JPH02158049A - 高出力ビーム発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、放電条件に基づいて放射線を放射する充填ガ
スが充填されている放電室と、高電圧源の２つの極に対
電に接続されている電極対とを備え、異なった電位に接
続されている２つの電極の間に、少なくと１つの誘電体
材が存在し、該誘電体材は前記放電室に接している高出
力ビーム発生装置、例えば紫外線発生装置に関する。

その際本発明は例えば、ヨーロッパ特許出願第８７１０
９６７４．９号明細書または米国特許出願第０７１０７
６９２６号明細書に記載されているような公知技術に関
連している。

従来の技術 光化学方法の工業的な使用は専ら、適当な紫外線源を使
用できるかに係っている。通例の紫外線発生装置は例え
ば、水銀低圧ランプにおける１８５ｎｍおよび殊に２５
４ｎｍのように、数個の離散した波長において低位がら
中位までの紫外線強度を発生する。実際に高い紫外線出
力は高圧ランプ（Ｘｅ、Ｈｇ）からのみ得られるが、高
圧ランプはそのビームを比較的大きな波長領域にわたっ
て分布する。新しいエキシマレーザは光化学基礎実験に
対して数個の新しい波長を用意したが、現在のところ工
業上のプロセスに対してコストの理由から例外の場合に
しか適用されない。

冒頭に述べたヨーロッパ特許出願明細書または１９８７
年１１月１８日から２０日に西独国のｌｒｚｂｕｒｇで
行われたドイツ化学者協会の第１Ｏ回講演会、光化学分
会にて配布されたＵ、ＫｏｇｅｌｓｃｈａＬｚおよびＢ
、Ｅｌｉａｓｓｏｎ著の“ＮｅｕｅＵＶ−ｕｎｄ　ＶＵ
Ｖ−ＥｘｃｉｍｅｒｓＬｒａｈｌｅｒ”にも新しいエキ
シマレーザが記載されている。この新しいタイプのビー
ム発生装置は、エキシマビームをオゾン発生において大
規模技術で使用されるタイプの放電である暗放電におい
ても発生することができるという原理に基づいている。

　この放電の短時間にしか存在しない（〈１μｓ）電流
フィラメントにおいて電子衝突によって希ガス原子が励
起されて、それが続いて励起されて分子錯体（エキシマ
）が生じる。エキシマは数百ナノ秒しか生存せずかつ崩
壊の際にその結合エネルギーを紫外線ビームの形で放射
する。

この形式のエキシマビーム発生装置の構成は、給電に至
るまで従来のオゾン発生器にほぼ相応するが、放電室を
形成する少なくとも１つの電極および／または誘電体層
が発生されたビームに対して透過性である点が著しく相
異している。

発明が解決しようとする問題点 公知技術から出発して本発明の課題は、殊に比較的高い
効率によって特徴付けられており、経済的に製造するこ
とができ、しかも非常に大きな平面形ビーム発生装置の
構成を可能にする高出力ビーム発生装置、殊に紫外線ま
たは極紫外線に対する高出力ビーム発生装置を提供する
ことである。

問題点を解決するための手段 冒頭に述べた形式の高出力ビーム発生装置においてこの
課題を解決するために本発明によれば、電極対を、誘電
体材によって分離されて、暗放電が放電室において誘電
体表面の領域において形成されるように、直ぐ相並んで
配設したことによって解決される。

発明の作用 電圧を加えると、電極から誘電体を通って実質的に誘電
体の表面に沿ってかつそれから再び誘電体内に入って隣
接する電極に移動する多数の沿面放電が形成される。こ
れら放電は使用可能な紫外線光を放射し、それはそれか
ら例えば放電室を形成する壁を貫通する。公知の構成と
は異なって本発明ではビームを発生するために放電チャ
ネルの全長が利用される。

本発明の高出力ビーム発生装置の製造は簡単でありかつ
公知のビーム発生装置よりコストがかからない。容易に
鋳造することができる材料を使用できるので、電極を一
緒に鋳造することができる。これにより許容偏差を維持
する（誘電体の厚さまたは間隔）際の問題が少なくなる
。放電室を形成するがラス／石芙材料に対しても高い要
求が課せられない。というのは放電室を形成する壁は透
明でありさえすればよくかつ放電によって負荷されない
からである。このためにビーム発生装置の寿命は一層高
められる。

