エキシマランプ
【課題】放電ランプに亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供する。
【解決手段】
エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とするエキシマランプである。
【解決手段】
エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とするエキシマランプである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマ光を放射するエキシマランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、塗料を硬化したり、半導体ウエハまたはガラス基板等の表面洗浄や表面改質等を行うために、エキシマランプを用いて、被処理対象物にエキシマ光を放射することが行われてきた。
【０００３】
エキシマ光の放射方法としては、誘電体バリア放電を利用する方法が知られている。この方法では、石英等の誘電体からなる放電容器を電極間に配置した発光ユニットにおいて、放電容器内に封入されたキセノン等の放電用ガスに対し、上記電極から高周波電圧を印加し、放電を生じさせることによって、エキシマ光を得ている。
【０００４】
このようなエキシマランプを開示する文献として、例えば、非特許文献１を挙げることができ、この非特許文献１の図５には、放電容器に封入する放電用ガスの圧力を高めることにより、エキシマランプの発光強度が高まることが開示されている。
【非特許文献１】上林正典、外４名、“新しい紫外光源「エキシマランプ」に関する研究”１９９６年度 第５回 日本オゾン協会年次研究講演会 講演予稿集
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者等が鋭意検討を行ったところ、放電容器内に封入する放電用ガスの圧力を高めると、放電容器に亀裂が生じたり、破損したりする場合があり、この傾向は、放電容器の形状が略箱状である場合に生じやすいことがわかった。
本発明は、このような事情のもとで、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等が鋭意検討を重ねたところ、放電容器を有する発光ユニットの外部に該発光ユニットを収容するランプ容器を設け、上記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスを、発光ユニットの放電容器の外壁とランプ容器の内壁との間に不活性ガスをそれぞれ封入し、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力がともに１気圧以上、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整したエキシマランプにより、上記目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、
該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、
前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、
前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とするエキシマランプ、
（２）前記発光ユニットが、
並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、
前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、
前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、
前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射する上記（１）に記載のエキシマランプ。
（３）前記放電容器が、前記複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔をさらに有するものである上記（２）に記載のエキシマランプ、および
（４）前記発光ユニットが、ランプ容器の外部から放電空間内に放電用ガスを導く放電用ガス流通路を有し、
前記ランプ容器が、ランプ容器の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路を有するものである上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のエキシマランプ
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のエキシマランプは、エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とする。
【００１０】
本明細書において、エキシマランプとは、その作用において高出力のエキシマ光を放出する放電ランプを意味するが、その名称については、一般に必ずしも統一されておらず、高出力のエキシマ光（ビーム）を放出することに注目して、「高出力ビーム発生器」、誘電体バリアに注目して、「誘電体バリア放電ランプ」、放電容器内に電極を設けない無電極と、放電容器に設けた内部電極と外部電極に高周波電圧を印加してエキシマ光を放出することに注目して、「無電極電界放電エキシマ放電ランプ」ということがあるが、本明細書では、これら放電ランプを総称して、「エキシマランプ」という。
【００１１】
以下、本発明のエキシマランプの実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。図１において、エキシマランプ１は、エキシマ光を放射するための放電容器６を有する発光ユニット２と、発光ユニット２を内部に収容し、光出射方向に光取出し窓３を設けたランプ容器４とを含んでいる。
【００１２】
図１に示す発光ユニット２を構成する放電容器６は、略直方体形状の放電セル２５からなり、箱状の放電容器６内には、図面手前側から奥側に放電空間が略箱状に広がっている。本発明のエキシマランプにおいて、発光ユニットを構成する放電容器の形状は、内部に放電用ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記直方体形状の他、例えば、立方体状、円筒状、二重円筒状等種々の形状を採ることができる。また、高出力のエキシマ光を得るために、放電容器の内部に放電空間を複数形成してもよく、このような放電容器としては、後述するように、平板状電極間に放電セルを並列して複数配置し、内部に放電空間を並列して複数設けた放電容器を用いることが好ましい。
【００１３】
上記放電空間を形成する放電容器６は、誘電体材料で形成されているが、この誘電体材料としては、公知のもの、例えば、合成石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシ
ウム等を用いることができる。
【００１４】
図１に示す光取り出し窓３は、主表面が丸形形状を有するものであるが、光取り出し窓３の形状に特に制限はなく、主表面が丸形形状を有するものの他、主表面が四角形形状を有するもの等種々のものを採用することができ、入手の容易性から主表面が丸形形状を有するものが好ましい。光取り出し窓３の材質も特に制限はないが、コストおよび強度を考慮した場合、合成石英ガラス、フッ化マグネシウム結晶、フッ化カルシウム結晶等が好ましい。また、光取り出し窓の大きさは、丸形である場合、直径２〜６０ｃｍ程度が好ましく、厚さ２〜５０ｍｍ程度が好ましい。
【００１５】
図１に示すランプ容器４は、円筒状の形状を有するものであるが、ランプ容器の形状としては、内部に不活性ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記円筒形状の他、例えば、立方体状、直方体状等種々の形状を採ることができる。上記したとおり、入手の容易性から、光取り出し窓は丸形であることが好ましいことから、ランプ容器の形状も円筒状であることが好ましい。ランプ容器の形状が円筒状である場合、その大きさは、直径１０〜７０ｃｍ、高さ１０〜８０ｃｍ、側壁の厚さ１〜１０ｍｍ程度が好ましい。ランプ容器の材質に特に制限はないが、放熱し易い材質であって、不純物ガスを発生しにくい材質であることが好ましく、例えばステンレススチール、アルミニウム等を挙げることができる。
