JPWO2015015749A1 - 露光装置 - Google Patents

Abstract

本発明を例示する態様の光源１０は、発光素子１１と、発光素子１１に対応して設けられたホモジナイザ１３と、を備える。発光素子１１から出射した光は、ホモジナイザ１３により均一な強度分布の変換光に変換されて光源１０から出力される。

Description

本発明は、フォトリソグラフィ技術を利用してレチクル（フォトマスクとも称される）に形成されたパターンを基板に投影する露光装置用の光源および同光源を用いた露光装置に関する。

上記のような露光装置は、例えば基板上にＭＥＭＳ（Micro Electronic Mechanical System）構造のパターンを投影する露光装置や、基板上に半導体の回路パターンを投影する露光装置などがある。これらの露光装置用光源として、水銀ランプを発光体に用いた光源が広く用いられている。

水銀ランプを発光体とする従来の露光装置９００の光学系の概要構成図を図８に示す。露光装置９００は、露光装置用光源９１０と、レチクルＲを支持するレチクル支持部９６０と、露光装置用光源９１０から出力された光をレチクルＲに導く照明光学系９２０と、露光対象物であるウェハ等の基板Ｗを支持する露光対象物支持部９７０と、レチクルＲを透過した光を基板Ｗに投影する投影光学系９５０と、露光装置用光源９１０から出力された光をオン／オフするシャッタ９４０と、シャッタ９４０がオン状態のときにレチクルＲに照射される光の光量を検出する光量検出部９３０と、予め設定された露光条件に基づいて露光装置用光源の作動を制御する露光制御部（不図示）とを備えて構成される。

露光装置用光源９１０は、波長が４３６ｎｍのｇ線、４０５ｎｍのｈ線、あるいは３６５ｎｍのｉ線等を発生する水銀ランプ９１１と、水銀ランプ９１１により発生した光を集光する楕円ミラー９１２と、水銀ランプ９１１の発光を制御する発光制御部（不図示）とを備えて構成される。

照明光学系９２０は、輝線周囲に広がる不要な波長帯域の光を除去するためのダイクロイックミラー９２１、ダイクロイックミラー９２１により反射された光を狭帯域化するバンドパスフィルタ９２２、バンドパスフィルタ９２２を透過した光をフライアイレンズ９２４に入射させるインプットレンズ９２３、レチクルＲに照射する照明光の強度分布を均一化するためのフライアイレンズ９２４及びコンデンサレンズ９２７、フライアイレンズ９２４を出射した光を集めるコレクタレンズ９２５、ミラー９２６などから構成される。

シャッタ９４０は、ビームを遮断する大径部（羽根部）とビームを通過させる小径部（ボス部）とが交互に形成されたシャッターブレード９４１と、シャッターブレード９４１を回転駆動するステッピングモータ９４２とを有して構成される。シャッタ９４０は、ステッピングモータ９４２によりシャッターブレード９４１の回転角度位置を制御することにより、露光装置用光源９１０から出力された光を遮断するオフ状態とレチクルＲに照射するオン状態とに切り換える。すなわち、シャッターブレード９４１を大径部が光路上に位置する回転角度位置に設定したときに、露光装置用光源９１０から出力された光が大径部に遮断されてオフ状態になり、シャッターブレード９４１を小径部が光路上に位置する回転角度位置に設定したときに、露光装置用光源９１０から出力された光が小径部を通過してオン状態になる。シャッタ９４０の作動は露光制御部により制御される。

光量検出部９３０は、シャッタ９４０がオン状態のときにレチクルに向けて出力される光の一部（例えば１〜３％程度）を反射する部分反射鏡９３２、部分反射鏡９３２により反射された光をインテグレータ９３３に入射させるコレクタレンズ９３１、コレクタレンズ９３１により集められた光の積算照度を検出することによってレチクルＲに照射された照明光の積算照度を検出するインテグレータ（積算照度検出器）９３３などから構成される。投影光学系９５０は、レチクルＲを透過した光を所定倍率で縮小し、レチクルＲに描画されたパターンを基板Ｗ上に投影する投影レンズ９５１を有して構成される。

このような水銀ランプ９１１を発光体とする従来の露光装置にあっては、水銀ランプの寿命が数ヶ月程度と短命であるという問題や、水銀ランプが発生する熱に起因した問題（例えば、耐熱性が高い高額な楕円ミラーを用いる必要があるという問題や、大型の冷却ファンや廃熱ダクトを備えた大がかりな冷却装置が必要であるという問題等）があった。このような問題を解決する手段として、水銀ランプ９１１に換えて複数の発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いた露光装置用光源が提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。

