特許 7619865 光源装置及び露光装置

(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】2025-01-14

(45)【発行日】2025-01-22

(54)【発明の名称】光源装置及び露光装置

(51)【国際特許分類】

   G03F 7/20 20060101AFI20250115BHJP

   G02B 6/42 20060101ALI20250115BHJP

【ＦＩ】

G03F7/20 501

G02B6/42

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2021059722

(22)【出願日】2021-03-31

(65)【公開番号】P2022156167

(43)【公開日】2022-10-14

【審査請求日】2023-12-18

(73)【特許権者】

【識別番号】300091670

【氏名又は名称】株式会社アドテックエンジニアリング

(74)【代理人】

【識別番号】110000729

【氏名又は名称】弁理士法人ユニアス国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 裕貴

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－０６５０００（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０５８８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０８１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６１－０６７８０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－１５６７１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０５６０１７３３（ＵＳ，Ａ）

【文献】特開２００８－０６４９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－００５５１７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｇ０２Ｂ ６／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

光源と、
前記光源から出射された光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバから出射された光を集光する屈折光学系と、
前記屈折光学系から出射された光が入射される入射面を含むロッドインテグレータと、
前記ロッドインテグレータの前記入射面からの戻り光を遮光する遮光部と、
を備え、
前記ロッドインテグレータは、前記入射面が前記屈折光学系の光軸に直交する基準平面に対して時計回り又は反時計回りの回転方向に角度θｉ（０＜θｉ＜９０度）だけ傾斜すると共に、中心軸が前記光軸に対して前記回転方向に角度θｒ（０＜θｒ＜９０度）だけ傾斜した形状を呈し、
前記角度θｉと前記角度θｒは、以下の（１）式の関係を満たすことを特徴とする、光源装置。
θｒ＜２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（１）
（ただし、（１）式内において、ｎは前記ロッドインテグレータの屈折率である。）

【請求項2】

前記角度θｉと前記角度θｒは、以下の（２）式の関係を満たすことを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
０．８×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） ＜ θｒ ＜ １．２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（２）

【請求項3】

θｒは、θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ／ｎ）と実質的に等しいことを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。

【請求項4】

前記ロッドインテグレータは、前記入射面から入射された光が出射される出射面を備え、
前記出射面の法線は、前記中心軸に対して傾斜していることを特徴とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項5】

前記遮光部は、前記屈折光学系を透過する光の径よりも大きい開口を有し、
前記屈折光学系から出射された光は、前記開口を通過して前記ロッドインテグレータの前記入射面に入射されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項6】

前記遮光部は、前記屈折光学系を挟んで互いに対向配置される第一遮光領域と第二遮光領域とを有することを特徴とする、請求項１～４のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項7】

前記ロッドインテグレータの前記入射面は、矩形であり、かつ、前記矩形の短辺を回転軸にして前記基準平面に対して前記角度θｉだけ回転させた形状を呈することを特徴とする、請求項１～６のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項8】

複数の前記光源と、
前記複数の光源から出射された光をそれぞれ導光する複数の前記光ファイバとを有し、
前記複数の光ファイバは、少なくともそれぞれの出射端が束ねられたバンドルファイバを形成していることを特徴とする、請求項１～７のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項9】

前記複数の光源から出射される光量の合計が１Ｗを超え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】

前記光源から放射される光のピーク波長は３５０～４５０ｎｍにあることを特徴とする、請求項１～９のいずれか一項に記載の光源装置。

【請求項11】

請求項１～１０のいずれか一項に記載の光源装置を備え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】

この発明は、光源装置及び露光装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ワークに塗布された感光材に対して所定のパターンを形成するフォトリソグラフィに関する技術の一つに、ＤＩ（ダイレクトイメージング）露光がある。ＤＩ露光では、空間光変調器で形成した所望の回路パターンの光を、ワークに塗布された感光材に照射して露光する。

【0003】

ＤＩ露光に使用される光源装置は、光源と、光源から放射された光を空間光変調器に入射する入射光学系と、を有している。入射光学系に、光源からの出射光を導く光ファイバと、光ファイバからの出射光を均質化するロッドインテグレータ（「ロッドレンズ」、「インテグレータロッド」とも称されることがある。）と、を含む光学ユニットを使用することがある。

【0004】

光ファイバとロッドインテグレータを備える光学ユニットにおいて、光ファイバからの出射光をロッドインテグレータに入射させる際に、出射光の一部がロッドインテグレータの入射面で反射されることに伴う戻り光が発生することがある。そして、発生した戻り光が光ファイバの出射端部に到達して光ファイバ内に侵入し、光源まで戻ることで光源の光出力の大きさが変動するおそれがある。

