特許 7508278 露光装置、露光方法、及び物品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-21

(45)【発行日】2024-07-01

(54)【発明の名称】露光装置、露光方法、及び物品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20240624BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G03F7/20 521

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020097739

(22)【出願日】2020-06-04

(65)【公開番号】P2021189397

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2023-05-23

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 敢士

(72)【発明者】

【氏名】八講 学

【審査官】植木 隆和

(56)【参考文献】

【文献】特開平１０－０２２２２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２４２７７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－０４３９３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／０２２０３０６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１５／０１５７４９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１６－１８８８７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１６／１５２３５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１７－０７３５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０２２８８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１２２９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６２３３０３９（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／０２７

Ｇ０３Ｆ ７／２０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を露光する露光装置であって、
複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズから出射した光を集光するコンデンサレンズと、を含み、前記複数の固体発光素子からの光でマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、を有し、
前記複数の固体発光素子のそれぞれは、前記複数のコリメートレンズのそれぞれの光軸外で最大強度となるように発光し、
前記コンデンサレンズの後側焦点位置の光強度分布である瞳面強度分布は、前記複数の固体発光素子のそれぞれからの光を重畳させることにより形成される光強度分布であり、
前記瞳面強度分布は、前記照明光学系の光軸外で最大強度となる光強度分布であることを特徴とする露光装置。

【請求項2】

前記瞳面強度分布は、４回以上の回転対称性を示す光強度分布であることを特徴とする請求項１に記載の露光装置。

【請求項3】

前記瞳面強度分布は、輪帯形状の光強度分布であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。

【請求項4】

前記瞳面強度分布は、四重極形状の光強度分布であることを特徴とする請求項２に記載の露光装置。

【請求項5】

前記照明光学系は、前記光のうち一部の光を遮光する開口絞りを更に備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の露光装置。

【請求項6】

前記複数の固体発光素子の発光分布は、前記開口絞りを透過した後の前記投影光学系の瞳面における光強度分布である有効光源分布に対応した分布であることを特徴とする請求項５に記載の露光装置。

【請求項7】

前記発光分布で最大の光強度となる領域は、前記有効光源分布の発光領域を仮想的に前記複数の固体発光素子の発光面に逆投影した領域の中に含まれることを特徴とする請求項６に記載の露光装置。

【請求項8】

前記発光分布の領域をＳ、前記逆投影した分布の領域をＳ´、前記複数の固体発光素子の発光面における照度分布をＩ（ｘ，ｙ）としたとき

【数1】

で規定される特性値が１．１３以上であることを特徴とする請求項７に記載の露光装置。

【請求項9】

前記複数の固体発光素子のそれぞれは、前記複数のコリメートレンズのそれぞれの光軸に対して偏心して配置されることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の露光装置。

【請求項10】

前記複数のコリメートレンズの焦点距離が可変であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の露光装置。

【請求項11】

前記複数の固体発光素子は、第１の固体発光素子と第２の固体発光素子を含み、
前記照明光学系は、前記第１の固体発光素子の発光面である第１発光面と、前記第２の固体発光素子の発光面である第２発光面を含む複数の発光面の発光分布を重畳して、前記投影光学系の瞳面に形成することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の露光装置。

【請求項12】

前記第１の固体発光素子の発光分布は、前記第２の固体発光素子の発光分布と異なる発光分布であることを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。

【請求項13】

前記第１の固体発光素子は、前記発光面に対して垂直な軸周りの角度が、前記第２の固体発光素子と異なる角度で配置されることを特徴とする請求項１１又は１２に記載の露光装置。

【請求項14】

基板を露光する露光装置であって、
第１の波長特性を有する第１の固体発光素子と、前記第１の波長特性とは異なる第２の波長特性を有する第２の固体発光素子とを含む複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子にそれぞれ対応して設けられた複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズから出射した光を集光するコンデンサレンズと、を有し、前記複数の固体発光素子からの光でマスクを照明する照明光学系と、
前記マスクのパターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、を有し、
前記複数の固体発光素子のそれぞれは、前記複数のコリメートレンズのそれぞれの光軸外で最大強度となるように発光し、
前記コンデンサレンズの後側焦点位置における瞳面強度分布は、前記第１の固体発光素子からの光により形成される第１光強度分布と、前記第２の固体発光素子からの光により形成される第２光強度分布と、を重畳させた光強度分布であることを特徴とする露光装置。

【請求項15】

前記第２の波長特性の重心波長は、前記第１の波長特性の重心波長よりも長い波長であることを特徴とする請求項１４に記載の露光装置。

【請求項16】

前記第２光強度分布において最大の光強度となる領域は、前記第１光強度分布において最大となる光強度の領域よりも前記照明光学系の光軸を中心として外側の領域であることを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。

【請求項17】

前記複数のコリメートレンズは、前記第１の固体発光素子からの光をコリメートする第１コリメートレンズ及び前記第２の固体発光素子からの光をコリメートする第２コリメートレンズを含み、
前記第１コリメートレンズの焦点距離は、前記第２コリメートレンズの焦点距離とは異なることを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の露光装置。

【請求項18】

基板を露光する露光方法であって、
照明光学系を介した光でマスクを照明する第１の工程と、
前記マスクのパターンの像を前記基板に投影する第２の工程と、を有し、
前記照明光学系は、複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズから出射した光を集光するコンデンサレンズと、を含み、
前記複数の固体発光素子のそれぞれは、前記複数のコリメートレンズのそれぞれの光軸外で最大強度となるように発光し、
前記コンデンサレンズの後側焦点位置の光強度分布である瞳面強度分布は、前記複数の固体発光素子のそれぞれからの光を重畳させることにより形成される光強度分布であり、
前記瞳面強度分布は、前記照明光学系の光軸外で最大強度となる光強度分布であることを特徴とする露光方法。

【請求項19】

請求項１乃至１７のいずれか１項に記載の露光装置を用いて基板を露光する露光工程と、
前記露光工程で露光された基板を現像する現像工程と、
前記現像工程で現像された基板の処理を行う処理工程と、を含み、
前記処理工程で処理された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、露光装置、露光方法、及び物品の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

露光装置は、マスク（原版）に形成されているパターンをプレート（基板）に転写する装置であって、照明光学系を介して被照射面であるマスクに光を照明し、投影光学系を介してマスクのパターンの像をプレート上に投影する。露光装置の照明光学系では、光源からの光でオプティカルインテグレータを照明し、照明光学系の瞳面に相当する当該オプティカルインテグレータの射出面において２次光源を生成する。２次光源は、所定の形状および所定の大きさを持つ発光領域で形成される。また、発光領域における光量分布である有効光源分布は、マスクの各点を照明する光の角度分布に対応する。

【0003】

露光装置においては、微細パターンに対する転写性能の向上技術として、超解像技術（ＲＥＴ：Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）が知られている。ＲＥＴの１つとして、マスクの各点を照明する光の角度分布を最適化する変形照明の技術が知られている。例えば、微細パターンに対する解像性能を向上させることを目的として、有効光源分布を輪帯形状にした輪帯照明が用いられる。

