JP5303905B2 - エキシマランプ - Google Patents

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。

液晶表示装置のガラス基板、半導体ウェハ等の被処理体に波長２００ｎｍ以下の紫外線である真空紫外光を照射することにより、真空紫外光及びこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されている。

エキシマランプは、シリカガラス製の放電容器内に放電用ガスを封入し、放電容器を介して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。
このようなエキシマランプにおいては、放電空間内に発生する不純ガスを吸着するためにゲッターを収容することが行なわれており、このために通常は放電空間内に仕切壁を設けてゲッター収容室を区画形成し、この内部にゲッターを収容する構成を採用している。
特開２００２−３１３２８６号公報

一方、内部電極型の放電ランプの放電容器内に紫外線反射膜を形成して、放電空間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

ところで、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。
このようなエキシマランプに紫外線反射膜を形成した場合には、平坦なガラス表面と比べて、紫外線反射膜を構成する微小粒子から不純ガスがより多く発生するため、ゲッターを設ける動機付けがより強くなる。

そして、特許文献２のような紫外線反射膜を特許文献１のようなエキシマランプに適用しようとすると、図7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筒型形状の放電容器２を備え、その一対の上下平坦壁上には放電空間７を介して外部電極３、４がそれぞれ設けられる。
このような放電容器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、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。
そして、放電容器２内の少なくとも一方の端部には仕切壁８が設けられていて、ゲッター収容室１０が区画形成され、その内部にはゲッター１１が収容されている。該仕切壁８には連通口９が形成されており、ゲッター収容室１０と放電空間７とが該連通口９により連通している。

前記紫外線反射膜５は、複数の光透過性の微小粒子を積層して形成される。微小粒子として、シリカ、アルミナ、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、酸化マグネシウム等が用いられる。このような紫外線反射膜５に紫外線が入射すると、複数の粒子表面である粒界において、紫外線は屈折、反射を繰り返す。これにより紫外線は入射方向とは異なる方向に拡散反射され、下方の光取出し窓６より外部に放射される。

図７に示すように、ゲッター収容室１０を設けられた放電容器２に紫外線反射膜５を形成すると、紫外線反射膜５を形成する軸方向の領域がゲッター収容室のない同じ長さのランプに比べて短くなり、つまり、ランプ軸方向の有効発光長が短くなる。このため、紫外線処理に必要な有効発光長（ランプ軸方向の照度分布において、均一度が確保される部分）が短くなる。したがって、ゲッター収容室１０を設けながら必要な有効発光長を確保するためには、ゲッター収容室１０と同じだけ放電空間７を長くする必要があり、その結果ランプ全長が長くなるという不具合が生じる。
このため、ランプを収容する紫外線処理装置全体も大きくする必要が生じ、装置全体のコストが高くなる。特に液晶基板洗浄の用途に用いられる場合、基板サイズは1〜2mと大きいため、有効発光長もそれと同程度にする必要があり、紫外線処理装置はそれ以上に大きくなるので、装置の小型化に対する要請は大きい。そのため、ゲッター収容室を設けても、有効発光長を確保しながらランプ全長を短くする必要がある。

本発明は上記の問題に鑑みて、紫外線反射膜が形成された放電容器内にゲッター収容室が設けられているエキシマランプにおいても、有効発光長を確保しながらランプ全長を短くすることを目的とする。

この発明は、シリカガラスよりなる放電容器の少なくとも一方の軸方向端部に、仕切壁によって放電空間と隔離されたゲッター収容室が形成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、シリカ粒子を含有する紫外線反射膜が形成されるとともに、前記仕切壁の表面にも紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。

また、前記放電容器は、少なくともその一部が軸方向に沿って光取出し窓となっており、前記仕切壁が、前記光取出し窓に対し９０度未満の角度で傾斜していることを特徴とする。

さらには、上記仕切壁に加えて、前記放電容器のゲッター収容室とは反対側に位置する端壁の内面にも紫外線反射膜が形成され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、放電空間とゲッター収容室を仕切る仕切壁の表面にも紫外線反射膜を形成しているので、放電空間から放射される紫外線が紫外線反射膜によって反射されることにより外部に照射される紫外線照度が増大し、かつ、仕切壁表面においても反射されて外部に放射されるため、仕切壁周辺部の紫外線照度が増加して、均一照度の領域がゲッター収容室方向に伸びることになり、その分有効発光長が大きくなる。

また、この発明の他の実施例によれば、紫外線反射膜を備えた仕切壁が、放電容器の光取出し窓に対し９０度未満の角度で傾斜しているので、仕切壁によって反射される紫外線が、光取出し窓の方向に確実に照射されるので、仕切壁周辺部の紫外線照度が更に増加して管軸方向に伸びることになり、その分さらに有効発光長が大きくなる。

更にこの発明の他の実施例によれば、上記に加えて、放電容器のゲッター収容室とは反対側に位置する端壁の内面にも紫外線反射膜が形成されているので、仕切壁とは反対側の端壁周辺部の紫外線照度が増加して、均一照度の領域がさらに端壁方向に伸びることになり、有効発光長が上記に加えて更に大きくなる。

