WO2013042710A1 - Ｌｅｄ光源装置および露光装置 - Google Patents

Ｌｅｄ光源装置および露光装置 Download PDF

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WO2013042710A1
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light source
leds
light
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芹澤　和泉
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株式会社オーク製作所
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    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
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    • G—PHYSICS
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    • G03F7/70058—Mask illumination systems
    • G03F7/7015—Details of optical elements
    • G03F7/70175—Lamphouse reflector arrangements or collector mirrors, i.e. collecting light from solid angle upstream of the light source
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    • F21K—NON-ELECTRIC LIGHT SOURCES USING LUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING ELECTROCHEMILUMINESCENCE; LIGHT SOURCES USING CHARGES OF COMBUSTIBLE MATERIAL; LIGHT SOURCES USING SEMICONDUCTOR DEVICES AS LIGHT-GENERATING ELEMENTS; LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F21K9/23—Retrofit light sources for lighting devices with a single fitting for each light source, e.g. for substitution of incandescent lamps with bayonet or threaded fittings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21V—FUNCTIONAL FEATURES OR DETAILS OF LIGHTING DEVICES OR SYSTEMS THEREOF; STRUCTURAL COMBINATIONS OF LIGHTING DEVICES WITH OTHER ARTICLES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F21V7/00—Reflectors for light sources
    • F21V7/0008—Reflectors for light sources providing for indirect lighting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2107/00—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements
    • F21Y2107/30—Light sources with three-dimensionally disposed light-generating elements on the outer surface of cylindrical surfaces, e.g. rod-shaped supports having a circular or a polygonal cross section
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F21—LIGHTING
    • F21Y—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES F21K, F21L, F21S and F21V, RELATING TO THE FORM OR THE KIND OF THE LIGHT SOURCES OR OF THE COLOUR OF THE LIGHT EMITTED
    • F21Y2115/00—Light-generating elements of semiconductor light sources
    • F21Y2115/10—Light-emitting diodes [LED]

Definitions

  • the present invention relates to an exposure apparatus for forming a pattern on a substrate or the like, and more particularly to a light source apparatus using LEDs.
  • pattern light is projected onto a substrate coated with a photosensitive material such as a photoresist to form a pattern on the photosensitive material.
  • a photosensitive material such as a photoresist
  • pattern light is generated by ON / OFF control of each micromirror based on pattern data.
  • each light emitting diode is ON / OFF controlled in accordance with an exposure operation performed at regular time intervals, and repeatedly turned on and off (see Patent Document 1).
  • an LED light source device using a reflector having a plurality of partial ellipsoids obtained by dividing a rotational ellipsoid radially is known (see Patent Document 2).
  • an LED unit in which a plurality of LEDs are installed on the front and back sides of a plate-like support member and a reflector in which a plurality of reflecting surfaces are integrally formed are attached to a holder.
  • An LED is disposed at the focal position of each reflecting surface that is a surface.
  • the light source device used in the exposure apparatus must emit light with as high a light intensity as possible in order to improve throughput. Since the light emission intensity of one LED is much smaller than that of a light source such as a discharge lamp or a laser, it is necessary to accurately arrange a large number of LEDs at the focal position of the reflecting surface.
  • the light source device of the present invention is a light source device applicable to an apparatus that requires high light intensity, such as an exposure apparatus, and includes a plurality of LEDs and a rod-like support member in which the plurality of LEDs are arranged on the side surface in the axial direction. And a plurality of reflectors each having a reflection surface for guiding light from the corresponding LED in the axial direction and separately attached to the LED unit.
  • each reflector is configured to provide a partial ellipsoid formed by radially dividing the spheroid from the center.
  • the mounting positions of the plurality of reflectors are adjusted so that the other focal positions of the reflecting surfaces coincide with each other.
  • the reflecting surface of the reflector can be constituted by a partial paraboloid formed by dividing the rotating paraboloid radially from the center.
  • the position of each reflector is adjusted so that the focal position of the reflecting surface matches the light emitting position of the corresponding LED.
  • light can be utilized to the maximum extent for all LEDs, and an LED light source device with high luminous efficiency can be provided.
  • a plurality of reflectors can be configured to be separated from each other by a predetermined distance along the circumferential direction of the support member.
  • a plurality of LEDs may be configured to be spaced apart along the axial direction.
  • the support member can be composed of a plurality of plate-like support portions having different side surface orientations, and the plurality of LEDs can be arranged on the side surfaces of the plurality of plate-like support portions.
  • each reflector may be provided with a plurality of reflecting surfaces whose focal positions are light emitting positions of LEDs that are positioned differently along the axial direction. Further, the reflective surface of each reflector may be determined by the material or the reflection wavelength characteristic according to the wavelength of light emitted from the corresponding LED.
  • the plurality of LEDs include a first LED having a peak in a wavelength range of 365 nm to 436 nm, a second LED having a peak on a shorter wavelength side than the first LED in the wavelength range of 365 nm to 436 nm, and a wavelength range of 365 nm to 436 nm.
  • a first LED having a peak in a wavelength range of 365 nm to 436 nm a second LED having a peak on a shorter wavelength side than the first LED in the wavelength range of 365 nm to 436 nm
  • a wavelength range of 365 nm to 436 nm a wavelength range of 365 nm to 436 nm.
  • at least two of the third LEDs having a peak on the shorter wavelength side than the second LED can be used.
  • the first LED has a peak near the g-line (436 nm)
  • the second LED has a peak near the h-line (405 nm)
  • the third LED has a peak near the i-line (365 nm).
  • An exposure apparatus includes a light source device having a plurality of LEDs, an optical system that guides light emitted from the plurality of LEDs to a photoreceptor formed on a surface of the drawing object, and the light source device.
  • Light source control means for controlling the lighting of the light source, and exposure control means for performing an exposure operation on the exposure target area of the photoconductor.
  • Examples of the exposure apparatus include a plurality of light modulation elements arranged two-dimensionally, a light modulation element array that guides illumination light from the light source to an exposure target area of a drawing object, and the exposure target area. Scanning means for moving relative to the object to be drawn, and the exposure control means controls the plurality of light modulation elements based on the pattern data corresponding to the position of the exposure target area.
  • the plurality of LEDs of the present invention includes a first LED having a peak in a wavelength region of 365 nm to 436 nm, a second LED having a peak on a shorter wavelength side than the first LED in a wavelength region of 365 nm to 436 nm, and 365 nm to At least two of the third LEDs having a peak on the shorter wavelength side than the second LED in the wavelength region of 436 nm are included.
  • the first LED has a peak near the g-line (436 nm)
  • the second LED has a peak near the h-line (405 nm)
  • the third LED has a peak near the i-line (365 nm).
  • the light source control means determines the light emission order, the light emission intensity, the number of times of light emission, and the light emission time for at least two of the first, second, and third LEDs during the exposure operation period according to the sensitivity characteristic of the photoconductor. Adjust at least one of them.
  • the photoconductor formed on the substrate surface has different responses to light depending on the sensitivity characteristics.
  • a photoreceptor that reacts with light in the ultraviolet region to visible region such as g-rays, h-rays, and i-rays that are unique to mercury lamps
  • the degree of light absorption and reaction speed differ depending on the spectrum.
  • the light emission order and the like are adjusted according to the sensitivity characteristics, so that the exposure can be performed effectively.
  • the light source control means can turn on the first LED before the second LED or the third LED during the exposure operation period.
  • the light source control means can increase the light emission intensity of the first LED over the light emission intensity of the second LED or the third LED during the exposure operation period.
