(57)【要約】【課題】大きな電力を供給しても、温度上昇が抑制され、高い照度を得ることのできるエキシマランプを提供すること。【解決手段】誘電体よりなる二重管構造の放電容器を有し、放電容器が、管状の外周壁部と、この外周壁部内にその管軸に沿って配置された管状の内周壁部とを有し、外周壁部の一端部には、その開口を気密に塞ぐよう光取り出し窓が設けられ、内周壁部の光取り出し窓に接近する一端部が、光取り出し窓から離間して気密に閉塞され、外周壁部および内周壁部の各々の他端部は気密に接合され、外周壁部の外周面の少なくとも一部に外側電極が設けられると共に、内周壁部の内周面に沿って内側電極が設けられ、放電容器内に、エキシマ分子を形成する放電用ガスが充填されてなるエキシマランプにおいて、内側電極が導体管によって構成され、当該導体管内に冷却媒体流通路が設けられていることを特徴とする。【選択図】図１
2015201299.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体よりなる二重管構造の放電容器を有し、
前記放電容器が、管状の外周壁部と、この外周壁部内にその管軸に沿って配置された管状の内周壁部とを有し、
前記外周壁部の一端部には、その開口を気密に塞ぐよう光取り出し窓が設けられ、
前記内周壁部の前記光取り出し窓に接近する一端部が、前記光取り出し窓から離間して気密に閉塞され、
前記外周壁部および前記内周壁部の各々の他端部は気密に接合され、
前記外周壁部の外周面の少なくとも一部に外側電極が設けられると共に、前記内周壁部の内周面に沿って内側電極が設けられ、
前記放電容器内に、エキシマ分子を形成する放電用ガスが充填されてなるエキシマランプにおいて、
前記内側電極が導体管によって構成され、当該導体管内に冷却媒体流通路が設けられていることを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記放電容器の内周壁部と前記導体管との間に熱伝導性充填材が配置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】
前記内側電極が高電圧側電極とされ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】
前記導体管内の冷却媒体流通路に流通される冷却媒体が、絶縁性流体であることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエキシマランプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体製造装置や液晶製造装置などの光源として用いられるエキシマランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や液晶製造装置などの光源としては、例えばエキシマランプが用いられている。エキシマランプとしては、二重管構造または扁平管構造の放電容器を有するものが知られている。このようなエキシマランプにおいては、光透過性電極を介して光を取り出し、当該光について一括照射またはスキャン照射が行われている。
エキシマランプにおいては、高い照度の光を放出することが求められており、そのためには、大きな電力を供給する必要がある。
【０００３】
被照射物の被照射面のサイズが大きい場合においては、光照射装置としては、例えば、二重管構造または扁平管構造のエキシマランプを水平に並べる構成が採用される。しかしながら、異なるサイズの被照射面に対応するためには、被照射面のサイズに応じてエキシマランプを異なるランプ長を有するものに変える必要がある。
【０００４】
そこで、サイズの大きい被照射面に対して高い照度の光を照射する光照射装置として、例えば放電容器の長手方向の一端に光取り出し窓を設けたエキシマランプ、いわゆるヘッドオン型のエキシマランプを複数本並べて用いる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。このヘッドオン型のエキシマランプにおいては、放電容器内で発生したエキシマ光が、放電容器の一端に設けた光取り出し窓から取り出される。
一般に、キセノンガスは、誘電体バリア放電によって発生した波長１７２ｎｍのエキシマ光を自己吸収しない。そのため、光取り出し窓から離間した位置の放電空間で発生した光であっても、減衰することが少なく、光取り出し窓に到達することとなる。すなわち、光取り出し窓から離間した位置の放電空間で発生した光についても、被照射面での照度に寄与することとなる。
【０００５】
