KR20040067810A

KR20040067810A - 엑시머 램프 발광장치

Info

Publication number: KR20040067810A
Application number: KR1020030089033A
Authority: KR
Inventors: 나카무라마사키; 기요세마사히데
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2003-01-17
Filing date: 2003-12-09
Publication date: 2004-07-30
Also published as: TWI256663B; KR100720264B1; TW200418079A; CN100409398C; CN1518051A; JP2004221017A; JP4093065B2

Abstract

엑시머 램프의 방전 개시 전압을 일정하게 유지하는 것 및 방사 광량의 시간적, 위치적 균일화를 도모하는 것으로서, 유전체 재료를 개재시킨 방전에 의해 진공 자외광을 방사하는 엑시머 램프와, 이 엑시머 램프에 대해 소정의 전력을 공급하는 급전 장치와, 이 엑시머 램프의 온도를 가열 냉각하기 위한 온도 조정 수단과, 엑시머 램프의 온도를 검지함과 동시에 소정의 목표 온도값으로 유지하기 위한 제어부로 이루어지고, 상기 급전 장치는 상기 엑시머 램프의 방전 개시 전압을 개략 일정하게 하기 위해서, 상기 제어부에 의해 상기 엑시머 램프의 온도를 점등전부터 상온보다 높은 목표 온도로 개략 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

Description

엑시머 램프 발광장치{EXCIMER LAMP RADIATION APPARATUS}

본 발명은 엑시머 램프 발광장치에 관한 것이다. 특히, 광화학 반응용의 자외선 광원으로서 사용되는 방전 램프의 일종으로, 유전체 재료를 개재시켜 방전함으로써 엑시머 분자를 형성하고, 이 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 이용하는 엑시머 램프 발광장치에 관한 것이다.

본 발명에 관련된 기술로는 예를 들면, 일본국 특개평 2-7353호가 있고, 여기에는 방전 용기에 엑시머 분자를 형성하는 방전용 가스를 충전하여, 유전체 배리어 방전(별명(別名) 오조나이저 방전 혹은 무성 방전. 전기 학회 발행 개정 신판「방전 핸드북」평성1년 6월 재판 7쇄 발행 제263페이지 참조)에 의해서 엑시머 분자를 형성시키고, 이 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 취출하는 방사기, 즉 엑시머 램프에 관해서 기재된다.

이 엑시머 램프는 방전 용기의 형상이 원통 형상이고, 방전 용기의 적어도 일부는 유전체 장벽 방전(유전체 배리어 방전)의 유전체를 겸하고 있고, 이 유전체의 적어도 일부는 엑시머 분자로부터 방사되는 진공 자외광(파장 200nm 이하의 광)에 대해 투광성인 것이 개시된다. 또한, 방전 용기의 외면에는 한쪽 전극으로서 망형상 전극이 구비된다.

이 엑시머 램프는 종래의 저압 수은 방전 램프나 고압 아크 방전 램프에는 없는 여러가지 특징, 예를 들면, 단일 파장의 자외광을 강하게 방사하는 것 등을 갖고 있다.

또한, 엑시머 램프를 사용한 발광장치는 예를 들면, 일본국 특개 2002-168999호 등에 개시된다.

또한, 엑시머 램프를 점등시키는 급전 장치는 예를 들면, 일본국 특개평 10-97898호 등에 개시된다.

(특허문헌 1)

일본국 특개평 2-7353호

(특허문헌 2)

일본국 특개 2002-168999호

(특허문헌 3)

일본국 특개평 10-97898호

도 3에 엑시머 램프의 개략 구성을 도시한다. 엑시머 램프(1)(이하, 단순히 「램프」라고도 한다)는 방전 플라즈마 공간(2)을 사이에 두고 전극(3), 전극(4) 간에, 유전체 재료를 겸하는 방전 용기(5)가 존재한다. 램프(1)를 점등시키는 경우는 전극(3), 전극(4)에, 급전장치(6)로부터, 예를 들면, 10kHz∼200kHz, 2kV∼10kV의 고주파 교류 전압을 인가한다. 그러나, 통상의 방전램프와 달리 전극(3, 4)의 사이에 유전체 재료가 개재하고 있으므로, 전극으로부터 방전 플라즈마 공간에 직접적으로 전류가 흐르는 것은 아니고, 유전체 재료인 방전 용기(5)가 컨덴서 작용을 하게 된다.

