JP2020122921A - 光源装置、照明装置、露光装置及び物品の製造方法 - Google Patents

光源装置、照明装置、露光装置及び物品の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ＬＥＤアレイを有する光源装置を用いて被照射面の光強度分布を所望の分布に調整する。【解決手段】複数のＬＥＤチップ５２が配列されたＬＥＤアレイを有する光源装置であって、複数のＬＥＤチップ５２の各々からの光を集光する各レンズが設けられた一対のレンズアレイ５３、５４を有し、複数のＬＥＤチップ５２の各々からの光強度分布を重ね合わせた光強度分布を所定面に形成し、一対のレンズアレイ５３、５４の間隔を変更することにより、所定面に形成する光強度分布を変更する。【選択図】図７

Description

本発明は、光源装置、照明装置、露光装置及び物品の製造方法に関する。
半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程において露光装置が用いられている。露光装置は、リソグラフィ工程において、原版（レチクル又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する。
投影露光装置の光源として、例えば水銀ランプが用いられているが、近年、水銀ランプの代わりに、省エネルギーである発光ダイオード（ＬＥＤ）へ置換することが期待されている。ＬＥＤは発光を制御する基板回路に電流を流してから、光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、長寿命でもある。
ただし、ＬＥＤの１個当たりの光出力は水銀ランプのそれと比べて極めて小さい。そこで、ＬＥＤを水銀ランプの光源の代わりに用いる場合、ＬＥＤを基板に複数整列させたＬＥＤアレイを用いて光の総出力を大きくすることが求められる。
特許文献１に、複数のＬＥＤ素子の配置角度を互いに異ならせて、被照射面上の明暗を目立たなくする技術が開示されている。
また、特許文献２には、液晶プロジェクター等の画像表示装置においてフライアイレンズを駆動させて画像形成素子上の照度分布を変化させる技術が紹介されている。
特開２０１８−２２８８４号公報 特開２００１−３５０４２６号公報
特許文献１に開示された技術では、被照射面の光量分布を均一化することが目的であって、被照射面の光強度分布を均一な分布以外の所望の分布に調整することはできない。
また、特許文献２においては、パラボラ等の集光ミラーで、平行光を作成しているが、フライアイレンズに入射する光の強度がフライアイレンズの場所ごとに異なるため、フライアイレンズを駆動させたときの被照射面の光量分布の変化が鈍感である。このような構成であると、被照射面の光量分布を所望の分布に調整することが困難である。
そこで、本発明は、ＬＥＤアレイを有する光源装置を用いて、被照射面の光強度分布を所望の分布に調整するのに有利な技術を提供することを目的とする。
上記課題を解決する本発明の一側面としての光源装置は、複数のＬＥＤチップが配列されたＬＥＤアレイを有する光源装置であって、複数のＬＥＤチップの各々からの光を集光する各レンズが設けられた一対のレンズアレイを有し、前記複数のＬＥＤチップの各々からの光強度分布を重ね合わせた光強度分布を所定面に形成し、前記一対のレンズアレイの間隔を変更することにより、前記所定面に形成する光強度分布を変更することを特徴とする。
本発明によれば、ＬＥＤアレイを有する光源装置を用いて被照射面の光強度分布を所望の分布に調整することができる。
光源ユニットの概略断面図である。 ＬＥＤアレイの平面図である。 照明光学系の概略図である。 フライアイ光学系の概略図である。 開口絞りを示す図である。 計測ユニットの概略図である。 レンズアレイの間隔を変えたときの光線図である。 レンズアレイの間隔を変えたときの光強度分布を表す図である。 開口絞りの例を示す図である。 ＬＥＤアレイの平面図である。 光強度分布を表す図である。 レンズアレイサブユニットの移動を示す図である。 露光装置の概略図である。 露光装置の別の例を示す図である。
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。
