JP2005078958A - 光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 構造が簡単で、電極とワークとを接近させて配置したときでも両者間に異常放電が発生することを回避でき、ワークに対して高い効率で光を照射することが可能な、光源装置を提供すること。
【解決手段】 基板11と略矩形状の枠体12と天板13とよりなる密閉容器の内部にエキシマ生成ガスが封入され、枠体12における対向する側面上に一対の電極30,30'が添設されてなる放電容器10と、一対の電極30,30'に電圧を印加する電源40とを具備し、電源40から電圧が印加される電極30,30'は前記放電容器10の外表面上に配置され、放電により発生した紫外光が該基板11から取出される光源装置であり、基板11は、電圧が印加される電極30,30'に近接する部位(11a,11b)が枠体12の外周部よりも外方に突出して形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、電極間に誘電体を介在させた放電を利用してエキシマ光を放出させる光源装置に関する。

例えば液晶製造工程における液晶基板の洗浄工程などに用いられる、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を被処理体に放射する光源装置として、電極間に誘電体を介在させた放電、即ち、誘電体バリア放電（別名「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）によってエキシマ分子を形成し、当該エキシマ分子から放射される光（以下、「エキシマ光」ともいう。）を利用する光源装置が用いられている。

上述の技術に係る波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を被処理体に放射する装置或いはランプとしては種々形態のものが知られており、例えば概略矩形箱状の放電室または放電容器を具備し、その内部に放電空間が形成されるものが知られている（特許文献１や特許文献２）。

上述の技術分野ではますます高効率化が要求されてきているが、公知の技術（特許文献１，２）では効率を十分に改善することは困難である。
特開平２−２８８０６１号公報 特開２００２−３２４５１９号公報

特許文献１記載の技術によれば、放電室内で発生した紫外光または真空紫外光は誘電性管における鋳込塊に埋没していない部分から出射されるので、この部分をワークの被処理面に対向させて使用することになるが、電極が鋳込塊に埋め込まれているため、放電は放電室内でもワークとの対向面から遠く離れた箇所に形成されて紫外光を高い効率でワークに照射させることができない。また、特に特許文献１記載の装置は構造が複雑で生産性に乏しい上、モジュール毎にメンテナンスが難しく汎用性に乏しい。例えば冷却流体を通すパイプの取り外し作業などが必要となる。

特許文献２記載の技術によれば、電圧が印加される電極（以下、簡単に「電圧印加側の電極」ともいう。）を放電容器の表面に配設しているため製造が容易で給電構造を簡素化できると共に、放電容器における光取出し部近傍に電極を配設できて放電容器内に発生した紫外光を高い効率で窓から放出することが可能である。しかしながら、効率を改善する目的で放電容器をワークに近付けようとすると、電極とワークの間で放電が生じるという事態に至る。このため、（１）電圧印加側の電極とワークの距離を離す、（２）電圧が印加側の電極とワークの間に絶縁性窓部材を配置する、（３）電圧印加側の電極の表面を絶縁部材で被覆する等、種々対策を講じることが必要になり、結局（１）、（２）によると効率が低下して紫外光を高い効率でワークに照射させることができず、（３）によると構造が複雑で上記特許文献１同様、汎用性に乏しいものとなってしまう。なお、ここに「電圧印加側の電極」とは、ワークの電位に対して電圧差を持つ電極のことをいう。通常、ワークは接地電位であるので、「電圧印加側の電極」とは、接地電位に対して電圧を印加した電極を示すことになる。
また、多数の放電容器を並べる場合、放電容器とワークまでの距離が変わると放射照度、放射照度分布に影響する。特に、光を吸収する雰囲気を透過させてワークに照射する場合、光の吸収量が変わるためにワーク面での放射照度にばらつきが生じる。例えば、酸素を含む雰囲気の下で真空紫外光を放射する放電容器の場合、酸素によって光が吸収されるため、放電容器とワークまでの距離が変わると、ワーク面における放射照度分布がムラになる。よって、特許文献１や引用文献２に記載の装置では、放電容器の大きさにばらつきが生じると、ランプとワークの距離を個々に調整する必要がある。