【００１６】
光取り出し窓とランプ容器との間にはガスケット、Ｏリング等を設けて気密性を確保することが好ましい。
【００１７】
図１において、放電容器６の主表面には発光ユニット２を構成する電極５、５が設けられ、ランプ容器４の外部に設けられた高周波電源１１と電気的に接続している。図１において、電極５は平板形状を有しているが、電極の形状に特に制限はなく、放電容器の形状等を考慮して種々の形状を採ることができる。
電極５が平板状である場合、その大きさは、縦２〜５０ｃｍ、横２〜５０ｃｍ、厚さ０．２〜５．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００１８】
電極５の材質は、電極間にエキシマ光を発生させ得る導電性材料であれば特に制限されないが、アルミニウムや、金属表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設けたものであることが好ましい。表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設ける金属としては、導電性や熱伝導性を考慮した場合、銅、銀、金等であることが好ましい。また、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。
【００１９】
図１において、放電容器６の内部には放電用ガスが、放電容器６の外壁とランプ容器４の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、平板状の電極５、５に対し、高周波電源１１から電圧を印加することにより、放電容器６内に封入された放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を発生する。
【００２０】
放電用ガスとしては、キセノンガス、アルゴンガス、クリプトンガス等の希ガス、または上記各希ガスと塩素との混合ガス等を挙げることができ、不活性ガスとしては、窒素ガスのほか、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の希ガスを挙げることができる。但し、不活性ガスとして上記希ガスを用いる場合、これらのガスは放電開始のための電離電圧が低く、放電容器の外部で放電を生ずる場合があるので、ランプ容器内における電極への配線を事前に十分に絶縁することが好ましい。
【００２１】
得られるエキシマ光の中心波長は、放電用ガスの種類によって決定され、例えば、キセノンガスの場合は１７２ｎｍ、アルゴンガスの場合は１２６ｎｍ、クリプトンガスの場合
は１４６ｎｍ、アルゴンと塩素の混合ガスの場合は１７５ｎｍ、キセノンと塩素の混合ガスの場合は３０８ｎｍ、クリプトンと塩素の混合ガスの場合は２２２ｎｍである。
【００２２】
本発明のエキシマランプにおいて最も特徴的な点は、上記放電用ガスの圧力と上記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以下になるように調整されている点である。すなわち、本発明者等が鋭意検討した結果、放電用ガスの圧力を１気圧以上とし、放電容器外周に存在する不活性ガスの圧力を放電用ガスの圧力と同程度になるように調整することによって、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させることができることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
【００２３】
放電用ガスの圧力が高い程、得られるエキシマ光の放射強度が高くなることから、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力は１．５気圧以上であることが好ましく、２気圧以上であることがより好ましい。但し、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力が高すぎると、放電容器やランプ容器の壁の厚みを厚くする必要が生じ、実用的でなくなることから、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力は、１０気圧以下であることが好ましい。また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差の絶対値は０．１気圧以内に調整されていることが好ましく、０．０５気圧以内に調整されていることがより好ましい。
【００２４】
高周波電源１１に印加される電圧は、放電条件により適宜決定されるが、通常、１０ｋＨzから２０ＭＨz程度の高周波領域および数ＧＨｚおよびマイクロ波領域において０．５ｋＶp-pから２０ｋＶp-p程度の電圧領域が使用される。
【００２５】
次に、上記放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を調整する方法を図２を用いて説明する。
図２において、ランプ容器４の外部から放電容器６の放電空間に放電用ガスを導く放電用ガス流通路７は、放電用ガスを放電容器６内に封止するための封止手段である封止バルブ８と接続している。また、ランプ容器４の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路９は、不活性ガスをランプ容器内に封止するための封止手段である封止バルブ１０と接続している。
【００２６】
図２において、エキシマランプ１には、放電用ガスおよび不活性ガスを、それぞれ封止バルブ８および封止バルブ１０を介して給排気することを可能にするガス給排気装置１２が接続されている。
【００２７】
放電容器６およびランプ容器４に、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給する場合、先ずは放電容器６およびランプ容器４の内部の真空排気を行う。この真空排気は、真空ポンプ１３を用い、上記封止バルブ８、封止バルブ１０を開放した状態で真空引きすることにより行われるが、この場合、放電容器２の破裂を防止するために、放電容器内のガス圧Ｐ１とランプ容器内のガス圧Ｐ２の差圧を差圧計１４で確認しながら、差圧ができる限り小さくなるように排気圧力調整バルブ１５、１５を開閉することが好ましい。
【００２８】
真空排気終了後、排気圧力調整バルブ１５、１５を閉じ、次いで、供給圧力調整バルブ１６、１６を開放することにより、放電用ガスボンベ１７および不活性ガスボンベ１８から、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給する。この場合、放電用ガスと不活性ガスの圧力がそれぞれ１気圧以上の所望の圧力になるように、また、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように、圧力計１９、１９および差圧計１４を確認しつつ、供給圧力調整バルブ１６、１６を開閉する。
上記ガス給排気装置１２は、バッファーとしてタンク２０、２０を有することが好ましい。
【００２９】
また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を調整する手段として、図２に示されるような、容積可変手段２１をさらに設けることもできる。図２において、容積可変手段２１は、ランプ容器４内部の、放電用ガス流通路７から分岐するガス流通路の末端に設けられており、放電容器内のガス圧Ｐ１とランプ容器内のガス圧Ｐ２に差圧が生じた場合には、この容積可変手段２１が伸縮することによって、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を小さくすることができる。また、容積可変手段２１は、図３に示すようにランプ容器４の外部に設けることもでき、この場合は、放電用ガス流通路７から分岐するガス流通路の末端と、不活性ガス流通路９から分岐するガス流通路の末端に、それぞれ駆動装置２２を有する容積可変手段２１が設けられている。放電用ガス流通路７と不活性ガス流通路９にはそれぞれ圧力計１９が設けられており、駆動装置２２により容積可変手段２１をそれぞれ伸縮することにより、２つの圧力計の示す圧力の差を小さくすることができる。このような容積可変手段２１としては、ベローズ、ピストン、ダイヤフラム等を挙げることができる。
