特許 7418128 光源装置、照明装置、及び露光装置。

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-01-11

(45)【発行日】2024-01-19

(54)【発明の名称】光源装置、照明装置、及び露光装置。

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20240112BHJP

   G02B 19/00 20060101ALI20240112BHJP

   H01L 33/64 20100101ALI20240112BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G03F7/20 521

G02B19/00

H01L33/64

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2020060986

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021162612

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-03-16

(73)【特許権者】

【識別番号】000001007

【氏名又は名称】キヤノン株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100126240

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 琢磨

(74)【代理人】

【識別番号】100223941

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 佳子

(74)【代理人】

【識別番号】100159695

【弁理士】

【氏名又は名称】中辻 七朗

(74)【代理人】

【識別番号】100172476

【弁理士】

【氏名又は名称】冨田 一史

(74)【代理人】

【識別番号】100126974

【弁理士】

【氏名又は名称】大朋 靖尚

(72)【発明者】

【氏名】昼間 健太郎

【審査官】田中 秀直

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－０４３７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５３７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１２７５４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－００６７１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０１６７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２１７０６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００８９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１９２１５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１２／０８５６６９（ＷＯ，Ａ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０２Ｂ １９／００

Ｇ０３Ｂ ２１／１６

Ｈ０１Ｌ ３３／００

Ｈ０１Ｌ ３３／４８－６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板と、前記基板上に配置された複数のＬＥＤチップが直列接続されたチップ列とを含む回路を備えたＬＥＤアレイと、
冷媒を用いて前記ＬＥＤアレイを冷却する冷却器を有し、
前記ＬＥＤアレイからの光を照明面に照明する光源装置であって、
前記チップ列は、前記冷却器の等温部分に沿って配列されていることを特徴とする光源装置。

【請求項2】

前記チップ列は、前記ＬＥＤアレイを冷却する際の前記冷却器の温度分布に基づいて配置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。

【請求項3】

前記冷媒が流れる方向は、前記チップ列におけるＬＥＤチップの配列方向に対して垂直な成分を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記回路は、前記チップ列を複数含み、
前記チップ列に含まれるＬＥＤチップの数は、それぞれ等しいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記冷却器は、前記基板における前記複数のＬＥＤチップが配置されている面とは反対側の面に接して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記冷却器は、前記冷媒が流れる流路を形成するための仕切りを更に有し、
前記仕切りは、前記チップ列におけるＬＥＤチップの配列方向に対して垂直な成分を含む方向に延在していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項7】

電源を含む制御部を更に有し、
前記制御部は、前記照明面が目標照度になるように、前記チップ列に流れる電流及び前記電源に印加する電圧の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記チップ列に流れる電流、前記電源に印加する電圧、前記チップ列の点灯時間のうち少なくとも１つの蓄積データを記録可能であることを特徴とする請求項７に記載の光源装置。

【請求項9】

前記冷媒の温度を計測する計測部を更に含み、
前記制御部は、前記計測部の計測結果に基づいて、前記ＬＥＤチップのジャンクション温度を推定することを特徴とする請求項８に記載の光源装置。

【請求項10】

前記制御部は、前記蓄積データ及び前記ジャンクション温度に基づいて、前記チップ列が不点灯となるタイミングを予測することを特徴とした請求項９に記載の光源装置。

【請求項11】

前記冷媒は、主成分がオイルであることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項12】

前記冷媒は、主成分が水であることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の光源装置。

【請求項13】

照明装置であって、
請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の光源装置と、
コンデンサレンズと、
オプティカルインテグレータを有し、
前記光源装置の複数のＬＥＤチップそれぞれからの光強度分布を、前記コンデンサレンズを介して、前記オプティカルインテグレータの入射面において重ね合わせることを特徴とする照明装置。

【請求項14】

前記オプティカルインテグレータはレンズ群を有することを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。

【請求項15】

基板を露光する露光装置であって、
マスクを照明する照明装置であり、請求項１３又は１４に記載された照明装置と、
前記マスクのパターンを基板に露光する露光手段を有することを特徴とする露光装置。

