KR20150143451A - 광원 장치 및 광원 장치를 구비하는 노광 장치 - Google Patents

Abstract

[개요] 본 발명의 방전 램프는, 수평 방향을 따라서 배치되는 방전 램프(22)와, 반사면이 회전 방물면인 반사경(21)을 구비하는 광원 장치(20)에 있어서, 방전 램프(22)가 반사경(21)의 중심부를 배치되는 한편, 램프 중심축(E)이 반사경 중심축(T)으로부터 연직 방향을 따라서 거리(d)만큼 떨어져 평행 배치된다.

Description

광원 장치 및 광원 장치를 구비하는 노광 장치{LIGHT SOURCE DEVICE, AND EXPOSURE DEVICE PROVIDED WITH THE LIGHT SOURCE DEVICE}

본 발명은, 프로젝터, 노광 장치 등에 사용 가능한 광원 장치에 관한 것으로, 특히, 광원으로서 이용되는 방전 램프의 배치, 혹은 방전 램프에 대한 광량/조명 제어에 관한 것이다.

프로젝터, 노광 장치 등에서는, 고휘도이며 소형, 세경(細徑)의 쇼트 아크형 방전 램프를 구비하는 광원 장치가 사용되고 있다. 광원 장치는, 반사면이 회전 방물면인 완장의 반사경을 구비하고, 방전 램프로부터의 광이 반사경을 개입시켜 소정 방향으로 조사된다. 특히, 발광 강도를 높이는 경우, 방전 램프와 반사경으로 구성되는 램프 유닛을 복수개 설치한 다등식 광원 장치가 포함된다.

램프 유닛에서는, 방전 램프를 반사경의 중심축을 따라 취부하고, 방전관으로부터 지름 방향으로 방사되는 광을 반사경에 의해서 일 방향으로 이끄는 구성이며, 방전 램프의 아크휘점 위치가 반사경의 초점 위치와 실질적으로 일치하도록, 방전 램프가 같은 축적으로 고정된다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

방전 램프의 광량 조정에 관해서는, 방전 램프의 위치를 반사경의 중심축을 따라 평행이동시키는 광원 장치가 알려져 있다(특허문헌 2 참조). 그곳에서는, 프로젝터 장치 내에 축 방향 이동 가능한 방전 램프가 장착된다. 점등 중에 발생하는 열의 영향을 막기 위해, 방전 램프의 휘점 위치를 반사경의 초점 위치에서 늦추어, 반사경으로부터 사출하는 광량을 조정한다.

한편, 노광 장치에서는, 고휘도이고 일정 조도의 광을 조사하는 것이 요구된다. 그 때문에, 노광 작업중단 시에 측광 장치를 이용하여 조도를 계측하고, 방전 램프로의 공급 전력을 조정하여 정조도 점등 제어를 실시한다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

일본 공개특허 특개2006-147362호 공보 일본 공개특허 특개2010-072571호 공보 일본 공개특허 특개2009-205025호 공보

방전 램프를 장시간 점등시키면, 할로겐 가스 등 희가스의 방전관 내 대류의 영향 등에 의해서 전극 선단부가 변형하여, 아크휘점의 위치가 점차적으로 변동한다. 그 결과, 아크휘점이 반사경의 초점 위치로부터 빗나가 버린다. 이 아크휘점의 변동은, 램프 조도를 조기에 저하시키고, 램프 수명을 줄인다.

따라서, 방전 램프를 장기간 사용해도 조도가 저하하지 않는 방전 램프의 배치 구성이 요구된다.

한편, 노광 장치 등에서는 정조도 점등 제어를 하고, 그 경우, 방전관, 전극의 소모 등에 의해서 램프의 조도가 저하하면, 거기에 맞추어 램프 전력을 증가시킨다. 이 제어는, 램프 수명에 가까워져 램프 전력 상한치에 이를 때까지 계속된다. 그 때문에, 램프 수명을 늘리기 위해서는, 가능한 한 램프 점등 시동시에서의 램프 전력을 억제하는 것이 바람직하다.

그렇지만, 초기 시동시의 램프 전력을 억제하면, 아크휘점 위치가 불규칙하게 변동하고 깜빡임이 생길 가능성이 있어, 조도가 안정되지 않게 된다. 그 때문에, 어느 일정 이상의 전력으로 점등시킬 필요가 있다. 또, 전력치는 램프 개체 차이에 의해서 상이하기 때문에, 다등식 광원 장치 등에서는, 모든 램프에 대해 깜빡임의 발생을 막기 위해서 보다 큰 전력으로 램프를 초기 시동시키지 않으면 안 된다.

따라서, 방전 램프 점등 기간 중에서의 조도 저하를 억제하고, 공급 전력의 상승을 가능한 한 완만하게 하는 것이 필요하게 된다.

본 발명의 광원 장치는, 전극축을 램프 중심축과 일치시키도록 방전관 내에서 대향 배치된 전극대(電極對)를 갖는 적어도 1개의 방전 램프와, 초점을 갖는 요형반사면을 갖고, 상기 방전 램프로부터의 광을 한 방향으로 이끄는 적어도 1개의 반사경을 구비한다.

예를 들면, 방전 램프는 0.2 mg/mm3 이상의 수은을 포함한 고휘도 쇼트 아크형 램프이며, 프로젝터, 노광 장치 등에 사용 가능하다. 또, 1개의 방전 램프, 1개의 반사경으로 구성되는 램프부를 단체로 사용해도 좋고, 혹은 램프부를 복수 배치한 다등식 광원 장치를 구성해도 괜찮다.

본 발명에서는, 방전 램프가, 반사경 중심축을 따라서 배치됨과 동시에, 기준 위치로부터, 반사경 중심축에 수직인 방향을 따라서 소정 거리 간격만큼 떨어져 있다. 여기서, 기준 위치는, 방전 램프 중심축을 반사경 중심축에 일치시키고, 또한 아크휘점을 반사경 초점 위치에 맞추었을 때의 위치, 즉 종래에서의 방전 램프의 축 방향 및 수직 방향에 관해서 정해지는 위치를 나타낸다. 따라서, 방전 램프가 수평 방향을 따라서 배치되었을 경우, 램프 중심축이 반사경 중심축보다 연직 하방에 위치하도록, 방전 램프가 오프셋 배치된다. 또, 엄밀하게 반사경 중심축에 수직(90°)이 아니어도 좋고, 반사경 중심축 방향이 아니고, 수직 방향에 대해서 어느 정도 따르고 있으면 좋다.

방전 램프가 반사경 중심축으로부터 수직 방향을 따라서 오프셋 배치되는 것으로, 램프를 장기간 점등하는데 따라, 아크휘점이 연직 상방을 향해서 이동한다. 그 때문에, 방전 램프가 수평이 되도록 광원 장치의 배치를 적당 조정함으로써, 조도 저하가 억제되어, 램프 수명이 늘어난다.

또한, 방전 램프에 대해서는, 반사경 중심축에 대해 엄밀하게 평행 배치해도 좋고, 혹은, 아크휘점이 반사경 중심축 상에 있는 초점 방향을 향해서 이동하는 한도에서, 방전 램프를 대략 평행한 오프셋 배치로 해도 괜찮다. 또, 엄밀하게 반사경 중심축의 수직 라인 상을 따라서 멀어진 위치에서 만나도 좋고, 혹은 대략 수직인 라인을 따라서 오프셋 배치시켜도 괜찮다.

예를 들면, 전극대를 지지하는 전극 지지봉의 지름을, 0.3~0.6 mm의 범위에 정하는 것이 가능하고, 이 경우, 램프 중심축은, 반사경 중심축으로부터, 전극 지지봉 직경의 5~45%의 거리 간격만큼 멀어진 위치에 정하는 것이 가능하다. 특히, 램프 중심축을, 반사경 중심축으로부터 전극 지지봉 직경의 10~35%, 또 20~25%의 거리 간격만큼 떨어지도록 할 수 있다.

