(57)【要約】【課題】  タクトタイムをほぼ一定にできると共に、光源の有効利用を図り、光源全体としての寿命を延ばすことができる照明光学系の使用方法を提供する。【解決手段】  最初に３５個の光源のうち図で０と書かれている２４個を点灯する。200時間経過すると光量が低下するので、新たに１と書かれている光源を追加点灯する。400時間経過後、新たに２と書かれている光源を追加点灯する。このようにして、2000時間が経過するまで、数字の順に新しい光源を追加点灯していく。これにより、光源の高度の変化が小さく抑えられ、2000時間経過した後でも、まだ使用可能な光源が残るので、効率良く光源を使用することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用時間の経過と共に光量が低下する光源を複数用い、前記複数の光源からの光により同一の照明領域を照明する照明光学系の使用方法であって、前記照明領域の照明に必要とされる光量を照射するために必要な個数の光源より多くの個数の光源を用意し、最初はそのうちの一部の光源であって、前記照明領域の照明に必要とされる光量を照射するために必要な個数より多くの個数の光源のみを使用して照明を行い、所定時間が経過する毎に、光源の使用時間の経過による光量の低下を補うだけの未使用の光源を、順次追加使用するようにすることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項２】
請求項１に記載の照明光学系の使用方法を行った結果、最初に未使用であった光源を全部、又は予備光源を残して全部使用した状態で前記所定時間が経過した後、最初に使用していた光源を新品に交換すると共に、交換した光源のみを使用して照明を行い、所定時間が経過する毎に、光源の使用時間の経過による光量の低下を補うだけの光源を、請求項１に記載の照明光学系の使用方法において後から追加使用した光源から順に、順次追加使用するようにすることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項３】
請求項２に記載の照明光学系の使用方法において、最初に使用していた光源を交換することに代えて、最初に使用していた光源に加え、最初から所定時間経過するまでに新たに使用を開始した光源を新品に交換することを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項４】
請求項２に記載の照明光学系の使用方法において、未使用の光源を追加使用しても、その後前記所定時間が経過するまで必要な照度が保てないときは、追加する光源を新品に代えて追加することを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項５】
順次追加使用される光源の個数は、前記照明領域での照度が、最初の使用状態における照度に近い照度が得られるような個数とされ、前記所定時間が、順次追加使用される光源の個数が一定個数になるように定められていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の照明光学系の使用方法。
【請求項６】
順次追加使用される光源の個数は、前記照明領域での照度が、最初の使用状態における照度に近い照度が得られるような個数とされ、前記所定時間は一定時間であって、順次追加使用される光源の個数が可変とされていることを特徴とする請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の照明光学系の使用方法。
【請求項７】
請求項５に記載の照明光学系の使用方法であって、前記複数の光源が軸対称となるように配置され、対称軸上に配置された光源（中心光源）を有し、前記一定個数が１個である照明光学系の使用方法において、使用される光源の個数が偶数個であるときは、前記中心光源を使用せず、使用される光源が軸対称になるようにし、使用される光源の個数が奇数個であるときは、前記中心を使用し、使用される光源が軸対称になるようにすることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項８】
請求項５に記載の照明光学系の使用方法であって、前記複数の光源が点対称となるように配置され、対称の中心に配置された光源（中心光源）を有し、前記一定個数が１個である照明光学系の使用方法において、使用される光源の個数が偶数個であるときは、前記中心光源を使用せず、使用される光源が軸対称になるようにし、使用される光源の個数が奇数個であるときは、前記中心光源を使用し、使用される光源が軸対称になるようにすることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項９】
