WO2009028720A1

WO2009028720A1 - エキシマランプ

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Publication number: WO2009028720A1
Application number: PCT/JP2008/065800
Authority: WO
Inventors: Mikihiko Gojuki; Hiroyoshi Ohshima
Original assignee: Hoya Candeo Optronics Corporation
Priority date: 2007-08-28
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2009-03-05

Abstract

放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するエキシマランプであって、前記複数の電極への印加電圧の周波数F（MHｚ）が、前記放電用ガスの圧力P（MPa）に対して、下記式（Ⅰ）　　F　>０．７６４Pｰ０．３１６　　（Ⅰ）　を満たすように調整されているエキシマランプⅠ、および放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下であるエキシマランプⅡが開示されている。前記のエキシマランプⅠによれば、グロー状放電による比較的低電圧での放電を維持することができ、放電用ガス圧が増大した場合であっても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、エキシマ光の放射強度を増大することができ、エキシマランプⅡによれば、より高出力なエキシマ光を放射するエキシマランプを得ることができる。

Description

エキシマランプ

技術分野

本発明は、グロ一状放電による比較的低電圧での放電を維持することができ、放電用ガス圧が増大した場合であっても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、エキシマ光の放射強度を増大し得るエキシマランプ、およびこの明

エキシマランプを用いたエキシマ光の照射方法、並びにより高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプ、該エキシ田マランプの製造方法、および該エキシマランプを用いた光源装置に関するものである。背景技術

従来より、塗料を硬化したり、半導体ウェハまたはガラス基板等の表面洗浄や表面改質等を行うために、エキシマランプを用いて、被処理対象物にエキシマ光を放射することが行われてきた。

エキシマ光の放射方法としては、誘電体バリア放電（ォゾナイザ放電）を利用する方法が知られている。この方法では、石英等の誘電体からなる放電容器を電極間に配置した発光ュニットにおいて、放電容器内に封入されたキセノン等の放電用ガスに対し、上記電極から高周波電圧を印加し、放電を生じさせることによつて、エキシマ光を得ている。

このようなエキシマランプを開示する文献として、例えば、上林正典、外 4名、 "新しい紫外光源「エキシマランプ」に関する研究" 1 9 9 6年度第 5回日本オゾン協会年次研究講演会講演予稿集を挙げることができ、この文献の図 5には、放電容器に封入する放電用ガスの圧力を高めることにより、エキシマランプの発光強度が高まることが開示されている。

ところで、エキシマ光は、前記のように希ガス等の放電用ガスに電圧を印加することにより発生する放射光であり、例えば、放電用ガスとしてキセノン（X e ) を用いた場合には、以下に示すように、キセノン（X e ) が電子（e ) と衝突することによってキセノン励起原子 ( X e "^: ) が生成し ( ( 1 ) 式）、このキセノン励起原子（X e *) とキセノン（X e) の三体衝突により X eエキシマ（X e ₂*) が生成され（（2) 式）、次いで X eエキシマ（X e ₂*) が緩和する（基底状態に戻る）際に、高フオトンエネルギー h Vを有する真空紫外（VUV) 光を放射する ( (3) 式）ことが知られている (例えば、ビー. エリアツソン ( B. Eliasson) 等、「誘電体バリア放電によるエキシマ紫外光放射（UV Excimer Radiation from Dielectric— Barrier Discharges; 」、ゾプフ r フィンッタスビー（Applied Physics B) 、 1 9 8 8年、第 4 6卷、 p. 2 9 9— 3 0 3 参照）。

(1) e +X e→e +X e *

(2) X e * + X e + X e→X e ₂* + X e

(3) X e ₂*→2X e + h v

このようなエキシマ光を放射する方法としては、前記したように誘電体バリア放電（ォゾナイザ放電）を利用する方法が知られているが、エレクトロニクス分野における微細加工技術の進歩に伴い、より高出力な VUV光を放射するエキシマランプが求められるようになってきている。発明の開示

発明が解決しようとする課題

しかしながら、上記誘電体バリア放電は、印加する交流電圧の 1周期毎に放電が繰り返されるものであるため、常に 1 0 kV程度の高電圧を維持する必要がある。

これに対し、キセノンエキシマランプ等のエキシマランプに MH z帯の周波数で電力を供給した場合には、誘電体バリア放電ではなく、グロ一状放電が生じることが知られている。このグロ一状放電は、誘電体バリア放電とは異なり、連続した放電となるため、点灯開始時に放電空間に充填された放電ガスを絶縁破壌するために高電圧を印加する必要があるものの、その後は、比較的低電圧で放電を維持することができ、放電ギヤップ内で均一な発光が得られることが知られている。

そこで、本発明者等は、誘電体バリア放電ではなく、グロ一状放電により高出力のエキシマ光を生じさせるべく検討を進めたところ、エキシマ光の放射強度を増大させるために、発光ユニット内における放電用ガスの圧力を高めると、ェキシマランプの温度も上昇することを見出した。図 1 0に、放電用ガスの圧力を変化させた場合のエキシマランプ温度の変化図を示す。図 1 0より、放電用ガスの圧力を上げて行くと、エキシマランプの温度も上昇することが分かるが、このように、エキシマランプの温度が上昇すると、冷却に必要な冷媒量が増加したり、ランプ寿命が短くなってしまう。

また、本究明者等が鋭意検討したところ、電圧の印加条件によっては、放電状態が、図 1 1 ( a ) に示すようなグロ一状から、図 1 1 ( b ) に示すような数本のフィラメントを生じる状態に変化して、放射強度が低下してしまうことが判明した。

このような事情のもとで、本発明の第 1の目的は、グロ一状放電による比較的低電圧での放電を維持することができ、放電用ガス圧が増大した場合であっても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、エキシマ光の放射強度を増大し得るエキシマランプを提供することにあり、第 2の目的は、上記エキシマランプを用いたエキシマ光の照射方法を提供することにある。

さらに、本発明の第 3の目的は、より高出力のエキシマ光を放射し得るエキシマランプを提供することにあり、第 4の目的は、このエキシマランプの製造方法を提供することにあり、第 5の目的は、該エキシマランプを用いた光源装置を提供することにある。課題を解決するための手段

本発明者等が鋭意検討を重ねたところ、放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するエキシマランプであって、前記複数の電極への印加電圧の周波数 F (MH z ) 、前記放電用ガスの圧力 P (M P a ) に対して、特定式を満たすように調整されているエキシマランプにより、上記第 1および第 2の目的を達成し得ることを見出した。

また、放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が、分圧比で 2500 p p b以下であるエキシマランプにより、上記第 3〜第 5の目的を達成し得ることを見出した。

本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。

すなわち、本発明は、

(1) 放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するェキシマランプであって、

前記複数の電極への印加電圧の周波数 F (MHz) 前記放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、下記式（I)

F > 0. 764 Ρ— ⁰· ³¹⁶ ( I )

を満たすように調整されていることを特徴とするエキシマランプ（以下、エキシマランプ Iと称する。）、

(2) 前記エキシマランプが、

ェキシマ光を放射するための放電容器およぴ電圧印加用の複数の電極を有する発光ュニットと、

該発光ユニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含み、

前記発光ュニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ュニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに 0. 05 MP a以上で、両圧力の差の絶対値が 0. 03MP a以内になるように調整されている上記（ 1) に記載のエキシマランプ、

(3) 前記発光ュニットが、

並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、

前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、

前記放電容器が、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、ェキシマ光を放射する上記 (2) に記載のエキシマランプ、

(4) 前記放電容器が、前記放電セルからなる複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔をさらに有するものである上記 (3) に記載のエキシマランプ、

(5) 前記発光ユニットが、ランプ容器の外部から前記放電セルからなる放電空間内に放電用ガスを導く放電用ガス流通路を有し、

前記ランプ容器が、ランプ容器の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路を有するものである上記（2) 〜（4) のいずれか 1項に記載のエキシマランプ、

(6) 前記印加電圧の周波数 F (MHz) 、前記放電用ガスの圧力 P (MP a ) に対して、さらに下記式（II)

0. 408 P-。· ⁹⁵⁴≥F (II)

を満たすように調整されている上記 (1) 〜（5) のいずれか 1項に記載のェキシマランプ、

(7) 放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するェキシマランプを用いたエキシマ光の照射方法であって、

前記複数の電極への印加電圧の周波数 F (MHz) 力前記放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、下記式（I)

F>0. 764 Ρ— ⁰· ³¹ (I)

を満たすように調整することを特徴とするエキシマ光の照射方法、

(8) 前記エキシマランプが、

ェキシマ光を放射するための放電容器および電圧印加用の複数の電極を有する発光ユニットと、

該発光ュニットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含み、

前記発光ュニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ュニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに 0. 05 MP a以上で、両圧力の差の絶対値が 0. 03MP a以内になるように調整されている上記 ( 7 ) に記載のエキシマ光の照射方法、

(9) 前記放電容器への印加電圧の周波数 F (MHz) を、前記放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、さらに下記式（II) 0. 408 P—。· ⁹⁵⁴≥F (II)

を満たすように調整する上記（8) に記載のエキシマ光の照射方法、

(10) 放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が 2500 p p b以下であることを特徴とするエキシマランプ（以下、エキシマランプ IIと称する。）、

(1 1) 前記複数の電極間で発生する放電がグロ一状放電である上記（10) に記載のエキシマランプ、

(12) 前記放電用ガスがキセノンガスを含むものである上記（10) または（ 1 1) に記載のエキシマランプ、

(1 3) 上記（10) 〜（12) のいずれか 1項に記載のエキシマランプを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に 25 00 p p b以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするエキシマランプの製造方法、

(14) 前記残留大気の濃度調整が減圧処理により行われる上記（13) に記載のエキシマランプの製造方法、

(1 5) 前記残留大気の濃度調整が不活性ガスの置換処理により行われる上記 ( 1 3) または（14) に記載のエキシマランプの製造方法、

(1 6) 前記不活性ガスの置換処理を 2回以上繰り返す上記（1 5) に記載のェキシマランプの製造方法、

(1 7) 前記不活性ガスがキセノンガスである上記（1 5) または（16) に記載のエキシマランプの製造方法、および

(1 8) 上記（10) 〜（1 2) のいずれか 1項に記載のエキシマランプまたは上記（13) 〜（17) のいずれか 1項に記載の方法により得られたエキシマランプと、該エキシマランプを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とする光源装置

