(57)【要約】【課題】  高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプ、該エキシマランプの製造方法および光源装置を提供する。【解決手段】  放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下であることを特徴とするエキシマランプ、該エキシマランプを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に２５００ｐｐｂ以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするエキシマランプの製造方法、および上記エキシマランプと、該エキシマランプを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とする光源装置である。【選択図】  図１
2009151969.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下であることを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記複数の電極間で発生する放電がグロー状放電である請求項１に記載のエキシマランプ。
【請求項３】
前記放電用ガスがキセノンガスを含むものである請求項１または請求項２に記載のエキシマランプ。
【請求項４】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエキシマランプを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に２５００ｐｐｂ以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするエキシマランプの製造方法。
【請求項５】
前記残留大気の濃度調整が減圧処理により行われる請求項４に記載のエキシマランプの製造方法。
【請求項６】
前記残留大気の濃度調整が不活性ガスの置換処理により行われる請求項４または請求項５に記載のエキシマランプの製造方法。
【請求項７】
前記不活性ガスの置換処理を２回以上繰り返す請求項６に記載のエキシマランプの製造方法。
【請求項８】
前記不活性ガスがキセノンガスである請求項６または請求項７に記載のエキシマランプの製造方法。
【請求項９】
請求項１〜請求項３のいずれかに記載のエキシマランプまたは請求項４〜請求項８のいずれかに記載の方法により得られたエキシマランプと、該エキシマランプを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とする光源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマ光を放射するエキシマランプ、その製造方法および光源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、塗料を硬化したり、半導体ウエハまたはガラス基板等の表面洗浄や表面改質等を行うために、エキシマランプを用いて、被処理対象物にエキシマ光を放射することが行われてきた。
【０００３】
エキシマ光は、希ガス等の放電用ガスに電圧を印加することにより発生する放射光であり、例えば、放電用ガスとしてキセノン（Ｘｅ）を用いた場合には、以下に示すように、キセノン（Ｘｅ）が電子（ｅ）と衝突することによってキセノン励起原子（Ｘｅ＊）が生成し（（１）式）、このキセノン励起原子（Ｘｅ＊）とキセノン（Ｘｅ）の三体衝突によりＸｅエキシマ（Ｘｅ２＊）が生成され（（２）式）、次いでＸｅエキシマ（Ｘｅ２＊）が緩和する（基底状態に戻る）際に、高フォトンエネルギーｈνを有する真空紫外（ＶＵＶ）光を放射する（（３）式）ことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
（１）ｅ＋Ｘｅ→ｅ＋Ｘｅ＊
（２）Ｘｅ＊＋Ｘｅ＋Ｘｅ→Ｘｅ２＊＋Ｘｅ
（３）Ｘｅ２＊→２Ｘｅ＋ｈν
【０００４】
このようなエキシマ光を放射する方法としては、誘電体バリア放電（オゾナイザ放電）を利用する方法が知られているが、エレクトロニクス分野における微細加工技術の進歩に伴い、より高出力なＶＵＶ光を放射するエキシマランプが求められるようになってきている。
【０００５】
【非特許文献１】ビー．エリアッソン（B. Eliasson）等、「誘電体バリア放電によるエキシマ紫外光放射（UV Excimer Radiation from Dielectric−Barrier Discharges）」、アプライド  フィジックス  ビー（Applied  Physics  B）、１９８８年、第４６巻、ｐ．２９９−３０３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような事情のもとで、より高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプを提供することを目的とするものである。
また、本発明は、エキシマランプを製造する方法および光源装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者等が鋭意検討を重ねたところ、放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が、分圧比で２５００ｐｐｂ以下であるエキシマランプにより、上記目的を達成し得ることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至ったものである。
