(57)【要約】【課題】  放電容器の内部に希ガスおよびフッ素が封入されているエキシマランプ点灯装置において、表面処理のために必要とする十分な量のオゾンが生成されるように、エキシマ光の発光強度が高められたエキシマランプ点灯装置を提供すること。【解決手段】  ケイ素を含まない透光性セラミックスよりなる光取出し部材を有する放電容器の放電空間に希ガスおよびフッ化物が封入され、前記光取出し部材が介在する状態で一対の電極が設けられ、当該電極に点灯装置から出力される高周波電圧が印加されて前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプ点灯装置であって、前記電極に印加される高周波電圧の周波数の範囲が７０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下であることを特徴とする。【選択図】  図１
2009187873.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケイ素を含まない透光性セラミックスよりなる光取出し部材を有する放電容器の放電空間に希ガスおよびフッ化物が封入され、前記光取出し部材が介在する状態で一対の電極が設けられ、当該電極に点灯装置から出力される高周波電圧が印加されて前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプ点灯装置であって、
前記電極に印加される高周波電圧の周波数の範囲が７０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下であることを特徴とするエキシマランプ点灯装置。
【請求項２】
前記フッ化物は、六フッ化硫黄、四フッ化炭素、三フッ化窒素、フッ化キセノンのうちのいずれか１種以上よりなることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ点灯装置。
【請求項３】
前記放電空間に封入されるフッ化物の濃度は、発光ガス全体に対して０．００１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載のエキシマランプ点灯装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプ点灯装置に関するものであり、特に、放電容器の内部に希ガスおよびフッ化物が封入されているエキシマランプ点灯装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から光化学反応用の紫外線光源としてエキシマランプが使用されており、放電空間を形成する放電容器内に適宜の発光ガスが充填され、エキシマ放電によりエキシマ分子を生成し、エキシマ分子から放射されるエキシマ光を放出するエキシマランプ点灯装置が知られている。
【０００３】
このようなエキシマランプは、放電用ガスとしてアルゴン、クリプトンを使用するものであり、必要に応じてフッ素や塩素のハロゲンが封入されている。
例えば、アルゴン−フッ素の放電ガスでは波長１９３ｎｍの光が放射され、クリプトン−フッ素の放電ガスでは２４８ｎｍの光が放射され、キセノン−フッ素の放電ガスでは波長３５１ｎｍの光が放射され、キセノン−塩素の放電ガスでは波長３０８ｎｍの光が放射される。
【０００４】
図８は、特許２９１３２９４号公報に記載される従来のエキシマランプ点灯装置の構成を示す説明用断面図である。
放電容器は、筒状の石英ガラスよりなる発光管１の両端を溶融・封止して構成されている。放電容器の放電空間１０に一方の電極６ａが配置され、放電容器の外表面に他方の電極６ｂが配置されている。放電空間１０には発光ガスとして希ガスとフッ素の混合ガスが充填されている。具体的には、アルゴンガス（Ａｒ）、臭化メチルガス（ＣＨ3Ｂｒ）、および六弗化硫黄ガス（ＳＦ6）を混合した発光ガスが、全圧が５〜５０Ｔｏｒｒとなるように封入されている。電極６ａ、６ｂに、例えば、２．７ｋＶ、１０ｋＨｚの高周波高電圧を印加することにより、放電空間１０内にエキシマ分子が生成され、波長１９３ｎｍのエキシマ光が放出される。
【特許文献１】特許２９１３２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記するエキシマランプ点灯装置は、エキシマ光が照射されることにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を表面処理する技術において、光源として利用される。例えば、被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術において、エキシマ光により十分な量のオゾンが生成されて表面処理できる。しかしながら、特許文献１に記載のエキシマランプ点灯装置を上記点灯条件で点灯すると、エキシマ光の発光強度が低すぎて、表面処理のために必要とするオゾンが十分に生成されない。
