(57)【要約】【課題】薄型のランプ形状で、放射強度が強く、広い範囲にわたって均一な放射強度が得られるエキシマランプを提供する。【解決手段】少なくとも一部分が紫外透光性を有する平板状の放電容器の内部に、放電空間に露出していない平行に配置された少なくとも一対の線状の電極を配置し、上記放電容器内に希ガス、または希ガスとハロゲンとを封入するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部分が紫外透光性を有し、ほぼ平行に配置された電極の長さおよび電極の方向と直交する放電路の長さが、電極の方向および放電路の方向と直交する方向の放電容器の内側寸法より長い平板形状の放電容器と、少なくとも片方の電極が誘電体により放電空間と隔離された一対の線状の電極と、上記放電容器内に封入された希ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスとを有し、誘電体バリア放電により発光したエキシマ光を取り出すことを特徴とする平板型エキシマランプ。
【請求項２】
少なくとも一部分が紫外透光性を有する平板形状の放電容器と、上記放電容器の内側にあって少なくとも片方の電極が誘電体で覆われた一対の線状の電極と、上記放電容器内に封入された希ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスとを有し、誘電体バリア放電により発光したエキシマ光を取り出すことを特徴とする請求項１記載の平板型エキシマランプ。
【請求項３】
上記放電容器の少なくとも一部分が石英、サファイア、フッ化物結晶の内のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載の平板型エキシマランプ。
【請求項４】
石英製の放電容器と、上記石英製放電容器内の電極を外部に電気的に接続するために、放電容器の一部分で、金属箔を用いてピンチシールしたことを特徴とする請求項２または３記載の平板型エキシマランプ。
【請求項５】
放電容器内の電極を外部に電気的に接続するために、放電容器の一部分で、膨張係数の異なるガラス材料を順次接続して、リード線の膨張係数とほぼ同等のガラス材料にしてリード線を封止したことを特徴とする請求項２または３記載の平板型エキシマランプ。
【請求項６】
電極として誘電体基板の上に金属膜を形成し、さらに上記金属膜を誘電体で覆ったものであって、上記電極を外部に電気的に取り出すため、放電容器の一部分で、膨張係数の異なるガラス材料を順次接続して、上記誘電体基板の膨張係数とほぼ同等のガラス材料にして、その部分でフリットガラスを用いてフリットシールしたことを特徴とする請求項２または３記載の平板型エキシマランプ。
【請求項７】
少なくとも一部分が紫外透光性を有する外形が平板状をした放電容器と、上記放電容器の一部分が内部に向かって突入した形状をしており、上記突入部分の肉厚が他の部分より薄く、一対の線状の電極のうち少なくとも片方の電極が上記突入部分の放電容器のすぐ外側にあり、上記放電容器内に封入された希ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスとを有し、誘電体バリア放電により発光したエキシマ光を取り出すことを特徴とする請求項１記載の平板型エキシマランプ。
【請求項８】
上記放電容器の内部に向かって突入した部分が円筒形状であることを特徴とする請求項７記載の平板型エキシマランプ。
【請求項９】
上記放電容器の平板形状部分の少なくとも一部分が石英、サファイア、フッ化物結晶の内のいずれかであることを特徴とする請求項７または８記載の平板型エキシマランプ。
【請求項１０】
放電容器内に複数対の電極を有し、放電空間を複数の領域に分けて放電させることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか記載の平板型エキシマランプ。
【請求項１１】
電極の長さおよび放電路の長さが、電極の方向および放電路の方向と直交する方向の放電容器の内側寸法より、少なくとも５倍以上であることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか記載の平板型エキシマランプ。
【請求項１２】
