KR20210040697A - 수명과 반사 성능이 향상된 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프 - Google Patents

수명과 반사 성능이 향상된 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 실리카 글래스 재질의 방전용기 표면에, 알루미나 입자, 실리카 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막을 구비함으로써, 수명과 반사 성능이 향상된 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프에 관한 것으로서, 상기 엑시머 램프는 용융 프릿으로 인해 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스 상호 간 결착력이 확보되어 자외선 산란 반사막의 탈리 혹은 박리가 방지되는 동시에, 반사막의 수명과 반사 성능이 향상되어 실리카 글래스와 접착을 위해 실리카 입자를 과량으로 사용하여 오히려 반사 성능과 수명이 저하되는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있다.

Description

수명과 반사 성능이 향상된 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프{EXCIMER LAMPS COMPRISING UV REFLECTORS WITH IMPROVED LIFETIME AND PERFORMANCE}
본 발명은 수명과 반사 성능이 향상된 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프에 관한 것이다.
엑시머(Excimer) 램프는 단일 파장의 자외광을 조사하는 장치로서, 엑시머 분자를 형성하기 위한 방전용 가스를 충전한 엑시머 램프에 고전압을 인가하여 엑시머 램프 내에 엑시머 분자를 형성하고, 상기 엑시머 분자가 기저 상태로 천이할 때 단일 파장의 엑시머 광을 방사하는 원리에 따른 방전 형식이다.
엑시머 광은 공기나 물에 반응하여 유기 화합물을 효과적으로 분해하는 여기 산소 원자나 OH 라디칼 등을 생성시킬 수 있어 유기 화합물로 이루어지는 오염 물질의 분해에 이용되고 있으며, 또한 엑시머 광은 광자 에너지가 강하기 때문에 직접 조사체에 반응시키는 표면 개질 처리 등에 이용되고 있다.
특히, 엑시머 램프는 반도체 산업 분야에 있어서 실리콘웨이퍼나 유리 기판을 오염시킬 수 있는 유기 화합물을 분해하는 드라이 세정에 응용되거나 반도체 재료의 표면 활성화 처리나 또는 소프트 애싱(Ashing)에 응용되고 있고, 또한 플라즈마 디스플레이 패털의 형광 발광, LCD 프로세스, 재료 관련 분야에 있어서 수지나 금속 재료의 표면 활성화 처리, 또는 표면 개질 처리 등 다방면에서 활용되고 있다.
한편, 종래 기술에 따른 엑시머 램프는 방전용기, 상기 방전용기 내측과 외측에 각각 내측 전극, 외측 전극이 구비되며, 방전용기 표면에는 자외선 산란 반사막이 구비된다. 위 구성 중 자외선 산란 반사막은 방전용기 표면에 형성되며, 반사율이 높은 산란 입자로 구성됨으로써 자외선 반사 효율을 높이는 역할을 수행하는데, 종래 기술에 따른 자외선 산란 반사막의 경우, 방전용기를 이루는 실리카 글래스와의 접착력이 약해 반사막이 탈리 혹은 박리되는 문제점이 존재하거나, 혹은 실리카 글래스와의 접착력 향상을 위해 실리카 글래스와 접착되는 자외선 산란 반사막 하부에 실리카 입자를 과량으로 사용함으로써, 오히려 자외선 산란 효과가 감소하고, 반사막 수명이 단축되는 문제점이 존재하였다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 실리카 글래스 재질의 방전용기 표면에, 알루미나 입자, 실리카 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막을 구비함으로써, 수명과 반사 성능이 향상된 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서는 실리카 글래스 재질의 방전용기; 상기 방전용기 표면 일부 또는 전체에 형성되며, 알루미나(Al2O3) 입자, 실리카(SiO2) 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막; 을 포함하는 엑시머 램프를 제공한다.
