JPH07263160A - マイクロ波励起光源装置 - Google Patents

マイクロ波励起光源装置

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JPH07263160A
JPH07263160A JP7980694A JP7980694A JPH07263160A JP H07263160 A JPH07263160 A JP H07263160A JP 7980694 A JP7980694 A JP 7980694A JP 7980694 A JP7980694 A JP 7980694A JP H07263160 A JPH07263160 A JP H07263160A
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JP
Japan
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microwave
magnetic field
cavity
lamp
light source
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Pending
Application number
JP7980694A
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English (en)
Inventor
Hiroyuki Yoshiki
宏之 吉木
Satoshi Sawamura
智 澤村
Yoshinori Tsuruta
義範 鶴田
Takahiro Aoyama
隆浩 青山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daihen Corp
Original Assignee
Daihen Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 平面的に強い照度による均一照射に好適なマ
イクロ波励起光源装置を得る。 【構成】 マイクロ波電源14と、マイクロ波電源14
から出力されたマイクロ波を導入する矩形導波管13
と、矩形導波管13に導入されたマイクロ波により誘導
放電を生じ発光する無電極ランプ12を収納した空胴1
0とを具備し、マイクロ波電源14と矩形導波管13と
空胴10とが電気的に接続されたマイクロ波励起光源装
置において、無電極ランプ12内に磁場を形成する永久
磁石からなるコ字状の磁界発生手段11を設け、磁界発
生手段11の開口側が無電極ランプ12に沿って向けら
れたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波により誘導
放電を生じ発光する無電極ランプを用いた光源装置で、
平面的に強い照度による均一照射に好適な光源装置に関
するものである。このような光源装置は、例えば半導体
製造プロセスで半導体ウエハー上に塗布されたレジスト
をオゾンと紫外線を用いて分解除去するのに使われる。
【0002】
【従来の技術】複数個の無電極ランプを空胴内に設け、
さらに空胴に整合用金属棒を設けて、平面的に強い照度
で照射を行うマイクロ波励起光源装置が、特開平2−2
04902号公報に開示されている。
【0003】図5は従来のマイクロ波励起光源装置を示
す概略構成図である。図示するように、偏平な直方体状
の空胴1内に直管状の無電極ランプ2を複数個平面状に
配置しており、この空胴の下面は金網3で形成され、光
が取り出せるようになっている。
【0004】上記空胴1には電力供給口4を設け、導波
管5を介してマイクロ波電源6からマイクロ波電力が供
給される。また、空胴の上部には、マイクロ波電源6と
ランプ2との間の整合をとるための整合用金属棒7が設
けられており、この金属棒の空胴内への挿入長を調整し
て整合を行うことによって、空胴内の電界がランプに集
中しやすくなり、紫外線が平面的に強い照度で照射され
る。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、光
照度を増加させるために、整合用金属棒を設けることに
よって、ランプに電力を集中させていた。しかし、この
金属棒の位置や本数は、空胴の形状ごとに試行錯誤的に
決める必要があるために、設計変更が困難であるという
問題があった。しかも、ランプの発光強度はランプ内の
プラズマ密度に比例して増加するが、プラズマ密度があ
る値以上に増加すると、プラズマによるマイクロ波の遮
断現象が起こり、マイクロ波がプラズマ中に侵入できな
くなる。したがって、それ以上のランプの発光強度の上
昇ができないという問題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項1におい
ては、マイクロ波電源と、マイクロ波電源から出力され
