JP2012174807A - Ultraviolet irradiation device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ultraviolet irradiation device which can irradiate desired ultraviolet light, where the integrated quantity of light within a predetermined wavelength range is invariant over time, immediately after switching from standby lighting to full-lighting in an ultraviolet irradiation device mounting a high-pressure mercury lamp subjected to full/standby lighting.SOLUTION: The ultraviolet irradiation device comprises a high-pressure mercury lamp where a luminous tube is filled with mercury and the tube wall load is 10-30 W/cm, and a lamp lighting device which can be driven to switch between a full lighting mode for lighting the high-pressure mercury lamp with a rated power, and a standby lighting mode for lighting the high-pressure mercury lamp with a lower power when compared with the full lighting mode. The ratio Is/If of the illuminance If of the light having a wavelength of 525 nm radiated from the high-pressure mercury lamp in the full lighting mode, and the illuminance Is of the light having a wavelength of 525 nm radiated from the high-pressure mercury lamp in the standby lighting mode falls in a range of 30-100%.

Description

本発明は、紫外線照射装置に関するものであり、特に、半導体や液晶の製造分野などの露光用光源に適用される、ショートアーク型放電ランプを光源とする紫外線照射装置に関する。   The present invention relates to an ultraviolet irradiation apparatus, and more particularly to an ultraviolet irradiation apparatus using a short arc discharge lamp as a light source, which is applied to an exposure light source in the field of manufacturing semiconductors and liquid crystals.

発光管内部に水銀が封入されたショートアーク型高圧水銀ランプは、発光管内に対向配置された一対の電極の先端距離が短く点光源に近いことから、光学系と組み合わせることによって紫外線照射装置を構成して、半導体製造等に用いられる露光装置の光源として利用されている。   The short arc type high-pressure mercury lamp with mercury enclosed in the arc tube has a short tip distance between a pair of electrodes facing each other in the arc tube and is close to a point light source. Thus, it is used as a light source for an exposure apparatus used in semiconductor manufacturing or the like.

近年では、特開２０００−１８１０７５号公報（特許文献１）に記載されているように、半導体や液晶パネルの製造工程で用いられる紫外線照射装置は、高圧水銀ランプを常に一定の電力で点灯するのではなく、省電力化のために露光時にのみ定格電力で点灯（通常点灯）させ、基板移動などの待機時には前記定格電力よりも小さな電力で点灯（待機点灯）させるという点灯方式（以下、フル・スタンバイ点灯という）が採用されている。   In recent years, as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-181075 (Patent Document 1), an ultraviolet irradiation device used in a manufacturing process of a semiconductor or a liquid crystal panel always turns on a high-pressure mercury lamp with constant power. Rather, it is turned on at the rated power only during exposure (normally lit) to save power, and is lit at a lower power than the rated power (standby lighting) when waiting for substrate movement, etc. Standby lighting) is adopted.

図６に従来の紫外線照射装置を示す。光照射装置９０は、露光光を放出するランプ８１、集光鏡８２、第一平面鏡８３、インテグレータレンズ８４、シャッタ８５、コリメータミラー８６から構成される。また、光照射装置９０にはランプ８１、集光鏡８２を冷却する冷却手段８９が設けられている。
制御部９１には、上記ランプ８１に電力を供給するランプ電源回路９２、シャッタ８５の開閉を制御するシャッタコントローラ９３、上記冷却風を制御する冷却風コントローラ９４、および、露光装置全体を制御する露光装置制御部９５が設けられる。また、ランプ電源回路９２には、ランプ８１に供給する電力を切り替える切換回路９２ａが設けられ、これによりランプの点灯状態を「フル点灯状態（ランプを定格で点灯させる状態）」、「スタンバイ点灯状態（ランプを定格以下で点灯させる状態）」に切り替える。
例えば、露光時は定格電力で０．１〜１０秒点灯させ、待機時は定格電力よりも小さい待機電力で０．１〜１００秒点灯させるということが繰り返される。 FIG. 6 shows a conventional ultraviolet irradiation device. The light irradiation device 90 includes a lamp 81 that emits exposure light, a condenser mirror 82, a first plane mirror 83, an integrator lens 84, a shutter 85, and a collimator mirror 86. The light irradiation device 90 is provided with a cooling means 89 for cooling the lamp 81 and the condenser mirror 82.
The controller 91 includes a lamp power supply circuit 92 that supplies power to the lamp 81, a shutter controller 93 that controls the opening and closing of the shutter 85, a cooling air controller 94 that controls the cooling air, and an exposure that controls the entire exposure apparatus. A device control unit 95 is provided. In addition, the lamp power circuit 92 is provided with a switching circuit 92a for switching the power supplied to the lamp 81, whereby the lighting state of the lamp is set to “full lighting state (the lamp is lit at the rated level)”, “standby lighting state”. Switch to “(The lamp is lit below the rated value)”.
For example, it is repeated that the light is lit for 0.1 to 10 seconds at the rated power during exposure, and is lighted for 0.1 to 100 seconds at a standby power smaller than the rated power during standby.

