JP2008311068A - 重水素ランプ用ランプハウス及び光源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】更なる長寿命化を可能にした重水素ランプ用ランプハウス及びこのようなランプハウスをもった光源装置を提供する。
【解決手段】重水素ランプ用ランプハウス３０は、導光筒部１７に設けられた光出射窓１９の光透過率の低下を抑制するにあたっては、導光筒部１７は、温度が低ければ低い程良く、これに対して、発光筒部１５は冷却し過ぎると陰極の蒸発が進み過ぎ、安定動作不良や短寿命の原因になる。そこで、本発明者はここに着目し、発光筒部１５を覆う第１の放熱部３１と導光筒部１７を覆う第２の放熱部３２との間に断熱部材３３を配置させることで、第１の放熱部３１と第２の放熱部３２との間の熱の移動を遮り、これによって、第２の放熱部３２を可能な限り冷却するような対策が採られても、断熱部材３３によって、この冷却が第１の放熱部３１に影響を与え難くなり、導光筒部１７を予定外に冷却し過ぎることがなくなる。これによって、重水素ランプの長寿命化を可能にしている。
【選択図】図１

Description

本発明は、重水素ランプの放熱促進させるランプハウスと、重水素ランプとランプハウスとからなる光源装置に関するものである。

従来、このような分野の技術として、引用文献１に記載された重水素ランプ用のランプハウスには、重水素ランプの発光部を包囲するガラス製の円筒状容器を冷却するためのヒートシンク構造が採用されている。
引用文献２に記載された重水素ランプは、陽極部と陰極部とによって放電を発生させる発光部を収容するガラスバルブ（発光筒部）と、このガラスバルブから鼻のように突出して先端に光出射窓が形成された突出部（導光筒部）とを備えている。そして、このような重水素ランプは、放熱箱（ランプハウス）によって包囲され、放熱ブロックを介してガラスバルブと放熱箱とが熱的に連結されている。

特開２００１−１２６５２９号公報 特開２００１−３３２２１８号公報

引用文献１に開示されたランプハウスは、重水素ランプを単に包囲しているのみである。また、引用文献２に記載された重水素ランプにあっては、ガラスバルブ（発光筒部）から突出する突起部（導光筒部）を放熱箱（ランプハウス）から突出させているのみで、放熱ブロックを介してガラスバルブと放熱箱とが熱的に連結されているので、ガラスバルブ（発光筒部）と突起部（導光筒部）とを可能な限り均一に冷却することができる。しかしながら、重水素ランプの更なる長寿命化と高い安定性が求められているのが現実である。

本発明は、更なる長寿命化と高い安定性を得ることを可能にした重水素ランプ用ランプハウス及びこのようなランプハウスをもった光源装置を提供することを目的とする。

本発明に係る重水素ランプは、陰極部と陽極部とによって放電を発生させる発光部を収容する発光筒部と、この発光筒部から突出して先端に光出射窓が形成された導光筒部とを備えた重水素ランプを収容するためのランプハウスにおいて、
発光筒部を覆う第１の放熱部と導光筒部を覆う第２の放熱部との間に断熱部材が配置されていることを特徴とする。

重水素ランプの長寿命化を図るにあたっては、光出射窓における光透過率の低下抑制が、重水素ランプの高い安定性を得るためには、ランプ自体の最適動作の確保が重要であり、これらを、重水素ランプの冷却により達成させようとしたのが本発明である。本発明に係る重水素ランプにあっては、陰極部と陽極部とによって放電を発生させるための発光部が収容された発光筒部と、この発光筒部から突出して先端に光出射窓が形成された導光筒部とを有しているので、発光筒部と導光筒部との冷却が必要になり、発光筒部と導光筒部との特性に着目してなされている。すなわち、導光筒部に設けられた光出射窓の光透過率の低下を抑制するにあたっては、導光筒部は、温度が低ければ低い程良く、これに対して、発光筒部は冷却し過ぎると陰極の蒸発が進み過ぎ、安定動作不良や短寿命の原因になる。そこで、本発明者はここに着目し、発光筒部を覆う第１の放熱部と導光筒部を覆う第２の放熱部との間に断熱部材を配置させることで、第１の放熱部と第２の放熱部との間の熱の移動を遮り、これによって、第２の放熱部を可能な限り冷却するような対策が採られても、断熱部材によって、この冷却が第１の放熱部に影響を与え難くなり、導光筒部を予定外に冷却し過ぎることがなくなる。これによって、重水素ランプの長寿命化と高い安定性を得ることを可能にしている。