たマイクロ波を導入する矩形導波管と、矩形導波管に導
入されたマイクロ波により誘導放電を生じ発光する無電
極ランプを収納した空胴とを具備し、マイクロ波電源と
矩形導波管と空胴とが電気的に接続されたマイクロ波励
起光源装置を対象とし、無電極ランプ内に磁場を形成す
る永久磁石からなるコ字状の磁界発生手段を設け、磁界
発生手段の開口側が無電極ランプに沿って向けられたこ
とを特徴とする。
【0007】また請求項2においては、特に、永久磁石
が電子サイクロトロン共鳴を起こさせるに充分な起磁力
以上を有することを特徴とする。
【0008】
【作用】マイクロ波でプラズマを励起すると共に、無電
極ランプ内にランプの輪切り方向の磁場が形成されるよ
うに磁界発生手段を配置すると、プラズマ密度が高めら
れる。特に、上記の磁力線の方向がランプの輪切り方向
かつマイクロ波の進行方向と平行となるように磁界発生
手段を配置し、しかも電子サイクロトロン共鳴(EC
R)を起こすに充分な磁束密度を満たす領域をつくるこ
とによって、電子はマイクロ波からエネルギーを得て共
鳴的に加速され、その結果、上記電子は封入ガスを効率
良く電離し、ランプ内に高密度のプラズマ状態を実現す
る。その上、ECRによるプラズマ生成では、プラズマ
密度の上昇にともなうマイクロ波の遮断現象が起こる心
配はない。特に、ECRを起こすことによって、プラズ
マ密度を容易に1桁以上高めることができる。したがっ
て、入射マイクロ波パワーが同じでも高い照度の発光が
可能となる。
【0009】
【実施例】図1は本発明に係るマイクロ波励起光源装置
の一実施例を示す概略構成図である。図示するように、
空胴10には、磁界発生手段11が設けられ、さらに無
電極ランプ12が収納されており、この空胴に矩形導波
管13を介してマイクロ波電源14からマイクロ波電力
が供給されるように、マイクロ波電源,矩形導波管及び
空胴がそれぞれ電気的に接続されている。
【0010】空胴10は、偏平な直方体の面10Aに磁
界発生手段10が設けられ、また矩形導波管13と接続
される側の面10Bに電力供給口10bが設けられ、こ
の面10Bと対向する面10Cを閉鎖することによっ
て、マイクロ波導波路を終端短絡させるようになってい
る。さらに面10Dが10N金網で形成され、この面1
0Dから光が取り出せる。なお、上記以外の面は閉鎖さ
れている。
【0011】上記空胴10内には、複数本の直管状の無
電極ランプ12,12…がマイクロ波導波路を終端短絡
させる面10Cと平行な位置、すなわち面10Cから矩
形導波管13側へ、マイクロ波の管内波長λg の1/4
の繰り返し位置に立つ複数個の定在波の山の部分に沿っ
てそれぞれ配置される。なお、ランプを配置する位置と
しては、効率よく発光させるためにも定在波の山の部分
が最もよい。
【0012】磁界発生手段11は、コ字状を呈してお
り、無電極ランプ12の長さとほぼ同じ長さの2つの永
久磁石11A,11Bを着磁方向が異なるように対向配
置させ、両磁石の間に磁路を形成させるヨーク11Cを
用いて、図2に示すようなヨーク付コ字型磁界発生手段
を構成する。この磁界発生手段は、その開口側がランプ
に沿って向けられており、しかも磁界発生手段の開口側
端部が空胴10の面10Aに埋め込まれた状態で配設さ
れている。したがって、図3に示すように、コ字型磁界
発生手段からランプの輪切り方向の磁力線が生じ、この
磁界発生手段による磁場がランプ内に形成されるように
磁石を配置すると、ランプの封入ガスのプラズマ化を促
進して、プラズマ密度が高められる。特に、上記の磁力
線の方向がランプの輪切り方向かつマイクロ波の進行方
向と平行となるように磁界発生手段を配置し、しかも次
に示す(1)式の条件を満足する磁束密度に設定する。
【0013】 ω=eB/m …(1) ここで、ωはマイクロ波周波数に等しい電子サイクロト
ロン周波数、Bは磁束密度、mは電子の質量、eは素電
荷である。したがって、マイクロ波電源14のマイクロ
波周波数を例えば2.45GHz とすれば、B=875ガ
ウスになる。
【0014】上記永久磁石11A,11Bとしては、起
磁力の強いSm Co またはNd −Fe が用いられるが、
熱に強いSm Co 磁石を使用するのが好ましい。また、
ヨーク11Cの幅寸法を種々変化させて、磁石11A,
11B間の間隔を広げたり狭めたりすることによって、
必要とする磁界の強さ及び磁界分布を自由に調整するこ
とができる。
【0015】無電極ランプ12は、用途に応じて変わ
り、例えば紫外線光源とする場合、その材質として石英
などの紫外線透過物質を用い、また封入する物質として
Ne,Arなどの希ガスと小量のHg,Cd,Znなど
の各種金属またはこれらのハロゲン化物などがある。さ
らに、ランプの発光強度を最適化するために、ランプの
一端または両端を空胴10の側壁に設けた小孔より外部
に出し、その部分を封入金属の最適蒸気圧に対応する温
度に保つように温度制御すれば良い。例えばHgを小量
