JP2014026038A - 紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】紫外線ランプを水平に配置した状態で、水平方向から傾斜した被照射面に良好な紫外線強度分布で紫外線を照射する。
【解決手段】直管状の紫外線ランプ２と、紫外線ランプ２から射出された光を被照射面に向けて反射するものであり、長手方向に直交する断面が焦点Ｆ１を有する反射鏡３とを備え、反射鏡３の長手方向における２箇所の焦点Ｆ１を結ぶ仮想線Ｘと紫外線ランプ２の中心軸線Ｃとが、互いに異なる方向を向いて配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、紫外線照射装置に関するものである。

近年、ＬＣＤ用基板等のガラス基板の製造ラインにおいては、当該ガラス基板を手前に傾斜させて搬送することが増えている。そして、この傾斜したガラス基板に紫外線を照射して、ガラス基板表面の塗布物の硬化や特性の改質などを行うために、紫外線照射装置も同様に傾斜させて、メタルハライドランプ等の紫外線ランプをガラス基板と平行に配置することが考えられる。なお、紫外線ランプから射出された紫外線を反射する反射鏡は、紫外線ランプと平行に設けられている。

ところが、メタルハライドランプをガラス基板と平行になるように傾斜させた場合には、紫外線ランプ中に封入されている封入物が重力によって下方に偏ってしまう。そして、封入物が偏ってしまうと、ガラス基板表面の幅方向における紫外線強度の分布が悪化してしまい、ガラス基板表面の塗布物の硬化や特性の改質が幅方向においてばらついてしまうという問題がある。

このように紫外線ランプを傾斜して用いる場合には、特許文献１に示すような高圧水銀ランプを用いることが一般的であるが、高圧水銀ランプを用いた場合、メタルハライドランプを用いた場合に比べてランプ灯数を多くするか、又はより高出力のランプを用いる必要があり、装置の大型化、初期導入コストの増大、消費電力すなわちランニングコストの増大などの、好ましくない要因となってしまう。

ここで、紫外線ランプを水平に配置した状態で、傾斜したガラス基板に紫外線を照射することが考えられるが、紫外線ランプとガラス基板との距離が幅方向において異なるため、ガラス基板表面の幅方向における紫外線強度の分布が悪化してしまい、ガラス基板表面の塗布物の硬化や特性の改質が幅方向においてばらついてしまう。

特開２００９−２６４７８号公報

そこで本発明は、上記問題点を解決すべくなされたものであり、紫外線ランプを水平に配置した状態で、例えば傾斜した被照射面に所望の紫外線強度分布で紫外線を照射することをその主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係る紫外線照射装置は、直管状の紫外線ランプと、前記紫外線ランプから射出された光を被照射面に向けて反射するものであり、長手方向に直交する断面が焦点を有する反射鏡とを備え、前記反射鏡の長手方向における２箇所の焦点を結ぶ仮想線と前記紫外線ランプの中心軸線とが、互いに異なる方向を向いて配置されていることを特徴とする。

このようなものであれば、反射鏡の２箇所の焦点を結ぶ仮想線と紫外線ランプの中心軸線とを互いに異なる方向を向いて配置しているので、中心軸線に対して仮想線の配置を調整することにより、被照射面に対して所望の紫外線強度分布で紫外線を照射することができる。

前記仮想線が、前記中心軸線と前記中心軸線から前記被照射面に延びる紫外線照射軸線とを含む平面内に配置されていることが望ましい。これならば、紫外線照射軸線を含む平面内に仮想線及び中心軸線があるため、当該平面内で仮想線の配置を調整することにより、被照射面において所望の紫外線強度分布で紫外線を照射することができる。

仮想線及び中心軸線が、互いに異なる方向を向いて配置される具体例としては、前記仮想線と前記中心軸線とが、交差していることが望ましい。ここで、紫外線ランプにおいて、その中心軸線と仮想線とが交差している部分、つまり、その中心軸線上に焦点が位置している部分から照射される紫外線強度がピークとなる。このように仮想線と中心軸線とを交差させているので、当該交差部分を調整することで紫外線強度のピークを調整することができ、被照射面において所望の紫外線強度分布で紫外線を照射することができる。

