JP2000181075A - 露光装置におけるランプ点灯制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 消費電力を減少させ、かつ、ランプを長寿命
化させ寿命時間内での露光処理を行っている時間を増や
すことができるランプ点灯制御方法を提供すること。 【解決手段】 ランプ１が放出する露光光は、集光鏡２
で集光され、第１平面鏡３、インテグレータレンズ４、
シャッタ５、コリメータミラー６を介して光照射装置１
０から出射する。光照射装置１０から出射する露光光
は、図示しないマスクを介してワークに照射されワーク
を露光する。ランプ１に電源を供給するランプ電源回路
１２には、切換回路１２ａが設けられ、ワークの露光処
理を行なうときは、ランプ１に定格電力を入力し、シャ
ッタ５が閉じられワークの露光処理を行っていないとき
には、ランプに定格電力より小さい、例えば定格の５０
〜８０％の電力を入力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶カラーフィル
タ、ＰＤＰ基板、プリント基板等の大型基板の露光処理
に用いられる露光装置におけるランプ点灯制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】液晶カラーフィルタ、ＰＤＰ基板、プリ
ント基板等の大型基板の製造には、マスクを介して上記
基板に紫外線を含む光を照射する露光工程が利用され
る。以降、上記大型基板のことを基板またはワークと呼
称する。例えば、ワークが液晶カラーフィルタである場
合について説明する。一般に、液晶カラーフィルタ（以
下フィルタと略す）は、図７に示すように１枚の大型の
（例えば６５０ｍｍ×７５０ｍｍ）基板上に複数枚製作
される。基板の大きさや１枚の基板から何枚のフィルタ
を製作するかは、製作する大きさのフィルタによって、
数多くの組み合わせがある。フィルタ製造においては、
例えばフィルタの画素パターンを製作するために露光
（フォトリソグラフイ）を利用する。その場合、基板全
体を一括で露光する方法と、製作するフィルタごとに分
割して露光する方法がある。

【０００３】基板全体を一括で露光する場合、基板とほ
ぼ同じ大きさでのマスクを用い、マスクと基板の位置合
わせを行ない、マスクを介して基板全体に露光光を照射
する。マスクには、１枚の基板に製作される個数のフィ
ルタに対応するだけのパターンが形成されている。ま
た、製作するフィルタごとに分割して露光する場合は、
１つのフィルタに対応する露光パターンが作られたマス
クを用い、マスクと第１のフィルタとの位置合せ→マス
クを介して第１のフィルタの露光→第２のフィルタへの
基板の移動、を製作するフィルタの枚数分繰り返して露
光する。

【０００４】例えば、基板を一括して露光する場合に
は、例えば、図８に示すような構成の露光装置が使用さ
れる。図８において、ランプ１が放出する露光光は、集
光鏡２で集光され、第１平面鏡３で反射してインテグレ
ータレンズ４に入射し、照度分布の均一化が行われる。
インテグレータレンズ４から出射する光は、光路を遮光
するシャッタ機構５を介してコリメータミラー６に入射
して平行光とされ、光照射装置１０から出射する。な
お、必要とされる光路長と装置の寸法上の制約により、
途中に第２平面鏡、第３平面鏡を設ける場合もある。光
照射装置１０から出射した光は、マスクＭを介してワー
クステージＷＳ上に載置・固定されたワークＷに照射さ
れる。

【０００５】ワークＷの露光処理を行うには、光照射装
置１０のシャッタ５が閉じられた状態で、被処理物であ
るワークＷを、ワーク搬送用ロボット等のワーク搬送機
構７により搬送し、ワークステージＷＳに載置、固定す
る。光照射装置１０とワークＷとの間にはマスクパター
ンを形成したマスクＭが配置されている。ワークＷがワ
ークステージＷＳに載置されると、マスクＭのマスクパ
ターンがワークＷの所定の位置に露光されるようにマス
クＭとワークＷの位置合せが行なわれる。該位置合せ
は、マスクＭに印されたマスクアライメントマークとワ
ークＷに印されたワークアライメントマークとをアライ
メント顕微鏡８で検出し、互いのマークを重ね合わせる
ように、ワークステージＷＳに取りつけられたＸＹθス
テージＳＴを移動させて行なう。

