JP2005340319A - 光源装置、照明装置、露光装置、露光方法および調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 既存の資産である水銀ランプなどを用いた露光装置に対して、水銀ランプよりも色々な面で優れた性能の固体光源を使用可能にする。
【解決手段】被照射面を照明する照明装置で、集光鏡２の焦点位置とは異なる位置に配置され、且つ所定の発散状態を有する光束を供給する固体光源１０１ａ〜ｄと、固体光源１０１ａ〜ｄからの光束を焦点位置に導き、且つ焦点位置から集光鏡２に向けて発散状態となるように光束を変換する発散状態変換手段１０２〜１０４とを備える。
【選択図】 図１

Description

この発明は、所望の発散角を有する光束を供給する光源装置、該光源装置からの光束に基づいて被照射面を照明する照明装置、該照明装置を備えた露光装置、該照明装置を用いた露光方法、並びに露光装置の調整方法にに関するものである。

従来、半導体露光装置あるいは液晶基板露光装置のような、光源部からの光を所望の面に照射し精密なパターンを基板上に形成する投影露光装置の光源として、波長約３６０ｎｍ〜４４０ｎｍ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５００時間〜１０００時間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のユーザにとって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。
特開２００３−２０３８４４号公報

これに対して発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導体レーザ（ＬＤ）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３０００時間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紫外ＬＥＤなども開発されている。
発光ダイオードや半導体レーザなどの固体光源を投影露光装置に用いる場合には、上述のようなメリットを享受できるが、従来の水銀ランプ等を用いた光源を有する投影露光装置を所有するユーザの視点に立てば、新たな露光装置を導入するコストは決して低いものではないことから、ユーザが現有する露光装置を使用できる期間においては、新規露光装置への移行が促進されない。
この発明の課題は、ユーザの既存資産である水銀ランプなどの光源を用いた露光装置に固体光源の使用を可能にすることである。

上述の目的を達成するために、本発明にかかる光源装置は、光源からの光束を集光鏡で整えて被照射面を照明する照明装置に用いられる光源装置において、前記集光鏡の焦点位置とは異なる位置に配置され、且つ所定の発散状態を有する光束を供給する固体光源と、；前記固体光源からの前記光束を前記焦点位置近傍に導き、且つ前記焦点位置近傍から前記集光鏡に向けて発散状態となるように前記光束を変換する発散状態変換手段と；を備えることを特徴とする。
また、本発明にかかる照明装置は、前記光源装置を備え、前記光源装置からの光束に基づいて被照射面を照明することを特徴とする。
また、本発明のある態様にかかる露光装置は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光装置であって、前記照明装置を備えていることを特徴とする。
また、本発明にかかる露光方法は、感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法であって、前記所定のパターンを準備する工程と；前記所定をパターンに対して前記照明装置を用いて照明光を供給する工程と；前記照明された前記所定のパターンを前記感光性基板へ転写する工程とを備えていることを特徴とする。
また、本発明にかかる露光装置の調整方法は、光源からの光束を集光鏡で整えてマスクを照明する照明光学系を備え、照明された前記マスクのパターンを感光性基板へ転写する露光装置の調整方法であって、所定の発散状態を有する光束を供給する固体光源を準備する工程と；該固体光源からの前記光束の前記所定の発散状態が予め前記照明光学系の光源として用いることが可能なランプ光源からの放射光が有する発散状態とほぼ等しくなるように前記光束を変換する工程と；前記変換された発散状態を有する光束を前記ランプ光源が設定されていた位置の近傍から発散するように設定する工程と；を備えていることを特徴とする。
また、本発明の別の態様にかかる露光装置は、前記調整方法に従って調整されることを特徴とする。

この発明にかかる光源装置によれば、既存の照明装置のランプ光源を、照明装置の設定を大幅に変更することなく、ランプ光源とは異なる発散角特性を有する固体光源に置き換えることが可能となる。
また、この発明にかかる照明装置によれば、当該照明装置のランプ光源とは異なる発散角特性を有する固体光源に変更しても、照明装置の設定を大幅に変更することなく、性能を維持することができる。
また、この発明にかかる露光装置によれば、当該露光装置のランプ光源とは異なる発散角特性を有する固体光源に変更しても、露光装置本体の設定を大幅に変更することなく、性能を維持することができる。
また、この発明にかかる露光方法によれば、ランプ光源とは異なる発散角特性を有する固体光源からの露光光を用いても、当初の性能、すなわちランプ光源装着時の性能を維持することができる。
また、この発明にかかる露光装置の調整方法によれば、露光装置本体の設定を大幅に変更することなく、露光装置のランプ光源を固体光源に置き換えることが可能となる。

以下、図面を参照して、この発明の実施形態を説明する。

図１は、本発明にかかる光源装置を備えた投影露光装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。なお、図１においては、ＸＹＺ座標系を採用している。本実施形態においては、マスクＭ上に形成された液晶表示素子のパターンの像を基板としてのプレートＰ上に一括転写するステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
尚、以下の説明においては、各図中に示した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。
図１において、本発明にかかる光源装置１（詳細は後述する）は、楕円鏡２の第１焦点位置の近傍に、光源像を形成するように配置されている。楕円鏡２を介した光源装置１からの紫外域波長（例えば３６５ｎｍや４０５ｎｍ）の光束は、ダイクロイックミラー３を経た後に、楕円鏡２の第２焦点位置に集光し、この位置に光源像の像を形成する。この第２焦点位置の近傍には、露光光のＯＮ／ＯＦＦを行うためのシャッタ４が配置されている。シャッタ４を経た光束は、楕円鏡２の第２焦点位置近傍に前側焦点が位置決めされたコリメートレンズ５を介してほぼ平行光束に変換される。コリメートレンズ５からの光束の光路中には、露光波長域の光束のみを透過させる波長選択フィルタ６が配置されており、この波長選択フィルタ６を経由した光束は、複数の棒状レンズエレメントを２次元マトリックス状に集積して形成されたフライアイ・インテグレータ１２に入射する。このフライアイ・インテグレータ１２の射出面近傍には、各々の棒状レンズエレメントにより集光された光源像の集合体、すなわち面光源が形成される。

図１の実施形態では、面光源が形成される位置に、円形状の開口部を有する照明開口絞り１３が配置されている。なお、この面光源形成位置は、後述する投影光学系ＰＬの瞳位置とほぼ共役であり、照明光学系の照明瞳と呼ばれる。なお、照明開口絞りの開口部の形状は、輪帯形状であっても良い。また、照明に寄与する面光源の範囲を可変に規定するための可変開口部を有する可変開口絞りであっても良い。ここで、照明開口絞り１３が可変開口絞りである場合には、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の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光源像の開口径の比）を可変とすることが可能である。
照明開口絞り１３からの光は、ビームスプリッタ１４を経た後、面光源形成位置に前側焦点が位置決めされたコンデンサレンズ系１５により集光され、マスクＭ上のパターン領域と相似形状である矩形状の開口部を有する照明視野絞り３０を重畳的に照明する。

