JP5168004B2 - 光源装置の点灯制御方法及び光源装置 - Google Patents
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Description
近年、このようなUV/O3 洗浄法に使用する光源としては、従来から使用されていた波長185nmおよび254nmの紫外線を出射する低圧水銀ランプに代わり、例えばキセノンガスなどを発光物質とすることにより波長172nmの真空紫外線を出射する、洗浄能力に優れたエキシマランプが使用されている。このようなエキシマランプは、例えば特許文献1などに開示されている。
エキシマランプの点灯状態を確認する手法として、例えば、特許文献1に示すように、エキシマランプから放射される真空紫外光を真空紫外光センサで検知する手法が知られている。
この真空紫外光を検知する手法によってエキシマランプの点灯状態を確認するエキシマランプ装置は、例えば図11に示すように、ケーシング80における天井面を構成する冷却ブロック81に装着された状態の4つのエキシマランプ90を備え、当該冷却ブロック81には、各エキシマランプ90の真上領域に、貫通孔である光導入孔81Aが形成されており、この光導入孔81Aの一端側に真空紫外光センサ89が設けられてなるものである。図において、83はエキシマランプ90から放射された光を被処理体に照射するための光取り出し窓部である。
例えば、真空紫外光を検出する光センサを通算して6000時間使用した場合には、当該光センサの検出量が約10%低下する。そのため、光センサから出力される真空紫外光の照度データに基づいてエキシマランプに供給する電力を調整した場合には、エキシマランプから出射される真空紫外光の照度が低いと判断されて、エキシマランプに対して過剰な電力が供給されることにより、エキシマランプが短寿命になるおそれがあった。
なお、真空紫外光を検出する光センサは高価であることから、頻繁に新品のものに交換する訳にもいかず、エキシマランプと同時に交換することは現実にはできない。
また、ランプは、その外観から使用寿命末期に達したか否かを判断することは一般に困難であり、特にエキシマランプは、発光管を構成する石英ガラス等の劣化に伴って出射される真空紫外光の照度が低下するものであるから、外観から使用寿命に達したかを判断するのは難しい。
そこで、個々のランプにICタグを設け、該ICタグにランプの通算点灯時間情報を記憶させ、通算点灯時間を管理するようにした装置が提案されている(例えば、特許文献2参照)。
同図に示すように、紫外線照射装置は、内部に不活性ガスを循環させる金属製の筐体101を有する。筐体101の内部には、管軸が平行となるよう並列して配置された複数本のエキシマランプ100が配置されている。エキシマランプ100に沿って、エキシマランプから放射される紫外線を被処理物方向へ反射する樋状の反射鏡102が、各エキシマランプ1に対応して設けられている。反射鏡102が設けられた各エキシマランプ100は、例えば内部を水冷パイプが循環するアルミニウム製の冷却ブロック103に固定されている。
各金属箔100eには、発光管100aの外方に突出する外部リード100gが接続され、外部リード100gには、高圧給電ケーブル120cが接続され、その端部に高圧給電端子120が設けられている。
筐体101には樹脂製のコネクタ110が取り付けられ、該コネクタ110内にアンテナ140が設けられている。また、高圧給電ケーブル120cの端部に高圧給電端子120が取り付けられ、高圧給電端子120の絶縁ホルダ内にICタグ130が設けられている。
上記コネクタ110に高圧給電端子120のプラグを差し込むことによって、内部電極100bと高周波点灯電源とが導通する。外部電極100cについては図示していないが、同様に高周波点灯電源と導通する。
エキシマランプ1の電極に接続された高圧給電ケーブルの高圧給電端子120は、前記したコネクタ110を介して高周波点灯電源200に接続され、高周波点灯電源200から高圧・高周波電圧を供給することによりエキシマランプ100は点灯する。
前記したようにコネクタ110にはアンテナ140が設けられており、アンテナ140は、ICタグにデータを書き込んだり、データを読み出すためのリーダ/ライタ230に接続されている。CPU210は、上記リーダ/ライタ230を制御して、ICタグにデータを書き込んだり、ICタグからデータを読みだすとともに、上記高周波点灯電源200を制御して、ランプ100の点灯を制御する。
エキシマランプ100の点灯開始前に、ICタグ130に記憶されている前回の使用時までの通算点灯時間情報をアンテナ140を介してリーダ/ライタ230により読み出し、CPU210に接続されているメモリ220にこの情報を記憶させる。
ICタグ130には個々のエキシマランプ100に固有である使用寿命時間情報も記憶されており、CPU210は、ICタグ130から読み出された通算点灯時間が使用寿命時間を下回るか否かを調べ、通算点灯時間が使用寿命時間を下回る場合、CPU210から高周波点灯電源200に対して点灯信号が送信される。これにより、高周波点灯電源200は、エキシマランプ100に高圧高周波電圧を供給し、エキシマランプ100が点灯する。
そして、通算点灯時間が使用寿命時間に到達すると、CPU210は、高周波点灯電源200に対して点灯停止信号を送信し、エキシマランプ100を消灯する。
また、通算点灯時間が使用寿命時間に到達する前に、エキシマランプを消灯させた場合には、エキシマランプの消灯後に、メモリ220に記憶された通算点灯時間に最新の点灯時間が加算され、リーダ/ライタ230により、最新の通算点灯時間がアンテナを介してICタグ130に記憶させる。
以上の制御をすることにより、個々のエキシマランプについて、エキシマランプ積算点灯時間情報を効率的に管理することが可能となる。
