JP2004253750A - 照明光源、露光装置及び露光方法 - Google Patents

Abstract

【課題】射出光のパワーを向上させた照明光源を提供する。
【解決手段】複数の単位固体光源１ａと、アレイ状に配列された複数の入射光学面を有するフライアイインテグレータ１ｂとを備える照明光源であって、複数の単位固体光源１ａを、複数の単位固体光源１ａのそれぞれの基準軸がフライアイインテグレータ１ｂの入射面全体の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、フライアイインテグレータ１ｂの入射光学面の入射領域の縦及び横の寸法のうち大きいほうの寸法をａ、小さい方の寸法をｂ、フライアイインテグレータ１ｂの焦点距離をｆ、複数の単位固体光源１ａのそれぞれの基準軸とフライアイインテグレータ１ｂの基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、（１／３）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］＜θｍａｘ＜ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／（ａ^２＋ｂ^２）^１／２）｝］の条件を満足する。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体素子、液晶表示素子、撮像素子、薄膜磁気ヘッド、その他のマイクロデバイスの製造工程において用いられる露光装置の照明光源、該照明光源を用いた露光装置及び露光方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
マイクロデバイスの一つである液晶表示素子は、通常、ガラス基板（プレート）上に透明薄膜電極をフォトリソグラフィの手法で所望の形状にパターニングして、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のスイッチング素子及び電極配線を形成して製造される。このフォトリソグラフィの手法を用いた製造工程では、マスク上に形成された原画となるパターンを、投影光学系を介してフォトレジスト等の感光剤が塗布されたプレート上に投影露光する投影露光装置が用いられている。
【０００３】
従来は、マスクとプレートとの相対的な位置合わせを行った後で、マスクに形成されたパターンをプレート上に設定された１つのショット領域に一括して転写し、転写後にプレートをステップ移動させて他のショット領域の露光を行う、ステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（所謂、ステッパー）が多用されていた。
【０００４】
近年、液晶表示素子の大面積化が要求されており、これに伴ってフォトリソグラフィ工程において用いられる投影露光装置は露光領域の拡大が望まれている。投影露光装置の露光領域を拡大するためには投影光学系を大型化する必要があるが、残存収差が極力低減された大型の投影光学系を設計及び製造するにはコスト高となってしまう。そこで、投影光学系の大型化を極力避けるために、投影光学系の物体面側（マスク側）における投影光学系の有効径と同程度に長手方向の長さが設定されたスリット状の照明光をマスクに照射し、マスクを介したスリット状の光が投影光学系を介してプレートに照射されている状態で、マスクとプレートとを投影光学系に対して相対的に移動させて走査し、マスクに形成されたパターンの一部を順次プレートに設定された１つのショットに転写し、転写後にプレートをステップ移動させて他のショット領域に対する露光を同様にして行う、所謂ステップ・アンド・スキャン方式の投影露光装置が案出されている。
【０００５】
また、近年では、更なる露光領域の拡大を図るため、１つの大型の投影光学系を用いるのではなく、小型の部分投影光学系を走査方向に直交する方向（非走査方向）に所定間隔をもって複数配列した第１の配列と、この部分投影光学系の配列の間に部分光学系が配置されている第２の配列とを走査方向に配置した、所謂マルチレンズ方式の投影光学系を備える投影露光装置が案出されている（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−５７９８６号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで上述の投影露光装置の光源としては、波長約３６０ｎｍ程度の紫外領域においては主に水銀ランプなどが用いられていた。この水銀ランプの寿命は、概ね５００ｈ〜１０００ｈ程度であることから、定期的にランプ交換が必要となり露光装置ユーザには大きな負担となっていた。また、高照度確保のために高電力が必要であり、またそれに伴う発熱対策などが必要になるなど、高いランニングコストの問題や、経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性を有していた。
【０００８】
これに対して発光ダイオードなどの固体光源は、水銀ランプなどに比べて発光効率が高く、そのため省電力、小発熱という特長を持ち大幅なランニングコストの低減を実現できる。また寿命も３０００ｈ程度のものもあるため、交換にかかる負担も少なく、経時劣化などの要因に伴う破裂の危険性もない。さらに最近では、波長３６５ｎｍで１００ｍｗ程度の高い光出力を達成したＵＶ−ＬＥＤなども開発されている。
【０００９】
上述の液晶表示素子の製造においては、プレート上にフォトレジストを塗布し、上述の投影露光装置の何れかを用いてマスクに形成されたパターンをプレートに転写し、フォトレジストの現像、エッチング、及びフォトレジストの剥離といった工程を繰り返すことにより、ＴＦＴ等のスイッチング素子及び電極配線が形成された素子基板が形成される。そして、この素子基板と別工程で製造されたカラーフィルタを備える対向基板とを張り合わせ、これらの間に液晶を挟持させることにより液晶表示素子が製造される。
【００１０】
ところで、従来の液晶表示装置は上述したようにＴＦＴが形成される素子基板とカラーフィルタを備える対向基板とを別々に形成して張り合わせることにより製造されていたが、近年、液晶表示素子の構造の変化に伴って、ＴＦＴを形成した基板上にカラーフィルタを併せて形成した構造の液晶表示素子が案出されている。かかる構造の液晶表示素子の製造工程には、ＴＦＴが形成された基板上に、着色した顔料が分散された樹脂レジストを塗布し、投影露光装置を用いてこの樹脂レジストを露光して現像することによりカラーフィルタを形成する工程が含まれる。
【００１１】
ここで、ＴＦＴ等を形成する際に用いられるフォトレジストの感度は１５〜３０ｍＪ／ｃｍ^２程度であるのに対し、樹脂レジストの感度は５０〜１００ｍＪ／ｃｍ^２程度であり、樹脂レジストの露光に必要となるエネルギーは通常のフォトレジストの数倍から数十倍になることもある。従って、投影露光装置の光源として固体光源を用いる場合においても、樹脂レジストの感度に対応することができるように、固体光源からの射出光のパワーを増大させ基板上に照射される照明光の照度を高くする必要がある。
【００１２】
この発明の課題は、射出光のパワーを向上させた照明光源、該照明光源を備えた露光装置及び該露光装置を用いた露光方法を提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の照明光源は、複数の単位固体光源とアレイ状に配列された複数の入射光学面を有するフライアイインテグレータとを備える照明光源であって、前記複数の単位固体光源を、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸が前記フライアイインテグレータの入射面全体の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、前記フライアイインテグレータの前記入射光学面の入射領域の縦及び横の寸法のうち大きいほうの寸法をａとし、小さい方の寸法をｂとし、前記フライアイインテグレータの焦点距離をｆとし、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸と前記フライアイインテグレータの前記基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、以下の条件を満足すことを特徴とする。
【００１４】
（１／３）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］＜ θｍａｘ ＜ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／（ａ^２＋ｂ^２）^１／２）｝］
この請求項１に記載の照明光源によれば、フライアイインテグレータの各射出面での光束（光源像）の充填率を向上させることができるため、フライアイインテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。
【００１５】
