JP5092700B2 - Excimer lamp - Google Patents
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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。
The present invention relates to an excimer lamp that emits ultraviolet rays and is used in fields such as cleaning with ultraviolet rays, ashing, and film formation, and more particularly, to a discharge vessel made of silica glass via a discharge space. The present invention relates to an excimer lamp in which electrodes are arranged.
This excimer lamp encloses a discharge gas in a discharge vessel and applies an alternating high voltage between external electrodes through the discharge vessel to generate a dielectric barrier discharge, which emits excimer light, which is vacuum ultraviolet light. To do.
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。
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。
However, there is no known external electrode type excimer lamp in which an ultraviolet reflecting film is formed in a discharge vessel.
Then, when an ultraviolet reflecting film as in
In the figure, an
An
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。
In such an excimer lamp, the ultraviolet rays generated in the
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。
Incidentally, the excimer lamp as shown in FIG. 5 has a disadvantage that the illuminance at both ends in the axial direction is lower than the illuminance in the vicinity of the center due to the structure.
In other words, the effective light emission length of the lamp is shorter than the total length of the lamp, and if the sufficient effective light emission length is obtained, the total length of the lamp becomes long. In view of LCD substrate cleaning, which is the main application of this type of lamp, the enlargement of the lamp becomes more serious when it is applied to the recent enlargement of the substrate.
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。 In view of the above problems, the present invention provides an excimer lamp that prevents a decrease in illuminance in the vicinity of both ends in the axial direction of the discharge vessel, increases a substantial effective light emission length of the lamp, and avoids an increase in the total length of the lamp. It is to provide.
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。 In an excimer lamp in which a pair of external electrodes facing each other through a discharge space is arranged on a discharge vessel made of silica glass, an ultraviolet reflecting film is formed along a part of the inner surface of the discharge vessel along the axial direction, An ultraviolet reflecting film is also formed on the end wall at the axial end of the discharge vessel.
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。 Furthermore, the end wall at the axial end of the discharge vessel is inclined toward the light extraction window where the ultraviolet reflecting film of the discharge vessel is not formed.
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。 According to the present invention, the ultraviolet reflection film is formed on the inner surface of the discharge vessel, and the ultraviolet reflection film is also formed on both end walls in the axial direction of the discharge vessel, so that the ultraviolet illuminance of the entire lamp can be improved. The illuminance at both ends of the discharge vessel is increased, and the substantial effective light emission length of the lamp can be increased.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<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。
<Example 1>
FIG. 1 is a cross-sectional view of
The
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。
For example, the
One of the
An
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。
In addition to the above,
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。
By adopting such a configuration, ultraviolet rays are reflected also at the ends of the
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。
The ultraviolet reflecting film 5 (5a, 5b) is formed by laminating a plurality of light-transmitting fine particles, and has a thickness of, for example, 10 to 500 μm. When the ultraviolet rays reach the microparticles on the surface of the ultraviolet reflecting film, a part is reflected by the surface of the particles, and a part is refracted and transmitted into the particles. A part of the light transmitted through the inside of the particles is absorbed, but most of the light is transmitted and refracted when it is emitted from the inside again. By laminating light-transmitting fine particles and repeatedly causing such reflection and refraction, the ultraviolet rays are scattered in the direction opposite to the incident direction, and this becomes reflected light.
As described above, since the ultraviolet reflecting film utilizes light transmittance, light reflection of fine particles, and diffuse reflection due to refraction, it is preferable to use a material having a high refractive index, for example, silica or alumina as the fine particles. In particular, silica glass bulbs are widely used for lamps that emit ultraviolet rays. An ultraviolet reflecting film using silica of the same material as fine particles has high adhesion to silica glass because there is no difference in thermal expansion coefficient from silica glass. In addition, materials that absorb ultraviolet rays, such as titanium, zirconium, and these compounds are not adopted as the fine particles. However, titanium or zirconium may be mixed as impurities in the ultraviolet reflecting film.
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。 Further, in order to efficiently diffuse and reflect ultraviolet rays, the particle size of the fine particles of the ultraviolet reflecting film 5 (5a, 5b) is, for example, in the range of 0.01 to 20 μm, and the central particle size is, for example, 0.1 to 10 μm is preferable, and 0.3 to 3 μm is more preferable.
<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。
<Example 2>
Another
That is, the
Needless to say, the
Of course, an ultraviolet reflecting
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。
By doing so, more ultraviolet rays reflected by the ultraviolet reflecting
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。 An experimental example carried out to confirm the effect of the present invention will be described with reference to FIG.
<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。
<Lamp of the present invention>
An excimer lamp having the structure shown in FIG. 1 was manufactured. The
Silica particles: particle size 0.4 μm to 1.5 μm, center diameter: 0.7 μm
Alumina particles: 0.2 μm to 0.5 μm, center diameter: 0.3 μm
Content of alumina particles: 10% by weight
The thickness of the ultraviolet reflecting
<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。
<Comparative lamp>
In order to verify the ultraviolet illuminance of the lamp of the present invention, a lamp shown in FIG. 5 was manufactured as a comparative example.
In the lamp of this comparative example, as shown in FIG. 5, the
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。
In measuring the illuminance distribution, the
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。
FIG. 3 shows the relative illuminance distribution in the lamp axis direction. The position of 0 mm in FIG. 3 corresponds to the position of the
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。
As is apparent from the above, when the
Further, since the ultraviolet illuminance increased by the
In other words, the excimer lamp in which the ultraviolet reflecting films are formed on both end walls can shorten the length of the discharge space necessary to obtain the same effective light emission length as the excimer lamp in which the ultraviolet reflecting film is not formed here. Therefore, the overall length of the lamp can be shortened.
<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。
<Example 3>
In the first and second embodiments of the present invention, the case where the
That is, the
Then, an
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。
Also in the third embodiment, the ultraviolet rays reflected by the
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。
In this embodiment, the
Moreover, although the cylindrical thing was shown as a cylindrical shape of the outer tube |
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
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記放電容器の内表面に軸方向に沿って全長に亘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おり、
前記放電容器には、前記紫外線反射膜が形成されていない光取出し窓が形成されている
ことを特徴とするエキシマランプ。
In an excimer lamp in which a pair of external electrodes facing each other through a discharge space are arranged in a discharge vessel made of silica glass,
An ultraviolet reflecting film is formed over the entire length along the axial direction on the inner surface of the discharge vessel, and an ultraviolet reflecting film is also formed on the end wall at the axial end of the discharge vessel,
An excimer lamp , wherein the discharge vessel is formed with a light extraction window on which the ultraviolet reflecting film is not formed .
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