JP2016184127A - 光源装置、露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数のＬＥＤ素子を含み、輝度の低下を抑制した光源装置を実現する。【解決手段】 光源装置は、複数のＬＥＤ素子と、複数のＬＥＤ素子から射出された光をそれぞれコリメートする複数のコリメートレンズを含む第一光学系と、第一光学系から射出された光を集光する第二光学系とを備える。複数のＬＥＤ素子は、それぞれに対応するコリメートレンズの光軸の方向から見たときに、発光領域と非発光領域を有し、それぞれに対応するコリメートレンズの光軸を基準としたときの発光領域の相対位置及び非発光領域の相対位置が複数種類存在するように配置されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、光源装置に関し、特に、複数のＬＥＤ素子を備えた光源装置に関する。また、本発明は、このような光源装置を含む露光装置に関する。

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三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、以前から、光源として輝度の高い放電ランプが用いられていた。しかし、近年の固体光源技術の進歩に伴い、複数のＬＥＤ素子が配置されたものを光源として利用することが検討されている。このような技術として、例えば特許文献１には、複数のＬＥＤ素子からなるユニットを光源とし、この光源とマスクの間にフライアイレンズが配置された露光装置が開示されている。

特開２００４−３３５９５３号公報

ＬＥＤ素子は、露光用の光源としては一チップ当たりの放射光束が少ない。このため、露光用の光源装置として使用するためには、複数のＬＥＤ素子からの射出光をできる限り集める必要がある。このためには、光源として配置されるＬＥＤ素子の個数を増やす必要がある。

上記特許文献１に開示された光源装置の構成を、図１１を参照して説明する。図１１（ａ）は、この光源装置の一部分を模式的に示した図面である。図１１（ａ）に示すように、この光源装置は、複数のＬＥＤ素子（１０１，１０２，…）を含む光源１００、コリメートレンズ１０３、及びフライアイレンズ１０４を含んで構成される。図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の一部拡大図である。

ＬＥＤ素子１０１は光軸の中心に位置しており、ＬＥＤ素子１０２は光源１００の周縁部に位置している。図１１に示される光線Ｌ１は、ＬＥＤ素子１０１からの放射光のうち、フライアイレンズ１０４に含まれる一つのレンズ１１０の入射面１２１に入射される光である。同様に、光線Ｌ２は、ＬＥＤ素子１０２からの放射光のうち、フライアイレンズ１０４に含まれる一つのレンズ１１０の入射面１２１に入射される光である。

光軸の中心に位置するＬＥＤ素子１０１から射出される光線Ｌ１は、レンズ１１０に対して、光軸に平行に入射される。一方、光軸から離れた位置に配置されたＬＥＤ素子１０２から射出される光線Ｌ２は、レンズ１１０に対して、光軸に対して角度を有して入射される。これらの光は、レンズ１１０の射出面１２２でそれぞれ結像する（ＩＭ１０１，ＩＭ１０２）。図１１（ｃ）は、レンズ１１０の射出面１２２に結像された状態を模式的に示す図面である。

射出面１２２から射出される光が後段の光学系（不図示）に入射されることで、この光が利用される。つまり、射出面１２２は二次光源となる。この二次光源の輝度は、個々のＬＥＤ素子（１０１，１０２，…）の輝度に、ＬＥＤ像（ＩＭ１０１，ＩＭ１０２，…）の総面積を乗じ、射出面１２２の面積で除した値となる。すなわち、二次光源として機能する射出面１２２の輝度をできるだけ高くするためには、ＬＥＤ像の総面積と射出面１２２の面積をなるべく一致させる必要がある。このためには、ＬＥＤ素子（１０１，１０２，…）をなるべく隙間なく並べることが必要である。

しかし、図１１に示すように、複数のＬＥＤ素子（１０１，１０２，…）を配置して光源１００を構成する場合、各ＬＥＤ素子（１０１，１０２，…）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。このため、現実的には、ＬＥＤ素子（１０１，１０２，…）を隙間なく並べることができない。この結果、従来の構成によれば、二次光源（図１１の構成であればフライアイレンズ１０４の射出面）の輝度が低下してしまう。

このような課題に鑑み、本発明は、複数のＬＥＤ素子を含み、輝度の低下を抑制した光源装置を実現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含む露光装置を実現することを目的とする。

本発明の光源装置は、
複数のＬＥＤ素子と、
前記複数のＬＥＤ素子から射出された光をそれぞれコリメートする複数のコリメートレンズを含む第一光学系と、
前記第一光学系から射出された光を集光する第二光学系とを備え、
前記複数のＬＥＤ素子は、
それぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸の方向から見たときに、発光領域と非発光領域を有し、
それぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸を基準としたときの前記発光領域の相対位置及び前記非発光領域の相対位置が複数種類存在するように配置されていることを特徴とする。