またギャップ幅およびその許容偏差は殆ど問題にならな
い。このように許容偏差に関する要求が低いために、非
常に薄くすることができる非常に大きな平面形ビーム発
生装置が実現され哉実際に放電室の全長が放射に係わっ
ているので、紫外線収量は非常に高い。電極格子または
部分透過性の層の透過損は存在しない。

本発明の高出力ビーム発生装置は殆ど任意の幾何学形状
を有するビーム発生装置を許容するｌ平面または２千面
に向かって放射する平面形ビーム発生装置の他に、円筒
形または楕円形のビーム発生装置を製造することもでき
る。ビーム発生装置は必ずしも偏平または長く延びたも
のである必要はなく、１つまたは複数のデイメンジョン
において湾曲したものまたは曲がったものであってもよ
い。

本発明は勿論、本出願人の１９８８年１月１５日出願の
スイス国特許出願第１５２／８８−７明細書に類似して
、放電室を形成する壁に放電室の方の側の壁においてま
たは外側の壁において紫外線光を可視光線に変換するだ
めの発光層を備えることができる。その場合前者では壁
は紫外線透過性である必要はない。というのはそれは可
視光線のみを透過すればよいからである。

本発明の装置では、必ずしも紫外線に対して透過性であ
る必要がない誘電体を使用することができるので、特別
な用途に対して特別高い効率が期待される。すなわち殊
に紫外線光は、紫外線光を放電室のところから取出す必
要なしに、数多くの用途に対して使用することができる
このことは殊に、放電室において実現されるような用途
に対して当てはまる。経済的にますます重要になってさ
ているこの種の用途には例えば、別の放電の前イオン化
目的に対する高出力の紫外線発生装置としての使用、例
えばレーザ、紫外線照射による表面処理、新規な化学製
品または表面の準備のような化学プロセスおよび、処理
すべきサブストレートが適当な充填ガスにおいて出来る
だけ密に紫外線光源に位置されるプラズマＣＶＤ（化学
蒸気析出）、光ＣｖＤのような被膜化方法がある。この
種の″内部″′装置の特別な利点はとりわけ、ウィンド
ウを通る吸収損を回避した点および放電自体による付加
的な効果を利用した点にある。

実施例 次に本発明を図示の実施例につき図面を用いて詳細に説
明する。

第１図および第２図の平面形ビーム発生装置は、石英ガ
ラスから成る２つの間隔を置いた紫外線透過プレートｌ
、２から成っており、これらプレートの間に誘電体材（
料）、例えばガラスまたはセラミックまたはプラスチッ
ク族の誘電体から成る別のプレートが設けられている。

平面上に分布したスペーサ４，５はプレート１２の間隔
保持を確保すると同時にこれらプレートを結合保持する
ために用いられる。プレート３に、規則的な間隔を置い
て相互に離れて金属電極６’　、６”が埋め込まれてい
る。第２図かられかるように、電極６′、６“は、交流
源７の一方の極および他方の極に交互に接続されている
。交流源７は基本的に、オゾン発生器の給電のために使
用されるようなものに相応する。交流源は典型的には、
電極の幾何学形状、放電室における圧力および充填ガス
の組成に依存シテ、数キロヘルツまでの技術的な交流電
流ノ領域にある周波数において数１００Ｖないし２ｏｏ
ｏｏｖのオーダにある設定調整可能な交流電圧を発生す
る。

プレートｌおよび３ないし３および２の間の放電室８お
よび９には放電の条件に基づいて放射線を放射する充填
ガス、例えば水銀、希ガス、希ガス−金属蒸気混合気、
希ガス−ハロゲン混合気か充填されている。場合によっ
ては付加的な別の希ガス、有利にはＡｒ、Ｈｅ、、Ｎｅ
が緩衝ガスとして使用される。その際放射線の所望のス
ペクトル成分に応じて、次の表に示す物質／混合物質が
使用される： 充填ガス　　　　　　放射線 ヘリウム　　　　　　６０−１００ ネオン　　　　　　８０−９０ アルゴン　　　　　　１０７−１６５ アルゴン士ふっ素　１８０−２００ アルゴン士塩素　　　１６５−１９０ アルゴン士クリプトン＋塩素 １６５−１９０゜ ２００　−２４０　　ｎｍ キセノン　　　　　　１６０−１９０　ｎｍ窒素　　　
　　　　３３７−４１５　ｎｍクリプト７　　　　１２
４．１４０−１６０　ｎｍクリプトン＋ふっ素２４０−
２５５　ｎｍクリプト７士塩素　２００−２４０　ｎｍ
水銀　　　　　　　１８５．２５４．３２０−３６０゜
３９０−４２０　ｎｍ セレン　　　　　　　１９６．２０４．２０６　ｎｍジ
ューチリウム　　　１５０−２５０　ｎｍキャノン＋ふ
っ素　４００−５５０　ｎｍキセノン＋塩素　　３００
−３２００ｍその他に次の一連の充填ガスが使用される
：希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ）またはＦ２
　、　　Ｉ２　、Ｂｒ２　、ＣＩ２　　から成るガスな
いし蒸気または放電において１つまたは複数の原子Ｆ、
Ｊ、ＢｒまたはＣＩを分離する化合物ニ ー希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ）または０２
数の〇一原子を分離する化合物を有するＨｇ。