被照射面における紫外線強度は、紫外線ランプからの距離が大きくなるに連れて小さくなる。また、被照射面における紫外線強度は、紫外線ランプの中心軸線と反射鏡の焦点とのずれ量が大きくなるに連れて小さくなる。本発明は、この関係を利用して、紫外線ランプに対して反射鏡を傾斜させることで、紫外線ランプと被照射面との距離が大きい側では、反射鏡の焦点を紫外線ランプの中心軸線上に位置させ、紫外線ランプと被照射面との距離が小さい側では、反射鏡の焦点を紫外線ランプの中心軸線からずらして位置させている。これにより、紫外線ランプの中心軸線に対して傾斜した被照射面に、良好な紫外線強度分布で紫外線を照射できるようになる。つまり、被照射面の幅方向（紫外線ランプの中心軸線の方向）において紫外線強度の分布を対称的にすることができる。このように紫外線ランプに対して反射鏡を傾斜して配置するだけで、紫外線ランプに封入された封入物の偏りを生じさせることなく、傾斜した被照射面に対して、当該被照射面全体に良好な紫外線強度分布で紫外線を照射できるようになる。

具体的に、前記紫外線ランプが略水平に配置されて、前記紫外線ランプの中心軸線に対して傾斜した被照射面に紫外線を照射する紫外線照射装置においては、以下の構成とすることが考えられる。つまり、反射鏡の長手方向両端部における反射鏡の焦点と紫外線ランプの中心軸線との位置関係を以下の構成とする。
具体的には、反射鏡の長手方向一端部、つまり、紫外線ランプと被照射面との距離が大きい方の長手方向端部において、反射鏡の焦点が、紫外線ランプの中心軸線上に位置する。一方、反射鏡の長手方向他端部、つまり、紫外線ランプと被照射面との距離が小さい方における反射鏡の長手方向端部において、反射鏡の焦点が、紫外線ランプの中心軸線から紫外線照射方向にずれて位置していることが望ましい。

また、本発明の紫外線照射装置は、前記紫外線ランプの中心軸線に対して傾斜した被照射面に紫外線を照射するものであり、前記被照射面における幅方向（紫外線ランプの中心軸線の方向）の紫外線強度の分布が前記被照射面の幅方向中央に対して略対称となるように、前記反射鏡が傾斜されていることが望ましい。このように、反射鏡を紫外線ランプに対して傾斜させる構成を採用することによって、傾斜した被照射面に対して良好な紫外線強度の分布で紫外線を照射することができる。

また、本発明の紫外線照射装置は、前記反射鏡の前記紫外線ランプに対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構を備えていることが望ましい。これならば、傾斜角度の異なる種々の被照射面に対応可能な紫外線照射装置とすることができる。

前記傾斜角度調節機構が、前記反射鏡の長手方向両端部にそれぞれ設けられて、前記反射鏡及び前記紫外線ランプとの相対位置を調節することにより、前記傾斜角度を調節するものであることが望ましい。これならば、反射鏡の紫外線ランプに対する傾斜角度を調節できるだけでなく、反射鏡と紫外線ランプとの距離も調節することができ、被照射面における紫外線強度分布の調節自由度を増すことができる。

紫外線ランプが高圧水銀ランプの場合には、傾斜しても使用することが可能であるが、高圧水銀ランプとメタルハライドランプとでは、同じ出力ならば、一般にメタルハライドランプの方が紫外線強度が強い。このため、メタルハライドランプを用いて傾斜した被照射面に紫外線を照射したいという要求がある。ところが、放電管内にハロゲン化金属（メタルハライド）が封入されるメタルハライドランプにおいては、本発明の問題、つまり、放電管内に封入されているメタルハライドが重力によって下方に偏ってしまうという問題が特に顕著に現れる。このため、前記紫外線ランプがメタルハライドランプである場合、本発明の効果が一層顕著となる。

このように構成した本発明によれば、反射鏡を紫外線ランプに対して傾斜しているので、紫外線ランプを水平に配置した状態で、水平方向から傾斜した被照射面に良好な紫外線強度分布で紫外線を照射することができる。

本実施形態の紫外線照射装置の構成を模式的に示す側面図。 同実施形態の反射鏡の第１焦点が紫外線ランプの中心軸上にある位置における断面図。 同実施形態の反射鏡の第１焦点及び第２焦点を示す図。 各場合の被照射面における紫外線強度分布を示す模式図。 同実施形態の被照射面における紫外線強度分布を示す模式図。 同実施形態の紫外線照射装置と従来例との紫外線強度分布の比較を示す図。 変形実施形態の紫外線照射装置の構成を模式的に示す側面図。