前述したように、一つのＬＥＤ素子から射出される光は、ランプに比べて輝度が小さい。このため、例えば露光装置用の光源など、多くの光を必要とする用途の光源に利用されることを想定した場合には、なるべく輝度を落とすことなく、多くのＬＥＤ素子の光を集めることが重要となる。

ところで、ＬＥＤ素子は、電源供給のための配線パターンが不可欠であるため、「発明が解決しようとする課題」の項で上述したように、ＬＥＤ素子自体を完全に密接して配置することができない。つまり、複数のＬＥＤ素子を配置するに際しては、隣接するＬＥＤ素子同士に一定の間隔を空けざるを得ない。この間隔を形成する領域は、光を射出しない領域（非発光領域）を構成する。このため、単に複数のＬＥＤ素子を配置し、各ＬＥＤ素子からの射出光を集光したとしても、非発光領域が不可避的に生じてしまう。よって、複数のＬＥＤ素子から射出された光を単に集光しただけでは、照射面での輝度の低下を招いてしまう。

上記構成によれば、複数のＬＥＤ素子から射出された光を、第一光学系においてコリメートした後に、集光している。これにより、第一光学系から射出された光は、ＬＥＤ素子から射出された直後の時点に比べて、輝度を維持したまま、光軸に直交する平面上において面積の広い光束を構成する。これにより、各ＬＥＤ素子から射出された光束同士の間隔を狭めることができ、非発光領域の少ない光源が構成される。これにより、従来よりも輝度の高い光源装置が実現される。

更に、上記の構成によれば、照射面における照度分布を均一化できるという第二の効果も実現される。この点につき説明する。図１Ａは、ＬＥＤ素子を上面から見たときの模式図である。図１Ａに示すＬＥＤ素子４０は、光取り出し部４１、電極部４２、及び素子被覆部４３を備えている。光取り出し部４１は、通常半導体層で構成されており、発光領域を構成する。電極部４２は光を透過しない導電性材料で構成されており、非発光領域を構成する。

図１Ｂは、図１Ａに示す形状を有するＬＥＤ素子を複数備えた場合において、各ＬＥＤ素子からの射出光を、第一光学系及び第二光学系を介して所定の入射面上に集光させたときの、当該入射面上における像の写真である。図１Ｂの写真において、一部分に暗い領域の存在が確認されるが、図１Ａの図面と照らし合わせると、この暗い領域が電極部４２の位置、すなわち非発光領域の位置に対応していることが分かる。

通常、光源に複数のＬＥＤ素子を配置させる場合においては、各ＬＥＤ素子は同一の寸法及び形状を示すものが使用され、各ＬＥＤ素子が備える配線パターンも同一である。同一の配線パターンで構成された複数のＬＥＤ素子から射出された光を、第一光学系及び第二光学系を介して集光した場合、集光された面上において、発光領域からの光が有する角度成分の強度は高くなり、非発光領域からの光（弱い光）が有する角度成分の強度は低くなる。結果として、集光された面上において照度分布が生じる。図１Ｂの写真において、明るい領域と暗い領域が存在しているのは、上記の理由によるものと考えられる。

従って、図１Ｂに示されるような照度分布を有した光を、露光用の光として、例えばワークに照射した場合、ワーク面に露光ムラが生じる可能性がある。

しかし、上記光源装置の構成によれば、コリメートレンズの光軸に対する発光領域の相対位置及び非発光領域の相対位置が複数種類存在するように、複数のＬＥＤ素子が配置される。これにより、あるＬＥＤ素子の非発光領域から射出された強度の低い光が、第一光学系及び第二光学系を介して所定の入射面に入射される際の角度と、別のＬＥＤ素子の発光領域から射出された強度の高い光が、第一光学系及び第二光学系を介して所定の入射面に入射される際の角度とを、同じにすることができる。つまり、入射面上において、入射角度に応じた光の強度差を小さくすることができる。これにより、入射面上における照度バラツキが改善され、照度分布の均一性が高められる。

つまり、上記の構成によれば、光源部にＬＥＤ素子を用いた場合においても、高い輝度を実現すると共に、更に照度バラツキを抑制することができる。よって、高輝度の光が要求される、露光用の光源として利用することができる。また、この構成によれば、照度の均一化も図られるため、露光ムラを抑制することもできる。

