TWI609247B - Light source apparatus and exposure apparatus including the light source apparatus - Google Patents

Light source apparatus and exposure apparatus including the light source apparatus Download PDF

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Nobuo Kanai
Tomohiko Honda
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Description

光源裝置及包括光源裝置的曝光裝置
本發明係有關於可使用於投影機、曝光裝置等的光源裝置，且特別有關於做為光源使用的放電燈管的配置，或者是對放電燈管的光量/照明控制。
在投影機、曝光裝置等中，會使用具備高亮度、小型、細徑的短弧型放電燈管的光源裝置。光源裝置具備反射面為旋轉拋物面的碗狀的反射鏡，來自放電燈管的光透過反射鏡往既定方向照射。特別是，要提高發光強度的情況下，會組裝多燈式光源裝置，多燈式光源裝置是由放電燈管與反射鏡構成的燈管單元配置複數個而成。
燈管單元中，將放電燈管沿著反射鏡的中心軸安裝，從放電管朝徑方向照射的光被反射鏡導引至一方向，放電燈管同軸地被固定，使放電燈管的電弧亮點位置實質上與反射鏡的焦點位置一致(例如參照專利文獻1)。
有關放電燈管的光量調整，有一種光源裝置是將放電燈管的位置沿著反射鏡的中心軸平行移動(參照專利文獻2)。因而，投影裝置內安裝可在軸方向移動的放電燈管。為了防止點燈中產生的熱所造的影響，就將放電燈管的亮點位置從反射鏡的焦點位置移開，調整從反射鏡射出的光量。
另一方面，在曝光裝置中，會要求能照射高亮度且具有一定照度的光。因此，曝光作業中斷時使用測光裝置量測照度，調整供給給放電燈管的電力，進行定照度點燈控制(例如參照專利文獻3)。
[先行技術文獻]
專利文獻1：日本特開2006-147362號公報
專利文獻2：日本特開2010-072571號公報
專利文獻3：日本特開2009-205025號公報
當長時間點亮放電燈管，鹵素等惰性氣體在放電燈管內對流的影響等會使得電極前端部變形，造成電弧亮點逐漸地變動。結果是電弧亮點偏移了反射鏡的焦點位置。這種電弧亮點的變動會讓燈管照度早期地下降而縮短燈管壽命。
因此，需要一種即使長時間使用放電燈管，照度也不會下降的放電燈管的配置。
另一方面，在曝光裝置等中進行定照度點燈控制的情況下，因為放電管、電極的消耗等使燈管的照度下降的話，會相對應地增加燈管的耗電。這種控制會縮短燈管壽命並持續到達燈管電力上限值為止。因此，為了延長燈管壽命，會希望能盡可能地抑制點燈啟動時的燈管電力。
然而，抑制啟動初期的燈管電力的話，電弧亮度位置會不規則地變動，有產生閃爍的可能，照度並不穩定。因此，用一定以上的電力去點燈是必要的。但又因為電力值會因 應燈管個體差異而不同，在多燈式光源裝置等當中，要防止全部的燈管發生閃爍就必須以更大的電力對燈管進行初期的啟動。
因此，必須抑制放電燈管點亮期間的照度下降，盡量地減緩供給電力的上升。
本發明的光源裝置包括：至少一放電燈管，具有對向配置於放電管內使得電極軸與燈管中心軸一致的電極對；以及至少一反射鏡，包括具有焦點的凹型反射面，用以將該放電燈管的光導引至一方向，例如，放電燈管是包含0.2mg/mm3以上的水銀的高亮度短弧型燈管，能夠使用於投影機、曝光裝置等當中。可將由1個放電燈管、1個反射鏡構成的燈管單元單體使用，或者是構成配置複數燈管單元的多燈式光源裝置。
本發明中放電燈管沿著反射鏡中心軸配置，且從基準位置沿著垂直於反射鏡中心軸的方向離開既定的距離間隔。在此基準位置是使放電燈管中心軸與反射鏡中心軸一致，並且使電弧亮點重疊於反射鏡焦點位置時的位置，也就是說，表示習知技術下的放電燈管的軸方向及垂直方向所設定的位置。因此，當放電燈管沿著水平方向配置的情況下，放電燈管偏移配置，使得燈管中心軸位於反射鏡中心軸的垂直下方。另外，可不用嚴格地垂直於反射鏡中心軸(90°)，只要沿著相對於垂直方向而非反射鏡中心軸方向移動一定程度即可。
放電燈管從反射鏡中心軸沿著垂直方向偏移配 置，藉此隨著長期間點亮燈管，電弧亮點會朝向鉛直上方移動。因此，適宜調整光源裝置的配置使放電燈管成為水平，能抑制照度下降，延長燈管壽命。
放電燈管相對於反射鏡中心軸可以嚴格地平行配置，或者是，在電弧亮點朝向反射鏡中心軸上的焦點方向移動的限度內將放電燈管略平行的偏移配置。另外，可以位於嚴格地沿著反射鏡中心軸的垂直線上離開的位置，或者是沿著略垂直線偏移的配置。
