WO2004114364A1

WO2004114364A1 - 光照射装置

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Publication number: WO2004114364A1
Application number: PCT/JP2004/009244
Authority: WO
Inventors: Makoto Horiuchi; Mika Sakaue; Tsuyoshi Ichibakase; Tomoyuki Seki
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-24
Filing date: 2004-06-23
Publication date: 2004-12-29
Also published as: JP2006344383A

Abstract

本発明は、発光管１と封止部２とを有する高圧放電ランプ１００と、高圧放電ランプ１００から発せられる光（１１１）を反射する反射鏡５０とを備え、高圧放電ランプ１００から発せられる光（１１１）は、少なくとも紫外域のスペクトルを有し、発光管１には、１５０ｍｇ／ｃｍ3を超える水銀、ハロゲンおよび希ガスが封入されており、ランプ１００の管壁負荷は８０Ｗ／ｃｍ2以上である、光照射装置５００である。

Description

光照射装 i

技術分野本発明は、光照射装置に関する。特に、紫外線硬化樹脂の硬化ゆ、半導体装置および液晶表示明装置の製造工程における露光に用いられる光照射装置（例えば、紫外線照射装置）に関する。

田背景技術

紫外線硬化樹脂を接着剤として用いた電子部品 ·光学部品の精密接着や、半導体装置および液晶表示装置の製造工程における露光などには、紫外線を含光を放射する紫外線照射装置が用いられる。従来の紫外線照射装置としては、例えば、特開平 1 0— 5 5了 1 3 号公報（文献 1 ) に閧示されたものがある。図 6は、上記の文献 1 に開示された紫外線照射装置の構成を示している。図 6に示した紫外線照射装置は、ショー卜アーク型の放電ランプ 1 0 1 0と、中央部に開口を有する楕円集光鏡 1 0 2 1 と、楕円集光鏡 1 0 2 1 を保持する楕円集光鏡保持部材 1 0 2 0と、光ファイバ Fとを備えている。

ショートアーク型の放電ランプ 1 0 1 0は、内部に陰極 1 〇 1 1 と陽極 1 0 1 2とからなる一対の電極を有しており、放電ランプ 1 〇 1 0の陽極 1 0 1 2側の口金 1 〇 1 3には、フランジ部 1 〇 1 5 が設けられている。楕円集光鏡保持部材 1 0 2 0の底部中央には嵌合孔 1022が設けられており、嵌合孔 1022に放電ランプ 1〇 1〇のロ金 1〇 1 3の小径部 1016を挿入することにより、放電ランプ 1 010が定置される。放電ランプ 1 010は、楕円集光鏡 1021の楕円の 2つの焦点を通る光軸 L上に放電ランプ 101〇のアークが位置するように配置される。楕円集光鏡 1021は、ランプ点灯時に放射光が光ファイバ Fの光入射端 F i nに入射するように位置調整されている。ここで、 S tはシャツタである。

この公報に開示された紫外線照射装置では、嵌合孔 1022に嵌合した口金 101 3に離脱可能に係合し、口金 101 3のフランジ部 101 5を楕円集光鏡保持部材 1〇 20側に付勢するパネ 1〇3 〇を楕円集光鏡保持部材 1020に設けており、それにより、放電ランプ 1 01 〇を取り付けた後、当該放電ランプ 1010の位置調整を不要にすることができる。

ま、直流点灯式のショートアーク型水銀ランプの紫外線照射量を増大させるために、アルゴンガスを室温で 1気圧から 8気圧封入し、発光管の最大半径 R (cm) 、発光管の肉厚 d (cm) 、入力電力 W (kW) として、 0. 21 1≤ (WdZR²) ^,/2≤0. 38 了となる関係を満たすようにすることが、特開平 1 1—191 39 4号公報（文献 2) に開示されている。ここでは、水銀ば、ランプ内の単位容積当だり 4. 5mgZc c封入されている。

従来のショー卜アーク型水銀ランプを用いる紫外線照射装置では、水銀の紫外線波長を有効に使用できるように研究 ·開発が行われている。そして、紫外線硬化性樹脂の硬化や、半導体基板 ·液晶基板への露光に用いられる従来の紫外線照射装置では、水銀からの紫外発光を効率良く得るために、水銀動作圧で数十気圧程度のレベルの高圧水銀ランプ（または超高圧水銀ランプ）が使用されている。それを超えるレベルでの使用は、紫外発光の効率（つまり、紫外放射エネルギー効率）が低下してしまろので、そのよラな使用は採用されていない。

一方、数+気圧の水銀動作圧においては、波長 300 nm未満の水銀発光が強力であり、その光が被照射物や照射装置にダメージを与えてしまうという問題がある。そして、その圧力で波長 30〇n m未満の水銀発光が生じることは水銀の発光特性であるがゆえに、ダメージを与えてしまうような紫外線（短波長側の紫外線）が放射しないよろにするだめには、反射鏡で調整する必要がある。従来の紫外線照射装置の反射鏡では、波長 300 nm以上の光（例えば、 300 nm〜400 nmの光）を効率良く反射するとともに、波長 300n m未満の光はできるだけ排除するように設計がなされており、それによつて波長 300 nm未満の光が出射光に含まれないよにしてし、る。

