TWI427670B - Excimer lamp - Google Patents

Description

準分子燈

本發明是關於照射真空紫外光的準分子燈。

眾知有表示於第4圖的構造的準分子燈。

此準分子燈是放電容器具備外側管與內側管，具備此些配置成大約同軸而在端部被接合的所謂雙重管構造者，而具有圓筒狀的放電空間。

在此外側管的外周面側(放電空間的外側)配置有一方的電極，而在內側管的內周面側(放電空間的外側)配置有另一方的電極，在放電容器的內部作為準分子放電氣體封入有如10~80kPa氙氣體所構成。

在上述一方與另一方的電極，藉由施加高頻高電壓，介裝構成放電容器(管)的石英玻璃的壁而形成著放電。

如上所述地，將放電空間形成圓筒狀地形成的放電空間的理由，是為了儘量將放電間隙作成一定，以確保穩定的照度分布。

此種準分子燈是被使用於基板的洗淨，改質等的表面處理，惟最近為了提昇工件的生產率，而且期盼減少燈的更換頻度，提昇開工率而在生產線整體上降低成本。

然而，在上述準分子燈中，構成放電容器的石英玻璃藉由紫外光會劣化，而降低主要波長172nm的光的穿透率。

又，在依紫外光所致的劣化進行時，則在放電容器的裂縫而使得燈成為無法點燈，而且裂縫擴至放電容器整體，而有容器的破片掉落的情形。

如此，針對於由來於紫外線失真的問題也檢討過去，例如在專利文獻1，揭示著在放電容器的冷卻部，特別容易有紫外線失真之故，因而對應於藉由放電容器的冷卻手段被冷卻的部位，將紫外線反射膜及/或紫外線吸收膜形成於放射空間側表面上的準分子燈。

如專利文獻1所示地，在準分子燈的放電空間內，放射除了波長172nm以外也放射著140~190nm範圍的紫外線，構成放電容器的石英玻璃的空間側表面，不斷地照射著此種紫外光。紫外光給予石英玻璃的損傷是波長愈短會愈大，考慮放電容器形狀，使用狀態，殘留於玻璃的熱失真等，尤其是從此種紫外光來保護容易破損部分，就可防止放電容器的破損，可將燈作成長壽命化。

專利文獻1：日本特開2002-093377號公報

然而，在專利文獻1所述的技術保護著冷卻部，而即使在該部分延遲著破損就可延長壽命，而在其他部位未被保護之故，因而藉由有紫外線失真，使得主要波長172nm的紫外光的穿透率變差，而產生降低照度。

於是，本案發明是在於提供一種抑制放電容器而可實現壽命長，而且取出光的效率優異又照度降低少的準分子燈，作為目的。

為了實現上述準分子燈，本發明是一種準分子燈具備配置於同軸上的外側管與內側管，具備形成準分子分子的放電用氣體而形成圓筒狀放電空間的放電容器，及配置於上述外側管的外周面上的一方的電極，及配置於上述內側管的內周面上的另一方的電極所成的準分子燈，其特徵為：上述一另的電極是垂直於上述準分子燈的管軸的斷面覆蓋上述外側管的外周面上的一半以上且具備一定領域非形成部分，在上述外側管的內周面上，超越覆蓋上述一方的電極配置領域的方式形成有對於波長150nm以下的紫外光具有吸收或反射特性的膜。

又，在內側管的外周面上，超越覆蓋上述另一方的電極配置領域的方式形成有對於波長150nm以下的紫外光具有吸收或反射特性的膜，為其特徵者。

上述膜是由二氧化矽，氧化鋁，氧化鈦及氧化釔所成的群所選擇的至少一種較佳。

依照本發明的準分子燈，針對於放電容器的外側管曝露於放電的部分藉由形成對於波長150nm以下具有吸收或反射特性的保護膜，不必照射氙共鳴線的波長147nm的紫外光，可抑制由來於失真發生於紫外線使得放電容器劣化的情形，長期間地可抑制放電容器的破損，成為可作成壽命長的準分子燈。