を提供するものである。発明の効果本発明によれば、放電用ガスへの印加電圧の周波数 F (MH z ) を、前記放電用ガスの圧力 P (M P a ) に対して、所定式を満たすように調整することにより、グロ一状放電による比較的低電圧での放電を維持しつつ、放電用ガス圧が増大した場合であっても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、ェキシマ光の放射強度を増大させることが可能となる。

したがって、本発明によれば、グロ一状放電による比較的低電圧での放電を維持することができ、放電用ガス圧が増大した場合であっても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、エキシマ光の放射強度を増大し得るエキシマランプ、およびこのエキシマランプを用いたエキシマ光の照射方法を提供することができる。

また、本発明によれば、より高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプを提供することができ、また、本発明によれば、上記エキシマランプを製造する方法および上記エキシマランプを用いた光源装置を提供することができる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明のエキシマランプ I (ランプ態様 I ) の構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図、図 2は、本発明のエキシマランプ Iにおける、放電用ガスと不活性ガスの圧力を調整する方法を説明するための概略断面図、図 3は、本発明のエキシマランプ Iにおける、放電用ガスと不活性ガスの圧力を調整する方法を説明するための概略断面図、図 4は、本発明のエキシマランプ I の構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図、図 5は、本発明のエキシマランプ Iの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図、図 6は、本発明のエキシマランプ Iの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図、図

7は、本発明のエキシマランプ I (ランプ態様 II) の構成を説明するためのェキシマランプの概略断面図、図 8は、本発明のエキシマランプ Iにおける、放電用ガスの圧力（および不活性ガスの圧力）と放射光量の関係を示す図、図 9は、本発明のエキシマランプ Iにおける、放電用ガスの圧力と印加電圧の周波数の関係を示す図、図 1 0は、放電用ガスの圧力を変化させた場合のエキシマランプ温度の変化を示す図、図 1 1は、エキシマランプの放電状態として、グロ一状の放電状態（図 1 1 (a) ) および数本のフィラメントを生じる放電状態（図 1 1 (b ) ) を示す図、図 1 2は、本発明のエキシマランプ IIの構成を説明するためのェキシマランプの概略断面図、図 13は、本発明のエキシマランプ IIを構成する、放電容器の説明図、図 14は、エキシマランプから放射される真空紫外光の分光放射強度を測定するための装置構成を示す図、図 1 5は、エキシマランプから放射されるエキシマ光の 14 O nmから 210 n mの範囲における分光放射特性を示す図、図 1 6は、エキシマランプに印加する高周波電圧と、エキシマランプより放射するエキシマ光のピーク放射強度との関係図、図 1 7は、エキシマランプを構成する放電容器内における残留大気濃度と、最大印加電圧における波長 1 7 0 nm付近のエキシマ光のピーク放射強度との関係をプロットした図、図 1 8は、本発明におけるエキシマランプ IIの製造方法の一例を説明する図、図 1 9は、本発明におけるエキシマランプ IIの製造方法の一例を説明する図、図 20は、本発明におけるエキシマランプ IIの製造方法の一例を説明する図、図 21は、本発明におけるェキシマランプ IIの製造方法の一例を説明する図である。

符号 1、 101はエキシマランプ、 2、 1 24は発光ユニット、 3、 1 52は光取出し窓、 4はランプ容器、 5、 103は電極、 6、 102は放電容器、 7は放電用ガス流通路、 8、 10は封止バルブ、 9は不活性ガス流通路、 1 1、 10 6は高周波電源、 12はガス給排気装置、 1 3は真空ポンプ、 14は差圧計、 1 5は排気圧力調整バルブ、 16は供給圧力調整バルブ、 1 7、 1 1 1は放電用ガスボンべ、 18、 1 14は不活性ガスボンべ、 1 9、 1 10は圧力計、 20はタンク、 21は容積可変手段、 22は駆動装置、 23、 125は光放射窓、 24はガス流通孔、 25は放電セル、 26、 104は放電空間、 27、 109は誘電体、 28、 128は反射ミラー、 29、 1 29は天板、 105は容器、 1 1 2はターボ分子ポンプ、 1 12— 1はターボ分子ポンプ 1 12の排気側、 113はスクロールポンプ、 1 1 3— 1はスクロールポンプ 11 3の吸気側、 121は光出射面、 123は充填口、 1 51は壁面である。発明を実施するための最良の形態

本発明のエキシマランプには、以下に示すエキシマランプ I とエキシマランプ

-8- IIの二つの態様があり、それぞれについて説明する。

まず、本発明のエキシマランプ Iについて説明する。

[エキシマランプ I ]

本発明のエキシマランプ Iは、放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するエキシマランプであって、

前記複数の電極への印加電圧の周波数 F (MHz) 、前記放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、下記式（I)

F〉0. 764 P—。· ³¹⁶ ( I )

を満たすように調整されていることを特徴とするものである。

本明細書において、エキシマランプとは、その作用において高出力のグロ一状エキシマ光を放出する放電ランプを意味するが、その名称については、一般に必ずしも統一されておらず、本明細書では、これら放電ランプを総称して、「ェキシマランプ」という。

本発明のエキシマランプ Iにおいて、印加電圧の周波数 F (MHz) は、放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、下記式（I)

F > 0. 764 Ρ— ⁰· ³¹⁶ (I)

を満たすように調整されている。

放電用ガスの圧力 Pは 0. 05MP a以上であることが好ましく、放電用ガスの圧力が高い程、得られるエキシマ光の放射強度が高くなることから、放電用ガスの圧力は 0. 1 5MP a以上であることがより好ましく、 0. 2MP a以上であることがさらに好ましい。但し、放電用ガスの圧力が高すぎると、放電用ガスを封入する容器の壁の厚みを厚くする必要が生じ、実用的でなくなることから、放電用ガスの圧力 Pは、 IMP a以下であることが好ましく、 0. 3 MP a以下であることがより好ましい。

放電用ガスへの印加電圧の周波数 F (MHz) は、上記式（I) を満たす範囲内において極力低い値を採ることが好ましい。

上述したように、エキシマ光の放射強度を増大させるために、放電用ガス圧を高めた場合には、エキシマランプの温度が上昇し、このエキシマランプの温度上昇を抑制するために印加電圧の周波数を低下させた場合には、エキシマ光の放射強度が低下するという不具合が生じ得るが、本発明者等が鋭意検討したところ、驚くべきことに、印加電圧の周波数を式（I) を満たすように制御することにより、上記課題を解決し得ることを見出した。放電容器への印加電圧の周波数 F ( MHz) が上記式（I) を満たすように調整することにより、放電形態がグロ一状となり、比較的低電圧での放電を維持することが可能になるとともに、放電用ガス圧が増大しても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、ェキシマ光の放射強度の低下を抑制することが可能となる。

放電用ガス圧の増大に伴う、エキシマランプの温度上昇や、エキシマ光放射強度の低下を抑制するという観点からは、上述したように、放電容器への印加電圧の周波数 F (MHz) を、上記式（I) を満たす極力低い値とすることが好ましレ、。

また、放電容器への印加電圧の周波数 F (MHz) は、放電用ガスの圧力 P ( MP a) に対して、さらに下記式（Π)

0. 408 P-。· ⁵⁴≥F (II)

を満たすように調整することが好ましい。

印加電圧の周波数 F (MHz) を、式（I) と式（II) を満たす範囲内に調整することにより、エキシマランプの温度上昇を効果的に抑制しつつ、グロ一状放電による比較的低電圧での放電を維持するという効果を、安定して得ることが可能になる。

放電容器への印加電圧の周波数 F (MHz) は、通常、 0. 5〜： 10MHz程度であり、 1〜3ΜΗζであることがより好ましい。

放電容器への印加電圧は、放電条件により適宜決定されるが、通常、 0. 5Μ Hzから 10 MHz程度の高周波領域において 0. 5 k Vp- pから 20 k Vp - p程度の電圧領域が使用される。

以下、本発明のエキシマランプ Iの具体的態様を、図面に基づいて説明する。本発明のエキシマランプの具体的態様としては、エキシマ光を放射するための放電容器および電圧印加用の複数の電極を有する発光ュニットと、該発光ュ-ットを内部に収容し、光出射方向に光取出し窓を設けたランプ容器とを含み、前記発光ュニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ュ-ットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに 0 . 0 5 MP a以上で、両圧力の差の絶対値が 0 . 0 3 MP a以内になるように調整されているものを挙げることができる（以下、本態様をランプ態様 Iという）。

図 1は、ランプ態様 Iの構成を説明するためのエキシマランプ Iの概略断面図である。図 1において、エキシマランプ 1は、エキシマ光を放射するための放電容器 6および電圧印加用の電極 5、 5を有する発光ユニット 2と、発光ユニット 2を内部に収容し、光出射方向に光取出し窓 3を設けたランプ容器 4とを含んでいる。

図 1に示す発光ュニット 2を構成する放電容器 6は、略直方体形状の放電セル 2 5からなり、箱状の放電容器 6内には、図面手前側から奥側に放電空間が略箱状に広がっている。ランプ態様 Iにおいて、発光ユニットを構成する放電容器の形状は、内部に放電用ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記直方体形状の他、例えば、立方体状、円筒状、二重円筒状等種々の形状を採ることができる。また、高出力のエキシマ光を得るために、放電容器の内部に放電空間を複数形成してもよく、このような放電容器としては、後述するように、平板状電極間に放電セルを並列して複数配置し、内部に放電空間を並列して複数設けた放電容器を用いることが好ましい。

上記放電空間を形成する放電容器 6は、誘電体材料で形成されているが、この誘電体材料としては、公知のもの、例えば、合成石英ガラス、フッ化カルシゥム、フッ化マグネシウム等を用いることができる。

