JP2004079254A - 光源装置及び露光装置 - Google Patents

Abstract

【課題】露光装置の光源部において、ランプ交換の際にランプと集光ミラーとの間隔を十分に確保して、作業性を向上させる。
【解決手段】光源部の集光ミラーを少なくとも２個の部品に分割され、ランプ交換の際に分割された前記集光ミラーが移動可能に構成されており、ランプとミラーが干渉することない光源装置。
【選択図】　　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、キセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプ等、ランプ本体内に高圧ガスを封入したランプを光源として使用する光源装置に係り、特に、前記ランプから放出された光を、ランプの近傍に配置された集光ミラーよって集光して照明光を形成する光源装置及び、前記光源装置を使用した露光装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
画像読取装置や測定装置、検査装置、露光装置等の各種装置は一般的に、高圧ガスを封入したランプを光源として使用し、前記ランプから発せられた光を回転楕円面ないしは回転方物面形状の反射面を有する反射ミラーによって一定方向に反射・集光したうえで、所望の形状に照明光の形状を整形し、対象物に照射するという構造となっており、光源として用いられている前記高圧ランプには、キセノンランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプ等、封入あるいは添加されたガスの種類によって様々な種類のものがあり、光源に要求される輝線の波長や、出力によって使い分けがなされているが、いずれのランプの場合も、ガラスや石英材からなる透明体のバルブ内に複数のガスが封入された構造を有している。
【０００３】
ここで、図１１は前記の照明装置におけるランプ周辺の構造を示したものであって、同図において、ランプは透明なガラスからなるバルブ４４内に高圧ガスが封入されており、バルブ内に相対して配置された、陽極４７と陰極４８間に電圧を印加することによって電極間に輝点を発生させ、前記輝点から放射状に発せられる照明光を、回転楕円面の一部を切り取った表面形状を有する集光ミラー２によって、焦点５０に集光するものである。
【０００４】
この時、ランプ固定台３４上に固定されたランプは、ランプステージ３５によって、集光ミラー２に対して相対的に駆動が可能となっており、ランプの輝点位置が集光ミラー２の第１焦点と一致するように位置決めすることによって、前記集光ミラー２の第２焦点位置に照明光が正しく集光される構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような光源装置の場合、下記に挙げるような欠点があった。即ち集光ミラー２は照明の効率を上げるためにはランプ１から放射状に放出される照明光をできるだけ多く集光する必要があって、ランプ１を通すための抜き穴１８を小さくすることが望ましいが、ランプ１は点灯時間に従って照度やチラツキ等の性能が劣化して交換が必要となったり、あるいはランプに破損事故が発生して、ランプ１の交換が必要になったりするために交換が必要になったりして、抜き穴１８が小さいほど、交換の際にランプ１と集光ミラー２が接触する危険性が高くなる。
【０００６】
一般に投影装置に使用される光源装置において、集光ミラー２は耐熱ガラスや石英ガラスによって製作されていて、ランプ２についても口金部４１は金属であるが、バルブ４１は石英ガラス等の透明体で際策されているので、ランプ１と集光ミラー２が接触すれば、当然のごとくいずれかが破損することになる。
【０００７】
もちろん、従来例においても前記の破損事故が発生しないような対策を示した例も提案されおり、例えば図８は特開平６−０５２７０６号公報に示される照明器具の例ではランプ４９の照明光を反射するミラーは前部ミラー１３６と後部ミラー１３２の分割構造となっていて損耗の激しい後部ミラー１３２を交換可能としている。
【０００８】
前記従来例は、あくまで消耗部品である後部ミラー１３３の交換に主眼を置いたものであって、ランプ４９が損耗して、交換が必要になった場合はまず後部ミラーを外してから、ランプ４９を引き出さねばならず、ランプ交換の容易性を考慮したものではなかった。
【０００９】