また更には、仮に上記技術において光取出し部とワークとを近接配置できたとしても、被照射面の端部においては光量低下が顕著であるため、光をワークに均一に照射することができないという問題もある。

本発明が目的とするところは、構造が簡単であって、電極とワークとを接近させて配置したときでも両者間に異常放電が発生することを回避でき、ワークに対して高い効率で光を照射することが可能な、光源装置を提供することにある。
また、他の目的は、被照射面における端部における放射照度を高くすることができると共に、光取出し部とワークとの距離が接近しても照射光量を均一に光を照射することができる、光源装置を提供することにある。

上記課題に鑑み本発明は、基板と該基板上に着設された誘電体からなる略矩形状の枠体と該枠体の開口部を塞ぐ天板とよりなる密閉容器の内部に、放電によりエキシマ分子を生成するエキシマ生成ガスが封入され、前記枠体における対向する側面上に一対の電極が添設されてなる放電容器と、前記一対の電極に電圧を印加する電源と、を具備し、前記電源から電圧が印加される電極は前記放電容器の外表面上に配置されると共に、放電により発生した紫外光が前記基板から取出される光源装置であって、前記基板は、電圧が印加される電極に近接する部位が前記枠体の外周部よりも外方に突出して形成されていることを特徴とする。

また、一の基板上に着設された複数の誘電体からなる略矩形状の枠体と該複数の枠体のそれぞれの開口部を塞ぐ天板とよりなる複数の密閉容器の内部に、放電によりエキシマ分子を生成するエキシマ生成ガスが封入され、各枠体における対向する側面上に一対の電極が添設されてなる複数の放電容器と、各一対の電極に電圧を印加する電源と、を具備し、放電により発生した紫外光が前記基板を介して取出される光源装置であって、前記複数の放電容器は前記基板上に並設され、各放電容器の側面上の並列方向に対向する面に電極が添設されていると共に前記電源から電圧が印加される電極が前記放電容器の外表面上に配置され、前記基板は、電圧が印加される電極に近接する部位が前記枠体の外周部よりも外方に突出して形成されていることを特徴とする。

また更に、前記電極は分割されて光取出し方向に対して直交方向に並設されており、分割された電極の各々に電源が接続されているのがよい。

また更に、前記電極の端部の幅を、中央部分よりも広くしたことを特徴とする。

本願第一、第二の発明によれば、ランプの構造が簡単であって生産性汎用性に富み、電極とワークとを近接配置しても異常放電を回避することができ、極めて高い効率で光を照射することが可能な光源装置を提供することができる。
更に、本願第三、第四の発明によれば、被照射面における端部における放射照度を高くすることができ、電極とワークとを近接配置しても当該ワークに均一に光を照射することができる光源装置を提供することができる。

図１は放電容器の正面図、図２は側面図である。図３は光源装置の図で、図２中のＬ−Ｌ’断面方向からみた斜視図である。
放電容器１０は略箱状の密閉容器からなり、基板１１と基板１１の上面に着設されて放電容器１０における側面部分を形成する矩形状の枠体１２と、枠体１２における上方の開口を塞ぐ天板１３と、により構成され、該密閉容器の内部に、放電によってエキシマ分子を生成するＸｅなどの希ガスや希ガスとハロゲンガスなどの混合ガスが封入されて構成されている。基板１１を構成する材質は、紫外光に対して透過性を有するものであり、例えば合成石英ガラスからなる。この基板１１の一部が、放電容器１０内で発生した紫外光を取出す光取出し窓２０を形成する。その他の天板１３及び枠体１２は、材質としては誘電体であれば特に制約されない。

枠体１２の側面には、外表面上に一対の電極３０，３０’が、各々下辺部が基板１１に沿って配設されている。これにより、光取出し窓２０の近傍に放電を発生させることが可能で、当該窓２０から極めて高い効率で光を取出すことができるようになる。

