(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の発光素子を平面上に配列したＬＥＤアレイ光源と、
各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第１照明光学系と、
前記第１照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第２照明光学系と、
平面上に配列した複数のレンズを有し、前記第２照明光学系から出射された光を各レンズの入射面で入射して照度の均一性を高めるフライアイ・インテグレータと、を備え、
前記フライアイ・インテグレータの入射面は、前記第２照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の発光面は、前記フライアイ・インテグレータの入射面と共役関係にあり、各発光素子の像が、前記フライアイ・インテグレータの入射面に結像されることを特徴とする光照射装置。
【請求項２】
複数の発光素子を平面上に配列したＬＥＤアレイ光源と、
各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第１照明光学系と、
前記第１照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第２照明光学系と、
前記第２照明光学系から出射された光を平行光にする第３照明光学系と、
柱状のレンズであり、前記第３照明光学系から出射された光を入射して照度の均一性を高めるロッド・インテグレータと、を備え、
前記第３照明光学系の入射瞳の位置は、前記第２照明光学系の焦点位置にあり、前記ロッド・インテグレータの入射面は、第３照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の瞳像が、前記ロッド・インテグレータの入射面に結像されることを特徴とする光照射装置。
【請求項３】
前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子には、一の発光波長を有する複数の第１発光素子と、他の発光波長を有する複数の第２発光素子とが含まれ、前記第１又は第２発光素子を選択的に発光させることで、前記ＬＥＤアレイ光源の発光波長を変更可能とした請求項１又は２に記載の光照射装置。
【請求項４】
前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の発光波長が、ｇ線、ｈ線、ｉ線のうちのいずれか一以上である請求項１〜３のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項５】
前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部をＯＮ又はＯＦＦにする点灯制御手段を備えた請求項１〜４のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項６】
前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の向きが、各発光素子の発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異なることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項７】
前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部に流れる電流値を制御する電流制御手段を備えた請求項１〜６のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項８】
前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子から出射された光を、光軸上のいずれかの位置で遮断する機械式のシャッターを備えた請求項１〜７のいずれか１項に記載の光照射装置。
【請求項９】
