TWI423297B - Excimer lamp - Google Patents

Description

準分子燈

本發明是關於具備二氧化矽玻璃所成的放電容器，在介設有形成該放電容器的二氧化矽玻璃的狀態下設有一對電極所成，而在上述放電容器的內部發生準分子放電的準分子燈。

近年來，開發了例如藉由將波長200nm以下的真空紫外光照射在金屬，玻璃及其他材料所成的被處理體，而藉由該真空紫外光及由此所生成的臭氧的作用來處理被處理體的技術，例如除去附著於被處理體的表面的有機污染物質的洗淨處理技術，或在被處理體的表面形成氧化膜的氧化膜形成處理技術，而被實用化。

作為照射真空紫外光的裝置，使用例如藉由準分子放電形成準分子分子，而將利用從該準分子分子所放射的光的準分子燈具備作為光源者，在此種準分子燈中，為了更有效率地放射更高強度的紫外線，實施很多嘗試。

具體上，例如參照第6圖加以說明；記載著具備透射紫外線的二氧化矽玻璃所成的放電容器51，而在該放電容器51的內側與外側分別設有電極55，56所成的準分子燈50中，在曝露於放電容器51的放電空間S的表面，形成紫外線反射膜20，而作為紫外線反射膜，僅由二氧化矽粒子所成者，及僅由氧化鋁粒子所成者被例示於實施例 (參照專利文獻1)。

在該準分子燈50中，在放電容器51的一部分，形成有藉由未形成有紫外線反射膜20進行出射在放電空間S內所發生的紫外線的光出射部58。

依照此種構成的準分子燈50，在被曝露於放電容器51的放電空間S的表面，藉由設有紫外線反射膜，在設有紫外線反射膜的領域中，發生在放電空間S內的紫外線藉由紫外線反射膜被反射之故，因而不會入射至二氧化矽玻璃，而在構成光出射部58的領域中，紫外線透射二氧化矽玻璃被放射至外部之故，因而基本上，有效地可利用在放電空間S內所發生的紫外線，而且可將構成光出射部58以外的領域的二氧化矽玻璃的紫外線失真所致的損壞抑制成較小，而可防止發生裂痕的情形。

專利文獻1：日本專利第3580233號公報

然而，在上述構成的準分子燈中，判明了若長時間被點燈，則發生會降低紫外線反射膜的反射率的問題，或產生紫外線反射膜的剝落等的問題。

本發明是依據如上事項所創作者，其目的在於提供即使長時間被點燈時，也把紫外線反射膜的反射率降低的程度被抑制較小，不會產生紫外線反射膜的剝落，因此可有效率地出射真空紫外光的準分子燈。

本發明的準分子燈，屬於具備有放電空間的二氧化矽 玻璃所構成的放電容器，在介設有形成該放電容器的二氧化矽玻璃的狀態下設有一對電極所成，而在上述放電容器的放電空間內發生準分子放電的準分子燈，其特徵為：在曝露於上述放電容器的放電空間的表面，形成有二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線反射膜，該紫外線反射膜是將上述放電容器的管壁負荷作為b[W//cm² ]時，則在曝露於放電空間的表面層部分，氧化鋁粒子為以(10b－4)wt%以上，70wt%以下的比率含有所成者。

依照本發明的準分子燈，紫外線反射膜為二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成，氧化鋁粒子藉由以適當比率所成者，即使長時間被點燈時，也不會使得粒界消失而被維持之故，因而有效率地可擴散反射真空紫外光而可將反射率的程度抑制成較小，而且氧化鋁粒子被混入所致的紫外線反射膜對於放電容器的黏合性不會大幅度地降低，確實地可抑制紫外線反射膜從放電容器被剝落的情形，因此有效率地可出射真空紫外光。

第1圖是表示本發明的準分子燈的一側的構成的概略的說明用斷面圖，(a)是表示沿著放電容器的長度方向的斷面的橫斷面圖，(b)是表示(a)的A－A線斷面圖。

該準分子燈10是具備兩端被氣密地封閉而形成有放電空間S的斷面矩形狀的中空長狀的放電容器11，而在該放電容器11的內部，作為放電用氣體，例如被封入有 氙氣體，或混合氬與氯的氣體。

放電容器11是由良好地透射真空紫外光的二氧化矽玻璃，例如合成石英玻璃所成，具有作為介質的功能。

在放電容器11的長邊面的外表面，配置一對格子狀電極，亦即，相對向配置著作為高電壓饋電電極的功能的一方電極15及功能作為接地電極的另一方電極16朝長度方向延伸，藉由此，作成在一對電極15，16間介設有作為介質的功能的放電容器11的狀態。

