KR20210052526A

KR20210052526A - 광조사 장치

Info

Publication number: KR20210052526A
Application number: KR1020217009696A
Authority: KR
Inventors: 히데아키 야규
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2019-08-05
Filing date: 2020-08-05
Publication date: 2021-05-10
Also published as: JPWO2021025063A1; KR20210044296A; CN112673454B; EP3998116A1; EP3998116A4; US20220359186A1; KR102509316B1; CN112673454A; EP4012749A1; WO2021025064A1; EP4012749A4; CN112673453A; JPWO2021025064A1; WO2021025063A1; JP7020591B2

Abstract

복수의 엑시머 램프를 탑재하고, 광취출면에 요구되는 물리적인 강도의 상승을 억제하면서, 각 엑시머 램프에 대한 높은 시동성을 실현할 수 있는, 광조사 장치를 제공한다. 광조사 장치는, 벽체로 둘러싸인 수용 영역에 엑시머 램프가 수용되어 이루어지는 램프 유닛을 복수 구비한다. 각각의 램프 유닛은, 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 외부에 취출하는 광취출면과, 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 인접하는 다른 램프 유닛이 구비하는 수용 영역으로 이끄는 연락용 투광창을 구비한다.

Description

광조사 장치

본 발명은, 광조사 장치에 관한 것이고, 특히 엑시머 램프를 포함하는 광조사 장치에 관한 것이다.

종래, 엑시머 램프는, 저온 상태나 암흑 상태나 장시간의 휴지 상태 후에 점등을 시동할 때, 높은 전압이 필요했었기 때문에, 점등용 전원이 대형화된다는 과제를 갖고 있었다. 이에 반해, 하기 특허문헌 1에는, 390nm의 자외선을 방사하는 UV-LED를 시동 보조 광원으로서 구비하고, 이 UV-LED로부터의 출사광을 엑시머 램프에 조사함으로써, 시동 보조를 행하는, 광조사 장치가 제안되고 있다.

일본국 특허공개 2017-68944호 공보

수요자에게 이용되는 용도에 따라서는, 보다 높은 강도의 자외선이 요구되는 경우가 있다. 여기서, 광조사 장치로부터 출사되는 자외선의 강도를 높이는 가장 단순한 방법으로서는, 램프 유닛에 탑재되는 엑시머 램프의 개수를 증가시키거나, 엑시머 램프를 대형화하는 방법이 생각된다.

그러나, 램프 유닛에 탑재되는 엑시머 램프의 개수는, 무궁무진하게는 늘릴 수 없다. 왜냐하면, 엑시머 램프의 개수가 증가하면 할수록, 이 엑시머 램프를 수용하기 위한 수용 영역이 증가하기 때문에, 램프 유닛이 대형화된다. 많은 엑시머 램프를 수용하기 위한 수용 영역을 형성하려면, 대형의 하우징(틀체)이 필요해지고, 이 수용 영역 내에 많은 엑시머 램프를 수용할 필요가 있다. 그러나, 이 경우, 대형의 하우징의 내측의 수용 영역에, 중량이 큰 수용물을 수용하게 되기 때문에, 물리적인 강도를 높일 필요가 있다.

그리고, 램프 유닛에는, 수용 영역에 수용된 엑시머 램프로부터 출사된 광을, 램프 유닛의 외측에 취출(取出)하기 위한 광취출면을 형성할 필요가 있다. 이 광취출면은, 광에 대한 투과성이 높은 물질로 형성할 필요가 있고, 예를 들면 석영 등의 유리 재료로 이루어진다. 이러한 유리 재료로 이루어지는 광취출면을 대면적의 영역에 실현하려 하면, 높은 강도를 확보하기 위해서 두께를 늘릴 필요가 생긴다. 이 결과, 광조사 장치가 매우 대형화, 중량화되어버린다.

또한, 광취출면을, 광에 대한 투과성이 높은 물질로 구성했다고 해도, 투과율이 100%라고 하는 일은 없고, 입사한 광에 대해 일정 비율로 광이 흡수된다. 이 때문에, 높은 강도를 확보하기 위해, 두께가 두꺼운 유리 부재로 광취출면을 구성하면, 이 유리 부재에서 흡수되는 광량을 무시할 수 없는 것이 되어, 광취출 효율이 저하해버린다.

또한, 상기의 과제는, 램프 유닛에 탑재하는 엑시머 램프의 개수를 늘리는 것 대신에, 엑시머 램프를 대형화하는 경우에 있어서도, 동일한 이유에 의해 생길 수 있다.

또, 엑시머 램프는 발광 파장에 따라서는 시동성이 그다지 좋지 않은 것도 있는 바, 자외선 조사 장치에 복수의 엑시머 램프를 탑재하는 경우에 있어서는, 각 엑시머 램프에 대한 높은 시동성을 실현할 필요가 있다는 과제도 존재한다.

