KR101187543B1 - 엑시머 램프 - Google Patents

Abstract

자외선 반사막이 적외광을 투과하도록 구성하고, 방전 용기와 자외선 반사막의 온도 차이를 작게 하고, 자외선 반사막의 벗겨짐을 방지하여, 장시간, 엑시머 광의 방사광량을 소정의 범위에 유지할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것이다.

방전 공간을 가지는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기(11)와, 방전 용기(11)를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 한 쌍의 전극(12, 13)을 구비하고, 방전 공간(S) 내에 크세논 가스가 봉입되어 이루어지고, 방전 공간(S) 내에서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프로서, 엑시머 방전에 노출되는 방전 용기(11) 내표면에, 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로 이루어지는 자외선 반사막(14)을 형성하고, 파장 4560㎚의 광이 자외선 반사막(14) 및 두께 1㎜의 실리카 유리의 투과로 측정했을 때의 투과율이 10％ 이상인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프(10)이다.

Description

엑시머 램프{EXCIMER LAMP}

본 발명은, 실리카 유리로 이루어진 방전 용기와, 그 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 방전 용기 내에서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프에 관한 것이다.

최근에, 금속, 유리, 그 외의 재료로 이루어진 피처리체에 파장 200㎚ 이하의 진공 자외광을 조사함으로써, 진공 자외광 및 이에 의해 생성되는 오존의 작용에 의해, 예를 들면, 피처리체의 표면에 부착된 유기 오염물질을 제거하는 세정 처리 기술이나, 피처리체의 표면에 산화막을 형성하는 산화막의 형성 처리 기술 등의, 피처리체를 처리하는 기술이 개발되어, 실용화되고 있다.

진공 자외광을 조사하는 장치로서는, 예를 들면, 엑시머 방전에 의해 엑시머 분자를 형성하고, 그 엑시머 분자로부터 방사되는, 예를 들면, 파장 170㎚ 부근의 광을 이용하는 엑시머 램프를 광원으로서 구비하는 것이 알려져 있고, 이와 같은 엑시머 램프를 이용하고, 보다 고강도의 자외선을 효율적으로 방사하기 위해 많은 시도가 실행되고 있다.

도 11은, 특허 문헌 1에 나타낸 바와 같이 종래 기술에 관련되는 엑시머 램 프의 구성을 나타내는 도면으로서, 도 11a는, 엑시머 램프(100)의 관축을 지나는 절단면으로부터 본 단면도, 도 11b는, 도 11a에 나타낸 엑시머 램프(100)의 A-A로부터 본 단면도이다.

이들의 도면에 나타낸 바와 같이, 이 엑시머 램프(100)는, 자외선을 투과하는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기(101)와, 방전 용기(101)의 내측과 외측에 각각 전극(102, 103)이 설치되어 있고, 방전 공간(S)의 엑시머 방전에 노출되는 방전 용기(101) 내표면에는 자외선 반사막(104)이 형성되어 있다. 또, 방전 용기(101)의 일부에는, 자외선 반사막(104)이 형성되어 있지 않기 때문에 방전 공간(S) 내에서 발생된 자외선을 출사(出射)하는 광출사부(105)가 형성되어 있다. 또한 특허 문헌 1의 기재에 의하면, 자외선 반사막(104)으로서 실리카 입자만으로 이루어진 것, 및 알루미나 입자만으로 이루어진 것이 기재되어 있다.

이와 같이 구성된 엑시머 램프(100)에 의하면, 방전 공간(S) 내에서 발생한 엑시머 방전에 노출되는 방전 용기(101)의 내표면에, 자외선 반사막(104)이 설치되어 있으므로, 자외선 반사막(104)이 설치된 영역에서는, 방전 공간(S) 내에서 발생한 자외선이, 자외선 반사막(104)에 의해 반사되어 실리카 유리에 입사하지 않고, 광출사부(105)에서의 실리카 유리를 투과하여 외부에 방사되므로, 방전 공간(S) 내에서 발생한 자외선을 유효하게 이용할 수 있다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허 제3580233호 공보]

그러나, 이 엑시머 램프(100)는, 램프를 점등하면, 자외선 반사막(104)의 단부가 벗겨지는 문제가 생겼다. 자외선 반사막(104)으로부터 벗겨진 절편(切片)은, 방전 용기(101) 내에 모이기 때문에, 광출사부(105)가 되어 있는 방전 용기(101)의 내표면에도 모이게 된다. 그 때문에, 광출사창(光出射窓)(101)으로부터 방사되는 엑시머 광이, 자외선 반사막(104)으로부터 벗겨진 절편에 의해 차단되어, 엑시머 램프(100)의 방사광량이 감소하게 된다.

본 발명의 목적은, 상기의 문제점을 가감하여, 자외선 반사막이 적외광을 투과하도록 구성하고, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기와 자외선 반사막의 온도차를 작게 하고, 자외선 반사막의 방전 용기로부터의 벗겨짐을 방지하고, 장시간, 엑시머 광의 방사광량을 소정의 범위로 유지할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해, 다음과 같은 수단을 채용했다.

