JPH11191396A

JPH11191396A - エキシマランプおよびエキシマ発光装置

Info

Publication number: JPH11191396A
Application number: JP36094097A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakamura; 勝中村
Original assignee: Quark Systems Co Ltd
Current assignee: Quark Systems Co Ltd
Priority date: 1997-12-26
Filing date: 1997-12-26
Publication date: 1999-07-13

Abstract

(57)【要約】【課題】発光効率が高いエキシマランプおよびかかる
エキシマランプを用いたエキシマ発光装置を提供する。【解決手段】光透過性に優れた誘電体からなる放電容
器２と、放電容器２の内側に少なくとも一つ配置された
Ｕ字型の内部管３と、放電容器２の外側に配置された外
部電極４と、内部管３の内側に配置された内部電極５
と、放電容器２内に充填された放電用の封入ガス６とか
らなり、外部電極４と内部電極５との間に高周波電圧が
印加されることにより、エキシマが形成されるエキシマ
ランプ１によって、上記課題を解決する。特に、前記高
周波電圧を、１〜２０ＭＨｚの高周波で印加することが
好ましい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エキシマランプお
よびかかるエキシマランプを用いたエキシマ発光装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】エキシマランプは、通常、誘電体バリア
放電ランプといわれ、光化学反応用の紫外線光源として
使用される放電ランプの一種である。エキシマランプか
ら発生する紫外線（以下「エキシマ光」という。）は、
エキシマランプ内に充填される放電用の封入ガスの種類
によって１７２ｎｍ、２２２ｎｍ、３０８ｎｍ等の波長
で発光する。これらの波長のエキシマ光のうち、１７２
ｎｍの波長のエキシマ光は半導体製造工程でのシリコン
ウエハーの精密洗浄に好ましく適用され、また、２２２
ｎｍの波長のエキシマ光は、塩素系有機化合物の分解に
好ましく適用されている。

【０００３】このようなエキシマランプから発生するエ
キシマ光を利用した洗浄は、シリコンウエハー等の素子
にダメージを与えないこと、低温で処理できること、凹
凸部や基板の隅部まで洗浄が可能なこと、等の多くの利
点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
エキシマランプから発生するエキシマ光では、発光効率
が十分でなく、処理速度に限界があった。

【０００５】本発明の目的は、発光効率が高いエキシマ
ランプおよびかかるエキシマランプを用いたエキシマ発
光装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明のエキシマランプ
は、光透過性に優れた誘電体からなる放電容器と、該放
電容器の内側に少なくとも一つ配置されたＵ字型の内部
管と、前記放電容器の外側に配置された外部電極と、前
記内部管の内側に配置された内部電極と、前記放電容器
内に充填された放電用の封入ガスとからなり、前記外部
電極と前記内部電極との間に高周波電圧を印加すること
により、エキシマが形成されることを特徴とする。この
とき、前記高周波電圧が、１〜２０ＭＨｚの高周波で印
加されることが好ましい。

【０００７】この発明によれば、内部電極が、Ｕ字型の
内部管の内側に配置されているので、放電容器内には少
なくとも２本の内部電極が設けられているのと同様な態
様となり、外部電極との間の誘電体バリア放電の機会が
増して発光効率が向上する。また、外部電極と内部電極
との間に高周波電圧、特に１〜２０ＭＨｚの高周波電圧
が印加されるので、熱効率がよく、入力電力に対する発
光効率が向上する。

【０００８】前記内部電極が、前記Ｕ字型の内部管中に
流入された液体金属、特に水銀であることが好ましい。
これにより、Ｕ字型の内部管中に液体金属からなる内部
電極を容易に配置することができる。また、前記内部電
極が、前記Ｕ字管の内部管中に挿入された網状の金属で
あってもよい。網状の金属は柔軟であるので、Ｕ字管中
に容易に挿入することができ、内部電極として作用する
ことができる。これら何れのものであっても、内部電極
となる液体金属または網状の金属が放電用の封入ガスに
直接接触せず、尚且つ、Ｕ字型の内部管中に内部電極と
して容易に配置することができる。