【請求項16】

表示部を更に有し、
前記ＬＥＤアレイに配置されているチップ列が不点灯となるタイミングを予測し、前記チップ列が不点灯となる前に、前記表示部に前記チップ列又は前記ＬＥＤアレイの交換時期を示す情報、及びユーザに対して前記チップ列又は前記ＬＥＤアレイの交換を促す情報の少なくとも一方を表示することを特徴とする請求項１５に記載の露光装置。

【請求項17】

物品の製造方法であって、
請求項１５又は１６に記載の露光装置を用いて基板を露光する工程と、
露光された基板を現像する工程と、を有し、
現像された基板から物品を製造することを特徴とする物品の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、光源装置、照明装置、及び露光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体デバイスやフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）の製造工程において露光装置が用いられている。露光装置は、リソグラフィ工程において、原版であるレチクルやマスクのパターンを、投影光学系を介して感光性の基板（例えば、表面にレジスト層が形成されたウエハやガラスプレート）に転写する。

【0003】

露光装置の光源として、例えば水銀ランプが用いられているが、近年、水銀ランプの代わりに、省エネルギーである発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）へ置換することが期待されている。ＬＥＤは発光を制御する基板回路に電流を流してから、光の出力が安定するまでの時間が短く、水銀ランプのように常時発光させる必要がないため、長寿命でもある。

【0004】

ただし、ＬＥＤチップ１個当たりの光出力は極めて小さい。そこで、水銀ランプの代わりに光源としてＬＥＤを用いる場合、複数のＬＥＤチップ（一例としては１０００個程度）を基板に整列させたＬＥＤアレイを用いて光の総出力を大きくすることや、発熱したＬＥＤチップを効率よく冷却するための技術が求められる。一般的に発熱したＬＥＤチップを冷却する冷却力によって、ＬＥＤチップの点灯時間が異なる。

【0005】

また、直列に接続された複数のＬＥＤチップのうち、寿命や故障により１つでも不点灯となった場合、他のＬＥＤチップにも電流が流れなくなってしまう。その結果、直列に接続された複数のＬＥＤチップ全てが不点灯となる。特許文献１は、ＬＥＤチップの１つが不点灯となっても、電流を迂回させる回路を設けることにより、他のＬＥＤチップが不点灯となるのを防止する技術を開示している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特許第４９０８７０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、電流を迂回させる回路を設ける場合、ＬＥＤチップを配置できる最大数が減ってしまい、ＬＥＤアレイ全体としての光出力が低下してしまう。

【0008】

そこで、本発明は、ＬＥＤを光源とした光源装置において、光出力の低下を抑制するために有利な技術を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するために、本発明の一側面としての光源装置は、基板と、前記基板上に配置された複数のＬＥＤチップが直列接続されたチップ列とを含む回路を備えたＬＥＤアレイと、冷媒を用いて前記ＬＥＤアレイを冷却する冷却器を有し、前記ＬＥＤアレイからの光を照明面に照明する光源装置であって、前記チップ列は、前記冷却器の等温部分に沿って配列されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、例えば、ＬＥＤを光源とした光源装置において、光出力の低下を抑制するために有利な技術を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態における光源装置の平面図である。

【図2】冷却器の内部構造を示す図である。

【図3】第１実施形態における変形例を示す図である。

【図4】比較例を示す図である。

【図5】第２実施形態における光源装置の平面図である。

【図6】第３実施形態における光源装置の平面図である。

【図7】第４実施形態における光源装置の平面図である。

【図8】第４実施形態における冷却器の内部構造を示す図である。

【図9】照明光学系の概略図である。

【図10】発光部の概略断面図である。

【図11】露光装置の概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下に本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。

【0013】

＜第１実施形態＞
図１を用いて光源装置１について説明する。図１は本実施形態の光源装置１の平面図である。光源装置１は、電気基板２、ＬＥＤチップ３、冷却器４、及び制御部５を有する。電気基板２上には、複数のＬＥＤチップ３が配置されており、以下ではこれらをまとめてＬＥＤアレイと呼ぶ。電気基板２には銅配線がＬＥＤチップ３に接続・実装されており、ＬＥＤチップ３を駆動するための回路が形成されている。回路に電流を流すことで、ＬＥＤチップ３から所定の波長の光が出力される。

