JP2004342633A - 露光装置、照明装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】固体光源を光源として露光装置において、高精度の露光を可能にする露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法等を提供すること。
【解決手段】固体光源ユニット２１から射出すべき照明光のピーク波長や輝度を目標値に設定してマスクＭＡを所望の状態で照明することができ、投影光学系６によってプレートＰＬ上に投影される像光のピーク波長や輝度を目標値に設定することができる。さらに、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度を積極的に調節することによって、投影光学系６の色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性を適宜変更することができる。
【選択図】 図１

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、照明装置及び露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体素子や液晶基板等を製造するためのリソグラフィ工程において、レチクルあるいはフォトマスク等（以下単に「レチクル」という）のパターン像を投影光学系を介して感光基板上に露光する投影露光装置が使用されている。一般に、このような投影露光装置は、光源の光でレチクルを均一に照明するための照明光学系と、レチクルに形成された回路パターンをウェハ等の基板上に結像するための投影光学系と、基板を支持しつつ適宜移動させて位置決めするためのステージ装置とからなっている（例えば特許文献１等参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−１５４６４３号公報
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の投影露光装置の光源としては、波長約３６０ｎｍ程度の紫外領域においては主に水銀ランプなどが用いられていた。この水銀ランプの寿命は、概ね５００ｈ〜１０００ｈ程度であることから、定期的にランプ交換が必要となり投影露光装置のユーザには大きな負担となっていた。また、高照度確保のために高電力が必要であり、またそれに伴う発熱対策などが必要になるなど、高いランニングコストの問題や、経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性を有していた。
【０００４】
これに対して発光ダイオードは、水銀ランプなどに比べて発光効率が高く、そのため省電力、小発熱という特長を持ち大幅なランニングコストの低減を実現できる。また寿命も３０００ｈ程度のものもあるため、交換にかかる負担も少なく、経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性もない。さらに最近では、波長３６５ｎｍで１００ｍＷ程度の高い光出力を達成したＵＶ−ＬＥＤなども開発されている。
【０００５】
一方で、発光ダイオードを光源として露光装置に組み込んだ場合、従来の水銀ランプの場合と同様の駆動方法を適用することは不可能であり、発光ダイオードに適合した駆動が必要になる。その際、単に発光ダイオードに適合するだけでは足りず、露光装置の光源としても適切な動作を確保する必要がある。
【０００６】
そこで、本発明は、固体光源を光源として露光装置において、高精度の露光を可能にする露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法等を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、第１の発明に係る露光装置は、マスクを照明するための照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンをステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と、照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を、投影手段の光学特性、投影手段の光学特性の変動、及び感光性基板の感光特性のうち少なくとも１つを含む投影条件に応じて制御する特性制御手段とを備える。なお、「固体光源」とは、発光ダイオード、半導体レーザ、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子等の各種固体発光素子を含む概念である。
【０００８】
上記露光装置では、特性制御手段が照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を投影条件に応じて制御するので、投影条件に適合するマスクの照明すなわち感光性基板の高精度な露光が可能になる。例えば投影条件として投影手段の光学特性に応じて照明装置の光射出特性を制御する場合、投影手段の光学特性の特性等を配慮してこれに適合させた照明・露光が可能になる。また、投影条件として投影手段の光学特性の変動に応じて照明装置の光射出特性を制御する場合、投影手段の光学特性の経時的変化等を配慮してこれに適合させた照明・露光が可能になる。また、投影条件として感光性基板の感光特性に応じて照明装置の光射出特性を制御する場合、感光性基板のレジストの種類等に適合した適切な露光が可能になり、感光特性の個体差、経時的変化等を配慮してこれに適合させた照明・露光が可能になる。なお、固体光源を用いた場合、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができる。また、可視から紫外域にかけて多様な波長の光を発生させることができるので、固体光源を用いた場合、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。
【０００９】
第２の発明に係る露光装置は、第１の発明の露光装置において、特性制御手段が、投影手段が有している光学特性としての結像特性及び当該結像特性に関する製造誤差のうち少なくとも一方に応じて、照明装置から射出される照明光の波長及び強度の少なくとも一方を調節することを特徴とする。この装置では、投影手段の色収差等の結像特性やその製造誤差に基づいて照明光の波長や強度を調節することができるので、投影手段の結像状態に適合する高精度の露光が可能になる。
【００１０】
第３の発明に係る露光装置は、第１の発明の露光装置において、特性制御手段が、投影手段が有している光学特性としての結像特性の経時的な変動に応じて、照明装置から射出される照明光の波長及び強度のうち少なくとも一方を調節する。この装置では、投影手段の色収差等の結像特性の経時的変動に基づいて照明光の波長や強度を調節することができるので、投影手段の結像状態の変動を相殺するような高精度の露光が可能になる。
【００１１】
第４の発明に係る露光装置は、第２，３の発明の露光装置において、投影手段が有している結像特性は、色収差、フォーカス状態及びディストーションのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。この装置では、投影手段の結像に関する色収差、フォーカス状態及びディストーションを、照明装置の光射出特性の調整によって無理なく適正に補正することができる。
【００１２】
第５の発明に係る露光装置は、第１の発明の露光装置において、特性制御手段が、感光性基板上に塗布されたレジストの特性である感光特性に応じて、照明装置から射出される照明光の波長及び強度のうち少なくとも一方を調節することを特徴とする。この装置では、レジストの特性に基づいて照明光の波長や強度を調節することができるので、レジストのタイプ若しくは種類、その変更等に適宜対応して高精度の露光が可能になる。
【００１３】
第６の発明に係る露光装置は、第１〜５の発明の露光装置において、照明装置が、照明装置を構成する固体光源の温度を調節する温度調節手段を備え、特性制御手段が、温度調節手段を介して固体光源の動作温度を制御することによって当該固体光源の発光特性を制御することを特徴とする。この装置では、固体光源の温度調節によって固体光源の出力やピーク波長を安定した所望の状態に設定することができる。
【００１４】
第７の発明に係る露光装置は、第６の発明の露光装置において、投影手段の光学特性を実時間で検出するセンサあるいは、前記光学特性を算出する算出手段をさらに備え、特性制御手段が、当該センサの出力あるいは、該演算手段の算出結果に基づいて、温度調節手段による固体光源の温度調節量を算出することを特徴とする。この装置では、色収差、フォーカス状態、ディストーション等の光学特性をセンサによって実際に計測し、あるいは、演算手段により算出し、温度調節手段を介して固体光源の温度を調節することができるので、投影手段の光学特性の変動を適切に補正して安定した状態に維持することができる。
【００１５】
第８の発明に係る露光装置は、第１〜７の発明の露光装置において、照明装置が、照明装置を構成する固体光源に供給する電力を調節する電力調節手段を備え、特性制御手段が、電力調節手段を介して固体光源への供給電力を制御することによって当該固体光源の発光特性を制御することを特徴とする。この装置では、固体光源への供給電力調節によって固体光源の出力やピーク波長を安定した所望の状態に設定することができる。
【００１６】
第９の発明に係る露光装置は、第８の発明の露光装置において、投影手段の光学特性を実時間で検出するセンサあるいは、前記光学特性を算出する算出手段をさらに備え、特性制御手段が、当該センサの出力あるいは、該演算手段の算出結果に基づいて、電力調節手段よる固体光源に対する電力調節量を算出することを特徴とする。この装置では、色収差、フォーカス状態、ディストーション等の光学特性をセンサによって実際に計測し、あるいは、演算手段により算出し、電力調節手段を介して固体光源への供給電力を調節することができるので、投影手段の光学特性の変動を適切に補正して安定した状態に維持することができる。
【００１７】
第１０の発明に係る露光装置は、第１〜９の発明の露光装置において、照明装置が、複数の固体光源を有するとともに、当該複数の固体光源の点灯数を調節する光源駆動手段をさらに備え、特性制御手段が、光源駆動手段を介して複数の固体光源の点灯または消灯を制御することによって照明装置の光射出特性を制御することを特徴とする。この装置では、固体光源の点灯数を調節することによって光射出特性を制御するので、投影条件に適合するマスクの照明すなわち感光性基板の高精度な露光が可能になる。
【００１８】
第１１の発明に係る露光装置は、第１〜１０の発明の露光装置において、特性制御手段が、光源駆動手段を介して複数の固体光源の点灯数を変更することによって照明装置から射出される照明光の強度を調整するとともに、照明装置から射出される照明光の波長を調節することを特徴とする。この装置では、固体光源の点灯数を調節することによって照明光の強度や波長を制御するので、投影条件に適合するマスクの照明すなわち感光性基板の高精度な露光が可能になる。
【００１９】
第１２の発明に係る露光装置は、マスクを照明するための照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンをステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と、照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を検出する光検出手段と、光検出手段の検出結果に基づいて、投影手段の状態を調節する投影状態調節手段とを備える。
【００２０】
上記露光装置では、投影状態調節手段が光検出手段の検出結果に基づいて投影手段の状態を調節するので、照明装置の光射出特性に適合するように状態を調節した投影手段によって、感光性基板の高精度な露光が可能になる。例えば照明装置の光射出特性を補償するように投影手段の状態を調節すれば、固体光源の製造誤差、個体差、変動、経時変化等の影響を補正することができるので露光精度を高めることができる。
