KR100961316B1 - 엑시머 램프 및 자외선 조사장치 - Google Patents

Abstract

엑시머 램프의 사용 수명이 현저히 단명화하는 일이 없이, 방전 용기가 자외선으로 열화하여 파손에 의해 유리 파편이 램프 하우스 내 혹은 처리실 내로 비산하는 것을 회피할 수 있고, 오염을 미연에 방지할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것.

석영유리로 이루어지는 방전용기와, 상기 방전용기 내에 봉입된 방전 가스와, 적어도 한 장의 유전체를 개재시켜 배치된 한 쌍의 전극을 구비한 엑시머 램프로, 상기 방전용기의 일부에 다른 부분보다 가상온도가 100∼500℃ 높은 부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

엑시머 램프 및 자외선 조사장치{EXCIMER LAMP AND ULTRA VIOLET ILLUMINATING APPARATUS}

도 1은 제1 실시형태에 관한 (a) 엑시머 램프의 관축 방향 단면도 및 관축에 수직인 면에서의 단면도, (b) 방전영역의 일부를 취출하여 나타내는 설명용 확대도이다.

도 2는 제1 실시형태를 설명하는 자외선 조사장치의 요부를 나타내는 설명용 단면도이다.

도 3은 제2 실시형태에 관한 (a) 엑시머 램프의 관축방향 단면도, (b) 관축에 수직인 방향의 단면도이다.

도 4는 제3 실시형태에 관한 엑시머 램프의 단면도이다.

도 5는 도 4의 엑시머 램프를 탑재한 자외선 조사장치의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 6은 제4 실시형태를 설명하는 엑시머 램프의 관축방향 단면도이다.

도 7은 제5 실시형태를 설명하는 (a) 엑시머 램프의 관축방향 단면도, (b) X-X 단면도이다.

도 8은 자외선 조사장치의 일례를 나타내는 설명용 단면도이다.

*부호의 설명*

10 램프 하우스 11 광 조사창

11 가장자리부 111 창 판부재

13 냉각 블록 131 홈

14 반사 미러 L 엑시머 램프

2 외측관 2a, 2b 단부

3 내측관 31 내측관

4 방전용기 5 한쪽 전극(그물형상 전극)

6 다른쪽 전극(판형상 전극)

7 고주파 전원 8 칩부

9a, 9b 금속박 A 방전영역

S 방전공간

본 발명은, 유전체 재료를 개재시켜 방전하여 엑시머 발광하는 엑시머 램프 및 이 엑시머 램프를 이용한 자외선 조사장치에 관한 것이다.

도 8은, 본 발명의 종래 기술에 관한 자외선 광원장치의 일례로서, 엑시머 램프를 구비한 자외선 조사장치의 설명용 단면도이다.

도 8에서, 10은 램프 하우스로서, 그 하면에 광 조사창(11)이 설치되어 있고, 해당 램프 하우스(10)의 내부에는, 냉각 블록(13)이 설치되어 있다. 이 냉각 블록(13)의 하면에는, 각각 단면이 반원형의 복수(도 8에서는 4개)의 홈(131)이 지면에 수직인 방향으로 연장되도록 서로 평행하게 나란히 형성되어 있고, 이들 홈의 각각 내면에는 반사 미러(14)가 설치되고, 이 반사 미러(14)의 내부에 엑시머 램프(L)가 배설되어 수납되어 있다. 광 조사창(11)은, 엑시머 램프(L)의 정면에 대향하는 위치에 창 판부재(111)가 배치되어 구성되어 있다.

광 조사창(11)은, 엑시머 램프(L)로부터 방사되는, 예를 들면 파장이 20O㎚ 이하의 진공 자외광을 투과하여 하방으로 조사하는 것이다.

엑시머 램프(L)는, 합성 석영유리로 이루어지는 원통형상의 외측관(2)과, 이 외측관(2) 내에 그 관축을 따라 배치된 해당 외측관(2)의 내경보다 작은 외경을 갖는 합성 석영유리로 이루어지는 원통형상의 내측관(3)과, 이 외측관(2) 및 내측관(3)에 의해 형성된 원통형상의 공간의 양단부를 기밀로 폐색하는 단벽으로 이루어지는 2중관 구조를 갖는 밀폐형의 방전용기(4)를 갖는 구성이 되고, 이 방전용기(4)에 의해 원통형상의 방전공간(S)이 형성되고, 이 방전공간(S)에는 크세논 가스가 봉입되어 있다(특허문헌 1 참조).

이 방전용기(4)를 형성하는 외측관(2)에는, 그 외주면에 밀접한 상태에서, 예를 들면, 쇠그물 등의 도전성 재료로 이루어지는 그물형상의 한쪽 전극(5)이 설치되어 있음과 동시에, 내측관(3)에는, 그 내주면에 밀접한 상태에서, 예를 들면, 알루미늄판으로 이루어지는 다른쪽 전극(6)이 설치된 구성으로 이루어져 있고, 이 한쪽 전극(5) 및 다른쪽 전극(6)은, 고주파 전원에 접속되어 있다.

고주파 전원으로부터 입력전력이 공급되어 엑시머 램프(L)가 점등상태가 됨 으로써 방사된 진공 자외광이, 광 조사창(11)을 통해 피처리물에 대해 조사되어, 소기의 광조사 처리가 행해진다.

(특허문헌 1)일본국 특허 공개공보 평11-183699호

(특허문헌 2)일본국 특허 공개공보 2001-267280호

(특허문헌 3)일본국 특허 공개공보 2005-100934호

(특허문헌 4)일본국 특허 공개공보 2003-197152호

(특허문헌 5)일본국 특허 공개공보 2004-113984호

이러한 자외선 조사장치가 긴 기간에 걸쳐 사용된 경우에는, 엑시머 램프(L)는, 방전용기(4)가 발광관 내에서 발생한 자외선이나 진공 자외광 등에 노출되어, 발광관의 재질인 석영유리에 일그러짐이 발생하여, 유리가 파손한다.

또, 유리의 파손이 외측관(2)에서의 측표면에서 발광관의 중앙부에서 발생한 경우, 비교적 큰 파편은 그물형상의 한쪽 전극(5)에 유지되어 하방으로 낙하하는 것이 방지된다. 그러나, 잔 파편은 그물코를 빠져나가 낙하, 비산하여, 램프 하우스(10) 내를 오염시켜 버린다.

또한, 상술의 엑시머 램프에서는 전극형태는 여러 가지이고, 방전용기의 하방 부분에 전극이 배치되어 있지 않은 것(특허문헌 2 참조)이 있는데, 이러한 램프에서는, 방전용기의 하측부분이 파손하면 파편이 모두 램프 하우스 내로 낙하하여, 내부를 오염하는 것을 피할 수 없다. 또, 방전용기가 단일의 원통관으로 구성된 것(특허문헌 3 참조)도 있는데, 이러한 형태의 엑시머 램프도 외측의 방전용기가 파 손한 경우에는 파편이 낙하하는 것을 회피할 수 없다.

최근에는, 광 조사창 영역에 창 판부재를 설치하지 않는 자외선 조사장치가 제안되어 있고(특허문헌 4, 특허문헌 5 참조), 이러한 장치에서는 방전용기로부터의 파편은, 장치 하방에 위치되는 처리실 내나 워크상에도 낙하할 우려가 있다.