前記フライアイ・インテグレータ又は前記ロッド・インテグレータから出射された照明光をマスクに照射し、前記マスクのパターン像を感光性基板上に露光する露光装置であって、請求項１〜８のいずれか１項に記載した光照射装置を備えた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、フォトリソグラフィ技術を利用する露光装置の照明に好適な光照射装置に関し、特に、複数の発光素子を平面上に配列したＬＥＤ（Light Emitting Diode：発光ダイオード）アレイ光源を備えた光照明装置、これを搭載した露光装置、及び光照明装置に好適なＬＥＤアレイ光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から露光装置を用いて、半導体、レンズ等の光学素子、アクチュエータ、センサー、導波路、プリンタヘッド、各種ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの微細加工が行われている。露光装置は、基板上に塗布されたレジスト膜に照明光を照射して、フォトマスクに描画されたパターンを基板上に転写し、様々なパターンを形成する。
【０００３】
露光装置の光源として、従来から超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度の放電ランプが用いられていた。しかし、放電ランプは、長時間使用すると、口金の金属疲労や石英ガラスの腐食・劣化が進行し、破損や破裂の可能性が高くなる。このため、従来の露光装置では、予め定められた寿命時間内に、高価な放電ランプを交換しなければならず、光源に多大なるコストを要していた。そこで、近年のＬＥＤ技術の進歩に伴い、複数のＬＥＤを露光装置の光源に用いることが検討されている。
【０００４】
例えば、特開２０１４−２２１２号公報（特許文献１）には、複数のＬＥＤと、ロッド・インテグレータと、レンズアレイ・インテグレータ（フライアイ・インテグレータと同じ）とを備えた露光装置用の光照射装置が提案されている。ロッド・インテグレータは、複数のＬＥＤから出射された光を、その内部で繰り返し反射して照度分布を均一化する。レンズアレイ・インテグレータは、レンズアレイを構成する複数のレンズを備える。レンズアレイ・インテグレータは、ロッド・インテグレータから出射された光を、各レンズの入射面から入射して出射面で重ね合せ、照度分布を均一化する。
【０００５】
また、特開２０１４−３０８６号公報（特許文献２）には、複数のＬＥＤと、第１〜第３光学系と、レンズアレイ・インテグレータ（フライアイ・インテグレータと同じ）とを備えた露光装置用の光照射装置が提案されている。第１光学系は、複数の平凸レンズをマトリックス配置した構成となっており、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２光学系は、第１光学系から出射された光を、第３光学系の瞳位置に集光させる。第３光学系は、第２光学系の焦点位置に瞳位置を有し、第２光学系の焦点位置に形成された第１光学系の瞳像を、レンズアレイ・インテグレータの入射面に入射させる。レンズアレイ・インテグレータは、第３光学系から出射された光を、各レンズの入射面から入射して出射面で重ね合せ、照度分布を均一化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−２２１２号公報
【特許文献２】特開２０１４−３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように、放電ランプを用いた従来の露光装置は、光源の定期的な交換に多大なるコストが掛かるという問題があった。一方、特許文献１、２のような複数のＬＥＤを用いた露光装置が提案されているが、産業用機器である露光装置は、極めて高価であり、可能であれば既存の露光装置を継続的に使用することが望まれる。そこで、本発明者らは、従来の露光装置の光源を、放電ランプからＬＥＤアレイ光源に交換することを試みた。
【０００８】
しかし、ＬＥＤの発光素子は光の放射角度が極めて広く、かつ平面上に配列された各発光素子どうしが間隔をおいて点在している。このため、特許文献１の光照射装置では、ＬＥＤアレイ光源の全ての発光素子から出射された光を、単一のロッド・インテグレータの入射面に損失なく入射させることができない。また、ロッド・インテグレータの入射面における光の反射も光量の損失をまねく。結局、特許文献１の光照射装置では、放電ランプの代替となる十分な光量は得られない。
【０００９】
