(57)【要約】【課題】少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、放電若しくは加熱により発光する負圧空間内で雰囲気ガス中のイオンによって不純物が放出される光出力装置において、前記光透過窓や光反射鏡のカラーセンタの形成、光透過率や反射率の低減、さらには放電プラズマが放電管内面をスパッタリングすることによって飛散する物質による光透過窓の汚染等を減らすとともに、該光透過窓に生じた欠陥を有効に除去し、これにより窓交換等のメインテナンス作業頻度や作業コストの低減を図った光出力装置の提供を目的とする。【解決手段】少なくとも前記負圧空間内面側が、酸化珪素よりもスパッタリング率が低い窒化系無機材料を含んで形成されていることを特徴とし、特に前記負圧空間がマイクロ波励起放電空間である場合に、前記窒化無機材料が、誘電損失１以下の窒化系無機材料であるのがよい。【選択図】　　　図１
2004079449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、放電若しくは加熱により発光する負圧空間内で雰囲気ガス中のイオンによって不純物が放出される光出力装置において、
少なくとも前記負圧空間内面側が、酸化珪素よりもスパッタリング率が低い窒化系無機材料を含んで形成されていることを特徴とする光出力装置。
【請求項２】
前記負圧空間がマイクロ波励起放電空間である場合に、前記窒化無機材料が、誘電損失１以下の窒化系無機材料であることを特徴とする請求項１記載の光出力装置。
【請求項３】
少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、放電若しくは加熱により発光する負圧空間を備え、前記光透過窓若しくは反射窓の封止面をカーボン含有弾性シール材でシールし、負圧空間の真空度維持を図った請求項１記載の光出力装置において、
シール材が脱ガス処理を施したシール材であって、前記シール材を介した負圧空間内のハイドロカーボンの放出量が、前記光透過窓若しくは反射窓の光透過率を低下させない量以下に設定されたシール部材を用いたことを特徴とする光出力装置。
【請求項４】
少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、プラズマ放電により発光する真空空間を備え、前記光透過窓若しくは反射窓により真空境界を形成する請求項１記載の光出力装置において、
前記光透過窓若しくは反射窓をプラズマに曝されない面によって封止する封止部位に、もしくは対面する位置に、冷却手段を設け、該冷却手段によって封止面上で前記光透過窓若しくは反射窓を強制冷却可能に構成したことを特徴とする光出力装置。
【請求項５】
前記冷却手段と光透過窓若しくは反射窓との間の封止部の材料を冷却手段支持体より熱伝導率が高い材料で形成したことを特徴とする請求項４記載の光出力装置。
【請求項６】
少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、プラズマ放電により発光する真空空間を備え、前記光透過窓若しくは反射窓により真空境界を形成する請求項１記載の光出力装置において、
前記光透過窓若しくは反射窓をプラズマに曝されない面によって封止する封止部位に加熱手段を設け、該加熱手段を介してプラズマ非放電時に前記光透過窓若しくは反射窓をアニール処理可能に構成したことを特徴とする光出力装置。
【請求項７】
前記加熱手段と光透過窓若しくは反射窓との間の封止部の材料を加熱手段支持体より熱伝導率が高い材料で形成したことを特徴とする請求項６記載の光出力装置。
【請求項８】
前記真空空間内でプラズマ放電により生成した励起水素原子からの真空紫外光を光透過窓若しくは反射窓を介して出射可能に構成した請求項４若しくは６記載の光出力装置において、
前記光透過窓若しくは反射窓がＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＢｒなどのハロゲン系の材料で形成されていることを特徴とする光出力装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、放電若しくは加熱により発光する負圧空間内で雰囲気ガス中のイオンによって不純物が放出される光出力装置、好適には、前記真空空間内でプラズマ放電により生成した励起水素原子からの真空紫外光を光透過窓若しくは反射窓を介して出射可能に構成した光出力装置に係り、具体的には光透過窓や光反射鏡を備えたランプやレーザー発振器等の光出力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明が適用される従来の光出力装置の例としてマイクロ波励起水素紫外光ランプの構成およびその動作について図６を用いて説明する。この装置は、文献「Ｊａｍｅｓ　Ａ．　Ｒ．　Ｓａｍｓｏｎ著、Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｏｆ　ＶＡＣＵＵＭ　ＵＬＴＲＡＶＩＯＬＥＴ　ＳＰＥＣＴＲＯＳＣＯＰＹ、Ｐｉｅｄ　Ｐｕｂｌｉｃａｔｉｏｎｓ，　Ｌｉｎｃｏｌｎ，　Ｎｅｂｒａｓｋａ，　１９６７、ｐ．　１５９、Ｆｉｇ．　５．５６」に記載されている。
