(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】P2024057644
(43)【公開日】2024-04-25
(54)【発明の名称】放電ランプ点灯装置、およびそれを備える露光装置
(51)【国際特許分類】
H05B 41/288 20060101AFI20240418BHJP
【FI】
H05B41/288
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022164418
(22)【出願日】2022-10-13
(71)【出願人】
【識別番号】510138741
【氏名又は名称】フェニックス電機株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100147706
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 裕司
(72)【発明者】
【氏名】池田 富彦
(72)【発明者】
【氏名】谷田 敏昭
(72)【発明者】
【氏名】藤井 敏孝
【テーマコード(参考)】
3K072
【Fターム(参考)】
3K072AA01
3K072AB02
3K072AC17
3K072BC07
3K072CA16
3K072CB10
3K072DA08
3K072DD06
(57)【要約】
【課題】イグナイターを電源の近傍に配置して放電ランプからの紫外線によるイグナイターへの悪影響をなくすること、すなわち放電ランプの近傍に配置する必要がない放電ランプ点灯装置を提供する。
【解決手段】 直流点灯型の放電ランプLを点灯させる放電ランプ点灯装置Aに設けられており、延長ケーブルCを介して放電ランプLを始動・点灯する放電ランプ点灯回路10を、放電ランプ点灯用のバラスト12と、点灯始動用のイグナイター14とで構成する。イグナイター14を、入力側がバラスト12の出力側に接続されており、出力側が放電ランプLに接続されている逆流防止ダイオード20と、逆流防止ダイオード20の出力側に接続され、点灯始動時に放電ランプLに印加される直流の高電圧を出力する高圧回路22とで構成する。
【選択図】
図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
直流点灯型の放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置であって、
延長ケーブルを介して、前記放電ランプを始動・点灯する放電ランプ点灯回路を備えており、
前記放電ランプ点灯回路は、放電ランプ点灯用のバラストと、前記バラストに接続された点灯始動用のイグナイターとで構成されており、
前記イグナイターは、
入力側が前記バラストの出力側に接続されており、出力側が前記放電ランプに接続されている逆流防止ダイオードと、
前記逆流防止ダイオードの前記出力側に接続された、点灯始動時に前記放電ランプに印加される直流の高電圧を出力する高圧回路とで構成されている
放電ランプ点灯装置。
【請求項2】
前記放電ランプは複数であり、
前記放電ランプ点灯回路は、複数の前記放電ランプを個別に点灯あるいは遮断する機能を有しており、
複数の前記放電ランプを点灯させる際には、前記放電ランプを1台ずつ順次始動する
請求項1に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項3】
前記高圧回路は、
前記逆流防止ダイオードの前記出力側に接続された整流ダイオードと、
前記逆流防止ダイオードの前記入力側に接続されたトリガ回路と、
昇圧トランスとで構成されており、
前記昇圧トランスの一次側は前記トリガ回路に、前記昇圧トランスの二次側出力の一端は前記整流ダイオードに接続される
請求項1または2に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項4】
前記昇圧トランスの前記二次側出力のもう一方の一端は前記逆流防止ダイオードの前記入力側に接続されている
請求項3に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項5】
前記高圧回路は、
前記逆流防止ダイオードの前記出力側に接続された整流ダイオードと、
CCFLインバータとで構成されており、
前記CCFLインバータのトランスにおける二次側の第一の出力は、前記整流ダイオードに接続されており、
第二の出力は、前記逆流防止ダイオードの前記入力側に接続されている
請求項1または2に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項6】
前記延長ケーブルは、PTFE電線である
請求項1または2に記載の放電ランプ点灯装置。
【請求項7】
