JP2005243482A - エキシマ光放射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 電極を被覆する誘電体の不均一に起因する放電未発生箇所が生じない大面積のエキシマ光放射装置を提供することにある。また、安価な大面積のエキシマ光放射装置を提供すること。
【解決手段】 光透過部を備えた密閉した放電容器内にエキシマ光生成ガスを封入し、該放電容器内で、平板状電極を誘電体で被覆した単位電極体を長手方向に当接した電極構造体を複数本並設し、極性の異なる該単位電極体間に高周波電圧を印加することでエキシマ光を前記光透過部から放射するエキシマ光放射装置であって、
該電極構造体を互いに離隔して配置し、各電極構造体の長手方向の極性は同一とし、離隔して隣合う電極構造体間では極性を異ならしめると共に、該電極構造体内の単位電極体の当接位置が離隔して隣合う電極構造体間で互いにずれていることを特徴とするエキシマ光放射装置とする。
【選択図】 図４

Description

本発明は、エキシマ光を放射するエキシマ光放射装置に関する。詳しくは大面積の照射領域に向け均一に高出力で真空紫外域のエキシマ光を放射するエキシマ光放射装置に関する。

エキシマ光の真空紫外光を用いた殺菌装置・洗浄装置・あるいは硬化装置などが産業用途で用いられている。エキシマ光源としては、エキシマ放電ランプが一般に使用されている。エキシマ放電ランプは、石英ガラスからなる放電容器内に、エキシマ光を発生する発光ガスが封入され、放電容器外部から供給される電気エネルギーにより発光物質はエキシマ光を放射する。

放電容器内に発光ガスを閉じ込め、発光ガスから放射するエキシマ光を外部に透過できるよう、放電容器には石英ガラスが用いられる。大気圧と放電容器内との差圧を保つためには、放電容器は曲面であることが望ましい。そして入手し易い形状の石英ガラスを用いることによりエキシマ放電ランプの低コスト化が達成されるため、直管形状のエキシマ放電ランプが用いられることが多い。

前述の殺菌装置・洗浄装置・硬化装置などにおいては、そのプロセス速度を速めることにより、プロセスの低コスト化が達成される。プロセス速度を速めるため、エキシマ放電ランプの高出力化と大面積化が進められている。高出力化するには、エキシマ放電ランプへの投入電力を増加することで可能となるが、それとともに石英ガラス温度の上昇を伴い、短寿命化を引き起こす。そのため、大面積化も重要な改善目標となっている。前述したようにエキシマ放電ランプは直管形状をしているので、大面積化するには、例えば特開平4-301357号公報に開示されるように、照射方向に対して垂直にランプをアレイ化することにより達成される。

これとは別に、放電容器をステンレス製などからなる真空チャンバーにより作製し、チャンバー内部に放電電極を複数個設け、チャンバー内に放電ガスを封入する構造が開示されている。電極を千鳥状に配設しているものが特開２０００−２３１９０４号公報に開示されている。その放電の様子を図１に示す。記号Ｄ１が放電を表す。放電容器１内に誘電体３に被覆された棒状の被覆電極２と誘電体に被覆されていない棒状の剥き出しの電極２ａが交互に並んでいてそれぞれの電極に極性の異なる電圧を印加することにより、真空紫外光を取り出す光放射窓４からエキシマ光である真空紫外光が放射するものである。この従来技術の図において、給電部については省略してある。

放電が生じている領域の大きさを放電体積とすれば、放電体積が大きく、大面積を照射できる放電構造としては誘電体で被覆され離隔して配置された電極間でのバリア放電を使用した図２のような構造も考えられる。平板状の金属製の電極５を誘電体６で包み込んだ電極部５０Ａ、５０Ｂをアレイ化し、交互に極性が異なる電圧を印加することにより、それぞれの電極部５０Ａ、５０Ｂ間には放電Ｄ２が生成される。また、このとき片側の極性の電極部５０Ａは、前記の特開２０００−２３１９０４号公報にあるように、誘電体に覆われていないものでも構わない。