特開２００５−３０３０３３号公報 特開２００７−２９２９９９号公報

しかしながら、上記特許文献に記載されたような露光装置用光源は、個々のＬＥＤから出射した光を所定の収束点に集めたものである。そのため、レチクルに照射する照明光の強度分布を均一化するためには、従来と同様の（あるいはより拡散性が高い）フライアイレンズやインプットレンズ等を用いる必要がある。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、露光装置の構成をより簡明化し得るような露光装置用光源を提供することを目的とする。また、簡明な構成の露光装置を提供することを目的とする。更には照明開口数制御（像の解像・コントラスト）を目的とする。

上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する第１の態様は光源である。この光源は、発光素子と、前記発光素子に対応して設けられたホモジナイザと、を備え、前記発光素子から出射した光が、前記ホモジナイザにより均一な強度分布の変換光に変換されて出力されるように構成される。

なお、この光源は、前記発光素子を複数有する発光素子アレイ部を備えることができる。また、前記発光素子アレイ部は、複数の前記発光素子が基板上に一体的に形成されるように構成することができる。

また、この光源は、複数の前記発光素子に各々対応して設けられた複数の前記ホモジナイザを有するホモジナイザアレイ部を備えることができる。また、前記ホモジナイザアレイ部は、複数の前記ホモジナイザが一体的に形成されるように構成することができる。

また、この光源は、前記発光素子を複数有する発光素子アレイ部と、複数の前記発光素子に各々対応して設けられた複数の前記ホモジナイザを有するホモジナイザアレイ部と、を備え、前記発光素子アレイ部及び前記ホモジナイザアレイ部は、複数の前記発光素子及び複数の前記ホモジナイザが基板上に一体的に形成されるように構成することができる。

前記ホモジナイザは、透過型のビームホモジナイザとすることができ、あるいは、回折型のビームホモジナイザとしても良い。

また、複数の前記発光素子から出射した光の強度を個々に検出可能に構成された光源モニタと、複数の前記発光素子の発光を個々に制御可能に構成された発光制御部とを備え、前記発光制御部が、前記光源モニタにより検出された光の強度に基づいて、前記発光素子の発光状態を制御するように構成することができる。

この場合において、前記光源モニタは、前記ホモジナイザアレイ部から出力された複数の変換光の強度を個々に検出可能に構成することができる。そして、前記発光制御部は、前記光源モニタにより検出された前記変換光の強度に基づいて、各前記発光素子の発光強度を制御するように構成することができ、あるいは、前記光源モニタにより検出された前記変換光の強度に基づいて、各前記発光素子の発光時間を制御するように構成することができる。

なお、上記光源は、露光装置用光源として用いられるように構成することができる。

本発明を例示する第２の態様は露光装置である。この露光装置は、上述した光源と、所定のパターンが形成されたレチクルを支持するレチクル支持部と、前記光源から出力された光を前記レチクル支持部に支持された前記レチクルに収束させるコンデンサレンズと、露光対象物を支持する露光対象物支持部と、前記レチクルを透過した光を前記露光対象物支持部に支持された前記露光対象物に照射する投影レンズと、予め設定された露光条件に基づいて前記光源の作動を制御する露光制御部とを備えて構成される。

なお、前記レチクルに照射される光の積算照度を検出するインテグレータを備え、前記露光制御部は、前記インテグレータにより検出された前記積算照度に基づいて前記光源の発光を制御するように構成しても良い。

第１の態様の光源は、発光素子と、発光素子に対応して設けられたホモジナイザと、を備え、発光素子から出射した光がホモジナイザにより均一な強度分布の変換光に変換されて出力される。すなわち、本光源から出力される光は、発光素子から出射した光（単位出力光という）が当該強度分布のまま出力されるのではなく、強度分布が均一な変換光に変換されて出力される。そのため、露光装置側では、光源から出力された光をコンデンサレンズによってレチクル上に収束させれば良く、単位出力光が不均一な強度分布を有することにより必要とされるフライアイレンズやインプットレンズ等を削除することができる。また、発光素子及びホモジナイザをアレイ状に複数配置することにより、平均化効果で個々の誤差の影響を軽減できる。従って、本態様の光源によれば、露光装置を小型化、簡明化することができる。

