JP6776837B2

JP6776837B2 - レーザ駆動ランプ

Info

Publication number: JP6776837B2
Application number: JP2016223941A
Authority: JP
Inventors: 淳哉朝山
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2016-11-17
Filing date: 2016-11-17
Publication date: 2020-10-28
Anticipated expiration: 2036-11-17
Also published as: JP2018081839A

Description

この発明は、レーザ駆動ランプに関するものであり、特に、反射鏡一体型のレーザ駆動ランプに係わるものである。

近年、半導体、液晶基板およびカラーフィルタ等の被処理物の製造工程においては、より出力の大きな紫外線光源が求められている。そしてこのような紫外線光源として、従来の高圧放電ランプに代えて、レーザにより放電空間にエネルギーを投入し、発光ガスを励起して紫外線放射を得る技術が提案されている。特開２０１０−１７０１１２号公報（特許文献１）がその一例である。

特許文献１に開示された従来技術では、図６に示すように、プラズマ容器３０が、石英ガラス製の発光部３１と封止部３２とからなり、発光部３１には発光物質として、例えば、水銀とキセノンが封入されている。
この例では、プラズマ容器３０は、無電極プラズマ容器である。楕円反射鏡４０の一方の焦点Ｆ１にプラズマ容器３０が配置される。一方、楕円反射鏡４０の外部には、レーザ源５０が設けられ、このレーザ源５０から、例えば、パルスレーザ又はＣＷ（ＣｏｎｔｉｎｕｏｕｓＷａｖｅ）レーザからなるレーザ光がプラズマ容器３０に導入される。
レーザ源５０から出射したレーザ光は、平面鏡６０の窓部６１を介して導入され、この窓部６１とプラズマ容器３０との間に配置された集光レンズ７０によって集光されてプラズマ容器３０に照射される。レーザ光を集光することにより、集光点Ｆ１でエネルギー密度を高めることができ、発光物質を励起させ、放射光（紫外光）を発生させることができる。放射光は楕円反射鏡４０で反射され、被照射物側に反射する。

ところで、このようなレーザ駆動ランプにおいては、何等かの原因でレーザ源に異常が生じた場合、レーザ源の制御が効かなくなり、プラズマ容器に投入されるレーザ光のパワーは増加する。
また、プラズマ容器からの光出力を検出器で測定し、フィードバックして制御するようなシステムを採用する場合、検出器が劣化すると、光量を過少に評価してしまい、レーザ源はレーザ光のパワーを増加させようとする。
このような状況になると、プラズマ容器内には、過剰なエネルギーが供給されることになり、温度が上昇し、プラズマ容器の圧力は上昇する。

また、冷却系の異常によりプラズマ温度が異常に上昇するような場合でも同様に、プラズマ容器内の圧力が上昇する。
このような様々な理由でプラズマ容器内の圧力が上昇して耐圧の限度を超えるとプラズマ容器は破裂する。
プラズマ容器内のガスは、例えば、封入時で２０気圧、点灯時で４０〜６０気圧という高圧かつ高温の状態になっており、プラズマ容器が破裂した場合、その破片は相当のスピード、運動エネルギーを持って四方八方に飛び散り、プラズマ容器の前方に配置されたレンズや周囲に配置された反射鏡に衝突し、これらの光学機器を破損させることになる。
特に、真空紫外光を利用する場合、レンズや窓材には、高価なフッ化マグネシウムＭｇＦやフッ化カルシウムＣａＦ_２が使用され、これらの部材が一瞬にして損壊してしまうという問題がある。

特開２０１１−１７０１１２号公報

この発明は、上記従来技術の問題点に鑑みて、発光ガスが封入され、レーザ光を集光入射してプラズマを生成させるレーザ駆動ランプにおいて、何らかの原因で、プラズマ容器に投入されるレーザ光のパワーが異常に増加するなどしてプラズマ容器内の圧力が異常に上昇した場合に、所定の箇所でこの圧力を逃がして開放することで、プラズマ容器の他の構成物の破損や、周囲の光学系の破損の被害を低減したレーザ駆動ランプを提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明に係わるレーザ駆動ランプは、凹面反射面が形成された胴体部と、当該胴体部に窓取付け筒体を介して取り付けられた光入射窓及び光出射窓とからなり、前記胴体部、前記光入射窓および前記光出射窓により密閉空間を形成し、該密閉空間内に前記発光ガスが封入され、前記密閉空間内に連通する排気管が、前記胴体部または前記窓取付け筒体に取り付けられ、前記窓取付け筒体または前記排気管に圧力逃がし部を設けたことを特徴とする。
また、前記圧力逃がし部は、前記窓取付け筒体または前記排気管に凹部を形成して薄肉としたことにより構成されることを特徴とする。

