特許 7045919 光源ユニットおよび露光装置

(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】2022-03-24

(45)【発行日】2022-04-01

(54)【発明の名称】光源ユニットおよび露光装置

(51)【国際特許分類】

   H05B 41/24 20060101AFI20220325BHJP

   F21S 2/00 20160101ALI20220325BHJP

   F21V 23/00 20150101ALI20220325BHJP

   H05B 41/288 20060101ALI20220325BHJP

   H01J 61/56 20060101ALI20220325BHJP

   G03F 7/20 20060101ALI20220325BHJP

   F21Y 101/00 20160101ALN20220325BHJP

【ＦＩ】

H05B41/24

F21S2/00 311

F21V23/00 100

H05B41/288

H01J61/56 B

G03F7/20 501

F21Y101:00 300

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018084295

(22)【出願日】2018-04-25

(65)【公開番号】P2019192497

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-03-12

(73)【特許権者】

【識別番号】000128496

【氏名又は名称】株式会社オーク製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100090169

【弁理士】

【氏名又は名称】松浦 孝

(74)【代理人】

【識別番号】100124497

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 洋樹

(72)【発明者】

【氏名】藤森 昭芳

(72)【発明者】

【氏名】金井 信夫

【審査官】安食 泰秀

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０３１３８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００７９３５６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｂ ４１／２４

Ｆ２１Ｓ ２／００

Ｆ２１Ｖ ２３／００

Ｈ０５Ｂ ４１／２８８

Ｈ０１Ｊ ６１／５６

Ｇ０３Ｆ ７／２０

Ｆ２１Ｙ １０１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イグナイタを備えた直流ランプ用点灯装置に接続可能な光源ユニットであって、
交流ランプである放電ランプと、
前記放電ランプの絶縁破壊を生じさせる光源側イグナイタと、
前記光源ユニットに入力される直流電流を交流電流に変換するＤＣ／ＡＣ変換部と、
前記直流ランプ用点灯装置と前記光源側イグナイタとの間に配置されるイグナイタ起動抑制部とを備え、
前記イグナイタ起動抑制部が、前記直流ランプ用点灯装置のイグナイタによって前記放電ランプの絶縁破壊が生じないように、動作することを特徴とする光源ユニット。

【請求項2】

前記イグナイタ起動抑制部が、前記直流ランプ用点灯装置において検出される前記光源ユニットの電圧を、前記直流ランプ用点灯装置のイグナイタの起動条件となる電圧閾値よりも小さくなるようにすることを特徴とする請求項１に記載の光源ユニット。

【請求項3】

前記イグナイタ起動抑制部が、抵抗を備え、
前記抵抗の抵抗値が、点灯中の前記放電ランプの電極間抵抗より大きいことを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の光源ユニット。

【請求項4】

前記光源側イグナイタと前記イグナイタ起動抑制部との間に前記ＤＣ／ＡＣ変換部を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光源ユニット。

【請求項5】

イグナイタを備えた交流ランプ用点灯装置に接続可能な光源ユニットであって、
直流ランプである放電ランプと、
前記放電ランプの絶縁破壊を生じさせる光源側イグナイタと、
前記光源ユニットに入力される交流電流を直流電流に変換するＡＣ／ＤＣ変換部と、
前記交流ランプ用点灯装置と前記光源側イグナイタとの間に配置されるイグナイタ起動抑制部とを備え、
前記イグナイタ起動抑制部が、前記交流ランプ用点灯装置のイグナイタによって前記放電ランプの絶縁破壊が生じないように、動作することを特徴とする光源ユニット。

【請求項6】

前記放電ランプが、着脱自在に装着可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光源ユニット。

【請求項7】

前記光源側イグナイタが、前記放電ランプに適応した仕様の構成であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光源ユニット。

【請求項8】

前記点灯装置に設けられた点灯制御関連素子に応じた点灯制御関連素子をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光源ユニット。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれかに記載の光源ユニットを備えた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】

