KR20120042920A

KR20120042920A - 유전체 배리어 방전 램프 및 이것을 사용한 자외선 조사 장치

Info

Publication number: KR20120042920A
Application number: KR1020127003056A
Authority: KR
Inventors: 가즈야 하타세; 쓰요시 가타기리; 요시노리 가나모리; 히로미 사카모토
Original assignee: 가부시키가이샤 지에스 유아사
Priority date: 2009-12-22
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2012-05-03
Also published as: TW201140647A; WO2011078181A1; JPWO2011078181A1; KR101389786B1; TWI480921B; CN102473586A

Abstract

본 발명은, 진공 자외선을 조사(照射)하기 위한 유전체(誘電體) 배리어(barrier) 방전 램프에 있어서, 방전관에 비래(飛來)하는 비산물(飛散物)의 부착 및 그 고화(固化)를 저감시키기 위해, 내부에 엑시머(excimer) 발광을 위한 방전용 가스를 봉입(封入)하고, 전면(前面) 유리를 구비하지 않고, 또한 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 진공 자외선을 아래쪽으로 조사하는 것을 특징으로 하는 방전관(1)과, 이 방전관의 내부에 전극(2, 3)을 구비한 반(半)개방형의 유전체 배리어 방전 램프에 있어서, 이 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면(長側面)에 위치하는 벽면을, 자외선을 적어도 50% 이상 차광(遮光)하는 차광 부재(4a)로 구성한다.

Description

유전체 배리어 방전 램프 및 이것을 사용한 자외선 조사 장치{DIELECTRIC BARRIER DISCHARGE LAMP AND ULTRAVIOLET IRRADIATION DEVICE USING THE SAME}

본 발명은, 진공 자외선을 조사(照射)하기 위한 유전체(誘電體) 배리어(barrier) 방전 램프, 특히 방전관의 형상이 조사측에 평탄한 면을 가지는 유전체 배리어 방전 램프 및 이것을 사용한 반(半)개방형의 자외선 조사 장치에 관한 것이다.

최근, 방전관의 형상이 조사측에 평탄한 면을 가지는 유전체 배리어 방전 램프가 알려져 있다(특허 문헌 1, 2, 3 등). 그 특징은, 조사광의 면내 균일성이 양호하고, 방전관과 조사 대상물의 사이에 고가의 전면(前面) 유리[특허 문헌 2, 도 8의 윈도우부(102)에 상당]를 설치할 필요가 없는 것이다. 그러므로, 소정의 전원 장치와 접속함으로써 저비용으로 자외선 조사 장치를 제조할 수 있어, 조사 대상물에 직접 진공 자외선을 조사할 수 있는 장점이 있다(특허 문헌 3). 이와 같은 전면 유리가 없는, 조사 대상물에 직접 진공 자외선을 조사할 수 있는 타입을 반개방형의 자외선 조사 장치라고 한다. 이 종류의 유전체 배리어 방전 램프는 전면 유리가 없기 때문에 방전관을 수납하는 램프 하우스 내의 기류 등에 의해 각종 비산물(飛散物)이 방전관에 부착되기 쉽고, 그 관벽에 부착되는 결정화(結晶化)[고화(固化)]된 부착물[이하, 「고화 부착물」 또는 「백분(白粉)」이라고 함]에 의해 방전관에 손상을 주는 문제가 있다. 방전관의 외벽에 부착된 부착물은 정기적으로 닦아내 제거하는 것도 가능하지만, 장시간 자외선에 노출되어 어느 정도 고화가 진행되면 제거할 수 없게 된다.

방전관에 비래(飛來)하는 비산물의 부착은 유기계의 HMDS(헥사메틸렌디실라잔) 등의, 「유기 규소 화합물」인 것으로 생각된다. 방전관에 부착되는 백분은, 방전관으로부터의 자외광에 의해 유기 규소 화합물이 실록산 전구체(前驅體)에 분해되어 방전관의 외주 표면에 퇴적되기 때문에 생기고, 그 백분이 광과 열에 의해 산화 및 탈수 반응에 의해 중합 반응이 진행되어, 견고한 유리질의 부착막을 형성하는 것으로 추측된다. 백분의 부착은 방전관의 성능을 현저하게 열화시키는 원인으로 된다. 또한, 방전관에 부착된 백분이 조사 장치 내의 방전관 배면 또는 측면으로부터 흐르게 되는 질소 가스 등에 의해 탈락(脫落)하면, 방전관이 공작물[피조사(被照射) 대상물]의 오염원으로도 될 수 있다.

특허 문헌 1은, 전후를 극히 장척(長尺)의 형상으로 형성한 유전체 배리어 방전 램프의 방전 용기 내의 전후단 벽판이나 좌우 측벽판의 내면에 「진공 자외선 보호층」을 형성함으로써, 전후단 벽판의 열화(劣化)를 억제하는 것을 개시하고 있다(제10~11 단락 등). 이 진공 자외선 보호층은, 적어도 진공 자외선을 흡수하거나 반사하는 것으로 구성된다(제20 단락 등).

일본공개특허 제2004?127710호 공보 WO2007/013602 일본공개특허 제2009?183949호 공보

본 발명자들은 자외선의 차광율(遮光率)에 대한 고화 부착물의 막두께의 관계를 조사한 바, 차광율이 있는 일정값 이상에 있어서 유의(有意)하게 그 막두께가 감소하는 조건을 찾아냈다. 먼저, 고화 부착물의 막두께의 측정 방법에 대하여 설명한다. 도 11은, 측정 장치의 개략도이다. 측정 장치(60)는, 정반(定盤)(62)과, 방전관 고정대(63)와, 마이크로미터 고정대(64)와, 마이크로미터(65)를 구비하고 있다. 그리고, 측정 장치(60)는, 방전관 고정대(63) 및 마이크로미터 고정대(64)를 정반(62)에, 마이크로미터(65)를 마이크로미터 고정대(64)에, 방전관(61)을 방전관 고정대(63)에 각각 고정시켜, 측정 위치가 어긋나지 않도록 되어 있다. 마이크로미터(65)는, MITUTOYO사제(형명: M810?50)를 사용하였다. 고화 부착물의 막두께는, 측정 장치(60)를 사용하여, 먼저, 부착물이 없는 점등 전의 방전관(61)의 폭을 측정하고, 다음에, 방전관(61)을 평균 조도(照度) 100mW/㎠로 점등하여 소정 시간 10시간, 100시간, 1000시간 후에 방전관(61)의 폭을 측정하고, 마지막으로, 방전관(61)의 점등 전의 폭과 점등 후의 폭과의 차이를 구함으로써 얻었다. 도 6은 자외선의 차광율에 대한 고화 부착물의 막두께의 관계를 나타낸 그래프이다. 가로축은 자외선의 차광율을 취하고, 세로축은 차광율을 0~100 %까지 변화시켰을 때의 고화(유리화)된 고화 부착물의 막두께[㎛]를 나타내고 있다. 여기서, 조사 시간 1000시간은, 고화가 포화(飽和)되는 것으로 생각되는 충분한 시간이다. 조사 시간 10시간, 100시간, 1000시간의 3개의 그래프를 비교하면, 모두 자외선 차광율이 어느 정도 높아지면 급격하게 고화 부착물의 막두께가 감소하고 있는 것을 알 수 있다.

