JP2013187505A - 照明装置、照明システム、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】露光光に発光素子から出射された光束を用いた場合に適した照明装置、照明システム、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供すること。
【解決手段】発光素子から出力される光束を複数に分岐させて、分岐した光束をそれぞれ案内し、前記分岐した光束を集合させ光束を出力する光分岐・集合系と、光分岐・集合系から出力された光束を案内し、被照射面の視野領域に照射させる照明光学系と、を備える。光分岐・集合系は、発光素子から出力される光束を複数に分岐させる光分岐装置と、光分岐装置で分岐された光束を案内する導光ファイバを分岐された光束毎に備える導光ファイバ群と、導光ファイバ群から出射された光束をそれぞれ平行光とするコリメータレンズユニット、及び、その光束を回折させる回折光学素子ユニットを含む光集合装置と、を有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、マスクに形成されたパターンを感光基板の表面に投影露光する技術に関する。

近年、情報表示装置として、液晶又は有機ＥＬ（Electro Luminescence）等の素子を用いた薄型の表示パネルが多用されている。これらの表示パネルは、薄いガラス基板に透明薄膜電極をフォトリソグラフィ手法でパターンニングすることにより製造されている。このフォトリソグラフィ手法において、マスクに形成されたパターンを感光基板（以下、基板ともいう）に投影露光する装置がある（例えば、特許文献１）。この露光装置としては、特許文献１に記載されているような、投影光学系に対して、マスク及び感光基板を移動させつつ、マスクパターンを感光基板上に投影露光する走査型投影露光装置や、露光時にマスク及びプレートを固定し、当該領域への露光が終了したら、マスクに対してプレートをステップして再び露光を行うステップアンドリピート型露光装置がある。

特開２００１−３３７４６２号公報

露光装置には、露光光の光源として高圧水銀ランプ又はキセノンランプ等のランプが用いられる。ここで、光を出力する光源としては、ＬＥＤ（Light Emitting Diode；発光ダイオード）、特に高輝度ＬＥＤ等の発光素子（ＬＥＤ素子）がある。ＬＥＤ素子は、１つの素子から出力される光量が高圧水銀ランプ又はキセノンランプよりも少ない。このため、露光装置は、光源にＬＥＤ素子を用いる場合、複数のＬＥＤ素子を組み合わせることで、露光に必要な光量を確保する必要がある。また、露光装置は、光源にＬＥＤ素子を用いる場合も、露光光の照度均一性、テレセン性など、露光光の性能を高くすることが要望されている。

本発明の態様は、露光光にＬＥＤ素子等の発光素子から出射された光束を用いた場合に適した照明装置、照明システム、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に従えば、複数の発光素子から出力された光束を被照射面の視野領域に照射させる照明装置であって、前記発光素子から出力される光束を複数に分岐させて、分岐した光束をそれぞれ案内し、前記分岐した光束を集合させ光束を出力する光分岐・集合系と、前記光分岐・集合系から出力された光束を案内し、前記被照射面の前記視野領域に照射させる照明光学系と、を備え、前記光分岐・集合系は、前記発光素子から出力される光束を複数に分岐させる光分岐装置と、前記光分岐装置で分岐された光束を案内する導光ファイバを分岐された光束毎に備え、複数の前記導光ファイバの出射面が隣接して配置された導光ファイバ群と、前記導光ファイバの出射面から出力された光束を平行光とするコリメータレンズが前記導光ファイバの出射面から出力された光束に対応して配置されたコリメータレンズユニット、及び、前記コリメータレンズユニットから出射した光束を回折させて出力する回折光学素子を前記コリメータレンズから出射された光束毎に備える回折光学素子ユニットを含む光集合装置と、を有することを特徴とする照明装置が提供される。

本発明の第２の態様に従えば、本発明の第１の態様に従う照明装置と、前記発光素子を複数備え、前記発光素子から前記照明装置に前記光束を出力する光源と、を有することを特徴とする照明システムが提供される。

本発明の第３の態様に従えば、本発明の第１の態様に従う照明装置と、前記照明装置から照射された光が照射されるマスクを支持するマスクステージと、前記マスクに形成されたパターンと同形状のパターンが露光されるプレートを支持するプレートステージと、を有することを特徴とする露光装置が提供される。

本発明の第４の態様に従えば、マスクに形成されたパターンを光束で照射し、前記マスクと基板を支持する基板ステージとの間に配置された投影光学系を介して前記基板に照射して露光する露光方法において、複数の発光素子からの光束を波長毎に複数に分岐して導光ファイバに入射させ、規則的に配列した前記導光ファイバの出射面から分岐した前記光束を出射させる分岐・集合工程と、それぞれの前記導光ファイバから出射された光束をそれぞれ回折させた後、照明光学系を通過させることで、前記光束を前記マスクに照射する照射工程と、を含むことを特徴とする露光方法が提供される。

本発明の第５の態様に従えば、本発明の第４の態様に従う露光方法を用いて前記基板を露光する工程と、露光された前記基板を現像して、転写された前記パターンに対応する露光パターン層を形成する工程と、前記露光パターン層を介して複数の前記基板を加工する工程と、を含むことを特徴とするデバイス製造方法が提供される。

本発明の態様によれば、露光光にＬＥＤ素子等の発光素子から出射された光束を用いた場合に適した照明装置、照明システム、露光装置、露光方法及びデバイス製造方法を提供することができる。

図１は、本実施形態に係る露光装置の斜視図である。 図２は、本実施形態に係る露光装置を走査方向側から見た図である。 図３は、本実施形態に係る露光装置の側面図である。 図４は、本実施形態に係る露光装置が備える照明システムの概要を示す模式図である。 図５は、本実施形態に係る露光装置が備える照明システムの構造を示す図である。 図６は、本実施形態に係る露光装置が備える照明装置の構造を示す図である。 図７は、本実施形態に係る照明装置が有する光集合装置の正面図である。 図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。 図９は、変形例に係る照明システムの一部を示す上面図である。 図１０は、変形例に係る照明システムの一部を示す側面図である。 図１１は、変形例に係る照明システムの一部を示す正面図である。 図１２は、変形例に係る露光装置が備える照明装置の構造を示す図である。 図１３は、補正フィルタの一例を示す正面図である。 図１４は、補正フィルタの一例を示す正面図である。 図１５は、補正フィルタの一例を示す正面図である。 図１６は、本実施形態に係るデバイス製造方法の手順を示すフローチャートである。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下に記載の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。

以下においては、適宜図に示すようにＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸を設定し、この３軸からなるＸＹＺ直交座標系を参照しつつ説明する。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸周りの回転（傾斜）方向は、それぞれ、θＸ方向、θＹ方向及びθＺ方向と表現する。

＜露光装置＞
図１は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの斜視図である。図２は、本実施形態に係る露光装置ＥＸを走査方向側から見た図である。図３は、本実施形態に係る露光装置ＥＸの側面図である。露光装置ＥＸは、マスクステージ１と、基板ステージ２と、マスクステージ駆動システム３と、基板ステージ駆動システム４と、照明システムＩＳと、投影システムＰＳと、制御装置５とを備えている。また、露光装置ＥＸは、ボディ１３を備えている。ボディ１３は、ベースプレート１０と、第１コラム１１と、第２コラム１２とを有する。ベースプレート１０は、例えばクリーンルーム内の支持面（例えば床面）ＦＬ上に防振台ＢＬを介して配置される。第１コラム１１は、ベースプレート１０上に配置される。第２コラム１２は、第１コラム１１上に配置される。ボディ１３は、投影システムＰＳ、マスクステージ１及び基板ステージ２のそれぞれを支持する。投影システムＰＳは、定盤１４を介して第１コラム１１に支持される。マスクステージ１は、第２コラム１２に対して移動可能に支持される。基板ステージ２は、ベースプレート１０に対して移動可能に支持される。

本実施形態において、露光装置ＥＸは、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを介した露光光ＥＬで基板Ｐを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）である。露光装置ＥＸはこのようなものに限定されず、例えば、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）であってもよい。

マスクＭは、基板Ｐに投影されるデバイスのパターンが形成されたレチクルを含む。基板Ｐは、基材と、その基材の表面に形成された感光膜（塗布された感光剤）とを含む。基材は、大型のガラスプレートを含み、その一辺の長さ又は対角長（対角線の長さ）は、例えば５００ｍｍ以上（つまり外径が５００ｍｍ以上）である。本実施形態においては、基板Ｐの基材として、一辺が約３０００ｍｍの矩形形状のガラスプレートを用いる。