マイクロ波共振器４は円筒形状の導体の両端を同じ材質の導体で封じた構造を有する。円筒の内径と長さはマイクロ波の周波数、マイクロ波共振器内部に励起したい電磁界分布によって決める。
【０００３】
マイクロ波共振器内部のマイクロ波電磁界分布を調整するためのマイクロ波共振器の構成要素の一つであるマイクロ波共振器チューナ１８は円筒形状であり、放電管１を内包できる内径を有する。更に、マイクロ波共振器４の端面から中心軸を一致させて軸方向に挿入されていて、マイクロ波共振器４と電気的導通を保ちながら軸方向に摺動可能な構造となっている。チューナ１８の材質はマイクロ波共振器４と同じで銅若しくは真鍮によって形成されている。該チューナ１８の有するマイクロ波電磁界分布を調整する機能は、プラズマ７を生成させながら挿入深さを調整して、マイクロ波集中部６を目的の位置に生成させるということにある。
【０００４】
そして前記マイクロ波共振器４の両端面を貫通するように、放電管１が設置されている。一般的には、電界が最も大きくなるマイクロ波共振器４の中心軸上に放電管１の中心軸を一致させるが、これに限ることはない。放電管１の断面形状は丸形、角形等特に問わない。
放電管１の機能は真空境界であること、放電ガスの流路であること、放電プラズマを生成する空間であることであり、図５の例では、放電プラズマを生成させる空間を限定するために、放電管１に沿ってマイクロ波共振器端面からマイクロ波共振器内部に向けて導体の内筒を伸ばしている。従って、マイクロ波共振器チューナ１８の端と内筒端に挟まれた空間で放電プラズマ７が生成される。
【０００５】
マイクロ波共振器４にはマイクロ波を供給するマイクロ波供給コネクタ５が接続されている。コネクタ形状は同軸型、導波管型何れでも構わない。同軸型コネクタへの供給伝送路は同軸ケーブル、同軸管どちらを用いても構わない。
【０００６】
マイクロ波共振器チューナー側の放電管１端には、当該ランプを利用する箇所に固定するためのフランジ２６がＯリング１３ｃを介して取り付けられている。前記フランジ２６の中心には、放電管１の内径相当の開口が設けられており、放電プラズマ７からの発光を放電管１軸方向に取り出すことができるようになっている。
前記フランジ２６の開口部には光透過窓８が設けられていて、２つの機能を有する。一つ目は放電管１内と大気の真空境界であり、二つ目は放電プラズマ７からの発光を真空外へ取出すことである。
以上のようなマイクロ波共振器についてはＥ．Ｌ．Ｇｉｎｚｔｏｎ著　「Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”，　ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ　１９５７」にも詳しく述べられている。
【０００７】
このような放電ランプにおいては、次のような問題点がある。
光透過窓８に用いた材料の吸収端波長よりも高いエネルギーを持つ光、特に真空紫外域の光が放電プラズマから光透過窓８に照射されると該窓８に欠陥、いわゆるカラーセンタが生成し、光透過率の低下が起こる。ここでいう欠陥とは、原子が規則的に配列して光透過窓８を構成している中で、在るべき位置に然るべき原子が無い状態をいう。
そして近年紫外線の短波長光における光透過性を確保するために、前記光透過窓にＳｉＯ２を用いたものが開発されている。
しかしながらＳｉＯ２の光透過率の確保は２００ｎｍ程度が下限であり、それ以上の短波長紫外線である真空紫外域の２００ｎｍ以下では急激に低下し、更に短波長化し１５０ｎｍ前後の真空紫外線である高エネルギフッ素レーザを使用した場合前記光透過率の低下のみならず失透が生じ実用に耐えない。（ここで真空紫外域とは０．２〜２００ｎｍ、普通紫外域とは２００〜３８０ｎｍの波長範囲をいう「物理学辞典」培風館、「理科年表」国立天文台）。
【０００８】
更に前記放電プラズマにより真空紫外域の高エネルギを持つ光を励起させた場合に、放電管にＳｉＯ２の無機材を用いているために、放電管１の内面が放電プラズマによってスパッタリングされ、飛散した物質が光透過窓８の放電管１側表面に付着し、光透過率が低下する。
従来は、このような光透過窓８の劣化がランプの寿命を決めていた。寿命が来たランプの光透過窓８は、表面１０の付着物を研磨して除去したり、光透過窓８自体を交換して透過率を回復させる必要があった。光透過窓８のクリーニングや交換にはランプの真空を破る必要があり、これには数時間の手作業が必要で、その間ランプが利用できないという問題があった。
【０００９】
上記のような光透過窓８の劣化によるランプ寿命の問題は、本例で示したマイクロ波励起水素紫外光ランプだけでなく、放電ガスがＨｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｏ２、Ｎ２、Ｄ２、Ｈｇなどのランプや、放電形態が高周波放電、アーク放電、グロー放電、誘電体バリヤ放電、フラッシュ放電のランプや、発光形態が放電でなくフィラメントに電流を流して加熱し発光させるハロゲンランプやカーボンランプなど各種のランプで同様に生じている。
