JP2005158622A - 閃光放電ランプおよび光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
表面処理の実用に供するのに好適なように改良された閃光放電ランプおよびこれを用いる改良された光照射装置、例えば紫外光を多く、しかも高効率に発生する閃光放電ランプおよびこれを用いた光照射装置を提供する。
【解決手段】
閃光放電ランプＨＦＬは、透光性の細長い気密容器ＳＥと、気密容器ＳＥの両端内部に封装されている一対の電極Ｅ、Ｅと、希ガスおよび水銀を含み、気密容器ＳＥの内部に封入されて放電時に発光する放電媒体と、気密容器ＳＥの外周に近接して配設されたトリガーワイヤＴＷと、を具備している。
閃光放電ランプＨＦＬは、その一対の電極Ｅ、Ｅを経由して直流電源中のコンデンサの電荷を急激に放電させることによって閃光放電を行う。
【選択図】
図１

Description

本発明は、瞬間的に大きな強度の光を照射するのに適した閃光放電ランプおよびこれを用いた光照射装置に関する。

透光性の細長い気密容器の内部にキセノンなどの放電媒体を封入した閃光放電ランプを点灯させてパルス状のランプ電流を通流させると、瞬間的に大きな強度の閃光、例えば波長４００ｎｍ以下の紫外光および可視光などからなる瞬間的な放射を発生させることができる。閃光放電ランプの発光を照射することによって半導体材料のアニール、割断など半導体、液晶プロセス分野など各種の分野における表面加熱、表面殺菌および表面硬化などの表面処理が可能になる。

従来は、この種の光照射に主としてレーザやハロゲン電球を用いているが、レーザやハロゲン電球に代えて上記の閃光放電ランプを多灯並列配置することにより、極めて短時間で上述の処理が可能になるとともに、ランプの長寸化が可能なため処理の大面積化が可能となる。

上述の用途に用いる閃光放電ランプは、気密容器が細長くて石英ガラスからなり、気密容器の両端内部に一対の電極を封装し、気密容器の内部にキセノン（Ｘｅ）などの希ガスを封入していて、気密容器の外周に近接してトリガーワイヤを配設した構造である。また、上述の用途においては、光照射処理に対して閃光放電ランプから放射される光のうち波長４００ｎｍ以下の紫外光が特に効果的に作用する。

発明者らは、上述の用途に好適な閃光放電ランプを先に提案し、特願２００３−１８０９７７号（以下、便宜上「先願発明」という。）として出願されている。提案された閃光放電ランプは、内部断面積がＳ１の第１の領域および内部断面積がＳ２の第２の領域を管軸方向に備え、石英ガラスを主体として形成されていて、数式０．３＜Ｓ２／Ｓ１＜０．９を満足する透光性の細長い気密容器を備えている点で特徴付けられる。

ところが、閃光放電ランプによる閃光を上述した表面処理の実用に供するには、閃光放電ランプおよびこれを用いる光照射装置の性能向上についての改良が望まれている。例えば、閃光放電ランプにあっては、紫外光をより一層多く、しかも高効率に発生させたいとする要求があり、従来および先願発明の閃光放電ランプでは十分必ずしもこれに十分に応えることができなかった。また、この種の閃光放電ランプが放電する際には、瞬間的に数千Ａの大電流が流れるので、電極が加熱されて高温になるので、電極に吸着されていた不純ガスが放出されやすい。不純ガスが放出されると、発光効率および寿命特性が低下するという問題がある。

一方、光照射装置にあっては、閃光放電ランプを被処理物に近接させるほど光照射の際の照度が大きくなり、光照射を効果的に行うことができる。しかし、この場合、光照射の際に被処理物からの飛散物が閃光放電ランプに付着してランプを汚損し、そのために光出力が低下し、延いてはランプの寿命特性が低下するという問題がある。

また、閃光放電ランプから放射される紫外光を減衰少なく被処理物に照射するために、紫外光の減衰の少ない窒素（Ｎ_２）などの気体で外気を置換し、または上記気体をパージすなわちフローする容器を設けて、閃光放電ランプおよび反射鏡をこの容器内に収納することができる。このような場合には、紫外光を容器外へ取り出すための透光窓を当該容器に形成する必要がある。ところで、この種の閃光放電ランプは、例えば波長１７２ｎｍなどの真空紫外光をも放射するので、この真空紫外光をも利用することで、より一層効果的な表面処理を行うことができる。したがって、透光窓は、真空紫外光をも良好に透過するような紫外域に幅広い分光透過特性を備えていることが望まれる。

