(57)【要約】【課題】放電ランプの発光位置、輝度及び輝度分布の経時変化を少なくする。【解決手段】  陰極電極１１と陽極電極１２との間にアークを発生させる放電ランプ１０を光源とする発光装置において、陰極電極１１を陽極電極１２方向に沿い移動させるアクチュエータ１６と、陰極電極１１の移動に対して放電ランプ１０の輝度が極大値又は所定値になるように、アクチュエータ１６を制御する制御装置とを有する。電極消耗に起因する輝度分布等の変動を、陰極電極１１の移動により修正するので輝度分布等の変動が少ない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプを光源とする発光装置において、
前記陰極電極を前記陽極電極方向に移動するアクチュエータと、
前記陰極電極の移動に対して前記放電ランプの輝度が極大値又は所定値になるように、前記アクチュエータを制御する制御装置とを有することを特徴とする発光装置。
【請求項２】
陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプを光源とする発光装置において、
前記陰極電極を前記陽極電極方向に移動するアクチュエータと、
前記放電ランプに流れる放電電流が所定値になるように、前記アクチュエータを制御する制御装置とを有することを特徴とする発光装置。
【請求項３】
前記陰極電極は、前記陽極電極方向に伸びる針状電極からなることを特徴とする請求項１又は２記載の発光装置。
【請求項４】
陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプにおいて、
前記陰極電極を前記陽極電極方向に移動するアクチュエータを有することを特徴とする放電ランプ。
【請求項５】
前記陰極電極は、前記陽極電極方向に伸びる針状電極からなることを特徴とする請求項４記載の放電ランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電ランプを用いた発光装置及び放電ランプに関し、とくに輝度の経年変化が少ない発光装置及びその発光装置に用いられる放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
陰極電極と陽極電極間にアークを生成して発光させる放電ランプ、例えば水銀放電ランプは、高輝度の発光源として例えば露光装置等に広く使用されている。しかし、放電ランプは高温のアークを形成するため、電極の消耗が激しく、電極先端の形状の変化及び電極間隔の変化に起因する発光位置（最大輝度の位置）、輝度及び輝度分布の経年変動を生ずる。かかる発光位置、輝度及びその分布の変動は、輝度を低下させる他、凹面鏡による集光特性を劣化させるので、とくに集光特性が重要な用途、例えば露光装置の発光源としての用途では重大な障害となる。
【０００３】
従来の発光装置では、放電ランプの制御は、放電ランプへ供給する放電電流又は放電電力を一定に制御することで、あるいは、輝度を一定に保持するように放電電力又は放電電流を制御することでなされていた。
【０００４】
図９は、従来の発光装置構成図であり、放電ランプの制御系統の主要部分を表している。
【０００５】
図９を参照して、従来の発光装置は、陰極電極及び陽極電極がともに固定された放電ランプ１０Ｂと、放電ランプ１０Ｂの発光強度を監視する輝度計２０とを備える。また、点灯のためのトリガ制御回路３、放電ランプ１０Ｂへ電力を供給する電源１及び放電ランプ１０Ｂへ供給される放電電流を監視する電流計２を備える。
【０００６】
さらに、輝度計２０の出力を監視し輝度計出力を一定に保持するための信号を出力する定輝度制御回路１０５と、放電ランプ１０Ｂへ供給する放電電流を監視し所定放電電流に保持するための信号を出力する定電流制御回路１０６とを備える。なお、定電流制御回路１０６に代えて、放電電力（放電ランプ１０Ｂへ供給する電力）を監視し所定放電電力に保持するための信号を出力する定電力制御回路を備えることもある。
【０００７】
定輝度制御回路１０５及び定電流制御回路１０６の出力信号は、スイッチ１０７よりいずれか一方が選択されて電源１に入力され、電源はその出力信号に従って放電電流及び放電電圧を制御する。