【０００６】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、放電容器の内部に希ガスおよびフッ素が封入されているエキシマランプ点灯装置において、表面処理のために必要とする十分な量のオゾンが生成されるように、エキシマ光の発光強度が高められたエキシマランプ点灯装置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】
本願第１の発明は、ケイ素を含まない透光性セラミックスよりなる光取出し部材を有する放電容器の放電空間に希ガスおよびフッ化物が封入され、前記光取出し部材が介在する状態で一対の電極が設けられ、前記電極に点灯装置から出力される高周波電圧が印加されて前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプ点灯装置であって、前記電極に印加される高周波電圧の周波数の範囲が７０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下であることを特徴とする。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記フッ化物は、六フッ化硫黄または四フッ化炭素、三フッ化窒素、フッ化キセノンのうちのいずれか１種以上よりなることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第１または２の発明において、前記放電空間に封入されるフッ化物の濃度は、発光ガス全体に対して０．００１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本願第１の発明に係るエキシマランプ点灯装置によれば、電極に印加される高周波電圧の周波数の範囲を７０ｋＨｚ以上にすることによって、励起されたフッ素を増やしてエキシマ分子の脱励起によって放射される真空紫外光の強度も上げることができる。また、周波数を３０ＭＨｚ以下にすることによって、発光する前のエキシマ分子が形成された状態で再び励起されてしまうことを防止し、発光強度が逆に低下することがない。
【０００９】
また、本願第２の発明に係るエキシマランプ点灯装置によれば、六フッ化硫黄または四フッ化炭素、三フッ化窒素、フッ化キセノンのいずれかをフッ化物として用いることによって、科学的に安定なガスからフッ素を発生させることができる。また、このようなフッ化物からフッ素を発生させると、パルス放電のパルス幅が短くなるので、電極に印加される高周波電圧の周波数を高くしても、次のパルス放電の開始までにイオン温度やガス温度を下げることができ、放電空間が過熱されることによる放射照度の低下を防止できる。
【００１０】
また、本願第３の発明に係るエキシマランプ点灯装置によれば、発光ガスに含まれるフッ化物の濃度を０．００１ｍｏｌ％以上にすることによって、放電空間に十分な量のフッ素が発生するので、放電容器の放電空間にさらされる表面にフッ素が取り込まれてしまっても、エキシマ分子を構成するフッ素が確保されて発光強度が維持できる。また、フッ化物の濃度を１０ｍｏｌ％以下にすることによって、放電空間にフッ素が過剰に発生することを抑制し、電子がフッ素に吸引されて負のイオンとなり放電が不安定となることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、本発明のエキシマランプの構成を示す説明用断面図である。
ケイ素を含まない透光性セラミックスよりなる直管状の発光管１の両端に、コバールよりなるカップ状の蓋部材２が配置され、発光管１と蓋部材２を溶加材４により封止して放電容器が構成されている。
【００１２】
エキシマランプの発光管１は、光取出し部材として機能し、平均厚みが０．３〜３ｍｍの両端が開口した直径φ１０ｍｍの円筒状で、ケイ素を含まない透光性セラミックスにより構成される。ケイ素を含まない透光性セラミックスとは、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を主成分とするサファイア（単結晶アルミナ）やアルミナ（多結晶アルミナ）、または、チタニア（ＴｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、フッ化マグネシウム（ＭｇＦ２）、フッ化リチウム（ＬｉＦ）、フッ化カルシウム（ＣａＦ２）などであり、厚さ１ｍｍの基板において波長１９３ｎｍの光を３０％以上透過する部材である。
【００１３】
