KR20080002851A - 엑시머 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 엑시머 광의 방사 출력을 증대시킨 엑시머 램프를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이며, 본 발명의 엑시머 램프는, 광 출사 방향에 설치된 광 방사창(3)과, 각각 대향하여 배치된 복수의 엑시머 방전용 전극(2)을 적어도 가지고, 상기 대향하는 전극 간에 형성되는 방전 공간(5)에 존재하는 엑시머 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 방사하는 엑시머 램프로서, 상기 엑시머 방전용 전극(2)이 평판상 전극이며, 상기 방전 공간(5)이 상기 평판상 전극 간에 복수 설치되고, 상기 광 방사창(3)이 상기 방전 공간(5)의 방전로에 평행하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

엑시머 광, 평판상 전극, 광 방사창, 방전로

Description

엑시머 램프{Excimer Lamp}

본 발명은, 엑시머 광을 방사하는 엑시머 램프에 관한 것이다.

종래부터, 도료를 경화하거나, 반도체 웨이퍼 또는 유리 기판 등의 표면세정이나 표면 개질 등을 행하기 위해, 엑시머 램프를 사용하여, 피처리 대상물에 엑시머 광을 방사하는 것이 행해지고 있었다.

엑시머 광의 방사 방법으로서는, 유전체 배리어 방전을 이용하는 방법이 알려져 있으며, 이와 같은 엑시머 램프로서는, 예를 들면 일본국 공개특허공보 특개 2001-135279호에 기재된 것이 알려져 있다.

일본국 공개특허공보 특개2001-135279호에 기재된 엑시머 램프는, 단면 직경이 다른 중공의 석영유리 관을 동축에 배치한, 대략 동축 2중 원관에 있어서, 2개의 석영유리 관 사이에 형성되는 중공부에 엑시머 방전용 가스를 봉입하여, 외측의 석영유리 관의 외면에 외부전극을 감고, 내측의 석영유리 관의 외면(관의 중심축측의 면)에 내부전극을 감아, 양쪽 전극 사이에 고주파 전압을 인가하여 용량결합형 방전을 행하는 것이다.

또한 유전체 배리어 방전을 이용하는 엑시머 램프를 개시하는 문헌으로서, 「카미바야시 마사노리, 외 4명, “새로운 자외광원「엑시머 램프」에 관한 연구”1996년도 제5회 일본 오존 협회 연차연구 강연회 강연 예고집」을 들 수 있다. 이 문헌의 도 5에는, 연면 방전 방식의 엑시머 램프에 있어서, 방전 용기에 봉입하는 방전용 가스의 압력을 높임으로써, 엑시머 램프의 발광 강도가 향상되는 것이 개시되어 있다.

일본국 공개특허공보 특개2001-135279호에는, 상기 엑시머 램프를 내부에 1개 이상 배치한 케이싱을 복수개 배열하여, 엑시머 램프의 길이 방향으로부터 엑시머 광을 방사시키고, 엑시머 램프의 길이 방향에 대향하는 케이싱 측면으로부터 엑시머 광을 추출하는 엑시머 램프 장치가 기재되어 있다.

그러나, 상기 일본국 공개특허공보 특개2001-135279호에 기재된 엑시머 램프 장치는, 복수 개의 엑시머 램프를 사용하여 고출력화를 도모하는 것으로서, 개개의 엑시머 램프의 출력은 반드시 충분하지 않다는 과제가 있었다.

또한 상기 「1996년도 제5회 일본 오존 협회 연차연구 강연회 강연 예고집」에 개시되는 엑시머 램프는, 연면 방전 방식에 의한 것으로, 본 발명자 등이 검토한바, 석영 등의 유전체로 이루어지는 방전 용기를 전극 사이에 배치한 발광 유닛에 있어서, 방전 용기 내에 봉입된 방전용 가스에 대하여, 상기 전극으로부터 고주파 전압을 인가하여, 방전을 일으킬 경우, 방전 용기 내로 봉입하는 방전용 가스의 압력을 높이면, 방전 용기에 균열이 생기거나, 파손되는 경우가 있으며, 이 경향은 방전 용기의 형상이 대략 상자 모양인 경우에 생기기 쉽다.

본 발명은, 이러한 사정을 기초로, 엑시머 광의 방사 출력을 증대시킨 엑시머 램프를 제공하는 것을 제1의 목적으로 하는 것이다.

또한 본 발명은, 방전 용기에 균열이나 파손을 일으키지 않고, 엑시머 광의 방사강도를 증대시킨 엑시머 램프를 제공하는 것을 제2의 목적으로 하는 것이다.

본 발명자 등이 예의 검토를 거듭한 결과, 엑시머 램프의 엑시머 방전용 전극이 평판상 전극으로서, 방전 공간이 평판상 전극 간에 복수 설치되고, 광 방사창을 방전 공간의 방전로에 평행하게 설치했을 경우에, 상기 제1의 목적을 달성할 수 있음 발견하여, 또한 방전 용기를 가지는 발광 유닛의 외부에 상기 발광 유닛을 수용하는 램프 용기를 설치하고, 상기 발광 유닛의 방전 용기 내부에 방전용 가스를, 발광 유닛의 방전 용기 외벽과 램프 용기의 내벽과의 사이에 불활성 가스를 각각 봉입하여, 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력이 모두 1기압 이상, 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이내가 되도록 조정한 엑시머 램프에 의해, 상기 제2의 목적을 달성할 수 있음을 찾아내어, 이것들의 지견에 의거하여 본 발명을 완성하는 데 이른 것이다.

즉, 본 발명은, (1)광 출사 방향에 설치된 광 방사창과, 각각 대향하여 배치된 복수의 엑시머 방전용 전극을 적어도 가지고, 상기 대향하는 전극 간에 형성되는 방전 공간에 존재하는 엑시머 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 방사하는 엑시머 램프로서, 상기 엑시머 방전용 전극이 평판상 전극이며, 상기 방전 공간이 상기 평판상 전극 간에 복수 설치되고, 상기 광 방사창이 상기 방전 공간의 방전로에 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프(이하, 적절히, 제1의 엑시머 램프라고 부른다),

(2)상기 평판상 전극이, 서로 유전체를 통해 대향하고 있는 상기 (1)에 기재된 엑시머 램프,

(3)상기 평판상 전극의 표면이 유전체 재료로 덮여 있는 상기(2)에 기재된 엑시머 램프,

(4)상기 평판상 전극이 유전체 재료로 이루어지는 판모양체의 1주표면에 인접하고, 상기 판모양체의 다른 주표면이 상기 방전 공간에 인접하고 있는 상기(2)에 기재된 엑시머 램프,

(5)상기 엑시머 방전용 전극이 자외광 반사기능을 가지는 상기(1)∼ (4)의 어느 하나에 기재한 엑시머 램프,

(6)상기 유전체의 주표면에 설치한 반사 미러가 자외광 반사기능을 가지는 상 기(2)∼ (4)의 어느 1항에 기재된 엑시머 램프,

(7)엑시머 광을 방사하기 위한 방전 용기를 가지는 발광 유닛과,

상기 발광 유닛을 내부에 수용하고, 광 출사 방향으로 광 추출창을 설치한 램프 용기를 포함하는 엑시머 램프로서, 상기 발광 유닛의 방전 용기 내부에 방전용 가스가, 상기 발광 유닛의 방전 용기외벽과 상기 램프 용기의 내벽과의 사이에 불활성 가스가 각각 봉입되고 있으며, 상기 방전용 가스의 압력과 상기 불활성 가스의 압력이 모두 1기압 이상이며, 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이내가 되도록 조정되고 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프(이하, 적절히, 제2의 엑시머 램프라고 부른다),

(8)상기 발광 유닛이, 병렬하여 배치한 복수의 방전 셀로 이루어지는 방전 용기와, 상기 복수의 방전 셀의 주표면에 접하도록 각각 대향하여 배치한 복수의 엑시머 방전용 평판상 전극을 가지고 있으며,

상기 방전 용기는, 방전 용기의 방전로에 평행하게 설치된 광 추출창을 가지고, 상기 방전 용기 내에 봉입한 방전용 가스가 방전하고, 엑시머 광을 방사하는 상기 (7)에 기재된 엑시머 램프,

(9)상기 방전 용기가, 상기 복수의 방전 공간을 관통하는 방전용 가스 유통공을 더 가지는 것인 상기 (7)에 기재된 엑시머 램프 및

(10)상기 발광 유닛이, 램프 용기의 외부에서 방전 공간 내에 방전용 가스를 이끄는 방전용 가스 유통로를 가지고,

상기 램프 용기가, 램프 용기의 외부에서 램프 용기 내에 불활성 가스를 이끄는 불활성 가스 유통로를 가지는 것인 상기 (7)∼ (9)의 어느 1항에 기재된 엑시머 램프를 제공하는 것이다.