【０００８】
上述した発光装置では、放電電流又は放電電力が一定の所定値に保持されるように制御される。あるいは、放電ランプ１０Ｂの輝度が一定に保持されるように、放電電流又は放電電力が制御される。
【０００９】
しかし、放電ランプ１０Ｂの電極の消耗により電極間距離が長くなり、必要な放電電圧が上昇する。また、電極の消耗による変形は発光位置及び輝度分布を変動させる。その結果、同一輝度を維持するために必要な放電電流又は放電電力は増加する。このため、放電電力が経年変化とともに大きくなり、短期間で最大定格値を超えてしまうので、放電ランプ１０Ｂの寿命を長くすることが難しい。
【００１０】
かかる電極消耗に起因する問題を回避するため、アクチュエータを用いて陰極電極の先端をストッパに押止することで陰極電極の先端位置を固定し、電極間距離の変動を回避した放電ランプが開発されている。（例えば特許文献１参照。）
【特許文献１】特開２００６−３１８７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の放電ランプを用いた発光装置では、放電電流又は放電電力を一定に保持するように制御していた。しかし、放電管の電極の消耗に起因する電極の形状変化により、発光位置、輝度及び輝度分布が大きく変化する。
【００１２】
また、輝度を維持するように放電電流又は放電電力を制御しても、必要な放電電圧が上昇して、輝度を維持するために必要な放電電流又は放電電力が急速に増大し、短期間で放電ランプの最大定格値を超えてしまう。
【００１３】
このように、従来の発光装置では、電極の消耗に起因する発光位置、輝度及び輝度分布の変動が大きく、放電ランプの寿命が短いという問題があった。
【００１４】
また、陰極電極の先端をストッパに押止して電極間距離を所定の一定距離に維持する従来の発明では、ストッパに押止される陰極電極の直径をあまり小さくすることはできない。このため、消耗による陰極電極の先端形状の変化が大きく、これに伴う発光位置の移動、輝度及び輝度分布の変動が大きいという問題がある。
【００１５】
なお、ストッパを用いて電極間距離を維持する上記の発光装置において、従来の制御方法と同様に、輝度を一定に保持するように放電電力又は放電電流を制御することが考えられる。しかし、電極の先端形状の変形に伴い輝度分布が変動するため、電極間距離を一定距離に維持するのみでは、電極は最大輝度を出力する適正位置に配置されない。このため、本来放電ランプが有する最大輝度を出力することができず、輝度を維持するために大きな放電電力を入力することとなり、放電ランプの寿命をあまり長くすることは難しい。
【００１６】
本発明は、陰極電極の消耗を生じても発光位置、輝度及び輝度分布の変動が小さな発光装置及びその装置に使用するに適した放電ランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上述した課題を解決するために、本発明の第１の構成の発光装置は、陰極電極を陽極電極方向に移動するアクチュエータと、陰極電極の移動に対して放電ランプの輝度が極大値又は所定値になるように、アクチュエータを制御する制御装置とを有することを特徴として構成する。
【００１８】
また、本発明の第２の構成の発光装置は、陰極電極を陽極電極方向に移動するアクチュエータと、放電ランプに流れる放電電流が所定値になるように、アクチュエータを制御する制御装置とを有することを特徴として構成する。
【００１９】
さらに、本発明の第３の構成の放電ランプは、陰極電極を陽極電極方向に移動するアクチュエータとを有することを特徴として構成する。
【００２０】
上記第１の構成では、放電ランプの輝度が極大又は所定値になる位置に、陰極電極を移動する。従って、電極が消耗して変形しても常に極大の輝度又は所定強度の輝度が保持される。このため、発光位置、輝度分布の変化が小さく、また、輝度を維持するための放電電流又は放電電力も最小になる。従って、放電ランプの寿命も長くなる。
【００２１】