図１を用いて光源ユニット（光源装置）１を説明する。図１は、光源ユニットの概略断面図である。光源ユニット１は基板５１、ＬＥＤチップ５２、レンズアレイ５３、５４、制御部５５、支持部５６及び駆動部５７を有する。基板５１上には複数のＬＥＤチップ５２が配置されており、これらをＬＥＤアレイユニットと呼ぶ。基板５１には、ＬＥＤチップを駆動するための回路が形成されており、回路に電流を流すと、それぞれのＬＥＤチップから所定の波長の光が出力される。制御部５５は、各ＬＥＤチップ５２に流れる電流を制御し、各ＬＥＤチップ５２から出力される光の輝度（強度）を制御する。
レンズアレイ５３および５４は、各ＬＥＤチップに対応して設けられた各レンズを有する一対のレンズアレイである。レンズアレイ５３の各レンズは各ＬＥＤ上に設けられている。レンズは、図１のような平凸レンズであっても良いし、その他のパワーがついた形状をとっても良い。レンズアレイとしては、溶融成形やエッチングや切削等で連続的にレンズを形成したレンズアレイや、個々のレンズを接合したレンズアレイを用いることができる。ＬＥＤチップから出た光は、半角で５０°〜７０°程度の広がりを持っているが、レンズアレイ５３によって集光され、さらに、レンズアレイ５４によって集光されて、３０°以下程度の広がりに変換される。レンズアレイ５３はＬＥＤチップから所定の間隔だけ離されて設けられ、基板５１とともに一体的に固定されていてもよい。
次に、光源ユニット１に含まれるＬＥＤアレイについて説明する。図２にＬＥＤアレイの例を示す。図２はＬＥＤアレイ１００の平面図である。ＬＥＤアレイ１００は、基板上に３行４列、合計１２個のＬＥＤチップ５２を配列したサブユニット（ＬＥＤ群）２１を４つ有している。それぞれのサブユニットに搭載されているＬＥＤチップ５２は円形状である。
制御部５５は、ＬＥＤチップごとに出力を制御してもいいが、複数のＬＥＤチップの出力を一括して制御できるように回路設計することもできる。
支持部５６は、レンズアレイ５４を移動可能に支持する機構である。駆動部５７は、支持部５６に接続されたアクチュエータとその駆動回路を含む。駆動部５７のアクチュエータが駆動することにより、支持部５６及びレンズアレイ５４を移動させて、レンズアレイ５３とレンズアレイ５４の間隔が変更される。駆動部５７の制御は、制御部５５で行ってもよいし、他の制御部が行ってもよい。また、レンズアレイ５４側を移動させるのではなく、基板５１、ＬＥＤチップ５２及びレンズアレイ５３を一体として、移動させてもよい。また、両方のレンズアレイを移動可能に構成してもよい。
複数のＬＥＤチップ５２はＸＹ平面において離散的に配列され、それに対応して集光レンズ５３の各レンズが設けられている。つまりレンズアレイ５３、５４の各レンズもＸＹ平面において配列されている。各ＬＥＤチップからの光は、レンズアレイ５３、５４の各レンズで集光され、Ｚ軸方向に向けて光が射出される。本実施形態では、レンズアレイ５３とレンズアレイ５４の間隔は、Ｚ軸方向における距離で規定される。
図３を用いて照明光学系（照明装置）の例を説明する。図３は照明光学系の概略断面図である。照明光学系２００は、光源ユニット１、コンデンサレンズ２、フライアイ光学系３、コンデンサレンズ４、視野絞り６、結像光学系７を有する。
光源ユニット１から出た光束は、コンデンサレンズ２を通過して、フライアイ光学系３に至る。コンデンサレンズ２は、光源ユニット１の射出面位置とフライアイ光学系３の入射面位置が、光学的にフーリエ共役面になるように設計されている。このような照明系をケーラー照明とよぶ。コンデンサレンズ２は、図３では簡略化して平凸レンズ１枚を描いているが、実際は複数のレンズ群で構成されることが多い。
図４に、フライアイ光学系３の概略断面図を示す。フライアイ光学系３は、２つのレンズ群３１、３２と、開口絞り３３を有する。各レンズ群は、複数の平凸レンズを、そのコバ面が同一平面状になるように貼り合わせたレンズ群である。レンズ群３１、３２は、個々の平凸レンズの焦点位置に、対となる平凸レンズが位置するように配置されている。このようなフライアイ光学系３を用いることにより、フライアイ光学系３の射出面位置には、光源ユニット１の射出面と共役な複数の二次光源像が形成される。
フライアイ光学系３の近傍には、図５に示す開口絞り３３が構成されている。開口絞り３３は光が透過する部分６２（開口）と、光を遮断する部分６１が備わっている。フライアイ光学系３の射出面から射出され、開口絞り３３の光透過部分６２を通過した光は、コンデンサレンズ４を介して照明面５に至る。
