JP3519116B2 - Microwave excitation light source device - Google Patents

Microwave excitation light source device

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JP3519116B2
JP3519116B2 JP7980594A JP7980594A JP3519116B2 JP 3519116 B2 JP3519116 B2 JP 3519116B2 JP 7980594 A JP7980594 A JP 7980594A JP 7980594 A JP7980594 A JP 7980594A JP 3519116 B2 JP3519116 B2 JP 3519116B2
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lamp
microwave
rectangular waveguide
power supply
light source
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雅啓 下代
宏之 吉木
智 澤村
義範 鶴田
隆浩 青山
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【産業上の利用分野】本発明は、マイクロ波により誘導
放電を生じ発光する無電極ランプを用いた光源装置で、
直線的または平面的に均一な照射に好適な光源装置に関
するものである。このような光源装置は、例えば半導体
製造プロセスで半導体ウエハー上に塗布されたレジスト
をオゾンと紫外線を用いて分解除去するのに使われる。 【0002】 【従来の技術】複数個の無電極ランプを空胴共振器内に
設けて、平面的に均一照射を行うマイクロ波励起光源装
置が、特開昭63−224193号公報に開示されてい
る。 【0003】図8は従来のマイクロ波励起光源装置を示
す概略構成図である。図示するように、例えば偏平な直
方体の空胴共振器1内に直管状または球状の無電極ラン
プ2を複数個平面状に配置しており、この空胴共振器の
下面は金網3で形成され、光が取り出せるようになって
いる。 【0004】上記空胴共振器1には電力供給口4を設
け、導波管5を介してマイクロ波電源6からマイクロ波
電力が供給されることによって、空胴共振器内に電磁波
の定在波が生じるので、この定在波の山の部分に上記用
途のランプ2を配置して、紫外線を平面的に照射させ
る。 【0005】 【発明が解決しようとする課題】上記従来技術で使用さ
れている空胴共振器1は、マイクロ波の波長に共振する
ように空胴共振器のサイズを決定しているが、放電が開
始すると、共振周波数が変化するために、共振器に共振
周波数調整用ネジまたはスタブを設け、試行錯誤的に共
振位置を再設定しなければならないという作業上の繁雑
さがあった。 【0006】さらに、空胴共振器1内では電磁波による
定在波の山谷が2次元的に存在するために、例えば一方
向に立つ複数の定在波の山の部分に沿って上記ランプを
配置した場合、他方向に立つ定在波によって、直管状ラ
ンプでは長手方向に、また球状ランプでは直線配置方向
に発光ムラが生じるという問題がある。そこで、この発
光ムラを無くし、平面内の光の均一性をより良くするた
めに、空胴共振器内に2つ以上の定在波のモードを共存
させる試みがなされているが、空胴共振器の少なくとも
2辺の長さを同時に大きくする方向に変化させなくては
ならず、コストアップという問題が生じる。しかも、空
胴共振器の側壁付近においては、この方法を用いても電
界強度はなだらかに弱まり、その結果、発光強度分布の
均一性は低下する。 【0007】 【課題を解決するための手段】本発明においては、マイ
クロ波電源と、マイクロ波電源から出力されたマイクロ
波を導入する矩形導波管と、矩形導波管に導入されたマ
イクロ波により誘導放電を生じ発光する無電極ランプと
を具備したマイクロ波励起光源装置を対象とし、無電極
ランプをランプ室に収納し、ランプ室と前記矩形導波管
との間に、基本モードから基本モードと高次モードとか
らなるTE波へ変換する多重モード変換器が設けられ
て、マイクロ波電源と矩形導波管と多重モード変換器と
ランプ室とが電気的に接続され、多重モード変換器は、
面に形成された不連続な直角部を境にして電源側矩
形導波管部とランプ側矩形導波管部とからなり、電源側
矩形導波管部が矩形導波管と整合するように形成され、
電源側矩形導波管部の中心軸とランプ側矩形導波管部の
中心軸とを一致させると共に、ランプ側矩形導波管部の
内壁の長辺の長さをマイクロ波の自由空間波長λ0 の
(3/2)λ0 以上とし、かつランプ側矩形導波管部の
内壁の短辺の長さを電源側矩形導波管部の短辺と同じ
(1/2)λ0 以下とし、ランプ室は、ランプ側矩形導
波管部の開口部と整合するように直方体状を呈した1つ
の面全体を開口した電力供給口と、網状に形成した面
と、ランプ室内部に定在波を立たせるようにマイクロ波
導波路を終端短絡させる面とを有し、無電極ランプは、
マイクロ波導波路を終端短絡させる面と平行な位置に沿
って配設されたことを特徴とする。 【0008】 【作用】矩形導波管内に、基本モードと高次モードとか
らなるTE波を伝搬させることによって、マイクロ波の
進行方向に垂直な電界の面内分布を均一にすることが可
能となる。したがって、上記面内に無電極ランプを配置
することによって、直線的に均一性の優れた光源を得る
ことができる。さらに、無電極ランプを収納したランプ
室の奥行きをマイクロ波の進行方向に広げ、上記ランプ
室内にマイクロ波の定在波を立てることによって、その
定在波の山の部分に無電極ランプを配置すると、平面的
にも均一度の高い光源とすることができる。 【0009】 【実施例】 <実施例1>図1は本発明に係るマイクロ波励起光源装
置の第1の実施例を示しており、直線的に均一照射可能
な光源を得るための概略構成図である。図示するよう
に、多重モード変換器10がマイクロ波電源11に接続
された矩形導波管12とランプ室13との間に設けられ
ており、無電極ランプ14を収納したランプ室に矩形導
波管及び多重モード変換器を介してマイクロ波電源から
マイクロ波電力が供給されるように、マイクロ波電源,
矩形導波管,多重モード変換器及びランプ室がそれぞれ
