JP2001185077A - Light source device - Google Patents

Light source device

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JP2001185077A
JP2001185077A JP36761099A JP36761099A JP2001185077A JP 2001185077 A JP2001185077 A JP 2001185077A JP 36761099 A JP36761099 A JP 36761099A JP 36761099 A JP36761099 A JP 36761099A JP 2001185077 A JP2001185077 A JP 2001185077A
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JP
Japan
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excimer
light
light source
source device
gas
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JP36761099A
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Japanese (ja)
Inventor
Koji Kawai
浩司 河合
Yoshinobu Ito
喜延 伊藤
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Hamamatsu Photonics KK
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Hamamatsu Photonics KK
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a light source which has a higher emission strength of excimer light and emission efficiency to attain a high output, has a stable discharge condition to stably and sufficiently work, and can not act as a high frequency noise source. SOLUTION: This excimer lamp 1 ionizes raw gas for creating excimer molecule using grow-discharge to extract the excimer light emitted from the excimer molecule. The excimer lamp 1 includes a container 11 being filled with a raw material gas and having a light-transmissive window 15 of transmittance to natural radiation light, at least one cathode 13 being arranged in a straight-line shape within the container 11, and at least two electrode pairs having at least two anodes 14 being disposed within the container 11 to oppose with the cathode 13, wherein the light-transmissive window 15 is provided at an extending line of a parallel direction Y to the electrode pair.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、光源装置に関し、
詳しくは、エキシマ分子を生成する原料ガスをグロー放
電により電離させ、エキシマ分子から放出される自然放
射光を取り出す光源装置に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a light source device,
More specifically, the present invention relates to a light source device that ionizes a raw material gas that generates excimer molecules by glow discharge and extracts spontaneous radiation emitted from the excimer molecules.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、エキシマレーザのように、紫外光
や真空紫外光を発生させるための光源装置の開発が盛ん
であり、また、エキシマレーザよりも簡易な構成を有す
るエキシマランプのようなインコヒーレントな光源の開
発も進められている。このエキシマランプは、チャンバ
やバルブ等の密閉容器にエキシマ分子を生成する原料ガ
スが封入されたものであり、この原料ガスの放電により
生成された励起状態のエキシマ分子からの自然放射光
(エキシマ光)を外部へ取り出すものである。
2. Description of the Related Art In recent years, a light source device for generating ultraviolet light or vacuum ultraviolet light, such as an excimer laser, has been actively developed, and an excimer lamp such as an excimer lamp having a simpler structure than an excimer laser has been developed. Coherent light sources are also being developed. In this excimer lamp, a raw material gas for generating excimer molecules is sealed in a closed vessel such as a chamber or a valve, and natural radiation light (excimer light) from excited excimer molecules generated by discharging the raw material gas is used. ) To the outside.

【0003】また、エキシマランプは、放電電極の形態
により、容器内無電極(外部電極)タイプと容器内有電
極(内部電極)タイプに大きく分けられる。有電極タイ
プとしては、上記密閉容器内に一対の電極が配置された
もの(例えば、特開平3−1463号公報等参照)が公
知である。一方、無電極タイプとしては、放電空間に高
周波電界を発生させる誘電体バリア放電を利用したもの
が挙げられる。さらに、両者を組み合わせたものもあ
り、例えば、特開平9−106783号公報に記載のエ
キシマランプは、一対の主放電用の内部電極と誘電体バ
リア放電用の外部電極とを備えるものである。
[0003] Excimer lamps are broadly classified into non-electrode (external electrode) types in containers and electrodes with internal electrodes (internal electrodes) according to the form of discharge electrodes. As an electrode type, a type in which a pair of electrodes are disposed in the above-mentioned closed container (for example, see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-1463) is known. On the other hand, examples of the electrodeless type include a type using a dielectric barrier discharge that generates a high-frequency electric field in a discharge space. Furthermore, there is also a combination of the two. For example, an excimer lamp described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-106783 is provided with a pair of internal electrodes for main discharge and external electrodes for dielectric barrier discharge.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の有電極
タイプのエキシマランプは、エキシマ光の出力が十分に
高くなかった。また、誘電体バリア放電を利用するエキ
シマランプにおいては、必ずしも安定な放電状態が得ら
れない傾向にあり、よって動作が不安定となることがあ
った。さらに、容器内に高周波電界を発生させるため、
高周波ノイズ、いわゆるEMI(Electromagnetic Inte
rference)を引き起こすおそれがあった。しかも、その
ような強力な電界を発生させるために常に高電圧が必要
であった。このような事情から、高出力で十分に安定な
動作が可能であり、加えて、ノイズ源とならない光源装
置が切望されていた。
However, the conventional electrode type excimer lamp does not have sufficiently high excimer light output. In addition, in an excimer lamp using a dielectric barrier discharge, a stable discharge state does not always tend to be obtained, and thus the operation may be unstable. Furthermore, to generate a high-frequency electric field in the container,
High frequency noise, so-called EMI (Electromagnetic Inte
rference). Moreover, a high voltage was always required to generate such a strong electric field. Under such circumstances, there has been a long-felt need for a light source device that can operate sufficiently with high output and that does not become a noise source.

【0005】そこで、本発明は、このような従来の問題
点に鑑みてなされたものであり、エキシマ光の発光強度
及び外部へ出射効率が高められて高出力を達成でき、放
電状態が安定化されて十分に安定な動作が可能であり、
しかも、EMIを引き起こすような高周波ノイズ源とな
り得ない光源装置を提供することを目的とする。
In view of the foregoing, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems. The emission intensity of excimer light and the efficiency of emission to the outside can be increased to achieve high output, and the discharge state can be stabilized. Operation is stable enough,
Moreover, an object of the present invention is to provide a light source device that cannot be a high-frequency noise source that causes EMI.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するべく鋭意研究を重ね、従来の有電極タイプの
エキシマランプでは、入力電力を高めて放電電流を増大
させても、それに相当するエキシマ光出力が得られない
ことを見出した。この知見に基づき、本発明者らは更に
研究を重ねた結果、従来の問題を解消するのに極めて有
効な光源装置の部材構成及び構造に到達し、本発明を完
成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have intensively studied to solve the above-mentioned problems, and in the conventional electrode type excimer lamp, even if the input current is increased to increase the discharge current, the discharge current is not increased. It has been found that a corresponding excimer light output cannot be obtained. Based on this finding, the present inventors have conducted further studies, and as a result, arrived at a member configuration and structure of a light source device which is extremely effective in solving the conventional problems, and completed the present invention.

【0007】すなわち、本発明による光源装置は、エキ
シマ分子を生成する原料ガスをグロー放電により電離さ
せ、そのエキシマ分子から放出される自然放射光を取り
出すものであって、原料ガスが封入されており、自然放
射光に対して透光性を有する光出射部が設けられた封体
と、封体の内部に直線状に配置された少なくともひとつ
の陰極と、陰極に対向するように封体の内部に配置され
た少なくとも二つの陽極とから構成される少なくとも二
つの電極対を備えており、上記光出射部が電極対の並列
方向の延長線上に設けられていることを特徴とする。
That is, the light source device according to the present invention ionizes a source gas for generating excimer molecules by glow discharge and extracts spontaneous radiation emitted from the excimer molecules, and the source gas is sealed. A sealing body provided with a light emitting portion having a property of transmitting natural spontaneous light, at least one cathode linearly arranged inside the sealing body, and an inside of the sealing body facing the cathode. , And at least two electrode pairs each including at least two anodes arranged in the same direction, and the light emitting portion is provided on an extension of the electrode pairs in the parallel direction.

【0008】このように構成された光源装置において
は、封体の内部に封入された原料ガス原子が放電によっ
て二量光子化されてエキシマ分子が生成し、このエキシ
マ分子の電子遷移によって自然放射光が放出される。こ
のとき、放電形態がグロー放電であるため、放電電流の
変化に対する電圧変動が少なく、放電中に維持される電
極印加電圧(以下、「維持電圧」という)の低下が抑え
られる。こうして維持電圧が十分に高いレベルに保たれ
ると、高エネルギー準位に励起されたエキシマ分子の存
在比が高くなるので、比較的短波長のエキシマ光(紫外
光や真空紫外光)の発光効率が高められる。また、その
ような高エネルギー準位にあるエキシマ分子が広範囲に
且つ希薄に分布するようになるため、グロー放電の集中
度(放電密度)が適度に低下して放電路が広くなり、エ
キシマ光の発光領域が拡大される。その結果、封体内の
エキシマ光の発光強度が増大される。
[0008] In the light source device configured as described above, the raw material gas atoms sealed in the envelope are converted into dimer photons by discharge to generate excimer molecules, and spontaneous emission light is generated by the electron transition of the excimer molecules. Is released. At this time, since the discharge mode is a glow discharge, the voltage fluctuation with respect to the change of the discharge current is small, and a decrease in the electrode applied voltage (hereinafter, referred to as “sustain voltage”) maintained during the discharge is suppressed. When the sustaining voltage is maintained at a sufficiently high level, the abundance ratio of excimer molecules excited to a high energy level increases, so that the luminous efficiency of excimer light of a relatively short wavelength (ultraviolet light or vacuum ultraviolet light) is obtained. Is enhanced. In addition, since the excimer molecules at such high energy levels are widely and dilutely distributed, the concentration (discharge density) of the glow discharge is appropriately reduced, and the discharge path is widened. The light emitting area is enlarged. As a result, the emission intensity of the excimer light in the enclosure is increased.

【0009】さらに、封体内部に少なくともひとつの陰
極が直線状に配置され、それら陰極に対向するように封
体内部に少なくとも二つの陽極が配置されており、それ
ら陰極と陽極とによって電極対が少なくとも二つ構成さ
れていることから、これら電極対の電極対向軸(陰極及
び陽極の先端同士を結ぶ仮想的な軸)が同一平面上に位
置する。よって、グロー放電によるエキシマ光の発光領
域がこの平面上、すなわち電極対の並列方向に整列した
状態となる。そして、電極対の並列方向の延長線上には
光出射部が設けられているので、複数の放電路から発光
するエキシマ光が重畳して強度が増倍されて出射され
る。したがって、出射されるエキシマ光出力が従来に比
して格段に高められる。
Further, at least one cathode is linearly arranged inside the envelope, and at least two anodes are arranged inside the envelope so as to face the cathodes. An electrode pair is formed by the cathode and the anode. Since at least two are configured, the electrode facing axes of these electrode pairs (virtual axes connecting the tips of the cathode and the anode) are located on the same plane. Therefore, the emission region of the excimer light due to the glow discharge is aligned on this plane, that is, in the parallel direction of the electrode pairs. Since the light emitting portion is provided on the extension line in the parallel direction of the electrode pair, the excimer light emitted from the plurality of discharge paths is superimposed and emitted with increased intensity. Therefore, the output of the emitted excimer light is significantly increased as compared with the conventional case.

【0010】またさらに、封体の形状、原料ガスの種
類、原料ガスの内部圧力等の諸条件に応じて、陰極と陽
極との間隔(電極間隔)や電極対同士の配置間隔等を適
宜調整することにより、放電の集中を避けて放電路を確
実に分離してグロー放電を安定に行わせることが可能で
ある。したがって、従来の誘電体バリア放電を利用した
エキシマランプに見られるようなエキシマ光の出力変動
が十分に防止され、光電装置の動作を安定化させること
ができる。さらにまた、封体内部に高強度の高周波電界
を発生させる必要がないので、光源装置が周囲の機器に
対してノイズ源となるおそれがない。
Further, the distance between the cathode and the anode (electrode distance), the distance between the electrode pairs, and the like are appropriately adjusted according to various conditions such as the shape of the sealed body, the type of the raw material gas, and the internal pressure of the raw material gas. By doing so, it is possible to avoid discharge concentration and to surely separate the discharge paths to stably perform glow discharge. Therefore, output fluctuation of excimer light as seen in a conventional excimer lamp using a dielectric barrier discharge is sufficiently prevented, and the operation of the photoelectric device can be stabilized. Furthermore, since it is not necessary to generate a high-intensity high-frequency electric field inside the envelope, there is no possibility that the light source device becomes a noise source for peripheral devices.

【0011】加えて、本発明の光源装置は、有電極放電
を採用しており、高強度の高周波電界を発生させるため
に常時必要な高圧が不要である。よって、従来の誘電体
バリア放電を利用したエキシマランプに比して、動作電
圧を低く抑えて電源の規模を縮小することが可能とな
る。しかも、電極対の数量を適宜選択できるので、封体
ひいては光源装置を所望の形状にし易い利点がある。ま
た、グロー放電は、例えばアーク放電に比べて発生熱量
が少ないので、光源装置の温度上昇が抑えられ、光源装
置を真空雰囲気内に設置可能なものとし得る。したがっ
て、真空紫外光を出力する光源装置として極めて有用で
ある。
In addition, the light source device of the present invention employs electrode discharge, and does not require a high voltage which is always required to generate a high-intensity high-frequency electric field. Therefore, compared to the conventional excimer lamp using the dielectric barrier discharge, it is possible to reduce the operating voltage and to reduce the scale of the power supply. In addition, since the number of electrode pairs can be appropriately selected, there is an advantage that the sealing body and thus the light source device can be easily formed into a desired shape. Further, since the amount of heat generated in the glow discharge is smaller than that in the arc discharge, for example, the temperature rise of the light source device can be suppressed, and the light source device can be installed in a vacuum atmosphere. Therefore, it is extremely useful as a light source device for outputting vacuum ultraviolet light.

【0012】また、各電極対に電圧を印加する電源と、
電源と陽極及び前記陰極の少なくともいずれか一方との
間に接続され、グロー放電が行われているときに電極対
に流れる電流を制限する抵抗回路とを備えると好まし
い。さらに、電源と陽極との間に接続され、グロー放電
が行われているときに電極対に流れる電流を制限するダ
イオードを備えても好ましい。
A power supply for applying a voltage to each electrode pair;
It is preferable that a resistance circuit be connected between the power supply and at least one of the anode and the cathode, and limit a current flowing through the electrode pair during glow discharge. Further, it is preferable that a diode that is connected between the power supply and the anode and limits a current flowing through the electrode pair when glow discharge is performed is provided.

【0013】このような構成とすれば、放電電流をグロ
ー放電が安定に維持される範囲に制限できる。また、電
源電圧が一定の場合、抵抗回路の抵抗値を変化させるこ
とにより、封体形状や電極条件に応じて、所望の放電電
流が簡易に得られる。一方、ダイオードを用いると、電
流の逆流を十分に抑制できる。このように、抵抗回路又
はダイオードは、ともに良好な放電電流の制限手段とし
て機能し、各電極対によるグロー放電を一層安定に維持
することが可能となる。
With such a configuration, the discharge current can be limited to a range where the glow discharge is stably maintained. In addition, when the power supply voltage is constant, a desired discharge current can be easily obtained according to the shape of the envelope and the electrode conditions by changing the resistance value of the resistance circuit. On the other hand, when a diode is used, the backflow of current can be sufficiently suppressed. As described above, both the resistor circuit and the diode function as good discharge current limiting means, and it is possible to more stably maintain the glow discharge by each electrode pair.

