JP2014186146A - 光源装置、露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アパーチャを用いることなく、光照射面での視角制御が可能な光源装置を提供する。
【解決手段】 光源装置１は、第１発光部及び第２発光部を含む光源１１と、第１発光部及び第２発光部に対して各別に光量調整可能な制御部１７と、ロッドインテグレータを複数備えてなるロッドインテグレータ群１３と、ロッドインテグレータ群１３からの出射光が入射されるレンズアレイインテグレータ１５を有する。ロッドインテグレータ群１３は、第１ロッドインテグレータ２と、その外周を取り囲むように形成された第２ロッドインテグレータ３を含み、第１ロッドインテグレータ２は、第１発光部から出射された光を取り込んでレンズアレイインテグレータ１５の第１領域に対して光を照射し、第２ロッドインテグレータ３は、第２発光部から出射された光を取り込んでレンズアレイインテグレータ１５の第２領域に対して光を照射する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、光源装置及びこれを備えた露光装置に関する。

従来、光を用いた微細加工に露光装置が利用されている。近年では、露光技術は種々の分野で展開されており、微細加工の中でも比較的大きなパターンの作製や３次元的な微細加工に利用されている。より具体的には、例えばＬＥＤの電極パターンの作製や、加速度センサーに代表されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造工程などに露光技術が利用されている。

これらの露光技術において、光源としては、以前から輝度の高い放電ランプが用いられていた。例えば、下記特許文献１には、光源に紫外線を放射するランプを具備し、視角調整機構としてアパーチャを用いた光照射器が開示されている。従来は、照射面の視角を制御するために、テレセントリック光学系の瞳位置にアパーチャを設け、その径を変えることによって実現していた。

また、近年の固体光源技術の進歩に伴い、複数のＬＥＤをマトリックス配置したものを光源として利用することが検討されている。例えば下記特許文献２には、複数の紫外ＬＥＤ素子からなる固体光源ユニットを光源とし、この光源とマスクの間に配置された照明光学系にフライアイレンズ（レンズアレイインテグレータの一種）が配置された露光装置が開示されている。

特開２００８−１６４７２９号公報 特開２００４−３３５９４９号公報

露光装置によって被照射物に対して照射する際、被照射物に対して照射される光の視角を要求に応じて調整する必要がある。視角を小さくすると、焦点深度が深くなるため、精度良い露光が可能になる反面、一度に取り込める光量が少なくなるので処理時間がかかることになる。逆に、視角を大きくすると、焦点深度が浅くなるため高精度の処理には不向きだが、一度に取り込める光量が多くなるので、短時間での処理が可能となる。このように、露光装置においては、要求される精度と処理時間のバランスに応じて、被照射物にして照射される光の視角が調整される。

特許文献１の技術では、この視角の調整にアパーチャを用いている。アパーチャの径を調整したり、径や形の異なる他のアパーチャと交換したりすることで、レンズアレイインテグレータから出射する光の一部をアパーチャの径に応じて遮蔽して、視角を調整することができる。

しかし、この方法によれば、要求される視角に応じて、その都度アパーチャの径を調整し、又は適したアパーチャに交換するという作業が必要となり、処理に時間を要するという課題がある。また、交換のためには複数種類のアパーチャを予め準備しておく必要があるため、その管理も煩雑化するという課題がある。

本発明は、上記の課題に鑑み、アパーチャを用いることなく、光照射面での視角制御が可能な光源装置を提供することを目的とする。また、本発明は、このような光源装置を用いた露光装置を提供することを別の目的とする。

本発明は、被照射物に対して光を照射する光源装置であって、
第１発光部及び第２発光部を含む光源と
前記第１発光部及び前記第２発光部に対して各別に光量調整可能な制御部と、
ロッドインテグレータを複数備えてなるロッドインテグレータ群と、
前記ロッドインテグレータ群からの出射光が入射されるレンズアレイインテグレータを有し、
前記ロッドインテグレータ群は、第１ロッドインテグレータと、前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された第２ロッドインテグレータを含み、
前記第１ロッドインテグレータは、前記第１発光部から出射された光を取り込んで前記レンズアレイインテグレータの第１領域に対して光を照射し、
前記第２ロッドインテグレータは、前記第２発光部から出射された光を取り込んで前記レンズアレイインテグレータの前記第１領域とは異なる第２領域に対して光を照射する構成であることを特徴とする。

上記構成によれば、第１ロッドインテグレータの出射面からの出射光量と、第２ロッドインテグレータの出射面からの出射光量は、それぞれ制御部によって各別に制御が可能な構成である。そして、第１ロッドインテグレータから出射される光は、照度が均一な状態でレンズアレイインテグレータの第１領域に照射され、同様に、第２ロッドインテグレータから出射される光は、照度が均一な状態でレンズアレイインテグレータの第２領域に照射される。