ケイ素はフッ素イオンと反応しやすく、石英ガラスなどのケイ素を含むセラミックスはフッ素との反応性が高い。そのため、発光管１を、波長１９３ｎｍの真空紫外光を透過しつつ、フッ素との反応性が低い性質を有するケイ素を含まない透光性セラミックスにより構成することによって、発光管１によるフッ素の取り込みを防止するとともに、発光管１から波長１９３ｎｍの真空紫外光を外部に放射することができる。
【００１４】
発光管１の長手方向における両端にカップ状の蓋部材２が配置される。蓋部材２の開口部径は発光管１の外径より大きくなっており、蓋部材２が発光管１の端部１２を覆うようにして配置される。蓋部材２は、例えば鉄（Ｆｅ）にニッケル（Ｎｉ）およびコバルト（Ｃｏ）を配合した合金のいわゆるコバールにより形成される。コバールはケイ素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい部材であり、サファイアやアルミナなどのケイ素を含まない透光性セラミックスより形成される発光管１との膨張係数の差異を小さくすることができる。
【００１５】
ケイ素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属としては、コバールのほかにニオブ（Ｎｂ）などがある。蓋部材２を、ケイ素を含まない透光性セラミックスと膨張係数がほぼ等しい金属により形成することによって、エキシマランプの点灯・消灯に伴って放電容器が加熱・冷却されても、発光管１と蓋部材２とが膨張収縮する長さが略等しくなるので放電容器を割れにくくすることができる。
【００１６】
発光管１と蓋部材２との間に、発光管１や蓋部材２よりも低い融点を持った金属の溶加材４が充填されて溶融することにより、光取出し部材として機能する発光管１と、蓋部材２とが、封止されて放電容器が形成される。溶加材４の材料としては、例えば、銀と銅との合金（Ａｇ−Ｃｕ合金）、銀と金と銅との合金（Ａｇ−Ａｕ−Ｃｕ合金）、チタンと銅と銀との合金（Ｔｉ−Ｃｕ−Ａｇ合金）、インジウムと銅と銀との合金（Ｉｎ−Ｃｕ−Ａｇ合金）、インジウムと金との合金（Ｉｎ−Ａｕ合金）などの金属合金が挙げられる。エキシマランプの点灯時、溶加材４は紫外線が照射されると共に加熱されるため、耐紫外線性および耐熱性を有するものでることが要求される。
【００１７】
溶加材４がセラミックスに溶着しない性質を有するので、発光管１と溶加材４とのなじみを良くするために、発光管１の外表面において端部１２から５ｍｍまでの範囲にモリブデンおよびニッケルよりなるメタライズ層１１が形成されている。発光管１のメタライズ層１１と蓋部材２の側面部との間に隙間が埋まるように溶加材４が充填される。
【００１８】
蓋部材２には排気管３が設けられており、放電容器の内部が排気管３により排気されて減圧された後、発光ガスとして希ガスと化学的安定性の高いフッ化物が封入される。放電容器の放電空間１０内に封入される発光ガスとして、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）のうちのいずれかよりなる希ガスと、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、フッ化キセノン（ＸｅＦ２）のうちのいずれかよりなるフッ化物とが挙げられる。発光ガスの封入後、排気管３を蓋部材２との付け根から３〜１００ｍｍ突き出たところを終端として圧接切断されることにより、放電容器を密閉構造とする。
【００１９】
発光管１の外面には、管軸方向に沿って延びるように一対の電極５ａ、５ｂが互いに離間して配置され、光取出し部材である発光管１が介在する状態で一対の電極５ａ、５ｂが設けられる。電極５ａ、５ｂは、例えば銅をペースト状にしたものを発光管１の外面に塗布して形成することができ、又、板状の例えばアルミニウムを接着剤などによって発光管１の外面に接着することもできる。一対の電極５ａ、５ｂ間に電圧が印加されることにより、発光管１を介して電極５ａ、５ｂ間で放電が発生する。
【００２０】
図２は、本発明のエキシマランプ点灯装置を示す回路図である。
点灯装置は、信号発生回路２１、高周波増幅回路２２および整合回路２３により構成され、整合回路２３から出力される高周波電圧がエキシマランプの電極５ａ、５ｂに入力される。信号発生回路２１は、エキシマランプの電極に入力される電力の周波数を決めるクロック信号３０ａ、３０ｂを出力する。高周波増幅回路２２は、商用電源２７から所定の周波数を有する交流電力を電気的に生成し、さらに電圧を増幅して高電圧の交流電流を出力する。整合回路２３は、入力された交流電流が効率良くエキシマランプに伝えられるように、エキシマランプとのインピーダンスの整合をとるために設けられている。
【００２１】
信号発生回路２１は、例えばディジタル発信器より構成され、クロック信号３０ａとクロック信号３０ｂとのタイミングがずれるように、各々に７０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲のクロックパルス信号が出力される。信号発生回路２１から、点灯装置が動作する時のタイミングを取るために必要な周期的なクロック信号３０ａ、３０ｂを、高周波増幅回路２２に入力する。
