JP5050824B2 - Excimer lamp - Google Patents
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Description
本発明は、例えば、紫外線を照射することによって洗浄処理、成膜処理、あるいはアッシング処理などの表面処理を被処理体に行うために好適に用いられるエキシマランプに関する。 The present invention relates to an excimer lamp that is suitably used for performing a surface treatment such as a cleaning process, a film forming process, or an ashing process by irradiating ultraviolet rays.
近年、例えば金属、ガラスおよびその他の材料よりなる被処理体に、例えば波長200nm以下の真空紫外光を照射することにより、当該真空紫外光およびこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体の表面処理、例えば洗浄処理、成膜処理、アッシング処理を行う技術が開発され、実用化されている。 In recent years, for example, by irradiating an object to be processed made of metal, glass and other materials with vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less, the surface of the object to be processed by the action of the vacuum ultraviolet light and ozone generated thereby. Techniques for performing processing such as cleaning processing, film formation processing, and ashing processing have been developed and put into practical use.
真空紫外光を照射する装置としては、例えば、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成し、当該エキシマ分子から放射される光を利用するエキシマランプを光源として具えてなるものが用いられており、このようなエキシマランプにおいては、より高強度の紫外線を効率よく放射するために多くの試みがなされている。
具体的には、放電容器の内部に誘電体バリア放電によってエキシマ分子を生成する放電用ガスが充填されて放電空間が形成されてなるエキシマランプにおいて、放電容器の内表面に、紫外線反射膜を形成することが行われており、例えば、紫外線反射膜を、紫外線に対する屈折率の高い微小粒子、例えばシリカ、アルミナ、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、酸化マグネシウムなどを積層させることにより形成する技術が開示されている(特許文献1参照)。
このエキシマランプにおいては、放電容器の一部に、紫外線反射膜が形成されていないことにより放電空間内で発生した紫外線を出射する光出射窓(光出射部)が形成されている。
As an apparatus for irradiating vacuum ultraviolet light, for example, an excimer molecule is formed by excimer discharge, and an excimer lamp using light emitted from the excimer molecule is used as a light source. In the excimer lamp, many attempts have been made to efficiently radiate higher-intensity ultraviolet rays.
Specifically, in an excimer lamp in which a discharge space is formed by filling the inside of a discharge vessel with a discharge gas that generates excimer molecules by dielectric barrier discharge, an ultraviolet reflecting film is formed on the inner surface of the discharge vessel. For example, an ultraviolet reflecting film is formed by laminating fine particles having a high refractive index with respect to ultraviolet rays, such as silica, alumina, magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, magnesium oxide, etc. The technique to do is disclosed (refer patent document 1).
In this excimer lamp, a light emitting window (light emitting portion) for emitting ultraviolet rays generated in the discharge space is formed in a part of the discharge vessel because the ultraviolet reflecting film is not formed.
このような構成のエキシマランプにおいては、放電容器内で発生した紫外線のうち光出射窓に向かって直接放射されない紫外線が紫外線反射膜に入射されて紫外線反射膜を構成する微小粒子の粒界において拡散反射されて、すなわち、複数の微小粒子の表面での屈折、反射が繰り返し行われて、光出射窓から出射され、これにより、紫外線を効率よく放射できる。 In the excimer lamp having such a configuration, ultraviolet rays that are not directly emitted toward the light exit window among ultraviolet rays generated in the discharge vessel are incident on the ultraviolet reflecting film and diffused at the grain boundaries of the fine particles constituting the ultraviolet reflecting film. Reflected, that is, refraction and reflection on the surface of a plurality of microparticles are repeatedly performed and emitted from the light exit window, whereby ultraviolet rays can be emitted efficiently.
一方、紫外線を放射するランプにおいては、放電容器(バルブ)を構成する材料として例えばシリカガラスが広く用いられている。従って、紫外線反射膜を構成する微小粒子としては、放電容器を構成するシリカガラスとの熱膨張率の差をなくして、あるいは、極めて小さくして紫外線反射膜のシリカガラスに対する付着性を高くするために、放電容器と同じ材質のシリカ粒子またはシリカ粒子に他の材質の微小粒子を混合したシリカ粒子を主成分とする微小粒子によって形成されることが好ましい。 On the other hand, in a lamp that emits ultraviolet rays, for example, silica glass is widely used as a material constituting the discharge vessel (bulb). Therefore, as the fine particles constituting the ultraviolet reflecting film, in order to eliminate the difference in thermal expansion coefficient from the silica glass constituting the discharge vessel or to make it extremely small, the adhesion property of the ultraviolet reflecting film to the silica glass is increased. In addition, it is preferably formed of silica particles having the same material as that of the discharge vessel or fine particles mainly composed of silica particles obtained by mixing silica particles with fine particles of another material.
以上のようなエキシマランプを紫外線処理装置に組み込んで紫外線照射処理を行う場合には、エキシマランプの温度が高くなりすぎると、エキシマ放電の発光効率が低下するため、通常、例えば管壁負荷が0.8W/cm2 より小さくなるランプ入力電力で使用される。ここに、管壁負荷とは、ランプ入力電力を電極面積に相当する放電容器内面の面積で割った値である。 When the excimer lamp as described above is incorporated in an ultraviolet treatment apparatus and an ultraviolet irradiation treatment is performed, if the temperature of the excimer lamp becomes too high, the light emission efficiency of excimer discharge is lowered. as used becomes smaller lamp input power than .8W / cm 2. Here, the tube wall load is a value obtained by dividing the lamp input power by the area of the inner surface of the discharge vessel corresponding to the electrode area.