また、請求項２に記載の照明光源は、複数の単位固体光源と内面反射型インテグレータとを備える照明光源であって、前記複数の単位固体光源を、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸が前記内面反射型インテグレータの入射面の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、前記内面反射型インテグレータを構成している材質の屈折率をｎとし、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸と前記内面反射型インテグレータの前記基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、以下の条件を満足すことを特徴とする。
【００１６】
ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］ ＞ θｍａｘ ＞
（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］
この請求項２に記載の照明光源によれば、多数の単位固体光源を配置することができ、それぞれの単位固体光源より射出される光束が内面反射型インテグレータ内部を全反射して伝播するため、内面反射型インテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。また、内面反射型インテグレータの光積分効果を向上させることができる。
【００１７】
また、請求項３に記載の照明光源は、複数の単位固体光源と複数のファイバを束ねたファイバーバンドルとを備える照明光源であって、前記複数の単位固体光源を、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸が前記ファイバーバンドルの入射面全体の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、前記ファイバーバンドルのコアの屈折率をｎ１とし、前記ファイバーバンドルのクラッドの屈折率をｎ２とし、前記複数の単位固体光源の基準軸と前記ファイバーバンドルの前記基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、以下の条件を満足すことを特徴とする。
【００１８】
ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］ ＞ θｍａｘ ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］
この請求項３に記載の照明光源によれば、多数の単位固体光源を配置することができ、それぞれの単位固体光源より射出される光束がファイバーバンドルのコアを全反射して伝播するため、ファイバーバンドルより射出される光のパワーを増大させることができる。
【００１９】
また、請求項４に記載の照明光源は、前記複数の単位固体光源がそれぞれの基準軸が前記基準点を通るように略球面上に配置されていることを特徴とする。
【００２０】
また、請求項５に記載の照明光源は、前記単位固体光源から射出される光束のうち、最も放射強度の強い光線を中心として±５０°の範囲内における光線が前記最も放射強度の強い光線に対して半分以上の放射強度を有することを特徴とする。
【００２１】
また、請求項６に記載の照明光源は、前記単位固体光源から射出される光束のうち、最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角度をθ（ｒａｄ）とし、前記フライアイインテグレータの前記入射面全体、前記内面反射型インテグレータの前記入射面、又は前記ファイバーバンドルの入射面全体に外接する円の半径をｒとし、前記基準点から前記複数の単位固体光源までのそれぞれの距離をＬｎとしたとき、以下の条件を満足することを特徴とする。
【００２２】
０．２ ＜（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒ ＜５
この請求項６に記載の照明光源によれば、それぞれの単位固体光源から射出される光束が、０．２ ＜（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒ ＜５、の条件を満足するため、それぞれの単位固体光源から射出される光束を効率よく照明光源の光射出部から射出させることができる。
【００２３】
また、請求項７に記載の照明光源は、前記単位固体光源が４ｍＷ／個以上の出力を有することを特徴とする。
【００２４】
この請求項７に記載の照明光源によれば、それぞれの単位固体光源が４ｍＷ／個以上の出力を有しているため、必要十分な光量を確保することが可能である。なお、それぞれの単位固体光源が４ｍＷ／個以上の出力を有しない場合には、各単位固体光源を放射状にレイアウトして単位固体光源の数を増加させようとしても、必要十分な光量とするための単位固体光源の数が多くなり過ぎ、放射状に配置することが実際問題として困難になる。
【００２５】
また、請求項８に記載の照明光源は、前記単位固体光源の光射出部の面積が１ｃｍ^２以下であることを特徴とする。
【００２６】
この請求項８に記載の照明光源によれば、それぞれの単位固体光源の光射出部の面積が１ｃｍ^２ 以下であるため、放射状に各単位固体光源をレイアウトした場合に十分な数の単位固体光源を配置することが可能である。なお、それぞれの単位固体光源の光射出部の面積が１ｃｍ^２を超える場合には、各単位固体光源を放射状にレイアウトして単位固体光源の数を増加させようとしても、各単位固体光源自体の大きさが大きすぎるために、放射状に配置することが実際問題として困難になる。
【００２７】
また、請求項９に記載の照明光源は、前記単位固体光源が放出される光束のうち最も放射強度の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２００ｍＷ／（ｃｍ^２・ｓｒ）以上であることを特徴とする。
【００２８】
この請求項９に記載の照明光源によれば、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が２００ｍＷ／（ｃｍ^２・ｓｒ）以上である単位固体光源を備えるため、投影光学系を介して多くの光束を感光性基板上に照射することができ、露光装置のスループットを向上させることができる。ここで、平均放射輝度とは、±１°内での全ての角度の輝度の平均値である。
【００２９】
また、請求項１０に記載の照明光源は、前記単位固体光源が０．１ｓｒ当たり１個以上配置されていることを特徴とする。この請求項１０に記載の照明光源によれば、単位固体光源が０．１ｓｒ当たり１個以上配置されているため、各単位固体光源を放射状にレイアウトする場合に単位固体光源の数を必要十分な数だけ確保することができ、十分な光量を達成できる。
【００３０】
また、請求項１１に記載の照明光源は、前記単位固体光源から射出される光の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であることを特徴とする。この請求項１１に記載の照明光源によれば、特に投影露光装置の照明光源に適用した場合に投影光学系の色収差補正への負荷を小さくすることができる。
【００３１】
また、請求項１２に記載の露光装置は、請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の照明光源から射出される光束によりマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写することを特徴とする。
【００３２】
また、請求項１３に記載の露光装置は、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備えることを特徴とする。
【００３３】
この請求項１２及び請求項１３に記載の露光装置によれば、照明光源の光射出部の光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができ、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００３４】
また、請求項１４に記載の露光方法は、請求項１２又は請求項１３に記載の露光装置を用いた露光方法において、前記照明光源から射出される光束を用いてマスクを照明する照明工程と、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する転写工程とを含むことを特徴とする。
【００３５】
この請求項１４に記載の露光方法によれば、実用的な露光に要求される像面照度の値を確保した露光装置を用いて露光を行うため、実用的な露光方法としてのスループットを確保することができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図１は、この発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。この第１の実施の形態においては、複数の反射屈折型の投影光学ユニットからなる投影光学系に対してマスクＭ１とプレート（基板）Ｐ１とを相対的に移動させつつマスクＭ１に形成された液晶表示素子のパターンＤＰ１の像を感光性材料が塗布された感光性基板としてのプレートＰ１上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００３７】
