JP2023096983A - 露光装置、露光方法、および、物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤ素子を含む光源を備える露光装置において、ＬＥＤ素子の温度変化に起因して生じるレジスト像の線幅変化を抑制するために有利な技術を提供する。【解決手段】露光装置は、第１波長特性を有する第１固体発光素子からの光と第２波長特性を有する第２固体発光素子からの光との合成光で原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系とを備え、前記第１波長特性の変化によって生じる、前記基板の上に転写されたパターンの線幅変化である第１線幅変化と、前記第２波長特性の変化に応じて生じる、前記パターンの線幅変化である第２線幅変化とが互いに異符号となるように、前記第１波長特性および前記第２波長特性が定められている。【選択図】 図４

Description

本発明は、露光装置、露光方法、および、物品製造方法に関する。

露光装置は、マスク（原版）に形成されているパターンをプレート（基板）に転写する装置であって、照明光学系を介して被照射面であるマスクに光を照明し、投影光学系を介してマスクのパターンの像をプレート上に投影する。露光装置の光源としては、一般に、紫外領域にスペクトルを有するものが用いられる。その一例が水銀ランプであり、輝線としてｇ線（４３５ｎｍ）、ｈ線（４０５ｎｍ）、ｉ線（３６５ｎｍ）などを含む紫外領域の照明光を発する。

近年、水銀ランプの代替として、固体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）への置換が期待されている。ＬＥＤ素子は発光を制御する基板回路に電流を流してから光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、省エネルギーかつ長寿命であるというメリットがある。

ＬＥＤ素子は、水銀ランプと比較して、一素子あたりの発光光量が小さいため、単体の素子では露光装置の光源として十分な生産性を持たせることができない。そこで、複数のＬＥＤ素子が配列されたＬＥＤアレイを光源として用いることが考えられている。しかし、ＬＥＤ素子をアレイ化した場合であっても、より生産性を高めるためにはＬＥＤに投入する電力を大きくし、光出力を高めることが求められる。

ＬＥＤアレイの集積度が高いほど、また投入電力が大きいほど、ＬＥＤアレイ光源から生じる合計の熱量が大きくなる。熱によるＬＥＤ素子の温度上昇を抑制するために冷却器が設けられるが、設計によってはＬＥＤ素子の温度変化を完全に抑制することができない場合もある。

ＬＥＤ素子の温度上昇に伴い、発光波長特性の重心波長（もしくはピーク波長）が長波長側にシフトする現象が生じる。この波長シフト量は、ＵＶ－ＬＥＤ素子の場合は温度変化２０～３０度に対して１ｎｍ程度でありうる。

例えばレーザ光源においても、波長特性の変化が発生することが知られている。レーザ光源を用いた露光装置や画像記録装置の場合、この波長特性の変化が、生成されるパターンの線幅のばらつきや記録される画像のむらに影響する。発明者らの検討によれば、ＬＥＤを光源とした露光装置の場合でも、波長特性の変化に起因してレジスト像の線幅の不均一性が生じることが明らかとなった。

特許文献１には、レーザ光源により記録媒体に画像を記録する画像記録装置において、レジストフィルムの不均一性やレーザ光の波長の変化に起因して発生する感度むらを抑制するための技術が記載されている。同文献には、波長に対するレジストフィルムの光透過率の変動を平均化するため、波長に対する光透過率の変動周期内にわたる複数の波長を合波して露光することにより、感度むらを低減することが開示されている。

特開２００７－５８１９６号公報

しかし、上記したような従来技術によってパターンの線幅誤差や画像のむらを抑制する場合、線幅誤差や感度が変動する周期内にわたって広く波長を分布させる必要がある。その場合、異なる発光波長の複数の光源が必要であることから、結果的に構成が複雑化する。また、このように近接した波長特性のＬＥＤ素子を光源として用いる場合、ダイクロイックミラーなどのビームコンバイナによる合波効率が著しく低下し、露光装置として十分な生産性が得られない問題も生じる。

本発明は、ＬＥＤ素子を含む光源を備える露光装置において、ＬＥＤ素子の温度変化に起因して生じるレジスト像の線幅変化を抑制するために有利な技術を提供する。

本発明の一側面によれば、第１波長特性を有する第１固体発光素子からの光と第２波長特性を有する第２固体発光素子からの光との合成光で原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系と、を備え、前記第１波長特性の変化によって生じる、前記基板の上に転写されたパターンの線幅変化である第１線幅変化と、前記第２波長特性の変化に応じて生じる、前記パターンの線幅変化である第２線幅変化とが互いに異符号となるように、前記第１波長特性および前記第２波長特性が定められている、ことを特徴とする露光装置が提供される。

本発明によれば、ＬＥＤ素子を含む光源を備える露光装置において、ＬＥＤ素子の温度変化に起因して生じるレジスト像の線幅変化を抑制するために有利な技術を提供することができる。

露光装置の概略構成を示す図。 一般的な照明光学系の構成を示す図。 ＬＥＤアレイ光源の構成を示す図。 実施形態における照明光学系の構成を示す図。 ＬＥＤ素子の波長特性およびダイクロイックミラーの透過率特性の例を示す図。 ＬＥＤ素子の温度による波長特性の変化を示す図。 露光波長を変化させた場合のレジスト線幅のシミュレーション結果を示す図。 基底状態から波長変化が生じた場合の線幅変化を計算した結果を示す図。 波長変化量に対する線幅の変化量の関係を示す模式図。 実施例１のシミュレーション結果を示す図。 実施例２のシミュレーション結果を示す図。 実施例３のシミュレーション結果を示す図。 露光方法のフローチャート。 露光条件を決定する処理のフローチャート。 露光量を決定する処理のフローチャート。 シミュレーション条件を示す図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。なお、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一若しくは同様の構成に同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜第１実施形態＞
図１は、実施形態における露光装置１００の概略構成を示す図である。露光装置１００は、複数の波長域を含む光でマスク２（原版）を照明し、プレート８（基板）にマスク２のパターンを転写するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、フラットパネルディスプレイ、半導体素子、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などを製造するための装置である。

投影光学系ＰＯは、例えば、反射光学系であり、平面ミラー４、７、凹面ミラー５、凸面ミラー６を含む。投影光学系ＰＯは、マスク２からの光を平面ミラー４、凹面ミラー５、凸面ミラー６、凹面ミラー５、平面ミラー７の順に反射し、マスク２の投影像をプレート８に形成する。投影光学系ＰＯが反射光学系で構成される場合、光源からの光の色収差が屈折光学系よりも小さい。このような構成は、複数の波長域を含む広帯域光（ブロードバンド照明光）を用いる場合に好適である。ただし、本発明は投影光学系ＰＯがミラー光学系に限定されるものではなく、投影光学系ＰＯが屈折光学素子からなる屈折光学系であってもよい。

プレート８には感光材料からなるレジスト（感光剤）が塗布される。レジストが塗布された基板が露光された後、現像やベーキングなどの処理を行うことで、レジストには、マスク２に描画されたパターンに対応したレジスト像が形成される。通常、同一のマスクパターンを一つのプレートの複数箇所に対して露光が行われる。

制御部ＣＮＴは、露光装置１００の各部、即ち、照明光学系１、投影光学系ＰＯ、マスクステージ３、プレートステージ９などを統括的に制御して露光装置１００を動作させる。制御部ＣＮＴは、例えば、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Arrayの略。）などのＰＬＤ（Programmable Logic Deviceの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuitの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部又は一部の組み合わせによって構成される。

図２は、一般的な構成を備える照明光学系１’を示す図である。照明光学系１’は、例えば、コンデンサレンズ１２、１５と、オプティカルインテグレータ１３と、開口絞り１４とを含み、光源１１から射出された光を照明光として成形し、マスク２を照射する。

