JP7278596B2

JP7278596B2 - ランプの点灯方法

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Publication number: JP7278596B2
Application number: JP2019558157A
Authority: JP
Inventors: 富彦池田
Original assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Current assignee: Phoenix Electric Co Ltd
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2018-11-27
Publication date: 2023-05-22
Anticipated expiration: 2038-11-27
Also published as: JPWO2019111769A1; TWI794352B; CN111466011B; TW202324501A; TW201931438A; TWI815773B; KR20200096916A; WO2019111769A1; CN111466011A

Description

本発明は、例えば、プリント配線基板等の露光に用いる光を発するランプの点灯方法に関する。

従来、電子機器に部品を実装するために樹脂やガラスエポキシ材の基板上に銅等の金属で配線パターンを形成したプリント配線基板が用いられている。これらのプリント配線基板上への配線パターンの形成にはフォトエッチング技術が用いられている。フォトエッチングは、配線となる金属層が全面に形成された基板上全面に、感光性の薬剤であるフォトレジストを塗布し、これに配線パターンと同一のフォトマスクを通して露光装置からの照射光を照射することによって行う。

フォトレジストには、照射光によりフォトレジストの溶解性が低下するネガ型フォトレジストと、逆に照射光によりフォトレジストの溶解性が増大するポジ型フォトレジストがある。照射光により溶解性が相対的に増大したフォトレジスト部分を化学処理して取り除き、露出した金属層をエッチングにより除去するとフォトレジストが残った部分の下にある金属層だけが残り、フォトレジストを除去することで配線パターンが基板上に形成される。ポジ型、ネガ型いずれのフォトレジストに照射光を照射する場合でも、照射面全面に亘って均一な露光量を確保するために、光源として、１灯当りの発光量が多い放電灯が使用されている。

放電灯は、発光管における気密された内部空間において互いに離間対向して配置された一対の電極同士の間でアーク放電を生じさせることにより、当該内部空間に封入された水銀を励起させて紫外光を発光させるようになっている。

フォトレジストの種類によって、最適な露光時間、つまり、放電灯からの光をフォトレジストに照射する時間長さが決まっている。このため、放電灯と露光対象物（フォトレジストなど）との間にシャッターを配置し、必要な時間だけシャッターを開けることによって露光対象物を最適な露光時間で露光し、それ以外の間（例えば、露光対象物を取り替えている間など）はシャッターを閉じておくことが一般的に実施されている。（例えば、特許文献１）。

特開２００２－３７３８４０号公報

しかしながら、従来の露光方法には問題があった。露光時間をシャッターで制御することにより、ランプは露光を実施していないときでも発光を続けておく必要があることから、電力の無駄が生じるとともに、常に定格電力で発光しているランプの長寿命化を図ることができなかった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、露光対象物の露光に寄与しない無駄な電力を低減できるとともに、ランプの長寿命化を図ることのできる放電灯の点灯方法を提供することにある。

本発明の一局面によれば、
露光対象物を露光する露光時間には、ランプに対して露光用電力を供給し、
前記露光時間以外には、前記ランプに対して、前記露光用電力よりも低く、かつ、前記ランプの点灯状態を維持できる待機電力を供給するランプの点灯方法であって、
前記ランプはＬＥＤであり、前記露光用電力を供給する時間は、
前記ＬＥＤのジャンクション温度が前記露光用電力を前記ＬＥＤに供給し続けた場合における前記ＬＥＤの定常ジャンクション温度に到達する時間よりも短く、
前記ＬＥＤに供給する前記露光用電力を上昇させた直後に生じる前記ＬＥＤからの光の照射強度のピークが生じるまでの時間よりも長く、かつ、
露光するフォトレジストの受光感度に合わせてひとつの前記露光時間を少なくとも第１露光時間と第２露光時間とに分けるとともに、前記第１露光時間および前記第２露光時間における光の照射強度をそれぞれ設定し、前記露光時間の間に前記ランプからの照射強度を設定した前記照射強度に変化させることを特徴とする
ランプの点灯方法が提供される。

