JP2003257375A - 放電ランプ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 放電ランプが長尺である場合もその長さ方向
でエキシマ光の放射強度分布を改善でき、被処理物の被
処理面が大きくても放射強度を均一にできて所定の処理
を均一に施すことができる放電ランプ装置を提供するこ
と。 【解決手段】 放電ランプと該放電ランプに電圧を印加
する高周波電源と、を具備してなる放電ランプ装置にお
いて、放電ランプは、誘電体からなる放電容器１０と、
その内部に充填された放電用ガスと、少なくとも一枚の
誘電体を介して放電空間を挟んで配置されて放電容器１
０の長手方向の略全長にわたり伸びるように形成された
高周波電源７０よりの電圧が印加される一方の電極２１
と、該一方の電極２１と対向する他方の電極２２とを有
し、この一方の電極２１の両端に、前記高周波電源７０
との接続部を設けたことを特徴とする。更に、前記放電
ランプの放電容器１０が、外側管と内側管とによる円筒
状二重管構造である場合は、内側管の内周面に接するよ
うに前記一方の電極を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光化学反応用の紫
外線光源として使用される放電ランプ装置に関し、例え
ば誘電体バリア放電等の放電により、エキシマ分子を形
成して該エキシマ分子から放射される光を利用する放電
ランプ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、金属、ガラス、その他の材料より
なる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射
することにより、当該真空紫外線およびこれにより生成
されるオゾンの作用によって被処理体を処理する技術、
例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去す
る洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する
酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されるに至って
いる。

【０００３】このような紫外線処理を行うためのランプ
としては、誘電体により構成された放電容器内に、適宜
のエキシマ発光用ガスが充填され、当該放電容器内にお
いて放電（「オゾナイザ放電」あるいは「無声放電」。
電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６
月再版７刷発行第２６３頁参照。）を発生させることに
より、エキシマが生成されて」このエキシマ光が放出さ
れる放電ランプが利用されている。

【０００４】かかる放電ランプ装置の一例を以下に示
す。図３は、従来の放電ランプ及びその装置構成の一例
を示す説明用断面図で（ａ）ランプの管軸方向断面図
（ｂ）ランプの管軸と垂直方向断面図である。同図にお
いて、放電ランプは例えば誘電体バリア放電ランプであ
り、放電容器５０は、誘電体である石英ガラスよりなる
円筒状の内側管５１と外側管５２とによる二重管構造を
有し、内側管５１および外側管５２の各々の両端部が円
環状の端壁部５３，５４によって接合されて構成され、
内側管５１と外側管５２との間に円筒状の内部空間Ｒが
形成されている。この放電容器の少なくとも一部は該誘
電体バリア放電の誘電体を兼ねており、該誘電体の少な
くとも一部は該エキシマ分子から放射される光に対して
光透過性であり、この光透過性部分の一部に光り取出し
窓が形成される。放電容器５０における内側管５１に
は、その内周面５５に密接して一方の電極６１が設けら
れていると共に、外側管５２には、その外周面５６に密
接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の他
方の電極６２が設けられている。このように、両電極
（６１，６２）間に高周波電源７０より電圧が印加され
ると前記内部空間Ｒにおいて誘電体バリア放電がランプ
管軸方向に対して垂直方向に発生する。

【０００５】上記構成に係る放電ランプ装置において
は、前記一方の電極６１に、他方の電極６２よりも、振
幅が大きくなるように電圧を印加することが多い。この
ように、一方の電極６１側に、比較的大きい振幅の電圧
を印加するようにすると、他方の電極６２が、外側管５
２の外周面５６上に配置されているので、電極の絶縁を
簡単に行えると共に、信頼性高い誘電体バリア放電ラン
プを提供できる。なお、前記他方の電極６２には、比較
的振幅が小さい電圧が印加されるか、若しくは電圧を印
加せず接地電極とされる。

【０００６】上述の放電ランプ装置は、ＬＣＤ（液晶パ
ネル）やＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）等、表
示素子の基板表面に、該放電ランプからのエキシマ光を
照射して有機化合物からなる汚染物質の分解、除去とい
ったドライ洗浄プロセスに好適に利用されている。近
時、上記表示素子においては益々大面積化してきてお
り、これに伴い基板処理するための放電ランプ装置もま
た大型化し、このために有効発光長が長いランプが要求
されている。例えば従来の放電ランプの有効発光長が５
４０ｍｍ程度であったものが、例えば８００×９５０ｍ
ｍ以上の大きなガラス基板を処理する場合には、有効発
光長が９５０ｍｍ以上となるような長尺の放電ランプが
必要になる。

