JP6972659B2 - ランプユニット - Google Patents

Description

本発明は、二重管状のエキシマランプを備えたランプユニットに関する。

現在、例えば半導体素子や液晶基板の製造工程において、例えばデスミア処理などを行う方法として、紫外線を用いた方法が知られている。特に、エキシマランプから放射される真空紫外線により生成されるオゾン等の活性酸素を利用した方法は、効率よく短時間で所定の処理を行うことができることから、好適に利用されている。
近年では、例えばプロセスの処理時間短縮などの観点から、光照射装置に対して高照度化の要請があり、光源として用いられるエキシマランプにおいて、高い照度の光を放出することが求められている。

エキシマランプを高照度化するためには、例えば大きな電力をエキシマランプに投入する必要がある。しかしながら、エキシマランプに投入する電力が大きくなると、エキシマランプの温度が上昇し、内部の放電用ガスの温度も上昇する。この場合、高温となった放電用ガスがエキシマの生成を阻害するため、ある電力値を境界に照度はむしろ低下する。
このような理由から、エキシマランプの温度上昇を抑制するため、エキシマランプを冷却する構造を有するランプユニットが知られている。例えば特許文献１には、複数のエキシマランプが、冷却水流通路が形成されたアルミニウム製の冷却ブロックによって保持された構造とされ、冷却水を冷却水流通路内に流通させることにより冷却ブロックを介してエキシマランプを冷却することが記載されている。また、例えば特許文献２には、外側管および内側管を有する二重管構造の放電容器における内側管内に冷却水を流通させることによりエキシマランプを冷却することが記載されている。

特開２００４−２６５７７０号公報 特開２００２−０９３３７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のエキシマランプの冷却方法では、エキシマランプを冷却ブロックを介して間接的に冷却するため、エキシマランプを効率的に冷却することが困難である。一方、特許文献２に記載のエキシマランプの冷却方法においては、エキシマランプを直接的に冷却することができるため、エキシマランプの冷却効率を向上させることができる。しかしながら、上述したように、大きな電力がエキシマランプに投入される場合には、エキシマランプを十分に冷却することが困難であった。
また、照射エリアの大面積化を図るために、例えば多数のエキシマランプが水平に並べられた構造とされる場合には、冷却機構の構造自体が煩雑化するという問題がある。

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、エキシマランプを効率よく冷却することができてエキシマランプに高い照度を得ることのできるランプユニットを提供することを目的とする。

本発明のランプユニットは、一面に断面半円形のランプ収容凹所が形成されたブロック状の金属ビームと、当該金属ビームにおけるランプ収容凹所の内面に押圧された状態に保持された、互いに同軸上に配置された外側管および内側管を有する二重管構造の放電容器を備えたエキシマランプとを備えており、
前記エキシマランプの内側管の内部空間によって絶縁性の液体冷媒が流通される冷媒流路が形成されていると共に、前記金属ビームに冷媒流通路が設けられており、液体冷媒を前記エキシマランプの内側管内に流通させると共に前記金属ビームにおける冷媒流通路に流通させる冷却機構を有し、
前記金属ビームにおける冷媒流通路が前記エキシマランプの内側管の内部空間と連通しており、前記冷媒流路及び前記冷媒流通路の一方が冷媒供給部に接続されると共に他方が冷媒排出部に接続されることを特徴とする。

本発明のランプユニットにおいては、前記エキシマランプにおける放電容器は、内側管の両端が外側管の両端より軸方向外方に突出する状態で配置され、当該外側管の両端が当該内側管の外周面に気密に封着されて構成されており、
前記金属ビームには、互いに平行に延びる二つのランプ収容凹所が形成されており、各ランプ収容凹所内に保持されたエキシマランプの内側管の各一端は、１つの共通口と２つの分岐口を有する一端側マニホールドの２つの分岐口に接続されていると共に、当該エキシマランプの内側管の各他端は、１つの共通口と２つの分岐口を有する他端側マニホールドの２つの分岐口に接続されており、
前記一端側マニホールドの共通口および前記他端側マニホールドの共通口の一方および他方には、それぞれ冷媒供給部および冷媒排出部の一方および他方が接続されており、かつ、冷媒供給部および冷媒排出部の一方とこれと接続されている一端側マニホールドの共通口または他端側マニホールドの共通口との間に、前記金属ビームに設けられた、前記冷媒流通路を形成する冷媒流通管が接続された構成とされていることが好ましい。

