專利名稱：準(zhǔn)分子放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種進(jìn)行利用紫外線的樹脂硬化、用于半導(dǎo)體基板或 玻璃基板等的表面清洗、殺菌、光化學(xué)反應(yīng)等的紫外線放射所使用的 放電燈，尤其涉及一種利用介質(zhì)阻擋放電，獲得稀有氣體與氟的準(zhǔn)分 子發(fā)光的準(zhǔn)分子放電燈。
背景技術(shù)：
封入有稀有氣體與鹵素的準(zhǔn)分子放電燈具有與高壓水銀燈或金屬 鹵素?zé)舻绕渌鼰敉耆煌姆派涮匦?，尤其是可高效率地產(chǎn)生在高壓 水銀燈或金屬鹵素?zé)舻葻糁袩o法獲得的波長的紫外線。
準(zhǔn)分子放電燈可通過組合所封入的稀有氣體與卣素來選擇所放射
紫外線的波長。例如，在氬(Ar)與氟(F)的組合中可獲得193nm附 近的紫外線，在氪(Kr)與氟(F)的組合中，可獲得248nm附近的紫 外線，在氙(Xe)與氟(F)的組合中，可獲得351nm附近的紫外線。 尤其是，在半導(dǎo)體的光刻法所使用的能夠獲得193nm的波長的紫外線 的ArF準(zhǔn)分子放電燈、或能夠獲得248nm的波長的紫外線的KrF準(zhǔn)分 子放電燈，可用于光阻的特性試驗(yàn)、光罩的檢査等。
在專利文獻(xiàn)1中公開了一種用金屬氧化物的鈍化層覆蓋由石英玻 璃構(gòu)成的放電容器的內(nèi)表面，在放電容器內(nèi)封入稀有氣體與鹵素的準(zhǔn) 分子放電燈。其中記載了將作為鹵素的氟或氯封入石英玻璃制的放電 容器而使用時(shí)，鹵素原子及離子立即與石英玻璃反應(yīng)，產(chǎn)生鹵化硅及 氧，而不能進(jìn)行準(zhǔn)分子放電，因此必須覆蓋石英玻璃內(nèi)表面。
此外，在專利文獻(xiàn)2中公開了一種將稀有氣體與鹵素封入藍(lán)寶石
3制的放電容器的準(zhǔn)分子放電燈。
專利文獻(xiàn)1日本特開2003-59457號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本專利第3178162號(hào)公報(bào)
根據(jù)專利文獻(xiàn)1的記載，利用具有由金屬鋁(Al)、鉿(Hf)、釔(Y)、或鈧(Sc)中的至少一個(gè)形成的無定形構(gòu)造的氧化物來覆蓋石英玻璃制的放電容器的內(nèi)壁，從而與未進(jìn)行覆蓋的燈比較，至少獲得100倍的有效壽命。
但是，在專利文獻(xiàn)1的實(shí)施例中記載一種將作為稀有氣體的氙(Xe)與作為鹵素的氟(F)組合而成的準(zhǔn)分子放電燈，但是填充在直徑20mm、長度20cm的放電容器內(nèi)的氣體與氙(Xe)與六氟化硫(SF6)混合在一起，為31mbar(3100Pa)的低壓，輸入功率也只是較小的20W。
在如上所述的作動(dòng)條件下，放電容器并不能形成20(TC以上的高溫，覆蓋放電容器的內(nèi)壁的氧化物被膜穩(wěn)定，但是為了在工業(yè)上利用采用稀有氣體及鹵素的準(zhǔn)分子放電燈，需要更強(qiáng)的光量，因此，準(zhǔn)分子放電燈的直徑為20mm、長度為20cm，如果不能達(dá)到輸入功率為40W以上、氣壓為13000Pa以上，則無法獲得充分的光量。
假設(shè)在專利文獻(xiàn)1記載的燈中，提高封入壓力，則放電容器的溫度上升，氟與放電容器內(nèi)表面的被膜發(fā)生反應(yīng)，或透過被膜的不完全部分，氟與石英玻璃發(fā)生反應(yīng)，因此發(fā)光效率會(huì)降低，或?yàn)榱颂岣邿艄β识胍岣咻斎腚妷簳r(shí)，由于電子溫度上升，在內(nèi)部電極與發(fā)光管內(nèi)壁的間會(huì)產(chǎn)生濺射現(xiàn)象，有可能發(fā)生被膜剝離的現(xiàn)象。被膜剝離時(shí)，氟或氯等鹵素會(huì)與石英玻璃反應(yīng)而消耗，可預(yù)測(cè)到燈的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)急速降低。
