(57)【要約】【課題】複数のＬＥＤからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系を提供し、高効率の光照射装置を実現する。【解決手段】  本装置１は、複数のＬＥＤ２１を含む光源部１１と、複数のＬＥＤ２１から出射された光をそれぞれコリメートする第１光学系１３と、第１光学系１３から出射された光が入射する第２光学系１５と、第２光学系１５から出射された光が入射する第３光学系１７と、第３光学系１７から出射された光が入射するレンズアレイ・インテグレータ１９と、を有する。第３光学系１７は、第２光学系１５から出射された光をレンズアレイ・インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに投影する像側テレセントリックな光学系であり、入射面１９Ｓが第３光学系１７の結像位置に配置され、第２光学系１５の第３光学系１７側の焦点位置が、第３光学系１７の第２光学系１５側の焦点位置と一致している。【選択図】        図２
2014003086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のＬＥＤを含む光源部と、
前記複数のＬＥＤから出射された光をそれぞれコリメートする第１光学系と、
前記第１光学系から出射された光が入射する第２光学系と、
前記第２光学系から出射された光が入射する第３光学系と、
前記第３光学系から出射された光が入射するレンズアレイ・インテグレータと、を有し、
前記第３光学系は、前記第２光学系から出射された光を前記レンズアレイ・インテグレータの光の入射面に投影する像側テレセントリックな光学系であり、
前記レンズアレイ・インテグレータの光の入射面が前記第３光学系の結像位置に配置され、
前記第２光学系の前記第３光学系側の焦点位置が、前記第３光学系の前記第２光学系側の焦点位置と一致していることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
前記第１光学系は、前記複数のＬＥＤそれぞれに対向して配置された凸レンズ又はパラボラミラーを有し、
前記複数のＬＥＤそれぞれが、前記凸レンズ又はパラボラミラーのそれぞれの焦点位置に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
【請求項３】
前記第１光学系を構成する凸レンズ又はパラボラミラーは、前記第２光学系側に平面部を有し、
前記第２光学系は、前記第１光学系側に平面部を有した平凸レンズで構成されることを特徴とする請求項２に記載の光照射装置。
【請求項４】
マスクのパターンを感光性基板上に転写する露光装置であって、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置と、
前記レンズアレイ・インテグレータの照射面からの光を前記マスクに照射して、前記マスクのパターン像を前記感光性基板上に投影する投影光学系と、を有することを特徴とする露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数のＬＥＤを備えた光照射装置に関し、特に露光装置の光源として利用可能な光照射装置に関する。また本発明は、このような光照射装置を備えた露光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を用いた微細加工に露光装置が利用されている。近年では、露光技術は種々の分野で展開されており、微細加工の中でも比較的大きなパターンの作製や３次元的な微細加工に利用されている。より具体的には、例えばＬＥＤの電極パターンの作製や、加速度センサーに代表されるＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造工程などに露光技術が利用されている。
【０００３】
