照明装置、照明方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法
【課題】照明光の照度均一性を向上できる照明装置、照明方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法を提供すること。
【解決手段】光入射端面２０ｉｎと、光出射端面２０ｏｕｔを備えたロッドインテグレータと、複数の光束を光入射端面２０ｉｎに入射させる光導入部１０Ａと、を備え、光出射端面２０ｏｕｔから出射した光を照明光として用いる照明装置１Ａであって、光導入部１０Ａは、複数の光束ＬＢ２を、光入射端面２０ｉｎの長手方向の中心が対称中心となるように長手方向に沿った位置に入射させるように設定した。
【解決手段】光入射端面２０ｉｎと、光出射端面２０ｏｕｔを備えたロッドインテグレータと、複数の光束を光入射端面２０ｉｎに入射させる光導入部１０Ａと、を備え、光出射端面２０ｏｕｔから出射した光を照明光として用いる照明装置１Ａであって、光導入部１０Ａは、複数の光束ＬＢ２を、光入射端面２０ｉｎの長手方向の中心が対称中心となるように長手方向に沿った位置に入射させるように設定した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明技術、露光技術、およびこの露光技術を用いる電子デバイスの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子等を製造する際に利用されるフォトリソグラフィ技術では、マスク（レチクルまたはフォトマスク等）に形成されたパターンをレジスト等の感光性材料が塗布された基板に投影し、基板上に微細なパターンを形成するために、マスクをほぼ均一な照度で照明することが求められている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８９１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術では、基板上に形成するパターンの更なる微細化または高精度化にともない、線幅誤差の許容度が小さくなり露光量の制御が厳しくなるため、マスクを照明する照明光の照度均一性の向上が必要となる。
【０００５】
そこで、本発明の態様は、照明光の照度均一性を向上できる照明装置、照明方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを備え、該ロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明装置であって、前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる光導入部を備え、前記光導入部は、前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる照明装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の一態様によれば、光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明方法であって、前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる照明方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、マスクに形成されたパターンを介した光によって感光性基板を露光する露光装置であって、上記の本発明の一態様に係る照明装置を備えた露光装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、上記の本発明の一態様に係る露光装置を用いて、前記感光性基板に前記パターンを転写する工程と、前記パターンが転写された前記感光性基板を処理する工程と、を含む電子デバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、照明光の照度均一性を向上できる照明装置、照明方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る露光装置に用いる照明光学系と投影光学装置の一部の構成を示す立面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る露光装置に用いるマスクの構成を示す平面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る露光装置の照明光学系の一部による視野と投影光学装置の一部による像野の関係を示す平面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る照明装置の概略を示す構成図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る照明装置における光導入部とロッドインテグレータの位置関係を示す斜視図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る照明装置に用いられるロッドインテグレータの平面図である。
【図８】図８は、ロッドインテグレータに入射する光束の作用および効果を示す図である。
【図９】図９は、石英でなるロッドインテグレータに、ＮＡ＝０.２０のガウス型分布の光束を光入射端面の中心から入射した場合の光出射端面での幅方向（長手方向）の位置（座標）と出射光量との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、ロッドインテグレータの性能を示す指数Ｌ×ＮＡ（ｎ×ｗ）と出射光量との関係を示し、ロッドインテグレータの光出射端面の一番端での出射光量をプロットした図である。
【図１１】図１１は、ロッドインテグレータの光入射端面へ光束を入射する位置をずらした場合の出射光量との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ロッドインテグレータの光入射端面の中心からの距離が異なる場合の出射光量との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、ロッドインテグレータの中心軸からｄ１およびｄ２だけずれて光束が垂直入射した場合に、ロッドインテグレータの光出射端面での出射光量を示す図である。
【図１４】図１４は、ロッドインテグレータの光入射端面に３つの光束を入れる場合を示す説明図である。
【図１５】図１５は、ロッドインテグレータの光入射端面に４つの光束を入れる場合を示す説明図である。
【図１６】図１６は、ロッドインテグレータの光入射端面に２つの光束を入射させた場合に照度が均一になる条件での場合と、光束の間隔を狭めた場合と、光束の間隔を広げた場合での出射光量の分布を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置におけるロッドインテグレータの光入射端面に２×２列の４本の光束を入射させる入射位置を示す平面図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係る照明装置における光導入部とロッドインテグレータとを示す斜視図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置の概略を示す構成図である。
【図２１】図２１は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置の概略を示す構成図である。
【図２２】図２２は、ロッドインテグレータの光入射端面の中央に垂直に開口光束０．３のガウス型分布をした光が入射した場合の光出射端面２０での出射光量分布を示す図である。
【図２３】図２３は、光出射端面から出射される光の出射角度方位を光出射端面の幅方向の座標に沿ってプロットした図である。
【図２４】図２４は、入射位置がロッドインテグレータの光入射端面の長手方向の幅の半分だけ離れ、光入射端面の中心が対称中心となるように２つの光束を光入射端面に垂直に入射させたときの照度分布を示す図である。
【図２５】図２５は、光出射端面での長手方向の座標に応じて出射角度方位を算出した結果を示す図である。
【図２６】図２６は、２つの入射光束の入射位置をそのままにして入射角度を内側（光束同士が互いに近づくように内側）に向けたときの光出射端面での長手方向の座標に沿って出射角度方位をプロットした図である。
【図２７】図２７は、光出射端面の中心からロッドインテグレータの幅の１／４だけ離れた点での出射角度方位と入射光束の傾きとの関係を示す図である。
【図２８】図２８は、光出射端面の中心からロッドインテグレータの幅の１／４だけ離れた点から出射する光の経路を示す図である。
【図２９】図２９は、光出射端面における図２８における点ｙでの出射光束の角度方位がロッドインテグレータの光出射端面に垂直に近くなる場合の照度（出射光量）を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置を用いて電子デバイスを製造する方法の一例として液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面は模式的なものを含み、図面相互間において互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１〜図７は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置に関する図である。
〔露光装置〕
図１において、露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型の投影露光装置であり、パターンが形成されたマスクＭ（照明対象）を照明する照明部ＩＵと、マスクＭを保持して移動するマスクステージ（不図示）と、マスクＭのパターンの拡大像をプレートＰ（露光対象）上に投影する複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７を含む投影光学装置ＰＬと、プレートＰを保持して移動するプレートステージ（不図示）と、マスクステージおよびプレートステージを駆動するリニアモータ等を含む駆動機構（不図示）と、この駆動機構等の動作を統括的に制御する主制御系（不図示）と、を備えている。
【００１４】
露光装置１００は、図示しないマスクホルダを介してマスクステージ上にマスクＭが吸着保持されており、そのマスクステージの位置はマスク側のレーザ干渉計によって計測されている。また、プレートＰは、プレートホルダを介して移動鏡１５０を備えるプレートステージ上に吸着保持されており、その移動鏡１５０を介してプレートステージの位置がプレート側のレーザ干渉計によって計測されている。このマスク側およびプレート側のレーザ干渉計の計測値に基づいて、主制御系（不図示）が駆動機構を介してマスクステージ（マスクＭ）およびプレートステージ（プレートＰ）の位置、姿勢および速度等を制御する。
【００１５】
本実施形態のプレートＰは、一例として、液晶表示パネル（電子デバイス）製造用のフォトレジスト（感光材料）が塗布された１．９×２．２ｍ角、２．２×２．４ｍ角、２．４×２．８ｍ角、または２．８×３．２ｍ角等の矩形の平板状のガラスプレートであり、他の一例としては、一辺の長さ又は対角長が５００ｍｍより大きいガラスプレートである。なお、プレートＰとしては、薄膜磁気ヘッド製造用のセラミックス基板または半導体素子製造用の円形の半導体ウェハ等も適用可能である。
【００１６】
なお、この露光装置１００の説明においては、図１中に設定した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。このＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸およびＹ軸がプレートＰに対して平行となるように設定されており、Ｚ軸がプレートＰに対して直交する方向に設定されている。また、図１中のＸＹＺ座標系は、一例として、ＸＹ平面が水平面に対して平行に設定されて、Ｚ軸が鉛直方向に設定されている。この実施形態では、マスクＭおよびプレートＰを同期させて移動させる方向（走査方向）をＸ方向に設定している。
【００１７】
照明部ＩＵは、７つの部分照明光学系ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４、ＩＬ５、ＩＬ６、ＩＬ７を含み、部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７のそれぞれを介してマスクＭを部分的に照明するように構成されており、それぞれマスクＭ上の対応する照明領域を均一に照明する。各部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７は、照明光としてレーザ光を出射する光源部ＬＳと、ロッドインテグレータ２０と、光源部ＬＳから出射される照明光をロッドインテグレータ２０に導く光導入部１０Ａと、ロッドインテグレータ２０から出射される照明光をマスクＭに導くリレー光学系４０と、を備える。
【００１８】
また、各部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７は、ロッドインテグレータ２０の光出射端面２０ｏｕｔ（図２参照）の近傍に、マスクＭ上の視野Ｖ１〜Ｖ７に対応する視野絞り（不図示）が配置されており、リレー光学系４０によって視野絞りの像が所定の倍率でマスクＭに結像するように設定されている。すなわち、視野絞りとマスクＭとは、リレー光学系４０によって互いに光学的に共役にされている。なお、本実施形態では、光源部ＬＳとリレー光学系４０との間に設けられたロッドインテグレータ２０および光導入部１０Ａを含む部分を照明装置１Ａとしている。
【００１９】
投影光学系ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、ＰＬ４、ＰＬ５、ＰＬ６、ＰＬ７は、マスクＭとプレートＰとの間に配置され、部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７によってそれぞれ照明されるマスクＭの視野Ｖ１〜Ｖ７（ここでは照明領域に等しい）内のパターンの拡大像を、プレートＰ上にそれぞれ投影し、プレートＰの上面（露光面、感光面）上に結像する。
【００２０】
走査方向に直交する非走査方向（Ｙ方向）に沿って並ぶ第１列の部分照明光学系ＩＬ１、ＩＬ３、ＩＬ５、ＩＬ７に対応する同第１列の投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５、ＰＬ７は、それぞれマスクＭのパターン面が配置される面（第１面）上の非走査方向に沿った視野Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７を持ち、プレートＰの上面が配置される面（第２面）上の非走査方向に沿って所定間隔で配列された像野（投影領域）Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７にマスクＭのパターンの像をそれぞれ形成する。同様に、非走査方向に沿って並ぶ第２列の部分照明光学系ＩＬ２、ＩＬ４、ＩＬ６に対応する同第２列の投影光学系ＰＬ２、ＰＬ４、ＰＬ６は、それぞれ第１面上の非走査方向に沿った視野Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６を持ち、第２面上の非走査方向に沿って所定間隔で配列された像野（投影領域）Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６（Ｉ２、Ｉ４は不図示）に像をそれぞれ形成する。
【００２１】
なお、図１では、部分照明光学系ＩＬ２、ＩＬ４は、部分照明光学系ＩＬ１，ＩＬ３，ＩＬ５，ＩＬ７の背面側に位置しており、部分投影光学系ＰＬ２，ＰＬ４は、部分投影光学系ＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ５，ＰＬ７の背面側に位置しているため、図示が省略されている。
【００２２】
また、第１列の投影光学系と第２列の投影光学系との間には、プレートＰの位置合わせを行うために用いる計測系としてのオフアクシスのアライメント系１５２と、マスクＭおよびプレートＰのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）を合わせるために用いる計測系としてのオートフォーカス系１５４とが配置されている。
【００２３】
投影光学系ＰＬ１を一例にして詳細に説明すると、図２に示すように、この投影光学系ＰＬ１は、マスクＭとプレートＰとの間の光路中に配置される凹面反射鏡ＣＣＭと、マスクＭと凹面反射鏡ＣＣＭとの間の光路中に配置されたＺ軸に平行な光軸ＡＸ１１を持つ第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１と凹面反射鏡ＣＣＭとの間の光路中に配置される第２レンズ群Ｇ２と、第２レンズ群Ｇ２とプレートＰとの間の光路中に配置されて、第２レンズ群Ｇ２から＋Ｚ方向に進行する光を−Ｘ方向に偏向させて光軸ＡＸ１１を横切る光軸ＡＸ１２に沿わせる第１偏向部材ＦＭ１と、第１偏向部材ＦＭ１とプレートＰとの間の光路中に配置されて、第１偏向部材ＦＭ１から−Ｘ方向に進行する光を−Ｚ方向に偏向させる第２偏向部材ＦＭ２と、第２偏向部材ＦＭ２とプレートＰとの間の光路中に配置されて、第１レンズ群Ｇ１の光軸ＡＸ１１と平行な光軸ＡＸ１３を有する第３レンズ群Ｇ３と、を備えている。
【００２４】
第２レンズ群Ｇ２および凹面反射鏡ＣＣＭの光軸は、第１レンズ群Ｇ１の光軸ＡＸ１１と共通である。すなわち、投影光学系ＰＬ１は、凹面反射鏡ＣＣＭを用いた軸外れ光学系であり、第１、第２レンズ群Ｇ１、Ｇ２を通過したマスクＭを介する光は、その凹面反射鏡ＣＣＭで再度反射した後に、第１、第２偏向部材ＦＭ１、ＦＭ２を介して第３レンズ群Ｇ３を介してプレートＰ上に、マスクＭの視野Ｖ１を投影して像野Ｉ１に像を形成する。なお、凹面反射鏡ＣＣＭと第２レンズ群Ｇ２との間の光路中の凹面反射鏡ＣＣＭの反射面の近傍には、投影光学系ＰＬ１のプレートＰ側の開口数を決定するための開口絞りＡＳが備えられており、開口絞りＡＳは、マスクＭ側およびプレートＰ側が略テレセントリックとなるように位置決めされている。この開口絞りＡＳの位置は投影光学系ＰＬ１の瞳面とみなすことができる。
【００２５】
また、投影光学系ＰＬ１は、凹面反射鏡ＣＣＭを用いた軸外れ光学系による有効な結像光束として、第１、第３レンズ群Ｇ１、Ｇ３の各レンズでは光軸ＡＸ１１、ＡＸ１３に対して−Ｘ方向側の半面内を通過するようになっており、このために、より大型のレンズから構成される第３レンズ群Ｇ３の各レンズでは、結像光束が通過しない部分である光軸ＡＸ１３から＋Ｘ方向側の半分を切断している。
【００２６】
ところで、露光装置１００にセットされるマスクＭは、図３に示すように、非走査方向（Ｙ方向）に沿って配置されて、図１の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７の台形状（円弧状、または端部が三角形状等でもよい、以下同様）の視野Ｖ１〜Ｖ７が位置決めされる７列の列パターン部Ｍ１０〜Ｍ１６を備えている。視野Ｖ１〜Ｖ７が台形状であるのは、継ぎ誤差を低減するために、視野Ｖ１〜Ｖ７の両端部に対応するパターンの像をプレートＰ上に重ねて露光するためであり、そのために、列パターン部Ｍ１０〜Ｍ１６の両端部には交互に同じパターンが形成されている。ここで、交互に同じパターンが形成されるのは、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７の結像特性として、走査方向(Ｘ方向)に関してはＸＺ面内で光の進行方向を直角に変える反射面が奇数含まれていてかつ一回結像のため正立像になり、非走査方向(Ｙ方向)に関してはＹＺ面内で光の進行方向を直角に変える反射面が含まれておらずかつ一回結像のため倒立像になるからである。
【００２７】
ただし、Ｙ方向の両端部の視野Ｖ１、Ｖ７の内側のエッジ部の像は重ねては露光されない部分であるため（非走査方向には倒立像となるため）、視野Ｖ１、Ｖ７のＹ方向の一方の端部は、Ｘ軸に平行な直線状となっている。
【００２８】
図４は、第１列の投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３のマスクＭ上の視野Ｖ１、Ｖ３およびプレートＰ上の像野（投影領域）Ｉ１、Ｉ３と、第２列の投影光学系ＰＬ２のマスクＭ上の視野Ｖ２およびプレートＰ上の像野Ｉ２の関係を示す平面図である。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ３は、視野Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３内のパターンをＸ方向に正立で、Ｙ方向に倒立で拡大した像を像野Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３内に形成する。視野Ｖ１および像野Ｉ１は、それぞれ光軸ＡＸ１１、ＡＸ１３から−Ｘ方向に外れており、視野Ｖ２および像野Ｉ２は、それぞれ光軸ＡＸ２１、ＡＸ２３から＋Ｘ方向に外れている。このため、第３レンズ群Ｇ３を構成するレンズの形状を凹面反射鏡ＣＣＭ側の半分を切り落とした回転非対称にしても、像野Ｉ１、Ｉ２に向かう結像光束にケラレが生じない。
【００２９】