パルス状の電圧または矩形波交流電圧を印加して点灯することを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか記載の平板型エキシマランプ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は希ガスやハロゲン化希ガスの誘電体バリア放電によるエキシマ光を放射するエキシマランプに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のエキシマランプでは、例えば照明学会誌、第８４巻第５号２９０ページから２９５ページ（社団法人照明学会、２０００年発行）に記載されているように、径の異なる２本の石英管を同心状に配置し、２本の石英管の間が放電空間となるように円筒状の放電容器が形成されている。内側管の内側と外側管の外側に電極を配置して円筒状放電容器の径方向に電圧を印加し、放電容器内で発生したエキシマ光を放電容器の軸方向から取り出すか、または外側の電極をメッシュ状にして、径方向に取り出す構造となっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エキシマランプは例えば半導体製造プロセスにおける半導体ウェハや、液晶ディスプレイ用のガラス基板のドライ洗浄用光源として用いられている。特に近年、生産効率向上、ディスプレイ画面の大形化等により、大面積を均一に照射できるエキシマランプの需要が高まっている。
【０００４】
従来のエキシマランプでは円筒形状をしている。このため、ランプの軸方向から光を取り出す場合、広い範囲を照射することが困難であった。
【０００５】
また、径方向から取り出す場合でも一方向（軸と平行な）には広い範囲で照射できるが、軸と直角な方向の照射範囲は狭かった。このため、広い範囲で均一に照射する場合は、例えば照明学会誌、第８３巻第５号２７３ページから２７７ページ（社団法人照明学会、１９９９年発行）に記載されているように、複数本のランプを平行に並べ、反射部材等を用いて照度を均一化しなければならなかった。この場合、複雑な構成となり、大形化し、高価格であった。
【０００６】
また従来の放電容器の外部に電極を有する誘電体バリア放電を用いるエキシマランプでは、電圧を放電容器の外側から印加するため、高電圧が必要で、効率も悪かった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明では、少なくとも一部分が紫外透光性を有する平板形状の放電容器と、少なくとも片方の電極が誘電体により放電空間と隔離された一対の線状の電極と、上記放電容器内に封入された希ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスとを有し、誘電体バリア放電により発光したエキシマ光を取り出すように構成する。ここで平板形状とは、ほぼ平行に配置された電極の長さおよび電極の方向と直交する放電路の長さが、電極の方向および放電路の方向と直交する方向の放電容器の内側寸法より長いことを言う。
【０００８】
従来例のエキシマランプでは、フィラメント状の微小放電が多数発生して、全体として放電容器全体でエキシマ光を発光している。これに対し、我々は放電空間に近接して誘電体によって放電空間と隔離された一対の線状の電極を設置し、電極間に電圧を印加すると、対向する電極間に誘電体バリア放電の全く均一なグロー放電領域が生じるのを発見した。しかも放電ガスが希ガス、または複数の希ガスの混合ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスの場合、特に強いエキシマ光が観測できた。
【０００９】
さらに検討をおこなった結果、電源からの電流供給が十分であれば、線状の電極の長さを長くすることができ、広い範囲にわたって均一な発光が得られることが分かった。また、電極への印加電圧が十分高ければ、電極間間隔も広くとることが可能であることが分かった。これらにより、上記構成によって、薄型のランプ形状で、広い範囲にわたって均一な、強いエキシマ光が得られるエキシマランプが実現できるのである。
【００１０】
さらに本発明では、少なくとも一部分が紫外透光性を有する平板形状の放電容器と、上記放電容器の内側にあって少なくとも片方の電極が誘電体で覆われて放電空間に露出していない一対の線状の電極と、上記放電容器内に封入された希ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスとを有し、誘電体バリア放電により発光したエキシマ光を取り出すように構成する。ここにおいて、放電容器は耐圧力性の容器のことである。
【００１１】
さらに本発明は、上記放電容器の少なくとも一部分が石英、サファイア、フッ化物結晶の内のいずれかであるように構成する。
【００１２】
さらに本発明では、石英製の放電容器と、上記石英製放電容器内の電極を外部に電気的に接続するために、放電容器の一部分で、金属箔を用いてピンチシールするように構成する。
【００１３】
さらに本発明では、放電容器内の電極を外部に電気的に接続するために、放電容器の一部分で、膨張係数の異なるガラス材料を順次接続して、リード線の膨張係数とほぼ同等のガラス材料にしてリード線を封止するように構成する。
【００１４】
さらに本発明では、電極として誘電体基板の上に金属膜を形成し、さらに上記金属膜を誘電体で覆ったものであって、上記電極を外部に電気的に取り出すため、放電容器の一部分で、膨張係数の異なるガラス材料を順次接続して、上記誘電体基板の膨張係数とほぼ同等のガラス材料にして、その部分でフリットガラスを用いてフリットシールするように構成する。