一方、エキシマランプの点灯状態を確認する手法として、前述したように、真空紫外光を光センサで検知する手法が知られているが、この種の光センサは感度が経時的に低下する。このため、使用時間が長くなるにつれて、ランプから出射される光の正確な照度データを得ることができず、光センサから出力される照度データに基づいてランプに供給する電力を調整しても、照度を一定状態に維持することはできない。
すなわち、真空紫外光を検出する光センサを用いたエキシマランプを点灯させる光源装置等のように、経時的に検出感度が劣化する光センサを具備し、この光センサにより、時間とともに照度が低下するランプの光を検出して、照度を制御する光源装置においては、光センサの検出感度の劣化に加えて、経時的にランプの照度が低下するので、ランプから出射される光の照度を長時間にわたり精度よく所望の値になるように制御するのは極めて難しい。
また、上記のように感度が経時的に低下する光センサを使用する場合、光センサを光源装置に取り付けたままで、光センサの検出感度を自動的に校正できるようにすることが望まれるが、このような機能を備えた光源装置は知られていない。
A.ランプから出射される光の安定化制御
本発明は、ランプから出射される光の照度が目標値に一致するように制御し、照度を一定に維持する。
エキシマランプは出射される光の照度が種々の要因によって時間の経過とともに低下する。このように、照度が経時的に低下するランプの照度を一定に維持するためには、照度が目標照度に対して所定割合以下に低下したときに、ランプに供給する電力を増やすよう、制御することが必要になる。
このようなランプに供給する電力を制御する手段として本発明においては、ランプに取り付けられたICタグを用い、ICタグに記録されたそのランプの通算点灯時間に基づき、ランプに供給する電力を制御する。
すなわち、本発明においては、検知手段により、照度低下が一定割合を超えたか否かを検知するとともに、照度低下が一定割合を超えたときには、ランプへ供給する電力を補正する(増やす)。
この電力の補正は、例えば、ランプの通算点灯時間と補正電力のデータとの関係を規定した補正テーブル等を使用する。そして、通算点灯時間に応じた補正電力を求め、ランプに供給する電力を制御する。
すなわち、ICタグを用いることにより、ランプの通算点灯時間を記録することができ、ICタグに記録された通算点灯時間に基づき補正電力のデータを得ることができる。
B.光センサの補正
本発明では、光源装置に据付の光センサが劣化することにより、光の検知感度が低下することに対応するために、装置に据付の真空紫外光センサから出力される照度データを校正する。
この校正は、光源装置に設けられた光センサとは別の新品の光センサにより測定した値と用いて行う。
例えば、工場などに設置された新品のセンサを使用し、この新品のセンサにより各ランプ毎の光の正確な照度データを求め、各ランプに設けられたICタグに書き込む。
そして、例えば、ランプ交換時この照度とエキシマランプ装置に据付られたセンサから出力される照度データとを対比し、後者の値が前者の値に一致するよう、後者の値を上方補正する。
(1)光源に設けられたICタグに、少なくとも、光源を所定の基準電力で点灯させたときに当該光源から出射される光の照度に係る固有照度データおよび当該光源の通算点灯時間を記録する。
光源装置は、上記ICタグからの情報の読み取り/書き込み手段と、光源から出射される光の照度を検知する検知手段と、光源の点灯を制御する制御部を備え、光源装置の制御部は、前記光源のICタグから読み出した固有照度データと、設定された目標照度データとに基づいて、該目標照度データを得るために必要な目標電力データを求め、前記光源を目標電力データに基づいて点灯させ、その時点における当該光源から出射される光の照度を前記検知手段で検知し、検知した照度を基準照度データとして記録する。
そして、上記目標電力データに基づいて該光源を継続して点灯させたときの光源の照度を、前記検知手段により検知し、該検知手段により検知される前記光源の照度データが、前記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したかを判定する。光源の照度データが、前記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したときに、前記ICタグから読出した光源の通算点灯時間に基づいて該光源の通算点灯時間に対応した補正電力データを求め、この補正電力データに基づいて前記目標電力データを補正して、補正された目標電力データを光源に供給する。
(2)上記(1)において、目標電力データが補正され、補正された目標電力データに基づいて光源を点灯させたとき、前記検知手段で測定される当該光源から出射される光の照度を、新たな基準照度データとして記録し、前記検知手段により検知される前記光源の照度データが、上記新たな基準照度データに対して所定割合以下に低下したかを判定する。
(3)上記(1)(2)において、上記ICタグに、該ICタグが設けられた光源から出射される光の照度に係る固有照度データとして、前記所定の基準電力で点灯させたときの当該光源から出射される光の照度を、校正済みの検知手段で測定し記録する。
そして、上記光源装置の制御部は、光源装置に新たな光源が取り付けられたとき、該光源を上記基準電力で点灯させ、該光源装置に設けられた検知手段により、該光源から出射される光の照度を測定する。
そして、光源装置に設けられた検知手段により測定される照度データと、前記ICタグから読み出した固有照度データとに基づき、上記光源装置に設けられた検知手段の測定値を校正する校正パラメータを求め、該校正パラメータに基づき、検知手段の出力を補正する。
(4)光源に設けられたICタグに、少なくとも、光源を所定の基準電力で点灯させたときに当該光源から出射される光の照度に係る固有照度データおよび当該光源の通算点灯時間を記録する。