図 1に示す光取り出し窓 3は、主表面が丸形形状を有するものであるが、光取り出し窓 3の形状に特に制限はなく、主表面が丸形形状を有するものの他、主表面が四角形形状を有するもの等種々のものを採用することができ、入手の容易性から主表面が丸形形状を有するものが好ましい。光取り出し窓 3の材質も特に制限はないが、コストおよび強度を考慮した場合、合成石英ガラス、フッ化マグネシゥム結晶、フッ化カルシウム結晶等が好ましい。また、光取り出し窓の大きさは、丸形である場合、直径 2〜6 0 c m程度が好ましく、厚さ 2〜 5 O mm程度が好ましい。図 1に示すランプ容器 4は、円筒状の形状を有するものであるが、ランプ容器の形状としては、内部に不活性ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記円筒形状の他、例えば、立方体状、直方体状等種々の形状を採ることができる。上記したとおり、入手の容易性から、光取り出し窓は丸形であることが好ましいことから、ランプ容器の形状も円筒状であることが好ましい。ランプ容器の形状が円筒状である場合、その大きさは、直径 1 0〜7 0 cm、高さ 1 0〜8 0 c m、側壁の厚さ 1〜 1 0 mm程度が好ましい。ランプ容器の材質に特に制限はないが、放熱し易い材質であって、不純物ガスを発生しにくい材質であることが好ましく、例えばステンレススチール、アルミニウム等を挙げることができる。

光取り出し窓とランプ容器との間にはガスケット、〇リング等を設けて気密性を確保することが好ましい。

図 1において、放電容器 6の主表面には発光ユニット 2を構成する電極 5、 5 が設けられ、ランプ容器 4の外部に設けられた高周波電源 1 1と電気的に接続している。図 1において、電極 5は平板形状を有しているが、電極の形状に特に制限はなく、放電容器の形状等を考慮して種々の形状を採ることができる。

電極 5が平板状である場合、その大きさは、縦 2〜5 0 c m、横 2〜 5 0 c m、厚さ 0 . 2〜5 . O mm程度であることが好ましい。

電極 5の材質は、電極間にエキシマ光を発生させ得る導電性材料であれば特に制限されないが、アルミニウムや、金属表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設けたものであることが好ましい。表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設ける金属としては、導電性や熱伝導性を考慮した場合、銅、銀、金等であることが好ましい。また、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。

図 1において、放電容器 6の内部には放電用ガスが、放電容器 6の外壁とランプ容器 4の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、平板状の電極 5、 5に対し、高周波電源 1 1から電圧を印加することにより、放電容器 6内に封入された放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を発生する。

放電用ガスとしては、キセノンガス等の希ガス、または希ガスと塩素との混合ガス等を挙げることができ、不活性ガスとしては、窒素ガスのほか、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の希ガスを挙げることができる。但し、不活性ガスとして上記希ガスを用いる場合、これらのガスは放電開始のための電離電圧が低く、放電容器の外部で放電を生ずる場合があるので、ランプ容器内における電極への配線を事前に十分に絶縁することが好ましい。

得られるエキシマ光の中心波長は、放電用ガスの種類によって決定され、例えば、キセノンガスの場合は 1 72 nmである。

ランプ態様 Iにおいて、上記放電用ガスの圧力と上記不活性ガスの圧力はともに 0. 05MP a以上に調整され、両圧力の差の絶対値は 0. 03MP a以下になるように調整されている。すなわち、ランプ態様 Iにおいては、放電用ガスの圧力を 0. 05MP a以上とし、放電容器外周に存在する不活性ガスの圧力を放電用ガスの圧力と同程度になるように調整することによって、放電容器に亀裂や破損を生じさせることなく、ェキシマ光の放射強度を増大させることを可能ならしめたものである。

放電用ガスの圧力が高い程、得られるエキシマ光の放射強度が高くなることから、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力は 0. 15 M P a以上であることが好ましく、 0. 2MP a以上であることがより好ましい。但し、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力が高すぎると、放電容器やランプ容器の壁の厚みを厚くする必要が生じ、実用的でなくなることから、放電用ガスおよび不活性ガスの圧力は、 1 MP a以下であることが好ましく、 0. 3MP a以下であることがさらに好ましレ、。また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差の絶対値は 0. O lMP a 以内に調整されていることが好ましく、 0. ◦ 05MP a以内に調整されていることがより好ましい。

上記放電用ガスへ印加する電圧やその周波数は、例えば、図 1に示す高周波電源 1 1により調整することができる。

次に、上記放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を調整する方法を図 2を用いて説明する。

図 2において、ランプ容器 4の外部から放電容器 6の放電空間に放電用ガスを導く放電用ガス流通路 7は、放電用ガスを放電容器 6内に封止するための封止手段である封止バルブ 8と接続している。また、ランプ容器 4の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路 9は、不活性ガスをランプ容器内に封止するための封止手段である封止バルブ 1 0と接続している。

図 2において、エキシマランプ 1には、放電用ガスおよび不活性ガスを、それぞれ封止バルブ 8およぴ封止バルブ 1 0を介して給排気することを可能にするガス給排気装置 1 2が接続されている。

放電容器 6およびランプ容器 4に、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給する場合、先ずは放電容器 6およびランプ容器 4の内部の真空排気を行う。この真空排気は、真空ポンプ 1 3を用い、上記封止バルブ 8、封止バルブ 1 0を開放した状態で真空引きすることにより行われるが、この場合、放電容器 2の破裂を防止するために、放電容器内のガス圧 P 1とランプ容器内のガス圧 P 2の差圧を差圧計 1 4で確認しながら、差圧ができる限り小さくなるように排気圧力調整バルブ 1 5、 1 5を開閉することが好ましい。

真空排気終了後、排気圧力調整バルブ 1 5、 1 5を閉じ、次いで、供給圧力調整バルブ 1 6、 1 6を開放することにより、放電用ガスボンべ 1 7および不活性ガスボンベ 1 8から、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給する。この場合、放電用ガスと不活性ガスの圧力がそれぞれ 0 . 0 5 M P a以上の所望の圧力になるように、また、両圧力の差の絶対値が 0 . 0 3 MP a以内になるように、圧力計 1 9、 1 9および差圧計 1 4を確認しつつ、供給圧力調整バルブ 1 6、 1 6を開閉する。

上記ガス給排気装置 1 2は、ノッファーとしてタンク 2 0、 2 0を有することが好ましい。

また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を調整する手段として、図 2 に示されるような、容積可変手段 2 1をさらに設けることもできる。図 2において、容積可変手段 2 1は、ランプ容器 4内部の、放電用ガス流通路 7から分岐するガス流通路の末端に設けられており、放電容器内のガス圧 P 1とランプ容器内のガス圧 P 2に差圧が生じた場合には、この容積可変手段 2 1が伸縮することによって、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を小さくすることができる。 0

また、容積可変手段 2 1は、図 3に示すようにランプ容器 4の外部に設けることもでき、この場合は、放電用ガス流通路 7から分岐するガス流通路の末端と、不活性ガス流通路 9から分岐するガス流通路の末端に、それぞれ駆動装置 2 2を有する容積可変手段 2 1が設けられている。放電用ガス流通路 7と不活性ガス流通路 9にはそれぞれ圧力計 1 9が設けられており、駆動装置 2 2により容積可変手段 2 1をそれぞれ伸縮することにより、 2つの圧力計の示す圧力の差を小さくすることができる。このような容積可変手段 2 1としては、ベローズ、ピストン、ダイヤフラム等を挙げることができる。

放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を所望の値に調整した後、封止バルブ 8 、封止バルブ 1 0を閉じることにより、これらのガスをエキシマランプ 1に封止することができ、エキシマランプ 1は、その後ガス給排気装置 1 2から分離されて、図 1または図 4のような状態で各種用途に供することが可能になる。エキシマランプ 1が有する封止バルブ 8、封止バルブ 1 0は、放電用ガス流通路 7と不活性ガス流通路 9を封じ切った上で取り外してもよいが、再度放電用ガスゃ不活性ガスを封入する場合に備え、取り外さないことが好ましい。また、放電用ガスと不活性ガスの封入時に容積可変手段 2 1を用いた場合には、これらのガスの封入後においても、エキシマランプ 1が容積可変手段 2 1を有していることが好ましい。放電用ガスや不活性ガスの封入後において、万一これらのガスの圧力が変動した場合であっても、容積可変手段 2 1により容易に差圧を調整することが可能になるからである。このため、容積可変手段 2 1は、放電用ガスや不活性ガス ' 封入後の差圧調整を目的として、予め設けておいてもよい。

次に、ランプ態様 Iにおける発光ュニットの好ましい形態について説明する。ランプ態様 Iにおいては、前記発光ユニットが、並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、前記複数の放電セルの主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のエキシマ放電用平板状電極とを有しており、前記放電容器は、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射するものであることが好ましい。

このようなエキシマランプの一例を図 5に示す。図 5において、発光ユニット 2は、並列して配置した複数の放電セル 2 5からなる放電容器 6と、複数の放電セル 2 5の主表面に接するようにそれぞれ対向して配置した複数のェキシマ放電用平板状電極 5とを有している。

このように、複数の対向する電極 5、 5間には、内部に空洞を有する略箱状の放電セル 2 5が並列して複数配置されているので、放電容器 6内には略箱状の放電空間が並列して複数形成される。また、電極 5、 5間の放電空間には、（図 5 の左右方向に延びる）放電路が形成され、図 5に示すように、光放射窓 2 3がこの放電路に平行して設けられている。高周波電源 1 1から電極 5を通じて電圧を印加することにより、上記放電空間に封入された放電用ガスが放電を生じ、ェキシマ光を放射する。

本態様においては、電極を平板状にすることによって、光放射窓 2 3の反対側 (図 5の上側）から光放射窓 2 3 (図 5の下側）に向かう電極 5、 5間に広レ、放電空間を形成することが可能となり、電極 5、 5間の任意の箇所で発生したェキシマ光を積算しつつ、光放射窓 2 3から高出力のエキシマ光を取り出すことが可能となる。この場合、平板状電極 5を紫外光反射機能を有する材質で形成したり、放電セル 2 5の内壁または外壁表面に紫外光反射機能を有する反射ミラーを形成したりして、図面上側で発生したエキシマ光を図面下側に取り出すことが好ましレ、。

なお、本発明において紫外光反射機能とは、少なくとも紫外光を反射し得る機能を意味し、紫外光反射機能を有する材質が、紫外光とともに可視光や赤外光を反射するものであってもよレ、。

このような反射ミラーの材質としては、アルミニウムや誘電体多層膜等を挙げることができ、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。

図 5に示す態様においては、図の左端と右端に設けられた平板状電極以外の平板状電極は、隣り合う 2つの放電空間に電圧を印加することが可能であることから、エキシマランプにおける平板状電極 5の総数を減らし、コストの低減を図ることも可能となる。