방전용기가 파손하기 이전에 사용을 중지하여 램프를 교환하는 것이 바람직하다. 그러나 실사용에서는, 램프의 사용수명을 개개로 관리하는 것은 곤란하다. 또한, 램프의 사용시간을 함부로 단축한 경우에는 램프의 개수가 늘어 고비용으로 이어진다.

그래서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 엑시머 램프의 사용수명이 현저히 단명화하는 일이 없고, 방전용기가 자외선으로 열화하여 파손에 의해 유리의 파편이 램프 하우스 내 혹은 처리실 내로 비산하는 것을 회피할 수 있고, 오염을 미연에 방지할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 엑시머 램프의 방전용기가 자외선으로 열화하여 파손이 생긴 경우도, 유리의 파편이 램프 하우스 내 혹은 처리실 내로 비산하는 것을 회피할 수 있고, 오염을 미연에 방지할 수 있는 자외선 조사장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 엑시머 램프는, 석영유리로 이루어지는 방전용기와, 상기 방전용기 내에 봉입된 방전 가스와, 적어도 한 장의 유전체를 개재시켜 배치된 한 쌍의 전극을 구비한 엑시머 램프이고, 상기 방전용기의 일부에, 다른 부분보다 가상온도가 100∼500℃ 높은 부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 엑시머 램프는, 상기 가상온도가 높은 부분을 방전용 기에서의 방전영역에 형성함과 동시에, 그 가상온도를 다른 부분보다 100∼400℃ 높아지도록 설치한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 엑시머 램프는, 상기 가상온도가 높은 부분을 방전용기에서의 비방전 영역에 형성함과 동시에, 그 가상온도를 다른 부분보다 200∼500℃ 높게 한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 엑시머 램프는, 상기 가상온도가 높은 부분을 방전용기의 단부에 형성하고, 그 가상온도를 다른 부분보다 200∼500℃ 높게 함과 동시에, 해당 가상온도가 높은 부분을 덮도록 방전용기 단부에 베이스를 장착한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 엑시머 램프는, 석영유리로 이루어지는 방전용기와, 상기 방전용기 내에 봉입된 방전 가스와, 적어도 한 장의 유전체를 개재시켜 배치된 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 한 쌍의 전극의 한쪽 전극은, 방전용기 외부에 배치된 외부전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 방전공간 내에 배치된 내부전극으로 이루어지고, 상기 내부전극에서의 외부전극과의 사이에서 방전을 행하는 부위의 외표면이, 석영유리로 이루어지는 내측관에 의해 덮어져 이루어지는 엑시머 램프로, 상기 내측관에, 방전용기를 구성하는 석영유리보다 가상온도가 100∼400℃ 높은 부분이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 자외선 조사장치는, 상기 어느 것인가에 기재한 엑시머 램프와, 상기 엑시머 램프에서의 가상온도가 높은 부분을 둘러싸는 커버를 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 커버가, 반사 미러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 관한 자외선 조사장치는, 방전용기의 일부에 다른 부분보다 가상온도가 100∼500℃ 높은 부분이 형성된 엑시머 램프를 구비하고, 해당 엑시머 램프를 가상온도가 높은 부분이 상측에 위치되도록 장착한 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명을 실시형태에 의거하여 설명하는데, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명에 관한 자외선 조사장치는, 종래 기술에 관한 램프 하우스 구성에도 적용할 수 있기 때문에, 장치 전체의 구성에 대해서는 일부, 앞에서 설명한 도 8을 참조하여 설명한다.

(제1 실시형태)

도 1, 도 2 및 도 8을 참조하여 제1 실시형태를 설명한다.

우선, 도 8과 도 2를 참조하여, 본 발명에 관한 엑시머 램프를 탑재한 자외선 조사장치 전체의 구성을 설명한다.

10은 램프 하우스로서, 램프 하우스(10)의 내부에는, 예를 들면 알루미늄으로 이루어지는 냉각 블록(13)이 설치되어 있고, 이 냉각 블록(13)의 하면에는, 각각 단면이 반원형인 복수(도 8에서는 4개)의 홈(131)이 지면에 수직인 방향으로 신장하도록 서로 평행하게 나란히 형성되어 있다. 이들 홈(131)의 각각에는, 도 2의 확대도에서 도시하는 바와 같이 반사 미러(14)가 설치되어 있고, 이 반사 미러(14)의 내경과 적합하는 외경을 갖는 막대형상의 엑시머 램프(L)가 배설되어 수납되어 있다. 또한, 도 8에 도시하는 바와 같이, 엑시머 램프(L)의 하면에는 광 조사창 (11)이 설치되어 있고, 엑시머 램프(L)의 정면에 대향하는 위치에 창 판부재(111)가 배치되어 구성되어 있다.

광 조사창(11)은, 평판형상의 합성 석영유리에 의해 형성된 창 판부재(111)에 의해 구성되어 있고, 엑시머 램프(L)로부터 방사되는, 예를 들면 Xe 가스를 봉입한 경우, 172㎚의 중심 파장인 진공 자외광을 투과하여 하방으로 조사하는 것이다.

램프 하우스(10)의 내부는, 예를 들면 질소 가스 등의 불활성 가스가 충전되어 있다.

여기서 본 발명에 관한 엑시머 램프를, 도 1을 참조하여 상세히 설명한다. 또 도 1은, 제1 실시형태에 관한 엑시머 램프의 관축 방향 단면도 및 관축에 수직인 면에서의 단면도이다.

도 1에서, 방전용기(4)는, 합성 석영유리로 이루어지는 원통형상의 외측관(2)과, 이 외측관(2) 내에 그 관축을 따라 배치된 해당 외측관(2)의 내경보다 작은 외경을 갖는, 예를 들면 합성 석영유리 등의 유전체로 이루어지는 원통형상의 내측관(3)과, 이 외측관(2) 및 내측관(3)에 의해 형성된 원통형상의 공간의 양단부를 기밀로 폐색하는 단벽으로 이루어지는 2중관 구조를 갖는 밀폐형 방전용기(4)를 갖는 구성으로 되고, 이 방전용기(4)에 의해 원통형상의 방전공간(S)이 형성되고, 이 방전공간(S)에는 크세논 가스가 봉입되어 있다.

방전용기(4)를 형성하는 외측관(2)에는, 그 외주면에 밀접한 상태에서, 예를 들면 쇠그물 등의 도전성 재료로 이루어지는 그물형상의 한쪽 전극(5)이 설치되 어 있음과 동시에, 내측관(3)에는, 그 내주면에 밀접한 상태에서, 예를 들면 알루미늄판으로 이루어지는 다른쪽 전극(6)이 설치된 구성으로 되어 있고, 이 한쪽 전극(5) 및 다른쪽 전극(6)은, 고주파 전원(7)에 접속되어 있다. 부호 8은 방전용기(4) 내부에 가스를 봉입했을 때에 사용한 배기관의 잔부인 칩부이다.