도 4는 상기 엑시머 램프를 모의 부하로 나타낸 것이다. 방전 플라즈마 공간(2)과 유전체 재료(석영 유리)가 각각 직렬로 컨덴서가 접속된 형으로 되고, 또한 방전 플라즈마 공간(2)에 상당하는 컨덴서에는 제너 다이오드가 병렬 접속된 구성으로 된다.

이러한 구성에 의해, 제너 다이오드가 온으로 되기까지는 방전 플라즈마 공간(2)의 컨덴서 용량이 지배적으로 되고, 이 컨덴서에 대해 충전이 행해진다. 그리고, 충전이 방전 개시 전압에 도달하면, 제너 다이오드가 온으로 되어 전류가 흐른다. 이 때 흐르는 전류는 유전체 재료에 상당하는 2개의 컨덴서에서 억제된 것이 되므로, 소위 엑시머 램프에 있어서는 아크 방전으로 이행하지 않도록 제어되어 있다.

이와 같이 엑시머 램프는 방전 개시 전압에 도달하여 점등 개시되는데, 이 방전 개시 전압은 방전 플라즈마 공간의 압력(P)과 방전 거리(L)에 의해서 거의 결정된다. 여기서, 방전 거리(L)나 방전 플라즈마 공간의 체적은 램프 점등 중에 변화하지 않고 거의 일정값으로서 예측할 수 있으므로, 상기 방전 개시 전압은 방전 플라즈마 공간(2)의 온도 변화에 기인하는 압력(P)의 변동에 크게 영향을 받는 것을 알 수 있다.

즉, 방전 플라즈마 공간(2)의 온도가 높은 경우는 공간내의 분자량도 많아져 용기내 압력도 커지고, 결과로서, 방전 개시 전압이 높아진다.

통상의 사용에서는 방전 플라즈마 공간은 점등전의 상온 상태로부터 점등 시간의 경과와 동시에 온도 상승을 동반하므로, 이에 따라 상기 방전 개시 전압도 변동하게 된다. 이 때문에, 종래는 급전 장치에 대해 상정되는 높은 방전 개시 전압에까지 대응할 수 있도록 과잉 설계를 했었다.

또한, 엑시머 램프는 석영 유리 등의 유전체 재료로 구성되어 있는데, 이 유전체 재료에 일그러짐이 존재하면 자외선의 투과율이 저하하는 것이 알려져 있다. 즉, 유전체 재료에 일그러짐이 존재함으로써, 원하는 자외선 광량을 취출할 수 없거나, 혹은 부분적으로 방사광량이 감소하는 등 위치적인 불균일이 발생하는 문제가 있었다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 엑시머 램프의 방전 개시 전압을 일정하게 유지하는 것 및 방사 광량의 시간적, 위치적 균일화를 꾀하는 것이다.

도 1은 본 발명에 관한 엑시머 램프 발광장치의 전체도를 도시한다.

도 2는 본 발명에 관한 엑시머 램프를 도시한다.

도 3은 엑시머 램프의 일반적 설명을 하기 위한 도면이다.

