(57)【要約】【課題】絶縁破壊の発生や封入ガスの汚染を防止し、均一なイオン化を実現する。【解決手段】エキシマレーザ１０は、純度が９９．９重量％以上、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3以上、開気孔率が０．３％未満、絶縁耐圧が１５ｋＶ／ｍｍ以上であり、中空部１ｂを有するアルミナ管１と、アルミナ管１の中空部１ｂに配置されているコロナ放電用の内側電極２ａと、アルミナ管１の外周面に接して配置されているコロナ放電用の外側電極２ｂとを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
純度が９９．９重量％以上、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3以上、開気孔率が０．３％未満、絶縁耐圧が１５ｋＶ／ｍｍ以上であり、コロナ放電用の内側電極が配置される中空部を有することを特徴とするアルミナ管。
【請求項２】
室温における固有体積抵抗値が４．０×１０16Ω・ｃｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のアルミナ管。
【請求項３】
誘電率が１０．７以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアルミナ管。
【請求項４】
平均粒子径が３〜１０μｍであることを特徴とする請求項１乃至３いずれか１項に記載のアルミナ管。
【請求項５】
４点曲げ強度が、５００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のアルミナ管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアルミナ管に関する。より詳細には、本発明はコロナ放電装置に用いられるアルミナ管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、希ガスや、希ガスとハロゲンガスとの混合ガス等の封入ガス原子を励起させて、エキシマ分子を生成し、レーザ発振を行うエキシマレーザがある。エキシマレーザでは、励起を補助するために予備電離が行われている。
【０００３】
予備電離には、例えば、スパークピン電極を並べ、遠紫外域の光子を発生させて、予備電離を行う方式（以下「スパーク予備電離」という）がある。しかし、スパーク予備電離は、均一にイオン化を行って、時間的、空間的に均一な電子密度を達成することが難しい、スパークピン電極を高い放電電流が通過するため、スパークピン電極が侵食され、封入ガスが汚染される、そのため封入ガス交換が必要となる、といった課題があった。
【０００４】
このような課題を解決するために、コロナ放電により予備電離を行う方式（以下「コロナ予備電離」という）が開発された。コロナ予備電離では、コロナ放電用の電極を誘電材料からなる管の内側と外側に配置し、誘電材料を介して放電を行う（例えば、特許文献１参照）。誘電材料としては、例えばアルミナが用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−２２７０７４号公報
【特許文献２】特開平１０−５６２２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、誘電材料として商用品位のアルミナ（純度９９．８％以下）を用いた場合であっても、絶縁耐圧や耐食性が十分ではなかった。そのため、迅速、高出力なレーザ発振のために高い電圧を電極に印加することが困難であった。又、エキシマレーザ等に封入される封入ガスを汚染してしまう場合があった。更に、スパーク予備電離に比べれば、均一なイオン化が実現できるものの、十分な均一性を得ることはできなかった。
【０００６】
そこで、本発明は、絶縁破壊の発生や封入ガスの汚染を防止でき、均一なイオン化が可能なアルミナ管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のアルミナ管は、純度が９９．９重量％以上、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3以上、開気孔率が０．３％未満、絶縁耐圧（ＪＩＳ  Ｃ２１１０）が１５ｋＶ／ｍｍ以上であり、コロナ放電用の内側電極が配置される中空部を有することを特徴とする。
【０００８】
このようなアルミナ管は、不純物や開気孔が極めて少なく、高密度であるため、絶縁破壊の起点が少なく、均一な誘電体となっており、アーキング（異常放電）も発生し難い。よって、アルミナ管は、高い絶縁耐圧を有することができ、中空部に配置されるコロナ放電用の内側電極と、アルミナ管の外周面に接して配置されるコロナ放電用の外側電極に高電圧を印加しても絶縁破壊が発生することを防止できる。しかも、このようなアルミナ管を用いることにより、均一なイオン化を行うことができる。