  • the light source control means causes the first LED, the second LED, and the third LED to emit light intermittently so that the number of times of light emission of the first LED is smaller than the number of times of light emission of the second LED or the third LED during the exposure operation period. You may do it.
  • the light source control means may determine the number of the first LEDs that emit light during the exposure operation period to be equal to or less than the number of the second LEDs or the third LEDs that emit light.
  • the light source control means can pulse the plurality of LEDs during the exposure operation period.
  • the light source control means may switch the light emission levels of the plurality of LEDs between the illumination period and the non-illumination period during the exposure operation period.
  • high illuminance can be achieved in an exposure apparatus using an LED light source device.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of an exposure apparatus according to this embodiment.
  • the exposure apparatus 10 is a maskless exposure apparatus that directly forms a pattern on a substrate SW on which a photoconductor such as a photoresist is formed, and includes a light source device 20 and a DMD (Digital Micro-mirror Device) 22. Illumination light from the light source device 20 is applied to the substrate SW, and a pattern is formed on the photoreceptor applied or pasted on the surface of the substrate SW.
  • a photoconductor such as a photoresist is formed
  • DMD Digital Micro-mirror Device
  • the light source device 20 is a lighting device including a plurality of LEDs, and is driven by an LED driving unit 21.
  • the light emitted from the light source device 20 is corrected to parallel light by the illumination optical system 25 and then guided to the DMD 22.
  • the DMD 22 is a light modulation element array (here, 1024 ⁇ 1280) in which micro rectangular micromirrors of several ⁇ m to several tens ⁇ m are two-dimensionally arranged in a matrix, and is driven by the DMD driving circuit 24.
  • Vector data such as CAD / CAM data transmitted from a workstation (not shown) is converted into raster data of a two-dimensional dot pattern by the raster conversion circuit 26. Then, the DMD drive circuit 24 transmits exposure data to the DMD 22 according to the raster data.
  • each micromirror is selectively ON / OFF controlled based on the exposure data sent from the DMD drive circuit 24.
  • the light reflected by the micromirror in the ON state passes through the projection optical system 27 and is applied to the substrate SW as light of a pattern image.
  • the substrate SW is moved in the scanning direction by the stage drive mechanism 14. While the exposure target area relatively moves with the movement of the substrate SW, the exposure operation is executed at a predetermined exposure pitch. That is, pattern light is projected based on pattern data corresponding to the position of the exposure target area. A pattern is formed on the entire substrate by moving the exposure target area over the entire substrate SW. The position of the substrate SW is detected by the position detection sensor 15.
  • the controller 28 outputs a control signal to the LED driving unit 21 and the like to control the entire exposure operation.
  • a control program for the exposure operation is stored in a ROM (not shown) in the controller 28.
  • the memory 29 stores a set of data relating to illumination according to the sensitivity characteristics of the photoreceptor.
  • FIG. 2 is a plan view of the light source device.
  • FIG. 3 is a side view of the light source device. The configuration of the light source device will be described with reference to FIGS.
  • the light source device 20 is a water-cooled six-lamp type LED light source device, and includes a bowl-shaped reflecting portion 12 and a rod-shaped LED unit 30.
  • the LED unit 30 includes a hexagonal columnar support member 32, and six LEDs 40 A to 40 F are disposed on each side surface of the support member 32.
  • the light emitted radially from the LEDs 40A to 40F is guided in the emission direction along the axis C by the reflecting portion 12.
  • the axis C represents the central axis of the support member 32, that is, the central axis of the light source device.
  • the reflecting portion 12 is shown as being divided along III-III in FIG.
  • the support member 32 is mounted with a circuit board (not shown) such as a printed board connected to the LEDs 40A to 40F, and is provided with a power supply circuit (not shown).
  • a circuit board such as a printed board connected to the LEDs 40A to 40F
  • a power supply circuit not shown
  • One end of the support member 32 is attached to and held by one end of the cylindrical holder 34. Further, the reflecting portion 12 is also attached to the holder 34.
  • a feeding terminal 37 is attached to the other end of the holder 34 and is electrically connected to the feeding circuit of the support member 32 through a lead wire (not shown). Power is supplied to the LED unit 30 by connecting the power supply terminal 37 of the support member 32 to a socket (not shown).
  • cooling pipes 35A and 35B for circulating a cooling liquid such as water are formed along the axial side surface, and the cooling liquid supplied from an external pipe (not shown) is supported. Circulate within member 32. While the LEDs 40A to 40F are lit, the generated heat is taken out by the coolant.
  • the LEDs 40A to 40F have substantially the same radiation angles and are arranged in a line along the circumferential direction of the support member 32. Therefore, the positions of the LEDs 40A to 40F along the central axis C coincide with each other. Each LED is positioned at the center of the circumferential length on each side surface of the support member 32, and the LEDs 40A to 40F are symmetrically disposed when viewed from the direction of the axis C (see FIG. 3).
  • LEDs 40A to 40F emit light in the ultraviolet region to the visible region, each having a narrow wavelength region and strong directivity.
  • the LEDs 40A and 40D emit light having a peak at g-line (436 nm) as bright lines
  • the LEDs 40B and 40E emit light at the peak at h-line (405 nm)
  • the LEDs 40C and 40F have i-line ( It emits light having a peak at 365 nm.
  • the reflection portion 12 is composed of six reflectors 12A to 12F, and is attached to the hexagonal column portion of the holder 34.
  • the reflectors 12A to 12F are respectively provided with reflecting surfaces 12AR to 12FR on the inner surface facing the LED unit 30, and the reflecting surfaces 12AR to 12FR have a partially elliptical shape.
  • the reflection surfaces 12AR to 12FR have reflection characteristics corresponding to at least the peak wavelengths of the LEDs 40A to 40F facing each other.
  • each of the reflecting surfaces 12AR to 12FR has two focal points corresponding to the two focal points of the spheroid.
  • One focal position of the reflecting surfaces 12AR to 12FR coincides with the light emitting position of the opposing LEDs 40A to 40F.
  • the reflectors 12A to 12F are fixed to the side surfaces of the hexagonal columnar portion of the holder 34, and are attached slightly inward toward the central axis C. As a result, the other focal positions of the reflecting surfaces 12AR to 12FR all coincide with the point F on the central axis C. As a result, all the light emitted from the LEDs 40A to 40F at one focal position is collected at the point C which is the other focal position.
  • the reflectors 12A to 12F are individually attached to the holder 34 in order with an adhesive or the like. At the time of attachment, the reflectors 12A to 12F are close enough to come into contact with each other, and the reflectors 12A to 12F are also arranged almost symmetrically when viewed from the central axis C.
  • the mounting location, mounting angle, etc. of the reflectors 12A to 12F are adjusted with high accuracy, for example, on the micro order level. Specifically, the illuminance, light intensity, and the like are measured while causing the corresponding LED to emit light, and the attachment position, angle, and the like are determined while confirming whether or not the light is condensed at the point F on the central axis C.
  • the reflectors 12A to 12F are fixed to the holder 34 using an adhesive or the like.
  • the light source device 20 includes the LED unit 30 in which the LEDs 40A to 40F are arranged on the respective side surfaces of the support member 32, and the reflection unit 12 including the reflectors 12A to 12F.
  • the reflectors 12A to 12F are not integrally formed, and are individually mounted and adjusted along the side surfaces on which the LEDs 40A to 40F are arranged.
  • FIG. 4 is a timing chart showing LED lighting control during the exposure operation.
  • the sensitivity characteristic of the photosensitive member is input by the user before the drawing process is started, data related to LED lighting control is read from the memory 29 according to the sensitivity characteristic. Then, an exposure operation is executed at a predetermined exposure pitch.
  • the overlap exposure operation is performed at predetermined time intervals while the substrate SW is continuously relatively moved.