【００３０】
放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を所望の値に調整した後、封止バルブ８、封止バルブ１０を閉じることにより、これらのガスをエキシマランプ１に封止することができ、エキシマランプ１は、その後ガス給排気装置１２から分離されて、図１または図４のような状態で各種用途に供することが可能になる。エキシマランプ１が有する封止バルブ８、封止バルブ１０は、放電用ガス流通路７と不活性ガス流通路９を封じ切った上で取り外してもよいが、再度放電用ガスや不活性ガスを封入する場合に備え、取り外さないことが好ましい。また、放電用ガスと不活性ガスの封入時に容積可変手段２１を用いた場合には、これらのガスの封入後においても、エキシマランプ１が容積可変手段２１を有していることが好ましい。放電用ガスや不活性ガスの封入後において、万一これらのガスの圧力が変動した場合であっても、容積可変手段２１により容易に差圧を調整することが可能になるからである。このため、容積可変手段２１は、放電用ガスや不活性ガス封入後の差圧調整を目的として、予め設けておいてもよい。
【００３１】
次に、発光ユニットの好ましい形態について説明する。
本発明のエキシマランプは、前記発光ユニットが、並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射するものであることが好ましい。
【００３２】
このようなエキシマランプの一例を図５に示す。
図５において、発光ユニット２は、並列して配置した複数の放電セル２５からなる放電容器６と、複数の放電セル２５の主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極５とを有している。
【００３３】
このように、複数の対向する電極５、５間には、内部に空洞を有する略箱状の放電セル２５が並列して複数配置されているので、放電容器６内には略箱状の放電空間が並列して複数形成される。また、電極５、５間の放電空間には、（図５の左右方向に延びる）放電路が形成され、図５に示すように、光放射窓２３がこの放電路に平行して設けられている。高周波電源１１から電極５を通じて電圧を印加することにより、上記放電空間に封入された放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射する。
【００３４】
本態様においては、電極を平板状にすることによって、光放射窓２３の反対側（図５の上側）から光放射窓２３（図５の下側）に向かう電極５、５間に広い放電空間を形成することが可能となり、電極５、５間の任意の箇所で発生したエキシマ光を積算しつつ、光放
射窓２３から高出力のエキシマ光を取り出すことが可能となる。この場合、平板状電極５を紫外光反射機能を有する材質で形成したり、放電セル６の内壁または外壁表面に紫外光反射機能を有する反射ミラーを形成したりして、図面上側で発生したエキシマ光を図面下側に取り出すことが好ましい。
なお、本発明において紫外光反射機能とは、少なくとも紫外光を反射し得る機能を意味し、紫外光反射機能を有する材質が、紫外光とともに可視光や赤外光を反射するもので あってもよい。
【００３５】
このような反射ミラーの材質としては、アルミニウムや誘電体多層膜等を挙げることができ、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。
【００３６】
図５に示す態様においては、図の左端と右端に設けられた平板状電極以外の平板状電極は、隣り合う２つの放電空間に電圧を印加することが可能であることから、エキシマランプにおける平板状電極５の総数を減らし、コストの低減を図ることも可能となる。 放電空間の幅（放電路長）は１〜３０ｍｍであることが好ましく、３〜１０ｍｍであることがより好ましい。平板状電極５、５間に形成される放電空間の数は、被処理対象物の面積を考慮して適宜決定することができる。
【００３７】
図５に示すように、放電用ガス流通路７から各放電空間へ分岐する流通路を設けることにより、放電容器６の各放電空間内へ放電用ガスを封入することができるが、図６に示すように、放電容器６が、複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔２４を有することにより、放電用ガス流通路７を各放電空間へ分岐することなく、放電用ガスを封入することもできる。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何等限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
図１に示すような、直方体状の放電容器６を有する発光ユニット２を含むエキシマランプ１を作製した。
先ず、発光ユニット２を作製するために、厚さ１ｍｍの合成石英ガラスを用いて、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍ、幅７ｍｍの箱状の放電セル２５を作製し、これを放電容器６とした。この放電容器６は、内部に縦１４８ｍｍ、横９８ｍｍ、幅５ｍｍの空洞を有しており、この空洞が放電時において放電路長５ｍｍの放電空間を形成する。この放電容器６の両主表面に接するように縦１３０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製平板状電極５を１枚づつ配置した。図１に示すように、この平板状電極５を配置した放電容器６をステンレス製ランプ容器４（直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）内に収め、放電用ガス流通路７の端部を、放電容器６の光放射側と反対側（図の上側）に設けた孔に接続して、発光ユニット２を得た。また、２枚の平板状電極５をランプ容器４の外部に設けた高周波電源１１と接続した。
【００４０】
上記ランプ容器４は、ランプ容器４内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路９を有し、また、光放射窓３として、直径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの合成石英製の丸窓を有しており、この丸窓はガスケットを介して容器に取り付けられている。
【００４１】
放電容器６およびランプ容器４に、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給するため、図２に示すように、上記放電用ガス流通路７および不活性ガス流通路９を、それぞれ封止バルブ８および封止バルブ１０を介してガス給排気装置１２に接続した。
【００４２】
先ず、真空ポンプ１３を用い、上記封止バルブ８、封止バルブ１０を開放した状態で真空引きすることにより放電容器６およびランプ容器４内の真空排気を行った。真空排気は、放電容器６の破裂を防止するために、放電容器６内のガス圧Ｐ１とランプ容器４内のガス圧Ｐ２の差圧を差圧計１４で確認しながら、差圧ができる限り小さくなるように排気圧力調整バルブ１５を開閉して行った。
【００４３】
真空排気終了後、排気圧力調整バルブ１５を閉じ、次いで、供給圧力調整バルブ１６を開放して、放電用ガスボンベ１７および不活性ガスボンベ１８から、それぞれ放電用ガス（キセノンガス）および不活性ガス（窒素ガス）を供給した。この場合、キセノンガスと窒素ガスの圧力がそれぞれ１気圧になるように、また、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように、圧力計１９および差圧計１４を確認しつつ、供給圧力調整バルブ１６を開閉した。