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の照明光学系の使用方法であって、前記光源の各々は、前記照明領域をケーラー照明するものであることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項１０】
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の照明光学系の使用方法であって、前記光源の各々は、光インテグレーターに集光されて、前記光インテグレータが２次光源を形成し、前記２次光源からの出射光が、前記照明領域をケーラー照明するものであることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項８のうちいずれか１項に記載の照明光学系の使用方法であって、前記光源からの光は各光源に対応する光ファイバの端面に集光され、前記各光ファイバの他の端面は、集合されてランダム配置されて２次光源を形成するか、ファイバランダム配置変換装置に結合されて、当該ファイバランダム配置変換装置の出力側の光ファイバが集合されて２次光源を形成し、前記２次光源からの出射光が、前記照明領域をケーラー照明するものであることを特徴とする照明光学系の使用方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のうちいずれか１項に記載の照明光学系の使用方法により、マスクを照明し、マスクに形成されたパターンに応じて、基板上に形成されたレジストを感光させる工程を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用時間の経過と共に光量が低下する光源を複数用い、前記複数の光源からの光を重ね合わせて同一の照明領域を照明する照明光学系の使用方法、及びそれを使用したフラットパネルディスプレイの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＣＲＴディスプレイから、液晶やプラズマディスプレイ等の薄型ＦＰＤ（フラット・パネル・ディスプレイ）への移行が急激に進んでいる。どのようなＦＰＤの生産工程にも、光学フィルタや導電膜等のパターンニング露光工程が必要であり、この露光工程では、パターンが形成されたマスクを、レジストを塗布したＦＰＤに密着又は近接させ、マスクを照明装置で照明することが行われている。このような露光のために、効率の良い照明装置の開発が行われている。
【０００３】
ＦＰＤの生産効率を上げるために、ガラス基板は設備ラインの更新とともに大きなサイズに代わってきている。ＦＰＤの生産では、ガラス基板の１枚ごとのバッチ処理が多くの工程で必要になる。例えば真空を必要とするスパッタリング工程では、スパッタリング装置へのガラス基板搬入→真空排気→スパッタリング→環境気圧への吸気→ガラス基板の搬出という一連の工程がバッチ処理で行われるために、小さなガラス基板より、大きなガラス基板で処理する方が、生産効率が上がる。
【０００４】
２００４年の生産ラインには第６世代（1850mm×1500mm）用の設備が計画されている。２００６年には第７世代（2200mm×1850mm）が要求されている。４２インチテレビのサイズは930mm×523mmであるので、第７世代ガラス基板では、基板１枚から８面が取れ、５０インチのテレビサイズ1107mm×623mmのものは６面取れる。
【０００５】
ＦＰＤパターン用露光機においては、ランニング時の露光面照度がｉ線照度計で、２０mW/cm２以上であることが要求されている。一方、露光機に使われる超高圧水銀ランプの照度は、タングステン電極の気化によるランプバルブ内壁への付着による透過率劣化と、電極の気化により電極間隔が広がり集光効率の劣化により、700時間で当初照度の７０％へ劣化する。
【０００６】
従って、ランプ交換までの使用時間を700時間とした場合、２０/0.7＝28.6mw/cm２が必要な初期照度となる。２０mW/cm２のランニング照度を確保するために、550mm×650mmのＰＣＢ(プリント基板)平行光露光機では８ｋＷ超高圧水銀ランプが使われてきた。ＦＰＤ用露光機の基本構成はＰＣＢ平行光露光機と同じであるため、ＰＣＢ平行光露光機の照度とランプ入力から、ＦＰＤ用露光機で２０mW/cm２のランニング照度を確保するための必要ランプ入力を推測すると、第５世代（1,100mm×1,300mm）で３２ｋＷ、第６世代（1,500mm×1,850mm）で６２ｋＷ、第７世代（1,850mm×2,200mm）で９１ｋＷ、第８世代（2,200mm×2,600mm）で１２８ｋＷの超高圧水銀ランプが必要となり、これらを使用した場合には、いずれも28.6kW／cm２の初期照度、２０kW／cm２の寿命末期（700時間経過）照度が得られる。
【０００７】