このような状況の中、本願発明者は、従来の常識および前提条件をちラー度見直し、従来よりち紫外放射エネルギー効率を向上させることを目的とし、そのようなことを実現できる光照射装置の開発に取り組んだ。

本発明の主な目的は、従来よりち紫外放射エネルギー効率を向上させることが可能な光照射装置を提供することにある。本発明の他の目的および本発明の特徴は、後述する発明の実施の形態によって、理解することが可能である。発明の開示

本発明の光照射装置は、管内に発光物質が封入された発光管と、前記発光管から延び封止部とを有する高圧放電ランプと、前記高圧放電ランプから発せられる光を反射する反射鏡とを備え、前記高圧放電ランプから発せられる前記光は、少なくとち紫外域のスぺク卜ルを有し、前記発光管には、前記発光管の容積を基準にして、 1 50mg/c m³を超える水銀、八ロゲンおよび希ガスが封入されており、前記ランプの管壁負荷は、 80W/cm²以上である。

ある好適な実施形態において、前記光照射装置は、少なくとち紫外線を照射する紫外線照射装置であり、前記反射鏡は、コールドミラーであり、前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、 1 9〇m gZ c m³以上である。

ある好適な実施形態におし、て、前記発光管内には、一対の電極が対向して配置されており、前記電極は、前記封止部内に配置されだ金属箔に電気的に接続されており、前記一対の電極の間の距離は、 2. 5mm以下である。ある好適な実施形態において、前記反射鏡は、前記高圧放電ランプの前記封止部が挿入される開口部が形成されだ中空ネック部を有し、前記高圧放電ランプは、前記中空ネック部に挿入されて前記反射鏡に固定されており、前記反射鏡は、楕円面の反射面を有する楕円面鏡であり、前記光照射装置は、前記反射鏡を取り囲み、前記反射鏡からの光を通過させる窓が形成され筐体をさらに備えており, 前記筐体内には、前記高圧放電ランプに電気的に接続された点灯回路が配置されている。

ある好適な実施形態において、前記筐体の窓の周囲には、光ファィバが配置されている。

ある好適な実施形態において、前記高圧放電ランプは、交流点灯型のランプである。図面の簡単な説明

図 1 は、本発明の実施形態に係る光照射装置 5 0〇の構成を示す模式図である。

図 2は、本発明の実施形態に係る高圧放電ランプ 1 0 0の構成を示す模式図である。

図 3は、焦点 f 1 , f 2および焦点距離 F 1， F 2の関係を説明するための図である。

図 4は、水銀動作圧力を変化させたときの、ランプから放射される各種水銀輝線強度についてのグラフである。

図 5は、ランプを反射鏡に組み込んだ場合における、水銀動作圧力を変化させたときの、ランプから放射される各種水銀輝線強度についてのグラフである。

図 6は、従来の紫外線照射装置の構成を示す図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面においては、説明の簡潔化のため、実質的に同一の機能を有する構成要素を同一の参照符号で示すことがある。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

(実施形態 1 )

図 1から図 6を参照しながら、本発明の実施形態 1 に係る光照射装置を説明する。図 1 は、本実施形態に係る光照射装置 500の構成を模式的に示している。

図 1 に示した光照射装置 500は、高圧放電ランプ 1 00と、高圧放電ランプ 1 00から発せられる光 1 1 1 を反射する反射鏡 50 とを備えている。本実施形態の光照射装置 500は、少なくとち紫外線を照射する紫外線照射装置であり、紫外線の他、短波長可視光線（例えば、 h線、 g線）も照射することができる。

高圧放電ランプ" 1 00の発光管 1 には、発光管 1の容積を基準にして、 1 5〇mgZcm³を超える水銀、八ロゲンおよび希ガスが封入されており、そして、ランプ 1 00の管壁負荷は、 80W/c m²以上である。

反射鏡 50の周囲には、反射鏡 50からの光 1 1 2を通過させる窓 1 25が形成された筐体 1 20が設けられている。高圧放電ランプ 1 0〇は、点灯回路 1 00に電気的に接続されており、本実施形態では、点灯回路 1 00は筐体 1 20内に配置されている。高圧放電ランプ 1 00は、管内に発光物質が封入された発光管 1 と、発光管 1から延びた封止部 2とを有しており、少なくとち紫外域のスぺク卜ルを有する光を発光する。本実施形態の高圧放電ランプ 1 0〇は、高圧水銀ランプであり、紫外域のスペクトル（例えば、波長 365nm ( i線）など）の他、可視域のスぺク卜ル（例えば、波長 4〇5nm (h線）、 436nm (g線）など）も発光する。図 2に、本実施形態の高圧放電ランプ 1 00の構成を示す。ランプ 1 00の発光管 1は、実質的に石英ガラスから構成されており、発光管 1の両端からは、同じく石英ガラスから構成された封止部 2 が延在している。封止部 2内には、金属箔（モリプデン箔） 4が配置されており、金属箔 4は、発光管 1内に対向して配置されている電極の一端に接続されている。ま、金属箔 4には外部リード 5が接続されている。一方の封止部 2の端部には口金了が取り付けられている。一対の電極 3の間の距離は、 2. 5mm以下であり、例えば、 0. 6-2. 5mm (好ましくは、 0. 8〜2. Omm) である。また、本実施形態の高圧放電ランプ 1 00は、交流点灯型のランプである。

