a wavelength of about 360 nm. Since the life of the mercury lamp is about 500 to 1000 hours, the lamp needs to be periodically replaced, which is a heavy burden on the exposure apparatus user. In addition, high power is required to ensure high illuminance, and accompanying heat generation measures are required.Therefore, there was a risk of high running costs and rupture due to factors such as deterioration over time. .
[0008]
On the other hand, a solid-state light source such as a light-emitting diode has higher luminous efficiency than a mercury lamp or the like, and therefore has features of power saving and small heat generation, and can realize a significant reduction in running cost. In addition, since there is a life of about 3000 hours, the burden of replacement is small and there is no danger of explosion due to factors such as deterioration with time. More recently, UV-LEDs and the like that have achieved a high light output of about 100 mw at a wavelength of 365 nm have been developed.
[0009]
In the production of the above-described liquid crystal display element, a photoresist is applied on a plate, a pattern formed on a mask is transferred to the plate using any of the above-described projection exposure apparatuses, development of the photoresist, etching, and By repeating steps such as peeling of the photoresist, an element substrate on which switching elements such as TFTs and electrode wirings are formed is formed. Then, the liquid crystal display element is manufactured by laminating the element substrate and a counter substrate provided with a color filter manufactured in a separate process, and sandwiching a liquid crystal therebetween.
[0010]
By the way, the conventional liquid crystal display device has been manufactured by separately forming and bonding an element substrate on which a TFT is formed and a counter substrate provided with a color filter as described above. As a result, a liquid crystal display device having a structure in which a color filter is formed on a substrate on which a TFT is formed has been devised. In the manufacturing process of a liquid crystal display element having such a structure, a resin resist in which a colored pigment is dispersed is applied to a substrate on which a TFT is formed, and the resin resist is exposed and developed using a projection exposure apparatus. Forming a color filter.
[0011]
Here, the sensitivity of a photoresist used when forming a TFT or the like is 15 to 30 mJ / cm. Two On the other hand, the sensitivity of the resin resist is 50 to 100 mJ / cm. Two And the energy required for exposing the resin resist may be several times to several tens times that of a normal photoresist. Therefore, even when a solid-state light source is used as the light source of the projection exposure apparatus, the power of the light emitted from the solid-state light source is increased and the illuminance of the illuminating light illuminated on the substrate is adjusted so that the sensitivity of the resin resist can be accommodated. Need to be higher.
[0012]
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an illumination light source having an improved power of emitted light, an illumination device having the illumination light source, an exposure device having the illumination device, and an exposure method using the exposure device.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The illumination light source according to claim 1, comprising a pseudo surface light source including a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array, wherein the first pseudo light source includes a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array. A second light source including a surface light source and a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array and arranged at a predetermined distance from the first pseudo surface light source along a light emission direction of the pseudo surface light source; When the area of the pseudo surface light source is SA and the total area of the unit solid light sources is S1,
0.5 <S1 / SA <0.8
The following condition is satisfied.
[0014]
The illumination light source according to claim 2, wherein an average interval between the plurality of unit solid light sources included in the first pseudo surface light source and an average of the plurality of unit solid light sources included in the second pseudo surface light source. It is characterized in that the intervals are substantially equal.
[0015]
According to the illumination light source according to the first and second aspects, the light output per unit area of the pseudo surface light source including the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source is increased. Therefore, the image plane illuminance can be increased.
[0016]
The illumination light source according to claim 3, wherein the predetermined distance is d, and an average interval of the unit solid light sources included in the first pseudo surface light source is p.
0 <d / p <5
The following condition is satisfied.
[0017]
According to the illumination light source according to the third aspect, since the distance between the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source is reduced, the unit solid light source included in the second pseudo surface light source is low. Directional unit solid-state light sources can also be used.
[0018]
The illumination light source according to claim 4, wherein the second pseudo surface light source is disposed closer to the light emission side than the first pseudo surface light source, the predetermined distance is d, and the first pseudo surface light source is An average interval between the plurality of unit solid-state light sources included is p, and a light beam having a radiation intensity that is half of a light beam having the highest radiation intensity among light beams emitted from the unit solid-state light sources included in the first pseudo surface light source. And the angle between the light having the highest radiation intensity and θ (rad),
0.2 ≦ (2 · tan θ) / (p / d) ≦ 4
The following condition is satisfied.
[0019]
According to the illumination light source of the fourth aspect, the luminous flux emitted from the unit solid-state light source included in the first pseudo surface light source is 0.2 ≦ (2 · tan θ) / (p / d) ≦ 4, Is satisfied, the luminous flux emitted from the unit solid-state light source included in the first pseudo surface light source is efficiently emitted from the light emitting portion of the illumination light source.
[0020]
The illumination light source according to claim 5, wherein the pseudo surface light source has an image plane illuminance value of 20 mW / cm. 2 As described above, the unit solid-state light sources are arranged in an array. According to the illumination light source of the fifth aspect, the image plane illuminance required for practical exposure can be secured.
[0021]
The illumination light source according to claim 6 is characterized in that the unit solid-state light source has an output of at least 5 mW / unit. According to the illumination light source of the sixth aspect, since the output of each unit solid-state light source is large, the output per unit area of the light emitting portion of the illumination light source can be increased.
[0022]
The illumination light source according to claim 7 is characterized in that the unit solid-state light source emits light having a wavelength of 300 to 500 nm.
[0023]
An illumination light source according to claim 8 is characterized in that the half-width of the wavelength of the emission spectrum of the unit solid-state light source is ± 20 nm or less.
[0024]
Further, in the illumination light source according to the ninth aspect, the unit solid-state light source has an average radiance of 500 mW / (cm) within a range of ± 1 ° around a light beam having the highest radiation intensity among light beams emitted. Two Sr) or more.
[0025]
According to the illuminating light source of the ninth aspect, the average radiance is 500 mW / (cm) within the range of ± 1 ° from the light beam having the highest radiation intensity among the emitted light beams. Two Since a unit solid light source of sr) or more is provided, a large amount of light can be irradiated onto the photosensitive substrate via the projection optical system, and the throughput of the exposure apparatus can be improved. Here, the average radiance is the average value of the luminance at all angles within ± 1 °.