본 발명은, 상기의 과제를 감안하여, 복수의 엑시머 램프를 탑재한 광조사 장치에 있어서, 광취출면에 요구되는 물리적인 강도의 상승을 억제하면서, 각 엑시머 램프에 대한 높은 시동성을 실현할 수 있는, 광조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는, 상기 과제를 감안하여, 우선, 엑시머 램프를 수용하는 램프 유닛 자체를 복수 나열함으로써, 광 강도가 높은 광조사 장치를 실현하는 것을 검토했다. 이 구성에 의하면, 각 램프 유닛에 수용되는 엑시머 램프 자체의 개수는 적고, 또한, 소형으로 할 수 있기 때문에, 각 램프 유닛에 요구되는 물리적인 강도는 비교적 작아도 된다. 그리고, 각 램프 유닛 단위로 광취출면을 형성하면 되기 때문에, 광취출면에 요구되는 물리적인 강도도 비교적 작아도 된다.

그런데, 상술한 바와 같이, 엑시머 램프는, 발광 파장에 따라서는 시동성이 그다지 좋지 않기 때문에, 상술한 특허문헌 1에 기재와 같이, 시동 보조를 위한 광원이 이용되는 일이 있다. 이에, 본 발명자는, 엑시머 램프를 수용하는 램프 유닛을 복수 구비한 광조사 장치에 있어서, 각 엑시머 램프의 시동성을 높이기 위해서 어떠한 방법을 채용해야할 것인가에 대해서, 예의 연구를 행해, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

본 발명에 따른 광조사 장치는, 벽체로 둘러싸인 수용 영역에 엑시머 램프가 수용되어 이루어지는 램프 유닛을 복수 구비하고,

각각의 상기 램프 유닛은,

상기 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 외부에 취출하는 광취출면과,

상기 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 인접하는 다른 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 수용 영역으로 이끄는 연락용 투광창을 구비한 것을 특징으로 한다.

종래, 엑시머 램프를 수용하는 램프 유닛은, 엑시머 램프로부터 출사되는 광(자외선)을 외부에 취출하기 위한 광취출면을 제외하고, 광에 대한 투과성을 갖지 않는 재료로 덮여 있다. 이는, 엑시머 램프로부터 출사된 광이, 목적으로 하지 않는 장소에 출사되는 것을 방지하기 위함이다. 즉, 램프 유닛을 복수 나열하여, 광강도가 높은 광조사 장치를 실현하려 하는 경우에는, 각 램프 유닛이 구비하는 광취출면이 동일 방향이 되도록 나열하는 것이 통상 생각된다.

그리고, 각 램프 유닛에 탑재되어 있는 엑시머 램프가 확실하게 점등하도록, 각각의 램프 유닛에 대해 시동 보조 광원을 탑재하는 것이 생각된다.

그러나, 단순히 각 램프 유닛에 시동 보조 광원을 탑재한 경우에는, 광조사 장치를 구성하는 램프 유닛의 수만큼 시동 보조 광원이 필요해지는 바, 광조사 장치 전체에 구비되어 있는 모든 시동 보조 광원 중, 1개의 시동 보조 광원이 불점등 상태가 될 확률은 상승한다. 예를 들면, 시동 보조 광원을 탑재하고 나서 1년 이내에 1개의 시동 보조 광원이 불점등이 될 확률이 1%인 것으로 한다. 이 때, 광조사 장치가 4개의 램프 유닛을 구비하고, 각각의 램프 유닛에 1개의 시동 보조 광원이 탑재되어 있는 경우에는, 광조사 장치가 구비하는 어느 하나의 시동 보조 광원이 불점등이 될 확률은, 1-(1-0.01)⁴=0.039(=4%)가 된다. 즉, 광조사 장치가 구비하는 어느 하나의 시동 보조 광원이 불점등이 될 확률은, 각각의 시동 보조 광원이 불점등이 될 확률보다 높아진다.

만일, 1개의 시동 보조 광원이 불점등이 되었을 경우, 당해 시동 보조 광원이 탑재되어 있는 램프 유닛 내의 엑시머 램프가 점등하지 않고, 이 결과, 광조사 장치로부터 취출되는 광강도가 저하해버린다.

이에 대해, 상기의 광조사 장치에 의하면, 각각의 램프 유닛에는, 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 인접하는 램프 유닛의 수용 영역으로 이끌기 위한 연락용 투광창이 설치되어 있다. 이에 의해, 만일, 어느 하나의 램프 유닛에 탑재되어 있는 시동 보조 광원이 불점등이 되었다고 해도, 별도의 램프 유닛에 수용된 엑시머 램프로부터의 출사광이 엑시머 램프에 조사됨으로써, 에너지가 공급되어, 방전을 개시할 수 있다.

그리고, 이와 같이 각 램프 유닛에 연락용 투광창이 설치되는 결과, 광조사 장치는, 반드시 모든 램프 유닛에 시동 보조 광원을 설치하지 않아도 상관없다. 즉, 적어도 어느 하나의 램프 유닛에 탑재되어 있는 엑시머 램프가 점등하고 있으면, 이 엑시머 램프로부터 출사되는 광을 이용하여, 다른 램프 유닛에 탑재된 엑시머 램프를 점등시킬 수 있다. 그리고, 각 엑시머 램프로부터의 출사광을 이용하여, 잇달아 별도의 엑시머 램프를 점등시킬 수 있다.

