(57)【要約】【課題】発光効率が高く、強い発光強度が得られる。【解決手段】第1誘電体管10と第2誘電体管12とは、その互いの中心軸23を一致させて配置されている。外側電極20は、半円筒状体の導体14と導体線16とを含んで構成されている。半円筒状体の導体は、第1誘電体管の全長にわたって第1誘電体管の外側表面11に重ねて配置され、第1誘電体管と同一の長さである。また、導体線は、この半円筒状体の導体と第1誘電体管とを外側から螺旋状に巻き込んでいる。そして、半円筒状体の導体と導体線とは接触している。また、内側電極18は、側面が円筒状体の導体を含んで構成されている。この側面が円筒状体の導体は、第2誘電体管と同一の長さであって、第2誘電体管の全長にわたって第2誘電体管の内側表面13に重ねて配置されている。放電室22で発生する真空紫外光の半分は直接、残りの半分は半円筒状体の導体の内側反射面15によって反射されて、外部に放射される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いの中心軸を一致させて配置された第1誘電体管及び第2誘電体管と、外側電極と、内側電極とを具え、
該外側電極は、前記第1誘電体管の全長にわたって該第1誘電体管の外側表面に重ねて配置された該第1誘電体管と同一の長さの半円筒状体の導体と、該半円筒状体の導体と接触しかつ該半円筒状体の導体と前記第1誘電体管とを外側から螺旋状に巻き込む導体線とを含み、
前記内側電極は、前記第2誘電体管の全長にわたって該第2誘電体管の内側表面に重ねて配置された該第2誘電体管と同一の長さの、円筒状側面を有する導体を含んでいる
ことを特徴とする真空紫外光源。
【請求項２】
前記第1誘電体管及び前記第2誘電体管が合成石英を素材として形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の真空紫外光源。
【請求項３】
前記半円筒状体の導体の内側表面が真空紫外光の反射面として形成されていることを特徴とする、請求項1に記載の真空紫外光源。
【請求項４】
前記第2誘電体管の外法の直径D2と前記第1誘電体管の外法の直径D1との比、D2/D1の値が、0.4≦D2/D1≦0.7であることを特徴とする、請求項1に記載の真空紫外光源。
【請求項５】
前記第1誘電体管の内側表面と前記第2誘電体管の外側表面とで囲まれる空間には、キセノンガスとクリプトンガスとの混合ガスが充填されていることを特徴とする、請求項1に記載の真空紫外光源。
【請求項６】
前記混合ガスにおいて、前記クリプトンガスの分圧比が、55％から85％の範囲であることを特徴とする、請求項1に記載の真空紫外光源。
【請求項７】
前記混合ガスにおいて、前記クリプトンガスの分圧比が、70％であることを特徴とする、請求項1に記載の真空紫外光源。
【請求項８】
風冷用のファンによって、前記外側電極及び前記内側電極に対して風が送られるように構成されていることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載の真空紫外光源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、真空紫外（VUV: Vacuum Ultraviolet）帯域の波長の光を高効率で発光する真空紫外光源（以後、「VUV光源」ということもある。）に関する。特に、マイクロエレクトロニクスの分野における、材料表面のクリーニングあるいは材料表面の再構成（surface reformation:サーフェスリフォーメーション）等に利用可能なVUV光源に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、VUV帯域の波長の光を発光する自然放出(spontaneous radiation)光源としては、次の種類の光源が知られている。まず、重水素混合ガスを動作ガスとする、真空紫外自然放出光源が知られている（例えば非特許文献1）。また、不活性ガスあるいは不活性ガスと水素の混合ガスの低圧力下での共鳴遷移を利用した光源が知られている（例えば非特許文献2）。また、誘電体バリア放電を利用したVUV帯域の波長の光を発光する自然放出光源として、不活性ガスエキシマ分子のB-X遷移に基づく発光を利用した光源が知られている（例えば、非特許文献3、4及び5）。上記非特許文献3、4及び5に開示された光源は、誘電体バリア放電を利用してエキシマ分子の強い発光を得ることができるので、高輝度の光源であるという特長を有する。
【０００３】
誘電体バリア放電とは、電極間に誘電体であるガラスあるいはセラミックス等を配置して構成される放電装置によって実現される放電である。電極間に誘電体を配置することによって、電極間でアーク放電が発生することを防ぐことができ、エキシマ分子による発光を安定して実現することができる。
【０００４】
誘電体バリア放電を利用したこの種の光源の動作原理は、エキシマ分子の自然放出による発光である。すなわち、ガス中を流れる誘電体バリア放電によってプラズマ化学反応が引き起こされ、いわゆるエキシマ分子が放電ガスプラズマ中に形成され、このエキシマ分子が自然放出によって発光する現象が利用されている。