また、第１列の視野Ｖ１、Ｖ３等の中心ＶＣ１等を結ぶＹ軸に平行な直線と、第２列の視野Ｖ２等の中心ＶＣ２等を結ぶＹ軸に平行な直線とのＸ方向（走査方向）の間隔をＬｎとし、同様に、第１列の像野Ｉ１、Ｉ３等の中心ＩＣ１等を結ぶＹ軸に平行な直線と、第２列の像野Ｉ２等の中心ＩＣ２等を結ぶＹ軸に平行な直線とのＸ方向の間隔をＬｐとし、各投影光学系ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３の投影倍率をβとすると、間隔ＬｎとＬｐとの間には式（Ａ）の関係が成立する。
Ｌｐ＝Ｌｎ×｜β｜ ・・・（Ａ）
【００３０】
これにより、露光装置１００では、図３に示すように、第１列の投影光学系用の列パターン部Ｍ１０、Ｍ１２等と、第２列の投影光学系用の列パターン部Ｍ１１、Ｍ１３等とをＸ方向の同じ位置に形成して、マスクオフセットＭＯを０にしておいても、その投影像をプレートＰ上で正確に繋ぎ合わせて露光できる。
【００３１】
ただし、間隔Ｌｎと間隔Ｌｐとが以下の式（Ｂ）の関係を満足する場合、以下の式（Ｃ）で求められるマスクオフセットＭＯの分だけ、図３の２点鎖線の位置２１Ａ〜２１Ｃで示すように、第１列の視野Ｖ１、Ｖ３等用の列パターン部Ｍ１０、Ｍ１２等と、第２列の視野Ｖ２、Ｖ４等用の列パターン部Ｍ１１、Ｍ１３等との間にＸ方向のオフセットを設ける必要がある。
Ｌｐ＜Ｌｎ×｜β｜ ・・・（Ｂ）
ＭＯ＝Ｌｎ−Ｌｐ／｜β｜ ・・・（Ｃ）
【００３２】
したがって、この露光装置１００では、走査露光時に、マスクＭのパターンをプレートＰ上に投影露光した状態で、例えば、マスクＭを矢印ＳＭ１（図２参照）で示す＋Ｘ方向に速度ＶＭで移動するのに同期して、プレートＰが矢印ＳＰ１で示す＋Ｘ方向に速度ＶＭ×｜β｜で移動することになる。これによって、図３のマスクＭの列パターン部Ｍ１０〜Ｍ１６の拡大倍率βの像を繋ぎ合わせたパターンがプレートＰ上に露光される。なお、マスクＭおよびプレートＰを−Ｘ方向に走査することも可能である。
【００３３】
〔照明装置および照明方法〕
次に、図５〜７を用いて照明装置１Ａについて説明する。なお、図５は照明装置１Ａの構成の概略を示す構成図、図６はロッドインテグレータ２０と光導入部１０Ａとを示す斜視図、図７はロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎを示す平面図である。
【００３４】
図５に示すように、光導入部１０Ａは、集光レンズ３Ａ，３Ｂと、光ファイバ４Ａ，４Ｂと、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂと、調整機構３０Ａと、を備えて構成される。集光レンズ３Ａ，３Ｂには、光源部ＬＳが備える第１光源部ＬＳａおよび第２光源部ＬＳｂからそれぞれ光束ＬＢ１が入射されるようになっている。
【００３５】
光源部ＬＳａ，ＬＳｂは、ほぼ同一な波長帯域で光強度が同等な光束ＬＢ１を発生させるものを用いる。光源部ＬＳが備えるレーザ光源としては、例えばＡｒＦエキシマレーザやＹＡＧレーザの高調波発生光源等のレーザ光源を用いることができる。また、レーザ光源の代わりに水銀ランプ等のランプ光源を用いることも可能である。露光用途の光としては、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）の光や、ｉ線，ｇ線，ｈ線の合成波や、波長１９３ｎｍ、３５５ｎｍ等の紫外パルス光等を例示することができる。
【００３６】
集光レンズ３Ａ，３Ｂは、光源部ＬＳから出射された光束ＬＢ１を光ファイバ４Ａ，４Ｂの入射側端面４Ａｉｎ，４Ｂｉｎにそれぞれ集光して、光ファイバ４Ａ，４Ｂに光束ＬＢ１を導くように設定されている。光ファイバ４Ａ，４Ｂは、出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔが互いに所定間隔を隔てて、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎに対して所定の位置関係となるように配置されている。また、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔから出射された光束は、それぞれファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂで集光された光束ＬＢ２となり、所定の開口角（開口数）でロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎに入射するように設定されている。
【００３７】
図６に示すように、調整機構３０Ａは、接続支持部材６Ａ，６Ｂと、これらがそれぞれ固定された調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂを備えている。光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側は、それぞれ接続支持部材６Ａ，６Ｂに支持されている。この接続支持部材６Ａ，６Ｂは、所定の厚みを有する板状の部材であり、上下に貫通する図示しない貫通孔が形成され、この貫通孔の上部に、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔを支持する。また、貫通孔の下部には、レンズ支持筒８Ａ，８Ｂが取り付けられている。これらレンズ支持筒８Ａ，８Ｂ内には、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂが、出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔに対向した状態で支持されている。
【００３８】
調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂは、互いに平行をなし、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎにおける長手方向（Ｙ方向）に沿って互いに近接および離間するように、図示しない調整駆動装置により駆動される。また、これら調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂは、同期してＸ方向に移動可能となっている。このように調整機構３０Ａは、複数（本実施形態では２つ）の光束ＬＢ２がロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎへ入射する位置を、後述するロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡを基準にして互いに対称の位置となるように調整することができる。
【００３９】
ロッドインテグレータ２０は、例えば石英ガラスで形成される直方体形状のガラスロッドで構成され、上下一対の互いに平行な光入射端面２０ｉｎ，光出射端面２０ｏｕｔと、互いに平行な、二対の側面２０Ａ，２０Ｂ、側面２０Ｃ，２０Ｄ（図７参照）を有し、所定の長さ（Ｚ軸方向の長さ）Ｌに設定されている。光入射端面２０ｉｎ，光出射端面２０ｏｕｔは、細長い長方形状を有している。このようなロッドインテグレータ２０は、光入射端面２０ｉｎから入射した光を各側面２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄで反射して光出射端面２０ｏｕｔから光を出射するようになっている。
【００４０】
以下、本実施形態に係る照明装置１Ａにおける照明方法について説明する。先ず、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎを示す図７を用いて、光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに入射させる入射位置ＬＢ２ｓについて説明する。
【００４１】
ロッドインテグレータ２０は、Ｘ方向の両側に位置する側面対である側面２０Ｃ，２０Ｄ間の距離Ｗｘに比して、側面２０Ａ，２０Ｂ間の距離ｗｙが長く設定されている。また、距離Ｗｘが長さＬに比して十分に短い側面２０Ｃ，２０Ｄの間では、光入射端面２０ｉｎから光出射端面２０ｏｕｔに向けて、全反射が繰り返される回数は多くなり、Ｘ方向に関しては十分に光量分布の均一化が行われるようになっている。これに対して、Ｙ方向に関しては、距離Ｗｘに比して距離Ｗｙが長く設定されているため、Ｘ方向に比して光量分布の均一化が行われ難くなっている。なお、このように光出射端面２０ｏｕｔが扁平は長方形である理由は、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７の視野が扁平であることに起因している。
【００４２】
そこで、本実施形態では、光出射端面２０ｉｎにおいて、Ｙ方向（長手方向）に沿って２つの光束ＬＢ２が入射するように設定している。ここで、光入射端面２０ｉｎにおいて、光束ＬＢ２が入射する位置を入射位置ＬＢ２ｓとする。２つ入射位置ＬＢ２ｓの配置は、図７に示すように、光入射端面２０ｉｎにおけるロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡを通るＹ方向（長手方向）の線分Ｓｙ上に、中心軸ＣＡが対称中心となるように配置している。換言すると、２つの入射位置ＬＢ２ｓは、側面２０Ａ，２０Ｂが対向する方向（Ｙ方向）に沿って側面２０Ａと側面２０Ｂとの間の中心位置（中心軸ＣＡ）に対して互いに対称な配置に設定されている。
【００４３】
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂの光軸ＬＢ２ｃが光入射端面２０ｉｎに垂直になるように設定している。また、図７に示すように、２つの入射位置ＬＢ２ｓ間の距離は、線分Ｓｙの長さすなわち距離ｗｙ（光入射端面２０ｉｎの長手方向の長さ）を、光束ＬＢ２の数（本実施形態では２）で割った長さｗｙ／２に設定されている。換言すると、互いに隣り合う２つの入射位置ＬＢ２ｓの間隔は、側面２０Ａ，２０Ｂが対向する方向に沿って側面２０Ａ，２０Ｂ間の距離ｗｙを入射位置ＬＢ２ｓの数で割った長さｗｙ／２に設定されている。このように、光入射端面２０ｉｎに対して入射位置ＬＢ２ｓの配置を設定したことにより、ロッドインテグレータ２０の光出射端面２０ｏｕｔからの出射光の照度分布（光量分布）の均一性が向上されている。
【００４４】
一般に、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎに入射した光束ＬＢ２の一部は、直進して光出射端面２０ｏｕｔからそのまま出射するが、ロッドインテグレータ２０の構成に基づく所定の大きさ以上の入射角度を持った光束ＬＢ２は側面２０Ａ，２０Ｂに到達する。側面２０Ａ，２０Ｂによって光束ＬＢ２は全反射され、光出射端面２０ｏｕｔに達するまで側面２０Ａ，２０Ｂによる全反射が繰り返された後、光出射端面２０ｏｕｔから出射する。これにより、ロッドインテグレータ２０に入射した光束ＬＢ２は、ロッドインテグレータ２０の幅で折り返され積算されて光出射端面２０ｏｕｔから出射することになる。この積算により、光出射端面２０ｏｕｔで光強度が平均化され、均一な強度分布になる。
【００４５】
次に、図８を用いてロッドインテグレータ２０による作用について説明する。本来は奥行き方向（本実施形態ではＸ方向）の広がりもあるが、説明の便宜のため二次元平面内での様子を見ていくことにする。
【００４６】
長さＬ、幅ｗｙのロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎの中心（中心軸ＣＡ）から寸法ｄだけずれた位置に入射角θのガウス型の分布を持つ光束ＬＢ２が入射している。図８では、入射角θが大きく、側面２０Ａで一度反射して光出射端面２０ｏｕｔに到達している様子を示している。ロッドインテグレータ２０の側面２０Ａでの反射を考えないと、破線で示すように厚さ（長さ）Ｌの平行平板に光が入射している場合と同じ状況になる。入射した光束ＬＢ２は、図８に破線Ｖで示すように、ガウス型の分布をしているが、実際には側面２０Ａで反射され、光出射端面２０ｏｕｔでそれぞれ実線Ｓのように折り畳まれて光量が積算される。その積算された結果が光出射端面２０ｏｕｔでの光量分布となる。光出射端面２０ｏｕｔ上のＹ方向の任意の点ｙでの光量は下記の式１で近似的に表せる。なお、式１においては、ロッドインテグレータ２０のＹ方向の幅をｗ、ロッドインテグレータ２０を構成するガラス（石英ガラス）の屈折率をｎ、ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の開口角（光入射端面２０ｉｎにおける開口数）をＮＡで示している。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数として、ロッドインテグレータ２０に入射した光束ＬＢ２がロッドインテグレータ２０内で反射している最大の回数の場合のＬ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）を考える。長さＬが長くて幅ｗの細いロッドインテグレータ２０内で光束ＬＢ２が十分な回数反射していると出射面での照度分布の平坦性がよくなる。現実的には、装置サイズの制約や光学部品の加工性からロッドインテグレータ２０の長さＬをできるだけ小さくし、光学系の配置の容易さから光束ＬＢ２の開口数ＮＡはできるだけ小さいほうが望ましいため、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）は小さな値であることが望ましい。
【００４９】
図９には、長さ（Ｌ）４００ｍｍ、幅（ｗｙ）３６ｍｍの石英でなるロッドインテグレータ２０に、開口数ＮＡが０．２０のガウス型分布の１本の光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎの中心に垂直に入射させたときの、光出射端面２０ｏｕｔでの光量分布を計算した結果を示す。このときのロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）は約１．５である。図９において、横軸は、原点を光出射端面２０ｏｕｔの中心とする光出射端面２０ｏｕｔでの幅方向の座標をとっており、縦軸は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した出射光量をとっている。このように光入射端面２０ｉｎの中心に垂直に光束ＬＢ２を入射させた場合は、光出射端面２０ｏｕｔの周辺（周縁）が中央部より０．０１１％の光量低下はあるものの、かなり高い照度均一性を示す。
【００５０】
図１０は、横軸にロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）を１から２までとり、縦軸にロッドインテグレータ２０の照度均一性を示す指標として光出射端面２０ｏｕｔの一番端（幅方向の端部）での照度を光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した値をプロットした結果を示す図である。図１０に示すように、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）に対して、照度均一性は指数関数的に良くなっていることが判る。
【００５１】
図１１は、上記ロッドインテグレータ（長さ４００ｍｍ、幅３６ｍｍの石英でなるロッドインテグレータ）２０に、上記と同じ条件のＮＡ＝０.２０のガウス型分布の１本の光束ＬＢ２を、以下のように光入射端面２０ｉｎの中心から幅方向（長手方向）の３つの位置にずらして入射させた場合の、光出射端面２０ｏｕｔでの照度分布（光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した出射光量の分布）を示している。図１１において、光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎの中心から幅方向に３ｍｍずらして入射させた場合を破線で、６ｍｍずらして入射させた場合を一点鎖線で、９ｍｍずらして入射させた場合を二点鎖線で示す。同図に示すように、光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎの中心からずれているため、照度均一性は傾斜成分を持ってしまう。光出射端面２０ｏｕｔの中心での光量はほとんど変化しないため、光出射端面２０ｏｕｔの一番端の位置（中心から１８ｍｍの位置）での照度均一性のずれは３ｍｍずらしたときに約３％、６ｍｍずらしたときに約６％、９ｍｍずらしたとき約８．５％とずれの長さとほぼ比例するような関係になっている。
【００５２】
次に、光束ＬＢ２の入射位置により照明光が傾斜成分を持つということから、光入射端面２０ｉｎの中心に対して対称になるように２つの光束ＬＢ２を光出射端面２０ｉｎの長手方向に沿った２箇所の位置に入射させて、傾斜成分を無くすことを考える。図１２は、ＮＡ＝０.２０の二つの入射光束ＬＢ２を、光出射端面２０ｉｎの中心からの距離がそれぞれ±３ｍｍ（破線）、±６ｍｍ（一点鎖線）、±９ｍｍ（二点鎖線）となるように入れた場合の、光出射端面２０ｏｕｔでの照度分布（光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した出射光量の分布）を示す。実線はロッドインテグレータ２０の中央に、ＮＡ＝０.２０の一つの光束ＬＢ２を入れた場合の出射光量をプロットしている。
【００５３】
図１２に示すように、二つの光束ＬＢ２が中心からの間隔が９ｍｍ（二点鎖線）に入射した場合に照度均一性が完全に平坦になっていることがわかる。これは二つの光束ＬＢ２の間隔（１８ｍｍ）がロッドインテグレータ２０の幅Ｗ（３６ｍｍ）のちょうど１／２になる状態である。このとき、図１３に示すように、ロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡからｄ１およびｄ２だけずれて垂直入射した光束ＬＢ２は、光出射端面２０ｏｕｔ出射面でそれぞれ図１３の下方に実線で描いたようなガウス型の分布をしている。そのときの光強度は、以下の式２で表すことができる。
【数２】
【００５４】
このときに、光出射端面２０ｏｕｔの中心ｘ＝０と周辺ｘ＝ｗ／２との強度差Δは以下の式３で表せる。
【数３】
【００５５】
ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）が比較的小さい場合には、図１３に示すように側面２０Ａ，２０Ｂで反射しないで光出射端面２０ｏｕｔに到達する光量の割合が多い。そこで、上の式でｋ＝０の場合について光量差がなくなるように計算すると、ｄ１＝ｗ／４、ｄ２＝−ｗ／４の場合となる。これは、図１３に示すように、光出射端面２０ｏｕｔから見たときに、入射光束ＬＢ２（入射位置ＬＢ２ｓ）が等間隔に並んでいる状態に等しい。
【００５６】
さらに、光束ＬＢ２の数を増やしても、光出射端面２０ｏｕｔから見たときに、入射光束ＬＢ２（入射位置ＬＢ２ｓ）が等間隔に並んでいるように配置することで照度均一性を保つことができる。入射光束の数がｎ個ある場合には、ロッドインテグレータ２０の幅ｗに対して入射位置ＬＢ２ｓの間隔はｗ／ｎとしてロッドインテグレータ２０の長手方向に沿って光入射端面２０ｉｎの中心に対して線対称に配置することで均一な照度を得ることができる。
【００５７】
図１４は、光入射端面２０ｉｎに３つの光束ＬＢ２を入れる場合の光入射端面２０ｉｎでの様子を示す。３つの光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに入射させる場合は、一つの光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎの中心に入射され、その光束ＬＢ２の長手方向の両側に、それぞれ間隔Ｗ／３を隔てて光束ＬＢ２を入射させることで、光出射端面２０ｏｕｔ側の照度分布の均一性を達成することができる。
【００５８】
図１５は、４つの光束ＬＢ２を入れる場合の光入射端面２０ｉｎでの様子を示す。４つの光束ＬＢ２を入れる場合は、これら光束ＬＢ２を光出射端面２０ｉｎの中心に対して対称になる長手方向に沿った位置に入射させ、光束ＬＢ２の入射位置ＬＢ２ｓ同士の間隔をＷ／４とすることで、光出射端面２０ｏｕｔ側の照度分布の均一性を達成することができる。なお、各光束ＬＢ２の光強度は同じに設定することが好ましい。
【００５９】
図１６は、２つの光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎへ入射させるときに、光出射端面２０ｏｕｔでの出射光量が均一になる条件にした場合(実線)、光束ＬＢ２の間隔を狭めた場合（破線）、光束の間隔を広げた場合（一点鎖線）を示す。図１６の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した値を示している。これより、光入射端面２０ｉｎの中心が対称中心となるように長手方向に沿って２つの光束ＬＢ２の入射位置の間隔を調整することで照度均一性を制御することができることがわかる。なお、図１４に示したように光束ＬＢ２が３本の場合や、図１５に示したように４本の場合においても、光出射端面２０ｏｕｔ側での照度均一性の制御が可能である。
【００６０】
しかしながら、光出射端面２０ｏｕｔで均一な照明が得られても、例えば露光装置１００にこの照明装置１Ａを適用した場合、照明リレーレンズやコンデンサレンズや投影レンズ等を通過する際に収差や反射防止コートの角度特性等により周辺の光量が低下することがあり、プレートＰ（感光性基板）上で周辺の光量が低下してしまうような場合がある。このような光量低下を補償するために、図１６において一点鎖線で示すような照度分布にすることで対応することが可能である。
【００６１】
