JP2020122922A - 光源装置、照明装置、露光装置及び物品製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＥＤチップの発光特性の変化による影響を低減する。【解決手段】複数のＬＥＤチップが配列されたＬＥＤアレイを有する光源ユニット１ａ,１ｂを複数有する光源装置であって、複数の光源ユニット１ａ,１ｂに構成されるＬＥＤチップは、光源ユニット１ａ,１ｂ間で互いに異なる波長帯域の光を出力し、光源装置は、複数のＬＥＤアレイの各々からの光を合成するダイクロイックミラー５８と、ＬＥＤアレイから出力される光の波長の変化に応じて、ＬＥＤアレイから前記ダイクロイックミラー５８に入射する光の入射角を変化させるように、ダイクロイックミラーとＬＥＤアレイを相対的に回転させる回転機構５８ｃとを有する。【選択図】図１１

Description

本発明は、光源装置、照明装置、露光装置及び物品製造方法に関する。

半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程において露光装置が用いられている。露光装置は、リソグラフィ工程において、原版（レチクル又はマスク）のパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート等）に転写する。

投影露光装置の光源として、例えば水銀ランプが用いられているが、近年、水銀ランプの代わりに、省エネルギーである発光ダイオード（ＬＥＤ）へ置換することが期待されている。ＬＥＤは発光を制御する基板回路に電流を流してから、光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、長寿命でもある。

ただし、ＬＥＤの１個当たりの光出力は水銀ランプのそれと比べて極めて小さい。そこで、ＬＥＤを水銀ランプの光源の代わりに用いる場合、ＬＥＤを基板に複数整列させたＬＥＤアレイを用いて光の総出力を大きくすることが求められる。

特許文献１には、互いに異なる波長の光を出力する複数のＬＥＤ光源と、複数のダイクロイックミラーを用いて、複数の光源からの光を合成して共通の光軸に沿って光を射出する照明装置が開示されている。

特開２０１０−２６３２１８号公報

ＬＥＤ光源として、多数のＬＥＤチップを配列したＬＥＤアレイを用いると、ＬＥＤからの発熱による影響が懸念される。例えば、ＬＥＤアレイからの発熱が多くなるとＬＥＤチップの温度が上昇し、ＬＥＤチップの発光特性が変化する場合がある。

ＬＥＤの発熱は空冷または水冷により、冷却が可能であるが、ＬＥＤを頻繁にＯＮ−ＯＦＦするような使い方をすると、ＬＥＤチップ周辺の温度は変化しやすくなる。

特許文献１に記載のダイクロイックミラーは、ＬＥＤチップからの光の波長に基づいて、波長に対する反射特性及び透過特性が予め設計され、製造されている。しかし、ＬＥＤチップの発光特性、例えば、ＬＥＤから出る光のスペクトル、つまり波長に対する輝度分布が変化すると、変化前のスペクトルに対して予め設計されたダイクロイックミラーでは、反射又は透過される光の強度が変化してしまう。これによって、ダイクロイックミラーを介して照明される被照明面における照度が不安定になってしまう。

そこで、本発明は、ＬＥＤチップの発光特性の変化による照度の不安定を緩和することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一側面としての光源装置は、複数のＬＥＤチップが配列されたＬＥＤアレイと、複数のＬＥＤチップの各々からの光を集光する各レンズが設けられたレンズアレイと、を有する光源ユニットを複数有する光源装置であって、前記複数の光源ユニット間でＬＥＤチップが互いに異なる波長帯域の光を出力し、前記光源装置は、複数のＬＥＤアレイの各々からの光を合成するダイクロイックミラーと、前記ＬＥＤアレイから出力される光の波長の変化に応じて、前記ＬＥＤアレイから前記ダイクロイックミラーに入射する光の入射角を変化させるように、前記ダイクロイックミラーと前記ＬＥＤアレイを相対的に回転させる回転機構とを有する。

本発明によれば、ＬＥＤチップの発光特性の変化による影響を低減することができる。

光源ユニットの概略断面図である。 ＬＥＤアレイの平面図である。 照明光学系の概略図である。 フライアイ光学系の概略図である。 開口絞りを示す図である。 計測ユニットの概略図である。 ＬＥＤ光の波長分布とダイクロイックミラーの波長特性を表す図である。 ダイクロイックミラーからの光の合成強度の変化を表す図である。 ダイクロイックミラーにおける反射の様子を表す図である。 ダイクロイックミラーと光源ユニットを回転させる前の図である。 ダイクロイックミラーと光源ユニットを回転させたときの図である。 光源ユニットの別の例を示す、概略断面図である。 露光装置の概略図である。 露光装置の別の例を示す図である。