また、特開平５−０５４７０１号公報では図９に示すようにランプ４９を保護カバー１１４で保護してランプの損傷を防止し、前記保護カバーから取付け用のネジ部１１３のみを露出させた状態で集光ミラー２の内部にランプ４９を挿入する方法が提案されているものの、この場合は集光ミラー２とランプ４９とを結合させる場合の提案であるために、集光ミラー２側にランプ４９の取り付け部を通す抜き穴１１７とランプの取り付けネジ部１１３との隙間は非常に小さくなっていて、ランプ４９と集光ミラー２との干渉が発生しやすいことに変わりは無い。特にランプ４９側は前述のように保護カバー１１４で保護されているが、集光ミラー２には保護対策がなされていないので、破損の可能性が低くはなっていなかった。
【００１０】
更に、図１０は特開平９−２１９１７５号公報に示すランプ交換装置の例を示したもので、ランプ４９の保護カバー１０４を筒状に形成して、光源装置の本体構造体１０５に固定した上で保護カバー１０４内でランプ４９およびランプ固定部１０２をスライドさせて、光源装置内部に設置させる方法を提案している。
【００１１】
この場合はランプの移動方向が規制されているためにランプ４９と集光ミラーとが干渉する可能性は減少するが、この場合は、ランプ４９の周辺に前記保護カバー１０４を固定できるようなスペースのある装置にのみ適用可能であって、たとえば図５に示すような光学配置を採用した投影露光装置の場合はランプ１の周辺に保護カバー１０４を取り付けるスペースが無く、採用が困難な提案となっている。
【００１２】
そこで、本発明は前述した従来技術の未解決の課題に鑑みてなされたものであって、ランプの着脱の際に干渉物とランプの間隔を広げて作業効率を向上させると共に、交換作業の安全性を向上させることを目的としており、更に、前記目的を達成した上で、光源装置としての照明効率が低下しない照明装置を提供することを目指すものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の光源装置は露光装置等に照明光を供給する光源装置であり、前記照明光の発生源として放電ランプを用い、前記放電ランプより発した照明光を集光ミラーによって集光させて用いる光源装置であって、前記集光ミラーは少なくとも２個以上に分割作成されており、前記ランプを光源装置に着脱する際に、ミラーが分離可能であることを特徴としており、このような構成によりランプの着脱作業にあたって、ランプと集光ミラーとの間隔を大きく取ることが可能となり、着脱作業を効率的に実施することが可能となる。
【００１４】
この時、ランプを固定するための固定台はランプの着脱作業が容易なる位置へ移動可能であることが望ましく、更に、ランプの保護カバーを装着した状態であっても、ランプ固定部にランプを固定することが可能な位置まで、前記集光ミラーが移動可能であることが望ましく、これによって集光ミラーとランプ取り付け部の間作を更に大きく取ることが可能となって、ランプの着脱作業は更に容易に実施することができるようになる。
【００１５】
また、分割作成された集光ミラー又はランプ固定部は光源装置のメンテナンス扉と連動していて、メンテナンス扉の開閉動作に従って前記集光ミラー又はランプ固定部の位置が、ランプの着脱位置へ移動することが望ましく、ランプの着脱作業の際に前記集光ミラーや、ランプ固定部を個別に移動させる必要が無く、自動的に、着脱位置へ配置することが可能となる。
【００１６】
なお、前記ランプの電源ケーブルは、前記分割された集光ミラーの分割位置の一部とおおむね一致した方向に引き出されることを特徴としており、集光ミラーの分割によって反射率が低下する方向と、電源ケーブルによって生じる照明光の影の方光を一致させることが可能となり、照明光の効率低下の要素を最低限に抑制することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
（第１の実施例）
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１８】
図５は本出願に係る光源装置を用いた投影露光装置の構成を示した図であってショートアーク型水銀ランプ１から放射状に拡散する照明光（露光光）は集光ミラー２へと照射されているが、集光ミラー２の内表面は放物楕円面の一部を切り取った形状の反射面を有しており、集光ミラー２の第１焦点から放射状に出射した光は、楕円の内面で反射すると第２焦点に集光する特性を有しているために、光源であるランプ１の輝点を集光ミラー２の第１焦点に一致させて配置すると、ランプ１から放射状に拡散した照明光は第２焦点に集光する。