【0014】さらに、電源が電極対にパルス電圧を印加
する直流電源であるとより好ましい。従来の誘電体バリ
ア放電を用いたエキシマランプは、高周波電界をエキシ
マ分子の原料ガスに印加するために交流電源を使用する
必要があるのに対し、本発明の光源装置では、電源とし
て直流電源及び交流電源のいずれを用いても構わない。
また、直流電源を用いる場合に電圧をパルス状にする
と、つまり、電圧の印加をパルス動作とすると、連続動
作に比して、エキシマ光の発光効率及びエキシマ光のピ
ーク出力(ピークパワー)が高められる。これは、エキ
シマ分子の生成及び消滅がパルス回数に比例するため、
その回数分、出力の増大につながる。
Further, it is more preferable that the power supply is a DC power supply for applying a pulse voltage to the electrode pair. Excimer lamps using a conventional dielectric barrier discharge require the use of an AC power supply to apply a high-frequency electric field to the source gas of excimer molecules, whereas the light source device of the present invention uses a DC power supply and Any of the AC power supplies may be used.
When a DC power supply is used, when the voltage is pulsed, that is, when the voltage is applied in a pulse operation, the excimer light emission efficiency and the excimer light peak output (peak power) are increased as compared with continuous operation. Can be This is because the generation and disappearance of excimer molecules is proportional to the number of pulses.
The number of times leads to an increase in output.

【0015】またさらに、封体内部における光出射部に
対向する位置に、自然放射光(エキシマ光)を反射する
反射部が設けられるとより好ましい。このような構成と
すれば、封体内で発生したエキシマ光の一部が反射部で
反射されて光出射部から封体外部へ出射されるので、光
源装置のエキシマ光出力を増大させることが可能とな
る。なお、反射部の形状は、平面でも曲面でもよく、例
えば、凹曲面とした場合には集光効率が高められる利点
がある。
Further, it is more preferable that a reflecting portion for reflecting spontaneously emitted light (excimer light) is provided at a position inside the envelope facing the light emitting portion. With such a configuration, a part of the excimer light generated in the enclosure is reflected by the reflection part and emitted from the light emission part to the outside of the enclosure, so that the excimer light output of the light source device can be increased. Becomes The shape of the reflecting portion may be a flat surface or a curved surface. For example, when the reflecting portion has a concave curved surface, there is an advantage that the light-collecting efficiency is enhanced.

【0016】さらにまた、原料ガスが、希ガス、希ガス
ハライド及び窒素ガスのうち少なくともいずれか一種の
ガスと、水素同位体ガス、ハロゲンガス及び水銀蒸気の
うち少なくともいずれか一種のガスとを含有して成る混
合ガスであるとより好適である。原料ガスがこのよなガ
ス成分を含む混合ガスであると、それらガス成分の種
類、混合比、分圧等によって発光スペクトル形状の異な
る各種のエキシマ光を取り出すことが可能となる。した
がって、各種の用途に応じたエキシマ光を出力する光源
装置が得られる。
Further, the source gas contains at least one kind of rare gas, rare gas halide and nitrogen gas, and at least one kind of gas among hydrogen isotope gas, halogen gas and mercury vapor. It is more preferable that the mixed gas is composed of: When the source gas is a mixed gas containing such gas components, it becomes possible to extract various excimer lights having different emission spectrum shapes depending on the types, mixing ratios, partial pressures, and the like of the gas components. Therefore, a light source device that outputs excimer light according to various uses can be obtained.

【0017】また、陰極は、陽極に対向する部位に凸部
が形成されたものであることが望ましい。このようにす
ると、陰極に形成された凸部によって放電の場所が規定
されるので、電極対による独立したグロー放電が確実に
分離し易くなる。特に、陽極数に対して陰極数が少な
く、ひとつの陰極が複数の陽極に共通した対向陰極(共
通電極)となっている場合には、極めて有効である。こ
の場合、凸部の先端部の形状は平坦であっても、突起部
を有していても、更には突起状であってもよい。
Further, it is desirable that the cathode has a projection formed at a portion facing the anode. In this case, since the location of the discharge is defined by the convex portion formed on the cathode, the independent glow discharge by the electrode pair can be easily separated without fail. This is particularly effective when the number of cathodes is smaller than the number of anodes, and one cathode is a common cathode (common electrode) shared by a plurality of anodes. In this case, the shape of the tip of the projection may be flat, may have a projection, or may be projection.

【0018】さらに、陰極及び/又は陽極は、表面に金
属化合物層が設けられたものであると更に好適である。
原料ガスにハロゲンガス等の腐食性ガスが含まれると、
電極導体部の金属原子のハロゲン化による電極の腐食が
進行し、電極寿命が短縮されたり、放電特性が悪化する
おそれがある。そこで、このような金属の表面に金属化
合物層を設けることにより、ハロゲンガス等の腐食性ガ
スが金属化合物層で遮断され、電極の腐食が抑えられ
る。そして、金属化合物層がハロゲンガスに対する耐腐
食性に優れた化合物から成ると好適である。また、この
ような金属化合物層を陰極の表面に設けると、陰極の仕
事関数が低下して陰極の電子放射特性を向上させること
ができる。
Further, it is more preferable that the cathode and / or the anode have a metal compound layer provided on the surface.
When the source gas contains corrosive gas such as halogen gas,
Corrosion of the electrode due to halogenation of the metal atom of the electrode conductor part progresses, and there is a possibility that the life of the electrode is shortened or discharge characteristics are deteriorated. Therefore, by providing a metal compound layer on the surface of such a metal, a corrosive gas such as a halogen gas is blocked by the metal compound layer, and the corrosion of the electrode is suppressed. It is preferable that the metal compound layer be made of a compound having excellent corrosion resistance to halogen gas. In addition, when such a metal compound layer is provided on the surface of the cathode, the work function of the cathode is reduced, and the electron emission characteristics of the cathode can be improved.

【0019】そして、電極対のうち少なくともひとつの
電極対は、その電極対と異なる他の電極対に比して、電
極間隔が狭く且つ接続された抵抗回路の抵抗値が大きく
されたものであると更に好ましい。このように構成され
た光源装置では、電極間隔が他よりも狭い電極対は、他
の電極対よりも低い印加電圧で始動(グロー放電の開
始)する。こうなると、この電極対の周辺がグロー放電
によって電離状態となり、その電極対の近傍にある他の
電極対の始動性が高められる。その結果、他の電極の始
動電圧も低下し、光源装置の始動性を向上させることが
できる。
At least one of the electrode pairs has a smaller electrode interval and a larger resistance value of the connected resistance circuit than other electrode pairs different from the other electrode pairs. Is more preferable. In the light source device configured as described above, the electrode pair whose electrode interval is narrower than the others starts at a lower applied voltage than the other electrode pairs (starts glow discharge). In this case, the periphery of the electrode pair is ionized by glow discharge, and the startability of another electrode pair near the electrode pair is enhanced. As a result, the starting voltage of the other electrodes is also reduced, and the startability of the light source device can be improved.

【0020】[0020]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素に
は同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、
上下左右関係については、特に規定しない限り、図面の
上下左右関係に基づくものとする。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted. Also,
The vertical and horizontal relationship is based on the vertical and horizontal relationship in the drawings unless otherwise specified.

【0021】図1は、本発明による光源装置の第1実施
形態の構造を模式的に示す斜視図である。光源装置とし
てのエキシマランプ1は、ほぼ円柱状を成し、中空のガ
ス封入容器11(封体)の上壁12aを貫通して直線状
に陰極13が3つ設けられ、これら陰極13に対向する
ように底壁12bを貫通して陽極14が3つ設けられた
ものである。このように、陰極13は陽極14の鉛直上
方に配置されている。これら陰極13及び陽極14は、
ガス封入容器11の内部に配置されており、上下に対向
する陰極13及び陽極14によって電極対が3対構成さ
れている。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing the structure of a first embodiment of the light source device according to the present invention. The excimer lamp 1 as a light source device has a substantially cylindrical shape, and three cathodes 13 are provided linearly through the upper wall 12a of a hollow gas-filled container 11 (sealing body). Thus, three anodes 14 are provided so as to penetrate the bottom wall 12b. Thus, the cathode 13 is disposed vertically above the anode 14. These cathode 13 and anode 14 are
The cathode 13 and the anode 14 which are arranged inside the gas sealing container 11 and face up and down form three pairs of electrodes.

【0022】また、各電極対において、陰極13及び陽
極14は、好ましくは下記式(1); Sc>Sa …(1) [式中、Scは陰極13の陽極14に対向する面13S
の面積を示し、Saは陽極14の陰極13に対向する面
14Sの面積を示す。]に示す関係を満たすように設置
されている。
In each electrode pair, the cathode 13 and the anode 14 are preferably formed by the following formula (1): Sc> Sa (1) [where Sc is a surface 13S of the cathode 13 facing the anode 14]
Sa represents the area of the surface 14S of the anode 14 facing the cathode 13. ] Are set so as to satisfy the relationship shown in [1].

【0023】さらに、この陰極13及び陽極14の導体
部分の表面には、金属化合物層が被覆されている。ま
た、ガス封入容器11の側壁には、後述するエキシマ光
に対して透光性を有する光透過窓15(光出射部)が設
けられている。この光透過窓15は、電極対の並列方向
Xの延長線上に設けられている。そして、ガス封入容器
11の内部空間には、エキシマ分子を生成する原料ガス
が所定の内部圧力となるように封入されており、この状
態で各電極対に所定電圧が印加されるようになってい
る。また、ガス封入容器11の上壁12a及び底壁12
bは、絶縁性を有する部材で形成されており、一般には
ベースとも呼ばれる。さらに、ガス封入容器11の側壁
は、例えば、金属又は石英等の部材で形成されている。
またさらに、光透過窓15は、例えば、石英、フッ化マ
グネシウム、フッ化カルシウム等によって形成されてい
る。
Further, the surfaces of the conductor portions of the cathode 13 and the anode 14 are covered with a metal compound layer. In addition, a light transmitting window 15 (light emitting portion) having a property of transmitting excimer light, which will be described later, is provided on a side wall of the gas sealing container 11. The light transmission window 15 is provided on an extension of the electrode pair in the parallel direction X. A source gas for generating excimer molecules is sealed in the internal space of the gas sealing container 11 so as to have a predetermined internal pressure. In this state, a predetermined voltage is applied to each electrode pair. I have. Further, the top wall 12a and the bottom wall 12
b is formed of a member having an insulating property, and is generally called a base. Furthermore, the side wall of the gas sealing container 11 is formed of a member such as metal or quartz.
Further, the light transmission window 15 is formed of, for example, quartz, magnesium fluoride, calcium fluoride, or the like.

【0024】このように構成されたエキシマランプ1で
は、電極対に所定電圧が印加されると、各電極対におい
て放電が開始される。電極対に流れる電流(放電電流)
の増加に伴い、放電の形態は、タウンゼント放電を経
て、グロー放電(電流の増加に伴い、前期、正規、異常
グロー放電へと発展する)へと移り、更に電流が増加さ
れるとアーク放電へと移行する。本発明のエキシマラン
プ1においては、グロー放電が維持される放電電流とな
るように、各電極対に印加される電圧が調整されてい
る。このとき、ガス封入容器11の内部では、原料ガス
原子が二量光子化されて励起状態にあるエキシマ分子が
生成され、エキシマ分子の電子遷移によって、連続スペ
クトルを有する自然放射光(エキシマ光)が放出され
る。そして、一部のエキシマ光L(自然放射光)は、光
透過窓15を通してガス封入容器11の外部へ出射され
る。
In the excimer lamp 1 configured as described above, when a predetermined voltage is applied to the electrode pairs, discharge starts in each electrode pair. Current flowing through the electrode pair (discharge current)
As the current increases, the form of discharge shifts to glow discharge (developing into normal, abnormal, abnormal glow discharge with the increase in current) through Townsend discharge, and to arc discharge when the current further increases. And migrate. In the excimer lamp 1 of the present invention, the voltage applied to each pair of electrodes is adjusted so that the discharge current is such that the glow discharge is maintained. At this time, the source gas atoms are dimerized into photons in the gas enclosure 11 to generate excimer molecules in an excited state, and spontaneous emission light (excimer light) having a continuous spectrum is generated by the electronic transition of the excimer molecules. Released. Then, a part of the excimer light L (naturally radiated light) is emitted to the outside of the gas sealing container 11 through the light transmission window 15.

【0025】このようにエキシマランプ1はグロー放電
で動作するため、放電電流の変化に対する電圧変動が少
なく、維持電圧の低下が抑えられ、低電圧特性が良好に
保持される。こうなると、電圧が十分に高いレベルに維
持され、高エネルギー準位に励起されたエキシマ分子の
存在比が高くなるので、比較的短波長である紫外光や真
空紫外光を主成分とするエキシマ光の発光効率が高めら
れる。また、そのような高エネルギー準位にあるエキシ
マ分子が広範囲に且つ希薄に分布するようになり、グロ
ー放電の集中度(放電密度)が適度に低下して放電路が
広くなる。よって、エキシマ光の発光領域が拡大され、
しかも上述したように、エキシマ光の発光効率も高めら
れるので、エキシマ光としての紫外光や真空紫外光の発
光強度が格段に増大される。したがって、エキシマラン
プ1から十分な出力のエキシマ光を得ることができる。
As described above, since the excimer lamp 1 operates by glow discharge, a voltage fluctuation with respect to a change in discharge current is small, a decrease in a sustain voltage is suppressed, and a low voltage characteristic is well maintained. In this case, the voltage is maintained at a sufficiently high level, and the abundance ratio of excimer molecules excited to a high energy level increases, so that the excimer light mainly composed of relatively short wavelength ultraviolet light or vacuum ultraviolet light is used. Luminous efficiency is increased. Further, excimer molecules in such a high energy level are widely and dilutely distributed, so that the concentration (discharge density) of glow discharge is appropriately reduced and the discharge path is widened. Therefore, the emission region of the excimer light is expanded,
Moreover, as described above, the luminous efficiency of excimer light is also increased, so that the luminous intensity of ultraviolet light or vacuum ultraviolet light as excimer light is significantly increased. Therefore, a sufficient output of excimer light can be obtained from the excimer lamp 1.