光源１１は、例えば、固体発光素子であるＬＥＤ素子を複数含むＬＥＤアレイ光源であり、その詳しい構成については後述する。なお、光源１１は、露光装置の一構成要素としての光源部である理解されてもよいし、露光装置の外部に配置された光源部であると理解されてもよい。いずれの構成にせよ、制御部ＣＮＴは、光源１１の制御を行うように構成されているものとする。光源１１から射出される光は、コンデンサレンズ１２で集光され、オプティカルインテグレータ１３を照射する。図２では、コンデンサレンズ１２の前側焦点位置の近傍に光源１１の射出面が位置し、コンデンサレンズ１２の後側焦点位置の近傍にオプティカルインテグレータ１３の入射面が位置するように示しているが、必ずしもこの構成に限定されない。

オプティカルインテグレータ１３は、例えば、フライアイレンズであり、多数の同一のレンズエレメントから構成される。オプティカルインテグレータ１３は、入射面上の光を波面分割し、その射出面で光源１１の多重光源像を形成する。換言すると、オプティカルインテグレータ１３を構成する多数のレンズエレメントの１つ１つの射出面に、光源１１の光学像が形成され、これが２次光源となる。オプティカルインテグレータ１３の射出面近傍に配置される開口絞り１４は、マスク２を照明する光の角度分布を制御する。開口絞り１４は、例えば、輪帯形状の透過領域や四重極状の透過領域を設けることで、輪帯や四重極などの変形照明を形成可能である。開口絞り１４を透過した光は、コンデンサレンズ１５によって集光され、照明光としてマスク２を照射する。

ここで、マスク２を照明する光の角度分布は、有効光源分布と呼ばれる。図２においては、有効光源分布は、開口絞り１４を透過した後の光量分布に相当する。輪帯照明や四重極照明などの変形照明は、ｋ１ファクター値が小さいリソグラフィ工程において、解像力や焦点深度を向上させる超解像技術として広く用いられる。変形照明においては、マスクを照明する角度を投影光学系の開口数（ＮＡ）で規格化したコヒーレンスファクターσ値によって特徴を記述される。例えば、輪帯照明においてσ０．４５－０．９０の様にマスクを照明する最小角に相当するσ値（例えばσ０．４５）とマスクを照明する最大角に相当するσ値（例えばσ０．９０）とによって記述されることがある。

図３を参照して、光源１１の詳細な構成について説明する。図３（ａ）は、ｘ方向から見た光源の断面の概略図であり、図３（ｂ）は、ｚ方向から見た光源の概略図である。光源１１は、基台２１に実装された複数のＬＥＤ素子２２を含む。ＬＥＤ素子は高圧水銀ランプと比べて素子１つあたりの放射エネルギーが小さいため、複数のＬＥＤ素子を用いる必要がある。例えば、複数のＬＥＤ素子２２は、１０００個程度のＬＥＤ素子でありうる。複数のＬＥＤ素子２２は、基台２１の上にＸＹ方向に二次元的に配列されている。図３（ｂ）では、複数のＬＥＤ素子２２は正方格子状に配列されているが、これに限定されるものではなく、例えば、千鳥状に配列されてもよい。

複数のＬＥＤ素子２２のそれぞれは、紫外光を放射するＵＶ－ＬＥＤ素子であり、発光ピーク波長は、例えば、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍなどである。複数のＬＥＤ素子２２には、互いに異なる発光ピーク波長のＬＥＤが一つの基台上に混在していてもよい。あるいは、複数のＬＥＤ素子２２は、発光ピーク波長ごとのグループに分類され、グループごとに異なる基台に配置されてもよい。ただし後述するように、露光工程の生産性を高めるため、互いに発光ピーク波長の異なるＬＥＤ素子群を異なるアレイ光源として構成し、それぞれの光源からの光をダイクロイックミラーなどのビームコンバイナによって合波するようにしてもよい。

複数のＬＥＤ素子２２から放射される光は、放射角度が半角で６０～７０度程度であり、一般的なフラットパネルディスプレイ向けの投影光学系の開口数ＮＡが０．１前後（角度に換算すると５．７度前後）であることを考えると、非常に大きな角度分布である。そこで、複数のＬＥＤ素子２２からの放射光束を損失なく下流の光学系で取り込むため、複数のＬＥＤ素子２２それぞれの直上に、放射光束をコリメートする集光部２３が配置されうる。集光部２３には、ＬＥＤ素子に対応するようにコリメートレンズが設けられている。図３（ｂ）の点線と点線が交わっている交点は、集光部２３に含まれる各コリメートレンズの光軸を表している。

ＵＶ－ＬＥＤ素子において、投入した電力のうち所望の光として利用できるのは３０～５０％程度であり、その他の部分は熱に変換される。そこで、ＬＥＤ素子からの発熱を放熱し、ＬＥＤ素子の温度変化を抑制するため、冷却器２４が設けられる。冷却器２４は例えば液冷式のヒートシンクである。不図示の冷媒ポンプにより冷却器内に冷媒を循環させ、基台２１を介してＬＥＤから伝熱する熱を放熱し、ＬＥＤ素子を冷却することが可能である。冷却に関連するパラメータ（冷却条件）としては、冷媒の流速や冷媒の温度が挙げられる。冷媒の流速を上げるほど、また冷媒の温度を下げるほど冷却性能は向上し、ＬＥＤ素子からより多くの熱量を冷却することが可能であるが、冷媒の温度は光源の環境温度（室温）付近に設定することが一般的である。半導体・ＦＰＤ製造用のクリーンルームの室温は一般的に２２～２４℃程度であることから、この温度域に含まれる温度を環境温度または室温とする。

図４を参照して、本実施形態における照明光学系１の構成を説明する。図２の照明光学系１’との差異は、複数のＬＥＤアレイ光源が使用される点である。その他の構成は図２の照明光学系１’と同様である。図４では、第１光源１１ａからの光と第２光源１１ｂからの光との合成光でマスク２を照明する。第１光源１１ａは、第１波長特性Ｉ_１を有する第１ＬＥＤ素子（第１固体発光素子）が複数含まれる第１ＬＥＤアレイ光源である。第２光源１１ｂは、第２波長特性Ｉ_２を有する第２ＬＥＤ素子（第２固体発光素子）が複数含まれる第２ＬＥＤアレイ光源である。第１波長特性Ｉ_１を有する第１ＬＥＤ素子は、例えば、３６５ｎｍにピーク波長を有するＬＥＤ素子であり、第２波長特性Ｉ_２を有する第２ＬＥＤ素子は、例えば、４０５ｎｍにピーク波長を有するＬＥＤ素子である。

図４の構成では、第１光源１１ａおよび第２光源１１ｂから放射される波長特性の異なる光を、ビームコンバイナ１７で合成し、コンデンサレンズ１２へ導光する。ビームコンバイナ１７は、例えば、ダイクロイックミラーでありうる。一例において、このダイクロイックミラーは、３６５ｎｍ付近の光は透過し４０５ｎｍ付近の光は反射するような特性を有する光学薄膜が形成された平板ガラスでありうる。このような構成により、図２で説明した照明光学系１’と比較して、より多くの光量を照明光学系１の被照射面であるマスク２に導くことができる。

光学系における光の取り込みを考慮する際に用いられる物理量として、エタンデュが知られている。エタンデュは、光学系の一断面における光の断面積と立体角との積で表される。露光装置の設計においては、マスク２におけるエタンデュＥ_ｉｎが装置仕様として決定される。エタンデュＥ_ｉｎは、（光の損失がない前提においては）光学系内で不変であり、Ｅ_ｉｎを超えるエタンデュの光は光学系で取り込むことができない。すなわち、光源のエタンデュをＥ_Ｓとおくと、Ｅ_Ｓ≦Ｅ_ｉｎの関係が成り立つ。図３（ｂ）のＸＹ面内方向にＬＥＤ素子を追加して構成することはＥ_Ｓの増大に相当するが、Ｅ_ｉｎを超える分は損失にしかなり得ず、その限界を超えると被照射面の照度を向上させることができない。しかし、波長合成においては原理的にエタンデュは増加しない。このため、波長合成を用いることで、より多くの光量をマスク２に導くことが可能となる。