즉, 방전관에 비래하는 비산물의 부착 및 그 고화를 감소시키기 위해 가장 효과적인 방법은, 방전관에 비산물이 부착되어도, 그로부터 가능한 한 고화가 진행되지 않도록 차광하는 것이라는 지견(知見)이 얻어진다. 이 지견에 의하면, 예를 들면, 알루미나 미립자 또는 실리카?알루미나 혼합 미립자 등은 자외광을 확산 반사하는 재료로서 알려지고, 유전체 배리어 방전 램프의 반사막으로서 사용되는 예가 알려져 있지만, 자외선을 충분히 차광할 수는 없다. 그러므로, 차광이 불완전해져, 부착된 비산물의 고화가 진행되고, 방전관에 손상을 주는 원인으로 된다. 특히, 장척 방향(전후 방향)의 장측면(長側面)에 위치하는 벽면에서는, 불균일이 집중되기 쉽다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 진공 자외선을 조사하기 위한 유전체 배리어 방전 램프에 있어서, 비래하는 비산물의 방전관으로의 장측면에 위치하는 벽면으로의 부착의 억제 및 고화 부착 물량을 감소시키는 것을 기술적 과제로 한다.

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프는, 내부에 엑시머(excimer) 발광을 위한 방전용 가스를 봉입(封入)하고, 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사하는 방전관과, 이 방전관의 외부 중 적어도 한쪽에 전극을 구비한 유전체 배리어 방전 램프에 있어서,

이 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면이, 자외선을 적어도 50% 이상 차광하는 차광 부재로 구성된 것을 특징으로 한다. 도 6의 결과로부터, 고화 부착물은 자외선 차광율이 약 50%를 초과한 근처로부터 감소하기 시작하는 것을 알 수 있다.

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프에 의하면, 차광 부재로 구성한 방전관의 벽면에 비래하는 비산물의 부착이 억제되고, 또한 고화되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 하부 벽판의 주위의 장측면[또는 단측면(短側面)을 포함하는 4측면]에 위치하는 벽면을 차광 부재로 구성함으로써, 방전관의 조사면에 대한 측면이나 상면에 비래하는 비산물의 부착이나 그 고화가 억제되어, 방전관의 수명을 향상시킬 수 있다. 필요에 따라 상부 벽판도 동일한 차광 부재로 구성해도 된다. 진공 자외선을 조사하는 방전관은, 그 벽면에 비산물이 많이 부착되므로, 큰 효과를 기대할 수 있다.

그리고, 「하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사하는 방전관」이란, 본 발명을 실시하는데 전제로 되는 방전관의 형상을 규정한 것이며, 예를 들면, 「전후로 최장(最長)이며 상하가 최단(最短)으로 되고, 또한 이 상하에서 서로 마주 보는 대략 평탄한 상부 및 하부 벽판이 서로 대략 평행한 형상을 가지는 대략 사각상자형의 것」, 또는 「가늘고 긴 원통에 있어서 외주벽의 원호의 일부를 무너뜨려 평탄화한 것 같은 아치형의 곡면부와, 이 곡면부에서의 원호의 양단 에지를 연결하는 평판형의 평탄부를 구비한 것」 등, 모두 전면 유리의 대신으로 되는 평탄부를 가지는 하부 벽판을 가지고, 또한 그 하부 벽판을 통해 자외선이 조사되는 것이 해당한다.

방전관의 벽면을 구성하는 차광 부재의 차광율은 높을수록 바람직하고, 70% 이상, 예를 들면, 90% 이상의 차광율로 하면 고화된 고화 부착물의 상대 막두께를 비산물의 고화를 차광율 0인 경우에 1000시간 조사한 경우의 5% 이하로까지 억제할 수 있다.

여기서, 막두께 t의 막을 투과한 광의 출력 강도 I는, 입력 강도 I₀, 흡수 계수 α, 막두께 t를 이용하여,

I= I₀?e^?αt ????(식 1)

[단, e는 자연 대수(對數)의 밑]

으로 표시된다. 투과율은 I/I₀로 표시되므로, 차광율은(1?I/I₀)로 구해진다.

일반적으로 「차광」이란, 광을 차단한다는 의미이므로, 「반사」나 「흡수」, 또는 「굴절」에 의해 「차광」을 실현하는 경우에는 일어날 수 있다. 그러나, 본 발명에 있어서는, 결과적으로 진공 자외선을 차광율 50% 이상(더욱 바람직하게는 70% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상) 차단할 수 있는 것이 아니면 비산물의 부착이나 그 고화를 방지하는 효과를 얻을 수 없는 점에 유의(留意)해야한다. 또한, 「차광 부재」란, 광을 차단하는 부재의 것이며, 1종류의 재료로 구성되어 있어도 되고, 2종류 이상의 재료로 구성되어 있어도 된다.

또한, 본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프는, 내부에 엑시머 발광을 위한 방전용 가스를 봉입하고, 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사하는 방전관과, 이 방전관의 외부 중 적어도 한쪽에 전극을 구비한 유전체 배리어 방전 램프에 있어서,

이 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면이, 상기 램프의 점등 시에, 상기 벽면으로부터 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하로 되도록 차광하는 차광 부재로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다. 도 6의 결과로부터, 고화 부착물은 자외선 차광율이 약 50%를 초과한 부근, 즉 방전관의 외부로 방사(放射)되는 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하로 된 근처로부터 감소를 시작하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하로 된 근처로부터 감소를 시작하고 있는 것을 알 수 있다. 더욱 바람직하게는, 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 30mW/㎠ 이하로 되도록 점등하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 10mW/㎠ 이하로 되도록 차광하는 차광 부재로 구성되어 있는 것이면 좋다. 그리고, 평균 조도란, 방전관의 표면 조도를 5개소 측정했을 때의 평균값이다. 후술하는 바와 같이, 측벽면의 평균 조도는, 하부 벽판의 평균 조도와 측벽면의 차광율에 기초하여 산출할 수 있다.

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법은, 내부에 엑시머 발광을 위한 방전용 가스를 봉입하고, 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사하는 방전관과, 이 방전관의 외부 중 적어도 한쪽에 전극을 구비한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법으로서,

이 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면으로부터 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하인 것을 특징으로 한다. 도 6의 결과로부터, 고화 부착물은 자외선 차광율이 약 50%를 초과한 부근, 즉 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하로 된 근처로부터 감소를 시작하고 있는 것을 알 수 있다. 더욱 바람직하게는, 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 30mW/㎠ 이하로 되도록 점등하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 10mW/㎠ 이하로 되도록 점등하는 것이 바람직하다.

