JP6036740B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、純水等の冷却媒体により冷却される高圧側電極を有するエキシマランプを備えた光照射装置に関する。

例えば半導体素子や液晶パネル等の製造工程においては、レジストの光アッシング処理や、ガラス基板またはシリコンウエハに対するドライ洗浄処理が行われる。また、ナノインプリント法においては、テンプレートのパターン面に付着したレジストの光アッシング処理が行われる。更に、プリント基板製造工程においては、配線基板材料に対して、デスミア処理や絶縁層の表面の粗面化処理が行われる。
これらの処理においては、エキシマランプを備えた光照射装置が用いられている。そして、例えば配線基板材料のデスミア処理においては、処理時間の短縮化の要請から、出力の大きい光照射装置が求められている。

このような出力の大きい光照射装置においては、エキシマランプを点灯すると、当該エキシマランプの温度が相当に高い温度に上昇することによって発光効率が低下するため、エキシマランプを冷却することが必要である。そして、特許文献１には、エキシマランプの高圧側電極に、例えは純水などの電気伝導率の小さい冷却媒体を直接接触させることによって、当該高圧側電極を冷却する光照射装置が記載されている。

特開平４−３０１３５７号公報

しかしながら、上記の光照射装置においては、以下のような問題がある。
冷却媒体として純水を用いる場合には、エキシマランプの高圧側電極やその他の冷却媒体に接触する金属部品の劣化等によって、冷却媒体中に金属イオン等の不純物が混入すると、冷却媒体の電気伝導率が上昇する。このため、高圧側電極から冷却媒体に高圧電流が漏洩することにより、冷却媒体を冷却する熱交換器に高圧電流が流れる。その結果、熱交換器や熱交換器に接続されたその他の機器等に故障が生じたり、熱交換器を操作する操作者が感電したりする虞がある。
このような問題を解決するため、熱交換器に対して、エキシマランプの高圧側電極から高圧電流が流れたときの安全対策を施すことが考えられる。しかし、熱交換器に安全対策を施す場合には、熱交換器の熱交換部に絶縁構造が必要となるため、熱交換の精度が低下し、また、特別な仕様であるため、熱交換器のコストが増大し、実用上問題がある。

そこで、本発明の目的は、エキシマランプの高圧側電極から当該高圧側電極を冷却する冷却媒体に電流が流れたときに、当該電流を外部に放流することができ、高圧側電極を安全に冷却することができる光照射装置を提供することにある。

本発明の光照射装置は、冷却媒体流通路を流れる冷却媒体により冷却される高圧側電極を有するエキシマランプを備えた光照射装置であって、
前記冷却媒体流通路内の冷却媒体に接触する導電体が設けられており、
前記導電体が漏れ電流放流用回路に電気的に接続されており、
当該漏れ電流放流用回路が、前記エキシマランプの低圧側電極に電気的に接続された配線により構成されていることを特徴とする。

本発明の光照射装置においては、前記冷却媒体流通路の一部が前記導電体によって形成されていることが好ましい。
また、前記漏れ電流放流用回路を流れる電流を検出する電流検出手段を有することが好ましい。

本発明の光照射装置においては、冷却媒体流通路内の冷却媒体に接触する導電体が設けられており、この導電体が漏れ電流放流用回路に接続されている。このため、エキシマランプの高圧側電極から冷却媒体に流れる電流を、冷却媒体に接触する導電体を介して外部に放流することができる。従って、エキシマランプの高圧側電極を安全に冷却することができる。

本発明の光照射装置の一例における構成を示す説明図である。 図１に示す光照射装置におけるエキシマランプの構成を示す説明用断面図である。 導電性管部の内部の構成を示す説明図である。 本発明の光照射装置の他の例における構成を示す説明図である。 冷却媒体供給管の他の例における構成を示す説明図である。 冷却媒体供給管の更に他の例における構成を示す説明図である。 本発明の光照射装置において、複数のエキシマランプが設けられたときの冷却媒体供給管および冷却媒体回収管の構成を示す説明図である。