エキシマランプにおいては、被照射物に紫外線を照射するプロセスの処理時間を短縮させる観点から、高照度化を図ることが要求されている。波長１７２ｎｍなど、酸素の吸収をうける波長の場合には、酸素吸収による減衰を低減するために、エキシマランプと被照射物との間隔を小さくすることが行われている。しかしながら、紫外線の用途が広がることによって、従来以上に光反応量が多く必要とされる処理（例えばプリント基板のデスミア処理、デスカム処理、樹脂のアッシングなど表面の分子層の除去による洗浄や表面層の改質とは異なる処理）に用いられる光照射装置においては、処理時間の短縮化の観点から、さらなる高照度化の要請がある。これらの用途は表面に付着した分子層の除去による洗浄や樹脂表面層の改質よりも３倍から１０倍の光量を必要とするため、従来、１００ｍＷ／ｃｍ2 〜１５０ｍＷ／ｃｍ2 の程度であったランプの放射照度をさらにその３〜１０倍程度にする必要がある。従って、従来のヘッドオン型のエキシマランプを用いる場合においても、より大きな電力を供給する必要がある。
しかしながら、大きな電力を供給すると、ランプの温度が上昇し、内部の放電用ガスの温度も上昇する。この場合、高温となった放電用ガスがエキシマの生成を阻害するため、ある電力値を境界に照度が低下する。従来のエキシマランプでは、ランプ単位当たりの長さ当たりの電力で約１０Ｗ／ｃｍ程度がピークであり、それ以上電力を上げると、ランプの温度が上昇し、照度はむしろ低下する。
【０００６】
ランプの温度上昇を抑制するため、ランプを冷却する構造を有する光照射装置が知られている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。
【０００７】
特許文献２には、ランプ全体を冷却媒体に浸漬した構造の光照射装置が提案されている。このような装置においては、冷却媒体自体が所望の波長を透過する性質を有する必要がある。紫外線を放出するエキシマランプにおいては、冷却媒体が真空紫外領域の波長を吸収するため適用することができない。
【０００８】
また、特許文献３には、二重管構造のランプの内側管を管軸方向に貫通して冷却管を形成した構造の光照射装置が提案されている。この装置は、冷却管を流通する冷却媒体によって、放電容器の管軸方向の紫外線を遮断する機能も兼ねている。このような技術をヘッドオン型のエキシマランプに適用しようとしても、冷却管を、光取り出し窓を貫通して形成する必要がある。そのため、放電容器の管軸方向から光を取り出すヘッドオン型のエキシマランプには適用することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２２０６８９号公報
【特許文献２】特開平５−１７４７９３号公報
【特許文献３】特開２００１−２８３７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、大きな電力を供給しても、温度上昇が抑制され、高い照度を得ることのできるエキシマランプを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のエキシマランプは、誘電体よりなる二重管構造の放電容器を有し、
前記放電容器が、管状の外周壁部と、この外周壁部内にその管軸に沿って配置された管状の内周壁部とを有し、
前記外周壁部の一端部には、その開口を気密に塞ぐよう光取り出し窓が設けられ、
前記内周壁部の前記光取り出し窓に接近する一端部が、前記光取り出し窓から離間して気密に閉塞され、
前記外周壁部および前記内周壁部の各々の他端部は気密に接合され、
前記外周壁部の外周面の少なくとも一部に外側電極が設けられると共に、前記内周壁部の内周面に沿って内側電極が設けられ、
前記放電容器内に、エキシマ分子を形成する放電用ガスが充填されてなるエキシマランプにおいて、
前記内側電極が導体管によって構成され、当該導体管内に冷却媒体流通路が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
本発明のエキシマランプにおいては、前記放電容器の内周壁部と前記導体管との間に熱伝導性充填材が配置される構成とすることができる。
【００１３】
本発明のエキシマランプにおいては、前記内側電極が高電圧側電極とされることが好ましい。
【００１４】