고주파 전원(7)으로부터 입력전력이 공급되어 엑시머 램프(L)가 점등상태가 됨으로써, 도 1(b)에 도시하는 바와 같이 한쪽 전극(5)과 다른쪽 전극(6)과의 사이에서 방전 플라즈마가 생기(生起)되고, 이러한 방전에 의해 발생한 진공 자외광이 그물형상의 한쪽 전극(5)을 통과하여 방사된다. 이 진공 자외광이, 도 8에서의 광 조사창(11)을 통해 그 바로 아래에 배치된 피처리물에 대해 조사되어, 소기의 광조사 처리가 행해진다.

본 발명의 엑시머 램프(L)에서는, 방전용기(4)의 외측관(2)에서의 방전 플라즈마가 발생하는 영역(이하, 「방전영역」이라 한다.)(A)의 일부에, 해당 방전용기(4)를 구성하는 석영유리의 가상온도가, 그 밖의 부분의 가상온도보다 100∼400℃ 높은 부분(K)이 형성되어 있다. 또 방전영역(A)은, 해당 방전용기(4)에서, 전극(5, 6)의 양쪽 전극이 대향하여 배치되어 있는 부분에 상당한다. 그리고, 이러한 엑시머 램프는, 상기 가상온도가 높은 부분이, 도 2의 요부 확대도에서 도시하는 바와 같이, 램프 하우스의 냉각 블록(13)의 하면에 설치된 반사 미러(14) 내부에 배치된 상태로 장착되어 있다.

방전용기(4)는, 자외선 조사에 의해 이를 구성하는 석영유리에 일그러짐이 생기는데, 가상온도가 낮은 방전용기(4)의 대략 전체에서는, 일그러짐의 축적에 의 한 유리의 열화의 진행이 느리고, 한편, 가상온도가 높은 부분(K)에서는, 열화의 진행이 비교적 빠르기 때문에, 결과적으로 가상온도가 높은 부분(K) 쪽이 먼저 파손한다.

이 결과, 미리 지정한 개소에서 파손을 생기게 하는 것이 가능해지고, 즉, 방전용기(4)가 미(未)파괴의 단계에서도 최초로 파손이 발생하는 개소를 예측할 수 있기 때문에, 파손이 생긴 경우에 대비하여 파편이 비산하지 않도록 사전에 대책을 취하는 것이 가능해진다. 따라서, 본 발명에 관한 엑시머 램프를 구비한 자외선 조사장치에 의하면, 램프에 대응하여 사전에 적당한 대책을 강구하는 것이 가능해져, 자외선 조사장치에서의 램프 하우스(10) 내의 오염을 미연에 방지할 수 있다.

상기 실시형태에서는, 도 2와 같이, 가상온도가 높은 부분(K)이 방전용기(4)의 외측관(2)에 형성됨과 동시에, 해당 가상온도가 높은 부분(K)이 냉각 블록 하면에 형성된 반사 미러(14)의 내부에 수용되어 있기 때문에, 가상온도가 높은 부분(K)에서 파손이 생긴 경우라도, 그 파편은 그 바로 아래의 방전용기(4)의 미파손 부분에 의해 가드되어, 파편의 낙하, 비산이 억제된다. 또한, 방전용기(4)의 상측 부분은, 반사 미러(14)가 커버로 되어 덮어져 있기 때문에, 파편이 주위에 비산하는 일 없이, 장치 내나 처리 내의 오염을 미연에 방지할 수 있다.

또, 이 실시형태에서는, 냉각 블록(13)과는 별체의 반사 미러(14)를 엑시머 램프(L) 상부에 배설했지만, 냉각 블록(13)의 홈(131)으로 램프(L)를 덮는 형태로 해도 되고, 적절히 변경이 가능한 것은 말할 필요도 없다.

상기 제1 실시형태에 관한 엑시머 램프에서는, 가상온도가 높은 부분(K)을 방전 플라즈마에 노출되는 방전영역(A)에 형성함과 동시에, 가상온도를 100∼400℃의 온도차를 갖도록 설치한다.

여기에, 가상 온도차를 100℃ 이상으로 함으로써, 방전용기(4)에서 최초로 파손이 발생하는 개소를 가상온도가 높은 부분(K)에 확실히 고정할 수 있다. 그리고, 가상 온도차가 400℃ 이하로 함으로써, 가상온도가 높은 부분(K)을 형성하고 있지 않은 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 평균적인 수명시간(이하, 「평균 수명」이라 한다.)에 대해, 80% 이상의 수명을 유지할 수 있다. 가상온도가 400℃를 넘어 높은 경우에는, 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간(이하,「파손시간」이라 한다. )이 평균 수명에 대해 80% 미만으로 저하하여, 사용기간이 현저히 단축화해 버린다.

도 3은, 본 발명의 제2의 실시형태를 설명하는 (a) 엑시머 램프의 관축방향 단면도, (b) 관축으로 수직인 방향의 단면도이다. 또, 엑시머 램프(L)는, 방전용기(4) 및 전극(5, 6)의 기본적 구조는 도 1에서 나타낸 것과 동일하며, 앞에 설명한 구성에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 붙여 상세 설명을 생략한다.

이 실시형태에 관한 엑시머 램프(L)는, 가상온도가 높은 부분(K)이 내측관(3)에서의 방전영역(A)의 내부에 형성되어 있다. 여기에, 가상온도가 높은 부분(K)에서의 가상온도는, 그 외 부위의 방전용기(4)를 구성하는 석영유리의 가상온도보다 100∼400℃ 높게 설치되어 있고, 이 결과, 점등시간의 경과와 함께 방전용기(4) 전체에 자외선에 의한 일그러짐이 생긴 경우라도, 상기 가상온도가 높은 부분(K)이 그 외의 부위에 앞서 파손하여, 즉, 내측관(3)이 파손하여 그 밖의 부위가 파손함 으로써, 램프 하우스 내 또는 처리실 내를 오염하는 것이 회피된다. 가상온도가 높은 부분(K)은, 도시한 바와 같이 내측관의 일부에 설치해도 되고, 축방향은 일부이지만 둘레방향의 사방에 설치해도 되고, 내측관 전체에 설치해도 된다.

이와 같이, 본 실시형태에 관한 엑시머 램프(L)에서는, 가상온도가 높은 부분(K)이 방전용기(4)의 내측관(3)으로 형성되기 위해, 해당 가상온도가 높은 부분(K)에서 파손이 생긴 경우라도, 그 파편은 그 바로 아래의 외측관(2)에 의해 가드되어, 방전용기(4) 외부로의 파편의 낙하, 비산이 회피되게 된다. 또한, 방전용기(4)의 상측에서도, 외측관(2)에 의해 파편이 비산하는 일 없이, 램프 하우스 또는 처리실의 내부를 청정하게 유지할 수 있는 신뢰성이 높은 엑시머 램프를 제공할 수 있다.

이상의 제2의 실시형태에 관한 엑시머 램프(L)에서도, 상기 제1 실시형태와 마찬가지로, 가상온도가 높은 부분(K)은 방전용기(4)에서의 방전영역(A)에 형성되고, 그 가상온도가 100∼400℃의 온도차를 갖도록 설정된다. 이와 같이, 방전영역(A)에 가상온도가 높은 부분(K)을 설치하는 경우에는, 가상온도의 온도차를 100℃ 이상으로 함으로써, 방전용기(4) 중, 최초로 파손이 발생하는 개소를 가상온도가 높은 부분(K)에 고정할 수 있어, 파손 개소의 예측을 확실히 행할 수 있다. 그리고, 가상 온도차가 400℃ 이하로 함으로써, 엑시머 램프의 파손시간을 평균 수명에 대해 80% 이상으로 유지할 수 있다.

