WO2004049410A1 - 露光装置及び露光方法 - Google Patents

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WO2004049410A1
WO2004049410A1 PCT/JP2003/014973 JP0314973W WO2004049410A1 WO 2004049410 A1 WO2004049410 A1 WO 2004049410A1 JP 0314973 W JP0314973 W JP 0314973W WO 2004049410 A1 WO2004049410 A1 WO 2004049410A1
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WO
WIPO (PCT)
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solid
light source
exposure apparatus
state light
light
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/014973
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English (en)
French (fr)
Inventor
Motoo Koyama
Masashi Tanaka
Kazuyuki Kato
Michio Noboru
Original Assignee
Nikon Corporation
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Publication date
Application filed by Nikon Corporation filed Critical Nikon Corporation
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/7005—Production of exposure light, i.e. light sources by multiple sources, e.g. light-emitting diodes [LED] or light source arrays
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B19/0004—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed
    • G02B19/0009—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only
    • G02B19/0014—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the optical means employed having refractive surfaces only at least one surface having optical power
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
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    • G02B19/0047—Condensers, e.g. light collectors or similar non-imaging optics characterised by the use for use with a light source
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    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/70066—Size and form of the illuminated area in the mask plane, e.g. reticle masking blades or blinds

Definitions

  • the present invention relates to an exposure apparatus and an exposure method used in a manufacturing process of a semiconductor device, a liquid crystal display device, an imaging device, a thin-film magnetic head, and other micro devices.
  • a liquid crystal display device which is one of the micro devices, is usually formed by patterning a transparent thin-film electrode on a glass substrate (plate) into a desired shape using a photolithography technique, and switching elements such as TFT (Thin Film Transistor). It is manufactured by forming electrode wiring.
  • a projection exposure apparatus that projects and exposes an original pattern formed on a mask onto a plate coated with a photosensitive agent such as a photoresist through a projection optical system. Used.
  • stepper which exposes other shot areas in such a manner, has been frequently used.
  • a liquid crystal display element has been required to have a large area, and accordingly, a projection exposure apparatus used in a photolithography process has been desired to enlarge an exposure area.
  • a projection exposure apparatus used in a photolithography process has been desired to enlarge an exposure area.
  • designing and manufacturing a large projection optical system in which the residual aberration is reduced as much as possible increases costs.
  • a slit-shaped illumination light whose length in the longitudinal direction is set to about the same as the effective diameter of the projection optical system on the object plane side (mask side) of the projection optical system Is irradiated onto the mask, and the slit-shaped light passing through the mask is irradiated on the plate via the projection optical system.
  • the mask is moved relative to the projection optical system and scanned, and a part of the pattern formed on the mask is sequentially transferred to one shot set on the plate.
  • a so-called step-and-scan projection exposure apparatus has been devised in which the exposure is performed in the same manner by moving the other shot area.
  • a small partial projection optical system has a predetermined interval in a direction orthogonal to the scanning direction (non-scanning direction).
  • a so-called multi-lens type projection optics in which a first array in which a plurality of arrays are arranged in a scanning direction and a second array in which a partial optical system is arranged between the arrays of the partial projection optical systems are arranged in the scanning direction.
  • a projection exposure apparatus having a system has been devised (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-57986).
  • a mercury lamp or the like is mainly used in an ultraviolet region having a wavelength of about 360 nm. Since the life of the mercury lamp is approximately 500 to 100 h, the lamp needs to be replaced periodically, which is a heavy burden on the exposure apparatus user. In addition, high power is required to ensure high illuminance, and measures to generate heat are required.Therefore, there are problems with high running costs and the risk of rupture due to factors such as aging. Was. On the other hand, light-emitting diodes have higher luminous efficiency than mercury lamps and the like, and therefore have the features of power saving and small heat generation, and can realize a significant reduction in running costs.
  • UV-LEDs that achieve a high optical output of about 10 Omw at a wavelength of 365 nm have been developed.
  • An object of the present invention is to provide an exposure apparatus provided with a solid-state light source and an exposure method using the exposure apparatus. Disclosure of the invention
  • An exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus that guides a light beam emitted from a light source to a mask, and transfers a pattern of the mask onto a photosensitive substrate, wherein the exposure apparatus is disposed in an optical path between the light source and the mask. Illuminating the mask based on the luminous flux from the light source
  • the light source includes a solid-state light source unit having a plurality of solid-state light sources arranged so that the illuminance value on the photosensitive substrate is 3 OmW / cm 2 or more. It is characterized by the following.
  • the light source is provided with a solid-state light source unit having a plurality of solid-state light sources arranged so that the illuminance value on the photosensitive substrate is 30 W / cm 2 or more. Can be set to a value required for a practical exposure apparatus, and the throughput as a practical exposure apparatus can be secured.
  • the average radiance is 100 OmW / (cm 2 2) within a range of ⁇ 1 ° around a light beam having the highest radiation intensity among light beams emitted from the solid-state light source. sr) or more.
  • a solid-state light source having an average radiance of 1000 mWZ (cm 2 sr) or more within a range of ⁇ 1 ° around the light beam with the highest radiation intensity among the emitted light beams Therefore, many light beams can be irradiated onto the photosensitive substrate via the projection optical system, and the throughput of the exposure apparatus can be improved.
  • the average radiance is the average value of the luminance at all angles within ⁇ 1 °.
  • the exposure apparatus of the present invention is an exposure apparatus for transferring a pattern of a mask onto a photosensitive substrate, the solid-state light source unit having a plurality of solid-state light sources, and a light beam emitted from the solid-state light source unit being applied to the mask.
  • the solid-state light source has an average radiance of 100 OmWZ (cm 2 ⁇ ) within a range of ⁇ 1 ° around a light beam having the highest radiation intensity among emitted light beams. sr) or more.
  • a solid-state light source having an average radiance of 100 OmWZ (cm 2 • sr) or more within a range of ⁇ 1 ° around the light beam with the highest emission intensity among emitted light beams is used. Therefore, many light beams can be irradiated onto the photosensitive substrate via the projection optical system, and the throughput of the exposure apparatus can be improved.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized in that the solid-state light source has an output of at least 1 OmW / piece. According to this exposure apparatus, the output of each solid-state light Is large, it is possible to secure the image plane illuminance required for a practical exposure apparatus.
  • the area of the light emitting portion of the solid-state light source is 1 cm 2 or less.
  • the light emitting part here refers to the part of the solid-state light source that actually emits light, and is independent of the package size.
  • the plurality of solid-state light sources of the solid-state light source unit are arranged so as to be one cm 2 or more.
  • the image plane illuminance required for a practical exposure apparatus can be secured.
  • the distribution of light beams having half the radiation intensity with respect to the light beam having the highest radiation intensity among the light beams emitted from the solid-state light source is centered on the light beam having the highest radiation intensity. It is characterized by being ⁇ 2 ° ( ⁇ 35 mrad) or more.
  • the distribution of rays that emit half of the intensity of the emitted light is half of the intensity of the emitted light, and is 2 ° ( ⁇ 35 mrad) Since the solid-state light source described above is provided, a large amount of light can be irradiated onto the photosensitive substrate via the projection optical system, and the throughput of the exposure apparatus can be improved.
  • the exposure apparatus may further include: forming an angle between a light beam having a half radiation intensity with respect to a light beam having the highest radiation intensity of the light beams emitted from the solid-state light source and the light beam having the highest radiation intensity. (rad), and when the number of the solid-state light sources per 1 cm 2 is n, the following condition is satisfied: 0 2 X n ⁇ 0.002.
  • the angle between the light beam having half the radiation intensity and the light beam having the highest radiation intensity with respect to the light beam having the highest radiation intensity among the emitted light beams is defined as 0 (rad), and 1 cm 2
  • n the number of solid light sources per unit
  • Irradiation can be performed on the photosensitive substrate, and the throughput of the exposure apparatus can be improved.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized in that a half width of a wavelength of light emitted from the solid-state light source is 20 nm or less on earth.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized by further comprising a projection optical system for forming a pattern image of the mask on the photosensitive substrate.
  • An exposure apparatus is an exposure apparatus for transferring a pattern of a mask onto a photosensitive substrate, the solid-state light source having a plurality of solid-state light sources, and an optical path between the solid-state light source unit and the mask.
  • An illumination optical system that illuminates the mask based on a light beam from the solid-state light source unit; and a projection optical system that forms a pattern image of the mask on the photosensitive substrate based on a light beam from the mask.
  • a half-width of a wavelength of a light emission spectrum of the solid-state light source is not more than 20 nm, and the projection optical system includes a catadioptric optical system.
  • the half width of the wavelength of the light emission spectrum of the solid-state light source is not more than 20 ⁇ m, the amount of chromatic aberration generated by the catadioptric projection optical system can be reduced.
  • an angle between a light beam having a half radiation intensity with respect to a light beam having the highest radiation intensity of the emitted light beam and the light beam having the highest radiation intensity is defined as ⁇ (rad).
  • the angle between the light beam having half the radiation intensity and the light beam having the highest radiation intensity with respect to the light beam having the highest radiation intensity among the emitted light beams is set to 0 (rad), and the projection optical system
  • the magnification of is and the numerical aperture of the projection optical system is NA
  • the projection optical system includes a plurality of projection optical units having different visual fields on the mask
  • the illumination optical system includes the plurality of projection optical units.
  • a plurality of illumination optical units respectively corresponding to the plurality of visual fields, and each of the plurality of illumination optical units includes the solid-state light source unit.
  • the exposure apparatus of the present invention is connected to the solid-state light source units provided in the plurality of illumination optical units, respectively, so that the light output of the plurality of solid-state light units can be set for each illumination optical unit.
  • a light source output setting unit is provided.
  • the exposure apparatus of the present invention further includes an illuminance measuring means for measuring the illuminance on the photosensitive substrate, and the light source output setting unit is configured to determine the illuminance of each of the illumination optical units based on a measurement result of the illuminance measuring unit.
  • the outputs of the plurality of solid-state light sources provided in each of the plurality of solid-state light source units are individually set.
  • this exposure apparatus it is possible to perform control such as making the light output of each illumination optical unit uniform and to suppress the occurrence of uneven exposure.
  • the exposure apparatus further includes a substrate stage on which the photosensitive substrate is placed, and the illuminance measuring unit is installed on the substrate stage.
  • An output measuring unit that measures an output of the illumination optical system; and a control unit that controls a light output of the solid-state light source unit based on a result measured by the output measuring unit.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized in that the output measuring means includes an illuminance measuring means for measuring the illuminance on the photosensitive substrate.
  • the exposure apparatus of the present invention when the total power of the plurality of solid-state light source is A (W), the total power of the illumination light for illuminating the mask is B (W),
  • the plurality of solid-state light sources are arranged in an array. It is characterized by the following. According to this exposure apparatus, since a plurality of solid-state light sources are arranged in an array, integration of the plurality of solid-state light sources can be achieved, which contributes to downsizing of the solid-state light source unit.
  • the exposure apparatus is characterized in that the solid-state light source unit includes a plurality of the solid-state light sources arranged in a two-dimensional array. According to this exposure apparatus, since the plurality of solid-state light sources are arranged in a two-dimensional array, the size of the solid-state light source unit can be further reduced.
  • the exposure apparatus further includes an optical integrator having a plurality of optical surfaces in which the illumination optical system is two-dimensionally arranged, and the optical surface on the exit surface side of the optical integrator is provided.
  • the overall shape of the effective area and the shape of the light emitting portions of the plurality of solid state light sources are substantially similar.
  • the entire shape of the effective area of the optical surface on the exit surface side of the optical integrator and the shape of the light-emitting portions of the plurality of solid-state light sources are substantially similar, the light is emitted from the solid-state light source. Light can be used efficiently, and the illuminance on the image plane can be increased.
  • the solid-state light source unit includes a plurality of fibers, and each of the incident ends of the plurality of fibers is optically connected to the plurality of solid-state light sources. .
  • the degree of freedom in the arrangement of the solid-state light sources can be increased, and the arrangement of the emission ends of the plurality of fibers can be easily made into an arbitrary shape.
  • the light beam emitted from the solid-state light source is directly incident on the incident ends of the plurality of fibers. According to this exposure apparatus, a light beam emitted from a solid-state light source can be made incident on a fiber with a simple configuration without complicating the configuration.
  • the exposure apparatus is characterized in that the exposure apparatus further comprises a condensing optical system arranged between the solid-state light source in the solid-state light source unit and an incident end of the fiber.
  • the maximum value of the size of the light emitting portion of the solid-state light source is ⁇
  • the sine of the emission angle of light having the maximum emission angle among the divergent light from the solid-state light source is ⁇ 1.
  • the core diameter of the fiber is D
  • the optical fiber can capture light.
  • the light beam emitted from the solid-state light source can be incident on the fiber without waste.
  • the exposure apparatus further includes an optical integrator having a plurality of optical surfaces in which the illumination optical system is two-dimensionally arranged, and the optical surface on the exit surface side of the optical integrator is provided.
  • the shape of the effective area and the overall shape of the emission ends of the plurality of fibers are substantially similar.
  • the shape of the effective area of the optical surface on the exit surface side of the optical integrator is substantially similar to the overall shape of the exit ends of the plurality of fibers, so that the illumination light can be used efficiently. it can.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized in that the plurality of solid-state light sources include at least first and second solid-state light sources having output characteristics different from each other.
  • desired output characteristics can be obtained by combining solid-state light sources having different output characteristics.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized by further comprising an antistatic means for preventing static electricity from being charged. According to this exposure apparatus, it is possible to prevent the solid-state light source from being damaged by static electricity.
  • the exposure apparatus of the present invention is characterized in that the light source emits illumination light with an output that is equal to or less than a rated output. According to this exposure apparatus, since the illumination light is emitted at an output equal to or less than the rated output, the life of the solid-state light source can be extended.