これらの露光技術において、光源としては、以前から輝度の高い放電ランプが用いられていた。しかし、近年の固体光源技術の進歩に伴い、複数のＬＥＤをマトリックス配置したものを光源として利用することが検討されている。このような技術として、例えば下記特許文献１が知られている。特許文献１には、複数の固体光源からなる固体光源ユニットを光源とし、この光源とマスクの間に配置された照明光学系にフライアイレンズ（レンズアレイ・インテグレータの一種）が配置された露光装置が開示されている。なお、以下では、レンズアレイ・インテグレータを適宜「インテグレータ」と略記する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３３５９５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤは、露光用の光源としては１チップ当たりの放射光束が少ない。このため、露光用の光照射装置に使用するためには複数個のＬＥＤからの出射光を集めて、インテグレータの光の入射面に入射させる必要がある。更に光量を増やすためには、光源として配置されるＬＥＤの個数を増やす必要がある。
【０００６】
ところが、ＬＥＤの配置個数を増大すると光源面積も増大し、この面積がインテグレータの光入射可能な面積より大きくなる場合がある。インテグレータは、光を入射できるエタンデュ（光束面積Ｓと光束立体角Ωの積）が決まっている。この結果、光源側の光源面積Ｓ１と拡がり角Ω１の積が照射対象たるインテグレータの光入射面積Ｓ２と取り込み角Ω２より大きくなると、大きくなった部分に出射される光はインテグレータに取り込めなくなる。つまり、光源側において出射光量を多くすべく多くのＬＥＤを配置しても、そのＬＥＤからの出射光のうちの一部しかインテグレータに取り込むことができないという光学原理上の限界がある。
【０００７】
加えて、インテグレータ自体にも取り込み角度に関する限界を有している。すなわち、インテグレータは複数のレンズを有して構成されるが、これら個々のレンズに関し、同じ大きさで光を取り込むことのできる入射角度に関する限界（有効利用角度）が存在する。
【０００８】
図１３は、入射角度を変えながら同一のインテグレータに対して同一量の光を入射させた場合におけるインテグレータの光の入射面における照度変化を示すグラフである。同グラフにおいて、横軸はインテグレータの光の入射面に対する光の入射角度を、縦軸はインテグレータの光の入射面での照度を示している。
【０００９】
これによれば、入射角度が１５°を超えるとインテグレータの光の入射面での照度が急激に減少し始めることが分かる。つまり、図１３のグラフ算定のために用いられたインテグレータは、有効利用角度が１５°以内であり、１５°を超える角度で入射された光については取り込むことができない。
【００１０】
光源が点光源に近いショートアーク放電ランプの場合、小さな面積の光源から十分な量の光束が出射されるため、インテグレータのエタンデュよりも十分小さなエタンデュ内に光束を収めることが可能となる。そのため、光源からの放射光をインテグレータの取り込み可能な入射角に合わせて設計された光学系を用いなくても、十分な量の光束をインテグレータのエタンデュ内に収めることが可能であった。しかし、光源がＬＥＤである場合、前述したように１チップ当たりの出射光束が低いため、複数個のＬＥＤが必要となる。この結果、光源面積が広くなり、更には出射光の広がり角度も大きくなる。インテグレータへの必要光束を確保するためには、角度を有して入射される光についてもできる限りインテグレータに取り込む必要がある。しかしながら、上述した２つの限界、すなわち光学原理上の限界とインテグレータの有効利用角度の限界に由来して、取り込み可能な光量には限界がある。
【００１１】
このような事情により、光源を複数のＬＥＤで構成した場合、光源からの出射光をインテグレータの取り込み可能な角度範囲内で効率良く集光することは困難であるため、効率の良い光源が実現できないという課題がある。
【００１２】
このような課題に鑑み、本発明は、複数のＬＥＤからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系を提供し、高効率の光照射装置を実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の光照射装置は、複数のＬＥＤを含む光源部と、前記複数のＬＥＤから出射された光をそれぞれコリメートする第１光学系と、前記第１光学系から出射された光が入射する第２光学系と、前記第２光学系から出射された光が入射する第３光学系と、前記第３光学系から出射された光が入射するインテグレータと、を有する。
【００１４】
