JP3674575B2 - 誘電体バリア放電ランプ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成する放電用のガスを放電容器に充填し、該エキシマ分子から放射される光を取り出す誘電体バリア放電ランプの一部が、冷却用の純水に浸漬されて使用される誘電体バリア放電ランプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘電体バリア放電ランプを光源に備えたエキシマ光照射装置は、近年半導体産業や液晶産業の分野において、ワーク表面の有機物汚染物のドライ洗浄を初めとして、表面改質やアッシング等に広く応用されている。
【０００３】
例えば、特許第２５２８２４４号公報に上述のエキシマ光を発生する光源に関しての技術開示がある。即ち、放電条件下においてビームを放射する充填ガスの充填された放電室の壁が誘電体より構成され、該放電室における外部誘電体の外面に第一の電極を設け、一方の内部誘電体の放電室とは反対側表面に第二の電極を設け、第一の電極と第二の電極間に交流電圧を印加して紫外線を発生する高出力ビーム発生器において、第二の電極と放電室との結合を、比較的高い誘電率を有する液体を介して行うと共に、該液体により当該高出力ビーム発生器の冷却を行う、という内容が前記公報に記載されている。
【０００４】
上述のような紫外線源における冷却による効果は即ち、放電ガスの温度上昇を抑制することでエキシマ分子の形成効率の低下が抑制され、紫外線であるエキシマ光の発光効率の低下が抑制されるため、紫外線の発生効率を高めることができるようになるというものである。また、放電室の壁の温度を低下させることにより、当該壁におけるエキシマ光の透過率の低下を防止できるという効果も有する。
【０００５】
以上のような理由から、エキシマ分子を形成させて光を取出す誘電体バリア放電ランプにおいては、当該ランプを冷却する構造の誘電体バリア放電ランプ装置が開発されている。
図２は液体による冷却構造を具備した誘電体バリア放電ランプ装置の一例を示すランプの管軸断面図、図３は、図２におけるＡ−Ａ’で切断した断面図である。
同図において、放電容器１は、石英ガラスよりなる略円筒形の内側壁２及び外側壁３を有し、該放電容器１における両端部１ａ，１ｂにおいて内側壁２と外側壁３とが融着されて、略円筒形の放電空間４が形成されている。この放電空間４にはキセノン等のエキシマ光を発生する放電ガスが充填されている。前記内側壁２における、放電空間４とは反対側の表面には、断面が円弧状の金属板等により構成された内側電極５が配置され、一方外側壁３における外部表面においては光透過性を有する網状の外側電極６が配置されている。放電容器１の端部１ａ，１ｂには継手８ａ、８ｂが気密に取付けられており、例えば紙面上左側の継手８ａより冷却用液体が内側電極５の配置された内側壁２の内部空間７に導入、充填され該ランプが冷却される。なお、冷却用液体の導入側とは反対の継手８ｂから該冷却用液体を排出し、これを循環させて当該ランプの冷却を行っても良い。
前記内部電極５は、略コイル状に巻回された給電線９と内側壁２により挟圧されており、該給電線９より内側電極５に電力が供給される。給電線９は放電容器１の端部１ｂにおいて、継手８ｂを介して外部に導出されて外部電源１０に接続されている。
【０００６】
前記継手８ａ、８ｂの基本的な構成は、例えば放電容器１に当接するパッキン８１ａ、８１ｂと、該パッキン８１ａ、８１ｂを包囲するベース８２、８２’とからなる。特に、給電線９が導出される紙面上右側の継手８ｂにおいては、ベース８２’に給電線９を導出するための貫通孔８３が設けられており、該貫通孔８３の外側の端部においては、冷却用液体の洩出を防止するため、例えばＯリングなどの気密保持用弾性部材８４ｂ及び押えネジ８５ｂが取付けられる。この押えネジ８５ｂがベース８２’側にねじ込まれることにより、気密保持用弾性部材８４ｂが適宜に変形して貫通孔８３ｂを閉塞し、給電線９が気密に導出される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造を有する誘電体バリア放電ランプ装置が組み込まれたエキシマ光照射装置においては、該誘電体バリア放電ランプにおけるエキシマ光の発光効率が良好であるが、当該装置を長期にわたって使用していると誘電体バリア放電ランプの冷却用液体が洩れ出るという不具合が発生することが判明した。
【０００８】
これは以下の理由によるものと推察される。
すなわち、上記誘電体バリア放電ランプ装置が組み込まれたエキシマ光照射装置においては専らクリーンルーム中で使用されているという事情から、該誘電体バリア放電ランプを冷却するための液体としては主に純水が採用されている。さらには、高純度の純水であることが望ましいとされている。このため、比抵抗が１５ＭΩ・ｃｍ以上の高純度の純水が使用されている。そこで、冷却用液体に前記したような高純度の純水を用いた場合においては、純水に接触する金属表面より金属成分が該純水中に溶出するため、金属が痩せ細るという現象が生じてしまう。
上述の給電線は金属により構成されており、上記理由により給電線の金属成分が純水中に溶出してやせ細りが生じた結果、該給電線の導出部において、上述したＯリングなどの気密保持用の弾性部材と間に間隙が形成され、冷却用の液体が洩出するに至ってしまう。
