CN101770178A - 光源装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种即使高温等离子体(LPP)沿着光轴方向连续地振动，也可以防止光源闪烁的光源装置。本发明的光源装置，具有：相对配置有一对电极(14、15)并且封入有放电介质的放电灯(1)以及向着一对电极(14、15)间照射能量束(8)的能量束照射单元，其特征为：上述能量束照射单元在对电极(14、15)供电而使放电灯(1)点灯时，向着形成在电极(15)的前端附近的辉点(61)照射能量束(8)。

Description

光源装置
技术领域
本发明涉及在半导体或液晶基板、以及彩色滤光片等的制造工序中利用的曝光装置用的光源装置，尤其是涉及具有对放射紫外线波长区域的光的光源提供能量束(energy beam)的单元的光源装置。
背景技术
近年来，在半导体或液晶基板、以及彩色滤光片等的制造工序中，通过使用输入功率较大的紫外线光源，来实现处理时间的缩短或对于大面积的被处理物的统一曝光等。随此，对于作为紫外线光源的高压放电灯就要求放射更高亮度的光。但是，如果单纯增大对高压放电灯的输入功率，则对于配置在放电容器内部的电极的负荷增大，会导致来自电极的蒸发物，成为高压放电灯内黑化、短寿命化的原因。
为了解决上述问题，已有各种提案被提出，例如，在专利文献1中公开了一种光源，配置有封入有稀有气体或水银的放电容器，其具有用来对配置在该放电容器的内部空间的种火生成用的一对电极间的中心照射连续状或脉冲状激光束的激光源。根据该专利文献1公开的光源，通过激光束进行加热，使等离子体呈高温状态，可由该已变为高温状态的等离子体放射高亮度的紫外光。
上述光源通过照射在腔内的激光束，与在腔内相对配置的一对电极间所产生的高温等离子体(Discharge Produced Plasma，放电等离子体，以下也称之为DPP)独立地生成高温等离子体(Laser ProducedPlasma，激光等离子体，以下也称之为LPP)。但是，该高温等离子体(LPP)沿着激光束的光轴进行振动，存在高温等离子体(LPP)沿着激光束的光轴方向发生位置变动的问题。尤其当在放电容器内封入有水银及氙气时，高温等离子体(LPP)的位置变动较为明显。因此，会有由光源放出的光产生闪烁的问题。另外，在上述专利文献1中，并未明确记载有关在放电容器内的何处入射激光束。
专利文献1美国专利2007/0228300号公报
发明内容
本发明的目的在鉴于上述问题点，提供一种即使高温等离子体(LPP)沿着光轴方向连续地振动，也可以防止光源闪烁的光源装置。
本发明为了解决上述课题，采用如下所示的方案。
第1方案是一种光源装置，具有：相对配置有一对电极并且封入有放电介质的放电灯以及向着上述一对电极间照射能量束的能量束照射单元，其特征为，上述能量束照射单元在对上述电极供电而使上述放电灯点灯时，向着形成在上述电极的前端附近的辉点照射能量束。
第2方案是在第1方案中，上述能量束照射单元从与上述放电灯的管轴正交的方向照射能量束。
第3方案是在第1或第2方案中，具有调整上述能量束照射单元的位置的位置调整单元，该位置调整单元以在将上述放电灯点灯时，由上述能量束照射单元照射的能量束向着形成在上述电极的前端附近的辉点照射的方式进行调整。
根据本发明，即使入射的高温等离子体(LPP)等能量束连续地振动，也可以防止光源闪烁。此外，通过使形成在放电灯的电极间的高温等离子体(DPP)的辉点与高温等离子体(LPP)等能量束重复，可得到极高亮度的等离子体。
附图说明
图1是表示第1实施方式的发明的光源装置的概要结构的透视图。
图2是表示图1所示的光源装置以直流点灯方式点灯时的放电灯的结构的正面剖视图。
图3是作为图2所示的放电灯1的比较例的放电灯1的正面剖视图。
图4是表示图1所示的光源装置以交流点灯方式点灯时的放电灯1的结构的正面剖视图。
图5是表示第2实施方式的发明的光源装置的概要结构的透视图。
图6是表示图5所示的光源装置以直流点灯方式点灯时的放电灯的结构的正面剖视图。
图7是表示图5所示的光源装置以交流点灯方式点灯时的放电灯的结构的正面剖视图。
具体实施方式
利用图1至图4，说明本发明的第1实施方式。
图1是表示本实施方式的发明的光源装置的概要结构的透视图，图2是表示图1所示的光源装置以直流点灯方式点灯时的放电灯的结构的正面剖视图。
如图1所示，本实施方式的发明的光源装置具有：放电灯1；包围放电灯1配置的聚光反射镜2；照射激光束等能量束的能量束照射单元3；以及用来使能量束照射单元3可动并调整能量束的照射位置的能量束位置调整单元4。