【００２２】
高周波増幅回路２２は、直流電源部２４、交流変換部２５および電圧増幅部２６から構成される。直流電源部２４は、商用電源２７にダイオードブリッジ２８に接続することにより交流電源を直流電流に変換している。さらに平滑コンデンサ２９ａ、２９ｂ、２９ｃを接続して、電圧波形の余計な振動を除去し、波形を滑らかにしている。
交流変換部２５は、２個のＦＥＴ３１ａ、３１ｂより構成されるハーフブリッジ方式のインバータ回路であり、各ＦＥＴ３１ａ、３１ｂに付属のインバータゲート駆動回路３２ａ、３２ｂに、信号発生回路２１から出力されるクロック信号３０ａ、３０ｂが入力される。２個のＦＥＴ３１ａ、３１ｂがクロック信号３０ａ、３０ｂに同期して交互にオンとオフを繰り返し、直流電流を所定の周波数を有する交流電流に変換している。交流交換部２５で発生する交流電流は、７０ｋＨｚ〜３０ＭＨｚの範囲の周波数を有する。
電圧増幅部２６は、昇圧トランス３３により交流の高電圧を発生させている。昇圧トランス３３の１次と２次側の巻比を、直流電源部２４の電圧等の条件に対して適当に設定することにより、十分に高い電圧を有する高周波電圧を出力することができる。
【００２３】
図２に示す整合回路２３は、コイル３４とコンデンサ３５ａ、３５ｂの組合せにより構成され、コンデンサ３５ａ、３５ｂやコイル３４の比率を調整することで点灯装置とエキシマランプとのインピーダンスの整合を図っている。１ＭＨｚ以上の周波数を有する高周波電圧をエキシマランプに入力する場合、点灯装置とエキシマランプとのインピーダンスの整合がとれていないと、点灯装置の出力がエキシマランプに効率よく入力されないので、このような整合回路２３を設ける必要がある。
【００２４】
図３はクロック信号３０ａ、３０ｂと電圧増幅部２６から出力される電圧波形を示す波形図である。
クロック信号３０ａとクロック信号３０ｂは、それぞれ同一の周期を有し、一方の信号がＨｉｇｈのときは他方の信号がＬｏｗとなるように、互いのタイミングが意図的にずらされた信号である。インバータゲート駆動回路３２ａに入力されるクロック信号３０ａがＨｉｇｈのときＦＥＴ３１ａがオンとなり、他方のクロック信号３０ｂはＬｏｗとなるのでＦＥＴ３１ｂがオフとなる。電圧増幅部２６はプラスに帯電する電圧を出力する。その後しばらくすると、クロック信号３０ａはＬｏｗとなってＦＥＴ３１ａがオフとなり、インバータゲート駆動回路３２ｂに入力されるクロック信号３０ｂがＨｉｇｈとなってＦＥＴ３１ｂがオンとなる。このようなとき電圧増幅部２６はマイナスに帯電する電圧を出力する。
【００２５】
電圧増幅部２６の出力波形は、クロック信号３０ａとクロック信号３０ｂとのそれぞれの信号により、プラス・マイナスが切り替えられる交流波形となる。したがって、クロック信号３０ａ、クロック信号３０ｂのクロック周波数と、電圧増幅部２６から出力される交流波形の周波数とが一致する。このような関係を有するため、電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧の周波数も、電圧増幅部２６から出力される交流波形の周波数およびクロック信号３０ｂのクロック周波数に一致する。
【００２６】
点灯装置からエキシマランプの一対の電極５ａ、５ｂ間に高周波電圧が印加されと、電極５ａ、５ｂの付帯電位が交互に入れ替わり、付帯電位が入れ替わる毎に電極５ａ、５ｂの間の放電空間１０に１つのパルス放電が生じる。高周波電圧は交流波形を有するので、高周波電圧がプラスに帯電するときとマイナスに帯電するときの両方でパルス放電が発生する。したがって、パルス放電の発生回数は電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧の周波数の２倍となる。また、パルス放電が生じる間隔は、電極５ａ、５ｂの付帯電位が入れ替わる間隔であり、すなわち、点灯装置からエキシマランプに入力される高周波電圧の周波数の周期の半分である。周波数が低ければパルス放電が生じる間隔が長く、周波数が高ければパルス放電が生じる間隔は短くなる。
【００２７】
放電容器の放電空間１０内に発光ガスとして、例えば、希ガスがアルゴン（Ａｒ）で、フッ素を発生させるガスとして、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのフッ化物が封入される。フッ素（Ｆ）を発光ガスとして放電空間１０内に封入する場合、フッ素自体は反応性が非常に高く取扱いが困難なので、六フッ化硫黄（ＳＦ６）、四フッ化炭素（ＣＦ４）、三フッ化窒素（ＮＦ３）、フッ化キセノン（ＸｅＦ２）のうちのいずれかよりなるフッ化物を封入する。このようなフッ化物を用いることによって、科学的に安定なガスからフッ素を発生させることができる。