피조사 대상물에 조사하는 광의 조도가 작아져도 되는 경우, 또한 하부 벽판으로부터 조사된 광을 집광한 후에 피조사 대상물에 조사하는 경우, 방전 램프 전체로서의 조도를 낮게 함으로써, 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면으로부터 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도를 50mW/㎠ 이하로 할 수 있다. 또한, 방전 램프 전체로서의 조도를 낮게 하는 것에 더하여, 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면을 차광 부재로 구성함으로써, 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면으로부터 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하로 되도록 점등해도 된다.

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프에 있어서, 차광 부재로서, 투명 부재와 차광막을 포함하는 부재를 사용할 수 있다. 차광막은 투명 부재를 통해 외부에 조사되는 자외선을 차광할 수 있는 위치에 배치되어 있으면 되고, 예를 들면, 투명 부재의 표면에 차광막을 형성한 구성으로 하면 된다. 투명 부재에는, 합성 석영판이나 용융(溶融) 석영판 등을 사용할 수 있다. 방전관 전체를 합성 석영판 등의 동일한 투명 부재로 구성한 후에, 이 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면에 대하여, 차광막을 형성하는 것이 바람직하지만, 하부 벽판과 투명 부재가 반드시 동일한 부재일 필요는 없다. 이와 같이, 차광 부재를 투명 부재와 차광막으로 구성함으로써, 방전관의 강도 등의 물리적 성질은 투명 부재측에, 자외선에 대한 차광성은 차광막 측에 의해, 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 이 투명 부재로서, 자외선 차광성을 가지는 산화물의 미립자를 용제에 혼탁시킨 슬러리(혼탁액)의 소성물(燒成物)을 사용할 수 있다. 이 차광막은, 방전관의 내측에 형성해도 되고, 외측에 형성해도 된다. 이 미립자의 1차 입자 직경은, 3㎛ 이하인 것이 바람직하다. 입자 직경이 작은 미립자를 차광막의 재료로 사용함으로써, 입자 직경이 큰 것을 사용한 경우와 비교하여, 입자 간의 공간이 적은, 입자가 조밀하게 배열된 차광막을 형성할 수 있다. 그 결과, 자외선이 입자 간의 공간을 빠져 나갈 확률이 감소되므로, 용이하게 자외선 차광율을 높일 수 있다. 또한, 차광율 전체의 차광율의 불균일을 감소시키는 것이 가능하다.

용제에는, 알코올류(에탄올, 이소프로필 알코올, n?부탄올 등), 크실렌, 톨루엔 등을 사용할 수 있다. 또한, 초미립자를 용제 중에 분산시키므로, 폴리카르복실산 부분 알킬 에스테르계, 폴리에테르계, 다가 알코올 에스테르계 등의 계면활성제를 첨가하면 된다.

또한, 바람직하게는, 산화물의 미립자의 1차 입자 직경은, 10~100 ㎚인 것으로 된다. 미립자의 입자 직경이 100㎚보다 크면, 슬러리 중의 분산성이 악화되어, 불균일한 차광막으로 될 우려가 있다. 또한, 입자 간의 공간이 넓어지므로, 자외선 차광율이 저하되어 버린다. 또한, 미립자의 입자 직경이 10㎚보다 작으면, 입자의 표면 에너지가 높고, 입자끼리가 응집되어 슬러리 중에 침전되어 버리기 때문이다.

또한, 바람직하게는, 산화물의 미립자는, 산화이트륨(yttrium oxide)(Y₂O₃)을 주성분로 하면 된다. 산화이트륨은, 자외선 흡수성을 가지고, 또한 절연체이다. 그러므로, 방전관의 내측에 차광막을 형성하는 경우에는, 자외선 차광성을 가지는 동시에, 방전 중에 방전관 내에서 이상(異常) 방전을 일으키지 않는 차광막을 형성할 수 있고, 방전관의 외측에 차광막을 형성하는 경우에는, 방전관의 외부에 구비된 전극과의 전기적인 접촉을 신경쓰지 않아도 된다. 산화이트륨 외에, 산화아연(ZnO)이나, 산화티탄(TiO₂)을 실리카(SiO₂)로 코팅한 것을 주성분으로 하는 초미립자를 사용해도 된다. 이들 재료는, 크세논 가스를 방전 가스로 할 때의 172㎚를 중심 파장으로 하는 진공 자외광에 대하여, 유용하다.

또한, 본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프에 사용하는 차광막이, 주로 자외선 흡수성에 의해 차광을 하면 바람직하다. 왜냐하면, 차광막을 얇게 할 수 있기 때문이다. 자외선 반사성은 자외선 흡수성에 비하면, 막두께에 대한 의존성이 높다. 그러므로, 자외선 반사성을 가지는 차광막에 의해 차광율을 50% 이상으로 하기 위해서는, 자외선 흡수성을 가지는 차광막을 사용한 경우와 비교하여, 보다 두꺼운 막, 즉 후막(厚膜)일 필요가 있다. 특히, 차광율을 70% 이상, 90% 이상으로 했을 때, 그 차이는 현저하다. 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면에 두꺼운 막의 차광막을 형성한 경우, 방전관의 보온 효과가 상승하는 결과, 램프 점등 시에 방전관 내의 온도가 상승하여, 발광 효율이 저하되어 버린다. 또한, 두꺼운 막으로 될수록, 투명 부재와 차광막과의 열팽창율의 차이에 의해, 램프 점등 시에 차광막에 균열이 쉽게 생기게 된다. 그러므로, 바람직하게는 차광막의 막두께가 10㎛ 이하이면 된다. 그리고, 여기서 나타내는 「주로 자외선 흡수성에 의해 차광을 한다」란, 「반사」나 「굴절」에 의한 차광율에 비하여, 「흡수」에 의한 차광율 쪽이 큰 경우의 것이다. 주로 자외선 흡수성에 의해 차광하는 재료로서, 예를 들면, 산화이트륨(Y₂O₃), 산화 아연(ZnO), 산화 지르코늄(ZrO₂) 등을 들 수 있고, 또한 이들을 복합 재료로 한 것을 사용해도 된다.

또한, 하부 벽판을 합성 석영판으로 구성하는 한편, 하부 벽판의 주위의 4측면(전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면) 또는 상부 벽판을 용융 석영판으로 구성해도 된다. 용융 석영판은, 합성 석영에 비해 불순물을 많이 포함하고 있으므로, 통상, 진공 자외선에 대한 차광율이 70% 이상이며, 또한 가열함으로써 합성 석영과의 용착도 용이하므로, 차광 부재로서 적합하다.