ランプ 1 00と組み合わされる反射鏡 5〇は、凹面反射面を持つ反射部分 5〇 aと、反射部分 50 aと一体で構成された中空ネック部 50bとを有している。反射部分 50 aおよび中空ネック部分 5 Obは、いずれもガラスから構成されている。反射部分 5〇aの肉厚は、例えば 3mm以上である。反射鏡 5〇の出射方向側の開口部 (広開口部）の大きさ Dは、例えば 30mm以上であり、好ましくは 4〇 mmから 2〇 Ommである。

反射鏡 5〇の中空ネック部 50 bの開口部（狭開口部）に、ランプ 1 00の封止部 2が挿入されて、ランプ 1 0〇は反射鏡 50に固定されている。ランプ 1 00は、例えばセメン卜 53によって中空ネック部 5〇 bと隙間が生じないように固着されている。それゆえ、本実施形態の光照射装置 500では、ランプ交換する際に、反射鏡 50とランプ"！ 00とを同時に交換可能である。

反射鏡 50は、コールドミラ一であり、反射鏡 50の反射部分 5 O bの内面（反射面）には、赤外線を透過し、紫外線を反射する膜がコー卜されている。本実施形態の反射鏡 50は、楕円面の反射面を有する楕円面鏡であり、 2つの焦点 f 1， f 2を持ち、それぞれの焦点距離 F 1， F 2は、図 1 中に表している。焦点距離 F 1 は、例えば、 3mm以上であり、好ましくは 5mmから 35mmの間にあり、一方、焦点距離 F 2は、例えば、 50mm以上であり、好ましくは 5 Ommから 300mmの間にある。なお、焦点 f 1， f 2 および焦点距離 F 1， F 2の関係は図 3に示した。

高圧放電ランプ 1 00は、楕円反射鏡 5〇の 2つの焦点 f 1 , f 2を通る光軸上にセッ卜されており、そして、高圧放電ランプ 1 0 〇の電極 3， 3間に形成されるアークが、 2つの焦点のうち反射鏡 50に近い側の焦点 f 1 に位置するように配置されている。

上述しように高圧放電ランプ 1 〇0は、当該ランプ 1 00に電力を供給できる点灯回路 1 30に電気的に接続されている。より詳細に述べると、次の通りである。高圧放電ランプ 1 〇0の一方の端子（外部リード 5) は、外部リード引き出し線 61に電気的に接続され、外部リード引き出し線 61は、反射鏡 50に形成された貫通孔 58を通して、配線連結部材 62に電気的に接続される。ちろ一方の端子は口金 9となっており、この口金 9および配線連結部材 6 2に配線 60が電気的に接続されており、そして配線 60は点灯回路 1 30に電気的に接続されている。各部材間の電気的な接続は、溶接やかしめによって行われる。

本実施形態の点灯回路 1 3〇は、 DC— DCコンバータ回路 1 3 1を含んでおり、 DC— DCコンバータ回路 1 31は、例えば、スィツチング素子とスィツチングトランスとダイ才一ドとコンデンサとから構成されている。本実施形態の点灯回路 1 3〇は、前記スィツチング素子のスィツチング周波数、またはスィッチの〇NZ〇 F F比、あるいは両方を変化させることによって、ランプ 1 00に供給する電力を、放電ランプ 1 00の定格電力の 1 00%から 50% の間で変化させることができる機能を有している。

さらに、本実施形態の点灯回路 1 3〇は、インバ一タ回路 1 32 を、 DC— DCコンバータ回路 1 31の出力端に備えている。インバータ回路 1 32は、複数のスイッチング素子を有しており、このスィツチング素子によってスィツチング周波数を例えば 60 H zから 800 H zの間で可変することができる。

高圧放電ランプ 1 00の構成をより詳細に説明すると、ランプ 1 0〇は、封止部 2を 2つ備えたダブルエンド型のランプであり、発光管 1は略球形をしており、外径が例えば 5mm〜2〇mm程度であり、ガラス厚は例えば 1 mm〜5mm程度である。また、発光管 1内の放電空間の容積は例えば 0. 〇1 c c〜5 c c (好ましくは, 〇. 05〜2 c c) 程度である。本実施形態では、外径 1 0mm程度、ガラス厚 3mm程度、放電空間の容積 0. 06 c c程度の発光管 1を用いている。封止部 2は、シュリンク手法によって作製されだシュリンク構造を有するものである。