바꾸어 말하면, 광조사 장치 자체에는 시동 보조 광원을 탑재하지 않고, 광조사 장치의 외측에서 시동 보조용의 광을, 1개의 램프 유닛의 수용 영역 내로 조사하여 당해 램프 유닛이 구비하는 엑시머 램프를 점등시키는 것으로 해도 상관없다. 이 경우, 연달아 다른 엑시머 램프를 점등시키는 것이 가능하다.

연락용 투광창은, 단순한 개구여도 상관없고, 엑시머 램프로부터 출사되는 광을 투과하는 재료로 구성되어 있어도 상관없다.

인접하는 한 쌍의 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 연락용 투광창끼리는, 서로 대향해서 배치되어 있는 것으로 해도 상관없다.

상기 광조사 장치는, 인접하는 한 쌍의 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 연락용 투광창끼리를 연락해서, 상기 엑시머 램프로부터 출사되는 광을 도광하는 도광 부재를 구비하는 것으로 해도 상관없다.

상기 광조사 장치는, 적어도 하나의 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 수용 영역 내에 배치되며, 시동 보조용의 광을 출사하는 시동 보조 광원을 구비하는 것으로 해도 상관없다. 이 경우, 상기 시동 보조 광원은, 상기 램프 유닛에 고정되어 있는 것으로 해도 상관없다.

또한, 모든 상기 램프 유닛이, 상기 시동 보조 광원을 구비하는 것으로 해도 상관없다. 상술한 바와 같이, 이러한 구성이어도, 1개의 시동 보조 광원이 불점등이 되었다고 해도, 당해 시동 보조 광원이 탑재되어 있는 램프 유닛 내의 엑시머 램프에 대해서도 점등할 수 있기 때문에, 광강도가 저하하는 사태를 회피할 수 있다.

상기 시동 보조 광원은, LED 광원인 것으로 해도 상관없다.

또, 상기 광조사 장치는, 상기 수용 영역 밖에 배치되며, 상기 수용 영역을 향해 시동 보조용의 광을 출사하는 시동 보조 광원을 구비하는 것으로 해도 상관없다. 이 경우에 있어서, 상기 시동 보조 광원이, 상기 램프 유닛 밖에 배치되어 있어도 상관없다.

상기 엑시머 램프는, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 230nm 이하인 제1 파장대에 속하는 자외선을 출사하고,

상기 시동 보조 광원은, 주된 발광 파장이 250nm 이상, 300nm 이하인 제2 파장대에 속하는 자외선을 출사하는 것으로 해도 상관없다.

이러한 구성에 의하면, 광 살균에 적합한 자외선을 광취출면으로부터 출사할 수 있는, 광조사 장치가 실현된다.

엑시머 램프에 봉입되는 발광 가스가 KrCl을 포함하는 경우에는, 엑시머 램프의 주된 발광 파장은 222nm가 된다. 상기 발광 가스가 KrBr을 포함하는 경우에는, 엑시머 램프의 주된 발광 파장은 207nm가 된다. 상기 발광 가스가 ArF를 포함하는 경우에는, 엑시머 램프의 주된 발광 파장은 193nm가 된다.

이들 발광 가스에는, Cl, Br, F와 같은 할로겐 가스가 포함된다. 할로겐은 전기 음성도가 높기 때문에, 전자 흡인성이 높다. 이 때문에, 방전에 필요한 전자를 할로겐이 흡인해버리는 결과, 예를 들면, Xe 엑시머 램프에 비해 방전이 개시되기 어려운 것으로 생각된다.

그러나, 상기 구성에 의하면, 인접하는 램프 유닛에 탑재된 엑시머 램프로부터의 출사광이 입사되기 때문에, 만일, 점등 보조 광원이 존재하지 않거나, 또는 점등 보조 광원이 불점등인 경우여도, 방전을 개시시킬 수 있어, 엑시머 램프가 불점등 상태가 되는 것이 회피된다.

또한, 본 명세서에 있어서 「주된 발광 파장」이란, 어느 파장 λ에 대해 ±10nm의 파장역 Z(λ)를 발광 스펙트럼 상에서 규정한 경우에 있어서, 발광 스펙트럼 내에 있어서의 전체 적분 강도에 대해 40% 이상의 적분 강도를 나타내는 파장역 Z(λi)에 있어서의, 파장 λi를 가리킨다. 예를 들면 KrCl, KrBr, ArF를 포함하는 발광 가스가 봉입되어 있는 엑시머 램프 등과 같이, 반치폭이 매우 좁고, 또한, 특정 파장에 있어서만 광강도를 나타내는 광원에 있어서는, 통상은, 상대 강도가 가장 높은 파장(주피크 파장)을 갖고, 주된 발광 파장으로 해도 상관없다.