電気的に接続されている。なお、多重モード変換器及び
ランプ室は、導波管と同じ材料で製作されている。 【0010】多重モード変換器10は、図2に示すよう
に、面(長辺側)同士が平行で、しかも両面(短辺
側)に直角部を設けた不連続形状の矩形導波管であっ
て、直角部を境にして内壁の長辺の長さがa′及び内壁
短辺の長さがb′の電源側矩形導波管部10Aと内壁
長辺の長さがa及び内壁の短辺の長さがbのランプ側
矩形導波管部10Bとからなる。この電源側矩形導波管
部及びランプ側矩形導波管部には、それぞれ電源側接続
部10aとランプ側接続部10bとを有しており、ラン
プ側接続部が電源側接続部より広くなっている。 【0011】電源側接続部10aは、マイクロ波電源1
1に接続された矩形導波管12と整合するように形成さ
れており、例えば周波数2.45GHz (マイクロ波の自
由空間波長λ0 =12.24cm)のマグネトロンをマイ
クロ波電源に使用する場合、電源側矩形導波管部10A
のサイズを、JIS規格番号WRJ−2と同様の10.
9cm×5.5cmとすることよって、矩形導波管を通して
電源側接続部に入射されるTE10モードのマイクロ波
は、電源側矩形導波管部からランプ側矩形導波管部10
Bへと伝搬する際、基本モードであるTE10モードと高
次モードとからなるTE波へ変換される。 【0012】多重モード変換器10内を伝搬するTEmn
モードのTE波の管内波長λg には、次に示す(1)式
が成り立つ。 【0013】 (1/λg)2 =(1/λ0 2 −[(m/2a)2 +(n/2b)2 ]…(1) 【0014】したがって、電源側矩形導波管部10Aの
内壁の短辺の長さb′及びランプ側矩形導波管部10B
内壁の短辺の長さbを、共にマイクロ波の自由空間波
長λ0 の(1/2)λ0 以下の5.5cmに保ち、さらに
上記(1)式にm=3,n=0 代入して、(1/λ0 )2 −
(3/2a)2 >0から求められたランプ側矩形導波管
部の内壁の長辺の長さaを、マイクロ波の自由空間波長
λ0 の(λ0 /2)・3(m=3)以上とし、しかも電
源側矩形導波管部の中心軸とランプ側矩形導波管部の中
心軸とを一致させることによって、ランプ側矩形導波管
部にTEm0(m=1,3,5 …)モードのマイクロ波を伝搬さ
せることができる。 【0015】上記ランプ側矩形導波管部10Bの内壁の
長辺の長さaを、例えばm=5として、(λ0 /2)・
5(m=5)>aと設計した場合、多重モード変換器1
0によりTE10とTE30との2個のモードの波を同時に
ランプ室13へと伝搬させることが可能になる。この場
合、2つのモードが合成された波によるランプ側矩形導
波管部10B内の電界分布は、図3(a)の実線で示さ
れるように、均一性が高くなる。ここで、TEm0モード
のうち、m が偶数次の波が生じないのは、多重モード変
換器の構造が左右対称となっているためである。なお、
矩形導波管12内と同じである電源側矩形導波管部10
A内の電界分布は、図3(b)に示している。 【0016】ランプ室13は、図1に示すように、偏平
な直方体状を呈しており、ランプ側矩形導波管部10B
の接続部10bと整合するように面13A全体を開口し
た電力供給口が設けられるので、このランプ室内の電界
分布も図3(a)の実線で示されるようになる。また、
面13Aと対向する面13Bが金網13Nで形成され、
この面13Bから光が取り出せると共に、マイクロ波導
波路を終端短絡させる面になっている。なお、上記以外
の面は閉鎖されている。 【0017】上記ランプ室13内には、直管状の無電極
ランプ14がマイクロ波導波路を終端短絡させる面13
Bと平行な位置、すなわち面13Bから多重モード変換
器10側へ、マイクロ波の管内波長λg の1/4の位置
に立つ定在波の山の部分に沿って配置される。なお、ラ
ンプを配置する位置としては、効率よく発光させるため
にも定在波の山の部分が最もよい。 【0018】無電極ランプ14は、用途に応じて変わ
り、例えば紫外線光源とする場合、その材質として石英
などの紫外線透過物質を用い、また封入する物質として
Ne,Arなどの希ガスと小量のHg,Cd,Znなど
の各種金属またはこれらのハロゲン化物などがある。さ
らに、ランプの発光強度を最適化するために、ランプの
一端または両端をランプ室13の側壁に設けた小孔より
外部に出し、その部分を封入金属の最適蒸気圧に対応す
る温度に保つように温度制御すれば良い。例えばHgを
小量封入し、185nm及び254nmの波長の紫外光を利
用する場合は、40〜70℃に保つように水等の液体で
冷却する。この場合、マイクロ波が外に漏洩するのを防
ぐために、図示していないが、外部に露出したランプ部
を金属しゃへい箱で覆う必要がある。 【0019】図4はNeガス封入直管ランプでの本発明
による発光強度分布を示す図である。光源装置は図1に
示した第1の実施例と同様な構成にしてある。多重モー
ド変換器10のランプ側矩形導波管部10Bの内壁の
の長さaを490mmとした。この場合は(1)式より
TE10,TE30,TE50及びTE70モードの波までが合
成されている。他のモードの波は、たとえ立ったとして
も急激に減衰して、多重モード変換器を伝搬することは
ない。多重モードの中でも、TE10及びTE30モードの
割合が高い。直管ランプは面13Bから多重モード変換
器10側へ、この2つの管内波長λg =12.34cm及
び13.20cmの平均値の1/4の位置に配置してい
る。図4からわかるように、均一性は40cmの直線上で
±15%以内となり、飛躍的に向上している。このよう
に、帯状光源となる直管ランプ1本当たりの均一性を高
めることにより、この直管ランプを2次元的に配列して
均一な平面照射に応用することができる。 【0020】<実施例2>図5は本発明に係るマイクロ
波励起光源装置の第2の実施例を示しており、平面的に
均一照射可能な光源を得るための概略構成図である。 【0021】本実施例は、第1の実施例に示したランプ
室を積み重ねて平面的に配置したものである。図示する
ように、マイクロ波電源から出力されて矩形導波管を伝
搬するマイクロ波は、2つの導波路を有するマイクロ波
分配器20に入射する。このマイクロ波分配器の各導波
路20A,20Bの出力側には、第1の実施例と同様
に、それぞれ多重モード変換器10,10の電源側接続
部が接続されると共に、それぞれのランプ側接続部に
は、無電極ランプ14,14を収納したランプ室13,