一方、特許文献２の光照射装置では、その図１０及び図１１に示されるように、第３光学系の入射瞳における瞳像が、マトリックス配置された複数のＬＥＤが一つに重なった像である。第３光学系は、この瞳像をコリメートしてレンズアレイ・インテグレータの入射面に入射させる。つまり、第３光学系は、第２光学系の入射面を、レンズアレイ・インテグレータの入射面に入射させるのである。このため、特許文献２の光照射装置では、ＬＥＤアレイ光源を構成する複数の発光素子のうちのいずれか一つでも欠損した場合に、照明光に部分的な欠損が生じてしまい、照度分布の均一性を保持することができない。また、このような欠損が生じた場合は、照明光の開口数ＮＡ内に欠損が生じるために、開口数ＮＡ内の照明光の斑が生じてしまう。開口数ＮＡ内の照明光の斑は、発光素子の欠損の前後において、露光装置の解像力を異ならせてしまう。
【００１０】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、放電ランプの代替となる十分な光量を得ることができ、照度分布の均一性を保持しつつ、照明光の波長及び光量を調整することができる光照射装置及び露光装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）上記目的を達成するために、本発明の第１の光照射装置は、複数の発光素子を平面上に配列したＬＥＤアレイ光源と、各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第１照明光学系と、前記第１照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第２照明光学系と、平面上に配列した複数のレンズを有し、前記第２照明光学系から出射された光を各レンズの入射面で入射して照度の均一性を高めるフライアイ・インテグレータと、を備え、前記フライアイ・インテグレータの入射面は、前記第２照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の発光面は、前記フライアイ・インテグレータの入射面と共役関係にあり、各発光素子の像が、前記フライアイ・インテグレータの入射面に結像される構成としてある。
【００１２】
（２）また、上記目的を達成するために、本発明の第２の光照射装置は、複数の発光素子を平面上に配列したＬＥＤアレイ光源と、各発光素子から出射された光をそれぞれコリメートする第１照明光学系と、前記第１照明光学系から出射された光を焦点位置に集光させる第２照明光学系と、前記第２照明光学系から出射された光を平行光にする第３照明光学系と、柱状のレンズであり、前記第３照明光学系から出射された光を入射して照度の均一性を高めるロッド・インテグレータと、を備え、前記第３照明光学系の入射瞳の位置は、前記第２照明光学系の焦点位置にあり、前記ロッド・インテグレータの入射面は、第３照明光学系の焦点位置に配置され、各発光素子の瞳像が、前記ロッド・インテグレータの入射面に結像される構成としてある。
【００１３】
（３）好ましくは、上記（１）又は（２）の光照射装置において、前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子には、一の発光波長を有する複数の第１発光素子と、他の発光波長を有する複数の第２発光素子とが含まれ、前記第１又は第２発光素子を選択的に発光させることで、前記ＬＥＤアレイ光源の発光波長を変更可能とした構成にする。
【００１４】
（４）好ましくは、上記（１）〜（３）のいずれかの光照射装置において、前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の発光波長が、ｇ線、ｈ線、ｉ線のうちのいずれか一以上である構成にする。
【００１５】
（５）好ましくは、上記（１）〜（４）のいずれかの光照射装置において、前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部をＯＮ又はＯＦＦにする点灯制御手段を備えた構成にする。
【００１６】
（６）好ましくは、上記（１）〜（５）のいずれかの光照射装置において、前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の向きが、各発光素子の発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異なる構成にする。
【００１７】
（７）好ましくは、上記（１）〜（６）のいずれかの光照射装置において、前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子の全部又は一部に流れる電流値を制御する電流制御手段を備えた構成にする。