도 4는, 본 발명 제3 실시형태를 설명하는 엑시머 램프의 측부 단면도이고, 도 5는 이 엑시머 램프를 탑재한 자외선 조사장치의 일례를 나타내는 단면도이다.

도 4에 나타내는 엑시머 램프는, 방전용기(4) 및 전극의 기본적 구조는 도 1에서 나타낸 것과 마찬가지이고, 앞에 설명한 구성에 대해서는 도 1과 동일한 부호를 붙여, 상세 설명을 생략한다.

이 실시형태에 관한 엑시머 램프(L)는, 방전용기(4)에서의 방전영역(A)의 바깥쪽에서, 가상온도가 다른 부분의 가상온도보다 높은 부분(K)이 형성되어 있다. 이 엑시머 램프(L)는, 예를 들면 도 5에서 도시하는 바와 같이, 가상온도가 높은 부분을 포함하는 단부영역이 램프 하우스의 광 조사창(11)의 가장자리부(11a)보다 바깥쪽에 위치해 있고, 또, 엑시머 램프의 단부가 유리 파편 회수용 케이스(12) 내부에 수용되어 있다. 여기에, 케이스(12)는, 단부를 덮음과 동시에 엑시머 램프의 단부와 광조사 영역(즉, 광 조사창 내부영역)을 구분하는 칸막이부(12a)와, 파편의 낙하를 방지하는 저면부(12b)를 구비하고 있다. 그리고, 만일 방전용기(4)가 파손해도 그 파편이나 분진이 케이스(12) 내에 낙하하여 램프 하우스(10)의 내부나 처리실의 오염을 방지할 수 있음과 동시에 파편의 회수(回收)를 간단히 행할 수 있다.

본 실시형태에서는, 가상온도가 높은 부분(K)을 비방전 영역에 형성하고 있고, 이 경우, 가상온도를 그 밖의 부위와 비교하여 200℃ 이상 높아지도록 설정한다. 이 이유는, 비방전 영역에서의 석영유리는 방전 플라즈마에 노출되어 있지 않기 때문에, 자외선 조사에 의한 석영유리의 열화의 진행은 전술한 제1 또는 제2 실시형태에 관한 방전영역(A)에 형성된 것과 비교하여 완만하고, 200℃ 미만인 경우는, 가상온도가 높은 부분(K)에서 파손이 꼭 발생한다고는 할 수 없게 되기 때문이 다. 따라서, 방전영역(A) 이외의 부분에 가상온도가 높은 부분(K)을 형성하는 경우는, 가상 온도차를 200℃ 이상으로 설정하고, 그 상한으로는 500℃ 이하로 하는 것이 좋다. 가상 온도차를 500℃ 이하로 함으로써, 파손시간이 현저히 짧아지는 것을 방지할 수 있다.

도 6은, 본 발명에 관한 제4 실시형태를 설명하는 엑시머 램프의 관축방향 단면도이다. 또 도 6에 나타내는 엑시머 램프는, 방전용기 및 전극의 기본적 구조는 도 1에서 나타낸 것과 동일하고, 앞에 설명한 구성에 대해서는 도 1과 같은 부호를 붙여, 상세 설명을 생략한다.

본 실시형태에서는, 엑시머 램프에서의 방전용기(4)의 양쪽의 단부에 베이스(4b)가 장착되어 있다. 베이스(4b)는 예를 들면 무기 절연성 세라믹스(예를 들면, 알루미나) 등으로 이루어지고, 자외선 불투과의 내(耐)자외선 재료로 이루어진다. 방전용기(4)에서의 가상온도가 높은 부분은, 상기와 마찬가지로 단벽(5, 6)이나 내측관(3) 또는 외측관(2)의 방전이 생기되지 않는 영역(비방전 영역)으로서, 다른 유리보다 석영유리 온도가 200∼500℃ 정도 높아지도록 설정된다.

이렇게 가상온도가 높은 영역(K)을 비방전 영역에 형성함과 동시에, 램프 자신에게 비산 방지용 베이스(4b)를 장착함으로써, 도 5에서 나타낸 바와 같은 케이스의 설치가 불필요해져 자외선 조사장치에 관한 구성을 간단히 할 수 있다.

이상의 제3, 제4 실시형태에서는, 가상온도가 높은 부분(K)을 방전용기(4)의 단부에 설치했는데, 내측관(3) 또는 외측관(2)의 방전이 생기되지 않는 영역(비방전 영역)이나, 배기관의 잔부인 칩부(8)에 설치하는 형태도 가능하다. 어느 경우 나, 방전이 생기되지 않는 영역(비방전 영역)에 가상온도가 높은 부분(K)을 설치하는 경우는, 다른 유리보다 석영 유리온도가 200∼500℃ 정도 높아지도록 설정한다.

도 7은 또 다른 실시형태를 나타내는 엑시머 램프의 (a) 관축방향 단면도, (b) (a)에서 X-X로 절단한 단면도로, 방전용기가 단일의 관으로 구성된 엑시머 램프에 관계되는 것이다(특허문헌 3 참조).

도 7에서, 방전용기(4)는, 외측관(2)의 양쪽 단부에 핀치 실부(2a, 2b)가 형성됨으로써 기밀로 밀봉되어 있고, 내부에 방전 가스가 봉입되어 방전공간(S)이 형성되어 있다. 방전용기(4)의 외주면 상에는 단면 반원형상의 금속판이 밀착상태로 배설되어 한쪽 전극(5)이 구성되고, 또한, 방전용기(4)의 내부에는 방전공간(S)에 노출하도록 코일형상의 내부전극으로 이루어지는 다른쪽 전극(6)이, 그 양단부가 핀치 실부(2a, 2b)에 매설된 금속박(9a, 9b)에 접속되어 매달려 배설되어 있다.

다른쪽 전극(6)은, 예를 들면 양쪽 단부가 개방된 유리 등의 유전체로 이루어지는 내측관(31)의 내부에 삽입되어 있고, 그 코일형상의 부분이 내측관에 의해 덮힌 상태로 되어 있다. 또, 동 도면 중의 부호 311은, 내측관(31)을 방전용기(4) 내에 중공에 지지하기 위한 지지부재이다.

여기에, 수치예를 들면, 방전용기(4)에서의 전장(全長)은, 핀치 실부(2a, 2b)를 포함하여 400∼1500㎜이고, 방전영역 내에서의 외경은

10∼20mm이다. 내측관(31)은, 외경이

4∼8㎜, 내경 2∼6㎜이다. 한쪽 전극(5)은 예를 들면, 판의 두께가 예를 들면 0.5∼3㎜의 알루미늄판으로 이루어지고, 홈통형상으로 프레스 성형한 것이다. 다른쪽 전극(6)은, 코일의 와이어(wire) 직경이 0.1∼1㎜의 텅스텐선으 로 이루어지고, 코일의 외경이

1.5∼5.9㎜이다.