照明視野絞り３０を通過した光束は、照明視野絞り３０とマスクＭのパターン面（プレートＰ面）とを光学的に共役にする照明視野絞り結像光学系３１ａ〜３１ｃ、及び照明視野絞り結像光学系内に配置された光路折り曲げ鏡３２を通過してマスクＭ上に達する。このとき、マスクＭ上には、照明視野絞り３０の開口部の像である照明領域が形成される。
マスクＭは、マスクホルダＭＨ（不図示）により保持され、このマスクホルダＭＨはマスクステージＭＳ上においてＸＹ平面に平行に保持されている
マスクＭに形成されたパターンからの光は、投影光学系ＰＬを介して、感光性材料が塗布されたプレートＰ上の露光フィールド内に、マスクＭ上のパターン領域内のパターンの像を形成する。この投影光学系ＰＬの瞳位置近傍には、口径が可変の開口絞りＡＳが配置されている。
プレートＰは、プレートホルダＰＨ（不図示）により保持され、このプレートホルダＰＨは、ＸＹ平面内で移動可能なプレートステージＰＳに取り付けられている。このプレートステージＰＳには、露光時のプレートステージＰＳの位置、ひいてはプレートＰ上の露光領域の位置を制御するための不図示のステージコントローラが接続されている。
照明光学系（２〜３１）に設けられる上記ビームスプリッタ１４を介した光は、光電変換素子よりなるインテグレータセンサ１７で受光される。このインテグレータセンサ１７の光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して主制御系２０に供給される。インテグレータセンサ１７の出力と、プレートＰの表面上に照射される光の単位面積当たりのエネルギー（露光量）との相関係数は予め求められて主制御系２０内に記憶されている。
主制御系２０は、プレートＰが載置されるプレートステージを制御する不図示のステージコントローラからのステージ系の動作情報と、インテグレータセンサ１７から出力される光電変換信号とに応じて、シャッタ４の開閉動作を制御するシャッタ駆動部３４へ制御信号を送り、マスクＭに照明光学系ＩＬからの照明光を照射するタイミング及び照明光の強度を制御する。

さて、光源装置１は、複数の固体光源を備えた固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄ、当該固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄからの光束を所定位置へ導くための光ファイバ束１０２、光ファイバ束１０２の射出端に形成される発光部を再結像させるリレー光学系１０３、及び発光部の像が形成される位置の近傍にリレー光学系１０３と共軸となるように配置された円錐反射面を備える円錐反射鏡１０４とを備えている。以下、図２を参照して詳述する。
図２は光源装置１の構成を概略的に示す図である。図２において、図１の固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄ中の複数の固体光源のうちの１つを固体光源１０１ａ１として示す。この固体光源としては、たとえばＬＥＤ（発光ダイオード）またはＬＤ（レーザダイオード）等を適用することができる。この固体光源１０１ａ１からの所定の発散状態の光束（所定の発散角を有する光束）は、集光レンズ１０１ａ２により集光されて、光ファイバ素線１０２ａの入射端１０２ａ１に集光する。この集光レンズ１０１ａ２は、複数の固体光源のそれぞれに対応して図１の固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄに設けられている。
図１に示した光ファイバ束１０２は、図２に示すように複数の光ファイバ素線を束ねて構成されている。なお、図２では例示的に６本の光ファイバ素線１０２ａ〜１０２ｆのみを示している。光ファイバ素線１０２ａの入射端１０２ａ１から入射した光束、及び他の光ファイバ素線１０２ｂ〜１０２ｆを介した光束は、光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅから射出される。

光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅからの光束は、リレー光学系１０３を介した後に、その射出側に光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅの像ＬＳＩを形成する。この像ＬＳＩが光源像に対応する。この光源像ＬＳＩ形成位置の近傍には、リレー光学系１０３の光軸ＡＸと共軸の円錐反射面を備える円錐反射鏡１０４が配置されており、リレー光学系１０３からの光束は、この円錐反射鏡１０４の円錐反射面で反射される。
光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅからの光束のうち、リレー光学系１０３の光軸ＡＸ上からの光線５１，５２は、リレー光学系１０３を介した後、円錐反射面１０４の頂点近傍で反射されて、光線６１，６２となり不図示の楕円鏡へ向かう。また、光ファイバ１０２の射出端１０２Ｅからの光束のうち、リレー光学系１０３の最大物高に対応する位置からの光線５３〜５５は、リレー光学系１０３を介した後、円錐反射面１０４で反射されて、光線６３〜６５となり不図示の楕円鏡へ向かう。ここで、光線５１が光線６１に対応しており、光線５２が光線６２に対応している。そして、光線５３はリレー光学系１０３に関する主光線であり、光線６３に対応している。また、光線５４は光線６４に対応しており、光線５５は光線６５に対応している。ここで、光線６１と光線６５とが円錐反射鏡１０４からの光束の最周辺光線となり、これらの光線６１，６５がなす角が円錐反射鏡１０４、ひいては光源装置１からの発散光束の発散角に対応している。

光ファイバの開口数（最大受光角）は、通常０．３程度、本実施形態のような紫外域では０．２程度である。従って、本実施形態において、光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅからの光束の開口数は０．２程度となる。一方、既存の照明装置のランプ光源の配光特性は±４０〜５０度程度、即ち開口数０．６４〜０．７６程度であるため、光ファイバ束１０２からの光束の開口数を、既存の照明装置のランプ光源の開口数に合わせる必要がある。そのために、本実施形態では、リレー光学系１０３に縮小倍率を与え、光ファイバ１０２の射出端からの光束の開口数を大きくしている。
具体的には、光線５１，５２で表される光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅにおける光軸ＡＸ上からの光束の開口数を、縮小倍率を持つリレー光学系１０３を経ることにより縮小倍率分だけ大きくし、同様に光線５３〜５５で表される光ファイバ束１０２の射出端１０２Ａにおける最周縁からの光束の開口数を、縮小倍率を持つリレー光学系１０３を経ることにより縮小倍率分だけ大きくしている。
また、円錐反射鏡１０４の円錐反射鏡によって、ほぼ一方向へ進行するリレー光学系１０３からの光束を、リレー光学系１０３の光軸ＡＸを中心とする半径方向に進行する光束に効率よく変換している。

このように、本実施形態では、光ファイバ束により制限される発散角をリレー光学系により既存の照明装置のランプ光源の開口数に実質的に合わせるとともに、円錐反射面により既存の照明装置のランプ光源の配光特性に実質的に合わせているため、光源装置からの光束が照明装置を通過する状態を、ランプ光源が設けられていた場合における状態とほぼ同じとすることができる。このため、ランプ光源を置き換えた場合であっても照明装置の光学調整をし直す必要がない。
さて、図１に戻って、主制御系２０は、シャッタ駆動部３４へシャッタ４の開閉動作を制御する制御信号を送るとともに、光源制御ユニット１０５へ複数の固体光源を備えた固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄの点滅動作を制御する制御信号を送るように構成されている。
露光動作時には、主制御系２０は、光源制御ユニット１０５へ制御信号を送り、複数の固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄを点灯させる。この動作とともに、シャッタ駆動部３４へ制御信号を送りシャッタ４を開放させる。これにより、複数の固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄからの光は、光ファイバ束１０２、リレー光学系１０３および円錐反射鏡１０４を経由し、楕円鏡２の第２焦点位置近傍から所定の発散角で楕円鏡２へ向かう。楕円鏡２で反射された光束は、ダイクロイックミラー３を経由して、シャッタ４を経て、上述した順で照明光学系の各光学部材を通過して、マスクＭを照明する。
なお、上述の例では、シャッタ４の開閉動作に連動して固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄの点滅を制御したが、固体光源ユニット１０１ａ〜１０１ｄを点灯したままにしておき、シャッタの開閉動作のみを行っても良い。

