JP2009123348A - エキシマランプ - Google Patents

Abstract

【課題】 放電容器の軸方向両端部近傍での照度低下を防止し、ランプの実質的な有効発光長を大きくして、ランプ全長の長大化を回避したエキシマランプを提供することにある。
【解決手段】 本発明のエキシマランプ１は、シリカガラスよりなる放電容器２に、放電空間７を介して対向する一対の外部電極３，４が配置されてなるエキシマランプにおいて、放電容器２の内表面の一部に軸方向に沿って紫外線反射膜５が形成されると共に、放電容器２の軸方向端の端壁２ａ，２ｂにも紫外線反射膜５ａ，５ｂが形成されていることを特徴とする。さらに良好には、放電容器２の軸方向端の端壁２ａが、放電容器２の紫外線反射膜５が形成されていない光取出し窓６に向けて傾斜していることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は紫外線による洗浄、アッシング、成膜等の分野で用いられ、紫外線を放射するエキシマランプに関するものであり、より詳細には、シリカガラス製の放電容器に、放電空間を介して一対の外部電極が配置されたエキシマランプに係わる。
このエキシマランプは、放電容器内に放電用ガスを封入し、放電容器を介して外部電極間に交流高電圧を印加することにより誘電体バリア放電を発生させ、真空紫外光であるエキシマ光を放射するものである。

ところで、内部電極型の放電ランプにおいて、放電容器内に紫外線反射膜を形成して、放電容器内に生成される紫外線を反射して、放電容器の一部に形成される光取出し窓から効率的に紫外線を放射するようにしたものが提案されている。
特許第２６２６１４４号公報

しかしながら、外部電極型のエキシマランプにおいては放電容器内に紫外線反射膜を形成したものは知られていない。
そして、特許文献１のような紫外線反射膜を公知の外部電極型エキシマランプに適用しようとすると、図５に示すようなランプ構造が想定される。
同図において、エキシマランプ１は紫外線を透過するシリカガラスよりなる扁平な長尺の角型形状の放電容器２を備え、その一対の上下平坦壁上には放電空間７を介して対向する一対の外部電極３、４がそれぞれ設けられる。
前記放電容器２の内表面の一部には軸方向に沿って紫外線反射膜５が形成されており、該紫外線反射膜５が形成されていない下方部分は光取出し窓６として機能する。

このようなエキシマランプにおいては、放電空間７内で発生する紫外線が紫外線反射膜５により反射されて、放電空間７から直接向う紫外線と共に、下方の光取出し窓６から外部に放射される。これにより、紫外線が有効に外部に放射されて紫外線照度の向上が期待される。

ところで、図５に示すようなエキシマランプでは、構造上その軸方向の両端部での照度が、中央部近傍の照度よりも低下するという不都合がある。
つまり、ランプの有効発光長がランプ全長に比べて短くなり、十分な有効発光長を得ようとするとランプ全長が長くなってしまうことになる。この種のランプの主たる用途である、ＬＣＤ基板洗浄を考えた場合、近時の基板の大型化に適用しようとするとき、ランプの大型化はより深刻なものとなっている。

本発明は上記の問題に鑑みて、放電容器の軸方向両端部近傍での照度低下を防止し、ランプの実質的な有効発光長を大きくして、ランプ全長の長大化を回避したエキシマランプを提供することにある。

シリカガラスからなる放電容器に、放電空間を介して対向する一対の外部電極を配置したエキシマランプにおいて、前記放電容器の内表面の一部に軸方向に沿って紫外線反射膜を形成すると共に、該放電容器の軸方向端の端壁にも紫外線反射膜を形成することを特徴とする。

更には、前記放電容器の軸方向端の端壁が、放電容器の紫外線反射膜が形成されていない光取出し窓に向けて傾斜していることを特徴とする。

この発明によれば、放電容器内面に紫外線反射膜を形成すると共に、該放電容器の軸方向の両端部の端壁にも紫外線反射膜を形成したので、ランプ全体の紫外線照度の向上が図れると共に、放電容器の両端部における照度がアップし、ランプの実質的な有効発光長の拡大ができるという効果を奏するものである。

以下、この発明の実施例について図面を参照して説明する。

＜実施例１＞
図１はこの発明の実施例１の断面図である。
エキシマランプ１は、シリカガラスからなる扁平角型状の放電容器２の上下平坦壁上に一対の対向する外部電極３、４を有する。