Ｈｇを有する希ガス（Ａ　ｒ　、Ｈｅ　、Ｋ　ｒ　、　
Ｎ　ｅＸｅ）。

生じる電気的な沿面放電（表面放電）において、電子エ
ネルギー分布を誘電体プレート２の厚みおよびその特性
、電極６’　、６”間の間隔、圧力および／または温度
によって最適に調整することができる。

それぞれ２つの隣接する電極間に電圧を加えると、電極
６′から誘電体３を通って誘電体３の表面３に沿いかつ
摂び誘電体３に入って隣接する電極６″に至る複数の放
電チャネルｌＯが形成される。表面に沿って延在する沿
面放電ｌＯにより紫外線が放射され、この紫外線はそれ
から実施例では透明なプレート１．２を透過する。

放電室８および９に種々の充填ガスを使用すると、電極
配置および電極分布を相応に選択した場合に同一の発生
装置によって２つの異なった放射線が発生され得る。

膜１１．１２を誘電体３の両方の表面に被着することに
よって、放電に対して比較的低い点弧電圧が実現され、
その結果給電に対するコストを低減することができる。

膜材料としてまずマグネシウム、イツトリウム、ランタ
ンおよびセリウムの酸化物（Ｍ　ｇ　Ｏ、Ｙ　ｂ　２０
３．Ｌ　ａ　２０３Ｃｅ０２）が使用される。

紫外線光は数多くの用途に対して、それがカバープレー
ト１．２を貫通させる必要なしに直接使用することもで
きる。このことは、放電室８．９自体だけで実施され得
るような適用例に対して当てはまる。経済的にますます
重要になってきているこの種の応用例には例えば、紫外
線照射を用いた表面処理、新しい化学製品の準備のよう
な化学プロセスまたはプラズマＣＶＤホ）ＣＶＤのよう
な表面の被膜が挙げられる。すなわち適当な充填ガスに
おいて処理すべき物質を誘電体表面、すなわち放射線が
生じる筺所に出来るだけ密接して取り付ける方法が挙げ
られる。

この種の゛内部″″装置の特別な利点はなかでも、（プ
レート１．２を介する）吸収損を回避できる点および放
電自体による付加的な効果を利用できる点にあり、その
際処理すべき物質の電気特性は比較的問題にならない。

誘電体並びに誘電体中に埋め込まれる電極６’　、６”
の製造は公知の高出力ビーム発生装置に比べて簡単であ
り、従って一層コストが低い。比較的簡単に鋳造するこ
とができる材料を使用することができ、その結果電極も
一緒に鋳造することができる。これにより許容公差を維
持する際の問題点、例えば誘電体３の厚さまたはプレー
トｌおよび３ないし３および２間の間隔の問題点が小さ
くなる。紫外線透過プレートの材料に対しても−それが
そもそも紫外線透過性でなければならないとしても一非
常に高い要求を課す必要がない。というのはこの材料は
放電によって負荷されないからである。このためにビー
ム発生装置の全寿命が高められることになる。

誘電体３に埋め込まれる電極６′，６”をコストの点で
有利に製造するために、プラズマデイスプレィセルの製
造の際に使用される技術を使用することができる（Ｔ、
Ｎ、Ｃｒｉｓｃｉｍａｇｎａ　＆Ｐ、Ｐｌｅｓｈｋｏ著
の”Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｄｅｖｉｃｅ　、中の°’ＡＣＰ
ｌａｓｍａ　Ｄｉｓｐｌａｙ　、　Ｊ、１．Ｐａｍｋｏ
ｖｅ（Ｅｄ、）、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ社刊行、Ｂｅｒｌｉ
ｎ、　ｌ（ｅｉｄｅｉｌｂｅｒｇ、　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ
　ｌ　９８０年、第９２−１５０頁参照）。