以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

図１を用いて光源ユニット（光源装置）１を説明する。図１は、光源ユニットの概略断面図である。光源ユニット１は基板５１、ＬＥＤチップ５２、レンズアレイ５３、制御部５５、支持部５６及び駆動部５７を有する。基板５１上には複数のＬＥＤチップ５２が配置されており、これらをＬＥＤアレイユニットと呼ぶ。基板５１には、ＬＥＤチップを駆動するための回路が形成されており、回路に電流を流すと、それぞれのＬＥＤチップから所定の波長の光が出力される。制御部５５は、各ＬＥＤチップ５２に流れる電流を制御し、各ＬＥＤチップ５２から出力される光の輝度（強度）を制御する。

レンズアレイ５３は、各ＬＥＤチップに対応して設けられた各レンズを有するレンズアレイである。レンズアレイ５３の各レンズは各ＬＥＤ上に設けられている。レンズは、図１のような平凸レンズであっても良いし、その他のパワーがついた形状をとっても良い。レンズアレイとしては、溶融成形やエッチングや切削等で連続的にレンズを形成したレンズアレイや、個々のレンズを接合したレンズアレイを用いることができる。ＬＥＤチップから出た光は、半角で５０°〜７０°程度の広がりを持っているが、レンズアレイ５３によって集光されて、３０°以下程度の広がりに変換される。レンズアレイ５３はＬＥＤチップから所定の間隔だけ離されて設けられ、基板５１とともに一体的に固定されていてもよい。

次に、光源ユニット１に含まれるＬＥＤアレイについて説明する。図２にＬＥＤアレイの例を示す。図２はＬＥＤアレイ１００の平面図である。ＬＥＤアレイ１００は、基板上に３行４列、合計１２個のＬＥＤチップ５２を配列したサブユニット（ＬＥＤ群）２１を４つ有している。それぞれのサブユニットに搭載されているＬＥＤチップ５２は円形状であるが、これに限定されず、四角形状でもよい。

制御部５５は、ＬＥＤチップごとに出力を制御してもよく、複数のＬＥＤチップの出力を一括して制御してもよい。

複数のＬＥＤチップ５２は２次元平面において離散的に配列され、それに対応して集光レンズ５３の各レンズが設けられている。レンズアレイ５３の各レンズもその２次元平面において配列されている。各ＬＥＤチップからの光は、レンズアレイ５３の各レンズで集光され、各レンズの光軸方向に向けて光が射出される。

支持部５６は、基板５１、ＬＥＤチップ５２及びレンズアレイ５３を一体として移動可能に支持する機構である。駆動部５７は、支持部５６に接続されたアクチュエータとその駆動回路を含む。駆動部５７のアクチュエータが駆動することにより、支持部５６を移動させる。駆動部５７の制御は、制御部５５で行ってもよいし、他の制御部が行ってもよい。

図３を用いて照明光学系（照明装置）の例を説明する。図３は照明光学系の概略断面図である。照明光学系２００は、光源ユニット１ａ、１ｂ、ダイクロイックミラー５８、コンデンサレンズ２、フライアイ光学系３、コンデンサレンズ４、視野絞り６、結像光学系７を有する。

光源ユニット１ａ、１ｂのそれぞれは、上述の光源ユニット１の構成を有する。ただし、光源ユニット１ａが出力する光の波長帯域と、光源ユニット１ｂが出力する光の波長帯域とは、互いに異なる。なお、図３では、制御部５５、支持部５６及び駆動部５７の図示を省略している。光源ユニット１ａは、レンズアレイ５３の各レンズの光軸ＡＸ１が、照明光学系の光軸に対して平行になるように配置されている。光源ユニット１ｂは、レンズアレイ５３の各レンズの光軸ＡＸ２が、照明光学系の光軸に対して垂直になるように配置されている。光源ユニット１ａのレンズアレイ５３の中央のレンズの光軸ＡＸ１と、光源ユニット１ｂのレンズアレイ５３の中央のレンズの光軸ＡＸ２と、はダイクロイックミラー５８上の位置Ｃ１で交差するように配置されている。光源ユニット１ａ、１ｂからの光はダイクロイックミラー５８に入射する。ダイクロイックミラー５８は、光源ユニット１ａからの光を透過させ、光源ユニット１ｂからの光を反射させるように、その波長特性が設計、製造されている。

ダイクロイックミラー５８は、例えば合成石英など、紫外光において透過率が高い硝材を用いることができる。

そのため、光源ユニット１ａからの光はダイクロイックミラー５８を透過して、コンデンサレンズ２に導かれ、光源ユニット１ｂからの光はダイクロイックミラー５８で反射されて、コンデンサレンズ２に導かれる。

光源ユニット１ａ、１ｂから出た光束は、コンデンサレンズ２を通過して、フライアイ光学系３に至る。コンデンサレンズ２は、光源ユニット１ａおよび光源ユニット１ｂの射出面位置とフライアイ光学系３の入射面位置が、光学的にフーリエ共役面になるように設計されている。このような照明系をケーラー照明とよぶ。コンデンサレンズ２は、図３では平凸レンズ１枚を描いているが、実際は複数のレンズ群で構成されることが多い。