【0005】

斯かる問題に対応するための技術として、従来、特許文献１が知られている。特許文献１には、図９の光学ユニット９０に示されているように、光ファイバを束ねたバンドルファイバ９１から出射された光Ｌ９（より詳細には主光線）の光軸が、ロッドインテグレータ９２の入射面９３の法線方向に対して傾斜するように（角度θ_９をなすように）、バンドルファイバ９１とロッドインテグレータ９２を配置する方法が開示されている。この方法によれば、バンドルファイバ９１から出射された光Ｌ９がロッドインテグレータ９２の入射面９３で反射しても、反射光の主光線Ｂ９の光軸はバンドルファイバ９１の出射端部とは異なる方向を向くため、バンドルファイバ９１の出射端部に到達する戻り光の光量は低下する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２００５－３００８２３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、図９に示された光学ユニット９０では、ロッドインテグレータ９２に入射した光Ｌ９は、ロッドインテグレータ９２の中心軸９２ｃから大きくずれて、ロッドインテグレータ９２内を進む光Ｌ９がロッドインテグレータ９２内で繰り返し反射する。その結果、光Ｌ９がロッドインテグレータ９２から出射するときには、その発散角が増大してしまう。ロッドインテグレータ９２から出射される光の発散角が増大すると、その後段に配置する光学系の大型化を余儀なくされる。また、後段の光学系に入射されない光が存在して光の利用効率が低下する懸念がある。

【0008】

そこで、本発明は、発散角が増大することを抑えつつ、戻り光が光ファイバの出射端部に到達する光量を低下させた光源装置、及び当該光源装置を備えた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】

【0009】

本発明の光源装置は、光源と、
前記光源から出射された光を導光する光ファイバと、
前記光ファイバから出射された光を集光する屈折光学系と、
前記屈折光学系から出射された光が入射される入射面を含むロッドインテグレータとを備え、
前記ロッドインテグレータは、前記入射面が前記屈折光学系の光軸に直交する基準平面に対して時計回り又は反時計回りの回転方向に角度θｉ（０＜θｉ＜９０度）だけ傾斜すると共に、中心軸が前記光軸に対して前記回転方向に角度θｒ（０＜θｒ＜９０度）だけ傾斜した形状を呈し、
前記角度θｉと前記角度θｒは、以下の（１）式の関係を満たす。
θｒ＜２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（１）
（ただし、（１）式内において、ｎは前記ロッドインテグレータの屈折率である。）

【0010】

詳細は後述するが、ロッドインテグレータは、前記入射面が角度θｉだけ傾斜すると共に、中心軸が角度θｒだけ傾斜した形状を呈しているから、ロッドインテグレータに入射した光が、ロッドインテグレータの中心軸から大きくずれることなく進む。その結果、ロッドインテグレータ内を進む光が、ロッドインテグレータ内で反射する回数を減少させて、ロッドインテグレータから出射する光の発散角の増大を抑える。さらに、光ファイバとロッドインテグレータとの間には屈折光学系が介在するほど、光ファイバとロッドインテグレータが離れているから、戻り光が発生したとしても、その戻り光が光ファイバの光射端部に到達する光量を小さくできる。

【0011】

さらに、前記角度θｉと前記角度θｒは、以下の（２）式の関係を満たしても構わない。
０．８×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） ＜ θｒ ＜ １．２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（２）
これにより、ロッドインテグレータ内を進む光が、ロッドインテグレータの中心軸からずれる量をさらに小さくできる。その結果、ロッドインテグレータ内を進む光が、ロッドインテグレータ内で反射する回数をさらに減少させて、ロッドインテグレータから出射する光の発散角の増大をさらに抑える。

【0012】

さらに、θｒは、θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ／ｎ）と実質的に等しくても構わない。
θｒがθｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ／ｎ））と実質的に等しい場合には、ロッドインテグレータ内を進む光が、ロッドインテグレータ内で反射する回数を、さらに減少させて、ロッドインテグレータから出射する光の発散角の増大をさらに抑える。

【0013】

光学装置の実際の設計に際しては、通常、様々な製造誤差等が生じる。また、光学装置を計測するとき、光学部材の角度の測定誤差や計算誤差も生じる。そこで、本明細書では、ある光学装置において、測定したθｒの値と、測定したθｉからθｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ／ｎ）を算出した値との間の角度差が１度未満である場合に、「θｒは、θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ／ｎ））と実質的に等しい」とみなす。

【0014】

前記ロッドインテグレータは、前記入射面から入射された光が出射される出射面を備え、
前記出射面の法線は、前記中心軸に対して傾斜していても構わない。詳細は後述するが、これにより、ロッドインテグレータの出射面で反射した戻り光が光ファイバの出射端部に到達する光量を低下させる。

【0015】

前記ロッドインテグレータの前記入射面からの戻り光を遮光する遮光部を備えていても構わない。

【0016】

前記遮光部は、前記屈折光学系を透過する光の径よりも大きい開口を有し、
前記屈折光学系から出射された光は、前記開口を通過して前記ロッドインテグレータの前記入射面に入射されても構わない。

【0017】

前記遮光部は、前記光学系を挟んで互いに対向配置される第一遮光領域と第二遮光領域とを有しても構わない。

【0018】

前記ロッドインテグレータの前記入射面は、矩形であり、かつ、前記矩形の短辺を回転軸にして前記基準平面に対して前記角度θｉだけ回転させた形状を呈しても構わない。

【0019】

複数の前記光源と、
前記複数の光源から出射された光をそれぞれ導光する複数の前記光ファイバとを有し、
前記複数の光ファイバは、少なくともそれぞれの出射端部が束ねられたバンドルファイバを形成していても構わない。

