JP4586488B2 - エキシマランプ点灯装置及びエキシマランプ点灯方法 - Google Patents

Description

この発明は、エキシマランプ点灯装置及びエキシマランプ点灯方法に係わり、特に、１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚといった高い周波数の高周波電力が供給されて点灯するエキシマランプであって、放電によりエキシマ分子を形成し、該エキシマ分子から放射される光を放出するエキシマランプを有するエキシマランプ点灯装置及びエキシマランプ点灯方法に関する。

従来、光化学反応を利用した硬化、ドライ洗浄、殺菌、表面改質、光ＣＶＤ等の処理に高効率の放射性能を有する真空紫外光放射源の１つとしてエキシマランプが利用されている。エキシマランプの代表的なものとしては、高周波電力を供給する電極間に希ガス等のエキシマ生成ガスと誘電体を介在させ、該電極間における誘電体を介した放電を利用したエキシマランプが知られている。

図６は、エキシマランプ点灯装置を利用した表面洗浄装置の一例を示す図である。同図において、この表面洗浄装置１００は、ランプハウス１０１と処理室１０２との間に、例えば、石英ガラスからなる光取り出し窓部材１０７を配置したものである。ランプハウス１０１内には、例えば、アルミニウムよりなる冷却ブロック１１７が設けられている。この冷却ブロック１１７の下面には、それぞれ断面が半円形の複数、同図においては３つ、の溝部１１７ａが設けられている。この複数の溝部１１７ａは、各々長手方向が紙面に垂直方向であって、互いに略平行に並ぶように形成されている。これらの溝部１１７ａの各々において、溝部１１７ａの内径と適合する外径を有する円筒状のエキシマランプ１０４が配置されている。

図７は、エキシマランプ１０４の構成例を示す説明図であり、管軸に沿った断面を示している。
エキシマランプ１０４において、例えば、石英ガラスなどの誘電体よりなる円筒形の外側管１０４ａと、例えば、石英ガラスなどの誘電体よりなり、外径が外側管１０４ａの内径より小さい円筒形の内側管１０４ｂとが同軸状に配置されている。外側管１０４ａと内側管１０４ｂの両端部は、気密にシールされていて放電容器を形成する。外側管１０４ａと内側管１０４ｂとにより構成される密閉された円筒状の空間である放電空間１１８には、放電ガスとして、例えば、キセノンが封入されている。外側管１０４ａの外面には、例えば、ニッケル製の網目状の電極１０３ａが配置され、内側管１０４ｂの内面には、例えば、アルミニウム製の金属円筒状の電極１０３ｂが配置されている。
電極１０３ａ、１０３ｂ間には、高周波高電圧電源１０５から高周波電力が供給される。なお、図６において、高周波高電圧電源１０５は１つのエキシマランプ１０４に接続されているが、実際は、すべてのエキシマランプ１０４に高周波高電圧電源１０５がそれぞれ接続されている。
ここで、外側管１０４ａ側に設けた電極１０３ａは接地されている。また、内側管１０４ｂ側に設けた電極１０３ｂと高周波高電圧電源１０５との接続は、電極１０３ｂの一端側においてなされている。以後、この接続部分を給電部１１９と称する。
高周波電圧が電極１０３ａ、１０３ｂに供給されると、放電空間１１８で放電プラズマが生成され、放電空間１１８に封入された放電ガスのエキシマ分子が形成されて、このエキシマ分子から光が放射される。放電ガスがキセノンの場合は、中心波長が１７２ｎｍの真空紫外光が放射される。

図６に戻って、ランプハウス１０１内に配置されたエキシマランプ１０４から放出される光は、例えば、網目状の電極１０３ａの網目部分を通過し、光取り出し窓部材１０７を介して処理室１０２側に取り出される。
ここで、冷却ブロック１１７は、各エキシマランプ１０４を熱交換により冷却するためのものである。なお、エキシマランプ１０４の点灯条件に応じて、冷却ブロック１１７に図示を省略した空間を設け、この空間内部を冷却水が循環するように構成してもよい。
また、冷却ブロック１１７の光取り出し窓部材１０７と対向した表面は、例えば、鏡面状に加工してもよい。このように加工することにより、エキシマランプ１０４より放出される光が効率よく光取り出し窓部材１０７に到達する。