上述したように、発光管 1内には、発光種である水銀 6が、例えば 1 50mgZcm³よりも多く封入されている。水銀 6の封入量は、好ましくは 1 QOmgZcm³から 35〇mg/cm³である。また、発光管 1内には、 1 0_⁶ mo I Zmm³以上のハロゲンが封入されている。ハロゲンは、好ましくは、 1 〇— ⁶と 1 CT¹ mo 1 /mm³ の間の量の臭素が封入されている。八ロゲンは、ハロゲン単体の他、分解してハロゲンを生成するハロゲン前駆体の形態で封入しても良く、本実施形態では、 CH₂B r₂、 HB r、 H g B r ₂ などの形態で発光管 1内に導入している。そして、発光管 1内には， 5〜40 k P aの希ガス（例えば A r) も封入されており、本実施形態では、約 20 k P aの A rが封入されている。

次に、従来の紫外線照射装置においては、紫外線エネルギー効率を考慮して、水銀動作圧が高くてち数十気圧程度まで高圧水銀ランプしか使用しなかっのに対し、本実施形態では、従来の紫外線ェネルギ一効率の考え方をあえて無視して、水銀封入量を 1 50mg ノ c cよりち多くしている理由について述べる。本実施形態の高圧放電ランプ 1 〇0は、 1 50気圧よりも高い圧力で動作させているにちかかわらず、反射鏡 50から反射され集光された光において、樹脂硬化や露光に使用される 365 n mゆ 40 5 nm、 436 nmの水銀輝線強度が、従来のものよりも高くなる _c この驚くべき事象は、本願発明者によって見出され。以下、さらに説明を続ける。

本願発明者は、図 2に示し本実施形態の高圧水銀ランプ 1 00 において、管壁負荷を S OWZ c m²とし、水銀封入量を 90mg / c m 1 20m g/c m³、 1 50 m g / c m³> 1 9 O m g / c m³と変化させて、動作圧力を 90気圧、 1 2〇気圧、 1 50気圧, 1 90気圧と変化させたときの、ランプから放射される 365 nm や、 405 nm、 436 n mの水銀輝線強度を測定した。その結果を図 4に示す。

図 4中のグラフの縦軸は、従来ランプの強度を 1 00%としたものであり、図 4では、相対値で結果をプロットしている。図 4中のグラフの横軸は、ランプの動作圧（気圧）を表す。この場合、反射鏡 50が無い状態で積分球を使用して光強度の測定を実施し。確かに、従来から言われているように、水銀蒸気圧を高 <すればするほど、 365 nmゆ、 405 nm、 436 n mの水銀輝線強度は低下し、水銀蒸気圧の増加は樹脂硬化ゆ露光によって不利な振る舞いを見せる。

しかしながら、同じランプを反射鏡 50に組み込み、反射鏡 5〇からの収束光を積分球に導いて光り強度を測定すると、驚くべきことに、露光に有利な 405 nmゆ 436 nmの輝線強度は、図 5に示すように、従来ランプのよりも高くなつた。

図 5は、高圧水銀電ランプ（1 00) を反射鏡 5〇に組み込んで、水銀封入量を 9 Om gZ c m³、 1 20mg/cm\ 1 5 Om g/ cm³、 1 QOmgZc m³と変化させて、動作圧力を 90気圧、 1 20気圧、 1 50気圧、 1 90気圧と変化させときの、反射鏡 5 0からの収束光の 365 n mゆ、 405 nm、 436 nmの水銀輝線強度を測定した結果を示すグラフである。参考のために、波長範囲 355 nmから 375 nmの放射エネルギー、波長範囲 345 n mから 385 nmの放射エネルギー、波長範囲 335 n mから 39 5 n mの放射エネルギー、波長範囲 300 n mから 400 n mの放射エネルギーもそれぞれ求めて結果をプロッ卜している。図 4に示したグラフと同様に、図 5中のグラフの縦軸は、従来ランプの強度を 1 0096としだものでり、図 5でも、相対値で結果をプロットしている。図 5中のグラフの横軸は、ランプの動作圧（気圧）を表す c 図 5に示すように、露光に有利な波長 405 n m、 436 nmの光の強度は 90気圧の動作時で、既に従来の 1. 5倍以上であり、非常に高い値が得られる。蒸気圧ととちに、それらの強度は低下傾向を示すが、驚くべきことに、 1 50気圧よりも高い蒸気圧範囲では圧力とともに増加に転じる。樹脂硬化に有利な 365 nm輝線強度は動作圧 90気圧から 1 50気圧までは一定で、動作圧が 1 50 気圧よりも高くなると圧力とともに増加し、約 250気圧以上で従来ランプをしのぐ強度が得られる。一方で、 365 nmを含んでわずかに波長選択範囲を広げると、例えば、波長 355 nmから 375の範囲の放射エネルギーは 90 気圧の動作時で既に従来の 1. 2倍以上であり、非常に高い値が得られる。したがって、樹脂硬化においても 90気圧の動作圧であつても、従来と同等以上の性能を示すものと考えられる。その 355 n mから 375 n mの範囲の放射エネルギーは蒸気圧とともに、それらの強度は低下傾向を示すが、ここでち驚くべきことに、露光に有利な波長 405 nm、 436 n mの輝線強度の振る舞いと同様に， 1 50気圧よりも高い蒸気圧範囲では、圧力ととちに増加に転じる _t 樹脂硬化に有利なその他の波長範囲である、波長範囲 345 n mから 385 nmの放射エネルギー、波長範囲 335 nmから 395 η mの放射エネルギー、波長範囲 30011171から400 nmの放射ェネルギ一においては、 9〇気圧の動作時でち、既に従来の 1. 2倍から 1. 8倍のエネルギーを示し、非常に高い値が得られる。それらは蒸気圧とともに、低下傾向を示すが、露光に有利な 405 n m, 436 nmの輝線強度の振る舞いと同様に、 1 5〇気圧よりも高い蒸気圧範囲では圧力ととちに増加に転じる。