而して、シリカ粒子を主成分とする紫外線反射膜を備えたエキシマランプにおいては、長時間の間点灯させていると、照度維持率が経時的に徐々に低下するため、例えば洗浄処理などの表面処理を行う場合において、一定の照度で処理をしようとしても、エキシマランプの処理能力が点灯時間とともに変化するという、問題が起こる。 Thus, in an excimer lamp having an ultraviolet reflective film mainly composed of silica particles, the illuminance maintenance factor gradually decreases with time when the lamp is lit for a long time. In the case of performing the surface treatment, there is a problem that the processing capability of the excimer lamp changes with the lighting time even if the processing is performed with a constant illuminance.
このような問題が生ずる理由としては、放電空間内に充填された放電用ガス中に不純ガスが混入するためであると考えられる。
不純ガスは、主に、酸素、水素、一酸化炭素、水等の分子ガスであるが、これらの不純ガスが、例えばシリカガラスよりなる放電容器(ガラスバルブ)の表面に吸着されており、放電空間内において生成される放電プラズマにさらされて加熱されることによって放電空間内に放出される。特に、紫外線反射膜が微小粒子から構成されている場合には、実質的に平坦な放電容器の表面よりも表面積が大きくなるため、より多くの不純ガスが吸着されていると考えられ、このような問題が生じやすい。
そして、紫外線反射膜の内部に位置される微小粒子から放出される不純ガスは、積層(堆積)された粒子間の狭い隙間を通って、隙間を形成する粒子に対して、不純ガスの付着、再放出が繰り返されながら、紫外線反射膜の表面近傍にまで移動することになるが、紫外線反射膜の表面から放電空間内に放出されるまでに比較的長い時間を要し、ランプ点灯中の長時間の間にわたって不純ガスが放出され続けることになる。
The reason why such a problem occurs is considered to be that an impure gas is mixed in the discharge gas filled in the discharge space.
The impure gas is mainly a molecular gas such as oxygen, hydrogen, carbon monoxide, water, etc., but these impure gases are adsorbed on the surface of a discharge vessel (glass bulb) made of silica glass, for example. It is discharged into the discharge space by being heated by being exposed to the discharge plasma generated in the space. In particular, when the ultraviolet reflective film is composed of fine particles, the surface area is larger than the surface of the substantially flat discharge vessel, so it is considered that more impure gas is adsorbed. Problems are likely to occur.
And the impure gas released from the fine particles located inside the ultraviolet reflective film passes through the narrow gap between the stacked (deposited) particles, and the impure gas adheres to the particles forming the gap, While re-emission is repeated, it moves to the vicinity of the surface of the UV reflecting film, but it takes a relatively long time to be released from the surface of the UV reflecting film into the discharge space. Impure gas will continue to be released over time.
一方、ランプ製造工程においては、放電容器(ガラスバルブ)の表面に吸着された不純ガスを除去するために、いわゆる「温排気」という処理が行われる。この処理は、バルブ形成材料の内部に紫外線反射膜を形成した後、バルブ形成材料に形成された排気管を真空装置に接続し、バルブ形成材料を加熱することによりバルブ形成材料の表面に吸着されている不純ガスをバルブ形成材料の内部の空気と共に排気する工程である。
不純ガスを除去するために必要とされる温排気に要する時間は、紫外線反射膜が形成されていないエキシマランプであれば、数時間程度であるのに対して、微小粒子の堆積体により構成された紫外線反射膜が形成されたエキシマランプ、特にサイズの大きなエキシマランプにおいては、上述したように、より多くの不純ガスが吸着されているおそれがあることから、長時間の温排気を行うことが必要となる場合がある。
しかしながら、このような長時間の温排気は、コストがかかると共に不可能であるため、実際には、数時間〜数十時間程度の温排気しか行われておらず、十分な不純ガスの除去が行われていないのが実情である。
On the other hand, in the lamp manufacturing process, so-called “warm exhaust” is performed in order to remove the impure gas adsorbed on the surface of the discharge vessel (glass bulb). In this process, after an ultraviolet reflective film is formed inside the valve forming material, the exhaust pipe formed in the valve forming material is connected to a vacuum device, and the valve forming material is heated to be adsorbed on the surface of the valve forming material. This is a step of exhausting the impure gas together with the air inside the valve forming material.
The time required for hot exhausting to remove the impure gas is about several hours for an excimer lamp without an ultraviolet reflecting film, but it is composed of a deposit of fine particles. In an excimer lamp having an ultraviolet reflective film formed, particularly an excimer lamp having a large size, as described above, more impure gas may be adsorbed. It may be necessary.
However, such warm exhaust for a long time is costly and impossible, so in practice, only warm exhaust for several hours to several tens of hours has been performed, and sufficient impurity gas removal has been performed. The fact is not being done.
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、紫外線反射層を備えてなり、長時間点灯された場合であっても、照度の低下の程度が小さく抑制され、真空紫外光を効率よく出射することのできるエキシマランプを提供することを目的とする。 The present invention has been made on the basis of the above circumstances, and includes an ultraviolet reflecting layer. Even when the lamp is lit for a long time, the degree of decrease in illuminance is suppressed to a small level, and vacuum ultraviolet An object of the present invention is to provide an excimer lamp that can emit light efficiently.