【0004】

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、固体発光素子である発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）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、省エネルギー且つ長寿命であるというメリットがある。

【0005】

特許文献１には、複数のＬＥＤ素子の発光分布を照明光学系の瞳面に重畳し、有効光源分布を均一にするための構成が記載されている。また、照明光学系の瞳面に配置する開口絞りの開口部の形状を輪帯形状とすることで、解像性能を向上させる変形照明を用いる内容についても開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１６－１８８８７８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般的に、ＬＥＤ素子は、その発光面内で一様の強度で発光するように構成されているため、瞳面位置の光強度分布も一様な分布となる。そのため、変形照明を形成するためには、照明光学系の瞳面に所望の形状の開口絞りを配置し、光を遮光する必要がある。結果として、変形照明の形成のためには、開口絞りの遮光領域の分だけ照度が低下してしまう。

【0008】

そこで、本発明は、ＬＥＤを光源とした変形照明において、照度の低下を抑制するために有利な露光装置を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての露光装置は、基板を露光する露光装置であって、複数の固体発光素子と、前記複数の固体発光素子のそれぞれに対応して設けられた複数のコリメートレンズと、前記複数のコリメートレンズから出射した光を集光するコンデンサレンズと、を含み、前記複数の固体発光素子からの光でマスクを照明する照明光学系と、前記マスクのパターンの像を前記基板に投影する投影光学系と、を有し、前記複数の固体発光素子のそれぞれは、前記複数のコリメートレンズのそれぞれの光軸外で最大強度となるように発光し、前記コンデンサレンズの後側焦点位置の光強度分布である瞳面強度分布は、前記複数の固体発光素子のそれぞれからの光を重畳させることにより形成される光強度分布であり、前記瞳面強度分布は、前記照明光学系の光軸外で最大強度となる光強度分布であることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、例えば、ＬＥＤを光源とした変形照明において、照度の低下を抑制するために有利な露光装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】露光装置の構成を示す概略図である。

【図2】照明光学系構成を示す概略図である。

【図3】ＬＥＤアレイ光源の構成を示す図である。

【図4】照明光学系のその他の構成例を示す図である。

【図5】比較例における輪帯照明の形成を示す図である。

【図6】実施例１における輪帯照明の形成を示す図である。

【図7】比較例と実施例１のシミュレーション結果を示す図である。

【図8】比較例と実施例１の瞳面強度分布の強度プロファイルを示す図である。

【図9】比較例に対する実施例１の光量比を示す図である。

【図10】実施例１における四重極照明の形成を示す図である。

【図11】有効光源分布を逆投影した逆投影分布を示す図である。

【図12】異なる発光分布の複数のＬＥＤ素子における輪帯照明の形成を示す図である。

【図13】異なる角度の複数のＬＥＤ素子における輪帯照明の形成を示す図である。

【図14】異なる偏心の複数のＬＥＤにおける四重極照明の形成を示す図である。

【図15】焦点距離が可変である集光部の構成を示す図である。

【図16】瞳面強度分布のシミュレーション結果を示す図である。

【図17】図１６の瞳面強度分布の強度プロファイルを示す図である。

【図18】複数の発光分布の発光面を示す図である。

【図19】実施例５における変形照明の波長域と発光領域の関係を示す図である。

【図20】実施例５のシミュレーション結果を示す図である。

【図21】実施例５における有効光源分布の形成を示す図である。

【図22】様々な分布と式（５）の評価値の対応について示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

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。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の一側面としての露光装置の構成を示す概略図である。露光装置１００は、複数の波長域を含む光でマスク（原版）１を照明し、プレート（基板）６にマスク１のパターンを転写するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、フラットパネルディスプレイ、半導体素子、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）などを製造するための装置である。

【0014】

露光装置１００は、光源からの光によって、被照明面であるマスク１を照明する照明光学系１０と、マスク１に形成されたパターンの像をプレート６へと投影する投影光学系１０１とを有する。更に、露光装置１００は、マスク１を保持し、駆動又は位置決めするマスクステージ２と、プレート６を保持し、駆動又は位置決めするプレートステージ７と、プレートステージ７に設けられた計測部８と、制御部９とを有する。マスク１は、投影光学系１１の物体面に配置され、プレート６は、物体面と光学的に共役な位置である投影光学系１１の像面に配置される。

【0015】

投影光学系１０１は、例えば、反射光学系であり、ミラー３、４及び５を含む。投影光学系１０１は、マスク１からの光をミラー３、４、５、４、３の順に反射し、マスク１の投影像をプレート６に形成する。投影光学系１０１が反射光学系で構成される場合、光源からの光の色収差が屈折光学系よりも小さい。このような構成は、複数の波長域を含む広帯域光（ブロードバンド照明光）を用いる場合に好適である。

【0016】

制御部９は、露光装置１００の各部、即ち、照明光学系１０、投影光学系１０１、マスクステージ２、プレートステージ７などを統括的に制御して露光装置１００を動作させる。制御部９は、例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略。）などのＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅの略。）、又は、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略。）、又は、プログラムが組み込まれた汎用又は専用のコンピュータ、又は、これらの全部又は一部の組み合わせによって構成される。

【0017】

図２は、照明光学系１０の構成を示す概略図である。照明光学系１０は、例えば、光源１１と、コンデンサレンズ１２、１５と、オプティカルインテグレータ１３と、開口絞り１４とを含む。

【0018】

光源１１は、例えば、固体発光素子であるＬＥＤ素子を複数含むＬＥＤアレイ光源のことであり、詳しい構成については後述する。光源１１から射出される光は、コンデンサレンズ１２で集光され、オプティカルインテグレータ１３を照射する。位置関係としては、コンデンサレンズ１２の前側焦点位置の近傍に光源１１の射出面が位置し、コンデンサレンズ１２の後側焦点位置の近傍にオプティカルインテグレータ１３の入射面が位置するよう構成する。ここで、光源１１の射出面やオプティカルインテグレータ１３の入射面はコンデンサレンズ１２の焦点位置に完全に一致する必要はなく、例えば焦点距離から１０％以内に位置されても良い。

【0019】

オプティカルインテグレータ１３は、例えば、フライアイレンズであり、多数の同一のレンズエレメントから構成される。オプティカルインテグレータ１３は入射面上の光を波面分割し、その射出面で光源１１の多重光源像を形成する。換言すると、オプティカルインテグレータ１３を構成する多数のレンズエレメントの１つ１つの射出面に、光源１１の光学像が形成され、これが２次光源となる。オプティカルインテグレータ１３の射出面近傍に配置される開口絞り１４は、マスク１を照射する光の角度分布を制御する。開口絞り１４は、例えば、輪帯形状の透過領域や四重極状の透過領域を設けることで、輪帯や四重極などの変形照明を形成可能である。開口絞り１４を透過した光は、コンデンサレンズ１５によって集光され、照明光としてマスク１を照射する。また、プレートステージ７には、オプティカルインテグレータ１３の射出面に形成される２次光源の形状や光強度を計測可能なイメージセンサ（例えば、ＣＣＤセンサ）である計測部８が設けられている。

