KR20140038340A - 엑시머 광원 - Google Patents

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Abstract

엑시머 자외선(UV) 램프의 기판에 부착되는 교대 극성의 전극을 가져, 전극의 각각 사이에 플라즈마 방전을 생성하는 광원이 제공된다. 기판의 형상은 할로겐에 의한 공격에 민감한 물질의 노출을 감소시키기 위해 플라즈마 방전을 형상화하고 제어할 수 있다. 플라즈마 방전이 램프 인클로저의 취약 지역과 할로겐의 접촉을 보다 적게 하는 영역에서 발생하도록 전극이 위치될 수 있다. 이러한 전극, 기판 및 엔벨로프와 같은 재료는 또한 부식성 물질에 견디도록 선택될 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 일부가 엑시머 가스를 포함하는 복수의 밀봉된 관은 두 전극 사이에 위치된다.

Description

엑시머 광원{EXCIMER LIGHT SOURCE}
본 발명은 일반적으로 가스 방전 광원에 관한 것이다.
휘발성 유기 화합물 및 다른 유기 화학 재료은 용제, 탈지제, 냉각제, 가솔린 첨가제, 및 다른 합성 유기 화학 재료에 대한 원료로 널리 이용된다. 이러한 유기 화합물은 일반적으로 도시 및 자연 용수 흐름(municipal and natural water streams)에서 극소량의 오염물로 발견된다. 그룹으로, 이들은 총 산화성 탄소(TOC)로 지칭된다. 이러한 화합물은 활성 탄소와 같은 매체에 의해 여과 및 흡수와 같은 기존의 수단에 의해 제거하기가 매우 어렵다.
자외선(UV)으로의 노출법은 초순수(ultra-pure water) 시스템에서의 물에서 TOC를 제거하는 수단이다. 현재 상업적으로 이용 가능한 시스템에서 TOC 제거를 위한 자외선은 185 nm의 파장에서 동작하는 저압 수은 증기 램프에 의해 생성된다. 또한, 250 nm 미만의 광역 스펙트럼 광을 생성하는 펄스형 광원을 이용하는 시스템이 존재한다. 이러한 펄스형 광원은 일반적으로 크세논 플래시 램프(xenon flashlamp)이다. 엑시머(excited dimer("excimer")) 펄스형 방전 램프는 또한 TOC를 제거하기 위해 제안되었다. 연속 방전 엑시머 광원이 또한 제안되었다. 이러한 장치의 예는 쿠퍼 등에 의한 미국 특허 제7,439,663호에 개시되어 있으며, 이는 여기서 참고로 통합된다.
지금까지 엑시머 광원은 거의 독점적으로 노블 가스(noble gas) 엑시머(예를 들어, Xe2*, Kr2* 등)를 이용한다. 노블 가스 엑시머에 의해 생성될 수 있는 광의 파장은 제한되고, 노블 가스-할로겐 엑시머(예를 들어, ArF, KrCl 등)는 노블 가스 엑시머로 달성할 수 없는 몇 가지 매우 유용한 파장에서 광을 생성할 수 있다. 노블 가스-할로겐 엑시머만이 매우 적은 응용에 이용되는 이유는 부분적으로 이러한 엑시머를 형성하는데 이용되는 할로겐 가스(예를 들어, F2, Cl2)가 매우 반응적이고, 이러한 장치에 이용되는 대부분의 재료을 화학적으로 공격한다는 사실 때문이다. 이것은 보통 실제 동작 수명 시간을 달성하기 전에 광원의 동작을 방해하여 궁극적으로 수리할 수 없을 정도로 그것을 손상시킨다.
본 발명의 시스템, 방법 및 장치는 제각기 수개의 양태를 가지는데, 이러한 양태 중 어느 하나에만 바람직한 속성에 대한 책임이 전적으로 있는 것은 아니다. 본 발명의 범위를 제한하지 않고, 더욱 현저한 특징이 이제 간략하게 논의될 것이다. 이러한 논의를 고려한 후, 특히 "발명의 상세한 설명" 란을 읽은 후, 본 발명의 특징이 더욱 비용 효과적인 물 처리를 포함하는 이점을 제공하는 방법을 이해할 것이다.
일 실시예에서, 본 발명은 엔벨로프(envelope), 엑시머 가스, 엔벨로프의 길이를 따라 적어도 부분적으로 확장하는 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극, 및 엔벨로프의 길이를 따라 적어도 부분적으로 확장하고, 상기 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극과 실질적으로 병렬인 적어도 하나의 제 2 길쭉한 전극을 포함하는 자외선(UV) 엑시머 램프를 포함한다. UV 엑시머 램프는 적어도 하나의 제 1 및 2 길쭉한 전극이 부착되는 기판을 포함할 수 있으며, 여기서 지지대는 바람직하게는 UV 광을 반사하거나 투과하는 재료로 형성된다. UV 엑시머 램프의 엑시머 가스는 이점으로 아르곤 플로라이드(argon fluoride)를 포함할 수 있다.