另一方面，在專利文獻(xiàn)2公開了將稀有氣體與鹵素封入藍(lán)寶石制的放電容器的準(zhǔn)分子放電燈的一個(gè)實(shí)施例。
本案發(fā)明人等嘗試制作了專利文獻(xiàn)2的圖3所示的燈構(gòu)成的準(zhǔn)分
子放電燈，使用專利文獻(xiàn)l記載的氬(Ar)與氟化物(SF6)作為封入氣體。即，使用圓筒狀的藍(lán)寶石管作為放電容器，嘗試制作了將一對(duì)外部電極沿著管壁配設(shè)在管軸方向的ArF準(zhǔn)分子放電燈。但是，以作為工業(yè)用所需的2W/cr^的高管壁負(fù)載條件(輸入功率相對(duì)于電極面積的比例)點(diǎn)燈后，在點(diǎn)燈后僅10小時(shí)，氬-氟的發(fā)光波長193nm的放射即會(huì)消滅。在專利文獻(xiàn)1中已提及到在由氧化鋁的結(jié)晶質(zhì)構(gòu)成的放電容器中無法檢測(cè)出對(duì)于氟的阻擋作用，而上述情況是其符合的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在提供一種可在高管壁負(fù)載條件下將燈點(diǎn)燈并保持高光量，并且可長時(shí)間作動(dòng)的稀有氣體鹵素準(zhǔn)分子放電燈。
本發(fā)明為解決上述課題，采用如下所示的方案。
第1方案是一種準(zhǔn)分子放電燈，在由藍(lán)寶石、YAG、或單晶氧化釔中的至少一個(gè)構(gòu)成的放電容器的外表面設(shè)置至少一個(gè)外部電極，在所述放電容器內(nèi)封入氬(Ar)與含有氟(F)原子的氣體，其特征在于由所述放電容器的內(nèi)表面至lOOpm為止的深度區(qū)域所包含的金屬雜質(zhì)濃度為600wtppm以下。
第2方案是在第1方案的準(zhǔn)分子放電燈中，所述放電容器構(gòu)成為管狀，在該放電容器內(nèi)封入有氬(Ar)、六氟化硫(SF6)以及氦(He)或氖(Ne)，在所述放電容器的外表面，沿著管軸方向設(shè)置至少一個(gè)外部電極，所述放電容器跨過整周在所述放電容器的兩端側(cè)具有未設(shè)置外部電極的外表面部分。
第3方案是在第1方案的準(zhǔn)分子放電燈中，所述放電容器構(gòu)成為
5大致長方體狀，在該放電容器內(nèi)封入有氬(Ar)、六氟化硫(SF6)以 及氦(He)或氖(Ne)，在所述放電容器的外表面，沿著長邊方向設(shè) 置至少一個(gè)外部電極，所述放電容器跨過整周在所述放電容器的端側(cè)
具有未設(shè)置外部電極的外表面部分。
第4方案是在第2方案或第3方案的準(zhǔn)分子放電燈中，所述氖(Ne) 占全封入氣體的摩爾濃度為90%以上、99.5%以下。
第5方案是在第2方案或第3方案的準(zhǔn)分子放電燈中，所述氦(He) 占全封入氣體的摩爾濃度為卯％以上、99.5%以下。
發(fā)明效果
通過本發(fā)明，除了放電容器使用具有良好熱傳導(dǎo)性的藍(lán)寶石、 YAG、氧化釔這樣的耐等離子體性高、且具有透光性的高熔點(diǎn)材料的 單晶材料以外，由于降低放電容器的內(nèi)表面區(qū)域的金屬雜質(zhì)濃度，因 此卣素與金屬雜質(zhì)接觸的機(jī)會(huì)變少，因而可抑制在放電容器內(nèi)壁面的 鹵素的反應(yīng)，可防止準(zhǔn)分子發(fā)光的紫外線的發(fā)光強(qiáng)度衰減。
此外，當(dāng)其結(jié)構(gòu)為具有管狀或大致長方體狀的放電容器，在放電 容器的外表面，沿著管軸方向或長邊方向設(shè)置至少一個(gè)外部電極，在 放電容器內(nèi)封入氬(Ar)與六氟化硫(SF6)，放電容器跨過整周在其 容器端部側(cè)具有未設(shè)置電極的外表面部分時(shí)，封入氦(He)或氖(Ne) 時(shí)，由于具有高于氬(Ar)的熱傳導(dǎo)率，因此由放電容器內(nèi)的放電部 發(fā)出的熱會(huì)迅速傳播至放電部以外的區(qū)域，能夠?qū)⒎烹娙萜鲀?nèi)的氣體 溫度保持為較低，因此可防止燈的發(fā)光效率降低。


圖1是由通過第1實(shí)施方式的發(fā)明的準(zhǔn)分子放電燈的管軸的剖面 觀看到的剖面圖及由垂直于管軸的剖面A-A觀看到的剖面圖。