図４に、フライアイ光学系３の概略断面図を示す。フライアイ光学系３は、２つのレンズ群３１、３２と、開口絞り３３を有する。各レンズ群は、複数の平凸レンズを、そのコバ面が同一平面状になるように貼り合わせたレンズ群である。レンズ群３１、３２は、個々の平凸レンズの焦点位置に、対となる平凸レンズが位置するように配置されている。このようなフライアイ光学系３を用いることにより、フライアイ光学系３の射出面位置には、光源ユニット１の射出面と共役な複数の二次光源像が形成される。

フライアイ光学系３の射出面近傍には、図５に示す開口絞り３３が構成されている。開口絞り３３は光が透過する部分６２（開口）と、光を遮断する部分６１が備わっている。フライアイ光学系３の射出面から射出され、開口絞り３３の光透過部分６２を通過した光は、コンデンサレンズ４を介して照明面５に至る。

コンデンサレンズ４は、フライアイ光学系３の射出面と照明面５が光学的にフーリエ共役面になるように設計されており、フライアイ光学系３の射出面またはその共役面は照明光学系の瞳面となる。この場合、レンズ群３２の射出面に形成されたそれぞれの二次光源からの光強度分布が照明面５において重畳的に足し合わされて、ほぼ均一な光強度分布を作成することができる。フライアイ光学系３は、光強度分布を均一化させる機能を有し、オプティカルインテグレータと呼ばれる。オプティカルインテグレータとしては、マイクロレンズアレイやハエの目レンズがあり、溶融成形やエッチングや切削等で連続的にレンズを形成したレンズアレイや、個々のレンズを接合したレンズアレイを用いることができる。

照明面５の近傍には、視野絞り６が配置されている。視野絞り６の開口部から射出された光束は、結像光学系７によって被照明面８に結像する。結像光学系７は所望の倍率を持っており、視野絞り６によって切り取られた照明領域は被照明面８に投影される。

照明光学系２００は、瞳面における光強度分布（瞳強度分布）を計測する計測ユニット（計測器）４００を有する。計測ユニット４００は計測の際に光路内に配置されて瞳強度分布を計測する。図６に、計測ユニット４００の概略図を示す。計測ユニット４００は、強度分布を計測したい瞳面（例えば、視野絞り６）の後側に配置させ、視野絞り６の開口部に入射する光束の一部を検出する。視野絞り６近傍にピンホールを有するピンホール板４０１が配置され、ピンホール板４０１から、ある角度分布で射出した光束は、偏向ミラー４０２にて９０°折り曲げられる。光束はその後、正のパワーを有するレンズ４０３にて屈折し、ほぼ平行光に変換され、ＣＣＤカメラ等の検出器４０４に入射する。検出器４０４で検出される光分布は電気信号に変換され、コンピュータ等のデータ処理装置に取り込まれる。

なお、この計測ユニット４００は光の分光特性（スペクトル）を計測する機能や光の強度を計測する機能も有している。計測ユニット４００に構成される検出器としては、ＣＣＤカメラのほかに、ある範囲の波長の分光特性を検出するセンサや、特定波長の強度を検出するセンサなどを用いることができる。

図７に、光源ユニット１ａ、１ｂからの光の波長に対する強度分布と、ダイクロイックミラー５８の波長特性の例を示す。光源ユニット１ｂの各ＬＥＤは、中心波長が３６５ｎｍの波長帯域の光を出力する。光源ユニット１ａの各ＬＥＤは、中心波長が３８５ｎｍの波長帯域の光を出力する。図７の右側の縦軸は、光の最大強度を１として強度分布を規格化した相対強度値Ｉ３６５（λ）、Ｉ３８５（λ）を示す。ダイクロイックミラー５８は、中心波長が３６５ｎｍの光源ユニット１ｂからの光をほぼ透過させ、中心波長が３８５ｎｍの光源ユニット１ａからの光がほぼ反射されるように、その波長特性が設計、製造されている。図７には、波長特性として、入射角が４５°のときの、波長に対する透過率Ｔ（λ）を示す。ダイクロイックミラー５８は、３７０ｎｍ以下の波長に対して９０％以上の透過率を有し、３８０ｎｍ以上の波長に対しては１０％以下の透過率を有する。ダイクロイックミラー５８は誘電体多層膜で構成され、光の吸収がほとんどないため、透過しない光は反射されることになる。したがって、ダイクロイックミラー５８は、３８０ｎｍ以上の波長に対しては９０％以上の反射率を有する。

光源ユニット１ａから出た光の波長に対する強度分布をＩ３６５（λ）、光源ユニット１ｂから出た光の波長に対する強度分布をＩ３８５（λ）とする。ダイクロイックミラー５８の透過率特性をＴ（λ）とする。ダイクロイックミラー５８を介した後の光源ユニット１ａ、１ｂからの光の合成強度Ｉｃ（λ）は、下記式１となる。
Ｉｃ（λ）＝Ｉ３６５（λ）×Ｔ（λ）＋Ｉ３８５（λ）×（１−Ｔ（λ））・・・式１