【0020】

ここで、照明光学系１０の瞳面位置とは、オプティカルインテグレータ１３の射出面に相当する。また、マスク１が配置されている面に対して光学的にフーリエ変換した面が瞳面位置に相当する。瞳面強度分布とは、オプティカルインテグレータ１３の射出面の光量分布を指す。有効光源分布とは、マスク１を照明する光の角度分布であり、図２においては開口絞り１４を透過した後の光量分布に相当する。ここで、開口絞り１４が設けられない場合には、瞳面強度分布と有効光源分布は同一となる。また、本実施形態における変形照明は、有効光源分布が輪帯形状や四重極状であるものとして説明するが、これに限られるものではなく、円形で略均一な分布とは異なる有効光源分布全般を指す。

【0021】

オプティカルインテグレータ１３の分割数が無限大の極限を考える（レンズエレメント１つの大きさが無限小の極限を考える）と、オプティカルインテグレータ１３の入射面の光量分布と、射出面の光量分布である瞳面強度分布は同一となる。オプティカルインテグレータ１３の分割数が有限の場合は入射面の光量分布と瞳面強度分布は必ずしも一致しない。しかし、両者の分布には高い相関があることからオプティカルインテグレータ１３の入射面の光量分布を「瞳面強度分布」と称しても差し支えない。

【0022】

次に、光源１１の構成について図３で説明する。図３（ａ）は、ｘ軸方向から見た光源の断面の概略図であり、図３（ｂ）は、ｚ軸方向から見た光源の概略図である。光源１１は、基台２１に複数のＬＥＤ素子２２が実装されている構成となっている。ＬＥＤ素子２２は、高圧水銀ランプと比べて放射エネルギーが小さいため複数用いる必要があり、例えば、１０００個程度のＬＥＤ素子２２が基台２１に実装される。ＬＥＤ素子２２は、基台２１の上に二次元的に配列されており、特に図３（ｂ）では正方格子状に配列しているがこのような配列に限らず、その他の配列、例えば、千鳥状に配列されてもよい。

【0023】

ＬＥＤ素子２２は紫外光を放射するＵＶ－ＬＥＤであり、発光ピークの波長は、例えば、３６５ｎｍ、３８５ｎｍ、４０５ｎｍである。複数のＬＥＤ素子２２はすべて同一の発光波長であっても良いし、異なる発光波長のものを同一の基台上に混在させてもよい。また、ＬＥＤ素子２２から放射される光は、放射角度が半角で６０～７０度程度であり、一般的なフラットパネルディスプレイ向けの投影光学系の開口数ＮＡが０．１前後（角度に換算すると５．７度前後）であることを考えると非常に大きな角度分布である。そこで、ＬＥＤ素子２２からの放射光束を損失なく下流の光学系で取り込むため、各ＬＥＤ素子２２の直下に、放射光束をコリメートする集光部２３を設けることが望ましい。

【0024】

集光部２３には、各ＬＥＤ素子２２の１つ１つに対応するようにコリメートレンズが設けられている。図３（ｂ）の点線と点線が交わっている交点は、集光部２３に含まれる各コリメートレンズの光軸を表している。ここでは各コリメートレンズの光軸と各ＬＥＤ素子２２の中心が一致するように図示されているが、必ずしもその通り配置する必要はない。

【0025】

集光部２３の前側焦点位置の近傍に、ＬＥＤ素子２２の発光面が位置するように構成することで、集光部２３の後側焦点位置の近傍に、ＬＥＤ素子２２の発光面における光線情報がフーリエ変換された分布が形成される。この集光部２３の後側焦点位置が、コンデンサレンズ１２の前側焦点位置の近傍に位置するよう構成すれば、ＬＥＤ素子２２の発光面とオプティカルインテグレータ１３の入射面が光学的に共役となる。全てのＬＥＤ素子２２に対して同様に構成することで、全てのＬＥＤ素子２２の発光面とオプティカルインテグレータ１３の入射面が光学的に共役となる。換言すれば、全てのＬＥＤ素子２２の発光面の光学像がオプティカルインテグレータの入射面に重畳して投影され、瞳面強度分布が形成される。ここで、必ずしもすべてのＬＥＤ素子が同様の構成をとる必要はなく、大多数のＬＥＤ、例えば９０％以上のＬＥＤ素子に対して上記の関係であればよい。

【0026】

ここで、照明光学系１０の変形例を図４で説明する。図２で説明した照明光学系１０との差異は、複数のＬＥＤアレイ光源を含む点である。図４では、２つの光源１１ａ、１１ｂによってマスク１を照射する。光源１１ａには第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子が複数含まれ、光源１１ｂには第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子が複数含まれる。第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子は、例えば、ピーク波長が３６５ｎｍで発光するＬＥＤ素子であり、第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子は、例えば、ピーク波長が４０５ｎｍで発光するＬＥＤ素子である。

【0027】

２つの光源１１ａ、１１ｂから放射される波長特性の異なる光を、波長合成部１６で合成し、コンデンサレンズ１２へ導く。波長合成部１６は、例えば、ダイクロイックミラーであり、３６５ｎｍの光は透過し、４０５ｎｍの光は反射するような光学薄膜を形成しているガラスである。このような構成により、図２で説明した照明光学系１０と比較して、より多くの光量をオプティカルインテグレータ１３に導くことができる。

【0028】

図４で説明した照明光学系１０のような構成の場合でも、光源１１ａに含まれる複数の第１のＬＥＤ素子の発光面とオプティカルインテグレータ１３の入射面は光学的に共役である。即ち、複数の第１のＬＥＤ素子の発光面の光学像がオプティカルインテグレータ１３の入射面上で重畳して投影される。同様に、光源１１ｂに含まれる複数の第２のＬＥＤ素子の発光面とオプティカルインテグレータ１３の入射面は光学的に共役である。即ち、複数の第２のＬＥＤ素子の発光面の光学像がオプティカルインテグレータ１３の入射面上で重畳して投影される。

【0029】

＜比較例＞
本実施形態との比較のために、変形照明の形成の比較例について説明する。図５は比較例における輪帯照明の形成に関する模式図である。図５（ａ）はある１つのＬＥＤ素子２２の発光面の光量分布である発光分布２７を表しており、図５（ｂ）は、瞳面における瞳面強度分布２５を表し、図５（ｃ）は輪帯形状の開口絞り２４を表す。開口絞り２４は、光を透過する透過領域と、中央部と外周部の光を遮蔽する遮蔽領域があり、図５（ｃ）では、透過領域をドットで、遮蔽領域を斜線で表している。開口絞り２４の透過領域でのみ光が透過するため、有効光源分布２６の形状は、開口絞り２４の形状によって決まる。

【0030】

図５（ａ）内の破線の交点は、ＬＥＤ素子からの放射光をコリメートする集光部２３に含まれるコリメートレンズの光軸に対応しており、図５（ｂ）及び図５（ｃ）内の破線の交点は、照明光学系１０の光軸に対応する。図５（ａ）では、複数のＬＥＤ素子２２が全て図５（ａ）で示すような発光分布２７を有しているものとする。比較例では、発光分布２７は略均一な発光分布であり、その発光面が瞳面に投影されることから瞳面強度分布２５は略均一な強度分布となっている。