第１図の金属線材６’　、６”に代わって、第３図に図
示の電極は、ガラス、石英またはセラミンクから成るサ
ブストレート１３上に薄膜または厚膜技術を用いたディ
スクレート導体路６ａ、６ｂとして被着されている。そ
の際一方において金属化のために蒸気およびスパッタプ
ロセスが使用され、他方において導電性のペーストが使
用される。微細な導体路はホトリソグラフィ一方法によ
って形成することができ、比較的幅広の導体路（〉２５
μｍ）はマスク用いた金属析出によって形成することが
できる。このようにして被着された導体路（電極）には
それから誘Ｍ、層１４が被覆される。例えば酸化鉛ガラ
スから成る層をスプレーするかまたはペースト状に塗り
かつ引き続いて加熱することができその際連続するガラ
ス層が形成される。はう素珪酸塩ガラスから成る層を蒸
着技術により形成することができる。半導体技術におい
て通例である方法によって、例えばプラズマＣＶＤまた
はホ）ＣＶＤを用いて別の誘電層を析出することもでき
る。

本発明により定められた範囲を逸脱しなければ、上述の
紫外線高出力ビーム発生装置を種々に変形することが可
能である。以下にこのような変形について説明する。

２つの放電室８，９ではなくて唯一の放電室を設けるこ
とができる。このために、相応の隔離部、例えば硫酸６
ふっ化物または水によって、例えば第３図に示されてい
ように、一方の室または誘電体および／または電極の他
方の幾何学形状において、沿面放電が他方の室において
のみ生じることが保証されなければならない。

第１図に図示の円形の電極６′，６＃に代わって殆ど任
意の横断面を有する電極を使用することもできる。また
電極は直線上に延びている必要がなく、例えばミアンダ
状または相互にジグザグ状に配設することもできる。

誘電体からの放熱を改善するために、電極６６＃を中空
電極として実現することもできまたは第１図の誘電体３
または第３図のサブストレート１３において電極の長手
方向に延在するチャネル（第３図に１５で示されている
）を付加的に設けて、これに液体または気体状の冷却媒
体を通すことができる。

偏平な誘電体３ないし１４に埋め込まれた個々の電極の
他に、第４図および第５図に図示のようにそれぞれに誘
電体の被覆１７を備えた個別線材１６′，１６“を使用
することもできるこれら被覆は密接して（第５図）、弛
く並べてまたは中間層１８またはスペーサ部材を介して
相互に間隔をおいて、プレートｌおよび２の間に配設さ
れている。

第１図ないし第５図の平面形ビーム発生装置に代わって
、第６図に図示されているように円筒形ビーム発生装置
も可能である。その場合２つの石英管１９．２０の間に
誘電体から成る管２１が同軸に配設されている。図示さ
れていない間隔保持体が３つの管の相互の位置関係を保
証する。第１図に相応して誘電体の管２１に、第２図に
相応して（図示されていない）交流源の一方および他方
の極に交互に接続されている金属電極２２′，２２“が
埋め込まれている。

第６図の円筒形ビーム発生装置は例えば内側にも（管２
０の内室に）外側にも放射する。室８および９において
異なった充填ガスを使用すれば、電極の配設および分布
を相応に選択すれば同一のビーム発生装置によって２つ
の異なったビームが放射される。このことは勿論第４図
のビーム発生装置に対しても当てはまる。

第１図との関連において既に説明したように、第６図の
円筒形ビーム発生装置でも放電室８ないし９自体におい
て所望の反応を生ぜしめることができる。

本発明の実施例はここまで紫外線ないし極紫外線の発生
に限って説明してきた。プレート１２ないし管１９．２
０に発光層２３．２４を被せれば、照明目的の発光管に
おいて公知である技術に従って可視光線が発生される。

この形式の層は公知でありかつ放電室８ないし９に接す
る、プレート１．２ないし管１９．２０の内側の表面に
も被着することもできる。後者の場合これらのプレート
ないし管はもはや紫外線透過性ではなくて、可視光線に
対してのみ透過であればよい。