放電空間の幅（放電路長）は 1〜 3 O mmであることが好ましく、 3〜1 0 m mであることがより好ましい。平板状電極 5、 5間に形成される放電空間の数は、被処理対象物の面積を考慮して適宜決定することができる。

図 5に示すように、放電用ガス流通路 7から各放電空間へ分岐する流通路を設けることにより、放電容器 6の各放電空間内へ放電用ガスを封入することができるが、図 6に示すように、放電容器 6が、複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔 2 4を有することにより、放電用ガス流通路 7を各放電空間へ分岐することなく、放電用ガスを封入することもできる。

上記ランプ態様 I以外の、本発明のエキシマランプ Iの具体的態様としては、光出射方向に設けられた光放射窓と、それぞれ対向して配置された電圧印加用の複数の電極とを少なくとも有し、上記対向する電極間に形成される放電空間に存在する放電用ガスが放電を生じ、ェキシマ光を放射するエキシマランプであって、上記エキシマ放電用電極が平板状電極であり、異なる極性の平板状電極が交互に誘電体を介して配置されることにより上記放電空間が平板状電極間に複数設けられ、光放射窓が上記放電空間の放電路に平行して設けられたものを挙げることができる（以下、本態様をランプ態様 IIという）

図 7は、ランプ態様 IIの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。

図 7において、エキシマランプ 1は、光出射方向に設けられた光取出し窓 3と、それぞれ対向して配置された電圧印加用の複数の電極 5とを有し、対向する電極 5、 5間に形成される放電空間 2 6に存在する放電用ガスが放電を生じ、ェキシマ光を放射するものであって、上記ェキシマ放電用電極 5が平板状電極であり、異なる極性の平板状電極 5が交互に誘電体 2 7を介して配置されることにより上記放電空間 2 6が平板状電極 5、 5間に複数設けられ、光取出し窓 3が上記放電空間の放電路に平行して設けられたものである。図 7に示す態様においては、高周波電源 1 1から電圧を印加することにより、容器 4内の放電空間 2 6に存在する放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射する。

図 7に示すように、ランプ態様 IIにおいては、発光ユニット 2が、天板 2 9を有してもよく、ランプ態様 Iと同様に反射ミラー 2 8を有してもよレ、。

ランプ態様 IIにおいては、放電用電極 5が平板状電極であり、放電空間 2 6が平板状電極間に複数設けられ、光取出し窓 3が放電空間の放電路に平行して設けられており、このように、電極を平板状にすることによって、光放射面の反対側 (図 7の上側）から光放射面（図 7の下側）に向かうエキシマ放電用電極 5、 5 間に広い放電空間 2 6を形成することが可能となり、エキシマ放電用電極 5、 5 間の任意の箇所で発生したエキシマ光を積算しつつ、光取出し窓³から高出力のエキシマ光を取り出すことが可能となる。

図 7からも分かるように、ランプ態様 IIは、複数の平板状電極 5を有する発光ユニット 2の形態と、容器 4内に放電用ガスのみを含むことを除けば、その他の構成はランプ態様 Iと共通する。また、発光ュニットを構成する電極材料や誘電体材料、放電空間の幅（放電路長）等も、上記ランプ態様 Iと共通する。このため、これら共通事項については、上記ランプ態様 Iと同様である。

次に、本発明のエキシマ光の照射方法について説明する。

[エキシマ光の照射方法]

本発明のエキシマ光の照射方法は、放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するエキシマランプを用いたエキシマ光の照射方法であつて、前記複数の電極への印加電圧の周波数 F (MH z ) 、前記放電用ガスの圧力 P (MP a ) に対して、下記式（I )

F > 0 . 7 6 4 P一⁰' ^{3 1 6} ( I )

を満たすように調整することを特徴とするものである。

本発明のエキシマ光の照射方法において、その具体的態様は、上記本発明のェキシマランプの説明で述べたものと同様である。

■ 次に、本発明のエキシマランプ IIについて説明する。

[エキシマランプ Π]

本発明のエキシマランプ IIは、放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が 2 5 0 0 p p b以下であることを特徴とするものである。

以下、本発明のエキシマランプの実施形態を、図面に基づいて説明する。本発明のエキシマランプ Πの実施形態としては、以下に説明するエキシマランプ Aおよび Bを挙げることができる。 (エキシマランプ A)

図 1 2 (a) は、エキシマランプ Aの構成を説明するため概略断面図である。図 1 2 (a) において、エキシマランプ 101は、放電容器 102と、それぞれ対向して配置された一対の放電用電極 103を有しており、放電容器 102内部の放電空間 104には、放電用ガスが充填されている。

図 1 2 (a) および図 13においては、放電容器 102として、略直方体状のものを示しているが、放電容器 102の形状は、内部に放電用ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記直方体形状の他、例えば、立方体状、円筒状、二重円筒状等種々の形状を採ることができる。また、高出力のエキシマ光を得るために、放電容器の内部に放電空間を複数形成してもよく、このような放電容器としては、後述するように、内部に放電空間を並列して複数設けた放電容器を用いることが好ましい。

内部に放電空間 104を形成する放電容器 102は、誘電体材料で形成されているが、この誘電体材料としては、公知のもの、例えば、合成石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシゥム等を用いることができる。

図 1 3に示す放電容器 102は、幅 6 Omm、高さ 80mm、厚さ 8 mmの直方体状のものであるが、放電容器 102の幅は 20〜 50 Ommであることが好ましく、高さは 20〜 500mmであることが好ましく、厚さは 2〜 20mmであることがより好ましい。

図 1 2 (a) に示すように、放電容器 102の主表面に電極 103、 103を設けることによりエキシマランプが形成され、さらに、電極 103、 103と外部に設けられた高周波電源 106とを電気的に接続することにより後述する光源装置が形成される。図 12 (a) において、電極 103は平板形状を有している、電極の形状に特に制限はなく、放電容器の形状等を考慮して種々の形状を採ることができる。

電極 103が平板状である場合、その大きさは、縦 2〜50 cm、横 2〜50 cm、厚さ 0. 2〜5. 0 mm程度であることが好ましい。

電極 103の材質は、電極間にエキシマ光を発生させ得る導電性材料であれば特に制限されないが、アルミニウム、ステンレススチール、モネルメタルといつ 800

た種々の金属材料や、金属表面にアルミニゥム膜ゃ誘電体多層膜を設けたものであることが好ましい。表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設ける金属としては、導電性や熱伝導性を考慮した場合、銅、銀、金等であることが好ましい。また、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。また、電極の構造を、網状あるいはパンチングメタノレ状とすることにより、放電路と直交する面（放電容器 1 0 2において電極 1 0 3 を設けた面）よりエキシマ光を出射することができる。

図 1 2 ( a ) において、放電容器 1 0 2の内部に形成される放電空間 1 0 4には、放電用ガスが封入されており、平板状の電極 1 0 3 , 1 0 3に対し、高周波電源 1 0 6から電圧を印加することにより、放電容器 1 0 2内に封入された放電用ガスが放電を生じ、放電路に平行な光出射面 1 2 1を透過してエキシマ光を出射する。

放電用ガスとしては、キセノンガス等の希ガス、または希ガスと塩素との混合ガス等を挙げることができる。得られるエキシマ光の中心波長は、放電用ガスの種類によって決定され、例えば、キセノンガスの場合は 1 7 0 n m付近である。放電用ガスの放電形式は、特に限定されず、例えば、エキシマランプに 1 0 k V程度の高電圧を繰り返して印加しつつ放電させる誘電体バリア放電や、点灯開始時に高電圧を印加して絶縁破壊したのち、比較的低い高周波電圧を印加して放電させるグロ一状放電を挙げることができる。

(エキシマランプ B )

図 1 2 ( b ) は、エキシマランプ Bの構成を説明するための概略断面図である。図 1 2 ( b ) において、エキシマランプ 1 0 1は、光出射方向に設けられた光放射窓 1 2 5と、それぞれ対向して配置された電圧印加用の複数の電極 1 0 3 とを有し、対向する電極 1 0 3、 1 0 3間に形成される放電空間 1 0 4に存在する放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射するものであって、上記エキシマ放電用電極 1 0 3が平板状電極であり、異なる極性の平板状電極 1 0 3が交互に誘電体 1 0 9を介して配置されることにより上記放電空間 1 0 4が平板状電極 1 0 3 , 1 0 3間に並列して複数設けられ、光放射窓 1 2 5が上記放電空間の放電路に平行して設けられたものである。エキシマランプ Bにおいても、図 1 2 ( b ) に示す電極 1 0 3と高周波電源 1 0 6と接続することにより後述する光源装置を形成することができ、高周波電源 1 0 6から電圧を印加することにより、放電容器 1 0 2内の放電空間 1 0 4に存在する放電用ガスが放電を生じ、光放射窓 1 2 5からエキシマ光を放射することができる。

図 1 2 ( b ) に示す光放射窓 1 2 5は、主表面が丸形形状を有するものである力光放射窓 1 2 5の形状に特に制限はなく、主表面が丸形形状を有するものの他、主表面が四角形形状を有するもの等種々のものを採用することができ、入手の容易性から主表面が丸形形状を有するものが好ましい。光放射窓 1 2 5の材質も特に制限はないが、コストおよび強度を考慮した場合、合成石英ガラス、フッ化マグネシウム結晶、フッ化カルシウム結晶等が好ましい。また、光放射窓 1 2 5の大きさは、丸形である場合、直径 2〜6 0 c m程度が好ましく、厚さ 2〜5 0 mm程度が好ましい。

エキシマランプ Bにおいて、放電容器 1 0 2は、円筒状の形状を有するものであるが、放電容器の形状としては、内部に不活性ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記円筒形状の他、例えば、立方体状、直方体状等種々の形状を採ることができる。上記したとおり、入手の容易性から、光放射窓は丸形であることが好ましいことから、放電容器の形状も円筒状であることが好ましい。放電容器の形状が円筒状である場合、その大きさは、直径： L 0〜 7 0 c m, 高さ 1 0〜8 0 c m、側壁の厚さ 1〜1 O mm程度が好ましい。ェキシマランプ Bにおいて、放電容器の材質に特に制限はないが、放熱し易い材質であって、不純物ガスを発生しにくい材質であることが好ましく、例えばステンレススチール、アルミニウム等を挙げることができる。エキシマランプ Bにおいて、光放射窓 1 2 5と放電容器 1 0 2との間にはガスケット、 Oリング等を設けて気密性を確保することが好ましい。

