專利名稱：光源裝置及光照射裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及由交流驅(qū)動的放電燈和凹面反射鏡構(gòu)成的光源裝置及排列有多個該光源裝置的光照射裝置，尤其是涉及向上射出光的光源裝置及光照射裝置。
背景技術(shù)：
以往，在半導(dǎo)體、液晶基板及濾色器等被處理物的制造工序中，使用輸入功率大的紫外線光源。作為紫外線光源而使用的是在封入有水銀蒸氣或稀有氣體的管球內(nèi)使電極間發(fā)生電弧放電的類型的高壓放電燈。最近，由于處理速度的縮短化或處理面積的大型化等，要求消耗功率為幾kW至幾十kW的高輸出的燈，伴隨與此，取代一根大型燈而使用排列有多個使用了小型的放電燈的光源裝置的光照射裝置。此種使用目的通常用于作為投影儀裝置的光源而使用的小型的放電燈。專利文獻 1 (日本特開2007-5588號公報)是其一例。圖4(A)、(B)表示該現(xiàn)有技術(shù)，(A)是局部橫剖視圖，(B)是該裝置主視圖。如(B) 所示，光照射裝置20將多個光源裝置21沿縱向和橫向排列而形成。各光源裝置21由封入有例如0. 08mg/mm3以上的水銀的放電燈22和裝入有該放電燈22的凹面反射鏡23構(gòu)成， 且配置成所述放電燈22的中心軸與凹面反射鏡23的光軸一致。如圖4(A)所示，而且如該文獻1的第00 段記載所示，該光源裝置21配置成使放電燈22及凹面反射鏡23朝向水平方向，且來自該凹面反射鏡23的光沿水平方向放射。并且，該光源裝置及光照射裝置通過主要將波長300nm 400nm的光向被處理物照射而提高放射強度，進行半導(dǎo)體的制造工序或液晶顯示基板的制造工序中的曝光處理。圖5表示使用了該光照射裝置20的曝光裝置的一例。來自光照射裝置20的放射光經(jīng)由積分儀25通過折返鏡沈折返，經(jīng)由掩模27向掩模臺觀上的工件W照射。然而，在所述的使用大型的放電燈的光照射裝置中，由于燈大型化，因此在與曝光裝置組合時，主要考慮到處理的便利性，而多采用將放電燈配置在裝置的下方，并從反射鏡向上射出光的結(jié)構(gòu)。因此，將排列有多個由專利文獻1所示的小型的放電燈和凹面反射鏡構(gòu)成的光源裝置的光照射裝置代替作為上述的以往的曝光裝置的光照射裝置時，需要形成為將光源裝置的凹面反射鏡向上配置而向上方射出光的結(jié)構(gòu)，作為必然的結(jié)果而放電燈也成為沿垂直方向配置。如此，將放電燈從水平點燈變更成垂直點燈，且反射鏡也以向上方射出光的方式朝上方配置開口部時，放電燈的周圍的熱的狀態(tài)變化，因此為了維持波長300nm 400nm的輸出而需要調(diào)整燈。然而，在專利文獻2(日本特開2003-347071號公報)中提出有將放電燈形成為垂直點燈時，為了使一對上下電極的溫度彼此一致，而變更交流點燈的負荷比的情況。
然而，在該現(xiàn)有技術(shù)中，雖然燈垂直配置，但反射鏡水平配置，而來自反射鏡的光也沿水平方向射出。此種配置不適用作為上述以往存在的曝光裝置的光照射裝置用的替代光源裝置， 而需求一種作為本發(fā)明的對象的圖2所示的排列有多個凹面反射鏡的開口部也位于上方并使燈的中心軸與反射鏡的光軸一致而向上方射出光的光源裝置的光照射裝置。然而，形成為圖2所示的光照射裝置時，可知作為光源裝置，形成為以往的水平點燈方式或?qū)＠墨I2那樣的燈垂直且反射鏡水平配置的點燈方式時會產(chǎn)生不同的新的問題點。S卩，在圖6所示的光源裝置中，在放電燈30的發(fā)光部31內(nèi)，在電弧產(chǎn)生的熱量的影響下產(chǎn)生對流32，高溫氣體沿上側(cè)電極33上升，向發(fā)光部的上方輸送。該對流32在管壁附近下降，從發(fā)光部的中央附近朝向電弧方向。由于此種對流，發(fā)光部31的上半部31a成為尚溫。另一方面，在發(fā)光部31的下部幾乎沒有對流，因此與發(fā)光部上部相比，能夠形成低溫且穩(wěn)定的狀態(tài)。