さらに、比較的薄い被処理物に対して閃光放電ランプによる光照射を行うと、その支持次第では被処理物の表裏に強い熱応力が瞬間的に作用して、被処理物にマイクロクラックが発生してしまうという問題がある。

本発明は、表面処理の実用に供するのに好適なように改良された閃光放電ランプおよびこれを用いる改良された光照射装置を提供することを一般的で、かつ、共通の目的とする。

本発明は、紫外光を多く、しかも高効率に発生する閃光放電ランプおよびこれを用いた光照射装置を提供することを具体的な目的とする。

また、本発明は、主として電極からの不純ガスの放出による発光効率および寿命特性の低下を抑制した閃光放電ランプおよびこれを用いた光照射装置を提供することを他の目的とする。

さらに、本発明は、被処理物からの飛散物による汚損を防止して閃光放電ランプの寿命特性の低下を抑制した光照射装置を提供することを他の目的とする。

さらにまた、本発明は、紫外光の減衰の少ない窒素（Ｎ_２）などの気体で外気を置換し、または上記気体で外気をパージする、すなわち上記気体をフローする容器内に閃光放電ランプを収納し、かつ、外部へ導出する紫外光の減衰を低減するとともに真空紫外光をも透過するようにした光照射装置を提供することを他の目的とする。

さらにまた、本発明は、被処理物の支持および光照射方法を改良して被処理物のマイクロクラック発生を防止した光照射装置を提供することを他の目的とする。

請求項１の発明の閃光放電ランプは、透光性の細長い気密容器と；気密容器の両端内部に封装されている一対の電極と；希ガスおよび水銀を含み、気密容器の内部に封入されて放電時に発光する放電媒体と；気密容器の外周に近接して配設されたトリガーワイヤと；を具備していることを特徴としている。

本発明および以下の各発明において、特に指定しない限り用語の定義および技術的意味は次による。

＜気密容器について＞ 気密容器は、少なくとも放電により発生した光、例えば紫外光または／および可視光や赤外光を外部に導出して利用しようとする部位すなわち主要部が上記の光に対して透光性の石英ガラスにより形成されている。したがって、上記の部位以外のその他の部位は透光性でなくてもよい。本発明における「透光性」とは、外部に導出して利用とする所望波長帯の光を実質的に透過すればよく、要すれば真空紫外光に対しても実質的に透過性にすることができる。

また、気密容器は、全体として細長い形状をなしていて、内部が中空になっていて、放電空間として利用される。気密容器の長さは、被処理物の大きさに応じて所望の値に設定することができる。例えば、１〜２ｍ程度の長さを有する気密容器を備えた閃光放電ランプを得ることができる。

さらに、気密容器は、所望により中空部の長さ方向に内部断面積が例えばある値を有する第１の領域および内部断面積が上記の値と異なる値を有する第２の領域を管軸方向に備え、それら領域の断面積比が所定の関係を満足するように構成することができる。なお、「内部断面積」とは、管軸方向に対して垂直な面内における気密容器の内壁面により囲まれた空間の面積をいう。このように管軸方向における内部断面積の変化は、段階的および連続的のいずれであってもよい。内部断面積の変化は、以下に例示する目的に沿って適宜設定することができる。なお、目的の如何にかかわらず、ある領域の内部断面積が相対的に小さくなると、当該領域を流れる電流密度が大きくなり、これに伴って発光の強さが相対的に大きくなり、反対に内部断面積が相対的に大きくなると、当該領域を流れる電流密度が小さくなり、これに伴って発光の強さが相対的に小さくなる関係にある。
１．管軸方向に沿って均一な光照射効果が比較的長い距離にわたり得られるようにする。
２．管軸方向の中間部に比較的発光の強い領域が形成されるようにする。
３．管軸方向の両端部に比較的発光の強い領域が形成されるようにする。設定されている
さらにまた、気密容器は、その内部を外気に対して気密に封止するとともに、後述する電極を封装して支持するために、その両端に封止部を備えている。封止部は、適宜の構成を採用することができるが、閃光放電時には数千Ａの大電流が瞬間的に流れるので、これに耐える封止構造を採用する必要がある。好適にはグレーデッドシール構造を採用するのがよい。

＜一対の電極について＞ 一対の電極は、気密容器の両端内部に対向して封装されている。そして、従来から閃光放電ランプに一般に用いられている構成であるところの冷陰極形の電極を用いることができる。この場合、例えばニッケル（Ｎｉ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、タンタル（Ｔａ）およびチタン（Ｔｉ）のグループから選択された一種または複数種の耐火性金属あるいはこれらの複数種からなる合金またはステンレス鋼などを用いて電極を形成することができる。

