特開 2024-168488 光源装置および露光装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024168488

(43)【公開日】2024-12-05

(54)【発明の名称】光源装置および露光装置

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20241128BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023085210

(22)【出願日】2023-05-24

(71)【出願人】

【識別番号】000128496

【氏名又は名称】株式会社オーク製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110003236

【氏名又は名称】弁理士法人杉浦特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100123973

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 拓真

(74)【代理人】

【識別番号】100082762

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 正知

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 祐哉

(72)【発明者】

【氏名】奥山 隆志

(72)【発明者】

【氏名】小林 義則

【テーマコード（参考）】

2H197

【Ｆターム（参考）】

2H197AA05

2H197AA28

2H197BA06

2H197BA10

2H197CA03

2H197CA13

2H197CA17

2H197CC05

(57)【要約】

【課題】レンズアレイを使用せずに、複数のＬＥＤダイを密に配置したパッケージを使用し、光学系のサイズを小さくする。
【解決手段】基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、異なる波長の紫外光を発する第１のＬＥＤアレイ光源および第２のＬＥＤアレイ光源と、第１および第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射するプリズムと、プリズムからの光が入射する均一化手段と、プリズムと均一化手段との間に配されたプリズムより屈折率が小さい透光領域とを備えた光源装置である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１のＬＥＤアレイ光源および第２のＬＥＤアレイ光源と、
前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射するプリズムと、
前記プリズムからの光が入射する均一化手段と、
前記プリズムと前記均一化手段との間に配された前記プリズムより屈折率が小さい透光領域と
を備えた光源装置。

【請求項2】

前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源は、複数のＬＥＤダイが配列されて構成され、
前記発散光は、前記複数のＬＥＤダイ各々から放射状に発せられる光の集合である請求項１に記載の光源装置。

【請求項3】

前記プリズムに入射する光が、集光または角度制御されていない発散光である請求項１に記載の光源装置。

【請求項4】

前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源は、各々、複数のＬＥＤダイが同一の基板に配置された構成を有する請求項１に記載の光源装置。

【請求項5】

前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源は、前記各ＬＥＤダイの中心と隣り合うダイの中心との間隔がダイサイズの２倍以下であり、且つＬＥＤ特性による必要放熱量を満たす間隔とされている請求項４に記載の光源装置。

【請求項6】

前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源の一方と前記プリズムの間に空気で形成される透光領域が設けられた請求項１に記載の光源装置。

【請求項7】

前記プリズムの光の入射面の幅は、対応する前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源のそれぞれの幅の８０～９５％とされた請求項１に記載の光源装置。

【請求項8】

前記透光領域が空気で形成される請求項１に記載の光源装置。

【請求項9】

前記プリズムは、ハーフミラー面を有するプリズムと、前記ハーフミラー面と接するガラスロッドにより構成されている請求項１に記載の光源装置。

【請求項10】

前記プリズムは、ダイクロイック面を有するプリズムと、前記ダイクロイック面と接するガラスロッドにより構成されている請求項１に記載の光源装置。

【請求項11】

基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１、第２、第３のＬＥＤアレイ光源と、
前記第１および第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する第１のプリズムと、
前記第１のプリズムからの光と前記第３のＬＥＤアレイ光源からの発散光が入射する第２のプリズムと、
前記第２のプリズムからの光が入射する均一化手段と、
を備え、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの間に、前記第１のプリズムより屈折率の小さい第１の透光領域を設け、
前記第２のプリズムと前記均一化手段との間に、前記第２のプリズムより屈折率が小さい第２の透光領域を設けた光源装置。

【請求項12】

基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１、第２、第３のＬＥＤアレイ光源と、
前記第１のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する導光用光学部材と、
前記導光用光学部材からの光と前記第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する第１のプリズムと、
前記第１のプリズムからの光と前記第３のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する第２のプリズムと、
前記第２のプリズムからの光が入射する均一化手段と、
を備え、
前記導光用光学部材と前記第１のプリズムの間に、前記導光用光学部材より屈折率の小さい第１の透光領域を設け、
前記第１のプリズムと前記第２のプリズムの間に、前記第１のプリズムより屈折率の小さい第２の透光領域を設け、
前記第２のプリズムと前記均一化手段との間に、前記第２のプリズムより屈折率が小さい第３の透光領域を設けた光源装置。