【0014】

本実施形態におけるＬＥＤアレイは、複数のＬＥＤチップ３がＸ軸方向に電気的に直列に配列されたチップ列を形成している。図１に示すチップ列７ａ～７ｌのようにチップ列を複数含んでＬＥＤアレイが形成されても良く、チップ列７ａ～７ｌは、コネクタ６ａ、６ｂを介して制御部５に接続されている。故障や寿命によりチップ列内のＬＥＤチップが１つでも不点灯となると、チップ列内の他のＬＥＤチップも直列接続されているため不点灯となる。即ち、ＬＥＤチップ３が１つでも不点灯となると、ＬＥＤチップ３が属しているチップ列全体が不点灯となる。

【0015】

制御部５は、電源を含み、ＬＥＤチップ３に流れる電流や電源に印加する電圧を制御し、ＬＥＤチップ３から出力される光量を制御する。制御部５は、光学装置１で照明する照明面で目標照度となるようにＬＥＤチップ３に流れる電流や電源に印加する電圧を制御しても良い。制御部５は、１つの制御部が複数のチップ列に接続されても良いし、変形例として図３に示すように複数の制御部がチップ列のまとまり毎に接続されて、制御部５ａ～５ｆ毎にＬＥＤチップに流れる電流や電源に印加する電圧を制御しても良い。

【0016】

冷却器４は、冷凍機８に接続されており、冷却器４の冷媒入口９側から冷媒出口１０側に向かってＹ軸方向に冷媒（不図示）が流れる。冷却器４は電気基板２のＬＥＤチップ３が配置されている面とは反対側の面に接しており、電気基板２から熱を奪ってＬＥＤアレイを冷却している。熱交換後の冷媒は、冷却器出口１０から冷凍機８へと循環することで、再びＬＥＤアレイを冷却する。

【0017】

上記の熱交換の効率を上げるために、熱伝導率の良い素材を電気基板２や冷却器４に用いることが好ましい。電気基板２の基材としては、例えば、熱伝導率の高い窒化アルミニウムを用いると良い。冷却器４の素材としては、例えば、銅やアルミニウムなどを用いると良い。

【0018】

図２は冷却器４の内部構造を示す図である。冷媒が単位時間あたりにＬＥＤアレイから除去できる熱量で定義される冷却力を向上させるため、冷却器４の冷媒入口９側から冷媒出口１０側の方向であるＹ軸方向に沿って複数の仕切り１１が延在している。これにより、冷却器４全体に冷媒を行き届かせる流路を形成する。冷媒は仕切り１１間を流れて、熱交換により電気基板２から熱を奪い、ＬＥＤアレイを冷却する。冷媒には、例えば、冷却力が優れている水を主成分とする液体や、電気絶縁性に優れたオイルを主成分する液体が用いられる。

【0019】

（ＬＥＤチップの寿命）
次に、上述した光源装置１と冷媒の熱交換と、ＬＥＤチップ３の寿命の関係について説明する。ＬＥＤチップの発光面の温度をジャンクション温度と呼ぶ。ＬＥＤチップ３の寿命は、アレニウスの式を用いて式（１）のように予測することができる。Ｌは寿命、Ａは定数、Ｅは活性化エネルギー、Ｋはボルツマン定数、Ｔはジャンクション温度である。

【0020】

Ｌ＝Ａ×ｅｘｐ（Ｅ／ＫＴ）・・・（１）
式（１）より、活性化エネルギー（本実施形態における電流）が同じである場合、ジャンクション温度が低いほどＬＥＤチップ３の寿命は長くなる。したがって、冷却器４の冷却力が高い領域では、冷却力が低い領域に比べてＬＥＤチップ３の寿命が長くなる。本実施形態における冷却力が高い領域とは冷媒入口９付近の領域であり、冷却力が低い領域とは冷媒出口１０付近の領域である。冷媒入口９付近に配列されたチップ列７ａを構成しているＬＥＤチップのジャンクション温度は、例えば、４０℃前後である。一方、冷媒出口１０付近に配列されたチップ列７ｌを構成しているＬＥＤチップのジャンクション温度は、例えば９０℃前後である。また、本実施形態のチップ列７ａ～７ｌにおけるＬＥＤチップは、冷却器４の温度分布に基づき、等温部分に沿って配列されている。各チップ列内のＬＥＤチップ３のジャンクション温度の差は、例えば、１℃前後である。