圖2是表示氖(Ne)占全封入氣體的摩爾濃度與發(fā)光效率的關(guān)系
6的圖表。
圖3是表示氦(He)占全封入氣體的摩爾濃度與發(fā)光效率的關(guān)系 的圖表。
圖4是表示比較實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果的表。 圖5是表示比較實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果的表。
圖6是由平行于第2實(shí)施方式的發(fā)明的準(zhǔn)分子放電燈的長邊方向 的剖面觀看到的剖面圖及由剖面A-A觀看到的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
利用圖1至圖5，說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。
圖1 (a)是由通過本實(shí)施方式的發(fā)明的準(zhǔn)分子放電燈的管軸的剖 面觀看到的剖面圖，圖1 (b)由垂直于圖1 (a)所示的準(zhǔn)分子放電燈 的管軸的剖面A-A觀看到的剖面圖。
如上述圖所示，該準(zhǔn)分子放電燈1的放電容器2為直管狀，對(duì)于 150 400nm的紫外線具有透光性，并且由吸收氟離子較少的藍(lán)寶石、 YAG、單晶氧化釔中的任一單晶構(gòu)成的材料構(gòu)成。此外，在放電容器2 內(nèi)封入氬(Ar)及化學(xué)穩(wěn)定性較高的六氟化硫(SF6)，作為發(fā)光氣體， 而且封入占全封入氣體的摩爾濃度為卯％以上、99.5%以下的氦(He) 或氖(Ne)，作為緩沖氣體。在準(zhǔn)分子放電燈1點(diǎn)燈時(shí)，發(fā)光氣體形 成氬離子及氟離子。其中，作為放電容器，與YAG或氧化釔相比，藍(lán) 寶石的透光性更優(yōu)，也可以確定使用EFG法(Edge-defined Film-fed Growth Method,邊緣限定硅膜生長)的板材、管材的生產(chǎn)方法，因此 容易進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)，較為優(yōu)選。
通常由于作為材料的藍(lán)寶石、YAG、單晶氧化釔的單晶的任一個(gè) 都經(jīng)由使用金屬坩堝的制造步驟來制造放電容器2，因此含有作為金屬 雜質(zhì)的鉬(Mo)、鐵(Fe)、鉻(Cr)等過渡金屬。作為放電容器2 的材料，對(duì)使用藍(lán)寶石的情況進(jìn)行了例示，在放電容器2的內(nèi)表面，存在由于單晶成長時(shí)的原子排列時(shí)發(fā)生的排他現(xiàn)象所離析的鉬(Mo)、 鐵(Fe)、鉻(Cr)等金屬雜質(zhì)。當(dāng)存在上述金屬雜質(zhì)時(shí)，在放電時(shí) SF6分為F2與S， F2與金屬雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)而產(chǎn)生金屬鹵化物，由準(zhǔn)分子 放電燈所放射的193nm的光束會(huì)減少，造成短壽命的原因。經(jīng)化學(xué)分 析的結(jié)果，判斷出該金屬雜質(zhì)由放電容器2的內(nèi)表面至大致100數(shù)+(im 的深度為止進(jìn)行離析。另外，所謂由放電容器2的內(nèi)表面至lOOpm的 深度的意思是指，藍(lán)寶石結(jié)晶成長時(shí)金屬雜質(zhì)由于離析而主要存在的 深度，而且在點(diǎn)燈時(shí)由于燈管溫度上升等，能夠在燈管內(nèi)表面擴(kuò)散的 距離。
因此，在本發(fā)明中，將放電容器2的內(nèi)表面用磷酸或硫酸進(jìn)行化 學(xué)蝕刻處理，形成為由放電容器2的內(nèi)表面至100(Lim為止的范圍內(nèi)的 鉬(Mo)、鐵(Fe)、鉻(Cr)等金屬雜質(zhì)總和濃度為600ppm以下 的狀態(tài)。其中，除了化學(xué)蝕刻以外，也可以通過機(jī)械研磨，將表面的 金屬雜質(zhì)濃度形成為50ppm以下的狀態(tài)。此外，在燈的制造工序中， 一般而言為了對(duì)于放電容器將吸附在容器內(nèi)壁的水分去除，例如在真 空爐或干燥空氣爐內(nèi)進(jìn)行干燥處理，但是在本發(fā)明的燈中，最好例如 在50(TC以上的充分高的溫度下進(jìn)行熱處理，從而優(yōu)選盡量減少放電容 器2內(nèi)壁的水分量。