반사경으로부터의 복사열을 저감하기 위해, 1개의 개구부를 마련하는 것이 좋다. 예를 들면, 방전 램프를 수평 배치하고, 램프 연직 하방측에 개구부를 위치 결정 시키도록, 광원 장치를 설치하면 좋다. 또, 방전 램프와 상기 반사경으로부터 구성되는 복수의 램프가, 서로 인접 배치되어 있는 경우, 네 방향으로 4개의 개구부를 설치해도 좋다.

또한 본 발명의 광원 장치는, 방전 램프의 전력을 조정함으로써, 정조도 점등 제어하는 조명 제어부를 구비하는 것이 가능하다. 그리고, 조명 제어부는, 램프 초기 시동 때, 깜빡임을 발생시키지 않는 초기 한도 광량에 대응하는 초기 한도 전력치보다 소정량 큰 전력치에 의해서, 방전 램프를 구동할 수 있다. 여기서, 깜빡임을 발생시키지 않는 초기 한도 광량이란, 램프 발광이 안정되어 있으면 간주할 수 있는 범위의 최소의 한도 광량을 나타내고, 초기 한도 전력치는 거기에 대응하여 공급되는 전력치를 나타낸다.

램프 중심축이 반사경 중심축보다 연직 하방에 위치하도록 배치되었을 경우, 오프셋 배치되지 않는 종래 램프에 비해, 램프 점등 개시 시에서의 초기 한도 전력치가 높아지지만, 본 발명에서는, 더욱 이 전력치보다 높은 전력치에 의해서 램프가 구동된다.

종래의 방전 램프에서는, 정조도 점등 제어 때에는 점등 시간의 경과와 함께 램프 전력이 증가하기 때문에, 가능한 한 점등 시동시의 전력치를 억제하려고 하지만, 본 발명에서는, 종래에는 상정되지 않았던 전력치로 램프 점등을 개시한다. 그 때문에, 점등 시동시의 전력치는 비교적 높지만, 점등 시간이 경과함에 따라 아크휘점이 반사경 중심축으로 다가가기 때문에, 정조도 점등을 계속하고 있어도, 전력 증가율이 억제된다. 그리고, 점등 시동시의 전력이 높기 때문에, 깜빡임 없게 안정 점등 상태로 신속히 이행 할 수 있다.

예를 들면 광원 장치가, 복수의 방전 램프와 복수의 반사경을 구비한다. 즉, 방전 램프와 반사경으로 구성되는 램프부를 복수 배치한 다등식 광원 장치의 경우, 조명 제어부는, 램프 초기 시동 때, 복수의 방전 램프 각각의 초기 한도 전력치 중에서 최대의 초기 한도 전력치보다 큰 전력치에 의해서, 방전 램프를 구동할 수 있다. 최대 전력치로 발광하기 때문에, 몇 개의 방전 램프에 대해 깜빡임이 발생하는 것을 막을 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 태양에서의 노광 장치는, 상기 광원 장치를 구비하는 노광 장치이며, 노광 대상 에어리어에 조사되는 투영광의 광량을 측정하는 광량 측정부와, 이차원적으로 배열시킨 복수의 광변조 소자를 갖고, 광원 장치로부터의 조명광을 피묘화체의 노광 대상 에어리어에 투영하는 광변조 소자 어레이와, 방전 램프로의 공급 전력의 제어에 의해서 투영광의 정조도 점등 제어를 실행함과 동시에, 복수의 광변조 소자를 제어하여 투영광의 광량을 조정 가능한 광량 조정부를 구비한다. 예를 들면, 방전 램프는, 램프 중심축이 반사경 중심축보다 연직 하방에 위치하도록 배치되어 있다.

그리고, 광량 조정부는, 램프 초기 시동으로부터 소정 기간, 미사용의 광변조 소자를 설정함으로써, 투영광의 광량을 감소시킨다. 여기서, 「미사용」이란, 투영에 사용할 수 있는 유효한 광변조 소자에 관해, 묘화 패턴, 묘화 위치에 따라 사용하지 않는 것이 아니고, 노광 동작에 대해서 실제로 사용하지 않는 것을 나타낸다. 또, 소정 기간은, 초기 시동 개시부터 램프 발광의 불안정이 계속되는 일정 기간이며, 수시간~수십 시간으로 정하는 것이 가능한.소정 기간 경과 후, 광변조 소자에 의한 투영 광량 감소는 종료하고, 유효한 광변조 소자에 의해서 묘화 처리를 한다.

광량 조정부는, 투영에 사용 가능한 유효 광변조 소자 중, 실제로 사용하는 비율을 나타내는 사용율을 규정, 투영 광량을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 광량 조정부는, 광변조 소자 배열 영역에서, 대략 똑같은 분포이고, 불규칙한 분포가 되도록, 미사용의 광변조 소자를 정할 수 있다. 여기서,「대략 똑같은 분포」 그리고 「불규칙한 분포」란, 광변조 소자 배열 영역 전체에서 보았을 때, 미사용의 광변조 소자가 대략 균등한 간격으로 똑같이 분산, 소산, 국소적인 편재, 일부 공백 부분이 없고, 그 일방에, 배열 영역 전체를 통해서 규칙적 배열로 되어 있지 않은 분포 상태를 나타낸다. 이것은, 등간격으로 규칙적으로 늘어놓은 미사용의 광변조 소자의 배열을 각각 미소하게 늦춘 만큼 분포 상태에 상사(相似)한다.

정조도 점등 제어 때문에, DMD 등의 광변조 소자 어레이가 마스크/필터가 되어 투영 광량을 감소시키면, 전력치가 증가한다. 한편, 방전 램프의 오프셋 배치에 의해, 아크휘점이 반향 중심축으로 가까워지는 것으로 전력 증가율이 억제된다. 또, 일정 기간 경과 후에 사용율을 100%로 해도, 시동시의 전력이 높기 때문에, 전력 감소폭이 억제되어 깜빡임 등이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

광량 조정부는, 램프 점등 시동 시, 깜빡임이 생기지 않는 방전 램프의 최소 한도 전력보다 큰 전력이 공급되도록, 미사용의 광변조 소자를 설정하는 것이 가능하다. 여기서, 깜빡임을 발생시키지 않는 초기 한도 광량이란, 램프 발광이 안정되어 있으면 간주할 수 있는 범위의 최소 한도 광량을 나타내고, 초기 한도 전력치는 거기에 대응하여 공급되는 전력치를 나타낸다. 초기 시동시의 불안정한 발광에 대해도, 깜빡임 발생을 확실히 억제하는 한편, 전력 증가가 완만하기 때문에, 램프 수명을 늘리는 것이 가능해진다.

예를 들면, 광원 장치가, 복수의 방전 램프와 복수의 반사경을 구비하는 다등식 광원 장치의 경우, 광량 조정부는, 램프 점등 시동 시, 복수의 방전 램프 각각의 초기 한도 전력치 중에서 최대의 초기 한도 전력치보다 큰 전력치에 의해서, 방전 램프를 구동할 수 있다.

본 발명에 의하면, 정조도 점등 등을 실시하는 경우, 방전 램프의 수명을 늘릴 수 있다.