本発明のエキシマランプは、シリカガラスよりなる放電容器の内表面に、シリカ粒子を主成分とする粒子堆積体により構成された拡散反射による紫外線反射層が形成されたエキシマランプにおいて、
前記紫外線反射層の内表面には、粒子の形態が失われて一体の連続した膜状領域として構成された不純ガス透過抑制領域が形成されており、
前記不純ガス透過抑制領域が、シリカ粒子が溶融されて一体化された溶融固化領域よりなることを特徴とする。
ここに、「シリカ粒子を主成分とする」とは、紫外線反射層に含まれるシリカ粒子の割合が50wt%以上であることをいう。
The excimer lamp of the present invention is an excimer lamp in which an inner surface of a discharge vessel made of silica glass is formed with an ultraviolet reflective layer by diffuse reflection composed of a particle deposit composed mainly of silica particles.
On the inner surface of the ultraviolet reflecting layer, an impure gas permeation suppression region configured as an integral continuous film-like region is formed by losing the particle form ,
The impure gas permeation suppression region includes a melt-solidified region in which silica particles are fused and integrated .
Here, “mainly composed of silica particles” means that the proportion of silica particles contained in the ultraviolet reflective layer is 50 wt% or more.
本発明のエキシマランプによれば、シリカ粒子を主成分とする粒子堆積体よりなる紫外線反射層の内表面に、シリカ粒子の形態が失われて一体の連続した膜状領域として構成された不純ガス透過抑制領域が形成されていることにより、紫外線反射層の内表面部分においては、隣接する粒子間の隙間が消失された状態とされているので、不純ガスが放電空間内に放出されるその程度を小さく抑制することができ、従って、エキシマランプを長時間点灯させた場合であっても、照度の低下を小さく抑制することができ、真空紫外光を効率よく出射することができる。 According to the excimer lamp of the present invention, the impure gas formed on the inner surface of the ultraviolet reflecting layer made of a particle deposit mainly composed of silica particles is formed as an integral continuous film-like region by losing the form of the silica particles. Since the transmission suppression region is formed, the gap between adjacent particles is eliminated on the inner surface portion of the ultraviolet reflection layer, so that the impurity gas is released into the discharge space. Therefore, even when the excimer lamp is lit for a long time, a decrease in illuminance can be suppressed to a low level, and vacuum ultraviolet light can be emitted efficiently.
図1は、本発明のエキシマランプの一例における構成の概略を示す説明用断面図であって、(a)放電容器の長手方向に沿った断面を示す断面図、(b)(a)におけるA−A線断面図である。
このエキシマランプ10は、両端が気密に封止されて内部に放電空間Sが形成された、断面矩形状の中空長尺状の放電容器11を備えており、この放電容器11の内部には、放電用ガスとして、例えばキセノンガスなどの希ガスが封入されている。
放電容器11は、真空紫外光を良好に透過するシリカガラス、例えば合成石英ガラスよりなる。
FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing an outline of the configuration of an example of an excimer lamp of the present invention, wherein (a) a cross-sectional view showing a cross section along the longitudinal direction of the discharge vessel, and (b) A in (a). FIG.
This
The
放電容器11における長辺面の外表面には、一対の格子状の電極、すなわち、高電圧給電電極として機能する一方の電極15および接地電極として機能する他方の電極16が長尺な方向に伸びるよう対向して配置されており、これにより、一対の電極15,16間に誘電体である放電容器11が介在された状態とされている。
このような電極は、例えば、金属よりなる電極材料を放電容器11にペースト塗布することにより、あるいは、プリント印刷することによって形成することができる。
On the outer surface of the long side surface of the
Such an electrode can be formed, for example, by applying an electrode material made of metal to the
このエキシマランプ10においては、一方の電極15に点灯電力が供給されると、放電容器11の壁を介して両電極15,16間に放電が生成され、これにより、エキシマ分子が形成されると共にこのエキシマ分子から例えば波長170nm付近にピーク値を有する真空紫外光が放射されるエキシマ放電が生ずるが、このエキシマ放電によって発生する真空紫外光を効率良く利用するために、放電容器11の内表面に、紫外線反射層20が設けられている。
紫外線反射層20は、例えば、放電容器11における長辺面の、高電圧給電電極として機能する一方の電極15に対応する内表面領域とこの領域に連続する短辺面の内表面領域の一部にわたって形成されており、放電容器11における長辺面の、接地電極として機能する他方の電極16に対応する内表面領域において紫外線反射層20が形成されていないことによって光出射窓(光出射部)18が構成されている。
In this
The
紫外線反射層20は、シリカ粒子を主成分とする粒子堆積体により構成されており、シリカ粒子のみからなるものであっても、シリカ粒子に、例えばアルミナ粒子およびその他の紫外線に対して高い屈折率を有する微小粒子が混在されてなるものであってもよい。
The
紫外線反射層20の構造について具体的に説明すると、紫外線反射層20は、その内表面における少なくとも一部に形成された、例えばシリカ粒子が溶融されることによりその形態が失われて一体の連続した膜状領域として構成された溶融固化領域と、シリカ粒子の形態が維持されて粒界が形成された状態でシリカ粒子が積層されてなる粒子積層領域と、シリカ粒子の形態が維持されたものと溶融されたものとが混在する遷移領域とを有してなる。
溶融固化領域においては、隣接するシリカ粒子間の隙間が消失した状態とされており、これにより、不純ガス透過抑制領域が形成されている。
The structure of the
In the melt-solidified region, the gaps between adjacent silica particles are in a state of disappearing, thereby forming an impure gas permeation suppression region.