【０００６】位置合せ完了後、シャッタ５を開き、露光
光を、マスクＭを介してワークＷに照射し、マスクパタ
ーンをワークＷ上に露光する。ワークＷに対し所定の露
光量を与えて露光が終了すると、シャッタ５を閉じ、ワ
ーク搬送機構７によりワークＷをワークステージＷＳか
ら搬出する。光照射装置１０に設けられたランプ１に
は、一般的には効率良く紫外光を発する超高圧水銀ラン
プ、キセノン水銀ランプが用いられる。上記ランプは、
点灯開始後ランプ内の水銀が蒸発し、安定した光が得ら
れるまでに数分間〜十数分必要である。また、ランプ点
灯開始時には、絶縁破壊のために高電圧を電極にかける
ので電極への負担が大きく、何度もランプ点灯開始動作
を行なうと電極に磨耗等の悪影響を及ぼす。そのため、
いったん点灯すると、ランプは寿命時間に達するまで原
則として消灯せず、ランプ定格電力で点灯を続ける。露
光処理を行なわないときには、上記に示したように機械
的な遮光手段（シャッタ５）により、ランプ１を点灯し
た状態で遮光するようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】近年、液晶カラーフィ
ルタ、ＰＤＰ基板、プリント基板等の基板の大きさは、
大型化している。したがって、露光処理に用いられる露
光装置に要求される光照射面積（露光面積）も拡大して
いる。このため、光照射面積が拡大しても、露光面の照
度が低下して必要な露光量を得るための時間が長くなり
スループットが悪化することを防ぐために、より高出力
のランプが必要になる。より高出力のランプは、より大
きな電力を消費する。従来は、露光処理を行なっていな
い時にも定格電力で点灯されており、この時に消費され
る電力は、無駄な電力である。したがって、高出力のラ
ンプになるほど、無駄に消費する電力が多くなる。一
方、基板は搬送用ロボット等により、露光装置の処理部
に自動搬送され、処理が終了すると処理部より搬出され
る。しかし、基板が大型になると重量が増え、また搬送
装置も大型になり、小さな基板用のものと比べると、基
板の搬送距離が長くなる。

【０００８】基板搬送時間が長くなると、露光装置にお
ける露光処理を行っている時間に対する露光処理を行っ
ていない時間の割合も大きくなる。したがって、上記し
た無駄に消費する電力が多くなることに加え、ランプの
寿命時間の中で、実際に露光処理を行なっている時間が
減る。したがって１露光当たりのコストがアップする。
ランプを長寿命化すれば寿命時間内での露光処理を行っ
ている時間を増やすことができる。しかし、長寿命のラ
ンプを開発することは容易なことではない。本発明は上
記した事情に鑑みなされたものであって、その目的とす
るところは、消費電力を減少させ、かつランプを長寿命
化させ、寿命時間内での露光処理を行っている時間を増
やすことができる露光装置におけるランプ点灯制御方法
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、次のように解決する。ワークの露光処理を行う露
光装置におけるランプの点灯制御方法において、ワーク
の露光処理を行なっているときと、露光処理を行なって
いないときとでランプに入力する電力を切りかえる。す
なわち、ワークの処理を行なうときは、ランプに定格電
力を入力し、ワークの処理を行っていないときには、ラ
ンプの冷却条件を変えないで、ランプに定格電力より小
さい、例えば定格の５０〜８０％の電力を入力する。本
発明においては上記のように構成したので、消費電力を
減少させ、かつランプを長寿命化させることができる。
このため、寿命時間内での露光処理を行っている時間を
増やすことができコストダウンを図ることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施例の光照射装
置の制御系の構成を示す図であり、同図では、前記図８
に示したマスクＭ、ワークＷ、ワークステージＷＳ等は
省略されている。図１において、光照射装置１０は、前
記したように、露光光を放出するランプ１、集光鏡２、
第１平面鏡３、インテグレータレンズ４、シャッタ機構
５、コリメータミラー６から構成される。また、光照射
装置１０にはランプ１、集光鏡２を冷却風を供給しこれ
らを冷却する冷却手段９が設けられている。