光源装置は、ICタグからの情報の読み取り/書き込み手段と、光源から出射される光の照度を検知する検知手段と、光源の点灯を制御する制御部を備え、該制御部は、前記光源のICタグから読み出した固有照度データと、設定された目標照度データとに基づいて、該目標照度データを得るために必要な目標電力データを求める目標電力データ算出手段と、前記光源を上記目標電力データに基づいて点灯させ、その時点において前記検知手段で検知される当該光源から出射される光の照度データを基準照度データとして記憶部に記録させる基準照度データ取得手段と、上記目標電力データに基づいて該光源を継続して点灯させたときに前記検知手段により検知される光源の照度が、前記基準照度データに対して所定割合以下に低下したかを判定し、光源の照度データが、前記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したと判定されたとき、前記ICタグから読出した光源の通算点灯時間に基づいて求めた該光源の通算点灯時間に対応した補正電力データを求め、該補正電力データに基づいて前記目標電力データを補正する補正手段と、上記目標電力が光源に供給されるように制御する点灯制御手段を備える。
(5)上記(4)において、上記ICタグには、該ICタグが設けられた光源から出射される光の照度に係る固有照度データとして、前記所定の基準電力で点灯させたときの当該光源から出射される光の照度を、校正済みの検知手段で測定した値が記録されている。
上記光源装置の制御部は、経時的に感度が劣化する上記検知手段の校正手段を備え、該校正手段は、上記光源装置に新たな光源が取り付けられたとき、該光源を上記基準電力で点灯させ、該光源装置に設けられた検知手段により検知される、該光源から出射される光の照度と、前記ICタグから読み出した固有照度データとに基づき、上記該光源装置に設けられた検知手段の測定値を校正する校正パラメータを求め、該校正パラメータに基づき、検知手段の出力を補正する。
(1)本発明においては、目標照度データを得るために必要な目標電力データにより光源を点灯させ、そのときの照度を検知手段で検知して基準照度データとして記録し、該検知手段により検知される前記光源の照度が、上記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したとき、ICタグから読出した光源の通算点灯時間に基づいて補正電力データを求め、この補正電力データにより前記目標電力データを補正して光源に供給するようにしたので、ランプの真空紫外光の照度が経時的に低下した場合であっても、光源の照度を一定に維持することができる。
しかも、本発明の光源装置によれば、前記検知手段により検知された光の照度が所定範囲を超えて低下する毎に、ランプの経時的な照度低下および検知手段の感度低下が考慮された最新の基準照度データが記録され、これに基づき補正電力データを求めて、光源を制御しているので、高い精度で、照度をほぼ一定に維持することができる。
(2)ICタグに、所定の基準電力で点灯させたときに光源から出射される光の照度を、校正済みの検知手段で測定し、固有照度データとして記録しておき、光源装置に新たな光源が取り付けられたとき、該光源を上記基準電力で点灯させ、該光源装置に設けられた検知手段により、該光源から出射される光の照度を測定し、この照度データと、ICタグから読み出した固有照度データとに基づき、上記光源装置の検知手段を校正するようにしたので、使用寿命を終えたエキシマランプを新品のものに交換する毎に、センサから出力される照度データを校正することができ、光源装置に据付の光センサが長時間の使用によって劣化したものであっても、正確な照度を得ることができる。
このため、ランプから出射する光の照度を精度よく制御することができるとともに、従来から問題になっていた、エキシマランプへの過剰電力の供給により、被処理体に照射される光の照度が目標照度を大きく上回るというオーバーシュートが生じたり、ランプの寿命が短くなるといった不具合を解消することができる。
同図に示すように、本発明の光源装置は、記録情報を非接触で入力することのできるICタグ1aを備える光源(以下ランプという)1と、高周波高電圧をランプ1に供給するための点灯電源2と、点灯電源2の出力側に設けられたトランス3と、ランプ1の点灯を制御する制御部4と、入力部5を備える。
制御部4は、ランプ1から出射される真空紫外光等の光を検知して照度信号を出力する検知手段である光センサ15と、当該光センサ15の照度データ等に基づいてランプ1の点灯を制御するととも光センサ15の校正を行うための演算処理を実行する演算処理部(CPU)11と、記憶部13と、ICタグ1aとの間でデータの送受信を行うためのアンテナ14と、ICタグ1aとの間のデータの送受信を制御するICタグR/W部12と、A/D変換器16a,16b、D/A変換器17から構成される。A/D変換器16a,16bは、光センサ15からの信号および点灯光源2からの信号をデジタル信号に変換しCPU11に送出し、D/A変換器17はCPU11からのデジタル信号をアナログ信号に変換し、点灯電源2に送出する。
記憶部13のROM13bには、通算点灯時間に応じてランプ1に供給する電力を補正するための補正テーブルTabや、エキシマランプの規格照度データX0 、基準電力データZ0 等の情報が記録され、EEPROM13cには、エキシマランプから出射される真空紫外光の照度を安定に維持するたるに必要な情報が記録される。
ICタグ1aは、各ランプ毎に設けられており、各エキシマランプ固有の照度に係る固有照度データX1 に応じた百分率Y[=(固有照度データX1 /規格照度データX0 )×100]、通算点灯時間Tsが記録される。
ランプがエキシマランプの場合、光センサ15は真空紫外光センサであり、例えば、ALGN(アルミガリュウムナイトライド)等の半導体ホトセンサ、紫外光を可視光に変換する蛍光体などによって構成されている。
前記した図11に示すように、光センサ15は、冷却ブロックに形成された光導入孔の一端側に配置され、ランプ1からの真空紫外線が当該光導入孔を介して、光センサ15の光入射面に入射される。
例えば、図3のCに示すように、真空紫外光の感度は、使用開始から3000時間経過後に30%程度低下する。
