JP2016149188A - Excimer lamp - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、二重管型の水冷式エキシマランプに関するものであり、特に、放電管となる外側管と、水冷管となる内側管とを備えたエキシマランプに係わるものである。 The present invention relates to a double tube type water-cooled excimer lamp, and more particularly to an excimer lamp including an outer tube serving as a discharge tube and an inner tube serving as a water-cooled tube.
従来、被処理体に波長200nm以下の真空紫外光を照射する洗浄処理や酸化膜形成処理などを行うためにエキシマランプが多用されている。近時においては、このような処理技術において効率化、高速処理化のためにエキシマランプへの入力電力を増大させる傾向にある。このような高入力エキシマランプにおいては、高温化による紫外線透過率の低下を防止すべく冷却手段を具備させたものが採用されている。
例えば、特開2002−93377号公報(特許文献1)では、二重管型を採用して、外側管を放電管として、内側管内に冷却水を流してランプを冷却する方式が開示されている。
図4にその構造が示されていて、エキシマランプ20は、共に石英ガラスからなる外側管21と内側管22とからなる二重管構造をなしていて、この外側管21と内側管22の間の空間が放電空間Sを形成している。そして、外側管21の外面には外側電極23が設けられ、内側管22の内面には内側電極24が設けられている。
Conventionally, excimer lamps are frequently used to perform a cleaning process or an oxide film forming process for irradiating a target object with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less. Recently, such processing technology tends to increase the input power to the excimer lamp in order to increase efficiency and speed. In such a high input excimer lamp, a cooling means is employed in order to prevent a decrease in ultraviolet transmittance due to a high temperature.
For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-93377 (Patent Document 1) discloses a method of cooling a lamp by adopting a double tube type, using an outer tube as a discharge tube, and flowing cooling water into the inner tube. .
The structure is shown in FIG. 4, and the
また、前記放電空間Sにはキセノンガスなどの放電用ガスが充填されるとともに、内側管22の発光空間側の外表面には紫外線反射膜25が形成されていて、発光空間S内で生成された紫外線が内側管22に照射されないようにされている。
そして、内側管22内には冷却水Wが流されていて、内側管22の冷却とともに、放電ガスの冷却がなされる。こうして、エキシマ分子の生成効率の向上と、発光管温度の低下による紫外線透過率の向上とにより、ランプ出力の向上を図ろうとするものである。
The discharge space S is filled with a discharge gas such as xenon gas, and an ultraviolet reflecting
Cooling water W is allowed to flow in the
ところで、上記従来技術に基づくエキシマランプでは、紫外線反射膜25によって内側管22への紫外線の照射を抑制して紫外線劣化を防止しようとするものであるが、内側管21の外表面に紫外線反射膜25を形成する作業が難しく、内側管22の長さ方向の全長にわたり外側管21との接合部にまで紫外線反射膜25を形成することは実際上難しい。
更には、図5に示すように、放電空間Sから外側管21のガラス内部に入射した紫外線は、ファイバー効果により、外側管21のガラス内部から、該外側管21の側面部21aを経て進行して、外側管21と内側管22との接合部Aに到達する。
この接合部Aにおいて紫外線歪が蓄積し、この部位でクラックが発生するという問題がある。この石英ガラス製の内側管22は冷却水によって直接的に冷却されていることから、より短波長の紫外線が透過するようになり、紫外線歪の蓄積の影響が一層深刻である。
By the way, in the excimer lamp based on the above prior art, the
Furthermore, as shown in FIG. 5, the ultraviolet light that has entered the glass of the
There is a problem in that ultraviolet distortion accumulates at the joint A and cracks occur at this portion. Since the
この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、光透過性の外側管と、冷却媒体を流す内側管とを有し、前記外側管と前記内側管の間に形成された放電空間にエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、前記外側管の外表面に外側電極を設けるとともに、前記内側管の内表面に内側電極を設けてなるエキシマランプにおいて、冷却される内側管に紫外線歪が生じることなく、クラックの発生を防止したエキシマランプの構造を提供するものである。 In view of the above-described problems of the prior art, the present invention has an optically transparent outer tube and an inner tube through which a cooling medium flows, and an excimer is formed in a discharge space formed between the outer tube and the inner tube. In an excimer lamp that is filled with a discharge gas that forms molecules, and an outer electrode is provided on the outer surface of the outer tube, and an inner electrode is provided on the inner surface of the inner tube, the inner tube to be cooled is subjected to ultraviolet distortion. It is an object of the present invention to provide an excimer lamp structure that prevents the occurrence of cracks without occurring.