【0021】

また、故障や寿命により不点灯となったＬＥＤチップ３がある場合、電気基板１の交換は可能である。ＬＥＤチップ３が一定数不点灯となり、ＬＥＤアレイに必要とされる光量の基準や照度ムラの基準を満たさない場合、電気基板１を新しいＬＥＤチップが配置された電気基板に交換することが望ましい。電気基板１の交換時期としては、例えば、ＬＥＤチップ３が全体の２５％以上不点灯となった時点で交換することが望ましい。

【0022】

（比較例）
本実施形態での冷媒の流路の方向はＹ軸方向であり、チップ列におけるＬＥＤチップが配列されるＸ軸方向に対して垂直に配置される。ここで、本実施例の比較例として、冷媒の流路の方向とチップ列におけるＬＥＤチップの配列方向が共にＸ軸方向である場合を考える。図４（ａ）は、比較例における光源装置１の概略図であり、図４（ｂ）は比較例における冷却器４の内部構造を示す図である。比較例における冷却器４では、冷却器４の冷媒入口９側から冷媒出口１０側に向かってＸ軸方向に冷媒が流れる。冷媒はＬＥＤアレイから熱を奪いながら、冷却器４の冷媒出口１０側の方向に進んでいくため、上述したように冷却力が高い領域と冷却力が低い領域が存在する。

【0023】

また、冷却器４の冷却力が低い冷媒出口１０側に近いほどＬＥＤチップ３のジャンクション温度が高くなるため、式（１）よりＬＥＤチップ３の寿命が短くなる。比較例では、冷却器４内でのＸ方向の温度分布が異なるため、同一のチップ列であってもＬＥＤチップが不点灯となるタイミングは異なる。

【0024】

また、ＬＥＤアレイ全体としては、それぞれのチップ列７ａ～７ｌの冷媒出口１０側に最も近いＬＥＤチップがほぼ同時期に不点灯となる。チップ列７ａ～７ｌは直列に接続されているＬＥＤチップのうち１つでも不点灯となると、不点灯となったＬＥＤチップが属するチップ列全体が不点灯となる。比較例では、それぞれのチップ列７ａ～７ｌは、ほぼ同時期に冷媒出口１０側に近い領域のＬＥＤチップ３が不点灯となるため、ほぼ同時期に全てのチップ列７ａ～７ｌが不点灯となってしまう。

【0025】

（本実施形態におけるチップ列の寿命）
本実施形態では、ＬＥＤアレイを冷却するための冷媒が流れる方向が、チップ列７ａ～７ｌにおけるＬＥＤチップの配列方向に対して垂直になるよう配置されている例について説明した。本実施形態はこれ以外にも、ＬＥＤアレイを冷却するための冷媒が流れる方向が、チップ列７ａ～７ｌにおけるＬＥＤチップの配列方向に対して垂直な成分を含むように配置されても良い。冷却器４を流れる冷媒の温度は、冷媒入口９側から冷媒出口１０側の方向であるＹ方向に進むにつれて高くなる。そのため、最も冷却力が低い領域に位置するチップ列７ｌのＬＥＤチップが、最も早く不点灯となる。

【0026】

本実施形態の各チップ列におけるＬＥＤチップは、冷却器４の温度分布に基づき、等温部分に沿って配列されているため、ＬＥＤチップのジャンクション温度は、ほぼ同じ温度となる（例えば、最大の温度差で１℃以内）。即ち、チップ列内のＬＥＤチップは、ほぼ同じタイミングで不点灯となる。したがって、ほぼすべてのＬＥＤチップは無駄なく使用されるため、比較例よりもＬＥＤチップの利用効率を向上させることができる。