【請求項13】

基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１、第２、第３のＬＥＤアレイ光源と、
前記第１のＬＥＤアレイ光源から発した発散光および前記第３のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射するプリズムと、
前記第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する導光用光学部材と、
前記プリズムからの光と前記導光用光学部材からの光が入射する均一化手段と、
を備え、
前記プリズムおよび前記導光用光学部材と前記均一化手段との間に、前記プリズムおよび前記導光用光学部材より屈折率が小さい透光領域を設けた光源装置。

【請求項14】

請求項１～１３のいずれかに記載の光源装置と、
前記光源装置からの光が供給されるパターン描画部と、
前記パターン描画部によってパターンが描画される基板が搭載されるステージと
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、例えば波長特性の異なる複数のＬＥＤアレイ光源を用いる光源装置および露光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、露光装置の光源装置として、光源装置の長寿命化や省電力化の要求に応えるため、水銀ランプに変わってＬＥＤ(Light Emitting Diode)を使用する光源装置が提案されている。ＬＥＤは水銀ランプに比べ寿命が長いが、１つのＬＥＤ素子の出力する光量が水銀ランプより小さく、また水銀ランプがｇ線、ｈ線、ｉ線を含むブロードバンド光を出力するのに対し、ＬＥＤは特定の狭帯域な波長の光しか出力することができない。そこで、多数のＬＥＤからなるＬＥＤアレイ光源を用いて水銀ランプ相当の光量を得、また、波長特性の異なる複数のＬＥＤアレイ光源を用いることによって複数波長の光の混合光を得ることが提案されている。

【0003】

例えば特許文献１では、波長特性の異なる複数のＬＥＤアレイ光源上に、各ＬＥＤ素子の発光部の像を形成するレンズアレイを重ね、同レンズアレイによる集光光束をダイクロイックミラーで重ね合わせた後、発光部像の合成像を形成し、インテグレータ（光量均一化素子）の入射面に結像させている。また、特許文献２に記載の構成では、ＬＥＤアレイの各光源素子に対応するコリメータレンズを配列したレンズアレイを設けることによって、平行光とした光をダイクロイックミラーによって合成していた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２-６３３９０号公報

【特許文献2】特開２０１４-２０７３００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１および特許文献２のいずれにおいても、ＬＥＤアレイ光源の発散光を集光したり、平行光としたりするために、レンズアレイを設けていた。したがって、光学要素が多くなり、光源装置を設置するためにスペースを多く必要としたり、コストの上昇を招いたりする問題があった。

【0006】

したがって、本発明の目的は、レンズアレイを使用しない構成で、ＬＥＤアレイ光源の発散光を効率よく合成し、小型化できる光源装置および露光装置を提供することを目的とするものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１のＬＥＤアレイ光源および第２のＬＥＤアレイ光源と、
第１および第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射するプリズムと、
プリズムからの光が入射する均一化手段と、
プリズムと均一化手段との間に配されたプリズムより屈折率が小さい透光領域と
を備えた光源装置である。

【0008】

また、本発明は、基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１、第２、第３のＬＥＤアレイ光源と、
第１および第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する第１のプリズムと、
第１のプリズムからの光と第３のＬＥＤアレイ光源からの発散光が入射する第２のプリズムと、
第２のプリズムからの光が入射する均一化手段と、
を備え、
第１のプリズムと第２のプリズムの間に、第１のプリズムより屈折率の小さい第１の透光領域を設け、
第２のプリズムと均一化手段との間に、第２のプリズムより屈折率が小さい第２の透光領域を設けた光源装置である。

【0009】

さらに、本発明は、基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１、第２、第３のＬＥＤアレイ光源と、
第１のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する導光用光学部材と、
導光用光学部材からの光と第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する第１のプリズムと、
第１のプリズムからの光と第３のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する第２のプリズムと、
第２のプリズムからの光が入射する均一化手段と、
を備え、
導光用光学部材と第１のプリズムの間に、導光用光学部材より屈折率の小さい第１の透光領域を設け、
第１のプリズムと第２のプリズムの間に、第１のプリズムより屈折率の小さい第２の透光領域を設け、
第２のプリズムと均一化手段との間に、第２のプリズムより屈折率が小さい第３の透光領域を設けた光源装置である。

