JP2006269189A - 長尺エキシマランプユニット - Google Patents

Abstract

【課題】二重エキシマランプの長尺化に伴う真空紫外光の発光効率の低下を抑制し、ひいては所要高周波電力の増大をも抑制する長尺エキシマランプユニットの提供。
【解決手段】接地される外側電極１と、それぞれに個別に高周波電力が供給される内側電極２および２’と、内側電極２と内側電極２’との間に設定されて、両電極を電気的に絶縁状態に保持する仕切絶縁体３と、エキシマガスが封入される外側管４および内側管５とを含む二重構造のエキシマランプ本体と、内側電極２と内側電極２’に対し、それぞれ個別に高周波電力を供給する電源６および６’と、該エキシマランプ本体を保持するランプホルダー７および７’とを備えて構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、長尺エキシマランプユニットに関し、特に放電管の管長を延伸して大型化を図る長尺エキシマランプユニットに関する。

近年稀ガスエキシマランプの利用により、該ランプ内に封入された稀ガスによるエキシマ放電を介して、紫外光から可視光にわたる種々の単色放射光を得ることが実用上可能となっており、特に稀ガスとしてキセノンガスを封入して用いるエキシマランプの場合には、波長172nmの真空紫外光が効率よく放射される。この波長172nmの真空紫外光は、殆どの物質の原子の結合を、光量子プロセスを介して直接に切断できる高いエネルギーを有しており、この真空紫外光の照射により、対応するワーク表面に付着している有機物の分子結合は切断され、更に該真空紫外光が介在する酸素に対して照射されると、その酸素からオゾンと活性酸素が発生される。真空紫外光により切断された有機物は、このオゾンと活性酸素と反応してＣＯ₂やＨ₂Ｏという気体となり、ワーク上から飛散して除去される。

このような真空紫外光の光量子プロセスによる直接切断原理を用いたドライ洗浄装置は、液晶、ＰＤＰ等の製造工程におけるマザーガラスの洗浄または半導体用ウエハの洗浄、或いはドライアッシングなどに利用されている。特に近年においては、上記の液晶、ＰＤＰ等のディスプレイ・パネルの大型化に伴い、洗浄対象となるガラス基板も、730×920、1,300×1,500、1,900×2,200、2,200×2,600 というように次第に大型化してきており、これらのガラス基板に対応する洗浄装置にも大型化が強く求められている。他方においては、該洗浄装置において占めるエキシマランプユニット自体のコストの低減も求められている。

上記の大型化の要請に対処するために、従来は、その手段として放射面の拡大化に合わせて、エキシマランプユニット自体の管長を、そのまま延伸して長尺化するという方法が採られている。また他の従来例としては、図６および図７に示されるようなランプ配置を用いているものもある。図７は、特開２００２−２４５８０７に開示された光照射処理装置を示す図である。図６および図７の断面図においては、電源部分の表示について模式手法が用いられている。図６の従来例においては、エキシマランプユニット９とエキシマランプユニット９’とを、ランプホルダー８を介して同一の管軸方向に沿って配置することにより、実効的にランプの長尺化が図られている。ランプホルダー７は、外側電極１、内側電極２、外側管４および内側管５を含んでなり、ランプホルダー７とランプホルダー８により保持される。エキシマランプユニット９’は、外側電極１’、内側電極２’、外側管４’および内側管５’を含み、ランプホルダー７’とランプホルダー８により保持されている。エキシマランプユニット９’と、ランプホルダー８を介して管軸方向に沿って配置することにより実効的に長尺化を図った図６の長尺エキシマランプユニットに対しては、電源６および６’よりは、それぞれ個別に高周波電圧が印加されて、真空紫外光が発光される。

また、図７に示される他の従来例においては、長尺化を図るために、エキシマランプユニット９とエキシマランプユニット９’が、管軸の軸線の向きを平行に維持しながら、両エキシマランプユニット自体の物理的寸法の制約を受けて、軸線間の距離がＦだけ離れた状態で配置されている。図７の光照射処理装置では、図６の例と同様に、各エキシマランプユニットに対して電源６および６’から個別に高周波電圧が印加されている。

