JP2010072571A - 放電ランプを備えた照明装置および照明方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の放電ランプを使用する照明装置において、照度を維持しながら複数のランプをそれぞれ寿命期間まで有効に使用し、ランプ交換時期を揃える。
【解決手段】第１、第２放電ランプを備えた照明装置において、所定の定照度点灯期間Ｈ_１１の間、第１、第２放電ランプを定照度点灯させる。期間Ｈ_１１経過後にランプ電力を検出し、電力上昇率からランプ残留点灯時間を予測する。そして、予測されるランプ寿命期間の差（Ｔ_ＢＦ−Ｔ_ＡＦ）に基づいて、寿命調整期間Ｐ_１１を設ける。寿命調整期間Ｐ_１１では、ランプ残留点灯時間が短い放電ランプを、短寿命放電ランプとして定電力点灯させる。一方、ランプ残留点灯時間が長い放電ランプを長寿命放電ランプとし、全体的照度を維持するように定照度点灯させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、放電ランプを備えた照明装置に関し、特に、露光装置等に使用される多灯式照明装置の照明制御に関する。

プリント基板などを製作する露光装置の照明には、一般的に紫外線が用いられる。そのため、照明ランプとしてショートアーク型放電ランプが多く使用される。露光装置には各ランプの照度を測定する照度計が設けられており、基板に対する露光量が一定となるように、各放電ランプを照度一定になるように点灯（定照度点灯）させる。

放電ランプの場合、様々な要因によって、点灯を続けている間に放射照度が低下する。そのため、複数の放電ランプを用いた照明装置において照度一定を維持するため、使用する放電ランプを選択して照度を調整し、あるいは、照度調整用ランプを設ける方法が知られている（特許文献１、２参照）。

一方、ランプ交換時期の違い、供給電力、累積点灯時間の違いより、放電ランプのランプ寿命期間にはバラツキがある。その結果、ランプの寿命が来る度にランプ交換などの作業を行う必要があり、露光装置の稼働率、作業効率が低下する。ランプ交換作業を効率化するため、例えば、複数の放電ランプの累積点灯時間を参照しながら放電ランプを選択的にＯＮ／ＯＦＦ点灯させる方法が知られている（特許文献３参照）。

あるいは、定照度点灯のときにランプ供給電力がほぼ一定の割合で上昇することから、基準ランプの電力上昇に合わせて他の放電ランプの供給電力を強制的に上昇させる方法が知られている（特許文献４）。
特開昭６３−１１０５９５号公報 特開平８−２５５７４０号公報 特開平９−９６７８６号公報 特開２００１−３０７９８９号公報

点灯中の放電ランプの照度低下の程度は、放電ランプ毎に異なる。そのため、同種類の放電ランプを定照度点灯させた場合でも、電力上昇率がランプごとに異なり、ランプ寿命期間にバラツキが生じる。特に、大電力を必要とするショートアーク型放電ランプの場合、大きな時間差が生じる。

したがって、特許文献４のように、基準ランプをあらかじめ設定し、基準ランプの電力上昇に合わせて他のランプの電力を上昇させても、照度低下割合が異なっているためにランプ寿命期間が一致せず、電力上昇させるランプの寿命が先に来るか、あるいは寿命時期が到達しない。そのため、ランプ寿命を有効に使い尽くすことができず、稼働時間を低下させる。

本発明の照明装置は、ショートアーク型などの放電ランプを使用し、照度を維持しながらランプ寿命期間を有効に揃えるように照明可能な照明装置である。例えば、照明装置からの照明光を基板に投影することによって、被描画体にパターンを形成する露光装置に適用される。照明装置は、電源から供給されるランプ電力によって照明光を放射する複数の放電ランプと、各放電ランプにおける照明光の照度を検出する照度センサと、各放電ランプに対し、照度一定の条件下によるランプ電力上昇率に基づきランプ寿命を判定するランプ寿命判定手段と、検出される照度に応じて各放電ランプのランプ電力を制御し、複数の放電ランプによる全体的照度を一定に維持する電力制御手段とを備える。ランプ本数は任意であり、例えば２本、４本のランプを設定可能である。

本発明では、基準となる放電ランプの設定等を行わず、各放電ランプにおける照度一定条件下での電力上昇率から、ランプ寿命の優劣を実際に判断する。そして、電力制御手段は、寿命の相対的に短い放電ランプ（以下、短寿命放電ランプという）に対し、定電力点灯など照度を減少させるように点灯を行う（ここでは、照度減少点灯という）。

一方で電力制御手段は、ランプ寿命の長い放電ランプ（以下、長寿命放電ランプという）に対し、全体的な照度を一定に維持するため、照度不足分を補償するように定照度点灯させる。照度減少点灯および定照度点灯は、複数の放電ランプのランプ寿命期間を揃えるように行われる。