  • An exposure apparatus further includes: a scanning unit configured to relatively scan a positional relationship between a light beam emitted from the light source and the mask along a scanning direction; and a scanning unit arranged at a position substantially conjugate with the mask.
  • a variable stop capable of changing the opening width in the scanning direction; and control for variably controlling the opening width in the scanning direction of the variable stop based on information on a relative position between a light beam emitted from the light source and the mask. Means is further provided.
  • exposure is performed in order to variably control the aperture width of the variable aperture in the scanning direction based on information on the relative position between the light beam emitted from the light source and the mask. It is possible to prevent information attached to an unnecessary mask, a mask pattern that does not need to be exposed, and the like from being transferred onto the photosensitive substrate.
  • exposure is performed using an exposure device that secures the value of image plane illuminance required for practical exposure, so that throughput as a practical exposure method can be secured.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of the entire exposure apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of the light source according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an exposure apparatus according to the second embodiment.
  • FIG. 4 is a side view of the illumination optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of an illumination optical system according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of the fiber light source according to the embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a configuration of another fiber light source according to the embodiment.
  • FIG. 8A is a diagram for explaining a shape of a beam profile emitted from the light source according to the embodiment.
  • FIG. 8B is a diagram for explaining the shape of the beam profile emitted from the light source according to the embodiment.
  • FIG. 8C is a diagram for explaining the shape of the beam profile emitted from the light source according to the embodiment.
  • FIG. 9A is a diagram illustrating a shape of an emission end of the fiber light source according to the embodiment.
  • FIG. 9B is a diagram illustrating a shape of an emission end of the fiber light source according to the embodiment.
  • FIG. 10 shows the shape of the exit end of the fiber light source and the fly eye according to the embodiment. It is a figure which shows that the shape of the element of an integrator is similar.
  • FIG. 11 is a diagram for explaining conditions for taking light emitted from the solid-state light source into the optical fiber without waste in the fiber light source according to the embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration from the exit end of the fiber light source to the fly-eye integrator according to the embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating a shape of one element of the fly-eye integrator according to the embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating a shape of an emission end of the fiber light source according to the embodiment.
  • FIG. 15 is a graph showing a state in which variations in output characteristics of each solid-state light source according to the embodiment are averaged.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a configuration of the scanning exposure apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating four movable blades provided in the scanning exposure apparatus according to the embodiment.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating a configuration of an exposure apparatus including an antistatic unit according to the embodiment.
  • FIG. 19 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device as a micro device according to the embodiment.
  • FIG. 20 is a flowchart of a method for manufacturing a liquid crystal display element as a micro device according to the embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a projection exposure apparatus according to the first embodiment.
  • the projection exposure apparatus shown in FIG. 1 includes a light source (solid light source unit) 1 instead of a light source composed of a high-pressure mercury lamp.
  • the light source 1 is a light-emitting diode (a light-emitting diode array formed by arranging solid-state light rays in an array, and a light source including a conventional mercury lamp and an elliptical mirror having a reflecting surface having a spheroidal surface is used.
  • the second focal position of the elliptical mirror is a position optically conjugate with a front focal position of a condenser optical system 7 described later.
  • the position where 1 is arranged may be near a position optically conjugate with the front focal position of the condenser optical system 7.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the configuration of the light source 1.
  • the light source 1 has a plurality of light emitting diodes (solid light sources) lb arranged in an array on a rectangular substrate 1a.
  • the light emitting diodes 1b are arranged in an array on the substrate la such that the illuminance value on a plate (photosensitive substrate) P described later is 3 OmWZcm 2 or more.
  • the light emitting diode lb in the range of the light beam ⁇ 1 ° around the highest radiation intensity is high rays of the light beam emitted, the average radiance is 1 OO OmW / (cm 2 ⁇ sr) or more of Arranged on substrate 1a.
  • the light emitting diodes 1b having an output of at least 10 mWZ or more are arranged on the substrate 1a.
  • the light emitting diodes 1b having a light emitting area of 1 cm 2 or less are arranged on the substrate 1a.
  • a plurality of light emitting diodes 1b are arranged on the substrate 1a such that one light emitting diode 1b is equal to or more than Z cm 2 .
  • the distribution of the light beam that has half the intensity of the emitted light is half the intensity of the emitted light, ⁇ 2 around the light beam with the highest intensity. These are arranged on the substrate 1a. Further, the light emitting diode 1b sets the angle between the light beam having half the emission intensity of the emitted light beam and the light beam having the highest emission intensity to 0 (rad), and When the number of light emitting diodes 1 b per cm 2 is n,
  • the light emitting diodes 1b whose emission light (emission spectrum) has a half-value width of ⁇ 20 nm or less are arranged on the substrate 1a.
  • the light beam from the light source 1 arranged at a position optically conjugate with the front focal position of the condenser optical system 7 is converted into a substantially parallel light beam by the collimator lens 3, and then the fly-eye lens 4 as an optical integrator Incident on.
  • the fly-eye lens 4 converts a large number of lens elements having positive refractive power into light It is configured by arranging vertically and horizontally and densely so that the axis is parallel to the reference optical axis AX.
  • Each lens element constituting the fly-eye lens 4 has a rectangular cross-section similar to the shape of the illumination field to be formed on the mask (and, consequently, the shape of the exposure area to be formed on the plate).
  • the optical surface on the entrance side of each lens element constituting the fly-eye lens 4 is formed in a spherical shape with the convex surface facing the incident side, and the optical surface on the exit side is formed in a spherical shape with the convex surface facing the exit side. Is formed.
  • the light beam incident on the fly-eye lens 4 is split into wavefronts by a number of lens elements, and one light source image is formed on the rear focal plane of each lens element. That is, on the rear focal plane of the fly's eye lens 4, a substantial surface light source, ie, a secondary light source, composed of a large number of light source images is formed. Note that the shape of the effective area of the optical surface on the lens element exit surface side of the fly-eye lens 4 and the shape of the light emitting portions of the plurality of solid-state light sources are substantially similar.
  • the luminous flux from the secondary light source formed on the rear focal plane of the fly's eye lens 4 is incident on the ⁇ stop 5 arranged in the vicinity.
  • the ⁇ stop 5 is disposed at a position optically substantially conjugate with an entrance pupil plane of the projection optical system PL described later, and has a variable aperture for defining a range contributing to illumination of the secondary light source.
  • the ⁇ stop 5 determines the illumination condition by changing the aperture diameter of the variable aperture.
  • the ⁇ value (the ratio of the aperture of the secondary light source image on the pupil plane to the aperture diameter of the pupil plane of the projection optical system) ) Is set to the desired value.
  • the light from the secondary light source through the ⁇ stop 5 is condensed by the condenser optical system 7 via the mirror 6 and then uniformly illuminates the mask ⁇ on which a predetermined pattern is formed in a superimposed manner.
  • the collimating lens 3, the fly's eye lens 4, the ⁇ stop 5, the mirror 6, and the condenser optical system 7 constitute an illumination optical system.
  • the light beam transmitted through the pattern of the mask ⁇ forms an image of the mask pattern on a plate P as a photosensitive substrate via the projection optical system PL.
  • an illuminance of SO mWZ cm 2 or more is obtained on the plate P (surface to be irradiated) by the light source 1 composed of a plurality of light emitting diodes (solid light sources). Further, with the light source 1, the illuminance unevenness on the plate P (the surface to be irradiated) can be suppressed within ⁇ 20% of the average value (reference value).
  • the illuminance unevenness I (%) with respect to the reference value of the illuminance on the plate P is When the maximum value is I max (W / cm 2 ) and the minimum value of the illuminance on the plate P is I min (W / cm 2 ), it is defined by the following equation.
  • the light source 1 ⁇ (Ima X-I min) / (I max + I min) ⁇ X 100 (%)
  • the light source 1 emits illumination light at an output less than the rated output. The injection is done. Therefore, the life of the solid state light source can be extended.
  • the pattern of the mask M is sequentially exposed in each exposure area of the plate P. .
  • the plate P is mounted on a plate stage PS, and an illuminance sensor (illuminance measuring means) 8 is arranged on the plate stage PS.
  • a beam splitter 9 is disposed in the optical path between the fly's eye lens 4 and the mirror 6, and the light reflected by the beam splitter 9 enters the integrator sensor 10.
  • the detection signal from the integrator sensor 10 is output to the control unit 11. Further, a detection signal from the illuminance sensor 8 is also output to the control unit 11.
  • the relationship between the detection signal of the integrator sensor 10 and the illuminance of the exposure light on the plate P is measured with high precision in advance and stored in a memory in the control unit 11.
  • the control unit 11 is configured to monitor the illuminance (average value) of the exposure light to the plate P and its integral value (average value of the integrated exposure amount) indirectly from the detection signal of the integrator sensor 10. . Then, the controller 11 calculates an integral value of the illuminance of the exposure light on the plate P via the integrator sensor 10 during the exposure. The control section 11 sequentially calculates the integrated value of the illuminance, and sets and controls the output of the light source 1 so that an appropriate exposure amount is obtained on the plate P according to the result. The control unit 11 controls the output of the light source 1 also based on the output from the illuminance sensor 8.
  • the output control of the light source 1 can be performed not only for the entire light source 1 but also for each light emitting diode constituting the light source 1. Note that the detection result by the illuminance sensor 8 and the detection result by the integrator sensor 10 are also displayed on the display unit 12.
  • a light beam having a radiation intensity half that of the light beam having the highest radiation intensity of the light beams emitted from the light source 1 and a light beam having the highest radiation intensity are obtained.
  • the angle formed is 0 (rad)
  • the magnification of the projection optical system PL is, and the numerical aperture of the projection optical system PL is NA,
  • FIG. 3 is a perspective view showing an overall schematic configuration of an exposure apparatus according to the second embodiment.
  • the liquid crystal formed on the mask M while the mask M and the plate (substrate) P are relatively moved with respect to a projection optical system composed of a plurality of catadioptric projection optical units.
  • a step-and-scan exposure apparatus that transfers an image of a display element pattern DP onto a plate P as a photosensitive substrate coated with a photosensitive material (resist) will be described as an example.
  • the XYZ orthogonal coordinate system In the XYZ orthogonal coordinate system, the X axis and the Y axis are set to be parallel to the plate P, and the z axis is set to a direction orthogonal to the plate P.
  • the XY plane In the XYZ coordinate system in the figure, the XY plane is actually set as a plane parallel to the horizontal plane, and the Z axis is set vertically upward.
  • the direction (scanning direction) for moving the mask M and the plate P is set in the X-axis direction.
  • the exposure apparatus of this embodiment is provided for uniformly illuminating a mask M supported in parallel to the XY plane on a mask stage (not shown in FIG. 3) MS via a mask holder (not shown).
  • g unit SU1 to SU5 and illumination optical system composed of illumination optical unit IL1 to IL5 corresponding to each solid-state light source unit SU1 to SU5.
  • the solid-state light source units SU1 to SU5 have the same configuration as the light source 1 (see FIG. 2) in the first embodiment. Since the solid-state light source units SU2 to SU5 have the same configuration as the solid-state light source unit SU1, the solid-state light source unit SU1 will be described as a representative.
  • the solid-state light source SU1 has a rectangular substrate 1a, and a plurality of light-emitting diodes (solid-state light sources) 1b are arranged in an array on the substrate 1a.
  • the light emitting diodes 1b are arranged in an array on the substrate 1a such that the value of illuminance on a plate (photosensitive substrate) P described later is 30 mW / cm 2 or more.
  • the light-emitting diode lb has a substrate with an average radiance of 1000 mW / (cm 2 -sr) or more within a ⁇ 1 ° luminous flux centered on the light beam with the highest radiation intensity among the emitted luminous flux. Arrayed on 1a.
  • the light emitting diodes 1b having an output of at least 10 mWZ or more are arranged on the substrate 1a.
  • the light emitting diodes lb having a light emitting area of 1 cm 2 or less are arranged on the substrate 1a.
  • a plurality of light emitting diodes 1b are arranged on the substrate 1a so as to have one light emitting diode / cm 2 or more.
  • the light-emitting diode lb is the light beam with the highest radiation intensity of the emitted light flux.
  • the distribution of the light beam that has half the radiation intensity with respect to that of the light beam having the highest radiation intensity is ⁇ 2 ° or more centered on the substrate 1a. Further, the light emitting diode 1b sets the angle between the light beam having half the emission intensity of the emitted light beam and the light beam having the highest emission intensity as ⁇ (rad), and Assuming that the number of light emitting diodes 1 b per cm 2 is n,
  • the light emitting diodes 1b whose emission light (emission spectrum) has a half width of a wavelength of ⁇ 20 nm or less are arranged on the substrate 1a.
  • FIG. 4 is a side view of the solid light source unit SU1 and the illumination optical unit IL1, and the same members as those shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. Note that the XYZ rectangular coordinate system shown in this figure is the same as the rectangular coordinate system shown in FIG.
  • a collimator lens 20a, fly-eye integrator 21a, aperture stop 22a, half mirror 23a and condenser lens system 27a are in order.
  • the configuration of the illumination optical units IL2 to IL5 is the same as the configuration of the illumination optical unit IL1, and a description thereof will be omitted.
  • the divergent light beam emitted from the solid-state light source SUT SU 1 is converted into a substantially parallel light beam by the collimating lens 20a, and then enters the fly-eye integrator (optical integrator) 2la.
  • the fly-eye integrator 21a is configured by arranging a large number of positive lens elements vertically and horizontally and densely so that the central axis thereof extends along the optical axis AX2. Therefore, the luminous flux incident on the fly-eye integrator 21a is split into wavefronts by a large number of lens elements, and then a light source image of the same number as the number of lens elements is provided on the side focal plane (that is, in the vicinity of the exit plane). The next light source is formed.