【０００５】
エキシマ分子の特色は、励起状態でのみ安定な分子結合を有していること、および基底状態は、分離可能な状態で存在することである。このことが様々なエネルギー帯域での輻射の発生を決定する。中でもB-X遷移が最も強力に発光に寄与する。B-X遷移による発光とは、非放射遷移によって形成されたエキシマ分子が、基底状態のエネルギー準位へ放射遷移することによって発生する発光である。
【０００６】
従来開示されている代表的な、誘電体バリア放電を利用するエキシマ分子によるVUV光源は、放電ガスを充填させるための放電室を具えており、この放電ガスに放電電流を流すことによって放電ガスを励起して発光させている。（例えば特許文献1）。放電ガスが充填される放電室は、外側に設置される第1の誘電体管の内側表面と、第1の誘電体管に挿入されて設置された第2の誘電体管の外側表面とで囲まれて構成されている。金属電極は、一方の金属電極が第1の誘電体管の外側表面に配置され、他の一方の金属電極が第2の誘電体管の中に挿入された導体棒として形成されている。
【０００７】
ここにおいて、第1の誘電体管の内法直径が第2の誘電体管の外法直径の5から10倍の大きさに設定されている。放電室で放電を起こすために、これらの金属電極間には交流電源から交流電圧が印加される。放電室に充填するガスとしては、不活性ガス、不活性ガスの混合ガス、ハロゲンガス、水銀蒸気が拡散された不活性ガス等が使われている。この放電室に充填するガスの種類あるいはガス等の混合比に対応して、発光波長帯域が、真空紫外領域から可視光の帯域に至るスペクトル範囲となる。
【０００８】
これら従来光源のもつ短所は、第1に、第1の誘電体管に挿入されて配置された第2の誘電体管の外法の直径が小さいことによって、第2の誘電体管と第2の誘電体管の中に挿入された導体棒とで形成される内側電極部の静電容量が小さいことである。
【０００９】
特許文献1に開示された光源全体の静電容量は、第1の誘電体管及び第1の誘電体管の外側表面に配置された金属電極で形成される外側電極部の静電容量と、上述の内側電極部の静電容量との直列接続として算出される。すなわち、光源全体を一つのコンデンサーとみなした場合、外側電極部に等価なコンデンサーと、内側電極部に等価なコンデンサーとを直列接続して得られるコンデンサーが、光源全体と等価のコンデンサーに相当する。この結果、内側電極部分の静電容量が小さいと光源全体の静電容量も小さいことになる。
【００１０】
一方、放電ガスの励起強度が光源の静電容量に比例するため、光源の静電容量が小さいと、放電ガスの励起強度も小さいことになる（例えば非特許文献6）。光源の発光強度は放電ガスの励起強度に比例するので、すなわち、光源の静電容量が小さいと光源の発光強度も小さくなる。以後の説明において、放電電流に対する放電ガスの励起強度（即ち、励起されるガス放電プラズマの密度）を励起効率ということもある。即ち、放電電流が一定であれば、励起効率が高いほど、光源の発光強度が大きくなる。
【００１１】
また、従来光源では、発光スペクトル領域の波長が160 nmから190 nmのスペクトル帯域の光を発生させるためにキセノンガス（以後、「Xeガス」と記載することもある。）が用いられている。従来光源のもつ第2の短所は、Xeガスの熱伝導度が低いために、発光強度を高めるために放電電流を増大させると、放電ガスであるXeガスの温度が高くなってしまうことである。Xeガスの温度が高くなると、発光効率が低下する。このXeガスの熱伝導度が、他の不活性ガスと比較して最も小さいことが知られている（例えば非特許文献7）。
【特許文献１】米国特許第5,013,959号明細書
【非特許文献１】A. N. Zaidel and E. Ya. Shreider著/監修Chief Editor phys-math literature,「Vacuum ultraviolet spectroscopy」Nauka出版, Moscow, 1967.
【非特許文献２】L. P. Schischatskaya, S. A. Yakovlev, G. A. Volkova, "VUV lamps with a large emitting surface," Optical Journal, Vol.65, No.12, pp.93-95, 1998.
【非特許文献３】Y. Tanaka, "Continuous emission spectra of rare gases in the vacuum ultraviolet region," J. Opt. Soc. Am. Vol.45, No. 9, pp.710-713, 1955.
【非特許文献４】G. A. Volkova, N. N. Kirillova, E. N. Pavlovskaya, I. V. Podmoschenskii, A. V. Yakovleva, "VUV irradiation lamp," Bul. of Inventions, 1982, No.41 p.179.
