KR100911601B1

KR100911601B1 - 엑시머 램프 점등 장치 및 엑시머 램프 점등 방법

Info

Publication number: KR100911601B1
Application number: KR1020050089593A
Authority: KR
Inventors: 다카유키 스즈키; 다쿠 스미토모; 시게요시 마츠모토
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2009-08-07
Also published as: CN1763905A; JP4586488B2; CN1763905B; KR20060051653A; TW200614316A; JP2006120392A; TWI354314B

Abstract

엑시머 램프에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 1㎒ 내지 1㎓로 하여 엑시머 램프로의 인가 전압을 낮게 할 때, 전체 길이가 긴 엑시머 램프의 점등시에 있어서도, 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 분포할 때까지의 시간을 단축하여, 점등 점멸을 반복하는 것과 같은 상황에서도, 균일한 엑시머 광의 조사 처리를 행할 수 있는 엑시머 램프 점등 장치를 제공하는 것이다.

방전에 의해서 엑시머 분자를 생성하는 방전 가스가 방전 용기 내에 충전된 액시머 램프(7)와, 엑시머 램프(7)에 주파수가 1㎒ 내지 1㎓인 고주파 전력을 공급하여 엑시머 램프(7)를 점등시키는 점등 회로부(20)와, 제어부(10)로 이루어지는 엑시머 램프 점등 장치에 있어서, 제어부(10)는, 엑시머 램프의 시동 기간 중에는 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 엑시머 램프(7)에 공급시키고, 엑시머 램프(7)가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력을 엑시머 램프(7)에 공급시키도록 점등 회로부(20)를 제어하도록 구성한다.

Description

엑시머 램프 점등 장치 및 엑시머 램프 점등 방법{EXIMER LAMP LIGHTING APPARATUS AND METHOD}

도 1은 제1 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 구성을 도시하는 도면,

도 2는 엑시머 램프의 구체적 구성예를 도시하는 도면,

도 3은 제1 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 동작의 타이밍 챠트를 도시하는 도면,

도 4는 제2 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 구성을 도시하는 도면,

도 5는 제2 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 동작의 타이밍 챠트를 도시하는 도면,

도 6은 엑시머 램프 점등 장치를 이용한 표면 세정 장치의 일례를 도시하는 도면,

도 7은 엑시머 램프의 구체적 구성예를 도시하는 도면,

도 8은 종래의 엑시머 램프에 있어서, 방전 플라즈마가 성장하는 과정을 설명하는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 점등 스위치 회로 2 : 펑션 제너레이터

4 : 논리 회로 5 : 앰프 수단

6 : 정합 회로 7 : 엑시머 램프

8, 81, 82 : 점등 검지 수단 9 : 점등 검지 회로

10 : 제어부 20 : 점등 회로부

30 : 타이머 회로

본 발명은, 엑시머 램프 점등 장치 및 엑시머 램프 점등 방법에 관한 것으로, 특히, 1㎒ 내지 1㎓와 같은 높은 주파수의 고주파 전력이 공급되어 점등하는 엑시머 램프로서, 방전에 의해 엑시머 분자를 형성하고, 상기 엑시머 분자로부터 방사되는 광을 방출하는 엑시머 램프를 갖는 엑시머 램프 점등 장치 및 엑시머 램프 점등 방법에 관한 것이다.

종래, 광화학 반응을 이용한 경화, 드라이 세정, 살균, 표면 개질, 광 CVD 등의 처리에 고효율의 방사 성능을 갖는 진공 자외광 방사원의 하나로서 엑시머 램프가 이용되고 있다. 엑시머 램프의 대표적인 것으로서는, 고주파 전력을 공급하는 전극 사이에 희가스 등의 엑시머 생성 가스와 유전체를 개재시켜, 상기 전극 사이에서의 유전체를 통한 방전을 이용한 엑시머 램프가 알려져 있다.

도 6은, 엑시머 램프 점등 장치를 이용한 표면 세정 장치의 일례를 도시하는 도면이다. 상기 도면에서, 이 표면 세정 장치(100)는, 램프 하우스(101)와 처리실(102)의 사이에, 예를 들면, 석영 유리로 이루어지는 광 취출 창부재(107)를 배치한 것이다. 램프 하우스(101) 내에는, 예를 들면, 알루미늄으로 이루어지는 냉각 블록(117)이 설치되어 있다. 이 냉각 블록(117)의 하면에는, 각각 단면이 반원형인 복수, 상기 도면에서는 3개의 홈부(117a)가 설치되어 있다. 이 복수의 홈부(117a)는, 각각 길이방향이 지면(紙面)에 수직 방향으로서, 서로 대략 평행하게 나열되도록 형성되어 있다. 이들의 홈부(117a)의 각각에 있어서, 홈부(117a)의 내경과 적합한 외경을 갖는 원통상의 엑시머 램프(104)가 배치되어 있다.

도 7은, 엑시머 램프(104)의 구성예를 도시하는 설명도이고, 관축을 따른 단면을 도시하고 있다.

엑시머 램프(104)에서, 예를 들면, 석영 유리 등의 유전체로 이루어지는 원통형의 외측관(104a)과, 예를 들면, 석영 유리 등의 유전체로 이루어져, 외경이 외측관(104a)의 내경보다 작은 원통형의 내측관(104b)이 동축상으로 배치되어 있다. 외측관(104a)과 내측관(104b)의 양단부는, 기밀하게 시일되어 방전 용기를 형성한다. 외측관(104a)과 내측관(104b)에 의해 구성되는 밀폐된 원통상의 공간인 방전 공간(118)에는, 방전 가스로서, 예를 들면, 크세논이 봉입되어 있다. 외측관(104a)의 외면에는, 예를 들면, 니켈제의 그물코상의 전극(103a)이 배치되고, 내측관(104b)의 내면에는, 예를 들면, 알루미늄제의 금속 원통상의 전극(103b)이 배치되어 있다.

