JP5533761B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、ゲッターを備えたエキシマランプを光源として使う光照射装置に関し、特に、液晶ディスプレイの製造工程に用いられる光照射装置に関する。

現在、半導体集積回路の製造或いは液晶ディスプレイの製造工程などの基板洗浄にエキシマランプが用いられている。エキシマランプとは、放電容器内に希ガスを発光ガスとして封入させ、発光ガスに起因する特有の紫外光を放射させるランプである。

エキシマランプは、放電容器内に水素、酸素、一酸化炭素などの不純物が含まれた状態では放電容器内で余計な放電が生じ、本来必要とする紫外光の発光効率が低下してしまう。
放電容器内から不純物を除去する手段として、放電容器を高温に加熱して放電容器内部の不純物を排気する処理（以下、温排気と呼ぶ）が行われていた。例えば、放電容器を８００度で５時間加熱し、その後、放電容器内の大気を排気して不純物を除去していた。

特開２０１０−２５６５１５号公報には、液晶ディスプレイの製造工程の配向膜の形成に用いられるエキシマランプが記載されている。当該用途に用いられるエキシマランプは、波長３００〜３６０ｎｍの紫外光の照射を必要とし、それより短い波長の光は液晶にダメージを与えてしまうため、通常は放電容器の内面に特定の蛍光体を塗布し、放電容器内で発生させた真空紫外光で蛍光体を励起させ、その蛍光体から３００〜３６０ｎｍの紫外光を照射させている。

しかしながら、上述したエキシマランプは放電容器内に蛍光体が塗布されており、温排気の際に蛍光体が蒸発して消失することを避けるため、蛍光体が蒸発しない低温下でしか温排気を行えない。たとえば６００度以下でしか温排気を行えない。しかしながら、６００度以下の温排気では、十分に不純物を除去できない。

そのため、当該エキシマランプの放電容器の内部には不純物を除去するためのゲッターが設けられており、ゲッターの吸着機能によって放電容器内に発生した不純物を除去できる。特許２９５１１３９号公報には、ゲッターを備えたエキシマランプが記載されている。

液晶ディスプレイの製造工程に用いられる光照射装置９１を図６に記載する。
この光照射装置９１には、液晶の被処理対象物Ｗ０に対して紫外光を高照度で照射することが必要とされる一方で、液晶の被処理対象物が高い温度に曝されないことが求められている。例えば、エキシマランプ点灯時に生じる熱や輻射熱は液晶の被処理対象物Ｗ０に熱的な影響を及ぼし、液晶ディスプレイ製造の妨げとなる。そこで、当該光照射装置９１には、被処理対象物Ｗ０に対する熱の影響を除去するための冷却装置９３２が備えられている。

しかしながら、光照射装置９１に備えられた冷却装置９３２によって、エキシマランプ９５に設けられたゲッターの吸着機能が低下する、という問題が発見された。本発明に用いるゲッターは温度が高い方が化学反応や分解反応が促進し、ゲッターの吸着量や吸着速度は良くなるが、冷却装置によって必要以上に冷却されたゲッターは吸着速度が低下し、放電容器内の十分な不純物除去を困難にしてしまう。

特開２０１０−２５６５１５号公報 特許２９５１１３９号公報

本発明の目的は、上記の問題点に鑑み、蛍光体や反射膜を内部に備えたエキシマランプを有する光照射装置において、エキシマランプが冷却された状態でもゲッターの吸着性能の低下を抑えることのできる光照射装置を提供することである。

上記課題を解決するために請求項１に記載の発明は、内面に蛍光物質が設けられ、外面に一対の電極が設けられた放電容器を備えた長尺状のエキシマランプと、該エキシマランプを内部に挿通した状態で設けられた光透過性材料よりなる外管と、該エキシマランプの一方の端部から他方の端部に向けて冷却風を送風させる冷却装置と、よりなる光照射装置において、該エキシマランプは、放電容器の内部であって他方の端部にゲッターが設けられていることを特徴とする光照射装置とするものである。
請求項２に記載の発明は、前記放電容器の内壁と前記蛍光物質の間には、シリカ粒子より構成される反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置とするものである。
請求項３に記載の発明は、前記ゲッターは、ゲッター材料が支持体に担持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光照射装置とするものである。
請求項４に記載の発明は、前記ゲッターは、放電容器の内壁面に前記ゲッター材料が蒸着した薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置とするものである。
請求項５に記載の発明は、前記放電容器の内部には、前記ゲッターを備えるためのゲッター室が設けられ、該放電容器の外部には、該ゲッター室の外周に前記支持体を固定させるための磁性部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置とするものである。

