(57)【要約】【課題】  効率的にエキシマ光の照射を行うことができるフラット形のエキシマランプ及びエキシマ照射装置を提供する。【解決手段】  エキシマランプ１は、薄箱形状の放電容器２と、前記放電容器２内に充填された放電用の封入ガス５と、前記放電容器２を挟む形で当該放電容器の外側に対向配置された２つの電極（４，６）と、を備え、高周波電圧が印加されるとき、前記２つの電極のいずれか一方の前記電極であるエキシマ照射面を透過してエキシマ光を外部に照射する。よって、被照射体をエキシマ照射面から一定距離にすることによって、十分な強度のエキシマ光を、効率よく被照射体に照射することが可能となる。また、エキシマ光が、エキシマ照射面から照射されるので、放射したエキシマ光の全てを被照射体に照射することができ、照射効率が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄箱形状の放電容器と、
前記放電容器内に充填された放電用の封入ガスと、
前記放電容器を挟む形で当該放電容器の外側に対向配置された２つの電極と、を備え、
高周波電圧が印加されるとき、前記２つの電極のいずれか一方の前記電極を透過してエキシマ光を外部に照射することを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
請求項１に記載のエキシマランプにおいて、前記エキシマ光を透過させる前記電極は網状電極であることを特徴とするエキシマランプ。
【請求項３】
薄箱形状の放電容器と、前記放電容器内に充填された放電用の封入ガスと、前記放電容器を挟む形で当該放電容器の外側に対向配置された２つの電極とを備えるエキシマランプが、一定方向に複数連設され、前記エキシマ照射面が、被照射体に対して一定の間隔で配置されるエキシマ照射装置であって、
高周波電圧が印加されるとき、前記２つの電極のいずれか一方の前記電極を透過してエキシマ光を外部に照射することを特徴とすることを特徴とするエキシマ照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦ放電によってエキシマ光を照射するフラット形のエキシマランプ及びエキシマ照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エキシマランプは、通常、無声放電ランプといわれ、光化学反応の紫外線光源として使用される放電ランプの一つである。エキシマランプは、封入ガスの種類に応じて１７２ｎｍ、１９３ｎｍ、２２２ｎｍまたは２４８ｎｍなどの単波長の紫外線（以下「エキシマ光」という。）を照射する。こうしたエキシマ光は、励起酸素原子やＯＨラジカル等を生成できることに基づいた有機化合物の分解に利用されたり、強い光子エネルギーに基づいたその他の処理に利用されている。例えば、半導体産業の分野においては、シリコンウエハーやガラス基板を汚染した有機化合物を分解するドライ洗浄に応用されたり、半導体材料の表面活性化処理やソフトアッシングに応用されている。また、プラズマディスプレイパネルの蛍光発光、ＬＣＤプロセス、材料関連の分野における樹脂や金属材料の表面活性化処理などの多方面で応用されている。
【０００３】
さらに、紫外線は、環境技術の分野において、オゾンの生成、水中・大気の汚染浄化、超純水製造工程に利用されている。特に、環境汚染が問題となっているトリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ダイオキシン、ＰＣＢ等の有機化合物の分解にも応用されている。具体的な分解方法として、空気中に含まれる有機化合物の分解は、先ず、空気中の酸素がエキシマ光（特に２００ｎｍ以下の真空紫外線領域のエキシマ光が好ましい。）に照射されてオゾンに変化し、そのオゾンがさらにエキシマ光に照射されて酸化力が非常に強い励起酸素原子に変化し、最後に、その励起酸素原子が空気中の有機化合物を分解して揮発性物質のＣＯ2やＨ2Ｏ等を発生する、という過程で行われる。また、水中に含まれる有機化合物の分解は、液体中の水や溶存酸素がエキシマ光（特に２００ｎｍ以下の真空紫外線領域のエキシマ光が好ましい。）に照射されて極めて反応性の高いＯＨラジカルやＯラジカルに変化し、そのＯＨラジカルやＯラジカルが水中に含まれる有機化合物の結合鎖を切断して有機化合物を分解する、という過程で行われる。
【０００４】
キセノンガスを封入ガスとして充填したエキシマランプは、真空紫外線である１７２ｎｍの波長のエキシマ光を発生させることができる。この１７２ｎｍの波長のエキシマ光は、多くの励起酸素原子やＯＨラジカル等を生成させることができるので、空気中や水中に含まれる有機化合物の分解を効率的に行うことができる。また、１７２ｎｍの波長のエキシマ光は、光子エネルギーが強いので、この光子エネルギーによっても有機化合物の結合鎖を直接切断して分解することができる。
