KR20140123421A

KR20140123421A - 광원 장치 및 노광 장치

Info

Publication number: KR20140123421A
Application number: KR1020140040378A
Authority: KR
Inventors: 준이치 타마키
Original assignee: 가부시키가이샤 오크세이사쿠쇼
Priority date: 2013-04-12
Filing date: 2014-04-04
Publication date: 2014-10-22
Also published as: TWI600975B; KR102144597B1; TW201506549A; JP2014207300A; JP6199591B2

Abstract

광속 합성 소자에 의한 광속 합성시의 광손실이 적고, 광속 합성 소자를 대형화할 필요가 없고, 기존의 노광 장치의 램프 광원 대신에 이용할 수 있는 공간절약형 노광 장치의 광원 장치를 얻는다.
제1, 제2, 제3 파장 특성의 광원 소자를 복수 배열한 제1, 제2, 제3 어레이 광원과, 제1, 제2, 제3 어레이 광원의 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈를 배열한 제1, 제2, 제3 렌즈 어레이와, 제1 렌즈 어레이가 형성한 제1 파장 특성의 평행광과, 제2 렌즈 어레이가 형성한 제2 파장 특성의 평행광을 합성해 제1 합성 광속으로 하는 제1 광속 합성 소자와, 제1 광속 합성 소자로부터의 제1 합성 광속과, 제3 렌즈 어레이가 형성한 제3 파장 특성의 평행광을 합성해 제2 합성 광속으로 하는 제2 광속 합성 소자와, 제2 광속 합성 소자가 합성한 제2 합성 광속을 광량 균일화 소자에 대해 집광하는 콘덴서 렌즈를 갖추는 광원 장치.

Description

광원 장치 및 노광 장치{LIGHT SOURCE DEVICE AND EXPOSURE DEVICE}

본 발명은 노광 장치의 광원 장치, 특히 파장 특성이 다른 복수의 어레이 광원을 이용하는 광원 장치 및 노광 장치에 관한 것이다.

종래, 노광 장치의 광원에는 램프가 이용되고 있었다. 구체적으로, 예를 들면 프린트 기판의 배선 패턴 형성이나 솔더 레지스트막 형성에서는, 사용되는 감광재의 감도 특성으로부터, 436nm(g선), 405nm(h선), 365nm(i선)의 스펙트럼선을 강하게 발하는 수은 램프를 광원으로 사용하고 있었다. 이에 대해, 근년, 광원의 장기 수명화나 전력 절약화의 요구에 응해, 수은 램프로 바뀌어 LED를 광원으로 사용하는 광원 장치가 개발되고 있다. LED는 수은 램프에 비해 수명이 길다는 장점이 있지만, 반면, 한 개의 LED 소자가 출력하는 광량은 수은 램프보다 작고, 또한 수은 램프가 g선, h선, i선을 포함하는 브로드밴드 광을 출력하는데 반해, LED는 특정의 협대역인 파장의 광을 출력하기 때문에, 브로드밴드 광을 필요로 하는 노광 장치용 광원에 그대로 이용할 수 없다.

그래서, 다수의 LED로 이루어지는 LED 어레이 광원을 이용해 수은 램프 상당한 광량을 얻는 것, 또한 파장 특성이 다른 복수의 LED 어레이 광원을 이용 함으로써 감광재의 감도 특성에 맞춘 복수 파장의 광을 얻는 것이 제안되고 있다. 특허 문헌 1에서는 파장 특성이 다른 복수의 LED 어레이 광원 상에, 각 LED 소자의 발광부의 상(像)을 형성하는 렌즈 어레이를 겹치고, 동일 렌즈 어레이에 의한 집광 광속을 다이크로익 미러(dichroic mirror)로 중합시킨 후, 발광부상의 합성상을 형성해, 인티그레이터(광량 균일화 소자)의 입사면에 결상시키고 있다.