上記構成を実現するための具体的な方法は、種々採用され得る。

具体的な第一の構成は、以下の通りである。
前記複数のＬＥＤ素子は、
所定の第一平面上に配置されており、
当該複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸と前記第一平面との交点を基準点としたときに、前記第一平面上における当該ＬＥＤ素子の中心の、前記基準点に対する相対位置が、複数種類存在するように配置されている。

具体的な第二の構成は、以下の通りである。
前記複数のＬＥＤ素子は、
所定の第一平面上に配置されており、
当該複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸と前記第一平面と交点を基準点としたときに、前記第一平面上における当該ＬＥＤ素子の前記中心以外の所定の計測点の、前記基準点に対する相対位置が、複数種類存在するように配置されている。

なお、複数のＬＥＤ素子が、上記第一の構成と第二の構成とが組み合わされて配置されていても構わない。

また、上記第二の構成において、前記第一平面上における当該ＬＥＤ素子の中心の、前記基準点に対する相対位置が全て一致しているものとしても構わない。この場合において、前記第一平面上における当該ＬＥＤ素子の中心が、全て前記基準点に一致しているものとしても構わない。

その他の具体的な構成としては、複数のＬＥＤ素子を、配線パターンの形状が複数種類存在するように構成したり、ＬＥＤ素子の形状や寸法自体を複数種類存在するように構成する方法が採用され得る。

前記光源装置は、上記構成に加えて、入射面が前記第二光学系の焦点位置に配置された導光部材を備え、前記導光部材は、前記入射面から入射された光を、内側面で反射を繰り返させながら射出面へと導く光学部材であるものとしても構わない。この導光部材は、例えばロッドインテグレータで構成されることができる。

導光部材内において入射された光がそれぞれ反射を繰り返すことで、導光部材内で色々な角度成分及び位置成分の光が混ざり合うため、導光部材の射出面上においては、その入射面よりも照度が均一化される。よって、この構成によれば、更に照度が均一な光を生成することができ、この光を露光用に利用した場合には露光ムラを抑制することができる。

本発明によれば、複数のＬＥＤ素子を備える構成において、輝度の低下を抑制しながらも、照射面上において照度分布の均一性を高めた光源装置が実現される。

ＬＥＤ素子を上面から見たときの模式図である。 図１Ａに示すＬＥＤ素子から射出された光を、コリメートした後に集光させた面上における像の写真である。 第一実施形態の光源装置の光学系を模式的に示す図面である。 第一実施形態の光源装置において、第一光学系と第二光学系の間から、Ｚ方向に光源部側を見たときの様子を模式的に示す図面である。 図３の一部を拡大した図面である。 第一実施形態の光源装置において、第一光学系と第二光学系の間から、Ｚ方向に光源部側を見たときの様子を模式的に示す別の図面である。 図５の一部を拡大した図面である。 図５の一部を拡大した図面である。 第二実施形態の光源装置の光学系を模式的に示す図面である。 露光装置の構成を模式的に示す図面である。 別実施形態の光源装置において、第一光学系と第二光学系の間から、Ｚ方向に光源部側を見たときの様子を模式的に示す図面である。 従来の光源装置の構成の一部分を模式的に示す図面である。

以下、本発明の光源装置及び露光装置につき、図面を参照して説明する。なお、各図における寸法比は、実際の寸法比と必ずしも一致していない。

［第一実施形態］
図２は、第一実施形態の光源装置の光学系を模式的に示す図面である。光源装置１は、光源部２と、第一光学系５と、第二光学系７と、第三光学系８を備える。

光源部２は、複数のＬＥＤ素子３を含む。複数のＬＥＤ素子３は、それぞれ、例えば図１Ａに示したような構造を有している。各ＬＥＤ素子３は、所定の平面上に配置されている。

第一光学系５は、複数のＬＥＤ素子３から射出された光をそれぞれコリメートする光学系であり、各ＬＥＤ素子３に対応して複数のコリメートレンズ６が配置されて構成されている。

第二光学系７は、第一光学系５から射出された光を、第二光学系７の焦点７ｆに集光する光学系である。

第三光学系８は、その入射面８ａが、第二光学系７の焦点７ｆの位置になるように配置されている。ただし、本明細書では、「焦点位置に配置する」とは、完全に焦点の位置に一致する場合の他、焦点距離に対して光軸１１に平行な方向に±１０％以内の距離だけ移動した位置を含む概念であるものとする。なお、図２における光軸１１とは、第三光学系８の入射面８ａに対して直交する軸としている。本実施形態において、第三光学系８は、第二光学系７によって集光された光が入射される面８ａを有する光学系であれば、どのような光学系で構成されていても構わない。