しかしながら、現在多用されている超高圧水銀ランプのパワーは１〜８kWであり、ようやく１６kWのものが開発されて使用されるようになったばかりであって、ＦＰＤ用露光機に必要とされる大パワーの超高圧水銀ランプを得ることは困難である。そこで、本発明者は、複数の小電力超高圧水銀ランプを使用し、これらをインテグレータに集光させて２次光源を形成し、この２次光源により効率良くマスクを照明する装置を発明し、特願２００３−１６１２３３号として特許出願している（「先願発明」と称する。なお、本願出願時においては公知でない。）。この発明によれば、小型の超高圧水銀ランプを使用可能であると共に、光の集光効率が良いので、同じ消費電力の大型の超高圧水銀ランプ１台を使用した場合よりも、高い照度を実現することが期待できる。
【０００８】
このように、複数の超高圧水銀ランプを使用し、各々の超高圧水銀ランプからの光を集光して使用する場合、160Wの超高圧水銀ランプを使用すると、第６世代ＦＰＤに対しては374個、第７世代ＦＰＤに対しては572個、第８世代ＦＰＤに対しては774個の超高圧水銀ランプが必要となる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
一方、ＦＰＤの生産工程においては、露光工程に要するタクトタイムが一定であることが望ましい。よって、超高圧水銀ランプを初期に７０％で点灯して、寿命末期に１００％となるような入力電力のコントロールが望ましいが、所定値よりも低い電力では水銀が充分蒸発せず発光スペクトルが代わってしまうとともに、電流を小さくすると放電が不安定になったり、立ち切れするため、電力の制御は難しい。
【００１０】
従って、前記先願発明においても、寿命末期において必要照度が確保できるだけの個数の超高圧水銀ランプを用い、超高圧水銀ランプの使用初期には露光時間を短く、使用時間が経過するに従って露光時間を長くするような露光方法を採用することを前提としており、タクトタイムが一定とならないという問題点があった。
【００１１】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、先願発明の使用方法を改良し、タクトタイムをほぼ一定にできると共に、光源の有効利用を図り、光源全体としての寿命を延ばすことができる照明光学系の使用方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記課題を解決するための第１の手段は、使用時間の経過と共に光量が低下する光源を複数用い、前記複数の光源からの光により同一の照明領域を照明する照明光学系の使用方法であって、前記照明領域の照明に必要とされる光量を照射するために必要な個数の光源より多くの個数の光源を用意し、最初はそのうちの一部の光源であって、前記照明領域の照明に必要とされる光量を照射するために必要な個数より多くの個数の光源のみを使用して照明を行い、所定時間が経過する毎に、光源の使用時間の経過による光量の低下を補うだけの未使用の光源を、順次追加使用するようにすることを特徴とする照明光学系の使用方法（請求項１）である。
【００１３】
本手段においては、光源装置に設ける光源の個数としては、ランプを交換するまでの時間が経過したときに、照明領域において必要照度が得られるだけの個数を使用するが、それらのランプを最初から全部使用するのでなく、一部の光源であって、前記照明領域の照明に必要とされる光量を照射するために必要な個数以上の光源のみを使用して照明を行い、所定時間が経過する毎に、光源の使用時間の経過による光量の低下を補うだけの未使用の光源を、順次追加使用するようにする。これにより、使用される光源の数が少なくなり、その分光源全体としての寿命を延ばすことができる。
さらに、光源装置で使われる光源も少なくでき、かつ、タクトタイムをほぼ一定に保つことが可能となる。
【００１４】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である照明光学系の使用方法を行った結果、最初に未使用であった光源を全部、又は予備光源を残して全部使用した状態で前記所定時間が経過した後、最初に使用していた光源を新品に交換すると共に、交換した光源のみを使用して照明を行い、所定時間が経過する毎に、光源の使用時間の経過による光量の低下を補うだけの光源を、請求項１に記載の照明光学系の使用方法において後から追加使用した光源から順に、順次追加使用するようにすることを特徴とする照明光学系の使用方法（請求項２）である。
【００１５】
本手段においては、前記第１の手段で使用時間の少なかった光源から順に使用が開始されるので、光源の使用時間を均一化することができ、光源全体としての寿命をさらに延ばすことができる。
【００１６】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第２の手段において、最初に使用していた光源を交換することに代えて、最初に使用していた光源に加え、最初から所定時間経過するまでに新たに使用を開始した光源を新品に交換することを特徴とする照明光学系の使用方法（請求項３）である。