또한, 본 명세서에서, 상기 자외선 산란 반사막은, 상기 반사막 전체 중량을 기준으로 알루미나 입자 40 내지 30 중량부, 실리카 입자 50 내지 60 중량부 및 용융 프릿 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 상기 자외선 산란 반사막은, 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 및 칼슘(Ca) 중 선택되는 1종 이상의 금속 입자를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 상기 알루미나 입자 및 실리카 입자는 각각 입경이 0.1 내지 0.5 ㎛ 범위 내인 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 상기 용융 프릿은 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스와 각각 접착되어 상호 간 결착력을 확보하는 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 상기 용융 프릿은 비투과성 프릿 입자가 850 내지 950℃ 온도 조건 하에서 소성 용융되어 형성된 것일 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 상기 비투과성 프릿 입자는, 보론옥사이드(B2O3) 2.5 중량부, 실리카(SiO2) 50 내지 70 중량부, 알루미나(Al2O3) 2 내지 15 중량부, 바륨 옥사이드(BaO) 2 내지 15중량부, 칼슘 옥사이드(CaO) 2 내지 15 중량부, 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 엑시머 램프는 실리카 글래스 재질의 방전용기 표면에, 알루미나 입자, 실리카 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막을 구비함으로써, 용융 프릿으로 인해 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스 상호 간 결착력이 확보되어 자외선 산란 반사막의 탈리 혹은 박리가 방지되는 동시에, 반사막의 수명과 반사 성능이 향상되어 실리카 글래스와 접착을 위해 실리카 입자를 과량으로 사용하여 오히려 반사 성능과 수명이 저하되는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 엑시머 램프의 반사막의 단면 및 그 구성 성분을 개략적인 형태로 나타낸 사시도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 반사막을 포함하는 엑시머 램프를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 기재를 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 기재의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.
일반적으로 엑시머 램프는 전체가 관 형상의 방전용기와 상기 방전용기 내관의 안쪽에 구성되는 금속전극(내부전극)과 상기 방전용기 외관의 바깥쪽에 구성되는 금속망 전극(외부전극) 및 상기 방전용기 내부의 방전공간에 충전되는 크세논(Xe) 또는 아르곤(Ar)과 염소(Cl2)의 혼합가스 등과 같은 방전 가스로 구성되며, 상기 내부전극과 외부전극이 형성된 방전용기 일측에서 내부전극과 외부전극에 전원단에서 교류의 고전압을 인가하면, 방전용기에서 방전 플라즈마가 발생된다. 상기 방전 플라즈마는 높은 에너지의 전자를 포함하고 있고 순간적으로 소멸하는 특성이 있다. 한편, 상기 방전 플라즈마에 의해 방전 가스의 원자가 여기되고, 순간적으로 엑시머 상태가 되며, 이 엑시머 상태에서 원래의 상태(기저상태)로 돌아오면 엑시머 특유의 스펙트럼(spectrum)을 발광(엑시머 발광)한다. 한편, 발광 스펙트럼은 충전된 방전 가스에 의해 설정이 가능하다.
한편, 엑시머 발광이 생기는 방전용기 내의 방전 공간에 노출되는 방전용기 표면에는 30 내지 300㎛ 두께의 자외선 산란 반사막이 형성되는데, 상기 반사막은 방전용기를 구성하는 실리카 글래스에 방전 공간 내의 자외선이 입사하는 것을 방지함으로써, 자외선 변형에 의한 데미지를 작게 하여 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 한편, 종래 기술에 따른 자외선 산란 반사막은 그린 시트로 불리는 필름형상 성형체를 사용하는 것이 일반적이다.
본 발명의 일실시예에 따른 엑시머 램프는 실리카 글래스 재질의 방전용기; 상기 방전용기 표면 일부 또는 전체에 형성되며, 알루미나(Al2O3) 입자, 실리카(SiO2) 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막; 을 포함할 수 있다.
방전용기는 상술한 바와 같이, 전체적으로 관 형상을 가지며 방전용 가스가 충전된 직관부와 상기 직관부의 양단에 상기 직관부를 밀봉하는 밀봉부가 형성된 것일 수 있고, 또한, 상기 방전용기는 진공 자외광을 양호하게 투과하는 유전체 재료로서 합성 실리카 글래스 재질일 수 있다.
한편, 상기 방전용기 내부에는 내측전극이 방전용기의 내관에 형성되고, 외부전극이 방전용기 외관의 바깥쪽에 형성될 수 있으며, 방전용기 내부에는 크세논(Xe) 또는 아르곤(Ar)과 염소(Cl2)의 혼합가스 등과 같은 방전 가스가 충전될 수 있도록 방전공간을 구비하는 것일 수 있다.
한편, 방전용기 표면에는 진공 자외선 방출을 위한 광출사창이 더 형성될 수 있고, 상기 광출사창 부분에는 후술할 자외선 산란 반사막이 형성되지 않을 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 산란 반사막은 상기 방전용기 표면 일부 또는 전체에 형성되며, 알루미나(Al2O3) 입자, 실리카(SiO2) 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 것일 수 있다. 구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 자외선 산란 반사막은, 반사막 전체 중량을 기준으로 알루미나 입자 40 내지 30 중량부, 실리카 입자 50 내지 60 중량부 및 용융 프릿 5 내지 15 중량부, 더욱 상세하게는 용융 프릿 10중량부를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로 자외선 상기 반사막은 방전용기를 구성하는 실리카 글래스에 방전 공간 내의 자외선이 입사하는 것을 방지함으로써, 자외선 변형에 의한 데미지를 작게 하여 크랙이 발생하는 것을 방지하기 위한 목적으로 구비되는 것으로서, 상기 방전용기 표면 일부 또는 전체에 형성되며, 알루미나(Al2O3) 입자, 실리카(SiO2) 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함할 수 있다.