エキシマランプ Bにおいても、電極の形状、大きさ、材質や、放電用ガスの種類、放電用ガスの放電形式等はエキシマランプ Aと同様である。

図 1 2 ( b ) に示すように、エキシマランプ Bにおいては、発光ユニット 1 2 4力天板 1 2 9を有してもよく、反射ミラー 1 2 8を有してもよい。エキシマランプ Bにおいては、電極 1 0 3が平板状電極であり、放電空間 1 0 4が平板状電極 1 0 3間に複数設けられ、光放射窓 1 2 5が放電空間の放電路に平行して設けられており、このように、電極を平板状にすることによって、光放射面の反対側（図 1 2 ( b ) の上側）から光放射面（図 1 2 ( b ) の下側）に向かうエキシマ放電用電極 1 0 3、 1 0 3間に広い放電空間 1 0 4を形成することが可能となり、エキシマ放電用電極 1 0 3、 1 0 3間の任意の箇所で発生したェキシマ光を積算しつつ、光出射窓 1 2 5から高出力のエキシマ光を取り出すことが可能となる。

本発明のエキシマランプ IIにおいて、最も特徴的な点は、放電容器 1 0 2内における残留大気の濃度が 2 5 0 0 p p b以下である点である。

すなわち、本発明者等は、放電容器 1 0 2内において、放電容器内に残留する大気の濃度を 2 5 0 0 p p b以下になるように制御することにより、エキシマ光の放射強度を増大させることができることを見出し、かかる知見に基づいて本発明に至ったものである。

放電用ガスに含まれる残存大気濃度が低いほど、得られるエキシマ光の放射強度が高くなることから、残留大気濃度は 1 5 0 0 p p b以下であることが好ましく、 5 0 0 p p b以下であることがより好ましい。

なお、本明細書において、残留大気濃度とは、放電用ガス充填前に放電容器内の大気を排気した際の気圧（排気後における放電容器内の気圧）を、放電用ガス充填後の圧力（放電用ガス充填後における放電容器内の気圧）で除した値を意味し、下記式 1により求められるものである。

(式 1 ) 排気後における放電容器内の気圧

刀ず ₌

放電用ガス充填後における放電容器内の気圧このように、本発明のエキシマランプ IIは、放電容器 1 0 2内における残留大気の濃度が 2 5 0 0 p p b以下である点が最も特徴的な点であるため、以下、この点について、図 1 4〜図 1 7に基づいて詳細に説明する。

図 1 4は、図 1 2に示したエキシマランプ 1 0 1より放射される真空紫外光の分光放射強度を測定するための装置構成を示す図である。

エキシマランプ 101は、窒素ガスが内部に充填された気密なランプ容器 10 5に収容され、一対の電極 103, 103には外部に設けられた高周波電源 10 6が接続されている。

電極 103、 103に印加される電圧は700Vrms、周波数2MHzの高周波電圧であり、放電空間 104にグロ一状の放電が発生しエキシマ光が放射される。

放電容器 102の光出射面 121に対向するランプ容器 105の壁面 1 51には、フッ化マグネシウムからなる光取り出し窓 1 52が設けられており、エキシマランプより出射した真空紫外光を含むエキシマ光をランプ容器外へ取り出すことができる。

光取り出し窓 152を透過したエキシマ光は、 VUVスぺクトロメータ 107 (ACTON社製： VM502) により分光され、 X線 CCD 108 (P r i n c e t o n I n s t r ume n t社製： 7344— 0004) の受光面（不図示）に照射される。

本測定では、放電容器 102内部に、放電用ガスとして 66. 5 k P aのキセノンガスを有しつつ、放電容器 102内に含まれる残留大気濃度が、 0. 4 p p bから 4000 p p bの範囲で分布する 7種類のエキシマランプ（a) 〜（g) を製作し、それぞれのランプから出射する真空紫外領域のエキシマ光の分光放射強度を測定した。

図 15は、上記 7種類のエキシマランプから放射するエキシマ光の 140 nm から 210 nmの範囲における分光放射特性を示す図である。

図 1 5より、何れのエキシマランプにおいても波長 155 nmから波長 190 n mの範囲で真空紫外光が放射されており、放電用ガス内の残留大気濃度が減少するに連れて（（g) → (a) に向かうに連れて）、波長 1 70 nm付近のピーク放射強度が増加していることがわかる。

上記測定では、残存大気濃度の異なる各エキシマランプに印加する高周波電圧を 70 OVr ms—定とし、周波数を 2MH zに設定したが、次に、印加する電圧を 700Vrmsから l O O OVrmsまで変化させた場合のエキシマ光の放射強度の変化について説明する。

図 1 6は、各エキシマランプに印加する高周波電圧と、エキシマランプより放射するエキシマ光のピーク放射強度との関係を示している。

キセノンエキシマランプ等のエキシマランプに、本測定で用いた MHz帯の周波数で電力を供給した場合には、グロ一状放電が発生することが知られている。図 1 6より、各エキシマランプに印加する電圧を増加させていくと、いずれのエキシマランプにおいても、グロ一状放電の放射強度が増加していく力放電容器内の残留大気濃度が低いほどグラフの傾きが大きくなり、放射強度の増加度合いが大きくなることが分かる。

また、グロ一状放電では、電圧の印加条件によっては放電空間中に数本のフィラメント状放電が発生し、放射強度が急激に低下してしまうことが知られており、図 1 6においても斜線で描かれている領域が、上記のフィラメント状放電が生ずる領域に相当するが、グロ一状放電を維持することのできる最大印加電圧に関しても、残留大気濃度が低いランプほど高い電圧を印加することができ、その結果、放射強度の高いエキシマ光が得られることが分かる。

図 1 7は、エキシマランプ ( a ) 〜（g ) の放電容器内における残留大気濃度と、最大印加電圧における波長 1 Ί 0 n m付近のエキシマ光のピーク放射強度との関係をプロットしたものであり、横軸を残留大気濃度（p p b ) 、縦軸を放射強度（相対値）で示している。

図 1 7より、残留大気濃度が 2 5 0 0 p p b以下の領域で徐々にエキシマ光の放射強度が増加し、残留大気濃度 1 5 0 0 p p bでは、残留大気濃度 4 0 0 0 p p bに対して放射強度が 1 . 5倍となり、さらに残留大気濃度 5 0 0 p p b以下の領域では放射強度が急激に増大していることがわかる。

このように、放電容器 1 0 2に封入された放電用ガスに、電極より高周波電圧を供給しエキシマ光を放射するエキシマランプにおいては、放電用ガスに含まれる残留大気濃度を 2 5 0 0 p p b以下とすることにより、エキシマ光の放射強度を増大させることが可能となる。

次に、本発明のエキシマランプ IIの製造方法について説明する。

[エキシマランプ Πの製造方法] 本発明のェキシマランプ IIの製造方法は、上記本発明のェキシマランプ IIを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に 2 5 0 0 p p b以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするものである。

本発明の方法を実施する好ましい態様としては、以下に説明するように、ェキシマランプの製法 I と、ェキシマランプの製法 IIを挙げることができるため、以下、各実施態様について図面を用いて説明するものとする。

くエキシマランプの製法 I 〉

エキシマランプの製法 Iは、残留大気の濃度調整が減圧処理により行われるものであり、その具体的態様としては、以下に示すように、製法 1—1および製法 I一 2を挙げることができる。

(製法 I一 1 )

図 1 8は、製法 I一 1を説明するための装置構成の概略断面図であり、図 1 2 ( a ) 及び図 1 3に示す放電容器 1 0 2に放電用ガスを充填する装置構成を示している。

図 1 8に示す装置は、放電容器 1 0 2の他、圧力計 1 1 0、放電用ガスボンベ 1 1 1、スクロールポンプ 1 1 2、ターボ分子ポンプ 1 1 3およびバルブ V Iから V 4とこれらを接続するステンレス製チューブにより構成されている。

放電容器 1 0 2の光出射面 1 2 1に対向する壁面には放電用ガス封入のための充填口 1 2 3が設けられており、充填口 1 2 3はバルブ V 1に接続されている。図 1 8に示すように、バルブ V Iには、バルブ V 2、 V 3、 V 4および圧力計 1 1 0が接続されており、更にバルブ V 2には放電用ガスボンベ 1 1 1が、バルブ V 3にはターボ分子ポンプ 1 1 2が、バルブ V 4にはスクロールポンプ 1 1 3 が接続されている。

ターボ分子ポンプ 1 1 2の排気側 1 1 2— 1は、スクロールポンプ 1 1 3の吸気側 1 1 3— 1に接続されている。

以下に、製法 I一 1により放電容器 1 0 2へ放電用ガスを充填する手順例を示す。

[排気ステップ] 1 . バルブ V 2、 V 3を閉じ、バルブ V I、 V 4を開きスクロールポンプ 1 1 3 を起動し放電容器内を排気する。

2 . 放電容器 1 0 2内を 1 . 3 3 P a以下の気圧とする場合は、バルブ V 4を閉じ、バルブ V 3を開きターボ分子ポンプ 1 1 2を起動する。

3 . 放電容器 1 0 2内が所定の気圧に達したらバルブ V 3、 V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 1 3およびターボ分子ポンプ 1 1 2を停止する。

[封入ステップ]

1 . バルブ V 3、 V 4を閉じた状態で、バルブ V 2を開き、放電容器内が所定の気圧となるまで放電用ガス（例えば、キセノンガス）を充填する。

2 . 全てのバルプを閉じ、放電容器 1 0 2の充填口 1 2 3を封じる。

以上の手順において、排気ステップでの排気後の放電容器内の気圧を所定の値とすることにより、式 1に基づき放電容器内を所望の残留大気濃度とすることができる。

上記排気ステップにおいて、通常、 0 . 1 3 3 P a程度までの気圧であればスクロールポンプによって排気することが可能であるが、これ以下の領域ではターボ分子ポンプ等により排気能力を増強する必要があるため、残留大気濃度が 2 0 0 p p b以下のエキシマランプを製造する場合には、上記ターボ分子ポンプ 1 1 2を併用して排気を行うことが好ましい。