[0026]
An illumination device according to a tenth aspect includes the illumination light source according to any one of the first to ninth aspects, and a condensing optical system that condenses a light beam from the illumination light source. An illumination device that illuminates a surface to be illuminated or a surface optically conjugate with the surface to be illuminated using light condensed by an optical optical system, wherein the illumination light source is a front-side focal position of the light-converging optical system or It is arranged at a position in the vicinity thereof, a position optically conjugate with the front focal position or a position in the vicinity thereof.
[0027]
According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided an exposure apparatus for transferring a pattern of a mask onto a photosensitive substrate, comprising the illumination device according to the tenth aspect for illuminating the mask.
[0028]
An exposure apparatus according to claim 12, wherein the pattern of a mask is transferred onto a photosensitive substrate based on illumination light from an illumination light source, wherein the illumination light source is a plurality of units arranged in an array. When a pseudo surface light source including a solid light source is provided, the area of the pseudo surface light source is SA, and the total area of the unit solid light sources is S1,
S1 / SA> 0.7
The following condition is satisfied.
[0029]
An exposure apparatus according to claim 13 is characterized in that the unit solid-state light source includes a substantially circular light emitting portion.
[0030]
An exposure apparatus according to claim 14 is characterized in that the unit solid-state light source includes a substantially regular hexagonal light emitting portion.
[0031]
Further, the exposure apparatus according to claim 15, wherein the diameter of the unit solid-state light source is D, and the average interval between the unit solid-state light sources is p,
1 ≦ p / D ≦ 1.4
The following condition is satisfied.
[0032]
According to the exposure apparatus according to the twelfth to fifteenth aspects, the light output per unit area of the light emitting portion of the illumination light source can be increased, so that the image plane illuminance can be increased.
[0033]
The exposure apparatus according to claim 16 further comprises a projection optical system for forming a pattern image of the mask on the photosensitive substrate.
[0034]
The exposure apparatus according to claim 17 forms an angle between a light beam having a half radiation intensity with respect to a light beam having the highest radiation intensity and a light beam having the highest radiation intensity among light beams having the highest radiation intensity among the light beams emitted from the illumination device. θ (rad), the magnification of the projection optical system is β, and the numerical aperture of the projection optical system is N.D. A. And when
0.2 ≦ (| sin θ | / | β |) / N. A. ≦ 5
The following condition is satisfied.
[0035]
According to the exposure apparatus of the seventeenth aspect, the light beam emitted from the illumination device is
0.2 ≦ (| sin θ | / | β |) / N. A. ≤ 5
Is satisfied, a large amount of light can be irradiated onto the photosensitive substrate via the projection optical system, and the throughput of the exposure apparatus can be improved.
[0036]
An exposure method according to an eighteenth aspect of the present invention is the exposure method using the exposure apparatus according to any one of the eleventh to seventeenth aspects, wherein the mask is illuminated using a light beam emitted from the illumination light source. An illumination step and a transfer step of transferring the pattern of the mask onto a photosensitive substrate are included.
[0037]
According to the exposure method of the present invention, since the exposure is performed using the exposure device that secures the value of the image plane illuminance required for the practical exposure, the throughput as a practical exposure method can be secured. Can be.
[0038]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an exposure apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention. In the first embodiment, the liquid crystal formed on the mask M while the mask M and the plate (substrate) P are relatively moved with respect to a projection optical system including a plurality of catadioptric projection optical units. An example in which the present invention is applied to a step-and-scan type exposure apparatus that transfers an image of a display element pattern DP (pattern) onto a plate P serving as a photosensitive substrate coated with a photosensitive material (resist). explain. In the following description, the XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to the XYZ rectangular coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Y axis are set to be parallel to the plate P, and the Z axis is set to a direction orthogonal to the plate P. In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward. In this embodiment, the direction (scanning direction) for moving the mask M and the plate P is set in the X-axis direction.
[0039]
The exposure apparatus according to this embodiment is for uniformly illuminating a mask M supported in parallel to an XY plane via a mask holder (not shown) on a mask stage (not shown in FIG. 1) MS. An illumination optical system IL is provided. FIG. 2 is a side view of the illumination optical system IL, and the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. The illumination optical system IL has an illumination light source 1 including a pseudo-surface light source including a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array.
[0040]
FIG. 3A is a plan view of the illumination light source 1, and FIG. 3B is a side view of the illumination light source 1. As shown in this figure, the illumination light source 1 includes a first pseudo surface light source 2 including a plurality of unit solid state light sources 1a arranged in an array and a second pseudo light source 2 including a plurality of unit solid state light sources 1a arranged in an array. And the second pseudo surface light source 3 is arranged at a predetermined distance from the first pseudo surface light source 2 along the light emission direction of the first pseudo surface light source 2. Have been.
[0041]
Here, as for the illumination light source 1, when the area of the pseudo surface light source is SA and the total area of the unit solid light sources 1a is S1,
0.5 <S1 / SA <0.8
Is configured to satisfy the following condition. The area of the unit solid-state light source 1a does not refer to the area of the light-emitting portion of the unit solid-state light source 1a, but is defined by the external shape when the unit solid-state light source 1a is viewed from the light emitting direction of the unit solid-state light source 1a. The total area S1 is the total area of the unit solid-state light sources 1a.
[0042]
Further, the unit solid-state light sources are arranged such that the average interval between the plurality of unit solid-state light sources 1a included in the first pseudo surface light source 2 and the average interval between the plurality of unit solid-state light sources 1a included in the second pseudo surface light source 3 are substantially equal. The light source 1a is arranged.
[0043]
Further, as shown in FIG. 4, the distance between the first pseudo surface light source 2 and the second pseudo surface light source 3 is d, and the average distance between the unit solid light sources 1a included in the first pseudo surface light source 2 is When p
0 <d / p <5
The unit solid-state light source 1a is arranged so as to satisfy the following condition.
[0044]
As shown in FIG. 4, the unit solid-state light source 1 a has a distance d between the first pseudo surface light source 2 and the second pseudo surface light source 3, and a plurality of units included in the first pseudo surface light source 2. The average interval between the unit solid-state light sources 1a is defined as p, and the light beam having the radiation intensity half that of the light beam having the highest radiation intensity among the light beams emitted from the unit solid-state light source 1a included in the first pseudo surface light source 2 and the most radiant intensity When the angle between the light and the strong ray is θ (rad),
0.2 ≦ (2 · tan θ) / (p / d) ≦ 4
Satisfies the condition.