図５に、ピーク波長が３６５ｎｍのＬＥＤ素子のスペクトル、ピーク波長が４０５ｎｍのＬＥＤ素子のスペクトル、および、ダイクロイックミラーの透過率特性の一例を示す。波長合成に伴う光量の損失を極力少なくし、効率よく導光するためには、両スペクトルがダイクロイックミラーの透過率特性における通過域と遮断域とに確実に分離されるように、両スペクトルを波長方向に離すことが望ましい。ダイクロイックミラーへの光線の入射角度（ＡＯＩ）が変化すると、図５に示すように透過率特性も波長方向に変化する。したがって、ダイクロイックミラーへの入射角度分布に広がりがある場合は、その分だけ光源のスペクトル同士を離すことが望ましい。

ここで、ダイクロイックミラーの透過率特性における遮断特性の急峻度を示す遷移域の波長幅をΔｗ_ｄ、ダイクロイックミラーに対する光線の入射角度変化による透過率特性のカットオフ波長の変動幅をΔｗ_ＡＯＩとする。また、第２波長特性の重心波長が第１波長特性の重心波長よりも長波長側にあるとする。このときの、第１波長特性における強度がピーク強度の１／２になる波長のうち長波長側の波長をλ_１ｄ、第２波長特性における強度がピーク強度の１／２になる波長のうち短波長側の波長をλ_２ｄとする。さらに、後述するＬＥＤ素子の温度変化に起因して発生する波長特性の変化量をΔλ_ｔとする。発明者らの検討によれば、波長合成に伴う光量の損失を抑制するための条件は以下の通りとなる。
Δｗ_ｄ＋Δｗ_ＡＯＩ＋Δλ_ｔ≦λ_２ｄ－λ_１ｄ ・・・（１）

式（１）を満たすことで、波長合成に伴う光量の損失が例えば１０％以下に抑制されうる。

設計の一例において、ダイクロイックミラーの透過率特性の遷移域の波長幅Δｗ_ｄは４ｎｍ、ダイクロイックミラーに入射する光の角度分布は４５度±３度（６度の広がり）である。ダイクロイックミラーへの入射角度が１度変わると波長特性が約１ｎｍ波長方向に変化するため、ダイクロイックミラーに対する光線の入射角度変化による透過率特性のカットオフ波長の変動幅Δｗ_ＡＯＩは６ｎｍである。さらに、後述の通り温度変化に起因して発生する波長特性の変化量Δλ_ｔの最大値は５ｎｍ程度である。以上より、例えばλ_２ｄ－λ_１ｄが１５ｎｍ以上となるような第１波長特性および第２波長特性を選定することで、波長合成に伴う光量の損失を抑制し、露光装置の生産性を高めることが可能となる。以下では、ＬＥＤ素子の放射特性について、ピーク波長が３０ｎｍ以上離間していれば式（１）を満たすものとする。

水銀ランプ光源の場合は、電圧を印加してから光出力が安定するまでに数十分の時間を要することから、水銀ランプは常時点灯される。そして、マスク２への照明光の照射／非照射を制御するために照明光学系内に構成される照明光シャッターの開閉により、露光を行うときのみマスク２を照明するよう制御される。一方、ＬＥＤ素子の場合は、電圧を印加してから光出力が安定するまでの時間がナノ秒～マイクロ秒オーダーと極めて短く、常時点灯する必要はない。したがって、照明光シャッターは必ずしも必要ではなく、ＬＥＤ素子の通電のタイミングを制御することによってマスク２への照明光の照射／非照射を制御することができる。すなわち、露光時にはＬＥＤ素子に通電し、非露光時にはＬＥＤ素子に通電をしないことにより、照明光の照射／非照射を制御してよい。このように、露光に必要なタイミングのみで通電する制御方法を採用することで、消費電力を抑制することができる。また、ＬＥＤ素子に通電する時間を短縮できることから、ＬＥＤ素子の寿命の観点でも有利である。

しかしながら、ＬＥＤ素子への通電の有無を断続的に行うことにより、露光動作中にＬＥＤ素子の温度が変化してしまうこととなる。ＬＥＤ素子の温度変化による波長特性（スペクトル）の変化の例を図６に示す。ＬＥＤ素子の温度が２３℃のときのピーク波長がそれぞれ３６５ｎｍ、４０５ｎｍである２つのＬＥＤ素子について、ＬＥＤ素子の温度が２３℃の場合の発光スペクトルを実線で、ＬＥＤ素子の温度が８３℃の場合の発光スペクトルを破線で示している。素子や発光波長にも依存するが、ＬＥＤ素子の温度が２０℃上昇するにつれ、ピーク波長が約１ｎｍ長波長側にシフトしうる。したがって、露光動作中にＬＥＤ素子の温度が２３℃から８３℃に上昇した場合、露光動作中にピーク波長が３ｎｍ変化することになる。

ＬＥＤ素子（ＵＶ－ＬＥＤ素子）の最大ジャンクション温度の定格は１２０～１３０度が一般的であり、この温度を超えるとＬＥＤ素子の寿命の劣化や故障が発生しうる。室温からの差分としては１００℃程度の温度の幅を取り得るため、室温～定格内で使用する場合は、ピーク波長が５ｎｍ程度変動しうる。ＬＥＤの素子の温度に影響するパラメータは、冷却器の冷却条件（冷媒の流量・温度）、ＬＥＤ素子の出力である。ＬＥＤ素子のジャンクション温度の定格以下で運用するために、冷却条件やＬＥＤ素子への投入電力が適宜調整されうる。なお、ＬＥＤアレイ光源におけるＬＥＤ素子の集積度や基板の熱伝導率等もＬＥＤ素子の温度に影響するが、それらは露光装置の運用中に制御可能なパラメータではないため、ここでは除外する。

以下では、ＬＥＤ素子の温度が室温近く（２２～２４℃）の状態を定常状態と称する。それに対して、ＬＥＤ素子の温度が室温より高く、波長特性が定常状態から変化した状態を非定常状態と称する。ＬＥＤ素子の点灯と消灯を断続的に繰り返す場合、定常状態に戻らず、非定常状態のまま温度が上下することが考えられる。露光装置の運用上問題となるのは、露光プロセスの中でのＬＥＤ素子の温度の最低値と最高値との間の変動である。温度の最低値をとる状態を基底状態、この時の温度および波長特性をそれぞれ基底温度および基底波長特性と称する。また、ＬＥＤ素子の温度の最高値をとる状態を最大遷移状態、この時の温度および波長特性をそれぞれ最高温度および最大遷移波長特性と称する。さらに、基底状態と最大遷移状態との間の状態を遷移状態と称する。特に断りがない限り、以下で「波長特性」と称する場合、それは基底波長特性を指すものとする。基底状態は定常状態と同一であってもよいが、同一でなくてもよい。遷移状態の諸量には´（ダッシュ）を付してその旨を表す場合があり、遷移状態と基底状態との差分に相当する諸量にはΔ（デルタ）を付してその旨を表すものとする。また、最大遷移状態の諸量は添え字ｍａｘを用いてその旨を表すものとする。

ここで、「波長特性」は光源の発光波長の強度分布を指し、「スペクトル」もしくは「発光スペクトル」を含意する。波長特性は波長λの関数であることを明示してＩ（λ）と表すことがあるが、単にＩと表すこともある。「ピーク波長」はＬＥＤ素子の発光スペクトルにおいて最大の強度をとる波長を指し、添え字ｐを用いてλ_ｐのように表す。「重心波長」は波長に発光スペクトルの強度に応じた重みづけをして平均化した波長を指し、添え字ｇを用いてλ_ｇのように表す。ＬＥＤ素子の温度変化によって波長特性が変化する場合、変化の前後で波長特性の分布は実質的に同じ形状のまま波長方向にシフトするものとみなしてよい。すなわち、ＬＥＤ素子の温度変化によって生じるピーク波長の変化量と、重心波長の変化量は、同一とみなしてよい。このような仮定のもとでは、基底波長特性Ｉ（λ）と遷移波長特性Ｉ´（λ）との間の差は、基底ピーク波長λ_ｐと遷移ピーク波長λ_ｐ´との差として特徴づけられる。すなわち、基底波長特性Ｉ（λ）に対してΔλ_ｐ＝λ_ｐ´－λ_ｐが与えられた場合に、遷移波長特性Ｉ´（λ）が一意に決定されるものとする。これは、ピーク波長を重心波長と置き換えた場合も同様であるため、波長特性の変化の度合いを示す際に（添え字なしで）Δλのように表すこととする。