【００１９】
集光ミラー２の反射面には熱線透過膜がコーティングされていて、ランプ１から拡散した照明光の内、熱線の成分は集光ミラー２を透過してその他の波長成分だけが反射される。更に、波長選択フィルタ５によって露光に不必要な波長成分を更に排除して前記第２焦点側へ照明光を集光させている。
【００２０】
なお、ランプ１は図示しないランプステージ上に固定されていて集光ミラー２に対して、相対的に移動することが可能となっているが、ランプステージ内に設置された図示しないランプ識別手段によってランプの種類が特定され、特定された種類に応じて主制御系１３は図示しないランプ用電源からランプ１に供給する電力の調整を行っている。
【００２１】
ここで、図３は前記ランプ１周辺の構造をさらに詳細に説明知るものであって、本発明に係る光源装置では同図においてランプは前記のようにランプ固定部３４上に固定されており、ランプの固定側口金部にはランプの品種コードが表示されている識別プレート５１が取り付けられている。前記品種コードはランプの輝点位置高さや、ランプの出力を記号化して表示したものであって、固定台３４上に取り付けられた読取装置５２によって読み取られた情報は主制御部１３に転送されて、ランプの出力に合わせて、ランプに投入する電力の調整を行ったり、ランプに対する冷却条件の変更を行ったりするために用いられるとともに、一般にランプの製造上、誤差の生じる電極の取り付け位置やランプの品種ごとに変化する輝点の位置情報によりステージ３５を移動せしめ、ランプの交換を行っても、常にランプの輝点と集光ミラー２の焦点の位置が一致するように自動調整が可能な構造となっている。
【００２２】
さらに図１はランプ１の交換作業を行う際の、ランプ１周辺の配置を示したものであるが、まず、交換するべきランプには破損の危険性の高いバルブ部４９を保護するために保護カバー２７が取り付けられる。
【００２３】
この保護カバー２７は図に示すようにランプ１のバルブ部４９全体を包み込めるように２分割に開放可能となっており、ランプ１に装着された後は、図２に示すようにランプの取り付け部４１とランプケーブル４５が両端から露出した形状となる。
【００２４】
前記のようにランプ１は保護カバー２７を装着しても。固定部４１とランプケーブル４５が露出しているために、交換作業は支障なく続行することが可能であって、作業中に工具等がランプ１のバルブ４９にあたって破損するような事故の危険性も無く、また、バルブ４９に触れてバルブ表面を汚す恐れも無くなっている。
【００２５】
集光ミラー２は図１に示されるように２分割されたミラー台３７の上に、同様に２分割された集光ミラー２７が搭載された形状となっていて、ランプ１の交換作業を行う場合は、ミラー台３７が開放位置へ移動可能となっているため、ランプに対して集光ミラー２が回避した形となって、ランプ１の着脱作業を行うための作業スペースを広く取ることが可能となると同時に、前記保護カバー２７をランプに装着あるいは剥離するためのスペースも確保できるようになっている。
【００２６】
さらに、図３に示したように、ランプ固定台は集光ミラー２の下部に位置しており、ランプを固定するためのツマミ３６は集光ミラー２の影に位置して作業性が悪くなっていたが、集光ミラー２およびミラー台３７が回避位置へ移動することによってツマミ３６へのアクセスも容易になっていて、ランプステージ３５によってランプの位置をさらに集光ミラー２から離れた位置に駆動することによって作業スペースはさらに拡大することが可能である。
【００２７】
一方、集光ミラー２によって当該ミラーの第２焦点位置に集光された照明光に対して、前記集光点近傍には、シャッタ用のモータ５によって開閉されるシャッタ羽根４が照明光の光軸に対して概ね４５度の角度で挿入され、照明光の通過を制御していて、シャッタ羽根４が開放状態にある場合は、照明光は光路変更ミラー３及びコリメータレンズ６を介しておおむね平行な光束に変換された後、視野絞り８を通過し、オプティカル・インテグレータであるフライアイ・レンズ９に入射する。オプティカル・インテグレータは矩形柱ないしは六角柱形状の単レンズを複数本組み合わせて使用したものや、複数のシリンドリカル・レンズ光軸に垂直な面内で縦・横に組み合わせて配置したもの等があるが、いずれの場合も照明光の光量分布の均一性を高めるために用いられている。
【００２８】
続いて、フライアイ・レンズ１４から出射した照明光は、ハーフミラー１９によって光路が分岐されている。
【００２９】