【０００５】
図５は、従来型のチューブ形のエキシマランプ６１の一例を示している。エキシマランプ６１は、チューブ形の放電容器６２と、その外側に配置された外部電極６３と、その外部電極６３を保護するための石英管６４とで構成されている。さらに、放電容器６３と石英管６４との間に存在する空気を排除するために、窒素ガス６５がパージされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述のエキシマランプ６１は、チューブ形の放電容器６２の外周部がエキシマランプ６１の照射面（以下「エキシマ照射面」という。）となるので、被照射体がシリコンウエハーのような物品である場合には、エキシマ照射面から四方に放射したエキシマ光の一部のみが、被照射体に照射されるだけであった。
【０００７】
また、エキシマ光は、空気中や水中での透過性が悪く、エキシマ照射面から約８ｍｍ以上離れた空気中の酸素または水中の溶存酸素を、オゾンや励起酸素原子またはＯＨラジカルやＯラジカルにそれぞれ十分に変化させることができなかったり、表面改質処理すべき被照射体に光子エネルギーを十分に照射できないという問題があった。
【０００８】
具体的には、被照射体が有機化合物を含んだ水である場合に、エキシマ照射面の近傍上を通過した水中の有機化合物が分解されるのみであり、その照射面から離れて通過した水中の有機化合物を十分に分解することはできなかった。
【０００９】
従って、従来のチューブ形のエキシマランプにおいては、発光したエキシマ光のほとんどを有効に利用することができず、有機化合物の分解や表面改質処理等を十分に行うことができないといった問題があった。こうした問題に対しては、従来、反射板を設けるなどして照射効率の改善を図っていたが、未だ十分ではなかった。
【００１０】
上記の課題を解決するため、本発明は、効率的にエキシマ光の照射を行うことができるフラット形のエキシマランプ及びエキシマ照射装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
請求項１に記載のフラット形のエキシマランプは、薄箱形状の放電容器と、前記放電容器内に充填された放電用の封入ガスと、前記放電容器を挟む形で当該放電容器の外側に対向配置された２つの電極と、を備え、高周波電圧が印加されるとき、前記２つの電極のいずれか一方の前記電極を透過してエキシマ光を外部に照射することを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、エキシマ光は、薄箱形の放電容器の一面をなす大面積のエキシマ照射面から被照射体に照射される。そのため、被照射体をエキシマ照射面から一定距離にすることによって、十分な強度のエキシマ光を、効率よく被照射体に照射することが可能となる。また、エキシマ光が、エキシマ照射面から照射されるので、放射したエキシマ光の全てを被照射体に照射することができ、照射効率が向上する。特に、被照射体が、エキシマ照射面の近傍で照射されるように配置することによって、エキシマ光を、あまり減衰させることなく被照射体に照射することができる。その結果、被照射体は、所望の処理、例えばシリコンウエハーのドライ洗浄や表面改質処理、または、空気中や水中の有機化合物の分解処理などを効率的に行うことができる。本発明のエキシマランプは、１〜２０ＭＨｚの高周波電圧が据付電極と外部電極との間に印加されることによって、大面積のエキシマ照射面の各部から均一強度のエキシマ光が照射される。その結果、大きな照射面積で被照射体に照射することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフラット形のエキシマランプにおいて、前記エキシマ光を透過させる前記電極は網状電極であることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、流体自体が外部電極として作用するように、据付電極との間に高周波電圧を印加する。エキシマ照射面から照射されたエキシマ光は、エキシマ照射面上を流れる流体に、直接的に照射される。その結果、流体中に有機化合物が含まれている場合に、有機化合物は、十分に分解される。
【００１５】
網状電極は、エキシマ光の照射の妨げにならない。よって、エキシマ光を効率よく被照射体に照射することが可能となる。
【００１６】