本発明は、露光装置などに使用される光源ユニットに関し、特に、放電ランプを備えた光源ユニットに関する。

【背景技術】

【0002】

露光装置などでは、光源としてＨＩＤランプといった放電ランプを使用している。放電ランプの点灯装置は、ランプ電流を制御する安定化器などを備えた点灯装置本体と、ランプ電極間を絶縁破壊させるために高電圧パルスを発生するイグナイタ（点灯始動回路）とを備え、放電ランプと点灯装置本体との間にイグナイタが配置されている。イグナイタ起動による絶縁破壊後、ランプ側への電流供給によってアーク放電に移行し、放電が維持される。

【0003】

放電ランプには、交流（ＡＣ）ランプと、直流（ＤＣ）ランプが存在し、露光装置の仕様などによって使用ランプの種類が定められる。点灯装置は、ランプの種類（交流／直流）に応じてその回路構成が異なる（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００９－１９５８２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

露光装置などでは、直流ランプもしくは交流ランプいずれか一方のランプを使用することを前提として点灯装置が構成されている。すなわち、点灯装置の安定器、イグナイタなどの回路は、一定の放電ランプ（例えば、直流ランプもしくは交流ランプいずれか一方）にしか適応できない。異なる種類の放電ランプの使用、新しいタイプの放電ランプの使用、新たな点灯制御方式への変更などを行う場合、装置内に実装された点灯装置を改造、交換などしなければならない。

【0006】

したがって、すでに装置に設けられた点灯装置を変更することなく、様々な放電ランプなどを使用可能にする光源ユニットが求められる。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、イグナイタを備えた点灯装置に接続可能な光源ユニットであって、露光装置やプロジェクタなどの装置に設けることが可能である。光源ユニットは、放電ランプと、放電ランプの絶縁破壊を生じさせる光源側イグナイタと、点灯装置と前記光源側イグナイタとの間に配置されるイグナイタ起動抑制部とを備える。ランプ点灯制御（ランプの絶縁破壊）に関しては、点灯装置に設けられた点灯制御関連素子に応じた点灯制御関連素子を設け、点灯装置のイグナイタ、光源側イグナイタの動作を制御することが可能である。あるいは、点灯装置のイグナイタ、光源側イグナイタが起動条件に応じて動作するようにしてもよい。

【0008】

本発明では、イグナイタ起動抑制部が、点灯装置のイグナイタによって放電ランプの絶縁破壊が生じないように、動作する。イグナイタ起動抑制部は、回路、デバイスなどによって構成可能であり、光源ユニットのケース内に設けることも可能であり、ケース外に独立したデバイスとして設けることも可能である。

【0009】

イグナイタ起動抑制部は、点灯装置において検出される光源ユニットの電圧を、点灯装置のイグナイタの起動条件となる電圧閾値よりも小さくなるようにすればよい。例えば、イグナイタ起動抑制部に抵抗を設け、抵抗の抵抗値が点灯中の放電ランプの電極間抵抗より大きくなるように構成することができる。

【0010】

例えば、点灯装置が、直流ランプ用点灯装置の場合、交流ランプを備えた光源ユニットは、前記光源側イグナイタと前記イグナイタ起動抑制部との間にＤＣ／ＡＣ変換部を備えればよい。また、点灯装置が、交流ランプ用点灯装置の場合、直流ランプを備えた光源ユニットは、前記光源側イグナイタと前記イグナイタ起動抑制部との間にＡＣ／ＤＣ変換部を備えればよい。

【0011】

放電ランプを、光源ユニットに対して着脱自在に装着可能にすることも可能である。あるいは、光源側イグナイタが、装備された放電ランプに適応した仕様の構成にすることもできる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、すでに装置に設けられた点灯装置を変更することなく、様々な放電ランプなどを、装置の仕様、作業状況などに応じて使用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１の実施形態である露光装置のブロック図である。

【図2】点灯装置、光源ユニットの機能的ブロック図である。

【図3】点灯装置、光源ユニットの電気回路図である。

【図4】第２の実施形態における点灯装置と光源ユニットの機能的ブロック図である。

【図5】第３の実施形態における点灯装置と光源ユニットの機能的ブロック図である。

【図6】第４の実施形態における点灯装置と光源ユニットの機能的ブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