処理室１０２内には試料台１０８の上に被処理物１０９が配置される。被処理物１０９は、例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板である。液晶ディスプレイ用ガラス基板を洗浄する場合、例えば、処理室内は酸化性流体によって満たされる。この酸化性流体は酸素を含むものであり、例えば、酸素と窒素の混合ガスが酸化性流体として使用される。すなわち、高純度の空気を供給するガス供給手段１１６ａから、処理室１０２の一部に設けられた酸化性流体導入口１０６ａを介して、処理室１０２内部に高純度の空気が供給される。
各エキシマランプ１０４の放電ガスをキセノンとし、エキシマランプ１０４側から放射される中心波長１７２ｎｍの真空紫外光が、光取り出し窓部材１０７を介して、被処理物１０９表面と処理室１０２内に導入された酸化性流体（酸素と窒素の混合ガス）に照射される。酸素と窒素の混合ガス中の酸素は真空紫外光と反応して酸素ラジカルを生じる。この酸素ラジカルと被処理物１０９（液晶ディスプレイ用ガラス基板）上の有機不純物とが反応して、処理室内１０２内で、炭化水素、二酸化炭素、水が生成され、これらは、酸化性流体排出口１０６ｂから、酸化性流体排出口１０６ｂに接続された排気手段１１６ｂにより排気される。
ここで、１２０は制御手段であり、高周波高電圧電源１０５に点灯信号、消灯信号を送出して、高周波高電圧電源１０５のｏｎ、ｏｆｆを制御することにより、各エキシマランプ１０４の点灯・消灯を制御する。なお、制御手段１２０は、ガス供給手段１１６ａ、排気手段１１６ｂをも制御して、処理室１０２内のガス供給、排気、エキシマランプ１０４の光照射の照度やタイミングを総合的に制御するように構成してもよい。

ところで、エキシマランプを点灯する場合、従来では、高周波高電圧電源１０５から高周波電力として数１０ＫＨｚの周波数の高周波電力を供給して、エキシマランプの放電空間全域に均一に放電プラズマが形成され安定に維持される定常点灯状態を実現していた。
しかし、周波数が数１０ＫＨｚの高周波電力でエキシマランプを点灯させる場合は、印加電圧としては約５ｋＶといった非常に高い高電圧が必要であり、装置等の絶縁に対して十分な対策が必要であった。このような対策には、装置自身が大型化したり、高コスト化を招くといった問題があった。
このような問題に対処するために、定常点灯時の印加電圧を下げる目的で、特許文献１に記載されているように、印加する高周波電力の周波数を数ＭＨｚにするといった方法がある。この場合、例えば、印加電圧５ｋＶで点灯していたエキシマランプを印加電圧１ｋＶ程度で定常点灯することが可能である。
特開２０００−３３１６４９号公報

しかしながら、特に、大型、高出力のエキシマランプに周波数が数ＭＨｚである高周波電力を印加して点灯する場合、高周波電力を供給後、放電空間に放電プラズマがエキシマランプ全体、すなわち、放電空間全体に均一に広がるまで、時間がかかるといった新たな問題が発生することが分った。これは、従来のように数１０ＫＨｚの高周波電力でエキシマランプを点灯させる場合には確認されなかった現象である。

図８は、この現象を詳しく観察した結果を模式的に説明する図である。放電プラズマの成長は、放電開始時にエキシマランプ１０４の給電部１１９近傍で絶縁破壊により発生した放電プラズマ２００が給電部１１９側から順（図８（ａ）（ｂ）（c）（ｄ）の順）に生成され、徐々にエキシマランプ１０４の管軸方向に広がっていく。
放電プラズマがエキシマランプ１０４の管軸方向に徐々に広がる現象は、特に、エキシマランプ１０４の全長が長い程、またエキシマランプ１０４の放電空間１１８に封入された封入ガスの圧力が高い程より顕著に現れた。更には、エキシマランプ１０４の定常点灯時に供給する定常電力が低いほど放電プラズマの成長に更に時間がかかり、供給電力によっては、放電プラズマがエキシマランプ１０４全体に広がらない現象、例えば、図８（ｂ）に示すように、給電部１１９から管軸方向に３割程度の長さしか放電プラズマが成長しなくなるといった現象が現れた。
このような状態で照射処理を行うと、被処理物が不均一に処理されてしまうという問題が発生する。また、放電プラズマがエキシマランプ１０４の管軸方向に充分に成長するまで待ってから処理を施せば、不均一な処理は回避できるが、処理に時間がかかり、特に点灯点滅を繰り返し行うような生産ラインではスループットを非常に低下してしまうといった問題があった。