【0010】

さらに、本発明は、基板に塗布された感光材を露光する露光装置用の光源装置であって、
異なる波長の紫外光を発する第１、第２、第３のＬＥＤアレイ光源と、
第１のＬＥＤアレイ光源から発した発散光および第３のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射するプリズムと、
第２のＬＥＤアレイ光源から発した発散光が入射する導光用光学部材と、
プリズムからの光と導光用光学部材からの光が入射する均一化手段と、
を備え、
プリズムおよび導光用光学部材と均一化手段との間に、プリズムおよび導光用光学部材より屈折率が小さい透光領域を設けた光源装置である。

【0011】

さらに、本発明は、上述した光源装置と、
光源装置からの光が供給されるパターン描画部と、
パターン描画部によってパターンが描画される基板が搭載されるステージと
を備えたことを特徴とする露光装置である。

【発明の効果】

【0012】

少なくとも一つの実施形態によれば、ＬＥＤアレイ光源の光を、面積と角度を保ったまま、合成および均一化することができる。レンズアレイを使用しないため、複数のＬＥＤダイを密に配置したパッケージを使用することが可能となり、光学系のサイズを小さくすることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】図１は、本発明を適用できる露光装置の一例の概略を示すブロック図である。

【図2】図２は、本発明の第１の実施形態の光学的構成を示す略線図である。

【図3】図３は、本発明の第１の実施形態におけるＬＥＤアレイ光源の説明に用いる略線図である。

【図4】図４は、本発明の第１の実施形態におけるプリズムとＬＥＤアレイ光源のサイズの関係を示す略線図である。

【図5】図５は、本発明の第１の実施形態における光路の一例を示す略線図である。

【図6】図６は、本発明の第１の実施形態における光路の他の例を示す略線図である。

【図7】図７は、本発明の第１の実施形態における光路のさらに他の例を示す略線図である。

【図8】図８は、本発明の第２の実施形態の光学的構成を示す略線図である。

【図9】図９は、本発明の第３の実施形態の光学的構成を示す略線図である。

【図10】図１０は、本発明の第４の実施形態の光学的構成を示す略線図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態等について図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施形態等は本発明の好適な具体例であり、本発明の内容がこれらの実施形態等に限定されるものではない。

【0015】

図１は本発明が対象とする光源装置１１を含む露光装置の全体を示している。図１において、矢印は光の方向を示している。光源装置１１から出射した光はリレーレンズ１２に入射し、リレーレンズ１２から出た光は、パターン描画部例えばＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３に入射する。

【0016】

ＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３は、リレーレンズ１２から入射した光をパターン光に変換する空間光変調素子である。パターン光が投影光学系（図示せず）を介して露光テーブル１４に載置した基板Ｗに照射される。基板Ｗには感光材が塗布またはラミネートされている。

【0017】

パターン描画部としてレチクル（フォトマスク）等の遮光手段を用いてもよい。光源装置１１には、光の面内光量分布を均一化する均一化ガラスロッド（光量均一化素子、均一化手段）が含まれている。

【0018】

本発明は、上述した露光装置の光源装置１１に対して適用されるもので、図２に本発明の第１の実施形態の構成を示す。第１の実施形態では、光を合成するプリズム断面が直角二等辺三角形のプリズム１とガラスロッド２によって構成されている。

【0019】

プリズム１およびガラスロッド２が接する傾斜面に対して金属単層膜および／または誘電体膜が積層されてハーフミラー面が形成されている。ハーフミラー面は、入射光の一部を透過し、一部を反射するものである。ハーフミラー面は、ダイクロイックミラーと比較して入射角度依存性が小さいので、種々の入射角度の光（すなわち、発散光）に対して作用することができる。したがって、ダイクロイックミラーを使用する場合のように、ＬＥＤアレイ光源に対してレンズアレイを設けなくてもよい利点がある。

【0020】

一方で、プリズム１およびガラスロッド２が接する傾斜面に対してダイクロイック面を形成しても良い。ダイクロイック面とは、特殊な光学素材を用いて作成された鏡の一種で、特定の波長の光を反射し、その他の波長の光を透過するものである。光の入射角によって透過率が変化する特性があるが、選択される膜の種類によって変化率は異なる。また、合成する光の強度や必要な強度比によっては有効な構成である。したがって、合成する波長やその強度によって、ハーフミラー面とダイクロイック面とを選択することができる。