【0020】

前記複数の光源から出射される光量の合計が１Ｗを超えても構わない。１Ｗを超える高出力の光源であったとしても、発散角の増大を抑えつつ、戻り光が光ファイバの出射端部に到達する光量を低下させることができる。

【0021】

前記光源から放射される光の主たる波長は３５０～４５０ｎｍにあっても構わない。このとき、戻り光の波長も３５０～４５０ｎｍになる。光ファイバの出射端部には接着剤が使用されることがあるが、３５０～４５０ｎｍの波長を有する戻り光は、この接着剤に吸収されて、焼損しやすい。しかしながら、戻り光が光ファイバの出射端部に到達する光量が低下しているため、接着剤の焼損を防ぐことができる。

【0022】

本発明の露光装置は、上記光源装置を備える。

【発明の効果】

【0023】

発散角の増大を抑えつつ、戻り光が光ファイバの出射端部に到達する光量を低下させた光源装置、及び当該光源装置を備えた露光装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】光源装置の要部を示す断面模式図である。

【図2】ロッドインテグレータの入射面付近の拡大図である。

【図3A】ロッドインテグレータの中心軸が、集光レンズの光軸の延長上にある参考図である。

【図3B】ロッドインテグレータの中心軸が、集光レンズの光軸に対して傾斜している本実施形態の一例を示す図である。

【図4A】図１に示された遮光部の位置と形状を示す図である。

【図4B】遮光部の変形例を示す図である。

【図4C】遮光部の変形例を示す図である。

【図5】光ファイバの変形例を示す図である。

【図6】露光装置を示す模式図である。

【図7】９種類の光源装置におけるロッドインテグレータの特徴を示す模式図である。

【図8】９種類の光源装置におけるロッドインテグレータからの出射光の発散角に関するシミュレーション結果である。

【図9】従来の光学ユニットの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

図面を参照しながら各実施形態を説明する。なお、本明細書に開示された各図面は、あくまで模式的に図示されたものである。すなわち、図面上の寸法比と実際の寸法比とは必ずしも一致しておらず、また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

【0026】

以下において、各図面は、適宜、ＸＹＺ座標系を参照しながら説明される。なお、本明細書において、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように、正負の符号を付して記載される。正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。すなわち、本明細書において、単に「Ｘ方向」と記載されている場合には、「＋Ｘ方向」と「－Ｘ方向」の双方が含まれる。Ｙ方向及びＺ方向についても同様である。

【0027】

［光源装置の概要］
図１は光源装置１０の要部を示す断面模式図である。光源装置１０は、光源１と、光源１からの出射光を導く光ファイバを束ねたバンドルファイバ５と、バンドルファイバ５からの出射光を均質化するロッドインテグレータ７と、バンドルファイバ５からの出射光をロッドインテグレータ７に集光する集光レンズ６（「屈折光学系」に対応する。）と、を含む。

【0028】

図１を参照して、光源１は、基板２に配置された複数の固体光源３を備える。本実施形態では、固体光源３としてレーザダイオードを使用しているが、ＬＥＤ光源等の他の固体光源を使用しても構わない。固体光源を複数使用することで、光源１の出力を高められる。例えば、１個当たりの出力が１Ｗのレーザダイオードを２０個使用することにより、２０Ｗの出力の光源１を構成できる。

【0029】

各固体光源３からの出射光は、バンドルファイバ５を構成する個々の光ファイバに入射する。バンドルファイバ５は、個々の光ファイバの出射端部を束ねて、接着剤１５で接着している。このように、光ファイバを束ねることで複数の固体光源からの出射光を集めて、これにより光源１の高輝度化を実現している。このような光源装置の構造は、高出力を要請されている露光装置用の光源装置にも適用できる。

【0030】

バンドルファイバ５からの出射光は、ロッドインテグレータ７に集光する集光レンズ６を経て、ロッドインテグレータ７の入射面７ａに入射する。集光レンズ６は、バンドルファイバ５の出射面をロッドインテグレータ７の入射面７ａにほぼ結像させるように配置される。

【0031】

前段落における「ほぼ結像させる位置」について説明する。集光レンズ６で集光させた結果、入射面７ａにおける光密度が過剰に高くなる。入射面７ａに異物や傷がある場合に、その異物や傷に光が集中して、入射面７ａが発熱し焼損するリスクがある。このようなリスクを小さくするため、入射面７ａを、集光レンズ６の理想の結像位置から僅かにずらした位置に配置されるようにする。これにより、集光レンズ６で集光した光の大部分をロッドインテグレータ７に入射できるとともに、入射面７ａの焼損を防ぐことができる。もちろん、入射面７ａを焼損するリスクが小さい場合には、入射面７ａを集光レンズ６の結像位置に配置しても構わない。

【0032】

なお、図１では、集光レンズ６の光軸（図３Ａで後述する光軸６ｃに対応する。）がＺ軸に沿うものとして記載しているが、集光レンズ６の後段に反射鏡が配置されてその光軸が折り曲げられた場合は、元のＺ軸に沿う光線が反射されて進む方向もＺ軸と呼び、新たな座標軸を取ることはしない。