  • FIG. 4 shows the lighting state of the LED when one exposure operation, that is, a pattern for one frame corresponding to the position of the exposure target area is projected.
  • LED 40A that emits g-line light
  • LED 40B and LED 40E that emit h-line light
  • LEDs 40C and 40F that emit i-line light are used.
  • the LED 40D that emits g-line light is not used.
  • the LEDs 40A, 40B, 40C, 40E, and 40F are sequentially pulse-lit for each wavelength during the exposure period. Specifically, the g-line LED 40A that is on the relatively long wavelength side is first lit for a predetermined period T1, and then the h-line LEDs 40B and 40E are lit for a predetermined period T2. Finally, the i-line LED 40C on the short wavelength side is turned on for a predetermined period T3.
  • the g-line LED 40A is pulse-lit only once during one frame period.
  • the frame frequency is very high (for example, 10 kHz)
  • the LEDs 40A, 40B, 40C, 40E, and 40F irradiate light to substantially the same exposure target area in one exposure operation.
  • each LED does not switch the illumination ON / OFF, but switches between full lighting / half lighting.
  • Light of intensity required for exposure is emitted by applying a pulse current in accordance with the full lighting period.
  • each LED emits light based on the steady current.
  • the average current during a series of pulse lighting periods is equal to the rated current, and a steady current is flowing. This prevents a sudden inrush current from flowing to the LED in accordance with the amount of current during full lighting.
  • Each LED has an excessive forward current characteristic. However, by supplying such a current, it is possible to cope with a case where the exposure operation time interval is very short, that is, the frame frequency is high. Pulse current generation for performing pulse lighting is performed by PWM control based on a predetermined duty ratio.
  • the full lighting of the LEDs 40A to 40F varies depending on the wavelength with respect to the intensity and lighting time.
  • the pulse current amount CG for the g-line LED 40A is larger than the current amount CH for the h-line LEDs 40B and 40E and the current amount CI for the i-line LEDs 40C and 40F. Therefore, the light intensity of the g-line LED 40A is higher than that of other LEDs.
  • the full lighting time T1 of the g-line LED 40A is shorter than the full lighting time T2 of the h-line LEDs 40B and 40E and the full lighting time T3 of the i-line LEDs 40C and 40F.
  • the LED 40A that emits light having a long wavelength is turned on first, and light having a long wavelength to a short wavelength is emitted in order, so that the light reaches the surface portion in order from the deep portion of the photoreceptor.
  • the light is absorbed over the entire thickness direction of the photoreceptor.
  • the number of lighting, the full lighting time, and the number of lighting are less than those of the h-line and i-line LEDs, so that the light of the g-line, h-line, and i-line
  • the exposure target area is uniformly irradiated.
  • the sequential lighting of the LEDs may not only be individually lit so as not to overlap each other, but the lighting times may overlap each other. Further, the light intensity at the time of lighting, the lighting time, the number of lights, etc. can be set in accordance with the sensitivity characteristics of the photoconductor. Further, the pulse lighting may be switched on / off.
  • the number of LEDs and reflectors and the shape of the support member can be appropriately selected according to the sensitivity characteristics of the photoconductor, and the LED can also be configured to emit light of two bright lines of the three bright lines. Further, it may be configured to emit light having a peak at another wavelength.
  • LED light emission control it is possible to apply an LED light source device based on a structure other than the light source device described above, and an exposure device other than a maskless exposure device is also applicable.
  • an LED light source device based on a structure other than the light source device described above, and an exposure device other than a maskless exposure device is also applicable.
  • various structures can be applied to the structure of the LED unit and the reflector.
  • the light source device used in the exposure apparatus is constituted by a four-lamp type LED unit having a reflector having a part of a rotating paraboloid as a reflecting surface.
  • the light source device used in the exposure apparatus is constituted by a four-lamp type LED unit having a reflector having a part of a rotating paraboloid as a reflecting surface.
  • the light source device used in the exposure apparatus is constituted by a four-lamp type LED unit having a reflector having a part of a rotating paraboloid as a reflecting surface.
  • FIG. 5 is a plan view of a light source device used in the exposure apparatus according to the second embodiment.
  • the light source device 100 includes an LED unit 130 and a reflection unit 120 including four reflectors 120A to 120D.
  • the LED unit 130 includes a square columnar support member 132, and four LEDs 140A to 140D are mounted on the side surfaces in the axial direction.
  • the four reflectors 120A to 120D are individually attached to the side surfaces facing the LEDs 140A to 140D, respectively, and include reflection surfaces 120AR to 120DR.
  • the reflecting surfaces 120AR to 120DR are partial paraboloids formed by dividing the rotating paraboloid radially from the central axis, and all the light emitted from the focal position of the rotating paraboloid is parallel light. Become.
  • the reflectors 120A to 120D are mounted and adjusted so that the light emitting positions of the LEDs 140A to 140D coincide with the focal positions of the reflecting surfaces 120AR to 120DR. Further, the reflectors 120A to 120D are separated from each other by a predetermined distance M along the radial direction.
  • the reflectors 120A to 120D are attached to the support member 132 with a predetermined interval M in advance as described above, there is no possibility of coming into contact with the adjacent reflector when adjusting the attachment. Therefore, the light from the LEDs 120A to 120D can be extracted to the maximum as parallel light.
  • the LEDs are spaced apart along the axial direction.
  • the LEDs are substantially the same as 1st Embodiment.
  • FIG. 6 is a plan view of a light source device used in the exposure apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a side view of the light source device according to the third embodiment.
  • the light source device 200 includes an LED unit 230 in which four LEDs 240A to 240D are arranged, and a reflection unit 220 including reflectors 220A to 220D.
  • the LED unit 230 includes a plate-like support portion 230A arranged on the emission side and a plate-like (strip-like) support portion 230B arranged behind the plate-like support portion 230A.
  • the support portion 230B is joined in a crossed shape when viewed from the axial direction. Note that the holder is configured integrally with the support portion 230B.
  • the LEDs 240A and 240C are arranged at positions facing each other with the plate-like support portion 230B interposed therebetween, and the LEDs 240B and 240D are arranged at positions facing each other with the plate-like support portion 230A interposed therebetween.
  • the lights of the LEDs 240 ⁇ / b> A, 240 ⁇ / b> C, 240 ⁇ / b> B, 240 ⁇ / b> D are radiated from different side surfaces of the support portions 230 ⁇ / b> A, 230 ⁇ / b> B as viewed from the axial direction.
  • the reflectors 220A to 220D are provided with reflecting surfaces 220AR to 220DR, which are partial ellipsoids formed by dividing the spheroid from the center into four radii.
  • the reflectors 220A and 220C are attached and adjusted to the support portion 230B so that the focal positions of the reflecting surfaces 220AR and 220CR coincide with the light emission positions of the LEDs 240A and 240C. In FIG. 7, only the reflectors 220A and 220B are shown.
  • the reflectors 220B and 220D are attached to the support portion 230B so that the focal positions of the reflecting surfaces 220AR and 220CR coincide with the light emission positions of the LEDs 240B and 240D. Therefore, the reflectors 220B and 220D extend to the emission side along the axial direction C with respect to the reflectors 220A and 220C.
  • the reflectors 220A to 220D are mounted and adjusted so that the other focal positions of the reflecting surfaces 220AR to 220DR all coincide with the point FN on the axis. Thereby, all the light emitted from the LEDs 240A to 240D is collected on the FN.
  • each reflector includes a plurality of reflecting surfaces with different focal positions.
  • Other configurations are substantially the same as those in the first embodiment.
  • FIG. 8 is a side view of a light source device used in the exposure apparatus according to the fourth embodiment.