【００２１】
第１３の発明に係る露光装置は、第１２の発明の露光装置において、投影状態調節手段が、光検出手段の検出結果に基づいて投影手段の結像特性を調節することを特徴とする。この装置では、照明装置の光射出特性に基づいて投影手段の色収差等の結像特性やその製造誤差等を補正することができるので、照明装置の光射出特性に適合する高精度の露光が可能になる。
【００２２】
第１４の発明に係る露光装置は、マスクを照明するための照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンをステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と、照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を予め計測した結果を入力する入力手段と、入力手段に入力された結果に基づいて、投影手段の状態を調節する投影状態調節手段とを備える。
【００２３】
上記露光装置では、投影状態調節手段が入力手段に入力された光射出特性の計測結果に基づいて投影手段の状態を調節するので、照明装置の光射出特性に適合するように状態を調節した投影手段によって、感光性基板の高精度な露光が可能になる。つまり、固体光源の製造誤差や個体差等に対応して投影手段を調節することにより露光精度を高めることができる。
【００２４】
第１５の発明に係る露光装置は、第１４の発明の露光装置において、投影状態調節手段は、入力手段に入力された結果に基づいて、投影手段の結像特性を調節することを特徴とする。この装置では、入力された光射出特性に基づいて投影手段の色収差等の結像特性やその製造誤差等を補正することができるので、照明装置の光射出特性に適合する高精度の露光が可能になる。
【００２５】
第１６の発明に係る露光装置は、第１３，１５の発明の露光装置において、光射出特性が、照明装置から射出される照明光の波長及び強度のうち少なくとも一方を含み、結像特性が、色収差、フォーカス状態及びディストーションのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする。この装置では、検出され或いは予め入力された照明光の波長や強度に基づいて投影手段の色収差、フォーカス状態及びディストーションを照明装置の特性に応じて適宜補正することができる。
【００２６】
第１７の発明に係る露光装置は、マスクを照明するための照明光を発生する複数の固体光源をそれぞれ直列に接続した複数の直列光源ユニットを含む照明装置と、照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンをステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段とを備える。
【００２７】
上記露光装置では、照明装置がマスクを照明するための照明光を発生する複数の固体光源をそれぞれ直列に接続した複数の直列光源ユニットを含むので、直列光源ユニット単位で駆動することによって発光状態等の制御が簡易でかつ比較的精密なものとなる。また、直列光源ユニット単位でメンテナンスや交換が可能になり、メンテナンスや交換の作業性を向上させコストを低減することができる。
【００２８】
第１８の発明に係る露光装置は、第１７の発明の露光装置において、照明装置は、当該照明装置を構成する少なくとも１つの固体光源の動作不良が発生した場合に、残存して動作する他の固体光源に供給する電力を調節する電力調節手段をさらに備える。この装置では、動作不良が発生した固体光源による光量損失を補うように残存して動作する他の固体光源を動作させることができ、波長変化も少なく抑えることができる。
【００２９】
第１９の発明に係る露光装置は、第１８の発明の露光装置において、照明装置から射出される照明光の強度を、電力調節手段を介して一定に保持する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする。この装置では、照明装置によるマスクの照明を一定に維持して露光精度を高めることができる。
【００３０】
第２０の発明に係る露光装置は、第１７〜１９の発明の露光装置において、複数の直列光源ユニットが、並列に接続されており、単一の電源回路から供給される電力によって動作するとともに、電力調整手段が、電源回路の出力を制御することを特徴とする。この装置では、単一の電源回路によって各直列光源ユニットを簡易に制御することができ、簡易な光源によって高精度の照明光を発生させることができる。
【００３１】
第２１の発明に係る露光装置は、第１７〜２０の発明の露光装置において、照明装置を構成する各固体光源の出力を検出するモニタ手段を備えることを特徴とする。この装置では、各固体光源の状態を個別に管理することができ、各固体光源の出力管理が容易である。
【００３２】
第２２の発明に係る露光装置は、第２１の発明の露光装置において、モニタ手段が、各固体光源に付属して設けたフォトダイオードであることを特徴とする。この装置では、付属のフォトダイオードを利用して簡易な管理が可能である。
【００３３】
第２３の発明に係る露光装置は、第１７〜２０の発明の露光装置において、照明装置を構成する各固体光源の動作不良を検出するモニタ手段を備えるとともに、当該モニタ手段は、複数の直列光源ユニットのインピーダンス変化を検出する監視回路であることを特徴とする。この装置では、簡単な監視回路によって各固体光源の状態変化を監視することができる。
【００３４】
第２４の発明に係る露光装置は、第２３の発明の露光装置において、監視回路は、複数の直列光源ユニットに電力を供給する際の電流変化又は応答特性または通電時の容量変化に基づいて固体光源の動作不良を検出することを特徴とする。この装置では、直列光源ユニットの動作時の電流変化や試験的な通電に対するインピーダンス応答によって照明光の強度を調節することができる。
【００３５】
第２５の発明に係る露光装置は、第１７〜２４の発明の露光装置において、各直列光源ユニットの許容最大電圧が２００（Ｖ）であることを特徴とする。この装置では、直列光源ユニットに過大な電圧を印加する必要がなく、制御性、安全性を高めることができる。
【００３６】
第２６の発明に係る露光装置は、第１７〜２４の発明の露光装置において、照明装置が、直列光源ユニットをｎ個含み、各直列光源ユニットの許容最大電流が２００／ｎ（Ａ）であることを特徴とする。この装置では、直列光源ユニットに過大な電流を印加する必要がなく、制御性、安全性を高めることができる。
【００３７】
第２７の発明に係る露光装置は、照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、照明装置から射出された照明光を絞ってステージに支持された感光性基板上に存在する所定の被露光領域に入射させる照射領域設定手段とを備えることを特徴とする。
【００３８】
上記露光装置では、照射領域設定手段が固体光源を含む照明装置から射出された照明光を絞ってステージに支持された感光性基板上の所定の被露光領域に入射させるので、簡単な構造で制御が容易である固体光源によって、感光性基板の周辺露光が可能になる。なお、固体光源を用いた場合、長い発光寿命と高い発光効率とを達成することができ、照明光の波長の任意性を極めて高めることができる。
【００３９】
第２８の発明に係る露光装置は、第２７の発明の露光装置において、照射領域設定手段が、レンズ及びマスクの少なくとも一方を含むことを特徴とする。この装置では、感光性基板上の所望領域のみを正確に露光することができる。
【００４０】
第２９の発明に係る露光装置は、第２７，２８の発明の露光装置において、照明装置が、照明光をそれぞれ発生する複数の固体光源を含むことを特徴とする。この装置では、複数の固体光源からの照明光によって所望の光量を確保することができる。
【００４１】
第３０の発明に係る露光装置は、第２９の発明の露光装置において、照明装置が、複数の固体光源を２次元的に配列した光源ユニットからなることを特徴とする。この装置では、２次元的な擬似面光源状の光源ユニットを用いるので、十分な照明強度を確保しつつ、一様な露光が可能になる。また、光源ユニットとして取り扱い性を確保することができる。
【００４２】
第３１の発明に係る露光装置は、第２７〜３０の発明の露光装置において、照明装置は、照明光を２０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度で感光性基板上に入射させることを特徴とする。この場合、実用上十分なスループットを確保することができる。
【００４３】
第３２の発明に係る照明装置は、露光装置用のものであり、照明光を発生する複数の固体光源をそれぞれ直列に接続した複数の直列光源ユニットと、複数の直列光源ユニットを並列に駆動する光源駆動回路とを備える。
【００４４】
上記照明装置では、照明装置が複数の直列光源ユニットとこれらを並列に駆動する光源駆動回路とを含むので、光源を複数化した直列光源ユニット単位で駆動・制御することができ、発光状態等の制御が簡易でかつ比較的精密なものとなる。また、直列光源ユニット単位でメンテナンスや交換が可能になり、メンテナンスや交換の作業性を向上させコストを低減することができる。
【００４５】
第３３の発明に係る照明装置は、第３２の発明の照明装置において、各光源駆動回路が、対応する直列光源ユニットを構成する複数の固体光源のうちの少なくとも１つの固体光源の動作不良が発生した場合に、残存して動作する他の固体光源に供給する電力を調節することを特徴とする。この装置では、動作不良が発生した固体光源による光量損失を補うように残存して動作する他の固体光源を動作させることができ、波長変化も少なく抑えることができる。
【００４６】
第３４の発明に係る照明装置は、第３３の発明の照明装置において、各光源駆動回路が、各直列光源ユニットから射出される照明光の強度を一定に保持することを特徴とする。この装置では、照明装置によるマスクの照明強度を一定に維持して露光精度を高めることができる。
【００４７】
第３５の発明に係る露光方法は、第１〜３１の露光装置を用いた露光方法において、被露光面または被露光面と光学的に共役な位置に配置されたマスクを照明装置によって照明する照明工程と、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。
【００４８】
上記露光方法では、上述の露光装置を用いるので、固体光源からの十分な照明強度で露光を行うことができるとともに、照明装置の部分を長時間に亘って効率よく動作させることができる。さらに、特性制御手段が照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を投影条件に応じて制御するので、投影条件に適合するマスクの照明すなわち感光性基板の高精度な露光が可能になる。
【００４９】
【発明の実施の形態】
〔第１実施形態〕
図１は、第１実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置１０は、照明光源装置２と、照明光学系４と、マスクステージ５と、投影光学系６と、プレートステージ７と、主制御系８とを備え、プレート（感光性基板）ＰＬ上にマスクＭＡの像を投影することによって露光処理を行う。
【００５０】
ここで、照明光源装置２は、固体光源ユニット２１と、コリメートレンズ２２と、光源駆動装置２４と、温度調節装置２６と、照明光検出部２７とを備え、露光用の単色の照明光を発生する。このうち固体光源ユニット２１は、コリメートレンズ２２の前側焦点位置に配置されて、後述するように、光源駆動装置２４から供給される駆動電流によって適当な輝度で発光する。固体光源ユニット２１は、従来の高圧水銀ランプに代わるものであり、発光ダイオード（ＬＥＤ）のパッケージである単位固体光源をアレイ状に配列した発光ダイオードアレイにより構成され、基準光軸ＡＸ方向に垂直な方向に一定の面状の広がりを有する擬似面光源ＱＳＩを形成する。