放電容器１０における基板１１には、電極３０，３０’側の周縁が延在して形成された鍔状の突出部１１ａ，１１’ｂが設けられている。ここに突出部１１ａの突出量の一例を挙げると、ｄ１が１ｍｍ以上とされ、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍである。突出部１１ａ，１１’ｂの突出量は大きい方が沿面距離は伸びるので望ましい。このような突出部１１ａ，１１’ｂは、例えば、基板１１用の合成石英ガラスの板材を枠体１２の外周よりも大きく成形し、枠体１２接合する際、所要長さ突出させることによって設けられる。なお、係る突出部１１ａ，１１’ｂは、ワークの電位に対して電圧差を持つ電極側の電極近傍にのみ、設ければ足りる。例えば、ワークが接地電位である場合、一方の電極のみに高電圧を印加して他方の電極を接地させるような場合、前記一方の電極の近傍にのみ設ければよい。

上記構成に係る光源装置によれば、突出部により電極とワークとの間の沿面距離を取ることができるので、光取出し窓とワークとの距離を近付けた場合にも放電の発生を回避することができる。
その結果、極めて高い放射照度でワークに光を照射することができ、しかも、ランプが電圧印加側の電極を外部に設けるという簡単な構成であるため、生産性が良好で汎用性にも富むものとなる。

図４は、本発明の光源装置の一例を示す説明用断面図である。
全体が略矩形の筐体Ｃ内に２つの放電容器１０１，１０２が収容される。放電容器１０１，１０２は、基本的には基板１１１，１１２と基板１１１，１１２の上面に着設されて放電容器１０１，１０２における側面部分を形成する矩形状の枠体１２１，１２２と、枠体１２１，１２２における各々の上方の開口を塞ぐ天板１３１，１３２と、により構成され、各密閉容器の内部には、放電によってエキシマ分子を生成するＸｅなどの希ガスが封入されている。基板１１１，１１２を構成する材質は、紫外光に対して透過性を有するものであり、例えば合成石英ガラスからなる。この基板１１１，１１２の一部が、放電容器１０１，１０２内で発生した紫外光を取出す光取出し窓２０１，２０２を形成する。
放電容器１０１，１０２は、高電圧印加側の電極３０１’，３０２を中心に向けて位置されており、コネクタ４１を介して１つの電源４０に接続されている。筐体Ｃの枠材部分はステンレス等の金属により構成されており、接地側の電極３０１，３０２’が冷却用ブロックＢ，Ｂを介して筐体Ｃの枠材部分に電気的に接続されている。なお、接地される電極３０１，３０２’は必ずしも放電容器１３１，１３２の外部に配置される必要はなく、放電容器１３１，１３２の内部に収容しておいても構わない。

筐体Ｃにおける下面には開口が形成されており、ここに光取出し窓２０１，２０２が形成された基板１１１，１１２が嵌合する。同図において、窓２０１と窓２０２との間の、中央部分にある梁Ｃ１は絶縁物よりなり、電圧印加側の電極３０１’，３０２が近接していても安全な構造になっている。梁Ｃ１が金属で構成される場合には、異常放電は電極３０１’，３０２と梁Ｃ１の間で発生しやすくなるが、係る場合も、突出部１１１’ａ，１１２ａの長さが長く、沿面放電のおこらない距離が取れれば問題ない。筐体Ｃの枠材或いは梁Ｃ１と、放電容器１３１，１３２の底面１１１，１１２の間にはパッキンＳ，Ｓ・・等が間装されてシールされる。
上記光源装置によれば、光取出し窓２０１，２０２から放射された光を高効率にワークＷに向けて照射することができる。なおこの実施形態のように、冷却ブロックＢ，Ｂを接地側電極３０１，３０２’にのみ設けて電圧印加側の電極３０１’，３０２には設けない構造にすると、係る冷却ブロックＢ，Ｂに冷却用流体を流過させる場合に、流体として市水を使用することができるため、設備の簡略化を図ることができ、放電容器１０１，１０２の交換も容易に行えるため、大変有利である。