発明の効果 本発明の高出力ビーム発生装置は公知の放射器に比べて
簡単かつコストの点で有利に製造される。容易に鋳造で
きる材料を使用できるので、電極も一緒に鋳造すること
ができる。これにより製造偏差に関する問題が少なくな
る。放電室を形成する壁は透明であればよくしかも放電
の負荷を受けないので、ガラス／石英材料に対する要求
も低くなる。ビーム発生装置の寿命も高くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、両側から放射が行われる平面形ビーム発生装
置の第１の実施例の横断面図であり、第２図は、電気的
な給電状態が１示されている第１図の平面形ビーム発生
装置の縦断面図であり、第３図は、片側から放射が行わ
れかつサブストレートに被着されかつ誘電体層によって
被覆されている電極を備えた、第１図および第２図の平
面形ビーム発生装置の第１の変形例の部所面図であり、
第４図は、不均質な誘電体を有する、第１図および第２
図の平面形ビーム発生装置の第２の変形例の一部断面図
であり、第５図は、誘電体材が取り囲まれている個別電
極を有する、第１図および第２区の平面形ビーム発生装
置の第３の変形例の一部断面図であり、第６因は、円筒
形ビーム発生装置の形の本発明の実施例を断面にて示す
図である。 １．２・・・紫外線透過プレート、３・・・誘電体プレ
ート、４．５・・・スペーサ、６′、６“　；６ａ６ｂ
；　　１６．１６’　　、１６“　；２２′，２２“・
・・埋め込まれた電極、７・・・高電圧源、８．９・・
・放電室、ｌＯ・・・放電チャネル、１１．１２・・・
被膜、１３・・・サブストレート、１４・・・誘電体層
、１５・・・冷却チャネル、１９．２０・・・紫外線透
過性の管、２３．２４・・・発光層 ＩＧ　３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、放電条件に基づいて放射線を放射する充填ガスが充
   填されている、壁（１，２）によって形成されている放
   電室（８，９）と、高電圧源（７）の２つの極に対毎に
   接続されている電極対とを備え、異なった電位に接続さ
   れている２つの電極の間に少なくとも１つの誘電体材が
   存在し、該誘電体材は前記放電室に接している高出力ビ
   ーム発生装置において、前記電極対（６′，６″；６ａ
   ，６ｂ；１ ６′，１６″；２２′，２２″）は、前記放電室（８，
   ９）内で放電が実質的に誘電体表面の領域においてのみ
   形成されるように、前記壁（１，２）から空間的に離れ
   ておりかつ前記誘電体材（３；１４；２１）を介して相
   互に分離されて相並んで配設されていることを特徴とす
   る高出力ビーム発生装置。 ２、電極（６′，６″；６ａ，６ｂ；１６′，１６″；
   ２２′，２２″）は誘電体材（３；１４；２１）に埋め
   込まれておりかつ隣接する電極（６′，６″；６ａ，６
   ｂ；１６′，１６″；２２′，２２″）はそれぞれ、高
   電圧源（７）の異なった極に接続されていることを特徴
   とする請求項１記載の高出力ビーム発生装置。 ３、すべての電極（６′，６″；２２′，２２″）は誘
   電体材から成る１つの共通の支持体に埋め込まれている
   ことを特徴とする請求項２記載の高出力ビーム発生装置
   。 ４、電極（１６′，１６″）は個々にそれぞれ、誘電体
   の被覆（１７）によって取り囲まれていることを特徴と
   する請求項２記載の高出力ビーム発生装置。 ５、電極（６ａ，６ｂ）は絶縁材料から成るサブストレ
   ート（１３）上に配設されておりかつ誘電体層（１４）
   によつて被覆されていることを特徴とする請求項１記載
   の高出力ビーム発生装置。 ６、電極または電極が埋め込まれているかないし電極が
   その上に配設されている誘電体材に、電極の長手方向に
   延在する冷却チャネル（１５）が設けられていることを
   特徴とする請求項１から５までのいずれか１項記載の高
   出力ビーム発生装置。 ７、誘電体の、放電室（８，９）の方の側の表面に、電
   気的な沿面放電の点弧電圧を低減するための付加層（１
   １，１２）が設けられていることを特徴とする請求項１
   から６までのいずれか１項記載の高出力ビーム発生装置
   。 ８、複数の異なった波長の放射線を発生するために放電
   室（８，９）に少なくとも２つの希ガスおよび少なくと
   も１つの非希ガスを有する充填ガスが充填されているこ
   とを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項記載
   の高出力ビーム発生装置。 ９、２つの放電室（８，９）に異なった組成の充填ガス
   が充填されていること特徴とする 請求項１から８までのいずれか１項記載の高出力ビーム
   発生装置。 １０、前記の放電空間（８，９）を形成するプレート（
   １，２）ないし管（１９，２０）は発光層（２４，２５
   ）を備えていることを特徴とする請求項１から９までの
   いずれか１項記載の高出力ビーム発生装置。