以上のように、反射鏡 50と組み合わされる高圧放電ランプ 1 0 0の水銀封入量を、従来の動作圧が数十気圧となるレベルの水銀封入量よりも多い、 90mgZcm³とし、好ましくは水銀封入量を 1 50mgZcm³よりも多くし、その動作圧を 9〇気圧以上、好ましくは 1 50気圧よりも高くすることで、樹脂硬化ゆ露光に有利な放射を、従来よりちはるかに高い効率で得ることができる。この高い効率によって、水銀蒸気圧の増加とともに増える赤外線による被照射物の熱の問題ち実質的に解消することができる。よく知られているよろに、水銀蒸気圧が増加すると、可視発光ととちに長波長の赤外発光も増加する。しかし、ここでは、当該高い効率によって、従来と同じ紫外線量を得るに必要なランプ電力が低減され、それゆえ、ランプから放射される赤外線の絶対量が低減される。したがって、水銀蒸気圧の増加とともに増える赤 ^線による被照射物の熱の問題ち実質的に解消できるのである。

なお、水銀封入量を 1 5〇mg/cm³よりち多くし、その動作圧を 1 50気圧よりも高くする有利な点は、放射効率がよし、ばかりでなく、非常に長い寿命が得られるという点である。本実施形態の光照射装置に用いる高圧放電ランプ 1 00では、いわゆる八ロゲンサイクルによる黒化防止のめに、臭素が封入されているが、いくつかの試験によって、 1 50気圧以下の動作圧ではハロゲンサイクルが正常に働かないことがわかっている。この理由は、水銀封入量が 1 SOmgZcm³以下では、水銀と結合せずに、ハロゲンサイクルに寄与するハロゲンが過剰となって、定温度域の電極 3、具体的には、電極 3のうち封止部 2に近い部分が、激しく八ロゲンに侵食され、その結果、その近くの発光管 1が黒くなつたり、電極が折れてしまう可能性があるからである。

また、水銀封入量の低下は、発光管 1内で起きる対流が弱くなるので、発光管 1の温度の過度の低下を招く。このため、水銀封入量 90mgZc m³では温度が低くなつた発光管 1の上部にもタングステン輸送がおき、初期に黒くなる現象が見られた。寿命の観点から述べると、水銀封入量を 1 5〇mg/cm³よりち多くし、その動作圧を 1 50気圧よりも高くすることで、 5〇00時間から 1 0 000時間の点灯においても、ランプは黒くならず、点灯し続けることが可能となる。従来の紫外線照射装置用ランプの寿命では、点灯時間 2000時間で長寿命をうつているのと比較すれば、この非常に長い寿命は、顕著な効果である。

なお、水銀封入量の上限を熱的な観点から規定するとすれば、例えば水銀封入量 SSOmgZcm^ 動作圧 35〇気圧である。この値を超えると、赤外放射量が急激に増加すると思われるので、それにより、被照射物に熱的ダメージを与えてしまうおそれがある。管壁負荷を 80 WZc m²以上に増加させると、反射鏡 50からの収束光の 365 n mや 4( 5 n m、 436 n mの水銀輝線強度、さらには、波長範囲 365n mから 375n mの放射エネルギー、波長範囲 345 n mから 385 n mの放射エネルギー、波長範囲 3 35nmから 395 n mの放射エネルギー、波長範囲 300 n mから 4〇0 nmの放射エネルギーは従来ランプよりち更に増加する。例えば、下記表 1に示すように、管壁負荷を 8〇WZcm²から 1 40W/cm² に増加させると、反射鏡 50からの収束光の 365 nm、 405nm、 436 n mの水銀輝線強度、さらには、波長範囲 365 nmから 3了 5 nmの放射エネルギー、波長範囲 345 n mから 385 n mの放射エネルギー、波長範囲 335 n mから 39 5 n mの放射エネルギー、波長範囲 300nmから 4〇0nmの放射エネルギーは、比較例（従来ランプ）と比較して、それぞれ、 1 . 1倍、 3. 4倍、 2. 4倍、 2. 6倍、 3. 5倍、 4. 1倍となり、この条件では、もはゆ、比較例（従来ランプ）のを下回る強度のものはなく、それら全てが従来ランプをはるかにしのぐ、高い放射が得られる。