전극(103a, 103b) 사이에는, 고주파 고전압 전원(105)으로부터 고주파 전력 이 공급된다. 또한, 도 6에서, 고주파 고전압 전원(105)은 1개의 엑시머 램프(104)에 접속되어 있지만, 실제로는, 모든 엑시머 램프(104)에 고주파 고전압 전원(105)이 각각 접속되어 있다.

여기에서, 외측관(104a)측에 설치한 전극(103a)은 접지되어 있다. 또, 내측관(104b)측에 설치한 전극(103b)과 고주파 고전압 전원(105)의 접속은, 전극(103b)의 일단측에서 이루어지고 있다. 이후, 이 접속 부분을 급전부(119)라고 칭한다.

고주파 전압이 전극(103a, 103b)에 공급되면, 방전 공간(118)에서 방전 플라즈마가 생성되어, 방전 공간(118)에 봉입된 방전 가스의 엑시머 분자가 형성되고, 이 엑시머 분자로부터 광이 방사된다. 방전 가스가 크세논인 경우에는, 중심 파장이 172㎚인 진공 자외광이 방사된다.

도 6으로 되돌아가서, 램프 하우스(101) 내에 배치된 엑시머 램프(104)로부터 방출되는 광은, 예를 들면, 그물코상의 전극(103a)의 그물코 부분을 통과하여, 광 취출 창부재(107)를 통해서 처리실(102)측으로 취출된다.

여기에서, 냉각 블록(117)은, 각 엑시머 램프(104)를 열 교환에 의해 냉각하기 위한 것이다. 또한, 엑시머 램프(104)의 점등 조건에 따라서, 냉각 블록(117)에 도시를 생략한 공간을 설치하고, 이 공간 내부를 냉각수가 순환하도록 구성해도 된다.

또, 냉각 블록(117)의 광 취출 창부재(107)와 대향한 표면은, 예를 들면, 경면상으로 가공해도 된다. 이와 같이 가공함으로써, 엑시머 램프(104)로부터 방출되는 광이 효율적으로 광 취출 창부재(107)에 도달한다.

처리실(102) 내에는 시료대(108)의 위에 피처리물(109)이 배치된다. 피처리물(109)은, 예를 들면, 액정 디스플레이용 유리 기판이다. 액정 디스플레이용 유리 기판을 세정하는 경우, 예를 들면, 처리실 내는 산화성 유체에 의해서 채워진다. 이 산화성 유체는 산소를 포함하는 것으로, 예를 들면, 산소와 질소의 혼합 가스가 산화성 유체로서 사용된다. 즉, 고순도의 공기를 공급하는 가스 공급 수단(116a)으로부터, 처리실(102)의 일부에 설치된 산화성 유체 도입구(106a)를 통해서, 처리실(102) 내부에 고순도의 공기가 공급된다.

각 엑시머 램프(104)의 방전 가스를 크세논으로 하여, 엑시머 램프(104)측에서 방사되는 중심 파장 172㎚의 진공 자외광이, 광 취출 창부재(107)를 통해서, 피처리물(109) 표면과 처리실(102) 내에 도입된 산화성 유체(산소와 질소의 혼합 가스)에 조사된다. 산소와 질소의 혼합 가스 중의 산소는 진공 자외광과 반응하여 산소 라디칼을 발생한다. 이 산소 라디칼과 피처리물(109)(액정 디스플레이용 유리 기판) 위의 유기 불순물이 반응하여, 처리실(102) 내에서, 탄화수소, 이산화탄소, 물이 생성되고, 이들은, 산화성 유체 배출구(106b)로부터, 산화성 유체 배출구(106b)에 접속된 배기 수단(116b)에 의해 배기된다.

여기에서, 120은 제어 수단이고, 고주파 고전압 전원(105)에 점등 신호, 소등 신호를 송출하여, 고주파 고전압 전원(105)의 on, off를 제어함으로써, 각 엑시머 램프(104)의 점등·소등을 제어한다. 또한, 제어 수단(120)은, 가스 공급 수단(116a), 배기 수단(116b)도 제어하여, 처리실(102) 내의 가스 공급, 배기, 엑시머 램프(104)의 광 조사의 조도나 타이밍을 종합적으로 제어하도록 구성해도 된다.

그런데, 엑시머 램프를 점등하는 경우, 종래에는, 고주파 고전압 전원(105)으로부터 고주파 전력으로서 수 10KHz 주파수의 고주파 전력을 공급하여, 엑시머 램프의 방전 공간 전역에 균일하게 방전 플라즈마가 형성되어 안정하게 유지되는 정상 점등 상태를 실현하고 있었다.

그러나, 주파수가 수 10KHz의 고주파 전력으로 엑시머 램프를 점등시키는 경우에는, 인가 전압으로서는 약 5㎸와 같은 대단히 높은 고전압이 필요하여, 장치 등의 절연에 대해서 충분한 대책이 필요하였다. 이와 같은 대책에는, 장치 자신이 대형화하거나, 고비용화를 초래하는 것과 같은 문제가 있었다.