かかる課題を解決するために、特開２００１−１４８３７２号において、プラズマによる損傷の少ない反応容器として、アルミニウム製の反応容器の内側壁にアルミナ保護膜が１００〜１０００ミクロンの膜厚で形成されている技術が開示されている。
しかしながらかかる技術においては、反応容器がアルミニウムであることが限定され、ステンレス材やチタニウムを用いる事ができない。
又、アルミナ材料の比誘電率は９．５であり、ＳｉＯ２の３．５に比べて大きいため誘電損失が大きくなり、光の発生にマイクロ波放電を用いる場合に、光透過窓や反射鏡（反射窓）を加熱しカラーセンタが促進されるという欠点を有す。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる従来技術の欠点に鑑み、光透過窓や光反射鏡（反射窓）を備えたランプやレーザー発振器等の光出力装置において、前記光透過窓や光反射鏡のカラーセンタの形成、光透過率や反射率の低減、さらには放電プラズマが放電管内面をスパッタリングすることによって飛散する物質による光透過窓の汚染等を減らすとともに、該光透過窓に生じた欠陥を有効に除去し、これにより窓交換等のメインテナンス作業頻度や作業コストの低減を図った光出力装置の提供を目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、発明者は光透過窓８の付着物の成分分析を行なった。実験に用いた装置は、図６に示した装置において、光透過窓８をＯリングを介して、フランジ２６のプラズマに曝される面に取り付けたものである。その結果、光透過窓８の面によって付着成分が異なることがわかった。放電管１側の表面１０にはシリコン酸化物（ＳｉＯ２−ｘ）が付着し、放電管１とは反対側の表面１１にはカーボンが堆積していた。シリコン酸化物が付着する原因は、放電管１の材質である石英（ＳｉＯ２）がスパッタリングされたためと考えられる。カーボンが堆積する原因は、放電管１とは反対側の雰囲気のハイドロカーボン（炭化水素）が光透過窓８（放電管１とは反対側の表面）に吸着し、放電プラズマから放射される真空紫外光による脱水素反応の結果、カーボンとして堆積しているものと考えられる。以上より、窓の透過率を初期状態から低下させないためには、シリコン酸化物またはハイドロカーボンの光透過窓８表面への堆積を抑制することが必要であることがわかった。
【００１２】
また、カラーセンタの特性として一般的に以下のことがわかっている。カラーセンタの生成数は光透過窓への光照射時間に比例して増加し、ある一定時間以上経過すると飽和傾向を示す。カラーセンタの生成速度は光透過窓の温度が高いほど速くなる。光透過窓に生成したカラーセンタは、該窓に光が照射されていない状態で該窓をアニール処理することにより消滅する。
【００１３】
そこで、本発明はかかる着目点に基づいて、下記のごとき技術手段を提案する。
本発明の第１の提案は、少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、放電若しくは加熱により発光する負圧空間内で雰囲気ガス中のイオンによって不純物が放出される光出力装置において、
少なくとも前記負圧空間内面側が、酸化珪素よりもスパッタリング率が低い窒化系無機材料を含んで形成されていることを特徴とし、特に前記負圧空間がマイクロ波励起放電空間である場合に、前記窒化無機材料が、誘電損失１以下の窒化系無機材料であるのがよい。
かかる提案によれば、放電管等の負圧空間内面側に前記したスパッタ率の低い材質を用いることにより、ガス中へ放出される飛沫量が低減できるため、光透過窓若しくは反射鏡（窓）に付着する飛沫量も低減できる。この結果、透過窓または反射窓への付着物による光透過率または反射率の低下を抑制することができ、窓交換等のメンテナンス作業頻度および作業コストの低減化が実現する。
【００１４】
特に、本発明において、光の発生にマイクロ波放電を用いる場合には、放電管に誘電損失の小さいものを用いることによりマイクロ波パワーの負圧空間形成体（例えば放電管、以下放電管等という）材質でのロスを低減できる。放電管等でのロスが大きいと、放電管等での発熱が大きくなるため、光透過窓周囲に位置するシール材のＯリングの劣化を招いたり、光透過窓や反射鏡（窓）を加熱しカラーセンタの形成を促進するなどの問題を引き起こす可能性がある。このような場合に、前記誘電損失の小さな放電管材料を選択することによりこれら問題を回避できる。
【００１５】
又本発明の第２の提案は、少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、放電若しくは加熱により発光する負圧空間を備え、前記光透過窓若しくは反射窓周囲をカーボン含有弾性シール材でシールし、負圧空間の真空度維持を図った前記発明において、シール材が脱ガス処理を施したシール材であって、前記シール材を介した負圧空間内のハイドロカーボンの放出量が、前記光透過窓若しくは反射窓の光透過率を低下させない量以下に設定されたシール部材を用いたことにある。
