(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体バリア放電によって真空紫外光を放射する放電用ガスが充填された放電容器の外面に一方の電極が設けられた誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを溝部において支持するとともに当該誘電体バリア放電ランプを冷却するための金属ブロックと、この金属ブロックを冷却する手段とよりなる誘電体バリア放電ランプを使った光照射装置において、
前記誘電体バリア放電ランプと前記金属ブロックの溝部との間には、両者に接触して挟まれ、かつ、誘電体バリア放電ランプ側の表面は真空紫外光に対する反射特性を有する反射ミラーが、前記金属ブロックと着脱可能であって、前記誘電体バリア放電ランプの一方の電極の外側に配置することを特徴とする誘電体バリア放電ランプを使った光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、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、誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成し、このエキシマ分子から放射される光を利用するいわゆる誘電体バリア放電ランプの改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連した技術としては、例えば、特開平２−７３５３号があり、そこには、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バリア放電（別名オゾナイザ放電あるいは無声放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再版７刷発行第２６３ページ参照）によってエキシマ分子を形成せしめ、このエキシマ分子から放射される光を取り出す放射器、すなわち誘電体バリア放電ランプについて記載されている。そして、放電容器の形状は円筒状であり、放電容器の少なくとも一部は誘電体バリア放電を行う誘電体を兼ねており、この誘電体の少なくとも一部はエキシマ分子から放射される真空紫外光（波長２００ｎｍ以下の光）に対して透光性であることが開示される。さらに、放電容器の外面には一方の電極として網状電極が設けられた誘電体バリヤ放電ランプが記載されている。
このような誘電体バリア放電ランプは、従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク放電ランプにはない種々の特長、例えば、単一の波長の真空紫外光を強く放射するなどを有している。
【０００３】
また、このような誘電体バリア放電ランプを複数本並べた光照射装置が、例えば、特許第２８３６０５８号などに開示され、図２にこの光照射装置を示している。
光照射装置１０の内部に誘電体バリア放電ランプ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）が配置する。  そして、光照射装置１０は、光取出窓１１と本体ケース１２と金属ブロック１３より構成される。光取出窓１１は誘電体バリア放電ランプ１から放射される真空紫外光を透過するもので、例えば合成石英ガラスから構成される。本体ケース１２は、例えば、ステンレスからなるもので一方の側壁にはガス導入口１２ａが、他方の側壁にはガス排出口１２ｂが形成される。このガス導入口１２ａからは窒素ガス等の不活性ガスが導入され、ガス排出口１２ｂから残存していた酸素ガスとともに不活性ガスが排出される。
【０００４】
金属ブロックの内面には溝部（窪み部）１４（１４ａ、１４ｂ、１４ｃ）が形成される。各溝部は放電ランプ１の半分（半円）もしくは半分以下の部分がほぼすっぽり嵌まる大きさを有しており、放電ランプと同様に紙面手前方向に伸びて形成される。また、金属ブロック１３には、各々の放電ランプ１（１ａ、１ｂ、１ｃ）から貫通孔を介して光センサ１５（１５ａ、１５ｂ、１５ｃ）が組み込まれる。この光センサ１５は放電ランプ１からの放射光を検知するもので、貫通孔は例えば直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ程度のものである。
【０００５】
金属ブロック１３の中には、冷却手段として、水冷パイプ１６が埋設されており、この中を冷却水が循環することで金属ブロック１３を効果的に冷却することができる。
金属ブロック１３の溝部１４には、放電ランプ１の外面が接触して配置するので、金属ブロック１３が冷却されると、放電ランプ１も冷却することが可能になる。なお、放電ランプ１は放電容器の外面に電極が配置されるため、金属ブロック１３の溝部１４と放電ランプ１の電極が接触することになる。
ここで、金属ブロック１３を構成する材料としては、高い伝熱特性と加工の容易性、さらには真空紫外光の高い反射特性からアルミニウムが採用される。
【０００６】
光取出窓１１の外側には、数ｍｍ程度に近接した位置に処理物、例えば半導体ウエハーや液晶基板が配置される。そして、放電ランプ１から放射される真空紫外光（波長２００ｎｍ以下の光）が光取出窓１１を透過して、処理物を照射することで表面改質等の処理が行われるわけであるが、光取出窓１１と処理物との間に介在する酸素に対して真空紫外光が照射することで酸素からオゾンや活性酸素を発生させ、これらの協同作用によって改質処理をより効果的なものとすることができる。
【０００７】