以下、本発明の光照射装置の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の光照射装置の一例における構成を示す説明図である。この光照射装置は、低圧側電極２０および高圧側電極２５を有するエキシマランプ１０と、エキシマランプ１０を点灯させるランプ点灯機構３０と、エキシマランプ１０の高圧側電極２５を冷却する冷却機構４０とを備えてなる。

図２は、図１に示す光照射装置におけるエキシマランプの構成を示す説明用断面図である。このエキシマランプ１０は、誘電体よりなる二重管構造の放電容器１１を有する。具体的に説明すると、放電容器１１は、円管状の外周壁部１２と、この外周壁部１２内にその管軸に沿って配置された、当該外周壁部１２の内径より小さい外径の円管状の内周壁部１３とを有する。図示の例では、外周壁部１２は、その全長が内周壁部１３の全長より大きいものとされている。また、外周壁部１２は、その一端部（図２において左端部）が内周壁部１３の一端部（図２において左端部）より外方に突出するよう配置されている。
外周壁部１２の一端（図２において左端）には、その開口を気密に塞ぐよう円板状の光取出し窓１５が設けられている。内周壁部１３の一端（図２において左端）には、その開口を気密に塞ぐよう封止壁部１４が形成されている。外周壁部１２および内周壁部１３の各々の他端部は封止壁部１６によって気密に接合されている。
外周壁部１２と内周壁部１３との間には、円筒状の放電空間Ｓが形成されている。放電空間Ｓの厚み（外周壁部１２の内周面と内周壁部１３の外周面との距離）は、例えば３〜２０ｍｍである。
放電容器１１を構成する誘電体材料としては、例えば合成石英ガラスを用いることができる。

放電容器１１の寸法の一例を挙げると、外周壁部１２は、外径が４６ｍｍ、内径が４０ｍｍ（肉厚が３ｍｍ）、全長が１２０ｍｍであり、内周壁部１３は、外径が１６ｍｍ、内径が１４ｍｍ（肉厚が１ｍｍ）、全長が１１０ｍｍである。

放電容器１１における外周壁部１２の外周面には、円筒状の低圧側電極２０が当該外周壁部１２の外周面に密接して配置されている。放電容器１１における内周壁部１３の内周面には、両端が閉塞された円筒状の高圧側電極２５が当該内周壁部１３の内周面に密接して配置されている。高圧側電極２５には、その筒孔内に冷却媒体を流入させるための流入管２６および筒孔内から冷却媒体を流出させるための流出管２７が設けられている。また、高圧側電極２５の外周面には、後述するランプ点灯機構３０における高圧側端子３２に電気的に接続される接続端子２８が、当該高圧側電極２５の外周面から突出するよう設けられている。
低圧側電極２０および高圧側電極２５を構成する材料としては、アルミニウムなどの金属材料を用いることができる。

放電容器１１内における放電空間Ｓには、放電用ガスが封入されている。放電用ガスとしては、キセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガスなどを用いることができる。放電用ガスの封入圧は、放電空間Ｓの厚みによって異なるが、例えば３５〜８０ｋＰａである。

ランプ点灯機構３０は、エキシマランプ１０に高周波電圧を印加することによって当該エキシマランプ１０を点灯させるものである。ランプ点灯機構３０には、低圧側端子３１および高圧側端子３２が設けられている。低圧側端子３１には、エキシマランプ１０の低圧側電極２０が配線２１を介して電気的に接続されている。高圧側端子３２には、エキシマランプ１０の高圧側電極２５が配線２２を介して電気的に接続されている。また、ランプ点灯機構３０は、開閉器３５を介して交流電源３３に電気的に接続されている。開閉器３５には、当該開閉器３５を制御する開閉器制御部３６が電気的に接続されている。この開閉器制御部３６は、後述する電流検出手段５５によって検出される電流が、所定の電流値以上となったときに、開閉器３５の接点を開放するよう制御するものである。