ＬＥＤ素子の温度変化に起因する波長特性の変化は、プレート８（基板）に塗布されたレジストに形成されるレジスト像（基板上に転写されるパターン）の線幅の変化をもたらしうる。発明者らの検討によれば、線幅の変化は主として以下の３つの要因で起こり得る。

一つ目は、空中像のコントラストの波長依存性である。波長が長波長化することで回折角が大きくなり、結像に寄与しない光の割合が増えることから空中像のコントラストが低下する。しかし、例えば３ｎｍ程度の波長変化であれば、これが線幅に与える影響は軽微である。

二つ目は、レジストに含まれる感光材料の感度の波長依存性である。通常は波長が異なると感度が異なることから、露光に用いる照明光の波長特性が変化した場合には、所望の線幅のレジスト像を得るのに適切な露光量が変化する。逆に言えば、一定の露光量で露光を行っている中で照明光の波長特性が変化した場合、得られるレジスト像の線幅が変化する。

三つ目は、レジスト中の定在波効果によるものである。塗布されたレジストの膜厚や屈折率、照明光の波長によっては、レジスト中に定在波が形成される。照明光の波長特性が変化した場合には、定在波のモードが変化し、結果的にレジスト線幅の変化に影響する。

図７は、レジスト膜厚１３００ｎｍ、１４００ｎｍ、１５００ｎｍに対し、露光波長を変化させた場合のレジスト線幅のシミュレーション結果を示している。シミュレーション条件を図１６（ａ）に示す。露光波長は、分布を与えず単一波長とした。マスクパターンは１．５μｍのライン＆スペースであり、目標線幅も同様に１．５μｍである。また、基板はシリコン、投影光学系の開口数であるＮＡは０．１、有効光源はσ０．４５－０．９０の輪帯である。露光量は３６５ｎｍにおいて目標線幅となるよう各レジスト膜厚に対して設定し、波長を変化させても露光量は一定とした。波長変化に対して線幅の周期的な変化が確認できるが、これは上述の定在波効果によるものである。感光材料の感度の波長依存性が急峻でない場合は、図７の通り定在波の効果が支配的である。定在波の形成条件は膜厚によって変動するため、レジスト膜厚を変えるとレジスト線幅の増減の繰り返し周期も異なる。

図７のシミュレーション結果に基づき、基底状態からΔλ＝３ｎｍの波長変化が生じた場合の線幅変化ΔＣＤを計算した結果を図８に示す。露光波長によって、波長変化が生じた際の線幅変化の符号やその量が異なることが分かる。例えば、λ＝３６５ｎｍに着目すると、レジスト膜厚Ｔ＝１５００ｎｍにおいてはΔＣＤ＝－８０ｎｍとなるのに対し、Ｔ＝１４００ｎｍにおいてはΔＣＤ＝１４ｎｍ、Ｔ＝１３００ｎｍにおいてはΔＣＤ＝１１３ｎｍと、膜厚によって変化する。一方、λ＝４０５ｎｍに着目すると、レジスト膜厚Ｔ＝１５００ｎｍにおいてはΔＣＤ＝９９ｎｍとなるのに対し、Ｔ＝１４００ｎｍにおいてはΔＣＤ＝－３８ｎｍ、Ｔ＝１３００ｎｍにおいてはΔＣＤ＝－１２９ｎｍとなる。このように、線幅変化ΔＣＤは露光波長λとレジスト膜厚Ｔに依存して変化する。

第１波長特性の変化によって生じる線幅変化をΔＣＤ_１（第１線幅変化）、第２波長特性の変化によって生じる変幅変化をΔＣＤ_２とする。本実施形態の１つの特徴は、ΔＣＤ_１（第１線幅変化）とΔＣＤ_２（第２線幅変化）とが互いに異符号となるように、第１波長特性および第２波長特性が定められている点にある。ΔＣＤが互いに異符号となるような第１波長特性と第２波長特性を用いて露光を行うことにより、波長特性の変化が生じた場合であってもΔＣＤが互いに相殺され、波長特性の変化に伴う線幅変化が抑制されうる。前述の例で説明すると、Ｔ＝１３００ｎｍにおいてΔλ＝３ｎｍの波長変化が生じる場合、λ＝３６５ｎｍではΔＣＤ＝１１３ｎｍ、λ＝４０５ｎｍではΔＣＤ＝－１２９ｎｍである。これらの波長を混合して露光を行うことで、それぞれの波長における波長変化に伴う線幅変化が相殺され、結果的に線幅変化が抑制される。

一方、Ｔ＝１３００ｎｍにおいてΔλ＝３ｎｍの波長変化が生じる場合、λ＝３９５ｎｍではΔＣＤ＝５４ｎｍであり、λ＝３６５ｎｍのΔＣＤ＝１１３ｎｍとなり、ΔＣＤは同符号である。このように、それぞれの波長における波長変化に伴う線幅変化の符号が同一の場合は、混合して露光した際に線幅変化が十分抑制され得ない。

図７および図８は単一波長によるシミュレーション結果であるのに対し、実際の光源はある程度の範囲の波長方向の広がりをもった波長特性を有する。ＵＶ－ＬＥＤにおいては例えば半値幅で１０ｎｍ程度の波長の広がりがある。実際にはこの波長方向の広がりのために、異なる定在波のモードが混在し、波長特性の重みとともに平均化される。したがって、実際の光源においては、図８のΔＣＤよりも小さい線幅変化となり、絶対値としては一致しない。しかしながら、図８の横軸をある波長特性における重心波長とみれば線幅変化の増減の傾向は図８と一致するため、露光波長の選定の際に図８のような単一波長のシミュレーション結果を用いて見積もってもよい。

なお、線幅変動の抑制という目的のみに則せば、図８のΔＣＤ変動の一周期以上の波長を用いることで抑制可能であると考えられる。例えば、図８において、３６０～３９０ｎｍ付近におけるΔＣＤの増減変化は２０～３０ｎｍを一周期としている。そこで、ピーク波長が３６５ｎｍ、３７５ｎｍ、３８５ｎｍのＬＥＤを混合して用いることで、２０～３０ｎｍの領域にわたって広がる波長特性が得られ、波長変化が生じた場合であってもレジスト像の線幅変化を抑制可能と考えられる。

このように、ΔＣＤの増減の周期にわたって露光波長を分布させる場合は、近接したピーク波長を有する複数のＬＥＤ素子を用いる必要がある。しかし、ピーク波長が近接している場合はダイクロイックミラーを用いた波長合成の効率が著しく低下する。したがって、１つのＬＥＤアレイ光源の中で複数の波長特性のＬＥＤ素子を混在させることになる。図２のように単一のＬＥＤアレイ光源のみを用いる場合はこの方法で波長特性の変化に伴う線幅変化を抑制可能であるが、この場合は露光において十分な光量を得られないというデメリットがある。露光に十分な光量を得るためには、図４に示された構成のようにビームコンバイナを用いて複数のＬＥＤアレイ光源からの光を合成することが望ましく、そのためにはＬＥＤ素子の波長特性が互いに離間していることが必要である。