本発明のエキシマランプにおいては、前記導体管内の冷却媒体流通路に流通される冷却媒体が、絶縁性流体であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のエキシマランプにおいては、いわゆるヘッドオン型のエキシマランプにおいて、内周壁部の内周面に沿って内側電極が設けられ、当該内側電極を構成する導体管内に冷却媒体流通路が設けられている。従って、導体管内の冷却媒体流通路に冷却媒体が流通されると、内側電極が冷却され、これにより、放電容器の内周壁部側からエキシマランプ自体も冷却される。その結果、本発明のエキシマランプによれば、大きな電力を供給しても、温度上昇が抑制され、高い照度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のエキシマランプの構成の一例を、管軸方向に沿った断面で示す説明用断面図である。
【図２】本発明のエキシマランプの構成の他の例を、管軸方向に沿った断面で示す説明用断面図である。
【図３】本発明のエキシマランプの構成のさらに他の例を、管軸方向に沿った断面で示す説明用断面図である。
【図４】本発明のエキシマランプの構成のさらに他の例を、管軸方向に沿った断面で示す説明用断面図である。
【図５】本発明のエキシマランプが備えられる光照射装置の構成の一例を示す説明用概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明のエキシマランプの構成の一例を、管軸方向に沿った断面で示す説明用断面図である。
本発明のエキシマランプは、放電容器の長手方向の一端に光取り出し窓が形成された、いわゆるヘッドオン型のエキシマランプである。
【００１９】
このエキシマランプ１０は、誘電体よりなる二重管構造の放電容器１１を有する。具体的に説明すると、放電容器１１は、円管状の外周壁部１２と、この外周壁部１２内にその管軸に沿って配置された、当該外周壁部１２の内径より小さい外径の円管状の内周壁部１３とを有する。図示の例では、外周壁部１２は、その全長が内周壁部１３の全長より大きいものとされている。また、外周壁部１２は、その一端部（図１において左端部）が内周壁部１３の一端部（図１において左端部）より外方に突出するよう配置されている。
外周壁部１２の一端（図１において左端）には、その開口を気密に塞ぐよう円板状の光取出し窓１５が設けられている。内周壁部１３の一端（図１において左端）には、その開口を気密に塞ぐよう封止壁部１４が、光取り出し窓１５から離間して形成されている。外周壁部１２および内周壁部１３の各々の他端部（図１において右端部）は、封止壁部１６によって気密に接合されている。
【００２０】
放電容器１１を構成する誘電体材料としては、例えば合成石英ガラスを用いることができる。
【００２１】
放電容器１１内には、外周壁部１２と内周壁部１３との間に、有底円筒状の放電空間Ｓが形成されている。
放電容器１１内における放電空間Ｓには、エキシマ分子を形成する放電用ガスが封入されている。放電用ガスとしては、キセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガスなどを用いることができる。放電用ガスの封入圧は、放電空間Ｓの厚みによって異なるが、例えば０．０５〜０．５ＭＰａとされる。
【００２２】
放電容器１１の内表面、具体的には、外周壁部１２、封止壁部１６、内周壁部１３および封止壁部１４の内表面には、例えばシリカ粒子を主成分とする反射膜１８が密接して設けられている。この例においては、外周壁部１２の内表面の一端部分（図１における左端部分）には、反射膜１８が設けられていない。
反射膜１８の膜厚は、例えば１〜１０００μｍとされる。
【００２３】
内周壁部１３の一端における封止壁部１４は、光取り出し窓１５から離間して設けられている。封止壁部１４と光取り出し窓１５との離間距離Ｘは、例えば２〜２０ｍｍとされる。なお、封止壁部１４の内表面に反射膜１８が設けられている場合においては、離間距離Ｘは、反射膜１８と光取り出し窓１５との離間距離とする。
【００２４】
放電容器１１における外周壁部１２の外周面１２Ａには、円筒状の外側電極２０が当該外周壁部１２の外周面１２Ａに密接して配置されている。
また、放電容器１１における内周壁部１３の内周面１３Ａには、両端が閉塞された円筒状の導体管３０ａよりなる内側電極３０が当該内周壁部１３の内周面１３Ａに沿って配置されている。具体的には、内側電極３０を構成する導体管３０ａが、内周壁部１３の内周面１３Ａに接して設けられている。
内側電極３０の外周面には、電源１７における高圧側端子（図示せず）に電気的に接続される接続端子３８が、当該内側電極３０の外周面から突出するよう設けられている。
【００２５】
外側電極２０と内側電極３０とは、それぞれ配線を介して電源１７に接続されている。この例においては、内側電極３０が高電圧側電極とされている。
【００２６】
外側電極２０を構成する形成材料としては、例えば、アルミニウムなどの導電性材料を用いることができる。