また、上記第２の構成では、放電電流が所定値になる位置に陰極電極が配置される。従って、電極が変形しても放電電流が一定に保持されるので、輝度はほぼ一定に保持される。その際、印加する放電電圧を維持することができるので、放電電圧の無用な上昇が回避され、放電ランプの寿命が長くなる。
【００２２】
さらに、上記第３の構成では、陰極電極を陽極電極方向に移動することができる、即ち、陽極電極に接近及び離れる方向に自在に移動することができので、陰極電極先端の形状が消耗して変形しても、容易に最大輝度を有する発光位置を所望の位置に移動させることができる。従って、第１及び第２の構成の発光装置に適用することで、発光位置、輝度及び輝度分布の経年変化を小さくするすることができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、電極消耗に伴う発光位置、輝度及び輝度分布の変動が少ない発光装置及び放電ランプを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明を、半導体装置の露光工程で用いられる露光装置の発光源に適用した実施形態について詳細に説明する。もちろん、放電ランプを用いる他の用途の光源に適用され得ることは当然である。
【００２５】
本発明の第１実施形態形態は、輝度が極大になるように陰極電極位置を制御する発光装置に関する。
【００２６】
図１は本発明の第１実施形態放電ランプ断面図であり、水銀放電ランプの主要な構造を表している。
【００２７】
図１を参照して、第１実施形態で用いた放電ランプ１０は、透光性材料、例えば石英ガラスからなるバルブ１８と、そのバルブ１８内に封入されたアーク放電形成用の陽極電極１２及び陰極電極１１とを備える。バルブ１８の上端は陰極電極１１に接続する陰極側金具１３により封止され、下端は陽極電極１2 に接続する陰極側金具14により封止されており、バルブ18内には水銀を含む放電用ガスが封入されている。
【００２８】
陽極電極１２は、例えばトリエーテッド・タングステンからなる先端（陰極電極１１に対向する端）が球形又は円錐形の、例えば直径１ｃｍの棒状の電極であり、下端は例えば導電性の耐熱鋼からなる陽極側金具１４に接合されている。なお、本明細書において「上端」とは、図１及び図８の紙面内の上側の端をいい、「下端」とは図１及び図８の紙面内の下側の端をいう。
【００２９】
陰極側金具１３は円柱形をなし、その下端には円柱形の窪みからなる凹部１３Ａが形成されている。この凹部１３Ａの底面に、例えばピエゾ素子を用いたアクチュエータ１６が固定されている。さらに、凹部１３Ａの側壁面を構成する陰極側金具１３の下端面に、導電性の耐熱鋼からなるダイヤフラム１７が固定されている。アクチュエータ１６の下端はダイヤフラム１７に当接し、ダイヤフラム１７を上下方向に移動する。即ち、陽極電極１２及び陰極電極１１の中心軸上を、陽極電極１２に近づく又は遠ざかる方向に移動する。
【００３０】
ダイヤフラム１７の下面に、例えばモリブデン又はトリエーテッド・タングステンからなる円柱のガイド１５が固定される。このガイド１５の上部に、ガイド１５の上端面に開口する凹部１５Ａが形成されている。この凹部１５Ａは、陰極側金具１３下端に形成された凹部１３Ａと同一中心軸と同一直径とを有する円柱状に形成される。従って、ダイヤフラム１７は、その周縁部が、それぞれリング状の面をなす陰極側金具１３周縁下端面及びガイド１５の周縁上端面により挟持されて固定される。そして、ダイヤフラム１７の中央部は、陰極側金具１３下端及びガイド１５上端にそれぞれ形成された凹部１５Ａ、１３Ａ内を上下方向に移動可能に保持される。
【００３１】
ガイド１５の下部には、下端面から凹部１５Ａまで上下方向に貫通するガイド孔１５Ｂが設けられている。このガイド孔１５Ｂは陰極電極１１と同心円状に形成され、ガイド孔１５Ｂに挿入された陰極電極１１は上下に滑動可能に保持される。
【００３２】