본 실시형태에서는, 가상온도가 높은 부분(K)은, 내측관(31)의 방전영역(A) 내에서 해당 내측관(31)의 사방에 걸쳐 형성되어 있고, 그 가상온도는, 방전용기(4)를 구성하는 석영유리와 비교하여 100∼400℃ 높아지도록 구성되어 있다. 이렇게, 내측관(31)에 가상온도가 높은 부분(K)을 형성하면, 엑시머 램프(L)의 점등시간의 경과에 따라, 방전용기(4) 및 내측관(31)을 구성하는 석영유리가 자외선에 의해 열화가 생기는데, 내측관(31)의 가상온도가 높은 부분(K)에서는 방전용기(4)를 구성하는 석영유리보다 자외선에 의한 열화의 진행이 빠르기 때문에, 해당 가상온도가 높은 부분(K)에서는 방전용기(4)보다 먼저 파손이 생긴다. 이 결과, 다른쪽 전극(6)은 내측관(31)에서 파손한 부분에서 아크형상의 방전이 발생하고 코일이 과열하여 용단(溶斷)이 생겨, 램프가 부점등이 된다. 이 결과, 방전용기(4)가 파손하기 이전에 램프 교환을 행할 수 있다.

본 실시형태에서는, 내측관(31)은 완전히 방전용기(4) 내부에 배치되어 있고, 해당 내측관(31)에 파손이 생긴 경우라도 방전용기(4)의 내부에 파편이 퇴적하여 외부에 방출하는 일이 없어, 먼저 내측관(31)이 파손하더라도 문제가 생기는 일이 없다.

이 실시형태에 의하면, 내측관(31)이 파손한 시간이 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간과 동일해지지 않지만, 내측관(31)의 파손이 트리거가 되어 내부전극(6)이 절단되어 램프가 부점등이 되기 때문에, 거의 램프의 사용수명 이전에 램프의 교환을 촉구할 수 있다.

여기에, 부점등을 검지하는 수법으로는, 전극방전에 의해 발생하는 빛(진공 자외선, 자외선, 가시광, 적외선)을 검지하거나, 램프에 흐르는 전류치를 검지하거나 하는 것을 채용할 수 있고, 이와 같이 검지수단을 설치함으로써, 램프교환 시기를 적정히 관리할 수 있음과 동시에, 유리 파편의 비산을 회피할 수 있고, 오염을 미연에 방지할 수 있다.

또, 본 실시형태에서, 전극(5, 6)의 형상은, 상기 형상에 한정되는 것이 아니라, 한쪽 전극(5)(외부전극)은 앞에 설명한 실시형태와 마찬가지로 메시(mesh) 형상의 것이어도 되고, 다른쪽 전극(6)(내부전극)은 와이어 형상의 것이어도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 관한 엑시머 램프에 의하면, 방전용기에서 최초로 파손하는 개소를, 파편이 외부를 오염하지 않도록 안전한 장소로 특정할 수 있음과 동시에, 가스의 리크나 전극의 용단 등의 현상에 수반하는 램프의 부점등을 촉구함으로써 램프의 사용수명을 알리기 때문에, 방전용기의 중대한 손상을 수반하는 일 없이 램프교환을 행할 수 있다. 특히, 실시형태 1∼4에 관한 발명에서는, 방전용기가 파손하기 이전부터, 파편이 낙하하거나 잔 유리가 비산하지 않도록 대처해 둘 수 있고, 실시형태 5에 관한 발명에서는 전극 용단시키는 트리거로 함으로써, 방전용기의 실질적인 손상을 수반하지 않고, 램프 교환을 실시할 수 있다.

또한, 이상에서는, 자외선 조사장치의 예로서 광 조사창 부재가 있는 것을 참조하여 설명했지만, 물론, 광 조사창 부재가 없고, 엑시머 램프가 처리실에 임하도록 배치된 것이어도 동일한 효과를 갖는 것은 말할 필요도 없다.

(실험예 1)

도 1의 구성에 따라, 하기 조건에 의해 엑시머 램프를 제작하였다.

방전용기(4)의 전장은 1000㎜이고, 외측관(2)은 재질이 합성 석영유리로 외경 22㎜, 두께 1.0㎜, 또한, 내측관(3)은 재질이 합성 석영유리로 외경이 12㎜, 두께가 1.0㎜이었다.

이 용기를 방전가스 봉입 전의 단계에서 전기로에 수용하고, 용기 전체의 가상온도를 1100℃로 하였다. 동일한 수법에 의해 방전용기를 합계 8개 제작하였다.

제작한 방전용기에, 목표로 하는 가상 온도차를 0℃, 80℃, 100℃, 150℃, 210℃, 330℃, 400℃, 440℃로 각각 설정하고, 각 용기의 외측관의 대략 중앙부분에 부분적으로 가상온도가 높아지도록 처리를 실시했다. 구체적으로는, 가상 온도차가 80℃와 100℃의 용기(즉, 가상온도가 다른 부분보다 높은 부분이 1180℃와 1200℃의 용기)에서는, 외측관에 단면 반원형상으로 전장이 50㎜의 소형 히터를 직접 설치하여 가열하였다. 그리고, 가상온도가 높은 부분에서, 다른 부분보다 150℃ 이상의 가상 온도차를 갖는(가상온도가 1250℃ 이상) 것에 대해서는, 산소수소 버너로 가열하여 연화점 근방까지 온도를 올려 냉각속도를 바꾸어 가상온도를 소기(所期)로 설정했다. 이렇게 하여 형성된 가상온도가 높은 부분은, 예를 들면 평면도에서

10∼40㎜의 원형형상이었다.

방전용기의 가상온도를 소기로 설정한 후, 각 용기에 크세논 가스를 30kPa(상온) 봉입하여 배기관을 밀봉했다.

배기관의 잔부인 칩부에서는, 밀봉 공정시의 가열에 의해 가상온도가 변화 하고 있기 때문에, 칩부도 부분적으로 소형 전기로에 넣어 가상온도를 1100℃로 하였다.

이와 같이 방전용기를 제작하여, 한쪽과 다른쪽 전극을 가상온도가 높은 부분에도 해당 전극이 위치되도록 배치하고, 방전용기 대략 전체의 가상온도가 1100℃인 엑시머 램프를 합계 8개 제작하였다.

또, 한쪽 전극은 그물형상의 전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 단면 원호형상의 알루미늄판으로 이루어진다.

(점등 실험)

램프의 가상온도가 높은 부분을 상측에 위치시켜, 도 7에서 나타내는 자외선 조사장치에 설치하였다. 연속 점등하여, 점등시간과 파손 개소의 비교를 행했다.

또, 엑시머 램프를 주파수 30kHz의 고주파 전원에 의해, 입력이 300W의 조건에서 점등시켰다.

하기 표 1은, 방전용기에 가상온도가 높은 부분을 형성하지 않은 종래 제품에 관한 엑시머 램프(램프(11))의 점등시간을 1.0으로 했을 때의 각 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간을 상대치 및 파손 개소를 정리한 표이다. 또 동 표에서 「가상온도(℃)」란은, 가상온도가 높은 부분을 형성한 것에서는 그 가상온도를 나타내고 있고, 램프의 대략 전체의 가상온도는 상술한 대로 1100℃이다.