また、第２の態様の露光装置は、第１の態様の光源を用いて構成されるため、小型且つ簡明な構成の露光装置を提供することができる。

本発明を適用した露光装置の光学系の概要構成図である。 図１におけるII〜矢視の矢視図である。 発光素子から出射したガウス分布の光が、ホモジナイザにより均一な強度分布の変換光に変換される様子をシミュレーションしたシミュレーションデータである。 発光素子から出射される光の強度分布を示すグラフである。 ホモジナイザにより強度分布が変換された変換光の強度分布を示すグラフである。 発光素子アレイ部から出射した光が、ホモジナイザアレイ部及びコンデンサレンズを透過してレチクルに照射されるまでの状況を示す光路図である。 （ａ）ホモジナイザアレイ部に入射する光の強度分布、（ｂ）コンデンサレンズに入射する光の強度分布、（ｃ）レチクルＲに入射する光の強度分布を、３行×３列分について模式的に示した説明図である。 従来の露光装置の光学系の概要構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。本発明を適用した露光装置ＥＳの光学系の概要構成図を図１に示す。露光装置ＥＳは、露光装置用光源１０と、露光装置用光源１０から出力された光をレチクルＲに導く照明光学系２０と、露光装置用光源１０から出力されレチクルＲに照射される光を検出する光検出部３０と、レチクルＲを透過した光を基板Ｗに投影する投影光学系５０と、レチクルＲを支持するレチクル支持部６０と、露光対象物であるウェハ等の基板Ｗを支持する露光対象物支持部７０と、予め設定された露光条件に基づいて露光装置全体の作動を制御する露光制御部８０とを備えて構成される。

露光装置用光源１０は、複数の発光素子１１，１１，１１…が設けられた発光素子アレイ部１２、これらの複数の発光素子に各々対応して設けられた複数のホモジナイザ１３，１３，１３…を有するホモジナイザアレイ部１４、発光素子１１を冷却するための冷却構造１８、発光素子１１，１１，１１…の発光を個々に制御可能に構成された発光制御部８１などを備えて構成される。

発光素子１１は、例えば、波長が水銀ランプのｈ線と同じ４０５ｎｍの紫外光を発生するＬＥＤ（発光ダイオード）、あるいは同様波長の紫外レーザ光を発生する半導体レーザ（ＬＤ）などのデバイスを好適に用いることができる。発光素子アレイ部１２は、複数の発光素子１１，１１，１１…を基板上に一体的に形成して構成することができる。このような発光素子アレイ部１２は、図１におけるII〜矢視の矢視図を図２に示すように、例えば、セラミック基板等の基板１５上に、発光素子１１をｍ行×ｎ列（ｍ及びｎはともに２以上の整数、図示する構成例においてｍ＝ｎ＝１０）マトリクス状に形成することによって製作される。なお、発光素子１１の配設パターンは、同心円状や千鳥格子状、六方晶系状など適宜に設定することができる。

ホモジナイザ１３は、発光素子１１から出射した光（単位出力光）を、均一な強度分布の変換光に変換して出力する光学素子である。よく知られるように、ＬＥＤや半導体レーザ等の発光素子から出力される光は、光軸に直交する面内の光強度（ビームの断面強度）がガウス分布になっている。ホモジナイザ１３は、このような断面強度が均一でない単位出力光を、断面強度が均一なトップハット状の強度分布を有する変換光に変換して出力する。

発光素子１１から出射したガウス分布の単位出力光が、ホモジナイザ１３によりトップハット状の強度分布の変換光に変換される様子をシミュレーションしたデータを図３に示す。また、図４に発光素子１１から出射される単位出力光の強度分布（ガウス分布）、図５にホモジナイザ１３によりトップハット状に変換された変換光の強度分布を示す。図３に例示するホモジナイザ１３は、非球面レンズを用いた透過型のビームホモジナイザであり、ビーム中央部の高密度の光束及びビーム外周部の低密度の光束が等密度化される様子を示す。また、図４及び図５における横軸はビームの半径方向の距離、縦軸は最大値を１として規格化した光強度である。

ホモジナイザアレイ部１４は、発光素子アレイ部１２の発光素子１１，１１，１１…に各々対応するホモジナイザ１３，１３，１３…を有して構成され、各ホモジナイザ１３により均一な強度分布に変換された複数の変換光がホモジナイザアレイ部１４から出力される。ホモジナイザアレイ部１４は、複数のホモジナイザ１３，１３，１３…を一体的に形成して構成することができる。このようなホモジナイザアレイ部１４は、例えば、所要の透過特性を有する樹脂材料を用い、注型や射出成型等の公知の手段を利用して、ホモジナイザ１３をｍ行×ｎ列のマトリクス状に形成することによって作製できる。ガラス材料を用い、ホットプレス等の成型手段により作製しても良い。ホモジナイザ１３の配設パターンについても、発光素子１１の配列パターンに合わせて、同心円状や千鳥格子状、六方晶系状等にすることができる。