つまり、レンズアレイインテグレータの入射面上の異なる領域毎に、同一領域内の照度を均一に保ったまま、照射光量の調整を行うことができる。

ここで、第２ロッドインテグレータは、第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成されている。これにより、第２ロッドインテグレータからの出射光が照射されるレンズアレイインテグレータ上の第２領域は、第１ロッドインテグレータからの出射光が照射されるレンズアレイインテグレータ上の第１領域の外側に位置される。つまり、レンズアレイインテグレータの光入射面の内側と外側において、各領域内の照度を一定にしつつ、その照射光量を調整することができる。

従って、例えば制御部において、第２光源部からの光量をほぼゼロとし、第１光源部からのみ光を出力する構成としたとき、実質的には、レンズアレイインテグレータ上の第１領域にのみ光が入射され、その外側である第２領域に光が入射されない構成とすることができる。すなわち、内側の光を通過させ、その外側の光を遮蔽するアパーチャと同様の機能が実現できる。

これにより、本光源装置を露光装置として使用した場合において、アパーチャの径を調整したり、アパーチャを交換したりすることなく、制御部によって各光源部の光量を調整することによって、被照射物にして照射される光の視角の調整が可能となる。

また、アパーチャを利用して視角の調整を行う構成の場合には、光源から放射される光をアパーチャによって一部遮ることとなるため、光の利用効率が低いという課題もあった。これに対し、本発明の構成であれば、視角を小さくするために例えば第２発光部からの発光光量をゼロにすることができるので、光の利用効率を向上させることができるという効果もある。

また、上記構成では、レンズアレイインテグレータに入射する前段で、光源からの出射光をいったんロッドインテグレータに入射させる構成としている。これにより、入射した光の重ね合わせが行われる。

光源から放射される光はある広がり角を持っており、その角度成分ごとにロッドインテグレータの内面で多重反射され、ロッドインテグレータの光の出射面上では複数の点に光が到達する。複数の固体光源素子が配置された光源を用いる場合、各素子から放射される光の到達位置は、各素子の配置されている位置によって異なり、これらを重ね合わせることで均一化がなされる。この結果、ロッドインテグレータから出射する光は、光源における明暗のパターンが均一化されたものとなり、各固体光源素子の配置パターンが反映されなくなる。

そして、ロッドインテグレータから出射した光は、各固体光源素子の配置パターンが反映されずに、レンズアレイインテグレータの光入射面に入射される。レンズアレイインテグレータの各レンズの入射面の照度が均一になっているので、レンズアレイインテグレータからの出射光が照射される被照射物の照射面上においても照度は均一になる。

よって、光源を構成する複数の固体光源素子の配置パターンが反映されることなく、照度分布を均一化した光をレンズアレイインテグレータから対象物に照射することができる。

特に、第１発光部及び第２発光部が複数のＬＥＤで構成されている場合には、上記の効果が顕著に現れる。

すなわち、ＬＥＤを複数配置する場合、各ＬＥＤに電流を供給するための信号線やスイッチング素子などの周辺回路が必要となるため、ＬＥＤを隙間なく並べることができない。このため、離間を有して並べられた複数のＬＥＤからの出射光は、照射面においてＬＥＤの配置パターンを反映した照度分布を示す。

このように、ＬＥＤの配置パターンが反映された状態の光を、そのままレンズアレイインテグレータの光の入射面に入射させると、レンズアレイインテグレータの個々のレンズ内にこのパターンが反映されてしまう。この結果、照射対象物たるワーク面（光の照射面）で十分な均一性（ユニフォミティ）を確保することができなくなる。

しかし、上述したように、本構成によれば、レンズアレイインテグレータに入射する前段で、光源からの出射光をいったんロッドインテグレータに入射させる構成としたので、レンズアレイインテグレータからの出射光が照射される被照射物の照射面上においても、ＬＥＤの配置パターンが反映されることなく照度が均一化される。

なお、上記構成において、前記第２ロッドインテグレータを、前記第１ロッドインテグレータの同心軸上に形成するものとしても構わない。

更には、前記第１ロッドインテグレータを円柱又は楕円柱形状で形成し、
前記第２ロッドインテグレータを円環柱又は楕円環柱形状で形成するものとしても構わない。

ロッドインテグレータ群は、第１ロッドインテグレータを取り囲む環状の第２ロッドインテグレータを複数備える構成としても構わない。この場合、各第２ロッドインテグレータに対して光を入射させるための第２発光部を、第２ロッドインテグレータの数に対応させて備える。

つまり、前記光源は、複数の前記第２発光部を備え、
前記制御部は、複数の前記第２発光部のそれぞれに対して、各別に光量調整可能な構成であり、
前記ロッドインテグレータ群は、それぞれが前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された複数の前記第２ロッドインテグレータを備え、
複数の前記第２ロッドインテグレータのそれぞれは、異なった前記第２発光部から出射された光を取り込んで、異なった前記第２領域に対して光を照射する構成であることを別の特徴とする。

なお、この場合には、レンズアレイインテグレータの光入射面上において、複数の第２ロッドインテグレータそれぞれの出射光が照射される各第２領域のそれぞれは、レンズアレイインテグレータの光入射面上において、第１ロッドインテグレータからの光が照射される第１領域の外側に位置される。つまり、第１領域の外側に、一の第２領域が形成され、その外側に別の第２領域が形成され、以下、第２ロッドインテグレータの数に応じた数だけその外側に別の第２領域が形成される構成となる。これによって、レンズアレイインテグレータの光入射面の内側と外側において、各領域内の照度を維持しつつ、その照射光量を細かく調整することができる。