定電力点灯によって短寿命放電ランプの電力上昇が抑えられる一方、長寿命放電ランプランプについては照度不足を補うように定照度点灯する。そのため、全体的な放電ランプ寿命が有効的に平均化され、各放電ランプが寿命末期の最大電力まで上昇した状態で寿命を終える。放電ランプの寿命時期が揃うことで、ランプ交換が一度に行われ、稼働率が向上する。

全体的照度を一定に維持し、ランプ寿命時期を予測するのを容易にするため、短寿命放電ランプの照度低下と長寿命放電ランプの照度補償の相関関係が明らかであるのが望ましい。そのため、電力制御手段による照度減少点灯として、照度低下の程度を導きやすい定電力点灯であるのが望ましい。また、ある程度電力上昇率が正確に判断できる時点で実際のランプ寿命を判断するため、ランプ寿命判定手段が、複数の放電ランプの点灯開始から所定期間経過後のランプ電力に基づいて、ランプ寿命を判定するのがよい。

定電力点灯および定照度点灯を行っている間、短寿命放電ランプの照度低下が生じ、長寿命放電ランプの電力上昇が大きくなる。ランプ寿命期間を有効に使い尽くすことを実現するため、一部期間をランプ寿命調整期間として設定し、定照度点灯をともに行う期間をランプ寿命調整期間後にも設けるのがよい。したがって、電力制御手段が、ランプ寿命判定後の寿命調整期間において、照度減少点灯および定照度点灯を実行し、それ以外の期間では、複数の放電ランプをそれぞれ定照度点灯させるのがよい。

ランプ寿命判定によってランプ寿命の優劣が判断されても、何らかの理由によって電力上昇率が変化し、残り寿命期間の予想が外れる場合もある。したがって、リアルタイムでランプ寿命を出来るだけ判断し、照明制御を修正可能にするため、ランプ寿命判定手段が、複数の放電ランプの点灯開始後、ランプ寿命判定を複数回実行するのが望ましい。電力制御手段は、複数の放電ランプに対し、長寿命放電ランプ、短寿命放電ランプを切り替えて電力制御することが可能となる。

寿命調整期間は、短寿命放電ランプと長寿命放電ランプの寿命差、すなわち残り寿命期間の時間差によって影響される。時間差が大きいほど、定電力点灯期間（寿命調整期間）における照度低下が大きい。その結果、長寿命放電ランプの照度分担の割合が大きくなり、長寿命放電ランプの電力上昇が大きくなる。その場合、定照度点灯へ早めに切り替える必要がある。適切な調整機関を設けるため、電力制御手段が、短寿命放電ランプと長寿命放電ランプの残り寿命期間の時間差に基づいて、寿命調整期間を算出するのが望ましい。

放電ランプを複数設けた場合、比較的寿命の短い放電ランプを数多く設定すると、照度減少点灯の放電ランプの影響により、長寿命放電ランプの負担が大きくなる。そのため、放電ランプの数をＭとしたとき、（３／Ｍ）より少ない数の放電ランプを照度減少点灯させるのが望ましい。

本発明のプログラムは、複数の放電ランプそれぞれに対し、照度一定の条件下によるランプ電力上昇率に基づきランプ寿命を判定する寿命判定手段と、複数の放電ランプのランプ寿命期間を揃えるように、複数の放電ランプの中で相対的にランプ寿命の短い短寿命放電ランプを照度減少点灯させ、相対的にランプ寿命の長い長寿命放電ランプを、全体的な定照度維持のため定照度点灯させる照明制御手段とを機能させることを特徴とする。

本発明の照明方法は、複数の放電ランプそれぞれに対し、照度一定の条件下によるランプ電力上昇率に基づきランプ寿命を判定し、検出される照度に応じて各放電ランプのランプ電力を制御することにより、複数の放電ランプによる全体的照度を一定に維持する照明方法であって、複数の放電ランプのランプ寿命期間を揃えるように、複数の放電ランプの中で相対的にランプ寿命の短い短寿命放電ランプを照度減少点灯させ、相対的にランプ寿命の長い長寿命放電ランプを定照度点灯させることを特徴とする。

本発明によれば、複数の放電ランプを使用する照明装置において、照度を維持しながら複数のランプをそれぞれ寿命期間まで有効に使用し、ランプ交換時期を揃えることができる。