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はこの発明の第１実施例の断面図であり、（a）はエキシマランプの横断面、（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。
エキシマランプ１は、中空長尺で扁平角筒状のシリカガラスからなる放電容器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。
そして、高圧電極３側の放電容器２の内表面に軸方向に沿って紫外線反射膜５が形成されており、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、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。
放電容器２の少なくとも一方の端部には、仕切壁８によって仕切られたゲッター収容室１０が区画形成され、そこにゲッター１１が収容されている。なお、９は仕切壁８の連通口で、ゲッター収容室１０と放電空間７とを連通している。

ゲッター１１の材質は、例えば、チタン、タンタル、アルミニウムとジルコニウムの合金、バリウム等が用いられ、形状は、塊状、もしくは、ゲッター収容室１０を構成する仕切壁８とゲッター収容室１０の内表面に形成される蒸着膜（図示せず）等がある。

そして、上記放電容器２の一部に軸方向に沿って形成した紫外線反射膜５に加えて、ゲッター収容室１０を区画形成する仕切壁８の表面にも紫外線反射膜１２が形成されている。なお、この場合、連通口９に相当する部分には紫外線反射膜１２を形成しない。

そして、前記紫外線反射膜５、１２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。

紫外線を効率よく拡散反射させるために、紫外線反射膜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。

紫外線反射膜５、１２を形成する方法は、例えば、水とＰＥＯ樹脂（ポリエチレンオキサイド）を組み合わせた粘性を有する溶剤に、微小粒子を混ぜて溶液を形成し、その溶液を放電容器２の一部表面と仕切壁８に付着させる。その後、乾燥、焼成することで水とＰＥＯ樹脂が蒸発し、紫外線反射膜５、１２が形成される。
この他にも、例えば、グリーンシートと呼ばれるフィルム状成形体を使用し、このグリーンシートを焼成することにより形成することができる。まず、微小粒子を例えば、アクリル系樹脂などの可塑剤および分散剤などを溶剤に混合してペースト状にする。表面に離型処理が施されたフィルム状のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの有機フィルム構造体の表面に、ペーストを一定の厚みで流延し、溶剤を乾燥させてフィルム状成形体としたグリーンシートが形成される。次に、このグリーンシートを有機フィルム構造体から剥がし、放電容器２の一部表面と仕切壁に付着させた後、焼成することで紫外線散乱反射膜５、１２が形成される。

このような構成とすることにより、放電容器２の紫外線反射膜５によってランプ全体の紫外線照度の向上が図れると共に、仕切壁８の紫外線反射膜１２によっても紫外線が反射されて光取出し窓６から外部に放射されることになり、仕切壁８部分での照度が低下することがなく、ランプの軸方向において均一照度となる領域が拡大されるという効果を奏する。

＜実施例２＞
上記実施例では仕切壁８の放電空間７側の面に紫外線反射膜１２を形成したが、図２に示すように、紫外線反射膜１２は、仕切壁８の反対側表面、即ち、ゲッター収容室１０側の表面に形成してもよい。
この場合は、仕切壁８は、紫外線を良好に透過するために、シリカガラスからなるものである。

＜実施例３＞
図３はこの発明の実施例３を示す断面図である。
なお、実施例１、２と同じ構成については、同一の符号を用いて、構造、作用及び効果の説明は省略する。
この実施例３では、仕切壁８の配置が上記実施例１、２と異なる。即ち、図３に示すように仕切壁８は、光取出し窓６と所定の角度θを持つように傾斜している。角度θは９０度未満である。
この傾斜した仕切壁８の表面に紫外線照射膜１２が形成されている。

この場合、図２の実施例と同様に、紫外線反射膜１２は仕切壁８の反対側表面、即ち、ゲッター収容室１０側の表面に形成してもよいことは勿論である。

このように、仕切壁８を光取出し窓６方向に向けて傾斜させることにより、仕切壁８の紫外線照射膜１２によって反射された紫外線は、効率よく光取出し窓６から外部に放射される。

＜実施例４＞
図４はこの発明の実施例４を示す断面図である。
図において、上記実施例１〜３に加えて、放電容器２のゲッター収容室１０とは反対側に位置する端壁２１の内面に紫外線反射膜１３が形成されている。
なお、他の構成については、実施例１〜３と同一の符号を用いて示されている。