封入し、185nm及び254nmの波長の紫外光を利用す
る場合は、40〜70℃に保つように水等の液体で冷却
する。この場合、マイクロ波が外に漏洩するのを防ぐた
めに、図示していないが、外部に露出したランプ部を金
属しゃへい箱で覆う必要がある。
【0016】図4はNeガス封入直管ランプでの本発明
による発光強度と磁束密度との関係を示す図である。入
射マイクロ波パワーは100W一定で、633nmの波長
の可視光を測定したものである。センサーの受光面積は
φ18で、ランプからの距離約40mmの所での測定結果
である。900ガウス以上で発光強度の増加が見られ
る。さらに、1400ガウスでの光出力は、磁場の無い
場合の値と比較して約1.4倍の増加が確認された。
【0017】本実施例では、コ字状を呈した磁界発生手
段11をコ字型としたが、U字型またはV字型でも良
く、またヨーク付としたが、全て永久磁石により構成し
ても良い。さらに、永久磁石の開口側端部が、空胴10
の面10Aに埋め込まれた状態で配設されているが、こ
の端部を空胴の上面に当接させても良く、また空胴の上
面から離隔させても良い。
【0018】また、無電極ランプ12として、5個の直
管ランプを空胴10内に配置しているが、それ以上でも
以下でも良い。また、直管ランプを、U字状ランプ、球
状ランプにしても良く、さらに偏平に形成したランプに
より広い面積を照射できる。
【0019】さらに、磁界発生手段11及び無電極ラン
プ12は、マイクロ波導波路を終端短絡させる面10C
と平行な位置に配設しているが、マイクロ波は、空胴内
部の側壁で反射を繰り返すことにより斜めに伝搬するの
で、上記面10Cと平行に配設させる必要はない。
【0020】また、空胴10の寸法をマイクロ波電源の
周波数で共鳴するように設定することによって、空胴へ
のマイクロ波電力の投入効率を高めることができる。
【0021】さらに、マイクロ波は、連続的にパワーを
投入しても良いし、パルス状に投入(パルス放電)させ
ても良い。
【0022】
【発明の効果】以上のように、請求項1の発明によれ
ば、装置個々の仕様に対応して設計変更させることな
く、マイクロ波でプラズマを励起する場合のプラズマ密
度以上に高められることによって、複数個のランプをよ
り効率良く、しかも均一に点灯できるので、広い面積を
高い照度で照射できる。また、永久磁石を用いることに
より装置を小型化でき、しかもランプ以外の他の領域へ
の磁界の悪影響を抑えることができ、磁場によるプラズ
マの閉じ込め効果が有効に働く。
【0023】また請求項2の発明によれば、特に、プラ
ズマ密度を容易に1桁以上高めた高密度のプラズマ状態
を実現すことができるので、入射マイクロ波パワーが同
じでも高い照度で発光させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るマイクロ波励起光源装置の一実施
例を示す概略構成図である。
【図2】本発明の磁界発生手段を示す概略構成図であ
る。
【図3】図1のA−A線に沿った断面図である。
【図4】Neガス封入直管ランプでの本発明による発光
強度と磁束密度との関係を示す図である。
【図5】従来のマイクロ波励起光源装置を示す概略構成
図である。
【符号の説明】
10 空胴 11 磁界発生手段 12 無電極ランプ 13 矩形導波管 14 マイクロ波電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 隆浩 大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式会 社ダイヘン内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波電源と、前記マイクロ波電源
    から出力されたマイクロ波を導入する矩形導波管と、前
    記矩形導波管に導入されたマイクロ波により誘導放電を
    生じ発光する無電極ランプを収納した空胴とを具備し、
    前記マイクロ波電源と矩形導波管と空胴とが電気的に接
    続されたマイクロ波励起光源装置において、 前記無電極ランプ内に磁場を形成する永久磁石からなる
    コ字状の磁界発生手段を設け、前記磁界発生手段の開口
    側が前記無電極ランプに沿って向けられたマイクロ波励
    起光源装置。
  2. 【請求項2】 前記磁界発生手段は、電子サイクロトロ
    ン共鳴を起こさせるに充分な起磁力以上を有する請求項
    1に記載のマイクロ波励起光源装置。
JP7980694A 1994-03-25 1994-03-25 マイクロ波励起光源装置 Pending JPH07263160A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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