본 발명에 의하면, 엑시머 광의 방사 출력을 증대시킨 엑시머 램프를 제공할 수 있고, 또한 본 발명에 의하면, 방전 용기에 균열이나 파손을 일으키지 않고, 엑시머 광의 방사 강도를 증대시킨 엑시머 램프를 제공할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서의, 실시예 1을 설명하기 위한 엑시머 램프의 개략 단면도이다.

도 2는, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서의, 실시예 2를 설명하기 위 한 엑시머 램프의 개략 단면도이다.

도 3은, 본 발명의 엑시머 램프에서 사용하는 평판상 전극의 일례를 도시한 도면이다.

도 4는, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서의, 실시예 1의 발광 유닛을 도시한 도면이다.

도 5는, 본 발명의 엑시머 램프에 있어서, 방전 공간에서 발생한 엑시머 광을 반사하는 방법을 도시한 도면이다.

도 6은, 본 발명의 제2의 엑시머 램프의 구성을 설명하기 위한 엑시머 램프의 개략 단면도이다.

도 7은, 본 발명의 제2의 엑시머 램프에 있어서의, 방전용 가스와 불활성 가스의 압력을 조정하는 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.

도 8은, 본 발명의 제2의 엑시머 램프에 있어서의, 방전용 가스와 불활성 가스의 압력을 조정하는 방법을 설명하기 위한 개략 단면도이다.

도 9는, 본 발명의 제2의 엑시머 램프의 구성을 설명하기 위한 엑시머 램프의 개략 단면도이다.

도 10은, 본 발명의 제2의 엑시머 램프의 구성을 설명하기 위한 엑시머 램프의 개략 단면도이다.

도 11은, 본 발명의 제2의 엑시머 램프의 구성을 설명하기 위한 엑시머 램프의 개략 단면도이다.

도 12는, 본 발명의 엑시머 램프에 있어서의, 방전용 가스의 압력(및 불활성 가스의 압력)과 방사광량의 관계를 도시한 도면이다.

본 명세서에 있어서, 엑시머 램프는, 그 작용에 있어서 고출력의 엑시머 광을 방출하는 방전램프를 의미하지만, 그 명칭에 대해서는, 일반적으로 반드시 통일되지 않고, 고출력 엑시머 광을 방사하는 것에 주목하여, 「고출력 빔 발생기」, 유전체 배리어에 주목하여, 「유전체 배리어 방전램프」, 방전 용기 내에 전극을 설치하지 않는 무전극과, 방전 용기에 설치한 내부전극과 외부전극에 고주파 전압을 인가하여 엑시머 광을 방출하는 것에 주목하여, 「무전극 전계 방전 엑시머 램프」로 하는 경우가 있지만, 본 명세서에서는, 이들을 총칭하여 「엑시머 램프」라고 한다.

우선, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 대하여 설명한다.

본 발명의 제1의 엑시머 램프는, 광 출사 방향에 설치된 광 방사창과, 각각 대향하여 배치된 복수의 엑시머 방전용 전극을 적어도 가지고, 상기 대향하는 전극 간에 형성되는 방전 공간에 존재하는 엑시머 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 방사하는 엑시머 램프이다. 그리고, 이 엑시머 램프는, 상기 엑시머 방전용 전극이 평판상 전극으로서, 상기 방전 공간이 상기 평판상 전극 간에 복수 설치되고, 상기 광 방사창이 상기 방전 공간의 방전로에 평행하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 제1의 엑시머 램프의 실시예를, 도면에 의거하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 제1의 엑시머 램프의 대표적인 실시예로서는, 도 1 또는 도 2에 도시하는 실시예를 들 수 있다(이하, 각각의 실시예를 실시예 1 및 2라 한다).

도 1은, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서의, 실시예 1을 설명하기 위한, 엑시머 램프의 개략 단면도이다. 도 1에 있어서, 엑시머 램프(1)는, 광 출사 방향에 설치된 광 방사창(3)과, 각각 대향하여 배치된 복수의 엑시머 방전용 전극(2)을 가지는 용기(4)를 포함하고 있다. 상기 복수의 대향하는 전극(2, 2)사이에는, 방전 공간(5)이 형성되어 있고, 고주파 전원(6)으로부터 전압을 인가함으로써, 상기 용기(4)안의 방전 공간(5)에 존재하는 엑시머 방전용 가스가 방전을 일으켜 엑시머 광을 방사한다.

광 방사창(3)의 형상에 특별히 제한은 없고, 주표면이 원형 형상을 가지는 것이나, 주표면이 사각형 등 여러 가지의 형상을 채용할 수 있지만, 입수의 용이성으로부터 주표면이 원형 형상을 가지는 것이 바람직하다. 광 방사창(3)의 재질은 방전에 의해 방사된 엑시머 광을 투과하는 것이면 특별히 제한은 없지만, 비용 및 강도를 고려했을 경우, 합성 석영유리, 불화 마그네슘 결정, 불화 칼슘 결정 등이 바람직하다. 또한 광 방사창(3)의 크기는, 방전용 전극(2)의 수 등에 따라 적절히 결정되지만, 광 방사창(3)이 원형일 경우, 직경 5∼40cm정도가 바람직하고, 두께 5∼20mm정도가 바람직하다.

용기(4)의 형상으로서는, 내부에 방전용 가스를 봉입하기 위해, 기밀구조로 할 수 있는 형상, 예를 들면 원통 모양, 입방체형, 직방체형 등 여러 가지의 형상을 취할 수 있다. 상기한 바와 같이, 입수의 용이성으로부터, 광 방사창(3)은 원형 이 바람직하기 때문에, 용기(4)의 형상도 원통 모양인 것이 바람직하다. 용기(4)의 형상이 원통 모양일 경우, 그 크기는, 직경 10∼50cm, 높이 10∼30cm정도가 바람직하다. 용기(4)의 재질은, 방열하기 쉬운 재질이며, 불순물 가스를 발생하기 어려운 재질인 것이 바람직하고, 예를 들면 스테인레스 스틸이나 알루미늄 등을 들 수 있다.

광 방사창(3)과 용기(4)의 접합부에는 개스킷, 0링 등을 설치하여 기밀성을 확보하는 것이 바람직하다.

한편, 도 2는, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서의, 실시예 2를 설명하기 위한, 엑시머 램프의 개략 단면도이다. 도 2에 있어서도, 엑시머 램프(1)는, 광 출사 방향에 설치된 광 방사창(3)과, 각각 대향하여 배치된 복수의 엑시머 방전용 전극(2)을 가지고 있다. 상기 복수의 대향하는 전극(2, 2) 사이에는 방전 공간(5)이 형성되어 있고, 고주파 전원(6)으로부터 전압을 인가함으로써, 상기 방전 공간(5)에 존재하는 엑시머 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 방사한다.