도 4는 엑시머 램프의 일반적 설명을 하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 엑시머 램프 발광장치의 제어 시스템을 도시하는 블록도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 엑시머 램프 2 : 방전 공간

3 : 외측 전극 4 : 내측 전극

5 : 방전 용기 20 : 급전 장치

30 : 온도 조정 수단 40 : 제어부

상기 과제를 해결하기 위해서 청구항 1에 관한 엑시머 램프 발광장치는 유전체 재료를 개재시킨 방전에 의해 자외광을 방사하는 엑시머 램프와, 이 엑시머 램프에 대해 소정의 전력을 공급하는 급전 장치와, 이 엑시머 램프의 온도를 가열 냉각시키기 위한 온도 조정 수단과, 엑시머 램프의 온도를 검지함과 동시에 소정의 목표 온도값으로 유지하기 위한 제어부로 이루어지고, 상기 급전 장치는 상기 엑시머 램프의 방전 개시 전압을 개략 일정하게 하기 위해서, 상기 제어부에 의해 상기 엑시머 램프의 온도를 점등전부터 상온보다 높은 목표 온도로 개략 일정하게 유지하는 것을 특징으로 한다.

이러한 구성에 의해, 엑시머 램프는 점등전부터 상온보다 높은 목표 온도로 설정할 수 있어, 점등 초기부터 일정한 방전 개시 전압에 의해 구동할 수 있다.

또한, 정상 점등 단계에서도, 가열 수단과 냉각 수단에 의해, 엑시머 램프의 온도를 일정하게 유지하기 때문에, 해당 목표 온도에 대응한 방전 개시 전압을 대상으로 하여 회로 설계를 함으로써 급전 장치의 과잉 설계를 방지할 수 있다.

여기서, 상온보다 높은 온도로 유지하는 이유는 방전 플라즈마 공간의 온도가 너무 저온이면, 방전 플라즈마 공간내에 존재하는 열전자의 운동 그 자체가 기능하지 않게 되고, 결과로서, 양호하게 방전을 할 수 없기 때문이다. 또한, 엑시머 램프를 온도를 가함으로써 방전 용기를 구성하는 석영 유리에 존재하는 일그러짐을 소멸할 수 있기 때문이기도 하다.

이 목표 온도는, 엑시머 램프의 온도가 발광관 외표면의 온도로, 80℃∼200℃의 범위, 보다 바람직하게는 100℃∼160℃의 범위로 설정된다.

이는 방전 공간의 온도가 현실적 문제로서 측정 곤란하기 때문에, 발광관 재료, 예를 들면 석영 유리의 외표면 온도로 대체적으로 규정하는 것이다.

그리고, 이 온도 범위는 열전자가 기능하는 온도와 방전 공간내의 온도 상승의 정도를 고려함으로써, 본 발명자 등이 예의 검토한 끝에 발견한 현실적인 의미에 있어서 가장 효과를 갖는 온도 범위이다.

또한, 상기 목표 온도는 ±20℃의 범위에서 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다. 이는 제어해야 할 온도의 허용폭을 규정한 것으로서, 본 발명자 등이 예의 검토한 결과 발견한 수치 범위이다.

또한, 제어부는 엑시머 램프의 시간이 지남에 따른 열화에 의해 상기 목표 온도를 변화시키는 것을 특징으로 한다. 이는 방전 용기(유전체 재료의 두께), 전극의 부식, 방전 용기로부터의 봉입 가스 누설 등에 의해 엑시머 램프가 시간이 지남에 따라 열화하는 것에 주목한 것으로, 방전 개시 전압이 시간이 지남에 따른 열화에 의해서 변화하지 않도록 설정 온도를 조정하는 것이다.

<발명의 실시형태>

도 1은 본 발명의 엑시머 램프 발광장치를 도시한 것이다. 조사 장치(10)의내부에 엑시머 램프(1)를 배치한다. 조사 장치(10)는 광 취출창(11)과 본체 케이스(12)와 금속 블록(13)으로 구성된다. 광 취출창(11)은 엑시머 램프(1)로부터 방사되는 진공 자외광을 투과하는 것으로, 예를 들면 합성 석영 유리로 구성된다. 본체 케이스(12)는 예를 들면, 스테인레스로 이루어지고 한쪽 측벽에는 가스 도입구(12a)가, 다른쪽 측벽에는 가스 배출구(12b)가 형성된다. 이 가스 도입구(12a)에서는 질소 가스 등의 불활성 가스가 도입되고, 가스 배출구(112b)에서 잔존한 산소 가스와 함께 불활성 가스가 배출된다.