請求項1に記載の放電ランプ点灯装置を備える露光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、露光装置における光源装置として使用される放電ランプを始動、点灯するための放電ランプ点灯装置、およびそれを備える露光装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従前より、露光装置には、露光用光を放射する光源装置として放電ランプが使用されている。この放電ランプを始動、点灯させる際には、放電ランプにおける電極間に高い電圧を印加させる必要があり、そのような高電圧を放電ランプに印加する放電ランプ点灯装置が光源装置に設けられている。
【0003】
例えば、特許文献1には、放電ランプ点灯回路が開示されており、当該回路における起動器19は、パルス状の高電圧を発生するイグナイターと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
通常この種のイグナイターの高電圧は半値幅が数10ns~数100nsと非常に小さいので、放電ランプ点灯装置と放電ランプとの間にあるケーブルの浮遊容量によって波高値が低下する。
【0006】
このため、ステッパなどの露光装置においては、電源からランプ間のケーブルが長い場合、当該ケーブルにおける浮遊容量の影響を少なくするためにイグナイターを放電ランプに近接して配置する必要があった。あまり近接して配置すると、放電ランプからの紫外線や熱の影響を受けてイグナイターが劣化する問題がある。
【0007】
したがい、この装置において、放電ランプ点灯装置と放電ランプとの間にあるケーブルによる高圧低下の問題と紫外線によるイグナイターの劣化の問題とを同時に解決することが望まれていた。
【0008】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、イグナイターを電源の近傍に配置して放電ランプからの紫外線によるイグナイターへの悪影響をなくすること、すなわち放電ランプの近傍に配置する必要がない放電ランプ点灯装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一局面によれば、
直流点灯型の放電ランプを点灯させる放電ランプ点灯装置であって、
延長ケーブルを介して、前記放電ランプを始動・点灯する放電ランプ点灯回路を備えており、
前記放電ランプ点灯回路は、放電ランプ点灯用のバラストと、前記バラストに接続された点灯始動用のイグナイターとで構成されており、
前記イグナイターは、
入力側が前記バラストの出力側に接続されており、出力側が前記放電ランプに接続されている逆流防止ダイオードと、
前記逆流防止ダイオードの前記出力側に接続された、点灯始動時に前記放電ランプに印加される直流の高電圧を出力する高圧回路とで構成されている
放電ランプ点灯装置が提供される。
【0010】
好適には、
前記放電ランプは複数であり、
前記放電ランプ点灯回路は、複数の前記放電ランプを個別に点灯あるいは遮断する機能を有しており、
複数の前記放電ランプを点灯させる際には、前記放電ランプを1台ずつ順次始動する。
【0011】
好適には、
前記高圧回路は、
前記逆流防止ダイオードの前記出力側に接続された整流ダイオードと、
前記逆流防止ダイオードの前記入力側に接続されたトリガ回路と、
昇圧トランスとで構成されており、
前記昇圧トランスの一次側は前記トリガ回路に、前記昇圧トランスの二次側出力の一端は前記整流ダイオードに接続される。
【0012】
好適には、
前記昇圧トランスの前記二次側出力のもう一方の一端は前記逆流防止ダイオードの前記入力側に接続されている。
【0013】
好適には、
前記高圧回路は、
前記逆流防止ダイオードの前記出力側に接続された整流ダイオードと、
CCFLインバータとで構成されており、
前記CCFLインバータのトランスにおける二次側の第一の出力は、前記整流ダイオードに接続されており、
第二の出力は、前記逆流防止ダイオードの前記入力側に接続されている。
【0014】
好適には、
前記延長ケーブルは、PTFE電線である。
【0015】
本発明の他の局面によれば、
上述した放電ランプ点灯装置を備える露光装置が提供される。
【発明の効果】
【0016】
本発明によれば、放電ランプ点灯回路10におけるイグナイターが、逆流防止ダイオードと、当該逆流防止ダイオードの出力側に接続された、点灯始動時に放電ランプに印加される直流の高電圧を出力する高圧回路とで構成されており、直流の高電圧を出力するので、放電ランプと放電ランプ点灯回路とを電気的に接続する延長ケーブルにおける浮遊容量による高圧低下の影響をほとんど無視することができる。
【0017】
これにより、放電ランプと放電ランプ点灯回路との間の距離を長くとって放電ランプからの紫外線によるイグナイターへの悪影響(イグナイターに使用される樹脂材料の紫外線劣化等)を回避できる放電ランプ点灯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【