【0026】また、陰極13が直線状に配置され、これ
らの陰極に対向する位置に陽極14が配置されているこ
とから、電極対が並列方向Xに沿って配置され、それら
の電極対向軸が同一平面上に位置する。よって、電極対
向軸に沿って形成されるグロー放電の放電路がこの平面
上に現われ、エキシマ光の発光領域が電極対の並列方向
Xに整列した状態となる。そして、並列方向Xの延長線
上には光透過窓15が設けられており、この光透過窓1
5からは、グロー放電領域としての複数の放電路から発
光されるエキシマ光が重畳して強度が増倍されて出射さ
れる。よって、光透過窓15から出射されるエキシマ光
Lの強度が従来に比して格段に高められる。しかも、上
述したようにエキシマ光における紫外光及び真空紫外光
の割合が高く、且つ、その発光効率が高められているの
で、エキシマランプ1からの紫外光及び真空紫外光の出
力を格別に向上させることが可能となる。
Further, since the cathodes 13 are arranged linearly and the anodes 14 are arranged at positions facing these cathodes, the electrode pairs are arranged along the parallel direction X, and their electrode opposing axes are aligned. They are located on the same plane. Therefore, the discharge path of the glow discharge formed along the electrode facing axis appears on this plane, and the light emitting region of the excimer light is aligned in the parallel direction X of the electrode pair. A light transmission window 15 is provided on an extension of the parallel direction X.
From No. 5, excimer lights emitted from a plurality of discharge paths as glow discharge regions are superposed and emitted with an increased intensity. Therefore, the intensity of the excimer light L emitted from the light transmission window 15 is significantly increased as compared with the related art. Moreover, as described above, since the ratio of the ultraviolet light and the vacuum ultraviolet light in the excimer light is high and the luminous efficiency is increased, the output of the ultraviolet light and the vacuum ultraviolet light from the excimer lamp 1 is particularly improved. It becomes possible.

【0027】さらに、ガス封入容器11の形状、原料ガ
スの種類、原料ガスの内部圧力等の諸条件に応じて、陰
極13と陽極14との電極間隔G1や、電極対同士の配
置間隔G2等を適宜調整することにより、放電の集中を
避けて放電を確実に分離し、各電極対による独立したグ
ロー放電が安定に行われる。このようにしてグロー放電
が安定に維持されると、従来見られたエキシマ光の出力
変動を十分に防止でき、エキシマランプ1の動作を安定
化できる。またさらに、ガス封入容器11の内部に高強
度の高周波電界を発生させる必要がないので、エキシマ
ランプ1が周囲の機器に電磁的な悪影響(EMI)を与
える電磁ノイズ源となるおそれがない。また、エキシマ
ランプ1は、有電極放電を用いており、高強度の高周波
電界を発生させるために常時必要な高圧が不要である。
よって、従来の誘電体バリア放電を利用したエキシマラ
ンプに比べて、動作電圧が低く抑えられ、エキシマラン
プ1に用いられる電源装置の規模を縮小することが可能
となる。
Further, an electrode gap G1 between the cathode 13 and the anode 14, an arrangement gap G2 between the electrode pairs, and the like are determined according to various conditions such as the shape of the gas enclosure 11, the type of the source gas, and the internal pressure of the source gas. Is appropriately adjusted, the discharge is prevented from being concentrated, the discharge is reliably separated, and an independent glow discharge is stably performed by each electrode pair. When the glow discharge is stably maintained in this manner, the output fluctuation of the excimer light, which has been conventionally seen, can be sufficiently prevented, and the operation of the excimer lamp 1 can be stabilized. Further, since it is not necessary to generate a high-intensity high-frequency electric field inside the gas enclosure 11, there is no possibility that the excimer lamp 1 becomes an electromagnetic noise source that exerts electromagnetic adverse effects (EMI) on peripheral devices. In addition, the excimer lamp 1 uses an electroded discharge, and does not require a high pressure that is always needed to generate a high-intensity high-frequency electric field.
Therefore, the operating voltage is suppressed lower than that of an excimer lamp using a conventional dielectric barrier discharge, and the scale of the power supply device used for the excimer lamp 1 can be reduced.

【0028】さらにまた、陰極13が陽極14の鉛直上
方に配置されていることにより、次のような作用と効果
が良好に奏される。陰極13が陽極14の下方に設置さ
れた場合には、放電による電離によって生じた電子は下
方から上方に移動することとなり、電子の移動速度は、
陰極13が上方にある場合に比して遅くなる。このとき
電極間のギャップ長が十分に短くないと、電離によって
生じたプラスイオン(ラジカル)の電場による電子の進
路の偏向が大きくなる。電子とプラスイオンとの質量差
は非常に大きく、同一電場では、電子の移動速度がプラ
スイオンのそれに比べて極めて大きい。よって、電子の
進路の偏向による放電路の広がりが過剰となり、グロー
放電の安定的な維持が困難となる傾向にある。
Further, since the cathode 13 is disposed vertically above the anode 14, the following operations and effects can be obtained satisfactorily. When the cathode 13 is provided below the anode 14, electrons generated by ionization due to discharge move upward from below, and the moving speed of the electrons is:
It is slower than when the cathode 13 is above. At this time, if the gap length between the electrodes is not sufficiently short, the deflection of the electron path due to the electric field of positive ions (radicals) generated by ionization increases. The mass difference between an electron and a positive ion is very large, and in the same electric field, the moving speed of the electron is much higher than that of the positive ion. Therefore, the discharge path is excessively expanded due to the deflection of the electron path, and it tends to be difficult to stably maintain the glow discharge.

【0029】他方、陰極13と陽極14とが同じ高さ位
置で水平方向に対向して配置されていると、電子質量が
プラスイオンの質量よりも相当小さいので、電子は熱拡
散の影響を受けて上側に対流し易くなるのに対し、プラ
スイオンは下側に対流し易くなる。よって、グロー放電
が電極の上方側に回り込むように偏在してしまう傾向に
ある。エキシマランプ1では、陰極13が陽極14の鉛
直上方に配置されているので、グロー放電の安定化が図
られ、且つ、グロー放電の偏在を防止できる。その結
果、高出力のエキシマ光を安定に取り出すことが可能と
なる。
On the other hand, if the cathode 13 and the anode 14 are arranged opposite to each other at the same height in the horizontal direction, the electrons are affected by thermal diffusion because the electron mass is considerably smaller than the mass of the positive ions. While positive ions are more likely to convection upward, positive ions are more likely to convection downward. Therefore, the glow discharge tends to be unevenly distributed so as to wrap around the electrode. In the excimer lamp 1, the cathode 13 is disposed vertically above the anode 14, so that the glow discharge can be stabilized and the glow discharge can be prevented from being unevenly distributed. As a result, it is possible to stably extract high-output excimer light.

【0030】ところで、陰極13が陽極14の鉛直上方
に設置されていても、放電路の広がりが過剰となるおそ
れが全くないわけではないが、上記式(1)に示す関係
を満たすと、すなわち、陰極13の面積Scが陽極14
の面積Saより大きくされた場合には、電子が陽極14
の面14Sに、プラスイオンが陰極13の面13Sに収
斂され易い傾向にある。よって、放電電流の変動が抑制
されてグロー放電が一層安定となり、エキシマ光の出力
を一層安定化できる。また、グロー放電は、アーク放電
に比して放電電流が小さく、陽極損失による陽極14の
温度上昇が極めて少ないため、陽極14の面積Saが陰
極13の面積Scよりも小さくても、放電が安定すると
いう利点がある。
By the way, even if the cathode 13 is disposed vertically above the anode 14, there is no danger that the discharge path will be excessively widened. However, if the relationship shown in the above equation (1) is satisfied, , The area Sc of the cathode 13 is
Is larger than the area Sa of the anode 14
The positive ions tend to be easily converged on the surface 13S of the cathode 13 on the surface 14S. Therefore, the fluctuation of the discharge current is suppressed, the glow discharge becomes more stable, and the output of excimer light can be further stabilized. In addition, since the glow discharge has a smaller discharge current than the arc discharge, and the temperature rise of the anode 14 due to the anode loss is extremely small, the discharge is stable even if the area Sa of the anode 14 is smaller than the area Sc of the cathode 13. There is an advantage of doing so.

【0031】一方、グロー放電は、アーク放電に比して
陰極13及び陽極14の仕事関数が大きく、陰極13面
から電子が放出され難いため、陰極13の単位面積あた
りの放出電子量が少ない。よって、電極の背面や電極の
支柱からも放電が生じて放電が不安定になることがあ
る。これに対し、エキシマランプ1では、陰極13の面
積Scが陽極14の面積Saよりも大きくされているた
め、陰極13の面13Sと陽極14の面14Sとの間で
放電が起こり易くなる。したがって、グロー放電が十分
に安定となり、エキシマ光の出力変動を十分に抑制でき
る。
On the other hand, in the glow discharge, the work function of the cathode 13 and the anode 14 is larger than that of the arc discharge, and it is difficult for electrons to be emitted from the surface of the cathode 13, so that the amount of emitted electrons per unit area of the cathode 13 is small. Therefore, a discharge may be generated from the back surface of the electrode or the support of the electrode, and the discharge may be unstable. On the other hand, in the excimer lamp 1, since the area Sc of the cathode 13 is larger than the area Sa of the anode 14, a discharge easily occurs between the surface 13S of the cathode 13 and the surface 14S of the anode 14. Therefore, the glow discharge becomes sufficiently stable, and the output fluctuation of the excimer light can be sufficiently suppressed.

【0032】ここで、エキシマ分子を生成する原料ガス
としては、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、
キセノン等の希ガス、フッ化アルゴン、フッ化クリプト
ン、塩化キセノン、フッ化キセノン等の希ガスハライ
ド、不活性ガスである窒素ガス、水素同位体ガス
(H2、D2、T2、HD、HT、DT;ここで、Hは水
素を示し、Dは重水素を示し、Tは三重水素を示
す。)、フッ素、塩素、臭素等のハロゲンガス、又は水
銀蒸気等が挙げられ、これらは単独で又は2種以上混合
して用いられる。
Here, the source gas for producing excimer molecules is helium, neon, argon, krypton,
Noble gases such as xenon, rare gas halides such as argon fluoride, krypton fluoride, xenon chloride and xenon fluoride, nitrogen gas which is an inert gas, hydrogen isotope gas (H 2 , D 2 , T 2 , HD, HT, DT; wherein H represents hydrogen, D represents deuterium, and T represents tritium.), Halogen gas such as fluorine, chlorine, bromine, or mercury vapor; Or a mixture of two or more.

【0033】特に、希ガス、希ガスハライド及び窒素ガ
スのうち少なくとも一種のガスと、水素同位体ガス、ハ
ロゲンガス及び水銀蒸気のうち少なくともいずれか一種
のガスとを含んで成る混合ガスを原料ガスとして用いる
と好適である。原料ガスがこのようなガス成分から成る
混合ガスであると、それらガス成分の種類、混合比、分
圧等によって発光スペクトル形状の異なる各種のエキシ
マ光を取り出すことが可能となる。したがって、各種の
用途に応じたエキシマ光を出力するエキシマランプ1を
得ることができる。
In particular, a mixed gas containing at least one of rare gas, rare gas halide and nitrogen gas and at least one of hydrogen isotope gas, halogen gas and mercury vapor is used as a raw material gas. It is suitable to use as. When the source gas is a mixed gas composed of such gas components, it becomes possible to extract various excimer lights having different emission spectrum shapes depending on the types, mixing ratios, partial pressures and the like of the gas components. Therefore, the excimer lamp 1 that outputs excimer light according to various uses can be obtained.

【0034】また、原料ガスとしてキセノンガスを用い
た場合に、内部圧力が好ましくは20〜100kPa、
より好ましくは25〜70kPaであると好適である。
ガス封入容器11内の原料ガスの内部圧力が極めて低い
と、原料ガス原子の濃度が非常に希薄となり、それら原
子間に作用する原子間力が弱すぎて十分な二量光子化が
起こらず、エキシマ分子が形成され難い。このような原
子の励起準位は量子化されて不連続であるため、発光ス
ペクトルは輝線スペクトルとなる。
When xenon gas is used as a source gas, the internal pressure is preferably 20 to 100 kPa,
More preferably, the pressure is 25 to 70 kPa.
When the internal pressure of the source gas in the gas enclosure 11 is extremely low, the concentration of the source gas atoms becomes extremely low, and the interatomic force acting between the atoms is too weak to cause sufficient dimerization, Excimer molecules are difficult to form. Since the excitation level of such an atom is quantized and discontinuous, the emission spectrum becomes a bright line spectrum.

【0035】一方、原料ガスの内部圧力が高められる
と、原子間力の作用により二量光子化が起こり、エキシ
マ分子が生成される。エキシマ分子の励起準位は、無限
遠点にある原子励起電位と2原子の結合電位との間で連
続的に変化するため、エキシマ分子の発光スペクトルは
連続スペクトルとなる。連続スペクトルにおけるピーク
波長は、原料ガスの内部圧力等により変動し、例えば、
内部圧力が低くなると、ピーク波長は短波長側へシフト
する。
On the other hand, when the internal pressure of the source gas is increased, dimerization occurs due to the action of the atomic force, and excimer molecules are generated. Since the excitation level of the excimer molecule changes continuously between the atomic excitation potential at the point at infinity and the bonding potential of two atoms, the emission spectrum of the excimer molecule is a continuous spectrum. The peak wavelength in the continuous spectrum fluctuates due to the internal pressure of the source gas and the like, for example,
As the internal pressure decreases, the peak wavelength shifts to shorter wavelengths.

【0036】そして、エキシマランプ1においては、キ
セノンガス(原料ガス)の内部圧力が20kPa未満で
あると、ピーク波長が紫外域よりも短波長側へシフトす
る傾向にあるものの、原子濃度の希薄化によりエキシマ
分子の生成量の低下が顕著となり、十分な発光強度のエ
キシマ光が得られなくなる。また、原子濃度が低下し、
原子による放電路の制限効果が有効に奏されず、安定な
グロー放電を得難くなる傾向にある。また、内部圧力が
20kPa未満であると、入力電力に対するエキシマ光
出力、すなわち変換効率が十分に高められない傾向にあ
る。
In the excimer lamp 1, when the internal pressure of the xenon gas (source gas) is less than 20 kPa, the peak wavelength tends to shift to a shorter wavelength side than the ultraviolet region, but the atomic concentration is reduced. As a result, the decrease in the amount of excimer molecules produced becomes remarkable, and excimer light having a sufficient emission intensity cannot be obtained. Also, the atomic concentration decreases,
The effect of restricting the discharge path by atoms is not effectively exerted, and it tends to be difficult to obtain a stable glow discharge. On the other hand, if the internal pressure is less than 20 kPa, the excimer light output with respect to the input power, that is, the conversion efficiency tends to be not sufficiently increased.

【0037】これに対し、原料ガスの内部圧力を増加さ
せていくと、安定したグロー放電を行い得る放電電流の
上限値が徐々に高まるので好ましい。これは、原料ガス
の濃度が高まることにより、放電電流が増大しても陰極
13の温度が上昇し難くなり、熱電子放出が起こる放電
電流のしきい値が高電流側に移行するためと推測され
る。また、内部圧力の上昇に伴い、放電電流の増加によ
る維持電圧が低下し難くなり、正規グロー放電が良好に
保たれる傾向にある。これらの観点からは、原料ガスの
内部圧力が高いほど好ましいと判断される。
On the other hand, it is preferable to increase the internal pressure of the source gas because the upper limit of the discharge current at which stable glow discharge can be performed gradually increases. This is presumed to be because the increase in the concentration of the raw material gas makes it difficult for the temperature of the cathode 13 to rise even when the discharge current increases, and the threshold value of the discharge current at which thermionic emission occurs shifts to the high current side. Is done. In addition, as the internal pressure increases, the sustain voltage due to the increase in the discharge current is less likely to decrease, and the normal glow discharge tends to be favorably maintained. From these viewpoints, it is determined that the higher the internal pressure of the source gas, the more preferable.