例如，可將支持電極對的電極支持棒的徑長設定在0.3~0.6mm的範圍，在這個情況下，燈管中心軸可設定在從反射鏡中心軸離開電極支持棒的徑長的5~45%距離間隔的位置。特別是能夠將燈管中心軸設定在從反射鏡中心軸離開電極支持棒的徑長的10~35%，甚至是20~25%距離間隔的位置。
為了減低來自反射鏡的輻射熱，可以設置1個開口部。例如，光源裝置的設置可將放電燈管水平配置，決定開口部的位置於燈管鉛直下方側。另外，由放電燈管與該反射鏡構成的複數燈管單元彼此鄰接配置的情況下，可在四方向設置4個開口部。
本發明的光源裝置更包括：照明控制部，藉由調整放電燈管的電力進行定照度點燈控制。照明控制部在燈管啟動初期，藉由比對應到不發生閃爍的初期限度光量的初期限度電力值大了既定量的電力值來驅動放電燈管。在此，不發生閃爍的初期限度光量是指能視為燈管發光穩定範圍內的最少限度的光量，而初期限度電力值是指因應該最少限度的光量所供 給的電力值。
配置放電燈管使燈管中心軸位於反射鏡中心軸鉛直下方的情況下，比起沒有偏移配置的習知燈管，燈管點燈開始時的初期限度電力值變高，但本發明中以比起此電力值更高的電力值來驅動燈管。
習知的放電燈管中，定照度點燈控制時隨著點燈時間的經過燈管電力增加，因此雖打算盡量抑制點燈啟動時的電力值，但本發明中以習知技術中未設想到的電力值來開始燈管點燈。因此，雖然點燈啟動時的電力值較高，但隨著點燈時間經過電弧亮點會往反射鏡中心軸靠近，因此即使持續定照度點燈也能抑制電力增加率。又因為點燈啟動時的電力較高，所以能夠不發生閃爍而迅速地進入穩定點燈狀態。
例如，光源裝置具備複數的放電燈管及複數的反射鏡，也就是由放電燈管及反射鏡構成的燈管單元配置複數組而成的多燈式光源裝置的情況下，照明控制部在燈管啟動初期，能夠藉由比複數的放電燈管的各個初期限度電力值中最大的初期限度電力值更大的電力值來驅動放電燈管。因為以最大電力值發光，所以能夠防止任一放電燈管中發生閃爍。
另一方面，本發明其他態樣的曝光裝置為具備上述光源裝置的曝光裝置，包括：光量測量部，測量照射到曝光對象區域上的投影光的光量；光調變元件，具有二維排列的複數的光調變元件，將來自光源裝置的照明光投影至被描繪體的曝光對象區域上；以及光量調整部，藉由控制對放電燈管的供給電力來實行投影光的定照度點燈控制，且控制複數的光調變 元件來調整投影光的光量。例如，放電燈管的配置使得燈管中心軸位於反射鏡中心軸的鉛直下方。
光量調整部在燈管啟動初期開始的既定期間，藉由設定不使用的光調變元件來減少投影光的光量。在此，「不使用」是指能使用於投影的有效光調變元件，並非因應描繪圖樣、描繪位置而不使用，而是實際上不使用於曝光動作。而既定期間是啟動初期開始後燈管發光不穩定所持續的固定期間，可設定在數小時~數十小時。既定期間經過後，以光調變元件減少投影光量的動作結束，以有效的光調變元件來進行描繪處理。
光量調整部能夠從可使用於投影的全部有效光調變元件中定下表示實際使用的比例(使用率)，來減少投影光量。例如，光量調整部能夠設定出不使用的光調變元件，使不使用的光調變元件相對於光調變元件排列領域呈略均勻的分佈且不規則的分佈。在此，「略均勻的分佈」且「不規則的分佈」是指從光調變元件排列領域全體來看，不使用的光調變元件以略均等的間隔均勻地分散、散佈，而不集中於局部或存在部分空白部分，另一方面，就排列領域全體來說並非規則的排列的分佈狀態。這相近於將等間隔且規則地排列不使用的光調變元件的配列個別微小偏移後的分佈狀態。
因為定照度點燈控制，DMD等的光調變元件陣列做為光罩/濾波器來減少投影光量的話，電力值增加。另一方面，藉由放電燈管的偏移配置，因為電弧亮點接近反射鏡中心軸而抑制了電力增加率。在一定期間經過後，即使使用率設為 100%，因為啟動時的電力高，所以能夠抑制電力減少幅度而抑制閃爍等的發生。
光量調整部在燈管點燈啟動時，可設定不使用的光調變元件，供給比起不發生閃爍的該放電燈管的最小限度電力更大的電力。在此，不發生閃爍初期限度光量是指能視為燈管發光穩定範圍內的最少限度的光量，而初期限度電力值是指因應該最少限度的光量所供給的電力值。即使處於初期啟動時的不穩定發光期間，也能夠確實抑制閃爍發生，另一方面，因為電力增加緩和，所以能夠延長燈管的壽命。
例如，光源裝置是具備複數的放電燈管及複數的反射鏡的多燈式光源裝置的情況下，光量調整部在燈管啟動初期，能夠藉由比複數的放電燈管的各個初期限度電力值中最大的初期限度電力值更大的電力值來驅動放電燈管。
根據本發明，進行定照度點燈等的情況下，能夠延長放電燈管的壽命。
10‧‧‧曝光裝置
12‧‧‧平台
13‧‧‧曝光部
14‧‧‧基台
15‧‧‧平台驅動機構
17‧‧‧位置檢測感測器
20‧‧‧光源裝置
21、121、221‧‧‧反射鏡
121A‧‧‧開口部
21A‧‧‧反射部
21B‧‧‧首部
21S‧‧‧反射面
22‧‧‧放電燈管
22A‧‧‧放電管
22B‧‧‧密封部
23A、23B‧‧‧電極
24‧‧‧DMD驅動電路
26‧‧‧網格變換電路