次に、図３を参照して、光源装置１の構成を説明する。図３において、リレー光学系１０３はケーシング１０６により保持されている。そして、光ファイバ束１０２は、可撓性の管１０７内に密封収容されており、この管１０７の一端は、ケーシング１０６内に取り付けられている。この管１０７の一端には光透過性の板が設けられており、この光透過性の板を介して光ファイバ１０２の射出端からの光が供給される。なお、この管１０７の一端には、ケーシング１０６内で図中ＸＹ平面内の位置が調整可能となるように、ファイバ端調整機構１０８が設けられている。また、円錐反射鏡１０４は台座１０９上に取り付けられており、この台座１０９は、支柱１１０を介してケーシング１０６に取り付けられている。また、台座１０９の裏側（円錐反射鏡１０４と反対側）にはヒートシンク１０９Ｈが取り付けられており、このヒートシンク１０９Ｈは、投影露光装置の口金冷却用のノズル２Ａからの気体により空冷される。これにより、光が集中する円錐反射鏡１０４自体の温度を安定的に維持し、円錐反射鏡の熱変形等を防ぐことができる。
さて、ケーシング１０６の下側（円錐反射鏡１０４とは反対側）の形状は、水銀ランプの口金部と同一形状となるように形成されている。そして、このケーシング１０６の下端部は、投影露光装置のランプハウス中の保持部１１１によって、楕円鏡２とは独立に保持される。この保持部１１１は、保持したケーシング１０６の位置を調整可能な位置調整機構１１２を備えている。位置調整機構１１２は、連結部材１１３により保持部１１１と連結されており、保持部１１１により保持されているケーシング１０６をＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に沿って移動可能にする。この位置調整機構１１２により、楕円鏡２に対するケーシング１０６の相対的な位置決めが可能となる。すなわち、楕円鏡２に対する光源装置１からの光束の発散原点の位置調整が可能となる。

なお、ダイクロイックミラー３の透過側の光路には、ダイクロイックミラー３を透過した漏れ光を図示なきランプ位置モニタ系へ導くためのハーフミラー１１４が配置されている。このようなランプ位置モニタ系は、例えば特開昭63-311220号に開示されている。
次に、図４のフローチャートを参照して、この実施形態にかかる投影露光装置の調整方法の説明を行う。
まず、高圧水銀ランプからなる光源を有する投影露光装置から高圧水銀ランプからなる光源を取り除く（ステップＳ１０）。次に、光源装置１のケーシング１０６を高圧水銀ランプが取り付けられていた保持部１１１に取り付ける（ステップＳ１１）。
そして、主制御系２０からシャッタ駆動部３４への制御用ケーブルを分岐させ、光源制御ユニット１０５と主制御系２０とを電気的に接続する（ステップＳ１２）。

次に、光源装置１を点灯させ、投影露光装置の照明装置中にあるランプ位置モニタ系を用いて、光源装置１の光束の発散原点（本実施形態では円錐反射鏡１０４の頂点近傍の光源像ＬＳＩ形成位置）の位置を確認しつつ、この発散原点が楕円鏡２の第２焦点位置となるように位置調整機構１１２を用いてケーシング１０６の位置を調整する（ステップＳ１３）。以上の調整を行うことにより、光源装置１を備えた投影露光装置の調整が終了する。 さて、一般的に投影露光装置に取り付けられているランプ光源は、投影露光装置の種類によってその特性（例えば配光分布等々）が異なっている。本実施形態の光源装置１では、発散角変更光学系としてのリレー光学系１０３による倍率調整や、光源像ＬＳＩ側のテレセントリック性調整、光源像ＬＳＩの形成位置の調整（フォーカス調整）を行うことにより、光源装置１の発散特性を調整することが可能である。
上述したように、光ファイバ束１０２からの光束の開口数に対して、リレー光学系１０３から射出される光束の開口数がその縮小倍率分だけ大きくなっていることから、このリレー光学系１０３の倍率を変更することにより、リレー光学系１０３から円錐反射鏡１０４へ向かう光束の開口数を変更することができ、ひいては円錐反射鏡１０４から楕円鏡２へ向けて発散される光束の発散角を変更することができる。
また、リレー光学系１０３のテレセントリック性調整について図５を参照して説明する。なお、図５において図２と同一の機能を有する部材には同一の符号を付している。
図５（ａ）はリレー光学系１０３が像側（光源像ＬＳＩ側）がテレセントリック（射出瞳位置が無限遠）である状態を示し、図５（ｂ）はリレー光学系１０３が非テレセントリックである状態（射出瞳位置が近く図５（ａ）の状態に対して近くなった状態）を示す。

図５（ａ），（ｂ）を比較するとわかるように、図５（ｂ）の状態では、リレー光学系１０３からの主光線６３が光軸に対して発散光線となるため、光線６４，６５で表される軸外光束が発散状態となる。円錐反射鏡１０４からの光束の発散角は、光線６１，６５がなす角であるため、主光線６３が光軸に対して発散状態となると、円錐反射鏡１０４からの光束の発散角が広がることがわかる。このように、リレー光学系１０３の射出側（光源像ＬＳＩ側）のテレセントリック性を調整することで、円錐反射鏡１０４からの光束の発散角を変更することができる。
また、本実施形態の光源装置１では、偏向手段としての円錐反射鏡１０４の頂角を変更することにより、光源装置１の発散特性を調整することが可能である。以下、図６を参照して説明する。なお、図６において図２、図５と同一の機能を有する部材には同一の符号を付している。
図６（ａ）は偏向手段としての円錐反射鏡１０４の頂角が４５度である基準状態を示し、図６（ｂ）は偏向手段としての円錐反射鏡１０４ａの頂角を図６（ａ）の基準状態と比して小さくした状態を示す。なお、図６（ｂ）においては、基準状態の円錐反射鏡１０４を破線で併せて示している。
図６（ａ），（ｂ）を比較するとわかるように、円錐反射鏡の頂角を小さくすることにより、光線６１，６５がなす角に対応する円錐反射鏡からの光束の発散角が広がる。このように、円錐反射鏡の頂角を変更する、言い換えると偏向手段の円錐係数を変更することによって円錐反射鏡（偏向手段）からの光束の発散状態を調整することができる。

次に図７，８を参照して、固体光源ユニット中の固体光源周りの構成を説明する。図７は、固体光源として半導体レーザ（レーザダイオード（ＬＤ））を適用した場合における固体光源ユニット１０１ａのうちの１つの固体光源モジュール１０１０の構成を示す図である。なお、固体光源ユニット１０１ａ自体は複数の固体光源モジュール１０１０を備えており、他の固体光源ユニット１０１ｂ〜１０１ｄの構成は固体光源１０１ａの構成と同一であるため、ここでの説明を省略する。
図７において、固体光源モジュール１０１０は、例えば４０５ｎｍのレーザ光を供給する半導体レーザ１０１１、第１レンズ１０１２、第２レンズ１０１３、光ファイバ素線１０２ａ及び気密ケース１０２０等を備えている。
半導体レーザ１０１１は、第１レンズ１０１２との間に所定の間隔をおいて、ベース１０２１上にチップキャリア１０２２を介して設けられている。ベース１０２１は、気密ケース１０２０内に設けた温度制御用のペルチェ素子１０２３の上方に配置されている。ベース１０２１は、例えば主要部分が銅製で、第１レンズ１０１２を設置する部分がステンレス製の複合材で形成することができる。