13が設けられている。 【0022】本実施例においては、2つのマイクロ波分
配器20,20を用いて、マイクロ波電力を4等分に分
配しているが、マイクロ波分配器の数、マイクロ波分配
器の導波路の数、矩形導波管の数及びマイクロ波電源の
数は、適宜に選定することができる。 【0023】<実施例3>図6は本発明に係るマイクロ
波励起光源装置の第3の実施例を示しており、平面的に
均一照射可能な光源を得るための概略構成図である。 【0024】本実施例は、第1の実施例に示したランプ
室をマイクロ波の進行方向に平面的に広げたものであ
る。図示するように、実施例1と同じ多重モード変換器
10に接続されたランプ室13は、マイクロ波導波路を
終端短絡させる面13Bが閉鎖され、また面13Cが金
網13Nで形成される。このランプ室には、複数本の直
管ランプ14,14…がそれぞれ面13Bから多重モー
ド変換器10側へ、マイクロ波の管内波長λg の1/4
の繰返し位置に立つ複数個の定在波の山の部分に沿って
配置される。 【0025】<実施例4>図7は本発明に係るマイクロ
波励起光源装置の第4の実施例を示しており、平面的に
均一照射可能な光源を得るための概略構成図である。 【0026】本実施例は、第3の実施例のランプ室を変
形させたものである。図示するように、多重モード変換
器10に接続されたランプ室13は、その上面13Dを
傾斜させて、下面13Cと上面13Dとの間隔が面13
B方向に徐々に小さくなるテーパー状を呈している。こ
れは実施例3に示すように、ランプ室内に複数個のラン
プ14を配置した場合、マイクロ波電力はランプの発光
吸収によって、マイクロ波導入側から終端部へと向かう
につれ減衰する。このマイクロ波電力の減衰は、ランプ
室をテーパー状にすることにより補うことができる。こ
の場合、ランプ室のテーパーの絞り方を緩やかにして、
マイクロ波のモードを乱さないようにする。なお、テー
パーは直線状に絞っているが、適切な曲率を付けて絞っ
ても良い。 【0027】以上の実施例において、多重モード変換器
10のランプ側矩形導波管部の内壁の長辺の長さaを、
マイクロ波の自由空間波長の1/2の奇数次倍で広げる
ことによって、より高次のTE波を伝搬させることがで
きる。また、無電極ランプ14としての直管ランプを、
U字状ランプ、球状ランプにしても良く、また偏平に形
成したランプにより広い面積を照射できる。さらに、マ
イクロ波は、連続的にパワーを投入しても良いし、パル
ス状に投入(パルス放電)させても良い。また、適宜に
矩形導波管12と多重モード変換器10との間に可動ス
タブ式の整合器を設けても良い。 【0028】 【発明の効果】以上のように本発明によれば、調整作業
を全く行うことなく、また装置の寸法を大きくさせるこ
とによるコストアップさせることなく、直管状ランプで
は長手方向に、また球状ランプでは直線配置方向の発光
強度分布をより均一し、しかも発光強度分布の均一範囲
を拡大させることができ、さらに上記のように発光強度
分布の均一範囲を拡大させた帯状光源を、平面的に配置
することによって、より均一に平面照射させることがで
きる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a light source device using an electrodeless lamp which emits light by generating an induced discharge by microwaves.
The present invention relates to a light source device suitable for linear or planar uniform irradiation. Such a light source device is used, for example, to decompose and remove a resist applied on a semiconductor wafer in a semiconductor manufacturing process using ozone and ultraviolet rays. 2. Description of the Related Art Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 63-224193 discloses a microwave-excited light source device in which a plurality of electrodeless lamps are provided in a cavity resonator to perform uniform irradiation in a plane. I have. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional microwave excitation light source device. As shown in the figure, for example, a plurality of straight tube-shaped or spherical electrodeless lamps 2 are arranged in a plane in a flat rectangular cavity resonator 1, and the lower surface of the cavity resonator is formed by a wire mesh 3. , Light can be extracted. [0004] The cavity resonator 1 is provided with a power supply port 4, and microwave power is supplied from a microwave power supply 6 via a waveguide 5, so that electromagnetic waves can be kept within the cavity. Since a wave is generated, the lamp 2 for the above-mentioned application is arranged on the mountain portion of the standing