조사 장치(10)의 외부에는 엑시머 램프(1)에 전력을 공급하는 급전 장치(20)가 있고, 각 엑시머 램프(1)에 대해 급전선 등으로 전기적으로 접속한다. 또한, 조사 장치(10)의 내부에는 후술하는 엑시머 램프에 대한 온도 조정 수단(30), 엑시머 램프의 온도 센서나 광 센서가 배치되어 있고, 조사 장치(10)의 외부에는 이들 온도 제어 수단이나 각 센서와의 신호의 송수신을 하기 위한 제어부(40)가 배치된다. 또한, 급전 장치(20)나 제어부(40)는 조사 장치(10)의 외부에 배치하는 것에 한정되지 않고, 조사 장치(10)의 내부에 배치해도 되고, 또한, 급전 장치(20)와 제어부(40)는 하나의 케이싱으로 구성하는 등 물리적으로는 동일한 것으로 구성해도 된다.

금속 블록(13)의 내면에는 홈부(오목부)(14)가 형성된다. 각 홈부(14)는 엑시머 램프(1)의 반만큼 (반원) 또는 반 이하의 부분이 거의 꽉 끼워지는 크기를 갖고 있고, 엑시머 램프(1)와 마찬가지로 지면 앞방향으로 신장하여 형성된다. 또한, 금속 블록(13)에는 각각의 엑시머 램프(1)로부터 관통구멍을 통해 광 센서(15)가 장착된다. 이 광 센서(15)는 엑시머 램프(1)로부터의 방사광을 검지하는 것으로, 관통 구멍은 예를 들면 직경 10㎜, 길이 20㎜ 정도의 것이다. 엑시머 램프(1)와 홈부(14) 사이에는 반사 미러(16)를 통해 배치한다. 반사 미러(16)는 표면이 광휘 알루미늄으로 이루어져 자외광, 특히 진공 자외광에 대해 높은 반사율을 나타낸다.

조사 장치(10)에는 가열 수단(31)과 냉각 수단(32)으로 구성되는 온도 조정 수단(30)이 존재한다.

가열 수단(31)은 반사 미러(16)의 외면에 부착된 히터로서, 이 가열 수단(31)에 의해, 엑시머 램프(1)의 외표면의 온도를, 80∼200℃의 범위, 보다 바람직하게는 100∼160℃의 범위의 온도로 열을 가할 수 있다. 그리고, 후술하지만, 엑시머 램프(1)의 점등후뿐만 아니라, 점등전부터 목표 온도로 설정하고 있다.

상기 가열 수단(31)은 반사 미러(16)의 외면에 부착된 히터에 한정되지 않고, 엑시머 램프(1)를 가열할 수 있는 모든 수단을 채용할 수 있다. 예를 들면, 금속 블록(13) 내에 적외선 램프를 삽입하는 구조나, 마찬가지로 금속 블록(13) 내에 온수를 흘리는 구조, 혹은 펠티어(Peltier) 소자, 공냉 라디에이터, 기화열에 의한 냉각, 암모니아를 사용한 흡수식 등의 구조를 채용할 수 있다.

냉각 수단(32)은 금속 블록(13) 내에 설치한 수냉 파이프로서, 냉각수가 수냉 파이프 안을 순환함으로써 금속 블록(13)의 냉각을 통해 엑시머 램프(1)를 냉각시킨다.

이 냉각 수단(32)은 상기 가열 수단(31)과 함께 기능시킴으로써, 엑시머 램프(1)의 온도를 일정한 목표값으로 유지 제어할 수 있다.