本発明に用いられるゲッターは、当該ゲッターの使用環境が数度から１００度程度の温度差においてゲッターの吸着速度が異なるものであり、尚且つ、その温度差程度にゲッターが高温になると、ゲッターの吸着速度が向上する性質を示すものが用いられる。

請求項１に記載の発明によれば、内面に蛍光物質が設けられた放電容器の外面に一対の電極を配置した長尺状のエキシマランプと、該エキシマランプを内部に挿通した状態で設けられた光透過性材料よりなる外管と、該エキシマランプの一方の端部から他方の端部に向けて冷却風を送風させる冷却装置と、よりなる光照射装置において、該エキシマランプは、放電容器の内部であって他方の端部にゲッターが設けられていることにより、冷却風によるゲッターの冷却が緩和され、放電容器の内部の不純物をより多く除去できる。
請求項２に記載の発明によれば、前記放電容器の内面にはシリカ粒子より構成される反射膜が形成されているため、エキシマからの光照射を有効活用できるとともに、シリカ粒子から生じた不純物は、ゲッターによって除去することができる。
請求項３に記載の発明によれば、前記ゲッターは、該ゲッターの材料が支持体に持設されていることにより、放電容器内にゲッターの材料を確実に簡易に装入できる。
請求項４に記載の発明によれば、前記ゲッターは、放電容器の内壁面に前記ゲッター材料が蒸着した薄膜であるため、ゲッターの吸着面積を広域に設けることができる。
請求項５に記載の発明によれば、前記エキシマランプは、前記放電容器の外部に前記支持体を固定させるための磁性部材を有することにより、該支持体が振動して放電容器内部を損傷することがない。

（ａ）本発明の光照射装置に取付けられるエキシマランプの概略図、（ｂ）エキシマランプのＡ−Ａ断面図、を示す。 本発明の光照射装置の外観図を示す。 本発明に係るゲッターの外観図を示す。 本発明に係るエキシマランプのゲッターの装入工程の断面図を示す。 ランプの点灯時間に対する照度維持率の変化についての実験結果を示す。 従来の光照射装置の外観図を示す。 本発明の光照射装置に設置したエキシマランプ端部の断面図を示す。

以下、本発明の光照射装置の実施の形態について説明する。
本発明の光照射装置に取付けられるエキシマランプの概略図を図１（ａ）に示し、エキシマランプのＡ−Ａ断面図を図１（ｂ）に示す。また、本発明の光照射装置の説明図を図２に示す。

まず、本発明の光照射装置に取付けられるエキシマランプについて説明する。エキシマランプ５は放電容器５１の外面に外部電極５２が設けられ、内面に反射膜５３および蛍光体５４が塗布されており、また放電容器５１の一端には、放電容器内の不純物を除去するためのゲッター室５５が設けられ、またゲッター室５５にはゲッター５６が備えられている。またゲッター室５５と放電空間Ｓの間には仕切り壁５７が設けられており、この仕切り壁５７には通気孔５８が形成されている。

エキシマランプ５の放電容器内５１には、反射膜５３や蛍光体５４が塗布されており、これら塗布物質は不純物を多く含んでおり、不純物除去の要請が高い。また、蛍光体が塗布されているため温排気を十分に行えず、温排気による不純物除去は十分に望めない。そのため、上述する構成のエキシマランプにおいて、放電容器内に設けられたゲッターの必要性は高く、またゲッターの吸着性能を高めることのできる本発明の光照射装置は有意義なものである。

蛍光体としては、ユーロピウム付活ホウ酸ストロンチウム（Ｓｒ−Ｂ−Ｏ：Ｅｕ（以下ＳＢＥと称する。））蛍光体、セリウム付活アルミン酸マグネシウムランタン（Ｌａ−Ｍｇ−Ａｌ−Ｏ：Ｃｅ（以下、ＬＡＭと称する。））蛍光体、ガドリニウム、プラセオジウム付活リン酸ランタン（Ｌａ−Ｐ−Ｏ：Ｇｄ，Ｐｒ（以下、ＬＡＰ：Ｐｒ，Ｇｄと称する））蛍光体などが挙げられる。
また反射膜には、紫外光の反射率が高い粒子が用いられ、例えばシリカ（ＳｉＯ_２）粒子やアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）粒子が用いられている。