如图2所示，放电灯1是例如封入有水银作为发光介质的短弧型高压水银灯。如该图所示，在直流点灯方式下，放电灯1由大致球状的发光部11及在其两端接续的密封部12所形成的发光管13构成，在发光部11内，阳极14和阴极15相对配置，在阳极14与阴极15之间施加直流电压，从而进行点灯驱动。发光管13由石英玻璃等可透过紫外线的材料构成，在发光部11内封入有水银、氙气等放电介质。阳极14由具有圆锥台形状的前端部141和与其接续的圆柱状的胴部142构成，胴部142的根部由密封部12保持。阴极15由形成在前端部的锐利的尖头部151和与其接续的圆柱状的胴部152构成，胴部152的根部由密封部12保持。阳极14及阴极15由例如钨等高熔点材料构成。
在图1中，聚光反射镜2是整体而言具有碗型形状的例如旋转椭圆面反射镜、抛物线反射面镜，以其第1焦点与放电灯1的电极间中心一致并且包围放电灯1周围的方式进行配置。聚光反射镜2由将HfO2(氧化铪)与SiO2(氧化硅)交替层积而成的多层膜、或将Ta2O5(氧化钽)与SiO2(氧化硅)交替层积而成的多层膜等构成的光反射面21形成，将由放电灯1出射的紫外光在光反射面21反射并由光出射开口22出射。此外，在聚光反射镜2的侧面形成有：用来使由能量束照射单元3放射的激光束8入射至聚光反射镜2内的开口23以及用来穿过有助于放电后的激光束的开口24。
能量束照射单元3具有用来向着放电灯1的一对电极间14、15照射例如激光束的激光振荡器31，由激光振荡器31放射的激光束8通过配置在激光振荡器31的前方侧的光学系统5而被调整，以使束径变为最合适的大小，通过设在聚光反射镜2的侧面的开口23而照射在放电灯1的一对电极14、15间。作为由能量束照射单元3出射的连续波激光，例如可以列举出半导体激光或光纤激光，作为脉冲激光，例如可以列举出YAG激光或CO2激光等。激光束8例如波长为1065nm，连续振荡输出为500W的光纤激光。
如图2所示，在电极14、15间施加直流电压而将放电灯1点灯驱动时，通过在一对电极14、15间发生放电而形成高温等离子体(DPP)6，辉点61形成在阴极15的尖头部151的前端附近。能量束位置调整单元4使激光振荡器31在X轴、Y轴、及Z轴方向的3维方向上可动，对激光振荡器31进行定位，以成为激光束8的光轴9与放电灯1的管轴10正交且激光束8聚光在阴极15的尖头部151的前端附近的辉点61的状态。其中，在此所谓辉点是指比通过极间中心而与灯管轴正交的直线更接近阴极侧的区域，是大概形成在阴极的前端附近的区域。
如图2所示，本发明的光源装置是以激光束8的光轴9与放电灯1的管轴10正交的方式对放电灯1的辉点61进行照射，从而可期待如下所示的效果。
首先，在放电灯1中的一对电极14、15间形成有沿着放电灯1的管轴10延伸的高温等离子体(DPP)6。此外，通过使激光束8入射至放电灯1的发光部11内，沿着激光束8的光轴方向形成高温等离子体(LPP)7。由于放电灯1的管轴10与激光束8的光轴9正交，因此形成为高温等离子体(DPP)6与电温等离子体(LPP)7彼此正交。如此一来，放电灯1的辉点61是在高温等离子体(DPP)6中亮度最高的部位，在辉点61照射激光束8，形成高温等离子体(LPP)7，使高温等离子体(DPP)6的辉点61与高温等离子体(LPP)7重复，从而可获得极高亮度的等离子体。即，在利用由聚光反射镜2聚光的光的光源装置中，光的取入区域为局部，使该光取入区域的光强度提高。
在此，即使高温等离子体(LPP)7沿着激光束8的光轴方向连续地振动，也可以尽可能地减小光源闪烁。其原因在于，在放电灯1的辉点61使高温等离子体(DPP)6与高温等离子体(LPP)7重复而形成的混合等离子体中，高温等离子体(DPP)6在辉点61上的亮度极高，整体观看混合等离子体的话，高温等离子体(LPP)7的亮度占混合等离子体的亮度的比例较低，因此高温等离子体(LPP)7振动导致的光源的闪烁几乎不会成为问题。
图3是作为图2所示的放电灯1的比较例的放电灯1的正面剖视图。如该图所示，在该放电灯1向一对电极14、15的极间中心、换言之向一对电极14、15间形成的高温等离子体(DPP)6的中心照射激光束8，在该情况下，无法抑制由放电灯1放出的光的闪烁。即，在高温等离子体(DPP)6中亮度较低的部位照射激光束8而形成高温等离子体(LPP)7，因此整体观看混合等离子体的话，可以看出，高温等离子体(LPP)7的亮度占混合等离子体的亮度的比例比图2所示的放电灯1高。因此，高温等离子体(LPP)7的振动对高温等离子体(DPP)6与高温等离子体(LPP)7的混合等离子体造成的影响变大，且光源闪烁会变大。
图4是表示图1所示的光源装置以交流点灯方式点灯时的放电灯1的结构的正面剖视图。