請求項３に記載のエキシマ照射装置は、薄箱形状の放電容器と、前記放電容器内に充填された放電用の封入ガスと、前記放電容器を挟む形で当該放電容器の外側に対向配置された２つの電極とを備えるエキシマランプが、一定方向に複数連設され、前記エキシマ照射面が、被照射体に対して一定の間隔で配置されるエキシマ照射装置であって、高周波電圧が印加されるとき、前記２つの電極のいずれか一方の前記電極を透過してエキシマ光を外部に照射することを特徴とする。
【００１７】
この発明によれば、フラット形のエキシマランプが、一定方向に複数連設されているので、被照射体に連続的にエキシマ光を照射することができる。また、エキシマ照射面が、被照射体に対して一定距離で配置されているので、エキシマ光をあまり減衰させることなく被照射体に照射することができる。その結果、被照射体は、連続して配置されたエキシマ照射面から十分にエキシマ光が照射されるので、効率的な表面改質処理や有機化合物の分解処理が行われる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明のエキシマランプによれば、エキシマ光が、薄箱形の放電容器の一面をなす大面積のエキシマ照射面から被照射体に照射される。そのため、被照射体をエキシマ照射面から一定距離にすることによって、十分な強度のエキシマ光を、効率よく被照射体に照射することが可能となる。また、エキシマ光が、エキシマ照射面から照射されるので、放射したエキシマ光の全てを被照射体に照射することができ、照射効率が向上する。その結果、被照射体は、所望の処理、例えばシリコンウエハーのドライ洗浄や表面改質処理、または、空気中や水中の有機化合物の分解処理などを効率的に行うことができる。
【００１９】
本発明のエキシマ照射装置によれば、フラット形のエキシマランプが、一定方向に複数連設されているので、被照射体に連続的にエキシマ光を照射することができる。また、エキシマ照射面が、被照射体に対して一定距離で配置されているので、エキシマ光をあまり減衰させることなく被照射体に照射することができる。その結果、被照射体は、連続して配置されたエキシマ照射面から十分にエキシマ光が照射されるので、効率的な表面改質処理や有機化合物の分解処理が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
先ず、本発明のエキシマランプを図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１は、本発明のエキシマランプの一例を示す斜視図であり、図２は、その断面図を示している。エキシマランプ１は、大面積のエキシマ照射面３を有する薄箱形の放電容器２と、放電容器２内に充填された放電用の封入ガスと、エキシマ照射面３の反対側の放電容器２表面上に配置された据付電極４とを少なくとも備えている。エキシマ光は、１〜２０ＭＨｚの高周波電圧７を、据付電極４とエキシマ照射面３上に設けられる外部電極６との間に印加することによって、エキシマ照射面３から照射される。
【００２２】
放電容器２は、大面積のエキシマ照射面３を有する薄箱形であり、発生したエキシマ光が透過しやすい光透過性に優れる誘電体からなっている。通常、光透過性に優れた石英または合成石英を薄箱形にしたものが使用され、薄箱形の放電容器に加工される。石英または合成石英は、厚さが１〜２ｍｍ程度のものが使用される。放電容器２の大きさは特に限定されないが、エキシマ照射面が大きく、かつ高さの小さい薄箱形容器とすることが好ましい。例えば、縦と横の寸法は、十数ｃｍ〜数十ｃｍで、高さは、数ｃｍ程度の放電容器が用いられる。
【００２３】
放電用の封入ガス５は、放電容器２内に充填され、封入ガス５の種類によって、波長の異なるエキシマ光を発生させることができる。代表的な例としては、クリプトン（Ｋｒ）ガスでは１４６ｎｍ、キセノン（Ｘｅ）ガスでは１７２ｎｍ、ＫｒＩガスでは１９１ｎｍ、ＡｒＦガスでは１９３ｎｍ、ＫｒＣｌガスでは２２２ｎｍ、ＫｒＦガスでは２４８ｎｍ等、封入ガス５の種類によって、一定の波長のエキシマ光を発生させることができる。そのため、放電容器２に封入するガスを選定することによって、目的に応じたエキシマ光を発生させることができる。放電容器２中に封入される封入ガス５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エキシマ発光量に応じて、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。
【００２４】