第１波長特性の変化によって生じるレジスト像の線幅変化ΔＣＤ_１（以下「第１線幅変化」ともいう。）と、第２波長特性の変化によって生じるレジスト像の線幅変化ΔＣＤ_２（以下「第２線幅変化」ともいう。）が互いに異符号であったとしても、その絶対量に差がある場合には線幅変化を相殺しきれず、ある程度の線幅変化が発生する場合がある。そこで本実施形態では、第１線幅変化と第２線幅変化との和が許容値より小さくなるように、第１ＬＥＤ素子からの光による露光量（第１露光量）および第２ＬＥＤ素子からの光による露光量（第２露光量）が設定される。具体的には、第１波長特性の光による露光量Ｄ_１（第１露光量）と、第２波長特性の光による露光量Ｄ_２（第２露光量）とを、線幅変化が相殺されるようΔＣＤ_１＋ΔＣＤ_２が小さくなるように定めればよい。ここで、ΔＣＤ_１＋ΔＣＤ_２は、第１線幅変化と第２線幅変化との和を示している。第１波長特性と第２波長特性とで露光量を異ならしめる方法としては、制御部ＣＮＴが、波長特性の異なるＬＥＤ素子それぞれへ投入する電力を制御することにより、異なる光出力にすることが考えられる。すなわち、第１ＬＥＤ素子および第２ＬＥＤ素子のそれぞれへ投入する電力を制御することにより、第１ＬＥＤ素子による第１露光量の露光および第２ＬＥＤ素子による第２露光量の露光が実現される。しかし、この方法に限定されるものではなく、異なる波長特性の光によって露光時間（各ＬＥＤ素子に対する通電時間）を相対的に変化させてもよい。具体的には、第１波長特性を有するＬＥＤ素子のみに通電した状態で第１露光時間で露光を行い、次に第２波長特性を有するＬＥＤ素子のみに通電した状態で第２露光時間で露光を行うといった多重露光が考えられる。この場合は第１波長特性と第２波長特性の光出力が同一であったとしても、第１の露光時間と第２の露光時間を異ならしめることで積算露光量を異ならしめることができる。

図９は、波長変化量に対する線幅の変化量の関係を示す模式図である。ここで、第１波長特性Ｉ_１の露光量Ｄ_１（第１露光量）と、第２波長特性Ｉ_２の露光量Ｄ_２（第２露光量）に関して、Ｄ_１：Ｄ_２＝１：１とする。図９は、この場合において、波長特性Ｉ_１およびＩ_２がそれぞれ独立にΔλの波長変化を起こした際の線幅変化ΔＣＤの関係を示している。図９において、実線は、第２波長特性Ｉ_２が基底状態で、かつ第１波長特性Ｉ_１がΔλだけ変化した際に発生する、目標線幅からの差異を示している。破線は、第１波長特性Ｉ_１が基底状態で、かつ第２波長特性Ｉ_２がΔλだけ変化した際に発生する、目標線幅からの差異を示している。Δλが０～３ｎｍ程度の範囲であれば、ΔＣＤは略線形的に変化する。

ここで、第１波長特性における単位波長変化あたりの線幅変化量を示す波長敏感度を（ΔＣＤ／Δλ）_１、第２波長特性における単位波長変化あたりの線幅変化量を示す波長敏感度を（ΔＣＤ／Δλ）_２とおく。これらはそれぞれ、図９における実線と破線の傾きに相当する。また、第１波長特性における露光中の波長変化量の最大値をΔλ_１ｍａｘ、第２波長特性における露光中の波長変化量の最大値をΔλ_２ｍａｘとおく。これらの量は、最大遷移状態における重心波長（ピーク波長）と基底状態における重心波長（ピーク波長）との差を表している。第１波長特性の波長変化に起因して発生する線幅変化は（ΔＣＤ／Δλ）_１とΔλ_１ｍａｘとの積で見積もられ、第２波長特性の波長変化に起因して発生する線幅変化は（ΔＣＤ／Δλ）_２とΔλ_２ｍａｘとの積で見積もられる。露光量比が等しい場合における第１波長特性の波長変化によって生じる線幅変化と、第２波長特性の波長変化によって生じる線幅変化との間に差がある場合、これらの比に応じて露光量比を設定すればよい。具体的には、
｜（ΔＣＤ／Δλ）_２×Δλ_２ｍａｘ｜／｜（ΔＣＤ／Δλ）_１×Δλ_１ｍａｘ｜ ・・・（２）
で規定される特性値と、Ｄ_１／Ｄ_２との差が許容範囲内となるように、Ｄ_１とＤ_２の比を設定すればよい。

Δλ_１ｍａｘおよびΔλ_２ｍａｘは、第１ＬＥＤ素子への投入電力Ｐ_１、第２ＬＥＤ素子への投入電力Ｐ_２、および冷却器の冷却条件に依存する。投入電力が大きいほど発熱が大きく、ＬＥＤ素子の温度が上がりやすくなり波長特性の変化量（の最大値）が大きくなる。また、冷媒の流量を上げるなどして冷却器の冷却能力を向上させると、ＬＥＤ素子の温度が冷媒の温度に向けて下がりやすくなり、波長特性の変化量（の最大値）は小さくなる。

ここで、Δλ_１ｍａｘとΔλ_２ｍａｘが同一になるよう制御する場合を考える。露光量Ｄ_１、Ｄ_２を互いに異ならしめるために投入電力Ｐ_１、Ｐ_２を異ならしめ、ＬＥＤ素子の発熱量に差が生じる場合であっても、冷却条件を異にすることで波長変化の量を同等に制御することが可能である。この場合、式（２）は単純に、
｜（ΔＣＤ／Δλ）_２／（ΔＣＤ／Δλ）_１｜ ・・・（３）
のように書ける。したがって、異なる波長特性間の最大遷移波長を同一となる様冷却条件を設定する場合は、式（３）とＤ_１／Ｄ_２の差分が小さくなるように露光量を設定すればよいことになる。

（実施例１）
図１０に、実施例１のシミュレーション結果を示す。実施例１は、基底ピーク波長が３６５ｎｍ（λ_１ｐ）の第１波長特性を有するＬＥＤ素子と、基底ピーク波長が４０５ｎｍ（λ_２ｐ）の第２波長特性を有するＬＥＤ素子を用いる（図１０（ａ））。これらのＬＥＤ素子からの光に関して、１：１の露光量比で混合した照明光が生成されるようにした。比較例１は、基底ピーク波長が３６５ｎｍ（λ_１ｐ）の第１波長特性を有するＬＥＤ素子と、基底ピーク波長が３９５ｎｍ（λ_２ｐ）の第２波長特性を有するＬＥＤ素子を用いる（図１０（ａ））。これらのＬＥＤ素子からの光に関して、１：１の露光量比で混合した照明光が生成されるようにした。その他の条件は図１６（ｂ）に示す。実施例１と比較例１のそれぞれで、１．５μｍのレジスト線幅となる露光量を算出する。第１波長特性と第２波長特性のピーク波長がともに基底状態からΔλ_１ｐ＝Δλ_２ｐ＝３ｎｍだけ変化した遷移状態の波長特性において、前述の基底状態と同一の露光量でのレジスト線幅を評価した。

以下では、線幅の評価の前提条件を明記するため、第１波長特性の基底状態からの変化量Δλ_１、第２波長特性の基底状態からの変化量Δλ_２を用いてＣＤ（Δλ_１、Δλ_２）のように表すこととする。基底状態における線幅はΔλ_１＝Δλ_２＝０ｎｍよりＣＤ（０、０）と表される。また、例えば第２波長特性は基底状態（Δλ_２＝０）で、第１波長特性は遷移状態（Δλ_１≠０）の場合はＣＤ（Δλ_１、０）と表される。さらに、なんらかの波長特性の遷移が生じた場合の線幅と基底状態の線幅（ＣＤ（０、０））との差分を表す場合はΔを先頭に付す。

図１０（ｂ）から分かるように、比較例１では、波長特性の遷移に伴って５０ｎｍの線幅変化が生じる。これは目標線幅１．５μｍに対して３．３％の差であり、線幅の管理上無視できない量である。一方、実施例１では、波長特性の遷移に伴って５ｎｍの線幅変化しか生じない。これは目標線幅１．５μｍに対して０．３％の差であり、比較例に対して１／１０に抑制されていることが分かる。