如该图所示，交流点灯方式中，放电灯1由大致球状的发光部11及在其两端接续的密封部12构成的发光管13构成，在发光部11内，电极16及电极17相对配置，在电极16与电极17之间施加交流电压，从而进行点灯驱动。发光管13由石英玻璃等透过紫外线的材料构成，在发光部11内封入有水银、氙气等放电介质。电极16、17由形成在前端部的锐利的尖头部161、171及与其接续的圆柱状胴部162、172构成，胴部162、172的根部由密封部12保持。电极16、17由例如钨等高熔点材料构成。
如该图所示，进行交流点灯时，形成在发光部11内的高温等离子体(DPP)6的辉点62、63在每次施加电压的极性改变时形成在各电极16、17的前端附近。由能量束照射单元3照射的激光束8向着一对电极16、17中任一电极16(17)的前端附近所形成的辉点62(63)照射。这样一来，基于与直流点灯方式的情况相同的理由，即使高温等离子体(LPP)7振动而发生连续的位置变动，也可防止光源闪烁。另外，在此所谓的辉点是指，比通过极间中心而与灯管轴正交的直线更接近各电极侧的区域，即为形成在各电极的前端附近的区域。
使用图5至图7，说明本发明的第2实施方式。
图5是表示本实施方式的发明的光源装置的概要结构的透视图，图6是表示图5所示的光源装置以直流点灯方式点灯时的放电灯的结构的正面剖视图，图7是表示图5所示的光源装置以交流点灯方式点灯时的放电灯的结构的正面剖视图。
在图5中，本实施方式的发明的光源装置与图1所示的相同符号的结构相对应，因此省略详细说明。其中，在图5中，θ1表示绕X轴的旋转角，θ2表示绕Y轴的旋转角，θ3表示绕Z轴的旋转角。
如图6所示，在阳极14与阴极15间施加直流电压而将放电灯1点灯驱动时，通过在电极14、15间发生放电而形成高温等离子体(DPP)6，辉点61形成在阴极15的尖头部151的前端附近。如图5所示，能量束位置调整单元4以X轴、Y轴、及Z轴方向的3维方向、以及绕X轴为θ1的旋转方向、绕Y轴为θ2的旋转方向、以及绕Z轴为θ3的旋转方向，对由激光振荡器31放射的激光束8的位置进行调整。由此，能量束位置调整单元4将激光振荡器31进行定位，以成为激光束8的光轴9以相对于放电灯1的管轴10斜交的方式入射，并且激光束8聚光在阴极15的尖头部151的前端附近的辉点61的状态。
如图6所示，本发明的光源装置以激光束8的光轴9相对于放电灯1的管轴10斜交的方式对放电灯1的辉点61照射激光束8，由此可以期待如下所示的效果。
在放电灯1中的一对电极14、15间形成有沿着放电灯1的管轴10延伸的高温等离子体(DPP)，此外，通过使激光束8入射至放电灯1的发光部11内，沿着激光束8的光轴方向形成高温等离子体(LPP)。由于放电灯1的管轴10与激光束8的光轴9斜交，因此相对于高温等离子体(DPP)6，高温等离子体(LPP)7在斜向上形成。如此一来，放电灯1的辉点61是在高温等离子体(DPP)6中亮度最高的部位，因此在辉点61照射激光束8而形成高温等离子体(LPP)7，由此使高温等离子体(DPP)6的辉点61与高温等离子体(LPP)7重复，从而可以得极高亮度的等离子体。
在此，假设高温等离子体(LPP)7沿着激光束8的光轴方向连续地振荡，也可以尽可能地减小光源闪烁。其原因在于，使放电灯1的高温等离子体(DPP)6的辉点61与高温等离子体(LPP)7重复而形成的混合等离子体中，高温等离子体(DPP)6的辉点61上的亮度极高，整体观看混合等离子体的话，高温等离子体(LPP)7的亮度占混合等离子体的亮度的比例较低，因此可使高温等离子体(LPP)7振动导致的光源的闪烁几乎不会成为问题。
此外，如图7所示，在交流点灯时，形成在发光部11内的高温等离子体(DPP)6的辉点62、63在每次施加电压的极性改变时形成在各电极16、17的前端附近。由能量束照射单元3照射的激光束向着一对电极16、17中任一电极16(17)的前端附近形成的辉点62(63)由斜向照射。由此，基于与直流点灯方式的情况相同的理由，即使高温等离子体(LPP)7振动而接续地发生位置变动，也可以防止光源闪烁。

Claims (3)

1.一种光源装置，具有：相对配置有一对电极并且封入有放电介质的放电灯以及向着上述一对电极间照射能量束的能量束照射单元，其特征为，
上述能量束照射单元在对上述电极供电而使上述放电灯点灯时，向着形成在上述电极的前端附近的辉点照射能量束。
2.根据权利要求1所述的光源装置，其特征为，上述能量束照射单元从与上述放电灯的管轴正交的方向照射能量束。
3.根据权利要求1或2所述的光源装置，其特征为，具有调整上述能量束照射单元的位置的位置调整单元，该位置调整单元以在将上述放电灯点灯时，由上述能量束照射单元照射的能量束向着形成在上述电极的前端附近的辉点照射的方式进行调整。
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