CN101840838A - 准分子灯 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种准分子灯，其能够抑制放电容器的劣化，实现长寿命化，并且光的射出效率高、亮度降低少。该准分子灯构成为具有：放电容器，其具有配置在同轴上的外侧管和内侧管，封入氙气并形成圆筒状的放电空间；以及配置于外侧管的外周面上的一侧电极和配置于内侧管的内周面上的另一侧电极，一侧电极在与准分子灯的管轴垂直的剖面中覆盖所述外侧管的外周面上的一半以上且具有一定区域非形成部分，在外侧管的内周面上，以超过一侧电极的配置区域进行覆盖的方式形成有对波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的膜。该膜可以由选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化钇构成的群中至少一种构成。

Description

准分子灯

技术领域

本发明涉及到照射真空紫外光的准分子灯。

背景技术

已知有图4所示结构的准分子灯。

在该准分子灯中，放电容器具有外侧管和内侧管，所述外侧管和内侧管大致同轴地进行配置并且在端部相互接合，即具有所谓二重管结构，从而具有圆筒状的放电空间。

在该外侧管的外周面侧(放电空间的外侧)配置有一侧电极，在内侧管的内周面侧(放电空间的外侧)配置有另一侧电极，在放电容器内部封入有例如10～80kPa的氙气，作为准分子放电气体。

通过对所述一侧和另一侧电极施加高频高电压，从而隔着构成放电容器(管)的石英玻璃的管壁形成放电。

如上所述地将放电空间形成为圆筒状的放电空间的形成理由为，尽量使放电间隙固定，确保稳定的亮度分布。

这样的准分子灯用于基板的清洗、改质等表面处理，然而近来，期望在提高生产量的同时，还能够减少灯的更换频率，提高实际作业率，降低生产线整体的成本。

然而，在上述准分子灯中，构成放电容器的石英玻璃因紫外光而劣化，使得主要的波长为172nm的光的透过率下降。

并且，进而在紫外光引起的劣化进一步发展的情况下，会在放电容器上产生裂缝，使灯不能点亮，并且裂缝在放电容器整体扩散，导致容器的碎片掉落的问题。

对于该种紫外线畸变引起的问题在过去也有所研究，例如在专利文献1中公开了如下的准分子灯：由于紫外线畸变特别容易进入到放电容器的冷却部，因此在放电空间侧的表面上，与放电容器的由冷却构件冷却的部位对应地形成有紫外线反射膜和/或紫外线吸收膜。

如专利文献1中所记载的，在准分子灯的放电空间内，除了波长为172nm的紫外线以外，还放射出140～190nm范围内的紫外线，构成放电容器的石英玻璃的放电空间侧表面无法避免地会受到所述紫外光照射。紫外光对石英玻璃的损害在波长越短的情况下越大，考虑到放电容器形状、使用状态、以及残留在玻璃中的热畸变等，特别是通过保护容易破损的部分不受所述紫外光的损害，能够防止放电容器的破损，使灯的寿命延长。

专利文献1：日本特开2002-093377号公报

然而，在专利文献1记载的技术中虽然保护了冷却部，延缓了该部分的破损并能够延长寿命，然而由于其他部位并未受到保护，因而由于紫外线畸变的进入而使得主要波长为172nm的紫外光的透过率变差，会引起亮度降低。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种准分子灯，能够抑制放电容器的劣化，实现长寿命，并且光的射出效率高且亮度降低少。

为了实现上述准分子灯，本发明中的准分子灯具有：放电容器，其具有配置在同轴上的外侧管和内侧管，封入有形成受激准分子的放电用气体并形成圆筒状的放电空间；以及配置于所述外侧管的外周面上的一侧电极和配置于所述内侧管的内周面上的另一侧电极，该准分子灯的特征在于，所述一侧电极在与所述准分子灯的管轴垂直的剖面中覆盖所述外侧管的外周面上的一半以上并且具有一定区域非形成部分，在所述外侧管的内周面上，以超过所述一侧的电极的配置区域进行覆盖的方式形成有对波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的保护膜。

此外，在所述内侧管的外周面上，以超过所述另一侧的电极的配置区域进行覆盖的方式形成有对波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的膜。

此外，所述膜由选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化钇构成的群中的至少一种构成。

根据本发明所述的准分子灯，通过在放电容器的外侧管的曝于放电中的部分上形成相对于波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的保护膜，能够不被照射作为氙气共振线的波长为147nm的紫外光，并且能够抑制由紫外线发生畸变引起的放电容器的劣化，能够抑制放电容器经过较长期间后破损，能够形成寿命长的准分子灯。