ここで、ベース１０２１は、チップキャリア１０２２を挟んで第１レンズ１０１２と対向する側にキャリア１０２４が固定され、キャリア１０２４の半導体レーザ１０１１と対向する位置にモニタ用のフォトダイオード１０２４ａが設けられている。
第１レンズ１０１２は、レンズホルダ１０１２ａに保持されたコリメータレンズ１０１２ｂを備えている。レンズホルダ１０１２ａは、ベース２１に溶接固定されている。コリメータレンズ１０１２ｂとしては、半導体レーザ１０１１の非点収差を補正するための非球面レンズを用いることができる。第２レンズ１０１３は、レンズホルダ１０１３ａに保持された周辺部分を円筒状に削り出した球レンズ１０１３ｂを備えている。レンズホルダ１０１３ａは、光軸に垂直な面内で位置調整され、気密ケース１０２０の挿着円筒１０２０ａに固定されている。
光ファイバ束１０２を構成する１つの光ファイバ素線である光ファイバ素線１０２ａは、その先端側が金属筒１０１５内に接着されて保護されている。金属筒１０１５は、調整部材１０１６の最適位置に溶接固定されている。ここにおいて、金属筒１０１５を、調整部材１０１６内で光ファイバ素線１０２ａの光軸方向に沿って移動させた後に固定することにより、最適位置に調整することができる。
ここで、半導体レーザ１０１１に戻り光が入射することを防止するために、第１レンズ１０１２と第２レンズ１０１３との間のコリメート光路中に光アイソレータ１０１６が設けられている。この光アイソレータ１０１６は、気密ケース１０２０の装着円筒１０２０ａに固定された保持部材１０１６ａとこの保持部材１０１６ａに保持された光アイソレータ１０１６ｂを備えている。

半導体レーザ１０１１からのレーザ光は、第１レンズ１０１２、光アイソレータ１０１６及び第２レンズ１０１３を順に介して、光ファイバ素線１０２ａの最大受光角に応じた開口数で光ファイバ１０２ａに入射する。
なお、上述の例では、波長４０５ｎｍのレーザ光を供給する半導体レーザを適用したが、波長はこれに限られるものではない。
図８は、固体光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を適用した場合における固体光源ユニット１０１ａの一例の構成を示す図である。図８に示すように、固体光源ユニット１０１ａは、複数の発光ダイオードチップ１０１７ａ〜１０１７ｄ、レンズアレイ１０１８及び複数の発光ダイオードチップ１０１７ａ〜１０１７ｄを冷却するためのペルチェ素子１０２３等を備えている。
図８において、複数の発光ダイオードチップ１０１７ａ〜１０１７ｄのそれぞれは、マウント部１０１９ａ〜１０１９ｄにマウントされ、これらのマウント部１０１９ａ〜１０１９ｄを介してペルチェ素子１０２３によって冷却される。複数の発光ダイオードチップ１０１７ａ〜１０１７ｄからの紫外光（例えば３６５ｎｍ、３７０ｎｍ、３８５ｎｍ、３９５ｎｍ等々）は、これら複数の発光ダイオードチップ１０１７ａ〜１０１７ｄの射出側近傍に位置決めされたレンズアレイ１０１８によりそれぞれ集光されて、光ファイバ素線１０２ａ〜１０２ｄの入射端１０２ａ１〜１０２ｄ１に達する。

なお、図８では、４つの発光ダイオードチップ１０１７ａ〜１０１７ｄを備えた例を示したが、１つの固体光源ユニット１０１ａに設けられる発光ダイオードチップの数は４つには限定されず、必要となるパワーに応じて適宜その数を設定すれば良い。また、別の固体光源ユニット１０１ｂ〜１０１ｄの構成は上記固体光源ユニットと同様であるため、その説明を省略する。
また、図７に示した半導体レーザを固体光源として適用した固体光源ユニットと、図８に示した発光ダイオードを固体光源として適用した固体光源ユニットとを併用しても良い。
なお、光ファイバ束１０２を構成する複数の光ファイバ素線のうちの少なくとも１つに可視光を供給する固体光源を光学的に接続しておけば、上述した光源装置１の発散原点の調整を行うときに可視光の元で行うことが可能となる。なお、このとき、ランプ位置モニタ系を介して目視で位置調整を行うことを考慮すると、可視光を供給する固体光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を適用することが望ましい。
さて、上述の第１実施形態では、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置を例に挙げて説明したが、投影光学系ＰＬに対してマスクＭと基板としてのプレートＰとを相対的に移動させつつマスクＭに形成されたパターンの像をプレートＰに転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置にも適用可能である。
このようなステップ・アンド・スキャン方式の露光装置では、マスクＭ上に非スキャン方向に延びた形状の照明領域を形成するために、フライアイ・インテグレータを構成するレンズエレメントの断面形状を長方形状としている。そして、これらフライアイ・インテグレータを構成するレンズエレメントの射出面側に光源装置１による光源像ＬＳＩの像が形成されることになる。ここで、長方形状の断面を持つレンズエレメントで構成されたフライアイ・インテグレータにおける面光源の充填率を向上させるためには、光源像ＬＳＩの形状を長方形状として、レンズエレメントの長方形状の射出面全体に光源像ＬＳＩの像を形成することが考えられる。図９（ａ）〜（ｄ）は、光源装置１の光ファイバ束１０２の射出端面の形状の例を示す図である。図９（ａ）や図９（ｂ）に示すように、光ファイバ束１０２の射出端面の形状を長方形状や楕円形状とすることによって、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用される長方形状の断面を持つレンズエレメントで構成されたフライアイ・インテグレータにおける面光源の充填率を向上させることが可能となる。なお、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用されるインテグレータが内面反射型のロッド型インテグレータである場合であっても、図９（ａ）や図９（ｂ）に示すように、光ファイバ束１０２の射出端面の形状を長方形状や楕円形状として、光源装1１による光源像ＬＳＩの像をロッド型インテグレータの入射面近傍に形成する構成とすれば、同様にロッド型インテグレータが形成する（虚像からなる）面光源の充填率を向上させることができる。

また、上述の第１実施形態のようにほぼ正方形状の照明領域を形成するために、フライアイ・インテグレータ１２の各レンズエレメントの断面形状をほぼ正方形状とする場合には、図９（ｃ）に示すように光ファイバ束１０２の射出端面を円形状とするか、ほぼ正方形状とすれば良い。
また、円錐反射鏡１０４の円錐反射面の頂点近傍における製造誤差等に起因する悪影響を避けるために、図９（ｄ）に示すように光ファイバ束１０２の射出端面を、光軸近傍に無効領域を有する形状とすることも考えられる。これにより、円錐反射鏡１０４の円錐反射面の頂点近傍に形成される光源像ＬＳＩが光軸近傍には形成されないこととなり、円錐反射鏡の円錐反射面の頂点に光を到達させないことができ、製造誤差等による悪影響（例えばフレア等）を防止することができる。

図１０を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。図１０は、本発明にかかる第２実施形態による露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。本実施形態においては、複数の反射屈折型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と基板としてのプレートＰとを相対的に移動させつつマスクＭに形成された液晶表示素子のパターンＤＰの像を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、各図中に示した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、本実施形態ではマスク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。