제1 수단은, 방전 공간을 가지는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기와, 그 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 방전 공간 내에 크세논 가스가 봉입되어 구성되고, 상기 방전 공간 내에서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프로서, 엑시머 방전에 노출되는 상기 방전 용기 내표면에, 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로 이루어지는 자외선 반사막을 형성 하고, 파장 4560㎚의 광이 상기 자외선 반사막 및 두께 1㎜의 실리카 유리의 투과로 측정했을 때의 투과율이 10％ 이상인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프이다.

제2 수단은, 방전 공간을 가지는 실리카 유리로 이루어진 방전 용기와, 그 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 방전 공간 내에 크세논 가스가 봉입되어 구성되고, 상기 방전 공간 내에서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프이고, 엑시머 방전에 노출되는 상기 방전 용기 내표면에, 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로 이루어진 자외선 반사막을 형성하고, 그 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)는, 그 자외선 반사막을 구성하는 자외선 산란 입자의 중심 입경을 x(㎛)로 할 때, x＜0.9에서, y≤-210x+293, 0.9≤x＜2.7에서, y≤-34x+127, 2.7≤x에서, y≤-5.5x＋49의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프이다.

제3 수단은, 제1 수단 또는 제2 수단에서, 상기 자외선 산란 입자로서 알루미나 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프이다.

제4 수단은, 제1 수단 내지 제3 수단의 어느 쪽 하나의 수단에서, 상기 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)는, 그 자외선 반사막을 구성하는 자외선 산란 입자의 중심 입경을 x(㎛)로 할 때, y≥4x＋5의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프이다.

청구항 1에 기재된 발명에 의하면, 자외선 반사막이 파장 4560㎚의 광의 투과율이 10％ 이상이므로, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기도 가열되어 자 외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기와 자외선 반사막의 온도차를 작게 할 수 있다. 또, 실리카 유리로 이루어진 방전 용기와, 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로 이루어진 자외선 반사막의 팽창 계수는, 대략 동일한 정도이므로, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기와 자외선 반사막의 온도차가 작아지고, 자외선 반사막이 방전 용기로부터 벗겨짐을 방지할 수 있다. 벗겨진 자외선 반사막의 절편에 의해 엑시머 광이 차단되지 않기 때문에, 장시간 엑시머 램프를 점등해도 엑시머 광의 방사광량을 유지할 수 있다.

청구항 2에 기재된 발명에 의하면, 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)와 자외선 산란 입자의 중심 입경 x(㎛)의 관계를, x＜0.9에서 y≤-210x＋293, 0.9≤x＜2.7에서 y≤-34x+127, 2.7≤x에서 y≤-5.5x+49로 함으로써, 자외선 반사막은 적외광을 투과하므로, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기도 가열되어, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기와 자외선 반사막의 온도차가 작아진다. 그 결과, 벗겨진 자외선 반사막의 절편에 의해 엑시머 광이 차단되지 않게 되고, 장시간 엑시머 램프를 점등해도 엑시머 광의 리사광량을 소정의 범위로 유지할 수 있다.

청구항 3에 기재된 발명에 의하면, 엑시머 램프를 장시간 점등해도, 실리카 입자가 용해되어 자외선 반사막의 반사율이 대폭 저하하게 되는 것을 확실히 억제할 수 있음과 더불어, 알루미나 입자가 혼입되는 것에 의한 자외선 반사막의 방전 용기에 대한 점착성(접착성)이 대폭 저하하지 않기 때문에, 자외선 반사막이 벗겨지는 것을 확실히 방지할 수 있다.

청구항 4에 기재된 발명에 의하면, 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)와 자외선 산란 입자의 중심 입경 x(㎛)의 관계를, y≥4x＋5로 함으로써, 자외선 반사막을 소기의 반사 특성을 가지는 것으로서 구성할 수 있어 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있다.

본원 발명의 일실시 형태를 도 1 내지 도 10을 이용해 설명한다.

도 1a는, 본 실시 형태의 발명에 관련되는 엑시머 램프(10)의 길이 방향에 평행한 절단면으로부터 본 단면도, 도 1b는, 도 1a의 엑시머 램프(10)를 A-A로부터 본 단면도이다.

이 엑시머 램프(10)는, 양단이 기밀하게 봉입되어 내부에 방전 공간(S)이 형성된, 단면 사각형 형상의 중공 장척(長尺) 형상의 방전 용기(11)를 구비하고, 이 방전 용기(11)의 내부에는, 방전용 가스로서 크세논 가스가 봉입되어 있다. 이 크세논 가스는, 압력이, 예를 들면 10~60㎪(100~600mbar)의 범위 내가 되는 봉입량이다. 방전 용기(11)는, 진공 자외광을 양호하게 투과시키는 실리카 유리, 예를 들면, 합성 석영 유리로부터 구성되어, 유전체로서의 기능을 가진다. 방전 용기(11)에서의 장변(長邊)면의 외표면에는, 한 쌍의 격자 형상의 전극, 즉 고전압 급전 전극으로서 기능하는 한쪽의 전극(12), 및 접지 전극으로서 기능하는 다른쪽의 전극(13)이 장척(長尺) 방향으로 신장하도록 대향하여 배치되어 있다.