본 발명에 의하면, 엑시머 램프를 탑재한 램프 유닛을 복수 구비하면서, 각 엑시머 램프에 대한 높은 시동성을 실현할 수 있는 광조사 장치가 실현된다.

도 1은, 본 발명의 광조사 장치의 일실시형태의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는, 광조사 장치의 외관을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 3은, 도 2에 나타내는 각 램프 유닛을 분리한 상태에서 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 4는, 광조사 장치를 X방향으로 봤을 때의 모식적인 평면도이며, 일부 요소의 도시가 생략되어 있다.
도 5는, 엑시머 램프를 X방향으로 봤을 때의 모식적인 평면도이다.
도 6은, 엑시머 램프를 Z방향으로 봤을 때의 모식적인 평면도이다.
도 7은, 발광 가스에 KrCl이 포함되는 경우에 있어서의, 엑시머 램프로부터 출사되는 자외선(L1)의 스펙트럼의 일례이다.
도 8은, 엑시머 램프 및 시동 보조 광원으로부터 출사되는 자외선(L1, L2)의 진행의 양태를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 9는, 일부의 램프 유닛이 시동 보조 광원을 구비하지 않는 경우의 광조사 장치의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 도면이다.
도 10은, 모든 램프 유닛이 시동 보조 광원을 구비하지 않는 경우의 광조사 장치의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 도면이다.
도 11은, 연락용 투광창이 재료막으로 충전되어 있는 별도 실시형태의 광조사 장치의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 도면이다.
도 12a는, 연락용 투광창이 재료막으로 충전되어 있는 별도 실시형태의 광조사 장치의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 도면이다.
도 12b는, 연락용 투광창이 개구로 구성되어 있는 별도 실시형태의 광조사 장치의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 도면이다.
도 13은, 4개의 램프 유닛을 구비하는 별도 실시형태의 광조사 장치의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 광조사 장치의 각 실시형태에 대해, 적절히 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 각 도면은, 모식적으로 도시된 것이며, 도면 상의 치수비와 실제의 치수비는 반드시 일치하고 있지 않다. 또, 각 도면 사이에 있어서도, 치수비는 반드시 일치하고 있지 않다.

본 발명에 따른 광조사 장치는, 엑시머 램프가 수용된 램프 유닛을 복수 구비하는 것이며, 그 상세한 구성에 대해서는, 이하 후술된다.

도 1은, 광조사 장치의 일실시형태의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 1에 나타내는 예에서는, 광조사 장치(1)는 2개의 램프 유닛(10(10a, 10b))을 구비하여 구성되어 있다. 이하에서는, 각각의 램프 유닛을 구별하는 경우에는, 「램프 유닛(10a)」, 「램프 유닛(10b)」이라 칭하고, 구별하지 않는 경우에는, 「램프 유닛(10)」이라 총칭한다.

램프 유닛(10)은, 벽체(20)로 둘러싸인 수용 영역(20a)에 수용된 엑시머 램프(3)를 구비한다. 이하에서는, 각 램프 유닛(10)이 2개의 엑시머 램프(3, 3)를 구비하는 경우를 예로 들어 설명하는데, 램프 유닛(10)이 구비하는 엑시머 램프(3)의 개수는 2개로 한정되지 않고, 1개여도 상관없고, 3개 이상이어도 상관없다.

도 1에 나타내는 광조사 장치(1)에 있어서, 각 램프 유닛(10)은 거의 직방체의 형상을 나타내고 있고, 내측에 엑시머 램프(3) 등을 수용할 수 있도록, 벽체(20)로 둘러싸인 중공의 공간을 갖고 있다. 그리고, 램프 유닛(10)의 하나의 면(11)은, 엑시머 램프(3)으로부터 출사되는 자외선(L1)을 램프 유닛(10)의 외측에 취출하기 위한, 광취출면을 구성한다. 이 면(11)(이하, 「광취출면(11)」이라 부른다)은, 자외선(L1)에 대한 투과성을 나타내는 재료로 구성되어 있으며, 예를 들면 석영 유리 등으로 이루어진다.

도 1에 나타내는 바와 같이, 광조사 장치(1)는, 복수의 램프 유닛(10)이 나열되어 구성되어 있고, 각 램프 유닛(10)에는, 각각 석영 유리 등으로 이루어지는 광취출면(11)이 형성되어 있다. 이 때문에, 광조사 장치(1) 전체에 걸친 대형의 광취출면(11)이 필요해지지 않기 때문에, 광취출면(11)의 두께를 얇게 해도, 굽힘이나 휨이 생기기 어렵다.

또한, 도 1에서는, 램프 유닛(10a)과 램프 유닛(10b)이 접해 있는 상태로 그려져 있는데, 양자가 간격을 두고 배치되어 있어도 된다. 이 경우의 간격은, 한쪽의 램프 유닛(10(10a, 10b))에 탑재된 엑시머 램프(3)로부터의 자외선(L1)이, 다른 쪽의 램프 유닛(10(10b, 10a))에 탑재된 엑시머 램프(3)에 도달하여, 점등시킬 수 있는 정도의 범위, 예를 들면 수mm~수십mm 정도인 것으로 해도 상관없다.

