JP5736989B2 - 光源装置およびランプ点灯方法 - Google Patents
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Description
特許文献1および特許文献2に開示されているように、当該ランプにおいて、定格電力での点灯と定格電力より低い電力での点灯とを繰り返すことにより、定格電力より低い電力での点灯時におけるエネルギー消費が抑制され、従って、このような光源装置を光源として用いた露光装置などにおいては、エネルギー効率の高い処理が行われることとなる。
しかしながら、近年においては、さらなるエネルギー効率の向上が求められている。
前記ショートアーク型水銀ランプに定格電力を供給する定格電力点灯モードと、前記ショートアーク型水銀ランプに定格電力より低い電力を供給する低電力点灯モードとを切り替えて前記ショートアーク型水銀ランプを点灯させるよう、当該ショートアーク型水銀ランプに電力を供給する給電装置とを具えてなる光源装置において、
前記給電装置は、前記低電力点灯モードから前記定格電力点灯モードへの移行が150ミリ秒間以内で行われるよう電力を供給するものであり、
波長313nm(j線)および/または波長365nm(i線)を利用して光照射処理を行う光照射装置に用いられることを特徴とする。
前記定格電力点灯モードにおける前記ショートアーク型水銀ランプの定格電力による点灯時間が、1〜3秒間であることが好ましい。
前記低電力点灯モードから前記定格電力点灯モードへの移行が150ミリ秒間以内で行われ、波長313nm(j線)および/または波長365nm(i線)を利用して光照射処理が行われることを特徴とする。
前記定格電力点灯モードにおける前記ショートアーク型水銀ランプの定格電力による点灯時間が、1〜3秒間であることが好ましい。
図1は、本発明の光源装置に用いられるショートアーク型水銀ランプの一例における構成を示す説明用断面図である。
このショートアーク型水銀ランプ(以下、単に「水銀ランプ」という。)10の発光管11は、内部に放電空間Sを形成する外形が略球状の発光部12と、この発光部12の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の封止部13とを有し、この発光管11における発光部12内には、それぞれタングステンよりなる陰極14および陽極15が互いに対向するよう配置されている。
発光管11における封止部13の各々の内部には、例えばモリブデンよりなる金属箔(図示せず)が気密に埋設され、金属箔の各々の一端には、一対の電極14,15の各々における軸部14a,15aの基端が溶接されて電気的に接続されている。
発光部12内に封入される水銀は、必要な波長の放射光を得るためのものであり、その封入量が例えば20〜40mg/ccとされる。
発光部12内に封入される希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであり、その封入圧は、静圧で例えば50〜100kPaである。また、希ガスとしては、アルゴンガスを好適に用いることができる。
本発明の光源装置において、給電装置は、上記の水銀ランプ10に定格電力を供給する定格電力点灯モードと、水銀ランプ10に定格電力より低い電力を供給する低電力点灯モードとを切り替えて水銀ランプ10を点灯させるよう、当該水銀ランプ10に電力を供給する機能を有するものである。
この給電装置20は、ランプ点灯回路21および電源制御回路22から構成されている。
ランプ点灯回路21においては、商用電源50から供給される交流電圧が、例えば全波整流回路(図示せず)およびコンデンサ(図示せず)から構成される整流平滑回路51により直流電圧に整流・平滑される。この整流平滑回路51により得られた直流電圧は、例えば電界効果トランジスタよりなる複数のスイッチング素子(図示せず)から構成されるフルブリッジ型のスイッチング回路52に供給される。そして、スイッチング回路52に含まれるスイッチング素子の各ベースはPWM制御部54の出力に接続されており、このPWM制御部54の出力により各スイッチング素子をオン/オフすることにより、スイッチング回路52から高周波電圧が出力される。このスイッチング回路52から出力された高周波電圧は、トランスTにより昇圧されて、ダイオード(図示せず)、インダクタンス(図示せず)およびコンデンサ(図示せず)から構成される整流平滑回路53により直流電圧に変換されて電力測定回路55および起動器56を介して水銀ランプ10に供給される。
水銀ランプ10への供給電力の調整は、PWM制御部54において、各スイッチング素子のオン時間とオフ時間との比率(デューティ比)を制御することにより行われる。