陰極電極１１は、例えばトリエーテッド・タングステンからなる直径２〜５ｍｍの棒状の電極からなり、陽極電極１２と同一中心軸上に設けられる。この陰極電極１１は、ガイド孔１５Ｂを貫通して、上端がダイヤフラム１７に溶着される。従って、陰極電極１１は、アクチュエータ１６が駆動するダイヤフラム１７の上下動に従い、上下方向、即ち陰極電極１１から陽極電極１２へ向かう方向に沿って、陽極電極１２に接近又は遠ざかるように移動する。陰極電極１１の下端は、ガイド１５下端面から突出するように設けられ、陽極電極１２に対向する。なお、陰極電極１１の先端（下端）は、発光領域が小さくかつ先端の消耗による変形が少なくなるように、半球状又は円錐形状に形成することが好ましい。また、ガイド１５と陰極電極１１とは絶縁しなくてもよい。
【００３３】
図２は本発明の第１実施形態発光装置構成図であり、図１を参照して説明した放電ランプ１０を発光源とする露光装置の発光装置の主要な構成を表している。
【００３４】
図２を参照して、発光装置は、電源１から電流計２を介して電力が供給される放電ランプ１０と、放電ランプ１０の照度を監視する輝度計２０とを有する。また、放電を開始するためのトリガ回路３を有する。制御回路４はこれらの回路を制御する。なお、本第１実施形態では、図１を参照して説明した放電ランプ１０を用いている。
【００３５】
放電ランプ１０は、その発光位置（最大輝度の位置）が陰極電極１１と陽極電極１２とを結ぶ線を回転軸とする楕円鏡の焦点に置かれる。輝度計２０は、その楕円鏡の焦点の光の強度、即ち楕円鏡の焦点における放電ランプ１０の輝度を測定している。
【００３６】
制御装置４は、輝度計２０の出力に基づいて、放電ランプ１０のアクチュエータを駆動し、陰極電極１１を移動する。その後、電流計２の出力に基づいて、放電電流及び放電電圧を最適にすべく、電源１を制御する。以下、制御装置４の制御工程を詳細に説明する。
【００３７】
図３は本発明の第１実施形態放電ランプ制御フローチャートであり、制御装置４が実行する制御工程を表している。
【００３８】
図１〜図３を参照して、制御装置４は、まずステップＳ１で、輝度計２０により放電ランプ１０の輝度を測定し、その出力から輝度変化を監視する。既述のように、この測定された輝度は、所定の位置、例えば楕円鏡の焦点における放電ランプ１０の輝度に対応している。
【００３９】
次いで、ステップＳ２で、輝度計２０の出力が最大輝度であるか否かを判断する。この判断は、アクチュエータ１６を駆動して陰極電極１１を上下に僅かな距離を移動させたとき、輝度計２０の出力が変化しなければ最大輝度と判断し、減少又は増加すれば最大輝度ではないと判断する。言い換えれば、最大輝度は、陰極電極１１の移動に対する輝度の極大値に対応している。
【００４０】
最大輝度ではないと判断したとき、ステップＳ６で、制御装置４は、アクチュエータ１８を輝度が増加する方向（上下のいずれかの方向）へ駆動し電極間距離を調整する。そして、再びステップ１を繰り返す。
【００４１】
最大輝度であると判断したとき、ステップＳ３で、輝度計２０は再び放電ランプ１０の輝度を測定する。なお、このステップＳ３は実行せず、ステップＳ１で検出された輝度をそのままステップＳ３の測定値として用いてもよい。
【００４２】
次いで、制御装置４は、ステップＳ４で、輝度計２０の出力が発光装置に必要な輝度を満たすか否か（即ち、輝度は十分か否か）を判断する。なお、最大輝度であると判断されたとき、陰極電極１１は、輝度が極大値をとる位置に配置されている。
【００４３】
輝度が不十分と判断したとき、ステップＳ７で、制御装置４は、放電電流の制御目標値を変更する旨の信号を電源１へ送信し、電源１は制御目標値を変更して放電電流を調整する。なお、通常は経年変化に伴い、放電電流が上昇するように調整される。次いで、再びステップ３を繰り返す。
【００４４】
照度は十分と判断したとき、ステップＳ５で、制御装置１４は、放電電流及び放電電圧が放電ランプ１０の最大規格以下であることを確認し、再び、ステップ１からの工程を実行する。最大規格を超えるときは、ステップＳ８で放電を停止し警報を発信する。
【００４５】
以下、本第１実施形態形態の発光装置の経時変化について説明する。
【００４６】