【表 1 】

管壁負荷を 8 0 W/ c m ²よりも小さくすると、ランプの温度が低くなりすぎて、水銀の一部が凝縮して蒸発せず、動作圧が低下してしまい、結果として従来ランプと比べると、反射光 5 0からの収束光 3 6 5 n mや 4〇 5 n m、 4 3 6 n mの強度が低下して不利になる。逆に管壁負荷は高ければ高いほど放射に有利である。これは、発光管での光のロス（例えば、石英ガラスゆ封入された水銀蒸気および/または八ロゲンの吸収による短波長の光のロス）が小さくなり、さらには小さな発光管が放電アークの収縮をもらして輝度を上げるためかもしれなし、。しかしながら、石英ガラスの耐熱性の制限から、実用的な寿命 5000時間から、 1 000時間を得るには、 3〇OWZcm²を上限とするのが好ましい。だし、冷却を施したり、ランプの交換サイクルを短くするょラな使用が可能ならこの限りでない。

本実施形態の構成において、発光管 1内で電極 3の先端は、その先端間距離、つまり電極間距離が約 0. 6mmから 2. 5mmの間で、好ましくは 0. 8mmから 2. 〇 m mになるように配置されている理由を次に述べる。それは、 0. 6mmよりち短い電極間距離では電極 3の温度が高くなり、その電極の熱放射光（白熱電球と同様に、長波長成分が豊富）が反射鏡 50からの収束光に加わり、被照射物の温度を過度に上昇させてしまう可能性があるからである。また、 2. 5mmよりも長くなると、高い動作圧に起因する対流による放電アークの不安定さが増し、ちらつきが生じやすくなるととちに、アークの温度が低下し、あかち実質的に低い水銀蒸気圧のランプのように 405 n mや 436 n mの輝線強度が低くなる傾向を示すからである。好ましい〇. 8mmから 2. Ommの範囲では, 上記のような不都合がないのに加え、八ロゲンサイクルによって蒸発したタングステンが電流先端に戻され、非常にとがっ先端形状となり、細いアークを形成せしめて、反射鏡 50による光の収束に有利に働く。

発光管 1の内容積は約 0. 01 cm³から 5 cm³の間にあり、好ましくは、 0. 05 cm³から 2 cm³ である理由を次に述べる。〇. 01 cm³よりも小さければ、石英ガラスの熱的な制限によつて、実質的に入力できる電力は 3 OW程度に制限され、絶対的に大きな出力がとれないからである。一方、 5cm³よりも大きくすると、その大きな寸法がちはや点灯中の水銀蒸気の対流にまで影響を及ぽすよになり、例えば発光管 1の最高温度部と最低温度部との差をますます大ぎくして、アークの不安定さを増す。好ましい 0. 05 cm³から 2 cm³の範囲では、上記のような不都合がないのに加え、点灯を開始してから水銀が全て蒸発し、所定の定格光出力を得るまでの時間が、車のへッドライ卜用の高圧放電ランプの点灯開始のように、数分もしくは 1， 2分程度と非常にスムーズに光出力が立ち上がる。このことは、定格電流よりも過度の電流が流れる期間が短いことを意味し、したがって、始動電流による電極ダメージが低く抑えられ、寿命に有利に働く。

発光管 1に封入しているハロゲンの量が 1 O_^s mo I /mm³ 以上、好ましくは 1 〇と 1 〇— ¹ mo 1 mm³の間にある理由を次に述べる。それは、 1 〇_ Γη ο Iノ mm³以上のハロゲンは、蒸発したタングステンが電極先端に戻され、非常にとがっ電極先端形状をちらし、その結果、細いアークを形成せしめて、反射鏡 50による光の収束に有利に働くからである。なお、ハロゲンが 1 O-'jumo Iノ mm³よりも多くなると、先端形状の変形が激しくアークの位置が一定に定まらず不安定となる。先端形状の鋭角化に関しては、八ロゲンの種類は臭素の他に、ヨウ素ゆ塩素ち選択可能である。しかし、ヨウ素は始動電圧が高くなる傾向があり、まだ塩素はグロ一放電電圧を高くするので、アーク放電への移行がヨウ素や臭素と比べて困難となるので臭素が好適である。

また、反射鏡 5 0は光軸を有する凹状反射面を持つ反射部分 5 0 aと、反射部分 5 0 aと一体で光軸を包んでし、る中空ネック部 5 0 5 bとを備え、いずれもガラスから構成されているが、少なくとも反射部分 5〇 aの肉厚は 3 m m以上とするのが好ましい。従来よりち高い水銀蒸気圧は、樹脂効果ゆ露光に有利な波長の光量を増すが、同時に、赤外成分の発光も増加する。本実施形態のように当該肉厚を 3 m m以上にすれば、従来よりち増加し赤外線を吸収すること