  • the light source device 300 is a four-lamp type light source device including four LEDs 340A to 340D, and a reflecting section 320 including a quadrangular columnar LED unit 330 on which the LEDs 340A to 340D are installed, and semi-cylindrical reflectors 320A and 320B. With.
  • the reflector 320A includes a rear reflector 320AS1 having a first reflecting surface 320AR1 formed on the inner surface and a front reflector 320AS2 having a second reflecting surface 320AR2 formed on the inner surface.
  • the reflector 320B includes a rear reflector 320BS1 having a third reflecting surface 320BR1 formed on the inner surface and a front reflector 320BS2 having a fourth reflecting surface 320BR2 formed on the inner surface.
  • the first reflecting surface 320AR1 and the third reflecting surface 320BR1 are partial ellipsoid surfaces formed by dividing one spheroid surface into two radii from the central axis.
  • the second reflecting surface 320AR2 and the fourth reflecting surface 320BR2 are also partial ellipsoids formed by radially dividing one spheroid from the central axis.
  • the rear reflector 320AS1 of the reflector 320A is attached to the square columnar LED unit 330, and the attachment position thereof is adjusted so that the focal position of the first reflecting surface 320AR1 coincides with the position of the LED 340D.
  • the front reflector 320AS2 is attached to the opening side end of the rear reflector 320AS1, and the attachment position thereof is adjusted so that the focal position of the second reflecting surface 320AR2 matches the position of the LED 340A.
  • the rear reflector 320AS1 and the front reflector 320AS2 are mounted and adjusted so that the other focal positions of the first reflecting surface 320AR1 and the second reflecting surface 320AR2 coincide with the point FN on the central axis C.
  • the mounting position of the reflector 320B is also adjusted in the same manner as the reflector 320A, and the light emitted from the LEDs 340B and 340C is collected at a point FN on the central axis C. Therefore, all the light emitted from the LEDs 340A to 340D is collected at the point FN.
  • Such a configuration makes it possible to collect all the light from the LEDs while arranging the plurality of LEDs at different positions along the axial direction. If the LED unit 330 is a water-cooled unit, the diameter will inevitably increase when the number of LEDs is formed according to the number of LEDs. However, since many LEDs can be arranged on the same side, the LED unit is downsized. It becomes possible to do.
  • the reflecting surface of the reflector may be a spheroid or a paraboloid.
  • the material of each reflecting surface can also be determined based on the wavelength range of the light emitted from the LED, It is possible to configure the reflecting portion by combining reflectors having different materials and reflection wavelength characteristics.

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Abstract

光源装置は、露光装置など、大きな光強度を必要とする装置に適用可能な光源装置であって、複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを軸方向側面に配置した棒状支持部材とを有するＬＥＤユニットと、対応するＬＥＤからの光を軸方向へ導く反射面をそれぞれ有し、前記ＬＥＤユニットに対して別々に取り付けられる複数のリフレクターとを備える。そして、各リフレクターが、反射面の焦点位置を対応するＬＥＤの発光位置と一致させるように、取り付け位置調整されている。

Description

ＬＥＤ光源装置および露光装置
　本発明は、パターンを基板等に形成する露光装置に関し、特に、ＬＥＤを使用する光源装置に関する。
　露光装置では、フォトレジストなどの感光材料を塗布等した基板に対してパターン光を投影し、感光材料にパターンを形成する。例えば、マイクロミラーを２次元配列させたＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を使用する場合、各マイクロミラーをパターンデータに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御することによって、パターン光を生成する。
　露光装置の光源装置としては、放電ランプの代わりに複数のＬＥＤ（Light Emitting Diode）を用いた光源装置が知られている。そこでは、一定時間間隔で行なわれる露光動作に合わせて各発光ダイオードをＯＮ／ＯＦＦ制御し、点灯と消灯を繰り返す（特許文献１参照）。
　一方、プロジェクター等の投影装置では、回転楕円面を放射状に分割した複数の部分楕円面を反射面とするリフレクターを用いたＬＥＤ光源装置が知られている（特許文献２参照）。そこでは、複数のＬＥＤを板状支持部材の表裏側面に設置したＬＥＤユニットと、複数の反射面を一体的に形成したリフレクターとを、ホルダーに取り付ける構造であり、集光効率を高めるため、楕円面である各反射面の焦点位置にＬＥＤを配設する。
特開２００３－０５７８３２号公報 特開２０１１－０２３３７５号公報
　露光装置に使用される光源装置には、スループット向上の要求から、できるだけ光強度を大きくして発光しなければならない。ＬＥＤ１個の発光強度は、放電ランプ、あるいはレーザー等の光源と比べて非常に小さいため、数多くのＬＥＤを精度よく反射面の焦点位置に配置する必要がある。