【0027】

また、本実施形態では、チップ列とチップ列の間に回路を設ける事なく、ＬＥＤアレイ全体としての寿命を延ばすことができる。また、ＬＥＤアレイに不必要な回路を設けていないため、上記のような回路を設けている場合に比べてＬＥＤチップを多く配置することが可能であり、ＬＥＤアレイ全体としての照度向上に寄与する。

【0028】

本実施形態では、電気基板１にＬＥＤチップ３を直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるＬＥＤパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のＬＥＤチップ３の配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列７ａ～７ｌ間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。

【0029】

＜第２実施形態＞
第１実施形態では、チップ列７ａ～７ｌに流れる電流がＸ方向である場合について説明した。これに対し、本実施形態では、チップ列９ａ～９ｌに流れる電流がＸ方向に流れない場合について説明する。図５は本実施形態における光源装置を示す図である。回路以外の基本的な構成については、第１実施形態と同様である。

【0030】

ＬＥＤチップ３の配置は、ＬＥＤチップ３の寿命への寄与が大きい。これに対し、ＬＥＤチップ３が直列接続される回路の経路は、ＬＥＤチップ３の寿命への寄与が小さい。したがって、回路の経路は、図１に示すようにＸ方向に沿った経路でも良いし、図５に示すように複雑な経路でも良い。

【0031】

本実施形態では、電気基板１にＬＥＤチップ３を直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるＬＥＤパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のＬＥＤチップ３の配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列７ａ～７ｌ間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。

【0032】

＜第３実施形態＞
第１実施形態及び第２実施形態では、１つのＬＥＤアレイに対して１つの電気基板２がある場合について説明した。これに対し、本実施形態では、１つのＬＥＤアレイに対して複数の電気基板２ａ～２ｌがある場合について説明する。図６は本実施形態における光源装置を示す図である。電気基板２以外の基本的な構成については、第１実施形態と同様である。

【0033】

本実施形態での電気基板２ａ～２ｌ上にはチップ列７ａ～７ｌがそれぞれ配置される。ＬＥＤチップ３を交換するには、対応する電気基板を交換する必要がある。本実施形態では、チップ列７ａ～７ｌが対応する電気基板２ａ～２ｌに配置されるため、交換が必要なチップ列に対応する電気基板のみを交換すればよい。例えば、チップ列７ｌが不点灯となった場合は、電気基板２ｌのみを交換すれば良い。本実施形態では、不点灯となっていない他のチップ列７ａ～７ｊを交換しないで使用できるため、ＬＥＤチップ３を効率よく使用することが可能である。

【0034】

本実施形態では、１つの電気基板に１つのチップ列が配置される例について説明したが、１つの電気基板にチップ列が２つ以上配置されても良い。また、電気基板２ａ～２ｌにＬＥＤチップ３を直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるＬＥＤパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のＬＥＤチップ３の配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列７ａ～７ｌ間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。

【0035】

＜第４実施形態＞
本実施形態では、ＬＥＤチップ３の寿命を予測する例について説明する。図７を用いて、光源装置１に記録部１２が構成される場合について説明する。図７は本実施形態における光源装置を示す図である。記録部１２以外の基本的な構成については、第１実施形態と同様である。記録部１２は制御部５と接続されており、制御部５でチップ列７ａ～７ｌに供給された電流や点灯時間、電源に印加された電圧といった、ＬＥＤチップ３に関する蓄積データを記録部１２で記録可能である。

【0036】

図８は本実施形態における冷却器４の内部構造を示す図である。記録部１２と計測部１３以外の基本的な構成については、第１実施形態と同様である。冷却器４には計測部１３が設けられており、計測部１３は記録部１２と接続されている。計測部１３は冷媒の温度を計測することが可能である。また、計測部１３はチップ列７ａ～７ｌに対応して設けられ、チップ列７ａ～７ｌに対応した冷媒の温度を計測しても良い。