이와 같이, 인접하는 램프 유닛(10)끼리가 간격을 두고 배치되는 경우의 구성예에 대해서는, 도 12a와 도 12b를 참조하여 후술한다.

이하의 설명에서는, 램프 유닛(10)으로부터 자외선(L1)이 취출되는 방향을 X방향으로 하고, 이 X방향과 직교하는 평면을 YZ평면으로 하는, XYZ 좌표계가 적절히 참조된다. 또한, 도 1에서는, Y방향을 관축 방향으로 하는 2개의 엑시머 램프(3, 3)가, Z방향으로 이격해서 배치되어 있는 경우가 도시되어 있다.

도 2는, 광조사 장치(1)의 외관을 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 3은, 도 2에 나타내는 각 램프 유닛(10)을 분리한 상태에서 모식적으로 나타내는 사시도이다. 도 4는, 광조사 장치(1)를 X방향으로 봤을 때의 모식적인 평면도이다. 단, 도 4는 설명의 편의상, 일부 요소의 도시를 생략하고 있다.

도 1~도 4에 나타내는 바와 같이, 각 램프 유닛(10)에는, 인접하는 램프 유닛과 연락된 연락용 투광창(12)이 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 이 연락용 투광창(12)이, 개구인 경우가 나타나 있다. 연락용 투광창(12)은, 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1)의 일부를, 인접하는 램프 유닛(10) 내로 이끌기 위해서 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 인접하는 한 쌍의 램프 유닛(10)이 구비하는 연락용 투광창(12)끼리가, 서로 대향하도록 배치되어 있다. 이 연락용 투광창(12)의 기능의 상세에 대해서는, 후술된다.

도 5는, 1개의 램프 유닛(10)에 수용되어 있는 엑시머 램프(3, 3)를 X방향으로 봤을 때의 모식적인 평면도이다. 관축 방향을 Y방향으로 하는 각 엑시머 램프(3, 3)의 외벽에는, Y방향으로 이격한 한 쌍의 전극(9, 9)이 형성되어 있다. 도 1에서는, 각 램프 유닛(10) 내에 배치된 한 쌍의 전극(9, 9) 중, 한쪽의 전극(9)만이 도시되어 있다.

도 1, 도 4, 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광조사 장치(1)는, 각 램프 유닛(10) 내에 시동 보조 광원(5)을 구비한다. 본 실시형태에서는, 시동 보조 광원(5)은, LED 광원이며, 주된 발광 파장이 250nm 이상, 300nm 이하인 제2 파장대에 속하는 자외선(L2)(도 8 참조)을 출사한다. 일례로서, 시동 보조 광원(5)은 피크 파장이 280nm인 LED 광원이다. 본 실시형태에 있어서, 시동 보조 광원(5)은, 엑시머 램프(3)가 수용되는 수용 영역(20a)의 외측의 공간(20b) 내에 있어서, 벽체(20)에 고정되어 있다.

램프 유닛(10)은, 시동 보조 광원(5)의 광출사면에 대향하는 위치에, 보조광용 투광창(15)이 형성되어 있다(도 1 참조). 시동 보조 광원(5)으로부터 출사된 자외선(L2)(도 8 참조)은, 보조광용 투광창(15)을 통해 램프 유닛(10)의 내측의 수용 영역(20a) 내에 입사된다. 보조광용 투광창(15)은, 자외선(L2)을 투과하는 재료로 구성되어 있어도 상관없고, 단순한 개구여도 상관없다.

도 6은, 엑시머 램프(3)와, 전극(9, 9)의 위치 관계를 모식적으로 나타내는 도면이며, 엑시머 램프(3)를 Z방향으로 봤을 때의 모식적인 평면도에 대응한다.

상술한 바와 같이, 엑시머 램프(3)는, Y방향을 관축 방향으로 하는 관체(30)를 갖는다. 이 관체(30)의 외벽면에, Y방향으로 이격한 위치에서, 한 쌍의 전극(9, 9)이 접촉하고 있다. 관체(30)에는, 발광 가스(3G)가 봉입되어 있다. 한 쌍의 전극(9, 9) 사이에, 예를 들면 10kHz~5MHz 정도의 고주파의 교류 전압이 인가되면, 관체(30)를 통해 발광 가스(3G)에 대해 상기 전압이 인가된다. 이 때, 발광 가스(3G)가 봉입되어 있는 방전 공간 내에서 방전 플라즈마가 생겨, 발광 가스(3G)의 원자가 여기되어 엑시머 상태가 되고, 이 원자가 기저 상태로 이행할 때에 엑시머 발광을 일으킨다.