紫外線反射層20の厚みは、例えば10〜1000μmであることが好ましい。
また、溶融固化領域の厚みは、例えば0.1〜5μmであることが好ましく、より好ましくは0.5〜3μmである。
溶融固化領域の厚みが過小である場合には、十分な不純ガス放出抑制効果を得ることが困難となり、溶融固化領域の厚みが過大である場合には、紫外線反射層20の反射率が低下して紫外線を効率よく出射することが困難となる。
The thickness of the ultraviolet reflecting
Moreover, it is preferable that the thickness of a melt-solidification area | region is 0.1-5 micrometers, for example, More preferably, it is 0.5-3 micrometers.
When the thickness of the melt-solidified region is too small, it is difficult to obtain a sufficient impure gas emission suppressing effect, and when the thickness of the melt-solidified region is excessive, the reflectivity of the
この紫外線反射層20は、放電容器11内で発生した真空紫外線のうち光出射窓18に向かって直接放射されずに紫外線反射層20に入射される真空紫外線を「拡散反射」させる機能を有する。
すなわち、紫外線反射層20に入射される真空紫外線が、シリカ粒子が溶融されて粒界が消失した状態とされた溶融固化領域を透過し、その後、粒子積層領域におけるシリカ粒子に到達した真空紫外光の一部がシリカ粒子の表面で反射されると共に他の一部が屈折してシリカ粒子の内部に入射され、さらに、シリカ粒子の内部に入射される光の多くが透過(一部が吸収)され、再び、出射される際に屈折される、このような反射、屈折が粒子積層領域を構成するシリカ粒子による粒界において繰り返し起こり、再び、溶融固化領域を透過して出射される。
The
That is, the vacuum ultraviolet light incident on the
紫外線反射層20を構成するシリカ粒子は、ガラス状態のものであっても、結晶状態のものであっても、いずれの状態のものであってもよいが、ガラス状態のものを用いることが好ましく、例えばシリカガラスを粉末状に細かい粒子としたものなどを用いることができる。
The silica particles constituting the
シリカ粒子は、以下のように定義される粒子径が例えば0.01〜20μmの範囲内にあるものであって、中心粒径(数平均粒子径のピーク値)が、例えば0.1〜10μmであるものが好ましく、より好ましくは0.3〜3μmであるものである。
シリカ粒子の「粒子径」とは、紫外線反射層20をその表面に対して垂直方向に破断したときの破断面における、厚み方向におけるおよそ中間の位置を観察範囲として、走査型電子顕微鏡(SEM)によって拡大投影像を取得し、この拡大投影像における任意の粒子を一定方向の2本の平行線で挟んだときの当該平行線の間隔であるフェレー(Feret)径をいう。
また、中心粒径を有するシリカ粒子の割合が50%以上であることが好ましい。
シリカ粒子の「中心粒径」とは、上記のようして得られる各粒子の粒子径についての最大値と最小値との粒子径の範囲を、例えば0.1μmの範囲で、複数の区分例えば15区分程度に分け、それぞれの区分に属する粒子の個数(度数)が最大となる区分の中心値をいう。
The silica particles have a particle size defined as follows within a range of 0.01 to 20 μm, for example, and the center particle size (peak value of the number average particle size) is, for example, 0.1 to 10 μm. Is preferable, and more preferably 0.3 to 3 μm.
The “particle diameter” of the silica particles refers to a scanning electron microscope (SEM) with the observation range being an approximately middle position in the thickness direction on the fracture surface when the ultraviolet
Moreover, it is preferable that the ratio of the silica particle which has a center particle diameter is 50% or more.
The “center particle diameter” of the silica particles is a particle diameter range between the maximum value and the minimum value of the particle diameter of each particle obtained as described above, for example, in a range of 0.1 μm, It is divided into about 15 sections, and is the center value of the section where the number of particles (frequency) belonging to each section is maximum.
紫外線反射層20を構成材料として用いられるその他の微小粒子については、上記のように定義される粒子径が例えば0.1〜10μmの範囲内にあるものであって、中心粒径(数平均粒子径のピーク値)が、例えば0.1〜3μmであり、中心粒径を有する粒子の割合が例えば50%以上であるものであることが好ましい。
Other fine particles that use the ultraviolet
シリカ粒子およびその他の微小粒子が、真空紫外光の波長と同程度である上記範囲の粒子径を有するものであることにより、真空紫外光を効率よく拡散反射させることができる。 Since silica particles and other fine particles have a particle diameter in the above-mentioned range that is approximately the same as the wavelength of vacuum ultraviolet light, it is possible to efficiently diffuse and reflect vacuum ultraviolet light.