【０００８】
すなわち、本発明は、
（１）放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下であることを特徴とするエキシマランプ、
（２）前記複数の電極間で発生する放電がグロー状放電である上記（１）に記載のエキシマランプ、
（３）前記放電用ガスがキセノンガスを含むものである上記（１）または（２）に記載のエキシマランプ、
（４）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエキシマランプを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に２５００ｐｐｂ以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするエキシマランプの製造方法、
（５）前記残留大気の濃度調整が減圧処理により行われる上記（４）に記載のエキシマランプの製造方法、
（６）前記残留大気の濃度調整が不活性ガスの置換処理により行われる上記（４）または（５）に記載のエキシマランプの製造方法、
（７）前記不活性ガスの置換処理を２回以上繰り返す上記（６）に記載のエキシマランプの製造方法、
（８）前記不活性ガスがキセノンガスである上記（６）または（７）に記載のエキシマランプの製造方法、および
（９）上記（１）〜（３）のいずれかに記載のエキシマランプまたは上記（４）〜（８）のいずれかに記載の方法により得られたエキシマランプと、該エキシマランプを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とする光源装置
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、より高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプを提供することができ、また、本発明によれば、上記エキシマランプを製造する方法および上記エキシマランプを用いた光源装置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】
【００１０】
先ず、本発明のエキシマランプについて説明する。
本発明のエキシマランプは、放電用ガスを内部に含んでなる放電容器と、前記放電用ガスに電圧を印加する複数の電極とを有し、前記放電容器内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下であることを特徴とするものである。
【００１１】
本明細書において、エキシマランプとは、その作用においてエキシマ光を放出する放電ランプを意味するが、その名称については、一般に必ずしも統一されておらず、本明細書では、これら放電ランプを総称して、「エキシマランプ」という。
【００１２】
以下、本発明のエキシマランプの実施形態を、図面に基づいて説明する。本発明のエキシマランプの実施形態としては、以下に説明するエキシマランプＩおよびIIを挙げることができる。
【００１３】
（エキシマランプＩ）
図１（ａ）は、エキシマランプＩの構成を説明するため概略断面図である。
図１（ａ）において、エキシマランプ１は、放電容器２と、それぞれ対向して配置された一対の放電用電極３を有しており、放電容器２内部の放電空間４には、放電用ガスが充填されている。
【００１４】
図１（ａ）および図２においては、放電容器２として、略直方体状のものを示しているが、放電容器２の形状は、内部に放電用ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記直方体形状の他、例えば、立方体状、円筒状、二重円筒状等種々の形状を採ることができる。また、高出力のエキシマ光を得るために、放電容器の内部に放電空間を複数形成してもよく、このような放電容器としては、後述するように、内部に放電空間を並列して複数設けた放電容器を用いることが好ましい。
【００１５】
内部に放電空間４を形成する放電容器２は、誘電体材料で形成されているが、この誘電体材料としては、公知のもの、例えば、合成石英ガラス、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム等を用いることができる。
【００１６】
図２に示す放電容器２は、幅６０ｍｍ、高さ８０ｍｍ、厚さ８ｍｍの直方体状のものであるが、放電容器２の幅は２０〜５００ｍｍであることが好ましく、高さは２０〜５００ｍｍであることが好ましく、厚さは２〜２０ｍｍであることがより好ましい。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、放電容器２の主表面に電極３、３を設けることによりエキシマランプが形成され、さらに、電極３、３と外部に設けられた高周波電源６とを電気的に接続することにより後述する光源装置が形成される。図１（ａ）において、電極３は平板形状を有しているが、電極の形状に特に制限はなく、放電容器の形状等を考慮して種々の形状を採ることができる。
【００１８】
電極３が平板状である場合、その大きさは、縦２〜５０ｃｍ、横２〜５０ｃｍ、厚さ０．２〜５．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００１９】