특허 문헌 2의 투영 노광 장치(스테퍼)는, 파장 특성이 다른 복수의 LED 어레이 광원에서 발하는 광을 다이크로익 미러를 이용해 합성하여, 인티그레이터의 입사면에 결상시키는 광원 장치를 사용하고 있다. 이 특허 문헌 2에서는, LED 어레이 광원의 각 LED 소자로부터의 광은, 발산광으로서 다이크로익 미러에 입사한다.

[특허 문헌 1] 일본 특개 2012-63390호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특개 2004-335949호 공보

다이크로익 미러는 일반적으로, 광이 입사하는 각도에 의해, 광의 반사와 투과가 바뀌는 에지 파장이 시프트 하는 것이 알려져 있다. 또한, 투과시키는 광과 반사시키는 광의 파장 차이가 적을 때, 이 에지 파장의 시프트에 의해 광을 이용하는 효율이 떨어져 버리는 문제가 있다. 또한, 특허 문헌 1에서는 LED 어레이의 상이 인티그레이터 입구에서 결상되고 있어, LED 어레이 주변부의 광이 인티그레이터 입구에서 거절되어 광량 손실이 발생한다. 또한, 특허 문헌 1과 같이 LED 어레이의 공역면을 광로 중에 마련하는 광학계에서는, 렌즈 등의 광학 요소가 많아져, 결과적으로 광원 장치를 설치하기 위해 스페이스를 많이 필요로 한다.

특허 문헌 2에서는, 광원에서 발하는 광이 퍼짐에 따라 다이크로익 미러의 면적이 커지고, 광원 장치에 스페이스를 많이 필요로 했다. 게다가, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에서는, 각 LED 어레이 광원에서 최초의 콘덴서 렌즈 입사 위치까지의 광로 길이가 각각 동일하지 않으면 안 되기 때문에, 합성하는 LED 어레이의 수가 증가하는 만큼 광로 길이가 길어지는 경향이 있어, 보다 많은 스페이스를 필요로 했다. 이 때문에, 이들 광학계에서는, 기존의 노광 장치의 램프 광원보다 대형화되어 기존의 노광 장치의 광원과 교환할 수 없는 문제가 있었다.

본 발명은, 다이크로익 미러(광속 합성 소자)에 의한 광속 합성시의 광손실이 적고, 다이크로익 미러를 대형화할 필요가 없고, 기존의 노광 장치의 램프 광원 대신에 이용할 수 있는 공간절약형 노광 장치의 광원 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 다른 파장을 발하는 복수의 LED 어레이 광원(어레이 광원)으로부터의 광속을 평행 광속으로 하고 나서 다이크로익 미러(광속 합성 소자)에 입사시키면, 광손실이 적고 또한 광로 길이에 많은 것을 필요로 하지 않는 소형의 광원 장치를 얻을 수 있다는 착안에 근거해 완성된 것이다.

본 발명에 따른 광원 장치는, 제1 파장 특성의 광을 방사하는 광원 소자를 복수 배열한 제1 어레이 광원과, 상기 제1 파장 특성의 광을 각각 평행광으로 하는, 상기 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈(collimator lens)를 배열한 제1 렌즈 어레이와, 상기 제1 파장 특성과는 다른 제2 파장 특성의 광을 방사하는 광원 소자를 복수 배열한 제2 어레이 광원과, 상기 제2 파장 특성의 광을 각각 평행광으로 하는, 상기 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈를 배열한 제2 렌즈 어레이와, 상기 제1, 제2 파장 특성과는 다른 제3 파장 특성의 광을 방사하는 광원 소자를 복수 배열한 제3 어레이 광원과, 상기 제3 파장 특성의 광을 각각 평행광으로 하는, 상기 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈를 배열한 제3 렌즈 어레이와, 상기 제1 렌즈 어레이가 형성한 상기 제1 파장 특성의 평행광과, 상기 제2 렌즈 어레이가 형성한 상기 제2 파장 특성의 평행광을, 주광선축을 공유하도록 합성해 제1 합성 광속으로 하는 제1 광속 합성 소자와, 상기 제1 합성 광속과, 상기 제3 렌즈 어레이가 형성한 상기 제3 파장 특성의 평행광을 주광선축을 공유하도록 합성해 제2 합성 광속으로 하는 제2 광속 합성 소자와, 상기 제2 합성 광속을 집광해 광량 균일화 소자에 입사시키는 콘덴서 렌즈를 갖추는 것을 특징으로 하고 있다.