本実施形態の露光装置は、マスクステージ（図１０では不図示）上においてマスクホルダ（不図示）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１１は、照明光学系ＩＬの側面図であり、図１０に示した部材と同一の部材には同一の符号を付してある。図１０及び図１１を参照すると、照明光学系ＩＬは、第１実施形態と同様の光源装置１を備えている。光源装置１からの光束の発散原点は楕円鏡２の第１焦点位置に配置されているため、光源１から射出された照明光束は、ダイクロイックミラー３を介して、楕円鏡２の第２焦点位置に光源像を形成する。
尚、本実施形態では、光源１から射出された光が楕円鏡２の内面に形成された反射膜及びダイクロイックミラー３で反射されることにより、所要の波長域（本実施形態ではｇ線（４３６ｎｍ）の光、ｈ線（４０５ｎｍ）の光、及びｉ線（３６５ｎｍ）の光を含む３００ｎｍ以上の波長域）の光による光源像が楕円鏡２の第２焦点位置に形成される。つまり、ｇ線、ｈ線、及びｉ線を含む波長域以外の露光する上で不必要となる成分は楕円鏡２及びダイクロイックミラー３で反射される際に除去される。

楕円鏡２の第２焦点位置にはシャッタ４が配置されている。シャッタ４は、光軸ＡＸ１に対して斜めに配置された開口板４ａ（図１１参照）と開口板４ａに形成された開口を遮蔽又は開放する遮蔽板４ｂ（図１１参照）とから構成される。シャッタ４を楕円鏡２の第２焦点位置に配置するのは、光源１から射出された照明光束が集束されているため遮蔽板４ｂの少ない移動量で開口板４ａに形成された開口を遮蔽することができるとともに、開口を通過する照明光束の光量を急激に可変させてることによりパルス状の照明光束を得るためである。
楕円鏡２の第２焦点位置に形成された光源像からの発散光束は、コリメートレンズ５によってほぼ平行光束に変換されて波長選択フィルタ６に入射する。波長選択フィルタ６はｇ線、ｈ線、及びｉ線を含む波長域の光束のみを透過させるものである。波長選択フィルタ６を通過した光はリレーレンズ８を介して再び結像する。この結像位置の近傍にはライトガイド９の入射端９ａが配置されている。ライトガイド９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、光源装置１の数（図１０では１つ）と同じ数の入射端９ａと、投影光学系ＰＬを構成する投影光学ユニットの数（図１０では５つ）と同じ数の射出端９ｂ〜９ｆ（図１１では射出端９ｂだけを示す）とを備えている。こうして、ライトガイド９の入射端９ａへ入射した光は、その内部を伝播した後、５つの射出端９ｂ〜９ｆから分割されて射出される。尚、１つの光源１のみでは光量が不足する場合には、複数の光源を設けるとともに、各光源に対して設けられた複数の入射端を有し、各々の入射端から入射した光をほぼ同じ光量に分割して各射出端９ｂ〜９ｆから射出するライトガイドを設けることが好ましい。

図１１に示したように、ライトガイド９の入射端９ａには、連続的に位置を可変することができるように構成されたブレード１０が配置されている。このブレード１０は、ライトガイド９の入射端９ａの一部を遮光することによって、ライトガイド９の５つの射出端９ｂ〜９ｆ各々から射出される光の強度を連続的に可変するためのものである。ブレード１０のライトガイド９の入射端９ａに対する遮光量の制御は、図１１中の主制御系２０が駆動装置１９を制御することによって行われる。
ライトガイド９の射出端９ｂとマスクＭとの間には、コリメートレンズ１１ｂ、フライアイ・インテグレータ１２ｂ、開口絞り１３ｂ（図１０では図示省略）、ビームスプリッタ１４ｂ（図１０では図示省略）、及びコンデンサーレンズ系１５ｂが順に配置されている。同様に、ライトガイド９の各射出端９ｃ〜９ｆとマスクＭとの間には、コリメートレンズ１１ｃ〜１１ｆ、フライアイ・インテグレータ１２ｃ〜１２ｆ、開口絞り１３ｃ〜１３ｆ、ビームスプリッタ１４ｃ〜１４ｆ、及びコンデンサーレンズ系１５ｃ〜１５ｆがそれぞれ順に配置されている。
なお、ここでは、説明の簡単化のために、ライトガイド９の射出端９ｂ〜９ｆ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９の射出端９ｂとマスクＭとの間に設けられたコリメートレンズ１１ｂ、フライアイ・インテグレータ１２ｂ、開口絞り１３ｂ、ビームスプリッタ１４ｂ、及びコンデンサーレンズ系１５ｂを代表させて説明する。

ライトガイド９の射出端９ｂから射出された発散光束は、コリメートレンズ１１ｂ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１２ｂに入射する。フライアイ・インテグレータ１２ｂ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１２ｂ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１２ｂの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。
フライアイ・インテグレータ１２ｂ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１２ｂの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り１３ｂにより制限された後、ビームスプリッタ１４ｂを介して、コンデンサーレンズ系１５ｂに入射する。尚、開口絞り１３ｂ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可変開口部を有する。開口絞り１３ｂ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開口径の比）を所望の値に設定する。

コンデンサーレンズ系１５ｂを介した光束は、パターンＤＰが形成されたマスクＭを重畳的に照明する。尚、パターンＤＰは、本発明にいう第１面に配置される。ライトガイド９の他の射出端９ｃ〜９ｆから射出された発散光束も同様に、コリメートレンズ１１ｃ〜１１ｆ、フライアイ・インテグレータ１２ｃ〜１２ｆ、開口絞り１３ｃ〜１３ｆ、ビームスプリッタ１４ｃ〜１４ｆ、及びコンデンサーレンズ系１５ｃ〜１５ｆ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１０では合計で５つ）の台形状の領域を照明する。
一方、照明光学系ＩＬに設けられる上記ビームスプリッタ１４ｂを介した光は、図１１に示すように、集光レンズ１６ｂを介して光電変換素子よりなるインテグレータセンサ１７ｂで受光される。このインテグレータセンサ１７ｂの光電変換信号が、不図示のピークホールド回路及びＡ／Ｄ変換器を介して主制御系２０に供給される。インテグレータセンサ１７ｂの出力と、プレートＰの表面（第２面）上に照射される光の単位面積当たりのエネルギー（露光量）との相関係数は予め求められて主制御系２０内に記憶されている。
主制御系２０は、プレートＰが載置されるプレートステージ及びマスクＭが載置されるマスクステージＭＳを制御する不図示のステージコントローラからのステージ系の動作情報に同期してシャッタ４の開閉動作を制御するとともに、インテグレータセンサ１７ｂから出力される光電変換信号に応じて駆動装置１９に対して制御信号を出力し、マスクＭに照明光学系ＩＬからの照明光を照射するタイミング及び照明光の強度を制御する。

なお、照明光学系ＩＬは、その照明光学特性（テレセントリシティ及び照度むら）を可変することができるように構成されている。照明光学特性を調整する方法の詳細については、例えば特開２００１−３０５７４３号公報、特開２００１−３１３２５０号公報、及び特開平１０−１８９４２７号公報を参照されたい。また、照度むらの調整については、マスク面（プレート面）近傍又はマスク面（プレート面）と光学的に共役な面若しくはその近傍に走査方向の開口の幅が走査方向と直交する方向（非走査方向）において異なるような視野絞りを配置することによって補正することも可能である。この補正方法の詳細については、例えば特開平７−１４２３１３号公報等を参照されたい。尚、かかる補正方法において、視野絞りの開口の幅を異ならせるのではなく、透過特性が非走査方向において照度むらを補正し得る分布を有する濃度分布フィルタを設ける構成であっても良い。
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１０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。本実施形態の投影光学ユニットについては、例えば特開平８−２５５７４６号公報や特開２０００−３９５５７号公報に開示されているものを適用することができる。
マスクＭ上に形成されたパターンＤＰは、照明光学系ＩＬからの照明光（露光光）により、ほぼ均一の照度で照明される。マスクＭ上の各照明領域に形成されたパターンＤＰからの光は、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５へそれぞれ入射し、これら各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の内部に中間像を形成した後、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５から射出され、プレートＰ上において対応する露光領域にパターンＤＰの二次像を形成する。ここで、二次像のＸ軸方向における横倍率及びＹ軸方向における横倍率はともに＋１倍である。即ち、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５を介してプレートＰ上に形成されるパターンＤＰの像は等倍の正立正像であり、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５は等倍正立系を構成している。なお、本実施形態における各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５は、マスクＭ側及びプレートＰ側においてほぼテレセントリックとなる。即ち、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５は、ほぼ両側（マスクＭ側及びプレートＰ側）にテレセントリックな光学系である。