電極３の材質は、電極間にエキシマ光を発生させ得る導電性材料であれば特に制限されないが、アルミニウム、ステンレススチール、モネルメタルといった種々の金属材料や、金属表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設けたものであることが好ましい。表面にアルミニウム膜や誘電体多層膜を設ける金属としては、導電性や熱伝導性を考慮した場合、銅、銀、金等であることが好ましい。また、誘電体多層膜としては、フッ化マグネシウム膜とフッ化リチウム膜を交互に積層したものが好ましい。また、電極の構造を、網状あるいはパンチングメタル状とすることにより、放電路と直交する面（放電容器２において電極３を設けた面）よりエキシマ光を出射することができる。
【００２０】
図１（ａ）において、放電容器２の内部に形成される放電空間４には、放電用ガスが封入されており、平板状の電極３、３に対し、高周波電源６から電圧を印加することにより、放電容器６内に封入された放電用ガスが放電を生じ、放電路に平行な光出射面２１を透過してエキシマ光を出射する。
【００２１】
放電用ガスとしては、キセノンガス等の希ガス、または希ガスと塩素との混合ガス等を挙げることができる。得られるエキシマ光の中心波長は、放電用ガスの種類によって決定され、例えば、キセノンガスの場合は１７０ｎｍ付近である。
【００２２】
放電用ガスの放電形式は、特に限定されず、例えば、エキシマランプに１０ｋＶ程度の高電圧を繰り返して印加しつつ放電させる誘電体バリア放電や、点灯開始時に高電圧を印加して絶縁破壊したのち、比較的低い高周波電圧を印加して放電させるグロー状放電を挙げることができる。
【００２３】
（エキシマランプII）
図１（ｂ）は、エキシマランプIIの構成を説明するための概略断面図である。
図１（ｂ）において、エキシマランプ１は、光出射方向に設けられた光放射窓２５と、それぞれ対向して配置された電圧印加用の複数の電極３とを有し、対向する電極３、３間に形成される放電空間４に存在する放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射するものであって、上記エキシマ放電用電極３が平板状電極であり、異なる極性の平板状電極３が交互に誘電体９を介して配置されることにより上記放電空間４が平板状電極３、３間に並列して複数設けられ、光放射窓２５が上記放電空間の放電路に平行して設けられたものである。
【００２４】
エキシマランプIIにおいても、図１（ｂ）に示す電極３と高周波電源６と接続することにより後述する光源装置を形成することができ、高周波電源６から電圧を印加することにより、放電容器２内の放電空間４に存在する放電用ガスが放電を生じ、光放射窓２５からエキシマ光を放射することができる。
【００２５】
図１（ｂ）に示す光放射窓２５は、主表面が丸形形状を有するものであるが、光放射窓２５の形状に特に制限はなく、主表面が丸形形状を有するものの他、主表面が四角形形状を有するもの等種々のものを採用することができ、入手の容易性から主表面が丸形形状を有するものが好ましい。光放射窓２５の材質も特に制限はないが、コストおよび強度を考慮した場合、合成石英ガラス、フッ化マグネシウム結晶、フッ化カルシウム結晶等が好ましい。また、光放射窓２５の大きさは、丸形である場合、直径２〜６０ｃｍ程度が好ましく、厚さ２〜５０ｍｍ程度が好ましい。
【００２６】
エキシマランプIIにおいて、放電容器２は、円筒状の形状を有するものであるが、放電容器の形状としては、内部に不活性ガスを封入できる気密構造を有するものであれば特に制限されず、上記円筒形状の他、例えば、立方体状、直方体状等種々の形状を採ることができる。上記したとおり、入手の容易性から、光放射窓は丸形であることが好ましいことから、放電容器の形状も円筒状であることが好ましい。放電容器の形状が円筒状である場合、その大きさは、直径１０〜７０ｃｍ、高さ１０〜８０ｃｍ、側壁の厚さ１〜１０ｍｍ程度が好ましい。エキシマランプIIにおいて、放電容器の材質に特に制限はないが、放熱し易い材質であって、不純物ガスを発生しにくい材質であることが好ましく、例えばステンレススチール、アルミニウム等を挙げることができる。エキシマランプIIにおいて、光放射窓２５と放電容器２との間にはガスケット、Ｏリング等を設けて気密性を確保することが好ましい。
【００２７】
エキシマランプIIにおいても、電極の形状、大きさ、材質や、放電用ガスの種類、放電用ガスの放電形式等はエキシマランプＩと同様である。
【００２８】
図１（ｂ）に示すように、エキシマランプIIにおいては、発光ユニット２４が、天板２９を有してもよく、反射ミラー２８を有してもよい。
【００２９】
エキシマランプIIにおいては、電極３が平板状電極であり、放電空間４が平板状電極３間に複数設けられ、光放射窓２５が放電空間の放電路に平行して設けられており、このように、電極を平板状にすることによって、光放射面の反対側（図１（ｂ）の上側）から光放射面（図１（ｂ）の下側）に向かうエキシマ放電用電極３、３間に広い放電空間４を形成することが可能となり、エキシマ放電用電極３、３間の任意の箇所で発生したエキシマ光を積算しつつ、光出射窓２５から高出力のエキシマ光を取り出すことが可能となる。
【００３０】
本発明のエキシマランプにおいて、最も特徴的な点は、放電容器２内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下である点である。
【００３１】
すなわち、本発明者等は、放電容器２内において、放電容器内に残留する大気の濃度を２５００ｐｐｂ以下になるように制御することにより、エキシマ光の放射強度を増大させることができることを見出し、かかる知見に基づいて本発明に至ったものである。