以下、上記紫外線反射層20の形成方法について説明する。
先ず、例えば「流下法」と呼ばれる方法により、放電容器形成材料の内表面における所定の領域に、シリカ粒子を主成分とする粒子堆積層を形成する。すなわち、水とPEO樹脂(ポリエチレンオキサイド)を組み合わせた粘性を有する溶剤に、シリカ粒子、または、シリカ粒子およびその他の紫外線に対して高い屈折率を有する微小粒子を混ぜて分散液を調製し、この分散液を放電容器形成材料内に流し込むことにより、放電容器形成材料の内表面における所定の領域に付着させた後、乾燥、焼成することにより水とPEO樹脂を蒸発させ、これにより、粒子堆積層を形成することができる。ここに、焼成温度は、例えば500〜1100℃とされる。
紫外線反射層20を形成するに際して用いられるシリカ粒子の製造は、固相法、液相法、気相法のいずれの方法も利用することができるが、これらのうちでも、サブミクロン、ミクロンサイズの粒子を確実に得ることができることから、気相法、特に化学蒸着法(CVD)が好ましい。
具体的には、例えば、シリカ粒子は、塩化ケイ素と酸素を900〜1000℃で反応させることにより、合成することができ、粒子径は、原料濃度、反応場での圧力、反応温度を制御することにより調整することができる。
Hereinafter, a method for forming the ultraviolet
First, a particle deposition layer mainly composed of silica particles is formed in a predetermined region on the inner surface of the discharge vessel forming material by, for example, a method called “flowing method”. That is, a dispersion liquid is prepared by mixing silica particles or silica particles and other fine particles having a high refractive index with respect to ultraviolet rays in a solvent having a combination of water and PEO resin (polyethylene oxide). By pouring the dispersion into the discharge vessel forming material, it is adhered to a predetermined region on the inner surface of the discharge vessel forming material, and then dried and baked to evaporate water and the PEO resin. Can be formed. Here, the firing temperature is, for example, 500 to 1100 ° C.
For the production of the silica particles used for forming the
Specifically, for example, silica particles can be synthesized by reacting silicon chloride and oxygen at 900 to 1000 ° C., and the particle size controls the raw material concentration, the pressure in the reaction field, and the reaction temperature. Can be adjusted.
得られた粒子堆積層においては、図2−Aに示すように、シリカ粒子、または、シリカ粒子およびその他の微小粒子は出発材料の形態、例えば球形状が実質的に維持された状態とされている。ここに、「実質的に」としたのは、上述したように、粒子堆積層を形成するに際して高温で加熱する処理が行われるため、シリカ粒子のごく一部においてシリカ粒子同士の接触部の接合が生じる場合があるためである。 In the obtained particle deposition layer, as shown in FIG. 2-A, silica particles, or silica particles and other fine particles are substantially maintained in the form of a starting material, for example, a spherical shape. Yes. Here, the term “substantially” means that, as described above, since a process of heating at a high temperature is performed when the particle deposition layer is formed, the contact portion between the silica particles is bonded to a very small part of the silica particles. This is because there are cases in which
次いで、得られた粒子堆積層の内表面部分におけるシリカ粒子のみを溶融させて溶融固化領域を形成する「溶融固化処理」を行う。
この溶融固化処理は、例えば粒子堆積層が形成された放電容器材料全体を単に高温で加熱するのであれば、粒子堆積層を構成するすべてのシリカ粒子が溶融されて粒界が消失されてしまい、得られる紫外線反射層の拡散反射による反射機能が得られなくなるため、例えば、定格点灯時におけるランプ入力電力(例えば紫外線処理装置の光源として用いられる場合におけるランプ入力電力)より高いランプ入力電力で、所定時間の間連続点灯させることにより、放電プラズマの熱によって粒子堆積層の内表面部分におけるシリカ粒子のみを溶融させるものである。
ここで述べている「シリカ粒子が溶融した状態」とは、シリカ粒子の出発材料形状が失われて形状が無定形となり、隣接するシリカ粒子同士の接合箇所が明らかに判別されることをいう。
溶融固化処理の処理条件(ランプ点灯条件)は、例えば、ランプ入力電力が管壁負荷が1.5〜3W/cm2 となる大きさであり、点灯時間が1〜50時間である。
Next, “melt-solidification treatment” is performed in which only the silica particles in the inner surface portion of the obtained particle deposition layer are melted to form a melt-solidified region.
For example, if the entire discharge vessel material in which the particle deposition layer is formed is simply heated at a high temperature, this melt-solidification process melts all the silica particles constituting the particle deposition layer, and the grain boundaries disappear, Since the reflection function due to the diffuse reflection of the obtained ultraviolet reflection layer cannot be obtained, for example, the lamp input power higher than the lamp input power at the time of rated lighting (for example, the lamp input power when used as a light source of an ultraviolet processing device) By continuously lighting for a period of time, only the silica particles in the inner surface portion of the particle deposition layer are melted by the heat of the discharge plasma.
The “state where the silica particles are melted” described here means that the shape of the starting material of the silica particles is lost, the shape becomes amorphous, and the joint location between adjacent silica particles is clearly discriminated.
The processing conditions (lamp lighting conditions) of the melt solidification processing are, for example, such that the lamp input power is such that the tube wall load is 1.5 to 3 W / cm 2 and the lighting time is 1 to 50 hours.