【非特許文献５】U. Kogelschatz, "Silent-discharge driven excimer UV sources and their applications," Appl. Surf Sci, Vol. 54, pp.410-423, 1992.
【非特許文献６】E. Arnold, R. Dreiskemper, and S. Reber, "High-Power Excimer Source," Proceedings of the 8th Int. Symp. on Science and Technology of Light Sources," (Greifswald, Germany) IL 12., pp.90-98, 1998.
【非特許文献７】Physical values, Reference Directory. Ed. by I. S. Grigor'eva, E. Z. Mikhailov, Moscow, Energoatomizdar, 1991, p. 340.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
この発明の目的は、発光効率が高く、強い放射光が得られる真空紫外光源を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の真空紫外光源は、互いの中心軸を一致させて配置された第1誘電体管及び第2誘電体管と、外側電極と内側電極とを具えて構成される。外側電極は、第1誘電体管の全長にわたって第1誘電体管の外側表面に重ねて配置された第1誘電体管と同一の長さの半円筒状体の導体と、半円筒状体の導体と第1誘電体管とを外側から螺旋状に巻き込む導体線とを含んで構成される。そして、半円筒状体の導体と導体線とは接触している。また、内側電極は、第2誘電体管の全長にわたって第2誘電体管の内側表面に重ねて配置された第2誘電体管と同一の長さの、円筒状側面を有する導体で構成される。
【００１４】
上述の第1誘電体管及び第2誘電体管を、合成石英を素材として形成するのが好適である。
【００１５】
上述の半円筒状体の導体の内側表面は、真空紫外光の反射面として形成することが好適である。
【００１６】
上述の第2誘電体管の外法の直径D2と第1誘電体管の外法の直径D1との比、D2/D1の値は、0.4≦D2/D1≦0.7となるように設定するのが好適である。
【００１７】
第1誘電体管の内側表面と第2誘電体管の外側表面とで囲まれる空間（以後、「放電室」ということもある。）には、Xeガスとクリプトンガス（以後、「Krガス」ということもある。）との混合ガスを充填するのがよい。
【００１８】
また、上述のXeガスとKrガスとの混合ガスにおいて、混合ガスの全圧力に対するKrガスの分圧比、すなわち、PKr/(PXe+PKr)の値が、55％から85％となるように設定するのがよい。
【００１９】
特に、上述の混合ガスにおいて、Krガスの分圧比、PKr/(PXe+PKr)の値が70％となるように設定するのが好適である。ここで、PXe及びPKrは、ぞれぞれ、Xeガス及びKrガスの分圧である。従って、混合ガスの全圧力は、(PXe+PKr)で与えられる。
【００２０】
また、風冷用のファンによって、上述の外側電極及び内側電極に対して風が送られるように構成するのが良い。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の真空紫外光源は、互いの中心軸を一致させて配置された第1誘電体管及び第2誘電体管を具えているので、パルス電圧が外側電極と内側電極との間に印加されたときに、放電ギャップ全体にわたって均一な放電電流分布が形成される。ここで、放電ギャップとは、第1誘電体管の内側表面と前記第2誘電体管の外側表面とで囲まれた空間をいい、放電ガスが充填された放電室を指す。
【００２２】
また、外側電極が、第1誘電体管の全長にわたって第1誘電体管の外側表面に重ねて配置された半円筒状体の導体、この半円筒状体の導体と第1誘電体管とを外側から螺旋状に巻き込む導体線とを含んで構成されている。この外側電極の構成によって、一方向への指向性に優れた輻射を得るために有効となるガス放電プラズマ成分を増大させることができる。
【００２３】
すなわち、外側電極として、半円筒状体の導体を設けず第1誘電体管を螺旋状に巻き込む導体線のみを設けた構成とした場合、ガス放電プラズマから放射される輻射光は、360°の全方位に向けて出射される。しかし、半円筒状体の導体を設けることによって、ガス放電プラズマから放射される輻射光は、180°の方向に制限された、すなわち一方向への指向性に優れた輻射を得ることができる。これによって真空紫外光源から得られる放射光の強度、すなわち真空紫外光源の発光強度は、半円筒状体の導体を設けなかった場合と比較して、1.5倍程度となる。
【００２４】