また、電極は、例えば電極主部および電極軸を含み、電極主部を電極軸の先端に支持させて構成することができる。電極軸は、その基端が気密容器の封止部に気密に封着される。なお、グレーデッドシール構造の場合、電極軸を気密容器の封止部を貫通させ、その基端を直接外部へ露出させて、外部へ露出した基端部を外部導入導体として兼用させるように構成することもできる。

＜放電媒体について＞ 放電媒体は、その放電により所望波長の光を放射する媒体であり、本発明においては希ガスおよび水銀（Ｈｇ）を含んでいる。希ガスは、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）およびキセノン（Ｘｅ）のグループから選択された一種を単独で、または複数種の希ガスを混合して用いることができる。また、希ガスの封入圧は、従来から閃光放電ランプに一般に用いられているのと同様な圧力であればよい。水銀は、閃光放電によりその蒸気が放電に寄与して特有のスペクトルの放射を行うように適量を封入するものとする。水銀蒸気は、閃光放電において、主として波長２５４ｎｍ、３６５ｎｍの紫外光を高効率で放射する。封入した水銀は、その全量が蒸発するように封入してもよいし、一部が蒸発しないで液相で滞留するように封入してもよい。

＜トリガーワイヤについて＞ トリガーワイヤは、気密容器の外面に近接して配設され、少なくとも一方の電極との間に強い電位傾度を形成することにより、気密容器内の内部を絶縁破壊して、一対の電極間に放電を生起させるための手段である。トリガーワイヤによって一方の電極との間に強い電位傾度を形成するためには、例えばトリガーワイヤと当該一方の電極との間にトリガー用電源を接続したり、トリガーワイヤを他方の電極に接続したりすればよい。また、トリガーワイヤの電極間における長さを調節することによって、一対の電極間における放電開始電圧を所望値になるように制御することもできる。

＜本発明の作用について＞ 本発明は、以上の構成を具備していることにより、例えばコンデンサに充電した電荷を急激に閃光放電ランプを通じて放電させるなどの方法によって閃光放電ランプを点灯させると、その内部に閃光放電が生起する。この放電により紫外光および可視光がいわゆる閃光として瞬間的に放射され、気密容器を透過して外部へ導出される。放電媒体は、水銀および希ガスを含んでいるので、発光中には水銀蒸気放電による波長２５４ｎｍおよび３６５ｎｍの紫外光のスペクトルが多く含まれている。また、発光には、水銀発光による１８５ｎｍなどの真空紫外光のスペクトルも含まれており、気密容器がこれらをも透過する分光透過特性を有している場合には、併せて真空紫外光も外部へ導出される。

閃光放電ランプの閃光による発光を被処理物の表面に照射すれば、その照射光が被処理物の表面の浅い層に効果的に吸収されるので、表面処理が行われる。特に本発明の閃光放電ランプによれば、水銀蒸気による波長２５４ｎｍ、３６５ｎｍの紫外光が多く放射されるので、とりわけ表面処理に有効である。

また、本発明の閃光放電ランプは、上記波長の紫外光を多く放射するだけでなく、全放射エネルギーが希ガスのみの構成に比較して明らかに増加する。すなわち、発光効率が高くなる。

＜本発明のその他の構成について＞ 本発明においては、以下の構成を選択的に付加することにより、閃光放電ランプの性能が向上する。

１．（ゲッター） ゲッターは、電極の近傍に配設される。ゲッター材料としては、バリウム（Ｂａ）ゲッター、ＺｒＡｌ合金ゲッターなど既知のものを用いることができる。バリウム（Ｂａ）ゲッターは、気密容器の内面の電極近傍位置に蒸着膜としてこれを形成することができる。ＺｒＡｌ合金ゲッターは、電極軸の電極主部に近接した位置に溶接するなどにより配設することができる。なお、上記のゲッターは、本発明はもとより水銀を含まない放電媒体を封入する閃光放電ランプに対しても効果的である。

２．（フィルタ） フィルタは、閃光放電ランプと被処理物との間に介在して配設されるが、閃光放電ランプに着脱自在に装着されるように構成することができる。例えば閃光放電ランプおよび反射鏡を外気に露出した状態で使用する場合において、閃光放電ランプおよび反射鏡と被処理物との間に介在するように配設される。そして、フィルタは、被処理物に対する光照射の波長を選択する。例えば、フィルタをシリカが７０質量％以上含むガラス質材料、例えば石英ガラスや高シリカガラス（「パイレックス」（登録商標）など）などで形成することができる。そうすれば、波長２５４ｎｍ、３６５ｎｍなどの紫外光および可視光を良好に透過させることができ、さらにシリカが８０質量％以上、より好適には９０質量％以上のガラス質材料、例えば合成石英ガラスになれば、例えばキセノンが放射する波長１７２ｎｍや水銀が放射する波長１８５ｎｍような真空紫外光をも良好に透過させることができる。したがって、フィルタの透過光は、被処理物の表面処理に対する光照射効果が殆ど減退しない。なお、フィルタは、本発明の閃光放電ランプはもとより水銀を含まない放電媒体を封入する閃光放電ランプに対しても効果的である。