因此，發(fā)光部31的下半部31b比上半部31a低溫，在該下半部31b中， 能夠形成水銀原子的濃狀態(tài)。處于燈內(nèi)部的電弧周圍的水銀原子處于基態(tài)，因此吸收由發(fā)光部的中心放射出的波長254nm的光。通過使該吸收域變寬，而光強度在短波長側(cè)(波長300nm 330nm)下降。并且，當水銀原子處于濃狀態(tài)時，會產(chǎn)生該水銀進行的吸收更大且來自燈的光強度下降的不良情況。并且，在由放電燈30和凹面反射鏡35構(gòu)成的此種光源裝置中，由于主要對從發(fā)光部31的接近反射鏡35的部分即從下半部31b放射出的光進行反射而利用，因此如上所述， 該下半部31b的光吸收大的情況原封不動地與來自光源裝置的光強度的下降直接相關(guān)，問題大。圖7是示出將放電燈的軸向與反射鏡的光軸一致的光源裝置以使反射鏡的開口部向上的方式形成為垂直點燈時(以下簡稱為垂直點燈)和以反射鏡的開口部朝向水平方向的方式形成為水平點燈時(以下簡稱為水平點燈)的波長300nm 500nm的光強度分布的圖表。從上述圖表可知，在形成為垂直點燈時(虛線表示)，與形成為水平點燈時(實線表示)相比，尤其是在短波長側(cè)(波長300nm 330nm)，光強度下降。作為其理由，考慮為如上所述由于凹面反射鏡主要對從放電燈的發(fā)光部的下半部放射出的光進行反射而利用， 因此在垂直點燈中，從該發(fā)光部的下半部放射的光強度下降。專利文獻1 日本特開2007-5588號公報專利文獻2 日本特開2003-；347071號公報

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的問題點，提供一種光源裝置及光照射裝置，在由在放電容器的內(nèi)部相對向配置有一對電極、并且封入有0. 08 0. 26mg/mm3的水銀且被交流驅(qū)動的放電燈和裝入有該放電燈的凹面反射鏡構(gòu)成，并且所述放電燈的中心軸與凹面反射鏡的光軸被配置成一致的光源裝置及將該光源裝置排列多個而成的光照射裝置中，在以從凹面反射鏡朝上方射出光的方式配置的結(jié)構(gòu)中，來自發(fā)光部的下半部的光射出強度不會降低而能夠有效地射出光。為了解決上述課題，本發(fā)明的光源裝置的特征在于，所述凹面反射鏡的開口部朝向上方配置，所述一對電極的下側(cè)電極進行陽極動作的時間比上側(cè)電極進行陽極動作的時間長。另外，其特征在于，所述下側(cè)電極進行陽極動作的時間與所述上側(cè)電極進行陽極動作的時間的比，即負荷比為60 40 70 30。此外，其特征在于，從所述凹面反射鏡的開口部的中央吸入冷卻空氣，從凹面反射鏡的下端排出冷卻空氣。發(fā)明效果根據(jù)本發(fā)明，在凹面反射鏡朝上方配置的光源裝置中，由于放電燈的下側(cè)電極進行陽極動作的時間比上側(cè)電極長，因此該下側(cè)電極的溫度比上側(cè)電極高，所述放電燈的發(fā)光部的下半部被加熱，因此能夠起到防止該下半部內(nèi)的水銀原子的濃度升高，該部分的短波長側(cè)的紫外線的吸收減少，且能夠抑制從此發(fā)出的光輸出強度降低的效果。另外，通過使下側(cè)電極的陽極動作與上側(cè)電極的陽極動作的負荷比(duty ratio) 為60 40 70 30，能得到與水平點燈時同等或其以上的光強度。此外，通過從凹面反射鏡的開口部中央吸入冷卻空氣并從凹面反射鏡的下端排出，能夠?qū)Πl(fā)光部的上半部進行冷卻而使溫度下降，并使下半部的溫度相對上升，因此能得到光強度的進一步的改善。


圖1是本發(fā)明的光源裝置的剖視圖。圖2是將本發(fā)明的光源裝置排列多個的光照射裝置的說明圖。圖3是說明本發(fā)明的效果的圖表。圖4是以往的光照射裝置的說明圖。圖5是裝入有以往的光照射裝置的曝光裝置的說明圖。圖6是垂直點燈光源裝置的說明圖。圖7是垂直點燈方式與水平點燈方式的比較圖表。