好適には、前記ランプがＬＥＤの場合において、前記露光時間以外には、前記ランプに対して供給する電力を停止して消灯させる。

本発明によれば、露光対象物の露光に寄与しない無駄な電力を低減できるとともに、ランプの長寿命化を図ることのできるランプの点灯方法を提供できた。

本発明が適用された露光機１０の一例を示す図である。本発明が適用された露光装置５０の一例を示す図である。本発明が適用された露光装置５０の一例を示す平面図である。本発明が適用された光源装置１００の一例を示す断面図である。放電灯１１０の一例を示す断面図である。本発明に係る点灯方法による、放電灯１１０に供給する電力の一例を示すグラフである。本発明に係る点灯方法による、放電灯１１０に供給する電力の他の一例を示すグラフである。本発明に係る点灯方法による、放電灯１１０に供給する電力の他の一例を示すグラフである。本発明に係る点灯方法による、放電灯１１０に供給する電力の他の一例を示すグラフである。本発明に係る点灯方法による、放電灯１１０に供給する電力の他の一例を示すグラフである。従来の点灯方法による、放電灯に給電する電力、および、発光管部の内部空間の圧力の一例を示すグラフである。本発明に係る点灯方法による、放電灯１１０に供給する電力、および、発光管部１１２の内部空間１１６の圧力の一例を示すグラフである。変形例１に係る点灯方法による、ＬＥＤに電力の供給を開始してからの経過時間と、当該ＬＥＤから照射される光の照射強度との関係の一例を示すグラフである。変形例２に係る点灯方法による、露光時間内における光の照射強度の一例を示す図である。変形例２に係る点灯方法による、露光時間内における光の照射強度の一例を示す図である。変形例２に係る点灯方法による、露光時間内における光の照射強度の一例を示す図である。変形例２に係る点灯方法による、露光時間内における光の照射強度の一例を示す図である。変形例２に係る点灯方法による、露光時間内における光の照射強度の一例を示す図である。

（実施例１）
（露光機１０の構成）
図１は、本発明が適用された実施例１に係る露光機１０を示す。露光機１０は、大略、露光装置５０と、インテグレータ１２と、凹面鏡１４と、照射面１６と、シャッター２４とで構成されている。

露光装置５０は、露光対象物Ｘの露光に適した波長を含む光を放射する。露光装置５０の詳細については、露光機１０の構成を説明した後で説明する。

インテグレータ１２は、露光装置５０からの光を受け入れる入射面１８、および、受け入れた光の均一性を高めたうえで当該光を出射する出射面２０を有している。入射面１８および出射面２０には、それぞれ、複数のフライアイレンズ２１が形成されている。

凹面鏡１４は、その内側に反射凹面２２を有している。この凹面鏡１４は、インテグレータ１２から出射された光を反射凹面２２で反射させて平行光にする。

照射面１６は、凹面鏡１４からの平行光を受ける光であり、当該平行光に対して略直交する向きに配置されている。この照射面１６には、露光対象物Ｘが載置される。露光対象物Ｘの表面には、例えば感光剤やフォトレジストが塗布されている。凹面鏡１４からの平行光が露光対象物Ｘにおける所望の領域を照射することにより、露光対象物Ｘの表面に所望の回路パターン等が形成される。

シャッター２４は、インテグレータ１２の出射面２０側に配置された、放電灯１１０からの光の路（光路）を開閉する装置である。露光対象物Ｘの露光時間に合わせてシャッター２４が開けられることにより、放電灯１１０からの光が露光対象物Ｘに到達し、露光時間以外の時間はシャッター２４が閉じられることにより、放電灯１１０からの光が不所望に照射面１６に到達しないようになっている。なお、シャッター２４を配設する位置は、本実施例に限定されるものではなく、放電灯１１０から露光対象物Ｘまでの間の光路上における他の位置に配設してもよい。