図1】本発明が適用された放電ランプ点灯装置Aの一例を示す図である。
【
図2】本発明が適用された放電ランプ点灯回路10の一例を示す図である。
【
図3】DCタイプの放電ランプ点灯回路の一例と、延長ケーブルCと等価な回路の一例とを示す図である。
【
図4】ACタイプの放電ランプ点灯回路の一例と、延長ケーブルCと等価な回路の一例とを示す図である。
【
図5】実施形態に係る放電ランプ点灯回路10の一例を示す図である。
【
図6】複数の放電ランプ点灯回路10で複数の放電ランプLを点灯させる場合について説明するための図である。
【
図7】順次始動する時間間隔Trが高圧の発生期間Tstより短い場合を示す図である。
【
図8】順次始動する時間間隔Trが高圧の発生期間Tstより長い場合を示す図である。
【
図9】変形例1に係る放電ランプ点灯回路10の一例を示す図である。
【
図10】変形例2に係る放電ランプ点灯回路10の一例を示す図である。
【
図11】変形例3に係る複数の放電ランプLの一例を示す図である。
【
図12】変形例3に係る複数の放電ランプLの別の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
本発明が適用された実施形態に係る放電ランプ点灯装置Aの放電ランプ点灯回路10は、延長ケーブルCを介して直流点灯型の放電ランプLを点灯させるものであり、
図1および
図2に示すように、大略、バラスト12と、イグナイター14とを備えている。なお、本実施形態では、複数の放電ランプLが使用されているが、ひとつの放電ランプLを使用してもよい。また、放電ランプ点灯回路10に対する放電ランプLからの紫外線の影響を避けるため、延長ケーブルCの長さは、例えば5mから10m程度を確保するのが望ましい。
【0020】
また、本実施形態に係る放電ランプ点灯装置Aは、放電ランプ点灯回路10と延長ケーブルCと点灯制御装置Zとで構成されている。
【0021】
放電ランプ点灯回路10は、点灯制御装置Zによって、複数の放電ランプLを個別に点灯あるいは遮断する機能を有しており、複数の放電ランプLを点灯させる際には、放電ランプLを1台ずつ順次始動するようになっている。
【0022】
複数の放電ランプLを同時に始動する場合、放電ランプLの始動時における突入電流が大きくなるので入力電流が一時的に巨大になり、遮断器等が最悪突入電流によって誤作動するおそれがある。放電ランプLを1台ずつ順次始動することでこの影響は緩和される。大型の1灯ランプを点灯する大型電源の場合、突入電流が大きくなるので装置の電源供給側は入力電流が一時的に巨大になってしまい、この巨大な突入電流によって遮断器等が誤動作するおそれがある。
【0023】
また、複数の放電ランプLのうち1灯でも点灯成功すれば、直ちに紫外線が放出され、別の放電ランプのタングステン電極にあたって光電子放出の作用を発揮することになり、そして次々連鎖的に点灯していくことになる。1回の始動で放電ランプに印加される高圧期間は通常数秒で制限されるので、同時に始動すると、この紫外線の恩恵を受ける機会は短くなる。順次始動にすればこの機会は有利である。
【0024】
バラスト12は、放電ランプLの点灯を安定的に維持するための定電流回路(定電力回路であってもよい)である。本実施形態では、直流点灯型の放電ランプLを点灯させるので、バラスト12からも直流が供給される。
【0025】
なお、本明細書全体を通して、「直流」とは、「波形が一直線の直流」だけに限られるものではなく、例えば、交流成分が残存する直流であってもよい。
【0026】
イグナイター14は、バラスト12に接続されており、放電ランプLの点灯始動に用いられる回路であり、大略、逆流防止ダイオード20と、高圧回路22とを備えている。
【0027】
逆流防止ダイオード20は、その入力側(アノード側)がバラスト12のプラス側に接続されており、出力側(カソード側)が延長ケーブルCを介して放電ランプLの陽極側に接続されている。
【0028】
高圧回路22は、点灯始動時に放電ランプLに印加される直流の高電圧を出力するための回路であり、この高圧回路22で発生する高圧出力は逆流防止ダイオード20の出力側(カソード側)に接続されている。これにより高圧は放電ランプL側には供給されるが、バラスト12側には遮断されている。
【0029】
高圧回路22が供給する波形として直流が効果的な理由は以下の通りである。放電ランプ点灯回路10と放電ランプLとの接続には延長ケーブルCが使用されており、さらに放電ランプLは複数台で構成されるので、延長ケーブルCも複数束ねられている。
【0030】
延長ケーブルC間には浮遊容量が存在するので、