또한, 냉각 수단(32)에 대해서도, 금속 블록(13)에 액체를 흘리는 수단에 한정되지 않고, 엑시머 램프(1)를 냉각시킬 수 있는 모든 수단을 적용할 수 있고, 예를 들면, 냉각수와 같이 액체를 매체로 하는 방법이 아니라, NH₃나 HFC-134a(대체 클로로플루오로카본) 등의 기체를 매체로 하는 방법이나, 히트 싱크(heat sink)나 드라이아이스 등의 고체를 매체로 하는 방법도 채용할 수 있다. 또한, 냉각 수단의 위치에 대해서도, 금속 블록(13)에 설치하지 않고, 엑시머 램프(1)의 내측관 속을 흐르는 구조나, 조사 장치(10) 내의 공간을 흐르는 구조이어도 된다.

각 엑시머 램프(1)의 주변에는 엑시머 램프(1)의 온도를 검지하는 온도 센서(17)가 각각 배치되어 있다. 이 온도 센서(17)는 엑시머 램프(1)의 발광관 외표면의 온도를 검지하는 것으로, 예를 들면, 포지스터(P형 반도체), 측정 저항체, 열전대, 반도체 온도 센서, 순저항, 적외선 온도 센서가 적용된다.

또한, 온도 센서(17)는 상기 포지스터(P형 반도체) 등에 한정되지 않고, 엑시머 램프(1)의 외표면 온도를 적절하게 검지할 수 있는 모든 수단을 채용할 수 있고, 예를 들면, 복사열법, 온도에 의한 유리의 일그러짐을 측정하는 일그러짐-온도 환산법, 압력식(봉입한 기체, 액체의 팽창율에 의해 온도 환산한다)과 같은 간접 방식을 채용할 수 있다. 또, 온도 센서(17)는 본질적으로는 방전 공간내의 온도를 검지하기 위한 것인데, 상기 온도 센서(17)는 방전 용기의 외표면 온도를 검지하여 미리 구한 환산값에 의해서 방전 공간의 내부 온도를 측정하는 것이다. 또, 온도센서(17)는 발광관의 외표면 온도를 검지하는 것이 아니고, 발광 공간의 온도를 검지하는 것이어도 되는 것은 말할 필요도 없다.

온도 센서(17)에 의한 검지 신호는 제어부(40)에 송신되어 설정한 목표 온도와 비교된다. 그리고, 제어부(40)는 엑시머 램프(1)의 방전 공간의 온도가 목표 온도보다 낮다고 판단한 경우는 가열 수단(31)을 강화시키거나, 혹은 냉각 수단(32)을 저하시키도록 신호를 발신하여 가열 수단(31) 혹은 냉각 수단(32)을 조정하고, 엑시머 램프(1)의 방전 공간의 온도가 목표 온도보다 높다고 판단한 경우는 가열 수단(31)을 저하시키거나, 혹은 냉각 수단(32)을 강화시키도록 신호를 발신하여 가열 수단(31) 혹은 냉각 수단(32)을 조정한다.

이와 같이, 제어부(40)는 온도 센서(17)로부터의 검지 신호와 온도 조정 수단(30)에의 구동에 의해 엑시머 램프(1)의 방전 공간의 온도를 목표값에 근접시키기 위한 피드백 제어를 행한다.

본 발명은 엑시머 램프(1)를 점등하기 전에, 엑시머 램프(1)의 온도를 상온보다도 높은 소정의 목표 온도로 설정하는 것을 특징으로 하는 것으로, 급전 장치(20)는 제어부(40)로부터 엑시머 램프(1)의 온도 상태에 관한 정보를 항상 입수하고 있다.

따라서, 예를 들면, 엑시머 램프 발광 장치의 주 전원을 투입하면, 엑시머 램프(1)를 점등시키기 전에 제어부(40)와 온도 조정 수단(30)이 우선 기동하여, 엑시머 램프(1)를 목표값까지 설정시킨다.

그리고, 제어부(40)가, 엑시머 램프(1)의 온도가 상기 목표 온도에까지 도달한 것을 확인하면, 급전 장치(20)에 대해 점등 가능 신호를 송신하고, 급전 장치(20)는 제어부(40)로부터의 신호를 받아 엑시머 램프(1)에 대해 급전 기능을 개시한다.