이에 의해, 한 쌍의 전극(12, 13) 사이에 유전체로서 기능하는 방전 용기(11)가 개재한 상태가 된다. 이와 같은 전극(12, 13)은, 예를 들면, 금속으로 이루어지는 전극 재료를 방전 용기(11)에 페이스트 도포함으로써, 또는 프린트 인쇄 함으로써 형성된다. 이 엑시머 램프(10)에서는, 전극(12, 13) 사이에 점등 전력이 공급되면, 유전체로서 기능하는 방전 용기(11)의 벽을 통해 방전 공간(S)에서 방전이 생성되고, 이에 의해, 엑시머 분자가 형성됨과 더불어, 이 엑시머 분자로부터 진공 자외광이 방사되는 엑시머 방전을 일으킨다.

도 2는, 방전 용기(11)를 형성하는 두께 1㎜의 실리카 유리의 파장 3000㎚로부터 파장 5000㎚의 범위의 광의 투과율을 나타내는 그래프이다.

방전 용기(11)는 실리카 유리로부터 형성되므로, 파장 170㎚로부터 파장 3500㎚의 광을 90％정도 투과하고, 파장 5000㎚　이상의 광은 실리카의 흡수의 성질에 의해 광은 투과하지 않는다.　도 2에 나타낸 바와 같이, 파장 3500㎚로부터 파장 5000㎚에 걸쳐 서서히 실리카 유리의 투과율이 떨어진다. 투과율의 감소분은, 실리카 유리에서의 광의 흡수분이 된다. 통상, 엑시머 램프(10)의 방전 용기(11)의 내부로부터는 파장 172㎚ 부근에 피크값을 가지는 진공 자외광이 방사되지만, 진공 자외광뿐만 아니라 가시광선, 적외광도 광속 전체를 차지하는 비율은 낮지만 방사되어 있다. 따라서, 파장 3500㎚로부터 파장 5000㎚의 적외광을 실리카 유리가 흡수하면, 방전 용기(11)가 가열되는 것을 알 수 있다.

이 엑시머 램프(10)에서는, 엑시머 방전에 의해 발생하는 진공 자외광을 좋은 효율로 이용하기 위해, 방전 공간(S)에서의 엑시머 방전에 노출되는 방전 용기(11)의 내표면에, 실리카 입자, 또는 실리카 입자 및 알루미나 입자로 이루어지는 자외선 반사막(14)이 설치된다. 자외선 반사막(14)은, 예를 들면, 방전 용기(11)에서의 장변면의, 고전압 급전 전극으로서 기능하는 한쪽의 전극(12)에 대응 하는 내표면 영역과 이 영역에 연속하는 단변(短邊)면의 내표면 영역에 걸쳐 형성된다. 방전 용기(11)에서의 장변면의 접지 전극으로서 기능하는 다른 쪽의 전극(13)에 대응하는 내표면 영역에서는 자외선 반사막(14)이 형성되어 있지 않기 때문에 광출사부(15)가 형성된다.

자외선 반사막(14)는, 그 자체가 높은 굴절률을 가지는 진공 자외광 투과성을 가지는 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로부터 이루어지고, 자외선 산란 입자에 도달한 진공 자외광의 일부는 입자의 표면에서 반사됨과 더불어, 다른 일부는 굴절하여 입자의 내부에 입사되고, 또한 입자의 내부에 입사된 광의 상당수는 투과되어(또 일부는 흡수되어), 다시 출사될 때에 굴절된다. 즉, 자외선 반사막(14)은, 이러한 반사, 굴절이 반복하여 일어나는 「확산 반사(산란 반사)」하는 기능을 가진다.

방전 용기(11)의 내표면에 자외선 반사막(14)이 형성된 부분은, 자외선 반사막(14)에 의해 엑시머 광이 반사되기 때문에, 파장 3500㎚로부터 파장 5000㎚의 적외광을 전혀 투과하지 않는 성질을 가지는 경우에는, 방전 용기(11)를 형성하는 실리카 유리의 온도는 상승하지 않는다. 그 때문에, 방전 용기(11)의 내표면에 형성된 자외선 반사막(14)은, 방전 공간에서 생성된 엑시머 광에 노출되고, 자외선 반사막(14)을 구성하는 자외선 산란 입자의 온도가 상승하여, 자외선 반사막(14)이 형성된 부분의 방전 용기(11)와 자외선 반사막(14)의 온도차가 커지게 된다.

그에 대하여, 자외선 반사막(14)이 진공 자외광을 반사하면서 파장 3500㎚로부터 파장 5000㎚의 적외광을 투과하는 성질을 가질 경우에는, 자외선 반사막(14) 이 형성된 부분의 방전 용기(11)도 가열되고, 자외선 반사막(14)이 형성된 부분의 방전 용기(11)와 자외선 반사막(20)의 온도차는 작아진다.