露光装置ＥＸは、複数個（本実施形態では７個）の光源２０と、複数個（本実施形態では７個）の照明装置ＩＬ１〜ＩＬ７（以下、特定しない場合、照明装置ＩＬという。）とを有する照明システムＩＳを備える。照明システムＩＳは、１つの光源２０に対して１つの照明装置ＩＬが配置されている。つまり光源２０と照明装置ＩＬとは、一対一の関係で配置されている。照明装置ＩＬは、照明光学系を備える。また、露光装置ＥＸは、複数個（本実施形態では７個）の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７を有する投影システムＰＳを備える。なお、光源２０、照明装置ＩＬ及び投影光学系ＰＬの数は７個に限定されず、例えば、照明システムＩＳが光源を１１個有し、照明装置ＩＬを１１個有し、投影システムＰＳが投影光学系を１１個有してもよい。以下においては、適宜、照明装置ＩＬ１〜ＩＬ７を第１〜第７照明装置ＩＬ１〜ＩＬ７といい、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７を第１〜第７投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７という。

照明システムＩＳは、マスクＭを露光光ＥＬで照射するシステムである。照明システムＩＳが有する第１〜第７照明装置ＩＬ１〜ＩＬ７は、７個の照明領域（照明視野）ＩＲ１〜ＩＲ７のそれぞれに配置されるマスクＭの部分的領域を、ほぼ均一な照度分布の露光光ＥＬで照射する。本実施形態において、照明システムＩＳから射出される露光光ＥＬは、光源２０が有する複数の発光素子から出射される光束が用いられる。照明システムＩＳの詳細な構造は後述する。

投影システムＰＳは、露光光ＥＬで照射されたマスクＭのパターンの像を基板Ｐに投影するシステムである。投影システムＰＳは、所定の投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７にそれぞれ所定の倍率でパターンの像を投影する複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７を有する。投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７は、各投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７から射出された露光光ＥＬが照射される領域である。投影システムＰＳは、異なる７つの投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７にそれぞれマスクパターンの像を投影する。投影システムＰＳは、基板Ｐのうち投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に配置された部分に、マスクパターンの像を所定の投影倍率で投影する。

第１投影光学系ＰＬ１は、図３に示すように、像面調整部３３と、シフト調整部３４と、２組の反射屈折型光学系３１、３２と、視野絞り３５と、スケーリング調整部３６とを備えている。

照明領域ＩＲ１に照射され、マスクＭを通過した露光光ＥＬは、像面調整部３３に入射する。像面調整部３３は、第１投影光学系ＰＬ１の像面の位置（Ｚ軸、θＸ及びθＹ方向に関する位置）を調整することができる。像面調整部３３は、マスクＭ及び基板Ｐに対して光学的にほぼ共役な位置に配置されている。像面調整部３３は、第１光学部材３３Ａ及び第２光学部材３３Ｂと、第２光学部材３３Ｂに対して第１光学部材３３Ａを移動させることができる光学系駆動装置とを備えている。

第１光学部材３３Ａと第２光学部材３３Ｂとは、気体軸受により、所定のギャップを介して対向する。第１光学部材３３Ａ及び第２光学部材３３Ｂは、露光光ＥＬを透過するガラス板であり、それぞれくさび形状を有する。図１に示す制御装置５は、光学系駆動装置を動作させて、第１光学部材３３Ａと第２光学部材３３Ｂとの位置関係を調整することにより、第１投影光学系ＰＬ１の像面の位置を調整することができる。像面調整部３３を通過した露光光ＥＬは、シフト調整部３４に入射する。

シフト調整部３４は、基板Ｐの表面におけるマスクＭのパターンの像をＸ軸方向及びＹ軸方向にシフトさせることができる。シフト調整部３４を透過した露光光ＥＬは、１組目の反射屈折型光学系３１に入射する。反射屈折型光学系３１は、マスクＭのパターンの中間像を形成する。反射屈折型光学系３１から射出された露光光ＥＬは、視野絞り３５に入射する。視野絞り３５は、反射屈折型光学系３１により形成されるマスクパターンの中間像の位置に配置されている。視野絞り３５は、投影領域ＰＲ１を規定する。本実施形態において、視野絞り３５は、基板Ｐ上における投影領域ＰＲ１を台形状に規定する。視野絞り３５を通過した露光光ＥＬは、２組目の反射屈折型光学系３２に入射する。

反射屈折型光学系３２は、反射屈折型光学系３１と同様の構造である。反射屈折型光学系３２から射出された露光光ＥＬは、スケーリング調整部３６に入射する。スケーリング調整部３６は、マスクパターンの像の倍率（スケーリング）を調整することができる。スケーリング調整部３６を介した露光光ＥＬは、基板Ｐに照射される。本実施形態において、第１投影光学系ＰＬ１は、マスクパターンの像を、基板Ｐ上に正立等倍で投影するが、これに限定されるものではない。例えば、第１投影光学系ＰＬ１は、マスクパターンの像を拡大又は縮小したり、倒立で投影したりしてもよい。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７は、いずれも同等の構造である。

マスクステージ１は、マスクＭを保持した状態で、照明領域ＩＲ１〜ＩＲ７に対して移動させる装置である。マスクステージ１は、マスクＭを保持可能なマスク保持部１５を有する。マスク保持部１５は、マスクＭを真空吸着可能なチャック機構を含み、マスクＭを脱着できる。マスク保持部１５は、マスクＭの投影システムＰＳ側の面（パターン形成面）とＸ軸及びＹ軸を含むＸＹ平面とがほぼ平行となるように、マスクＭを保持する。

マスクステージ駆動システム３は、マスクステージ１を移動させるシステムである。マスクステージ駆動システム３は、例えばリニアモータを含み、第２コラム１２のガイド面１２Ｇ上においてマスクステージ１を移動可能である。マスクステージ１は、マスクステージ駆動システム３の作動により、マスク保持部１５でマスクＭを保持した状態で、ガイド面１２Ｇ上を、Ｘ軸、Ｙ軸及びθＺ方向の３つの方向に移動可能である。

基板ステージ２は、基板Ｐを保持するとともに、パターン転写装置としての照明システムＩＳ及び投影システムＰＳから照射される露光光ＥＬの投影領域ＰＲ１〜ＰＲ７に対して基板Ｐを走査方向（Ｘ軸方向）に移動させる。基板ステージ２は、基板Ｐを保持可能な基板保持部１６を有する。基板保持部１６は、基板Ｐを真空吸着可能なチャック機構を含み、基板Ｐが脱着できるようになっている。基板保持部１６は、基板Ｐの表面（露光面）とＸＹ平面とがほぼ平行となるように、基板Ｐを保持する。

基板ステージ駆動システム４は、基板ステージ２を移動させるシステムである。基板ステージ駆動システム４は、例えばリニアモータを含み、ベースプレート１０のガイド面１０Ｇ上において基板ステージ２を移動可能である。基板ステージ２は、基板ステージ駆動システム４が動作することにより、基板保持部１６で基板Ｐを保持した状態で、ガイド面１０Ｇ上を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、θＸ、θＹ及びθＺ方向の６方向に移動可能である。

図３に示すように、基板保持部１６に対して−Ｘ側の基板ステージ２の投影システムＰＳ側における表面には、基準部材４３が配置されている。基準部材４３の投影システムＰＳ側における表面４４は、基板保持部１６に保持された基板Ｐの表面とほぼ同一の平面内に配置される。また、基準部材４３の表面４４に、露光光ＥＬを透過可能な透過部４５が配置されている。基準部材４３の下方（基板ステージ２の内部側）には、透過部４５を透過した光を受光可能な受光装置４６が配置されている。受光装置４６は、透過部４５を介した光が入射するレンズ系４７と、レンズ系４７を介した光を受光する光センサ４８とを有する。本実施形態において、光センサ４８は、撮像素子（ＣＣＤ：Charge Coupled Device）を含む。光センサ４８は、受光した光に応じた信号を制御装置５に出力する。