このような現象は、純水の比抵抗が高いほど、さらに、冷却水に浸漬される一方の電極が他方の電極よりも高電位差を有するよう電圧が印加される場合は、この傾向が顕著である。
【０００９】
エキシマ光照射装置としての使用環境においては上述したように清浄であることが要求されており、冷却用液体が洩出すると、当該液体は金属成分を含んでいると考えられるので周囲の環境を汚染することになり、深刻な問題となる。このような問題を回避するためには、給電線を比較的短い期間で交換しなければならず、メンテナンスが極めて面倒で作業効率が悪かった。
そこで、本願発明が解決しようとする課題は、冷却用の液体が内側壁内部から洩出することを防止できて使用される環境の汚染を防止でき、部品交換等メンテナンスの手間が少なくて済む、電気導入部おける信頼性の高い誘電体バリア放電ランプ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本願発明に係る誘電体バリア放電ランプ装置は、誘電体バリア放電ランプの内部に純水が流過され、当該誘電体バリア放電ランプの少なくとも一方の電極及びこの電極に続く給電線が前記純水に接触するよう配置されて、該給電線が気密保持用弾性部材を介して当該誘電体バリア放電ランプの外部に導出される誘電体バリア放電ランプ装置において、前記給電線の気密導出部の気密保持用弾性部材との接触面に電気絶縁性を有する保護層が形成されていることを特徴とする。
また、前記保護層は、金属アルコキシド溶液から生成された膜よりなることを特徴とする。
また、前記保護層は、不動態層からなることを特徴とする。
また、前記保護層は、有機樹脂材料の皮膜からなることを特徴とする。
【００１１】
【作用】
給電線を耐水防食処理することにより当該給電線を構成する金属成分が純水に溶出するのを防止することが可能になる。よって、給電線のやせ細りを防止できて内側壁内部空間の気密性を保つことができるようになり、従って、冷却用の液体の洩出が防止されて周囲環境へ悪影響を及ぼすことなく、かつ、部品交換等の手間を省くことも可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の誘電体バリア放電ランプ装置を説明する。図１は、本願発明に係る誘電体バリア放電ランプ装置の要部を示す図であり該ランプ装置における給電線導出側の端部近傍を示している。
【００１３】
図１において、誘電体バリア放電ランプにおける放電容器１は、石英ガラス、詳しくは合成石英ガラス製の２本の円筒管が同軸に配置されて構成され、径の小さい円筒管で構成される内側壁２と径の大きい円筒管で構成される外側壁３を有している。放電容器１の端部において前記内側壁２と外側壁３のガラスが融着されることにより略円筒状の密閉空間が形成されており、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成する放電用のガス、例えばキセノン等の希ガスが充填され、放電空間４が形成されている。
合成石英ガラスからなる放電容器１においては、誘電体バリア放電によって放電空間４内に生成されるキセノンエキシマ分子からの真空紫外光が（波長１７２ｎｍ）透過するので、係る真空紫外光を外部に取出すことが可能である。つまり放電容器１の管壁の一部は窓の役目を兼ね備えたものとなっている。
【００１４】
内側壁２における放電空間４と反対側の表面（内側表面）には、例えば断面が円弧状の板部材からなる内側電極５が、当該内側壁２に密接して配置されている。一方、外側壁３における外表面上には前記内側電極５と対をなす外側電極６が設けられている。外側電極６は金属の細線で形成された伸縮自在の網状電極からなり、放電空間４で形成された真空紫外光が該金属線以外の個所から透過し得る構造になっている。
【００１５】
図３に示すように、放電容器１の給電線５の導出側端部には継手８０が取付けられており、該継手８０に形成された貫通孔を通って給電線９０がランプの外に導出されている。なお、誘電体バリア放電ランプ装置における給電線導出部とは反対側の放電容器１端部についての説明は、従来のものと同様であるので省略する。
給電線９０はコイル部９１と略直線状の導出部９２からなり、外部導出部９２における露出部９２ａの端部は外部電源１０に接続されている。外部電源１０から上記内側電極５と外側電極６との間に電力が供給されると、誘電体バリア放電により多数のマイクロプラズマが発生する。
給電線９０におけるコイル部９１はその外周面が内側電極５に当接した状態で電気的に接続されており内側電極５への高効率の給電が達成されるようになっている。なお、内側電極５は係るコイル部９１と内側壁２の内周面とで挟圧された状態となっており半径方向の移動が規制されている。
【００１６】
継手８０において、ベース８２には給電線９０を導出するための貫通孔８３が設けられており、該貫通孔８３の外側の端部において、Ｏリング等により構成される気密保持用弾性部材８４及び押えネジ８５が取付けられ給電線９０が気密に導出されている。係る導出部９２において、貫通孔８３に挿通された部分の表面には、保護層９３が形成されており、これにより冷却用液体である純水と該保護層９３に相当する給電線９０の金属成分とは離隔されるようになっている。