また、第１の放熱部と発光筒部との間は離間し、第２の放熱部と導光筒部との間は離間し、第１及び第２の放熱部は断熱部材に接触し、断熱部材は導光筒部の外表面に密着していると好適である。
このような構成によって、第１の放熱部と発光筒部との間を離間させることで作られた空間と、第２の放熱部と導光筒部との間を離間させることで作られた空間との連通を、断熱部材が導光筒部の外表面に密着することによって遮断している。従って、発光筒部側の空間と導光筒部側の空間との間の熱の移動を遮り、それぞれの空間を最適な状態にすることが可能となり、重水素ランプの更なる長寿命化と高い安定性を得ることが可能になる。

また、断熱部材は、第１の放熱部に固定されると共に、第２の放熱部に対して非固定であり、第２の放熱部は導光筒部に接着剤を介して固定されていると好適である。
第２の放熱部を断熱部材に対して非固定にすることで、割れやすいガラス材により導光筒部が成形されている場合であっても、導光筒部が熱膨張した際の応力によって破損するといった事態を回避させることができる。

また、第２の放熱部を包囲する第３の放熱部を更に備え、第２の放熱部と第３の放熱部とは、ペルチェ素子を介して熱的に連結されると好適である。
このような構成によって、導光筒部をさらに冷却することができる。

また、第１及び第２の放熱部は、ヒートシンク構造であると好適である。
このような構成を採用した場合、第１及び第２の放熱部の放熱効率を上げることができる。

本発明に係る光源装置は、陰極部と陽極部とによって放電を発生させる発光部を収容する発光筒部と、発光筒部から突出して先端に光出射窓が形成された導光筒部とを備えた重水素ランプと、重水素ランプを収容するランプハウスとを備えた光源装置において、
ランプハウスは、発光筒部を覆う第１の放熱部と導光筒部を覆う第２の放熱部との間に断熱部材が配置されていることを特徴とする。

重水素ランプを用いた光源装置において、重水素ランプの長寿命化を図るにあたっては、光出射窓における光透過率の低下抑制が、重水素ランプの高い安定性を得るためには、ランプ自体の最適動作の確保が重要であり、これらを、重水素ランプの冷却により達成させようとしたのが本発明である。この重水素ランプにあっては、陰極部と陽極部とによって放電を発生させるための発光部が収容された発光筒部と、この発光筒部から突出して先端に光出射窓が形成された導光筒部とを有しているので、発光筒部と導光筒部との冷却が必要になり、発光筒部と導光筒部との特性に着目している。すなわち、導光筒部に設けられた光出射窓の光透過率の低下を抑制するにあたっては、導光筒部は、温度が低ければ低い程良く、これに対して、発光筒部は冷却し過ぎると陰極の蒸発が進み過ぎ、安定動作不良や短寿命の原因になる。そこで、本発明者はここに着目し、発光筒部を覆う第１の放熱部と導光筒部を覆う第２の放熱部との間に断熱部材を配置させることで、第１の放熱部と第２の放熱部との間の熱の移動を遮り、これによって、第２の放熱部を可能な限り冷却するような対策が採られても、断熱部材によって、この冷却が第１の放熱部に影響を与え難くなり、導光筒部を予定外に冷却し過ぎることがなくなる。これによって、重水素ランプの長寿命化と高い安定性を得ることを可能にしている。

本発明によれば、重水素ランプの長寿命化と高い安定性を得ることを可能にしている。

以下、図面を参照しつつ本発明に係る重水素ランプ用ランプハウス及び光源装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１及び図２に示すように、光源装置１は、重水素ランプ１０と、重水素ランプを収容する金属製のランプハウス３０とから構成されている。この光源装置１は、真空紫外分光光度計、半導体検査装置、真空紫外光照射によって表面改質や表面洗浄や除電などを行う機器に利用されている。