【００２７】
内側電極３０を構成する導体管３０ａは、その内部が空洞とされ、この空洞が、冷却媒体Ｒが流通される冷却媒体流通路Ｐとされている。
導体管３０ａの一端面（図１において左端面）は、放電容器１１の封止壁部１４に密接している。導体管３０ａの他端部（図１において右端部）には、その管内に冷却媒体Ｒを流入させるための流入管３１および管内から冷却媒体Ｒを流出させるための流出管３２が設けられている。流入管３１は、導体管３０ａの管軸方向に沿って導体管３０ａ内に伸びている。導体管３０ａにおける流入管３１および流出管３２によって冷却媒体Ｒが流通される冷却媒体流通路Ｐが形成されている。
導体管３０ａにおける流入管３１および流出管３２は、冷却媒体流通路Ｐを流通する冷却媒体Ｒを循環させながら、当該冷却媒体Ｒの温度を制御するチラー（図示せず）と配管（図示せず）を介して接続されている。
【００２８】
内側電極３０を構成する導体管３０ａを構成する形成材料としては、例えば、銅、ステンレス鋼、アルミニウムなどの導電性材料が挙げられる。
【００２９】
導体管３０ａ内に流通される冷却媒体Ｒとしては、熱伝導度が高く、絶縁性の流体が好ましく、例えば、例えば電気伝導率が１μＳ／ｃｍ以下の純水、エチレングリコール、メタノール、絶縁オイル、フッ素系冷媒などが挙げられる。
【００３０】
このエキシマランプ１０の仕様の一例を示すと、外周壁部１２は、外径が４６ｍｍ、肉厚が３ｍｍ、全長１２０ｍｍであり、内周壁部１３は、外径が１６ｍｍ、肉厚が１ｍｍ、全長が１０７ｍｍであり、光取り出し窓１５は、直径が４６ｍｍ、肉厚が２ｍｍであり、導体管３０ａは、外径が１４ｍｍ、肉厚が１ｍｍ、全長が２００ｍｍであり、反射膜１８の膜厚が３０μｍである。封止壁部１４（反射膜１８）と光取り出し窓１５との離間距離Ｘが１０ｍｍである。有効電極長ＥＬは、７０ｍｍである。放電空間Ｓ内の放電用ガスの封入圧は０．０８ＭＰａである。
外側電極２０と内側電極３０との間に印加される電圧は、例えばＶｐ−ｐ  １０ｋＶ以上である。
導体管３０ａ内の冷却媒体Ｒは、電気伝導率が１μＳ／ｃｍ以下の純水であり、流量が１Ｌ／ｍｉｎである。
【００３１】
以上のようなエキシマランプ１０においては、電源１７によって外側電極２０と内側電極３０との間に高周波電圧が印加されることにより、放電容器１１内の放電空間Ｓにおいて誘電体バリア放電が発生する。これにより、エキシマが形成されてそのエキシマ光が放出される。そして、このエキシマ光は、直接または反射膜１８を介して光取り出し窓１５から外部に放射される（図１における実線矢印参照）。このエキシマランプ１０の点灯状態時においては、チラーによって冷却媒体Ｒが導体管３０ａ内の冷却媒体流通路Ｐを循環する。
【００３２】
このようなエキシマランプ１０においては、内周壁部１３の内周面１３Ａに沿って内側電極３０が設けられ、当該内側電極３０を構成する導体管３０ａ内に冷却媒体流通路Ｐが設けられている。従って、導体管３０ａ内の冷却媒体流通路Ｐに冷却媒体Ｒが流通されると、内側電極３０が冷却され、これにより、冷却された内側電極３０を介して放電容器１１の内周壁部１３側からエキシマランプ１０自体も冷却される。その結果、エキシマランプ１０によれば、大きな電力を供給しても、温度上昇が抑制され、高い照度を得ることができる。具体的には、このエキシマランプ１０においては、ランプ単位当たりの長さ当たりの電力で２０Ｗ／ｃｍ以上の高負荷点灯が可能となる。
【００３３】
また、エキシマランプ１０によれば、内側電極３０が高電圧側電極とされることにより、後述する光照射装置のように、当該エキシマランプ１０を複数本並べて配置する場合であっても、絶縁状態を容易に確保することができる。
【００３４】
さらに、エキシマランプ１０によれば、冷却媒体Ｒとして、熱伝導度が高い流体を選択することにより、エキシマランプの除熱性能が向上し、さらなる高負荷点灯が可能となる。また、冷却媒体Ｒとして、絶縁性の流体を選択することにより、高電圧下での点灯が可能となる。
【００３５】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、内側電極を構成する導体管の外径は、内周壁部の内径と略同径または少し小さく設定されるが、例えば、放電容器の内周壁部（の内周面）と導体管（の外周面）との間に間隙が形成される場合には、熱伝導性充填材を配置することができる。この熱伝導性充填材が配置されることにより、放電容器と導体管との間の接触面積が確保されるので、熱伝導を補うことができ、また、放電容器と導体管との位置を容易に固定することもできる。熱伝導性充填材としては、例えば、銅、ステンレス鋼などの金属製の板やバネ、シリコンを含有する熱伝導性を有する液体等が挙げられる。
