JP2004127710A - エキシマランプ及びこの放電用容器 - Google Patents
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Abstract
【課題】エキシマランプの放電容器１の最長端部の前後端壁板１ｂ，１ｂ等を真空紫外線が透過し難くすることにより劣化を防止するエキシマランプ及びこの放電用容器を提供する。
【解決手段】前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する合成石英ガラスにより構成された密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器１と、この放電容器１の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極２，３とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射するエキシマランプにおいて、この放電容器１における少なくとも前後両端部の前後端壁板１ｂ，１ｂの内面に真空紫外線保護層４が形成された構成とする。
【選択図】 図１
【解決手段】前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する合成石英ガラスにより構成された密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器１と、この放電容器１の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極２，３とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射するエキシマランプにおいて、この放電容器１における少なくとも前後両端部の前後端壁板１ｂ，１ｂの内面に真空紫外線保護層４が形成された構成とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に放電用ガスを封入した放電容器に電圧を印加することにより誘電体バリア放電によって真空紫外線を放射させて光洗浄や光灰化等に用いるエキシマランプ及びこの放電用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマランプは、エキシマ発光のための放電用ガスとして例えばキセノンが用いられた場合、中心波長が１７２ｎｍの高エネルギーの真空紫外線を放射する。そこで、主に１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長の紫外線を放射する低圧水銀灯に代えて、液晶表示装置のガラス基板や半導体ウエハ等の精密洗浄（光洗浄）を行う紫外線照射装置の光源として用いられることが多くなっている。真空紫外線は、波長が２００ｎｍ以下５０ｎｍ以上の範囲の紫外線をいう。この真空紫外線は、空気中の酸素に吸収されてオゾンを発生させるので、この空気中で液晶表示装置のガラス基板等の被処理物の表面に照射することにより、発生したオゾンと透過した真空紫外線の相乗効果によって被処理物の表面の有機物等を分解飛散させて洗浄を行うことができる。
【０００３】
上記エキシマランプは、波長が１７２ｎｍの場合、合成石英ガラス製の放電容器内にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、これに高周波電圧を印加することにより誘電体バリア放電を起こさせて真空紫外線を放射するものである。そして、従来は、二重構造の円筒管や小径の円筒管に放電用ガスを封入した放電容器が使われることが多かった（例えば、特許文献１参照。）。また、この二重円筒状の放電容器に代えて、方形箱形の放電容器を用いたエキシマランプも開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
波長１７２ｎｍの真空紫外線は、極めてエネルギーが高いために、合成石英ガラスがこの真空紫外線の強い照射を長時間受けると、劣化により微細なひびやクラックが発生する。そして、エキシマランプは、この合成石英ガラスの劣化によって放電容器の気密性が損なわれるために、点灯不良となって寿命が尽きることが多い。しかも、合成石英ガラスは、温度が低いほどこの劣化が早く進行することから、放電容器の冷却部の内面に真空紫外線を吸収し及び／又は反射する保護層を形成し、この冷却部での合成石英ガラスの早期の劣化によりエキシマランプの寿命が短縮されるのを防止する発明が既になされている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４３９２０号公報（図４）
【特許文献２】
特開２０００−２６０３９６号公報
【特許文献３】
特開２００２−９３３７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近では、図３に示すように、上記方形箱形の放電容器１を前後に極めて長尺な形状に形成したエキシマランプが開発されている。この放電容器１は、横断面の上下の高さが十数ｍｍで左右の幅が数十ｍｍ程度の横長の薄い方形となる前後に１ｍ以上の長尺な合成石英ガラス製の管の両端を塞ぎ、内部にキセノンガスを充填したものである。また、この放電容器１は、平坦な上下面にそれぞれ金属薄膜をパターン形成することにより電極２，３を形成している。放電容器１の上面の電極２は、この平坦な上面をほぼ全面覆うように形成されているが、下面の電極３は、網目状のパターンに形成され、この網目の隙間から下方に真空紫外線を照射することができるようになっている。真空紫外線は、酸素に吸収されるために、空気中では直ぐに減衰して短い距離しか到達することができず、例えば波長が１７２ｎｍの場合には１０ｍｍ以下程度の距離までしか到達することができない。そこで、エキシマランプが放射する真空紫外線をできるだけ広い面積に照射するには、放電容器１で最も広い面積を有する平坦な面から照射する必要があり、このために下面の電極３を網目状にしてその隙間から真空紫外線を下方に照射するようにしている。