特開２００２−２４５８０７

一般に、エキシマランプユニットにおけるランプ自体の管長を長尺化する場合には、ランプの長さを延伸することに伴い、管長に比例してランプ内の電極間の静電容量が増大するので、この静電容量の増大により、エキシマランプユニットより放射される波長172mmの真空紫外光の発光効率が低下するという現象が生じる。また、エキシマランプにおいては、ランプ内の静電容量が増大すると、同時に該エキシマランプに対応する供給電源の所要電力も増大し、ひいては所要電源の大型化を要するので、エキシマランプユニットの製造費が増大する。従って、エキシマランプユニットにおいてエキシマランプ自体の管長を単純に長尺化し、そのエキシマランプユニットをドライ洗浄装置に用いると、ワーク表面に照射される波長172mmの真空紫外光の発光効率の低下に伴いワークに対する照度が低下し、該ワークに対する洗浄作用が劣化するし、発光効率の低下を装置の大型化、特に高周波電源の出力の増大で補おうとすると、高周波電源の製造費が増大し、ひいてはドライ洗浄装置の製造費増となる。

また、図６に示される２本のエキシマランプユニットを、同一の管軸方向に沿って配置することにより実効的に長尺化したランプ配置方式では、図６のランプホルダー８ならびにランプホルダー８における間隙Ｅにて示される部位においては、エキシマ発光がないので、ランプホルダー８の前方領域ではその周辺部に対比して真空紫外光の照度が低下し、対応するワークに対する洗浄作用にムラを生じる。

図７のランプ配置方式では、２本のエキシマランプユニット９とエキシマランプユニット９’とを、管軸をＦだけずらせて平行状態とすることにより、エキシマランプユニットの管長を実効的に長尺化している。図７のランプ配置方式においては、エキシマランプユニット９とエキシマランプユニット９’とを、管軸をＦだけずらせて平行状態にて配置するので、１本の長尺ランプを並べて配置するランプ配置方式に比べ、少なくとも管軸に直交する向きに余分のスペースが必要となり、エキシマランプユニットの配置面におけるデッドスペースを無為に増大させることになり、エキシマランプユニットの配置面に対する真空紫外光放射面比率が低下し、エキシマランプユニットの配置面の利用効率が低下する。

本発明の目的は、上記の欠点を排除し、二重エキシマランプの長尺化に伴う真空紫外光の発光効率の低下を抑制し、ひいては所要高周波電力の増大をも抑制する長尺エキシマランプユニットを提供することにある。

前述の課題を解決するために本発明は次の手段を提供する。

（１）透明な外側円筒管および内側円筒管の間の空間にキセノンガス等の放電ガスを封止してなる二重円筒型放電容器と、外側円筒管の外側に密着して設けた外側電極と、該内側円筒管の内筒内に同軸に配置した内側電極とを有してなり、該外側電極には真空紫外光を外部に放射するための放射窓が設けてある二重管エキシマランプにおいて、
前記内側電極が、前記内側円筒管の管軸方向において仕切絶縁体でもって２つに分割されている
ことを特徴とする長尺エキシマランプユニット。

（２）２つに分割された前記内側電極の一方および他方には、前記外側電極を共通電極として、互いに独立した電源から高周波電力が供給されることを特徴とする前記（１）に記載の長尺エキシマランプユニット。