この構成において、前記第３光学系は、前記第２光学系から出射された光を前記インテグレータの光の入射面に投影（結像）する像側テレセントリックな光学系である。そして、前記インテグレータの光の入射面が前記第３光学系の結像位置に配置され、前記第２光学系の前記第３光学系側の焦点位置が、前記第３光学系の前記第２光学系側の焦点位置と一致している。
【００１５】
ＬＥＤの中央部及びその近傍から出射した光は、第１光学系によって光軸と平行光となり、第２光学系と第３光学系の間の瞳位置に集光される。その後、第３光学系を介して再び光軸と平行光となり、インテグレータの光の入射面に入射される。前述したように、ＬＥＤは出射光の広がり角度が大きいが、このように角度を有して出射した光においても、第１光学系によってコリメートされるので、前記瞳位置に集光される。よって、広がり角度を有するＬＥＤからの出射光を光軸に平行な光としてインテグレータに取り込むことができる。
【００１６】
また、ＬＥＤの中央部から外れた位置から出射した光は、第１光学系を介して、光軸から一定の角度を有して出射される。各ＬＥＤにつき、中央部から同一の方向に同一の距離だけずれた位置より出射した光は、第２光学系と第３光学系の間の瞳位置において集光される。つまり、この瞳位置においてＬＥＤの像が現れることとなる。光軸から外れた瞳位置に集光された光は、光軸と非平行の光として第３光学系を介してインテグレータに入射される。
【００１７】
図１は、ＬＥＤの中央部から出射した光と中央部から外れた位置から出射した光が第１光学系を通過する場合の光束の様子を示す模式図である。ＬＥＤ２１の中央部Ａを出射した光３は、第１光学系１３を介して光軸１０と平行な光として出射される。一方、ＬＥＤ２１の中央部から外れた位置Ｂから出射した光４は、第１光学系１３を介して光軸１０と所定の角度θを有した光として出射される。この角度θは、光３と光４のなす角度と同じであり、出射元であるＬＥＤ２１上の位置Ｂと中央部Ａとの距離ｄ（光軸１０に垂直な方向の距離）に応じた角度となる。
【００１８】
そして、第１光学系１３より出射された光は、テレセントリックな光学系（第２光学系、第３光学系）を介してインテグレータの光の入射面に入射される。つまり、第１光学系１３より光軸１０に平行に出射された光、言い換えればＬＥＤ２１の中央部Ａから出射した光は、インテグレータの光の入射面に垂直に入射される。また、第１光学系１３より光軸１０に対して角度を有して出射された光、言い換えればＬＥＤ２１の中央部Ａから外れた位置Ｂから出射した光は、当該中央部Ａからの距離ｄに応じた角度θを有してインテグレータの光の入射面に入射される。このことより、インテグレータの有効利用角度内の領域一杯に光を入射させることができる。つまり、中央部から出射した光は、第３光学系より光軸に平行な光としてインテグレータの光の入射面に入射される。また、同ＬＥＤの端部から出射した光についても、第３光学系より光軸に対して角度を有した光として同一の入射面に入射される。更に、ＬＥＤの端部から出射した光が持つ光軸に対する入射角が、インテグレータの取り込み可能な有効利用角と同じ大きさになるように配置することで、ＬＥＤからの光を最大限に利用することが可能となる。
【００１９】
複数のＬＥＤを光源部とした場合も、それぞれのＬＥＤの中央部からの距離に応じた角度をもって、インテグレータの光の入射面に入射させることができる。
【００２０】
これにより、複数のＬＥＤからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系が実現できる。
【００２１】
前記第１光学系が、前記複数のＬＥＤそれぞれに対向して配置された凸レンズ又はパラボラミラーを有するものとしても構わない。この場合において、前記複数のＬＥＤそれぞれを、前記凸レンズ又はパラボラミラーのそれぞれの焦点位置に配置するのが好適である。
【００２２】
上記構成により、複数のＬＥＤそれぞれの中央部及びその近傍から出射した光を、コリメートして第２光学系に入射させることができる。なお、第１光学系として凸レンズとパラボラミラーの両者を同時に備える構成としても構わない。
【００２３】
上記構成において、前記第１光学系を構成する凸レンズ又はパラボラミラーを前記第２光学系側に平面部を有する構成とし、前記第２光学系を前記第１光学系側に平面部を有した平凸レンズで構成するのが好適である。
【００２４】
前述したように、ＬＥＤの中央部及びその近傍からの出射光は、第１光学系によって光軸と平行光になるが、中央部から大きく外れた端部からの出射光は、光軸に対して角度を有して第１光学系から出射する。このため、第１光学系からの出射光をできるだけ第２光学系で取り込むためには、第１光学系と第２光学系との距離をなるべく接近させることが好ましい。