図１及び図２に示すように、干渉計システム６は、マスクステージ１の位置情報を計測するレーザ干渉計ユニット６Ａと、基板ステージ２の位置情報を計測するレーザ干渉計ユニット６Ｂとを有する。レーザ干渉計ユニット６Ａは、マスクステージ１に配置された計測ミラー１Ｒを用いて、マスクステージ１の位置情報を計測可能である。レーザ干渉計ユニット６Ｂは、基板ステージ２に配置された計測ミラー２Ｒを用いて、基板ステージ２の位置情報を計測可能である。本実施形態において、干渉計システム６は、レーザ干渉計ユニット６Ａ、６Ｂを用いて、Ｘ軸、Ｙ軸及びθＸ方向に関するマスクステージ１及び基板ステージ２それぞれの位置を計測可能である。

第１検出システム７は、マスクＭの投影システムＰＳ側における面（パターン形成面）のＺ軸方向の位置を検出する。第１検出システム７は、いわゆる斜入射方式の多点フォーカス・レベリング検出システムであり、図３に示すように、マスクステージ１に保持されたマスクＭの投影システムＰＳ側の面と対向配置される複数の検出器７Ａ〜７Ｆを有する。検出器７Ａ〜７Ｆのそれぞれは、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に検出光を照射する投射部と、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に配置されたマスクＭの下面（投影システムＰＳ側における表面）からの検出光を受光可能な受光部とを有する。第１検出システム７は、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に配置されたマスクＭの下面におけるＺ軸方向の位置が変化した場合、そのマスクＭの下面のＺ軸方向における変位量に応じて、受光部に対する検出光の入射位置が変位する。検出器７Ａ〜７Ｆのそれぞれは、その受光部に対する検出光の入射位置の変位量に対応する信号を制御装置５に出力する。制御装置５は、検出器７Ａ〜７Ｆのそれぞれの受光部からの信号に基づいて、検出領域ＭＺ１〜ＭＺ６に配置されたマスクＭの下面のＺ軸方向における位置を求めることができる。

第２検出システム８は、基板Ｐの表面（露光面）におけるＺ軸方向の位置を検出する。第２検出システム８は、いわゆる斜入射方式の多点フォーカス・レベリング検出システムであり、図３に示すように、基板ステージ２に保持された基板Ｐの表面と対向配置される複数の検出器８Ａ〜８Ｈを有する。検出器８Ａ〜８Ｈのそれぞれは、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に検出光を照射する投射部と、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に配置された基板Ｐの表面からの検出光を受光可能な受光部とを有する。第２検出システム８は、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に配置された基板Ｐの表面におけるＺ軸方向の位置が変化した場合、その基板Ｐの表面のＺ軸方向における変位量に応じて、受光部に対する検出光の入射位置が変位する。検出器８Ａ〜８Ｈのそれぞれは、その受光部に対する検出光の入射位置の変位量に対応する信号を制御装置５に出力する。制御装置５は、検出器８Ａ〜８Ｈのそれぞれの受光部からの信号に基づいて、検出領域ＰＺ１〜ＰＺ８に配置された基板Ｐの表面のＺ軸方向における位置を求めることができる。

アライメントシステム９は、基板Ｐに設けられた位置マークとしてのアライメントマークを検出し、その位置を計測する。アライメントマークの位置は、例えば、露光装置ＥＸのＸＹ座標系における位置である。アライメントマークは、露光によって基板Ｐに転写されて、基板Ｐの表面に設けられる。本実施形態において、アライメントシステム９は、投影システムＰＳに対してＸ軸方向（走査方向）の−Ｘ側に配置されている。

アライメントシステム９は、いわゆるオフアクシス方式のアライメントシステムである。図３に示すように、アライメントシステム９は、基板ステージ２に保持された基板Ｐの表面と対向配置される複数（本実施形態では６個）の検出器９Ａ〜９Ｆを有する。検出器９Ａ〜９Ｆのそれぞれは、検出領域ＳＡ１〜ＳＡ６に検出光を照射する投射部と、検出領域ＳＡ１〜ＳＡ６に配置されたアライメントマークの光学像を取得する顕微鏡及び受光部とを有する。検出器９Ａ〜９Ｆ及び検出領域ＳＡ１〜ＳＡ６は、走査方向と直交する方向、すなわちＹ軸の方向に沿って配列されている。

次に、制御装置５について説明する。制御装置５は、露光装置ＥＸの動作を制御するとともに、本実施形態に係る露光方法を実行する。制御装置５は、例えば、コンピュータであり、処理部と、記憶部と、入出力部とを有する。処理部は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）である。記憶部は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）若しくはハードディスク装置又はこれらを組み合わせたものである。入出力部は、照明システムＩＳ、投影システムＰＳ、干渉計システム６、アライメントシステム９、マスクステージ駆動システム３及び基板ステージ駆動システム４等の機器類と接続するためのインターフェース、入力ポート及び出力ポート等を備えている。処理部は、入出力部を介して露光装置ＥＸの機器類の動作を制御したり、機器類の状態に関する情報又は機器類が検出した検出値等を取得したりする。

＜照明システム＞
図４は、本実施形態に係る露光装置ＥＸが備える照明システムＩＳの概要を示す模式図である。図５は、本実施形態に係る露光装置ＥＸが備える照明システムＩＳの構造を示す図である。図６は、本実施形態に係る露光装置ＥＸが備える照明装置ＩＬの構造を示す図である。図７は、本実施形態に係る照明装置ＩＬが有する光集合装置の正面図である。図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。図１、２及び４に示すように、照明システムＩＳは、露光光ＥＬの７つの光源２０と、当該光源２０のそれぞれに対応する７つの照明装置ＩＬ（第１〜第７照明装置ＩＬ１〜ＩＬ７）と、を有する。

光源２０は、露光光ＥＬの光源としての発光素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ（以下、特に区別しない場合、発光素子１０１という。）を有する。ここで、図４及び図５では、４つの発光素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄのみを示す本実施形態の光源２０は、発光素子１０１を７０個備えている。発光素子１０１は、発光ダイオード（Light Emitting Diode）が用いられる。光源２０は、発光素子１０１から所定波長の光束を出力する。本実施形態の光源２０は、発光素子１０１として、１つあたりの出力が１Ｗで、発光面の大きさが１ｍｍ×１ｍｍで、３９０ｎｍから４１０ｎｍの波長の光を出力する発光ダイオードを用いる。本実施形態の光源２０は、同じ種類の７０個の発光ダイオードを発光素子１０１として用いる。光源２０は、発光素子１０１として用いる発光ダイオードの数や、種類はこれに限定されない。

照明装置ＩＬは、光分岐・集合系２１と、照明光学系２２と、を有する。光分岐・集合系２１は、光源２０の各発光素子１０１から出力された光束を分岐させた後、集合させる。照明光学系２２は、光分岐・集合系２１で集合された光束を案内しつつ、各種加工を行い露光光としてマスクＭに照射する。

光分岐・集合系２１は、図４に示すように、発光素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄから出力された光束をそれぞれ複数に分岐する光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ（以下、特に区別しない場合、光分岐装置１０２という。）と、導光ファイバ群ＦＧと、光集合装置１０３と、を有する。光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは、発光素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄから出力された光束をそれぞれ複数に分岐する。導光ファイバ群ＦＧは、導光経路としての導光ファイバＦ１１〜Ｆ４２を有し、光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄと、分岐された光束を案内する。光集合装置１０３は、各導光ファイバＦ１１〜Ｆ４２から出射された光束をコリメートした後、回折させることで、１つの光束に集合させ、集合させた１つの光束を露光光ＥＬとして、照明光学系２２に出力する。

それぞれの発光素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄからの光束は、それぞれの光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ及び光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄにそれぞれ対応した導光ファイバＦ１１、Ｆ１２、Ｆ２１、Ｆ２２、Ｆ３１、Ｆ３２、Ｆ４１、Ｆ４２を介して光集合装置１０３に照射される。導光ファイバＦ１１、Ｆ１２は、光分岐装置１０２Ａに対応している。導光ファイバＦ２１、Ｆ２２は、光分岐装置１０２Ｂに対応している。導光ファイバＦ３１、Ｆ３２は、光分岐装置１０２Ｃに対応している。導光ファイバＦ４１、Ｆ４２は、光分岐装置１０２Ｄに対応している。光集合装置１０３を通過した光束は、照明光学系２２を通過した後、露光光ＥＬとしてマスクＭの表面に照射される。なお、光分岐・集合系２１は、図４及び図５に４つの発光素子１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄに対応する構成のみを示しているが、光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄと、導光ファイバ群ＦＧと、は、発光素子１０１に対応してそれぞれ設けられている。つまり、本実施形態の光分岐・集合系２１は、７０個の発光素子１０１に対応して７０個の光分岐装置１０２が設けられている。また、導光ファイバ群ＦＧを構成する導光ファイバも７０個の光分岐装置１０２に対応して設けられている。具体的には、導光ファイバ群ＦＧは、１つの光分岐装置１０２に対し２つの導光ファイバを備えているため、１４０本の導光ファイバで構成される。また、光集合装置１０３も、導光ファイバ群ＦＧを構成する導光ファイバの数に対応する数の部品を各部に備えている。

