JPH02204902A

JPH02204902A - 光源装置

Info

Publication number: JPH02204902A
Application number: JP2385089A
Authority: JP
Inventors: Tetsuo Ono; 哲郎小野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1989-02-03
Filing date: 1989-02-03
Publication date: 1990-08-14

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は光源装置に係り、特に広い平面を強い照度と照
射するのに適したマイクロ源で点灯する光源装置に係る
。

〔従来の技術〕

マイクロ波の空胴中で無電極ランプを点灯する装置は特
公昭５５−３５８２５に記載されている。この装置はマ
イクロ波の発振源と円筒状の空Ｊｌｌｉと直管形のラン
プから成る。マイクロ波のｔｔｔｍ界がランプ中にプラ
ズマを誘起して、ランプが発光する。

この装置の利点は、ランプに電極が無いので（１）製作
が容易、（２）ランプ封入物の自由度が大きい。

（３）大電力化が容易、などである。

また、この従来例には空胴内面を曲面の光反射板とし、
曲面の形を変えることにより、空胴から出射されるラン
プ光の方向などを制御する方法が述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、ランプで広い平面を照射する場合、
光反射板を利用する。すると面内の照度の均一性は良く
なる。しかし、照度の大きさは、ランプと被照射面の距
離が長くなるために、あまり大きくすることができない
。

一方、現在は半導体製造プロセスなどで、光源を利用す
ることが多くなっている。このような特殊利用では、し
ばしば、光照度の面内の均一性よりも、照度の大きさが
重要になる。

本発明の目的は、広い平面を強い照度で照射できる光源
装置を得ることである。

（ａｍを解決するための手段〕上記目的は、マイクロ波空胴の形状を、一部分が厚く、
他はごく薄い平板形にしてＨい部分に金属棒を設け、か
つ、その空胴の中に広い面積を被う形のランプを入れて
マイクロ波で点灯することで達成できる。

ランプのガラス材の肉厚を０．５ｍｍ以下にすればさら
に効率を上げることができる。

〔作用〕

空ＪＭを平板形にして、かつ、ランプも平面状にするこ
とで広い面積が照射できる。空胴の厚さを薄くすると中
の電界強度が強くなり、その結果ランプに電力が焦申し
易くなり、ランプの明るさが増す。空ｊ１−の厚さはラ
ンプの厚さ（管径）より少し厚い程度まで薄くする。

マイクロ波電源と負荷すなわち空胴とランプの整合をと
るためには、金属棒を負荷側に何本か設け、この金属棒
の長さを調整して整合を行なうのが簡単である。この金
属棒を＠源と空胴をつなぐ導波管部に設けると、装置が
大形化し、かつ、導波管内の電界が強くなり、ランプに
うまく電力が入らないこともある。これを防ぐためには
、金属棒を空ＩＭに設ければよい、しかし、Ｈ述のよう
に空胴が薄いと、金属棒の長さが十分とれないので整合
がとれない。そこで空欄の一部分のみを厚くして、ここ
に金属棒を設けることで、整合がとれ、かつ、ランプも
明るくできる。

ランプを平面状にすると、使用するガラス材の量が多く
なる。一般にガラスの誘電体損失は小さいので、ランプ
が小さいときは問題にならないがランプが大きくなると
無視できなくなる。そこでガラスの肉厚を薄くして損失
を少なくするのがよい。実験から、ガラスの厚さは０．
５ｍ以下がよいことがわかった。

〔実施例〕

以下、図を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の全体構成図、第２図は第１図のＡ−Ａ
縦断面図、第３図は第１図のＢ−Ｂ横断面図である。

マイクロ波電源１にはマグネトロンを使う。空ｊ胴２と
マイクロ波電源１は導波管３．電力供給口４を介して接
続される。Ｒ波管３はマグネトロンの発振周波数２．４
５ＧＨｚ　帯でよく使われるもので、断面５５＋ｍＸ１
０９ｍである。空胴２は図示のように中央部が厚く、一
般に導波管２のノ４さ（この場合は５５ａｍ）に合わせ
るのが良い、厚い部分の幅は３０〜１１０１程度である
。空１ｒｌｌ　２のその他の部分は薄く、２５ｍｍ以下
にする。空胴２の中にはランプ６が人っている。空ＩＩ
Ｉ　２の一部は金網５になっていて、ランプ６からの光
が取り出される。