도 2에 나타내는 실시예 2에 있어서는, 후술하는 바와 같이, 방전 공간(5)의 주위가 광 방사창(3), 유전체 재료로 이루어지는 판모양체(8) 및 천판(15)등에 의해 상자 모양으로 둘러싸여 있으며, 방전용 가스가 방전 공간(5)안에 기밀하게 봉입되어 있다. 이 때문에, 도 2에 나타내는 실시예에 있어서는, 도 1에 나타내는 실시예와 비교하여, 용기(4)를 반드시 필요로 하지 않는다. 또한 광 방사창(3)으로서는, 그 형상이 사각형으로 특정되는 것을 제외하면, 상기한 광 방사창과 같은 것을 사용할 수 있다.

이하, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서의 실시예를, 주로 실시예 1에 의거하여 설명하지만, 필요에 따라 실시예 1과 2를 대비하면서 설명하는 것으로 한다.

도 1(또는 도 2)에 있어서, 엑시머 램프의 방전 공간(5)에는, 엑시머 방전용 가스가 존재하고 있다. 엑시머 방전용 가스로서는, 크세논 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 등의 희가스나, 수은 가스, 또는 상기 각 희가스 혹은 수은 가스와 불소 가스, 염소 가스, 취소 가스 혹은 옥소 가스 등의 할로겐 가스와의 혼합 가스 등을 들 수 있다.

또한, 얻어지는 엑시머 광의 중심파장은, 방전용 가스의 종류에 의해 결정되고, 예를 들면 크세논 가스의 경우에는 172nm, 아르곤 가스의 경우에는 126nm, 크립톤 가스의 경우에는 146nm, 아르곤 가스와 염소의 혼합 가스의 경우에는 175nm, 크세논 가스와 염소 가스의 혼합 가스의 경우에는 308nm, 크립톤 가스와 염소 가스의 혼합 가스의 경우에는 222nm이며, 수은 가스와 옥소 가스의 혼합 가스의 경우에는 443nm, 수은 가스와 취소 가스의 혼합 가스의 경우에는 503nm, 수은 가스와 염소 가스의 혼합 가스의 경우에는 558nm이다.

용기 내의 엑시머 방전용 가스의 가스압은 0.5∼3기압인 것이 바람직하고, 1기압 정도인 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서 가장 특징적인 점은, 엑시머 방전용 전극(2)이 평판상 전극이며, 방전 공간(5)이 평판상 전극 간에 복수 설치되고, 광 방사창(3)이 방전 공간의 방전로에 평행하게 설치되는 점이다. 이와 같이, 전극을 평판상으로 함으로써, 광방사면의 반대측(도 1(또는 도 2)의 상측)으로부터 광방사면(도 1(또는 도 2)의 하측)을 향하는 엑시머 방전용 전극(2, 2) 사이에 넓은 방전 공간(5)을 형성하는 것이 가능하게 되고, 엑시머 방전용 전극(2, 2)사이의 임의의 개소에서 발생한 엑시머 광을 적산하면서, 광 방사창(3)으로부터 고출력의 엑시머 광을 추출하는 것이 가능하게 된다.

도 3은, 실시예 1의 엑시머 램프에서 사용하는 평판상 전극의 일례를 나타내는 도면으로, 도 3안의 a는 주표면측에서 본 평판상 전극(2)의 수직단면도, b는 측면측에서 본 평판상 전극(2)의 수직 단면도이다. 도 1과 도 3에 있어서, 도 1에 나타내는 전극(2)과 도 3b에 나타내는 평판상 전극(2)이 대응하는 형상을 나타낸다.

평판상 전극(2)의 크기는, 세로 2∼50cm, 가로 2∼50cm, 두께 0.2∼5.Omm 정도인 것이 바람직하다.

평판상 전극(2)의 재질은, 전극 간에 엑시머 광을 발생시킬 수 있는 것이면 특별히 제한되지 않지만, 후술하는 자외광 반사기능을 고려하면, 알루미늄이나, 금속표면에 알루미늄 막이나 유전체 다층막을 설치한 것이 바람직하다. 표면에 알루미늄 막이나 유전체 다층막을 설치하는 금속으로서는, 도전성이나 열전도성을 고려했을 경우, 동, 은, 금 등인 것이 바람직하다. 또한 유전체 다층막으로서는, 불화 마그네슘 막과 불화 리튬 막을 교대로 적층한 것이 바람직하다.

또한 실시예 2에 있어서도, 상기한 것과 마찬가지로 평판상 전극을 사용할 수 있다.

본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서는, 다른 극성의 평판상 전극이 서로 유전체를 통해 대향하도록 설치되어 있다.

평판상 전극(2)이 서로 유전체를 통해 대향하는 양태로서, 실시예 1에 있어서는, 도 3에 나타내는 바와 같은 표면이 유전체 재료(7)로 피복된 평판상 전극(2)이, 도 1에 나타내는 바와 같이 대향하고 있는 양태를 들 수 있다. 또한 실시예 2에 있어서는, 도 2에 나타내는 바와 같이 평판상 전극(2)이 유전체 재료로 이루어지는 판모양체(8)의 1주표면에 인접하고, 상기 판모양체(8)의 다른 주표면이 방전 공간(5)에 인접함으로써, 평판상 전극(2)이 서로 대향하는 양태를 들 수 있다. 또한, 도 1에 있어서, 표면이 유전체 재료(7)로 피복된 평판상 전극(2)을 대향시키는 대신에, 평판상 전극(2)을 유전체 재료로 이루어지는 판모양체(8)의 1주표면에 인접시키고, 상기 판모양체(8)의 다른 주표면을 방전 공간(5)에 인접시킴으로써, 평판상 전극(2)을 서로 대향시킬 수도 있다.

도 1 또는 도 2에 나타내는 바와 같이 평판상 전극을 배치함으로써, 도면의 좌단과 우단에 설치된 평판상 전극 이외의 평판상 전극은, 인접하는 2개의 방전 공간(5, 5)에 전압을 인가하는 것이 가능하기 때문에, 엑시머 램프에 있어서의 평판상 전극(2)의 총수를 줄여, 비용의 저감을 도모할 수 있다.

유전체 재료로서는, 공지한 것을 사용할 수 있으며, 예를 들면 합성 석영유리, 불화 칼슘, 불화 마그네슘 등을 사용할 수 있다.

도 3에 나타내는 바와 같은, 표면이 유전체 재료(7)로 피복된 평판상 전극(2)을 제조하는 방법으로서는, 예를 들면 한 면에 알루미늄을 증착한 평판상의 합성 석영유리제 유전체를 2장 준비하고, 각각 증착면을 내측으로 하여 평판상 전 극을 끼워, 무기접착제로 접착하는 방법을 들 수 있다.

도 4는, 실시예 1에 있어서, 복수의 평판상 전극(2)과 그 사이에 형성되는 방전 공간(5)을 포함하는 발광 유닛을 나타내는 도면으로, 도 4a는 광방사면 측에서 본 발광 유닛을, 도 4b는 광방사면과 대향하는 면 측에서 본 발광 유닛을 나타내고 있다.

실시예 1에 있어서는, 도 4a, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 평판상 전극(2)과 함께 측판 12와 13을 설치하여, 상자형의 발광 유닛을 형성할 수도 있다. 상기 측판 12와 13은, 세라믹 혹은 합성 석영유리 등으로 제작하는 것이 바람직하다.

또한 광방사면과 대향하는 면(도 4b에 나타내는 발광 유닛의 앞쪽의 면)에 판(천판)을 설치해도 되고, 상기 천판도, 세라믹 혹은 합성 석영유리 등으로 제작하는 것이 바람직하다.

한편, 실시예 2에 있어서는, 도 2에 그 일부를 나타내는 바와 같이 방전 공간(5)의 주위가, 광 방사창(3)이나 유전체 재료로 이루어지는 판모양체(8)와 함께, 천판(15)이나 측판에 의해 상자 모양으로 둘러싸여 있고, 방전용 가스가 방전 공간(5)안에 기밀하게 봉입되어 있다.