【0033】

［ロッドインテグレータの概要］
図２は、ロッドインテグレータ７の入射面付近の斜視拡大図である。本実施形態において、ロッドインテグレータ７は四角柱レンズで構成される（図２参照）。四角柱レンズは、当該角柱レンズの延びる方向に沿って長い四つの側面と、当該角柱レンズの延びる方向に対向配置される二つの底面とを有する。二つの底面のうち、一方の底面は入射面７ａとして使用され、他方の底面は出射面７ｂとして使用される（図１参照）。二つの底面の中心同士を結ぶ軸を、ロッドインテグレータ７の中心軸という。光は入射面７ａから角柱レンズ内に浸入し、光は角柱レンズ内で全反射を繰り返すことにより均質化され、光は出射面７ｂから角柱レンズの外へ出ていく。なお、本実施形態では、ロッドインテグレータ７に四角柱レンズを使用しているが、三角柱レンズ、五角以上の角柱レンズ、又は円柱レンズを使用しても構わない。

【0034】

［ロッドインテグレータの入射面の傾斜］
図１及び図２を参照しながら、ロッドインテグレータ７の形状について説明する。はじめに、入射面７ａの傾斜について説明する。入射面７ａは、基準平面７ｓに対して時計回り又は反時計回りの回転方向に角度θｉ（０＜θｉ＜９０度）だけ傾斜している。基準平面７ｓは、集光レンズ６の光軸６ｃに直交する面である。図１及び図２では、反時計回りに角度θｉだけ傾斜している場合を示しているが、以下の説明は、時計回りに角度θｉだけ傾斜している場合でも同様である。また、角度θｒ及び角度θｏについても同様である。なお、角度の正負の向きを区別する場合には、基準平面７ｓに対する入射面７ａの方向を正方向とする。すなわち、θｉは常に正の値となり、θｒとθｏは、θｉと同じ向きであれば正の値、逆向きであれば負の値となる。

【0035】

図２を参照して、入射面７ａは平坦な矩形である。入射面７ａは、矩形の短辺７ｅを回転軸にして、基準平面７ｓに対して角度θｉだけ回転させた形状である。この形状は、矩形の長辺７ｑを回転軸にして、基準平面７ｓに対して角度θｉだけ回転させた入射面７ａよりも、ロッドインテグレータに光を入射させやすい。変形例として、入射面７ａは、矩形の長辺７ｑを回転軸にして、基準平面７ｓに対して角度θｉだけ回転させても構わない。また、入射面７ａは、三角形、台形、平行四辺形、多角形又は円形でも構わない。入射面７ａは平坦でなくても構わない。入射面７ａが平坦でない場合における入射面７ａの傾斜角度は、当該入射面７ａの中心における接平面の、基準平面７ｓに対する回転角で表される。

【0036】

入射面７ａを基準平面７ｓに対して傾斜させることにより得られる効果を説明する。図１に示すように、ロッドインテグレータ７に向かう光の一部は、入射面７ａで反射される。入射面７ａが基準平面７ｓに対して傾斜しているため、入射面７ａで反射した光の多くは、集光レンズ６に向かわない。図１の例では、入射面７ａで反射した光の多くは、遮光部１８に向かう。入射面７ａで反射した光が集光レンズ６に向かわないために、バンドルファイバ５の出射端部に到達する戻り光を減少させることができる。

【0037】

戻り光が集光レンズ６を経てバンドルファイバ５の出射端部に到達して光源まで戻ると、出射光の出力が変動するおそれがある。加えて、光ファイバの出射端部にある反射防止物質等のコーティング材又は異物が加熱されて、コーティング材が剥離したり又は異物が焼損したりすることがある。

【0038】

さらに、上述したように、本実施形態では、出射端部において、個々の光ファイバを束ねて固定するために、接着剤１５を使用している（図１参照）。接着剤１５は、出射端部に照射される戻り光により焼損するおそれがある。特に、主たる波長が３５０～４５０ｎｍの光は接着剤１５に吸収されやすく、焼損しやすい。それゆえ、光源１から放射される光の主たる波長が３５０～４５０ｎｍである場合には、バンドルファイバ５の出射端部に照射される戻り光を抑えることが特に重要である。なお、本実施形態において、本明細書において、「主たる波長」とは、発光スペクトル上において、相対強度が最も高い波長をいう。

【0039】

［ロッドインテグレータの傾斜配置］
図１及び図２に示されるように、ロッドインテグレータ７の中心軸７ｃ（以下、単に、「中心軸７ｃ」ということがある。）が、集光レンズ６の光軸６ｃに対して反時計回りの回転方向に角度θｒ（０＜θｒ＜９０度）だけ傾斜している。これによる効果を、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂでは、説明を単純にするため、ロッドインテグレータ７の出射面７ｂは、中心軸７ｃに垂直をなすものとする。