以下、図４から図８を用いて、光分岐・集合系２１の各部について詳細に説明する。導光経路としての導光ファイバＦ１１〜Ｆ４１（以下、特に区別しない場合、導光ファイバＦ１という。）、Ｆ１２〜Ｆ４２（以下、特に区別しない場合、導光ファイバＦ２という。）は、発光素子１０１からの光束が入射する入射部、入射部から入射した光束を通過させる導光部及び導光部を通過した前記光束が出射する出射部を有する。導光ファイバＦ１１〜Ｆ４１、Ｆ１２〜Ｆ４２は、いずれも同一の構造である。以下においては、特に断りがない限り導光ファイバＦ１、Ｆ２を例として説明する。導光ファイバ群ＦＧは、導光ファイバＦ１、Ｆ２の入射面が光分岐装置１０２に対応する位置に配置され、出射面が光集合装置１０３に対応する位置に配置されている。ここで、導光ファイバ群ＦＧは、導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面が一面上に配置されており、導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面は、他の導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面に隣接している。つまり、導光ファイバ群ＦＧは、複数の導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面を隣接させ集合させることで、１つの大きな出射面を形成する。光集合装置１０３は、導光ファイバ群ＦＧの出射面と対面する位置に配置されている。本実施形態において、導光ファイバＦ１、Ｆ２は、単一素線φ０．２ｍｍの石英ファイバを複数本束ねたバンドルであり、ファイバ入射面サイズが３ｍｍ×３ｍｍとなる。なお、導光ファイバＦ１、Ｆ２は、このような仕様のものに限定されない。

それぞれの光分岐装置１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄは、図４及び図５に示すように、それぞれ、集光レンズ１１１と、ダイクロイックミラー１１２と、を有する。集光レンズ１１１は、発光素子１０１から出射された光束を拡大する光学素子である。本実施形態の集光レンズ１１１は、発光素子１０１から出力された光束を３倍に拡大する。発光素子１０１から出力された光束は、集光レンズ１１１で拡大されることで、ＮＡが１／３になる。

ダイクロイックミラー１１２は、発光素子１０１からの光束を複数の系統（本実施形態では２系統）に分岐させて、導光ファイバＦ１１、Ｆ１２の入射部へ入射させる。ダイクロイックミラー１１２は、光束の一部を反射し、残りの波長を通過させる光学素子である。ダイクロイックミラー１１２は、集光レンズ１１１で拡大された光束の光路上に配置されており、発光素子１０１から出力され、集光レンズ１１１で拡大された光束の一部の波長帯域（λ１）の成分で構成される光束を反射し、残りの波長帯域（λ２）の成分で構成される光束を通過させる。本実施形態のダイクロイックミラー１１２は、発光素子１０１から出力された波長３９０ｎｍから４１０ｎｍの成分で構成される光束のうち、波長帯域λ１＝３９０ｎｍから４００ｎｍの成分で構成される光束を反射し、波長帯域λ１＝４００ｎｍから４１０ｎｍの成分で構成される成分を通過させる。ダイクロイックミラー１１２は、反射させたλ１の成分で構成される光束を導光ファイバＦ１に入射させ、通過させたλ２の成分で構成される光束を導光ファイバＦ２に入射させる。つまり、光分岐・集合系２１は、ダイクロイックミラー１１２で反射された光束の焦点位置に導光ファイバＦ１の入射面が配置され、ダイクロイックミラー１１２を通過した光束の焦点位置に導光ファイバＦ２の入射面が配置されている。

このような構造により、光分岐装置１０２は、発光素子１０１からの光束を拡大させた後、２系統に分岐することができる。また、光分岐装置１０２は、分岐した波長が異なる光束をそれぞれ導光ファイバＦ１、Ｆ２に入射させる。

光集合装置１０３は、図６に示すように、導光ファイバ群ＦＧの出射面に対面して配置されている。光集合装置１０３は、図７及び図８に示すように、コリメータレンズユニット１２１と、回折光学素子ユニット（以下、ＤＯＥユニットともいう。）１２２と、を有する。なお、図６から図８では、光集合装置１０３の構成を見やすくするため、光集合装置１０３のコリメータレンズユニット１２１の構成部材と、ＤＯＥユニット１２２の構成部材と、を本実施形態の実際の数よりも少なくして示している。

コリメータレンズユニット１２１は、導光ファイバＦ１、Ｆ２に対応する位置にそれぞれコリメータレンズが配置されたユニットである。ここで、上述したように、導光ファイバＦ１、Ｆ２が出射面が隣接して配置されてるため、コリメータレンズユニット１２１は、コリメータレンズが隣接して配置されている。コリメータレンズユニット１２１は、フライアイレンズと同等の構成といえる。つまりコリメータレンズユニット１２１は、１つの面上において複数のコリメータレンズがマトリックス状（縦横のそれぞれ）に連結した１つの部材である。コリメータレンズユニット１２１のコリメータレンズは、対応する位置に配置された導光ファイバＦ１又は導光ファイバＦ２から出射された光束を平行光とする。ここで、本実施形態では、導光ファイバ群ＦＧが導光ファイバＦ１と導光ファイバＦ２とをそれぞれ７０本備える。したがって、コリメータレンズユニット１２１は、１４０個のコリメータレンズが配置されている。なお、図７では、１４０個のコリメータレンズのうち、３７個のコリメータレンズのみを示している。本実施形態のコリメータレンズユニット１２１は、１つのコリメータレンズの形状（１つのエレメントサイズ）が７．４ｍｍ×７．４ｍｍであり、焦点距離が１０ｍｍである。なお、コリメータレンズユニット１２１を構成する１つのコリメータレンズの大きさは、導光ファイバＦ１、Ｆ２の射出径（本実施形態ではφ３．４ｍｍ）と、コリメータレンズの焦点距離で基本的な大きさが決定する。

ＤＯＥユニット１２２は、基板１２３と複数の回折光学素子（以下ＤＯＥともいう。）１２４Ａ、１２４Ｂと、を有する。ＤＯＥユニット１２２は、コリメータレンズユニット１２１と対面し、コリメータレンズユニット１２１を通過した光束が通過する位置に基板１２３が配置されている。基板１２３は、透明な材料で形成されている。ＤＯＥユニット１２２は、基板１２３上の、導光ファイバＦ１、Ｆ２に対応する位置にそれぞれ回折光学素子（以下ＤＯＥともいう。）１２４Ａ、１２４Ｂが配置されている。ここで、ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂも隣接して配置されている。また、ＤＯＥユニット１２２は、導光ファイバＦ１に対応する位置にＤＯＥ１２４Ａが配置されており、導光ファイバＦ１から出力された光束は、コリメータレンズで平行光とされた後、ＤＯＥ１２４Ａで回折される。同様に、ＤＯＥユニット１２２は、導光ファイバＦ２に対応する位置にＤＯＥ１２４Ｂが配置されており、導光ファイバＦ２から出力された光束は、コリメータレンズで平行光とされた後、ＤＯＥ１２４Ｂで回折される。ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂで回折した光束は、ファーフィールドで観察すると、それぞれ台形の照射領域となる。

本実施形態では、導光ファイバ群ＦＧが導光ファイバＦ１と導光ファイバＦ２とをそれぞれ７０本備える。したがって、ＤＯＥユニット１２２は、７０個のＤＯＥ１２４Ａが配置され、７０個のＤＯＥ１２４Ｂが配置されている。なお、図７では、合計１４０個のＤＯＥのうち、３７個のＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂのみを示している。本実施形態のＤＯＥユニット１２２は、１つのコリメータレンズの形状（１つのエレメントサイズ）が、７．４ｍｍ×７．４ｍｍである。また、ＤＯＥ１２４Ａは、λ１の波長帯域、つまり３９０ｎｍから４００ｎｍの波長の光を回折できるように設計された光学素子である。ＤＯＥ１２４Ｂは、λ２の波長帯域、つまり４００ｎｍから４１０ｎｍの波長の光を回折できるように設計された光学素子である。