　しかしながら、複数の反射面を一体化させたリフレクターを取り付ける場合、寸法誤差、取り付け誤差などにより、すべてのＬＥＤを焦点位置に精度よく配置することは難しい。
　したがって、ＬＥＤの光を最大限利用できるリフレクターが必要とされる。
　本発明の光源装置は、露光装置など、大きな光強度を必要とする装置に適用可能な光源装置であって、複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを軸方向側面に配置した棒状支持部材とを有するＬＥＤユニットと、対応するＬＥＤからの光を軸方向へ導く反射面をそれぞれ有し、前記ＬＥＤユニットに対して別々に取り付けられる複数のリフレクターとを備える。
　例えば、各リフレクターの反射面は、回転楕円面を中心から放射状に分割することによって形成される部分楕円面を設けるように構成される。複数のリフレクターは、各反射面の他方の焦点位置が一致するように、取り付け位置調整される。
　あるいは、リフレクターの反射面を、回転放物面を中心から放射状に分割することによって形成される部分放物面によって構成することも可能である。
　本発明では、各リフレクターが、反射面の焦点位置を対応するＬＥＤの発光位置と一致させるように、取り付け位置調整されている。これによって、すべてのＬＥＤについて光を最大限利用することができ、発光効率の高いＬＥＤ光源装置を提供することができる。
　例えば、複数のリフレクターを、前記支持部材の周方向に沿って互いに所定間隔だけ離れるように構成することができる。
　例えば、ＬＥＤユニットに冷却液を流す冷却管路を設けることができる。
　また、複数のＬＥＤを、軸方向に沿って離間配置するように構成してもよい。例えば、支持部材を、互いに側面の向きが異なる複数の板状支持部で構成し、前記複数のＬＥＤを、前記複数の板状支持部それぞれの側面に配置させることができる。
　あるいは、各リフレクターが、軸方向に沿って位置の異なるＬＥＤの発光位置を焦点位置とする複数の反射面を備えるようにしてもよい。また、各リフレクターの反射面を、対応するＬＥＤから放射される光の波長に応じて、材質もしくは反射波長特性が定めるようにしてもよい。
　複数のＬＥＤは、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域にピークを有する第１ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第１ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第２ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第２ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第３ＬＥＤのうち少なくとも２つから構成することが可能である。
　例えば、第１ＬＥＤは、ｇ線（４３６ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第２ＬＥＤは、ｈ線（４０５ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第３ＬＥＤは、ｉ線（３６５ｎｍ）近傍にピークを有する。
　本発明の他の局面における露光装置は、複数のＬＥＤを有する光源装置と、前記複数のＬＥＤから放射される光を、被描画体表面に形成された感光体へ導く光学系と、前記光源装置を点灯制御する光源制御手段と、前記感光体の露光対象エリアに対し、露光動作を実行する露光制御手段とを備える。
　露光装置としては、例えば、二次元的に配列させた複数の光変調素子を有し、前記光源からの照明光を被描画体の露光対象エリアへ導く光変調素子アレイと、露光対象エリアを前記被描画体に対して相対移動させる走査手段とを備え、前記露光制御手段が、露光対象エリアの位置に応じたパターンデータに基づき、前記複数の光変調素子を制御する。
　本発明の前記複数のＬＥＤは、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域にピークを有する第１ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第１ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第２ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第２ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第３ＬＥＤのうち少なくとも２つを有する。例えば、第１ＬＥＤは、ｇ線（４３６ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第２ＬＥＤは、ｈ線（４０５ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第３ＬＥＤは、ｉ線（３６５ｎｍ）近傍にピークを有する。
　そして、前記光源制御手段が、前記感光体の感度特性に応じて、露光動作期間中における前記第１、第２、第３ＬＥＤのうち少なくとも２つに関する発光順序、発光強度、発光回数、発光時間の少なくともいずれか１つを調整する。
　基板表面に形成される感光体は、その感度特性の違いによって光に対する反応が異なる。例えば、水銀ランプ特有の輝線であるｇ線、ｈ線、ｉ線といった紫外領域～可視領域の光に反応する感光体の場合、スペクトルの違いによって光の吸収程度、反応速度が異なる。
　ＬＥＤを使って水銀ランプのような波長域の光を得るためには、それぞれ異なる波長域の光を放射する複数のＬＥＤを点灯させる必要がある。しかしながら、感光体の感度特性と関係なく点灯すると、効果的に感光できない。
　したがって、感光体の感度特性に適したＬＥＤ点灯制御を行う必要がある。
　本発明の露光装置では、発光順序などが感度特性に従って調整されるため、効果的に感光することができる。
　光源制御手段は、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤを、前記第２ＬＥＤもしくは第３ＬＥＤより先に点灯させることが可能である。
　光源制御手段は、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤの発光強度を、前記第２ＬＥＤもしくは前記第３ＬＥＤの発光強度よりも高めることができる。
　また、光源制御手段は、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤの発光回数が前記第２ＬＥＤもしくは第３ＬＥＤの発光回数よりも少なくなるように、前記第１ＬＥＤ、第２ＬＥＤ、第３ＬＥＤを間欠的に発光させるようにしてもよい。
　あるいは、光源制御手段は、露光動作期間中、発光させる前記第１ＬＥＤの個数を、発光させる前記第２ＬＥＤもしくは前記第３ＬＥＤの個数以下に定めるようにしてもよい。
　一方、光源制御手段は、露光動作期間中に前記複数のＬＥＤをパルス点灯させることが可能である。
　また、光源制御手段は、露光動作期間中の照明期間と非照明期間との間で、前記複数のＬＥＤの発光レベルを切り替えるようにしてもよい。
　本発明によれば、ＬＥＤ光源装置を用いた露光装置等において、高照度化を図ることができる。
本実施形態である露光装置の概略的ブロック図である。 光源装置の平面図である。 光源装置の側面図である。 露光動作時のＬＥＤ点灯制御を示したタイミングチャートである。 第２の実施形態である露光装置に使用される光源装置の平面図である。 第３の実施形態である露光装置に使用される光源装置の平面図である 第３の実施形態である光源装置の側面図である。 第４の実施形態である露光装置に使用される光源装置の側面図である。
　以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
　図１は、本実施形態である露光装置の概略的ブロック図である。
　露光装置１０は、フォトレジストなどの感光体を表面に形成した基板ＳＷに直接パターンを形成するマスクレス露光装置であって、光源装置２０、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）２２を備えている。光源装置２０からの照明光を基板ＳＷに照射し、基板ＳＷの表面に塗布あるいは貼り付けられた感光体に対してパターンを形成する。
　光源装置２０は、複数のＬＥＤを備えた照明装置であり、ＬＥＤ駆動部２１によって駆動される。光源装置２０から放射された光は、照明光学系２５によって平行光に修正された後、ＤＭＤ２２に導かれる。ＤＭＤ２２は、数μｍ～数十μｍの微小矩形状マイクロミラーをマトリクス状に２次元配列させた光変調素子アレイ（ここでは、１０２４×１２８０）であり、ＤＭＤ駆動回路２４によって駆動される。
　図示しないワークステーションから送信されてくるＣＡＤ／ＣＡＭデータなどのベクタデータは、ラスタ変換回路２６において２次元ドットパターンのラスタデータに変換される。そして、ＤＭＤ駆動回路２４は、ラスタデータに応じて露光データをＤＭＤ２２へ送信する。
　ＤＭＤ２２では、ＤＭＤ駆動回路２４から送られてくる露光データに基づいて、各マイクロミラーがそれぞれ選択的にＯＮ／ＯＦＦ制御される。ＯＮ状態のマイクロミラーにおいて反射した光は、投影光学系２７を経て、パターン像の光として基板ＳＷに照射される。