このような溶融固化処理が行われることにより、図2−Bに示すように、放電プラズマの作用を受けた粒子堆積層の内表面部分におけるシリカ粒子が溶融されて一体の連続した膜状領域として構成された、すなわち、シリカ粒子間の隙間が消失された状態とされた溶融固化領域が形成されると共に、放電プラズマの作用を受けない粒子堆積層の内部部分におけるシリカ粒子の形態が維持されて粒界が維持された粒子積層領域が形成され、これにより、上記紫外線反射層20が形成される。
溶融固化領域が形成された箇所においては、紫外線反射層20の内部(粒子積層層領域における粒子間の隙間)と放電空間とが連通しなくなり、不純ガス放出抑制効果が得られる。
なお、放電プラズマの作用を受けない箇所においては、溶融固化領域は形成されないが、当該箇所は、エキシマランプの使用時においても放電プラズマにさらされて加熱されることがないので、実用上問題はない。
By performing such melting and solidifying treatment, as shown in FIG. 2B, the silica particles in the inner surface portion of the particle deposition layer subjected to the action of the discharge plasma are melted to form an integral continuous film-like region. As a result, a melt-solidified region is formed in which the gap between the silica particles is eliminated, and the shape of the silica particles in the inner part of the particle deposition layer that is not affected by the discharge plasma is maintained. A particle stacking region in which the grain boundaries are maintained is formed, whereby the ultraviolet
At the location where the melted and solidified region is formed, the interior of the ultraviolet reflecting layer 20 (the gap between particles in the particle layered layer region) and the discharge space are not communicated with each other, and an impure gas emission suppressing effect is obtained.
It should be noted that although the melted and solidified region is not formed in a place not subjected to the action of the discharge plasma, the place is not heated by being exposed to the discharge plasma even when the excimer lamp is used. Absent.
上記溶融固化処理は、ランプ製造工程における温排気後、放電容器形成材料を封止する前に、あるいは、放電用ガスを注入して放電容器形成材料を封止した後に、行うことができるが、温排気後、放電容器形成材料を封止する前に行うことが好ましい。この理由は、温排気が行われてから、放電容器形成材料が封止された後に行う場合には、不純ガスを十分に除去するために温排気を長時間行うことが必要となり、温排気が不十分であると、放電プラズマにより粒子堆積層の表面に吸着された不純ガスが放出されるおそれがあるからである。
溶融固化処理を温排気後に行う場合には、粒子堆積層が形成された放電容器材料が真空装置に接続された状態(温排気が行われた後の状態)において、放電用ガスを放電容器形成材料内に注入し、真空装置との接続部のバルブ(弁)を閉めた状態において、上記溶融固化処理が行われ、その後、バルブを開けて放電容器材料内のガスを再び排気した後、新たな放電用ガスを注入して放電容器形成材料が封止される。
なお、溶融固化処理を行うために設けられる電極は、そのままランプ完成後の製品として用いてもよく、もしくは、溶融固化処理終了後に電極を取り外して、新たに別の電極を取り付けてもよい。
The melting and solidifying treatment can be performed after warm exhaust in the lamp manufacturing process, before sealing the discharge vessel forming material, or after injecting a discharge gas and sealing the discharge vessel forming material. It is preferable to carry out after warm evacuation and before sealing the discharge vessel forming material. The reason for this is that if the discharge vessel forming material is sealed after the warm exhaust is performed, it is necessary to perform the warm exhaust for a long time in order to sufficiently remove the impure gas. This is because if it is insufficient, the impurity gas adsorbed on the surface of the particle deposition layer by the discharge plasma may be released.
When the melt-solidification process is performed after warm evacuation, the discharge gas is formed in the discharge container while the discharge container material on which the particle deposition layer is formed is connected to the vacuum device (the state after the warm evacuation is performed). In the state of injecting into the material and closing the valve (valve) connected to the vacuum apparatus, the above-mentioned melting and solidification treatment is performed. Thereafter, the valve is opened and the gas in the discharge vessel material is exhausted again. A discharge gas is injected to seal the discharge vessel forming material.
The electrode provided for performing the melting and solidifying treatment may be used as a product after completion of the lamp as it is, or after the melting and solidifying treatment is finished, another electrode may be attached.
而して、上記構成のエキシマランプ10によれば、シリカ粒子を主成分とする粒子堆積体よりなる紫外線反射層20の内表面に、シリカ粒子が例えば溶融されることによりその形態が失われて一体の連続した膜状領域として構成された溶融固化領域よりなる不純ガス透過抑制領域が形成されていることにより、紫外線反射層20の内表面部分においては、隣接する粒子間の隙間が消失された状態とされているので、不純ガスが放電空間内に放出されるその程度を小さく抑制することができ、従って、エキシマランプ10を長時間点灯させた場合であっても、照度低下の程度を小さく抑制することができ、真空紫外光を効率よく出射することができる。
Thus, according to the
以下、本発明の効果を確認するために行った実験例を示す。
<実験例>
図1(a)、(b)に示す構成に従って、紫外線反射層の構成材料が下記表1に従って変更されたことの他は同一の構成を有する2種類のエキシマランプ(以下、「ランプ1」,「ランプ2」とする。)を作製した。ランプ1およびランプ2の基本構成は以下に示す通りである。
〔エキシマランプの基本構成〕
放電容器は、材質がシリカガラスであって、寸法が15×42×350mm、肉厚が2.5mmであるものである。
放電容器内に封入される放電用ガスは、キセノンガスであり、その封入量は40kPaである。
高電圧供給電極および接地電極の寸法は、30×300mmである。
紫外線反射層は、先ず、粒子堆積層を、流下法によって、焼成温度を1100℃として、40μmの厚さで放電容器形成材料における一方の長辺面の内表面領域とこの領域に連続する短辺面の内表面領域の一部にわたって形成し、温排気後に、放電容器材料を真空装置に接続した状態において、適量のキセノンガスを放電容器形成材料内に注入し、真空装置との接続部のバルブ(弁)を閉めた状態において、管壁負荷が2.5W/cm2 となるランプ入力電力で15時間連続点灯させる溶融固化処理を行うことにより、得られたものであり、溶融固化領域の厚さが2μm程度である。
Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.