本発明の光照射装置を図２に示す。本発明の光照射装置１は、大気を冷却させるためのラジエーター３と、冷却風を送るための冷却ファン２からなる冷却装置３２と、制御回路を収納するための電装室４と、紫外光を発生させるためのエキシマランプ５を備えており、このエキシマランプ５の外周には光透過性材料よりなる外管７が設けられ、エキシマランプ５の両端は外管７から突出して配置され、冷却風が通るための冷却風通路６が形成される。また冷却風はエキシマランプ５の一方の端部８１から他方の端部８２に向かって流れ、エキシマランプの他方の端部にはゲッター室５５が設けられている。

ラジエーター３で冷却された大気は冷却ファン２によって送風され、冷却風通路６を流れ、この冷却風はエキシマランプ５の一方の端部８１から他方の端部８２に向かって送風されている。つまり、エキシマランプ５はゲッター室５５が冷却風の下流側に配置されるように光照射装置に取り付けられている。

エキシマランプ５はランプホルダー８を介して光照射装置１に設置されている。またエキシマランプ５の外周には光透過性材料よりなる外管７が設けられており、エキシマランプ５から放射された紫外光は外管７を介してワークＷ１に照射される。
このときエキシマランプ５や外管７からワークＷ１に向かって輻射熱が生じると、ワークＷ１の温度上昇を伴い、ワークＷ１の面内温度の均一性が乱され、ワークＷ１に不具合が生じる。そのため、ワークＷ１の上方に位置する光照射装置1には冷却装置３２が設けられ、冷却装置３２によってエキシマランプ５や外管７が冷却されることで、エキシマランプ５や外管７からワークＷ１への輻射熱の影響を抑制している。

図７に示すように、本発明の光照射装置１に搭載されるエキシマランプ５の、ゲッター室５５の周囲はベース部材９に覆われるよう設計されることが好ましい。このような構成により、ベース部材９はゲッター室５５の周囲の外壁が冷却装置３２からの冷却風に直接曝されることを防止し、冷却風によるゲッターの冷却が緩和される効果を生む。
また、本発明の光照射装置１にエキシマランプ５が取り付けられたとき、ゲッター室５５を覆ったベース部材９がランプホルダー８に覆われるよう設計されることが好ましい。このような構成により、冷却風によるゲッターの冷却がさらに緩和される効果を生む。

本発明のベース部材９には、絶縁性や耐熱性、紫外線に対する耐劣化性に優れた部材が好ましく、セラミックス材料が適している。またランプホルダー８には、絶縁性や紫外線に対する耐劣化性に優れ、かつ保温性の高い部材が好ましく、セラミックス材料や樹脂材料が適している。例えばＰＴＦＥが用いられる。

図２に示す本発明の光照射装置１において、冷却風がエキシマランプ５の一方の端部８１から他方の端部８２に向かって流れ、エキシマランプ５やエキシマランプの外周に設けられた外管７が冷却される。また、エキシマランプ５の他方の端部にはゲッター室５５が設けられ、ゲッター室５５にはゲッター５６が装入される。

エキシマランプ５は全長が大きく、例えば３０００ｍｍ程の長さがあり、冷却風でエキシマランプ５を冷却する場合、エキシマランプ５の両端部８１、８２には温度差が生じてしまう。図２の構成から、一方の端部８１はより冷却され、他方の端部８２は一方の端部８１に比べて保温されやすい。そのため他方の端部８２に設けられたゲッター５６は、一方の端部８１に設けたときより、冷却によるゲッター５６の吸着機能の低下が緩和され、放電容器内の不純物をより多く除去できる。
このように、ゲッターを最適な位置に配置することで、エキシマランプからの紫外光の照度維持率は大幅に変化し、エキシマランプの長寿命化につながる。

本発明に係るゲッターについて図３に示す。図３（ａ）は平坦な支持体にゲッター材料を担持させたもの、（ｂ）はカップ状の支持体にゲッター材料を担持させたものを示す。ゲッター５６は、ゲッター材料５６１と、ゲッター材料５６１を保持し運搬するための支持体５６２と、より構成されている。
ゲッター５６が、容器内に設置して機能させる非蒸発型のゲッター材料や、容器の内壁面に薄膜として蒸着した蒸発型のゲッター材料が挙げられる。例えば非蒸発型のゲッターとしてＺｒ合金が挙げられ、蒸発型のゲッターとしてＢａ合金が挙げられる。