光源ユニット１は、複数のＬＥＤチップを配列したＬＥＤアレイを有しているため、ＬＥＤの発光を続けるとＬＥＤからの発熱量が多くなり、熱の問題が生じうる。ＬＥＤアレイからの発熱が多くなると、ＬＥＤチップの温度が上昇し、ＬＥＤからの光の波長に対する強度分布（発光特性）が変化する。例えば、ＬＥＤの温度が上昇すると、ＬＥＤからの光の波長が全体的にシフトする。

ダイクロイックミラーは、例えば、ＬＥＤの波長が変化する前の状態で、合成強度Ｉｃ（λ）が最大となるように、波長に対する反射特性及び透過特性が予め設計され、製造されている。そのため、ＬＥＤチップの発光特性が変化すると、ダイクロイックミラーでは反射又は透過される光の強度が変化してしまう。

図８に、ＬＥＤからの光の波長がシフトした場合における合成強度Ｉｃ（λ）の変化を示す。図８の横軸は、光源ユニット１ａからの光及び光源ユニット１ｂからの光の両方の波長が全体的に変化したときの波長変化量である。縦軸は式１に基づき、合成強度Ｉｃ（λ）を、波長が変化しない場合を１として規格化した相対強度値である。図８によれば、波長の変化量の絶対値が大きくなるにつれて、合成強度Ｉｃ（λ）が低下しているのが分かる。これは、ダイクロイックミラーを介して照明される被照明面における照度の低下を招く。そこで、本実施形態では、ＬＥＤからの光の波長の変化に応じて、合成強度Ｉｃ（λ）の低下を抑えるように制御する。

まず、ダイクロイックミラーの波長特性について説明する。ダイクロイックミラーは入射する光の入射角によって反射率や透過率が変化する。これはいわゆる、赤方偏移（レッドシフト）または青方偏移（ブルーシフト）と呼ばれるもので、図９を用いて簡単に説明する。図９に、ダイクロイックミラーのガラス基板５８ａ上に形成された誘電体膜５８ｂに光が入射する様子を示す。入射角度をθ、使用環境の気体（例えば空気）の屈折率をｎ１、誘電体膜５８ｂの屈折率をｎ２、誘電体膜５８ｂの厚さをｄとする。誘電体膜５８ｂの表面で反射される光（１点鎖線）と、誘電体膜５８ｂに入射してガラス基板５８ａで反射される光（破線）との光路長差Ｌは、スネルの法則により、下記式２で表される。

光路長差Ｌが入射光の波長の整数倍となったときに光は強めあい、反射率が高くなる。ダイクロイックミラーの誘電体膜は、入射光のある値の波長λに対しては反射率が高くなるように、予め設計、製造されている。入射角度がθからθ＋Δθに変化すると、光路長差は、ＬからＬ＋ΔＬに変化し、入射光の波長λの整数倍からずれてしまう。一方、変化後の光路長差Ｌ＋ΔＬに対して整数倍となる波長がλからλ＋Δλに変化し、波長がλ＋Δλである入射光に対して反射率が高くなる。つまり、ダイクロイックミラーの反射率又は透過率特性は、光の入射角度が変化すると、波長Δλ分だけシフトしたような特性となる。ダイクロイックミラーの反射率又は透過率特性が、光の入射角度の変化に対して波長が大きくなる方向にシフト（レッドシフト）するか、波長が小さくなる方向にシフト（ブルーシフト）するかは、ダイクロイックミラーの膜の設計によって異なる。

説明をわかりやすくするために、図９では単層膜を描いたが、実際のダイクロイックミラーは多層膜によって構成されることが多い。そのため光の光路長変化としては、構成する多層膜のそれぞれの屈折率によって計算されることになる。

本実施形態では、熱によるＬＥＤからの光の波長の変化に応じて、ダイクロイックミラー５８の配置角度と光源ユニット１ｂの配置角度を変更する。図１０に、それらの配置角度を変更する前の図を示し、図１１に、配置角度を変更した後の図を示す。ダイクロイックミラー５８には、回転機構５８ｃが設けられている。回転機構５８ｃは、光源ユニット１ａのレンズアレイの光軸ＡＸ２と、光源ユニット１ｂのレンズアレイの光軸ＡＸ１とを含む面に対して垂直な軸であって交点Ｃ１を通る軸を回転軸にもち、ダイクロイックミラー５８を回転可能に支持している。回転機構５８ｃは、アクチュータによって駆動、制御されてもよい。