【００１８】
（８）好ましくは、上記（１）〜（７）のいずれかの光照射装置において、前記ＬＥＤアレイ光源を構成する前記複数の発光素子から出射された光を、光軸上のいずれかの位置で遮断する機械式のシャッターを備えた構成にする。
【００１９】
（９）上記目的を達成するために、本発明の露光装置は、フライアイ・インテグレータ又はロッド・インテグレータから出射された照明光をマスクに照射し、前記マスクのパターン像を感光性基板上に露光する露光装置であって、上記（１）〜（８）のいずれかの光照射装置を備えた構成としてある。
【００２０】
（１０）上記目的を達成するために、本発明のＬＥＤアレイ光源は、複数の発光素子を平面上に配列したＬＥＤアレイ光源であって、前記複数の発光素子の向きが、各発光素子の発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異なる構成としてある。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の光照射装置及び露光装置によれば、放電ランプの代替となる十分な光量を得ることができ、照度分布の均一性を保持しつつ、照明光の波長及び光量を調整することができる。
【００２２】
本発明のＬＥＤアレイ光源によれば、発光素子の向きに依存する発光面の輝度斑を軽減することができ、光源から出射される光の均一性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る光照射装置を示す概略図である。
【図２】図２（ａ）は、図１に示すＬＥＤアレイ光源の平面図である。図２（ｂ）は、図１に示すフライアイ・インテグレータの入射面の像を示す説明図である。図２（ｃ）は、図１に示す絞り面の像を示す説明図である。
【図３】図３（ａ）は、従来の光照射装置のＬＥＤアレイ光源の平面図である。図３（ｂ）は、従来の光照射装置のフライアイ・インテグレータの入射面を示す説明図である。図３（ｃ）は、従来の光照射装置の絞り面の像を示す説明図である。
【図４】図４（ａ）は、本実施形態におけるＬＥＤアレイ光源の光学素子が欠損した場合の絞り面の像を示す説明図である。図４（ｂ）は、従来の光照射装置のＬＥＤアレイ光源の光学素子が欠損した場合の絞り面の像を示す説明図である。
【図５】図５は、本発明の第２実施形態に係る光照射装置を示す概略図である。
【図６】図６（ａ）は、本発明の第３実施形態に係る光照射装置のＬＥＤアレイ光源を示す平面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＬＥＤアレイ光源がｉ線を出射したときの絞り面の像を示す説明図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＬＥＤアレイ光源がｈ線を出射したときの絞り面の像を示す説明図である。
【図７】図７は、本発明の第４実施形態に係る光照射装置のＬＥＤアレイ光源を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
＜第１実施形態＞
まず、本発明の第１実施形態に係る光照射装置について、図１〜図４を参照しつつ説明する。なお、本発明の露光装置は、本発明の光照射装置を備えた点に特徴があり、本実施形態の光照射装置１を公知の露光装置に適用したものが、本発明の露光装置の実施形態である。このため、本発明の露光装置の実施形態については、詳細な説明を省略する。
【００２５】
図１において、本実施形態の光照射装置１は、ＬＥＤアレイ光源１１と、第１照明光学系１２と、第２照明光学系１３と、フライアイ・インテグレータ１４と、絞り１５と、投影光学系１６とを備えている。本実施形態の光照射装置１は、図示しない投影式、接触式又は近接式の露光装置に設けられ、パターン像が描画されたマスク１００に照明光を照射する。
【００２６】
＜＜ＬＥＤアレイ光源＞＞