【０００７】
しかしながら、エキシマランプが放射する真空紫外線の強度は、エキシマ発光に自己吸収がないことから、放電容器１内の放電空間の距離が長いほど強くなる。このため、上記のような極めて長尺な放電容器１を用いる場合、実際の照射光として下方に取り出す真空紫外線は、上下方向の十数ｍｍ以下の短い距離の放電空間から放射されるのに対して、前後方向に放射される真空紫外線は、１ｍ以上の距離の放電空間から放射されるために、極めて紫外線強度の強いものとなる。
【０００８】
従って、放電容器１の最短方向に真空紫外線を照射するエキシマランプは、この最短方向を除く方向に放射される真空紫外線の強度が強くなり、特に最長方向に放射される真空紫外線の強度は極めて強くなるので、これらの方向の端部の壁板の劣化が早期に進行して、寿命が著しく短くなるという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、エキシマランプの放電容器の最長端部等の壁板を真空紫外線が透過し難くすることにより劣化を防止するエキシマランプ及びこの放電用容器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のエキシマランプは、前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する誘電体により構成された密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器と、この放電容器の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射するエキシマランプにおいて、この放電容器における少なくとも前後両端部の前後端壁板の内面に真空紫外線保護層が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、放射される真空紫外線の強度が最も強い前後方向の両端部の前後端壁板の内面に真空紫外線保護層が形成されるので、この強度の強い真空紫外線により前後端壁板が早期に劣化するのを防止することができるようになる。また、上下方向に比べれば、左右方向の真空紫外線の強度も強くなるので、左右側壁板の内面にもこの真空紫外線保護層を形成して、これらの左右側壁板の劣化を防止するようにしてもよい。真空紫外線保護層とは、真空紫外線の照射に対して背後の壁板を保護するための層であり、例えば真空紫外線を吸収する層やこの真空紫外線を反射する層、これら吸収と反射を同時に行う層等が用いられる。
【００１２】
なお、本明細書で示す前後、上下及び左右の各直交する方向は、それぞれの方向の間の関係を表すために便宜的に用いているにすぎないので、実際のエキシマランプの配置は任意である。
【００１３】
請求項２のエキシマランプの放電用容器は、前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する誘電体により構成されたエキシマランプの放電用容器であって、前後両端部の前後端壁板又は左右側壁板の少なくともいずれかの壁板に開口部が形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、放電用容器の前後端壁板や左右側壁板に開口部が形成されているので、ここから懸濁液等を注入して真空紫外線保護層を形成することができる。また、内部の空気抜きや放電用ガスの充填も行うことができる。この放電用容器は、内部の処理の完了後に開口部を封止することにより放電容器となる。
【００１５】
請求項３のエキシマランプは、前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、少なくとも下壁板は真空紫外線を透過し、少なくとも前後両端部の前後端壁板はこの下壁板よりも真空紫外線の吸収率が高く及び／又は反射率が高い誘電体によって構成される密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器と、この放電容器の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、放射される真空紫外線の強度が最も強い前後方向の両端部の前後端壁板が真空紫外線を吸収したり反射するので、この強度の強い真空紫外線により前後端壁板が早期に劣化するのを防止することができるようになる。前後端壁板が真空紫外線を吸収する場合には、内面の表層部は劣化が進行し易くなるが、その他の大部分の劣化を防止することにより前後端壁板を全体として保護することができる。また、上下方向に比べれば、左右方向の真空紫外線の強度も強くなるので、左右側壁板も真空紫外線を吸収し易くしたり反射させて、これらの左右側壁板の劣化を防止するようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１はエキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図、図２はエキシマランプの長尺な中央部を省略した縦断面側面図である。なお、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１９】