すなわち、光センサ15から出力される照度データは、実際のランプ1から出射される真空紫外光の照度よりも低い値になる。したがって、ランプ1から出射される真空紫外光の照度が一定に維持されるよう、光センサ15からの照度データに基づいてランプ1に供給する電力を制御しようとすると、ランプ1に過剰な電力供給を行うことになる。
そのため、図3のAに示すように、エキシマランプの照度が図3のBの目標照度よりも高くなり、オーバーシュートを引き起こすことになる。このようなオーバーシュートを回避するために、光センサ15の劣化に伴って発生する真空紫外光の感度低下を補正することが必要である。
入力部5は、例えば液晶表示画面などを有するタッチパネル式であり、光源装置のユーザが、被処理体毎に必要とされる真空紫外光の照度に係る目標照度データをCPU11に入力するために使用される。
なお、これらのデータの格納箇所は適宜変更することができ、例えばROMを設けずに、全てのデータをEEPROMに格納してもよいし、いわゆるメモリ媒体(例えば不揮発性メモリや磁気ディスクなど)に記憶しておき、実行時RAM13aに展開し、終了時に不揮発性メモリや記憶媒体に退避させるようにしてもよい。
また、以下の説明においては、理解を容易にするため、データがRAMに転送される場合でも、必要に応じて、装置起動時に格納されていた場所でデータの格納場所を特定することもある。
・規格照度X0 :標準的なエキシマランプから照射される真空紫外光の照度
(ROMに格納)
・固有照度X1 :ICタグに記録された当該ランプの固有の照度(ICタグ、EEPRO Mに格納)
・実測照度X2 :装置据付の光センサから得られた照度データ
・目標照度X3 :入力部から設定される目標照度(EEPROMに格納)
・基準照度X4 :初期あるいは電力補正後に、目標電力データZ1 あるいは、補正電力デ ータZ2 で当該ランプ点灯させたときに、装置据付の光センサから得ら れる照度データ(EEPROMに格納)
・基準電力Z0 :標準的なエキシマランプが規格照度X0 を出力するために必要な電力
(ROMに格納)
・目標電力Z1 :目標となる照度を得るために必要となる電力(EEPROMに格納)
・補正電力Z2 :補正電力係数により補正される目標電力(EEPROMに格納)
・補正係数K=固有照度X1 /実測照度X2
・百分率Y=(固有照度X1 /規格照度X0 )×100
(ICタグ、EEPROMに格納)
・通算点灯時間Ts :ランプ点灯時間の積算値(ICタグ、EEPROMに格納)
・補正テーブルTab :通算点灯時間に対する電力増加量(補正電力係数)を記録したテ ーブル(ROMに格納)
ランプ1に設けられたICタグ1aには、前述したように百分率Y=(固有照度X1 /規格照度X0 )×100および該ランプ1の通算点灯時間Tsが記録されている。
上記固有照度X1 は、ランプ1を上記基準電力で点灯させたときにランプ1から出射される光の照度を、例えば新品の光センサ等のように正しい照度データを出力する校正済みの光センサで測定したデータである。
ICタグR/W部12は前述したようにアンテナ14を介して、上記ICタグ1aに記録された上記データを読み込み、ICタグデータとして記憶部13に記憶させる。
これにより、ランプ1が新しいランプに交換される毎に、光センサ15が正しい測定値を出力するように校正することができる。
制御部4の積算タイマ4gはランプ1が点灯している時間を積算カウントし、通算点灯時間更新手段4aは、所定の積算時間に達する毎に記憶部13に記憶された通算点灯時間を更新する。この更新された通算点灯時間Tsは、光源装置の動作を停止させるとき、ランプ1に設けられたICタグ1aに書き込まれる。
制御部4の目標電力算出手段4bは、ICタグ1aから読み出された百分率Yに基づき算出された固有照度X1 と基準電力Z0 、上記目標照度X3 とに基づいて、該目標照度X3 を得るために必要な目標電力Z1 を算出する。算出された目標電力Z1 は記憶部13に記憶される。
基準照度データ取得手段4dは、装置起動時あるいは後述する電力補正時に、点灯制御手段4eによりランプ1を上記目標電力Z1 あるいは補正電力Z2 に基づいて点灯させ、その時点において光センサ15で検知される光の照度データを得る。この値は基準照度データX4 として記憶部13に記憶される。
すなわち、ランプ1に印加される電圧とランプ電流が検出され、点灯電源2から制御部4の点灯制御手段4eに送られる。なお、点灯電源2で検出された電圧、電流はアナログ信号であり、このアナログ信号は前記したようにA/D変換器によりデジタル信号に変換され、制御部4のCPUへ送られる。
点灯制御手段4eは、上記電圧、電流からランプに供給される電力を算出し、算出した電力と前記目標電力Z1 (補正後は補正電力Z2 )を比較する。そして、上記算出された電力が目標電力Z1 (補正後は補正電力Z2 )に一致するようなランプ電圧と周波数を演算する。このランプ電圧と周波数は、電圧指令、周波数指令として点灯電源2に送出される。
点灯電源2は、この電圧指令、周波数指令に応じてランプ1の駆動電圧、周波数を制御する。これにより、ランプ1に供給される電力が上記目標電力Z1 (補正後は補正電力Z2 )に一致するように制御され、ランプ1は目標電力Z1 (補正後は補正電力Z2 )に応じた照度で点灯する。
ここで、エキシマランプは、前記したように出射される光の照度が時間の経過とともに低下する。したがって、点灯初期には、ランプ1に目標電力データに応じた電力を供給することで、ランプ1は目標照度に一致した照度で点灯するが、点灯時間が経過するに応じて、ランプ1の照度は低下する。
すなわち、補正電力算出手段4cは、上記目標電力Z1 (補正後は補正電力Z2 )に基づいてランプ1を継続して点灯させたときに前記光センサ15により検知される照度(実測照度X2 )を取得し、当該実測照度X2 が、前記基準照度X4 に対して所定割合以下に低下したかを判定する。
そして、補正電力算出手段4cは、ランプ1の実測照度X2 が、前記基準照度X4 に対して所定割合以下に低下すると、前記記憶部13に記憶されたランプ1の通算点灯時間Tsを読み出し、記憶部13に記憶された補正テーブルTabを参照して、通算点灯時間Tsに対応した補正電力データZ2 を求め、記憶部13に記憶させる。