　基板ＳＷは、ステージ駆動機構１４によって走査方向に移動する。基板ＳＷの移動に伴って露光対象エリアが相対移動する間、所定の露光ピッチで露光動作が実行される。すなわち、露光対象エリアの位置に応じたパターンデータに基づいてパターン光が投影される。露光対象エリアが基板ＳＷ全体を移動することによって、パターンが基板全体に形成される。基板ＳＷの位置は、位置検出センサ１５によって検出される。
　コントローラ２８は、ＬＥＤ駆動部２１等に制御信号を出力し、露光動作全体を制御する。露光動作の制御プログラムは、コントローラ２８内のＲＯＭ（図示せず）に格納されている。メモリ２９には、後述するように、感光体の感度特性に応じた照明に関するデータ一式が格納されている。
　ユーザによるキーボート（図示せず）の操作によって基板ＳＷの感光体に関する情報が入力されると、その感光体に応じた発光制御情報がメモリ２９から読み出される。コントローラ２８は、発光制御情報に基づき、ＬＥＤ駆動部２１に制御信号を出力する。
　図２は、光源装置の平面図である。図３は、光源装置の側面図である。図２、３を用いて、光源装置の構成について説明する。
　光源装置２０は、水冷式の６灯型ＬＥＤ光源装置であり、椀状の反射部１２と、棒状のＬＥＤユニット３０を備える。ＬＥＤユニット３０は、六角柱状支持部材３２を備え、６つのＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆが支持部材３２の各側面に配置されている。ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆから放射状に放出される光は、反射部１２によって軸Ｃに沿った射出方向へ導かれる。ただし、軸Ｃは、支持部材３２の中心軸、すなわち光源装置の中心軸を表す。また、図３では、反射部１２を図２のIII－IIIに沿って分割した形で示している。
　支持部材３２は、ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆと接続するプリント基板などの回路基板（図示せず）を実装し、また、給電回路（図示せず）が設けられている。支持部材３２の一方の端部は、筒状のホルダ３４の一方の端部に取り付けられ、保持されている。また、反射部１２もホルダ３４に取り付けられている。
　ホルダ３４の他方の端部には給電端子３７が取り付けられており、支持部材３２の給電回路とリード線（図示せず）を通じて電気的に接続されている。支持部材３２の給電端子３７をソケット（図示せず）に接続させることでＬＥＤユニット３０に電力が供給される。
　支持部材３２内部には、水などの冷却液を循環させる冷却管路３５Ａ、３５Ｂが軸方向側面に沿って形成されており、外部の管路（図示せず）から供給される冷却液が支持部材３２内で循環する。ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆが点灯している間、発生する熱は冷却液によって取り出される。
　ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆは、その放射角度が実質的に等しく、支持部材３２の周方向に沿って列状に並んでいる。したがって、中心軸Ｃに沿ったＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆの位置は一致している。また、各ＬＥＤは、支持部材３２の各側面において周方向長さの中心に位置し、軸Ｃの方向から見てＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆは対称的配置になっている（図３参照）。
　ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆは、紫外領域～可視領域の光を放射し、それぞれ波長域が狭く、指向性が強い。ＬＥＤ４０Ａ、４０Ｄは、輝線としてｇ線（４３６ｎｍ）をピークとする光を放射し、ＬＥＤ４０Ｂ、４０Ｅは、ｈ線（４０５ｎｍ）をピークとする光を放射し、そして、ＬＥＤ４０Ｃ、４０Ｆは、ｉ線（３６５ｎｍ）をピークとする光を放射する。
　反射部１２は、６つのリフレクター１２Ａ～１２Ｆから構成されており、ホルダ３４の六角柱部分に取り付けられている。リフレクター１２Ａ～１２Ｆは、ＬＥＤユニット３０と向かい合う内面側に反射面１２ＡＲ～１２ＦＲをそれぞれ備え、反射面１２ＡＲ～１２ＦＲは、部分楕円面形状になっている。反射面１２ＡＲ～１２ＦＲは、少なくとも、それぞれ対向するＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆのピーク波長に応じた反射特性を有する。
　ここで、部分楕円面は、二つの焦点の間で半分に分割した回転楕円面を中心軸から放射状に約６分割することによって形成される楕円面の一部を表す。したがって、反射面１２ＡＲ～１２ＦＲそれぞれには、回転楕円面の２つの焦点に対応する２つの焦点が存在する。反射面１２ＡＲ～１２ＦＲの一方の焦点位置は、それぞれ対向するＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆの発光位置と一致する。
　リフレクター１２Ａ～１２Ｆは、ホルダ３４の六角柱状部分の側面に固定されており、中心軸Ｃの方へ向けて若干内向きに取り付けられる。これによって、反射面１２ＡＲ～１２ＦＲの他方の焦点位置は、中心軸Ｃ上の点Ｆにすべて一致する。その結果、一方の焦点位置にあるＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆから放射された光は、すべて他方の焦点位置である点Ｃに集光される。
　リフレクター１２Ａ～１２Ｆは、接着剤などによってホルダ３４へ個別に順番に取り付けられる。取り付け時、リフレクター１２Ａ～１２Ｆは、隣同士で接触するほど近接しており、中心軸Ｃから見てリフレクター１２Ａ～１２Ｆもほぼ対称的配置となっている。
　リフレクター１２Ａ～１２Ｆの取り付け場所、取り付け角度などは、例えばマイクロオーダーのレベルで高精度に調整される。具体的には、対応するＬＥＤを発光させながら照度、光強度等を測定し、中心軸Ｃ上の点Ｆに集光しているかを確認しながら、取り付け位置、角度等を決定する。なお、リフレクター１２Ａ～１２Ｆは、接着剤等を使ってホルダ３４に固定される。
　このように、本実施形態によれば、光源装置２０は、ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆを支持部材３２の各側面に配置したＬＥＤユニット３０と、リフレクター１２Ａ～１２Ｆから構成される反射部１２とを備える。そして、リフレクター１２Ａ～１２Ｆは一体的に形成されておらず、それぞれＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆの配置された側面に沿って個別に取り付け調整されている。
　ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆ同士には寸法誤差が存在し、また、支持部材３２、ホルダ３４にも寸法誤差が存在するが、リフレクター１２Ａ～１２Ｆが個別に取り付け調整されるため、各ＬＥＤの光をすべて一点に集光させることが可能となる。
　図４は、露光動作時のＬＥＤ点灯制御を示したタイミングチャートである。
　描画処理開始前にユーザによって感光体の感度特性が入力されると、それに応じたＬＥＤ点灯制御に関するデータがメモリ２９から読み出される。そして、所定の露光ピッチで露光動作が実行される。ここでは、基板ＳＷが連続的に相対移動しながら、所定の時間間隔でオーバーラップ露光動作が行われる。
　図４には、１回の露光動作、すなわち露光対象エリアの位置に対応する１フレーム分のパターンを投影するときのＬＥＤの点灯状態を示している。露光動作期間（１フレーム期間）の間、ｇ線の光を発光するＬＥＤ４０Ａ、ｈ線の光を発光するＬＥＤ４０Ｂ、ＬＥＤ４０Ｅ、ｉ線の光を発光するＬＥＤ４０Ｃ、４０Ｆが使用される。ｇ線の光を発光するＬＥＤ４０Ｄは使用されない。
　図４に示すように、ＬＥＤ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｅ、４０Ｆは、露光期間中、波長ごとに順次パルス点灯する。具体的には、相対的に長波長側になるｇ線のＬＥＤ４０Ａが最初に所定期間Ｔ１だけ点灯し、次にｈ線のＬＥＤ４０Ｂ、４０Ｅが所定期間Ｔ２点灯する。そして、最後に短波長側になるｉ線のＬＥＤ４０Ｃが所定期間Ｔ３点灯する。
　この順次点灯が、１フレーム期間中に２回繰り返される。ただし、ｇ線のＬＥＤ４０Ａは、１フレーム期間中に１度しかパルス点灯しない。また、フレーム周波数が非常に高い（例えば１０ｋＨ）ことから、ＬＥＤ４０Ａ、４０Ｂ、４０Ｃ、４０Ｅ、４０Ｆは、１回の露光動作で実質的に同一の露光対象エリアに光を照射している。
　各ＬＥＤのパルス点灯は、照明をＯＮ／ＯＦＦ切り替えするものではなく、フル点灯／ハーフ点灯の切り替えを行う。フル点灯の照明期間に応じてパルス電流を流すことによって露光に必要な強度の光を発光する。一方、非照明期間の間、定常電流に基づいて各ＬＥＤが発光する。