【００１７】
前記第２の手段においては、前記第１の手段を行った後、最初に使用していた光源を新品に交換すると共に、交換した光源のみを使用して照明を行い、所定時間が経過する毎に、光源の使用時間の経過による光量の低下を補うだけの未使用の光源を、前記第１の手段で後から追加使用した光源から順に、順次追加使用するようにしている。
【００１８】
この場合、順次追加使用される光源は、前記第１の手段の場合と異なり、新品ではなく既に何時間か使用済みのものであるので、最初から光量が少なく、特に後から追加されるものは長時間使用済みであるので、光量の増加が特に少なくなって、最後には、追加することによって最初は必要な照度があっても、前記所定時間中に必要な光量がなくなる可能性がある。
【００１９】
本手段においては、このようなことを見越して、第１の手段において最初から使用されていた光源に加え、最初から所定時間経過するまでに追加使用された光源も新品交換するようにしているので、全体として使用時間を長くすることができる。
【００２０】
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第２の手段において、未使用の光源を追加使用しても、その後前記所定時間が経過するまで必要な照度が保てないときは、追加する光源を新品に代えて追加することを特徴とする照明光学系の使用方法（請求項４）である。
【００２１】
本手段においては、前記第３の手段の説明において示した問題点に対処するために、未使用の光源を追加使用しても、その後前記所定時間が経過するまで必要な照度が保てないときは、追加する光源を新品に代えて追加するようにしているので、前記第３の手段と同じ結果となり、同じ作用効果を奏することができる。
【００２２】
前記課題を解決するための第５の手段は、前記第１から第４の手段のいずれかであって、順次追加使用される光源の個数は、前記照明領域での照度が、最初の使用状態における照度に近い照度が得られるような個数とされ、前記所定時間が、順次追加使用される光源の個数が一定個数になるように定められていることを特徴とするもの（請求項５）である。
【００２３】
前記課題を解決するための第６の手段は、前記第１から第４の手段のいずれかであって、順次追加使用される光源の個数は、前記照明領域での照度が、最初の使用状態における照度に近い照度が得られるような個数とされ、前記所定時間は一定時間であって、順次追加使用される光源の個数が可変とされていることを特徴とするもの（請求項６）である。
【００２４】
前記課題を解決するための第７の手段は、前記第５の手段であって、前記複数の光源が軸対称となるように配置され、対称軸上に配置された光源（中心光源）を有し、前記一定個数が１個である照明光学系の使用方法において、使用される光源の個数が偶数個であるときは、前記中心光源を使用せず、使用される光源が軸対称になるようにし、使用される光源の個数が奇数個であるときは、前記中心を使用し、使用される光源が軸対称になるようにすることを特徴とするもの（請求項７）である。
【００２５】
本手段においては、照明光の入射方向の偏りを無くすことができる場合がある。
【００２６】
前記課題を解決するための第８の手段は、前記第５の手段であって、前記複数の光源が点対称となるように配置され、対称の中心に配置された光源（中心光源）を有し、前記一定個数が１個である照明光学系の使用方法において、使用される光源の個数が偶数個であるときは、前記中心光源を使用せず、使用される光源が軸対称になるようにし、使用される光源の個数が奇数個であるときは、前記中心光源を使用し、使用される光源が軸対称になるようにすることを特徴とするもの（請求項８）である。
【００２７】
本手段においても、照明光の入射方向の偏りを無くすことができる場合がある。
【００２８】
前記課題を解決するための第９の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、前記光源の各々は、前記照明領域をケーラー照明するものであることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００２９】
本手段においては、光源の各々は、前記照明領域をケーラー照明するものであるので、各々の光源を使用したり使用しなかったりしても、前記照明領域には照明ムラが発生しにくい。
【００３０】
前記課題を解決するための第１０の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、前記光源の各々は、光インテグレーターに集光されて、前記光インテグレータが２次光源を形成し、前記２次光源からの出射光が、前記照明領域をケーラー照明するものであることを特徴とするもの（請求項１０）である。
【００３１】