給電装置20において、低電力点灯モードから定格電力点灯モードへの特定移行時間が150ミリ秒間以内であることにより、発光管11の発光部12内に封入された水銀の蒸気圧が安定する前に低電力点灯モードから定格電力点灯モードへの移行が行われることとなり、水銀による自己吸収が抑制された状態において、定格電力で水銀ランプ10が点灯されるので、エネルギー効率の向上を図ることができる。具体的には、後述する実験例の結果に示されるように、波長313nm(j線)と波長365nm(i線)における照度を、特定移行時間が150ミリ秒間を超える場合に比べて高いものとすることができる。このことから、本発明の光源装置は、波長313nm(j線)および/または波長365nm(i線)を利用して光照射処理を行う光照射装置に用いられることが好ましい。
低電力点灯モードから定格電力点灯モードへの特定移行時間が150ミリ秒間を超える場合においては、発光管11の発光部12内に封入された水銀の蒸気圧が高い状態で電力点灯モードから定格電力点灯モードへの移行が行われることとなり、水銀による自己吸収が増大した状態において、定格電力で水銀ランプ10が点灯されるので、エネルギー効率の向上を図ることができないおそれがある。
さらに、給電装置20は、定格電力点灯モードと低電力点灯モードとを繰り返して水銀ランプ10に電力を供給する場合において、低電力点灯モードにおける水銀ランプ10の低電力による点灯時間が4〜30秒間であることが好ましい。低電力による点灯時間が4秒間以上であることにより、低電力点灯モードにおいて水銀蒸気圧が低下して、水銀の温度が低下し、従って、水銀による自己吸収の影響を受けない状態で低電力点灯モードから定格電力点灯モードへ移行することができ、より高いエネルギー効率の向上を図ることができる。
以上のことから、本発明の光源装置においては、定格電力点灯モードにおける定格電力による点灯時間より、低電力点灯モードにおける低電力による点灯時間が長いことが好ましい。
本発明のランプ点灯方法は、発光管内に陽極と陰極とが対向配置され、当該発光管内に水銀が封入されたショートアーク型水銀ランプを、定格電力を供給する定格電力点灯モードと、定格電力より低い電力を供給する低電力点灯モードとを切り替えて点灯する方法において、低電力点灯モードから定格電力点灯モードへの移行が150ミリ秒間以内で行われる。
この露光装置は、露光光をワークWに照射する光照射装置30と、ワークWを載置するワークステージWSと、ワークWを搬送する搬送機構40とを具えてなるものである。
光照射装置30は、露光光を放射する水銀ランプ10、この水銀ランプ10から放射された光を集光する集光鏡31および給電装置20からなる光源装置1と、集光鏡31からの光を反射する平面鏡32と、平面鏡32で反射された光の照度分布を均一にするインテグレータレンズ33と、インテグレータレンズ33よりの光を制御するシャッタ機構34と、インテグレータレンズ33よりの光を平行光とするコリメータミラー35と、コリメータミラー35とワークWとの間の光路上に配置されたマスクMとにより構成される。
例えば薬剤が塗布されたワークWが搬送機構40により搬送され、ワークステージWSに載置、固定される。そして、マスクMのマスクパターンがワークWの所定の位置に露光されるよう位置合わせを行い、シャッタ機構34を開いて露光光を、マスクMを介してワークWに照射し、露光処理を行う。露光処理が終了すると、シャッタ機構34を閉じて露光光を遮断する。その後、露光処理が施されたワークWが搬出される。
そして、露光処理が行われる時間T2においては、給電装置20から水銀ランプ10には、定格電力点灯モードによる電力、具体的には定格電力に相当する電力値の直流電力が供給され、これにより、水銀ランプ10が定格電力点灯モードで点灯される。このとき、特定移行時間Taにおいては、給電装置20において、低電力点灯モードから定格電力点灯モードに切り替える動作指令信号がランプ点灯制御部45から切換部43に入力されて、点灯モードが低電力点灯モードから定格電力点灯モードへ移行する。
その後、露光処理終了から次のワークWが搬送されて所定の位置合わせが行われるまでの時間T3においては、給電装置20から水銀ランプ10には、低電力点灯モードによる電力に相当する電力値の直流電力が供給され、これにより、水銀ランプ10が低電力点灯モードで点灯される。このとき、移行時間Tbにおいては、給電装置20において、定格電力点灯モードから低電力点灯モードに切り替える動作指令信号がランプ点灯制御部45から切換部43に入力されて、点灯モードが定格電力点灯モードから低電力点灯モードへ移行する。
露光装置においては、以上のようなプロセスが繰り返し行われる。
定格電力点灯モードにおける定格電力による点灯時間(T2)が1〜3秒間であることが好ましく、低電力点灯モードにおける低電力による点灯時間(T1、T3)が4〜30秒間であることが好ましい。
また、定格電力点灯モードから低電力点灯モードへの移行時間(Tb)は、特に限定されないが、0〜50ミリ秒間以内、より好ましくは0〜20ミリ秒間以内とされる。
図1に示す構成に従い、下記の仕様の水銀ランプ(A)を作製した。