なお、発光素子アレイ部１２及びホモジナイザアレイ部１４は、複数の発光素子１１，１１，１１…及び対応するホモジナイザ１３，１３，１３…を、基板１５上に一体的に形成して構成しても良い。例えば、ＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子におけるオンチップレンズやＬＥＤモールド基板等のように、各発光素子（ＬＥＤ回路等）１１に対応したホモジナイザ１３を、基板１５上に一体的に形成して構成しても良い。

冷却構造１８は、発光素子１１の発光に伴って発生する熱を除去し、発光素子１１を冷却するための構造であり、発光素子アレイ部の基板１５の背面側（非発光側）に設けられる。図１には、発光素子アレイ部の基板１５が取り付けられるヒートシンク１８ａと、ヒートシンク１８ａに空気を送風して冷却するファン１８ｂとからなる空冷式の冷却構造を例示する。冷却構造１８は、不活性液体やクーラントなどの液体を媒体とする液冷式の形態や、ヒートパイプを媒体とした形態、あるいはこれらを複合的に用いた形態など、適宜な形態とすることができる。

照明光学系２０は、露光装置用光源１０から出力された光（ｍ×ｎ本の変換光）を集めるコレクタレンズ２５、露光装置用光源１０から出力された光の一部（例えば１〜３％程度）を光検出部３０側に透過し、他をコンデンサレンズ２７側に反射するミラー２６、ミラー２６により反射された光をレチクルＲに収束させるコンデンサレンズ２７などから構成される。なお、本実施形態では、ミラー２６として高反射率鏡を用い、主光路を９０度折り曲げた構成を例示するが、ミラー２６として反射率が１〜３％程度の部分反射鏡を用い、主光路を直線状に構成しても良い。

光検出部３０は、ミラー２６を透過した光（モニタ光という）を集めるコレクタレンズ３１、モニタ光を所定比率で分割するビームスプリッタ３２、モニタ光の積算照度を検出するインテグレータ（積算照度検出器）３３、及びモニタ光の強度分布を検出する光源モニタ３５などを備えて構成される。

インテグレータ３３は、ｍ×ｎ本の変換光の集合体であるモニタ光の積算照度を検出することにより、レチクルＲに照射された照明光の積算照度を検出する。インテグレータ３３はレチクルＲ（照明領域）と共役（物像関係）位置に配置される。インテグレータ３３は、例えば、モニタ光の波長帯域の光に対して検出感度を有するフォトダイオード等を用いて構成することができる。インテグレータ３３により検出された照明光の積算照度は発光制御部８１に出力される。

光源モニタ３５は、ｍ×ｎ本の変換光の強度を個々に検出可能に構成され、モニタ光の強度分布を検出することにより、ｍ×ｎ本の変換光の強度分布を検出可能になっている。光源モニタ３５は発光素子アレイ部１２と共役（物像関係）位置に配置される。光源モニタ３５は、モニタ光の波長帯域の光に対して検出感度を有し、各変換光を充分に解像可能な画素ピッチ及び画素数を有するＣＣＤやＣＭＯＳ等の固体撮像素子を用いて構成することができる。光源モニタ３５により検出されたモニタ光の強度分布も発光制御部８１に出力される。

投影光学系５０は、レチクルＲを透過した光を露光対象物Ｗに照射する投影レンズ５１を備えて構成される。レチクルＲに描画された回路パターンの像は、投影レンズ５１により所定の縮小倍率で露光対象物Ｗに投影され、露光対象物Ｗに回路パターンが形成される。

レチクル支持部６０には、レチクルＲを水平面内でＸ−Ｙ方向に移動させるレチクルステージ（不図示）、露光対象物支持部７０には露光対象物Ｗを水平面内でＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動させる露光テーブル（不図示）が設けられている。

露光制御部８０は、予め設定された露光条件に基づいて、露光装置用光源１０、レチクル支持部６０のレチクルステージ、露光対象物支持部７０の露光テーブルなど、露光装置ＥＳを構成する各部の作動を統括的に制御する。具体的には、露光制御部８０は、露光装置用光源１０の作動を直接的に制御する発光制御部８１を介して露光装置用光源１０の作動を制御する。これらの制御部は、制御用コンピュータ及び各部の制御基板等により構成される。以降では、露光装置用光源１０の作用及び発光制御部８１を主体とした露光装置用光源１０の制御形態について説明する。

図６に、発光素子アレイ部１２から出射した光が、ホモジナイザアレイ部１４及びコンデンサレンズ２７を透過し、レチクルＲに照射されるまでの光路図を示す。発光素子アレイ部１２とレチクルＲ（照明領域）はコンデンサレンズ２７の物側・像側焦点位置に配置される。また、図中に付記したVIIａ，VIIｂ，VIIｃの各位置における光の強度分布、すなわち、（ａ）ホモジナイザアレイ部１４に入射する光の強度分布、（ｂ）コンデンサレンズ２７に入射する光の強度分布、（ｃ）レチクルＲに入射する光の強度分布を、３行×３列分について、図７（ａ），（ｂ），（ｃ）に模式的に示す。