【0040】

図３Ａは、中心軸７ｃが集光レンズ６の光軸６ｃの延長上にある場合、すなわち、θｒが０度である場合を表す参考図である。集光レンズ６の光軸６ｃ上を進む光Ｌ１と、Ｌ１と少しずれた位置を平行に進む光Ｌ２を例に、ロッドインテグレータ７から出射された光について検討する。光Ｌ１と光Ｌ２は、ロッドインテグレータ７の入射面７ａで屈折し、ロッドインテグレータ７内を、中心軸７ｃに対して傾斜して、ロッドインテグレータ７の側面で反射しながら進む。図３Ａでは、光Ｌ１は一度、光Ｌ２は二度しか反射していないが、実際のロッドインテグレータ７は中心軸７ｃの方向に長いため、光Ｌ１と光Ｌ２は、ロッドインテグレータ７内で繰り返し反射する。光Ｌ１は奇数回、光Ｌ２は偶数回反射しているとして考える。

【0041】

光Ｌ１と光Ｌ２は、出射面７ｂで屈折して出射する。出射面７ｂから出射した光Ｌ１と光Ｌ２は、共に中心軸７ｃに対して角度θｄをなすが、ロッドインテグレータ７内での反射回数が光Ｌ１は奇数回、光Ｌ２は偶数回であるため、中心軸７ｃに対して互いに逆方向に出射する。従って、光Ｌ１の角度θｄが大きいとき、ロッドインテグレータ７から出射した光束の発散角も大きな値となる。本明細書において、発散角とは、光の最も高い光強度を１としたとき、１／ｅ^２以上の強度を示す光束の広がり角の、半分の大きさをいう。

【0042】

図３Ｂは、中心軸７ｃが集光レンズの光軸６ｃに対して傾斜する本実施形態の一例を表す。集光レンズ６の光軸６ｃ上を進む光Ｌ１は、ロッドインテグレータ７の入射面７ａで屈折し、ロッドインテグレータ７内を進む。このとき、ロッドインテグレータ７の中心軸７ｃも傾斜しているから、光Ｌ１がロッドインテグレータ７内で反射される回数が減少し、その結果、ロッドインテグレータ７から出射した光束の発散角が小さな値となる。

【0043】

図３Ｂでは、ロッドインテグレータ７が光軸６ｃに対して反時計回りの回転方向に傾斜しており、その角度θｒは、ロッドインテグレータ７内を進む光Ｌ１が中心軸７ｃに沿って進むように設定されている。その結果、図３Ｂでは、光Ｌ１はロッドインテグレータ７内で反射しない。光Ｌ１が中心軸７ｃに沿って進むとき、ロッドインテグレータ７から出射した光束の発散角は特に小さな値となる。

【0044】

ロッドインテグレータ７内を進む光Ｌ１が、中心軸７ｃに沿って進むように設計するには、スネルの法則を踏まえると、角度θｉと角度θｒが以下の（３）式を満たすとよい。式中のｎは、ロッドインテグレータ７の屈折率である。
ｓｉｎ（θｉ）＝ｎｓｉｎ（θｉ－θｒ） …（３）
（３）式を変形して（４）式が得られる。
θｒ＝（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（４）
（４）式中、ａｓｉｎはａｒｃｓｉｎを表す。

【0045】

理論的な設計では（４）式を満たすこととなるが、現実的な設計では、ロッドインテグレータの製造時の製造誤差、光学装置に組み付ける際の組み付け誤差がある。加えて、製造された光学装置を測定するときの測定誤差、若しくは光学装置の測定値から前記式の値を計算するときの計算誤差もある。よって、θｒとθｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（（θｉ）／ｎ）との間の角度差が１度未満であれば、θｒとθｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（（θｉ）／ｎ）が実質的に等しい関係にあるとみなす。つまり、θｒとθｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（（θｉ）／ｎ）が実質的に等しい場合に、ロッドインテグレータ７内の中を進む光Ｌ１が中心軸７ｃに沿って進み、ロッドインテグレータ内で反射する回数を減少させて、ロッドインテグレータから出射する光の発散角の増大をさらに抑える。

【0046】

θｒが２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ））以上の値であると、ロッドインテグレータ７を過剰に傾けることになり、ロッドインテグレータ７内を進む光Ｌ１がロッドインテグレータ７内で反射する回数が増える。その結果、発散角が増大する。よって、θｒは以下の（１）式を満たすとよい。
θｒ＜２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（１）

【0047】

θｒが以下の（２）式を満たす範囲にあれば、ロッドインテグレータ７内を進む光Ｌ１がロッドインテグレータ７内で反射する回数を抑えることができる。その結果、発散角を小さくできる。
０．８×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） ＜ θｒ ＜ １．２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） …（２）

【0048】

［ロッドインテグレータの出射面の傾斜］
図１を参照して、ロッドインテグレータ７の出射面７ｂは、基準平面７ｔに対して反時計回りに角度θｏをなすように傾斜している。基準平面７ｔは、集光レンズ６の光軸６ｃに垂直である面である。そして、出射面７ｂが基準平面７ｔに対してなす角度θｏは、角度θｒと同じ値ではない。つまり、図１の実施形態において、出射面７ｂは、中心軸７ｃに対して垂直でない。なお、図１の実施形態においては、出射面７ｂはＹ軸方向を中心に角度θｏだけ傾斜しているが、出射面７ｂの回転軸はこの方向に限定されない。例えば、Ｘ軸方向を中心に回転してもかまわず、ＸＹ面内の任意の軸を中心に傾斜してもかまわない。