（露光装置５０の構成）
図２は、本発明が適用された実施例１に係る露光装置５０を示す図である。また、図３は、露光装置５０の平面図である。露光装置５０は、複数の光源装置１００と、フレーム５２と、放電灯用スイッチ５３と、放電灯用電源５４と、制御部６０とを備えている。

光源装置１００は、露光対象物Ｘの露光に適した波長を含む光を放射する。光源装置１００は、図４に示すように、大略、放電灯１１０と、リフレクタ１５０と、絶縁ベース１７０とで構成されている。なお、リフレクタ１５０と絶縁ベース１７０とをまとめてリフレクタ容器１５１と記載することがある。

放電灯１１０は、図５に示すように、発光管部１１２と、当該発光管部１１２から延出する一対のシール部１１４とを有している。発光管部１１２および一対のシール部１１４は、石英ガラスで一体的に形成されている。さらに、発光管部１１２内にはシール部１１４によって密閉された内部空間１１６が形成されている。

放電灯１１０の各シール部１１４内には、埋設されたモリブデン製の箔１１８と、一端が箔１１８の一方端部に接続されているとともに他端が内部空間１１６内に配置されたタングステン製の一対の電極１２０と、一端が箔１１８の他方端部に接続されているとともに他端がシール部１１４から外部へ延出する一対のリード棒１２２とがそれぞれ設けられている。また、内部空間１１６には、所定量の水銀１２４およびハロゲン（例えば臭素）が封入されている。

放電灯１１０に設けられた一対のリード棒１２２に所定の高電圧を印加すると、発光管部１１２の内部空間１１６に設けられた一対の電極１２０間で開始したグロー放電がアーク放電に移行し、このアークによって蒸発および励起された水銀１２４によって光（主に紫外線）が放射される。

図４に戻って、本実施例にかかる光源装置１００では、一方のシール部１１４がリフレクタ１５０のシール部挿設孔１５６に挿設されている。なお、放電灯１１０は、交流点灯用でも直流点灯用でもよい。

リフレクタ１５０は、椀状の反射面１５２をその内側表面に有している。この反射面１５２は、リフレクタ１５０の内側に発光管部１１２が位置するように配置された放電灯１１０からの光の一部を反射させる。本実施例では、この反射面１５２は回転放物面で規定されている。また、放電灯１１０における発光点（概略、内部空間１１６における一対の電極１２０間に形成されたアークの中央位置）は当該回転放物面の焦点に一致している。これにより、放電灯１１０の発光点から放射され、反射面１５２で反射した後、リフレクタ１５０の開口１５４から出た光は、ほぼ平行光となる。もちろん、反射面１５２の形状はこれに限定されるものではなく、回転楕円面やその他の回転面、あるいは回転面以外の形状であってもよい。また、発光点を焦点に一致させることは必須ではなく、必要に応じて、発光点を焦点からずらしてもよい。

また、リフレクタ１５０における開口１５４とは反対側からは、底頸部１５５が突設されている。さらに、リフレクタ１５０の反射面１５２には、放電灯１１０にける一方のシール部１１４が挿設されるシール部挿設孔１５６が形成されている。このシール部挿設孔１５６は、反射面１５２の底から底頸部１５５の先端にかけて形成されている。

図１に示すように、放電灯１１０にリフレクタ１５０を組み合わせることにより、放電灯１１０から放射された光は、反射面１５２の中心軸ＣＬに沿って進む光を中心として所定の角度（開き角）をもった範囲でリフレクタ１５０の前方に進むようになる。

図４に戻り、絶縁ベース１７０は、セラミック等の電気的絶縁体で形成されており、リフレクタ１５０の底頸部１５５およびシール部挿設孔１５６に挿設された放電灯１１０における一方のシール部１１４が挿入されるリフレクタ挿入穴１７２が形成されている。底頸部１５５およびシール部１１４がリフレクタ挿入穴１７２に挿入されることにより、絶縁ベース１７０がシール部挿設孔１５６を外側から覆うことになる。