光源ユニット１ｂには、回転機構５９が設けられている。回転機構５９は、光源ユニット１ｂのレンズアレイの光軸ＡＸ２と、光源ユニット１ａのレンズアレイの光軸ＡＸ１とを含む面に対して垂直な軸であって交点Ｃ１を通る軸を回転軸として、光源ユニット１ｂを回転可能に支持している。回転機構５９は、支持部５６とともに、基板５１、ＬＥＤチップ５２及びレンズアレイ５３を一体として回転可能なように支持している。光源ユニット１ｂは、駆動部５７によって駆動される。

本実施形態では、光源ユニット１ｂからダイクロイックミラー５８に入射する光の入射角度を変更するように、ダイクロイックミラー５８と光源ユニット１ｂを相対的に回転させる。光源ユニット１ｂを固定したままダイクロイックミラー５８を回転させると、ダイクロイックミラー５８で反射された光源ユニット１ｂからの光の進行方向が変化してしまう。光の進行方向が変わると、被照射面における照度が低下してしまう可能性がある。そこで、ダイクロイックミラー５８で反射された光の進行方向を変えないように、光源ユニット１ｂも回転させる。例えば、図１１に示すように、ダイクロイックミラー５８を角度φだけ回転させた場合、光源ユニット１ｂを角度φの２倍の角度２φだけ回転させる。このようにすると、ダイクロイックミラー５８で反射された光源ユニット１ｂからの光の進行方向は変わらず、ダイクロイックミラー５８における光源ユニット１ｂからの光の入射角度は４５°＋φとなる。つまり、ダイクロイックミラー５８で反射された光源ユニット１ｂからの光の進行方向を変えずに、ダイクロイックミラー５８に対する光源ユニット１ｂからの光の入射角度をφだけ、変えることができる。

熱によってＬＥＤからの光の波長が変化した場合、その波長の変化分だけ、ダイクロイックミラー５８の反射率又は透過率特性も変化するように、ダイクロイックミラー５８と光源ユニット１ｂの回転角度を調整する。例えば、ダイクロイックミラー５８が、ダイクロイックミラー５８に入射する光の入射角度が大きくなったときに、波長に対する反射率、透過率特性がマイナス側にシフトする特性を有する場合を想定する。光源ユニット１ｂからの光の波長が全体的にマイナス側にシフトしたとき、ダイクロイックミラー５８で反射される光源ユニット１ｂからの光の反射率が低くなる。そこで、ダイクロイックミラー５８の波長に対する反射率、透過率特性をマイナス側へシフトさせるため、ダイクロイックミラー５８に入射する光源ユニット１ｂからの光の入射角度が大きくなるように、ダイクロイックミラー５８と光源ユニット１ｂを回転させる。つまり、熱によって光源からの光の波長がシフトしたことによりダイクロイックミラーを介した光の強度が変化する分を補正するように、ダイクロイックミラーに入射する光の入射角を変化させる。このようにすれば、ＬＥＤからの光の波長が変化しても、ダイクロイックミラー５８で反射される光源ユニット１ｂからの光の反射率の低下を抑え、被照射面における照度低下を抑えることができる。

一方、光源ユニット１ａからの光の波長も、光源ユニット１ｂと同様に、全体的にマイナス側にシフトする。ダイクロイックミラー５８を角度φだけ回転させた場合、ダイクロイックミラー５８を透過した光源ユニット１ａからの光は進行方向を維持したまま、その入射角度が４５°＋φとなる。そのため、ダイクロイックミラー５８が上述の特性を有する場合、ダイクロイックミラー５８の波長に対する透過率特性がマイナス側にシフトする。光源ユニット１ａからの光の波長のシフト分以上に、ダイクロイックミラー５８の波長に対する透過率特性がマイナス側にシフトしてしまうと、ダイクロイックミラー５８を透過する光源ユニット１ａからの光の透過率が低下してしまう。そのため、ダイクロイックミラー５８を透過する光源ユニット１ａからの光の透過率の低下を抑えるように、ダイクロイックミラー５８の回転角度を調整する。これにより、光源ユニット１ａからの光の波長が全体的にマイナス側にシフトしたときでも、ダイクロイックミラー５８を透過する光源ユニット１ａからの光の透過率の低下を抑えることができる。

被照射面における照度の調整方法の例をいくつか説明する。

光源ユニット１ｂからの光の波長のシフト量は、ＬＥＤの温度や材料によって様々である。そこで、光源ユニット１からの光の波長のシフト量（波長特性）を、光の波長分布を計測する分光器（計測部）を用いて求める。分光器は前述したように、計測ユニット４００内に構成してもよいし、図１２のようにＬＥＤから出る光の一部を検出するセンサ６０を用いてもよい。