据付電極４は、エキシマ照射面３の反対側の放電容器２表面に配置される。据付電極４の材質としては、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、酸化銅、またはそれらの合金、酸化イットリウム、酸化イットリウムアルミニウム等が好ましく用いられる。据付電極４の選定にあたっては、良好な金属導電性を示して放電率が高くなるものが好ましく選定される。据付電極４の形状は、板状、網目状など特に限定されない。また、据付電極４は、エキシマ光が放電容器２内の各部で均一に放電してエキシマ照射面での照射分布が均一になるように、エキシマ照射面３の反対側の放電容器２表面の全域に亘って設けられることが好ましい。
【００２５】
外部電極６は、エキシマ照射面３上に配置され、据付電極４との間で高周波電圧７が印加される。そのため、エキシマ光の照射の妨げにならないように、通常、網状の電極が用いられているが特にその形状は限定されない。外部電極６の材質およびその選定は、据付電極４の場合と同様である。
【００２６】
被照射体が有機化合物を含む水である場合は、水自体が外部電極として作用するように、据付電極４と水との間に電場、すなわち高周波電圧を印加することが好ましい。水に電場を印加する方法としては、後述する図３に示すように、特に外部電極を設けることはせず、導電性の流路４１に高周波電圧７を印加する。その結果、据付電極４と水との間に電場（高周波電圧）が負荷されてエキシマランプ１が放電し、エキシマ光が照射される。このとき、エキシマ照射面３が流路４１の一部として用いられることによって、有機化合物を含む水は、エキシマ照射面３から放射されたエキシマ光の全てが照射される。なお、流路４１の構成材料としては、ステンレス鋼等のように、金属導電性を有し、且つ、有機化合物を含む水に対して耐食性に優れた材料を好ましく用いることができる。
【００２７】
１〜２０ＭＨｚの高周波電圧を印加することによって、放電容器２内で無声放電が起こり、エキシマ照射面３から均一且つ十分なエキシマ光が照射される。本発明のエキシマランプ１は、特に１〜２０ＭＨｚという高周波で電圧が印加されるので、発光効率や熱効率を向上させることができる。そのため、消費電力を小さくすることができ、経済的にも好ましい。より好ましい高周波電圧の周波数は、２〜４ＭＨｚである。この時の高周波電圧は、１〜３ｋＶが好ましい。高周波電圧が１ｋＶ未満の場合には、外部電極６と据付電極４との間で均一且つ十分な放電が起こらず、エキシマ照射面３から十分なエキシマ光を均一に照射することができない。また、高周波電圧が３ｋＶを超える場合には、エキシマ照射量が飽和し、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。
【００２８】
高周波電圧は、高周波電源から供給され、外部電極６と据付電極４との間に１〜２０ＭＨｚの周波数で印加される。高周波電源は、直流電源から１２〜１５Ｖ（通常は約１２Ｖ。）の電力を入力し、１〜２０ＭＨｚのうちの所定の周波数に周波数変換した所定の電力を出力する。例えば、エキシマ照射面３から、照射照度が１０ｍＷ／ｃｍ2 のエキシマ光が照射されるためには、外部電極６と据付電極４との間に３．７ＭＨｚの高周波を５０〜７０Ｗの電力で印加すればよい。
【００２９】
こうした構成のエキシマランプ１は、大面積のエキシマ照射面上から均一にエキシマ光を照射できる。そのため、一度に多くの被照射体を処理することができる。また、エキシマ光がエキシマ照射面の各部から均一に照射されるので、被照射体をエキシマ照射面から一定距離にすることによって、均一な強度のエキシマ光を効率よく被照射体に照射することができる。
【００３０】
次に、本発明のエキシマ照射装置について説明する。図３は、エキシマランプ１が一定方向に複数連設されてなる本発明のエキシマ照射装置４０の態様を示す概略図である。本発明のエキシマ照射装置４０は、上述したエキシマランプ１が、一定方向に複数連設され、エキシマ照射面３が、被照射体４１に対して一定距離となるように構成される。エキシマ照射面３は、図３または図４に示すように、一定方向を向くように連設されることが好ましい。エキシマランプ１の連設の態様としては、図３に示すように、エキシマランプ１を長手方向に連設して、被照射体が各エキシマランプ１のエキシマ照射面３から照射されるように配置したり、図４に示すように、エキシマランプ１を幅方向に連設して、一度に多くの被照射体にエキシマ光を照射するように配置できる。上述したように、本発明のエキシマランプ１は、エキシマ照射面３から均一な強度でエキシマ光が照射されるので、広い面積に亘って被照射体を連続的に処理することができる。
【００３１】