27A、27B‧‧‧電極支持棒
28‧‧‧曝光資料產生電路
29A、29B‧‧‧電極前端部
30‧‧‧曝光頭
32‧‧‧DMD
34‧‧‧測光裝置
50‧‧‧控制器(光量調整部、照明控制部)
52‧‧‧記憶體
E‧‧‧燈管中心軸
MS‧‧‧保持構件
T‧‧‧中心軸
W‧‧‧基板
第1圖係第1實施型態的曝光裝置的立體圖。
第2圖係曝光裝置的方塊圖。
第3圖係光源裝置的平面圖。
第4圖係光源裝置的概略剖面圖。
第5圖係顯示放電管內的電極配置圖。
第6圖係顯示燈管的中心軸與反射鏡的中心軸的位置關係 圖。
第7圖係顯示隨著燈管點燈時間經過的燈管電力圖。
第8圖係第2實施型態的光源裝置的正面圖。
第9圖係第2實施型態的光源裝置的概略剖面圖。
第10圖係第3實施型態的1個光源裝置的概略剖面圖。
第11圖係顯示第4實施型態的啟動點亮燈管時的燈管點燈控制流程圖。
第12圖係顯示第5實施型態的控制器所進行的調光處理的流程圖。
第13A圖係顯示調光篩選資料。
第13B圖係顯示調光篩選資料。
第14圖係顯示隨著放電燈管的使用時間經過的投影光的光量、輸入電力、DMD的使用率圖。
第15圖係顯示以步進&重複方式所進行的描繪處理的流程圖。
第16圖係顯示第6實施型態的DMD使用率及燈管電力的變化圖。
以下參照圖式說明本發明的實施型態。
第1圖係第1實施型態的曝光裝置的立體圖。第2圖係曝光裝置的方塊圖。
曝光裝置10為直接形成圖樣於表面形成有光阻等的感光材料的基板W上的無光罩曝光裝置，搭載於基台14上的曝光部13具備包含放電燈管22的光源裝置20、包含DMD (Digital Micro-mirror Device)32的曝光頭30。
基板W搭載於平台12上，平台12可被平台驅動機構15移動。在此，可沿著掃描方向X、副掃描方向Y移動，平台12上制定了X-Y座標。
從放電燈管11放出的光藉由照明光學系統(未圖示)被導引至DMD32。DMD32為2維矩陣狀排列數μm~數十μm的微小矩形微鏡的光調變元件陣列(在此為1024×1280)，被DMD驅動電路24所驅動。
從未圖示的工作站送來的CAD/CAM資料等向量資料在網格變換電路26被轉換為2維點圖樣的網格資料。然後，曝光資料產生電路28因應需要產生合成調光篩選資料與網格資料的曝光資料，做為光罩圖樣。
DMD32中，根據從DMD驅動電路24送來的曝光資料選擇性地控制各個微鏡的ON/OFF。ON狀態的微鏡所反射的光經過投影光學系統(未圖示)，成為圖案影像光照射基板W。
基板W藉由平台驅動機構15朝掃描方向X移動，藉此DMD32所製造的投影區域(曝光區域)會相對於基板W移動。一邊使曝光區域沿著X-Y方向相對移動，一邊以既定的曝光間距來進行曝光動作，藉此圖樣形成於基板W的全體。基板W的位置，也就是曝光區域位置被位置檢測感測器17所檢測。
曝光裝置10具備測光裝置34，測量投影於平台12上的光的光量，被測光驅動部35控制位置。沒有進行曝光動作時，測光驅動裝置35將測光裝置34配置在光路上，當測光結束時則將測光裝置34移動到退避位置。然而，也可以將測光裝置 34安裝於平台12，配合基板W的移動來測量光量。
控制器50控制曝光資料產生時間點、DMD驅動等曝光動作全體。當從記憶體52讀出有關調光的資料，調光篩選資料傳送至曝光資料產生電路28。曝光動作的控制程式儲存於控制器50內的ROM(未圖示)。
控制器50具備調光處理(照度/光量調整處理)功能，藉由對DMD32進行鏡片控制以及對放電燈管22進行輸出控制的組合，來實行調光處理。在放電燈管22的生命週期，也就是從啟動點燈(初期點燈)至依據燈管壽命而定的點燈結束為止的整個期間，控制器50根據測量到的光量進行鏡片控制、燈管輸出控制，來調整投影/照射於基板W的光的光量。
第3圖係光源裝置的平面圖。第4圖係光源裝置的概略剖面圖。
光源裝置20的放電燈管22是短弧型水銀燈管，由位於中央部的球狀放電管22A與與兩端部連成一體的一對的密封部22B所構成。一對的電極23A、23B對向配置於放電管22A。當反射鏡21的中心軸(未圖示)是水平方向時，放電燈管22就沿著水平方向配置。
放電管22A內含有惰性氣體及鹵素，同時也有0.2mg/mm3以上的水銀。燈管點亮時，交流電壓施加於電極對23A、23B，陰極、陽極交替於電極對23A、23B之間。
反射鏡21是凹型的反射部21A與筒狀首部21B一體形成的碗型鏡面，反射部21A的反射面21S形成具有焦點的旋轉拋物面。放電燈管22如後所述，相對於反射鏡21偏移地同軸配 置，並藉由配置在連接首部21B的金屬蓋25與放電燈管22之間的保持構件MS所固定。放電燈管22也能夠以接著劑等來固定。
第5圖係顯示放電管內的電極配置圖。第6圖係顯示燈管的中心軸與反射鏡的中心軸的位置關係圖。使用第5、6圖說明有關放電燈管的配置。