コンデンサレンズ４は、フライアイ光学系３の射出面と照明面５が光学的にフーリエ共役面になるように設計されており、フライアイ光学系３の射出面またはその共役面は照明光学系の瞳面となる。この場合、レンズ群３２の射出面に形成されたそれぞれの二次光源からの光強度分布が照明面５において重畳的に足し合わされて、ほぼ均一な光強度分布を作成することができる。フライアイ光学系３は、光強度分布を均一化させる機能を有し、オプティカルインテグレータと呼ばれる。オプティカルインテグレータとしては、マイクロレンズアレイやハエの目レンズがあり、エッチング等で連続的にレンズを形成したレンズアレイや、個々のレンズを接合したレンズアレイを用いることができる。
照明面５の近傍には、視野絞り６が配置されている。視野絞り６の開口部から射出された光束は、結像光学系７によって被照明面８に結像する。結像光学系７は所望の倍率を持っており、視野絞り６によって切り取られた照明領域は被照明面８に投影される。
照明光学系２００は、瞳面における光強度分布（瞳強度分布）を計測する計測ユニット（計測器）４００を有する。計測ユニット４００は計測の際に光路内に配置されて瞳強度分布を計測する。図６（ａ）に、計測ユニット４００の概略図を示す。計測ユニット４００は、強度分布を計測したい瞳面（例えば、Ａ面）の後側に配置させ、Ａ面に入射する光束の一部を検出する。Ａ面近傍にピンホールを有するピンホール板４０１が配置され、ピンホール板４０１から、ある角度分布で射出した光束は、偏向ミラー４０２にて９０°折り曲げられる。光束はその後、正のパワーを有するレンズ４０３にて屈折し、ほぼ平行光に変換され、ＣＣＤカメラ等の検出器４０４に入射する。検出器４０４で検出される光分布は電気信号に変換され、コンピュータ等のデータ処理装置に取り込まれる。
また、瞳強度分布を計測する計測ユニット４１０を被照明面８の前側に配置して、被照明面に入射する光束の一部を検出してもよい。図６（ｂ）に、計測ユニット４１０の概略図を示す。被照明面８に入射する光束の一部は、被照明面８に入射する前に偏向ミラー４１１にて９０°折り曲げられる。折り曲げなかった場合の被照明面８に相当する光路長位置にピンホールを有するピンホール板４１２が配置されている。ピンホール板４１２から、ある角度分布で射出した光束は、正のパワーを有するレンズ４１３にて屈折し、ほぼ平行光に変換され、ＣＣＤカメラ等の検出器４１４に入射する。
計測ユニット４００、４１０は光学素子の構成が異なるものの、本質的には同じ原理の計測ユニットである。なお、ピンホールとＣＣＤ面の距離がピンホール径に比べて極めて大きい場合は、レンズ４０３およびレンズ４１３を省略することもできる。
本実施形態では、所定面における被照射面の光強度分布を所望の分布に調整するために、光源ユニット１のレンズアレイ５３とレンズアレイ５４の間隔を変更する。図７に、複数のレンズアレイ間の間隔を変えたときの光線の様子を示す。図７では、各レンズアレイにつき１つのレンズを示している。図７（ａ）に、複数のレンズアレイ間の間隔を０．５ｍｍとした場合の光線の様子を示す。図７（ｂ）に、複数のレンズアレイ間の間隔を１．５ｍｍとした場合の光線の様子を示す。図７（ｃ）に、複数のレンズアレイ間の間隔を２．５ｍｍとした場合の光線の様子を示す。図８に、フライアイ光学系３の入射面における光強度分布を示す。図８では中心が照明光学系の光軸であり、各図には、光軸を通る断面における光強度分布を示す。図８（ａ）に、複数のレンズアレイ間の間隔を０．５ｍｍとした場合の光強度分布を示す。図８（ｂ）に、複数のレンズアレイ間の間隔を１．５ｍｍとした場合の光強度分布を示す。図８（ｃ）に、複数のレンズアレイ間の間隔を２．５ｍｍとした場合の光強度分布を示す。図７の横方向におけるＬＥＤチップの長さを約２ｍｍ、レンズアレイ５３の各レンズの下面の長さを約５ｍｍとし、レンズアレイの曲率を所定の値に設定して、光学シミュレーションによって光線と光強度分布を求めた。
図７（ｃ）、図８（ｃ）に示すように、光は光軸中心付近に寄っており、中心領域でピークをもつ光強度分布（小σ）が形成されている。レンズアレイの間隔が小さくなると、光軸中心付近の光線が外側に移動し、図７（ｂ）、図８（ｂ）の場合、ほぼフラットな光強度分布（大σ）となる。さらにレンズアレイの間隔が小さくなると、光軸中心付近の光線がさらに外側に移動し、中央は暗く、中央より外側領域でピークを持つ輪帯状の光強度分布が形成される。ただし、これらは一例であって、ＬＥＤチップから射出される光の角度分布によって結果は変わる。
照明光学系の制御部９は、小σ、大σ、輪帯など被照射面における目標の光強度分布（照明モード）が設定されると、目標の光強度分布となるように、駆動部５７のアクチュエータを駆動して、レンズアレイ５３とレンズアレイ５４の間隔を変更する。これにより、被照射面における光強度分布を小σ、大σ、輪帯などに変更することができる。また、照明光学系の制御部９が目標となる強度分布を設定し、計測ユニットで計測された瞳強度分布に基づいて、実際の瞳強度分布が目標の強度分布となるようにレンズアレイの間隔を制御してもよい。