また、ダイクロイックミラー５８への入射光の入射角度と、ダイクロイックミラー５８の透過率、反射率特性の波長シフト量との関係を表す相関データを予め求めておく。あるいは、ダイクロイックミラー５８の回転角度と、ダイクロイックミラー５８の透過率、反射率特性の波長シフト量との関係を表す相関データを予め求めておいてもよい。そして、制御部によって、求めた相関データを用いて、光源ユニット１の波長のシフト量の計測値に応じて、合成強度Ｉｃ（λ）の低下を抑えるように、ダイクロイックミラー５８の回転角度を調整する。光源ユニット１ｂは、ダイクロイックミラー５８の回転角度に連動して、ダイクロイックミラー５８の回転角度の２倍だけ回転させる。これにより、合成強度Ｉｃ（λ）の低下、つまり、被照射面における照度の低下を抑えることができる。

また、照度調整方法の別の例を説明する。この例では、図１２のようにＬＥＤチップの温度を計測する温度センサ６１（温度計測部）をＬＥＤアレイ上のチップ近傍に設ける。また、ＬＥＤチップの温度とＬＥＤからの光の波長のシフト量との関係を予め求めておく。そして、ＬＥＤからの光の波長のシフト量に相当する分だけ、ＬＥＤからの光の波長に対するダイクロイックミラー５８の反射率、透過率特性をシフトさせるように、ダイクロイックミラー５８の回転角度を調整する。

また、別の調整方法を説明する。この例では、被照射面およびその光学的共役面における照度を計測する照度センサ、又は、瞳面における瞳強度分布を計測するセンサを設ける。これらのセンサは、前述したように、計測ユニット４００内に設けることができる。ダイクロイックミラー５８の回転角度を調整しながら、センサによって被照射面における照度又は瞳強度分布を計測する。このとき、光源ユニット１ｂもダイクロイックミラー５８の回転角度に連動して回転させればよい。そして、制御部において、照度、又は、瞳強度分布の積算値が最大となるときのダイクロイックミラー５８の回転角度を求め、求めた回転角度になるようにダイクロイックミラー５８の角度を制御する。このようにすれば、ＬＥＤからの光の波長のシフトによる被照射面における照度の低下を抑えることができる。また、ダイクロイックミラーの膜の光学特性が何らかの原因で変動した場合でも、被照射面における照度の低下を抑えることができる。

本実施例では、２つの光源ユニットについて説明したが、発光する波長が異なる３つ以上の光源アレイ、およびそれらを合成する複数のダイクロイックミラーを構成してもよい。

上述の光源装置や照明光学系は各種照明装置に適用でき、光硬化性組成物を照明する装置、被検物を照明して検査する装置、リソグラフィ装置などにも用いることができる。例えば、マスクのパターンを基板に露光する露光装置、マスクレス露光装置、型を用いて基板にパターンを形成するインプリント装置、又は、平板を用いて樹脂等を平坦化させる平坦層形成装置に適用することができる。

次に、図１３を用いて露光装置の例を説明する。図１３に露光装置の概略図を示す。露光装置３００は、フォトマスク１０を照明する照明光学系２００、フォトマスク１０のパターンをウエハ１２上に投影する投影光学系１１を有する。照明光学系２００は上述の照明光学系を用いる。投影光学系１１はレンズからなる投影レンズや、ミラーを用いた反射型投影系でもよい。なお、図１３には図示していないが、フォトマスク１０、ウエハ（基板）１２を保持して駆動するステージが用いられる。

照明光学系２００の被照明面８の近傍にはフォトマスク１０が配置されている。フォトマスク１０には、クロム等の金属膜で、微細なパターンが形成されている。フォトマスク１０に照射された照明光は、フォトマスク１０のパターンに応じて回折する。回折光は投影光学系１１（露光手段）により、ウエハ１２上に結像される。

図１４に露光装置の別の例を示す。図１４の露光装置ｎ１００では、マスクＭを照明する照明光学系と、マスクのパターンを基板Ｓに投影する投影光学系を有する。マスクＭはマスクステージに移動可能に保持され、基板Ｓは基板ステージに移動可能に保持される。

照明光学系は、光源ｎ１からの光を用いて、Ｙ方向に沿って並ぶ複数の照明領域ｎ１０ａ、ｎ１０ｂ、ｎ１０ｃをマスクＭの上に形成する。

光源ｎ１としては、上述のＬＥＤアレイを有する光源ユニット１を適用することができる。光源ｎ１からの光は、レンズｎ２を介してライトガイドｎ３の入射端に入射する。ライトガイドｎ３は、ランダムに束ねられた光ファイバーで構成され、その出射端ｎ３ａ、ｎ３ｂのそれぞれで均一な光強度分布を形成する。ライトガイド１０３の出射端ｎ３ａから出射した光束は、リレーレンズｎ４ａを介して、フライアイレンズｎ５ａに入射する。フライアイレンズｎ５ａの射出面側には、複数の二次光源が形成される。複数の二次光源からの光は、二次光源形成位置に前側焦点が位置するように設けられたコンデンサレンズｎ６ａを介して、矩形状の開口部を有する視野絞りｎ７ａを均一に照明する。視野絞りｎ７ａの開口部からの光は、リレー光学系ｎ８ａを介して、ミラーｎ９ａによって光路が９０度偏向され、マスクＭを照明する。リレー光学系ｎ８ａは、視野絞りｎ７ａとマスクＭとを光学的に共役にする光学系であり、視野絞りｎ７ａの開口部の像である照明領域ｎ１０ａを形成する。