【００４４】
上記真空排気およびガス供給に際し、ガス給排気装置１２には、バッファーとしてタンク２０を設け、また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を調整する手段として、図２に示されるような、容積可変手段であるベローズ２１をランプ容器４内に設けた。
【００４５】
放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を所望の値に調整した後、封止バルブ８、封止バルブ１０を閉じてこれらのガスを封止し、その後ガス給排気装置１２から分離することにより、図４に示すようなエキシマランプ１を得た。エキシマランプ１内のキセノンガスの圧力および窒素ガスの圧力は、共に１気圧であり、両圧力の差圧は略０気圧であった。
【００４６】
このエキシマランプ１に対し、高周波電源１１から、周波数１．９ＭＨz、電圧３．５ｋＶp-pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたが、放電容器６に亀裂や割れは生じなかった。
【００４７】
また、上記と同様の手法により、放電用ガスの圧力および不活性ガスの圧力が、それぞれ、１．５気圧、２．０気圧、２．５気圧であり、両圧力の差圧がいずれも略０気圧になるように調整したエキシマランプ１を得、同様にエキシマ光を発生させたが、放電容器６に亀裂や割れは生じなかった。
【００４８】
図７に、上述のように放電用ガスと不活性ガスの圧力を変化させたときのエキシマランプの放射光量の変化を示すが、図７に示すように、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力をともに１気圧以上とすることにより、エキシマ光の放射強度を増大させることができることがわかる。
【００４９】
実施例２
図５に示すような、内部に略箱状の放電空間を並列して複数設けた放電容器６を有する、エキシマランプ１を作製した。
先ず、放電容器６を作製するために、厚さ１ｍｍの合成石英ガラスを用いて、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍ、幅７ｍｍの箱状の放電セル２５を１２個作製した。各放電セル２５は、内部に縦１４８ｍｍ、横９８ｍｍ、幅５ｍｍの空洞を有しており、この空洞が放電時において放電路長５ｍｍの放電空間を形成する。この放電セルを主表面が対向するように並列に並べて放電容器６とし、放電容器６を構成する放電セルの各主表面に接するように縦１３０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製平板状電極５を１枚づつ計１３枚配置した。
【００５０】
図５に示すように、この複数の平板状電極５を配置した放電容器６をステンレス製ランプ容器４（直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）内に収め、各放電セルの、光放射窓２３と
反対側（図の上側）に設けた孔に、放電用ガス流通路７から分岐する流通路を接続して、発光ユニット２を得た。また、図５に示すように、各平板状電極５をランプ容器４の外部に設けた高周波電源１１と接続した。
【００５１】
上記ランプ容器４は、外部からランプ容器４内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路９を有し、また、光放射窓３として、直径１５０ｍｍ、厚さ１８ｍｍの合成石英製の丸窓を有しており、この丸窓はガスケットを介して容器に取り付けられている。
【００５２】
上記放電容器６およびランプ容器４に対し、実施例１と同様の手法により、それぞれ、放電用ガス（キセノンガス）および不活性ガス（窒素ガス）を封入し、キセノンガスの圧力および窒素ガスの圧力が、いずれも２気圧であり、両圧力の差圧が略０気圧になるように調整したエキシマランプ１を得た。
【００５３】
このエキシマランプ１に対し、高周波電源１１から、周波数１．４ＭＨz、電圧５．５ｋＶp-pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたところ、放電容器６に亀裂や割れは生じず、５００ｍＷ／ｃｍ２の放射光を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図２】本発明のエキシマランプにおける、放電用ガスと不活性ガスの圧力を調整する方法を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明のエキシマランプにおける、放電用ガスと不活性ガスの圧力を調整する方法を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図５】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図６】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図７】本発明のエキシマランプにおける、放電用ガスの圧力（および不活性ガスの圧力）と放射光量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ エキシマランプ
２ 発光ユニット
３ 光取出し窓
４ ランプ容器
５ 電極
６ 放電容器
７ 放電用ガス流通路
８ 封止バルブ
９ 不活性ガス流通路
１０ 封止バルブ
１１ 高周波電源
１２ ガス給排気装置
１３ 真空ポンプ
１４ 差圧計
１５ 排気圧力調整バルブ
１６ 供給圧力調整バルブ
１７ 放電用ガスボンベ
１８ 不活性ガスボンベ
１９ 圧力計
２０ タンク
２１ 容積可変手段
２２ 駆動装置
２３ 光放射窓
２４ ガス流通孔
２５ 放電セル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマ光を放射するエキシマランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、塗料を硬化したり、半導体ウエハまたはガラス基板等の表面洗浄や表面改質等を行うために、エキシマランプを用いて、被処理対象物にエキシマ光を放射することが行われてきた。
【０００３】
エキシマ光の放射方法としては、誘電体バリア放電を利用する方法が知られている。この方法では、石英等の誘電体からなる放電容器を電極間に配置した発光ユニットにおいて、放電容器内に封入されたキセノン等の放電用ガスに対し、上記電極から高周波電圧を印加し、放電を生じさせることによって、エキシマ光を得ている。
【０００４】
このようなエキシマランプを開示する文献として、例えば、非特許文献１を挙げることができ、この非特許文献１の図５には、放電容器に封入する放電用ガスの圧力を高めることにより、エキシマランプの発光強度が高まることが開示されている。
【非特許文献１】上林正典、外４名、“新しい紫外光源「エキシマランプ」に関する研究”１９９６年度 第５回 日本オゾン協会年次研究講演会 講演予稿集
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者等が鋭意検討を行ったところ、放電容器内に封入する放電用ガスの圧力を高めると、放電容器に亀裂が生じたり、破損したりする場合があり、この傾向は、放電容器の形状が略箱状である場合に生じやすいことがわかった。
本発明は、このような事情のもとで、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等が鋭意検討を重ねたところ、放電容器を有する発光ユニットの外部に該発光ユニットを収容するランプ容器を設け、上記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスを、発光ユニットの放電容器の外壁とランプ容器の内壁との間に不活性ガスをそれぞれ封入し、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力がともに１気圧以上、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整したエキシマランプにより、上記目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