還有，藉由在內側管的放電空間側表面的該管的外周面上也設置上述保護膜，可抑制在內側管有紫外線失真的情形，又可實現進一步的長壽命化。

又，藉由作為可使用二氧化矽，氧化鋁，氧化鈦及氧化釔所成的群所選擇的至少一種所構成，確實地可防止波長150nm的紫外光入射於放電容器的情形。

以下，針對於本發明參照圖式加以詳細地說明。

第1圖是表示本發明的放電容器的一實施形態的構成的概略的說明用斷面圖。

此放電容器10是例如石英玻璃所成，具有圓筒狀外側管12，及在此外側管12內沿著其管所配置的具有比該外側管12的內徑還要小的外徑的例如石英玻璃所成的圓筒狀內側管13，具備外側管12與內側管13在兩端部中熔融接合所成的雙重管構造的放電容器11。

構成放電容器11的內側管13，是具有例如兩端部朝徑方向外方擴展延伸地彎曲所形成的屈曲部分者，該內側管13的屈曲部分與外側管12接合而藉由該屈曲部分13A構成端壁，藉此，氣密地被閉塞的環狀放電空間S形成於外側管12的內周面與內側管13的外周面之間。

在構成放電容器11的外側管12，藉由嵌入有密接於其外周面以鋁板等經壓製加工所構成的斷面概略C狀的金屬板，設有一方的電極(以下，稱為「外側電極」)14。又，在內側管13密接於其內周面，設有例如鋁所成的管子狀或在斷面具有一部分缺口的概略C形狀(水槽狀)的金屬板所成的另一方的電極(以下，稱為「內側電極」)15。此些外側電極14及內側電極15，是被連接於如高頻電源所成的電源裝置19。

在放電空間S內，填充有藉由在外側電極14與內側電極15之間所產生的準分子放電形成準分子分子的例如氙氣體等的放電用氣體。

又在第2圖中，符號18是將氣體封入於放電容器之際所使用的排氣管的剩餘部。

在此放電容器的內部的所定領域，形成有對於波長150nm以下的光具有吸收特性及/或反射特性的下述構成的保護膜20。

保護膜是介質所構成，作為材質較佳為二氧化矽(SiO₂ )，氧化鋁(Al₂ O₃ )，氧化鈦(TiO₂ )，氧化釔(Y₂ O₃ )等的粉末，此種介質的粉末是以堆積於外側管的內周面上的狀態配置所成者。此種介質的粉末是單獨使用，或是以適當地組合混合地使用也可以。又，上述物質中二氧化矽粒子是對於波長150nm以下的光藉由依吸收特性所致的作用來保護放電容器，而氧化鋁粒子是對於波長150nm以下的光雖以吸收特性為主惟些微地具備反射特性，而藉由吸收與反射的雙方特性來保護放電容器。

混合二氧化矽粒子與氧化鋁粒子予以使用的情形，列舉一例子，二氧化矽粒子是粒徑0.4μm~1.5μm，中心直徑：0.7μm，氧化鋁粒子是0.2μm~0.5μm，中心直徑： 0.3μm，而氧化鋁粒子的含有量調配成為質量10%。

最終性的膜厚是1μm以上，例如在1~50μm的範圍可適當地選擇。又，保護膜是有1μm以上就可保護石英玻璃之故，因而形成於對於波長172nm的紫外線不需要穿透性的部分，則在可保持的範圍內可將膜厚構成較厚。

形成有上述保護膜20的領域，是在放電容器11中對應於配置有電極14、15的部分的部位，其中容易有紫外線失真的部分，如本發明的準分子燈地，具備外側管12與內側管13，在將光穿透窗形成於外側管12的一部分的準分子燈中，在外側管12上配置有外側電極14的部分及內側管13的全周部分。然而，在內側管13的內表面因動作中的溫度高，而紫外線失真比外側管12不容產生之故，因而不需要。因此，在外側管的內表面放電空間側表面，對應於電極的部分成為必需。

在未配置有外側電極14的部分，氙共鳴線的波長147nm的紫外光及電漿無法到達之故，因而形成紫外線失真。因此，未形成上述保護膜20也可將波長172nm的穿透率維持在高狀態。

此種膜是在製作燈的階段就形成。

在此，針對於其製法加以說明。

1.首先，調配膜構成用的粉末。在調配具有所定平均粒徑及中心粒徑的二氧化矽粉末與氧化鋁粉末的混合粉末，配合硝化纖維素，乙酸丁酯液與以重量比1：4的比率混合的黏合液，經充分攪拌來製作氧化鋁粉末-二氧化 矽粉末被分散的漿料。