【００１１】制御部１１には、上記ランプ１に電力を供
給するランプ電源回路１２、シャッタ５の開閉を制御す
るシャッタコントローラ１３、上記冷却風を制御する冷
却風コントローラ１４、および、露光装置全体を制御す
る露光装置制御部１５が設けられる。また、ランプ電源
回路１２には、ランプ１に供給する電力を切り換える切
換回路１２ａが設けられ、これによりランプの点灯状態
を「フル点灯状態（ランプを定格で点灯させる状
態）」、「スタンバイ点灯状態（ランプを定格以下で点
灯させる状態）」に切り換える。なお、以下では、ラン
プを定格で点灯する場合をフル点灯、定格以下で点灯す
ることをスタンバイ点灯と呼ぶ。上記ランプ電源回路１
２、シャッタコントローラ１３、冷却風コントローラ１
４は上記露光装置制御部１５により制御される。

【００１２】図２は上記ランプ冷却系の一例を示す図で
ある。ランプ点灯中、ランプ１の口金付近および集光鏡
２は高温になるので、同図に示すように、冷却ノズル９
ａから口金付近に冷却風を吹きつけて強制冷却するとと
もに、集光鏡２を排風により冷却する。なお、図２に×
で示すランプ封体（ランプのガラス容器、以下封体とい
う）の発光部付近は、水銀の蒸発量を確保するため、あ
る温度以上に保つ必要がある。

【００１３】図３は、上記ランプ電源回路１２の実施例
を示す図である。ランプ電源回路１２には商用電源が接
続され、商用電源は、全波整流回路Ｄｂ、コンデンサＣ
１から構成される整流・平滑回路２１により整流・平滑
される。整流・平滑回路２１から得られる直流電圧は、
スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４から構成されるスイッ
チング回路２２に供給される。スイッチング回路２２の
各スイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔｒ４のベースはデューテ
ィ制御回路２７ａの出力に接続されており、デューティ
制御回路２７ａの出力によりスイッチング素子Ｔｒ１〜
Ｔｒ４がオン／オフし、スイッチング回路２２から高周
波出力を発生する。スイッチング回路２２が出力する高
周波はトランス２３により昇圧され、ダイオードＤ１，
Ｄ２、インダクタンスＬ１、コンデンサＣ２から構成さ
れる整流・平滑回路２４により直流に変換され、ランプ
電力を測定する電力測定回路２５およびランプ１の点灯
を開始させるスタータ２６を介して、ランプ１に供給さ
れる。

【００１４】また、本実施例のランプ電源回路には、上
記電力測定回路２５により測定された電力値に基づき、
ランプ電力が一定になるように制御する電源制御回路２
７が設けられる。電源制御回路２７には、上記したデュ
ーティ制御回路２７ａと、電力測定回路２５により測定
したランプ電力値と基準電力値とを比較し比較信号とを
出力する比較器２７ｂと、切換回路１２ａが設けられて
おり、デューティ制御回路２７ａは、比較器２７ｂから
の比較信号に応じたデューティ信号を出力する。また、
切換回路１２ａはスタンバイ点灯基準電力値発生器２７
ｄと、フル点灯基準電力値発生器２７ｅと、該発生器２
７ｄ，２７ｅの出力を切り換える電力切換スイッチ２７
ｃから構成されている。

