JPH03201358A - 高出力ビーム放射装置 - 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、例えば紫外線ビームを放射するための高出力
ビーム放射装置であって、該高出力放射装置は放電条件
の下にビームを送出する充てんガスで満たされた放電室
を備え、該放電室の壁は第１の管状誘電体と第２の誘電
体とにより形成されており、該第１の管状誘電体は放電
室とは反対側の誘電体表面に第１の電極を備え、さらに
第２の誘電体は第２の電極を備え、さらに前記高出力ビ
ーム放射装置は、該第１のおよび第２の電極へ接続され
ている、放電に対する給電用の交流電流源を備えている
形式の高出力ビーム放電装置に関する。この場合、本発
明は、例えばヨーロッパ特許公報第ＡＯ５４１１１号、
米国特許出願公開公報第０７１０７６９２６号公報に、
またはヨーロッパ特許出願公開公報筒８８１１３５９３
．３　　（２２，０８，１９８８）または米国特許出願
公開公報第０７／２６０８６９号（２，１０，１９８８
）にも示されている公知技術にも関連する。

技術的背景および従来技術 産業界における光化学的方法の使用は、適切な紫外線Ｕ
Ｖ源の提供に実質的に依存する。代表的なＵＶ放射装置
は、低いＵＶ強度から中程度のＵＶ強度を、２，３の離
散的な波長において供給する、例えば水銀低圧ランプは
１８５ｎｍで特に２５４ｎｍで、供給する。実際には高
いＵＶ出力を、高圧ランプ（Ｘｅ、Ｈｇ）だけから得て
いる。しかしこの場合この高圧ランプはそのビームをよ
り高い波長領域にわたり割り当てている。新規なエクサ
イマ（Ｅｘｃｉｍｅｒ）レーザはいくつかの新たな波長
を光化学上の基礎実験用に供給してはいるが、現在では
コスト上の理由から産業上の作業に対しては例外的にし
か適さない。冒頭に述べたヨーロッパ特許出願において
、または会議刊行物”　ＮｅｕｅＵＶ−ｕｎｄ　ＶＵＶ
Ｅｘｃｉｍｅｒｓｔｒａｈｌｅｒ１１Ｕ、Ｋｏｇｅｌｓ
ｃｈａｔｚＢ、Ｅｌｉａｓｓｏｎ著、　Ｇｅ５ｅ１１ｓ
ｃｈａｆｔ　Ｄｅｕｔｓｃｈｅｒ　Ｃｈｅｍｉｋｅｒの
１０番目の講演会で刊行、Ｆａｃｈｇｒｕｐｐｅ　Ｐｈ
ｏｔｏｃｈｅｍｉｅ。

ｉｎＷｊｉｒｚｂｕｒｇ　（ＢＲＤ）　１８．−２０．
　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１９８７、にも、新規なエクサイ
マが記載されている。この新しい放射装置機種は、エク
サイマ・ビーム放射をサイレント放電においても実施で
きるようにした基本構成にもとづく、即ちオゾン発生に
おいて技術的に広く使用される放電機種にもとづいてい
る。短い時間（く１マイクロセカンド）内にだけ存在す
る、この放電の電流アーク中で、電子衝突により希ガス
原子が励起され、これが、励起された分子錯化合物（エ
クサイミーレンＥｘｃｉｍｉｅｒｅｎ）に次々に反応す
る。このエクサイミーレンは数１００ナノセカンドの寿
命しかなく、さらに規道遷移の際にその束縛エネルギを
ＵＶビームとして放出する。

この種のエクサイマ放射装置の構成は、電流供給にいた
るまで実質的に、代表的なオゾン発生器に相応する。し
かし実質的な相違は、放電室を区画する電極の少なくと
も−っがおよび／または誘電体層の少なくとも一つが、
発生ビームを透過させてしまう。