特開２０００−１８１０７５JP2000-181075

ところで、これらの高圧水銀ランプから放射される光の波長は、発光管内の温度状況に依存する。これは、水銀蒸気圧が温度に依存するためであり、温度の上昇にともなって水銀蒸気圧が上昇し、所定の水銀蒸気圧になることにより、所望の分光スペクトルを有する紫外線を得ることができる。   By the way, the wavelength of light emitted from these high-pressure mercury lamps depends on the temperature in the arc tube. This is because the mercury vapor pressure depends on the temperature, and as the temperature rises, the mercury vapor pressure rises to a predetermined mercury vapor pressure, whereby ultraviolet rays having a desired spectral spectrum can be obtained. .

図５に、高圧水銀ランプを定格電力にて点灯している照射時と、定格の５０％で点灯している待機時の分光スペクトルの比較図を示す。縦軸は照度（μＷ／ｃｍ２）、横軸は波長(ｎｍ）であり、照射時を実線で、待機時を破線で示した。
照射時、待機時ともに同じ波長の水銀の輝線スペクトルが観測されるが、全体の波形の形状は異なるものである。
露光に用いられる光は、特定の波長範囲の紫外線の露光量が十分であることが必要なので、例えばピーク波長の照度が同程度だとしても、露光量としては十分ではないということがある。 FIG. 5 shows a comparison of the spectral spectra during irradiation when the high-pressure mercury lamp is lit at the rated power and during standby when the lamp is lit at 50% of the rating. The vertical axis represents the illuminance (μW / cm 2 ), the horizontal axis represents the wavelength (nm), the irradiation time is indicated by a solid line, and the standby time is indicated by a broken line.
While the emission spectrum of mercury with the same wavelength is observed both during irradiation and during standby, the overall waveform shape is different.
The light used for the exposure needs to have a sufficient exposure amount of ultraviolet rays in a specific wavelength range. For example, even if the illuminance at the peak wavelength is approximately the same, the exposure amount may not be sufficient.

上記のごとく、待機時と照射時には、分光スペクトル波形に相違がある。そして、入力電力を待機時から照射時に切り替えてから、それに追随して発光管内の温度が上昇するまでには時間差があるため、点灯する条件によっては瞬時に所望の分光スペクトル波形を得ることはできなかった。
このことは、ピークのみが鋭く観測される波形、例えばより低い入力電力の状態から高い定格電力に戻したときに顕著であった。 As described above, there is a difference in spectral spectrum waveform between standby and irradiation. And since there is a time difference between switching the input power from standby to irradiation and the temperature in the arc tube rising following it, a desired spectral spectrum waveform can be obtained instantaneously depending on the lighting conditions. There wasn't.
This is remarkable when a waveform in which only a peak is observed sharply, for example, when a lower input power state is returned to a higher rated power.

以上により、搭載された高圧水銀ランプをフル・スタンバイ点灯する紫外線照射装置において、スタンバイ点灯からフル点灯に切り替えた直後に、所望の紫外線を照射することができる紫外線照射装置を提供することを目的とする。   As described above, in the ultraviolet irradiation apparatus that performs full standby lighting of the mounted high-pressure mercury lamp, it is an object to provide an ultraviolet irradiation apparatus that can irradiate desired ultraviolet light immediately after switching from standby lighting to full lighting. To do.

上記課題を解決するため、本発明は、発光管内に水銀が封入され、管壁負荷が１０〜３０Ｗ／ｃｍ２である高圧水銀ランプと、 該高圧水銀ランプに供給する電力を、定格電力によって点灯させるフル点灯モードと、該フル点灯モードよりも低い電力によって点灯させるスタンバイ点灯モードとを切換可能に駆動できるランプ点灯装置とを備える紫外線照射装置において、前記フル点灯モード時の前記高圧水銀ランプより放射される波長５２５ｎｍの照度Ｉｆと、スタンバイ点灯モード時の該高圧水銀ランプより放射される波長５２５ｎｍの照度Ｉｓとの比をＩｓ／Ｉｆ（％）とし、Ｉｓ／Ｉｆが３０％以上、１００％未満であることを特徴とする。
また、前記紫外線照射装置は、波長３００〜８００ｎｍの発光を利用することを特徴とする。
また、前記スタンバイ点灯モード時の前記高圧水銀ランプより放射される波長５２５ｎｍの照度Ｉｓを前記ランプ点灯装置より供給する電力によって調整することを特徴とする。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a high-pressure mercury lamp in which mercury is enclosed in an arc tube and a tube wall load is 10 to 30 W / cm 2 , and power supplied to the high-pressure mercury lamp is lit with rated power. In an ultraviolet irradiation device comprising a lamp lighting device that can be switched between a full lighting mode to be switched and a standby lighting mode to be lit with lower power than the full lighting mode, radiation from the high-pressure mercury lamp in the full lighting mode The ratio of the illuminance If at a wavelength of 525 nm to the illuminance Is at a wavelength of 525 nm emitted from the high-pressure mercury lamp in the standby lighting mode is Is / If (%), and Is / If is 30% or more and less than 100% It is characterized by being.
In addition, the ultraviolet irradiation device utilizes light emission having a wavelength of 300 to 800 nm.
Further, the illuminance Is having a wavelength of 525 nm emitted from the high-pressure mercury lamp in the standby lighting mode is adjusted by electric power supplied from the lamp lighting device.