そして、半円筒状体の導体と導体線とは接触しているので、螺旋のインダクタンスを小さくすることができ、これに対応して半円筒状体の導体と導体線と間の電圧降下を小さくすることができる。すなわち、螺旋のインダクタンスが小さく、また半円筒状体の導体と導体線との間にかかる電圧が小さくなった分、真空紫外光源に供給するためのパルス電圧を低く設定することができる。パルス電圧を低く設定することができることによって、パルス電源及び半円筒状体の導体と導体線とから放射される電磁波雑音の発生を小さくできる。この電磁波雑音の発生を小さくできることによって、周辺の測定機器等にこの電磁波雑音が混入することに起因する、周辺の測定機器等の動作に与える悪影響を防ぐことができる。
【００２５】
また、第1誘電体管及び第2誘電体管を、合成石英を素材として形成することによって、ガス放電プラズマから放射される輻射光（真空紫外光）を有効に外部に取り出すことが可能となる。
【００２６】
また、半円筒状体の導体の内側表面を真空紫外光の反射面として形成することによって、ガス放電プラズマから放射される真空紫外光を、180°の方向に制限された指向性に優れた輻射として外部に出力させることが可能となる。
【００２７】
また、第2誘電体管の外法の直径D2と第1誘電体管の外法の直径D1との比、D2/D1の値が、0.4≦D2/D1≦0.7と設定することによって、電極間の静電容量を十分に大きく確保したまま、ガス放電プラズマから放射される真空紫外光の輻射効率を高く保つことが可能となる。すなわち、0.4≦D2/D1≦0.7と設定することによって、強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現される。
【００２８】
また、放電室に、XeガスとKrガスとの混合ガスを充填することによって、放電ガスとしてXeガスにKrガスを混合した混合ガスを利用することができる。XeガスにKrガスを混合することによって、Xeガスのみと比較して熱伝導率が大きくなる。このことによって、放電中に放電ガスの温度の上昇を防ぐことが可能となる。すなわち、放電ガスの温度が上昇しないことによって、発光効率は低下せず、結果として、強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現される。
【００２９】
また、この発明の発明者等は、放電室に充填するXeガスとKrガスとの混合ガスにおいて、Krガスの分圧比を次のように設定するのがよいことを確かめた。すなわち、Krガスの分圧比、PKr/(PXe+PKr)、が55％から85％となるように設定する。このように設定することによって、実用的に十分に強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現される。特に、Krガスの分圧比、PKr/(PXe+PKr)、を70％と設定することが最良であることも確かめた。
【００３０】
また、風冷用のファンによって、外側電極及び内側電極に対して風が送られるように構成することによって、効率的に外側電極を冷却できる。上述のように、放電室に充填されたXeガスとKrガスとの混合ガスの熱伝導率が大きいので、外側電極が冷却されることに伴って、この混合ガスが均一に冷却される。これによって、外側電極、混合ガス及び内側電極それぞれの温度上昇が低減されて、結果として、強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、図を参照して、この発明の実施の形態につき説明する。なお、各図は、この発明が理解出来る程度に各構成成分の形状、大きさ及び配置関係を概略的に示してあるに過ぎず、この発明を図示例に限定するものではない。また、以下の説明において、特定の材料及び条件等を用いることがあるが、これら材料及び条件は好適例の一つに過ぎず、従って何らこれらに限定されない。
【実施例】
【００３２】
図1及び図2を参照してこの発明の真空紫外光源の構造及びその動作原理を説明する。図1は、この発明の真空紫外光源の正面図、すなわち第1及び第2誘電体管の共通の中心軸に平行な方向から見た正面図である。ここでは、第1及び第2誘電体管、外側電極、あるいは内側電極のそれぞれを、区別して見やすいようにハッチングを施してあるが、このハッチングは断面であることを意味するものではない。
【００３３】
図2は、この発明の真空紫外光源の概略的構成図である。すなわち、第1及び第2誘電体管と、外側電極と、内側電極との相互の配置関係を示すために、第1及び第2誘電体管の共通の中心軸に対して斜め方向から見た概略的構成図である。
【００３４】
第1誘電体管10と第2誘電体管12とは、その互いの中心軸23を一致させて配置される。
【００３５】