このように、本実施形態の複数のレンズアレイ間の間隔を制御することにより、所定面、照明光学系の瞳面における光強度分布を所望の強度分布に調整することができる。
また、レンズアレイの間隔変更による瞳強度分布の変更に応じて、視野絞り６を変更してもよい。図８（ｃ）に示す小σの光強度分布を形成する場合、図９（ａ）に示す小σ用の開口を有する視野絞りをフライアイ光学系３の射出面近傍に配置することができる。また、図８（ａ）に示す輪帯状の光強度分布を形成する場合、図９（ｂ）に示す輪帯状の開口を有する視野絞りをフライアイ光学系３の射出面近傍に配置して、視野絞りを切り替えることができる。
次に、ＬＥＤアレイの別の例を説明する。図１０はＬＥＤアレイ１０１の平面図である。ＬＥＤアレイ１０１はサブユニット２２、２３、２４、２５を有する。サブユニット２２には、基板上に３行４列、合計１２個のＬＥＤチップが並べられている。各ＬＥＤはおおよそ正方形状であり、配置角度が同じである。サブユニット２３、２４、２５にも、基板上に３行４列、合計１２個のＬＥＤチップが並べられている。サブユニット２４は、サブユニット２２に比べて、実装されているＬＥＤチップが約４５°傾けて配置されている。サブユニット２３、２５は、サブユニット２２のＬＥＤチップに対して、それぞれ−２２．５°、＋２２．５°傾けてＬＥＤチップを配置させたサブユニットである。このように、１つのサブユニット内（ＬＥＤ群内）の複数のＬＥＤチップは配置角度が同じであり、複数のサブユニット間（ＬＥＤ群間）においてＬＥＤチップの配置角度を異ならせている。なお、それぞれのサブユニットには３行４列にＬＥＤチップを並べているが、３行４列以外の配置でもよい。例えば、配置角度が互いに異なる２つのＬＥＤチップを有するＬＥＤアレイでもよい。ただし、ある程度まとまった複数のＬＥＤアレイで１つのサブユニットを構成した方が回路設計がしやすいため好ましいといえる。また、配置角度も０°、２２．５°、４５°だけではなく、様々な角度を持たせることができる。制御部５５は、ＬＥＤチップごとに出力を制御してもよく、１つのサブユニットに含まれる複数のＬＥＤチップの出力を一括して制御し、サブユニットごとにＬＥＤの出力を制御してもよい。
光源ユニット１としてＬＥＤアレイ１０１を構成した場合、瞳強度分布は図１１（ａ）に示す分布のようになる。図１１に実線で示す円は、照明光学系の瞳面における有効径に対応する円である。つまり、この円の内側にある強度分布が、被照明面８のある点を照明する角度分布に相当する。分布は、サブユニット２２、２３、２４、２５のＬＥＤチップからの光が合成された光強度分布になっている。サブユニット２２のＬＥＤチップからの光は、面内における縦横方向に比べて斜め方向の強度が強く、方向（方位）間で強度の差が生じている分布を形成する。これは、ＬＥＤチップの形状が四角なので、その外形が部分的に投影されるからである。約４５°傾けて配置されているサブユニット２４のＬＥＤチップからの光は、面内における斜め方向に比べて縦横方向の強度が強く、方向（方位）間で強度の差が生じている分布を形成する。このように、ＬＥＤチップの配置角度に応じて面内においてある軸に対する角度が異なる光強度分布が形成される。分布は、サブユニット２２、２４からの光に加えて、＋２２．５°、−２２．５°傾けてチップを配置させたサブユニット２３、２５からの光が合された光強度分布になっている。このようにＬＥＤチップの配置角度を互いに異ならせることで、分布は、縦横方向と斜め方向など面内の方位間で強度の差（偏り）が小さい光強度分布を形成することができる。
本実施形態では、光源ユニット１として、例えばＬＥＤアレイ１０１を構成した場合に、サブユニット２２から射出される光の強度が、他のサブユニット２３、２４、２５から射出される光の強度よりも高くなるように、各サブユニットを制御することができる。具体的にはサブユニット２２のＬＥＤチップに流れる電流を他のサブユニットのＬＥＤチップに流れる電流より大きくなるように制御する。この際、サブユニット２２のすべて又は一部のＬＥＤチップに流れる電流を変更することができる。すると、瞳強度分布は図１１（ｂ）に示す分布のようになる。つまり、図１１（ａ）の分布に比べて、縦横方向と斜め方向とで強度差が生じる分布になる。また、ＬＥＤアレイ１０１のサブユニット２３、２４、２５から射出される光の強度をサブユニット２２よりも高くするようにＬＥＤチップを制御した場合、瞳強度分布は図１１（ｃ）に示す分布になる。