発光素子アレイ部１２の各発光素子１１から出射する単位出力光は、ビームの断面強度がガウス分布になっている。そのため、ホモジナイザアレイ部１４に入射する光は、図７（ａ）に示すように、各発光素子１１から出射したｍ×ｎ本のガウス分布の単位出力光の集合体になる。各単位出力光は各々対応するホモジナイザ１３に入射し、断面強度が均一なトップハット状の強度分布を有する変換光に変換される（既述した図３〜５及び関連説明を参照）。そのため、露光装置用光源１０から出力され、コンデンサレンズ２７に入射する光は、図７（ｂ）に示すように、各ホモジナイザ１３により強度分布が均一化されたｍ×ｎ本の変換光の集合体になる。光検出部３０に入射するモニタ光についても同様である。

コンデンサレンズ２７に入射したｍ×ｎ本の変換光は、このレンズによりレチクルＲに収束される。すなわち各々強度分布が均一化されたｍ×ｎ本の変換光がレチクル上において一体に合成される。そのため、レチクルＲに入射する光すなわち照明光は、図７（ｃ）に示すように、ｍ×ｎ本のトップハット状の変換光が一体に重ね合わされた光となる。従って、仮にｍ×ｎ本の変換光について個々の変換光の強度が異なるような場合、例えば発光素子アレイ部１２を構成する発光素子１１，１１，１１…について発光強度にばらつきがある場合や、一部の発光素子が損傷して点灯しなかった場合などであっても、これらが重ね合わされた照明光の強度分布は均一に保持される。また発光素子アレイ部１２の実発光素子数の変化により明るさと共に照明開口数も変化・制御可能で、像の解像力やコントラストも同様である。レチクルＲを透過した光が投影レンズ５１により露光対象物Ｗに投影される過程は、水銀ランプ等を発光体とする従来の露光装置と同様である。

露光装置ＥＳにおいては、露光制御部８０が光検出部３０のインテグレータ３３により検出された積算照度に基づいて、露光装置用光源１０の発光を制御する。インテグレータ３３に入射する光は、レチクルＲに入射する光と同様に、ホモジナイザアレイ部１４の各ホモジナイザ１３により強度分布が均一化され、コレクタレンズ３１により集められた光である。すなわち、インテグレータ３３はモニタ光全体での積算照度（単位時間当たりの照度×照射時間）を検出し、レチクルＲに照射された照明光の積算照度を検出する。そのため、インテグレータ３３はフォトダイオード等の単一の受光素子を用いることができる。なお、インテグレータ３３として複数画素からなる受光センサを用いることにより一様照度も検出制御することができる。

露光制御部８０は、発光制御部８１に発光開始の指令信号を出力して発光素子アレイ部１２の発光素子１１，１１，１１…を発光させ、インテグレータ３３により検出される積算照度が予め露光条件として設定された露光量になったときに、発光停止の指令信号を出力して発光素子１１，１１，１１…の発光を停止させる。なお、露光制御部８０が発光開始の指令信号と露光量の指令信号を発光制御部８１に出力し、インテグレータ３３により検出される積算照度が指令された露光量になったときに、発光制御部８１が発光素子１１，１１，１１…の発光を停止させるように構成しても良い。

すなわち、露光装置ＥＳにおいては、露光装置用光源１０の発光を制御すること、具体的には発光素子アレイ部１２の発光素子１１，１１，１１…をオン／オフ制御することによって、レチクルＲへの照明光の照射がオン／オフされる。このような構成によって、従来の露光装置に設けられていたシャッタ（図８を参照）を削除することができる。また、露光装置用光源１０から強度分布が均一な変換光が出力されるため、従来の露光装置に設けられていたフライアイレンズを削除することができる。そのため、このような構成の露光装置ＥＳによれば、装置構成を大幅に簡明化、小型化することができる。

さらに、水銀ランプを発光体とする従来の露光装置においては、水銀ランプの寿命が数ヶ月程度と短く、かつ水銀ランプは露光装置の稼働／非稼働を問わず常時点灯状態になるように設定されているため、無効な消費電力が多大であるという問題があったが、本構成によれば、発光素子の寿命が数年以上と長く、かつ露光時のみ発光素子が点灯する構成のため、これらの問題を解決してランニングコストを大幅に低減することができる。