이와 같은 문제에 대처하기 위해서, 정상 점등시의 인가 전압을 낮추는 목적으로, 특허문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 인가하는 고주파 전력의 주파수를 수 ㎒로 하는 것과 같은 방법이 있다. 이 경우, 예를 들면, 인가 전압 5㎸로 점등하고 있었던 엑시머 램프를 인가 전압 1㎸ 정도로 정상 점등하는 것이 가능하다.

(특허문헌 1) 일본국 특개 2000-331649호 공보

그러나, 특히, 대형, 고출력의 엑시머 램프에 주파수가 수 ㎒인 고주파 전력을 인가하여 점등하는 경우, 고주파 전력을 공급 후, 방전 공간에 방전 플라즈마가 엑시머 램프 전체, 즉, 방전 공간 전체에 균일하게 확산될 때까지, 시간이 걸리는 것과 같은 새로운 문제가 발생하는 것을 알 수 있었다. 이것은, 종래와 같이 수 10KHz의 고주파 전력으로 엑시머 램프를 점등시키는 경우에는 확인되지 않았던 현상이다.

도 8은, 이 현상을 상세하게 관찰한 결과를 모식적으로 설명하는 도면이다. 방전 플라즈마의 성장은, 방전 개시시에 엑시머 램프(104)의 급전부(119) 근방에서 절연 파괴에 의해 발생한 방전 플라즈마(200)가 급전부(119)측에서 순서(도 8 (a) (b) (c) (d)의 순으로)대로 생성되어, 서서히 엑시머 램프(104)의 관축 방향으로 확산되어 간다.

방전 플라즈마가 엑시머 램프(104)의 관축 방향으로 서서히 확산되는 현상은, 특히, 엑시머 램프(104)의 전체 길이가 길수록, 또 엑시머 램프(104)의 방전 공간(118)에 봉입된 봉입 가스의 압력이 높을수록 보다 현저하게 나타났다. 또한, 엑시머 램프(104)의 정상 점등시에 공급하는 정상 전력이 낮을수록 방전 플라즈마의 성장에 더욱 시간이 걸리고, 공급 전력에 의해서는, 방전 플라즈마가 엑시머 램프(104) 전체로 확산되지 않는 현상, 예를 들면, 도 8(b)에 도시하는 바와 같이, 급전부(119)로부터 관축 방향으로 3할 정도의 길이밖에 방전 플라즈마가 성장하지 않게 되는 것과 같은 현상이 나타났다.

이와 같은 상태로 조사 처리를 행하면, 피처리물이 불균일하게 처리되어 버린다는 문제가 발생한다. 또, 방전 플라즈마가 엑시머 램프(104)의 관축 방향으로 충분히 성장할 때까지 기다린 후에 처리를 행하면, 불균일인 처리는 회피할 수 있지만, 처리에 시간이 걸려서, 특히 점등 점멸을 반복하여 행하는 것과 같은 생산 라인에서는 스루풋을 대단히 저하해 버린다는 것과 같은 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 엑시머 램프에 인가하는 고주파 전력의 주파수를 종래의 수 10KHz보다도 높은 1㎒ 내지 1㎓로 설정하고, 엑시머 램프 점등시의 인가 전압을 종래보다 낮게 할 때, 전체 길이가 긴 엑시머 램프의 점등시에 있어서도, 방전 플라즈마의 방전 공간에서의 공간적 불균일이 없고, 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 분포될 때까지의 시간을 단축할 수 있으며, 또한, 점등 점멸을 반복하는 것과 같은 점등 형태에 있어서도, 균일한 엑시머 광의 조사 처리를 행할 수 있는 엑시머 램프 점등 장치 및 엑시머 램프 점등 방법을 제공하는 데에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서, 다음과 같은 수단을 채용하였다.

제1 수단은, 방전에 의해서 엑시머 분자를 생성하는 방전 가스가 방전 용기 내에 충전된 엑시머 램프와, 상기 엑시머 램프에 주파수가 1㎒ 내지 1㎓인 고주파 전력을 공급하여 엑시머 램프를 점등시키는 점등 회로부와, 제어부로 이루어지는 엑시머 램프 점등 장치에 있어서, 상기 제어부는, 엑시머 램프의 시동 기간 중에는 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 상기 엑시머 램프에 공급시키고, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력을 엑시머 램프에 공급시키도록 상기 점등 회로부를 제어하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치이다.

제2 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 제어부는, 엑시머 램프가 정상 점등으로 이행한 것을 검출하는 점등 검지 수단을 갖고, 이 점등 검지 수단부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 지령하는 지령 신호를 상기 점등 회로부에 송출하는 것을 특 징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치이다.

제3 수단은, 제1 수단에 있어서, 상기 제어부는, 엑시머 램프가 시동하여 일정 시간 후에 신호를 송출하는 타이머 수단을 갖고, 이 타이머 수단부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 지령하는 지령 신호를 상기 점등 회로부에 송출하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치이다.

제4 수단은, 제3 수단에 있어서, 상기 일정 시간은, 정상 전력보다 높은 전력이 공급되어 엑시머 램프가 시동하여, 정상 점등으로 이행할 때까지의 시간에 대략 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치이다.

제5 수단은, 제1 수단 내지 제4 수단 중 어느 하나의 수단에 있어서, 상기 방전 가스의 봉입 압력은, 상온에서 10㎪ 이상인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치이다.

제6 수단은, 방전에 의해서 엑시머 분자를 생성하는 방전 가스가 방전 용기 내에 충전된 엑시머 램프에 주파수가 1㎒ 내지 1㎓인 고주파 전력을 공급하여 점등시키는 엑시머 램프 점등 방법에 있어서, 상기 엑시머 램프의 시동 기간 중에는 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 엑시머 램프에 공급하고, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력을 엑시머 램프에 공급하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 방법이다.