特許第３０３７４４１号に開示されているような、沿面放電を利用した放電構造を用いることもできる。
図３に誘電体で被覆された隣合う電極間の沿面放電の構造を用いたエキシマ光照射装置の放電構造の一例を示す。図３（ａ）は被処理物であるワーク１００に対して垂直な断面を模式的に描いたものであり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＡ−Ａ´断面から見た模式図である。極性の異なる第一の電極７と第二の電極８が交互に配列され、それら全てが誘電体９で覆われている。第一の電極７と第二の電極８は照射方向に配列され、誘電体９を含めた電極部６０は、照射方向に平行な平板状に形作られている。第一の電極７と第二の電極８の間に電源２０から高周波電圧を印加すると第一の電極７と第二の電極８の間の誘電体９上で沿面放電Ｄ３が生成され、放電Ｄ３が照射方向（図ではワーク１００の方向）に積分された量が、窓部材４を通過し、放射されることになる。
特開平４−３０１３５７号公報 特開２０００−２３１９０４号公報 特許第３０３７４４１号公報

上記のような従来からの方式により、大面積かつ高出力を目指したエキシマ光放射装置は得られて来ている。しかしながら、近時、製造プロセス速度の改善を目的とした、更なる大面積化・高出力化が求められるようになってきた。具体的には，一辺の長さが２ｍ程度の被照射領域にＵＶエキシマ光を照射することが液晶用マザーガラスのドライ洗浄の用途などでは要求されている。前述のように電極を誘電体で覆って埋設する構造の電極部を使用しバリア放電あるいは沿面放電でエキシマ光を放射するエキシマ光放射装置とするためには、今まで以上に大きな電極部が必要となってきており、結果としてその電極部を被覆するために大きな平板誘電体が必要となってきた。

誘電体としては比較的安価な石英ガラスがもっぱら使用されているが、大面積の平板ガラス板は非常に高価であり、エキシマ光放射装置のコスト高につながるようになった。また、これらの放電形式において、誘電体の厚みは放電構造の放電特性に大きな影響を与えるが、ガラス板の面積が大きくなると、ガラス板の厚みの不均一性が無視できなくなってきた。さらに、一対の電極部の間隔を一定に保つことが放電の均一性を得るために重要であるが、ガラス寸法が大きくなることにより、撓みなどによる電極部間隔の不均一性が課題となり、それを解消して電極部間を等間隔に維持するために電極部間に絶縁性材料からなるスペーサを設けることが考えられるが、そのスペーサが放電未発生箇所を発生させるという不具合を生じることとなってきた。

そこで本発明の目的は、電極部を被覆する誘電体の不均一に起因する放電未発生箇所が生じない大面積のエキシマ光放射装置を提供することにある。また、安価な大面積放射ができるのエキシマ光放射装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、密閉した放電容器内にエキシマ光生成ガスを封入し、該放電容器内で、平板状電極を誘電体で被覆した単位電極体を長手方向に当接した電極構造体を複数本並設し、極性の異なる該単位電極体間に高周波電圧を印加することでエキシマ光を放射するエキシマ光放射装置であって、該電極構造体を互いに離隔して配置し、各電極構造体の単位電極体の極性は同一とし、離隔して隣合う電極構造体間では極性を異ならしめると共に、該電極構造体内の単位電極体の当接位置が離隔して隣合う電極構造体間で互いにずれていることを特徴とするエキシマ光放射装置とするものである。

また、請求項２に記載の発明は、密閉した放電容器内にエキシマ光生成ガスを封入し、該放電容器内で、平板状電極を誘電体で被覆した単位電極体を長手方向に当接した電極構造体を複数本並設し、極性の異なる該単位電極体間に高周波電圧を印加することでエキシマ光を放射するエキシマ光放射装置であって、
該電極構造体を互いに当接して配置し、該電極構造体の長手方向に隣接する単位電極体の極性を異ならしめ、互いに隣接する単位電極体間の極性も異ならしめたことを特徴とするエキシマ光放射装置とするものである。