다른 실시예에서, 유체를 처리하는 시스템이 제공된다. 시스템은 유체 입구 및 유체 출구에 결합된 처리 챔버 및 적어도 하나의 엑시머 가스 방전 광원을 포함할 수 있으며, 이러한 광원은 처리 챔버를 통과하는 유체를 방사선에 노출하도록 구성된다. 본 실시예에서, 각 광원은 엔벨로프, 엑시머 가스, 엔벨로프의 길이를 따라 확장하는 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극, 및 엔벨로프의 길이를 따라 확장하고, 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극과 실질적으로 병렬인 적어도 하나의 제 2 길쭉한 전극을 포함한다.
유체를 정제하는 방법이 또한 제공된다. 이러한 방법은 엑시머 가스 방전 광원을 이용하여 100 nm 내지 400 nm의 범위의 파장을 가진 광을 생성하는 단계, 및 유체를 광에 노출하는 단계를 포함할 수 있다. 광을 생성하는데 이용되는 엑시머 가스 방전 광원은 엔벨로프, 엑시머 가스, 엔벨로프의 길이를 따라 확장하는 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극, 및 엔벨로프의 길이를 따라 확장하고, 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극과 실질적으로 병렬인 적어도 하나의 제 2 길쭉한 전극을 포함한다.
다른 실시예에서, UV 엑시머 램프는 적어도 두 개의 전극 및 복수의 밀봉된 관을 포함하며, 이러한 밀봉된 관의 적어도 일부는 엑시머 가스를 포함하며, 복수의 밀봉된 관은 적어도 부분적으로 적어도 두 개의 전극 사이에 위치된다.
이러한 램프는 어떤 시스템에 이용될 수 있고, 유체를 처리하는 시스템은 유체 입구 및 유체 출구에 결합된 처리 챔버 및 적어도 하나의 엑시머 가스 방전 광원을 포함하며, 이러한 광원은 처리 챔버를 통과하는 유체를 방사선에 노출하도록 구성된다. 본 실시예에서, 적어도 하나의 엑시머 가스 방전 광원은 적어도 두 개의 전극 및 복수의 밀봉된 관을 포함하며, 이러한 밀봉된 관의 적어도 일부는 엑시머 가스를 포함하며, 복수의 밀봉된 관은 적어도 부분적으로 적어도 두 개의 전극 사이에 위치된다.
게다가, 오염물의 유체를 정제하는 방법은 엑시머 가스 방전 광원을 이용하여 100 nm 내지 400 nm의 범위의 파장을 가진 광을 생성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 광을 생성하는데 이용되는 엑시머 가스 방전 광원은 적어도 두 개의 전극 및 복수의 밀봉된 관을 포함하며, 이러한 밀봉된 관의 적어도 일부는 엑시머 가스를 포함하며, 복수의 밀봉된 관은 적어도 부분적으로 적어도 두 개의 전극 사이에 위치된다.
도 1a는 광을 발생하도록 플라즈마 방전을 생성하는 시스템을 도시하며, 이러한 시스템은 엑시머 램프 및 전압원을 포함한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바와 같이 시스템의 실시예에 이용될 수 있는 원통형 엑시머 램프의 내부 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 6개의 전극의 두 세트를 도시한다.
도 3은 3개의 전극의 두 세트의 선형적인 설계도이다.
도 4는 기판에 부착된 6개의 전극의 두 세트를 도시한다.
도 5는 기판 지지대를 가진 3개의 전극의 두 세트의 선형적인 설계도이다.
도 6은 전극 사이에 형성된 공동부(cavity)를 가진 기판에 부착된 4개의 전극의 두 세트를 도시한다.
도 7은 기판에 내장된 4개의 전극의 두 세트를 도시한다.
도 8은 밀봉된 엔벨로프의 안쪽 확장부에 내장된 전극을 도시한다.
도 9는 외부 전극이 UV 투과성 원통 내에서 전기 방전을 생성하면서 엑시머 가스로 채워진 UV 투과성 원통형으로 구성된 가스 방전 광원의 다른 실시예를 도시한다.
다음의 상세한 설명은 본 발명의 어떤 특정 실시예에 대한 것이다. 그러나, 본 발명은 청구 범위에 의해 정의되고 적용되는 다수의 서로 다른 방식으로 실시될 수 있다. 이러한 설명에서는 도면을 참조로 하며, 여기서 동일한 부분은 전체에서 동일한 번호로 명시된다.
본 발명의 실시예는 1) 할로겐에 의한 공격에 민감한 재료의 할로겐 노출을 제한하는 것, 2) 할로겐과 램프의 취약 지역 사이에서 보다 적게 접촉하는 영역에 방전 위치를 정하는 것, 3) 이러한 부식성 재료을 포함한 대기의 담금에 견딜 수 있는 재료을 선택하는 것, 및 4) 절연 전극의 사용을 허용하여 전극으로의 할로겐 이온의 가속화를 최소화하기 위해 고주파수 또는 펄스형 AC 전압원을 이용하는 것 중 어느 하나 또는 모두에 의해 할로겐화 엑시머 램프의 수명을 연장할 것이다.
도면 및 설명은 여기에서 엑시머 자외선(UV) 램프의 기판에 부착될 수 있는 교대 극성의 길쭉한 전극을 가져, 전극 사이에 플라즈마 방전을 생성하는 광원의 구조를 예시하고 설명한다. 기판의 구성은 할로겐에 의한 공격에 민감한 재료의 노출을 제한하기 위해 플라즈마 방전을 형상화하고 제어할 수 있다. 플라즈마 방전이 할로겐과 램프 인클로저(lamp enclosure) 사이에 접촉을 보다 적게 하는 영역에서 발생하도록 전극이 위치될 수 있다. 이러한 전극, 지지대 및 엔벨로프와 같은 재료는 또한 부식성 물질에 견디도록 선택될 수 있다.