次に、発光制御部８１による露光装置用光源１０の制御形態について説明する。露光装置ＥＳにおいては、発光制御部８１が、光源モニタ３５により検出されたモニタ光の強度分布に基づいて、発光素子アレイ部１２の各発光素子１１の発光状態を制御する。上述したように、光源モニタ３５は発光素子アレイ部１２と共役位置に配置されており、光源モニタ３５には発光素子アレイ部１２を構成する各発光素子１１の像が結像する。

発光制御部８１は、光源モニタ３５により検出されたｍ×ｎ本の変換光の相対強度、すなわち発光素子アレイ部１２を構成する各発光素子１１の相対強度（及びインテグレータ３３により検出される積算照度）に基づいて、発光素子アレイ部１２の各発光素子１１の発光状態を制御する。例えば、発光素子アレイ部１２を構成する１０行×１０列の発光素子１１を、全て発光強度が１（規格値）となる駆動電力で点灯させた場合において、２行５列の発光素子１１から出射した変換光（より正確には２行５列の発光素子１１から出射し対応するホモジナイザ１３により変換されて出射する変換光。以下同様）の強度のみが０．８、あるいは１．２等であった場合を想定する。

このとき、発光制御部８１は、２行５列の発光素子１１から出射した変換光の積算照度が、他の発光素子１１から出射した変換光の積算照度と同じになる（例えば、±５％程度の所定の許容幅内に収まる）ように、当該発光素子（または他の発光素子）１１の発光状態を制御する。発光状態を制御する手段として、発光素子１１の発光強度を調整する制御形態と、発光素子１１の発光時間を調整する制御形態が例示される。

発光素子１１の発光強度を調整する制御形態では、２行５列の発光素子から出射した変換光の強度が、他の発光素子から出射した変換光の強度と同じになるように、２行５列の発光素子（または他の発光素子）の駆動電流を制御する。発光素子１１の発光時間を調整する制御形態では、２行５列の発光素子から出射した変換光の積算照度が、他の発光素子から出射した変換光の積算照度と同じになるように、２行５列の発光素子（または他の発光素子）の発光時間を制御する。

このような発光制御部８１を備えた露光装置用光源１０によれば、複数の変換光を重複することによる平均化の効果に加えて、照明光を形成する複数の変換光相互の積算照度を均一化することができ、照明光の均質度をより高めることができる。特に、発光素子アレイ部１２の発光素子１１，１１，１１…を円形や多角形等の任意形状、円環状や任意外形の枠状、ライン状や十字状などの発光パターンで発光させるような場合に、露光対象物Ｗに投影される像のコントラストや解像度を向上させることができる。

また、露光装置用光源１０においては、光源モニタ３５は、発光素子アレイ部１２の個々の発光素子１１の相対的な発光強度を検出する構成であり、検出された発光強度は、強度分布が均一化された照明光の照度に対する各発光素子の寄与度を表す。このため、発光モニタ３５により検出された変換光の強度に応じて対応する発光素子を制御することにより、照度制御をより的確に行うことができる。なお、光源モニタ３５の光路にレンズを挿入して共役関係を変更し、各々強度分布が均一化されたｍ×ｎ本の変換光が光源モニタ３５に入射するように構成してもよい。このような構成によれば、各発光素子１１から出射した光のピーク強度が圧縮されて均一化されるため、光源モニタ３５のダイナミックレンジを実質的に拡大することができる。

発光制御部８１は、光源モニタ３５により検出されたｍ×ｎ本の変換光の強度分布に基づいて、ワーニングやアラーム等の警報を出力する。例えば、上記構成例において、２行５列の発光素子の駆動電流を予め設定された所定範囲で調整しても、他の発光素子と同じ発光強度にならないとき、あるいは、２行５列の発光素子の発光時間を予め設定された所定範囲で調整しても、他の発光素子と同じ積算照度にならないときに、２行５列の発光素子に異常がある旨のワーニングを出力する。また、例えば、光源モニタ３５により検出されたｍ×ｎ本の変換光の強度分布から、発光素子アレイ部１２の発光素子１１，１１，１１…が、予め設定された所定割合（例えば１５％程度）以上発光していない、または発光強度が低いと判断されたときに、発光素子アレイ部１２に異常がある旨のアラームを出力する。

これらのワーニングやアラーム等は、発光制御部８１から露光制御部８０に出力され、露光制御部８０は、露光装置ＥＳの操作パネル８５に警報内容を表示し、Ｉ／Ｏポート８６を介して外部に警報信号を出力するとともに、必要に応じて露光装置ＥＳの作動を一次停止させるインターロックを実行する。露光装置ＥＳのオペレータは、警報内容に応じた対応を取ることができ、例えば、ワーニングが発生した段階で発光素子アレイ部１２あるいは露光装置用光源１０を準備し、アラームが発生する以前の適当な時期に保守・交換作業等を的確に実施することができる。