本発明において、平板状電極を誘電体で被覆したものを単位電極体と定義し、その単位電極体を長手方向に当接したものを電極構造体と定義する。なお、単位電極体としては、１つの誘電体の中に、長手方向に対して鉛直方向に複数の平板状電極を組み込んだものであっても良い。

本発明においては、電極構造体を複数に細分化した。複数の単位電極体を複数本並設し、細分化することにより、大きな被覆用のガラス板を用いずに各電極構造体を覆う小型のガラス材を使用することで、放電の均一性が改善されたエキシマ光放射装置を得ることができる。また、大面積のワークを、均一で高出力のエキシマ光で照射することが可能なエキシマ光放射装置が安価に得られる。

図４〜図７に本発明の実施の形態を示す。各図とも給電部や電気配線は省略している。
図４には本発明の請求項１に対応する実施の形態を示す。図４は本発明のエキシマ光放射装置２００の内部の様子をエキシマ光を照射するワーク面の上方から装置を横切る任意の断面を模式図的に描いた図である。４は光透過部である光放射窓である。なお、光透過窓４はワークをエキシマ光放射装置２００内に配置する場合には不要となる。
放電容器１内に、各電極構造体７０Ａ、７０Ｂは平板状の第一の電極７０ａ_１、７０ａ_２・・・、第二の電極７０ｂ_１、７０ｂ_２・・・とそれを包む誘電体７０ｃとからなる単位電極体７０Ｕを複数並設してなる。単位電極体とは、この図の場合、７０ａ_１と７０ｃ、７０ｂ_１と７０ｃで例示される電極と誘電体の組合わせをいい、図では１つの電極をそれぞれ１つづつの誘電体が包んでいるが、例えば、７０ａ_１と７０ａ_２を１つの７０ｃで包むような複数の電極を一体としたものであってもいい。
誘電体７０ｃとして石英ガラスを採用している。平板状の第一電極７０ａ_１、７０ａ_２・・・、第二の電極７０ｂ_１、７０ｂ_２・・・はアルミニウム板であり、縦９．８ｃｍ、横１９．９ｃｍ、厚み０．１ｍｍである。図中、第一の平板状電極７０ａ_２は第二の平板状電極７０ｂ_２と７０ｂ_３の２つの電極を臨んでいる。すなわち、単位電極体の当接位置が互いに隣接する電極構造体間でずれている。具体的には第一の平板状電極７０ａ_２は第二の平板状電極７０ｂ_２の位置のズレは１００mmとなっている。
なお、各単位電極体はセラミック製接着剤で接合されていても、全体を挟み込むように固定しても良い。

第一の電極、第二の電極を厚み１ｍｍの石英ガラスで包みこむことにより、電極構造体７０Ａ、７０Ｂは縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、厚み２〜２．１ｍｍの大きさになっている。エキシマ光放射装置２００の光放射窓４からエキシマ光が放射されるが、被処理物のワーク１００は１ｍ角の大きさの物体であり、例えば液晶基板用途のガラス板である。ワーク面側の放電領域の長さが１ｍ以上になるよう、上記電極構造体を横方向に５個並べ、見かけ上縦１０ｃｍ、横１ｍ、厚み２ｍｍの電極構造体になるようにしている。この電極構造体を３列用意し、ワーク１００をエキシマ光放射装置２００の光放射窓４下を移動させることにより紫外線処理をしている。一枚の大きな電極構造体を用いる場合に比べ、電極構造体の製造コストは約３／４に抑えることが可能となった。

放電空間内にエキシマ光生成ガスとしてキセノンガスを４０ｋＰａ封入し、極性の異なる単位電極体間に電圧３ＫＶ、周波数５０ｋＨｚの高周波電圧を印加すると、放電空間内にはほぼ均一な放電が生成された。