【0021】

プリズム１とガラスロッド２の傾斜した出射端面が密着され、プリズム１とガラスロッド２が端面接合によって一体化されている。ガラスロッド２の入射面に対して第１のＬＥＤアレイ光源ＬＳ１が密着または近接して設けられている。

【0022】

プリズム１の直交する２つの平面の一方の面が入射面とされ、その他方の面が出射面とされる。入射面と対向して第２のＬＥＤアレイ光源ＬＳ２が設けられる。プリズム１の入射面と第２のＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の出射面の間に、エアギャップｇ１が設けられる。ここでのエアギャップとは、２つの部材に挟まれ、空気で形成された領域である。この領域は、光源または光学部材の間に周りの雰囲気が流入されることで形成される。エアギャップg１は、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２とプリズム１との間に周りの空気が流入することで形成される。なお、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２がカバーガラス等の外装部材を有する場合にはプリズム１の入射面と外装部材を密着させてもよい。

【0023】

プリズム１の出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ２を介在させて均一化ガラスロッド３の入射端面が対向配置されている。均一化ガラスロッド３から出射された光がリレーレンズ１２を介してＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３に対して入射される。なお、本発明による光源装置は、ダイレクト露光装置に限らず、レチクルを用いた露光装置に対しても適用することができる。

【0024】

エアギャップｇ１およびｇ２の屈折率は、プリズム１の屈折率よりも小さいものである。エアギャップ以外に、窒素ガス等の特定の気体、液体や、プリズムと別材質のガラス部材とすることもできる。プリズム１と均一化ガラスロッド３間のエアギャップｇ２は、隙間からの光漏れを少なくするため、１mm以下とすることが望ましく、例えば、０．１mmとされる。また、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２とプリズム１の間のエアギャップｇ１は、例えば３mm以下とされる。

【0025】

第１のＬＥＤアレイ光源ＬＳ１は、波長λ１の紫外光を発生し、この光がガラスロッド２、プリズム１およびエアギャップｇ２を通って均一化ガラスロッド３に入射する。第２のＬＥＤアレイ光源ＬＳ２は、波長λ２の紫外光を発生し、この光がエアギャップｇ１を通ってプリズム１に入射し、プリズム１で反射されてエアギャップｇ２を通って均一化ガラスロッド３に入射する。

【0026】

ＬＥＤアレイ光源ＬＳ１およびＬＳ２は、面発光の光源であり、発生する光は、発散光である。発散光は、複数のＬＥＤダイから放射状に発せられる光の集合である。本発明の第１の実施形態では、プリズム１に入射する光が、集光または角度制御されていない発散光である。

【0027】

図３は、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の概略的な平面図である。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２は、１つの基板に複数例えば１６個のＬＥＤダイ（ＬＥＤチップ）を例えば（４×４）のマトリクス状に配置したものである。なお、パッケージ内に複数のＬＥＤダイを納めてもよい。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２を単一の基板で構成しても良いし、複数ダイを配した基板を複数配置しても良い。

【0028】

ＬＥＤアレイ光源ＬＳ１もＬＥＤアレイ光源ＬＳ２と同様の構成とされている。一例として、ＬＥＤダイは、ほぼ正方形であり、ダイサイズLd（一辺）は、１mm～２mmであり、隣り合うダイの中心から中心までのピッチLpは、ダイサイズの２倍以下とされ、且つ、各種ＬＥＤ特性に合わせた放熱スペースが設けられる。

【0029】

また、図４に示すように、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の出射面と対向するプリズム１の入射面のサイズLiは、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の発光部のサイズLbに比して等しいか、またはやや小とされる。このようなサイズの関係によって、後段での取り込み効率を高くすることができる。プリズム１の入射面が小さすぎても取り込めない光が増加するので、プリズム１の入射面のサイズLiは、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の出射面のサイズLbの８０～９５％が望ましい。

【0030】

上述したＬＥＤアレイ光源ＬＳ１およびＬＳ２は、一つのＬＥＤダイを基板に実装してパッケージしたＬＥＤ素子を配置する構成と比較して、同じ輝度を得るために必要とする面積を小さくすることができる。また、ＬＥＤダイが１つごとにパッケージされた素子を配列したＬＥＤアレイ光源の場合、各素子の発光を点光源として制御するのに対して、上述したＬＥＤアレイ光源ＬＳ１およびＬＳ２は、面発光の光源として制御するようになされる。