먼저, 하기에 나타내는 각 실시 형태의 발명에 도달한 경위에 대해서 설명한다. 발명자들은, 엑시머 램프 점등 장치에 대해서, 예의 연구한 결과, 대형, 고출 력의 엑시머 램프에 주파수가 1㎒ 이상인 고주파 전력을 공급하여 점등하는 경우에 있어서, 엑시머 램프로 공급하는 전력이 클수록, 방전 공간에서 방전 플라즈마가 성장하여 공간적 불균일함이 없어져, 방전 공간 전체에 균일하게 분포할 때까지의 시간이 짧아지는 것을 발견하였다.

그래서, 방전 플라즈마가 확실하게 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 시간이 단시간이고, 도 8(b)에 도시하는 바와 같은 방전 공간에서의 방전 플라즈마가 불균일하게 생성된 채로의 상태가 되지 않는 전력을 엑시머 램프에 공급하면, 앞에 서술한 바와 같은 문제를 회피하는 것이 가능한 것을 알아내었다.

이 이유는 명확하지 않지만, 이하와 같이 생각된다. 즉, 엑시머 램프의 외측관(104a), 내측관(104b), 전극(103a, 103b), 방전 공간(118) 내의 방전 가스로 형성되는 방전부는, 분포 정수 회로를 형성하고 있는 것으로 생각된다. 그 때문에, 전극(103a)에서의 전위는, 급전부(119)로부터 관축 방향으로 멀어짐에 따라서 작아진다.

이 경향은, 전극(103a, 103b) 사이에 인가되는 고주파 고전압의 주파수가 1㎒ 이상인 고주파가 된 경우, 현저해진다. 그 때문에, 방전 공간에서 급전부(119)에 가까운 부위로부터 순차적으로, 관축 방향을 따라서 방전 플라즈마가 성장해 가는 현상도 현저해진다.

따라서, 엑시머 램프로의 공급 전력을 크게 하면, 급전부(119)로부터 관축 방향으로 떨어진 위치에서도, 방전 공간(118) 내에서 절연 파괴가 발생하기에 충분한 전력이 급전부(119) 근방의 위치와 거의 동시에 공급 가능하게 된다. 그리고 방전 플라즈마가 확실하게 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 시간을 단시간으로 할 수 있었던 것으로 생각된다.

엑시머 램프로 공급되는 고주파 전력의 주파수가 종래의 수 10KHz 정도인 경우에는, 전극(103a)에서의 전위가, 급전부(119)로부터 관축 방향으로 멀어짐에 따라서 작아질 확률이 작다. 그 때문에, 엑시머 램프를 점등시키기 위한 전력을 공급한 경우, 순간적으로 방전 공간(118) 전체에서 균일하게 방전 플라즈마가 생성되고 있었던 것으로 생각된다.

그런데, 일반적으로 엑시머 램프에 전력을 공급하여 방전 공간에서 절연 파괴가 발생하여 방전 플라즈마가 형성되는 경우, 방전 플라즈마가 형성된 영역에서의 방전 임피던스는 저하한다. 그 때문에, 일단, 방전 플라즈마가 형성되어, 방전 플라즈마를 유지하기 위한 전력, 즉, 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급하는 정상 전력은, 방전 파괴를 발생시킬 때에 공급한 전력보다도 저전력이면 된다.

그 때문에, 발명자들이 알아낸 지견(知見)에 기초하여, 방전 플라즈마가 확실하고 또한 균일하게 방전 공간 전체에 생성될 때까지의 시간이 단시간이고, 방전 공간에서의 방전 플라즈마가 불균일하게 생성된 채로의 상태가 되지 않는 전력을 일정하게 엑시머 램프에 계속 공급하면, 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 생성된 후의 정상 점등시에는, 과잉의 전력이 공급되는 것도 생각할 수 있다.

즉, 정상 점등시에 있어서 방전 플라즈마가 유지되는 데에 필요한 전력인 정상 전력보다 큰 전력이 엑시머 램프에 공급되게 된다. 이 경우, 엑시머 램프에서의 발열량이 커져서, 냉각 구조가 대규모가 된다. 또, 공급되는 전력이 정상 전력 보다 크기 때문에, 엑시머 광의 강도가 정상 전력 공급시보다도 커진다. 그 때문에, 엑시머 램프의 방전 용기가 석영 유리로 이루어지는 경우, 원하지 않은 강도의 엑시머 광(자외광, 진공 자외광)에 의한 석영 유리의 자외선 뒤틀림이나 석영 유리의 엑시머 광 투과율의 저하와 같은 문제점이 발생하는 것도 생각할 수 있다.

따라서, 전력이 공급되어 엑시머 램프가 시동된 후 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 기간인 엑시머 램프의 시동 기간 중에, 방전 플라즈마가 확실하게 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 시간이 단시간이고, 또한, 방전 공간에서의 방전 플라즈마가 불균일하게 생성된 채로의 상태가 되지 않는 전력을 엑시머 램프에 공급하여, 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 생성된 후에는, 엑시머 램프에 공급하는 전력을 상기한 정상 전력까지 저감시키는 것이 바람직하다. 이와 같이 함으로써, 엑시머 램프의 정상 점등시에, 원하는 엑시머 광의 강도를 얻을 수 있다. 또, 엑시머 램프의 발열량도 소정의 값으로 억제할 수 있다.