図４は本発明の効果説明図（その１）であり、輝度計２０が受ける照度を一定に維持したときの放電電力の経時変化を表している。この輝度計２０が受ける照度は、事実上は輝度計２０が測定した輝度に比例している。従って、この照度と輝度とは比例定数を除き、実質的に同一とみなしてよい。なお、図４中の折れ線Ａは図３に示すフローチャートを実行する本第１実施形態での測定値、折れ線Ｂ〜Ｃは従来の発光装置、即ち、陰極電極位置の調整がなされず、かつ、照度が一定になるように放電電力を制御した発光装置での照度を比較例として表したものである。
【００４７】
図４中の折れ線Ａを参照して、本第１実施形態の発光装置では、照度を一定に維持するための放電電力は、初期の１．５５ｋＷから１９５９時間後の１．６７ｋＷまで、ほぼ８％上昇した。この上昇は、陰極電極位置の調整のみでは照度が不十分なため放電電流が増加したこと、及び、放電維持に必要な放電電圧が上昇したことに起因する。
【００４８】
他方、比較例では、図４中の折れ線Ｂ、Ｃ、Ｄを参照して、初期には１．７２ｋＷ、１．７８ｋＷ及び１．８２ｋＷであった３本の放電ランプ１０の照度は、１９５９時間後にはそれぞれ２．０７ｋＷ、２．３４ｋＷ及び２．３９ｋＷまで、平均するとほぼ２７％上昇した。
【００４９】
このように、本段１実施形態では、照度を一定に保持した場合、放電電力の経時変化による増加は、ほぼ２０００時間後で８％であった。これは、比較例の２７％に比べて著しく小さい。この理由を本発明の発明者は次のように推測しているは、比較例では陰極電極１１の消耗に伴い発光位置及び輝度分布が変動するため輝度計２０に入射する光量が低下する、また、電極間距離の増加に伴い放電電圧が増大する。その結果、放電電力が増大する。これに対して、本第１実施形態では、陰極電極１１位置が照度極大位置に調整されるため、陰極電極１１の消耗に伴う光量の減少及び放電電圧の増加が陰極電極１１位置の調整とともに修正されて、放電電圧及び放電電力の上昇を有効に抑制するためと考察している。
【００５０】
図５は本発明の効果説明図（その２）であり、放電電力を一定に維持したときの輝度計２０が受ける照度の経時変化を表している。この照度が．実質的に輝度に比例することは図４の説明で述べた通りである。なお、図５中の折れ線Ａは本第１実施形態の発光装置における照度の測定値であり、折れ線Ｂ〜Ｄは従来の制御方法を用いた発光装置における測定値を比較例として表している。
【００５１】
この測定過程は、第１実施形態の放電電流調整ステップＳ７に代えて、放電電力を一定に維持するように電源１を制御してなされた。その他は、第１実施形態と同様に制御した。即ち、初めに最大輝度となるように陰極電極位置調整ステップＳ６が実行される。その後、放電電力が一定の所定値に維持されるように制御した。これに対して、比較例では、放電電流が一定になるように電源１（例えば電圧）を制御した。従って、比較例とは、陰極電極位置調整ステップＳ５を実行する点で相違し、他は同様の制御である。
【００５２】
図５中の折れ線Ａを参照して、放電電力を一定に維持したとき、本第１実施形態の発光装置では、輝度計２０により測定される照度の低下は、初期の６５０Ｗ／ｃｍ2 から９８０時間後の６２０Ｗ／ｃｍ2 まで、ほぼ５％低下した。
【００５３】
一方、比較例では、折れ線Ｂ、Ｃ、Ｄを参照して、初期照度が４８０Ｗ／ｃｍ2 、６２０Ｗ／ｃｍ2 及び６７０Ｗ／ｃｍ2 の３個の放電ランプの照度が９８０時間後にはそれぞれ４１０Ｗ／ｃｍ2 、５２０Ｗ／ｃｍ2 及び５５０Ｗ／ｃｍ2 まで、ほぼ１６％低下した。
【００５４】
このように放電電力が一定の条件下でも、比較例の１６％の照度低下に比べて、本第１実施形態での照度低下は５％と小さい。この理由は、図４の結果の説明で述べたように、本第１実施形態では、照度を極大にするように陰極電極位置が調整される。加えて、照度を極大にするための陰極電極１１の位置調整過程で電極間距離もほぼ一定になるので、比較例で生ずる電極間距離の増大による放電電圧の増加が抑制されるためと本発明の発明者は考察している。
【００５５】
上述したように、本発明の第１実施形態では、輝度計２０の出力、即ち放電ランプ１０の輝度が極大値になるように、アクチュエータ１６を駆動して陰極電極１１の位置を制御する。従って、電極の消耗により放電ランプ１０の発光位置又は輝度分布が変化しても、常に発光位置（最大輝度の位置）が修正されて所定の一定位置に保持される。このように、電極消耗による発光位置又は輝度分布の変動が陰極電極１１の位置の調整により修正されるので、放電ランプ１０の経年変化が小さくかつ長寿命の発光装置が実現される。