[도 1] 제1 실시 형태인 노광 장치의 사시도이다.
[도 2] 노광 장치의 블록도이다.
[도 3] 광원 장치의 평면도이다.
[도 4] 광원 장치의 개략적 단면도이다.
[도 5] 방전관 내의 전극 배치를 나타낸 도면이다.
[도 6] 램프 중심축과 반사경 중심축과의 위치 관계를 나타낸 도면이다.
[도 7] 램프 점등 시간 경과에 수반하는 램프 전력을 나타낸 그래프이다.
[도 8] 제2 실시 형태에서의 광원 장치의 정면도이다.
[도 9] 제2 실시 형태에서의 광원 장치의 개략적 단면도이다.
[도 10] 제3 실시 형태인 1개의 광원 장치의 개략적 단면도이다.
[도 11] 제4 실시 형태에서의 램프 점등 시동시의 램프 점등 제어의 플로차트(flow chart)를 나타낸 도면이다.
[도 12] 제5 실시 형태에서의 콘트롤러에 의해서 실행되는 조광 처리를 나타낸 플로차트(flow chart)이다.
[도 13A] 조광 필터 데이터를 나타낸 도면이다.
[도 13B] 조광 필터 데이터를 나타낸 도면이다.
[도 14] 방전 램프의 사용시간 경과에 수반하는 투영광의 광량, 입력 전력, DMD의 사용율을 나타낸 그래프이다.
[도 15] 스텝&리피트 방식에 의한 묘화 처리를 나타낸 플로차트(flow chart)이다.
[도 16] 제6 실시 형태에서의 DMD 사용율 및 램프 전력의 변화를 나타낸 도면이다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.

도 1은, 제1 실시 형태인 노광 장치의 사시도이다. 도 2는, 노광 장치의 블록도이다.

노광 장치(10)는, 포토레지스트(photoresist) 등의 감광 재료를 표면에 형성한 기판(W)에 직접 패턴을 형성하는 마스크레스(maskless) 노광 장치이며, 기대(14) 위에 탑재된 노광부(13)에는, 방전 램프(22)를 포함하는 광원 장치(20)와, DMD(DigitalMicro-mirrorDevice)(32)를 포함하는 노광 헤드(30)가 구비되어 있다.

기판(W)은, 스테이지(12) 위에 탑재되고, 스테이지(12)는, 스테이지 구동 기구(15)에 의해서 이동 가능하다. 여기에서는, 주사 방향 Y, 부주사 방향 Y을 따라서 이동 가능하고, 스테이지(12) 상에서는 X-Y 좌표가 규정되고 있다.

방전 램프(22)에서 방사되는 광은, 조명 광학계(도시하지 않음)에 의해서 DMD(32)에 인도된다. DMD(32)는, 수μm~수십μm의 미소 구형상(矩形狀) 마이크로 미러를 매트릭스(matrices) 모양으로 2차원 배열시킨 광변조 소자 어레이(여기에서는, 1024×1280)이며, DMD 구동 회로(24)에 의해서 구동된다.

도시하지 않은 워크스테이션에서 송신되는 CAD/CAM 데이터 등의 벡터 데이터는, 래스터 변환 회로(26)에서 2차원 도트(dot) 패턴의 래스터 데이터(raster data)로 변환된다. 그리고, 노광 데이터 생성 회로(28)에서는, 필요에 따라서, 마스크 패턴이 되는 조광 필터 데이터와 래스터 데이터를 합성한 노광 데이터가 생성된다.

DMD(32)에서는, DMD 구동 회로(24)에서 송신되는 노광 데이터에 근거하여, 각 마이크로 미러가 각각 선택적으로 ON/OFF 제어된다. ON 상태의 마이크로 미러에서 반사된 광은, 투영 광학계(도시하지 않음)를 거치고, 패턴 상의 광으로서 기판(W)에 조사된다.

기판(W)이 스테이지 구동 기구(15)에 의해서 주사 방향 X로 이동함으로써, DMD(32)에 의한 투영 에어리어(노광 에어리어)가 기판(W)에 대해서 상대 이동하고, 노광 에어리어를 X-Y 방향을 따라서 상대 이동시키면서, 노광 동작을 소정의 노광 피치로 실시함으로써, 패턴이 기판(W)의 전체에 형성된다. 기판(W)의 위치, 즉 노광 에어리어의 위치는, 위치 검출 센서(17)에 의해서 검출된다.

노광 장치(10)는, 스테이지(12) 상에 투영되는 광의 광량을 측정하는 측광 장치(34)를 구비하고, 측광 구동부(35)에 의해서 위치 제어된다. 노광 동작이 행해지지 않을 때, 측광 구동부(35)는, 측광 장치(34)를 광로 상에 배치하고, 측정이 종료하면 측광 장치(34)를 퇴피 위치에 이동시킨다. 다만, 측광 장치(34)를 스테이지(12)에 취부하고, 기판(W)의 이동에 맞추어 광량 측정하는 것도 가능하다.

콘트롤러(50)는, 노광 데이터 생성 타이밍, DMD 구동 등, 노광 동작 전체를 제어한다. 메모리(52)에서 조광에 관한 데이터가 읽어내지면, 노광 데이터 생성 회로(28)에 조광 필터 데이터가 보내진다. 노광 동작의 제어 프로그램은, 콘트롤러(50) 내의 ROM(도시하지 않음)에 격납(格納)되고 있다.

콘트롤러(50)는, 조광 처리(조도/광량 조정 처리) 기능을 구비하고, DMD(32)에 대한 미러 제어 및 방전 램프(22)에 대한 출력 제어를 조합함으로써, 조광 처리를 실행한다. 방전 램프(22)의 라이프 사이클, 즉 점등 시동(초기 점등)시키고 나서 램프 수명에 근거하는 점등 종료까지의 기간 전체에 걸치는 동안, 콘트롤러(50)는, 측정된 광량에 근거하여, 미러 제어, 램프 출력 제어를 실행하고, 기판(W)에 투영/조사하는 광의 광량을 조정한다.

도 3은, 광원 장치의 평면도이다. 도 4는, 광원 장치의 개략적 단면도이다.

광원 장치(20)의 방전 램프(22)는, 중앙부에 위치하는 구상 방전관(22A)과, 그 양단부에 일체적으로 연결되는 한 쌍의 봉지부(22B)로 구성되는 쇼트 아크형 수은 램프이며, 한 쌍의 전극(23A, 23B)이 방전관(22A) 내에 대향 배치되어 있다. 반사경(21)의 중심축(도시 없음)이 수평 방향인 경우, 방전 램프(22)는, 수평 방향을 따라서 배치되어 있다.

방전관(22A) 내에는, 희가스 및 할로겐과 함께, 0.2 mg/mm3 이상의 수은이 포함되어 있다. 램프 점등 시, 전극대(23A, 23B)에는 교류 전압이 인가되어, 음극, 양극이 전극대(23A, 23B)와의 사이에 교대로 바뀐다.

반사경(21)은, 요형의 반사부(凹型反射部)(21A)와 통형 수부(筒狀首部)(21B)가 일체적으로 형성된 완형(椀型) 미러이며, 반사부(21A)의 반사면(21S)은, 초점을 갖는 회전 방물면으로 형성되어 있다. 방전 램프(22)는, 후술하듯이, 반사경(21)에 대해, 오프셋 한 동축(同軸)적 배치가 되고, 수부(21B)와 접속하는 구금(口金)(25)과의 방전 램프(22)와의 사이에 배치되는 보관 유지 부재(MS)에 의해서 고정되고 있다. 또, 방전 램프(22)를 접착제 등으로 고정하는 것도 가능하다.

도 5는, 방전관 내의 전극 배치를 나타낸 도면이다. 도 6은, 램프 중심축과 반사경 중심축과의 위치 관계를 나타낸 도면이다. 도 5, 6을 이용하여, 방전 램프의 배치에 대해 설명한다.

전극대(23A, 23B)는, 전극 지지봉(27A, 27B)에 의해서 지지를 받고, 전극대(23A, 23B)는, 전극 지지봉(27A, 27B)에 각각 용해하여 일체화되고 있다. 전극대(23A, 23B)의 전극 선단부(29A, 29B)는, 전극 지지봉(27A, 27B)을 따라서 형성되고, 전극 선단부(29A, 29B)의 사이에 아크 방전이 발생한다.