本実施形態は、図３に示したものと同様の前後方向に長尺な方形箱形の放電容器１を用いるエキシマランプについて説明する。この放電容器１は、図１及び図２に示すように、横断面が横長の方形となる長尺な合成石英ガラス製の角管１ａの両端開口部に、この角管１ａの横断面とほぼ同じ形状の合成石英ガラス製の前後端壁板１ｂ，１ｂをそれぞれ溶着して塞ぐことにより形成される。角管１ａは、横断面の上下方向の高さが十数ｍｍであり、左右方向の幅が数十ｍｍの方形の管であって、前後方向の長さは１ｍ以上となる。従って、この角管１ａは、上下で向かい合う平坦な上下壁板と左右方向で向かい合う平坦な左右側壁板とで構成される。この角管１ａの両端開口部に溶着される前後端壁板１ｂ，１ｂには、事前にそれぞれチップ管１ｃ，１ｃが突設されている。各チップ管１ｃは、前後端壁板１ｂの外面からさらに外側に突出するように溶着された合成石英ガラス製の管材であり、管内がこの前後端壁板１ｂのほぼ中央部に予め形成された開口孔に通じるように設けられている。この放電容器１は、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ，１ｂを溶着する前又は後に、この角管１ａの上下壁板の外面に電極２，３の金属薄膜が成膜される。電極２は、エキシマランプが放射する真空紫外線の強度を検査するためのセンサ用の未塗膜部を除けば、角管１ａの上壁板の上面のほぼ全面を覆うように成膜される。また、電極３は、この角管１ａの下壁板の下面のほぼ全面に網目状のパターンで成膜される。なお、本明細書では、内部に放電用ガスを充填して封止するまでの製造過程にある「放電容器」を「放電用容器」と称しているが、本実施形態ではこの製造過程の「放電用容器」と封止後の「放電容器」を併せて放電容器１として説明する。
【００２０】
上記のようにして作製された放電容器１は、いずれか一方のチップ管１ｃを下向きにして放電容器１を直立させ、この下向きのチップ管１ｃから放電容器１内の下端部に真空紫外線保護材の懸濁液を注入する。真空紫外線保護材の懸濁液は、真空紫外線を吸収したり反射する真空紫外線保護材の微粉末を塗布のために液体中に分散させたものである。真空紫外線を吸収する作用を得るための真空紫外線保護材としては、ＺｎＯ２やＴｉＯ２等があり、真空紫外線を反射する作用を得るための真空紫外線保護材としては、ＡｌＯ３等がある。この真空紫外線保護材は、真空紫外線を吸収するものか反射するもののどちらかの１種以上を使用する他に、吸収するものと反射するものを１種以上ずつ混合して使用するようにしてもよい。この真空紫外線保護材の懸濁液を放電容器１内の下端部に注入して再び同じチップ管１ｃから排出すると、真空紫外線保護材が放電容器１の内面に塗布されることになり、これによって一方の端壁板１ｂの内面と角管１ａの一方端部の内面に真空紫外線保護層４が形成される。また、放電容器１を逆向きに直立させて他方のチップ管１ｃを下向きにし、このチップ管１ｃから同じ真空紫外線保護材の懸濁液を注入し排出することにより、他方の端壁板１ｂの内面と角管１ａの他方端部の内面にも真空紫外線保護層４が形成される。なお、角管１ａの端部の内面に形成される真空紫外線保護層４は、この角管１ａの外面の電極２，３とは重ならないように、これらの電極２，３の形成領域よりもさらに端部側にのみ形成することが好ましい。
【００２１】
上記のようにして真空紫外線保護層４，４が形成された放電容器１は、一方のチップ管１ｃを通じて空気を排出すると共に、他方のチップ管１ｃを通じて放電用ガスを注入することにより、内部にこの放電用ガスを充填する。そして、双方のチップ管１ｃの先端部を溶融封止させて内部を密閉することにより、上述のように放電容器１が「放電用容器」から「放電容器」となり、既に電極２，３の形成も完了していることから、これと同時にエキシマランプも完成する。
【００２２】
上記構成のエキシマランプによれば、放電空間の距離が最も長くなり放射される真空紫外線の強度も最強となる放電容器１の前後方向の両端部に配置される前後端壁板１ｂ，１ｂの内面に真空紫外線保護層４が形成される。真空紫外線保護層４が真空紫外線を吸収するものである場合には、前後方向に放射された真空紫外線の多くがこの真空紫外線保護層４で吸収されるので、前後端壁板１ｂ，１ｂを透過するものは僅かとなって劣化を抑制することができる。また、真空紫外線保護層４が真空紫外線を反射するものである場合にも、前後方向に放射された真空紫外線の多くがこの真空紫外線保護層４で反射されるので、この場合も前後端壁板１ｂ，１ｂを透過するものは僅かとなって劣化を抑制することができる。このため、放電容器１の長尺な前後方向の両端部に配置される前後端壁板１ｂ，１ｂが、角管１ａの上下壁板や左右側壁板よりも極めて強い真空紫外線を受けることにより合成石英ガラスの劣化が急速に進行して、エキシマランプの寿命が短縮されるのを防止することができるようになる。しかも、角管１ａの前後方向の両端部にも、この真空紫外線保護層４が形成されるので、前後端壁板１ｂ，１ｂに準じて強い真空紫外線を受けるこれらの端部の合成石英ガラスが劣化するのも防止することができるようになる。
【００２３】
また、上記放電容器１は、前後方向の両端部に配置された前後端壁板１ｂ，１ｂにチップ管１ｃ，１ｃが溶着されて、これらのチップ管１ｃ，１ｃの先端が溶融封止されるまでは、内部と導通する開口部となるので、これらのチップ管１ｃ，１ｃを通じて放電用ガスの充填を行う他に、真空紫外線保護層４の形成のための懸濁液の注入と排出に用いることができるようになる。しかも、これらのチップ管１ｃ，１ｃは、電極２，３が形成される角管１ａの上下壁板とは異なる前後端壁板１ｂ，１ｂに設けられるので、電圧の印加や真空紫外線の本来の下方への照射を妨げるようなこともない。
【００２４】