図１及び図２（ａ）に示すように、ＬＥＤアレイ光源１１は、ＬＥＤ基板上に複数のＬＥＤチップ１１ａ、１１ａ、１１ａ・・・をアレイ状に配列した構成となっている。複数のＬＥＤチップ１１ａは、それぞれが発光素子１１ｂを有している。ＬＥＤアレイ光源１１は、超高圧水銀ランプ、メタルハライドランプなどの高輝度の放電ランプの代替となるものである。ＬＥＤアレイ光源１１に搭載されるＬＥＤチップ１１ａの数は、放電ランプと同等の光量を得ることが可能な相当数であれば、特に限定されるものではない。ＬＥＤアレイ光源１１は、例えば、２ｍｍ×２ｍｍの発光面を有する面発光素子を備え、１４０個のＬＥＤチップ１１ａをアレイ状に配列した構成とすることができる。但し、本実施形態では、説明及び図面を単純化するために、ごく少数の２１個のＬＥＤチップ１１ａを備えた構成を図示するが、これは実際のＬＥＤアレイ光源１１の構成ではない。また、ＬＥＤチップ１１ａの配列方法は、図２（ａ）に示すような正方格子状に限らず、例えば、千鳥格子状に配列した構成とすることができる。
【００２７】
＜＜第１照明光学系＞＞
図１及び図２（ａ）に示すように、第１照明光学系１２は、各ＬＥＤチップ１１ａに個別に対応する複数のコリメートレンズをアレイ状に配列した構成となっている。第１照明光学系１２を構成する各コリメートレンズは、ＬＥＤアレイ光源１１の各発光素子１１ｂから出射された光をそれぞれコリメートする。なお、本実施形態の第１照明光学系１２は例示であり、各発光素子１１ｂから出射された光をそれぞれコリメートすることが可能な他の光学系に変更することができる。
【００２８】
＜＜第２照明光学系＞＞
図１に示すように、第２照明光学系１３は、第１照明光学系１２の各コリメートレンズから出射された光を出射側の焦点位置ｆ２に集光させる。ここで、第２照明光学系１３の入射側の焦点位置ｆ１には、第１照明光学系１２の各コリメートレンズの出射面Ａが配置されている。一方、第２照明光学系１３の出射側の焦点位置ｆ２には、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂが配置されている。したがって、本実施形態では、各発光素子１１ｂの発光面Ａが、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂと共役関係にあり、各発光素子１１ｂの像が、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂに結像される。
【００２９】
フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂにおける結像の状態を、図２（ｂ）に模式的に示す。各発光素子１１ｂの発光面Ａの像は、第２照明光学系１３によって集光され、１つに重なった像として、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂに結像される（図２（ｂ）左図を参照）。さらに、本実施形態の第２照明光学系１３は拡大レンズであり、各発光素子１１ｂの１つに重なった像は、所定の倍率に拡大されてフライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂに結像される（図２（ｂ）右図を参照）。
【００３０】
＜＜フライアイ・インテグレータ＞＞
フライアイ・インテグレータ１４は、複数のレンズを縦横マトリクス状に配列した構成となっている。本実施形態の場合は、図２（ｂ）に示すような、１つに重なった各発光素子１１ｂの像が、フライアイ・インテグレータ１４を構成する各レンズの入射面Ｂに結像される。フライアイ・インテグレータ１４は、これを構成するレンズの数だけ多重像を生じさせる。フライアイ・インテグレータ１４の出射面よりも後段の絞り面Ｄにおける多重像を図２（ｃ）に示す。同図に示すように、フライアイ・インテグレータ１４は、入射面Ｂに結像された各発光素子１１ｂの像の多重像を生じさせ、光の照度分布を均一化する。
【００３１】
＜＜絞り、投影光学系＞＞
図１に示すように、絞り１５は、フライアイ・インテグレータ１４から出射された光の一部を遮って光量を調整する。投影光学系１６は、フライアイ・インテグレータ１４から出射され、絞り１５を通過した光をマスク１００に照射する。マスク１００には、図示しないパターン像が描画されている。投影光学系１６から出射された光により、マスク１００のパターン像が、図示しない感光性基板上に投影される。すなわち、感光性基板上に塗布されたレジスト膜が、光照射装置１からの照明光によって露光される。
【００３２】
＜＜点灯制御手段＞＞
本実施形態の光照射装置１は、ＬＥＤアレイ光源１１を構成する複数の発光素子１１ｂの全部又は一部をＯＮ又はＯＦＦにする、図示しない点灯制御手段を備えている。この点灯制御手段によって、複数の発光素子１１ｂのうちのいくつかを点灯させ、いくつかを消灯させることにより、照明光の光量を調整することができる。