以上により、本発明によれば、スタンバイ点灯からフル点灯に切り替えた直後にも、ある波長範囲の紫外線の積算光量が時間的に安定する。これにより露光量のばらつきがなくなり、フル点灯時に切換えた直後にも所望の紫外線を照射することができる。
そして、このようなＩｓ／Ｉｆの範囲で電力等を調整することができ、可能な限りより省電力な紫外線照射装置とすることができる。
また、本発明の紫外線照射装置は、高圧水銀ランプを光源としているため、特に波長３００〜８００ｎｍの範囲の積算露光量が時間的に安定するという効果がある。
また、上記Ｉｓ／Ｉｆは、ランプ点灯装置によれば、電力を調整することで適切に調整することができる。 As described above, according to the present invention, immediately after switching from standby lighting to full lighting, the integrated light quantity of ultraviolet rays in a certain wavelength range is temporally stable. As a result, there is no variation in the exposure amount, and it is possible to irradiate a desired ultraviolet ray immediately after switching at the time of full lighting.
And electric power etc. can be adjusted in the range of such Is / If, and it can be set as an ultraviolet irradiation device which is as power-saving as possible.
Moreover, since the ultraviolet irradiation device of the present invention uses a high-pressure mercury lamp as a light source, there is an effect that the integrated exposure amount particularly in the wavelength range of 300 to 800 nm is temporally stable.
Moreover, according to the lamp lighting device, the Is / If can be adjusted appropriately by adjusting the electric power.

本発明に係る高圧水銀ランプを示す図である。It is a figure which shows the high pressure mercury lamp which concerns on this invention. 本発明に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultraviolet irradiation device which concerns on this invention. 本発明に係るランプ点灯装置および照射装置制御部からなる点灯制御装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the lighting control apparatus which consists of a lamp lighting device and irradiation apparatus control part which concerns on this invention. 本発明に係る実験結果を示す図である。It is a figure which shows the experimental result which concerns on this invention. 高圧水銀ランプの分光スペクトル分布を示す図である。It is a figure which shows the spectrum distribution of a high pressure mercury lamp. 従来例に係る紫外線照射装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the ultraviolet irradiation device which concerns on a prior art example.

図１に、本発明の紫外線照射装置に搭載される高圧水銀ランプの図を示す。
高圧水銀ランプ２０は、例えば石英ガラス等の透光性材料より構成される発光管を有している。
発光管は、外観が略球状となるように形成されるとともに内部空間Ｓを有する発光部２１と、発光部２１の両端のそれぞれに連続して円柱状に形成された封止部２２、２２を備える。
封止部２２および２２の端部には、それぞれ口金２５および２５が装着されており、高圧水銀ランプ２０への給電が可能とされている。
発光部２１の内部空間Ｓには、陽極２４および陰極２３が対向して配置されているとともに、発光物質としての水銀が封入されている。水銀の封入量は、高圧水銀ランプ２０を高出力とするために、例えば１〜７０ｍｇ／ｃｃとされる。なお、水銀とともにキセノンガス等の希ガスを封入しても良い。
発光部の内壁に対する入力電力の比で表される管壁負荷は、例えば１０〜３０Ｗ／ｃｍ２である。
高圧水銀ランプ２０は、陽極２４および陰極２３に電力が供給されることにより、陽極２４と陰極２３との間で絶縁破壊が生じてプラズマが生成され、例えば波長３６５ｎｍの紫外線が放射される。 FIG. 1 shows a diagram of a high-pressure mercury lamp mounted on the ultraviolet irradiation device of the present invention.
The high-pressure mercury lamp 20 has an arc tube made of a translucent material such as quartz glass.
The arc tube is formed to have a substantially spherical appearance and has a light emitting part 21 having an internal space S, and sealing parts 22 and 22 formed in a cylindrical shape continuously at both ends of the light emitting part 21. Prepare.
Bases 25 and 25 are attached to the end portions of the sealing portions 22 and 22, respectively, so that power can be supplied to the high-pressure mercury lamp 20.
In the internal space S of the light emitting unit 21, an anode 24 and a cathode 23 are arranged to face each other, and mercury as a light emitting material is enclosed. The amount of mercury enclosed is, for example, 1 to 70 mg / cc in order to make the high-pressure mercury lamp 20 have a high output. A rare gas such as xenon gas may be enclosed together with mercury.
The tube wall load represented by the ratio of the input power to the inner wall of the light emitting unit is, for example, 10 to 30 W / cm 2 .
The high-pressure mercury lamp 20 is supplied with electric power to the anode 24 and the cathode 23, whereby dielectric breakdown occurs between the anode 24 and the cathode 23, and plasma is generated. For example, ultraviolet light having a wavelength of 365 nm is emitted.