本手段においては、インテグレータを使用して２次光源を使用しているので、各々の光源を使用したり使用しなかったりしても、前記照明領域には照明ムラが、さらに発生しない。
【００３２】
前記課題を解決するための第１１の手段は、前記第１の手段から第８の手段のいずれかであって、前記光源からの光は各光源に対応する光ファイバの端面に集光され、前記各光ファイバの他の端面は、集合されてランダム配置されて２次光源を形成するか、ファイバランダム配置変換装置に結合されて、当該ファイバランダム配置変換装置の出力側の光ファイバが集合されて２次光源を形成し、前記２次光源からの出射光が、前記照明領域をケーラー照明するものであることを特徴とするもの（請求項９）である。
【００３３】
本手段においては、各光源の光を光ファイバを使用して伝送しているので、集光手段が簡単になると共に、２次光源の位置を可動にすることが容易である。さらに、ファイバの一端をランダムに配置しているか、ファイバランダム配置変換装置を使用しているので、ケーラー照明と相まって、各々の光源を使用したり使用しなかったりしても、前記照明領域には照明ムラが発生しない。
【００３４】
前記課題を解決するための第１２の手段は、前記第１の手段から第１１の手段のいずれかである照明光学系の使用方法により、マスクを照明し、マスクに形成されたパターンに応じて、基板上に形成されたレジストを感光させる工程を有することを特徴とするフラットパネルディスプレイの製造方法（請求項１２）である。
【００３５】
本手段によれば、露光に要するタクトタイムをほぼ一定に保ちながら、光源を効率良く使用して、フラットパネルディスプレイを製造することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上説明したように、本発明によれば、タクトタイムをほぼ一定にできると共に、光源の有効利用を図り、光源全体としての寿命を延ばすことができる照明光学系の使用方法、及びそれを使用したフラットパネルディスプレイの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。実際には、前述のように、160Wの超高圧水銀ランプを使用した場合、第７世代のＦＰＤに対して572個の光源を必要とするが、説明を簡単化するために、以下の説明においては、５段×７列の３５個のランプを組み込んだ光源装置を使用するものとして説明する。
【００３８】
図１は、本発明の実施の形態を適用する照明光学系の例を示す図である。光源装置１には、５段×７列の超高圧水銀ランプ１ａが取り付けられており、球面上に配置されている。各々の超高圧水銀ランプ１ａからの放出光は、ほぼ平行光とされており、インテグレータ２の一端面２ａに向かって照射されている。すなわち、端面２ａは、前記球面の中心位置にその中心を有する。この例においては、インテグレータ２として、フライアイレンズを使用している。
【００３９】
従って、インテグレータ２の他の端面２ｂから出射される光は、フライアイレンズの各要素レンズを２次光源として放出される。この光は、凹面鏡３で反射され、露光面４上を照明する。凹面鏡３の前側焦点位置がインテグレータ２の端面２ｂとなっており、後側焦点位置が露光面４となっているので、露光面４を照明する照明光はケーラー照明となる。
【００４０】
このように、各５段×７列の超高圧水銀ランプ１ａから放出される光は、インテグレータ２の作用とケーラー照明光学系の作用により、２重に混合されるので、各々の超高圧水銀ランプ１ａに照明ムラがあったり、超高圧水銀ランプ１ａの一部が消えていたりしても露光面４においては照明ムラはほとんど発生しない。
【００４１】
図２は、光源装置１の詳細図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）、（ｃ）は断面図（ハッチングを省略）である。図に示すように、合計３５個の超高圧水銀ランプ１ａが球面上に配列され光源装置１を構成している。
【００４２】
160W×３５個＝5.6kWの新しい超高圧水銀ランプ１ａを点灯すると、露光面４では３５mW/cm２の初期照度が得られるとする。しかし各超高圧水銀ランプ１ａは点灯時間を経ると、放電アーク長が長くなったり、電極のタングステンが管内壁に蒸着付着し、露光面照度は減衰する。ここでは、各超高圧水銀ランプ１ａの光量は2000時間で初期光量の６０％、すなわち２１mW/cm２まで、時間にリニアーに減衰すると仮定する。すると、初期光量を１とした場合の、使用時間と相対光量との関係は、表１で示されるようになる。
（表１）
【００４３】
【表１】
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【００４４】
ＦＰＤ生産では、各工程の処理時間が一定であることが望ましく、2000時間使用後の照度を基準にした工程が組まれる。そして、３５個の超高圧水銀ランプ１ａを常時点灯させ、2000時間経過して照度が２１mW/cm２となったときに、全数の超高圧水銀ランプ１ａの交換を行っていた。