すなわち、事前にエキシマランプ毎に通算点灯時間と真空紫外光の照度低下率との関係を求めておき、この関係に基づいて真空紫外光の照度を一定に維持するために必要とされる電力増加率を求め、補正テーブルに通算点灯時間と電力補正係数との関係を登録する。したがって、この補正テーブルの電力補正係数を読み出し、目標電力Z1 に乗ずることにより、補正電力データZ2 を求めることができる。
点灯制御手段4eは、補正電力データZ2 が算出されると、前述したようにランプに供給される電力が、補正された補正電力データZ2 になるようなランプ電圧と周波数を演算し点灯電源2に送出する。点灯電源2はこのランプ電圧と周波数によりランプ1を点灯させる。
以下、前記したのと同様に、上記基準照度X4 に対して、前記光センサ15により検知される照度が所定割合以下に低下したかを判定し、所定割合以下に低下すると、上記と同様に通算点灯時間に対応した補正電力データZ2 を求める。
1.ICタグへのデータの記録と光センサの校正
(1)ICタグへのデータの記録
まず、前記ICタグに固有照度データX1 に対応した百分率Yを記録する処理について図5により説明する。
図1に示した光源装置が備える感度が劣化した可能性のある光センサ15とは別の、例えば工場などに備え付けられた新品の光センサあるいは校正済みの光センサを用いた光源装置にランプ1をセットし、該ランプ1のICタグ1aに上記データを記録する。この光源装置は例えば、光センサが新品あるいは校正済みのものである点を除き、図1に示したものと同様の構成を有するものでよく、以下では図1に示す光源装置を用いて、ICタグ1aにデータを書き込む場合について説明するが、ICタグ書き込み用の専用の装置を用いてもよい。すなわち、専用の装置を用い、新品の光センサあるいは校正済みの光センサによりランプの照度を測定し、固有照度データX1 に対応した百分率Yを計算し、ICタグ書き込み用の装置を用いてICタグ1aにデータ書き込むようにしてもよい。
なお、以下のフローチャートでは、固有照度データX1 に対応した百分率Yの記録について説明するが、ICタグには、このデータに加え前記したように通算点灯時間が記録され、新品のランプの場合、通算点灯時間として0が記録される。
まず、読み取り専用メモリ(ROM)13bに記録されている基準電力Z0 を読出し、ランプ1を基準電力Z0 で点灯させる。
(ステップS102)
ランプ1から出射される真空紫外光の照度が安定しているかを確認する。この確認は、例えば5分間で照度変化が1%以下になるか否かを判断する。照度が安定している場合はステップS104に進む。
(ステップS103)
照度が安定しない場合はタイムアウトになっているかを確認する。30分以内に照度が安定した場合は、ステップS101に戻る。30分経っても照度が上記のように安定しない場合は、ランプ1が不良品であると判断してプロセスを終了する。
(ステップS104)
照度が安定したときの固有照度データX1 を取得する。光センサ15からのアナログ信号は、A/D変換器16bによってデジタル信号に変換されるとともに、当該デジタル信号が固有照度データX1 としてCPU11に入力される。
(ステップS105)
CPUに入力された固有照度データX1 に対応した値がICタグ1aに記録される。ここで、固有照度データX1 は、以下の(1)式に示すように、読み取り専用メモリ(ROM)13bに記憶された規格照度データX0 に対する固有照度データX1 の百分率YとしでICタグ12に記録される。
Y=(X1 /X0 )×100…(1)
次に、光センサの校正動作についてフローチャートにより説明する。なお、この動作は図2の校正手段4fで実現される動作に対応している。
図6は、ICタグに記録されたデータに基づいて、光センサ15を校正するフローである。上記校正は、寿命を終えたランプを新品のものに交換する毎に、被処理体への光照射処理を実行する前に行われる。ランプの使用寿命が終えるまでは、光センサ15の補正は行わない。
(ステップS201)
まず、CPU11からICタグR/W部12にアクセスし、ICタグ1aへ、アンテナ14を介して135kHzの搬送周波数でコマンドを送信し、双方向通信により、ICタグ1aから情報を読み出し、この情報をICタグR/W部12を介してCPU11で受信する。
CPU11は、ICタグ1aに記録された通算点灯時間から、ランプ1が新品であるかどうかを確認する。通算点灯時間Ts=0である場合は、ランプ1が新品であると判断してステップS202に進む。一方、通算点灯時間Ts=0でない場合は、光センサ15の校正はせず、処理を終了する。
CPU11によりICタグ1aに記録された固有照度データX1 の百分率Yを取得する。すなわち、ICタグR/W部12からICタグ1aに対して135kHzの搬送周波数でコマンドを送信し、アンテナ14を介してICタグ1aから百分率Yを取得する。
(ステップS203)
次に、記憶部13の読み取り専用メモリ(ROM13b)に記録された基準電力Z0 でランプ1を点灯させる。
(ステップS204)
ランプ1から出射される光の照度が安定したかを確認する。この確認は、例えば5分間で照度変化が1%以下になるか否かを判断する。照度が安定している場合はステップS206に進む。
(ステップS205)
照度が安定しない場合はタイムアウトになっているかを確認する。30分以内に照度が安定した場合は、ステップS201に戻り、ステップS201〜S204のプロセスを実行する。30分経っても照度が上記のように安定しない場合は、ランプ1が不良品であると判断してプロセスを終了する。
(ステップS206)
次いで、ランプ1から出射される光の照度を光センサ15で検知する。光センサ15からのアナログ信号は、A/D変換器16bによってデジタル信号に変換され、当該デジタル信号が実測照度データX2 としてCPU11に入力される。