제1 광속 합성 소자와 제2 광속 합성 소자는 각각, 제1과 제2 다이크로익 미러로 구성하는 것이 실제적이다. 그리고, 제1과 제2 다이크로익 미러 중 적어도 하나는, 상기 다이크로익 미러로의 제1 내지 제3 어레이 광원으로부터의 광속의 입사각이 45°보다 작아지도록 배치한다.

보다 구체적으로는, 제1 다이크로익 미러는 제1 어레이 광원으로부터의 광속의 입사각이 45°를 이루고, 제2 다이크로익 미러는 제3 어레이 광원으로부터의 광속의 입사각이 45°보다 작아지도록 배치하는 것이 좋다.

제1 어레이 광원과 제2 어레이 광원은, 한쪽이 최장 파장, 다른 쪽이 최단 파장을 가지는 파장 특성으로 하고, 제3 어레이 광원은, 최장 파장과 최단 파장의 중간 파장의 파장 특성으로 하는 것이 바람직하다.

광량 균일화 소자의 입사면에 입사하는 광속의 에너지 분포의 프로파일은, 중심부가 높고 주변부가 낮아지도록 연속적으로 변화한다.

어레이 광원의 다수의 광원 소자는 격자상 배치 또는 지그재그상 배치로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 다른 형태에서는 이상의 광원 장치를 이용한 노광 장치이다.

본 발명의 광원 장치는, LED 어레이 광원(어레이 광원)에서 나온 광이 평행광 상태로 다이크로익 미러(광속 합성 소자)에 입사하므로, 입사 장소의 차이에 기인하는 입사 각도 변화에 의한 손실이 억제되어, 효율이 좋은 광원 장치를 실현할 수 있다. 게다가, 광속의 합성을 평행광 상태로 실시하기 때문에 다이크로익 미러가 커지지 않으며, 또한 평행광 부분의 광로를 자유로운 길이로 할 수 있기 때문에, 3개 이상의 어레이 광원을 합성하는 광학계여도 공간절약형 광원 장치를 실현할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 광원 장치를 포함하는 노광 장치의 전체 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명에 의한 광원 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 광학 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 광원 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 광학 구성도이다.
도 4는 LED 어레이 광원의 일 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 5는 LED 어레이 광원의 다른 실시 형태를 나타내는 평면도이다.
도 6은 조명광학계의 로드 인티그레이터의 입사 단면에 입사하는 광의 광량 분포를 나타내는 그래프도이다.
도 7은 다이크로익 미러에 대한 입사 각도와 투과율(반사율) 특성을 나타내는 그래프도이다.
도 8은 다이크로익 미러에 대한 다른 입사 각도와 투과율(반사율) 특성을 나타내는 그래프도이다.

도 1은 본 발명이 대상으로 하는 광원 장치(11)를 포함하는 노광 장치(10)의 전체를 나타내고 있다. 도 1에서, 화살표는 광을 나타내고, 직선은 제어 신호의 접속을 나타내고 있다. 전원 장치(12)에 의해 구동되는 광원 장치(11)로부터 출사한 광은 조명광학계(13)로 입사하고, 조명광학계(13)로부터 나온 광은 패턴 묘화 수단(14)으로 입사한다. 패턴 묘화 수단(14)은, 조명광학계(13)에서 입사한 광을, 노광 테이블(15) 상에 재치한 기판 W에 조사한다. 기판 W에는 감광재가 도포 또는 라미네이트되어 있다. 전원 장치(12), 패턴 묘화 수단(14) 및 노광 테이블(15)은, 제어 장치(16)에 의해 제어된다.