この構成とした場合、複数の第２ロッドインテグレータから出射される光は、それぞれ照度が均一な状態で、レンズアレイインテグレータの異なる第２領域に照射される。つまり、照射光量の調整が可能な領域数を増加させることができる。これにより、レンズアレイインテグレータに入射される光量をより細かく調整することができる。すなわち、実質的には、多段階でアパーチャの径を調整するのと同様の機能が実現でき、これによって被照射物に照射される光の視角を細かく調整できる。

更に、ロッドインテグレータ群の光の出射面にレンズアレイインテグレータの光の入射面を連接させる構成としても構わない。

ロッドインテグレータ群の光の出射面からの出射光は、ロッドインテグレータに対して入射された光の広がり角が維持される。例えば、第１発光部及び第２発光部としてＬＥＤなどのような出射光に一定の広がり角度を有する固体光源素子を用いた場合、ロッドインテグレータからの出射光も、広がり角度を有したものとなる。従って、ロッドインテグレータ群とレンズアレイインテグレータの間隔が広い場合、ロッドインテグレータからの出射光に含まれる一部の光束がレンズアレイインテグレータに取り込めないことが起こり得る。

そこで、ロッドインテグレータ群の光の出射面にレンズアレイインテグレータの光の入射面を連接させる構成とすることで、ロッドインテグレータからの出射光をほとんど全てレンズアレイインテグレータに取り込ませることが可能となる。これにより、光の利用効率が高められる。

また、光源からの出射光をロッドインテグレータ群の光の入射面に結像させる第１光学部材を備える構成としても構わない。このとき、第１光学部材は、凸レンズなどの光学部材を介して入射する構成を採用することができる。

このような構成とすることで、光源からの出射光をロッドインテグレータ群の光の入射面に集光（結像）させることができる。

また、光源の出射面にロッドインテグレータ群の光の入射面を連接させる構成としても構わない。

このような構成とした場合、光源からの出射光を高効率でロッドインテグレータ群の光の入射面に入射させることができる。

また、ロッドインテグレータ群から出射された光をレンズアレイインテグレータの光の入射面に結像させる第２光学部材を備える構成としても構わない。このとき、第２光学部材は、凸レンズなどの光学部材を介して入射する構成を採用することができる。

このような構成とした場合においても、ロッドインテグレータ群からの出射光をレンズアレイインテグレータの光の入射面に集光させることができ、ロッドインテグレータ群からの出射光をほとんど全てレンズアレイインテグレータに取り込ませることが可能となる。

また、上記の特徴を有した光源装置と、インテグレータの照射面からの光をマスクに照射してマスクのパターン像を感光性基板上に投影する投影光学系を有する露光装置によって、アパーチャを用いることなく視角調整が可能な露光装置が実現される。

本発明の光源装置によれば、制御部によって各光源部の光量を調整することによって、アパーチャを用いることなく、光照射面での視角制御が可能となる。

光源装置の光学系の構成を示す模式図である。 光源装置の光学系の構成を示す模式図である。 光源の構成を示す模式図である。 レンズアレイインテグレータの光入射面を示す模式図である。 光源から被照射物までの光路を模式的に示した図である。 光源から被照射物までの光路を模式的に示した図である。 被照射物の照射面の任意の位置に入射される光の視角と強度の関係を示す図である。 光源装置の光学系の別構成を示す模式図である。 光源装置の光学系の別構成を示す模式図である。 光源装置の光学系の別構成を示す模式図である。 光源装置の光学系の別構成を示す模式図である。 光源装置の光学系の別構成を示す模式図である。 光源装置の光学系の別構成を示す模式図である。 露光装置の光学系の構成を示す模式図である。

本発明の光源装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。

図１及び図２は、光源装置の光学系の構成を示す模式図である。光源装置１は、光源１１、ロッドインテグレータ群１３、及びレンズアレイインテグレータ１５を備える。図２は、図１の構成を詳細に示したものである。

光源１１から出射された光はロッドインテグレータ群１３に入射される。そして、ロッドインテグレータ群１３は、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓにこの光を照射する。

なお、レンズアレイインテグレータ１５の後段（光源１１と反対側）には、光源１１からの光を照射させる被照射物（図１において不図示）が設置される。この被照射物とレンズアレイインテグレータ１５の間には、必要に応じて投影レンズなどの光学系を設置してもよい。

光源１１は、複数の発光部（本実施形態では「ＬＥＤ素子」とする。）を備える。図３は、光源１１の構成を示す模式図である。光源１１は、基板１０上に複数のＬＥＤ素子２１が配列されて構成されている。複数のＬＥＤ素子２１は、領域別に発光部３１，発光部３２ａ，発光部３２ｂ，発光部３２ｃを構成している。なお、発光部３１が「第１発光部」に対応し、発光部３２ａ，発光部３２ｂ，発光部３２ｃを含む発光部３２が「第２発光部」に対応する。