【００１５】フル点灯とスタンバイ点灯とを切り替える
には、上記切換回路１２ａの電力切換スイッチ２７ｃを
切換え、スタンバイ点灯基準電力値発生器２７ｄが出力
する「スタンバイ点灯基準電力値」またはフル点灯基準
電力値発生器２７ｅが出力する「フル点灯基準電力値」
を比較器２７ｂに与える。比較器２７ｂは電力測定回路
２５により測定されるランプ電力と「スタンバイ点灯基
準電力値」または「フル点灯基準電力値」を比較し、そ
の差に応じた比較信号を出力する。デューティ制御回路
２７ａは比較信号に応じてスイッチング素子Ｔｒ１〜Ｔ
ｒ４のデューティを変える。これにより、ランプ１の点
灯状態を「フル点灯状態」と「スタンバイ点灯状態」に
切り換えることができる。

【００１６】上記電力切換スイッチ２７ｃは、露光装置
制御部１５からの信号により切り換えられる。後述する
ように、例えば一括露光の場合はシャッタの開閉動作に
同期して切り換え、また、分割露光の場合は、マスクと
ワークの位置合わせ終了とワークの全領域の露光完了に
同期して切り替える。なお、図示しない電源の制御パネ
ルに手動のスイッチとして設け、手動により切り換える
ようにしてもよい。

【００１７】次に、ワークを一括露光する場合およびワ
ークを分割露光する場合について本実施例のランプ点灯
制御について説明する。 （１）ワークの全面を一括して露光する場合 図１および前記図８に示した露光装置において、ワーク
の全面を一括して露光する場合には次のようにしてラン
プの点灯を制御する。図４は一括露光におけるランプ入
力電力の切換えとシャッタ５の開閉動作の関係を示す図
であり、同図中の〜は下記の丸付き数字に対応して
いる。 ワークステージＷＳにワークＷがなく、シャッタ５
も閉じて光照射装置１０から露光光を出射していないと
き、ランプ１を例えば定格の７０％の電力でスタンバイ
点灯する（図４の）。ランプ１からの光はシャッタ５
により遮光され、光照射装置１０から露光光は出射され
ていない。ワーク搬送手段７によって、処理前ワークＷ
がワークステージＷＳに搬入される。次いで、アライメ
ント顕微鏡８によりマスクＭに印されたマスクアライメ
ントマークとワークＷに印されたワークアライメントマ
ークを検出し、マスクＭとワークＷの位置合せを行う。

【００１８】 次に露光処理を行うが、シャッタ５を
開く前に露光装置制御部１５によりランプ電源回路１２
に設けられた切換回路１２ａの電力切換スイッチ２７ｃ
（図３参照）を切換え、ランプ１を、スタンバイ点灯か
ら定格の点灯状態であるフル点灯に切り替える（図４の
）。これは、電力を定格の７０％入力から定格に切り
替えたとき、照度が定格を入力した所定の値にまで上昇
するのに、約０．５秒かかるためである。すなわち、シ
ャッタ閉と同時に電力を切り替えたのでは、露光初期に
おいて、ワークを所定の照度で露光することができな
い。

【００１９】 シャッタコントローラ１３によりシャ
ッタ５を開き、露光光を光照射装置１０から出射させ、
マスクＭを介してワークＷに露光光を照射してワークＷ
を一括露光する。露光時間は１〜５秒である（図４の
）。 露光処理終了後、シャッタコントローラ１３はシャ
ッタ５を閉じるとともに、切換回路１２ａの電力切換ス
イッチ２７ｃを切換え、ランプ１をスタンバイ点灯に切
り替える（図４の）。 次いで、露光処理の終了したワークＷをワークステージ
ＷＳより搬出し、未露光ワークを搬入する。「露光済ワ
ークのワークステージからの搬出し→露光処理前ワーク
の搬入→マスクとワークの位置合せ」にかかる時間は約
２０秒である。したがって、「フル点灯１〜５秒→スタ
ンバイ点灯２０秒」を繰り返すこととなる。