10 ができ、その結果、反射鏡 5 0から周囲に漏れ出る赤外線を従来ランプレベルに抑制することが可能となる。このことは、装置の加熱を防止し、機器の小型化に有利に働く。さらに、中空ネック部 5 0 bは、放電ランプの光の影響をほとんど受けないので、赤外線を吸収し反射部分 5 0 aのラジェターの働きをし、効果的に、反射鏡

15 5 0全体の温度低下に寄与する。

なお、反射鏡 5 0の開口部（広開口部）を、紫外線を透過するガラス、例えば石英ガラスで塞げば、放電ランプ 1 0 0の温度をより安定に一定に保つことができ、その結果、水銀蒸気圧の変化を抑え、光出力の安定に有利に働く。また、そのガラスが従来よりも増加し

20 た赤外線の一部を吸収し、被照射物の温度上方を効果的に抑制することちでき、有利である。 '

本実施形態の楕円反射鏡 5 0の焦点距離 F 1が 3 m m以上で、好ましくは 5 m mから 3 5 m mの間にある理由を述べると、まず、 3 m未満ではランプ 1 0〇が中空ネック部 50 bに近すぎて、その部分の温度を上昇させ、上述のラジェター効果を抑制するばかりでなく、熱的負担の増加によってネック部 50 bの割れを生じる危険性が増すからである。 5 mmから 35 mmの範囲が好ましい理由は、上述のような不都合がないことに加えて、中空ネック部 50b側に位置する放電ランプ 1 00の封止部 2が過度に長くなりすぎず、しがって、放電ランプ 1 00の温度を適切に高め、蒸気圧の低下を抑制することができるからである。

まだ、焦点距離 F 2が 50mm以上で、好ましくは 50mmから 30 Ommの間にある理由を述べると、まず、 5〇mm以下だと反射鏡 50からの収束光が放電ランプ 1 00の封止部 2に遮られるおそれがあるからである。そして、 3〇〇mmを超えると、収束位置において反射鏡 50からの光が収束する範囲が広がり、シャープな光強度分布が得られず、例えば、収束付近に光ファイバの入射端を設け、光ファイバによって光を通じて光を照射するよろな場合、光ファイバへの入射効率が悪く、結果として、光利用効率を低下させてしまうからである。ただし、それを補正するレンズなどを用いる場合は、焦点距離 F 2は 3〇0mmよりも長くてもよく、その意味で、楕円反射鏡の代わりに、放物面反射鏡を用い、それと集光レンズ系を組み合わせるよろな構成にしてもよい。

なお、本実施形態の光照射装置では、高圧放電ランプ 1 00が光軸上にあるような状態で封止部 2が中空ネック部 5〇 bに挿入され, 中空ネック部 50bと隙間がないように、例えば無機系接着剤（セメン卜など）で固着されおり、それゆえ、ランプ交換は、反射鏡 5 〇と高圧放電ランプ 1 〇0とを同時に交換可能となっている。このことは、従来のランプのみを交換する方式（例えば、特開平 1 0— 5 5 7 1 3号公報参照）と比べて、反射部分 5 0 aの反射面にコ一卜されている膜（紫外線反射 ·赤外線透過膜）が、長い時間、放電ランプ 1 0 0の強い光や熱に曝されることで劣化し、光出力特性に変化を及ぼす可能性を無くするとともに、ランプの位置を再度調整し配置する煩雑な手間や、あるいは配置ミスの可能性を実質的に完全になすくことができることを意味する。

なお、本実施形態の構成では、高圧放電ランプ 1 0 0が光軸上にあるような状態で封止部 2が中空ネック部 5〇 bに挿入され、中空ネック部 5 0 bと隙間がないように固着させ例を示したが、反射鏡 5 0の温度をコン卜ロールするめの間隙が中空ネック部 5 0 b と封止部 2との間にあってもよい。まだ、中空ネック部 5 0 bと封止部 2とをセメン卜によって直接固着するのはなく、スぺーサを介して両者を固着するようにしてもよい。また、中空ネック部 5 0 b の中空部は、反射部分 5 0 aに向かって円錐状に、孔が小さくなる形が光景である。この方が反射部分 5 0 aの反射面を大きくとれ、それゆえ、収束する光の量が増える。

また、上述しだことと重複する部分もあるが、文献 1 (特開平 1

0 - 5 5 7 1 3号公報）等に開示されている従来技術は、本実施形態の構成と比較して、点灯中の水銀蒸気圧が数十気圧程度と低いので、次のよな問題が発生し得る。だし、この問題は、従来におし、ては、常識的な条件での使甩であったため、問題とはされていなかったちのである。