보다 구체적으로는, 조명광학계(13)는, 로드 인티그레이터(rod integrator) 등의 광원 장치(11)로부터 나온 광의 면내 광량 분포를 균일화하는 인티그레이터(광량 균일화 소자)를 갖추고, 게다가 패턴 묘화 수단(14)에 적합한 형상의 조명광을 형성한다. 패턴 묘화 수단(14)은, 조명광학계(13)로부터 입사한 조명광을 기판 W 위의 감광재에 패턴을 형성하기 위한 패턴광으로 한다. 조명광학계(13)는 셔터나 광량 조정 수단 등을 갖추어도 무방하다.

패턴 묘화 수단(14)에는, 예를 들면 DMD 등의 광변조 소자를 사용할 수 있으며, 혹은 레티클 등의 차광 수단을 이용할 수 있다. 또한, 패턴광을 감광재에 투영하기 위한 투영 광학계를 더 갖추어도 무방하다. 감광재에는, 레티클 등의 차광 수단을 근접 또는 당접시킬 수 있다. 패턴 묘화 수단(14) 및 그에 따른 광학계는, 노광 장치(10)의 용도에 따라 적절히 설계된다. 노광 테이블(15)은 필요에 따라 기판 얼라이먼트(alignment) 수단이나 기판 반송 수단 등을 겸해도 무방하다. 노광 테이블의 형상 등은 기판에 따라 적시에 설계된다.

본 발명은 예를 들면 이상과 같이 구성되는 노광 장치(10)의 광원 장치(11)에 적용되며, 도 2는 그 제1 실시 형태를 나타내고 있다.

이 실시 형태의 광원 장치(11)는, 제1 파장 특성(365nm)의 광을 발진하는 제1 LED 어레이 광원(21)과, 제2 파장 특성(405nm)의 광을 발진하는 제2 LED 어레이 광원(22)과, 제3 파장 특성(385nm)의 광을 발진하는 제3 LED 어레이 광원(23)을 가지고 있으며, 이들의 다른 파장 특성의 광을 상류부터 순서대로 합성한다. 제1 내지 제3 LED 어레이 광원(21, 22, 23)은, 발진 파장을 제외하고 동일 구성이며, 365nm의 광을 발진하는 복수의 LED 소자(21a), 405nm의 광을 발진하는 복수의 LED 소자(22a), 385nm의 광을 발진하는 복수의 LED 소자(23a)를 갖추고 있다. 도 2에서는 도시의 편의상, LED 소자(21a, 22a, 23a)를 3개 늘어놓아 그리고 있지만, 실제로는, 이들의 LED 소자(21a, 22a, 23a)는, 동일 평면상에 다수를 종횡으로 배열해서 되어 있다. 도 4, 도 5는, 그 구체적인 평면 배치예를 나타내고 있으며, 도 4의 예에서는 LED 소자(21a, 22a, 23a)가 격자상(매트릭스상)으로 종횡으로 배열되고, 도 5의 예에서는 지그재그상으로 종횡으로 배열되어 있다. 지그재그상 배열은, 각 횡렬의 LED 소자(21a, 22a, 23a)의 배열 피치를 p로 했을 때, 상하 열에서 LED 소자(21a, 22a, 23a)의 피치를 p/2만큼 비켜 놓고 있다. 이 지그재그상 배열은, 격자상 배열에 비해, LED 소자의 밀도를 높이고 조명광학계가 취입하는 광의 손실을 억제할 수 있다.