重水素ランプ１０は、重水素ガスが数百Ｐａ程度封入されたガラス製の密封容器１１を備えている。この密封容器１１は、紫外光を発生させる発光部１３が収容される発光筒部１５と、この発光筒部１５に連通すると共に発光筒部１５の側壁から光軸Ｘ方向に突出する円筒状の導光筒部１７とを有しており、重水素ランプ１０は光軸Ｘが発光筒部１５の管軸線Ｙに対して交差するサイドオン型である。さらに、この導光筒部１７の先端側は、紫外光を出射する光出射窓１９によって封止され、この光出射窓１９の材質は、ＭｇＦ_２（フッ化マグネシウム）以外に石英ガラス、サファイアガラスであってもよい。

発光筒部１５は、上端側が封止され、下端側にステム部１６を有する円筒状をなし、発光部１３は、ステム部１６に立設された複数の導電性のステムピンによって発光筒部１５内で保持されている。各ステムピンは、発光筒部１５の管軸線Ｙに沿って延在している。

発光筒部１５内に収容されている発光部１３は、アーク放電を発生させて紫外光を発生させるためのものであり、放電に寄与する熱電子を発生させる陰極部１２と、この陰極部１２からの熱電子を受容する陽極部１４と、陰極部１２と陽極部１４との間の放電路を制限する放電路制限部（図示せず）と、この放電路制限部を支持する放電路制限部支持板１８と、この放電路制限部支持板１８の正面側（光出射窓１９側）を覆うと共に紫外光が通過する光通過口２０ａが形成されたフロントカバー２０とを備えている。

放電路制限部支持板１８は、電気絶縁性を有するセラミックス等から形成され、ステムピンにより支持されている。放電路制限部は、例えば、モリブデン、タングステン、あるいはこれらからなる合金等の高融点金属から形成されて導電性を有し、ステムピンに電気的に接続されている。放電路制限部の背面側には陽極部１４が配置され、この陽極部１４は、ステムピンによって支持されると共に電気的に接続されている。

陰極部１２はタングステン製のコイルからなり、その表面には熱電子を発生させるべく電子放出物質が塗布されている。この陰極部１２は、放電路制限部支持板１８より正面側で光軸Ｘから外れた位置に配置され、ステムピンに電気的に接続されている。また、陰極部１２はフロントカバー２０によって覆われ、陰極部１２から生じるスパッタ物、蒸発物が飛散して密封容器１１に付着することを防止している。

このような重水素ランプ１０の長寿命化を図るにあたっては、光出射窓１９における光透過率の低下抑制が、重水素ランプ１０の高い安定性を得るためには、重水素ランプ１０自体の最適動作の確保が重要であり、このようなことは、重水素ランプ１０の適切な冷却により行うことができる。重水素ランプ１０にあっては、陰極部１２と陽極部１４とによって放電を発生させるための発光部１３が収容された発光筒部１５と、この発光筒部１５から突出して先端に光出射窓１９が形成された導光筒部１７とを有しているので、発光筒部１５と導光筒部１７との冷却が必要になる。

発光筒部１５と導光筒部１７との特性に着目すると、導光筒部１７に設けられた光出射窓１７の光透過率の低下を抑制するにあたっては、導光筒部１７は、温度が低ければ低い程良い。これは、光出射窓１９に到るまで十分に冷却された導光筒部１７が、陰極部１２から生じるスパッタ物、蒸発物を捕らえることで、光出射窓１９への付着を抑制することができるためである。これに対して、発光筒部１５は冷却し過ぎると重水素ランプ１０の動作上の最適条件から外れてしまい、例えば陰極１２の蒸発が進み過ぎるといった問題が生じ、安定動作不良や短寿命の原因になる。よって、重水素ランプ１０自体の最適動作の確保のためには、発光筒部１５を冷却し過ぎないようにするのが好ましい。このことに着目して、ランプハウス３０の発明がなされている。