本発明に用いられるゲッター材料５６１は使用時のゲッター室５５の温度環境によって適宜に選定されるものである。例えば、ランプ点灯時において１００℃から３００℃の温度環境であれば、その温度で効率よく不純ガスを吸着するゲッター材料が、本発明に用いられるゲッター材料として選定される。
また、本発明に用いられるゲッターは、当該ゲッターの使用環境が数度から１００℃程度の温度差においてゲッターの吸着速度が異なるものであり、尚且つ、その温度差を有する低温側のゲッターと高温側のゲッターにおいて、高温側のゲッターの吸着速度が低温側のゲッターより優れた性質を示すものが用いられる。

蒸発型のゲッターを用いる場合、図１で説明すると、蒸発した一部のゲッターが通気孔５８を通って放電空間内Ｓに侵入する可能性がある。この場合、ゲッターが放電空間内で雷状の放電を誘発する虞があるため、ゲッター室５５と外部電極間５２に形成される放電空間Ｓとの距離Ｌを十分長く設けることで、雷状の放電の誘発を防止している。

ゲッター室５５の作製手順を図４に示す。図４（ａ）はゲッター室５５にゲッター５６が装入される際のエキシマランプの端部断面図を示し、図４（ｂ）はゲッター５６を装入後、ガス導入口５９を封止した際のエキシマランプの端部断面図を示し、図４（ｃ）は放電容器の内壁面にゲッター材料が蒸着して薄膜を形成した際の端部断面図を示す。
エキシマランプ５の一端に仕切り壁５７が設けられ、また端部にガス導入口５９が設けられている。このガス導入口５９を介してゲッター室５５にゲッター５６が装入される。その後、放電容器内の大気を排気後、放電容器内にキセノンガスが封入され、ガス導入口５９を閉じて放電容器が密封される。密閉後、ゲッター材料５６１に応じてゲッター室５５を加熱し、ゲッター材料を活性化させる。
上述したゲッターに蒸発型のゲッターを用いた場合、図４（ｃ）に示すように、ゲッター材料を保持する支持体５６２からゲッター材料は蒸発され、放電容器の内壁面に蒸着されて薄膜５６０を形成する。これにより、ゲッターの吸着面積を広域に設けることができる。

ゲッター材料を保持する支持体５６２はゲッター室内に残される。この支持体５６２は冷却装置からの冷却風の影響を受けて、ランプ点灯中に振動し、ゲッター室内を傷つけ、放電容器内部を破壊する虞がある。
そこで支持体５６２の素材に磁性部材を用い、ゲッター室５５の外周に磁性部材５６３を設けて、ゲッター室内の支持体５６２を磁力によって固定することで、支持体５６２の振動を抑えることができる。このような磁性部材は、ゲッター室５５の外周に位置する放電容器の壁面に設ける、または、ゲッター室５５の外周に位置するランプホルダー８に設ける、ことができる。

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１および図２に示す構成に従い、下記の条件により本発明に係る光照射装置を作製した。

光照射装置に設けられるエキシマランプは、全長が２８００ｍｍ、縦横の寸法が４３ｍｍ×１５ｍｍ、ランプ出力が２ｋＷ、放電容器の材質が石英ガラス、蛍光体層を構成する蛍光体がＳＢＥ、発光ガスとしてキセノンガスが封入されたエキシマランプであり、外管の材質は石英ガラス、全長が２５００ｍｍ、内径が７６ｍｍ、肉厚が２．５ｍｍである円筒状のものである。
冷却ファンは一つの光源に対して例えば４ｍ^３／ｍｉｎの送風量を供給することのできる送風能力を有する軸流ファンである。導風用空間部における圧力は５００〜１０００Ｐａ、冷却風の温度が３０度、排風用空間部における風の温度が６０度程度である。
光照射装置に設けられるエキシマランプにおいて、冷却装置からの冷却風は、冷却風の上流側である一方の端部８１から下流側である他方の端部８２へ流れ、このとき、ゲッター室及びゲッターは冷却風の下流側である他方の端部８２に設けられている。
本発明に用いたゲッターはゲッター材料として非蒸発型のＢａ−Ａｌ合金であり、１５０℃から５００℃の比較的低温な環境で用いられる蒸発型ゲッターである。このゲッターは支持体に担持されてゲッター室に装入され、前処理としてゲッターおよび支持体を１１００度で加熱し、ゲッターを活性化させた。
被処理対象物は、縦横の寸法が２２００ｍｍ×２５００ｍｍである試験用液晶パネル材であり、光源ユニットと被処理対象物であるワークＷ１との離間距離は４００ｍｍである。
上記の条件で点灯した場合、エキシマランプの一方の端部８１は４０度前後であり、他方の端部８２は８０度前後であった。