제1 내지 제3 LED 어레이 광원(21, 22, 23) 상에는 각각, 렌즈 어레이(31, 32, 33)가 겹쳐 배치되어 있다. 렌즈 어레이(31, 32, 33)는 각각, 각 LED 소자(21a, 22a, 23a)로부터의 발산광을 평행 광속으로 하는, 각 LED 소자(21a, 22a, 23a)에 대응하는 복수의 콜리메이터 렌즈(31a, 32a, 33a)를 갖추고 있다. LED 소자는 엄밀하게는 면발광을 수행하지만, 발광 면적이 광학계의 크기에 대해 충분히 작기 때문에 실질적으로 점광원이라고 할 수 있으므로, LED 소자가 발하는 광을, 콜리메이터 렌즈를 이용해 평행 광속으로 할 수 있다. 또한, 여기서 말하는 평행 광속은 완전한 평행광이 아니어도 무방하고, 실질적으로 평행광으로 간주할 수 있는 정도이면 광축에 대해 각도를 가져도 무방하다(예를 들면 2°이내). 콜리메이터 렌즈(31a, 32a, 33a)의 평면 배치는, LED 소자(21a, 22a, 23a)의 평면 배치와 동일하며, 도 4, 도 5에서는 양자를 함께 그리고 있다. 주지하는 바와 같이, LED 소자(21a, 22a, 23a)의 발광부로부터의 광은 발산광인데 반해, 콜리메이터 렌즈(31a, 32a, 33a)는, 각 LED 소자(21a, 22a, 23a) 단위로, 그 발산광을 평행 광속으로 한다. 즉, 각 콜리메이터 렌즈(31a, 32a, 33a)에 의해 평행 광속으로 된 LED 소자(21a, 22a, 23a)의 광축은 서로 평행이며 각각 독립하고 있어, 공유 관계가 없다. 또한, 이하에서 설명의 편의를 위해, 제1 LED 어레이 광원(21)과 렌즈 어레이(31), 제2 LED 어레이 광원(22)과 렌즈 어레이(32), 제3 LED 어레이 광원(23)과 렌즈 어레이(33)로 형성되는 평행 광속군의 중심의 광축을 주광축(21X, 22X, 23X)으로 정의한다.

제1 LED 어레이 광원(21)의 주광축(21X) 상에는, 제1 다이크로익 미러(41), 제2 다이크로익 미러(42) 및 콘덴서 렌즈(43)가 순서대로 배치되고, 콘덴서 렌즈(43)에 의한 집광위치에, 조명광학계(13)의 로드 인티그레이터(13a)가 위치하고 있다. 제1 다이크로익 미러(41)에 대한 주광축(21X)의 입사각(주광축(21X)과 미러(41)의 입사면의 법선이 이루는 각)은 α이며, 제2 다이크로익 미러(42)에 대한 주광축(21X)의 입사각(주광축(21X)과 미러(42)의 입사면의 법선이 이루는 각)은 β이다.

제2 LED 어레이 광원(22)은, 제1 다이크로익 미러(41)의 이면에 입사해 반사되는 주광축(22X)이 주광축(21X)과 일치하도록 배치되고, 제3 LED 어레이 광원(23)은, 제2 다이크로익 미러(42)의 이면에 입사해 반사되는 주광축(23X)이 주광축(21X)(및 주광축(22X))과 일치하도록 배치되어 있다. 제1 다이크로익 미러(41)에 대한 주광축(22X)의 입사각(주광축(22X)과 미러(41)의 이면 입사면의 법선이 이루는 각)은 γ이며, 이 실시 형태에서는, α=γ= 45°이다. 또한, 제2 다이크로익 미러(42)에 대한 주광축(23X)의 입사각(주광축(23X)과 미러(42)의 이면 입사면의 법선이 이루는 각)은 δ이며, 이 실시 형태에서는 β=δ= 25°(β=δ< 45°)이다.

그리고, 제1 다이크로익 미러(41)는, 제1 LED 어레이 광원(21)으로부터의 파장 특성의 광을 투과시키는 한편, 제2 LED 어레이 광원(22)으로부터의 파장 특성의 광을 반사하는 특성을 가진다. 또한, 제2 다이크로익 미러(42)는, 제1 LED 어레이 광원(21)과 제2 LED 어레이 광원(22)으로부터의 파장 특성의 광을 투과시키는 한편, 제3 LED 어레이 광원(23)으로부터의 파장 특성의 광을 반사하는 특성을 가지고 있다.

즉, 제1 다이크로익 미러(41), 제2 다이크로익 미러(42)는 이상의 투과 반사 특성을 얻을 수 있도록, 설치 각도 α, β, γ, δ를 고려해 다층막으로 하여 설계 제조된다.