電極對23A、23B被電極支持棒27A、27B所支持，電極對23A、23B分別與電極支持棒27A、27B熔融而一體化。電極對23A、23B的電極前端部29A、29B沿著電極支持棒27A、27B形成，在電極前端部29A、29B之間產生電弧放電。
電極對23A、23B及電極支持棒27A、27B的位置被調整為該電極軸與燈管中心軸E，也就是筒狀的密封部22B的中心軸一致。因此，電極前端部29A、29B的位置也沿著燈管中心軸E。
如上所述，陰極與陽極交替於電極23A、23B之間，因此電弧放電的亮點也會交替於電極前端部29A、29B之間。如此一來，啟動點燈時，電弧放電以燈管中心軸E為中心而發生。
然而，放電燈管22沿著水平方向配置，因此燈管點燈期間，放電管22A內產生氣體的熱對流。在電極前端部29A、29B附近，隨著和惰性氣體一起封入的鹵素等造成的鹵素循環，鉛直下方側朝向鉛直上方產生氣體的上升流。結果使得放電管22A的鉛直上方側與下方側之間產生溫度差。
因為這個溫度差使氣體對流更強烈，電極前端部29A、29B變形並往鉛直上方側移動。溫度差影響電極前端部 29A、29B的變形量，溫度差越大電極前端部29A、29B的變形量越大。
本實施型態中，放電燈管22的燈管中心軸E並沒有與反射鏡21的中心軸T一致，而偏移地平行配置於距離中心軸T的鉛直下方既定距離d的位置。既定距離d設定為電極支持棒27A、27B的徑長D的5~45%的長度。特別是10~35%，而定在20~25%的範圍最佳，例如定為22%。而電極支持棒27A、27B的徑長D設定在0.3~0.6mm的範圍。
有關放電燈管22的燈管中心軸E的位置，放電燈管22的位置的設定，必須使電弧亮點存在於從反射鏡21的焦點FP沿著鉛直下方移動距離d的位置。在此，焦點FP位於從電極前端部29B的電弧亮點產生點(頂點)沿著垂直於反射鏡中心軸T的方向移動距離d的位置。
這樣一來，放電燈管22相對於反射鏡21不採用完全同軸配置，而採用偏移配置，藉此能夠延長燈管壽命。以下使用第7圖來說明。
第7圖係顯示隨著燈管點燈時間經過的燈管電力圖。
進行定照度控制期間，因為電極前端部29A、29B的變形使電弧亮點變動，為了補償照度降低，可以判斷要增加燈管電力，其增加率大致一定。
因為放電燈管22的燈管中心軸E相對於反射鏡21的中心軸T偏移配置，在燈管啟動初期會用比起習知技術的中心軸E與反射鏡中心軸T一致時更大的電力值的初期限度電力 W1來點燈。初期限度電力W1表示抑制閃爍產生的最小電力值。第7圖中也顯示將放電燈管22與反射鏡21完全同軸配置時的初期電力值W0。
當長時間持續點亮放電燈管22，隨時間經過，電極前端部29A、29B朝向鉛直方向上方變形，電弧亮點的位置朝向鉛直方向上方移動，在到達燈管壽命前的中途階段，電弧亮點抵達反射鏡21的中心軸T。然後，當接近燈管壽命時，電弧亮點從中心軸T更往鉛直上方移動。
隨著時間經過，並不像習知的燈管一樣，電弧亮點從焦點位置遠離，而是電弧亮點在途中會靠近焦點位置，之後才遠離。因為放電管的消耗等使燈管電力必然增加，但電弧亮點往鉛直方向上方移動帶來的照度提昇會抑制全體的照度下降。藉此，需要供給的燈管電力的增加率降低。第7圖中，習知的放電燈管的燈管電力變化以線條k0表示，本實施型態的電力變化以線條k1表示。
因此，即使初期限度電力比較大，也能抑制燈管電力的增加比例，結果就延長了燈管的壽命。如上所述，燈管中心軸E從反射鏡中心軸T偏移的距離d設定在電極支持棒27A、27B的徑長D的5~45%的範圍。又，電極前端部的大小，也就是電極支持棒27A、27B的徑長NS設定在0.3~0.6mm。
若偏移距離d過大，初期限度電力會變得過大，放電管的消耗、電極前端部的變形會極度提早，導致早期的照度下降。而電弧亮點移動至反射鏡中心軸T時，在放電管上部附近會產生電弧放電，恐怕會因為熱使放電管變形。
另一方面，若偏移距離d過小，初期限度電力與習知燈管沒有差異，而無法延長燈管壽命。另外，若電極支持棒27A、27B的徑長D過小的話容易發生電極變形，若電極支持棒27A、27B的徑長D過大的話電弧亮點的位置容易變動，因此電極支持棒27A、27B的徑長D要設定在上述的範圍。
這樣一來根據本實施型態，在具備沿著水平方向配置的放電燈管22與反射面為旋轉拋物面的反射鏡21的光源裝置20中，放電燈管22配置在反射鏡21的中心部，另一方面，燈管中心軸E平行配置於反射鏡中心軸T往鉛直方向移動距離d的位置。
接著，使用第8、9圖說明第2實施型態。第2實施型態中，反射鏡形成有開口部。關於其他的構造則與第1實施型態相同。
第8圖係第2實施型態的光源裝置的正面圖。第9圖係第2實施型態的光源裝置的概略剖面圖。
光源裝置20具備反射鏡121，沿著其中心軸偏移地配置了放電燈管22。反射鏡121的鉛直下方側形成有矩形狀開口部121A。開口部121A的形狀也可以是其他的形狀。