【００２５】
上記のような構成とした場合、第１光学系を構成する凸レンズ又はパラボラミラーの平面部と、第２光学系を構成する平凸レンズの平面部が対向する。平面部同士が対向することにより、両者を十分に接近させることができる。これにより、第１光学系からの出射光を効率良く第２光学系に取り込むことができる。
【００２６】
また、上記の特徴を有した光照射装置と、インテグレータの照射面からの光をマスクに照射してマスクのパターン像を感光性基板上に投影する投影光学系を有する露光装置によって、ＬＥＤを光源とする露光装置が実現される。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の光照射装置によれば、複数のＬＥＤからなる光源からの出射光をインテグレータに効率良く取り込ませることのできる光学系を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】ＬＥＤの中央部から出射した光と中央部から外れた位置から出射した光が第１光学系を通過する場合の光束の様子を示す模式図である。
【図２】本発明の光照射装置の光学系の構成を示す模式図である。
【図３】第３光学系の瞳位置と第２光学系のウエスト位置の好ましい関係を示す模式図である。
【図４】インテグレータの光の入射面の位置と第３光学系のウエスト位置の好ましい関係を示す模式図である。
【図５】ＬＥＤからの出射光が第１光学系を通過する際の光束の様子を示す模式図である。
【図６】第１光学系の一部構造を模式的に示す斜視図である。
【図７】第１光学系の別構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】ＬＥＤからの出射光が別構成の第１光学系を通過する際の光束の様子を示す模式図である。
【図９】第２光学系と第３光学系の関係を示す模式図である。
【図１０】ＬＥＤからの出射光がインテグレータの光の入射面に入射するまでの光束の様子を示す模式図である。
【図１１】ＬＥＤからの出射光がインテグレータの光の入射面に入射するまでの光束の様子を示す模式図である。
【図１２】露光装置の光学系の構成を示す模式図である。
【図１３】レンズアレイ・インテグレータへの光入射角と光照射面での照度との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の光照射装置（以下、適宜「本装置」と略記する。）につき、図面を参照して説明する。なお、各図において図面の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致しない。
【００３０】
［全体の光学系］
図２は、本装置の光学系の構成を示す模式図である。本装置１は、光源部１１、第１光学系１３、第２光学系１５、第３光学系１７、及びレンズアレイ・インテグレータ１９を備える。レンズアレイ・インテグレータ１９については、以下で適宜「インテグレータ１９」と略記する。
【００３１】
なお、インテグレータ１９の後段（光源部１１と反対側）には、光源部１１からの光を照射させる対象物（図２において不図示）が設置される。この対象物とインテグレータ１９の間には、必要に応じて投影レンズなどの光学系を設置する。
【００３２】
本装置１において、第２光学系１５、第３光学系１７及びインテグレータ１９は、以下の関係を満たすように配置されている。第３光学系１７は、第２光学系１５からの出射光をインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに投影する像側テレセントリックな光学系である。第２光学系１５の第３光学系１７側の焦点位置が、第３光学系１７の第２光学系１５側の焦点位置と一致している。そして、インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓが第３光学系１７の結像位置に配置されている。
【００３３】