  • a substantial surface light source is formed on the rear focal plane of the fly-eye integrator 21a.
  • the shape of the effective area of the optical surface on the exit surface side of the fly-eye 'integrator 21a one element constituting the fly-eye' integrator 21a shown by hatching in the figure
  • the shape of the optical surface on the exit side of the solid state light source unit SU 1 (The shape of the light emitting portion formed by the light emitting diode).
  • the luminous flux from a number of secondary light sources formed on the rear focal plane of the fly-eye integrator 21a is converted to an aperture stop 22a located near the rear focal plane of the fly-eye integrator 21a.
  • the light beam reflected by the half mirror 23a enters the illuminance sensor 25a via the lens 24a.
  • the illuminance sensor 25a is a sensor for detecting the illuminance at a position optically conjugate with the plate P.
  • the illuminance sensor 25a allows the illuminance sensor 25a to maintain the plate P without reducing the throughput even during exposure.
  • the upper illuminance can be detected.
  • the detection value of the illuminance sensor 25a is input to the main control system 26.
  • the aperture stop 22a is disposed at a position optically substantially conjugate with the pupil plane of the corresponding projection optical unit PL1, and has an opening for defining the range of the secondary light source contributing to illumination.
  • the aperture of the aperture stop 22a may have a fixed aperture diameter, or may have a variable aperture diameter.
  • the description will be made assuming that the aperture of the aperture stop 22a is variable. By changing the aperture diameter of the variable aperture, the aperture stop 22 a determines the illumination condition.
  • ⁇ value (the aperture diameter of the pupil plane of each of the projection optical units PL 1 to PL 5 constituting the projection optical system PL) (The ratio of the aperture of the secondary light source image on the pupil plane to the aperture) is set to a desired value.
  • the light beam passing through the condenser lens system 24a illuminates the mask M on which the pattern DP is formed in a superimposed manner.
  • the light beams emitted from the solid light source units SU2 to SU5 illuminate the mask M in a superimposed manner via the illumination optical units IL2 to IL5. That is, the illumination optical units IL1 to IL5 constituting the illumination optical system illuminate a plurality of (five in FIG. 3) trapezoidal regions arranged on the mask M in the Y-axis direction.
  • the main control system 26 is based on the illuminance detected by the illuminance sensor 25a of the illumination optical unit IL1 and the illuminance detected by the illuminance sensors of the illumination optical unit IL2 to IL5.
  • Each solid-state light source unit SU2 to SU5 provided for each illumination optical unit IL1 to IL5 so that the illuminance at the time of mask M illumination by each illumination optical unit IL1 to IL5 is uniform.
  • Light source output to set the light output of 5 A control signal is output to the setting unit.
  • the light from each illuminated area on the mask M is arranged along the Y-axis direction so as to correspond to each illuminated area (a total of five in Fig. 3).
  • the light enters the projection optical system PL composed of 5.
  • the configuration of each of the projection optical units P L1 to P L5 is the same as each other.
  • the light passing through the projection optical system PL composed of the plurality of projection optical units PL1 to PL5 is supported on a plate stage (not shown) in parallel to the XY plane via a plate holder (not shown).
  • An image of the pattern DP is formed on the prepared plate P.
  • the solid-state light source units SU1 to SU5 composed of the plurality of light-emitting diodes (solid-state light sources) provide an illuminance of SO mWZ cm 2 or more on the plate P (surface to be irradiated).
  • the solid-state light source units SU 1 to SU 5 can suppress uneven illuminance on the plate P (surface to be irradiated) to within ⁇ 20% of the average value.
  • a storage device 28 such as a hard disk is connected to the main control system 26 described above, and an exposure data file is stored in the storage device 28.
  • the exposure data file stores the processes required for exposing the plate P and the order of the processes. For each of the processes, information on the resist applied on the plate P (for example, the resist Spectral characteristics), required resolution, mask M to be used, correction amount of illumination optical system (illumination optical characteristic information), correction amount of projection optical system (projection optical characteristic information), and information on substrate flatness Etc. (so-called recipe data).
  • the above-described mask stage MS is provided with a scanning drive system (not shown) having a long stroke for moving the mask stage MS along the X-axis direction which is the running direction. .
  • a pair of alignment drive systems are provided for moving the mask stage MS by a minute amount along the Y-axis direction, which is a scanning orthogonal direction, and for rotating the mask stage MS by a minute amount about the Z-axis. I have.
  • the position coordinates of the mask stage MS are measured by a laser interferometer (not shown) using a movable mirror, and the position is controlled.
  • a similar drive system is provided on the plate stage. In other words, it has a long stroke to move the plate stage along the X-axis direction, which is the scanning direction.
  • Scanning drive system (not shown)
  • a pair of alignment drive systems (not shown) for moving the plate stage by a small amount along the Y-axis direction, which is a scanning orthogonal direction, and for rotating the plate stage by a small amount around the Z-axis. )
  • the position coordinates of the plate stage are measured by a laser interferometer (not shown) using the movable mirror 31, and the position is controlled.
  • a pair of alignment systems 32a and 32b are arranged above the mask M as means for relatively aligning the mask M and the plate P along the XY plane.
  • an illuminance sensor 33 for detecting the illuminance of the illumination light on the plate P is provided on the plate stage, and the detected value is input to the main control system 26 of the illumination optical system IL.
  • the main control system 26 controls the light output of each of the solid-state light sources units SU2 to SU5 based on the illuminance of the illumination light on the plate P detected by the illuminance sensor 33.
  • the main control system 26 controls the light output of each solid-state light source unit SU2 to SU5 in addition to controlling the light output of each solid-state light source unit SU2 to SU5. This can also be performed by controlling the light output of each light emitting diode.
  • the projection drive unit PL1 to PL5 is formed by the scanning drive system on the mask stage MS and the scan drive system on the plate stage.
  • the entire pattern area on the mask M becomes the exposure area on the plate P.
  • the whole image is transferred (scanning exposure).
  • a light beam having half the intensity of the light beam having the highest radiation intensity among the light beams emitted from the light emitting diode 1b constituting the solid-state light source unit, and a light beam having the highest radiation intensity are obtained.
  • the angle formed is 0 (rad)
  • the magnification of the projection optical system PL is, and the numerical aperture of the projection optical system PL is NA,
  • the light source since the light source includes the solid-state light source unit in which a plurality of light-emitting diodes (solid-state light sources) are arranged in an array, the image plane illuminance is required for a practical exposure apparatus. And a throughput as a practical exposure apparatus can be secured.
  • the exposure apparatus of this embodiment since the light source includes a plurality of solid-state light sources arranged in an array, the size of the exposure apparatus can be reduced. Further, a mechanical shutter for controlling irradiation and blocking of the exposure light is not required, and the structure of the apparatus can be simplified. Further, it is possible to eliminate the possibility that the vibration generated when the mechanical shutter is operated adversely affects the exposure.
  • the light source is provided with a plurality of solid light sources arranged in an array, the life of the light source can be extended as compared with a conventional mercury lamp or the like. In addition, power saving and low running cost can be realized. Further, control of the light output of the light source can be easily performed.
  • a fly-eye lens as an optical integrator is used for the illumination optical system.
  • a fly-eye lens is used for the illumination optical system.
  • an integrator is used, a mouth-type integrator or a cylinder-type integrator may be used instead.
  • the shape of the light source be similar to the cross-sectional shape of the opening.
  • the pitch of one cylinder lens constituting the cylinder-type integrator and the rectangular area formed by the pitch of the other cylinder lens that is arranged orthogonal to the pitch it is preferable that the shape of the light source (light emitting diode array) and the shape of the light source (light emitting diode array) be similar to each other.
  • a step-and-repeat type projection exposure apparatus will be described as an example.
  • a step-and-scan type projection exposure apparatus will be described.
  • the present invention may be applied to a proximity type exposure device. In this case, since there is no projection optical system, the image plane illuminance can be increased.
  • a solid-state light source unit is arranged for each illumination optical unit, and the solid-state light source units SU1 to SU5 are used as an illumination optical unit.
  • Illumination light is supplied to the light source, but one solid-state light source unit is placed at the input end of a random light guide fiber composed of many fiber strands randomly, and emitted from each of the five output ends.
  • the illumination light to be emitted may be made to enter the illumination optical units IL1 to IL5.
  • a light emitting diode is used as a solid state light source, but other types of solid state light sources such as a laser diode may be used.
  • a solid-state light source chip having a plurality of light-emitting points As the plurality of solid-state light sources, a solid-state light source chip having a plurality of light-emitting points, a solid-state light source chip array in which a plurality of chips are arranged in an array, and a plurality of light-emitting points on a single substrate It is also possible to use a type built in the product.
  • the solid-state light source element may be inorganic or organic.
  • the light source a fiber light source combining a plurality of solid light sources and a plurality of light guides (fibers) such as optical fibers provided corresponding to the respective solid light sources may be used. good.
  • the light source 1 of the first embodiment is changed to a fiber light source, and the fiber light source is arranged such that the fiber emission end of the fiber light source is located at the position of the light emitting diode 1b of the light source 1.
  • the solid light source units SU1 to SU5 of the second embodiment are changed to fiber light sources, and the fiber emission end of the fiber light source is located at the position of the light emitting diode 1b of the solid light source units SU1 to SU5. Position so that is located.
  • FIG. 6 is a diagram showing a fiber light source 69 obtained by bundling a plurality of solid state light sources 71 and optical fibers 72 provided corresponding to the respective solid state light sources 71.
  • the fiber light source 69 shown in FIG. 6 light emitted from the solid-state light source 71 is incident on the incident end of the optical fiber 72 and exits from the exit end of the optical fiber 72. That is, each incident end of the optical fiber 72 is optically connected to the solid-state light source 71.
  • FIG. 7 is a diagram showing a solid-state light source 71, a lens (condensing optical system) 73 provided corresponding to each solid-state light source 71, and a fiber light source 70 in which a plurality of optical fibers 72 are bundled. It is.
  • each incident end of the optical fiber 72 is optically connected to the solid-state light source 71.
  • the beam profile 75 ( Figure 8A) can be shaped into a circular beam profile 76 (see Figures 8B and 8C).
  • the shape of the emission end of the light source (arrangement shape of the emission end) into an optimal shape.
  • it can be formed into a rectangular shape as shown in FIG. 9A or into a shape as shown in FIG. 9B.
  • the fiber light source (arrangement shape of the emission end)
  • the shape of the exit ends of multiple optical fibers is such that the shape of the bundled ends of the optical fibers 69, 70 and the shape of one element 81 of the fly-eye integrator 80 are similar to each other. Is also very easy to mold. Therefore, the illumination light can be used efficiently.
  • FIG. 11 is a diagram showing one solid-state light source 71 of the fiber light source 70 shown in FIG. 7, a lens (condensing optical system) 13 and an optical fiber 72 provided corresponding thereto. It is.
  • the numerical aperture of the light having the largest emission angle (the sine ( S in) of the maximum emission angle (half angle)) of the divergent light of the solid-state light source 71 is as follows.
  • NA the maximum numerical aperture
  • NA the maximum value of the size (diameter) of the light-emitting part of the solid-state light source 71 is ⁇
  • the angle range in which the optical fiber 72 can capture light half angle
  • the sine (sin) of the so-called optical fiber 72, the numerical aperture of NA 2 the optical fiber
  • the condition of NA S ⁇ ⁇ ZD X NAl is satisfied.
  • the light emitted from the solid-state light source 71 can be taken into the optical fiber 72 without any difficulty, and the light amount of the light emitted from the solid-state light source 71 can be maintained. It can be ejected from the exit end of 2.
  • the maximum numerical aperture of the solid-state light source 71 is NA 1
  • the maximum size (diameter) of the light-emitting portion of the solid-state light source 71 is ⁇
  • the core at the entrance end of the quartz fiber is D
  • the condition of 0.3 ⁇ / ⁇ ⁇ ⁇ 1 is satisfied.
  • Fig. 12 shows the configuration from the exit ends of the fiber light sources 69 and 70 to the fly'eye integrator 80.
  • Fig. 13 shows the shape of the entrance surface of one element 81 of the fly's eye integrator 80.
  • Figure 14 shows a fiber light source 69,
  • FIG. 7 is a view showing a shape of an emission end 83 of 70.
  • the length of one of the entrance surfaces of the element 81 of 80 is a, the other is b, the length of the exit end 83 where a plurality of optical fibers 72 are bundled is A, and the other is B, where the focal length of the collimating lens 82 located between the optical fiber 72 and the fly-eye integrator 80 is f1, and the focal length of the fly-eye integrator 80 is f2, AX f 2Zf 1 ⁇ & 8> ⁇ f 2 / fl ⁇ b.
  • the fiber light source is composed of m sets of optical fiber light sources 69 and 70 (m is a natural number)
  • the total amount of light output from the m sets of optical fibers 72 is W
  • the output end of the optical fiber 72 is when the core diameter was d
  • [mX ⁇ d (f 2 / f 1) ⁇ 2 ⁇ / (4 X a X b)] it is desirable to satisfy the condition of XW ⁇ 30 (mW).
  • the filling rate of the light source image with respect to one element 81 of the fly-eye integrator 80 can be made optimal, and practical illuminance as an exposure apparatus can be obtained.
  • the light emitted from the exit end of the fiber light source 69, 70 The variation in the light output is averaged by increasing the number n of the solid-state light sources 71 to more than ( ⁇ / AW) 2 , and it is possible to provide fiber light sources 69 and 70 having a stable light output by the averaging effect. it can.
  • FIG. 15 is a graph showing a state in which variations in output characteristics of each solid-state light source 71 are averaged.