此種電極是例如藉由將金屬所成的電極材料糊膏塗佈於放電容器11，或是藉由照片印刷可形成。

在該準分子燈10中，當點燈電力被供應於一方的電極15，則經由功能作為介質的放電容器11的壁而在兩電極15，16間生成放電，藉由此，形成有準分子分子，而且從該準分子分子產生真空紫外光所放射的準分子放電，惟為了有效率地利用藉由該準分子放電所發生的真空紫外光，二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線反射膜20設於放電容器11的內表面。在此，作為放電用氣體使用氙氣體時，則放出在波長172nm具有峰值的真空紫外線，而作為放電用氣體使用混合氬與氯的氣體時，則放射在波長175nm具有峰值的真空紫外線。

紫外線反射膜20是例如對應於放電容器11的長邊面的功能作為高電壓饋電電極的一方電極15的內表面領域與連續於該領域的短邊面的內表面領域的一部分全面所形成，而在對應於放電容器11的長邊面的功能作為接地電 極的另一方電極16的內表面領域，藉由未形成有紫外線反射膜20來構成光出射部(孔徑部)18。

紫外線反射膜20的膜厚是例如10~100μm較佳。

紫外線反射膜20是至少曝露於放電空間S的表面層部分，亦即，接受隨著準分子放電所產生的電漿的影響使得二氧化矽粒子熔融而發生粒界消失的部分，例如在深度約2μm的範圍內，氧化鋁粒子與二氧化矽粒子混在所成者，例如藉由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子的堆積體可構成。

紫外線反射膜20是二氧化矽粒子及氧化鋁粒子本體具有備有高折射率的真空紫外光透射性者之故，因而到達至二氧化矽粒子或氧化鋁粒子的真空紫外光的一部分在粒子表面被反射，同時其他的一部分折射而被入射至粒子內部，又被入射於粒子內部的大部分光被透射(一部分被吸收)，而再出射之際被折射的具有重複產生此種反射與折射的「擴散反射」的功能。

又，紫外線反射膜20是由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所構成，亦即藉由陶瓷所構成，具有不會發生不純氣體，又耐於放電的特性。

構成紫外線反射膜20的二氧化矽粒子，是例如可使用將二氧化矽玻璃粉末狀地作成細粒子者等。

二氧化矽粒子是如下地被定義的粒子徑為例如0.01~20μm的範圍內者，中心粒徑(數平均粒子徑的峰值)為如0.1~10μm者較佳，更佳為0.3~3μm者。

又，具有中心粒徑的二氧化矽粒子的比率為50%以上較佳。

構成紫外線反射膜20的氧化鋁粒子是如下地被定義的粒子徑為例如0.1~10μm的範圍內者，中心粒徑(數平均粒子徑的峰值)為如0.1~3μm者較佳，更佳為0.3~1μm者。

又，具有中心粒徑的氧化鋁粒子的比率為50%以上較佳。

構成紫外線反射膜20的二氧化矽粒子及氧化鋁粒子的「粒子徑」，是指將紫外線反射膜20對於其表面朝垂直方向切剖時的切剖面的厚度方向的大約中間位置作為觀察範圍，藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)取得擴大投影像，而以一定方向的兩條平行線隔著該擴大投影像的任意粒子時的該平行線的間隔的弗雷特(Feret’s)直徑。

如第2(a)圖所示地，具體上，在以單獨存在著大約球狀的粒子A及具有粉碎粒子形狀的粒子B等的粒子時，將以朝著一定方向[例如紫外線反射膜20的厚度方向(Y軸方向)]延伸的兩條平行線隔著該粒子時的該平行線的間隔作為粒徑DA，DB。

又，針對於具有出發材料的粒子徑熔融所接合的形狀的粒子C，如第2(b)圖所示地，針對於被判別為出發材料的粒子C1，C2的部分的各該球狀部分，測定以朝一定方向[例如紫外線反射膜20的厚度方向(Y軸方向)]延伸的兩條平行線相夾時的該平行線的間隔，將此作為該粒子的粒 徑DC1，DC2。

構成紫外線反射膜20的二氧化矽粒子及氧化鋁粒子的「中心粒子」，是指將針對於如上述所得到的各粒子的粒子徑的最大值與最小值的粒子徑的範圍，例如以0.1μm的範圍分成複數區分，例如區分成約15區分，屬於各個區分的粒子個數(度數)成為最大的區分的中心值。