前述した重水素ランプ１０が収容されるランプハウス３０は、発光筒部１５を覆うと共に発光筒部１５と接触することなく離間状態になっている筒状の第１の放熱部３１と、導光筒部１７を覆う共に導光筒部１７と接触することなく離間状態になっている筒状の第２の放熱部３２とから主として構成されている。円筒状の第１の放熱部３１は、アルミや銅などの熱伝導率の高い材質によって成形され、第１の放熱部３１の外表面には、多数の冷却フィン３１ａが設けられて、ヒートシンク構造をなしている。

さらに、第１の放熱部３１の上端は天板３１ｂによって塞がれ、第１の放熱部３１の下端は、重水素ランプ１０のソケット部２１に設けられた金属製のフランジ部２１ａによって塞がれている。そして、フランジ部２１ａは、第１の放熱部３１の下端にネジ等によって固定されている。また、重水素ランプ１０の導光筒部１７は、第１の放熱部３１の側壁に形成された円形の開口部３１ｃを貫通して第１の放熱部３１から突出する。なお、図示しないが、第１の放熱部３１は、縦方向（管軸線Ｙ方向）に半割、または導光筒部１７を回避する形で横方向（管軸線Ｙに対して垂直方向）に半割になっており、重水素ランプ１０を第１の放熱部３１内に収納後、第１の放熱部３１の半部同士はネジ等により接合される。

円筒状の第２の放熱部３２は、アルミや銅などの熱伝導率の高い材質によって成形され、第２の放熱部３２の外表面には、多数の冷却フィン３２ａが設けられて、ヒートシンク構造をなしている。この第２の放熱部３２の端部と第１の放熱部３１の側壁との間には、開口部３３ａを有する円板状の断熱部材３３が配置され、導光筒部１７は、この断熱部材３３の開口部３３ａを貫通している。なお、断熱部材３３は、第１の放熱部３１と第２の放熱部３２とが直接接触しないような大きさ及び形状であれば円板状に限られず、例えば多角形状でも良いが、導光筒部１７の冷却を阻害しない程度に光軸Ｘ方向の厚みが大きい方が好ましい。

この断熱部材３３は、第１及び第２の放熱部３１，３２に接触し、断熱部材３３の開口部３３ａを形成する壁面３３ｂは、導光筒部１７の外表面１７ａに密着している。さらに、断熱部材３３は、第１の放熱部３１に接着剤やネジを介して固定されると共に、第２の放熱部３２の端部３２ｂに対して非固定であるが、第２の放熱部３２の端部３２ｂは断熱部材３３に接触している。さらに、第２の放熱部３２は導光筒部１７に接着剤Ｓを介して固定されている。この接着剤Ｓとしては、気密性が高く、それ自体にガス放出性が無く、吸湿性が無いものが好ましく、例えば、エポキシ系の接着剤が挙げられる。

このように、発光筒部１５を覆う第１の放熱部３１と導光筒部１７を覆う第２の放熱部３２との間に断熱部材３３を配置させることで、第１の放熱部３１と第２の放熱部３２との間の熱の移動を遮り、これによって、第２の放熱部３２を可能な限り冷却するような対策が採られても、断熱部材３３によって、この冷却が第１の放熱部３１に影響を与え難くなり、導光筒部１７を予定外に冷却し過ぎることがなくなる。ランプハウス３０側でのこのような工夫によって、重水素ランプ１０の長寿命化と高い安定性を得ることを可能にしている。

さらに、第１の放熱部３１と発光筒部１５との間を離間させることで作られた空間と、第２の放熱部３２と導光筒部１７との間を離間させることで作られた空間との連通を、断熱部材３３が導光筒部１７の外表面１７ａに密着することによって遮断している。従って、発光筒部１５側の空間と導光筒部１７側の空間との間の熱の移動を断熱部材３３が遮り、第２の放熱部３２の先端側の開口３２ｃから外気が入ってくるような場合であっても、外気が発光筒部１５側の空間内に流入することを断熱部材３３により阻止することができるので、重水素ランプ１０の更なる長寿命化と高い安定性を得ることが可能になる。

また、断熱部材３３は、第１の放熱部３１に固定されると共に、第２の放熱部３２に対して非固定であり、第２の放熱部３２は、導光筒部１７に接着剤Ｓを介して固定されている。このように、第２の放熱部３２を断熱部材３３に対して非固定にすることで、割れやすいガラス材により導光筒部１７が成形されている場合であっても、導光筒部１７が熱膨張した際の応力によって破損するといった事態を回避させることができる。

