JP2004111326A

JP2004111326A - エキシマランプ

Info

Publication number: JP2004111326A
Application number: JP2002275489A
Authority: JP
Inventors: Koji Hosoya; 細谷　　浩二; Shingo Ezaki; 江崎　　真伍; Tomoya Yoshikawa; 吉川　　智也
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2002-09-20
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2004-04-08
Also published as: CN1682349A; TW200407936A; CN100336163C; WO2004027819A1; KR20050057224A; TWI261288B

Abstract

【課題】電極の密着性を向上させ、長寿命なエキシマランプを提供することにある。
【解決手段】真空紫外線を透過する誘電体により構成され、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器表面に、まずクロムの層を設け、ついでニッケルの層を積層することにより電極を形成して、エキシマランプとする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に放電用ガスを封入した放電容器に電圧を印加することにより誘電体バリア放電によって真空紫外線を放射させて光洗浄や光灰化等に用いるエキシマランプに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマランプは、エキシマ発光のための放電用ガスとして例えばキセノンが用いられた場合、中心波長が１７２ｎｍの高エネルギーの真空紫外線を放射する。そこで、主に１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長の紫外線を放射する低圧水銀灯に代えて、液晶表示装置のガラス基板や半導体ウエハ等の精密洗浄（光洗浄）を行う紫外線照射装置の光源として用いられることが多くなっている。真空紫外線は、波長が５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下の範囲の紫外線をいう。この真空紫外線は、空気中の酸素に吸収されてオゾンを発生させるので、この空気中で液晶表示装置のガラス基板等の被処理物の表面に照射することにより発生したオゾンと透過した真空紫外線の相乗効果によって被処理物の表面の有機物などを分解飛散させて洗浄を行うことができる。
【０００３】
上記エキシマランプは、合成石英ガラス製の放電容器内にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、これに高周波電圧を印加することにより誘電体バリア放電を起こさせて真空紫外線を放射するものである。そして、従来は、二重構造の円筒管や小径の円筒管に放電用ガスを封入した放電容器が使われることが多かった（例えば、特許文献１参照）。また、この二重円筒状の放電容器に代えて、方形箱型の放電容器を用いたエキシマランプも開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
エキシマ発光のためのキセノンやクリプトン等の放電用ガスが封入された放電容器には、一対の対向する外表面に電極が設けられ、該電極間に高周波電圧を印加・放電することでガス特有の紫外線を高効率で放射することができる。二重構造の円筒管で構成された放電容器では、二重円筒管で仕切られた放電空間に前記放電ガスを充填して外側円筒管の外表面と内側円筒管の内表面に密着して形成した電極間に高周波電圧を印加する。２００ｎｍ以下の波長の真空紫外線は大気中では酸素の吸収により到達距離が短いため、前記二重管ランプを収納した照射装置の前面に石英ガラス板を設置したり、さらには内部に不活性ガスを封入したりして照射物表面の紫外線強度を維持するような方策が用いられていた。
【０００５】
また、電極を周囲の影響から保護するために、電極を保護する保護層を被覆などして設けることもなされている（例えば、特許文献３参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２４３９２０号公報（図４）
【特許文献２】
特開２０００−２６０３９６号公報
【特許文献３】
特開平５−１７４７９２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