ランプ６は第３図のようにくし形で内部が連続しており
、かつ、広い面積を被う。ランプ６は石英製で、中には
Ｈｇ　＋　ｃｄ　＊　Ｚ　ｎ、のような金属と希ガスが
入っている。ランプ６の一部は枝管９になっていて、温
度制御部８でランプ内封入金属の蒸気圧を最適値に保つ
ために温度制御される。

枝管９はランプ６を空胴２の側壁１０に固定する役も兼
ねている。側壁１０は取りはずしできて。

ランプ６の交換ができる。空胴６の中央部には、インピ
ーダンス整合用の金属棒７が立っている。

金属棒７は、ねじ式で上下し、挿入長が変えられる。金
属棒７の位置や本数は試行錯誤的に決める必要がある。

空１１Ｍの大きさを２２　ａｍ　Ｘ　２２　ａｎ　、厚
い部分５．５１薄い部分２．５ａ＊、Ｊ−’Ｊい部分の
幅３．５０１１　、薄い部分の幅５ｃｓ、その間は第１
図のように傾斜をつけてつないだ形にした実験では、金
属棒を、中心およびその前後３．７１の位置に合計３本
つけることでうまく整合をとることができた。

以上の構成で装置が小形になり、かつ、空胴内の電界が
ランプに集中し易くなるので効率が改善される。

次にランプ６について詳しく述べる。ランプ６の形は、
くし形に限らないが、このように内部が１つに連続した
形は、独立した直管を複数本並べるのと比較して、始動
が容易、温度調整部が１か所で済むという利点がある。

また、この装置では、ランプの表面積が増えた方が、マ
イクロ波がランプに入り易く、整合もとれ易くなる。そ
こでくし形のランプ６を２本１重ねても良い。

また、空胴２内の電界強度の分布により空胴２内の位置
によりランプ６の最適温度が異なるときがある。この場
合はくし形を２〜３コに分割して独立に温度制御すれば
良い。

また、第４図、第５図は変形したランプ６の一部を示す
。ここで、上記各回の（ａ）は側面図（ｂ）は横断面図
である。このようにランプ表面積を増すためにランプ６
に凸部１１や凹部１２を設けても効率は良くなる。

一方、ランプ６の表面積が増えると、石英の址が増え石
英のｖＩ電体損失が問題となる。これを改善するために
は、ランプ６の肉厚を薄くすれば良い。ランプの全表面
［１７０ｄ（外径０．７ｃｍ。

長さ１１Ｇ、全７本で４インチの半導体ウェハをカバー
できる。）で、中にＨｇとＮ　ｅ　２　Ｔｏｒｒを封入
し、水銀輝線２５４ｎｍの放射照度（距離２０１＃れた
而）を比較した結果、肉厚０．９ｍｉを０．５＋ｎｍ　
にすることで１５％改善された６強度から考えて石英管
の肉厚は０．２〜０．５ｍが適当である。これは、ラン
プの表面積が小さいときには問題とならない。

また、ランプに封入する希ガスは電子温度を高くするた
めにＮｅ、あるいはＨｅを封入すると効率が良くなるが
、ランプが始動しにくくなるという問題が生じる。この
場合にはＡｒ、Ｋｒなどをコンマ数％から１０％くらい
混合すればよい。また、ランプの温度を制御する代わり
に、ランプ内に水銀と他の金属の合金を封入して、ラン
プ内の水銀蒸気圧を制御しても良い。また、ランプの温
度制御は、紫外線の強度をモニターして、その値が下が
ったときに、上がる方向に温度を制御すると、最大値が
容易に保てる。

次に空胴２と金＠５について述へる。空胴２は銅、アル
ミニウムなどの電気伝導度が良い金属でつくる。特に空
ｊ１パ２の内面はマイクロ波電力の損失を少なくするた
めに鏡面仕上げとするのが良い。

また、空胴２は高温になり、ランプ６から紫外線が多く
でるので空ＪＩＭ　２の内面は酸化され易い。これを防
ぐためには、空胴２の内面を数μｍ程度のＳｉＯ２膜で
被覆する。