【０００９】本発明のエキシマ発光装置は、光透過性に
優れた誘電体からなる放電容器と、該放電容器の内側に
少なくとも一つ配置されたＵ字型の内部管と、前記放電
容器の外側に配置された外部電極と、前記内部管の内側
に配置された内部電極と、前記放電容器内に充填された
放電用の封入ガスとからなるエキシマランプ、および、
前記外部電極と前記内部電極との間に高周波電圧を印加
するための高周波電源から構成されることを特徴とす
る。このとき、前記高周波電源が、１〜２０ＭＨｚの高
周波電圧を印加する電源であることが好ましい。

【００１０】この発明によれば、内部電極がＵ字型の内
部管の内側に設けられているエキシマランプと、高周波
電圧を印加する高周波電源とから構成されているので、
内部電極と外部電極との間で誘電体バリア放電の機会が
増加する。さらに、この誘電体バリア放電が、コントロ
ールされた高周波電圧の印加によって起こるので、熱効
率がよく、入力電力に対する発光効率を向上させること
ができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明を図面を参照しながら説明
する。

【００１２】先ず、エキシマランプについて説明する。
図１は、本発明のエキシマランプ１の一例を示す断面図
である。エキシマランプ１は、光透過性に優れた誘電体
からなる放電容器２と、放電容器２の内側に少なくとも
一つ配置されたＵ字型の内部管３と、放電容器２の外側
に配置された外部電極４と、内部管３の内側に配置され
た内部電極５と、放電容器２内に充填された放電用の封
入ガス６とから構成されている。そして、このエキシマ
ランプの外部電極４と内部電極５との間に高周波電圧を
印加することにより、放電容器２内にエキシマが形成さ
れ、エキシマ光が発生する。

【００１３】放電容器２は、発生したエキシマ光が透過
し易い誘電体管であればよい。通常、光透過性に優れた
石英管、具体的には合成石英ガラス管が使用される。放
電容器２内には、放電用の封入ガス６が充填される。

【００１４】放電用の封入ガス６としては、ヘリウム
（Ｈｅ）ガス、キセノン（Ｘｅ）ガス、クリプトン（Ｋ
ｒ）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等の希ガス、ＡｒＦ、
ＡｒＣｌ、ＫｒＦ、ＸｅＦ、ＸｅＣｌ、ＸｅＢｒ等の希
ガスハロゲン化物、またはＦ₂−Ｋｒ−Ｈｅその他の混
合ガス等が使用される。エキシマランプ１は、封入ガス
６の種類によって、１７２ｎｍ、２２２ｎｍ、３０８ｎ
ｍ等の波長のエキシマ光を発光させることができる。そ
のため、エキシマランプの使用目的によって、封入ガス
６が選定され、目的に適したエキシマ光を発生させるこ
とができる。例えば、素子や部品に付着した有機化合物
の分解には、１７２ｎｍまたは２２２ｎｍの波長のエキ
シマ光が好ましい。この波長のエキシマ光は、大気中ま
たは液体中の酸素から酸化力の強い多くの励起酸素原子
を直接生成できる。そのため、光子のエネルギーが強
く、有機化合物中のＣ−Ｃ、Ｃ−Ｏ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｃｌ
等の結合を容易に切断でき、ここに励起酸素原子が反応
して有機化合物を分解することができる。また、放電容
器２中に封入された封入ガス６の圧力は、目的の波長の
エキシマ光を得るためのガスの種類および所望する発光
量に応じて、適宜条件設定して決定することができる。
通常、１０〜６０ＫＰａ程度の圧力で封入される。

【００１５】図２は本発明のエキシマランプ１の長手方
向に垂直な断面図を示し、図３は本発明のエキシマラン
プ１に使用される内部管３の断面図を示している。

【００１６】Ｕ字型の内部管３は、放電容器２の内側に
少なくとも一つ配置される。この内部管３は、通常、誘
電体管である石英管、具体的には合成石英ガラス管が使
用される。内部管３内には、内部電極５が設けられる。
このため、図１および図２からわかるように、放電容器
２内には少なくとも２本の内部電極５が設けられている
のと同様な態様となり、外部電極４との間で誘電体バリ
ア放電の機会が増すという好ましい作用乃至効果を有す
る。こうした誘電体バリア放電の機会の増加は、エキシ
マ光の発光効率の向上に極めて効果的である。