【0031】

比較例では、図５（ｂ）で示している瞳面強度分布２５は略均一な強度分布であるために、開口絞り２４によって光を遮蔽する領域が大きければ大きいほど光源の光量を損失してしまう。特に、上述した輪帯照明等の変形照明では、光を遮蔽する領域が大きいために多くの光量を損失してしまう。露光装置において、光源の光量が低下することは、プレート６の処理（例えば、プレート６への露光処理）にかかる時間の増加の要因の１つとなってしまうため、プレート６を処理する生産性の悪化につながってしまうという問題が生じる。

【0032】

また、ＬＥＤ素子２２に電流をより多く流すことで、ＬＥＤ素子２２自体の発光量を上げることにより上記の問題を解決することも考えられるが、別の問題が発生しうる。例えば、ＬＥＤ素子２２に電流が多く流れることによる温度上昇によって、ＬＥＤ素子２２が正常に動作できる温度を超えてしまうといった問題や、ＬＥＤ素子２２に電流が多く流れることにより、ＬＥＤ素子２２の寿命が短くなってしまうといった問題がある。したがって、別の方法によって有効光源分布２６の光量を向上させることが好ましい。

【0033】

そこで本実施形態では、開口絞り２４の透過領域に光量を集中させ、開口絞り２４の遮光領域の光量を少なくするような技術を提供する。これにより、変形照明を形成する際の光量の損失を小さくすることができる。

【0034】

＜実施例１＞
実施例１では、発光分布と瞳面強度分布が同じ分布である場合における変形照明の形成について説明する。変形照明とは、例えば、照明形状が回転対称となる輪帯照明や、照明形状が４回回転対称となる四重極照明である。以下では、４回以上の回転対称性を示す変形照明について説明する。図６は、実施例１を示す図である。

【0035】

図６（ａ）はある１つのＬＥＤ素子２２の発光分布３７を表しており、図６（ｂ）は、瞳面における瞳面強度分布３５を表し、図６（ｃ）は輪帯形状の開口絞り３４を表す。開口絞り３４は、光を透過する透過領域と、中央部と外周部の光を遮蔽する遮蔽領域があり、図６（ｃ）では、透過領域をドットで、遮蔽領域を斜線で表している。開口絞り３４の透過領域でのみ光が透過するため、有効光源分布３６の形状は、開口絞り３４の形状によって決まる。

【0036】

図６（ａ）内の破線の交点は、ＬＥＤ素子からの放射光をコリメートする集光部２３に含まれるコリメートレンズの光軸に対応しており、図６（ｂ）及び図６（ｃ）内の破線の交点は、照明光学系１０の光軸に対応する。図６（ａ）の発光分布３７は、図５（ａ）の略均一な発光分布２７とは異なり、輪帯形状の発光分布となっている。

【0037】

図６（ａ）では、複数のＬＥＤ素子２２が全て図６（ａ）で示すような発光分布３７を有しているものとする。ここで、図６（ａ）及び図６（ｂ）のドットパターンで図示される領域が発光領域であり、その他の灰色で図示される領域は非発光領域である。ここで、非発光領域は、微弱に発光しているが発光領域に対して相対的に強度が低い領域も含む。例えば、発光分布３７の最大発光強度の値に対して２０％以下の発光強度である領域を非発光領域であるとする。

【0038】

輪帯形状の発光領域を有する発光分布３７が瞳面に投影されることから、照明光学系の光軸外で最大の光強度となる輪帯形状の瞳面強度分布３５が形成される。この発光領域は開口絞り３４の透過領域に対応するよう構成されるため、開口絞り３４の遮蔽領域で遮蔽される光量は比較例と比べて小さく、開口絞り３４の透過領域を透過する光量は比較例と比べて大きくなる。

【0039】

次に、シミュレーションによって実施例１における効果を定量的に評価した結果について説明する。図７は、比較例と実施例１のシミュレーション結果を示す図である。図７（ａ）は、比較例におけるＬＥＤ素子２２の発光分布と瞳面強度分布であり、図７（ｂ）は、実施例１におけるＬＥＤ素子２２の発光分布と瞳面強度分布である。ＬＥＤ素子２２の発光領域は、図７（ａ）、図７（ｂ）共に１．４ｍｍ×１．４ｍｍの正方形の領域としており、総放射エネルギーが同等になる様に設定している。

【0040】

また、集光部は、図７（ａ）、図７（ｂ）共に２枚のコリメートレンズで構成しており、集光部の焦点距離は図７（ａ）では６．５６ｍｍ、図７（ｂ）では６．８８ｍｍである。瞳面強度分布の軸は、集光部から射出した光の角度分布を投影光学系の開口数ＮＡで規格化した値を横軸ｆｘ、縦軸ｆｙとしている。

【0041】

また、瞳面強度分布のスケールは微小立体角内に含まれる光量を縦階調としてプロットしている。ＬＥＤ素子の発光分布、瞳面強度分布における画像の縦階調はともに図７（ｂ）のデータの最大値で規格化した。ここで、開口数ＮＡに対する照明光の広がりの比をコヒーレンスファクターσと称する。座標ｆｘ、ｆｙとの関係はσ＝√（ｆｘ＾２＋ｆｙ＾２）である。

【0042】

比較例のシミュレーションを示す図７（ａ）のＬＥＤ素子２２の発光分布は均一であることから、瞳面強度分布もσ＜１．０の範囲では略均一な分布となっている。σ＞１．０の周辺部で強度が減衰しているのは、ＬＥＤ素子の周辺部から放射される光はコリメートレンズに入射する光線高が大きく、レンズの収差の影響を受けて集光されにくいためである。一方、比較例１のシミュレーションを示す図７（ｂ）のＬＥＤ素子２２の発光分布は輪帯形状に強く発光している。瞳面強度分布も同様に輪帯形状に強く発光する分布となっている。

【0043】

図８は、図７（ａ）と図７（ｂ）の瞳面強度分布のｆｘ＝０における規格化強度を示す強度プロファイルである。図中の（ａ）は図７（ａ）に対応しており、起伏のない略均一な分布である。一方、図中の（ｂ）は図７（ｂ）に対応しており、｜ｆｙ｜＝０．８０で極大値を取り、照明光学系１０の光軸を中心として外側に局在した分布である。強度を比較すると、｜ｆｙ｜＜０．５２では（ａ）の方が高く、０．５２＜｜ｆｙ｜＜０．９３では（ｂ）の方が高い。