【0038】他方、キセノンガス(原料ガス)の内部圧
力が100kPaを超えると、原子間力の作用距離が極
めて狭められ、励起電位の低い状態での原子の二量光子
化が顕著となり、発光スペクトルのピーク波長が可視領
域又は赤外領域側へずれる傾向にある。その結果、紫外
光や真空紫外光の発光強度が低下するおそれがある。ま
た、原料ガスの原子密度が増大するので、放電路が狭め
られてエキシマ光の発光領域が縮小される傾向にある。
さらに、内部圧力が100kPaを超えると、エキシマ
光への変換効率の低下が顕著となる。また、変換効率を
高く維持する観点からは、原料ガスの内部圧力が25〜
70kPaであるとより好適である。
On the other hand, when the internal pressure of the xenon gas (source gas) exceeds 100 kPa, the working distance of the interatomic force is extremely narrowed, and the dimerization of atoms at a low excitation potential becomes remarkable, resulting in an emission spectrum. Tend to shift toward the visible or infrared region. As a result, the emission intensity of ultraviolet light or vacuum ultraviolet light may be reduced. In addition, since the atomic density of the source gas increases, the discharge path is narrowed, and the emission region of excimer light tends to be reduced.
Further, when the internal pressure exceeds 100 kPa, the conversion efficiency to excimer light is significantly reduced. In addition, from the viewpoint of maintaining high conversion efficiency, the internal pressure of the raw material gas is 25 to
More preferably, it is 70 kPa.

【0039】また、陰極13及び陽極14の導体表面に
金属化合物層が設けられているので、原料ガスにハロゲ
ンガス等の腐食性ガスが含まれていても、ハロゲンガス
が金属化合物層で遮断され、導体の金属原子とハロゲン
原子との接触が十分に抑制される。よって、電極の腐食
による寿命の短縮や、放電特性の悪化を十分に防止する
ことが可能となる。また、このような金属化合物層を陰
極13の表面に設けると、陰極13の仕事関数が低下し
て陰極13の電子放射特性を向上させることができる。
Further, since the metal compound layer is provided on the conductor surfaces of the cathode 13 and the anode 14, even if the raw material gas contains a corrosive gas such as a halogen gas, the halogen gas is blocked by the metal compound layer. In addition, the contact between the metal atoms of the conductor and the halogen atoms is sufficiently suppressed. Therefore, it is possible to sufficiently prevent the life from being shortened due to the corrosion of the electrode and to sufficiently prevent the deterioration of the discharge characteristics. Further, when such a metal compound layer is provided on the surface of the cathode 13, the work function of the cathode 13 is reduced, and the electron emission characteristics of the cathode 13 can be improved.

【0040】ここで、陰極13を形成する材料として
は、特に限定されるものではないが、例えば、モリブデ
ン、鉄、ニッケル、コバルト、銅、タングステン、アル
ミニウム、マンガン、クロム、白金、金等の金属、又は
炭素が挙げれら、また、それらの合金を用いてもよい。
また、陽極14を形成する材料も、上記の金属、それら
の合金、又は炭素を挙げることができる。そして、これ
ら材料から形成された陰極13及び/又は陽極14の表
面を被覆する金属化合物層の材料としては、腐食性ガス
に対する耐腐食性に優れたものが好適であり、例えば、
金属酸化物、例えば、酸化イットリウム(Y23)等が
挙げられる。
Here, the material for forming the cathode 13 is not particularly limited, and for example, a metal such as molybdenum, iron, nickel, cobalt, copper, tungsten, aluminum, manganese, chromium, platinum, gold, etc. , Or carbon, and alloys thereof may be used.
The material for forming the anode 14 can also include the above metals, their alloys, and carbon. As a material of the metal compound layer covering the surface of the cathode 13 and / or the anode 14 formed of these materials, a material having excellent corrosion resistance to corrosive gas is preferable.
Metal oxide, for example, yttrium oxide (Y 2 O 3 ) and the like can be given.

【0041】図2は、本発明による光源装置の第2実施
形態の構造を模式的に示す斜視図である。図2に示すエ
キシマランプ2は、光透過窓15に対向するガス封入容
器11の内面に、エキシマ光を反射することが可能な反
射部21が設けられたものであり、他の構成は図1に示
すエキシマランプ1と同様である。このように構成され
たエキシマランプ2によれば、ガス封入容器11の内部
で発生したエキシマ光の一部は、反射部21で反射さ
れ、光透過窓15からガス封入容器11の外部へ出射さ
れる。したがって、図1に示すエキシマランプ1に比し
て、エキシマ光の出力をより増大させることが可能とな
る。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing the structure of a light source device according to a second embodiment of the present invention. The excimer lamp 2 shown in FIG. 2 is provided with a reflecting portion 21 capable of reflecting excimer light on the inner surface of the gas sealing container 11 facing the light transmitting window 15. Is the same as the excimer lamp 1 shown in FIG. According to the excimer lamp 2 configured as described above, a part of the excimer light generated inside the gas sealing container 11 is reflected by the reflection part 21 and emitted from the light transmission window 15 to the outside of the gas sealing container 11. You. Therefore, the output of excimer light can be further increased as compared with the excimer lamp 1 shown in FIG.

【0042】また、反射部21は、中空円柱状を成すガ
ス封入容器11の内周壁に沿って設けられ、その内面が
凹曲面とされているため、反射したエキシマ光を光透過
窓15に対して集光する効率(集光効率)が、例えば反
射部が平面である場合に比べて向上される。よって、光
透過窓15から出射されるエキシマ光Lが一層増倍さ
れ、エキシマランプ2の出力を一層向上させることが可
能となる。
The reflecting portion 21 is provided along the inner peripheral wall of the gas-filled container 11 having a hollow columnar shape, and has a concave curved inner surface, so that the reflected excimer light is transmitted to the light transmitting window 15. The efficiency of light collection (light collection efficiency) is improved as compared with, for example, a case where the reflection portion is a flat surface. Therefore, the excimer light L emitted from the light transmission window 15 is further multiplied, and the output of the excimer lamp 2 can be further improved.

【0043】図3は、本発明による光源装置の第3実施
形態の構造を模式的に示す斜視図である。図3に示すエ
キシマランプ3は、光透過窓15の代わりに、エキシマ
光に対して透光性を有するとともに、エキシマ光の集光
機能を有する光学レンズ31(例えば、凸レンズ)を備
えたものである。このようなエキシマランプ3において
は、ガス封入容器11の内部で発生して光学レンズ31
に達したエキシマ光は、光学レンズ31で集光されて外
部へ出射される。よって、エキシマランプ3から出力さ
れるエキシマ光Lは、所定の焦点距離を以て集光される
ため、その集光部におけるエキシマ光Lのエネルギー密
度が極めて高められる。したがって、より強力なエキシ
マ光束が必要とされる光洗浄等の分野に極めて適したエ
キシマランプ3を得ることが可能となる。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing the structure of a third embodiment of the light source device according to the present invention. The excimer lamp 3 shown in FIG. 3 has an optical lens 31 (for example, a convex lens) having a light transmitting property for the excimer light and a function of condensing the excimer light, instead of the light transmitting window 15. is there. In such an excimer lamp 3, the optical lens 31 is generated inside the gas filled container 11.
Is reached by the optical lens 31 and is emitted to the outside. Therefore, since the excimer light L output from the excimer lamp 3 is condensed with a predetermined focal length, the energy density of the excimer light L at the condensing portion is extremely increased. Therefore, it is possible to obtain the excimer lamp 3 which is extremely suitable for the field of light cleaning or the like that requires a stronger excimer light flux.

【0044】図4は、本発明による光源装置の第4実施
形態の構造を模式的に示す斜視図であり、図4(a)は
光源装置の全体図であり、図4(b)は光源装置に用い
られる陰極を示す斜視図である。なお、図4(b)は、
図4(a)に示す陰極を上下逆さに見た状態を示す図で
ある。図4(a)に示すように、エキシマランプ4は、
ひとつの平板状の陰極43が、ガス封入容器11の内部
で、且つ、3つの陽極14の鉛直上方に対向して配置さ
れたものである。このようにエキシマランプ4において
は、ひとつの陰極43と3つの陽極14とで3対の電極
対が構成されている。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the structure of a light source device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is an overall view of the light source device, and FIG. 4 (b) is a light source. FIG. 3 is a perspective view showing a cathode used in the device. In addition, FIG.
It is a figure which shows the state which looked at the cathode shown in FIG. 4 (a) upside down. As shown in FIG. 4A, the excimer lamp 4 is
One flat cathode 43 is disposed inside the gas enclosure 11 and vertically above three anodes 14 so as to face each other. Thus, in the excimer lamp 4, one cathode 43 and three anodes 14 constitute three electrode pairs.

【0045】また、図4(b)に示す如く、陰極43の
平板部の陽極14に対向する面43S上には、突起状の
凸部43aが各陽極14のほぼ鉛直方向に対向する位置
に計3箇所設けられている。さらに、陰極43の面43
Sの面積をSc’とし、陽極14の面14Sの面積の合
計値をSa’とすると、Sc’とSa’との間には、好
ましくは下記式(2); Sc’>Sa’ …(2) に示す関係が成り立っている。
As shown in FIG. 4B, on the surface 43S of the flat plate portion of the cathode 43 facing the anode 14, a protruding projection 43a is provided at a position substantially facing the respective anodes 14 in the vertical direction. There are a total of three locations. Furthermore, the surface 43 of the cathode 43
Assuming that the area of S is Sc 'and the total area of the surface 14S of the anode 14 is Sa', the following formula (2) is preferably provided between Sc 'and Sa': Sc '>Sa' ... ( The relationship shown in 2) holds.

【0046】このような構成のエキシマランプ4では、
陰極43が複数の陽極14の対向電極を兼ねる共通電極
となっている。また、陰極43は平板状を成しており、
陰極を陽極と同数設置する場合に比して、陰極43と陽
極14との電極間隔を一定の距離とし易い。よって、電
極間隔の設定値とのズレが起こり難く、ある電極対に放
電が集中してしまうことを十分に防止できる。したがっ
て、各電極対によるグロー放電の放電路が確実に分離し
た状態で確保される。その結果、エキシマ光の発光効率
の低下を効果的に抑えることができる。
In the excimer lamp 4 having such a configuration,
The cathode 43 is a common electrode that also serves as a counter electrode for the plurality of anodes 14. Further, the cathode 43 has a flat plate shape,
In comparison with the case where the same number of cathodes are provided as the number of anodes, the electrode interval between the cathode 43 and the anode 14 can be easily set to a constant distance. Therefore, deviation from the set value of the electrode interval hardly occurs, and it is possible to sufficiently prevent the discharge from being concentrated on a certain electrode pair. Therefore, the discharge path of the glow discharge by each electrode pair is ensured in a separated state. As a result, a decrease in the luminous efficiency of the excimer light can be effectively suppressed.

【0047】また、陰極の設置数が削減されるので、陰
極の設置作業が簡易となり、また、エキシマランプ4の
構成も簡略化されるので、エキシマランプ4の生産性が
高められる。特に、エキシマランプ4では、複数の陰極
を直線上に並べる手間が省ける。しかも、陰極43の並
列方向Xのズレもないので、グロー放電の安定性をより
高めることが可能となる。
Further, since the number of cathodes to be installed is reduced, the work for installing the cathodes is simplified, and the configuration of the excimer lamp 4 is also simplified, so that the productivity of the excimer lamps 4 is increased. In particular, in the excimer lamp 4, the trouble of arranging a plurality of cathodes on a straight line can be omitted. Moreover, since there is no displacement of the cathode 43 in the parallel direction X, it is possible to further enhance the stability of the glow discharge.

【0048】さらに、陰極43の平板部の面43Sが実
質的な陰極となり、その面積Sc’を、陽極14の陰極
43に対向する面14Sの個々の面積(Sa)、更には
それらの合計値Sa’よりも大きくし易くなる。よっ
て、上記式(2)に示す関係が達成され易くなるので、
グロー放電の安定性が一層高められる。またさらに、陰
極43の面43S上に凸部43aが陽極14と同数形成
されているので、3対の電極対が明確に構成され、放電
の場所(3本の放電路)が規定される。よって、放電路
をより確実に分離させることができる。しかも、凸部4
3aが各陽極14のほぼ鉛直方向に対向しているため、
放電路がより一層確実に分離される。したがって、エキ
シマ光の発光効率の低下を十分に防止できる。
Further, the surface 43S of the flat plate portion of the cathode 43 serves as a substantial cathode, and its area Sc 'is determined by the individual area (Sa) of the surface 14S of the anode 14 facing the cathode 43, and the total value thereof. It becomes easier to make it larger than Sa '. Therefore, the relationship shown in the above equation (2) is easily achieved, so that
The stability of glow discharge is further enhanced. Furthermore, since the same number of protrusions 43a as the number of the anodes 14 are formed on the surface 43S of the cathode 43, three electrode pairs are clearly defined, and discharge locations (three discharge paths) are defined. Therefore, the discharge paths can be more reliably separated. Moreover, the convex portion 4
3a is almost vertically opposed to each anode 14,
The discharge path is more reliably separated. Therefore, a decrease in the luminous efficiency of the excimer light can be sufficiently prevented.

【0049】図5は、本発明による光源装置の第5実施
形態の構造を模式的に示す斜視図である。図5に示すエ
キシマランプ5は、上記図4に示すエキシマランプ4の
ガス封入容器11の内面に、先に説明した図2に示すエ
キシマランプ2を構成する反射部21を同様の位置に設
けたものであり、エキシマランプ2の特徴である高出力
特性と、エキシマランプ4の特徴である高安定性及び高
生産性とを併せ持つものである。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing the structure of a fifth embodiment of the light source device according to the present invention. The excimer lamp 5 shown in FIG. 5 is provided with the above-described reflecting portion 21 constituting the excimer lamp 2 shown in FIG. 2 at the same position on the inner surface of the gas sealing container 11 of the excimer lamp 4 shown in FIG. The excimer lamp 2 has high output characteristics and high excimer lamp 4 characteristics such as high stability and high productivity.