이상의 결과에서, 램프(11)와 램프(12)에서는, 방전용기의 대략 전체에서 파손이 생겼다. 이들 램프에서는 램프의 파손시간을 비교적 길게 유지할 수 있는 대신에, 파손이 발생하는 개소를 특정할 수 없기 때문에, 방전용기의 파편이 램프 하우스 내, 또는, 처리실 내로 낙하하여, 내부를 오염할 가능성이 있다.

한편, 가상온도의 차가 100℃ 이상인 것에서는, 방전용기의 파손발생 개소가 가상온도가 높은 부분에 한정되어 있고, 파손 개소를 예측 가능한 것을 알 수 있었다. 또, 파손하더라도, 그 파편이 방전용기에서의 아래쪽의 미파손 부분에 의해 보호되어 주위에 비산하는 것을 방지할 수 있었다. 또한, 램프(18)와 같이 가상 온도차가 440℃의 것은 파손시간(상대치)이 0.75로, 현저히 짧아지는 것을 알 수 있었다.

(실험예 2)

상기 실험예 1과 동일한 사양 및 순서에 의해, 방전용기 전체의 가상온도를 970℃로 설정한 용기를 8개 제작하였다.

그리고 제작한 방전용기에, 목표로 하는 가상 온도차를 0℃, 60℃, 110℃, 180℃, 240℃, 320℃, 390℃, 480℃로 각각 설정하고, 각 용기의 외측관의 대략 중앙부분에 부분적으로 가상온도가 높아지도록 처리를 실시했다. 구체적으로는, 가상 온도차가 60℃, 110℃, 180℃, 240℃의 용기(즉, 가상온도가 보다 높은 부분에서의 가상온도가 1030℃, 1080℃, 1150℃, 1210℃의 각 용기)에서는, 외측관에 단면 반원형상으로 전장이 50㎜의 소형의 히터를 직접 설치하여 가열하였다.

가상 온도차가 320℃ 이상의(가상온도가 1290℃ 이상) 것에 대해서는, 산소수소 버너로 가열하여 연화(軟化)점 근방까지 온도를 올려 냉각속도를 바꾸어 가상온도를 소기로 설정하였다. 이렇게 하여 형성된 가상온도가 높은 부분은, 예를 들면

10∼40㎜의 대략 원형형상이었다.

가상온도를 소기로 설정한 후, 30kPa(상온) 봉입하여 배기관을 밀봉했다.

배기관의 잔부인 칩부에서도 부분적으로 소형 전기로에 넣어 가열하고, 가상온도를 소정의 970℃로 했다.

이렇게 방전용기를 제작하여, 한쪽과 다른쪽 전극을 가상온도가 높은 부분에도 해당 전극이 위치되도록 배치하고, 방전용기 대략 전체의 가상온도가 970℃인 엑시머 램프를 합계 8개 제작하였다.

또, 한쪽 전극은 그물형상의 전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 단면 원호형상의 알루미늄판으로 이루어진다.

제작한 엑시머 램프를 상기 점등실험과 마찬가지로, 가상온도가 높은 부분을 위에 배치하여 장치 내에 설치하고, 같은 조건으로 점등시켜 점등시간과 파손 개소의 비교를 행했다.

하기 표 2는, 방전용기에 가상온도가 높은 부분을 형성하지 않은 종래 제품에 관한 엑시머 램프(램프(21))의 점등시간을 1.0으로 했을 때의, 각 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간을 상대치 및 파손 개소를 정리한 표이다. 또 동 표에서 「가상온도(℃)」란은, 가상온도가 높은 부분을 형성한 것에서는 그 가상온도를 나타내고 있고, 램프의 대략 전체의 가상온도는 상술한 대로 970℃이다.

이상의 결과에서, 램프(21)와 램프(22)에서는, 방전용기의 대략 전체에서 파손이 생겼다. 이들 램프에서는 램프의 사용수명을 비교적 길게 유지할 수 있는 대신에, 파손이 발생하는 개소를 특정할 수 없기 때문에, 방전용기의 파편이 램프 하우스 내, 또는, 처리실 내로 낙하하여, 내부를 오염할 가능성이 있다.

한편, 가상온도의 차가 110℃ 이상인 것에서는, 방전용기의 파손발생 개소가 가상온도가 높은 부분에 한정되어 있고, 파손 개소를 예측 가능한 것을 알 수 있었다. 또, 파손하더라도, 그 파편이 방전용기에서의 아래쪽의 미파손 부분에 의해 보호되어 주위에 비산하는 것을 방지할 수 있었다. 또한, 램프(28)의 가상 온도차가 480℃의 것은 파손 시간(상대치)이 0.74로 수명이 현저히 짧아지는 것을 알 수 있었다.

(실험예 3)

상기 실험예 1과 동일한 사양 및 순서에 의해, 방전용기 전체의 가상온도를 860℃로 설정한 용기를 7개 제작하였다.

그리고, 제작한 방전용기에, 목표로 하는 가상 온도차를 0℃, 90℃, 170℃, 210℃, 260℃, 400℃, 460℃로 각각 설정하고, 각 용기의 외측관의 대략 중앙부분에 부분적으로 가상온도가 높아지도록 처리를 실시했다. 구체적으로는, 가상 온도차가 90℃, 170℃, 210℃, 260℃의 용기(즉, 가상온도가 보다 높은 부분에서의 가상온도가 950℃, 1030℃, 1070℃, 1120℃의 각 용기)에서는, 외측관에 단면 반원형상으로 전장이 50㎜의 소형 히터를 직접 설치하여 가열하였다.

가상 온도차가 400℃ 이상(가상온도가 1260℃ 이상)의 것에 대해서는, 산소수소 버너로 가열하여 연화점 근방까지 온도를 올려 냉각속도를 바꾸어 가상온도를 소기로 설정했다. 이렇게 하여 형성된 가상온도가 높은 부분은, 예를 들면

10∼40㎜의 대략 원형형상이었다.

가상온도를 소기로 설정한 후, 30kPa(상온) 봉입하여 배기관을 밀봉했다.

배기관의 잔부인 칩부에서도 부분적으로 소형 전기로에 넣어 가열하고, 가상온도를 소정의 860℃로 하였다.

이와 같이 방전용기를 제작하여, 한쪽과 다른쪽 전극을 가상온도가 높은 부분에도 해당 전극이 위치되도록 배치하고, 방전용기 대략 전체의 가상온도가 860℃인 엑시머 램프를 합계 7개 제작하였다.

또, 한쪽 전극은 그물형상의 전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 단면 원호형상의 알루미늄판으로 이루어진다.

제작한 엑시머 램프를 상기 점등 실험과 마찬가지로, 가상온도가 높은 부분을 위에 배치하여 장치 내에 설치하고, 같은 조건으로 점등시켜 점등시간과 파손 개소의 비교를 행했다.