なお、以下では、光軸１１に平行な方向をＺ方向とし、このＺ方向に直交する平面をＸＹ平面として説明する。

図３は、第一光学系５と第二光学系７との間から、Ｚ方向（光軸１１方向）に光源部２側を見たときの様子を模式的に示す図面である。本実施形態における光源装置１は、一例として、図３に示されるように、複数のＬＥＤ素子３は、所定の平面（ここではＸＹ平面）上に規則的に配置されており、各ＬＥＤ素子３に対してＺ方向に対向する位置にコリメートレンズ６が配置されている。図３の例では、外縁部を構成する各ＬＥＤ素子３が正六角形を構成し、且つ、各ＬＥＤ素子３がＸ方向及びＹ方向に整列して配置されているが、本発明は、このような配置態様に限定されるものではない。

ただし、第三光学系８の入射面８ａに集光される光の輝度をできるだけ高くするためには、各ＬＥＤ素子３をできる限り密接して配置するのが好ましい。図２において、模式的に光線を図示しているように、各ＬＥＤ素子３の中心から射出された光が、コリメートレンズ６の射出面の周囲まで拡がった後、平行光に変換される。すなわち、コリメートレンズ６の射出面上での輝度は、各ＬＥＤ素子３上における輝度に等しい。このため、隣接するコリメートレンズ６間に隙間が生じていると、コリメートレンズ６群（すなわち、第一光学系５）の射出面側によって構成される二次光源の輝度値が、この隙間の分だけ低下する。よって、各ＬＥＤ素子３の輝度をできるだけ維持させるためには、隣接するコリメートレンズ６をなるべく密着させるのが好ましい。かかる観点から、本実施形態では、各コリメートレンズ６を正六角形状に密接配置している。コリメートレンズ６は、入射面６ａの面積が、対応するＬＥＤ素子３の発光面の面積よりも大きくなるように構成されている。

図３では、各ＬＥＤ素子３のうち、説明の便宜上、符号５８〜６３を付した６つのＬＥＤ素子３を採り上げて説明する。図３の例では、ＬＥＤ素子６０は、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸に一致するように配置されている。ＬＥＤ素子５９は、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸に対して＋Ｘ方向に偏位して配置されている。ＬＥＤ素子５８は、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸に対して＋Ｙ方向に偏位して配置されている。ＬＥＤ素子６１は、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸に対して−Ｘ方向に偏位して配置されている。ＬＥＤ素子６２は、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸に対して−Ｙ方向に偏位して配置されている。ＬＥＤ素子６３は、その中心が、ＬＥＤ素子６０と同様に、対応するコリメートレンズ６の光軸に一致するように配置されている。

図２において光源部２として表示されているＬＥＤ素子３は、ＬＥＤ素子５８〜６２に対応している。

図４は、図３の一部を拡大して表示した図面であり、詳細にはＬＥＤ素子５９及び６０を表示した図面である。ＬＥＤ素子５９及び６０は、いずれも同形状の発光領域２５及び非発光領域２６を備えている。発光領域２５は、例えば図１Ａに示す光取り出し部４１に対応し、非発光領域２６は、例えば図１Ａに示す電極部４２に対応する。

図４では、各ＬＥＤ素子（５９，６０）に対応して配置されているコリメートレンズ６の光軸と、各ＬＥＤ素子（５９，６０）が配置された平面（ＸＹ平面）との交点を点Ｏとして表示している。以下では、この点Ｏを「基準点Ｏ」と呼ぶことがある。

図４の例では、ＬＥＤ素子６０は、その中心Ｃ６０が、基準点Ｏに一致するように配置されている。これに対し、ＬＥＤ素子５９は、その中心Ｃ５９は、基準点Ｏよりも＋Ｘ方向に偏位して配置されている。

図２に示すように、ＬＥＤ素子３から射出された光は、対応するコリメートレンズ６に入射された後、平行光に変換されて第二光学系７へと導かれる。ここで、説明の便宜のため、コリメートレンズ６の入射面６ａ上における座標をαと記載し、第二光学系７の入射面６ａ上における座標をβと記載する。各入射面６ａ上の座標αに応じて、入射された光に強度差が存在する場合、この座標αに応じた、入射面７ａ上の座標βの位置に、前記強度差を有したまま光が入射される。そして、第三光学系８の入射面８ａに対しては、入射面７ａ上の座標βに応じた入射角度θで、座標βに応じた強度差を有した光が入射される。

つまり、コリメートレンズ６の入射面６ａ上における座標αに応じて光の強度差がある場合、第三光学系８の入射面８ａには、この座標αが変換された入射角度θに応じて異なる強度の光が入射される。