前述の高出力ビーム放射装置は、次の制約の下で、高い
効率、経済的な構造により特徴づけられていて、大型の
面形式放射装置の提供を可能とする、即ち面積の大きい
平面形放射装置は、多くの技術的費用を必要としてしま
う制約がある。これに対して円形の放射装置の場合は、
内部電極のシャドウ効果によるビームの無視出来る部分
が利用できない。

発明の解決すべき問題点 従来技術を基にして本発明の課題は、例えば高い効率に
より特徴づけられ、経済的に製造が可能で著しく大型の
面形式ビーム放射装置の構成を可能とし、かつ内部！極
のシャドウ効果が最小に低減されるような、たとえば紫
外線ビームまたは真空紫外線ビームを発生するための高
出力のビーム放射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 この課題は冒頭に述べた形式の高出力ビーム放射装置に
おいて、本発明により次のようにして解決されている。

即ち冒頭に述べた上位概念の高出力ビーム放射装置にお
いて、第１の管状誘電体の内部に誘電体材料から成るな
るロッドが設けられており、該ロッドの内部に導電体が
挿入されているまたは埋め込まれており、該導電体が第
２の電極を構成することにより、解決されている。

例えば石英ガラスから成るロッドの外径は、外側の管の
内径の５分の１から１０分の１の値にされている。

多くの場合、ビームを、例えば表面を照射するために、
１つの方向へ取り出すことが所望される。この目的のた
めの理想的な放電の幾何学的寸法は、裏側で反射される
面形式のビーム放射装置（例えばヨーロッパ特許第０２
５４１　ｌ１号）に示されている。平らな石英セルの製
造は多くの技術作業および相応の高いコストを伴なう。

放電を放電ギャップにおいて非一様に配分すると、放射
の優先方向が得られる。このことは誘電体ロッドの偏心
的配置により著しく簡単に実施できる。この構成により
、電気放電を、最適なビームを取り出すべき側において
だけ、優先的に実施できる。

外側の誘電体管の周全体にわたり外側′電極を取り付け
るのではなく、裏側の部分的な蒸着層またはコーティン
グ層で十分であり、この場合この層は電極としてかつ同
時に反射器として用いられる。良好に蒸着されかつ高い
紫外線反射作用も有する材料として、適切な保護層（ア
ルマイト化されたＭｇＦ２層）の設けられた高い紫外線
反射作用を有するアルミニウムが用いられる。

複数個のこの種の偏心的な放射装置を、大きい面の照射
用に適したブロック体に、容易に組み合わせることがで
きる。アルミニウムブロックにおける（半円筒状の）切
欠は、石英放電管のためのとしてかつ同時に（アース）
！極としてさらに反射器として用いられる。任意の個数
のこの種の放電管を、内部電極を共通の交流電圧源に接
続することにより、並列に接続することができる。特別
な適用の場合、種々異なる充てんガスを有する複数個の
管をしたがって種々異なる（紫外線）波長を有する管を
組み合わせることができる。前述のアルミニウムブロッ
クは必ずしも平らな表面を有する必要がない。円筒状の
配置を設けることも可能であり、この場合は放電管の収
容のための切欠は、外側かまたは内側に設けられる。

一層高い出力の場合は、例えば付加的に冷却チャンネル
を設けて、アルミニウムブロックを冷やすことができる
。例えば内部電極を冷却チャンネルとして形成すること
により、個々の気体放電管を付加的に冷やすこともでき
る。

表面のＵＶ処理およびＵＶカラーおよびＵ■ラッカの硬
化の場合、所定の場合は、空気中で作業させないと有利
である。空気の除去の下でのＵＶ操作が適切と考えられ
る２つの理由がある。第１の理由は、ビームの波長が短
かい（波長＜１９０ｎｍ）ため空気により吸収されて弱
められてしまうからである。このビームは酸素の分解を
即ち不所望なオゾン発生を生ぜさせる。