これら外部電極３、４は、一例としては、格子状の金属からなり、放電容器２にスクリーン印刷、または、真空蒸着、スパッタリング等の手段によって形成される。材質として、例えば、アルミニウム、ニッケル、金等が用いられる。
外部電極３、４のうち一方が図示しない給電装置の高圧側に接続される高圧電極（外部電極３）であり、他方が接地電極（外部電極４）である。そして、通常は該接地電極４が図示しない被処理体に対向配置される。
前記高圧電極３側の放電容器２の内表面には軸方向に沿って紫外線反射膜５が形成されており、図示しない被処理体に対向する放電容器２の接地電極４側は、紫外線反射膜が形成されておらず、光取出し窓６として機能する。即ち、放電容器２内で発生した紫外線は、紫外線反射膜５により反射されて、放電空間７から直接下方に放射される紫外線と共に光取出し窓６から外部に放射される。

そして上記に加えて、放電容器２の軸方向両端の端壁２ａ、２ｂの内面にも紫外線反射膜５ａ、５ｂが形成されている。

このような構成とすることにより、放電容器２の両端の端壁２ａ、２ｂに形成された紫外線反射膜５ａ、５ｂにより、放電容器２の端部でも紫外線が反射されるから、両端部の近傍で紫外線照度の低下が起こることがなく、均一照度となる領域が拡大されるという効果を奏する。

前記紫外線反射膜５（５ａ、５ｂ）は、複数の光透過性の微小粒子を積層して形成され、例えば１０〜５００μｍの厚みで設けられている。紫外線が紫外線反射膜表面の微小粒子に到達すると、一部は粒子の表面で反射し、また一部は屈折して粒子の内部に透過する。粒子の内部を透過する光は、一部吸収されるが多くは透過し、再び内部から出射するときに屈折する。光透過性の微小粒子を積層して、このような反射、屈折を繰り返し起こさせることにより、紫外線は入射した方向とは逆方向に散乱され、これが反射光となる。
このように紫外線反射膜は、光透過性と微小粒子の光の反射、屈折による拡散反射を利用しているので、屈折率の高い材料、例えば、シリカ、アルミナを微小粒子として用いることが好ましい。特に、紫外線を放射するランプには、シリカガラス製のバルブが広く用いられる。同じ材質のシリカを微小粒子として用いた紫外線反射膜は、シリカガラスとの熱膨張率の差がないためシリカガラスに対する付着性が高い。また、紫外線を吸収する材質、例えば、チタン、ジリコニウム、これら化合物を微小粒子としては採用しない。ただし、紫外線反射膜の不純物として、チタンやジリコニウムが混入する場合がある。

また、紫外線を効率よく拡散反射させるために、紫外線反射膜５（５ａ、５ｂ）の微小粒子の粒径は例えば、０．０１〜２０μｍの範囲内にあるものであって、中心粒径は例えば、０．１〜１０μｍであるものが好ましく、より好ましくは、０．３〜３μｍであるものである。

＜実施例２＞
図２に他の実施例２が示されている。図２において、放電容器２の軸方向端の端壁２ａは、放電容器２の紫外線反射膜５が形成されていない光取出し窓６に向けて傾斜している。
即ち、端壁２ａは光取出し窓６として機能する放電容器２の下方平坦壁に対して９０°未満の角度θで傾斜している。
そして、図示していない反対端の端壁２ｂについても同様の構成であることはいうまでもない。
また、これらの端壁２ａ（２ｂ）に紫外線反射膜５ａ（５ｂ）が形成されていることは勿論である。

こうすることにより、端壁２ａ（２ｂ）に形成した紫外線反射膜５ａ（５ｂ）で反射された紫外線がより多く光取出し窓６から外部に放射されるようになるものである。

この発明の効果を確認するために行った実験例について図３を用いて説明する。

＜本発明のランプ＞
図１に示す構造のエキシマランプを製作した。シリカガラスからなる放電容器２の寸法は、全長３２０ｍｍ、縦（厚さ）方向の寸法１５ｍｍ、横（幅）方向の寸法４２ｍｍ、肉厚２.５ｍｍである。紫外線反射膜５、５ａ、５ｂの組成は同じであり、以下に示すとおりである。
シリカ粒子：粒径０．４μｍ〜１．５μｍ、中心径：０．７μｍ
アルミナ粒子：０．２μｍ〜０．５μｍ、中心径：０．３μｍ
アルミナ粒子の含有量：１０重量％
紫外線反射膜５の厚みは４０μｍで形成した。焼成温度は１１００℃とした。放電容器２の外表面に、外部電極３、４をスクリーン印刷により金を用いて形成した。電極の寸法は、全長３００ｍｍ、横（幅）方向の寸法３３ｍｍである。放電用ガスとしてキセノンを放電容器２内に４０ｋＰａで封入した。