ＤＯＥユニット１２２は、φ１００ｍｍ程度の石英ガラス基板に、所望の回折パターンが発生する格子をエッチング技術等で形成することで作成される。このように、ＤＯＥユニット１２２は、一体のガラス基板である。したがって、光集合装置１０３は、板状のコリメータレンズユニット１２１と板状のＤＯＥユニット１２２とを相対移動させて位置合わせすることで、各ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂと、コリメータレンズとの位置合わせを行うことができる。

次に、ＤＯＥ１２４ＡとＤＯＥ１２４Ｂとの配置と導光ファイバＦ１、Ｆ２との配置位置ついて説明する。なお、上述したように、光分岐・集合系２１は、ＤＯＥ１２４Ａと導光ファイバＦ１とが対応付けられ、ＤＯＥ１２４Ｂと導光ファイバＦ２とが対応付けられている。このため、ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂの配置パターンと、導光ファイバＦ１、Ｆ２の配置パターンとは、同一の配置パターンになる。そこで、以下は、代表して、ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂの配置パターンを説明する。

図７及び図８に示すように、ＤＯＥユニット１２２は、ＤＯＥ１２４ＡとＤＯＥ１２４Ｂとが交互に配置されている。ここで、図７及び図８では、ＤＯＥ１２４ＡとＤＯＥ１２４Ｂとを異なるハッチングで示している。ＤＯＥ１２４Ａは、最も近接している位置（本実施形態では、図７中上下左右方向）にＤＯＥ１２４Ｂが配置されている。同様にＤＯＥ１２４Ｂは、最も近接している位置（本実施形態では、図７中上下左右方向）にＤＯＥ１２４Ａが配置されている。なお、上述したように、ＤＯＥユニット１２２と、コリメータレンズユニット１２１を介して対面している導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面の配置パターンも同様である。したがって、導光ファイバ群ＦＧは、導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面が交互に配置されており、導光ファイバ群ＦＧの出射面において出射される光束の波長が交互に切り替わる。以上より、ＤＯＥユニット１２２は、ＤＯＥ１２４ＡとＤＯＥ１２４Ｂとを交互に配置することで、ＤＯＥユニット１２２の出射面において、波長の異なる光束が出射される領域を均一に分散させることができる。このように、波長の異なる光束が出射される領域を均一に分散させることで、照明ＮＡに対する波長の特定を平均化することができる。

光集合装置１０３は、導光ファイバ群ＦＧの出射面から出力された光束をコリメータレンズユニット１２１で平行光とした後、ＤＯＥユニット１２２で回折して出射させる。本実施形態において、光集合装置１０３から出射された光束は、照明光学系２２に入射してから露光光ＥＬとしてマスクＭの表面に照射される。

以上のように、光分岐・集合系２１は、複数の発光素子１０１から出力された光束を光分岐装置１０２で所定倍率に拡大しつつ、波長領域毎に複数に分岐する。光分岐・集合系２１は、所定倍率に拡大しつつ、波長領域毎に複数に分岐した光束を導光ファイバ群ＦＧの別々の導光ファイバＦ１、Ｆ２に入射させる。光分岐・集合系２１は、導光ファイバＦＧの導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面を交互に配置し、当該導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面からそれぞれの波長帯域の光束を出射させる。光分岐・集合系２１は、導光ファイバＦ１、Ｆ２から出射されたそれぞれの波長帯域の光束をコリメータレンズユニット１２１の対応するコリメータレンズで平行光とした後、光束の波長帯域に対応するＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂが配置されたＤＯＥユニット１２２で回折させる。これにより、光分岐・集合系２１は、光源２０の発光素子１０１から出射された光束が均一に分散された光束を照明光学系２２に入射させることができる。

光分岐・集合系２１は、発光素子１０１から出射された光束を光分岐装置１０２で波長帯域別に分離することで、ＤＯＥユニット１２２で光束をより適切に回折させることがでいる。ここで、ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂは、対象の波長の光束が入射したとき、ＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂを透過（通過）した光束が回折し、その回折角に対する強度分布が所望の条件を満たすように設計された光学素子である。本実施形態のＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂは、上述したように帯域幅が各々１０ｎｍである。光分岐・集合系２１は、光分岐装置１０２で波長帯域毎に分離された光束をＤＯＥ１２４Ａ、１２４Ｂに入射させることで、光束を適切に回折することができる。

次に、照明光学系２２について説明する。図６に示すように、照明光学系２２は、開口絞り（σ絞り）１３０と、コンデンサレンズ１３１と、視野絞り１３２と、リレーレンズ１３３と、リレーレンズ１３４と、を含む。これらは、光分岐・集合系２１（ＤＯＥユニット１２２の光束を出射する側）から基板ステージ２に向かって、この順で配置される。ＤＯＥユニット１２２から出射された光束は、開口絞り１３０を通過し光束径が制限された後、コンデンサレンズ１３１を通過し、視野絞り１３２の位置で本実施形態の視野の形状（台形）とされる。その後、光束は、リレーレンズ１３３、１３４を通過して、マスクＭを照射する。ここで、コンデンサレンズ１３１は、焦点距離が４４５ｍｍであり、照明領域サイズは、１００ｍｍ×１０ｍｍである。開口絞り（σ絞り）１３０は、照明ＮＡは０．１１となるように、開口径をφ１００として、光束を制限する。また、照明光学系２２は、リレーレンズ１３３とリレーレンズ１３４とが等倍のリレーレンズ光学系を構成し、当該リレーレンズ光学系の入射側の結像位置に視野絞り１３２が配置され、出射側の結像位置にマスクＭが配置されている。

本実施形態の照明システムＩＳ及び照明装置ＩＬは、導光ファイバＦ１又はＦ２とコリメータレンズ及びＤＯＥ１２４Ａ又は１２４Ｂを一組と数えると、１４０組の導光ファイバＦ１又はＦ２とコリメータレンズ及びＤＯＥ１２４Ａ又は１２４Ｂを有する。１つのＤＯＥ１２４Ａ又は１２４Ｂから出射された光束が１つの台形照野を形成し、１４０個の照野が重なり合い、照野における照度分布は平均化され、均一な強度分布となる。

ここで、一例として、発光素子１０１の１個あたりの発光出力を１Ｗとして、７０個の発光素子１０１を使用したときのマスク面照度［ｍＷ／ｃｍ^２］を算出する。本演算においては、光束の導光ファイバＦ１又はＦ２の出射面までの導光時の損失を、発光素子１０１の発光角のうち取り込めない損失が２５％であり、導光ファイバＦ１，Ｆ２の透過によるロスが３０％であるとする。よって、発光素子１０１の発光出力７０［Ｗ］のうち、３６［Ｗ］程度が導光ファイバＦ１、Ｆ２の射出面から出力される光束の総光エネルギーとなる。また、本演算においては、導光ファイバの出射面からマスクＭまでの導光時の損失を、開口絞り１３０による遮光も含めた、光学系を透過することで生じる光量ロスを２０％であるとし、ＤＯＥ１２４Ａ又は１２４Ｂでの損失を１５％程度であるとする。以上の条件とすると、照明システムＩＳ及び照明装置ＩＬは、マスクＭに照射される露光光の照度が２４４８［ｍＷ／ｃｍ^２］となる。

露光装置ＥＸ、照明システムＩＳ及び照明装置ＩＬは、上述したような構成とすることで、光源２０に複数の発光素子１０１を用いた場合でも好適な露光光ＥＬ（照明光）をマスクＭ（被照射面）に照射することができる。

また、光源２０として発光素子１０１を用いることで、出力された光束を効率よく利用することができる。具体的には、発光素子１０１は、露光に必要な波長帯域の光を出射できるため、広帯域な光が出射される水銀ランプ等に比べて、照明光学系２２に向けて効率よく光を出力させることができる。

また、光源２０に発光素子１０１を用いることで、間歇露光の際に、光源２０を一旦消灯することができる。具体的には、発光素子１０１は起動されてから所定の光束が出射されるまでに必要な時間が水銀ランプよりも短い。このため、発光素子１０１を用いる光源２０は、点灯と消灯とを短時間で切り替えることができる。このように、光源２０を消灯できることで、使用時の消費電力を低減することができる。また、露光を実行しない間も照明を点灯させることで不要な熱が発生することを抑制することができる。また、短時間で露光可能な状態とすることができるため、効率よく露光を実行できる。