第２の理由は、ＵＶビームの所期の光化学作用が酸素の
存在により妨げられる（酸素による阻害）からである。

このことはラッカおよびカラーの例えば光による分子結
合（ＵＶ重合、ＵＶ脱水）の場合に、現われる。これら
の反応過程はそれ自体は知られており、例えば刊行物ゝ
ゝＵ、Ｖ。

ａｎｄ　Ｅ、Ｂ、　Ｃｕｒｉｎｇ　Ｆｏｒｍｕｌａｔｉ
ｏｎ　ｆｏｒ　ＰｒｉｎｔｉｎｇＩｎｋ、　Ｃｏａｔｉ
ｎｇｓ　ａｎｄ　Ｐａ１ｎｔｓ“、　＋９８８．　ＳＩ
ＴＡ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ、　２０３　Ｇａｒｄｉｎ
ｅｒ　Ｈｏｕｓｅ、　Ｂｒｏｏｍｈｉ１１Ｒｏａｄ、　
ＬｏｎｄｏｎＳＷ１８．８９−９１頁に示されている。

この場合に本発明による構成においては、ＵＶを透過さ
せるガスを例えばちっ素またはアルゴンを処理室の中へ
案内するための手段が設けられている。第１ｍ極が、例
えば請求項５に示されているように、溝の設けられた金
属ブロックから構成されている時は、この種のガス案内
を多額の技術的費用なしに、例えば不活性ガスの供給さ
れる、放電室へ連通するチャンネルにより、実施される
。このチャンネルを通って案内される不活性ガスはさら
にビームの冷却のために用いられる。そのため、多くの
場合は別個の冷却チャンネルを設けなくてすむようにな
る。

実施例の説明 次に本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第、１図に石英管Ｉが示されている。この石英管は、そ
の肉厚が約０．１〜１．５ｍｍで外径が２０〜３０ｍｍ
であり、さらに金網として形成される外側電極２を有す
る。この石英管ｌの中に同心的に第２の石英管３が設け
られている。この石英管３の外径は石英管１の内径より
も著しく小さく、代表的には３〜５Ｍの外径を有する。

内側石英管３の中を線４が通されている。この線が放射
装置の内側電極を構成し、金網２が放射装置の外側電極
を構成する。外側石英管ｌはその両端において閉鎖され
ている。両方の管ｌと３との間の空間である放電室５は
、放電条件の下にビームを放射するガス／混合ガスによ
り充たされている。交流電流源６の両方の極が接続され
ている。この交流電流源は基本的には、オゾン発生器を
給電するために用いられる交流電流源に相応する。この
電流源は、電極寸法。

放電室における圧力および充てんガスの組成に依存して
、代表値として、周波数が数１０００ＫＨ２までの交流
電流の範囲で電圧が数１００Ｖ〜２００００Ｖのオーダ
ーの可調整の交流電圧を供給する。

充てんガスは例えば水銀、希ガス、希ガス−金属蒸気混
合気体、希ガス−ハロゲン混合気体であり、場合により
付加的な別の希ガスたとえば緩衝ガスとしてのＡｒ、Ｈ
ｅ、Ｎｅが用いられる。

この場合ビームの所望のスペクトル組成に応じて、次の
表に示されている物質／混合物質が用いられる。

充てん気体　　　　　　　ビーム ヘリウム　　　　　　　　　　６０−　ｔｏｏ　ｎｍネ
オン　　　　　　　　　　８８０−９０ｎアルゴン　　
　　　　　　　＋０７−　＋６５　ｎｍアルゴン＋ふっ
素　　　　　Ｉ８０−２００　ｎｍアルゴン＋塩素　　
　　　　　１６５−１９０旧アルゴン＋クリプトン＋塩
素　１６５−１９０．２００−２４０　ｒｒｒ＋キセノ
ン　　　　　　　　　１６０−１９０　ｒａちっ素　　
　　　　　　　３３７−４１５　ｎｍクリプトン　　　
　　　　１２４．１４０−１６０　ｎｍクリプトン＋ふ
っ素　　　　２４０−２５５　ｎｍクリプトン＋塩素　
　　　　２００−２４０　ｎｍ水銀　　　　　　　　　
　１８５．２５４．３２０−３７０．３９０−４２０　
ｎｍセレニウム　　　　　　　１９６．２０４．２０６
　ｎｍ重水素　　　　　　　　　１５０−２５０　ｎｍ
キセノン＋ふっ素　　　　　３４０−３６０鳩４００−
５５０泊キセノン＋塩素　　　　　　　３００−３２０
　ｒｕｎそれと並んで次の一連の充てんガスも用いられ
る。