この保護層９３は、例えば、金属アルコキシド溶液をディッピング法により塗布、形成した電気絶縁性の膜により構成することができる。なお、この膜は金属アルコキシドの具体的実施例としては、シリコンのアルコレート溶液に給電線部をディッピングし、約１００℃で乾燥させた後に、５００℃〜６００℃の温度で１０分間焼成することにより、給電線部表面にＳｉＯ_２の被膜を形成することができる。
このように金属アルコキシド溶液を用いて被膜を形成することによれば、比較的安価な設備を用いて保護層を設けることができるのでコスト面で有利である。
【００１７】
また、保護層９３は、例えば、給電線９０を構成する金属材料の表面を不動態処理することにより、形成することも可能である。
不働態処理の具体的実施例としては、一般的にステンレス製よりなる給電線部を酸化器内に収納して加熱炉に置き、約２００℃まで昇温させ保持する。そこに、オゾンガスを供給して約２時間酸化処理する。そうすると、緻密な酸化被膜が給電線表面に形成される。このように給電線表面に不動態膜を形成することにより、剥離の心配がなく、信頼性が高い保護層を形成することが可能となる。
【００１８】
又、さらには、給電線９０の表面をポリマー材の皮膜でコートすることによっても保護層９３を形成することができる。
前記ポリマー材の具体的な例は、半導体に一般に用いられているポリイミド材で、被膜の形成には、ポリイミド樹脂を溶剤中に溶かした状態で給電部に塗布した後、加熱装置によって加熱することにより溶剤を揮発させ、ポリイミド樹脂を硬化させることにより行われる。
このようにポリマー材により被膜を形成すれば、延性に優れた皮膜が得られるので、剥離防止という点で有利である。
【００１９】
以上のように、保護層を設けると、当該保護層の部分においては、給電線における金属成分と純水とを、電気的若しくは物理的に離隔することが可能となり、つまり保護層の部分においては電気化学的に不活性な状態となるので、該給電線に電力が供給されたときにも両者間において付加的化学反応が防止されて当該給電線を構成する金属成分が純水中に溶出することを回避できる。
従って、給電線のやせ細りを防止できるようになり、係る給電線におけるランプ外部への導出部分、より詳細には、気密保持用弾性部材との接触面において気密性を長期にわたって保持できるので、冷却用の純水が誘電体バリア放電ランプ装置の外部に洩出するという不具合を防止することができるようになる。
【００２０】
なお、上記保護層は、給電部の純水との接触面全域に保護層を設けていても良い。その場合は、金属成分が溶出することによる純水の絶縁性低下及びこれに伴う効率の低下をも解消することができる。
【００２１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、略密閉状態の空間内に電極及び冷却用液体が配置、充填されてなる誘電体バリア放電ランプ装置において、該電極には当該電極に電力を供給するための給電線が接続されてなり、該給電線には、導出部表面の少なくとも一部に電気絶縁性を有する保護層が形成されていることにより、該給電線の金属成分が溶出するのを回避でき、高純度の純水が使用される場合であっても電気導入部において高信頼性を有する誘電体バリア放電ランプ装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明要部を説明する誘電体バリア放電ランプ装置の説明用断面図。
【図２】従来技術に係る誘電体バリア放電ランプの構造を示す説明用断面図。
【図３】図２におけるＡ―Ａ’断面図。
【符号の説明】
１ 放電容器
２ 内側壁
３ 外側壁
４ 放電空間
５ 内側電極
６ 外側電極
７ 内側壁内部空間
８０、８ａ、８ｂ 継手
８１、８１ａ、８１ｂ パッキン
８２、８２ａ、８２ｂ ベース
８３、８３ｂ 貫通孔
８４、８４ｂ 気密保持用弾性部材
８５、８５ｂ 押えネジ
９、９０ 給電線
９１ コイル部
９２ 導出部
９３ 保護層
１０ 外部電源

Claims (4)

1. 誘電体バリア放電ランプの内部に純水が流過され、当該誘電体バリア放電ランプの少なくとも一方の電極及びこの電極に続く給電線が前記純水に接触するよう配置されて、該給電線が気密保持用弾性部材を介して当該誘電体バリア放電ランプの外部に導出される誘電体バリア放電ランプ装置において、
   前記給電線の気密導出部の気密保持用弾性部材との接触面に電気絶縁性を有する保護層が形成されていることを特徴とする誘電体バリア放電ランプ装置。
2. 前記保護層は、金属アルコキシド溶液から生成された膜よりなることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ装置。
3. 前記保護層は、不動態層からなることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ装置。
4. 前記保護層は、有機樹脂材料の皮膜からなることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプ装置。

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