전극대(23A, 23B) 및 전극 지지봉(27A, 27B)의 위치는, 그 전극축이 램프 중심축(E), 즉 통형인 봉지부(22B)의 중심축과 일치하도록, 조정되고 있다. 따라서, 전극 선단부(29A, 29B)의 위치도 램프 중심축(E)을 따라서 있다.

상술한 것처럼, 음극과 양극이 전극(23A, 23B)과의 사이에 교대로 바뀌기 때문에, 아크 방전의 휘점도, 전극 선단부(29A, 29B)와의 사이에 교대로 바뀐다. 따라서, 램프 시동 시, 아크 방전은 램프 중심축(E)을 중심으로 발생한다.

그런데, 방전 램프(22)가 수평 방향을 따라서 배치되어 있기 때문에, 램프 점등 중, 방전관(22A) 내에서는, 가스의 열대류가 생긴다. 전극 선단부(29A, 29B) 부근에서는, 희가스와 함께 봉입되어 있는 할로겐등에 의한 할로겐 사이클에 따라, 연직 하방측으로부터 연직 상방을 향해서 가스의 상승류가 생긴다. 그 결과, 방전관(22A)의 연직 상방측과 하방측과의 사이에 온도차가 생긴다.

이 온도차에 의해서 가스 대류가 보다 더 격렬해지고, 전극 선단부(29A, 29B)가 변형하여 연직 상방측으로 이동한다. 온도차는 전극 선단부(29A, 29B)의 변형량에 영향을 주어, 온도차가 큰 만큼 전극 선단부(29A, 29B)의 변형량이 커진다.

본 실시 형태에서는, 방전 램프(22)의 램프 중심축(E)은, 반사경(21)의 중심축(T)과 일치하지 않고, 연직 하방에 소정 거리(d)만큼 떨어져 오프셋에 평행 배치되어 있다. 소정 거리(d)는, 전극 지지봉(27A, 27B)의 지름(D)에 대해서 5~45%의 길이로 정해진다. 특히, 10~35%, 또 20~25%의 범위로 정하는 것이 바람직하고, 예를 들면, 22%로 정해진다. 다만, 전극 지지봉(27A, 27B)의 지름(D)은, 0.3~0.6 mm의 범위로 정해진다.

램프 중심축(E)에 관한 방전 램프(22)의 위치에 관해서는, 반사경(21)의 초점(FP)으로부터 연직 하방을 따라서 거리(d)만큼 이동한 위치에 아크휘점이 램프 존재하도록, 방전 램프(22)의 위치가 정해져 있다. 여기에서는, 전극 선단부(29B)의 아크휘점 발생 포인트(정점)로부터 반사경 중심축(T)에 수직인 방향을 따라서 거리(d)의 위치에 초점(FP)이 위치한다.

이와 같이 방전 램프(22)를 반사경(21)에 대해서 완전한 동축 배치가 아니고, 오프셋 시킨 배치로 함으로써, 램프 수명을 늘리는 것이 가능해진다. 이하, 도 7을 이용하여 설명한다.

도 7은, 램프 점등 시간 경과에 수반하는 램프 전력을 나타낸 그래프이다.

정조도 제어를 실시하는 동안, 전극 선단부(29A, 29B)의 변형에 의해서 아크휘점이 변동하고, 조도가 저하하는 것을 보상하기 위해, 램프 전력을 증가시켜 가고, 그 증가율은 대략 일정이라고 간주할 수 있다.

방전 램프(22)는, 램프 중심축(E)을 반사경(21)의 중심축(T)에 대해서 오프셋 배치되어 있기 때문에, 램프 초기 시동 시, 종래와 같이 램프 중심축(E)과 반사경 중심축(T)을 일치시켰을 때와 비교하여, 전력치가 큰 초기 한도 전력(W1)으로 점등된다. 다만, 초기 한도 전력(W1)은, 깜빡임의 발생이 억제되는 최소 전력치를 나타낸다. 도 7에는, 방전 램프(22)를 반사경(21)과 완전하게 동축 배치시켰을 때의 초기 한도 전력(W0)도 나타내 보이고 있다.

방전 램프(22)를 장시간 계속 점등하면, 시간 경과에 따라서 전극 선단부(29A, 29B)가 연직 상방향을 향해서 변형하고, 아크휘점의 위치가 연직 상방향을 향해서 이동하여, 램프 수명전 도달전의 도중의 단계에서, 반사경(21)의 중심축(T) 상에 아크휘점이 겨우 도착한다. 그리고, 램프 수명 가까이가 되면, 아크휘점은 중심축(T)보다 더 연직 상방까지 이동한다.

종래 램프와 같이, 시간 경과와 함께 아크휘점이 초점 위치로부터 떨어져 가는 것이 아니라, 아크휘점이 도중까지 초점 위치에 가까워지고, 그 후 떨어져 간다. 방전관의 소모 등에 의해서 램프 전력은 필연적으로 증가하지만, 아크휘점의 연직 방향 상방으로의 이동에 의한 조도 업(up)이, 전체적인 조도 저하를 억제한다. 이것에 의해서, 공급하는 램프 전력의 증가율이 낮아진다. 도 7에서는, 종래의 방전 램프의 램프 전력의 변화를 라인 k0, 본 실시 형태에 의한 전력 변화를 라인 k1로 나타내 보이고 있다.

따라서, 초기 한도 전력이 비교적 커도 램프 전력의 증가 비율이 억제되기 때문에, 결과적으로 램프 수명이 늘어난다. 다만, 상술한 것처럼, 램프 중심축(E)의 반사경 중심축(T)으로부터의 오프셋 거리(d)는, 전극 지지봉(27A, 27B)의 지름(D)의 5~45%의 범위로 정해진다. 또, 전극 선단부의 크기, 즉 전극 지지봉(27A, 27B)의 지름(NS)은, 0.3~0.6 mm로 정해진다.

오프셋 거리(d)가 너무 크면, 초기 한도 전력이 필요 이상으로 커지, 방전관의 소모, 전극 선단부의 변형이 매우 앞당겨져 조기의 조도 저하를 가져온다. 또, 아크휘점이 반사경 중심축(T)까지 이동했을 때에 방전관 상부 근처에서 아크 방전이 발생하고, 열에 의한 방전관 변형의 우려가 있다.

한편, 오프셋 거리(d)가 너무 작으면, 초기 한도 전력이 종래 램프와 상위하지 못하고, 램프 수명이 늘어나지 않는다. 또, 전극 지지봉(27A, 27B)의 지름(D)이 너무 작으면 전극 변형이 생기기 쉽고, 지름(D)이 너무 크면 아크휘점의 위치가 변동하기 쉬워지기 때문에, 상기 범위로 정해진다.

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 수평 방향을 따라서 배치되는 방전 램프(22)와, 반사면이 회전 방물면인 반사경(21)을 구비하는 광원 장치(20)에서, 방전 램프(22)가 반사경(21)의 중심부에 배치되는 일방으로, 램프 중심축(E)이 반사경 중심축(T)으로부터 연직 방향을 따라서 거리(d)만큼 떨어져 평행 배치된다.

다음으로, 도 8, 9를 이용하여, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 제2 실시 형태에서는, 반사경에 개구부가 형성되어 있다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.

도 8은, 제2 실시 형태에서의 광원 장치의 정면도이다. 도 9는, 제2 실시 형태에서의 광원 장치의 개략적 단면도이다.

광원 장치(20)은, 반사경(121)을 구비하고, 그 중심축으로 따라 방전 램프(22)가 오프셋 배치되어 있다. 반사경(121)의 연직 하방측에는 구(矩)형상 개구부(121A)가 형성되고 있다. 또, 개구부(121A)의 형상에 대해서는 다른 형상으로 하는 것도 가능하다.