【0044】

図８で示す結果を元に、輪帯形状の領域における光量について、図７（ａ）と図７（ｂ）の比較を行う。即ち、輪帯形状の開口絞りを置いた場合における有効光源分布の光量について評価する。図９は、図７（ａ）のｆｘ＝０における瞳面強度分布においてσ_ｉｎ＜σ＜０．９０の領域に含まれる光量を図７（ｂ）のｆｘ＝０における瞳面強度分布においてσ_ｉｎ＜σ＜０．９０の領域に含まれる光量で割った値をグラフ表示した図である。ここで、σ_ｉｎは輪帯領域の下限値を示しており、０．４５＜σ_ｉｎ＜０．９０の値を取る変数である。即ち、輪帯の上限をσ＝０．９０に固定し、様々な輪帯幅に対しての光量比を評価している。例えば、図９のσ_ｉｎ＝０．６０は、σが０．６０～０．９０である輪帯における（ａ）に対する（ｂ）の光量比を表す。輪帯の幅によって変動はあるものの、常に（ｂ）の光量の方が大きい。例えば、σが０．４５～０．９０の輪帯では光量比は１．１４であり、比較例に対して実施例１では１４％の光量の利得がある。また、σが０．７０～０．９０の輪帯では、光量比は１．２２であり、比較例に対して実施例１では２２％の光量の利得がある。

【0045】

次に、発光分布が輪帯形状ではない例について図１０を用いて説明する。図１０（ａ）は四重極形状の発光分布４７を表しており、図１０（ｂ）は瞳面における瞳面強度分布４５を表し、図１０（ｃ）は四重極形状の開口絞り４４と有効光源分布４６を表す。四重極形状に発光する発光分布４７の発光領域は四重極形状の開口絞り４４の透過領域に対応するよう構成される。一般に、四重極照明では、輪帯照明と比較して開口絞り４４で遮光される領域が大きいことから、マスク１に導かれる光量は小さくなる。したがって、本実施形態における四重極照明は、輪帯照明の場合に比べて光量の利得が大きくなる。

【0046】

本実施形態において、照度の低下を抑制する効果を得るためには、ＬＥＤ素子の発光分布が所望の有効光源分布に対応するような分布である必要がある。即ち、所望の有効光源分布を逆投影した分布をＬＥＤ素子の発光分布とすれば良い。また、逆投影した分布とＬＥＤ素子の発光分布は完全に同じでなくても良く、例えば、逆投影した光強度分布で最も光強度が高い領域で、ＬＥＤ素子が最も強く発光するような発光分布であれば良い。これについて図１１を用いて説明する。

【0047】

図１１（ａ）と図１１（ｂ）は、それぞれ図１０（ａ）と図１０（ｃ）の意味するところと同じであり、図１１（ａ）は発光分布４７、図１１（ｂ）は四重極形状の開口絞り４４と有効光源分布４６である。この有効光源分布４６を、発光分布４７の発光面に対して逆投影した分布が図１１（ｃ）の逆投影分布４８である。ここで、逆投影について説明する。ＬＥＤ素子の発光面と照明光学系の瞳面位置は、光学的に共役となるように構成され、ＬＥＤ素子の発光面の光学像が照明光学系の瞳面位置に所定の投影倍率に拡大されて投影される。逆投影とは、瞳面上の光強度分布を、投影倍率の逆数の倍率で仮想的に投影することを指す。逆投影分布４８の波線パターンで示す領域４８ａは、開口絞り４４を透過した、有効光源分布４６における発光領域に対応している。

【0048】

逆投影分布４８の斜線パターンで示す領域４８ｂは、開口絞り４４で遮光された、有効光源分布４６における非発光領域に対応している。図１１（ｄ）は、図１１（ｃ）の点線のうちｘ軸と平行である点線上における、ＬＥＤ素子の発光強度のプロファイルを示すものである。図１１（ｄ）において斜線で示す領域は逆投影像の斜線パターン領域４８ｂ、即ち、有効光源分布の非発光領域に相当する。それ以外の領域は有効光源４６の発光領域に対応する。図１１（ｄ）で示す通り、ＬＥＤ素子の面内で高い発光強度を有する領域が、有効光源分布の逆投影像の発光領域４８ａの中に含まれる。このような構成であれば、発光分布４７の放射光を開口絞り４４の透過部に集中させられるため、開口絞り４４による光量の損失を抑制することができる。

【0049】

また、複数のＬＥＤ素子が光源に含まれる場合には、各ＬＥＤ素子に対し有効光源分布を逆投影し、ＬＥＤ素子の発光分布と有効光源分布の対応を評価する。このとき、必ずしも全てのＬＥＤ素子で上記条件を満たす必要はなく、例えば、９０％以上のＬＥＤ素子で上記条件を満たせばよい。

【0050】

ここまでは開口絞り４４が設けられる場合について説明したが、開口絞り４４が設けられない場合には、有効光源分布において、完全な非発光領域が形成されない可能性がある。この場合には、例えば、有効光源分布の最大強度に対して５０％を閾値とし、発光強度が５０％以上の領域を発光領域、５０％より小さい領域を非発光領域と定義しても良い。

【0051】

本実施形態において、照度の低下を抑制する効果をより高めるための定量的な条件について説明する。ＬＥＤ素子の発光面の領域をＳ、有効光源分布の逆投影像の領域をＳ´、ＬＥＤ素子の発光面における発光分布（単位面積当たりの発光強度分布）をＩ（ｘ，ｙ）としたとき、以下の式（１）で規定される特性値が１．１３以上であれば良い。

【0052】

【数1】

式（１）のうち以下の式（２）は、有効光源分布の逆投影像の発光領域の面積とＬＥＤ素子の発光面の面積の比である。つまり、式（２）は、ＬＥＤ素子の発光分布が完全に均一である場合に、開口絞りを透過可能な光量をＬＥＤ素子の総発光量で規格化した値に相当する。換言すれば、ＬＥＤ素子の発光分布が完全に均一である場合の、ＬＥＤ素子の総発光エネルギーに対する開口絞りを透過可能なエネルギーの比を表す。

【0053】

【数2】

式（１）のうち以下の式（３）は、有効光源分布の逆投影像の発光領域内におけるＬＥＤの発光強度の積分値と、ＬＥＤ素子の発光面内におけるＬＥＤ素子の発光強度の積分値との比である。つまり、式（３）は、開口絞りを透過可能なエネルギーをＬＥＤ素子の総発光エネルギーで規格化した値に相当する。換言すれば、ＬＥＤ素子の総発光エネルギーに対する開口絞りの透過可能なエネルギーの相対値を表す。

【0054】

【数3】

以上より、式（３）と式（２）の比である式（１）は、均一発光のＬＥＤ素子を用いた場合に開口絞りを透過する光量に対して、開口絞りを透過する光量の比を表す。換言すれば、式（１）は、本実施形態による変形照明による光量の利得を表すとも言える。

【0055】

発明者の知るところでは、略均一な面内発光分布であるＵＶ－ＬＥＤの市販品を用いた場合には、式（１）の評価値が最大でも１．１２となり、１．１３を超えるように構成することは出来ない。光源に複数のＬＥＤ素子が含まれる場合には、各ＬＥＤ素子に対して式（１）を評価することになるが、必ずしも全てのＬＥＤ素子で式（１）の評価値が１．１３以上である必要はない。例えば、全てのＬＥＤ素子に対する式（１）の評価値の平均が１．１３以上であればよい。