このように、本実施形態のＬＥＤアレイの出力を制御することにより、所定面、照明光学系の瞳面における光強度分布を所望の強度分布に調整することができる。照明光学系の制御部が目標となる強度分布を設定し、計測ユニットで計測された強度分布に基づいて、実際の瞳強度分布が目標の強度分布となるようにＬＥＤアレイの各ＬＥＤの出力を制御してもよい。
上述の例では、光源ユニット１のレンズアレイ５３とレンズアレイ５４の間隔を変更する際、レンズアレイ５４全体を移動させたが、ＬＥＤのサブユニットに対応するレンズアレイサブユニットごとに移動させてもよい。例えば、レンズアレイ５４を、ＬＥＤのサブユニット２２、２３、２４のそれぞれに対応する、４つのレンズアレイサブユニットで構成し、それぞれを独立して移動可能にする。例えば、図１２に示すようにＬＥＤのサブユニット２２（第１ＬＥＤアレイ）の各ＬＥＤからの光を集光する各レンズからなるレンズアレイサブユニット（第１レンズアレイ）を構成する。また、ＬＥＤのサブユニット２３（第２ＬＥＤアレイ）の各ＬＥＤからの光を集光する各レンズからなるレンズアレイサブユニット（第２レンズアレイ）を構成する。そして、第１レンズアレイと第２レンズアレイとの少なくとも一方を移動可能に構成する。複数のレンズアレイサブユニットを互いに相対的に移動させることにより、レンズアレイ５３との間隔をそれぞれ異ならせる。また、レンズアレイ５３の方もＬＥＤのサブユニットに対応するレンズアレイサブユニットを構成して、レンズアレイサブユニットをそれぞれ個別に位置を制御してもよい。レンズアレイ５３のサブユニットを移動させる場合、ＬＥＤチップも一体として移動させてもよい。
上述の光源装置や照明光学系は各種照明装置に適用でき、光硬化性組成物を照明する装置、被検物を照明して検査する装置、リソグラフィ装置などにも用いることができる。例えば、マスクのパターンを基板に露光する露光装置、マスクレス露光装置、型を用いて基板にパターンを形成するインプリント装置、又は、平板を用いて樹脂等を平坦化させる平坦層形成装置に適用することができる。
次に、図１３を用いて露光装置の例を説明する。図１３に露光装置の概略図を示す。露光装置３００は、フォトマスク１０を照明する照明光学系２００、フォトマスク１０のパターンをウエハ１２上に投影する投影光学系１１を有する。投影光学系１１はレンズからなる投影レンズや、ミラーを用いた反射型投影系でもよい。なお、図１３には図示していないが、フォトマスク１０、ウエハ（基板）１２を保持して駆動するステージが用いられる。
照明光学系２００の被照明面８の近傍にはフォトマスク１０が配置されている。フォトマスク１０には、クロム等の金属膜で、微細なパターンが形成されている。フォトマスク１０に照射された照明光は、フォトマスク１０のパターンに応じて回折する。回折光は投影光学系１１（露光手段）により、ウエハ１２上に結像される。
フォトマスク１０のある１点に入射する光束の角度分布は、照明光学系２００の瞳面における光強度分布に対応し、露光装置の結像性能に影響する。例えば、瞳強度分布が小σであると、マスクのパターンの線幅や周期が小さくなると、基板上に形成されるパターン像の線幅が小さくなったり、解像できなかったりする。輪帯状の強度分布を用いると、より微細な線幅のパターンの像を忠実に基板上に形成することができる。
また、実際の露光装置の結像性能には、照明光学系の瞳強度分布以外に多くの影響要因が考えられる。一例を挙げれば、投影光学系１１の収差や瞳強度分布、露光装置の振動、熱による影響、露光プロセスによる影響などである。これらの要因が複雑に足し合わされ、結像性能が決まる。そこで、照明光学系の瞳強度分布以外の要因で発生している結像性能の悪化を、照明光学系の瞳強度分布を所望の分布に変化させることで補正することができる。本実施形態では複数のレンズアレイの間隔を変えたり、各ＬＥＤの出力を変更したりして、瞳強度分布を変更することができる。
瞳強度分布の調整量は、調整と、パターン結像特性の計測を繰り返すトライアンドエラーにより決定してもよいし、ウエハの感光材の特性やその他のプロセス条件を鑑み、像シミュレーションによって決定してもよい。また、複数のレンズアレイの間隔と、ウエハ上に投影されるパターンの結像性能と、の関係を、パターンの種類（線幅、周期、方向、形状等）ごとに取得しておいてもよい。また、各サブユニットのＬＥＤチップに流す電流値または射出される光の光量と、ウエハ上に投影されるパターンの結像性能と、の関係を、パターンの種類（線幅、周期、方向、形状等）ごとに取得しておいてもよい。これにより、実際に使用するマスクのパターンに応じて、複数のレンズアレイの間隔を変えたり、各ＬＥＤの出力を変更したりでき、様々なパターンに対して結像性能を調整することができる。