上記処理によって、放電容器 1 0 2内の残留大気の濃度を所望濃度に調整した後に、放電容器 1 0 2の主表面に複数の電極を設けることによりエキシマランプを製造することができる。なお、予め放電容器 1 0 2の主表面に複数の電極を設けた上で、上記残留大気濃度の調整を行い、所望のエキシマランプを製造することもできる。

(製法 I _ 2 )

図 1 9は、製法 I _ 2を説明するための装置構成の概略断面図であり、図 1 2 ( b ) に示す放電容器 1 0 2に放電用ガスを充填する装置構成を示している。

製法 I一 2は、製法 I一 1と比較すると、エキシマランプの形状のみが相違する。

図 1 9においてエキシマランプ 1 0 1は、光出射方向に設けられた光放射窓 1 2 5と、それぞれ対向して配置された電圧印加用の複数の電極 1 0 3とを有し、対向する電極 1 0 3、 1 0 3間に並列して形成される放電空間 1 0 4に存在する放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射する。

図 1 9に示すエキシマランプ 1 0 1は、放電容器 1 0 2内において、異なる極十生の平板状電極 1 0 3が交互に誘電体 1 0 9を介して配置されることにより上記放電空間丄 0 4が平板状電極 1 0 3、 1 0 3間に並列して複数設けられ、光放射窓 1 2 5が上記放電空間 1 0 4の放電路に平行して設けられたものである。上記放電容器 1 0 2への放電用ガスの充填は、上述した製法 I一 1と同様の手順で行うことができる。

なお、図 1 9に示すエキシマランプ 1 0 1では、放電用ガスを放電容器内に封入した後に充填口の封止は行わず、放電用ガスが放電容器 1 0 2よりリークした際に放電用ガスを補充するため圧力計 1 1 0、放電用ガスボンベ 1 1 1、各ボンプ等の放電用ガス充填用の装置を接続したままとすることができる。

<ェキシマランプの製法 II〉

エキシマランプの製法 IIは、残留大気の濃度調整が不活性ガスの置換処理により行われるものである。

エキシマランプの製法 IIにおいて、不活性ガスの置換処理は 1回のみでもよい力 2回以上繰り返してもよく、このように置換処理の回数を増やした場合には残留大気濃度をさらに低下させることができる。

また、不活性ガスとしては、放電ガスと同じものであっても、異なるものであつてもよいが、例えば、ヘリゥムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の希ガスの他、窒素ガス等を挙げることができる。

エキシマランプの製法 IIにおいては、不活性ガスの置換処理を行うことにより

、単に放電容器内を減圧した場合に比べ、短時間に残留大気濃度を所望濃度に調整することができる。

エキシマランプの製法 IIの具体的態様としては、以下に示すように、製法 II一 1および製法 II一 2を挙げることができる。

(製法 II一 1 )

本態様においては、放電用ガスを充填する工程に、置換ステップと二次排気ステツプを加えることにより、毎回の排気ステツプで到達する放電容器内の圧力を高く設定し、各排気ステップでの排気のための所要時間を短縮することができる。

製法 II— 1は、図 20に示すように、放電用ガスボンベ 1 1 1に封入されている放電用ガスを、置換処理工程において、不活性ガスとしても用いる態様である。

図 20は、製法 II— 1によりエキシマランプ 101へ放電用ガスを充填する装置構成を示す概略断面図であり、図 1 9に示す構成からターボ分子ポンプ 1 12 およびターボ分子ポンプに接続されるバルブ V 3を除いた構成となる。

以下に、製法 II— 1により放電容器 102へ放電用ガスを充填する手順例を示す。

(1) 一次排気ステップ

1. バルブ V 2を閉じ、バルブ VI、 V 4を開きスクロールポンプ 1 1 3を起動し放電容器內を排気する。

2. 放電容器 102内が所定の気圧に達したらバルブ V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 13を停止する。

(2) 置換ステップ

1. バルブ V 4を閉じた状態で、バルブ V 2を開き所定の気圧となるまで放電容器 102に放電ガス（不活性ガス）を充填する。

2. 放電容器 102内が所定の気圧に達したらバルブ V 2を閉じる。

(3) 二次排気ステップ

1. バルブ V 2を閉じた状態で、バルブ V 4を開き、スクロールポンプ 1 1 3を起動し放電容器内を排気する。

2. 放電容器内が所定の気圧に達したらバルブ V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 13を停止する。

(4) 封入ステップ

1. バルブ V 4を閉じた状態で、パルプ V 2を開き所定の気圧となるまで放電容器 102に放電ガスを充填する。

2. 放電容器内が所定の気圧に達したら全てのバルブを閉じる。 800

上記態様においては、不活性ガスによる置換処理を 1回のみ行っているが、残留大気濃度をさらに低下させたい場合等は、置換処理を 2回以上繰り返すことが好ましい。

(製法 II一 2 )

上述したように、製法 II一 1は、放電用ガスボンベ 1 1 1に封入されている放電用ガスを、置換処理工程において、不活性ガスとしても用いる態様であるのに対して、製法 II— 2は、不活性ガスとして、放電用ガスとは別種のガスを用いる態様である。

図 2 1は、製法 II一 2を説明するための装置構成図であり、図 2 0とは、放電用ガスボンベ 1 1 1とは別に不活性ガスボンべ 1 1 4を設けた点が異なっている。

放電容器に残存する大気成分の内、真空紫外領域のエキシマ光の放射を阻害する成分としては、酸素原子が最もその影響が大きいと考えられるため、上記した製法 II一 1に示した置換ステップにおいては、置換ガスとして放電用ガスを用いたが、製法 Π— 2においては、酸素原子を含まない窒素ガス等他の不活性ガスを用いることができる。

例えば、図 2 1に示すように、キセノンガス等の放電用ガスを封入したボンべ 1 1 1に並列に窒素ガス等の不活性ガスを封入したボンべ 1 1 4を配置し、上記製法 II一 1の手順例において、置換ステップを 1回だけでなく 2回に繰り返す手順に変更した場合に、その 1回目の置換ステップを、窒素ガスを用いて行う等の態様が挙げられる。

製法 II一 2は、製法 II一 1と比較して、得られるエキシマランプが放射するェキシマ光強度が低下する虞はあるが、比較的安価なガスを使用することができるというメリッ 1、がある。

次に本発明の光源装置について説明する。

[光源装置]

本発明の光源装置は、本発明のエキシマランプ IIまたは本発明の方法により得られたェキシマランプ IIと、該ェキシマランプ IIを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とするものである。光源装置を構成するエキシマランプ IIや電源としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。実施例

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何等限定されるものではない。

実施例 1

図 1に示すような、直方体状の放電容器 6と、電極 5、 5を有する発光ュニット 2を含むエキシマランプ 1を作製した。

先ず、発光ユエット 2を作製するために、厚さ 1 mmの合成石英ガラスを用いて、縦 1 5 0 mm、横 1 0 0 mm、幅 7 mmの箱状の放電セル 2 5を作製し、これを放電容器 6とした。この放電容器 6は、内部に縦 1 4 8 mm、横 9 8 mm、幅 5 mmの空洞を有しており、この空洞が放電時において放電路長 5 mmの放電空間を形成する。この放電容器 6の両主表面に接するように縦 1 3 O mm、横 8 O mm、厚さ l mmのアルミニウム製平板状電極 5を 1枚づっ配置した。図 1に示すように、この平板状電極 5を配置した放電容器 6をステンレス製ランプ容器 4 (直径 2 0 0 mm、高さ 4 0 0 mm) 内に収め、放電用ガス流通路 7の端部を、放電容器 6の光放射側と反対側（図の上側）に設けた孔に接続して、発光ュニット 2を得た。また、 2枚の平板状電極 5をランプ容器 4の外部に設けた高周波電源 1 1と接続した。

上記ランプ容器 4は、ランプ容器 4内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路 9 を有し、また、光放射窓 3として、直径 1 0 0 mm、厚さ 1 0 mmの合成石英製の丸窓を有しており、この丸窓はガスケットを介して容器に取り付けられている。

放電容器 6およびランプ容器 4に、それぞれ放電用ガスおよび不活性ガスを供給するため、図 2に示すように、上記放電用ガス流通路 7および不活性ガス流通路 9を、それぞれ封止バルブ 8および封止バルブ 1 0を介してガス給排気装置 1 2に接続した。

先ず、真空ポンプ 1 3を用い、上記封止バルブ 8、封止バルブ 1 0を開放した状態で真空引きすることにより放電容器 6およびランプ容器 4内の真空排気を行つた。真空排気は、放電容器 6の破裂を防止するために、放電容器 6内のガス圧 P 1とランプ容器 4内のガス圧 P 2の差圧を差圧計 14で確認しながら、差圧ができる限り小さくなるように排気圧力調整バルブ 1 5を開閉して行った。

真空排気終了後、排気圧力調整バルブ 15を閉じ、次いで、供給圧力調整バルブ 16を開放して、放電用ガスボンベ 17および不活性ガスボンべ 18力ゝら、それぞれ放電用ガス（キセノンガス）および不活性ガス（窒素ガス）を供給した。この場合、キセノンガスと窒素ガスの圧力がそれぞれ 0. IMP aになるように、また、両圧力の差の絶対値が 0. 03MP a以内になるように、圧力計 19および差圧計 14を確認しつつ、供給圧力調整バルブ 1 6を開閉した。

上記真空排気およびガス供給に際し、ガス給排気装置 1 2には、バッファーとしてタンク 20を設け、また、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力の差を調整する手段として、図 2に示されるような、容積可変手段であるべローズ 21をランプ容器 4内に設けた。

放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力を所望の値に調整した後、封止バルブ 8 、封止バルブ 10を閉じてこれらのガスを封止し、その後ガス給排気装置 12から分離することにより、図 4に示すようなエキシマランプ 1を得た。エキシマランプ 1内のキセノンガスの圧力および窒素ガスの圧力は、共に 0. IMP aであり、両圧力の差圧は略 0. O OMP aであった。

このエキシマランプ 1に印加し得る電圧の周波数 F (MHz) を、式（I) を用いて算出したところ、 F>0. 764 P一 °· ³¹⁶= 1. 582 (MHz) であることが分かった。