こうすることによって、ゲッター収容室１０側での照度アップと同様に、ゲッター収容室１０とは反対側の端部２１近傍での照度アップが図れるという効果を奏するものである。

以下、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説明する。

（実験例１＜ランプ１＞）
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（図１（ｂ）において上下方向）、横（幅）方向の寸法４２ｍｍ（図１（ｂ）において左右方向）、肉厚２.５ｍｍである。シリカガラスからなる仕切壁８の厚みは２ｍｍであり、中央に連通口９として直径２ｍｍの穴が設けられている。ゲッター収容室１０の軸方向の長さ寸法２０ｍｍである。電極軸方向端部（図１（ａ）の右端）と仕切壁との間隔は１２ｍｍである。紫外線反射膜５及び紫外線反射膜１２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及び紫外線反射膜１２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、外側電極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（図１（ｂ）において左右方向）である。放電用ガスとしてキセノンを放電容器内に４０ｋＰａで封入した。ゲッター１１は、バリウムからなり、ゲッター収容室１０の内壁に蒸着させた。

（実験例２＜ランプ２＞）
図３に示す構造のエキシマランプにおいて、仕切壁８と光取出し窓６との角度が、４５度となるランプを製作した。また、紫外線反射膜１２は、実験例１と同じ構成とした。このランプでは、仕切壁８の中央部、即ち、連通口９の中央部と、ゲッター収容室１０の軸方向端部の放電容器壁との距離が２０ｍｍとなるように仕切壁８を配置した。

（実験例３＜ランプ３＞）
図４に示す構造のエキシマランプにおいては、図１に示すエキシマランプにおける、放電容器２のゲッター収容室１０とは反対側に位置する端壁２１の内面にも紫外線反射膜１３を形成し、その他の構造は図１と同じものである。

実験例１〜３のランプ１〜３の紫外線照度を検証するため、比較例として図７に示すランプを製作した。
この比較例のランプでは、図７に示すように、紫外線反射膜５は放電容器２の高圧電極３側の内表面にのみ形成されていて、仕切壁８及びその反対側にある放電容器２の端壁２１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５にランプ軸方向の相対照度分布を示す。図５の０ｍｍ位置が、ランプの軸方向端部（図１のゲッター収容室１０とは反対側端部２１）の位置に相当する。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比較例ランプと各ランプ１〜３の有効発光長を以下の表１に示す。

ランプ１と比較例ランプとの対比で明らかなように、仕切壁に紫外線反射膜を設けることで、仕切壁に紫外線反射膜がない比較例ランプに比べて、ゲッター収容室側のランプ端部の照度がアップしており、同じランプの長さであるにもかかわらず、大きな有効発光長を得られることが確認された。これは仕切壁に形成された紫外線反射膜によって反射した紫外線により、ゲッター収容室付近の照度が増加したことによる。また、仕切壁の紫外線反射機構によって増える紫外線照度はゲッター収容室より数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。
逆に言うと、仕切壁に紫外線反射膜が形成されたエキシマランプは、仕切壁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。
また、ランプ２と比較例ランプとの対比で明らかなように、仕切壁を光取出し窓に対して傾斜させることで、仕切壁によって効果的に光出射窓へ反射される紫外線の量をさらに増やすことができる。
さらに、ランプ３と比較例ランプとの対比で明らかなように、ゲッター収容室と反対側の端壁に紫外線反射膜を設けることで該端壁近傍での照度がアップし、さらに有効発光長を長くできる。

＜実施例５＞
以上におけるこの発明の実施例では、放電容器２が扁平筒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６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は互いに端部で密閉された外側管２aと内側管２ｂとからなり、この間に放電空間７が形成される。放電容器２の一端部には仕切壁８によってゲッター収容室１０が区画形成され、その内部にゲッター１１が収容されている。
そして、外側管２ａの内表面の一部と内側管２ｂの周囲には紫外線反射膜５が形成されると共に、仕切壁８の表面にも紫外線反射膜１２が形成されているものである。

なお、この実施例では紫外線反射膜５は、外側管２ａと内側管２ｂに形成したものが記載されているが、内側管２ｂ上には形成せずに外側管２ａの内表面にのみ形成したものであってもよい。
また、放電容器を構成する外側管、内側管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。

この発明の実施例１の断面図。（ａ）は横断面図。（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図。 この発明の実施例２の部分断面図。 この発明の実施例３の部分断面図。 この発明の実施例４の部分断面図。 この発明の効果を表すグラフ。 この発明の実施例５の断面図。（ａ）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
３、４・・・外部電極
５・・・紫外線反射膜
６・・・光取出し窓
７・・・放電空間
８・・・仕切壁
９・・・連通口
１０・・ゲッター収容室
１１・・ゲッター
１２・・紫外線反射膜
１３・・紫外線反射膜

Claims (3)

1. シリカガラスよりなる放電容器の少なくとも一方の軸方向端部に、仕切壁によって放電空間と隔離されたゲッター収容室が形成されてなるエキシマランプにおいて、
   前記ゲッター収容室以外の前記放電容器の内表面に軸方向に沿って全長に亘ってシリカ粒子を含有する紫外線反射膜が形成されるとともに、前記仕切壁の表面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軸方向に沿った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。
2. 前記仕切壁が、前記光取出し窓に対し９０度未満の角度で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。
3. 前記放電容器のゲッター収容室とは反対側に位置する端壁の内面に紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエキシマランプ。
   

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