【００３２】
放電用ガスに含まれる残存大気濃度が低いほど、得られるエキシマ光の放射強度が高くなることから、残留大気濃度は１５００ｐｐｂ以下であることが好ましく、５００ｐｐｂ以下であることがより好ましい。
【００３３】
なお、本明細書において、残留大気濃度とは、放電用ガス充填前に放電容器内の大気を排気した際の気圧（排気後における放電容器内の気圧）を、放電用ガス充填後の圧力（放電用ガス充填後における放電容器内の気圧）で除した値を意味し、下記式１により求められるものである。
【００３４】
（式１）
2009151969.tif 000003
【００３５】
このように、本発明のエキシマランプは、放電容器２内における残留大気の濃度が２５００ｐｐｂ以下である点が最も特徴的な点であるため、以下、この点について、図３〜図６に基づいて詳細に説明する。
【００３６】
図３は、図１に示したエキシマランプ１より放射される真空紫外光の分光放射強度を測定するための装置構成を示す図である。
【００３７】
エキシマランプ１は、窒素ガスが内部に充填された気密なランプ容器５に収容され、一対の電極３，３には外部に設けられた高周波電源６が接続されている。
【００３８】
電極３、３に印加される電圧は７００Ｖｒｍｓ、周波数２ＭＨｚの高周波電圧であり、放電空間４にグロー状の放電が発生しエキシマ光が放射される。
【００３９】
放電容器２の光出射面２１に対向するランプ容器５の壁面５１には、フッ化マグネシウムからなる光取り出し窓５２が設けられており、エキシマランプより出射した真空紫外光を含むエキシマ光をランプ容器外へ取り出すことができる。
【００４０】
光取り出し窓５２を透過したエキシマ光は、ＶＵＶスペクトロメータ７（ＡＣＴＯＮ社製：ＶＭ５０２）により分光され、Ｘ線ＣＣＤ８（Ｐｒｉｎｃｅｔｏｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製：７３４４−０００４）の受光面（不図示）に照射される。
【００４１】
本測定では、放電容器２内部に、放電用ガスとして５００Ｔｏｒｒのキセノンガスを有しつつ、放電容器２内に含まれる残留大気濃度が、０．４ｐｐｂから４０００ｐｐｂの範囲で分布する７種類のエキシマランプ（ａ）〜（ｇ）を製作し、それぞれのランプから出射する真空紫外領域のエキシマ光の分光放射強度を測定した。
【００４２】
図４は、上記７種類のエキシマランプから放射するエキシマ光の１４０ｎｍから２１０ｎｍの範囲における分光放射特性を示す図である。
【００４３】
図４より、何れのエキシマランプにおいても波長１５５ｎｍから波長１９０ｎｍの範囲で真空紫外光が放射されており、放電用ガス内の残留大気濃度が減少するに連れて（（ｇ）→（ａ）に向かうに連れて）、波長１７０ｎｍ付近のピーク放射強度が増加していることがわかる。
【００４４】
上記測定では、残存大気濃度の異なる各エキシマランプに印加する高周波電圧を７００Ｖｒｍｓ一定とし、周波数を２MHｚに設定したが、次に、印加する電圧を７００Ｖｒｍｓから１０００Ｖｒｍｓまで変化させた場合のエキシマ光の放射強度の変化について説明する。
【００４５】
図５は、各エキシマランプに印加する高周波電圧と、エキシマランプより放射するエキシマ光のピーク放射強度との関係を示している。
【００４６】
キセノンエキシマランプ等のエキシマランプに、本測定で用いたMHz帯の周波数で電力を供給した場合には、グロー状放電が発生することが知られている。
【００４７】
図５より、各エキシマランプに印加する電圧を増加させていくと、いずれのエキシマランプにおいても、グロー状放電の放射強度が増加していくが、放電容器内の残留大気濃度が低いほどグラフの傾きが大きくなり、放射強度の増加度合いが大きくなることが分かる。
【００４８】
また、グロー状放電では、電圧の印加条件によっては放電空間中に数本のフィラメント状放電が発生し、放射強度が急激に低下してしまうことが知られており、図５においても斜線で描かれている領域が、上記のフィラメント状放電が生ずる領域に相当するが、グロー状放電を維持することのできる最大印加電圧に関しても、残留大気濃度が低いランプほど高い電圧を印加することができ、その結果、放射強度の高いエキシマ光が得られることが分かる。
【００４９】
図６は、エキシマランプ（ａ）〜（ｇ）の放電容器内における残留大気濃度と、最大印加電圧における波長１７０ｎｍ付近のエキシマ光のピーク放射強度との関係をプロットしたものであり、横軸を残留大気濃度（ｐｐｂ）、縦軸を放射強度（相対値）で示している。
【００５０】
図６より、残留大気濃度が２５００ｐｐｂ以下の領域で徐々にエキシマ光の放射強度が増加し、残留大気濃度１５００ｐｐｂでは、残留大気濃度４０００ｐｐｂに対して放射強度が１．５倍となり、さらに残留大気濃度５００ｐｐｂ以下の領域では放射強度が急激に増大していることがわかる。
【００５１】
このように、放電容器２に封入された放電用ガスに、電極より高周波電圧を供給しエキシマ光を放射するエキシマランプにおいては、放電用ガスに含まれる残留大気濃度を２５００ｐｐｂ以下とすることにより、エキシマ光の放射強度を増大させることが可能となる。
【００５２】
次に、本発明のエキシマランプの製造方法について説明する。
本発明のエキシマランプの製造方法は、上記本発明のエキシマランプを製造する方法であって、放電容器内部の残留大気の濃度が、放電用ガス充填後に２５００ｐｐｂ以下の濃度になるように調整したのちに、放電用ガスを充填することを特徴とするものである。
【００５３】