また、光源２０として複数の発光素子１０１を用いることで、水銀ランプ等よりも光源２０の寿命を長くすることができる。また、本実施形態では、光源２０を構成する発光素子１０１を増加することで光量を増加させることができる。これにより、装置の大型化、高コスト化を抑制しつつ、光量を増加させることができる。これにより、露光装置ＥＸで製造する商品の製造コストを低減することができる。

また、本実施形態は、光源２０の発光素子１０１から出力され、分岐された光束を導光ファイバ群Ｆ１、Ｆ２で導光することで、つまり光束の導光に光ファイバを用いることで、照明システムＩＳ及び照明装置ＩＬの配置の自由度を向上させることができる。例えば、光源２０の発光素子１０１を、照明装置ＩＬの近傍以外に配置することができる。これにより、露光装置ＥＸ、照明システムＩＳ及び照明装置ＩＬのスペースを効率よく利用することができ、各部を効率よく配置できるため、装置を小型化することができる。また、光源２０を配置できる空間がより大きくなるため、光源２０を大型化しやすく、光量を増加させやすい。

また、本実施形態は、発光素子１０１から出力された光束を集光レンズ１１１で集光することで、光束のＮＡを小さくすることができ、発光素子１０１から出力された光束のうち、導光ファイバＦ１又はＦ２に入射される光束の割合をより多くすることができる。

＜照明システムの変形例＞
図９から図１１は、本実施形態に係る照明システムによって実現できる変形照明の例を示す模式図である。図９は、変形例に係る照明システムの一部を示す上面図である。図１０は、変形例に係る照明システムの一部を示す側面図である。図１１は、変形例に係る照明システムの一部を示す正面図である。図９から図１１に示す変形例の照明システムは、光源２０の発光素子１０１を冷却する冷却装置を備えている。なお、変形例の照明システムは、冷却装置を備えている以外は、上述した本実施形態の照明システムＩＳと同様の構成である。なお、図９から図１１では、多数の発光素子１０１のうち、５つの発光素子１０１を２列分配置している状態を示している。なお、発光素子１０１に対応する光分岐装置１０２、導光ファイバＦ１、Ｆ２も同じく５組×２列分表示している。なお、図９から図１１は、光源２０の一部を示しており、同様の構成が複数配置される。

冷却装置１５０は、図９から図１１に示すように冷媒循環部１５１と、冷媒配管１５２と、を有する。冷媒循環部１５１は、冷媒配管１５２に冷媒を供給し、冷媒配管１５２を冷却する。冷媒循環部１５１は、冷媒配管１５２内への冷媒の流通を制御し、さらに冷媒の冷却も行う。冷媒配管１５２は、両端が冷媒循環部１５１に接続されている。冷却装置１５０は、冷媒配管１５２を３本備え、発光素子１０１の列方向と平行な方向に延在し、発光素子１０１の２つの列の間と、それぞれの列の外側に配置されている。冷媒配管１５２は、発光素子１０１の近傍に配置されている。冷媒配管１５２は、両端が冷媒循環部１５１に接続されているため、冷媒循環部１５１から供給された冷媒が管路内を流れた後、冷媒循環部１５１に戻される。

冷却装置１５０は、冷媒循環部１５１で冷媒配管１５２に冷媒を一方向に流すことで冷媒配管１５２を冷却する。これにより、冷却装置１５０は、冷媒配管１５２で挟み込んだ発光素子１０１で発生する熱を吸収することができ、発光素子１０１を冷却することができる。

本変形例のように、発光素子１０１を冷却する冷却装置１５０を設けることで、発光素子１０１を冷却することができる。また、冷却装置１５０を冷媒を循環させる機構とすることで、発光素子１０１を連続的に冷却することができる。また、冷媒配管１５２を発光素子１０１の配列方向に延在して配置し、一本の冷媒配管１５２が複数の発光素子１０１の近傍を通過するように配置することで、冷却装置１５０の構造を簡単にすることができ、効率よく冷却を行うことができる。

冷却装置１５０を設け、発光素子１０１を冷却することで、発光素子１０１に温度変化が生じることを抑制することができ、温度変化による光束の光路の変化、出力される光束の波長の変化及び光量の変化が生じることを抑制することができる。これにより、露光時に照射される露光光が変化することを抑制することができ、より高い精度で露光を行うことができる。なお、発光素子１０１としてＬＥＤ、特に高輝度ＬＥＤを用いる場合、発熱量が多くなるため、冷却装置１５０を設けることで、上記効果をより好適に得ることができる。

（照明装置の変形例）
次に、図１２から図１５を用いて、照明装置の変形例について説明する。図１２は、変形例に係る露光装置が備える照明装置の構造を示す図である。図１３は、補正フィルタの一例を示す正面図である。図１４は、補正フィルタの一例を示す正面図である。図１５は、補正フィルタの一例を示す正面図である。図１２に示す照明装置ＩＬａは、上述した照明装置ＩＬの構成に加え、補正フィルタ２３５と、補正フィルタ２３６と、照度ムラ調整機構２４０と、テレセン調整機構２５０と、を有する。

補正フィルタ２３５は、照明光学系２２のリレーレンズ１３４よりもマスクＭ側に配置されている。つまり、照明光学系２２のリレーレンズ１３４を通過した光束は、補正フィルタ２３５を通過する。補正フィルタ２３５は、光軸対称な照度ムラを補正するフィルタであり、平面ガラス板に、クロム膜等で所定の透過率分布のパターンが形成されている。つまり補正フィルタ２３５は、平面ガラス板状に形成するクロム膜の厚みや形成領域を位置に応じて変化させることで、所定の透過率分布のパターンが形成されている。

ここで、図１３及び図１４に、補正フィルタ２３５の一例を示す。図１３に示す補正フィルタ２３５Ａは、照明領域ＩＲの形状の短辺方向において、照明領域ＩＲの中心から周辺に向かうに従って、つまり照明領域ＩＲの中心から離れるに従って透過率が低くなるパターンである。照明装置ＩＬａは、補正フィルタ２３５Ａを用いて、光束の照度分布を補正することで、照明領域ＩＲの中心よりも周辺の照度を下げることができる。

図１４に示す補正フィルタ２３５Ｂは、照明領域ＩＲの形状の短辺方向において、照明領域ＩＲの中心から周辺に向かうに従って、つまり照明領域ＩＲの中心から離れるに従って透過率が高くなるパターンである。照明装置ＩＬａは、補正フィルタ２３５Ｂを用いて、光束の照度分布を補正することで、照明領域ＩＲの中心よりも周辺の照度を上げることができる。

補正フィルタ２３６は、補正フィルタ２３５と同様に照明光学系２２のリレーレンズ１３４よりもマスクＭ側に配置されている。つまり、照明光学系２２のリレーレンズ１３４を通過した光束は、補正フィルタ２３６を通過する。なお、補正フィルタ２３５と補正フィルタ２３６との光路上における配置の位置の前後関係は特に限定されない。また、補正フィルタ２３５、２３６は、視野絞り１３２とリレーレンズ１３３との間に配置してもよい。補正フィルタ２３６は、光軸に対して傾斜した照度ムラを補正するフィルタであり、平面ガラス板に、クロム膜等で所定の透過率分布のパターンが形成されている。つまり補正フィルタ２３６も、平面ガラス板状に形成するクロム膜の厚みや形成領域を位置に応じて変化させることで、所定の透過率分布のパターンが形成されている。

ここで、図１５に、補正フィルタ２３６の一例を示す。図１５に示す補正フィルタ２３６は、照明領域ＩＲの形状の長辺方向において、照明領域の一方の端部から他方（本実施形態では図中右から左）に向かうに従って透過率が低くなるパターンである。照明装置ＩＬａは、補正フィルタ２３６を用いて、光束の照度分布を補正することで、照明領域ＩＲの一方の端部から他方の端部に向かって徐々に照度を上げることができる。

照度ムラ調整機構２４０は、補正フィルタ２３５、２３６の位置を調整したり、配置する補正フィルタ２３５、２３６を交換する機構である。照度ムラ調整機構２４０は、補正フィルタ２３５、２３６を調整することで、照明領域ＩＲの照度分布をより均一にすることができる。例えば、照度ムラ調整機構２４０は、補正フィルタ２３５、２３６をＺ方向の位置を調整したり、ＸＹ平面において回転させたり、移動させたりすることで、照明領域ＩＲの照度分布を調整（補正）する。