上記の構成によれば、長尺化された２重管エキシマランプユニットにおいて、前記内側電極が、前記内側円筒管の管軸方向において仕切絶縁体でもって２つに分割されている。この発明では、エキシマランプユニットが長尺化されても静電容量の増大が回避される。その静電容量は、従来のエキシマランプユニットにおける二重管の長さをそのまま延伸して長尺化を図る場合に比較して、１/２程度に低下する。このことにより、本発明の長尺エキシマランプユニットでは、２つに分割された前記内側電極の一方および他方には、前記外側電極を共通電極として、互いに独立した高周波電源から電力を供給することが可能となり、かつ各高周波電源の負荷の静電容量が１/２程度に低下する。そこで、電源の負荷としてのエキシマランプユニットの静電容量が１電源当り従来例に比較して低減するので、エキシマランプユニットの長尺化に伴う真空紫外光発光効率の低下の抑制および所要高周波電力の増大の抑制が可能となる。

次に、本発明について図面を参照して説明する。図１は、紙面に向かって上方向を真空紫外光の放射方向と規定して示される本発明の第１の実施形態の断面図である。図１の断面図における断面は管軸を含む。また図２（ａ）は図１と同じ面で見た本実施形態の部分断面図、図２（ｂ）は同図（ａ）におけるＡＢ線面を矢印方向に見た断面図である。図３は、本実施形態を真空紫外光の放射方向より見た管軸を含む断面図である。図４は、本実施形態における仕切絶縁体の周辺部分を抽出して示した拡大断面図である。なお各断面図における電源部分は、従来例（図６、図７）の場合と同様に、模式図で表してある。以下においては、図１、図２、図３および図４を参照して、本実施形態について説明する。

図１、図２および図３において、本実施形態は、接地される外側電極１と、それぞれに個別に高周波電力が供給される内側電極２および２’と、内側電極２と内側電極２’との間に設定されて、両電極を電気的に絶縁状態に保持する仕切絶縁体３と、エキシマガスが封入される外側管（前述の外側円筒管に相当）４および内側管（前述の内側円筒管に相当）５とを含む二重構造のエキシマランプ本体（前述の二重エキシマランプに相当）と、該エキシマランプ本体を保持するランプホルダー７，７’と、内側電極２および内側電極２’に対しそれぞれ個別に高周波電力を供給する電源６，６’とを備えて構成される。

本発明の最大の特徴は、仕切絶縁体３で内側電極を２つに分割し、内側電極を内側電極２及び内側電極２’とで構成した点にある。図４の断面図に示されるように、仕切絶縁体３は、外側電極１、内側電極２および２’、外側管４および５等の配置関係に対応して、内側電極２と内側電極２’を分割し、且つ両電極相互間を電気的に絶縁するように配置されている。なお、図４は、作図上の便宜のために、外側電極１と外側管４との間が僅かに隙間があるかのごとくに描かれているが、外側電極１は外側管４の外表面に密着して設けてある。図４において、内部電極を分割する点線（ｄ−ｄ’）と点線（ｅ−ｅ’）との間に対応する管内空間には共通するエキシマガスが存在しており、内側電極が、内側電極２と内側電極２’に分割されていても、電源６と６’より高周波電圧が供給されている限りエキシマ発光が正常に維持される。即ち、仕切絶縁体３が介在する状態においても、内側電極２と内側電極２’が接続されている状態と同様に、管内におけるキセノンガス放電は途切れることがなく起こり、エキシマ発光が正常に維持される。

外側電極１は、電源６及び電源６’に共通の接地電極として使用される。外側電極１を接地電極として、内側電極２及び内側電極２’に対して、それぞれ電源６及び電源６’から高周波電力をそれぞれ印加する際には、内側電極２，２’でなる複合内側電極と外側電極１との間の管内において発生するエキシマ放電は、外側電極１と内側電極２’との間に発生する放電と、外側電極１と内側電極２’との間に発生する放電とを含む二つの放電の同時発生現象として見なすことができる。従って本実施形態は、外側電極１と内側電極２を含むエキシマランプと、外側電極１と内側電極２’を含むエキシマランプとを、管軸が符合する状態にて連結することにより形成された長尺エキシマランプユニットそのものに等価であることが理解される。構造的に見て、外側電極１と内側電極２を含むエキシマランプにおける静電容量（静電容量Ａと称することにする）、及び外側電極１と内側電極２’を含むエキシマランプにおける静電容量（静電容量Ｂと称することにする）とは、同一である。しかも静電容量Ａ及びＢは、仕切絶縁体３を設けることなく、そのまま管軸を延伸させて大型化した従来の長尺エキシマランプユニットの静電容量に比較して、略々１/２に維持されている。