따라서, 이상의 제1 다이크로익 미러(41)와 제2 다이크로익 미러(42)는, 제1 LED 어레이 광원(21)과 렌즈 어레이(31), 제2 LED 어레이 광원(22)과 렌즈 어레이(32), 제3 LED 어레이 광원(23)과 렌즈 어레이(33)로부터의 평행 광속군을 합성하고, 합성된 광은, 콘덴서 렌즈(43)에 의해, 조명광학계(13)의 로드 인티그레이터(13a)의 입사 단면(13b)에 집광된다. 로드 인티그레이터(13a)는 입사한 광속의 면내 광량 분포를 균일화해 출사하는 주지의 광량 균일화 소자이다.

본 실시 형태에서는, 제1 다이크로익 미러(41)에 입사하는 제1 LED 어레이 광원(21)으로부터의 광속과 제2 LED 어레이 광원(22)으로부터의 광속, 제2 다이크로익 미러(42)에 입사하는 제1 LED 어레이 광원(21)으로부터의 광속, 제2 LED 어레이 광원(22)으로부터의 광속 및 제3 LED 어레이 광원(23)으로부터의 광속은 모두 평행 광속(군)이다. 이 때문에, 제1 다이크로익 미러(41), 제2 다이크로익 미러(42)의 어느 부분에서도 일정한 각도로 광이 입사하고(광의 입사 장소에 의한 입사각의 불균일이 없고), 다이크로익 미러를 투과, 혹은 반사하는 광의 비율은 일정하게 된다. 따라서, 다이크로익 미러의 반사와 투과의 에지 파장을 적절히 설계 함으로써, 다이크로익 미러에서의 광 손실을 최소로 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태는, 상류측의 제1 다이크로익 미러(41)에서, 최단 파장(365nm)의 제1 LED 어레이 광원(21)으로부터의 광과, 최장 파장(405nm)의 제2 LED 어레이 광원(22)으로부터 광을 합성하고, 이어서 하류측의 제2 다이크로익 미러(42)에서, 중간 파장(385nm)의 제3 LED 어레이 광원(23)으로부터의 광을 합성하고 있다. 제1 LED 어레이 광원(21)의 발진 파장과, 제2 LED 어레이 광원(22)의 발진 파장 사이에는, 큰 파장 차이가 존재하므로, 제1 다이크로익 미러(41)는 투과와 반사를 전환하는 에지 파장의 마진을 크게 취할 수 있다. 그 때문에, 제1 다이크로익 미러(41)에의 입사각 α와 γ를, 미러의 면적을 가장 작게 할 수 있어 배치 효율이 좋은 45°로 하고 있다. 이에 대해, 제2 다이크로익 미러(42)에서는, 투과 파장과 반사 파장의 파장 차이가 작다. 이 때문에, 입사각 δ가 45°에서는 제3 LED 어레이 광원(23)으로부터 제2 다이크로익 미러(42)에 입사하는 광의 일부가 반사하지 않고 투과해 버리므로 효율이 나쁘다. 그래서, 도 2의 실시 형태에서는, 제2 다이크로익 미러(42)로의 주광축(23X)의 입사각 δ을 25°로 하여, 투과와 반사를 전환하는 에지 파장의 폭을 보다 좁게(에지의 기울기를 가파르게) 하고 있다. 이와 같이, 합성하는 광의 파장의 간격에 따라 다이크로익 미러의 각도를 적절히 설정 함으로써, 광원 장치의 광이용 효율을 향상시키고 있다.