【００４５】
これに対して、第１の実施の形態では、200時間毎に超高圧水銀ランプ１ａの点滅を切り換えることにし、切り換え寸前の照度を、少し余裕を見て２２mW／cm２以上に保つものとする。そして、後に計算されるように、長時間経過したときのことを考え、最初の200時間経過時において、２３mW／cm２となるようにすると、表１より、200時間経過後には照度は初期照度の９６％に低下するので、初期に点灯すべき超高圧水銀ランプ１ａは、２３／0.96＝23.9となり、切り上げて２４個である。
【００４６】
この状態で200時間が経過すると、照度は、２３mW／cm２に低下するので、新しく超高圧水銀ランプ１ａを１個点灯する。すると、照度は、（２３＋１）＝２４mW／cm２に回復する。さらに200時間が経過すると、全体の照度は、表１から、２４×0.92＋0.96＝23.04mW／cm２に低下するので、新しく超高圧水銀ランプ１ａを１個点灯すると、照度は24.04mW／cm２に回復する。さらに200時間が経過すると、全体の照度は、表１から、２４×0.88＋0.92＋0.96＝２３mW／cm２に低下するので、新しく超高圧水銀ランプ１ａを１個点灯すると、照度は２４mW／cm２に回復する。
【００４７】
以下、これを繰り返し、200時間経過毎に新しく超高圧水銀ランプ１ａを１個点灯していくと、2000時間目に、３４個の超高圧水銀ランプ１ａが点灯した状態で、22.6mW／cm２となる。なお、３５個の超高圧水銀ランプ１ａのうち１個は、点灯すべき超高圧水銀ランプ１ａが玉切れ等を起こしたときの予備としておくものとする。このようにすると、２４mW／cm２から22.6mw/cm２の小さな変動幅で、露光照度が制御できる。よって、タクトタイムをほぼ一定に保つことが容易となり、従来は2000時間経過後に全数の超高圧水銀ランプ１ａを取り替えていたのに、まだ、使用時間の短い状態の超高圧水銀ランプ１ａが残ったままとなっている。ここまでを第１工程と称する。
【００４８】
次の2000時間（第２工程と称する）では、このことに着目し、使用時間の短い超高圧水銀ランプ１ａを有効活用するように、以下の手順により点灯制御を行う。
【００４９】
まず、第１工程で最初から点灯していた２４個の超高圧水銀ランプ１ａを全数交換し、これを点灯させる。この状態で２００時間経過したら、第１工程で最後に点灯させた超高圧水銀ランプ１ａを１個追加点灯する。すると照度は、（２４×0.96＋0.96）＝２４mW／cm２に回復する。さらに200時間が経過すると、全体の照度は、表１から、（２４×0.92＋0.92）＝２３mW／cm２に低下するので、第１工程で最後から２番目に点灯させた超高圧水銀ランプ１ａを１個点灯すると、照度は（２３＋0.92）＝23.92mW／cm２に回復する。このようにして、200時間経過する毎に、第１工程において点灯させた超高圧水銀ランプ１ａを、第１工程において点灯させた順と逆の順に点灯させていく。このようにして、３５個（又は予備を除いた３４個）の超高圧水銀ランプ１ａを全部点灯させても、２２mW／cm２の照度が得られなくなるまで、200時間が経過する毎に、１個ずつ超高圧水銀ランプ１ａを点灯する作業を繰り返す。
【００５０】
このときの超高圧水銀ランプ１ａの点灯の様子を図３に示す。図３において、数字が書き込まれている位置の超高圧水銀ランプ１ａが点灯している。数字の０は、最初から点灯している超高圧水銀ランプ１ａを示し、各１〜９の数字は、それをｉとすると、第１工程において、第ｉ回目の200時間が経過したときに点灯された超高圧水銀ランプ１ａを示す。「予」と書かれているのは予備の超高圧水銀ランプ１ａである。
【００５１】
図示されているように、第２工程において、2000ｈ〜2200ｈにおいては、第１工程の最初に点灯していた超高圧水銀ランプ１ａを全数交換した上で、これらを点灯し、後は、200時間経過する毎に数字の９から順に降順に超高圧水銀ランプ１ａを点灯している。なお、実際には、第２工程においては、第１工程と違い、新しく点灯される超高圧水銀ランプ１ａが既に何時間か使用したものであるので、4000時間までは使用することができないが、便宜上図示している。なお、最初の過程で余裕を見ているので、照度が２１mW/cm２となる限界まで使用するようにしてもよい。
【００５２】
なお、あらかじめ、このようなことが発生するのを見越して、第１工程の最初に点灯していた図３において０で示される２４個の超高圧水銀ランプ１ａに加えて、１で示される超高圧水銀ランプ１ａ、２で示される超高圧水銀ランプ１ａ、…の順に、必要数の超高圧水銀ランプ１ａを新品に交換しておけば、4000時間まで、光源装置を使用することができる。このように、予め交換を行う代わりに、上記必要数のランプを点灯する時点で新品に交換して点灯しても同じ結果が得られることはいうまでもない。