外側電極20は、半円筒状体の導体14と、導体線16とを含んで構成される。半円筒状体の導体14は、第1誘電体管10と同一の長さを有している。この半円筒状体の導体14は、第1誘電体管10の外側表面11に、第1誘電体管10の全長にわたって重ねて配置されている。導体線16は、半円筒状体の導体14と第1誘電体管10とを外側から螺旋状に巻き込んで設けられている。そして、半円筒状体の導体14と導体線16とは接触している。また、内側電極18は、円筒状側面を有する導体を含んで構成される。この円筒状側面を有する導体は、第2誘電体管12と同一の長さであって、第2誘電体管12の内側表面13に、重ねて配置されている。
【００３６】
この発明の真空紫外光源では、第1誘電体管10及び第2誘電体管12の互いの中心軸23を一致させて配置してある。第1誘電体管10の外側表面11及び内側表面19と、第2誘電体管12の外側表面17及び内側表面13は、中心軸23に直交する横断面での形状は、円形である。更に、第1及び第2誘電体管10及び12は、それぞれ、肉厚は一定であり、かつ、それぞれの内径及び外径も一定である。このことは、第1誘電体管10の内側表面19と第2誘電体管12の外側表面17との間隔が、第1誘電体管10及び第2誘電体管12の共通の中心軸23に沿って、常に一定であることを意味する。従って、パルス電圧が外側電極20と内側電極18との間に印加されたときに、第1誘電体管10の内側表面19と第2誘電体管12の外側表面17とで囲まれた放電室22には、均一な電場が形成される。そのため放電ギャップ全体にわたって均一な放電電流分布が形成され、中心軸23に沿った方向に一様な強度の発光が起こる。
【００３７】
外側電極20の内側表面15は、第1誘電体管10の全長にわたって第1誘電体管10の外側表面11に均一に密着していることが望ましい。密着していない部分があると、誘電体バリア放電による発光強度が、密着した部分と密着していない部分とにおいて不均一となる。
【００３８】
内側電極18は、図1及び2に示すように、導体の中空の円筒を用いて形成できる。しかしながら、内側電極18は中空の円筒である必要はなく、円筒状側面を有していて、かつ、中心まで導体が充填され中心部が中空となっていない、実の棒状の導体であってもかまわない。ただし、中心部を中空にしなければ、内側電極18の自重が重くなるという欠点がある。内側電極18は、第2誘電体管12の内部に挿入された形で、第2誘電体管12とともに、第1誘電体管10の内部に固定して設置される必要がある。そのために、内側電極18の自重はできるだけ軽量であることが好ましい。また、後述するように、内側電極18を中空の円筒で形成しておけば、内側電極18を冷却するために、この中空部分に冷却用の液体または気体を通すことができて便利である。
【００３９】
外側電極20を構成する一要素である半円筒状体の導体14は、導体線16によって外側から螺旋状に巻き込まれている。放電室22で発生する真空紫外光の半分は直接、残りの半分は半円筒状体の導体14の内側反射面15によって反射されて、それぞれ図1に示す左向きの矢印Aの方向（図2では左下向きの矢印Aの方向）に放射される。すなわち、放電室22で発生する真空紫外光は、半円筒状体の導体14が配置された側とは反対側に存在する導体線16の隙間を透過して、外部に出力される。従って、半円筒状体の導体14の内側反射面15の反射率を大きくすることによって、放電室22で発生する真空紫外光は、より効率的に外部に取り出すことができる。
【００４０】
導体線16は、好ましくは、例えば、直径が0.1 mmの太さであり、1 mm間隔で半円筒状体の導体14と第1誘電体管10とを外側から螺旋状に巻き込んでいる。従って、導体線16一巻き当たり0.9 mm間隔で隙間が空いていることになる。外部に出力される真空紫外光は、この隙間を透過して外部に出力される。すなわち、螺旋状に巻きこまれた導体線16の隙間を透過する真空紫外光の透過率は、90％であることになる。
【００４１】
放電室22に形成される電場の強度を均一にして、発光の強度の場所によるばらつきを少なくして、広範囲にわたり一様な強度でしかも時間的に安定して放電が起こるようにするためには、導体線16一巻き当たりの間隔を狭くすることが効果的である。しかし、一方で導体線16の隙間を透過する真空紫外光の透過率を大きくするためには、導体線16一巻き当たりの間隔を広くすることが効果的である。
【００４２】
従って、発光の強度の場所によるばらつき及び時間的な安定性と、真空紫外光の透過率との関係を勘案して、導体線16の直径及び導体線16一巻き当たりの間隔を決定する必要がある。この実施例では、半円筒状体の導体14と第1誘電体管10とを、直径が0.1 mmの太さの導体線を一巻き当たり0.9 mm間隔で螺旋状に巻きこむことで良好な結果を得た。もちろん、この発明の真空紫外光源は、上述の寸法に限定されず、導体線16の直径及び導体線16一巻き当たりの間隔は、それぞれの設計条件に応じて適宜決定すべき設計的事項である。
また、上述したように、半円筒状体の導体14と導体線16とを接触させれば、外側電極20と内側電極18との間のインピーダンスが小さくなるので、外側電極20と内側電極18との間に印加するパルス電圧を低く設定することができるという利点が発生する。