  • the AVE is obtained by averaging the solid-state light sources 71 having different output characteristics, respectively, and converting the average to a solid state.
  • illumination light having a stable light output can be obtained by the averaging effect.
  • FIG. 16 is a configuration diagram of a scanning exposure apparatus.
  • This exposure apparatus is a scanning type exposure apparatus that transfers a mask pattern onto a plate while moving a mask stage and a substrate stage with respect to a projection optical system, and uses a synchronous blind (movable blind mechanism) 91. Have. In other respects, it has the same configuration as the exposure apparatus according to the first embodiment.
  • the movable blind mechanism has four movable blades. It consists of BL1, BL2, BL3 and BL4. The edges of the movable blades BL 1 and BL 2 determine the width of the aperture AP in the scanning exposure direction, and the edges of the movable blades BL 3 and BL 4 determine the length of the aperture AP in the non-scanning direction.
  • the shape of the aperture AP defined by four respective edge of the movable Blanket BL 1 ⁇ BL 4 is defined to be encompassed in a circular image field IF of the projection lens PL n
  • the illumination light that has passed through the opening of the fixed blind BL0 and the opening AP of the movable brand mechanism 91 irradiates the mask M. That is, the mask M is illuminated only in a region where the opening AP formed by the movable blades BL1 to BL4 and the opening of the fixed blind overlap each other.
  • the image of the opening of the fixed blind BL0 is formed on the pattern surface of the mask M, but the periphery of the specific scanning exposure area on the mask M, that is, the area near the light-shielded portion is exposed.
  • the four movable blades BL1 to BL4 prevent illumination light from entering the outside of the light-shielding portion. That is, during scanning of the mask stage, information on the relative position between the light beam emitted from the illumination optical system and the mask M is monitored.
  • the edge positions of the movable blades BL 1 and BL 2 are determined. Move to control the width of the opening AP in the scanning exposure direction. This can prevent unnecessary patterns and the like from being transferred to the plate.
  • the movable blind mechanism 91 is provided in the vicinity of the mask M.
  • the movable blind mechanism may be provided in another position as long as the movable blind mechanism is conjugate to the mask M or in the vicinity thereof. .
  • FIG. 18 is a configuration diagram of an exposure apparatus provided with antistatic means.
  • the exposure apparatus has the same configuration as the exposure apparatus according to the first embodiment.
  • a housing 92 for housing a light source and a housing 93 for housing an exposure apparatus body such as an illumination optical system and a projection optical system are separately provided.
  • the body 93 is electrically connected and further grounded. That is, the housing 92 and the housing 93 are kept at the same potential.
  • a power supply section 84 for supplying power to the light source and a power supply section 85 for supplying power to the exposure apparatus main body are separately provided, and each is grounded. Therefore, it is possible to prevent the light source of the exposure apparatus and the exposure apparatus main body from being charged with static electricity, and to prevent the solid-state light source from being damaged by the static electricity.
  • variable pattern generation device that generates a pattern to be projected may be used instead of the mask in each of the above embodiments.
  • Such a variable pattern generation device is roughly classified into a self-luminous image display device and a non-luminous image display device.
  • Light-emitting image Image display elements include CRT (cathode ray tube), inorganic EL display, organic EL display (0LED: Organic Light Emitting diode), LED display, LD display, field emission display (FED) s plasma display ( PDP: Plasma Display Panel) is an example.
  • a non-light-emitting image display element is also called a spatial light modulator (SLM), and is an element that spatially modulates the amplitude, phase, or polarization state of light.
  • SLM spatial light modulator
  • Type spatial light modulator and reflection type spatial light modulator examples include a transmissive liquid crystal display (LCD) and an electoric aperture chromic display (ECD).
  • a DMD Deformable Micro Display
  • -mirror Device, or Digital Micro-mirror Device N- reflective mirror array, reflective liquid crystal display, electrophoretic display (EPD), electronic paper (or electronic ink), light diffraction type light valve (Grating) Light Valve).
  • FIG. 19 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a semiconductor device as a micro device.
  • a metal film is deposited on one lot of wafers.
  • a photoresist is applied on the metal film on the wafer of the lot.
  • an image of the pattern on the mask M is transferred onto the wafer of the lot in the projection optical system (projection optical unit). Exposure transfer is sequentially performed on each shot area. That is, the mask M is illuminated using the illuminating device, and the image of the pattern on the mask M is projected onto the substrate using the projection optical system and is exposed and transferred.
  • step S46 the photoresist on the one lot of wafers is developed, and then in step S48, etching is performed on the one lot of wafers using the resist pattern as a mask.
  • a circuit pattern corresponding to the pattern on the mask is formed in each shot area on each wafer.
  • the circuit pattern of the upper layer is formed, etc.
  • Devices are manufactured. According to the above-described semiconductor device manufacturing method, a semiconductor device having an extremely fine circuit pattern can be obtained with good throughput.
  • a liquid crystal display element as a micro device can be obtained by forming a predetermined pattern (circuit pattern, electrode pattern, etc.) on a plate (glass substrate).
  • FIG. 20 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a liquid crystal display element as a micro device by forming a predetermined pattern on a blade using the exposure apparatus of the present embodiment. .
  • a mask pattern is transferred and exposed to a photosensitive substrate (a glass substrate coated with a resist or the like) using the exposure apparatus of this embodiment. Is executed.
  • a photosensitive substrate a glass substrate coated with a resist or the like
  • a predetermined pattern including a large number of electrodes and the like is formed on the photosensitive substrate.
  • the exposed substrate is subjected to a development process, an etching process, a resist stripping process, and the like, whereby a predetermined pattern is formed on the substrate, and the process proceeds to a next color filter forming process S52.
  • a large number of sets of three dots corresponding to R (R ed), G (G reen), and B (B lue) are arranged in a matrix, or R, G , B, a color filter is formed by arranging a set of three striped filters in the horizontal scanning line direction.
  • a cell assembling step S54 is performed.
  • a liquid crystal panel liquid crystal cell
  • liquid crystal is injected between the substrate having the predetermined pattern obtained in the pattern forming step S50 and the color filter obtained in the color filter forming step S52.
  • Manufacture liquid crystal panels liquid crystal cells.
  • components such as an electric circuit and a backlight for performing a display operation of the assembled liquid crystal panel (liquid crystal cell) are attached to complete a liquid crystal display element.
  • the exposure apparatus of the present invention since the light source includes a solid-state light source unit in which a plurality of solid-state light sources are arranged in an array, the image plane illuminance can be set to a value required for a practical exposure apparatus. Throughput as a typical exposure apparatus can be secured.
  • the exposure method of the present invention since exposure is performed using an exposure apparatus that secures a value of image plane illuminance required for practical exposure, it is possible to secure a throughput as a practical exposure method. Can be. Industrial applicability
  • the exposure apparatus and the exposure method using the exposure apparatus of the present invention are suitable for use in the manufacture of semiconductor devices, liquid crystal display devices, imaging devices, thin-film magnetic heads, and other micro devices. .