다음에, 본 발명의 제1 실시 형태를 도 1 내지 도 3을 이용하여 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태의 엑시머 램프 점등 장치는, 엑시머 램프(7)와, 엑시머 램프에 전력을 공급하는 점등 회로부(20)와, 점등 회로부(20)의 동작을 제어하는 제어 수단인 제어부(10)로 구성된다. 여기에서, 일반적으로, 점등 회로부(20)와 엑시머 램프(7) 사이의 임피던스 정합을 위해서, 점등 회로부(20)와 엑시머 램프(7)의 사 이에 콘덴서, 인덕턴스로 이루어지는 정합 회로(6)를 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 엑시머 램프(7)의 구체적 구성예를 도 2에 도시한다. 이 구체 구성예는, 앞에 도 7에 도시한 것과 동일하기 때문에, 여기에서는 상세한 설명을 생략한다.

제어부(10)는, 점등 스위치 회로(1), 논리곱 연산을 행하는 논리 회로(4), 엑시머 램프(7)의 정상 점등 상태, 즉 방전 플라즈마가 도 2에 도시하는 엑시머 램프의 방전 공간(118)에서 균일하게 생성된 상태를 검지하기 위한 점등 검지 수단(8), 점등 검지 수단(8)으로부터의 광 검지 신호에 기초하여 점등 검지 신호를 출력하는 점등 검지 회로(9)로 구성된다.

점등 검지 수단(8)은, 예를 들면, 포토다이오드 등으로 구성되어, 광을 수광하면 광 검지 신호를 출력하는 것이다. 도 2에 도시하는 바와 같이, 엑시머 램프(7)의 방전 공간(118)에서 방전이 발생하면, 엑시머 광 이외에 가시광, 근적외광도 방출된다. 그 때문에, 검지 수단(8)이 수광하는 광의 파장은 엑시머 광의 파장이어도, 가시광, 근적외광의 파장이어도 된다.

앞에, 도 8에서 서술한 바와 같이, 엑시머 램프(7)의 방전 공간(118)에 생성되는 방전 플라즈마는, 점등 회로부(20)로부터의 전력이 공급되는 급전부(119) 측에서 성장한다. 급전부(119)는, 엑시머 램프(7)의 실제의 조립이 용이성, 배선의 열 대책 등의 관계상, 도 2에 도시하는 바와 같이 엑시머 램프(7)의 일단부측에 설치되는 경우가 많다.

따라서, 점등 검출 수단(8)을 방전 플라즈마가 성장하여 도달하는 엑시머 램 프(7)의 타단부에 배치하면, 점등 검출 수단(8)이 엑시머 램프(7)로부터의 광을 검출한 시점에서, 방전 플라즈마가 방전 공간(118) 전체로 확산된 것을 검출할 수 있다.

또한, 점등 검출 수단(8)을 상기 도면에 도시하는 바와 같이, 엑시머 램프(7)의 양단의 광을 검출하도록 2개 설치하면, 급전부(119)를 설치한 위치에 관계없이, 방전 공간(118) 전역에 방전 플라즈마가 완전히 확산된 것을 검지할 수 있다.

점등 회로부(20)는, 고주파의 정현파 신호를 송출하는 펑션 제너레이터(2)와, 펑션 제너레이터(2)로부터의 고주파 정현파 신호를 증폭하여, 고주파 전력을 출력하는 앰프 수단(5)으로 이루어진다. 이 점등 회로부(20)는, 도 7에서의 고주파 고전압 전원(105)에 상당하는 것이다.

여기에서, 펑션 제너레이터(2)로부터 송출되는 고주파 정현파 신호의 주파수의 범위는, 1㎒ 내지 1㎓이다. 따라서, 앰프 수단(5)으로부터 출력되는 고주파 전력의 주파수 범위는 1㎒ 내지 1㎓가 된다.

앞에 서술한 바와 같이, 엑시머 램프(7)에 공급되는 고주파 전력에 있어서, 주파수가 1㎒보다 작아지면, 엑시머 램프(7)에 인가되는 전압이 고전압이 되어, 장치 등의 절연에 대해서 충분한 대책이 필요해져 바람직하지 않다.

또, 상기 주파수가 1㎓를 넘으면, 전력 전송 구조가 대규모가 된다. 따라서, 실용상, 엑시머 램프(7)에 공급되는 고주파 전력의 주파수 범위는 1㎒ 내지 1㎓가 바람직하다.

다음에, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시하는 타이밍 챠트를 이용하여, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 동작을 설명한다. 또한, 점등 검지 수단(8)은, 도 2에 도시하는 바와 같이, 엑시머 램프(7)의 양단부 부근에 2개(81, 82) 설치되어 있는 것으로 한다.

우선, 제어부(10)의 점등 스위치 회로(1)로부터, 엑시머 램프(7)의 점등 개시 지령인 시동 신호가 점등 회로부(20)의 펑션 제너레이터(2), 및 논리 회로(4)에 송출된다(S101). 펑션 제너레이터(2)는, 시동 신호를 받아서, 앰프 수단(5)에 고주파의 정현파 신호를 송출한다(S102). 앰프 수단(5)은, 펑션 제너레이터(2)로부터의 고주파 정현파 신호를 받아서, 고주파 전력을 출력한다(S103). 출력된 전력은, 정합 회로(6)를 통해 엑시머 램프(7)에 공급된다.

여기에서, 앰프 수단(5)에 의해 증폭되어 출력되는 전력은, 전압 주파수가 1㎒ 내지 1㎓이고, 엑시머 램프(7)에 있어서, 방전 플라즈마가 확실하게 방전 공간(118) 전체에 균일하게, 또한, 단시간에 성장하는 값으로 설정되어 있다.