【０００７】
すなわち、本発明は、
（１）エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、
該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、
前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、
前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とするエキシマランプ、
（２）前記発光ユニットが、
並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、
前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、
前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、
前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射する上記（１）に記載のエキシマランプ。
（３）前記放電容器が、前記複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔をさらに有するものである上記（２）に記載のエキシマランプ、および
（４）前記発光ユニットが、ランプ容器の外部から放電空間内に放電用ガスを導く放電用ガス流通路を有し、
前記ランプ容器が、ランプ容器の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路を有するものである上記（１）〜（３）のいずれか１項に記載のエキシマランプ
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本発明のエキシマランプは、エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とする。
【００１０】
本明細書において、エキシマランプとは、その作用において高出力のエキシマ光を放出する放電ランプを意味するが、その名称については、一般に必ずしも統一されておらず、高出力のエキシマ光（ビーム）を放出することに注目して、「高出力ビーム発生器」、誘電体バリアに注目して、「誘電体バリア放電ランプ」、放電容器内に電極を設けない無電極と、放電容器に設けた内部電極と外部電極に高周波電圧を印加してエキシマ光を放出することに注目して、「無電極電界放電エキシマ放電ランプ」ということがあるが、本明細書では、これら放電ランプを総称して、「エキシマランプ」という。
【００１１】
以下、本発明のエキシマランプの実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。図１において、エキシマランプ１は、エキシマ光を放射するための放電容器６を有する発光ユニット２と、発光ユニット２を内部に収容し、光出射方向に光取出し窓３を設けたランプ容器４とを含んでいる。
【００１２】
図１に示す発光ユニット２を構成する放電容器６は、略直方体形状の放電セル２５からなり、箱状の放電容器６内には、図面手前側から奥側に放電空間が略箱状に広がっている。本発明のエキシマランプにおいて、発光ユニットを構成する放電容器の形状は、内部に放電用ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記直方体形状の他、例えば、立方体状、円筒状、二重円筒状等種々の形状を採ることができる。また、高出力のエキシマ光を得るために、放電容器の内部に放電空間を複数形成してもよく、このような放電容器としては、後述するように、平板状電極間に放電セルを並列して複数配置し、内部に放電空間を並列して複数設けた放電容器を用いることが好ましい。
【００１３】
上記放電空間を形成する放電容器６は、誘電体材料で形成されているが、この誘電体材料としては、公知のもの、例えば、合成石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシ
ウム等を用いることができる。
【００１４】
図１に示す光取り出し窓３は、主表面が丸形形状を有するものであるが、光取り出し窓３の形状に特に制限はなく、主表面が丸形形状を有するものの他、主表面が四角形形状を有するもの等種々のものを採用することができ、入手の容易性から主表面が丸形形状を有するものが好ましい。光取り出し窓３の材質も特に制限はないが、コストおよび強度を考慮した場合、合成石英ガラス、フッ化マグネシウム結晶、フッ化カルシウム結晶等が好ましい。また、光取り出し窓の大きさは、丸形である場合、直径２〜６０ｃｍ程度が好ましく、厚さ２〜５０ｍｍ程度が好ましい。
【００１５】
図１に示すランプ容器４は、円筒状の形状を有するものであるが、ランプ容器の形状としては、内部に不活性ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記円筒形状の他、例えば、立方体状、直方体状等種々の形状を採ることができる。上記したとおり、入手の容易性から、光取り出し窓は丸形であることが好ましいことから、ランプ容器の形状も円筒状であることが好ましい。ランプ容器の形状が円筒状である場合、その大きさは、直径１０〜７０ｃｍ、高さ１０〜８０ｃｍ、側壁の厚さ１〜１０ｍｍ程度が好ましい。ランプ容器の材質に特に制限はないが、放熱し易い材質であって、不純物ガスを発生しにくい材質であることが好ましく、例えばステンレススチール、アルミニウム等を挙げることができる。
【００１６】
光取り出し窓とランプ容器との間にはガスケット、Ｏリング等を設けて気密性を確保することが好ましい。
【００１７】
図１において、放電容器６の主表面には発光ユニット２を構成する電極５、５が設けられ、ランプ容器４の外部に設けられた高周波電源１１と電気的に接続している。図１において、電極５は平板形状を有しているが、電極の形状に特に制限はなく、放電容器の形状等を考慮して種々の形状を採ることができる。
電極５が平板状である場合、その大きさは、縦２〜５０ｃｍ、横２〜５０ｃｍ、厚さ０．２〜５．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００１８】
電極５の材質は、電極間にエキシマ光を発生させ得る導電性材料であれば特に制限されないが、アルミニウムや、金属表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設けたものであることが好ましい。表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設ける金属としては、導電性や熱伝導性を考慮した場合、銅、銀、金等であることが好ましい。また、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。
【００１９】
図１において、放電容器６の内部には放電用ガスが、放電容器６の外壁とランプ容器４の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、平板状の電極５、５に対し、高周波電源１１から電圧を印加することにより、放電容器６内に封入された放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を発生する。
【００２０】
放電用ガスとしては、キセノンガス、アルゴンガス、クリプトンガス等の希ガス、または上記各希ガスと塩素との混合ガス等を挙げることができ、不活性ガスとしては、窒素ガスのほか、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の希ガスを挙げることができる。但し、不活性ガスとして上記希ガスを用いる場合、これらのガスは放電開始のための電離電圧が低く、放電容器の外部で放電を生ずる場合があるので、ランプ容器内における電極への配線を事前に十分に絶縁することが好ましい。