また、フィルタを配設することにより、フィルタは、光照射を行った際に被処理物から生じる飛散物が閃光放電ランプおよび／または反射鏡に到達しないように作用する。

そうして、以上のように構成することにより、閃光放電ランプが発生する光のうち、所望波長域の光のみを選択的に被処理物に照射させることができる。

また、フィルタは、被処理物からの飛散物が閃光放電ランプおよび／または反射鏡に到達して、これらを汚損するのを効果的に阻止する。フィルタに付着した飛散物は、これを比較的容易に除去することが可能である。

請求項２の発明の光照射装置は、請求項１記載の閃光放電ランプと；閃光放電ランプの発光を光照射処理部に集光する反射鏡と；閃光放電ランプにパルス電流を供給して点灯する閃光放電ランプ点灯回路と；を具備していることを特徴としている。

本発明は、請求項１に規定する閃光放電ランプを具備する被照射物の表面処理に効果的な光照射装置の構成を規定している。

＜閃光放電ランプについて＞ 閃光放電ランプは、請求項１に規定する構成のランプが用いられるが、その数は自由である。例えば、複数の閃光放電ランプを並列して、所望面積の被処理物を同時に光照射するように構成することが許容される。

＜反射鏡について＞ 反射鏡は、利用しようとする波長域の光の少なくとも一部に対して比較的高い反射率を呈する光反射性を有し、かつ、閃光放電ランプの発光を光照射処理部に集光するように構成されている。なお、「光照射処理部」とは、閃光放電ランプの発光を照射する位置に被処理物を配置するように構成されている手段をいう。複数の閃光放電ランプを配列して配置する場合、反射鏡は、閃光放電ランプに対して１対１の関係になるように配設することができる。しかし、要すれば、単一の反射鏡を複数の閃光放電ランプに対して共通になるように配設することも許容される。

＜閃光放電ランプ点灯回路について＞ 閃光放電ランプ点灯回路は、閃光放電ランプにパルス電流を供給して閃光点灯させる回路構成であれば、具体的な回路構成は問わないが、好適には高圧直流電源および充放電用のコンデンサを含む構成である。高圧直流電源は、スイッチングレギュレータなどを主体として構成することができ、充放電用のコンデンサに対して充電用の高圧直流電圧を出力する。充放電用のコンデンサは、閃光放電ランプに対してパルス電流の電源となり、そこに蓄積された電荷を放電することによって閃光放電ランプに対して瞬間的なパルス電流を供給する。

また、閃光放電ランプ点灯回路は、閃光放電ランプとの関係において、１対１の関係および１対複数の関係のいずれの形態であってもよい。後者の関係の場合、複数の閃光放電ランプを共通となる単一の閃光放電ランプ点灯回路に対して複数の閃光放電ランプを直列接続および並列接続のいずれであってもよく、要すれば直並列接続も許容される。なお、直列接続する場合、所望により各閃光放電ランプのトリガーワイヤを同様に直列接続することができる。

＜本発明の作用について＞ 本発明は、以上の構成を具備していることにより、閃光放電ランプが閃光放電を行うと、発生した閃光は、反射鏡で光照射部に向けて集光され、光照射部に配置された被処理物を照射する。その結果、被処理物の表面処理が効果的に行われる。

次に、本発明の光照射装置を用いる態様の一例として、半導体材料などのディスク状の材料からなる被割断物の割断方法を説明する。すなわち、閃光放電ランプから発生する瞬間的な光エネルギーを反射鏡により集光して、予定の割断線に沿って被処理物に照射する。なお、この光照射に先立って、割断線の部分をスリット状に残して被処理物のその他の領域に光遮断性のマスクを配設しておくことにより、より精細な割断を行うことができて効果的である。また、光学フィルタを用いて割断に効果的な波長帯を選択的に抽出して割断線に沿って照射するように構成することができる。さらに、被処理物の光照射部に割断線に沿った凸条部を備えることにより、割断がより一層容易になるとともに、正確な割断を行わせるのに効果的である。