wave, and the ultraviolet light is irradiated in a plane. [0005] The size of the cavity resonator 1 used in the prior art is determined so as to resonate with the wavelength of microwaves. Starts, the resonance frequency changes, so that a resonance frequency adjusting screw or stub must be provided in the resonator, and the resonance position must be reset by trial and error. Further, since the peaks and valleys of the standing wave due to the electromagnetic waves exist two-dimensionally in the cavity 1, the lamps are arranged, for example, along a plurality of standing wave peaks standing in one direction. In this case, there is a problem in that the standing wave standing in the other direction causes uneven light emission in the longitudinal direction of the straight tube lamp and in the linear arrangement direction of the spherical lamp. Therefore, in order to eliminate the emission unevenness and to improve the uniformity of light in a plane, an attempt has been made to make two or more standing wave modes coexist in the cavity resonator. The length of at least two sides of the container must be changed so as to be simultaneously increased, which causes a problem of cost increase. Moreover, in the vicinity of the side wall of the cavity resonator, the electric field intensity is gradually reduced even by using this method, and as a result, the uniformity of the emission intensity distribution is reduced. According to the present invention, there is provided a microwave power supply, a rectangular waveguide for introducing a microwave output from the microwave power supply, and a microwave introduced to the rectangular waveguide. The present invention is directed to a microwave-excited light source device including an electrodeless lamp that emits light by inducing an induced discharge, accommodates an electrodeless lamp in a lamp chamber, and switches between a basic mode and a basic mode between the lamp chamber and the rectangular waveguide. A multi-mode converter for converting into a TE wave composed of a mode and a higher-order mode, wherein a microwave power supply, a rectangular waveguide, a multi-mode converter, and a lamp chamber are electrically connected; Is
A power supply-side rectangular waveguide portion and a lamp-side rectangular waveguide portion are bounded by a discontinuous right angle portion formed on both E surfaces, and the power supply-side rectangular waveguide portion matches the rectangular waveguide. Formed as
The center axis of the power-supply-side rectangular waveguide section and the center axis of the lamp-side rectangular waveguide section are aligned, and the center axis of the lamp-side rectangular waveguide section is
The length of the long side of the inner wall is defined as the free space wavelength λ0 of the microwave.