図２に本発明にかかる紫外線照射装置の構成を示す。光照射装置４０は、露光光を放出する高圧水銀ランプ２０、装置の光学系である集光鏡３２、第一平面鏡３３、インテグレータレンズ３４、シャッタ３５、コリメータミラー３６から構成される。
点灯制御装置４１には、上記高圧水銀ランプ２０に電力を供給するランプ点灯回路４２、シャッタ３５、紫外線照射装置全体を制御する照射装置制御部４５が設けられる。
ランプ点灯回路４２には、高圧水銀ランプ２０に供給する電力を切り替える、後述する切換部４３が設けられ、これによりランプの点灯状態を「フル点灯モード（ランプを定格で点灯させる状態）」、と「スタンバイ点灯モード（ランプを定格以下で点灯させる状態）」とに切り換える。
これにより、例えば、露光時は定格電力で０．１〜６０秒点灯させ、待機時は定格電力よりも小さい待機電力で０．１〜１２０秒点灯させるということが繰り返される。 FIG. 2 shows the configuration of the ultraviolet irradiation apparatus according to the present invention. The light irradiation device 40 includes a high-pressure mercury lamp 20 that emits exposure light, a condensing mirror 32 that is an optical system of the device, a first plane mirror 33, an integrator lens 34, a shutter 35, and a collimator mirror 36.
The lighting control device 41 is provided with a lamp lighting circuit 42 that supplies power to the high-pressure mercury lamp 20, a shutter 35, and an irradiation device controller 45 that controls the entire ultraviolet irradiation device.
The lamp lighting circuit 42 is provided with a switching unit 43 that switches the power supplied to the high-pressure mercury lamp 20, and the lamp lighting state is set to “full lighting mode (the lamp is lit at rated power)”. Switch to “Standby lighting mode” (state in which the lamp lights up below the rated value).
Thereby, for example, lighting is performed at a rated power for 0.1 to 60 seconds during exposure, and lighting is performed at a standby power smaller than the rated power for 0.1 to 120 seconds during standby.

図３は、上記のランプ点灯回路４２および照射装置制御部４５からなる点灯制御装置４１の構成の一例を示す図である。
このランプ点灯回路４２は、商用電源５０から供給される交流電圧を、例えば、全波整流回路とコンデンサから構成される整流平滑回路５１により直流電圧に整流・平滑する。
整流平滑回路５１から得られる直流電圧は、複数のスイッチング素子から構成されるフルブリッジ型のスイッチング回路５２に供給される。
スイッチング回路５２に含まれるスイッチング素子（不図示）の各ベースはＰＷＭ制御部５４の出力に接続されており、ＰＷＭ制御部５４の出力により各スイッチング素子がオン／オフし、スイッチング回路５２から高周波電圧を出力させる。
スイッチング回路５２の出力は、トランスＴにより昇圧されて、不図示のダイオード、インダクタンス、コンデンサから構成される整流平滑回路５３により直流電圧に変換され、起動器５５を介して、高圧水銀ランプ２０に供給される。 FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a configuration of the lighting control device 41 including the lamp lighting circuit 42 and the irradiation device control unit 45 described above.
The lamp lighting circuit 42 rectifies and smoothes the AC voltage supplied from the commercial power supply 50 into a DC voltage by a rectifying / smoothing circuit 51 including, for example, a full-wave rectifying circuit and a capacitor.
The DC voltage obtained from the rectifying / smoothing circuit 51 is supplied to a full bridge type switching circuit 52 composed of a plurality of switching elements.
Each base of a switching element (not shown) included in the switching circuit 52 is connected to the output of the PWM control unit 54, and each switching element is turned on / off by the output of the PWM control unit 54. Is output.
The output of the switching circuit 52 is boosted by a transformer T, converted into a DC voltage by a rectifying / smoothing circuit 53 including a diode, an inductance, and a capacitor (not shown), and supplied to the high-pressure mercury lamp 20 via an starter 55. Is done.