そこで、このエキシマランプ 1に対し、高周波電源 1 1から、周波数 1. 9M Hz、電圧 3. 5 kVp - pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたところ、放電容器 6に亀裂や割れは生じなかった。

また、上記と同様の手法により、放電用ガスの圧力および不活性ガスの圧力力それぞれ、 0. 1 5MP a、 0. 2MP a、 0. 25 MP aであり、両圧力の差圧がいずれも略 0. 0 OMP aになるように調整したエキシマランプ 1を得た。これらのエキシマランプ 1に印加し得る電圧の周波数 F (MHz) を、式 (I) を用いて算出したところ、それぞれ、 F> 1. 391 (MHz) 、 F> 1. 270 (MHz) 、 F> 1. 1 84 (MHz) であることが分かった。そこで、このエキシマランプ 1に対し、高周波電源 1 1から、周波数 1. 5MHz、電圧 3. 5 kVp - pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたところ、同様に放電容器 6に亀裂や割れは生じなかった。

図 8に、上述のように放電用ガスと不活^ガスの圧力を変化させたときのェキシマランプの放射光量の変化を示すが、図 8に示すように、放電用ガスの圧力と不活性ガスの圧力をともに 0. IMP a以上とすることにより、エキシマ光の放射強度を増大することができた。

また、この場合、エキシマランプ 1に印加する電圧の周波数 F (MHz) を、式（I) を満たすように制御することにより、放電用ガスのガス圧を増加させても、グロ一状の放電状態を維持し、エキシマランプの温度が過度に上昇することを抑制することができた。実施例 2

実施例 1と同様の方法により、キセノンガスの圧力と、高周波電源 1 1から印加する電圧の周波数を表 1に示すように変化させたときの、各放電状態を確認した。表 1に示すように、各キセノンガスの圧力において、印加する電圧の周波数が一定値を超えた場合には、エキシマランプ 1の放電状態がグロ一状になるが、印加電圧の周波数が一定値以下であると、数本のフィラメントを生じる状態になることが確認できた。また、グロ一状の放電を示した条件下においては、エキシマランプの温度が過度に上昇することを抑制することができた。

表 1

本実施例におけるキセノンガス圧力と印加電圧の周波数の関係図を図 9に示す。図 9において、放電形態が、グロ一状であるものは黒丸（會）で示し、数本のフィラメントを生じたものは三角形（△) で示している。

図 9に三角形（△) で示す、放電状態がフィラメント状であるデータを用いて、キセノンガス圧力 P (MP a) と印加電圧周波数 F (MHz) との関係式を求めたところ、 F = 0. 764 P一 °· ³¹⁶という式を得ることができた。

また、図 9に黒丸（秦）で示す、放電状態がグロ一状であるデータのうち、キセノンガスの圧力 Ρと印加電圧の周波数 Fが、それぞれ、（1) 0. 200ΜΡ a、 1. 9 1MHz、 (2) 0. 250MP a、 1. 50MHz、 (3) 0. 3 O OMP a l. 3 OMH zであるデータを用いて、キセノンガス圧力 P (MP a ) と印加電圧周波数 F (MHz) との関係式を求めたところ、 F = 0. 408 P -。' ⁹⁵⁴という式を得ることができた。

本実施例により、印加電圧の周波数 F (MHz) をキセノンガス圧力 P (MP a) に対して、 F>0. 764 Ρ—。· ³¹⁶であるように調整した場合には、ェキシマランプの温度が過度に上昇することを抑制しつつ、グロ一状の放電状態を維持して、エキシマ光の放射強度の低下を抑制し得ることが分かる。

さらに、印加電圧の周波数 F (MHz) をキセノンガス圧力 P (MP a) に対して、 0. 408 P— ⁰· ⁹⁵⁴≥F> 0. 764 Ρ—。· ³¹⁶であるように調整した場合には、上記効果を安定して得ることができることが分かる。実施例 3

図 5に示すような、内部に略箱状の放電空間を並列して複数設けた放電容器 6 を有する、エキシマランプ 1を作製した。

先ず、放電容器 6を作製するために、厚さ lmmの合成石英ガラスを用いて、縦 1 50 mm、横 100 mm、幅 7 mmの箱状の放電セル 25を 12個作製した。各放電セル 25は、内部に縦 148mm、横 98mm、幅 5 mmの空洞を有しており、この空洞が放電時において放電路長 5 mmの放電空間を形成する。この放電セルを主表面が対向するように並列に並べて放電容器 6とし、放電容器 6を構成する放電セルの各主表面に接するように縦 1 30 mm, 横 80 mm、厚さ 1 mmのアルミニゥム製平板状電極 5を 1枚づっ計 13枚配置した。

図 5に示すように、この複数の平板状電極 5を配置した放電容器 6をステンレス製ランプ容器 4 (直径 200mm、高さ 400mm) 内に収め、各放電セルの、光放射窓 23と反対側（図の上側）に設けた孔に、放電用ガス流通路 7から分岐する流通路を接続して、発光ユニット 2を得た。また、図 5に示すように、各平板状電極 5をランプ容器 4の外部に設けた高周波電源 1 1と接続した。

上記ランプ容器 4は、外部からランプ容器 4内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路 9を有し、また、光放射窓 3として、直径 1 50mm、厚さ 18 mmの合成石英製の丸窓を有しており、この丸窓はガスケットを介して容器に取り付けられている。

上記放電容器 6およびランプ容器 4に対し、実施例 1と同様の手法により、それぞれ、放電用ガス（キセノンガス）および不活性ガス（窒素ガス）を封入し、キセノンガスの圧力および窒素ガスの圧力が、いずれも 0. 2MP aであり、両圧力の差圧が略 0. 0 OMP aになるように調整したエキシマランプ 1を得た。このエキシマランプ 1に印加し得る電圧の周波数 F (MHz) を、式（I) を用いて算出したところ、 F>0. 764 ρ-°· ³¹⁶= 1. 270 (MHz) であることが分かった。

そこで、このエキシマランプ 1に対し、高周波電源 1 1から、周波数 1. 4M Hz、電圧 5. 5 k Vp- pの高周波電圧を印加して、エキシマ光を発生させたところ、放電容器 6に亀裂や割れは生じず、 50 OmW/ cm²の放射光を得ること 5800

ができた。また、この場合、エキシマランプ 1に印加する電圧の周波数 F (MH _Z) を、式（I ) を満たすように制御することにより、グロ一状の放電状態を維持し、エキシマランプの温度が過度に上昇することを抑制することができ、ェキシマ光の放射強度の低下を抑制することができた。実施例 4 (エキシマランプ IIの製法 I— 1によるエキシマランプおよび光源装置の作製例）

エキシマランプ Πの製法 1— 1により、図 1 8に示すような装置構成でエキシマランプを作製した。

本実施例においては、放電用ガスとしてキセノンガスを用い、以下に示す手順により、放電容器 1 02へキセノンガスを封入した。

(1) 排気ステップ

1. バルブ V2、 V 3を閉じるとともに、バルブ V I、 V 4を開きスクロールポンプ 1 1 3を起動して放電容器 1 02内を排気した。

2. バルブ V4を閉じ、バルブ V 3を開きターボ分子ポンプ 1 1 2を起動した。 3. 放電容器 1 0 2内の気圧が 2. 6 6 X 1 0— ⁵P aに達したらバルブ V3、 V4を閉じ、スクロールポンプ 1 1 3およびターボ分子ポンプ 1 1 2を停止した。

(2) 封入ステップ

1. バルブ V 3、 V 4を閉じた状態で、バルブ V 2を開き、放電容器内が 66. 5 k P aとなるまでキセノンガスを充填した。

2. 全てのバルブを閉じ、放電容器 1 02の充填口 1 23を封じた。

以上の操作により放電容器 1 0 2内の残留大気濃度を 0. 4 p p bとした。上記放電容器 1 0 2を 2枚の平板状電極で挟み込むことによりエキシマランプを作製し、さらに上記平板状電極と高周波電源とを接続することにより、光源装置を作製した。実施例 5 (ェキシマランプ IIの製法 I— 2によるエキシマランプぉよぴ光源装置の作製例）エキシマランプ IIの製法 I— 2により、図 1 9に示すような装置構成によりェキシマランプぉよぴ光源装置を作製した。

本実施例に供したエキシマランプ 1 0 1を構成する放電容器 1 0 2の内容量は、約 6 0リツトルであり、異なる極性の平板状電極 1 0 3が交互に誘電体 1 0 9 を介して配置されることにより上記放電空間 1 0 4が平板状電極 1 0 3、 1 0 3 間に並列して複数設けられ、光放射窓 1 2 5が上記放電空間 1 0 4の放電路に平行して設けられた。

上記放電容器 1 0 2に対し、実施例 4と同様の手順でキセノンガスを封入し、残留大気濃度が 0 . 4 p p bであるエキシマランプおよび該エキシマランプを有する光源装置を作製した。

また、比較のために、残留大気濃度が 4 0 0 0 p p bである以外は本実施例で得たエキシマランプと同様のエキシマランプを作製し、該エキシマランプを有する光源装置を作製した。

残留大気濃度が 0 . 4 p p bであるエキシマランプを有する上記光源装置と、残留大気濃度が 4 0 0 0 p p であるエキシマランプを有する上記光源装置を用レ、、高周波電源 1 0 6から電極 1 0 3に、グロ一状放電を維持可能な最大電圧で、周波数 2 MH zの高周波電圧を印加し、波長 1 7 0 n m付近にピーク波長を有するエキシマ光の放射強度を測定した。

測定方法としては、光放射窓 1 2 5の出射側の中心付近に紫外強度計（ゥシォ電機製： U I T 1 5 0 ZVU V— S 1 7 2 ) (不図示）の受光面を光放射窓 1 2 5に密着させて行った。，

測定の結果、残留大気濃度が 4 0 0 0 p bであるエキシマランプを有する光源装置の真空紫外光放射強度 4 3 mW/ c m ²に対して、残留大気濃度が 0 . 4 p p bであるエキシマランプを有する光源装置の真空紫外光放射強度は 1 7 0 m WZ c m²であり、約 4倍の放射強度のエキシマ光を得ることができた。実施例 6 (エキシマランプ IIの製法 II— 1によるエキシマランプおよび光源装置の作製例）