【００２８】
放電空間１０にパルス放電による高周波磁気エネルギーが電子に吸収され、高エネルギー状態の電子が衝突することによってアルゴン（Ａｒ）や六フッ化硫黄（ＳＦ６）にエネルギーが与えられる。アルゴン（Ａｒ）がエネルギーを得て励起アルゴン原子（Ａｒ＊）や励起アルゴン分子（Ａｒ２＊）、電離されてアルゴンイオン（Ａｒ＋）となり、六フッ化硫黄（ＳＦ６）がエネルギーを得て解離してフッ素分子（Ｆ２）やさらに電離してフッ素イオン（Ｆ−）となり、アルゴンとフッ素が励起状態となる。励起状態に至ったアルゴンとフッ素が結合してアルゴン−フッ素からなるエキシマ分子に変化する。このように生成されたＡｒＦエキシマは脱励起することにより、波長１９３ｎｍの真空紫外光を放射する。
【００２９】
しかしながら、パルス放電によってエネルギーを得て、励起状態になっても、一のパルス放電だけでは励起された原子のすべてを発光させることはできず、発光するまでに至らない程度に弱く励起された原子が存在する。
また、六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのフッ化物は絶縁性のガスなので、フッ素の励起状態を維持させることが困難になるという一面もある。六フッ化硫黄（ＳＦ６）を分解してフッ素分子（Ｆ２）やフッ素イオン（Ｆ−）の励起状態にしても、六フッ化硫黄（ＳＦ６）として存在する方が化学的に安定なので、急速に六フッ化硫黄（ＳＦ６）の状態に戻ろうとするため、励起状態を維持することが難しい。励起されたフッ素を構成原子として含むエキシマ分子は、継続して発生させることが難しく、１のパルス放電によって生じる放電時間が非常に短くなる。
【００３０】
フッ化物からフッ素を発生させて発光ガスとして用いるエキシマランプにおいて、パルス放電が生じる間隔が長いと、発光するまでに至らなかったが、弱く励起されたフッ素の励起状態が、次のパルス放電の発生までに失われてしまう。したがって、放電空間１０にフッ化物を封入して発生させるフッ素を発光ガスとして含むエキシマランプ点灯装置は、希ガスのみを発光ガスとするエキシマランプ点灯装置に比べて、点灯装置からエキシマランプに入力される高周波電圧の周波数を高くした方が、エキシマランプの発光強度を上げることができる。
【００３１】
周波数を高くすることによって、次のパルス放電が生じるときに、前のパルス放電によって発生した、発光するまでには至らない程度に弱く励起された原子を、励起された状態で予め放電空間１０に存在させることができる。既に弱く励起されているフッ素は、次のパルス放電から得られるエネルギーが小さくても、発光に至る状態まで励起することができる。このような現象により、周波数を高くすることによって、放電空間１０に存在する発光に至る状態まで励起されたフッ素を増やすことができる。励起された原子が増えればフッ素と希ガスとによりなるエキシマ分子の数も増え、エキシマ分子の脱励起によって放射される真空紫外光の強度も上がる。
【００３２】
パルス放電が発生すると放電空間１０内のイオン温度やガス温度も上がるが、パルス放電が消滅するとイオン温度やガス温度も徐々に下がる。フッ素を発光ガスとして含むエキシマランプ点灯装置では、励起されたフッ素の消滅が早いため、パルス放電のパルス幅が短い。したがって、電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧の周波数が高くなっても、パルス放電のパルス幅が短いので、イオンやガスが冷える時間を確保することができる。
【００３３】
そのため、電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧の周波数を高くしても、次のパルス放電の開始までにイオン温度やガス温度を下げることができ、放電空間１０が過熱されることによる放射照度の低下が発生しない。放電空間１０にフッ化物を封入して発生させるフッ素を発光ガスとして含むエキシマランプ点灯装置では、励起されたフッ素を増やしてエキシマ分子の脱励起によって放射される真空紫外光の強度も上げると共に、過熱による放射照度の低下を発生させることなく高周波帯域での連続は点灯が可能となる。
【００３４】
しかしながら、放電空間１０に生じるパルス放電の間隔を極端に短くしてしまうと、発光に至る状態まで励起された原子が結合してエキシマ分子を形成し、エキシマ分子が脱励起して発光するという一連の反応が起こるまでに再び励起されてしまうという問題がある。すなわち、発光する前のエキシマ分子が形成された状態で再び励起されてしまい、発光する機会を逸し、発光強度が逆に低下してしまう。したがって、電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧の周波数は、一定以上高い方が好ましいが、高すぎても発光強度が低下する。