照射装置制御部４５からは、放電ランプ２０をフル点灯モードにするか、またはスタンバイ点灯モードするかの信号が切換部４３に入力される。切換部４３はこの信号を受けてフル点灯モードまたはスタンバイ点灯モードのいずれかを選択する。同時に、照射装置制御部３５からは、シャッタ３５にも信号が送信される。
シャッタ３５については、詳細は図示しないが、シャッタ駆動機構とシャッタ３５から構成され、スタンバイ点灯モードにおいてはシャッタ３５が光路中に挿入され、露光光が遮断される。 A signal indicating whether the discharge lamp 20 is set to the full lighting mode or the standby lighting mode is input to the switching unit 43 from the irradiation device control unit 45. The switching unit 43 receives this signal and selects either the full lighting mode or the standby lighting mode. At the same time, a signal is also transmitted from the irradiation device control unit 35 to the shutter 35.
Although the details of the shutter 35 are not shown, the shutter 35 includes a shutter drive mechanism and a shutter 35. In the standby lighting mode, the shutter 35 is inserted into the optical path, and the exposure light is blocked.

上記の点灯制御装置の動作について説明する。まず、フル点灯モードが選択された場合、照射装置制御部４５からの指令により、切換部４３がフル点灯モード基準電力発生部６１に基づき、ランプ電力がフル点灯モード基準電力、例えば定格電力、になるように、いわゆる定電力制御が行われる。
具体的には、ＰＷＭ制御部５４は、各スイッチング素子のオン時間とオフ時間との比率(デユーティ比）を制御することにより、高圧水銀ランプへの供給電力が調整される。 The operation of the lighting control device will be described. First, when the full lighting mode is selected, the switching unit 43 is set to the full lighting mode reference power, for example, the rated power, based on the full lighting mode reference power generation unit 61 according to a command from the irradiation device control unit 45. Thus, so-called constant power control is performed.
Specifically, the PWM control unit 54 adjusts the power supplied to the high-pressure mercury lamp by controlling the ratio (duty ratio) between the on time and the off time of each switching element.

また、照射装置制御部４５からの指令により切換部４３がスタンバイ点灯モード基準電力発生部６２側に切り替えられて、スタンバイ点灯モードが選択された場合も、上記定電力制御の動作は同様である。
すなわち、スタンバイ点灯モード基準電力発生部６２の基準電力値がスタンバイ点灯モード用の基準電力値として上記と同様の制御が行われる。
以上により、照射装置制御部４５からの指令により、ランプ点灯回路４２から高圧水銀ランプ２０へ供給される電力を切り替え制御することができる。 The operation of the constant power control is the same when the switching unit 43 is switched to the standby lighting mode reference power generation unit 62 side by the command from the irradiation device control unit 45 and the standby lighting mode is selected.
That is, the same control as described above is performed with the reference power value of the standby lighting mode reference power generation unit 62 as the reference power value for the standby lighting mode.
As described above, the electric power supplied from the lamp lighting circuit 42 to the high-pressure mercury lamp 20 can be switched and controlled by a command from the irradiation device control unit 45.

ここで、スタンバイ点灯モードによって点灯される高圧水銀ランプから得られる紫外光の好ましいスペクトル波形について説明する。
前述のように、露光の際には、特定の波長範囲の紫外線の露光量が適切であるかどうかが重要である。
具体的に露光量は、例えば、波長３００〜５５０ｎｍの範囲で区切られた光の照度の積分値で表される積算光量と、照射された時間によって決まる。ランプ点灯時にこの積算光量の時間的変動が激しいと、一定時間露光したときの露光量がばらついてしまうため、積算光量の時間的変動がなく一定であることが好ましい。例えば、レジストを硬化させる用途においては、露光量が足りないとレジストが適正に硬化せず、所望のパターンが得られないなどの不具合が生じるからである。 Here, a preferable spectral waveform of ultraviolet light obtained from a high-pressure mercury lamp that is turned on in the standby lighting mode will be described.
As described above, in the exposure, it is important whether the exposure amount of ultraviolet rays in a specific wavelength range is appropriate.
Specifically, the exposure amount is determined by, for example, the integrated light amount represented by the integrated value of the illuminance of light divided in the wavelength range of 300 to 550 nm and the irradiation time. If the temporal fluctuation of the integrated light quantity is intense when the lamp is lit, the exposure quantity when exposed for a certain period of time varies. Therefore, it is preferable that the integrated light quantity is constant with no temporal fluctuation. For example, in applications where the resist is cured, if the exposure amount is insufficient, the resist will not be properly cured and a desired pattern cannot be obtained.

しかし、スタンバイ点灯モードからフル点灯モードに移行した直後、フル／スタンバイ点灯の温度差によっては、未蒸発の水銀が多量に存在する場合がある。この場合、時間の経過とともに水銀が蒸発して蒸気圧が変化すると、分光スペクトル波形が変動し、結果として積算光量が時間的に変動することとなる。
フル点灯モードのみを継続する場合には、照度が安定するのを待ってシャッタを開けるなどすればよいが、フル／スタンバイ点灯を頻繁に切り換える点灯方法にあっては、点灯モードを切り替えるごとに照度が安定するのを待っていてはスループットが低下する。 However, immediately after the transition from the standby lighting mode to the full lighting mode, a large amount of non-evaporated mercury may exist depending on the temperature difference between full / standby lighting. In this case, when mercury evaporates and the vapor pressure changes with the passage of time, the spectral spectrum waveform changes, and as a result, the integrated light quantity changes temporally.
If only the full lighting mode is to be continued, the shutter may be opened after the illuminance stabilizes. However, in the lighting method that frequently switches between full / standby lighting, the illuminance is changed every time the lighting mode is switched. If you wait for it to stabilize, the throughput decreases.