本提案によれば、Ｏリングを脱ガス処理することにより、Ｏリングからのハイドロカーボンの放出を抑制でき、光透過窓や反射鏡表面へのカーボンの付着を抑制できる。よって、透過窓または反射窓への付着物による光透過率または反射率の低下を抑制することができ、窓交換等のメンテナンス作業頻度および作業コストの低減化が実現する。
【００１６】
更に本発明の第３の提案は、少なくとも一側に光透過窓若しくは反射窓を有し、プラズマ放電により発光する真空空間を備え、前記光透過窓若しくは反射窓により真空境界を形成するように構成した前記発明において、
前記光透過窓若しくは反射窓をプラズマに曝されない面によって封止する封止部位に、冷却手段を設け、該冷却手段によって封止面上で前記光透過窓若しくは反射窓を強制冷却可能に構成したことにある。
本提案によれば、光透過窓を冷却することによりカラーセンタの形成を抑制し、光透過窓の光透過率または反射鏡の反射率の低下を低減できるため、窓交換等のメンテナンス時間やその手間および作業コストを削減することができる。
【００１７】
この場合に、前記冷却手段と光透過窓若しくは反射窓との間の封止部の材料を冷却手段支持体より熱伝導率が高い材料で形成されているのがよい。例えば前記露出部位側をステンレス若しくはアルミ材で形成し、封止部を銅若しくは金、プラチナで形成するのがよい。
【００１８】
かかる提案によれば、光透過窓または反射鏡とそれを冷却する冷媒等の冷却手段との間を構成する部材に熱伝導率の高い物質を用いることにより、光透過窓または反射鏡を効率的に冷却でき、カラーセンタの形成を抑制できるため、窓交換等のメンテナンス時間やその手間および作業コストを削減することができる。
【００１９】
更に本発明の第４の提案は、前記発明において、前記光透過窓若しくは反射窓をプラズマに曝されない面によって封止する封止部位に、加熱手段を設け、該加熱手段を介してプラズマ非放電時に前記光透過窓若しくは反射窓をアニール処理可能に構成したことにある。
【００２０】
かかる提案によれば、ランプ、レーザー等の光源を消灯したプラズマ非放電時に、カラーセンタが形成された光透過窓または反射鏡（窓）をアニールすることにより結晶中の欠陥を回復し、カラーセンタを消滅させ、光透過率または反射率を回復させることができるため、窓交換等のメンテナンス時間やその手間および作業コストを削減することができる。
【００２１】
この場合においても前記加熱手段と光透過窓若しくは反射窓との間の封止部が、前記加熱手段の支持体を形成するステンレス又はアルミニウムよりも熱伝導率が高い材料で形成、即ち、光透過窓または反射鏡（窓）とそれを加熱するヒータとの間の封止部材に熱伝導率の高い銅や金等を用いることにより、ランプ、レーザー等の光源を消灯した状態でカラーセンタが形成された光透過窓または反射鏡をアニール処理する際に、効率的に透過窓または反射鏡に伝熱できるため、均一にアニールを行うことができ、光透過率または反射率を回復できるため、窓交換等のメンテナンス時間やその手間および作業コストを削減することができる。
【００２２】
尚本発明において、前記真空空間内でプラズマ放電により生成した励起水素原子からの真空紫外光を光透過窓若しくは反射窓を介して出射可能に構成した場合に、前記光透過窓若しくは反射窓にＳｉＯ２を用いることなく、ＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＢｒなどのハロゲン系の材料で形成するのがよい。
これにより前記従来技術のように第１のガラス相と第２のガラス相の２相構成にしなくても真空紫外域での光透過性（反射率）の向上と、失透性の低減につながる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好適な実施形態として、光透過窓への汚染物質の付着抑制を放電管側と光透過窓側の温度制御（冷却、アニール）の両者より行った好適な実施例について図面に基づいて説明する。なお、本発明はこの実施の形態に限定されるものではなく、放電若しくは加熱により生じる発光を光として取り出すランプ、またはレーザー装置であれば本発明の要件の範囲において有効に適用できる。
【００２４】
（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１〜３にかかるマイクロ波励起水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。
光透過窓８の窓取り付け部材１７は、円盤形状であり、その中心は放電管１の中心軸と一致し、その径が放電管内径以上である開口を有する。窓取り付け部材１７には前記開口を光透過窓８で封止するためのＯリング溝と、窓取り付け部材１７を真空を保ちながら放電管１に接続するための中空蓋状の冶具２０を固定するボルト穴及びＯリング溝が設けられている。
冶具２０の内面構造は同心中空円２段構造になっており、光透過窓８を収納する空間と、放電管１を内包する空間から成っている。放電管１を内包する側の端面は、Ｏリング１３ｃを収めるようにＯリング１３ｃを押圧するリング径相当の面取りが斜めカット状に施されている。更に、この端部の外周面には不図示のネジが切ってあり、円筒開口状のキャップ２１を締め込むことによってＯリング１３ｃを圧着し、放電管１に繋がる真空境界を形成している。窓取り付け部材１７、冶具２０、キャップ２１の材質は金属であり、一般的には汚染要因の少ないステンレス、アルミニウムを用いるが、これに限らない。