本発明の方法を実施する好ましい態様としては、以下に説明するように、エキシマランプの製法Ｉと、エキシマランプの製法IIを挙げることができるため、以下、各実施態様について図面を用いて説明するものとする。
【００５４】
＜エキシマランプの製法Ｉ＞
エキシマランプの製法Ｉは、残留大気の濃度調整が減圧処理により行われるものであり、その具体的態様としては、以下に示すように、製法Ｉ−１および製法Ｉ−２を挙げることができる。
【００５５】
（製法Ｉ−１）
図７は、製法Ｉ−１を説明するための装置構成の概略断面図であり、図１（ａ）及び図２に示す放電容器２に放電用ガスを充填する装置構成を示している。
【００５６】
図７に示す装置は、放電容器２の他、圧力計１０、放電用ガスボンベ１１、スクロールポンプ１２、ターボ分子ポンプ１３およびバルブＶ１からＶ４とこれらを接続するステンレス製チューブにより構成されている。
【００５７】
放電容器２の光出射面２１に対向する壁面には放電用ガス封入のための充填口２３が設けられており、充填口２３はバルブＶ１に接続されている。
【００５８】
図７に示すように、バルブＶ１には、バルブＶ２、Ｖ３、Ｖ４および圧力計１０が接続されており、更にバルブＶ２には放電用ガスボンベ１１が、バルブＶ３にはターボ分子ポンプ１２が、バルブＶ４にはスクロールポンプ１３が接続されている。
【００５９】
ターボ分子ポンプ１２の排気側１２１は、スクロールポンプ１３の吸気側１３１に接続されている。
【００６０】
以下に、製法Ｉ−１により放電容器２へ放電用ガスを充填する手順例を示す。
［排気ステップ］
１．バルブＶ２、Ｖ３を閉じ、バルブＶ１、Ｖ４を開きスクロールポンプ１３を起動し放電容器内を排気する。
２．放電容器２内を１×１０−２Ｔｏｒｒ以下の気圧とする場合は、バルブＶ４を閉じ、バルブＶ３を開きターボ分子ポンプ１２を起動する。
３．放電容器２内が所定の気圧に達したらバルブＶ３、Ｖ４を閉じ、スクロールポンプ１３およびターボ分子ポンプ１２を停止する。
［封入ステップ］
１．バルブＶ３、Ｖ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、放電容器内が所定の気圧となるまで放電用ガス（例えば、キセノンガス）を充填する。
２．全てのバルブを閉じ、放電容器２の充填口２３を封じる。
【００６１】
以上の手順において、排気ステップでの排気後の放電容器内の気圧を所定の値とすることにより、式１に基づき放電容器内を所望の残留大気濃度とすることができる。
【００６２】
上記排気ステップにおいて、通常、１×１０−３Ｔｏｒｒ程度までの気圧であればスクロールポンプによって排気することが可能であるが、これ以下の領域ではターボ分子ポンプ等により排気能力を増強する必要があるため、残留大気濃度が２００ｐｐｂ以下のエキシマランプを製造する場合には、上記ターボ分子ポンプ１２を併用して排気を行うことが好ましい。
【００６３】
上記処理によって、放電容器２内の残留大気の濃度を所望濃度に調整した後に、放電容器２の主表面に複数の電極を設けることによりエキシマランプを製造することができる。なお、予め放電容器２の主表面に複数の電極を設けた上で、上記残留大気濃度の調整を行い、所望のエキシマランプを製造することもできる。
【００６４】
（製法Ｉ−２）
図８は、製法Ｉ−２を説明するための装置構成の概略断面図であり、図１（ｂ）に示す放電容器２に放電用ガスを充填する装置構成を示している。
【００６５】
製法Ｉ―２は、製法Ｉ―１と比較すると、エキシマランプの形状のみが相違する。
図８においてエキシマランプ１は、光出射方向に設けられた光放射窓２５と、それぞれ対向して配置された電圧印加用の複数の電極３とを有し、対向する電極３、３間に並列して形成される放電空間４に存在する放電用ガスが放電を生じ、エキシマ光を放射する。
【００６６】
図８に示すエキシマランプ１は、放電容器２内において、異なる極性の平板状電極３が交互に誘電体９を介して配置されることにより上記放電空間４が平板状電極３、３間に並列して複数設けられ、光放射窓２５が上記放電空間４の放電路に平行して設けられたものである。
【００６７】
上記放電容器２への放電用ガスの充填は、上述した製法Ｉ−１と同様の手順で行うことができる。
【００６８】
なお、図８示すエキシマランプ１では、放電用ガスを放電容器内に封入した後に充填口の封止は行わず、放電用ガスが放電容器２よりリークした際に放電用ガスを補充するため圧力計１０、放電用ガスボンベ１１、各ポンプ等の放電用ガス充填用の装置を接続したままとすることができる。
【００６９】
＜エキシマランプの製法II＞
エキシマランプの製法IIは、残留大気の濃度調整が不活性ガスの置換処理により行われるものである。
【００７０】
エキシマランプの製法IIにおいて、不活性ガスの置換処理は１回のみでもよいが、２回以上繰り返してもよく、このように置換処理の回数を増やした場合には残留大気濃度をさらに低下させることができる。
【００７１】
また、不活性ガスとしては、放電ガスと同じものであっても、異なるものであってもよいが、例えば、ヘリウムガス、ネオンガス、アルゴンガス、クリプトンガス、キセノンガス等の希ガスの他、窒素ガス等を挙げることができる。
【００７２】
エキシマランプの製法IIにおいては、不活性ガスの置換処理を行うことにより、単に放電容器内を減圧した場合に比べ、短時間に残留大気濃度を所望濃度に調整することができる。
【００７３】
エキシマランプの製法IIの具体的態様としては、以下に示すように、製法II−１および製法II−２を挙げることができる。
【００７４】
（製法II−１）