なお、上記実施形態では、放電容器１の前後端壁板１ｂ，１ｂや角管１ａの両端部の内面にのみ真空紫外線保護層４を設ける場合を示したが、この角管１ａの左右側壁板の内面にも同様に真空紫外線保護層４を形成してもよい。これら左右側壁板も、上下方向よりは放電空間の距離が数倍長い左右方向の比較的強い真空紫外線を受けることになるので、上下壁板よりも早期に合成石英ガラスが劣化するおそれがあるが、前後端壁板１ｂ，１ｂの内面等と同様の真空紫外線保護層４を形成すればこの劣化を防止することができるようになる。
【００２５】
上記のように左右側壁板の内面にも真空紫外線保護層４を形成する場合、放電容器１を直立させて下方のチップ管１ｃから真空紫外線保護材の懸濁液を注入後に、この放電容器１を電極２，３が形成された面に直交する軸を中心にゆっくり１回転させれば、懸濁液が一方の端壁板１ｂの内面から一方の側壁板の内面に移動し、さらに他方の端壁板１ｂの内面から他方の側壁板の内面に移動するので、これら全ての壁板の内面に真空紫外線保護層４を形成することができるようになる。また、このように左右側壁板の内面にも真空紫外線保護層４を形成する場合には、チップ管１ｃ，１ｃをこれら左右壁板に設けることもできる。しかも、放電用ガスの充填効率を多少犠牲にすれば、前後端壁板１ｂ，１ｂや左右側壁板のいずれか一面の壁板にのみチップ管１ｃを設けることもできる。
【００２６】
また、上記実施形態では、放電容器１の内部に通じる開口部を形成するためにチップ管１ｃを用いる場合を示したが、他の管材を取り付けたり、単なる開口孔を形成するだけでもよい。このようなチップ管１ｃ等による開口部は、真空紫外線保護層４が形成されない放電容器１にも、放電用ガスの充填のために設けることができる。この際、真空紫外線の照射の妨げとならないように、少なくともこの真空紫外線の照射方向に直交する壁板を除く他の壁板に設けるようにする。
【００２７】
また、上記実施形態では、放電容器１の壁板の内面に真空紫外線保護層４を形成する場合を示したが、この放電容器１の各壁板の一部の合成石英ガラスの材質を、真空紫外線の透過率が低いものや反射率が高いものに変更することにより、この壁板の劣化を防止することもできる。即ち、放電容器１における少なくとも前後方向の前後端壁板１ｂ，１ｂを、本来の照射用の真空紫外線が透過する下壁板よりも真空紫外線の透過率が低いものに替えたり、この真空紫外線の反射率が高いものに替える。真空紫外線の透過率が低いものとしては、溶融石英や、天然の石英ガラスにチタンやバナジウム化合物を添加したオゾンフリー石英等がある。また、真空紫外線の反射率が高いものとしては、例えば合成石英ガラスの表面をスリガラス状に加工することにより、この真空紫外線を散乱させて反射率を高めたもの等がある。さらに、真空紫外線の透過率が低く反射率も高いものを用いることもできる。前後端壁板１ｂ，１ｂが真空紫外線の吸収率の高いものである場合には、前後方向に放射された真空紫外線の多くが各前後端壁板１ｂの内面の表層部で吸収されるので、この前後端壁板１ｂを完全に透過するものは僅かとなって、表層部のみは劣化するが、他の大部分の劣化を抑制することができる。また、前後端壁板１ｂ，１ｂが真空紫外線の反射率の高いものである場合にも、前後方向に放射された真空紫外線の多くが各前後端壁板１ｂで反射されるので、この前後端壁板１ｂを透過するものは僅かとなって劣化を抑制することができる。
さらに、前後端壁板１ｂ，１ｂに限らず、角管１ａの両端部や左右側壁板をこのように真空紫外線の吸収率や反射率の高いものに変更することもできる。
【００２８】
また、上記実施形態では、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ，１ｂを溶着することにより放電容器１を作製する場合を示したが、この放電容器１の作製方法は任意である。例えば、合成石英ガラスの長尺な円筒管を横断面が横長の方形となるように成形したものの両端開口部に前後端壁板１ｂ，１ｂを溶着するようにしてもよいし、角管１ａや円筒管を成形したものの両端部を溶融封止して作製することもできる。このように作製した放電容器１は、電極２，３を形成する上下壁板の広い領域が平坦でほぼ平行になっていればよいので、例えば円筒管を成形した場合の左右側壁板は半円筒状に湾曲していてもよく、例えば溶融封止された前後端壁板も溶融によって湾曲していてもよい。また、合成石英ガラスの６枚の板材をそれぞれ溶着することにより放電容器１を作製することもできる。この場合、各壁板が異なる板材で構成されるので、任意の壁板を真空紫外線の吸収率や反射率の高いものに変更することが容易に可能となる。
【００２９】
また、上記実施形態では、放電容器１の全ての壁板を合成石英ガラスで構成する場合を示したが、本来の照射用の真空紫外線が透過する壁板を除く他の壁板は、適宜の誘電体材料であれば、必ずしも合成石英ガラスである必要はない。さらに、上記実施形態では、波長１７２ｎｍの真空紫外線を放射するエキシマランプについて説明したので、この波長の真空紫外線の透過率の高い合成石英ガラスを用いる場合を示したが、エキシマランプが使用する真空紫外線の波長に応じて適宜の誘電体材料を用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のエキシマランプ及びこの放電用容器によれば、放射される真空紫外線の強度が最も強い前後方向の両端部の前後端壁板や、上下方向よりも真空紫外線の強度が強くなる左右方向の左右側壁板の劣化を防止することにより寿命が短縮されるのを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した縦断面側面図である。