以上説明したように、露光装置ＥＳにおいては、露光装置用光源１０は、複数の発光素子１１，１１，１１…が設けられた発光素子アレイ部１２と、発光素子アレイ部の各発光素子１１に対応した複数のホモジナイザ１３，１３，１３…を有するホモジナイザアレイ部１４とを備え、各発光素子１１から出射した光が各ホモジナイザ１３により均一な強度分布の変換光に変換されて出力される。そのため、露光装置用光源自体を小型化できるとともに、露光装置側にはフライアイレンズ等のビーム整形手段を設ける必要がなく、露光装置を小型化、簡明化することができる。

なお、実施形態では、ホモジナイザ１３として、非球面レンズを用いた透過型のビームホモジナイザを例示したが、ＤＯＥレンズを用いた回折型のビームホモジナイザとしても良い。回折型のビームホモジナイザとすれば色消し作用を持たせることができ、発光素子１１の波長幅が比較的広い場合や、発光波長が異なる発光素子（例えば、ｈ線の発光素子とｉ線の発光素子、あるいは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３色の発光素子等）を基板上に設けた発光素子アレイとした場合等であっても、各波長域の光を効率的にレチクルＲに収束させることができる。

また、発光素子アレイ部１２の発光素子１１，１１，１１…は、基本的には、発光波長が同一の場合を主体として説明したが、上記のように発光波長が異なる発光素子を所定の配列パターンで配設し、露光条件に基づいて、発光制御部８１が選択的あるいは複合的に発光素子の発光を制御するように構成しても良い。

本発明は、フォトリソグラフィ技術を利用してレチクル（フォトマスクとも称される）に形成されたパターンを基板に投影する露光装置に関する。

本発明はこのような事情に鑑みて成されたものであり、簡明な構成の露光装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する露光装置は、複数の発光素子が設けられた発光素子アレイ部と、前記複数の発光素子に各々対応して設けられ、前記複数の発光素子の各々から出射した光を均一な強度分布の変換光に変換して出力する複数のホモジナイザを有するホモジナイザアレイ部と、前記複数の発光素子から出射した光の強度を個々に検出可能に構成された光源モニタと、前記複数の発光素子の発光を個々に制御可能に構成された発光制御部と、を有する露光装置用光源と、所定のパターンが形成されたレチクルを支持するレチクル支持部と、前記露光装置用光源から出力された複数の光を前記レチクル支持部に支持された前記レチクルに収束させるコンデンサレンズと、露光対象物を支持する露光対象物支持部と、前記レチクルを透過した光を前記露光対象物支持部に支持された前記露光対象物に照射する投影レンズと、前記レチクルに照射される光の積算照度を検出するインテグレータと、予め設定された露光条件に基づいて前記露光装置用光源の作動を制御するとともに、前記インテグレータにより検出された前記積算照度に基づいて前記露光装置用光源の発光を制御する露光制御部と、を備える。

また、前記発光素子アレイ部は、複数の前記発光素子が基板上に一体的に形成されるように構成することができる。

また、前記ホモジナイザアレイ部は、複数の前記ホモジナイザが一体的に形成されるように構成することができる。

また、前記発光素子アレイ部及び前記ホモジナイザアレイ部は、複数の前記発光素子及び複数の前記ホモジナイザが基板上に一体的に形成されるように構成することができる。

この場合において、前記光源モニタは、前記ホモジナイザから出力された複数の前記変換光の強度を検出可能に構成することができる。そして、前記発光制御部は、前記光源モニタにより検出された前記変換光の強度に基づいて前記発光素子の発光強度を制御するように構成することができ、あるいは、前記光源モニタにより検出された前記変換光の強度に基づいて前記発光素子の発光時間を制御するように構成することができる。