最後に、ステップS202で取得した固有照度データX1 およびステップS206で取得した実測照度データX2 に基づいて、光センサ15から出力される照度データを補正する。ステップS207の補正は、以下のように行われる。
(i) 記憶部13の読み取り専用メモリ(ROM13b)から読出した規格照度データX0 と、ICタグ1aから読出した百分率Yとに基づいて、固有照度データX1 の値を演算する。
以下の(2)に示すように、実測照度データX2 に対する固有照度データX1 の比率である補正係数Kを求める。
補正係数K=(固有照度データX1 )/(実測照度データX2 )…(2)
(ii)実測照度データX2 に(2)式で求めた補正係数Kを乗じる。
したがって、使用寿命を終えたエキシマランプを新品のものに交換する毎に、上記補正係数Kを求めて記憶しておき、この補正係数Kによりセンサから出力される照度データを補正することにより、エキシマランプに据付の真空紫外光センサが長時間の使用によって劣化したものであっても、正確な真空紫外光の照度を得ることができる。
そのため、本発明によれば、従来から問題になっていた、エキシマランプへの過剰電力の供給により、被処理体に照射される真空紫外光の照度が目標照度を大きく上回るというオーバーシュートが生じたり、エキシマランプの寿命が短くなるといった不具合を解消することができる。
(1)全体の処理の流れ
まず、本実施形態の光源装置の全体の処理の流れにについて説明する。
図7は、本実施形態の光源装置の全体処理の流れを示すフローチャートである。
図7に示すように、光源装置は次のように動作する。
(ステップS1)
装置が起動される。
(ステップS2,S3)
ランプに設けられたICタグからデータを取得する。ICタグから取得した通算点灯時間データから、当該ランプが新品のランプ(通算点灯時間が0)であるかを判定する
(ステップS4)
当該ランプが新品のランプであると、ランプ1を基準電力Z0 で点灯させ、光センサ15により照度を測定する。そして、前述したように、測定した実測照度と、ICタグから読み出した百分率Yから求めた固有照度X1 とに基づき、光センサ15の出力を校正する校正パラメータを求め、該校正パラメータに基づき、光センサ15の出力を補正する。
当該ランプが新品のランプでなければ、前述したようにICタグから読み出した固有照度X1 と設定された目標照度X3 とに基づいて目標電力Z1 を求め、ランプ電力が目標電力Z1 に一致するように制御する。
ここで、前述したように目標電力Z1 に基づいてランプ1を点灯させたときの照度を光センサ15で検知し、この照度が基準照度X4 に対して所定割合以下に低下すると、通算点灯時間Tsに基づいて求めた補正電力Z2 を求め、目標電力Z1 を補正する。
(ステップS6,S7)
以上の動作をランプ消灯まで継続し、ランプ消灯時には、ランプの消灯処理を行なうとともに、必要なデータを記憶部13の書き換え可能な不揮発性メモリ(EEPROM)への退避、及びICタグの通算点灯時間の書き換えを行う。
ランプから出射される光の照度は、時間の経過とともに低下する。照度を一定に維持するためには、ランプの照度が目標となる照度に対して所定割合以下に低下したときに、ランプに供給する電力を増やすよう制御することが必要になる。
本実施形態の光源装置では、以下の図8のフローに説明するように、ランプに供給する電力を制御するために、ICタグに記録されたランプの通算点灯時間を使用し、これに基づき、電力の補正量(補正電力)を求めている。
図8は、ランプから出射される光の照度を一定に維持するための制御処理を示すフローチャートである。
(ステップS301)
CPU11からICタグR/W部12にアクセスし、ICタグ1aへ、アンテナ14を介して135kHzの搬送周波数でコマンドを送信し、双方向通信により、ICタグ1aから情報を読み出し、この情報をICタグR/W部12を介してCPU11で受信する。これにより、ICタグに記録された固有照度データX1 に対応した百分率Yおよび通算点灯時間Tsを取得することができる。
(ステップS302)
ステップS301で得られた通算点灯時間Tsに基づいて、ランプ1が新品であるかを確認する。通算点灯時間Ts=0である場合は、ランプ1が新品であると判断してステップS304に進む。一方、通算点灯時間Ts=0でない場合はステップS303に進む。
通算点灯時間Ts=0でない場合、記憶部13(EEPROM13c)には当該ランプを先に点灯したときの目標電力データZ1 が記憶されており、この記憶済みの目標電力データZ1 を取得する。
(ステップS304)
入力部5より入力され、記憶部13に格納されている目標照度データX3 を取得する。(ステップS305)
ステップS304で得られた目標照度データX3 、ICタグ1aから読出した百分率Y、並びに記憶部13(ROM13b)から読出した規格照度データX0 および基準電力データZ0 に基づいて、目標となる照度を得るために必要となる目標電力データZ1 を取得する。
目標電力データZ1 は、次のように求められる。
固有照度X1 :目標照度X3 =基準電力Z0 :目標電力Z1
目標電力Z1 =基準電力Z0 ×目標照度X3 /固有照度X1
上記のようにして求めた当該目標電力データZ1 を記憶部13(EEPROM13c)に記録する。
(ステップS306)
積算タイマ(図2の4g)をONして、通算点灯時間に加算される点灯時間の計測を開始する。
(ステップS307)
ステップS303あるいはステップS305で求めた目標電力データZ1 に基づいて、ランプ1を点灯させる。
なお、同図の実線は、目標となる照度、太実線は劣化したセンサで測定される照度の値を示す。また、同図の一点鎖線はランプから出射される真空紫外光の照度が種々の要因によって経時的に低下する様子を示し、同図の破線は、光センサの感度低下に伴ってセンサから出力される照度データが経時的に低下する様子を示す。
図9を用いて、以下のステップS308〜S313により実行するプロセスの概要を説明する。