このような構成のランプユニットにおいては、前記一端側マニホールドの共通口に冷媒供給部が接続されており、前記他端側マニホールドの共通口に前記金属ビームにおける冷媒流通管の一端が接続されると共に、当該冷媒流通管の他端に冷媒排出部が接続された構成とされていることが好ましい。

請求項１に記載のランプユニットによれば、液体冷媒を内側管内に流通させることによる直接的冷却作用および金属ビームを介した間接的冷却作用が得られるので、エキシマランプに大きな電力が投入された場合であっても、エキシマランプを効率よく冷却することができてエキシマランプの出力低下を回避することができる。

請求項２に記載のランプユニットによれば、エキシマランプにおける内側管内と冷媒流通路とが連通された構成とされていることにより、エキシマランプの温度分布を均斉化することができるとともに、冷却機構における配管構造を簡略化することができる。

請求項３に記載のランプユニットによれば、液体冷媒が一端側マニホールドまたは他端側マニホールドによって分配されることによって個々のエキシマランプを実質的に均等な条件で冷却することができる。しかも、エキシマランプにおける内側管と、一端側マニホールドまたは他端側マニホールドとの配管接続部がエキシマランプより離れた位置に形成されると共に、金属ビームにおける冷媒流通路に直接的に液体冷媒が導入されないため、エキシマランプ近傍位置での冷媒漏れを回避することができる。また、冷媒供給部からの液体冷媒が一端側マニホールドによって各エキシマランプの内側管内に分配されると共に、内側管内を流通した液体冷媒が他端側マニホールドによって合流されて冷媒流通管に導入されるため、冷却機構における配管構造が煩雑化することを回避することができる。
請求項４に記載のランプユニットによれば、上記効果を一層確実に得ることができる。

本発明のランプユニットの一例における構成を概略的に示す側面図である。 図１に示すランプユニットの、長さ方向に垂直な断面を概略的に示す断面図である。 ランプユニットの一端部の構造を概略的に示す斜視図である。 ランプユニットの他端部の構造を概略的に示す斜視図である。 ランプユニットを構成するエキシマランプの一例における構成を概略的に示す断面図である。 複数のランプユニットによって構成された水平面状発光部の一例における構成を概略的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明のランプユニットの一例における構成を概略的に示す側面図である。図２は、図１に示すランプユニットの、長さ方向に垂直な断面を概略的に示す断面図である。図３は、ランプユニットの一端部の構造を概略的に示す斜視図である。図４は、ランプユニットの他端部の構造を概略的に示す斜視図である。
このランプユニット２０は、二重管状のエキシマランプ２１と、エキシマランプ２１を保持する金属ビーム３０とを備えている。
この例におけるランプユニット２０は、２本のエキシマランプ２１，２１が、ランプ中心軸が水平面に沿った同一平面内に位置されて互いに幅方向に並んだ状態で、金属ビーム３０によって保持されて構成されている。

エキシマランプ２１は、図５にも示すように、互いに同軸上に配置された外側管２６および内側管２７を有する二重管構造の放電容器２５を備えている。内側管２７は、両端部が外側管２６の両端より軸方向外方に突出する状態で、外側管２６の内部に配置されている。外側管２６の両端部は、内側管２７の外周面に気密に封着されており、これにより、外側管２６の内周面と内側管２７の外周面との間に円筒状の放電空間Ｓ１が形成されている。放電空間Ｓ１内には、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成する、例えばキセノンガスなどの放電用ガスが封入されている。放電用ガスとしてキセノンガスが用いられる場合において、キセノンガスの封入圧は、例えば０．０５〜０．１ＭＰａである。
外側管２６および内側管２７を構成する材料としては、例えば石英ガラス等の誘電体材料を用いることができる。

内側管２７の内部には、内側電極２２が内側管２７の内周面に密接して配置されている。この例における内側電極２２は、例えば、導電性素線が螺旋状に巻回されてなるコイル状のものにより構成されているが、例えば円筒状など任意の形状のものであってよい。