【図３】従来例を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。
【符号の説明】
１ 放電容器
１ａ 角管
１ｂ 前後端壁板
１ｃ チップ管
２ 電極
３ 電極
４ 真空紫外線保護層
【発明の属する技術分野】
本発明は、内部に放電用ガスを封入した放電容器に電圧を印加することにより誘電体バリア放電によって真空紫外線を放射させて光洗浄や光灰化等に用いるエキシマランプ及びこの放電用容器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エキシマランプは、エキシマ発光のための放電用ガスとして例えばキセノンが用いられた場合、中心波長が１７２ｎｍの高エネルギーの真空紫外線を放射する。そこで、主に１８５ｎｍと２５４ｎｍの波長の紫外線を放射する低圧水銀灯に代えて、液晶表示装置のガラス基板や半導体ウエハ等の精密洗浄（光洗浄）を行う紫外線照射装置の光源として用いられることが多くなっている。真空紫外線は、波長が２００ｎｍ以下５０ｎｍ以上の範囲の紫外線をいう。この真空紫外線は、空気中の酸素に吸収されてオゾンを発生させるので、この空気中で液晶表示装置のガラス基板等の被処理物の表面に照射することにより、発生したオゾンと透過した真空紫外線の相乗効果によって被処理物の表面の有機物等を分解飛散させて洗浄を行うことができる。
【０００３】
上記エキシマランプは、波長が１７２ｎｍの場合、合成石英ガラス製の放電容器内にエキシマ発光のための放電用ガスを封入し、これに高周波電圧を印加することにより誘電体バリア放電を起こさせて真空紫外線を放射するものである。そして、従来は、二重構造の円筒管や小径の円筒管に放電用ガスを封入した放電容器が使われることが多かった（例えば、特許文献１参照。）。また、この二重円筒状の放電容器に代えて、方形箱形の放電容器を用いたエキシマランプも開発されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
波長１７２ｎｍの真空紫外線は、極めてエネルギーが高いために、合成石英ガラスがこの真空紫外線の強い照射を長時間受けると、劣化により微細なひびやクラックが発生する。そして、エキシマランプは、この合成石英ガラスの劣化によって放電容器の気密性が損なわれるために、点灯不良となって寿命が尽きることが多い。しかも、合成石英ガラスは、温度が低いほどこの劣化が早く進行することから、放電容器の冷却部の内面に真空紫外線を吸収し及び／又は反射する保護層を形成し、この冷却部での合成石英ガラスの早期の劣化によりエキシマランプの寿命が短縮されるのを防止する発明が既になされている（例えば、特許文献３参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２４３９２０号公報（図４）
【特許文献２】
特開２０００−２６０３９６号公報
【特許文献３】
特開２００２−９３３７７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、最近では、図３に示すように、上記方形箱形の放電容器１を前後に極めて長尺な形状に形成したエキシマランプが開発されている。この放電容器１は、横断面の上下の高さが十数ｍｍで左右の幅が数十ｍｍ程度の横長の薄い方形となる前後に１ｍ以上の長尺な合成石英ガラス製の管の両端を塞ぎ、内部にキセノンガスを充填したものである。また、この放電容器１は、平坦な上下面にそれぞれ金属薄膜をパターン形成することにより電極２，３を形成している。放電容器１の上面の電極２は、この平坦な上面をほぼ全面覆うように形成されているが、下面の電極３は、網目状のパターンに形成され、この網目の隙間から下方に真空紫外線を照射することができるようになっている。真空紫外線は、酸素に吸収されるために、空気中では直ぐに減衰して短い距離しか到達することができず、例えば波長が１７２ｎｍの場合には１０ｍｍ以下程度の距離までしか到達することができない。そこで、エキシマランプが放射する真空紫外線をできるだけ広い面積に照射するには、放電容器１で最も広い面積を有する平坦な面から照射する必要があり、このために下面の電極３を網目状にしてその隙間から真空紫外線を下方に照射するようにしている。
【０００７】
しかしながら、エキシマランプが放射する真空紫外線の強度は、エキシマ発光に自己吸収がないことから、放電容器１内の放電空間の距離が長いほど強くなる。このため、上記のような極めて長尺な放電容器１を用いる場合、実際の照射光として下方に取り出す真空紫外線は、上下方向の十数ｍｍ以下の短い距離の放電空間から放射されるのに対して、前後方向に放射される真空紫外線は、１ｍ以上の距離の放電空間から放射されるために、極めて紫外線強度の強いものとなる。
【０００８】
従って、放電容器１の最短方向に真空紫外線を照射するエキシマランプは、この最短方向を除く方向に放射される真空紫外線の強度が強くなり、特に最長方向に放射される真空紫外線の強度は極めて強くなるので、これらの方向の端部の壁板の劣化が早期に進行して、寿命が著しく短くなるという問題が生じていた。
【０００９】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、エキシマランプの放電容器の最長端部等の壁板を真空紫外線が透過し難くすることにより劣化を防止するエキシマランプ及びこの放電用容器を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１のエキシマランプは、前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する誘電体により構成された密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器と、この放電容器の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射するエキシマランプにおいて、この放電容器における少なくとも前後両端部の前後端壁板の内面に真空紫外線保護層が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