하기 표 3은, 방전용기에 가상온도가 높은 부분을 형성하지 않은 종래 제품에 관한 엑시머 램프(램프(31))의 점등시간을 1.0으로 했을 때의, 각 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간을 상대치 및 파손 개소를 정리한 표이다. 또 동 표에서 「가상온도(℃)」란은, 가상온도가 높은 부분을 형성한 것에서는 그 가상온도를 나타내고 있고, 램프의 대략 전체의 가상온도는 상술한 대로 860℃이다.

이상의 결과에서, 램프(31)와 램프(32)에서는, 방전용기의 대략 전체에서 파손이 생겼다. 이들 램프에서는 램프의 사용수명을 비교적 길게 유지할 수 있는 대신에, 파손이 발생하는 개소를 특정할 수 없기 때문에, 방전용기의 파편이 램프 하우스 내, 또는, 처리실 내로 낙하하여, 내부를 오염할 가능성이 있다.

한편, 가상온도의 차가 170℃ 이상인 것에서는, 방전용기의 파손발생 개소가 가상온도가 높은 부분에 한정되어 있고, 파손 개소를 예측 가능한 것을 알 수 있었다. 또, 파손하더라도, 그 파편이 방전용기에서의 아래쪽의 미파손 부분에 의해 보호되어 주위에 비산하는 것을 방지할 수 있었다. 또한, 램프(37)의 가상 온도차가 460℃의 것은 파손시간(상대치)이 0.76으로 현저히 짧아졌다.

(실시예 4)

방전용기의 치수 및 가상온도가 높은 부분의 온도차를 바꾼 것을 제외하고, 상기 실험예 1과 동일하게 하여 엑시머 램프를 제작하였다.

방전용기(4)의 전장은 1000㎜이고, 외측관(2)은 재질이 합성 석영유리로 외경 30㎜, 두께 1.5㎜, 또한, 내측관(3)은 재질이 합성 석영유리로 외경이 14㎜, 두께가 1.0㎜이었다.

이 용기를 방전가스 봉입 전의 단계에서 전기로에 수용하여, 용기 전체의 가상온도를 1100℃로 하였다. 동일한 수법에 의해 방전용기를 합계 8개 제작하였다.

제작한 방전용기에, 목표로 하는 가상 온도차를 0℃, 90℃, 100℃, 180℃, 220℃, 360℃, 410℃, 480℃로 설치하고, 각 용기의 외측관의 대략 중앙부분에 부분적으로 가상온도가 높아지도록 처리를 실시했다. 구체적으로는, 가상 온도차가 90℃와 100℃의 용기(즉, 가상온도가 다른 부분보다 높은 부분이 1190℃와 1200℃의 용기)에서는, 외측관에 단면 반원형상으로 전장이 50㎜의 소형 히터를 직접 설치하여 가열하였다. 그리고, 가상온도가 높은 부분에서, 다른 부분보다 180℃ 이상의 가상 온도차를 갖는(가상온도가 1280℃ 이상) 것에서는, 산소수소 버너로 가열하여 연화점 근방까지 온도를 올려 냉각속도를 바꾸어 가상온도를 소기로 설정하였다. 이렇게 하여 형성된 가상온도가 높은 부분은, 예를 들면 평면도에서

10∼40㎜의 원형형상이었다.

방전용기의 가상온도를 소기로 설정한 후, 각 용기에 크세논 가스를 30kPa(상온) 봉입하여 배기관을 밀봉했다.

배기관의 잔부인 칩부에서는, 밀봉공정 시의 가열에 의해 가상온도가 변화하고 있기 때문에, 칩부도 부분적으로 소형 전기로에 넣어 가상온도를 1100℃로 하였다.

이렇게 방전용기를 제작하여 한쪽과 다른쪽 전극을 상기 가상온도가 높은 부분에도 위치되도록 배치하고, 방전용기 대략 전체의 가상온도가 1100℃인 엑시머 램프를 합계 8개 제작하였다.

또, 한쪽 전극은 그물형상의 전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 단면 원호형상의 알루미늄판으로 이루어진다.

하기 표 4는, 상기 실험예 1과 동일한 점등 조건에 의해 점등했을 때의, 각 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간을 상대치 및 파손 개소를 정리한 표이다. 파손시간은, 가상 온도차를 0℃로 한 종래 기술에 관한 램프(41)의 파손시간을 기준으로 한 상대치로 나타내고 있다. 「가상온도(℃)」란은, 가상온도가 높은 부분을 형성한 것에서는 그 가상온도를 나타내고 있고, 램프의 대략 전체의 가상온도는 상술한 대로 1100℃이다.

이상의 결과에서, 램프(41)와 램프(42)에서는, 방전용기의 대략 전체에서 파손이 생겼다. 이들 램프에서는 램프의 사용수명을 비교적 길게 유지할 수 있는 대신에, 파손이 발생하는 개소를 특정할 수 없기 때문에, 방전용기의 파편이 램프 하우스 내, 또는, 처리실 내로 낙하하여, 내부를 오염할 가능성이 있다.

한편, 가상온도의 차가 100℃ 이상인 것에서는, 방전용기의 파손발생 개소가 가상온도가 높은 부분에 한정되어 있고, 파손 개소를 예측 가능한 것을 알 수 있었다. 또, 파손하더라도, 그 파편이 방전용기에서의 아래쪽의 미파손 부분에 의해 보호되어 주위에 비산하는 것이 방지할 수 있었다. 또한, 가상 온도차가 440℃가 되면 파손시간(상대치)이 0.77이 되어 수명이 현저히 짧았다.

(실시예 5)

상기 실험예 1과 동일한 사양 및 순서에 의해, 방전용기 전체의 가상온도를 1100℃로 설정한 용기를 7개 제작하였다.

그리고, 제작한 방전용기에, 목표로 하는 가상 온도차를 0℃, 80℃, 150℃, 210℃, 380℃, 490℃, 520℃로 설정하고, 가상온도가 높은 부분을 각 용기의 외측관의 단부에 부분적으로 가상온도가 높아지도록 처리를 실시했다. 구체적으로는, 가상 온도차가 60℃, 110℃, 180℃, 240℃의 용기(즉, 가상온도가 보다 높은 부분에서의 가상온도가 1030℃, 1080℃, 1150℃, 1210℃의 각 용기)에서는, 외측관에 단면 반원형상으로 전장이 50㎜의 소형 히터를 직접 설치하여 가열하였다.

가상 온도차가 320℃ 이상(가상온도가 1290℃ 이상)의 것에서는, 산소수소 버너로 가열하여 연화점 근방까지 온도를 올려 냉각속도를 바꾸어 가상온도를 소기로 설정하였다. 이렇게 하여 형성된 가상온도가 높은 부분은, 예를 들면

10∼40㎜의 대략 원형형상이었다.

방전용기의 가상온도를 소기로 설정한 후, 각 용기에 크세논 가스를 30kPa(상온) 봉입하여 배기관을 밀봉했다.

배기관의 잔부인 칩부에서는, 밀봉공정 시의 가열에 의해 가상온도가 변화하고 있기 때문에, 칩부도 부분적으로 소형 전기로에 넣어 가상온도를 1100℃로 하였다.

이렇게 방전용기를 제작하고, 한쪽과 다른쪽 전극을 상기 가상온도가 높은 부분을 제외하여 배치하고, 방전용기 대략 전체의 가상온도가 1100℃인 엑시머 램프를 합계 7개 제작하였다.