【００５６】
なお、陰極電極の先端をストッパに押止して陰極電極先端の位置決めを行う従来の発光装置では、陰極電極の先端位置が不動である。従って、陰極電極の位置を照度（ないし輝度）が極大になるように調整することはできない。これでは、陰極電極先端の形状変化に起因して発光位置及び輝度分布が変動したとき、最大輝度（ないし照度）を得る位置に陰極電極を移動させることができない。このため、陰極電極の先端位置を調整する本第１実施形態形態に比べて、輝度（ないし照度）の経年変化が大きくなり放電ランプの寿命が短くなる。
【００５７】
上述した本第１実施形態での輝度が極大か否かを判定するステップＳ２に代えて、輝度が予め与えられた所定値（一定値又は時間に依存する値）に一致する（ないし許容範囲に入る）か否かを判定するステップに置き換えることもできる。かかる置き換えの結果は、ほぼ置き換える前の第１実施形態とほぼ同様である。
【００５８】
本発明の第２実施形態は、輝度が一定になるように放電電流が制御される発光装置に関する。なお、本第２実施形態の発光装置は、第１実施形態と制御工程が異なる他は、放電ランプ及び装置構成は同様である。従って、説明を簡明にするため、以下に制御工程のみを説明する。
【００５９】
図６は本発明の第２実施形態放電ランプ制御フローチャートであり、制御装置４が実行する制御工程を表している。
【００６０】
本第２実施形態では、図１、図２及び図６を参照して、まずステップＳ１１で電流計２を用いて放電電流を測定し、制御回路４は、ステップ１２で、その測定された放電電流が予め設定された所定値の範囲に入るか逸脱しているかを判断する。
【００６１】
放電電流が所定値（所定の範囲）を逸脱していると判断したとき、ステップ１６を実行する。ステップ１６では、制御装置４は、アクチュエータ１６を駆動して、陰極電極１１を放電電流が所定値に近づく方向に移動する。その後、再びステップ１１を繰り返す。
【００６２】
放電電流が所定値にある（所定の範囲に入る）と判断したとき、ステップ１３を実行する。ステップ１３では、輝度計２０を用いて放電ランプ１０の輝度が検出される。次いで、ステップ１４で、制御装置４は、輝度計２０が受光する照度が発光装置の用途にとって十分であるか否かを判断する。
【００６３】
照度が不十分と判断したとき、ステップ１７で、制御装置４は、電源１へ制御信号を送信し、輝度が上昇するように放電電流値を調整する。その後、再びステップ１３を繰り返す。
【００６４】
照度が十分と判断したとき、ステップ１５で、制御装置４は、放電電力及び放電電圧が最大定格値以下であることを確認し、最初のステップ１１へ戻り、上記工程を繰り返す。なお、最大定格値を超えるときは、ステップ１８で、放電を停止し警報を発する。
【００６５】
上述した本第２実施形態では、まず放電電流が所定値になるように、陰極電極１１の位置を制御する。その後、照度が所望の照度になるように、放電電流の制御目標値を変更する。
【００６６】
図７は本発明の効果説明図（その３）であり、放電電流を一定に維持したときの輝度計２０が受ける照度の経時変化を表している。この照度が輝度と実質的には同様の振る舞いをすることは既述した通りである。なお、図７中の折れ線Ａは、本第２実施形態の発光装置での照度の測定値を表し、また、図７中の折れ線Ｂ〜Ｃは従来の発光装置において、放電電流を一定に制御した場合の照度を比較例として表している。
【００６７】
なお、この測定過程では、放電電流調整ステップＳ１７を実行せずに、陰極電極位置調整ステップＳ１６により放電電流値を一定に維持した。他方、比較例は、放電電流が一定に維持されるように電源１を制御した。従って、放電電流を一定に維持するために、本第１実施形態では、陰極電極位置を調整するのに対して、比較例では、電源１、例えば電源電圧を調整している。
【００６８】
図７中の折れ線Ａを参照して、本第１実施形態の発光装置では、放電電流を一定に維持した場合、輝度計２０により測定される照度は、初期の６２５Ｗ／ｃｍ2 から３５００時間後の６００Ｗ／ｃｍ2 まで、ほぼ４％低下した。