　一連のパルス点灯期間中の平均電流は定格電流に等しく、また、定常電流を流している。これにより、フル点灯時の電流量に合わせて急激な突入電流がＬＥＤに流れるのを防止する。また、各ＬＥＤは過度的な順電流特性をもっているが、このような電流供給により、露光動作時間間隔が非常に短い、すなわちフレーム周波数が大きい場合でも対応することができる。なお、パルス点灯を行うためのパルス電流発生は、所定のデューティー比に基づくＰＷＭ制御によって行われる。
　ＬＥＤ４０Ａ～４０Ｆのフル点灯は、その強度、点灯時間に関して波長ごとに異なる。ｇ線のＬＥＤ４０Ａに対するパルス電流量ＣＧは、ｈ線のＬＥＤ４０Ｂ、４０Ｅに対する電流量ＣＨ、ｉ線のＬＥＤ４０Ｃ、４０Ｆに対する電流量ＣＩに比べて大きい。したがって、ｇ線のＬＥＤ４０Ａの光強度は、他のＬＥＤと比べて大きくなる。一方、ｇ線のＬＥＤ４０Ａのフル点灯時間Ｔ１は、ｈ線のＬＥＤ４０Ｂ、４０Ｅのフル点灯時間Ｔ２、ｉ線のＬＥＤ４０Ｃ、４０Ｆのフル点灯時間Ｔ３よりも短い。
　このように、長波長の光を発光するＬＥＤ４０Ａを先に点灯させ、長波長から短波長の光が順に発光されることにより、感光体の深層部分から表面部へ順に光が到達することになり、感光体の厚さ方向全体に渡って光が吸収される。また、ｇ線のＬＥＤ４０Ａの発光強度を高める一方で、点灯回数、フル点灯時間、そして点灯個数をｈ線、ｉ線のＬＥＤよりも少なくすることにより、ｇ線、ｈ線、ｉ線の光が均一に露光対象エリアを照射することになる。
　なお、ＬＥＤの順次点灯については、互いに重ならないように個別に点灯するだけでなく、互いに点灯時間がオーバーラップするようにしてもよい。また、点灯時の光強度、点灯時間、点灯個数なども、感光体の感度特性に合わせて設定することが可能である。さらに、パルス点灯については、点灯／消灯を切り替える構成にしてもよい。
　また、ＬＥＤおよびリフレクターの個数、支持部材の形状は感光体の感度特性等に従って適宜選択可能であり、また、ＬＥＤについても、３つの輝線のうち２つの輝線の光を発光させる構成も可能であり、また、他の波長をピークとする光を発光するように構成してもよい。
　ＬＥＤの発光制御に着目すれば、上述した光源装置以外の構造に基づくＬＥＤ光源装置を適用することも可能であり、また、マスクレス露光装置以外の露光装置も適用可能である。一方、上述したＬＥＤ点灯制御に着目すれば、ＬＥＤユニット、リフレクターの構造は様々な構造が適用可能となる。
　次に、図５を用いて、第２の実施形態である露光装置について説明する。第２の実施形態では、露光装置に用いられる光源装置が、回転放物面の一部を反射面とするリフレクターをもつ４灯型ＬＥＤユニットによって構成されている。それ以外の構成については、第１の実施形態と同じである。
　図５は、第２の実施形態である露光装置に使用される光源装置の平面図である。
　光源装置１００は、ＬＥＤユニット１３０と、４つのリフレクター１２０Ａ～１２０Ｄから構成される反射部１２０とを備える。ＬＥＤユニット１３０は、四角柱状の支持部材１３２を備え、その軸方向側面に４つのＬＥＤ１４０Ａ～１４０Ｄが搭載されている。
　４つのリフレクター１２０Ａ～１２０Ｄは、それぞれＬＥＤ１４０Ａ～１４０Ｄと対向する側面へ個別に取り付けられており、反射面１２０ＡＲ～１２０ＤＲを備えている。反射面１２０ＡＲ～１２０ＤＲは、回転放物面を中心軸から放射状に分割することによって形成される部分的放物面であり、回転放物面の焦点位置から放射される光は、すべて平行光となる。
　リフレクター１２０Ａ～１２０Ｄは、反射面１２０ＡＲ～１２０ＤＲの焦点位置にＬＥＤ１４０Ａ～１４０Ｄの発光位置を一致させるように、取り付け調整されている。また、リフレクター１２０Ａ～１２０Ｄは、径方向に沿って互いに一定間隔Ｍだけ離れている。
　このようにリフレクター１２０Ａ～１２０Ｄがあらかじめ一定間隔Ｍを空けて支持部材１３２に取り付けられているため、取り付け調整時に隣のリフレクターに接触する恐れがない。よって、ＬＥＤ１２０Ａ～１２０Ｄの光を平行光として最大限取り出すことができる。
　次に、図６、７を用いて、第３の実施形態である露光装置について説明する。第３の実施形態では、ＬＥＤが軸方向に沿って離間配置されている。それ以外の構成については、第１の実施形態と実質的に同じである。
　図６は、第３の実施形態である露光装置に使用される光源装置の平面図である。図７は、第３の実施形態である光源装置の側面図である。
　光源装置２００は、４つのＬＥＤ２４０Ａ～２４０Ｄを配置したＬＥＤユニット２３０と、リフレクター２２０Ａ～２２０Ｄから構成される反射部２２０とを備える。ＬＥＤユニット２３０は、射出側に配置される板状支持部２３０Ａと、板状支持部２３０Ａの後方に配置される板状（短冊状）支持部２３０Ｂとを備え、板状支持部２３０Ａと板状支持部２３０Ｂは、軸方向から見て十字状に交差した状態で接合している。なお、ホルダは支持部２３０Ｂと一体的に構成されている。
　ＬＥＤ２４０Ａ、２４０Ｃは、板状支持部２３０Ｂを挟んで相対する位置に配置されており、ＬＥＤ２４０Ｂ、２４０Ｄは、板状支持部２３０Ａを挟んで相対する位置に配置されている。図６に示すように、軸方向から見て支持部２３０Ａ、２３０Ｂの互いに異なる側面からＬＥＤ２４０Ａ、２４０Ｃ、ＬＥＤ２４０Ｂ、２４０Ｄの光が放射される。
　リフレクター２２０Ａ～２２０Ｄは、それぞれ回転楕円面を中心から放射状に４分割することによって形成される部分楕円面である反射面２２０ＡＲ～２２０ＤＲを備えている。リフレクター２２０Ａ、２２０Ｃは、反射面２２０ＡＲ、２２０ＣＲの焦点位置をＬＥＤ２４０Ａ、２４０Ｃの発光位置と一致させるように、支持部２３０Ｂに取り付け調整されている。なお、図７では、リフレクター２２０Ａ、２２０Ｂのみ図示している。
　一方、リフレクター２２０Ｂ、２２０Ｄは、反射面２２０ＡＲ、２２０ＣＲの焦点位置をＬＥＤ２４０Ｂ、２４０Ｄの発光位置と一致させるように、支持部２３０Ｂに取り付けられている。したがって、リフレクター２２０Ｂ、２２０Ｄは、リフレクター２２０Ａ、２２０Ｃよりも軸方向Ｃに沿って射出側に延在している。
　さらに、リフレクター２２０Ａ～２２０Ｄは、反射面２２０ＡＲ～２２０ＤＲの他方の焦点位置がすべて軸上の点ＦＮと一致するように、それぞれ取り付け調整されている。これにより、ＬＥＤ２４０Ａ～２４０Ｄから放射された光は、すべてＦＮに集光される。
　このような２つの板状支持部を交差接合させた支持部材の構成により、厚さを薄くしながら数多くのＬＥＤを配置し、かつ、ＬＥＤから発光する光すべてを一点に集光させることができる。
　次に、図８を用いて、第４の実施形態である露光装置について説明する。第４の実施形態では、各リフレクターが、それぞれ焦点位置の異なる複数の反射面を備えた光源装置が用いられる。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。
　図８は、第４の実施形態である露光装置に使用される光源装置の側面図である。
　光源装置３００は、４つのＬＥＤ３４０Ａ～３４０Ｄを備えた４灯式光源装置であり、ＬＥＤ３４０Ａ～３４０Ｄを設置した四角柱状のＬＥＤユニット３３０と、半円筒状のリフレクター３２０Ａ、３２０Ｂから構成される反射部３２０とを備える。
　リフレクター３２０Ａは、第１反射面３２０ＡＲ１を内面に形成した後方リフレクター３２０ＡＳ１と、第２反射面３２０ＡＲ２を内面に形成した前方リフレクター３２０ＡＳ２とを備える。また、リフレクター３２０Ｂは、第３反射面３２０ＢＲ１を内面に形成した後方リフレクター３２０ＢＳ１と、第４反射面３２０ＢＲ２を内面に形成した前方リフレクター３２０ＢＳ２とを備える。
　第１反射面３２０ＡＲ１、第３反射面３２０ＢＲ１は、１つの回転楕円面を中心軸から放射状に２分割することによって形成される部分楕円面である。また、第２反射面３２０ＡＲ２、第４反射面３２０ＢＲ２も、１つの回転楕円面を中心軸から放射状に２分割することによって形成される部分楕円面である。
　リフレクター３２０Ａの後方リフレクター３２０ＡＳ１は、四角柱状ＬＥＤユニット３３０に取り付けられており、その取り付け位置は、第１反射面３２０ＡＲ１の焦点位置をＬＥＤ３４０Ｄの位置に一致させるように調整されている。
　一方、前方リフレクター３２０ＡＳ２は、後方リフレクター３２０ＡＳ１の開口側端部に取り付けられており、その取り付け位置は、第２反射面３２０ＡＲ２の焦点位置をＬＥＤ３４０Ａの位置に一致させるように調整されている。
　さらに、後方リフレクター３２０ＡＳ１、前方リフレクター３２０ＡＳ２は、第１反射面３２０ＡＲ１、第２反射面３２０ＡＲ２の他方の焦点位置を中心軸Ｃ上の点ＦＮと一致させるように、取り付け調整されている。
　リフレクター３２０Ｂについても、リフレクター３２０Ａと同様に取り付け位置が調整されており、ＬＥＤ３４０Ｂ、３４０Ｃから放射される光は、中心軸Ｃ上の点ＦＮに集光される。したがって、ＬＥＤ３４０Ａ～３４０Ｄから発光する光は、すべて点ＦＮに集る。
　このような構成により、複数のＬＥＤを軸方向に沿って異なる位置に配置しながら、ＬＥＤの光をすべて集光させることが可能となる。ＬＥＤユニット３３０が水冷式ユニットの場合、ＬＥＤの数に合わせて管路を形成するとその径が必然的に大きくなるが、同じ側面に数多くのＬＥＤを配置させることができるため、ＬＥＤユニットを小型化することが可能となる。
　なお、第１～第４実施形態において、リフレクターの反射面は回転楕円面、回転放物面いずれであってもよい。また、ＬＥＤから放射される光のピーク波長に応じて反射波長特性を設定するのに加え、各反射面の材質も、ＬＥＤから放射される光の波長域に基づいて定めることも可能であり、材質、反射波長特性が異なるリフレクターを組合せて反射部を構成することが可能である。