또한 도 3 및 도 4b에 나타내는 바와 같이 평판상 전극(2)은 접속부(9)를 가지고 있고, 도 4b에 나타내는 바와 같이, 접속부(9)가 고주파 전원(6)과 전기적으로 접속 가능한 구조로 되어 있다. 이러한 구성을 취함으로써, 고주파 전원(6)에 의해 전압을 인가하여, 방전 공간(5)에 엑시머 광을 발생시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 이하에 서술하는 바와 같이, 실시예 1에 있어서, 도 1 및 도 3에 나타내는 평판상 전극(2)이 자외광 반사기능을 가지는 것이 바람직하고 또는, 유전체 재료(7)의 주표면에 자외광 반사기능을 가지는 반사 미러가 설치되는 것이 바람직하다.

도 1에 있어서, 도면 상하 방향으로 연장하는 복수의 전극(2)사이의 임의의 개소에서 엑시머 광이 발생하지만, 도면 상측(엑시머 광이 출사하는 측의 반대측)에서 발생한 엑시머 광을 도면 하측(엑시머 광이 출사하는 측)으로부터 추출하기 위해서는, 도면 상측에서 발생한 엑시머 광을 도면 하측까지 반사시킬 필요가 있다.

이 때문에, 도 5a에 나타내는 바와 같이 평판상 전극(2)을 자외광 반사기능을 가지는 재질로 형성하거나 혹은 도 5b에 나타내는 바와 같이 유전체 재료(7)의 표면에 자외광 반사기능을 가지는 반사 미러 10를 형성하거나 하여, 도면 상측에서 발생한 엑시머 광을 도면 하측에 추출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서 자외광 반사기능은, 적어도 자외광을 반사할 수 있는 기능을 의미하며, 자외광 반사기능을 가지는 재질이, 자외광과 함께 가시광이나 적외광을 반사하는 것이어도 된다.

반사 미러 10의 재질로서는, 유전체 다층막 등을 들 수 있고, 유전체 다층막으로서는, 불화 마그네슘 막과 불화 리튬 막을 교대로 적층한 것이 바람직하다.

또한 도 4a, 도 4b에 나타내는 바와 같이 평판상 전극(2)과 함께 측판 12 및 13을 설치하여 상자형의 발광 유닛을 형성하는 경우에는, 측판 12 및 13에 반사 미 러 14를 설치하는 것이 바람직하다. 반사 미러 14는, 도 4a, 도 4b에 나타내는 바와 같이 측판 12 및 13의 내면(방전 공간(5)측의 면)에 형성해도 되지만, 측판 12 또는 13이 엑시머 광 투과성의 재료로 이루어지는 경우에는, 측판 12 및 13의 외면(도 4a, 도 4b에 나타내는 발광 유닛의 윗면과 저면)에 설치해도 된다. 이 반사 미러 14의 재질로서는, 상기 반사 미러 10과 동일한 것을 들 수 있다.

또한 도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 엑시머 광의 출사면에 대향하는 면에도, 반사 미러 11을 설치하는 것이 바람직하다. 이 반사 미러 11에 의해, 엑시머 광의 출사면에 대향하는 면방향을 향하는 엑시머 광을 출사면측에 반사할 수 있다.

도 1 및 도 5에 나타내는 바와 같이 반사 미러 11은 천판(15)의 내면(방전 공간(5)측의 면)에 형성해도 되지만, 천판(15)이 엑시머 광 투과성의 재료로 이루어지는 경우에는, 천판(15)의 외면(방전 공간(5)측과는 반대측의 면)에 형성해도 된다. 이 반사 미러 11의 재질로서는, 상기 반사 미러 10과 동일한 것을 들 수 있다.

한편, 실시예 2에 있어서도, 도 2에 나타내는 평판상 전극(2)은, 자외광 반사기능을 가지는 것이 바람직하다. 또한 유전체 재료로 이루어지는 판모양체(8)의 주표면에는, 자외광 반사기능을 가지는 반사 미러가 설치되는 것이 바람직하고, 방전 공간(5)을 둘러싸는 천판(15)이나 각 측판에도 반사 미러가 설치되는 것이 바람직하다. 판모양체(8), 천판(15) 또는 각 측판에 반사 미러를 설치할 경우, 반사 미러는 판모양체(8), 천판(15) 또는 각 측판의 방전 공간(5)에 접하는 면에 설치할 수 있지만, 판모양체(8), 천판(15) 또는 각 측판이 엑시머 광 투과성의 재료로 이루어지는 경우에는, 도 2에 나타내는 반사 미러 11과 같이, 천판(15), 각 측판 또는 판모양체(8)의 방전 공간(5)에 접하는 면과 반대측의 면에 설치할 수도 있다.

반사 미러의 재질로서는, 상기 유전체 다층막이나, 알루미늄 막을 들 수 있다.

도 1(또는 도 2)에 나타내는 바와 같이 본 발명의 제1의 엑시머 램프에 있어서는, 방전 공간(5)이 평판상 전극(2, 2) 사이에 복수 설치된다. 이와 같이 평판상 전극(2)을 대향시켜서 방전 공간(5)을 설치함으로써, 보다 넓은 방전 공간을 형성할 수 있고, 엑시머 방전용 전극(2, 2) 사이의 임의인 개소에서 발생한 엑시머 광을 적산하면서, 광 방사창(3)으로부터 고출력의 엑시머 광을 추출하는 것이 가능하게 된다. 또한 이 방전 공간(5)을 복수설치함으로써, 엑시머 램프의 대면적화가 가능하게 된다.

방전 공간의 폭(방전로 길이)은 Omm초 10mm이하인 것이 바람직하고, 1∼5mm인 것이 보다 바람직하다.

평판상 전극(2, 2) 사이에 형성되는 방전 공간(5)의 수는, 피처리 대상물의 면적을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.

또한 도 1(또는 도 2)에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 엑시머 램프에 있어서는, 광 방사창(3)이 방전 공간(5)의 방전로에 평행하게 설치된다. 이러한 구조를 취함으로써, 도면 상측(엑시머광이 출사하는 쪽의 반대측)으로부터 도면 하측(엑시머 광이 출사하는 쪽)에 이르는 임의의 개소에서 발생한 엑시머 광을 적산하면서, 광 방사창(3)으로부터 고출력의 엑시머 광을 추출할 수 있다.

도 1(또는 도 2)에 나타내는 고주파 전원(6)에 있어서 인가되는 전압은, 방전 조건에 의해 적절히 결정되지만, 통상, 10kHz에서 20MHz정도의 고주파 영역 및 수 GHz 및 마이크로파 영역에 있어서 0.5kVp-p로부터 20kVp-p정도의 전압영역이 사용된다.

다음에 본 발명의 제2의 엑시머 램프에 관하여 설명한다.

본 발명의 제2의 엑시머 램프는, 엑시머 광을 방사하기 위한 방전 용기를 가지는 발광 유닛과, 상기 발광 유닛을 내부에 수용하고, 광 출사 방향에 광 추출창을 설치한 램프 용기를 포함하는 엑시머 램프로서, 상기 발광 유닛의 방전 용기 내부에 방전용 가스가, 상기 발광 유닛의 방전 용기 외벽과 상기 램프 용기의 내벽 사이에 불활성 가스가 각각 봉입되어 있으며, 상기 방전용 가스의 압력과 상기 불활성 가스의 압력이 모두 1기압 이상이며, 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이내가 되도록 조정되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 제2의 엑시머 램프의 실시예를, 도면에 의거하여 설명한다.

도 6은, 본 발명의 제2의 엑시머 램프의 구성을 설명하기 위한, 엑시머 램프의 개략 단면도이다. 도 6에 있어서, 엑시머 램프(101)는, 엑시머 광을 방사하기 위한 방전 용기 106를 가지는 발광 유닛(102)과, 발광 유닛(102)을 내부에 수용하여, 광 출사 방향에 광 추출창(103)을 설치한 램프 용기(104)를 포함하고 있다.