図3に示すように、延長ケーブルCのインダクタンス成分と浮遊容量成分によりLC分布回路が形成される。放電ランプ点灯回路10にはACタイプとDCタイプとがあり、それぞれのイグナイタ出力電圧が延長ケーブルCによりどの程度影響を受けるのか実験してみた。なお、延長ケーブルCはUL3239(耐圧20kVdc)5mを軽くツイストにして使用、DCタイプはフェニックス製バラストPSD-1097(サイダック(登録商標、以下同じ)変更して高圧HV≒1kV)を使用、ACタイプはオスラム製VIPバラストを使用した。
【0031】
DCタイプの場合、延長ケーブルCによる高圧維持率は100%で高圧低下が認識できない。一方、ACタイプの場合は84%と大きく低下した。ACタイプの場合、
図4のようにイグナイター14はLC直列共振回路を構成している回路が主流である。バラスト12からの駆動パルス(160KHz~130kHzで掃引)を受けて3次高調波近傍(共振fo≒400kHzより高めの領域)で共振により高圧を発生する。ここで共振用容量は2200pF3直列であり約730pFである。
【0032】
一方、延長ケーブルCの浮遊容量Cpは、実測で約150pFであった。Cpにより等価的な共振用容量は730pF+150pFと1.2倍にも大きくなったので共振周波数は1/√(1.2)≒0.9倍と低下してしまう。その結果、動作周波数が共振foから大きくずれてしまい、高圧が低下する結果となった。
【0033】
仮に共振回路の容量を大きく選定すると、同じfoなら共振用インダクタ(図では100μH)が小さくなり、今度は延長ケーブルCのラインインダクタ(Ls≒5μH)が無視できなくなる。
【0034】
このように延長ケーブルCの等価的なLC回路がACタイプの共振回路には影響が大きくなる。一方、DCタイプの場合は、延長ケーブルCの浮遊容量Cpはイグナイタ出力立ち上がりの時定数には影響するものの、高圧レベルには直接影響しない。しいて言えば高圧レベルに影響するのは延長ケーブルの直列抵抗成分位であり、これはほとんど無視できる。
【0035】
一例に係る高圧回路22は、
図5に示すように、整流ダイオード24と、トリガ回路26と、昇圧トランス28とを有している。
【0036】
整流ダイオード24は、逆流防止ダイオード20の出力側(カソード側)に、その出力側(カソード側)が接続されている。
【0037】
トリガ回路26は、逆流防止ダイオード20の入力側(アノード側)に接続されている。
【0038】
昇圧トランス28は、その一次側がトリガ回路26に接続されており、その二次側の一端が整流ダイオード24の入力側(アノード側)に接続されている。
【0039】
(放電ランプ点灯回路10の特徴)
本実施形態に係る放電ランプ点灯回路10によれば、放電ランプ点灯回路10におけるイグナイター14が、逆流防止ダイオード20と、当該逆流防止ダイオード20の出力側に接続された、点灯始動時に放電ランプLに印加される直流の高電圧を出力する高圧回路22とで構成されているので、放電ランプLと放電ランプ点灯回路10とを電気的に接続する延長ケーブルCにおける浮遊容量による高圧低下の影響をほとんど無視することができる。
【0040】
好適には、放電ランプLは複数使用されるので、電源も複数で構成され、個々の電源の電力は従来の大型電源に比べて例えば300Wと低くできる。これにより、比較的細い延長ケーブルCを使用することができるので、放電ランプLと放電ランプ点灯回路10との間の距離を長くとって放電ランプLからの紫外線によるイグナイター14への悪影響を回避しつつ、ハンドリングの問題も生じ難い放電ランプ点灯装置Aを提供することができる。
【0041】
なお、延長ケーブルCには、PTFE電線を使用することが好ましい。この理由は、PTFE電線が、放電ランプLからの紫外線による影響が最も小さく、延長ケーブルCの絶縁体が最も劣化しにくいからである。
【0042】
また、複数の放電ランプLを点灯させる際に、放電ランプLを1台ずつ順次始動する際の時間間隔について説明する。
図6は2台の放電ランプ点灯回路10Aと10Bによる放電ランプ点灯装置Aを示す。10Aと10Bの延長ケーブルC間の浮遊容量をCpで示す。
図7と
図8は2台の放電ランプ点灯回路10から出力される直流の高圧波形HV(A)とHV(B)を示し、
図7は順次始動する時間間隔Trが高圧の発生期間Tstより短い場合(Tr<Tst)を示し、
図8はTr>Tstの場合を示す。
【0043】
Tr<Tstの場合、HV(B)の立ち上がりがCpによる容量結合によりHV(A)に重畳するので高圧が一瞬高めになり逆流防止ダイオードに印加される逆方向電圧が一瞬高くなる。これが逆流防止ダイオード20の逆方向耐電圧を超えると、最悪、逆流防止ダイオードが破壊する恐れがある。
【0044】
次に、Tr>Tstの場合、HV(B)の立ち上がりがCpによる容量結合によりHV(A)に重畳するのはHV(A)の高圧発生が終了した後なので重畳電圧は低く、逆流防止ダイオード20への影響はない。