以上のように、本実施形態の露光装置によればＬＥＤアレイによって瞳強度分布を所望の分布に制御して各種パターンの結像性能を調整することができる。
図１４に露光装置の別の例を示す。図１４の露光装置ｎ１００では、マスクＭを照明する照明光学系と、マスクのパターンを基板Ｓに投影する投影光学系を有する。マスクＭはマスクステージに移動可能に保持され、基板Ｓは基板ステージに移動可能に保持される。
照明光学系は、光源ｎ１からの光を用いて、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の照明領域ｎ１０ａ、ｎ１０ｂ、ｎ１０ｃをマスクＭの上に形成する。
光源ｎ１としては、上述のＬＥＤアレイを有する光源ユニット１を適用することができる。光源ｎ１からの光は、レンズｎ２を介してライトガイドｎ３の入射端に入射する。ライトガイドｎ３は、ランダムに束ねられた光ファイバーで構成され、その出射端ｎ３ａ、ｎ３ｂのそれぞれで均一な光強度分布を形成する。ライトガイド１０３の出射端ｎ３ａから出射した光束は、リレーレンズｎ４ａを介して、フライアイレンズｎ５ａに入射する。フライアイレンズｎ５ａの射出面側には、複数の二次光源が形成される。複数の二次光源からの光は、二次光源形成位置に前側焦点が位置するように設けられたコンデンサレンズｎ６ａを介して、矩形状の開口部を有する視野絞りｎ７ａを均一に照明する。視野絞りｎ７ａの開口部からの光は、リレー光学系ｎ８ａを介して、ミラーｎ９ａによって光路が９０度偏向され、マスクＭを照明する。リレー光学系ｎ８ａは、視野絞りｎ７ａとマスクＭとを光学的に共役にする光学系であり、視野絞りｎ７ａの開口部の像である照明領域ｎ１０ａを形成する。
ライトガイドｎ３の出射端ｎ３ｂから出射した光束は、リレーレンズｎ４ｂを介して、フライアイレンズｎ５ｂに入射する。フライアイレンズｎ５ｂの射出面側には、複数の二次光源が形成される。複数の二次光源からの光は、二次光源形成位置に前側焦点が位置するように設けられたコンデンサレンズｎ６ｂを介して、矩形状の開口部を有する視野絞りｎ７ｂを均一に照明する。視野絞りｎ７ｂの開口部からの光は、リレー光学系ｎ８ｂを介して、ミラーｎ９ｂによって光路が９０度偏向され、マスクＭを照明する。リレー光学系ｎ８ｂは、視野絞りｎ７ｂとマスクＭとを光学的に共役にする光学系であり、視野絞りｎ７ｂの開口部の像である照明領域ｎ１０ｂを形成する。
照明領域ｎ１０ｃを形成する照明光学系ＩＬも上記と同様の光学系で構成されうる。ライトガイドｎ３の出射端は、照明領域の数に対応して設けられ、これらの照明領域には、複数の照明光学系を介して、ライトガイドｎ３の出射端から照明光がそれぞれ供給される。視野絞りの開口部は矩形状に限定されず、台形状や菱形状であってもよい。また、照明領域の数は３つに限定されず、４つ以上であっても良い。
本例ではライトガイドｎ３の前に１つの光源ｎ１を用いたが、ライトガイドｎ３を用いずに、リレーレンズｎ４ａ等の各リレーレンズの前に、各光源ｎ１（光源ユニット１）を配置させてもよい。つまり、１つの照明光学系に対して１つの光源を用いてもよい。この場合、各光源ユニット１において独立してレンズアレイを移動させることにより、各照明光学系において、瞳面における光強度分布を独立して調整することができる。
次に、投影光学系について説明する。投影光学系は、照明光学系により形成される照明領域の数に対応した数の投影光学系モジュールを有し、等倍かつ正立正像の光学系で構成される。各投影光学系モジュールの構成は同じである。各投影光学系モジュールは、２組のダイソン型光学系（１の部分光学系と第２の部分光学系）を組み合わせた構成を有する。
各部分光学系は、マスクＭに面して４５°の傾斜で配置された反射面を持つ直角プリズムと、マスクＭの面内方向に沿った光軸を有するレンズ群と、レンズ群を通過した光を反射する球面反射鏡と、を有する。
マスクＭを通過した照明領域ｎ１０ａからの光は、直角プリズムｎ１１ａによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１２ａに入射する。直角プリズムｎ１１ａからの光はレンズ群ｎ１２ａにより屈折して球面反射鏡ｎ１３ａに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１２ａを通して直角プリズムｎ１１ａに到達する。レンズ群ｎ１２ａからの光は、直角プリズムｎ１１ａにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１１ａの射出面側にマスクＭの１次像を形成する。ここで、第１の部分光学系が形成するマスクＭの１次像は、Ｘ方向の横倍率が正であり、かつＹ方向の横倍率が負である等倍像である。