また、被照射体は、エキシマ照射面３から一定距離内で通過するので、被照射体には、減衰の少ないエキシマ光が大面積で照射され、効率的な表面改質処理や有機化合物の分解処理が行われる。エキシマ光は、空気中や水中では透過性に優れたものとはいえないので、エキシマ照射面３から約８ｍｍ以上離れると、エキシマ光が徐々に減衰して十分なエキシマ光の効果を得ることができなくなることがある。従って、被照射体をエキシマ照射面から８ｍｍ以内で照射できるようにすることが好ましい。被照射体が空気や水の場合には、その流路が、エキシマ照射面から８ｍｍ以内となるようにすることによって、全ての被照射体に、十分な強度のエキシマ光を照射することができる。しかし、こうした距離は、エキシマ光の照射強度、照射時間、被照射体の処理の程度との関係で決まるので、あまり強いエキシマ光を照射したくない場合には、８ｍｍより離して照射してもよい。
【００３２】
最後に、本発明の有機化合物の分解方法について説明する。本発明の有機化合物の分解方法は、上述したエキシマランプ１またはエキシマ照射装置４０を使用することによって行われる。図３に示すように有機化合物を含む空気や水は、一定方向に流れるように設けられた流路中を通過する。流路には、エキシマランプが複数連設されているので、エキシマ照射面上を流れる空気や水は、エキシマ光の照射を連続して受ける。その結果、空気中や水中に含まれる有機化合物は、エキシマ照射面上を順次流れる間に、エキシマ光を受けて効率的に分解される。流体が有機化合物を含む空気の場合には、エキシマ光の照射によって空気中に励起酸素原子が発生し、また、流体が有機化合物を含む水の場合には、エキシマ光の照射によって水中にＯＨラジカルやＯラジカルが生成する。こうしたラジカル種の生成は、水分子と溶存酸素との化学反応により過酸化水素水等が生じ、次いで、この過酸化水素水等にエキシマ光やラジカル種が反応することによって、ＯＨラジカルやＯラジカルが容易に生成したものである。これらの励起酸素原子や各ラジカル種は、極めて反応性が高いので、そこの含まれる有機化合物の分子間結合が切断され、その切断された部分にさらに励起酸素原子やラジカル種が反応して分解される。特に、真空紫外線領域である２００ｎｍ以下のエキシマ光を照射することによって、分解反応をより一層効率的に行うことができる。例えば、１，１，１−トリクロロエタンを含有する液体に、１７２ｎｍの波長のエキシマ光を照射すると、１，１，１−トリクロロエタン中のＣ−Ｃ、Ｃ−Ｈ、Ｃ−Ｃｌの結合が切断され、そこにさらにラジカル種が反応して、二酸化炭素、一酸化炭素、水、塩化水素、塩素に分解する。２００ｎｍ以下の波長の真空紫外線、例えば１７２ｎｍの波長のエキシマ光は、有機化合物中に、ラジカル種をより多く生成することができるので、有機化合物の分解反応が容易に起こる。
【００３３】
有機化合物の中でも特に有機塩素化合物は、大気や水質を汚染するものが多く、本発明の有機化合物の分解方法によって簡単且つ効率的に分解することができる。有機化合物としては、フロン、ダイオキシン、ＰＣＢ、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン、ジクロロメタン、四塩化炭素、１，２−ジクロロエタン、１，１−ジクロロエタン、シス−１，２−ジクロロエタン、１，１，１−トリクロロエタン、１，３−ジクロロプロペン等の何れかまたはそれらの混合物を例示することができる。これらは何れも塩素化合物であるが、他のハロゲン元素を含む有機ハロゲン化物、例えばフッ素、臭素を含む化合物に対しても適用することができる。
【００３４】
なお、流体は、エキシマ照射面上を流れるので、若干汚れた水であっても、エキシマ照射面上に不純物等の堆積が起こらず、比較的きれいなエキシマ照射面を維持することができる。そのため、メンテナンスや照射効率に優れることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明のエキシマランプの一例を示す斜視図である。
【図２】図１のエキシマランプの横断面図である。
【図３】エキシマランプが一定方向（長手方向）に複数連設されてなる本発明のエキシマ照射装置の態様を示す概略図である。
【図４】エキシマランプが幅方向に複数連設された態様の一例を示す概略図である。
【図５】従来のエキシマランプを示す断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：エキシマランプ
２：放電容器
３：エキシマ照射面
４：据付電極
５：封入ガス
６：外部電極
７：高周波電圧
４０：エキシマ照射装置
４１：流路
【図１】
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【図２】
2005317555.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005317555.tif 000007