また、絶縁ベース１７０には、上述したリフレクタ挿入穴１７２に連通する内側空間１７４が形成されており、さらに当該内側空間１７４と外側とを互いに連通して電源ケーブルＡが挿通される電源ケーブル挿通穴１７６が形成されている。

さらに、絶縁ベース１７０および放電灯１１０は、電気絶縁性および高い熱伝導性を有する無機接着剤Ｃによって互いに固定されている。具体的に説明すると、絶縁ベース１７０のリフレクタ挿入穴１７２にリフレクタ１５０の底頸部１５５の端部、および、放電灯１１０の一方のシール部１１４を挿入し、さらに、絶縁ベース１７０の内側空間１７４に電源ケーブルＡを配置した状態で、当該内側空間１７４に無機接着剤Ｃが充填されている。

図３に戻り、フレーム５２は、複数の光源装置１００が装着される複数の凹所５８が形成された略直方体状の部材である。

図２に戻り、放電灯用電源５４は、フレーム５２に取り付けられた各光源装置１００の放電灯１１０に必要な電力を供給する。また、放電灯用スイッチ５３は、放電灯１１０に供給する電流をオン・オフする。

制御部６０は、放電灯用電源５４を操作して、放電灯用電源５４から放電灯１１０に供給される電力を制御する機能を有する。具体的には、図６に示すように、制御部６０は、放電灯用電源５４が露光対象物Ｘを露光する際には、その露光に必要な時間（露光時間）だけ露光用電力Ｈ（例えば、放電灯１１０の定格電力）を供給する。また、上記露光時間以外には、放電灯１１０に対して露光用電力Ｈよりも低く、かつ、放電灯１１０の点灯状態を維持できる待機電力Ｌを供給するように制御を行う。

なお、図６では、放電灯用電源５４がパルス波形状の露光用電力Ｈを供給する例を示しているが、放電灯用電源５４を供給する露光用電力Ｈの波形はこれに限定されるものではなく、図７に示すように、待機電力Ｌから露光用電力Ｈまで、一次関数的（直線的）に増加および減少させてもよいし、図示しないが、二次関数的（放物線的）に増加および減少させてもよい。さらに言えば、例えば図８に示すように、露光時間における露光用電力Ｈの値は一定でなくてもよい。図８のように、露光時間の前半で比較的高い露光用電力が供給され、露光時間の後半では比較的低い露光用電力が供給されている場合でも、露光時間内に供給される電力量（電力を時間積分した値）が図６や図７のパターンと同等であればよい。また、露光対象物Ｘ（例えばレジスト）の特性に応じて、図９および図１０に示すように、露光時間中に放電灯１１０に供給する電力を変化させて放電灯１１０の発光強度を変化させてもよい。

このように、露光時間中に放電灯１１０に供給する電力を変化させることにより、フォトレジストの反応度合いに応じて短時間の電力調整が可能となり、フォトレジストの光反応に適した光量を供給することができる。

（露光装置５０の動作）
露光装置５０の電源スイッチ（図示せず）が投入されると、放電灯用スイッチ５３がオンになり、放電灯用電源５４から光源装置１００の放電灯１１０に対する給電が開始される。給電が開始されると、放電灯１１０が点灯する。なお、この段階で放電灯用電源５４から放電灯１１０に供給される電力は待機電力Ｌである。

然る後、露光対象物Ｘに対する露光作業が開始されて、露光機１０の照射面１６に露光対象物Ｘが配置されると、放電灯用電源５４は所定の時間（つまり、所定の露光時間）、放電灯１１０に対して開始電力より高い露光用電力Ｈを供給する。また、これと同時に露光機１０のシャッター２４が開き、放電灯１１０からの露光用の光が露光対象物Ｘに照射されて、露光作業が実施される。

所定の露光時間に到達すると、シャッター２４が閉じられるとともに、放電灯用電源５４から放電灯１１０に供給される電力が露光用電力Ｈから待機電力Ｌに戻る。その後、露光が終わった露光対象物Ｘが未露光の露光対象物Ｘに取り替えられて、再び、上述した露光作業が行われる。以降、この露光作業が繰り返される。