本発明によれば、小型且つ簡明な構成の露光装置を提供することができる。

上記課題を解決して目的を達成するため、本発明を例示する露光装置は、複数の発光素子が設けられた発光素子アレイ部と、前記複数の発光素子に各々対応して設けられ、前記複数の発光素子の各々から出射した光を均一な強度分布の変換光に変換して出力する複数のホモジナイザを有するホモジナイザアレイ部と、前記複数の発光素子の発光を個々に制御可能に構成された発光制御部と、を有する露光装置用光源と、所定のパターンが形成されたレチクルを支持するレチクル支持部と、前記露光装置用光源から出力された複数の光を前記レチクル支持部に支持された前記レチクルに収束させるコンデンサレンズと、前記複数の発光素子から出射した光の強度を個々に検出可能に構成された光源モニタと、前記レチクルに照射される光の積算照度を検出するインテグレータと、を備えた光検出部と、前記露光装置用光源から出射された光の一部を前記光検出部に向けて透過させ、残りの光を前記コンデンサレンズに向けて反射させるミラーと、露光対象物を支持する露光対象物支持部と、前記レチクルを透過した光を前記露光対象物支持部に支持された前記露光対象物に照射する投影レンズと、装置全体の作動を制御する露光制御部と、を有し、前記発光制御部は、前記光検出部の前記光源モニタにより検出された前記複数の発光素子の光の強度及び前記光検出部の前記インテグレータにより検出された積算照度を用いて、前記発光素子アレイ部の前記複数の発光素子の各々が発光したときの積算照度が同一となるように、前記複数の発光素子の各発光素子から射出される光の発光強度又は発光時間を制御し、前記発光制御部は、前記複数の発光素子の発光制御を行っても、前記複数の発光素子の各発光素子から射出される光の積算照度、及び前記複数の発光素子の各発光素子から射出される光の強度のいずれかが同一とならない場合にワーニングを出力するとともに、前記複数の発光素子のうち所定の割合の発光素子が発光していない場合又は発光強度が低い場合にアラームを出力し、前記露光制御部は、前記発光制御部が出力した前記ワーニング又はアラームに基づく制御を実行する。

Claims (15)

1. 発光素子と、
   前記発光素子に対応して設けられたホモジナイザと、を備え、
   前記発光素子から出射した光が、前記ホモジナイザにより均一な強度分布の変換光に変換されて出力される
   ように構成したことを特徴とする光源。
2. 請求項１に記載の光源において、
   前記発光素子を複数有する発光素子アレイ部を備えたことを特徴とする光源。
3. 請求項２に記載の光源において、
   前記発光素子アレイ部は、複数の前記発光素子が基板上に一体的に形成されることを特徴とする光源。
4. 請求項２又は請求項３に記載の光源において、
   複数の前記発光素子に各々対応して設けられた複数の前記ホモジナイザを有するホモジナイザアレイ部を備えたことを特徴とする光源。
5. 請求項４に記載の光源において、
   前記ホモジナイザアレイ部は、複数の前記ホモジナイザが一体的に形成されることを特徴とする光源。
6. 請求項１に記載の光源において、
   前記発光素子を複数有する発光素子アレイ部と、
   複数の前記発光素子に各々対応して設けられた複数の前記ホモジナイザを有するホモジナイザアレイ部と、を備え、
   前記発光素子アレイ部及び前記ホモジナイザアレイ部は、複数の前記発光素子及び複数の前記ホモジナイザが基板上に一体的に形成されることを特徴とする光源。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光源において、
   前記ホモジナイザは、透過型のビームホモジナイザであることを特徴とする光源。
8. 請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光源において、
   前記ホモジナイザは、回折型のビームホモジナイザであることを特徴とする光源。
9. 請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の光源において、
   複数の前記発光素子から出射した光の強度を個々に検出可能に構成された光源モニタと、
   複数の前記発光素子の発光を個々に制御可能に構成された発光制御部と、を備え、
   前記発光制御部が、前記光源モニタにより検出された光の強度に基づいて、前記発光素子の発光状態を制御するように構成したことを特徴とする光源。
10. 請求項９に記載の光源において、
    前記光源モニタは、
    前記ホモジナイザアレイ部から出力された複数の前記変換光の強度を個々に検出可能に構成されることを特徴とする光源。
11. 請求項１０に記載の光源において、
    前記発光制御部は、前記光源モニタにより検出された前記変換光の強度に基づいて、各前記発光素子の発光強度を制御することを特徴とする光源。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載の光源において、
    前記発光制御部は、前記光源モニタにより検出された前記変換光の強度に基づいて、各前記発光素子の発光時間を制御することを特徴とする光源。
13. 請求項１から請求項１２に記載の光源において、
    前記光源は、露光装置用光源として用いられることを特徴とする光源。
14. 請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載の光源と、
    所定のパターンが形成されたレチクルを支持するレチクル支持部と、
    前記光源から出力された光を前記レチクル支持部に支持された前記レチクルに収束させるコンデンサレンズと、
    露光対象物を支持する露光対象物支持部と、
    前記レチクルを透過した光を前記露光対象物支持部に支持された前記露光対象物に照射する投影レンズと、
    予め設定された露光条件に基づいて前記光源の作動を制御する露光制御部と、を備えた露光装置。
15. 請求項１４に記載の露光装置において、
    前記レチクルに照射される光の積算照度を検出するインテグレータを備え、
    前記露光制御部は、前記インテグレータにより検出された前記積算照度に基づいて前記光源の発光を制御することを特徴とする露光装置。

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