在燈管點燈中，放電管鉛直上方側的溫度由電弧放電的熱的影響所控制。另一方面，下方側的溫度雖主要也受到電弧放電的熱的影響，但還要加上反射鏡的輻射熱的影響。因為放電燈管22偏移地配置在鉛直下方側，所以放電管鉛直下方側的溫度會因為以高效率反射輻射熱的反射鏡與放電管鉛直下部的距離間隔縮短，而大大受到反射鏡的影響使溫度上 升。
第2實施型態中，反射鏡121的鉛直下側的部份形成有開口部121A，因此放電管下部的溫度會因為沒有反射鏡靠近而抑制了被輻射熱所影響。結果，放電管下部側與放電管上部側的溫度差擴大。這增強了放電管內的氣體對流，加大了電極前端部的變形量，也就是電弧亮點的移動量。
藉此，可將放電管22的偏移距離間隔盡可能地設定長一點，可提高燈管啟動初期的初期限度電力。
接著，使用第10圖說明第3實施型態的曝光裝置。第3實施型態中，將開口部設置在四方的4個光源裝置鄰接地配置。其他的構造與第1實施型態相同。
第10圖係第3實施型態的1個光源裝置的概略剖面圖。
光源裝置20是準備4個上述光源裝置，組成方形的組裝構造。沿著第10圖所示的光源裝置20的水平方向的右側(或左側)、鉛直下側、斜下側配置著未圖示的相鄰的3個光源裝置。
然後，光源裝置20的反射鏡221在上下左右四個方向略等間隔地形成同形狀的開口部。第10圖中，僅顯示1個開口部。藉由此構造，來自相鄰的光源裝置的反射鏡外表面側的熱被抑制，能夠抑制放電管鉛直下方側的溫度上升。也就是說，發光管上部、下部的溫度差變大，能夠增大電弧亮點的移動量。
接著，使用第11圖說明第4實施型態。第4實施型 態中，調整初期啟動時的燈管電力。
第11圖係顯示的啟動點亮燈管時的燈管點燈控制流程圖。
在步驟S101中，測量光量，且設定目標的光量。目標光量表示不發生閃爍的範圍內最小限度的光量，預先被操作者等所設定。然後以因應目標光量的電力值(初期限度電力值)驅動放電燈管。
當確認到測量光量與目標光量相同或更高，為了更提高燈管輸出，以比起初期限度電力值大了既定值的電力值W2來驅動放電燈管(S102、S103)。此電力值W2根據放電燈管偏移反射鏡中心軸的距離d等而定。
多燈式光源裝置的情況下，因燈管個體差使得初期限度電力值各不相同。因此，供給比在其中為最大值的初期限度電力值更大的電力值。
這樣一來根據第4實施型態，光源裝置具備沿著水平方向配置的放電燈管22、反射面為旋轉拋物面的反射鏡21。放電燈管22配置在反射鏡21的中心部，但燈管中心軸E沿著鉛直方向離開反射鏡中心軸T距離d平行配置。以比起初期限度電力更大的電力值來啟動點亮燈管。
放電燈管相對於反射鏡偏移配置，因此長時間點亮燈管並以定照度點燈控制時的電力增加率低。因此，即使初期啟動時的燈管電力設定較大，也能延長燈管的壽命。另一方面，因為燈管初期電力高，而確實抑制了閃爍以迅速進入穩定的點燈狀態。
如上述，藉由設定超過習知設定的最少限度電力值的值，能夠確實防止燈管初期啟動時的閃爍發生，且能夠延長燈管壽命。特別是在多燈式光源裝置的情況下，能夠不受燈管個體差的影響而確實防止閃爍的發生。
接著，使用第12~15圖說明第5實施型態。第5實施型態中，定期地進行組合了透過DMD的投影光的光量調整以及透過燈管輸出控制的照明光光量調整的調光處理。
第12圖係顯示控制器所進行的調光處理的流程圖。
進行調光處理的時間點為安裝新的放電燈管時、或處理感度不同的感光材料的基板時等各種時間點，也能夠以每批貨(產品單位)、每一定片數的基板處理、每一定期間來進行調光處理。在此，是以每一定期間來進行調光處理。
當由使用者的輸入操作等開始調光處理，在放電燈管22點燈的狀態下測光裝置34移動於光路上，進行光量測量(S201)。此時，將DMD32中能夠使用於描繪的鏡面(以下稱為有效鏡面)全部切換至ON狀態來測量光量。
因此，測光裝置34中有效鏡面全部為ON狀態的光的光量會用其投影的區域(曝光區域)為對象來量測。有效鏡面是指DMD全部鏡面中除去被預先設定為不使用於描繪的鏡面(DMD周緣部的鏡面)以外的鏡面。
光量的測量後，判斷測量的光量是否在預先設定的光量(以下稱為目標光量)以上(步驟S202)。判斷測量光量在目標光量以上時，計算出DMD32的有效鏡面全體中實際用 於描繪使用的鏡面的比例(以下稱為使用率)(步驟S204)。
使用率100%的情況下，構成描繪區域的有效鏡面全體為ON狀態，當設定為OFF狀態的鏡面數越多(使用鏡面的數量越少)使用率就越低。在此的調光處理是將投影至基板W的光的光量調成目標光量，以測量的光量為基準來設定減光程度，也就是使用率。
在此，鏡面的使用率假設為R，有效鏡面全數ON狀態下所測量的光量假設為L1，目標光量假設為L0的話，使用率R可由光量比(R=L0/L1)求出。然後，當使用率R定下來，特定、設定出描繪時不使用的，也就是與圖樣無關而處於OFF狀態的鏡面(S204)。此時，為了將投影於基板W的光的光量非局部而是全體地減少，從DMD的有效鏡面全體來看，略均一且不規則抽出不使用的鏡面。