金属ビーム３０は、全体が略直方体のブロック状のものであって、各エキシマランプ２１の中心軸が位置される水平面と直角な垂直面となる両側面を有する。
金属ビーム３０の一面（図２における下面）には、ランプ装着部が形成されている。ランプ装着部は、エキシマランプ２１の外側管の外径に適合する径を有する断面半円形のランプ収容凹所（溝）３１により構成されている。この例においては、２つのランプ収容凹所３１が、互いに幅方向に並んだ位置において、互いに平行に長さ方向に延びるよう形成されており、これにより、ランプ装着部が形成されている。
金属ビーム３０は、後述するようにエキシマランプ２１を冷却する冷却機構として機能するものでもあるため、機械的強度が高く、熱伝導性の高い金属により構成される。金属ビーム３０を構成する材料としては、例えばアルミニウム、銅、ステンレス鋼などを用いることができる。

この例におけるランプユニット２０においては、エキシマランプ２１は、外側管２６の外表面が金属ビーム３０のランプ収容凹所３１の内面に押圧された状態に保持されている。さらに、エキシマランプ２１の両端部が金属ビーム３０に設けられた例えばステンレス鋼よりなるランプホルダー３５によって支持されている。エキシマランプ２１の両端部がランプホルダー３５によって支持されていることにより、紫外線ひずみによってエキシマランプ２１が反ることを防止することができる。

エキシマランプ２１の外側管２６の外表面と、金属ビーム３０におけるランプ収容凹所３１の内面との間には、着脱可能（交換可能）に取付けられた金属板２３が介挿されている。金属板２３は、外側電極として機能する。金属板２３が介挿されていることにより、金属ビーム３０の内面が保護されるので、金属ビーム３０の再利用が可能となりランプユニット２０に長い使用寿命が得られる。また、エキシマランプ２１における外側管２６の外表面と、金属ビーム３０におけるランプ収容凹所３１の内面との間に不可避的に形成されるギャップにおいてコロナ放電が生ずることを回避することができる。
金属板２３を構成する材料としては、例えばステンレス鋼を用いることができる。また金属板２３の厚みは、例えば０．１〜０．５ｍｍであることが好ましい。

このランプユニット２０においては、エキシマランプ２１の中心軸間距離をｄとしたとき、一方のエキシマランプの中心軸から当該一方のエキシマランプが位置される側の金属ビーム３０の側面までの距離ａがｄ／２以下とされていることが好ましい。このような構成とされていることにより、図６に示すように、複数のランプユニット２０をランプ間距離ｄが一定の大きさとなる状態で並設できる。このため、任意の大きさの水平面状発光部を容易に構成することができ、照射エリアの大面積化を図ることも容易となる。

上記のランプユニット２０においては、エキシマランプ２１の内側管２７の内部空間によって絶縁性の液体冷媒Ｗが流通される冷媒流路Ｒ１が形成されていると共に、金属ビーム３０に冷媒流通路Ｒ２が設けられている。そして、液体冷媒Ｗをエキシマランプ２１の内側管２７内に流通させると共に金属ビーム３０における冷媒流通路Ｒ２に流通させることにより、各エキシマランプ２１を冷却する冷却機構を有する。
絶縁性の液体冷媒Ｗとしては、例えば、純水、フロリナート（登録商標)などのフッ素系不活性液体などを用いることができる。
金属ビーム３０における冷媒流通路Ｒ２は、エキシマランプ２１の内側管２７の内部空間による冷媒流路Ｒ１と連通していることが好ましい。冷媒流路Ｒ１と冷媒流通路Ｒ２とが互いに連通していることにより、エキシマランプ２１の温度分布を均斉化することができるとともに、冷却機構における配管構造を簡略化することができる。

冷却機構の構成について具体的に説明すると、図３に示すように、２本のエキシマランプ２１の内側管２７の各一端には、継手４１が取付けられており、各継手４１には例えば絶縁体により構成された冷媒流通管４２が接続されている。各エキシマランプ２１に係る冷媒流通管４２は、それぞれ、１つの共通口と２つの分岐口を有する一端側マニホールド４０における２つの分岐口に接続されている。
図４に示すように、２本のエキシマランプ２１の内側管２７の各他端には、継手４６が取付けられており、各継手４６には例えば絶縁体により構成された冷媒流通管４７が接続されている。各エキシマランプ２１に係る冷媒流通管４７は、それぞれ、１つの共通口と２つの分岐口を有する他端側マニホールド４５における２つの分岐口に接続されている。