そこで、本実施形態においては、大型化に対応して管軸を延伸する場合においても、仕切絶縁体３の存在により、各電源当りの静電容量の増大は抑制され、波長172mmの真空紫外光の発光効率の低下を防止することが可能となる。また、この実施の形態をドライ洗浄装置に適用するときは、ワークに対する洗浄作用は、長尺化していない従来のエキシマランプユニットを備えるドライ洗浄装置と同様に維持される。さらに、本実施の形態では、ランプ内の静電容量の増大が抑制されるので、エキシマランプユニットが長尺化されたにも拘わらず、各電源の所要電力の増大も抑制される。

次に、本実施形態における真空紫外光の放射窓について説明する。図２（ｂ）に示されるのは、図２（ａ）の側面図におけるＡＢ矢視に対応する断面図である。図２（ｂ）において、管軸を中心点として、紙面の上方、即ち真空紫外光の放射方向に向かう中心線に対して、その両側にθ/２の角度を取ることにより開口角θが設定され、この開口角θの値を保持した状態で、外側電極１の有効長の範囲にわたって該外側電極１を除去することにより放射窓が設定される。開口角θの値は、真空紫外光の放射範囲などを考慮して適宜に設定される。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。図５（ａ）は、図１と同じ面で見た本第２の実施形態の部分断面図であり、図５（ｂ）は図（ａ）におけるＣＤ線面を矢印方向に見た断面図である。本第２の実施形態は、図２（ｂ）に示される実施形態において、真空紫外光の放射窓における開口角θの値を１８０度に設定した構成に相当し、他の規定要素については前記第１の実施形態の構成と同様である。

以上には、実施形態を挙げ、本発明を具体的に説明したが、本発明がこれら実施形態に限定されるものでないことは勿論である。例えば、上述の実施形態では、放射窓には外側電極は全く設けなかったが、放射窓を、外側電極の補助電極として作用する金属メッシュで覆っても本発明は実施できる。

管軸を含む面における断面図であり、本発明の実施形態を示す。 図１と同じ面で見た本実施形態の部分断面図（ａ）、および図（ａ）におけるＡＢ線面を矢印方向に見た断面図（ｂ）である。 管軸を含む面における図１の実施形態の断面図であり、放射窓側より見た断面図である。 図１実施形態における仕切絶縁体と内側電極との配置関係を示す部分断面図である。 図１と同じ面で見た本発明の第２の実施形態の部分断面図（ａ）、および図(ａ)におけるＣＤ線面を矢印方向に見た断面図（ｂ）である。 従来例の断面図である。 他の従来例のランプ配置図である。

符号の説明

１ 外側電極
２，２’ 内側電極
３ 仕切絶縁体
４，４’ 外側管
５，５’ 内側管
６，６’ 電源
７，７’，８ ランプホルダー
９，９’ エキシマランプユニット

Claims (2)

1. 透明な外側円筒管および内側円筒管の間の空間にキセノンガス等の放電ガスを封止してなる二重円筒型放電容器と、外側円筒管の外側に密着して設けた外側電極と、該内側円筒管の内筒内に同軸に配置した内側電極とを有してなり、該外側電極には真空紫外光を外部に放射するための放射窓が設けてある二重管エキシマランプを含む長尺エキシマランプユニッにおいて、
   前記内側電極が、前記内側円筒管の管軸方向において仕切絶縁体でもって２つに分割されている
   ことを特徴とする長尺エキシマランプユニット。
2. ２つに分割された前記内側電極の一方および他方には、前記外側電極を共通電極として、互いに独立した電源から高周波電力が供給されることを特徴とする請求項１に記載の長尺エキシマランプユニット。

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