本発明の目的は、エキシマランプに印加する高周波電力の周波数を従来の数１０ＫＨｚよりも高い１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚに設定し、エキシマランプ点灯時の印加電圧を従来より低くする際、全長の長いエキシマランプの点灯時においても、放電プラズマの放電空間における空間的不均一さがなく、放電プラズマが放電空間全体に均一に分布するまでの時間を短縮することができ、更には、点灯点滅を繰り返すような点灯形態においても、均一なエキシマ光の照射処理を行うことができるエキシマランプ点灯装置及びエキシマランプ点灯方法を提供することにある。

本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、放電によってエキシマ分子を生成する放電ガスが放電容器内に充填されたエキシマランプと、該エキシマランプに周波数が１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚ である高周波電力を供給してエキシマランプを点灯させる点灯回路部と、制御部とからなるエキシマランプ点灯装置において、上記エキシマランプの管軸方向の一端部に、当該エキシマランプに配置された電極と上記点灯回路部との接続部分である給電部が設けられ、上記制御部は、エキシマランプの始動期間中にはエキシマランプの定常点灯時に供給される定常電力よりも高い電力を上記エキシマランプに供給させ、エキシマランプの他端部が定常点灯状態に移行後は、定常電力をエキシマランプに供給させるように上記点灯回路部を制御する、ことを特徴とするエキシマランプ点灯装置である。

第２の手段は、第１の手段において、上記制御部は、エキシマランプの他端部が定常点灯に移行したことを光検知により検出する点灯検知手段を有し、この点灯検知手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるよう指令する指令信号を上記点灯回路部に送出する、ことを特徴とするエキシマランプ点灯装置である。

第３の手段は、第１の手段において、上記制御部は、エキシマランプが始動して一定時間後に信号を送出するタイマー手段を有し、このタイマー手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるよう指令する指令信号を上記点灯回路部に送出することを特徴とするエキシマランプ点灯装置である。

第４の手段は、第３の手段において、上記一定時間は、定常電力より高い電力が供給されてエキシマランプが始動し、定常点灯に移行するまでの時間に略一致するように設定されていることを特徴とするエキシマランプ点灯装置である。

第５の手段は、第１の手段乃至第４の手段のいずれか１つの手段において、上記放電ガスの封入圧力は、常温において１０ｋＰａ以上であることを特徴とするエキシマランプ点灯装置である。

第６の手段は、放電によってエキシマ分子を生成する放電ガスが放電容器内に充填されたエキシマランプに点灯回路部から周波数が１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚである高周波電力を供給して点灯させるエキシマランプ点灯方法において、上記エキシマランプの管軸方向の一端部に設けられた、当該エキシマランプに配置された電極と上記点灯回路部との接続部分である給電部から、上記エキシマランプの始動期間中にはエキシマランプの定常点灯時に供給される定常電力よりも高い電力をエキシマランプに供給し、エキシマランプの他端部が定常点灯状態に移行後は、定常電力をエキシマランプに供給する、ことを特徴とするエキシマランプ点灯方法である。

本発明のエキシマランプ点灯装置によれば、エキシマランプに供給する高周波電力の周波数を１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚとし、エキシマランプの定常点灯時に供給される定常電力よりも高い電力をエキシマランプの始動期間中に供給するようにしたので、エキシマランプの始動から放電プラズマが完全にエキシマランプの放電空間全域に広がるまでに要する時間である始動期間を短くすることが可能となった。

さらに、エキシマランプの放電空間の管軸方向に放電プラズマを速く均一に広げることができるので、点灯点滅を繰り返し行うような生産ラインに本エキシマランプを適用した場合でも、瞬時に広い領域に安定したエキシマ光を照射することができる。

また、エキシマランプが定常点灯状態に移行後は、定常電力がエキシマランプに供給されるようにしたので、定常点灯時に過剰な電力が印加される場合も無くなり、エキシマランプの発熱量が大きくなるという不具合が生こることも無くなった。
また、エキシマランプの放電容器が石英ガラスからなる場合においても、不所望な強度のエキシマ光（紫外光、真空紫外光）による石英ガラスの紫外線歪や石英ガラスのエキシマ光透過率の低下といった不具合が生じることも無くなった。