【００２５】
以上のように構成されたマイクロ波励起水素紫外光ランプの発光動作について説明する。まず、放電管１に放電ガス供給口２から、ヘリウムで１／１００に希釈した水素の放電ガスを１０ＳＣＣＭ供給する。放電ガスは放電ガス排出口３から、真空ポンプ（不図示）で排気する。放電ガス排出口３と真空ポンプの間にあるバルブ（不図示）の開度調整によって排気コンダクタンスを調整し、放電管１内を１３３Ｐａ（パスカル）程度に保つ。光透過窓８側から放電管１側へ放電ガスを流す理由は、放電プラズマ７によって放電管１内で生成した物質を該窓８とは反対側へ排気して、該窓８の汚染要因を極力減らす。
【００２６】
次に、マイクロ波共振器４にマイクロ波供給コネクタ５から２．４５ＧＨｚ、１０Ｗのマイクロ波を供給する。マイクロ波の供給は連続的でも間欠的でも構わない。マイクロ波電源とマイクロ波共振器４を接続する電力伝送路の途中に組み込む整合器（図示せず）を調整することにより、電源と負荷（放電プラズマ）間のマイクロ波電力整合を取りながら、放電管１内に放電プラズマ７を生じさせる。放電プラズマ７によって励起された水素原子からは真空紫外域の波長１０３ｎｍと１２２ｎｍとの輝線が放射され、光透過窓８を通して、ランプ出射光９のように外部に取り出される。
【００２７】
本実施の形態１では、放電プラズマ７による放電管１内面のスパッタリングに由来する光透過窓８の汚染を抑制するため、放電管１の材料としてスパッタリング率がＳｉＯ２より低いＡｌＮを用いた。ＡｌＮ材は誘電損失も低いため、マイクロ波の誘電損失による放電管１の温度上昇を押えることもできる。温度上昇を抑えることによって、放電管１から光透過窓８への輻射熱を低減できるため、光透過窓８の温度上昇を抑えることができる。その結果、カラーセンタを発生し難くできる。
又、該ランプの出力光量をモニターするためにランプ出射光９を受光するようにフォトダイオード１２を設置した。
【００２８】
次に、このように構成したマイクロ波励起水素紫外光ランプの出力光量の経時変化をフォトダイオード１２を用いて計測した。
まず、放電プラズマ７によって水素原子を励起し、真空紫外域の波長光を１０日間発光させた。次に放電管１を石英ガラス（ＳｉＯ２）に、光透過窓８も新品に交換して同様の試験を実施し、結果を比較した。
この結果、ＡｌＮを放電管１に用いた場合、１０日後の光量は初期値の約５０％、ＳｉＯ２を放電管１に用いた場合、同様の光量は初期値の約５％であった。従って、放電管１をＡｌＮにすることにより光透過窓８の光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
また、１０日間の計測後、試験に用いた各々の光透過窓８の表面１０を観察したところ、放電管１にＳｉＯ２を用いた場合にはシリコン酸化物の堆積が確認されたが、放電管１にＡｌＮを用いた場合にはシリコン酸化物および放電管１を構成する元素であるＡｌ、Ｎは検出されなかった。よって、放電管１にＡｌＮを用いることにより、放電管１内面のスパッタリングに由来する、光透過窓８の表面１０への堆積を低減させ、光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
【００２９】
なお、本実施形態では光透過窓を例に取り上げたが、光反射鏡（窓）を用いた装置に対しても本実施形態を同じく適用できる。光反射鏡の例は、レーザ発振器に用いる反射鏡、ランプの集光鏡である。以下の実施形態においても、光反射鏡に対して各実施形態を同じく適用できる。
【００３０】
（実施の形態２）
本発明の実施の形態２では、放電プラズマ７による放電管１内面のスパッタリングに由来する光透過窓８の汚染を抑制するため、放電管１の材料としてスパッタリング率がＳｉＯ２より低いＳｉ３Ｎ４を用いた。Ｓｉ３Ｎ４材は誘電損失も低いため、マイクロ波の誘電損失による放電管１の温度上昇を押えることもできる。温度上昇を抑えることは、放電管１から光透過窓８への輻射熱を低減できるため、光透過窓８の温度上昇を抑えることができる。その結果、カラーセンタを発生し難くできる。
又、該ランプの出力光量をモニターするためにランプ出射光９を受光するようにフォトダイオード１２を設置した。その他の構成は実施形態１と同様である。
【００３１】
次に、このように構成したマイクロ波励起水素紫外光ランプ、特に真空紫外光ランプの出力光量の経時変化をフォトダイオード１２を用いて計測した。本ランプを実施形態１で示した使用方法によって１０日間発光させた。次に放電管１を石英ガラス（ＳｉＯ２）に、光透過窓８も新品に交換して同様の試験を実施し、結果を比較した。
この結果、Ｓｉ３Ｎ４を放電管１に用いた場合、１０日後の光量は初期値の約５０％、ＳｉＯ２を放電管１に用いた場合、同様の光量は初期値の約５％であった。従って、放電管１をＳｉ３Ｎ４にすることにより光透過窓８の光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