【００５３】
なお、以上の例においては、一定時間が経過するごとに１個という一定個数の光源を点灯しているが、場合によっては、全体の照度の低下を補うのに必要な光源の個数が、時間の経過と共に変化する場合がある。このような場合にも、シミュレーションや実験により、必要な追加点灯する光源の個数を予め決めておき、所定時間が経過する毎に、対応する個数の光源を追加点灯すればよい。これと逆に、一度に追加点灯する光源の数を決めておき、追加点灯する時間を可変としてもよい。
【００５４】
以下、本発明の第２の実施の形態を、図４を用いて説明する。図４は、本発明の第２の実施の形態である照明光学系の使用方法を適用する装置の概要図である。これは、レチクル面を照明し、レチクルに形成されたパターンをウエハに投影して露光する露光装置に用いられるものである。
【００５５】
図４において５は光源装置であり、光源装置５の中には超高圧水銀ランプと楕円ミラーとからなる光源５ａと、フィルタ５ｂが内蔵されている。光源５ａにおいては、楕円ミラーの一つの焦点位置に超高圧水銀ランプが位置し、他の焦点位置が光ファイバ６の端面に位置するようになっている。よって、光源５ａからの光は、光ファイバ６の端面に集光される。１本の光ファイバ６は、多数本の細い単位光ファイバを束ねたものである。
【００５６】
この例においては１１個の光源装置５を使用しており、各々の光源装置５に接続された光ファイバ６はファイバランダム配置ボックス７に接合され、ここで、各々の光ファイバ６の単位光ファイバがランダムに配置されたものに変換され、出力側の光ファイバ８に導かれる。
【００５７】
光ファイバ８は、他側の端面が、矩形となるように配列されることにより、矩形の２次光源９を形成する。この場合、２次光源の大きさは５５mm×8.8mmである。ファイバランダム配置ボックス７の作用により、各光源装置５からの光が２次光源９においてはランダム配置されるので、特定の光源装置５が消灯しても、２次光源９においては全体の照度が下がるだけで、照度ムラが生じない。
【００５８】
２次光源９からの出力光は、図示を省略した照明インテグレータ、コンデンサレンズ等を介して、レチクル等の照明領域１０を照明する。この例では、照明領域１０の大きさは、110mm×17.6mmとし、そのうち、100mm×16mmの範囲を有効照明領域としている。
【００５９】
光源装置５の出力を160Wであるとし、光ファイバ６の入射端が7.5mmφであると、出射端で3,000mWの、波長が436nmから365nmまでの紫外光パワーが得られる。
【００６０】
１１個の光源装置５の各々に7.5mmφ(断面積=44.18mm２)の光ファイバ６をセットし、図４に示すような構成で２次光源９を形成する。出射端で１１本のファイバがランダムに５５mm×8.8mm(断面積＝484mm２=１１×４４mm２)の断面積を持つようにし、この矩形のファイバ束出射端を２次光源にすると、紫外光パワーは33,000mwになる。
【００６１】
フライアイレンズなどの照明インテグレータの効率を８０％、コンデンサーレンズの効率を８０％とすると、レチクル面での紫外光パワーは33,000mw×0.8×0.8／（１１×1.76）＝1090.9mW／cm２となる。投影光学系の効率を８０％とすると、872.7mW/cm２の紫外光パワーが、ウエハ等の露光面に与えられる。
【００６２】
光源５ａは点灯時間を経ると、放電アーク長が長くなったり、電極のタングステンが管内壁に蒸着付着し、露光面照度が減衰する。時間の経過に対する照度の減衰の割合を、初期照度を１として表２に示す。すなわち、各光源５ａの光量は、2800時間使用したときに初期光量の６０％となるように減少するものとする。
（表２）
【００６３】
【表２】
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１１個の光源装置５を全部使用すると、1台の光源装置５あたりの露光面照度は79.336mw/cm２なので、初期露光面照度は、前述のように872.7mw/cm２になるが、本実施の形態においては、このうち８個の光源装置５を当初から使用することにしている。すなわち、０時間から875時間までは８個の光源装置５を点灯させると、０時間では634.7mw/cm２の照度が、875時間で555.4mw/cm２に低下する。
【００６４】
そこで、875時間経過したときに、１個の光源装置５を追加点灯すると、露光面照度は（555.4＋79.336）＝634.7mw/cm２に復帰する。同じように、1641時間目と2311時間目に、それぞれ１個の光源装置５の追加点灯を繰り返すと、追加点灯前の最低露光面照度は555.4mw/cm２になる。よって、これをランニング照度として生産工程を構築すると、露光面照度の変化は634.7〜555.4mw/cm２の範囲に抑えられ、2800時間の間露光を行うことができる。