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。

図１は、第１の実施形態である描画装置を模式的に示した斜視図である。

描画装置１０は、フォトレジストなどの感光材料を塗布あるいは貼り付けた基板ＳＷに対し、照明光を投影してパターンを形成する露光装置であって、ゲート状構造体１２、基台１４を備える。基台１４には、描画テーブル１８を支持するＸ−Ｙステージ駆動機構（ここでは、図示せず）が搭載され、描画テーブル１８上に基板ＳＷが設置されている。

描画装置１０は、露光制御部（ここでは図示せず）を備えており、描画制御部によって露光動作が実行、制御される。ゲート状構造体１２には、基板ＳＷの表面にパターンを形成する露光ヘッド２０が設けられ、支持部材３１に取り付けられている。また、ゲート状構造体１２の上部には、照明装置１６が配置されている。

照明装置１６から放射された照明光は、照明光学系（図示せず）を介して露光ヘッドに導かれる。露光ヘッド２０はＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）を備え、空間光変調デバイスであるＤＭＤでは、微小矩形状マイクロミラーがマトリクス状に２次元配列されている。各マイクロミラーは、描画データに基づいてＯＮ／ＯＦＦ制御される。

描画テーブル１８が走査方向に沿って移動するのに伴って露光動作が実行され、所定の露光ピッチで各マイクロミラーがＯＮ／ＯＦＦ制御される。基板ＳＷを相対移動させながらラスタ走査を順に行うことにより、パターンが基板全体に形成されていく。

図２は、照明装置の構成図である。

照明装置１６は、２つのショートアーク型放電ランプ３２Ａ、３２Ｂ（以下、第１放電ランプ、第２放電ランプという）を備え、その周囲には楕円ミラー３４Ａ、３４Ｂが配置されている。第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ楕円ミラー３４Ａ、３４Ｂの一方の焦点付近に位置する。

一方、フライアイレンズ３５は、光路上、楕円ミラー３４Ａ、３４Ｂの他方の焦点に位置する。そのため、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂから放射された照明光は、折り返しミラー３３を介して、楕円ミラー３４Ａ、３４Ｂの反射によりフライアイレンズ３５に集光される。

第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂからそれぞれ放射された照明光は、フライアイレンズ３５によって合成され、均一の強度をもち、空間的に均一な光束から成る照明光となる。照明光がフライアイレンズ３５から射出されると、凹状コリメートミラー３６によって平行光に修正され、露光ヘッド２０の方向へ導かれる。

図３は、照明装置１６に関連する制御部のブロック図である。

制御部４２は、露光作業中において照明動作を制御し、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂ各々の照明光の照度、および基板ＳＷに照射される照明光全体の照度を調整する。制御部４２のＲＯＭには、照明制御に関するプログラムがあらかじめ格納されている。

ランプ電源４４Ａ、４４Ｂは、それぞれ第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂに電力を供給する。また、照度計４６Ａ、４６Ｂは、それぞれ第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂから放射される照明光の照度を常時検出する。制御部４２は、ランプ点灯の操作が行われると、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂに電力供給を開始する。そして、供給電力の値、および検出された照度の値に基づき、供給電力（電圧）を調整、制御する。

図４は、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ寿命特性を示したグラフである。以下、放電ランプの寿命と供給電力との関係について説明する。

第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを点灯させると、放電ランプの特性により、点灯時間の経過とともに照度が低下する。照度一定を維持するためには、供給するランプ電力を上昇させる必要がある。ショートアーク型放電ランプでは、放電ランプを定照度点灯させたとき、ランプ電力の上昇率はほぼ一定となる。

図４には、一定照度条件下に基づく第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂの電力上昇が図示されている。ただし、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂが同じ初期電力Ｗ_１０で点灯開始されるものとする。また、照度分担はそれぞれ５０％とする。第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂをそれぞれ定照度点灯させ、点灯開始から所定の定照度点灯期間Ｈ１（点灯時間Ｔ１１）を経過したとき、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂへの供給電力は、それぞれ初期電力Ｗ_１０からＷ_Ａ、Ｗ_Ｂ１まで上昇する。

第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２の電力上昇率は、それぞれ直線Ｌ_Ａ１、Ｌ_Ｂ１によって表される（以下、直線Ｌ_Ａ１、Ｌ_Ｂ１を寿命直線という）。寿命直線Ｌ_Ａ１、Ｌ_Ｂ１の傾き、すなわち電力上昇率は、初期電力Ｗ_１０、および定照度点灯期間Ｈ_１１を経過した時間Ｔ_１１での電力Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｂ１により求められる。

定照度条件下においてランプ電力が一定上昇率で上がっていくと、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂへの供給電力は、最大入力電力である末期電力Ｗ_Ｅに到達する。ただし、末期電力Ｗ_Ｅについても、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂは同じものとする。したがって、寿命直線Ｌ_Ａ１、Ｌ_Ｂ２から破線で示す予想寿命直線Ｌ_ＡＦ、Ｌ_ＢＦを規定すると、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂの寿命時期Ｔ_ＡＦ、Ｔ_ＢＦが予測される。