발광 가스(3G)는, 광조사 장치(1)로부터 출사하고 싶은 자외선(L1)의 파장에 따라 가스종이 결정된다. 예를 들면, 발광 가스(3G)는, 엑시머 발광 시에, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 230nm 이하인 제1 파장대에 속하는 자외선(L1)을 출사하는 재료로 이루어진다. 이 때, 발광 가스(3G)로서는, KrCl, KrBr, ArF가 포함된다. 또한, 상기의 가스종에 더하여, 아르곤(Ar), 네온(Ne) 등의 불활성 가스가 혼합되어 있어도 상관없다.

예를 들면, 발광 가스(3G)에 KrCl이 포함되는 경우에는, 엑시머 램프(3)로부터 주된 발광 파장이 222nm 근방인 자외선(L1)이 출사된다. 발광 가스(3G)에 KrBr이 포함되는 경우에는, 엑시머 램프(3)로부터는, 주된 발광 파장이 207nm 근방인 자외선(L1)이 출사된다. 발광 가스(3G)에 ArF가 포함되는 경우에는, 엑시머 램프(3)로부터는, 주된 발광 파장이 193nm 근방인 자외선(L1)이 출사된다. 도 7은, 발광 가스(3G)에 KrCl이 포함되는, 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1)의 스펙트럼의 일례이다.

그런데, 발광 가스(3G)로서, 상기의 KrCl, KrBr, ArF 등의 가스종이 포함되는 경우, 단순히 한 쌍의 전극(9, 9) 사이에 전압을 인가한 것만으로는, 시간이 경과해도 관체(30) 내에서 방전이 개시되지 않는다. 이에, 본 실시형태의 광조사 장치(1)는, 시동 보조 광원(5)을 갖고 있다. 시동 보조 광원(5)으로부터 출사되는 자외선(L2)이, 램프 유닛(10) 내의 엑시머 램프(3)에 조사됨으로써, 방전이 개시되기 쉬워진다.

특히, 시동 보조 광원(5)으로부터 출사되는 자외선(L2)을, 주된 발광 파장이 250nm 이상, 300nm 이하인 제2 파장대에 속하는 자외선으로 함으로써, 엑시머 램프(3)의 시동성이 매우 향상된다. 한 쌍의 전극(9, 9) 사이에 전압을 인가하면서, 이들 파장대에 속하는 자외선(L2)을 엑시머 램프(3)에 대해 조사함으로써, 1초 이내, 늦어도 몇 초 이내에는 엑시머 램프(3)를 점등시킬 수 있다.

그런데, 각 램프 유닛(10)에 탑재되어 있는 시동 보조 광원(5) 중, 어느 하나의 시동 보조 광원(5)이 불점등이 되는 경우가 상정된다. 이러한 관점으로부터, 상술한 바와 같이, 광조사 장치(1)는 인접하는 램프 유닛(10)끼리를 연락하는, 연락용 투광창(12)을 구비하고 있다. 이 연락용 투광창(12)의 기능에 대해, 도 8을 참조하여 설명한다. 또한, 이하에서는, 램프 유닛(10a)이 탑재하는 시동 보조 광원(5)을 「시동 보조 광원(5a)」이라 칭하고, 램프 유닛(10b)이 탑재하는 시동 보조 광원(5)을 「시동 보조 광원(5b)」이라 칭한다.

광조사 장치(1)로부터 자외선(L1)을 조사하기 위해서, 각 램프 유닛(10)에 대해 급전이 개시된다. 이 때, 엑시머 램프(3)가 구비하는 한 쌍의 전극(9, 9) 사이에 전압을 인가하면서, 시동 보조 광원(5)에 대한 점등 제어가 행해진다. 여기서, 시동 보조 광원(5a)은 점등하지만, 시동 보조 광원(5b)은 어떠한 문제가 생겨 불점등인 채였던 경우에 대해 검토한다.

도 8에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 시동 보조 광원(5a)으로부터 출사된 자외선(L2)은, 램프 유닛(10a) 내의 엑시머 램프(3)에 조사되어 시동 보조에 이용된다. 이 결과, 램프 유닛(10a) 내의 엑시머 램프(3)는 방전을 개시하고, 광취출면(11)으로부터 자외선(L1)이 방사된다.

한편, 램프 유닛(10a)의 엑시머 램프(3)로부터 출사된 자외선(L1)의 일부는, 연락용 투광창(12)을 통해 인접하는 램프 유닛(10b) 내로 진행한다. 그리고, 이 자외선(L1)이, 램프 유닛(10b)의 엑시머 램프(3)에 조사된다. 엑시머 램프(3)로부터 출사되는 자외선(L1)은, 시동 보조 광원(5a)으로부터 출사되는 자외선(L2)보다 파장이 짧고, 높은 에너지를 갖고 있다. 이 때문에, 인접하는 램프 유닛(10a)으로부터 입사된 자외선(L1)이, 램프 유닛(10b) 내의 엑시머 램프(3)의 시동 보조에 이용된다.

즉, 램프 유닛(10b)이 구비하는 시동 보조 광원(5b)이 불점등이 된 경우여도, 인접하는 램프 유닛(10a)으로부터 진행되어 온 자외선(L1)을, 시동 보조용의 광으로서 이용할 수 있기 때문에, 램프 유닛(10b) 내의 엑시머 램프(3)를 점등시킬 수 있다.

