JP2005196969A

JP2005196969A - 誘電体バリア放電装置

Info

Publication number: JP2005196969A
Application number: JP2001279997A
Authority: JP
Inventors: Tadayoshi Onoda; 忠与大野田
Original assignee: Shin Etsu Engineering Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-09-14
Filing date: 2001-09-14
Publication date: 2005-07-21
Also published as: TW569282B; WO2003026361A1

Abstract

【課題】発光効率が高い誘電体バリア放電装置を提供する。
【解決手段】放電開始前の状態で、発振手段２により放電開始が容易な発振周波数領域ｆ_tに設定しておき、トリガー手段３からの起動によってランプＡの放電が開始され、その後、検出手段４によって、放電後における共振回路１の共振周波数ｆ₂を検出し、変更手段５によって両電極Ａ１，Ａ２への電圧出力を放電開始後の安定した放電領域の共振周波数ｆ₂に印加電圧を変更する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば液晶ディスプレイなどのガラス基板やシリコン半導体ウェーハなどの表面に付着した有機化合物の汚れを除去するためのドライ洗浄装置や、オゾンガスとの光化学反応により半導体製造工程においてシリコンウェーハ上の不要になったフォトレジストを剥離除去するためのアッシング（ashing:灰化）装置などに使用される誘電体バリア放電エキシマＵＶランプの放電装置に関する。
詳しくは、誘電体バリア放電によりエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填された放電空間を挟んで一対の電極が配置された誘電体バリア放電エキシマＵＶランプと、この誘電体バリア放電エキシマＵＶランプの両電極の間に高周波電圧を印加するための給電装置とからなる誘電体バリア放電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の誘電体バリア放電ランプは、放電用ガスが充填される放電プラズマの空間を挟んで一対の電極の間に誘電体が存在し、この誘電体を媒体とする一対の電極は、コンデンサの働きをすることによって電流が流れることになる。
これら一対の電極の間に高周波電圧を印加しても、放電が開始される前の状態では、放電路の抵抗が無限大でコンデンサのままであるが、このコンデンサもある条件下で放電開始エネルギーを加えると、誘電体バリアを通じて非常に容易に放電が始まり、この誘電体バリアに充填された放電用ガスを励起して、そのガス特有の波長の光エネルギーを放射する。
この誘電体バリア放電ランプは、その放電中においても静電容量の特性を持ったまま放電が持続されるものの、その静電容量は、放電を開始する前に比べて誘電率が高まるために増大するが、放電中は大きく変化しない性質を持っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし乍ら、このような従来の誘電体バリア放電ランプ用放電装置では、周波数を変更せずに放電開始領域のままで同じ高電圧を供給し続けるため、発光効率が十分でなく、洗浄などの処理速度に限界があるという問題がある。
そこで、本願の発明者は実験によって、誘電体バリア放電ランプを含む共振回路は、図２示す如く、放電開始前の誘電体バリア放電ランプの静電容量をＣ₁とし、インダクタンスをＬ_０とした場合の共振周波数ｆ₁において、両電極の間に高電圧を印加しても放電の開始が難しく、それを越えて所定の周波数領域に達した状態で電圧を印加すると、極めて容易に放電が開始されることを発見した。
更に、放電が開始されると、放電開始前の静電容量Ｃ₁からそれより大きな静電容量Ｃ₂に変化するため、放電開始前の共振周波数ｆ₁からそれより低い共振周波数ｆ₂に移ることも分かった。
【０００４】
本発明のうち請求項１記載の発明は、発光効率が高い誘電体バリア放電装置を提供することを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、放電開始が容易な発振周波数領域を簡単な作業で容易に検出することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、給電装置が、誘電体バリア放電エキシマＵＶランプを含む共振回路と、この共振回路を該ランプの放電開始前に予め設定された放電開始が容易な発振周波数領域にする発振手段と、この放電開始が容易な発振周波数領域で起動させるためのトリガー手段と、放電開始後に上記共振回路の共振周波数を検出する検出手段と、この検出手段で検出した放電開始後の安定した放電持続のための共振周波数に印加電圧を変更する変更手段とを設けたことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記前記発振周波数領域が、予め測定したランプ放電前の共振回路の静電容量による共振周波数より高い周波数領域である構成を加えたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
請求項１の発明は、放電開始前の状態で、発振手段により放電開始が容易な発振周波数領域に設定しておき、トリガー手段からの起動によってランプの放電が開始され、その後、検出手段によって、放電後における共振回路の共振周波数を検出し、変更手段によって両電極への電圧出力を放電開始後の安定した放電領域の共振周波数に印加電圧を変更するものである。
請求項２の発明は、請求項１記載の構成に対して、前記発振周波数領域が、予め測定したランプ放電前の共振回路の静電容量による共振周波数より高い周波数領域である構成を追加したので、放電開始が容易な発振周波数領域を簡単に検出可能となる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