【0050】また、図6は、本発明による光源装置の第
6実施形態の構造を模式的に示す斜視図である。図6に
示すエキシマランプ6(光源装置)は、図4に示すエキ
シマランプ4の光透過窓15の代わりに、先に説明した
図3に示すエキシマランプ3を構成する光学レンズ31
と同じものを設けたものであり、エキシマランプ3の特
徴であるエキシマ光Lの集光特性と、エキシマランプ4
の特徴である高安定性及び高生産性とを併せ持つもので
ある。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing the structure of a light source device according to a sixth embodiment of the present invention. The excimer lamp 6 (light source device) shown in FIG. 6 is an optical lens 31 constituting the above-described excimer lamp 3 shown in FIG. 3 instead of the light transmission window 15 of the excimer lamp 4 shown in FIG.
The excimer lamp 4 is provided with the same condensing characteristic of the excimer light L,
It has both high stability and high productivity, which are characteristics of the above.

【0051】図7は、本発明による光源装置の第7実施
形態の構成を示す概略構成図である。図7に示すエキシ
マ光源装置10(光源装置)は、上述したエキシマラン
プ1を構成要素としたものであり、エキシマランプ1の
陰極13と陽極14とで構成される各電極対に、直流電
源HV1(電源)がそれぞれ接続されて成るものであ
る。また、直流電源HV1と陽極14との間には、陽極
14側から順に制限抵抗R1、補正抵抗R2及びダイオ
ードD1が接続されている。このように、制限抵抗R1
及び補正抵抗R2から抵抗回路が構成されている。ま
た、各電極対を含む回路には、始動スイッチSW1,S
W2と配線を介して始動回路7が接続されている。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a seventh embodiment of the light source device according to the present invention. An excimer light source device 10 (light source device) shown in FIG. 7 includes the above-described excimer lamp 1 as a component, and a DC power supply HV1 is applied to each electrode pair including a cathode 13 and an anode 14 of the excimer lamp 1. (Power supplies) are connected to each other. A limiting resistor R1, a correction resistor R2, and a diode D1 are connected between the DC power supply HV1 and the anode 14 in this order from the anode 14 side. Thus, the limiting resistor R1
And the correction resistor R2 constitute a resistor circuit. The circuits including the respective electrode pairs include start switches SW1, S
The starting circuit 7 is connected to W2 via wiring.

【0052】このように構成されたエキシマ光源装置1
0においては、直流電源HV1から電極対に直流電圧が
印加された状態で、所定の電極対に対して始動スイッチ
SW1,SW2が閉じられ、始動回路7からの始動信号
(例えば、開放電圧以上のトリガ電圧、高周波電界又は
磁界の印加)によって放電が開始される。一旦放電が開
始されると、電極間には、直流電源HV1による印加電
圧、ダイオードD1、制限抵抗R1の抵抗値、補正抵抗
R2の抵抗値、エキシマランプ1の構造又は形状、陰極
13と陽極14との電極間隔、陰極13の面積、陽極1
4の面積、原料ガスの種類、原料ガスの内部圧力等で定
まる放電電流が流れ、グロー放電が維持される。
Excimer light source device 1 configured as described above
0, the start switches SW1 and SW2 are closed for a predetermined pair of electrodes while a DC voltage is applied from the DC power supply HV1 to the pair of electrodes, and a start signal from the start circuit 7 (for example, an open voltage or more). The discharge is started by trigger voltage, application of high frequency electric field or magnetic field). Once the discharge is started, the voltage applied by the DC power supply HV1, the resistance of the diode D1, the resistance of the limiting resistor R1, the resistance of the correction resistor R2, the structure or shape of the excimer lamp 1, the cathode 13 and the anode 14 Between the electrodes, the area of the cathode 13, the anode 1
A discharge current determined by the area 4, the type of the source gas, the internal pressure of the source gas, and the like flows, and the glow discharge is maintained.

【0053】このエキシマ光源装置10では、グロー放
電を安定に維持し得る放電電流となるように上記条件が
設定されている。このとき、電極間に流れる放電電流
は、mAオーダーであり、最大電圧が数百V程度の直流
電源HV1と上記抵抗回路により、その放電電流を安定
に得ることが可能となる。言い替えれば、抵抗回路を用
いることにより、グロー放電が安定に維持される程度の
良好な範囲に放電電流を制限することができる。一方、
ダイオードD1は、電流の逆流を防止するものであっ
て、これにより放電電流の制限手段として機能する。よ
って、これら電流制限手段を設けることにより、グロー
放電を一層安定に維持することが可能になるとともに、
電極対毎に独立したグロー放電の放電路を確実に分離で
きる。
In the excimer light source device 10, the above conditions are set so that the discharge current is such that the glow discharge can be stably maintained. At this time, the discharge current flowing between the electrodes is on the order of mA, and the discharge current can be stably obtained by the DC power supply HV1 having a maximum voltage of about several hundred volts and the resistor circuit. In other words, by using the resistor circuit, the discharge current can be limited to a good range in which the glow discharge is stably maintained. on the other hand,
The diode D1 prevents a backflow of current, and thereby functions as a discharge current limiting unit. Therefore, by providing these current limiting means, it becomes possible to maintain the glow discharge more stably,
Independent glow discharge paths can be reliably separated for each electrode pair.

【0054】ここで、直流電源HV1としては、定電圧
電源でもよいし、定電流電源を用いてもよい。定電圧電
源を用いた場合には、放電時の電圧降下による電圧変動
が補償され、その際の電流変化は補正抵抗R2によって
補正され得る。一方、定電流電源を用いる場合も同様、
補正抵抗R2により電圧変動が補償される。
Here, the DC power supply HV1 may be a constant voltage power supply or a constant current power supply. When a constant voltage power supply is used, a voltage change due to a voltage drop during discharging is compensated, and a current change at that time can be corrected by the correction resistor R2. On the other hand, when using a constant current power supply,
The voltage fluctuation is compensated by the correction resistor R2.

【0055】ところで、上記放電電流は、上記のよう
に、複数の条件が相互に且つ複雑に影響を及ぼし合って
決定されるものであるが、原料ガスとしてキセノンガス
を用いた場合には次のようにすると好適である。すなわ
ち、キセノンガスの内部圧力が好ましくは20〜100
kPa、より好ましくは25〜70kPaのとき、放電
電流が好ましくは1〜15mA、より好ましくは1〜1
0mAとなるようにすると、エキシマ光が高出力且つ高
変換効率で得られる傾向にある。放電電流がこのような
範囲にあると、放電電流の増加に伴ってエキシマ光の出
力がほぼ直線的に増加し、この間の維持電圧はほぼ一定
の値に保持される。よって、定電圧特性が実現され、正
規グロー放電が良好に維持されると考えられる。
As described above, the discharge current is determined by affecting a plurality of conditions mutually and in a complicated manner. When xenon gas is used as a raw material gas, the following discharge current is obtained. This is preferable. That is, the internal pressure of the xenon gas is preferably 20 to 100.
kPa, more preferably 25 to 70 kPa, the discharge current is preferably 1 to 15 mA, more preferably 1 to 1 mA.
At 0 mA, excimer light tends to be obtained with high output and high conversion efficiency. When the discharge current is in such a range, the output of the excimer light increases almost linearly with an increase in the discharge current, and the sustain voltage during this time is maintained at a substantially constant value. Therefore, it is considered that the constant voltage characteristics are realized and the normal glow discharge is favorably maintained.

【0056】この放電電流が1mA未満であると、エキ
シマ光の出力が十分に高められない傾向にある。一方、
放電電流が15mAを超えると、維持電圧の低下が顕著
となり、放電が異常グロー放電を経てアーク放電に移行
する傾向にある。その結果、エキシマ光の出力が飽和状
態となり、入力電力に対するエキシマ光への変換効率の
低下が顕著となるおそれがある。また、直流電源HV1
の最大電圧は150V以上であることが好ましい。この
とき、制限抵抗R1及び補正抵抗R2から構成される抵
抗回路の抵抗値としては、1kΩ以上であることが好ま
しい。この直流電圧の最大値が150V未満であり、抵
抗回路の抵抗値が1kΩ未満であると、上記好適な放電
電流を安定に得ることが困難となる傾向にある。
If the discharge current is less than 1 mA, the output of excimer light tends not to be sufficiently increased. on the other hand,
When the discharge current exceeds 15 mA, the drop in the sustain voltage becomes remarkable, and the discharge tends to shift to arc discharge through abnormal glow discharge. As a result, the output of the excimer light becomes saturated, and there is a possibility that the conversion efficiency of the excimer light into excimer light is significantly reduced. In addition, the DC power supply HV1
Is preferably 150 V or more. At this time, it is preferable that the resistance value of the resistance circuit including the limiting resistor R1 and the correction resistor R2 is 1 kΩ or more. If the maximum value of the DC voltage is less than 150 V and the resistance value of the resistor circuit is less than 1 kΩ, it tends to be difficult to stably obtain the suitable discharge current.

【0057】図8は、本発明による光源装置の第8実施
形態の構成を示す概略構成図である。図8に示すエキシ
マ光源装置20(光源装置)は、上記制限抵抗R1及び
補正抵抗R2を陰極13と直流電源HV1との間に接続
し、陽極14と直流電源HV1との間にダイオードD1
を接続したこと以外は、図7に示すエキシマ光源装置1
0と同様の構成を有している。このように構成されたエ
キシマ光源装置20においても、エキシマ光源装置10
と同様に、放電電流を好適な範囲に制限し、各電極対に
よるグロー放電の安定化を図ることが可能である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing the configuration of an eighth embodiment of the light source device according to the present invention. In the excimer light source device 20 (light source device) shown in FIG. 8, the limiting resistor R1 and the correction resistor R2 are connected between the cathode 13 and the DC power supply HV1, and the diode D1 is connected between the anode 14 and the DC power supply HV1.
Excimer light source device 1 shown in FIG.
0 has the same configuration. In the excimer light source device 20 thus configured, the excimer light source device 10
Similarly to the above, it is possible to limit the discharge current to a suitable range and stabilize the glow discharge by each electrode pair.

【0058】図9は、本発明による光源装置の第9実施
形態の構成を示す概略構成図である。図9に示すエキシ
マ光源装置30(光源装置)は、直流電源HV1として
パルス発生回路Pを有するものを備えており、この直流
電源HV1によって、エキシマランプ1の各電極対にパ
ルス電圧が印加される。このようなエキシマ光源装置3
0によれば、電極対に印加される電圧がパルス状である
ため、電極対への電圧の印加がパルス動作となり、電圧
を連続的に印加する連続動作に比して、エキシマ光の発
光効率及びピーク出力が高められる。したがって、エキ
シマランプ1からのエキシマ光の出力を格別に向上させ
ることができる。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing the configuration of a ninth embodiment of the light source device according to the present invention. The excimer light source device 30 (light source device) shown in FIG. 9 includes a device having a pulse generation circuit P as the DC power supply HV1, and a pulse voltage is applied to each electrode pair of the excimer lamp 1 by the DC power supply HV1. . Such excimer light source device 3
According to 0, since the voltage applied to the electrode pair is pulse-shaped, the application of the voltage to the electrode pair is a pulse operation, and the luminous efficiency of excimer light is higher than the continuous operation of continuously applying the voltage. And the peak power is increased. Therefore, the output of excimer light from the excimer lamp 1 can be particularly improved.

【0059】図10は、本発明による光源装置の第10
実施形態の構成を示す概略構成図である。図10に示す
エキシマ光源装置40(光源装置)は、これまで説明し
たエキシマ光源装置10,20,30とは、電源が異な
るものであり、電源として交流電源HV2(電源)が各
電極対にそれぞれ接続されたものである。電極は、交流
電源HV2の周波数に応じて陰極13と陽極14とが交
互に入れ替わり(図中13,14と示す)、電極間に印
加される電場もその周波数に応じて変化する。よって、
電場の方向が周期的に変化することを除けば、上述した
エキシマ光源装置30のパルス動作と同様の作用が奏さ
れ、エキシマランプ1からのエキシマ光の出力が格段に
高められる。このとき、電極対には高周波電界が印加さ
れるものの、内部電極による有電極放電であるので、従
来の誘電体バリア放電を用いたエキシマランプのような
強力な高周波ノイズが発生するおそれは殆どない。
FIG. 10 shows a tenth embodiment of the light source device according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing the composition of an embodiment. The excimer light source device 40 (light source device) shown in FIG. 10 is different from the excimer light source devices 10, 20, and 30 described above in power supply, and an AC power supply HV2 (power supply) is provided for each electrode pair as a power supply. Connected. The electrodes alternate between the cathode 13 and the anode 14 in accordance with the frequency of the AC power supply HV2 (indicated by reference numerals 13 and 14 in the figure), and the electric field applied between the electrodes also changes in accordance with the frequency. Therefore,
Except that the direction of the electric field periodically changes, the same operation as the above-described pulse operation of the excimer light source device 30 is performed, and the output of the excimer light from the excimer lamp 1 is significantly increased. At this time, although a high-frequency electric field is applied to the electrode pair, since there is an electrode discharge by the internal electrodes, there is almost no possibility that strong high-frequency noise is generated unlike an excimer lamp using a conventional dielectric barrier discharge. .

【0060】図11は、本発明による光源装置の第11
実施形態の構成を示す概略構成図である。図11に示す
エキシマ光源装置50(光源装置)は、先に述べた図4
に示すエキシマランプ4を備えるものである。基本的な
回路構成は図7に示すエキシマ光源装置10と同様であ
るが、共通電極である陰極43と直流電源HV1との間
に始動スイッチSW2を介さないで始動回路7が接続さ
れている点において、エキシマ光源装置10と異なって
いる。
FIG. 11 shows an eleventh embodiment of the light source device according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing the composition of an embodiment. The excimer light source device 50 (light source device) shown in FIG.
The excimer lamp 4 shown in FIG. The basic circuit configuration is the same as that of the excimer light source device 10 shown in FIG. 7, except that the starting circuit 7 is connected between the cathode 43, which is a common electrode, and the DC power supply HV1 without using the starting switch SW2. Is different from the excimer light source device 10.

【0061】このような構成のエキシマ光源装置50に
よっても、エキシマ光源装置10と同様に、放電電流の
良好な制御による安定したグロー放電を維持することが
可能である。また、エキシマランプ4を用いているの
で、電極間隔のズレや陰極の並列方向Xのズレがなく、
グロー放電の安定性をより高めることが可能となる。さ
らに、陰極43側に始動スイッチが必要ないので、構成
の簡略化が図られる。したがって、部品点数が削減さ
れ、且つ、生産性に優れるエキシマランプ4を使用して
いるので、エキシマ光源装置50の生産性を向上でき
る。
With the excimer light source device 50 having such a configuration, it is possible to maintain a stable glow discharge by good control of the discharge current, similarly to the excimer light source device 10. In addition, since the excimer lamp 4 is used, there is no displacement between the electrodes and no displacement in the parallel direction X of the cathode.
It is possible to further enhance the stability of glow discharge. Further, since a start switch is not required on the cathode 43 side, the configuration can be simplified. Therefore, since the number of parts is reduced and the excimer lamp 4 having excellent productivity is used, the productivity of the excimer light source device 50 can be improved.