' エキシマランプ IIの製法 Π_ 1により、図 2 0に示すような装置構成によりェキシマランプおよび光源装置を作製した。

本実施例においては、放電用ガスとしてキセノンガスを用い、以下に示す手順により、放電容器 102へキセノンガスを封入した。

(1) 一次排気ステップ

1. バルブ V 2を閉じるとともに、バルブ VI、 V 4を開きスクロールポンプ 1 3を起動して放電容器内を排気した。

2. 放電容器内の気圧が 1. 33 P aに達したらバルブ V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 1 3を停止した。

(2) 置換ステップ

1. バルブ V 4を閉じた状態で、バルブ V 2を開き、容器内の気圧が 66. 5 k P aとなるまで放電容器 102内にキセノンガスを充填した。

2. 放電容器 102内の気圧が 66. 5 k P aに達したのち、バルブ V 2を閉じた。

この時点における放電容器 102内の残留大気濃度は 20 p pmであった。また、一次排気ステップを開始して置換ステップを終了するまでに要した時間は約 20分であった。

(3) 二次排気ステップ

1. バルブ V 2を閉じた状態で、パルプ V4を開きスクロールポン 1 1 3を起動し放電容器内を排気した。

(4) 封入ステップ

1. バルブ V 4を閉じた状態で、パルプ V 2を開き、放電容器 102内の気圧が 66. 5 k P aとなるまでにキセノンガスを充填した。

2. 放電容器内が 66. 5 k P aに達したら全てのバルブを閉じた。

この時点における放電容器 2内の残留大気濃度は 0. 4 p p bであった。また、二次排気ステップを開始して封入ステップを終了するまでに要した時間は約 20 分であった。

実施例 5で得た残留大気濃度が 0. 4 p p bであるエキシマランプは、 1回の排気ステップで放電容器内に残存する大気成分を所定量まで減少させるために約 5 0時間を要するものであつたが、放電用ガスの封入手順に置換ステツプと二次排気ステップを加えることで、これまで 5 0時間を要した処理を 4 0分で行うことが可能となり、大幅に放電用ガスの封入に必要な時間を短縮することができた。

また、本実施例による放電容器 1 0 2への放電用ガスの封入手順によれば、放電容器 1 0 2の排気用ポンプとして、比較的排気能力の低い排気ポンプを用いることが可能であるため、製造設備に対するコストを低減することができた。実施例 7 (エキシマランプ IIの製法 II一 1によるエキシマランプおょぴ光源装置の作製例）

エキシマランプの製法 II一 1により、図 2 0に示すような装置構成によりェキシマランプぉよび光源装置を作製した。

本実施例においては、放電用ガスとしてキセノンガスを用い、以下に示す手順により、放電容器 1 0 2へキセノンガスを封入した。

( 1 ) 一次排気ステップ

1 . バルブ V 2を閉じるとともに、バルブ V I、 V 4を開きスクロールポンプ 1 1 3を起動して放電容器内を排気した。

2 . 放電容器内の気圧が 6 6 . 5 P aに達したらバルブ V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 1 3を停止した。

( 2 ) 一次置換ステップ

1 . バルブ V 4を閉じた状態で、バルブ V 2を開き、容器内の気圧が 6 6 . 5 k P aとなるまで放電容器 1 0 2内にキセノンガスを充填した。

2 . 放電容器 1 0 2内の気圧が 6 6 . 5 k P aに達したのち、パルプ V 2を閉じた。

この時点における放電容器 1 0 2内の残留大気濃度は 1 0 0 0 p p mであつた。また、一次排気ステップを開始して一次置換ステップを終了するまでに要した時間は約 6分であった。

( 3 ) 二次排気ステップ 1. バルブ V 2を閉じた状態で、バルブ V 4を開きスクロールポンプ 1 1 3を起動して放電容器内を排気した。

2. 放電容器内の気圧が 66. 5 P aに達したらバルブ V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 1 3を停止した。

(4) 二次置換ステップ

この時点における放電容器 102内の残留大気濃度は 1 p pmであった。また、二次排気ステップを開始して二次置換ステップを終了するまでに要した時間は約 6分であった。

(5) 三次排気ステップ

1. バルブ V 2を閉じた状態で、バルブ V4を開きスクロールポンプ 1 3を起動し放電容器内を排気した。

2. 放電容器内の気圧が 26. 6 P aに達したらバルブ V 4を閉じ、スクロールポンプ 1 1 3を停止した。

(6) 封入ステップ

1. バルブ V 4を閉じた状態で、バルブ V 2を開き、放電容器 102内の気圧が 66. 5 k P aとなるまでにキセノンガスを充填した。

この時点における放電容器 102内の残留大気濃度は 0. 4 p p bであった。また、三次排気ステツプを開始して封入ステツプを終了するまでに要した時間は約 8分であった。

実施例 6で得たェキシマランプは、放電容器内の残留大気濃度を 0. 4 p p b にするために 40分を要するものであつたが、実施例 7においては、二次置換ステップぉよび三次排気ステップを組み合わせることにより、上記処理を 20分で行うことが可能となり、放電用ガスの封入に必要な時間をさらに短縮することができた。 8 065800

また、本実施例による放電容器 1 0 2への放電用ガスの封入手順によれば、実施例 6と同様に、放電容器 1 0 2の排気用ポンプとして、比較的排気能力の低い排気ポンプを用いることが可能であるため、製造設備に対するコストを低減することができた。

実施例 6およぴ実施例 7で得たェキシマランプをそれぞれ有する光装置を用レ、、実施例 5と同様にして、高周波電源 1 0 6から電極 1 0 3に、グロ一状放電を維持可能な最大電圧で、周波数 2 MH zの高周波電圧を印加し、波長 1 7 0 η m付近にピーク波長を有するェキシマ光の放射強度をそれぞれ測定した。その結果、何れの光源装置においても、実施例 5に示したエキシマランプと同様に、残留大気濃度が 4 0 0 0 p p bであるエキシマランプと比較して、約 4倍の放射強度のエキシマ光を得ることができた。産業上の利用可能性

本発明によれば、グロ一状放電による比較的低電圧での放電を維持しつつ、放電用ガス圧が増大した場合であっても、エキシマランプの温度を過度に上昇させることなく、エキシマ光の放射強度を増大させたエキシマランプを提供することができる。

また、本発明によれば、より高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプを提供することができ、また、上記エキシマランプを製造する方法および光源装置を提供することができる。

Claims

請求の範囲

1. 放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するェキシマランプであって、

前記複数の電極への印加電圧の周波数 F (MHz) 1 前記放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、下記式（I)

F> 0. 764 Ρ—⁰· ³¹⁶ (I)

を満たすように調整されていることを特徴とするエキシマランプ。

2. 前記エキシマランプが、

前記発光ュエツトの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ュニットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに 0. 05MP a以上で、両圧力の差の絶対値が 0. 03MP a以内になるように調整されている請求項 1に記載のエキシマランプ。

3. 前記発光ユニットが、

並列して配置した複数の放電セルからなる放電容器と、

前記放電容器が、放電容器の放電路に平行して設けられた光放射窓を有し、前記放電容器内に封入した放電用ガスが放電して、エキシマ光を放射する請求項 2に記載のェキシマランプ。

4. 前記放電容器が、前記放電セルからなる複数の放電空間を貫通する放電用ガス流通孔をさらに有するものである請求項 3に記載のエキシマランプ。

5. 前記発光ユニットが、ランプ容器の外部から前記放電セルからなる放電空間内に放電用ガスを導く放電用ガス流通路を有し、

前記ランプ容器が、ランプ容器の外部からランプ容器内に不活性ガスを導く不活性ガス流通路を有するものである請求項 2〜請求項 4のいずれか 1項に記載のエキシマランプ。

6. 前記印加電圧の周波数 F (MHz) † 前記放電用ガスの圧力 P (MP a ) に対して、さらに下記式（II)

0. 408 P— ⁰· ⁹⁵⁴≥F (II)

を満たすように調整されている請求項 1〜請求項 5のいずれか 1項に記載のェキシマランプ。

7. 放電用ガスと、該放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有するェキシマランプを用いたエキシマ光の照射方法であって、

F > 0. 764 P—。· ³¹⁶ ( I )

を満たすように調整することを特徴とするエキシマ光の照射方法。

8. 前記エキシマランプが、

ェキシマ光を放射するための放電容器および電圧印加用の複数の電極を有する発光ュニットと、

前記発光ュニットの放電容器内部に放電用ガスが、前記発光ュュットの放電容器外壁と前記ランプ容器の内壁との間に不活性ガスがそれぞれ封入されており、前記放電用ガスの圧力と前記不活性ガスの圧力がともに 0. 05 M P a以上で、両圧力の差の絶対値が 0. 03MP a以内になるように調整されている請求項 7に記載のエキシマ光の照射方法。

9. 前記放電容器への印加電圧の周波数 F (MHz) を、前記放電用ガスの圧力 P (MP a) に対して、さらに下記式 (II)

0. 408 P—。· ⁹⁵⁴≥F (II)

を満たすように調整する請求項 8に記載のエキシマ光の照射方法。

10. 放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が 2500 p p b以下であることを特徴とするエキシマランプ。

1 1 . 前記複数の電極間で発生する放電がグロ一状放電である請求項 1 0に記载のエキシマランフ。。

1 2 . 前記放電用ガスがキセノンガスを含むものである請求項 1 0または請求項 1 1に記載のエキシマランプ。

1 3 . 請求項 1 0〜請求項 1 2のいずれか 1項に記載のエキシマランプを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に 2 5 0 0 p p b以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするエキシマランプの製造方法。

1 4 . 前記残留大気の濃度調整が減圧処理により行われる請求項 1 3に記載のエキシマランプの製造方法。

1 5 . 前記残留大気の濃度調整が不活性ガスの置換処理により行われる請求項 1 3または請求項 1 4に記載のエキシマランプの製造方法。

1 6 . 前記不活性ガスの置換処理を 2回以上繰り返す請求項 1 5に記載のェキシマランプの製造方法。

1 7 . 前記不活性ガスがキセノンガスである請求項 1 5または請求項 1 6に記载のエキシマランプの製造方法。

1 8 . 請求項 1 0〜請求項 1 2のいずれか 1項に記載のエキシマランプまたは請求項 1 3〜請求項 1 7のいずれか 1項に記載の方法により得られたエキシマランプと、該エキシマランプを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とする光源装置。