１次像からの光は、第２の部分光学系を介して、マスクＭの２次像を基板Ｓの表面上に形成する。第２の部分光学系の構成は第１の部分光学系と同一である。直角プリズムｎ１４ａによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１５ａに入射する。直角プリズムｎ１４ａからの光はレンズ群ｎ１５ａにより屈折して球面反射鏡ｎ１６ａに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１５ａを通して直角プリズムｎ１４ａに到達する。レンズ群ｎ１５ａからの光は、直角プリズムｎ１４ａにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１４ａの射出面側にマスクＭの２次像を形成する。第２の部分光学系は第１の部分光学系と同じく、Ｘ方向が正かつＹ方向が負となる等倍像を形成する。したがって、基板Ｓ上に形成される２次像は、マスクＭの等倍の正立像となり、露光領域ｎ１７ａが形成される。
照明領域ｎ１０ｃについても同様に、直角プリズムｎ１１ｃによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１２ｃに入射する。直角プリズムｎ１１ｃからの光はレンズ群ｎ１２ａにより屈折して球面反射鏡ｎ１３ｃに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１２ｃを通して直角プリズムｎ１１ｃに到達する。レンズ群ｎ１２ｃからの光は、直角プリズムｎ１１ｃにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１１ｃの射出面側にマスクＭの１次像を形成する。そして、直角プリズムｎ１４ｃによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１５ｃに入射する。直角プリズムｎ１４ｃからの光はレンズ群ｎ１５ｃにより屈折して球面反射鏡ｎ１６ｃに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１５ｃを通して直角プリズムｎ１４ｃに到達する。レンズ群ｎ１５ｃからの光は、直角プリズムｎ１４ｃにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１４ｃの射出面側にマスクＭの２次像を形成する。基板Ｓ上には露光領域ｎ１７ｃが形成される。
照明領域ｎ１０ｂについても同様な構成の投影光学系モジュールにより基板上に投影され、基板Ｓ上には露光領域ｎ１７ｂが形成される。これにより、基板Ｓ上には、各投影光学系モジュールによって、Ｙ方向に沿って並ぶ３つの露光領域ｎ１７ａ、ｎ１７ｂ、ｎ１７ｃが形成される。
露光装置ｎ１００は、マスクＭと基板Ｓを相対的にＸ軸方向に移動させて、基板Ｓの走査露光を行う。基板Ｓは露光領域ｎ１７ａ、ｎ１７ｂ、ｎ１７ｃによって露光され、各露光領域によって側端部が重なり合い、基板Ｓを隙間なく露光することができる。
光源ｎ１としては、上述のＬＥＤアレイを有する光源ユニット１を適用することで、瞳強度分布を所望の分布に制御して各種パターンの結像性能を調整することができる。
（物品製造方法）
次に、前述の露光装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、カラーフィルタ、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウエハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、現像された基板を他の周知の加工工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。
また、インプリント装置や平坦層形成装置を利用した物品の製造方法を説明する。物品は、前述の光源装置を有するインプリント装置や平坦層形成装置を使用して、以下の工程を行うことにより製造される。基板上の光硬化性組成物と、パターンが形成された型やパターンのない型（平板）とを接触させ、光源装置を用いて光硬化性組成物を照明して硬化させて、硬化した組成物と型を離す工程を行う。また、硬化した組成物が形成された基板を他の周知の加工工程で処理する工程を行う。他の周知の工程には、エッチング、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