ここで、第２波長特性は基底状態における波長特性とし、第１波長特性が基底状態からΔλ_１＝３ｎｍだけ変化した遷移状態における波長特性とした条件における線幅を、ＣＤ（Δλ_１，０）とする。また、第１波長特性は基底状態における波長特性とし、第２波長特性が基底状態からΔλ_２＝３ｎｍだけ変化した遷移状態における波長特性とした条件における線幅を、ＣＤ（０，Δλ_２）とする。これらＣＤ（Δλ_１，０）およびＣＤ（０，Δλ_２）を、図１０（ｂ）に示した。実施例１の場合、ＣＤ（Δλ_１，０）は１５４０ｎｍであり、目標線幅に対してプラス側に変化するが、ＣＤ（０，Δλ_２）は１４６９ｎｍとなり、目標線幅に対してマイナス側に変化する。このように、第１波長特性と第２波長特性で、波長特性の変化に対する線幅変化の符号が互いに逆である場合、これらの波長特性が同時に変化したとしても相殺され、結果として線幅の変化が抑制されうる。

一方、比較例１の場合、ＣＤ（Δλ_１，０）は１５３９ｎｍであり目標線幅に対してプラス側に変化するが、ＣＤ（０，Δλ_２）は１５１０ｎｍとなり同じく目標線幅に対してプラス側に変化する。このように、第１波長特性と第２波長特性で、波長特性の変化に対する線幅変化の符号が同じである場合、これらの波長特性が同時に変化したときに線幅の変化が抑制されず、大きくなる。結果的に、同一プロセス内の線幅のばらつきが生じ、線幅の管理上問題となり得る。

第１波長特性の変化に伴う線幅変化ΔＣＤ（Δλ_１，０）と、第２波長特性の変化に伴う線幅変化ΔＣＤ（０，Δλ_２）の符号が同一である場合を考察する。この場合、最大遷移波長特性における線幅と基底波長特性における線幅の誤差が、目標線幅に対して３％以上となり得る。一方の、第１波長特性の変化に伴う線幅変化ΔＣＤ（Δλ_１，０）と、第２波長特性の変化に伴う線幅変化ΔＣＤ（０，Δλ_２）の符号が互いに逆である場合を考察する。この場合、最大遷移波長特性における線幅と基底波長特性における線幅の誤差が、目標線幅に対して３％以下に低減しうる。よって、本発明を適用することで同一プロセス内の線幅のばらつきを抑制可能である。

（実施例２）
次に、実施例２について説明する。図１１（ａ）は、第１波長特性Ｉ_１（λ）および第２波長特性Ｉ_２（λ）がそれぞれ独立でΔλの波長変化を起こした際の線幅変化ΔＣＤを表している。ここで、第１波長特性Ｉ_１（λ）は、基底状態で３６５ｎｍのピーク波長を有し、その露光量をＤ_１とする。また、第２波長特性Ｉ_２（λ）、基底状態で４０５ｎｍのピーク波長を有し、その露光量をＤ_２とする。露光量の比は、Ｄ_１：Ｄ_２＝１：１とする。図１１（ａ）において、実線は、第２波長特性Ｉ_２（λ）が基底状態でかつ第１波長特性Ｉ_１（λ）がΔλだけ変化した際に発生する目標線幅からの差異を示し、前述の記法に従いΔＣＤ（Δλ_１，０）と表される。また、破線は、第１波長特性Ｉ_１（λ）が基底状態でかつ第２波長特性Ｉ_２（λ）がΔλだけ変化した際に発生する目標線幅からの差異を示し、前述の記法に従いΔＣＤ（０，Δλ_２）と表される。レジスト膜厚は１４２５ｎｍであり、その他の条件は図１６（ｂ）に示したとおりである。

図１１（ａ）によれば、Δλが０～５ｎｍの範囲でΔＣＤは略線形的に変化している。ここで、第１波長特性における単位波長変化あたりの線幅変化量を（ΔＣＤ／Δλ）_１、第２波長特性における単位波長変化あたりの線幅変化量を（ΔＣＤ／Δλ）_２とする。そうすると、（ΔＣＤ／Δλ）_１＝１９．４ｎｍ、（ΔＣＤ／Δλ）_２＝－９．１ｎｍである。また、第１波長特性における露光中の波長変化量の最大値Δλ_１ｍａｘ、第２波長特性における露光中の波長変化量の最大値Δλ_２ｍａｘがともに３ｎｍであるとする。その場合、第１波長特性の波長変化起因で発生する線幅変化は、（ΔＣＤ／Δλ）_１とΔλ_１ｍａｘの積で見積もられ、５８．２ｎｍである。同様に、第２波長特性の波長変化起因で発生する線幅変化は、（ΔＣＤ／Δλ）_２とΔλ_２ｍａｘの積で見積もられ、－２７．３ｎｍである。本実施例における式（２）の特性値は０．４７となることから、Ｄ１／Ｄ２が０．４７に近くなるよう露光量比を設定すれば線幅変化が抑制可能となる。

図１１（ｂ）は、露光量比Ｄ_１／Ｄ_２と線幅変化ΔＣＤの関係についてのシミュレーション結果を示す。計算条件は図１１（ａ）の線幅変化の算出時と同一である。総露光量Ｄ_１＋Ｄ_２については、各条件において基底状態におけるレジスト線幅が１５００ｎｍとなるよう設定した。

第１波長特性と第２波長特性が同一露光量である場合、すなわちＤ_１／Ｄ_２＝１である場合、波長特性の変化に伴ってΔＣＤ＝３１ｎｍとなり、目標線幅に対して約２％の線幅誤差が生じる。しかし、露光量比Ｄ_１／Ｄ_２を変化させることでΔＣＤが変化する。例えばＤ_１／Ｄ_２＝０．５とすればΔＣＤ＝１ｎｍとなり、波長特性の変化による線幅変化ΔＣＤをかなりの程度で抑制することが可能である。このように、同一露光量下で波長特性の変化によって生じる線幅変化が発生する場合であっても、異なる波長特性間で相対的な露光量を異ならしめることにより線幅変化を抑制することが可能である。また、その露光量比としては、式（２）で規定される特性値とＤ_１／Ｄ_２の差が小さくなるように設定されることが望ましいことがわかる。

＜第２実施形態＞
上述の第１実施形態では、定常状態と基底状態の差については特に限定はしていなかった。ロットの先頭の基板の露光の前には露光動作を行わない時間があり、この間はＬＥＤ素子に通電しないことが基本である。したがってその間にＬＥＤ素子の冷却が進行し、十分に時間が経過すればＬＥＤ素子は冷媒と同じ温度となる。通常は冷媒の温度は環境温度（室温）と同一に設定されることが通常である。すなわち、ロットの先頭においては、ＬＥＤ素子は室温付近の温度となっている。この状態から露光動作を始めることを考えると、定常状態と基底状態は一致するのが通常である。

しかし、定常状態と基底状態を異ならしめることにより、露光中の波長特性の変化に伴うレジスト線幅変化を低減しうる。換言すれば、露光中のＬＥＤ素子の最低温度を室温付近と異ならしめることにより、基底状態の波長特性と定常状態の波長特性とを異ならしめ、結果的にレジスト線幅変化の低減が可能な場合がある。露光中のＬＥＤ素子の最低温度を室温付近と異ならしめる方法としては、例えば照明光シャッターを閉じた状態でＬＥＤ素子に通電し、ＬＥＤ素子自身の発熱によりＬＥＤ素子の温度を室温から上昇させることが考えられる。その他、冷媒の温度を室温付近から異ならしめてもよいし、冷却器の他に加熱器をさらに設けて加熱を行うことによりＬＥＤ素子の温度を調整してもよい。