ライトガイドｎ３の出射端ｎ３ｂから出射した光束は、リレーレンズｎ４ｂを介して、フライアイレンズｎ５ｂに入射する。フライアイレンズｎ５ｂの射出面側には、複数の二次光源が形成される。複数の二次光源からの光は、二次光源形成位置に前側焦点が位置するように設けられたコンデンサレンズｎ６ｂを介して、矩形状の開口部を有する視野絞りｎ７ｂを均一に照明する。視野絞りｎ７ｂの開口部からの光は、リレー光学系ｎ８ｂを介して、ミラーｎ９ｂによって光路が９０度偏向され、マスクＭを照明する。リレー光学系ｎ８ｂは、視野絞りｎ７ｂとマスクＭとを光学的に共役にする光学系であり、視野絞りｎ７ｂの開口部の像である照明領域ｎ１０ｂを形成する。

照明領域ｎ１０ｃを形成する照明光学系ＩＬも上記と同様の光学系で構成されうる。ライトガイドｎ３の出射端は、照明領域の数に対応して設けられ、これらの照明領域には、複数の照明光学系を介して、ライトガイドｎ３の出射端から照明光がそれぞれ供給される。視野絞りの開口部は矩形状に限定されず、台形状や菱形状であってもよい。また、照明領域の数は３つに限定されず、４つ以上であっても良い。

本例ではライトガイドｎ３の前に１つの光源ｎ１を用いたが、ライトガイドｎ３を用いずに、リレーレンズｎ４ａ等の各リレーレンズの前に、各光源ｎ１（光源ユニット１）を配置させてもよい。つまり、１つの照明光学系に対して１つの光源を用いてもよい。

次に、投影光学系について説明する。投影光学系は、照明光学系により形成される照明領域の数に対応した数の投影光学系モジュールを有し、等倍かつ正立正像の光学系で構成される。各投影光学系モジュールの構成は同じである。各投影光学系モジュールは、２組のダイソン型光学系（１の部分光学系と第２の部分光学系）を組み合わせた構成を有する。

各部分光学系は、マスクＭに面して４５°の傾斜で配置された反射面を持つ直角プリズムと、マスクＭの面内方向に沿った光軸を有するレンズ群と、レンズ群を通過した光を反射する球面反射鏡と、を有する。

マスクＭを通過した照明領域ｎ１０ａからの光は、直角プリズムｎ１１ａによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１２ａに入射する。直角プリズムｎ１１ａからの光はレンズ群ｎ１２ａにより屈折して球面反射鏡ｎ１３ａに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１２ａを通して直角プリズムｎ１１ａに到達する。レンズ群ｎ１２ａからの光は、直角プリズムｎ１１ａにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１１ａの射出面側にマスクＭの１次像を形成する。ここで、第１の部分光学系が形成するマスクＭの１次像は、Ｘ方向の横倍率が正であり、かつＹ方向の横倍率が負である等倍像である。

１次像からの光は、第２の部分光学系を介して、マスクＭの２次像を基板Ｓの表面上に形成する。第２の部分光学系の構成は第１の部分光学系と同一である。直角プリズムｎ１４ａによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１５ａに入射する。直角プリズムｎ１４ａからの光はレンズ群ｎ１５ａにより屈折して球面反射鏡ｎ１６ａに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１５ａを通して直角プリズムｎ１４ａに到達する。レンズ群ｎ１５ａからの光は、直角プリズムｎ１４ａにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１４ａの射出面側にマスクＭの２次像を形成する。第２の部分光学系は第１の部分光学系と同じく、Ｘ方向が正かつＹ方向が負となる等倍像を形成する。したがって、基板Ｓ上に形成される２次像は、マスクＭの等倍の正立像となり、露光領域ｎ１７ａが形成される。

照明領域ｎ１０ｃについても同様に、直角プリズムｎ１１ｃによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１２ｃに入射する。直角プリズムｎ１１ｃからの光はレンズ群ｎ１２ａにより屈折して球面反射鏡ｎ１３ｃに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１２ｃを通して直角プリズムｎ１１ｃに到達する。レンズ群ｎ１２ｃからの光は、直角プリズムｎ１１ｃにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１１ｃの射出面側にマスクＭの１次像を形成する。そして、直角プリズムｎ１４ｃによって光路が９０°偏向され、レンズ群ｎ１５ｃに入射する。直角プリズムｎ１４ｃからの光はレンズ群ｎ１５ｃにより屈折して球面反射鏡ｎ１６ｃに達して反射する。反射された光は、レンズ群ｎ１５ｃを通して直角プリズムｎ１４ｃに到達する。レンズ群ｎ１５ｃからの光は、直角プリズムｎ１４ｃにより光路が９０°偏向されて、直角プリズムｎ１４ｃの射出面側にマスクＭの２次像を形成する。基板Ｓ上には露光領域ｎ１７ｃが形成される。