此外，进而通过在作为内侧管的放电空间侧表面的、该管的外周面上也设置所述保护膜，能够抑制紫外线畸变进入到内侧管中，进一步实现长寿命化。

此外，从由二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化钇构成的群中选出至少一种构成保护膜，由此能够可靠地防止波长在150nm以下的紫外光入射到放电容器中。

附图说明

图1是将说明本发明的实施方式的准分子灯沿垂直于管轴的方向剖开的剖视图。

图2是将说明本发明的实施方式的准分子灯沿管轴方向剖开的剖视图。

图3是将图1中以圆形包围起来的部分放大进行表示的主要部分说明图。

图4是将说明本发明的其他实施方式的准分子灯沿垂直于管轴的方向剖开的剖视图。

图5是将说明现有技术的准分子灯沿垂直于管轴的方向剖开的剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明详细地进行说明。

图1是示出本发明的准分子灯的一个实施方式的结构的概要的说明用剖视图。

该准分子灯10具有二重管结构的放电容器11，该放电容器11具有例如由石英玻璃构成的圆筒状的外侧管12、以及圆筒状的内侧管13，该内侧管13例如由石英玻璃构成并且沿该外侧管12的管轴配置于该外侧管12内且外径比该外侧管12的内径更小，通过将外侧管12和内侧管13在两端部熔融接合而构成。

构成放电容器11的内侧管13具有例如以两端部向径向外侧扩张并伸长的方式弯曲形成的弯曲部分，通过将该内侧管13的弯曲部分与外侧管12接合而以该弯曲部分13A构成端壁，由此，在外侧管12的内周面和外侧管13的外周面之间形成被气密地封闭的环状的放电空间S。

通过在构成放电容器11的外侧管12上以与其外周面紧贴的方式嵌合由铝板等进行冲压加工而构成的剖面呈大致C字形状的金属板，从而构成一侧电极(以下称作“外侧电极”)。并且，在内侧管13上，设有由以与其内周面紧贴的方式设有例如由铝构成的、管状或者剖面的一部分具有缺口的大致C字形状(槽状)的金属板构成的另一侧电极(以下称作“内侧电极”)。所述外侧电极14和内侧电极15与例如由高频电源构成的电源装置19连接。

在放电空间S内填充有例如氙气等放电用气体，所述放电用气体用于通过在外侧电极14和内侧电极15之间产生的准分子放电来形成受激准分子。

另外，在图2中标号18为将气体封入到放电容器中时使用的排气管的残余部分。

在该放电容器的内部的预定区域中，形成有相对于波长在150nm以下的光具有吸收特性和/或反射特性的下述结构的保护膜20。

保护膜由电介质构成，优选的材质为二氧化硅(SiO2)、氧化硅(Al2O3)、氧化钛(TiO2)、氧化钇(Y2O3)等粉末，该种电介质的粉末以堆积在外侧管的内周面上的状态进行配置。该种电介质的粉末可以单独使用，也可以以适当的组合方式混合使用。另外，在上述物质中，二氧化硅粒子由于对波长在150nm以下的光作用有吸收特性而保护了放电容器，氧化铝粒子由于对波长在150nm以下的光具有以吸收特性为主以及少许反射特性，从而通过吸收和反射两方面的特性保护放电容器。

对将二氧化硅粒子和氧化铝粒子混合使用的情况举出一例，则二氧化硅粒子为粒径在0.4μm～1.5μm、中心直径为0.7μm，氧化铝粒子为0.2μm～0.5μm，中心直径为0.3μm，并且调制成氧化铝粒子的含有量为总质量的10％。

最终的膜厚为1μm以上，能够在例如1～50μm的范围内适当选择。另外，保护膜在1μm以上就能够对石英玻璃进行保护，因此只要是形成在不要求相对于波长为172nm的紫外线的透过性的部分的话，就能够在可保持的范围内将膜厚构成的较厚。