一希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ）またはＦ２
．Ｉ２．Ｂｒ２．Ｃ１２の気体または蒸気を有するＨｇ
、または放電中に１つまたは複数個の原子Ｆ、Ｉ、Ｂｒ
またはＣＱを放出する化合物； 一希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ、Ｎｅ、Ｘｅ）または０２
を有する水銀または放電中にｌっまたは複数個のＯ原子
を放出する化合物； −Ｈｇを有する希ガス（Ａｒ、Ｈｅ、Ｋｒ。

Ｎｅ、Ｘｓ） 形式される漸進的な非突発的な放電（サイレント放りの
間中に電子エネルギ分布を、誘電体の厚さおよびその特
性により、放電室中の圧力および／または温度を最適に
調整することができる。

電極２と４の間に交流電圧を加えると、放電室５の中で
、複数個の放電路（複数個の部分数＠）が形成される。

このことは充てんガスの原子／分子の相互作用と共に発
生し、そのため最終的に紫外線ビームまたは真空紫外線
ビームを放射させる。

埋め込まれた線を有する石英小管ではなく、中に金属線
の溶着された石英ロッドを用いることもできる。誘電体
で被われた金属ロッドも効果的に用いられる。

金網２ではなくさん孔された金属シートを、または紫外
線透過性の導電箔膜を用いることもできる。

簡単な手段でビーム放射の優先方向を得るためには、放
電室中の放電を非一様に分布させる。

最も簡単には、このことは、第２図に示されている様に
外側の管ｌの中で内側の誘電体管３を偏心的に配置する
ことにより実施できる。

第２図に示されているように、内側の石英管３が、中心
を離れて、管ｌの内壁の近傍に配置されている。極端な
場合は管３は管ｌに接してしまって、ここで線に沿って
または１点で内壁に接着することができる。

内側石英管の即ち内側電極４の偏心的な配置が放電の品
質に対して決定的な影響を与えるものではない。ピーク
電圧をわずかな値に設定すると、石英管３の直接近傍に
おけ狭い領域だけが点弧される。電圧を高めることによ
り次第に放電範囲を拡大することができて、最後に放電
室５の全体が発光プラズマにより満たされる。

外側の誘電体管１の外周全体に電極２を設ける（第２図
）ようにしないで、第３図に示されているように、管ｌ
の外側表面に部分的に層を設けるだけでも十分である。

管ｌの外周の約半分にわたり延在する層７は、外部電極
でありかつ同時に反射器でもある。第２図に示されてい
るように、この場合も内側石英管３の偏心的な配置が可
能である。この場合、層７は、内側石英管３の側の外壁
区間だけにわたり対称的に延在する。この層７は外側電
極でありかつ同時に反射器でもある。蒸着が良好に行な
われかつ高い紫外線反射率を有する材料として、例えば
アルミニウムが提供される。

第５図に、第３図に示された複数個の同心的な放射装置
が、１つの平面形式の放射装置へまとめられた構成が示
されている。第６図は、第４図に示された偏心的に配置
された複数個の内側石英管３を有する相応の装置を示す
。

この目的のためにアルミニウム体８は、半円形の断面を
有する複数個の並んだ溝９を有する。

これらの溝は、外側管の直径よりも大きい間隔で互いに
隣り合っている。溝９は外側の石英管１にはまるように
適合されており、さらに溝は良好に反射作用を有するよ
うに、ワックス等で処理されている。管ｌの方向へ延在
する付加的な孔１０は、放射装置の冷却のために用いら
れる。