또는, 발광관 자체는 전체를 합성 석영판으로 구성하지만, 하부 벽판의 주위의 4측면(전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면) 또는 상부 벽판의 표면을, 예를 들면 차광율 70% 이상으로 될 때까지 조면화(粗面化)해도 된다. 조면화와는 경면(鏡面) 상태의 벽면과 비교하여 표면 거칠기를 크게 하는 것이며, 플루오르화수소산 등을 접촉시킴으로써 화학적으로 침식시켜 표면을 조면화하는 방법과, 샌드 블라스트(sand blast) 등 미립자를 분사함으로써 물리적으로 경면 상태를 잃게 하여 표면을 조면화하는 방법이 있다.

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프는, 엑시머 발광을 생기게 하기 위한 전력을 출력하는 전원 장치와, 상기 전원 장치로부터의 전력을 공급하기 위한 리드선을 사용함으로써, 자외선 조사 장치로 할 수 있다. 이와 같은 자외선 조사 장치에 의해, 피조사면에 유기 규소 화합물의 층이 형성되어 있는 피조사 대상물을 조사하는 경우, 대기 중에 원래 부유(浮遊)하고 있는 유기 규소 화합물에 더하여, 피조사 대상물로부터도 유기 규소 화합물이 비래하므로, 방전관의 벽면에 비산물이 더욱 비래하기 쉬워진다. 그러므로, 피조사면의 일부에 유기 규소 화합물의 층이 형성된 피조사 대조물(對照物)을 사용하는 경우, 비산물의 부착의 억제나 고화 방지 작용이 현저해진다. 그리고, 유기 규소 화합물은, 피조사 대상물에 대하여 레지스트를 행하는 경우에, 피조사 대상물과 레지스트와의 밀착성을 향상시키기 위한 중간층으로서 사용되는 경우가 있다.

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프에 의하면, 이 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면 또는 4측면에 위치하는 벽면이, 자외선을 적어도 50% 이상 차광하는 차광 부재로 구성되므로, 차광 부재로 구성한 방전관의 벽면에 비래하는 비산물의 부착이 억제되고, 또한 고화되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 제1 실시예를 나타낸 것으로서, 유전체 배리어 방전 램프의 장척의 중앙부를 생략한 사시도이다.
도 2는 제1 실시예를 나타낸 것으로서, (a)는, 도 1의 방전관(1a)을 장척의 중심축에서 절단하여 측면 방향으로부터 본 단면도, (b)는, 유전체 배리어 방전 램프의 장척 방향의 단면도, (c)는, (a)의 B?B선 단면도이다.
도 3의 (a) 및 (b)는, 모두 도 1 및 도 2에 나타낸 유전체 배리어 방전 램프의 방전관(1)에서의 하부 벽판의 주위의 4측면에 위치하는 내벽면에, 자외선 차광막을 형성하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제2 실시예 및 그 변형예를 나타낸 것으로서, 유전체 배리어 방전 램프의 장척 방향의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 것으로서, 유전체 배리어 방전 램프의 장척의 중앙부를 생략한 사시도이다.
도 6은 자외선의 차광율에 대한 고화 부착물의 막두께의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 7은 제4 실시예의 자외선 조사 장치의 측단면도이다.
도 8의 (a)는 제4 실시예의 배리어 방전 램프로서, 도 7의 자외선 조사 장치의 방전관의 길이 방향으로 수직인 면에서의 단면도이며, (b)는 (a)에 나타낸 제4 실시예의 배리어 방전 램프의 제1 변형예이다.
도 9는 도 8의 (a)에 나타낸 제4 실시예의 배리어 방전 램프의 제2 변형예이다.
도 10은 실험 장치의 개략도이다.
도 11은 측정 장치의 개략도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 각각의 실시예에 대하여 설명한다. 동일 또는 같은 종류의 부재에는 동일한 부호를 사용하거나 또는 첨자만 상이하게 하여 표시하는 것으로 하고, 중복된 설명을 생략하고 있지만, 각각의 실시예의 기재는 본 발명의 기술적 사상을 이해하기 위한 목적으로 해석되며, 실시예의 기재에 한정되어 해석되는 것은 아니다.

(제1 실시예)

도 1 및 도 2는 본 발명의 제1 실시예를 나타낸 것으로서, 유전체 배리어 방전 램프의 장척의 중앙부를 생략한 사시도이다. 도 2의 (a)는, 도 1의 방전관(1a)을 장척의 중심축에서 절단하여 측면 방향으로부터 본 단면도이다. 도 2의 (b)는, 유전체 배리어 방전 램프의 장척 방향의 단면도, 즉 도 2의 (a)의 A?A선 단면도, 도 2의 (c)는, 도 2의 (a)의 B?B선 단면도이다.

이 유전체 배리어 방전 램프의 방전관(1)은 대략 사각상자형으로 장척의 합성 석영제 유리제의 각관(角管)(1a)의 양단 개구부에, 이 각관(1a)의 횡단면과 대략 같은 형상의 합성 석영 유리제의 전후단 벽판(1b, 1b)을 각각 용착하여 막음으로써 형성된다. 내부에는 크세논 가스가 봉입되어 있다. 각관(1a)은, 횡단면의 상하 방향의 높이가 수십 mm이며, 좌우 방향의 폭이 수십 mm의 사각형의 관으로서, 전후 방향의 길이는 예를 들면, 1m 이상으로 된다. 따라서, 이 각관(1a)은, 상하에서 서로 마주 보는 평탄한 상하부 벽판과 좌우 방향으로 서로 마주 보는 평탄한 좌우 측벽판으로 구성된다. 이 각관(1a)의 양단 개구부에 용착되는 전후단 벽판(1b, 1b)에는, 사전에 각각 칩관(chip管)(1c, 1c)이 돌출되어 있다. 각 칩관(1c)은, 전후단 벽판(1b)의 외면으로부터, 또한 외측으로 돌출하도록 용착된 용융 석영 유리제의 관재(管材)이며, 관내가 이 전후단 벽판(1b)의 대략 중앙부에 미리 형성된 개구공을 통하도록 설치되어 있다. 이 방전 용기(1)는, 각관(1a)의 양단 개구부에 전후단 벽판(1b, 1b)을 용착하기 전 또는 후에, 이 각관(1a)의 상하부 벽판의 외면에 전극(2, 3)의 금속 박막이 성막된다. 전극(2)는, 유전체 배리어 방전 램프가 방사하는 진공 자외선의 강도를 검사하기 위한 센서용의 미도막부(未塗膜部)를 제외하면, 각관(1a) 상부 벽판의 상면의 거의 전체면을 덮도록 성막된다. 또한, 전극(3)은, 이 각관(1a) 하부 벽판의 하면의 거의 전체면에 망눈형(網目形)의 패턴으로 성막된다.

이 방전관(1)에서의 하부 벽판의 주위의 4측면에 위치하는 사방의 내벽면에는, 산화이트륨(Y₂O₃)를 포함하는 슬러리를 소성하여 얻어지는 자외선 차광막(4a)이 설치되어 있다. 이 막은, 172㎚의 진공 자외선을 차광할 수 있는 것이며, 차광율은 막두께에 따라서 조정할 수 있다. 그리고, 전원 장치와 접속함으로써 자외선 조사 장치를 구성하고, 리드선을 통하여 전극에 소정의 전력을 인가함으로써 유전체 배리어 방전 램프가 점등하고, 이 평탄한 하부 벽판을 통해 도 2의 (a), (b)의 화살표의 방향으로, 도 2의 (c)에서는 지면(紙面) 수직 아래쪽으로, 172㎚의 진공 자외선이 조사된다.