도 6에 나타내는 발광 유닛(102)을 구성하는 방전 용기 106는, 대략 직방체 형상의 방전 셀(125)로 이루어지고, 상자 모양의 방전 용기 106안에는, 도면 앞쪽 으로부터 안쪽(내측)으로 방전 공간이 대략 상자모양으로 연장되고 있다. 본 발명의 엑시머 램프에 있어서, 발광 유닛을 구성하는 방전 용기의 형상은, 내부에 방전용 가스를 봉입할 수 있는 기밀구조를 가지는 것이면 특별히 제한되지 않고, 상기 직방체 형상 외에, 예를 들면 입방체형, 원통 모양, 이중 원통형 등 여러 가지의 형상을 취할 수 있다. 또한 고출력의 엑시머 광을 얻기 위해, 방전 용기의 내부에 방전 공간을 복수형성해도 되고, 이러한 방전 용기로서는, 후술하는 바와 같이, 평판상 전극 간에 방전 셀을 병렬하여 복수배치하고, 내부에 방전 공간을 병렬하여 복수 설치한 방전 용기를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 방전 공간을 형성하는 방전 용기 106은, 유전체 재료로 형성되어 있지만, 이 유전체 재료로서는, 공지한 것, 예를 들면 합성 석영유리, 불화 칼슘, 불화마그네슘 등을 이용할 수 있다.

도 6에 나타내는 광 추출창(103)은, 주표면이 원형 형상을 가지는 것이지만, 광 추출창의 형상에 특별히 제한은 없고, 주표면이 원형 형상을 가지는 것 외에, 주표면이 사각형 형상을 가지는 것 등 여러 가지의 것을 채용할 수 있으며, 입수의 용이성으로부터 주표면이 원형 형상을 가지는 것이 바람직하다. 광 추출창의 재질도 특별히 제한은 없지만, 비용 및 강도를 고려했을 경우, 합성 석영유리, 불화 마그네슘 결정, 불화 칼슘 결정 등이 바람직하다. 또한 광 추출창의 크기는, 원형일 경우, 직경 2∼60cm정도가 바람직하고, 두께 2∼50mm정도가 바람직하다.

도 6에 나타내는 램프 용기(104)는, 원통 모양의 형상을 가지는 것이지만, 램프 용기의 형상으로서는, 내부에 불활성 가스를 봉입할 수 있는 기밀구조를 가지 는 것이면 특별히 제한되지 않고, 상기 원통 형상 외에, 예를 들면 입방체형, 직방체형 등 여러 가지의 형상을 취할 수 있다. 상기한 바와 같이, 입수의 용이성으로부터, 광 추출창은 원형인 것이 바람직하기 때문에, 램프 용기의 형상도 원통 모양인 것이 바람직하다. 램프 용기의 형상이 원통 모양일 경우, 그 크기는, 직경 10∼70cm, 높이 10∼80cm, 측벽의 두께 1∼10mm정도가 바람직하다. 램프 용기의 재질에 특별히 제한은 없지만, 방열하기 쉬운 재질로서, 불순물 가스를 발생하기 쉬운 재질인 것이 바람직하고, 예를 들면 스테인레스 스틸, 알루미늄 등을 들 수 있다.

광 추출창과 램프 용기와의 사이에는 개스킷, 0링 등을 설치하여 기밀성을 확보하는 것이 바람직하다.

도 6에 있어서, 방전 용기 106의 주표면에는 발광 유닛(102)을 구성하는 전극(105, 105)이 설치되고, 램프 용기(104)의 외부에 설치된 고주파 전원(111)과 전기적으로 접속하고 있다. 도 6에 있어서, 전극(105)은 평판 형상을 가지고 있지만, 전극의 형상에 특별히 제한은 없으며, 방전 용기의 형상 등을 고려하여 여러 가지 형상을 취할 수 있다.

전극(105)의 형상이 평판상일 경우, 그 크기 및 재질로서는, 상기 제1의 엑시머 램프의 평판상 전극의 설명에서 든 것과 동일한 것을 예로 들 수 있다.

도 6에 있어서, 방전 용기 106의 내부에는 방전용 가스가, 방전 용기 106의 외벽과 램프 용기(104)의 내벽 사이에 불활성 가스가 각각 봉입되어 있고, 평판상의 전극(105, 105)에 대하여, 고주파 전원(111)으로부터 전압을 인가함으로써, 방전 용기 106안에 봉입된 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 발생한다.

방전용 가스로서는, 크세논 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스 등의 희가스 또는 상기 각 희가스와 염소의 혼합 가스 등을 들 수 있고, 불활성 가스로서는, 질소 가스 외에, 헬륨 가스, 네온 가스, 아르곤 가스, 크립톤 가스, 크세논 가스 등의 희가스를 들 수 있다. 단, 불활성 가스로서 상기 희가스를 사용할 경우, 이들의 가스는 방전 개시를 위한 전리전압이 낮아, 방전 용기의 외부에서 방전을 일으킬 경우가 있기 때문에, 램프 용기 내에 있어서의 전극으로의 배선을 사전에 충분히 절연하는 것이 바람직하다.

얻어지는 엑시머 광의 중심파장은, 방전용 가스의 종류에 의해 결정되고, 예를 들면 크세논 가스의 경우에는 172nm, 아르곤 가스의 경우에는 126nm, 크립톤 가스의 경우에는 146nm, 아르곤과 염소의 혼합 가스의 경우에는 175nm, 크세논과 염소의 혼합 가스의 경우에는 308nm, 크립톤과 염소의 혼합 가스의 경우에는 222nm이다.

본 발명의 제2의 엑시머 램프에 있어서 가장 특징적인 점은, 상기 방전용 가스의 압력과 상기 불활성 가스의 압력이 모두 1기압 이상이고, 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이하가 되도록 조정되어 있는 점이다. 즉, 본 발명자 등이 예의 검토한 결과, 방전용 가스의 압력을 1기압 이상으로 하고, 방전 용기 외주에 존재하는 불활성 가스의 압력을 방전용 가스의 압력과 같은 정도가 되도록 조정함으로써, 방전 용기에 균열이나 파손을 일으키지 않고, 엑시머 광의 방사 강도를 증대시킬 수 있음을 발견하여, 이러한 지견에 의거하여 본 발명을 완성하는 데 이른 것이다.

방전용 가스의 압력이 높은 만큼, 얻어지는 엑시머 광의 방사강도가 높아지므로, 방전용 가스 및 불활성 가스의 압력은 1.5기압 이상인 것이 바람직하고, 2기압 이상인 것이 보다 바람직하다. 단, 방전용 가스 및 불활성 가스의 압력이 너무 높아지면, 방전 용기나 램프 용기 벽의 두께를 두껍게 할 필요가 생겨, 실용적이지 않기 때문에, 방전용 가스 및 불활성 가스의 압력은, 10기압 이하인 것이 바람직하다. 또한 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력 차이의 절대값은 0.1기압 이내로 조정되어 있는 것이 바람직하고, 0.05기압 이내로 조정되어 있는 것이 보다 바람직하다.

고주파 전원(111)에 인가되는 전압은, 방전 조건에 의해 적절히 결정되지만, 통상, 10kHz에서 20MHz정도의 고주파영역 및 수 GHz 및 마이크로파영역에 있어서 0.5kVp-p에서 20kVp-p정도의 전압영역이 사용된다.

다음에 상기 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력을 조정하는 방법을 도 7을 사용하여 설명한다.