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)

Abstract

光源１から射出される光束をマスクＭへ導き、前記マスクのパターンを感光性基板Ｐ上に転写する露光装置において、前記光源と前記マスクとの間の光路中に配置されて、前記光源からの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系を備え、前記光源は、前記感光性基板上での照度の値が３０ｍＷ／ｃｍ2 以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ユニットを備える。

Description

露光装置及び露光方法 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及ぴ露光方法に関す る。
明 田
背景技術
マイクロデバイスの一つである液晶表示素子は、 通常、 ガラス基板 （プレート ) 上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターユングし て、 T F T (Thin Film Transistor) 等のスイッチング素子及び電極配線を形成 して製造される。 このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、 マスク 上に形成された原画となるパターンを、 投影光学系を介してフォトレジスト等の 感光剤が塗布されたプレート上に投影露光する投影露光装置が用いられている。 従来は、 マスクとプレートとの相対的な位置合わせを行った後で、 マスクに形 成されたパターンをプレート上に設定された 1つのショット領域に一括して転写 し、 転写後にプレートをステップ移動させて他のショット領域の露光を行う、 ス テツプ' アンド ' リピート方式の投影露光装置 （所謂、 ステッパー） が多用され ていた。
近年、 液晶表示素子の大面積化が要求されており、 これに伴ってフォトリソグ ラフィ工程において用いられる投影露光装置は露光領域の拡大が望まれている。 投影露光装置の露光領域を拡大するためには投影光学系を大型化する必要がある が、 残存収差が極力低減された大型の投影光学系を設計及び製造するにはコスト 高となってしまう。 そこで、 投影光学系の大型化を極力避けるために、 投影光学 系の物体面側 （マスク側） における投影光学系の有効径と同程度に長手方向の長 さが設定されたスリット状の照明光をマスクに照射し、 マスクを介したスリット 状の光が投影光学系を介してプレートに照射されている状態で、 マスクとプレー トとを投影光学系に対して相対的に移動させて走査し、 マスクに形成されたパタ ーンの一部を順次プレートに設定された 1つのショットに転写し、 転写後にプレ ートをステップ移動させて他のショット領域に対する露光を同様にして行う、 所 謂ステップ · アンド ·スキャン方式の投影露光装置が案出されている。
また、 近年では、 更なる露光領域の拡大を図るため、 1つの大型の投影光学系 を用いるのではなく、 小型の部分投影光学系を走査方向に直交する方向 （非走查 方向） に所定間隔をもつて複数配列した第 1の配列と、 この部分投影光学系の配 列の間に部分光学系が配置されている第 2の配列とを走査方向に配置した、 所謂 マルチレンズ方式の投影光学系を備える投影露光装置が案出されている （例えば 、 特開平 7— 57986号公報） 。
ところで上述の投影露光装置の光源としては、 波長約 3 6 0 n m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 5 0 0 h〜l 0 0 0 h程度であることから、 定期的にランプ交換が必要とな り露光装置ユーザには大きな負担となっていた。 また、 高照度確保のために高電 力が必要であり、 またそれに伴う発熱対策などが必要になるなど、 高いランニン グコストの問題や、 経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性を有していた。 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 3 0 0 0 h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 3 6 5 n mで 1 0 O mw程度の高い光出力を達成した UV— L E Dなども開発されてい る。
この発明の課題は、 固体光源を備えた露光装置及び該露光装置を用いた露光方 法を提供することである。 発明の開示
この発明の露光装置は、 光源から射出される光束をマスクへ導き、 前記マスク のパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、 前記光源と前記マスク との間の光路中に配置されて、 前記光源からの光束に基づいて前記マスクを照明 する照明光学系を備え、 前記光源は、 前記感光性基板上での照度の値が 3 OmW /cm2 以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ュ-ッ トを備えることを特徴とする。
この露光装置によれば、 光源が感光性基板上での照度の値が 30 W/ c m2 以上となるように配列された複数個の固体光源を有する固体光源ユエットを備え るため、 像面照度を実用的な露光装置に要求される値にすることができ、 実用的 な露光装置としてのスループットを確保することができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源が放出される光束のうち最も放射 強度が強い光線を中心として ± 1° の光束の範囲内において、 平均放射輝度が 1 00 OmW/ (cm2 ■ s r) 以上であることを特徴とする。
この露光装置によれば、 放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心 として ± 1° の光束の範囲内において、 平均放射輝度が 1000 mWZ (cm2 ■ s r) 以上である固体光源を備えるため、 投影光学系を介して多くの光束を感 光性基板上に照射することができ、 露光装置のスループットを向上させることが できる。 ここで、 平均放射輝度とは、 ± 1° 内でのすべての角度の輝度の平均値 である。
また、 この発明の露光装置は、 マスクのパターンを感光性基板上に転写する露 光装置において、 複数個の固体光源を有する固体光源ユニットと、 該固体光源ュ ニットから射出される光束を前記マスクへ導く照明光学系とを備え、 前記固体光 源は、 放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として ±1° の光束 の範囲内において、 平均放射輝度が 100 OmWZ (cm2 · s r) 以上である ことを特徴とする。
この露光装置によれば、 放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心 として ± 1° の光束の範囲内において、 平均放射輝度が 100 OmWZ (cm2 • s r) 以上である固体光源を備えるため、 投影光学系を介して多くの光束を感 光性基板上に照射することができ、 露光装置のスループットを向上させることが できる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源が少なくとも 1 OmW/個以上の 出力を有することを特徴とする。 この露光装置によれば、 個々の固体光 の出力 が大きいことから実用的な露光装置に要求される像面照度を確保することができ る。
また、 この発明の露光装置は、 前記感光性基板上の照度むらが平均値に対して
± 20%以内であることを特徴とする。 この露光装置によれば、 実用的な露光装 置に要求される解像度や線幅均一性を確保することができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源の光射出部の面積が、 1 cm2 以 下であることを特徴とする。 ここでいう光射出部とは、 固体光源において実際に 発光している部分のことを指し、 パッケージの大きさとは無関係である。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源ユニットの前記複数個の固体光源 が、 1個 cm2以上となるように配列されることを特徴とする。
この露光装置によれば、 多数の固体光源を配列することができることから、 実 用的な露光装置に要求される像面照度を確保することができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源から放出される光束のうち最も放 射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線の分布が、 前記最も放射強 度の強い光線を中心として ± 2° (± 3 5m r a d) 以上であることを特徴とす る。
この露光装置によれば、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対し て半分の放射強度となる光線の分布が、 最も放射強度の強い光線を中心として土 2° (± 3 5mr a d) 以上である固体光源を備えるため、 投影光学系を介して 多くの光束を感光性基板上に照射することができ、 露光装置のスループットを向 上させることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源から放出される光束のうち最も放 射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い 光線とのなす角を Θ (r a d) とし、 1 cm2 当たりの前記固体光源の個数を n としたとき、 02 X n≥0. 002、 の条件を満足することを特徴とする。 この露光装置によれば、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対し て半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角を 0 (r a d ) とし、 1 cm2 当たりの固体光源の個数を nとしたとき、 02 Xn≥0. 00 2、 の条件を満足する固体光源を備えるため、 投影光学系を介して多くの光束を 感光性基板上に照射することができ、 露光装置のスループットを向上させること ができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源から射出される光の波長の半値幅 は土 20 nm以下であることを特徴とする。
また、 この発明の露光装置は、 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に 形成する投影光学系をさらに備えることを特徴とする。
また、 この発明の露光装置は、 マスクのパターンを感光性基板上に転写する露 光装置において、 複数個の固体光源を有する固体光源ュュットと、 前記固体光源 ュニットと前記マスクとの間の光路中に配置されて、 前記固体光源ュニットから の光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系と、 前記マスクからの光束に 基づいて、 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系と を備え、 前記固体光源の発光スぺクトルの波長の半値幅は士 20 nm以下であり 、 前記投影光学系は、 反射屈折型光学系を備えることを特徴とする。
この露光装置によれば、 固体光源の発光スぺク トルの波長の半値幅は士 20 η m以下であることから、 反射屈折型投影光学系の色収差の発生量を小さくするこ とができる。
また、 この発明の露光装置は、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線 に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強 、光線とのなす角を Θ (r a d) とし、 前記投影光学系の倍率を とし、 前記投影光学系の開口数を N. A. としたとき、
0. 2 ≤ ( | s i n 9 | / | j3 | ) ZN. A. ≤ 5
の条件を満足することを特徴とする。
この露光装置によれば、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対し て半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角を 0 (r a d ) とし、 投影光学系の倍率を とし、 投影光学系の開口数を N Aとしたとき、
0. 2 ≤ ( I s i η θ I / I j3 I ) /N. A. ≤ 5
の条件を満足する固体光源を備えるため、 投影光学系を介して多くの光束を感光 性基板上に照射することができ、 露光装置のスループットを向上させることがで きる。 また、 この発明の露光装置は、 前記投影光学系が前記マスク上で互いに異なる 視野を有する複数の投影光学ュ-ットを備え、 前記照明光学系は、 前記複数の投 影光学ュ-ットの複数の視野にそれぞれ対応した複数の照明光学ュニットを備え 、 前記複数の照明光学ユニットのそれぞれは、 前記固体光源ユニットを備えるこ とを特徴とする。
また、 この発明の露光装置は、 前記複数の照明光学ユニットにそれぞれ設けら れた前記固体光源ユニットに接続されて、 前記複数の固体光源ュニットの光出力 を各照明光学ュニット毎に設定可能にする光源出力設定部を備えることを特徴と する。
また、 この発明の露光装置は、 前記感光性基板上の照度を計測する照度計測手 段をさらに備え、 前記光源出力設定部は、 前記照度計測手段の計測結果に基づい て、 前記照明光学ュニット毎に設けられた前記複数の固体光源ュニットの出力を 個別に設定することを特徴とする。
この露光装置によれば、 各照明光学ュニットの光出力を均一にする等の制御を 行うことができ、 露光むらの発生の抑制等を行うことができる。 '
また、 この発明の露光装置は、 前記感光性基板を載置する基板ステージをさら に備え、 前記照度計測手段は前記基板ステージ上に設置されることを特徴とする また、 この発明の露光装置は、 前記照明光学系の出力を計測する出力計測手段 と、 前記出力計測手段により計測された結果に基づいて、 前記固体光源ユニット の光出力を制御する制御部とを備えることを特徴とする。
また、 この発明の露光装置は、 前記出力計測手段が感光性基板上の照度を計測 する照度計測手段を備えることを特徴とする。
また、 この発明の露光装置は、 前記複数の固体光源の仕事率の総和を A (W) 、 前記マスクを照明する照明光の仕事率の総和を B (W) としたとき、
B /A≥ 0 . 4
の条件を満足することを特徴とする。 この露光装置によれば、 照明効率を向上さ せることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記複数個の固体光源はアレイ状に配置される ことを特徴とする。 この露光装置によれば、 複数の固体光源がアレイ状に配列さ れているため、 複数の固体光源の集積化を図ることができ固体光源ュニットの小 型化に寄与する。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源ユニットが 2次元アレイ状に配列 された複数の前記固体光源を備えることを特徴とする。 この露光装置によれば、 複数の固体光源が 2次元アレイ状に配列されているため、 さらなる固体光源ュニ ットの小型化を図ることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記照明光学系が 2次元的に配列された複数の 光学面を持つオプティカルィンテグレータを備え、 前記オプティカルィンテグレ ータの射出面側の前記光学面の有効領域の全体形状と前記複数の固体光源の発光 部の形状とはほぼ相似形状であることを特徴とする。
この露光装置によれば、 ォプティカルインテグレータの射出面側の光学面の有 効領域の全体形状と複数の固体光源の発光部の形状とはほぼ相似形状であるため 、 固体光源から射出された光を効率よく用いることができ、 像面の照度を高くす ることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源ユニットが複数のファイバを備え 、 前記複数のファイバのそれぞれの入射端は前記複数個の固体光源と光学的に接 続されていることを特徴とする。
この露光装置によれば、 固体光源の配置の自由度を大きくすることができ、 ま た複数のファイバの射出端の配列形状を容易に任意な形とすることができる。 また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源から射出された光束が、 前記複数 のフアイバの前記入射端に直接に入射することを特徴とする。 この露光装置によ れば、 構成を複雑化させることなく簡単な構成により固体光源から射出された光 束をファイバに入射させることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源ユニット中の前記固体光源と前記 ファイバの入射端との間に配置された集光光学系を備えることを特徴とする。 また、 この発明の露光装置は、 前記固体光源の発光部の大きさの最大値を φ、 前記固体光源からの発散光の内で最大の射出角度を持つ光の前記射出角度の正弦 を ΝΑ 1、 前記ファイバのコア直径を D、 前記光ファイバが光を取り込むことが 可能な角度範囲の正弦を N A 2とするとき、 NA 2 ^ ZD X NA lの条件を満 たすことを特徴とする。
この露光装置によれば、 固体光源から射出された光束を無駄なくファイバに入 射させることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記照明光学系が 2次元的に配列された複数の 光学面を持つオプティカルィンテグレータを備え、 前記オプティカルィンテグレ ータの射出面側の前記光学面の有効領域の形状と前記複数のフアイバの射出端の 全体形状とはほぼ相似形であることを特徴とする。
この露光装置によれば、 オプティカルインテグレータの射出面側の光学面の有 効領域の形状と複数のフアイバの射出端の全体形状とはほぼ相似形であるため、 照明光を効率的に用いることができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記複数の固体光源が互いに出力特性が異なる 第 1及び第 2の固体光源を少なくとも備えていることを特徴とする。
この露光装置によれば、 出力特性の異なる固体光源を組み合わせることにより 、 所望の出力特性を得ることができる。
また、 この発明の露光装置は、 静電気の帯電を防止する帯電防止手段を更に備 えることを特徴とする。 この露光装置によれば、 静電気により固体光源が破損す るのを防止することができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記光源が、 定格出力以下の出力で照明光の射 出を行うことを特徴とする。 この露光装置によれば、 定格出力以下の出力で照明 光の射出を行うため、 固体光源の寿命を延ばすことができる。
また、 この発明の露光装置は、 前記光源から射出される光束と前記マスクとの 位置関係を走査方向に沿って相対的に走査させる走査手段と、 前記マスクとほぼ 共役な位置に配置されて、 前記走査方向の開口幅を変更可能な可変絞りと、 前記 光源から射出される光束と前記マスクとの相対位置に関する情報に基づいて、 前 記可変絞りの前記走査方向の開口幅を可変制御する制御手段とをさらに備えるこ とを特徴とする。