図３に戻り、ＬＥＤ素子６０及び６３は、基準点Ｏに対する相対的な位置関係が共通である。このため、図４に示すように、基準点Ｏは発光領域２５内に位置しており、別の点Ｐは非発光領域２６内に位置している。つまり、ＬＥＤ素子６０の基準点Ｏから射出された光と、ＬＥＤ素子６３の基準点Ｏから射出された光とは、共に強度が高い状態で、当該基準点Ｏに応じた入射角度θ_Oで第三光学系８の入射面８ａに入射される。同様に、ＬＥＤ素子６０の点Ｐから射出された光と、ＬＥＤ素子６３の点Ｐから射出された光は、共に強度が低い状態で、当該点Ｐに応じた入射角度θ_Pで第三光学系８の入射面８ａに入射される。

つまり、仮に、全てのＬＥＤ素子３が、基準点Ｏに対する相対的な位置関係がＬＥＤ素子６０と共通であるとすれば、第三光学系８の入射面８ａにおいて、入射角度θ_Oで入射される光Ｌ_Oの強度はＬＥＤ素子３の数だけ高められる一方、入射角度θ_Pで入射される光Ｌ_Pは、強度の低い光が集められているに過ぎないため、光Ｌ_Pの強度は光Ｌ_Oの強度よりも大幅に低下する。

上記の内容は、発光領域２５内に位置する点集合から射出された光と、非発光領域２６内に位置する点集合から射出された光の関係に帰納される。つまり、全てのＬＥＤ素子３が、基準点Ｏに対する相対的な位置関係がＬＥＤ素子６０と共通である場合、第三光学系８の入射面８ａでは、入射角度θに応じて光の強度に差が生じる。この結果、入射面８ａ上において照度バラツキ（照度分布）が生じる。図１Ｂに示す写真は、この検証内容に合致するものである。

本実施形態の構成では、図３を参照して説明したように、複数のＬＥＤ素子３のうち、少なくとも一部のＬＥＤ素子３同士は、対応するコリメートレンズ６との相対的な位置関係が異なるように配置されている。例えば、上述したように、ＬＥＤ素子５９は、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸に対して＋Ｘ方向に偏位して配置されており、ＬＥＤ素子６０との間では、対応するコリメートレンズ６との相対的な位置関係が異なっている。このため、図４に示すように、例えば、ＬＥＤ素子６０においては、点Ｐが非発光領域２６内に位置していたが、ＬＥＤ素子５９においては、基準点Ｏからの相対位置が同じである点Ｐが、発光領域２５内に位置している。

このように構成されたとき、ＬＥＤ素子６０の点Ｐから射出された光は、強度が低い状態で入射角度θ_Pを有して第三光学系８の入射面８ａに入射されるものの、ＬＥＤ素子５９の点Ｐから射出された光は、強度が高い状態で前記入射角度θ_Pを有して入射面８ａに入射される。

つまり、複数のＬＥＤ素子３のうち、少なくとも一部のＬＥＤ素子３が、基準点Ｏに対する発光領域２５の相対位置及び非発光領域２６の相対位置が相互に異なるように配置されることで、第三光学系８の入射面８ａ上における入射角度θに応じた光の強度差を小さくすることができる。これにより、従来の構成と比較して、第三光学系８の入射面８ａ上における照度のバラツキが改善される。

図３の例では、複数のＬＥＤ素子３のうち、ＬＥＤ素子５８、５９、６１、及び６２についてのみ、ＬＥＤ素子６０と比較して、基準点Ｏに対する相対的な位置関係を異ならせるように配置された。しかし、前記相対的な位置関係の種類が多いほど、第三光学系８の入射面８ａ上における照度バラツキを改善する効果を高めることができる。

図５は、ＬＥＤ素子３の配置方法を示す別の図面であり、図３にならって表示されたものである。

図３に示したＬＥＤ素子５８〜６２は、対応するコリメートレンズ６の光軸に対する、それぞれの中心の相対位置が相互に異なるように配置されていた。このような配置は、上述したように、基準点Ｏに対する発光領域２５の相対位置及び非発光領域２６の相対位置を相互に異ならせることを意図してなされたものである。しかし、前記の内容が実現されていれば、複数のＬＥＤ素子３の配置態様は、図３の例に限られない。

例えば、図５に示すＬＥＤ素子６４及び６５は、ＬＥＤ素子６０と同様に、対応するコリメートレンズ６の光軸と、それぞれのＬＥＤ素子（６４，６５）の中心が一致している。しかし、ＬＥＤ素子６４及び６５は、いずれも、ＸＹ平面上において、対応するコリメートレンズ６の光軸を中心としてＬＥＤ素子６０を回転させた状態である。これにより、ＬＥＤ素子６４及び６５は、ＬＥＤ素子６０と比較して、それぞれに対応するコリメートレンズ６の光軸に対する相対的な位置関係が異なっている。