　本発明に関しては、添付されたクレームによって定義される本発明の意図および範囲から離れることなく、様々な変更、置換、代替が可能である。さらに、本発明では、明細書に記載された特定の実施形態のプロセス、装置、製造、構成物、手段、方法およびステップに限定されることを意図していない。当業者であれば、本発明の開示から、ここに記載された実施形態がもたらす機能と同様の機能を実質的に果たし、又は同等の作用、効果を実質的にもたらす装置、手段、方法が導かれることを認識するであろう。したがって、添付した請求の範囲は、そのような装置、手段、方法の範囲に含まれることが意図されている。
　本願は、日本出願（特願２０１１－２０７２７１号、２０１１年９月２２日出願）を基礎出願として優先権主張する出願であり、基礎出願の明細書、図面およびクレームを含む開示内容は、参照することによって本願全体に組み入れられている。
符号の説明
　１０　露光装置
　１２　反射部
　１２Ａ～１２Ｆ　リフレクター
　２０　光源装置
　２２　ＤＭＤ
　３０　ＬＥＤユニット
　４０Ａ～４０Ｆ　ＬＥＤ
　３２　支持部材
　３４　ホルダ

Claims (21)

  1. 　複数のＬＥＤと、前記複数のＬＥＤを軸方向側面に配置した棒状支持部材とを有するＬＥＤユニットと、
    　対応するＬＥＤからの光を軸方向へ導く反射面をそれぞれ有し、前記ＬＥＤユニットに対して別々に取り付けられる複数のリフレクターとを備え、
    　各リフレクターが、反射面の焦点位置を対応するＬＥＤの発光位置と一致させるように、取り付け位置調整されていることを特徴とする光源装置。
  2. 　前記複数のリフレクターが、前記支持部材の周方向に沿って互いに所定間隔だけ離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ＬＥＤユニットが、冷却液を流す冷却管路を有することを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の光源装置。
  4. 　前記複数のＬＥＤが、軸方向に沿って離間配置されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の光源装置。
  5. 　前記支持部材が、互いに側面の向きが異なる複数の板状支持部を有し、
    　前記複数のＬＥＤが、前記複数の板状支持部それぞれの側面に配置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. 　各リフレクターが、軸方向に沿って位置の異なるＬＥＤの発光位置を焦点位置とする複数の反射面を有することを特徴とする請求項４に記載の光源装置。
  7. 　各リフレクターの反射面が、回転楕円面を中心から放射状に分割することによって形成される部分楕円面を有し、
    　前記複数のリフレクターが、各反射面の他方の焦点位置が一致するように、取り付け位置調整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。
  8. 　各リフレクターの反射面が、回転放物面を中心から放射状に分割することによって形成される部分放物面を有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  9. 　前記複数のＬＥＤが、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域にピークを有する第１ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第１ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第２ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第２ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第３ＬＥＤのうち少なくとも２つを有することを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  10. 　前記第１ＬＥＤが、ｇ線（４３６ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第２ＬＥＤが、ｈ線（４０５ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第３ＬＥＤが、ｉ線（３６５ｎｍ）近傍にピークを有することを特徴とする請求項９に記載の光源装置。
  11. 　各リフレクターの反射面が、対応するＬＥＤから放射される光の波長に応じて、材質もしくは反射波長特性が定められていることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
  12. 　複数のＬＥＤを有する光源装置と、
    　前記複数のＬＥＤから放射される光を、被描画体表面に形成された感光体へ導く光学系と、
    　前記光源装置を点灯制御する光源制御手段と、
    　前記感光体の露光対象エリアに対し、露光動作を実行する露光制御手段とを備え、
    　前記複数のＬＥＤが、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域にピークを有する第１ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第１ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第２ＬＥＤと、３６５ｎｍ～４３６ｎｍの波長域の中で前記第２ＬＥＤよりも短波長側にピークを有する第３ＬＥＤのうち少なくとも２つを有し、
    　前記光源制御手段が、前記感光体の感度特性に応じて、露光動作期間中における前記第１、第２、第３ＬＥＤのうち少なくとも２つに関する発光順序、発光強度、発光回数、発光時間の少なくともいずれか１つを調整することを特徴とする露光装置。
  13. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤを、前記第２ＬＥＤもしくは第３ＬＥＤより先に点灯させることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  14. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤの発光強度を、前記第２ＬＥＤもしくは前記第３ＬＥＤの発光強度よりも高めることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  15. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤの発光回数が前記第２ＬＥＤもしくは第３ＬＥＤの発光回数よりも少なくなるように、前記第１ＬＥＤ、第２ＬＥＤ、第３ＬＥＤを間欠的に発光させることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  16. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中、前記第１ＬＥＤの発光時間を、前記第２ＬＥＤもしくは前記第３ＬＥＤの発光時間よりも短くすることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  17. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中、発光させる前記第１ＬＥＤの個数を、発光させる前記第２ＬＥＤもしくは前記第３ＬＥＤの個数以下に定めることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  18. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中に前記複数のＬＥＤをパルス点灯させることを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
  19. 　前記光源制御手段が、露光動作期間中の照明期間と非照明期間との間で、前記複数のＬＥＤの発光レベルを切り替えることを特徴とする請求項１８に記載の露光装置。
  20. 　前記第１ＬＥＤが、ｇ線（４３６ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第２ＬＥＤが、ｈ線（４０５ｎｍ）近傍にピークを有し、前記第３ＬＥＤが、ｉ線（３６５ｎｍ）近傍にピークを有することを特徴とする請求項１２に記載の光源装置。
  21. 　二次元的に配列させた複数の光変調素子を有し、前記光源からの照明光を被描画体の露光対象エリアへ導く光変調素子アレイと、
    　露光対象エリアを前記被描画体に対して相対移動させる走査手段とをさらに有し、
    　前記露光制御手段が、露光対象エリアの位置に応じたパターンデータに基づき、前記複数の光変調素子を制御することを特徴とする請求項１２に記載の露光装置。
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