また、エキシマランプが定常点灯状態に移行したことを検出する点灯検知手段を設けて、この点灯検知手段からの点灯検知信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるようにしたので、確実にエキシマランプへの供給電力の切り替えを行うことが可能となった。

また、電力供給後エキシマランプが始動してから放電プラズマが放電空間全体に均一に生成するまでの一定時間経過後に信号を送出するタイマー手段を設けて、このタイマー手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるようにしたので、確実にエキシマランプへの供給電力の切り替えを行うことが可能となった。

また、エキシマランプに供給する高周波電力の周波数を１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚとしたので、周波数が数１０ＫＨｚの高周波電力を供給する場合と比較して、エキシマランプへの印加電圧を低電圧にすることができるという従来の効果も併せ持つこともできる。

はじめに、下記に示す各実施形態の発明に至った経緯について説明する。発明者らは、エキシマランプ点灯装置について、鋭意研究した結果、大型、高出力のエキシマランプに周波数が１ＭＨｚ以上である高周波電力を供給して点灯する場合において、エキシマランプへ供給する電力が大きいほど、放電空間において放電プラズマが成長して空間的不均一さが無くなり、放電空間全体に均一に分布するまでの時間が短くなることを発見した。
そこで、放電プラズマが確実に放電空間全体に均一に生成されるまでの時間が短時間であり、図８（ｂ）に示すような放電空間での放電プラズマが不均一に生成されたままの状態にならないような電力をエキシマランプに供給すれば、先に述べたような問題を回避することが可能であることを見出した。

この理由は明らかではないが、以下のように考えられる。すなわち、エキシマランプの外側管１０４ａ、内側管１０４ｂ、電極１０３ａ、１０３ｂ、放電空間１１８内の放電ガスから形成される放電部は、分布定数回路を形成しているものと思われる。そのため、電極１０３ａにおける電位は、給電部１１９から管軸方向に遠ざかるにつれて小さくなる。
この傾向は、電極１０３ａ、１０３ｂ間に印加される高周波高電圧の周波数が１ＭＨｚ以上の高周波になった場合、顕著になる。そのため、放電空間において給電部１１９に近い部位から順次、管軸方向に沿って放電プラズマが成長していく現象も顕著になる。
よって、エキシマランプへの供給電力を大きくすれば、給電部１１９から管軸方向に離れた位置においても、放電空間１１８内で絶縁破壊が発生するに足る十分な電力が給電部１１９近傍の位置とほぼ同時に供給可能となる。そして放電プラズマが確実に放電空間全体に均一に生成されるまでの時間が短時間にすることができたものと考えられる。

エキシマランプへ供給される高周波電力の周波数が従来の数１０ＫＨｚ程度であった場合は、電極１０３ａにおける電位が、給電部１１９から管軸方向に遠ざかるにつれて小さくなる割合が小さい。そのため、エキシマランプを点灯させるための電力を供給した場合、瞬時のうちに放電空間１１８全体で均一に放電プラズマが生成されていたものと考えられる。

ところで、一般にエキシマランプに電力を供給して放電空間で絶縁破壊が発生して放電プラズマが形成される場合、放電プラズマが形成された領域での放電インピーダンスは低下する。そのため、一旦、放電プラズマが形成され、放電プラズマを維持するための電力、すなわち、エキシマランプの定常点灯時に供給する定常電力は、放電破壊を発生させるときに供給した電力よりも低電力でよい。

そのため、発明者らが見出した知見に基づき、放電プラズマが確実かつ均一に放電空間全体に生成されるまでの時間が短時間であって、放電空間での放電プラズマが不均一に生成されたままの状態にならないような電力を一定にエキシマランプに供給し続けると、放電プラズマが放電空間全体に均一に生成された後の定常点灯時には、過剰な電力が供給されることも考えられる。
すなわち、定常点灯時において放電プラズマが維持されるのに必要な電力である定常電力より大きい電力がエキシマランプに供給されることになる。この場合、エキシマランプにおける発熱量が大きくなり、冷却構造が大掛かりになる。また、供給される電力が定常電力より大きいので、エキシマ光の強度が定常電力供給時よりも大きくなる。そのため、エキシマランプの放電容器が石英ガラスからなる場合、不所望な強度のエキシマ光（紫外光、真空紫外光）による石英ガラスの紫外線歪や石英ガラスのエキシマ光透過率の低下といった不具合が生じることも考えられる。