[0045]
Further, the first pseudo surface light source 2 and the second pseudo surface light source 3 have an image plane illuminance value of 20 mW / cm. 2 The unit solid-state light sources 1a are arranged in an array as described above. The unit solid-state light source 1a has an output of at least 5 mW / unit and emits light having a wavelength of 300 to 500 nm. Further, the half width of the wavelength of the emission spectrum of the unit solid light source 1a is ± 20 nm or less.
[0046]
In addition, the unit solid-state light source 1a has an average radiance of 500 mW / (cm) within a range of a luminous flux of ± 1 ° with respect to a light beam having the highest radiation intensity among luminous fluxes emitted. Two -Sr) or more.
[0047]
Returning to FIG. 2, the light beam emitted from the illumination light source 1 is converted into a substantially parallel light beam by the condenser lens 5, and is condensed via the condenser lens 6. The light condensed by the condenser lens 6 is incident on an incident end 7a of a light guide 7 arranged in the vicinity thereof. The light guide 7 is, for example, a random light guide fiber configured by randomly bundling a large number of fiber strands, and has the same number of incident ends 7a as the number of light source units 1 (one in FIG. 1) and projection optics It has the same number of emission ends (five in FIG. 1) as the number of projection optical units (five in FIG. 1) (only the emission end 7b is shown in FIG. 2). Thus, the light that has entered the incident end 7a of the light guide 7 propagates through the inside thereof, and is split and emitted from the five emission ends (the emission end 7b and the other four emission ends).
[0048]
A collimating lens 8b, a fly-eye integrator 9b, an aperture stop 10b, a half mirror 11b, and a condenser lens system 12b are arranged in this order between the exit end 7b of the light guide 7 and the mask M. Similarly, a collimating lens, a fly-eye integrator, an aperture stop, a half mirror, and a condenser lens system are provided between each emission end (the four emission ends other than the emission ends 7b and 7b) of the light guide 7 and the mask M. Each is arranged in order. Here, for the sake of simplicity, the configuration of the optical member provided between the emission end of the light guide 7 (four emission ends other than the emission end 7b) and the mask M will be described with reference to the emission end 7b of the light guide 7. The following description will be made exemplifying a collimating lens 8b, a fly-eye integrator 9b, an aperture stop 10b, a half mirror 11b, and a condenser lens system 12b provided between the lens and the mask M.
[0049]
The divergent light beam emitted from the emission end 7b of the light guide 7 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 8b, and then enters the fly-eye integrator (optical integrator) 9b. The fly-eye integrator 9b is configured by arranging a large number of positive lens elements vertically and horizontally and densely so that the central axis thereof extends along the optical axis AX2. Therefore, the light beam incident on the fly-eye integrator 9b is split into wavefronts by a large number of lens elements, and a secondary light source comprising the same number of light source images as the number of lens elements is provided on the rear focal plane (ie, near the exit plane). Form. That is, a substantial surface light source is formed on the rear focal plane of the fly-eye integrator 9b.
[0050]
The luminous flux from a number of secondary light sources formed on the rear focal plane of the fly-eye integrator 9b is restricted by an aperture stop 10b disposed near the rear focal plane of the fly-eye integrator 9b, and then becomes half. The light enters the mirror 11b. The light beam reflected by the half mirror 11b enters the illuminance sensor 14b via the lens 13b. The illuminance sensor 14b is a sensor for measuring the illuminance at a position optically conjugate with the plate (irradiation surface) P. The illuminance sensor 14b allows the illuminance sensor 14b to measure the illuminance on the plate P without reducing the throughput even during exposure. Illuminance can be measured. The illuminance sensor 14b measures the illuminance of light, and the measured value is input to the main control system 15.
[0051]
On the other hand, the light beam transmitted through the half mirror 11b enters the condenser lens system 12b. The aperture stop 10b is arranged at a position optically substantially conjugate with the pupil plane of the corresponding projection optical unit PL1, and has an opening for defining a range of a secondary light source that contributes to illumination. The aperture of the aperture stop 10b may have a fixed aperture diameter or a variable aperture diameter. Here, the description will be made on the assumption that the aperture of the aperture stop 10b is variable. By changing the aperture diameter of the variable aperture, the aperture stop 10b determines the σ value (the pupil plane relative to the aperture diameter of the pupil plane of each of the projection optical units PL1 to PL5 constituting the projection optical system PL). Is set to a desired value.
[0052]
The light beam passing through the condenser lens system 12b illuminates the mask M on which the pattern DP is formed, which is arranged at a position optically conjugate with the surface to be irradiated, in a superimposed manner. Similarly, the divergent light beams emitted from the other four emission ends of the light guide 7 illuminate the mask M in a superimposed manner via the collimator lens, the fly-eye integrator, the aperture stop, the half mirror, and the condenser lens system in that order. . That is, the illumination optical system IL illuminates a plurality (five in FIG. 1 in total) of trapezoidal regions arranged in the Y-axis direction on the mask M. The light emitted from the other four light-emitting ends of the light guide 7 is also measured by the illuminance sensor, and the illuminance of each light is input to the main controller 15.
[0053]
The light from each illumination area on the mask M is projected by a plurality of (five in FIG. 1) projection optical units PL1 to PL5 arranged along the Y-axis direction so as to correspond to each illumination area. The light enters the system PL. Here, the configuration of each of the projection optical units PL1 to PL5 is the same as each other. In this manner, light passing through the projection optical system PL including the plurality of projection optical units PL1 to PL5 is transmitted to the plate P supported in parallel to the XY plane via a plate holder (not shown) on a plate stage (not shown). An image of the pattern DP is formed thereon.
[0054]
A storage device 17 such as a hard disk is connected to the main control system 15, and an exposure data file is stored in the storage device 17. The exposure data file stores the processes required for performing exposure of the plate P and the order of the processes. For each of the processes, information on the resist applied on the plate P (for example, resist spectral information) Characteristics), the required resolution, the mask M to be used, the solid light source to be used, the correction amount of the illumination optical system IL, the correction amount of the projection optical system PL, and information on the flatness of the substrate (so-called recipe data). Have been.