ここで、金属ブロック１３は、前述のようにアルミニウムよりなるが、アルミニウムは酸化しやすい性能から一般的にはその表面をアルマイト処理する場合が多い。しかしながら、誘電体バリア放電ランプにおいて、このようなアルマイト処理を施せば真空紫外光がほとんど反射しなくなり、放電ランプから放射される光のうち金属ブロック１３で反射する光が十分に利用できなくなり、光の利用効率という点できわめて不経済な装置になってしまう。
その一方で、金属ブロックを構成するアルミニウムを酸化防止処理等することなしに、半導体ウエハーや液晶基板などの表面改質処理を行うと、装置稼動時間の経過とともに、アルミニウムの酸化現象が原因して被処理物の改質効果が低下してしまうという問題を発生させる。
【０００８】
ここで、光処理装置１０の内部空間は、前述のごとく、真空紫外光の酸素による減衰を防止するため窒素ガスなどの不活性ガスが導入して、内部空間を不活性ガス雰囲気としている。
しかし、このような不活性ガスの導入は、被処理物の表面改質処理を行うとき、すなわち、放電ランプを点灯させて装置を稼動させている状態において行うだけであり、被処理物の処理を停止させているときまで不活性ガスを導入しているわけではない。つまり、被処理物に対する処理を停止させている状態においては、光処理装置の内部空間は酸素雰囲気になり、この状態が金属ブロックの酸化を招いているものと考えられる。
【０００９】
また、このような誘電体バリア放電ランプを使った光処理装置は、放電ランプを冷却させるために金属ブロックと放電ランプを接触させる構成を採用している。これは誘電体バリア放電ランプが、通常の低圧放電ランプ、高圧アーク放電ランプ、白熱ランプのように容器そのものがそれほど高温にならないということ、および、前述のように不活性ガス雰囲気の中でランプの冷却機構を設けなければならないという極めて特殊な構成から起因するものであり、これは誘電体バリア放電ランプの特有の構成がもたらす特有な事情であると考えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、真空紫外光の光取出し効率が高い誘電体バリア放電ランプを使った光処理装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の光処理装置は、誘電体バリア放電によって真空紫外光を放射する放電用ガスが充填された放電容器の外面に一方の電極が設けられた誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを溝部において支持するとともに当該誘電体バリア放電ランプを冷却するための金属ブロックと、この金属ブロックを冷却する手段とよりなり、さらに以下の特徴を有する。
すなわち、前記誘電体バリア放電ランプと前記金属ブロックの溝部との間には、両者に接触して挟まれ、かつ、誘電体バリア放電ランプ側の表面は真空紫外光の反射特性を有する反射ミラーが金属ブロックと着脱可能であって、誘電体バリア放電ランプの一方の電極の外側に配置していることである。
【００１２】
【作用】
このように本発明の誘電体バリア放電ランプを使った光処理装置は、誘電体バリア放電ランプと金属ブロックの溝部との間に、両者に接触して挟まれ、かつ、誘電体バリア放電ランプ側の表面が真空紫外光に対する反射特性を有する反射ミラーを、金属ブロックと着脱可能に、かつ、誘電体バリア放電ランプの一方の電極の外側に配置しているので、この反射ミラーの反射面が酸化して反射特性を劣化させたとしても、容易に他の反射ミラーに交換することができる。
さらに、この反射ミラーは、金属ブロック及び誘電体バリア放電ランプの双方と着脱可能であるとともに、装置に装着させたときは誘電体バリア放電ランプと金属ブロックの溝部との間に、両者に接触して挟まれているので、金属ブロックを介して誘電体バリア放電ランプを容易に冷却することが可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の誘電体バリア放電ランプを使った光処理装置を示す。図２と同一番号は同一の部材を示し、反射ミラー２０以外は基本的には同一構造である。
まず初めに、図４を使って誘電体バリア放電ランプについて説明する。図４（ａ）は誘電体バリア放電ランプの断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡーＡ’における断面図である。
【００１４】
誘電体バリア放電ランプ１は、全体形状が円筒状であり、材質は誘電体バリア放電によって誘電体として機能するとともに、真空紫外光を透過する合成石英ガラスから構成される。放電ランプ１は内側管２と外側管３が同軸に配置して二重円筒管を構成するとともに、両端を閉じたことから内側管２と外側管３の間に放電空間４が形成される。放電空間４には誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光を放射する放電用ガス、例えばキセノンガスが封入される。
数値例をあげると、放電ランプ１は全長８００ｍｍ、外径２７ｍｍ、内側管２の外径は１６ｍｍ、内側管２と外側管３の肉厚は１ｍｍであり、４００Ｗで点灯させる。
【００１５】
外側管３の外面には網状電極５が設けられ、内側管２の内部に他方の電極である内側電極６が設けられる。網状電極５はシームレスに構成され、全体として伸縮性を有することから外側管３への密着性を良くすることができる。内側電極６はパイプ状、あるいは断面において一部に切り欠きを有する概略Ｃ字状のものであり内側管２に密着するように設けられる。放電空間４には必要に応じてゲッタが配置される。
【００１６】