一方、金属ビーム３０における冷媒流通路Ｒ２は、金属ビーム３０の上面に形成された溝に設けられた、例えば金属よりなる冷媒流通管３２により構成されている。この冷媒流通管３２は、全体が例えばＵ字状であって、各々金属ビーム３０の長さ方向に互いに平行に延びる２つの直線状流路部分と、金属ビーム３０の一端側部分において各直線状流路部分を連結する弧状に湾曲した流路部分とを有する。この冷媒流通管３２の一端は、他端側マニホールド４５における共通口に接続されており、これにより、冷媒流路Ｒ１と冷媒流通路Ｒ２とが互いに連通する状態とされている。

そして、一端側マニホールド４０における共通口に接続された冷媒流通管４３および金属ビーム３０に設けられた冷媒流通管３２の他端の一方が冷媒供給部（不図示）に接続されると共に他方が冷媒排出部（不図示）に接続される。このような冷却機構においては、一端側マニホールド４０における共通口に接続された冷媒流通管４３が冷媒供給部に接続された構成とされていることが好ましい。このような構成とされていることにより、エキシマランプ２１を一層効率よく冷却することができる。

このランプユニット２０においては、冷媒供給部から冷媒流通管４３を介して一端側マニホールド４０に供給された液体冷媒Ｗは、冷媒流通管４２，４２を介して各エキシマランプ２１における冷媒流路Ｒ１に供給される。液体冷媒Ｗが冷媒流路Ｒ１を流通されることによりエキシマランプ２１が冷却される。各エキシマランプ２１における冷媒流路Ｒ１から排出された液体冷媒Ｗは、冷媒流通管４７，４７を介して他端側マニホールド４５に導入される。その後、金属ビーム３０における冷媒流通路Ｒ２に供給される。そして、液体冷媒Ｗが冷媒流通路Ｒ２を構成する冷媒流通管３２内に流通されることにより金属ビーム３０が冷却され、金属ビーム３０を介して各エキシマランプ２１が冷却される。

次いで、ランプユニット２０における各エキシマランプ２１に対する給電構造について説明する。このランプユニット２０においては、図３に示すように、２本のエキシマランプ２１の内側電極２２に接続された各リード２８が内側管２７の一端に取付けられた継手４１から例えば液密に外部に導出されている。各リード２８は、給電線２９ａを介して、２本のエキシマランプ２１に共通のランプ点灯電源ユニット（図示せず）における高圧側端子に接続されている。一方、エキシマランプ２１と金属ビーム３０との間に介挿された各金属板２３には、引き出し電極２４が電気的に接続されている。この引き出し電極２４は、給電線（図示せず）を介して、ランプ点灯電源ユニット（図示せず）における低圧側端子に電気的に接続されている。

上記のランプユニット２０の一構成例を示すと、ランプユニット２０の長さ方向の最大寸法が９５０ｍｍ、幅方向の最大寸法（金属ビーム３０の幅寸法）が５９ｍｍ、重量が５ｋｇ程度である。エキシマランプ２１は、全長が８００ｍｍ（有効発光長が６００ｍｍ）、定格電力が６００Ｗであるものである。

而して、上記構成のランプニット２０によれば、エキシマランプ２１の内側管２７の内部空間によって形成された冷媒流路Ｒ１に液体冷媒Ｗを流通させることによりエキシマランプ２１を直接的に冷却することができると共に、金属ビーム３０に設けられた冷媒流通管３２に液体冷媒Ｗを流通させることにより金属ビーム３０を冷却し、当該金属ビーム３０を介してエキシマランプ２１を間接的に冷却することができる。従って、エキシマランプ２１に大きな電力が投入された場合であっても、エキシマランプ２１を効率よく冷却することができるため、エキシマランプ２１の出力低下を回避することができてエキシマランプ２１に高い照度を得ることができる。
また、エキシマランプ２１における内側管２７の内部空間によって形成された冷媒流路Ｒ１と冷媒流通管３２によって形成された冷媒流通路Ｒ２とが連通されていることにより、エキシマランプ２１の温度分布を均斉化することができるとともに、冷却機構における配管構造を簡略化することができる。