【００３３】
＜＜作用効果＞＞
上述した本実施形態の光照射装置１では、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂが、第２照明光学系の焦点位置ｆ２に配置され、各発光素子１１ｂの発光面Ａが、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂと共役関係にあり、各発光素子の像１１ｂが、フライアイ・インテグレータ１４の入射面Ｂに結像される構成となっている（図１を参照）。この構成により、フライアイ・インテグレータ１４が、入射面Ｂに結像された各発光素子１１ｂの像の多重像を生じさせ、照明光の照度分布を均一化する（図２（ｃ）を参照）。
【００３４】
ここで、本実施形態の光照明装置１と比較するために、特許文献２の光照明装置の光学的作用について、図３（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。図３（ａ）〜（ｃ）は、本実施形態の図２（ａ）〜（ｃ）にそれぞれ対応している。但し、図３（ａ）において、特許文献２の光照明装置の光源は、本実施形態と同一のＬＥＤアレイ光源１１を用いるものと仮定する。
【００３５】
上述したように、特許文献２の光照明装置は、第３光学系が、第２光学系の入射面を、レンズアレイ・インテグレータ（フライアイ・インテグレータと同じ）の入射面に入射させる構成となっている。第２光学系の入射面には、第１光学系によってコリメートされた各発光素子１１ｂの光が入射される。第２光学系の入射面に入射された各発光素子１１ｂの光は、レンズアレイ・インテグレータを構成する複数のレンズのうち、対応するレンズの入射面にそれぞれ入射されるのである。レンズアレイ・インテグレータの入射面の状態を図３（ｂ）に示す。そして、レンズアレイ・インテグレータは、その出射面よりも後段の絞り面において、図３（ｃ）に示すような、各発光素子１１ｂがそのまま配列された多重像を生じさせる。図２（ｃ）と図３（ｃ）とを比較すると、本実施形態の光照明装置１と、特許文献２の光照明装置と光学的作用の相違が明らかになる。
【００３６】
すなわち、本実施形態の光照明装置１では、フライアイ・インテグレータ１４が、入射面Ｂに結像された各発光素子１１ｂの像の多重像を生じさせるので、図４（ａ）に示すように、複数の発光素子１１ｂのいずれかが欠損した場合でも、照明光全体の照度分布の均一性は保持される。
【００３７】
一方、特許文献２の光照明装置では、各発光素子１１ｂがそのまま配列された多重像を生じさせるので、図４（ｂ）に示すように、複数の発光素子１１ｂのいずれかが欠損した場合には、照明光に部分的な欠損が生じてしまい、照度分布の均一性を保持することができない。また、このような欠損が生じた場合は、照明光の開口数ＮＡ内に欠損が生じるために、開口数ＮＡ内の照明光の斑が生じてしまう。開口数ＮＡ内の照明光の斑は、発光素子１１ｂの欠損の前後において、露光装置の解像力を異ならせてしまう。
【００３８】
また、本実施形態の光照射装置１では、複数の発光素子１１ｂのうちのいくつかを点灯させ、いくつかを消灯させることにより、照明光の光量を調整することができる。このように、複数の発光素子１１ｂを部分的に点灯及び消灯させた場合でも、照明光の照度分布の均一性は維持される。さらに、本実施形態の光照射装置１では、ＬＥＤアレイ光源１１に印加される電圧値を変えないで、照明光の光量を調整できるので、照明光の発光波長がそのまま維持される。
【００３９】
これに加え、本実施形態の光照射装置１では、ＬＥＤアレイ光源１１を構成する複数の発光素子１１ｂの全部又は一部に流れる電流値を制御することにより、照明光のピーク発光波長を微調整することができる。これにより、本実施形態の光照射装置１を露光装置に適用した場合に、感光性基板上に塗布されたレジスト膜の感度に応じて、照明光のピーク発光波長を微調整することが可能となる。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る光照射装置について、図５を参照しつつ説明する。なお、本発明の露光装置は、本発明の光照射装置を備えた点に特徴があり、本実施形態の光照射装置２を公知の露光装置に適用したものが、本発明の露光装置の実施形態である。このため、本発明の露光装置の実施形態については、詳細な説明を省略する。
【００４１】