【００１７】Ｕ字型の内部管３内に設けられた内部電極
５は、図３（ａ）に示すように、液体金属７であること
が好ましく、特に水銀が好ましいが、良好な金属導電性
を示して内部電極５として作用する液体金属７であれば
従来公知のものを使用してもよく、特に限定されない。
液体金属７は、Ｕ字型の内部管３内に流入して設けるこ
とができるので、より細径化した内部管３内にも容易に
流入させることができる。このため、エキシマランプ１
全体の細径化に寄与することができる。

【００１８】また、内部電極５を、図３（ｂ）に示すよ
うに、網状の金属８としてもよい。網状の金属８を内部
電極５とする場合には、Ｕ字型の内部管３中に挿入する
ことによって設けられるが、網状の金属８は柔軟である
ので、Ｕ字管３中に容易に挿入することができる。網状
の金属８としては、銅の細線を網状にしたものを用いる
ことができるが、良好な金属導電性を示して内部電極５
として作用する網状の金属８であれば従来公知の金属の
細線を使用してもよく、特に限定されない。

【００１９】このように、液体金属７または網状の金属
８が内部電極５としてＵ字型の内部管３中に配置される
ので、内部電極５は放電用の封入ガス６に直接接触しな
い。これにより、誘電体バリア放電が内部管３上の各部
分で一様に生ずるという好ましい効果が得られる。

【００２０】内部管３は、図２に示すように、概ね放電
容器２の中心部に設けられていることが好ましい。内部
管３ａ、３ｂを、放電容器２の内周面からそれぞれ同じ
間隔となるように配置することにより、各々の内部管３
ａ、３ｂ上でのエキシマ光の発光を同程度にすることが
できるので好ましい。

【００２１】外部電極４は、図１に示すように、放電容
器２の外周に設けられる。外部電極４としては、ステン
レス、アルミニウム等の金属線を好ましく用いることが
でき、スパイラル状または網状して放電容器２の外周に
設けることができる。また、これらの金属を棒状または
短冊状にして、放電容器２の長手方向に沿って複数本沿
わせて設けることもできる。スパイラル状または網状の
外部電極４とした場合には、エキシマランプ１から発生
する高周波の電磁波に対するシールド特性、いわゆるＥ
ＭＩシールド特性に優れている。また、棒状または短冊
状にした外部電極４を放電容器２の長手方向に沿って複
数本沿わせた場合には、エキシマランプ１の外周上に、
エキシマ光が四方に照射される際に妨げとなるものが少
なく、より多くのエキシマ光を被照射体に照射すること
ができるので好ましい。

【００２２】図４は本発明のエキシマランプ１の他の一
例の透視斜視図を示し、図５は図４に示したエキシマラ
ンプ１の長手方向に垂直な断面図を示している。

【００２３】上述したように、液体金属を内部電極５と
した内部管３を細径化できることは、図４および図５に
示すように、放電容器２内に二つ以上のＵ字型内部管３
を設けることができるので、外部電極４との間で誘電体
バリア放電の機会を増加させることができ、エキシマ光
の発光効率の向上に極めて効果的である。

【００２４】また、内部電極５となる液体金属が直接放
電用の封入ガス６に接触しないので、金属が直接封入ガ
スに接触する場合に比べ、誘電体バリア放電がＵ字型の
内部管３上の各部分で一様に起こるという好ましい効果
が得られる。さらに、上述と同様に、概ね放電容器２の
中心部に設けられていることが好ましい。内部管３ａ、
３ｂ、３ｃ、３ｄを、放電容器２の内周面からそれぞれ
同じ間隔となるように配置することにより、各々の内部
管３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ上でのエキシマ光の発光を同
程度にすることができるので好ましい。

【００２５】図２および図５に示す断面構造からわかる
ように、エキシマランプ１は、Ｕ字型の内部管３を用い
ることにより、少なくとも二本以上の内部電極が設けら
れたのと同様の態様とすることができる。このことは、
図７に示すような従来型のエキシマランプの断面構造と
比べ、放電容器２や内部管３の寸法および内部管３の本
数等を調整することにより、各々の内部管３ａ、３ｂ、
３ｃ、３ｄ上での誘電体バリア放電の機会を大きくする
ことが可能となるので、エキシマ光の発光効率をより向
上させることができる。

