バリア放電エキシマランプの最適化に関する研究

1995 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 07558175
• Research Category: Grant-in-Aid for Developmental Scientific Research (B)
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 酒井 洋輔 北海道大学, 工学部, 教授 (20002199)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 五十嵐 龍志 ウシオ電機(株), 技術研究所, 次長 ; 菅原 広剛 北海道大学, 工学部, 助手 (90241356) ; VENTZEK pete 北海道大学, 工学部, 助教授 (80261329) ; 田頭 博昭 北海道大学, 工学部, 教授 (10001174)
• Keywords: エキシマ / ランプ / 真空紫外光 / モデリング

Research Abstract

マイクロエレクトロニクス材料のプロセスや光化学工学への導入の期待される真空紫外光源の一つであるエキシマランプの性能向上を目指し、バリア放電プラズマを理解し、放電の最適条件を追求するために、実験装置の試作とモデリングを行った。せの結果明らかになった結果を以下に要約する。
1.バリア放電チャンバーを試作し、Xeガス中で実験すべく、実験システムの試作、OG診断用周波数可変レーザダイオードの準備が完了し、バリア放電プラズマのOG分光測定系の調整中である。
2.バリア放電励起Xe_2^*エキシマランプ(172nm光を発振)の一次元流体モデルのプログラムが完了し、Xeガスに50kHz〜1MHz間のRF電圧と矩形波電圧を印加した際の放電プラズマ特性をシミュレートした。その結果、明らかになった主な点は、
1)Xe_2^*エキシマ密度は、RF電圧印加では電極中心部に最大値を持つガウス分布型であったが矩形波電圧印加では両電極近傍二箇所にピークをもちギャップ間平均は、後者であることが分かった。2)その結果、印加電圧の振幅が1〜4kV、周波数50kHz〜1MHz間では、エキシマ生成効率が、RF波形の場合には2%以下であったが、矩形波の場合には11%を示した。3)誘電体バリア表面上に堆積する電荷とこれがプラズマ空間に与える電界等の種々の特性が定量的に明らかにされた。
現在、出力増加に伴い発生するマイクロアークについてモデリング中である。後半の1年間に、実験結果との突き合わせをとおして、本プラズマの本質を解明し、出力向上、高効率化、小型化等の技術開発に寄与する計画である。

Research Products

• [Publications] 小田昭紀、菅原広剛、P. Ventzek、酒井洋輔、田頭博昭: "Xeエキシマランプ・バリア放電のシミュレーション" 電気学会放電研究会ED-95-129. 115-123 (1995)
• [Publications] A. Oda, Y. Sakai, P. Ventzek, H. Tagashira, H. Matsuno, T. Igarashi: "Modeling of a Barrier Discharge Excimer Lamp" 7. Int. Symp. on Science & Technology of Light Sources. 173-174 (1995)
• [Publications] 小田昭紀、明石治朗、菅原広剛、P. L. G. Ventzek、酒井洋輔、田頭博昭: "バリア放電のシミュレーション(IV)-外部回路を考慮したシミュレーション-" 電気関係学会北海道支部連合大会. 91- (1995)
• [Publications] 小田昭紀、明石治朗、田頭博昭、菅原広剛、P. L. G. Ventzek、酒井洋輔: "バリア放電のシミュレーション(V)-運動量保存式を考慮したシミュレーション-" 第31回応用物理学会北海道支部学術講演会. C30- (1996)
• [Publications] 小田昭紀、明石治朗、田頭博昭、菅原広剛、P. L. G. Ventzek、酒井洋輔: "バリア放電のシミュレーション(VI)-外部印加電圧波形のバリア放電及ぼす効果-" 電気学会全国大会(東京). (発表予定).