본 발명과 달리, 종래 기술에 따른 자외선 산란 반사막의 경우 사용 시간이 경과함에 따라 방전용기를 이루는 재질인 실리카 글래스와의 접착력이 부족하여 탈리되거나 박리되는 문제점이 존재하거나, 또는 반사막과 실리카 글래스 간의 충분한 접착력을 확보하기 위하여 실리카 글래스와 접하는 반사막 부분에 실리카 입자를 다량으로 포함시킴으로 인해, 접착력은 확보하더라도 반사막의 반사 특성을 오히려 저하시키고, 이에 따라 시간노화에 대한 내구성을 충분히 확보하기 어려운 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명과 같이 반사막 내에 용융 프릿을 포함시키는 경우, 상기 용융 프릿이 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스와 각각 접착되어 상호 간 접착력을 확보할 수 있게 되므로, 상술한 종래 기술과 같이 다른 자외선 산란 입자 대비 상대적으로 플라즈마 내성이 떨어지는 실리카 입자를 과량으로 사용하지 않더라도 반사막과 실리카 글래스 간에 충분한 접착력을 확보하여 반사막의 탈리 혹은 박리를 방지할 수 있고, 또한 반사막 내에 실리카 입자 비율을 감소시킬 수 있어 플라즈마 내성 확보가 용이하며, 이에 따라 시간노화 내구성을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일실시에에 따른 엑시머 램프의 자외선 산란 반사막은, 상기 반사막 전체 중량을 기준으로 알루미나 입자 40 내지 30 중량부, 실리카 입자 50 내지 60 중량부 및 용융 프릿 5 내지 15 중량부를 포함할 수 있으며, 반사막이 상기와 같은 중량부 범위를 가지는 경우 종래 기술 대비 실리카 입자 비율이 감소되어 플라즈마 내성이 향상되고, 이에 따라 시간노화 내구성 역시 향상된다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 엑시머 램프의 자외선 산란 반사막은 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 및 칼슘(Ca) 중 선택되는 1종 이상의 금속 입자를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 알루미나 입자 및 실리카 입자는 각각 입경이 0.1 내지 0.5 ㎛ 범위 내인 것일 수 있고, 더욱 상세하게는 입경이 동일한 것일 수 있다. 상기 알루미나 입자와 실리카 입자의 입경이 실질적으로 동일한 수준으로 구성되는 경우 용융 프릿이 상기 입자들 사이에 흘러들어가 상기 자외선 산란 입자들을 상호 결착시키기 용이하며, 알루미나 입자와 실리카 입자의 입경 차이가 현저한 경우, 이들 입자들이 정렬되지 않아, 용융 프릿이 자외선 산란 입자 간 충분한 상호 결착력을 확보하도록 하기 어렵고, 또한 이에 따라 반사막이 충분히 조밀한 구조를 갖기 어려운 문제점이 있을 수 있다.
한편, 용융 프릿은 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스와 각각 접착되어 상호 간 결착력을 확보하기 위한 목적으로 구비되는 자외선 산란 반사막의 구성 중 하나로서, 비투과성 프릿 입자가 850 내지 950℃ 온도 조건, 더욱 상세하게는 900℃ 온도 조건 하에서 소성 용융되어 형성되는 것일 수 있다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 비투과성 프릿 입자는, 보론옥사이드(B2O3) 2.5 중량부, 실리카(SiO2) 50 내지 70 중량부, 알루미나(Al2O3) 2 내지 15 중량부, 바륨 옥사이드(BaO) 2 내지 15중량부, 칼슘 옥사이드(CaO) 2 내지 15 중량부, 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 1 내지 10 중량부를 포함하는 것일 수 있다.
구체적으로 본 발명의 일실시예에 따른 엑시머 램프에 구비되는 자외선 산란 반사막은 비투과성 프릿 입자를 900℃ 온도 조건 하에서 소성 용융하여 용융된 상태로 상술한 실리카 입자 및 알루미나 입자와 혼합한 후, 실리카 글래스 상에 도포하여 건조시킴으로써 형성되는 것일 수 있으며, 이때 비투과성 프릿 입자는 약 3.8g/cm3 의 밀도, 선팽창계수는 약 3.5×10-6/℃, 연화온도는 약 808℃인 특성을 가진 비구형 분쇄입자일 수 있다.