(3/2) λ0 or more and of the rectangular waveguide on the lamp side
The length of the short side of the inner wall is the same as the short side of the rectangular waveguide on the power supply side
(1/2) λ0 or less, and the lamp chamber has a rectangular parallelepiped-shaped power supply port which is open to the whole surface so as to match the opening of the lamp-side rectangular waveguide portion, and a net-shaped surface. And a surface for terminating the microwave waveguide to cause a standing wave to stand inside the lamp chamber, and the electrodeless lamp has
The microwave waveguide is disposed along a position parallel to a surface on which the short-circuit is performed. By propagating a TE wave consisting of a fundamental mode and a higher-order mode in a rectangular waveguide, the in-plane distribution of an electric field perpendicular to the traveling direction of the microwave can be made uniform. Become. Therefore, by arranging the electrodeless lamp in the plane, it is possible to obtain a light source having excellent linear uniformity. Further, by extending the depth of the lamp chamber containing the electrodeless lamp in the traveling direction of the microwave and setting up a standing wave of the microwave in the lamp chamber, the electrodeless lamp is arranged at the peak of the standing wave. Then, a light source having a high degree of uniformity even in a plane can be obtained. Embodiment 1 FIG. 1 shows a first embodiment of a microwave excitation light source device according to the present invention, and is a schematic configuration diagram for obtaining a light source capable of linearly and uniformly irradiating. It is. As shown, a multi-mode converter 10 is provided between a rectangular waveguide 12 connected to a microwave power supply 11 and a lamp chamber 13, and a rectangular waveguide is accommodated in a lamp chamber containing an electrodeless lamp 14. Microwave power supply, so that microwave power is supplied from the microwave power supply via the tube and the multi-mode converter.
The rectangular waveguide, the multi-mode converter, and the lamp chamber are electrically connected to each other. Note that the multimode converter and the lamp chamber are made of the same material as the waveguide. As shown in FIG. 2, the multimode converter 10 has a discontinuous rectangular conductor in which the H planes (long sides) are parallel to each other and the E planes (short sides) are provided with a right angle portion. A wave tube, wherein the length of the long side of the inner wall is a '
And the inner wall of the power-supply-side rectangular waveguide portion 10A having the short side length b '
And a lamp-side rectangular waveguide portion 10B having a long side of a and a short side of the inner wall of b. The power supply side rectangular waveguide portion and the lamp side rectangular waveguide portion have a power supply side connection portion 10a and a lamp side connection portion 10b, respectively, and the lamp side connection portion is wider than the power supply side connection portion. ing. The power supply side connection portion 10a is connected to the microwave power supply 1
For example, when a magnetron having a frequency of 2.45 GHz (a free space wavelength of microwave λ 0 = 12.24 cm) is used as a microwave power source, the magnetron is formed so as to match the rectangular waveguide 12 connected to 1. Power supply side rectangular waveguide section 10A
Is the same as JIS standard number WRJ-2.
By setting the size to 9 cm × 5.5 cm, microwaves in the TE 10 mode that are incident on the power supply side connection portion through the rectangular waveguide can be transmitted from the power supply side rectangular waveguide portion to the lamp side rectangular waveguide portion 10.