上記課題を解決するために、この発明では、前記外側管を石英ガラス製とし、前記内側管をセラミック製としたことを特徴とする。
また、前記外側管と前記内側管とは、該外側管の開放端部を密閉するキャップ部材により接合されており、該キャップ部材と、前記外側管および前記内側管とが低融点金属によって封着されていることを特徴とする。
また、前記低融点金属は、インジウム、スズ、鉛、ビスマス、またはこれらの合金であることを特徴とする。
また、前記キャップ部材が金属製であって、該キャップ部材に排気管を取り付けたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention is characterized in that the outer tube is made of quartz glass and the inner tube is made of ceramic.
The outer tube and the inner tube are joined by a cap member that seals the open end of the outer tube, and the cap member, the outer tube, and the inner tube are sealed with a low melting point metal. It is characterized by being.
The low melting point metal is indium, tin, lead, bismuth, or an alloy thereof.
The cap member is made of metal, and an exhaust pipe is attached to the cap member.
本発明によれば、紫外線を出射する外側管を石英ガラス製とし、冷却媒体を流す内側管をセラミック製としたので、セラミック製内側管は結合エネルギーが大きいため、放電空間からの紫外線を受けても紫外線歪が生じることがなくクラックの発生がないという効果を奏する。
このため、内側管の保護のために紫外線反射膜を形成するといった面倒で煩雑な作業が省けて、作業の簡略化が図れるという利点もある。
更には、外側管と内側管とはキャップ部材によって封着されているので、外側管を直接的に内側管に封着するという難しい作業工程を省くことができるという利点もある。
According to the present invention, the outer tube that emits ultraviolet rays is made of quartz glass, and the inner tube through which the cooling medium flows is made of ceramic. Therefore, the ceramic inner tube has a large binding energy, and therefore receives ultraviolet rays from the discharge space. Also, there is an effect that no ultraviolet distortion occurs and no cracks are generated.
For this reason, there is also an advantage that the troublesome and complicated work of forming an ultraviolet reflecting film for protecting the inner tube can be omitted, and the work can be simplified.
Furthermore, since the outer tube and the inner tube are sealed by the cap member, there is an advantage that a difficult work process of directly sealing the outer tube to the inner tube can be omitted.
図1はこの発明のエキシマランプ1の断面図であり、エキシマランプ1は外側管2と内側管3とからなる二重管構造であって、この外側管2と内側管3との間に形成される空間を放電空間Sとするものであり、この放電空間Sにはエキシマ分子を形成するキセノンガスなどの放電用ガスが充填されている。
外側管2は石英ガラスからなり、紫外線透過性であって、その外表面には外側電極4が設けられている。この外側電極4は紫外線を外部に取り出すことから、メッシュ状やコイル状などの光透過性とされている。
一方、内側管3は、セラミック製であって、紫外線を外部に取り出すことが必要ではないので、光透過性である必要はない。この内側管の内表面には内側電極5が設けられている。なお、この実施例では内側電極5をコイル状としたものが示されているが、これに限られず、円筒状など任意の形状であってよい。
この内側管3を構成するセラミック材料としては、例えば、アルミナ、サファイア、ジルコニアなどが挙げられる。
FIG. 1 is a cross-sectional view of an
The
On the other hand, the
Examples of the ceramic material constituting the