[0055]
It is preferable that the above-mentioned recipe data (exposure data file) can be updated or added by means such as communication. More specifically, the exposure apparatus of this embodiment is connected to a management system in a device manufacturing factory where the exposure apparatus is installed by a local area network (LAN), and the recipe data of the exposure apparatus is updated from the management system. Alternatively, an additional configuration is adopted. This management system includes a local area network (LAN) with manufacturing equipment for various processes other than an exposure apparatus, for example, a post-processing apparatus such as a resist processing apparatus, an etching apparatus, a film forming apparatus, etc., an assembling apparatus, and an inspection apparatus. ). Therefore, in this management system, since it is possible to manage which rod is flowing to which apparatus, recipe data suitable for the rod is transmitted to the exposure apparatus, and the exposure apparatus transmits the recipe data. Control based on data can be performed.
[0056]
Referring back to FIG. 1, the above-described mask stage MS is provided with a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the mask stage MS along the X-axis direction which is the scanning direction. Further, a pair of alignment drive systems (not shown) for moving the mask stage MS by a minute amount along the Y-axis direction which is a scanning orthogonal direction and rotating the mask stage MS by a minute amount around the Z-axis are provided. The position coordinates of the mask stage MS are measured by a laser interferometer (not shown) using the movable mirror 18 and the position is controlled.
[0057]
A similar drive system is provided on the plate stage. That is, a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the plate stage along the X-axis direction which is the scanning direction, and moving the plate stage by a very small amount along the Y-axis direction which is the scanning orthogonal direction. And a pair of alignment drive systems (not shown) for rotating by a very small amount around the Z axis. The position coordinates of the plate stage are measured by a laser interferometer (not shown) using the movable mirror 19 and the position is controlled. Further, a pair of alignment systems 20a and 20b are arranged above the mask M as means for relatively positioning the mask M and the plate P along the XY plane. Further, an illuminance sensor 21 for measuring the illuminance of the illumination light on the plate P is provided on the plate stage, and the measured value is input to the main control system 15 of the illumination optical system IL.
[0058]
In this manner, the mask M and the plate P are integrally made identical to the projection optical system PL including the plurality of projection optical units PL1 to PL5 by the operation of the scan drive system on the mask stage MS side and the scan drive system on the plate stage side. By moving in the direction (X-axis direction), the entire pattern area on the mask M is transferred (scanned and exposed) to the entire exposure area on the plate P.
[0059]
Here, as described above, in this embodiment, light is emitted from the illumination light source 1 by the illuminance sensor 14b and the illuminance sensor that measures the illuminance of light emitted from the other four emission ends other than the emission end 7b. The illuminance of light is measured, and the measured value is input to the main control system 15. The illuminance of the illumination light on the plate P is measured by the illuminance sensor 21, and the measured value is also input to the main control system 15. The main control system 15 adjusts the illuminance of light emitted from the illumination light source 1 based on the spectral characteristics of the resist applied to the plate P stored in the storage device 17 to an optimum and constant value corresponding to the spectral characteristics of the resist. The power supply amount to the illumination light source 1 is controlled via the power supply device 16 so that the value becomes a value.
[0060]
Further, the main controller 15 can also independently control the power supplied to each of the unit solid-state light sources 1a constituting the first pseudo surface light source 2 and the second pseudo surface light source 3. Therefore, by individually adjusting the output of the light emitted from each of the unit solid-state light sources 1a constituting the first pseudo surface light source 2 and the second pseudo surface light source 3, the light output from the illumination light source 1 is adjusted. Power can be controlled with higher precision.
[0061]
According to the exposure apparatus of the first embodiment, by using a so-called solid-state light source such as a light emitting diode or a laser diode having advantages such as low running cost, there is a low running cost, a long life and a risk of rupture. It is possible to provide a projection exposure apparatus having no light source.
[0062]
Also, since the illumination light is emitted from each of the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source of the illumination light source, a pseudo surface including the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source Since the light output per unit area of the light source can be increased, the illuminance on the image plane can be increased. Further, since the separation distance between the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source is reduced, a low directivity unit solid light source can be used as a unit solid light source included in the second pseudo surface light source. . Furthermore, since the light flux emitted from the unit solid light source included in the first pseudo surface light source is efficiently emitted from the light emitting unit of the illumination light source, the light beam is emitted from the unit solid light source included in the first pseudo surface light source. The luminous flux can be used effectively.
[0063]
Further, according to the illumination light source of this projection exposure apparatus, since the output of each unit solid-state light source is large, the output per unit area of the light emitting portion of the illumination light source can be increased, and the image necessary for practical exposure can be obtained. Surface illuminance can be ensured.
[0064]
Further, since the power of light emitted from the unit solid-state light sources constituting the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source can be controlled, the illuminance of light emitted from the light source unit can be controlled by the resist. Sensitivity, for example, photoresist (sensitivity: 20 mJ / cm Two ) Or resin resist (sensitivity: 60 mJ / cm) Two The control can be performed with high accuracy so that the illuminance is suitable for the sensitivity of (3).
[0065]
The illumination light source according to the first embodiment has the first pseudo surface light source 2 and the second pseudo surface light source 3, but may have three or more pseudo surface light sources.
[0066]
In the illumination light source according to the first embodiment, a unit solid-state light source that emits light of the same wavelength is used as a unit solid-state light source constituting the first pseudo-surface light source and the second pseudo-surface light source. However, a unit solid-state light source that emits light of different wavelengths may be used as the unit solid-state light source that forms the first pseudo-surface light source and the unit solid-state light source that forms the second pseudo-surface light source. For example, a unit solid-state light source that emits light in a wavelength range including light with a wavelength of 365 nm is used as a unit solid-state light source that constitutes the first pseudo surface light source, and a wavelength that is a unit solid-state light source that constitutes the second pseudo surface light source. A unit solid-state light source that emits light in a wavelength range including 385 nm light may be used.
[0067]
In this case, the light emitted from the illumination light source 1 is controlled by controlling the power supplied to the unit solid-state light source constituting the first pseudo-surface light source and the unit solid-state light source constituting the second pseudo-surface light source. Can be selected. That is, when the power of the light emitted from the unit solid-state light source constituting the second pseudo surface light source is set to zero while the power of the light emitted from the unit solid-state light source constituting the first pseudo surface light source is maintained. The wavelength of light emitted from the illumination light source 1 is a wavelength range including light of 365 nm. When the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting the first pseudo surface light source is set to zero while maintaining the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting the second pseudo surface light source, The wavelength of light emitted from the illumination light source is a wavelength range including light of 385 nm. In this way, by setting the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting one pseudo surface light source to zero, light in a required wavelength range can be emitted.