엑시머 램프(7)가 발광하여, 점등 검지 수단(81, 82)이 엑시머 램프(7)로부터 방출되는 광을 검지하면, 점등 검지 수단(81, 82)으로부터 각각 광 검지 신호가 점등 검지 회로(9)에 송출된다(S104, S105). 점등 검지 회로(9)는, 점등 검지 수단(81, 82)으로부터의 신호를 모두 수신하면, 점등 검지 신호를 논리 회로(4)에 송출한다(S106). 논리 회로(4)는, 점등 스위치 회로(1)로부터의 시동 신호와 점등 검지 회로(9)로부터의 점등 검지 신호의 논리곱을 취하여 게인 제어 신호를 앰프 수단(5)에 송출한다(S107). 앰프 수단(5)은, 점등 검지 회로(9)로부터 수신한 게인 제어 신호에 기초하여, 증폭율을 변경하여, 출력하는 고주파 전력의 값을 변경 한다(S103의 파선으로부터 오른쪽의 영역).

여기에서, 앰프 수단(5)으로부터 증폭율이 변경되어 출력되는 전력은, 엑시머 램프(7)의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력이다. 이 정상 전력은, 예를 들면, 엑시머 광을 이용한 광 처리 장치에 있어서 필요하게 되는 엑시머 광 강도가 얻어지도록 설정된다.

다음에, 상기의 엑시머 램프 점등 장치를 이용하여, 시동 기간 중의 인가 전력에 대한 비교 실험 결과에 대해서 설명한다. 여기에서 사용한 엑시머 램프의 구조는, 도 2에 도시하는 것과 동일하다.

실험은, 엑시머 램프로서, 외측관(104a)의 외경 40㎜, 관축 방향의 길이 25㎝의 램프에 방전용 가스로서 크세논을 50㎪를 봉입한 것을 이용하였다. 엑시머 램프의 전극(103b)의 일단에 급전부(119)를 접속하여, 공급 전력을 변화시킨 경우의 방전 플라즈마의 성장에 요하는 시간을 측정하였다. 여기에서 엑시머 램프에 공급되는 고주파 전력의 주파수는, 4㎒로 설정하였다.

우선, 시동 기간 중의 엑시머 램프로의 공급 전력을 200W로 하고, 방전 공간(118) 내 전체에 방전 플라즈마가 확산된 후의 공급 전력을 100W로 설정한 경우, 시동으로부터 방전 플라즈마가 완전히 방전 공간(118) 전역으로 확산될 때까지 요한 시간(즉 시동 기간)은, 0.4초이었다. 또 공급 전력을 100W로 전환한 후에도 방전은, 방전 공간(118) 전역으로 확산된 상태가 유지되었다. 즉, 인가 전력 100W의 정상 점등 상태를 유지할 수 있었다.

한편, 시동시로부터 엑시머 램프로 공급하는 전력을 100W 일정하게 하였을 때에는, 방전 플라즈마가 방전 공간(118) 전역으로 성장할 때까지의 시간이 3초를 요하였다. 또한, 방전 플라즈마가 확산된 후에는, 정상 점등 상태가 유지되었다.

즉, 엑시머 램프의 시동 기간 중에, 정상 점등시의 전력 100W보다도 큰 전력 200W를 엑시머 램프에 인가하면, 시동으로부터 100W의 전력을 일정하게 인가하는 경우와 비교하여, 시동으로부터 방전 공간(118) 전체에 방전 플라즈마가 확산될 때까지의 시간을 짧게 할 수 있는 것이 확인되었다.

이와 같이, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치에 의하면, 엑시머 램프에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 1㎒ 내지 1㎓로 하여, 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 엑시머 램프의 시동 기간 중에 공급하도록 하였기 때문에, 엑시머 램프의 시동으로부터 방전 플라즈마가 완전히 엑시머 램프의 방전 공간(118)내 전역으로 확산될 때까지 요하는 시간인 시동 기간을 짧게 하는 것이 가능해졌다.

또한, 엑시머 램프의 방전 공간의 관축 방향으로 방전 플라즈마를 빠르고 균일하게 확산시킬 수 있기 때문에, 점등 점멸을 반복하여 행하는 것과 같은 생산 라인에 본 엑시머 램프 점등 장치를 적용한 경우에도, 순식간에 안정한 엑시머 광을 제공할 수 있는 것과 같은 이점이 있다.

또, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력이 엑시머 램프에 공급되도록 하였기 때문에, 정상 점등시에 과잉의 전력이 인가되는 경우도 없어지고, 엑시머 램프의 발열량이 커진다는 문제점이 발생하는 경우도 없어졌다.

또, 엑시머 램프의 방전 용기가 석영 유리로 이루어지는 경우에 있어서도, 원하지 않은 강도의 엑시머 광(자외광, 진공 자외광)에 의한 석영 유리의 자외선 뒤틀림이나 석영 유리의 엑시머 광 투과율의 저하와 같은 문제점이 발생하는 경우도 없어졌다.

특히, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행한 것을 검출하는 점등 검지 수단(8)(81, 82), 점등 검지 회로(9)로 이루어지는 점등 검지 수단을 설치하여, 이 점등 검지 수단부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 하였기 때문에, 확실하게 엑시머 램프로의 공급 전력의 전환을 행하는 것이 가능해졌다.

또한, 엑시머 램프의 방전 공간에 봉입하는 방전 가스(예를 들면, 크세논)의 봉입 압력은, 상온에서 10㎪ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 10㎪보다 작으면, 엑시머 램프로부터 취출하는 엑시머 광의 강도가 작아져서, 실용적이지 않게 된다.