図４から明らかなように、照度直線Ｌ_Ａ１は、照度直線Ｌ_Ｂ１よりも傾きが大きい。すなわち、照度を一定に維持するため必要となる電力上昇率は、第１放電ランプ３２Ａの方が第２放電ランプ３２Ｂに比べて大きい。そのため、常時定照度点灯を行った場合、第１放電ランプ３２Ａは、第２放電ランプ３２Ｂよりも早くランプ寿命を終える。

そこで、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ寿命期間を有効に平均化して全体的なランプ寿命時期を最大限延ばし、そしてランプ寿命時期を揃える照明制御を実行する。以下、照明制御について説明する。

図５は、点灯時間の経過に従う照度分担を示したグラフである。図６は、点灯時間の経過に伴うランプ電力を示したグラフである。

図３に示したように、点灯開始から定照度期間Ｈ_１１が経過するまでの間、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂは定照度点灯する。すなわち、初期電力Ｗ_１０によって第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを点灯開始させると、各放電ランプの照度が一定となるようにランプ電力が調整される。

基板ＳＷに照射される光の全体照度を１００％とした場合、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂはともに半分の照度５０％を負担する。したがって、図５に示すように、照度分担（％）を示す直線Ｒ_Ｂ１、Ｒ_Ａ１は、ともに一定値の直線として表される。点灯開始から期間Ｈ_１１が過ぎると、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ電力が検出される。

累積点灯時間Ｔ_１１でのランプ電力Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｂ１を比較すると、上述したように、第２放電ランプ３２Ｂに比べて第１放電ランプ３２Ａの寿命が相対的に短い（電力上昇率が大きい）。そこで、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂの残留点灯時間の差に基づき、寿命調整期間Ｐ_１１を設ける。寿命調整間Ｐ_１１では、第１放電ランプ３２Ａを定電力点灯させる一方、ランプ寿命の長い第２放電ランプ３２Ｂを定照度点灯させる。

ランプ寿命の短い第１放電ランプ３２Ａをランプ電力Ｗ_Ａで点灯させている間、第１放電ランプ３２Ａの照度は低下していく。一方、基板ＳＷ全体に照射される照明光の全体的照度は一定に維持する必要がある。そのため、放電ランプ３２Ｂは、放電ランプ３２Ａの照度低下分を補うように定照度点灯させる。

そのため、寿命調整期間Ｐ_１１において照度分担が変化し、第１放電ランプ３２Ａの照度分担率は、定電力点灯によって徐々に減少していく。一方、第２放電ランプ３２Ｂは定照度点灯期間Ｈ_１１までの照度よりも高い照度で点灯（高照度点灯）するため、照度分断率は時間の経過とともに上昇する。ここでは、第１放電ランプ３２Ａの照度分担が一定割合で低下し、それに従って第２放電ランプ３２Ｂの照度分担が一定割合で上昇する。寿命調整期間Ｐ_１１の間、定照度点灯する第２放電ランプ３２Ｂのランプ電力は、第１放電ランプ３２Ａの定電力Ｗ_Ａを超える（図６参照）。

第１放電ランプ３２Ａの定電力点灯による照度低下は、定照度点灯期間Ｈ_１１における電力上昇率、すなわち寿命直線Ｌ_Ａ１の傾き（以下、α_Ａ１とする）に関係し、また、放電ランプ３２Ｂの電力上昇率、すなわち寿命直線Ｌ_Ｂ１の傾き（以下、α_Ｂ１とする）との差にも依存する。したがって、寿命調整期間Ｐ_１１において定照度点灯する第２放電ランプ３２Ｂの（電力上昇率）を予測寿命直線Ｌ_Ｂ２として表した場合、その傾きα_Ｂ２は、定照度点灯期間Ｈ_１１における傾きα_Ａ１およびα_Ｂ１によって得ることが可能となる。

ここでは、傾きα_Ａ１、α_Ｂ１と傾きα_Ｂ２との対応関係が、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）などによりあらかじめデータとして制御部４２のＲＯＭに格納されており、累積点灯時間Ｔ_１１のときに検出されたランプ電力Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｂ１から求められる寿命直線Ｌ_Ａ１、Ｌ_Ｂ１の傾きα_Ａ１、α_Ｂ１に基づき、対応する傾きα_Ｂ２のデータＲＯＭから読み出される。