本発明によれば、窓取付け筒体または排気管に圧力逃がし部を設けたことにより、レーザ駆動ランプのプラズマ容器の圧力が異常に上昇した場合に、この圧力逃がし部が破損されることで、異常圧力が外部に逃げて開放されるので、プラズマ容器における特定の箇所で最小限の破損が起き、プラズマ容器を構成する他の構造物や、周辺の光学系が損傷を受けることが回避される。
また、圧力逃がし部は、前記窓取付け筒体または前記排気管に凹部を形成して薄肉としたことにより構成されるので、極めて簡単な構造で、しかも破損個所を特定することが容易である。

本発明の実施例の断面図。圧力逃がし部の種々の形態を示す図。圧力逃がし部の作動説明図。本発明の他の実施例の断面図。本発明の更に他の実施例の断面図。従来技術の説明図。

図１に本発明の実施例が示されていて、レーザ駆動ランプ１は、柱状の胴体部２と、その前後面に設けられた光出射窓３と、光入射窓４とからなる。この胴体部２は、多結晶アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などのセラミックス材料からなる。
そして、この胴体部２の前面側には凹面反射面５が形成されるとともに、その中心にはこれを光軸方向に貫通するレーザ光通過孔６が穿設されている。このレーザ光通過孔６は、その後端側、即ち、入射側が面取りされてテーパー部６ａが形成されている。このテーパー６ａは、集光されたレーザ光が光入射窓４を経て導入されてレーザ光通過孔６に導かれるときに、このレーザ光通過孔６の入射側で蹴られて遮断されることを防止するものである。
前記凹面反射面５は、放物線形状や楕円形状によって構成され、この実施例では放物線形状の反射面として記載されている。この凹面反射面５は、胴体部２の凹面部にアルミニウムなどが蒸着された金属蒸着膜や、あるいは、誘電体多層膜によって形成されている。

前記凹面反射面５の前方に設けられる光出射窓３は紫外光透過性であり、後方の光入射窓４はレーザ光透過性であって、ともに、石英または水晶、サファイア若しくはフッ化マグネシウムＭｇＦ_２などの結晶材からなる。そして、それぞれの外周面は、例えば、モリブデンおよびマンガンの混合物からなる金属によって被覆されてメタライズ加工されている。
また、胴体部２の外周面の前後端部にも、前記光出射窓３や光入射窓４と同様にメタライズ加工が施されている。
そして、外周面がメタライズされた光出射窓３および光入射窓４は、それぞれ金属製の弾性的なリング部材１０、１２と銀ロウなどのロウ付けにより接合され、一方、胴体部２の外周面のメタライズされた前後端部にはそれぞれ金属製の窓取付け筒体１１、１３がロウ付けにより接合されている。そして、前記リング部材１０、１２と窓取付け筒体１１、１３とが、ＴＩＧ溶接やレーザ溶接などにより溶接接合されている。

このようにして組み立てられた胴体部２と、光出射窓３および光入射窓４とによってプラズマ容器が構成され、その内部には密閉空間Ｓが形成され、該密閉空間Ｓ内には発光ガスとしてキセノンガス、クリプトンガス、アルゴンガス等の希ガスや水銀ガスなどが所望の発光波長に合わせて封入されている。

そして、この実施例では、光入射窓４の窓取付け筒体１３に、排気管１５がロウ付けして取り付けられていて、密閉空間Ｓと連通している。この排気管１５を介して密閉空間Ｓを真空引きした後に、前記発光ガスを封入し、その後に排気管１５の端部１５ａが圧接切断されて封止される。

本発明のレーザ駆動ランプ１には、図示しないレーザ源からのレーザ光Ｌが集光レンズ１４によって集光されて光入射窓４を介して導入される。このとき、レーザ光Ｌの集光点は、前記凹面反射面５の焦点位置Ｆにある。レーザ光Ｌによって焦点位置Ｆに発生するプラズマによって発光ガスが励起されて紫外光（励起光）ＥＬを発光し、この紫外光ＥＬは凹面反射面５によって反射されて、光出射窓３を介して前方に出射されるものである。