【００３６】
また例えば、内側電極を構成する導体管の形状は特に限定されない。
例えば図２に示すように、この導体管３０ｂは、円筒状の導体管形成材をＵ字状に屈曲した形状のものである。
また例えば図３に示すように、この導体管３０ｃは、円筒状の軸部と、この軸部の周りをコイル状に旋廻したコイル部とにより構成される形状のものである。なお、図２および図３において、符号３０Ｓは、熱伝導性充填材である。
さらに例えば図４に示すように、この導体管３０ｄは、円筒状の導体管３０ｄの軸方向に沿って伸びる流入管３１に、バイパス穴３１ｈが形成された構成とされている。
【００３７】
本発明のエキシマランプは、複数本を並べて配置することにより、サイズの異なる被照射面に対応することができる。
図５は、本発明のエキシマランプが備えられる光照射装置の構成の一例を示す説明用概略図である。
この光照射装置においては、複数本（この図の例においては５本）のエキシマランプ１０が、例えばピッチ６０ｍｍで、光取り出し窓１５が同一平面上に配置されるように横一列に並んで配置されている。各エキシマランプ１０の放電容器１１の外周面には、共通の一体型外側電極２０Ｘが設けられている。各エキシマランプ１０においては、流入管３１が配管４４ａを介してチラー４１に接続されていると共に、流出管３２が配管４４ｂを介してチラー４１に接続されている。また、各エキシマランプ１０に共通の一体型外側電極２０Ｘが配線４５ａを介してトランス４２に電気的に接続されていると共に、各内側電極３０が配線４５ｂを介してトランス４２に電気的に接続されている。トランス４２は配線を介して電源装置４３に電気的に接続されている。この例においては、内側電極３０が高電圧側電極とされている。また、この例においては、各エキシマランプ１０はトランス４２に対して並列に接続されている。
【００３８】
以上のような光照射装置においては、電源装置４３によって各エキシマランプ１０に高周波電圧が印加されることにより、放電空間Ｓ内でエキシマ光が放出され、このエキシマ光が光取り出し窓１５を介して被照射物の被照射面に照射される。さらに、各エキシマランプ１０の点灯状態時においては、冷却媒体Ｒがチラー４１によって循環されて各エキシマランプ１０の冷却媒体流通路Ｐ内に流通される。
【００３９】
このような光照射装置によれば、各エキシマランプ１０の内側電極３０が冷却構造を有することにより、各エキシマランプに大きな電力を供給しても、各エキシマランプの温度上昇が抑制されるので、被照射面に対して高い照度の光を照射することができる。従って、例えばサイズの大きい被照射面に対しても、高い照度の光を照射することが可能となる。
【００４０】
また、このような光照射装置によれば、内側電極３０が高電圧側電極とされていることにより、高密度でエキシマランプ１０を配置した場合であっても、絶縁状態を容易に確保することができる。
【００４１】
以上の光照射装置は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、エキシマランプの配列形態は特に限定されず、前後交互に位置をずらして配列されていてもよい。
また例えば、各エキシマランプは、チラーに対して直列および並列のどちらにでも接続することができる。
さらに例えば、エキシマランプ毎にトランスを接続して電圧供給を行ってもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０    エキシマランプ
１１    放電容器
１２    外周壁部
１２Ａ  外周面
１３    内周壁部
１３Ａ  内周面
１４    封止壁部
１５    光取り出し窓
１６    封止壁部
１７    電源
１８    反射膜
２０    外側電極
２０Ｘ  一体型外側電極
３０    内側電極
３０ａ，３０ｂ,３０ｃ，３０ｄ  導体管
３１    流入管
３１ｈ  バイパス穴
３２    流出管
３８    接続端子
４１    チラー
４２    トランス
４３    電源装置
４４ａ  配管
４４ｂ  配管
４５ａ  配線
４５ｂ  配線
Ｐ      冷却媒体流通路
Ｒ      冷却媒体
Ｓ      放電空間
【図１】
2015201299.tif 000003
【図２】
2015201299.tif 000004
【図３】
2015201299.tif 000005
【図４】
2015201299.tif 000006
【図５】
2015201299.tif 000007