즉, 본 실시 형태의 엑시머 램프(10)에 의하면, 실리카 유리로 이루어진 방전 용기(11)의 열팽창 계수와, 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로 이루어진 자외선 반사막(14)의 열팽창 계수는, 대략 동일한 정도이므로, 자외선 반사막(14)이 형성된 부분의 방전 용기(11)와 자외선 반사막(14)의 온도차가 작아지고, 자외선 반사막(14)과 방전 용기(11)가 일체가 되어 신축하므로, 방전 용기(11)로부터 자외선 반사막(14)이 벗겨짐을 방지할 수 있다. 벗겨진 절편에 의해 광출사부(15)로부터 출사되는 엑시머 광이 차단되지 않기 때문에, 장시간 엑시머 램프(10)를 점등해도 엑시머 광의 방사광량을 유지할 수 있다.

자외선 반사막(14)을 구성하는 자외선 산란 입자의 하나로서 이용되는 실리카 입자는, 실리카 유리를 분말 형상으로 세세한 입자로 한 것 등이 이용된다. 실리카 입자로서는 이하에 정의하는 것이 이용된다. 입자경이, 0.01~20㎛의 범위 내에 있는 것으로서, 중심 입경(수평균 입자경의 피크값)이, 0.1~10㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3~3㎛인 것이다. 또, 중심 입경을 가지는 실리카 입자의 비율이 50% 이상인 것이 바람직하다. 자외선 산란 입자가, 진공 자외광의 파장과 동일한 정도인 상기 범위의 입사경을 가짐으로써, 진공 자외광을 좋은 효율로 확산 반사시킬 수 있다.

여기에서 자외선 반사막(20)을 구성하는 자외선 산란 입자의 「입자경」이란, 자외선 반사막(14)을 그 표면에 대해 수직 방향으로 파단했을 때의 파단면에서 의, 두께 방향에서의 중간 위치를 관찰 범위로서 주사전자현미경(SEM)에 의해 확대 투영상을 취득하고, 이 확대 투영상에서의 임의의 입자를 일정한 방향의 2개의 평행선에서 사이를 끼웠을 때의 그 평행선의 간격인 페레이(Feret) 직경을 언급하는 것이다.

구체적으로는, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 대략 구 형상의 입자 A 및 분쇄 입자 형상을 가지는 입자 B 등의 입자가 단독으로 존재할 경우에는, 그 입자를 일정 방향(예를 들면, 자외선 반사막(14)의 두께 방향)으로 신장하는 2개의 평행선 사이에 끼웠을 때의 그 평행선의 간격을 입경(DA, DB)으로 한다. 또, 출발 재료의 입자가 용해하여 접합된 형상을 가지는 입자 C에 대해서는, 도 3b에 나타낸 바와 같이, 출발 재료인 입자(C1, C2)와 판별되는 부분에서의 구 형상 부분의 각각에 대해, 일정 방향(예를 들면, 자외선 반사막(14)의 두께 방향)으로 신장하는 2개의 평행선 사이에 끼웠을 때의 그 평행선의 간격을 측정하여, 그것을 그 입자의 입경(DC1, DC2)으로 한다.

또, 자외선 반사막(14)을 구성하는 자외선 산란 입자의 「중심 입경」이란, 상기와 같이 하여 얻어지는 각 입자의 입자경에 대한 최대값과 최소값의 입자경의 범위를, 예를 들면 0.1㎛의 범위에서 복수의 구분, 예를 들면, 15구분 정도로 나누어 각각의 구분에 속하는 입자의 개수(도수)가 최대가 되는 구분의 중심값을 언급하는 것이다.

자외선 반사막(14)을 구성하는 자외선 산란 입자로서, 실리카 입자뿐만이 아니라 알루미나 입자를 함유하는 것도 이용한다. 알루미나 입자는, 상기에 대해 정 의했던 것과 같이 입자경이, 0.1~10㎛의 범위 내에 있는 것으로서, 중심 입경(수평균 입자경의 피크값)이 0.1~3㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3~1㎛인 것이다. 또, 중심 입경을 가지는 알루미나 입자의 비율이 50％ 이상인 것이 바람직하다.

일반적으로, 엑시머 램프에서는, 플라스마가 발생하는 것이 알려져 있지만, 상기와 같이 구성한 엑시머 램프에서는, 플라스마가 자외선 반사막(14)에 대해 대략 직각으로 입사하여 작용하게 되므로, 자외선 반사막(14)의 온도가 국소적으로 급격히 상승하여, 자외선 반사막(14)이, 예를 들면, 실리카 입자만으로 이루어지는 것이라면, 플라스마의 열에 의해, 실리카 입자가 용해되어 입계가 소실하여, 진공 자외광을 확산 반사시킬 수 없게 되고 반사율이 저하할 때가 있다. 그래서, 자외선 반사막(14)을 실리카 입자뿐만 아니라 알루미나 입자도 함유시킴으로써, 상기 구성의 엑시머 램프(10)에서, 기본적으로는, 플라스마에 의한 열에 노출되었을 경우에도, 실리카 입자보다 높은 융점을 가지는 알루미나 입자는 용해되지 않기 때문에, 서로 인접하는 실리카 입자와 알루미나 입자가 입자끼리 결합되는 것을 방지하게 되어 입계가 유지되고 장시간 점등해도, 진공 자외광을 효율적으로 확산 반사시킬 수 있어 초기의 반사율을 실질적으로 유지할 수 있다.