如圖1 (a)所示，放電容器2的管軸方向的兩端開放，在其兩端 設(shè)有作為杯狀的金屬制蓋件的蓋構(gòu)件3、 4。蓋構(gòu)件3、 4的材料例如為 鎳(Ni)?？紤]到散熱性，蓋構(gòu)件3、 4以金屬材料最為適合，但是如 果散熱性不成問題，則也可以為氧化鋁等陶瓷。在放電容器2與蓋構(gòu) 件3、 4之間填充密封材料5、 6，由此放電容器2與蓋構(gòu)件3、 4結(jié)合 并被密閉。作為密封材料5、 6的材料，可以使用例如由銀與銅的合金 (Ag-Cu合金)構(gòu)成的焊材。在第2蓋構(gòu)件4設(shè)有氣體配管7，通過氣 體配管7將放電容器2的內(nèi)部空間8進(jìn)行排氣而減壓后，封入作為發(fā) 光氣體的氬(Ar)與化學(xué)穩(wěn)定性高的六氟化硫(SF6)、以及作為緩沖 氣體的氦(He)或氖(Ne)。在封入上述氣體之后，氣體配管7利用
8壓接等形成密封部9，由此形成為密閉構(gòu)造。
在放電容器2的外表面，以使一對(duì)外部電極IO、 ll彼此電性分離 的方式進(jìn)行配置，并且以沿著放電容器2的管軸方向延伸的方式設(shè)置。 此外，外部電極IO、 11與密封材料5、 6及蓋構(gòu)件3、 4也分離設(shè)置。 外部電極10、 ll例如通過將銅(Cu)制成膏狀并涂布在放電容器2的 外表面而形成，或通過粘結(jié)劑等，將板狀的例如鋁粘結(jié)在放電容器2 的外表面而形成。在外部電極IO、 ll的長邊方向的一端，通過例如焊 材14、 15等與引線12、 13電連接。外部電極IO、 ll間的沿面最短距 離構(gòu)成為比隔著外部電極10、 11間的放電空間的最短距離長。這是為 了形成為僅在放電空間發(fā)生放電的構(gòu)造。
準(zhǔn)分子放電燈1點(diǎn)燈時(shí)，在一對(duì)外部電極10、 11之間施加電壓時(shí)， 隔著放電容器2，在外部電極10、 11間發(fā)生放電。在發(fā)光氣體為氬(Ar) 與六氟化硫(SF6)時(shí)，上述氣體被電離，形成氬離子與氟離子，形成 由氬-氟所構(gòu)成的準(zhǔn)分子分子，從放電容器2放射193nm波長的光。
在放電容器2的管軸方向上，外部電極IO、 ll設(shè)在遠(yuǎn)離密封材料 5、 6與蓋構(gòu)件3、 4的位置，由此在放電容器2的內(nèi)部空間8，在由位 于管軸方向的L1的范圍的外部電極10、 11的端部至密封材料5、 6為 止的范圍L2不會(huì)發(fā)生放電。g卩，放電容器2跨過整周在放電容器2的 兩端側(cè)具有未設(shè)有外部電極10、 11的外表面部分，因此與L1的范圍 所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部空間相比較，L2的范圍所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部空間溫度較低，成 為冷卻區(qū)域。因此，當(dāng)在放電容器2的內(nèi)部空間8封入如六氟化硫(SF6) 之類的化學(xué)穩(wěn)定性較高的氣體作為發(fā)光氣體時(shí)，在不發(fā)生放電的放電 容器2的管軸方向的L2的區(qū)域中，會(huì)發(fā)生因放電而電離的氟離子會(huì)回 到電離前的六氟化硫的反應(yīng)。由此，在放電容器2的內(nèi)部空間8中， 在由位于管軸方向的L1的范圍的外部電極10、11的端部至密封材料5、 6為止之間，與氟離子的接觸被抑制，可抑制構(gòu)成密封材料5、 6或蓋 構(gòu)件3、 4的材料與氟離子的反應(yīng)。以下說明用來避免沿面放電的絕緣用的距離與冷卻用的距離的關(guān)