具體實施例方式圖1表示本發(fā)明的光源裝置1，由放電燈2和包圍該放電燈2的凹面反射鏡3構(gòu)成，所述放電燈2的中心軸與凹面反射鏡3的光軸一致。在該例中，放電燈2的一方的密封部加經(jīng)由燈頭4通過粘結(jié)劑固定在反射鏡3上。該光源裝置1以使放電燈2和反射鏡3大致朝向垂直上方的方式將開口部5朝向上方配置，向上方放射光。并且，在凹面反射鏡3的上方開口部5的前表面玻璃6的中心設(shè)置有冷卻空氣導(dǎo)入口 7，另一方面，在凹面反射鏡3的下端的燈頭4朝向側(cè)面形成有冷卻空氣排出口 8，冷卻空氣從凹面反射鏡3的前表面導(dǎo)入到反射鏡3內(nèi)，對燈2進行冷卻而從下端的燈頭4的冷卻空氣排出口 8排出。
在放電燈2的發(fā)光部封入有水銀、稀有氣體、鹵素氣體。用于改善電燈起動性的稀有氣體例如封入有約13kPa的氬氣。鹵素氣體的碘、溴、氯等以與水銀之外的金屬的化合物的形態(tài)被封入，其封入量從1 X 10_6 1 X 10_2 μ mol/mm3的范圍選擇。水銀被水銀原子的吸收產(chǎn)生的光譜的形狀限定，但由于水銀吸收發(fā)光部的中心放射的波長254nm的光，因此利用波長300nm 330nm附近的紫外線時，必須考慮封入到發(fā)光部的水銀量。另外，封入到發(fā)光部的水銀量少時，放電燈的阻抗減小，因此在電極間流動的電流值增大。電流值增大時，由于作用于電極的負載增大，因此電極提前損耗。因此，封入到放電燈的水銀密度為0. 08mg/mm3以上。在封入有0. 08mg/mm3以上的水銀的放電燈中，在發(fā)光部的中心發(fā)光的波長254nm 的光全部被吸收而成為向外部放射的發(fā)光全部看不見的狀態(tài)。被封入到發(fā)光部的水銀密度進一步增加時，水銀的吸收波長域變寬。在水銀密度為0. 20mg/mm3左右時，水銀進行的吸收從波長254nm變寬到300nm附近。進一步使水銀密度為0. 30mg/mm3左右時，波長313nm的發(fā)光線被吸收，波長300 330nm的光輸出大幅度降低。使水銀封入量變化時，評價相對于在波長320nm的光具有主感度的PS用抗蝕劑照射一秒紫外線時的硬化狀態(tài)的結(jié)果為表1。〈表1>
水銀密度(mg/mm3)0. 160. 180. 200. 260. 30波長300 330nm的光強度(mW/cm2)24. 522. 620. 815. 211. 5硬化狀態(tài)55432硬化狀態(tài)如下所述進行評價。[1]未硬化狀態(tài)[2]硬化的部分與未硬化的部分混雜的狀態(tài)[3]實用上沒有問題的最低限度的水平的硬化狀態(tài)[4]雖然超過實用上沒有問題的最低水平的硬化狀態(tài)但未達到最高水平的硬化狀態(tài)[5]最高水平的硬化狀態(tài)從上述評價結(jié)果可知，水銀密度在0. 26mg/mm3以下時，能夠形成硬化狀態(tài)事實上沒有問題的最低限度的水平的硬化，水銀密度在0. 18mg/mm3以下時，能得到最高水平的硬化狀態(tài)。由此，水銀密度需要為0. 08mg/mm3 0. 26mg/mm3,尤其是優(yōu)選0. 08mg/mm3 0. 18mg/mm30放電燈2被從未圖示的點燈裝置供給交流驅(qū)動電流而點燈。在交流驅(qū)動中，壽命比直流驅(qū)動長，能夠?qū)崿F(xiàn)照度高的放電燈。使用負荷比表示發(fā)光部內(nèi)的一對電極間的極性反轉(zhuǎn)的時機。具體來說，將負荷比表示為“施加下側(cè)電極作為陽電極的時間”:“施加上側(cè)電極作為陽電極的時間”。電極具有在成為陽極動作時被供給電流而溫度上升的性質(zhì)。因此，通過使下側(cè)電極進行陽極動作的時間長于上側(cè)電極進行陽極動作的時間，而下側(cè)電極的溫度上升，且能夠提高發(fā)光部的下半部的溫度。如此，通過發(fā)光部內(nèi)部的對流而相對提高溫度變低的發(fā)光部的下半部的溫度，消除水銀原子濃的狀態(tài)，而減小水銀導(dǎo)致的短波長側(cè)(波長300nm 330nm)的吸收的影響， 能夠提高該短波長側(cè)(波長300nm 330nm)的紫外線強度。