또한, 엑시머 램프 발광장치의 주 전원을 온으로 한 채로의 상태에서, 엑시머 램프(1)를 소등하고 있는 상태에서는 제어부(40)에 의한 온도 조정 수단(30)은 작동시켜도 되고, 정지시켜도 된다.

어느쪽이건 엑시머 램프(1)를 점등시키는 경우에 있어서, 급전 장치(20)가 제어부(40)로부터 점등 가능한 것을 표시하는 신호를 수신한 경우에만 엑시머 램프(1)에 전력을 공급하여 발광시키게 된다.

본 발명은 엑시머 램프의 점등전부터 엑시머 램프를 상온보다 높은 온도로 승온시키는 것으로, 이 온도로 유지시킴으로써 종래의 엑시머 발광장치에는 존재하지 않는 큰 이점을 갖는다.

즉, 엑시머 램프의 점등전부터 엑시머 램프의 온도를 상온보다 높은 온도로 승온시킴으로써, 방전 용기를 구성하는 석영 유리 중에 포함되는 일그러짐을 소멸 혹은 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다. 이 일그러짐은 자외선의 투과를 저해하는 것으로, 석영 유리 자체를 승온시켜 해소할 수 있으면, 자외선 투과율도 향상된다.

종래의 엑시머 램프는 점등에 따라 생기는 승온 효과에 의해, 점등 시간의 경과와 동시에 자외선 투과율이 상승되는 경우는 있었을지 몰라도 본 발명에 있어서는 점등 초기부터 높은 투과율로 자외선을 방사시키는 것이 가능해진다. 또한, 점등 초기부터 일그러짐을 소멸시켜, 위치적인 불균일도 양호하게 해소할 수 있다.

이 때문에, 진공 자외광의 투과율을 향상시켜, 그 취출 효율을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 점등 초기부터 높은 자외선 광량을 방사할 수 있다는 이점이 있다. 또한, 일그러짐이 위치적으로 불균일하게 존재하는 경우, 자외선의 취출도 불균일하게 되는데, 본 발명에 있어서는 점등 초기부터 양적으로 위치적 불균일이 없는 자외선을 방사시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서는 방전 용기의 가온을 일정 온도로 유지하는 것을 특징으로 하고 있다. 이는 방전 개시 전압을 일정하게 하기 위함이고, 해당 온도에 맞추어 급전 장치를 설계함으로써, 보다 높은 방전 개시 전압에 대응한 과잉 설계를 방지할 수 있으므로 급전 장치의 소형화를 달성할 수 있다.

광 취출창(11)의 외측에는 몇 ㎜ 정도로 근접한 위치에 처리물, 예를 들면 반도체 웨이퍼나 액정 기판이 배치된다. 그리고, 엑시머 램프(1)로부터 방사되는 진공 자외광(파장 200㎚ 이하의 광)이 광 취출창(11)을 투과하여, 처리물을 조사함으로써 표면 개질 등의 처리가 행해지게 되는데, 광 취출창(11)과 처리물 사이에 개재하는 산소에 대해 진공 자외광을 조사함으로써 산소로부터 오존이나 활성 산소를 발생시켜, 이들 협동 작용에 의해, 기판의 표면을 세정 처리할 수 있다.

도 2는 엑시머 램프(1)의 개략 구성을 도시한다. (a)는 전체의 횡단면도를 도시하고, (b)는 (a)의 A-A 단면도를 도시한다.