なお、ここで「焦点位置の一致」とは、焦点位置同士が完全に一致する場合の他、いくらかのずれを有する場合を含む概念である。ここで使用される第２光学系１５を構成するレンズ（図１の実施形態ではレンズ３１に対応）は概ね球面レンズでよく、球面レンズには球面収差が存在する。第２光学系１５の焦点位置とはレンズの周縁部を通る光が作るビームのウエスト位置とする。実際的には第２光学系で形成されるウエスト位置が、第３光学系１７の瞳位置に対して、光軸方向にウエスト径の±１０％に相当する距離の範囲にあればよい（図３参照）。図３において、第３光学系１７の瞳位置が、第２光学系１５のウエスト位置に対して光軸１０に平行な方向にウエスト径Ｗ２の１０％の距離Ｗ２’だけ前後する領域Ｔ２内に収まるような範囲となればよい。またレンズ中心部の焦点（カタログに掲載される焦点）位置は瞳位置から第２光学系１５までの距離の２０％から瞳位置から第３光学系１７までの距離の５０％になるように第２光学系１５の設置位置、曲率を選択することが好ましい。第３光学系１７の第２光学系１５側の焦点位置とは瞳位置に中央部焦点位置から外径部焦点位置の間の位置になるように第３光学系１７の設置位置、曲率を選択することが好ましい。
【００３４】
同様に、「結像位置に配置される」とは、インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓと第３光学系１７の結像位置とが完全に一致する場合の他、いくらかのずれを有する場合を含む概念である。より詳細には、第３光学系１７からインテグレータ１９への光路において、レンズ３３の周縁部を通る光が作るビームのウエスト位置が、インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに対して、光軸方向にウエスト径の±１０％に相当する距離の範囲にあることが好ましい（図４参照）。図４において、インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓの位置が、第３光学系１７のウエスト位置に対して光軸１０に平行な方向にウエスト径Ｗ３の１０％の距離Ｗ３’だけ前後する領域Ｔ３内に収まるような範囲となればよい。
【００３５】
［光源部］
光源部１１は、ＬＥＤ２１を複数配列して構成されている。配列方法は円形状、楕円形状、矩形状、六角形状など多様な方法を採用してよく、インテグレータ１９に備えられる複数のレンズの配列態様に応じてＬＥＤ２１の配列態様を選択してもよい。
【００３６】
［第１光学系］
図２に示す本実施形態の構成において、第１光学系１３は複数の平凸レンズ２３及び２５を備えている。なお、後述するように、第１光学系１３の構成はこの形態に限られない。
【００３７】
平凸レンズ２３は、各ＬＥＤ２１に対向する位置において、平面をＬＥＤ２１側に向けて配置される。また、平凸レンズ２５は、各平凸レンズ２３に対向する位置において、凸面を平凸レンズ２３側に向けて配置される。
【００３８】
図５は、一のＬＥＤ２１から出射された光が第１光学系１３を通過する際の光束の様子を模式的に示したものである。なお、図５では、第１光学系１３を模式的なブロック図で表示している。
【００３９】
図５に示すように、第１光学系１３は、ＬＥＤ２１からの出射光のうち、ＬＥＤ２１の中心部から出射された光を光軸と平行な方向に出射させる。一方、ＬＥＤ２１の端部から出射された光については、光軸に対して所定の角度を有した方向に出射させる。この角度は、ＬＥＤ２１のどの箇所から出射された光であるかによって決定され、中心部より離れた位置であるほど大きくなる。
【００４０】
上述したように、本装置１は光源部１１として複数のＬＥＤ２１を有すると共に、第１光学系１３として、それぞれのＬＥＤ２１に対向して複数のレンズ（平凸レンズ２３や２５）を備える。このため、第１光学系１３は、それぞれのＬＥＤ２１の中心部から出射された光を光軸と平行方向に出射させる役目を有している。平凸レンズ２３及び２５によって第１光学系１３を構成する場合、２つのレンズの合成された焦点位置にＬＥＤ２１が配置される。
【００４１】
図６は、第１光学系１３の一部を模式的に示す斜視図である。なお、図６には、平凸レンズ２３に近接配置されたＬＥＤ基板２２が併せて図示されている。この基板２２上（奥まった位置）にはＬＥＤ２１が形成されている。
【００４２】
図７は、第１光学系１３の別構成例を模式的に示す斜視図である。また、図８は、この別構成例にて第１光学系１３を構成した場合の、ＬＥＤ２１からの出射光の光束の様子を模式的に示したものである。
【００４３】