[0068]
Further, when a unit solid-state light source that emits light of different wavelengths is used between a unit solid-state light source that forms the first pseudo-surface light source and a unit solid-state light source that forms the second pseudo-surface light source, It is also possible to adjust the power of light emitted from each of the unit solid-state light source constituting the surface light source and the unit solid-state light source constituting the second pseudo surface light source. For example, the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting the first pseudo surface light source is increased, and the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting the second pseudo surface light source is decreased. Alternatively, control such as increasing the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting the second pseudo surface light source and decreasing the power of light emitted from the unit solid-state light source constituting the first pseudo surface light source is performed. It can be performed. In this way, the spectral characteristics of the light emitted from the illumination light source can be adjusted.
[0069]
In the illumination light source according to the first embodiment, a unit solid-state light source that emits light of the same wavelength is used as a unit solid-state light source constituting the first pseudo-surface light source and the second pseudo-surface light source. However, a plurality of types of unit solid-state light sources that emit light of different wavelengths are used as unit solid-state light sources constituting the first pseudo surface light source, and different wavelengths are used as unit solid-state light sources constituting the second pseudo surface light source. A plurality of types of unit solid-state light sources that emit light may be used. Further, the divergence angle of the unit solid-state light source constituting the first pseudo surface light source may be different from the divergence angle of the unit solid-state light source constituting the second pseudo surface light source.
[0070]
Next, an exposure apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the second embodiment, the same members as those of the exposure apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment. A description will be given with reference to FIG. The exposure apparatus according to the second embodiment of the present invention is obtained by changing the illumination light source 1 to the illumination light source shown in FIG. 5, and the other parts are the same as those of the exposure apparatus according to the first embodiment. It has the same configuration.
[0071]
As shown in FIG. 5, the illumination light source 22 is configured such that unit solid-state light sources 23b are arranged in a two-dimensional array on a substrate 23a. Here, the unit solid light source 23b has a circular outer shape when viewed from the light emitting direction of the unit solid light source 23b, and includes a substantially circular light emitting portion. The unit solid-state light sources 23b are arranged closest to the substrate 23a.
[0072]
Here, as for the illumination light source 22, when the area of the pseudo-surface light source of the illumination light source is SA and the total area of the unit solid-state light sources 22b is S1,
S1 / SA> 0.7
Is configured to satisfy the following condition. Note that the area of the unit solid light source 23b does not refer to the area of the light emitting portion of the unit solid light source 23b, but is defined by the external shape when the unit solid light source 23b is viewed from the light emitting direction of the unit solid light source 23b. The total area S1 is the sum of the areas of the unit solid-state light sources 23b.
[0073]
When the illumination light source 22 has a diameter D of the unit solid light source 23b and an average interval p of the unit solid light sources 23b,
1 ≦ p / D ≦ 1.4
Satisfies the condition.
[0074]
The light beam emitted from the illumination light source 22 is converted by the condenser lens 5 into a substantially parallel light beam. The other points are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted.
[0075]
Here, also in the second embodiment, the illuminance of the light emitted from the illumination light source 22 by the illuminance sensor that measures the illuminance of the light emitted from the four emission ends other than the illuminance sensor 14b and the emission end 7b. Is measured, and the measured value is input to the main control system 15. The illuminance of the illumination light on the plate P is measured by the illuminance sensor 21, and the measured value is also input to the main control system 15. The main control system 15 adjusts the illuminance of light emitted from the illumination light source 22 to an optimum and constant value corresponding to the sensitivity of the resist, based on the sensitivity of the resist applied to the plate P stored in the storage device 17. Thus, the amount of power supply to the illumination light source 22 is controlled via the power supply device 16.
[0076]
Further, the main control unit 15 can independently control the power supplied to each of the unit solid-state light sources 23b included in the illumination light source 22. Therefore, the power of the light emitted from the illumination light source 22 can be controlled with higher precision by individually adjusting the output of the light emitted from each of the unit solid light sources 23b constituting the illumination light source 22.
[0077]
According to the exposure apparatus according to the second embodiment, by using a so-called solid-state light source such as a light emitting diode or a laser diode having advantages such as low running cost, low exposure cost, long life and risk of explosion are achieved. It is possible to provide a projection exposure apparatus having no light source.
[0078]
Further, since the light output per unit area of the pseudo surface light source of the illumination light source 22 can be increased, the image plane illuminance can be increased. Further, according to the illumination light source of this projection exposure apparatus, since the output of each unit solid-state light source is large, the output per unit area of the light emitting portion of the illumination light source can be increased, and the image necessary for practical exposure can be obtained. Surface illuminance can be ensured.
[0079]
Next, an exposure apparatus according to a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the description of the third embodiment, the same members as those of the exposure apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment. A description will be given with reference to FIG. The exposure apparatus according to the third embodiment of the present invention is obtained by changing the illumination light source 1 to the illumination light source shown in FIG. 6, and the other parts are the same as those of the exposure apparatus according to the first embodiment. It has the same configuration.
[0080]
As shown in FIG. 6, the illumination light source 24 has a configuration in which unit solid-state light sources 25b are arranged in a two-dimensional array on a substrate 25a. Here, the unit solid-state light source 25b has a regular hexagonal outer shape when the unit solid-state light source 25b is viewed from the light emitting direction of the unit solid-state light source 25b, and includes a substantially regular hexagonal light emitting portion. The unit solid-state light sources 25b are arranged closest on the substrate 25a.
[0081]
Here, when the illumination light source 24 has an area of the pseudo-surface light source of the illumination light source as SA and the total area of the unit solid light sources 25b as S1,
S1 / SA> 0.7
Is configured to satisfy the following condition. The area of the unit solid-state light source 25b does not refer to the area of the light emitting portion of the unit solid-state light source 25b, but is defined by the external shape when the unit solid-state light source 25b is viewed from the light emitting direction of the unit solid-state light source 25b. The total area S1 is the sum of the areas of the unit solid light sources 25b.
[0082]
Further, when the illumination light source 24 has a diameter D of the unit solid light source 25b and an average interval p of the unit solid light sources 25b,
1 ≦ p / D ≦ 1.4
Satisfies the condition.
[0083]
The light beam emitted from the illumination light source 24 is converted by the condenser lens 5 into a substantially parallel light beam. The other points are the same as those of the first embodiment, and the description is omitted.