【0015】

図１は、第１の実施形態である露光装置のブロック図である。

【0016】

露光装置１０は、フォトマスク１４を用いてパターン光を基板Ｗに投影する装置であって、ここではコンタクト露光装置として構成されている。露光装置１０は、放電ランプ（ここでは図示せず）をそれぞれ備えた光源ユニット２０と、基板Ｗにパターン光を投影する露光ヘッド１１を備えている。露光ヘッド１１は、照度を均一化するインテグレータレンズを含む照明光学系１２と、フォトマスク１４を備える。

【0017】

光源ユニット２０の放電ランプは、ここでは高圧もしくは超高圧水銀ランプであり、例えば、一対の電極間隔が２ｍｍ以下であって、放電ランプの内部に０．２ｍｇ／ｍｍ^３以上の水銀と、希ガスと、ハロゲンとが封入されている。点灯装置１９は、放電ランプの始動（絶縁破壊）、アーク放電への移行、点灯維持を行う。

【0018】

光源ユニット２０から放射された光は、照明光学系１２を通り、フォトマスク１４に入射する。フォトマスク１４を通った光は、露光ステージ１８に搭載された基板Ｗに投影される。これによって、基板Ｗに所定のパターンが形成される。なお、露光装置１０を、マスクレス露光装置、投影露光装置などで構成することも可能である。

【0019】

図２は、点灯装置１９、光源ユニット２０の機能的ブロック図である。図３は、点灯装置１９、光源ユニット２０の電気回路図である。

【0020】

点灯装置１９は、直流ランプ用の点灯装置であって、電源１９Ａ、直流ランプ用バラスト１９Ｂ、イグナイタ（装置側イグナイタ、点灯装置のイグナイタ）１９Ｃを備えている。一方、光源ユニット２０は、放電ランプとして交流ランプ３０を備えるとともに、直流ランプ用の点灯装置１９に対して着脱可能に接続、装着されている。また、点灯装置１９は、各回路を制御する制御回路１９Ｄ、突入電流制限回路１９Ｅを備えている。

【0021】

光源ユニット２０は、交流ランプ３０とともに、イグナイタ起動抑制回路２０Ａ、ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂ、イグナイタ（光源側イグナイタ、光源ユニットのイグナイタ）２０Ｃ、チョークコイル２０Ｅおよび制御回路２０Ｄを備える（ただし、図２ではチョークコイル２０Ｅを示していない）。交流ランプ３０は、光源ユニット２０に対して着脱自在に装着可能であり、他の交流用放電ランプに置き換えや同様の交流ランプと交換することが可能である。ＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂは、光源ユニット２０に入力する直流電流を交流電流に変換する。イグナイタ２０Ｃは、高電圧のパルスを発生し、交流ランプ３０の絶縁破壊を生じさせる。

【0022】

イグナイタ起動抑制回路２０Ａは、点灯装置１９のイグナイタ１９Ｃが起動して交流ランプ３０の絶縁破壊を生じさせるのを防ぐ回路として機能する。イグナイタ起動抑制回路２０Ａは、並列に接続される抵抗２１Ａとコンデンサ２１Ｂとを備える。抵抗２１Ａの抵抗値は、点灯装置１９から光源ユニット２０にランプ点灯電流が供給されると、後述する所定の電圧閾値より小さい電圧を生じるように設定される。

【0023】

ここで、点灯装置１９に放電ランプ（第１の実施形態では直流ランプ）が直接装着された場合、点灯装置１９の制御回路１９Ｄは、放電ランプの電極間電圧を検出、モニタリングする。点灯装置１９から放電ランプにランプ点灯電流を供給し、その放電ランプの電極間電圧が所定の電圧値（以下、電圧閾値とする）を超えた場合、制御回路１９Ｄは放電ランプが消灯（始動前）状態と判断し、絶縁破壊を生じさせるため、イグナイタ１９Ｃによって高圧パルス（絶縁破壊電圧）をその放電ランプのランプ電極間に印加する。