そして、光入射窓４を取り付ける窓取付け筒体１３には、圧力逃がし部２０が形成されている。この圧力逃がし部２０は、窓取付け筒体１３の外表面に凹部を形成して薄肉としたものである。
図２に凹部（圧力逃がし部）２０の種々の形態が示されている。（Ａ）は四角形状の凹部であり、（Ｂ）は円形状の凹部であり、また、（Ｃ）は窓取付け筒体１３を横断するスリット状の凹部である。
そして、凹部の断面形状も、四角形状以外に、（Ｄ）で示す半球状であってもよいし、（Ｅ）に示すＶ字状（円錐形状）であってもよい。
また、（Ｆ）に示すように、凹部２０は、窓取付け筒体１３の内表面側に形成するものであってもよい。

図３にこの圧力逃がし部２０の作動状態が示されていて、通常の圧力状態の場合は、（Ａ）に示す定常状態であり、内部の圧力が上昇すると、（Ｂ）に示すように、薄肉の圧力逃がし部２０が膨張破損して、圧力を開放するものである。

図１の実施例は、圧力逃がし部２０を光入射窓４の窓取付け筒体１３に設けたものであるが、図４に示すように、光出射窓３の窓取付け筒体１１に設けるようにしてもよい。
また、これらの実施例では、圧力逃がし部２０が形成された窓取付け筒体１１、１３に排気管１５を取り付ける構造が示されているが、これに限られず、圧力逃がし部２０と排気管１５を、それぞれ別の窓取付け筒体１１、１３に取り付ける構造としてもよい。

また、図５に更に他の実施例が示されていて、この実施例では、排気管１５に圧力逃がし部２０を形成するものである。つまり、この例では、排気管１５が胴体部２に取り付けられていて、胴体部２には排気管１５を密閉空間Ｓ内に連通するための連通孔１６が形成されている。なお、排気管１５の取り付けに際しては、胴体部２の所定の取付け領域をメタライズ加工し、ここに排気管１５をロウ付けにより取り付けることができる。
そして、この排気管１５に薄肉の圧力逃がし部２０が形成されているものである。

また、圧力逃がし部２０を形成する排気管１５は、図１に示すように、光入射窓４の窓取付け筒体１３、あるいは、図４に示すように、光出射窓３の窓取付け筒体１１に取り付けたものであってもよい。

以上説明したように、本発明のレーザ駆動ランプは、凹面反射面が形成された胴体部と、当該胴体部に窓取付け筒体を介して取り付けられた光入射窓及び光出射窓とから密閉空間を形成してプラズマ容器とし、該密閉空間内に連通する排気管が、前記胴体部または前記窓取付け筒体に取り付けられていて、前記窓取付け筒体または前記排気管に圧力逃がし部を設けたことにより、プラズマ容器内が異常な高圧力状態になっても、この圧力逃がし部が破損することで、予め特定された所定の部位で高圧力を開放し、プラズマ容器を構成する他の構成要素が破損することを防止するとともに、周辺の光学系が損傷を受けることがないという効果を奏するものである。

１レーザ駆動ランプ
２胴体部
３光出射窓
４光入射窓
５凹面反射面
６レーザ光通過孔
６ａテーパー部
１０リング部材
１１（光出射）窓取付け筒体
１２リング部材
１３（光入射）窓取付け筒体
１４集光レンズ
１５排気管
１５ａ圧接端部
１６連通孔
２０圧力逃がし部
Ｆ焦点
Ｓ密閉空間
Ｌレーザ光
ＥＬ紫外光（励起光）

Claims

発光ガスが封入され、レーザ光を集光入射してプラズマを生成させるレーザ駆動ランプであって、
前記レーザ駆動ランプは、
凹面反射面が形成された胴体部と、当該胴体部に窓取付け筒体を介して取り付けられた光入射窓及び光出射窓とからなり、
前記胴体部、前記光入射窓および前記光出射窓により密閉空間を形成し、該密閉空間内に前記発光ガスが封入され、
前記密閉空間内に連通する排気管が、前記胴体部または前記窓取付け筒体に取り付けられ、
前記窓取付け筒体または前記排気管には、圧力逃がし部が設けられており、
前記圧力逃がし部は、前記窓取付け筒体または前記排気管に凹部を形成して薄肉としたことにより構成されることを特徴とするレーザ駆動ランプ。