도 3의 (a) 및 (b)는, 모두 도 1 및 도 2에 나타낸 유전체 배리어 방전 램프의 방전관(1)에서의 하부 벽판의 주위의 4측면에 위치하는 내벽면에, 자외선 차광막을 형성하는 모양을 나타내고 있다. 먼저, 각관(1a)을 도면과 같이 측면이 아래로 되도록 경사지게 칩관(1c)으로부터 산화이트륨(Y₂O₃)을 포함하는 슬러리를 주입하고, 건조시킨다. 이 작업을 양 측면 및 전후단 벽판에 대하여 실시한 후, 500℃에서 30분간 소성한다. 그 후, 칩관(1c)으로부터 배기하여 방전용 가스(예를 들면, 크세논 가스)을 주입하여, 내부에 방전용 가스를 충전한다. 그리고, 양쪽의 칩관(1c)의 선단부를 용융 봉지시켜 내부를 밀폐한다. 그 후, 전극용의 금속을 증착하여 패터닝하고, 마지막으로 불화 마그네슘(MgF₂)을 증착함으로써, 전극을 보호하기 위한 코팅막을 형성하여, 방전관이 완성된다. 그리고, 1차 입자 직경이 33㎚인 산화이트륨을 10중량% 포함하는, YAP10WT%?X480(CIK 나노텍사제)를 원액으로 하고, 이 원액을 n?부탄올로 희석한 것을 슬러리로 하여 사용한다. 희석의 정도를 변경함으로써, 자외선 차광막의 차광율을 변화시킬 수 있다.

?실험?

여기서, 전술한 제조 방법에 따라 산화이트륨의 막두께만이 상이한 6종류의 방전관을 시작(試作)하여, 그 관벽에 부착되는 고화된 고화 부착물(백분)의 부착량과 고화의 정도를 조사하였다. 실험 조건은 다음과 같다.

(1) 공시(供試) 램프

A. 시작 램프 1… 측면 자외선 차광막(산화이트륨) 형성

차광율 99%(희석 없음)

하부 벽판으로부터의 평균 조도 101mW/㎠

측벽면으로부터의 평균 조도 1mW/㎠

B. 시작 램프 2… 측면 자외선 차광막(산화이트륨) 형성

차광율 90%(4배 희석)

하부 벽판으로부터의 평균 조도 98mW/㎠

측벽면으로부터의 평균 조도 10mW/㎠

C. 시작 램프 3… 측면 자외선 차광막(산화이트륨) 형성

차광율 71%(6배 희석)

하부 벽판으로부터의 평균 조도 101mW/㎠

측벽면으로부터의 평균 조도 29mW/㎠

D. 시작 램프 4… 측면 자외선 차광막(산화이트륨) 형성

차광율 56%(10배 희석)

하부 벽판으로부터의 평균 조도 107mW/㎠

측벽면으로부터의 평균 조도 47mW/㎠

E. 시작 램프 5… 측면 자외선 차광막(산화이트륨) 형성

차광율 30%(20배 희석)

하부 벽판으로부터의 평균 조도 104mW/㎠

측벽면으로부터의 평균 조도 73mW/㎠

F. 종래품… 차광율 0%

하부 벽판으로부터의 평균 조도 109mW/㎠

측벽면으로부터의 평균 조도 109mW/㎠

(2) 전원: 램프 인가 피크 전압 3.8kV, 구동 주파수 70kHz(개략 직사각형파)

(3) 조사(照射) 기구:

도 10은, 실험 장치의 개략도를 나타낸다. 그리고, 화살표는, 유체의 흐름 방향을 나타낸다. 도 10에 나타낸 바와 같이, 조사 기구(50)는, 용기(56) 내에, 상기 6종류 중 어느 하나의 공시 램프(54)를, 더미(dummy) 기판(53)과 펀칭 메탈판(punching Metal plate)(55)과의 사이에 배치하고, 버블링(bubbliing) 용기(51)로부터 HMDS를 함유하는 질소 가스를, 용기(56)의 가로측으로부터 공기 A1, A2를 각각 유입하고, 조사 후의 배기 가스 E를 배출하도록 구성하고 있다. 버블링 용기(51)는, HMDS(52)를 내부에 저류(貯留)하고 있다. HMDS를 함유하는 질소 가스는, 그 HMDS(52)의 내부에 노즐로 질소 가스 N(N₂)을 유입시켜 얻고, 배관을 통하여 조사 기구(50)에 유입시킨다.

이 때, HMDS의 함유량은, 버블링 용기(51)의 온도를 20℃로 일정하게 유지한 상태에서, HMDS(52) 내를 통과시키는 질소 가스의 기포의 크기와, 그 기포의 상승 거리, 즉 질소 가스가 HMDS(52)에 유입되는 노즐의 선단으로부터 액면까지의 거리에 따라 조정한다. HMDS(52)는, 질소 가스 N의 유입량에 따라 감소하므로, 실험이 종료할 때까지 적절히 보급한다.

(4) HMDS: 항상 공급

(5) Total 질소량: 50L/min

(6) 점등 시간: 1000시간

(7) 조도 측정:

자외선 조도계(UIT150/VUV?S172, 우시오 전기사제)에 의해, 방전관 하부 벽판의 표면 조도를 5개소 측정하고, 그 평균값을 평균 조도로 한다. 그 때, 측정 개소는, 한쌍의 전극이 대향하는 영역(방전 공간에 상당하는 영역)을 장척 방향으로 5등분하고, 그 중앙 부근으로 한다. 따라서, 측정 개소는 대략 등간격으로 설정되어 있다.

또한, 여기서는, 측벽면의 평균 조도는, 하부 벽판의 평균 조도와 측벽면의 차광율(1?I/I₀)을 사용하여 산출한다. 측벽면의 차광율이 (1?I/I₀)로 표시될 때, 측벽면의 투과율이 I/I₀이므로, 하부 벽판의 평균 조도 E와 측벽면의 투과율 I/I₀를 곱하는 것에 의해, 측벽면의 평균 조도가 구해진다.

?결과?