そうして、閃光放電ランプから発生する瞬間的な高エネルギーの光を集光して被割断物の予定の割断線に照射すると、割断線に沿って大きな熱エネルギーが瞬間的に加えられて、材料の破壊が生じる。そのため、被処理物は、割断線に沿って容易に割断する。なお、マスクは、常法により所望時に除去することができる。

＜本発明のその他の構成について＞ 本発明においては、以下の構成を選択的に付加することにより、閃光放電ランプの性能が向上する。

１．（透光窓を備えた収納容器） 透光窓を備えた収納容器は、閃光放電ランプおよび反射鏡を収納して、これらを外気から遮断する手段である。すなわち、閃光放電ランプおよび反射鏡を収納容器内に収納して、当該容器の内部に紫外光の減衰の少ない不活性ガス、例えば窒素（Ｎ_２）を封入して外気と置換したり、不活性ガスをフローして外気をパージしたりするように構成することができる。これらの置換およびパージにおいて、不活性ガスが分圧で９０％以上になるようにすると効果的である。

透光窓は、閃光放電ランプからの光が容器から外部へ出射する位置に配設される。また、透光窓は、所望の波長域の光をなるべく減衰しないで透過するような材料で構成してフィルタ作用を呈するようにするのが望ましい。透光窓をシリカが９０質量％以上含むガラス質材料、例えば合成石英ガラスなどで形成することにより、例えばキセノンが放射する波長１７２ｎｍや水銀が放射する波長１８５ｎｍなどの真空紫外光を含む紫外光および可視光を良好に透過させることができる。なお、上記透光窓は、水銀を含まない放電媒体を封入する閃光放電ランプに対しても効果的である。

そうして、以上のように透光窓を備えた収納容器用いることにより、被処理物に対する減衰の少ない光照射を行うことが可能になる。また、透光窓は、光照射の際に生じる被処理物からの飛散物が閃光放電ランプおよび／または反射鏡に到達しないように阻止するように作用する。したがって、透光窓があることにより、閃光放電ランプおよび反射鏡を汚損から保護して、それらの寿命特性が短縮するのを阻止することができる。また、透光窓に付着した飛散物は、これを比較的容易に除去することができる。

２．（フィルタ） フィルタは、光照射装置の構成部材として用いられ、例えば閃光放電ランプおよび反射鏡を外気に露出した状態で使用する場合において、閃光放電ランプおよび反射鏡と被処理物との間に介在するように配設される。そして、フィルタは、閃光放電ランプのその他の構成において述べたのと同様に構成されていることを許容する。

３．（被処理物の保持手段） 光照射装置における被処理物の保持は、被処理物が光照射を受けたときに急激な温度変化により不所望な変形やマイクロクラックなどのダメージを受けないように配慮することが望ましい。特に被処理物が薄い場合にはその傾向が強い。すなわち、光照射時に被処理物に吸収されて光照射処理に寄与する光ばかりでなく、被処理物を透過する光、例えば可視光および赤外光なども存在する。ところが、被処理物が支持台からなる光照射部などに密接して支持されていると、被処理物を透過する光によって被処理物の表裏の温度差が顕著になり、上述のダメージを与える。

被処理物が光照射時にダメージを受けないようにするためには、被処理物を熱容量の大きな支持台などの部材から実質的に浮かして支持するように光照射部を構成すると効果的であることが分かった。このような作用下において被処理物を支持するには、被処理物の光照射エリアの１０％以下の部分または光照射エリアすなわち処理部以外の部位すなわち非処理部を支持するか、被処理物を補助加熱するのがよい。

前者としては、例えば被処理物の非処理部を保持する、ピン状の支持部材で支持する、などがこれに該当する。非処理部を保持する場合には、被処理物を直に支持してもよい。ピン状の支持部材で支持する場合には、光照射エリア全体を均等に支持することができる。これにより被処理物の光照射エリアの９０％以上が雰囲気エリア内に浮いている状態で光照射を受けることができる。その結果、光照射時に被処理物を透過する光によるダメージを受けにくくなる。

後者としては、光照射部において、ホットプレートなどを用いて被処理物の支持台を加熱することができる。被処理物が補助加熱されることにより、被処理物が予め加熱された状態で光照射を受けることができるので、光照射によって受ける熱衝撃を緩和する。その結果、上述のダメージが軽減される。

なお、上記被処理物の保持手段は、請求項１の閃光放電ランプを備えた光照射装置ばかりでなく、水銀を含まない放電媒体を封入する閃光放電ランプを備えた光照射装置に対しても効果的である。