【００５１】
コリメートレンズ２２は、固体光源ユニット２１の擬似面光源ＱＳＩの各部から射出された照明光を、略平行光として照明光学系４のフライアイレンズ４１に入射させる。
【００５２】
光源駆動装置２４は、主制御系８からの指示に基づいて、固体光源ユニット２１を構成する各発光ダイオードアレイに適当な電流を供給し、各発光ダイオードアレイを所望の輝度で発光させる。
【００５３】
図２は、固体光源ユニット２１及び光源駆動装置２４の回路構成の一例を説明する図である。固体光源ユニット２１は、複数の直列光源ユニット２１（１），２１（２），…，２１（ｎ−１），２１（ｎ）からなり、各直列光源ユニット２１（１），２１（２），…，２１（ｎ−１），２１（ｎ）は、電圧源を含む光源駆動装置２４によって並列に駆動される。これにより、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）を一括してその点滅状態及び輝度を制御することができる。なお、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）ごとに光源駆動装置を設けることもできる。この場合、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）単位で、これらを構成する発光ダイオードＥＤの点滅状態と輝度が調節される。
【００５４】
図１に戻って、温度調節手段である温度調節装置２６は、例えば図２の直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）ごとに設けたペルチエ素子等を含むヒータや冷却部である温調部２６ａと駆動回路２６ｂとからなる。なお、温調部２６ａは、固体光源ユニット２１全体を支持する部材に設けた単一のヒータ若しくは冷却部とすることもできる。温度調節装置２６は、主制御系８からの指示に基づいて、固体光源ユニット２１を構成する各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）を冷却又は加熱して所望の温度に維持し、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）の発光特性を所望の状態に維持する。
【００５５】
照明光検出部２７は、ビームスプリッタ２７ａと、レンズ２７ｂと、光センサ２７ｃと、センサ計測処理部２７ｄとを備える。固体光源ユニット２１とコリメートレンズ２２との間に配置されたビームスプリッタ２７ａは、照明光のうち例えば約２％をサンプリング用に反射し、レンズ２７ｂを介して光センサ２７ｃに入射させる。光センサ２７ｃは、照明光の波長域で入射光の強度に応じた電気信号を発生する例えばフォトダイオード等の光電変換手段であり、その光量検出出力は、センサ計測処理部２７ｄに出力されて照明光の光量制御に利用される。この際、主制御系８は、例えばセンサ計測処理部２７ｄの出力に基づいて光源駆動装置２４に出力制御信号を出力し、さらに、温度調節装置２６に温度制御信号を出力する。光源駆動装置２４は、この出力制御信号に基づいて固体光源ユニット２１の駆動電力を制御し、例えば適正な照度すなわち露光量が確保されるようにする。また、温度調節装置２６は、温度制御信号に基づいて固体光源ユニット２１の温度を調節し、例えば適正な波長による露光が実行されるようにするとともに、適正な露光量が確保されるようにする。つまり、照明光の波長分布及び光量を目標値に保持するフィードバック制御が可能になる。
【００５６】
なお、光センサ２７ｃに代えて分光光度計を配置すれば、固体光源ユニット２１が発生する照明光の波長分布を計測することができる。また、レンズ２７ｂ及び光センサ２７ｃ間に適当な特性のバンドパスフィルタ等を挿入することにより、照明光の特定波長における輝度を計測することもできる。以上の場合、照明光のピーク波長や分布特性を目標値に保持するフィードバック制御が可能になる。
【００５７】
照明光学系４は、フライアイレンズ４１と、開口絞り４２と、ミラー４３と、コンデンサーレンズ系４４とを備え、マスクＭＡに対して波面分割重畳型のケーラー照明を可能にする。なお、この照明光学系４と上述の照明光源装置２とを組み合わせることによって照明装置が構成される。
【００５８】
フライアイレンズ４１は、正の屈折力を有する多数のレンズエレメントをその光軸が基準光軸ＡＸと平行になるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。フライアイレンズ４１を構成する各レンズエレメントは、マスクＭＡ上において形成すべき照野の形状、ひいてはプレートＰＬ上において形成すべき露光領域の形状とほぼ相似な矩形状の断面を有する。また、フライアイレンズ４１を構成する各レンズエレメントの入射側の光学面は入射側に凸面を向けた球面状に形成され、射出側の光学面は射出側に凸面を向けた球面状に形成されている。
【００５９】
したがって、フライアイレンズ４１に入射した光束は、多数のレンズエレメントにより波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には、固体光源ユニット２１の一組の発光部（擬似面光源ＱＳＩ）に対応する擬似面状の光源像がそれぞれ形成される。すなわち、フライアイレンズ４１の後側焦点面には、多数の擬似面光源像を２次元的に配列した多重の面光源すなわち２次光源像が形成される。
【００６０】
フライアイレンズ４１の後側焦点面に形成された２次光源像からの光束は、その近傍に配置されたσ絞りとも呼ばれる開口絞り４２を通過する。開口絞り４２は、後述する投影光学系６の入射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、２次光源像のうち照明に寄与する範囲を規定するための可変開口部を有する。この可変開口部の開口径を変化させることにより、照明条件を決定する重要なファクタであるσ値（投影光学系６の瞳面の開口ＥＰの径に対するその瞳面上での２次光源像の口径の比）を所望の値に設定することができる。
【００６１】
なお、フライアイレンズ４１には、固体光源ユニット２１からコリメートレンズ２２を経た照明光が入射するが、この際、照明光を効率的にフライアイレンズ４１に取り込むべく、フライアイレンズ４１の入射側光学面の全体形状を照明光のビーム形状に一致させることが望ましい。
【００６２】
コンデンサ光学系４４は、フライアイレンズ４１の各レンズエレメントの後側焦点面に形成された２次光源像から射出される照明光を、それぞれ平行光束としてマスクＭＡ上に入射させる。つまり、フライアイレンズ４１の各レンズエレメントの射出面に形成された多数の２次光源によって、マスクＭＡ上に重畳してケーラー照明が行われるので、マスクＭＡが照明光によって極めて均一に照明される。
【００６３】
マスクステージ５は、マスク駆動部５１に駆動されて基準光軸ＡＸに垂直な面内で２次元的に移動する。マスクステージ５の位置は、マスク駆動部５１に設けたレーザ干渉計等によって計測され、主制御系８に出力される。主制御系８は、この位置情報に基づいてマスク駆動部５１に設けたモータを駆動してマスクＭＡを目標位置に所望の速度で移動させることができる。
【００６４】
投影光学系６は、屈折レンズ等の光学素子で構成されており、照明光によって照明されたマスクＭＡの像を適当な倍率でプレートＰＬ上に投影する。なお、この投影光学系６の瞳面に設けた可変の開口ＥＰは、照明光学系４に設けた開口絞り４２と光学的に共役な配置となっている。
【００６５】
プレートステージ７は、プレート駆動部７１に駆動されて基準光軸ＡＸに垂直な面内及び基準光軸ＡＸに沿って３次元的に移動する。プレートステージ７の位置は、プレート駆動部７１に設けたレーザ干渉計やフォーカスセンサ（不図示）等によって計測され、主制御系８に出力される。主制御系８は、この位置情報に基づいてプレート駆動部７１に設けたモータを駆動してプレートＰＬを目標位置に所望の速度で移動させることができ、プレートＰＬ上に投影されるマスクＭＡの像の結像位置や結像状態を調節することができる。
【００６６】
なお、プレートステージ７の一部には、センサ７２ａとセンサ計測処理部７２ｂとからなる照度検出部７２が設けられている。この照度検出部７２からの検出信号は、後述する照明光の輝度や露光量の制御のため主制御系８に出力される。
【００６７】
また、プレートステージ７の一部には、像光検出部７４が設けられている。この像光検出部７４は、レンズ７４ａと、イメージセンサ７４ｂと、センサ計測処理部７４ｃとからなる。プレートステージ７を適宜移動させて、投影光学系６の下方に形成されるマスクＭＡの投影像すなわちパターン像の適所に像光検出部７４を位置合わせすることにより、イメージセンサ７４ｂが投影像の適当な部位の画像を取り込む。イメージセンサ７４ｂは、ＣＣＤ撮像素子等の撮像手段であり、その画像検出出力は、センサ計測処理部７４ｃに出力され照明光の波長制御若しくは光量制御に用いられる。この際、主制御系８は、センサ計測処理部７４ｄの出力に基づいて投影光学系６の色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性を検出する。なお、色収差の計測に際しては、レンズ７４ａ及びイメージセンサ７４ｂ間に適当な特性のバンドパスフィルタ等を挿入することにより、検出画像の差異の比較が可能になる。以上のようにして得た投影光学系６の結像特性は、以下に詳述するが、主制御系８によって光源駆動装置２４を介して固体光源ユニット２１の駆動電力を制御する際に利用され、或いは、温度調節装置２６を介して固体光源ユニット２１の温度を制御する際に利用される。
【００６８】
主制御系８は、照明光源装置２、マスクステージ５、プレートステージ７等を適当なタイミングで動作させて、プレートＰＬ上の適所にマスクＭＡの像を投影するとともに投影位置を変更しながら露光を繰り返す、いわゆるステップ・アンド・リピート型の露光処理を行う。この際、主制御系８は、特性制御手段として、センサ計測処理部２７ｄ，７４ｃの出力に基づいて光源駆動装置２４及び温度調節装置２６を動作させて、固体光源ユニット２１の動作状態を制御する。なお、主制御系８にはハードディスク等の記憶装置が内臓されており、この記憶装置内には露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、プレートＰＬの露光を行う上で必要となる処理及びその処理順が記憶されており、この処理毎に、プレートＰＬ上に塗布されているレジストに関する情報（例えば、レジストの分光特性）、必要となる解像度、使用するマスクＭＡ、照明光学系の補正量（照明光学特性情報）、投影光学系の補正量（投影光学特性情報）、及び基板の平坦性に関する情報等（所謂、レシピデータ）が含まれている。
【００６９】
以下、図１等に示す第１実施形態に係る露光装置１０の動作について説明する。固体光源ユニット２１からは、発光ダイオードＥＤに固有の単色の照明光が出力される。固体光源ユニット２１からの光束は、コリメートレンズ２２によりほぼ平行な光束に変換された後、オプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ４１に入射する。フライアイレンズ４１に入射した光束は波面分割され、各レンズエレメントの後側焦点面には２次光源像が形成される。各２次光源からの光束は、その近傍に配置された開口絞り４２を通過し、ミラー４３を介してコンデンサ光学系４４の集光作用を受けた後、所定のパターンが形成されたマスクＭＡを重畳的に均一照明する。マスクＭＡのパターンを透過した光束は、投影光学系６を介して、感光性基板であるプレートＰＬ上にマスクパターンの像を形成する。そして、投影光学系６の光軸すなわち基準光軸ＡＸと直交する平面内においてプレートＰＬを二次元的に駆動制御しながら一括露光を行うことにより、プレートＰＬの各露光領域にマスクＭＡのパターンが逐次露光される。
【００７０】