ワーク面１００Ａ上での紫外光強度分布について、図６には請求項１の発明の効果を示している。図６（ａ）、（ｂ）はワーク１００の上方から装置を横切る任意の断面を見たエキシマ光放射装置２００の様子を模式図的に示している。図６（ａ）は隣合う電極構造体７０Ａ、７０Ｂを同一極性の電極が真横にくる場合を比較例として示し、図６（ｂ）は請求項１の発明の装置構成であり、一方の極の電極が他方の極の２つの電極を臨むように配置されている。図６（ｂ）では１つの７０ｂが２つの７０ａを臨むように配置されているのがわかる。すなわち、単位電極体の当接位置が互いに隣接する電極構造体間でずれている。なお、図６においては放電容器及び窓部材、電源、配線等は省略して示している。図６（ａ）、図６（ｂ）において、一点鎖線の矢印の方向に紫外光に感度を持つ光強度計（不図示）をワーク面１００Ａ上で光強度計の受光面を光源側（電極部側）に向けて移動させ測定したものである。横軸はワーク上の位置（任意単位で表示）、縦軸はワーク上での光強度分布（任意単位で表示）である。

図６（ａ）の比較例においては、誘電体７０ｃで包まれた単位電極体の隣合う当接位置７０ｄ同士が対向するｔ部（図６（ａ）中に記号ｔで記載）において、非発光部が生じるため図６（ｃ）の実線のようにワーク面上では光強度が落ち込む部分Ｓとなって現われる。一方で、請求項１の発明の構成である図６（ｂ）の構成であると図６（ｃ）の破線のように略均一な光強度分布をなったことを示している。

図５には本発明の請求項２に対応する沿面放電を利用した実施の形態を示す。図５（ａ）はワーク面に垂直な断面の模式図である。図５（ｂ）は図５（ａ）においてＢ方向からみた図を示す。各電極構造体８０は複数の平板状の電極８０ａ、８０ｂをその極性が交互に異なるように該平面内に略等間隔で配置されて誘電体で該平板状電極を被覆して構成された複数の単位電極体８０Ｕが当接した電極構造体８０が互いに並列に複数配置されている。そして電極構造体８０は図５（ｂ）に示したように長手方向で隣合う電極は極性の異なる電極同士が配置されて各平板状の電極８０ａ、８０ｂはアルミニウム板であり、たて１５ｍｍ、横４０ｍｍ、厚み０．１ｍｍである。平板状電極８０ａ、８０ｂを１０ｍｍの間隔をあけてそれぞれ２つづつ含めるように４枚の電極を１つの電極部８０として構成して、厚さ１ｍｍの石英ガラスで包み込むことにより電極構造体８０はたて１０ｃｍ、横２０ｃｍ、厚み２〜２．１ｍｍの大きさで、この例では電極構造体をワークに対して垂直に３つ重ねている。

エキシマ光はエキシマ光放射装置２００の光放射窓４から放射される。被処理物のワーク１００は１ｍ角の大きさの、例えばガラス板である。放電部の長さが１ｍ以上になるように電極構造体を横方向に５列並べ、見かけ上、たて１０ｃｍ、横１ｍ、厚み２ｍｍの電極構造体となるようにしている。この電極構造体を２列用意し、ワーク１００をエキシマ光放射装置２００の光放射窓４の下を移動させることにより紫外線処理をしている。なお、放電容器内にワークを配置し、エキシマ光を照射する場合は、光放射窓４は不要となる。

このように配列することにより、端部電極同士間での放電も発生し、放電の均一性は損なわれない。誘電体としては、石英ガラスを用いたが、アルミナなどのセラミックスなどで構わない。なお、エキシマ光生成ガスとしては、用途に応じてアルゴン、キセノン、クリプトン、またはそれらの混合ガスなど適宜選択可能である。