交流電源６はその一方の極がアルミニウム体８へ案内さ
れている。さらに複数個の放射装置の内側電極４は、並
列に接続されて電源６の他方の極と接続されている。

第３図または第４図の層７と同様に、第５図および第６
図の場合は、溝の壁は外側電極としても反射器としても
用いられる。

特別な用途のために、個々の放射装置を種々の異なる充
てんガスと即ち種々の異なる（紫外線）波長と組み合わ
せることができる。

アルミニウム体８は必ずしも平らな表面を有する必要は
ない。第７図および第８図は中空円筒状のアルミニウム
体８ａを示す。このアルミニウム体はその内側周面にわ
たり規則的に配分された軸平行の溝９を有し、この溝の
中に第３図および第４図に示された放射装置エレメント
が埋め込まれている。

第９図に示されている放射装置は基本的には第５図の放
射装置に相応しており、さらに付加的に金属ブロック８
の長手方向に延在するチャンネル１１を有する。これら
のチャンネルは処理室１２と、金属ブロック８における
複数個の孔またはスリット１３を介して連通されている
。

さらにこの連通は、石英管１の回避されない製造誤差に
より定められる、外側石英管ｌと金属ブロック８におけ
るｒＰｔ９との間の著しくせまい隙間を介して行なわれ
る。チャンネル１１は、図示されていない不活性ガス源
へ例えばちっ素源またはアルゴン源へ接続されている。

チャンネル１１から、加圧された不活性ガスが前述の様
に処理室１２の中へ達する。この処理室は、金属ブロッ
ク８における脚１４によりおよび照射されるべき基板１
５により区画される。処理室は短時間で不活性ガスによ
り満たされる。この場合、基板１５と脚１４の端部との
間の隙間１６の大きさに応じて多少の量の洩漏ガスが流
出するが、しかしこれは不活性ガス源により補給される
。このようにして冒頭に述べた、放電室５の中で発生さ
れるＵＶビームと空気の酸素との間の相互作用が確実に
回避される。

第１Ｏ図に処理室１２への不活性ガス案内の別の構成が
示されている。この場合この放射装置は実質的に第６図
のそれに相応する。しかし付加的に、隣り合う石英管の
間に、金属ブロック８の長手方向へ延在するチャンネル
１１が設けられている。このチャンネルは孔またはスリ
ット１３を介して処理室１２と直接結合されている。そ
の他の点では構成および作用は第９図のそれに相応する
。

本発明の範囲を逸脱することなく、第７図および第８図
に示された円筒形放射装置に、不活性ガスを処理室（こ
こでは管８ａの内部）へ案内する手段を設けることがで
きることは明らかである。