【００２０】（２）基板を分割して露光する装置の場
合。 図１および前記図８に示した露光装置において、ワーク
の分割して露光する場合には次のようにしてランプの点
灯を制御する。また、図５は分割露光におけるランプ入
力電力の切換えとシャッタ５の開閉動作の関係を示す図
であり、同図中の〜は下記の丸付き数字に対応して
いる。 上記一括露光の場合と同様にワークステージＷＳに
ワークＷがなく、シャッタ５も閉じて光照射装置１０か
ら露光光を出射していないとき、ランプ１を例えば定格
の７０％の電力でスタンバイ点灯する（図５の）。ラ
ンプ１がスタンバイ点灯の状態で、ワーク搬送手段７に
よってワークＷをワークステージＷＳヘ搬入し、アライ
メント顕微鏡８により前記したようにワーク１の分割し
た露光領域とマスクＭとの位置合わせを行なう。

【００２１】 露光装置制御部１５によりランプ電源
回路１２に設けられた切換回路１２ａの電力切換スイッ
チ２７ｃ（図３参照）を切換え、ランプ１をスタンバイ
点灯から定格の点灯状態であるフル点灯に切り替える
（図５の）。 シャッタコントローラ１３はシャッタ５を開き、露
光光を光照射装置１０から出射させ、マスクＭを介して
ワークＷに露光光を照射して、ワークＷの所定の領域を
露光する。露光時間は１〜２秒である（図５の）。 露光処理終了後、シャッタ５を閉じ、次の露光領域が
露光できるように、ワークステージＷＳを移動させる。
ワークＷが次の露光領域に達すると、前記したようにマ
スクＭとワークＷの位置合わせを行なう。この移動と位
置合せに要する時間は１〜２秒である。この間ランプ電
力の切替は行なわない（図５の）。１〜２秒間隔でラ
ンプ電力を切り替えると、電極が磨耗しやすくなり、む
しろランプ１が短寿命化するためである。

【００２２】位置合せ終了後、シャッタ５を開いて所
定の領域を露光する（図５の）。これを分割数だけ繰
り返す。 すべての露光領域について露光処理が終了すると、
シャッタコントローラ１３はシャッタ５を閉じ、また、
ランプ電源回路１２に設けられた切換回路１２ａを切換
え、ランプ１をスタンバイ点灯に切り替える。露光処理
の終了したワークＷをワークステージＷＳより搬出し、
未露光ワークＷを搬入する。処理済ワークＷの搬出→処
理前ワークＷの搬入→マスクＭとワークＷの第１領域の
位置合せに要する時間は、上記一括露光の場合と同様に
約２０秒である。したがって、「フル点灯数秒〜数十秒
（ひとつの基板から製作されるフィルタの個数による）
→スタンバイ点灯２０秒」を繰り返すこととなる。

【００２３】以上の実施例では、スタンバイ点灯状態に
おけるランプ電力を定格の７０％ととしたが、これは次
の理由による。ランプの初期照度を１００％、この照度
が７０％に低下したときをランプ寿命とし、定格の入力
電力が８ｋＷであるランプについて定格電力にて連続点
灯した場合の寿命時間を１としたとき、定格電力（８ｋ
Ｗ）での点灯と定格の７０％（５．６ｋＷ）での点灯と
を１分ごとに交互に繰り返した場合のトータルの寿命時
間を調べた。その結果、該寿命時間は、図６に示すよう
に１．４になった。なお、図６において、縦軸は初期照
度を１００％としたときのランプの放射照度、横軸はラ
ンプ寿命を１としたときの点灯時間比であり、ａは定格
電力で連続点灯させた場合の照度変化、ｂは定格電力に
よる点灯と定格の７０％の電力による点灯を１分毎に交
互に繰り返した場合の照度変化である。図６の結果から
明らかなように、スタンバイ点灯状態におけるランプ電
力を定格の７０％とすると、ランプ寿命は１．４倍とな
り、ランプの長寿命化を図ることができる。