この際、主制御系８は、照度センサ７２からの出力に基づいて、固体光源ユニット２１の輝度及び点灯時間を制御し、適正な照度さらには露光量が確保されるようにする。
【００７１】
また、主制御系８は、センサ計測処理部２７ｄ，７２ｂ，７４ｃの出力に基づいて、光源駆動装置２４及び温度調節装置２６を動作させて、固体光源ユニット２１の動作状態を波長や輝度に関して制御する。
【００７２】
図３は、固体光源ユニット２１を構成する発光ダイオードＥＤの動作特性を概念的に説明するグラフである。図３（ａ）、（ｂ）は発光ダイオードＥＤの電力特性を示し、図３（ｃ）、（ｄ）は発光ダイオードＥＤの温度特性を示す。なお、図３（ａ）、（ｂ）において発光ダイオードＥＤの温度は一定とし、図３（ｃ）、（ｄ）において発光ダイオードＥＤへの供給電力は一定としている。図３（ａ）から明らかなように、一定温度に保たれた発光ダイオードＥＤへの供給電力を増加させることによって、発光ダイオードＥＤの出力すなわち輝度が上昇する。また、図３（ｃ）から明らかなように、駆動電力を一定に保った発光ダイオードＥＤの温度を増加させることによって、発光ダイオードＥＤの出力すなわち輝度が徐々に低下する。さらに、図３（ｄ）から明らかなように、一定温度に保たれた発光ダイオードＥＤへの供給電力を増加させることによって、発光ダイオードＥＤのピーク波長が徐々に上昇する。以上をまとめると、発光ダイオードＥＤの温度及び駆動電力のいずれか一方を一定に保って他方を変化させれば、発光ダイオードＥＤの輝度を一定範囲内で任意の状態に制御することができる。さらに、発光ダイオードＥＤの駆動電力を一定に保って温度を変化させれば、発光ダイオードＥＤのピーク波長を一定範囲内で任意の状態に制御することができる。この際、発光ダイオードＥＤの駆動電力を適宜調節すれば、発光ダイオードＥＤの輝度を一定に保ったままで、発光ダイオードＥＤのピーク波長を一定範囲内で任意の状態に制御することができる。
【００７３】
以上の説明は発光ダイオードＥＤについてのものであったが、これらを組み合わせた直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）ひいては固体光源ユニット２１ついても同様の現象が当てはまり、一般的には、発光ダイオードＥＤの温度を一定に保って駆動電力を変化させれば、発光ダイオードＥＤの輝度のみを独立して調節することができ、発光ダイオードＥＤの温度及び駆動電力を適当なバランスで変化させれば、発光ダイオードＥＤのピーク波長のみを独立して調節することができる。以上のような動作特性若しくは光射出特性は、予め固体光源ユニット２１を計測すること等によって管理されており、このようなデータは、主制御系８中に固体光源ユニット２１の光射出特性テーブルとして書き換え可能に保管されている。
【００７４】
上記の光射出特性テーブルを用いれば、固体光源ユニット２１から射出すべき照明光のピーク波長や輝度（強度）を目標値に設定してマスクＭＡを所望の状態で照明することができ、投影光学系６によってプレートＰＬ上に投影される像光のピーク波長や輝度を目標値に設定することができる。一方、投影光学系６によってプレートＰＬ上に形成される投影像の結像状態は、照明光源装置２から射出される照明光のピーク波長や輝度に依存して変化することが分かっている。よって、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度を積極的に調節することによって、投影光学系６の色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性を適宜変更することができる。以上のような結像特性は、予め投影光学系６を計測すること等によって管理されており、このようなデータは、主制御系８中に投影光学系６の結像特性テーブルとして書き換え可能に保管されている。
【００７５】
具体的な内容について説明すると、例えば投影光学系６について、着目する第１波長と第２波長との両波長に関する標準的結像位置の差が第１波長を基準として一群のデータとして記憶されており、照明光のピーク波長や輝度を微調整することによって上記結像位置の差（結像位置の分散）がどの程度変化するかが予め記憶されている。これにより、投影光学系６が当初から、或いは照射による温度変化、経時変化等によって色収差を有する場合であっても、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度が最適となるなるように固体光源ユニット２１を動作させてこのような色収差を実質的に解消することができる。
【００７６】
また、投影光学系６について、標準的ピーク波長や輝度を基準として照明光のピーク波長や輝度を微調整することによって結像位置がどの程度変化するかが予め記憶されている。これにより、投影光学系６が当初から、或いは照射による温度変化、経時変化等によってフォーカスズレを有する場合であっても、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度が最適となるなるように固体光源ユニット２１を動作させてこのようなフォーカスズレを実質的に解消することができる。
【００７７】
また、投影光学系６について、標準的ピーク波長や輝度を基準として照明光のピーク波長や輝度を微調整することによってディストーションがどのように変化するかが予め記憶されている。これにより、投影光学系６が当初から、或いは照射による温度変化、経時変化等によってディストーションが増加する場合であっても、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度が最適となるなるように固体光源ユニット２１を動作させてこのようなディストーションの増加を実質的に解消することができる。
【００７８】
以上の動作において、光源駆動装置２４によって固体光源ユニット２１を所望の電力で発光させつつ温度調節装置２６によって固体光源ユニット２１を所望の温度に調節するが、この際、センサ計測処理部２７ｄ等の出力を利用して照明光の波長及び輝度をリアルタイムで監視し、目標値にロックするフィードバック制御も可能である。
【００７９】
なお、以上の説明では、色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性を照明光のピーク波長や輝度のみで調節するものとしてして説明したが、このような結像特性は、投影光学系６に組み込んだ調整機構によっても調整できる。さらに、固体光源ユニット２１から射出される照明光のピーク波長や輝度の調整と、投影光学系６に組み込んだ調整機構との併用によっても、投影光学系６の結像特性を調節することができる。
【００８０】
ところで、プレートＰＬ上に塗布されているレジストの感光特性は、照明光源装置２から射出される照明光のピーク波長や輝度に依存して変化することが分かっている。よって、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度を積極的に調節することによって、レジストに対する露光の効果を適宜変更することができる。以上のような感光特性若しくは露光効果は、予め各種レジストを計測すること等によって調査・蓄積されており、このようなデータは、主制御系８中に投影光学系６の感光特性テーブルとして書き換え可能に保管されている。
【００８１】
具体的な内容について説明すると、例えば複数種のレジストについて、標準的ピーク波長や輝度を基準として照明光のピーク波長や輝度を微調整することによって現像後の残留量に相当する露光効果がどのように変化するかが予め記憶されている。これにより、レジストの種類を変更した場合に、固体光源ユニット２１からの照明光のピーク波長や輝度が最適となるなるように固体光源ユニット２１を動作させて、このようなレジスト交換にともなう露光効果の差を実質的に解消して、整合性の高い高精度の露光を可能にする。
【００８２】
以上の説明では、固体光源ユニット２１を複数の直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）で構成し、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）単位で動作を制御したが、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）を構成する発光ダイオードＥＤ単位で動作を制御することもできる。この場合、光源駆動装置２４は、光ダイオードＥＤ単位で動作する電源回路からなり、固体光源ユニット２１を構成する発光ダイオードＥＤを個別に点灯又は消灯することができるので、発光ダイオードＥＤの点灯数を利用して固体光源ユニット２１からの照明光の輝度を調節することもできる。
【００８３】
〔第２実施形態〕
図４は、第２実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置１１０は、照明光源装置１０２と、照明光学系４と、マスクステージ５と、投影光学系１０６と、プレートステージ７と、主制御系８とを備え、プレートＰＬ上にマスクＭＡの像を投影することによって露光処理を行う。なお、第２実施形態の露光装置は、第１実施形態の露光装置を一部変更したものであり、同一部分には同一の符号を付して重複説明を省略する。
【００８４】
この場合、照明光源装置１０２は、図１に示す第１実施形態の場合と異なり、固体光源ユニット２１の温度を調節するための温度調節装置２６を特に設けていない。ただし、固体光源ユニット２１の温度を一定に保つような温度調節装置を設けても不都合を生じるものではない。なお、固体光源ユニット２１は、第１実施形態では説明しなかったが、交換可能であり、寿命が来て劣化が進んだ場合等においては、同一又は等価の固体光源ユニットに交換することができる。
【００８５】
また、投影光学系１０６は、複数のレンズ要素Ｌ１〜Ｌｎを内臓し、これらのレンズ要素Ｌ１〜Ｌｎのうち特定のものには、投影状態調節手段としてレンズ制御用のアクチュエータＡＣ（１）〜ＡＣ（ｋ）が付属する。各アクチュエータＡＣ（１）〜ＡＣ（ｋ）は、ピエゾ素子等からなり、レンズ駆動回路６２に駆動されて各レンズ要素Ｌ１〜Ｌｎの光軸方向の位置や光軸に対する傾斜角を微調整することによって、投影光学系１０６の結像特性を微調整することができる。具体的には、レンズ駆動回路６２に適当な指令信号を出力することによって、各アクチュエータＡＣ（１）〜ＡＣ（ｋ）を適宜動作させることができ、投影光学系１０６の色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性を適宜補正することができる。
【００８６】
主制御系８は、第１実施形態では明示しなかったか、外部に入力手段である入力装置８１を備えており、さらに、内部に記憶装置８３を備えている。後者の記憶装置８３には、固体光源ユニット２１に関し、標準的ピーク波長や輝度を基準として照明光のピーク波長や輝度等の光射出特性が変動することによって、投影光学系６の色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性がどの程度変化するかが、予め計測した結果に基づいて結像特性テーブルとして書き換え可能に保管されている。さらに、記憶装置８３には、投影光学系６に関し、各レンズ要素Ｌ１〜Ｌｎが移動することによって、色収差、フォーカス状態、ディストーション等の結像特性がどの程度補正されるかが、予め計測した結果に基づいて補正テーブルとして書き換え可能に保管されている。つまり、記憶装置８３に保持された上記結像特性テーブル及び補正テーブルを適宜組み合わせることにより、固体光源ユニット２１が発生する照明光のピーク波長や輝度の変動を相殺するために各レンズ要素Ｌ１〜Ｌｎを移動させるべき量を算出することができる。
【００８７】