具體來說，決定不使用的鏡面要使得不使用的鏡面在鏡面領域全體中形成2維的略均勻分佈。也就是說，決定不使用的鏡片的配列，使得在DMD32的有效鏡片區域內不使用的鏡面以略均等的距離間隔配置，以不局部集中而均勻地散佈不使用鏡面的狀態配置。
另外，除了略均勻分佈的配列外，為了防止光的干涉造成的波紋，將不使用的鏡面不規則、不週期地隨機配列。為了選定這種保持略均等的距離間隔且不規則的不使用的鏡面，在此使用虛擬亂數。例如，可根據使用相同亂數的改良型萊默法(Lehmer)來產生亂數。
在這種虛擬亂數中，若將有效鏡面數目假設為N， 將不使用的鏡面數目假設為n(=N(1-R))，可從有效鏡面M1、M2、...、MN當中使用虛擬亂數選擇或抽出不使用的鏡面。藉由重複進行這個動作n次，決定出不使用的鏡面。此時，與圖樣資料無關聯地從有效鏡面全體決定出不使用的鏡面。
而在已經抽出的既定數量的鏡面又再度被選擇的情況下，會再次進行不使用的鏡面的抽出。而做為不使用的鏡面被抽出的鏡面中存在著既定數量的彼此相鄰的鏡面的情況下，視該選擇無效而再度抽出不使用的鏡面。將不使用的鏡面視為無效的鄰接鏡面的數目會因應使用率來調整。
這樣一來表示出不使用的鏡面的配列的資料(在此稱為調光篩選資料)會根據使用率R算出、製作，調光篩選資料會儲存於記憶體52中(S206)。
第13A圖、第13B圖顯示調光篩選資料。第13A圖中顯示有效鏡面全部使用時的調光篩選資料。黑色的部份表示鏡面處於ON狀態，因為使用率100%所以區域內全部是黑色。
另一方面，第13B圖顯示使用率R=80%，也就是不使用的鏡面的比例為20%的調光篩選資料。如第13B圖所示，不使用的鏡面相對於鏡面領域會以略均勻分佈且略均等的距離間隔散落，但另一方面從鏡面領域全體來看並非規則的排列。
像這樣藉由因應使用率的調光篩選資料，投影光的光量在該投影區域全體內被均一地調整。藉由重疊此調光篩選資料及描繪用的圖樣資料，就能夠形成伴隨投影區域的光量減少的圖樣。而調光篩選資料與圖樣資料無關。
另外，在步驟S202中測量的光量比目標光量少的情況下，無法使用DMD32來進行光量調整。也就是說，測量到的光量即使有效鏡面全部是ON狀態也無法到達目標光量，因此不能藉由選定不使用的鏡面來達到目標光量。
這是放電燈管22隨使用時間經過而輸出下降，會發生在比較長的點燈時間經過後。當進入這種狀態時，要調整燈管的輸入電力使放電燈管22的輸出上升(S203)。
具體來說，就是調整燈管輸入電力使來自放電燈管22的照明光的光量成為比目標光量多出既定量的基準光量。例如，將燈管輸入電力提高到測量光量為目標光量的120%為止。然後再製作調光篩選資料。當放電燈管22的輸出經過一次調整，直到測量光量在此比目標光量低為止之前就這樣持續維持固定的輸入電力。
第14圖係顯示隨著放電燈管的使用時間經過的投影光的光量、輸入電力、DMD的使用率圖。
如第14圖所示，放電燈管22使用開始時的輸入電力(初期電力)設定為能夠獲得比目標光量高的基準光量的電力W1。一邊維持此輸入電力，一邊藉由DMD32來進行光量調整(減光)，使投影光的光量調整到目標光量L0。
在放電燈管22點燈中，放電燈管22的輸出會有微細的變動，配合此變動鏡面的使用率也跟著增減。然而，當點燈時間變長，放電燈管22的輸出逐漸下降。伴隨而來的就是鏡面使用率也逐漸上升。
然後，當測量光量低於目標光量L0時，增加燈管 輸入電力，將輸入電力增加VD的量使測量光量再回到基準光量為止。接著一邊維持新設定的輸入電力，一邊算出鏡面使用率進行光量調整。
結果，如第14圖所示，燈管輸入電力固定的期間，鏡面使用率一邊增減一邊朝向100%上升，最終到達幾乎100%為止，這樣的情況反覆發生。另外，將鏡面使用率全部為100%時的光量以第14圖中的二點鍊線L1來表示。
像這樣，以既定時間間隔進行使用DMD的調光處理，以比DMD調光處理時間間隔更長的間距階段性地增加燈管輸入電力，最終上升到上限值的最大電力為止。從放電燈管22開始使用到壽命終了而停止使用為止，對基板W的投影區域的光量、照度總是維持在適合描繪的目標光量L0。
然而，若考量圖樣所必要的解析度，使用DMD32的減光有其限度，必須設置使用率R的下限值。使用率R的下限值根據DMD32的傾斜角度、畫素數目、畫素尺寸、投影光學系統的倍率、解析度、感光體的感度等而定。在此，設定出與要求的解析度不產生差距的調整範圍，該使用率R的下限值RZ設定為65%。
因此，當增加放電燈管22的輸出時，必須要不讓使用率R比下限值RZ=65%小。本實施型態中，輸出增加時參考的基準光量對應下限值RZ，每次燈管輸出增加時使用率R下降到下限值RZ為止。結果在燈管輸出增加的期間，使用率R能夠利用下限值RZ=65%~100%為止的光量調整範圍。
又在本實施型態中，與第1實施型態相同，放電燈 管22偏移配置。因此，初期啟動時的電力W1比起放電燈管沒有偏移配置的情況下的初期啟動電力W0大，但因為電弧亮點朝向鉛直上方移動，會抑制照度低下。結果，DMD使用率的上升率受到抑制，相應地，切換至下一次電力值為止的電力固定期間拉長。