【００２６】また、本発明のエキシマランプ１は、外部
電極４と内部電極５との間に高周波電圧を印加して誘電
体バリア放電させ、エキシマを発光させる。エキシマラ
ンプ１に高周波電圧を印加することにより、入力電力に
対するエキシマ光の発光量を増加させることができ、十
分な発光効率を得ることができるとともに、消費電力を
小さくすることができるので、経済的にも好ましい。

【００２７】印加される高周波電圧の周波数としては、
１〜２０ＭＨｚ、好ましくは５〜１６ＭＨｚ、更に好ま
しくは１１〜１５ＭＨｚが好ましい。

【００２８】また、この時、高周波電源１１（図６参
照）から出力される高周波電圧は、０．１〜１０Ｖが好
ましく、更に好ましくは０．１〜５Ｖである。高周波電
圧が０．１Ｖ未満の場合には、外部電極４と内部電極５
との間で十分な放電が起こらないので、十分なエキシマ
光を発光させることができない。また、高周波電圧が１
０Ｖを超える場合には、発光量が飽和し、入力電力に対
して十分な発光効率を得ることができないとともに、消
費電力が大きくなるので効率が悪くなる。

【００２９】また、このエキシマランプ１には、他の部
材またはエキシマ発光装置の架台に固定させるための取
付け部材を設けることができ、その構造、材質等は特に
限定されない。例えば、金属製のフランジ形状のような
取り付け部材（図示しない）を放電容器２や外部電極４
と接合させ、エキシマランプ全体を固定させることがで
きる。

【００３０】次に、本発明のエキシマ発光装置２０につ
いて説明する。

【００３１】図６は、本発明のエキシマ発光装置２０の
構成の一例を示す概略図である。本発明のエキシマ発光
装置２０は、光透過性に優れた誘電体からなる放電容器
２と、放電容器２の内側に少なくとも一つ配置されたＵ
字型の内部管３と、放電容器２の外側に配置された外部
電極４と、内部管３の内側に配置された内部電極５と、
放電容器２内に充填された放電用の封入ガス６とからな
るエキシマランプ１、および、外部電極４と内部電極５
との間に高周波電圧を印加するための高周波電源１１か
ら構成される。そして、この高周波電源１１によって、
エキシマランプ１の外部電極４と内部電極５との間に、
１〜２０ＭＨｚの高周波電圧を印加することにより放電
容器２内にエキシマが形成され、エキシマ光が発光す
る。

【００３２】エキシマ発光装置２０を構成するエキシマ
ランプ１の構成、作用、効果については、上述した通り
である。

【００３３】エキシマ発光装置２０を構成する高周波電
源１１は、エキシマランプ１の外部電極４と内部電極５
との間に、１〜２０ＭＨｚの高周波電圧を印加するため
の電源であればよく、高周波電源１１から印加される周
波数および電圧が上述した通りの作用乃至効果を示すも
のであれば、図６に示すような構成に限定されない。す
なわち、図６のエキシマ発光装置２０は、高周波電源１
１を電源装置９の主要部として構成する一例を示したも
のであり、電源装置９を構成する他の構成要素、例えば
マッチングコントローラー１０や可変コンデンサーＣ
１、Ｃ２などを内蔵する高周波電源１１であっても何ら
差し支えなく、図１および図４に示すようにすることも
できる。

【００３４】ここで示す電源装置９は、基本構成とし
て、高周波電源１１と、マッチングコントローラー１０
と、インダクタンスＬ１、Ｌ２と、可変コンデンサーＣ
１、Ｃ２とからなる。電源装置９には、交流電源１２か
ら通常約１００Ｖの電力が印加される。この電力は、高
周波電源１１によって、上述したような１〜２０ＭＨｚ
のうちの所定の周波数に周波数変換され、高周波電源１
１から出力される。この時の高周波電圧は、上述したよ
うに、０．１〜１０Ｖが好ましく、更に好ましくは０．
１〜５Ｖである。そして、図６に示した電源装置９内の
回路によって、高周波電源１１から出力された出力イン
ピーダンスＺ１と、エキシマランプ１に入力される際の
入力インピーダンスＺ２とをマッチングさせるために、
マッチングコントローラー１０により可変コンデンサー
Ｃ１を調整し、エキシマランプ１からエキシマ光が最も
効率よく発光するようにコントロールされる。