앞에 서술한 바와 같이, 엑시머 램프의 방전 가스의 봉입 압력이 높아지면, 상기 시동 기간은 길어지지만, 본 발명의 엑시머 램프를 이용함으로써, 방전 가스의 봉입 압력이 상온에서 10㎪ 이상이어도 시동 기간을 짧게 하는 것이 가능해졌다.

또, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치는, 엑시머 램프에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 1㎒ 내지 1㎓로 하였기 때문에, 주파수가 수 10KHz인 고주파 전력을 공급하는 경우와 비교하여, 인가 전압을 저전압으로 할 수 있다는 종래의 효과도 함께 갖는다.

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태를 도 4 및 도 5를 이용하여 설명한다.

도 4는, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 구성을 도시하는 도면이다.

본 실시 형태의 엑시머 점등 장치는, 도 1에 도시하는 본 발명의 제1 실시 형태에 있어서, 제어부(10)에 포함되는 논리 회로(4), 점등 검지 수단(8), 점등 검지 회로(9) 대신에, 타이머 회로(30)를 설치한 것이다. 그 밖의 구성은 도 1에 도시한 동일 부호의 구성에 대응하므로 설명을 생략한다.

타이머 회로(30)는, 점등 스위치 회로(1)로부터 송출되는 시동 신호를 수신하는 동시에 계시(計時) 동작을 개시한다. 그리고, 미리 설정해 둔 소정 시간을 계시 후, 계시를 종료하는 동시에 게인 제어 신호를 앰프 수단(5)에 송출하는 것이다.

다음에, 도 4 및 도 5에 도시하는 타이밍 챠트를 이용하여, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치의 동작을 설명한다.

우선, 제어부(10)의 점등 스위치 회로(1)로부터, 엑시머 램프(7)의 점등 개시 지령인 시동 신호가 점등 회로부(20)의 펑션 제너레이터(2), 및 타이머 회로(30)로 송출된다(S111). 펑션 제너레이터(2)는, 시동 신호를 받아서, 앰프 수단(5)에 고주파의 정현파 신호를 송출한다(S112). 앰프 수단(5)은, 펑션 제너레이터(2)로부터의 고주파 정현파 신호를 받아서, 고주파의 전력을 출력한다(S113). 출력된 전력은, 정합 회로(6)를 통해서 엑시머 램프(7)에 인가된다.

여기에서, 앰프 수단(5)에 의해 증폭되어 출력되는 전력은, 전압 주파수가 1㎒ 내지 1㎓이고, 엑시머 램프(7)에 있어서, 방전 플라즈마가 확실하게 방전 공간 (118) 전체에 균일하게, 또한, 단시간에 성장하는 값으로 설정되어 있다.

한편, 타이머 회로(30)는, 점등 스위치 회로(1)로부터의 시동 신호를 수신하는 동시에, 계시 동작을 개시한다. 그리고 미리 정해진 소정 시간을 계시 후, 게인 제어 신호를 앰프 수단(5)에 송출한다(S114). 앰프 수단(5)은, 타이머 회로(30)로부터 수신한 게인 제어 신호에 기초하여, 증폭율을 변경하여, 출력하는 고주파 전력의 값을 변경한다(S113의 파선으로부터 오른쪽의 영역).

여기에서, 타이머 회로(30)에 설정되는 미리 정해진 소정 시간은, 엑시머 램프에 전력을 공급하여 엑시머 램프가 시동한 후, 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 기간인 엑시머 램프의 시동 기간에 상당하는 시간이고, 예를 들면 0.5초 등이 설정된다.

또, 앰프 수단(5)으로부터 증폭율이 변경되어 출력되는 전력은, 엑시머 램프(7)의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력이다. 이 정상 전력은, 예를 들면, 엑시머 광을 이용한 광 처리 장치에서 필요하게 되는 엑시머 광 강도가 얻어지도록 설정된다.

이와 같이, 본 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치에서도, 제1 실시 형태의 발명에 따른 엑시머 램프 점등 장치와 동일한 작용 효과를 발휘할 수 있다.

특히, 본 실시 형태에서는, 엑시머 램프에 전력을 공급한 후 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 일정 시간 경과 후에 신호를 송출하는 타이머 수단(타이머 회로(30))을 설치하고, 이 타이머 수단으로부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 하였기 때문에, 확실하게 엑시머 램프로의 공급 전력의 전환을 행하는 것이 가능해졌다.

또, 본 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태의 논리 회로(4), 검지 수단(8), 점등 검지 회로(9) 대신에, 타이머 회로(30)를 설치하였기 때문에, 구성이 간편해져서, 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에서도, 제1 실시 형태와 동일하게, 엑시머 램프의 방전 공간에 봉입하는 방전 가스(예를 들면, 크세논)의 봉입 압력은, 상온에서 10㎪ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 실시예에서는, 고주파 고전압 전원(105)과 전극(103)의 급전부(119)는, 전극의 일단에 형성되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니라, 장척의 전극의 중앙 등에 설치할 수도 있다. 전극의 일단에 형성하는 이점은 전극의 형성이 용이한 것이고, 전극의 중앙에 설치하는 것의 이점은 방전 플라즈마의 성장 시간을 짧게 할 수 있는 것이다.