【００１５】
さらに本発明では、少なくとも一部分が紫外透光性を有する外形が平板状をした放電容器と、上記放電容器の一部分が内部に向かって突入した形状をしており、上記突入部分の肉厚が他の部分より薄く、一対の線状の電極のうち少なくとも片方の電極が上記突入部分のすぐ内側（放電容器の外側）にあり、上記放電容器内に封入された希ガス、または希ガスとハロゲンとの混合ガスとを有し、誘電体バリア放電により発光したエキシマ光を取り出すように構成する。
【００１６】
さらに本発明では、上記放電容器の内部に向かって突入した部分が円筒形状となるように構成する。
【００１７】
さらに本発明では、放電容器内に複数対の電極を有し、放電空間を複数の領域に分けて放電させるように構成する。
【００１８】
さらに本発明では、電極の長さおよび放電路の長さが、電極の方向および放電路の方向と直交する方向の放電容器の内側寸法より、少なくとも５倍以上であるように構成する。
【００１９】
さらに本発明では、パルス状の電圧または矩形波交流電圧を印加して点灯するように構成する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
つぎに図１ないし図５にもとづいて、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２１】
図１は本発明によるエキシマランプの一実施例を示す。同図（ａ）はランプ全体の平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は電極端部拡大断面図である。図中、１は合成石英製の平板状の放電容器、２、３は金属棒からできた一対の電極、４、５は石英製の薄肉の円筒管であり、電極２，３を完全に覆っている。電極２，３は放電容器の対向する二辺のすぐ内側に、辺の全長にわたって配置してある。６は例えばモリブデン製の金属箔であり、電極２，３とリード線７，７とを電気的につないでいる。放電容器は金属箔６の部分でピンチシールされている。放電容器１には例えばキセノンガスが封入されている。
【００２２】
電極２、３には、交流電圧、望ましくは矩形波交流電圧を印加する。電圧の印加により誘電体バリア放電が発生し、キセノンのエキシマ光（１７２ｎｍ）が放射される。放電は対向電極間で一様に発生し、したがってランプの全面に均一な発光が得られる。本実施例では、放電容器の合成石英板の厚さは２ｍｍであり、放電空間のギャップも２ｍｍであり、ランプとしての厚みは６ｍｍという、従来のエキシマランプと比べて非常に薄いエキシマランプが実現できる。本実施例の変形として、石英製の薄肉の円筒管４が無く、片方の電極２のみが直接放電空間に露出していてもよい。
【００２３】
図２は本発明によるエキシマランプの他の実施例を示す。同図（ａ）はランプ全体の平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は電極部端拡大断面図である。図１と同じ符号を付したものは、同一の機能を有するものであり、説明は省略する。電極２、３は例えばタングステン棒またはコバール棒でできた電極であり、膨張係数のほぼ合ったガラス１０、１１で覆われている。１２は膨張係数が順次異なるガラスを多段に接続した中間ガラスで、合成石英製の放電容器１とガラス１０または１１とをつないでいる。図１の実施例と同様に、電極間で一様に発生した誘電体バリア放電により、ランプの全面で均一にエキシマ光が放射される。
【００２４】
図３は本発明によるエキシマランプの他の実施例を示す。同図（ａ）はランプ全体の平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は電極端部拡大断面図である。図において電極２０、２１は誘電体基板２２，２２の上に厚膜印刷された銀電極であり、さらに電極２０、２１は厚膜印刷で形成された誘電体２３，２３により覆われている。誘電体基板２２と一体になった電極２０、２１は、それぞれ中間ガラス部２４を通って放電容器１の外部にまで伸びており、誘電体基板２２とほぼ同一の膨張係数を持つフリットガラス２５でフリットシールされている。
【００２５】
図４は本発明によるエキシマランプのさらに他の実施例を示す。同図（ａ）はランプ全体の平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）はＢ−Ｂ断面図である。図において放電容器は、低融点板ガラスの基板４０、低融点ガラスの枠４２、フッ化マグネシウムの板４１とで構成されている。基板４０と枠４２はフリットガラス（図示せず）で接着し、枠４２とフッ化マグネシウムの板４１とは接着剤４３で接着されている。接着剤４３は例えば米国バリアン社の商品名トールシールである。ここで、板４１はフッ化カルシウムなどの板であってもよい。
【００２６】