【００６９】
他方、図７中の折れ線Ｂ、Ｃを参照して、陰極電極位置の調整がなされない従来の発光装置では、照度は、初期の６１０Ｗ／ｃｍ2 及び５６０Ｗ／ｃｍ2 から、３５００時間経過後にはそれぞれ４６０Ｗ／ｃｍ2 及び４２５Ｗ／ｃｍ2 まで、ほぼ２４％低下した。
【００７０】
このように、本第２実施形態では、一定放電電流の下での輝度（ないし照度）の経年変化が比較例の１／６程度に減少している。このような輝度の変動の違いは、次のような理由によるものと本発明の発明者は考察している。比較例では、電極の消耗により、発光位置あるいは発光分布（輝度分布）が変動するため、放電電流が一定でも、輝度計２０に入射する光量が容易に変動する。これと比べて、本第２実施形態では、放電電流が一定になるように陰極電極位置を調整する際に、電極の消耗に起因する発光位置あるいは発光分布（輝度分布）の変動が陰極電極位置の調整により修正されてしまう。このため、比較例と同じ放電電流であっても、比較例に比べて照度の変化は小さい。従って、放電ランプ１０の寿命も長い。
【００７１】
本発明の第３実施形態は、第１及び第２実施形態の発光装置の光源として適する、針状の陰極電極を備える放電ランプに関する。
【００７２】
図８は本発明の第３実施形態放電ランプ断面図であり、針状の陰極電極１１Ａを備えた水銀放電ランプ１０Ａの主要な構造を表している。
【００７３】
図８を参照して、本第３実施形態の放電ランプ１０Ａは、例えばトリエーテッド・タングステンからなる例えば直径１ｍｍの針状の陰極電極１１Ａを備える。本第３実施形態の放電ランプ１０Ａは、陰極電極１１Ａ及びガイド１５を除いて、他は図１を参照して説明した第１実施形態の放電ランプ１０と構造及び材料とも同様である。従って、説明を簡潔にするため、以下に陰極電極１１Ａ及びガイド１５の構造を説明する。
【００７４】
ガイド１５は、第１実施形態と同様、陽極電極１２と陰極電極１１Ａを結ぶ線を中心線とする円柱形をなし、上端に凹部１５Ａが、下端部分に中心線に沿って凹部１５Ａから下端面に貫通するガイド孔１５Ｂが設けられる。針状の陰極電極１１Ａは、上端がダイヤフラム１７に接合され、ガイド孔１５Ｂを滑動するように挿入される。そして、陰極電極１１Ａは、アクチュエータ１６により駆動されるダイヤフラム１７の上下動に従って、中心線に沿って上下に移動可能に駆動される。
【００７５】
ここまでは、針状の陰極電極１１Ａを除き、第１実施形態と同様である。本第３実施形態では、陰極電極１１Ａが細い針状であること、及びガイド孔１５Ｂがその中を細い陰極電極１１Ａが滑動し得る程度に小さな直径に形成されることが第１実施形態と異なる。
【００７６】
陰極電極１１Ａの直径は、少なくとも必要な放電電流を通電し得る太さがなければならない。通常、放電電流は数十Ａ〜百数十Ａであるから、この観点から、直径は０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。他方、陰極電極１１Ａの直径が太いと、電極先端の消耗による変形が大きくなり、発光位置又は輝度分布の変動を招きやすい。この観点から、陰極電極１１Ａの直径は１．５ｍｍ以下、望ましくは１ｍｍ以下とすることが好ましい。直径１ｍｍの陰極電極１１Ａでは、放電電流が５０Ａの場合、陰極電極１１Ａ先端での平均電流密度はほぼ６．４×１０3 Ａ／ｃｍ2 となる。かかる放電電流を流しても、電極先端の消耗による変形を実用的な範囲に抑制するという観点から、陰極電極１１Ａの直径を０．８ｍｍ〜１．０ｍｍとすることが望ましい。
【００７７】
ガイド孔１５Ｂは、細い陰極電極１１Ａが座屈しないように内壁面をもって陰極電極１１Ａの外周面を支持する。従って、ガイド孔１５Ｂは、陰極電極１１Ａが滑らかに移動可能な程度の大きさの直径を有し、他方、陰極電極１１Ａの座屈を防止できる程度に嵌合するように形成される。なお、曲率の小さなガイド１５表面からの放電電流は陰極電極１１Ａ先端に比べて小さく、とくにガイド１１５と陰極電極１１Ａ間を絶縁する必要はない。
【００７８】