形成所述保护膜20的区域为与放电容器11中配置电极14、15的部分对应的部位，其中也包括紫外线畸变容易进入的部分。在如本发明所述的准分子灯那样、具有外侧管12和内侧管13且在外侧管12的一部分形成有透光窗的准分子灯中，所述部分为外侧管12上配置有外侧电极14的部分以及内侧管13的整周部分。然而，在内侧管13的内表面处，由于工作时温度高，与外侧管12相比紫外线畸变不容易进入，因此并不是必须的。因而，在外侧管的内表面(放电空间侧表面)中的与电极对应的部分是必须的。由于作为氙气共振线的波长为147nm的紫外光和等离子体不能够到达未配置有外侧电极14的部分，因此紫外线畸变的形成是缓慢的。因此，即使不形成上述保护膜20也能够将波长为172nm的光的透过率维持在较高状态。

该种膜在制作灯的过程中形成。

以下，对该制造方法进行说明。

1.首先，调制构成膜用的粉末。在由具有预定的平均粒径和中心粒径的二氧化硅粉末和氧化铝粉末调制成的混合粉末中，混合由硝化纤维素和醋酸丁酯溶液以1∶4的重量比混合形成的粘合剂，进行充分搅拌，制作出分散有氧化铝粉末和二氧化硅粉末的料浆。

2.将该料浆涂布在构成发光管用的玻璃管的内表面上。涂布方法并不特别限定，可以采用流下法、抽吸法、浸渍法等。另外，在采用流下法以外的方法的时候，优选预先将无需形成膜的部位遮蔽。

3.在使料浆干燥后，使用电炉烧结，以使保护膜稳定并固定。烧结温度为1100℃，保持大约一个小时。通过该烧结工序，不仅使粒子之间结合起来，而且还熔接到玻璃管上，使玻璃层强力地结合在基材上。

该种保护层至少需要在形成有放电等离子体的(外侧管内周面)部分形成，并且优选超越配置有外侧电极(一侧电极)的部分和电极的侧端部，形成至非电极形成侧为止。

参照图1和图3的剖视图，对该优选方式进行具体的说明。在设连接内侧管13的放电空间S侧表面与外侧电极14的端部的假想线d与外侧管12的放电空间S侧表面交叉的点为A、保护膜20的端部为B、封入到放电容器11内的Xe的封入压强(室温下)为P(kPa)时，优选剖视图上AB的距离AB在由下述的(算式1)求得的L以上。

(算式1)L＝542/P²[mm]

另外，准分子灯的氙气的封入压强为10～80kPa，在实际应用时能够在0.5～5.5mm范围内适当地设定。

作为紫外线畸变的原因的波长为147nm的光由于是氙共振线，因此会被未激励的氙原子吸收。因此，147nm光的强度取决于灯中的氙原子数。氙原子数在温度固定的情况下能够以压力表示，因此压力升高的话147nm光的强度降低，压力降低的话147nm的强度升高。因此，波长147nm光的到达距离由氙封入压强P决定。

在上述算式1中，以542除以压力的二次方的理由为：根据J.C.MOLINO GARCIA，J.Quant.Spectrosc.Radiant.Transfer，Vol.57，No.4，氙原子对147nm光的吸收系数K(m^-1)在常温下能够以下式表示：

(算式2)K＝0.085(10P)²

设初始的光强度为Io，被吸收并衰减后的光强度为I的话，光的衰减以下式表示：

(算式3)I/Io＝exp(-KL)

因此，将算式2带入到算式3中并整理的话，光衰减到1/100的距离L能够以上述算式1表示。

根据上述的、具有保护膜的本申请发明所述的准分子灯，由于在透光窗部(电极非形成部)上未形成有电极，因此不仅是在灯工作中不会曝于等离子体中的结构，而且波长为147nm的光也不能够到达，因此，透过率降低或者紫外线畸变的导入变少，能够在长时间内以高亮度照射172nm的紫外光，并且由于在外侧管的电极形成部的石英玻璃上形成有对波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的膜，因此不会直接曝于波长为147nm的紫外光和等离子体中，能够抑制玻璃劣化的发展，显著地延长到破损为止的时间。

进而，参照图4说明其他实施方式。图4是将准分子灯沿垂直于管轴的剖面剖开的图。另外，在该图中对与先前在图1～图3中说明的结构标以相同标号，并省略详细说明。

如图4所示，本实施方式所述的准分子灯基本具有在外侧管12的内周面上的预定区域上形成保护膜20的结构，并且在作为内侧管13的放电空间S侧表面上的管(13)的外周面上形成有对波长为150nm的光具有放射特性或者吸收特性的保护膜21。保护膜21如上所述，优选的材质为二氧化硅(SiO₂)、氧化硅(Al₂O₃)、氧化钛(TiO₂)、氧化钇(Y₂O₃)等，将粉末状的材料单独或者以适当的组合方式混合，堆积在管的放电空间侧表面上，形成为层状。保护膜21的形成区域与内侧电极15的配置部分对应地形成在大致整周范围内。