冷却機構４０は、冷却媒体を高圧側電極２５の筒孔内に流通させることによって、当該高圧側電極２５を冷却するものである。この冷却機構４０は、冷却媒体を循環させながら当該冷却媒体の温度を制御する熱交換器４１を有する。熱交換器４１は、冷却媒体を冷却する熱交換部４２と、この熱交換部４２を制御する制御部４３とを有する。また、熱交換器４１には、冷却媒体を供給する供給口４１ａと、冷却媒体を導入する導入口４１ｂとが設けられている。また、冷却機構４０には、熱交換器４１から供給される冷却媒体の導電率を測定する導電率計４４が設けられている。
熱交換器４１における供給口４１ａと高圧側電極２５に設けられた流入管２６とは、冷却媒体供給管４５によって接続されている。この冷却媒体供給管４５内には、熱交換器４１から高圧側電極２５に供給される冷却媒体の流通路が形成されている。熱交換器４１における導入口４１ｂと高圧側電極２５に設けられた流出管２７とは、冷却媒体回収管４６によって接続されている。この冷却媒体回収管４６内には、高圧側電極２５から熱交換器４１に回収される冷却媒体の流通路が形成されている。
また、冷却媒体としては、純水を用いることができる。

冷却媒体供給管４５は絶縁体によって構成されている。冷却媒体回収管４６は、それぞれ絶縁体よりなる２つの絶縁性管部４６ａと、絶縁性管部４６ａの間に配置された、導電体よりなる導電性管部４６ｂとによって構成されている。
冷却媒体供給管４５および冷却媒体回収管４６における絶縁性管部４６ａを構成する絶縁体としては、塩化ビニル樹脂、ウレタン樹脂、フッ素樹脂などの樹脂材料、セラミックス材料などを用いることができる。
冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂを構成する導電体としては、ニッケルメッキが施された鉄、ニッケルメッキが施された銅、ニッケルメッキが施された真鍮などを用いることができる。
冷却媒体供給管４５並びに冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂおよび絶縁性管部４６ａの内径は、例えば６〜１０ｍｍである。
導電性管部４６ｂの寸法の一例を挙げると、内径が６ｍｍ、全長が２０ｍｍであり、内周面の面積（冷却媒体に接する面積）は、３７６．８ｍｍ² である。また、導電性管部４６ｂの寸法の他の例を挙げると、内径が１０ｍｍ、全長が２０ｍｍであり、内周面の面積（冷却媒体に接する面積）は、６２８ｍｍ² である。

冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂの内部は、図３（ａ）に示すように、空洞であってもよいが、図３（ｂ）〜（ｅ）に示すように、導電性管部４６ｂに電気的に接続された導体線Ｄが配置されていてもよい。具体的に説明すると、図３（ｂ）に示すように、導電性管部４６ｂの内部に、導電性管部４６ｂの径方向に伸びる１つの導体線Ｄが配置されていてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、導電性管部４６ｂの内部に、複数の導体線Ｄが網状に配置されていてもよい。また、図３（ｄ）に示すように、導電性管部４６ｂの内部に、複数の導体線Ｄが網状に配置されていてもよい。また、図３（ｅ）に示すように、導電性管部４６ｂの内部に、それぞれ導電性管部４６ｂの径方向に伸びる複数の導体線Ｄが、導電性管部４６ｂの軸方向に互いに離間して、かつ、互いに傾斜した状態で配置されていてもよい。

エキシマランプ１０における高圧側電極２５と冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂとの沿面距離は、低圧側電極２０および高圧側電極２５の間に印加される電圧によっても異なるが、実効電圧値が１ｋＶである場合には、沿面距離が１６ｍｍ以上であり、実効電圧値が４ｋＶである場合には、沿面距離が６３ｍｍ以上である。

冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂは、漏れ電流放流用回路に電気的に接続されている。図１に示す例では、漏れ電流放流用回路は、接地された配線５０によって構成されている。また、図１に示す例では、漏れ電流放流用回路には、当該漏れ電流放流用回路を流れる電流を検出する電流検出手段５５が設けられている。電流検出手段５５は、開閉器制御部３６に電気的に接続されている。

上記の光照射装置においては、ランプ点灯機構３０によって、エキシマランプ１０における低圧側電極２０および高圧側電極２５の間に高周波電圧が印加されると、放電容器１１の放電空間Ｓ内において誘電体バリア放電が生じる。その結果、放電空間Ｓ内にエキシマが生成され、これにより、エキシマ光が光取出し窓１５を介して放射される。
一方、冷却機構４０が作動されると、冷却媒体が熱交換器４１における熱交換部４２から冷却媒体供給管４５を介して高圧側電極２５に供給される。これにより、高圧側電極２５が冷却媒体によって冷却される。その後、冷却媒体は、冷却媒体回収管４６を介して熱交換器４１における熱交換部４２に導入され、当該熱交換部４２において冷却される。

そして、エキシマランプ１０の高圧側電極２５やその他の冷却媒体に接触する金属部品の劣化等によって冷却媒体中に金属イオン等の不純物が混入すると、冷却媒体の電気伝導率が上昇するため、高圧側電極２５から冷却媒体に高圧電流が漏洩する。この高圧電流は、冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂを介して、接地された配線５０よりなる漏れ電流放流用回路に流れることにより、外部に放流される。
また、漏れ電流放流用回路を流れる電流を検出する電流検出手段５５が、所定の電流値以上の電流を検出したときには、開閉器制御部３６によって、ランプ点灯機構３０と交流電源３３との間に設けられた開閉器３５の接点が開放される。これにより、ランプ点灯機構３０と交流電源３３との電気的接続が遮断され、その結果、エキシマランプ１０の点灯が停止する。

以上において、エキシマランプ１０における低圧側電極２０および高圧側電極２５の間に印加される電圧は、例えば１ｋＶ以上である。
また、高圧側電極２５に供給される冷却媒体の流量は、例えばエキシマランプ１台あたり１Ｌ／ｍｉｎである。
また、開閉器３５の接点を開放するための所定の電流値は、例えば１０〜５０ｍＡの範囲から選択して設定することができる。

このように、上記の光照射装置によれば、冷却媒体の電気伝導率が上昇することによって、高圧側電極２５から冷却媒体に高圧電流が漏洩したときにも、当該高圧電流を導電性管部４６ｂを介して外部に放流することができる。従って、エキシマランプ１０の高圧側電極２５を安全に冷却することができる。

また、冷却媒体に過大な電流が漏洩したときには、ランプ点灯機構３０と交流電源３３との間に設けられた開閉器３５の接点が開放されるので、エキシマランプ１０の点灯を停止することができる。

図４は、本発明の光照射装置の他の例における構成を示す説明図である。この光照射装置においては、漏れ電流放流用回路は、ランプ点灯機構３０における低圧側端子３１に電気的に接続された配線５０によって構成されている。その他は、図１に示す光照射装置と同様の構成である。

この光照射装置においては、冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂが、ランプ点灯機構３０における低圧側端子３１に電気的に接続された配線５０よりなる漏れ電流放流用回路に電気的に接続されている。そのため、高圧側電極２５から冷却媒体に高圧電流が漏洩しても、エキシマランプ１０の高圧側電極２５から冷却媒体に流れる電流を低圧側端子３１に放流することができる。従って、エキシマランプ１０の高圧側電極２５を安全に冷却することができる。
また、冷却媒体に過大な電流が漏洩したときには、ランプ点灯機構３０と交流電源３３との間に設けられた開閉器３５の接点が開放されるので、エキシマランプ１０の点灯を停止することができる。