It propagates to B, is converted to a TE wave consisting of TE 10 mode and the higher mode is a basic mode. TE mn propagating in the multimode converter 10
The following equation (1) holds for the guide wavelength λg of the mode TE wave. (1 / λg) 2 = (1 / λ 0 ) 2 -[(m / 2a) 2 + (n / 2b) 2 ] (1) Therefore, the power supply side rectangular waveguide section 10A of
The length b ' of the short side of the inner wall and the rectangular waveguide portion 10B on the lamp side
The length b of the short side of the inner wall is kept at 5.5 cm which is equal to or less than (1/2) λ0 of the free space wavelength λ0 of the microwave, and m = 3, n = 0 is substituted into the above equation (1). And (1 / λ0) 2 −
The length a of the long side of the inner wall of the lamp-side rectangular waveguide portion obtained from (3 / 2a) 2> 0 is calculated as (λ 0/2) · 3 (m = 3) of the free space wavelength λ 0 of the microwave. above and then, deer also affects the possible to match the central axis of the lamp-side rectangular waveguide portion of the conductive <br/> source side rectangular waveguide section, TEm0 the lamp side rectangular waveguide section ( m = 1, 3, 5,...) mode microwaves can be propagated. If the length a of the long side of the inner wall of the lamp-side rectangular waveguide section 10B is, for example, m = 5, (λ 0/2) ·
5 (m = 5)> a, the multi-mode converter 1
The value of 0 enables the waves of the two modes of TE10 and TE30 to be simultaneously transmitted to the lamp chamber 13. In this case, the electric field distribution in the lamp-side rectangular waveguide portion 10B due to the wave in which the two modes are combined has high uniformity as shown by the solid line in FIG. Here, in the TEm0 mode, the reason why no wave of even order m is generated is that the structure of the multi-mode converter is symmetrical in the left-right direction. In addition,
The power-supply-side rectangular waveguide portion 10 which is the same as in the rectangular waveguide 12
The electric field distribution in A is shown in FIG. The lamp chamber 13 has a flat rectangular parallelepiped shape as shown in FIG.
A power supply port having an open surface 13A is provided so as to be aligned with the connecting portion 10b of FIG. 3, so that the electric field distribution in the lamp chamber is also indicated by the solid line in FIG. Also,
A surface 13B facing the surface 13A is formed by a wire mesh 13N,
Light can be extracted from this surface 13B, and the microwave waveguide is terminated and short-circuited. The other surfaces are closed. In the lamp chamber 13, a straight tube-shaped electrodeless lamp 14 has a surface 13 on which a microwave waveguide is terminated and short-circuited.
It is arranged along the peak of the standing wave standing at a position parallel to B, that is, from the surface 13B to the side of the multimode converter 10 at a position of 1/4 of the guide wavelength λg of the microwave. Note that the position of the lamp is best at the peak of the standing wave for efficient light emission. The electrodeless lamp 14 varies depending on the application. For example, when an ultraviolet light source is used, an ultraviolet transmitting material such as quartz is used as the material, and a rare gas such as Ne or Ar is used as a sealing material. There are various metals such as Hg, Cd, Zn and the like, and halides thereof. Further, in order to optimize the luminous intensity of the lamp, one end or both ends of the lamp are taken out from small holes provided in the side wall of the lamp chamber 13, and the portion is kept at a temperature corresponding to the optimum vapor pressure of the sealed metal. Temperature may be controlled. For example, when Hg is encapsulated in a small amount and ultraviolet light having wavelengths of 185 nm and 254 nm is used, it is cooled with a liquid such as water so as to keep the temperature at 40 to 70 ° C. In this case, in order to prevent the microwave from leaking outside, it is necessary to cover the lamp portion exposed to the outside with a metal shielding box, though not shown. FIG. 4 is a diagram showing the luminous intensity distribution according to the present invention in the Ne gas-filled straight tube lamp. The light source device has the same configuration as that of the first embodiment shown in FIG. The length a of the long side of the inner wall of the lamp-side rectangular waveguide portion 10B of the multi-mode converter 10 was 490 mm. In this case, from the equation (1), the waves in the TE10, TE30, TE50 and TE70 modes are combined. Waves in other modes, if any, attenuate rapidly and do not propagate through the multimode converter. Among the multiplex modes, the ratio of the TE10 and TE30 modes is high. The straight tube lamp is arranged from the surface 13B toward the multimode converter 10 at a position which is 1/4 of the average value of these two guide wavelengths λg = 12.34 cm and 13.20 cm. As can be seen from FIG. 4, the uniformity is within ± 15% on a straight line of 40 cm, and is dramatically improved. As described above, by improving the uniformity of one straight tube lamp as a belt-like light source, the straight tube lamps can be two-dimensionally arranged and applied to uniform planar irradiation. <Embodiment 2> FIG. 5 shows a second embodiment of a microwave excitation light source device according to the present invention, and is a schematic configuration diagram for obtaining a light source capable of uniformly irradiating in a plane. In this embodiment, the lamp chambers shown in the first embodiment are stacked and arranged in a plane. As shown in the drawing, the microwave output from the microwave power supply and propagating through the rectangular waveguide enters a microwave distributor 20 having two waveguides. The output side of each waveguide 20A, 20B of this microwave distributor is connected to the power supply side connection portion of each of the multimode converters 10, 10 as in the first embodiment, and the respective lamp side. In the connection part, a lamp chamber 13 containing the electrodeless lamps 14, 14 is provided.