【0062】図12は、本発明による光源装置の第12
実施形態の構成を示す概略構成図である。図12に示す
エキシマ光源装置60(光源装置)は、制限抵抗R1及
び補正抵抗R2を陰極43と直流電源HV1の間に接続
し、陽極14と直流電源HV1との間にダイオードD1
を接続したこと以外は、図11に示すエキシマ光源装置
50と同様の構成を有している。このように構成された
エキシマ光源装置20においても、エキシマ光源装置5
0と同様に、放電電流を好適な範囲に制限し、各電極対
によるグロー放電の安定化が図られ、且つ、生産性を向
上させることが可能である。
FIG. 12 shows a twelfth embodiment of the light source device according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing the composition of an embodiment. The excimer light source device 60 (light source device) shown in FIG. 12 has a limiting resistor R1 and a correction resistor R2 connected between the cathode 43 and the DC power supply HV1, and a diode D1 between the anode 14 and the DC power supply HV1.
Has the same configuration as the excimer light source device 50 shown in FIG. In the excimer light source device 20 thus configured, the excimer light source device 5
Similarly to the case of 0, the discharge current is limited to a suitable range, the glow discharge is stabilized by each electrode pair, and the productivity can be improved.

【0063】図13は、本発明による光源装置の第13
実施形態の構成を示す概略構成図である。図13に示す
エキシマ光源装置70(光源装置)は、ひとつの直流電
源HV1に複数の電極対を並列接続したものであり、エ
キシマランプとしては、図1に示すエキシマランプ1を
用いている。このように構成されたエキシマ光源装置7
0によれば、共通電極としての陰極43を備えた上述の
エキシマ光源装置50,60におけるのと同様に、陰極
13と直流電源HV1との間に始動スイッチを設ける必
要がなく、部品点数の削減による構成の簡略化が図られ
る。また、このエキシマ光源装置70においては、例え
ば、図7に示すエキシマ光源装置10のように各電極対
に個別に直流電源HV1が接続された場合に比して、直
流電源HV1を単一とすることができるので、装置構成
を更に簡略化することができる。
FIG. 13 shows a thirteenth embodiment of the light source device according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing the composition of an embodiment. An excimer light source device 70 (light source device) shown in FIG. 13 has a plurality of electrode pairs connected in parallel to one DC power supply HV1, and the excimer lamp 1 shown in FIG. 1 is used as the excimer lamp. Excimer light source device 7 thus configured
0, it is not necessary to provide a start switch between the cathode 13 and the DC power supply HV1, as in the above-described excimer light source devices 50 and 60 having the cathode 43 as a common electrode, and the number of parts is reduced. Is simplified. Further, in the excimer light source device 70, the DC power supply HV1 is single as compared with the case where the DC power supply HV1 is individually connected to each electrode pair as in, for example, the excimer light source device 10 shown in FIG. Therefore, the device configuration can be further simplified.

【0064】図14は、本発明による光源装置の第14
実施形態の構造の一部を模式的に示す斜視図である。ま
た、図15は、本発明による光源装置の第14実施形態
の構成を示す概略構成図である。図15に示すように、
エキシマ光源装置80(光源装置)は、エキシマランプ
として図14に示すエキシマランプ8(光源装置)を用
いたものである。このエキシマランプ8に備わる陰極及
び陽極は、それぞれ二種類(陰極131,132及び陽
極141,142)あり、陽極141,142に異なる
抵抗値を示す制限抵抗R1,R3、及び異なる抵抗値を
示す補正抵抗R2,R4が接続されたものである。直流
電源HV1、ダイオードD1、及び始動回路7の接続位
置は、図7に示すエキシマ光源装置10と同様である。
FIG. 14 shows a fourteenth embodiment of the light source device according to the present invention.
It is a perspective view which shows a part of structure of embodiment. FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a fourteenth embodiment of the light source device according to the present invention. As shown in FIG.
The excimer light source device 80 (light source device) uses an excimer lamp 8 (light source device) shown in FIG. 14 as an excimer lamp. The excimer lamp 8 has two types of cathodes and anodes (cathodes 131, 132 and anodes 141, 142). The anodes 141, 142 have limiting resistances R1, R3 indicating different resistance values, and correction indicating different resistance values. The resistors R2 and R4 are connected. The connection positions of the DC power supply HV1, the diode D1, and the starting circuit 7 are the same as those of the excimer light source device 10 shown in FIG.

【0065】また、エキシマランプ8は、図14に示す
ように、並列配置された3対の電極対のうち、中央の電
極対を構成する陰極132と陽極142との電極間隔
が、両側に配置された電極対を構成する陰極131と陽
極141との電極間隔に比して狭くされている。他の構
成は、図1に示すエキシマランプ1と同様である。さら
に、上記の制限抵抗R3及び補正抵抗R4で構成される
抵抗回路は、制限抵抗R1及び補正抵抗R2で構成され
る抵抗回路に比して、抵抗値が大きくされている。
As shown in FIG. 14, in the excimer lamp 8, the electrode interval between the cathode 132 and the anode 142 constituting the central electrode pair is arranged on both sides of the three electrode pairs arranged in parallel. It is narrower than the electrode interval between the cathode 131 and the anode 141 constituting the electrode pair. Other configurations are the same as those of the excimer lamp 1 shown in FIG. Further, the resistance circuit composed of the limiting resistor R3 and the correction resistor R4 has a larger resistance value than the resistance circuit composed of the limiting resistor R1 and the correction resistor R2.

【0066】このように構成されたエキシマ光源装置8
0によれば、エキシマランプ8における陰極132及び
陽極142で構成される電極対の電極間隔が、他の電極
対よりも狭いので、この電極対によるグロー放電は、他
の電極対よりも低い印加電圧で始動し得る。こうなる
と、この電極対の周辺がグロー放電によって電離状態と
なり、その電極対の近傍にある他の電極対の始動性が高
められ、結果として、他の電極の始動電圧を低下させる
ことができる。したがって、エキシマランプ8ひいては
エキシマ光源装置80の始動性を向上させることができ
る。
The excimer light source device 8 configured as described above
According to 0, since the electrode interval of the electrode pair formed by the cathode 132 and the anode 142 in the excimer lamp 8 is narrower than the other electrode pairs, the glow discharge by this electrode pair is lower than that of the other electrode pairs. Can start with voltage. In this case, the periphery of the electrode pair is ionized by the glow discharge, and the startability of another electrode pair in the vicinity of the electrode pair is enhanced, and as a result, the starting voltage of the other electrode can be reduced. Therefore, the startability of the excimer lamp 8 and the excimer light source device 80 can be improved.

【0067】図16は、本発明による光源装置の第15
実施形態の構成を示す概略構成図である。図16に示す
エキシマ光源装置90(光源装置)は、図1に示すエキ
シマランプ1のガス封入容器11に、配管91a,91
b,91c,95が接続され、それらの配管にそれぞれ
原料ガスボンベ92a,92b,92c及びオフガス回
収容器96が接続されたものである。原料ガスボンベ9
2a,92b,92cには、それぞれ異なる種類の原料
ガスが加圧充填されている。また、配管91a,91
b,91cには開閉弁93a,93b,93cがそれぞ
れ設けられており、配管95には、ポンプ98と、その
ポンプ98の上流及び下流に開閉弁97a,97bとが
それぞれ設けられている。また、開閉弁93a,93
b,93c,97a,97bは、これらの開閉を制御す
るための制御装置94に電気的に接続されている。
FIG. 16 shows a fifteenth embodiment of the light source device according to the present invention.
It is a schematic structure figure showing the composition of an embodiment. An excimer light source device 90 (light source device) shown in FIG. 16 includes pipes 91 a and 91 in the gas filled container 11 of the excimer lamp 1 shown in FIG.
b, 91c, and 95 are connected, and the raw material gas cylinders 92a, 92b, and 92c and the off-gas recovery container 96 are connected to those pipes, respectively. Raw material gas cylinder 9
2a, 92b and 92c are filled with different types of source gases under pressure. Also, the pipes 91a, 91
On and off valves 93a, 93b and 93c are provided on b and 91c, respectively. A pump 98 and on / off valves 97a and 97b are provided on the pipe 95 upstream and downstream of the pump 98, respectively. Also, the on-off valves 93a, 93
b, 93c, 97a, and 97b are electrically connected to a control device 94 for controlling the opening and closing of these.

【0068】このように構成されたエキシマ光源装置9
0において、ガス封入容器11内に原料ガスを封入する
手順としては、例えば、次に示す方法が挙げられる。ま
ず、開閉弁97a,97bを開いた状態でポンプ98を
運転し、エキシマランプ1のガス封入容器11の内部を
排気する。ガス封入容器11から排出されたガスは、オ
フガス回収容器に収容される。次に、開閉弁97a,9
7bを閉じた後、開閉弁93a,93b,93cを開
き、各原料ガスを原料ガスボンベ92a,92b,92
cから、配管91a,91b,91cを通してガス封入
容器11へ充填し、開閉弁93a,93b,93cを閉
じる。これら開閉弁93a,93b,93c,97a,
97bの開閉は制御装置94からの開閉信号によって行
われる。このように、配管91a,91b,91c、原
料ガスボンベ92a,92b,92c、及び開閉弁93
a,93b,93cにより原料ガスの供給手段が構成さ
れており、また、配管95、開閉弁97a,97b、及
びポンプ98により排出手段が構成されている。
The excimer light source device 9 configured as described above
In step 0, as a procedure for sealing the raw material gas in the gas sealing container 11, for example, the following method can be mentioned. First, the pump 98 is operated with the on-off valves 97a and 97b open, and the inside of the gas enclosure 11 of the excimer lamp 1 is evacuated. The gas discharged from the gas filling container 11 is stored in an off-gas recovery container. Next, the on-off valves 97a, 9
After closing 7b, the open / close valves 93a, 93b, 93c are opened, and the respective source gases are supplied to the source gas cylinders 92a, 92b, 92b.
From c, the gas is charged into the gas filled container 11 through the pipes 91a, 91b, 91c, and the on-off valves 93a, 93b, 93c are closed. These on-off valves 93a, 93b, 93c, 97a,
The opening and closing of 97 b is performed by an opening and closing signal from the control device 94. Thus, the pipes 91a, 91b, 91c, the raw material gas cylinders 92a, 92b, 92c, and the on-off valve 93
A, 93b, and 93c constitute a source gas supply means, and a pipe 95, open / close valves 97a and 97b, and a pump 98 constitute a discharge means.

【0069】そして、上記の操作を繰り返し、開閉弁9
3a,93b,93cの開閉量や開閉時間等を調節した
り、原料ガスボンベ92a,92b,92cの種類を変
更することにより、ガス封入容器11に封入する混合ガ
スの成分及び濃度を適宜調整することが可能となる。こ
のように、エキシマ光源装置90によれば、ガス封入容
器11内の原料ガスの入れ替えが可能であり、所望の混
合ガスから成る原料ガスをエキシマランプ1に封入する
ことができる。したがって、ひとつのエキシマ光源装置
90によって各種用途に応じた発光スペクトルのエキシ
マ光を取り出すことが可能となる。
Then, the above operation is repeated, and the on-off valve 9 is opened.
By adjusting the opening / closing amount and opening / closing time of the 3a, 93b, 93c, and changing the type of the raw material gas cylinders 92a, 92b, 92c, the components and concentrations of the mixed gas sealed in the gas sealing container 11 are appropriately adjusted. Becomes possible. As described above, according to the excimer light source device 90, the source gas in the gas sealing container 11 can be replaced, and the source gas composed of a desired mixed gas can be sealed in the excimer lamp 1. Therefore, one excimer light source device 90 can extract excimer light having an emission spectrum corresponding to various uses.

【0070】なお、上述した各実施形態においては、電
極対は3対に限られるものではなく、2対であってもよ
いし、4対以上であっても構わない。また、陰極13及
び陽極14の形状は棒状(円柱状)でなくともよく、角
柱状であってもよい。さらに、陰極13及び陽極14
は、互いの先端部が対向するように設置されていれば、
折れ曲がり部を有していてもよい。またさらに、陰極4
3は陽極14に対向する面43Sを有していれば、全体
の形状は単純平板に限られるものではなく、折返し構造
(又は折れ曲がり部)を有するものとしてもよい。この
場合、陰極43の表面積が大きくなって温度上昇が抑え
られるため、放電のアーク化が十分に抑えられる。さら
にまた、ガス封入容器11は円柱状でなくともよく、角
柱状であってもよいし、枝管等を有していてもよい。そ
して、ガス封入容器11全体を石英管(石英バルブ)と
しても好適である。
In each of the above embodiments, the number of electrode pairs is not limited to three, but may be two or four or more. Further, the shapes of the cathode 13 and the anode 14 need not be rod-shaped (column-shaped), but may be prism-shaped. Further, a cathode 13 and an anode 14
Is installed so that their tips face each other,
It may have a bent part. Furthermore, the cathode 4
As long as 3 has a surface 43S facing the anode 14, the overall shape is not limited to a simple flat plate, but may have a folded structure (or a bent portion). In this case, since the surface area of the cathode 43 is increased and the temperature rise is suppressed, arcing of the discharge is sufficiently suppressed. Furthermore, the gas sealing container 11 does not have to be cylindrical, may be prismatic, and may have a branch pipe or the like. Further, the entire gas sealed container 11 is also suitable as a quartz tube (quartz bulb).

【0071】また、光透過窓15及び光学レンズ31を
ガス封入容器11の外壁(側壁)から外部へ突出するよ
うに設けずに、側壁の一部を構成するように設けてもよ
く、封体を上記石英管とすれば、石英管の側壁の一部を
光出射部とすることができる。さらに、反射部21とし
ては、エキシマ光の反射率が高い反射コーティングをガ
ス封入容器11の内面に施したものとしてもよい。また
さらに、反射部21はガス封入容器11の内面と接触し
ていなくともよい。さらにまた、エキシマ光源装置90
の制御装置94は必ずしも必要なく、開閉弁の操作を手
動で行っても構わない。加えて、光学レンズ31として
は、凸レンズ以外に、凹レンズ、シリンドリカルレン
ズ、フライアイレンズ等としてもよく、用途に応じた形
状及び焦点距離等の光学条件を備えたレンズを適宜選択
することが可能であり、それらを単独で又は複数組み合
わせて用いることができる。
Further, the light transmission window 15 and the optical lens 31 may be provided so as to form a part of the side wall without being provided so as to protrude from the outer wall (side wall) of the gas sealing container 11 to the outside. Is the above-mentioned quartz tube, a part of the side wall of the quartz tube can be used as a light emitting portion. Further, the reflecting portion 21 may be such that a reflective coating having high excimer light reflectance is applied to the inner surface of the gas sealing container 11. Further, the reflecting portion 21 may not be in contact with the inner surface of the gas filled container 11. Furthermore, the excimer light source device 90
Is not always necessary, and the operation of the on-off valve may be performed manually. In addition, in addition to the convex lens, the optical lens 31 may be a concave lens, a cylindrical lens, a fly-eye lens, or the like, and a lens having optical conditions such as a shape and a focal length according to the use can be appropriately selected. Yes, they can be used alone or in combination.