ところが、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）がある程度高い値では、平均化効果が強すぎて補正をすることができない。上記した露光装置等で必要な照度均一性は１％程度なので、この程度の照度均一性を制御するにはロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×Ｗ）は比較的小さい１．０以上、２.０以下の範囲、さらには１から１．５程度の値である必要がある。
【００６２】
なお、上記したように、ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の位置調整は、図５および図６に示した調整機構３０Ａを用いる。図６に示すように、光束ＬＢ２の位置調整３０Ａは、調整用可動フレーム７Ａ，７ＢをＹ軸方向（側面２０Ａ，２０Ｂの距離方向）に移動させることで実現できる。なお、この調整機構３０Ａは、調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂが、光入射端面２０ｉｎにおける中心を通る線分Ｓｙに沿って、光束ＬＢ同士がロッドインテグレータの中心軸ＣＡに対して線対称となるように同期して移動するように設定されていることが好ましい。このような調整機構３０Ａにより、図１６に示すような、光出射端面２０ｏｕｔでの照度分布を平坦化する制御を容易にする効果がある。なお、本実施形態に係る照明装置１Ａでは、光導入部１０Ａが調整機構３０Ａを備える構成であるが、照明装置としては調整機構３０Ａを備えないものであってよい。
【００６３】
本実施形態に係る照明装置１Ａにおいては、光出射端面２０ｏｕｔから照射される照明光の照度が均一であり、ロッドインテグレータ２０内の無駄のない光の伝播により高い照明光量が得られる。したがって、この照明装置１Ａを適用した露光装置１００の露光光の照度分布の均一性などの露光性能を向上させることができる。
【００６４】
露光装置１００では、上記の照明装置１Ａにおける調整機構３０Ａを以下のように調整すればよい。すなわち、図６および図７に示すように、調整機構３０Ａは、調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂが、光入射端面２０ｉｎにおける線分Ｓｙに沿って、光束ＬＢ同士がロッドインテグレータの中心軸ＣＡに対して常に線対称となるように設定する。また、ロッドインテグレータ２０の幅ｗｙに対して入射位置ＬＢ２ｓ同士の間隔はｗｙ／２となるように配置することで均一な照度を得ることができる。
【００６５】
光入射端面２０ｉｎにおける入射位置ＬＢ２ｓ同士の配置関係をロッドインテグレータ２０の中心線ＣＡに対して線対称となる関係を保って調整することで、光出射端面２０ｏｕｔでの照度均一性の２次関数的成分が調整できる。このため、本実施形態に係る露光装置１００では、投影光学装置ＰＬのレンズのコート等の原因で視野周辺の光量が低下することを補償でき、照度均一性を確保することができる。
【００６６】
露光光の照度分布を均一化するための具体的な操作方法としては、例えば、プレートＰ面の露光領域で露光光に傾斜成分が出ていれば光量の低いほうへ入射光束をずらし、投影光学系ＰＬ１〜７から出射された露光光が入射するそれぞれの露光領域の中心が高くなっていればロッドインテグレータ２０の中心に対してほぼ対称な位置に入射している光束を同じ量だけ離す方向に移動させて照度が均一になるように調整すればよい。
【００６７】
なお、本実施形態では、例えば１つの照度センサ（不図示）で露光光の照度分布を算出する構成としてもよく、また、プレートＰを保持するステージ（不図示）に校正の行われた複数の照度センサを配置し一度に照度分布を検出する構成としてもよい。
【００６８】
露光光の照度均一性を補正する作業は、光源や装置の安定性にもよるが、安定しているのであれば露光装置１００を組み上げた際やランプの交換等の装置メンテナンスの際に行う程度でよい。照度均一性が安定していないような場合には、マスク（レチクル）Ｍにパターン投影領域のほかに光透過領域を作っておいて露光動作直前にステージ（不図示）上の照度センサ（不図示）で照明光量を測定し、前述の通りロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の位置調整を行って常に均一な照明状態になるようにして露光動作を始めることが望ましい。
【００６９】
このような調整機構３０Ａにより、光出射端面２０ｏｕｔでは、図１６の実線で示すように、光出射端面２０ｏｕｔの照度分布を平坦化する制御を容易にする効果がある。また、投影光学装置ＰＬ等を通過することに伴って照度にムラが発生している場合も、このような調整を行うことにより、照度分布の均一化を図ることができることは云うまでもない。
【００７０】
［第２の実施形態］
図１７〜１９は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置１Ｂに関する。図１８に示すように、この照明装置１Ｂは、光導入部１０Ｂとロッドインテグレータ２０とを備える。本実施形態は、光入射端面２０ｉｎおよび光出射端面２０ｏｕｔ（不図示）が、Ｘ方向にも長さ（奥行き）を有する長方形の照明領域を持つ例である。すなわち、図１７および図１８に示すように、光入射端面２０ｉｎには奥行き方向（Ｘ方向）にも複数（２つ）の光束ＬＢ２を入射させるため、全部で４本の光束ＬＢ２が入射するようになっている。また、図１８および図１９に示すように、この第２の実施形態に係る照明装置１Ｂは、上記第１の実施形態と異なる構成の調整機構３０Ｂを備えている。
【００７１】
図１７〜１９に示すように、この実施形態では、光入射端面２０ｉｎに入射する４本の光束ＬＢ２は、光入射端面２０ｉｎにおいてＸ方向に伸びる２本の線分Ｓｘと、Ｙ方向に伸びる２本の線分Ｓｙの交差する４つ入射位置ＬＢ２ｓに入射させるように設定されている。
【００７２】
以下に、図１７を用いて線分Ｓｘ，Ｓｙの決定方法について説明する。光入射端面２０ｉｎのＸ方向の幅寸法をｗｘ、Ｙ方向の幅寸法をｗｙとする。図１７において、光入射端面２０ｉｎにおいてＸ方向に沿って伸びる一対の線分Ｓｘは、側面２０Ａ，２０Ｂ側の辺からｗｙ／４の距離に位置する。したがって、これら一対の線分Ｓｘの間隔はｗｙ／２となる。光入射端面２０ｉｎにおいてＹ方向に沿って伸びる一対の線分Ｓｙは、側面２０Ｃ，２０Ｄ側の辺からｗｘ／４の距離に位置する。したがって、これら一対の線分Ｓｙの間隔はｗｘ／２となる。そして、これら４本の線分Ｓｘ，Ｓｙが交差する点が入射位置ＬＢ２ｓとなり、４本の光束ＬＢ２の中心線がこれら入射位置ＬＢ２ｓに重なるように設定されている。したがって、４本の線分Ｓｘ，Ｓｙそれぞれに沿って配置された２つの入射位置ＬＢ２ｓは、これら線分Ｓｘ，Ｓｙの中心Ｓｘｃ，Ｓｙｃに対称となるように設定されている。
【００７３】
このような入射位置ＬＢ２ｓの位置調整は、図１８および図１９に示す調整機構３０Ｂで行う。また、この場合の入射光束ＬＢ２の位置調整は、Ｘ方向Ｙ方向それぞれ独立に行うことができるようになっていることが望ましい。
【００７４】
以下、図１８および図１９を用いて、調整機構３０Ｂについて説明する。この調整機構３０Ｂは、光入射端面２０ｉｎに対向するように配置されている。調整機構３０Ｂは、Ｙ方向に沿って延びて互いに平行に配置される一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂと、Ｘ方向に沿って延びて互いに平行に配置される一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂと、を備えている。
【００７５】
Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢはＸ方向のみの移動が可能であり、Ｙ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２ＢはＹ方向のみの移動が可能となっている。すなわち、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂと、一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂは、常に平行状態を保って近接、離間するようになっている。図１８および図１９に示すように、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂは、一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂのわずかに下側に配置され、図１９に示すように、平面的に見て交差するように配置されている。
【００７６】
図１８に示すように、これらＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢとＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂの側面には、それぞれの長手方向に沿ってガイドスリット３３が形成されている。そして、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂと、Ｙ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂと、が平面的に見て交差する４箇所のそれぞれの位置には、移動体３４が、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢおよびＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂのガイドスリット３３に対してスライド可能に設けられている。
【００７７】
移動体３４は、下側に位置するＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂにスライド可能な下側スライド部３５と、上側に位置するＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂにスライド可能な上側スライド部３６とを備える。したがって、４つの移動体３４の下側スライド部３５はＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂのガイドスリット３３にスライド可能に設けられ、上側スライド部３６はＹ方向調整用可動フレーム３ＬＳ，３ＬＳのガイドスリット３３にスライド可能に設けられている。
【００７８】
なお、下側スライド部３５と上側スライド部３６は、それぞれ対応するＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢおよびＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂ内でスライド可能な図示しないスライドブロックと、ガイドスリット３３を通して連結されている。
【００７９】
図１８に示すように、下側スライド部３５と上側スライド部３６は、連結筒体３７で一体的に結合されている。下側スライド部３５の下部には、鉛直方向下向きに突出するように、レンズ支持筒３８が設けられている。なお、レンズ支持筒３８内には、この筒中心軸と、光軸が一致するように、図示しないファイバリレーレンズが装着されている。また、上側スライド部３６は、連結筒体３７が貫通して上方に向けて突出するように設けられている。そして、上側スライド部３６の上方に突出する連結筒体３７には、光ファイバ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを、それぞれの端部が図示しないファイバリレーレンズと対向するように装着している。
【００８０】
このような構成の調整機構３０Ｂでは、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢをＸ方向に沿って互いに近接、離間させることにより、移動体３４をＸ方向に移動させることができる。このとき、Ｘ方向に沿って並ぶ一対の移動体３４は、常にＸ方向に１列をなしている。一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２ＢをＹ方向に沿って互いに近接、離間させることにより、移動体３４をＹ方向に移動させることができる。このとき、Ｙ方向に沿って並ぶ一対の移動体３４は、常にＹ方向に１列をなしている。
【００８１】
このような調整機構３０Ｂを用いることにより、図示しないファイバリレーレンズから出射される光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎ上に入射する４つの入射位置ＬＢ２ｓが、ＸＹ方向に縦横の辺を持つ長方形の４つの頂点をなす状態を維持しつつ移動させることが可能となる。なお、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂや一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂを、互いに近接、離間するように平行移動させるために、互いに平行なフレーム同士を、互いにねじ切り方向が逆のねじ部を有するボールネジで連結してもよい。
【００８２】
調整機構３０Ｂを用いることにより、図１７に示すように、Ｙ方向に列をなす一対の入射位置ＬＢ２ｓの間隔をｗｙ／２となるように配置させ、Ｘ方向に列をなす一対の入射位置ＬＢ２ｓの間隔をＷｘ／２となるように配置させ、しかも、４本の線分Ｓｘ，Ｓｙのそれぞれに沿って配置された２つの入射位置ＬＢ２ｓは中心Ｓｘｃ，Ｓｙｃに線対称となるように配置させることが容易となる。
【００８３】
また、この調整機構３０Ｂを用いることで、４つの入射位置ＬＢ２ｓの位置関係を上記のような関係に保ちつつ、４つの入射位置ＬＢ２ｓの配置的均衡を考慮しつつ微調整させることも容易に行える。このように配置的均衡を保たせる場合は、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂ同士の距離の中心が、常に光入射端面２０ｉｎのＸ方向の幅寸法の中心線上にあるようにすればよい。同様に、Ｙ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂの距離の中心が、常に光入射端面２０ｉｎのＹ方向の幅寸法の中心線上にあるようにすればよい。このような調整機構３０Ｂにより調整が完了したら、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢとＹ方向調整用可動フレーム３ＬＳ，３ＬＳを固定すればよい。
【００８４】
本実施形態は、光入射端面２０ｉｎに４つの入射位置ＬＢ２ｓが２列×２列の配列の場合であるが、光入射端面２０ｉｎの形状や大きさに応じて任意の数のｍ列×ｎ列の光束ＬＢ２を入射させることができる。このように、本実施の形態に係る照明装置１Ｂでは、比較的面積の広い矩形状の光入射端面２０ｉｎを有するロッドインテグレータ２０に対しても光出射端面２０ｏｕｔでの照度均一性を向上させることができる。したがって、この照明装置１Ｂを適用した露光装置の露光性能を向上させることができる。
【００８５】
［第３の実施形態］
次に、図２０を用いて、本発明の第３の実施形態に係る照明装置１Ｃについて説明する。本実施形態に係る照明装置１Ｃの構成は、光導入部１０Ｃとロッドインテグレータ２０とを備える。照明装置１Ｃは、上記した第１の実施形態に係る照明装置１Ａで用いたファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂに代えて、光軸を共通とするように互いに平行に配置したファイバリレーレンズ５Ｃ，５Ｄを用いた光導入部１０Ｃを備えるものである。本実施の形態におけるその他の構成は、上記した第１の実施形態の構成と同様である。
【００８６】
本実施形態では、ファイバリレーレンズ５Ｃ，５Ｄを配置したことにより、光ファイバ４Ａ，４Ｂでこれらファイバリレーレンズ５Ｃ，５Ｄを共通化して縮小投影することで光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔの位置公差を緩めて調整することもできる。なお、本実施形態では、図２０に示すように、ファイバリレーレンズ５Ｄから出射させる光束ＬＢ２の間隔を調整するには、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔを矢印ｙで示す方向に平行移動させるだけでよい。なお、本実施形態では、上記した第１の実施形態に係る照明装置１Ａの調整機構３０Ａと同様な構成の調整機構３０Ｃを用いて、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔ側を接続支持部材６Ａ，６Ｂ（図６参照）に支持すればよい。
【００８７】
本実施形態に係る照明装置１Ｃにおいては、上記した第１の実施形態に係る照明装置１Ａと同様に、光出射端面２０ｏｕｔから照射される照明光の照度が均一であり、ロッドインテグレータ２０内の無駄のない光の伝播により高い照明光量が得られる。したがって、この照明装置１Ｃを上記の照明装置１Ａに代えて露光装置１００に適用すれば、均一な露光光を得ることができるため、露光性能を向上させることができる。
【００８８】
［第４の実施形態］
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置１Ｄの概略構成を示している。なお、本実施形態における光入射端面２０ｉｎでの入射位置は図７に示した第１の実施形態と同様である。図２１に示すように、照明装置１Ｄは、光導入部１０Ｄと、ロッドインテグレータ２０とを備えて概略構成されている。なお、この照明装置１Ｄは、上記第１の実施形態に係る投影型露光装置の照明装置１Ａに代えて用いることができる。本実施の形態に係る照明装置１Ｄは、照度分布の均一性と、特に照明光のテレセントリシティの向上を図ることができる。
（光導入部の構成）
【００８９】
図２１に示すように、本実施形態において、光導入部１０Ｄは、集光レンズ３Ａ，３Ｂと、光ファイバ４Ａ，４Ｂと、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂと、調整機構３０Ｄと、を備えて構成されている。
【００９０】
図２１に示すように、集光レンズ３Ａ，３Ｂは、第１光源部ＬＳａおよび第２光源部ＬＳｂから出射された光束ＬＢ１を光ファイバ４Ａ，４Ｂの入射側端面４Ａｉｎ，４Ｂｉｎにそれぞれ集光して、光ファイバ４Ａ，４Ｂに光束を光ファイバ４Ａ，４Ｂ内に導くように設定されている。光ファイバ４Ａ，４Ｂは、出射側端面４Ａｏｕｔ，４ＢｏｕｔがＹ方向に沿って所定間隔を隔てて並び、しかもロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡに対して線対称の関係となるように配置されている。
【００９１】
また、図２１に示すように、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔから出射された光は、それぞれファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂで集光された光束ＬＢ２となり、所定の開口角で光入射端面２０ｉｎに入射するように設定されている。さらに、光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光入射端面２０ｉｎになす角度は、ロッドインテグレータ２０内を通過する光束ＬＢ２の中心線（図中破線で示す）が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通るような角度に設定する。
【００９２】
図２１に示すように、調整機構３０Ｄは、光ファイバ４Ａ，４Ｂおよびファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂを一体的に保持してファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂから出射される光束ＬＢ２の光入射端面２０ｉｎへの入射角度や、入射位置ＬＢ２ｓ同士の間隔の調整が可能である。
【００９３】
本実施形態に係る照明装置１Ｄにおける光入射端面２０ｉｎに入射する入射位置ＬＢ２ｓの配置は、図７に示した上記第１の実施形態と同様である。
【００９４】
本実施形態では、図７に示すように、光入射端面２０ｉｎにおいて、光束ＬＢ２が、幅寸法ｗｙを有するＹ方向に沿って配置された２つ（複数の）の入射位置ＬＢ２ｓに入射するようになっている。２つの入射位置ＬＢ２ｓは、光入射端面２０ｉｎにおけるロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡを通ってＹ方向（長手方向）に光入射端面２０ｉｎの幅ｗｙに亘る線分Ｓｙ上に、中心軸ＣＡを中心として対称となるように配置する。
【００９５】
特に、本実施形態では、図２１に示すように、２つの光束ＬＢ２は、中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通過するように、光入射端面２０ｉｎに対して所定の角度で入射されるように設定されている。すなわち、光入射端面２０ｉｎから入射した光束ＬＢ２が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃに向かうように設定されている。さらに、図７に示すように、入射位置ＬＢ２ｓ同士の距離は、光入射端面２０ｉｎの中心を通る線分Ｓｙの長さ、すなわち幅ｗｙを光束ＬＢ２の数（本実施形態では２）で割ったｗｙ／２に設定されている。
【００９６】