寿命調整期間Ｐ_１１が経過する（累積点灯時間Ｔ_１２）時点で第２放電ランプ３２Ｂのランプ電力をＷ_Ｂ２とすると、予測寿命直線Ｌ_Ｂ２は以下の式を満たす。

Ｗ_Ｂ２＝α_Ｂ２×Ｐ_１１＋Ｗ_Ｂ１ ・・・・（１）

図５に示す放電ランプ３２Ａの照度分担直線Ｒ_Ａ２は、照度分担減少率を示す傾きβ_Ａ２（＞０）の直線として表される。傾きβ_Ａ２は、定照度点灯期間Ｈ_１１における寿命直線Ｌ_Ａ１の傾き（電力上昇率）α_Ａ１と相関関係があり、傾きα_Ａ１が大きいほど、定電力点灯時の傾きβ_Ａ２の絶対値は大きい。すなわち、定照度点灯時の電力上昇率が大きいほど、定電力点灯時の照度低下が早くなる。ここでは、傾きα_Ａ１と傾きβ_Ａ２との対応関係がデータとしてＲＯＭにあらかじめ格納され、算出される傾きα_Ａ１に応じた傾きβ_Ａ２のデータがＲＯＭから読み出される。

寿命調整期間Ｐ_１１経過時（累積点灯時間Ｔ_１２）の照度分担率をＲ⁻とすると、第１放電ランプ３２Ａの照度分担直線Ｒ_Ａ２は、以下の式を満たす。

Ｒ⁻＝５０−β_Ａ２×Ｐ_１１ ・・・・・（２）

一方、第２放電ランプ３２Ｂの照度分担直線Ｒ_Ｂ２は、第１放電ランプ３２Ａの照度低下分に相当し、傾きβ_Ａ２の直線として表すことができる。寿命調整期間Ｐ_１１経過後の照度分担率をＲ^＋とすると、以下の式が満たされる。

Ｒ^＋＝５０＋β_Ａ２×Ｐ_１１ ・・・・・（３）

寿命調整期間Ｐ_１１が経過すると、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂは、それぞれ累積点灯時間Ｔ_１２における照度分担率Ｒ^＋、Ｒ⁻を一定に維持するための定照度点灯がそれぞれ行われる。その結果、照度分担直線Ｒ_Ｂ３、Ｒ_Ａ３はともに一定値の直線となる（図５参照）。

図６に示すように、定照度点灯期間Ｈ_１２では、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂともに電力上昇率がそれぞれ一定の割合で上昇し、予測寿命直線Ｌ_Ａ３、Ｌ_Ｂ３として表すことができる。予測寿命直線Ｌ_Ａ３、Ｌ_Ｂ３は、両方のランプ電力が同時期に末期電力Ｗ_Ｅに到達するように規定される。

第１放電ランプ３２Ａの予測寿命直線Ｌ_Ａ３の傾き（電力上昇率）をα_Ａ３、定照度点灯によってランプ電力Ｗ_Ａがランプ末期電力Ｗ_Ｅに到達するまでの期間をＨ_１２とすると、以下の式が満たされる。

Ｗ_Ｅ＝α_Ａ３×Ｈ_１２＋Ｗ_Ａ ・・・・・・（４）

傾きα_Ａ３は、定照度点灯期間Ｈ_１１の傾きα_Ａ１と照度分担率Ｒ⁻と相関関係があり、傾きα_Ａ１が既知であることから、傾きα_Ａ３は照度分担率Ｒ⁻に比例する。すなわち、寿命調整期間Ｐ_１１経過後の照度分担率Ｒ⁻が小さいほど照度低下も遅くなり、ランプ電力上昇率（α_Ａ３）も比例して小さくなる。照度分担率Ｒ⁻（もしくはα_Ａ１）と傾きα_Ａ３との対応関係がデータとしてＲＯＭに記憶されている。

一方、第２放電ランプ３２Ｂの予測寿命直線Ｌ_Ｂ３の傾きをα_β３、寿命調整期間Ｐ_１１経過時のランプ電力をＷ_Ｂ２とすると、以下の式が満たされる。

Ｗ_Ｅ＝α_Ｂ３×Ｈ_１２＋Ｗ_Ｂ２ ・・・・・・（５）

傾きα_Ｂ３は、定照度点灯期間Ｈ_１１における傾きα_Ｂ１と照度分担率Ｒ^＋から導出され、α_Ｂ１が既知であることから、Ｒ^＋に比例する値として求められる。すなわち、寿命調整期間Ｐ_１１経過後の照度分担Ｒ^＋が大きいほど照度低下も早くなり、ランプ電力上昇率α_Ｂ３が大きくなる。傾きα_Ｂ３と照度分担率Ｒ^＋との対応関係はあらかじめデータとして記憶されている。