点灯中の水銀蒸気圧が数十気圧程度と低し、ことにより、点灯中のランプ動作電圧が低く、ランプ電流が大きいため、電極の熱負担が大きく、それゆえ、寿命が短い。さらに、低い蒸気圧のために特に波長 3 0 0 n m以下の水銀発光が強力で、被照射物や照射装置自身が、この紫外線によりダメージを受けていた。. さらに、ランプだけを交換するために、長期の使用により反射鏡の特性（分光反射率、強度など）が劣化し、その反射鏡の劣化により出力が変化したり、 '反射鏡が破損し得るという問題もあった。

さらに、文献 2 (特開平 1 1—1 9 1 3 9 4号公報）に開示された技術のように、紫外線放射を増すめにアルゴンを高圧で封入するには、ランプの製造工程において液体窒素にてランプを冷却しァルゴンガス（沸点一 1 8 6 °C) を発光管内にトラップする必要がある。アルゴンガスと沸点が近い液体窒素（沸点一 1 9 6 °C) にてランプを冷却する場合、管壁負荷が 1 0 ~ 3 0 WZ c m²といった寸法の大きな発光管しか製造できなかっり、あるいは小型のランプを作製する場合は、非常に高価な液体ヘリウムを使用しりする必要があり、それが問題となる。さらに、高圧のアルゴンガスはランプの始動を非常に困難にし、そのめ高い始動電圧を印加する必要があるために、装置の大型化を招いり、あるいは、高い始動電圧がランプの電極にダメージを与え、寿命を短くするという問題も生じる。特開平 1 0— 5571 3号公報ゃ特開平 1 "1 — 1 91 394号公報を含従来技術でちそろであるが、紫外光照射装置用のランプは，直流型の高圧放電ランプ（DCランプ）が用いられるのが一般的である。これに対し、交流型の高圧放電ランプを用いた場合、陰極輝点（この近傍では、高温のため紫外光がより多く発せられる）が 2 つ出来るので、光ファイバ等への紫外光がより多く収束（集光）されるという利点もある。なお、上述し水銀封入量が 1 50mgZ c m³を超える高圧放電ランプによってちたらされる効果は、直流型ランプ、交流型ランプに限定されず、得られるちのであるので、本実施形態の光照射装置は、交流型ランプ、直流型ランプとちに利用可能である。

本発明の実施形態に係る光照射装置および光照射方法は、少なくとち紫外線を含 ¾光を照射する用途に適用できる。例えば、上述した紫外線硬化性樹脂の硬化ゆ、半導体基板 ·液晶基板の露光の用途に利用することができる。より具体的な用途としては、キュアリング、 UV接着、ウェハ露光、ゥェ八周辺露光、液晶露光、プリン卜基板露光、 TAB露光などに用いることができる。

産業上の利用可能性

本発明の光照射装置によれば、 1 50mgZc m³を超える水銀. 八ロゲンおよび希ガスが発光管に封入され、管壁負荷が 8 OWZ c m ²以上である高圧放電ランプと反射鏡とを備えているので、従来よりも紫外放射エネルギー効率を向上させることができる。

Claims

請求の範囲

1. 管内に発光物質が封入された発光管と、前記発光管から延び封止部とを有する高圧放電ランプと、

前記高圧放電ランプから発せられる光を反射する反射鏡とを備え、

前記高圧放電ランプから発せられる前記光は、少なくとち紫外域のスぺク卜ルを有し、

前記発光管には、前記発光管の容積を基準にして、 1 50mgZ c m³を超える水銀、八ロゲンおよび希ガスが封入されており、前記ランプの管壁負荷は、 8 OW/ cm²以上である、光照射装

2. 前記光照射装置は、少なくとも紫外線を照射する紫外線照射装置であり、

前記反射鏡は、コールドミラーであり、

前記水銀の封入量は、前記発光管の容積を基準にして、 1 90m g/cm³以上である、請求項 1に記載の光照射装置。

3. 前記発光管内には、一対の電極が対向して配置されており, 前記電極は、前記封止部内に配置された金属箔に電気的に接続されており、前記一対の電極の間の距離は、 2. 5 m m以下である、請求項 2 に記載の光照射装置。

4. 前記反射鏡は、前記高圧放電ランプの前記封止部が挿入される開口部が形成された中空ネック部を有し、

前記高圧放電ランプは、前記中空ネック部に挿入されて前記反射鏡に固定されており、

前記反射鏡は、楕円面の反射面を有する楕円面鏡であり、前記光照射装置は、前記反射鏡を取り囲み、前記反射鏡からの光を通過させる窓が形成され筐体をさらに備えており、

前記 tt体内には、前記高圧放電ランプに電気的に接続された点灯回路が配置されている、請求項 1から 3の何れか一つに記載の光照

5. 前記筐体の窓の周囲には、光ファイバが配置されている、請求項 4に記載の光照射装置。

6. 前記高圧放電ランプは、交流点灯型のランプである、請求項 1から 5の何れか一つに記載の光照射装置。