請求項１の発明によれば、紫外光を多く、しかも高効率に発生して表面処理の実用に供するのに好適なように改良された閃光放電ランプを提供することができる。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果を奏する光照射装置を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１および図２は、本発明の閃光放電ランプを実施するための第１の形態を示し、図１は正面縦断面図、図２は分光分布曲線を示すグラフである。本形態において、閃光放電ランプＨＦＬは、気密容器ＳＥ、一対の電極Ｅ、Ｅ、放電媒体およびトリガーワイヤＴＷからなる。

気密容器ＳＥは、石英ガラスからなり、管軸方向に一端から第２の領域２、第１の領域１および第２の領域２からなるが、全体的には直線的に延伸して直管状をなしている。第１および第２の領域１は、その管軸方向の内部断面積がＳ１、Ｓ２であり、内部断面積比がＳ２／Ｓ１が数式０．３＜Ｓ２／Ｓ１＜０．９を満足している。すなわち、第１および第２の領域は、ともに横断面がほぼ真円形状であり、第１の領域１が内径１０ｍｍ、第２の領域２が内径６ｍｍであり、ともに管軸方向に延在する円筒状をなしている。第１および第２の領域１、２の中間は、段継ぎされてこれらの領域と一体化されている。第２の領域１の一端部は、気密容器ＳＥの封止端部を構成している。この封止端部は、いわゆるグレーデッドシールを形成していて、第２の領域における円筒状の石英ガラスからなる主体部分と後述する導入線３との間を熱膨張係数が徐々に変化している複数の封止材を順次溶着することによって気密に封着している。

一対の電極Ｅ、Ｅは、タングステン（Ｗ）製であり、導入線３によって支持されて第２の領域２、２の端部の内部に封装されている。なお、一方は陽極であり、他方は陰極として作用する。また、導入線３は、電極Ｅを支持するとともに、気密容器ＳＥの両端部から外部へ気密に導出されていて、電極Ｅにランプ電流を供給する際の導電体としても機能する。

放電媒体は、キセノン（Ｘｅ）および水銀（Ｈｇ）が封入されている。

トリガーワイヤＴＷは、例えばモリブデン（Ｍｏ）線からなり、気密容器ＳＥの外面に接触した状態で管軸方向に沿って延在している。

そうして、本形態の閃光放電ランプＨＦＬを静電容量４０μＦの充放電用のコンデンサに電圧６ｋＶに充電し、かつ、インダクタンス０μＨの直流電源を用いて本形態の閃光放電ランプＨＦＬを点灯させたところ、ピーク電流９ｋＡ、電流半値幅２５μｓのランプ電流が流れて閃光放電が生起した。そして、図２に示す分光分布の発光を生じた。なお、図２において、横軸は波長（ｎｍ）を、縦軸は分光強度（相対値）を、それぞれ示す。

図２から理解できるように、本発明の閃光放電ランプＨＦＬにおいては、波長４００ｎｍ以下の紫外光が顕著に増加している。また、可視光領域にも強いピークを有する発光が行われていて、発光効率が極めて高いことが分かる。これらのことは、後述する図３に示す比較例との対比においてなお一層明瞭になるであろう。

また、上述の形態において、閃光放電ランプＨＦＬは、その管軸方向に沿って単位長当たりに発生する光放射量が管軸方向に沿った電流密度に応じて変化する。したがって、上述した本形態においては、両端部に位置する第２の領域における光放射量は、中央部に位置する第１の領域１のそれより増大する。その結果、光照射によって高い効果が得られる閃光放電ランプＨＦＬの管軸方向に沿った領域が長くなる。

図３は、比較例の分光分布曲線を示すグラフである。図において、横軸および縦軸は図２のそれと同じである。なお、縦軸の分光強度の相対値は、図２の相対値のそれとレベルが整合するように設定してある。また、比較例は、放電媒体がキセノン（Ｘｅ）のみからなる以外の仕様が上述した本発明の形態と同じ閃光放電ランプであり、その点灯条件も同じである。

以下、図４ないし図６を参照して本発明の閃光放電ランプを実施するためのその他の形態を説明する。なお、各図において、図１と同一部分については同一符号を付して説明は省略する。

図４は、本発明の閃光放電ランプを実施するための第２の形態を示す正面図である。本形態は、気密容器ＳＥが直管状をなしている点では第１の形態と同じであるが、主体部全体が同一径を有している。

本形態においては、その放射光の強度分布が管軸方向の中央領域が高く、両端に行くにしたがって低くなる。そのために、放射光照射によって高い効果が得られる閃光放電ランプＨＦＬの管軸方向に沿った領域が図１に示す第１の形態に比較して的狭いので、光照射領域が相対的に狭くてよい被処理物に好適である。