以上の（１）〜（５）式に基づき、寿命調整期間Ｐ_１１が算出される。すなわち、寿命直線Ｌ_Ａ１、Ｌ_Ｂ１の傾きα_Ａ１、α_Ｂ１を検出されたランプ電力Ｗ_Ａ、Ｗ_Ｂ１から算出すると、寿命調整期間Ｐ_１１、ランプ電力Ｗ_Ｂ２、照度分担率Ｒ^＋、Ｒ⁻、定照度点灯期間Ｈ_１２、傾きα_Ｂ２、α_Ａ３、β_Ｂ３を定め、各パラメータの相関関係（比例関係）を用いながら、寿命調整期間Ｐ_１１を求める。寿命調整期間Ｐ_１１が求められると、定照度点灯期間Ｈ_１２が予測される。

図７は、制御部４２において実行される照明制御処理のフローチャートである。

ステップＳ１０１では、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを定照度点灯させる。すなわち、初期電力Ｗ_１０の投入によって得られる照度をそれぞれ維持するように、供給電力が制御される。ステップＳ１０２では、所定の定照度点灯期間Ｈ_１１が経過したか否かが判断される。

定照度点灯期間Ｈ_１１が経過すると、累積点灯時間Ｔ_１１での第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂの電力が検出される。これにより、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ寿命期間が推定され、いずれの放電ランプが相対的に寿命の短い放電ランプであるか判断される（図４〜図６では、第１放電ランプ３２Ａが短寿命放電ランプ、第２放電ランプ３２Ｂが長寿命放電ランプとして判断されている。）。そして、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ寿命期間が推定されるとともに、ランプ寿命時期の差に基づいて、寿命調整期間Ｐ_１１が算出される。

ステップＳ１０４では、短寿命放電ランプを定電力点灯させる一方、定電力点灯による照度不足を補償するように、長寿命放電ランプを定照度点灯させる。算出された寿命調整期間Ｐ_１１が経過するまで、定電力点灯および定照度点灯が行われる（Ｓ１０５）。

寿命調整期間Ｐ_１１が経過すると、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂをともに定照度点灯させる（Ｓ１０６）。そして、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ電力が末期電力Ｗ_Ｅに達するまで定照度点灯がともに行われる（Ｓ１０７）。

このように本実施形態によれば、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを備えた照明装置１６において、所定の定照度点灯期間Ｈ_１１の間、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを定照度点灯させる。期間Ｈ_１１経過後にランプ電力を検出し、電力上昇率からランプ残留点灯時間を予測する。そして、予測されるランプ寿命期間の差（Ｔ_ＢＦ−Ｔ_ＡＦ）に基づいて、寿命調整期間Ｐ_１１を設ける。寿命調整期間Ｐ_１１では、ランプ残留点灯時間が短い放電ランプを、短寿命放電ランプとして定電力点灯させる。一方、ランプ残留点灯時間が長い放電ランプを長寿命放電ランプとし、全体的照度を維持するように定照度点灯させる。

実際に点灯中の放電ランプの電力上昇率を測定してランプ寿命を予測するため、個々のランプ特性によって生じるランプ寿命のバラツキを予測することができる。そして、バラツキを解消するように短寿命放電ランプを定電力点灯させ、長寿命放電ランプを定照度点灯させることにより、一方の放電ランプの寿命を延ばすとともに他方の放電ランプの寿命を過度に短くすることなく、平均したランプ寿命末期を延ばすことができる。また、ランプ寿命時期がほぼ同じになるため、両方のランプを最後まで有効に使用でき、ランプ交換を一度で済ますことができる。

また、寿命調整期間Ｐ_１１を一時的な期間に定め、定照度点灯期間Ｈ_１１、Ｈ_１２の間に設けることにより、長寿命放電ランプの負担を軽減し、定照度点灯による消耗期間を最低限に抑えることができる。その結果、各ランプの照明が安定する定照度点灯期間を長く設けることができ、ランプ寿命を最大限延ばすことが可能となる。なお、寿命調整期間Ｐ_１１は、図３に示す常時定照度点灯させたときの累積点灯時間Ｔ_ＡＦ、Ｔ_ＢＦとの差（Ｔ_ＡＦ−Ｔ_ＢＦ）より短い期間として設定すればよい。

なお、照度分担率が大きすぎるとランプ寿命が短くなるため、ランプ寿命調整期間経過後の照度分担率Ｒ^＋、Ｒ⁻については上限、下限値をそれぞれ設けるのが望ましい。また、定照度点灯期間Ｈ_１１については、いずれかの放電ランプが所定のランプ電力に達するまでの期間として定めてもよい。