図５において、本実施形態の光照射装置２は、主として、上述した第１実施形態の光照射装置１（図１を参照）のフライアイ・インテグレータ１４の代わりに、ロッド・インテグレータ２２を採用した構成に相違がある。
【００４２】
本実施形態の光照射装置２は、ＬＥＤアレイ光源１１と、第１照明光学系１２と、第２照明光学系１３と、第３照明光学系２１と、ロッド・インテグレータ２２と、第１投影光学系２３と、絞り２４と、第２投影光学系２５とを備えている。第１実施形態と同様に、本実施形態の光照射装置２は、図示しない投影式、接触式又は近接式の露光装置に設けられ、パターン像が描画されたマスク１００に照明光を照射する。
【００４３】
図５に示す本実施形態の光照射装置２の構成要素うち、第１照明光学系１２及び第２照明光学系１３は、上述した第１実施形態と同様の構成である。第３照明光学系２１は、第２照明光学系１３から出射された光を平行光にする。第３照明光学系２１の入射瞳Ｃの位置は、第２照明光学系１３の出射側の焦点位置ｆ２に配置されている。また、第３照明光学系２１の出射側の焦点位置ｆ４には、ロッド・インテグレータ２２の入射面Ｅが配置されている。この構成により、本実施形態の光照射装置２では、各発光素子１１ｂの瞳像が、ロッド・インテグレータ２２の入射面Ｅに結像される。
【００４４】
ロッド・インテグレータ２２は、単一の入射面及び出射面を有する柱状のレンズであり、入射面Ｅから入射した光を内面で多重反射させる。この多重反射により、ロッド・インテグレータ２２に入射された光は、ロッド・インテグレータ２２の出射面上の複数の点に到達する。この結果、ロッド・インテグレータ２２は、その出射面よりも後段の絞り面Ｄにおいて、図２（ｃ）に示すものと同じ多重像を生じさせ、光の照度分布を均一化する。
【００４５】
第１投影光学系２３は、ロッド・インテグレータ２２から出射された光を、出射側の焦点位置に集光させる。絞り２４は、第１投影光学系２３の出射側の焦点位置に配置され、第１投影光学系２３から出射された光の一部を遮って光量を調整する。第２投影光学系２５は、絞り２４を通過した光をマスク１００に照射する。マスク１００には、図示しないパターン像が描画されている。投影光学系１６から出射された光により、マスク１００のパターン像が、図示しない感光性基板上に投影される。すなわち、感光性基板上に塗布されたレジスト膜が、光照射装置２からの照明光によって露光される。
【００４６】
このように、図５に示す本実施形態の光照射装置２によれば、ロッド・インテグレータ２２が、入射面Ｃに結像された各発光素子１１ｂの像の多重像（図２（ｃ）を参照）を生じさせるので、上述した第１実施形態と全く同様の作用効果を奏することができる。
【００４７】
＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る光照射装置について、図６（ａ）〜（ｃ）を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の光照射装置は、ＬＥＤアレイ光源３０に特徴があり、その他の構成は、上述した第１及び第２実施形態（図１及び図５を参照）の構成をそのまま適用することが可能である。このため、本実施形態の光照射装置を構成するＬＥＤアレイ光源３０以外の構成については、詳細な説明を省略する。
【００４８】
図６（ａ）は、本実施形態の光照射装置を構成するＬＥＤアレイ光源３０を示すものである。同図において、ＬＥＤアレイ光源３０は、発光波長が異なる発光素子３１ａ又は３２ａを有する２種のＬＥＤチップ３１及び３２を備えている。発光素子３１ａ、３２ａの発光波長としては、例えば、ｇ線、ｈ線、ｉ線のうちのいずれか２つを選択することができる。本実施形態では、ＬＥＤチップ３１の発光素子３１ａの発光波長をｉ線とし、ＬＥＤチップ３２の発光素子３２ａの発光波長をｈ線として説明する。図６（ａ）に示すように、ＬＥＤチップ３１とＬＥＤチップ３２とは、基板上に交互に配置され、異なる発光波長のＬＥＤチップ３１、３２どうしが隣接するように配列してある。
【００４９】
このようなＬＥＤアレイ光源３０を採用した本実施形態の光照射装置によれば、ＬＥＤチップ３１又は３２のいずれか一方を点灯させ、他方を消灯させることで、照明光の波長をｉ線又はｇ線の２種類に切り替えることが可能となる。
【００５０】