図５は、本発明の閃光放電ランプを実施するための第３の形態を示す正面図である。本形態は、気密容器ＳＥの内部にゲッターＧを配設している点で第２の形態と異なる。ゲッターＧは、Ｂａの蒸着膜からなり、気密容器ＳＥ内面の電極Ｅ、Ｅの背方で、かつ、それらの近傍位置に配設されている。

本形態においては、ゲッターＧが主として電極Ｅ、Ｅから放出された不純物、例えば炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）および水素（Ｈ_２）などを吸着して放電空間から除去する。このため、閃光放電ランプＨＦＬの発光効率および寿命特性が向上する。また、ゲッターＧは、電極Ｅ、Ｅの背方で、かつ、それらの近傍位置に配設されているので、不純物が電極Ｅ、Ｅから放出後速やかに吸着されるとともに、配光を阻害しない。

図６は、本発明の閃光放電ランプを実施するための第４の形態を示す正面図である。本形態は、ゲッターＧが導入線３に配設されている点で第３の形態と異なる。また、ゲッターＧは、ＺｒＡｌ合金片からなる。

次に、図７ないし図１０を参照して本発明の光照射装置を実施するための形態について説明する。なお、各図において、図１と同一部分は同一符号を付して説明は照尺する。図中の矢印線は、閃光の光路を示している。また、符号Ｍは反射鏡、ＬＰは光照射処理部、Ｓは被処理物である。

図７は、本発明の光照射装置を実施するための第１の形態を示す概念的断面図である。本形態において、光照射装置は、閃光放電ランプＨＦＬ、反射鏡Ｍ、フィルタＦおよび図示しない閃光放電ランプ点灯装置を具備して構成されている。

閃光放電ランプＨＦＬには、図１ないし図６にそれぞれ示す第１ないし第４の形態に示すランプを任意に選択して用いることができる。

反射鏡Ｍは、閃光放電ランプＨＦＬの発光を所望に集光するような光学特性を有している。例えば、横断面が楕円体形状を有する樋状をなしていて、第１焦点の位置に閃光放電ランプＸＦＬの発光中心が位置し、第２焦点に光照射処理部ＬＰが位置する用に配置される。なお、上記のような反射鏡Ｍは、例えば焦点位置２０：４０の放物面状反射面によってこれを得ることができる。

フィルタＦは、閃光放電ランプＨＦＬおよび反射鏡Ｍと光照射処理部ＬＰとの間に介在するように配設される。そして、フィルタＦは、シリカが８０質量％以上含む石英ガラスの板体からなる。

閃光放電ランプ点灯装置は、図示を省略しているが、閃光放電ランプＨＦＬに接続した充放電用のコンデンサおよびこのコンデンサを充電するための直流電源および必要な制御回路手段などを備えている。

被処理物Ｓは、例えば半導体薄膜を備えたガラス基板からなり、光照射処理部ＬＰに配置される。

そうして、光照射装置を作動させて閃光放電ランプＨＦＬを点灯すると、紫外線および可視光を主体とする光照射による放射エネルギーが瞬間的に、かつ、集中して被処理物Ｓの被処理面に加えられる。これにより、被処理物Ｓは、所望の表面処理が行われる。これをさらに詳細に説明すると、次のとおりである。

すなわち、最初に直流電源が動作して充放電用のコンデンサが充電される。コンデンサの端子電圧が所定値に到達してから、閃光放電ランプＨＦＬを通じて当該コンデンサを放電させると、閃光放電ランプＨＦＬにコンデンサの放電電流がパルス状に流れ、閃光放電ランプＨＦＬが閃光放電を行う。この閃光放電により、水銀のスペクトルおよびキセノンのスペクトルによる真空紫外光を含む紫外光および可視光が発生する。発生したこれらの光は、その殆どが反射鏡Ｍで反射することによって集光され、また一部が直射光として、それぞれフィルタＦを経由して被処理物Ｓの表面に照射される。

上述の過程において、フィルタＦは、所望波長域の光を選択的に透過するとともに、飛散物が閃光放電ランプＨＦＬや反射鏡Ｍに付着するのを防止する。すなわち、光照射を行うと、瞬間的に非常に大きな放射エネルギーが被処理物Ｓの被処理面に加わるので、被処理物Ｓから飛散物が発生しやすくなる。発生して閃光放電ランプＨＦＬや反射鏡Ｍに向かう飛散物は、フィルタＦの表面で補足される。そのため、閃光放電ランプＨＦＬおよび反射鏡Ｍは、飛散物による汚損から保護される。