最近では、例えば図１に示すように、方形箱型の石英製の放電容器１を極めて長尺な形状に形成したエキシマランプが開発されている。この放電容器１は、横断面の上下の高さが十数ｍｍ、左右の幅が数十ｍｍ程度の横長の薄い方形で前後に１ｍ以上にもなる長尺な合成石英ガラス製の管の両端を塞ぎ、内部にキセノンガスを充填したものである。また、この放電容器１は、平坦な上下面にそれぞれ金属薄膜をパターン形成することにより電極を形成している。放電容器１の上面の電極は、この平坦な上面をほぼ全面覆うように形成されているが、下面の電極は、網目状のパターンに形成され、この網目の隙間から下方に真空紫外線を照射することができるようになっている。真空紫外線は、酸素に吸収されるために、空気中では直ぐに減衰して短い距離しか到達することができず、例えば、波長が１７２ｎｍの場合には、１０ｍｍ以下程度の距離までしか到達することができない。そこで、エキシマランプが放射する真空紫外線をできるだけ広い面積に照射するには、放電容器１で最も広い面積を有する平坦な面から照射する必要があり、このために下面の電極を網目状にしてその隙間から真空紫外線を下方に照射するようにしている。このように照射することにより、例えば特許文献１に記載のランプハウスの前面ガラス板やランプハウス内部に充填する不活性ガスを不要とすることができる。
【０００８】
ところが、上述したようなエキシマランプには、電極の劣化によって寿命が低下するという問題があった。特に、例えば方形箱型ランプの光取り出し部に電極を形成し誘電体バリア放電により紫外線を放射するような構成のエキシマランプでは、紫外線照射側の電極で、電極が剥がれたり、生成されるオゾンや活性酸素等によると考えられる電極材料の酸化による膜減りが発生するという問題があった。これらはランプの寿命を低下させる。エキシマランプを、不活性ガス雰囲気中で用いるのではなく、放電容器と被照射物との距離が１０ｍｍ以下という近接した位置で、空気中にて使用する場合には、これらの問題が非常に大きいことが分かった。
【０００９】
そこで、本発明は、かかる問題に対処するためになされたものであり、長寿命のエキシマランプを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する、請求項１に記載の発明は、真空紫外線を透過する誘電体により構成され、内部にエキシマ発光のための放電用ガスが封入された放電容器と、この放電容器の外表面に形成された第１の層および第１の層に積層された第２の層の少なくとも２層の導電性薄膜を有する電極とを備えたエキシマランプであって、前記第１の層がクロムであることを特徴とするエキシマランプである。
【００１１】
請求項１の発明によれば、電極の放電容器への形成において、放電容器との接触面に放電容器の材質となる石英とのなじみ、接着性が良好なクロムが配されるので、電極剥がれが抑制され、放電容器との密着を維持することができる。
【００１２】
さらに、前記第２の層に白金、パラジウム、金、ニッケルの中から選択された少なくとも１種からなる金属を用いることが好ましい。白金、パラジウム、金、ニッケルを用いることにより、紫外線やオゾンなどの活性物質や酸素に対して化学的に安定で、高い電気伝導性を得ることができるからである。しかも放電容器とは、その材質である石英とのなじみ、接着性が良好なクロムを介して形成されることになるので、電極剥がれが抑制され、石英との密着を維持することができる。第２層で第１層を完全に被覆すれば、クロムの酸化等の劣化を抑制することができる。
【００１３】
電極の厚みは２０００Å以上とするのが好ましい。薄いと抵抗が大きくなってしまい、特に高電圧を印加するエキシマランプでは、電極からの発熱が大きくなり、遂には断線や、スパークを引き起こすことにもなり、ランプの寿命が低下する。２０００Å以上とすることで、電極の発熱を抑制でき、密着性の悪化を抑制し、ランプの寿命を向上させることができる。また、空気中で照射する開放型紫外線照射装置に適用する場合、放電容器と被照射物との距離を１０ｍｍ以内、好ましくは３ｍｍ程度とすることから、電極の厚みは１ｍｍ以下とするのが良い。また蒸着させて電極形成する場合は、１０μｍ以下が好ましい。厚すぎると、電極形成に時間がかかるなど、コスト高となってしまう。
【００１４】
クロムからなる前記第１の層の厚みは、１００Å〜１０００Åが好ましい。薄すぎると石英との接着性が低下し、厚すぎると抵抗率が大きいため電極としての導電性が低下してしまう。また電極厚みの大半をクロムより導電性のよい金属を用いた第２の層とするのが良い。
【００１５】