ＬＥＤチップ３１のみを点灯させた状態（ｉ線のみ）の絞り面における多重像を図６（ｂ）に示す。また、ＬＥＤチップ３２のみを点灯させた状態（ｈ線のみ）の絞り面における多重像を図６（ｃ）に示す。本実施形態では、ＬＥＤチップ３１とＬＥＤチップ３２とが、基板上に交互に配置され、異なる発光波長のＬＥＤチップ３１、３２どうしが隣接するように配列してある。この結果、図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、ＬＥＤチップ３１又は３２のいずれか一方を点灯させた場合でも、照明光の照度分布の均一性は保たれる。
【００５１】
また、本実施形態の光照射装置は、ＬＥＤアレイ光源３０以外の構成が、図１又は図５と同一であるので、上述した第１及び第２実施形態と全く同様の作用効果を奏する。
【００５２】
＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る光照射装置について、図７を参照しつつ説明する。なお、本実施形態の光照射装置は、ＬＥＤアレイ光源４０に特徴があり、その他の構成は、上述した第１及び第２実施形態（図１及び図５を参照）の構成をそのまま適用することが可能である。このため、本実施形態の光照射装置を構成するＬＥＤアレイ光源４０以外の構成については、詳細な説明を省略する。
【００５３】
図７において、ＬＥＤアレイ光源４０は、隣接するＬＥＤチップ４１Ａ、４１Ｂどうしの向きを異ならせた構成となっている。具体的には、隣接するＬＥＤチップ４１Ａ、４１Ｂどうしの向きを、各発光素子４１ａの発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に４５°異ならせてある。この構成により、隣接する発光素子４１ａ、４１ａどうしの向きが互いに異なることになる。
【００５４】
本実施形態の光照射装置によれば、発光素子４１ａの向きに依存する発光面の輝度斑を軽減することができ、ＬＥＤアレイ光源４０から出射される光の均一性を向上させることが可能となる。すなわち、ＬＥＤアレイ光源４０の発光素子４１ａは、発光面に輝度斑があり、輝度斑には、発光素子４１ａの向きに依存する成分が含まれる。本実施形態のように、ＬＥＤアレイ光源４０を構成する複数の発光素子４１ａの向きを、各発光素子４１ａの発光面に垂直な軸を中心にして回転方向に異ならせることで、各発光素子４１ａの輝度斑の向きがランダムになり、全体として輝度斑が軽減される。
【００５５】
また、本実施形態の光照射装置は、ＬＥＤアレイ光源４０以外の構成が、図１又は図５と同一であるので、上述した第１及び第２実施形態と全く同様の作用効果を奏する。
【００５６】
＜その他の変更＞
本発明の光照射装置、露光装置及びＬＥＤアレイ光源は、上述した実施形態の構成に限定されるものではない。
【００５７】
例えば、図１及び図５に示す光照射装置１、２は、ＬＥＤアレイ光源１１を構成する複数の発光素子１１ｂから出射された光を、光軸上のいずれかの位置で遮断する機械式のシャッターを備えた構成としてもよい。例えば、露光装置の光源を、放電ランプからＬＥＤアレイ光源１１に変更した場合は、ＬＥＤアレイ光源１１を消灯させる電気式シャッターを採用することが可能であるが、このような電気式シャッターと機械式のシャッターとを併用する構成にしてもよい。例えば、ＬＥＤアレイ光源１１は、ＯＮにした直後の立ち上がり特性が良好でないため、ＯＮにしたＬＥＤアレイ光源１１が安定するまでの間、機械式シャッターによって、ＬＥＤアレイ光源１１から出射された光を遮断する構成にしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１、２  光照射装置
１１、３０、４０  ＬＥＤアレイ光源
１１ａ、３１、３２、４１Ａ、４１Ｂ  ＬＥＤチップ
１１ｂ、３１ａ、３２ａ、４１ａ  発光素子
１２  第１照明光学系
１３  第２照明光学系
１４  フライアイ・インテグレータ
１５  絞り
１６  投影光学系
２１  第３照明光学系
２２  ロッド・インテグレータ
２３  第１投影光学系
２４  絞り
２５  第２投影光学系
１００  マスク
Ａ  第１照明光学系の出射面
Ｂ  フライアイ・インテグレータの入射面
Ｃ  第３照明光学系の入射瞳
Ｅ  ロッド・インテグレータの入射面
Ｄ  絞り面
Ｇ  欠損
ｆ１〜ｆ４  焦点距離
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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