以下に本発明に係る紫外線照射装置の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係る紫外線照射装置１００は、図１に示すように、搬送機構２００により水平方向に対して傾斜した状態で搬送される半導体基板又はガラス基板等の被照射物Ｗの表面である被照射面Ｗａに紫外線を照射することにより当該被照射物Ｗの被照射面Ｗａに塗布されたレジスト等の紫外線感光性材料を硬化又は改質するものである。

具体的にこの紫外線照射装置１００は、図１及び図２に示すように、直管状の紫外線ランプ２と、長手方向に直交する断面が焦点を有する長尺状の反射鏡３とを備えている。これら紫外線ランプ２及び反射鏡３は、筐体４内に収容されている。

紫外線ランプ２は、メタルハライドランプである。この紫外線ランプ２は、合成石英ガラス製の円筒の両端を閉じた断面円形状の放電管内に、ハロゲン化金属が封入されることにより構成されている。この紫外線ランプ２は、搬送機構２００により搬送される被照射物Ｗに紫外線を照射すべく、その中心軸線Ｃが略水平となるように配置されている。なお、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃは、搬送機構２００による被照射物Ｗの搬送方向に直交する幅方向に延びている。

反射鏡３は、図２に示すように、紫外線ランプ２から射出された光を被照射面Ｗａに向けて反射するものであり、紫外線ランプ２の紫外線照射方向とは反対側を覆うように設けられた対をなすものである。各反射鏡３は、等断面形状であり、長手方向に直交する断面が楕円弧形状をなす反射面を有するものである。また、各反射鏡３は、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃ及び当該中心軸線Ｃから被照射面Ｗａに延びる紫外線照射軸線Ｌとを含む平面Ｚに対して対称形状である。

そして、一対の反射鏡３は、図３に示すように、一方の反射鏡３ａの第１焦点Ｆ１及び他方の反射鏡３ｂの第１焦点Ｆ１が一致し、一方の反射鏡３ａの第２焦点Ｆ２及び他方の反射鏡３ｂの第２焦点Ｆ２が一致するように、紫外線ランプ２を挟んで設けられている。なお、この対をなす反射鏡３の間に形成された開口部３ｈは、紫外線ランプ２を冷却するための冷媒を紫外線ランプ２に供給する冷却ノズルとしての機能を有する。また、反射鏡３は、例えばアルミニウム製の押し出し材５により保持されている。このように反射鏡３が押し出し材５により保持されているため、反射鏡３の断面形状を長手方向で異ならせることは難しい。本実施形態では、反射鏡３を等断面形状として押し出し材を用いることができるので、反射鏡３の精度を向上させつつ、製造コストを下げることができる。

しかして本実施形態の反射鏡３は、紫外線ランプ２に対して傾斜して配置されている。つまり、反射鏡３の第１焦点軸線Ｘ（図１参照）と、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃとが互いに異なる方向を向いて配置されている。詳細には、反射鏡３の第１焦点軸線Ｘ（図１参照）が紫外線ランプ２の中心軸線Ｃに対して傾斜するように配置されている。なお、第１焦点軸線Ｘとは、反射鏡３の長手方向各部における第１焦点Ｆ１を結んだ仮想線である。

また、第１焦点軸線Ｘは、図２に示すように、中心軸線Ｃと中心軸線Ｃから被照射面Ｗａに延びる紫外線照射軸線Ｌとを含む平面Ｚ内に配置されている。本実施形態では、紫外線ランプ２の紫外線照射方向が鉛直下方であることから、第１焦点軸線Ｘ及び中心軸線Ｃは、中心軸線Ｃを通る鉛直平面Ｚ内に位置している。

そして、図１に示すように、反射鏡３の長手方向一端部３Ｐ側（図１の左側）における第１焦点Ｆ１が、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃ上に位置し、反射鏡３の長手方向他端部３Ｑ側（図１の右側）における第１焦点Ｆ１が、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃから紫外線照射方向の前方（図１において下側）にずれて位置している。つまり、反射鏡３は、その長手方向一端部３Ｐ側に対して、長手方向他端部３Ｑ側が、紫外線照射方向の前方（図１において下側）に位置するように配置されている。このように本実施形態では、鉛直平面Ｚ内において第１焦点軸線Ｘと中心軸線Ｃとが交差している。