【0056】

ＬＥＤ素子の発光分布を局在させる方法について説明する。ＬＥＤ素子には、陽極、陰極の電極が接合されている。この陽極と陰極の間に電位差を与えてＬＥＤ素子内部に電界を形成し、その電界に沿ってキャリアが移動する。ＬＥＤ素子は、キャリアである電子と正孔が発光層で再結合することでエネルギーが光となって放射されることにより発光する。ＬＥＤ素子内部の電界は、電極を起点として形成されることから、電極周辺ほど電界密度が高くなり、発光強度は高くなる。一方、電極から離れるほど電界密度が低くなり、発光強度は低くなる。一般的に、キャリアが電界の向きと垂直方向に拡散するよう電流拡散層を設けるが、その場合であっても上記のような傾向となる。また、ＬＥＤ素子は素子の面内で均一に発光するよう電極の形成がなされることが一般的であるが、本実施形態では、部分的に高い強度で発光する領域を意図的に設け、その領域を変形照明の発光領域に対応するよう構成することを特徴とする。

【0057】

したがって、実施例１では、発光分布と瞳面強度分布が同じ分布である場合に、上記のようなＬＥＤ素子の発光分布であることによって、変形照明の光量の損失を抑制することができる。

【0058】

＜実施例２＞
実施例１では、発光分布と瞳面強度分布が同じ分布である場合について説明した。実施例２では、発光分布と瞳面強度分布が異なる分布である場合について説明する。

【0059】

図１２は、異なる発光分布を示す複数のＬＥＤ素子を用いて、所望の瞳面強度分布を得ることを示す図である。図１２（ａ）は互いに異なる４種の発光分布５７ａ～５７ｄを表す。発光分布５７ａ～５７ｄは、全て四重極形状であるが発光分布５７ｂ、５７ｃ、５７ｄは、発光分布５７ａに対し、発光面に対して垂直な軸であるｚ軸周りにそれぞれ２２．５度、４５度、６７．５度回転した分布である。発光分布５７ａ～５７ｄのそれぞれの発光面が照明光学系の瞳面に対して共役であり、それぞれの光学像が瞳面位置で重畳される。

【0060】

図１２（ｂ）は、瞳面における瞳面強度分布５５を表し、図１２（ｃ）は輪帯形状の開口絞り５４を表す。瞳面強度分布５５は、図１２（ｂ）のようになるよう図１２（ａ）の発光分布５７ａ～５７ｄが設計されており、輪帯形状の開口絞り５４の透過部を満たすように導光される。そして、輪帯形状の開口絞り５４透過後には、図１２（ｃ）のような輪帯形状の有効光源分布５６が形成される。このように、複数の異なる発光分布であるＬＥＤ素子の光学像を瞳面上で重畳することで、それぞれのＬＥＤ素子の発光分布とは異なる有効光源分布を形成することが可能である。

【0061】

図１３は、同一の発光分布を示す複数のＬＥＤ素子を発光面に対して垂直な軸であるｚ軸周りに回転して配置することで、所望の瞳面強度分布を得ることを示す図である。図１３（ａ）に図示する４つの発光分布６７ａ～６７ｄは全て同一の発光分布であるが、ＬＥＤ素子の配置される角度が互いに異なる。このような場合にも、全ての発光面の光学像が照明光学系の瞳面位置に対して重畳され、図１３（ｂ）のような照明光学系の光軸外で最大の光強度となる瞳面強度分布６５となる。更に、輪帯形状の開口絞り６４で部分的に遮光されて輪帯形状の有効光源分布６６が形成される。すなわち、ＬＥＤ素子の発光分布が同じであっても、配置される角度が異なることにより、ＬＥＤ素子の発光分布とは異なる有効光源分布を形成することが可能である。

【0062】

図１４は、同一の発光分布を示す複数のＬＥＤ素子を光軸に対し偏心した位置に配置することで、所望の瞳面強度分布を得ることを示す図である。図１４（ａ）の発光分布７７ａ～７７ｄは、ＬＥＤ素子の中心付近で発光強度の極大をとるＬＥＤ素子である。ただし、それぞれのＬＥＤ素子について、集光部２３に含まれる各コリメートレンズの光軸から互いに異なる位置に偏心して配置されている。具体的には、各コリメートレンズの光軸からのＬＥＤ素子のずれ量をｄとすると、（ｘ，ｙ）＝（ｄ，０），（－ｄ，０），（０，ｄ）、（０，－ｄ）の４種類となるよう配置されている。結果的に、瞳面上では四重極形状の瞳面強度分布７５が形成され、効率的に四重極形状の有効光源分布７６を形成可能である。このように、集光部の光軸から外れた点で高い発光強度を有するよう構成することで、変形照明の光量の損失を抑制することができる。

【0063】

ここで、図１２（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）で示す４種類のＬＥＤ素子は、全てを同時に発光させる必要はなく、個別に点灯または消灯してもよい。また、それぞれのＬＥＤ素子の発光光量を同等にする必要はなく、相対的に異ならせてもよい。このように有効光源分布の対称性を異ならせることで、解像力の方位差を制御することも可能である。例えば、図１４（ａ）で（ｘ，ｙ）＝（ｄ，０），（－ｄ，０）に配置した発光分布７７ｂ、７７ｃを点灯し、（ｘ，ｙ）＝（０，ｄ），（０，－ｄ）に配置した発光分布７７ａ、７７ｄを消灯する。このようなときは、ｘ方向に配列する長手方向がｙ方向のラインアンドスペースパターンに対する解像力を大きく向上させることが可能である。

【0064】

これとは逆に、図１４（ａ）で（ｘ，ｙ）＝（０，ｄ），（０，－ｄ）に配置した発光分布７７ａ、７７ｄを点灯し、（ｘ，ｙ）＝（ｄ，０），（－ｄ，０）に配置した発光分布７７ｂ、７７ｃを消灯しても良い。このようなときは、ｙ方向に配列する長手方向がｘ方向のラインアンドスペースパターンに対する解像力を大きく向上させることが可能である。

【0065】

したがって、実施例２のように、発光分布と瞳面強度分布が異なる分布である場合であっても、上記のようなＬＥＤ素子の発光分布であることによって、変形照明の光量の損失を抑制することができる。

【0066】

＜実施例３＞
実施例１、実施例２では、変形照明の光量の損失を抑制するための発光分布について説明した。実施例３では、集光部２３の焦点距離が可変である照明光学系１０の構成について説明する。

【0067】

図１５は、ＬＥＤアレイ光源１１の構成を示す図である。集光部２３内はコリメートレンズ２３ａとコリメートレンズ２３ｂの２つのレンズで構成されており、コリメートレンズ２３ｂがｚ軸に沿って駆動可能である。コリメートレンズ２３ａとコリメートレンズ２３ｂの間隔ΔＺが可変であることから、集光部２３の焦点距離も可変となる。図１５（ａ）は、コリメートレンズ２３ａとコリメートレンズ２３ｂの間隔ΔＺが短い構成を示す図であり、図１５（ｂ）は、コリメートレンズ２３ａとコリメートレンズ２３ｂの間隔ΔＺが長い構成を示す図である。