この露光装置によれば、 光源から射出される光束とマスクとの相対位置に関す る情報に基づいて、 可変絞りの走査方向の開口幅を可変制御するため、 露光する 必要のないマスクに付されている情報、 露光する必要のないマスクパターン等が 感光性基板上に転写されるのを防止することができる。
また、 この発明の露光方法は、 この発明の露光装置を用いた露光方法において 、 前記固体光源ユニットからの光により前記マスクを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に転写する転写工程とを含むことを特徴とす る。
この露光方法によれば、 実用的な露光に要求される像面照度の値を確保した露 光装置を用いて露光を行うため、 実用的な露光方法としてのスループットを確保 することができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 第 1の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図で める。
図 2は、 第 1の実施の形態にかかる光源の構成を示す図である。
図 3は、 第 2の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図で める。
図 4は、 第 2の実施の形態にかかる照明光学系の側面図である。
図 5は、 第 2の実施の形態にかかる照明光学系の概略斜視図である。
図 6は、 実施の形態にかかるファイバ光源の構成を示す図である。
図 7は、 実施の形態にかかる別のファイバ光源の構成を示す図である。
図 8 Aは、 実施の形態にかかる光源から射出されるビームプロファイルの形状 を説明するための図である。
図 8 Bは、 実施の形態にかかる光源から射出されるビームプロファイルの形状 を説明するための図である。
図 8 Cは、 実施の形態にかかる光源から射出されるビームプロファイルの形状 を説明するための図である。
図 9 Aは、 実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状を示す図である。 図 9 Bは、 実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状を示す図である。 図 1 0は、 実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状とフライアイ ·ィ ンテグレータのエレメントの形状とが相似形であることを示す図である。
図 1 1は、 実施の形態にかかるファイバ光源において、 固体光源から射出され る光を無駄なく光ブアイバに取り込むための条件を説明するための図である。 図 1 2は、 実施の形態にかかるファイバ光源の射出端からフライアイ 'インテ グレータまでの構成を示す図である。
図 1 3は、 実施の形態にかかるフライアイ ·インテグレータの 1つのエレメン トの形状を示す図である。
図 1 4は、 実施の形態にかかるファイバ光源の射出端の形状を示す図である。 図 1 5は、 実施の形態にかかる各固体光源の出力特性のばらつきを平均化した 状態をグラフ化した図である。
図 1 6は、 実施の形態にかかる走査型露光装置の構成を示す図である。
図 1 7は、 実施の形態にかかる走査型露光装置に設けられた 4枚の可動ブレー ドを示す図である。
図 1 8は、 実施の形態にかかる帯電防止手段を備えた露光装置の構成を示す図 である。
図 1 9は、 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての半導体デバイスを製 造する方法のフローチャートである。
図 2 0は、 実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造 する方法のフローチヤ一トである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して、 この発明の実施の形態を説明する。 図 1は第 1の実施 の形態にかかる投影露光装置の概略構成を示す図である。
図 1に示す投影露光装置は、 高圧水銀ランプからなる光源に代えて光源 （固体 光源ユニット） 1を備えている。 即ち光源、1は、 発光ダイオード （固体光 を 了レイ状に配列した発光ダイォードアレイにより構成され、 従来の水銀ランプ及 び回転楕円面からなる反射面を有する楕円鏡を備える光源を用いた場合の楕円鏡 の第 2焦点位置に位置決めされている。 ここで楕円鏡の第 2焦点位置は、 後述す るコンデンサ光学系 7の前側焦点位置と光学的に共役な位置である。 なお、 光源 1を配置する位置は、 コンデンサ光学系 7の前側焦点位置と光学的に共役な位置 の近傍であってもよい。
図 2は、 光源 1の構成を説明するための図である。 この図に示すように光源 1 は、 矩形状の基板 1 a上に発光ダイオード （固体光源） l bが複数個、 アレイ状 に配列されている。 ここで発光ダイオード 1 bは、 後述するプレート （感光性基 板） P上での照度の値が 3 OmWZcm2 以上となるように、 基板 l a上におい てアレイ状に配列されている。 また、 発光ダイオード l bは、 放出される光束の うち最も放射強度が強い光線を中心として ±1° の光束の範囲内において、 平均 放射輝度が 1 O O OmW/ (cm2 · s r) 以上のものが基板 1 a上に配列され ている。
また、 発光ダイオード 1 bは、 少なくとも 10 mWZ個以上の出力を有するも のが基板 1 a上に配列されている。 また、 発光ダイオード 1 bは、 1 cm2 以下 の光射出部の面積を有するものが基板 1 a上に配列されている。 更に、 光源 1に おいては、 複数個の発光ダイオード 1 bが 1個 Z c m2以上となるように基板 1 a上に配列されている。
また、 発光ダイオード l bは、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線 に対して半分の放射強度となる光線の分布が、 最も放射強度の強い光線を中心と して ±2。 以上のものが基板 1 a上に配列されている。 更に、 発光ダイオード 1 bは、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度と なる光線と、 最も放射強度の強い光線とのなす角を 0 (r a d) とし、 1 cm2 当たりの発光ダイオード 1 bの個数を nとしたとき、
Θ2 X n≥0. 002
の条件を満足するものが基板 1 a上に配列されている。 また、 発光ダイオード 1 bは、 射出される光 （発光スペクトル） の波長の半値幅は ± 20 nm以下である ものが基板 1 a上に配列されている。
コンデンサ光学系 7の前側焦点位置と光学的に共役な位置に配置された光源 1 からの光束は、 コリメートレンズ 3によりほぼ平行な光束に変換された後、 ォプ ティカルインテグレータとしてのフライアイレンズ 4に入射する。
フライアイレンズ 4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 A X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 4を構成する各レンズエレメントは、 マスク上 において形成すべき照野の形状 （ひいてはプレート上において形成すべき露光領 域の形状） と相似な矩形状の断面を有する。 また、 フライアイレンズ 4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。
したがって、 フライアイレンズ 4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 1つの光源像がそれぞ れ形成される。 すなわち、 フライアイレンズ 4の後側焦点面には、 多数の光源像 からなる実質的な面光源すなわち二次光源が形成される。 なお、 フライアイレン ズ 4の各レンズエレメント射出面側の光学面の有効領域の形状と複数の固体光源 の発光部の形状とはほぼ相似形状に構成されている。
フライアイレンズ 4の後側焦点面に形成された二次光源からの光束は、 その近 傍に配置された σ絞り 5に入射する。 σ絞り 5は、 後述する投影光学系 P Lの入 射瞳面と光学的にほぼ共役な位置に配置され、 二次光源の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。 σ絞り 5は、 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 （投影光学系の瞳面の開口径に対する その瞳面上での二次光源像の口径の比） を所望の値に設定する。
σ絞り 5を介した二次光源からの光は、 ミラー 6を介してコンデンサ光学系 7 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 Μを重畳的に均一照 明する。 ここでコリメートレンズ 3、 フライアイレンズ 4、 σ絞り 5、 ミラー 6 及びコンデンサ光学系 7は、 照明光学系を構成する。 マスク Μのパターンを透過 した光束は、 投影光学系 P Lを介して、 感光性基板であるプレート P上にマスク パターンの像を形成する。
なお、 この投影露光装置においては、 複数の発光ダイオード （固体光源） によ り構成される光源 1により、 プレート P (被照射面） で、 S O mWZ c m2以上 の照度が得られる。 また、 光源 1により、 プレート P (被照射面） では、 照度む らを平均値 （基準値） に対して ± 2 0 %以内に抑えることができる。 ここで、 プ レート P上の照度の基準値に対する照度むら I (%) は、 プレート P上の照度の 最大値を I m a x (W/ c m 2 ) 、 プレート P上の照度の最小値を I m i n (W / c m2 ) とすると、 次の数式により定義される。
1 = { ( I m a X - I m i n ) / ( I m a x + I m i n ) } X 1 0 0 (%) また、 この投影露光装置においては、 光、源 1が、 定格出力以下の出力で照明光 の射出を行っている。 従って、 固体光源の寿命を延ばすことができる。
そして、 投影光学系 P Lの光軸と直交する平面内においてプレート P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 Pの各露光領域には マスク Mのパターンが逐次露光される。
なお、 プレート Pは、 プレートステージ P S上に載置されており、 プレートス テージ P S上には、 照度センサ （照度計測手段） 8が配置されている。 また、 フ ライアイレンズ 4とミラー 6との間の光路中には、 ビームスプリッタ 9が配置さ れ、 ビームスプリッタ 9により反射された光は、 インテグレータセンサ 1 0に入 射する。 インテグレータセンサ 1 0による検出信号は、 制御部 1 1に対して出力 される。 また、 照度センサ 8による検出信号も制御部 1 1に対して出力される。 ここで、 インテグレータセンサ 1 0の検出信号とプレート P上での露光光の照 度との関係は予め高精度に計測されて、 制御部 1 1内のメモリに記憶されている 。 制御部 1 1は、 インテグレータセンサ 1 0の検出信号より間接的にプレート P に対する露光光の照度 （平均値） 及びその積分値 （積算露光量の平均値） をモニ タできるように構成されている。 そして、 この制御部 1 1は、 露光中において、 インテグレータセンサ 1 0を介してプレート Pに対する露光光の照度の積分値を 算出する。 制御部 1 1では、 その照度の積分値を逐次算出し、 この結果に応じて プレート P上において適正露光量が得られるように、 光源 1の出力を設定して制 御を行う。 また、 制御部 1 1は、 照度センサ 8からの出力に基づいても、 光源 1 の出力を制御する。 ここで、 光源 1の出力制御は、 光源 1全体を一体として行う ことができるだけでなく、 光源 1を構成する発光ダイォード毎に出力を制御する ことができる。 なお、 照度センサ 8による検出結果及びインテグレータセンサ 1 0による検出結果は、 表示部 1 2によっても表示される。
この投影露光装置においては、 光源 1から放出される光束のうち最も放射強度 の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と、 最も放射強度の強い光線との なす角を 0 (r a d) とし、 投影光学系 PLの倍率を とし、 投影光学系 PLの 開口数を N. A. としたとき、
0. 2 ≤ ( | s i n 6 | / | ]3 | ) /N. A. ≤ 5
の条件を満足する。 また、 複数の発光ダイオード 1 bの仕事率の総和を A (W) 、 マスク Mを照明する照明光の仕事率の総和を B (W) としたとき、
/A≥0. 4
の条件を満足する。
次に、 この第 1の実施の形態にかかる露光装置の実施例について説明する。 以 下に、 第 1実施例の装置構成を表す数値を示す。
光源のサイズ 1 2 X 3 cm
発光ダイォードの数 24 X 6個
発光ダイオードの出力 1 2. 5mW /個
発光ダイオードのサイズ 4. δτηχηφ
発光ダイオードの輝度 5000 OmW/ (nm · cm2 - s r) 発光ダイォードの発光部 1 mm X 1 mm
発光ダイォードの波長の半値幅 ± 1 0 n m
照明光学系の透過率 80%
投影光学系の開口数 （N. A. ) 0. 1
投影光学系の倍率 （ ) 等倍
投影光学系の透過率 80%
プレート上の照度 3 2mW
プレート上の照度むら ± 3 %
次に、 図面を参照して、 この発明の第 2の実施の形態にかかる露光装置につい て説明する。 図 3は、 第 2の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示 す斜視図である。 この実施の形態においては、 複数の反射屈折型の投影光学ュニ ットからなる投影光学系に対してマスク Mとプレート（基板） Pとを相対的に移動 させつつマスク Mに形成された液晶表示素子のパターン D Pの像を感光性材料（ レジスト）が塗布された感光性基板としてのプレート P上に転写するステップ · アンド ·スキャン方式の露光装置を例に挙げて説明する。 また、 以下の説明においては、 図 3中に示した XYZ直交座標系を設定し、 こ の X Y Z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。 X Y Z直 交座標系は、 X軸及び Y軸がプレート Pに対して平行となるよう設定され、 z軸 がプレート Pに対して直交する方向に設定されている。 図中の XYZ座標系は、 実際には XY平面が水平面に平行な面に設定され、 Z軸が鉛直上方向に設定され る。 また、 この実施の形態ではマスク M及びプレート Pを移動させる方向 （走査 方向） を X軸方向に設定している。
この実施の形態の露光装置は、 マスクステージ （図 3では不図示） MS上にお いてマスクホルダ （図示せず） を介して XY平面に平行に支持されたマスク Mを 均一に照明するための固体光 |gュニット SU1〜SU5、 各固体光源ュニット S U1~SU5に対応した照明光学ュ-ット I L 1〜 I L 5により構成される照明 光学系を備えている。
ここで、 固体光源ユニット SU1〜SU5は、 第 1の実施の形態における光源 1 (図 2参照） と同様な構成を有するものである。 なお、 固体光源ユニット SU 2〜SU5は、 固体光源ュニット SU1と同一の構成を有するものであるため、 固体光源ュニット S U 1を代表して説明する。
固体光源ユエット S U 1は、 矩形状の基板 1 aを有し、 この基板 1 a上に複数 個の発光ダイオード （固体光源） 1 bがアレイ状に配列されている。 ここで発光 ダイオード 1 bは、 後述するプレート （感光性基板） P上での照度の値が 30m W/cm2 以上となるように、 基板 1 a上においてアレイ状に配列されている。 また、 発光ダイオード l bは、 放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を 中心として ± 1° の光束の範囲内において、 平均放射輝度が 1000 mW/ (c m2 - s r) 以上のものが基板 1 a上に配列されている。
また、 発光ダイオード 1 bは、 少なくとも 10 mWZ個以上の出力を有するも のが基板 1 a上に配列されている。 また、 発光ダイオード l bは、 1 cm2 以下 の光射出部の面積を有するものが基板 1 a上に配列されている。 更に、 固体光源 ュニット SU1においては、 複数個の発光ダイオード 1 bが 1個/ /cm2以上と なるように基板 1 a上に配列されている。
また、 発光ダイオード l bは、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線 に対して半分の放射強度となる光線の分布が、 最も放射強度の強い光線を中心と して ± 2 ° 以上のものが基板 1 a上に配列されている。 更に、 発光ダイオード 1 bは、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度と なる光線と、 最も放射強度の強い光線とのなす角を Θ ( r a d ) とし、 1 c m2 当たりの発光ダイォード 1 bの個数を nとしたとき、
Θ 2 X n≥ 0 . 0 0 2
の条件を満足するものが基板 1 a上に配列されている。 また、 発光ダイオード 1 bは、 射出される光 （発光スペクトル） の波長の半値幅は ± 2 0 n m以下である ものが基板 1 a上に配列されている。
図 4は、 固体光源ュニット S U 1及び照明光学ュニット I L 1の側面図であり 、 図 3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。 なお、 この図に 示される X Y Z直交座標系は、 図 3に示す直交座標系と同一のものである。
固体光源ユニット S U 1とマスク Mとの間には、 コリメートレンズ 2 0 a、 フ ライアイ ·インテグレータ 2 1 a、 開口絞り 2 2 a、 ハーフミラー 2 3 a及ぴコ ンデンサーレンズ系 2 7 aが順に配置されている。 なお、 照明光学ュニット I L 2〜 I L 5の構成は、 照明光学ュニット I L 1の構成と同一であるためその説明 は省略する。
固体光源ュュット S U 1から射出された発散光束は、 コリメートレンズ 2 0 a 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 （ォプティ カルインテグレータ） 2 l aに入射する。 フライアイ .インテグレータ 2 1 aは 、 多数の正レンズエレメントをその中心軸線が光軸 A X 2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 2 1 a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 2 1 aの後側焦点面には、 実質的な面光源が形成される。 なお、 図 5に示すように、 フライアイ 'インテグレータ 2 1 aの射出面側の光学面の有効領域の形状 （図に おいて斜線で示すフライアイ 'インテグレータ 2 1 aを構成する 1つのエレメン トの射出側の光学面の形状） と、 固体光源ユニット S U 1発光部の形状 （複数の 発光ダイォードにより形成される発光部の形状） とはほぼ相似形状に構成されて いる。