<Experimental example>
In accordance with the configuration shown in FIGS. 1A and 1B, two types of excimer lamps (hereinafter referred to as “Lamp 1”, hereinafter) having the same configuration except that the constituent material of the ultraviolet reflecting layer is changed according to Table 1 below. “Lamp 2” was prepared. The basic configuration of the lamp 1 and the lamp 2 is as follows.
[Basic configuration of excimer lamp]
The discharge vessel is made of silica glass and has dimensions of 15 × 42 × 350 mm and a wall thickness of 2.5 mm.
The discharge gas sealed in the discharge vessel is xenon gas, and the sealed amount is 40 kPa.
The dimensions of the high voltage supply electrode and the ground electrode are 30 × 300 mm.
The ultraviolet reflective layer is formed by first depositing the particle deposition layer by the flow-down method, setting the firing temperature to 1100 ° C., and having a thickness of 40 μm and the inner surface region of one long side surface of the discharge vessel forming material and the short side continuous to this region. A part of the inner surface area of the surface is formed, and after warming and exhausting, in a state where the discharge vessel material is connected to the vacuum device, an appropriate amount of xenon gas is injected into the discharge vessel forming material, and the valve at the connection portion with the vacuum device In the state where the (valve) is closed, it is obtained by performing the melt-solidification process in which the tube wall load is continuously lit for 15 hours with the lamp input power at 2.5 W / cm 2. Is about 2 μm.
また、紫外線反射層を形成するに際して溶融固化処理を行わなかったこと、すなわち、紫外線反射層が粒子堆積層により構成されていることの他はランプ1と同様の構成を有する比較用のエキシマランプ(以下、「比較用ランプ1」とする。)を作製した。 In addition, a comparative excimer lamp having the same configuration as that of the lamp 1 except that the solidification treatment was not performed when forming the ultraviolet reflective layer, that is, the ultraviolet reflective layer was constituted by a particle deposition layer ( Hereinafter, “Comparative Lamp 1” was prepared.
以上において、シリカ粒子およびアルミナ粒子の粒子径は、出発材料の粒子径ではなく、紫外線反射層の粒子積層領域における粒子径であって、シリカ粒子の粒子径およびアルミナ粒子の粒子径は、日立製電界放射型走査電子顕微鏡「S4100」を用いて、加速電圧を20kVとし、拡大投影像における観察倍率を、粒子径が0.05〜1μmである粒子については20000倍、粒子径が1〜10μmである粒子については2000倍として、測定した。 In the above, the particle diameter of the silica particles and the alumina particles is not the particle diameter of the starting material, but the particle diameter in the particle lamination region of the ultraviolet reflecting layer. The particle diameter of the silica particles and the particle diameter of the alumina particles are Using the field emission scanning electron microscope “S4100”, the acceleration voltage is 20 kV, the observation magnification in the enlarged projection image is 20000 times for particles having a particle diameter of 0.05 to 1 μm, and the particle diameter is 1 to 10 μm. Some particles were measured as 2000 times.
ランプ1,ランプ2および比較用ランプ1の各々について、放電容器の管壁負荷が0.8W/cm2 となる条件で点灯させ、点灯直後と、一定の管壁負荷で500時間連続点灯させた後における、波長150〜200nmの波長域のキセノンエキシマ光の照度を測定し、照度変化(初期照度との相対値)、すなわち、〔(500時間点灯後の発光強度)/(点灯直後の発光強度)〕を算出した。結果を下記表2に示す。
照度測定は、図3に示すように、アルミニウム製容器30の内部に配置されたセラミックス製の支持台31上に、エキシマランプ10を固定すると共に、エキシマランプ10の表面から1mm離れた位置において、エキシマランプ10に対向するよう紫外線照度計35を固定し、アルミニウム製容器30の内部雰囲気を窒素で置換した状態において、エキシマランプ10の電極15,16間に6.0kVの交流高電圧を印加することにより、放電容器11の内部に放電を発生させ、他方の電極(接地電極)16の網目を介して放射されるキセノンエキシマ光の照度を測定した。
Each of the lamp 1, the lamp 2 and the comparative lamp 1 was lit under the condition that the tube wall load of the discharge vessel was 0.8 W / cm 2, and was lit continuously for 500 hours immediately after lighting and at a constant tube wall load. Later, the illuminance of xenon excimer light in the wavelength range of 150 to 200 nm is measured, and the illuminance change (relative to the initial illuminance), that is, [(luminescence intensity after lighting for 500 hours) / (luminescence intensity immediately after lighting) )] Was calculated. The results are shown in Table 2 below.
As shown in FIG. 3, the illuminance measurement is performed by fixing the
以上の結果より、溶融固化領域が形成された紫外線反射層を備えたランプ1およびランプ2によれば、照度低下の程度を小さく抑制すること、すなわち、95%以上の高い照度維持率を得ることができ、紫外光を長時間の間にわたって効率よく出射することができることが確認された。
これに対して、比較用ランプ1においては、製品の規格として要求される場合がある、例えば90%以上の照度維持率を得ることができないことが確認された。この理由は、発光色としてXeOの可視緑色の光が確認できたことから、エキシマランプが長時間点灯されてエキシマランプの温度が高温となることによって、不純ガスが放電空間内に放出され、エキシマ分子による発光効率を低下させたためであると考えられる。
From the above results, according to the lamp 1 and the lamp 2 provided with the ultraviolet reflecting layer in which the melted and solidified region is formed, the degree of illuminance reduction is suppressed to a low level, that is, a high illuminance maintenance rate of 95% or more is obtained. It was confirmed that ultraviolet light can be efficiently emitted over a long period of time.