【０００７】然るに、上述したような大きな基板を処理
する場合、被処理面における放射強度の高低差により同
一基板において処理にむらが発生するということがあ
り、そのために所定のドライ洗浄プロセスを完遂させる
ことが困難となり、放電ランプからのエキシマ光を時間
的に長く照射したり、或は、当該ランプの出力を上げた
りして対処する必要が生じてきた。その結果、比較的大
きな基板等を処理する場合には効率が格段に低くなって
しまう。

【０００８】本発明者は、上述したように処理にむらが
発生する理由が放電ランプの放電容器の長さが長くなる
と顕著になることに着目した。その結果、長尺の放電ラ
ンプを用いた場合においては、当該ランプにおける両端
部においてエキシマ光の放射強度が顕著に異なることを
見出した。これは、高周波電源に接続されている給電側
端部と対向する非給電側の端部において電圧降下が生じ
て、係る非給電側の電極間において十分な放電が得られ
なくなった結果ランプの両端部においてエキシマ光の放
射強度に差異が生じる、と考えた。このような結果、放
電容器の全長が７００ｍｍ以上もの長尺のランプになる
と、両端部におけるエキシマ光の放射強度の差異は１０
％に達してしまい、通常の照射のみでは分解、洗浄の処
理が行われない場合が生じ、被照射面における放射強度
の改善が要求されている。そこで、本発明が解決しよう
とする課題は、放電ランプが長尺である場合もその長さ
方向でエキシマ光の放射強度分布を改善でき、よって、
被処理物の被処理面が大きくても放射強度を均一にでき
て、所定の処理を均一に施すことができる、放電ランプ
装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、エキシマ分子を形成し該エキシマ分子から放射され
る光を利用する放電ランプと該放電ランプに電圧を印加
する高周波電源とを具備してなる放電ランプ装置におい
て、前記放電ランプは、誘電体からなり略円柱状若しく
は略円筒状の放電空間を形成する放電容器と、該放電容
器内部に充填されたエキシマ分子を形成する放電用ガス
と、放電空間を挟んで該放電容器の長手方向の略全長に
わたり伸びるように形成されて前記高周波電源より電圧
が印加される一の電極と、該一の電極と対向する他の電
極とを有してなり、前記一の電極の両端に前記高周波電
源との接続部を設けたことを特徴とする。また、前記放
電ランプが、外側管と内側管とによる円筒状二重管構造
の放電容器を有し、当該外側管と当該内側管との間に円
筒状の放電空間を形成する場合は、前記内側管の内周面
に接するように前記一方の電極を設けるのがよい。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る放電ランプの
実施の形態について説明する。図１は、本発明の放電ラ
ンプの一例における構成を示す説明用断面図である。放
電ランプは誘電体バリア放電ランプであり、誘電体より
なる円筒状の内側管１１と、この内側管１１内にその管
軸に沿って配置された、当該内側管１１の外径より大き
い内径を有する誘電体よりなる円筒状の外側管１２とに
よる二重管構造を有する密閉型の放電容器１０により構
成されている。この放電容器１０においては、内側管１
１および外側管１２の各々の両端が端壁部１３，１４に
よって接合されることにより、内側管１１と外側管１２
との間に円筒状の放電空間Ｓが形成されており、この放
電容器１０内には放電用ガスが封入されている。

【００１１】放電容器１０を構成する誘電体材料として
は、放電容器１０内において放出されるエキシマ光に対
して透過性を有する、例えば合成石英ガラスを用いるこ
とができる。また、放電容器１０内に封入される放電用
ガスは、４００ｎｍ以下のエキシマ光を放射するエキシ
マ生成ガスであり、例えばキセノンガスである。キセノ
ンガスを用いると、最大波長が１７２ｎｍを有する１２
０〜１９０ｎｍの波長範囲の紫外線を得ることができ
る。なお、その他の放電用ガスとしては、例えばアルゴ
ンとフッ素、アルゴンと塩素、クリプトンとフッ素、ク
リプトンと塩素、キセノンと塩素の混合ガスなどによ
り、それぞれの混合ガスのエキシマ分子によって発光が
得られ、波長がそれぞれ１８０〜２００ｎｍ、１６５〜
１９０ｎｍ、２４０〜２５５ｎｍ、２００〜２４０ｎ
ｍ、３００から３２０ｎｍの範囲の紫外線を得ることが
できる。