よって、電力が供給されエキシマランプが始動してから放電プラズマが放電空間全体に均一に生成するまでの期間であるエキシマランプの始動期間中に、放電プラズマが確実に放電空間全体に均一に生成されるまでの時間が短時間であり、かつ、放電空間での放電プラズマが不均一に生成されたままの状態にならないような電力をエキシマランプに供給し、放電プラズマが放電空間全体に均一に生成されたあとは、エキシマランプに供給する電力を上記した定常電力まで低減させることが望ましい。このようにすることにより、エキシマランプの定常点灯時に、所望のエキシマ光の強度を得ることができる。また、エキシマランプの発熱量も所定の値に抑制できる。

次に、本発明の第１の実施形態を図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の構成を示す図である。
本実施形態のエキシマランプ点灯装置は、エキシマランプ７と、エキシマランプに電力を供給する点灯回路部２０と、点灯回路部２０の動作を制御する制御手段である制御部１０とから構成される。ここで、一般に、点灯回路部２０とエキシマランプ７間のインピーダンス整合のために、点灯回路部２０とエキシマランプ７との間にコンデンサ、インダクタンスからなる整合回路６を設けることが好ましい。
なお、エキシマランプ７の具体的構成例を図２に示す。この具体構成例は、先に図７に示すものと同様であるので、ここでは詳細な説明を省略する。

制御部１０は、点灯スイッチ回路１、論理積演算を行う論理回路４、エキシマランプ７の定常点灯状態、すなわち放電プラズマが図２に示すエキシマランプの放電空間１１８において均一に生成した状態、を検知するための点灯検知手段８、点灯検知手段８からの光検知信号に基づき点灯検知信号を出力する点灯検知回路９とから構成される。

点灯検知手段８は、例えば、フォトダイオード等で構成され、光を受光すると光検知信号を出力するものである。図２に示すように、エキシマランプ７の放電空間１１８で放電が発生すると、エキシマ光以外に可視光、近赤外光も放出される。そのため、検知手段８が受光する光の波長はエキシマ光の波長でも、可視光、近赤外光の波長でもよい。

先に、図８で述べたように、エキシマランプ７の放電空間１１８に生成される放電プラズマは、点灯回路部２０からの電力が供給される給電部１１９の側から成長する。給電部１１９は、エキシマランプ７の実際の組立ての容易さ、配線の熱対策等の関係上、図２に示すようにエキシマランプ７の一端部側に設けられることが多い。
よって、点灯検出手段８を放電プラズマが成長し到達するエキシマランプ７の他端部に配置すれば、点灯検出手段８がエキシマランプ７からの光を検出した時点で、放電プラズマが放電空間１１８全体に広がったことを検出することができる。
なお、点灯検出手段８を同図に示すように、エキシマランプ７の両端の光を検出するように２個設置すれば、給電部１１９を設けた位置に関係なく、放電空間１１８全域に放電プラズマが完全に広がったことを検知することができる。

点灯回路部２０は、高周波の正弦波信号を送出するファンクションジェネレータ２と、ファンクションジェネレータ２からの高周波正弦波信号を増幅して、高周波電力を出力するアンプ手段５とからなる。この点灯回路部２０は、図７における高周波高電庄電源１０５に相当するものである。

ここで、フアクションジェネレータ２から送出される高周波正弦波信号の周波数の範囲は、１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚである。よって、アンプ手段５から出力される高周波電力の周波数範囲は１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚとなる。
先に述べたように、エキシマランプ７に供給される高周波電力において、周波数が１ＭＨｚより小さくなると、エキシマランプ７に印加される電圧が高電圧となり、装置等の絶縁に対して十分な対策が必要となり好ましくない。
また、上記周波数が１ＧＨｚを超えると、電力伝送構造が大掛かりになる。よって、実用上、エキシマランプ７に供給される高周波電力の周波数範囲は１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚが望ましい。

次に、図１、図２及び図３に示すタイミングチャートを用いて、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の動作を説明する。なお、点灯検知手段８は、図２に示すように、エキシマランプ７の両端部付近に２個（８１，８２）設けられているものとする。
まず、制御部１０の点灯スイッチ回路１より、エキシマランプ７の点灯開始指令である始動信号が点灯回路部２０のファンクションジェネレータ２、及び論理回路４に送出される（Ｓ１０１）。ファンクションジェネレータ２は、始動信号を受けて、アンプ手段５に高周波の正弦波信号を送出する（Ｓ１０２）。アンプ手段５は、ファンクションジェネレータ２からの高周波正弦波信号を受けて、高周波電力を出力する（Ｓ１０３）。出力された電力は、整合回路６を介してエキシマランプ７に供給される。