また、１０日間の計測後、各々の光透過窓８の表面１０を観察したところ、放電管１にＳｉＯ２を用いた場合にはシリコン酸化物の堆積が確認されたが、放電管１にＳｉ３Ｎ４を用いた場合にはシリコン酸化物および放電管１を構成する元素であるＳｉ、Ｎは検出されなかった。よって、放電管１にＳｉ３Ｎ４を用いることにより、放電管１内面のスパッタリングに由来する光透過窓８の表面１０への堆積を低減させ、光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
【００３２】
このようにシリコン酸化物の堆積を低減させ、光透過率の低下を抑制できる材料としてＡｌＮの他にＳｉ３Ｎ４も同様に適用できることが確認され、更に放電管１を二重構造とし、プラズマ発生空間である内周面側に５０ミクロン、好ましくは１００ミクロン以上の膜厚のＡｌＮを被覆しても同様な結果が得られることも確認された。
又前記放電管等の光発生部の材質は、雰囲気ガス中のイオンによるスパッタリングが起こりにくい材料、すなわちスパッタリング率の低い材質として、例示的にＳｉ３Ｎ４、ＡｌＮを用いたが、これ以外に、スパッタ飛沫の光透過窓への堆積を低減することが可能であれば他の材料を用いてもよい。
又前記光の発生にマイクロ波放電を用いる場合、放電管材料に誘電損失の小さいもの、具体的には１０ＧＨｚにおいての誘電損失１以下、望ましくは０．１以下のものを用いるのがよく、例えばＳｉ３Ｎ４（誘電損失０．０４）、ＡｌＮ（誘電損失０．０３）などはこれに該当する。
【００３３】
（実施の形態３）
本発明の実施の形態３では、放電管１内の放電ガス雰囲気のハイドロカーボン濃度を低減するため脱ガス処理したＯリング（材質：ゴム）１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いた構成である。
それ以外は実施形態１の構成と同様であるので共通図１で説明している。
Ｏリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃの脱気処理は、温度２００℃、雰囲気圧力１０−３Ｐａにて２時間保持することにより行った。
次に、このように構成したマイクロ波励起水素紫外光ランプの出力光量の経時変化をフォトダイオード１２を用いて計測した。本ランプを実施形態１で示した使用方法によって１０日間発光させた。次にＯリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃを脱気処理していないものに、光透過窓８も新品に交換して同様の試験を実施し、結果を比較した。
この結果、脱気処理したＯリングを用いた場合、１０日後の光量は初期値の約６０％、脱気処理しないＯリングを用いた場合、同様の光量は初期値の約５０％であった。従って、Ｏリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃを脱気処理することにより光透過窓８の光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
【００３４】
尚、本実施例の場合に、Ｏリング１３は、窓取り付け部材１７と光透過窓８との間を封止するＯリング１３ａと、窓取り付け部材１７と冶具２０との間を封止するＯリング１３ｂ及び冶具２０と放電管１を封止するＯリング１３ｃのいずれも脱気処理がなされているが、その一部のＯリングのみを脱気処理してもよい。要はプラズマ空間に曝される部位のＯリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃを脱気処理すればよい。又窓取り付け部材１７、冶具２０、キャップ２１の材質は汚染要因の少ないステンレス、アルミニウムを用いるのがよいが、これに限らない。
【００３５】
又、光量の計測後、光透過窓８の放電管１側の表面１０、および光出射側の表面１１の堆積物を観察した結果、脱気処理を行なったＯリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いた場合には、表面１０、表面１１共に堆積物は観察されなかった。一方、脱気処理を行っていないＯリングを用いた場合には、光出射側の表面１１により多くのカーボンの堆積が観察された。よって、脱気処理を施したＯリング１３ａ、１３ｂ、１３ｃを用いることにより、光透過窓８の表面１０、１１へのカーボン堆積量を低減させ、光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
【００３６】
Ｏリング材としては、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素添加ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）、シリコンゴム（ＶＭＱ）、フルオロシリコンゴム（ＦＶＭＱ）、フッ素ゴム（ＦＫＭ）、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、クロロプレンゴム（ＣＲ）、クロロスルフォン化ポリエチレン（ＣＳＭ）、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、ブチルゴム（ＩＩＲ）、ウレタンゴム（ＡＵ）等を利用できる。