도 7에 있어서, 램프 용기(104)의 외부로부터 방전 용기 106의 방전 공간으로 방전용 가스를 이끄는 방전용 가스 유통로(107)는, 방전용 가스를 방전 용기 106안으로 밀봉하기 위한 밀봉수단인 밀봉 밸브 108와 접속하고 있다. 또한 램프 용기(104)의 외부에서 램프 용기 내로 불활성 가스를 이끄는 불활성 가스 유통로(109)는, 불활성 가스를 램프 용기 내에 밀봉하기 위한 밀봉수단인 밀봉 밸브(110)와 접속하고 있다.

도 7에 있어서, 엑시머 램프(101)에는, 방전용 가스 및 불활성 가스를, 각각 밀봉 밸브 108 및 밀봉 밸브 110를 통해 급배기하는 것을 가능하게 하는 가스 급배기장치(112)가 접속되어 있다.

방전 용기 106 및 램프 용기(104)에, 각각 방전용 가스 및 불활성 가스를 공급할 경우, 우선은 방전 용기 106 및 램프 용기(104) 내부의 진공배기를 행한다. 이 진공배기는, 진공펌프(113)를 사용하여 상기 밀봉 밸브 108, 밀봉 밸브 110을 개방한 상태에서 진공처리함으로써 행해지지만, 이 경우, 방전 용기 102의 파열을 방지하기 위해, 방전 용기 내의 가스압 P1과 램프 용기 내의 가스압 P2의 차압을 차압계(114)로 확인하면서, 차압이 가능한 한 작아지도록 배기압력 조정밸브(115, 115)를 개폐하는 것이 바람직하다.

진공배기 종료 후, 배기압력 조정밸브(115, 115)를 닫고, 이어서, 공급 압력조정 밸브(116, 116)를 개방함으로써, 방전용 가스봄베(117) 및 불활성 가스 봄베(118)로부터, 각각 방전용 가스 및 불활성 가스를 공급한다. 이 경우, 방전용 가스와 불활성 가스의 압력이 각각 1기압 이상의 원하는 압력이 되도록, 또한 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이내가 되도록, 압력계(119, 119) 및 차압계(114)를 확인하면서, 공급 압력조정 밸브(116, 116)를 개폐한다.

상기 가스 급배기장치(112)는, 버퍼로서 탱크(120, 120)를 가지는 것이 바람직하다.

또한 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력 차이를 조정하는 수단으로서, 도 7에 도시되는 바와 같이, 용적가변수단(121)을 더 설치할 수도 있다. 도 7에 있어서, 용적가변수단(121)은, 램프 용기(104)내부의 방전용 가스 유통로(107) 로부터 분기되는 가스 유통로의 말단에 설치되어 있고, 방전 용기 내의 가스압 P1과 램프 용기 내의 가스압 P2에 차압이 생긴 경우에는, 이 용적가변수단(121)이 신축함으로써, 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력 차이를 작게 할 수 있다. 또한 용적가변수단(121)은, 도 8에 나타내는 바와 같이 램프 용기(104)의 외부에 설치할 수도 있고, 이 경우에는, 방전용 가스 유통로(107)로부터 분기되는 가스 유통로의 말단과, 불활성 가스 유통로(109)로부터 분기되는 가스 유통로의 말단에, 각각 구동장치(122)를 가지는 용적가변수단(121)이 설치된다. 방전용 가스 유통로(107)와 불활성 가스 유통로(109)에는 각각 압력계(119)가 설치되어 있고, 구동장치(122)에 의해 용적가변수단(121)을 각각 신축함으로써, 2개의 압력계가 나타내는 압력 차이를 작게 할 수 있다. 이러한 용적가변수단(121)으로서는, 벨로우즈, 피스톤, 다이어프램 등을 들 수 있다.

방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력을 원하는 값으로 조정한 후, 밀봉 밸브 108, 밀봉 밸브 110을 닫음으로써, 이것들의 가스를 엑시머 램프(101)에 밀봉할 수 있으며, 엑시머 램프(101)는, 그 후 가스 급배기장치(112)로부터 분리되어, 도 6 또는 도 9와 같은 상태에서 각종 용도로 제공하는 것이 가능하게 된다. 엑시머 램프(101)가 가지는 밀봉 밸브 108, 밀봉 밸브 110은, 방전용 가스 유통로(107)와 불활성 가스 유통로(109)를 밀봉한 후 분리해도 되지만, 다시 방전용 가스나 불활성 가스를 봉입하는 경우에 대비하여, 분리하지 않는 것이 바람직하다. 또한 방전용 가스와 불활성 가스의 봉입시에 용적가변수단(121)을 이용하는 경우에는, 이것들의 가스 봉입후에 있어서도, 엑시머 램프(101)가 용적가변수단(121)을 가지고 있는 것이 바람직하다. 방전용 가스나 불활성 가스의 봉입후에 있어서, 만일 이들의 가스의 압력이 변동했을 경우라도, 용적가변수단(121)에 의해 용이하게 차압을 조정하는 것이 가능하기 때문이다. 이 때문에, 용적가변수단(121)은, 방전용 가스나 불활성 가스 봉입 후의 차압 조정을 목적으로 하여, 미리 설치하고 있어도 된다.

다음에 발광 유닛의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.

본 발명의 제2의 엑시머 램프는, 상기 발광 유닛이 병렬하여 배치한 복수의 방전 셀로 이루어지는 방전 용기와, 상기 복수의 방전 셀의 주표면에 접하도록 각각 대향하여 배치한 복수의 엑시머 방전용 평판상 전극을 가지고 있고, 상기 방전 용기는, 방전 용기의 방전로에 평행하게 설치된 광 방사창을 가지고, 상기 방전 용기 내에 봉입한 방전용 가스가 방전하여, 엑시머 광을 방사하는 것이 바람직하다.

이러한 엑시머 램프의 일례를 도 10에 나타낸다.

도 10에 있어서, 발광 유닛(102)은, 병렬하여 배치한 복수의 방전 셀(125)로 이루어지는 방전 용기 106과, 복수의 방전 셀(125)의 주표면에 접하도록 각각 대향하여 배치한 복수의 엑시머 방전용 평판상 전극(105)을 가지고 있다.

이와 같이, 복수의 대향하는 전극(105, 105) 사이에는, 내부에 공동을 가지는 대략 상자형의 방전 셀(125)이 병렬하여 복수배치되어 있으므로, 방전 용기 106안에는 대략 상자형의 방전 공간이 병렬하여 복수 형성된다. 또한 전극(105, 105)사이의 방전 공간에는, (도 10의 좌우측 방향으로 연장한다) 방전로가 형성되고, 도 10에 나타내는 바와 같이 광 방사창(123)이 이 방전로에 평행하게 설치된다. 고 주파 전원(111)으로부터 전극(105)을 통해 전압을 인가함으로써, 상기 방전 공간에 봉입된 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 방사한다.

본 상태에 있어서는, 전극을 평판상으로 함으로써, 광 방사창(123)의 반대측(도 10의 상측)으로부터 광 방사창(123)(도 10의 하측)을 향하는 전극(105, 105) 사이에 넓은 방전 공간을 형성하는 것이 가능하게 되고, 전극(105, 105)사이의 임의의 개소에서 발생한 엑시머 광을 적산하면서, 광 방사창(123)으로부터 고출력의 엑시머 광을 추출하는 것이 가능하게 된다. 이 경우, 평판상 전극(105)을 자외광 반사기능을 가지는 재질로 형성하거나, 방전 셀(106)의 내벽 또는 외벽 표면에 자외광 반사기능을 가지는 반사 미러를 형성하거나 하여, 도면상측에서 발생한 엑시머 광을 도면 하측에 추출하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제2의 엑시머 램프에 있어서 자외광 반사기능은, 적어도 자외광을 반사할 수 있는 기능을 의미하고, 자외광 반사기능을 가지는 재질이, 자외광과 함께 가시광이나 적외광을 반사하는 것이어도 된다.

이러한 반사 미러의 재질로서는, 알루미늄이나 유전체 다층막 등을 들 수 있고, 유전체 다층막으로서는, 불화 마그네슘 막과 불화 리튬 막을 교대로 적층한 것이 바람직하다.