[0084]
Here, also in the third embodiment, the illuminance of the light emitted from the illumination light source 24 by the illuminance sensor that measures the illuminance of the light emitted from the four emission ends other than the illuminance sensor 14b and the emission end 7b. Is measured, and the measured value is input to the main control system 15. The illuminance of the illumination light on the plate P is measured by the illuminance sensor 21, and the measured value is also input to the main control system 15. The main control system 15 adjusts the illuminance of light emitted from the illumination light source 24 to an optimal and constant value corresponding to the sensitivity of the resist based on the sensitivity of the resist applied to the plate P stored in the storage device 17. Thus, the amount of power supply to the illumination light source 24 is controlled via the power supply device 16.
[0085]
Further, the main control unit 15 can also independently control the power supplied to each of the unit solid-state light sources 25b included in the illumination light source 24. Therefore, the power of the light emitted from the illumination light source 24 can be controlled with higher precision by individually adjusting the output of the light emitted from each of the unit solid light sources 25b constituting the illumination light source 24.
[0086]
According to the exposure apparatus of the third embodiment, by using a so-called solid-state light source such as a light emitting diode or a laser diode having advantages such as low running cost, there is a low running cost, a long life and a risk of rupture. It is possible to provide a projection exposure apparatus having no light source.
[0087]
Further, since the light output per unit area of the pseudo surface light source of the illumination light source 24 can be increased, the image plane illuminance can be increased. Further, according to the illumination light source of this projection exposure apparatus, since the output of each unit solid-state light source is large, the output per unit area of the light emitting portion of the illumination light source can be increased, and the image necessary for practical exposure can be obtained. Surface illuminance can be ensured.
[0088]
The illumination light sources according to the second embodiment and the third embodiment described above use unit solid light sources that emit light of the same wavelength as unit solid light sources that constitute a pseudo surface light source. However, a plurality of types of unit solid-state light sources that emit light of different wavelengths may be used. In this case, the wavelength of the light emitted from the illumination light source can be selected by controlling the power supplied to each unit solid-state light source constituting the pseudo surface light source. That is, for example, when the pseudo-surface light source is configured by a unit solid-state light source that emits light in a wavelength range including light of 365 nm and a unit solid-state light source that emits light in a wavelength range including light of 385 nm, the wavelength of 365 nm By supplying power only to a unit solid-state light source that emits light in a wavelength range including light or a unit solid-state light source that emits light in a wavelength range including 385 nm, light in a necessary wavelength range can be emitted. it can.
[0089]
When the pseudo surface light source is configured using a plurality of types of unit solid light sources that emit light of different wavelengths, the light is emitted from the illumination light source by controlling the amount of power supplied to each unit solid light source. The spectral characteristics of light can also be adjusted.
[0090]
Next, an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 7 is a side view of the illumination optical system IL according to the fourth embodiment. In the description of the fourth embodiment, the same members as those of the exposure apparatus according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the description of the first embodiment. A description will be given with reference to FIG. The exposure apparatus according to the fourth embodiment includes three illumination light sources 51a in an illumination optical system IL. 1 , 51a 2 , 51a 3 And divides the illumination light from the three illumination light sources into five illumination light via the light guide 7 having good randomness. The XYZ rectangular coordinate system shown in FIG. 7 is the same as the XYZ rectangular coordinate system used in the first embodiment.
[0091]
Here, the illumination light source 51a 1 , 51a 2 , 51a 3 Has the same configuration as the illumination light source 1 of the exposure apparatus according to the first embodiment. Illumination light source 51a 1 Is emitted from the condenser lens 5a. 1 Is converted into a substantially parallel light beam by the condenser lens 6a. 1 And the light is condensed by the incident end 7a of the light guide 7. 1 Incident on. Similarly, the illumination light source 51a 2 , 51a 3 Is emitted from the condenser lens 5a. 2 , 5a 3 Is converted into a substantially parallel light beam by the condenser lens 6a. 2 , 6a 3 And the light is condensed by the incident end 7a of the light guide 7. 2 , 7a 3 Incident on.
[0092]
The light guide 7 shown in FIG. 7 is, for example, a random light guide fiber configured by randomly bundling a large number of fiber wires, and has the same number of incident ends 7a as the number of light source units. 1 , 7a 2 , 7a 3 And the same number of exit ends as the number of projection optical units constituting the projection optical system PL (only the exit end 7b is shown in FIG. 7). Incident end 7a of light guide 7 1 , 7a 2 , 7a 3 After the light that has entered the inside has propagated through the inside, the light is split from the five emission ends (the emission end 7b and the other four emission ends) and emitted.
[0093]
This light guide 7 preferably has a plurality of optical fiber bundles. That is, in this case, the incident end 7a 1 And the exit end 7b optically connected to the entrance end 7a 1 Optical fiber bundle that guides a part of the light incident from the 2 And the exit end 7b optically connected to the entrance end 7a 2 Optical fiber bundle that guides a part of the light incident from the 3 And the exit end 7b optically connected to the entrance end 7a 3 And a bundle of optical fibers for guiding a part of the light incident from the light source to the emission end 7b. Similarly, the incident end 7a 1 , Incident end 7a 2 , Incident end 7a 3 And the other four exit ends are optically connected, and the entrance end 7a 1 , Incident end 7a 2 , Incident end 7a 3 The optical fiber bundle guides a part of the light incident from the other to the other four exit ends.
[0094]
The divergent light beam emitted from the emission end 7b of the light guide 7 passes through the half mirror 11b through the collimator lens 8b, the fly-eye integrator 9b, and the aperture stop 10b in this order, and passes through the mask M via the condenser lens system 12b. Lighting is performed in a superimposed manner. The divergent light beams emitted from the other four emission ends also pass through the half mirror via the collimator lens, the fly-eye integrator and the aperture stop in that order, and illuminate the mask M in a superimposed manner via the condenser lens. That is, the illumination optical system IL illuminates a plurality (five in FIG. 1 in total) of trapezoidal regions arranged in the Y-axis direction on the mask M.
[0095]
The light beam reflected by the half mirror 11b enters the illuminance sensor 14b via the lens 13b. The illuminance sensor 14b detects the illuminance of light, and the detected value is input to the main control system 15. The illuminance of the light emitted from the other four emission ends is also detected by the illuminance sensor and input to the main control unit 15.