この実施形態では、図７に示すように、光入射端面２０ｉｎに対して入射位置ＬＢ２ｓを上述の配置に設定すると共に、ロッドインテグレータ２０に導入された２つの光束ＬＢ２が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃに向かうように設定したことにより、光出射端面２０ｏｕｔからの出射光である照明光のテレセントリシティを改善することができる。さらに、この照明装置１Ｄでは、光出射端面２０ｏｕｔからの出射光である照明光の光量分布（強度分布）を均一化することができる。
【００９７】
ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２は、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂと、光ファイバ４Ａ，４Ｂと、が支持された調整機構３０Ｄにより、光束ＬＢ２の光入射端面２０ｉｎにおける位置と、光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに入射させる入射角度との調整を可能としている。
【００９８】
ロッドインテグレータ２０に入射した光線のうち一部は、光出射端面２０ｏｕｔに直進するが、その他の光線は、図８に示すように、ロッドインテグレータ２０の側面で反射し、必要に応じて側面での反射を繰り返して光出射端面２０ｏｕｔに向かう。そのため、ロッドインテグレータ２０に入射した光束ＬＢ２は、図８に示すように、ロッドインテグレータ２０の幅ｗｙで折り返されて重なり、光出射端面２０ｏｕｔ上の光強度がほぼ均一になる。光出射端面２０ｏｕｔ上の一点から見ると、折り返された先にある光入射端面２０ｉｎ上にあるそれぞれの光束ＬＢ２の像からの光が加算されていると考えればよいことがわかる。このとき光量のみを加算したものが照度分布を与える。また、それぞれの光線の入射方位を光強度で加重平均をとると、光束中心（中心線）の進行方向が計算できる。
【００９９】
長さ２００ｍｍ、幅３２ｍｍ、空気に対する屈折率が１．５の光入射端面２０ｉｎの中央に垂直に開口光束０．３のガウス型分布をした光が入射した場合の、光出射端面２０ｏｕｔでの出射光量分布を図２２に、出射角度方位を図２３にプロットした。なお、図２２の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の出射光量で規格化した値を示している。
【０１００】
図２２に示すように、ロッドインテグレータ２０内での折り返しの回数がやや少ないために、中心に対して約０．３％の光量低下が見られる。また、図２３に示すように、出射角度方位については光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃおよび幅方向（Ｙ方向）両端では、ほぼ垂直に出射しているのに対し、光出射端面２０ｏｕｔにおける幅方向両端からｗｙ／４だけ中心側の位置では光束が中心から広がる方向に０．７９ｍｒａｄほど傾いて出射していることがわかる。
【０１０１】
ここで、このロッドインテグレータ２０に複数の光束ＬＢ２を入射させる場合を考える。まず、図７に示すように、２つの光束ＬＢ２の入射位置ＬＢ２ｓ同士が光入射端面２０ｉｎの幅ｗｙの半分だけ離れ、しかも光入射端面２０ｉｎの中心に対して対称に配置するように設定し、２つのＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに垂直に入射させる。図２４は、それぞれの光束ＬＢ２による照度分布を破線および一点鎖線で示し、合成の照度分布を実線で示す。図２４に示すように、２つの光束ＬＢ２を上記の位置関係にて入射させた場合、照度分布はほぼ打ち消され、かなりよい均一性を示す。なお、図２４の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の出射光量で規格化した値を示している。
【０１０２】
図２５は、出射角度方位を計算した結果を示す。図２５では、図２４と同様に個々の光束ＬＢ２による照度分布を破線および一点鎖線で示し、両方の光束ＬＢ２を合成した場合の照度分布を実線で示す。ロッドインテグレータ２０に入射する位置をずらすと、光出射端面２０ｏｕｔの中心部の出射角度方位は変化するが、側面が近い位置にある周辺部は変化しない。
【０１０３】
さらに、図２５において、２つの入射光束ＬＢ２を合成した場合の光束の出射角度方位をみると、光出射端面２０ｏｕｔの幅方向両端からｗｙ／４の位置でおよそ０．５８ｍｒａｄとなっている。これはちょうど１つの入射光束ＬＢ２をロッドインテグレータ２０の中心に入れたとき（図２３参照）よりわずかに改善されている。
【０１０４】
２つの入射光束ＬＢ２の入射位置はそのままにして入射角度を内側（光束ＬＢ２同士が互いに近づくように内側）に向けたときの出射角度方位の様子を図２６にプロットした。図２６において、実線は入射光束ＬＢ２をロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡに平行に入れた場合、一点鎖線は光出射端面２０ｏｕｔの中心に入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが通過するように入れた場合、破線はその中間の入射角度で入れた場合を示す。これを見ると、ちょうど一点鎖線の状態で出射角度方位のばらつきが小さくなっていることがわかる。
【０１０５】
そこで、出射角度方位のばらつきがもっとも大きくなる点つまり、光出射端面２０ｏｕｔの中心からロッドインテグレータ２０の幅ｗｙの１／４だけ離れた点での出射角度方位と入射光束ＬＢ２の傾きとの関係を、図２７に示す。図２７において、縦軸は出射角度方位（ｒａｄ．）、横軸は入射光束の傾きである。図２７から、ちょうど光出射端面２０ｏｕｔの中心に入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが通過するように入れた場合に出射角度方位の振れが最小になっていることが判る。
【０１０６】
図２８は、光出射端面２０ｏｕｔの中心からロッドインテグレータ２０の幅ｗｙの１／４だけ離れた点から出射する光の経路を示す。図２８に示すように、ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の間隔がロッドインテグレータ２０の幅ｗｙの１／２でロッドインテグレータ２０の中心軸に対称な位置に配置されているので、光出射端面２０ｏｕｔから見た入射光束ＬＢ２は等間隔に並んでいる。そのため、出射する光線の出射方位はほぼ一定の角度をなして並んでいる。また、図２８に示す出射点ｙが右側に寄っているので出射光束も外側に寄って配置されている。ロッドインテグレータ２０に入射する位置を変えなければ光線の進む光路は変わらない。ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２を傾けるということは、それぞれの光線を通過する光量を変化させることになる。ロッドインテグレータ２０の側面で奇数回反射した光線の進む方向は反転している。
【０１０７】
そこで、入射光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに対して傾けると、偶数回反射の光線の光量変化と奇数回反射の光線の光量変化は逆向きになる。各光線についてロッドインテグレータ２０の出射方位と、入射方位と、入射光束ＬＢ２が垂直の場合の光量（光強度）と、入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心を通る場合の光量（光強度）を下表１に示す。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
上記表１の中で、Ｌをロッドインテグレータ２０の長さ、ｗをロッドインテグレータ２０の長手方向の幅、ｎをロッドインテグレータ２０の屈折率、ＮＡを入射光束ＬＢ２の開口数とする。入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通過するように入射する場合には、２つの入射光束ＬＢ２に対するそれぞれの光線の強度の割合が等しくなっている。ロッドインテグレータ２０による平均化は側面で反射した光が折り返されて重なることによるので、テレセントリシティのずれを最小にするには出射位置に対する光強度の傾斜成分が等しい必要がある。
【０１１０】
本実施形態では入射光はガウス型分布Ｉ（ｘ）＝Ｅｘｐ｛-２ｘ^２｝を考えているが、ガウス分布はＩ（０．１）≒０．９８からＩ（０．８９７）≒０．２の範囲でほぼ傾斜が一様になっているように見える。そこで、この範囲に照明光を形成する光線が入るようにするには、上記表１の出射端中心の光強度値の最大値は、下式４のときであり、
【数４】
【数５】
として解くと、
【数６】
より、（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＞０．４０２を得る。同様に、
【数７】
として解くと、
【数８】
より、（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７を得る。つまり、テレセントリシティのずれを最小にするには、０．４０２＜（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７を満たす必要がある。
【０１１１】
光出射端面２０ｏｕｔにおける点ｙ（図２８参照）での出射光束の角度方位が光出射端面２０ｏｕｔに垂直に近くなる場合の照度（出射光量）均一性を図２９に示す。図２９の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の出射光量で規格化した値を示している。図２９において、実線は入射光束ＬＢ２をロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡに平行に入れた場合、一点鎖線は光出射端面２０ｏｕｔの中心に入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが通過するように入れた場合、破線はその中間の入射角度で入れた場合を示す。この例では、光出射端面２０ｏｕｔの中央部に比べ周辺部が０．３％程低下していることがわかる。照度均一性の程度と出射光束の角度方位のばらつきがトレードオフの関係になる。
【０１１２】
本実施形態の照明装置１Ｄを走査型の投影露光装置に適用する場合には、走査範囲で照度均一性を制御することも可能であるため、照明光束の角度のばらつきを抑えるほうが重要となる。この場合は、入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通るように光導入部１０Ｄを配置することが望ましい。また、ロッドインテグレータ２０に入射する光束の数を３本、４本とさらに増やしても光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃをそれぞれの入射光束ＬＢ２の中心線ＩＬ２ｃが通過するように狙えば、光出射端面２０ｏｕｔから出射する光束の角度方位の振れは最小に抑えることができる。
【０１１３】
さらに、本実施形態に係る照明装置１Ｄでは、必要に応じて照度均一性と出射光束の角度特性とをバランスさせて中間的な角度にしてもよい。また、説明の簡素化のためにロッドインテグレータの効果を平面内で説明してきたが、奥行き方向にも同様に角度をつけることで正方形に近い照明領域に対応できる。また、走査型露光装置のように扁平な照明領域を持つ場合には、扁平な照明領域に合わせたロッドインテグレータ２０を用いる。このとき、短手方向にはロッドインテグレータ２０による積算は十分行われるので、長手方向のみに入射光束を並べて長手方向のみ本発明を適用してもよい。
【０１１４】
本実施形態では、照明均一化素子としてのロッドインテグレータ２０を用いた際に生じるテレセントリシティのズレを最小限に抑えることができる。したがって、上記の第１の実施形態に係る露光装置１００に用いる場合、フォーカス変動があったとしても転写位置の変化や倍率変化が発生しにくく、パターン転写性能が良好で、電子デバイスの歩留まりを向上させることに寄与する照明光学系を提供することができる。
【０１１５】
［電子デバイスの製造方法］
次に、図１に示す上記の第１の実施形態に係る走査型の（投影）露光装置１００を用いて、ガラス基板（プレートＰ）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、電子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３０のフローチャートを参照して、電子デバイスの製造方法の一例としての液晶表示素子の製造方法について説明する。
【０１１６】
図３０のステップＳ１１（パターン形成工程）では、先ず、露光対象のガラス基板上にフォトレジストを塗布して感光基板としてのプレートＰを準備する塗布工程、上記の露光装置１００を用いて液晶表示素子用のマスクＭのパターンをその感光基板上に転写露光する露光工程、及びその感光基板を現像する現像工程が実行される。この塗布工程、露光工程、及び現像工程を含むリソグラフィ工程によって、そのプレートＰ上に所定のレジストパターンが形成される。このリソグラフィ工程に続いて、そのレジストパターンをマスクとしたエッチング工程、及びレジスト剥離工程等を経て、そのプレートＰ上に多数の電極等を含む所定パターンが形成される。そのリソグラフィ工程等は、そのプレートＰ上のレイヤ数に応じて複数回実行される。
【０１１７】
その次のステップＳ１２（カラーフィルタ形成工程）では、液晶セルを構成する一方の基板に、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂに対応した３つの微細なフィルタの組をマトリックス状に多数配列するか、又は赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３本のストライプ状の複数のフィルタの組を水平走査線方向に配列することによってカラーフィルタを備えた基板を作製する。その次のステップＳ１３（セル組立工程）では、例えばステップＳ１１にて得られた所定パターンを有するプレートＰとステップＳ１２にて得られたカラーフィルタを備えた基板を液晶封止領域（空間）を区画するシール材を介して貼り合わせ、この液晶封止領域に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【０１１８】
その後のステップＳ１４（モジュール組立工程）では、そのようにして組み立てられた液晶パネル（液晶セル）に表示動作を行わせるための電気回路、及びバックライト等の部品を取り付けて、電子デバイスとしての液晶表示素子として完成させる。
【０１１９】
上述の液晶表示素子の製造方法によれば、フォトレジストが塗布されたプレートＰ上を露光装置１００にて露光する場合に、照明装置１Ａから出射される照明光の照度均一性が高いため、リレー光学系（導光光学系）、マスクＭ、および投影光学装置ＰＬを経た露光光の照度均一性も高く、フォトレジストを均一に露光することができる。したがって、マスクＭのパターンをプレートＰに精度良く転写できるため、パターン精度の高い液晶パネルを作製することができる。このため、本実施形態によれば、液晶表示素子をはじめとする電子デバイスの製造歩留まりを向上できる。
【０１２０】
［その他の実施形態］
以上、各実施形態について説明したが、これらの実施形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
【０１２１】
例えば、上記各実施形態では、光導入部１０Ａ〜Ｄに調整機構３０Ａ〜Ｄを備える構成としたが、これらの調整機構３０Ａ〜Ｄ以外に各種の移動調整手段を備えた位置調整手段を用いることができる。また、照明装置としては、光入射端面２０ｉｎに入射する光束ＬＢ２の入射位置や入射角度が上述の条件に設定されているものであれば、調整機構を備えない構成であってもよい。
【０１２２】
また、上記の各実施形態では、光源部ＬＳから出射する光を集光レンズ３Ａ，３Ｂで光ファイバ４Ａ，４Ｂに導く例を示したが、光ファイバを用いずにレンズによるリレー等でロッドインテグレータ２０に入射させる方法を用いてもよい。
【０１２３】
さらに、上記の第４の実施形態では、光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎの中心を対称中心として光入射端面２０ｉｎに入射させ、かつロッドインテグレータ２０内を通過する光束ＬＢ２の中心線が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通り、しかも光束ＬＢ２の入射位置同士の間隔がインテグレータ２０の幅ｗｙを光束ＬＢ２の数で割った長さになるように設定したが、光束ＬＢ２の入射位置同士の間隔が、幅ｗｙを光束ＬＢ２の数で割った長さにならなくてもよい。その場合、光出射端面２０ｏｕｔから出射される照明光が光出射端面２０ｏｕｔに対して直角をなす方向へ沿って出射されるように、光束ＬＢ２の光入射端面２０ｉｎに対する入射角度を設定すればよい。
【０１２４】
なお、上記の実施形態にかかる照明装置１Ａ〜１Ｄは、露光装置以外にも例えばプロジェクタ等の照明装置として用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１Ａ〜Ｄ 照明装置
３Ａ，３Ｂ 集光レンズ
４Ａ，４Ｂ 光ファイバ
５Ａ〜Ｄ ファイバレンズ
６Ａ，６Ｂ 接続支持部材
７Ａ，７Ｂ 調整用可動フレーム
８Ａ，８Ｂ レンズ支持筒
１０Ａ〜Ｄ 光導入部
２０ ロッドインテグレータ
２０Ａ〜Ｄ 側面
２０ｉｎ 光入射端面
２０ｏｕｔ 光出射端面
３０Ａ〜Ｄ 調整機構
３１Ａ，３１Ｂ Ｘ方向調整用可動フレーム
３２Ａ，３２Ｂ Ｙ方向調整用可動フレーム
３３ ガイドスリット
３４ 移動体
３５ 下側スライド部
３６ 上側スライド部
３７ 連結筒体
３８ レンズ保持筒
４０ リレー光学系
１００ 露光装置
ＩＬ１〜７ 部分照明光学系
ＩＵ 照明部
ＬＳ 光源部
ＬＢ１，ＬＢ２ 光束
ＬＢ２ｓ 入射位置
Ｍ マスク
Ｐ プレート
ＰＬ 投影光学装置
ＰＬ１〜７ 投影光学系
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明技術、露光技術、およびこの露光技術を用いる電子デバイスの製造技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子や液晶表示素子等を製造する際に利用されるフォトリソグラフィ技術では、マスク（レチクルまたはフォトマスク等）に形成されたパターンをレジスト等の感光性材料が塗布された基板に投影し、基板上に微細なパターンを形成するために、マスクをほぼ均一な照度で照明することが求められている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２８９１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このようなフォトリソグラフィ技術では、基板上に形成するパターンの更なる微細化または高精度化にともない、線幅誤差の許容度が小さくなり露光量の制御が厳しくなるため、マスクを照明する照明光の照度均一性の向上が必要となる。
【０００５】
そこで、本発明の態様は、照明光の照度均一性を向上できる照明装置、照明方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法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】
【０００６】
本発明の一態様によれば、光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを備え、該ロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明装置であって、前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる光導入部を備え、前記光導入部は、前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる照明装置が提供される。
【０００７】
また、本発明の一態様によれば、光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明方法であって、前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる照明方法が提供される。
【０００８】
また、本発明の一態様によれば、マスクに形成されたパターンを介した光によって感光性基板を露光する露光装置であって、上記の本発明の一態様に係る照明装置を備えた露光装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、上記の本発明の一態様に係る露光装置を用いて、前記感光性基板に前記パターンを転写する工程と、前記パターンが転写された前記感光性基板を処理する工程と、を含む電子デバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の態様によれば、照明光の照度均一性を向上できる照明装置、照明方法、露光装置、および電子デバイスの製造方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置の概略を示す斜視図である。
【図２】図２は、第１の実施形態に係る露光装置に用いる照明光学系と投影光学装置の一部の構成を示す立面図である。