도 1a는 광을 발생하도록 플라즈마 방전을 생성하는 시스템을 도시하며, 이러한 시스템은 원통형 엑시머 램프(12) 및 전압원을 포함한다. 2개의 전압원, 즉 AC 전압원(14) 및 대안적 DC 전압원(16)이 예시된다. 따라서, AC, DC 또는 펄스형 전압원은 램프의 대향 단부에 연결되고, 이러한 대향 단부를 구동할 수 있다. 아래에 추가로 설명되는 바와 같이, AC 및 펄스형 전압원은 비피복(bare)되거나 절연되는 전극을 구동하는 반면에, DC 전압원은 일반적으로 비피복 전극만을 구동한다.
도 1b는 도 1a에 도시된 바와 같이 시스템의 실시예에 이용될 수 있는 원통형 엑시머 램프의 내부 구조를 도시한다. 램프는 일반적으로 가스를 포함하는 엔벨로프를 포함하지만, 엔벨로프는 램프 내의 전극이 더욱 쉽게 보여질 수 있도록 단순하게 도시되지 않는다. 도시된 바와 같이, 램프의 각 단부에 있는 전압원의 각각의 측면에 연결된 4개의 전극의 두 세트가 있다. 하나의 세트는 (20a-20d)로 도시되고, 다른 세트는 (22a-22d)로 도시된다. 따라서, 세트의 각 전극은 전극(20a-20d)에 대한 제 1 접촉 전극(24)을 통해 전압원의 하나의 측면에 부착되고, 전극(22a-22d)에 대한 제 2 접촉 전극(26)을 통해서는 다른 측면에 부착되며, 따라서 주어진 세트의 각 전극은 동일한 전압에 연결된다. 전극의 제 1 세트는 자신의 가까운 단부에 있는 전압원의 하나의 측면에 연결되고, 램프의 길이를 따라 그 측면에서 확장한다. 전극의 제 1 세트는 자신의 먼 단부에 있는 전압원의 다른 측면에는 연결되지 않는다. 자신의 가까운 단부에 있는 전압원의 하나의 측면에 연결된 전극의 제 2 세트는 램프의 길이를 따라 그 측면에서 실질적으로 전극의 제 1 세트와 병렬로 확장하고, 자신의 먼 단부에 있는 (제 1 세트에 연결되는) 전압원의 다른 측면에는 연결되지 않는다. 이것은 대향 극성을 가지고, 그 사이에 플라즈마 방전을 지원할 수 있는 인터리브형(interleaved) 병렬 전극 쌍을 생성한다. 다양한 실시예에서, 전극 사이의 간격은 약 1 마이크로미터와 몇 밀리미터 사이이다. 전극의 형상은 이점으로 전기장이 축 거리의 대부분에 걸쳐 일정하고, 어떤 위치에서, 특히 연결되지 않은 단부에서 이러한 값을 상당량 초과하지 않도록 할 수 있다. AC, DC 또는 펄스형 전압은 주위의 혼합 가스에서 안정적인 전기 방전을 생성하기 위해 각 쌍의 교번 극성(alternating polarity) 전극 사이에 인가될 수 있다. 가스 압력은 효율적인 엑시머 생성, 삼체 프로세스(three-body process)를 허용하기에 충분히 높아야 한다. 우선적으로, 그것은 0.1 Torr보다 낮거나 5000 Torr보다 높지 않아야 하지만, 가스 엔벨로프의 기계적 구조가 허용하는 만큼 높을 수 있다. 방전 플라즈마는 각각의 교번 극성 전극 사이에서 발생한다. 전선과 전원 공급 장치의 각각의 측면 사이의 연결이 이점으로 램프의 대향 단부에서 행해지지만, 또한 램프의 동일한 측면에서 별도의 전원 공급 장치의 출력에 연결된 서로 다른 극성의 전선을 갖는 것이 가능하다.
도 1의 실시예에서, 램프는 길쭉한 원통형이다. 예를 들면, 램프는 일부 실시예에서 직경이 5 mm 내지 50 mm일 수 있고, 길이가 최대 약 6 피트일 수 있다. 도시되지는 않았지만, 정제될 물로 채워진 챔버는 램프를 둘러쌀 수 있다. 챔버는 우선적으로 물과 직접 접촉하지 못하게 램프를 분리하는 UV 투과 슬리브를 포함할 수 있다. 슬리브는 램프가 교체를 위해 쉽게 제거될 수 있도록 설계될 수 있다. 따라서, 여기에 설명된 원리는 물을 정제하기 위한 유리한 물리적 구성을 가진 방전 램프를 제조하는데 이용될 수 있다.