なお、以下の説明においては、図１中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰ１に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がプレートＰ１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Ｍ１及びプレートＰ１を移動させる方向（走査方向）をＸ軸方向に設定している。
【００３８】
この実施の形態にかかる露光装置は、マスクステージ（図１では図示せず）ＭＳ１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Ｍ１を均一に照明するための照明光源ユニット（照明光源）ＳＵ１〜ＳＵ５、照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５に対応した照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５により構成される照明光学系を備えている。ここで、照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５は、照明光源ユニットＳＵ１と同一の構成を有するものであるため、照明光源ユニットＳＵ１を代表して説明する。
【００３９】
照明光源ユニットＳＵ１は、図２に示すように、複数の単位固体光源１ａ、アレイ状に配列された複数の入射光学面を有するフライアイインテグレータ１ｂを備えて構成されている。ここで、複数の単位固体光源１ａは、放射強度が最も強い光の進行方向に沿った光線軸を基準軸とした場合に、それぞれの単位固体光源の基準軸がフライアイインテグレータ１ｂの入射光学面全体の略中心に位置する点（基準点）を通過するように略球面上に配置されている。また、複数の単位固体光源１ａは、フライアイインテグレータ１ｂの入射光学面の縦及び横の寸法のうち大きい方の寸法をａ（ｍｍ）、小さい方の寸法をｂ（ｍｍ）とし（図３参照）、フライアイインテグレータ１ｂの焦点距離をｆ（ｍｍ）、それぞれの単位固体光源１ａの基準軸とフライアイインテグレータ１ｂの基準点を通過する軸１ｃとのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）（図２参照）としたとき、
（１／３）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］＜ θｍａｘ ＜
ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／（ａ^２ ＋ｂ^２ ）^１／２ ）｝］
の条件を満足するように配置されている。
【００４０】
なお、本実施形態では、フライアイインテグレータ１ｂの複数の入射光学面の形状と複数の射出光学面の形状とが同一形状であるため、図３にはフライアイインテグレータ１ｂの複数の射出光学面を示し、複数の射出光学面上に形成される光源像を破線で示している。
【００４１】
上記条件式において、θｍａｘの値が下限値を下回る場合には、光束の充填率（光源像の充填率）が低くなりすぎるため好ましくなく、θｍａｘの値が上限値を上回る場合には、フライアイインテグレータが取り込むことのできる光束の角度範囲を超えて光束が入射することになり、照明光のパワー損失を招くため好ましくない。なお、上記条件式において、θｍａｘの下限値を（２／３）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］とすることが好ましい。そして、θｍａｘの下限値を（４／５）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］とすることがさらに好ましい。
【００４２】
また、それぞれの単位固体光源１ａは、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±５０°の範囲内における光線が最も放射強度の強い光線に対して半分以上の放射強度を有する。
【００４３】
また、それぞれの単位固体光源１ａは、図４に示すように、射出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角度をθ（ｒａｄ）とし、フライアイインテグレータ１ｂの入射面全体に外接する円の半径をｒ（ｍｍ）とし、フライアイインテグレータ１ｂの基準点からそれぞれの単位固体光源１ａまでの距離をＬｎ（ｍｍ）としたとき、
０．２ ＜（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒ ＜５
の条件を満足するように配置されている。
【００４４】
上記条件式において、（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒの値が下限値を下回る場合には、フライアイインテグレータの光積分効果を十分に発揮させることができなくなるので好ましくない。また、上記条件式において、（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒの値が上限値を上回る場合には、フライアイインテグレータでの光量ロスが増えるため好ましくない。なお、フライアイインテグレータの光積分効果をさらに十分に発揮させるためには、上記条件式の下限値を０．８とすることが好ましい。また、フライアイインテグレータでの光量ロスを十分に小さくするためには、上記条件式の上限値を２とすることが好ましい。
【００４５】
また、それぞれの単位固体光源１ａは、少なくとも４ｍＷ／個以上の出力を有し、１ｃｍ^２以下の光射出部の面積を有する。また、それぞれの単位固体光源１ａは、放出される光束のうち最も放射強度が強い光線を中心として±１°の光束の範囲内において、平均放射輝度が２００ｍＷ／（ｃｍ^２・ｓｒ）以上である。更に、単位固体光源１ａは０．１ｓｒ当たり１個以上配置されており、単位固体光源１ａから射出される光（発光スペクトル）の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下である。
【００４６】
図５は、照明光源ユニットＳＵ１及び照明光学ユニットＩＬ１の側面図であり、図１に示した部材と同一の部材には同一の符号を付している。なお、この図の示されるＸＹＺ直交座標系は、図１に示す直交座標系と同一のものである。照明光源ユニットＳＵ１とマスクＭ１の間には、コリメートレンズ２０ａ、フライアイインテグレータ２１ａ、開口絞り２２ａ、ハーフミラー２３ａ及びコンデンサレンズ系２７ａが順に配置されている。なお、照明光学ユニットＩＬ２〜ＩＬ５の構成は、照明光学ユニットＩＬ１の構成と同一であるためその説明を省略する。
【００４７】
それぞれの単位固体光源１ａから射出された発散光束は、図２に示すように、フライアイインテグレータ１ｂに入射する。ここで、フライアイインテグレータ１ｂは、多数の正レンズエレメントを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。フライアイインテグレータ１ｂに入射した光束は、多数の正レンズエレメント（入射光学面）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面光源を形成する。即ち、フライアイインテグレータ１ｂの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。
【００４８】
照明光源ユニットＳＵ１から射出された光束は、図５に示すように、コリメートレンズ２０ａにより略平行な光束に変換された後、フライアイインテグレータ２１ａに入射する。フライアイインテグレータ２１ａは、多数の正レンズエレメントをその中心軸線が光軸ＡＸ１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。フライアイインテグレータ２１ａ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２１ａの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り２２ａにより制限された後、ハーフミラー２３ａに入射する。ハーフミラー２３ａにより反射された光束は、レンズ２４ａを介して照度センサ２５ａに入射する。この照度センサ２５ａは、プレートＰ１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２５ａ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Ｐ１上の照度を検出することができる。なお、照度センサ２５ａの検出値は、主制御系２６に入力される。
【００４９】