【図３】図３は、第１の実施形態に係る露光装置に用いるマスクの構成を示す平面図である。
【図４】図４は、第１の実施形態に係る露光装置の照明光学系の一部による視野と投影光学装置の一部による像野の関係を示す平面図である。
【図５】図５は、第１の実施形態に係る照明装置の概略を示す構成図である。
【図６】図６は、第１の実施形態に係る照明装置における光導入部とロッドインテグレータの位置関係を示す斜視図である。
【図７】図７は、第１の実施形態に係る照明装置に用いられるロッドインテグレータの平面図である。
【図８】図８は、ロッドインテグレータに入射する光束の作用および効果を示す図である。
【図９】図９は、石英でなるロッドインテグレータに、ＮＡ＝０.２０のガウス型分布の光束を光入射端面の中心から入射した場合の光出射端面での幅方向（長手方向）の位置（座標）と出射光量との関係を示す図である。
【図１０】図１０は、ロッドインテグレータの性能を示す指数Ｌ×ＮＡ（ｎ×ｗ）と出射光量との関係を示し、ロッドインテグレータの光出射端面の一番端での出射光量をプロットした図である。
【図１１】図１１は、ロッドインテグレータの光入射端面へ光束を入射する位置をずらした場合の出射光量との関係を示す図である。
【図１２】図１２は、ロッドインテグレータの光入射端面の中心からの距離が異なる場合の出射光量との関係を示す図である。
【図１３】図１３は、ロッドインテグレータの中心軸からｄ１およびｄ２だけずれて光束が垂直入射した場合に、ロッドインテグレータの光出射端面での出射光量を示す図である。
【図１４】図１４は、ロッドインテグレータの光入射端面に３つの光束を入れる場合を示す説明図である。
【図１５】図１５は、ロッドインテグレータの光入射端面に４つの光束を入れる場合を示す説明図である。
【図１６】図１６は、ロッドインテグレータの光入射端面に２つの光束を入射させた場合に照度が均一になる条件での場合と、光束の間隔を狭めた場合と、光束の間隔を広げた場合での出射光量の分布を示す図である。
【図１７】図１７は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置におけるロッドインテグレータの光入射端面に２×２列の４本の光束を入射させる入射位置を示す平面図である。
【図１８】図１８は、第２の実施形態に係る照明装置における光導入部とロッドインテグレータとを示す斜視図である。
【図１９】図１９は、第２の実施形態に係る照明装置の平面図である。
【図２０】図２０は、本発明の第３の実施形態に係る照明装置の概略を示す構成図である。
【図２１】図２１は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置の概略を示す構成図である。
【図２２】図２２は、ロッドインテグレータの光入射端面の中央に垂直に開口光束０．３のガウス型分布をした光が入射した場合の光出射端面２０での出射光量分布を示す図である。
【図２３】図２３は、光出射端面から出射される光の出射角度方位を光出射端面の幅方向の座標に沿ってプロットした図である。
【図２４】図２４は、入射位置がロッドインテグレータの光入射端面の長手方向の幅の半分だけ離れ、光入射端面の中心が対称中心となるように２つの光束を光入射端面に垂直に入射させたときの照度分布を示す図である。
【図２５】図２５は、光出射端面での長手方向の座標に応じて出射角度方位を算出した結果を示す図である。
【図２６】図２６は、２つの入射光束の入射位置をそのままにして入射角度を内側（光束同士が互いに近づくように内側）に向けたときの光出射端面での長手方向の座標に沿って出射角度方位をプロットした図である。
【図２７】図２７は、光出射端面の中心からロッドインテグレータの幅の１／４だけ離れた点での出射角度方位と入射光束の傾きとの関係を示す図である。
【図２８】図２８は、光出射端面の中心からロッドインテグレータの幅の１／４だけ離れた点から出射する光の経路を示す図である。
【図２９】図２９は、光出射端面における図２８における点ｙでの出射光束の角度方位がロッドインテグレータの光出射端面に垂直に近くなる場合の照度（出射光量）を示す図である。
【図３０】図３０は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置を用いて電子デバイスを製造する方法の一例として液晶表示素子の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、図面は模式的なものを含み、図面相互間において互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
【００１３】
［第１の実施形態］
図１〜図７は、本発明の第１の実施形態に係る露光装置に関する図である。
〔露光装置〕
図１において、露光装置１００は、ステップ・アンド・スキャン方式の走査型の投影露光装置であり、パターンが形成されたマスクＭ（照明対象）を照明する照明部ＩＵと、マスクＭを保持して移動するマスクステージ（不図示）と、マスクＭのパターンの拡大像をプレートＰ（露光対象）上に投影する複数の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７を含む投影光学装置ＰＬと、プレートＰを保持して移動するプレートステージ（不図示）と、マスクステージおよびプレートステージを駆動するリニアモータ等を含む駆動機構（不図示）と、この駆動機構等の動作を統括的に制御する主制御系（不図示）と、を備えている。
【００１４】
露光装置１００は、図示しないマスクホルダを介してマスクステージ上にマスクＭが吸着保持されており、そのマスクステージの位置はマスク側のレーザ干渉計によって計測されている。また、プレートＰは、プレートホルダを介して移動鏡１５０を備えるプレートステージ上に吸着保持されており、その移動鏡１５０を介してプレートステージの位置がプレート側のレーザ干渉計によって計測されている。このマスク側およびプレート側のレーザ干渉計の計測値に基づいて、主制御系（不図示）が駆動機構を介してマスクステージ（マスクＭ）およびプレートステージ（プレートＰ）の位置、姿勢および速度等を制御する。
【００１５】
本実施形態のプレートＰは、一例として、液晶表示パネル（電子デバイス）製造用のフォトレジスト（感光材料）が塗布された１．９×２．２ｍ角、２．２×２．４ｍ角、２．４×２．８ｍ角、または２．８×３．２ｍ角等の矩形の平板状のガラスプレートであり、他の一例としては、一辺の長さ又は対角長が５００ｍｍより大きいガラスプレートである。なお、プレートＰとしては、薄膜磁気ヘッド製造用のセラミックス基板または半導体素子製造用の円形の半導体ウェハ等も適用可能である。
【００１６】
なお、この露光装置１００の説明においては、図１中に設定した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。このＸＹＺ直交座標系は、Ｘ軸およびＹ軸がプレートＰに対して平行となるように設定されており、Ｚ軸がプレートＰに対して直交する方向に設定されている。また、図１中のＸＹＺ座標系は、一例として、ＸＹ平面が水平面に対して平行に設定されて、Ｚ軸が鉛直方向に設定されている。この実施形態では、マスクＭおよびプレートＰを同期させて移動させる方向（走査方向）をＸ方向に設定している。
【００１７】
照明部ＩＵは、７つの部分照明光学系ＩＬ１、ＩＬ２、ＩＬ３、ＩＬ４、ＩＬ５、ＩＬ６、ＩＬ７を含み、部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７のそれぞれを介してマスクＭを部分的に照明するように構成されており、それぞれマスクＭ上の対応する照明領域を均一に照明する。各部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７は、照明光としてレーザ光を出射する光源部ＬＳと、ロッドインテグレータ２０と、光源部ＬＳから出射される照明光をロッドインテグレータ２０に導く光導入部１０Ａと、ロッドインテグレータ２０から出射される照明光をマスクＭに導くリレー光学系４０と、を備える。
【００１８】
また、各部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７は、ロッドインテグレータ２０の光出射端面２０ｏｕｔ（図２参照）の近傍に、マスクＭ上の視野Ｖ１〜Ｖ７に対応する視野絞り（不図示）が配置されており、リレー光学系４０によって視野絞りの像が所定の倍率でマスクＭに結像するように設定されている。すなわち、視野絞りとマスクＭとは、リレー光学系４０によって互いに光学的に共役にされている。なお、本実施形態では、光源部ＬＳとリレー光学系４０との間に設けられたロッドインテグレータ２０および光導入部１０Ａを含む部分を照明装置１Ａとしている。
【００１９】
投影光学系ＰＬ１、ＰＬ２、ＰＬ３、ＰＬ４、ＰＬ５、ＰＬ６、ＰＬ７は、マスクＭとプレートＰとの間に配置され、部分照明光学系ＩＬ１〜ＩＬ７によってそれぞれ照明されるマスクＭの視野Ｖ１〜Ｖ７（ここでは照明領域に等しい）内のパターンの拡大像を、プレートＰ上にそれぞれ投影し、プレートＰの上面（露光面、感光面）上に結像する。
【００２０】
走査方向に直交する非走査方向（Ｙ方向）に沿って並ぶ第１列の部分照明光学系ＩＬ１、ＩＬ３、ＩＬ５、ＩＬ７に対応する同第１列の投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３、ＰＬ５、ＰＬ７は、それぞれマスクＭのパターン面が配置される面（第１面）上の非走査方向に沿った視野Ｖ１、Ｖ３、Ｖ５、Ｖ７を持ち、プレートＰの上面が配置される面（第２面）上の非走査方向に沿って所定間隔で配列された像野（投影領域）Ｉ１、Ｉ３、Ｉ５、Ｉ７にマスクＭのパターンの像をそれぞれ形成する。同様に、非走査方向に沿って並ぶ第２列の部分照明光学系ＩＬ２、ＩＬ４、ＩＬ６に対応する同第２列の投影光学系ＰＬ２、ＰＬ４、ＰＬ６は、それぞれ第１面上の非走査方向に沿った視野Ｖ２、Ｖ４、Ｖ６を持ち、第２面上の非走査方向に沿って所定間隔で配列された像野（投影領域）Ｉ２、Ｉ４、Ｉ６（Ｉ２、Ｉ４は不図示）に像をそれぞれ形成する。
【００２１】
なお、図１では、部分照明光学系ＩＬ２、ＩＬ４は、部分照明光学系ＩＬ１，ＩＬ３，ＩＬ５，ＩＬ７の背面側に位置しており、部分投影光学系ＰＬ２，ＰＬ４は、部分投影光学系ＰＬ１，ＰＬ３，ＰＬ５，ＰＬ７の背面側に位置しているため、図示が省略されている。
【００２２】
また、第１列の投影光学系と第２列の投影光学系との間には、プレートＰの位置合わせを行うために用いる計測系としてのオフアクシスのアライメント系１５２と、マスクＭおよびプレートＰのフォーカス位置（Ｚ方向の位置）を合わせるために用いる計測系としてのオートフォーカス系１５４とが配置されている。
【００２３】
投影光学系ＰＬ１を一例にして詳細に説明すると、図２に示すように、この投影光学系ＰＬ１は、マスクＭとプレートＰとの間の光路中に配置される凹面反射鏡ＣＣＭと、マスクＭと凹面反射鏡ＣＣＭとの間の光路中に配置されたＺ軸に平行な光軸ＡＸ１１を持つ第１レンズ群Ｇ１と、第１レンズ群Ｇ１と凹面反射鏡ＣＣＭとの間の光路中に配置される第２レンズ群Ｇ２と、第２レンズ群Ｇ２とプレートＰとの間の光路中に配置されて、第２レンズ群Ｇ２から＋Ｚ方向に進行する光を−Ｘ方向に偏向させて光軸ＡＸ１１を横切る光軸ＡＸ１２に沿わせる第１偏向部材ＦＭ１と、第１偏向部材ＦＭ１とプレートＰとの間の光路中に配置されて、第１偏向部材ＦＭ１から−Ｘ方向に進行する光を−Ｚ方向に偏向させる第２偏向部材ＦＭ２と、第２偏向部材ＦＭ２とプレートＰとの間の光路中に配置されて、第１レンズ群Ｇ１の光軸ＡＸ１１と平行な光軸ＡＸ１３を有する第３レンズ群Ｇ３と、を備えている。
【００２４】
第２レンズ群Ｇ２および凹面反射鏡ＣＣＭの光軸は、第１レンズ群Ｇ１の光軸ＡＸ１１と共通である。すなわち、投影光学系ＰＬ１は、凹面反射鏡ＣＣＭを用いた軸外れ光学系であり、第１、第２レンズ群Ｇ１、Ｇ２を通過したマスクＭを介する光は、その凹面反射鏡ＣＣＭで再度反射した後に、第１、第２偏向部材ＦＭ１、ＦＭ２を介して第３レンズ群Ｇ３を介してプレートＰ上に、マスクＭの視野Ｖ１を投影して像野Ｉ１に像を形成する。なお、凹面反射鏡ＣＣＭと第２レンズ群Ｇ２との間の光路中の凹面反射鏡ＣＣＭの反射面の近傍には、投影光学系ＰＬ１のプレートＰ側の開口数を決定するための開口絞りＡＳが備えられており、開口絞りＡＳは、マスクＭ側およびプレートＰ側が略テレセントリックとなるように位置決めされている。この開口絞りＡＳの位置は投影光学系ＰＬ１の瞳面とみなすことができる。
【００２５】
また、投影光学系ＰＬ１は、凹面反射鏡ＣＣＭを用いた軸外れ光学系による有効な結像光束として、第１、第３レンズ群Ｇ１、Ｇ３の各レンズでは光軸ＡＸ１１、ＡＸ１３に対して−Ｘ方向側の半面内を通過するようになっており、このために、より大型のレンズから構成される第３レンズ群Ｇ３の各レンズでは、結像光束が通過しない部分である光軸ＡＸ１３から＋Ｘ方向側の半分を切断している。
【００２６】
ところで、露光装置１００にセットされるマスクＭは、図３に示すように、非走査方向（Ｙ方向）に沿って配置されて、図１の投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７の台形状（円弧状、または端部が三角形状等でもよい、以下同様）の視野Ｖ１〜Ｖ７が位置決めされる７列の列パターン部Ｍ１０〜Ｍ１６を備えている。視野Ｖ１〜Ｖ７が台形状であるのは、継ぎ誤差を低減するために、視野Ｖ１〜Ｖ７の両端部に対応するパターンの像をプレートＰ上に重ねて露光するためであり、そのために、列パターン部Ｍ１０〜Ｍ１６の両端部には交互に同じパターンが形成されている。ここで、交互に同じパターンが形成されるのは、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７の結像特性として、走査方向(Ｘ方向)に関してはＸＺ面内で光の進行方向を直角に変える反射面が奇数含まれていてかつ一回結像のため正立像になり、非走査方向(Ｙ方向)に関してはＹＺ面内で光の進行方向を直角に変える反射面が含まれておらずかつ一回結像のため倒立像になるからである。
【００２７】
ただし、Ｙ方向の両端部の視野Ｖ１、Ｖ７の内側のエッジ部の像は重ねては露光されない部分であるため（非走査方向には倒立像となるため）、視野Ｖ１、Ｖ７のＹ方向の一方の端部は、Ｘ軸に平行な直線状となっている。
【００２８】
図４は、第１列の投影光学系ＰＬ１、ＰＬ３のマスクＭ上の視野Ｖ１、Ｖ３およびプレートＰ上の像野（投影領域）Ｉ１、Ｉ３と、第２列の投影光学系ＰＬ２のマスクＭ上の視野Ｖ２およびプレートＰ上の像野Ｉ２の関係を示す平面図である。投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ３は、視野Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３内のパターンをＸ方向に正立で、Ｙ方向に倒立で拡大した像を像野Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３内に形成する。視野Ｖ１および像野Ｉ１は、それぞれ光軸ＡＸ１１、ＡＸ１３から−Ｘ方向に外れており、視野Ｖ２および像野Ｉ２は、それぞれ光軸ＡＸ２１、ＡＸ２３から＋Ｘ方向に外れている。このため、第３レンズ群Ｇ３を構成するレンズの形状を凹面反射鏡ＣＣＭ側の半分を切り落とした回転非対称にしても、像野Ｉ１、Ｉ２に向かう結像光束にケラレが生じない。
【００２９】
また、第１列の視野Ｖ１、Ｖ３等の中心ＶＣ１等を結ぶＹ軸に平行な直線と、第２列の視野Ｖ２等の中心ＶＣ２等を結ぶＹ軸に平行な直線とのＸ方向（走査方向）の間隔をＬｎとし、同様に、第１列の像野Ｉ１、Ｉ３等の中心ＩＣ１等を結ぶＹ軸に平行な直線と、第２列の像野Ｉ２等の中心ＩＣ２等を結ぶＹ軸に平行な直線とのＸ方向の間隔をＬｐとし、各投影光学系ＰＬ１，ＰＬ２，ＰＬ３の投影倍率をβとすると、間隔ＬｎとＬｐとの間には式（Ａ）の関係が成立する。
Ｌｐ＝Ｌｎ×｜β｜ ・・・（Ａ）
【００３０】
これにより、露光装置１００では、図３に示すように、第１列の投影光学系用の列パターン部Ｍ１０、Ｍ１２等と、第２列の投影光学系用の列パターン部Ｍ１１、Ｍ１３等とをＸ方向の同じ位置に形成して、マスクオフセットＭＯを０にしておいても、その投影像をプレートＰ上で正確に繋ぎ合わせて露光できる。
【００３１】
ただし、間隔Ｌｎと間隔Ｌｐとが以下の式（Ｂ）の関係を満足する場合、以下の式（Ｃ）で求められるマスクオフセットＭＯの分だけ、図３の２点鎖線の位置２１Ａ〜２１Ｃで示すように、第１列の視野Ｖ１、Ｖ３等用の列パターン部Ｍ１０、Ｍ１２等と、第２列の視野Ｖ２、Ｖ４等用の列パターン部Ｍ１１、Ｍ１３等との間にＸ方向のオフセットを設ける必要がある。
Ｌｐ＜Ｌｎ×｜β｜ ・・・（Ｂ）
ＭＯ＝Ｌｎ−Ｌｐ／｜β｜ ・・・（Ｃ）
【００３２】
したがって、この露光装置１００では、走査露光時に、マスクＭのパターンをプレートＰ上に投影露光した状態で、例えば、マスクＭを矢印ＳＭ１（図２参照）で示す＋Ｘ方向に速度ＶＭで移動するのに同期して、プレートＰが矢印ＳＰ１で示す＋Ｘ方向に速度ＶＭ×｜β｜で移動することになる。これによって、図３のマスクＭの列パターン部Ｍ１０〜Ｍ１６の拡大倍率βの像を繋ぎ合わせたパターンがプレートＰ上に露光される。なお、マスクＭおよびプレートＰを−Ｘ方向に走査することも可能である。
【００３３】
〔照明装置および照明方法〕
次に、図５〜７を用いて照明装置１Ａについて説明する。なお、図５は照明装置１Ａの構成の概略を示す構成図、図６はロッドインテグレータ２０と光導入部１０Ａとを示す斜視図、図７はロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎを示す平面図である。
【００３４】
図５に示すように、光導入部１０Ａは、集光レンズ３Ａ，３Ｂと、光ファイバ４Ａ，４Ｂと、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂと、調整機構３０Ａと、を備えて構成される。集光レンズ３Ａ，３Ｂには、光源部ＬＳが備える第１光源部ＬＳａおよび第２光源部ＬＳｂからそれぞれ光束ＬＢ１が入射されるようになっている。
【００３５】
光源部ＬＳａ，ＬＳｂは、ほぼ同一な波長帯域で光強度が同等な光束ＬＢ１を発生させるものを用いる。光源部ＬＳが備えるレーザ光源としては、例えばＡｒＦエキシマレーザやＹＡＧレーザの高調波発生光源等のレーザ光源を用いることができる。また、レーザ光源の代わりに水銀ランプ等のランプ光源を用いることも可能である。露光用途の光としては、ｉ線（波長３６５ｎｍ）、ｇ線（波長４３６ｎｍ）、ｈ線（波長４０５ｎｍ）の光や、ｉ線，ｇ線，ｈ線の合成波や、波長１９３ｎｍ、３５５ｎｍ等の紫外パルス光等を例示することができる。
【００３６】
集光レンズ３Ａ，３Ｂは、光源部ＬＳから出射された光束ＬＢ１を光ファイバ４Ａ，４Ｂの入射側端面４Ａｉｎ，４Ｂｉｎにそれぞれ集光して、光ファイバ４Ａ，４Ｂに光束ＬＢ１を導くように設定されている。光ファイバ４Ａ，４Ｂは、出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔが互いに所定間隔を隔てて、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎに対して所定の位置関係となるように配置されている。また、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔから出射された光束は、それぞれファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂで集光された光束ＬＢ２となり、所定の開口角（開口数）でロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎに入射するように設定されている。
【００３７】
図６に示すように、調整機構３０Ａは、接続支持部材６Ａ，６Ｂと、これらがそれぞれ固定された調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂを備えている。光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側は、それぞれ接続支持部材６Ａ，６Ｂに支持されている。この接続支持部材６Ａ，６Ｂは、所定の厚みを有する板状の部材であり、上下に貫通する図示しない貫通孔が形成され、この貫通孔の上部に、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔを支持する。また、貫通孔の下部には、レンズ支持筒８Ａ，８Ｂが取り付けられている。これらレンズ支持筒８Ａ，８Ｂ内には、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂが、出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔに対向した状態で支持されている。
【００３８】
調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂは、互いに平行をなし、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎにおける長手方向（Ｙ方向）に沿って互いに近接および離間するように、図示しない調整駆動装置により駆動される。また、これら調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂは、同期してＸ方向に移動可能となっている。このように調整機構３０Ａは、複数（本実施形態では２つ）の光束ＬＢ２がロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎへ入射する位置を、後述するロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡを基準にして互いに対称の位置となるように調整することができる。