본 발명에서는, 엑시머 램프의 방전용 가스로서 크세논 가스를 봉입하는 것 이외에, 다른 가스를 봉입할 수도 있다. 엑시머 램프로부터 방사되는 단일 파장의 광은, 방전 용기 내의 봉입 가스에 의해서 결정되고, 크세논 가스(Xe)의 경우에는 파장 172㎚의 광, 아르곤 가스(Ar)의 경우에는 파장 126㎚의 광, 크립톤 가스(Kr)의 경우에는 파장 146㎚의 광, 아르곤 가스(Ar)와 염소 가스(Cl)의 혼합 가스의 경우에는 파장 175㎚의 광, 크립톤 가스(Kr)와 요오드 가스(I)의 혼합 가스의 경우에 는 파장 191㎚의 광, 아르곤 가스(Ar)와 불소 가스(F)의 혼합 가스의 경우에는 파장 193㎚의 광, 크립톤 가스(Kr)와 요오드 가스(I)의 혼합 가스의 경우에는 파장 207㎚의 광, 크립톤 가스(Kr)와 염소 가스(Cl)의 혼합 가스의 경우에는 파장 222㎚의 광을 방사한다.

본 발명의 엑시머 램프 점등 장치에 의하면, 엑시머 램프에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 1㎒ 내지 1㎓로 하여, 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 엑시머 램프의 시동 기간 중에 공급하도록 하였기 때문에, 엑시머 램프의 시동으로부터 방전 플라즈마가 완전히 엑시머 램프의 방전 공간 전역으로 확산될 때까지 요하는 시간인 시동 기간을 짧게 하는 것이 가능해졌다.

또한, 엑시머 램프의 방전 공간의 관축 방향으로 방전 플라즈마를 빠르고 균일하게 확산시킬 수 있기 때문에, 점등 점멸을 반복하여 행하는 것과 같은 생산 라인에 본 엑시머 램프를 적용한 경우에도, 순시에 넓은 영역에 안정한 엑시머 광을 조사할 수 있다.

또, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력이 엑시머 램프에 공급되도록 하였기 때문에, 정상 점등시에 과잉의 전력이 인가되는 경우도 없어지고, 엑시머 램프의 발열량이 커진다는 문제점이 발생하지도 않게 되었다.

또, 엑시머 램프의 방전 용기가 석영 유리로 이루어지는 경우에 있어서도, 원하지 않은 강도의 엑시머 광(자외광, 진공 자외광)에 의한 석영 유리의 자외선 뒤틀림이나 석영 유리의 엑시머 광 투과율의 저하와 같은 문제점이 발생하지도 않 게 되었다.

또, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행한 것을 검출하는 점등 검지 수단을 설치하고, 이 점등 검지 수단으로부터의 점등 검지 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 하였기 때문에, 확실하게 엑시머 램프로의 공급 전력의 전환을 행하는 것이 가능해졌다.

또, 전력 공급 후 엑시머 램프가 시동한 후에 방전 플라즈마가 방전 공간 전체에 균일하게 생성될 때까지의 일정 시간 경과 후에 신호를 송출하는 타이머 수단을 설치하고, 이 타이머 수단부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 하였기 때문에, 확실하게 엑시머 램프로의 공급 전력의 전환을 행하는 것이 가능해졌다.

또, 엑시머 램프에 공급하는 고주파 전력의 주파수를 1㎒ 내지 1㎓로 하였기 때문에, 주파수가 수 10KHz인 고주파 전력을 공급하는 경우와 비교하여, 엑시머 램프로의 인가 전압을 저전압으로 할 수 있다는 종래의 효과도 함께 가질 수도 있다.

Claims

방전에 의해서 엑시머 분자를 생성하는 방전 가스가 방전 용기 내에 충전된 엑시머 램프와, 상기 엑시머 램프에 주파수가 1㎒ 내지 1㎓인 고주파 전력을 공급하여 엑시머 램프를 점등시키는 점등 회로부와, 제어부로 이루어지는 엑시머 램프 점등 장치에 있어서,

상기 제어부는, 엑시머 램프의 시동 기간 중에는 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 상기 엑시머 램프에 공급시키고, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력을 엑시머 램프에 공급시키도록 상기 점등 회로부를 제어하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 엑시머 램프가 정상 점등으로 이행한 것을 검출하는 점등 검지 수단을 갖고, 이 점등 검지 수단으로부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전환하도록 지령하는 지령 신호를 상기 점등 회로부에 송출하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부는, 엑시머 램프가 시동하여 일정 시간 후에 신호를 송출하는 타이머 수단을 갖고, 이 타이머 수단으로부터의 신호에 기초하여 엑시머 램프로 공급하는 전력을 정상 점등시보다도 높은 전력에서 정상 전력으로 전 환하도록 지령하는 지령 신호를 상기 점등 회로부에 송출하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치.
제3항에 있어서, 상기 일정 시간은, 정상 전력보다 높은 전력이 공급되어 엑시머 램프가 시동하여, 정상 점등으로 이행할 때까지의 시간에 일치하도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방전 가스의 봉입 압력은, 상온에서 10㎪ 이상인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 장치.
방전에 의해서 엑시머 분자를 생성하는 방전 가스가 방전 용기 내에 충전된 엑시머 램프에 주파수가 1㎒ 내지 1㎓인 고주파 전력을 공급하여 점등시키는 엑시머 램프 점등 방법에 있어서,

상기 엑시머 램프의 시동 기간 중에는 엑시머 램프의 정상 점등시에 공급되는 정상 전력보다도 높은 전력을 엑시머 램프에 공급하고, 엑시머 램프가 정상 점등 상태로 이행 후에는, 정상 전력을 엑시머 램프에 공급하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프 점등 방법.