엑시머 램프(1)는 전체 형상이 원통 형상이고, 재질은 유전체 배리어 방전에 의해서 유전체로서 기능함과 동시에, 자외광을 투과하는 합성 석영 유리로 구성된다. 방전 램프(1)는 외측관(51)과 내측관(52)을 동 축으로 배치하여 2중 원통관을구성함과 동시에, 양단을 폐색하였으므로 외측관(51)과 외측관(52)의 사이에 방전 공간(2)이 형성된다. 방전 공간(2)에는 유전체 배리어 방전에 의해서 엑시머 분자를 형성함과 동시에, 이 엑시머 분자로부터 진공 자외광을 방사하는 방전용 가스, 예를 들면 크세논 가스가 봉입된다. 수치예를 들면, 방전 램프(1)는 전체 길이 800㎜, 외경 27㎜, 내측관(52)의 외경은 16㎜, 외측관(51)과 내측관(52)의 두께는 1㎜이고, 400W로 점등시킨다. 외측관(51)의 외면에는 망형상 전극(3)이 구비되고, 내측관(52)의 내부에 다른쪽 전극인 내측 전극(4)이 구비된다. 망형상 전극(3)은 이음새없이 구성되어, 전체로서 신축성을 가지므로 외측관(51)의 밀착성을 좋게 할 수 있다. 내측 전극(52)은 파이프 형상 혹은 단면에 있어서 일부에 절결을 가지는 개략 C자 형상의 것으로 내측관(52)에 밀착하도록 구비된다. 방전 공간(2)에는 필요에 따라 게터(getter)가 배치된다. 망형상 전극(3), 내측 전극(4)의 사이에는 도시 생략의 교류 전원이 접속되고, 이에 따라 방전 공간(2)에 엑시머 분자가 형성되어 자외광을 발광한다. 방전용 가스로서 크세논 가스를 사용한 경우는 파장 172㎚의 광을 방사한다.

엑시머 램프(1)는 이 형태에 한정되지 않고, 석영 유리 등의 유전체 재료를 개재시켜 방전하는 것이면, 그 밖의 형태도 채용할 수 있다. 특히, 도 2에 도시하는 이중관형 형상이 아니라 도 1에 도시하는 한겹관형 형상이어도 되고, 또한, 어느 하나의 전극이 방전 용기 중에 배치되어, 방전용 가스를 접촉하는 형태이어도 된다.

도 5는 엑시머 램프의 온도 제어를 위한 블록도를 나타낸다.

엑시머 램프(1)의 온도는 도시한 S1과 같이 온도 센서(17)로 측정된다. 온도 센서(21)로부터의 신호(S2)는 제어부(40)의 온도 제어 회로(41)에 송신된다. 온도 제어 회로(41)에서는 소정의 목표 온도(T1)와 측정된 온도(T0)를 비교하여 온도 조정 수단(30)에 상기와 같은 가열, 냉각을 구동시키는 신호(S3)를 송신한다. 온도 조정 수단(30)은 상기와 같이 가열 수단(31), 냉각 수단(32)에 의해 엑시머 램프(1)의 온도를 목표 온도(T1)가 되도록 제어한다. 이상이 통상의 피드백 제어를 나타낸다.

엑시머 램프(1)는 급전 장치(20)의 급전 회로(21)로부터 전력이 공급되어 점등한다. 또, 상기와 같이 제어부(40)의 온도 제어 회로(41)로부터 엑시머 램프의 온도 상태에 관한 정보(S4)가 송신된다.

급전 장치(20)에서는 급전 회로(21)에 대해 특성 검지 회로(22)가 접속된다. 이는 엑시머 램프(1)의 전기적 특성을 검출하는 것으로, 예를 들면, 램프의 점등 전압값과 점등 전류값을 검지하여, 전압 위상과 전류 위상으로부터 위상차를 검출한다. 이 위상차는 엑시머 램프의 특성이 시간이 지남에 따라 변화를 하지 않는다면 거의 일정한 값이 되어야 하는데, 상기와 같이 방전 용기(유전체 재료의 두께), 전극의 부식, 방전 용기내의 봉입 가스 누설 등에 의해 시간이 지남에 따른 변화를 하면 변화되는 것이다.

그리고, 특성 검지 회로(22)는 엑시머 램프의 전기적 특성의 변화로부터 시간이 지남에 따른 열화를 검출한다. 또한, 이 경우의 엑시머 램프의 전기적 특성은 거시적 의미에 있어서의 특성을 의미하고, 일시적인 전압 변동이나 전류 변동에영향을 주는 것이 아니다.