請求項１の発明によれば、放射される真空紫外線の強度が最も強い前後方向の両端部の前後端壁板の内面に真空紫外線保護層が形成されるので、この強度の強い真空紫外線により前後端壁板が早期に劣化するのを防止することができるようになる。また、上下方向に比べれば、左右方向の真空紫外線の強度も強くなるので、左右側壁板の内面にもこの真空紫外線保護層を形成して、これらの左右側壁板の劣化を防止するようにしてもよい。真空紫外線保護層とは、真空紫外線の照射に対して背後の壁板を保護するための層であり、例えば真空紫外線を吸収する層やこの真空紫外線を反射する層、これら吸収と反射を同時に行う層等が用いられる。
【００１２】
なお、本明細書で示す前後、上下及び左右の各直交する方向は、それぞれの方向の間の関係を表すために便宜的に用いているにすぎないので、実際のエキシマランプの配置は任意である。
【００１３】
請求項２のエキシマランプの放電用容器は、前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する誘電体により構成されたエキシマランプの放電用容器であって、前後両端部の前後端壁板又は左右側壁板の少なくともいずれかの壁板に開口部が形成されたことを特徴とする。
【００１４】
請求項２の発明によれば、放電用容器の前後端壁板や左右側壁板に開口部が形成されているので、ここから懸濁液等を注入して真空紫外線保護層を形成することができる。また、内部の空気抜きや放電用ガスの充填も行うことができる。この放電用容器は、内部の処理の完了後に開口部を封止することにより放電容器となる。
【００１５】
請求項３のエキシマランプは、前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、少なくとも下壁板は真空紫外線を透過し、少なくとも前後両端部の前後端壁板はこの下壁板よりも真空紫外線の吸収率が高く及び／又は反射率が高い誘電体によって構成される密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器と、この放電容器の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とする。
【００１６】
請求項３の発明によれば、放射される真空紫外線の強度が最も強い前後方向の両端部の前後端壁板が真空紫外線を吸収したり反射するので、この強度の強い真空紫外線により前後端壁板が早期に劣化するのを防止することができるようになる。前後端壁板が真空紫外線を吸収する場合には、内面の表層部は劣化が進行し易くなるが、その他の大部分の劣化を防止することにより前後端壁板を全体として保護することができる。また、上下方向に比べれば、左右方向の真空紫外線の強度も強くなるので、左右側壁板も真空紫外線を吸収し易くしたり反射させて、これらの左右側壁板の劣化を防止するようにしてもよい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
図１〜図２は本発明の一実施形態を示すものであって、図１はエキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図、図２はエキシマランプの長尺な中央部を省略した縦断面側面図である。なお、図３に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１９】
本実施形態は、図３に示したものと同様の前後方向に長尺な方形箱形の放電容器１を用いるエキシマランプについて説明する。この放電容器１は、図１及び図２に示すように、横断面が横長の方形となる長尺な合成石英ガラス製の角管１ａの両端開口部に、この角管１ａの横断面とほぼ同じ形状の合成石英ガラス製の前後端壁板１ｂ，１ｂをそれぞれ溶着して塞ぐことにより形成される。角管１ａは、横断面の上下方向の高さが十数ｍｍであり、左右方向の幅が数十ｍｍの方形の管であって、前後方向の長さは１ｍ以上となる。従って、この角管１ａは、上下で向かい合う平坦な上下壁板と左右方向で向かい合う平坦な左右側壁板とで構成される。この角管１ａの両端開口部に溶着される前後端壁板１ｂ，１ｂには、事前にそれぞれチップ管１ｃ，１ｃが突設されている。各チップ管１ｃは、前後端壁板１ｂの外面からさらに外側に突出するように溶着された合成石英ガラス製の管材であり、管内がこの前後端壁板１ｂのほぼ中央部に予め形成された開口孔に通じるように設けられている。この放電容器１は、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ，１ｂを溶着する前又は後に、この角管１ａの上下壁板の外面に電極２，３の金属薄膜が成膜される。電極２は、エキシマランプが放射する真空紫外線の強度を検査するためのセンサ用の未塗膜部を除けば、角管１ａの上壁板の上面のほぼ全面を覆うように成膜される。また、電極３は、この角管１ａの下壁板の下面のほぼ全面に網目状のパターンで成膜される。なお、本明細書では、内部に放電用ガスを充填して封止するまでの製造過程にある「放電容器」を「放電用容器」と称しているが、本実施形態ではこの製造過程の「放電用容器」と封止後の「放電容器」を併せて放電容器１として説明する。
【００２０】