そこで本発明者らは、フル点灯モード時の分光スペクトル波形と、スタンバイ点灯モード時の分光スペクトル波形とを比較分析し、フル点灯モードに移行しても積算光量が時間的に著しく変動しないスタンバイ点灯モードの分光スペクトル波形について検討するために以下の実験を行った。   Therefore, the present inventors compared and analyzed the spectral spectrum waveform in the full lighting mode and the spectral spectrum waveform in the standby lighting mode, and the standby lighting in which the integrated light quantity does not vary significantly with time even when the full lighting mode is entered. The following experiment was conducted to examine the spectral spectrum waveform of the mode.

図３に示したランプ点灯装置を用いて高圧水銀ランプ２０を点灯し、スタンバイ点灯モードからフル点灯モードに移行させる条件を変化させ、積算光量安定性及び発光管内の未蒸発水銀の観測を行った。
実験に用いたのは、図１に示した高圧水銀ランプであり、発光管内には０．０２６ｍｇ／ｃｍ３の水銀と、０．９ｈＰａのキセノンとを封入したものを用いた。
陰極と陽極との電極間距離は２１ｍｍであり、定格電力は２５ｋＷ、発光管内壁に対する管壁負荷は２５Ｗ／ｃｍ２である。 The high-pressure mercury lamp 20 was turned on using the lamp lighting device shown in FIG. 3, the conditions for shifting from the standby lighting mode to the full lighting mode were changed, and the accumulated light quantity stability and unevaporated mercury in the arc tube were observed. .
The high-pressure mercury lamp shown in FIG. 1 was used for the experiment, and a lamp in which 0.026 mg / cm 3 mercury and 0.9 hPa xenon were sealed was used.
The distance between the cathode and the anode is 21 mm, the rated power is 25 kW, and the tube wall load on the inner wall of the arc tube is 25 W / cm 2 .

積算光量安定性は、以下のように評価した。
高圧水銀ランプをスタンバイ点灯し、フル点灯に切換えた直後の照度を照度計により一定時間測定した。そして、照度計より得られた波長３００〜５５０ｎｍの範囲の照度を積分し、その積分値を積算光量とした。観測した期間の積算光量の変動率（積分値の最大値と最小値の差を、最大値と最小値の和で除して％表示したもの）が±３％以下である場合は、積算光量の時間的安定性があるとして○、±３％を超えた場合を安定性に欠けるとして×とした。 The integrated light quantity stability was evaluated as follows.
The high-pressure mercury lamp was lit on standby, and the illuminance immediately after switching to full lighting was measured with an illuminometer for a certain period of time. Then, the illuminance in the wavelength range of 300 to 550 nm obtained from the illuminometer was integrated, and the integrated value was used as the integrated light quantity. If the fluctuation rate of the integrated light intensity during the observed period (the difference between the maximum and minimum integral values divided by the sum of the maximum and minimum values is displayed in%) is ± 3% or less, the integrated light intensity The case where it exceeded (+/- 3%) was set as x, and it was set as x when it lacked stability.

スタンバイ点灯モードからフル点灯モードへの移行の条件変化の指標として、波長５２５ｎｍの光の照度比Ｉｓ／Ｉｆ（％）を用いた。Ｉｓはスタンバイ点灯モード時の波長５２５ｎｍの照度であり、Ｉｆはフル点灯モード時の波長５２５ｎｍの照度である。
波長５２５ｎｍは、水銀の輝線スペクトル波長に該当しない連続スペクトル部分である。上述のごとく積算光量は、ある波長範囲の照度の積分値であるから、積分すると蒸気圧に影響されにくい輝線スペクトルとその周辺部分の照度よりも、蒸気圧に依存して変化する連続スペクトル部分の照度が、安定性において重要である。
したがって、波長５２５ｎｍを選択したのは、輝線スペクトルから離れていてその影響が少なく、連続スペクトル部分の評価をするのに優れているという理由からである。 The illuminance ratio Is / If (%) of light having a wavelength of 525 nm was used as an indicator of a change in conditions for transition from the standby lighting mode to the full lighting mode. Is is an illuminance with a wavelength of 525 nm in the standby lighting mode, and If is an illuminance with a wavelength of 525 nm in the full lighting mode.
The wavelength 525 nm is a continuous spectrum portion that does not correspond to the emission line spectrum wavelength of mercury. As described above, the integrated light amount is an integral value of the illuminance in a certain wavelength range. Therefore, when integrated, the emission line spectrum that is less affected by the vapor pressure and the illuminance of the peripheral portion of the continuous spectrum portion that changes depending on the vapor pressure. Illuminance is important for stability.
Therefore, the reason why the wavelength of 525 nm is selected is that it is far from the bright line spectrum and has little influence, and is excellent in evaluating the continuous spectrum portion.