二氧化矽粒子及氧化鋁粒子是藉由具有與真空紫外光的波長相同程度的上述範圍的粒子徑者，有效率地可擴散反射真空紫外光。

在以上，含有於上述準分子燈10的紫外線反射膜20的氧化鋁粒子的比率，是將放電容器11的管壁負荷作為b[W/cm² ]時，則作為(10b－4)wt%以上，70wt%以下。

在準分子燈，隨著電極間的電位差變大會使電漿的發生頻度變高之故，因而輸入電力變大，亦即，管壁負荷愈大，則紫外線反射膜曝露於電漿的頻度變高，成為在更嚴酷的條件下被使用。然而，如下述的實驗例的結果也所示地，氧化鋁粒子的含有比率的下限值，在放電容器11與管壁負荷之關係中，藉由被設定，就可將紫外線反射膜20的反射率的降低程度抑制成較小。

此種紫外線反射膜20是例如稱為「流下法」的方法，就可形成。亦即，在具有組合水與PEO樹脂(聚乙烯氧化物)的黏性的溶劑，混合二氧化矽粒子及氧化鋁粒子來調配分散液，藉由將該分散液流進放電容器形成材料內，附著於放電容器形成材料的內表面的所定領域之後，利用 乾燥，燒成，把水與PEO樹脂予以蒸發，就可形成紫外線反射膜20。

形成紫外線反射膜20之際所用的二氧化矽粒子及氧化鋁粒子的製造，是都可利用固相法，液相法，氣相法的任何方法，惟在此些中，由確實地可得到亞微細粒，微米尺寸的粒子，以氣相法，尤其是化學蒸鍍法(CVD)較佳。

具體上，例如二氧化矽粒子是藉由將氯化矽與氧在900~1000℃予以反應，而氧化鋁粒子是藉由將原料的氯化鋁與氧在1000~1200℃予以加熱反應，就可加以合成，而粒子徑是藉由控制原料濃度，反應場的壓力，反應溫度就可調整。

一般，在準分子燈，眾知隨著準分子放電，就發生電漿，惟在如上述的構成的準分子燈中，電漿成為大約直角地入射於紫外線反射膜而施以作用之故，因而紫外線反射膜的溫度會局部地急激地被上昇，於紫外線反射膜僅為如二氧化矽粒子所成者，則藉由電漿的熱，使得二氧化矽粒子被熔融而會消失粒界之故，因而無法擴散反射真空紫外光而降低反射率。

然而，紫外線反射膜20為由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所構成，以適當比率含有氧化鋁粒子所成者，藉由此依照上述構成的準分子燈10，即使被曝露在依電漿所致的熱時，其有比二氧化矽粒子還高融點的氧化鋁粒子是也不會熔融之故，因而以粒子彼此間結合著互相地鄰接的二氧化矽粒子與氧化鋁粒子被防止而被維持著粒界，因此

即使長時間被點燈時，也有效率地可擴散反射真空紫外光而可維持初期的反射率，而且混入有氧化鋁粒子所致的紫外線反射膜20對於放電容器11的黏合性不會大幅度地降低之故，因而確實地可抑制紫外線反射膜20從放電容器11被剝落的情形，因此有效率地可出射真空紫外光。

又，氧化鋁粒子是具有比二氧化矽粒子還高折射率之故，因而與僅由二氧化矽粒子所形成的紫外線反射膜相比較，可得到高反射率。

又，藉由在被曝露在產生準分子發光的放電空間S的放電容器11的內表面形成有紫外線反射膜20，可將放電空間S內的真空紫外線隨著入射於光出射部18以下的領域的二氧化矽玻璃的紫外線失真所致的損傷予以減小，而可防止發生裂痕。

以下，將為了確認本發明的效果所進行的實施例加以說明。

(實驗例1)

依照第1圖的構成，來製作除了從紫外線反射膜的表面距2μm的膜厚中所含有的氧化鋁粒子的含有量在0~50wt%的範圍變更的情形以外是具有同一構成的4種類的準分子燈，同時製作除了未具有紫外線反射膜的情形以外是具有同一構成的準分子燈。在此，含有於從紫外線反射膜的表面距2μm的膜厚中的氧化鋁粒子的含有量及二氧化矽粒子的含有比率，是從放電空間側，藉由電子顯微 鏡以數100~1000倍的放大率一邊觀測紫外線反射膜，一面使用能量分散型X線分析裝置進行定量分析所得到者將氧化鋁粒子的含有量表示為氧化鋁粒子質量/(二氧化矽粒子質量＋氧化鋁粒子質量)×100[wt%]，而將二氧化矽粒子的含有量表示為二氧化矽粒子質量/(二氧化矽粒子質量＋氧化鋁粒子質量)×l00[wt%]。