【００６５】
さらに、2800時間使用したにもかかわらず、2800-1925=875時間使用可能な光源５ａが１個、2800-1159=1641時間使用可能な光源５ａが1個、2800-489=2311時間使用可能光源５ａが１個残り、次のサイクルに利用できる。
【００６６】
仮にはじめから１１個の光源装置５を点灯し、初期に872.7mw/cm２の照度を得て露光工程のタクトタイムを短くしても、他の生産工程のタクトタイムに合わせなければならず、工程全体のタクトタイムを短くすることにつながらない。また2800時間後には、全体の光量が初期の６０％である380.8mw/cm２になり、他の生産工程のタクトタイムの足を引っ張ることになる。
【００６７】
以下、本発明の第３の実施の形態を図５を用いて説明する。図５において、図４に示された構成要素と同じ構成要素には、同じ符号を付してその説明を省略する。第２の実施の形態においては１１個の光源装置５を使用していたが、ランニング照度がそれほど必要がない場合には、例えば図５に示すように７個の光源装置５を使用する。光源装置５が光源５ａ、フィルタ５ｂを含み、光源５ａの光が、直径7.5mmの光ファイバ６の端面に集光されることは、第２の実施の形態と同じである。
【００６８】
但し、この場合には、図４で使用されていたファイバランダム配置ボックス７を使用せず、各光ファイバ６の端面が、それぞれ５mm×７mmの矩形となっており、これが７個一列に集まって２次光源１１を構成している。そして、この２次光源１１の出力光は、図示を省略した照明インテグレータ、コンデンサレンズ等を介して、レチクル等の照明領域１０を照明する。この例では、照明領域１０の大きさは、110mm×17.6mmとし、そのうち、100mm×16mmの範囲を有効照明領域としている。
【００６９】
このように、図示を省略した照明インテグレータ、コンデンサレンズ等により、照明均一性が保たれる場合には、ファイバランダム配置ボックス７を省略することができる。この場合、７個の光源装置５を使用すると、555.355mW/cm２の初期露光面照度が得られる。
【００７０】
この実施の形態においては、初めは５個の光源装置５を使用し、1400時間後に１個の光源装置５を追加点灯し、2520時間後に更に１個の光源装置５を追加点灯するようにしている。すると、2800時間の間、ランニング照度として317.3mw/cm２を維持することが可能なり。2800時間経過後に、280時間使用可能な光源５ａが１個、1400時間使用可能な光源５ａが１個残ることになる。
【００７１】
図６に、この場合の超高圧水銀ランプの点灯のさせ方の例を示す。図６において、ハッチングを施したものが点灯している光源装置５、白抜きの部分が点灯していない光源装置５を示す。（ａ）においては、０〜1400時間の間は、２段目と６段目の光源装置５を点灯させず、残りの５個の点灯を行う。1400〜2520時間の間は、２段目の光源装置５を追加点灯し、2520〜2800時間の間は全部の光源装置５を点灯させる。
【００７２】
これでもインテグレータにより照度均一化が行われるので露光に支障がないが、望ましくは２次光源部も一様に近い形にしたい。そこで、（ｂ）においては、下段のように1400時間から2520時間の時間帯に中央の光源装置５を消灯して、２段目と６段目の光源装置５を点灯するようにしている。すると、上下対称の点灯状態となり、２次光源部が一様に近い形が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施の形態を適用する照明光学系の例を示す図である。
【図２】光源装置の詳細図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態における超高圧水銀ランプの点灯の様子を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態である照明光学系の使用方法を適用する装置の概要図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態である照明光学系の使用方法を適用する装置の概要図である。
【図６】本発明の第３の実施の形態における超高圧水銀ランプの点灯のさせ方の例を示す図である。
【符号の説明】
【００７４】
１…光源装置、１ａ…超高圧水銀ランプ、２…インテグレータ、２ａ…端面、２ｂ…端面、３…凹面鏡、４…露光面、５…光源装置、５ａ…光源、５ｂ…フィルタ、６…光ファイバ、７…ファイバランダム配置ボックス、８…光ファイバ、９…２次光源、１０…照明領域、１１…２次光源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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