一方、ハーフミラー２３ａを透過した光束は、コンデンサレンズ系２７ａに入射する。なお、開口絞り２２ａは、対応する投影光学ユニットＰＬ１１の瞳面と光学的に略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２２ａ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２２ａの開口径が可変であるものとして説明する。開口絞り２２ａ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ＰＬ１を構成する各投影光学ユニットＰＬ１１〜ＰＬ１５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。コンデンサレンズ系２４ａを介した光束は、パターンＤＰ１が形成されたマスクＭ１を重畳的に照明する。
【００５０】
照明光源ユニットＳＵ２〜ＳＵ５から射出された光束も同様に、照明光学ユニットＩＬ２〜ＩＬ５を介してマスクＭ１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ユニットＩＬ１〜ＩＬ５は、マスクＭ１上においてＹ軸方向に並んだ複数（図１では合計５つ）の台形状の領域を照明する。
【００５１】
なお、主制御系２６は、照明光学ユニットＩＬ１の照度センサ２５ａにより検出された照度、及び照明光学ユニットＩＬ２〜ＩＬ５の照度センサにより検出された照度に基づいて、各照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５によりマスクＭ１を照明する際の照度が均一になるように、各照明光学ユニットＩＬ１〜ＩＬ５に対応して設けられている照明光源ＳＵ１〜ＳＵ５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。
【００５２】
マスクＭ１上の各照明領域からの光は、各照明領域に対応するようにＹ軸方向に沿って配列された複数（図１では合計で５つ）の投影光学ユニットＰＬ１１〜ＰＬ１５からなる投影光学系ＰＬ１に入射する。ここで、各投影光学ユニットＰＬ１１〜ＰＬ１５の構成は、互いに同じである。こうして、複数の投影光学ユニットＰＬ１１〜ＰＬ１５から構成された投影光学系ＰＬ１を介した光は、プレートステージ（図示せず）上において図示しないプレートホルダを介してＸＹ平面に平行に支持されたプレートＰ１上にパターンＤＰ１の像を形成する。
【００５３】
上述の主制御系２６にはハードディスク等の記憶装置２８が接続されており、この記憶装置２８内に露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、プレートＰ１の露光を行う上で必要となる処理及びその処理順序が記憶されており、この処理毎に、プレートＰ１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Ｍ１、照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５の補正量、投影光学系ＰＬ１の補正量、及び基板の平坦性に関する情報等（所謂、レシピデータ）が含まれている。
【００５４】
なお、上述のレシピデータ（露光データファイル）を通信等の手段により更新又は追加可能とすることが好ましい。具体的には、この実施の形態の露光装置と、当該露光装置が設置されるデバイス製造工場内の管理システムとをローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で結び、この管理システムから露光装置のレシピデータを更新或いは追加する構成をとる。この管理システムは、露光装置以外の各種プロセス用製造装置、例えば、レジスト処理装置、エッチング装置、生膜装置等の前工程用機器、組み立て装置、検査装置等の後工程装置ともローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で結ばれている。従って、この管理システムでは、どの装置にどのロットが流されているのかを管理することが可能であるため、そのロットに適合したレシピデータを露光装置へ送り、この露光装置は、送られたレシピデータに基づいた制御を行うことが可能となる。
【００５５】
図１に戻り、前述したマスクステージＭＳ１には、マスクステージＭＳ１を走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（図示せず）が設けられている。また、マスクステージＭＳ１を走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させると共にＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（図示せず）が設けられている。そして、マスクステージＭＳ１の位置座標が移動鏡３０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。
【００５６】
同様の駆動系が、プレートステージにも設けられている。即ち、プレートステージを走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（図示せず）、プレートステージを走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させると共にＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（図示せず）が設けられている。そして、プレートステージの位置座標が移動鏡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Ｍ１とプレートＰ１とをＸＹ平面に沿って相対的に位置合わせするための手段として、一対のアライメント系３２ａ，３２ｂ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Ｐ１上の照明光の照度を検出するための照度センサ３３が設けられており、計測値が照明光学系の主制御系２６に入力される。
【００５７】
主制御系２６は、照度センサ３３により検出されたプレートＰ１上の照度に基づいて、各照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５の光出力を制御する。なお、主制御計２６による各照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５の光出力の制御の他に、各照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５を構成する各単位固体光源の光出力の制御によっても行うことができる。
【００５８】
こうして、マスクステージＭＳ１側の走査駆動系及びプレートステージ側の走査駆動系の作用により、複数の投影光学ユニットＰＬ１１〜ＰＬ１５からなる投影光学系ＰＬ１に対してマスクＭ１とプレートＰ１とを一体的に同一方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させることによって、マスクＭ１上のパターン領域の全体がプレートＰ１上の露光領域の全体に転写（走査露光）される。
【００５９】
この第１の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ固体光源を用いることにより、低ランニングコストで超寿命且つ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【００６０】
また、照明光源のθｍａｘが
（１／３）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］＜ θｍａｘ ＜
ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／（ａ^２＋ｂ^２）^１／２）｝］
の条件を満足するため、フライアイインテグレータの各入射光学面の入射領域に入射する光束の充填率を向上させることができ、フライアイインテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。また、照明光源が上述のような複数の単位固体光源を備えているため、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、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００６１】
なお、この第１の実施の形態にかかる露光装置の照明光源においては、単位固体光源１ａをそれぞれの基準軸がフライアイインテグレータ１ｂの基準点を通るように略球面上に、即ち、各単位固体光源１ａと基準点との距離が略一定となるように配置されているが、各単位固体光源１ａの基準軸がフライアイインテグレータ１ｂの基準点を通るように配置すれば、各単位固体光源１ａと基準点との距離が一定でなくてもよい。
【００６２】
次に、図面を参照してこの発明の第２の実施の形態にかかる露光装置について説明する。なお、この第２の実施の形態の説明においては、第１の実施の形態にかかる露光装置の部材と同一の部材には、第１の実施の形態の説明で用いたものと同一の符号を付して説明を行う。この発明の第２の実施の形態にかかる露光装置は、照明光源ユニットＳＵ１〜ＳＵ５を図６に示す照明光源ユニットＳＵ１１に変更したものであり、それ以外の部分については、第１の実施の形態にかかる露光装置と同一の構成を有する。