【0072】また、陰極及び/又は陽極の構造をヒート
パイプ構造として、陰極及び/又は陽極を積極的に冷却
しても好ましい。このようにすれば、電極の温度上昇が
更に抑えられ、放電のアーク化を一層抑えることができ
る。さらに、複数の電極対のうち、一部のみを始動させ
てグロー放電を起こしてもよい。こうすれば、調光効果
を得ることができ、駆動させる電極対の数量や、駆動さ
せる電極対の位置を適宜選択することにより、所望のエ
キシマ光の照射密度を得ることができる。またさらに、
動作中にグロー放電が行われていない電極対を含む回路
(つまり不点灯回路)を検出する自己診断機能を有し、
再始動を行うことが可能な手段を備えると好適である。
このような手段が設けられると、光源装置の信頼性を向
上させることができる。この場合、始動回路7がこのよ
うな自己診断機能を有していてもよい。またさらに、原
料ガスに消光ガス(クエンチガス)や発光促進ガス等の
ガス成分を添加してもよい。
It is also preferable that the structure of the cathode and / or the anode is a heat pipe structure and the cathode and / or the anode are cooled actively. By doing so, the temperature rise of the electrode is further suppressed, and arcing of the discharge can be further suppressed. Further, only a part of the plurality of electrode pairs may be started to cause glow discharge. In this way, a dimming effect can be obtained, and a desired excimer light irradiation density can be obtained by appropriately selecting the number of electrode pairs to be driven and the position of the driven electrode pairs. In addition,
A self-diagnosis function for detecting a circuit including an electrode pair for which glow discharge is not performed during operation (that is, a non-lighting circuit);
It is preferable to provide a unit capable of restarting.
With the provision of such means, the reliability of the light source device can be improved. In this case, the starting circuit 7 may have such a self-diagnosis function. Further, a gas component such as a quenching gas (quenching gas) or a luminescence promoting gas may be added to the source gas.

【0073】そして、本発明による光源装置の好適な用
途としては、エキシマ光を用いた各種化学反応による化
合物合成又は分解、半導体露光用光源、生物化学用光メ
ス、宇宙化学分野のソーラーシミュレーションにおける
光源等が挙げられる。
The light source device according to the present invention is preferably used for compound synthesis or decomposition by various chemical reactions using excimer light, a light source for semiconductor exposure, a light knife for biochemistry, a light source for solar simulation in the field of space chemistry. And the like.

【0074】[0074]

【実施例】以下、実施例により本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

【0075】〈実施例1〉陰極として幅3mm×長さ
3.2mm×厚さ0.15mmのモリブデン板を1枚用
い、陽極として直径1.0mmφのニッケルピンを3本
用い、光出射部を形成する光透過窓として厚さ1mmの
合成石英板を用い、この封体の内部に、原料ガスとして
のキセノンガスを、内部圧力が700torr(93.
3kPa)となるように封入して図4に示すエキシマラ
ンプ4を作製した。なお、陰極と陽極との間隔(電極間
隔)は3mmとした。このエキシマランプ4の電極に定
電圧電源から直流電圧を印加したところ、各電極対によ
るグロー放電が開始され、3本の放電路が分離した状態
で維持されることを目視で確認した。
Example 1 One molybdenum plate 3 mm wide × 3.2 mm long × 0.15 mm thick was used as a cathode, three nickel pins 1.0 mm in diameter were used as an anode, and a light emitting portion was used. A synthetic quartz plate having a thickness of 1 mm is used as a light transmitting window to be formed. Xenon gas as a raw material gas is supplied inside the sealed body at an internal pressure of 700 torr (93.
3 kPa) to produce an excimer lamp 4 shown in FIG. The distance between the cathode and the anode (electrode distance) was 3 mm. When a DC voltage was applied to the electrodes of the excimer lamp 4 from a constant voltage power supply, glow discharge was started by each electrode pair, and it was visually confirmed that three discharge paths were maintained in a separated state.

【0076】〈分光スペクトル測定〉上記実施例1で得
たエキシマランプ4の電極間に流れる放電電流を3mA
としてグロー放電させた状態において、光透過窓から出
射されるエキシマ光の分光スペクトルを、真空チャンバ
内に設置した光電管(浜松ホトニクス(株)製、製品
名:R1220)と分光器を用いて測定した。その結果
を図17に示す。図17より、エキシマランプ4から
は、波長175nm近傍にピークをもち、半値幅(FW
HM)が約20nmである真空紫外領域の連続スペクト
ルを有するエキシマ光が出力されることを確認した。な
お、図中、「a.u.」は任意単位( arbitraryunit)を表
し、グラフにプロットされたデータ値が相対値であるこ
とを示す(以下同様)。
<Spectral Spectrum Measurement> The discharge current flowing between the electrodes of the excimer lamp 4 obtained in Example 1 was 3 mA.
In a state where the glow discharge was performed, the spectral spectrum of the excimer light emitted from the light transmission window was measured using a phototube (manufactured by Hamamatsu Photonics KK, product name: R1220) and a spectrometer installed in a vacuum chamber. . The result is shown in FIG. From FIG. 17, the excimer lamp 4 has a peak near the wavelength of 175 nm, and has a half width (FW).
It was confirmed that an excimer light having a continuous spectrum in a vacuum ultraviolet region having an HM) of about 20 nm was output. In the figures, "au" represents an arbitrary unit (arbitrary unit), and indicates that the data value plotted on the graph is a relative value (the same applies hereinafter).

【0077】〈放電電流−エキシマ光出力特性の測定〉
上記実施例1で得たエキシマランプ4の電極間に流れる
放電電流を2〜50mAの範囲で変化させたときの、波
長172nmにおけるエキシマ光出力を測定した。放電
電流に対するエキシマ光の相対出力の変化を図18に示
す。図18より、放電電流が15mA程度までは、放電
電流の増加に伴いエキシマ光の出力がほぼ直線的に増加
しており、2〜10mAの領域では、特にこの傾向が高
く直線性に優れることがわかる。すなわち、この領域で
は、安定したグロー放電が維持され、エキシマ光の出力
を良好に制御できることが確認された。これに対し、放
電電流がほぼ15mAを超えると、エキシマ光の出力は
飽和することが確認された。すなわち、この領域では、
電流を高めて入力電力を増大させても、エキシマ光の出
力を高めることが困難であり、入力電力に対するエキシ
マ光への変換効率が低下することが理解される。
<Measurement of Discharge Current-Excimer Light Output Characteristics>
The excimer light output at a wavelength of 172 nm was measured when the discharge current flowing between the electrodes of the excimer lamp 4 obtained in Example 1 was changed in the range of 2 to 50 mA. FIG. 18 shows a change in the relative output of the excimer light with respect to the discharge current. From FIG. 18, the output of excimer light increases almost linearly with an increase in discharge current up to a discharge current of about 15 mA. In the range of 2 to 10 mA, this tendency is particularly high and excellent linearity is obtained. Understand. That is, in this region, it was confirmed that stable glow discharge was maintained and the output of excimer light could be controlled well. In contrast, when the discharge current exceeded approximately 15 mA, it was confirmed that the output of excimer light was saturated. That is, in this area,
It is understood that even if the current is increased to increase the input power, it is difficult to increase the output of the excimer light, and the conversion efficiency of the input power to the excimer light decreases.

【0078】また、放電中の維持電圧を同時に測定した
ところ、放電電流が15mAまでの領域では、維持電圧
がほぼ一定に保たれていたのに対し、15mAを超える
と、顕著な電圧の低下(負特性の傾向)が確認された。
このことから、放電電流がほぼ15mAを超えると、グ
ロー放電は、正常グロー放電から異常グロー放電を経て
アーク放電へと移行すると判断される。以上の結果よ
り、エキシマランプ4では、グロー放電が安定に維持さ
れる放電電流領域が存在し、その放電電流の範囲は約1
0mA強であり、エキシマ光の出力制御を十分に行える
程の幅を有することが判明した。これより、本発明の光
源装置によれば、グロー放電を良好に維持することがで
き、十分に安定な動作が可能であることが確認された。
When the sustaining voltage during discharge was measured at the same time, the sustaining voltage was kept almost constant in the region where the discharge current was up to 15 mA. Negative characteristic).
From this, it is determined that when the discharge current exceeds approximately 15 mA, the glow discharge shifts from a normal glow discharge to an arc discharge through an abnormal glow discharge. From the above results, the excimer lamp 4 has a discharge current region where the glow discharge is stably maintained, and the range of the discharge current is about 1
It was found that the width was a little over 0 mA, and the width was large enough to sufficiently control the output of excimer light. From this, it was confirmed that according to the light source device of the present invention, the glow discharge can be favorably maintained, and a sufficiently stable operation can be performed.

【0079】〈実施例2〉陰極として直径0.7mmφ
のコバールピンを3本用い、陽極として直径1.0mm
φのニッケルピンを3本用い、光出射部を形成する光透
過窓として厚さ1mmの合成石英板を用い、この封体の
内部に、原料ガスとしてのキセノンガスを、内部圧力が
93.3kPa(700torr)となるように封入し
て図1に示すエキシマランプ1を作製した。なお、電極
間隔は3.5mmとし、電極対の間隔は3mmとした。
このエキシマランプ1の電極対に抵抗値151kΩの制
限抵抗を介して定電圧直流電源を接続し、直流電圧を印
加したところ、各電極対によるグロー放電が開始され、
3本の放電路が分離した状態で維持されることを目視で
確認した。
Example 2 0.7 mm in diameter as a cathode
1.0mm diameter as anode using three Kovar pins
A 1 mm thick synthetic quartz plate is used as a light transmitting window for forming a light emitting portion using three nickel pins having a diameter of φ, and xenon gas as a raw material gas is supplied inside the sealed body at an internal pressure of 93.3 kPa. (700 torr) to produce the excimer lamp 1 shown in FIG. The distance between the electrodes was 3.5 mm, and the distance between the electrode pairs was 3 mm.
When a constant-voltage DC power supply was connected to the electrode pair of the excimer lamp 1 via a limiting resistor having a resistance value of 151 kΩ and a DC voltage was applied, glow discharge by each electrode pair was started,
It was visually confirmed that the three discharge paths were maintained in a separated state.

【0080】〈実施例3〉電極間隔を5mmとしたこと
以外は、上記実施例2と同様にして図1に示すエキシマ
ランプ1を作製した。このエキシマランプ1の電極対に
抵抗値151kΩの制限抵抗を介して定電圧直流電源を
接続し、直流電圧を印加したところ、各電極対によるグ
ロー放電が開始され、実施例2で得たエキシマランプ1
と同様に、3本の放電路が分離した状態で維持されるこ
とを目視で確認した。
Example 3 An excimer lamp 1 shown in FIG. 1 was produced in the same manner as in Example 2 except that the electrode interval was 5 mm. When a constant-voltage DC power supply was connected to the electrode pair of the excimer lamp 1 via a limiting resistor having a resistance value of 151 kΩ and a DC voltage was applied, glow discharge was started by each electrode pair, and the excimer lamp obtained in Example 2 was obtained. 1
Similarly to the above, it was visually confirmed that the three discharge paths were maintained in a separated state.

【0081】〈エキシマ光出力の測定〉上記実施例2及
び3で得たエキシマランプ1の電極対に流れる放電電流
を0.5〜2mA(0.5mA間隔)と変化させ、グロ
ー放電を行わせた状態において、光透過窓から出射され
るエキシマ光の出力を、真空チャンバ内に設置した光電
管(浜松ホトニクス(株)製、製品名:R4044)を
用いて測定した。測定は、電極対毎にグロー放電させた
場合と、3対の電極対を同時にグロー放電させた場合に
ついて行った。放電電流に対するエキシマ光の出力変化
を図19(実施例2のエキシマランプ1)及び図20
(実施例3のエキシマランプ)に示す。
<Measurement of Excimer Light Output> The discharge current flowing through the electrode pair of the excimer lamp 1 obtained in the above Examples 2 and 3 was changed to 0.5 to 2 mA (0.5 mA interval) to perform glow discharge. In this state, the output of the excimer light emitted from the light transmission window was measured using a photoelectric tube (manufactured by Hamamatsu Photonics KK, product name: R4044) installed in a vacuum chamber. The measurement was performed for a case where glow discharge was performed for each electrode pair and a case where glow discharge was performed for three electrode pairs simultaneously. The output change of the excimer light with respect to the discharge current is shown in FIGS.
(Excimer lamp of Example 3).

【0082】図19中、折れ線L1,L2,L3で結ん
だデータは、それぞれ、実施例2で得たエキシマランプ
1において、光透過窓に最も近い位置にある電極対、並
列方向の中心に位置する電極対、及び光透過窓から最も
遠い位置にある電極対からのエキシマ光出力の測定値を
示す。また、直線L4で結んだデータは、3対の電極対
によるグロー放電を同時に発生させたときのエキシマ光
の出力を示す。同様に、図20中、折れ線L5,L6,
L7で結んだデータは、それぞれ、実施例3で得たエキ
シマランプ1において、光透過窓に最も近い位置にある
電極対、並列方向の中心に位置する電極対、及び光透過
窓から最も遠い位置にある電極対からのエキシマ光出力
の測定値を示す。また、折れ線L8で結んだデータは、
3対の電極対によるグロー放電を同時に発生させたとき
のエキシマ光の出力を示す。
In FIG. 19, the data connected by the polygonal lines L1, L2, and L3 indicate the electrode pair closest to the light transmission window and the center at the center in the parallel direction in the excimer lamp 1 obtained in Example 2. FIG. 5 shows measured values of excimer light output from the pair of electrodes and the electrode pair furthest from the light transmission window. The data connected by the straight line L4 indicates the output of excimer light when glow discharge is simultaneously generated by three pairs of electrodes. Similarly, in FIG. 20, broken lines L5, L6,
The data linked by L7 are respectively the electrode pair closest to the light transmission window, the electrode pair located at the center in the parallel direction, and the position farthest from the light transmission window in the excimer lamp 1 obtained in Example 3. 3 shows the measured values of the excimer light output from the pair of electrodes. The data connected by the broken line L8 is
The output of excimer light when glow discharge is simultaneously generated by three pairs of electrodes is shown.

【0083】図19及び図20より、本発明の光源装置
であるエキシマランプ1においては、並列配置された電
極対のその並列方向の延長線上にある光透過窓から出射
されるエキシマ光の出力は、各電極対のグロー放電によ
るエキシマ光出力の和とほぼ等しくなっている。このこ
とから、本発明の光源装置によれば、各電極対によるグ
ロー放電によって発光されたエキシマ光が、重畳して増
倍された状態で光出射部から出射されることが確認され
た。
As shown in FIGS. 19 and 20, in the excimer lamp 1 which is the light source device of the present invention, the output of the excimer light emitted from the light transmitting window on the extension of the electrode pair arranged in parallel in the parallel direction is shown in FIG. Is approximately equal to the sum of the excimer light output by the glow discharge of each electrode pair. From this, it was confirmed that according to the light source device of the present invention, the excimer light emitted by the glow discharge by each electrode pair was emitted from the light emitting portion in a state of being superimposed and multiplied.