【0037】

また、ＬＥＤチップ３の寿命は、ＬＥＤチップ３のジャンクション温度から予測することができる。しかしながら、ＬＥＤチップ３における発光面の温度であるジャンクション温度を直接測定することは困難である。そこで、本実施形態では、ＬＥＤチップ３のジャンクション温度を他の設計値や計測値に基づいて推定する。ＬＥＤチップ３は、種々の抵抗を介して冷媒とつながっているため、冷媒の温度の計測結果に基づいてＬＥＤチップ３のジャンクション温度を推定することができる。種々の抵抗としては、例えば、ＬＥＤチップ３と電気基板２との間の抵抗、電気基板２と冷却器４との間の抵抗、冷却器４と冷媒との間の抵抗がある。本実施形態では、予め計測あるいは設計されている上記の抵抗の抵抗値や、制御部５からＬＥＤチップ３に供給されている電力や、計測部１３で計測した冷媒の温度に基づいて、ＬＥＤチップ３のジャンクション温度を推定する。

【0038】

推定したＬＥＤチップ３のジャンクション温度から式（１）より、ＬＥＤチップ３の寿命を予測することができる。これにより、本実施形態では、ＬＥＤチップが不点灯となるタイミングを事前に把握することが可能となる。

【0039】

本実施形態では、電気基板１にＬＥＤチップ３を直接実装した形態で説明しているが、回路への接続が容易であるＬＥＤパッケージを使用してもよい。また、同一チップ列内のＬＥＤチップ３の配置は等間隔と不等間隔のどちらでも良いし、チップ列７ａ～７ｌ間の配置も等間隔と不等間隔のどちらでも良い。

【0040】

＜照明光学系の実施形態＞
次に、図９を用いて照明光学系の例を説明する。図９は照明光学系の概略断面図である。照明光学系５０は、光源部５１、コンデンサレンズ５２、インテグレータ光学系５３、コンデンサレンズ５４を有する。光源部５１から出た光束は、コンデンサレンズ５２を通過して、インテグレータ光学系５３に至る。コンデンサレンズ５２は、光源部５１の射出面位置とインテグレータ光学系５３の入射面位置が、光学的にフーリエ共役面になるように設計されている。このような照明系をケーラー照明とよぶ。コンデンサレンズ５２は、図９では平凸レンズ１枚を描いているが、実際は複数のレンズ群で構成されることが多い。インテグレータ光学系５３を用いることにより、インテグレータ光学系５３の射出面位置には、光源部５１の射出面と共役な複数の二次光源像が形成される。インテグレータ光学系５３の射出面から射出された光は、コンデンサレンズ５４を介して照明面５５に至る。

【0041】

図１０を用いて光源部５１を説明する。図１０は、光源部５１の概略図である。光源部５１は、光源装置１、集光レンズ５６、集光レンズ５７を有する。図１０では光源装置１の一部として、電気基板２、ＬＥＤチップ３を図示している。集光レンズ５６、５７は、各ＬＥＤチップ３に対応して設けられた各レンズを有するレンズアレイである。集光レンズ５６の各レンズは各ＬＥＤチップ３上に設けられている。レンズは、図１０のような平凸レンズであっても良いし、その他のパワーがついた形状をとっても良い。レンズアレイとしては、エッチングや切削等で連続的にレンズを形成したレンズアレイや、個々のレンズを接合したレンズアレイを用いることができる。ＬＥＤチップ３から出た光は、半角で５０°～７０°程度の広がりを持っているが、集光レンズ５６、５７によって、それらは３０°以下程度に変換される。集光レンズ５６はＬＥＤチップから所定の間隔だけ離されて設けられ、電気基板２とともに一体的に固定されていてもよい。

【0042】

図９の説明に戻る。インテグレータ光学系５３は、光強度分布を均一化させる機能を有する。インテグレータ光学系５３には、オプティカルインテグレータレンズやロッドレンズが用いられ、照射面５５の照度均一度を改善する。

【0043】

コンデンサレンズ５４は、インテグレータ光学系５３の射出面と照明面５５が光学的にフーリエ共役面になるように設計されており、インテグレータ光学系５３の射出面またはその共役面は照明光学系の瞳面となる。その結果、照明面５５において、ほぼ均一な光強度分布を作成することができる。