図５は、本発明に係る光源装置の、更に別の例を示す説明用斜視図である。また、図６は、図５のＭ−Ｍ’方向にみた説明用断面図である。
図５及び図６に示すように、この実施形態においては、一枚の基板５１上に、３つの枠体５２１，５２２，５２３及びこれら枠体５２１，５２２，５２３の上部開口をそれぞれ塞ぐ天板５３１，５３２，５３３が気密に接合されることにより、互いに離間してなる３つの放電容器１０，１０，１０が形成されている。これら放電容器１０，１０，１０にはそれぞれ、対向する側面上に一方の電極３０１，３０２，３０３と他方の電極３０１’，３０２’，３０３が配置されており、これら電極には電圧を印加する電源４０１，４０２，４０４が接続されている。また基板５１には放電容器５０１，５０２，５０３に対応する部位に光取出し窓２０１，２０２，２０３が形成されている。

ここで、基板５１には、両端に位置された放電容器５０１，５０３における最外部に位置された電極（３０１，３０３’）の周縁が外方へ延在し、鍔状の突出部５１０ａ，５１３ａが形成されている。ここに、突出部５１０ａの突出量ｄ１は１ｍｍ以上とされ、例えば５ｍｍ〜１０ｍｍである。
また、隣接する放電容器５０１，５０２及び放電容器５０２，５０３の離間部分５１１ａ，５１２ａにおいては、実質的に連続して形成されており、電極３０１’，３０２，３０２’，３０３と被処理物（図示省略）との間において絶縁性が確保されたものとなっている。したがって、上記突出部５１０ａ，５１３ａに係る構成と合わせて、電極３０１，３０１’，３０２，３０２’，３０３，３０３’と被処理物との異常放電を確実に防止することができる。

この実施形態に係る光源装置によれば、光取出し窓とワークとの距離を近付けることができて、極めて高い放射照度でワークに光を照射することができ、しかも、電圧を印加する側の電極が放電容器の外部に設けられているために、生産性、汎用性にも富むものとなる、という効果を、基本的に具備していることはもちろん、一枚の基板上に放電容器が複数配置されることにより、突出部の距離を縮めることができて、隣接する放電容器の間隔を小さくできて、放射照度分布をより均一にすることができ、被処理物の大面積化にも対応可能な光源装置を提供することができるようになる。また、走査型の光源装置として用いたときには、上述したように隣接する放電容器の間隔を小さくできるので、ライン長をより短くできて、クリンルームの占有面積を小さくすることも可能である。
また更には、各放電容器における光取出し窓が一枚の基板により構成されているので、光取出し窓の位置を個々の放電容器で位置調整する必要がなくなり、即ち、光取出し窓の位置をワークの照射面に対して一回であわせることができ、作業を簡便化することができる。

なお、この実施形態においても、上記構成に限定されず種々変更が可能であることはいうまでもない。例えば、一の放電容器に関して設けられた一対の電極においては、少なくとも一方の電極に電圧を印加すれば他方の電極を接地してもよい。係る構成において、接地側の電極が基板の周縁側に位置される場合は、突出部に係る構成を省略することも可能である。但し、電圧印加側電極に近接する部位、即ち、隣接する放電容器との間の離間部分においては、実質的に連続して形成し、被処理物との間の絶縁性を確保するのが望ましい。

図７は、更に別の実施形態を説明する図で、光源装置の側面図である。
この実施形態においては、先に図１〜３で説明した実施形態に係る光源装置の構造に比較し、電極の形態が異なるものである。即ち、電極３１が複数に分割されると共に光取出し方向（矢印）に対して略直交方向に並べて配設したものである。なお、ここでは一方の電極（３１）しか示していないが、他方の電極も同様に分割されて並べられている。
分割された電極３１１，３１２，３１３には、それぞれ電源（図示省略）が接続されてワークの電位に対して電圧差を持つよう、電圧が印加される。
ここで、同図において両端に位置された電極３１１，３１３には、中央に位置された電極３１２よりも高い電圧が印加される。これにより、光取出し窓２０の両端において放電が増し、被照射面における端部において紫外光の放射が増大され、照度分布を均一化することができる。無論、この例に限定されず、各電極３１１，３１２，３１３に供給する電力を適宜に設定することにより、所望の照度分布状態を得ることができる。