[0096]
The main control system 15 includes an illumination light source 51a. 1 ~ 51a 3 The illumination light source 51a so that the illuminance of the light emitted from the light source becomes an optimal and constant value corresponding to the sensitivity of the resist. 1 ~ 51a 3 To control the amount of power supplied to each of them.
[0097]
According to the exposure apparatus of the fourth embodiment, by using a so-called solid-state light source such as a light emitting diode or a laser diode having advantages such as low running cost, low running cost, long life and risk of explosion are achieved. It is possible to provide a projection exposure apparatus having no light source.
[0098]
In addition, each illumination light source 51a 1 ~ 51a 3 Since the light output per unit area of the pseudo surface light source can be increased, the image plane illuminance can be increased. Furthermore, three illumination light sources 51a 1 ~ 51a 3 , The image plane illuminance can be further increased. Therefore, the image plane illuminance required for practical exposure can be secured, and the mask pattern can be exposed on the plate with high throughput.
[0099]
In each of the above-described embodiments, the step-and-scan type projection exposure apparatus including a projection optical system including a plurality of projection optical units has been described as an example. The present invention may be applied to a step-and-repeat type projection exposure apparatus. The present invention may be applied to a proximity type exposure apparatus. In this case, since there is no projection optical system, the image plane illuminance can be increased. In each of the above embodiments, the mask is illuminated by Koehler illumination. However, the mask may be illuminated by critical illumination.
[0100]
Next, a method for manufacturing a micro device using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention in a lithography process will be described. FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining a semiconductor device as a micro device. First, in step S40 of FIG. 8, a metal film is deposited on one lot of wafers. In the next step S42, a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the one lot. Thereafter, in step S44, using the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention, the image of the pattern on the mask M is transferred to each shot on the wafer of the lot through the projection optical system (projection optical unit). It is sequentially exposed and transferred to the area. That is, the mask M is illuminated using the illuminating device, and the image of the pattern on the mask M is projected onto the substrate using the projection optical system, and is exposed and transferred.
[0101]
Thereafter, in step S46, the photoresist on the one lot of wafers is developed, and in step S48, etching is performed on the one lot of wafers using the resist pattern as a mask, thereby forming a pattern on the mask. A corresponding circuit pattern is formed in each shot area on each wafer. Thereafter, a device such as a semiconductor element is manufactured by forming a circuit pattern of an upper layer and the like. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput. In the exposure apparatus according to the embodiment of the present invention, a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate). . Hereinafter, an example of the technique at this time will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 9 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a liquid crystal display element as a micro device by forming a predetermined pattern on a plate using the exposure apparatus of this embodiment.
[0102]
In the pattern forming step S50 of FIG. 9, a so-called photolithography step of transferring and exposing a mask pattern to a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist) using the exposure apparatus of this embodiment is executed. By this photolithography step, a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate. Thereafter, the exposed substrate is subjected to a development process, an etching process, a reticle peeling process, and other processes to form a predetermined pattern on the substrate, and the process proceeds to the next color filter forming process S52.
[0103]
Next, in a color filter forming step S52, a large number of sets of three dots corresponding to R (Red), G (Green), and B (Blue) are arranged in a matrix, or three R, G, B Are formed in a horizontal scanning line direction to form a color filter. Then, after the color filter forming step S52, a cell assembling step S54 is performed. In the cell assembling step S54, a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is assembled using the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step S50, the color filters obtained in the color filter forming step S52, and the like.
[0104]
In the cell assembling step S54, for example, a liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step S50 and the color filter obtained in the color filter forming step S52, and a liquid crystal panel (liquid crystal cell) is formed. ) To manufacture. Thereafter, in a module assembling step S56, components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element. According to the above-described method for manufacturing a liquid crystal display device, a liquid crystal display device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with high throughput.
[0105]
【The invention's effect】
According to the illumination light source and the illumination device of the present invention, the light output per unit area of the pseudo surface light source including the first pseudo surface light source and the second pseudo surface light source can be increased. Surface illuminance can be increased.
[0106]
According to the exposure apparatus of the present invention, the light output per unit area of the light emitting portion of the illumination light source can be increased, so that the image plane illuminance can be increased.
[0107]
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the exposure method of this invention, since the pattern image of a mask is exposed by the light of the illuminance suitable for the photosensitive material applied to the photosensitive substrate, the pattern of the mask can be satisfactorily transferred to the photosensitive substrate. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an exposure apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a side view of an illumination optical system of the exposure apparatus according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a plan view and a side view of the illumination light source according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining an illumination light source according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a configuration diagram of an illumination light source according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a configuration diagram of an illumination light source according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a side view of an illumination optical system of an exposure apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device as a micro device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a flowchart of a method for manufacturing a liquid crystal display element as a micro device according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
1, 22, 24: light source unit, 7: light guide, 8b: collimating lens, 9b: fly-eye integrator, 10b: aperture stop, 11b: half mirror, 12b: condenser lens system, 14b, 21: illuminance sensor, 15 .. Main control system, 16 power supply device, 17 storage device, DP pattern, M mask, P plate, IL illumination light system, PL projection optical system, PL1 to PL5 projection optical unit, MS mask stage.

Claims (18)

アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む擬似面光源を備える照明光源であって、
アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む第1の擬似面光源と、
前記擬似面光源の光射出方向に沿って、前記第1の擬似面光源から所定距離だけ離間して配置されて、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む第2の擬似面光源とを含み、
前記擬似面光源の面積をSAとし、前記単位固体光源の総面積をS1とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする照明光源。
0.5<S1/SA<0.8
An illumination light source including a pseudo surface light source including a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array,
A first pseudo-surface light source including a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array,
A second pseudo surface light source including a plurality of unit solid-state light sources that are arranged at a predetermined distance from the first pseudo surface light source along a light emission direction of the pseudo surface light source and are arranged in an array; Including
When the area of the pseudo surface light source is SA and the total area of the unit solid-state light sources is S1, the following conditions are satisfied.
0.5 <S1 / SA <0.8
前記第1の擬似面光源に含まれる前記複数の単位固体光源の平均間隔と、前記第2の擬似面光源に含まれる前記複数の単位固体光源の平均間隔とは略等しいことを特徴とする請求項1に記載の照明光源。The average interval between the plurality of unit solid-state light sources included in the first pseudo surface light source and the average interval between the plurality of unit solid-state light sources included in the second pseudo surface light source are substantially equal. Item 2. The illumination light source according to item 1. 前記所定距離をdとし、前記第1の擬似面光源に含まれる前記単位固体光源の平均間隔をp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又は請求項2記載の照明光源。
0<d/p<5
3. The following condition is satisfied when the predetermined distance is d and the average interval between the unit solid-state light sources included in the first pseudo surface light source is p. Illumination light source.