Claims (15)

  1. 複数のＬＥＤチップが配列されたＬＥＤアレイを有する光源装置であって、
    複数のＬＥＤチップの各々からの光を集光する各レンズが設けられた一対のレンズアレイを有し、
    前記複数のＬＥＤチップの各々からの光強度分布を重ね合わせた光強度分布を所定面に形成し、
    前記一対のレンズアレイの間隔を変更することにより、前記所定面に形成する光強度分布を変更することを特徴とする光源装置。
  2. 前記一対のレンズアレイの間隔を変更することにより、前記所定面に形成する光強度分布のピークの位置を変更することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  3. 前記一対のレンズアレイの間隔を変更することにより、光軸を含む中心領域にピークを有する第１光強度分布と、光軸を含まない外側領域にピークを有する第２光強度分布と、の間で光強度分布を変更することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  4. 前記一対のレンズアレイのうち前記ＬＥＤアレイに近い側のレンズアレイを移動させることにより、前記一対のレンズアレイの間隔を変更することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  5. 前記レンズアレイを移動させるための駆動部を有することを特徴とすることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  6. 前記レンズアレイは、前記ＬＥＤアレイの第１ＬＥＤアレイからの光を集光する第１レンズアレイと、前記ＬＥＤアレイの第２ＬＥＤアレイからの光を集光する第２レンズアレイと、を含み、
    前記第１レンズアレイと前記第２レンズアレイの少なくとも一方が移動可能である、ことを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  7. 前記第１ＬＥＤアレイの出力と前記第２ＬＥＤアレイの出力と個別に制御する制御部を有することを特徴とする請求項６に記載の光源装置。
  8. 照明装置であって、
    請求項１乃至７の何れか１項に記載の光源装置と、
    前記光源装置からの光を用いて被照明面を照明する光学系と、を有することを特徴とする照明装置。
  9. 照明モードを変更する制御部、を有し、
    照明モードの変更に応じて、前記光源装置の一対のレンズアレイの間隔を変更することを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
  10. 照明装置の瞳面における瞳強度分布を計測する計測器、を有し、
    前記計測器によって計測された瞳強度分布に基づいて、前記光源装置の一対のレンズアレイの間隔を変更することを特徴とする請求項８に記載の照明装置。
  11. コンデンサレンズと、
    オプティカルインテグレータと、を有し、
    前記光源装置からの光を用いて前記コンデンサレンズを介して前記オプティカルインテグレータの入射面に、前記光源装置の複数のＬＥＤチップのそれぞれからの光強度分布を重ね合わせた光強度分布を形成することを特徴とする請求項８乃至１０の何れか１項に記載の照明装置。
  12. 前記オプティカルインテグレータはレンズ群を有することを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
  13. 基板を露光する露光装置であって、
    請求項８乃至１２の何れか１項に記載の、マスクを照明する照明装置と、
    マスクのパターンを基板に露光する露光手段と、を有することを特徴とする露光装置。
  14. パターンの結像特性に基づいて、前記光源装置の一対のレンズアレイの間隔を変更することを特徴とする請求項１３に記載の露光装置。
  15. 物品の製造方法であって、
    請求項１３又は１４に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光された基板を現像する工程と、を有し、
    現像された基板から物品を得ることを特徴とする物品の製造方法。
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