系。在作為蓋構(gòu)件3、 4的金屬制蓋件中，為了使鹵素與金屬蓋(metal cap)不發(fā)生反應(yīng)，必須使放電不會(huì)接觸到金屬蓋。其條件是使外部電 極10、 11與作為金屬蓋的蓋構(gòu)件3、 4的距離比外部電極10、 11間的 放電氣體中的距離(放電間隙(discharge gap))長。在放電容器2內(nèi) 封入有六氟化硫(SF6)的情況下，由于六氟化硫(SF6)所具有的絕緣 性，用以穩(wěn)定保持放電的電壓會(huì)變高。當(dāng)以較高的電壓進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)， 會(huì)有并非為放電氣體的放電，而是在外部電極IO、 ll間產(chǎn)生沿面放電
的危險(xiǎn)性。因此，不發(fā)生沿面放電而在放電氣體中穩(wěn)定地保持放電所 需要的條件雖然較小程度地取決于六氟化硫(SF6)濃度、放電氣壓， 但是在能夠獲得實(shí)用的準(zhǔn)分子光發(fā)光效率的全壓100Torr ( 13330Pa) 以上時(shí)，通過使沿面最短距離比放電間隙(隔著外部電極間10、 11的 放電空間的最短距離)長來達(dá)成。
另一方面，為了冷卻放電容器2，作為散熱部的金屬蓋件即蓋構(gòu)件 3、 4與外部電極10、 ll的距離愈近愈為有利。
因此，不會(huì)發(fā)生因鹵素與金屬蓋件的反應(yīng)而導(dǎo)致的鹵素量的降低， 而且不發(fā)生沿面放電而穩(wěn)定維持放電所需的要件為放電間隙《沿面 最短距離、而且放電間隙<外部電極與金屬蓋件間的距離。
圖2是表示作為緩沖氣體的氖(Ne)占全封入氣體的摩爾濃度與 發(fā)光效率的關(guān)系的圖表。
該圖表是表示使用氬(Ar)作為有助于發(fā)光的稀有氣體，使用SF6 作為含氟的氣體，使用Ne作為緩沖氣體，全壓為100、 200、 400Torr， 使氖(Ne)占?xì)?Ar)與氖(Ne)的總和的摩爾濃度改變時(shí)的準(zhǔn)分子 發(fā)光(193nm)效率(相對(duì)值)。如該圖所示，照度充分穩(wěn)定的是氖(Ne)的比率為90%以上的區(qū) 域，但是在氖(Ne)的比率極高(99.5%以上)的區(qū)域中，發(fā)光效率降 低情形變得顯著。
圖3是表示作為緩沖氣體的氦(He)占全封入氣體的摩爾濃度與 發(fā)光效率的關(guān)系的圖表。
該圖表是表示使用氬(Ar)作為有助于發(fā)光的稀有氣體，使用SF6 作為含氟的氣體，使用Ne作為緩沖氣體，全壓為100、 200、 400Torr， 使氦(He)占?xì)?Ar)與氦(He)的總和的摩爾濃度改變時(shí)的準(zhǔn)分子 發(fā)光(193nm)效率(相對(duì)值)。
如該圖所示，照度充分穩(wěn)定的是氦(He)的比率為90%以上的區(qū) 域，但是在氦(He)的比率極高(99.5%以上)的區(qū)域中，發(fā)光效率降 低情形變得顯著。
以下表示用以進(jìn)行后述的比較實(shí)驗(yàn)的本發(fā)明的準(zhǔn)分子放電燈的實(shí) 施例。
(1) 放電容器的規(guī)格材料單晶藍(lán)寶石；形狀圓筒形；壁厚 lmm;長度200mm;直徑10mm;距離放電容器內(nèi)表面100pm的深 度中的平均金屬雜質(zhì)濃度200wtppm以下
(2) 電極的規(guī)格材料銀(印刷膏狀材料)；形狀相對(duì)于圓
筒形的放電容器的軸對(duì)稱地相對(duì)；長度140mm;寬度2mm;隔著 放電空間的電極間分離距離10mm
(3) 蓋構(gòu)件的規(guī)格材料鎳；蓋構(gòu)件與外部電極間的距離30mm
(4) 密封材料的規(guī)格材料Ag-Cu合金(銀焊材)
(5) 封入氣體的規(guī)格Ar: 1.58xl03Pa、 SF6: 1.6xl0屮a、 Ne: 7.84xl04Pa、全壓8.0xl()4pa
(6) 點(diǎn)燈條件施加3kV (O-Peak) 、 70kHz的脈沖電壓(7) 由放電容器內(nèi)表面至100pm為止的金屬雜質(zhì)濃度為 600wtppm以下。作為為此的實(shí)現(xiàn)方案，如果為藍(lán)寶石管，即以氟酸進(jìn) 行化學(xué)蝕刻，或通過離子束進(jìn)行干式蝕刻或機(jī)械切削。