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１０では不図示）ＰＳ上において不図示の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。即ち、上述したように、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５は等倍正立系として構成されているので、感光性基板であるプレートＰ上において各照明領域に対応するようにＹ軸方向に並んだ複数の台形状の露光領域には、パターンＤＰの等倍正立像が形成される。
図１０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（不図示）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ともに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（不図示）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２５を用いたレーザ干渉計（不図示）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、マスクステージＭＳは、Ｚ方向の位置が可変に構成されている。
同様の駆動系が、プレートステージＰＳにも設けられている。即ち、プレートステージＰＳ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（不図示）、プレートステージＰＳ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ともに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（不図示）が設けられている。そして、プレートステージＰＳの位置座標が移動鏡２６を用いたレーザ干渉計（不図示）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。プレートステージＰＳもマスクステージＭＳと同様にＺ方向に移動可能に構成されている。マスクステージＭＳ及びプレートステージＰＳのＺ方向の位置は、主制御系２０によって制御される。

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２７ａ，２７ｂがマスクＭの上方に配置されている。アライメント系２７ａ，２７ｂとしては、投影光学ユニットＰＬ１，ＰＬ５を介して計測された基準部材２８（プレートステージＰＳの基準位置を定める部材）の位置と、プレートＰ上に形成されたプレートアライメントマークの位置との相対位置とによりプレートＰの位置を求める方式のアライメント系（所謂、ＴＴＬ（Through The Lens）方式のアライメント系）、又は、マスクＭ上に形成されたマスクアライメントマークとプレートＰ上に形成されたプレートアライメントマークとの相対位置を画像処理により求める方式のアライメント系（所謂、ＴＴＭ（Through The Mask）方式のアライメント系）を用いることができる。本実施形態では、ＴＴＬ方式のアライメント系が設けられているとする。
また、本実施形態の露光装置は、プレートステージＰＳ上に、投影光学系ＰＬを介してプレートＰ上に照射される光の照度を測定するための照度測定部２９が固定されており、またプレートＰ上に照射される光（像）の空間分布を計測するための空間像計測装置２４が設けられている。

以上、本発明の第２実施形態による露光装置の構成について説明したが、次に露光時の動作について説明する。尚、以下の説明においては、複数枚のプレートに対して行われる１つの露光工程（例えば、ＴＦＴを形成する際に行われる露光工程、又は、カラーフィルタを形成する際に行われる露光工程）を行う際の露光装置の動作について説明する。
工程が開始すると、まず主制御系２０が露光動作に必要な各種の情報（レシピ）を読み込む。次に、主制御系２０は、光源１から光を射出させて、光源１からの光が照明光学系ＩＬ及び投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５各々を介してプレートステージＰＳ上に照射されている状態にして、照度測定部２９を用いてプレートステージＰＳに照射される光の照度むらを測定する。そして、照度むらの測定結果に基づいて、照明光学系ＩＬの光学特性（照度むら、テレセントリシティー等）を調整する。
次に、マスクステージＭＳに形成されている基準パターンを照明領域に移動させるとともに、空間像計測装置２４に設けられている検出ユニットと投影光学ユニットＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ５の投影領域とをＸ軸方向に整列させ、露光光を基準パターンに照射して基準パターンの像を検出ユニットで計測する。同様に、検出ユニットと投影光学ユニットＰＬ２，ＰＬ４の投影領域とをＸ軸方向に整列させて、基準パターンの像を計測する。このようにして、主制御系２０は、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５各々から投影される基準パターンの像の配列、大きさ、位置、及び回転量、並びに各種の収差を求めて、投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の光学特性を検出する。

投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の光学特性が得られると、主制御系２０は投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５各々の結像特性、例えば各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の像面側（プレートＰ側）の焦点位置、投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５各々の像の投影位置（典型的にはＸＹ平面内の位置）や姿勢（典型的にはＺ軸周りの像回転）、投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５における倍率等を補正する。また、主制御系２０は、必要に応じて、各収差の補正に有効なレンズを光軸方向又は光軸直交方向に沿って移動させたり、光軸に対して傾斜させたりすることにより、回転対称収差や非回転対称収差を補正する。また、主制御系２０は、必要に応じて、各投影光学ユニット中の視野絞りをＸＹ平面に沿って移動させたりＺ軸廻りに回転させたりすることにより、視野絞り像の像位置の変動及び像回転を補正する。
更に、各投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５の光学特性を調整するのみならず、投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５各々のＺ方向の位置、マスクステージＭＳのＺ方向の位置、又はプレートステージＰＳのＺ方向の位置を調整することにより、投影光学ユニットＰＬ１〜ＰＬ５のベストフォーカス位置にマスクＭ及びプレートＰが配置されるようにする。
以上の照明光学系ＩＬの照明光学特性の調整及び投影光学系ＰＬの投影光学特性の調整が終了すると、アライメント系２７ａ，２７ｂを照明光学系ＩＬの照明領域内に配置し、各々のアライメント系２７ａ，２７ｂで基準部材２８の位置を計測する。ここで、アライメント系２７ａ，２７ｂは予め投影光学系ＰＬを介して計測した基準部材２８の位置とプレートＰに形成されたプレートアライメントマークの位置との相対関係により、プレートステージＰＳ上に載置されたプレートＰの位置を求めている。
以上の工程が終了すると、主制御系２０は、レシピに従って、マスクＭを搬入してマスクステージＭＳ上に載置するとともに、プレートを搬入してプレートステージＰＳ上に載置する。そして、アライメント系２７ａ，２７ｂを用いてプレートＰＳの位置を計測した後、この計測結果に基づいてマスクＭとプレートＰとの相対的な位置合わせを行う。尚、プレートＰには複数のショット領域が予め設定されているため、主制御系２０のマスクＭのパターンを転写すべきショット領域が、露光領域の近傍に配置されるように位置合わせする。そして、照明光学系ＩＬから射出される露光光をマスクＭの一部に照射し、マスクＭとプレートＰとをＸ方向に移動させつつ、マスクＭに形成されているパターンＤＰの一部を投影光学系ＰＬを介してプレートＰのショット領域に順次転写する。