（実施例３）
第２実施形態に関する実施例３では、定常状態におけるピーク波長が３６５ｎｍであるＬＥＤ素子と、定常状態におけるピーク波長が３９５ｎｍであるＬＥＤ素子とが使用される。実施例３では、これら２つのＬＥＤ素子を、それぞれ基底ピーク波長が３６７ｎｍ、３９７ｎｍとなるように運用する。これは、各々のＬＥＤ素子を常に室温から４０度以上高い温度にすることで達成可能である。一方、比較例１は、定常状態におけるピーク波長が３６５ｎｍであるＬＥＤ素子と、定常状態におけるピーク波長が３９５ｎｍであるＬＥＤ素子とを、それぞれ基底ピーク波長が３６５ｎｍ、３９５ｎｍとなるように運用するものである。これは、各ＬＥＤ素子の露光中の最小温度が室温程度である通常のケースに相当する。波長特性の変化量Δλは実施例３、比較例１ともに全て３ｎｍとする。それぞれの波長特性の概要を図１２（ａ）に示す。また、波長特性以外の計算条件は図１６（ｂ）に示したとおりである。

シミュレーション結果を図１２（ｂ）に示す。比較例１では、前述の通りＣＤ（Δλ_１，０）とＣＤ（０，Δλ_２）がともに目標線幅に対してプラス側であり、その結果、目標線幅に対する誤差が５０ｎｍとなる。一方の実施例３では、ＣＤ（Δλ_１，０）が１５１１ｎｍであり、目標線幅に対してプラス側に変化するが、ＣＤ（０，Δλ_２）が１４９３ｎｍとなり、目標線幅に対してマイナス側に変化する。そのため、両者の変化は相殺されて結果的な線幅変化は６ｎｍとなり、比較例１に比べて抑制される。このように、定常状態の波長特性と基底状態の波長特性とを異ならしめることにより、露光中の波長特性の変化に伴うレジスト像の線幅変化を低減させることができる。

＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態として、図１３～１５を参照して露光方法を説明する。図１３は、本実施形態に係る露光装置によって実行される露光方法のフローチャートである。工程Ｓ１で、第１波長特性Ｉ_１、第２波長特性Ｉ_２、レジスト膜厚が決定される。工程Ｓ２で、第１波長特性の露光量Ｄ_１と第２波長特性の露光量Ｄ_２とが決定される。工程Ｓ３で、工程Ｓ１および工程Ｓ２で決定された条件で露光を行った際に発生する波長特性変化起因の線幅誤差が許容値内になったかどうかが判定される。判定がＹＥＳの場合、すなわち、線幅誤差が許容値内になった場合、工程Ｓ４で露光が行われる。一方、判定がＮＯの場合、すなわち、線幅誤差が許容値を超えている場合は、工程Ｓ１に戻り、再度、露光条件の検討が行われる。工程Ｓ１、Ｓ２、およびＳ３を露光条件の決定工程とも呼ぶ。工程Ｓ４を露光工程とも呼ぶ。

工程Ｓ１およびＳ２は、実際の露光によって実施されてもよいし、シミュレーションによって実施されてもよい。実際の露光が行われる場合には、例えば複数の露光条件で露光を行い、現像後にレジスト像の線幅計測を行って目標線幅に近い露光量を採用する。ただし、実際の露光で行う場合、ＬＥＤ素子への投入電力が大きいと十分に冷却ができず、ＬＥＤ素子を所望の温度に設定できない可能性がある。この場合は、所望の温度に維持できる程度にＬＥＤ素子への投入電力を落とし、露光量が補償されるように露光時間を延ばしてもよい。

図１４を参照して、工程Ｓ１の詳細を説明する。工程Ｓ１１では、基底状態における第１波長特性Ｉ_１と基底状態における第２波長特性Ｉ_２とによって、１：１の露光量比で露光を行う場合に適切な露光量が決定される。ここで、初めに用いる第１波長特性Ｉ_１および第２波長特性Ｉ_２、基底状態の定義（ＬＥＤ素子の温度）、レジスト膜厚については、特に限定されることなく、任意である。

工程Ｓ１２では、遷移状態の第１波長特性（波長変化量Δλ₁）と基底状態の第２波長特性とによって、Ｓ１１で決定された露光量で露光を行った場合の目標線幅からの差ΔＣＤ（Δλ₁，０）が評価される。工程Ｓ１３では、基底状態の第１波長特性と遷移状態の第２波長特性（波長変化量Δλ_２）とによって、Ｓ１１で決定された露光量で露光を行った場合の目標線幅からの差ΔＣＤ（０，Δλ_２）が評価される。

工程Ｓ１４で、Ｓ１２およびＳ１３で評価された線幅誤差ΔＣＤ（Δλ₁，０）およびΔＣＤ（０，Δλ_２）が互いに異符号であるかが判定される。両者の線幅誤差が異符号であれば、工程Ｓ１は終了となる。両者の線幅誤差が異符号でなかった場合、処理は工程Ｓ１５へ進む。工程Ｓ１５では、レジスト膜厚を変更可能か否かが検討される。レジスト膜厚が変更可能な場合、工程Ｓ１６でレジスト膜厚が変更された後、工程Ｓ１１に戻って処理が繰り返される。

工程Ｓ１５において、露光工程設定の関係上、レジスト膜厚の変更が不可能な場合は、処理は工程Ｓ１７へ進む。工程Ｓ１７では、第１波長特性Ｉ_１もしくは第２波長特性Ｉ_２が変更される。ここで、波長特性の変更は基底状態の変更も含む。すなわち、工程Ｓ１７においては、異なるピーク波長の波長特性への変更が行われてもよいし、基底状態（露光プロセス中のＬＥＤ素子の最低温度）の変更が行われてもよい。波長特性の変更は、例えば、第２実施形態で説明したような方法で行われうる。また、ＬＥＤアレイ光源に波長特性が異なる複数種類のＬＥＤ素子が配置されている場合には、波長特性を変更するかわりに、所望の波長特性をもつＬＥＤ素子を選択するようにしてもよい。

図１５を参照して、露光量を決定する工程Ｓ２の詳細を説明する。工程Ｓ２１で、第１波長特性における露光中の波長変化量の最大値Δλ_１ｍａｘと、第２波長特性における露光中の波長変化量の最大値Δλ_２ｍａｘが決定される。初期値は任意であるが、両者とも例えば３ｎｍに仮決定されてもよい。工程Ｓ２２では、工程Ｓ１で決定した線幅誤差ΔＣＤ（Δλ₁，０）、ΔＣＤ（０，Δλ_２）、および工程Ｓ２１で決定したΔλ_１ｍａｘ、Δλ_２ｍａｘを用いて式（２）の特性値が評価される。

工程Ｓ２３において、工程Ｓ２２で評価した特性値と露光量比Ｄ_１／Ｄ_２との差が小さくなるように露光量比Ｄ_１／Ｄ_２が決定される。ここで、特性値と露光量比Ｄ_１／Ｄ_２との差は０となることが望ましいが、必ずしもその必要はなく、目標線幅との誤差が目標値以内となるような露光量比Ｄ_１／Ｄ_２になればよい。

工程Ｓ２４において、露光量Ｄ_１、Ｄ_２が決定される。具体的には、工程Ｓ２３で決定したＤ_１／Ｄ_２を満たす条件下でＤ_１＋Ｄ_２を変えて露光した際の線幅の変化が評価され、目標線幅に近いＤ_１＋Ｄ_２が決定される。

工程Ｓ２５では、第１ＬＥＤ素子の基底温度Ｔ_１および最高温度Ｔ_１ｍａｘと、第２ＬＥＤ素子の基底温度Ｔ_２および最高温度Ｔ_２ｍａｘとを満たす、以下のパラメータが決定される。
・冷媒の流量、
・冷媒の温度、
・ＬＥＤ素子の投入電力Ｐ_１、Ｐ_２、
・露光時間。
ここで、基底温度Ｔ_１およびＴ_２は、工程Ｓ１で決定した基底状態によって決定され、最高温度Ｔ_１ｍａｘおよびＴ_２ｍａｘは、工程Ｓ２１で決定したΔλ_１ｍａｘ、Δλ_２ｍａｘと、基底温度Ｔ_１、Ｔ_２によって決定される。