【００３７】
更に、本実施形態ではゴム材のＯリングを使用したが、弾性体の非金属ガスケットとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）に代表されるフッ素樹脂のような、元々ガスが出にくい材質で弾性体のガスケットを用いても構わないが、真空封止の面で封止力が低下するために、必ずしも好ましくない。
従って前記プラズマ露出空間と対面する位置にあるシール材としてのＯリングはゴム系材料のＯリングであって、温度１５０℃以上、望ましくは２００℃、雰囲気圧力１０〜３Ｐａの範囲にて２時間以上脱ガス処理を施し雰囲気へのハイドロカーボンの放出を低下させるのがよい事が確認された
【００３８】
（実施の形態４）
図２は、本発明の実施の形態４にかかるマイクロ波励起水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。光透過窓８を冷却するための冷却管１４ａをＯリング１３ａの内周側にリング円状に埋設し、光透過窓８の封止面上に位置させる。
光透過窓８の温度をモニターする熱電対１５を窓取り付け部材１７に埋め込んだ以外は、実施形態３同様の構成である。但し、窓取り付け部材１７には銅材を用いた。本実施形態では、冷却管１４ａに流す冷媒として水を使用したが、油等他の媒質でも構わない。温度をモニターする方法は例えばサーミスタ等熱電対以外の方法を用いて構わない。
【００３９】
このように構成したマイクロ波励起水素紫外光ランプの出力光量の経時変化をフォトダイオード１２を用いて計測した。本ランプを実施形態１で示した方法によって１０日間発光させた。この時の光透過窓８の設定温度は、水流量を調整することにより、２５℃、５０℃、１００℃の３種類とした。次に冷却管１４ａに水を流さずに（この場合、光透過窓８の温度は１４０℃）、光透過窓８は新品に交換して同様の試験を実施し、出力光量を比較した。
この結果、光透過窓８を水冷却した場合、１０日後の光量は２５℃で初期値の約９０％、５０℃で約７５％、１００℃で約６５％、水冷却しなかった場合、同様の光量は初期値の約６０％であった。
又、光透過窓８の温度を２５℃に設定した場合の該窓８の表面１０、１１を観察した結果、シリコン酸化物やカーボンの付着は観察されず、光透過率の低下はカラーセンタが形成されたためであると確認できた。
従って、本実施形態によれば、光透過窓８に生成するカラーセンタの原因となっている欠陥の生成を抑制するために、光透過窓を５０℃以下（望ましくは２５℃以下）に冷却することにより光透過窓８の光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
本実施形態においては、冷却管１４ｂを図３のように冶具２０に埋設しても構わない。
【００４０】
（実施の形態５）
図４は、この発明の実施の形態５にかかるマイクロ波励起水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。窓取り付け部材１７の光透過窓８の封止位置に同心リング円状に光透過窓８を加熱するためのリング円状のヒータ１６及び該ヒータ１６の外周側にリング円状の冷却管１４ａを埋め込んむとともに、真空シール材としてＯリングの替わりに金属ガスケット２３を用いている。
金属ガスケット２３を用いた理由は、ヒーター１６で光透過窓８を２００℃以上に加熱するので、Ｏリングの使用耐熱温度を超えるからである。
従って、本実施形態５の場合に金属ガスケット２３は、窓取り付け部材１７と光透過窓８との間を封止する封止部材と、窓取り付け部材１７と冶具２０との間を封止する封止部材に用いればよく冶具２０と放電管１を封止する封止部には用いる必要がなく、例えばコバール金属２５で接着すればよい。
【００４１】
金属ガスケットを用いた場合の具体的構造について示すと、光透過窓８の外周側は、リング円状の光透過窓押さえ冶具２４に嵌め込まれ、光透過窓押さえ冶具２４と対面する封止位置に設けた金属ガスケット２３を介して窓取り付け部材１７にボルト（不図示）によって固定されている。放電管保持冶具２２は金属ガスケット２３を介して窓取り付け部材１７にボルト（不図示）によって固定されている。放電管保持冶具２２の放電管側端部と放電管１は、前記したようにコバール金属２５で接着した。
コバール金属は、Ｆｅ：Ｎ：Ｃｏ＝５４：２９：１７の合金で、ガラスとの接続時の温度（８００℃程度）と常温に戻った時の熱膨張係数の変化が少ない理由で、ガラスと金属の接続に一般的に使用されているものである。
【００４２】
（実施の形態６）
次に、このように構成した実施形態５のマイクロ波励起水素紫外光ランプの出力光量の経時変化をフォトダイオード１２を用いて計測した。本ランプを実施形態４と全く同様の方法で、光透過窓８を２５℃に設定して１０日間発光させた。次に、放電プラズマを点火させない状態でヒーター１６に通電し、１０日間発光させた後の光透過窓８をアニール処理した。アニール処理条件は以下のようである。放電管１内の圧力は１０−３Ｐａ以下、光透過窓８の温度は２００℃、４００℃、６００℃の３条件を選択し、各々の条件で１時間保持した。アニール処理後にランプを点灯し、フォトダイオード１２で光量を計測しアニール処理前後の光透過率を比較した。各温度条件を設定する場合、光透過窓８も新品に交換した。