フライアイ 'インテグレータ 2 1 a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 2 1 aの後側焦点面の近傍に配置さ れた開口絞り 2 2 aにより制限された後、 ハーフミラー 2 3 aに入射する。 ハー フミラー 2 3 aにより反射された光束は、 レンズ 2 4 aを介して照度センサ 2 5 aに入射する。 この照度センサ 2 5 aは、 プレート Pと光学的に共役な位置の照 度を検出するためのセンサであり、 この照度センサ 2 5 aにより、 露光中におい てもスループットを低下させることなくプレート P上の照度を検出することがで きる。 なお、 照度センサ 2 5 aの検出値は、 主制御系 2 6に入力される。
一方、 ハーフミラー2 3 aを透過した光束は、 コンデンサーレンズ系2 7 aに 入射する。 なお、 開口絞り 2 2 aは、 対応する投影光学ユニット P L 1の瞳面と 光学的にほぼ共役な位置に配置され、 照明に寄与する二次光源の範囲を規定する ための開口部を有する。 この開口絞り 2 2 aの開口部は、 開口径が固定であって もよく、 また開口径が可変であってもよい。 ここでは開口絞り 2 2 aの開口部が 可変であるものとして説明する。 開口絞り 2 2 a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 P Lを構成する各 投影光学ュニット P L 1〜P L 5の瞳面の開口径に対するその瞳面上での二次光 源像の口径の比） を所望の値に設定する。 コンデンサーレンズ系 2 4 aを介した 光束は、 パターン D Pが形成されたマスク Mを重畳的に照明する。
固体光源ュニット S U 2〜S U 5から射出された光束も同様に、 照明光学ュニ ット I L 2〜 I L 5を介してマスク Mを重畳的にそれぞれ照明する。 即ち、 照明 光学系を構成する照明光学ュニット I L 1〜I L 5は、 マスク M上において Y軸 方向に並んだ複数 （図 3では合計で 5つ） の台形状の領域を照明する。
なお、 主制御系 2 6は、 照明光学ュニット I L 1の照度センサ 2 5 aにより検 出された照度、 及ぴ照明光学ュニット I L 2〜I L 5の照度センサにより検出さ れた照度に基づいて、 各照明光学ュニット I L 1〜I L 5によりマスク M照明す る際の照度が均一になるように、 各照明光学ュニット I L 1〜 I L 5に対応して 設けられている各固体光源ュュット S U 2〜S U 5の光出力を設定する光源出力 設定部に対して制御信号を出力する。
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 3では合計で 5つ） の投影光学ュ-ット P L 1〜 P L 5からなる投影光学系 P Lに入射する。 ここで、 各投影光学ユニット P L 1〜P L 5の構成は、 互いに同じである。 こうして、 複数の投影光学ュ-ット P L 1〜 P L 5から構成された投影光学系 P Lを介した光は、 図示しないプレートステー ジ上において、 図示しないプレートホルダを介して X Y平面に平行に支持された プレート P上にパターン D Pの像を形成する。
なお、 この複数の発光ダイオード （固体光源） により構成される固体光源ュニ ット S U 1〜S U 5により、 プレート P (被照射面） では、 S O mWZ c m 2 以 上の照度が得られる。 また、 固体光源ユニット S U 1 ~ S U 5により、 プレート P (被照射面） では、 照度むらを平均値に対して ± 2 0 %以内に抑えることがで きる。
上述の主制御系 2 6にはハードディスク等の記憶装置 2 8が接続されており、 この記憶装置 2 8内に露光データファイルが格納されている。 露光データフアイ ルには、 プレート Pの露光を行う上で必要となる処理及ぴその処理順が記憶され ており、 この処理毎に、 プレート P上に塗布されているレジストに関する情報 （ 例えば、 レジストの分光特性） 、 必要となる解像度、 使用するマスク M、 照明光 学系の捕正量 （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。 図 3に戻り、 前述したマスクステージ M Sには、 マスクステージ M Sを走查方 向である X軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系 (図示せず） が設けられている。 また、 マスクステージ M Sを走査直交方向であ る Y軸方向に沿って微小量だけ移動させると共に Z軸廻りに微小量だけ回転させ るための一対のァライメント駆動系 （図示せず） が設けられている。 そして、 マ スクステージ M Sの位置座標が移動鏡を用いたレーザ干渉計 （図示せず） によつ て計測され且つ位置制御されるように構成されている。
同様の駆動系が、 プレートステージにも設けられている。 即ち、 プレートステ ージを走査方向である X軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有す る走査駆動系 （図示せず） 、 プレートステージを走査直交方向である Y軸方向に 沿って微小量だけ移動させると共に Z軸廻りに微小量だけ回転させるための一対 のァライメント駆動系 （図示せず） が設けられている。 そして、 プレートステー ジの位置座標が移動鏡 31を用いたレーザ干渉計 （図示せず） によって計測され 且つ位置制御されるように構成されている。 更に、 マスク Mとプレート Pとを X Y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、 一対のァライメント 系 32 a， 32 bがマスク Mの上方に配置されている。 更に、 プレートステージ 上には、 プレート P上の照明光による照度を検出するための照度センサ 33が設 けられており、 検出値が照明光学系 I Lの主制御系 26に入力される。 主制御系 26は、 照度センサ 33により検出されたプレート P上の照明光による照度に基 づいて、 各固体光源ュニット SU2〜SU5の光出力を制御する。 なお、 主制御 系 26による各固体光源ュニット SU2〜SU5の光出力の制御は、 各固体光源 ュニット SU2〜SU5毎の光出力の制御の他、 各固体光源ュニット S U 2〜 S U 5を構成する各発光ダイォード毎の光出力の制御によっても行うことができる こうして、 マスクステージ MS側の走查駆動系及びプレートステージ側の走査 駆動系の作用により、 複数の投影光学ユエット PL 1〜PL 5からなる投影光学 系 P Lに対してマスク Mとプレート Pとを一体的に同一方向 （X軸方向） に沿つ て移動させることによって、 マスク M上のパタ一ン領域の全体がプレート P上の 露光領域の全体に転写 （走査露光） される。
この投影露光装置においては、 固体光源ュニットを構成する発光ダイオード 1 bから放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度と なる光線と、 最も放射強度の強い光線とのなす角を 0 (r a d) とし、 投影光学 系 PLの倍率を とし、 投影光学系 P Lの開口数を N. A. としたとき、
0. 2 ≤ ( | s i n e | / | i3 | ) /N. A. ≤ 5
の条件を満足する。 また、 複数の発光ダイオード 1 bの仕事率の総和を A (W) 、 マスク Mを照明する照明光の仕事率の総和を B (W) としたとき、
B/A≥ 0. 4
の条件を満足する。 上述の各実施の形態にかかる露光装置によれば、 光源が複数個の発光ダイォー ド （固体光源） をアレイ状に配列した固体光源ユニットを備えるため、 像面照度 を実用的な露光装置に要求される値にすることができ、 実用的な露光装置として のスループットを確保することができる。
また、 この実施の形態にかかる露光装置によれば、 複数の固体光源をアレイ状 に配列した光源を備えているため、 露光装置の小型化を図ることができる。 また 、 露光光の照射、 遮断を制御するためのメカシャツタが不要になり装置構造を簡 素化することができる。 更に、 メカシャツタ作動時に発生する振動が露光に悪影 響を及ぼす恐れもなくすことができる。
また、 複数の固体光源をアレイ状に配列した光源を備えているため、 従来の水 銀ランプ等に比較して、 光源の長寿命化を図ることができる。 また、 省電力化、 低ランニングコスト化を実現することができる。 更に、 光源の光出力の制御も容 易に行うことができる。
なお、 上述の第 1の実施の形態においては、 照明光学系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を用いており、 上述の第 2の実施の形態にお いては、 照明光学系にフライアイ ·インテグレータを用いているが、 これに代え て口ッド型のインテグレータ又はシリンダ型のインテグレータを用いてもよい。 ロッド型のインテグレータを用いる場合には、 光源 （発光ダイオードアレイ） の形状と口ッドの断面形状を相似形とすることが好ましい。 また、 シリンダ型の インテグレータを用いる場合には、 シリンダ型のインテグレータを構成する一方 のシリンダレンズのピッチと、 これと直交して配置される他方のシリンダレンズ のピツチで形成される矩形領域 （ォプティカルインテグレータの射出面側の光学 面の有効領域） と光源 （発光ダイオードアレイ） の形状とを相似形とすることが 好ましい。
なお、 上述の第 1の実施の形態においては、 ステップ 'アンド■ リピート型の 投影露光装置を例として説明し、 第 2の実施の形態においては、 ステップ 'アン ド■スキャン型の投影露光装置を例として説明したが、 プロキシミティ方式の露 光装置に本発明を適用してもよい。 この場合には、 投影光学系が存在しないこと から像面照度を高くすることができる。 また、 第 2の実施の形態のステップ'アンド'スキャン型の投影露光装置にお いては、 照明光学ユニット毎に固体光源ユニットを配置して、 固体光源ユニット S U 1〜S U 5から照明光学ユエットに対して照明光を供給しているが、 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の入 射端に 1つの固体光源ュニットを配置し、 5つの射出端のそれぞれから射出され る照明光を照明光学ュニット I L 1〜 I L 5に入射させるようにしてもよい。 また、 上述の各実施の形態においては、 固体光源として発光ダイオードを用い ているが、 レーザダイォードなどの他の種類の固体光源を用いてもよい。
また、 上述の各実施の形態において、 複数の固体光源として、 複数の発光点を 有する固体光源チップ、 チップを複数個ァレイ状に配列した固体光源チップアレ ィ、 さらに複数の発光点を一枚の基板に作り込んだタイプのものなどを用いても 良い。 なお、 固体光源素子は、 無機、 有機を問わない。
また、 上述の各実施の形態において、 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 （ファイバ） 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の実施の形態の 光源 1をフアイバ光源に変更し、 光源 1の発光ダイオード 1 bの位置にファィバ 光源のファイバ射出端が位置するように配置する。 また、 第 2の実施の形態の固 体光源ュ-ット S U 1〜S U 5をフアイバ光源に変更し、 固体光源ュニット S U 1〜 S U 5の発光ダイオード 1 bの位置にファィバ光源のフアイバ射出端が位置 するように配置する。
図 6は、 固体光源 7 1と各固体光源 7 1に対応して設けられた光ファイバ 7 2 とを複数個束ね合わせたファイバ光源 6 9を示す図である。 図 6に示すファイバ 光源 6 9においては、 固体光源 7 1から射出される光は、 光ファイバ 7 2の入射 端に入射して、 光ファイバ 7 2の射出端から射出する。 即ち、 光ファイバ 7 2の それぞれの入射端は、 固体光源 7 1と光学的に接続されている。 また、 図 7は、 固体光源 7 1、 各固体光源 7 1に対応して設けられたレンズ （集光光学系） 7 3 及び光ファイバ 7 2を複数個束ね合わせたファイバ光源 7 0を示す図である。 図 7に示すファイバ光源 7 0においては、 固体光源 7 1から射出される光は、 レン ズ 7 3に入射して、 レンズ 7 3により集光されて光ファイバ 7 2の入射端に入射 し、 光ファイバ 7 2の射出端から射出する。 即ち、 光ファイバ 7 2のそれぞれの 入射端は、 固体光源 7 1と光学的に接続されている。
図 6に示すファイバ光源 6 9及び図 7に示すファイバ光源 7 0においては、 適 切な開口数を有する光フアイバ 7 2を用いることにより、 通常楕円形である固体 光源 7 1のビームプロファイル 7 5 (図 8 A参照） を円形のビームプロファイル 7 6 (図 8 B及び図 8 C参照） に成形することができる。
また、 複数個の光ファィバの射出端部分を任意の形に束ね合わせることにより 光源の射出端の形状 （射出端の配置形状） を最適な形状に成形することが可能で ある。 例えば、 図 9 Aに示すような矩形状に成形することもでき、 図 9 Bに示す ような形状に成形することもできる。 また、 図 1 0に示すように、 ファイバ光源
6 9、 7 0の光ファイバの射出端を束ねた形状とフライアイ 'インテグレータ 8 0の 1つのエレメント 8 1の形状とが相似形になるように、 複数個の光ファイバ の射出端部分の形状を成形することも極めて容易となる。 従って、 照明光を効率 的に用いることができる。
ここで、 図 1 1は、 図 7に示すファイバ光源 7 0の 1つの固体光源 7 1、 それ に対応して設けられたレンズ （集光光学系） 1 3及ぴ光フアイバ 7 2を示す図で ある。 図 7に示すファイバ光源 7 0においては、 固体光源 7 1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 （S i n ) 、 以 下、 最大開口数と呼ぶこととする） を N A 1、 固体光源 7 1の発光部の大きさ （ 直径） の最大値を φ、 光ファイバ 7 2が光を取り込むことが可能な角度範囲 （半 角） の正弦 （s i n ) 、 いわゆる光ファイバ 7 2の開口数を NA 2、 光ファイバ
7 2の入射端のコア直径を Dとしたとき、 NA S ^ ^ ZD X NA l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 7 1から射出される光を無 駄なく光ファイバ 7 2に取り込むことができ、 固体光源 7 1から射出される光の 光量を維持して、 光ファイバ 7 2の射出端から射出させることができる。
また、 光ファイバとして石英ファイバを用いる場合、 固体光源 7 1の最大開口 数を NA 1、 固体光源 7 1の発光部の大きさ （直径） の最大値を φ、 石英フアイ バの入射端のコア直径を Dとしたとき、 0 . 3≥φ /Ο Χ ΝΑ 1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、 固体光源から射出される光の光量を維持し て、 光ファイバ 72の射出端から射出させることができる。
また、 図 12はファイバ光源 69、 70の射出端からフライアイ 'インテグレ ータ 80までの構成を示す図、 図 13はフライアイ ·インテグレータ 80の 1つ のエレメント 81における入射面の形状を示す図、 図 14はファイバ光源 69、
70の射出端 83の形状を示す図である。 ここで、 フライアイ 'インテグレータ
80のエレメント 81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 72を束ね合わせた射出端 83の形状において一方の長さを A、 他方の 長さを B、 光ファイバ 72とフライアイ 'インテグレータ 80との間に位置する コリメ一トレンズ 82の焦点距離を f 1、 フライアイ ·インテグレータ 80の焦 点距離を f 2としたとき、 AX f 2Zf 1≤&及ぴ8>< f 2/f l≤bの関係が 成り立つ。
また、 ファイバ光源が m組の光ファイバ光源 69、 70で構成される場合 （m は自然数） 、 m組の光ファイバ 72から射出される光出力の総量を W、 光フアイ バ 72の射出端のコア直径を dとしたとき、 [mX{d (f 2/f 1) }2 π/ ( 4 X a X b) ] XW≥ 30 (mW) の条件を満足することが望ましい。 この条件 を満足することにより、 フライアイ ·インテグレータ 80の 1つのエレメント 8 1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 72の射出 端を束ねた形状とフライアイ ·インテグレータ 80のエレメント 81の形状とは 相似形であることが望ましい。
また、 図 6に示すファイバ光源 69及び図 7に示すファイバ光源 70において は、 光ファイバ 72の射出端における時間的に変化する光量の最大値を Pm a x 、 最小値を Pm i n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 ΔΡは、 ΔΡ= (Pma χ-Pm i n) Z (Pm a x + Pm i n) により算出される。 ここで、 フライアイ 'インテグレータ 80の入射端において 要求される光量のリップノレ幅を AWとしたとき、 固体光源 71の数 nは n (Δ P/AW) 2 の条件を満たしている。
この条件を満足することにより、 ファイバ光源 69、 70の射出端から射出さ れる光出力のばらつきは、 固体光源 71の数 nを （ΔΡ/AW) 2 より多くする ことにより平均化され、 その平均化効果により安定した光出力を有するファイバ 光源 69、 70を提供することができる。
また、 図 6に示すファイバ光源 69及び図 7に示すファイバ光源 70において は、 それぞれの固体光源 71の波長、 光量等の出力特性に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 71をファイバ光源の光源として用い ることにより、 ファイバ光源 69, 70の射出端において出力特性のばらつきが 平均化される。 また、 異なる出力特性を有する固体光源を組み合わせることによ り所望の特性を得ることができる。 ファイバ光源 69， 70の射出端において平 均化された光は、 さらにフライアイ ·インテグレータ 80により平均化される。 図 15は、 各固体光源 71の出力特性のばらつきを平均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 71を平均化して、 ダラ フ化したものが 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 71を組み合わせたものをファイバ光源 69、 70に使用した場合において、 平 均化効果により安定した光出力を有する照明光を得ることができる。
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良 い。 図 16は、 走查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、 マスクステージ及ぴ基板ステージが移動しつつ、 マスクのパターンをプ 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。