【００３９】
ロッドインテグレータ２０は、例えば石英ガラスで形成される直方体形状のガラスロッドで構成され、上下一対の互いに平行な光入射端面２０ｉｎ，光出射端面２０ｏｕｔと、互いに平行な、二対の側面２０Ａ，２０Ｂ、側面２０Ｃ，２０Ｄ（図７参照）を有し、所定の長さ（Ｚ軸方向の長さ）Ｌに設定されている。光入射端面２０ｉｎ，光出射端面２０ｏｕｔは、細長い長方形状を有している。このようなロッドインテグレータ２０は、光入射端面２０ｉｎから入射した光を各側面２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄで反射して光出射端面２０ｏｕｔから光を出射するようになっている。
【００４０】
以下、本実施形態に係る照明装置１Ａにおける照明方法について説明する。先ず、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎを示す図７を用いて、光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに入射させる入射位置ＬＢ２ｓについて説明する。
【００４１】
ロッドインテグレータ２０は、Ｘ方向の両側に位置する側面対である側面２０Ｃ，２０Ｄ間の距離Ｗｘに比して、側面２０Ａ，２０Ｂ間の距離ｗｙが長く設定されている。また、距離Ｗｘが長さＬに比して十分に短い側面２０Ｃ，２０Ｄの間では、光入射端面２０ｉｎから光出射端面２０ｏｕｔに向けて、全反射が繰り返される回数は多くなり、Ｘ方向に関しては十分に光量分布の均一化が行われるようになっている。これに対して、Ｙ方向に関しては、距離Ｗｘに比して距離Ｗｙが長く設定されているため、Ｘ方向に比して光量分布の均一化が行われ難くなっている。なお、このように光出射端面２０ｏｕｔが扁平は長方形である理由は、投影光学系ＰＬ１〜ＰＬ７の視野が扁平であることに起因している。
【００４２】
そこで、本実施形態では、光出射端面２０ｉｎにおいて、Ｙ方向（長手方向）に沿って２つの光束ＬＢ２が入射するように設定している。ここで、光入射端面２０ｉｎにおいて、光束ＬＢ２が入射する位置を入射位置ＬＢ２ｓとする。２つ入射位置ＬＢ２ｓの配置は、図７に示すように、光入射端面２０ｉｎにおけるロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡを通るＹ方向（長手方向）の線分Ｓｙ上に、中心軸ＣＡが対称中心となるように配置している。換言すると、２つの入射位置ＬＢ２ｓは、側面２０Ａ，２０Ｂが対向する方向（Ｙ方向）に沿って側面２０Ａと側面２０Ｂとの間の中心位置（中心軸ＣＡ）に対して互いに対称な配置に設定されている。
【００４３】
また、本実施形態では、図５および図６に示すように、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂの光軸ＬＢ２ｃが光入射端面２０ｉｎに垂直になるように設定している。また、図７に示すように、２つの入射位置ＬＢ２ｓ間の距離は、線分Ｓｙの長さすなわち距離ｗｙ（光入射端面２０ｉｎの長手方向の長さ）を、光束ＬＢ２の数（本実施形態では２）で割った長さｗｙ／２に設定されている。換言すると、互いに隣り合う２つの入射位置ＬＢ２ｓの間隔は、側面２０Ａ，２０Ｂが対向する方向に沿って側面２０Ａ，２０Ｂ間の距離ｗｙを入射位置ＬＢ２ｓの数で割った長さｗｙ／２に設定されている。このように、光入射端面２０ｉｎに対して入射位置ＬＢ２ｓの配置を設定したことにより、ロッドインテグレータ２０の光出射端面２０ｏｕｔからの出射光の照度分布（光量分布）の均一性が向上されている。
【００４４】
一般に、ロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎに入射した光束ＬＢ２の一部は、直進して光出射端面２０ｏｕｔからそのまま出射するが、ロッドインテグレータ２０の構成に基づく所定の大きさ以上の入射角度を持った光束ＬＢ２は側面２０Ａ，２０Ｂに到達する。側面２０Ａ，２０Ｂによって光束ＬＢ２は全反射され、光出射端面２０ｏｕｔに達するまで側面２０Ａ，２０Ｂによる全反射が繰り返された後、光出射端面２０ｏｕｔから出射する。これにより、ロッドインテグレータ２０に入射した光束ＬＢ２は、ロッドインテグレータ２０の幅で折り返され積算されて光出射端面２０ｏｕｔから出射することになる。この積算により、光出射端面２０ｏｕｔで光強度が平均化され、均一な強度分布になる。
【００４５】
次に、図８を用いてロッドインテグレータ２０による作用について説明する。本来は奥行き方向（本実施形態ではＸ方向）の広がりもあるが、説明の便宜のため二次元平面内での様子を見ていくことにする。
【００４６】
長さＬ、幅ｗｙのロッドインテグレータ２０の光入射端面２０ｉｎの中心（中心軸ＣＡ）から寸法ｄだけずれた位置に入射角θのガウス型の分布を持つ光束ＬＢ２が入射している。図８では、入射角θが大きく、側面２０Ａで一度反射して光出射端面２０ｏｕｔに到達している様子を示している。ロッドインテグレータ２０の側面２０Ａでの反射を考えないと、破線で示すように厚さ（長さ）Ｌの平行平板に光が入射している場合と同じ状況になる。入射した光束ＬＢ２は、図８に破線Ｖで示すように、ガウス型の分布をしているが、実際には側面２０Ａで反射され、光出射端面２０ｏｕｔでそれぞれ実線Ｓのように折り畳まれて光量が積算される。その積算された結果が光出射端面２０ｏｕｔでの光量分布となる。光出射端面２０ｏｕｔ上のＹ方向の任意の点ｙでの光量は下記の式１で近似的に表せる。なお、式１においては、ロッドインテグレータ２０のＹ方向の幅をｗ、ロッドインテグレータ２０を構成するガラス（石英ガラス）の屈折率をｎ、ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の開口角（光入射端面２０ｉｎにおける開口数）をＮＡで示している。
【００４７】
【数１】
【００４８】
ここで、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数として、ロッドインテグレータ２０に入射した光束ＬＢ２がロッドインテグレータ２０内で反射している最大の回数の場合のＬ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）を考える。長さＬが長くて幅ｗの細いロッドインテグレータ２０内で光束ＬＢ２が十分な回数反射していると出射面での照度分布の平坦性がよくなる。現実的には、装置サイズの制約や光学部品の加工性からロッドインテグレータ２０の長さＬをできるだけ小さくし、光学系の配置の容易さから光束ＬＢ２の開口数ＮＡはできるだけ小さいほうが望ましいため、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）は小さな値であることが望ましい。
【００４９】
図９には、長さ（Ｌ）４００ｍｍ、幅（ｗｙ）３６ｍｍの石英でなるロッドインテグレータ２０に、開口数ＮＡが０．２０のガウス型分布の１本の光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎの中心に垂直に入射させたときの、光出射端面２０ｏｕｔでの光量分布を計算した結果を示す。このときのロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）は約１．５である。図９において、横軸は、原点を光出射端面２０ｏｕｔの中心とする光出射端面２０ｏｕｔでの幅方向の座標をとっており、縦軸は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した出射光量をとっている。このように光入射端面２０ｉｎの中心に垂直に光束ＬＢ２を入射させた場合は、光出射端面２０ｏｕｔの周辺（周縁）が中央部より０．０１１％の光量低下はあるものの、かなり高い照度均一性を示す。
【００５０】
図１０は、横軸にロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）を１から２までとり、縦軸にロッドインテグレータ２０の照度均一性を示す指標として光出射端面２０ｏｕｔの一番端（幅方向の端部）での照度を光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した値をプロットした結果を示す図である。図１０に示すように、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）に対して、照度均一性は指数関数的に良くなっていることが判る。
【００５１】
図１１は、上記ロッドインテグレータ（長さ４００ｍｍ、幅３６ｍｍの石英でなるロッドインテグレータ）２０に、上記と同じ条件のＮＡ＝０.２０のガウス型分布の１本の光束ＬＢ２を、以下のように光入射端面２０ｉｎの中心から幅方向（長手方向）の３つの位置にずらして入射させた場合の、光出射端面２０ｏｕｔでの照度分布（光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した出射光量の分布）を示している。図１１において、光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎの中心から幅方向に３ｍｍずらして入射させた場合を破線で、６ｍｍずらして入射させた場合を一点鎖線で、９ｍｍずらして入射させた場合を二点鎖線で示す。同図に示すように、光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎの中心からずれているため、照度均一性は傾斜成分を持ってしまう。光出射端面２０ｏｕｔの中心での光量はほとんど変化しないため、光出射端面２０ｏｕｔの一番端の位置（中心から１８ｍｍの位置）での照度均一性のずれは３ｍｍずらしたときに約３％、６ｍｍずらしたときに約６％、９ｍｍずらしたとき約８．５％とずれの長さとほぼ比例するような関係になっている。
【００５２】
次に、光束ＬＢ２の入射位置により照明光が傾斜成分を持つということから、光入射端面２０ｉｎの中心に対して対称になるように２つの光束ＬＢ２を光出射端面２０ｉｎの長手方向に沿った２箇所の位置に入射させて、傾斜成分を無くすことを考える。図１２は、ＮＡ＝０.２０の二つの入射光束ＬＢ２を、光出射端面２０ｉｎの中心からの距離がそれぞれ±３ｍｍ（破線）、±６ｍｍ（一点鎖線）、±９ｍｍ（二点鎖線）となるように入れた場合の、光出射端面２０ｏｕｔでの照度分布（光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した出射光量の分布）を示す。実線はロッドインテグレータ２０の中央に、ＮＡ＝０.２０の一つの光束ＬＢ２を入れた場合の出射光量をプロットしている。
【００５３】
図１２に示すように、二つの光束ＬＢ２が中心からの間隔が９ｍｍ（二点鎖線）に入射した場合に照度均一性が完全に平坦になっていることがわかる。これは二つの光束ＬＢ２の間隔（１８ｍｍ）がロッドインテグレータ２０の幅Ｗ（３６ｍｍ）のちょうど１／２になる状態である。このとき、図１３に示すように、ロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡからｄ１およびｄ２だけずれて垂直入射した光束ＬＢ２は、光出射端面２０ｏｕｔ出射面でそれぞれ図１３の下方に実線で描いたようなガウス型の分布をしている。そのときの光強度は、以下の式２で表すことができる。
【数２】
【００５４】
このときに、光出射端面２０ｏｕｔの中心ｘ＝０と周辺ｘ＝ｗ／２との強度差Δは以下の式３で表せる。
【数３】
【００５５】
ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）が比較的小さい場合には、図１３に示すように側面２０Ａ，２０Ｂで反射しないで光出射端面２０ｏｕｔに到達する光量の割合が多い。そこで、上の式でｋ＝０の場合について光量差がなくなるように計算すると、ｄ１＝ｗ／４、ｄ２＝−ｗ／４の場合となる。これは、図１３に示すように、光出射端面２０ｏｕｔから見たときに、入射光束ＬＢ２（入射位置ＬＢ２ｓ）が等間隔に並んでいる状態に等しい。
【００５６】
さらに、光束ＬＢ２の数を増やしても、光出射端面２０ｏｕｔから見たときに、入射光束ＬＢ２（入射位置ＬＢ２ｓ）が等間隔に並んでいるように配置することで照度均一性を保つことができる。入射光束の数がｎ個ある場合には、ロッドインテグレータ２０の幅ｗに対して入射位置ＬＢ２ｓの間隔はｗ／ｎとしてロッドインテグレータ２０の長手方向に沿って光入射端面２０ｉｎの中心に対して線対称に配置することで均一な照度を得ることができる。
【００５７】
図１４は、光入射端面２０ｉｎに３つの光束ＬＢ２を入れる場合の光入射端面２０ｉｎでの様子を示す。３つの光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに入射させる場合は、一つの光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎの中心に入射され、その光束ＬＢ２の長手方向の両側に、それぞれ間隔Ｗ／３を隔てて光束ＬＢ２を入射させることで、光出射端面２０ｏｕｔ側の照度分布の均一性を達成することができる。
【００５８】
図１５は、４つの光束ＬＢ２を入れる場合の光入射端面２０ｉｎでの様子を示す。４つの光束ＬＢ２を入れる場合は、これら光束ＬＢ２を光出射端面２０ｉｎの中心に対して対称になる長手方向に沿った位置に入射させ、光束ＬＢ２の入射位置ＬＢ２ｓ同士の間隔をＷ／４とすることで、光出射端面２０ｏｕｔ側の照度分布の均一性を達成することができる。なお、各光束ＬＢ２の光強度は同じに設定することが好ましい。
【００５９】
図１６は、２つの光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎへ入射させるときに、光出射端面２０ｏｕｔでの出射光量が均一になる条件にした場合(実線)、光束ＬＢ２の間隔を狭めた場合（破線）、光束の間隔を広げた場合（一点鎖線）を示す。図１６の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の値で規格化した値を示している。これより、光入射端面２０ｉｎの中心が対称中心となるように長手方向に沿って２つの光束ＬＢ２の入射位置の間隔を調整することで照度均一性を制御することができることがわかる。なお、図１４に示したように光束ＬＢ２が３本の場合や、図１５に示したように４本の場合においても、光出射端面２０ｏｕｔ側での照度均一性の制御が可能である。
【００６０】
しかしながら、光出射端面２０ｏｕｔで均一な照明が得られても、例えば露光装置１００にこの照明装置１Ａを適用した場合、照明リレーレンズやコンデンサレンズや投影レンズ等を通過する際に収差や反射防止コートの角度特性等により周辺の光量が低下することがあり、プレートＰ（感光性基板）上で周辺の光量が低下してしまうような場合がある。このような光量低下を補償するために、図１６において一点鎖線で示すような照度分布にすることで対応することが可能である。
【００６１】
ところが、ロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×ｗ）がある程度高い値では、平均化効果が強すぎて補正をすることができない。上記した露光装置等で必要な照度均一性は１％程度なので、この程度の照度均一性を制御するにはロッドインテグレータ２０の性能を示す指数Ｌ×ＮＡ／（ｎ×Ｗ）は比較的小さい１．０以上、２.０以下の範囲、さらには１から１．５程度の値である必要がある。
【００６２】
なお、上記したように、ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の位置調整は、図５および図６に示した調整機構３０Ａを用いる。図６に示すように、光束ＬＢ２の位置調整３０Ａは、調整用可動フレーム７Ａ，７ＢをＹ軸方向（側面２０Ａ，２０Ｂの距離方向）に移動させることで実現できる。なお、この調整機構３０Ａは、調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂが、光入射端面２０ｉｎにおける中心を通る線分Ｓｙに沿って、光束ＬＢ同士がロッドインテグレータの中心軸ＣＡに対して線対称となるように同期して移動するように設定されていることが好ましい。このような調整機構３０Ａにより、図１６に示すような、光出射端面２０ｏｕｔでの照度分布を平坦化する制御を容易にする効果がある。なお、本実施形態に係る照明装置１Ａでは、光導入部１０Ａが調整機構３０Ａを備える構成であるが、照明装置としては調整機構３０Ａを備えないものであってよい。
【００６３】
本実施形態に係る照明装置１Ａにおいては、光出射端面２０ｏｕｔから照射される照明光の照度が均一であり、ロッドインテグレータ２０内の無駄のない光の伝播により高い照明光量が得られる。したがって、この照明装置１Ａを適用した露光装置１００の露光光の照度分布の均一性などの露光性能を向上させることができる。
【００６４】
露光装置１００では、上記の照明装置１Ａにおける調整機構３０Ａを以下のように調整すればよい。すなわち、図６および図７に示すように、調整機構３０Ａは、調整用可動フレーム７Ａ，７Ｂが、光入射端面２０ｉｎにおける線分Ｓｙに沿って、光束ＬＢ同士がロッドインテグレータの中心軸ＣＡに対して常に線対称となるように設定する。また、ロッドインテグレータ２０の幅ｗｙに対して入射位置ＬＢ２ｓ同士の間隔はｗｙ／２となるように配置することで均一な照度を得ることができる。
【００６５】
光入射端面２０ｉｎにおける入射位置ＬＢ２ｓ同士の配置関係をロッドインテグレータ２０の中心線ＣＡに対して線対称となる関係を保って調整することで、光出射端面２０ｏｕｔでの照度均一性の２次関数的成分が調整できる。このため、本実施形態に係る露光装置１００では、投影光学装置ＰＬのレンズのコート等の原因で視野周辺の光量が低下することを補償でき、照度均一性を確保することができる。
【００６６】
露光光の照度分布を均一化するための具体的な操作方法としては、例えば、プレートＰ面の露光領域で露光光に傾斜成分が出ていれば光量の低いほうへ入射光束をずらし、投影光学系ＰＬ１〜７から出射された露光光が入射するそれぞれの露光領域の中心が高くなっていればロッドインテグレータ２０の中心に対してほぼ対称な位置に入射している光束を同じ量だけ離す方向に移動させて照度が均一になるように調整すればよい。
【００６７】
なお、本実施形態では、例えば１つの照度センサ（不図示）で露光光の照度分布を算出する構成としてもよく、また、プレートＰを保持するステージ（不図示）に校正の行われた複数の照度センサを配置し一度に照度分布を検出する構成としてもよい。
【００６８】
露光光の照度均一性を補正する作業は、光源や装置の安定性にもよるが、安定しているのであれば露光装置１００を組み上げた際やランプの交換等の装置メンテナンスの際に行う程度でよい。照度均一性が安定していないような場合には、マスク（レチクル）Ｍにパターン投影領域のほかに光透過領域を作っておいて露光動作直前にステージ（不図示）上の照度センサ（不図示）で照明光量を測定し、前述の通りロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の位置調整を行って常に均一な照明状態になるようにして露光動作を始めることが望ましい。
【００６９】
このような調整機構３０Ａにより、光出射端面２０ｏｕｔでは、図１６の実線で示すように、光出射端面２０ｏｕｔの照度分布を平坦化する制御を容易にする効果がある。また、投影光学装置ＰＬ等を通過することに伴って照度にムラが発生している場合も、このような調整を行うことにより、照度分布の均一化を図ることができることは云うまでもない。
【００７０】
［第２の実施形態］
図１７〜１９は、本発明の第２の実施形態に係る照明装置１Ｂに関する。図１８に示すように、この照明装置１Ｂは、光導入部１０Ｂとロッドインテグレータ２０とを備える。本実施形態は、光入射端面２０ｉｎおよび光出射端面２０ｏｕｔ（不図示）が、Ｘ方向にも長さ（奥行き）を有する長方形の照明領域を持つ例である。すなわち、図１７および図１８に示すように、光入射端面２０ｉｎには奥行き方向（Ｘ方向）にも複数（２つ）の光束ＬＢ２を入射させるため、全部で４本の光束ＬＢ２が入射するようになっている。また、図１８および図１９に示すように、この第２の実施形態に係る照明装置１Ｂは、上記第１の実施形態と異なる構成の調整機構３０Ｂを備えている。
【００７１】
図１７〜１９に示すように、この実施形態では、光入射端面２０ｉｎに入射する４本の光束ＬＢ２は、光入射端面２０ｉｎにおいてＸ方向に伸びる２本の線分Ｓｘと、Ｙ方向に伸びる２本の線分Ｓｙの交差する４つ入射位置ＬＢ２ｓに入射させるように設定されている。
【００７２】
以下に、図１７を用いて線分Ｓｘ，Ｓｙの決定方法について説明する。光入射端面２０ｉｎのＸ方向の幅寸法をｗｘ、Ｙ方向の幅寸法をｗｙとする。図１７において、光入射端面２０ｉｎにおいてＸ方向に沿って伸びる一対の線分Ｓｘは、側面２０Ａ，２０Ｂ側の辺からｗｙ／４の距離に位置する。したがって、これら一対の線分Ｓｘの間隔はｗｙ／２となる。光入射端面２０ｉｎにおいてＹ方向に沿って伸びる一対の線分Ｓｙは、側面２０Ｃ，２０Ｄ側の辺からｗｘ／４の距離に位置する。したがって、これら一対の線分Ｓｙの間隔はｗｘ／２となる。そして、これら４本の線分Ｓｘ，Ｓｙが交差する点が入射位置ＬＢ２ｓとなり、４本の光束ＬＢ２の中心線がこれら入射位置ＬＢ２ｓに重なるように設定されている。したがって、４本の線分Ｓｘ，Ｓｙそれぞれに沿って配置された２つの入射位置ＬＢ２ｓは、これら線分Ｓｘ，Ｓｙの中心Ｓｘｃ，Ｓｙｃに対称となるように設定されている。