【００６３】
照明光源ユニットＳＵ１１は、図６に示すように、複数の単位固体光源１１ａ、内面反射型インテグレータ１１ｂを備えて構成されている。ここで、複数の単位固体光源１１ａは、放射強度が最も強い光の進行方向に沿った光線軸を基準軸とした場合に、それぞれの単位固体光源の基準軸が内面反射型インテグレータ１１ｂの入射面の略中心に位置する点（基準点）を通過するように略球面上に配置されている。また、複数の単位固体光源１１ａは、内面反射型インテグレータ１１ｂを構成している材質の屈折率をｎ、それぞれの単位固体光源１１ａの基準軸と内面反射型インテグレータ１１ｂの基準点を通過する軸１１ｃとのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、
ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］ ＞ θｍａｘ ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］
の条件を満足するように配置されている。
【００６４】
また、それぞれの単位固体光源１１ａ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±５０°の範囲内における光線が最も放射強度の強い光線に対して半分以上の放射強度を有する。
【００６５】
また、それぞれの単位固体光源１１ａは、射出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角度をθ（ｒａｄ）とし、内面反射型インテグレータ１１ｂの入射面全体に外接する円の半径をｒ（ｍｍ）とし、内面反射型インテグレータ１１ｂの基準点からそれぞれの単位固体光源１１ａまでの距離をＬｎ（ｍｍ）としたとき、
０．２ ＜（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒ ＜５
の条件を満足するように配置されている。
【００６６】
上記条件式において、（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒの値が下限値を下回る場合には、内面反射型インテグレータでの光束の充填率（光源像の充填率）が低くなりすぎるため好ましくない。また、上記条件式において、（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒの値が上限値を上回る場合には、内面反射型インテグレータでの光量ロスが増えるため好ましくない。なお、内面反射型インテグレータでの光束の充填率をさらに向上させるためには、上記条件式の下限値を０．８とすることが好ましい。また、内面反射型インテグレータでの光量ロスを十分に小さくするためには、上記条件式の上限値を２とすることが好ましい。
【００６７】
また、それぞれの単位固体光源１１ａは、少なくとも４ｍＷ／個以上の出力を有し、１ｃｍ^２以下の光射出部の面積を有する。また、それぞれの単位固体光源１１ａ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２００ｍＷ／（ｃｍ^２・ｓｒ）以上である。更に、単位固体光源１１ａは０．１ｓｒ当たり１個以上配置されており、単位固体光源１ａから射出される光（発光スペクトル）の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下である。
【００６８】
それぞれの単位固体光源１１ａから射出された発散光束は、図６に示すように、内面反射型インテグレータ１１ｂに入射する。内面反射型インテグレータ１１ｂに入射した光束は、その内部を全反射して伝播し、内面反射型インテグレータ１１ｂから射出する。その他の点については、第１の実施の形態と同一のため、詳細な説明を省略する。
【００６９】
この第２の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ固体光源を用いることにより、低ランニングコストで超寿命且つ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【００７０】
また、照明光源のθｍａｘが
ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］ ＞ θｍａｘ
の条件を満足するため、多数の単位固体光源を配置することができ、内面反射型インテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。また内面反射型インテグレータの光積分効果を向上させることができる。一方、照明光源のθｍａｘが
θｍａｘ ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］
の条件を満足するため、それぞれの単位固体光源より射出される光束が内面反射型インテグレータ内部を全反射して伝播し、内面反射型インテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。また、照明光源が上述のような複数の単位固体光源を備えているため、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、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、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、チップを複数個アレイ状に配列した固体光源チップアレイ、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。
【００７１】
なお、この第２の実施の形態にかかる露光装置の照明光源においては、単位固体光源１１ａをそれぞれの基準軸が内面反射型インテグレータ１１ｂの基準点を通るように略球面上に、即ち、各単位固体光源１１ａと基準点との距離が略一定となるように配置されているが、各単位固体光源１１ａの基準軸が内面反射型インテグレータ１１ｂの基準点を通るように配置すれば、各単位固体光源１１ａと基準点との距離が一定でなくてもよい。
【００７２】
次に、図面を参照して、この発明の第３の実施の形態にかかる露光装置について説明する。図７は、この発明の第３の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。この第３の実施の形態においては、複数の反射屈折型の投影光学ユニットからなる投影光学系に対してマスクＭ２とプレート（基板）Ｐ２とを相対的に移動させつつマスクＭ２に形成された液晶表示素子のパターンＤＰ２の像を感光性材料が塗布された感光性基板としてのプレートＰ２上に転写するステップ・アンド・スキャン方式の露光装置に適用した場合を例に挙げて説明する。
【００７３】
なお、以下の説明においては、図７中に示したＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。ＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸及びＹ軸がプレートＰ２に対して平行となるよう設定され、Ｚ軸がプレートＰ２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Ｍ２及びプレートＰ２を移動させる方向（走査方向）をＸ軸方向に設定している。
【００７４】
この実施の形態にかかる露光装置は、マスクステージ（図７では図示せず）ＭＳ２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Ｍ２を均一に照明するための照明光学系ＩＬを備えている。図８は、照明光学系ＩＬの側面図であり、図７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。照明光学系ＩＬは、複数の単位固体光源４０、複数のファイバ素線をランダムに束ねたファイバーバンドル４１を備えて構成される照明光源ユニット（照明光源）ＳＵを備えている。ここで、複数の単位固体光源４０は、放射強度が最も強い光の進行方向に沿った光線軸を基準軸とした場合に、それぞれの単位固体光源の基準軸がファイバーバンドル４１の入射面全体の略中心に位置する点（基準点）を通過するように略球面上に配置されている。また、複数の単位固体光源４０は、ファイバーバンドル４１のコアの屈折率をｎ１、ファイバーバンドル４１のクラッドの屈折率をｎ２、それぞれの単位固体光源４０の基準軸とファイバーバンドル４１の基準点を通過する軸４１ｃとのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、
ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］ ＞ θｍａｘ ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］
の条件を満足するように配置されている。
【００７５】
また、それぞれの単位固体光源４０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±５０°の範囲内における光線が最も放射強度の強い光線に対して半分以上の放射強度を有する。