ここで、アンプ手段５により増幅され出力される電力は、電圧周波数が１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚであって、エキシマランプ７において、放電プラズマが確実に放電空間１１８全体に均一に、かつ、短時間に成長するような値に設定されている。

エキシマランプ７が発光し、点灯検知手段８１，８２がエキシマランプ７より放出される光を検知すると、点灯検知手段８１、８２よりそれぞれ光検知信号が点灯検知回路９に送出される（Ｓ１０４、Ｓ１０５）。点灯検知回路９は、点灯検知手段８１、８２からの信号をすべて受信したら、点灯検知信号を論理回路４に送出する（Ｓ１０６）。論理回路４は、点灯スイッチ回路１からの始動信号と点灯検知回路９からの点灯検知信号との論理積を取ってゲイン制御信号をアンプ手段５に送出する（Ｓ１０７）。アンプ手段５は、点灯検知回路９から受信したゲイン制御信号に基づき、増幅率を変更して、出力する高周波電力の値を変更する（Ｓ１０３の破線より右の領域）。

ここで、アンプ手段５から増幅率が変更されて出力される電力は、エキシマランプ７の定常点灯時に供給される定常電力である。この定常電力は、例えば、エキシマ光を用いた光処理装置において必要とされるエキシマ光強度が得られるように設定される。

次に、上記のエキシマランプ点灯装置を用いて、始動期間中の印加電力についての比較実験結果について説明する。ここで使用したエキシマランプの構造は、図２に示すものと同様である。
実験は、エキシマランプとして、外側管１０４ａの外径４０ｍｍ、管軸方向の長さ２５ｃｍのランプに放電用ガスとしてキセノンを５０ｋＰａを封入したものを用いた。エキシマランプの電極１０３ｂの一端に給電部１１９を接続し、供給電力を変えた場合の放電プラズマの成長に要する時間を測定した。ここでエキシマランプに供給される高周波電力の周波数は、４ＭＨｚに設定した。

まず、始動期間中のエキシマランプへの供給電力を２００Ｗとし、放電空間１１８内全体に放電プラズマが広がった後の供給電力を１００Ｗに設定した場合、始動から放電プラズマが完全に放電空間１１８全域に広がるまでに要した時間（すなわち始動期間）は、０．４秒であった。また供給電力を１００Ｗに切り替えた後も放電は、放電空間１１８全域に広がった状態が維持された。すなわち、印加電力１００Ｗの定常点灯状態を維持することができた。

一方、始動時からエキシマランプに供給する電力を１００Ｗ一定としたときは、放電プラズマが放電空間１１８全域に成長するまでの時間が３秒を要した。なお、放電プラズマが広がったあとは、定常点灯状態が維持された。

すなわち、エキシマランプの始動期間中に、定常点灯時の電力１００Ｗよりも大きい電力２００Ｗをエキシマランプに印加すると、始動から１００Ｗの電力を一定に印加する場合と比較して、始動から放電空間１１８内全体に放電プラズマが広がるまでの時間を短くすることができることが確認された。

このように、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置によれば、エキシマランプに供給する高周波電力の周波数を１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚとし、エキシマランプの定常点灯時に供給される定常電力よりも高い電力をエキシマランプの始動期間中に供給するようにしたので、エキシマランプの始動から放電プラズマが完全にエキシマランプの放電空間１１８全域に広がるまでに要する時間である始動期間を短くすることが可能となった。
更に、エキシマランプの放電空間の管軸方向に放電プラズマを早く均一に広げることができるので、点灯点滅を繰り返し行うような生産ラインに本エキシマランプ点灯装置を適用した場合でも、瞬時に安定したエキシマ光を提供できるといった利点がある。

また、エキシマランプが定常点灯状態に移行後は、定常電力がエキシマランプに供給されるようにしたので、定常点灯時に過剰な電力が印加される場合も無くなり、エキシマランプの発熱量が大きくなるという不具合が生じることも無くなった。
また、エキシマランプの放電容器が石英ガラスからなる場合においても、不所望な強度のエキシマ光（紫外光、真空紫外光）による石英ガラスの紫外線歪や石英ガラスのエキシマ光透過率の低下といった不具合が生じることも無くなった。