【００３５】例えば、放電容器２の外周面から、放射照
度が１０ｍＷ／ｃｍ²のエキシマ光を照射するために
は、図１に示す本発明のエキシマランプ１を用いたエキ
シマ発光装置２０の場合は、１３．５６ＭＨｚの高周波
を２５〜３０Ｗの電力でエキシマランプ１に入力すれば
よい。しかしながら、図７のような断面構造を示す従来
型のエキシマランプの場合は、その誘電体バリア放電が
高周波電圧の印加によっては行なわれておらず、通常１
００〜３００ＫＨｚの周波数で、１〜１０ＫＶの電圧が
エキシマランプに印加されている。そのため、放射照度
が１０ｍＷ／ｃｍ ²のエキシマ光を照射するためには、
約５０Ｗの電力をエキシマランプに入力しなければなら
ず、発光効率が劣り、本発明の約半分程度である。

【００３６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明のエキシマラ
ンプによれば、内部電極が、Ｕ字型の内部管の内側に配
置されているので、放電容器内には少なくとも２本の内
部電極が設けられているのと同様な態様となり、外部電
極との間の誘電体バリア放電の機会が増して発光効率が
向上する。また、外部電極と内部電極との間に高周波電
圧、特に１〜２０ＭＨｚの高周波電圧が印加されるの
で、熱効率がよく、入力電力に対する発光効率が向上す
る。

【００３７】また、本発明のエキシマ発光装置によれ
ば、Ｕ字型の内部管の内側に配置された内部電極と外部
電極との間の誘電体バリア放電の機会が増加するエキシ
マランプと、外部電極と内部電極との間に高周波電圧を
印加するための高周波電源とで構成されているので、熱
効率がよく、入力電力に対する発光効率の優れた発光装
置とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のエキシマランプの一例を示す断面図で
ある。

【図２】本発明のエキシマランプの長手方向に垂直な断
面図である。

【図３】本発明のエキシマランプに使用される内部管の
断面図である。

【図４】本発明のエキシマランプの他の一例を示す透視
斜視図である。

【図５】図４に示したエキシマランプの長手方向に垂直
な断面図である。

【図６】本発明のエキシマ発光装置の構成の一例を示す
概略図である。

【図７】従来型エキシマランプの長手方向に垂直な断面
図である。

【符号の説明】

１エキシマランプ２放電容器３内部管３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ内部管の断面４外部電極５内部電極６封入ガス７液体金属８網状の金属９電源装置１０マッチングコントローラー１１高周波電源１２交流電源２０エキシマ発光装置Ｌ１、Ｌ２インダクタンスＣ１、Ｃ２可変コンデンサーＺ１出力インピーダンスＺ２入力インピーダンス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光透過性に優れた誘電体からなる放電容
器と、該放電容器の内側に少なくとも一つ配置されたＵ
字型の内部管と、前記放電容器の外側に配置された外部
電極と、前記内部管の内側に配置された内部電極と、前
記放電容器内に充填された放電用の封入ガスとからな
り、前記外部電極と前記内部電極との間に高周波電圧が印加
されることにより、エキシマが形成されることを特徴と
するエキシマランプ。
【請求項２】前記高周波電圧が、１〜２０ＭＨｚの高
周波で印加されることを特徴とする請求項１に記載のエ
キシマランプ。
【請求項３】前記内部電極が、前記Ｕ字型の内部管中
に流入された液体金属または前記Ｕ字型の内部管中に挿
入された網状の金属であ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。
【請求項４】前記液体金属が、水銀であることを特徴
とする請求項３に記載のエキシマランプ。
【請求項５】光透過性に優れた誘電体からなる放電容
器と、該放電容器の内側に少なくとも一つ配置されたＵ
字型の内部管と、前記放電容器の外側に配置された外部
電極と、前記内部管の内側に配置された内部電極と、前
記放電容器内に充填された放電用の封入ガスとからなる
エキシマランプと、前記外部電極と前記内部電極との間に高周波電圧を印加
するための高周波電源とから構成されることを特徴とす
るエキシマ発光装置。
【請求項６】前記高周波電源が、１〜２０ＭＨｚの高
周波電圧を印加することを特徴とする請求項５に記載の
エキシマ発光装置。