ハーフミラー１９には９５％以上の透過率を有する半透過膜がコーティングされており、照明光のほとんどは透過するが、一部は反射されて投光量検知センサ１０上に集光し、光源であるランプ１の出力状態が測定されるようになっていて、ここで検出された光源の出力は主制御系１３に送信され、ランプ１に電力を供給している電源の出力を調整することによって、照明光の強度が目的の値で安定するように調整が為されている。
【００３０】
一方、ハーフミラー１９を透過した照明光は、リレーレンズ１４、コリメータレンズ１６を介して露光対象である基盤１７照射される。
【００３１】
ここで、前記基板１７まで到達する光量は当然の事ながらランプ１の出力によって大きく左右されるが、ランプ１のから放出されている照明光をいかに効率よく基板１７まで導くかは、光路中に配置されていれる光学部品の効率によって決定されるものである。本出願に係る光源装置においては前述したように、集光ミラー２が分割作成されており、ランプ１点灯時の状態であっても図４に示すごとく集光ミラー２に分割部が接合部として現れるため、接合部の表面反射率は他の部分に比べて低下してしまう欠点も発生するが、一般的にランプ１側からは構造上、ランプケーブル４５が光路中に出てきて、照明光を遮る構造となっている。従って、本出願に係る光源装置においては、図４に示すように、集光ミラー２の分割方光とランプケーブル４５の引回し方光とを一致させるように配置し、ランプ１から放出された光を遮る要素同士を重ねて配置することによって、照明光の効率低下を最小限に押さえるよう名構造となっている。
【００３２】
また、図６は前記投影露光装置の光源露光装置においてランプ１の周辺部の構造をさらに詳細に示したものであり、同図においてランプ１は前述のようにランプ固定部３４上に固定されており、さらにランプ固定台３４はランプステージ３５に固定されていて、集光ミラー２に対して相対的に移動することが可能となっているが、光源装置の外壁５０には、ランプ１の着脱作業に際に使用するメンテナンス扉５１が設置されている。
【００３３】
この扉上には２分割に配置された集光ミラー２の移動側の部品が搭載されていて、扉の開閉作業によって、ミラーの回避動作が自動的に行われるようになっていると共に、ランプステージ３５を搭載する台座部６５とメンテナンス扉５１とを連結する連結ステー５２が更に設けられており扉の開閉動作によってランプステージ３５全体も光源装置内から外部方光に引き出される構想となっていて、更にメンテナンス時の作業スペースの確保を容易にしている。
【００３４】
（第２の実施例）
前述したように本出願に係る光源装置では、光源装置内でランプ１の着脱作業を行なう際に集光ミラー２及びランプ固定部３４がランプ１に対して作業スペースを確保できる位置に対比することが可能となっているが、例えば、光源装置内のランプ１が寿命期限を超過して交換作業を行なう場合を想定した場合、ランプ１の交換作業は単純に新品ランプをランプ固定部３４に固定して完了するものではなく、新しく取り付けられたランプ１の輝点位置を集光ミラー２の第一焦点位置に位置を合わせた上で更にランプの照度を調整するまでの動作を完了させなければならない。
【００３５】
従って、本出願に係る光源装置は、図３に示すように、集光ミラー２の一部からランプ１の輝点位置を観察できるよう構成されている。
【００３６】
すなわち集光ミラー２の一部にランプの輝点位置を観察するための覗き窓６１があいていて、観察光学系６２を介してセンサ６３によってランプの輝点位置を観察することができるように構成されている。しかし前記の輝点位置は実際にランプを点灯して発光部の輝度の高い位置を探しても良いが、この場合は、ランプに印加される電流・電圧の状態によって発光点の状態も変化してしまったり、あるいは同一の点灯条件下においても、ランプ内の放電状態の変動、所謂チラツキ現象によって輝点の位置や大きさが変化してしまって、ランプの位置を特定できない場合が生じてしまう。
【００３７】
したがって、本出願に係る光源装置では、ランプ点灯時の輝点の位置を観察する代わりに、ランプ消灯時の電極の位置を観察して、ランプの輝点位置を推定する方法を取っている。
【００３８】