ランプ交換時点において、前述の図6のフローチャートに示した光センサ15の補正を実行し、ランプの点灯中には同図のフローに示す光センサ15の補正は行わない。
図9に示すように、ランプを定電力(目標電力)で点灯させ、ランプの照度が初期基準照度P1 に対して所定割合以下のP2 に低下したT1 の時点において、ランプに供給する電力を補正し、ランプの照度をP2 からP3 に上方補正する。
この補正は、後述するように、以下のように行なわれる。
図4に示す補正テーブルTabを参照し、記憶部13に記憶されたその時点における通算点灯時間Tsに対応した補正電力係数を読み出し、この補正電力係数を記憶部13に記憶されたその時点における目標電力に乗じて、補正電力Z2 を求め、この電力をランプ1に供給する。そして、このときのランプ1の照度を光センサ15で検知して、補正後の基準照度P3 (=X4 )とする。
この上方補正した照度P3 を補正後の基準照度とする。補正後の基準照度P3 は、ランプの光の照度が経時的に低下すると共に、光センサにおける光の感度が経時的に低下することに対応するため、同図の一点鎖線上の値に設定される。
補正後の基準照度P5 (=X4 )は、上記のP3 と同様に、ランプの光の照度が経時的に低下すると共に、光センサにおける真空紫外光の感度が経時的に低下することに対応するため、同図の一点鎖線上の値に設定される。
このように、基本的にはランプを定電力で点灯させ、ランプの照度が最新の補正後基準照度に対して所定割合以下に低下する毎に、ランプに供給する電力を増やすことによってランプの照度を上方補正する。したがって、電力の補正を実行する毎に、時系列的に古い補正後基準照度データX4 が、順次に新しい補正後の基準照度データX4 に更新され、最新の補正後基準照度データのみが記憶部13(EEPROM13c)に記録される。
(ステップS308)
光センサによって、ランプから出射される光の照度を検知する。光センサ15からのアナログ信号は、図1に示すA/D変換器16bによってデジタル信号に変換され、初期の基準照度データX4 (図9の照度P1 に対応)としてCPUに入力される。当該初期の基準照度データX4 は、記憶部13(EEPROM13c)に記録される。
(ステップS309)
光センサによって検知される光の照度データが、ステップS308で得られた基準照度データX4 に対して、所定割合以下に低下したかを確認する。所定の割合は、光照射処理を実行する被処理体の種類に応じて異なっており、例えば10%である。
例えば図9を用いて説明すると、T1 の時点の照度データP2 が照度データP1 に対して10%以上低下した場合はステップS310に進む。照度データP2 の照度データP1 に対する低下が10%を超えない場合はステップS313に進む。
記憶部13(ROM13b)に記録された補正テーブルTab(図4参照)を読出し、当該補正テーブルTabに、記憶部13に記憶された通算点灯時間Tsを当てはめて、通算点灯時間Tsに対応する補正電力係数を取得する。
補正電力係数は、前述したように、ランプに供給される電力を、図9における照度データP2 をP3 に上方補正するために必要なレベルにするために設定される。
なお、図9のP3 は、図4の補正テーブルTabを参照して、光センサの感度の経時的な低下に対応して設定される。例えばエキシマランプの通算点灯時間が2000時間である場合は、補正電力係数が1.1と求められる。この補正電力係数に基づいて決定される補正電力データZ2 が、記憶部13に記録される。
(ステップ311、ステップS312)
CPU11は、ステップS310で得られた補正電力データZ2 に基づいて点灯電源2に指令を送り、点灯電源2を介してランプ1に供給する電力を増加させる。
ランプ1を補正電力データZ2 に基づいて点灯させたときにランプ1から出射される光の照度を光センサ15によって検知する。光センサ15からのアナログ信号は、A/D変換器16b(図1参照)によってデジタル信号に変換され、補正後の基準照度データX4 としてCPU11に入力されると共に記憶部13に記録される。補正後の基準照度データX4 は、図9の照度P3に対応する。
(ステップS313)
CPU11はランプ消灯信号が入力されたかを確認する。ランプ消灯信号が入力された場合は、ランプ1への電力供給を停止してランプを消灯する。
ステップS313においてエキシマランプ消灯信号が入力されていない場合は、ステップS309に戻り、ステップS309〜S312のプロセスが繰り返し実行される。
そして、前述したように補正テーブルTabを参照して、通算点灯時間Tsに対応する補正電力係数を取得し、該補正電力係数に基づいて決定される補正電力データZ2 が記憶部13に記録される。
CPU11は、前述したように上記補正電力データZ2 に基づいて点灯電源2に指令を送り、ランプ1に供給する電力を増加させる。
また、ランプ1を補正電力データZ2 に基づいて点灯させたときの照度を光センサによって検知し、補正後の基準照度データX4 として記憶する。
このようにして、CPU11にランプ消灯信号が入力されるまでの間は、時系列的に古い基準照度データおよび補正電力データが順次に最新の基準照度データおよび補正電力データに更新されながらEEPROM13cに記録される。最新の基準照度データおよび補正電力データのみが記憶部13(EEPROM13c)に記憶される。
同図において、消灯時には次の処理が行なわれる。
(ステップS11)
ランプの消灯処理を行なう。ランプがエキシマランプの場合は、例えば消灯時に、低い電圧で高い周波数の電圧を印加して、放電容器の分極を抑制して消灯する。
(ステップS12)
点灯電源2をオフし、積算タイマをオフにする。
(ステップS13)
ランプのICタグに記憶部13のデータを書き込み、また、必要に応じて読み取り書き込みメモリであるRAMの内容をEEPROM等の不揮発性のメモリなどに退避させる。(ステップS14)
制御部の電源をオフにする。
したがって、ランプの真空紫外光の照度が経時的に低下した場合であってもランプの照度を一定に維持することができる。