표 1은, 1000시간 후의 실험 결과를 나타내고 있다. 측면의 자외선을 90% 차광한 시작 램프 2는 백분 부착량이 적고, 그 때의 유리화 막두께가 15㎛이며, 유리화(고화)가 약간 보여졌다. 측면의 자외선을 71% 차광한 시작 램프 3도 백분 부착량이 적었지만, 그 때의 유리화 막두께가 69㎛이며, 유리화를 조금 볼 수 있었다. 측면의 자외선을 56% 차광한 시작 램프 4는 백분 부착량이 시작 램프 3보다 약간 많고, 그 때의 유리화 막두께가 159㎛였다. 이들에 대하여, 측면의 자외선을 30% 차광한 시작 램프 5는, 백분 부착량이 시작 램프 4보다 많고, 그 때의 유리화 막두께가 306㎛였다. 또한, 측면의 자외선을 차광하지 않았던 종래의 램프는, 백분 부착량이 매우 많고, 그 때의 유리화 막두께가 300㎛였다. 이들 사실로부터, 이하의 것이 분명해졌다.

1. 측면의 차광은 백분 부착량을 저하시키는 효과가 있다.

2. 측면의 56% 이상의 차광은, 유리화(고화) 방지 효과가 있다. 경향으로 볼 때, 50% 이상에서 효과가 있다고 인정된다. 71% 이상에서 현저하고, 90% 이상에서 더욱 현저하다. 이 결과는 도 6의 그래프와도 양호하게 일치하는 것이다.

이와 같이, 방전관의 측면에 유기 규소 화합물이 부착되어도, 자외선을 차광함으로써 그로부터 가능한 한 화학 반응이 진행되지 않도록 하여, 견고한 유리질의 부착물을 억제할 수 있다. 부착물 그 자체의 양이 적어지는 것은, 측면 근방의 공간 중에서 백분 그 자체가 불가능한 것에 의한 것으로 생각된다.

(제2 실시예)

도 4의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 제2 실시예 및 그 변형예를 나타낸 것으로서, 유전체 배리어 방전 램프의 장척 방향의 단면도이다. 제1 실시예에서는 하부 벽판의 주위의 4측면에 위치하는 내벽면에 차광막을 형성한 태양을 설명하였으나, 도 4에 나타낸 바와 같이, 방전관의 외주에 자외선 차광막(4b)을 설치해도 된다. 그리고, 도시는 생략하지만 전후 단면(端面)에도 차광막이 설치되어 있다. 차광막으로서, 금속 산화물의 소결체(燒結體)를 사용하는 경우에는, 전극 형성 공정의 전에 차광막의 도포?건조?소성 공정을 행하는 것이 바람직하다. 전극 패턴 형성 후에 소성 공정을 행하면 전극을 열화시키는 등의 문제가 생길 우려가 있기 때문이다. 단, 열처리 공정이 불필요하면, 전극 형성 후에 방전관의 측면부에 차광막을 형성해도 된다. 방전관의 내부에 차광막을 형성하는 경우보다 제조 공정의 자유도가 증가하고, 차광막의 재료 선택의 폭도 넓어지는 것으로 생각된다.

?변형예?

또는, 도 4의 (b)에 나타낸 바와 같이, 하부 벽판의 주위의 4측면에 위치하는 내벽면 자체를 차광 부재로 구성하고, 상부 및 하부 벽판과 용착 또는 유리 프릿(frit) 등에 의해, 접착해도 된다. 이 경우, 하부 벽판을 합성 석영판으로 구성하는 한편, 하부 벽판의 주위의 4측면(전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면) 또는 상부 벽판을 용융 석영판(4c)으로 구성해도 된다. 용융 석영은 천연 석영(천연 실리카)을 용융시켜 판형으로 고화시킨 것이며, 불순물을 많이 포함하기 위한 진공 자외선에 대하여 통상 차광율 70% 이상의 높은 차광율을 가지고, 또한 가열함으로써 합성 석영과의 용착도 용이하기 때문이다. 차광 부재로서, 천연 석영에 대신하여, 세라믹판을 사용해도 동등한 효과가 얻어진다. 이 경우, 합성 석영과 용착시킬 수는 없으므로, 접합제로서 유리 프릿을 사용할 수 있다.

이와 같은 구성으로 함으로써, 방전관의 측면에 유기 규소 화합물이 부착되어도, 자외선을 차광함으로써, 그로부터 가능한 한 화학반응이 진행되지 않게 하여, 견고한 유리질 부착물의 형성을 억제할 수 있다.

(제3 실시예)

도 5는 본 발명의 제3 실시예를 나타낸 것으로서, 유전체 배리어 방전 램프의 장척의 중앙부를 생략한 사시도이다. 도 5의 (a)는, 도 1의 방전관(1a)을 장척의 중심축에서 절단하여 측면 방향으로부터 본 단면도이다. 도 5의 (b)는, 유전체 배리어 방전 램프의 장척 방향의 단면도, 즉 도 5의 (a)의 A?A선 단면도, 도 5의 (c)는, 도 2의 (a)의 B?B선 단면도이다.

제3 실시예에서는, 발광관 자체는 전체를 합성 석영판으로 구성하지만, 평탄한 하부 벽판의 주위의 4측면(전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면) 또는 상부 벽판의 표면을, 예를 들면, 차광율 70% 이상으로 될 때까지 조면화한다. 조면화란 경면 상태의 벽면의 표면 거칠기를 크게 하는 것이며, 조면화 방법으로서는, 예를 들면, 플루오르화수소산을 접촉시킴으로써 화학적으로 침식시켜 표면을 조면화하는 방법과, 샌드 블라스트 등 미립자를 분사함으로써 물리적으로 경면 상태를 잃게 하여 표면을 조면화하는 방법 등이 있다.

도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 하부 벽판의 주위의 4측면(전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면)에 자외선 차광 작용을 가지는 조면(4d)이 형성된다. 플루오르화수소산을 접촉시키는 방법은, 제1 실시예에 있어서 전술한 슬러리의 주입 공정과 마찬가지로, 칩관(1c)으로부터 방전관 내에 플루오르화수소산을 주입하고, 하부 벽판의 주위의 4측면(전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면) 또는 상부 벽판을 플루오르화수소산으로 용해시켜, 표면을 조면화하면 된다. 이와 같이 해도, 측면부로부터 진공 자외선이 노출되지 않아, 방전관의 측면에 유기 규소 화합물이 부착되어도, 자외선을 차광함으로써 그로부터 가능한 한 화학반응이 진행되지 않도록 함으로써 견고한 유리질의 부착물을 억제할 수 있다.

자외선 차광 작용을 가지는 조면(4d)의 형성에는, 플루오르화수소산을 사용한 화학적인 처리 대신에, 샌드 블라스트를 분출함으로써 물리적인 처리를 사용해도 된다.

(제4 실시예)

이상의 제1 ~제3 실시예에서는, 모두 방전관의 형상이 모두 대략 사각상자형으로 장척의 각관을 가지는 유전체 배리어 방전 램프와 이것을 사용한 자외선 조사 장치에 대하여 설명했으나, 본 발명은, 이와 같은 형상에 한정되지 않고, 전면 유리를 구비하지 않고, 또한 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 진공 자외선을 아래쪽으로 조사하는 것을 특징으로 하는 반(半)개방형의 자외선 조사 장치이면 모두 적용할 수 있다. 제4 실시예에서는 본 발명의 다른 실시예에 대하여 설명한다.