図６は、図５の一部を拡大して表示した図面であり、詳細にはＬＥＤ素子６０が配置されている近傍及びＬＥＤ素子６４が配置されている近傍を表示した図面である。図５及び図６の例では、ＬＥＤ素子６４は、ＬＥＤ素子６０に対して、基準点Ｏを中心に反時計回りに２５°回転させた状態に対応している。このとき、図６に示すように、ＬＥＤ素子６４の中心Ｃ６４は、ＬＥＤ素子６０の中心Ｃ６０と同じく基準点Ｏに一致している。この点において、図４を参照して上述したように、ＬＥＤ素子６０の中心Ｃ６０と異なる位置に中心Ｃ５９が配置されているＬＥＤ素子５９とは、事情が異なっている。

図６に示すように配置された場合、例えば、ＬＥＤ素子６０上のある点Ｑは非発光領域２６内に位置していたが、ＬＥＤ素子６４においては、基準点Ｏからの相対位置が同じである点Ｑが、発光領域２５内に位置している。このように構成されたとき、ＬＥＤ素子６０の点Ｑから射出された光は、強度が低い状態で入射角度θ_Qで第三光学系８の入射面８ａに入射されるものの、ＬＥＤ素子６４の点Ｑから射出された光は、強度が高い状態で前記入射角度θ_Qで入射面８ａに入射される。

つまり、ＬＥＤ素子３の中心の位置は変えずに、ＬＥＤ素子３自体を回転させて配置することによっても、基準点Ｏに対する発光領域２５の相対位置及び非発光領域２６の相対位置を異ならせることができ、これによって、第三光学系８の入射面８ａ上における照度バラツキが改善される。この内容をより厳密に記載すれば、ＬＥＤ素子３が配置されている平面上において、中心以外の所定の計測点の、基準点Ｏに対する相対位置を異ならせることによっても、基準点Ｏに対する発光領域２５の相対位置及び非発光領域２６の相対位置を異ならせることができるということになる。ここで、前記の計測点とは、所定の規則で定めた点にすればよく、例えばＬＥＤ素子３の外周を構成する辺の各頂点とすることもできるし、前記辺の各中央点とすることもできるし、更にいえば前記点Ｑとすることもできる。

なお、ＬＥＤ素子６６のように、ＬＥＤ素子６０に対して基準点Ｏを中心に回転させた上で、更に中心の位置を偏位させて配置させるものとしても構わない。

図７は、図５の一部を拡大して表示した別の図面であり、詳細にはＬＥＤ素子６０が配置されている近傍及びＬＥＤ素子６７が配置されている近傍を表示した図面である。ＬＥＤ素子６７は、ＬＥＤ素子６０と同様に、その中心が、対応するコリメートレンズ６の光軸と一致している。また、ＸＹ平面上において、基準点Ｏに対する、各ＬＥＤ素子（６０，６７）を構成する辺の相対的な位置関係も同じである。しかし、図７に示すように、ＬＥＤ素子６０とＬＥＤ素子６７は、発光領域２５及び非発光領域２６の形状が相互に異なるように形成されている。より具体的には、ＬＥＤ素子６０と６７では、電極部４２（図１Ｂ参照）の形状が異なっている。

このように配置された場合、例えば、ＬＥＤ素子６０上のある点Ｒは非発光領域２６内に位置していたが、ＬＥＤ素子６７においては、基準点Ｏからの相対位置が同じである点Ｒが、発光領域２５内に位置している。このように構成されたとき、ＬＥＤ素子６０の点Ｒから射出された光は、強度が低い状態で入射角度θ_Rで第三光学系８の入射面８ａに入射されるものの、ＬＥＤ素子６７の点Ｒから射出された光は、強度が高い状態で前記入射角度θ_Rで入射面８ａに入射される。

つまり、複数のＬＥＤ素子３のうちの少なくとも一部の素子を、電極部４２の形状が異なる構成とすることによっても、基準点Ｏに対する発光領域２５の相対位置及び非発光領域２６の相対位置を異ならせることができる。これによって、第三光学系８の入射面８ａ上における照度バラツキが改善される。