ランプ寿命調整期間については、上記以外の方法によって算出してもよい。また、ランプ寿命調整期間において、定電力点灯の代わりに電力上昇率を下げるような照度減少点灯を行ってもよい。さらに、ランプ寿命末期までをランプ寿命調整期間として設定することも可能である。

次に、図８〜図１０を用いて、第２の実施形態である露光装置について説明する。第２の実施形態では、放電ランプの寿命判定を複数回行う。それ以外の構成については、実質的に第１の実施形態と同じである。

図８は、第２の実施形態における点灯時間の経過に従う照度分担を示したグラフである。図９は、第２の実施形態における点灯時間の経過に伴うランプ電力を示したグラフである。

第１の実施形態と同様、定照度点灯期間Ｈ_２１で定照度点灯させた後、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ電力Ｗ_Ｃ１、Ｗ_Ｄ１を検出し、ランプの残り寿命期間を予測する。そして、上述した（１）〜（５）式に基づいてランプ寿命調整期間Ｐ_２１を算出する。ランプ寿命調整期間Ｐ_２１では、第１放電ランプ３２Ａを定電力点灯させ、第２放電ランプ３２Ｂを定照度点灯させる。ランプ寿命調整期間Ｐ_２１が経過すると、再び第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを定照度点灯させる。

第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂの点灯中、何らかの原因によって予想外の照度低下が生じる場合ある。その場合、放電ランプの電力上昇率が予測を外れ、ランプ寿命調整期間を設けて調整したランプ寿命時期が揃わなくなる。 そこで、第２の実施形態では、２回目のランプ寿命判定を、定照度点灯期間Ｈ_２２が経過した累積点灯時間Ｔ_２３のときに行い、第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ電力を検出する。

図８には、定照度点灯期間Ｈ_２２において予想した寿命直線Ｌ０_Ｄ３、Ｌ０_Ｃ３と、実際に測定される寿命直線Ｌ_Ｄ３、Ｌ_Ｃ３が図示されている。定照度点灯期間Ｈ_２１では、第１放電ランプ３２Ａの電力上昇率が第２放電ランプ３２Ｂの電力上昇率より大きく（直線Ｌ_Ｃ１の傾きが直線Ｌ_Ｄ１よりも大きく）、一回目のランプ寿命判定では、第１放電ランプ３２Ａが短寿命ランプとして特定されている。

しかしながら、定照度点灯期間Ｈ_２２では、第１放電ランプ３２Ａの実際の寿命直線Ｌ_Ｄ３の傾きは、第２放電ランプ３２Ｂの寿命直線Ｌ_Ｃ３の傾きより小さい。そのため、２回目のランプ寿命判定では、第１放電ランプ３２Ａの方が長寿命ランプとみなされる。

そして、寿命直線Ｌ_Ｄ３の傾きと、寿命直線Ｌ_Ｃ３の傾きの差（電力上昇率の差）に基づいて、ランプ寿命調整期間Ｐ_２２が設定される。ランプ寿命調整期間Ｐ_２２では、第２放電ランプ３２Ｂが定電力点灯し、第１放電ランプ３２Ａが照度不足分を補うように定照度点灯する。ランプ寿命調整期間Ｐ_２２が経過すると、再び第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂが定照度点灯する。このようにランプ寿命予測を修正することによって、ランプ寿命末期を精度よく揃えることができる。

なお、ランプ寿命調整期間Ｐを複数回（Ｎ回）設ける場合、以下の式を満たすように設定するのがよい。ただし、常時定照度点灯させたときの累積点灯時間をＴ_ＡＦ、Ｔ_ＢＦとする。
（Ｔ_ＡＦ−Ｔ_ＢＦ）／Ｎ＞Ｐ ・・・・・・（６）

図１０は、第２の実施形態における照明制御処理を示したフローチャートである。

ステップＳ２０１〜Ｓ２０６は、図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０６の実行と同じである。すなわち、定照度点灯期間経過後の第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂのランプ電力から、ランプ寿命の優劣を判定し、ランプ寿命調整期間を算出する。そして、寿命調整期間では短寿命放電ランプを定電力点灯、長寿命放電ランプを定照度点灯させる。寿命調整期間が過ぎると、再び第１、第２放電ランプ３２Ａ、３２Ｂを定照度点灯させる。

ステップＳ２０７では、ランプ寿命判定がＮ回目に達しているか否かが判断される。寿命判定がＮ回目に達していない場合、ステップＳ２０２へ戻り、Ｓ２０２〜Ｓ２０６が繰り返し行われる。ランプ寿命判定がＮ回行われ、ランプ電力が末期電力Ｗ_Ｅに達するまで照明制御は終了する（Ｓ２０８）。