따라서, 반드시 광조사 장치(1)가 구비하는 램프 유닛(10) 전체에 시동 보조 광원(5)을 구비하지 않아도 상관없다. 도 9는, 램프 유닛(10a)이 시동 보조 광원(5)을 구비하는 한편, 램프 유닛(10b)은 시동 보조 광원(5)을 구비하지 않는 경우의 광조사 장치(1)의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 것이다.

또한, 적어도 하나의 램프 유닛(10) 내의 엑시머 램프(3)를, 점등시키는 것이 가능하다면, 반드시 램프 유닛(10)이 시동 보조 광원(5)을 구비하지 않아도 상관없다. 도 10은, 램프 유닛(10a)의 외측에 배치된 외부 광원(41)으로부터, 점등 보조용의 광(L3)을 램프 유닛(10a)에 조사함으로써, 램프 유닛(10a) 내의 엑시머 램프(3)를 점등시키는 경우의 광조사 장치(1)의 구성을, 도 4를 따라서 도시한 것이다. 도 10에 있어서, 한번 램프 유닛(10a) 내의 엑시머 램프(3)가 점등하면, 램프 유닛(10a)으로부터 연락용 투광창(12)을 통해 진행되어온 자외선(L1)이, 시동 보조용의 광으로서 기능하여, 램프 유닛(10b) 내의 엑시머 램프(3)를 점등시킬 수 있다.

또한, 도 10에 있어서, 외부 광원(41)은, 시동 보조 광원(5)과 동일하게 LED 광원이어도 상관없고, 저압 수은 램프, 형광등 등의 실내등, 또는 태양이어도 상관없다. 외부 광원(41)으로부터 출사된 시동 보조용의 광(L3)은, 예를 들면, 광취출면(11)에서 램프 유닛(10)의 내측으로 조사될 수 있다.

[별도 실시형태]

이하, 별도 실시형태에 대해 설명한다.

<1> 상기 실시형태에서는, 연락용 투광창(12)이 개구로 구성되어 있는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 연락용 투광창(12)은, 도 11에 나타내는 바와 같이, 자외선(L1)에 대한 투과성이 높은 재료로 이루어지는 재료(12a)로 구성되어 있는 것으로 해도 상관없다. 이 재료(12a)는, 「도광 부재」에 대응한다.

또한, 도 12a에 나타내는 바와 같이, 재료(12a)가 2개의 램프 유닛(10(10a, 10b))이 인접하는 방향(여기에서는 Z방향)으로 연신함으로써, 각 램프 유닛(10)이 재료막(12a) 이외의 개소에서는 이격되어 있는 것으로 해도 상관없다.

<2> 연락용 투광창(12)이 개구로 구성되어 있는 경우에 있어서도, 도 12a와 동일하게, 인접하는 각 램프 유닛(10)은, 연락용 투광창(12)이 형성되어 있지 않은 개소에 대해서는 이격해서 배치되어 있어도 상관없다(도 12b 참조). 이 경우, 2개의 램프 유닛(10) 사이를 연락하는 연락용 투광창(12)은, Z방향으로 연신하는 통형상의 개구 영역으로 구성된다.

<3> 상기 실시형태에서는, 광조사 장치(1)가 2개의 램프 유닛(10(10a, 10b))을 구비하는 경우에 대해 설명했는데, 램프 유닛(10)의 수는 2개로 한정되지 않고, 3개 이상이어도 상관없다. 또, 복수의 램프 유닛(10)이 나열되는 방향은, 한 방향으로 한정되지 않고, 광취출면(11)에 평행한 복수의 방향이어도 상관없다. 도 13은, 일례로서, 광조사 장치(1)가 구비하는 복수의 램프 유닛(10)이, Y방향 및 Z방향으로 2개씩 나열되어 있는 경우가 도시되어 있다.

도 13에 나타내는 광조사 장치(1)는, 4개의 램프 유닛(10(10a, 10b, 10c, 10d))을 구비하고 있고, 각 램프 유닛(10)에는, 엑시머 램프(3)가 수용되어 있다. 램프 유닛(10a)에 대해 Z방향으로 인접해서 램프 유닛(10b)이 배치되고, 램프 유닛(10a)에 대해 Y방향으로 인접해서 램프 유닛(10c)이 배치되고, 램프 유닛(10b)에 대해 Y방향으로 인접해서 램프 유닛(10d)이 배치되어 있다. 인접하는 램프 유닛(10)끼리는, 연락용 투광창(12)을 통해 연결되어 있다.

이러한 구성에 있어서, 만일 어느 하나의 램프 유닛(10)에 탑재된 시동 보조 광원(5)이 불점등이 되었다고 해도, 인접하는 램프 유닛(10)에 탑재된 엑시머 램프(3)로부터 출사된 자외선(L1)이, 연락용 투광창(12)을 통해 입사되기 때문에, 이 자외선(L1)을 시동 보조용의 광으로서 이용할 수 있다. 이에 의해, 엑시머 램프(3)가 불점등이 되는 리스크를 억제할 수 있다.