【0049】

出射面７ｂが中心軸７ｃに対して垂直でないことによる効果を説明する。ロッドインテグレータ７内を進む光は、ロッドインテグレータ７の出射面７ｂでも反射して、戻り光を発生させることがある。例えば、図３Ｂのように、もし、出射面７ｂが、中心軸７ｃに対して垂直である場合には、ロッドインテグレータ７内を進む光Ｌ１が出射面７ｂで反射して戻り光Ｂ１を発生する。戻り光Ｂ１は、ロッドインテグレータ７内を進んできた光Ｌ１の光路を辿るように戻り、集光レンズ６を経て、バンドルファイバ５の出射端部に到達する。よって、バンドルファイバ５の出射端部に到達する戻り光が増加する。

【0050】

それに対し、図１のように、出射面７ｂが中心軸７ｃに対して垂直でない場合には、出射面７ｂで反射することにより生じた戻り光は、ロッドインテグレータ７の中を進んできた光の光路とは別の光路を戻る。よって、図３Ｂと比べて、バンドルファイバ５の出射端部にまで到達する戻り光が減少する。

【0051】

［遮光部］
図１に示されるように、本実施形態の光源装置１０は、遮光部１８を有する。遮光部１８は、ロッドインテグレータ７からの戻り光を遮光するための部材である。遮光部１８は、ロッドインテグレータ７からの戻り光を遮光するために設けられた専用部材である。本実施形態の遮光部１８は、集光レンズ６よりも＋Ｚ側に配置される。

【0052】

遮光部１８は戻り光を遮光するための専用部材でなくても構わない。例えば、集光レンズ６を支持するレンズホルダ等、他の目的で設けられている部材で戻り光を遮光しても構わない。光源装置１０の筐体もまた、戻り光を遮光する機能を有する。すなわち、光源装置１０は専用部材として遮光部１８を備えていなくてもよく、遮光以外の目的で設けられている部材が遮光部１８を兼ねていても構わない。

【0053】

図４Ａは、図１に示される遮光部１８と集光レンズ６をロッドインテグレータ７の位置から－Ｚ方向に見た図である。入射面７ａが基準平面７ｓに対して傾斜しているため、遮光部１８の中心が集光レンズ６の中心よりも＋Ｘ側に位置するように、遮光部１８が配置されている。遮光部１８は多くの戻り光が通過する空間に配置されているため、戻り光を効果的に遮光できる。

【0054】

本実施形態において、遮光部１８は矩形を呈する。遮光部１８での光の反射を抑えるため、遮光部１８の表面は、戻り光を乱反射可能な微小凹凸が設けられているなど、光吸収作用が高い面であると好ましい。

【0055】

遮光部の他の例を図４Ｂ及び図４Ｃに示す。図４Ｂ及び図４Ｃは、図４Ａと同様に、遮光部１８と集光レンズ６をロッドインテグレータ７の位置から－Ｚ方向に見た図である。図４Ｂの例では、遮光部１８は二つの遮光領域（１８ａ，１８ｂ）から構成される。第一遮光領域１８ａは、第一遮光領域１８ａの中心が、集光レンズ６の中心よりも＋Ｘ方向に位置する。第二遮光領域１８ｂは、遮光部１８の中心が、集光レンズ６の中心よりも－Ｘ方向に位置する。第一遮光領域１８ａと第二遮光領域１８ｂは、集光レンズ６の中心を挟んで、Ｘ軸上で互いに対向配置される。第二遮光領域１８ｂの配置される空間は、第一遮光領域１８ａの配置される空間に次いで戻り光が多い。

【0056】

図４Ｃの例では、環状の遮光部１８ｃから構成される。遮光部１８ｃは、集光レンズ６を透過する光の径よりも大きい開口を有する。集光レンズ６から出射された光は、この開口を通過してロッドインテグレータ７の入射面７ａに向かう。本明細書において、光の径は、光軸上の光強度を１としたとき、１／ｅ^２以上の強度を示す光束の直径を表す。

【0057】

以上で、本発明の光源装置の実施形態と変形例を説明した。しかしながら、本発明の光源装置は、上述の実施形態及び変形例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、上述の実施形態に種々の変更又は改良を加えたりすることができる。

【0058】

上記実施形態では、光ファイバにバンドルファイバ５を使用したが、必ずしもバンドルファイバでなくてもよい。図５は光ファイバの変形例を示す。この変形例では、バンドルファイバ５に代えて、単体の光ファイバ３１を有する。光ファイバ３１の出射端部の周囲には、光ファイバ３１を保持するためのフェルール３２が配置されている。光ファイバ３１とフェルール３２の間には、接着剤１５が使用されることがある。また、光ファイバ３１の出射端部をフェルール３２に固定するために接着剤１５を使用しなくても、上述したように、光ファイバの出射端部に付着した異物は戻り光により焼損するおそれがあり、光ファイバの出射端面に成膜された反射防止物質等のコーティング材は、戻り光により剥離するおそれがある。よって、光ファイバがバンドルファイバ５でなくても、戻り光を抑える必要がある。