램프 점등 중, 방전관 연직 상방측의 온도는 아크 방전의 열의 영향이 지배적이다. 한편, 하방측의 온도도 주로 아크 방전의 열에 영향을 받지만, 더해 반사경의 복사열의 영향을 받는다. 방전 램프(22)가 연직 하방측에 오프셋 배치되기 때문에, 방전관 연직 하방측의 온도는, 복사열을 고효율로 반사하는 반사경과 방전관 연직 하방과의 거리 간격이 짧아짐으로써, 반사경에 크게 영향을 받아 온도가 상승한다.

제2 실시 형태에서는, 반사경(121)의 연직 하측부에 개구부(121A)가 형성되고 있기 때문에, 방전관 하방의 온도는, 반사경이 접근하지 않게 되기 때문에, 복사열의 영향이 억제된다. 그 결과, 방전관 하방측과 방전관 상부측과의 온도차가 확대한다. 이것은, 방전관 내에서의 가스 대류를 격렬하게 하여, 전극 선단부의 변형량, 즉 아크휘점의 이동량을 크게 한다.

이것에 의해서, 방전 램프(22)의 오프셋 거리 간격을 가능한 한 길게 설정하는 것이 가능해지고, 램프 초기 시동시의 초기 한도 전력을 올리는 것이 가능해진다.

다음으로, 도 10을 이용하여, 제3 실시 형태인 노광 장치에 대해 설명한다. 제3 실시 형태에서는, 개구부를 사방으로 마련한 4개의 광원 장치가 인접 배치된다. 그 이외의 구성에 대해서는, 제1 실시 형태와 같다.

도 10은, 제3 실시 형태인 1개의 광원 장치의 개략적 단면도이다.

광원 장치(20)는, 상술한 광원 장치를 4개 용의하고, 방형상(方形狀)으로 조립한 어셈블리 구조이며, 도 10에 나타내는 광원 장치(20)의 수평 방향에 따른 우측(혹은 좌측), 연직 하방측, 경사 하측에 도시하지 않은 3개의 광원 장치가 서로 이웃이 되도록 배치되어 있다.

그리고, 광원 장치(20)의 반사경(221)은, 상하 좌우의 네 방향으로 대략 등간격으로 동형상의 개구부가 형성되어 있다. 도 10에서는, 1개의 개구부만 도시하고 있다. 이 구성에 의해, 인접하는 광원 장치의 반사경 외표면측에서의 열이 억제되고, 방전관 연직 하방측의 온도 상승을 억제할 수 있다. 즉, 발광관 상부, 하부에서의 온도차가 넓고, 아크휘점 이동량을 크게 할 수 있다.

다음으로, 도 11을 이용하여, 제4 실시 형태에 대해 설명한다. 제4 실시 형태에서는, 초기 시동시에서의 램프 전력을 조정한다.

도 11은, 램프 점등 시동시의 램프 점등 제어의 플로차트(flow chart)를 나타낸 도면이다.

스텝 S101에서는, 광량이 측정됨과 동시에, 목표가 되는 광량이 설정된다. 목표 광량은, 깜빡임이 발생하지 않는 범위에서 최소한의 광량을 나타내고, 미리 오퍼레이터 등에 의해서 설정된다. 그리고, 목표 광량에 대응하는 전력치(초기 한도 전력치)에 의해서 방전 램프가 구동된다.

측정 광량이 목표 광량과 같거나 혹은 그 이상인 것이 확인되면, 또한 램프 출력을 올리기 위해, 초기 한도 전력치보다 소정치만큼 큰 전력치(W2)에 의해서 방전 램프가 구동된다(S102, S103). 이 전력치(W2)는, 방전 램프의 반사경 중심축으로부터의 오프셋 거리(d) 등에 기초를 두어 정해진다.

또한, 다등식 광원 장치의 경우, 램프의 개체 차이에 의해서 초기 한도 전력치가 다르다. 그 때문에, 그 중에 최대치가 되는 초기 한도 전력치보다 큰 전력치가 공급된다.

이와 같이 제4 실시 형태에 의하면, 수평 방향을 따라서 배치되는 방전 램프(22)와, 반사면이 회전 방물면인 반사경(21)을 구비하고, 방전 램프(22)가 반사경(21)의 중심부에 배치되는 한편, 램프 중심축(E)이 반사경 중심축(T)으로부터 연직 방향을 따라서 거리(d)만큼 떨어져 평행 배치되는 광원 장치에서, 초기 한도 전력보다 큰 전력치에 의해서 램프가 점등 시동된다.

방전 램프가 반사경에 대해서 오프셋 배치되어 있기 때문에, 램프를 장기간 점등시켜 정조도 점등 제어시켰을 때의 전력 증가율은 낮다. 따라서, 초기 시동시의 램프 전력을 크게 설정해도, 램프 수명에 이르는 기간이 길어진다. 한편, 램프 초기 전력이 높기 때문에, 깜빡임 발생을 확실히 억제하면서 안정된 점등 상태로 신속히 이행한다.

이와 같이, 종래 설정되어 있던 최소 한도 전력치를 상회하는 값을 설정함으로써, 램프 초기 시동시의 깜빡임 발생을 확실히 막고, 램프 수명을 늘릴 수 있다. 특히, 다등식 광원 장치의 경우, 램프 개체 차이에 관련되지 않고 깜빡임 발생을 확실히 방지할 수 있다.

다음으로, 도 12~15를 이용하여, 제5 실시 형태에 대해 설명한다. 제5 실시 형태에서는, DMD에 의한 투영광의 광량 조정과 램프 출력 제어에 의한 조명광 광량 조정을 조합한 조광 처리가, 정기적으로 행해진다.

도 12는, 콘트롤러에 의해서 실행되는 조광 처리를 나타낸 플로차트(flow chart)이다.

조광 처리를 실시하는 타이밍으로서는, 새로운 방전 램프를 취부하였을 때, 감도가 다른 감광 재료의 기판을 처리할 때 등 여러 가지이고, 로트마다(제품 단위), 일정 매수 기판 처리하는 마다, 일정 기간 마다 조광 처리를 실시하는 것도 가능하다. 여기에서는, 일정 기간 마다 조광 처리가 실행된다.

유저의 입력 조작 등에 의해서 조광 처리가 개시되면, 방전 램프(22)가 점등한 상태로 측광 장치(34)가 광로 상으로 이동하고, 광량 측정을 행한다(S201). 이 때, DMD(32)에서 묘화에 사용 가능한 미러(이하, 유효 미러라고 한다) 모두를 ON 상태로 하고, 광량을 측정한다.

따라서, 측광 장치(34)에서는, 유효 미러 모두 ON 상태의 광에 의한 광량이, 그 투영 에어리어(노광 에어리어)를 대상으로 하여 계측된다. 또, 유효 미러란, DMD의 전 미러 중, 묘화에 사용하지 않는 것이 미리 정해진 미러(DMD 주연부의 미러 등)를 제외한 미러를 나타낸다.

광량의 측정 후, 측정된 광량이 미리 정해진 광량(이하, 목표 광량이라고 한다) 이상인지 아닌지가 판단된다(S202). 측정 광량이 목표 광량 이상이다고 판단되면, DMD(32)의 유효 미러 전체 중에서 실제로 묘화의 의해 사용하는 미러의 비율(이하, 사용율이라고 한다)이 산출된다(S204).

사용율 100%의 경우, 묘화 에어리어를 구성하는 유효 미러 전체가 ON 상태이며, OFF 상태로 설정하는 미러수가 증가하는 만큼(사용 미러의 수가 내려가는 만큼), 사용율이 내려간다. 여기서의 조광 처리는, 기판(W)에 투영하는 광의 광량을 목표 광량에 맞추는 것으로, 측정된 광량을 기준으로 하여 감광의 정도, 즉 사용율을 정한다.