도 7 및 도 8에 있어서, 도 7은 자외선 조사 장치의 측단면도를 나타내고, 도 8은 도 7의 자외선 조사 장치의 방전관의 길이 방향으로 수직인 면에서의 단면도를 나타내고 있다. 도 7에 나타낸 자외선 조사 장치(10)는, 배리어 방전 램프(11)와 교류 전원 장치(22)가 리드선(20, 21)을 통하여 접속되어 이루어진다. 배리어 방전 램프(11)의 방전관(12)은 외관부(13)와 내관부(14)로 이루어지는 이중관 구조로 되어 있고, 외관부(13)와 외관부(13)의 내부에 삽입된 내관부(14)를 구비하고 있다.

도 8에 나타낸 바와 같이, 외관부(13)는, 가늘고 긴 원통에 있어서 외주벽의 원호의 일부를 무너뜨려 평탄화하도록 한 아치형의 곡면부(15)와, 이 곡면부(15)에서의 원호의 양단 에지를 연결하는 평판형의 평탄부(16)(하부 벽판)를 구비하고 있다. 이 평탄부(16)를 통해 진공 자외선을 조사한다. 곡면부(15)와 평탄부(16)가 접합되는 코너 부분(15A)에는 볼이 부착되어 있다. 한편, 내관부(14)는, 외관부(13)보다 직경이 작은 원통형이며, 평탄부(16)의 내벽면 상에 있어서 측방향의 중심 위치에 배치되어 있는 외관부(13)와 내관부(14)는, 양단에서 서로 접합되어 있고, 양자로 에워싸인 방전 공간(17) 내에는 크세논 가스 등의 방전용 가스가 봉입되어 있다.

이 방전관(12)의 외부에는 전극(18, 19)이 설치되어 있다. 이들 한쌍의 전극 중 상부 전극(18)은, 외관부(13)에서의 곡면부의 외벽면에 고착된 금속막으로 이루어진다. 그리고, 상부 전극(18)의 재질로서는, 자외선을 반사하는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 재질의 것으로서는, 예를 들면, 알루미늄을 사용할 수 있다. 상부 전극(18)의 막두께는, 반사율이 높은 쪽이 바람직하고, 적어도 70% 이상, 더욱 바람직하게는 90% 이상 차광하여 외부에 자외선을 투과시키지 않는 막두께인 것이 바람직하다. 한편, 하부 전극(19)은 니켈선으로 이루어지고, 내관부(14)의 내부에 거의 전체 길이에 걸쳐서 꽂혀져 있다. 하부 전극(19)은, 상부 전극(18) 상의 각 점으로부터 등거리의 위치에 설치되어 있다. 이들 전극(18, 19)에 리드선(20, 21)의 일단부가 접속되고, 이들 리드선(20, 21)의 타단부는 교류 전원 장치와 접속되어 있다.

도 8의 (a)에 나타낸 바와 같이, 이 외관부(13)에서의 평탄부(16)의 주위의 4측면에 위치하는 사방의 내벽면에는, 산화이트륨(Y₂O₃)을 포함하는 슬러리를 소성하여 얻어지는 자외선 차광막(4e)이 설치되어 있다. 이 막은, 172㎚의 진공 자외선을 차광할 수 있는 것이며, 차광율은 막두께에 따라서 조정할 수 있다.

자외선 차광막(4e)은, 적어도 50% 이상, 더욱 바람직하게는 70% 이상, 가장 바람직하게는 90% 이상 차광하는 차광 부재로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 도 8에 예시한 바와 같이, 자외선 반사막으로서의 기능을 겸하는 상부 전극(18)의 단부(18A)와 일부 오버랩하도록 자외선 차광막을 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 하면, 외관부(13)의 외부로 누출되는 자외선을 자외선 반사막(4e)에 의해 확실하게 차광할 수 있어, 외관부(13)의 표면에 비산물이 부착되어도, 그로부터 가능한 한 고화가 진행되지 않도록 할 수 있다. 이 점은 이하의 변형예 1 및 2에 있어서도 마찬가지이다.

?변형예 1?

도 8의 (b)는, 도 8의 (a)에 나타낸 제4 실시예의 배리어 방전 램프의 제1 변형예를 나타내고 있다. 도 8에 나타낸 바와 같이, 이 배리어 방전 램프(30)는, 방전관(31)의 구조가, 내관부가 없는 단관(單管) 구조로 되어 있고, 상부 전극(34)은 방전관(31)의 아치형의 곡면부(32) 상에 설치되고, 하부 전극(35)이 평탄부(33)(하부 벽판)에 설치되어 있다. 이 평탄부(33)의 주위의 4측면에 위치하는 사방의 내벽면에는, 산화이트륨(Y₂O₃)을 포함하는 슬러리를 소성하여 얻어지는 자외선 차광막(4f)이 설치되어 있다. 이 막은, 172㎚의 진공 자외선을 차광할 수 있는 것이며, 차광율은 막두께에 따라서 조정할 수 있다.

?변형예 2?

도 9는 도 8의 (a)에 나타낸 제4 실시예의 배리어 방전 램프의 제2 변형예를 나타내고 있다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 이 배리어 방전 램프(40)는, 방전관(41)의 구조가, 외관부(42)과 내관부(43)로 이루어지는 이중관 구조로 되어 있고, 상부 전극(47)은 방전관(41)의 아치형의 곡면부(44) 상에 설치되고, 하부 전극(48)은 내관부(14)의 내부에 거의 전체 길이에 걸쳐서 꽂혀져 있다. 하부 전극(48)은, 상부 전극(47) 상의 각 점으로부터 등거리의 위치에 설치되어 있다. 이들 전극(47, 48)에 리드선(20, 21)의 일단부가 접속되고, 이들 리드선(20, 21)의 타단부는 교류 전원 장치와 접속되어 있다. 또한, 방전관(41)의 평탄부(45)(하부 벽판)에서의, 외관부의 외측 표면에는, 거의 전체면에 걸쳐서, 보조 전극(49)이 설치되어 있다. 이 보조 전극(49)이, 한쌍의 전극(47, 48) 사이에서의 주(主)방전을 보조한다. 보조 전극(49)은 방전관(41)의 내측으로부터 방사되는 광을 가능한 한 차단하지 않도록 메쉬형(mesh type)으로 형성되고, 방전관(41)의 길이 방향의 전체 길이에 걸쳐서 설치된다.

그리고, 평탄부(45)의 주위의 4측면에 위치하는 사방의 내벽면에는, 산화이트륨(Y₂O₃)을 포함하는 슬러리를 소성하여 얻어지는 자외선 차광막(4g)이 설치되어 있다. 이 막은, 172㎚의 진공 자외선을 차광할 수 있는 것이며, 차광율은 막두께에 따라서 조정할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프는 전면 유리를 필요로 하지 않는 반개방형의 자외선 조사 장치이면, 엄밀한 의미에서의 대략 사각상자형의 방전관에 한정되지 않고, 단면이 아치형인 방전관에도 적용할 수 있다. 또한, 이 경우, 방전관의 구조가, 이중관 구조, 단관 구조를 불문하고, 이중관 구조의 경우, 보조 전극이 설치되어 있어도 된다.