【0059】

上記実施形態では、光ファイバから出射された光を集光する屈折光学系が、一枚の集光レンズ６のみで構成される。しかしながら、屈折光学系は、この構成に限定されない。例えば、屈折光学系を、複数枚のレンズで構成しても構わない。

【0060】

［露光装置の概要］
上述した光源装置１０は、露光装置用の光源として利用することができる。図６を参照しながら、露光装置の概要を説明する。図６は露光装置の模式図である。露光装置１００は、光源装置１０と、空間光変調器５１と、投影光学系５５と、ワーク６０を載置するステージ６１とを備える。露光装置１００は、空間光変調器５１で形成された露光パターンを、投影光学系５５を介してワーク６０に投影する、ＤＩ（ダイレクトイメージング）露光装置である。なお、図６の例では、光源装置１０に、ロッドインテグレータ７からの出射光を平行光にするコリメータレンズ２１と、コリメータレンズ２１からの出射光を空間光変調器５１に向けて反射するミラー２２とが搭載されている。

【0061】

上述した光源装置１０を備えることで、光ファイバ（バンドルファイバ５等）側への戻り光を抑制しつつ、ロッドインテグレータ７からの発散角の広がりを抑制できる。これにより、後段の光学系（例えばコリメータレンズ２１等）の装置規模が縮小される。

【0062】

光源装置１０をＤＩ露光装置に使用する例を示したが、ＤＩ露光装置以外の露光装置に使用しても構わない。また、光源装置１０のアプリケーションとしては、露光装置に限定されない。例えば、光源装置１０を、プロジェクタ用の光源装置に使用しても構わない。

【実施例】

【0063】

図７は、９種類の光源装置（装置番号（１～９））に使用されるロッドインテグレータ７の特徴を模式的に表している。装置番号（１～９）は、それぞれ、ロッドインテグレータ７の入射面７ａの傾斜（角度θｉ）、出射面７ｂの傾斜（角度θｏ）、又はロッドインテグレータの中心軸７ｃの傾斜（角度θｒ）を異ならせている。装置番号（１～９）の光源装置の光学特性を明らかにするために、装置番号（１～９）のシミュレーションを行った。

【0064】

表１は、装置番号（１～９）のロッドインテグレータの特徴を数値で示している。角度θｉは、集光レンズ６の光軸６ｃに垂直な基準平面７ｓに対する、入射面７ａの傾斜角を表す。角度θｒは、集光レンズ６の光軸６ｃに対する、中心軸７ｃの傾斜角を表す。角度θｏは、集光レンズ６の光軸６ｃに垂直な基準平面７ｔに対して、出射面７ｂの傾斜角を表す（図１参照）。

【0065】

【表1】

【0066】

装置番号（１，５，６）のロッドインテグレータ７は、いずれも、θｉが６度、かつ、θｒが１．９度である。つまり、θｒが、θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ／ｎ）と実質的に等しい関係にある。
装置番号（１，５，６）に加えて、装置番号２を含むロッドインテグレータ７は、上記（２）式、つまり、０．８×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ）） ＜ θｒ ＜ １．２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ））を満たす関係にある。
装置番号（１～６）のロッドインテグレータ７は、上記（１）式、つまり、θｒ＜２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ））を満たす関係にある。
装置番号７のロッドインテグレータ７は、θｒ＝２×（θｉ－ａｓｉｎ（ｓｉｎ（θｉ）／ｎ））を満たす関係にある。
装置番号８のロッドインテグレータ７は、θｒ及びθｏがいずれも０度である。
装置番号９のロッドインテグレータ７は、θｒ、θｉ及びθｏがいずれも０度である。

【0067】

上述したロッドインテグレータの形状及び配置以外の光源装置の特徴について、９種類の光源装置は、図１で示した光源装置１０と同様の特徴を有する。また、以下に示す各数値は、装置番号（１～９）で共通している。
光ファイバの形態：縦２本×横２本、計４本を束ねたバンドルファイバ
各光ファイバのコア径：φ２０５μｍ
光ファイバのバンドルピッチ：２６０μｍ
光ファイバの出射光発散角：４．５度（１／ｅ^２半幅）
屈折光学系：バンドルファイバの端面をロッドインテグレータの入射面に倍率１．５倍で結像する集光レンズ
ロッドインテグレータの形態：底面が１．２ｍｍ×１．７ｍｍ寸法の角柱レンズ
ロッドインテグレータの長さ：２００ｍｍ
ロッドインテグレータの入射光発散角：３度（１／ｅ^２半幅）
ロッドインテグレータの屈折率：ｎ＝１．４７
遮光部：開口部がφ１０ｍｍの環状アパチャー

【0068】

図７において、集光レンズ６の光軸６ｃ上を進む光Ｌ１が、ロッドインテグレータ７内を進む様子を表す。図７を参照すると、装置番号（１，５，６，９）では、光Ｌ１と中心軸７ｃが一致していることがわかる。装置番号（２～４，７，８）では、光Ｌ１と中心軸７ｃとが一致していないことがわかる。