도 7, 도 8은, 다이크로익 미러로의 입사각θ, 입사 파장nm 및 투과와 반사의 전환 파장(투과율)을 나타낸 도면이다. 다이크로익 미러의 에지 파장은, 45°로 사용한 경우, 약 20nm의 폭을 가지는 것이 도 7에 도시되어 있다. 한편, 25°로 사용한 경우는, 에지 파장의 폭은 약 10nm이다(도 8). 그 때문에, 도 8과 같이 합성하는 광의 파장의 간격이 좁은 경우는 다이크로익 미러의 각도를 작게 하고, 에지 파장의 폭이 좁은 상태에서 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 다이크로익 미러에 입사하는 광이 평행광이 아니고, 위치에 따라 입사 각도가 다른 경우, 도 7에서와 같이, 에지 파장의 위치가 시프트 한다. 그 때문에, 다이크로익 미러 전체로 보면 에지 파장의 폭이 넓어진 것과 같은 결과가 된다. 예를 들면 입사 각도에 9°의 폭이 있는 경우, 에지 파장의 폭은 실질적으로 약 10nm 확대해 약 30nm가 된다(도 7).

게다가, 본 실시 형태에서는, 제1 내지 제3 LED 어레이 광원(21, 22, 23)의 렌즈 어레이(31, 32, 33)에서 콘덴서 렌즈(43)까지의 사이는 평행광이며, 제1 내지 제3 LED 어레이 광원(21, 22, 23)의 공역면이 존재하지 않는다. 따라서, 제1 내지 제3 LED 어레이 광원(21, 22, 23)에서 콘덴서 렌즈(43) 사이의 광로 길이를 임의의 거리로 할 수 있다. 즉, 제1 LED 어레이 광원(21)에서 콘덴서 렌즈(43), 제2 LED 어레이 광원(22)에서 콘덴서 렌즈(43), 제3 LED 어레이 광원(23)에서 콘덴서 렌즈(43)로의 광로 길이에 제약이 없기 때문에, 광로 설계의 자유도가 높으며, 광원 장치를 공간절약화 할 수 있다.

도 6은, 조명광학계(13)의 로드 인티그레이터(13a)의 입사 단면(13b)에 입사하는 광속의 광량 분포를 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, LED 소자에서 로드 인티그레이터의 입사 단면(13b)까지가 쾰러 조명(Koehler illumination)의 관계가 되고 있다. 콘덴서 렌즈(43)에 의해, 로드 인티그레이터(13a)의 입사 단면(13b)으로 집광되는 광은, 모든 LED 소자로부터의 평행광이기 때문에, 로드 인티그레이터(13a)의 입사 단면(13b)에서의 광량 분포는, 중심이 가장 에너지 밀도가 높고, 주변으로 갈수록 에너지 밀도가 낮아지는 연속한 프로파일이 되며, 그 형상은 중심부가 높고 주변부가 낮아지는 가우스 분포가 된다. 이 때문에, 로드 인티그레이터(13a)의 입사 개구 사이즈가 작아도, 조명광학계(13)에 많은 광을 취입하는 것이 가능해져 광의 이용 효율을 올릴 수 있다.

도 3은, 도 2의 광원 장치(11)에서, 제3 LED 어레이 광원(23)의 주광축(23X) 상에, 제3 다이크로익 미러(44)를 배치하고, 이 제3 다이크로익 미러(44)의 이면 입사면에, 제2 중간 파장(400nm)의 광을 발진하는 제4 LED 어레이 광원(24)과 렌즈 어레이(34)로부터의 평행 광속군을 입사시키는 4파장 합성의 실시 형태를 나타내고 있다. 제4 LED 어레이 광원(24)은, 400nm의 광을 발진하는 복수의 LED 소자(24a)(도 4, 도 5 참조)를 갖추고, 렌즈 어레이(34)는, 각 LED 소자(24a)로부터의 발산광을 평행 광속으로 하는, 각 LED 소자(24a)에 대응하는 복수의 콜리메이터 렌즈(34a)를 갖추고 있다. 제3 다이크로익 미러(44)는, 제3 LED 어레이 광원(23)으로부터의 385nm의 광을 투과하고, 제4 LED 어레이 광원(24)으로부터의 400nm의 광을 반사하는 특성을 갖추고 있다. 제3 다이크로익 미러(44)에 대한 주광축(23X)의 입사각(주광축(23X)과 미러(43)의 입사면의 법선이 이루는 각)은 ε이며, 제3 다이크로익 미러(44)에 대한 주광축(24X)의 입사각(주광축(24X)과 미러(44)의 이면 입사면의 법선이 이루는 각)은 η이다.