【００７６】
また、それぞれの単位固体光源４０は、射出される光束のうち最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と最も放射強度の強い光線とのなす角度をθ（ｒａｄ）、ファイバーバンドル４１の入射面全体に外接する円の半径をｒ（ｍｍ）、ファイバーバンドル４１の基準点からそれぞれの単位固体光源４０までの距離をＬｎ（ｍｍ）としたとき、
０．２ ＜（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒ ＜５
の条件を満足するように配置されている。
【００７７】
上記条件式において、（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒの値が下限値を下回る場合には、ファイバーバンドルでの光積分効果を有効に利用できなくなるため好ましくない。また、上記条件式において、（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒの値が上限値を上回る場合には、ファイバーバンドルでの光量ロスが増えるため好ましくない。なお、ファイバーバンドルの光積分効果のさらなる有効利用を図るためには、上記条件式の下限値を０．８とすることが好ましい。また、ファイバーバンドルでの光量ロスを十分に小さくするためには、上記条件式の上限値を２とすることが好ましい。
【００７８】
また、それぞれの単位固体光源４０は、少なくとも４ｍＷ／個以上の出力を有し、１ｃｍ^２以下の光射出部の面積を有する。また、それぞれの単位固体光源４０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２００ｍＷ／（ｃｍ^２・ｓｒ）以上である。更に、単位固体光源４０は０．１ｓｒ当たり１個以上配置されており、単位固体光源４０から射出される光（発光スペクトル）の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下である。
【００７９】
それぞれの単位固体光源４０から射出された発散光束は、ファイバーバンドル４１の入射端４１ａに入射する。ファイバーバンドル４１は、１つの入射端４１ａと、投影光学系ＰＬ２を構成する投影光学ユニットの数（図７では５つ）と同じ数の射出端（図８では射出端４１ｂだけを示す）とを備えている。こうして、ファイバーバンドル４１の入射端４１ａへ入射した光束は、その内部を伝播した後、５つの射出端（射出端４１ｂ及び他の４つの射出端）から分割されて射出する。
【００８０】
ファイバーバンドル４１の射出端４１ｂとマスクＭ２の間には、コリメートレンズ４２ｂ、フライアイインテグレータ４３ｂ、開口絞り４４ｂ、ハーフミラー４５ｂ及びコンデンサレンズ系４９ｂが順に配置されている。同様に、ファイバーバンドル４１の各射出端（４１ｂ以外の４つの射出端）とマスクＭ２との間には、コリメートレンズ、フライアイインテグレータ、開口絞り、ハーフミラー及びコンデンサレンズ系がそれぞれ順に配置されている。ここでは、説明の簡単化のために、ファイバーバンドル４１の射出端（射出端４１ｂ及び射出端４１ｂ以外の４つの射出端）とマスクＭ２との間に設けられる光学部材の構成を、ファンバーバンドル４１の射出端４１ｂとマスクＭ２との間に設けられたコリメートレンズ４２ｂ、フライアイインテグレータ４３ｂ、開口絞り４４ｂ、ハーフミラー４５ｂ及びコンデンサレンズ系４９ｂに代表させて説明する。
【００８１】
ファイバーバンドル４１の射出端４１ｂから射出された発散光束は、コリメートレンズ４２ｂにより略平行な光束に変換された後、フライアイインテグレータ４３ｂに入射する。フライアイインテグレータ４３ｂは、多数の正レンズエレメントをその中心軸線が光軸ＡＸ２に沿って延びるように縦横に且つ稠密に配列することによって構成されている。従って、フライアイインテグレータ４３ｂ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４３ｂの後側焦点面には、実質的な面光源が形成される。
【００８２】
フィライアイインテグレータ４３ｂ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４３ｂの後側焦点面の近傍に配置された開口絞り４４ｂにより制限された後、ハーフミラー４５ｂに入射する。ハーフミラー４５ｂにより反射された光束は、レンズ４６ｂを介して照度センサ４７ｂに入射する。この照度センサ４７ｂは、プレートＰ２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４７ｂ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Ｐ２上の照度を検出することができる。なお、照度センサ４７ｂの検出値は、主制御系４８に入力される。
【００８３】
一方、ハーフミラー４５ｂを透過した光束は、コンデンサレンズ系４９ｂに入射する。なお、開口絞り４４ｂは、対応する投影光学ユニットＰＬ２１の瞳面と光学的に略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４４ｂ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４４ｂの開口径が可変であるものとして説明する。開口絞り４４ｂ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ＰＬ２を構成する各投影光学ユニットＰＬ２１〜ＰＬ２５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。
【００８４】
コンデンサレンズ系４９ｂを介した光束は、パターンＤＰ２が形成されたマスクＭ２を重畳的に照明する。ファイバーバンドル４１の他の４つの射出端から射出された発散光束も同様に、コリメートレンズ、フライアイインテグレータ、開口絞り、ハーフミラー及びコンデンサレンズ系を順に介してマスクＭ２を重畳的にそれぞれ照明する。即ち、照明光学系ＩＬは、マスクＭ２上においてＹ軸方向に並んだ複数（図１では合計５つ）の台形状の領域を照明する。なお、他の４つの射出端から射出された光も照度センサでそれぞれの光の照度が計測されて主制御部４８に入力される。
【００８５】
マスクＭ２上の各照明領域からの光は、各照明領域に対応するようにＹ軸方向に沿って配列された複数（図１では合計で５つ）の投影光学ユニットＰＬ２１〜ＰＬ２５からなる投影光学系ＰＬ２に入射する。ここで、各投影光学ユニットＰＬ２１〜ＰＬ２５の構成は、互いに同じである。こうして、複数の投影光学ユニットＰＬ２１〜ＰＬ２５から構成された投影光学系ＰＬ２を介した光は、プレートステージ（図示せず）上において図示しないプレートホルダを介してＸＹ平面に平行に支持されたプレートＰ２上にパターンＤＰ２の像を形成する。
【００８６】
上述の主制御系４８にはハードディスク等の記憶装置５０が接続されており、この記憶装置５０内に露光データファイルが格納されている。露光データファイルには、プレートＰ２の露光を行う上で必要となる処理及びその処理順序が記憶されており、この処理毎に、プレートＰ２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Ｍ２、使用する照明光源、照明光学系ＩＬの補正量、投影光学系ＰＬ２の補正量、及び基板の平坦性に関する情報等（所謂、レシピデータ）が含まれている。
【００８７】
なお、上述のレシピデータ（露光データファイル）を通信等の手段により更新又は追加可能とすることが好ましい。具体的には、この実施の形態の露光装置と、当該露光装置が設置されるデバイス製造工場内の管理システムとをローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で結び、この管理システムから露光装置のレシピデータを更新或いは追加する構成をとる。この管理システムは、露光装置以外の各種プロセス用製造装置、例えば、レジスト処理装置、エッチング装置、生膜装置等の前工程用機器、組み立て装置、検査装置等の後工程装置ともローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）で結ばれている。従って、この管理システムでは、どの装置にどのロットが流されているのかを管理することが可能であるため、そのロットに適合したレシピデータを露光装置へ送り、この露光装置は、送られたレシピデータに基づいた制御を行うことが可能となる。
【００８８】
図７に戻り、前述したマスクステージＭＳ２には、マスクステージＭＳ２を走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（図示せず）が設けられている。また、マスクステージＭＳ２を走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させると共にＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（図示せず）が設けられている。そして、マスクステージＭＳ２の位置座標が移動鏡５１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。