【0031】

ヘルムホルツ・ラグランジュの不変量により、光学系の各部分における「光の広がり角×断面積」は変わらないため、均一化ガラスロッドの後段の光学系で光を効率よく取り込むためには、「光の広がり角×断面積」を小さく保ったまま、光の合成を行う必要がある。ＬＥＤダイが１つ載っているＬＥＤパッケージを複数個並べたＬＥＤアレイ光源の場合では、光源の面積が大きくなってしまう。また、縮小投影をして照度を均一化する均一化ガラスロッド３に光を入射させているため、角度が大きくなってしまう。すなわち、ＬＥＤアレイ光源の面積が大きいことは、効率の低下を招く問題がある。

【0032】

本発明の第１の実施形態では、波長合成にプリズム１を使用し、プリズム１内の反射を効率よく作用させる構成とすることで、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の発散光を効率よく利用するようになされる。本発明の第１の実施形態では、レンズアレイを使用しないため、複数のＬＥＤダイを密に配置したパッケージを使用することが可能となり、光学系のサイズを小さくすることができる。このように、本発明の第１の実施形態は、プリズム１の出射面と均一化ガラスロッド３の間に、プリズムより屈折率が小さい透光領域（エアギャップｇ２）を設ける。これにより、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の光を、面積と角度を保ったまま、合成および均一化することができる。

【0033】

上述した本発明の第１の実施形態では、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２が発する光は、略面光源からの発散光であるため、プリズム１へは種々な角度で入射する。図５、図６および図７は、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２からの光がエアギャップｇ１を通過してプリズム１に入射され、プリズム１の傾斜面で反射されてプリズム１からエアギャップｇ２に出射される光路の３つの例を表している。

【0034】

図５に示す例では、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２からの光がエアギャップｇ１を通過してプリズム１に対して入射角φで入射し、屈折角θ（＜φ）で屈折してプリズム１の傾斜面で反射する。反射光がプリズム１の出射面に対して入射角θで入射し、エアギャップｇ２に進む時に、屈折角φ（＞θ）で屈折する。したがって、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２から出射された時の角度φと等しい角度でもって、光がプリズム１から出射される。

【0035】

図６に示す例では、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２からの光がエアギャップｇ１を通過してプリズム１に対して入射角φで入射し、屈折角θ（＜φ）で屈折してプリズム１の出射面に進む。出射面に対する光の入射角が臨界角以上となるために、全反射が生じ、エアギャップｇ２に進むことができず、プリズム１の傾斜面に進む。傾斜面で反射された光がプリズム１の出射面に対して入射角θで入射し、出射面からからエアギャップｇ２に進む。プリズム１からエアギャップｇ２に進む時に、屈折角φ（＞θ）で屈折する。したがって、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２から出射された時の角度φと等しい角度でもって、光がプリズム１から出射される。

【0036】

図７に示す例では、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２からの光がエアギャップｇ１を通過してプリズム１に対して入射角φで入射し、屈折角θ（＜φ）で屈折してプリズム１の傾斜面に進む。傾斜面で反射した光が入射面に進む。入射角が臨界角以上であるため、全反射が生じ、エアギャップｇ１に出射されずに、入射面で反射されてプリズム１の出射面に対して入射角θで入射し、出射面からからエアギャップｇ２に進む。プリズム１からエアギャップｇ２に進む時に、屈折角φ（＞θ）で屈折する。したがって、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２から出射された時の角度φと等しい角度でもって、光がプリズム１から出射される。

【0037】

これらの例によって示されるように、本発明の第１の実施形態では、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２からの光の多くがプリズム１の出射面に導かれる。ここで、出射角（φ）が保持されてプリズム１の出射面からエアギャップｇ２を介して光が均一化ガラスロッド３に導入されるので、出射角が大きくなることが防止される。また、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２とプリズム１を近接させ、かつ隙間を空けて配置することで、光を多く取り込み、かつ側面の全反射も利用できる。したがって、マイクロレンズ等のレンズアレイによって制御された光でなくても効率よく導光することができる。

【0038】

本発明の第２の実施形態について、図８を参照して説明する。第２の実施形態は、３種類の波長のＬＥＤ光を合成するようにしたものである。複数波長の合成は、幅広い波長域が必要とされるソルダーレジスト露光に有効である。後述する第３および第４の実施形態も同様に３種類の波長のＬＥＤ光を合成するようにしたものである。