以上において、照明光のピーク波長や輝度等を含む光射出特性の変動は、固体光源ユニット２１の交換に際して、交換前後における一対の固体光源ユニット２１の個体差によって生じる。また、照明光の光射出特性の変動は、固体光源ユニット２１の出力のドリフトや経時変化によっても生じる。よって、固体光源ユニット２１の交換に際して、新しい固体光源ユニット２１について予め測定した光射出特性を例えば標準値からの差であるオフセット量として入力装置８１を介して入力することによって、記憶装置８３に保持された各種テーブルに基づいて投影光学系６を構成する各レンズ要素Ｌ１〜ＬｎのうちアクチュエータＡＣ（１）〜ＡＣ（ｋ）が付属するものの駆動量を与えることができ、固体光源ユニット２１の交換に伴って色収差、フォーカス状態、ディストーション等が増加することを未然に防止することができる。また、固体光源ユニット２１の交換に際して、新しい固体光源ユニット２１の光射出特性を光検出手段である照明光検出部２７で検出することにより、記憶装置８３に保持された各種テーブルに基づいて投影光学系６を構成する各レンズ要素Ｌ１〜Ｌｎの駆動量を与えることができ、固体光源ユニット２１のドリフト、経時変化に伴って色収差、フォーカス状態、ディストーション等が増加することを未然に防止することができる。
【００８８】
図５は、固体光源ユニット２１の光射出特性を予め計測する装置を説明する図である。この計測装置１２９は、露光装置１１０とは別に設けられており、レンズ１２９ａと、光センサ１２９ｂと、センサ計測処理部１２９ｃと、光源駆動装置１２９ｄと、温調部１２９ｅと、駆動回路１２９ｆとを備える。固体光源ユニット２１は、温調部１２９ｅ及び駆動回路１２９ｆによって適当な温度に保持されるとともに光源駆動装置１２９ｄによって適当な電力が供給されて照明光を射出する。固体光源ユニット２１からの射出光は、レンズ１２９ａを経て光センサ１２９ｂに入射し、センサ計測処理部１２９ｃから照明光の輝度が出力される。この際、レンズ１２９ａ及び光センサ１２９ｂ間に適当な特性のバンドパスフィルタ等を挿入することにより、照明光の特定波長における輝度を計測することができる。これにより、所望の温度及び駆動電力で動作する固体光源ユニット２１から射出される照明光の輝度やピーク波長等の光射出特性が検出される。つまり、計測した固体光源ユニット２１の光射出特性を標準的な固体光源ユニット２１に対する個体差として計測することができる。このような個体差は、オフセット量として管理され、固体光源ユニット２１の交換に際して、入力装置８１を介して光射出特性のオフセット量として主制御系８に入力され記憶装置８３に保存される。
【００８９】
一方、固体光源ユニット２１の交換に際しては、新しい固体光源ユニット２１の光射出特性を図５に示す計測装置１２９によって計測する代わりに、照明光検出部２７で直接検出することもできることは既に述べたとおりである。この場合、照明光検出部２７ではなく、照度検出部７２や像光検出部７４によって、新しい固体光源ユニット２１の光射出特性を計測することもできる。
【００９０】
また、以上の説明では、固体光源ユニット２１の個体差やその出力のドリフトや経時変化によって、固体光源ユニット２１の光射出特性が変動し、このような変動を投影光学系６の結像特性の変動に換算してアクチュエータＡＣ（１）〜ＡＣ（ｋ）で結像特性の変動を補正するものとしている。しかしながら、投影光学系６の結像特性の補正は、アクチュエータＡＣ（１）〜ＡＣ（ｋ）のみに限らず、投影光学系６の各レンズ要素Ｌ１〜Ｌｎに設けたスペーサ等の粗調整機構を併用して行うこともできる。
【００９１】
〔第３実施形態〕
図６は、第３実施形態に係る露光装置の要部である光源駆動装置２２４の回路構成を説明するブロック図である。なお、第３実施形態は、第２実施形態の露光装置１１０を光源駆動装置２４に関して変更したものである。
【００９２】
固体光源ユニット２１を駆動するための光源駆動装置２２４は、電源回路２２４ａと、電源制御部２２４ｂと、モニタ部２２４ｃとからなる。電源回路２２４ａは、電源制御部２２４ｂからの制御信号に基づいて固体光源ユニット２１に設けた各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に同一の一定電圧を印加してこれらを並列に駆動する。この際、電源制御部２２４ｂは、モニタ部２２４ｃの検出結果に基づいて、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に印加する電圧を微調整する。モニタ部２２４ｃは、コンデンサ２２４ｆと電流計２２４ｇとからなる監視回路であり、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に印加される電圧の変動を監視する。電源制御部２２４ｂに設けた電力調節手段である電力調節部２２４ｊは、電流計２２４ｇの出力が階段状に急変しその変動波形が発光ダイオードＥＤの動作不良を表す固有的なものであるか否か、すなわちインピーダンス変化に起因する過渡的現象が発生したか否かを判断する。発光ダイオードＥＤが動作不良が発生したと判断した場合、電力調節部２２４ｊは、動作不良発光のダイオードＥＤによる減光を補償するように、電源回路２２４ａの出力を上昇させる。これにより、固体光源ユニット２１から常に一定強度の照明光を射出させることができる。なお、光量制御手段である光量制御部２２４ｋは、いずれか１つの発光ダイオードＥＤの動作不良すなわち発光ダイオードＥＤ一個分の光量減少を補うために増加させるべき電圧をデータとして保持している。光量制御部２２４ｋは、電力調節部２２４ｊから動作不良の発生を表す警告信号を受け取った場合には、電力調節部２２４ｊに制御信号を出力して、電源回路２２４ａの出力の目標値を所定量だけ上昇させる。電力調節部２２４ｊでは、この目標値に基づいて各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に印加する電圧を調節し、固体光源ユニット２１から射出される照明光の輝度を一定値に保つ。つまり、実施形態の光源駆動装置２２４を組み込んだ照明光源装置２では、動作不良の発光ダイオードＥＤによる光量損失を補うように残存する他の発光ダイオードＥＤを動作させることができ、照明光源装置２によるマスクＭＡの照明を一定に維持して露光精度を高めることができる。この際、各発光ダイオードＥＤへの通電量が均等に微増するだけであるので、温度増加量に起因する波長変化も少なく抑えることができる。
【００９３】
以上において、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に印加する電圧の許容値を２００（Ｖ）程度に設定する。これにより、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に過大な電圧を印加する必要がなくなり、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）の制御性や動作上の安全性を高めることができる。また、固体光源ユニット２１を構成する直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）の数をｎ個とした場合、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）の許容最大電流を２００／ｎ（Ａ）程度にすることが望ましい。これにより、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に過大な電流を印加する必要がなく、制御性、安全性を高めることができる。
【００９４】
なお、モニタ部２２４ｃは、図６に例示するものに限らず様々な装置を用いることができる。例えば、各直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）を動作させない休止期間中に、直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に試験的な通電を行ってインピーダンス変化を検出することによっても、直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）の何れかで動作不良が発生していることと、その動作不良の個数とを検出することができる。
【００９５】
また、図７に示すように、各発光ダイオードＥＤをこれに付属してモニタ用のフォトダイオードＰＤを個別に設けた固体光源素子ＳＬＤとするならば、直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に発生した動作不良の個数だけでなく、動作不良を生じている直列光源ユニットを具体的に特定することができる。
【００９６】
さらに、固体光源ユニット２１から射出される照明光の全体光量の変動をモニタする光量センサを照明光源装置２や投影光学系６の光路上若しくはその近傍に設けておけば、光量センサの出力が階段状に減少する状態を検出し計数することによって、直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）の何れかで動作不良が発生していることと、その動作不良の個数とを検出することができる。さらに、固体光源ユニット２１の擬似面光源の状態を検出するイメージセンサを設けておけば、直列光源ユニット２１（１）〜２１（ｎ）に発生した動作不良の個数だけでなく、動作不良を生じている直列光源ユニットを具体的に特定することができる。
【００９７】
〔第４実施形態〕
上述の各実施形態において、光源として、複数個の固体光源と各固体光源に対応して設けられた複数の光ファイバ等のライトガイドとを組み合わせたファイバ光源を用いても良い。この場合には、第１〜第３実施形態の露光装置に組み込まれる固体光源ユニット２１がファイバ光源に変更される。
【００９８】
図８は、固体光源ユニット２１に代わるファイバ光源８０２を示す。ファイバ光源８０２は、固体光源２１ａと各固体光源２１ａに対応して設けられた光ファイバ２１ｄとからなる単位光源を複数個束ね合わせた構造を有する。図８に示すファイバ光源８０２においては、各固体光源２１ａが各光ファイバ２１ｄの入射端に対して光学的に結合されており、各固体光源２１ａから射出される光は、光ファイバ２１ｄの入射端に入射して、面状に配列された光ファイバ２１ｄの射出端２１ｇすなわち擬似面光源から射出される。図９は、図８に示すファイバ光源８０２の変形例を示す。ファイバ光源９０２は、固体光源２１ａと、各固体光源２１ａに対応して設けられたレンズ（集光光学系）２１ｅと、各レンズ２１ｅに対応して設けられた光ファイバ２１ｄとからなる単位光源を複数個束ね合わせた構造を有する。図９に示すファイバ光源９０２においては、各固体光源２１ａが各光ファイバ２１ｄの入射端に対して光学的に結合されており、各固体光源２１ａから射出される光は、レンズ２１ｅに入射して、レンズ２１ｅにより集光されて光ファイバ２１ｄの入射端に入射し、面状に配列された光ファイバ２１ｄの射出端２１ｇすなわち擬似面光源から射出される。以上のようなファイバ光源において、固体光源２１ａを図２等に示す発光ダイオードＥＤと同様に制御することによって、ファイバ光源９０２から所望の輝度及びピーク波長の照明光を発生させることができる。
【００９９】
図８に示すファイバ光源８０２及び図９に示すファイバ光源９０２においては、適切な開口数を有する光ファイバ２１ｄを用いることにより、通常楕円断面を有する固体光源２１ａのビームプロファイルＢＰ０（図１０（ａ）参照）を円形断面のビームプロファイルＢＰ１（図１０（ｂ）及び図１０（ｃ）参照）に修正することができる。
【０１００】
図１１は、図９に示すファイバ光源９０２の単位光源、すなわち１つの固体光源２１ａ、それに対応して設けられたレンズ２１ｅ、及び光ファイバ２１ｄの具体的構成例を示す。このファイバ光源９０２においては、固体光源２１ａからのの発散光の内で最大の射出角度を持つ光の開口数（最大の射出角度（半角）の正弦（ｓｉｎ）、以下最大開口数と呼ぶこととする。）をＮＡ１、固体光源２１ａの発光部の大きさ（直径）の最大値をφ、光ファイバ２１ｄが光を取り込むことが可能な角度範囲（半角）の正弦（ｓｉｎ）、いわゆる光ファイバ２１ｄの開口数をＮＡ２、光ファイバ２１ｄの入射端のコア直径をＤとしたとき、
ＮＡ２≧（φ／Ｄ）×ＮＡ１
