TWI428954B - 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，在曝露於該放電容器的表面，形成有紫外線反射膜所成的準分子燈。

近年來，開發了例如藉由將波長200 nm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表面處理，例如進行洗淨處理、成膜處理、去灰處理的技術，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，進行著形成紫外線反射膜20，揭示著例如藉由紫外線反射率高的紫外線散射粒子，例如二氧化矽、氧化鋁、氟化鎂、氟化鈣、氟化鋰、氧化鎂等形成紫外線反射膜的技術(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。

在此種構成的準分子燈50中，在被入射於紫外線反射膜的放電空間S內所發生的紫外線被擴散反射，亦即，重複進行著在複數紫外線散射粒子的表面的折射、反射，而從光出射部58被出射。

專利文獻：日本專利第3580233號公報

然而，在具備上述構成的紫外線反射膜的準分子燈中，入射於紫外線反射膜的紫外線會透射該紫外線反射膜，而為了防止降低紫外線的反射率的問題，必須以適當的膜厚來形成紫外線反射膜。

所以本案發明人等，在與構成紫外線反射膜的紫外線散射粒子的中心粒徑的大小的關係上，藉由設定紫外線反射膜的膜厚，發現到有效率地可利用紫外線的情形，而完成了本發明。

本發明是依據如上事項所創作者，其目的在於提供可得到有效率地可反射在放電空間內所發生的真空紫外光的紫外線反射膜而有效率地可出射真空紫外光，而且確實地可防止紫外線反射膜從放電容器被剝落的準分子燈。

本發明的準分子燈，屬於具備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，而且在放電空間內封入有氙氣體所成的準分子燈，其特徵為：

在曝露於上述放電容器的放電空間的表面，形成有藉由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線散射粒子所構成的紫外線反射膜，該紫外線反射膜的膜厚Y(μm)，是將構成紫外線反射膜的紫外線散射粒子的中心粒徑作為X(μm)時，滿足Y>4X＋5的關係。

在本發明的準分子燈中，上述紫外線反射膜是二氧化矽粒子的含有比率為30 wt%以上者。

依照本發明的準分子燈，藉由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線散射粒子所構成的紫外線反射膜，是與紫外線散射粒子的中心粒徑的大小的關係上以所設定的適當大小的膜厚所形成，藉由此，可將真空紫外光藉由紫外線反射膜確實地可擴散反射之故，因而有效率地可出射真空紫外光，而且被含有於紫外線反射膜的二氧化矽粒子為對於形成放電容器的二氧化矽玻璃具有高接著性之故，因而確實地可防止紫外線反射膜從放電容器被剝落的情形。

第1圖是表示本發明的準分子燈的一例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，被封入有氙氣體。

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在例如波長170 nm附近具有峰值的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，紫外線反射膜20設於被曝露於放電容器11的放電空間S的內表面。

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是藉由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線散射粒子所構成，氧化鋁粒子與二氧化矽粒子混在所成名，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，是玻璃狀態者，或是結晶狀態者，或是任何狀態者都可以，惟使用玻璃狀態者較佳，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0.01~20 μm的範圍內者，中心粒徑(數平均粒子徑的峰值)為如0.1~10 μm者較佳，更佳為0.3~3 μm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，更佳者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]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經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]延伸的2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「中心粒徑」，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0.1 μm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。

含有於上述準分子燈10的紫外線反射膜20的二氧化矽粒子的比率，是例如30 wt%以上較佳，更佳者40 wt%以上。藉由此，可得到紫外線反射膜20對於放電容器11的充分的接著性，而確實地可防止紫外線反射膜20從放電容器被剝落的情形。

又，紫外線反射膜20的氧化鋁粒子的比率是二氧化矽粒子與氧化鋁粒子的合計之例如1 wt%以上較佳，更佳者5 wt%，最佳為10 wt%以上，而為70 wt%以下較佳。氧化鋁粒子是具有比二氧化矽粒子還高的折射率之故，因而藉由含有氧化鋁粒子，與僅由二氧化矽粒子所形成的紫外線反射膜20相比較，可得到高反射率。

在以上，上述準分子燈10的紫外線反射膜20的膜厚Y(μm)，是將構成紫外線反射膜20的紫外線散射粒子的中心粒徑作為X(μm)時，作成滿足Y>4X＋5的關係的狀態。

紫外線散射粒子的粒子徑對於紫外線反射膜20的膜厚大小過大時，為了紫外線反射膜20的紫外線散射粒子的密度變小，使得被入射於該紫外線反射膜20的真空紫外光透 射紫外線反射膜20的機率(probability)變高，而有降低反射率之虞。又，在紫外線散射粒子的粒子徑小時，即使將紫外線反射膜20的膜厚作成較小時，也可將被入射於紫外線反射膜20的真空紫外光充分地擴散反射而可得到高照度之故，因而紫外線反射膜20的膜厚的下限值(必需膜厚)，並不是絕對值而是與紫外線散射粒子的中心粒徑之關係中被設定。

又，若將紫外線反射膜20的膜厚變大，則有反射率變高的趨勢，惟成為某一定厚度以上，則反射率並不高出其以上，相反地，被施加於放電容器11內填充著放電氣的放電空間S的電壓會隨著膜厚變大而降低，使得燈的放電開始電壓變高，會產生無法點燈準分子燈的問題，以及若將膜厚作成過厚，則紫外線反射膜20容易被剝落，例如藉由燈輸送中的振動產生有被剝落的問題之故，因而紫外線反射膜20的膜厚上限值，是一面確實地可防止產生此種問題，一面設定成可得到充分的反射率者，例如為1000 μm。