制御部１７は、光源１１を構成する各発光部（３１，３２）の光量の調整を行う。より具体的には、各発光部３１，３２ａ，３２ｂ，３２ｃに対して、各発光部単位でそれぞれ光量の調整を行うことができる。例えば、制御部１７は、発光部３１からの光量のみを増加させたり、発光部３２ｃからの光量のみを減少させたりすることが可能である。つまり、同一発光部を構成している複数のＬＥＤ素子２１に対しては、共通の光量制御が行われるものとして構わない。

ロッドインテグレータ群１３は、複数のロッドインテグレータ（２，３ａ，３ｂ，３ｃ）を備える。なお、ロッドインテグレータ２が「第１ロッドインテグレータ」に対応し、ロッドインテグレータ３ａ，ロッドインテグレータ３ｂ，ロッドインテグレータ３ｃを含むロッドインテグレータ３が「第２ロッドインテグレータ」に対応する。

各ロッドインテグレータ（２，３ａ，３ｂ，３ｃ）は、ガラス部材又は内面にミラーを有する筒型部材で構成され、入射面に入射した光が内部にて反射を繰り返し、反射光が重ね合わせられることで、入射光の配向分布を維持しながら出射面における光の照度分布を均一化する機能を有する。

より詳細には、ロッドインテグレータ２を、円柱型のガラス部材で構成し、その外周に位置する各ロッドインテグレータ３ａ，３ｂ，３ｃを、円環柱型のガラス部材で構成することで、ロッドインテグレータ群１３を形成することができる。

また、別の例としては、ロッドインテグレータ２を、内面にミラーを形成した円筒型の部材で構成し、その外周に位置する各ロッドインテグレータ３ａ，３ｂ，３ｃも、内面にミラーを形成した円環筒型の部材で構成することで、ロッドインテグレータ群１３を形成することができる。

本実施形態では、ロッドインテグレータ２が円柱形状を示し、各ロッドインテグレータ３が、ロッドインテグレータ２の外周を取り囲むように、ロッドインテグレータ２と同心軸上の円環柱状を示す構成としている。より詳細には、ロッドインテグレータ３ａが、ロッドインテグレータ２の外周を取り囲むような円環柱状で構成され、ロッドインテグレータ３ｂが、更にロッドインテグレータ３ａの外周を取り囲むような円環柱状で構成され、ロッドインテグレータ３ｃが、更にロッドインテグレータ３ｂの外周を取り囲むような円環柱状で構成される。

ただし、ロッドインテグレータ２は、矩形柱状又は多角形柱状でも構わないし、楕円柱状でも構わない。この場合、各ロッドインテグレータ３は、ロッドインテグレータ２の形状に応じた形状の環柱状としてよい。

各ロッドインテグレータ（２，３）は、入射された光の出射面での照度を均一化する機能を有する。また、各ロッドインテグレータ（２，３）は、光が入射される入射元の発光部（３１，３２）が異なる。

すなわち、本実施形態の構成では、ロッドインテグレータ２は、発光部３１から出射された光が取り込まれ、出射面２ｚ上での照度が均一化される（図２及び図３参照）。ロッドインテグレータ３ａは、発光部３２ａから出射された光が取り込まれ、出射面３ａｚでの照度が均一化される。ロッドインテグレータ３ｂは、発光部３２ｂから出射された光が取り込まれ、出射面３ｂｚでの照度が均一化される。ロッドインテグレータ３ｃは、発光部３２ｃから出射された光が取り込まれ、出射面３ｃｚでの照度が均一化される。

更に、各ロッドインテグレータ（２，３）は、それぞれが異なる領域に対して光を照射する。図４は、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓを模式的に示したものである。この図４を参照して説明する。

ロッドインテグレータ２からの出射光は、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓの領域５に照射される。ロッドインテグレータ３ａからの出射光は、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓの領域６ａに照射される。ロッドインテグレータ３ｂからの出射光は、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓの領域６ｂに照射される。ロッドインテグレータ３ｃからの出射光は、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓの領域６ｃに照射される。なお、領域５が「第１領域」に対応し、領域６ａ，領域６ｂ，領域６ｃを含む領域６が「第２領域」に対応する。

レンズアレイインテグレータ１５は、複数のレンズ２２を有して構成され、それぞれのレンズ２２の入射面に入射した光の照度分布を照射面で重ね合わせることで、照度分布を均一化する機能を有する。すなわち、レンズアレイインテグレータ１５は、各ロッドインテグレータ（２，３ａ，３ｂ，３ｃ）から、照度が均一化された出射光が入射され、レンズアレイインテグレータ１５の後段の被照射物の照射面に照度分布が均一化された光を照射する。

つまり、光源装置１によれば、制御部１７によって各発光部（３１，３２）の光量を調整することで、各ロッドインテグレータ（２，３）への入射光量を各別に調整できる。そして、これにより、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面毎の領域（５，６）別に入射される光量が調整できる。