又因為電弧亮點會隨時間經過而靠近反射軸，到達比目標光量高的基準光量為止的電力增加量△V比習知來得小。這樣一來，藉由電力固定期間的拉長以及電力增加的抑制，燈管壽命期間大幅延長。第14圖中，以二點鍊線表示放電燈管沒有偏移設置時的光量變化、電力變化、DMD使用率的變化。
另外，為了更抑制一次的電力增加幅度，也可以更降低DMD使用率縮短定電力期間。
第15圖係顯示以步進&重複方式所進行的描繪處理的流程圖。
在基板W移動期間，檢測出投影區域(曝光區域)的相對位置，當曝光區域到達要投影對應於產生的圖樣資料的圖樣至基板上的區域，基板W停止(S301~S303)。然後向量資料轉換產生網格資料(S304)。
然後，當調光篩選資料從記憶體52讀出，藉由網格資料與調光篩選資料的重疊(邏輯積)，產生曝光資料(S305、S306)。曝光資料傳送至DMD驅動電路24，藉此投影出圖樣光(S307)。直到描繪結束為止，這樣的曝光動作反覆進行(S308、S309)。
如上述根據本實施型態，當進行光量調整時，將DMD32的有效鏡面設定為ON狀態測量投影光的光量，定出測量的光量與目標光量的比，也就是使用率R。然後根據使用率R，產生表示不使用的鏡面的排列的調光篩選資料。此時使不使用的鏡面呈現略一樣的分佈且不規則地排列。
使用DMD32進行光量調整期間，放電燈管22的輸出逐漸下降，當測量光量不到達目標光量的情況下，就提昇放電燈管22的輸出直到測量光量到達比目標光量多出既定量的基準光量為止。
以DMD32進行對曝光對象區域全體的光量調整，到了DMD32無法調整光量的情況(光量無法提昇)時，才開始提高燈管輸出，因此不會給燈管壽命帶來不良影響，能夠在整個燈管的生命週期進行良好的光量調整。而關於燈管點燈中的放電的波動、或者是放射頻譜分佈中亮線與寬頻全體的頻譜的非連動的變動所造成的燈管輸出的短期範圍的變動，能夠不頻繁地變更燈管輸出來進行調整。
特別是不使用的鏡面的排列相對於曝光對象區域全體呈2維的略均勻分佈且不規則的排列，因此即使透過2維的點照射也不會發生波紋等的光學現象，能夠實現曝光對象區域全體均一的光量減少。
本實施型態中，當測量光量不到達目標光量的情況下，會增加放電燈管22的輸出，但也可根據經驗預先地取得落入這種狀況的時間點，每隔既定時間增加放電燈管22的輸出。關於燈管的輸出增加，雖以測量裝置確認測量光量是否到 達目標光量，但也可以增加輸入電力預先設定的一定值的量。
關於以DMD32進行光量調整當中的使用的鏡面的比例，也就是使用率，能夠設定在滿足於曝光條件下的任意要件的範圍內。使用率的範圍會依照DMD的尺寸、畫素間距、解析度、DMD傾斜角度、光阻等感光體的多重曝光限度次數等而定。例如，能夠設定在20%~100%的範圍內。
取代將使用的鏡面的使用率連續地設定，也可以因應要求的光量精度而階段地(例如5%)設定。另外，也可因應使用率預先做成調光篩選資料並儲存於記憶體，根據量測的光量與目標光量的比來選擇對應的調光篩選資料。
接著，使用第16圖來說明第6實施型態。第6實施型態中，從燈管點燈啟動開始後的一定期間，如第5實施型態所示地以DMD發揮光罩的功能，並增加電力。然後在一定期間經過後，進行與第1實施型態相同的定照度點燈控制。
第16圖係顯示第6實施型態的DMD使用率及燈管電力的變化圖。
如第16圖所示，燈管啟動開始後的一定期間(電力增強期間)，增加燈管電力，因此設定DMD的使用率D1，使得燈管被供給比不發生閃爍的初期限度電力更大的電力。使用率D1比起習知將放電燈管同軸配置時的使用率D2來得小，投影光大幅減光。在電力增強期間，DMD的使用率D1不變，維持定值。
另一方面，使用具備複數的放電燈管，也就是設置有複數燈管單元的多燈式光源裝置的情況下，會設定使用率 D1，使得燈管被供給比起最大初期限度電力值大的電力。
因為進行定照度控制，雖然燈管剛剛開始啟動後的燈管電力被設定為較大值，但隨時間經過電弧亮點靠近反射鏡的中心軸，因此電力上升率比起習知的燈管來說更為被抑制。在第16圖中，本實施型態的電力變化以實線K4，習知的放電燈管的電力變化以虛線K3表示。
如上述，使用DMD減少投影光量，伴隨而來因為定照度點燈控制而設法增加電力，能夠謀求一邊維持一定照度一邊增強電力。
增強電力的一定期間經過後，DMD使用率設定為100%。藉此，電力的減少與DMD使用率的變更同時，但因為在一定期間內電力增加的幅度小，所以電力減少幅度也會比習知來得少。因此，能夠防止伴隨急劇電力減少而帶來定照度點燈控制的不穩定、閃爍發生。一定期間經過後，與第1、第2實施型態進行相同的定照度點燈控制。
如上述根據第6實施型態，曝光裝置所設置的光源裝置具備沿著水平方向配置的放電燈管22以及反射面為旋轉拋物面的反射鏡21，放電燈管22配置於反射鏡21的中心部，且燈管中心軸E從反射鏡中心軸T沿著鉛直方向離開距離d平行配置。在這種曝光裝置中，從燈管啟動開始後預先設定的電力增強期間內，固定DMD的使用率D1使DMD做為光罩/濾光器動作。然後增加電力使照度維持一定。