網状電極５、内側電極６の間には、図示略の交流電源が接続され、これにより放電空間４にエキシマ分子が形成されて真空紫外光を発光する。放電用ガスとしてキセノンガスを使った場合は波長１７２ｎｍの光を放射する。
【００１７】
図１に戻り、金属ブロック１３の溝部１４には、この溝部１４の凹面形状に適合するような形状を有する反射ミラー２０が設けられている。この反射ミラー２０は、少なくとも放電ランプ１側の表面が光輝アルミニウムよりなり真空紫外光に対して高い反射率を示す。
反射ミラー２０は端縁に平面部２１を有し、金属ブロック１３の内表面とネジ止めにより固定する。また、図示略ではあるが、反射ミラー２０の頂部には開口を有し、この開口を介して光センサ１５につながる。なお、反射ミラー２０の金属ブロック１３への固定は、ネジを使う構造には限定されるものではなく、例えば、止め具のようなものを金属ブロック側に設けて、この止め具をスライド式に可動させて反射ミラーを保持するような構造であっても足りる。
【００１８】
図３は誘電体バリア放電ランプ１と反射ミラー２０の状態を示すもので、（ａ）は誘電体バリア放電ランプ１と反射ミラー２０を離した状態を示し、（ｂ）は放電ランプ１と反射ミラー２０を組み合わせた状態におけるＢーＢ’断面図を示す。
（ａ）において、放電ランプ１は端部に口金３０と段部３１を形成して、この段部３１に反射ミラー２０が係合する構成となる。なお、段部３１は、電極５の線径０．１〜０．２ｍｍ程度の素線からなる網状のものであるため、反射ミラー２０と電極５を直接接触させると、反射ミラー２０の端部が網構造を傷める等の問題を解消するために設けるものであり、必ずしも必要なものではない。
この段部３１と反射ミラー２０の係合については、図５に示すように、凹凸の構造を設けることもできる。これにより、反射ミラー２０に平面部２１を設ける必要がなくなり、後述する反射ミラー２０の交換において、放電ランプ１を金属ブロック１３から外した場合に反射ミラー２０だけが不所望に落下するという問題を解決することができる。なお、凹凸の構造は、図５とは反対に反射ミラー２０に凹部構造を有し、段部３１に凸部を有する構造であってもよい。
【００１９】
なお、反射ミラー２０は、全体をアルミニウムで構成してもよいし、放電ランプ１と接触する面だけ光輝アルミニウム処理を施してもよい。これは研磨加工することや、蒸着などの方法で達成することができる。さらに、反射ミラーの特性は、放電ランプ１側の表面が真空紫外光の反射特性を有していれば足り、必ずしも光輝アルミニウムである必要はない。
【００２０】
ここで、本発明の効果を確認するための実験を行った。図１に示す光処理装置において、中央の放電ランプ１ｂの真下であって、光取出窓１１の外面にセンサを密着させて、放電ランプからの放射光を測定した。なお、放電ランプは前記００１４に開示したものであって、反射ミラー２０には光輝アルミニウムからなるものを使用した。また、比較のために反射ミラーを設けることなく、かつ、金属ブロックをアルマイト処理した場合についてもセンサで光出力を測定した。
この結果、センサが受光した真空紫外光の光出力は、反射ミラーを設けた場合が３６ｍＷ／ｃｍ２であったのに対して、反射ミラーを設けていない場合は３１ｍＷ／ｃｍ２であった。そして、本発明者はこれ以外の実験によっても本発明の光照射装置は、反射ミラーを設けていない場合に比べて光出力（真空紫外光）を１０％以上高く取出せることを確認している。
【００２１】
また、反射ミラーに対して部分的に反射特性を持たせるように、例えば、特定部分のみ光輝アルミニウム処理をする、することによって照射面における照射強度の調整を図ることもできる。そして、ランプ端部などランプ発光の弱い部分の光取出し効率をその他の部分より高くすることにより全体の分布を均一にさせることもできる。
【００２２】
このような本発明の光処理装置によれば、放電ランプ１から直接、光取出窓１１に照射する光だけでなく、反射ミラー２０による反射光も有効に利用することができ、高い光取出し効率を達成することができる。
また、反射ミラー２０の表面が酸化して反射特性が低下した場合は、容易に反射ミラー２０を交換することができる。
さらには、反射ミラー２０は、放電ランプ１と放電ランプ１を支持する金属ブロック１３の両者に接触して挟まれるように配置するので金属ブロック１３の冷却手段から放電ランプ１までの冷却を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の誘電体バリア放電ランプを使った光処理装置を示す。
【図２】  従来の誘電体バリア放電ランプを使った光処理装置を示す。
【図３】  本発明の光処理装置における誘電体バリア放電ランプと反射ミラーを示す。
【図４】  誘電体バリア放電ランプの構成を示す。
【図５】  本発明の光処理装置における誘電体バリア放電ランプと反射ミラーを示す。
【符号の説明】
１      誘電体バリア放電ランプ
２      内側管
３      外側管
４      放電空間
５      電極
６      電極
７      放電空間
１０      光処理装置
１１      光取出窓
１３      金属ブロック
１４      溝部
２０      反射ミラー
【図１】
0003757790.tif 000002
【図２】
0003757790.tif 000003
【図３】
0003757790.tif 000004
【図４】
0003757790.tif 000005
【図５】
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