このように、Ｉｓ／Ｉｆ比によってスタンバイ点灯モードからフル点灯モードへの移行を条件として設定すると、所望の分光スペクトルとの関係が、波形に起因した指標としてより直接的に比較されるので、単に入力電力の変化を条件として設定するよりも望ましい。
Ｉｓ／Ｉｆ比を変化させるには、例えばスタンバイ点灯モードの入力電力を変化させることにより調整可能である。具体的には、予め波長５２５ｎｍの照度を測定して得られたＩｓを図３に示したスタンバイ点灯モード基準電力発生部６２にスタンバイ点灯モード時の電力として設定するなどして調整可能である。 As described above, when the transition from the standby lighting mode to the full lighting mode is set as a condition according to the Is / If ratio, the relationship with the desired spectral spectrum is more directly compared as an index caused by the waveform. This is more desirable than setting the change in input power as a condition.
In order to change the Is / If ratio, for example, the input power in the standby lighting mode can be changed. Specifically, Is obtained by measuring the illuminance at a wavelength of 525 nm in advance can be adjusted by setting the standby lighting mode reference power generation unit 62 shown in FIG. 3 as the power in the standby lighting mode.

図４に上記の実験結果を示す。
Ｉｓ／Ｉｆが１０％、２０％のときは、発光管内に未蒸発の水銀が観測され、変動率も±３％を超えてしまい積算光量が安定しなかった。
一方、Ｉｓ／Ｉｆが３０％〜８０％のときは、発光管内に未蒸発の水銀は観測されず、変動率も±３％以下であり、積算光量が安定していた。
さらに図示はしていないが、Ｉｓ／Ｉｆが８０％を超え、１００％未満である範囲についても、変動幅が非常に小さいことは上記の実験結果より技術的に明らかである。
したがって、Ｉｓ／Ｉｆが３０％以上、１００％未満であるときは、スタンバイ点灯モードからフル点灯モードへ切換えても、所定の範囲の照度の積算光量が時間的に安定しており、発光管内の水銀の未蒸発もなく、結果として露光量のばらつきが無かった。
この結果より、Ｉｓ／Ｉｆが３０％以上、１００％未満となる範囲においてスタンバイ点灯するべきことを規定した。 FIG. 4 shows the above experimental results.
When Is / If was 10% and 20%, unevaporated mercury was observed in the arc tube, and the fluctuation rate exceeded ± 3%, and the integrated light quantity was not stable.
On the other hand, when Is / If was 30% to 80%, unevaporated mercury was not observed in the arc tube, the variation rate was ± 3% or less, and the integrated light amount was stable.
Although not shown, it is technically clear from the above experimental results that the fluctuation range is very small even in a range where Is / If exceeds 80% and less than 100%.
Therefore, when Is / If is 30% or more and less than 100%, even if the standby lighting mode is switched to the full lighting mode, the accumulated light quantity of the illuminance within a predetermined range is stable over time, and the inside of the arc tube There was no mercury evaporation, and as a result, there was no variation in exposure.
From this result, it was stipulated that standby lighting should be performed in a range where Is / If is 30% or more and less than 100%.

以上により、本発明は、搭載された高圧水銀ランプをフル・スタンバイ点灯する紫外線照射装置において、スタンバイ点灯モード時の波長５２５ｎｍの照度Ｉｓと、フル点灯モード時の波長５２５ｎｍの照度Ｉｆとの照度比Ｉｓ／Ｉｆ（％）を３０％以上、１００％未満とすることにより、スタンバイ点灯からフル点灯に切り替えた直後にも、ある波長範囲の紫外線の積算光量が時間的に安定する。これにより露光量のばらつきがなくなり、フル点灯時に切換えた直後にも所望の紫外線を照射することができる。
そして、このようなＩｓ／Ｉｆの範囲で電力等を調整することができ、可能な限りより省電力な紫外線照射装置とすることができる。
また、本発明の紫外線照射装置は、高圧水銀ランプを光源としているため、特に波長３００〜８００ｎｍの範囲の積算路光量が時間的に安定するという効果がある。
また、上記Ｉｓ／Ｉｆは、ランプ点灯装置によれば、電力を調整することで適切に調整することができる。 As described above, according to the present invention, in the ultraviolet irradiation apparatus that performs full standby lighting of the mounted high-pressure mercury lamp, the illuminance ratio between the illuminance Is of wavelength 525 nm in the standby lighting mode and the illuminance If of wavelength 525 nm in the full lighting mode. By setting Is / If (%) to be 30% or more and less than 100%, the integrated light quantity of ultraviolet rays in a certain wavelength range is temporally stabilized immediately after switching from standby lighting to full lighting. As a result, there is no variation in the exposure amount, and it is possible to irradiate a desired ultraviolet ray immediately after switching at the time of full lighting.
And electric power etc. can be adjusted in the range of such Is / If, and it can be set as an ultraviolet irradiation device which is as power-saving as possible.
In addition, since the ultraviolet irradiation device of the present invention uses a high-pressure mercury lamp as a light source, there is an effect that the integrated path light quantity particularly in the wavelength range of 300 to 800 nm is temporally stable.
Moreover, according to the lamp lighting device, the Is / If can be adjusted appropriately by adjusting the electric power.