電極４４，４５は基板４０の上に厚膜印刷された銀電極であり、さらに電極４４、４５は厚膜印刷で形成された誘電体４６，４６により覆われている。電極４４、４５は放電容器の外部にまで伸びており、外部で接続端子部が露出している。放電容器の中には例えばクリプトンガスが封入され、一様に広がった誘電体バリア放電により、クリプトンのエキシマ光（１４７ｎｍ）が広い範囲で放射される。本実施例では金属フッ化物結晶としてフッ化マグネシウムを用いた場合、１４７ｎｍでも十分な透過率を有しているため、エキシマ光は外部に取り出される。
【００２７】
図５は本発明によるエキシマランプのさらに他の実施例を示す。同図（ａ）はランプ全体の平面図、同図（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図、同図（ｃ）は電極端部拡大断面図である。図において平板状の放電容器１は、合成石英製の上下２枚の平板部分５１、上記平板部分５１の端部を一周する側面部分５２および内部に向かう円筒状の突入部５３、５４とよりできている。上記突入部５３、５４の一端は閉じられ、他端は広がっており、広がった端部５５において側面部分５２と溶融封止されている。上記突入部５３、５４の円筒の内側、すなわち放電容器の外側には金属棒からできた電極５６，５７が挿入されている。
【００２８】
放電容器１には例えばキセノンガスが封入されている。電極５６、５７には、パルス状の電圧、望ましくは矩形波交流電圧を印加する。電圧の印加により誘電体バリア放電が発生し、キセノンのエキシマ光（１７２ｎｍ）が放射される。放電は対向電極間で一様に発生し、したがってランプの全面に均一な発光が得られる。
【００２９】
本実施例では、放電容器の合成石英板５１、５２の厚さは２ｍｍであり、突入部５３、５４の円筒部の厚さは０．５ｍｍである。上記実施例では、突入部が一端のみ放電容器の外側に開放した形状であったが、両端部が外側に開放した形状であってもよい。また、金属棒の電極５６、５７の代わりに、突入部５３、５４の円筒の内面、すなわち放電容器の外側の面にアルミニウムなどの金属膜を形成して電極としてもよい。本実施例によれば、放電容器１のうち電極に接する部分を円筒部５３、５４に限定することによって、円筒部の肉厚を薄くすることができ、放電容器を全て石英製にして単純な構造で製作が容易になる。
【００３０】
上記のいずれの実施例においても、点灯回路は例えば矩形波点灯とするのが好都合である。例えば、直流電源をフルブリッジ回路を通して電極に接続する、または矩形波インバータを用いて点灯すればよい。
【００３１】
以上の実施例の変形例は容易に類推可能である。例えば、放電空間を二つの領域に分け、それぞれの部分に一対の電極を導入し、それぞれの電極対に点灯回路を接続して点灯するようにしてもよい。また、図１や図２の実施例において、片方の電極は放電空間に露出していてもよい。片方の電極が誘電体で覆われていれば、誘電体バリア放電が生ずる。また、例えば放電ガスとして、キセノンと塩素ガスを封入した場合は、３０８ｎｍに中心波長を持つＸｅＣｌエキシマ光が得られる。また、希ガスとして例えばキセノンとアルゴンやネオン等の混合ガスであってもよい。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の平板型エキシマランプを用いることにより、薄型のランプ形状で、放射強度が強く、広い範囲にわたって均一な照射を可能とするエキシマランプが実現できる。
【００３３】
また、本発明によれば電極と放電空間との間の誘電体の厚さを薄くすることができ、印加電圧を低くすることができ、点灯回路が安価になる。また、誘電体損失を少なくすることができ、高効率なエキシマランプとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による平板型エキシマランプの一実施例を示す平面図および断面図ならびに部分拡大断面図。
【図２】本発明による平板型エキシマランプの一実施例を示す平面図および断面図ならびに部分拡大断面図。
【図３】本発明による平板型エキシマランプの一実施例を示す平面図および断面図ならびに部分拡大断面図。
【図４】本発明による平板型エキシマランプの一実施例を示す平面図および断面図。
【図５】本発明による平板型エキシマランプの一実施例を示す平面図および断面図ならびに部分拡大断面図。
【符号の説明】
１…合成石英製の放電容器、２，３…電極、４，５…石英製薄肉円筒管、６…金属箔、７…リード線、１２…中間ガラス、２０，２１…電極、２２…誘電体基板、２３…誘電体、２４…中間ガラス、２５…フリットガラス、４０…低融点板ガラスの基板、４１…金属フッ化物結晶板、４２…枠、４３…接着剤、４４，４５…電極、４６…誘電体、５３，５４…内部に向かう円筒状の突入部分、５６，５７…金属棒電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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