照明領域ｎ１０ｂについても同様な構成の投影光学系モジュールにより基板上に投影され、基板Ｓ上には露光領域ｎ１７ｂが形成される。これにより、基板Ｓ上には、各投影光学系モジュールによって、Ｙ方向に沿って並ぶ３つの露光領域ｎ１７ａ、ｎ１７ｂ、ｎ１７ｃが形成される。

露光装置ｎ１００は、マスクＭと基板Ｓを相対的にＸ軸方向に移動させて、基板Ｓの走査露光を行う。基板Ｓは露光領域ｎ１７ａ、ｎ１７ｂ、ｎ１７ｃによって露光され、各露光領域によって側端部が重なり合い、基板Ｓを隙間なく露光することができる。

（物品製造方法）
次に、前述の露光装置を利用した物品（半導体ＩＣ素子、液晶表示素子、カラーフィルタ、ＭＥＭＳ等）の製造方法を説明する。物品は、前述の露光装置を使用して、感光剤が塗布された基板（ウェハ、ガラス基板等）を露光する工程と、その基板（感光剤）を現像する工程と、現像された基板を他の周知の加工工程で処理することにより製造される。他の周知の工程には、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

また、インプリント装置や平坦層形成装置を利用した物品の製造方法を説明する。物品は、前述の光源装置を有するインプリント装置や平坦層形成装置を使用して、以下の工程を行うことにより製造される。基板上の光硬化性組成物と、パターンが形成された型やパターンのない型（平板）とを接触させ、光源装置を用いて光硬化性組成物を照明して硬化させて、硬化した組成物と型を離す工程を行う。また、硬化した組成物が形成された基板を他の周知の加工工程で処理する工程を行う。他の周知の工程には、エッチング、ダイシング、ボンディング、パッケージング等が含まれる。本製造方法によれば、従来よりも高品位の物品を製造することができる。

Claims (10)

1. 複数のＬＥＤチップが配列されたＬＥＤアレイを有する光源ユニットを複数、有する光源装置であって、
   前記複数の光源ユニットのＬＥＤチップは、複数の光源ユニットの間で互いに異なる波長帯域の光を出力し、
   前記光源装置は、
   複数のＬＥＤアレイの各々からの光を合成するダイクロイックミラーと、
   前記ＬＥＤアレイから出力される光の波長の変化に応じて、前記ＬＥＤアレイから前記ダイクロイックミラーに入射する光の入射角を変化させるように、前記ダイクロイックミラーと前記ＬＥＤアレイを相対的に回転させる回転機構と、を有することを特徴とする光源装置。
2. 前記回転機構は、前記ダイクロイックミラー及び前記ＬＥＤアレイを回転させることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ダイクロイックミラーの回転角度の２倍だけ、前記ＬＥＤアレイを回転させることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記ＬＥＤチップの温度を計測する温度計測部を有し、
   計測された温度に基づいて、前記ダイクロイックミラーと前記ＬＥＤアレイを相対的に回転させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光源装置。
5. 前記ＬＥＤチップからの光の波長特性を計測する計測部を有し、
   前記計測部によって計測された波長特性に基づいて、前記ダイクロイックミラーと前記ＬＥＤアレイを相対的に回転させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の光源装置。
6. 照明装置であって、
   請求項１乃至５の何れか１項に記載の光源装置と、
   前記光源装置からの光を用いて被照明面を照明する光学系と、を有することを特徴とする照明装置。
7. 被照射面又はその光学的共役面における照度、又は、瞳面における瞳強度分布を計測する計測部、を有し、
   計測された照度又は瞳強度分布に基づいて、前記光源装置のダイクロイックミラーと前記ＬＥＤアレイを相対的に回転させることを特徴とする請求項６に記載の照明装置。
8. コンデンサレンズと、
   オプティカルインテグレータと、を有し、
   前記光源装置からの光を用いて前記コンデンサレンズを介して前記オプティカルインテグレータの入射面に、前記光源装置の複数のＬＥＤチップのそれぞれからの光強度分布を重ね合わせた光強度分布を形成することを特徴とする請求項６又は７に記載の照明装置。
9. 基板を露光する露光装置であって、
   請求項６乃至８の何れか１項に記載の、マスクを照明する照明装置と、
   マスクのパターンを基板に露光する露光手段と、を有することを特徴とする露光装置。
10. 物品の製造方法であって、
    請求項９に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
    露光された基板を現像する工程と、を有し、
    現像された基板から物品を得ることを特徴とする物品の製造方法。

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