【０００９】
更に、アルミナ管は、高純度であり、粒界相に含まれる不純物が極めて少ないため、高い耐食性を実現できる。又、封入ガスを汚染するパーティクル源を保持し易く、エッジ部分が削れてパーティクルを発生し易い開気孔も非常に少ない。よって、このようなアルミナ管によれば、封入ガスの汚染も防止できる。
【００１０】
更に、アルミナ管は、室温における固有体積抵抗値（ＪＩＳ  Ｃ２１４１）が４．０×１０16Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。又、アルミナ管は、誘電率が１０．７以上であることが好ましい。アルミナ管は、高い抵抗や高い誘電率を有することにより、絶縁耐圧を高めることができ、高電圧を印加しても絶縁破壊が発生することをより一層、防止できる。更に、より高い電圧の印加が可能となる結果、アルミナ管はイオン化速度を増加させることができ、高速なイオン化を実現できる。
【００１１】
又、アルミナ管は、平均粒子径が３〜１０μｍであることが好ましい。これによれば、アルミナ管は高い強度を有することができる。しかも、腐食性ガスに腐食されやすい粒界相を減らすことができるため、アルミナ管はより高い耐食性を有することができる。
【００１２】
更に、アルミナ管は、４点曲げ強度（ＪＩＳ  Ｒ１６０１）が、５００ＭＰａ以上であることが好ましい。これによれば、長尺形状であるアルミナ管であっても高い強度を有することができ、破損を防止できる。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したように、本発明によれば、絶縁破壊の発生や封入ガスの汚染を防止でき、均一なイオン化が可能なアルミナ管を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に示すエキシマレーザ１０は、予備電離としてコロナ放電を行うコロナ放電装置の１つである。図１に示すように、エキシマレーザ１０は、コロナ放電処理部１０ａと、上部主電極３と、下部主電極４と、チャンバー５と、パルス電源６とを備える。コロナ放電処理部１０ａは、アルミナ管１と、内側電極２ａと、外側電極２ｂとを備える。このようにコロナ放電処理部１０ａを備え、コロナ放電を行うあらゆる装置がコロナ放電装置に含まれる。
【００１５】
チャンバー５には、コロナ放電処理部１０ａと、一対の上部主電極３と下部主電極４とが収容される。チャンバー５内には、フッ素（Ｆ2）や塩素（Ｃｌ2）等のハロゲンガス、もしくは、クリプトン（Ｋｒ）、アルゴン（Ａｒ）、キセノン（Ｘｅ）等の希ガスとハロゲンガスとの混合ガス等が、封入ガスとして封入されている。上部主電極３及び下部主電極４は、チャンバー５内の上方と下方に対向して設けられる。上部主電極３及び下部主電極４は、パルス電源６と接続されている。図１では、上部主電極３がアノードとなり、下部主電極４がカソードとなる。上部主電極３と下部主電極４は、パルス電源６からパルス電圧が印加されることにより、封入ガス原子を励起させて、Ｋｒ2＊、Ａｒ2＊、ＫｒＦ＊、ＡｒＦ＊、ＸｅＣｌ＊等のエキシマ分子を生成し、レーザ発振を行う。
【００１６】
このようなレーザ発振を補助するために、エキシマレーザ１０では、コロナ放電処理部１０ａが、コロナ放電を行って予備電離を行う。コロナ放電用の電極には、アルミナ管１の内側に配置される内側電極２ａと、アルミナ管１の外周面に接して配置される外側電極２ｂとがある。アルミナ管１は、コロナ放電用の内側電極２ａが配置される中空部１ｂを有する。そして、中空部１ｂに内側電極２ａが挿入され、配置されている。内側電極２ａ及び外側電極２ｂは、パルス電源６に接続されている。内側電極２ａ及び外側電極２ｂにパルス電圧が印加されることにより、内側電極２ａ及び外側電極２ｂがアルミナ管１を介してコロナ放電を行う。
【００１７】
アルミナ管１は、純度が９９．９重量％以上、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3以上、開気孔率が０．３％未満、絶縁耐圧（ＪＩＳ  Ｃ２１１０）が１５ｋＶ／ｍｍ以上のアルミナ焼結体で構成されている。このようにアルミナ管１は、不純物や開気孔が極めて少なく、高密度であるため、絶縁破壊の起点が少なく、均一な誘電体となっており、アーキングの発生起点となる開気孔が少ないため、アーキング（異常放電）も発生し難い。よって、アルミナ管１は、高い絶縁耐圧を有することができ、中空部１ｂに配置された内側電極２ａと、アルミナ管１に接して配置された外側電極２ｂに高電圧を印加しても絶縁破壊が発生することを防止できる。
【００１８】
そのため、例えば、コロナ放電処理部１０ａをエキシマレーザ１０の予備電離に用いた場合、内側電極２ａ及び外側電極２ｂに高電圧を印加することができる。よって、イオン化速度を増加させることができ、高速なイオン化を実現でき、エキシマレーザ１０は、迅速、高出力なレーザ発振を実現できる。しかも、このようなアルミナ管１を用いることにより、均一なイオン化を行うことができる。特に、チャンバー５内の初期電子密度を非常に均一にできる。