本態様においては、放電用ガスを充填する工程に、置換ステップと二次排気ステップを加えることにより、毎回の排気ステップで到達する放電容器内の圧力を高く設定し、各排気ステップでの排気のための所要時間を短縮することができる。
【００７５】
製法II−１は、図９に示すように、放電用ガスボンベ１１に封入されている放電用ガスを、置換処理工程において、不活性ガスとしても用いる態様である。
【００７６】
図９は、製法II−１によりエキシマランプ１へ放電用ガスを充填する装置構成を示す概略断面図であり、図８に示す構成からターボ分子ポンプ１２およびターボ分子ポンプに接続されるバルブＶ３を除いた構成となる。
【００７７】
以下に、製法II−１により放電容器２へ放電用ガスを充填する手順例を示す。
［一次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じ、バルブＶ１、Ｖ４を開きスクロールポンプ１３を起動し放電容器内を排気する。
２．放電容器２内が所定の気圧に達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止する。
［置換ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き所定の気圧となるまで放電容器２に放電ガス（不活性ガス）を充填する。
２．放電容器２内が所定の気圧に達したらバルブＶ２を閉じる。
［二次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じた状態で、バルブＶ４を開き、スクロールポンプ１３を起動し放電容器内を排気する。
２．放電容器内が所定の気圧に達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止する。
［封入ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き所定の気圧となるまで放電容器２に放電ガスを充填する。
２．放電容器内が所定の気圧に達したら全てのバルブを閉じる。
【００７８】
上記態様においては、不活性ガスによる置換処理を１回のみ行っているが、残留大気濃度をさらに低下させたい場合等は、置換処理を２回以上繰り返すことが好ましい。
【００７９】
（製法II−２）
上述したように、製法II−１は、放電用ガスボンベ１１に封入されている放電用ガスを、置換処理工程において、不活性ガスとしても用いる態様であるのに対して、製法II−２は、不活性ガスとして、放電用ガスとは別種のガスを用いる態様である。
【００８０】
図１０は、製法II−２を説明するための装置構成図であり、図９とは、放電用ガスボンベ１１とは別に不活性ガスボンベ１４を設けた点が異なっている。
【００８１】
放電容器に残存する大気成分の内、真空紫外領域のエキシマ光の放射を阻害する成分としては、酸素原子が最もその影響が大きいと考えられるため、上記した製法II−１に示した置換ステップにおいては、置換ガスとして放電用ガスを用いたが、製法II−２においては、酸素原子を含まない窒素ガス等他の不活性ガスを用いることができる。
【００８２】
例えば、図１０に示すように、キセノンガス等の放電用ガスを封入したボンベ１１に並列に窒素ガス等の不活性ガスを封入したボンベ１４を配置し、上記製法II−１の手順例において、置換ステップを１回だけでなく２回に繰り返す手順に変更した場合に、その１回目の置換ステップを、窒素ガスを用いて行う等の態様が挙げられる。
【００８３】
製法II−２は、製法II−１と比較して、得られるエキシマランプが放射するエキシマ光強度が低下する虞はあるが、比較的安価なガスを使用することができるというメリットがある。
【００８４】
次に本発明の光源装置について説明する。
本発明の光源装置は、本発明のエキシマランプまたは本発明の方法により得られたエキシマランプと、該エキシマランプを構成する複数の電極に高周波電圧を印加するための電源とを有することを特徴とするものである。
光源装置を構成するエキシマランプや電源としては、上述したものと同様のものを挙げることができる。
【実施例】
【００８５】
次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの例によって何等限定されるものではない。
【００８６】
実施例１（エキシマランプの製法Ｉ−１によるエキシマランプおよび光源装置の作製例）
エキシマランプの製法Ｉ−１により、図７に示すような装置構成でエキシマランプを作製した。
本実施例においては、放電用ガスとしてキセノンガスを用い、以下に示す手順により、放電容器２へキセノンガスを封入した。
［排気ステップ］
１．バルブＶ２、Ｖ３を閉じるとともに、バルブＶ１、Ｖ４を開きスクロールポンプ１３を起動して放電容器２内を排気した。
２．バルブＶ４を閉じ、バルブＶ３を開きターボ分子ポンプ１２を起動した。
３．放電容器２内の気圧が２×１０−７Ｔｏｒｒに達したらバルブＶ３、Ｖ４を閉じ、スクロールポンプ１３およびターボ分子ポンプ１２を停止した。
［封入ステップ］
１．バルブＶ３、Ｖ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、放電容器内が５００Ｔｏｒｒとなるまでキセノンガスを充填した。
２．全てのバルブを閉じ、放電容器２の充填口２３を封じた。
以上の操作により放電容器２内の残留大気濃度を０．４ｐｐｂとした。
上記放電容器２を２枚の平板状電極で挟み込むことによりエキシマランプを作製し、さらに上記平板状電極と高周波電源とを接続することにより、光源装置を作製した。