2.將此漿料塗佈於發光管構成用的玻璃管的內表面。

塗上方法並未特別加以限定，惟可採用流下法，抽上法，浸漬法等。又，依流下法以外的方法所致的情形，在不需要膜的部位施以遮蔽較佳。

3.乾燥漿料之後，使得保護膜穩定予以固裝的方式使用電爐來進行燒成。

燒成溫度是在1100℃保持大約1小時。藉由此燒成工程結合著粒子彼此間而且熔合於玻璃管，成為玻璃層強有力地黏合於基材。

此種保護是必須形成於至少形成有放電電漿的(外側管內周面)部分，超越外側電極(一方的電極)的部分與電極的側端部而形成至非電極形成側為期盼的形態。

參照第1圖及第3圖的斷面圖，針對於較佳形態具體地加以說明。將連結內側管13的放電空間S側表面與外側電極14的端的假想線d與外側管12的放電空間S側表面交叉之點作為A，保護膜20的端部B，將被封入於放電容器11內的Xe封入壓力(室溫)作為P(kPa)時，斷面圖上的AB的距離AB為以以下(式1)所求出的L以上較佳。

(式1) L=542/P² [mm]

(又，準分子燈的氙氣體的封入壓力是10~80kPa，實用上在0.5~5.5mm的範圍內適當地加以設定就可以。

成為紫外線失真的原因的波長147nm的光，是Xe共鳴線之故，因而被吸收於非激勵Xe原子。因此，147nm光與強度是依存於燈中的Xe原子數。Xe原子數是溫度為一定時，則以壓力表記也有可能之故，因而壓力高則147nm強度變低，若壓力低則147nm強度變高。因此，波長147nm光到達至距離L是可藉由Xe封入壓力P來決定。

在上述式(1)中，在將壓力予以平方後之倒數乘以542的理由，是依據J.C.MOLINO GARCIA,J.Quant.Spectrosc.Radiant.Transfer,Vol.57,No.4，Xe原子的147nm的吸收係數K(m^-1 )是在常溫下，以(式2) K=0.085(10P)² 可表示。將初期的光強度作為Io，而將被吸收經衰減後的光強度作為I，則光的衰減是以(式3) I/Io=exp(-KL)表示之故，因而將式2代入於式3加以整理，則光衰減成1/100的距離，是可以以上述式1表示。

依照具有以上的保護膜的本案發明的準分子燈，在光 穿透窗部(電極非形成部，未形成有電極之故，因而成為在燈動作中，不會曝露在電漿的構造，而且波長147nm的光無法到達之故，因而降低穿透率或導入紫外線失真較少，而長期地可以以高照度來照射172nm的紫外光，而且在外側管的電極形成部的石英玻璃，形成有對於波長150nm以下的紫外光具有吸收或反射特性之故，因而不會直接曝露於波長147nm的紫外光及電漿，而可抑制玻璃的劣化進行，成為額外地增加一直到破損為止的時間。

又，參照第4圖來說明其他的實施形態。第4圖是與管軸垂直的斷面切剖準分子燈的圖式。又，在同圖中，針對於在第1圖至第3圖所說明的構成以相同符號表示，而省略詳細說明。

如第4圖所示地，本實施形態的準分子燈，是基本上具備所謂在外側管12的內周面上的所定領域形成保護膜20的構成，而且在內側管13的放電空間S側表面上的管(13)的外周面上形成對於波長150nm的光具備反射特性或吸收特性的保護膜21者。如上所述地，保護膜21是作為材質較佳為二氧化矽(SiO₂ )，氧化鋁(Al₂ O₃ )，氧化鈦(TiO₂ )，氧化釔(Y₂ O₃ )等，以單一或適當的組合來混合粉末狀態者，堆積於管的放電空間側表面上而形成層狀者。保護膜21的形成領域是對應於內側電極15配置部分而形成於大約全周全面。

如此實施形態地，對應於放電容器11的放電形成領域全體形成保護膜20、21，很難有紫外線失真發生於放電 容器11，成為可更延伸準分子燈的壽命。

以上，針對於本發明加以說明，惟當然針對於有關於本發明的構成可適當變更可置換的構成。例如，若膜的種類是對於150nm的光具有吸收及/或反射特性者，並不被限定於上述者。