【００８９】
同様の駆動系が、プレートステージにも設けられている。即ち、プレートステージを走査方向であるＸ軸方向に沿って移動させるための長いストロークを有する走査駆動系（図示せず）、プレートステージを走査直交方向であるＹ軸方向に沿って微小量だけ移動させると共にＺ軸廻りに微小量だけ回転させるための一対のアライメント駆動系（図示せず）が設けられている。そして、プレートステージの位置座標が移動鏡５２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Ｍ２とプレートＰ２とをＸＹ平面に沿って相対的に位置合わせするための手段として、一対のアライメント系５３ａ，５３ｂがマスクＭ２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Ｐ２上の照明光の照度を検出するための照度センサ５４が設けられており、計測値が照明光学系ＩＬの主制御系４８に入力される。
【００９０】
主制御系４８は、照度センサ５４により検出されたプレートＰ２上の照明光による照度に基づいて、電源装置５５を介して、光源の電力供給量を制御する。こうして、マスクステージＭＳ２側の走査駆動系及びプレートステージ側の走査駆動系の作用により、複数の投影光学ユニットＰＬ２１〜ＰＬ２５からなる投影光学系ＰＬ２に対してマスクＭ２とプレートＰ２とを一体的に同一方向（Ｘ軸方向）に沿って移動させることによって、マスクＭ２上のパターン領域の全体がプレートＰ２上の露光領域の全体に転写（走査露光）される。
【００９１】
この第３の実施の形態にかかる露光装置によれば、低ランニングコストなどのメリットを持つ固体光源を用いることにより、低ランニングコストで超寿命且つ破裂の危険性のない光源を有する投影露光装置を提供することができる。
【００９２】
また、照明光源のθｍａｘが
ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］＞θｍａｘ
の条件を満足するため、多数の単位固体光源を配置することができ、内面反射型インテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。一方、照明光源のθｍａｘが
θｍａｘ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］
の条件を満足するため、それぞれの単位固体光源より射出される光束がファイバーバンドル内部を全反射して伝播し、ファイバーバンドルより射出される光のパワーを増大させることができる。また、照明光源が上述のような複数の単位固体光源を備えているため、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、露光装置のスループットを向上させることができる。
【００９３】
なお、この第３の実施の形態にかかる露光装置の照明光源においては、単位固体光源４０をそれぞれの基準軸がファイバーバンドル４１の基準点を通るように略球面上に、即ち、各単位固体光源４０と基準点との距離が略一定となるように配置されているが、各単位固体光源４０の基準軸がファイバーバンドル４１の基準点を通るように配置すれば、各単位固体光源４０と基準点との距離が一定でなくてもよい。
【００９４】
なお、上述の各実施の形態においては、複数の投影光学ユニットにより構成される投影光学系を備えるステップ・アンド・スキャン型の投影露光装置を例にして説明したが、１つの投影光学系を有するステップ・アンド・リピート型の投影露光装置にこの発明を適用してもよい。また、プロキシミティ方式の露光装置にこの発明を適用してもよい。この場合には、投影光学系が存在しないことから像面照度を高くすることができる。
【００９５】
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又はレーザダイオード等を用いることができる。
【００９６】
次に、この発明の実施の形態にかかる露光装置をリソグラフィ工程で使用したマイクロデバイスの製造方法について説明する。図９は、マイクロデバイスとしての半導体デバイスを得る際の手法のフローチャートである。まず、図９のステップＳ４０において、１ロットのウェハ上に金属膜が蒸着される。次のステップＳ４２において、その１ロットのウェハ上の金属膜上にフォトレジストが塗布される。その後、ステップＳ４４において、この発明の実施の形態にかかる露光装置を用いて、マスク上のパターンの像がその投影光学系（投影光学ユニット）を介して、その１ロットのウェハ上の各ショット領域に順次露光転写される。即ち、照明装置を用いてマスクが照明され、投影光学系を用いてマスク上のパターンの像が基板上に投影され露光転写される。
【００９７】
その後、ステップＳ４６において、その１ロットのウェハ上のフォトレジストの現像が行われた後、ステップＳ４８において、その１ロットのウェハ上でレジストパターンをマスクとしてエッチングを行うことによって、マスク上のパターンに対応する回路パターンが、各ウェハ上の各ショット領域に形成される。その後、更に上のレイヤの回路パターンの形成等を行うことによって、半導体素子等のデバイスが製造される。上述の半導体デバイス製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する半導体デバイスをスループット良く得ることができる。
また、この発明の実施の形態にかかる露光装置では、プレート（ガラス基板）上に所定のパターン（回路パターン、電極パターン等）を形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を得ることもできる。以下、図１０のフローチャートを参照して、このときの手法の一例につき説明する。図１０は、この実施の形態の露光装置を用いてプレート上に所定のパターンを形成することによって、マイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法を説明するためのフローチャートである。
【００９８】
図１０のパターン形成工程Ｓ５０では、この実施の形態の露光装置を用いてマスクのパターンを感光性基板（レジストが塗布されたガラス基板等）に転写露光する、所謂光リソグラフィ工程が実行される。この光リソグラフィ工程によって、感光性基板上には多数の電極等を含む所定パターンが形成される。その後、露光された基板は、現像工程、エッチング工程、レチクル剥離工程等の各工程を経ることによって、基板上に所定のパターンが形成され、次のカラーフィルタ形成工程Ｓ５２へ移行する。
【００９９】
次に、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２では、Ｒ（Ｒｅｄ）、Ｇ（Ｇｒｅｅｎ）、Ｂ（Ｂｌｕｅ）に対応した３つのドットの組がマトリックス状に多数配列されたり、又はＲ、Ｇ、Ｂの３本のストライプのフィルタの組を複数水平走査線方向に配列したカラーフィルタを形成する。そして、カラーフィルタ形成工程Ｓ５２の後に、セル組み立て工程Ｓ５４が実行される。セル組み立て工程Ｓ５４では、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板、及びカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタ等を用いて液晶パネル（液晶セル）を組み立てる。
【０１００】
セル組み立て工程Ｓ５４では、例えば、パターン形成工程Ｓ５０にて得られた所定パターンを有する基板とカラーフィルタ形成工程Ｓ５２にて得られたカラーフィルタとの間に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。その後、モジュール組立工程Ｓ５６にて、組み立てられた液晶パネル（液晶セル）の表示動作を行わせる電気回路、バックライト等の各部品を取り付けて液晶表示素子として完成させる。上述の液晶表示素子の製造方法によれば、極めて微細な回路パターンを有する液晶表示素子をスループット良く得ることができる。
【０１０１】
【発明の効果】
この発明の照明光源によれば、照明光源が複数の単位固体光源とフライアイインテグレータとを備える場合に、フライアイインテグレータの各入射光学面の入射領域に入射する光束の充填率を向上させることができるため、フライアイインテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。
【０１０２】
また、この発明の照明光源によれば、照明光源が複数の単位固体光源と内面反射型インテグレータとを備える場合に、多数の単位固体光源を配置することができ、それぞれの単位固体光源より射出される光束が内面反射型インテグレータ内部を全反射して伝播するため、内面反射型インテグレータより射出される光のパワーを増大させることができる。また、内面反射型インテグレータの光積分効果を向上させることができる。
【０１０３】