[準分子燈的構成] 放電容器的尺寸是10×42×150mm厚度為25mm，而作為放電用氣體，將氙氣體以40kPa的封入量封入在放電容器內。

高電壓供應電極及接地電極的尺寸是30×100mm。

構成紫外線反射膜的二氧化矽粒子是粒子徑為0.3~1.0μm範圍內，而中心粒徑為0.5μm，具有中心粒徑的粒子比率為50%者。

構成紫外線反射膜的氧化鋁粒子，是粒子徑為0.2~0.7μm範圍內，而中心粒徑為0.4μm，具有中心粒徑的粒子比率為50%者。

二氧化矽粒子及氧化鋁粒子的粒子徑的測定，是使用日本日立製電場放射型掃描電子顯微鏡「S4100」，將加壓電壓作為20kV，而將擴大投影像的觀察放率，粒子徑為0.1~1μm的粒子作為20000倍，而粒子徑為1~10μm的粒子作為2000倍。

紫外線反射膜是藉由流下法，將燒成溫度作為1100 ℃所得到者，其膜厚是30μm。

針對於各準分子燈，在放電容器管壁負荷b成為0.5 W/cm² ，0.7 W/cm² ，1.0 W/cm² ，1.4 W/cm² 的條件下使之點燈，測定剛點燈之後，與在一定的管壁負荷連續點燈500小時之後的波長172mm的氙準分子光的照度，算出依反射率減少的照度變化(與初期照度的相對值)，亦即，算出[(500小時點燈後的發光強度)/(剛點燈之後發光強度)]。將結果表示於下述表1。

如第3圖所示地，照度測定是在配置於鋁製容器30的內部的陶瓷製的支撐台31上，固定準分子燈10，而且在距準分子燈10的表面1mm的位置，相對向於準分子燈10的方式固定紫外線照度計35，而以氮置換鋁製容器30的內部氣氛的狀態下，藉由將交流高電壓施加於準分子燈10的電極15，16間，俾在放電容器11的內部發生放電來測定經由另一方的電極(接地電極)16的網路所放射的氙準分子光的照度。

由以上結果，可知在未具有紫外線反射膜的準分子燈中，未實質地產生經時性的照度變化，降低照度是以降低紫外線反射膜的反射率作為原因所產生。

又，作為製品的規格，例如被要求80%以上的維持率之故，因而若以照度變化成為0.8以上作為判定基準，則照度變化被保持在0.8以上的氧化鋁粒子的含有比率，是在管壁負荷為0.5 W/cm² 時為被確認需要1wt%以上，在管壁負荷為0.7W/cm² 時為3wt%以上，管壁負荷為1.0 W/cm² 時為6wt%以上，而管壁負荷為1.4 W/cm² 時為10wt%以上，如第4圖所示地，照度變化被保持在0.8以上時約氧化鋁含有量y，是在與管壁負荷b的關係中，若比以y＝10b－4所表示的直線L還上方的領域的量，則可將紫外線反射膜構成作為具有所期望的反射特性者，而確認可將降低照度的程度抑制成較小。

<實驗例2>

除了將構成紫外線反射膜的二氧化矽粒子與氧化鋁粒子的含有比率依照下述表2予以變更以外，將具有與實驗例1所用者相同基本構成的6種類的準分子燈分別製作各10支，而針對於各準分子燈，以目視來觀察有無紫外線反射膜的剝落。將結果表示於下述表2。

由以上結果，藉由紫外線反射膜的氧化鋁粒子的含有比率為70wt%以下，可確認紫外線反射膜的剝落不會產生的情形。

因此，由表示於上述實驗例1及實驗例2的結果，可確認紫外線反射膜的氧化鋁粒子的含有比率為(10b－4)wt%以上[b：放電容器的管壁負荷(W/cm² )]，70wt%以下，藉由此，即使長時間被點燈的情形，也維持紫外線反射膜的初期反射率，而可得到不會產生紫外線反射膜的剝落的準分子燈。