0 <d / p <5
前記第2の擬似面光源は前記第1の擬似面光源よりも光射出側に配置され、
前記所定距離をdとし、前記第1の擬似面光源に含まれる前記複数の単位固体光源の平均間隔をpとし、前記第1の擬似面光源に含まれる前記単位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の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度をθ(rad)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3の何れか一項に記載の照明光源。
0.2≦(2・tanθ)/(p/d)≦4
The second pseudo surface light source is disposed closer to the light emission side than the first pseudo surface light source,
The predetermined distance is d, the average interval between the plurality of unit solid-state light sources included in the first pseudo surface light source is p, and the light flux emitted from the unit solid-state light source included in the first pseudo surface light source is p. 2. The following condition is satisfied when an angle between a light beam having half the radiation intensity of the light beam having the highest radiation intensity and the light beam having the highest radiation intensity is θ (rad). The illumination light source according to claim 3.
0.2 ≦ (2 · tan θ) / (p / d) ≦ 4
前記擬似面光源は、像面照度の値が20mW/cm以上となるように前記単位固体光源をアレイ状に配置した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照明光源。5. The pseudo surface light source according to claim 1, wherein the unit solid-state light sources are arranged in an array such that the value of image plane illuminance is 20 mW / cm 2 or more. 6. Illumination light source. 前記単位固体光源は、少なくとも5mW/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5の何れか一項に記載の照明光源。The illumination light source according to any one of claims 1 to 5, wherein the unit solid-state light source has an output of at least 5 mW / unit or more. 前記単位固体光源は、300〜500nmの波長の光を射出す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照明光源。The illumination light source according to any one of claims 1 to 6, wherein the unit solid light source emits light having a wavelength of 300 to 500 nm. 前記単位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照明光源。The illumination light source according to any one of claims 1 to 7, wherein a half width of a wavelength of an emission spectrum of the unit solid light source is ± 20 nm or less. 前記単位固体光源は、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500mW/(cm2・sr)以上であ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照明光源。The unit solid-state light source has an average radiance of 500 mW / (cm 2 · sr) or more in a range of ± 1 ° around a light beam having the highest radiation intensity among emitted light beams. The illumination light source according to claim 1. 請求項1乃至請求項9の何れか一項に記載の照明光源と、前記照明光源からの光束を集光する集光光学系とを備え、該集光光学系により集光された光を用いて被照射面又は該被照射面と光学的に共役な面を照明する照明装置であって、
前記照明光源を前記集光光学系の前側焦点位置若しくはその近傍の位置、或いは前記前側焦点位置と光学的に共役な位置又はその近傍の位置に配置したことを特徴とする照明装置。
An illumination light source according to any one of claims 1 to 9, and a light-collecting optical system that collects a light beam from the illumination light source, wherein light collected by the light-collecting optical system is used. An illumination device that illuminates a surface to be irradiated or a surface optically conjugate with the surface to be irradiated,
An illumination device, wherein the illumination light source is arranged at a front focal position of the condensing optical system or at a position near the front focal position, or at a position optically conjugate to the front focal position or at a position near the front focal position.
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、
前記マスクを照明するために請求項10に記載の照明装置を備えることを特徴とする露光装置。
In an exposure apparatus that transfers a pattern of a mask onto a photosensitive substrate,
An exposure apparatus comprising the illumination device according to claim 10 for illuminating the mask.
照明光源からの照明光に基づいて、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、
前記照明光源は、アレイ状に配列された複数の単位固体光源を含む擬似面光源を備え、
前記擬似面光源の面積をSAとし、前記単位固体光源の総面積をS1とするとき、以下の条件を満足することを特徴とする露光装置。
S1/SA>0.7
In an exposure apparatus that transfers a pattern of a mask onto a photosensitive substrate based on illumination light from an illumination light source,
The illumination light source includes a pseudo surface light source including a plurality of unit solid-state light sources arranged in an array,
An exposure apparatus, wherein the following conditions are satisfied, where SA is the area of the pseudo surface light source and S1 is the total area of the unit solid light sources.
S1 / SA> 0.7
前記単位固体光源は、略円形の光放出部を備えることを特徴とする請求項12記載の露光装置。13. The exposure apparatus according to claim 12, wherein the unit solid light source includes a substantially circular light emitting unit. 前記単位固体光源は、略正六角形の光放出部を備えることを特徴とする請求項12記載の露光装置。13. The exposure apparatus according to claim 12, wherein the unit solid light source includes a substantially regular hexagonal light emitting unit. 前記単位固体光源の直径をDとし、前記単位固体光源の平均間隔をpとするとき、以下の条件を満足することを特徴とする請求項12乃至請求項14の何れか一項に記載の露光装置。
1≦p/D≦1.4
The exposure according to any one of claims 12 to 14, wherein when the diameter of the unit solid-state light source is D and the average interval between the unit solid-state light sources is p, the following condition is satisfied. apparatus.
1 ≦ p / D ≦ 1.4
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ための投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項11乃至請求項15の何れか一項に記載の露光装置。The exposure apparatus according to any one of claims 11 to 15, further comprising a projection optical system for forming a pattern image of the mask on the photosensitive substrate. 前記照明装置から射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16に記載の露光装置。
0.2≦(|sinθ|/|β|)/N.A.≦5
The angle between the light beam having half the radiation intensity of the light beam having the highest radiation intensity and the light beam having the highest radiation intensity among the light beams emitted from the illumination device is defined as θ (rad), and the angle of the projection optical system is The magnification is β, and the numerical aperture of the projection optical system is N.V. A. The exposure apparatus according to claim 16, wherein the following condition is satisfied.
0.2 ≦ (| sin θ | / | β |) / N. A. ≦ 5
請求項11乃至請求項17の何れか一項に記載の露光装置を用いた露光方法において、
前記照明光源から放射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。
An exposure method using the exposure apparatus according to any one of claims 11 to 17,
An illumination step of illuminating a mask using a light beam emitted from the illumination light source,
A transfer step of transferring the pattern of the mask onto a photosensitive substrate,
An exposure method comprising:
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