【0024】

しかしながら、点灯装置１９に対して光源ユニット２０を接続させた場合、制御回路１９Ｄは、放電ランプ（交流ランプ）３０の電極間電圧として、光源ユニット２０全体に印加される電圧を検出する。この光源ユニット２０に印加される電圧は、イグナイタ起動抑制回路２０Ａの抵抗２１Ａによる電圧降下の影響を受ける。そのため、ランプ点灯電流が光源ユニット２０へ流れても、制御回路１９Ｄによって検出される電圧（光源ユニット２０全体の電圧）は、イグナイタ１９Ｃの起動条件である電圧閾値を超えない。そのため、制御回路１９Ｄは、ランプ点灯中と判断してイグナイタ１９Ｃを起動させない。

【0025】

一方、イグナイタ起動抑制回路２０Ａの抵抗２１Ａの抵抗値は、交流ランプ３０のランプ点灯中の電極間抵抗値より大きい。つまり、ランプ点灯後（ランプ絶縁破壊後）において、ランプ点灯電流がイグナイタ起動抑制回路２０Ａを流れることがなく、ランプ点灯電流は確実に放電ランプに供給される。そのため、交流ランプ３０を流れるランプ点灯電流が不足し、立ち消える（消灯する）ことが生じない。

【0026】

光源ユニット２０の制御回路２０Ｄは、交流ランプ３０のランプ電極間の電圧を検出、モニタリングしている。制御回路２０Ｄは、イグナイタ起動抑制回路２０Ａに影響されずに電極間電圧を測定し、電圧閾値を超えるとイグナイタ２０Ｃを起動させる。

【0027】

なお、制御回路１９Ｄと制御回路２０Ｄにかわり、イグナイタ１９Ｃとイグナイタ２０Ｃが、交流ランプ側の電圧（イグナイタ１９Ｃは光源ユニット２０全体に印加される電圧、イグナイタ２０Ｃ）が電圧閾値を上回ったことを検知することで起動の判断をしてもよい。その場合は、チョークコイルが無くてもよい。

【0028】

このように第１の実施形態によれば、露光装置１０は、直流ランプ用点灯装置１９と、点灯装置１９に対して着脱自在に装着可能な光源ユニット２０とを備え、点灯装置１９がイグナイタ１９Ｃを備えるとともに、光源ユニット２０もイグナイタ２０Ｃを備える。そして、光源ユニット２０のイグナイタ起動抑制回路２０Ａが、点灯装置１９のイグナイタ１９Ｃを起動させないように動作する。

【0029】

これにより、直流用点灯装置１９の回路構成を改良、変更することなく、交流ランプ３０を使用することができる。また、光源ユニット２０のイグナイタ２０Ｃと点灯装置１９との間に負荷（イグナイタ起動抑制回路２０Ａ）を設けることによって、点灯装置１９のイグナイタ１９Ｃを起動させない。そのため、光源ユニット２０のＤＣ／ＡＣ変換器２０Ｂがイグナイタ１９Ｃより生じる高圧パルスで破損することなく、交流ランプ３０を点灯（始動）させることができる。一方で、直流ランプも直流用点灯装置１９に装着させることで使用可能であり、照度の高い直流ランプ、寿命の比較的長い交流ランプを用途に応じて使用することができる。

【0030】

次に、図４を用いて第２の実施形態について説明する。第２の実施形態では、交流ランプ用点灯装置に対して直流ランプの光源ユニットが装着される。

【0031】

図４は、第２の実施形態における点灯装置と光源ユニットの機能的ブロック図である。第１の実施形態と同様、点灯装置、光源ユニットは制御回路等を備えている。

【0032】

点灯装置１１９は、電源１１９Ａ、交流ランプ用バラスト１１９Ｂ、イグナイタ１１９Ｃを備えている。一方、光源ユニット１２０は、放電ランプとして直流ランプ１３０が着脱可能に接続、装着されているとともに、イグナイタ起動抑制回路１２０Ａ、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０Ｂ、イグナイタ１２０Ｃとを備える。