【0084】〈実施例4〉陰極として幅7.8mm×長
さ9.8mm×厚さ0.3mmのモリブデン板を1枚用
い、陽極として直径0.7mmφのコバールピンを3本
用い、光出射部を形成する光透過窓として厚さ1mmの
合成石英板を用い、この封体の内部に、原料ガスとして
のキセノンガスを、内部圧力が50〜1000torr
(6.7〜133kPa)(50torr毎)となるよ
うに封入して図4に示す形状のエキシマランプ4を複数
作製した。なお、電極間隔は2mmとした。
<Example 4> One light-emitting portion was formed by using one molybdenum plate having a width of 7.8 mm × length 9.8 mm × thickness 0.3 mm as a cathode, three Kovar pins having a diameter of 0.7 mm φ as an anode. A 1 mm thick synthetic quartz plate is used as a light transmission window for forming a xenon gas as a raw material gas, and an internal pressure of 50 to 1000 torr is applied inside the sealed body.
(6.7 to 133 kPa) (every 50 torr), and a plurality of excimer lamps 4 having the shape shown in FIG. The electrode interval was 2 mm.

【0085】〈原料ガスの内部圧力−エキシマ光出力特
性の測定〉上記実施例4で得た各エキシマランプ4の電
極対に、抵抗値50kΩの制限抵抗を介して定圧直流電
源を接続し、電極間の放電電流を1〜10mAの範囲で
変化させてグロー放電を発生させた。この状態で出力さ
れるエキシマ光の出力を、真空チャンバ内に設置した光
電管(浜松ホトニクス(株)製、製品名:R4044)
を用いて測定した。結果を図21に示す。図21は、実
施例4で得たエキシマランプ4の原料ガス内部圧力に対
するエキシマ光出力特性を示すグラフであり、図中曲線
L9は、原料ガス(キセノンガス)の内部圧力に対する
エキシマ光出力の最大値の変化を示し、曲線L10は、
原料ガスの内部圧力に対する変換効率の変化を示す。
<Measurement of Internal Pressure-Excimer Light Output Characteristics of Source Gas> A constant-voltage DC power supply was connected to the electrode pair of each excimer lamp 4 obtained in the above Example 4 via a limiting resistor having a resistance value of 50 kΩ. The glow discharge was generated by changing the discharge current between 1 and 10 mA. The output of the excimer light output in this state is output to a photoelectric tube (manufactured by Hamamatsu Photonics KK, product name: R4044) installed in a vacuum chamber.
It measured using. The results are shown in FIG. FIG. 21 is a graph showing the excimer light output characteristics of the excimer lamp 4 obtained in Example 4 with respect to the internal pressure of the source gas. The change in the value shows that the curve L10
5 shows a change in conversion efficiency with respect to the internal pressure of the source gas.

【0086】ここでの「変換効率」は、エキシマ光出力
が最大となった時点における上記光電管の出力電圧値
(mV)の測定値を、そのときの入力電力(W)で除し
て求めた値であり、図21においては相対値で示す。図
21より、キセノンガス(原料ガス)の内部圧力が約8
0kPa(約600torr)を超えると、エキシマ光
出力の最大値は漸増する傾向にあるものの、この内部圧
力が約13.3kPa(約100torr)以上であれ
ば、エキシマ光の出力は概ね一定のレベル(45〜55
a.u.)となることが判明した。
Here, the “conversion efficiency” was obtained by dividing the measured value of the output voltage value (mV) of the phototube at the time when the excimer light output became maximum by the input power (W) at that time. The value is shown as a relative value in FIG. According to FIG. 21, the internal pressure of xenon gas (source gas) is about 8
When the pressure exceeds 0 kPa (about 600 torr), the maximum value of the excimer light output tends to gradually increase. However, when the internal pressure is about 13.3 kPa (about 100 torr) or more, the output of the excimer light is at a substantially constant level ( 45-55
au).

【0087】また、キセノンガスの内部圧力が約20〜
100kPa(約150〜750torr)の範囲であ
ると、変換効率が相対的に高くなり、この内部圧力が約
25〜70kPa(約190〜530torr)である
と、変換効率がより高められることが判明した。これよ
り、変換効率を高く維持する観点から、原料ガスの内部
圧力を好ましくは20〜100kPa、より好ましくは
25〜70kPaとする優位性が確認された。
The internal pressure of xenon gas is about 20 to
When the pressure is in the range of 100 kPa (about 150 to 750 torr), the conversion efficiency becomes relatively high. When the internal pressure is about 25 to 70 kPa (about 190 to 530 torr), the conversion efficiency is further increased. . From this, from the viewpoint of maintaining high conversion efficiency, it was confirmed that the internal pressure of the raw material gas was preferably 20 to 100 kPa, more preferably 25 to 70 kPa.

【0088】[0088]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
エキシマ光の発光強度及び外部へ出射効率が高められて
高出力を達成することができるとともに、放電(グロー
放電)状態が安定化されて十分に安定な動作が可能であ
り、加えて、EMIを引き起こすような高周波ノイズ源
となり得ない光源装置を得ることができる。
As described above, according to the present invention,
The emission intensity of the excimer light and the emission efficiency to the outside can be increased to achieve high output, and the discharge (glow discharge) state can be stabilized to achieve a sufficiently stable operation. It is possible to obtain a light source device that cannot be a high-frequency noise source that causes the light source device.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による光源装置の第1実施形態の構造を
模式的に示す斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view schematically showing a structure of a first embodiment of a light source device according to the present invention.

【図2】本発明による光源装置の第2実施形態の構造を
模式的に示す斜視図である。
FIG. 2 is a perspective view schematically showing a structure of a light source device according to a second embodiment of the present invention.

【図3】本発明による光源装置の第3実施形態の構造を
模式的に示す斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a structure of a third embodiment of the light source device according to the present invention.

【図4】本発明による光源装置の第4実施形態の構造を
模式的に示す斜視図であり、図4(a)は光源装置の全
体図であり、図4(b)は光源装置に用いられる陰極を
示す斜視図である。
FIG. 4 is a perspective view schematically showing a structure of a light source device according to a fourth embodiment of the present invention. FIG. 4 (a) is an overall view of the light source device, and FIG. FIG.

【図5】本発明による光源装置の第5実施形態の構造を
模式的に示す斜視図である。
FIG. 5 is a perspective view schematically showing a structure of a light source device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図6】本発明による光源装置の第6実施形態の構造を
模式的に示す斜視図である。
FIG. 6 is a perspective view schematically showing a structure of a light source device according to a sixth embodiment of the present invention.

【図7】本発明による光源装置の第7実施形態の構成を
示す概略構成図である。
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a configuration of a seventh embodiment of a light source device according to the present invention.

【図8】本発明による光源装置の第8実施形態の構成を
示す概略構成図である。
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an eighth embodiment of the light source device according to the present invention.

【図9】本発明による光源装置の第9実施形態の構成を
示す概略構成図である。
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a ninth embodiment of a light source device according to the present invention.

【図10】本発明による光源装置の第10実施形態の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a tenth embodiment of a light source device according to the present invention.

【図11】本発明による光源装置の第11実施形態の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a configuration of an eleventh embodiment of a light source device according to the present invention.

【図12】本発明による光源装置の第12実施形態の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a twelfth embodiment of a light source device according to the present invention.

【図13】本発明による光源装置の第13実施形態の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a light source device according to a thirteenth embodiment of the present invention.

【図14】本発明による光源装置の第14実施形態の構
造の一部を模式的に示す斜視図である。
FIG. 14 is a perspective view schematically showing a part of the structure of a light source device according to a fourteenth embodiment of the present invention.

【図15】本発明による光源装置の第14実施形態の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a fourteenth embodiment of a light source device according to the present invention.

【図16】本発明による光源装置の第15実施形態の構
成を示す概略構成図である。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a configuration of a fifteenth embodiment of the light source device according to the present invention.

【図17】実施例1のエキシマランプから出力されたエ
キシマ光の分光スペクトルを示すグラフである。
FIG. 17 is a graph showing a spectrum of excimer light output from the excimer lamp of Example 1.

【図18】実施例1のエキシマランプにおける放電電流
に対するエキシマ光の相対出力の変化を示すグラフであ
る。
FIG. 18 is a graph showing a change in relative output of excimer light with respect to a discharge current in the excimer lamp of Example 1.

【図19】実施例2のエキシマランプにおける放電電流
に対するエキシマ光の出力変化を示すグラフである。
FIG. 19 is a graph showing a change in output of excimer light with respect to a discharge current in the excimer lamp of Example 2.

【図20】実施例3のエキシマランプにおける放電電流
に対するエキシマ光の出力変化を示すグラフである。
FIG. 20 is a graph showing a change in output of excimer light with respect to a discharge current in the excimer lamp of Example 3.

【図21】実施例4のエキシマランプの原料ガス内部圧
力に対するエキシマ光出力特性を示すグラフである。
FIG. 21 is a graph showing excimer light output characteristics with respect to a source gas internal pressure of the excimer lamp of Example 4.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,2,3,4,5,6,8…エキシマランプ(光源装
置)、10,20,30,40,50,60,70,8
0,90…エキシマ光源装置(光源装置)、11…ガス
封入容器(封体)、13,43,131,132…陰
極、14,141,142…陽極、15…光透過窓(光
出射部)、21…反射部、31…光学レンズ(光出射
部)、43a…凸部、D1…ダイオード、G1…電極間
隔、HV1…直流電源(電源)、HV2…交流電源(電
源)、L…エキシマ光(自然放射光)、P…パルス発生
回路、R1,R3…制限抵抗(抵抗回路)、R2,R4
…補正抵抗(抵抗回路)、Sa…陽極面積、Sc…陰極
面積、X…電極対の並列方向。
1,2,3,4,5,6,8 ... Excimer lamp (light source device), 10,20,30,40,50,60,70,8
0, 90: Excimer light source device (light source device), 11: Gas filled container (sealing body), 13, 43, 131, 132: Cathode, 14, 141, 142: Anode, 15: Light transmission window (light emitting portion) , 21 ... Reflection part, 31 ... Optical lens (light emitting part), 43a ... Convex part, D1 ... Diode, G1 ... Electrode spacing, HV1 ... DC power supply (power supply), HV2 ... AC power supply (power supply), L ... Excimer light (Spontaneous radiation), P: pulse generation circuit, R1, R3: limiting resistor (resistance circuit), R2, R4
... Correction resistance (resistance circuit), Sa: anode area, Sc: cathode area, X: parallel direction of electrode pairs.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 エキシマ分子を生成する原料ガスをグロ
ー放電により電離させ、該エキシマ分子から放出される
自然放射光を取り出す光源装置であって、 前記原料ガスが封入されており、前記自然放射光に対し
て透光性を有する光出射部が設けられた封体と、 前記封体の内部に直線状に配置された少なくともひとつ
の陰極と、該陰極に対向するように前記封体の内部に配
置された少なくとも二つの陽極とから構成される少なく
とも二つの電極対を備えており、 前記光出射部は、前記電極対の並列方向の延長線上に設
けられていることを特徴とする光源装置。
1. A light source device for ionizing a source gas for generating excimer molecules by glow discharge and extracting spontaneous radiation emitted from the excimer molecules, wherein the source gas is sealed and the spontaneous radiation A sealing body provided with a light emitting portion having a light-transmitting property, at least one cathode linearly arranged inside the sealing body, and inside the sealing body so as to face the cathode. A light source device comprising: at least two electrode pairs each including at least two disposed anodes; and the light emitting unit is provided on an extension of the electrode pairs in a parallel direction.
【請求項2】 前記各電極対に電圧を印加する電源と、 前記電源と前記陽極及び前記陰極の少なくともいずれか
一方との間に接続され、前記グロー放電が行われている
ときに前記電極対に流れる電流を制限する抵抗回路と、
を更に備えることを特徴とする請求項1記載の光源装
置。
2. A power supply for applying a voltage to each of the electrode pairs; and a power supply connected between the power supply and at least one of the anode and the cathode, wherein the electrode pairs are connected when the glow discharge is performed. A resistor circuit for limiting the current flowing through
The light source device according to claim 1, further comprising:
【請求項3】 前記電源と前記陽極との間に接続され、
前記グロー放電が行われているときに前記電極対に流れ
る電流を制限するダイオードを更に備えることを特徴と
する請求項2記載の光源装置。
3. connected between the power supply and the anode,
The light source device according to claim 2, further comprising a diode that limits a current flowing through the electrode pair when the glow discharge is performed.
【請求項4】 前記電源は、前記電極対にパルス電圧を
印加する直流電源であることを特徴とする請求項2又は
3に記載の光源装置。
4. The light source device according to claim 2, wherein the power supply is a DC power supply that applies a pulse voltage to the electrode pair.
【請求項5】 前記封体内部における前記光出射部に対
向する位置に、前記自然放射光を反射する反射部が設け
られたことを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に
記載の光源装置。
5. The light-emitting device according to claim 1, wherein a reflection portion for reflecting the spontaneously emitted light is provided at a position inside the envelope facing the light emission portion. Light source device.
【請求項6】 前記原料ガスが、希ガス、希ガスハライ
ド及び窒素ガスのうち少なくともいずれか一種のガス
と、水素同位体ガス、ハロゲンガス及び水銀蒸気のうち
少なくともいずれか一種のガスとを含有して成る混合ガ
スであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項
に記載の光源装置。
6. The raw material gas contains at least one of a rare gas, a rare gas halide, and a nitrogen gas, and at least one of a hydrogen isotope gas, a halogen gas, and a mercury vapor. The light source device according to claim 1, wherein the light source device is a mixed gas.
【請求項7】 前記陰極は、前記陽極に対向する部位に
凸部が形成されたものであることを特徴とする請求項1
〜6のいずれか一項に記載の光源装置。
7. The cathode according to claim 1, wherein a projection is formed at a portion facing the anode.
The light source device according to any one of claims 1 to 6.
【請求項8】 前記陰極及び/又は前記陽極は、表面に
金属化合物層が設けられたものであることを特徴とする
請求項1〜7のいずれか一項に記載の光源装置。
8. The light source device according to claim 1, wherein the cathode and / or the anode are provided with a metal compound layer on a surface.
【請求項9】 前記電極対のうち少なくともひとつの電
極対は、該電極対と異なる他の電極対に比して、電極間
隔が狭く且つ接続された前記抵抗回路の抵抗値が大きく
されたものであることを特徴とする請求項2〜8のいず
れか一項に記載の光源装置。
9. An electrode pair in which at least one electrode pair has a smaller electrode interval and a larger resistance value of the connected resistance circuit than other electrode pairs different from the electrode pair. The light source device according to any one of claims 2 to 8, wherein
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