＜比較例ランプ＞
本発明のランプの紫外線照度を検証するため、比較例として図５に示すランプを製作した。
この比較例のランプでは、図５に示すように、紫外線反射膜５は放電容器２の高圧側の外部電極３側の内表面にのみ形成されていて、放電容器２の両端の端壁５ａ、５ｂには形成されていない。その他の構成については図１のものと同様である。

照度分布の測定に当っては、エキシマランプ１を図示しない筐体内に収納し、該筐体内の雰囲気を窒素ガスでパージし、エキシマランプを５ｋＶの交流高電圧で点灯させて、放電容器２の光取出し窓６から１mm離れた箇所をスキャンする紫外線照度計によって１５０〜２００nmの波長域を測定した。

図３にランプ軸方向の相対照度分布を示す。図３の０ｍｍ位置が、ランプの軸方向左端の端壁５ａの位置に相当し、３２０ｍｍの位置が右端の端壁５ｂに相当する。ここで、有効発光長を紫外線相対照度が８０％以上に確保されている部分と定義した場合の各ランプの有効発光長を以下の表１に示す。

上記で明らかなように、放電容器２の両端の端壁２ａ、２ｂにも紫外線反射膜５ａ、５ｂを形成した場合、これのない比較例ランプに比べてランプ両端部での紫外線照度がアップし、ランプの有効発光長が大きくなっていることが分かる。
また、両端壁２ａ、２ｂの紫外線反射膜５ａ、５ｂによって増える紫外線照度は端壁より数ｃｍの範囲であるため、ランプ中央付近の紫外線照度の最大値が増えるのではなく、有効発光長が大きくなる。
換言すれば、両端壁にも紫外線反射膜が形成されたエキシマランプは、ここに紫外線反射膜が形成されていないエキシマランプと同じ有効発光長を得るのに必要な放電空間の長さを短くできるので、ランプ全長を短くできることになる。

＜実施例３＞
以上におけるこの発明の実施例１、２では、放電容器２が扁平角型形状である場合について説明したが、これに限られず、図４に示すように、放電容器２が二重筒型形状ものであってもよいことは勿論である。
即ち、エキシマランプ１の放電容器２は外側管２ｃと内側管２ｄとからなり、これらは、軸方向端の端壁５ａ、５ｂで互いに密閉されていて、この間に放電空間７が形成される。
そして、外側管２ｃの内表面の一部に軸方向に沿って紫外線反射膜５が形成されると共に外側管２ｄの周囲に紫外線反射膜５が形成されており、更に、両端の端壁２ａ、２ｂにも紫外線反射膜５ａ、５ｂが形成されているものである。

この実施例３においても、紫外線反射膜５で反射された紫外線は、外側管２ｃの紫外線反射膜５が形成されていない光取出し窓６から外部に放射されるが、このとき、端壁２ａ、２ｂの紫外線反射膜５ａ、５ｂによって、両端部での反射が増加し、この部位での照度低下を防止できることは前記実施例１、２と同様である。

なお、この実施例では紫外線反射膜５は、外側管２ｃと内側管２ｄとに形成したものが記載されているが、内側管２ｄ上には形成せずに外側管２ｃの内表面にのみ形成したものであってもよい。
また、放電容器２を構成する外側管２ｃ、内側管２ｄの筒型として円筒状のものを示したが、角筒状であってもよい。

本願発明の実施例１の断面図。 本願発明の実施例２の部分断面図。 本願発明の効果を表すグラフ。 本願発明の実施例３の断面図。（ａ）は横断面図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。 比較例を表す断面図。

符号の説明

１・・・・・・・・・・エキシマランプ
２・・・・・・・・・・放電容器
２ａ、２ｂ・・・・・・端壁
３、４・・・・・・・・外部電極
５、５ａ、５ｂ・・紫外線反射膜
６・・・・・・・・光取出し窓
７・・・・・・・・放電空間

Claims (2)

1. シリカガラスよりなる放電容器に、放電空間を介して対向する一対の外部電極が配置されてなるエキシマランプにおいて、
   前記放電容器の内表面の一部に軸方向に沿って紫外線反射膜が形成されると共に、該放電容器の軸方向端の端壁にも紫外線反射膜が形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記放電容器の軸方向端の端壁が、放電容器の紫外線反射膜が形成されていない光取出し窓に向けて傾斜していることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ。

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