另外，S卩使在凹面反射鏡3的內(nèi)部使冷卻空氣流通而積極地對放電燈2進行冷卻， 也能夠冷卻發(fā)光部的上半部而使溫度下降，并使發(fā)光部的下半部的溫度相對上升。從前表面玻璃6的冷卻空氣導(dǎo)入口 7流入到凹面反射鏡3內(nèi)部的冷卻空氣通過放電燈2的發(fā)光部的側(cè)面而沿下側(cè)密封部加流通，并經(jīng)由安裝在凹面反射鏡3下端的燈頭4 的冷卻空氣排出口 8向凹面反射鏡3外排出。在該冷卻空氣的作用下，尤其是放電燈2的發(fā)光部的上半部被冷卻，下半部的溫度相對上升。如圖2所示，沿縱橫方向排列并配置多個上述的光源裝置1，構(gòu)成使來自該光源裝置的光朝上方射出的光照射裝置10，作為以往的一個大型燈進行的光照射裝置的有效的替代裝置發(fā)揮作用，能夠形成半導(dǎo)體裝置的制造工序或液晶顯示基板的制造工序中的用于進行曝光處理的放射強度高的光源。表示上述光源裝置的一個數(shù)值例時，如下所示。燈輸入275W、電極間距離1mm、燈泡外形Φ 12mm、封入水銀密度0. 17mg/mm3、氬 13kPa、封入有適量的鹵素，AC點燈、驅(qū)動頻率300Hz、凹面反射鏡的外徑65mmX70mm、裝置整體冷卻空氣量4. 5m7min、前表面玻璃使用厚度3mm的石英玻璃且在中心部分開設(shè)有 Φ 8mm的冷卻空氣導(dǎo)入口。對由上述數(shù)值例的規(guī)格構(gòu)成的光源裝置進行了實驗。以負荷比50 50且進行水平點燈時的光強度為比較基準，對于進行垂直點燈的情況，改變負荷比和冷卻條件時的實驗結(jié)果如下面的表2所示。使用關(guān)于各波長域的累計光量進行比較?！幢?>
權(quán)利要求
1.一種光源裝置，由在放電容器的內(nèi)部相對向配置有一對電極、并且封入有0.08 0. 26mg/mm3的水銀且被交流驅(qū)動的放電燈和裝入有該放電燈的凹面反射鏡構(gòu)成，所述放電燈的中心軸與凹面反射鏡的光軸被配置成一致，所述光源裝置的特征在于，所述凹面反射鏡的開口部朝向上方配置，所述一對電極的下側(cè)電極進行陽極動作的時間比上側(cè)電極進行陽極動作的時間長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于，所述下側(cè)電極進行陽極動作的時間與所述上側(cè)電極進行陽極動作的時間的比為 60 40 70 30。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光源裝置，其特征在于，封入到所述放電容器中的水銀密度為0. 08 0. 18mg/mm3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3中任一項所述的光源裝置，其特征在于，從所述凹面反射鏡的開口部的中央吸入冷卻空氣，從凹面反射鏡的下端排出冷卻空氣。
5.一種光照射裝置，其特征在于，并列配置有多個所述權(quán)利要求1 4中任一項所述的光源裝置。
全文摘要
提供一種光源裝置及光照射裝置，被交流驅(qū)動的放電燈和裝入有該放電燈的凹面反射鏡構(gòu)成，并配置成所述放電燈的中心軸與凹面反射鏡的光軸一致，抑制燈的下半部內(nèi)的紫外線吸收而能夠得到充分的光輸出的結(jié)構(gòu)。其特征在于，所述凹面反射鏡的開口部朝向上方配置，一對電極的下側(cè)電極進行陽極動作的時間比上側(cè)電極進行陽極動作的時間長。
文檔編號H01J61/20GK102182979SQ20111000530
公開日2011年9月14日 申請日期2011年1月5日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月7日
發(fā)明者三浦雄一, 佐佐木雄一, 森和之 申請人:優(yōu)志旺電機株式會社