13 are provided. In the present embodiment, the microwave power is distributed into four equal parts by using two microwave distributors 20, 20, but the number of microwave distributors and the waveguides of the microwave distributors , The number of rectangular waveguides, and the number of microwave power supplies can be appropriately selected. <Embodiment 3> FIG. 6 shows a third embodiment of the microwave-excited light source device according to the present invention, and is a schematic configuration diagram for obtaining a light source capable of uniformly irradiating in a plane. In this embodiment, the lamp chamber shown in the first embodiment is expanded in a plane in the direction in which microwaves travel. As shown in the figure, the lamp chamber 13 connected to the same multi-mode converter 10 as in the first embodiment has a surface 13B for terminating and short-circuiting the microwave waveguide closed, and a surface 13C is formed of a wire mesh 13N. In this lamp chamber, a plurality of straight tube lamps 14, 14,... Are respectively directed from the surface 13B to the multi-mode converter 10 side to 1 / of the guide wavelength λg of the microwave.
Are arranged along the ridges of a plurality of standing waves standing at the repetition position. <Embodiment 4> FIG. 7 shows a fourth embodiment of the microwave excitation light source device according to the present invention, and is a schematic configuration diagram for obtaining a light source capable of uniformly irradiating in a plane. This embodiment is a modification of the lamp chamber of the third embodiment. As shown in the figure, the lamp chamber 13 connected to the multi-mode converter 10 has its upper surface 13D inclined so that the distance between the lower surface 13C and the upper surface 13D
It has a tapered shape that gradually decreases in the B direction. This is because, as shown in the third embodiment, when a plurality of lamps 14 are arranged in the lamp chamber, the microwave power is attenuated from the microwave introduction side toward the terminal end due to the luminescence absorption of the lamps. This attenuation of the microwave power can be compensated for by making the lamp chamber tapered. In this case, make the taper of the lamp room narrower,
Do not disturb the microwave mode. Although the taper is narrowed down linearly, it may be narrowed down with an appropriate curvature. In the above embodiment, the length a of the long side of the inner wall of the rectangular waveguide portion on the lamp side of the multimode converter 10 is represented by
Higher order TE waves can be propagated by widening by an odd multiple of 1 / of the free space wavelength of the microwave. Further, a straight tube lamp as the electrodeless lamp 14 is
A U-shaped lamp or a spherical lamp may be used, and a flat lamp can irradiate a wide area. Further, the microwave may be supplied with power continuously or may be supplied in pulse form (pulse discharge). Further, a movable stub type matching unit may be provided between the rectangular waveguide 12 and the multi-mode converter 10 as appropriate. As described above, according to the present invention, the straight tube lamp can be used in the longitudinal direction without any adjustment work and without increasing the cost by increasing the size of the apparatus. In a spherical lamp, the emission intensity distribution in the linear arrangement direction can be made more uniform, and the uniformity range of the emission intensity distribution can be expanded. By arranging them in a plane, it is possible to make the plane irradiation more uniform.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係るマイクロ波励起光源装置の第1の
実施例を示す概略構成図である。 【図2】本発明の多重モード変換器を示す概略構成図で
ある。 【図3】(a)は本発明の多重モード変換器のランプ側
矩形導波管部内の電界分布を示す図、(b)は電源側矩
形導波管部内の電界分布を示す図である。 【図4】Neガス封入直管ランプでの本発明による発光
強度分布を示す図である。 【図5】本発明に係るマイクロ波励起光源装置の第2の
実施例を示す概略構成図である。 【図6】本発明に係るマイクロ波励起光源装置の第3の
実施例を示す概略構成図である。 【図7】本発明に係るマイクロ波励起光源装置の第4の
実施例を示す概略構成図である。 【図8】従来のマイクロ波励起光源装置を示す概略構成