の条件を満足している。この条件を満足することにより、固体光源２１ａから射出される光を無駄なく光ファイバ２１ｄに取り込むことができ、固体光源７１から射出される光の光量を維持して、光ファイバ２１ｄの射出端から射出させることができる。
【０１０１】
また、固体光源２１ａから射出される光を無駄なく光ファイバ２１ｄに取り込むことができるとともに、このように取り込んだ光の光量を維持しつつ光ファイバ２１ｄ内で伝搬させて、光ファイバ２１ｄの射出端から効率良く射出させることができる。以上において、例えば光ファイバとして石英ファイバを用いる場合、通常
０．３≧（φ／Ｄ）×ＮＡ１
の条件を満足することになる。この条件を満足することにより、固体光源２１ａから射出される光を無駄なく石英ファイバに取り込むことができるとともに、光ファイバ２１ｄに取り込んだ光の光量を維持して、光ファイバ２１ｄの射出端から射出させることができる。
【０１０２】
また、図８に示すファイバ光源８０２及び図９に示すファイバ光源９０２においては、複数個の光ファイバ２１ｄの射出端部分を任意の形に束ね合わせることにより、光源の射出端２１ｇ（擬似面光源）の形状を最適な形状に成形することが可能である。射出端２１ｇは、例えば図１２（ａ）に示すような矩形状に成形することもでき、図１２（ｂ）に示すような形状に成形することもできる。また、図１３に示すように、ファイバ光源８０２、９０２の光ファイバ２１ｄの射出端２１ｇの形状とフライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａの形状とが相似形になるように、複数個の光ファイバ２１ｄから光源の射出端２１ｇを形成することも極めて容易となる。
【０１０３】
また、図１４はファイバ光源８０２、９０２の射出端からフライアイレンズ４１までの構成を示す図、図１５はフライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａにおける入射面の形状を示す図、図１６はファイバ光源８０２，９０２の射出端２１ｇの形状を示す図である。ここで、フライアイレンズ４１の入射面の一方の長さをａ、他方の長さをｂ、複数個の光ファイバ２１ｄを束ね合わせた射出端２１ｇの形状において一方の長さをＡ、他方の長さをＢとする。さらに、コリメートレンズ２２の焦点距離をｆ１、フライアイレンズ４１の焦点距離をｆ２としたとき、
Ａ×ｆ２／ｆ１≦ａ
及び
Ｂ×ｆ２／ｆ１≦ｂ
の関係が成り立つようにする。これにより、光源の射出端２１ｇからの照明光を各フライアイレンズ４１に無駄なく取り込むことができるようになり、照明光のパワー（照明光率）を高めることができる。
【０１０４】
さらに、ファイバ光源がｍ組の光ファイバ光源８０２，９０２で構成される場合（ｍは自然数）、ｍ組の光ファイバ２１ｄから射出される光出力の総量をＷ、光ファイバ２１ｄの射出端のコア直径をｄとしたとき、
［ｍ×｛ｄ（ｆ２／ｆ１）｝^２π／（４×ａ×ｂ）］×Ｗ≧３０（ｍＷ）
の条件を満足することが望ましい。これにより、フライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａに対する光源像の充填率を最適な状態にすることができ、露光装置として実用的な照度を得ることができる。なお、この場合において、光ファイバ２１ｄを束ねた射出端２１ｇの形状とフライアイレンズ４１の１つのエレメント４１ａの形状とは相似形である。
【０１０５】
また、図８に示すファイバ光源８０２及び図９に示すファイバ光源９０２においては、特定の固体光源２１ａについての光ファイバ２１ｄの射出端における時間的に変化する光量の最大値をＰｍａｘ、最小値をＰｍｉｎとしたとき、その光ファイバ７２の射出端における光量の平均リップル幅ΔＰは、
ΔＰ＝（Ｐｍａｘ−Ｐｍｉｎ）／（Ｐｍａｘ＋Ｐｍｉｎ）
により算出される。ここで、フライアイレンズ４１の入射端において要求される光量のリップル幅をΔＷとしたとき、固体光源２１ａの数ｎは
ｎ≧（ΔＰ／ΔＷ）^２
の条件を満たすものとできる。この条件を満足することにより、つまり、固体光源２１ａの数ｎを（ΔＰ／ΔＷ）^２より多くすることにより、ファイバ光源８０２，９０２を構成する個々の固体光源２１ａから射出される光出力のばらつきが平均化され、その平均化効果によって安定した光出力を有するファイバ光源８０２，９０２を提供することができる。
【０１０６】
また、図８に示すファイバ光源８０２及び図９に示すファイバ光源９０２においては、それぞれの固体光源２１ａの波長、光量等の出力特性に固有のばらつきがある場合、それら出力特性の異なる複数個の固体光源２１ａをファイバ光源の光源として用いることにより光ファイバ２１ｄを束ねた射出端２１ｇにおいて出力特性のばらつきが均一化される。このように均一化された照明光は、さらにフライアイレンズ４１により均一化される。図１７は、各固体光源２１ａの出力特性のばらつきを均一化した状態をグラフ化した図である。それぞれ異なった出力特性を持つ固体光源２１ａを均一化して、グラフ化したものが波長特性ＡＶＥである。このように、出力特性の異なる複数個の固体光源２１ａを組み合わせたものをファイバ光源８０２，９０２に使用した場合において、均一化効果によりピーク波長に関して安定した光出力を有する照明光を得ることができる。なお、この波長特性ＡＶＥは、各固体光源２１ａの温度等を調節することによって波長方向にシフトさせることができ、結果的に、固体光源ユニット２１から射出させる照明光のピーク波長を所望量だけ安定してシフトさせることができる。
【０１０７】
また、露光装置が走査型露光装置である場合に、同期ブラインドを備えてもよい。図１８は、走査型露光装置の構成図である。この露光装置は、投影光学系に対して、マスクステージ及び基板ステージが移動しつつ、マスクＭＡのパターンをプレート上に転写する走査型露光装置であり、同期ブラインド（可動ブラインド機構）９１を有する。その他の点においては、第１の実施の形態にかかる露光装置と同一の構成を有する。
【０１０８】
図１８に示すように、マスクＭＡの近傍には、固定ブラインドＢＬ０と、可動ブラインド機構９１とが配置されており、図１９に示すように、この可動ブラインド機構９１は、４枚の可動ブレードＢＬ１，ＢＬ２，ＢＬ３，ＢＬ４からなる。可動ブレードＢＬ１，ＢＬ２のエッジによって走査露光方向の開口ＡＰの幅が決定され、可動ブレードＢＬ３，ＢＬ４のエッジによって非走査方向の開口ＡＰの長さが決定される。
【０１０９】
固定ブラインドＢＬ０の開口と可動ブラインド機構９１の開口ＡＰとを通過した照明光はマスクＭＡを照射する。つまり、各可動ブレードＢＬ１〜ＢＬ４によって形成される開口ＡＰと固定ブラインドＢＬ０の開口とが重なっている領域についてのみ、マスクＭＡの照明が行われることになる。通常の露光状態においては、固定ブラインドＢＬ０の開口の像がマスクＭＡのパターン面に結像されるが、マスクＭＡ上の特定走査露光領域の周辺すなわち遮光部分の近傍領域の露光が行われる場合、４枚のブレードＢＬ１〜ＢＬ４によって遮光部分の外側に照明光が入射することが防止される。すなわち、マスクステージ５の走査に際して、照明光源装置２から射出される光束とマスクＭＡとの相対位置に関する情報が監視される。この監視情報に基づいて、マスクＭＡ上の特定走査露光領域の露光開始時や露光終了時において遮光部分の近傍領域について露光が行われていると判断した場合、ブレードＢＬ１，ＢＬ２のエッジ位置を移動させ、走査露光方向の開口ＡＰの幅を制御する。これにより、不要なパターン等がプレートに対して転写されるのを防止することができる。なお、この露光装置においては、マスクＭＡ近傍に可動ブラインド機構９１を設けているが、マスクＭＡと共役な位置であれば他の位置に可動ブラインド機構を設けても良い。
【０１１０】
また、露光装置に帯電防止手段を設けるようにしても良い。図２０は、帯電防止手段を備えた露光装置の構成例である。その他の点においては、第１実施形態にかかる露光装置と同一の構成を有する。この露光装置においては、照明光源装置２のうち固体光源ユニット２１を収容する筐体９３と、照明光学系４、投影光学系６等の露光装置本体を収容する筐体９４とが別々に設けられており、両筐体９３，９４が互いに電気的に接続され、さらにアースされている。すなわち、筐体９３と筐体９４とを同電位に保たれている。また、固体光源ユニット２１に電力を供給する電源部９５と露光装置本体に電力を供給する電源部９６とが別々に設けられており、それぞれアースされている。したがって、両電源部９５，９６が互いに独立して相互の干渉を防止できるだけでなく、露光装置本体側からの静電気による固体光源ユニット２１の破損を防止することができる。
【０１１１】
また、上述の各実施形態におけるマスクに替えて、投影すべきパターンを生成する可変パターン生成装置を用いても良い。このような可変パターン生成装置は、自発光型画像表示素子と、非発光型画像表示素子とに大別される。自発光型画像表示素子としては、ＣＲＴ（ｃａｔｈｏｄｅ ｒａｙ ｔｕｂｅ）、無機ＥＬディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ（ＯＬＥＤ：Ｏｒｇａｎｉｃ Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤディスプレイ、ＬＤディスプレイ、電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ：ｆｉｅｌｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｄｉｓｐｌａｙ）、プラズマディスプレイ（ＰＤＰ：Ｐｌａｓｍａ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｐａｎｅｌ）が例としてあげられる。また、非発光型画像表示素子は、空間光変調器 （Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ：以下ＳＬＭと略記する）とも呼ばれ、光の振幅、位相あるいは偏光の状態を空間的に変調する素子であり、透過型空間光変調器と反射型空間光変調器とに分けられる。透過型空間光変調器としては、透過型液晶表示素子（ＬＣＤ：Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）、エレクトロクロミックディスプレイ（ＥＣＤ）などが例としてあげられ、反射型空間光変調器としては、ＤＭＤ（Ｄｅｆｏｒｍａｂｌｅ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ， またはＤｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏ−ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）、反射ミラーアレイ、反射型液晶表示素子、電気泳動ディスプレイ（ＥＰＤ：ＥｌｅｃｔｒｏＰｈｏｒｅｔｉｃ Ｄｉｓｐｌａｙ）、電子ペーパー（または電子インク）、光回折型ライトバルブ（Ｇｒａｔｉｎｇ Ｌｉｇｈｔ Ｖａｌｖｅ）などが例としてあげられる。
【０１１２】
なお、第２実施形態の露光装置にも、同様の可動ブラインド機構９１を設けることができる。
【０１１３】
〔第５実施形態〕
以下、本発明の第５実施形態に係る投影露光方法について説明する。この投影露光方法は、第１〜４実施形態の露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法である。この場合、ウェハ上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る。
【０１１４】
図２１は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスの製造方法を説明するためのフローチャートである。まず、図２１のステップＳ４０において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布され、プレートＰＬである感光性基板が準備される。その後、ステップＳ４４において、上記実施形態に係る露光装置を用いて、マスクＭＡ上のパターンの像がその投影光学系６を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明光源装置２，１０２、照明光学系４等を用いてマスクＭＡを照明することで、投影光学系６を介してマスクＭＡ上のパターンの像がウェハ上に投影され露光転写される。