도 10에 나타내는 양태에 있어서는, 도면의 좌단과 우단에 설치된 평판상 전극 이외의 평판상 전극은, 인접하는 2개의 방전 공간에 전압을 인가하는 것이 가능하기 때문에, 엑시머 램프에 있어서의 평판상 전극(105)의 총수를 저감하여, 비용의 저감을 도모하는 것도 가능하게 된다.

방전 공간의 폭(방전로 길이)은 1∼30mm인 것이 바람직하고, 3∼10mm인 것이 보다 바람직하다. 평판상 전극(105, 105) 사이에 형성되는 방전 공간의 수는, 피처리 대상물의 면적을 고려하여 적절히 결정할 수 있다.

도 10에 나타내는 바와 같이 방전용 가스 유통로(107)로부터 각 방전 공간으로 분기되는 유통로를 설치함으로써, 방전 용기 106의 각 방전 공간 내로 방전용 가스를 봉입할 수 있지만, 도 11에 나타내는 바와 같이 방전 용기 106이, 복수의 방전 공간을 관통하는 방전용 가스유통 구멍(124)을 가지는 것에 의해, 방전용 가스 유통로(107)를 각 방전 공간으로 분기하지 않고, 방전용 가스를 봉입할 수도 있다.

실시예

다음에, 본 발명을 실시예에 의해, 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은, 이들의 예에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.

실시예 1(제1엑시머 램프의 제조예)

평판상 전극으로서, 도 3에 나타내는 형상을 가지는 세로 10cm, 가로 10cm, 두께 0.5mm의 표면을 연마한 알루미늄제 평판상 전극(2)을 15장 준비하고, 접속부(9)이외의 전체면을 유전체 재료인 합성 석영유리로 피복했다.

도 5a에 나타내는 바와 같이 천판(15)을 세라믹판으로 형성하고, 전체면을 합성 석영유리로 덮은 상기 알루미늄제 평판상 전극(2)을, 각각 5mm폭으로 대향하도록 나열하고, 또한, 도 4a, 도 4b에 나타내는 바와 같이 평판상 전극(2)의 주표면에 직교하는 측판 12 및 13을 세라믹판으로 형성하여, 복수의 상자형의 방전 공 간(5)을 가지는 발광 유닛을 제작했다. 도 4a, 도 4b에 있어서는, 평판상 전극(2)이 5장밖에 기재되고 있지 않지만, 실제로는 15장 사용되었다.

천판(15)의 방전 공간(5)측의 면에는, 도 1에 나타내는 바와 같은 반사 미러 11을 설치했지만, 이 반사 미러 11은 유전체 다층막으로 구성된다. 도 1에 나타내는 바와 같이 이 발광 유닛을, 알루미늄제 원통모양 용기(4)(직경 25cm, 높이 15cm)안에 설치하고, 평판상 전극(2)의 접속부(9)를 고주파 전원(6)과 접속했다. 또한, 도 1에 나타내는 바와 같이 상기 발광 유닛에 있어서는, 다른 극성의 평판상 전극(2)이 교대로 병렬하도록 설치되어, 도면 좌단과 우단의 평판상 전극(2)이 어스(접지)되었다.

또한 도 1에 나타내는 바와 같이 광 방사창(3)로서, 직경 14cm, 두께 10mm의 합성 석영제의 둥근 창을 사용하여, 이것을 개스킷을 통해 용기(4)에 부착하고, 엑시머 램프를 제작했다. 용기(4)안에, 엑시머 방전용 가스로서 0.7기압의 크세논 가스를 봉입하고, 고주파 전원(6)에 의해, 주파수 1.6MHz, 전압4kVp-p의 고주파 전압을 인가하여, 엑시머 광을 발생시켰다.

이 엑시머 광의 출력은 280mW/cm²이며, 같은 정도의 방전 공간을 가지는 엑시머 램프에 비교하여 약 5배의 출력을 얻을 수 있었다.

실시예 2(제1엑시머 램프의 제조예)

도 5b에 나타내는 바와 같이 유전체 재료(7)의 주표면에 반사 미러 10으로서 불화 마그네슘 박막과 불화 리튬 박막을 교대로 적층한 유전체 다층막을 설치한 이 외는, 실시예 1과 같은 방법으로 엑시머 램프를 제조하여, 엑시머 광을 발생시켰다.

이 엑시머 광의 출력은 310mW/cm²이며, 실시예 1의 결과와 마찬가지로, 같은 정도의 방전 공간을 가지는 엑시머 램프에 비교하여 약 5배의 출력을 얻을 수 있었다.

실시예 3(제2엑시머 램프의 제조예)

도 6에 나타내는 바와 같은, 직방체형의 방전 용기 106을 가지는 발광 유닛(102)을 포함하는 엑시머 램프(101)를 제작했다.

우선, 발광 유닛(102)을 제작하기 위해, 두께 1mm의 합성 석영유리를 사용하여, 세로 150mm, 가로 100mm, 폭 7mm의 상자형의 방전 셀(125)을 제작하고, 이것을 방전 용기 106으로 했다. 이 방전 용기 106은, 내부에 세로 148mm, 가로 98mm, 폭 5mm의 공동을 가지고 있으며, 이 공동이 방전시에 있어서 방전로 길이 5mm의 방전 공간을 형성한다. 이 방전 용기 106의 양쪽 주표면에 접하도록 세로 130mm, 가로 80mm, 두께 1mm의 알루미늄제 평판상 전극(105)을 1매씩 배치했다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 이 평판상 전극(105)을 배치한 방전 용기 106을 스테인레스제 램프 용기(104)(직경 200mm, 높이 4.00mm)내에 넣고, 방전용 가스 유통로(107)의 단부를 방전 용기 106의 광 방사측과 반대측(도면의 상측)에 설치한 구멍에 접속하여, 발광 유닛(102)을 얻었다. 또한 2장의 평판상 전극(105)을 램프 용기(104)의 외부에 설치한 고주파 전선(111)과 접속했다.

상기 램프 용기(104)는, 램프 용기(104)안에 불활성 가스를 인도하는 불활성 가스 유통로(109)를 가지고, 또한 광 추출창(103)으로서, 직경 100mm, 두께 10mm의 합성 석영제의 둥근창을 가지고 있으며, 이 둥근창은 개스킷을 통해 램프 용기에 부착되어 있다.

방전 용기 106 및 램프 용기(104)에, 각각 방전용 가스 및 불활성 가스를 공급하므로, 도 7에 나타내는 바와 같이 상기 방전용 가스 유통로(107) 및 불활성 가스 유통로(109)를, 각각 밀봉 밸브 108 및 밀봉 밸브 110을 통해 가스 급배기장치(112)에 접속했다.

우선, 진공펌프(113)를 사용하여, 상기 밀봉 밸브 108, 밀봉 밸브 110을 개방한 상태에서 진공처리 함으로써 방전 용기 106 및 램프 용기(104)안의 진공배기를 행했다. 진공배기는, 방전 용기 106의 파열을 방지하기 위해, 방전 용기 106안의 가스압 P1과 램프 용기(104)안의 가스압 P2의 차압을 차압계(114)로 확인하면서, 차압이 가능한 한 작아지도록 배기압력 조정밸브(115)를 개폐하였다.

진공배기 종료 후, 배기압력 조정밸브(115)를 닫고, 이어서, 공급 압력조정 밸브 116을 개방하여, 방전용 가스봄베(117) 및 불활성 가스 봄베(118)로부터, 각각 방전용 가스(크세논 가스) 및 불활성 가스(질소 가스)를 공급했다. 이 경우, 크세논 가스와 질소 가스의 압력이 각각 1기압이 되도록, 또는 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이내가 되도록, 압력계(119) 및 차압계(114)를 확인하면서, 공급 압력조정 밸브(116)를 개폐했다.