【0033】

第２の実施形態においても、イグナイタ起動抑制回路１２０Ａを光源ユニット１２０のＡＣ／ＤＣ変換器１２０Ｂと点灯装置１１９のイグナイタ１１９Ｃとの間に設けることにより、ＡＣ／ＤＣ変換器１２０Ｂを破損させることなく、交流ランプ用点灯装置１１９に対して直流ランプ１３０を使用することができる。

【0034】

次に、図５を用いて第３の実施形態について説明する。第３の実施形態では、新型の放電ランプ用の光源ユニットが装着される。

【0035】

図５は、第３の実施形態における点灯装置と光源ユニットの機能的ブロック図である。第１の実施形態と同様、点灯装置、光源ユニットは制御回路等を備えている。

【0036】

点灯装置２１９は、電源２１９Ａ、バラスト２１９Ｂ、イグナイタ２１９Ｃを備え、光源ユニット２２０は、イグナイタ起動抑制回路２２０Ａ、イグナイタ２２０Ｂを備えている。点灯装置２１９は、ここでは交流ランプ用点灯装置であり、光源ユニット２２０も交流ランプを備えた光源ユニットとして構成される。光源ユニット２２０は、イグナイタ２１９Ｃが絶縁破壊させることができるランプとは異なる放電ランプ（交流ランプ）２３０を備え、イグナイタ２２０Ｂは、放電ランプ２３０に適応したイグナイタして構成されている。

【0037】

このように第３の実施形態によれば、放電ランプの性能や仕様などが改良されてイグナイタの仕様が変更された場合でも、点灯装置２１９を改造することなく、その新しい放電ランプを使用することができる。なお、点灯装置２１９、光源ユニット２２０を直流用として構成することも可能である。

【0038】

次に、図６を用いて第４の実施形態について説明する。第４の実施形態では、点灯装置の素子の変更を可能にする光源ユニットが装着される。

【0039】

図６は、第４の実施形態における点灯装置と光源ユニットの機能的ブロック図である。第１の実施形態と同様、点灯装置、光源ユニットは制御回路等を備えている。

【0040】

点灯装置３２９は、電源３２９Ａ、バラスト３２９Ｂ、イグナイタ３２９Ｃを備え、光源ユニット３３０は、イグナイタ起動抑制回路３３０Ａ、バラスト３３０Ｂ、イグナイタ３３０Ｃ、放電ランプ３４０を備えている。光源ユニット３３０のバラスト３３０Ｂは、点灯装置３２９のバラスト３２９Ｂの機能を変更させるために設けられている。具体的には、バラスト３３０Ｂは、バラスト３２９Ｂによる電流波形を変更した電流波形によってアーク放電を生じさせる。

【0041】

このように第４の実施形態によれば、放電ランプ３４０の性能や仕様などの影響で点灯装置３２９の回路構成を変更するような場合において、点灯装置の回路構成を変更することなく、所望する点灯制御によって放電ランプを点灯させることができる。

【0042】

第１～第４の実施形態では、光源ユニット内にイグナイタ起動抑制回路が設けられる構成を示しているが、イグナイタ起動抑制回路を一体的にせず、点灯装置と放電ランプを収納する光源ユニットハウジングとの間に独立したデバイスとして設置してもよい。さらに、露光装置以外の光源ユニット使用可能な装置（プロジェクタなど）にも適用することが可能である。

【符号の説明】

【0043】

１０ 露光装置
１９ 点灯装置
１９Ｃ イグナイタ（点灯装置のイグナイタ）
１９Ｄ 制御回路（点灯制御関連素子）
２０ 光源ユニット
２０Ａ イグナイタ起動抑制回路
２０Ｃ イグナイタ（光源側イグナイタ）
２０Ｄ 制御回路（点灯制御関連素子）
３０ 交流ランプ（放電ランプ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】