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，二氧化矽粒子或是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。

在此，須形成的紫外線反射膜20的膜厚大小，是利用 調整分散液的黏度就可調整，例如藉由降低黏度就可將紫外線反射膜20的膜厚變薄，而藉由提高黏度就可將紫外線反射膜20的膜厚變厚。

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。

然而，依照上述構成的準分子燈10，由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子所形成的紫外線散射粒子所構成的紫外線反射膜20，藉由與紫外線散射粒子的中心粒徑的大小之關係中所設定的適當大小的膜厚所形成，而可將真空紫外光藉由紫外線反射膜20確實地予以擴散反射之故，因而有效率地可予以出射，而且被含有於紫外線反射膜20的二氧化矽粒子對於形成放電容器11的二氧化矽玻璃具有高接著性，而確實地可防止紫外線反射膜20從放電容器11被剝落的情形。

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，因而無法確實地擴散反射真空紫外光而有降低反射率之虞。

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，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，因而以粒子彼此開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之故，因而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的接著性(黏合性)不會大幅度地降低之故，因而可確實地防止紫外線反射膜20從放電容器11被剝落的情形。

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，除了紫外線反射膜的構成依照下 述表1所變更的情形以外，在具有同一構成的7種類的準分子燈中，分別製作以1~80 μm的範圍內適當地變更紫外線反射膜的膜厚的準分子燈。各準分子燈的基本構成是如下所述。

[準分子燈的基本構成]放電容器是材質為合成石英玻璃，尺寸是10×42×150 mm厚度為2.5 mm者。

被封入在放電容器內的放電用氣體是氙氣體，而其封入量是40 kPa。

高電壓供應電極及接地電極的尺寸是30×100 mm。

構成紫外線反射膜的二氧化矽粒子，是具有中心粒徑的粒子比率為50%者。而構成紫外線反射膜的氧化鋁粒子，是具有中心粒徑的粒子比率為50%者。

紫外線反射膜是藉由流下法，將燒成溫度作為1000℃所得到者。

二氧化矽粒子及氧化鋁粒子的粒子徑並不是出發材料的粒子徑，而是紫外線反射膜的粒子徑，二氧化矽粒子的粒子徑及氧化鋁粒子的粒子徑，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20 kV，而將擴大投影像的觀察效率，粒子徑為0.05~1 μm的粒子作為20000倍，而粒子徑為1~10 μm的粒子作為2000倍，加以測定。

針對於各準分子燈，測定150~200 nm的波長域的真空紫外光的照度，調查將未具有紫外線反射膜的該波長域的光照度作為1時的照度相對值。將結果表示於第3圖。

如第4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1 mm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5 kV的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150~200 nm的波長域的真空紫外光的照度。

在設有紫外線反射膜的準分子燈，與未具有紫外線反射膜的準分子燈相比較具有高兩成以上的照度，亦即，若照度相對值為1.2以上，則可判斷為實用上可得到充分的效果者，因此，依據第3圖求出為了將照度相對值作為1.2以上所必需的紫外線反射膜的膜厚，得到表示於下述表2的結果。

又，由表示於第5圖的結果可明瞭，紫外線反射膜的必需膜厚，及構成紫外線反射膜的紫外線散射粒子(二氧化矽粒子與氧化鋁粒子)的中心粒徑是有線形之關係，而利用直線可作成近似，若將照度相對值作成1.2以上所用的紫外線反射膜的膜厚(必需膜厚)Y(μm)，是與紫外線散射粒子的中心粒徑X(μm)之關係，若為比以Y＝4X＋5所示的近似直線L邊上方的領域的大小(Y>4X＋5)，則可將紫外線反射膜構成作為具有所期望的反射特性者，而被確認為有效率地可出射真空紫外光。

<實驗例2>

在上述實驗例1中所製作的準分子燈5，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3予以變更以外，將具有與實驗例1所用的準分子燈5相同基本構成的6種類的準分子燈(5、8~12)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3。

由以上結果，藉由紫外線反射膜的二氧化矽粒子的含有比率為30 wt%以上，可確認紫外線反射膜的剝落不會產生的情形。

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6圖所示的雙重管構造的準分子燈，或是如第7圖所示的所謂「四方型」的準分子燈。

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。

又，表示於第7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7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。

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圖是表示實驗例的各準分子燈的照度相對值的測定結果的圖表。

第4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5圖是表示照度相對值作為1.2以上時的紫外線散射粒子的中心粒徑，及紫外線反射膜的必需膜厚之關係的圖表。

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。

第7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。

11‧‧‧放電容器

15‧‧‧一方的電極(高電壓供應電極)

20‧‧‧紫外線反射膜

10‧‧‧準分子燈

16‧‧‧另一方的電極(接地電極)

18‧‧‧光出射部(孔徑部)

S‧‧‧放電空間

Claims (2)

1. 一種準分子燈，屬於具備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，而且在放電空間內封入有氙氣體所成的準分子燈，其特徵為：在曝露於上述放電容器的放電空間的表面，形成有藉由二氧化矽粒子與氧化鋁粒子兩者之粒子所形成的紫外線散射粒子所構成的紫外線反射膜，該紫外線反射膜的膜厚Y(μm)，是將構成紫外線反射膜的紫外線散射粒子的中心粒徑作為X(μm)時，滿足Y>4X+5的關係。
2. 如申請專利範圍第1項所述的準分子燈，其中，上述紫外線反射膜是二氧化矽粒子的含有比率為30wt%以上者。