도 1에 도시된 구조를 가진 방전 램프는 다양한 엑시머 가스를 포함할 수 있다. 예를 들면, 크세논 엑시머 램프는 172 nm에서 UV 출력을 생성한다. 이러한 파장은 물을 통해 약 0.1 mm를 침투한다(초기 값의 1/e에 대해 약 0.1 mm 감소한다). 물의 흡광도(absorbance)가 175 nm와 200 ㎚ 사이로 극적으로 떨어지기 때문에, 물을 정제하기 위해 UV 램프를 이용할 때 약간 긴 파장을 사용하는 것이 유리할 수 있다. 예를 들면, 아르곤 플로라이드는 약간 덜 활동적인 약간 긴 파장(193 nm)을 갖지만, 초기 값의 1/e에 대해 약 10 cm 감소하며, 따라서 Xe 엑시머 방사선보다 훨씬 더 큰 거리에 걸쳐 물을 침투할 수 있다. 그러나, 아르곤 플로라이드를 생성하는데 필요한 불소 가스는 부식성이 높으며, 램프 구성 요소를 공격하여 궁극적으로 파괴할 수 있다. 이러한 결과는 아래에 설명되는 실시예를 이용하여 최소화된다. 따라서, 여기에 설명된 원리는 또한 수명이 긴 물을 정제하기 위해 유익한 파장 출력을 가진 할로겐 방전 UV 광원을 생성하는데 이용될 수 있다. 다양한 할로겐화 가스는 여기에 설명된 램프에 이용될 수 있다. 193 ㎚의 파장을 가진 아르곤 플로라이드 외에, 램프는 248 nm의 파장에서의 크립톤 플로라이드 또는 184 nm의 파장에서의 크립톤 아이어다이드(krypton iodide)를 포함할 수 있다. 다른 가능성은 크립톤 클로라이드 및 아르곤 클로라이드를 포함한다. 어떤 할로겐 가스 또는 혼합 가스는 이점으로 여기에 설명된 램프 설계로 이용될 수 있으며, 이러한 램프 설계는 가스에 따라 예를 들어 약 170 nm 내지 약 310 nm의 출력 파장을 생성할 수 있다는 것이 인식될 것이다.
도 2 내지 8에서, 7개의 서로 다른 물리적 램프 레이아웃(layout)은 이러한 구조를 포함하는 구성 요소의 재료에 대한 몇 가지 옵션과 함께 설명된다. 이러한 구조의 각각은 UV 투과성 엔벨로프에 포함될 수 있으며, 도 2-8의 구조는 원통형 UV 투과성 엔벨로프(30)에 의해 둘러싸인 것으로 예시된다.
램프에서 전극과 필(fill) 가스(32)의 압력 사이의 간격은 혼합 가스의 압력에 전극 사이의 최소 거리, 또는 전극을 덮는 두 코팅 표면 사이의 최소 거리를 곱한 것이 범위 0.1 - 5000 Torr-cm 내에 있도록 할 수 있다. 더욱이, 두 전극 사이의 간격, 또는 전극을 덮는 두 코팅 표면 사이의 최소 거리는 일반적으로 이러한 미세 방전(microdischarge) 구조에서는 1 mm 미만이다.
기판과 전극을 둘러싸는 엔벨로프는 원통형이고, 밀봉되며, 투광성이 있을 수 있으며, 투광성 엔벨로프가 이 내에 포함된 혼합 가스의 부식 효과에 내성이 있도록 기판 재료 중 하나 이상으로 만들어지거나 코팅될 수 있다.
도 2는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 원형으로 배치되고, UV 투과성 엔벨로프로 둘러싸인 교번 전압의 극성을 가진 6개의 전극의 두 세트의 배열을 가진 구조의 단면도를 도시한다. 전극의 하나의 세트는 전압원의 하나의 측면에 연결되고, 전극의 다른 세트는 전압원의 다른 측면에 연결된다. 관례상, "x"로 명시되는 전극(36)은 하나의 극성을 나타내는 반면에, "o"로 명시되는 전극(38)은 반대 극성을 나타낸다. 이러한 전극의 두 세트는 이들 사이에 전위차를 가져, 인접한 반대 극성의 전극 사이에 플라즈마 방전을 생성시킨다.
도 2의 전극은 비피복되거나 절연될 수 있다. 할로겐 부식에 내성이 있는 비피복 및 절연 재료의 예는 비피복 내화 금속, 비피복 몰리브덴, 비피복 하프늄, 비피복 하프늄 코팅/도금 금속, 비피복 니켈 도금 금속, PTFE 절연 전극, MgF2 절연 전극, CaF2 절연 전극, A1203 절연 전극 및 Ti02 절연 전극을 포함한다. 이들은 또한 탄소 복합 재료, 부식에 내성이 있는 금속의 얇은 층으로 코팅된 유전체 물질과 같은 저항 재료로 만들어질 수 있다.