特に、導光筒部１７が、熱膨張率の異なるガラス材で光軸Ｘ方向に積層するように形成されている場合、導光筒部１７は、割れやすくなっており、前述したように、第２の放熱部３２を断熱部材３３に対して非固定にすると特に効果的である。また、第２の放熱部３２と導光筒部１７との間を離間させることで、導光筒部１７はさらに破損し難くなる。

前述したランプハウス３０及び重水素ランプ１０を利用した除電装置（図示せず）について簡単に説明する。

除電装置は、例えばＳＥＭ等の電子線応用分野の装置や、半導体検査装置等に用いられるもので、低圧状態のチャンバー内に設置または搬送されてきた試料や半導体基板等に紫外光を照射して除電を行う装置である。この除電装置の装置本体の先端には、重水素ランプ１０が固定され、装置本体の末端には冷却ファンが設けられ、冷却ファンによって装置本体内を冷却ガスが流動し、この冷却ガスによって、重水素ランプはランプハウス３０を介して冷却される。また、図３に示すように、装置本体４０の先端には円筒状の取付け部４０ａが設けられ、この取付け部４０ａの開口内にランプハウス３０の第２の放熱部３２の先端が差し込まれる。

また、第２の放熱部３２は、ゴムリング３６を介して取付け部４０ａに装着され、クサビ状のゴム押さえリング３４によって、ゴムリング３６が第２の放熱部３２の外表面に圧着される。圧着は、金属製のリングキャップ３５によってゴム押さえリング３４でゴムリング３６を押込むことで行われる。

本発明は、前述した実施形態に限定されないことは言うまでもない。なお、以下の説明において、図１に示された重水素ランプ１０及びランプハウス３０と同一又は同等な構成部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

第２の実施形態に係わる光源装置５９に適用するランプハウス５０において、図４に示すように、第２の放熱部５２の先端には円板状のフランジ部５３が設けられ、フランジ部５３には、ボルト５４を挿入するための取付け穴５３ａが設けられている。さらに、フランジ部５３の前端面には、ゴムリング５５の装填を可能にするリング状の溝部５３ｂが形成されている。

第３の実施形態に係る光源装置６９に適用するランプハウス６０は、図５に示すように、第１の実施形態のヒートシンクと同等の構造をもった第１及び第２の放熱部６１，６２を有し、第１及び第２の放熱部６１，６２に対して滑らかに連続するような形状を有する大型の断熱部材６３が採用されている。この断熱部材６３は、導光筒部１７の外表面１７ａとの接触面積が大きく、断熱効果を更に向上させている。

第４の実施形態に係る光源装置７４に適用するランプハウス７０は、図６に示すように、ヒートシンク構造をもたない第１の放熱部７１と、冷却フィン７２ａが密に配列された第２の放熱部７２と、開口部７３ａを有して、第２の放熱部７２よりも大径の大型の円板状断熱部材７３とを備え、この断熱部材７３は、ネジや接着剤等によって第１の放熱部７１の外表面に固定されている。また、断熱部材７３の開口部７３ａを形成する壁面７３ｂは導光筒部１７の外表面１７ａと接触していない。このような大型の断熱部材７３の採用によって、第１の放熱部７１と第２の放熱部７２との間の熱遮断効率を高めることができる。

第５の実施形態に係る光源装置７９に適用するランプハウス７５は、図７に示すように、第２の放熱部７６の先端に大径のブロック部７６ａが形成されている以外、第４の実施形態に係るランプハウス７０と略同一である。

第６の実施形態に係る光源装置８９に適用するランプハウス８０は、図８に示すように、ヒートシンク構造をもたない第１及び第２の放熱部８１，８２と、冷却フィン８３ａが密に配列されるとともに、第２の放熱部８２の外径よりも大きい内径を有し、第２の放熱部８２をその内部に収容する円筒状の第３の放熱部８３と、第２の放熱部８２と第３の放熱部８３との間に配置されて第２の放熱部８２に吸熱側を、第３の放熱部８３に放熱側を接触させることで、第２の放熱部８２と第３の放熱部８３とを熱的に連結するペルチェ素子８４と、開口部８５ａを有して、第３の放熱部８３よりも大径で、第１の放熱部８１と第２の放熱部８２とを熱的に遮断する大型の円板状断熱部材８５とからなる。