【００３５】
これらの要素を考慮して、電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧のバランスの良い周波数の範囲を求めるために、以下のような実施例を行った。
＜実施例１＞
エキシマランプ点灯装置を用意し、エキシマランプの電極に印加される高周波電圧の周波数を１０ｋＨｚから５０ＭＨｚの範囲としたときの波長１９１ｎｍ〜１９５ｎｍの真空紫外光の発光強度を測定した。測定対象として用いたエキシマランプ点灯装置の仕様を以下に示す。
発光管：サファイアガラス製、外径φ１３ｍｍ、全長１５０ｍｍ
電極：アルミニウム製、幅８ｍｍ、全長１００ｍｍ、電極間距離５０ｍｍ
発光ガス：封入圧力１００Ｔｏｒｒ、アルゴン濃度９９．９ｍｏｌ％、六フッ化硫黄の濃度０．１ｍｏｌ％
管壁負荷：０．１Ｗ／ｍｍ
【００３６】
電極に印加される高周波電圧の周波数を１０ｋＨｚ、７０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、５０ＭＨｚとしたそれぞれの場合について、２０分点灯した後のエキシマランプから１０ｍｍ離れた位置に設置したスクリーン上での波長１９１ｎｍ〜１９５ｎｍの真空紫外光の照度をＣＣＤにより測定した。
また、比較対象として従来技術に係る特許文献１に記載されたエキシマランプ点灯装置、すなわち、発光ガスの封入圧力が５０Ｔｏｒｒで、六フッ化硫黄の濃度が５ｍｏｌ％、管壁負荷が０．１Ｗ／ｍｍ、高周波電圧の周波数が１０ｋＨｚとしたエキシマランプ点灯装置の波長１９１ｎｍ〜１９５ｎｍの真空紫外光の照度を、同様にしてＣＣＤにより測定した。
【００３７】
測定結果を図４に示す。横軸を周波数（Ｈｚ）とし、縦軸を発光強度（ａ．u．）として、測定結果をプロットした。発光強度は、比較対象のエキシマランプ点灯装置の照度を１としたときの相対値として示した。
周波数を７０ｋＨｚ以上にすることによって、励起されたフッ素を増やしてエキシマ分子の脱励起によって放射される真空紫外光の強度も上げると共に、過熱を抑えて、発光強度が上がることが確かめられた。また、周波数を５０ＭＨｚ以上にすると、発光する前のエキシマ分子が形成された状態で再び励起されてしまい、発光強度が逆に低下してしまうことが確かめられた。この測定結果により、電極に印加される高周波電圧の周波数を７０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下にすることによって、従来技術に係るエキシマランプ点灯装置に比べて発光強度が高められることがわかった。また、電極に印加される高周波電圧の周波数を１ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ以下にすると、最も発光強度が高められることがわかった。
【００３８】
＜実施例２＞
実施例１で用いたエキシマランプ点灯装置について、発光ガスと管壁負荷を変更して実施例２で用いる測定対象とした。放電空間に封入されている発光ガスは、封入圧力３００Ｔｏｒｒ、アルゴン濃度９９．９２ｍｏｌ％、六フッ化硫黄の濃度０．０８ｍｏｌ％とした。管壁負荷は、０．１５Ｗ／ｍｍとした。
【００３９】
電極に印加される高周波電圧の周波数を１０ｋＨｚ、７０ｋＨｚ、５００ｋＨｚ、１ＭＨｚ、５ＭＨｚ、１５ＭＨｚ、３０ＭＨｚ、５０ＭＨｚとしたそれぞれの場合について、２０分点灯した後のエキシマランプから１０ｍｍ離れた位置に設置したスクリーン上での波長１９１ｎｍ〜１９５ｎｍの真空紫外光の照度をＣＣＤにより測定した。
この測定結果を図５に示す。横軸を周波数（Ｈｚ）とし、縦軸を発光強度（ａ．u．）として、測定結果をプロットした。発光強度は、実施例１における比較対象のエキシマランプ点灯装置の照度を１としたときの相対値として示した。
【００４０】
周波数を７０ｋＨｚ以上にすることによって、励起されたフッ素を増やしてエキシマ分子の脱励起によって放射される真空紫外光の強度も上げると共に、過熱を抑えて、発光強度が上がることが確かめられた。また、周波数を５０ＭＨｚにすると、発光する前のエキシマ分子が形成された状態で再び励起されてしまい、発光強度が逆に低下してしまうことが確かめられた。この測定結果により、電極に印加される高周波電圧の周波数を７０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下にすることによって、従来技術に係るエキシマランプ点灯装置に比べて発光強度が高められることがわかった。また、電極に印加される高周波電圧の周波数を１ＭＨｚ以上１５ＭＨｚ以下にすると、最も発光強度が高められることがわかった。
【００４１】