전극이 비피복되는 경우, 혼합 가스에 의해 부식에 내성이 있는 전극 재료 또는 코팅(예를 들어, 위에서 언급된 전극 재료)이 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 전극은 비피복된다. 비절연된 전극은 AC, DC 또는 펄스형 전압으로 이용될 수 있다. 전극이 절연되는 경우, 방전 전압은 펄스형 또는 AC 전압원으로부터 제공된다. AC 또는 펄스형 전압원의 경우, 전극에 제공되는 고주파 또는 짧은 펄스 폭은 전극으로의 할로겐 이온의 가속화를 최소화할 수 있다. 일 실시예에서, 전압원은 무선 주파수 미만에서 마이크로파 주파수까지(예를 들어, 약 20 kHz와 300 GHz 사이)의 전압을 제공한다. 고주파 AC 전압원(예를 들어, 100MHz 이상)은 플라즈마에서 자유 전자를 가속화하지만, 중질의(heavy) 할로겐 이온을 많이 가속화하지 않음으로써, 이러한 이온이 램프의 구조적 요소로 바람직하지 않게 가속화되지 않도록 한다. 대신에, 불소 이온만이 천천히 램프 구조로 드리프트(drift)하는데, 이는 이러한 구조로 가속화된 이온에 비해 부식의 속도를 감소시킨다. 부식은, 할로겐 원자와 반응하고, 할로겐 농도를 감소시키며, 램프의 엑시머 광 출력을 감소시키는 구조의 본질적인 속성을 파괴하기 때문에 문제이다. 따라서, 자유 전자는 전기장에 의해 고속으로 가속화되지만, 중이온은 램프 재료로 가속화되지 않기 때문에, 램프의 수명은 고주파로 동작될 때에 향상될 수 있다.
도 3은 3개의 전극(36, 38)의 두 세트의 선형적 설계 구조를 도시한다. 전극의 원형 배열을 도시하는 이전의 도면과는 달리, 이러한 도면은 기본적인 선형적 설계 구조를 도시한다. 원통형 엔벨로프로 표시되어 있지만, 직사각형 또는 시트 형상의 엔벨로프는 이러한 전극 배치에 적절하다.
전극 배치는 실용성 및 내구성을 향상시키기 위해 기판(40)에 의해 물리적으로 지지될 수 있다. 도 4는 전극의 원형 배치를 지지하기 위한 하나의 옵션을 도시한다. 이러한 도면은 기판(40)에 부착된 6개의 전극의 두 세트를 도시한다. 이러한 기판은 또한 혼합 가스의 부식 효과에 내성이 있는 실질적 UV 투과 또는 반사 물질로 만들어질 수 있다. 이러한 기판은 할로겐에 내성이 있을 수 있고, 300 nm 미만(특히 200 nm 미만)의 UV 광을 투과하거나 반사(비흡수)할 수 있다. 기판에 이용될 수 있는 실질적 투과 및 반사 물질의 예는 마그네슘 플로라이드(MgF2), 칼슘 플로라이드, 바륨 플로라이드, 리튬 플로라이드, PTFE, 티타늄 다이옥사이드(Ti02) 및/또는 알루미나/사파이어(A1203)를 포함한다.
기판(40) 및 전극(36, 38)을 둘러싼 엔벨로프(30)는 원통형이거나 다른 임의의 폐쇄된 형상이고, 밀봉된 투광형이며, 투광형 엔벨로프가 이 내에 포함된 혼합 가스의 부식 효과에 내성이 있도록 기판 재료 중 하나 이상으로부터 만들어지거나 이러한 기판 재료 중 하나 이상으로 코팅될 수 있다.
도 5는 기판(40) 지지대를 가진 전극의 두 세트의 선형적 설계 구조를 도시한다. 기판(40)은 추가적인 지지대를 전극에 제공한다.
도 6은 전극 사이에 형성된 공동부를 가진 기판(40)에 부착된 4개의 전극의 두 세트를 도시한다. 이러한 도면은 기판(40)이 플라즈마 방전을 형상화하고 포함할 뿐만 아니라 기판 재료와 플라즈마의 접촉을 최소화하기 위해 전극 위치 사이에 공동부를 형성하는 홈(42)을 갖도록 형상화되는 더욱 개량한 것(refinement)을 도시한다. 더욱이, 밀봉된 투광형 엔벨로프에 인접하여 매우 적은 플라즈마 방전이 있다. 이것은 방전으로 인해 엔벨로프의 잠재적인 부식을 감소시킨다. 공동부는 최상의 성능을 제공하기 위해 필요한 대로 형상화될 수 있다. 다른 도면에서와 같이, 전압 방전은 전극 사이에 생성된다. 이러한 도면에서는 8개의 방전이 생성되며, 전극의 각각의 인접한 쌍 사이에 하나의 방전이 생성된다.
도 7은 기판(40)에 내장된 4개의 전극의 두 세트를 도시한다. 이러한 대안적인 구성에서, 전극은 기판에 내장되는데, 여기서 기판은 플라즈마 방전에 의해 생성된 광을 투과하거나 반사시킨다(그러나 눈에 띄게 흡수하지 않는다). 또한, 상술한 바와 같이, 기판은 공동부(44)가 플라즈마 방전을 형상화하고 제어하기 위해 생성되도록 구성된다. 공동부(44)는 또한 엔벨로프와 플라즈마의 접촉을 최소화하는 역할을 할 수 있다.
또한, 기판(40) 및 엔벨로프(30)가 여기에 내장된 전극을 가진 단일 구조로 형성되는 것이 가능하다. 본 실시예에서, 중공 기판의 엑시머 가스 충전 중앙 영역(32)은 방전 영역을 형성할 수 있다. 이와 같은 실시예는 도 8에 예시된다. 본 실시예에서, 전극은 중공 밀봉 엔벨로프의 안쪽 확장 부분(48)에 내장된다. 엑시머 가스는 내부 중공 공동부 내에 제공된다. 방전은 전극이 내장되는 안쪽 확장 부분 사이의 영역(50)의 중공 공동부에 생성된다.