この断熱部材８５は、断熱部材８５の開口部８５ａを形成する壁面８５ｂが導光筒部１７の外表面１７ａと接触するように、ネジや接着剤等によって第１の放熱部８１の外表面に固定されている。また、このような大型の断熱部材８５の採用によって、第１の放熱部８１と第２の放熱部８２との間の熱遮断効率を高めることができる。さらに、ペルチェ素子８４の採用によって導光筒部１７の放熱効果を高めることができる。

図９に示されるように、第７の実施形態に係る光源装置９９に適用される重水素ランプ９０は、紫外光が出射される光軸が、重水素ランプ９０の管軸に沿ったヘッドオン型である。この重水素ランプ９０は、発光筒部９２と、光出射窓９３ａを有する導光筒部９３とが一直線状に整列している。また、重水素ランプ９０に適用するランプハウス９５は、ヒートシンク構造をもった第１及び第２の放熱部９６，９７と、第１の放熱部９６と第２の放熱部９７とを熱的に遮断する大型の円板状断熱部材９８とからなる。このような光源装置９９においても、同様の効果を得ることができる。

本発明に係る光源装置の第１の実施形態を示す断面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 図１に示された光源装置が除電装置に装着された状態を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第２の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第３の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第４の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第５の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第６の実施形態を示す断面図である。 本発明に係る光源装置の第７の実施形態を示す断面図である。

符号の説明

１，５９，６９，７４，７９，８９，９９…光源装置、１０，９０…重水素ランプ、１２…陰極部、１３，９１…発光部、１４…陽極部、１５，９２…発光筒部、１７，９３…導光筒部、１７ａ…導光筒部の外表面、１９，９３ａ…光出射窓、３０，５０，６０，７０，７５，８０，９５…ランプハウス、３１，６１，７１，８１，９６…第１の放熱部、３２，５２，６２，７２，７６，８２，９７…第２の放熱部、３３，６３，７３，８５，９８…断熱部材、８３…第３の放熱部、８４…ペルチェ素子、Ｓ…接着剤。

Claims (6)

1. 陰極部と陽極部とによって放電を発生させる発光部を収容する発光筒部と、この発光筒部から突出して先端に光出射窓が形成された導光筒部とを備えた重水素ランプを収容するためのランプハウスにおいて、
   前記発光筒部を覆う第１の放熱部と前記導光筒部を覆う第２の放熱部との間に断熱部材が配置されていることを特徴とする重水素ランプ用ランプハウス。
2. 前記第１の放熱部と前記発光筒部との間は離間し、前記第２の放熱部と前記導光筒部との間は離間し、前記第１及び第２の放熱部は前記断熱部材に接触し、前記断熱部材は前記導光筒部の外表面に密着していることを特徴とする請求項１記載の重水素ランプ用ランプハウス。
3. 前記断熱部材は、前記第１の放熱部に固定されると共に、前記第２の放熱部に対して非固定であり、前記第２の放熱部は前記導光筒部に接着剤を介して固定されていることを特徴とする請求項２記載の重水素ランプ用ランプハウス。
4. 前記第２の放熱部を包囲する第３の放熱部を更に備え、前記第２の放熱部と前記第３の放熱部とは、ペルチェ素子を介して熱的に連結されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の重水素ランプ用ランプハウス。
5. 前記第１及び第２の放熱部は、ヒートシンク構造であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の重水素ランプ用ランプハウス。
6. 陰極部と陽極部とによって放電を発生させる発光部を収容する発光筒部と、前記発光筒部から突出して先端に光出射窓が形成された導光筒部とを備えた重水素ランプと、
   前記重水素ランプを収容するランプハウスとを備えた光源装置において、
   前記ランプハウスは、前記発光筒部を覆う第１の放熱部と前記導光筒部を覆う第２の放熱部との間に断熱部材が配置されていることを特徴とする光源装置。

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