図８は、本発明の光照射装置を実施するための第２の形態を示す概念的的断面図である。本形態において、光照射装置は、閃光放電ランプＨＦＬおよび反射鏡Ｍを内部に収納する収納容器Ｈを具備している点で第１の形態と異なる。

収納容器Ｈは、その内部に不活性ガスである窒素を封入して外気を置換するか、または窒素をフローして外気をパージするように構成されている。また、収納容器Ｈは、紫外光および可視光を外部へ出射するために、透光窓ＬＷを備えている。透光窓ＬＷは、シリカ８０質量％以上で構成されたガラス質材料からなる板状をなしていて、フィルタＦを兼ねている。

そうして、本形態においては、収納容器Ｈ内に収納されている閃光放電ランプＨＦＬから放射され、反射鏡Ｍで反射されてから後述する透光窓ＬＷを透過して収納容器Ｈから外部へ出射するまでの光路を進行する過程における紫外光の減衰が大幅に抑制される。このため、照射光中に含まれる紫外光の減衰が少なくなる。また、透光窓ＬＷから被処理物までの光路は短いので、光の減衰は少ない。したがって、本形態は、主として紫外光の照射処理が重要な場合に好適である。しかし、所望により被処理物を含めた全体を紫外光の減衰の少ない窒素などの雰囲気中で光照射を行うこともできる。

図９は、本発明の光照射装置を実施するための第３の形態を示す概念的的断面図である。本形態において、光照射装置は、被処理物Ｓの図において左右両側の非処理部のみを保持する保持手段ＳＭを具備している点で第１の形態と異なる。

すなわち、本形態において、被処理物Ｓは、その中央領域が被処理部ＰＰで、周辺領域が非処理部ＮＰになっている。

保持手段ＳＭは、両側支持の支持台状をなしていて、被処理物Ｓの周辺領域に位置する非処理部ＮＰが載置されることによって、被処理物Ｓを保持する。したがって、被処理部ＰＰは、保持手段ＳＭの枠状の部分に位置するので、浮いた状態になっている。

そうして、本形態においては、被処理物Ｓの被処理部ＰＰが保持されないで浮いた状態下で光照射されるので、光照射時の急激な温度変化で被処理物Ｓにマイクロクラックなどの不都合を生じにくくなる。

図１０は、本発明の光照射装置を実施するための第４の形態を示す概念的断面図である。本形態において、光照射装置は、被処理物Ｓの全体をほぼ浮いた状態にして保持する保持手段ＳＭを具備している点で第３の形態と異なる。

すなわち、保持手段ＳＭは、基台部Ｂおよび多数のピン状体Ｐを備えている。基台部Ｂは、被処理物Ｓの荷重を支える。多数のピン状体Ｐは、基台部Ｂの上面に均一に植立されている。

そうして、被処理物Ｓは、その下面全体が保持手段ＳＭの多数のピン状体Ｐの上に載置されることによって保持される。この保持状態において、ピン状体Ｐと被処理物Ｓの下面との接触面積が極めて小さいとともに、基台部Ｂとの間には空間が形成されるので、被処理物Ｓは、全体が保持手段ＳＭからほぼ浮いた状態で保持されることになる。

本発明の閃光放電ランプを実施するための第１の形態を示す正面縦断面図 同じく分光分布曲線を示すグラフ 比較例の分光分布曲線を示すグラフ 本発明の閃光放電ランプを実施するための第２の形態を示す正面図 本発明の閃光放電ランプを実施するための第３の形態を示す正面図 本発明の閃光放電ランプを実施するための第４の形態を示す正面図 本発明の光照射装置を実施するための第１の形態を示す概念的断面図 本発明の光照射装置を実施するための第２の形態を示す概念的断面図 本発明の光照射装置を実施するための第３の形態を示す概念的断面図 本発明の光照射装置を実施するための第４の形態を示す概念的断面図

符号の説明

１…第１の領域、２…第２の領域、ＨＦＬ…閃光放電ランプ、ＳＥ…気密容器、ＴＷ…トリガーワイヤ、Ｅ電極、３…導入線

Claims (2)

1. 透光性の細長い気密容器と；
   気密容器の両端内部に封装されている一対の電極と；
   希ガスおよび水銀を含み、気密容器の内部に封入されて放電時に発光する放電媒体と；
   気密容器の外周に近接して配設されたトリガーワイヤと；
   を具備していることを特徴とする閃光放電ランプ。
2. 請求項１記載の閃光放電ランプと；
   閃光放電ランプの発光を光照射処理部に集光する反射鏡と；
   閃光放電ランプにパルス電流を供給して点灯する閃光放電ランプ点灯回路と；
   を具備していることを特徴とする光照射装置。

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