図1の実施例では、前記内側管3は両端が開放されていて、この内側管3の内部に冷却媒体Wが流されて、該内側管3を冷却して放電空間S内の放電用ガスを冷却している。
そして、外側管2も同様に両端が開放されていて、この両端開放部は、キャップ部材6,7によって密閉されており、このキャップ部材6,7は外側管2および内側管3に低融点金属によって接合・封着されている。キャップ部材6,7は、銅などの金属製あるいはアルミナなどのセラミック製であって、封着に用いる低融点金属はインジウム、スズ、鉛、ビスマス、またはこれらの合金などである。
前記キャップ部材6,7が金属製である場合は、両端のいずれかのキャップ部材7に、排気管8を設けることができる。排気管8は、例えば、銅製であって、ロウ付けによって金属製キャップ部材7に取り付けられる。この排気管8を経て放電空間Sから排気を行い、その後、キセノンガスなどの放電用ガスを充填するものであって、放電用ガスの充填後には、圧潰などの適宜手段によって密閉される。
In the embodiment of FIG. 1, both ends of the
Similarly, both ends of the
When the
図2には、外側管2および内側管3が一端部のみで開放されているエキシマランプが示されている。
この場合、外側管2と内側管3とは、外側管2の開放端部を閉鎖するキャップ部材6によって接合・融着されていて、このキャップ部材6が金属製である場合、当該キャップ部材6に排気管8を設けることができることは前記実施例と同様である。
また、内側管3も一端部のみで開放されていることから、冷却媒体はこの内側管3の開放端部から導入されて、同じくその開放端部から導出される。
この実施例における前記冷却媒体の流れを円滑にするためには、内側管3内に、先端が開放された管状体を同心状に挿入して、この管状体から冷却媒体を内側管3内に導入して、管状体と内側管3との間の環状空間を経て導出するようにしてもよい。またこの場合、冷却媒体の流れはその逆であってもよく、環状空間から導入し、管状体から導出するようにしてもよい。
FIG. 2 shows an excimer lamp in which the
In this case, the
Further, since the
In order to make the flow of the cooling medium smooth in this embodiment, a tubular body having an open end is inserted concentrically into the
このような一端部側で封じられた外側管2と内側管3を有するエキシマランプは、外側管2の封じられた一端部を光取り出し窓として光を取り出す、いわゆる、ヘッドオン型として使用できるし、また、図1に示す実施例と同様に、外側管2の周側面から光を取り出すものであってもよい。
Such an excimer lamp having the
前記したキャップ部材6,7と外側管2および内側管3との接合・封着方法の一例を、図3を用いて説明する。
予め、外側管2の端部外周面2aと、キャップ部材6を貫通する内側管3の貫通部の外周面3aは、例えば、インジウムによるメタライズ処理が施されている。
図3(A)に示すように、キャップ部材6内にインジウムなどの低融点金属10を収納した状態でランプを立設する。この低融点金属は、200〜300℃程度で溶融するものであって、前記したインジウム以外には、スズ、鉛、ビスマスなどである。この状態で、不活性ガス雰囲気中で加熱すると、図3(B)に示すように、低融点金属10が放電空間S内部のキャップ部材6上で溶融する。
溶融した金属は、図3(C)に示すように、毛細管現象によって、外側管2とキャップ部材6の隙間と、内側管3とキャップ部材6の隙間に侵入し、冷却される時その間で固化し、キャップ部材6と、外側管2および内側管3とが接合・封着される。このとき、外側管2の端部外周面2aと内側管3の貫通部の外周面3aはメタライズ処理が施されているので、溶融した金属とのなじみが良く、キャップ部材6との接合が強固なものとなる。
An example of a method for joining and sealing the
The outer
As shown in FIG. 3A, the lamp is erected in a state where a low
As shown in FIG. 3C, the molten metal penetrates into the gap between the
本発明のエキシマランプの一例を記載すると以下の通りである。
外側管2:外径40mm、内径38mm、全長400mmの合成石英ガラス製
内側管3:外径16mm、内径14mm、全長500mmのアルミナ製
内側管3の端部には、冷却媒体(純水)を供給する配管に接続する継手が設けられている。
外側管2の外表面には網状の外側電極4が設けられている。それに対向する内側管3の内表面には内側電極5が設けられている。外側電極4及び内側電極5は、長手方向に330mmの長さであり、これが放電長となる。
キャップ部材6,7は銅製とし、インジウムによって外側管2および内側管3に接合・封着した。その条件は、不活性ガス雰囲気中で200℃に加熱。キャップ部材7には、銅製の排気管8をロウ付け。
エキシマ分子を形成する放電用ガスとして、キセノンガスが80kPa(600Torr)封入されている。封入圧力は53〜101kPa(400〜760Torr)程度の範囲である。
An example of the excimer lamp of the present invention is described as follows.