【００４３】
第2誘電体管12の外法の直径D2と第1誘電体管10の外法の直径D1との比、D2/D1の値は、次に示す第1及び第2の事情を勘案することによってその最適値が決定される。まず第1に、第2誘電体管12の外法の直径D2が小さいほど、真空室で発生する真空紫外光を効率よく外部に放射できる（例えば特許文献1）という事情である。第2に、光源全体の静電容量が大きくなるほど、すなわち外側電極20と内側電極18とで構成される静電容量が大きくなるほど、放電室22で励起されるガス放電プラズマの密度を高くすることができる（例えば非特許文献6）という事情である。ガス放電プラズマの密度が高いほど、発光効率が高くて強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現できる。
【００４４】
真空紫外光源全体の静電容量は、第1誘電体管10及び第1誘電体管10の外側表面11に配置された外側電極20とから成る部分（以後「外側電極部」ということもある。）の静電容量と、上述の内側電極18及び第2誘電体管12とからなる部分（以後「内側電極部」ということもある。）の静電容量との直列接続として算出される。すなわち、外側電極部に等価なコンデンサーの静電容量をC1とし、内側電極部に等価なコンデンサーの静電容量をC2とすれば、真空紫外光源全体を一つのコンデンサーとみなした場合の静電容量CΣは次式(1)で与えられる。
1/CΣ＝1/ C1 + 1/ C2                      （1）
ここで、静電容量C1、C2及びCΣは、それぞれ単位長さ当たりの静電容量である。
【００４５】
この結果、内側電極部の静電容量C2が小さいと真空紫外光源全体の静電容量CΣも小さいことになる。そこで、内側電極部の静電容量C2を大きくすることを検討する必要がある。
【００４６】
第1誘電体管10の内法の直径をd1、外法の直径をD1とすると外側電極部の静電容量C1は次式(2)で与えられる。
C1＝(2πε0ε)/[ln(D1/d1)]            （2）
また、第2誘電体管12の内法の直径をd2、外法の直径をD2とすると内側電極部の静電容量C2は次式（3）で与えられる。
C2＝(2πε0ε)/[ln(D2/d2)]            （3）
ここで、ε0は真空の誘電率、εは第1及び第2誘電体管の比誘電率、ln(D1/d1)及びln(D2/d2)は、それぞれ(D1/d1)及び（D2/d2）の自然対数を表す。
【００４７】
第1誘電体管10は第2誘電体管12と比べて十分に太いので、外法の直径D1と内法の直径d1との比（D1/d1）は、第2誘電体管12の外法の直径D2と内法の直径d2との比（D2/d2）より小さく、1に近い値となる。従って、ln(D2/d2)＞ln(D1/d1)であるから、C2＜C1となる。また、（D1/d1）及び（D2/d2）の値は、ともに1より小さくはできない。すなわち、真空紫外光源全体の静電容量CΣを大きくするためには、内側電極部の静電容量C2を大きくすることが有効である。
【００４８】
内側電極部の静電容量C2を大きくするためには、ln(D2/d2)を小さくする、すなわち、(D2/d2)をできるだけ小さくして1に近づけることが有効である。このためには、第2誘電体管12の外法の直径D2を大きくしてそれに伴って内法の直径d2も大きくするのが有効である。これは、第2誘電体管12の外法の直径D2を変えないまま、内法の直径d2を大きくすると、第2誘電体管12の肉厚が薄くなり、あまりこの肉厚を薄くすると、第2誘電体管12が誘電体バリア層としての役割を果たせなくなるからである。また、第2誘電体管12の力学的な強度も弱くなり、実用的ではなくなる。
【００４９】
一方、第2誘電体管12の外法の直径D2を大きくすると、図1に示す真空紫外光源の出力光量が減少する。それは次の理由による。放電室22の第2誘電体管12と半円筒状体の導体14との間の領域において発光した輻射光は、半円筒状体の導体14の反射面15で反射されて外部に出力される。従って、第2誘電体管12及び内側電極18は、放電室22の第2誘電体管12と半円筒状体の導体14との間の領域において発光した輻射光を外部に取り出すためには障害となる。つまり、放電室22の第2誘電体管12と半円筒状体の導体14との間の領域において発光した輻射光が、第2誘電体管12及び内側電極18によって遮断される量を少なくするためには、第2誘電体管12の外法の直径を小さくすることが有効である。
【００５０】
以上説明したように、第2誘電体管12の外法の直径D2は、内側電極部の静電容量C2を大きくするという観点と、第2誘電体管12及び内側電極18によって遮断される輻射光量を小さくするという観点との2つの観点から勘案して決定する必要がある。
【００５１】