図７に示す第１光学系１３の別構成は、パラボラミラー２７及びレンズ２９を備える。ＬＥＤ２１は、パラボラミラー２７及びレンズ２９の双方の焦点位置に配置される。この結果、ＬＥＤ２１の中心部からの出射光は、パラボラミラー２７又はレンズ２９を介して光軸に平行な光路を進行することになる。
【００４４】
なお、パラボラミラー２７とレンズ２９の一方を備える構成としても構わない。
【００４５】
前述したように、ＬＥＤ２１からの出射光は広がり角度を有し、出射光束が低いＬＥＤ２１を光源部１１に用いる本装置１においては、ＬＥＤ２１からの出射光をできる限り多く取り込むことが好ましい。つまり、第１光学系１３の焦点位置（本実施例では２つのレンズの合成された焦点位置）から見たレンズの取り込み角（開口）をＬＥＤ２１からの出射光の広がり角度と一致させるのが好ましい。
【００４６】
図５及び図６に示すように、第１光学系１３を平凸レンズで構成した場合、平凸レンズ２３の平面を平凸レンズ２５側に向けて配置する場合と比較して、平凸レンズ２３の平面をＬＥＤ２１側に向けて配置した方が、合成された焦点位置での開口を大きくすることができる。
【００４７】
平凸レンズ２５は平面を第２光学系１５に向けて配置される。前述のように、ＬＥＤ２１の中央から外れた位置から出射された光は平凸レンズ２５から出射されるときには光軸に対して所定の角度を有している。このことは平凸レンズ２５から光路に沿って離れれば離れるほど、広い面積から光束が出射されることと同等である。つまり、輝度（エタンデュ当たりの光束）が低くなることを意味する。
【００４８】
［第２光学系］
本実施形態において、第２光学系１５は平凸レンズ３１によって構成される（図２参照）。なお、平凸レンズ３１は、平面を第１光学系１３側に向けて配置される。前述したように、第１光学系１３が平凸レンズ２５を有する構成である場合、この平凸レンズ２５は平面を第２光学系１５に向けて配置される。このため、平凸レンズ２５及び３１を十分に接近させることができる。第１光学系１３から出射される光は、ＬＥＤ２１の中心部からの光については光軸と平行に進行するものの、ＬＥＤ２１の端部からの光は光軸に対して角度を有して進行する。つまり、第１光学系１３からの出射光も、広がり角度を有して第２光学系１５に向けて出射される。従って、第２光学系１５と第１光学系１３をなるべく接近させて、第１光学系１３からの出射光をできるだけ第２光学系１５に取り込むことのできる構成とするのが好ましい。
【００４９】
図９は、第２光学系１５と第３光学系１７の関係を示す模式図である。図９に示すように、第２光学系１５に対して光軸に平行に入射された光は、焦点Ｆ２の位置に集光される。そして、この焦点Ｆ２が第３光学系１７の第２光学系１５側の焦点Ｆ３Ａと一致するように、第２光学系１５と第３光学系１７が配置される。なお、第２光学系１５に対して、光軸に角度を有して入射された光は、焦点Ｆ２から外れた位置に集光される。この点については図１０及び図１１を参照して後述される。
【００５０】
［第３光学系、インテグレータ］
本実施形態において、第３光学系１７は両凸レンズ３３によって構成される（図２参照）。前述したように、第３光学系１７の第２光学系１５側の焦点Ｆ３Ａは、第２光学系１５の第３光学系１７側の焦点Ｆ２と一致する。本実施形態の構成においては、平凸レンズ３１の焦点Ｆ２と両凸レンズ３３の第２光学系１５側の焦点Ｆ３Ａが一致する。この結果、第２光学系１５に光軸に平行に入射された光は出射され、焦点Ｆ２に集光された光は、第３光学系１７において平行光とされる。
【００５１】
そして、インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓは、第２光学系１５から出射された光が第３光学系１７により結像される位置となるように配置される。つまり、第３光学系１７は、像側テレセントリックな光学系である。
【００５２】
前述したように、ＬＥＤ２１の中心部からの出射光については、第１光学系１３により光軸と平行光となる。また、中心部から外れた箇所からの出射光については、第１光学系１３により、光軸に対して角度を持つ。ここで、第２光学系１５は、第２光学系１５と第３光学系１７の間の瞳の位置に焦点を持つレンズであり、光軸上においてはＬＥＤ２１の中心部の像が結像し、それより離れた箇所においてはＬＥＤ２１の中心部から離れた箇所の像が結像する。すなわち、ＬＥＤ２１の像が瞳の位置に結像される。
【００５３】