図７は請求項２の発明の効果を示す説明図である。図７（ａ）は比較のために例示した比較例の構成であり、電極構造体８０の隣合う電極、一例をあげれば８０ａ_１、８０ａ_２、が同極性の場合である。図７（ａ）の左側の図は電極構造体８０のＨ−Ｈ´間の断面図であり、８０ａと８０ｂとの間で誘電体８０ｃの表面で沿面放電Ｄ８が生じている様子を示す。一方、図７（ｂ）は本願請求項２の発明の構成である。隣接する電極構造体８０の隣合う電極８０ａと８０ｂは極性が異なっている。すなわち、隣接する単位電極体の極性を異ならしめている。

図７（ｃ）は紫外光に感度を持つ光強度計（不図示）をワーク１００の面上で光強度計の受光面を光源側（電極部側）に向けて移動させ測定したものである。横軸はワーク上の位置（任意単位で表示）、縦軸はワーク上での光強度分布（任意単位で表示）である。図７（ａ）の比較例の構成では、隣接する電極構造体８０間には放電が生ぜず、図７（ｃ）の実線で示したワーク面上での光強度は記号Ｓのように落ち込み部を有し、紫外線光強度は不均一となる。図７（ｂ）の本願の構成では隣合う電極構造体間で放電Ｄ８´が生じることで、図７（ｃ）の破線で示したように紫外線光強度の均一性を大きく改善しているのが分かる。

電極を千鳥状に並べたエキシマ光放射装置の従来技術を示す。 平板電極を用いたエキシマ光放射装置の従来技術を示す。 沿面放電構造を用いたエキシマ光放射装置の従来技術を示す。 請求項１の発明のエキシマ光放射装置の一実施形態を模式図的に示す。 請求項２の発明のエキシマ光放射の一実施形態を模式図的に示す。 請求項１の発明の効果を示す説明図である。 請求項２の発明の効果を示す説明図である。

符号の説明

１ 放電容器
２ 被覆電極
２ａ 剥き出し電極
３ 誘電体
４ 光放射窓
５ 電極
６ 誘電体
７ 第一の電極
８ 第二の電極
９ 誘電体
２０ 電源
５０Ａ 電極部
５０Ｂ 電極部
６０ 電極部
７０Ａ 電極構造体
７０Ｂ 電極構造体
７０Ｕ 単位電極体
７０ａ 第一の電極
７０ｂ 第二の電極
７０ｃ 誘電体
７０ｄ 当接位置
８０ 電極構造体
８０Ｕ 単位電極体
８０ａ 電極
８０ｂ 電極
８０ｃ 誘電体
１００ ワーク
１００Ａ ワーク面
２００ エキシマ光放射装置
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６、Ｄ７、Ｄ８、Ｄ８´ 放電部分
Ｓ 光強度の落ち込む部分

Claims (2)

1. 密閉した放電容器内にエキシマ光生成ガスを封入し、該放電容器内で、平板状電極を誘電体で被覆した単位電極体を長手方向に当接した電極構造体を複数本並設し、極性の異なる該単位電極体間に高周波電圧を印加することでエキシマ光を放射するエキシマ光放射装置であって、
   該電極構造体を互いに離隔して配置し、各電極構造体の単位電極体の極性は同一とし、離隔して隣合う電極構造体間では極性を異ならしめると共に、該電極構造体内の単位電極体の当接位置が離隔して隣合う電極構造体間で互いにずれていることを特徴とするエキシマ光放射装置。
2. 密閉した放電容器内にエキシマ光生成ガスを封入し、該放電容器内で、平板状電極を誘電体で被覆した単位電極体を長手方向に当接した電極構造体を複数本並設し、極性の異なる該単位電極体間に高周波電圧を印加することでエキシマ光を放射するエキシマ光放射装置であって、
   該電極構造体を互いに当接して配置し、該電極構造体の長手方向に隣接する単位電極体の極性を異ならしめ、互いに隣接する単位電極体間の極性も異ならしめたことを特徴とするエキシマ光放射装置。
   
   

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