【００８７】
実施例２（エキシマランプの製法Ｉ−２によるエキシマランプおよび光源装置の作製例）
エキシマランプの製法Ｉ−２により、図８に示すような装置構成によりエキシマランプおよび光源装置を作製した。  本実施例に供したエキシマランプ１を構成する放電容器２の内容量は、約６０リットルであり、異なる極性の平板状電極３が交互に誘電体９を介して配置されることにより上記放電空間４が平板状電極３、３間に並列して複数設けられ、光放射窓２５が上記放電空間４の放電路に平行して設けられた。
上記放電容器２に対し、実施例１と同様の手順でキセノンガスを封入し、残留大気濃度が０．４ｐｐｂであるエキシマランプおよび該エキシマランプを有する光源装置を作製した。
【００８８】
また、比較のために、残留大気濃度が４０００ｐｐｂである以外は本実施例で得たエキシマランプと同様のエキシマランプを作製し、該エキシマランプを有する光源装置を作製した。
【００８９】
残留大気濃度が０．４ｐｐｂであるエキシマランプを有する上記光源装置と、残留大気濃度が４０００ｐｐｂであるエキシマランプを有する上記光源装置を用い、高周波電源６から電極３に、グロー状放電を維持可能な最大電圧で、周波数２ＭＨｚの高周波電圧を印加し、波長１７０ｎｍ付近にピーク波長を有するエキシマ光の放射強度を測定した。
測定方法としては、光放射窓２５の出射側の中心付近に紫外強度計（ウシオ電機製：ＵＩＴ１５０／ＶＵＶ−Ｓ１７２）（不図示）の受光面を光放射窓２５に密着させて行った。
【００９０】
測定の結果、残留大気濃度が４０００ｐｐｂであるエキシマランプを有する光源装置の真空紫外光放射強度４３ｍＷ／ｃｍ２に対して、残留大気濃度が０．４ｐｐｂであるエキシマランプを有する光源装置の真空紫外光放射強度は１７０ｍＷ／ｃｍ２であり、約４倍の放射強度のエキシマ光を得ることができた。
【００９１】
実施例３（エキシマランプの製法II−１によるエキシマランプおよび光源装置の作製例）
エキシマランプの製法II−１により、図９に示すような装置構成によりエキシマランプおよび光源装置を作製した。
本実施例においては、放電用ガスとしてキセノンガスを用い、以下に示す手順により、放電容器２へキセノンガスを封入した。
［一次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じるとともに、バルブＶ１、Ｖ４を開きスクロールポンプ１３を起動して放電容器内を排気した。
２．放電容器内の気圧が１×１０−２Ｔｏｒｒに達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止した。
［置換ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、容器内の気圧が５００Ｔｏｒｒとなるまで放電容器２内にキセノンガスを充填した。
２．放電容器２内の気圧が５００Ｔｏｒｒに達したのち、バルブＶ２を閉じた。
この時点における放電容器２内の残留大気濃度は２０ｐｐｍであった。また、一次排気ステップを開始して置換ステップを終了するまでに要した時間は約２０分であった。
［二次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じた状態で、バルブＶ４を開きスクロールポンプ１３を起動し放電容器内を排気した。
２．放電容器内の気圧が１×１０−２Ｔｏｒｒに達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止した。
［封入ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、放電容器２内の気圧が５００Ｔｏｒｒとなるまでにキセノンガスを充填した。
２．放電容器内が５００Ｔｏｒｒに達したら全てのバルブを閉じた。
【００９２】
この時点における放電容器２内の残留大気濃度は０．４ｐｐｂであった。また、二次排気ステップを開始して封入ステップを終了するまでに要した時間は約２０分であった。
【００９３】
実施例２で得た残留大気濃度が０．４ｐｐｂであるエキシマランプは、１回の排気ステップで放電容器内に残存する大気成分を所定量まで減少させるために約５０時間を要するものであったが、放電用ガスの封入手順に置換ステップと二次排気ステップを加えることで、これまで５０時間を要した処理を４０分で行うことが可能となり、大幅に放電用ガスの封入に必要な時間を短縮することができた。
【００９４】
また、本実施例による放電容器２への放電用ガスの封入手順によれば、放電容器２の排気用ポンプとして、比較的排気能力の低い排気ポンプを用いることが可能であるため、製造設備に対するコストを低減することができた。
【００９５】
実施例４（エキシマランプの製法II−１によるエキシマランプおよび光源装置の作製例）
エキシマランプの製法II−１により、図９に示すような装置構成によりエキシマランプおよび光源装置を作製した。
本実施例においては、放電用ガスとしてキセノンガスを用い、以下に示す手順により、放電容器２へキセノンガスを封入した。
［一次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じるとともに、バルブＶ１、Ｖ４を開きスクロールポンプ１３を起動して放電容器内を排気した。
２．放電容器内の気圧が５×１０−１Ｔｏｒｒに達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止した。