例えば、冷却条件は標準的な条件とする。次に、Ｐ_１／Ｐ_２＝Ｄ_１／Ｄ_２を満たす条件下で、最高温度Ｔ_１ｍａｘおよびＴ_２ｍａｘを超えない範囲で最大の光出力が得られるような投入電力としてＰ_１およびＰ_２が決定される。そして、露光量Ｄ_１、Ｄ_２とＰ_１、Ｐ_２に基づき、露光時間が決定される。

工程Ｓ２６では、Δλ_１ｍａｘ、Δλ_２ｍａｘの妥当性が評価される。Δλ_１ｍａｘ、Δλ_２ｍａｘが妥当であれば、工程Ｓ２は終了となる。ここで、第１ＬＥＤ素子および第２ＬＥＤ素子の一方、またはその両方の温度が最高温度を下回る場合には、冷却条件を調整して最高温度となるようにしてもよい。また、工程Ｓ２６でΔλ_１ｍａｘ、Δλ_２ｍａｘが妥当でないと判断された場合には、工程Ｓ２１に戻り、工程Ｓ２５の検討を基にΔλ_１ｍａｘ、Δλ_２ｍａｘが再検討されてもよい。

以上説明した実施形態によれば、露光中の第１ＬＥＤ素子および第２ＬＥＤ素子の最高温度が例えば定格温度以下になるように、第１ＬＥＤ素子への投入電力Ｐ_１、第２ＬＥＤ素子への投入電力Ｐ_２、および冷却器２４の冷却条件が設定されうる。また、以上説明した実施形態によれば、露光中の第１ＬＥＤ素子および第２ＬＥＤ素子の最低温度が室温とは異なる温度になるように、第１ＬＥＤ素子への投入電力Ｐ_１、第２ＬＥＤ素子への投入電力Ｐ_２、および冷却器２４の冷却条件が設定されうる。

＜物品製造方法の実施形態＞
本発明の実施形態に係る物品製造方法は、例えば、半導体デバイス等のマイクロデバイスや微細構造を有する素子等の物品を製造するのに好適である。本実施形態の物品製造方法は、基板に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項を添付する。

１：照明光学系、２：マスク、１１ａ：第１光源、１１ｂ：第２光源、１２：コンデンサレンズ、１３：オプティカルインテグレータ、１４：開口絞り、１５：コンデンサレンズ、１７：ビームコンバイナ

Claims (15)

1. 第１波長特性を有する第１固体発光素子からの光と第２波長特性を有する第２固体発光素子からの光との合成光で原版を照明する照明光学系と、
   前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系と、
   を備え、
   前記第１波長特性の変化によって生じる、前記基板の上に転写されたパターンの線幅変化である第１線幅変化と、前記第２波長特性の変化に応じて生じる、前記パターンの線幅変化である第２線幅変化とが互いに異符号となるように、前記第１波長特性および前記第２波長特性が定められている、
   ことを特徴とする露光装置。
2. 前記第１線幅変化と前記第２線幅変化との和が許容値より小さくなるように、前記第１固体発光素子からの光による露光量である第１露光量および前記第２固体発光素子からの光による露光量である第２露光量が設定されている、ことを特徴とする請求項１に記載の露光装置。
3. 前記第１露光量をＤ_１、前記第２露光量をＤ_２とし、Ｄ_１：Ｄ_２＝１：１とした場合において、
   前記第１波長特性の重心波長の変化に応じて生じる線幅変化量を示す波長敏感度を（ΔＣＤ／Δλ）_１、前記第２波長特性の重心波長の変化に応じて生じる線幅変化量を示す波長敏感度を（ΔＣＤ／Δλ）_２とし、
   前記第１波長特性における露光中の重心波長の変化量の最大値をΔλ_１ｍａｘ、前記第２波長特性における露光中の重心波長の変化量の最大値をΔλ_２ｍａｘとするとき、
   ｜（ΔＣＤ／Δλ）_２×Δλ_２ｍａｘ｜／｜（ΔＣＤ／Δλ）_１×Δλ_１ｍａｘ｜
   で規定される特性値と、Ｄ_１／Ｄ_２との差が許容範囲内となるように、前記第１露光量および前記第２露光量が決定される、
   ことを特徴とする請求項２に記載の露光装置。
4. 前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子を含む光源部を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子のそれぞれへ投入する電力を制御することにより、前記第１固体発光素子による前記第１露光量の露光および前記第２固体発光素子による前記第２露光量の露光を実現する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
5. 前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子を含む光源部を制御する制御部を更に備え、
   前記制御部は、前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子のそれぞれに対する通電時間を制御することにより、前記第１固体発光素子による前記第１露光量の露光および前記第２固体発光素子による前記第２露光量の露光を実現する、
   ことを特徴とする請求項２または３に記載の露光装置。
6. 前記制御部は、露光中の前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子の最低温度が前記光源部の環境温度より高い温度になるように前記光源部を制御する、
   ことを特徴とする請求項４または５に記載の露光装置。
7. 前記光源部は、前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子を冷却する冷却器を備える、
   ことを特徴とする請求項４から６のいずれか１項に記載の露光装置。
8. 露光中の前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子の最高温度が定格温度以下になるように、前記第１固体発光素子への投入電力、前記第２固体発光素子への投入電力、および前記冷却器の冷却条件が設定される、ことを特徴とする請求項７に記載の露光装置。
9. 露光中の前記第１固体発光素子および前記第２固体発光素子の最低温度が室温とは異なる温度になるように、前記第１固体発光素子への投入電力、前記第２固体発光素子への投入電力、および前記冷却器の冷却条件が設定される、ことを特徴とする請求項７または８に記載の露光装置。
10. 前記照明光学系は、前記第１固体発光素子からの光と、前記第２固体発光素子からの光とを合成するビームコンバイナを含む、ことを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の露光装置。
11. 前記ビームコンバイナはダイクロイックミラーである、ことを特徴とする請求項１０に記載の露光装置。
12. 前記第１波長特性における強度がピーク強度の１／２になる波長のうち長波長側の波長をλ_１ｄ、前記第２波長特性における強度がピーク強度の１／２になる波長のうち短波長側の波長をλ_２ｄとするとき、
    λ_２ｄ－λ_１ｄが１５ｎｍ以上となるように、前記第１波長特性および前記第２波長特性が定められている、
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の露光装置。
13. 第１波長特性を有する第１固体発光素子からの光と第２波長特性を有する第２固体発光素子からの光との合成光で原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系とを備える露光装置によって実行される露光方法であって、
    露光条件を決定する決定工程と、
    前記決定された露光条件に従い露光を行う露光工程と、を有し、
    前記決定工程は、前記第１波長特性の変化によって生じる、前記基板の上に転写されたパターンの線幅変化である第１線幅変化と、前記第２波長特性の変化に応じて生じる、前記パターンの線幅変化である第２線幅変化とが互いに異符号となるように、前記第１波長特性および前記第２波長特性を決定する工程を含む、
    ことを特徴とする露光方法。
14. 第１波長特性を有する第１固体発光素子からの光と第２波長特性を有する第２固体発光素子からの光との合成光で原版を照明する照明光学系と、前記原版からの光で基板に投影像を形成する投影光学系とを備える露光装置によって実行される露光方法であって、
    露光条件を決定する決定工程と、
    前記決定された露光条件に従い露光を行う露光工程と、を有し、
    前記決定工程は、前記第１波長特性の変化によって生じる、前記基板の上に転写されたパターンの線幅変化である第１線幅変化と、前記第２波長特性の変化に応じて生じる、前記パターンの線幅変化である第２線幅変化とが互いに異符号となるように、前記基板に塗布される感光剤の膜厚を決定する工程を含む、
    ことを特徴とする露光方法。
15. 請求項１から１２のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    前記露光された基板を現像する工程と、
    を含み、前記現像された基板から物品を製造する、ことを特徴とする物品製造方法。

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