図４に示すように、領域６は領域５の外側に位置している。更に領域６内において、領域６ｂは領域６ａの外側に位置しており、領域６ｃは領域６ｂの外側に位置している。つまり、外側に位置する領域に光を入射するロッドインテグレータに対応した発光部の光量を、その内側に位置する領域に入射される光の光量よりも減少させるか又はほぼゼロにすることで、実質的にレンズアレイインテグレータ１５の外側に位置する領域から出射する光量を減少又はゼロにすることができる。

より具体的には、制御部１７によって、発光部３１及び発光部３２ａからの光量と比較して、発光部３２ｂ及び発光部３２ｃからの光量を大幅に減少した場合について説明する。ここでは、発光部３２ｂ及び発光部３２ｃからの光量をゼロとして説明する。この場合、光源１１からの光は、ロッドインテグレータ２及び３ａにのみ入射され、その外側に位置するロッドインテグレータ３ｂ及び３ｃには光が入射されない。

このため、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓにおいても、領域５及６ａにのみ光が入射され、その外側に位置する領域６ｂ及び６ｃには光が入射されない。この結果、レンズアレイインテグレータ１５のうち、内側に位置する領域５及６ａにのみ取り込まれた光が、後段の被照射物に対して照射されることになる。

つまり、制御部１７によって、発光させる各発光部（３１，３２）を調整することで、レンズアレイインテグレータ１５に入射される光の光束の径を変えることができる。これは、実質的に外側の光を遮蔽して内側の光のみを通過させるアパーチャと同等の機能を実現できていることを意味する。

図５及び図６は、上記の内容をより詳細に説明するための模式図である。ここでは、レンズアレイインテグレータ１５からの出射光が、光学系２５を介して被照射物２６の照射面に投影される場合を想定する。

なお、説明の簡単化のために、光源１１は、発光部３１、発光部３２ａ及び発光部３２ｂを備える構成とする。すなわち、図３において、光源１１は発光部３２ｃを備えず、発光部３２ｂが最も外側に位置する発光部であるものとして説明する。同様に、ロッドインテグレータ群１３は、ロッドインテグレータ２、ロッドインテグレータ３ａ、及びロッドインテグレータ３ｂを備える構成とする。また、レンズアレイインテグレータ１５の光入射面１５ｓは、内側から外側に向かって領域５、領域６ａ及び領域６ｂに分割されるものとして説明する。

図５（ａ）及び図６（ａ）は、制御部１７によって、発光部３１、発光部３２ａ及び発光部３２ｂを全て点灯させた場合の光路図に対応する。一方、図５（ｂ）及び図６（ｂ）は、制御部１７によって、内側の発光部３１及び発光部３２ａを点灯し、その外側の発光部３２ｂを消灯させた場合の光路図に対応する。

なお、図５（ａ）及び図５（ｂ）は、レンズアレイインテグレータ１５の後段については、レンズアレイインテグレータ１５を構成する各レンズ２２の光の入射面の中央部に入射された光の光路を示している。一方、図６（ａ）及び図６（ｂ）は、図５において、レンズアレイインテグレータ１５の後段に関し、レンズアレイインテグレータ１５を構成する各レンズ２２の光の入射面の端部に入射された光の光路を示している。

図５（ａ）及び図６（ａ）について説明する。発光部３１からの出射光は、ロッドインテグレータ２に入射され、照度が均一化された光が出射される。ロッドインテグレータ２からの出射光は、レンズアレイインテグレータ１５の領域５に入射される。より詳細には、当該領域５内のレンズに入射される。レンズアレイインテグレータ１５の領域５の光出射面から出射された光４１は、光学系２５を介して被照射物２６の照射面に結像する。

図５（ａ）では、上述したように、レンズアレイインテグレータ１５を構成する各レンズの光の入射面の中央部に入射された光の光路が示されているため、この光は、被照射物２６の照射面のうち、光軸付近の集光位置２６ｐに集光する。なお、レンズアレイインテグレータ１５を構成する各レンズの光の入射面の端部に入射された光は、図６（ａ）に示すように、光軸から離れた集光位置２６ｑに集光する。

同様に、発光部３２ａからの出射光は、ロッドインテグレータ３ａに入射され、この出射光はレンズアレイインテグレータ１５の領域６ａ内のレンズに入射される。レンズアレイインテグレータ１５の領域６ａの光出射面から出射された光４２は、光学系２５を介して被照射物２６の照射面に結像する。

発光部３２ｂからの出射光は、ロッドインテグレータ３ｂに入射され、この出射光はレンズアレイインテグレータ１５の領域６ｂ内のレンズに入射される。レンズアレイインテグレータ１５の領域６ｂの光出射面から出射された光４３は、光学系２５を介して被照射物２６の照射面に結像する。

これに対し、図５（ｂ）及び図６（ｂ）の場合、制御部１７によって発光部３２ｂが消灯されているため、ロッドインテグレータ３ｂに入射される光が存在しない。よって、レンズアレイインテグレータ１５の領域６ｂ内のレンズに入射される光が存在せず、レンズアレイインテグレータ１５の領域６ｂの光出射面からは光４３が出射されない。