ここで、上記分割された電極３１１，３１２，３１３には、同周波数、同位相の電力が供給されるのが望ましい。係る理由は、電極３１１，３１２，３１３の離間部分における照度低下は避けられないため電極の離間距離はより小さいが好ましい一方、あまりに近接している場合は、隣接する電極間で沿面放電を生じる場合があるからである。つまり、分割された電極３１１，３１２，３１３に印加する電圧の点灯周波数と位相を同じにすると、電極３１１，３１２，３１３間の電位差は印加電圧の差だけですむので、沿面距離を小さくすることができ、結果、電極３１１，３１２，３１３同士を近付けて配置することができるようになる。

図８は、更に別の実施形態を説明する図で、光源装置の側面図である。
この実施形態においては、図１〜３で説明した実施形態に係る光源装置の構造に比較し、電極形状が異なるものである。
同図のように電極３２における端部３２Ａでの幅Ｗ１を、該電極３２における中央部分３２Ｂの幅Ｗ２よりも広くすると、幅が広いの部分においては放電の厚みが増すので、光取出し窓２０近傍において、電極３２の端部３２Ｂにおける照度を中央部分３２Ｂよりも高めることができ、被照射面における照度分布を均一化させることができるようになる。

以上、本発明について説明したが、本発明は上記構成に限定されず種々変更が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る光源装置の放電容器の正面図 本発明に係る光源装置の放電容器の側面図 本発明に係る光源装置の断面図 本発明の光源装置の一例を示す説明用断面図である。 本発明に係る光源装置の、更に別の例を示す説明用斜視図である。 図５のＭ−Ｍ’方向にみた説明用断面図である。 更に別の実施形態を説明する図で、光源装置の側面図である。 更に別の実施形態を説明する図で、光源装置の側面図である。

符号の説明

１０，５０１，５０２，５０３，５０４ 放電容器
１１，１１１，１１２，５１ 基板
１１ａ，１１ａ’，５１１ａ，５１４ａ 突出部
１２，５２１，５２２，５２３，５２４ 枠材
１３，５３１，５３２，５３３，５３４ 天板
２０，２０１，２０２，２０３，２０４ 光取出し窓
３０，３０’，３０１，３０１’，３０２，３０２’，３０３，３０３’３０４，３０４’，３１，３２ 電極
４０ 電源
４１ コネクタ
Ｃ 筐体
Ｃ１ 梁
Ｂ 冷却用ブロック
Ｓ シール材

Claims (4)

1. 基板と該基板上に着設された誘電体からなる略矩形状の枠体と該枠体の開口部を塞ぐ天板とよりなる密閉容器の内部に、放電によりエキシマ分子を生成するエキシマ生成ガスが封入され、前記枠体における対向する側面上に一対の電極が添設されてなる放電容器と、
   前記一対の電極に電圧を印加する電源と、を具備し、
   前記電源から電圧が印加される電極は前記放電容器の外表面上に配置されると共に、放電により発生した紫外光が前記基板から取出される光源装置であって、
   前記基板は、電圧が印加される電極に近接する部位が前記枠体の外周部よりも外方に突出して形成されていることを特徴とする光源装置。
2. 一の基板上に着設された複数の誘電体からなる略矩形状の枠体と該複数の枠体のそれぞれの開口部を塞ぐ天板とよりなる複数の密閉容器の内部に、放電によりエキシマ分子を生成するエキシマ生成ガスが封入され、各枠体における対向する側面上に一対の電極が添設されてなる複数の放電容器と、各一対の電極に電圧を印加する電源と、を具備し、放電により発生した紫外光が前記基板を介して取出される光源装置であって、
   前記複数の放電容器は前記基板上に並設され、各放電容器の側面上の並列方向に対向する面に電極が添設されていると共に前記電源から電圧が印加される電極が前記放電容器の外表面上に配置され、
   前記基板は、電圧が印加される電極に近接する部位が前記枠体の外周部よりも外方に突出して形成されていることを特徴とする光源装置。
3. 前記電極は分割されて光取出し方向に対して直交方向に並設されており、
   分割された電極の各々に電源が接続されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
4. 前記電極の端部の幅を、中央部分よりも広くしたことを特徴とする請求項１又は２に記載の光源装置。
   

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