【００７３】
このような入射位置ＬＢ２ｓの位置調整は、図１８および図１９に示す調整機構３０Ｂで行う。また、この場合の入射光束ＬＢ２の位置調整は、Ｘ方向Ｙ方向それぞれ独立に行うことができるようになっていることが望ましい。
【００７４】
以下、図１８および図１９を用いて、調整機構３０Ｂについて説明する。この調整機構３０Ｂは、光入射端面２０ｉｎに対向するように配置されている。調整機構３０Ｂは、Ｙ方向に沿って延びて互いに平行に配置される一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂと、Ｘ方向に沿って延びて互いに平行に配置される一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂと、を備えている。
【００７５】
Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢはＸ方向のみの移動が可能であり、Ｙ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２ＢはＹ方向のみの移動が可能となっている。すなわち、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂと、一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂは、常に平行状態を保って近接、離間するようになっている。図１８および図１９に示すように、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂは、一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂのわずかに下側に配置され、図１９に示すように、平面的に見て交差するように配置されている。
【００７６】
図１８に示すように、これらＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢとＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂの側面には、それぞれの長手方向に沿ってガイドスリット３３が形成されている。そして、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂと、Ｙ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂと、が平面的に見て交差する４箇所のそれぞれの位置には、移動体３４が、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢおよびＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂのガイドスリット３３に対してスライド可能に設けられている。
【００７７】
移動体３４は、下側に位置するＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂにスライド可能な下側スライド部３５と、上側に位置するＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂにスライド可能な上側スライド部３６とを備える。したがって、４つの移動体３４の下側スライド部３５はＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂのガイドスリット３３にスライド可能に設けられ、上側スライド部３６はＹ方向調整用可動フレーム３ＬＳ，３ＬＳのガイドスリット３３にスライド可能に設けられている。
【００７８】
なお、下側スライド部３５と上側スライド部３６は、それぞれ対応するＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢおよびＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂ内でスライド可能な図示しないスライドブロックと、ガイドスリット３３を通して連結されている。
【００７９】
図１８に示すように、下側スライド部３５と上側スライド部３６は、連結筒体３７で一体的に結合されている。下側スライド部３５の下部には、鉛直方向下向きに突出するように、レンズ支持筒３８が設けられている。なお、レンズ支持筒３８内には、この筒中心軸と、光軸が一致するように、図示しないファイバリレーレンズが装着されている。また、上側スライド部３６は、連結筒体３７が貫通して上方に向けて突出するように設けられている。そして、上側スライド部３６の上方に突出する連結筒体３７には、光ファイバ４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，４Ｄを、それぞれの端部が図示しないファイバリレーレンズと対向するように装着している。
【００８０】
このような構成の調整機構３０Ｂでは、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢをＸ方向に沿って互いに近接、離間させることにより、移動体３４をＸ方向に移動させることができる。このとき、Ｘ方向に沿って並ぶ一対の移動体３４は、常にＸ方向に１列をなしている。一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２ＢをＹ方向に沿って互いに近接、離間させることにより、移動体３４をＹ方向に移動させることができる。このとき、Ｙ方向に沿って並ぶ一対の移動体３４は、常にＹ方向に１列をなしている。
【００８１】
このような調整機構３０Ｂを用いることにより、図示しないファイバリレーレンズから出射される光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎ上に入射する４つの入射位置ＬＢ２ｓが、ＸＹ方向に縦横の辺を持つ長方形の４つの頂点をなす状態を維持しつつ移動させることが可能となる。なお、一対のＸ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂや一対のＹ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂを、互いに近接、離間するように平行移動させるために、互いに平行なフレーム同士を、互いにねじ切り方向が逆のねじ部を有するボールネジで連結してもよい。
【００８２】
調整機構３０Ｂを用いることにより、図１７に示すように、Ｙ方向に列をなす一対の入射位置ＬＢ２ｓの間隔をｗｙ／２となるように配置させ、Ｘ方向に列をなす一対の入射位置ＬＢ２ｓの間隔をＷｘ／２となるように配置させ、しかも、４本の線分Ｓｘ，Ｓｙのそれぞれに沿って配置された２つの入射位置ＬＢ２ｓは中心Ｓｘｃ，Ｓｙｃに線対称となるように配置させることが容易となる。
【００８３】
また、この調整機構３０Ｂを用いることで、４つの入射位置ＬＢ２ｓの位置関係を上記のような関係に保ちつつ、４つの入射位置ＬＢ２ｓの配置的均衡を考慮しつつ微調整させることも容易に行える。このように配置的均衡を保たせる場合は、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１Ｂ同士の距離の中心が、常に光入射端面２０ｉｎのＸ方向の幅寸法の中心線上にあるようにすればよい。同様に、Ｙ方向調整用可動フレーム３２Ａ，３２Ｂの距離の中心が、常に光入射端面２０ｉｎのＹ方向の幅寸法の中心線上にあるようにすればよい。このような調整機構３０Ｂにより調整が完了したら、Ｘ方向調整用可動フレーム３１Ａ，３１ＢとＹ方向調整用可動フレーム３ＬＳ，３ＬＳを固定すればよい。
【００８４】
本実施形態は、光入射端面２０ｉｎに４つの入射位置ＬＢ２ｓが２列×２列の配列の場合であるが、光入射端面２０ｉｎの形状や大きさに応じて任意の数のｍ列×ｎ列の光束ＬＢ２を入射させることができる。このように、本実施の形態に係る照明装置１Ｂでは、比較的面積の広い矩形状の光入射端面２０ｉｎを有するロッドインテグレータ２０に対しても光出射端面２０ｏｕｔでの照度均一性を向上させることができる。したがって、この照明装置１Ｂを適用した露光装置の露光性能を向上させることができる。
【００８５】
［第３の実施形態］
次に、図２０を用いて、本発明の第３の実施形態に係る照明装置１Ｃについて説明する。本実施形態に係る照明装置１Ｃの構成は、光導入部１０Ｃとロッドインテグレータ２０とを備える。照明装置１Ｃは、上記した第１の実施形態に係る照明装置１Ａで用いたファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂに代えて、光軸を共通とするように互いに平行に配置したファイバリレーレンズ５Ｃ，５Ｄを用いた光導入部１０Ｃを備えるものである。本実施の形態におけるその他の構成は、上記した第１の実施形態の構成と同様である。
【００８６】
本実施形態では、ファイバリレーレンズ５Ｃ，５Ｄを配置したことにより、光ファイバ４Ａ，４Ｂでこれらファイバリレーレンズ５Ｃ，５Ｄを共通化して縮小投影することで光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔの位置公差を緩めて調整することもできる。なお、本実施形態では、図２０に示すように、ファイバリレーレンズ５Ｄから出射させる光束ＬＢ２の間隔を調整するには、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔを矢印ｙで示す方向に平行移動させるだけでよい。なお、本実施形態では、上記した第１の実施形態に係る照明装置１Ａの調整機構３０Ａと同様な構成の調整機構３０Ｃを用いて、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔ側を接続支持部材６Ａ，６Ｂ（図６参照）に支持すればよい。
【００８７】
本実施形態に係る照明装置１Ｃにおいては、上記した第１の実施形態に係る照明装置１Ａと同様に、光出射端面２０ｏｕｔから照射される照明光の照度が均一であり、ロッドインテグレータ２０内の無駄のない光の伝播により高い照明光量が得られる。したがって、この照明装置１Ｃを上記の照明装置１Ａに代えて露光装置１００に適用すれば、均一な露光光を得ることができるため、露光性能を向上させることができる。
【００８８】
［第４の実施形態］
図２１は、本発明の第４の実施形態に係る照明装置１Ｄの概略構成を示している。なお、本実施形態における光入射端面２０ｉｎでの入射位置は図７に示した第１の実施形態と同様である。図２１に示すように、照明装置１Ｄは、光導入部１０Ｄと、ロッドインテグレータ２０とを備えて概略構成されている。なお、この照明装置１Ｄは、上記第１の実施形態に係る投影型露光装置の照明装置１Ａに代えて用いることができる。本実施の形態に係る照明装置１Ｄは、照度分布の均一性と、特に照明光のテレセントリシティの向上を図ることができる。
（光導入部の構成）
【００８９】
図２１に示すように、本実施形態において、光導入部１０Ｄは、集光レンズ３Ａ，３Ｂと、光ファイバ４Ａ，４Ｂと、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂと、調整機構３０Ｄと、を備えて構成されている。
【００９０】
図２１に示すように、集光レンズ３Ａ，３Ｂは、第１光源部ＬＳａおよび第２光源部ＬＳｂから出射された光束ＬＢ１を光ファイバ４Ａ，４Ｂの入射側端面４Ａｉｎ，４Ｂｉｎにそれぞれ集光して、光ファイバ４Ａ，４Ｂに光束を光ファイバ４Ａ，４Ｂ内に導くように設定されている。光ファイバ４Ａ，４Ｂは、出射側端面４Ａｏｕｔ，４ＢｏｕｔがＹ方向に沿って所定間隔を隔てて並び、しかもロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡに対して線対称の関係となるように配置されている。
【００９１】
また、図２１に示すように、光ファイバ４Ａ，４Ｂの出射側端面４Ａｏｕｔ，４Ｂｏｕｔから出射された光は、それぞれファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂで集光された光束ＬＢ２となり、所定の開口角で光入射端面２０ｉｎに入射するように設定されている。さらに、光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光入射端面２０ｉｎになす角度は、ロッドインテグレータ２０内を通過する光束ＬＢ２の中心線（図中破線で示す）が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通るような角度に設定する。
【００９２】
図２１に示すように、調整機構３０Ｄは、光ファイバ４Ａ，４Ｂおよびファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂを一体的に保持してファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂから出射される光束ＬＢ２の光入射端面２０ｉｎへの入射角度や、入射位置ＬＢ２ｓ同士の間隔の調整が可能である。
【００９３】
本実施形態に係る照明装置１Ｄにおける光入射端面２０ｉｎに入射する入射位置ＬＢ２ｓの配置は、図７に示した上記第１の実施形態と同様である。
【００９４】
本実施形態では、図７に示すように、光入射端面２０ｉｎにおいて、光束ＬＢ２が、幅寸法ｗｙを有するＹ方向に沿って配置された２つ（複数の）の入射位置ＬＢ２ｓに入射するようになっている。２つの入射位置ＬＢ２ｓは、光入射端面２０ｉｎにおけるロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡを通ってＹ方向（長手方向）に光入射端面２０ｉｎの幅ｗｙに亘る線分Ｓｙ上に、中心軸ＣＡを中心として対称となるように配置する。
【００９５】
特に、本実施形態では、図２１に示すように、２つの光束ＬＢ２は、中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通過するように、光入射端面２０ｉｎに対して所定の角度で入射されるように設定されている。すなわち、光入射端面２０ｉｎから入射した光束ＬＢ２が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃに向かうように設定されている。さらに、図７に示すように、入射位置ＬＢ２ｓ同士の距離は、光入射端面２０ｉｎの中心を通る線分Ｓｙの長さ、すなわち幅ｗｙを光束ＬＢ２の数（本実施形態では２）で割ったｗｙ／２に設定されている。
【００９６】
この実施形態では、図７に示すように、光入射端面２０ｉｎに対して入射位置ＬＢ２ｓを上述の配置に設定すると共に、ロッドインテグレータ２０に導入された２つの光束ＬＢ２が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃに向かうように設定したことにより、光出射端面２０ｏｕｔからの出射光である照明光のテレセントリシティを改善することができる。さらに、この照明装置１Ｄでは、光出射端面２０ｏｕｔからの出射光である照明光の光量分布（強度分布）を均一化することができる。
【００９７】
ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２は、ファイバリレーレンズ５Ａ，５Ｂと、光ファイバ４Ａ，４Ｂと、が支持された調整機構３０Ｄにより、光束ＬＢ２の光入射端面２０ｉｎにおける位置と、光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに入射させる入射角度との調整を可能としている。
【００９８】
ロッドインテグレータ２０に入射した光線のうち一部は、光出射端面２０ｏｕｔに直進するが、その他の光線は、図８に示すように、ロッドインテグレータ２０の側面で反射し、必要に応じて側面での反射を繰り返して光出射端面２０ｏｕｔに向かう。そのため、ロッドインテグレータ２０に入射した光束ＬＢ２は、図８に示すように、ロッドインテグレータ２０の幅ｗｙで折り返されて重なり、光出射端面２０ｏｕｔ上の光強度がほぼ均一になる。光出射端面２０ｏｕｔ上の一点から見ると、折り返された先にある光入射端面２０ｉｎ上にあるそれぞれの光束ＬＢ２の像からの光が加算されていると考えればよいことがわかる。このとき光量のみを加算したものが照度分布を与える。また、それぞれの光線の入射方位を光強度で加重平均をとると、光束中心（中心線）の進行方向が計算できる。
【００９９】
長さ２００ｍｍ、幅３２ｍｍ、空気に対する屈折率が１．５の光入射端面２０ｉｎの中央に垂直に開口光束０．３のガウス型分布をした光が入射した場合の、光出射端面２０ｏｕｔでの出射光量分布を図２２に、出射角度方位を図２３にプロットした。なお、図２２の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の出射光量で規格化した値を示している。
【０１００】
図２２に示すように、ロッドインテグレータ２０内での折り返しの回数がやや少ないために、中心に対して約０．３％の光量低下が見られる。また、図２３に示すように、出射角度方位については光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃおよび幅方向（Ｙ方向）両端では、ほぼ垂直に出射しているのに対し、光出射端面２０ｏｕｔにおける幅方向両端からｗｙ／４だけ中心側の位置では光束が中心から広がる方向に０．７９ｍｒａｄほど傾いて出射していることがわかる。
【０１０１】
ここで、このロッドインテグレータ２０に複数の光束ＬＢ２を入射させる場合を考える。まず、図７に示すように、２つの光束ＬＢ２の入射位置ＬＢ２ｓ同士が光入射端面２０ｉｎの幅ｗｙの半分だけ離れ、しかも光入射端面２０ｉｎの中心に対して対称に配置するように設定し、２つのＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに垂直に入射させる。図２４は、それぞれの光束ＬＢ２による照度分布を破線および一点鎖線で示し、合成の照度分布を実線で示す。図２４に示すように、２つの光束ＬＢ２を上記の位置関係にて入射させた場合、照度分布はほぼ打ち消され、かなりよい均一性を示す。なお、図２４の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の出射光量で規格化した値を示している。
【０１０２】
図２５は、出射角度方位を計算した結果を示す。図２５では、図２４と同様に個々の光束ＬＢ２による照度分布を破線および一点鎖線で示し、両方の光束ＬＢ２を合成した場合の照度分布を実線で示す。ロッドインテグレータ２０に入射する位置をずらすと、光出射端面２０ｏｕｔの中心部の出射角度方位は変化するが、側面が近い位置にある周辺部は変化しない。
【０１０３】
さらに、図２５において、２つの入射光束ＬＢ２を合成した場合の光束の出射角度方位をみると、光出射端面２０ｏｕｔの幅方向両端からｗｙ／４の位置でおよそ０．５８ｍｒａｄとなっている。これはちょうど１つの入射光束ＬＢ２をロッドインテグレータ２０の中心に入れたとき（図２３参照）よりわずかに改善されている。
【０１０４】
２つの入射光束ＬＢ２の入射位置はそのままにして入射角度を内側（光束ＬＢ２同士が互いに近づくように内側）に向けたときの出射角度方位の様子を図２６にプロットした。図２６において、実線は入射光束ＬＢ２をロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡに平行に入れた場合、一点鎖線は光出射端面２０ｏｕｔの中心に入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが通過するように入れた場合、破線はその中間の入射角度で入れた場合を示す。これを見ると、ちょうど一点鎖線の状態で出射角度方位のばらつきが小さくなっていることがわかる。
【０１０５】
そこで、出射角度方位のばらつきがもっとも大きくなる点つまり、光出射端面２０ｏｕｔの中心からロッドインテグレータ２０の幅ｗｙの１／４だけ離れた点での出射角度方位と入射光束ＬＢ２の傾きとの関係を、図２７に示す。図２７において、縦軸は出射角度方位（ｒａｄ．）、横軸は入射光束の傾きである。図２７から、ちょうど光出射端面２０ｏｕｔの中心に入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが通過するように入れた場合に出射角度方位の振れが最小になっていることが判る。
【０１０６】
図２８は、光出射端面２０ｏｕｔの中心からロッドインテグレータ２０の幅ｗｙの１／４だけ離れた点から出射する光の経路を示す。図２８に示すように、ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２の間隔がロッドインテグレータ２０の幅ｗｙの１／２でロッドインテグレータ２０の中心軸に対称な位置に配置されているので、光出射端面２０ｏｕｔから見た入射光束ＬＢ２は等間隔に並んでいる。そのため、出射する光線の出射方位はほぼ一定の角度をなして並んでいる。また、図２８に示す出射点ｙが右側に寄っているので出射光束も外側に寄って配置されている。ロッドインテグレータ２０に入射する位置を変えなければ光線の進む光路は変わらない。ロッドインテグレータ２０に入射する光束ＬＢ２を傾けるということは、それぞれの光線を通過する光量を変化させることになる。ロッドインテグレータ２０の側面で奇数回反射した光線の進む方向は反転している。