關於燈管啟動開始後的電力值，能夠根據與第5實施型態同樣地檢測出的使用率100%下的投影光的光量及目標 光量來設定。
取代步進&重複方式，也可使用連續的掃描方式。取代多重曝光方式，也可以使用單槍曝光方式。另外，也可以使用DMD以外的光調變元件陣列，也能使用放電燈管以外的光源。另外，在使用光罩的曝光裝置中，也可以將DMD等光調變元件陣列做為專門的過濾器裝置而另外裝備。
關於本發明，在不脫離申請專利範圍所定義的本發明的意圖及範圍內，可做各種變更、置換、代替。本發明並未限定於說明書所記載的特定的實施型態的程序、裝置、製造、組成物、手段、方法及步驟。該領域業者根據本發明的揭露，可實質地實現與記載於此的實施型態所帶來的相同的功能，或推導出實質帶來同等作用、效果的裝置、手段、方法。因此，申請專利範圍涵蓋這樣的裝置、手段、方法的範圍。
本申請案是以日本申請案(特願2013-081666號、特願2013-081663號、特願2013-081670號，2013年4月9日申請)為基礎並主張優先權的申請案。包含基礎申請案的說明書、圖式及申請專利範圍的揭露內容做為參考而併入本申請案。
22‧‧‧放電燈管
22A‧‧‧放電管
23A、23B‧‧‧電極
27A、27B‧‧‧電極支持棒
29A、29B‧‧‧電極前端部
E‧‧‧燈管中心軸
T‧‧‧中心軸

Claims (10)

  1. 一種光源裝置，包括：至少一放電燈管，具有對向配置於放電管內使得電極軸與燈管中心軸一致的電極對；以及至少一反射鏡，包括具有焦點的凹型反射面，用以將該放電燈管的光導引至一方向，其中該放電燈管沿著反射鏡中心軸配置，該放電燈管將該放電燈管啟動時的電弧亮點從對應至該反射鏡的焦點的基準位置沿著垂直於反射鏡中心軸的方向離開既定的距離間隔，支持該電極對的電極支持棒的徑長在0.3~0.6mm的範圍內，燈管中心軸從反射鏡中心軸離開電極支持棒徑長的5~45%的距離間隔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中該放電燈管沿著水平方向配置，燈管中心軸位於反射鏡中心軸的鉛直下方。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中燈管中心軸從反射鏡中心軸離開電極支持棒徑長的20~25%的距離間隔。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光源裝置，其中該放電燈管包含0.2mg/mm3以上的水銀。
  5. 如申請專利範圍第1至4項所述之光源裝置，更包括：照明控制部，藉由調整該放電燈管的電力進行定照度點燈控制， 其中該照明控制部在燈管啟動初期，藉由比對應到不發生閃爍的初期限度光量的初期限度電力值更大的電力值來驅動該放電燈管。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光源裝置，其中該光源裝置是具備複數放電燈管與複數反射鏡的多燈式光源裝置，該照明控制部在燈管啟動初期，藉由比複數的放電燈管的各個初期限度電力值中最大的初期限度電力值更大的電力值來驅動該放電燈管。
  7. 一種曝光裝置，具備如申請專利範圍第1至4項任一項所述之光源裝置，並包括：光量測量部，測量照射到曝光對象區域上的投影光的光量；光調變元件陣列，具有二維排列的複數的光調變元件，將來自該光源裝置的照明光投影至被描繪體的曝光對象區域上；以及光量調整部，藉由控制對該放電燈管的供給電力來實行投影光的定照度點燈控制，且可控制該複數的光調變元件來調整投影光的光量，其中該光量調整部在燈管啟動初期開始的既定期間，藉由設定不使用的光調變元件來減少投影光的光量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之曝光裝置，其中該光量調整部設定不使用的光調變元件，使得在燈管點燈啟動時，對該放電燈管供給比起不發生閃爍的該放電燈管的最小限度電力更大的電力。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之曝光裝置，其中該光源裝置是 具備複數放電燈管與複數反射鏡的多燈式光源裝置，該光量調整部在燈管點燈啟動時，藉由比複數的放電燈管的各個初期限度電力值中最大的初期限度電力值更大的電力值來驅動該放電燈管。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之曝光裝置，其中該光量調整部設定不使用的光調變元件，使得不使用的光調變元件的分佈相對於光調變元件排列領域來說為略均勻且不規則的分佈。
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