【００２１】
得られるエキシマ光の中心波長は、放電用ガスの種類によって決定され、例えば、キセノンガスの場合は１７２ｎｍ、アルゴンガスの場合は１２６ｎｍ、クリプトンガスの場合
は１４６ｎｍ、アルゴンと塩素の混合ガスの場合は１７５ｎｍ、キセノンと塩素の混合ガスの場合は３０８ｎｍ、クリプトンと塩素の混合ガスの場合は２２２ｎｍである。
【００２２】
本発明のエキシマランプにおいて最も特徴的な点は、上記放電用ガスの圧力と上記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以下になるように調整されている点である。すなわち、本発明者等が鋭意検討した結果、放電用ガスの圧力を１気圧以上とし、放電容器外周に存在する不活性ガスの圧力を放電用ガスの圧力と同程度になるように調整することによって、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させることができることを見出し、かかる知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
【００２３】
放電用ガスの圧力が高い程、得られるエキシマ光の放射強度が高くなることから、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力は１．５気圧以上であることが好ましく、２気圧以上であることがより好ましい。但し、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力が高すぎると、放電容器やランプ容器の壁の厚みを厚くする必要が生じ、実用的でなくなることから、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力は、１０気圧以下であることが好ましい。また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差の絶対値は０．１気圧以内に調整されていることが好ましく、０．０５気圧以内に調整されていることがより好ましい。
【００２４】
高周波電源１１に印加される電圧は、放電条件により適宜決定されるが、通常、１０ｋＨzから２０ＭＨz程度の高周波領域および数ＧＨｚおよびマイクロ波領域において０．５ｋＶp-pから２０ｋＶp-p程度の電圧領域が使用される。
【００２５】
次に、上記放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を調整する方法を図２を用いて説明する。
図２において、ランプ容器４の外部から放電容器６の放電空間に放電用ガスを導く放電用ガス流通路７は、放電用ガスを放電容器６内に封止するための封止手段である封止バルブ８と接続している。また、ランプ容器４の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路９は、不活性ガスをランプ容器内に封止するための封止手段である封止バルブ１０と接続している。
【００２６】
図２において、エキシマランプ１には、放電用ガスおよび不活性ガスを、それぞれ封止バルブ８および封止バルブ１０を介して給排気することを可能にするガス給排気装置１２が接続されている。
【００２７】
放電容器６およびランプ容器４に、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給する場合、先ずは放電容器６およびランプ容器４の内部の真空排気を行う。この真空排気は、真空ポンプ１３を用い、上記封止バルブ８、封止バルブ１０を開放した状態で真空引きすることにより行われるが、この場合、放電容器２の破裂を防止するために、放電容器内のガス圧Ｐ１とランプ容器内のガス圧Ｐ２の差圧を差圧計１４で確認しながら、差圧ができる限り小さくなるように排気圧力調整バルブ１５、１５を開閉することが好ましい。
【００２８】
真空排気終了後、排気圧力調整バルブ１５、１５を閉じ、次いで、供給圧力調整バルブ１６、１６を開放することにより、放電用ガスボンベ１７および不活性ガスボンベ１８から、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給する。この場合、放電用ガスと不活性ガスの圧力がそれぞれ１気圧以上の所望の圧力になるように、また、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように、圧力計１９、１９および差圧計１４を確認しつつ、供給圧力調整バルブ１６、１６を開閉する。
上記ガス給排気装置１２は、バッファーとしてタンク２０、２０を有することが好ましい。
【００２９】
また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を調整する手段として、図２に示されるような、容積可変手段２１をさらに設けることもできる。図２において、容積可変手段２１は、ランプ容器４内部の、放電用ガス流通路７から分岐するガス流通路の末端に設けられており、放電容器内のガス圧Ｐ１とランプ容器内のガス圧Ｐ２に差圧が生じた場合には、この容積可変手段２１が伸縮することによって、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を小さくすることができる。また、容積可変手段２１は、図３に示すようにランプ容器４の外部に設けることもでき、この場合は、放電用ガス流通路７から分岐するガス流通路の末端と、不活性ガス流通路９から分岐するガス流通路の末端に、それぞれ駆動装置２２を有する容積可変手段２１が設けられている。放電用ガス流通路７と不活性ガス流通路９にはそれぞれ圧力計１９が設けられており、駆動装置２２により容積可変手段２１をそれぞれ伸縮することにより、２つの圧力計の示す圧力の差を小さくすることができる。このような容積可変手段２１としては、ベローズ、ピストン、ダイヤフラム等を挙げることができる。
【００３０】
放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を所望の値に調整した後、封止バルブ８、封止バルブ１０を閉じることにより、これらのガスをエキシマランプ１に封止することができ、エキシマランプ１は、その後ガス給排気装置１２から分離されて、図１または図４のような状態で各種用途に供することが可能になる。エキシマランプ１が有する封止バルブ８、封止バルブ１０は、放電用ガス流通路７と不活性ガス流通路９を封じ切った上で取り外してもよいが、再度放電用ガスや不活性ガスを封入する場合に備え、取り外さないことが好ましい。また、放電用ガスと不活性ガスの封入時に容積可変手段２１を用いた場合には、これらのガスの封入後においても、エキシマランプ１が容積可変手段２１を有していることが好ましい。放電用ガスや不活性ガスの封入後において、万一これらのガスの圧力が変動した場合であっても、容積可変手段２１により容易に差圧を調整することが可能になるからである。このため、容積可変手段２１は、放電用ガスや不活性ガス封入後の差圧調整を目的として、予め設けておいてもよい。
【００３１】
次に、発光ユニットの好ましい形態について説明する。
本発明のエキシマランプは、前記発光ユニットが、並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射するものであることが好ましい。
【００３２】
このようなエキシマランプの一例を図５に示す。
図５において、発光ユニット２は、並列して配置した複数の放電セル２５からなる放電容器６と、複数の放電セル２５の主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極５とを有している。
【００３３】
このように、複数の対向する電極５、５間には、内部に空洞を有する略箱状の放電セル２５が並列して複数配置されているので、放電容器６内には略箱状の放電空間が並列して複数形成される。また、電極５、５間の放電空間には、（図５の左右方向に延びる）放電路が形成され、図５に示すように、光放射窓２３がこの放電路に平行して設けられている。高周波電源１１から電極５を通じて電圧を印加することにより、上記放電空間に封入された放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射する。