여기서, 미러의 사용율을 R, 유효 미러 전수(全數) ON 상태로 측정되는 광량을 L1, 목표 광량을 L0라 하면, 사용율 R은, 광량비(R=L0/L1)에 의해서 구할 수 있다. 그리고, 사용율(R)이 정해지면, 묘화 시에 미사용으로 하는, 즉 패턴에 관계 없이 OFF 상태로 하는 미러가 특정, 설정된다(S204). 이 때, 기판(W)에 투영 되는 광의 광량을, 국소적이지 않고 전체적으로 감소시키기 위해, DMD의 유효 미러 전체에서 보았을 때, 대략 균일하고, 규칙적으로 되지 않도록 추출한다.

구체적으로는, 미사용 미러가 미러 영역 전체 중에서 2 차원적으로 대략 똑같은 분포가 되도록 미사용 미러가 결정된다. 즉, DMD(32)의 유효 미러 에어리어 내에서 대략 균등인 거리 간격으로 미사용 미러가 배열되고, 국소적인 집중 없이 균질에 미사용 미러가 흩어진 상태로 배치되도록, 미사용 미러의 배열이 결정된다.

또한, 대략 똑같은 분포의 배열에 가세하여, 광의 간섭에 의한 무아레를 막기 위해, 미사용 미러가 규칙적, 주기적이 아니고, 랜덤으로 배열하고 있다. 이러한 대략 균등인 거리 간격을 유지하고, 불규칙적인 미사용 미러를 선정하기 위해, 여기에서는 의사 난수가 사용된다. 예를 들면, 똑같은 난수를 이용한 개량형 레머법에 근거하여 난수를 발생시키는 것이 가능하다.

이러한 의사 난수에서는, 유효 미러의 수를 N, 미사용 미러의 수를 n(=N(1-R))로 하면, 유효 미러(M1, M2, …, MN) 중에서 의사 난수를 사용하여 미사용 미러를 선택, 추출하면 좋다. 이것을 n회 반복함으로써, 미사용 미러가 결정된다. 이 때, 패턴 데이터에 관계 없이 유효 미러 전체로부터 미사용 미러를 결정한다.

다만, 벌써 추출된 소정수의 미러가 재차 선택되었을 경우에는, 미사용 미러의 추출이 재차 행해진다. 또, 미사용 미러로서 추출된 미러 중에서 서로 인접하는 미러가 소정의 수만큼 존재하는 경우, 그 선택을 무효로 하여 재차 미사용 미러를 추출한다. 또, 미사용 미러를 무효로 하는 인접 미러의 수는, 사용율에 따라 조절한다.

이와 같이 미사용 미러의 배열을 나타내는 데이터(여기에서는, 조광 필터 데이터라고 한다)가 사용율(R)에 근거하여 산출, 작성되고, 조광 필터 데이터는 메모리(52)에 보존된다(S206).

도 13A, 13B는, 조광 필터 데이터를 나타낸 도면이다. 도 13A에서는, 유효 미러 모든 것을 사용했을 때의 조광 필터 데이터를 나타내고 있다. 검은 부분이 미러 ON 상태를 나타내고, 사용율 100%를 위해서 에어리어 내는 흑일색이다.

한편, 도 13B에는, 사용율 R=80%, 즉 미사용 미러의 비율이20%인 조광 필터 데이터가 도시되고 있다. 도 13B로부터 분명하게, 미사용 미러는, 미러 영역에 대해서 대략 똑같은 분포로 대략 균등인 거리 간격으로 산재되고, 그 일방으로 미러 영역 전체에서 보면 규칙적인 배열로는 되지 않았다.

이와 같이 사용율에 대응하는 조광 필터 데이터에 의해서, 투영광의 광량이 그 투영 에어리어 전체에 대해 균일하게 조정된다. 이 조광 필터 데이터와, 묘화용의 패턴 데이터를 중합함으로써, 투영 에어리어의 광량 감소를 수반한 패턴 형성을 할 수 있다. 또, 조광 필터 데이터는, 패턴 데이터에는 의존하지 않는다.

한편, 스텝 S103에서 측정된 광량이 목표 광량보다 적은 경우, DMD(32)를 사용한 광량 조정을 행할 수 없다. 즉, 측정되는 광량은 유효 미러 모든 것을 ON 상태에서도 목표 광량에 도달하지 않기 때문에, 미사용 미러 선정에 의해서 목표 광량에 일치시킬 수 없다.

이것은, 방전 램프(22)의 사용 경과에 수반하는 출력 저하이며, 비교적 긴 점등 시간 경과 후에 생긴다. 이러한 상태가 되었을 경우, 방전 램프(22)의 출력이 올라가도록, 램프에의 입력 전력이 조정된다(S203).

구체적으로는, 방전 램프(22)로부터의 조명광의 광량이 목표 광량보다 소정량 많은 기준 광량이 되도록, 램프 입력 전력이 조정된다. 예를 들면, 측정 광량이 목표 광량의 120%의 광량에 도달할 때까지 램프 입력 전력을 올린다. 그리고, 다시 조광 필터 데이터가 작성된다. 방전 램프(22)의 출력이 한 번 조정되면, 측정 광량이 목표 광량보다 다시 밑돌 때까지, 그대로 입력 전력은 일정하게 유지된다.

도 14는, 방전 램프의 사용 시간 경과에 수반하는 투영광의 광량, 입력 전력, DMD의 사용율을 나타낸 그래프이다.

도 14에 나타내듯이, 방전 램프(22)의 사용 개시 시의 입력 전력(초기 전력)은, 목표 광량보다 많은 기준 광량을 얻는 전력(W1)으로 설정되어 있다. 이 입력 전력을 일정하게 유지하면서, DMD(32)를 이용한 광량 조정(감광)에 의해서, 투영광의 광량을 목표 광량(L0)으로 조정한다.

방전 램프(22)의 점등 중, 방전 램프(22)의 출력은 세세하게 변동하는 일이 있어, 거기에 맞추어 미러 사용율도 증감한다. 그렇지만, 점등 시간이 길어지면, 방전 램프(22)의 출력은 서서히 저하되어 간다. 거기에 따라, 미러 사용율도 서서히 상승해 나간다.

그리고, 측정 광량이 목표 광량(L0)을 밑돌았을 때, 램프 입력 전력을 증가시켜, 다시 기준 광량이 될 때까지 입력 전력을 VD만큼 증가시키다. 새롭게 설정된 입력 전력을 유지하면서, 미러 사용율을 산출하여 광량 조정을 실시한다.

그 결과, 도 14에 나타내듯이, 램프 입력 전력 일정한 기간, 미러 사용율이 증감하면서100%를 향해서 상승하고 최종적으로 거의 100%가 되기까지 도달하고, 이것이 반복된다. 또, 미러 사용율을 모두 100%로 했을 때의 광량을, 도 14에서는 2점 긴 점선 L1으로 나타내 보이고 있다.

이와 같이, DMD를 이용한 조광 처리를 소정 시간 간격으로 실시하면서, DMD조광 처리 시간 간격보다 긴 스팬으로, 램프 입력 전력을 단계적으로 증가시키고, 최종적으로는 상한이 되는 최대 전력까지 올라간다. 방전 램프(22)의 사용 개시부터 수명에 의한 사용 종료까지, 기판(W)의 투영 에어리어에 대한 광량, 조도는, 항상 묘화에 적절한 목표 광량(L0)으로 유지된다.

그런데, 패턴의 필요로 하는 해상도를 고려하면, DMD(32)를 사용한 감광에는 한도가 있어, 사용율(R)에 하한치를 마련할 필요가 있다. 사용율(R)의 하한치는, DMD(32)의 틸트 각도, 화소수, 화소 사이즈, 투영 광학계의 배율, 해상도, 감광체의 감도 등에 의해서 정해진다. 여기에서는, 요구되는 해상도에 차이가 생기지 않는 조정 범위를 정하고 있어, 그 사용율(R)의 하한치(RZ)는, 65%로 정해져 있다.