発明者等は、実験によって第1誘電体管10の外法の直径D1と第2誘電体管12の外法の直径D2の比（D2/D1）の好適な値の範囲を調べた。図3は、真空紫外光源全体の静電容量CΣ及び内側電極部の静電容量C2の、第2誘電体管12の外法の直径D2に対する依存性を表すグラフである。図3の横軸は、第2誘電体管12の外法の直径D2をcm単位で目盛って示してあり、縦軸は、真空紫外光源全体の静電容量CΣ及び内側電極部の静電容量C2の実測値をpF/cm単位で目盛って示してある。静電容量CΣ及びC2は、単位長さ当たりの静電容量の値であるから、ここでは1 cm当たりの静電容量の値、すなわち、pF/cmを単位として示してある。図3中、真空紫外光源全体の静電容量CΣの実測値を白丸で示し、内側電極部の静電容量C2の実測値を黒塗りの四角形で示してある。
【００５２】
実験では、第1誘電体管10の外法の直径D1を4.4 cmとして、第1誘電体管10の肉厚を2 mmとした。また、ガス放電プラズマから放射される輻射光（真空紫外光）を有効に外部に取り出すために、第1誘電体管及び第2誘電体管を、波長152 nmから190 nmの帯域の光を透過する素材である合成石英を用いて形成した。
【００５３】
また、実験に用いた真空紫外光源においては、導体線16及び内側電極18をステンレススチールで製作した。そして、半円筒状体の導体14をアルミニウムで製作し、真空紫外光の反射面となる内側表面15を鏡面研磨した。半円筒状体の導体14をアルミニウムで製作して真空紫外光の反射面を鏡面研磨すれば、アルミニウムが真空紫外光に対して不透明であり反射率が高いことから、真空紫外光が効率よく反射される。
【００５４】
第2誘電体管12の外法の直径D2が1.0 cm以下では、静電容量CΣの大きさは6 pF/cm以下であり、静電容量CΣと静電容量C2の大きさはほぼ等しい。すなわち、直径D2が1.0 cm以下では、真空紫外光源全体の静電容量CΣの値は内側電極部の静電容量C2によってほぼ決定されることが分かる。
【００５５】
また、D2が1.0 cmよりも大きな場合も、真空紫外光源全体の静電容量CΣは、その値の半分以上が内側電極部の静電容量C2からの寄与によって与えられていることが分かる。即ち、真空紫外光源全体の静電容量CΣの値を大きくするためには、内側電極部の静電容量C2の値を大きくすることが非常に重要であることが分かる。
【００５６】
実験では、D2がほぼ3 cmを越えると、放電室22の第2誘電体管12と半円筒状体の導体14との間の領域において発光した輻射光の、内側電極部（内側電極18及び第2誘電体管12とからなる部分）によって遮断される割合が大きくなる。そのため、静電容量CΣの増大により励起効率が向上するものの、総合的には、出力される真空紫外光の量が減少することが分かった。すなわち、第1誘電体管10の外法の直径D1と第2誘電体管12の外法の直径D2の比（D2/D1）の上限の値は、0.7（＝D2/D1＝3.0/4.4＝0.68…≒0.7）であることが分かった。
【００５７】
一方、実験によって、十分な発光効率が得られるガス放電プラズマの密度が実現されるために必要となる、真空紫外光源全体の静電容量CΣの値は、少なくとも10 pF程度は必要であることが分かった。静電容量CΣの値を10 pFにするためには、図3から明らかなように、D2を1.8 cmと設定すればよい。このとき第1誘電体管10の外法の直径D1と第2誘電体管12の外法の直径D2の比（D2/D1）の下限値となり、この値は、0.4（＝D2/D1＝1.8/4.4＝0.4091…≒0.4）となる。
【００５８】
すなわち、0.4≦D2/D1≦0.7と設定することによって、強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現される。図3において、0.4≦D2/D1≦0.7に相当する領域を両端に矢印を付した線分で示してある。
【００５９】
次に、XeガスとKrガスとの混合ガスを放電ガスとして利用した場合について、これら混合ガスに含まれるKrガスの分圧比の好ましい値を調べるための実験を行った。以後、説明する実験においては、D2/D1＝0.5と設定した。また、分圧比のことを混合比と呼ぶこともある。
【００６０】
図4を参照して、XeガスとKrガスとの混合ガスにおける、この混合ガスの全圧力に対するKrガスの混合比PKr/(PXe+PKr）に対して、真空紫外光源から出力される出力光のスペクトルの変化について説明する。図4の横軸は光の波長をnm単位で目盛って示してあり、縦軸は光強度を任意目盛りで示してある。
【００６１】
図4において、A、B、C、D及びEで示す曲線は、それぞれ表1に示す条件で、放電ガスとしてXeガスとKrガスとを混合した混合ガスを用いて、実験を行って得られた出力光のスペクトル曲線である。
【００６２】
【表１】
2006331903.tif 000003
【００６３】