１つのショット領域の露光が終了すると、主制御系２０はレシピの内容に基づいて、次に露光すべきショット領域が有るか否かを判断する。露光すべきショット領域が有ると判断した場合には、マスクステージＭＳ上に載置されているマスクを交換し、他のショット領域の露光を行う。一方、露光すべきショット領域が無いと判断した場合には、全てのプレートに対して露光が終了したか否かが判断される。全てのプレートに対して露光が終了していない場合には、マスクステージＭＳ上のマスクＭを交換するとともに、露光を終えたプレートＰを搬出して新たなプレートＰを搬入し、新たに搬入されたプレートに対する露光処理を行う。一方、全てのプレートに対して露光が終了した場合には、一連の処理が終了する。
さて、上述の第１及び第２実施形態では、円錐反射鏡１０４の頂点近傍に光ファイバ束１０２の射出端面の像である光源像ＬＳＩを形成したが、円錐反射鏡１０４の頂点近傍に光ファイバ束１０２の射出端面の光学的フーリエ変換面を形成するように、すなわち円錐反射鏡１０４の頂点近傍をケーラー照明するように構成しても良い。図１２は、円錐反射鏡１０４の頂点近傍に光ファイバ束１０２の射出端面の光学的フーリエ変換面を形成する構成の光源装置１の要部を概略的に示す図である。なお、図１２において、図２と同一の機能を有する部材には同一の符号を付している。

図１２においては、光源装置１の一部、即ち図示なき固体光源からの光を伝達する光ファイバ束１０２、前側焦点が光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅ近傍に位置決めされた集光光学系１０３Ｆ及び集光光学系の後側焦点位置近傍に頂点が位置決めされた円錐反射面を持つ円錐反射鏡１０４のみを図示している。
光ファイバ束１０２の射出端１０２Ｅからの光束のうち、集光光学系１０３Ｆの光軸ＡＸ上からの光線５１，５２は、集光光学系１０３Ｆを介した後、円錐反射鏡１０４の円錐反射面で反射されて、光線６１，６２となり不図示の楕円鏡へ向かう。また、光ファイバ１０２の射出端１０２Ｅからの光束のうち、集光光学系１０３Ｆの最大物高に対応する位置からの光線５３〜５８、集光光学系１０３Ｆを介した後、円錐反射鏡１０４の円錐反射面で反射されて、光線６３〜６８となり不図示の楕円鏡へ向かう。ここで、光線５１が光線６１に対応しており、光線５２が光線６２に対応している。そして、光線５３及び光線５６は集光光学系１０３Ｆに関する主光線であり、それぞれ光線６３及び６６に対応している。また、光線５４は光線６４に、光線５５は光線６５に、光線５７は光線６７に、そして光線５８は光線６８に対応している。ここで、光線６４と光線６６との対または光線６３と光線６８との対が円錐反射鏡１０４からの光束の最周辺光線となり、これらの光線６４，６７がなす角または光線６３，６８がなす角が円錐反射鏡１０４、ひいては光源装置１からの発散光束の発散角に対応している。
このように、本実施形態の光源装置は、円錐反射鏡の頂点近傍に光ファイバ束１０２の射出端面１０２Ｅの像を形成するものには限定されない。
また、上述の各実施形態並びに変形例では、偏向手段として円錐反射鏡を用いたが、例えば四角錐や六角錐、八角錐等の多角錐形状の反射面を有する角錐反射鏡を用いても良い。なお、このような円錐反射鏡や角錐反射鏡では、メリジオナル面内でパワーを有しないが、パワーを有するように（メリジオナル面内で曲率を有するように）しても良い。

図１３は、円錐反射鏡１０４に替えて、回転双曲面形状の反射面を有する双曲面反射鏡１０４１を適用した光源装置の要部を示す概略構成図である。図１３において、図２の光源装置１と異なる点は、円錐反射鏡１０４を双曲面反射鏡１０４１とした点だけであり、以下ではその相違点についてだけ説明する。
図１３において、双曲面反射鏡１０４１は、メリジオナル面内に位置する双曲線を光軸を中心として回転して得られる双曲面形状の反射面を備えている。この双曲面反射鏡１０４１の双曲面反射面は２葉双曲面のうちの一方の双曲面形状を有している。そして、双曲面反射鏡１０４１は、２葉双曲面のうちの他方の双曲面の焦点の位置の近傍に光源像ＬＳＩが形成される。この光源像ＬＳＩからの光線が双曲面反射鏡１０４１にて反射されて図示なき楕円鏡へ向かう。このとき、光源像ＬＳＩからの光線は、双曲面反射鏡１０４１の双曲面反射面（一方の双曲面形状を有する反射面）の焦点から発散されたように振る舞うことになる。ここで、双曲面反射鏡１０４１の双曲面反射面の円錐係数や頂点曲率、光軸方向の位置を適宜設定することによって、光源像ＬＳＩからの光束の発散角を所望の値に設定することができる。
また、上述の実施形態及び変形例では、反射面の数が１面のみであったが、反射面の数は１面には限定されない。図１４は、円錐反射鏡１０４に替えて、２面の反射面１０４２，１０４３を適用した光源装置の要部を示す概略構成図である。図１４において、図１３の光源装置と異なる点は、双曲面反射鏡１０４１を２つの双曲面反射面１０４２，１０４３とした点だけであり、以下ではその相違点についてだけ説明する。

図１４において、リレー光学系１０３の光軸ＡＸに沿った射出側には、光軸ＡＸを回転対称軸とする回転対称双曲面形状を有し且つリレー光学系１０３側に凸面を向けた双曲面反射面１０４２が配置されており、この双曲面反射面１０４２のリレー光学系１０３側には、光軸ＡＸを回転対称軸とする回転対称双曲面形状を有し且つ双曲面反射面１０４２側に凸面を向けた双曲面反射面１０４３が配置されている。ここで、双曲面反射面１０４３は、リレー光学系１０３からの光束を双曲面反射面１０４２へ導くための中心開口部を備えている。
図１４において、リレー光学系１０３は、上述の例と同様に、光ファイバ束１０２の射出端面１０２Ｅからの光束に基づいて射出端面１０２の像である光源像を形成する。そして、光源像からの発散光束は、双曲面反射面１０４２にて反射されてさらに発散した後、双曲面反射面１０４３にて発散するように反射され、図示なき楕円鏡へ向かう。
このように図１４の例では、互いに対向する凸形状の反射面の対を用いて、リレー光学系１０３からの光束を発散させると共に偏向させて、所望の発散状態を得ている。
なお、図１３及び図１４の例では、双曲面反射面を適用したが、反射面形状は双曲面には限定されず、例えば球面や、回転対称楕円面、回転対称放物面等の回転対称非球面を適用することが可能である。
また、図１５に示すように、回転対称非球面である回転対称双曲面形状を有する双曲面反射面１０４４の頂点近傍に、光ファイバ束１０２の射出端面の光学的フーリエ変換面を形成するように、すなわち双曲面反射面１０４４の頂点近傍をケーラー照明するように構成しても良い。

また、上述の実施形態並びに変形例では、偏向手段として反射面を用いたが、その代わりに回折光学素子や屈折プリズムを適用しても良い。
また、上述の実施形態並びに変形例では、光源装置１からの発散角を、ランプ光源の発散角に整合させていたが、光源装置１からの発散光束の配光分布を、ランプ光源の配光分布に整合させても良い。
また、光源装置１の固体光源として複数の半導体レーザ（ＬＤ）を用いる場合には、複数の半導体レーザからの光の偏光状態が非偏光状態と見なせるように、各々の半導体レーザからの偏光状態を互いに異なるようにしておくことが好ましい。ここで、複数の半導体レーザのうちの半分を所定の偏光方向となるように設定し、他の半分を当該所定の偏光方向と直交する偏光方向となるように設定して、近似的に非偏光状態としても良い。
また、液晶表示素子（ＬＣＤ）中の液晶を配向させるための液晶配向膜に直線偏光を照射することによって、配向膜の方向を任意の方向に制御する手法が知られているが、このような手法を実現するための露光装置に、本実施形態の光源装置１を適用する場合には、光源装置１の固体光源として複数の半導体レーザ（ＬＤ）を用い、楕円鏡２で反射された後の光束の偏光状態が所定の直線偏光となるように、各々の半導体レーザの偏光状態を設定しておくことが好ましい。