ここで、本実施形態の照明装置ＩＬａは、照度ムラ調整機構２４０を設け、補正フィルタ２３５、２３６を調整可能としたが、製造時に補正フィルタ２３５、２３６を設置し、固定してもよい。この場合、照明装置ＩＬａの補正フィルタ２３５、２３６を設置していない状態での照明領域ＩＲの照度分布を計測し、計測結果に基づいて、対応する補正フィルタ２３５、２３６を配置すればよい。また、補正フィルタ２３５は、計測結果に基づいて、補正フィルタ２３５Ａ、２３５Ｂの一方の特性のフィルタを配置すればよい。また、照明装置ＩＬａは、補正フィルタ２３５、補正フィルタ２３６の一方のみを備えていてもよい。

テレセン調整機構２５０は、照明装置ＩＬａの照明領域（照明視野）ＩＲ内のテレセントリシティーを調整する機構である。テレセン調整機構２５０は、支持部２５２と当該支持部２５２を移動させる駆動部２５４とを有する。支持部２５２は、導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面、光集合装置１０３、開口絞り１３０を支持している。支持部２５２は、導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面、光集合装置１０３、開口絞り１３０の各部の相対位置を固定している。駆動部２５４は、Ｚ方向、つまり矢印２５６の方向や、Ｘ方向、つまり矢印２５７の方向や、Ｙ方向、つまりＹ軸に平行な矢印２５９の方向に、支持部２５２を移動させる移動機構である。

テレセン調整機構２５０は、駆動部２５４により支持部２５２を矢印２５６、２５７、２５９のそれぞれの方向に移動させることで、照明光学系２２のコンデンサレンズ１３１に対する位置を変化させることができる。これにより、コンデンサレンズ１３１に入射させる光束の向きを調整することができる。例えば、テレセン調整機構２５０は、支持部２５２を矢印２５６の方向（光軸方向）に移動させ、支持部２５２の各部を移動させることで、倍率テレセン、つまり光軸に対称なテレセン性（テレセントリシティ）を調整することができる。テレセン調整機構２５０は、支持部２５２を矢印２５８や矢印２５９の方向（偏心方向）に移動させることで、傾斜テレセン、つまり視野内で一律なテレセン性を調整することができる。

照明装置ＩＬａは、補正フィルタ２３５、２３６、照度ムラ調整機構２４０を設けることで、照明領域ＩＲの照度分布をより均一にすることができる。また、照明装置ＩＬａは、テレセン調整機構２５０を設けることで、露光光のテレセントリシティーを向上させることができる。

（露光方法）
次に、本実施形態に係る露光方法を説明する。本実施形態に係る露光方法は、マスクＭに形成されたパターンを光束で照射し、マスクＭと基板Ｐを支持する基板ステージ２との間に配置された投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７を介して基板Ｐに照射して露光する露光方法であって、上述した露光装置ＥＸが実現する。まず、露光装置ＥＸの光分岐装置１０２は、複数の発光素子からの光束を波長毎に複数に分岐して導光ファイバＦ１、Ｆ２に入射させ、規則的に配列した導光ファイバＦ１、Ｆ２の出射面から分岐した光束を出射させる分岐・集合工程を実行する。なお、露光装置ＥＸは、光束を波長帯域毎に分岐させる。

次に、露光装置ＥＸは、それぞれの導光ファイバＦ１、Ｆ２等を通過した光束を、それぞれ回折させた後、照明光学系２２を通過させることで、光束で構成される露光光をマスクＭに照射する照射工程を実行する。

（デバイス製造方法）
図１６は、本実施形態に係るデバイス製造方法の手順を示すフローチャートである。本実施形態に係るデバイス製造方法は、半導体デバイス等のデバイスを製造する際に用いられる。本実施形態に係るデバイス製造方法では、まず、デバイスの機能・性能設計が行われる（ステップＳ１０１）。次に、設計に基づいたマスク（レチクル）が製作される（ステップＳ１０２）、次に、デバイスの基材である基板が製造される（ステップＳ１０３）。次に、上記実施形態に係る露光方法を用いて、マスクパターンを露光光で基板を露光してマスクパターンを基板に転写する工程と、露光された基板（感光剤）を現像して、転写されたアライメントマークを含むパターンに対応する露光パターン層（現像された感光剤の層）を形成し、この露光パターン層を介して基板を加工する工程とを含む基板処理（露光処理）が実行される（ステップＳ１０４）。加工された基板が、ダイシング工程、ボンディング工程、パッケージ工程等の加工プロセスを含むデバイス組立て工程（ステップＳ１０５）及び検査（ステップＳ１０６）等を経ることにより、デバイスが製造される。

上記の実施形態の露光装置ＥＸの照明装置ＩＬは、光束を波長帯域に基づいて２つの光束に分岐したがこれに限定されない。照明装置ＩＬは、光束を波長帯域に基づいて３つの光束に分岐してもよい。照明装置ＩＬは、発光素子から出力される光束の波長帯域とＤＯＥで好適に回折できる波長帯域の長さに基づいて、光束を分岐する数を決定すればよい。

上記の実施形態の露光装置ＥＸの照明装置ＩＬは、導光ファイバの配置パターン、ＤＯＥユニットを構成するＤＯＥの配置パターンを、種々のパターンとすることができる。上述したように、出射面において、各波長帯域の光の配置バランスをより均一にすることが好ましいが、同じ波長領域の光束を射出する導光ファイバ、ＤＯＥが隣接するように配置してもよい。

また、照明装置ＩＬは、より効率がよく照度の高い露光光を照射するために、ダイクロイックミラーを用いて、発光素子から出力された光束を波長帯域毎に分岐することが好ましいが、これに限定されない。照明装置ＩＬは、発光素子から出力された光束をそのまま複数に分岐してもよい。

上記実施形態の露光装置ＥＸの投影システムＰＳは、投影倍率を１として投影する場合として説明したがこれに限定されない。露光装置ＥＸは、投影システムＰＳの光学系を構成するレンズの配置や焦点位置を変更することで、投影倍率を任意の倍率とすることができる。露光装置ＥＸは、投影倍率を１未満とし、マスクＭのパターンの線幅を投影倍率分縮小して、基板Ｐで結像される構成、つまり、マスクＭのパターンの線幅が基板Ｐで結像されるパターンの線幅の数倍（２倍、３倍）の大きさとなる構成としてもよい。また、露光装置ＥＸは、投影倍率を１より大きくし、マスクＭのパターンの線幅を投影倍率分拡大して、基板Ｐで結像される構成、つまり、マスクＭのパターンの線幅が基板Ｐで結像されるパターンの線幅の数分の１（１／２、１／３）の大きさとなる構成としてもよい。

露光装置ＥＸは、投影倍率、つまりマスクＭから基板Ｐの間に配置されている光学系の倍率に関わらず、マスクＭのパターンの線幅を、投影倍率にターゲット線幅を乗じた値よりも大きい値とすることが好ましい。これにより、露光量をより少なくすることができる。

上述の実施形態の基板としては、ディスプレイデバイス用のガラス基板のみならず、半導体デバイス製造用の半導体ウエハ、薄膜磁気ヘッド用のセラミックウエハ、あるいは露光装置で用いられるマスク又はレチクルの原版（合成石英、シリコンウエハ）等を適用することができる。

なお、露光装置ＥＸとしては、マスクＭと基板Ｐとを同期移動してマスクＭのパターンを介した露光光で基板Ｐを走査露光するステップ・アンド・スキャン方式の走査型露光装置（スキャニングステッパ）の他に、マスクＭと基板Ｐとを静止した状態でマスクＭのパターンを一括露光し、基板Ｐを順次ステップ移動させるステップ・アンド・リピート方式の投影露光装置（ステッパ）にも適用することができる。また、露光装置ＥＸは、投影光学系を複数備え、複数の投影光学系でマスクのそれぞれの領域に露光光を照射する構成としたが、１つの投影光学系でマスクの全域に露光光を照射する構成としてもよい。

また、本実施形態は、米国特許第６３４１００７号明細書、米国特許第６２０８４０７号明細書、米国特許第６２６２７９６号明細書等に記載されているような、複数の基板ステージを備えたツインステージ型の露光装置にも適用できる。

また、本実施形態は、米国特許第６８９７９６３号明細書、欧州特許出願公開第１７１３１１３号明細書等に開示されているような、基板を保持する基板ステージと、基板を保持せずに、基準マークが形成された基準部材及び／又は各種の光電センサを搭載した計測ステージとを備えた露光装置にも適用することができる。また、複数の基板ステージと計測ステージとを備えた露光装置を採用することができる。