［一次置換ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、容器内の気圧が５００Ｔｏｒｒとなるまで放電容器２内にキセノンガスを充填した。
２．放電容器２内の気圧が５００Ｔｏｒｒに達したのち、バルブＶ２を閉じた。
この時点における放電容器２内の残留大気濃度は１０００ｐｐｍであった。また、一次排気ステップを開始して一次置換ステップを終了するまでに要した時間は約６分であった。
［二次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じた状態で、バルブＶ４を開きスクロールポンプ１３を起動して放電容器内を排気した。
２．放電容器内の気圧が５×１０−１Ｔｏｒｒに達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止した。
［二次置換ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、容器内の気圧が５００Ｔｏｒｒとなるまで放電容器２内にキセノンガスを充填した。
２．放電容器２内の気圧が５００Ｔｏｒｒに達したのち、バルブＶ２を閉じた。
この時点における放電容器２内の残留大気濃度は１ｐｐｍであった。また、二次排気ステップを開始して二次置換ステップを終了するまでに要した時間は約６分であった。
［三次排気ステップ］
１．バルブＶ２を閉じた状態で、バルブＶ４を開きスクロールポンプ１３を起動し放電容器内を排気した。
２．放電容器内の気圧が２×１０−１Ｔｏｒｒに達したらバルブＶ４を閉じ、スクロールポンプ１３を停止した。
［封入ステップ］
１．バルブＶ４を閉じた状態で、バルブＶ２を開き、放電容器２内の気圧が５００Ｔｏｒｒとなるまでにキセノンガスを充填した。
２．放電容器内が５００Ｔｏｒｒに達したら全てのバルブを閉じた。
【００９６】
この時点における放電容器２内の残留大気濃度は０．４ｐｐｂであった。また、三次排気ステップを開始して封入ステップを終了するまでに要した時間は約８分であった。
【００９７】
実施例３で得たエキシマランプは、放電容器内の残留大気濃度を０．４ｐｐｂにするために４０分を要するものであったが、実施例４においては、二次置換ステップおよび三次排気ステップを組み合わせることにより、上記処理を２０分で行うことが可能となり、放電用ガスの封入に必要な時間をさらに短縮することができた。
【００９８】
また、本実施例による放電容器２への放電用ガスの封入手順によれば、実施例３と同様に、放電容器２の排気用ポンプとして、比較的排気能力の低い排気ポンプを用いることが可能であるため、製造設備に対するコストを低減することができた。
【００９９】
実施例３および実施例４で得たエキシマランプをそれぞれ有する光源装置を用い、実施例２と同様にして、高周波電源６から電極３に、グロー状放電を維持可能な最大電圧で、周波数２ＭＨｚの高周波電圧を印加し、波長１７０ｎｍ付近にピーク波長を有するエキシマ光の放射強度をそれぞれ測定した。その結果、何れの光源装置においても、実施例２に示したエキシマランプと同様に、残留大気濃度が４０００ｐｐｂであるエキシマランプと比較して、約４倍の放射強度のエキシマ光を得ることができた。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明によれば、より高出力なエキシマ光を放射し得るエキシマランプを提供することができ、また、上記エキシマランプを製造する方法および光源装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】本発明のエキシマランプの構成を説明するためのエキシマランプの概略断面図である。
【図２】本発明のエキシマランプを構成する、放電容器の説明図である。
【図３】エキシマランプから放射される真空紫外光の分光放射強度を測定するための装置構成を示す図である。
【図４】エキシマランプから放射されるエキシマ光の１４０ｎｍから２１０ｎｍの範囲における分光放射特性を示す図である。
【図５】エキシマランプに印加する高周波電圧と、エキシマランプより放射するエキシマ光のピーク放射強度との関係図である。
【図６】エキシマランプを構成する放電容器内における残留大気濃度と、最大印加電圧における波長１７０ｎｍ付近のエキシマ光のピーク放射強度との関係をプロットした図である。
【図７】本発明におけるエキシマランプの製造方法の一例を説明する図である。
【図８】本発明におけるエキシマランプの製造方法の一例を説明する図である。
【図９】本発明におけるエキシマランプの製造方法の一例を説明する図である。
【図１０】本発明におけるエキシマランプの製造方法の一例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１        エキシマランプ
２        放電容器
３        電極
４        放電空間
５        容器
６        高周波電源
【図１】
2009151969.tif 000004
【図２】
2009151969.tif 000005
【図３】
2009151969.tif 000006
【図４】
2009151969.tif 000007
【図５】
2009151969.tif 000008
【図６】
2009151969.tif 000009
【図７】
2009151969.tif 000010
【図８】
2009151969.tif 000011
【図９】
2009151969.tif 000012
【図１０】
2009151969.tif 000013