これにより、図５（ａ）及び図５（ｂ）の比較、並びに図６（ａ）及び図６（ｂ）の比較により、図５（ｂ）及び図６（ｂ）の構成の方が、図５（ａ）及び図５（ｂ）よりも被照射物２６の被照射面上における光の視角を狭くできていることが分かる。

図７は、図５における被照射物２６の照射面の任意の位置に入射される光の視角と強度の関係を示す図である。図７（ａ）が、発光部３１、発光部３２ａ及び発光部３２ｂを全て点灯させた場合（図５（ａ）及び図６（ａ））に、図７（ｂ）が、内側の発光部３１及び発光部３２ａを点灯し、その外側の発光部３２ｂを消灯させた場合（図５（ｂ）及び図６（ｂ））にそれぞれ対応している。

図７（ａ）及び図７（ｂ）を比較しても、発光部３１、発光部３２ａ及び発光部３２ｂを全て点灯させた図７（ａ）に比べて、発光部３２ｂを消灯させた図７（ｂ）の方が、視角が制限されていることが分かる。

以上により、制御部１７によって、発光させる各発光部（３１，３２）を調整することで、被照射物２６の照射面に対して入射される光の視角を調整できることが分かる。

［別構成例］
光源装置の別構成につき、図面を参照して説明する。なお、以下に示す各別構成例は、適宜組み合わされても構わない。

（１） 図８に示す光源装置１ａのように、ロッドインテグレータ群１３の光の出射面にレンズアレイインテグレータ１５の光の入射面１５ｓを連接させる構成としても構わない。以下の別構成においても同様とする。

ロッドインテグレータ群１３を構成する各ロッドインテグレータは、入射光が持つ角度成分を維持するため、ロッドインテグレータ群１３からの出射光は広がり角度を有したものとなる。光源装置１ａの構成とすることで、ロッドインテグレータ群１３からの出射光をほとんど全てレンズアレイインテグレータ１５に取り込ませることが可能となる。これにより、光源１１からの出射光を効率的にレンズアレイインテグレータ１５に入射させることができる。

なお、ここでいう「連接」とは、レンズアレイインテグレータ１５の光の入射面のレンズの頂上とロッドインテグレータ群１３の光の出射面が完全に接触している場合は当然のこと、レンズアレイインテグレータ１５の光の入射面にロッドインテグレータ群１３の光の出射面が覆いかぶさる配置でもよい。また、ロッドインテグレータ群１３の最大外径がレンズアレイインテグレータ１５の最大外径と比較して小径となる場合、両者の間隔がその径の差程度である場合も含むものとする。

（２） 図９に示す光源装置１ｂのように、光源１１とロッドインテグレータ群１３の間に光学部材５１を備え、この光学部材５１を介して、光源１１からの出射光をロッドインテグレータ群１３の入射面１３ｓに結像させる構成としても構わない。この光学部材５１は「第１光学部材」に対応する。

これにより、光源１１からの出射光をロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓに集光させることができる。

（３） 図１０に示す光学装置１ｃのように、光源１１と光学部材５１の間に更に凸レンズ５２を備える構成としても構わない。

凸レンズ５２は、その光学部材５１側の焦点位置が、光学部材５１の光源１１側の焦点位置と一致するような位置に配置される。またロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓは、光学部材５１によって凸レンズ５２の出射面近傍が投影される位置に配置される。更に図示しないが、光源１１からの光をコリメートする光学系を凸レンズ５２の前段に追加した構成としても構わない。

この構成では、光源１１からの出射光は、いったん凸レンズ５２において、当該凸レンズ５２の光学部材５１側の焦点位置に集光された後、光学部材５１に入射する。凸レンズ５２近傍からの光は光学部材５１によってロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓに結像される。これにより、別構成（２）と同様に、光源１１からの出射光をロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓに集光できる。

なお、ここで「焦点位置の一致」とは、焦点位置同士が完全に一致する場合の他、いくらかのずれを有する場合を含む概念である。ここで使用されるレンズは概ね球面レンズでよく、球面レンズには球面収差が存在する。凸レンズ５２の焦点位置とはレンズの周縁部を通る光が作るビームのウエスト位置とする。光学部材５１の凸レンズ５２側の焦点位置は光軸方向にウエスト径の±１０％に相当する距離の範囲にあることが好ましい。

また、図１０では、一の凸レンズ５２を介して光源１１からの出射光が光学部材５１に入射される構成であるが、複数のレンズを介して光学部材５１に入射されるものとしても構わない。

（４） 図１１に示す光学装置１ｄのように、光源１１の光出射面にロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓを連接させる構成としても構わない。

光源１１を構成する各発光部（３１，３２）が、複数のＬＥＤ素子で構成されている場合、ＬＥＤ素子からの出射光は広がり角度を有するため、各発光部（３１，３２）とロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓの距離を一定以上空けると、出射光のうちの一部はロッドインテグレータ群１３に取り込めなくなってしまう。図１１に示す構成とすることで、光源１１からの出射光をロッドインテグレータ群１３の光の入射面１３ｓに高効率で入射させることができる。