・発光管(11)は石英ガラス製で、発光部(12)の最大外径が175mm、発光部(12)の内容積が3000ccである。
・電極(14,15)の各々はタングステン製で、電極間距離が23mmである。
・発光管(11)内には、30mg/ccの水銀、および、静圧で62kPaのアルゴンガスが封入されている。
・水銀ランプ(A)の定格電力は25kW、定格電圧は170V、管壁負荷値は27W/mm2 である。
水銀ランプ(A)に定格電力点灯モード(定格電力値:25kW)における定格電力による点灯時間を2秒間、低電力点灯モード(低電力値:12.5kW)における低電力による点灯時間を7秒間として、定格電力点灯モードと低電力点灯モードとを繰り返し、直流電力を供給して点灯させた。低電力点灯モードから定格電力点灯モードへの特定移行時間を20ミリ秒間、50ミリ秒間、100ミリ秒間、150ミリ秒間、300ミリ秒間、500ミリ秒間と変更して、各々の特定移行時間における波長313nm(j線)と波長365nm(i線)の照度を測定した。なお、各々の照度は、特定移行時間500ミリ秒間における照度を1として相対値として示す。結果を表1に示す。
水銀ランプ(A)に定格電力点灯モード(定格電力値:25kW)における定格電力による点灯時間を2秒間、低電力点灯モード(低電力値:定格電力値40〜80%)における低電力による点灯時間を7秒間として、定格電力点灯モードと低電力点灯モードとを繰り返し、直流電力を供給して点灯させた。低電力点灯モードから定格電力点灯モードへの特定移行時間を20ミリ秒間として、各々の低電力値における波長313nm(j線)、波長365nm(i線)、波長405nm(g線)および波長436nm(h線)の照度を測定した。なお、各々の照度は、定格電力点灯モードにおいて2秒間点灯した直後の照度を測定し、定格電力値(W0 )と低電力値(W)との比率(W/W0 )が1のときおける照度を1としたときの相対値を表2に示す。
また、各波長における、一個のパルス内での低電力点灯モードから定格電力点灯モードへ移行した後の時間経過に伴う照度変化を示すグラフを図5〜図8に示す。
10 水銀ランプ
11 発光管
12 発光部
13 封止部
14 陰極
14a 軸部
15 陽極
15a 軸部
20 給電装置
21 ランプ点灯回路
22 電源制御回路
30 光照射装置
31 集光鏡
32 平面鏡
33 インテグレータレンズ
34 シャッタ機構
35 コリメータミラー
40 搬送機構
43 切換部
45 ランプ点灯制御部
50 商用電源
51 整流平滑回路
52 スイッチング回路
53 整流平滑回路
54 PWM制御部
55 電力測定回路
56 起動器
61 定格電力点灯モード基準電力発生部
62 低電力点灯モード基準電力発生部
S 放電空間
T トランス
M マスク
W ワーク
WS ワークステージ
Claims (4)
- 発光管内に陽極と陰極とが対向配置され、当該発光管内に水銀が封入されその封入量が20〜40mg/ccであるショートアーク型水銀ランプと、
前記ショートアーク型水銀ランプに定格電力を供給する定格電力点灯モードと、前記ショートアーク型水銀ランプに定格電力より低い電力を供給する低電力点灯モードとを切り替えて前記ショートアーク型水銀ランプを点灯させるよう、当該ショートアーク型水銀ランプに電力を供給する給電装置とを具えてなる光源装置において、
前記給電装置は、前記低電力点灯モードから前記定格電力点灯モードへの移行が150ミリ秒間以内で行われるよう電力を供給するものであり、
波長313nm(j線)および/または波長365nm(i線)を利用して光照射処理を行う光照射装置に用いられることを特徴とする光源装置。 - 前記給電装置が、前記定格電力点灯モードと前記低電力点灯モードとを繰り返して前記ショートアーク型水銀ランプに電力を供給する場合において、
前記定格電力点灯モードにおける前記ショートアーク型水銀ランプの定格電力による点灯時間が、1〜3秒間であることを特徴とする請求項1に記載の光源装置。 - 発光管内に陽極と陰極とが対向配置され、当該発光管内に水銀が封入されその封入量が20〜40mg/ccであるショートアーク型水銀ランプを、定格電力を供給する定格電力点灯モードと、定格電力より低い電力を供給する低電力点灯モードとを切り替えて点灯するランプ点灯方法において、
前記低電力点灯モードから前記定格電力点灯モードへの移行が150ミリ秒間以内で行われ、波長313nm(j線)および/または波長365nm(i線)を利用して光照射処理が行われることを特徴とするランプ点灯方法。 - 前記定格電力点灯モードと前記低電力点灯モードとを繰り返して前記ショートアーク型水銀ランプを点灯する場合において、
前記定格電力点灯モードにおける前記ショートアーク型水銀ランプの定格電力による点灯時間が、1〜3秒間であることを特徴とする請求項3に記載のランプ点灯方法。
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