電極表面には、電極保護部材を設けるのが好ましい。保護部材を設けることにより、電極の酸化等の腐食を抑制することができ、ランプの寿命を向上させることができる。電極保護部材の厚みとしては、５００Å以上２０００Å以下とするのが良い。材質としては、ＭｇＦ_２やＳｉＯ_２が好ましい。紫外線透過率が良く、機械的強度および酸素やオゾンなどに対する化学的安定性に優れているからである。特にエキシマランプを、放電容器と被照射物との距離が１０ｍｍ以下という近接した位置で、空気中にて使用する場合、電極保護部材を設けることによる電極の劣化抑制効果は大きい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１〜図３は本発明の一実施形態を示すものであって、図１はエキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図、図２はエキシマランプの長尺な中央部を省略した縦断面側面図である。図３は図２における放電容器外表面上に形成された電極３を拡大した縦断面側面図である。
【００１７】
本実施形態は、前後方向に長尺な方形箱型の放電容器１を用いるエキシマランプについて説明する。この放電容器１は、図１及び図２に示すように、横断面が横長の方形となる長尺な合成石英ガラス製の角管１ａの両端開口部に、この角管１ａの横断面とほぼ同じ形状の合成石英ガラス製の前後端壁板１ｂ、１ｂをそれぞれ溶着して塞ぐことにより形成される。角管１ａは、横断面の上下方向の高さが１２ｍｍであり、左右方向の幅が３０ｍｍの方形の管であって、前後方向の長さは１１００ｍｍとなる。従って、この角管１ａは、上下で向かい合う平坦な上下壁板と左右方向で向かい合う平坦な左右側壁板とで構成される。この角管１ａの両端開口部に溶着される前後端壁板１ｂ、１ｂには、事前にそれぞれチップ管１ｃ、１ｃが突設されている。各チップ管１ｃは、前後端壁板１ｂの外面からさらに外側に突出するように溶着された合成石英ガラス製の管材であり、管内がこの前後端壁板１ｂのほぼ中央部に予め形成された開口孔に通じるように設けられている。この放電容器１は、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ、１ｂを溶着する前又は後に、この角管１ａの上下壁板の外面に電極２、３の金属薄膜が成膜され形成される。電極２は、角管１ａの上壁板の上面のほぼ全面を覆うように成膜され、電極３は、この角管１ａの下壁板の下面のほぼ全面に網目状のパターンで成膜される。
【００１８】
電極２、３は、電極３について図３に示すように、始めに第１の層となるクロム３ａが成膜され、続いて第２の層となるニッケル３ｂが成膜される。成膜は、金属を合成石英ガラス表面に蒸着させることにより形成される。好ましくは、イオンプレーティング法やスパッタリング法による蒸着であり、プラズマ空間でイオン化された金属をガラス表面に衝突させ強固な膜を形成することができる。この方法を用いることにより、電極と合成石英ガラスとの接着性を高めることができる。成膜の整形および網目状のパターンの形成は、第２の層を成膜後、エッチングにより不要部を除去することで行うことができる。
【００１９】
こうして、電極２は、角管１ａの上壁板の上面のほぼ全面を覆うように５００Åのクロム層および３５００Åのニッケル層が成膜され形成される。電極３は、この角管１ａの下壁板の下面のほぼ全面に網目状のパターンで電極２と同様、５００Åのクロム層および３５００Åのニッケル層が成膜され形成される。従って、電極の厚みは、電極２および電極３ともに４０００Åに形成される。
【００２０】
さらに、電極２および電極３の表面には、電極保護部材４としてフッ化マグネシウムが形成される。前記保護部材４は、例えば、不要箇所をマスキングして前記フッ化マグネシウムを蒸着することにより、所望の位置に形成される。蒸着は、イオンプレーティング法やスパッタリング法が好ましい。本実施形態では、電極２および電極３とも１０００Åの厚みとなるようにフッ化マグネシウムの電極保護部材４が形成される。保護部材の材質としては、前記フッ化マグネシウムの他に、二酸化珪素（ＳｉＯ_２）が用いられる。保護部材は、電極が露出することがないように、完全に被覆されるのが好ましい。
【００２１】
放電容器内部への放電用ガスの充填は、一方のチップ管１ｃを通じて空気を排出すると共に、他方のチップ管１ｃを通じて放電用ガスを注入することにより、行うことができる。そして、双方のチップ管１ｃの先端部を溶融封止させて内部を密閉することにより充填が完了する。なおチップ管１ｃは、装置へのランプ搭載時にランプ支持部とすることができる。
【００２２】
上記構成のエキシマランプによれば、放電容器表面への電極形成において、放電容器との接着性に優れたクロム層を介してニッケル層が形成されることにより、電極の放電容器表面への密着性が向上する。比較として、クロム層を持たないニッケル層のみからなる電極（厚み４０００Å）を備えたエキシマランプを作製し、電極膜に碁盤目状の切れ目を入れその上に粘着テープを貼り付け剥がした時に剥離するかどうかをみるクロスカット剥離試験を行ったところ、クロム層を介した本実施形態の電極が、密着性の点で良好であることが分かった。寿命試験においても、本実施形態のランプの方が、寿命が長かった。また、クロム層、ニッケル層および電極の厚みを変え、寿命試験を行ったところ、電極厚みは２０００Å以上とするのがよく、クロム層の厚みは、１００Å以上１０００Å以下とするのが好ましいことがわかった。