【０１０７】
そこで、入射光束ＬＢ２を光入射端面２０ｉｎに対して傾けると、偶数回反射の光線の光量変化と奇数回反射の光線の光量変化は逆向きになる。各光線についてロッドインテグレータ２０の出射方位と、入射方位と、入射光束ＬＢ２が垂直の場合の光量（光強度）と、入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心を通る場合の光量（光強度）を下表１に示す。
【０１０８】
【表１】
【０１０９】
上記表１の中で、Ｌをロッドインテグレータ２０の長さ、ｗをロッドインテグレータ２０の長手方向の幅、ｎをロッドインテグレータ２０の屈折率、ＮＡを入射光束ＬＢ２の開口数とする。入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通過するように入射する場合には、２つの入射光束ＬＢ２に対するそれぞれの光線の強度の割合が等しくなっている。ロッドインテグレータ２０による平均化は側面で反射した光が折り返されて重なることによるので、テレセントリシティのずれを最小にするには出射位置に対する光強度の傾斜成分が等しい必要がある。
【０１１０】
本実施形態では入射光はガウス型分布Ｉ（ｘ）＝Ｅｘｐ｛-２ｘ^２｝を考えているが、ガウス分布はＩ（０．１）≒０．９８からＩ（０．８９７）≒０．２の範囲でほぼ傾斜が一様になっているように見える。そこで、この範囲に照明光を形成する光線が入るようにするには、上記表１の出射端中心の光強度値の最大値は、下式４のときであり、
【数４】
【数５】
として解くと、
【数６】
より、（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＞０．４０２を得る。同様に、
【数７】
として解くと、
【数８】
より、（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７を得る。つまり、テレセントリシティのずれを最小にするには、０．４０２＜（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７を満たす必要がある。
【０１１１】
光出射端面２０ｏｕｔにおける点ｙ（図２８参照）での出射光束の角度方位が光出射端面２０ｏｕｔに垂直に近くなる場合の照度（出射光量）均一性を図２９に示す。図２９の縦軸に示す出射光量は、光出射端面２０ｏｕｔの中心の出射光量で規格化した値を示している。図２９において、実線は入射光束ＬＢ２をロッドインテグレータ２０の中心軸ＣＡに平行に入れた場合、一点鎖線は光出射端面２０ｏｕｔの中心に入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが通過するように入れた場合、破線はその中間の入射角度で入れた場合を示す。この例では、光出射端面２０ｏｕｔの中央部に比べ周辺部が０．３％程低下していることがわかる。照度均一性の程度と出射光束の角度方位のばらつきがトレードオフの関係になる。
【０１１２】
本実施形態の照明装置１Ｄを走査型の投影露光装置に適用する場合には、走査範囲で照度均一性を制御することも可能であるため、照明光束の角度のばらつきを抑えるほうが重要となる。この場合は、入射光束ＬＢ２の中心線ＬＢ２ｃが光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通るように光導入部１０Ｄを配置することが望ましい。また、ロッドインテグレータ２０に入射する光束の数を３本、４本とさらに増やしても光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃをそれぞれの入射光束ＬＢ２の中心線ＩＬ２ｃが通過するように狙えば、光出射端面２０ｏｕｔから出射する光束の角度方位の振れは最小に抑えることができる。
【０１１３】
さらに、本実施形態に係る照明装置１Ｄでは、必要に応じて照度均一性と出射光束の角度特性とをバランスさせて中間的な角度にしてもよい。また、説明の簡素化のためにロッドインテグレータの効果を平面内で説明してきたが、奥行き方向にも同様に角度をつけることで正方形に近い照明領域に対応できる。また、走査型露光装置のように扁平な照明領域を持つ場合には、扁平な照明領域に合わせたロッドインテグレータ２０を用いる。このとき、短手方向にはロッドインテグレータ２０による積算は十分行われるので、長手方向のみに入射光束を並べて長手方向のみ本発明を適用してもよい。
【０１１４】
本実施形態では、照明均一化素子としてのロッドインテグレータ２０を用いた際に生じるテレセントリシティのズレを最小限に抑えることができる。したがって、上記の第１の実施形態に係る露光装置１００に用いる場合、フォーカス変動があったとしても転写位置の変化や倍率変化が発生しにくく、パターン転写性能が良好で、電子デバイスの歩留まりを向上させることに寄与する照明光学系を提供することができる。
【０１１５】
［電子デバイスの製造方法］
次に、図１に示す上記の第１の実施形態に係る走査型の（投影）露光装置１００を用いて、ガラス基板（プレートＰ）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、電子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３０のフローチャートを参照して、電子デバイスの製造方法の一例としての液晶表示素子の製造方法について説明する。
【０１１６】
図３０のステップＳ１１（パターン形成工程）では、先ず、露光対象のガラス基板上にフォトレジストを塗布して感光基板としてのプレートＰを準備する塗布工程、上記の露光装置１００を用いて液晶表示素子用のマスクＭのパターンをその感光基板上に転写露光する露光工程、及びその感光基板を現像する現像工程が実行される。この塗布工程、露光工程、及び現像工程を含むリソグラフィ工程によって、そのプレートＰ上に所定のレジストパターンが形成される。このリソグラフィ工程に続いて、そのレジストパターンをマスクとしたエッチング工程、及びレジスト剥離工程等を経て、そのプレートＰ上に多数の電極等を含む所定パターンが形成される。そのリソグラフィ工程等は、そのプレートＰ上のレイヤ数に応じて複数回実行される。
【０１１７】
その次のステップＳ１２（カラーフィルタ形成工程）では、液晶セルを構成する一方の基板に、赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂに対応した３つの微細なフィルタの組をマトリックス状に多数配列するか、又は赤Ｒ、緑Ｇ、青Ｂの３本のストライプ状の複数のフィルタの組を水平走査線方向に配列することによってカラーフィルタを備えた基板を作製する。その次のステップＳ１３（セル組立工程）では、例えばステップＳ１１にて得られた所定パターンを有するプレートＰとステップＳ１２にて得られたカラーフィルタを備えた基板を液晶封止領域（空間）を区画するシール材を介して貼り合わせ、この液晶封止領域に液晶を注入して、液晶パネル（液晶セル）を製造する。
【０１１８】
その後のステップＳ１４（モジュール組立工程）では、そのようにして組み立てられた液晶パネル（液晶セル）に表示動作を行わせるための電気回路、及びバックライト等の部品を取り付けて、電子デバイスとしての液晶表示素子として完成させる。
【０１１９】
上述の液晶表示素子の製造方法によれば、フォトレジストが塗布されたプレートＰ上を露光装置１００にて露光する場合に、照明装置１Ａから出射される照明光の照度均一性が高いため、リレー光学系（導光光学系）、マスクＭ、および投影光学装置ＰＬを経た露光光の照度均一性も高く、フォトレジストを均一に露光することができる。したがって、マスクＭのパターンをプレートＰに精度良く転写できるため、パターン精度の高い液晶パネルを作製することができる。このため、本実施形態によれば、液晶表示素子をはじめとする電子デバイスの製造歩留まりを向上できる。
【０１２０】
［その他の実施形態］
以上、各実施形態について説明したが、これらの実施形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。本発明の範囲は、図示され記載された例示的な実施形態に限定されるものではなく、本発明が目的とするものと均等な効果をもたらすすべての実施形態をも含む。さらに、本発明の範囲は、請求項により画される発明の特徴の組み合わせに限定されるものではなく、すべての開示されたそれぞれの特徴のうち特定の特徴のあらゆる所望する組み合わせによって画され得る。
【０１２１】
例えば、上記各実施形態では、光導入部１０Ａ〜Ｄに調整機構３０Ａ〜Ｄを備える構成としたが、これらの調整機構３０Ａ〜Ｄ以外に各種の移動調整手段を備えた位置調整手段を用いることができる。また、照明装置としては、光入射端面２０ｉｎに入射する光束ＬＢ２の入射位置や入射角度が上述の条件に設定されているものであれば、調整機構を備えない構成であってもよい。
【０１２２】
また、上記の各実施形態では、光源部ＬＳから出射する光を集光レンズ３Ａ，３Ｂで光ファイバ４Ａ，４Ｂに導く例を示したが、光ファイバを用いずにレンズによるリレー等でロッドインテグレータ２０に入射させる方法を用いてもよい。
【０１２３】
さらに、上記の第４の実施形態では、光束ＬＢ２が光入射端面２０ｉｎの中心を対称中心として光入射端面２０ｉｎに入射させ、かつロッドインテグレータ２０内を通過する光束ＬＢ２の中心線が光出射端面２０ｏｕｔの中心２０ｏｕｔｃを通り、しかも光束ＬＢ２の入射位置同士の間隔がインテグレータ２０の幅ｗｙを光束ＬＢ２の数で割った長さになるように設定したが、光束ＬＢ２の入射位置同士の間隔が、幅ｗｙを光束ＬＢ２の数で割った長さにならなくてもよい。その場合、光出射端面２０ｏｕｔから出射される照明光が光出射端面２０ｏｕｔに対して直角をなす方向へ沿って出射されるように、光束ＬＢ２の光入射端面２０ｉｎに対する入射角度を設定すればよい。
【０１２４】
なお、上記の実施形態にかかる照明装置１Ａ〜１Ｄは、露光装置以外にも例えばプロジェクタ等の照明装置として用いることも可能である。
【符号の説明】
【０１２５】
１Ａ〜Ｄ 照明装置
３Ａ，３Ｂ 集光レンズ
４Ａ，４Ｂ 光ファイバ
５Ａ〜Ｄ ファイバレンズ
６Ａ，６Ｂ 接続支持部材
７Ａ，７Ｂ 調整用可動フレーム
８Ａ，８Ｂ レンズ支持筒
１０Ａ〜Ｄ 光導入部
２０ ロッドインテグレータ
２０Ａ〜Ｄ 側面
２０ｉｎ 光入射端面
２０ｏｕｔ 光出射端面
３０Ａ〜Ｄ 調整機構
３１Ａ，３１Ｂ Ｘ方向調整用可動フレーム
３２Ａ，３２Ｂ Ｙ方向調整用可動フレーム
３３ ガイドスリット
３４ 移動体
３５ 下側スライド部
３６ 上側スライド部
３７ 連結筒体
３８ レンズ保持筒
４０ リレー光学系
１００ 露光装置
ＩＬ１〜７ 部分照明光学系
ＩＵ 照明部
ＬＳ 光源部
ＬＢ１，ＬＢ２ 光束
ＬＢ２ｓ 入射位置
Ｍ マスク
Ｐ プレート
ＰＬ 投影光学装置
ＰＬ１〜７ 投影光学系
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを備え、該ロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明装置であって、
前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる光導入部を備え、
前記光導入部は、前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の入射位置のうち互いに隣り合う入射位置の間隔は、前記対向する方向に沿った前記第１及び第２側面間の距離を前記複数の入射位置の数で割った長さに設定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。
【請求項３】
前記光導入部は、前記複数の入射位置のそれぞれから前記光出射端面の中心に向かうように前記照明光を前記ロッドインテグレータに入射させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光導入部は、前記光入射端面に入射させる前記照明光の位置および角度の少なくとも一方を調整する調整機構を備える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。
【請求項５】
前記ロッドインテグレータの前記光入射端面から前記光出射端面までの距離をＬ、前記第１及び第２側面間の距離をｗ、前記ロッドインテグレータの屈折率をｎ、前記ロッドインテグレータに入射する前記照明光の開口数をＮＡで示したときに、
０．４０２＜（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７
を満足する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。
【請求項６】
光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明方法であって、
前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させることを含むことを特徴とする照明方法。
【請求項７】
前記複数の入射位置のうち互いに隣り合う入射位置の間隔を、前記対向する方向に沿った前記第１及び第２側面間の距離を前記複数の入射位置の数で割った長さに設定することを含むことを特徴とする請求項６に記載の照明方法。
【請求項８】
前記複数の入射位置のそれぞれから前記光出射端面の中心に向かうように前記照明光を前記ロッドインテグレータに入射させることを含むことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の照明方法。
【請求項９】
前記光入射端面に入射させる前記照明光の位置および角度の少なくとも一方を調整することを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記ロッドインテグレータの前記光入射端面から前記光出射端面までの距離をＬ、前記第１及び第２側面間の距離をｗ、前記ロッドインテグレータの屈折率をｎ、前記ロッドインテグレータに入射する前記照明光の開口数をＮＡで示したときに、
０．４０２＜（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７
を満足させることを含むことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
マスクに形成されたパターンを介した光によって感光性基板を露光する露光装置であって、
前記マスクを照明する請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記パターンを介した光によって該パターンを前記感光性基板に投影する投影光学系を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記投影光学系は、前記パターンの拡大像を前記感光性基板に投影することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記感光性基板は、一辺の長さ又は対角長が５００ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、前記感光性基板に前記パターンを転写する工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を処理する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【請求項１】
光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを備え、該ロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明装置であって、
前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させる光導入部を備え、
前記光導入部は、前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数の入射位置のうち互いに隣り合う入射位置の間隔は、前記対向する方向に沿った前記第１及び第２側面間の距離を前記複数の入射位置の数で割った長さに設定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。
【請求項３】
前記光導入部は、前記複数の入射位置のそれぞれから前記光出射端面の中心に向かうように前記照明光を前記ロッドインテグレータに入射させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記光導入部は、前記光入射端面に入射させる前記照明光の位置および角度の少なくとも一方を調整する調整機構を備える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。
【請求項５】
前記ロッドインテグレータの前記光入射端面から前記光出射端面までの距離をＬ、前記第１及び第２側面間の距離をｗ、前記ロッドインテグレータの屈折率をｎ、前記ロッドインテグレータに入射する前記照明光の開口数をＮＡで示したときに、
０．４０２＜（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７
を満足する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。
【請求項６】
光入射端面と、光出射端面と、互いに対向する第１及び第２側面と、を有し、前記光入射端面から入射した光を前記第１及び第２側面で反射して前記光出射端面から光を出射するロッドインテグレータを介した照明光を照明対象に照射する照明方法であって、
前記第１及び第２側面が対向する方向に沿って前記第１側面と前記第２側面との間の中心位置に対して互いに対称な配置に設定される前記光入射端面上の複数の入射位置から前記ロッドインテグレータに前記照明光を入射させることを含むことを特徴とする照明方法。
【請求項７】
前記複数の入射位置のうち互いに隣り合う入射位置の間隔を、前記対向する方向に沿った前記第１及び第２側面間の距離を前記複数の入射位置の数で割った長さに設定することを含むことを特徴とする請求項６に記載の照明方法。
【請求項８】
前記複数の入射位置のそれぞれから前記光出射端面の中心に向かうように前記照明光を前記ロッドインテグレータに入射させることを含むことを特徴とする請求項６または請求項７に記載の照明方法。
【請求項９】
前記光入射端面に入射させる前記照明光の位置および角度の少なくとも一方を調整することを含むことを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１０】
前記ロッドインテグレータの前記光入射端面から前記光出射端面までの距離をＬ、前記第１及び第２側面間の距離をｗ、前記ロッドインテグレータの屈折率をｎ、前記ロッドインテグレータに入射する前記照明光の開口数をＮＡで示したときに、
０．４０２＜（ｎ・ｗ）／（ＮＡ・Ｌ）＜０．７１７
を満足させることを含むことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に記載の照明装置。
【請求項１１】
マスクに形成されたパターンを介した光によって感光性基板を露光する露光装置であって、
前記マスクを照明する請求項１から５のいずれか一項に記載の照明装置を備えたことを特徴とする露光装置。
【請求項１２】
前記パターンを介した光によって該パターンを前記感光性基板に投影する投影光学系を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の露光装置。
【請求項１３】
前記投影光学系は、前記パターンの拡大像を前記感光性基板に投影することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
【請求項１４】
前記感光性基板は、一辺の長さ又は対角長が５００ｍｍより大きいことを特徴とする請求項１１から１３のいずれか一項に記載の露光装置。
【請求項１５】
請求項１１から１４のいずれか一項に記載の露光装置を用いて、前記感光性基板に前記パターンを転写する工程と、
前記パターンが転写された前記感光性基板を処理する工程と、を含むことを特徴とする電子デバイスの製造方法。
【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】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【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】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【公開番号】特開２０１３−２１２６４（Ｐ２０１３−２１２６４Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５５６９５（Ｐ２０１１−１５５６９５）
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【出願人】（０００００４１１２）株式会社ニコン (12,601)
【Ｆターム（参考）】
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