(8) 雜質(zhì)濃度的測(cè)定是在藍(lán)寶石管中放入磷酸62%、硫酸38% 的混合液，將藍(lán)寶石管的兩端以鐵氟龍(亍7口y，注冊(cè)商標(biāo))膠帶 密封，在置于接通的微波爐中的狀態(tài)下放置5小時(shí)左右。之后，回收 液體，利用ICP (電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析)，以校準(zhǔn)曲線法
(calibration curve method)進(jìn)行定量分析。
其中，在以上說明中對(duì)藍(lán)寶石管進(jìn)行了敘述，但是，即使為YAG 或單晶氧化釔，在結(jié)晶成長時(shí)金屬雜質(zhì)進(jìn)行離析這一點(diǎn)與藍(lán)寶石為共 同的問題，即使在使用YAG或單晶氧化釔作為放電容器的情形下，也 必須去除內(nèi)表面的金屬雜質(zhì)。
(比較實(shí)驗(yàn)1)
分自各制作3支將具有圖1所示形狀的放電容器的內(nèi)表面進(jìn)行 化學(xué)蝕刻，將由放電容器內(nèi)表面至100pm為止的深度區(qū)域所包含的金 屬雜質(zhì)濃度設(shè)為600wtppm以下的由藍(lán)寶石管所構(gòu)成的ArF準(zhǔn)分子放電 燈；及在結(jié)晶成長后，未將具有圖1所示形狀的放電容器的內(nèi)表面進(jìn) 行化學(xué)蝕刻的由藍(lán)寶石管所構(gòu)成的ArF準(zhǔn)分子放電燈，改變燈管負(fù)載， 調(diào)查193nm的發(fā)光強(qiáng)度的時(shí)間上的變化。
圖4是表示比較實(shí)驗(yàn)1的結(jié)果的表。如該圖所示，可知與未施行 化學(xué)蝕刻的準(zhǔn)分子燈4、 5、 6相比較，在放電容器的內(nèi)表面施行了化 學(xué)蝕刻的準(zhǔn)分子燈l、 2、 3的光輸出壽命得到大幅改善。
(比較實(shí)驗(yàn)2)
準(zhǔn)備將具有圖1所示形狀的放電容器的內(nèi)表面置入磷酸62%、硫 酸38%的混合液且放入微波爐，各自經(jīng)5小時(shí)、4小時(shí)、3小時(shí)、2小 時(shí)清洗處理后的ArF準(zhǔn)分子放電燈7、 8、 9、 10、及未對(duì)具有圖1所示
12形狀的放電容器的內(nèi)表面進(jìn)行清洗處理的ArF準(zhǔn)分子放電燈11、 12。對(duì)于準(zhǔn)備的ArF準(zhǔn)分子放電燈7 12，調(diào)査由ArF準(zhǔn)分子放電燈放射的193nm的光束維持特性。在此所謂光束維持率是指將點(diǎn)燈初始設(shè)為100%的情形下經(jīng)過400小時(shí)時(shí)(對(duì)燈要求的點(diǎn)燈時(shí)間)的光束維持的比例。
圖5是表示比較實(shí)驗(yàn)2的結(jié)果的表。如該圖所示，如ArF準(zhǔn)分子放電燈7所示，經(jīng)過400小時(shí)時(shí)，雖然會(huì)有光束上升的燈，但是在經(jīng)過400小時(shí)的時(shí)間點(diǎn)，70%以下可謂為已達(dá)壽命(更換時(shí)期)，因此將由放電容器內(nèi)表面至100pm為止的深度區(qū)域所包含的金屬雜質(zhì)濃度600wtppm稱為金屬雜質(zhì)濃度的上限。表面金屬雜質(zhì)濃度越高，光束衰減越大可以認(rèn)為是由于氟的減少。
接著，使用圖6說明本發(fā)明的第2實(shí)施方式。
圖6 (a)是由平行于本實(shí)施方式的發(fā)明的準(zhǔn)分子放電燈的長邊方向的剖面觀看到的剖面圖，圖6 (b)是由剖面A-A觀看圖6 (a)的準(zhǔn)
分子放電燈的剖面圖。