특성 검지 회로(22)는 엑시머 램프(1)의 열화 신호(S5)를 제어부(40)의 목표값 연산회로(42)에 송신한다. 이 목표값 연산회로(42)는 엑시머 램프(1)의 열화 정보를 받아, 열화된 상태라도 방전 개시 전압이 같아지는 온도 설정으로 하여, 상기 목표 온도를 조정한다.

한편으로, 목표 온도의 변경 정보는 메모리(43)에도 송신되고, 엑시머 램프 발광장치의 주 전원을 오프로 한 경우라도, 다음번의 상승시에 초기 설정으로 하여 변경후의 목표 온도를 유지할 수 있게 한다.

또한, 특성 검지 회로(22)에서 엑시머 램프의 전기적 특성을 검지하는 수단은 램프의 전압 위상과 전류 위상으로부터 위상차를 검지하는 방법에 한정되지 않고, 방전 개시 전압의 변화를 검지할 수 있는 모든 수단과 구조를 채용할 수 있고, 예를 들면, 방전 개시시의 전압값의 상승 상태로부터 검지하는 방법 등도 존재한다.

또한, 상기 엑시머 램프의 전기적 특성에 관한 데이터는 제어부(40)의 메모리(43)로 축적함으로써, 엑시머 램프의 열화 이력으로 남길 수 있다. 그리고, 축적 데이터로부터의 변화로 엑시머 램프의 수명을 예측할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 엑시머 램프 발광장치는 온도 센서에 의한 온도 검지와 온도 제어 회로에 의한 제어에 의해 통상은 일정한 목표 온도로 제어를 행한다. 그리고, 엑시머 램프의 온도 검지와 병행하여 특성 검지 회로에 의해 전기 특성을 검지함으로써 거시적 의미에 있어서의 램프의 열화를 검지하는 것이 가능해지고, 이 열화에 의해 온도 제어의 목표 온도 그 자체를 조정하는 기능을 갖는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 엑시머 램프 발광장치는 첫째로 엑시머 램프의 점등전부터 엑시머 램프의 온도를 상온보다 높은 온도로 승온시킴으로써, 방전 용기를 구성하는 석영 유리 중에 포함되는 일그러짐을 소멸 혹은 저감시킬 수 있는 효과를 갖는다. 둘째로 방전 용기의 온도 가함을 일정 온도로 유지함으로써, 방전 개시 전압을 일정하게 할 수 있고, 이에 따라, 해당 온도에 맞추어 급전 장치를 설계함으로써, 보다 높은 방전 개시 전압에 대응한 과잉 설계를 방지할 수 있으므로 급전 장치의 소형화를 달성할 수 있다.

Claims

유전체 재료를 개재시킨 방전에 의해 자외광을 방사하는 엑시머 램프와, 이 엑시머 램프에 대해 소정의 전력을 공급하는 급전장치와, 엑시머 램프의 온도를 가열 냉각하기 위한 온도 조정 수단과, 엑시머 램프의 온도를 검지함과 동시에 소정의 목표 온도값으로 유지하기 위한 제어부로 이루어지는 엑시머 램프 발광장치에 있어서,

상기 급전장치는 상기 제어부에 의해, 상기 엑시머 램프의 온도를, 점등전부터 상온보다 높은 목표 온도로 개략 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.
제1항에 있어서, 상기 엑시머 램프의 온도는 발광관 외표면의 온도로서, 80℃∼200℃의 범위의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.
제2항에 있어서, 상기 엑시머 램프의 온도는 발광관 외표면의 온도로서, 100℃∼160℃의 범위의 온도로 유지되는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.
제1항에 있어서, 상기 엑시머 램프의 온도는 ±20℃의 범위로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 조정 수단은 엑시머 램프의 외표면에 배치한 히터인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.
제1항에 있어서, 상기 온도 조정 수단은 엑시머 램프를 지지하는 금속 블록 안을 흐르는 냉각수인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는 상기 목표 온도를 상기 엑시머 램프의 시간이 지남에 따른 열화에 의해 변화시키는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 발광장치.