（５） 図１２に示す光学装置１ｅのように、ロッドインテグレータ群１３とレンズアレイインテグレータ１５の間に光学部材５３を備え、この光学部材５３をロッドインテグレータ群１３からの出射光をレンズアレイインテグレータ１５の光の入射面１５ｓに結像させるように配置させる構成としても構わない。この光学部材５３は「第２光学部材」に対応する。

これにより、ロッドインテグレータ群１３からの出射光をレンズアレイインテグレータ１５の光の入射面１５ｓに集光させることができ、ロッドインテグレータ群１３からの出射光をほとんど全てレンズアレイインテグレータ１５に取り込ませることが可能となる。

（６） 図１３に示す光学装置１ｆのように、ロッドインテグレータ群１３と光学部材５３の間に更に凸レンズ５４を備える構成としても構わない。

凸レンズ５４は、その光学部材５３側の焦点位置が、光学部材５３の光源１１側の焦点位置と一致するような位置に配置される。またレンズアレイインテグレータ１５の光の入射面１５ｓは光学部材５３によって凸レンズ５４の出射面近傍が投影される位置に配置される。更に図示しないが、光源１１からの光をコリメートする光学系をロッドインテグレータ群１３の前段に追加した構成としても構わない。

この構成では、ロッドインテグレータ群１３からの出射光は、いったん凸レンズ５４において当該凸レンズ５４の光学部材５３側の焦点位置に集光された後、光学部材５３に入射する。凸レンズ５４近傍からの光は光学部材５３によってレンズアレイインテグレータ１５の光の入射面１５ｓに結像される。この場合も、ロッドインテグレータ群１３からの出射光をほとんど全てレンズアレイインテグレータ１５に取り込ませることが可能となる。

なお、図１３は、一の凸レンズ５４を介してロッドインテグレータ群１３からの出射光が光学部材５３に入射される構成であるが、複数のレンズを介して光学部材５３に入射されるものとしても構わない。

［レンズアレイインテグレータの後段］
図１４は、光源装置１を含む露光装置８０の光学系の構成を示す模式図である。レンズアレイインテグレータ１５の後段に、投影光学系６０としての照射レンズ６１、マスク６２を備え、必要に応じて投影レンズ６３を備える。照射レンズ６１の照射位置にマスク６２を設置し、マスク６２の後段にマスク６２のパターン像を焼き付ける対象となる感光性基板６４を設置する。

図１４に示す露光装置８０において、光源１１から光が出射されると、この光がロッドインテグレータ群１３を介して配向分布を維持したまま、ロッドインテグレータ群１３の光の出射面における光の照度分布が均一化される。更に、この光は、レンズアレイインテグレータ１５を介して集光され、入射角度に応じた光の強度差が均一化されて、投影光学系６０に出射される。

そして、投影光学系６０はマスク６２のパターン像を直接又は投影レンズ６３を介して感光性基板６４上に投影する。投影レンズ６３がない露光装置の場合、マスク６２と感光性基板６４を接触させるタイプ（コンタクト露光）とマスク６２と感光性基板６４の間隔を数マイクロメータから数十マイクロメータに設定するタイプ（プロキシミティ露光）がある。

光源装置１を備えた露光装置８０によれば、光源装置１において、制御部１７によって発光させる各発光部（３１，３２）を調整することで、感光性基板６４に対して入射される光の視角が調整できる。よって、アパーチャの径を変えたりアパーチャの交換を行ったりすることなく、露光処理において要求される条件に応じた視角を示す光を感光性基板６４に対して照射できる構成である。

更に、光源装置１を備えた露光装置８０によれば、光源１１を構成する各発光部（３１，３２）を複数のＬＥＤ素子が配置された構成で実現した場合においても、この複数のＬＥＤ素子の配置パターンが反映されずに照度分布が均一化された光をレンズアレイインテグレータ１５に取り込むことができる。これにより、被照射物である感光性基板６４上において、場所に応じて光の強度差が生じることがなくなる。これによって、配置パターンが光に反映されやすいＬＥＤ素子であっても、露光装置８０の光源１１として利用することができる。

なお、図１４では、図１及び図２に示した光源装置１について図示したが、他の構成例で示した各光源装置１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆを採用しても構わない。

［別実施形態］
以下に、別実施形態につき説明する。

〈１〉 上述の実施形態では、ロッドインテグレータ群１３は、ロッドインテグレータ２の外周に複数のロッドインテグレータ３（３ａ，３ｂ，３ｃ）が取り囲まれてなる構成とした。しかし、ロッドインテグレータ２の外周に少なくとも一つのロッドインテグレータ３を備える構成であればよい。そして、光源１１はロッドインテグレータの数に応じた発光部を備える構成とすればよく、この場合は、発光部３１と、発光部３２ａ，３２ｂ，３２ｃを一括して光量調整可能な発光部３２を備えればよい。

この構成においても、制御部１７によって発光部３１及び３２に対する光量調整を行うことで、被照射物２６の照射面に対して入射される光の視角を調整できる。

逆に、ロッドインテグレータ２の外周を取り囲むロッドインテグレータ３（第２ロッドインテグレータ）の数を増やし、このロッドインテグレータ３の数に応じて発光部３２（第２発光部）の数を増やすことで、被照射物２６の照射面に対して入射される光の視角を細かく調整することが可能になる。