本第３実施形態の放電ランプ１０Ａを、第１実施形態及び第２実施形態で使用された放電ランプ１０に代えて使用した。その結果、第１及び第２実施形態に比べて、より照度の経時変化が小さな発光装置が実現された。これは、この放電ランプ１０Ａの陰極電極１１Ａが細い針状であるので、電極が消耗してもその先端形状は自動的に半球状又は円錐状を保持するのであまり変わらないからと本発明の発明者は推量している。
【００７９】
なお、上述した第１〜第２実施形態の発光装置及び第３実施形態の放電ランプを、露光装置の光源に用いることで、長期間の連続運転に耐える露光装置を実現することができる。かかる露光装置を用いるいることで、スループットの高い半導体装置の製造方法が実現される。
【００８０】
上記明細書には以下の付記記載の発明が開示されている。
（付記１）陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプを光源とする発光装置において、
前記陰極電極を前記陽極電極方向に移動するアクチュエータと、
前記陰極電極の移動に対して前記放電ランプの輝度が極大値又は所定値になるように、前記アクチュエータを制御する制御装置とを有することを特徴とする発光装置。（１）
（付記２）陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプを光源とする発光装置において、
前記陰極電極を前記陽極電極方向に移動するアクチュエータと、
前記放電ランプに流れる放電電流が所定値になるように、前記アクチュエータを制御す前記アクチュエータを制御する制御装置とを有することを特徴とする発光装置。（１）
（付記３）前記陰極電極は、前記陽極電極方向に伸びる針状電極からなることを特徴とする付記１又は２記載の発光装置。（３）
（付記４）
陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプにおいて、
前記陰極電極を前記陽極電極方向に移動するアクチュエータを有することを特徴とする放電ランプ。（４）
（付記５）前記陰極電極は、前記陽極電極方向に伸びる針状電極からなることを特徴とする付記４記載の放電ランプ。（５）
（付記６）付記１、２若しくは３記載の発光装置又は付記４又は５記載の放電ランプを発光源とする露光装置。
（付記７）陰極電極と陽極電極との間にアークを発生させる放電ランプの前記陰極電極を、前記放電ランプの輝度が極大値又は所定値になるように前記陽極電極方向に移動する工程と、
次いで、半導体基板に回路パターンを露光する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明を半導体装置の製造に用いられる露光装置に適用することで、放電ランプの発光位置、輝度及び輝度分布の経時変化を少なく、かつ、寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施形態放電ランプ断面図
【図２】本発明の第１実施形態発光装置構成図
【図３】本発明の第１実施形態放電ランプ制御フローチャート
【図４】本発明の効果説明図（その１）
【図５】本発明の効果説明図（その２）
【図６】本発明の第２実施形態放電ランプ制御フローチャート
【図７】本発明の効果説明図（その３）
【図８】本発明の第３実施形態放電ランプ断面図
【図９】従来の発光装置構成図
【符号の説明】
【００８３】
１  電源
２  電流計
３  トリガ回路
４  制御装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ  放電ランプ
１１、１１Ａ  陰極電極
１２  陽極側電極
１３  陰極側金具
１３Ａ、１５Ａ  凹部
１４  陽極金具
１５  ガイド
１５Ｂ  ガイド孔
１６  アクチュエータ
１７  ダイアフラム
１８  バルブ
２０  輝度計
１０５  定輝度制御回路
１０６  定電流制御回路
１０７  スイッチ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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