また、発光ガスの封入圧力を高くすることによって、電極に印加される高周波電圧の周波数によらず、発光強度を全体的に高められることも確かめられた。言い換えれば、実施例１と実施例２とから、封入圧力の大きさによらず、電極に印加される高周波電圧の周波数を７０ｋＨｚ以上３０ＭＨｚ以下にすることによって、発光強度が高められる効果があることが確かめられた。
【００４２】
エキシマ光の発光強度の向上に関する電極に印加される高周波電圧の周波数と異なる要素として、放電空間１０に封入される発光ガスに含まれる六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのフッ化物の濃度がある。フッ素を発光ガスとして使用するために、放電容器の内部にフッ化物が封入されているエキシマランプ点灯装置は、六フッ化硫黄（ＳＦ６）を分解してフッ素の励起状態とするために高エネルギーを必要とする。そのため、希ガスのみを発光ガスとするエキシマランプ点灯装置の場合よりも、高い電圧を有する高周波電圧を電極５ａ、５ｂに印加しなければならない。特に、エキシマランプの発光強度を高めようとすると、放電容器に封入される発光ガスの圧力を高くする必要があり、発光ガスの封入圧力を１３ｋＰａ〜１００ｋＰａとすることが好ましい。また、放電容器の内部の発光ガスの全圧が高まると、電極５ａ、５ｂに高い電圧を印加しなければパルス放電を維持することが難しくなるので、電極５ａ、５ｂに印加する電圧は放電容器の管壁負荷が０．０５Ｗ／ｍｍ〜０．５Ｗ／ｍｍとなるように入力値を決定することが好ましい。
【００４３】
また、放電容器の放電空間１０に封入される発光ガスに含まれる六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのフッ化物の濃度は、発光ガス全体に対して１０ｍｏｌ％以下とする必要がある。例えば、エキシマランプの消灯時の放電容器の内部に、希ガスとしてアルゴン（Ａｒ）をその濃度が９９．９９ｍｏｌ％となるように封入し、フッ素を発生させるガスであるフッ化物として六フッ化硫黄（ＳＦ６）をその濃度が０．０１ｍｏｌ％となるように封入する。フッ化物の濃度を大きくしてフッ素を多く発生させると、電子がフッ素に吸引されて負のイオンとなり放電が安定しないため、フッ素濃度は極小さくしなければならない。また、フッ化物の濃度を極小さくしたことを補い、なるべく大量のエキシマ分子を作るためにも、発光ガスの圧力を一定以上必要とする。
【００４４】
一方、放電容器の放電空間１０に封入される発光ガスに含まれる六フッ化硫黄（ＳＦ６）などのフッ化物の濃度は、少なすぎるとフッ素が不足してしまうため、発光ガス全体に対して一定以上としなければならない。放電空間１０に発生するフッ素イオンは反応性が高く、放電容器の放電空間１０にさらされる表面にフッ素が取り込まれてしまうからである。放電容器を構成する発光管１や蓋部材２の表面にフッ化物の層が形成されて、放電空間１０に発生するフッ素が使用されるので、フッ化物の濃度が一定以下のときはエキシマ分子を構成するフッ素が不足して発光強度が低下する。
【００４５】
これらの要素を考慮して、放電空間に封入される発光ガスに含まれるフッ化物の濃度を求めるために、以下のような実施例を行った。
＜実施例３＞
実施例１で用いたエキシマランプ点灯装置について、高周波電圧の周波数と管壁負荷を変更し、発光ガスの濃度比率を種々に変えて実施例３で用いる測定対象とした。電極に印加される高周波電圧の周波数は、５ＭＨｚとした。管壁負荷は、０．１Ｗ／ｍｍとした。放電空間に封入されている発光ガスは、封入圧力を１００Ｔｏｒｒとした。
【００４６】
発光ガスに含まれる六フッ化硫黄の濃度を０．０００５ｍｏｌ％、０．００１ｍｏｌ％、０．００２ｍｏｌ％、０．０１ｍｏｌ％、０．０２ｍｏｌ％、０．１ｍｏｌ％、０．２ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％、５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％、１５ｍｏｌ％としたそれぞれの場合について、２０分点灯した後のエキシマランプから１０ｍｍ離れた位置に設置したスクリーン上での波長１９１ｎｍ〜１９５ｎｍの真空紫外光の照度をＣＣＤにより測定した。
この測定結果を図６に示す。横軸を六フッ化硫黄の濃度（ｍｏｌ％）とし、縦軸を発光強度（ａ．u．）として、測定結果をプロットした。発光強度は、実施例１における比較対象のエキシマランプ点灯装置の照度を１としたときの相対値として示した。
【００４７】
測定結果より、発光ガスに含まれるフッ化物の濃度が０．００１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のとき、発光強度が１以上となり、実施例１における比較対象のエキシマランプ点灯装置に比べて発光強度が高められることがわかった。