この実施例は、図１に示す如く、誘電体バリア放電エキシマＵＶランプＡが、中空円筒状に形成した石英ガラス製の放電容器Ａ３の内側に沿って内部電極Ａ１を配置すると共に外側に沿って外部電極Ａ２を配置し、この放電容器Ａ３内の放電空間に放電用ガスＡ４としてキセノンガスを封入することにより、１７２ｎｍのエキシマＵＶが放射状に照射される二重円筒型構造である場合を示すものである。
【０００８】
これら両電極Ａ１，Ａ２の間に高周波電圧を印加するための給電装置Ｂは、誘電体バリア放電エキシマＵＶランプＡを含む共振回路１と、この共振回路１を該ランプＡの放電開始前に予め設定された放電開始が容易な発振周波数領域ｆ_tにする発振手段２と、この放電開始が容易な発振周波数領域ｆ_tで起動させるためのトリガー手段３と、放電開始後に上記共振回路１の共振周波数を検出する検出手段４と、この検出手段４で検出した放電開始後の安定した放電持続のための共振周波数に印加電圧を変更する変更手段５とを設ける。
【０００９】
本実施例の場合には、上記ランプＡが放電する前の状態で共振回路１の静電容量Ｃ₁による共振周波数ｆ₁を予め測定して求める。
上記発振手段２は、放電開始前の状態で、上記共振周波数ｆ₁より高い放電開始が容易な発振周波数領域ｆ_tを発振する発振回路であり、その出力端が加算回路６を介してパワーアンプ７に接続され、このパワーアンプ７で増幅された後に上記共振回路１を介して両電極Ａ１，Ａ２に出力される。
【００１０】
上記トリガー手段２は、上記発振手段２による放電開始が容易な発振周波数領域ｆ_tで放電開始信号を出力するトリガー回路であり、その出力端が加算回路６に接続され、トリガー回路からの出力に基づきパワーアンプ６及び共振回路１を介して発振周波数領域ｆ_tの電圧が両電極Ａ１，Ａ２に出力される。
【００１１】
上記検出手段４は、検出回路からなり、その入力側のコイルと、上記パワーアンプ１ｂの出力端に接続されたコイルと、共振回路１のインダクタンスコイルとでコンデンサを構成し、これを共振回路１のインダクタンスＬ_０とすると共に、該ランプＡが放電開始された後、例えば１秒後に共振回路１の共振点を検出して、それを前記発振手段２の発振回路へフィードバックさせる。
【００１２】
更に、前記発振手段２の発振回路は、上記検出手段４で検出した共振回路１の共振点がフィードバックされると、上記共振周波数ｆ₁より低い共振周波数ｆ₂に切り換えて発振し、これに基づき両電極Ａ１，Ａ２への電圧出力を放電開始後の安定した放電持続のための共振周波数ｆ₂に印加電圧を変更させる変更手段５でもある。
【００１３】
また、上記給電装置Ｂの回路中には、必要に応じてアッテネーター８を接続してそれを通る信号が適量となるように減衰しても良い。
【００１４】
次に、斯かる誘電体バリア放電装置の作動について説明する。
先ず、発振手段２の発振回路によって、予め測定した共振周波数ｆ₁より高い放電開始が容易な発振周波数領域ｆ_tに設定しておく。
【００１５】
この状態で、トリガー手段３のトリガー回路によって、放電開始信号が両電極Ａ１，Ａ２に出力され、それにより、該ランプＡの放電が極めて容易に開始される。
【００１６】
この放電が開始された後、例えば１秒後に検出手段４によって、上記共振回路１の共振点を検出し、上記共振周波数ｆ₁より低い共振周波数ｆ₂が、変更手段５でもある発振手段２の発振回路へフィードバックされ、最良な共振周波数ｆ₂になるように発振回路を制御する。
【００１７】
その結果、両電極Ａ１，Ａ２への電圧出力を放電開始後の安定した放電領域の共振周波数ｆ₂に印加電圧を変更する。
【００１８】
その一例を述べれば、予め測定した共振周波数ｆ₁が例えば2.08MHzで、それより約 0.2MHz高い約2.10MHzを中心とした発振周波数領域ｆ_tにおいて、ランプＡを放電させた場合、ランプＡが放電開始した後も周波数を変更せず、そのままで放射照度が25mW/cm²のエキシマＵＶを照射するため約600W の電力を両電極Ａ１，Ａ２に入力しなければならず、その反射電力は約400W であった。
【００１９】
これに対し、ランプＡが放電開始した後に、上記発振周波数領域ｆ_t（約2.10MHzを中心とした領域）より低い共振周波数ｆ₂として例えば1.80MHzに変更した場合には、放射照度が25mW/cm²のエキシマＵＶを照射するため約200W の電力を両電極Ａ１，Ａ２に入力しなければならず、その反射電力は約70W となった。
【００２０】
これらの差は熱効率が違いであり、その結果、熱効率が良くなって、入力電力に対する発光効率が向上する。
【００２１】
尚、前示実施例では、誘電体バリア放電エキシマＵＶランプＡが、中空円筒状の放電容器Ａ３の内側に沿って内部電極Ａ１を配置すると共に外側に沿って外部電極Ａ２を配置し、この放電容器Ａ３内に放電用ガスＡ４としてキセノンガスを封入した二重円筒型構造である場合を示したが、これに限定されず、放電容器Ａ３の形状及び両電極Ａ１，Ａ２の配置位置や放電用ガスＡ４が異なるものでも良い。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、発振手段により放電開始が容易な発振周波数領域に設定しておき、トリガー手段からの起動によってランプの放電が開始され、その後、検出手段によって、放電後における共振回路の共振周波数を検出し、変更手段によって両電極への電圧出力を放電開始後の安定した放電領域の共振周波数に印加電圧を変更するので、発光効率が高い誘電体バリア放電装置を提供できる。
【００２３】
請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、ランプが放電する前の状態で共振回路の静電容量による共振周波数を予め測定して求めたので、放電開始が容易な発振周波数領域を簡単に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す誘電体バリア放電装置の回路図である。
【図２】両電極間の電圧と共振周波数との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ誘電体バリア放電エキシマＵＶランプ
Ａ１，Ａ２電極Ａ４放電用ガス
Ｂ給電装置１共振回路
２発振手段３トリガー手段
４検出手段５変更手段