【0039】

本発明の第２の実施形態においては、２個のプリズム１Ａおよび１Ｂおよび２個のガラスロッド２Ａおよび２Ｂが使用され、２個の光を合成するプリズムが構成される。プリズム１Ａおよび１Ｂは、第１の実施形態におけるプリズム１と同様のプリズムであり、ガラスロッド２Ａおよび２Ｂと接合する傾斜面がハーフミラー面またはダイクロイック面とされている。また、第２の実施形態におけるＬＥＤアレイ光源ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３のそれぞれは、第１の実施形態におけるＬＥＤアレイ光源と同様に、１つの基板に複数例えば１６個のＬＥＤダイ（ＬＥＤチップ）を例えば（４×４）のマトリクス状に配置したものである。後述する第３および第４の実施形態においても、プリズムおよびＬＥＤアレイ光源の構成は、同様のものである。

【0040】

プリズム１Ａの傾斜面に対してガラスロッド２Ａの傾斜した出射端面が密着され、プリズム１Ａとガラスロッド２Ａが端面接合によって一体化されている。ガラスロッド２Ａの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ１が設けられる。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ１は、波長λ１の紫外光を発生する。

【0041】

プリズム１Ａの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ２が設けられる。プリズム１Ａの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の出射面の間に、エアギャップｇ１が設けられる。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２は、波長λ２の紫外光を発生する。波長λ１の光とプリズム１Ａで反射された波長λ２の光の混合光がプリズム１Ａから出射される。

【0042】

プリズム１Ａの出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ２を介在させてガラスロッド２Ｂの入射端面が配置されている。ガラスロッド２Ｂの傾斜した出射端面がプリズム１Ｂの傾斜面と密着され、プリズム１Ｂとガラスロッド２Ｂが端面接合によって一体化されている。

【0043】

プリズム１Ｂの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ３が設けられる。プリズム１Ｂの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ３の出射面の間に、エアギャップｇ１１が設けられる。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ３は、波長λ３の紫外光を発生する。波長λ１および波長λ２の光の混合光とプリズム１Ｂで反射された波長λ３の光の混合光がプリズム１Ｂから出射される。

【0044】

プリズム１Ｂの出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ１２を介在させて均一化ガラスロッド３の入射端面が対向配置されている。均一化ガラスロッド３から出射された光がリレーレンズ１２を介してＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３に対して入射される。

【0045】

エアギャップｇ１およびｇ２の屈折率は、プリズム１Ａの屈折率よりも小さいものであり、エアギャップｇ１１およびｇ１２の屈折率は、プリズム１Ｂの屈折率よりも小さいものである。これらのエアギャップの値は、第１の実施形態と同様のものとされる。

【0046】

各ＬＥＤアレイ光源が出射する光の波長は、（λ１＞λ３＞λ２）または（λ１＜λ３＜λ２）とされる。このような関係とするのは、同じプリズムに対して入射される光の波長の差を大きくして、波長間で損失などの差を小さくするためである。各ＬＥＤアレイ光源のピーク波長は、例えばλ１＝３６５ｎｍ、λ２＝４０５ｎｍ、λ３＝３８５ｎｍである。

【0047】

本発明の第３の実施形態について、図９を参照して説明する。プリズム１１Ａの傾斜面に対してガラスロッド２Ａの傾斜面が密着され、プリズム１１Ａとガラスロッド２Ａが端面接合によって一体化されている。プリズム１１Ａの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ１が設けられる。プリズム１１Ａの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ１の出射面の間に、エアギャップｇ１が設けられる。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ１は、波長λ１の紫外光を発生する。

【0048】

プリズム１１Ａの機能としては、光を合成する機能は無くても良く、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ１からの光をガラスロッド２Ｂへ導く導光機能があれば良い。よって、プリズム１１Ａの傾斜面には光を透過しないミラー面を形成しても良く、ガラスロッド２Ａは無くても良い。また、プリズムの代わりにガラスロッドを配置しても良い。

【0049】

プリズム１１Ａの出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ２を介在させてガラスロッド２Ｂの入射端面が配置されている。ガラスロッド２Ｂの傾斜した出射端面がプリズム１Ｂの傾斜面と密着され、プリズム１Ｂとガラスロッド２Ｂが端面接合によって一体化されている。