일부 유익한 실시예에서, 엔벨로프/기판은 석영으로 구성된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 이러한 엔벨로프/기판의 내부 표면은 상술한 투과형 기판 재료에 의한 코팅(54)을 가질 수 있다. 도 8의 실시예는 각 전극을 작은 관 내부에 위치시킨 후, 이러한 코팅된 전극의 각각을 큰 관의 내부 표면 주위에 배치하여 생성될 수 있다. 그 후, 열처리는 작은 관을 큰 관의 내부 표면에 융합시키는데 이용될 수 있다. 열처리하기 전에, 작은 관은 관 재료보다 높은 열 팽창 계수를 가진 중앙 몰드로 적소에(in place) 유지될 수 있다. 중앙 몰드는 작은 관이 큰 관의 내부 표면에 있으면서 큰 관 안쪽에 미끄러질 수 있으며, 열 처리 중에, 중앙 몰드는 작은 관에 팽창하여, 이들을 큰 관의 내부 표면에 누를 수 있다. 냉각 후에, 중앙 몰드는 다시 밖으로 미끄러질 수 있다. 다양한 재료가 본 실시예에서 엔벨로프로 이용될 수 있지만, 석영이 유리하다. 열 처리 후에, 예를 들어, 마그네슘 플로라이드(MgF2), 칼슘 플로라이드(CaF2), 바륨 플로라이드(BaF2), 리튬 플로라이드(LiF), PTFE, 티타늄 다이옥사이드(Ti02) 및/또는 알루미나/사파이어(A1203)의 코팅(54)은 이용되는 엑시머 가스에 따라 수명을 향상시키기 위해 내부 표면에 제공될 수 있다. 본 실시예는 간단하고, 본질적으로 일체형 구조(single piece construction)로 인해 유리하다.
도 9는 엑시머 가스로 채워진 둘 이상의 관(60)의 배열의 다른 실시예를 도시한다. 이 경우에 관(60)은 원통형으로 도시되지만, 어떤 임의의 형상일 수 있다. 관은 적절한 압력까지 엑시머 가스로 채워진 후에 밀봉된다. 그리고 나서, 관에 걸쳐 횡 방향 전기장을 생성하여 관 내부의 전기 방전에 이르게 하도록 전극(62a 및 62b)에 의해 펄스형 또는 AC 전압이 인가된다. 두 전극이 도시되지만, 절연 파괴 성능(breakdown performance)을 향상시키기 위해 관의 배열의 요소 사이에 더 많은 전극을 배치하는 것이 유리할 수 있다. 전극(62a 및 62b)은 비피복 금속일 수 있거나, 관 내부에 생성된 광의 흡수를 방지하여 대향하는 전극 사이의 전기 절연 파괴의 가능성을 확실히 적게 하도록 반사형 및/또는 전기적 절연 코팅으로 피복될 수 있다. 전극은 관을 완전히 포함하거나 둘러쌀 필요가 없으며, 이들은 단지 여기서 엑시머 방전을 유발시킬 수 있도록 관에 대해 충분한 크기 및 위치에 있을 필요가 있다.
관에 걸친 횡 방향 전기장 및 관 내부의 가스 압력은 압력과 거리의 곱이 적절한 미세 방전 동작을 위해 범위 0.1 - 5000 Torr-cm 내에 있도록 한다. 이러한 관 자체는 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 본 실시예에서는 석영이 유리하다. 관은 예를 들어 마그네슘 플로라이드(MgF2), 칼슘 플로라이드(CaF2), 바륨 플로라이드(BaF2), 리튬 플로라이드(LiF), PTFE, 티타늄 다이옥사이드(Ti02) 및/또는 알루미나/사파이어(A1203)의 코팅을 포함할 수 있으며, 이러한 코팅은 이용되는 엑시머 가스에 따라 수명을 향상시키기 위해 관의 내부 표면에 제공될 수 있다. 다른 실시예는 완전한 관을 형성하기 위해 이러한 코팅 재료 중 하나 이상을 이용하여, 별도의 코팅 단계에 대한 필요성을 제거할 수 있다. 전체 조립체는 처리 보호 및/또는 가스 또는 액체 냉각을 위해 대안적으로 (64 및 66)으로서 도시된 외부의 UV 투과형 엔벨로프 내에 포함될 수 있거나 포함되지 않을 수 있다. 도 9에서 두 개의 가능한 엔벨로프 구성으로 도시된 바와 같이, 외부 엔벨로프를 가진 장치 내의 전극은 (예를 들어 엔벨로프(64)에 의하면) 엔벨로프 내부에 있을 수 있거나 (예를 들어 엔벨로프(66)에 의하면) 엔벨로프 외부에 있을 수 있다.
엑시머 가스와 접촉하여 이러한 가스에 의해 저하될 수 있는 (상술한 바와 같이 코팅될 수 있는 관의 내부 표면과는 다른) 내부에 전극 또는 다른 기능 재료 또는 구성 요소를 갖지 않고 밀봉된 관이 단지 또는 본질적으로 가스만을 포함할 수 있기 때문에 본 실시예가 유익할 수 있다. 이것은 간단하고 저렴한 구조를 가진 오랜 지속형 UV 램프에 제공한다.