図１０及び図１１は、各ＬＥＤ２１（２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ）から出射された光がインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに入射するまでの光束の様子を模式的に示したものである。光軸上に結像されたＬＥＤ２１の中心部の像は、第３光学系１７から光軸に平行な光として出射される（図１０（ｂ））。一方、光軸より離れた箇所に結像されたＬＥＤ２１の中心部から離れた箇所の像は、第３光学系１７から光軸と非平行な光として出射される（図１０（ｃ））。インテグレータ１９の光の入射面１９Ｓを第３光学系１７により、第２光学系１５の入射面の結像位置となるように配置することで、第３光学系１７から出射された光が全てインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに結像する（図１１（ａ）、（ｂ））。
【００５４】
各ＬＥＤの中心部から出射された光４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃは、点４１（焦点に相当する）にて集光された後、いずれも第３光学系１７から光軸に対する平行光としてインテグレータ１９に入射される（図１０（ｂ））。また、各ＬＥＤの端部から出射された光のうち、中心部から一の方向にずれた位置の端部４２（図１０（ａ）参照）から出射された光４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃは、別の点４２にて集光された後、第３光学系１７から同一角度にてインテグレータ１９に入射される（図１０（ｃ））。また、中心部から別の一の方向にずれた位置の端部から出射された光については、別の位置４３（図１０（ａ）参照）にて集光された後、第３光学系１７から別の方向から同一角度にてインテグレータ１９に入射される（図示せず）。つまり、第２光学系１５と第３光学系１７の間の瞳位置において、各ＬＥＤ２１を重ねた像４０が現れる。
【００５５】
本装置によれば、同一のＬＥＤ２１からの出射光につき、中心部からの出射光については光軸と平行に、また、端部からの出射光については光軸に対して一定の角度を有した状態でインテグレータ１９における同一の光の入射面に入射させることができる。これにより、ＬＥＤ２１の端部からの出射光についても、有効にインテグレータ１９に対して入射させることができる。その角度がインテグレータ１９の有効角内であれば、第１光学系１３から出射された以後は光学的なロスはなく、効率良く光束を取り込むことが可能となる。
【００５６】
図１１（ａ）、（ｂ）は第３光学系１７により第２光学系１５の入射面がインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに結像される様子を示したものである。すなわち、図１１（ａ）に示すように、第２光学系１５の入射面４５Ａからの光はインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓの領域４５Ａ’に、第２光学系１５の入射面４５Ｂからの光は領域４５Ｂ’に、第２光学系１５の入射面４５Ｃからの光は領域４５Ｃ’にそれぞれ結像する。また、図１１（ｂ）においても同様に第２光学系１５の入射面４６Ａ、４６Ｂ、及び４６Ｃからの光は、それぞれインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓ上の領域４６Ａ’、４６Ｂ’、４６Ｃ’に結像する。第２光学系１５の入射面には第１光学系１３によりコリメートされた光が入射するので、その光は余すことなくインテグレータ１９の光の入射面１９Ｓに結像されるため、高い取り込み効率を実現することができる。
【００５７】
インテグレータ１９は、入射面１９Ｓに入射された光を照射面での照度分布を均一にして後段に照射する。
【００５８】
［インテグレータの後段］
図１２は、本装置１を含む露光装置の光学系の構成を示す模式図である。インテグレータ１９の後段に、投影光学系１２としての照射レンズ５１、マスク５３を備え、必要に応じて投影レンズ５５を備える。照射レンズ５１の照射位置にマスク５３を設置し、マスク５３の後段にマスク５３のパターン像を焼き付ける対象となる感光性基板５７を設置する。この状態で、光源部１１から光が出射されると、この光がインテグレータ１９を介して集光され、照度分布が均一化されて投影光学系１２に照射される。そして、投影光学系１２はマスク５３のパターン像を直接又は投影レンズ５５を介して感光性基板５７上に投影する。