【０１１５】
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。
【０１１６】
〔第６実施形態〕
図２２は、第１〜４実施形態の露光装置を用いて、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を説明するためのフローチャートである。この場合、ガラス基板上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得る。
【０１１７】
図２２のパターン形成工程（ステップＳ５０）では、この実施の形態の露光装置を用いてマスクのパターンをプレートＰＬである感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）へ移行する。
【０１１８】
次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列され、或いはＲ、Ｇ、Ｂの３本からなるストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。 そして、カラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）の後に、セル組み立て工程（ステップＳ５４）が実行される。このセル組み立て工程では、パターン形成工程（ステップＳ５０）にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネルすなわち液晶セルを組み立てる。
【０１１９】
セル組み立て工程（ステップＳ５４）では、例えば、パターン形成工程（ステップＳ５０）にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程（ステップＳ５２）にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネルを製造する。その後、モジュール組立工程（ステップＳ５６）にて、組み立てられた液晶パネルの表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【０１２０】
〔第７実施形態〕
図２３は、第７実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。この露光装置３１０は、照明光源装置３０２と、プレートステージ３０７と、主制御系３０８とを備え、プレートＰＬの周辺露光処理を行う。
【０１２１】
ここで、照明光源装置３０２は、４つの照明光射出部３２３Ａ〜３２３Ｄと、光源駆動装置２４とを備える。各照明光射出部３２３Ａ〜３２３Ｄは、保持機構３２５に保持されてプレートステージ３０７に対する相対位置や相互の間隔を調整可能になっている。一対の照明光射出部３２３Ａ，３２３Ｂは、固体光源ユニット２１と、プレートＰＬ上における照射領域を設定するマスクである絞り部材３２８ａと、これらを支持するアーム３２８ｄとを備える。このうち固体光源ユニット２１は、光源駆動装置２４から供給される駆動電流によって適当な輝度で発光する。この固体光源ユニット２１は、従来の高圧水銀ランプに代わるものであり、プレートステージ３０７の上面に平行なＸＹ面内で一定の広がりを有する擬似面光源ＱＳＩを形成する発光ダイオードアレイにより構成される。残りの一対の照明光射出部３２３Ｃ，３２３Ｄは、固体光源ユニット２１と、プレートＰＬ上に固体光源ユニット２１の像を投射するレンズ３２８ｂと、固体光源ユニット２１の周囲を囲うとともにレンズ３２８ｂを支持するマスクである絞り部材３２８ｃと、これらを支持するアーム３２８ｄとを備える。
【０１２２】
光源駆動装置２４は、主制御系３０８からの指示に基づいて、固体光源ユニット２１を構成する各発光ダイオードアレイに適当な電流を供給し、各発光ダイオードアレイを所望の輝度で発光させる。なお、図示の例では省略しているが、各固体光源ユニット２１の輝度を監視するフォトダイオード等のモニタを設けることができ、周辺露光における露光光量の制御性を高めることができる。
【０１２３】
図示を省略しているが、一対の照明光射出部３２３Ａ，３２３Ｂの絞り部材３２８ａについては、保持機構３２５に組み込まれた絞り駆動機構によって開閉動作するようになっており、かかる開閉動作によってプレートＰＬ上に投射される照射領域のサイズを調整することができる。また、一対の照明光射出部３２３Ｃ，３２３Ｄのレンズ３２８ｂと固体光源ユニット２１との間隔も適宜調整可能となっており、かかる間隔調整によってプレートＰＬ上に投射される照射領域のサイズを調整することができる。
【０１２４】
プレートステージ３０７は、プレート駆動部７１に駆動されてプレートステージ３０７の上面に平行なＸＹ面内及びこれに垂直な方向に沿って３次元的に移動する。プレートステージ３０７の位置は、プレート駆動部７１に設けたレーザ干渉計やフォーカスセンサ（不図示）等によって計測され、主制御系３０８に出力される。主制御系３０８は、この位置情報に基づいてプレート駆動部７１に設けたモータを駆動してプレートＰＬを目標位置に所望の速度で移動させることができる。つまり、各照明光射出部３２３Ａ〜３２３ＤによってプレートＰＬ上に投影される照射領域を、例えばプレートＰＬ上でＹ軸方向に一定速度で移動させることができる。
【０１２５】
主制御系３０８は、照明光源装置３０２、プレートステージ３０７等を適当なタイミングで動作させて、各照明光射出部３２３Ａ〜３２３Ｄからの射出された照明光を、プレートＰＬ上の適所に露光光としてそのまま入射させる。この際、主制御系３０８は、保持機構３２５等を適宜駆動して各照明光射出部３２３Ａ〜３２３Ｄの位置すなわちプレートＰＬ上における照射領域の配置やサイズを調節する。また、プレート駆動部７１を適宜駆動してプレートＰＬを照明光源装置３０２に対して所望の方向に移動させる走査を行わせる。
【０１２６】
本実施形態の露光装置３１０によれば、照射領域画定手段である絞り部材３２８ａ，３２８ｃやレンズ３２８ｂが、照明装置である照明光源装置３０２から射出された照明光を絞ってプレートステージ３０７上のプレートＰＬに入射させるので、簡単な構造で制御が容易である発光ダイオードによって、プレートＰＬの迅速かつ効率的な周辺露光が可能になる。なお、図示のような装置を用いた場合、プレートＰＬ上において例えば２０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度を確保することができ、効率的な照明が可能になる。
【０１２７】
図２４は、プレートＰＬの走査による周辺露光領域の形成を説明する図である。この場合、照明光源装置３０２に設けた一対の照明光射出部３２３Ａ，３２３Ｂを併せて表示することによって、プレートＰＬと両照明光射出部３２３Ａ，３２３Ｂとの配置関係が図面上で明らかになるようにしている。プレートＰＬの走査によってプレートＰＬ上に形成される周辺露光領域ＰＥ１〜ＰＥ４は、各照明光射出部３２３Ａ〜３２３Ｄの配置及び照射スポットサイズにそれぞれ対応したものとなっている。
【０１２８】
図２５は、周辺露光が完了した状態のプレートＰＬの一例を示す。周辺露光領域ＰＥＦは、パターン領域ＰＡを避けるように形成されている。ここで、周辺露光領域ＰＥＦのうち、Ｘ軸に平行な部分は、ＸＹ面内で図２３のプレートステージ３０７を９０゜回転させることによって形成される。この際、保持機構３２５等を適宜駆動して一対の照明光射出部３２３Ａ，３２３Ｂの間隔をプレートＰＬの寸法に合わせて変更するとともに、一対の照明光射出部３２３Ｃ，３２３Ｄに設けた固体光源ユニット２１を消灯する。
【０１２９】
図２６は、図２４に示す固体光源ユニット２１の変形例を説明する図である。この場合、固体光源ユニット２１に代えてファイバ光源４２１を用いる。ファイバ光源４２１は、発光ダイオードである固体光源２１ａと、各固体光源２１ａに対応して設けられたレンズ２１ｅと、各レンズ２１ｅに対応して設けられた入射ポート部ＩＰを有するファイバ部材４２１ｄとからなる。ファイバ部材４２１ｄは、入射ポート部ＩＰを束ねて他端側で融着または接着した構造を有しており、各固体光源２１ａからの照明光を合波した状態で射出ポート部ＯＰから射出させる構造となっている。なお、射出ポート部ＯＰから射出する照明光は、レンズ３２８ｂ等を介してプレートＰＬ上に入射する。
【０１３０】
以上、実施形態に即して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、上記第１〜第４実施形態では、照明光源装置２，１０２及び照明光学系４をケーラー照明型の構成としているが、これらをクリティカル照明型の照明系とすることもできる。
【０１３１】
また、上記第１〜第４実施形態では、露光装置が基本的に屈折光学系で構成される場合について説明したが、照明光源装置２，１０２、照明光学系４、投影光学系６等は、すべて等価若しくは類似の機能を有する反射光学系或いは反射屈折光学系に置き換え得ることはいうまでもない。
【０１３２】
また、上記第１〜第４実施形態では、照明装置にオプティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ等を用いているが、これに代えて、反射型のフライアイ・インテグレータや、ロッド型又はシリンダ型のインテグレータを用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係る露光装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】固体光源ユニットの回路構成の一例を説明する図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、固体光源ユニットを構成する発光ダイオードの動作特性を概念的に説明するグラフである。
【図４】第２実施形態に係る露光装置の概略構成を示す図である。
【図５】固体光源ユニットの光射出特性を予め計測する装置を説明する図である。
【図６】第３実施形態に係る露光装置の要部である光源駆動装置の回路構成を説明するブロック図である。
【図７】各発光ダイオードに付属してモニタ用のフォトダイオードを個別に設けた固体光源素子の例を説明する図である。
【図８】固体光源ユニットに代わるファイバ光源の構造を示す図である。
【図９】図８のファイバ光源を変形したファイバ光源の構造を示す図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、図８等に示すファイバ光源を用いた場合のビームプロファイルを説明する図である。
【図１１】図９に示すファイバ光源の具体的な構造を説明する図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）は、図８及び図９に示すファイバ光源の射出端の様子を説明する図である。
【図１３】ファイバ光源の射出端の外形をフライアイレンズのレンズエレメントの外形に対して相似にする場合を説明する図である。
【図１４】ファイバ光源の射出端の外形とフライアイレンズのレンズエレメントの外形との関係を説明する図である。
【図１５】ファイバ光源の射出端の外形とフライアイレンズのレンズエレメントの外形との関係を説明する図である。
【図１６】ファイバ光源の射出端の外形とフライアイレンズのレンズエレメントの外形との関係を説明する図である。
【図１７】複数の固体光源からの照明光の合波による均一化の効果を説明する図である。
【図１８】可動ブラインドを用いた走査を行う露光装置について説明する図である。
【図１９】可動ブラインドの構造を説明する図である。
【図２０】帯電防止機能を設けた露光装置について説明する図である。