따라서, 방전 램프(22)의 출력을 증가시킬 때, 사용율(R)이 하한치 RZ=65%보다 작게 안 되게 할 필요가 있다. 본 실시 형태에서는, 출력 증가 시에 참조되는 기준 광량이 하한치(RZ)에 대응하고, 램프 출력이 증가할 때마다 사용율(R)은 하한치(RZ)까지 내려간다. 그 결과, 램프 출력 증가 동안에서는, 사용율(R)이 하한치 RZ=65%~100%까지의 광량 조정 범위가 이용된다.

또한 본 실시 형태에서는, 제1 실시 형태와 같이, 방전 램프(22)가 오프셋 배치되어 있다. 따라서, 초기 시동시의 전력(W1)은, 방전 램프가 오프셋 배치되지 않은 경우의 초기 시동 전력(W0)보다 크지만, 아크휘점의 연직 상방을 향한 이동에 의해, 조도 저하가 억제된다. 그 결과, DMD 사용율의 상승률이 억제하게 되어, 거기에 대응하여, 다음의 전력치에 바뀔 때까지의 전력 일정 기간이 길어진다.

또한, 아크휘점이 시간 경과와 함께 반사축에 가까워지기 때문에, 목표 광량보다 많은 기준 광량에 이를 때까지의 전력 증가량(△V)이, 종래와 비교해서 작아진다. 이와 같이 전력 일정 기간의 확대 및 전력 증가의 억제에 의해, 램프 수명 기간이 크게 늘어난다. 도 14에서는, 방전 램프가 오프셋 배치되지 않은 경우의 광량 변화, 전력 변화, DMD 사용율의 변화를 2점 긴 점선으로 나타내 보이고 있다.

또한, 1회의 전력 증가폭을 보다 억제하기 위해, DMD 사용율을 또한 내려 정전력 기간을 짧게 하도록 해도 괜찮다.

도 15는, 스텝&리피트 방식에 의한 묘화 처리를 나타낸 플로차트(flow chart)이다.

기판(W)이 이동하는 동안, 투영 에어리어(노광 에어리어)의 상대 위치가 검출되어, 생성된 패턴 데이터에 대응하는 패턴을 투영해야 할 기판 상의 에어리어에 노광 에어리어가 도달하면, 기판(W)이 정지한다(S301~S303). 그리고, 벡터 데이터로부터 래스터 데이터가 생성된다(S304).

그리고, 메모리(52)로부터 조광 필터 데이터가 읽어내지면, 래스터 데이터와 조광 필터 데이터의 중합(논리적)에 의해, 노광 데이터가 생성된다(S305, S306). 노광 데이터가 DMD 구동 회로(24)에 보내지는 것으로, 패턴광이 투영된다(S307). 묘화가 종료할 때까지, 이러한 노광 동작이 반복하여 행해진다(S308, S309).

이와 같이 본 실시 형태에 의하면, 광량 조정을 행하는 경우, DMD(32)의 유효 미러를 ON 상태로 하여 투영광의 광량을 측정하고, 측정된 광량과 목표 광량과의 비인 사용율(R)을 정한다. 그리고, 사용율(R)에 근거하고, 미사용 미러의 배열을 나타내는 조광 필터 데이터를 생성한다. 이 때, 미사용 미러가 대략 똑같은 분포이고, 불규칙하게 나열하도록 한다.

DMD(32)를 이용한 광량 조정을 행하고 있는 동안, 방전 램프(22)의 출력이 서서히 저하하고, 측정 광량이 목표 광량에 이르지 않는 상황이 되면, 측정 광량이 목표 광량보다 소정량 많은 기준 광량에 이를 때까지 방전 램프(22)의 출력을 올린다.

노광 대상 에어리어 전체에 대한 광량 조정을 DMD(32)에 의해서 실시하고, DMD(32)에서는 광량 조정할 수 없는(광량 업(UP) 할 수 없음) 상황이 되고 처음으로 램프 출력을 증가시키기 위해, 램프의 수명에 악영향을 주지 않고, 램프의 라이프 사이클 전반에 걸쳐 양호한 광량 조정을 행할 수 있다. 또한, 램프 점등 중의 방전의 요동이나, 방사 스펙트럼 분포에서의 휘선과 브로드밴드 전체에 걸치는 스펙트럼의 비연동적인 변동에 기인하는 램프 출력의 단기 스팬의 변동에 대해서, 램프 출력을 빈번히 변경하지 않고 조정할 수 있다.

특히, 미사용 미러의 배열이, 노광 대상 에어리어 전체에 대해서 2차원적으로 대략 똑같은 분포이고 규칙성이 없는 배열이 되고 있기 때문에, 2차원 도트 조사에 의해서, 무아레 등의 광학적 현상이 생기지 않고, 노광 대상 에어리어 전체에 걸쳐 균일한 광량 감소를 실현할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 측정 광량이 목표 광량에 이르지 않는 상황이 되면 방전 램프(22)의 출력 증가를 실행하지만, 미리 그러한 상황이 되는 타이밍을 경험적으로 취득하여, 소정 시간마다에 방전 램프(22)의 출력 증가를 실행해도 괜찮다. 램프의 출력 증가에 대해서는, 측정 광량이 목표 광량에 이르렀는지 아닌지를 측정 장치로 확인하고 있지만, 미리 정한 일정치만 입력 전력을 증가시키도록 해도 괜찮다.

DMD(32)를 사용한 광량 조정에서의 사용 미러의 비율, 즉 사용율에 대해서는, 노광 조건으로 몇개의 요건을 채우는 범위에서 설정하는 것도 가능하다. 사용율의 범위는, DMD의 사이즈, 화소 피치, 분해가능, DMD 틸트 각도, 포토레지스트(photoresist) 등 감광체의 다중 노광 한도 회수 등에 따른다. 예를 들면, 20%~100%의 범위에서 설정 가능하다.

사용 미러의 사용율은, 연속적으로 설정하는 대신에, 요구되는 광량 정도에 따르고, 단계적(예를 들면 5%)으로 설정하는 것도 가능하다. 또, 조광 필터 데이터를 사용율에 따라 미리 작성하여 메모리에 기억시키고, 측정된 광량과 목표 광량과의 비로부터, 대응하는 조광 필터 데이터를 선택하도록 구성해도 괜찮다.

다음으로, 도 16을 이용하여, 제6 실시 형태에 대해 설명한다. 제6 실시 형태에서는, 램프 점등 시동 개시부터 일정 기간, 제5 실시 형태와 같이 DMD를 마스크로서 기능시켜, 전력을 증가시킨다. 그리고 일정 기간 경과 후, 제1 실시 형태와 같이 정조도 점등 제어를 실시한다.

도 16은, 제6 실시 형태에서의 DMD 사용율 및 램프 전력의 변화를 나타낸 도면이다.

도 16에 나타내듯이, 램프 시동 개시부터 일정 기간(전력 증강 기간), 램프 전력을 증가시키기 위해, 깜빡임이 발생하지 않는 초기 한도 전력보다 큰 전력이 공급되도록, DMD의 사용율 D1이 정해져 있다. 사용율 D1은, 종래와 같이 방전 램프를 동축 배치시켰을 경우의 사용율 D2보다 작고, 투영광은 크게 감광된다. 전력 증강 기간에서는, DMD의 사용율 D1은 변함없이, 일정하다.

한편, 복수의 방전 램프를 구비하는, 즉 램프부는 복수 설치된 다등식 광원 장치가 사용되는 경우, 가장 큰 초기 한도 전력치보다 큰 전력이 공급되도록, 사용율 D1이 정해진다.