한편, 상기 용융 프릿의 특성 상 반사막 전체에 걸쳐 알루미나 입자, 실리카 입자 및 용융 프릿이 균등하게 분포하고 있으며(도 3 참조), 이는 반사막의 상부와 하부 구분없이, 전체적으로 균일한 분포를 이룬다.
이상으로 설명한 본 발명에 따른 엑시머 램프는 실리카 글래스 재질의 방전용기 표면에, 알루미나 입자, 실리카 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막을 구비함으로써, 용융 프릿으로 인해 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스 상호 간 결착력이 확보되어 자외선 산란 반사막의 탈리 혹은 박리가 방지되는 동시에, 반사막의 수명과 반사 성능이 향상되어 실리카 글래스와 접착을 위해 실리카 입자를 과량으로 사용하여 오히려 반사 성능과 수명이 저하되는 종래 기술의 문제점을 해결할 수 있게 된다.
발명을 하기의 실시예에서 보다 상세하게 설명한다. 단, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1
보론옥사이드(B2O3) 2.5 kg, 실리카(SiO2) 50 kg, 알루미나(Al2O3) 15kg, 바륨 옥사이드(BaO) 15kg, 칼슘 옥사이드(CaO) 15kg, 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 10kg을 포함하는 비구형의 비투과성 프릿 입자를 준비한 다음, 소성로(furnace)에서 900℃ 온도 조건으로 소성하여 용융시켰다.
상기 단계를 통해 용융된 용융 프릿을 준비하고, 이에 입경이 각각 0.1 내지 0.5 ㎛ 범위 내인 알루미나 입자, 실리카 입자를 용융 프릿과 혼합한 다음, 미리 준비한 실리카 글래스 재질의 방전용기 표면 상에 도포하고 건조하여 100㎛ 두께 범위의 자외선 산란 반사막을 형성시켜 엑시머 램프를 제조하였다.
구체적으로 본 실시예에서 사용된 방전용기 재질은 실리카 글래스로서 전체 길이는 150 ㎜, 세로 방향 치수는 34 ㎜, 가로 방향 치수는 14 ㎜, 두께는 2 ㎜ 였다.
실험 1: 엑시머 램프 내 자외선 산란 반사막의 박리 여부 확인
상술한 실시예 1에 따라 제조된 엑시머 램프에서 방전공간 내에는 아르곤을 봉입하고, 파장 126㎚의 아르곤 엑시머 광의 발광을 행하였다. 상기 발광을 소정의 시간 지속한 후 발광을 중지하고, 자외선 산란 반사막이 실리카 글래스로부터 박리되었는지 여부를 측정하였다.
앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
1: 엑시머 램프 2: 방전용기
3: 내측전극 4: 외측전극
8: 자외선 산란 반사막 80: 자외선 산란 입자
81: 알루미나 입자 82: 실리카 입자
83: 용융 프릿 84: 금속 입자

Claims (7)

  1. 실리카 글래스 재질의 방전용기;
    상기 방전용기 표면 일부 또는 전체에 형성되며, 알루미나(Al2O3) 입자, 실리카(SiO2) 입자 및 용융 프릿(Frit)을 포함하는 자외선 산란 반사막; 을 포함하는 엑시머 램프.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 산란 반사막은, 상기 반사막 전체 중량을 기준으로 알루미나 입자 40 내지 30 중량부, 실리카 입자 50 내지 60 중량부 및 용융 프릿 5 내지 15 중량부를 포함하는, 엑시머 램프.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 산란 반사막은, 마그네슘(Mg), 리튬(Li) 및 칼슘(Ca) 중 선택되는 1종 이상의 금속 입자를 더 포함하는, 엑시머 램프.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 알루미나 입자 및 실리카 입자는 각각 입경이 0.1 내지 0.5 ㎛ 범위 내인 것인, 엑시머 램프.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 프릿은 알루미나 입자, 실리카 입자 및 실리카 글래스와 각각 접착되어 상호 간 결착력을 확보하는 것인, 엑시머 램프.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 용융 프릿은 비투과성 프릿 입자가 850 내지 950℃ 온도 조건 하에서 소성 용융되어 형성된 것인, 엑시머 램프.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 비투과성 프릿 입자는, 보론옥사이드(B2O3) 2.5 중량부, 실리카(SiO2) 50 내지 70 중량부, 알루미나(Al2O3) 2 내지 15 중량부, 바륨 옥사이드(BaO) 2 내지 15중량부, 칼슘 옥사이드(CaO) 2 내지 15 중량부, 지르코늄 옥사이드(ZrO2) 1 내지 10 중량부를 포함하는, 엑시머 램프.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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