상기 실시 형태에서는, 어레이 광원으로서 LED 어레이 광원(21~24)을 나타냈으나, 반도체 레이저 어레이 광원이나, 반도체 레이저 소자와 광섬유를 접속한 것을 묶은 광섬유 어레이 광원을 이용하는 것도 가능하다. 또한 광속 합성 소자로서 다이크로익 미러(41,42,44)를 예시했으나, 다이크로익 프리즘 등의 광속 합성 소자도 사용 가능하다.

10: 노광 장치
11: 광원 장치
12: 전원 장치
13: 조명광학계
13a: 로드 인티그레이터
14: 패턴 묘화 수단
15: 노광 테이블
16: 제어 장치
21: 제1 LED 어레이 광원
22: 제2 LED 어레이 광원
23: 제3 LED 어레이 광원
24: 제4 LED 어레이 광원
21X, 22X, 23X, 24X: 광축
21a, 22a, 23a, 24a: LED 소자(광원 소자)
31, 32, 33, 34: 렌즈 어레이
31a, 32a, 33a, 34a: 콜리메이터 렌즈
41: 제1 다이크로익 미러
42: 제2 다이크로익 미러
43: 콘덴서 렌즈
44: 제3 다이크로익 미러

Claims

제1 파장 특성의 광을 방사하는 광원 소자를 복수 배열한 제1 어레이 광원과,
상기 제1 파장 특성의 광을 각각 평행광으로 하는, 상기 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈를 배열한 제1 렌즈 어레이와,
상기 제1 파장 특성과는 다른 제2 파장 특성의 광을 방사하는 광원 소자를 복수 배열한 제2 어레이 광원과,
상기 제2 파장 특성의 광을 각각 평행광으로 하는, 상기 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈를 배열한 제2 렌즈 어레이와,
상기 제1 및 제2 파장 특성과는 다른 제3 파장 특성의 광을 방사하는 광원 소자를 복수 배열한 제3 어레이 광원과,
상기 제3 파장 특성의 광을 각각 평행광으로 하는, 상기 각 광원 소자에 대응하는 콜리메이터 렌즈를 배열한 제3 렌즈 어레이와,
상기 제1 렌즈 어레이가 형성한 상기 제1 파장 특성의 평행광과, 상기 제2 렌즈 어레이가 형성한 상기 제2 파장 특성의 평행광을, 주광선축을 공유하도록 합성해 제1 합성 광속으로 하는 제1 광속 합성 소자와,
상기 제1 합성 광속과, 상기 제3 렌즈 어레이가 형성한 상기 제3 파장 특성의 평행광을 주광선축을 공유하도록 합성해 제2 합성 광속으로 하는 제2 광속 합성 소자와,
상기 제2 합성 광속을 집광해 광량 균일화 소자에 입사시키는 콘덴서 렌즈
를 갖추는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
제1항에 있어서,
제1 광속 합성 소자와 제2 광속 합성 소자가 각각 제1과 제2 다이크로익 미러이며, 상기 제1과 제2 다이크로익 미러 중 적어도 하나는, 상기 다이크로익 미러로의 제1 내지 제3 어레이 광원으로부터의 광속의 입사각이 45°보다 작아지도록 배치되어 있는 광원 장치.
제2항에 있어서,
제1 다이크로익 미러는 제1 어레이 광원으로부터의 광속의 입사각이 45°이며, 제2 다이크로익 미러는 제3 어레이 광원으로부터의 광속의 입사각이 45°보다 작아지도록 배치되어 있는 광원 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
제1 어레이 광원과 제2 어레이 광원의 파장 특성은,
한쪽이, 광원이 가질 수 있는 파장 중에서 최장 파장이면, 다른 쪽은 광원이 가질 수 있는 파장 중에서 최단 파장이며,
제3 어레이 광원의 파장 특성은,
상기 최장 파장과 최단 파장의 중간 파장인 광원 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 광원 장치를 이용한 노광 장치.