상기 진공배기 및 가스 공급시에, 가스 급배기장치(112)에는, 버퍼로서 탱 크(120)를 설치하고, 또한 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력의 차이를 조정하는 수단으로서, 도 7에 나타내는 바와 같은, 용적가변수단인 벨로우즈(121)를 램프 용기(104)안에 설치했다.

방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력을 원하는 값으로 조정한 후, 밀봉 밸브 108, 밀봉 밸브 110을 닫아 이것들의 가스를 밀봉하고, 그 후 가스 급배기장치(112)로부터 분리함으로써, 도 9에 나타내는 바와 같은, 엑시머 램프(101)를 얻었다. 엑시머 램프(101)안의 크세논 가스의 압력 및 질소 가스의 압력은, 모두 1기압이며, 양쪽 압력의 차압은 대략 0기압이었다.

이 엑시머 램프(101)에 대하여, 고주파 전파(111)로부터 주파수 1.9MHz, 전압 3.5kVp-p의 고주파 전압을 인가하여, 엑시머 광을 발생시켰지만, 방전 용기 106에 균열이나 붕괴는 일어나지 않았다.

또한 상기와 동일한 방법에 의해, 방전용 가스의 압력 및 불활성 가스의 압력이, 각각, 1.5기압, 2.0기압, 2.5기압으로, 양쪽 압력의 차압이 모두 대략 0기압이 되도록 조정한 엑시머 램프(101)를 얻고, 마찬가지로 엑시머 광을 발생시켰지만, 방전 용기 106에 균열이나 붕괴는 일어나지 않았다.

도 12에, 전술한 바와 같이 방전용 가스와 불활성 가스의 압력을 변화시켰을 때의 엑시머 램프의 방사광량의 변화를 나타내지만, 도 12에 나타내는 바와 같이 방전용 가스의 압력과 불활성 가스의 압력을 모두 1기압 이상으로 함으로써, 엑시머 광의 방사강도를 증대시킬 수 있음을 알 수 있다.

실시예 4(제2엑시머 램프의 제조예 )

도 10에 나타내는 바와 같은, 내부에 대략 상자형의 방전 공간을 병렬하여 복수 설치한 방전 용기 106을 가지는 엑시머 램프(1)를 제작했다.

우선, 방전 용기 106을 제작하기 위해, 두께 1mm의 합성 석영유리를 사용하여, 세로 150mm, 가로 100mm, 폭 7mm의 상자형의 방전 셀(125)을 12개 제작했다. 각 방전 셀(125)은, 내부에 세로 148mm, 가로 98mm, 폭 5mm의 공동을 가지고 있고, 이 공동이 방전시에 있어서 방전로 길이 5mm의 방전 공간을 형성한다. 이 12개의 방전 셀을 주표면이 대향하도록 병렬로 나열하여 방전 용기 106으로 하고, 방전 용기 106을 구성하는 방전 셀의 각 주표면에 접하도록 세로 130mm, 가로 80mm, 두께 1mm의 알루미늄제 평판상 전극(105)을 1매씩 모두 13장 배치했다.

도 10에 나타내는 바와 같이 이 복수의 평판상 전극(105)을 배치한 방전 용기 106을 스테인레스제 램프 용기(104)(직경 200mm, 높이 400mm)안에 넣고, 각 방전 셀의, 광 반사창(123)과 반대측(도면의 상측)에 설치한 구멍에, 방전용 가스 유통로(107)로부터 분기되는 유통로를 접속하고, 발광 유닛(102)을 얻었다. 또한 도 10에 나타내는 바와 같이 각 평판상 전극(105)을 램프 용기(104)의 외부에 설치한 고주파 전원(111)과 접속했다.

상기 램프 용기(104)는, 외부로부터 램프 용기(104)안으로 불활성 가스를 이끄는 불활성 가스 유통로(109)를 가지고, 또한 광 추출창(103)으로서, 직경 150mm, 두께 18mm의 합성석영제의 둥근창을 가지고 있으며, 이 둥근창은 개스킷을 통해 램프 용기에 부착되어 있다.

상기 방전 용기 106 및 램프 용기(104)에 대하여, 실시예 3과 동일한 방법에 의해, 각각, 방전용 가스(크세논 가스) 및 불활성 가스(질소 가스)를 봉입하고, 크세논 가스의 압력 및 질소 가스의 압력이 모두 2기압으로, 양쪽 압력의 차압이 대략 0기압이 되도록 조정한 엑시머 램프(101)를 얻었다.

이 엑시머 램프(101)에 대하여, 고주파 전원(111)으로부터, 주파수 1.4MHz, 전압 5.5kVp-p의 고주파 전압을 인가하여, 엑시머 광을 발생시킨 바, 방전 용기 106에 균열이나 붕괴는 일어나지 않고 500m/Wcm₂의 방사광을 얻을 수 있었다.

본 발명에 의하면, 엑시머 광의 방사 출력을 증대시킨 엑시머 램프 및 방전 용기에 균열이나 파손을 일으키지 않고, 엑시머 광의 방사강도를 증대시킨 엑시머 램프를 제공 할 수 있다.

Claims (10)

1. 광 출사 방향에 설치된 광 방사창과, 각각 대향하여 배치된 복수의 엑시머 방전용 전극을 적어도 가지고, 상기 대향하는 전극 간에 형성되는 방전 공간에 존재하는 엑시머 방전용 가스가 방전을 일으켜, 엑시머 광을 방사하는 엑시머 램프로서,

   상기 엑시머 방전용 전극이 평판상 전극이며,

   상기 방전 공간이 상기 평판상 전극 간에 복수 설치되고,

   상기 광 방사창이 상기 방전 공간의 방전로에 평행하게 설치되는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 평판상 전극이, 서로 유전체를 통해 대향하고 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 평판상 전극의 표면이 유전체 재료로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
4. 제 2항에 있어서,

   상기 평판상 전극이 유전체 재료로 이루어지는 판모양체의 1주표면에 인접하고, 이 평판상의 다른 주표면이 상기 방전 공간에 인접하고 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 엑시머 방전용 전극이 자외광 반사기능을 가지는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
6. 제 2항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유전체의 주표면에 설치한 반사 미러가 자외광 반사기능을 가지는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
7. 엑시머 광을 방사하기 위한 방전 용기를 가지는 발광 유닛과,

   상기 발광 유닛을 내부에 수용하고, 광 출사 방향에 광 추출창을 설치한 램 프 용기를 포함하는 엑시머 램프로서,

   상기 발광 유닛의 방전 용기 내부에 방전용 가스가, 상기 발광 유닛의 방전 용기 외벽과 상기 램프 용기의 내벽 사이에 불활성 가스가 각각 봉입되어 있고,

   상기 방전용 가스의 압력과 상기 불활성 가스의 압력이 모두 1기압 이상이며, 양쪽 압력 차이의 절대값이 0.3기압 이내가 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 발광 유닛이,

   병렬하여 배치한 복수의 방전 셀로 이루어지는 방전 용기와,

   상기 복수의 방전 셀의 주표면에 접하도록 각각 대향하여 배치한 복수의 엑시머 방전용 평판상 전극을 가지고 있고,

   상기 방전 용기는, 방전 용기의 방전로에 평행하게 설치된 광 방사창을 가지고,

   상기 방전 용기 내에 봉입한 방전용 가스가 방전하여, 엑시머 광을 방사하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
9. 제 7항에 있어서,

   상기 방전 용기가, 상기 복수의 방전 공간을 관통하는 방전용 가스유통구멍을 더 가지는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
10. 제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 발광 유닛이, 램프 용기의 외부에서 방전 공간 내로 방전용 가스를 이끄는 방전용 가스 유통로를 가지고,

    상기 램프 용기가, 램프 용기의 외부에서 램프 용기 내로 불활성 가스를 이끄는 불활성 가스 유통로를 가지는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.

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