【００３４】
本態様においては、電極を平板状にすることによって、光放射窓２３の反対側（図５の上側）から光放射窓２３（図５の下側）に向かう電極５、５間に広い放電空間を形成することが可能となり、電極５、５間の任意の箇所で発生したエキシマ光を積算しつつ、光放
射窓２３から高出力のエキシマ光を取り出すことが可能となる。この場合、平板状電極５を紫外光反射機能を有する材質で形成したり、放電セル６の内壁または外壁表面に紫外光反射機能を有する反射ミラーを形成したりして、図面上側で発生したエキシマ光を図面下側に取り出すことが好ましい。
なお、本発明において紫外光反射機能とは、少なくとも紫外光を反射し得る機能を意味し、紫外光反射機能を有する材質が、紫外光とともに可視光や赤外光を反射するもので あってもよい。
【００３５】
このような反射ミラーの材質としては、アルミニウムや誘電体多層膜等を挙げることができ、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。
【００３６】
図５に示す態様においては、図の左端と右端に設けられた平板状電極以外の平板状電極は、隣り合う２つの放電空間に電圧を印加することが可能であることから、エキシマランプにおける平板状電極５の総数を減らし、コストの低減を図ることも可能となる。 放電空間の幅（放電路長）は１〜３０ｍｍであることが好ましく、３〜１０ｍｍであることがより好ましい。平板状電極５、５間に形成される放電空間の数は、被処理対象物の面積を考慮して適宜決定することができる。
【００３７】
図５に示すように、放電用ガス流通路７から各放電空間へ分岐する流通路を設けることにより、放電容器６の各放電空間内へ放電用ガスを封入することができるが、図６に示すように、放電容器６が、複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔２４を有することにより、放電用ガス流通路７を各放電空間へ分岐することなく、放電用ガスを封入することもできる。
【実施例】
【００３８】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何等限定されるものではない。
【００３９】
実施例１
図１に示すような、直方体状の放電容器６を有する発光ユニット２を含むエキシマランプ１を作製した。
先ず、発光ユニット２を作製するために、厚さ１ｍｍの合成石英ガラスを用いて、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍ、幅７ｍｍの箱状の放電セル２５を作製し、これを放電容器６とした。この放電容器６は、内部に縦１４８ｍｍ、横９８ｍｍ、幅５ｍｍの空洞を有しており、この空洞が放電時において放電路長５ｍｍの放電空間を形成する。この放電容器６の両主表面に接するように縦１３０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製平板状電極５を１枚づつ配置した。図１に示すように、この平板状電極５を配置した放電容器６をステンレス製ランプ容器４（直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）内に収め、放電用ガス流通路７の端部を、放電容器６の光放射側と反対側（図の上側）に設けた孔に接続して、発光ユニット２を得た。また、２枚の平板状電極５をランプ容器４の外部に設けた高周波電源１１と接続した。
【００４０】
上記ランプ容器４は、ランプ容器４内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路９を有し、また、光放射窓３として、直径１００ｍｍ、厚さ１０ｍｍの合成石英製の丸窓を有しており、この丸窓はガスケットを介して容器に取り付けられている。
【００４１】
放電容器６およびランプ容器４に、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給するため、図２に示すように、上記放電用ガス流通路７および不活性ガス流通路９を、それぞれ封止バルブ８および封止バルブ１０を介してガス給排気装置１２に接続した。
【００４２】
先ず、真空ポンプ１３を用い、上記封止バルブ８、封止バルブ１０を開放した状態で真空引きすることにより放電容器６およびランプ容器４内の真空排気を行った。真空排気は、放電容器６の破裂を防止するために、放電容器６内のガス圧Ｐ１とランプ容器４内のガス圧Ｐ２の差圧を差圧計１４で確認しながら、差圧ができる限り小さくなるように排気圧力調整バルブ１５を開閉して行った。
【００４３】
真空排気終了後、排気圧力調整バルブ１５を閉じ、次いで、供給圧力調整バルブ１６を開放して、放電用ガスボンベ１７および不活性ガスボンベ１８から、それぞれ放電用ガス（キセノンガス）および不活性ガス（窒素ガス）を供給した。この場合、キセノンガスと窒素ガスの圧力がそれぞれ１気圧になるように、また、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように、圧力計１９および差圧計１４を確認しつつ、供給圧力調整バルブ１６を開閉した。
【００４４】
上記真空排気およびガス供給に際し、ガス給排気装置１２には、バッファーとしてタンク２０を設け、また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を調整する手段として、図２に示されるような、容積可変手段であるベローズ２１をランプ容器４内に設けた。
【００４５】
放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を所望の値に調整した後、封止バルブ８、封止バルブ１０を閉じてこれらのガスを封止し、その後ガス給排気装置１２から分離することにより、図４に示すようなエキシマランプ１を得た。エキシマランプ１内のキセノンガスの圧力および窒素ガスの圧力は、共に１気圧であり、両圧力の差圧は略０気圧であった。
【００４６】
このエキシマランプ１に対し、高周波電源１１から、周波数１．９ＭＨz、電圧３．５ｋＶp-pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたが、放電容器６に亀裂や割れは生じなかった。
【００４７】
また、上記と同様の手法により、放電用ガスの圧力および不活性ガスの圧力が、それぞれ、１．５気圧、２．０気圧、２．５気圧であり、両圧力の差圧がいずれも略０気圧になるように調整したエキシマランプ１を得、同様にエキシマ光を発生させたが、放電容器６に亀裂や割れは生じなかった。
【００４８】
図７に、上述のように放電用ガスと不活性ガスの圧力を変化させたときのエキシマランプの放射光量の変化を示すが、図７に示すように、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力をともに１気圧以上とすることにより、エキシマ光の放射強度を増大させることができることがわかる。
【００４９】
実施例２
図５に示すような、内部に略箱状の放電空間を並列して複数設けた放電容器６を有する、エキシマランプ１を作製した。
先ず、放電容器６を作製するために、厚さ１ｍｍの合成石英ガラスを用いて、縦１５０ｍｍ、横１００ｍｍ、幅７ｍｍの箱状の放電セル２５を１２個作製した。各放電セル２５は、内部に縦１４８ｍｍ、横９８ｍｍ、幅５ｍｍの空洞を有しており、この空洞が放電時において放電路長５ｍｍの放電空間を形成する。この放電セルを主表面が対向するように並列に並べて放電容器６とし、放電容器６を構成する放電セルの各主表面に接するように縦１３０ｍｍ、横８０ｍｍ、厚さ１ｍｍのアルミニウム製平板状電極５を１枚づつ計１３枚配置した。
【００５０】
図５に示すように、この複数の平板状電極５を配置した放電容器６をステンレス製ランプ容器４（直径２００ｍｍ、高さ４００ｍｍ）内に収め、各放電セルの、光放射窓２３と
反対側（図の上側）に設けた孔に、放電用ガス流通路７から分岐する流通路を接続して、発光ユニット２を得た。また、図５に示すように、各平板状電極５をランプ容器４の外部に設けた高周波電源１１と接続した。