상기 상세한 설명이 표시되고, 설명되며, 다양한 실시예에 적용되는 본 발명의 새로운 특징을 지적하였지만, 예시된 장치 또는 프로세스의 형태 및 상세 사항의 여러 생략, 대체 및 변경은 본 발명의 정신을 벗어나지 않고 당업자에 의해 행해질 수 있다는 것이 이해될 것이다. 예를 들면, 전극을 밸러스트 저항으로 이용하는 것이 유리할 수 있다. 이것이 행해지면, 램프는 기판의 본체를 통해 축 방향으로 확장하는 많은 채널 중 하나를 통해 흐르는 물에 의해 냉각될 수 있다. 본 발명의 범위는 상술한 설명에 의해서보다는 첨부된 청구범위에 의해 표시된다. 청구범위의 등가의 의미 및 범위 내에 있는 모든 변경은 이러한 범위 내에서 받아들일 수 있다.

Claims (59)

  1. 자외선(UV) 엑시머 램프에 있어서,
    엔벨로프;
    엑시머 가스;
    상기 엔벨로프의 길이를 따라 확장하는 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극; 및
    상기 엔벨로프의 길이를 따라 확장하고, 상기 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극과 실질적으로 병렬인 적어도 하나의 제 2 길쭉한 전극을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제 1 및 2 길쭉한 전극이 부착되는 지지대를 더 포함하는, UV 엑시머 램프.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 지지대는 UV 광을 반사하거나 투과하는, UV 엑시머 램프.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 엔벨로프 및 상기 지지대는 일체형 재료로 형성되는, UV 엑시머 램프.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 노블 가스, 할로겐 또는 상기 노블 가스 및 할로겐의 혼합물을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 아르곤, 크립톤 및 크세논에서 선택된 노블 가스를 포함하고, 염소, 브롬, 불소, 요오드에서 선택된 할로겐과 혼합되는, UV 엑시머 램프.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 플로라이드를 포함하는, UV 엑시머 램프.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 클로라이드를 포함하는, UV 엑시머 램프.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 아르곤 플로라이드를 포함하는, UV 엑시머 램프.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 2 길쭉한 전극 중 적어도 하나는 절연되는, UV 엑시머 램프.
  11. 청구항 1에 있어서,
    상기 제 1 및 2 길쭉한 전극에 걸쳐 연결되는 전압원을 더 포함하는, UV 엑시머 램프.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 전압원은 펄스형 전압원을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  13. 청구항 12에 있어서,
    펄스 주파수는 약 20 kHz에서 약 300 GHz까지인, UV 엑시머 램프.
  14. 청구항 11에 있어서,
    상기 전압원은 AC 전압원을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 AC 전압원의 주파수는 약 20 kHz에서 약 300 GHz까지인, UV 엑시머 램프.
  16. 유체를 처리하는 시스템에 있어서,
    유체 입구 및 유체 출구에 결합된 처리 챔버; 및
    상기 처리 챔버를 통과하는 유체를 방사선에 노출하도록 구성되는 적어도 하나의 엑시머 가스 방전 광원을 포함하는데,
    각 광원은,
    엔벨로프;
    엑시머 가스;
    상기 엔벨로프의 길이를 따라 확장하는 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극; 및
    상기 엔벨로프의 길이를 따라 확장하고, 상기 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극과 실질적으로 병렬인 적어도 하나의 제 2 길쭉한 전극을 포함하는, 유체 처리 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 처리 챔버는 상기 엔벨로프를 둘러싸는, 유체 처리 시스템.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 처리 챔버는 상기 엔벨로프와의 접촉에서 상기 유체를 분리하는 슬리브를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  19. 청구항 16에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 노블 가스, 할로겐 또는 상기 노블 가스 및 할로겐의 혼합물을 포함하는, 유체 처리 시스템.
  20. 청구항 19에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 아르곤 플로라이드를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  21. 청구항 19에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 플로라이드를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  22. 청구항 19에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 클로라이드를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  23. 오염물의 유체를 정제하는 방법에 있어서,
    엑시머 가스 방전 광원을 이용하여 100 nm 내지 400 nm의 범위의 파장을 가진 광을 생성하는 단계; 및
    유체를 상기 광에 노출하는 단계를 포함하는데,
    상기 광을 생성하는데 이용되는 상기 엑시머 가스 방전 광원은,
    엔벨로프;
    엑시머 가스;
    상기 엔벨로프의 길이를 따라 확장하는 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극; 및
    상기 엔벨로프의 길이를 따라 확장하고, 상기 적어도 하나의 제 1 길쭉한 전극과 실질적으로 병렬인 적어도 하나의 제 2 길쭉한 전극을 포함하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  24. 청구항 23에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 170 nm와 310 nm 사이의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  25. 청구항 24에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 193 nm의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  26. 청구항 24에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 222 nm의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  27. 청구항 24에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 248 nm의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  28. 청구항 23에 있어서,
    상기 유체는 본질적으로 물로 구성되는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  29. UV 엑시머 램프에 있어서,
    적어도 두 개의 전극; 및
    복수의 밀봉된 관을 포함하는데, 상기 복수의 밀봉된 관 중 적어도 일부는 엑시머 가스를 포함하며, 상기 복수의 밀봉된 관은 적어도 부분적으로 적어도 두 개의 전극 사이에 위치되는, UV 엑시머 램프.