(實施例)

以下，說明本發明的實施例。

依照第1圖至第3圖的構成來製作準分子燈。

〈燈1〉

放電容器：材質；石英玻璃、全長；1268mm

外側管；外徑40mm、厚度2mm

內側管；外徑18mm、厚度1mm

外側電極(斷面半圓狀)：鋁、厚度1mm、長度；1205mm

內側電極(斷面C狀)：鋁、厚度1mm、長度；1205mm

保護膜：組成是如下所示。

二氧化矽：粒徑0.4μm~1.5μm、中心直徑：0.7μm

氧化鋁粒子：0.2μm~0.5μm、中心直徑：0.3μm

氧化鋁粒子的含有量是質量10%、燒成溫度：1100℃

膜厚：30μm(平均)

上述膜是使用稱為流下法的塗佈方法，將粒子混合溶劑而形成溶液，藉由其溶液流進放電容器的內面，附著溶液。之後，進行乾燥燒成。若膜厚為1mm以上，則吸收及反射150nm的光，而對於147nm的光可加以保護。在本實施例中使用30 μm的膜。依照此實施例的膜，二氧化矽粒子成為主要成分之故，因而吸收波長147nm的共鳴線，對於放電容器成為可進行保護。

依照下述表1，變更膜的形成領域及Xe封入壓力而進行製作燈1至燈3。

又，上述實施例與燈的基本上構造作成同樣，而製作保護膜的形成領域較小或未具有保護膜的參照例燈4至燈6。針對於此些燈4至燈6的Xe封入壓力及保護膜的構成，整理表示於下述表1。

以各燈的額定電壓，額定頻率點亮燈1至燈6，進行比較直到破損為止的時間。將此結果表示於下述表1。

由此結果可明白，將覆蓋外側管的外周面上的一半以上的外側電極的配置領域予以超越覆蓋的方式，具有對於波長150nm以下的紫外光具有吸收或反射特性的保護膜，來比較未具有膜者，或是膜未超越電極配置領域所形成者，而可達成長壽命化。又，形成有膜的領域(AB的長度)，為在與燈的氙的封入壓力P的關係，形成在比藉由L=542/P² 所算出的大小還要大的廣範圍，也可將使用壽命延長至1000小時以上。

11．．．放電容器

12．．．外側管

13．．．內側管

13A．．．屈曲部分

14．．．一方的電極(外側電極)

15．．．另一方的電極(內側電極)

18．．．排氣管剩餘部

19．．．電源裝置

20．．．保護膜

S．．．放電空間

第1圖是對於管軸朝垂直方向切剖說明本發明的實施形態的準分子燈的斷面圖。

第2圖是朝管軸方向切剖說明本發明的實施形態的準分子燈的斷面圖。

第3圖是擴大表示在第1圖中以圓圍繞的部分的主要部分說明圖。

第4圖是對於管軸朝垂直方向切剖說明本發明的其他實施形態的準分子燈的斷面圖。

第5圖是對於管軸朝垂直方向切剖說明習知技術的準分子燈的斷面圖。

11．．．放電容器

12．．．外側管

13．．．內側管

14．．．一方的電極(外側電極)

15．．．另一方的電極(內側電極)

19．．．電源裝置

20．．．保護膜

A．．．點

B．．．端部

d．．．假想線

S．．．放電空間

Claims (3)

1. 一種準分子燈，具備：由石英玻璃所構成，具備配置於同軸上的外側管與內側管，且封入有氙氣體而形成圓筒狀放電空間的放電容器，及配置於上述外側管的外周面上的一方的電極，及配置於上述內側管的內周面上的另一方的電極所成的準分子燈，其特徵為：上述一方的電極是垂直於上述準分子燈的管軸的斷面覆蓋上述外側管的外周面上的一半以上且具備一定領域非形成部分，在上述外側管的內周面上，超越覆蓋上述一方的電極配置領域的方式形成有對於波長150nm以下的紫外光具有吸收或反射特性的膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述的準分子燈，其中，在上述內側管的外周面上，超越覆蓋上述另一方的電極配置領域的方式形成有對於波長150nm以下的紫外光具有吸收或反射特性的膜。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的準分子燈，其中，上述膜是由二氧化矽，氧化鋁，氧化鈦及氧化釔所成的群所選擇的至少一種。