特に、エキシマランプが定常点灯状態に移行したことを検出する点灯検知手段８（８１，８２）、点灯検知回路９からなる点灯検知手段を設けて、この点灯検知手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるようにしたので、確実にエキシマランプへの供給電力の切り替えを行うことが可能となった。

なお、エキシマランプの放電空間に封入する放電ガス（例えば、キセノン）の封入圧は、常温において１０ｋＰａ以上とすることが好ましい。１０ｋＰａより小さいと、エキシマランプから取り出すエキシマ光の強度が小さくなり、実用的では無くなる。
先に述べたように、エキシマランプの放電ガスの封入圧力が高くなると、上記始動期間は長くなるが、本発明のエキシマランプを用いることにより、放電ガスの封入圧力が常温において１０ｋＰａ以上であっても始動期間を短くすることが可能となった。

また、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置は、エキシマランプに供給する高周波電力の周波数を１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚとしたので、周波数が数１０ＫＨｚの高周波電力を供給する場合と比較して、印加電圧を低電圧にすることができるという従来の効果も併せ持つ。

次に、本発明の第２の実施形態を図４及び図５を用いて説明する。
図４は、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の構成を示す図である。
本実施形態のエキシマ点灯装置は、図１に示す本発明の第１の実施形態において、制御部１０に含まれる論理回路４、点灯検知手段８、点灯検知回路９に替えて、タイマー回路３０を設けたものである。その他の構成は図１に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。

タイマー回路３０は、点灯スイッチ回路１から送出される始動信号を受信すると同時に計時動作を開始する。そして、予め設定しておいた所定時間を計時後、計時を終了するとともにゲイン制御信号をアンプ手段５に送出するものである。

次に、図４及び図５に示すタイミングチャートを用いて、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の動作を説明する。
まず、制御部１０の点灯スイッチ回路１より、エキシマランプ７の点灯開始指令である始動信号が点灯回路部２０のファンクションジェネレータ２、及びタイマー回路３０に送出される（Ｓ１１１）。ファンクションジェネレータ２は、始動信号を受けて、アンプ手段５に高周波の正弦波信号を送出する（Ｓ１１２）。アンプ手段５は、ファンクションジェネレータ２からの高周波正絃波信号を受けて、高周波の電力を出力する（Ｓ１１３）。出力された電力は、整合回路６を介してエキシマランプ７に印加される。

ここで、アンプ手段５により増幅され出力される電力は、電圧周波数が１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚであって、エキシマランプ７において、放電プラズマが確実に放電空間１１８全体に均一に、かつ、短時間に成長するような値に設定されている。

一方、タイマー回路３０は、点灯スイッチ回路１からの始動信号を受信すると同時に、計時動作を開始する。そして予め定められた所定時間を計時後、ゲイン制御信号をアンプ手段５に送出する（Ｓ１１４）。アンプ手段５は、タイマー回路３０から受信したゲイン制御信号に基づき、増幅率を変更して、出力する高周波電力の値を変更する（Ｓ１１３の破線より右の領域）。

ここで、タイマー回路３０に設定される予め定められた所定時間は、エキシマランプに電力を供給してエキシマランプが始動してから、放電プラズマが放電空間全体に均一に生成するまでの期間であるエキシマランプの始動期間に相当する時間であり、例えば０．５秒などが設定される。

また、アンプ手段５から増幅率が変更されて出力される電力は、エキシマランプ７の定常点灯時に供給される定常電力である。この定常電力は、例えば、エキシマ光を用いた光処理装置において必要とされるエキシマ光強度が得られるように設定される。

このように、本実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置においても、第１の実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置と同様の作用効果を奏することができる。

特に、本実施形態においては、エキシマランプに電力を供給してから放電プラズマが放電空間全体に均一に生成するまでの一定時間経過後に信号を送出するタイマー手段（タイマー回路３０）を設けて、このタイマー手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるようにしたので、確実にエキシマランプへの供給電力の切り替えを行うことが可能となった。

また、本実施形態によれば、第１の実施形態の論理回路４、検知手段８、点灯検知回路９に替えて、タイマー回路３０を設けたので、構成が簡便となり、装置を小型化することが可能となる。

なお、本実施形態においても、第１の実施形態と同様、エキシマランプの放電空間に封入する放電ガス（例えば、キセノン）の封入圧力は、常温において１０ｋＰａ以上とすることが好ましい。