자외선 반사막(14)에 함유되는 알루미나 입자의 비율은, 실리카 입자와 알루미나 입자의 합계의 1wt％ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5wt％ 이상, 더 바람직하게는 10wt％이다. 또, 실리카 입자와 알루미나 입자의 합계의 70wt％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40wt％ 이하이다. 자외선 반사 막(14)이 실리카 입자와 알루미나 입자가 상기 혼합비로 구성되어 있는 것으로, 장시간 점등해도, 실리카 입자가 용해되어 자외선 반사막(14)의 반사율이 대폭 저하하게 되는 것을 확실히 억제할 수 있음과 더불어, 알루미나 입자가 혼입되는 것에 의한 자외선 반사막(14)의 방전 용기(11)에 대한 점착성(접착성)이 대폭 저하하지 않기 때문에, 자외선 반사막(14)이 벗겨지게 되는 것을 확실히 방지할 수 있다. 또한, 자외선 산란 입자로서 실리카 입자뿐만 아니라 알루미나 입자도 포함되어 있을 때, 「입자경」 및 「중심 입경」은 실리카 입자와 알루미나 입자는 구별하지 않고 측정한다.

자외선 산란 입자로서 이용되는 실리카 입자 및 알루미나 입자의 제조는, 고상법, 액상법, 기상법의 어느 방법도 이용할 수 있지만, 이들 중에서도, 서브 미크론, 미크론 사이즈의 입자를 확실히 얻을 수 있는 것으로, 기상법, 특히, 화학 증착법(CVD)이 바람직하다. 구체적으로는, 실리카 입자는, 염화 규소와 산소를 900~1000℃로 반응시킴으로써, 알루미나 입자는, 원료의 염화 알루미늄과 산소를 1000~1200℃로 가열 반응시킴으로써 합성할 수 있고, 입자경은, 원료 농도, 반응장에서의 압력, 반응 온도를 제어함으로써 조정할 수 있다.

반응 용기(11) 내면으로의 자외선 반사막(14)의 형성은 예를 들면, 유하(流下)법이라고 부르는 방법에 의해 행할 수 있다. 우선, 방전 용기(11) 내에 흘러 넣는 코트액을 조합한다. 코트액은, 자외선 산란 입자, 점착제, 분산제, 및 용제로부터 구성된다. 점착재는, 에탄올: 초산: 오르토규산테트라에틸을 3:1:1의 중량비로 혼합한 액을 24시간 환류한 것을 이용한다. 분산액은 실란커플링제를 함유함으로 써, 코트액을 겔화하여 방전 용기(11)에 부착시키기 쉽게 함과 더불어, 코트액 중에서 균등하게 분산된 자외선 산란 입자를 정착시킬 수 있다. 용제는 에탄올을 이용한다. 이 코트액을 방전 용기(11) 내에 흘려 넣게 함으로써, 방전 용기(11)의 내표면에서의 소정의 영역에 부착시킨다. 이 상태에서 자연 건조시켜 용제를 증발시킨다. 이때, 점착제는 자외선 산란 입자의 입자 사이의 틈새나 입자 근방에 존재한다. 이어서, 산소 분위기 중에서 1시간, 1000℃로 가열하고 소성하면 분산제가 가열 소실하여, 자외선 산란 입자와 점착제만이 남는다. 점착제는, 실리카가 되어 자외선 산란 입자에 용해 부착하고, 입자끼리나, 방전 용기(11)와의 점착력을 높인다. 또, 자외선 산란 입자에 포함되는 실리카 입자와, 방전 용기(11)를 구성하는 실리카 유리와, 점착재에 유래하는 실리카는 동질 재료이고 팽창 계수도 거의 동일한 값이 되므로, 엑시머 램프의 점등과 소등에 의해 가온과 냉각이 반복되어지는 방전 용기(11)에 형성되는 자외선 반사막(14)의 벗겨짐을 방지할 수 있다.

이하에, 방전 용기 내면에 자외선 반사막을 형성한 엑시머 램프에서의 자외선 반사막의 벗겨짐 유무의 실험예에 대하여 설명한다.

(실험예 1)

우선, 자외선 산란 입자로서 실리카 입자만을 함유하는 자외선 반사막과, 실리카 입자와 알루미나 입자의 조성비를 9:1, 7:3으로 하는 자외선 반사막이 각각 형성된 엑시머 램프를 작성한다. 자외선 반사막을 구성하는 실리카 입자 및 알루미나 입자의 중심 입경, 자외선 반사막의 투과율, 자외선 반사막의 막두께를 측정하고, 이어서, 엑시머 램프를 점등하고 자외선 반사막의 벗겨짐 발생의 유무를 관찰 했다.