発明の効果 可能で、さらに内側電極のシャドウ効果が最小化される
高出力ビーム放射装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は内側の誘電体ロッドが円心的に配置されている
円筒形放射装置の第１実施例の断面図、第２図は内側誘
電体が偏心的に配置されている、第１図の放射装置の変
形実施例の断面図、第３図は内側誘電体が円心的に配置
されかつ外側電極が外側誘電体管の円周の一部だけにわ
たり延在する層として形成されており、この場合この層
が反射器としても用いられる構成の円筒形放射装置の実
施例の断面図、第４図は第３図と類似するが内側誘電体
の偏心的配置と外側誘電体管の外周の一部だけにわたり
延在する層とを有し、この層が同時に外側電極としてか
つ反射器として用いられる構成の円筒放射装置の断面図
、第５図は第３図に示された放射装置を複数個まとめて
形成した平面形放射装置の構成の断面図、第６図は第４
図に示された放射装置を複数個まとめて形成した平面形
放射装置の構成の断面図、第７図は第５図の変形実施例
であり、この場合、第３図に示した放射装置を複数個ま
とめて形成した、大きい面積の円筒形放射装置の断面図
、第８図は第６図の変形実施例であり、この場合第４図
の放射装置を複数個まとめて形成した大きい面積の円筒
形放射装置の実施例の断面図、第９図は第５図に示され
た、処理室の。 中へ不活性ガスを案内するための手段を有する放射装置
の実施例の横面図、第１Ｏ図は第６図に示された処理室
への不活性ガスを案内するための手段を有する放射器の
実施例の横面図を示す。 ｌ・・・外側石英管、２・・・外側電極、３・・・内側
石英管、４・・・内側電極、５・・・放電室、６・・・
交流電流源、７・・・層、８，８ａ・・・アルミニウム
体、９・・・溝、 １ ０・・・冷却孔、 １・・・チャンネル、 ２処 理室、 ３・・・スリット、 ４・・・脚、 ５・・・基板、 ・・隙間 Ｆｉｇ、３ Ｆｉｇ、４ Ｆｉｇ、９ Ｆｉｇ、１０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高出力ビーム放射装置であって、該高出力ビーム放
   射装置は放電条件の下にビームを送出する充てんガスで
   満たされた放電室（５）を備え、該放電室の壁は第１の
   管状誘電体（１）と第２の誘電体（３）とにより形成さ
   れており、該第１の管状誘電体は放電室（５）とは反対
   側の誘電体表面に第１の電極（２、７）を備え、さらに
   第２の誘電体は第２の電極（４）を備え、さらに前記高
   出力放電装置は、該第１のおよび第２の電極へ接続され
   ている、放電に対する給電用の交流電流源（６）を備え
   ている、高出力ビーム放電装置において、第１の管状誘
   電体（１）の内部に誘電体材料から成るロッド（３）が
   設けられており、該ロッドの内部に導電体（４）が挿入
   されているまたは埋め込まれており、該導電体が第２の
   電極を構成することを特徴とする高出力ビーム放射装置
   。 ２、ロッド（３）の外径が、第１の管状誘電体（１）の
   内径の５分の１から１０分の１であるようにした請求項
   １記載の高出力ビーム放射装置。 ３、誘電体材料から成るロッド（３）が、第１の管状誘
   電体（１）の中に偏心的に設けられている請求項１又は
   ２記載の高出力ビーム放射装置。 ４、第１の電極（７）が第１の誘電体（１）の外壁を、
   第２の誘電体（３）に所属するかつ反射器として構成さ
   れている区間においてだけ、被うようにした請求項３記
   載の高出力ビーム放射装置。 ５、第１の電極および反射器が、金属体（８）の中の材
   料切欠部として例えば溝（９）として、構成されている
   請求項４記載の高出力ビーム放射装置。 ６、金属体（８）の中に冷却孔（１０）が設けられてお
   り、該冷却孔は材料切欠部（９）とは交差しないように
   した請求項５記載の高出力ビーム放射装置。 ７、材料切欠部（９）の断面が第１誘電体（１）の外径
   に適合されており、さらに切欠部の壁が紫外線反射器と
   して形成されている請求項５記載の高出力ビーム放射装
   置。 ８、室（１２）の中へ不活性ガスを案内するための手段
   （１１、１３）が、第１の管状誘電体（１）の外側に設
   けられている請求項５記載の高出力ビーム放射装置。 ９、金属体（８、８ａ）の中にチャンネル（１１）が設
   けられており、該チャンネルは直接的または間接的に処
   理室（１２）と連通されており、該チャンネル（１１）
   を通って不活性ガスが例えばちっ素またはアルゴンが案
   内されるようにした請求項８記載の高出力ビーム放射装
   置。 １０、チャンネルがそれぞれ、隣り合う誘電体管（１）
   の間に設けられており、さらに孔またはスリット（１３
   ）を介して処理室（１２）と連通されている請求項９記
   載の高出力ビーム放射装置。