如上述圖所示，該準(zhǔn)分子放電燈21的放電容器22是大致長方體狀，對(duì)于150 400nm的紫外線具有透光性，并且由吸收氟離子較少的藍(lán)寶石、YAG、單晶氧化釔中的任一單晶構(gòu)成的材料構(gòu)成。此外，在放電容器22內(nèi)封入氬(Ar)與化學(xué)穩(wěn)定性高的六氟化硫(SF6)作為發(fā)光氣體，而且封入占全封入氣體的摩爾濃度為90%以上、99.5%以下的氦(He)或氖(Ne)作為緩沖氣體。準(zhǔn)分子放電燈1點(diǎn)燈時(shí)，發(fā)光氣體形成氬離子及氟離子。
將放電容器22的內(nèi)表面用磷酸或硫酸進(jìn)行化學(xué)蝕刻處理，形成為由放電容器22的內(nèi)表面至100pm的范圍內(nèi)的鉬(Mo)、鐵(Fe)、鉻(Cr)等金屬雜質(zhì)總和濃度為600ppm以下的狀態(tài)。其中，除了化學(xué)蝕刻以外，通過機(jī)械研磨，也可以將表面的金屬雜質(zhì)濃度形成為50ppm以下的狀態(tài)。
如圖6(a)所示，放電容器22的長邊方向中的一端開放，在該處設(shè)置作為杯狀的金屬制蓋件的蓋構(gòu)件23。蓋構(gòu)件23的材料例如為科瓦鐵鎳鈷合金(kovar)。蓋構(gòu)件23若考慮到散熱性，以金屬材料最為適合，但是如果散熱性不成問題，則也可以為氧化鋁等陶瓷。在放電容器22與蓋構(gòu)件23之間填充例如由Ag-Cu合金構(gòu)成的密封材料24，由此放電容器22與蓋構(gòu)件23結(jié)合并被密閉。作為密封材料24的材料，使用例如由銀與銅的合金(Ag-Cu合金)構(gòu)成的焊材。在蓋構(gòu)件23上設(shè)有氣體配管25，通過氣體配管25將放電容器22的內(nèi)部空間26進(jìn)行排氣而減壓后，封入作為發(fā)光氣體的氬(Ar)與化學(xué)穩(wěn)定性高的六氟化硫(SF6)、及作為緩沖氣體的氦(He)或氖(Ne)。在封入上述氣體后，氣體配管25利用壓接等形成密封部27，由此成為密閉構(gòu)造。
在放電容器22的外表面， 一對(duì)例如由金(Au)構(gòu)成的板狀外部電極28與網(wǎng)狀外部電極29相互電性分離地配置，并且以沿著放電容器22的長邊方向延伸的方式設(shè)置。此外，外部電極28、 29遠(yuǎn)離密封材料24及蓋構(gòu)件23設(shè)置。在外部電極28、 29的長邊方向的一端通過例如焊材32、 33等與引線30、 31電連接。外部電極28、 29間的沿面最短距離構(gòu)成為比隔著外部電極28、 29間的放電空間的最短距離長。這是為了形成為僅在放電空間發(fā)生放電的構(gòu)造。
準(zhǔn)分子放電燈21點(diǎn)燈時(shí)，如果在一對(duì)外部電極28、 29之間施加電壓，會(huì)隔著放電容器22而在外部電極28、 29間發(fā)生放電。在發(fā)光氣體為氬(Ar)與六氟化硫(SF6)的情況下，上述氣體被電離，形成氬離子與氟離子，形成由氬-氟所構(gòu)成的準(zhǔn)分子分子，由放電容器2放射193nm的波長的光。
在放電容器22的長邊方向上，將外部電極28、 29設(shè)在遠(yuǎn)離密封材料24與蓋構(gòu)件23的位置上，由此在放電容器22的內(nèi)部空間26中，由位于長邊方向的L3的范圍的外部電極28、29的端部至密封材料424為止的范圍L4不發(fā)生放電。即，放電容器22跨過整周在放電容器22的一端側(cè)具有未設(shè)有外部電極28、 29的表面部分，因此，與L3的范圍所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部空間相比，L4的范圍所對(duì)應(yīng)的內(nèi)部空間溫度較低，成為冷卻區(qū)域。因此，當(dāng)在放電容器22的內(nèi)部空間26封入有如六氟化硫(SF6)之類的化學(xué)穩(wěn)定性較高的氣體作為發(fā)光氣體時(shí)，在未發(fā)生放電的放電容器22的長邊方向的L4的區(qū)域中，會(huì)發(fā)生因放電而電離的氟離子回到電離前的六氟化硫的反應(yīng)。由此，在放電容器22的內(nèi)部空間26中，在由位于長邊方向的L3的范圍的外部電極28、 29的端部至密封材料24為止之間，與氟離子的接觸被抑制，可以抑制構(gòu)成密封材料24或蓋構(gòu)件23的材料與氟離子的反應(yīng)。不會(huì)發(fā)生因鹵素與金屬蓋件的反應(yīng)導(dǎo)致鹵素量降低，而且不會(huì)發(fā)生沿面放電而穩(wěn)定維持放電所需的要件為放電間隙(隔著外部電極28、 29間的放電空間的最短距離)《沿面最短距離、而且放電間隙(隔著外部電極28、 29間的放電空間的最短距離)<外部電極與金屬蓋件間的距離。