  30. 청구항 29에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 노블 가스, 할로겐 또는 상기 노블 가스 및 할로겐의 혼합물을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  31. 청구항 30에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 아르곤 플로라이드를 포함하는, UV 엑시머 램프.
  32. 청구항 30에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 플로라이드를 포함하는, UV 엑시머 램프.
  33. 청구항 30에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 클로라이드를 포함하는, UV 엑시머 램프.
  34. 청구항 29에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전극 중 적어도 하나는 절연되는, UV 엑시머 램프.
  35. 청구항 1에 있어서,
    상기 적어도 두 개의 전극에 걸쳐 연결되는 전압원을 더 포함하는, UV 엑시머 램프.
  36. 청구항 35에 있어서,
    상기 전압원은 펄스형 전압원을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  37. 청구항 36에 있어서,
    펄스 주파수는 약 20 kHz에서 약 300 GHz까지인, UV 엑시머 램프.
  38. 청구항 35에 있어서,
    상기 전압원은 AC 전압원을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 AC 전압원의 주파수는 약 20 kHz에서 약 300 GHz까지인, UV 엑시머 램프.
  40. 청구항 29에 있어서,
    상기 밀봉된 관은 석영으로 형성되는, UV 엑시머 램프.
  41. 청구항 29에 있어서,
    상기 밀봉된 관은 상기 밀봉된 관의 내부 표면에 코팅되는, UV 엑시머 램프.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 코팅은 마그네슘 플로라이드(MgF2), 칼슘 플로라이드(CaF2), 바륨 플로라이드(BaF2), 리튬 플로라이드(LiF), PTFE, 티타늄 다이옥사이드(Ti02) 및 알루미나/사파이어(A1203) 중 하나 이상을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  43. 청구항 29에 있어서,
    상기 밀봉된 관은 마그네슘 플로라이드(MgF2), 칼슘 플로라이드(CaF2), 바륨 플로라이드(BaF2), 리튬 플로라이드(LiF), PTFE, 티타늄 다이옥사이드(Ti02) 및 알루미나/사파이어(A1203) 중 하나 이상으로 형성되는, UV 엑시머 램프.
  44. 청구항 29에 있어서,
    상기 밀봉된 관은 본질적으로 가스만을 포함하는, UV 엑시머 램프.
  45. 유체를 처리하는 시스템에 있어서,
    유체 입구 및 유체 출구에 결합된 처리 챔버; 및
    상기 처리 챔버를 통과하는 유체를 방사선에 노출하도록 구성되는 적어도 하나의 엑시머 가스 방전 광원을 포함하는데,
    상기 적어도 하나의 엑시머 가스 방전 광원은,
    적어도 두 개의 전극; 및
    복수의 밀봉된 관을 포함하는데, 상기 복수의 밀봉된 관 중 적어도 일부는 엑시머 가스를 포함하며, 상기 복수의 밀봉된 관은 적어도 부분적으로 상기 적어도 두 개의 전극 사이에 위치되는, 유체 처리 시스템.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 처리 챔버는 상기 엔벨로프를 둘러싸는, 유체 처리 시스템.
  47. 청구항 46에 있어서,
    상기 처리 챔버는 상기 광원과의 접촉에서 상기 유체를 분리하는 슬리브를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  48. 청구항 45에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 노블 가스, 할로겐 또는 상기 노블 가스 및 할로겐의 혼합물을 포함하는, 유체 처리 시스템.
  49. 청구항 48에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 아르곤 플로라이드를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  50. 청구항 48에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 플로라이드를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  51. 청구항 48에 있어서,
    상기 엑시머 가스는 크립톤 클로라이드를 포함하는, 유체 처리 시스템.
  52. 청구항 45에 있어서,
    상기 밀봉된 관은 본질적으로 가스만을 포함하는, 유체 처리 시스템.
  53. 오염물의 유체를 정제하는 방법에 있어서,
    엑시머 가스 방전 광원을 이용하여 100 nm 내지 400 nm의 범위의 파장을 가진 광을 생성하는 단계; 및
    유체를 상기 광에 노출하는 단계를 포함하는데,
    상기 광을 생성하는데 이용되는 상기 엑시머 가스 방전 광원은,
    적어도 두 개의 전극; 및
    복수의 밀봉된 관을 포함하는데, 상기 밀봉된 관 중 적어도 일부는 엑시머 가스를 포함하며, 상기 복수의 밀봉된 관은 적어도 부분적으로 상기 적어도 두 개의 전극 사이에 위치되는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  54. 청구항 53에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 170 nm와 310 nm 사이의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  55. 청구항 54에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 193 nm의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  56. 청구항 54에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 222 nm의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  57. 청구항 54에 있어서,
    상기 가스 방전 광원은 주로 약 248 nm의 파장을 가진 광을 생성하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  58. 청구항 53에 있어서,
    상기 유체는 본질적으로 물로 구성되는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
  59. 청구항 53에 있어서,
    상기 밀봉된 관은 본질적으로 가스만을 포함하는, 오염물의 유체를 정제하는 방법.
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