〔比較例１〕
実施例１において、光照射装置に取り付けられるエキシマランプのゲッター室およびゲッターが、他方の端部８２ではなく一方の端部８１に設けられている、ことの他は同様の光照射装置を作製した。

〔比較例２〕
実施例１において、光照射装置に取り付けられるエキシマランプにゲッター室およびゲッターが設けられていない、ことの他は同様の光照射装置を作製した。

〔評価〕
これらの実施例１と比較例１、比較例２の光照射装置を用いて、波長が３００ｎｍ〜４００ｎｍの領域の照度維持率を測定した。照度維持率は照度を分光光度計で測定し、測定値を点灯初期の照度で除算したものであり、照度維持率１００％とは点灯初期の照度が維持されていることを意味する。測定結果を図５に示す。エキシマランプにゲッターを備えた実施例１と比較例１はゲッターを備えない比較例２と比べて、長時間に渡って高い照度維持率を示すことが確認できた。また、エキシマランプのゲッターを冷却風の下流側に備えた実施例１は長時間に渡って９０％以上の照度維持率を保ち、ゲッターを冷却風の上流側に備えた比較例１と比べて高い照度維持率を保つことができた。点灯時間が３０００時間を経過した時点で、実施例１は比較例１より２０％も高い照度維持率を示した。
このような結果から、ゲッター室およびゲッターの位置を冷却風の上流側から下流側へ入れ替えることで照度維持率を飛躍的に向上させることができる、ことを確認できた。

本発明は、冷却装置からの冷却風によってランプを冷却する際、ランプに設けられたゲッターを冷却風の下流側に設けることで、冷却風によるゲッターの冷却を緩和し、ゲッターの吸着性能を高めることができる。そのため、冷却風に応じてゲッターの設置場所は異なり、ゲッターは冷却風の下流側に設けられる。

１ 光照射装置
２ 冷却ファン
３ ラジエーター
３２ 冷却装置
４ 電装室
５ エキシマランプ
５１ 放電容器
５２ 外部電極
５３ 反射膜
５４ 蛍光体
５５ ゲッター室
５６ ゲッター
５６０ 薄膜
５６１ ゲッター材料
５６２ 支持体
５６３ 磁性部材
５７ 仕切り壁
５８ 通気孔
５９ ガス導入口
６ 冷却風通路
７ 外管
８ ランプホルダー
８１ 一方の端部
８２ 他方の端部
９ ベース部材
９１ 光照射装置
９２ 冷却ファン
９３ ラジエーター
９３２ 冷却装置
９５ エキシマランプ
９７ 外管
Ｓ 放電空間
Ｗ１ ワーク
Ｗ０ 被処理対象物

Claims (5)

1. 内面に蛍光物質が設けられ、外面に一対の電極が設けられた放電容器を備えた長尺状のエキシマランプと、該エキシマランプを内部に挿通した状態で設けられた光透過性材料よりなる外管と、該エキシマランプの一方の端部から他方の端部に向けて冷却風を送風させる冷却装置と、よりなる光照射装置において、
   該エキシマランプは、放電容器の内部であって他方の端部にゲッターが設けられていることを特徴とする光照射装置。
2. 前記放電容器の内壁と前記蛍光物質の間には、シリカ粒子より構成される反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記ゲッターは、ゲッター材料が支持体に担持されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光照射装置。
4. 前記ゲッターは、放電容器の内壁面に前記ゲッター材料が蒸着した薄膜であることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。
5. 前記放電容器の内部には、前記ゲッターを備えるためのゲッター室が設けられ、
   該放電容器の外部には、該ゲッター室の外周に前記支持体を固定させるための磁性部材が設けられていることを特徴とする請求項３に記載の光照射装置。

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