より詳細には、紫外線ランプ２と被照射面Ｗａとの距離が最も大きい長手方向一端部３Ｐ又はその近傍において、その第１焦点Ｆ１が、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃ上に位置し、紫外線ランプ２と被照射面Ｗａとの距離が最も小さい長手方向他端部３Ｑ又はその近傍において、その第１焦点Ｆ１が紫外線ランプ２の中心軸線Ｃから紫外線照射方向の前方に所定量ずれて位置している。このように反射鏡３が紫外線ランプ２に対して傾斜して配置されていることにより、被照射面Ｗａにおける幅方向の紫外線強度分布が被照射面Ｗａの幅方向中央に対して略対称となる。

ここで、本実施形態の紫外線照射装置１００における幅方向の紫外線強度分布について説明する。

まず、図４（Ａ）に示すように、被照射面Ｗａにおける紫外線強度は、紫外線ランプ２と被照射面Ｗａとの距離が大きくなるに連れて小さくなる。また、図４（Ｂ）に示すように、被照射面Ｗａにおける紫外線強度は、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃと反射鏡３の第１焦点Ｆ１とのずれ量が大きくなるに連れて小さくなる。

これら２つの紫外線強度の関係を組み合わせて、上述したように紫外線ランプ２に対して反射鏡３を配置することによって、図５に示すように、被照射面Ｗａにおける幅方向の紫外線強度分布が、被照射面Ｗａの幅方向中央に対して略対称となる。

また、図６に、上述したように紫外線ランプ２に対して反射鏡３を傾斜させた場合（図６（Ａ））と、紫外線ランプ２及び反射鏡３を平行配置した場合（図６（Ｂ））における、被照射面Ｗａの長手方向一端部及び長手方向他端部の搬送方向における紫外線強度分布を示す。なお、図６においては、被照射面Ｗａが紫外線ランプ２に対して５°傾斜した場合を示している。

図６（Ｂ）に示すように、紫外線ランプ２及び反射鏡３を水平に平行配置した場合には、長手方向他端部（距離が小さい側）の紫外線強度分布に対して、長手方向一端部（距離が大きい側）の紫外線強度分布の方が、ピーク強度が小さく、ブロードな分布となってしまう。つまり、被照射面Ｗａの幅方向における紫外線強度が長手方向他端部に偏ってしまう。

一方、図６（Ａ）に示すように、反射鏡３を紫外線ランプ２に対して傾斜させた場合には、長手方向他端部（距離の小さい側）の紫外線強度分布と、長手方向一端側（距離が大きい側）の紫外線強度分布とが略同一となる。

このように構成した本実施形態に係る紫外線照射装置１００によれば、紫外線ランプ２に対して反射鏡３を傾斜させることで、紫外線ランプ２と被照射面Ｗａとの距離が大きい側では、反射鏡３の第１焦点Ｆ１を紫外線ランプ２の中心軸線Ｃ上に位置させ、紫外線ランプ２と被照射面Ｗａとの距離が小さい側では、反射鏡３の第１焦点Ｆ１を紫外線ランプ２の中心軸線Ｃからずらして位置させている。これにより、紫外線ランプ２の中心軸線Ｃに対して傾斜した被照射面Ｗａに、良好な紫外線強度分布で紫外線を照射できるようになる。つまり、被照射面Ｗａの幅方向において紫外線強度分布を対称的にすることができる。このように紫外線ランプ２に対して反射鏡３を傾斜して配置するだけで、紫外線ランプ２に封入された封入物の偏りを生じさせることなく、傾斜した被照射面Ｗａに対して、当該被照射面Ｗａ全体に良好な紫外線強度分布で紫外線を照射できるようになる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば、前記実施形態では、反射鏡３の長手方向他端側における第１焦点Ｆ１が紫外線ランプ２の中心軸線Ｃよりも紫外線照射方向の前方に位置するように構成したが、逆の構成、つまり、反射鏡３の長手方向他端側における第１焦点Ｆ１が紫外線ランプ２の中心軸線Ｃよりも紫外線照射方向の後方に位置するように構成しても良い。

また、前記実施形態では、紫外線ランプの下方に位置する被照射面に対して紫外線を照射するものであったが、略水平に配置された紫外線ランプの側方に位置する被照射面に対して紫外線を照射するものであっても良い。