실험에 이용한 엑시머 램프는, 방전 용기가, 합성 석영 유리제로, 치수 10×42×150㎜, 두께 1.8㎜, 봉입 가스가, 크세논 가스로, 가스압이 30㎪, 양전극은, 치수 30×100㎜이다. 또, 자외선 반사막의, 실리카 입자에서의 중심 입경을 가지는 입자의 비율이 50％, 알루미나 입자에서의 중심 입경을 가지는 입자의 비율이 50％이다. 또, 중심 입경은, 출발 재료의 중심 입경이 아니라, 자외선 반사막에서의 중심 입경이고, 히타치 제작소제 전계 방출형 주사전자현미경 「S4100」을 이용하고, 가속 전압을 20㎸로 하고, 확대 투영상에서의 관찰 배율을, 입자경이 O.05~1㎛인 입자에 대해서는 20000배, 입자경이 1~10㎛인 입자에 대해서는 2000배로 하고 측정했다.

투과율의 측정에는, 푸리에 변환 적외 분광 광도계 FT-IR(Fourier transform Infrared Spectrophotometer)을 이용하여 측정했다. 파장 3000㎚~5000㎚에 걸쳐 투과율을 구했지만, 실리카 유리의 투과율의 국소적인 피크값을 나타내는 파장 4560㎚에서의 자외선 반사막의 투과율을 대표값으로서, 자외선 반사막의 적외역의 투과율로 했다. 측정으로 사용한 장치는 발리안제 FTS-40, 측정 파장역은 파장 3000nm~5000㎚(단, 분해능 2cm^-1, 스캔 회수 30회), 측정 대상은 실리카 유리의 기판상에 형성된 자외선 반사막, 측정 조건은 자외선 반사막 및 기판을 투과하는 광의 투과율(단, 방전 용기의 두께를 1㎜까지 얇게 하고 기판으로 했다.)이다. 각 엑시머 램프의 실리카 유리의 두께에 측정 결과값이 영향을 받지 않게, 실리카 유리 의 두께를 1㎜로 맞췄다. 또, 방전 용기의 자외선 반사막과의 접촉 부분이 적외선의 투과에 의해 가열되어 있는지를 확인하려면, 기판의 두께로서 1㎜로 하면 충분하다.

자외선 반사막의 막두께 측정에는, 자외선 반사막이 형성되어 있는 방전 용기의 단면을 현미경으로 확대하고 봤다. 확대 화상의 자외선 반사막의 막두께의 길이와 확대율을 고려함으로써, 실제의 자외선 반사막의 막두께가 얻어진다. 사용한 현미경은, 키엔스제 디지털 현미경이고, 수치 오차는 ±8％이다.

점등 조건은, 방전 용기의 관벽 부하가 0.5W/㎠가 되도록 입력 전력을 조정했다. 15분 점등/15분 소등의 사이클을 반복했다. 점등과 소등을 반복함으로써, 방전 용기 및 자외선 반사막이 가열되는 상태와 냉각되는 상태를 반복하고, 엄격한 사용 조건을 실현했다. 점등 상태의 적산 시간이 30시간이 되었을 때, 즉 점등 실험 개시로부터 60시간 경과했을 때, 강제 진동을 주었다.

강제 진동은, 시험관 등의 내용물을 교반, 혼합하기 위해 이용하는 시험관 믹서기(아즈원제의 시험관 믹서 TRIO의 TM-1F)에 의해 강제 진동을 주었다. 이것은 상부의 진동부에 모터로 진동을 발생시켜, 밀어붙인 시험관에 원운동을 주어 내용물을 회전시키는 것이다. 사용 조건은, 회전수 2500rpm, 동작시간 1분간으로 했다. 강제 진동을 준 후, 엑시머 램프를 외부로부터 목시에서 관찰했다. 자외선 반사막에 크랙이나 벗겨짐이 확인되었을 경우에는, 거기서 실험을 중지했다. 자외선 반사막의 크랙이나 벗겨짐이 일어나지 않을 경우에는, 엑시머 램프를 더 30시간 점등하고, 강제 진동을 주어 관찰했다. 점등 시간이 100시간이 될 때까지 실험을 반복해, 100시간 점등 후에도 자외선 반사막의 크랙이나 벗겨짐이 일어나지 않을 경우에는, 더 이상 실험을 계속해도 자외선 반사막의 크랙이나 벗겨짐이 일어나지 않는다고 하여 실험을 종료했다.

도 4는, 실험 결과를 나타내는 표이다.

도 4에서, 표의 가로축을 막조성 및 중심 입경, 세로축을 투과율로 하고, 그 해당하는 범위 내에 막두께 및 실험 결과의 양부(良否)를 기입했다. 각 막조성에 대해서는, 자외선 반사막을 구성하는 자외선 산란 입자의 중심 입경을 계측하고, 그 막두께와 투과율을 측정함과 더불어, 엑시머 램프를 점등하여 자외선 반사막의 벗겨짐 발생의 유무를 관찰하여, 막의 벗겨짐이 발생했을 경우에는 ×, 100시간 경과후에도 막의 벗겨짐이 발생하지 않았을 경우에는 ○로 했다.