２０ 高圧水銀ランプ
２１ 発光部
２２ 封止部
２３ 陰極
２４ 陽極
２５ 口金
３２ 集光鏡
３３ 第一平面鏡
３４ インテグレータレンズ
３５ シャッタ
３６ コリメータミラー
４１ 点灯制御装置
４２ ランプ点灯回路
４３ 切換部
４５ 照射装置制御部
５０ 商用電源
５１ 整流平滑回路
５２ スイッチング回路
５４ ＰＷＭ制御部
５５ 起動器
５６ 電力測定回路
６１ フル点灯モード基準電力発生部
６２ スタンバイ点灯モード基準電力発生部
８１ ランプ
８２ 集光鏡
８３ 第一平面鏡
８４ インテグレータレンズ
８５ シャッタ
８６ コリメータミラー
９０ 光照射装置
９１ 制御部
９２ ランプ電源回路
９２ａ 切換回路
９３ シャッタコントローラ
９４ 冷却風コントローラ
９５ 露光装置制御部
Ｓ 内部空間
Ｔ トランス 20 High-pressure mercury lamp 21 Light emitting unit 22 Sealing unit 23 Cathode 24 Anode 25 Base 32 Condensing mirror 33 First plane mirror 34 Integrator lens 35 Shutter 36 Collimator mirror 41 Lighting control device 42 Lamp lighting circuit 43 Switching unit 45 Irradiation device control unit 50 Commercial power supply 51 Rectification smoothing circuit 52 Switching circuit 54 PWM control unit 55 Starter 56 Power measurement circuit 61 Full lighting mode reference power generation unit 62 Standby lighting mode reference power generation unit 81 Lamp 82 Condensing mirror 83 First plane mirror 84 Integrator lens 85 Shutter 86 Collimator mirror 90 Light irradiation device 91 Control unit 92 Lamp power supply circuit 92a Switching circuit 93 Shutter controller 94 Cooling air controller 95 Exposure device control unit S Internal space T Transformer

Claims (3)

発光管内に水銀が封入され、管壁負荷が１０〜３０Ｗ／ｃｍ２である高圧水銀ランプと、
該高圧水銀ランプに供給する電力を、定格電力によって点灯させるフル点灯モードと、該フル点灯モードよりも低い電力によって点灯させるスタンバイ点灯モードとを切換可能に駆動できる点灯制御装置とを備える紫外線照射装置において、
前記フル点灯モード時の前記高圧水銀ランプより放射される波長５２５ｎｍの照度Ｉｆと、スタンバイ点灯モード時の該高圧水銀ランプより放射される波長５２５ｎｍの照度Ｉｓとの比をＩｓ／Ｉｆ（％）とし、
Ｉｓ／Ｉｆが３０％以上、１００％未満であることを特徴とする紫外線照射装置。 A high-pressure mercury lamp in which mercury is enclosed in the arc tube and the tube wall load is 10 to 30 W / cm 2 ;
An ultraviolet irradiation device provided with a lighting control device capable of switching between a full lighting mode in which electric power supplied to the high-pressure mercury lamp is lit with rated power and a standby lighting mode in which the electric power is lower than the full lighting mode. In
The ratio between the illuminance If of a wavelength of 525 nm emitted from the high-pressure mercury lamp in the full lighting mode and the illuminance Is of a wavelength of 525 nm emitted from the high-pressure mercury lamp in the standby lighting mode is Is / If (%). ,
Is / If is 30% or more and less than 100%. 前記紫外線照射装置は、波長３００〜８００ｎｍの発光を利用することを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。   The ultraviolet irradiation apparatus according to claim 1, wherein the ultraviolet irradiation apparatus uses light emission having a wavelength of 300 to 800 nm. 前記スタンバイ点灯モード時の前記高圧水銀ランプより放射される波長５２５ｎｍの照度Ｉｓを前記点灯制御装置より供給する電力によって調整することを特徴とする請求項２に記載の紫外線照射装置。   The ultraviolet irradiation device according to claim 2, wherein an illuminance Is having a wavelength of 525 nm emitted from the high-pressure mercury lamp in the standby lighting mode is adjusted by electric power supplied from the lighting control device.
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