【0068】

ここで、集光部２３の焦点距離が可変となる構成であれば必ずしも上記通りの機構である必要はない。例えば、コリメートレンズが３つ以上配置される構成であっても良いし、コリメートレンズ２３ｂではなくコリメートレンズ２３ａが駆動する構成であっても良い。図１５に示す構成では、コリメートレンズ２３ａとコリメートレンズ２３ｂの間隔ΔＺが大きい程焦点距離も大きくなるため、図１５（ａ）における集光部２３の焦点距離と比べて、図１５（ｂ）における集光部２３の焦点距離の方が大きくなる。

【0069】

次に、焦点距離が可変であることにより、どのような効果が得られるかについて説明する。図１６は、コリメートレンズ２３ａとコリメートレンズ２３ｂの間隔ΔＺの違いにより瞳面強度分布にどのような効果があるかを示す図である。図１６（ａ）では、ΔＺ＝１ｍｍの場合の瞳面強度分布を示しており、図１６（ｂ）ではΔＺ＝３ｍｍの場合の瞳面強度分布を示している。即ち、図１６（ａ）は、ΔＺが短い場合を示す図１５（ａ）に対応した図であり、図１６（ｂ）は、ΔＺが長い場合を示す図１５（ｂ）に対応した図である。また、このときの集光部２３の焦点距離はそれぞれ図１６（ａ）では６．５６ｍｍ、図１６（ｂ）では７．２４ｍｍである。瞳面強度分布の軸は、集光部から射出した光の角度分布を投影光学系の開口数ＮＡで規格化した値を横軸ｆｘ、縦軸ｆｙとしている。また、縦階調はともに図１６（ｂ）の最大値で規格化している。

【0070】

図１６（ａ）と比較して焦点距離の大きい図１６（ｂ）の方が、分布の広がりが小さく、高い光強度を示す領域のσが小さいことが分かる。図１７は、図１６（ａ）と図１６（ｂ）のｆｘ＝０として、ｆｙの強度プロファイルを示すグラフである。図１６と同様に、縦軸は（ｂ）の最大値で規格化している。図１７より、図１６（ａ）と比較して図１６（ｂ）では、最大値をとるσが０．１２だけ小さくなっている。即ち、光軸を中心としてより内側で局在するような光強度分布となることが分かる。このように、実施例３では焦点距離が可変となる照明光学系１０の構成であることから、所望の広がりとなる瞳面強度分布を得ることができる。したがって、焦点距離を可変とすることで、変形照明の光量の損失を抑制するように瞳面強度分布を制御することができる。また、マスクパターンによって適した有効光源分布が変わることから、瞳面強度分布の可変性は幅広いプロセスへの対応可能性という効果ももたらす。

【0071】

＜実施例４＞
実施例１～３では、１つのＬＥＤ素子はただ１つの発光分布を有することを前提としていた。しかし、ＬＥＤ素子の電極の配置方法によっては、１つのＬＥＤ素子に対して２つ以上の発光分布をもたせることも可能である。実施例４では、１つのＬＥＤ素子に対して２つの発光分布をもたせる例について説明する。

【0072】

図１８は、輪帯形状の発光領域８７と円形状の発光領域８８を有するＬＥＤ素子の発光面の発光分布を示す。輪帯形状の発光領域８７はＬＥＤ素子表面に電極を円状に配置することで実現される。円形状の発光領域８８は、ＬＥＤ素子表面に電極を円形状に配置することで実現される。それぞれの電極が互いにコンタクトしないように配線を行うことで、それぞれの領域の点灯・消灯を個別に制御できる。このように、１つのＬＥＤに複数の発光分布を設け、個別に点灯・消灯の制御を行う構成により、幅広いプロセスへの対応力が得られる。ここで示した複数の発光領域の設け方はあくまで一例であり、例えば、格子状に複数のスポット状の発光領域を持つように構成してもよい。

【0073】

したがって、実施例４では、１つのＬＥＤ素子に対して２つ以上の発光分布をもたせることも可能であるため、様々な形状の変形照明の光量の損失を抑制することができる。

【0074】

＜実施例５＞
実施例１～４では、ＬＥＤ素子から出射される光の波長について、特に考慮していなかった。実施例５では、複数の波長特性の光によって領域が考慮される変形照明が形成される例について説明する。複数の波長特性の光を光源として、波長特性により異なる有効光源分布を形成することで、高い解像性能を得ることが期待できる。

【0075】

図１９は、高い解像性能を得るための露光波長λと照明角度σ_ｃの関係を示す図である。

【0076】

ここで、繰り返し周期Ｐを有するパターンを露光波長λで露光するとき、投影光学系の開口数をＮＡとすると、
σ_ｃ＝λ／（２ＮＡ・Ｐ）・・・（４）
によって定まる照明角度σ_ｃを含む発光領域を用いて変形照明することで、デフォーカスに伴うコントラストの低下を抑制することができる。式（４）で照明角度σ_ｃが波長λに依存するため、露光波長によって解像性能の向上に資する有効光源分布が異なるといえる。図１９には、式（４）の露光波長λと照明角度σ_ｃの関係を実線で示している。図１９に示すように、波長域λ１では発光領域Ｉ１に示す有効光源分布、波長域λ２では発光領域Ｉ２で示す有効光源分布となるようにすることで、解像性能の向上が期待できる。

【0077】

図２０は、複数の波長特性の光によって領域が考慮される場合にどのような効果を得られるかについてシミュレーションを行った結果である。ピーク波長が３６５ｎｍの波長特性とピーク波長が４０５ｎｍの波長特性を有する２種類のＬＥＤ素子を光源として、１．５μｍラインアンドスペースパターンの解像性能についてシミュレーションを行った。開口数ＮＡは０．１０とした。実施例５である変形照明は、３６５ｎｍの光で形成するσ＝０．４５－０．９０の輪帯形状の有効光源分布と、４０５ｎｍの光で形成するσ＝０．７０．００－０．９０の輪帯形状の有効光源分布を合わせたものである。

【0078】

実施例５の比較例として、３６５ｎｍ、４０５ｎｍがともに、σ＝０．４５－０．９０の輪帯形状の有効光源分布を形成する条件である比較例２についても評価した。焦点深度（ＤＯＦ：Ｄｅｐｔｈ ｏｆ ｆｏｃｕｓ）については、レジスト像のボトム線幅がターゲット線幅である１．５μｍに対し１０％変動するＦｏｕｃｓの幅として定義した。比較例２に対し、実施例５ではコントラストとＤＯＦがともに向上している。ここでいうコントラストとは、レジストの空中像強度のコントラストであり、コントラストが向上するということは解像力が向上していることを意味する。

【0079】

比較例２の輪帯照明に対し、実施例５では４０５ｎｍの光量が少ないため、露光光の重心波長としては短くなる。通常では露光光を短波長化すると、コントラストは向上するもののＤＯＦは小さくなる。このように、一般的にはコントラストとＤＯＦはトレードオフの関係にあるが、実施例５はそのトレードオフを解消し、コントラストとＤＯＦを同時に向上できる点で比較例２より優れている。