On the other hand, in the comparative lamp 1, it was confirmed that an illuminance maintenance rate of 90% or more, for example, which may be required as a product standard, cannot be obtained. This is because the visible green light of XeO was confirmed as the emission color, so that the excimer lamp is turned on for a long time and the temperature of the excimer lamp becomes high, so that the impure gas is released into the discharge space, and the excimer is discharged. This is considered to be because the light emission efficiency by molecules was lowered.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、紫外線反射層は、その内表面の全域に不純ガス透過抑制領域が形成されたものである必要はなく、一部の領域にのみ形成されたものであっても、不純ガス放出抑制効果を得ることができる。
また、紫外線反射層における不純ガス透過抑制領域は、適宜の溶剤によってシリカ粒子が化学的に溶融されて一体の膜状領域として構成されてなるものであってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, it is not necessary that the ultraviolet reflection layer has an impure gas permeation suppression region formed on the entire inner surface, and even if it is formed only in a part of the region, the effect of suppressing the impure gas emission is achieved. Obtainable.
Further, the impure gas permeation suppression region in the ultraviolet reflection layer may be configured as an integral film-like region in which silica particles are chemically melted with an appropriate solvent.
さらに、本発明は、上記構成のエキシマランプに限定されるものではなく、図4に示すような、二重管構造のエキシマランプや、図5に示すような、いわゆる「角型」のエキシマランプにも適用することができる。
図4に示すエキシマランプ50は、シリカガラスよりなる円筒状の外側管52と、この外側管52内においてその管軸に沿って配置された、当該外側管52の内径より小さい外径を有する例えばシリカガラスよりなる円筒状の内側管53とを有し、外側管52と内側管53とが両端部において溶融接合されて外側管52と内側管53との間に環状の放電空間Sが形成されてなる二重管構造の放電容器51を備えており、例えば金属よりなる一方の電極(高電圧供給電極)55が内側管53の内周面に密接して設けられていると共に、例えば金網などの導電性材料よりなる他方の電極56が外側管52の外周面に密接して設けられており、放電空間S内に、例えばキセノンガスなどのエキシマ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガスが充填されて、構成されている。
このような構成のエキシマランプ50においては、例えば放電容器51の内側管53の内表面における全周にわたって上記紫外線反射層20が設けられると共に、外側管52の内表面に、光出射窓(光出射部)58を形成する一部分の領域を除いてシリカ粒子とアルミナ粒子とからなる紫外線反射層20が設けられる。
このような構成のエキシマランプ50の一構成例を示すと、外側管52の内径が24mm、内側管53の外径が16mm、全長が350mm、肉厚が1mmである。
Further, the present invention is not limited to the excimer lamp having the above-described configuration, but a double-tube excimer lamp as shown in FIG. 4 or a so-called “square” excimer lamp as shown in FIG. It can also be applied to.
An
In the
An example of the configuration of the
また、図5に示すエキシマランプ40は、例えば合成シリカガラスよりなる断面長方形の放電容器41を備えてなり、放電容器41の互いに対向する一対の壁の外表面に金属よりなる一対の外側電極45,45が放電容器41の管軸方向に延びるように配設されると共に、放電用ガスである例えばキセノンガスが放電容器41内に充填されている。
このような構成のエキシマランプ40においては、放電容器41の内表面における、各々の外側電極45,45に対応する領域およびこれらの領域に連続する一方の内面領域にわたって、上記紫外線反射層20が設けられ、紫外線反射層20が設けられていないことにより光出射窓(光出射部)44が形成されている。
このような構成のエキシマランプ40の一構成例を示すと、放電容器の寸法が14×34×150mm、肉厚が2.5mmである。
An
In the
As an example of the configuration of the
10 エキシマランプ
11 放電容器
15 一方の電極(高電圧供給電極)
16 他方の電極(接地電極)
18 光出射窓(光出射部)
20 紫外線反射層
30 アルミニウム製容器
31 支持台
35 紫外線照度計
40 エキシマランプ
41 放電容器
44 光出射窓(光出射部)
45 外側電極
50 エキシマランプ
51 放電容器
52 外側管
53 内側管
55 一方の電極(高電圧供給電極)
56 他方の電極
58 光出射窓(光出射部)
S 放電空間
10
16 The other electrode (ground electrode)
18 Light exit window (light exit)
20
45
56
S discharge space
Claims (1)
前記紫外線反射層の内表面には、粒子の形態が失われて一体の連続した膜状領域として構成された不純ガス透過抑制領域が形成されており、
前記不純ガス透過抑制領域が、シリカ粒子が溶融されて一体化された溶融固化領域よりなることを特徴とするエキシマランプ。 In an excimer lamp in which an ultraviolet reflecting layer by diffuse reflection composed of a particle deposit composed mainly of silica particles is formed on the inner surface of a discharge vessel made of silica glass,
On the inner surface of the ultraviolet reflecting layer, an impure gas permeation suppression region configured as an integral continuous film-like region is formed by losing the particle form ,
The excimer lamp is characterized in that the impure gas permeation suppression region comprises a melt-solidified region in which silica particles are fused and integrated .
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