Outer tube 2: Outer diameter 40 mm, inner diameter 38 mm, total length 400 mm Synthetic quartz glass inner tube 3: Outer diameter 16 mm, inner diameter 14 mm, total length 500 mm made of alumina The end of
A net-like
The
As a discharge gas for forming excimer molecules, xenon gas is sealed at 80 kPa (600 Torr). The sealing pressure is in the range of about 53 to 101 kPa (400 to 760 Torr).
このランプを高周波電源に接続し、6kV、110kHzで、ランプ入力660Wで点灯させた。ランプ点灯時は、冷却媒体として純水を内側管3に通流させ、ランプを冷却した。
この条件で、1000hまでクラックの発生もなく、問題なく点灯させることができた。
This lamp was connected to a high frequency power source and lit at a lamp input of 660 W at 6 kV and 110 kHz. When the lamp was lit, pure water was passed through the
Under these conditions, it was possible to light up without any cracks up to 1000 hours without any problem.
以上説明したように、本発明のエキシマランプでは、紫外線を取り出す外側管を石英ガラス製とし、冷却媒体を流す内側管をセラミック製としたので、内側管に紫外線歪が生じることがなく、クラックの発生を防止できて、早期の不点灯が発生しない。
また、内側管の保護のために紫外線反射膜を形成するといった手間を省略することができる。
そして、外側管と内側管の接合に金属製あるいはセラミック製のキャップ部材を用いたので、その加工精度が良好となり、外側電極と内側電極の間の放電ギャップを精度よく製作することができる。
更に、キャップ部材を金属製とすることで、排気管の取り付けが容易になる。
As described above, in the excimer lamp of the present invention, the outer tube for taking out the ultraviolet rays is made of quartz glass, and the inner tube through which the cooling medium flows is made of ceramic. Occurrence can be prevented, and early lighting does not occur.
Moreover, the trouble of forming an ultraviolet reflecting film for protecting the inner tube can be omitted.
Since the metal or ceramic cap member is used for joining the outer tube and the inner tube, the processing accuracy is improved, and the discharge gap between the outer electrode and the inner electrode can be manufactured with high accuracy.
Further, the exhaust pipe can be easily attached by making the cap member metal.
1 エキシマランプ
2 外側管
3 内側管
4 外側電極
5 内側電極
6,7 キャップ部材
8 排気管
10 低融点金属
S 放電空間
W 冷却媒体
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記外側管と前記内側管の間に形成された放電空間にエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填され、
前記外側管の外表面に外側電極を設けるとともに、前記内側管の内表面に内側電極を設けてなるエキシマランプにおいて、
前記外側管を石英ガラス製とし、前記内側管をセラミック製としたことを特徴とするエキシマランプ。 A light transmissive outer tube and an inner tube through which a cooling medium flows;
A discharge gas that forms excimer molecules is filled in a discharge space formed between the outer tube and the inner tube,
In an excimer lamp having an outer electrode on the outer surface of the outer tube and an inner electrode on the inner surface of the inner tube,
An excimer lamp characterized in that the outer tube is made of quartz glass and the inner tube is made of ceramic.
The excimer lamp according to claim 2, wherein the cap member is made of metal, and an exhaust pipe is attached to the cap member.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015023857A JP2016149188A (en) | 2015-02-10 | 2015-02-10 | Excimer lamp |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2673062C1 (en) * | 2018-02-22 | 2018-11-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Мелитта" | Pulsed ultraviolet gas-discharge lamp |
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2015
- 2015-02-10 JP JP2015023857A patent/JP2016149188A/en active Pending
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RU2673062C1 (en) * | 2018-02-22 | 2018-11-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "Мелитта" | Pulsed ultraviolet gas-discharge lamp |
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