なお、ランプ寿命判定の結果、予想される寿命期間の差が所定期間以下の場合、寿命調整を必要でないと判断して寿命調整を行わず、次の寿命判定の機会まで現状を維持、すなわち全ランプを定照度点灯させるように構成してもよい。

放電ランプの本数は、第１、第２実施形態で２灯に設定しているが、他の灯数（３、４、あるいはそれ以上）に設定してもよい。この場合、ランプ寿命が平均化するように、定電力点灯させる放電ランプと定照度点灯させる放電ランプを適宜振り分ければよい。

この場合、少ない灯数で定電力点灯させるのが、照度補償のため高照度点灯する他の放電ランプの負担を小さくする上で好ましい。例えば、１／３未満の灯数を定電力点灯させるのがよい。例えば、４灯式、６灯式、８灯式、１０灯式の場合、それぞれ１灯、１〜２灯、１〜２灯、１〜３灯と定めればよい。

第１の実施形態である描画装置を模式的に示した斜視図である。 照明装置の構成図である。 照明装置に関連する制御部のブロック図である。 第１、第２放電ランプのランプ寿命特性を示したグラフである。 点灯時間の経過に従う照度分担を示したグラフである。 点灯時間の経過に伴うランプ電力を示したグラフである。 制御部において実行される照明制御処理のフローチャートである。 第２の実施形態における点灯時間の経過に従う照度分担を示したグラフである。 第２の実施形態における点灯時間の経過に伴うランプ電力を示したグラフである。 第２の実施形態における照明制御処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１６ 照明装置
３２Ａ 第１放電ランプ
３２Ｂ 第２放電ランプ
４２ 制御部
Ｐ_１１ ランプ寿命調整期間

Claims (10)

1. 電源から供給されるランプ電力によって照明光を放射する複数の放電ランプと、
   各放電ランプにおける照明光の照度を検出する照度センサと、
   各放電ランプに対し、照度一定の条件下によるランプ電力上昇率に基づきランプ寿命を判定するランプ寿命判定手段と、
   検出される照度に応じて各放電ランプのランプ電力を制御し、前記複数の放電ランプによる全体的照度を一定に維持する電力制御手段とを備え、
   前記電力制御手段が、前記複数の放電ランプのランプ寿命期間を揃えるように、前記複数の放電ランプの中で相対的にランプ寿命の短い短寿命放電ランプを照度減少点灯させ、相対的にランプ寿命の長い長寿命放電ランプを定照度点灯させることを特徴とする照明装置。
2. 前記電力制御手段が、ランプ寿命判定後の寿命調整期間において、前記照度減少点灯および定照度点灯を実行し、それ以外の期間では、前記複数の放電ランプをそれぞれ定照度点灯させることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記電力制御手段が、前記短寿命放電ランプと前記長寿命放電ランプの残り寿命期間の時間差に基づいて、前記寿命調整期間を算出することを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
4. 前記ランプ寿命判定手段が、前記複数の放電ランプの点灯開始後、ランプ寿命判定を複数回実行す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照明装置。
5. 前記電力制御手段が、前記複数の放電ランプの数をＭとしたとき、（３／Ｍ）より少ない数の放電ランプを照度減少点灯させることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の照明装置。
6. 前記ランプ寿命判定手段が、前記複数の放電ランプの点灯開始から所定期間経過後のランプ電力に基づいて、ランプ寿命を判定す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照明装置。
7. 前記電力制御手段による照度減少点灯が、定電力点灯であることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の照明装置。
8. 請求項１に記載された照明装置を備え、前記照明装置からの照明光を基板に投影することによって、前記被描画体にパターンを形成する露光装置。
9. 複数の放電ランプそれぞれに対し、照度一定の条件下によるランプ電力上昇率に基づきランプ寿命を判定する寿命判定手段と、
   前記複数の放電ランプのランプ寿命期間を揃えるように、前記複数の放電ランプの中で相対的にランプ寿命の短い短寿命放電ランプを照度減少点灯させ、相対的にランプ寿命の長い長寿命放電ランプを、全体的な定照度維持のため定照度点灯させる照明制御手段と
   を機能させることを特徴とするプログラム。
10. 複数の放電ランプそれぞれに対し、照度一定の条件下によるランプ電力上昇率に基づきランプ寿命を判定し、
    検出される照度に応じて各放電ランプのランプ電力を制御することにより、前記複数の放電ランプによる全体的照度を一定に維持する照明方法であって、
    前記複数の放電ランプのランプ寿命期間を揃えるように、前記複数の放電ランプの中で相対的にランプ寿命の短い短寿命放電ランプを照度減少点灯させ、相対的にランプ寿命の長い長寿命放電ランプを定照度点灯させることを特徴とする照明方法。

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