（露光装置５０の特徴）
本実施例によれば、シャッター２４が閉じられており、露光対象物Ｘの露光を実施しないときには、放電灯用電源５４から放電灯１１０に対して待機電力Ｌが供給されており、シャッター２４が開けられ、露光対象物Ｘの露光が実施される際には、放電灯用電源５４から放電灯１１０に対して、待機電力Ｌよりも高い露光用電力Ｈが供給される。

これにより、シャッター２４が閉じられていることから放電灯１１０からの光が露光対象物Ｘの露光に寄与しない時には比較的低い待機電力Ｌが放電灯１１０に供給されるので無駄な電力を低減することができる。

また、放電灯１１０を常に定格電力で点灯させ続ける従来の方法に比べて、定格電力よりも低い待機電力Ｌで放電灯１１０を点灯させる時間が長くなることから、放電灯１１０の長寿命化を図ることができる。

さらに、点灯中の放電灯１１０における発光管部１１２の内部空間１１６の圧力に着目すると、放電灯１１０を常に定格電力で点灯させ続ける従来の方法の場合、図１１に示すように、放電灯１１０に供給される電力、および、内部空間１１６の圧力は、ほぼ一定である。これに対し、本実施例による放電灯１１０の点灯方法の場合、図１２に示すように、待機電力Ｌを供給しているときにおける内部空間１１６の圧力は比較的低く、露光用電力Ｈの供給を開始すると、当該圧力が上昇し始める。上昇をはじめた圧力は、露光用電力Ｈから待機電力Ｌに戻したときに最大となり、低下し始める。以後、このような挙動が繰り返される。

本実施例による放電灯１１０の点灯方法によれば、露光用電力Ｈを供給する時間は、放電灯１１０の内圧（発光管部１１２における内部空間１１６の圧力）が当該露光用電力Ｈを放電灯１１０に供給し続けた場合における放電灯１１０の定常内圧（つまり、図８に例示するような圧力状態）に到達する時間よりも短い。このため、露光対象物Ｘの露光作業を実施しているときの露光用電力Ｈを従来の方法における定格電力と一致させて同量の光を放射させたとしても、放電灯１１０の発光管部１１２における内部空間１１６のピーク圧力は従来の方法を採用した場合と比べて低く抑えることができる。

このように発光管部１１２における内部空間１１６の圧力を低く抑えると、放電灯１１０から放射される光に含まれている、可視光の中でも比較的波長の短い光（短波長光）、および紫外光の割合が増加する。短波長光の割合が増加すると、露光対象物Ｘに設けられたレジストの露光効率が向上する。以上のことから、本実施例による放電灯１１０の点灯方法によれば、露光対象物Ｘの露光効率の向上にも寄与することができる。

（変形例１）
上述した実施例では、ランプとして放電灯１１０を使用する場合の点灯方法について説明したが、放電灯１１０に代えて、ＬＥＤ（発光ダイオード）やレーザーをランプとして使用してもよい。

とりわけ、ＬＥＤをランプとして使用する場合、当該ＬＥＤのジャンクション温度（ＬＥＤを発光させたときに発熱する、P型半導体とN型半導体とが互いに接合する接合部の温度）が露光用電力をＬＥＤに供給し続けた場合におけるＬＥＤの定常ジャンクション温度に到達するまでの時間よりも短い時間で露光用電力を供給する。

これにより、毎回の露光時間において、ＬＥＤに供給する電力を上昇させた直後に生じる、ＬＥＤからの光（紫外線）の照射強度のピーク（図１３参照）を使用できるので、より効率よく露光対象物を露光できる。

さらに言えば、上述した実施形態では、露光時間以外には露光用電力Ｈよりも低い待機電力Ｌが供給されていたが、ランプとしてＬＥＤやレーザーを使用する場合は、露光時間以外には供給する電力を停止して当該ＬＥＤやレーザーを消灯させるようにしてもよい。