また、この発明の照明光源によれば、照明光源が複数の単位固体光源と複数のファイバを束ねたファイバーバンドルとを備える場合に、多数の単位固体光源を配置することができ、それぞれの単位固体光源より射出される光束がファイバーバンドルのコアを全反射して伝播するため、ファイバーバンドルより射出される光のパワーを増大させることができる。
【０１０４】
また、この発明の露光装置によれば、照明光源の光射出部の光出力を増大させることができるため、像面照度を高くすることができ露光装置のスループットを向上させることができる。
【０１０５】
更に、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。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図２】この発明の第１の実施の形態にかかる照明光源ユニットの構成図である。
【図３】この発明の第１の実施の形態にかかるフライアイインテグレータの射出光学面を説明するための図である。
【図４】この発明の第１の実施の形態にかかる照明光源ユニットを説明するための図である。
【図５】この発明の第１の実施の形態にかかる露光装置の照明光学系の側面図である。
【図６】この発明の第２の実施の形態にかかる照明光源ユニットの構成図である。
【図７】この発明の第３の実施の形態にかかる露光装置の全体の概略構成を示す斜視図である。
【図８】この発明の第３の実施の形態にかかる露光装置の照明光学系の側面図である。
【図９】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての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１０】この発明の実施の形態にかかるマイクロデバイスとしての液晶表示素子を製造する方法のフローチャートである。
【符号の説明】
１ａ，１１ａ，４０…単位固体光源、１ｂ，２１ａ，４３ｂ…フライアイインテグレータ、１１ｂ…内面反射型インテグレータ、４１…ファイバーバンドル、２０ａ，４２ｂ…コリメートレンズ、２２ａ，４４ｂ…開口絞り、２３ａ，４５ｂ…ハーフミラー、２７ａ，４９ｂ…コンデンサレンズ系、２５ａ，３３，４７ｂ，５４…照度センサ、２６，４８…主制御系、５５…電源装置、２８，５０…記憶装置、ＤＰ１，ＤＰ２…パターン、Ｍ１，Ｍ２…マスク、Ｐ１，Ｐ２…プレート、ＳＵ１〜ＳＵ５…照明光源ユニット、ＩＬ１〜ＩＬ５…照明光学ユニット、ＩＬ…照明光学系、ＰＬ１，ＰＬ２…投影光学系、ＰＬ１１〜ＰＬ１５，ＰＬ２１〜ＰＬ２５…投影光学ユニット、ＭＳ１，ＭＳ２…マスクステージ。

Claims (14)

1. 複数の単位固体光源と、アレイ状に配列された複数の入射光学面を有するフライアイインテグレータとを備える照明光源であって、
   前記複数の単位固体光源を、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸が前記フライアイインテグレータの入射面全体の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、
   前記フライアイインテグレータの前記入射光学面の入射領域の縦及び横の寸法のうち大きいほうの寸法をａとし、小さい方の寸法をｂとし、前記フライアイインテグレータの焦点距離をｆとし、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸と前記フライアイインテグレータの前記基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、以下の条件を満足することを特徴とする照明光源。
   （１／３）・ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／ｂ）｝］＜ θｍａｘ ＜ｓｉｎ^−１［１／｛２・（ｆ／（ａ^２＋ｂ^２）^１／２）｝］
2. 複数の単位固体光源と、内面反射型インテグレータとを備える照明光源であって、
   前記複数の単位固体光源を、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸が前記内面反射型インテグレータの入射面の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、
   前記内面反射型インテグレータを構成している材質の屈折率をｎとし、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸と前記内面反射型インテグレータの前記基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、以下の条件を満足すことを特徴とする照明光源。
   ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］ ＞ θｍａｘ ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（１／ｎ）｝］
3. 複数の単位固体光源と、複数のファイバを束ねたファイバーバンドルとを備える照明光源であって、
   前記複数の単位固体光源を、前記複数の単位固体光源のそれぞれの基準軸が前記ファイバーバンドルの入射面全体の略中心に位置する基準点を通るように放射状に配置し、
   前記ファイバーバンドルのコアの屈折率をｎ１とし、前記ファイバーバンドルのクラッドの屈折率をｎ２とし、前記複数の単位固体光源の基準軸と前記ファイバーバンドルの前記基準点を通る軸とのなす角度のうち最も大きな角度をθｍａｘ（ｒａｄ）としたとき、以下の条件を満足すことを特徴とする照明光源。
   ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］ ＞ θｍａｘ ＞（１／３）・ｓｉｎ^−１［ｎ１・ｓｉｎ｛ｃｏｓ^−１（ｎ２／ｎ１）｝］
4. 前記複数の単位固体光源は、それぞれの基準軸が前記基準点を通るように略球面上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の照明光源。
5. 前記単位固体光源から射出される光束のうち、最も放射強度の強い光線を中心として±５０°の範囲内における光線は、前記最も放射強度の強い光線に対して半分以上の放射強度を有す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照明光源。
6. 前記単位固体光源から射出される光束のうち、最も放射強度の強い光線に対して半分の放射強度となる光線と前記最も放射強度の強い光線とのなす角度をθ（ｒａｄ）とし、前記フライアイインテグレータの前記入射面全体、前記内面反射型インテグレータの前記入射面、又は前記ファイバーバンドルの入射面全体に外接する円の半径をｒとし、前記基準点から前記複数の単位固体光源までのそれぞれの距離をＬｎ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５の何れか一項に記載の照明光源。
   ０．２ ＜（Ｌｎ・ｔａｎθ）／ｒ ＜５
7. 前記単位固体光源は、４ｍＷ／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６の何れか一項に記載の照明光源。
8. 前記単位固体光源の光射出部の面積は、１ｃｍ^２以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか一項に記載の照明光源。
9. 前記単位固体光源は、放出される光束のうち最も放射強度の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２００ｍＷ／（ｃｍ^２・ｓｒ）以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項８の何れか一項に記載の照明光源。
10. 前記単位固体光源は、０．１ｓｒ当たり１個以上配置されてい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照明光源。
11. 前記単位固体光源から射出される光の波長の半値幅は±２０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか一項に記載の照明光源。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の照明光源から射出される光束によりマスクを照明し、前記マスクのパターンを感光性基板上に転写することを特徴とする露光装置。
13. 前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に形成するための投影光学系をさらに備えることを特徴とする請求項１２記載の露光装置。
14. 請求項１２又は請求項１３に記載の露光装置を用いた露光方法において、
    前記照明光源から射出される光束を用いてマスクを照明する照明工程と、
    前記マスクのパターンを感光性基板上に転写する転写工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。

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