【0045】
上記高圧重畳の現象は2台の放電ランプ点灯回路10Aと10Bに接続された放電ランプLが点灯失敗し不点灯になった場合に生じる。10AのランプがTr以内に点灯してしまえば、放電ランプ点灯回路10Aの出力インピーダンスは著しく低くなるのでHV(B)による重畳電圧はほぼゼロである。
【0046】
(変形例1)
上述した実施形態に係る高圧回路22(
図5)の場合、トリガ回路26のRCにより充電し、サイダックのON電圧に達すればサイダックが短絡状態になるのでコンデンサが放電して繰り返す。その結果、トリガ回路26におけるコンデンサ端子間電圧波形は鋸波になる。サイダックが短絡すると急速に放電し昇圧トランス28にはパルス状の電流が流れる。昇圧後整流されて直流の高圧電圧を出力する。実際の回路は図のように逆流防止ダイオードに並列に平滑コンデンサ29が接続されている。
【0047】
昇圧トランス28の二次側に出力するパルス状の高圧は整流ダイオード24で整流され、直流高圧HV1としてそのまま放電ランプLの両端に印加される。HV1は同時にバラスト12出力と逆流防止ダイオード20にも分圧して印加される。逆流防止ダイオード20の逆方向インピーダンスが高いのでHV1は殆ど逆流防止ダイオード20に印加される。従って逆流防止ダイオード20の逆方向耐電圧はHV1より高くなければならない。万一、逆流防止ダイオード20が破壊して短絡状態になると高圧HV1はバラスト12の出力に印加され、最悪バラスト12が破損する。
【0048】
このようなバラスト12の破損を回避するため、実施形態に係る高圧回路22に変えて、
図9に示すように、昇圧トランス28の二次側出力の一端は整流ダイオードに接続し、昇圧トランス28の二次側出力のもう一方の一端は逆流防止ダイオード20の入力側(アノード側)に接続してもよい。
【0049】
この場合、昇圧トランス28の二次側は整流ダイオード24で整流され、直流高圧HV1として逆流防止ダイオード20の両端に印加される。放電ランプLにはバラスト12出力の開放電圧OCV(OPEN CIRCUIT VOLTAGE=例えば350V)とHV1の加算電圧(HV2=OCV+HV1)が印加される。これにより、万一、逆流防止ダイオード20が破壊して短絡状態になっても高圧はバラスト出力に印加されない。
【0050】
(変形例2)
さらに言えば、
図10に示すように、高圧回路22を、逆流防止ダイオード20の出力側(カソード側)に接続された整流ダイオード24と、CCFLインバータ30とで構成してもよい。CCFLインバータ30のトランスにおける二次側の第一の出力は、整流ダイオード24に接続されており、第二の出力は、逆流防止ダイオード20の入力側(アノード側)に接続されている。
【0051】
CCFLインバータ30のトランス出力は高周波(例えば100kHz)の連続波となるので、整流ダイオード24の出力は安定した直流の高圧を得ることができる。
【0052】
(変形例3)
また、複数の放電ランプLを個別に点灯あるいは遮断する場合、これを「カセット単位」で行ってもよい。具体的には、
図11に示すように、複数の放電ランプLが配置されたカセット40を複数用意し、これらカセット40を互いに隣接するように配置する。
図11に示す例では、16個の放電ランプLが配置されるカセット40が9個用意されており、これら9個のカセット40が互いに隣接するように配置されている。なお、
図11における白丸は点灯状態の放電ランプLを示しており、黒丸は消灯状態の放電ランプLを示す。
【0053】
そして、放電ランプ点灯回路10は、カセット40ごとに、放電ランプLを順に点灯(あるいは遮断)させていく。
図11(a)は各カセット40における1つ目の放電ランプLが点灯した状態、
図11(b)は各カセット40における2つ目の放電ランプLが点灯した状態、そして
図11(c)は各カセット40における3つ目の放電ランプLが点灯した状態を示している。
【0054】
もちろん、カセット40ごとに複数個(例えば、2つ)ずつの放電ランプLを順に点灯(あるいは遮断)させてもよい。
図12(a)は各カセット40において2つの放電ランプLが点灯した状態、
図12(b)は各カセット40において4つの放電ランプLが点灯した状態、そして
図12(c)は各カセット40において4つの放電ランプLが点灯した状態を示している。
【0055】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0056】
10…放電ランプ点灯回路、12…バラスト、14…イグナイター、20…逆流防止ダイオード、22…高圧回路、24…整流ダイオード、26…トリガ回路、28…昇圧トランス、29…平滑コンデンサ、30…CCFLインバータ
40…カセット
A…放電ランプ点灯装置、L…放電ランプ、C…延長ケーブル、Z…点灯制御装置