【0080】

実施例５の変形照明を形成する方法の１つとして、照明光学系の瞳面位置に波長フィルタを挿入し、不要な波長域・発光領域の光を遮光する方法がある。この場合、不要な波長域・発光領域の分だけ光量の損失が生じる。例えば実施例５を形成する場合、３６５ｎｍの光に対しては、σ＝０．００－０．４５の領域を遮光し、４０５ｎｍの光に対しては、σ＝０．００－０．７０の領域の光を遮光する。均一な発光分布のＬＥＤ素子を光源として用いる場合は、瞳面強度分布も均一であることから、不要な波長域・発光領域の分だけ光量の損失が生じてしまう。そのような課題を解決するため、以下では、波長域によって異なる有効光源分布を形成する際の光量の損失を抑制する技術について説明する。

【0081】

光量の損失を抑制する照明系の一例は図４である。照明系１０は、第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子を複数含むＬＥＤアレイ光源１１ａと、第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子を複数含むＬＥＤアレイ光源１１ｂを光源として含む。複数の第１のＬＥＤ素子並びに複数の第２のＬＥＤ素子の発光面の全て、あるいはそのほとんど（例えば９０％以上）がオプティカルインテグレータ１３の入射面に対して光学的に共役である。したがって、波長により異なる有効光源分布を効率的に形成するためには、発光波長の異なるＬＥＤ素子によって異なる光学構成にすればよい。

【0082】

実施例５を効率的に形成するための具体例について図２１を用いて説明する。図２１（ａ）は、実施例５でのＬＥＤ素子の発光分布を表しており、第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子の発光分布９７ａの領域は、第１のＬＥＤ素子９７ａの発光領域である。また、第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子９７ｂの領域は、第２のＬＥＤ素子９７ｂの発光領域である。図２１（ｂ）は、瞳面強度分布を示す。第１のＬＥＤ素子の発光面と第２のＬＥＤ素子の発光面は、共に照明光学系の瞳面に対して光学的に共役であることから、瞳面強度分布はλ１とλ２の光を含む発光領域９５ａと、λ１の光を含む発光領域９５ｂを合わせた瞳面強度分布９５となる。図２１（ｃ）は、開口絞り９４と有効光源分布９６を示す。図２１（ｃ）に示す輪帯形状の開口絞り９４を透過後には、波長によって異なる有効光源分布９６が形成される。

【0083】

このように、第１のＬＥＤ素子の発光分布９７ａと第２のＬＥＤ素子の発光分布９７ｂを異ならせることにより、波長フィルタを用いずとも瞳面上で波長により異なる有効光源分布を形成することが可能である。均一な発光分布を有するＬＥＤ素子を用いて略均一な瞳面強度分布を形成し、波長フィルタによって不要な波長域・発光領域の光を遮光する場合と比べてより多くの光量をマスクに導くことが可能である。

【0084】

ここで、図２１（ｃ）では開口絞り９４を図示したが、開口絞りは必ずしも必要ではない。また、実際は発光領域９６ａと発光領域９６ｂの境界は離散的ではない。実際のＬＥＤ素子の発光分布は図２１（ａ）に示すような離散的なものではなく、また光学系の収差の影響で瞳面ではＬＥＤ素子の光学像がぼけて投影されるためである。９５ａと９５ｂの境界を明確に分離することを目的として、開口絞り９４の代わりに波長フィルタを挿入してもよい。

【0085】

上記の説明で、ＬＥＤ素子の発光波長により発光分布を異ならせる例を示したが、必ずしも異なる発光分布である必要はないことを以下で説明する。実施例３で説明した通り、集光部２３の焦点距離を異ならせることにより、異なる有効光源分布を形成することが可能である。実施例３と実施例５を組み合わせて、例えば、第１の波長特性λ１を有する第１のＬＥＤ素子に対応する集光部２３について、図１６（ａ）の瞳面強度分布を形成するよう焦点距離を設定する。また、第２の波長特性λ２を有する第２のＬＥＤ素子に対応する集光部２３について、図１６（ｂ）の瞳面強度分布を形成するよう焦点距離を設定する。これらを重畳することで波長により異なる有効光源分布を形成することが可能である。

【0086】

式（４）より、デフォーカスに伴うコントラストの低下を抑制するのに適した照明条件であるσ_ｃは、露光波長λに比例する。これは、短波長の露光光にとって好適なマスクの照明角度より、長波長の露光光にとって好適なマスクの照明角度が大きいことに相当する。瞳上の光量分布の観点で表現し直すと、短波長の光の有効光源分布よりも長波長の光の有効光源分布が照明光学系１０を中心として、より外側で局在するような分布が望ましいといえる。定量的に表現すると、以下の式（５）のように表せる。

【0087】

【数4】

ここで、ｆｘ、ｆｙは瞳面上の座標、Ｓは瞳面上で有効光源分布が形成されている領域、Ｉ（ｆｘ、ｆｙ）は有効光源分布の照度分布（単位面積あたりの光量分布）、ｄＳは微小面積要素である。式（５）は、ある点の光量をその点の中心からの距離を乗じて総和をとった数値を、総光量で除したものであり、照明光学系１０を中心として、外側に局在する分布であるほどより大きな値をとる。図２２は、分布Ａ～分布Ｄの４種類の分布に対して式（５）を評価した結果である。光強度は全て１としている。

【0088】

分布Ａと分布Ｂはそれぞれ、σ＝０．００－０．５０、σ＝０．００－０．９０である円形状の分布であり、分布Ｃと分布Ｄはそれぞれ、σ＝０．４５－０．９０、σ＝０．７０－０．９０である輪帯形状の分布である。図２２の内σはσの最小値、外σはσの最大値を表している。分布Ａ、分布Ｂ、分布Ｃ、分布Ｄの順番で、照明光学系１０を中心として、より外側に局在するような分布であるが、この順番で式（５）の評価値も大きくなる。

【0089】

第１の波長特性λ１の有効光源分布における式（５）の評価値をＶ１とし、第２の波長特性λ２の有効光源分布における式（５）の評価値をＶ２とする。ここで、第１の波長特性λ１の重心波長と第２の波長特性λ２の重心波長を比較して、第２の波長特性λ２の重心波長が長波長であるとする。このとき、Ｖ１よりＶ２が大きくなるような有効光源分布であれば式（４）の条件に適するため、ラインアンドスペースパターンに対する解像性能向上効果が得られる。ここで、重心波長とは、波長λに対する光源の発光光量をＩ（λ）とするとき、以下の式（６）で算出される波長を指す。

【0090】

【数5】

実施例５では、複数の波長域ごとに適切な有効光源分布を形成する変形照明であっても、光量の損失を抑制することができる。したがって、光量の損失を抑制すると共に、コントラストやＤＯＦの性能を向上させる効果も期待できる。

【0091】

＜物品の製造方法＞
次に、前述の露光装置を利用した物品（フラットパネルディスプレイ、液晶表示素子、半導体ＩＣ素子、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品の製造方法は、プレート上に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（プレートを露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成されたプレートを現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の処理（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、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）を行う工程を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

【0092】

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、これらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。例えば、本発明は多重露光に適用することも可能である。また、本発明の変形照明をマスクレス露光装置に適用しても良い。

【符号の説明】

【0093】

１ マスク
２ プレート
１０ 照明光学系
２２ ＬＥＤ素子
１００ 露光装置
１０１ 投影光学系

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】