図である。 【符号の説明】 10 多重モード変換器 10A 電源側矩形導波管部 10B ランプ側矩形導波管部 11 マイクロ波電源 12 矩形導波管 13 ランプ室 14 無電極ランプ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment of a microwave excitation light source device according to the present invention. FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a multimode converter according to the present invention. 3A is a diagram showing an electric field distribution in a lamp-side rectangular waveguide portion of the multimode converter of the present invention, and FIG. 3B is a diagram showing an electric field distribution in a power supply-side rectangular waveguide portion. FIG. 4 is a diagram showing a light intensity distribution according to the present invention in a Ne gas-filled straight tube lamp. FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the microwave excitation light source device according to the present invention. FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment of the microwave excitation light source device according to the present invention. FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment of the microwave excitation light source device according to the present invention. FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a conventional microwave excitation light source device. [Description of Signs] 10 Multi-mode converter 10A Power supply side rectangular waveguide section 10B Lamp side rectangular waveguide section 11 Microwave power supply 12 Rectangular waveguide 13 Lamp room 14 Electrodeless lamp

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 義範 大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式 会社ダイヘン内 (72)発明者 青山 隆浩 大阪市淀川区田川2丁目1番11号 株式 会社ダイヘン内 (56)参考文献 特開 昭64−14898(JP,A) 特開 平2−46004(JP,A) 特開 平4−339295(JP,A) 実開 昭60−149206(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H05B 41/24 F21S 1/00 H01J 65/04 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Yoshinori Tsuruta 2-1-1-11 Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-shi Inside (72) Inventor Takahiro Aoyama 2-1-1-11 Tagawa, Yodogawa-ku, Osaka-daiichi Co., Ltd. (56) References JP-A-64-14898 (JP, A) JP-A-2-46004 (JP, A) JP-A-4-339295 (JP, A) Japanese Utility Model Laid-Open No. 60-149206 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H05B 41/24 F21S 1/00 H01J 65/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】 マイクロ波電源と、前記マイクロ波電源
から出力されたマイクロ波を導入する矩形導波管と、前
記矩形導波管に導入されたマイクロ波により誘導放電を
生じ発光する無電極ランプとを具備したマイクロ波励起
光源装置において、 前記無電極ランプをランプ室に収納し、前記ランプ室と
前記矩形導波管との間に、基本モードから基本モードと
高次モードとからなるTE波へ変換する多重モード変換
器が設けられて、前記マイクロ波電源と矩形導波管と多
重モード変換器とランプ室とが電気的に接続され、 前記多重モード変換器は、両面に形成された不連続な
直角部を境にして電源側矩形導波管部とランプ側矩形導
波管部とからなり、前記電源側矩形導波管部が前記矩形
導波管と整合するように形成され、前記電源側矩形導波
管部の中心軸とランプ側矩形導波管部の中心軸とを一致
させると共に、前記ランプ側矩形導波管部の内壁の長辺
の長さをマイクロ波の自由空間波長λ0 の(3/2)λ
0 以上とし、かつ前記ランプ側矩形導波管部の内壁の
辺の長さを前記電源側矩形導波管部の短辺と同じ(1/
2)λ0 以下とし、 前記ランプ室は、前記ランプ側矩形導波管部と整合する
ように直方体状を呈した1つの面全体を開口した電力供
給口と、網状に形成した面と、定在波を立たせるように
マイクロ波導波路を終端短絡させる面とを有し、 前記無電極ランプは、前記マイクロ波導波路を終端短絡
させる面と平行な位置に沿って配設されたマイクロ波励
起光源装置。
(57) [Claim 1] A microwave power supply, a rectangular waveguide for introducing a microwave output from the microwave power supply, and a microwave introduced to the rectangular waveguide. A microwave-excited light source device comprising: an electrodeless lamp that generates and emits an inductive discharge; wherein the electrodeless lamp is housed in a lamp chamber, and between the lamp chamber and the rectangular waveguide, a fundamental mode to a fundamental mode. And a multi-mode converter for converting into a TE wave composed of a multi-mode converter and a higher-order mode, wherein the microwave power supply, the rectangular waveguide, the multi-mode converter, and the lamp chamber are electrically connected; The power supply side rectangular waveguide portion and the lamp side rectangular waveguide portion are separated by a discontinuous right angle portion formed on both E surfaces, and the power source side rectangular waveguide portion is formed by the rectangular conductive portion. Formed to match the tube Together to match the central axis of the lamp-side rectangular waveguide portion of the power supply-side rectangular waveguide section, the free space of the long side of the inner wall of the lamp-side rectangular waveguide section Microwave (3/2) λ of wavelength λ0
0, and the length of the short side of the inner wall of the lamp-side rectangular waveguide is the same as the short side of the power-supply-side rectangular waveguide (1/1 /
2) λ0 or less, the lamp chamber has a power supply port having a rectangular parallelepiped-shaped opening on one side so as to be aligned with the lamp-side rectangular waveguide portion, a net-shaped surface, A surface for short-circuiting the microwave waveguide so as to make a wave stand, and the electrodeless lamp is provided with a microwave excitation light source device arranged along a position parallel to the surface for short-circuiting the microwave waveguide. .
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