【００５１】
上記ランプ容器４は、外部からランプ容器４内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路９を有し、また、光放射窓３として、直径１５０ｍｍ、厚さ１８ｍｍの合成石英製の丸窓を有しており、この丸窓はガスケットを介して容器に取り付けられている。
【００５２】
上記放電容器６およびランプ容器４に対し、実施例１と同様の手法により、それぞれ、放電用ガス（キセノンガス）および不活性ガス（窒素ガス）を封入し、キセノンガスの圧力および窒素ガスの圧力が、いずれも２気圧であり、両圧力の差圧が略０気圧になるように調整したエキシマランプ１を得た。
【００５３】
このエキシマランプ１に対し、高周波電源１１から、周波数１．４ＭＨz、電圧５．５ｋＶp-pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたところ、放電容器６に亀裂や割れは生じず、５００ｍＷ／ｃｍ２の放射光を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００５４】
本発明によれば、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図２】本発明のエキシマランプにおける、放電用ガスと不活性ガスの圧力を調整する方法を説明するための概略断面図である。
【図３】本発明のエキシマランプにおける、放電用ガスと不活性ガスの圧力を調整する方法を説明するための概略断面図である。
【図４】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図５】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図６】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図７】本発明のエキシマランプにおける、放電用ガスの圧力（および不活性ガスの圧力）と放射光量の関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ エキシマランプ
２ 発光ユニット
３ 光取出し窓
４ ランプ容器
５ 電極
６ 放電容器
７ 放電用ガス流通路
８ 封止バルブ
９ 不活性ガス流通路
１０ 封止バルブ
１１ 高周波電源
１２ ガス給排気装置
１３ 真空ポンプ
１４ 差圧計
１５ 排気圧力調整バルブ
１６ 供給圧力調整バルブ
１７ 放電用ガスボンベ
１８ 不活性ガスボンベ
１９ 圧力計
２０ タンク
２１ 容積可変手段
２２ 駆動装置
２３ 光放射窓
２４ ガス流通孔
２５ 放電セル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、
該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、
前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、
前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記発光ユニットが、
並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、
前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、
前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、
前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射する請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項３】
前記放電容器が、前記複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔をさらに有するものである請求項２に記載のエキシマランプ。
【請求項４】
前記発光ユニットが、ランプ容器の外部から放電空間内に放電用ガスを導く放電用ガス流通路を有し、
前記ランプ容器が、ランプ容器の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路を有するものである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエキシマランプ。
【請求項１】
エキシマ光を放射するための放電容器を有する発光ユニットと、
該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含むエキシマランプであって、
前記発光ユニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ユニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、
前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに１気圧以上であり、両圧力の差の絶対値が０．３気圧以内になるように調整されていることを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記発光ユニットが、
並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、
前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、
前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、
前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射する請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項３】
前記放電容器が、前記複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔をさらに有するものである請求項２に記載のエキシマランプ。
【請求項４】
前記発光ユニットが、ランプ容器の外部から放電空間内に放電用ガスを導く放電用ガス流通路を有し、
前記ランプ容器が、ランプ容器の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路を有するものである請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のエキシマランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２３４３２７（Ｐ２００７−２３４３２７Ａ）
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５２８１２（Ｐ２００６−５２８１２）
【出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【特許番号】特許第３９６８１１３号（Ｐ３９６８１１３）
【特許公報発行日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（５９２０３２４３０）ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ株式会社 (44)
【公開日】平成１９年９月１３日（２００７．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２８日（２００６．２．２８）
【特許番号】特許第３９６８１１３号（Ｐ３９６８１１３）
【特許公報発行日】平成１９年８月２９日（２００７．８．２９）
【出願人】（５９２０３２４３０）ＨＯＹＡ ＣＡＮＤＥＯ ＯＰＴＲＯＮＩＣＳ株式会社 (44)
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