【００２３】
また、フッ化マグネシウムからなる保護部材で電極を被覆することによりエキシマランプの寿命が向上した。この保護部材の厚みは、５００Å以上２０００Å以下が好ましいことがわかった。
【００２４】
なお、上記実施形態では、第２の層としてニッケルを用いたが、白金、パラジウム、金、銀を用いても同様の効果が得られた。
【００２５】
また、上記実施形態では、放電容器１として前後端壁板１ｂ、１ｂや角管１ａで構成される長尺な方形箱型の放電容器の場合を示したが、これに限定されず、特許文献１に記載の二重構造の円筒管や小径の円筒管に放電用ガスを封入した放電容器や特許文献２に記載の方形箱型の放電容器なども用いることができる。
【００２６】
また、上記実施形態では、放電容器１の内部に通じる開口部を形成するためにチップ管１ｃを用いる場合を示したが、他の管材を取り付けたり、単なる開口孔を形成するだけでも良い。開口孔は、放電用ガスの充填のために用いることができる。開口孔の位置は、真空紫外線の照射の妨げとならないように、少なくともこの真空紫外線の照射方向に直行する壁板を除く他の壁板に設けるようにするのが良い。
【００２７】
また、上記実施形態では、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ、１ｂを溶着することにより放電容器１を作製する場合を示したが、この放電容器１の作製方法は任意である。例えば、合成石英ガラスの長尺な円筒管を横断面が横長の方形となるように成形したものの両端開口部に前後端壁板１ｂ、１ｂを溶着するようにしても良いし、角管１ａや円筒管を成形したものの両端部を溶融封止して作製することもできる。このように作製した放電容器１は、電極２、３を形成する上下壁板の広い領域が平坦でほぼ平行になっていれば良いので、例えば円筒管を成形した場合の左右側壁板は半円筒状に湾曲していてもよく、例えば溶融封止された前後端壁板も溶融によって湾曲していても良い。また、合成石英ガラスの６枚の板材をそれぞれ溶着することにより放電容器を作製することもできる。この場合、各壁板が異なる板材で構成されるので、任意の壁板を真空紫外線の透過率や反射率の高いものに変更することが容易に可能となる。
【００２８】
また、上記実施形態では、放電容器１の全ての壁板を合成石英ガラスで構成する場合を示したが、本来の照射用の真空紫外線が透過する壁板を除く他の壁板は、適宜の誘電体材料であれば、必ずしも合成石英ガラスである必要はない。さらに、上記実施形態では、波長１７２ｎｍの真空紫外線を放射するエキシマランプについて説明したので、この波長の真空紫外線の透過率の高い合成石英ガラスを好適に用いることができるが、エキシマランプが放射する真空紫外線の波長に応じて適宜誘電体材料を選択して用いることができる。例えば放電用ガスとしてＫｒＩ（１９１ｎｍ）やＡｒＦ（１９３ｎｍ）を用いた場合は、溶融石英が使用可能である。
【００２９】
さらに、上記実施形態では、放電容器に第１の層および第２の層からなる電極を形成したが、必ずしもこれら２層構造に限定されるものではなく、例えば第３の層を第１の層と第２の層との間あるいは第２の層に積層する形で設けた３層以上の多層構造としても良い。
【００３０】
また、上記実施形態では、電極２および電極３とも２層構造としたが、必ずしも両方とも２層構造とする必要は無く、劣化の大きい側、例えば紫外線照射側の電極３のみを２層構造としてもよい。
【００３１】
【発明の効果】
本発明にかかるエキシマランプは、電極の放電容器との接触部位にクロムを有するので、電極の密着性が向上し、寿命特性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した縦断面斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの放電容器外表面上に形成された電極部を拡大した縦断面側面図。
【符号の説明】
１　　放電容器
１ａ　角管
１ｂ　前後端壁板
１ｃ　チップ管
２　　電極
３　　電極
３ａ　第１の層
３ｂ　第２の層
４　　電極保護部材

Claims

真空紫外線を透過する誘電体により構成され、内部にエキシマ発光のための放電用ガスが封入された放電容器と、この放電容器の外表面に形成された第１の層および第１の層に積層された第２の層の少なくとも２層の導電性薄膜を有する電極とを備えたエキシマランプであって、前記第１の層がクロムであることを特徴とするエキシマランプ。