しかも、ランプの光の照度が所定範囲を超えて低下する毎に、ランプの経時的な照度低下および光センサの感度低下に対応した最新の基準照度データが記録されるので、光センサの感度が低下しても、ランプの照度を高い精度で一定に維持することができる。
1a ICタグ
2 点灯電源
3 トランス
4 制御部
5 入力部
4a 通算点灯時間更新手段
4b 目標電力算出手段
4c 補正電力算出手段
4d 基準照度取得手段
4e 点灯制御手段
4f 校正手段
4g 積算タイマ
10 光源装置
11 CPU
12 ICタグR/W部
13 記憶部
13a メモリ(RAM)
13b メモリ(ROM)
13c メモリ(EEPROM)
14 アンテナ
15 光センサ
16a,16b A/D変換器
17 D/A変換器
Claims (5)
- 光源に設けられたICタグからの情報の読み取り/書き込み手段と、光源から出射される光の照度を検知する検知手段と、光源の点灯を制御する制御部を備えた光源装置の点灯制御方法であって、
上記ICタグには、少なくとも、光源を所定の基準電力で点灯させたときに当該光源から出射される光の照度に係る固有照度データおよび当該光源の通算点灯時間が記録され、 上記光源装置の制御部は、
前記光源のICタグから読み出した固有照度データと、設定された目標照度データとに基づいて、該目標照度データを得るために必要な目標電力データを求め、
前記光源を目標電力データに基づいて点灯させ、その時点における当該光源から出射される光の照度を前記検知手段で検知し、検知した照度を基準照度データとして記録し、
上記目標電力データに基づいて該光源を継続して点灯させたときの光源の照度を、前記検知手段により検知し、該検知手段により検知される前記光源の照度データが、前記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したかを判定し、
光源の照度データが、前記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したときに、前記ICタグから読出した光源の通算点灯時間に基づいて求めた該光源の通算点灯時間に対応した補正電力データを求め、
該補正電力データに基づいて前記目標電力データを補正して、補正された目標電力データに基づいて光源を点灯させる
ことを特徴とする光源装置の点灯制御方法。 - 前記目標電力データが補正され、補正された目標電力データに基づいて光源を点灯させたとき、前記検知手段で測定される当該光源から出射される光の照度を、新たな基準照度データとして記録し、
前記検知手段により検知される前記光源の照度データが、上記新たな基準照度データに対して所定割合以下に低下したかを判定する
ことを特徴とする請求項1に記載の光源装置の点灯制御方法。 - 上記ICタグには、該ICタグが設けられた光源から出射される光の照度に係る固有照度データとして、前記所定の基準電力で点灯させたときの当該光源から出射される光の照度を、校正済みの検知手段で測定した値が記録され、
上記光源装置に設けられた検知手段は経時的に感度が劣化するものであり、
上記光源装置の制御部は、
上記光源装置に新たな光源が取り付けられたとき、該光源を上記基準電力で点灯させ、該光源装置に設けられた検知手段により、該光源から出射される光の照度を測定し、
上記光源装置に設けられた検知手段により測定される照度データと、前記ICタグから読み出した固有照度データとに基づき、上記該光源装置に設けられた検知手段の測定値を校正する校正パラメータを求め、該校正パラメータに基づき、検知手段の出力を補正することを特徴とする請求項1または請求項2記載の光源装置の点灯制御方法。 - 光源に設けられたICタグからの情報の読み取り/書き込み手段と、光源から出射される光の照度を検知する検知手段と、光源の点灯を制御する制御部を備えた光源装置であって、
上記ICタグには、少なくとも、光源を所定の基準電力で点灯させたときに当該光源から出射される光の照度に係る固有照度データおよび当該光源の通算点灯時間が記録され、 上記光源装置の制御部は、
前記光源のICタグから読み出した固有照度データと、設定された目標照度データとに基づいて、該目標照度データを得るために必要な目標電力データを求める目標電力データ算出手段と、
前記光源を上記目標電力データに基づいて点灯させ、その時点において前記検知手段で検知される当該光源から出射される光の照度データを基準照度データとして記憶部に記録させる基準照度データ取得手段と、
上記目標電力データに基づいて該光源を継続して点灯させたときに前記検知手段により検知される光源の照度が、前記基準照度データに対して所定割合以下に低下したかを判定し、光源の照度データが、前記記録された基準照度データに対して所定割合以下に低下したと判定されたとき、前記ICタグから読出した光源の通算点灯時間に基づいて求めた該光源の通算点灯時間に対応した補正電力データを求め、該補正電力データに基づいて前記目標電力データを補正する補正電力算出手段と、
上記補正された目標電力が光源に供給されるように制御する点灯制御手段を備えた
ことを特徴とする光源装置。 - 上記ICタグには、該ICタグが設けられた光源から出射される光の照度に係る固有照度データとして、前記所定の基準電力で点灯させたときの当該光源から出射される光の照度を、校正済みの検知手段で測定した値が記録され、
上記光源装置に設けられた検知手段は経時的に感度が劣化するものであり、
上記光源装置の制御部は、上記検知手段の校正手段を備え、
該校正手段は、上記光源装置に新たな光源が取り付けられたとき、該光源を上記基準電力で点灯させ、該光源装置に設けられた検知手段により検知される、該光源から出射される光の照度と、前記ICタグから読み出した固有照度データとに基づき、上記該光源装置に設けられた検知手段の測定値を校正する校正パラメータを求め、該校正パラメータに基づき、検知手段の出力を補正する
ことを特徴とする請求項4記載の光源装置。
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