本発明の光照射装置においては、上記の実施の形態に限定されず、例えば以下のような種々の変更を加えることが可能である。
（１）図５に示すように、冷却媒体供給管４５が、それぞれ絶縁体よりなる２つの絶縁性管部４５ａと、絶縁性管部４５ａの間に配置された、導電体よりなる導電性管部４５ｂとによって構成され、当該導電性管部４５ｂが漏れ電流放流用回路（接地またはランプ点灯機構３０における低圧側端子３１に電気的に接続された配線５１）に電気的に接続されていてもよい。
（２）図６に示すように、冷却媒体供給管４５が、それぞれ絶縁体よりなる２つの絶縁性管部４５ａと、絶縁性管部４５ａの間に配置された、導電体よりなる導電性管部４５ｂとによって構成され、導電性管部４５ｂが冷却媒体回収管４６における導電性管部４６ｂに電気的に接続されていてもよい。

（３）本発明の光照射装置においては、複数のエキシマランプ１０が設けられていてもよい。
図７は、本発明の光照射装置において、複数のエキシマランプが設けられたときの冷却媒体供給管および冷却媒体回収管の構成を示す説明図である。この光照射装置においては、複数のエキシマランプ１０を備えたランプユニット１０ａが複数設けられている。各ランプユニット１０ａにおいては、エキシマランプ１０の各々が、冷却媒体供給管４５および冷却媒体回収管４６によって互いに直列に接続されている。また、ランプユニット１０ａの各々は、冷却媒体供給管４５および冷却媒体回収管４６によって、熱交換器４１に対して並列に接続されている。
そして、ランプユニット１０ａの各々において、冷却媒体供給管４５および冷却媒体回収管４６には、導電性管部４５ｂ，４６ｂが設けられている。導電性管部４５ｂ，４６ｂの各々は、接地された配線５０，５１よりなる漏れ電流放流用回路に電気的に接続されている。また、漏れ電流放流用回路の各々には、当該漏れ電流放流用回路を流れる電流を検出する電流検出手段５５が設けられている。電流検出手段５５は、開閉器制御部（図示省略）に電気的に接続されている。
（４）複数のエキシマランプ１０を有する光照射装置を構成する場合には、冷却媒体供給管および冷却媒体回収管の構成は、図７に示すものに限定されない。例えば全てのエキシマランプ１０が、冷却媒体供給管４５および冷却媒体回収管４６によって互いに直列に接続されていてもよく、冷却媒体供給管４５および冷却媒体回収管４６によって熱交換器４１に対して並列に接続されていてもよい。

１０ エキシマランプ
１０ａ ランプユニット
１１ 放電容器
１２ 外周壁部
１３ 内周壁部
１４ 封止壁部
１５ 光取り出し窓
１６ 封止壁部
２０ 低圧側電極
２１，２２ 配線
２５ 高圧側電極
２６ 流入管
２７ 流出管
２８ 接続端子
３０ ランプ点灯機構
３１ 低圧側端子
３２ 高圧側端子
３３ 交流電源
３５ 開閉器
３６ 開閉器制御部
４０ 冷却機構
４１ 熱交換器
４１ａ 供給口
４１ｂ 導入口
４２ 熱交換部
４３ 制御部
４４ 導電率計
４５ 冷却媒体供給管
４５ａ 絶縁性管部
４５ｂ 導電性管部
４６ 冷却媒体回収管
４６ａ 絶縁性管部
４６ｂ 導電性管部
５０，５１ 配線
５５ 電流検出手段
Ｓ 放電空間

Claims (3)

1. 冷却媒体流通路を流れる冷却媒体により冷却される高圧側電極を有するエキシマランプを備えた光照射装置であって、
   前記冷却媒体流通路内の冷却媒体に接触する導電体が設けられており、
   前記導電体が漏れ電流放流用回路に電気的に接続されており、
   当該漏れ電流放流用回路が、前記エキシマランプの低圧側電極に電気的に接続された配線により構成されていることを特徴とする光照射装置。
2. 前記冷却媒体流通路の一部が前記導電体によって形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光照射装置。
3. 前記漏れ電流放流用回路を流れる電流を検出する電流検出手段を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光照射装置。

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