【0050】

プリズム１Ｂの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ２が設けられる。プリズム１Ｂの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の出射面の間に、エアギャップｇ１１が設けられる。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ２は、波長λ２の紫外光を発生する。波長λ１の光とプリズム１Ｂで反射された波長λ２の光の混合光がプリズム１Ｂから出射される。

【0051】

プリズム１Ｂの出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ１２を介在させてガラスロッド２Ｃの入射端面が配置されている。ガラスロッド２Ｃの傾斜した出射端面がプリズム１Ｃの傾斜面と密着され、プリズム１Ｃとガラスロッド２Ｃが端面接合によって一体化されている。

【0052】

プリズム１Ｃの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ３が設けられる。プリズム１Ｃの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ３の出射面の間に、エアギャップｇ２１が設けられる。ＬＥＤアレイ光源ＬＳ３は、波長λ３の紫外光を発生する。波長λ１および波長λ２の光の混合光とプリズム１Ｃで反射された波長λ３の光の混合光がプリズム１Ｃから出射される。

【0053】

プリズム１Ｃの出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ２２を介在させて均一化ガラスロッド３の入射端面が対向配置されている。均一化ガラスロッド３から出射された光がリレーレンズ１２を介してＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３に対して入射される。

【0054】

エアギャップｇ１およびｇ２の屈折率は、プリズム１１Ａの屈折率よりも小さいものであり、エアギャップｇ１１およびｇ１２の屈折率は、プリズム１Ｂの屈折率よりも小さいものであり、エアギャップｇ２１およびｇ２２の屈折率は、プリズム１Ｃの屈折率よりも小さいものである。これらのエアギャップの値は、第１の実施形態と同様のものとされる。

【0055】

本発明の第４の実施形態について、図１０を参照して説明する。プリズム１Ａの傾斜面に対してガラスロッド２Ａの傾斜面が密着され、プリズム１Ａとガラスロッド２Ａが端面接合によって一体化されている。ガラスロッド２Ａの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ１が設けられる。

【0056】

プリズム１Ａの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ２が設けられる。プリズム１Ａの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ２の出射面の間に、エアギャップｇ１が設けられる。波長λ１の光とプリズム１Ａで反射された波長λ２の光の混合光がプリズム１Ａから出射される。プリズム１Ａの出射面に対して透光領域としてのエアギャップｇ２を介在させて均一化ガラスロッド３の入射端面が配置されている。

【0057】

プリズム１１Ｂの傾斜面に対してガラスロッド２Ｂの傾斜面が密着され、プリズム１１Ｂとガラスロッド２Ｂが端面接合によって一体化されている。プリズム１１Ｂの入射面と対向してＬＥＤアレイ光源ＬＳ３が設けられる。プリズム１１Ｂの入射面とＬＥＤアレイ光源ＬＳ３の出射面の間に、エアギャップｇ３１が設けられる。波長λ３の光がプリズム１１Ｂから出射される。プリズム１１Ｂの出射面に対してエアギャップｇ２を介在させて均一化ガラスロッド３の入射端面が配置されている。

【0058】

プリズム１１Ｂの機能としては、光学合成機能は無くても良く、ＬＥＤアレイ光源ＬＳ３からの光を均一化ガラスロッド３へ導く導光機能があれば良い。よって、プリズム１１Ｂの傾斜面には光を透過しないミラー面を形成しても良く、ガラスロッド２Ｂは無くても良い。また、プリズムの代わりにガラスロッドを配置しても良い。

【0059】

したがって、均一化ガラスロッド３に対して３種類の波長の光が混合された光が入射され、均一化ガラスロッド３を通過した光がリレーレンズ１２を介してＤＭＤ（デジタル・マイクロミラー・デバイス）１３に対して入射される。

【0060】

第２、第３および第４の実施形態によれば、第１の実施形態と同様に、全反射も利用してＬＥＤアレイ光源の光を、面積と角度を保ったまま、合成および均一化することができる。したがって、レンズアレイを使用しないため、複数のＬＥＤダイを密に配置したパッケージを使用することが可能となり、光学系のサイズを小さくすることができる。

【0061】

以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料および数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料および数値などを用いてもよい。

【符号の説明】

【0062】

ＬＳ１，ＬＳ２，ＬＳ３・・・ＬＥＤアレイ光源、１，１Ａ，１１Ａ，１Ｂ，１１Ｂ，１Ｃ・・・プリズム、２，２Ａ，２Ｂ，２Ｃ・・ガラスロッド、３・・・均一化ガラスロッド

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】