さらに、紫外線ランプとしては、メタルハライドランプ以外の紫外線ランプを用いて構成しても良い。

その上、図７に示すように、反射鏡３の紫外線ランプ２に対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構６を備えたものであっても良い。この傾斜角度調節機構６は、反射鏡３の長手方向両端部にそれぞれ設けられて、長手方向各端部における反射鏡３及び紫外線ランプ２との相対位置を調節することにより、傾斜角度を調節する。具体的に傾斜角度調節機構６は、反射鏡３に設けられ、雌ねじ孔が形成された固定ブロック６１と、当該固定ブロック６１の雌ねじ孔に螺合する雄ねじ部を有し、筐体４の外部に操作ノブが設けられた昇降操作ねじ６２とを有する。なお、固定ブロック６１には、反射鏡３の傾斜を許容するためのリンク機構が設けられている。そして、昇降操作ねじ６２の操作ノブを回転させて、当該昇降操作ねじ６２の雄ねじ部が固定ブロック６１の雌ねじ孔に対して進退移動することにより、反射鏡３の紫外線ランプ２に対する傾斜角度が調節される。このようなものあれば、傾斜角度の異なる種々の被照射面Ｗａに対応可能とすることができる。また、反射鏡３の紫外線ランプ２に対する傾斜角度を調節できるだけでなく、反射鏡３と紫外線ランプ２との距離も調節することができ、被照射面Ｗａにおける紫外線強度分布の調節自由度を増すことができる。

また、前記実施形態では、第１焦点軸線（仮想線）及び中心軸線が反射鏡の長手方向一端部において交差するように配置されているが、反射鏡の長手方向一端部から他端部の間の任意の部分で交差するように配置しても良いし、反射鏡の長手方向外側において交差するようにしても良い。

また、前記実施形態では、仮想線及び中心軸線が鉛直平面内に配置されることにより交差するように構成しているが、仮想線が、鉛直平面内に位置せずに中心軸線とねじれ関係となるように配置されても良い。

その他、本発明は前記実施形態に。限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

１００・・・紫外線照射装置
２・・・紫外線ランプ
Ｃ・・・中心軸線
３・・・反射鏡
Ｆ１・・・第１焦点
Ｘ・・・第１焦点軸線（仮想線）
４・・・筐体
５・・・押し出し材
６・・・傾斜角度調節機構

Claims (9)

1. 直管状の紫外線ランプと、
   前記紫外線ランプから射出された光を被照射面に向けて反射するものであり、長手方向に直交する断面が焦点を有する反射鏡とを備え、
   前記反射鏡の長手方向における２箇所の焦点を結ぶ仮想線と前記紫外線ランプの中心軸線とが、互いに異なる方向を向いて配置されている紫外線照射装置。
2. 前記仮想線が、前記中心軸線と前記中心軸線から前記被照射面に延びる紫外線照射軸線とを含む平面内に配置されている請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記仮想線と前記中心軸線とが、交差している請求項１又は２記載の紫外線照射装置。
4. 前記反射鏡の長手方向一端側における焦点が、前記中心軸線上に位置し、
   前記反射鏡の長手方向他端側における焦点が、前記中心軸線に対してずれて位置している請求項３記載の紫外線照射装置。
5. 前記紫外線ランプが略水平に配置されて、前記紫外線ランプの中心軸線に対して傾斜した被照射面に紫外線を照射するものであり、
   前記反射鏡が、前記紫外線ランプと前記被照射面との距離が大きい方の長手方向端部において、その焦点が前記紫外線ランプの中心軸線上に位置し、前記紫外線ランプと前記被照射面との距離が小さい方の長手方向端部において、その焦点が前記紫外線ランプの中心軸線から紫外線照射方向にずれて位置している請求項４記載の紫外線照射装置。
6. 前記紫外線ランプの中心軸線に対して傾斜した被照射面に紫外線を照射するものであり、
   前記被照射面における幅方向の紫外線強度が前記被照射面の幅方向中央に対して略対称となるように、前記反射鏡が傾斜されている請求項１乃至５の何れかに記載の紫外線照射装置。
7. 前記反射鏡の前記紫外線ランプに対する傾斜角度を調節する傾斜角度調節機構を備えている請求項６記載の紫外線照射装置。
8. 前記傾斜角度調節機構が、前記反射鏡の長手方向両端部にそれぞれ設けられて、前記反射鏡及び前記紫外線ランプとの相対位置を調節することにより、前記傾斜角度を調節するものである請求項７記載の紫外線照射装置。
9. 前記紫外線ランプがメタルハライドランプである請求項１乃至８の何れかに記載の紫外線照射装置。