【００１９】
更に、アルミナ管１は、高純度であり、粒界相に含まれる不純物が極めて少ないため、高い耐食性を実現できる。又、封入ガスを汚染するパーティクル源を保持し易く、エッジ部分が削れてパーティクルを発生し易い開気孔も非常に少ない。よって、このようなアルミナ管１によれば、封入ガスの汚染も防止できる。
【００２０】
アルミナ管１の純度は、９９．９５重量％以上であることが好ましい。アルミナ管１に含まれる不純物元素は５００ｐｐｍ以下であることがより好ましい。更に、アルミナ管１の開気孔率は、０．１％以下であることが好ましい。又、アルミナ管１の絶縁耐圧は１８ｋＶ／ｍｍ以上であることが好ましい。
【００２１】
更に、アルミナ管１は、室温における固有体積抵抗値（ＪＩＳ  Ｃ２１４１）が４．０×１０16Ω・ｃｍ以上であることが好ましい。又、アルミナ管１は、誘電率が１０．７以上であることが好ましい。このようにアルミナ管１は、高い抵抗値や高い誘電率を備えることにより、絶縁耐圧を高めることができ、高電圧を印加しても絶縁破壊が発生することをより一層、防止できる。更に、より高い電圧の印加が可能となる結果、アルミナ管１は、イオン化速度を増加させることができ、高速なイオン化を実現できる。よって、例えば、コロナ放電処理部１０ａをエキシマレーザ１０の予備電離に用いた場合、迅速な予備電離を実現でき、エキシマレーザ１０は、迅速、高出力なレーザ発振を実現できる。
【００２２】
又、アルミナ管１は、平均粒子径が３〜１０μｍのアルミナ焼結体であることが好ましい。これによれば、アルミナ管１は高い強度を有することができる。しかも、腐食性ガスに腐食されやすい粒界相を減らすことができるため、アルミナ管１はより高い耐食性を有することができる。
【００２３】
更に、アルミナ管１は、室温における４点曲げ強度（ＪＩＳ  Ｒ１６０１）が、５００ＭＰａ以上であることが好ましい。これによれば、長尺形状であるアルミナ管１であっても高い強度を有することができ、ハンドリングがし易く、輸送時等における破損を防止できる。
【００２４】
又、アルミナ管１の厚さは均一であることが好ましく、そのばらつきが３０％以下であることが好ましい。これによれば、アルミナ管１は、より均一なイオン化を実現でき、アーキングの発生をより一層、防止できる。
【００２５】
アルミナ管１は、両端の側面にトラッキングを防止するためのトラッキング防止溝１ａを有することが好ましい。更に、アルミナ管１は、一端又は両端の側面に、アルミナ管１が回転してしまうことを防止するための溝（以下「回転防止溝」という）を有してもよい。
【００２６】
このようなアルミナ管１は、例えば、以下のようにして製造できる。まず、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）粉末と焼結助剤を含む原料粉末に、バインダー、水、分散剤等を添加して混合し、スラリーを作製する。アルミナ粉末は、純度が９９．９重量％以上のものを用いることが好ましい。これによれば、高純度、高強度のアルミナ管１を得ることができる。アルミナ粉末は、純度が９９．９９重量％以上のものを用いることがより好ましい。
【００２７】
又、アルミナ粉末は、比表面積が３〜１０ｍ2／ｇであることが好ましい。これによれば、焼結を適度に進行させて、高強度、高密度のアルミナ管１を得ることができる。更に、アルミナ粉末は、平均粒子径が８μｍ以下であることが好ましい。これによれば、高強度のアルミナ管１を得ることができる。より好ましい平均粒子径は、３〜７μｍである。
【００２８】
このようなアルミナ粉末は、例えば、硝酸アルミニウムアンモニウムを熱分解して得ることができる。例えば、硝酸アルミニウムアンモニウム塩の結晶を、高純度アルミナ製のさやに充填し、電気炉で熱分解させた後、１１００〜１３００℃に昇温して３０分〜５時間保持することにより、アルミナ粉末を得ることができる。
【００２９】
又、焼結助剤としては、例えば、マグネシア（ＭｇＯ）等を用いることができる。原料粉末に含まれる焼結助剤は、０．１重量％以下とすることが好ましい。これによれば、均一な結晶粒から構成される、高密度のアルミナ管１を得ることができる。より好ましい焼結助剤量は、０．０３〜０．０８重量％である。
【００３０】
得られたスラリーを噴霧造粒法等により造粒して造粒顆粒を得る。得られた造粒顆粒を、押出し成形法、金型成形法、ＣＩＰ（Cold  Isostatic  Pressing）等の成形方法により、管状に成形する。得られた管状の成形体を脱脂し、水素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス雰囲気中で常圧焼結法等の焼結方法により、５５０〜１７００℃で焼成する。より好ましい焼成温度は、１６００〜１６５０℃である。又、焼成温度までは、昇温速度１００〜８００℃／時間で昇温することが好ましい。