上記のようにして作製された放電容器１は、いずれか一方のチップ管１ｃを下向きにして放電容器１を直立させ、この下向きのチップ管１ｃから放電容器１内の下端部に真空紫外線保護材の懸濁液を注入する。真空紫外線保護材の懸濁液は、真空紫外線を吸収したり反射する真空紫外線保護材の微粉末を塗布のために液体中に分散させたものである。真空紫外線を吸収する作用を得るための真空紫外線保護材としては、ＺｎＯ２やＴｉＯ２等があり、真空紫外線を反射する作用を得るための真空紫外線保護材としては、ＡｌＯ３等がある。この真空紫外線保護材は、真空紫外線を吸収するものか反射するもののどちらかの１種以上を使用する他に、吸収するものと反射するものを１種以上ずつ混合して使用するようにしてもよい。この真空紫外線保護材の懸濁液を放電容器１内の下端部に注入して再び同じチップ管１ｃから排出すると、真空紫外線保護材が放電容器１の内面に塗布されることになり、これによって一方の端壁板１ｂの内面と角管１ａの一方端部の内面に真空紫外線保護層４が形成される。また、放電容器１を逆向きに直立させて他方のチップ管１ｃを下向きにし、このチップ管１ｃから同じ真空紫外線保護材の懸濁液を注入し排出することにより、他方の端壁板１ｂの内面と角管１ａの他方端部の内面にも真空紫外線保護層４が形成される。なお、角管１ａの端部の内面に形成される真空紫外線保護層４は、この角管１ａの外面の電極２，３とは重ならないように、これらの電極２，３の形成領域よりもさらに端部側にのみ形成することが好ましい。
【００２１】
上記のようにして真空紫外線保護層４，４が形成された放電容器１は、一方のチップ管１ｃを通じて空気を排出すると共に、他方のチップ管１ｃを通じて放電用ガスを注入することにより、内部にこの放電用ガスを充填する。そして、双方のチップ管１ｃの先端部を溶融封止させて内部を密閉することにより、上述のように放電容器１が「放電用容器」から「放電容器」となり、既に電極２，３の形成も完了していることから、これと同時にエキシマランプも完成する。
【００２２】
上記構成のエキシマランプによれば、放電空間の距離が最も長くなり放射される真空紫外線の強度も最強となる放電容器１の前後方向の両端部に配置される前後端壁板１ｂ，１ｂの内面に真空紫外線保護層４が形成される。真空紫外線保護層４が真空紫外線を吸収するものである場合には、前後方向に放射された真空紫外線の多くがこの真空紫外線保護層４で吸収されるので、前後端壁板１ｂ，１ｂを透過するものは僅かとなって劣化を抑制することができる。また、真空紫外線保護層４が真空紫外線を反射するものである場合にも、前後方向に放射された真空紫外線の多くがこの真空紫外線保護層４で反射されるので、この場合も前後端壁板１ｂ，１ｂを透過するものは僅かとなって劣化を抑制することができる。このため、放電容器１の長尺な前後方向の両端部に配置される前後端壁板１ｂ，１ｂが、角管１ａの上下壁板や左右側壁板よりも極めて強い真空紫外線を受けることにより合成石英ガラスの劣化が急速に進行して、エキシマランプの寿命が短縮されるのを防止することができるようになる。しかも、角管１ａの前後方向の両端部にも、この真空紫外線保護層４が形成されるので、前後端壁板１ｂ，１ｂに準じて強い真空紫外線を受けるこれらの端部の合成石英ガラスが劣化するのも防止することができるようになる。
【００２３】
また、上記放電容器１は、前後方向の両端部に配置された前後端壁板１ｂ，１ｂにチップ管１ｃ，１ｃが溶着されて、これらのチップ管１ｃ，１ｃの先端が溶融封止されるまでは、内部と導通する開口部となるので、これらのチップ管１ｃ，１ｃを通じて放電用ガスの充填を行う他に、真空紫外線保護層４の形成のための懸濁液の注入と排出に用いることができるようになる。しかも、これらのチップ管１ｃ，１ｃは、電極２，３が形成される角管１ａの上下壁板とは異なる前後端壁板１ｂ，１ｂに設けられるので、電圧の印加や真空紫外線の本来の下方への照射を妨げるようなこともない。
【００２４】
なお、上記実施形態では、放電容器１の前後端壁板１ｂ，１ｂや角管１ａの両端部の内面にのみ真空紫外線保護層４を設ける場合を示したが、この角管１ａの左右側壁板の内面にも同様に真空紫外線保護層４を形成してもよい。これら左右側壁板も、上下方向よりは放電空間の距離が数倍長い左右方向の比較的強い真空紫外線を受けることになるので、上下壁板よりも早期に合成石英ガラスが劣化するおそれがあるが、前後端壁板１ｂ，１ｂの内面等と同様の真空紫外線保護層４を形成すればこの劣化を防止することができるようになる。
【００２５】
上記のように左右側壁板の内面にも真空紫外線保護層４を形成する場合、放電容器１を直立させて下方のチップ管１ｃから真空紫外線保護材の懸濁液を注入後に、この放電容器１を電極２，３が形成された面に直交する軸を中心にゆっくり１回転させれば、懸濁液が一方の端壁板１ｂの内面から一方の側壁板の内面に移動し、さらに他方の端壁板１ｂの内面から他方の側壁板の内面に移動するので、これら全ての壁板の内面に真空紫外線保護層４を形成することができるようになる。また、このように左右側壁板の内面にも真空紫外線保護層４を形成する場合には、チップ管１ｃ，１ｃをこれら左右壁板に設けることもできる。しかも、放電用ガスの充填効率を多少犠牲にすれば、前後端壁板１ｂ，１ｂや左右側壁板のいずれか一面の壁板にのみチップ管１ｃを設けることもできる。
【００２６】
また、上記実施形態では、放電容器１の内部に通じる開口部を形成するためにチップ管１ｃを用いる場合を示したが、他の管材を取り付けたり、単なる開口孔を形成するだけでもよい。このようなチップ管１ｃ等による開口部は、真空紫外線保護層４が形成されない放電容器１にも、放電用ガスの充填のために設けることができる。この際、真空紫外線の照射の妨げとならないように、少なくともこの真空紫外線の照射方向に直交する壁板を除く他の壁板に設けるようにする。