Claims

誘電体バリア放電によりエキシマ分子を生成する放電用ガス（Ａ４）が充填された放電空間を挟んで一対の電極（Ａ１，Ａ２）が配置された誘電体バリア放電エキシマＵＶランプ（Ａ）と、この誘電体バリア放電エキシマＵＶランプ（Ａ）の両電極（Ａ１，Ａ２）の間に高周波電圧を印加するための給電装置（Ｂ）とからなる誘電体バリア放電装置において、
前記給電装置（Ｂ）が、誘電体バリア放電エキシマＵＶランプ（Ａ）を含む共振回路（１）と、この共振回路（１）を該ランプ（Ａ）の放電開始前に予め設定された放電開始が容易な発振周波数領域（ｆ_t）にする発振手段（２）と、この放電開始が容易な発振周波数領域（ｆ_t）で起動させるためのトリガー手段（３）と、放電開始後に上記共振回路（１）の共振周波数（ｆ₂）を検出する検出手段（４）と、この検出手段（４）で検出した放電開始後の安定した放電持続のための共振周波数（ｆ₂）に印加電圧を変更する変更手段（５）とを設けたことを特徴とする誘電体バリア放電装置。
前記発振周波数領域（ｆ_t）が、予め測定したランプ放電前の共振回路（１）の静電容量（Ｃ₁）による共振周波数（ｆ₁）より高い周波数領域である請求項１記載の誘電体バリア放電装置。