【図２１】第５実施形態に係るマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図２２】第６実施形態に係るマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【図２３】第７実施形態に係る露光装置の全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２４】プレートの走査による周辺露光領域の形成を説明する図である。
【図２５】プレートの周辺露光が完了した状態の一例を示す図である。
【図２６】図２４に示す固体光源ユニットの変形例を説明する図である。
【符号の説明】
２，１０２…照明光源装置、 ４…照明光学系、 ５…マスクステージ、 ６…投影光学系、 ７…プレートステージ、 ８…主制御系、 １０，１１０，３１０…露光装置、 ２１… 固体光源ユニット、 ＥＤ…発光ダイオード、 ２２…コリメートレンズ、 ２４…電源装置、 ４１…フライアイレンズ、 ４４…コンデンサ光学系、 ５１…マスク駆動部、 ７１…プレート駆動部，ＭＡ…マスク、 ＰＬ…プレート

Claims (35)

1. マスクを照明するための照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、
   前記照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンを前記ステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と、
   前記照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を、前記投影手段の光学特性、前記投影手段の光学特性の変動、及び前記感光性基板の感光特性のうち少なくとも１つを含む投影条件に応じて制御する特性制御手段とを備える露光装置。
2. 前記特性制御手段は、前記投影手段が有している前記光学特性としての結像特性及び当該結像特性に関する製造誤差のうち少なくとも一方に応じて、前記照明装置から射出される照明光の波長及び強度の少なくとも一方を調節することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
3. 前記特性制御手段は、前記投影手段が有している前記光学特性としての結像特性の経時的な変動に応じて、前記照明装置から射出される照明光の波長及び強度のうち少なくとも一方を調節することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
4. 前記投影手段が有している結像特性は、色収差、フォーカス状態及びディストーションのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項２及び請求項３の何れか一項に記載の露光装置。
5. 前記特性制御手段は、前記感光性基板上に塗布されたレジストの特性である前記感光特性に応じて、前記照明装置から射出される照明光の波長及び強度のうち少なくとも一方を調節することを特徴とする請求項１記載の露光装置。
6. 前記照明装置は、前記照明装置を構成する固体光源の温度を調節する温度調節手段を備え、前記特性制御手段は、前記温度調節手段を介して前記固体光源の動作温度を制御することによって当該前記固体光源の発光特性を制御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露光装置。
7. 前記投影手段の前記光学特性を実時間で検出するセンサあるいは、前記光学特性を算出する算出手段をさらに備え、前記特性制御手段は、当該センサの出力あるいは、該演算手段の算出結果に基づいて、前記温度調節手段による前記固体光源の温度調節量を算出することを特徴とする請求項６に記載の露光装置。
8. 前記照明装置は、前記照明装置を構成する固体光源に供給する電力を調節する電力調節手段を備え、前記特性制御手段は、前記電力調節手段を介して前記固体光源への供給電力を制御することによって当該前記固体光源の発光特性を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の露光装置。
9. 前記投影手段の前記光学特性を実時間で検出するセンサあるいは、前記光学特性を算出する算出手段をさらに備え、前記特性制御手段は、当該センサの出力あるいは、該演算手段の算出結果に基づいて、前記電力調節手段よる前記固体光源に対する電力調節量を算出することを特徴とする請求項８に記載の露光装置。
10. 前記照明装置は、複数の固体光源を有するとともに、当該複数の固体光源の点灯数を調節する光源駆動手段をさらに備え、前記特性制御手段は、前記光源駆動手段を介して前記複数の固体光源の点灯または消灯を制御することによって前記照明装置の光射出特性を制御することを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか一項に記載の露光装置。
11. 前記特性制御手段は、前記光源駆動手段を介して前記複数の固体光源の点灯数を変更することによって前記照明装置から射出される照明光の強度を調整するとともに、前記照明装置から射出される照明光の波長を調節することを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の露光装置。
12. マスクを照明するための照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、
    前記照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンを前記ステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と、
    前記照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を検出する光検出手段と、
    前記光検出手段の検出結果に基づいて、前記投影手段の状態を調節する投影状態調節手段と
    を備える露光装置。
13. 前記投影状態調節手段は、前記光検出手段の検出結果に基づいて、前記投影手段の結像特性を調節することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
14. マスクを照明するための照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、
    前記照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンを前記ステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と、
    前記照明装置から射出される照明光に関する当該照明装置の光射出特性を予め計測した結果を入力する入力手段と、
    前記入力手段に入力された結果に基づいて、前記投影手段の状態を調節する投影状態調節手段と
    を備える露光装置。
15. 前記投影状態調節手段は、前記入力手段に入力された結果に基づいて、前記投影手段の結像特性を調節することを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。
16. 前記光射出特性は、前記照明装置から射出される照明光の波長及び強度のうち少なくとも一方を含み、前記結像特性は、色収差、フォーカス状態及びディストーションのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１３及び請求項１５の何れか一項に記載の露光装置。
17. マスクを照明するための照明光を発生する複数の固体光源をそれぞれ直列に接続した複数の直列光源ユニットを含む照明装置と、
    前記照明装置によって照明されたマスクに形成された露光パターンを前記ステージに支持された感光性基板上に投影像として投影する投影手段と
    を備える露光装置。
18. 前記照明装置は、当該照明装置を構成する少なくとも１つの固体光源の動作不良が発生した場合に、残存して動作する他の固体光源に供給する電力を調節する電力調節手段をさらに備える請求項１７に記載の露光装置。
19. 前記照明装置から射出される照明光の強度を、前記電力調節手段を介して一定に保持する光量制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
20. 前記複数の直列光源ユニットは、並列に接続されており、単一の電源回路から供給される電力によって動作するとともに、前記電力調整手段は、前記電源回路の出力を制御することを特徴とする請求項１７乃至請求項１９の何れか一項に記載の露光装置。
21. 前記照明装置を構成する各固体光源の出力を検出するモニタ手段を備えることを特徴とする請求項１７乃至請求項２０の何れか一項に記載の露光装置。
22. 前記モニタ手段は、各固体光源に付属して設けたフォトダイオードであることを特徴とする請求項２１に記載の露光装置。
23. 前記照明装置を構成する各固体光源の動作不良を検出するモニタ手段を備えるとともに、当該モニタ手段は、前記複数の直列光源ユニットのインピーダンス変化を検出する監視回路であることを特徴とする請求項１７乃至請求項２０の何れか一項に記載の露光装置。
24. 前記監視回路は、前記複数の直列光源ユニットに電力を供給する際の電流変化又は応答特性に基づいて固体光源の動作不良を検出することを特徴とする請求項２３に記載の露光装置。
25. 各直列光源ユニットの許容最大電圧が２００（Ｖ）であることを特徴とする請求項１７乃至請求項２４の何れか一項に記載の露光装置。
26. 前記照明装置は、前記直列光源ユニットをｎ個含み、各直列光源ユニットの許容最大電流が２００／ｎ（Ａ）であることを特徴とする請求項１７乃至請求項２４の何れか一項に記載の露光装置。
27. 照明光を発生する固体光源を含む照明装置と、
    前記照明装置から射出された照明光を絞って前記ステージに支持された感光性基板上に存在する所定の被露光領域に入射させる照射領域設定手段と
    を備えることを特徴とする露光装置。
28. 前記照射領域設定手段は、レンズ及びマスクの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項２７に記載の露光装置。
29. 前記照明装置は、照明光をそれぞれ発生する複数の固体光源を含むことを特徴とする請求項２７及び請求項２８の何れか一項に記載の露光装置。
30. 前記照明装置は、前記複数の固体光源を２次元的に配列した光源ユニットからなることを特徴とする請求項２９に記載の露光装置。
31. 前記照明装置は、前記照明光を２０ｍＷ／ｃｍ^２以上の照度で前記感光性基板上に入射させることを特徴とする請求項２７乃至請求項３０の何れか一項に記載の露光装置。
32. 照明光を発生する複数の固体光源をそれぞれ直列に接続した複数の直列光源ユニットと、
    前記複数の直列光源ユニットを並列に駆動する光源駆動回路と
    を備える露光装置用の照明装置。
33. 各光源駆動回路は、対応する直列光源ユニットを構成する前記複数の固体光源のうちの少なくとも１つの固体光源の動作不良が発生した場合に、残存して動作する他の固体光源に供給する電力を調節することを特徴とする請求項３２に記載の照明装置。
34. 各光源駆動回路は、各直列光源ユニットから射出される照明光の強度を一定に保持することを特徴とする請求項３３に記載の照明装置。
35. 請求項１乃至請求項３１の何れか１項に記載の露光装置を用いた露光方法において、
    被露光面または被露光面と光学的に共役な位置に配置された前記マスクを前記照明装置によって照明する照明工程と、
    前記マスクのパターンを前記感光性基板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。

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