【００２７】
また、上記実施形態では、放電容器１の壁板の内面に真空紫外線保護層４を形成する場合を示したが、この放電容器１の各壁板の一部の合成石英ガラスの材質を、真空紫外線の透過率が低いものや反射率が高いものに変更することにより、この壁板の劣化を防止することもできる。即ち、放電容器１における少なくとも前後方向の前後端壁板１ｂ，１ｂを、本来の照射用の真空紫外線が透過する下壁板よりも真空紫外線の透過率が低いものに替えたり、この真空紫外線の反射率が高いものに替える。真空紫外線の透過率が低いものとしては、溶融石英や、天然の石英ガラスにチタンやバナジウム化合物を添加したオゾンフリー石英等がある。また、真空紫外線の反射率が高いものとしては、例えば合成石英ガラスの表面をスリガラス状に加工することにより、この真空紫外線を散乱させて反射率を高めたもの等がある。さらに、真空紫外線の透過率が低く反射率も高いものを用いることもできる。前後端壁板１ｂ，１ｂが真空紫外線の吸収率の高いものである場合には、前後方向に放射された真空紫外線の多くが各前後端壁板１ｂの内面の表層部で吸収されるので、この前後端壁板１ｂを完全に透過するものは僅かとなって、表層部のみは劣化するが、他の大部分の劣化を抑制することができる。また、前後端壁板１ｂ，１ｂが真空紫外線の反射率の高いものである場合にも、前後方向に放射された真空紫外線の多くが各前後端壁板１ｂで反射されるので、この前後端壁板１ｂを透過するものは僅かとなって劣化を抑制することができる。
さらに、前後端壁板１ｂ，１ｂに限らず、角管１ａの両端部や左右側壁板をこのように真空紫外線の吸収率や反射率の高いものに変更することもできる。
【００２８】
また、上記実施形態では、角管１ａの両端開口部に前後端壁板１ｂ，１ｂを溶着することにより放電容器１を作製する場合を示したが、この放電容器１の作製方法は任意である。例えば、合成石英ガラスの長尺な円筒管を横断面が横長の方形となるように成形したものの両端開口部に前後端壁板１ｂ，１ｂを溶着するようにしてもよいし、角管１ａや円筒管を成形したものの両端部を溶融封止して作製することもできる。このように作製した放電容器１は、電極２，３を形成する上下壁板の広い領域が平坦でほぼ平行になっていればよいので、例えば円筒管を成形した場合の左右側壁板は半円筒状に湾曲していてもよく、例えば溶融封止された前後端壁板も溶融によって湾曲していてもよい。また、合成石英ガラスの６枚の板材をそれぞれ溶着することにより放電容器１を作製することもできる。この場合、各壁板が異なる板材で構成されるので、任意の壁板を真空紫外線の吸収率や反射率の高いものに変更することが容易に可能となる。
【００２９】
また、上記実施形態では、放電容器１の全ての壁板を合成石英ガラスで構成する場合を示したが、本来の照射用の真空紫外線が透過する壁板を除く他の壁板は、適宜の誘電体材料であれば、必ずしも合成石英ガラスである必要はない。さらに、上記実施形態では、波長１７２ｎｍの真空紫外線を放射するエキシマランプについて説明したので、この波長の真空紫外線の透過率の高い合成石英ガラスを用いる場合を示したが、エキシマランプが使用する真空紫外線の波長に応じて適宜の誘電体材料を用いることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のエキシマランプ及びこの放電用容器によれば、放射される真空紫外線の強度が最も強い前後方向の両端部の前後端壁板や、上下方向よりも真空紫外線の強度が強くなる左右方向の左右側壁板の劣化を防止することにより寿命が短縮されるのを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した縦断面側面図である。
【図３】従来例を示すものであって、エキシマランプの長尺な中央部を省略した斜視図である。
【符号の説明】
１ 放電容器
１ａ 角管
１ｂ 前後端壁板
１ｃ チップ管
２ 電極
３ 電極
４ 真空紫外線保護層
Claims (3)
- 前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する誘電体により構成された密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器と、この放電容器の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射するエキシマランプにおいて、
この放電容器における少なくとも前後両端部の前後端壁板の内面に真空紫外線保護層が形成されたことを特徴とするエキシマランプ。 - 前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、真空紫外線を透過する誘電体により構成されたエキシマランプの放電用容器であって、前後両端部の前後端壁板又は左右側壁板の少なくともいずれかの壁板に開口部が形成されたことを特徴とするエキシマランプの放電用容器。
- 前後に最長であり上下が最短になると共に、この上下で向かい合うほぼ平坦な上下壁板が互いにほぼ平行な形状を有し、少なくとも下壁板は真空紫外線を透過し、少なくとも前後両端部の前後端壁板はこの下壁板よりも真空紫外線の吸収率が高く及び／又は反射率が高い誘電体によって構成される密閉容器であって、内部にエキシマ発光のための放電用ガスを封入した放電容器と、この放電容器の上下壁板の外面にそれぞれ形成された電極とを備え、この下壁板を通して真空紫外線を下方に照射することを特徴とするエキシマランプ。
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