また、露光装置ＥＸの種類としては、液晶表示素子製造用又はディスプレイ製造用の露光装置に限られず、基板Ｐに半導体素子パターンを露光する半導体素子製造用の露光装置、薄膜磁気ヘッド、撮像素子（ＣＣＤ）、マイクロマシン、ＭＥＭＳ、ＤＮＡチップ、レチクル又はマスク等を製造するための露光装置等にも広く適用できる。

また、上記実施形態においては、レーザ干渉計を含む干渉計システムを用いて各ステージの位置情報を計測するものとしたが、これに限らず、例えば各ステージに設けられるスケール（回折格子）を検出するエンコーダシステムを用いてもよい。

また、上記実施形態においては、光透過性の基板上に所定の遮光パターン（又は位相パターン・減光パターン）を形成した光透過型マスクを用いたが、このマスクに代えて、例えば米国特許第６７７８２５７号明細書に記載されているように、露光すべきパターンの電子データに基づいて透過パターン又は反射パターン、あるいは発光パターンを形成する可変成形マスク（電子マスク、アクティブマスク、あるいはイメージジェネレータとも呼ばれる）を用いてもよい。また、非発光型画像表示素子を備える可変成形マスクに代えて、自発光型画像表示素子を含むパターン形成装置を備えるようにしてもよい。

また、上記実施形態の露光装置ＥＸは、本願請求の範囲に挙げられた各構成要素を含む各種サブシステムを、所定の機械的精度、電気的精度及び光学的精度を保つように、組立てることで製造される。これら各種精度を確保するために、露光装置ＥＸの組立ての前後には、各種光学系については光学的精度を達成するための調整、各種機械系については機械的精度を達成するための調整、各種電気系については電気的精度を達成するための調整が行われる。各種サブシステムから露光装置への組立て工程は、各種サブシステム相互の機械的接続、電気回路の配線接続及び気圧回路の配管接続等が含まれる。この各種サブシステムから露光装置への組立て工程の前に、各サブシステム個々の組立て工程があることはいうまでもない。各種サブシステムの露光装置への組立て工程が終了したら、総合調整が行われ、露光装置全体としての各種精度が確保される。なお、露光装置ＥＸの製造は温度及びクリーン度等が管理されたクリーンルームで行うことが望ましい。

また、上記実施形態の構成要素は適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。また、法令で許容される限りにおいて、上述の実施形態で引用した露光装置等に関するすべての公開公報及び米国特許の記載を援用して本明細書の記載の一部とする。このように、上記実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態及び運用技術等は、すべて本発明の範囲に含まれる。

１ マスクステージ
２ 基板ステージ
５ 制御装置
６ 干渉計システム
７ 第１検出システム
８ 第２検出システム
９ アライメントシステム
１０ ベースプレート
１５ マスク保持部
１６ 基板保持部
２０ 光源
２１ 光分岐・集合系
２２ 照明光学系
１０１、１０１Ａ、１０１Ｂ、１０１Ｃ、１０１Ｄ 発光素子
１０２、１０２Ａ、１０２Ｂ、１０２Ｃ、１０２Ｄ 光分岐装置
１０３ 光集合装置
１１１ 集光レンズ
１１２ ダイクロイックミラー
１２１ コリメータレンズユニット
１２２ 回折光学素子ユニット（ＤＯＥユニット）
１２３ 基板
１２４Ａ、１２４Ｂ 回折光学素子
１３０ 開口絞り（σ絞り）
１３１ コンデンサレンズ
１３２ 視野絞り
１３３、１３４ リレーレンズ
１５０ 冷却装置
１５１ 冷媒循環部
１５２ 冷媒配管
２３５、２３５Ａ、２３５Ｂ、２３６ 補正フィルタ
ＥＬ 露光光
ＥＸ 露光装置
Ｆ１〜Ｆ４２ 導光ファイバ
ＦＧ 導光ファイバ群
ＩＬ 照明装置
ＩＬ１〜ＩＬ７ 第１〜第７照明装置
ＩＲ１〜ＩＲ７ 照明領域
ＩＳ 照明システム
Ｍ マスク
Ｐ 基板
ＰＬ１〜ＰＬ７ 投影光学系
ＰＳ 投影システム

Claims (15)

1. 複数の発光素子から出力された光束を被照射面の視野領域に照射させる照明装置であって、
   前記発光素子から出力される光束を複数に分岐させて、分岐した光束をそれぞれ案内し、前記分岐した光束を集合させ光束を出力する光分岐・集合系と、
   前記光分岐・集合系から出力された光束を案内し、前記被照射面の前記視野領域に照射させる照明光学系と、を備え、
   前記光分岐・集合系は、前記発光素子から出力される光束を複数に分岐させる光分岐装置と、
   前記光分岐装置で分岐された光束を案内する導光ファイバを分岐された光束毎に備え、複数の前記導光ファイバの出射面が隣接して配置された導光ファイバ群と、
   前記導光ファイバの出射面から出力された光束を平行光とするコリメータレンズが前記導光ファイバの出射面から出力された光束に対応して配置されたコリメータレンズユニット、及び、前記コリメータレンズユニットから出射した光束を回折させて出力する回折光学素子を前記コリメータレンズから出射された光束毎に備える回折光学素子ユニットを含む光集合装置と、を有することを特徴とする照明装置。
2. 前記光分岐装置は、前記発光素子から出力された光束を波長領域で複数に分割するダイクロイックミラーを有し、
   前記回折光学素子ユニットは、前記回折光学素子が前記光分岐装置で分割する数と同じ数の種類を有し、前記導光ファイバから出射される光束の波長の配置パターンと一致した配置パターンで前記回折光学素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記導光ファイバ群は、異なる波長の光束を導光する導光ファイバが隣接していることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記照明光学系は、照明領域の短辺方向において、中心からの距離に応じて透過率が増加又は低減する透過率分布を有する補正フィルタを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の照明装置。
5. 前記照明光学系は、照明領域の長辺方向において、一方から他方に向かって透過率が増加又は低減する透過率分布を有する補正フィルタを含むことを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の照明装置。
6. 前記照明領域の照度分布に基づいて、前記補正フィルタの位置を調整する照度ムラ調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項４又は５に記載の照明装置。
7. 前記照明領域のテレセントリシティに基づいて、前記導光ファイバ群の出射面の位置及び光分岐装置の位置を調整するテレセン調整機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の照明装置。
8. 前記光分岐装置は、前記発光素子から出力される光束を拡大して前記導光ファイバに入射させる集光レンズを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の照明装置。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置と、
   前記発光素子を複数備え、前記発光素子から前記照明装置に前記光束を出力する光源と、を有することを特徴とする照明システム。
10. 前記発光素子は、発光ダイオードであることを特徴とする請求項９に記載の照明システム。
11. 前記発光素子の配列方向に沿って延在し、前記発光素子の近傍に配置された冷媒配管及び前記冷媒配管に冷媒を循環させる冷媒循環部を有する冷却装置を備えることを特徴とする請求項９又は１０に記載の照明システム。
12. 請求項１から８のいずれか一項に記載の照明装置と、
    前記照明装置から照射された光が照射されるマスクを支持するマスクステージと、
    前記マスクに形成されたパターンと同形状のパターンが露光されるプレートを支持するプレートステージと、
    を有することを特徴とする露光装置。
13. マスクに形成されたパターンを光束で照射し、前記マスクと基板を支持する基板ステージとの間に配置された投影光学系を介して前記基板に照射して露光する露光方法において、
    複数の発光素子からの光束を波長毎に複数に分岐して導光ファイバに入射させ、規則的に配列した前記導光ファイバの出射面から分岐した前記光束を出射させる分岐・集合工程と、
    それぞれの前記導光ファイバから出射された光束をそれぞれ回折させた後、照明光学系を通過させることで、前記光束を前記マスクに照射する照射工程と、
    を含むことを特徴とする露光方法。
14. 前記基板は、外径が５００ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１３に記載の露光方法。
15. 請求項１３又は１４に記載の露光方法を用いて前記基板を露光する工程と、
    露光された前記基板を現像して、転写された前記パターンに対応する露光パターン層を形成する工程と、
    前記露光パターン層を介して複数の前記基板を加工する工程と、
    を含むことを特徴とするデバイス製造方法。

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