（変形例２）
ランプとしてＬＥＤやレーザを使用する場合も、もちろん放電灯１１０を使用する場合も、露光時間内における光源装置１００から照射される光の照射強度を一定にしてもよいし、これに代えて、図１４に示すように、連続露光時間を例えば２つ（「第１露光時間」と「第２露光時間」）に分けて、これら第１露光時間と第２露光時間とで、光源装置１００から照射される光の照射強度を変化させるようにしてもよい。

上述した図１４では、第１露光時間では照射強度を強く、第２露光時間ではこれに比べて照射強度を弱くする例を示しているが、もちろん、図１５に示すように、第１露光時間では照射強度を弱く、第２露光時間ではこれに比べて照射強度を強くしてもよい。また、図１６に示すように、第１露光時間では照射強度を漸増していき、第２露光時間では照射強度を一定にしてもよい。さらに言えば、連続露光時間を３つ以上に分けてもよく、例えば、図１７に示すように、第１露光時間では照射強度を漸増していき、第２露光時間では照射強度を一定にし、第３露光時間では照射強度を漸減してもよい。また、図１８に示すように、第１露光時間では照射強度を急激に漸増していき、第２露光時間では照射強度を最初に急落させた後に一定とし、第３露光時間では照射強度を最初に急増させた後に二次関数的に漸減させてもよい。このように照射強度を変化させることは、ランプとしてＬＥＤやレーザを使用する場合も、もちろん放電灯１１０を使用する場合も可能である。

このように、露光時間中にランプに供給する電力を変化させることにより、フォトレジストの反応度合いに応じて短時間の電力調整が可能となり、フォトレジストの光反応に適した光量を供給することができる。

今回開示された実施の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、上記した説明ではなく、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。

１０…露光機、１２…インテグレータ、１４…凹面鏡、１６…照射面、１８…入射面、２０…出射面、２１…フライアイレンズ、２２…反射凹面、２４…シャッター
５０…露光装置、５２…フレーム、５３…放電灯用スイッチ、５４…放電灯用電源、５８…凹所、６０…制御部
１００…光源装置
１１０…放電灯、１１２…発光管部、１１４…シール部、１１６…内部空間、１１８…箔、１２０…電極、１２２…リード棒、１２４…水銀
１５０…リフレクタ、１５１…リフレクタ容器、１５２…反射面、１５４…開口、１５５…底頸部、１５６…シール部挿設孔
１７０…絶縁ベース、１７２…リフレクタ挿入穴、１７４…内側空間、１７６…電源ケーブル挿通穴
Ｘ…露光対象物、Ｈ…露光用電力、Ｌ…待機電力

Claims

露光対象物を露光する露光時間には、ランプに対して露光用電力を供給し、
前記露光時間以外には、前記ランプに対して、前記露光用電力よりも低く、かつ、前記ランプの点灯状態を維持できる待機電力を供給するランプの点灯方法であって、
前記ランプはＬＥＤであり、前記露光用電力を供給する時間は、
前記ＬＥＤのジャンクション温度が前記露光用電力を前記ＬＥＤに供給し続けた場合における前記ＬＥＤの定常ジャンクション温度に到達する時間よりも短く、
前記ＬＥＤに供給する前記露光用電力を上昇させた直後に生じる前記ＬＥＤからの光の照射強度のピークが生じるまでの時間よりも長く、かつ、
露光するフォトレジストの受光感度に合わせてひとつの前記露光時間を少なくとも第１露光時間と第２露光時間とに分けるとともに、前記第１露光時間および前記第２露光時間における光の照射強度をそれぞれ設定し、前記露光時間の間に前記ランプからの照射強度を設定した前記照射強度に変化させることを特徴とする
ランプの点灯方法。
前記露光時間以外には、前記ランプに対して供給する電力を停止して消灯させることを特徴とする請求項１に記載の点灯方法。