さらにまた、上記構成のランプニット２０においては、液体冷媒Ｗが一端側マニホールド４０によって分配されて各々のエキシマランプ２１に供給されることによって、個々のエキシマランプ２１を実質的に均等な条件で冷却することができる。しかも、エキシマランプ２１における放電容器２５は、内側管２７の両端が外側管２６の両端より軸方向外方に突出する状態で配置され、当該外側管２６の両端が当該内側管２７の外周面に気密に封着されて構成されている。このため、エキシマランプ２１における内側管２７と、一端側マニホールド４０および他端側マニホールド４５との配管接続部をエキシマランプ２１より離れた位置に形成することができる。また、冷媒流通管３２が金属ビーム３０に設けられて冷媒流通路Ｒ２が構成されているため、冷媒流通路Ｒ２と他端側マニホールド４５との配管接続部をエキシマランプ２１より離れた位置に形成することができる。従って、液体冷媒Ｗがエキシマランプ２１近傍位置において漏れることを回避することができる。
また、冷媒供給部からの液体冷媒Ｗが一端側マニホールド４０によって各エキシマランプ２１の内側管２７内に分配されると共に、内側管２７内を流通した液体冷媒Ｗが他端側マニホールド４５によって合流されて冷媒流通管３２に導入されるため、冷却機構における配管構造が煩雑化することを回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、ランプユニットにおいてエキシマランプを冷却するための液体冷媒は、エキシマランプの冷媒流路および金属ビームにおける冷媒流通路の各々に独立して供給される構成とされていてもよい。
また、ランプユニットを構成するエキシマランプの数は１本であってもよい。
さらにまた、エキシマランプは、内側管の内部空間に液体冷媒が流通される構成とされていれば、上記構成のものに限定されない。

２０ ランプユニット
２１ エキシマランプ
２２ 内側電極
２３ 金属板
２４ 引き出し電極
２５ 放電容器
２６ 外側管
２７ 内側管
２８ リード
２９ａ 給電線
３０ 金属ビーム
３１ ランプ収容凹所（溝）
３２ 冷媒流通管
３５ ランプホルダー
４０ 一端側マニホールド
４１ 継手
４２ 冷媒流通管
４３ 冷媒流通管
４５ 他端側マニホールド
４６ 継手
４７ 冷媒流通管
Ｒ１ 冷媒流路
Ｒ２ 冷媒流通路
Ｓ１ 放電空間
Ｗ 液体冷媒

Claims (3)

1. 一面に断面半円形のランプ収容凹所が形成されたブロック状の金属ビームと、当該金属ビームにおけるランプ収容凹所の内面に押圧された状態に保持された、互いに同軸上に配置された外側管および内側管を有する二重管構造の放電容器を備えたエキシマランプとを備えており、
   前記エキシマランプの内側管の内部空間によって絶縁性の液体冷媒が流通される冷媒流路が形成されていると共に、前記金属ビームに冷媒流通路が設けられており、液体冷媒を前記エキシマランプの内側管内に流通させると共に前記金属ビームにおける冷媒流通路に流通させる冷却機構を有し、
   前記金属ビームにおける冷媒流通路が前記エキシマランプの内側管の内部空間と連通しており、前記冷媒流路及び前記冷媒流通路の一方が冷媒供給部に接続されると共に他方が冷媒排出部に接続されることを特徴とするランプユニット。
2. 前記エキシマランプにおける放電容器は、内側管の両端が外側管の両端より軸方向外方に突出する状態で配置され、当該外側管の両端が当該内側管の外周面に気密に封着されて構成されており、
   前記金属ビームには、互いに平行に延びる二つのランプ収容凹所が形成されており、各ランプ収容凹所内に保持されたエキシマランプの内側管の各一端は、１つの共通口と２つの分岐口を有する一端側マニホールドの２つの分岐口に接続されていると共に、当該エキシマランプの内側管の各他端は、１つの共通口と２つの分岐口を有する他端側マニホールドの２つの分岐口に接続されており、
   前記一端側マニホールドの共通口および前記他端側マニホールドの共通口の一方および他方には、それぞれ冷媒供給部および冷媒排出部の一方および他方が接続されており、かつ、冷媒供給部および冷媒排出部の一方とこれと接続されている一端側マニホールドの共通口または他端側マニホールドの共通口との間に、前記金属ビームに設けられた、前記冷媒流通路を形成する冷媒流通管が接続されていることを特徴とする請求項１に記載のランプユニット。
3. 前記一端側マニホールドの共通口に冷媒供給部が接続されており、前記他端側マニホールドの共通口に前記金属ビームにおける冷媒流通管の一端が接続されると共に、当該冷媒流通管の他端に冷媒排出部が接続されることを特徴とする請求項２に記載のランプユニット。

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