【0069】

図８は、各光源装置の出射面７ｂから出射する光の角度スペクトルのシミュレーション結果を示す。表２は、発散角の評価結果と、各装置の戻り光に関するシミュレーション結果を表す。

【0070】

【表2】

【0071】

［出射光の発散角の評価］
図８の角度スペクトルに基づいて発散角の評価を行った。評価の良い方から順にＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４段階評価とした。図８を参照すると、光Ｌ１の中心とロッドの中心軸７ｃが一致している装置番号（１，５，６，９）は、光Ｌ１の中心を最大強度とした、凹凸の小さいガウス分布状の角度スペクトルが表れている。そして、角度幅が８～１０度であり、小さい発散角であることがわかる。よって、表２に示すように、装置番号（１，５，６，９）の発散角の評価はＡである。なお、角度スペクトルの中心が０度位置にないときは、ロッドインテグレータの出射光が全体的に傾くことを表すが、出射光の全体的な傾きは後段の光学系で調整できる。

【0072】

図８を参照すると、装置番号２は、光の角度幅が８～１０度であり、小さい発散角であることがわかる。しかしながら、角度スペクトルに多少の凹凸があり、角度スペクトルにムラがある。よって、表２に示すように、装置番号２の発散角の評価はＢである。角度スペクトルの凹凸は、ロッドインテグレータ内で光が反射することによって生じる。

【0073】

図８を参照すると、装置番号（３，４）は、角度幅が１０～１２度であり、少し大きい発散角であることがわかる。また、角度スペクトルの凹凸が装置番号２より大きくなり、角度スペクトルのムラが少し大きくなる。よって、装置番号（３，４）の発散角の評価はＣである。

【0074】

図８を参照すると、装置番号（７，８）は、角度幅が約１４度であり、かなり大きい発散角であることがわかる。また、角度スペクトルの凹凸が装置番号（３，４）より大きくなり、ムラがかなり大きくなる。よって、装置番号（７，８）の発散角の評価はＤである。

【0075】

［戻り光の評価と総合評価］
表２において、「戻り光の光量」は、戻り光が光ファイバの出射端部全体に到達する光量を表す。表２において、「戻り光の最大放射照度」は、光ファイバでの出射端部において最も強い光が照射される部位の照度を表す。「総合評価」は、発散角の評価と、戻り光の光量及び最大放射照度の評価とを総合した評価を意味する。総合評価は、評価の良い方から順にＡ、Ｂ、Ｃ及びＤの４段階評価とした。Ｃ評価以上で、発散角が増大することを抑えつつ、戻り光が光ファイバの出射端部を照射することを抑えるという、所望の効果が得られることを表す。Ｄ評価は、発散角と戻り光の光量のいずれか一方が大きすぎて、所望の効果が得られないことを表す。

【0076】

発散角の評価がＡの装置番号（１，５，６，９）について、装置番号（１，５）は戻り光の光量及び最大放射照度が共に小さいため、装置番号（１，５）の総合評価はＡである。装置番号６について、発散角の評価が優れているものの、戻り光の光量及び最大放射照度が比較的大きい値であるため、装置番号６の総合評価はＣである。装置番号６の戻り光が多かった理由は、θｏがθｒと同じ値、つまり、出射面７ｂが、ロッドインテグレータ７の中心軸７ｃに対して垂直であったためである。これは、出射面７ｂで反射した光が、集光レンズ６を経てバンドルファイバ５の出射端部に到達した光が多いことに因る。装置番号９は、戻り光の光量及び最大放射照度が大きすぎるため、装置番号９は光ファイバ出射端部の焼損リスクがある。よって、装置番号９の総合評価はＤである。

【0077】

発散角の評価がＢの装置番号２は、戻り光の光量及び最大放射照度が比較的小さい値であった。よって、装置番号２の総合評価はＢである。発散角の評価がＣの装置番号（３，４）は、戻り光の光量及び最大放射照度が比較的小さい値であった。よって、装置番号（３，４）の総合評価はＣである。装置番号（７，８）の発散角の評価がＤであるため、戻り光の評価にかかわらず、装置番号（７，８）の総合評価はＤである。

【符号の説明】

【0078】

１ ：光源
２ ：（固体光源を配置する）基板
３ ：固体光源
５ ：バンドルファイバ
６ ：集光レンズ
６ｃ ：光軸
７ ：ロッドインテグレータ
７ａ ：入射面
７ｂ ：出射面
７ｃ ：中心軸
７ｅ ：左端
７ｆ ：後端
７ｓ、７ｔ ：基準平面
１０ ：光源装置
１５ ：接着剤
１８ ：遮光部
１８ａ ：第一遮光領域
１８ｂ ：第二遮光領域
１８ｃ ：遮光部
２１ ：コリメータレンズ
２２ ：ミラー
３１ ：光ファイバ
３２ ：フェルール
５１ ：空間光変調器
５５ ：投影光学系
６０ ：ワーク
６１ ：ステージ
９０ ：光学ユニット
９１ ：バンドルファイバ
９２ ：ロッドインテグレータ
９２ｃ ：（ロッドインテグレータの）中心軸
９３ ：入射面
１００ ：露光装置

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】