発光ガスに含まれる六フッ化硫黄の濃度を０．００１ｍｏｌ％以上にすることによって、放電空間に発生するフッ素の量が十分であり、放電容器の放電空間にさらされる表面にフッ素が取り込まれてしまっても、エキシマ分子を構成するフッ素が確保されて発光強度が維持できることが確かめられた。また、六フッ化硫黄の濃度を１０ｍｏｌ％以下にすることによって、放電空間にフッ素が過剰に発生することを抑制し、電子がフッ素に吸引されて負のイオンとなり放電が不安定となることを防止できることが確かめられた。
【００４８】
＜実施例４＞
実施例３で用いたエキシマランプ点灯装置について、発光ガスを変えて実施例４で用いる測定対象とした。放電空間に封入されている発光ガスは、封入圧力を３００Ｔｏｒｒとした。管壁負荷は、０．１５Ｗ／ｍｍとした。
発光ガスに含まれる六フッ化硫黄の濃度を０．０００５ｍｏｌ％、０．００１ｍｏｌ％、０．００２ｍｏｌ％、０．０１ｍｏｌ％、０．０２ｍｏｌ％、０．１ｍｏｌ％、０．２ｍｏｌ％、１ｍｏｌ％、５ｍｏｌ％、１０ｍｏｌ％、１５ｍｏｌ％としたそれぞれの場合について、２０分点灯した後のエキシマランプから１０ｍｍ離れた位置に設置したスクリーン上での波長１９１ｎｍ〜１９５ｎｍの真空紫外光の照度をＣＣＤにより測定した。
この測定結果を図７に示す。横軸を六フッ化硫黄の濃度（ｍｏｌ％）とし、縦軸を発光強度（ａ．u．）として、測定結果をプロットした。発光強度は、実施例１における比較対象のエキシマランプ点灯装置の照度を１としたときの相対値として示した。
【００４９】
測定結果より、発光ガスに含まれるフッ化物の濃度が０．００１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下のとき、発光強度が１以上となり、実施例１における比較対象のエキシマランプ点灯装置に比べて発光強度が高められることがわかった。
発光ガスに含まれる六フッ化硫黄の濃度を０．００１ｍｏｌ％以上にすることによって、放電空間に発生するフッ素の量が十分であり、放電容器の放電空間にさらされる表面にフッ素が取り込まれてしまっても、エキシマ分子を構成するフッ素が確保されて発光強度が維持できることが確かめられた。また、六フッ化硫黄の濃度を１０ｍｏｌ％以下にすることによって、放電空間にフッ素が過剰に発生することを抑制し、電子がフッ素に吸引されて負のイオンとなり放電が不安定となることを防止できることが確かめられた。
【００５０】
また、発光ガスの封入圧力を高くすることによって、発光ガスに含まれる六フッ化硫黄の濃度によらず、発光強度を全体的に高められることも確かめられた。言い換えれば、実施例３と実施例４とから、封入圧力の大きさによらず、フッ化物の濃度を０．００１ｍｏｌ％以上１０ｍｏｌ％以下にすることによって、発光強度が高められる効果があることが確かめられた。
【００５１】
なお、放電容器の内部に放電パルスを発生させるためには、放電容器の厚みや発光ガスの封入圧力にもよるが、電極５ａ、５ｂの互いの離間距離は１５ｍｍ以下でなければならない。しかし、電極５ａ、５ｂに印加される高周波電圧の周波数を高めることによって発光強度が上昇する効果は、発光ガスの封入圧力や、電極５ａ、５ｂに印加される電圧や、電極５ａ、５ｂの離間距離によらず、放電空間１０にパルス放電が発生しさえすれば奏される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のエキシマランプの構成を示す説明用断面図
【図２】本発明のエキシマランプ点灯装置を示す回路図
【図３】本発明のクロック信号と電圧増幅部から出力される電圧波形を示す波形図
【図４】本発明のエキシマランプ点灯装置の実施例１の測定結果を示すグラフ
【図５】本発明のエキシマランプ点灯装置の実施例２の測定結果を示すグラフ
【図６】本発明のエキシマランプ点灯装置の実施例３の測定結果を示すグラフ
【図７】本発明のエキシマランプ点灯装置の実施例４の測定結果を示すグラフ
【図８】従来のエキシマランプ点灯装置の構成を示す説明断面図
【符号の説明】
【００５３】
１          発光管
２          蓋部材
３          排気管
４          溶加材
５ａ、５ｂ  電極
１０        放電空間
２１        信号発生回路
２２        高周波増幅回路
２３        整合回路
２４        直流電源部
２５        交流変換部
２６        電圧増幅部
【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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【図７】
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【図８】
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