또, 한쪽 전극은 그물형상의 전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 단면 원호형상의 알루미늄판으로 이루어진다.

하기 표 5는, 상기 실험예 1과 동일한 점등 조건에 의해 점등했을 때의, 각 엑시머 램프가 파손에 달하기까지의 시간을 상대치 및 파손 개소를 정리한 표이다. 파손시간은, 가상 온도차를 0℃로 한 종래 기술에 관한 램프(51)의 파손시간을 기준으로 한 상대치로 나타내고 있다. 「가상온도(℃)」란은, 가상온도가 높은 부분을 형성한 것에서는 그 가상온도를 나타내고 있고, 램프의 대략 전체의 가상온도는 상술한 대로 1100℃이다.

이상의 결과에서, 램프(51), 램프(52), 램프(53)에서는, 방전 용기의 대략 전체에서 파손이 생겼다. 이들 램프에서는 긴 사용 수명이 얻어지지만, 파손이 발생하는 개소를 특정할 수 없기 때문에, 방전용기의 파편이 램프 하우스 내, 또는, 처리실 내로 낙하하여, 내부를 오염할 가능성이 있다.

한편, 가상온도의 차가 200℃인 경우, 방전용기의 파손발생 개소가 가상온도가 높은 부분에 한정되어 있고, 파손 개소를 예측 가능한 것을 알 수 있었다. 또, 파손하더라도, 그 파편이 방전용기에서의 아래쪽 미파손 부분에 의해 보호되어 주위에 비산하는 것을 방지할 수 있었다. 또한, 가상 온도차가 520℃가 되면 파손시간(상대치)이 0.78이 되어, 사용수명이 현저히 짧아진다.

가상온도가 높은 부분을 방전영역 밖에 형성하는 경우, 가상 온도차를 200℃ 이상으로 함으로써, 파손부위를 고정할 수 있어 대처가 가능해지는 것이 판명되었다. 그리고, 가상 온도차를 약 500℃ 이하로 함으로써, 파손에 달하는 시간이 현저히 단축되는 것도 방지할 수 있다.

이상의 실험예 1∼실험예 5의 결과로부터 명백하듯이, 엑시머 램프의 방전용기를 구성하는 석영유리의 가상온도를, 소정의 차이를 갖고 부분적으로 높게 함으로써, 파손발생 개소를 고정할 수 있고, 파손이 발생했을 때의 대책을 취할 수 있게 된다.

특히, 가상온도가 높은 부분을 방전영역에 형성하는 경우에는 가상 온도차를 100∼400℃의 범위로 설정하는 것이 좋고, 가상온도가 높은 부분을 방전영역 밖에 형성하는 경우에는, 가상 온도차를 200∼500℃의 범위로 설정하는 것이 좋다.

본 발명에 관한 엑시머 램프에 의하면, 엑시머 램프의 평균적인 사용수명에 대해 80% 이상의 사용기간을 확보할 수 있어, 방전용기에서 최초로 파손하는 개소를 파편이 외부를 오염하지 않도록 안전한 장소로 특정할 수 있음과 동시에, 가스의 리크나 전극의 용단 등의 현상에 따른 램프의 부점등을 촉구함으로써, 램프의 사용수명을 알리기 때문에, 방전용기의 중대한 손상을 동반하는 일 없이, 램프교환을 행할 수 있다. 특히, 가상온도가 높은 부분을 방전용기의 본체 부분에 형성하는 경우에는, 방전용기가 파손하기 이전부터, 파편이 낙하하거나 잔 유리가 비산하지 않도록 대처해 둘 수 있다. 또, 방전용기 내부에서, 내부전극을 덮는 내측관에 가상온도가 높은 부분을 설치하는 경우에는, 전극을 용단시키는 트리거로 함으로써, 방전용기의 실질적인 손상을 수반하지 않고, 램프교환을 촉구할 수 있다.

그 결과, 램프교환 시기를 적정하게 관리할 수 있음과 동시에, 유리 파편의 비산을 회피할 수 있어, 오염을 미연에 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 관한 자외선 조사장치에 의하면, 엑시머 램프를, 방전용기에서의 파손예정 개소를 상측을 향해 장치 내에 내장하거나, 방전용기의 일부를 커버하거나 함으로써, 램프 하우스 내나 처리실 내에서의 파편의 비산을 확실히 방지할 수 있게 된다.

Claims (8)

1. 석영유리로 이루어지는 방전용기와, 상기 방전용기 내에 봉입된 방전 가스와, 적어도 한 장의 유전체를 개재시켜 배치된 한 쌍의 전극을 구비한 엑시머 램프로서,

   상기 방전용기의 일부에, 다른 부분보다 가상온도가 높은 부분(K)을 형성함과 동시에, 그 가상온도를 다른 부분보다 100∼500℃ 높아지도록 설정한, 엑시머 램프.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 다른 부분보다 가상온도가 높은 부분(K)을 방전용기에서의 방전영역에 형성함과 동시에,

   그 가상온도를 다른 부분보다 100∼400℃ 높아지도록 설정한, 엑시머 램프.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 다른 부분보다 가상온도가 높은 부분(K)을 방전용기에서의 비방전 영역에 형성함과 동시에,

   그 가상온도를 다른 부분보다 200∼500℃ 높아지도록 설정한, 엑시머 램프.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 다른 부분보다 가상온도가 높은 부분(K)을 방전용기의 단부에 형성하고,

   그 가상온도를 다른 부분보다 200∼500℃ 높아지도록 설정함과 동시에,

   상기 다른 부분보다 가상온도가 높은 부분(K)을 덮도록 방전용기 단부에 베이스를 장착한, 엑시머 램프.
5. 석영유리로 이루어지는 방전용기와, 상기 방전용기 내에 봉입된 방전 가스와, 적어도 한 장의 유전체를 개재시켜 배치된 한 쌍의 전극을 구비하고,

   상기 한 쌍의 전극의 한쪽 전극은, 방전용기 외부에 배치된 외부전극으로 이루어지고, 다른쪽 전극은 방전공간 내에 배치된 내부전극으로 이루어지고,

   상기 내부전극에서의 외부전극과의 사이에서 방전을 행하는 부위의 외표면이, 석영유리로 이루어지는 내측관에 의해 덮어져 이루어지는 엑시머 램프로서,

   상기 내측관에, 방전용기를 구성하는 석영유리보다 가상온도가 100∼400℃ 높은 부분(K)이 형성되어 있는, 엑시머 램프.
6. 청구항 1 또는 청구항 5 중 어느 한 항에 기재된 엑시머 램프와, 상기 엑시머 램프에서의 상기 방전용기를 구성하는 석영유리보다 가상온도가 높은 부분(K)을 둘러싸는 커버를 구비한, 자외선 조사장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 커버가 반사 미러로 이루어지는, 자외선 조사장치.
8. 청구항 1에 기재된 엑시머 램프를 구비하여 이루어지고,

   상기 엑시머 램프를, 상기 방전용기를 구성하는 석영유리보다 가상온도가 높은 부분(K)이 상측에 위치되도록 장착한, 자외선 조사장치.

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