또한, 도 13에서는, 모든 램프 유닛(10)이 시동 보조 광원(5)을 구비하는 경우가 도시되어 있는데, 상기 실시형태와 동일한 이유에 의해, 반드시 모든 램프 유닛(10)이 시동 보조 광원(5)을 구비하지 않아도 된다.

<4> 상기 실시형태에서는, 엑시머 램프(3)의 관체(30)에 봉입되어 있는 발광 가스(3G)가, KrCl, KrBr, ArF 등의 재료로 이루어지는 가스종을 포함하는 경우를 예로 들어 설명했다. 그러나, 본 발명에 있어서, 발광 가스(3G)의 재료는 한정되지 않는다.

<5> 상기 각 실시형태에서는, 시동 보조 광원(5)이 LED 광원인 경우에 대해 설명했는데, 시동 보조 광원(5)은, 자외선(L2)을 출사하는 광원으로서, 엑시머 램프(3)보다 시동성이 빠른 광원인 한, 임의이다. LED 광원 이외의 예로서, 시동 보조 광원(5)을 저압 수은 램프로 구성할 수 있다.

<6> 도 5를 참조하여 상술한, 엑시머 램프(3)의 구성은 어디까지나 일례이다. 일례로서, 엑시머 램프(3)는, 동심원상으로 관체가 이중으로 설치되고, 내측관과 외측관 사이에 발광 가스(3G)가 봉입되는 구조여도 상관없다(이중관 구조). 또, 다른 예로서, 엑시머 램프(3)는, 발광 가스(3G)가 봉입된 단일한 관체의 내부와 외측에 전극이 설치된 구조(일중관 구조)여도 상관없고, 발광 가스(3G)가 봉입된, 직사각형 상의 면을 갖는 관체가 서로 마주 보는 두 면에 전극이 설치된 구조(편평관 구조)여도 상관없다.

<7> 도 5를 참조하여 상술한 실시형태에서는, 시동 보조 광원(5)이 Y방향으로 이격한 한 쌍의 전극(9, 9) 사이의 위치에 배치되는 경우에 대해 설명했다. 그러나, 램프 유닛(10)이 시동 보조 광원(5)을 탑재하는 경우에 있어서, 이 시동 보조 광원(5)이 배치되는 위치는, 램프 유닛(10)에 수용되어 있는 엑시머 램프(3)에 대해 자외선(L2)을 조사 가능한 위치인 한, 임의이다. 예를 들면, X방향에서 봤을 때에, 시동 보조 광원(5)이, 전극(9, 9)보다 Y방향에 관하여 외측에 위치해 있어도 상관없다. 또, 예를 들면, 시동 보조 광원(5)은, 엑시머 램프(3)가 수용되어 있는 수용 영역(20a)과 같은 공간 내에 배치되어 있어도 상관없다.

1：광조사 장치 3：엑시머 램프
3G：발광 가스 5(5a, 5b)：시동 보조 광원
9：전극 10(10a, 10b, 10c, 10d)：램프 유닛
11：광취출면 12：연락용 투광창
15：보조광용 투광창 20：벽체
20a：수용 영역 20b：수용 영역의 외측의 공간
30：관체 41：외부 광원

Claims

벽체로 둘러싸인 수용 영역에 엑시머 램프가 수용되어 이루어지는 램프 유닛을 복수 구비한, 광조사 장치로서,
각각의 상기 램프 유닛은,
상기 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 외부에 취출(取出)하는 광취출면과,
상기 엑시머 램프로부터 출사되는 광을, 인접하는 다른 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 수용 영역으로 이끄는 연락용 투광창을 구비한 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 1에 있어서,
인접하는 한 쌍의 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 연락용 투광창끼리는, 서로 대향해서 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
인접하는 한 쌍의 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 연락용 투광창끼리를 연락해서, 상기 엑시머 램프로부터 출사되는 광을 도광하는 도광 부재를 구비한 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
적어도 하나의 상기 램프 유닛이 구비하는 상기 수용 영역 내에 배치되며, 시동 보조용의 광을 출사하는 시동 보조 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 시동 보조 광원은, 상기 램프 유닛에 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 5에 있어서,
모든 상기 램프 유닛이, 상기 시동 보조 광원을 구비하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시동 보조 광원이 LED 광원인 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 수용 영역 밖에 배치되며, 상기 수용 영역을 향해 시동 보조용의 광을 출사하는 시동 보조 광원을 구비한 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 8에 있어서,
상기 시동 보조 광원이, 상기 램프 유닛 밖에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.
청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
상기 엑시머 램프는, 주된 발광 파장이 190nm 이상, 230nm 이하인 제1 파장대에 속하는 자외선을 출사하고,
상기 시동 보조 광원은, 주된 발광 파장이 250nm 이상, 300nm 이하인 제2 파장대에 속하는 자외선을 출사하는 것을 특징으로 하는 광조사 장치.