以上，針對於本發明的實施形態加以說明，惟本發明是並不被限定於上述實施形態者，可施加各種變更。

本發明是並不被限定於上述構成的準分子燈者，也可適用於如第5圖所示的所謂「四方型」的準分子燈，或是如第6圖所示的雙重管構造的準分子燈。

表示於第5圖的準分子燈40是例如具備合成二氧化矽玻璃所成的斷面長方形的放電容器41所成，而金屬所 成的一對外側電極45，45配設於放電容器41的互相相對向的外表面而成為朝放電容器41的管軸方向延伸，而且放電用氣體的例如氙氣體被填充於放電容器41內。在第5圖中，符號42是排氣管，而符號43是如鋇所形成的吸氣劑。

在此種構成的準分子燈40中，對應於放電容器41的內表面的各個外側電極45，45的領域及連續於此些領域的一方的內面領域的所有領域，設有上述紫外線反射膜20，而藉由未設有紫外線反射膜20以形成光出射部44。

又，如第6圖所示的準分子燈50，是具有二氧化矽玻璃管所形成的圓筒狀外側管52，及在該外側管52內沿著其管軸所配置的具有比該外側管52的內徑還小的外徑的例如二氧化矽玻璃管所形成的圓筒狀內側管53，外側管52與內側管53在兩端部被熔融接合而在外側管52與內側管53之間具備形成有環狀放電空間S所成的雙重管構造的放電容器51，例如金屬所形成的一方的電極(高電壓供應電極)55密接設於內側管53的內周面，而且例如由金屬網等的導電性材料所形成的另一方的電極56密接設於外側管52的外周面，而在放電空間S內，例如填充藉有由氙氣體等準分子放電形成準分子分子的放電用氣體所構成。

在此種構成的準分子燈50中，例如在放電容器51的內側管53的內表面的所有全周設有上述紫外線反射膜20，而且在外側管52的內表面，除了形成光出射部58的一 部分的領域以外設有二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線反射膜20。

10‧‧‧準分子燈

11‧‧‧放電容器

15‧‧‧一方的電極(高電壓供應電極)

16‧‧‧另一方的電極(接地電極)

18‧‧‧光出射部(孔徑部)

20‧‧‧紫外線反射膜

30‧‧‧鋁製容器

31‧‧‧支撐台

35‧‧‧紫外線照度計

40‧‧‧準分子燈

41‧‧‧放電容器

42‧‧‧排氣管

43‧‧‧吸氣劑

44‧‧‧光出射部

45‧‧‧外側電極

50‧‧‧準分子燈

51‧‧‧放電容器

52‧‧‧外側管

53‧‧‧內側管

55‧‧‧一方的電極(高電壓供應電極)

56‧‧‧另一方的電極

58‧‧‧光出射部

S‧‧‧放電空間

第1圖是表示本發明的準分子燈的一例子的構成概略的說明用斷面圖，(a)是表示沿著放電容器的長度方向的斷面的斷面圖，(b)是表示(a)的A－A線斷面圖。

第2圖是表示用於說明二氧化矽粒子及氧化鋁粒子的粒子徑的定義的說明圖。

第3圖是表示用於說明實驗例的準分子燈的照度測定方法的斷面圖。

第4圖是表示準分子燈的照度變化被保持在0.8以上時的放電容器的管壁負荷，及紫外線反射膜的氧化鋁含有量的關係的圖表。

第5圖是表示本發明的準分子燈的其他例子的構成概略的說明用斷面圖，(a)是表示沿著放電容器的長度方向的斷面的斷面圖。(b)是表示依垂直於(a)的紙面的平面的斷面的斷面圖。

第6圖是表示本發明的準分子燈的另一例子的構成概略的說明用斷面圖。(a)是表示沿著放電容器的長度方向的斷面的橫斷面圖，(b)是表示(a)的A－A線斷面圖。

10‧‧‧準分子燈

11‧‧‧放電容器

15‧‧‧一方的電極(高電壓供應電極)

16‧‧‧另一方的電極(接地電極)

18‧‧‧光出射部(孔徑部)

20‧‧‧紫外線反射膜

S‧‧‧放電空間

Claims (1)

1. 一種準分子燈，屬於具備有放電空間的二氧化矽玻璃所構成的放電容器，在介設有形成該放電容器的二氧化矽玻璃的狀態下設有一對電極，於上述放電空間內封入氙氣所成，將上述放電容器的管壁負荷作為b[W/cm² ]時，以管壁負荷b成為0.5W/cm² 以上1.4W/cm² 以下的條件來點燈，而在上述放電容器的放電空間內發生準分子放電的準分子燈，其特徵為：在曝露於上述放電容器的放電空間的表面，形成有二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線反射膜，該紫外線反射膜是在曝露於放電空間的表面層部分，氧化鋁粒子為以(10b-4)wt%以上，70wt%以下的比率含有所成者。