第６図は、空胴２に金網５を取付けた面を表す。

金網５はマイクロ波の漏れが少しあるので、その面積は
必要最小限にするのが良い。この装置は主に半導体ウェ
ハを照射することを目的としているので金網５面は図の
ようにウェハより一回り大きい円形にするのが良い、ま
た金網５は第７図に示すように線状ではなくて、リボン
材を格子状に接続した方が、効率は低くなるが丈夫にな
る。また金１Ｎ２Ｉ５の線と線の接触部は単に重なって
いるのではなく、溶接などで電気的に確実に接続したも
のを使う方が、強度やマイクロ波のしゃへいの点から好
ましい。また金＃１５は、薄い金属板にエツチングで細
い穴をあけたものにすると電気的な接触は確実になる。

ここで、金網５は、第８図のように波うってしまうと、
空胴２内の電界分布が不安定になるので極力平面状に保
つ必要がある。具体的には第８図の山と谷の差ｄが５ｍ
以内となるように収めるのが望ましい。金網５の面積は
大きいので、ランプ点灯時に熱で膨張して波打ってしま
う、これを防ぐために、金網５の材料として熱膨張係数
の小さいタングステンやモリブデンなどの金属を用いた
り、温度を上げた状態で網を張り、金網を張る力を強く
する。また、金！！ｓ５を、石英基板の上に網目状に導
体をプリントしたものとして構成すれば波うちはなくな
る。

次にランプ６の冷却について述べる。この装ｂ’ｔで半
導体ウェハを照射するときは、ふつう照度を大きくする
ため、ランプ６とウェハｊ用の距離は極力短かくとられ
、２■以下になる。そして用途によっては、ウェハの温
度上昇が許されないことがある。一方、ランプ６の温度
はマイクロ波車力が大きくなると５００℃を越えること
もあり、その放射熱によるウェハの温度上昇が問題とな
る。これを防ぐには、ランプ６とウェハの間に赤外線を
カットする水などのフィルターをいれるか、あるいはラ
ンプ６を冷却する。ランプ６を冷却する場合は、ランプ
封入金属の最適蒸気圧に対応する温らば４０−７０℃、
Ｃｄで輝線２２９ｎｍを使う場合ならば２５０〜３００
℃以下に冷却するとランプの効率が落ちてしまう。つま
り、冷却温度はこの温度よりも少し高目にする必要があ
る。水銀が封入されたランプでは、ランプを空胴２の壁
に接触させて、さらに空Ｊｌ）１２に水冷パイプをつけ
て冷却すると良い、このとき第９図に示すように。

空胴２にランプ６の径に合わせた溝１３をつけて、両者
の接触面積を大きくすると効率良く冷える。

また、空胴内にセラミック等の光反射板を入れる場合は
、ランプと反射板と空胴を接触させ、空胴を水冷する。

ランプの冷却はできなくなるが、反射板がテフロンなど
あまり高温では使用できない物質のときは、反射板を空
胴に密着させ、空胴を冷却し、ランプは反射板に接触し
ないようにする。

また、ランプは空冷しても良い。

【発明の効果〕

本発明によれば、平面状ランプを効率良く点灯できるの
で、広い面積を強い紫外線で照射できる装置が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の光源装置の全体構成を示す
斜視図、第２図は第１図のＡ−Ａ線縦断面図、第３図は
第１図のＢ−Ｂ線横断面図、第４図と第５図は変形した
ランプの側断面図と横断面図、第６図は第１図の空ＩＭ
の下面図、第７図はリボン状導体を用いた金網の斜視図
、第８図は金網のたわみを示す側断面図、第９図はラン
プと空ハト（の一部の断面図である。 ■・・・マイクロ波電源、２・・・空胴、３・・・導波
管、５・・・金網、６・・・ランプ、７・・・金属棒。秦　３　糟ハ第　２８マイクロ５皮電ｊヤ、空胴傅液荀金網ランプ金属棒

Claims

【特許請求の範囲】１、マイクロ波電源とそれに電気的に接続される空胴と
空胴内に置かれるランプとから成る装置において、空胴
の一部分が厚い平板形としかつ、その厚い部分に整合用
の金属棒を設けたことを特徴とする光源装置。２、前記ランプはその肉厚が０．５ｍｍ以下であること
を特徴とする請求項第１項記載の光源装置。