図 16に示すように、 マスク M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 17に示すように、 この可動プライン ド機構は、 4枚の可動ブレード B L 1、 BL 2、 BL 3、 BL4からなる。 可動 ブレード BL 1、 B L 2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 BL 3、 B L 4のエッジによって非走査方向の開口 APの長さ が決定される。 また、 4枚の可動プレード BL 1〜BL 4の各エッジで規定され た開口 APの形状は、 投影レンズ PLの円形イメージフィールド I F内に包含さ れるように定められる n 固定ブラインド B L 0の開口と可動ブランド機構 9 1の開口 A Pとを通過した 照明光はマスク Mを照射する。 つまり、 各可動ブレード B L 1〜； B L 4によって 形成される開口 A Pと固定ブラインドの開口とが重なつている領域についてのみ 、 マスク M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 B L 0の開口の像がマスク Mのパターン面に結像されるが、 マスク M上の 特定走查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 枚の可動ブレード B L 1〜B L 4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。 即ち、 マスクステージの走査に際して、 照明光学系から射出さ れる光束とマスク M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 M上の特定走査露光領域の露光開始時や露光終了時において遮光 部分の近傍領域について露光が始まると判断した場合、 可動ブレード B L 1、 B L 2のエッジ位置を移動させ、 走査露光方向の開口 A P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 M近傍に可動ブラインド機構 9 1を 設けているが、 マスク Mと共役な位置又はその近傍の位置であれば、 他の位置に 可動ブラインド機構を設けても良い。
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 1 8は、 帯電防 止手段を備えた露光装置の構成図である。 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。 この露光装置においては、 光源を 収容する筐体 9 2と、 照明光学系及び投影光学系等の露光装置本体を収容する筐 体 9 3とが別々に設けられており、 筐体 9 2と筐体 9 3とが電気的に接続され、 更にアースされている。 即ち、 筐体 9 2と筐体 9 3とが同電位に保たれている。 また、 光源に電力を供給する電源部 8 4と露光装置本体に電力を供給する電源部 8 5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、 露光 装置の光源及び露光装置本体に静電気が帯電するのを防止することができ、 静電 気による固体光源の破損を防止することができる。
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、 C R T (cathode ray tube)、 無機 ELディスプレイ、 有機 EL ディスプレイ （0LED： Organic Light Emitting diode) 、 L E Dディスプレイ、 L Dディスプレイ、 電界放出ディスプレイ（FED : field emission display) s 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) 、 エレクト口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) N 反射ミラーアレイ、 反射型液晶表示素子、 電気泳動デ イスプレイ（EPD： Electro Phoretic 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。
次に、 この発明の実施の形態による露光装置をリソグラフイエ程で使用したマ イク口デバイスの製造方法について説明する。 図 1 9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ヤ一トである。 まず、 図 1 9のステップ S 4 0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 S 4 2において、 その 1ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジ ストが塗布される。 その後、 ステップ S 4 4において、 この発明の実施の形態に かかる露光装置を用いて、 マスク M上のパターンの像がその投影光学系 （投影光 学ュニット） を介して、 その 1ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転 写される。 即ち、 照明装置を用いてマスク Mが照明され、 投影光学系を用いてマ スク M上のパターンの像が基板上に投影され露光転写される。
その後、 ステップ S 4 6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 S 4 8において、 その 1ロットのウェハ上でレジ ストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、 マスク上のパター ンに対応する回路パターンが、 各ウェハ上の各ショット領域に形成される。 その 後、 更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、 半導体素子等 のデバイスが製造される。 上述の半導体デバイス製造方法によれば、 極めて微細 な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。 また、 この発明の実施の形態にかかる露光装置では、 プレート （ガラス基板） 上に所定のパターン （回路パターン、 電極パターン等） を形成することによって 、 マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。 図 2 0は、 この 実施の形態の露光装置を用いてプレード上に所定のパターンを形成することによ つて、 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 フローチヤ一トである。
図 2 0のパターン形成工程 S 5 0では、 この実施の形態の露光装置を用いてマ スクのパターンを感光性基板 （レジストが塗布されたガラス基板等） に転写露光 する、 所謂光リソグラフイエ程が実行される。 この光リソグラフイエ程によって 、 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 S 5 2へ移行する。
次に、 カラーフィルタ形成工程 S 5 2では、 R (R e d ) 、 G (G r e e n ) 、 B (B l u e ) に対応した 3つのドットの組がマトリックス状に多数配列され たり、 又は R、 G、 Bの 3本のス トライプのフィルタの組を複数水平走査線方向 に配列したカラーフィルタを形成する。 そして、 カラーフィルタ形成工程 S 5 2 の後に、 セル組み立て工程 S 5 4が実行される。 セル組み立て工程 S 5 4では、 パターン形成工程 S 5 0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 S 5 2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 S 5 4では、 例えば、 パターン形成工程 S 5 0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 S 5 2にて得られたカラー フィルタとの間に液晶を注入して、 液晶パネル （液晶セル） を製造する。 その後 、 モジュール組立工程 S 5 6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。
このマイクロデバイスの製造方法によれば、 実用的な露光に要求される像面照 度の値を確保した露光装置を用いているため、 実用的な露光装置としてのスルー プットを確保することができる。
この発明の露光装置によれば、 光源が複数個の固体光源をアレイ状に配列した 固体光源ュニットを備えるため、 像面照度を実用的な露光装置に要求される値に することができ、 実用的な露光装置としてのスループットを確保することができ る。
また、 この発明の露光方法によれば、 実用的な露光に要求される像面照度の値 を確保した露光装置を用いて露光を行うため、 実用的な露光方法としてのスルー プットを確保することができる。 産業上の利用可能性
以上のように、 この発明の露光装置及びこの露光装置を用いた露光方法は、 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 スの製造に用いるのに適している。

Claims

請求の範囲
1 . 光源から射出される光束をマスクへ導き、 前記マスクのパターンを感光性 基板上に転写する露光装置において、
前記光源と前記マスクとの間の光路中に配置されて、 前記光源からの光束に基 づいて前記マスクを照明する照明光学系を備え、
前記光源は、 前記感光性基板上での照度の値が 3 0 mW/ c m2 以上となるよ うに配列された複数個の固体光源を有する固体光源ュニットを備えることを特徴 とする露光装置。
2 . 前記固体光源は、 放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を-中心と して ± 1 ° の光束の範囲内において、 平均放射輝度が 1 0 0 0 mW/ ( c m2 · s r ) 以上であることを特徴とする請求項 1に記載の露光装置。
3 . マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、
複数個の固体光源を有する固体光源ュニットと、
該固体光源ュニットから射出される光束を前記マスクへ導く照明光学系とを備 え、
前記固体光源は、 放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として ± 1 ° の光束の範囲内において、 平均放射輝度が 1 0 0 0 mWZ ( c m2 · s r ) 以上であることを特徴とする露光装置。
4. 前記固体光源は、 少なくとも 1 0 mW/個以上の出力を有することを特徴 とする請求項 1乃至請求項 3の何れか一項に記載の露光装置。
5 . 前記感光性基板上の照度むらは、 平均値に対して ± 2 0 %以内であること を特徴とする請求項 1乃至請求項 4の何れか一項に記載の露光装置。
6 . 前記固体光源の光射出部の面積は、 1 c m2 以下であ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 . 前記固体光源ユエットの前記複数個の固体光源は、 1個 / c m2以上とな るように配列されることを特徴とする請求項 1乃至請求項 6の何れか一項に記載 の露光装置。
8 . 前記固体光源は、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して 半分の放射強度となる光線の分布が、 前記最も放射強度の強い光線を中心として 土 2° 以上であることを特徴とする請求項 1乃至請求項 7の何れか一項に記載の 露光装置。
9. 前記固体光源は、 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して 半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角を Θ (r a d) とし、 1 cm2 当たりの前記固体光源の個数を nとしたとき、 以下の条件を 満足することを特徴とする請求項 1乃至請求項 8の何れか一項に記載の露光装置
Θ 2 X n≥ 0. 00 2
1 0. 前記固体光源から射出される光の波長の半値幅は土 2 0 nm以下である 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。
1 1. 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成する投影光学系をさ らに備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 1 0の何れか一項に記載の露光 装置。
1 2. マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置において、 複数個の固体光源を有する固体光源ュニットと、
前記固体光源ュニットと前記マスクとの間の光路中に配置されて、 前記固体光 源ュニットからの光束に基づいて前記マスクを照明する照明光学系と、
前記マスクからの光束に基づいて、 前記マスクのパターン像を前記感光性基板 上に形成する投影光学系とを備え、
前記固体光源の発光スぺク トルの波長の半値幅は土 20 nm以下であり、 前記投影光学系は、 反射屈折型光学系を備えることを特徴とする露光装置。
1 3. 放出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度 となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角を Θ (r a d) とし、 前記 投影光学系の倍率を i3とし、 前記投影光学系の開口数を N. A. としたとき、 以 下の条件を満足することを特徴とする請求項 1 1又は請求項 1 2に記載の露光装 置。
0. 2 ≤ ( | s i n 0 | / | j3 | ) ノ N. A. ≤ 5
1 4. 前記投影光学系は、 前記マスク上で互いに異なる視野を有する複数の投 影光学ユニットを備え、
前記照明光学系は、 前記複数の投影光学ュニットの複数の視野にそれぞれ対応 した複数の照明光学ュ-ットを備え、
前記複数の照明光学ュニットのそれぞれは、 前記固体光源ユニットを備えるこ とを特徴とする請求項 1 1乃至請求項 1 3の何れか一項に記載の露光装置。
1 5 . 前記複数の照明光学ュニットにそれぞれ設けられた前記固体光源ュニッ トに接続されて、 前記複数の固体光源ュニットの光出力を各照明光学ュニット毎 に設定可能にする光源出力設定部を備えることを特徴とする請求項 1 4に記載の 露光装置。
1 6 . 前記感光性基板上の照度を計測する照度計測手段をさらに備え、 前記光源出力設定部は、 前記照度計測手段の計測結果に基づいて、 前記照明光 学ュニット毎に設けられた前記複数の固体光源ュ-ットの出力を個別に設定する ことを特徴とする請求項 1 5に記載の露光装置。
1 7 . 前記感光性基板を載置する基板ステージをさらに備え、
前記照度計測手段は前記基板ステージ上に設置されることを特徴とする請求項 1 6に記載の露光装置。
1 8 . 前記照明光学系の出力を計測する出力計測手段と、
前記出力計測手段により計測された結果に基づいて、 前記固体光源ュ-ットの 光出力を制御する制御部と
を備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 1 7の何れか一項に記載の露光装 置。
1 9 . 前記出力計測手段は、 前記感光性基板上の照度を計測する照度計測手段 を備えることを特徴とする請求項 1 8に記載の露光装置。
2 0 . 前記複数の固体光源の仕事率の総和を A (W) 、 前記マスクを照明する 照明光の仕事率の総和を B (W) としたとき、 以下の条件を満足することを特徴 とする請求項 1乃至請求項 1 9の何れか一項に記載の露光装置。
B /A≥ 0 . 4
1 . 前記複数個の固体光源はアレイ状に配置されることを特徴とする請求項 1乃至請求項 2 0の何れか一項に記載の露光装置。
2 2 . 前記固体光源ュニットは、 2次元ァレイ状に配列された複数の前記固体 光源を備えることを特徴とする請求項 2 1に記載の露光装置。
2 3 . 前記照明光学系は、 2次元的に配列された複数の光学面を持つォプティ カルインテグレータを備え、
前記オプティカルィンテグレータの射出面側の前記光学面の有効領域の形状と 前記複数の固体光源の発光部の全体形状とはほぼ相似形状であることを特徴とす る請求項 2 2に記載の露光装置。
2 4 . 前記固体光源ュニットは複数のファイバを備え、
前記複数のフアイバのそれぞれの入射端は前記複数個の固体光源と光学的に接 続されていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 2 3の何れか一項に記載の露 光装置。
2 5 . 前記固体光源から射出された光束は、 前記複数のファイバの前記入射端 に直接に入射することを特徴とする請求項 2 4に記載の露光装置。
2 6 . 前記固体光源ュニット中の前記固体光源と前記ファイバの入射端との間 に配置された集光光学系を備えることを特徴とする請求項 2 4に記載の露光装置
2 7 . 前記固体光源の発光部の大きさの最大値を φ、 前記固体光源からの発散 光の内で最大の射出角度を持つ光の前記射出角度の正弦を NA 1、 前記ファイバ のコア直径を D、 前記光ファイバが光を取り込むことが可能な角度範囲の正弦を NA 2とするとき、
以下の条件を満たすことを特徴とする請求項 2 6に記載の露光装置。
ΝΑ 2≥φ /Ό Χ ΝΑ 1
2 8 . 前記照明光学系は、 2次元的に配列された複数の光学面を持つォプティ カルインテグレータを備え、
前記オプティカルィンテグレータの射出面側の前記光学面の有効領域の形状と 前記複数のフアイバの射出端の全体形状とはほぼ相似形であることを特徴とする 請求項 2 4乃至請求項 2 7の何れか一項に記載の露光装置。
2 9 . 前記複数の固体光源は、 互いに出力特性が異なる第 1及び第 2の固体光 源を少なくとも備えていることを特徴とする請求項 1乃至請求項 2 8の何れか一 項に記載の露光装置。
3 0 . 静電気の帯電を防止する帯電防止手段を更に備えることを特徴とする請 求項 1乃至請求項 2 9の何れか一項に記載の露光装置。
3 1 . 前記光源は、 定格出力以下の出力で照明光の射出を行うことを特徴とす る請求項 1乃至請求項 3 0の何れか一項に記載の露光装置。
3 2 . 前記光源から射出される光束と前記マスクとの位置関係を走査方向に沿 つて相対的に走査させる走査手段と、
前記マスクとほぼ共役な位置に配置されて、 前記走査方向の開口幅を変更可能 な可変絞りと、
前記光源から射出される光束と前記マスクとの相対位置に関する情報に基づい て、 前記可変絞りの前記走査方向の開口幅を可変制御する制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項 1乃至請求項 3 1の何れか一項に記載の 露光装置。
3 3 . 請求項 1乃至請求項 3 2記載の露光装置を用いた露光方法において、 前記固体光源ュ-ットからの光により前記マスクを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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