すなわち、A、B、C、D及びEで示す曲線は、それぞれKrガスの混合比が、0％、57％、71％、85％及び100％とした場合に得られたスペクトル曲線である。図4における曲線A、B及びCについては、ほぼ同じ曲線となっている。このことから、実験誤差を考慮すれば、Krガスの混合比を70％程度まで高めても、真空紫外光源としての発光効率は低下することはないことが分かる。
【００６４】
また、Krガスの混合比を85％に設定した場合に得られたスペクトルである曲線Dをみると、曲線A、B及びCと比較して発光効率は確かに低いことを示しているが、この程度の発光効率でも産業上利用できる場合もある。この場合、発光効率は低くても、Krガスの混合比が大きいので熱伝導率は大きく、放電ガスの発熱に対応して放電ガスの温度が上昇しにくく、発光効率は低下しにくい。従って、真空紫外光源としての利用の形態に応じて、発光効率を大きくすることを優先してガス混合比を設定するか、熱伝導率を大きくすることを優先してKrガスの混合比を設定するかを選択すればよい。
【００６５】
以上の実験結果から、放電室に充填するXeガスとKrガスとの混合ガスにおいて、Krガスの分圧比が55％から85％となるように設定することによって、実用的に十分に強い発光強度が得られる真空紫外光源が実現されることが分かる。
【００６６】
また、Krガスの分圧比を、70％と設定すれば、Xeガス単体を放電ガスとして用いた場合とほぼ等しい発光効率、すなわち、XeガスとKrガスとの混合ガスを放電ガスとして利用した場合における最大の発光効率が実現できる。その上、更にKrガスが分圧比にして70％含まれていることによって、最大の発光効率が実現できるという条件下で、放電ガスの熱伝導率も最大とすることができる。
【００６７】
図4に示す曲線Eは、Krガスの分圧比が100％である場合の出力光のスペクトルである。このスペクトルの特徴は、スペクトルの中心波長が150 nmより短波長側にある点である。一方、Xeガスの分圧比が100％である場合の出力光のスペクトルの中心波長は、ほぼ170 nmと、150 nmより長波長側にある。このため、Krガスの分圧比が70％（曲線C）である場合、あるいはKrガスの分圧比が85％（曲線D）である場合に、短波長側（150 nmから160 nmの範囲）でスペクトル曲線がもり上がっている。すなわち、Krガスの分圧比を55％から85％の範囲の値となるように設定することによって、Krガスの分圧比を0％に設定した場合に比べて、短波長側（150 nmから160 nmの範囲）の発光成分を増やすことができる。短波長成分の光は、その光子エネルギーが高いので、半導体材料表面のクリーニングあるいは材料表面の再構成には効果的に作用する。
【００６８】
上述したように、Krガスの分圧比を大きくすることによって、放電ガス（XeガスとKrガスとの混合ガス）の熱伝導率を大きくできる。従って、放電中にこの放電ガスが発熱しても、風冷用のファンによって外側電極を冷却すれば、放電ガスに対しても効果的に冷却できる。すなわち、放電室22全体に充満している放電ガスを、その温度勾配が小さい状態で効率的に冷却することが可能である。
【００６９】
また、内側電極を中空の円管で形成すれば、この円管の中空部分にも風（冷却ガス）あるいは液体（冷却液体）を送り込む構成とすることもできる。このような構成とすれば、外側電極及び内側電極をともに同時に冷却でき、これら外側電極及び内側電極が冷却されることに伴い放電ガスも冷却される。ここで放電ガスの熱伝導率が大きければ、放電室22全体に充満している放電ガスが、上述の外側電極のみを冷却した場合と比較して、更に温度勾配が小さい状態で効率的に冷却することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
上述のこの発明の真空紫外光源は、真空紫外領域の光が効率よく出力される。従って、この発明の真空紫外光源は、マイクロエレクトロニクスの分野において、材料の真空紫外光によるクリーニング、あるいは真空紫外光による材料表面の再構成に利用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】この発明の真空紫外光源の第1及び第2誘電体管の共通の中心軸に平行な方向から見た正面図である。
【図２】この発明の真空紫外光源の第1及び第2誘電体管と、外側電極と、内側電極との相互の配置関係を示すための概略的構成図である。
【図３】真空紫外光源全体の静電容量CΣ及び内側電極部の静電容量C2の、第2誘電体管の外法の直径D2に対する依存性を表すグラフである。
【図４】真空紫外光源の出力光のスペクトルを表す図である。
【符号の説明】
【００７２】
10：第1誘電体管
12：第2誘電体管
14：半円筒状体の導体
16：導体線
18：内側電極
20：外側電極
22：放電室
【図１】
2006331903.tif 000004
【図２】
2006331903.tif 000005
【図３】
2006331903.tif 000006
【図４】
2006331903.tif 000007