【００１２】放電容器１０における内側管１１には、そ
の内周面１５に密接して、例えばアルミニウム板よりな
る一方の電極２１が設けられていると共に、外側管１２
には、その外周面１６に密接して、例えば金網などの導
電性材料よりなる網状の他方の電極２２が設けられてい
る。一方の電極２１は、例えば半円筒状のアルミニウム
板の２つが、内側管１１の内周面１５に密接配置される
ことにより構成されている。上記一方の電極２１両端部
に給電用端子３１，３１が装着されることにより、接続
部３０ａ，３０ｂが構成されており、リード線４０を介
して、高周波電源７０から、例えば２〜６ｋＶの高周波
電圧が印加される。また、他方の電極２２は接地電極で
あり、電圧は０Ｖである。

【００１３】上述のように、比較的大きい振幅の電圧が
印加される電極を、放電容器の中心側に配置し、これと
対向する電極を、０（ゼロ）若しくは小さい振幅の電圧
が印加される電極を放電容器の外周側に配置することに
より、当該ランプの絶縁処理を極めて簡単に行えるよう
になる。

【００１４】ここで、図１の接続用端子３１の構成の一
例を、図２を参照して説明する。同図において、給電用
端子３１は、金属板を湾曲することにより断面が略Ｃ型
となるよう形成されたリングバネ部３２、及び、給電用
リード線４０が接続されたカシメ部３３を具備して構成
されてなり、リングバネ部３２の外周面と一方の電極２
１の内周面１５とが密接して配置されることにより、両
部材が電気的に接続されている。この給電用端子３１
は、リングバネ部３２においてバネ性を有しており、一
方の電極を外方に向けて押圧することにより、着脱自在
にランプに接続できると共に、当該給電端子３１と一方
の電極２１との相対的な移動を規制することが可能とな
っている。給電用端子３１のカシメ部３３には給電用リ
ード線４０が電気的に接続されており、係る給電用リー
ド線４０が高周波電源（同図においては図示省略）に接
続されることになる。

【００１５】上記構成に係る放電ランプ装置によれば、
高周波電源からの電力を供給するための接続用端子部
が、一方の電極における両端部に形成されているので、
長尺の放電容器を備えたランプであっても、一方の電極
の両端において電圧降下を防止できて、一対の電極間に
おける電位差を放電ランプの放電容器の長さ方向で同等
とすることができる。従って、放電容器の略全長にわた
って均等な放電を得ることができるようになり、その結
果、放電ランプから出射されるエキシマ光の放射強度分
布を均一にすることが可能となる。

【００１６】以上のように、放電ランプの長手方向で、
放射強度分布が改善されることにより、被処理面が大き
い場合でも、当該被照射面における放射強度を均一化す
ることができ、該被処理面を均一に処理することが可能
な放電ランプ装置を提供できるようになる。

【００１７】ここで、高周波電源からの電圧を、一方と
他方の両電極に印加する場合は、一方と他方の電極のう
ち、いずれか一の電極について、その両端部に接続部を
設ければ、本願発明の効果を得ることができる。すなわ
ち、本願発明は、少なくとも一の電極に対し、高周波電
源よりの電圧が、当該電極の両端部において印加される
よう構成されていれば良い。無論、両方の電極の両端部
に接続用端子部を設けた場合は、よりいっそうの効果が
期待される。本発明の放電ランプ装置は、上記の実施形
態に限定されることなく、種々の変更を加えることが可
能である。電極や給電用端子も上述の実施形態に係る構
成に限定されるものではない。例えば、電極の構成につ
いて、半円筒状のアルミニウム板を長手方向に複数個並
べて配置するようにしても良い。要は、電圧が印加され
る電極に、その長手方向で複数個所において電気的に接
続されて、同一の高周波電源から電力が供給されるもの
であれば良い。更に、放電ランプの構成も適宜変更可能
であり、上述したような内側管と外側管とが同軸上に並
べられて、略円筒状の放電空間を形成する放電容器を具
備したものに限定されるものではない。

【００１８】

【実施例】＜実施例＞定格消費電力が１９０Ｗの誘電体
バリア放電ランプについて、図１の構成に係る放電ラン
プ装置を製作した。この誘電体バリア放電ランプの構成
を下記に示す。 ・放電容器：合成石英ガラス、全長１０００ｍｍ ・内側管：内径１４ｍｍ、外径１６ｍｍ ・外側管：内径２４ｍｍ、外径２６ｍｍ ・放電ガス：キセノンガス、４０ｋＰａ ・一方の電極：アルミニウム、厚み０．５ｍｍ ・他方の電極：ステンレス製、網状電極 ・給電端子部：ステンレス製 この誘電体バリア放電ランプの一方の電極の両端部に給
電端子部を配置してこれら給電端子部を高周波電源に接
続して実施例に係る放電ランプ装置を構成した。