【００４３】
この結果、アニール処理前の光量は初期値の９０％であったのに対し、２００℃のアニール処理後の光量は初期値の約９５％、４００℃で約９７％、６００℃でほぼ１００％となった。
従って、ランプ消灯時に光透過窓８にアニール処理を施すことによってカラーセンタが消滅し、光透過率を回復させることが可能であることが確認できた。
アニール処理条件は、放電管１内をＡｒ、Ｈｅ、Ｎ２等の不活性ガス雰囲気として加熱しても構わない。
【００４４】
尚、本実施形態においても、光透過窓８に生成するカラーセンタの原因となっている欠陥の生成を抑制するために、光透過窓を５０℃以下（望ましくは２５℃以下）に冷却することにより光透過窓８の光透過率の低下を抑制できることが確認できた。
そして本実施形態においては、光透過窓８と冷却管（冷媒）との間に位置する封止部、即ち金属シール部材２３として、冷却管２３の支持体（窓取り付け部材１７）の材質ステンレス若しくはアルミニウムより熱伝導率の高い材質、具体的には熱伝導率５×１０５Ｗｍ−１Ｋ−１以上、望ましくは１０×１０５Ｗｍ−１Ｋ−１以上の材料、例えば銅を用い、光透過窓から冷媒への伝熱を容易にする機構を備えている。
金属ガスケットの材質は、銅、アルミニウムが代表的であるが、これらと同等の硬度を有する金属でも構わない。
また、図５に示すように、実施形態１から４に示した冶具２０とキャップ２１を用いる構造に冷却機構を追設して、放電管１を真空シールしているＯリングの熱損傷を防ぐようにする。
或いは、放電管１がガラス材の場合には、放電管保持冶具２２の端部に放電管１を融着させる。
【００４５】
又本発明においては、前記光透過窓８に生成したカラーセンタの原因となっている欠陥を消滅させるために、光透過窓を温度３００℃〜１３００℃（望ましくは６００℃〜１１００℃）で、１０分以上（望ましくは１時間以上）アニール処理するためのヒータ１６を備えるのがよく、又、ヒータ１６の支持体である窓取り付け部材１７の材質は、ステンレス若しくはアルミニウムＡｌより熱伝導率の高い材質、具体的には熱伝導率５×１０５Ｗｍ−１Ｋ−１以上、望ましくは１０×１０５Ｗｍ−１Ｋ−１以上の材料には熱伝導率の高い材質、具体的には熱伝導率５０以上、望ましくは１００以上、例えば銅などを用い、ヒーターからの光透過窓への伝熱を容易にするのが望ましい事は前記したとおりである。
又真空紫外域の材質は、真空紫外線が透過する場合は、光透過窓の材質をＭｇＦ２、ＣａＦ２、ＳｒＦ２、ＢａＦ２、ＮａＦ、ＬｉＦ、ＫＢｒなどのハロゲン系の材料を用いるのがよく、通常の紫外線が透過する場合はＳｉＯ２などの酸化物を用いるのがよい。
【００４６】
【発明の効果】
本発明にかかる光出力装置によれば、放電ガス雰囲気の物質が光透過窓へ付着することによる該窓の光透過率の低下を緩和できるので、光透過窓の洗浄や交換に要するメンテナンスの周期を長くすることができるため、装置稼働率の向上とメンテナンスコスト削減に寄与する。
又、光透過窓のカラーセンタの形成を抑制し、該窓の光透過率の低下を緩和できるので、光透過窓の洗浄や交換に要するメンテナンスの周期を長くすることができるため、装置稼働率の向上とメンテナンスコスト削減に寄与する。
又、光透過窓のカラーセンタを消滅させ、該窓の光透過率を回復させることができるので、光透過窓の洗浄や交換に要するメンテナンスの周期を長くすることができるため、装置稼働率の向上とメンテナンスコスト削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１、２、３にかかるマイクロ波励水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。
【図２】本発明の実施形態４にかかるマイクロ波励水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態４にかかるマイクロ波励水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態５にかかるマイクロ波励水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。
【図５】本発明の実施形態６にかかるマイクロ波励水素紫外光ランプの構成を示す説明図である。
【図６】マイクロ波励起水素紫外光ランプの従来技術を示す説明図である。
【符号の説明】
１　放電管
８　光透過窓
１０　内側表面
１１　外側表面
１３　Ｏリング
１４　冷却管
１６　ヒーター
１７　窓取り付け部材
２２　放電管保持冶具
２３　金属ガスケット
２４　光透過窓押さえ冶具
２５　コバール金属
【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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【図６】
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