如该实施方式所述，通过与放电容器11的整个放电形成区域对应地形成保护膜20、21，使紫外线畸变难以进入到放电容器11中，能够进一步延长准分子灯的寿命。

以上对本发明进行了说明，然而对于本发明的结构中可置换的结构当然能够进行适当的变更。例如，只要是对150nm的光具有吸收和/或反射特性的话，膜的种类并不限定于上述种类。

[实施例]

以下，对本发明的实施例进行说明。

依照图1～图3的结构制作了准分子灯。

<准分子灯1>

放电容器：材质为石英玻璃，全长1268mm；

外侧管：外径为40mm，厚度为2mm；

内侧管：外径为18mm，厚度为1mm；

外侧电极(剖面半圆状)：铝制，厚度为1mm，长度为1205mm；

内侧电极(剖面C字形状)：铝制，厚度为1mm，长度为1205mm；

保护膜：组成如下所述。

二氧化硅粒子：粒径为0.4μm～1.5μm，中心直径为：0.7μm；

氧化铝粒子：0.2μm～0.5μm，中心直径为0.3μm；

氧化铝粒子的含有量为总质量的10％，烧结温度为1100℃。

膜厚：30μm(平均)。

上述膜采用称作流下法的涂布方法，将粒子混入到溶剂中形成溶液，并使该溶液流到放电容器的内表面上，从而使溶液附着。然后，仅进行干燥、烧结。膜厚达到1μm以上的话能够吸收和反射150nm的光，能够针对147nm的光形成保护。在本实施例中，采用的是30μm的膜。根据本实施例中的所述膜，是以二氧化硅粒子为主要成分的，因此能够吸收波长为147nm的共振线，形成对放电容器的保护。

根据下述表1，使膜的形成区域和氙封入压力改变，制作了灯1～灯3。

进而，制作了与上述实施例的灯的基本结构相同、保护膜形成区域比较小或者没有形成保护膜的、作为参照例的灯4～灯6。对于所述灯4～灯6的氙封入压力和保护膜的结构在下述表1中总结示出。

以各灯的额定电压、额定频率将灯1～灯6点灯，比较到破损为止的时间。其结果在下述表1中示出。

根据该结果可以明确，通过以超过覆盖外侧管的外周面上的一半以上的外侧电极的配置区域进行覆盖的方式形成对波长为150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的保护膜，与没有膜的灯、或者膜未超过电极配置区域地形成的灯相比，能够实现长寿命化。进而，形成有膜的区域(AB的长度)形成为比L(根据其与灯中的氙气封入压强P的关系算出，L＝542/P²)更宽的范围，从而能够将使用寿命延长1000小时以上。

表1

No.	氙压力(kPa)	L＝542/P2(mm)	膜的延长距离AB(mm)	到破损为止的时间(h)
					灯1(实施例1)	53	0.2	1	3700
灯2(实施例2)	13	3.2	4	3600
					灯3(实施例3)	13	3.2	2	2400
灯4(参照例1)	53	0.2	-1	2100
					灯5(参照例2)	53	0.2	0	2100
灯6(参照例3)	53	0.2	无膜	2200

Claims (3)

1.一种准分子灯，具有：

放电容器，其具有配置在同轴上的外侧管和内侧管，封入氙气并形成圆筒状的放电空间；以及

配置于所述外侧管的外周面上的一侧电极和配置于所述内侧管的内周面上的另一侧电极，

该准分子灯的特征在于，

所述一侧电极在与所述准分子灯的管轴垂直的剖面中覆盖所述外侧管的外周面上的一半以上并且具有一定区域非形成部分，

在所述外侧管的内周面上，以超过所述一侧电极的配置区域进行覆盖的方式形成有对波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的膜。

2.根据权利要求1所述的准分子灯，其特征在于，

在所述内侧管的外周面上，以超过所述另一侧电极的配置区域进行覆盖的方式形成有对波长在150nm以下的紫外光具有吸收或者反射特性的膜。

3.根据权利要求1或2所述的准分子灯，其特征在于，

所述膜由选自二氧化硅、氧化铝、氧化钛和氧化钇构成的群中的至少一种构成。

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