[산업 상의 이용 가능성]

본 발명에 관한 유전체 배리어 방전 램프는 전면 유리를 필요로 하지 않는 대략 사각상자형의 유전체 배리어 방전 램프이므로, 제조 비용을 억제할 수 있을뿐아니라, 장척 방향(전후 방향)의 양측 벽면에 불균일이 집중되는 것을 방지하여 방전관의 수명을 늘리는 것이 가능한 점에서, 산업 상의 이용 가능성은 크다.

1: 방전관
2: 상부 전극
3: 하부 전극
4: 차광 부재
4a: 자외선 차광막
4b: 자외선 차광막
4c: 용융 석영판
4d: 자외선 차광 작용을 가지는 조면
4e~4g: 자외선 차광막
10: 자외선 조사 장치
11, 30, 40: 배리어 방전 램프
12, 31, 41: 방전관
13, 42: 외관부
14, 43: 내관부
15, 32: 아치형의 곡면부
16, 33, 45: 평탄부
17: 방전 공간
18, 34, 47: 상부 전극
19, 35, 48: 하부 전극
20, 21: 리드선
22: 교류 전원 장치
49: 보조 전극
50: 조사 기구
51: 버블링 용기
52: HMDS(헥사메틸렌디실라잔)
53: 더미 기판(SUS)
54: 공시 램프
55: 펀칭 메탈판
60: 측정 장치
61: 방전관
62: 정반
63: 방전관 고정대
64: 마이크로미터 고정대
65: 마이크로미터
A1, A2: 공기
N: 질소 가스
E: 배기 가스

Claims

내부에 엑시머(excimer) 발광을 위한 방전용 가스를 봉입(封入)하고, 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사(照射)하는 방전관과, 상기 방전관의 외부 중 적어도 한쪽에 전극을 구비한 유전체(誘電體) 배리어(barrier) 방전 램프에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면(長側面)에 위치하는 벽면은, 상기 자외선을 적어도 50% 이상 차광(遮光)하는 차광 부재로 구성된, 유전체 배리어 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 차광 부재는 차광율이 70% 이상인, 유전체 배리어 방전 램프.
제1항에 있어서,
상기 차광 부재는 차광율이 90% 이상인, 유전체 배리어 방전 램프.
내부에 엑시머 발광을 위한 방전용 가스를 봉입하고, 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사하는 방전관과, 상기 방전관의 외부 중 적어도 한쪽에 전극을 구비한 유전체 배리어 방전 램프에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면은, 상기 램프의 점등 시에, 상기 벽면으로부터 상기 방전관의 외부로 방사되는 상기 자외선의 평균 조도가 50mW/㎠ 이하로 되도록 차광하는 차광 부재로 구성된, 유전체 배리어 방전 램프.
제4항에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면은, 상기 램프의 점등 시에, 상기 벽면으로부터 상기 방전관의 외부로 방사되는 상기 자외선의 평균 조도가 30mW/㎠ 이하로 되도록 차광하는 차광 부재로 구성된, 유전체 배리어 방전 램프.
제4항에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 벽면은, 상기 램프의 점등 시에, 상기 벽면으로부터 방전관의 외부로 방사되는 자외선의 평균 조도가 30mW/㎠ 이하로 되도록 차광하는 차광 부재로 구성된, 유전체 배리어 방전 램프.
내부에 엑시머 발광을 위한 방전용 가스를 봉입하고, 평탄한 면을 가지는 하부 벽판을 통해 자외선을 아래쪽으로 조사하는 방전관과, 상기 방전관의 외부 중 적어도 한쪽에 전극을 구비한 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 측면으로부터 방전관의 외부로 방사되는 상기 자외선의 평균 조도는, 50mW/㎠ 이하인, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법.
제7항에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 측면으로부터 상기 방전관의 외부로 방사되는 상기 자외선의 평균 조도는, 30mW/㎠ 이하인, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법.
제7항에 있어서,
상기 방전관에서의 하부 벽판의 주위의 장측면에 위치하는 측면으로부터 상기 방전관의 외부로 방사되는 상기 자외선의 평균 조도는, 10mW/㎠ 이하인, 유전체 배리어 방전 램프의 점등 방법.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 차광 부재는 투명 부재와 차광막을 포함하는 구성인, 유전체 배리어 방전 램프.
제10항에 있어서,
상기 차광막은, 자외선 차폐제(遮蔽製)를 가지는 산화물의 미립자를 용제에 혼탁시킨 슬러리(혼탁액)의 소성물(燒成物)로 구성되는, 유전체 배리어 방전 램프.
제11항에 있어서,
상기 산화물의 미립자의 1차 입자 직경은, 10~100㎚인, 유전체 배리어 방전 램프.
제11항에 있어서,
상기 산화물의 미립자는, 산화이트륨(yttrium oxide)을 주성분으로 하는, 유전체 배리어 방전 램프.
제10항에 있어서,
상기 차광막은, 주로 자외선 흡수성에 의한 차광을 행하는, 유전체 배리어 방전 램프.
제10항에 있어서,
상기 차광막은, 막두께가 10㎛ 이하인, 유전체 배리어 방전 램프.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 하부 벽판을 합성 석영판으로 구성하는 한편, 상기 하부 벽판의 주위의 4측면의 전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면 또는 상부 벽판을 용융(溶融) 석영판으로 구성한, 유전체 배리어 방전 램프
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 하부 벽판의 주위의 4측면의 전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면이 조면화(粗面化)된 조면화막으로서, 상기 조면화막은, 상기 하부 벽판의 주위의 4측면의 전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면이 합성 석영으로 구성되고, 또한 상기 하부 벽판의 주위의 4측면의 전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면이 플루오르화수소산에 의해 조면화된 조면화막인, 유전체 배리어 방전 램프.
제1항 또는 제4항에 있어서,
상기 하부 벽판의 주위의 4측면의 전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면이 조면화된 조면화막으로서, 상기 조면화막은, 상기 하부 벽판의 주위의 4측면의 전후 방향 및 좌우 방향의 양측 벽면에 샌드 블라스트(sand blast)가 분사되어 이루어지는, 유전체 배리어 방전 램프.
제1항 또는 제4항에 기재된 유전체 배리어 방전 램프와,
상기 램프 내에서 엑시머 발광을 생기게 하기 위한 전력을 출력하는 전원 장치와,
상기 전원 장치로부터의 전력을 공급하기 위한 리드선
을 포함하는, 자외선 조사 장치.
제19항에 있어서,
상기 조사 장치의 피조사(被照射) 대상물의 피조사면의 일부에는, 유기 규소 화합물을 포함한 층이 형성되어 있는, 자외선 조사 장치.