동 도면에 나타낸 바와 같이, 막 벗겨짐이 발생하지 않는 자외선 반사막은, 파장 4560㎚의 적외광의 투과율이 10％ 이상인 것을 알 수 있다. 막 벗겨짐이 발생하지 않는 정도로 내표면에 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기를 가열하려면, 자외선 반사막의 파장 4560㎚의 적외광의 투과율이 10％ 이상 필요한 것을 알 수 있다.

도 5는 도 4의 실험 결과에 근거하여 작성된 그래프이다.

도 5에서, 가로축을 중심 입경(㎛)으로 하고, 세로축을 자외선 반사막의 막두께(㎛)로 하고, 도 4의 실험 결과를 근거하여, 자외선 산란 입자로서 실리카 입자만을 함유하는 자외선 반사막을 ○로 플롯하고, 실리카 입자와 알루미나 입자의 조성비가 9:1인 자외선 반사막을 △로 플롯하고, 실리카 입자와 알루미나 입자의 조성비가 7:3인 자외선 반사막을 □로 플롯하고, 벗겨짐이 발생한 램프를 흑색, 벗겨짐이 발생하지 않았던 램프를 백색으로 표시했다.

도 5에 나타낸 바와 같이, 중심 입경을 x(㎛)로 할 때, 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)는, x＜0.9에서, y=-210x+293보다 얇을 때, 0.9≤x＜2.7에서, y=-34x+127보다 얇을 때, 2.7≤x에서, y=15.5x+49보다 얇을 때, 자외선 반사막의 막 벗겨짐이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 이와 같은 막두께를 가지는 자외선 반사막은 적외광을 투과하므로, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기도 가열되어, 자외선 반사막이 형성된 부분의 방전 용기와 자외선 반사막과의 온도차가 작아진다. 그 결과, 벗겨진 자외선 반사막의 절편에 의해 엑시머 광이 차단되지 않고, 장시간 엑시머 램프를 점등해도 엑시머 광의 방사광량을 소정의 범위를 유지할 수 있다.

(실험예 2)

도 6은, 실험에 사용한, 입자경 범위, 중심 입경, 및 방전 용기의 실리카 입자와 알루미나 입자의 구성비가 다른 6종류의 엑시머 램프 1~6의 상세를 나타내는 표이다.

도 7은, 도 6에 나타낸 엑시머 램프 1~6에 대해, 150~200㎚의 파장역의 진공 자외광의 조도를 측정하고, 자외선 반사막을 가지지 않는 엑시머 램프의 상기 파장역의 광의 조도를 1로 했을 때의 조도 상대값을 나타내는 그래프이다.

조도 측정은, 알루미늄제 용기의 내부에 배치된 세라믹스제의 지지 대상에, 엑시머 램프를 고정함과 더불어, 엑시머 램프의 표면으로부터 1㎜ 떨어진 위치에, 엑시머 램프에 대향하도록 자외선 조도계를 고정하고, 알루미늄제 용기의 내부 분위기를 질소로 치환한 상태에서, 엑시머 램프의 양전극 사이에 5㎸의 교류 고전압을 인가함으로써, 방전 용기의 내부에 방전을 발생시켜, 접지 전극의 그물코를 통해 방사되는 150~200㎚의 파장역의 진공 자외광의 조도를 측정했다.

도 8은, 도 7의 결과로부터 구해진 자외선 반사막의 필요 막두께를 나타내는 표이다.

자외선 반사막이 설치된 엑시머 램프에서는, 자외선 반사막을 가지지 않는 엑시머 램프에 비해 20％ 이상 높은 조도를 가지는 것, 즉 조도 상대값이 1.2 이상이면, 실용상 충분한 효과를 얻을 수 있는 것으로 판단할 수 있고, 따라서 조도 상대값을 1.2 이상으로 하기 위해 필요하게 되는 자외선 반사막의 막두께(필요 막두께)를 도 7에 근거하여 구하면 도 8에 나타낸 결과를 얻을 수 있다.

도 9는, 도 6에 나타낸 엑시머 램프(1~6)의 중심 입경과 도 8로 얻을 수 있던 자외선 반사막의 필요 막두께의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 9에 나타낸 바와 같이, 자외선 반사막의 필요 막두께와, 자외선 반사막을 구성하는 자외선 산란 입자(실리카 입자와 알루미나 입자)의 중심 입경과는 선형의 관계이고 직선에 의해 근사할 수 있고, 조도 상대값을 1.2 이상으로 하기 위한 자외선 반사막의 막두께(필요 막두께) y(㎛)와 자외선 산란 입자의 중심 입경 x(㎛)의 관계는, y=4x+5로 나타내어지는 근사 도선(L)보다 위의 영역에서의 크기(y≥4x＋5)이면, 자외선 반사막을 소기의 반사 특성을 가지는 것으로서 구성할 수 있어 진공 자외광을 좋은 효율로 출사할 수 있는 것이 확인되었다.