【００３１】
得られた管状のアルミナ焼結体の両端の側面に加工により、トラッキング防止溝１ａを形成する。更に、必要に応じて、アルミナ焼結体の一端又は両端の側面に回転防止溝を加工により形成してもよい。このようにして、アルミナ焼結体で構成され、コロナ放電用電極である内側電極２ａが配置される中空部を有するアルミナ管１を得ることができる。
【００３２】
以上説明したように、コロナ放電処理部１０ａを備えるエキシマレーザ１０は、純度が９９．９重量％以上、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3以上、開気孔率が０．３％未満、絶縁耐圧が１５ｋＶ／ｍｍ以上であり、中空部を有するアルミナ管１と、そのアルミナ管１の中空部１ｂに配置されている内側電極２ａと、アルミナ管１の外周面に接して配置されている外側電極２ｂとを備えるため、アルミナ管１が絶縁破壊を起こしたり、封入ガスを汚染したりすることを防止でき、均一なイオン化を実現できる。よって、時間的、空間的に均一な電子密度を達成することができ、封入ガスの交換を行う必要性を低減できる。
【００３３】
このようなコロナ放電処理部１０ａを備えたエキシマレーザ１０は、例えば、レーザにより転写を行うリソグラフィ装置等に利用できる。
【実施例】
【００３４】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明は下記の実施例に何ら限定されるものではない。
【００３５】
（アルミナ管の製造）
純度が９９．９９重量％、比表面積が７ｍ2／ｇ、平均粒子径が７μｍのアルミナ粉末と、焼結助剤としてマグネシア０．０７重量％を含む原料粉末に、水、分散剤、バインダーとしてポリビニルアルコール（ＰＶＡ）とポリエチレングリコールを添加し、トロンメルで混合してスラリーを作製した。得られたスラリーをスプレードライヤーを用いて噴霧乾燥し、平均粒子径約７０〜９０μmの造粒顆粒を作製した。
【００３６】
造粒顆粒を用いてＣＩＰにより管状の成形体を作成した。得られた成形体を脱脂し、常圧焼結法により焼結して管状のアルミナ焼結体を得た。具体的には、水素雰囲気において、１００℃／時間で昇温し、１６００℃で３時間保持して焼成した。得られた管状のアルミナ焼結体の両端に、加工によりトラッキング防止溝を形成した。このようにして、コロナ放電用の内側電極が挿入される中空部を有する、外径１５ｍｍ、内径６ｍｍ、長さ７００ｍｍのアルミナ管を得た。
【００３７】
（評価方法）
得られたアルミナ管について以下に示す（１）〜（８）の評価を行った。（１）純度：誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光スペクトル分析により不純物含有量を定量した。不純物含有量の定量結果を用いてアルミナ管の純度を算出した。（２）密度：純水を媒体に使い、アルキメデス法を用いて評価した。（３）開気孔率：純水を媒体に使い、アルキメデス法を用いて評価した。（４）絶縁耐圧：ＪＩＳ  Ｃ２１１０に準じた方法により測定した。（５）体積固有抵抗値：ＪＩＳ  Ｃ２１４１に準じた方法により、室温（２５℃）において測定した。印加電圧は５０００V/mmとした。（６）誘電率：ＪＩＳ  Ｃ２１４１に準じた方法により、室温（２５℃）において測定した。（７）平均粒子径：焼結体の表面を鏡面研磨し、光学顕微鏡を用いて４００倍の倍率で観察することにより測定した。（８）４点曲げ強度：ＪＩＳ  Ｒ１６０１に準じた方法により、室温において測定した。
【００３８】
（評価結果）
得られたアルミナ管は、純度が９９．９重量％、密度が３．９９ｇ／ｃｍ3、開気孔率が０．１％、絶縁耐圧が１６ｋＶ／ｍｍであった。又、室温における固有体積抵抗値が５．０×１０１６Ω・ｃｍ、誘電率が１１．０であった。そのため、アルミナ管は、高い絶縁耐圧を有し、高電圧を印加しても絶縁破壊が発生することを防止できる。よって、アルミナ管は、高速なイオン化を実現でき、均一なイオン化を行うことができる。更に、アルミナ管は、高い耐食性を実現でき、封入ガスの汚染も防止できる。又、平均粒子径は７μｍ、４点曲げ強度は５００ＭＰａであり、長尺形状であるにも関わらず、高い強度を有しており、ハンドリングや加工が問題なくできた。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施形態に係るエキシマレーザの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４０】
１…アルミナ管
１ａ…トラッキング防止溝
１ｂ…中空部
２ａ…内側電極
２ｂ…外側電極
３…上部主電極
４…下部主電極
５…チャンバー
６…パルス電源
１０…エキシマレーザ
１０ａ…コロナ放電処理部
【図１】
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