【００２４】なお、スタンバイ点灯のランプ電力は定格
の７０％に限られるものではない。すなわち、光源部で
ある光照射装置においては、前記図２に示したようにラ
ンプ点灯時、集光鏡は排風により、ランプの口金部分は
冷却風を吹きつけて強制冷却をしている。一方、ランプ
の発光部付近の封体は、前記したようにある温度以上に
保つ必要がある。したがって、冷却量が大きい場合にス
タンバイ点灯時のランプ電力を小さくしすぎるとランプ
を安定して点灯させることができないが、冷却量が小さ
い場合には、スタンバイ点灯時のランプ電力を小さくし
てもランプの点灯を維持することができる。このため、
スタンバイ点灯のランプ電力は、光照射装置の冷却条件
とランプの封体温度を測定し適宜設定するのが望まし
い。

【００２５】各種ランプと光照射装置で測定を行なった
結果、ランプがフル点灯している時の冷却条件を変えず
に、ランプ封体を適切な温度に保つことができ、ランプ
の長寿命化が図れるスタンバイ時のランプ電力は、定格
電力の５０〜８０％であることが分った。なお、ランプ
の冷却条件をフル点灯の時と、スタンバイ点灯の時とで
変更するようにすれば、スタンバイ時のランプ電力の範
囲はさらに広くすることも可能である。しかし、冷却風
量の制御が必要になるので、制御系が複雑になる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明においては、
以下の効果を得ることができる。 （１）大型の液晶基板の露光に用いる露光装置におい
て、露光装置がワークの搬出・搬入、マスクとワークの
位置合わせなど、露光処理を行っていないときには、ラ
ンプの入力を定格電力よりも小さくして点灯し、トータ
ルのランプ寿命を長くしたので、１露光当たりのコスト
を低減できる。 （２）装置としての消費電力が少なくすることができ、
省電力とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の光照射装置の制御系の構成を
示す図である。

【図２】ランプ冷却系の一例を示す図である。

【図３】ランプ電源回路の実施例を示す図である。

【図４】一括露光におけるランプ入力電力の切換えとシ
ャッタの開閉動作の関係を示す図である。

【図５】分割露光におけるランプ入力電力の切換えとシ
ャッタの開閉動作の関係を示す図である。

【図６】ランプの点灯時間とランプの放射照度との関係
を示す図である。

【図７】液晶カラーフィルタの例を示す図である。

【図８】本発明が適用される露光装置の構成を示す図で
ある。

【符号の説明】

１ ランプ ２ 集光鏡 ３ 第１平面鏡 ４ インテグレータレンズ ５ シャッタ ６ コリメータミラー ９ 冷却手段 ９ａ 冷却ノズル １０ 光照射装置 １１ 制御部 １２ ランプ電源回路 １２ａ 切換回路 １３ シャッタコントローラ １４ 冷却風コントローラ １５ 露光装置制御部 ２１ 整流・平滑回路 ２２ スイッチング回路 ２３ トランス ２４ 整流・平滑回路 ２５ 電力測定回路 ２６ スタータ ２７ 電力制御回路 ２７ａ デューティ制御回路 ２７ｂ 比較器 ２７ｃ 電力切換スイッチ ２７ｄ スタンバイ点灯基準電力値発生器 ２７ｅ フル点灯基準電力値発生器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 大型基板の露光に用いる露光装置におけ
   るランプの点灯電力制御方法であって、 ワークである基板の露光処理後、処理済ワークの露光処
   理部からの搬出、未処理ワークの露光処理部への搬入、
   および、露光処理部でのワークの位置合せを行なってい
   る間は、ランプに入力する電力を定格電力よりも小さく
   した状態で点灯させることを特徴とする露光装置におけ
   るランプ点灯制御方法。