정조도 제어를 실시하기 위해, 램프 전력은 램프 시동 개시 직후 큰 값으로 설정되지만, 시간 경과와 함께 아크휘점이 반사경 중심축으로 가까워져 가기 때문에, 전력 상승률이 종래의 방전 램프와 비교해서 억제된다. 도 16에서는, 본 실시 형태에서의 전력 변화를 실천 라인 K4, 종래의 방전 램프에서의 전력 변화를 파선 라인 K3로 나타내 보이고 있다.

이와 같이, DMD를 사용하여 투영 광량을 감소시키고, 이것에 수반하여 정조도 점등 제어에 의한 전력 증가를 도모할 수 있게 되어, 일정 조도를 유지하면서 전력 증강을 도모할 수 있다.

전력을 증강시킨 일정 기간 경과후, DMD 사용율은 100%로 설정된다. 이것에 의해, 전력은 DMD 사용율 변경과 동시에 감소하지만, 일정 기간에서의 전력 증가폭이 작기 때문에, 전력 감소폭도 종래와 비교해서 작아진다. 이것에 의해, 급격한 전력 감소에 수반하는 정조도 점등 제어의 불안정, 깜빡임 발생을 막을 수 있다. 일정 기간 경과 후는, 제1, 제2 실시 형태와 같은 정조도 점등 제어를 한다.

이와 같이 제6 실시 형태에 의하면, 수평 방향을 따라서 배치되는 방전 램프(22)와, 반사면이 회전 방물면인 반사경(21)을 구비하고, 방전 램프(22)가 반사경(21)의 중심부에 배치되는 한편, 램프 중심축(E)이 반사경 중심축(T)으로부터 연직 방향을 따라서 거리(d)만큼 떨어져 평행 배치되는 광원 장치를 마련한 노광 장치에 있어서, 램프 시동 개시부터 미리 정해진 전력 증강 기간에서, DMD의 사용율 D1를 정해 DMD를 마스크/필터로서 기능시킨다. 그리고, 일정 조도가 되도록 전력을 증가시킨다.

또한, 램프 시동 개시 직후의 전력치에 대해서는, 제5 실시 형태와 같이 검출되는 사용율 100%로의 투영광의 광량과 목표 광량에 근거하여 정하면 좋다.

스텝&리피트 대신에 연속적 스캔 방식을 적용해도 좋다. 또, 다중 노광 방식 대신에, 단일의 쇼트 노광을 행하는 방식이어도 괜찮다. 또한, DMD 이외의 광변조 소자 어레이를 이용해도 좋고, 방전 램프 이외의 광원을 적용하는 것도 가능하다. 또, 마스크, 레티클을 이용한 노광 장치에서, DMD 등 광변조 소자 어레이를 전용 필터 디바이스로서 별도 장비하는 구성으로 해도 괜찮다.

본 발명에 관해서는, 첨부된 클레임에 의해서 정의되는 본 발명의 의도 및 범위로부터 멀어지지 않고, 여러 가지 변경, 치환, 대체가 가능하다. 또한, 본 발명에서는, 명세서에 기재된 특정의 실시 형태의 프로세스, 장치, 제조, 구성물, 수단, 방법 및 스텝으로 한정되는 것을 의도하고 있지 않다. 당업자이면, 본 발명의 개시로부터, 여기에 기재된 실시 형태가 가져오는 기능과 같은 기능을 실질적으로 완수하고, 또는 동등의 작용, 효과를 실질적으로 가져오는 장치, 수단, 방법이 인도되는 것을 인식할 것이다. 따라서, 첨부한 청구의 범위는, 그러한 장치, 수단, 방법의 범위에 포함되는 것이 의도되고 있다.

본원은, 일본 출원(특원2013-081666호, 특원2013-081663호, 특원2013-081670호, 2013년 4월 9일 출원)을 기초 출원으로서 우선권 주장하는 출원이며, 기초 출원의 명세서, 도면 및 클레임을 포함하는 개시 내용은, 참조하는 것에 의해서 본원 전체에 삽입되어 있다.

10 노광 장치
20 광원 장치
21 반사경
22 방전 램프
50 콘트롤러(광량 조정부, 조명 제어부)

Claims (11)

1. 전극축을 램프 중심축과 일치시키도록 방전관 내에서 대향 배치된 전극대(電極對)를 갖는 적어도 1개의 방전 램프와,
   초점을 갖는 요형 반사면을 갖고, 상기 방전 램프로부터의 광을 한 방향으로 이끄는 적어도 1개의 반사경을 구비하고,
   상기 방전 램프가, 반사경 중심축을 따라서 배치됨과 동시에,
   상기 방전 램프가, 상기 방전 램프 시동시의 아크휘점을 상기 반사경의 초점에 대응시킨 기준 위치로부터, 반사경 중심축에 수직인 방향을 따라서 소정 거리 간격만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 방전 램프가, 수평 방향을 따라서 배치되고,
   램프 중심축이, 반사경 중심축보다 연직 하방에 위치하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 전극대를 지지하는 전극 지지봉의 지름이, 0.3~0.6 mm의 범위이며,
   램프 중심축이, 반사경 중심축으로부터, 전극 지지봉 직경의 5~45%의 거리 간격만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   램프 중심축이, 반사경 중심축으로부터, 전극 지지봉 직경의 20~25%의 거리 간격만큼 떨어져 있는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 방전 램프가, 0.2mg/mm3 이상의 수은을 포함하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 방전 램프의 전력을 조정함으로써, 정조도 점등 제어하는 조명 제어부를 더 구비하고,
   상기 조명 제어부가, 램프 초기 시동 때, 깜빡임을 발생시키지 않는 초기 한도 광량에 대응하는 초기 한도 전력치보다 소정량 큰 전력치에 의해서, 상기 방전 램프를 구동하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 광원 장치가, 복수의 방전 램프와 복수의 반사경을 구비하는 다등식 광원 장치이며,
   상기 조명 제어부가, 램프 초기 시동 때, 복수의 방전 램프 각각의 초기 한도 전력치 중에서 최대의 초기 한도 전력치보다 큰 전력치에 의해서, 상기 방전 램프를 구동하는 것을 특징으로 하는 광원 장치.
   
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항 기재의 광원 장치를 구비하는 노광 장치에 있어서,
   노광 대상 에어리어에 조사되는 투영광의 광량을 측정하는 광량 측정부와,
   이차원적으로 배열시킨 복수의 광변조 소자를 갖고, 상기 광원 장치로부터의 조명광을 피묘화체의 노광 대상 에어리어에 투영하는 광변조 소자 어레이와,
   상기 방전 램프로의 공급 전력의 제어에 의해서 투영광의 정조도 점등 제어를 실행함과 동시에, 상기 복수의 광변조 소자를 제어하여 투영광의 광량을 조정 가능한 광량 조정부를 구비하고,
   상기 광량 조정부가, 램프 초기 시동으로부터 소정 기간, 미사용의 광변조 소자를 설정함으로써, 투영광의 광량을 감소시키는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 광량 조정부가, 램프 점등 시동 때, 깜빡임이 생기지 않는 상기 방전 램프의 최소 한도 전력보다 큰 전력이 공급되도록, 미사용의 광변조 소자를 설정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 광원 장치가, 복수의 방전 램프와 복수의 반사경을 구비하는 다등식 광원 장치이며,
    상기 광량 조정부가, 램프 점등 시동 때, 복수의 방전 램프 각각의 초기 한도 전력치 중에서 최대의 초기 한도 전력치보다 큰 전력치에 의해서, 상기 방전 램프를 구동하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 광량 조정부가, 광변조 소자 배열 영역에 대해, 대략 균일한 분포이며, 또한 불규칙한 분포가 되도록, 미사용의 광변조 소자를 정하는 것을 특징으로 하는 노광 장치.

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