〈２〉 上述の実施形態では、光源１１を複数のＬＥＤ素子２１で実現した構成について説明した。しかし、発光部（３１，３２）毎に制御部１７によって光量調整が可能な構成であれば、光源１１を構成する素子としてはＬＥＤ素子に限定されるものではない。例えばランプなども利用可能である。

〈３〉 上述の実施形態では、光源１１の外側に制御部１７を設ける構成としていたが、光源１１が搭載された基板１０と同一基板上に制御部１７が搭載されるものとしても構わない。

〈４〉 上述の実施形態において、光源１１とロッドインテグレータ群１３の間にコリメートレンズ及び光学絞りを配置して両側テレセントリックの光学系を構成しても構わない。同様に、レンズアレイインテグレータ１５と被照射物２６の間に光学系を配置して両側テレセントリックの光学系を構成しても構わない。

〈５〉 光源装置１を備えた露光装置８０として、マスク６２と感光性基板６４が接触しないプロジェクション露光方式やプロキシミティ露光方式の他、マスク６２と感光性基板６４が接触するコンタクト露光方式でも利用可能である。

１ ： 光源装置
２ ： ロッドインテグレータ（第１ロッドインテグレータ）
２ｚ ： ロッドインテグレータ２の光出射面
３（３ａ，３ｂ，３ｃ） ： ロッドインテグレータ（第２ロッドインテグレータ）
３ａｚ ： ロッドインテグレータ３ａの光出射面
３ｂｚ ： ロッドインテグレータ３ｂの光出射面
３ｃｚ ： ロッドインテグレータ３ｃの光出射面
５ ： レンズアレイインテグレータの第１領域
６（６ａ，６ｂ，６ｃ） ： レンズアレイインテグレータの第２領域
１０ ： 基板
１１ ： 光源
１３ ： ロッドインテグレータ群
１３ｓ ： ロッドインテグレータ群の光入射面
１５ ： レンズアレイインテグレータ
１５ｓ ： レンズアレイインテグレータの光入射面
１７ ： 制御部
２１ ： ＬＥＤ素子
２２ ： レンズ
２５ ： 光学系
２６ ： 被照射物
２６ｐ，２６ｑ ： 集光位置
３１ ： 発光部（第１発光部）
３２（３２ａ，３２ｂ，３２ｃ） ： 発光部（第２発光部）
４１ ： レンズアレイインテグレータの領域５からの出射光
４２ ： レンズアレイインテグレータの領域６ａからの出射光
４３ ： レンズアレイインテグレータの領域６ｂからの出射光
５１ ： 光学部材
５２ ： 凸レンズ
５３ ： 光学部材
５４ ： 凸レンズ
６０ ： 投影光学系
６１ ： 照射レンズ
６２ ： マスク
６３ ： 投影レンズ
６４ ： 感光性基板
８０ ： 露光装置

Claims (7)

1. 被照射物に対して光を照射する光源装置であって、
   第１発光部及び第２発光部を含む光源と
   前記第１発光部及び前記第２発光部に対して各別に光量調整可能な制御部と、
   ロッドインテグレータを複数備えてなるロッドインテグレータ群と、
   前記ロッドインテグレータ群からの出射光が入射されるレンズアレイインテグレータを有し、
   前記ロッドインテグレータ群は、第１ロッドインテグレータと、前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された第２ロッドインテグレータを含み、
   前記第１ロッドインテグレータは、前記第１発光部から出射された光を取り込んで前記レンズアレイインテグレータの第１領域に対して光を照射し、
   前記第２ロッドインテグレータは、前記第２発光部から出射された光を取り込んで前記レンズアレイインテグレータの前記第１領域とは異なる第２領域に対して光を照射する構成であることを特徴とする光源装置。
2. 前記光源は、複数の前記第２発光部を備え、
   前記制御部は、複数の前記第２発光部のそれぞれに対して、各別に光量調整可能な構成であり、
   前記ロッドインテグレータ群は、それぞれが前記第１ロッドインテグレータの外周を取り囲むように形成された複数の前記第２ロッドインテグレータを備え、
   複数の前記第２ロッドインテグレータのそれぞれは、異なった前記第２発光部から出射された光を取り込んで、異なった前記第２領域に対して光を照射する構成であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記第２領域は、前記レンズアレイインテグレータの入射面上において、前記第１領域の外側に位置することを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記第１発光部及び前記第２発光部が、ＬＥＤで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 前記第２ロッドインテグレータは、前記第１ロッドインテグレータの同心軸上に形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 前記第１ロッドインテグレータは、円柱又は楕円柱形状であり、
   前記第２ロッドインテグレータは、円環柱又は楕円環柱形状であることを特徴とする請求項５に記載の光源装置。
7. マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置であって、
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の光源装置と、
   前記レンズアレイインテグレータの光の出射面からの光を前記マスクに照射して、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする露光装置。

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