図７は上記のように、図３におけるセンサ６３によって消灯時のランプの陽極４７および陰極４８の像を観察した画像を示したもので、この場合センサ６３は具体的には２次元のＣＣＤを使用している。センサ６３は予め集光ミラー２の第一焦点と、ランプ位置合わせ用のターゲットチャート６４が、ある一定のシフト量を持って一致するように位置合わせが行われていて、ターゲットチャート６４に対して、陰極４８の先端が一致するようにランプの位置を駆動すればランプの輝点と集光ミラーの第一焦点を一致させることができるようになっている。当然のことながら、図３に示す覗き窓６１は異なる２方向からランプを観察できるように２方向に設置されていて、ランプの位置決めが３次元方向で調整が可能となっている。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ランプの着脱の際にランプと集光ミラーとの間隔を十分に確保する事が可能となり、作業の効率が向上すると共に、ランプに保護用のカバーを装着したままでもランプの着脱作業を実施することが可能となって、安全に作業を行なうことができる。
【００４０】
更に、上記目的を達成するための集光ミラーの分割による反射効率の低下部分と、ランプの電源ケーブルによって生じる、照明光の遮光部分の方光を合せることで、照明光率の低下を最小限に抑止することが実現されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】集光ミラーの分割形状を説明する図
【図２】ランプ及び保護カバーの形状を説明する図
【図３】ランプの保持方法を説明する図
【図４】ランプ及び集光ミラーの配置を説明する図
【図５】露光装置内の光学素子の配置を説明する図
【図６】光源装置の扉構造を説明する図
【図７】ランプの位置合わせ方法を説明する図
【図８】過去の発明による光源装置を説明する図
【図９】過去の発明によるランプの交換方法を説明する図
【図１０】過去の発明によるランプの交換方法を説明する図
【図１１】従来例によるの光源装置の構成を説明する図
【符号の説明】
１　・・・ランプ
２　・・・集光ミラー
４　・・・シャッタ羽根
２７　・・・保護カバー
３４　・・・ランプ固定台
３５　・・・駆動ステージ
３６　・・・クランプネジ
３７　・・・ミラー台
４１　・・・固定口金
４５　・・・ランプケーブル
４６　・・・固定端子
４７　・・・陽極
４８　・・・陰極
５１　・・・メンテナンス扉
６２　・・・観察光学系
６３　・・・センサ
１０２　・・・固定フランジ
１０４　・・・保護カバー
１１４　・・・保護カバー
１１５　・・・固定ネジ

Claims (8)

1. 露光装置等に照明光を供給する光源装置であり、前記照明光の発生源として放電ランプを用い、前記放電ランプより発した照明光を集光ミラーによって集光させて用いる光源装置であって、前記集光ミラーは少なくとも、２個以上に分割可能に作成されており、前記ランプの着脱の際に分離することが可能であることを特徴とする光源装置。
2. 前記ランプを固定するためのランプ固定部は、ランプの着脱に際して、ランプが集光ミラー近傍から回避する位置に移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記ランプは、光源装置への着脱、または運搬、または保管の際に、保護カバーを装着可能であって、前記集光ミラーは前記保護カバーを装着した状態のランプであっても、ランプ固定部にランプを固定することが可能な位置まで移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
4. 前記ランプを収納している光源装置のメンテナンス扉は、集光ミラーと連動しており、前記扉の開閉動作に従って、少なくとも２個以上に分割作成された集光ミラーが分離位置へ移動することを特徴とする、請求項１に記載の光源装置。
5. 前記光源装置のメンテナンス扉は、ランプ固定部と連動しており、前記扉の開閉動作に従って、前記ランプ固定部が移動し、ランプが集光ミラー近傍から回避する位置に移動することを特徴とする、請求項２に記載の光源装置。
6. 前記ランプから導出される電源ケーブルは、前記ミラーの分割位置の一部とおおむね一致した方向に引き出されることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
7. 前記ランプは大気圧以上の圧力を有するガスを、内部に封入してなることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の光源装置。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の光源装置を使用することを特徴とする露光装置。

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