【００１９】＜比較例＞上記実施例に係る放電ランプ装
置とは、高周波電源の接続部が一方の電極の片側端部の
みに形成して両端部に形成しなかった事以外は上記実施
例と同様にして、放電ランプ装置を製作した。

【００２０】＜実験例＞上記実施例及び比較例に係る放
電ランプ装置について、高周波電源より２．８ｋＶの電
圧を印加して、ランプの両端部近傍におけるエキシマ光
の放射強度及び電圧を測定した。ランプ放電容器の一方
の端面から他方の端面方向に７５ｍｍ及び８５０ｍ
ｍ移動した位置で測定した。エキシマ光の放射強度及び
電圧を下記表１に示す。なお、放電容器中央部における
エキシマ光の放射強度を１００％とした。

【００２１】

【表１】

【００２２】上記表１において、比較例に係る放電ラン
プ装置の上記の欄においては、高周波電源の接続部を
有していない電極端部近傍におけるエキシマ光の放射強
度及び電圧の測定値である。このように、比較例に係る
装置では、ランプの両端部における放射強度の差が８．
６％に達する。これに対し、実施例に係る装置では、係
る放射強度の差が２．４％と格段に小さくなることが確
認された。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、電圧印加側電極の
両端部において高周波電源の接続用端子部を設けること
により、該ランプにおける両端部において印加電圧が実
質的に同じになって当該ランプの両端部におけるエキシ
マ光の放射強度を同等とすることができる。そして、電
極の片側端部のみに高周波電源の接続部を設ける場合に
比較して電極の長さを半分と考えることができるので電
圧降下の影響が小さくて、一対の電極間における電位差
を該放電容器の長さ方向でほぼ同等とすることができ
る。従って、放電容器の略全長にわたって均等な放電が
得られ、該ランプから出射されるエキシマ光の放射強度
分布をより均一にすることが可能となる。その結果、放
電ランプにおける長手方向における放射強度分布を改善
することができ、よって、大面積であっても被照射面に
おける放射強度を均一化できて、該被処理面を均一に処
理することが可能な放電ランプ装置を提供できる。

【００２４】更に、一対の電極のうち、高周波電源より
印加される電圧が、一の電極と他の電極とで振幅が異な
るような場合は、振幅が大きい電圧が印加される電極に
対して該電極の両端に高周波電源の接続部を設けるよう
にすると、振幅が小さい電圧が印加される電極に対して
前記構成を採用するより電圧降下による影響を低減でき
て好ましいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本願発明の実施の形態を説明する放電ランプ
装置の概略説明図。

【図２】 図１の接続部構成を説明する図

【図３】 従来の放電ランプ装置を説明する（ａ）ラン
プ管軸方向断面図、及び、（ｂ）ランプ管軸と垂直方向
断面図。

【符号の説明】

１０ 放電容器 １１ 内側管 １２ 外側管 １３、１４ 端壁部 １５ 内周面 １６ 外周面 ２１ 一方の電極 ２２ 他方の電極 ３０ａ、３０ｂ 接続部 ３１ 給電用端子 ３２ リングバネ部 ３３ カシメ部 ４０ 給電用リード線 ７０ 高周波電源

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エキシマ分子を形成し該エキシマ分子か
   ら放射される光を利用する放電ランプと該放電ランプに
   電圧を印加する高周波電源とを具備してなる放電ランプ
   装置において、前記放電ランプは、誘電体からなり略円
   柱状若しくは略円筒状の放電空間を形成する放電容器
   と、該放電容器内部に充填されたエキシマ分子を形成す
   る放電用ガスと、放電空間を挟んで該放電容器の長手方
   向の略全長にわたり伸びるように形成されて前記高周波
   電源より電圧が印加される一の電極と、該一の電極と対
   向する他の電極とを有してなり、前記一の電極の両端に
   前記高周波電源との接続部を設けたことを特徴とする放
   電ランプ装置。
2. 【請求項２】 前記放電ランプは、外側管と内側管とに
   よる円筒状二重管構造の放電容器を有し、当該外側管と
   当該内側管との間に形成された円筒状の放電空間内に前
   記放電用ガスが充填されてなり、前記内側管の内周面に
   接するように前記一方の電極を設けたことを特徴とする
   請求項１に記載の放電ランプ装置。