なお、図５において、複数のＬＥＤ素子３には、ＬＥＤ素子６０に対して中心の位置を偏位させたもの（ＬＥＤ素子５８，５９，６１，６２，６６）、ＬＥＤ素子６０に対して基準点を中心に回転させたもの（ＬＥＤ素子６４，６５，６６）、及びＬＥＤ素子６０に対して電極部４２の形状パターンを変更させたもの（ＬＥＤ素子６７）の全てが混在している状態が図示されていた。しかし、これは説明の便宜のためである。複数のＬＥＤ素子３には、上記例示した構成のうち、少なくとも一つの態様のものが含まれていればよい。

［第二実施形態］
第二実施形態の光源装置について説明する。図８は、第二実施形態の光源装置の光学系を模式的に示す図面である。図８に示す光源装置１は、第一実施形態と比較して、第三光学系８としてロッドインテグレータ９が配置されている点が異なる。

ロッドインテグレータ９は、その入射面９ａが、第二光学系７の焦点７ｆの位置になるように配置されている。ロッドインテグレータ９は、内側面で光を全反射させることにより、入射面９ａで入射された光の進行する角度を保持しつつ、長手方向（ここではＺ方向）に沿って光を伝搬するように構成されている。すなわち、ロッドインテグレータ９は、入射面９ａで入射された光の角度を保持しながら、射出面９ｂでの照度分布を均一化する機能を有する。

図８に示される構成によれば、第一実施形態で上述したのと同様の理由により、第二光学系７によって集光された光は照度バラツキが抑制されている。よって、本実施形態のように、この光をロッドインテグレータ９の入射面９ａに入射させることで、ロッドインテグレータ９の射出面９ｂでは、照度分布の均一性がかなり高められた光が得られる。

なお、ロッドインテグレータ９は、入射面９ａに入射された光を、側面で全反射を繰り返させながら射出面９ｂへと導くことで、射出面９ｂにおける光の照度分布を均一化する機能を有する導光部材（光ガイド）の一例である。このような導光部材は、例えば、ガラスや樹脂などの光透過性の材料からなる柱状部材、内面が反射鏡で構成された中空部材等で構成される。後者の構成のものは、特にライトトンネルと称されることがある。なお、導光部材は、その内部において、光軸に平行な方向に複数の光路が分割されて構成されていても構わない。

［第三実施形態］
図９は、露光装置の構成を模式的に示す図面である。図９に示す露光装置１９は、図８に示す第二実施形態の光源装置１を備える。露光装置１９は、ロッドインテグレータ９の後段に、投影光学系１５及びマスク１６を備え、必要に応じて投影レンズ１７を備える。投影光学系１５によって投影される位置にマスク１６が設置され、マスク１６の後段にマスク１６のパターン像を焼き付ける対象となる感光性基板１８が設置される。

上述したように、光源部２から射出された光は、第二光学系７によって集光された後、照度バラツキが抑制された光（照度分布が均一化された光）として、ロッドインテグレータ９の入射面上９ａに入射される。そして、この光が、ロッドインテグレータ９内を進行する間に、内側面で全反射が繰り返されることで、照度バラツキが抑制された光として射出面９ｂ上に導かれ、この光が投影光学系１５に照射される。投影光学系１５は、この光を、マスク１６のパターン像を直接又は投影レンズ１７を介して感光性基板５７上に投影する。

つまり、露光装置１９は、第二実施形態の光源装置１を備えることで、従来よりも照度バラツキが大幅に改善された光、すなわち照度分布の均一性が大幅に高められた光を用いて露光することができ、露光ムラが抑制される。

なお、第一実施形態において説明したように、第三光学系８の入射面８ａ上において照度バラツキが抑制された光が入射されている。このため、露光装置１９としては、ロッドインテグレータ９以外の光学系で構成された第三光学系８から射出された光が、投影光学系１５に入射されるような構成を採用しても構わない。

［別実施形態］
以下、別実施形態につき説明する。

〈１〉 ＬＥＤ素子３の配置形状は、図３及び図５を参照して説明したものに限定されない。例えば隣接するＬＥＤ素子３同士の間隔を上記実施形態の構成よりも拡げても構わないし、複数のＬＥＤ素子３をランダムに配置しても構わない。ただし、複数のＬＥＤ素子３ができるだけ密に配置されることで、第三光学系８の入射面８ａにおける照度バラツキを更に低減する効果を得ることができる。この点につき、以下説明する。

複数のＬＥＤ素子３及び対応するコリメートレンズ６が、図３又は図５に例示したように配置されることで、限られた領域内に多くのＬＥＤ素子３を密集させることができる。これにより、多くのＬＥＤ素子３からの射出光を第二光学系７によって集光させることができる。図２に示すように、例えば、あるＬＥＤ素子３（ここではＬＥＤ素子５８）からの射出光が第二光学系７を経て形成する光束２０ａと、別のＬＥＤ素子３（ここではＬＥＤ素子５９）からの射出光が第二光学系７を経て形成する光束２０ｂとの間隔ｄを極力短くすることができる。つまり、第三光学系８の入射面８ａに入射される光を密にすることができる。これにより、更に角度成分に抜けのない光を第三光学系８の入射面８ａに集光させることができる。