此外，在本實(shí)施方式的準(zhǔn)分子放電燈21中，如圖2所示，照度充分穩(wěn)定的是氖(Ne)的比率為90%以上的區(qū)域，但是在氖(Ne)的比率極高(99.5%以上)的區(qū)域中，發(fā)光效率降低情形變得顯著，此外，如圖3所示，照度充分穩(wěn)定的是氦(He)的比率為90%以上的區(qū)域，但是在氦(He)的比率極高(99.5%以上)的區(qū)域中，發(fā)光效率降低情形變得顯著。
此外，在本實(shí)施方式的準(zhǔn)分子放電燈21中，也可以獲得與在比較實(shí)驗(yàn)1及比較實(shí)驗(yàn)2中得到的結(jié)果相同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種準(zhǔn)分子放電燈，在由藍(lán)寶石、YAG、或單晶氧化釔中的至少一個(gè)構(gòu)成的放電容器的外表面設(shè)置至少一個(gè)外部電極，在所述放電容器內(nèi)封入氬(Ar)與含有氟(F)原子的氣體，其特征在于由所述放電容器的內(nèi)表面至100μm為止的深度區(qū)域所包含的金屬雜質(zhì)濃度為600wtppm以下。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的準(zhǔn)分子放電燈，其特征在于， 所述放電容器構(gòu)成為管狀，在該放電容器內(nèi)封入有氬(Ar)、六氟化硫(SF6)以及氦(He)或氖(Ne)，在所述放電容器的外表面，沿著管軸方向設(shè)置至少一個(gè)外部電極，所述 放電容器跨過整周在所述放電容器的兩端側(cè)具有未設(shè)置外部電極的外表面 部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的準(zhǔn)分子放電燈，其特征在于，所述放電容器 構(gòu)成為大致長方體狀，在該放電容器內(nèi)封入有氬(Ar)、六氟化硫(SF6) 以及氦(He)或氖(Ne)，在所述放電容器的外表面，沿著長邊方向設(shè)置至 少一個(gè)外部電極，所述放電容器跨過整周在所述放電容器的端側(cè)具有未設(shè)置 外部電極的外表面部分。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的準(zhǔn)分子放電燈，其中，所述氖(Ne)占 全封入氣體的摩爾濃度為90%以上、99.5%以下。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的準(zhǔn)分子放電燈，其中，所述氦(He)占 全封入氣體的摩爾濃度為90%以上、99.5%以下。
全文摘要
本發(fā)明提供一種在高管壁負(fù)載條件下，可將燈點(diǎn)燈并保持高光量，并且可長時(shí)間作動(dòng)的稀有氣體鹵素準(zhǔn)分子放電燈。本發(fā)明的準(zhǔn)分子放電燈在由藍(lán)寶石、YAG、或單晶氧化釔中的至少一個(gè)構(gòu)成的放電容器(2)的外表面設(shè)置至少一個(gè)外部電極(10、11)，在放電容器(2)內(nèi)封入氬(Ar)與含有氟(F)原子的氣體，其特征在于由放電容器(2)的內(nèi)表面至100μm為止的深度區(qū)域所包含的金屬雜質(zhì)濃度為600wtppm以下。
文檔編號(hào)H01J65/00GK101494155SQ20091000990
公開日2009年7月29日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月22日
發(fā)明者小田史彥, 森本幸裕 申請(qǐng)人:優(yōu)志旺電機(jī)株式會(huì)社