【００５９】
以上説明したように、本装置によれば、広がり角度を有して出射される各ＬＥＤ２１からの光を有効にインテグレータ１９に取り込むことができる。よって、露光装置用の光源としてＬＥＤを用いることが可能となる。
【００６０】
［別実施形態］
以下、別実施形態について説明する。
【００６１】
〈１〉  図２で表示した第１光学系１３、第２光学系１５、第３光学系１７の具体的構成はあくまで一例である。例えば第２光学系１５や第３光学系１７を複数のレンズで構成しても構わない。
【００６２】
〈２〉  本装置１を備えた露光装置として、マスク５３と感光性基板５７が接触しないプロジェクション露光方式やプロキシミティ露光方式の他、マスク５３と感光性基板５７が接触するコンタクト露光方式でも利用可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１      ：    光照射装置
３      ：    ＬＥＤの中央部からの出射光
４      ：    ＬＥＤの中央部から外れた位置からの出射光
１０      ：    光軸
１１      ：    光源部
１２      ：    投影光学系
１３      ：    第１光学系
１５      ：    第２光学系
１７      ：    第３光学系
１９      ：    レンズアレイ・インテグレータ
１９Ｓ    ：    レンズアレイ・インテグレータの光の入射面
２１      ：    ＬＥＤ
２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ    ：    ＬＥＤ
２２      ：    ＬＥＤ基板
２３      ：    平凸レンズ
２５      ：    平凸レンズ
２７      ：    パラボラミラー
２９      ：    レンズ
３１      ：    平凸レンズ
３３      ：    両凸レンズ
４０      ：    ＬＥＤの像
４１      ：    集光点
４２      ：    集光点
４１Ａ、４１Ｂ、４１Ｃ      ：    ＬＥＤの中央部から出射した光束
４２Ａ、４２Ｂ、４２Ｃ      ：    ＬＥＤの端部から出射した光束
４３Ａ、４３Ｂ、４３Ｃ      ：    ＬＥＤの端部から出射した光束
４５Ａ、４５Ｂ、４５Ｃ      ：    第２光学系の入射面
４５Ａ’、４５Ｂ’、４５Ｃ’  ：    インテグレータの光の入射面の結像領域
４６Ａ、４６Ｂ、４６Ｃ      ：    第２光学系の入射面
４６Ａ’、４６Ｂ’、４６Ｃ’  ：    インテグレータの光の入射面の結像領域
５１      ：    照射レンズ
５３      ：    マスク
５５      ：    投影レンズ
５７      ：    感光性基板
Ａ      ：    ＬＥＤの中央部
Ｂ      ：    ＬＥＤの中央部から外れた位置
ｄ      ：    ＡＢ間の距離
Ｆ２      ：    第２光学系の焦点
Ｆ３Ａ    ：    第３光学系の第２光学系側焦点
Ｔ２      ：    領域
Ｔ３      ：    領域
Ｗ２      ：    第２光学系のウエスト径
Ｗ２’    ：    第２光学系のウエスト径の１０％の距離
Ｗ３      ：    第３光学系のウエスト径
Ｗ３’    ：    第２光学系のウエスト径の１０％の距離
【図１】
2014003086.tif 000003
【図２】
2014003086.tif 000004
【図３】
2014003086.tif 000005
【図４】
2014003086.tif 000006
【図５】
2014003086.tif 000007
【図６】
2014003086.tif 000008
【図７】
2014003086.tif 000009
【図８】
2014003086.tif 000010
【図９】
2014003086.tif 000011
【図１０】
2014003086.tif 000012
【図１１】
2014003086.tif 000013
【図１２】
2014003086.tif 000014
【図１３】
2014003086.tif 000015