【0044】

本発明において、光源装置１のチップ列７ａ～７ｌの不点灯となるタイミングは異なるため、１つ以上のチップ列が不点灯となった時に、ＬＥＤアレイ全面での照度は不均一となる。また、ＬＥＤチップ３の照度は、ＬＥＤチップ３のジャンクション温度に依存するため、冷媒の温度分布が異なることが要因となり、ＬＥＤアレイ全面での照度は不均一となる。しかしながら、照明光学系５０には、上述した光強度分布を均一化させるインテグレータ光学系５３が備えられているため、光源装置１から出射された不均一な光は、照明面５５において均一な照度を得ることができる。

【0045】

上記の光源装置１や照明光学系５０は各種照明装置に適用でき、光硬化性樹脂を照明する装置、被検物を照明して検査する装置、リソグラフィ装置などにも用いることができる。例えば、マスクのパターンを基板に露光する露光装置、マスクレス露光装置、型を用いて基板にパターンを形成するインプリント装置、又は、平坦層形成装置に適用することできる。

【0046】

＜露光装置の実施形態＞
本実施形態では、上記の光源装置１や照明光学系５０を露光装置に適用した場合について説明する。図１１は、露光装置１００の構成を示す概略図である。露光装置１００は、半導体素子や液晶表示素子の製造工程であるリソグラフィ工程に採用され、基板上にパターンを形成するリソグラフィ装置である。露光装置１００は、マスクを介して基板を露光して、マスクのパターンを基板に転写する。露光装置１００は、本実施形態では、ステップ・アンド・スキャン方式の露光装置、所謂、走査型露光装置であるが、ステップ・アンド・リピート方式やその他の露光方式を採用してもよい。

【0047】

露光装置１００は、マスク１０１を照明する照明光学系５０、マスク１０１のパターンを基板１０２上に投影する投影光学系１０３を有する。投影光学系１０３はレンズからなる投影レンズや、ミラーを用いた反射型投影系でもよい。

【0048】

照明光学系５０は、光源装置１からの光をマスク１０１に照明する光学系である。マスク１０１には、基板１０２に形成すべきパターンに対応するパターンが形成されている。マスク１０１は、マスクステージ１０４に保持されており、基板１０２は、基板ステージ１０５に保持されている。

【0049】

マスク１０１と基板１０２とは、投影光学系１０３を介して、光学的にほぼ共役な位置に配置されている。投影光学系１０３は、物体を像面に投影する光学系である。投影光学系１０３には、反射系、屈折系、反射屈折系を適用することができる。投影光学系１０３は、本実施形態では、所定の投影倍率を有し、マスク１０１に形成されたパターンを基板１０２に投影する。そして、マスクステージ１０４及び基板ステージ１０５を、投影光学系１０３の物体面と平行な方向に、投影光学系１０３の投影倍率に応じた速度比で走査する。これにより、マスク１０１に形成されたパターンを基板１０２に転写することができる。

【0050】

露光装置１００は、表示部１０６を有する。表示部１０６や光源装置１は、露光装置全体の制御を実行する主制御部１０７に接続されている。表示部１０６は、チップ列が不点灯となる前に、チップ列又は前記ＬＥＤアレイの交換時期を示す情報や、ユーザに対してチップ列又はＬＥＤアレイの交換を促す情報を表示する。これにより、本実施形態では、チップ列が不点灯となる前に電気基板２の交換タイミングを把握することが可能となり、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

【0051】

＜物品の製造方法の実施形態＞
本実施形態では、上記の露光装置を利用した物品の製造方法について説明する。物品とは、例えば、フラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ）である。物品の製造方法は、基板上に塗布された感光剤に上記の露光装置を用いて潜像パターンを形成する工程（基板を露光する工程）と、かかる工程で潜像パターンが形成された基板を現像する工程とを含む。更に、かかる製造方法は、他の周知の工程（酸化、成膜、蒸着、ドーピング、平坦化、エッチング、レジスト剥離、ダイシング、ボンディング、パッケージング等）を含む。本実施形態の物品の製造方法は、従来の方法に比べて、物品の性能・品質・生産性・生産コストの少なくとも１つにおいて有利である。

【符号の説明】

【0052】

１ 光源装置
２ 電気基板
３ ＬＥＤチップ
４ 冷却器
７ａ～７ｌ チップ列

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】