本発明においては、エキシマランプの放電用ガスとしてキセノンガスを封入する以外に、他のガスを封入することもできる。エキシマランプから放射される単一波長の光は、放電容器内の封入ガスによって決まり、キセノンガス（Ｘｅ）の場合は波長１７２ｎｍの光、アルゴンガス（Ａｒ）の場合は波長１２６ｎｍの光、クリプトンガス（Ｋｒ）の場合は波長１４６ｎｍの光、アルゴンガス（Ａｒ）と塩素ガス（Ｃｌ）の混合ガスの場合は波長１７５ｎｍの光、クリプトンガス（Ｋｒ）と沃素ガス（Ｉ）の混合ガスの場合は波長１９１ｎｍの光、アルゴンガス（Ａｒ）とフッ素ガス（Ｆ）の混合ガスの場合は波長１９３ｎｍの光、クリプトンガス（Ｋｒ）と沃素ガス（Ｉ）の混合ガスの場合は波長２０７ｎｍの光、クリプトンガス（Ｋｒ）と塩素ガス（Ｃｌ）の混合ガスの場合は波長２２２ｎｍの光を放射する。

第１の実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の構成を示す図である。 エキシマランプの具体的構成例を示す図である。 第１の実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の動作のタイミングチャートを示す図である。 第２の実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の構成を示す図である。 第２の実施形態の発明に係るエキシマランプ点灯装置の動作のタイミングチャートを示す図である。 エキシマランプ点灯装置を利用した表面洗浄装置の一例を示す図である。 エキシマランプの具体的構成例を示す図である。 従来のエキシマランプにおいて、放電プラズマが成長する過程を説明する図である。

符号の説明

１ 点灯スイッチ回路
２ ファンクションジェネレーター
４ 論理回路
５ アンプ手段
６ 整合回路
７ エキシマランプ
８，８１，８２ 点灯検知手段
９ 点灯検知回路
１０ 制御部
２０ 点灯回路部
３０ タイマー回路

Claims (6)

1. 放電によってエキシマ分子を生成する放電ガスが放電容器内に充填されたエキシマランプと、該エキシマランプに周波数が１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚ である高周波電力を供給してエキシマランプを点灯させる点灯回路部と、制御部とからなるエキシマランプ点灯装置において、
   上記エキシマランプの管軸方向の一端部に、当該エキシマランプに配置された電極と上記点灯回路部との接続部分である給電部が設けられ、
   上記制御部は、エキシマランプの始動期間中にはエキシマランプの定常点灯時に供給される定常電力よりも高い電力を上記エキシマランプに供給させ、エキシマランプの他端部が定常点灯状態に移行後は、定常電力をエキシマランプに供給させるように上記点灯回路部を制御する、ことを特徴とするエキシマランプ点灯装置。
2. 上記制御部は、エキシマランプの他端部が定常点灯に移行したことを光検知により検出する点灯検知手段を有し、この点灯検知手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるよう指令する指令信号を上記点灯回路部に送出する、ことを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ点灯装置。
3. 上記制御部は、エキシマランプが始動して一定時間後に信号を送出するタイマー手段を有し、このタイマー手段からの信号に基づいてエキシマランプへ供給する電力を定常点灯時よりも高い電力から定常電力へ切り替えるよう指令する指令信号を上記点灯回路部に送出する、ことを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ点灯装置。
4. 上記一定時間は、定常電力より高い電力が供給されてエキシマランプが始動し、定常点灯に移行するまでの時間に略一致するように設定されている、ことを特徴とする請求項３に記載のエキシマランプ点灯装置。
5. 上記放電ガスの封入圧力は、常温において１０ｋＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１つの請求項記載のエキシマランプ点灯装置。
6. 放電によってエキシマ分子を生成する放電ガスが放電容器内に充填されたエキシマランプに点灯回路部から周波数が１ＭＨｚ乃至１ＧＨｚである高周波電力を供給して点灯させるエキシマランプ点灯方法において、
   上記エキシマランプの管軸方向の一端部に設けられた、当該エキシマランプに配置された電極と上記点灯回路部との接続部分である給電部から、上記エキシマランプの始動期間中にはエキシマランプの定常点灯時に供給される定常電力よりも高い電力をエキシマランプに供給し、エキシマランプの他端部が定常点灯状態に移行後は、定常電力をエキシマランプに供給する、ことを特徴とするエキシマランプ点灯方法。

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