さて、上述の各実施形態にかかる露光装置では、照明光学装置によってマスクを照明し（照明工程）、投影光学系を用いてマスクに形成された転写用のパターンを感光性基板に露光する（露光工程）ことにより、マイクロデバイス（半導体素子、撮像素子、液晶表示素子、薄膜磁気ヘッド等）を製造することができる。以下、実施形態の露光装置を用いて感光基板としてのウエハ（プレート）等に所定の回路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半導体デバイスを得る半導体デバイスの製造方法を、図１６のフローチャートを参照して説明する。
先ず、図１６のステップＳ３０１において、１ロットのウエハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ３０２において、その１ロットのウエ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Ｓ３０３において、本実施形態の露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系を介して、その１ロットのウエハ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明光学装置によりマスクを照明し（照明工程）、マスクのパターンをウエハ上に転写する（露光工程）。
その後、ステップＳ３０４において、その１ロットのウエハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ３０５において、その１ロットのウエ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、各ウエ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、上述の各実施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１７のフローチャートを参照して、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。
図１７において、パターン形成工程Ｓ４０１では、実施形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レジスト剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２へ移行する。

次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ４０２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、または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Ｓ４０２の後に、セル組み立て工程Ｓ４０３が実行される。セル組み立て工程Ｓ４０３では、パターン形成工程Ｓ４０１にて得られた所定パターンを有する基板、およびカラーフィルタ形成工程Ｓ４０２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。セル組み立て工程Ｓ４０３では、例えば、パターン形成工程Ｓ４０１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Ｓ４０２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、モジュール組み立て工程Ｓ４０４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。

本発明にかかる光源装置を備えた投影露光装置の第１実施形態の概略構成を示す図である。 光源装置１の構成を概略的に示す図である。 光源装置１の構成を概略的に示す図である。 第１実施形態にかかる投影露光装置の調整方法の説明するためのフローチャートである。 光源装置１中のリレー光学系１０３のテレセントリック性調整を説明するための図である。 光源装置１中の円錐反射鏡１０４の頂角変更を説明するための図である。 光源装置１中の固体光源ユニットの一例の構成を概略的に示す図である。 光源装置１中の固体光源ユニットの一例の構成を概略的に示す図である。 光源装置１の光ファイバ束１０２の射出端面の形状の例を示す図である。 本発明にかかる第２実施形態による露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。 第２実施形態による露光装置の照明光学系の側面図である。 光源装置１の変形例の要部構成を示す図である。 光源装置１の変形例の要部構成を示す図である。 光源装置１の変形例の要部構成を示す図である。 光源装置１の変形例の要部構成を示す図である。 この発明の実施形態にかかるマイクロデバイス製造方法としての半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。 この発明の実施形態にかかるマイクロデバイス製造方法としての表示デバイスの製造方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１…光源装置、２…楕円鏡、３…ダイクロイックミラー、４…シャッタ、５…コリメートレンズ、６…波長選択フィルタ、１２…フライアイ・インテグレータ、１３…照明開口絞り、１４…ビームスプリッタ、１５…コンデンサレンズ、３０…照明視野絞り、３１ａ〜３１ｃ…照明視野絞り結像光学系、１０１ａ〜ｄ…固体光源ユニット、１０２…光ファイバ束、１０３…リレー光学系、１０４…円錐反射鏡、１０５…光源制御ユニット、ＡＳ…開口絞り、Ｍ…マスク、ＭＳ…マスクステージ、ＰＬ…投影光学系、Ｐ…プレート、ＰＳ…プレートステージ

Claims (17)

1. 光源からの光束を集光鏡で整えて被照射面を照明する照明装置に用いられる光源装置において、
   前記集光鏡の焦点位置とは異なる位置に配置され、且つ所定の発散状態を有する光束を供給する固体光源と、
   前記固体光源からの前記光束を前記焦点位置近傍に導き、且つ前記焦点位置近傍から前記集光鏡に向けて発散状態となるように前記光束を変換する発散状態変換手段とを備えることを特徴とする光源装置。
2. 前記発散状態変換手段は、前記固体光源からの前記光束を導くライトガイドと、該ライトガイドから射出される光束の発散角を変更する発散角変更光学系とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記発散状態変換手段は、前記発散角変更光学系からの光束の進行方向を偏向する偏向手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記偏向手段は、前記焦点位置の近傍に位置決めされることを特徴とする請求項３に記載の光源装置。
5. 前記偏向手段は、円錐状の反射面を備えていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 前記発散角変更光学系は、前記照明装置中で焦点位置の近傍に、前記ライトガイドの端面の像を形成することを特徴とする請求項２乃至請求項５の何れか一項に記載の光源装置。
7. 前記発散角変更光学系は、縮小倍率を有していることを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
8. 前記偏向手段は前記集光鏡と対向するようにしつつ、前記発散状態変換手段の少なくとも一部を保持する保持部材を備え、
   該保持部材は、前記取付部材に取り付け可能に構成されることを特徴とする請求項３乃至請求項７の何れか一項に記載の光源装置。
9. 請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の光源装置を備え、該光源装置からの光束に基づいて被照射面を照明することを特徴とする照明装置。
10. 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光装置において、
    請求項９に記載の照明装置を備えていることを特徴とする露光装置。
11. 感光性基板上に所定のパターンを転写する露光方法において、
    前記所定のパターンを準備する工程と、
    前記所定をパターンに対して請求項９記載の照明装置を用いて照明光を供給する工程と、
    前記照明された前記所定のパターンを前記感光性基板へ転写する工程とを備えていることを特徴とする露光方法。
12. 光源からの光束を集光鏡で整えてマスクを照明する照明光学系を備え、照明された前記マスクのパターンを感光性基板へ転写する露光装置の調整方法において、
    所定の発散状態を有する光束を供給する固体光源を準備する第１工程と、
    該固体光源からの前記光束の前記所定の発散状態が予め前記照明光学系の光源として用いることが可能なランプ光源からの放射光が有する発散状態とほぼ等しくなるように前記光束を変換する第２工程と、
    前記変換された発散状態を有する光束を前記ランプ光源が設定されていた位置の近傍から発散するように設定する第３工程と、
    を備えていることを特徴とする調整方法。
13. 前記第２工程は、ライトガイドを用いて前記固体光源からの前記光束を導く工程と、
    該ライトガイドから射出される光束の発散角を変更する工程とを備えていることを特徴とする請求項１２に記載の調整方法。
14. 前記第２工程は、発散角が変更された光束の進行方向を偏向する工程を備えていることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の調整方法。
15. 前記第２工程は、前記ランプ光源が設定されていた位置の近傍に前記ライトガイドの端面の像を形成する工程を備えていることを特徴とする請求項１３に記載の調整方法。
16. 前記ランプ光源は所定の取付部材を介して前記照明装置に取り付けられるものであって、
    前記第２工程で用いられる光学部材の少なくとも一部を、前記取付部材に取り付る工程を備えていることを特徴とする請求項１２乃至請求項１６の何れか一項に記載の調整方法。
17. 請求項１２乃至請求項１６の何れか一項に記載の調整方法に従って調整されたことを特徴とする露光装置。