このようにＬＥＤ素子３を密に配置するパターンとしては、図３のような配置パターンの他、例えば図１０に示す配置パターンとすることもできる。図１０の例は、外縁部を構成する各ＬＥＤ素子３がほぼ正方形を構成し、且つ、各ＬＥＤ素子３がＸ方向及びＹ方向に整列して配置されている。図１０の態様においても、各ＬＥＤ素子３及び各コリメートレンズ６を密に配置させることができる。ＬＥＤ素子３をこのように配置した場合においても、更に角度成分に抜けのない光を第三光学系８の入射面８ａに集光させることができる。

〈２〉 上記の実施形態では、複数のＬＥＤ素子３が配置されている平面と第三光学系８の入射面８ａとが、共にＸＹ平面上に存在する場合を採り上げて説明した。しかし、光源部２と第三光学系８の間に例えば反射光学系などが適宜配置されることで、光の進行方向が変更されるものとしても構わない。この構成の下では、複数のＬＥＤ素子３が配置されている平面と第三光学系８の入射面８ａとは、必ずしも平行な平面上に存在しないが、上述したのと同様の理由により、第三光学系８の入射面８ａ上においては照度バラツキが抑制された光が得られる。

〈３〉 上記の実施形態では、第二光学系７の焦点位置に第三光学系８が配置されているものとして説明したが、第二光学系７の焦点位置に、直接、照射対象物を設置しても構わない。

１ ： 光源装置
２ ： 光源部
３ ： ＬＥＤ素子
５ ： 第一光学系
６ ： コリメートレンズ
６ａ ： コリメートレンズの入射面
７ ： 第二光学系
７ａ ： 第二光学系の入射面
７ｆ ： 第二光学系の焦点
８ ： 第三光学系
８ａ ： 第三光学系の入射面
１１ ： 光軸
１５ ： 投影光学系
１６ ： マスク
１７ ： 投影レンズ
１８ ： 感光性基板
１９ ： 露光装置
２５ ： 発光領域
２６ ： 非発光領域
４０ ： ＬＥＤ素子
４１ ： 光取り出し部
４２ ： 電極部
４３ ： 素子被覆部
５８〜６７ ： ＬＥＤ素子
１００ ： 光源
１０１，１０２ ： ＬＥＤ素子
１０３ ： コリメートレンズ
１０４ ： フライアイレンズ
１１０ ： フライアイレンズを構成する一のレンズ
１２１ ： レンズ１１０の入射面
１２２ ： レンズ１１０の射出面
ＩＭ１０１ ： ＬＥＤ素子１０１の像
ＩＭ１０２ ： ＬＥＤ素子１０２の像

Claims (6)

1. 複数のＬＥＤ素子と、
   前記複数のＬＥＤ素子から射出された光をそれぞれコリメートする複数のコリメートレンズを含む第一光学系と、
   前記第一光学系から射出された光を集光する第二光学系とを備え、
   前記複数のＬＥＤ素子は、
   それぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸の方向から見たときに、発光領域と非発光領域を有し、
   それぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸を基準としたときの前記発光領域の相対位置及び前記非発光領域の相対位置が複数種類存在するように配置されていることを特徴とする光源装置。
2. 前記複数のＬＥＤ素子は、
   所定の第一平面上に配置されており、
   当該複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸と前記第一平面との交点を基準点としたときに、前記第一平面上における当該ＬＥＤ素子の中心の、前記基準点に対する相対位置が、複数種類存在するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記複数のＬＥＤ素子は、
   所定の第一平面上に配置されており、
   当該複数のＬＥＤ素子のそれぞれに対応する前記コリメートレンズの光軸と前記第一平面と交点を基準点としたときに、前記第一平面上における当該ＬＥＤ素子の前記中心以外の所定の計測点の、前記基準点に対する相対位置が、複数種類存在するように配置されてい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. 入射面が前記第二光学系の焦点位置に配置された導光部材を備え、
   前記導光部材は、前記入射面から入射された光を、内側面で反射を繰り返させながら射出面へと導く光学部材であ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. 前記導光部材がロッドインテグレータで構成されていることを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
6. 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４又は５に記載の光源装置と、
   前記導光部材の射出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備えたことを特徴とする露光装置。

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