도 10은, 본 실시 형태의 발명에 관련되는 자외선 반사막(14)이 형성된 엑시머 램프(10)를 구비하는 엑시머 광조사 장치와 워크(20)를 반송하는 반송 장치로 이루어진 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

도 10에 나타낸 바와 같이, 엑시머 광조사 장치의 케이스 내에 장착된 엑시머 램프(10)는, 방전 용기(11)에 자외선 반사막(14)이 형성되어 있고 자외선 반사막(14)이 형성되어 있지 않는 광출사부(15)가 엑시머 광조사 장치의 케이스의 개구에 접하도록 배치되어 있다. 자외선 반사막(14)은 진공 자외광을 반사함으로써 적외광을 투과하므로, 적외광은 자외선 반사막(14)을 투과하여 방전 용기(11)의 밖에 방사된다. 워크(20)는, PEEK재나 PTFE 등의 수지로 이루어지는 롤러(21)가 회전함으로써 장착되어 있는 벨트(22)가 움직임으로써 운반되고, 워크(20)는 운반의 과정에서 엑시머 램프(10)에 의해 엑시머 광이 조사되는 구조로 되어 있다. 엑시머 램프(10)로부터 워크(20)에 조사되는 엑시머 광은, 진공 자외광은 자외선 반사막(14)에 의해 반사되어 강하게 할 수 있지만, 적외광의 강도는 자외선 반사막(14)이 없는 방전 용기(11)의 부분과 동일한 정도로 억제할 수 있다. 따라서, 워크(20)를 운반하기 위해 구성되는 수지제의 롤러(21)나 벨트(22)의 온도 상승을 억제할 수 있고 교환 빈도를 줄일 수 있다.

도 1은 본 실시 형태의 발명과 관련되는 엑시머 램프의 장척 방향으로 평행한 절단면으로부터 본 단면도 및 A-A로부터 본 단면도이다.

도 2는 방전 용기(11)를 형성하는 두께 1㎜의 실리카 유리의 파장 3000㎚로부터 파장 5000㎚의 범위의 광의 투과율을 나타내는 그래프이다.

도 3은 대략 구 형상의 입자A 및 분쇄 입자 형상을 가지는 입자B 등의 입자가 단독으로 존재하는 상태를 나타내는 도, 및 출발 재료인 입자(C1, C2)와 판별되는 부분에서의 구상 부분을 나타내는 도면이다.

도 4는 막조성, 중심 입경, 및 투과율에 대한 막두께 및 실험 결과의 양부를 나타내는 표이다.

도 5는 도 4의 실험 결과에 근거하여 작성된 그래프이다.

도 6은 실험에 사용, 입자경 범위, 중심 입경, 및 방전 용기의 실리카 입자와 알루미나 입자의 구성비가 다른 6종류의 엑시머 램프(1~6)의 상세를 나타내는 표이다.

도 7은 도 6에 나타낸 엑시머 램프(1~6)에 대해, 150~200㎚의 파장역의 진공 자외광의 조도를 측정하여, 자외선 반사막을 가지지 않는 엑시머 램프의 상기 파장역의 광의 조도를 1로 했을 때의 조도 상대값을 나타내는 그래프이다.

도 8은 도 7의 결과로부터 구해진 자외선 반사막의 필요 막두께를 나타내는 표이다.

도 9는 도 6에 나타낸 엑시머 램프(1~6)의 중심 입경과 도 8로 얻어진 자외 선 반사막의 필요 막두께의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 10은 본 실시 형태의 발명에 관련되는 자외선 반사막(14)이 형성된 엑시머 램프(10)를 구비하는 엑시머 광조사 장치와 워크(20)를 반송하는 반송 장치로 이루어지는 처리 장치의 개략 구성을 나타내는 도면이다.

도 11은 종래 기술에 관련되는 엑시머 램프의 구성을 나타내는 도면이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 엑시머 램프 11 방전 용기

12 한쪽의 전극 13 다른쪽 전극(접지 전극)

14 자외선 반사막 15 광출사부(아파체부)

20 워크 2 롤러

22 벨트 S 방전 공간

Claims (4)

1. 방전 공간을 가지는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기와, 이 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 한 쌍의 전극을 구비하고, 상기 방전 공간 내에 크세논 가스가 봉입되어 이루어지고, 상기 방전 공간 내에서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프로서,

   엑시머 방전에 노출되는 상기 방전 용기 내표면에, 실리카 입자를 포함하는 자외선 산란 입자로 이루어지는 자외선 반사막을 형성하고, 이 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)는, 그 자외선 반사막을 구성하는 자외선 산란 입자의 중심 입경을 x(㎛)로 할 때, x＜0.9에서 y≤-210x+293, 0.9≤x＜2.7에서 y≤-34x+127, 2.7≤x에서 y≤-5.5x＋49의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 자외선 산란 입자로서 알루미나 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 자외선 반사막의 막두께 y(㎛)는, 그 자외선 반사막을 구성하는 자외선 산란 입자의 중심 입경을 x(㎛)로 할 때, y≥4x＋5의 관계를 만족하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
4. 삭제

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