KR20090037799A - 엑시머 램프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 파장 150㎚ 부근의 단파장의 광을 유효하게 이용할 수 있고, 높은 처리 능력을 갖는 것으로서 구성할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것이다.

방전 공간을 갖는 실리콘 유리로 이루어지는 방전 용기를 구비하고, 당해 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재된 상태로 한 쌍의 전극이 설치됨과 더불어, 방전 공간 내에 크세논 가스가 봉입되어 이루어지고, 방전 용기의 방전 공간 내에 있어서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프로서, 방전 공간에 노출되는 표면에, 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지는 자외선 반사막이 형성되어 있고, 당해 자외선 반사막에 포함되는, 규소 및 알루미늄 이외의 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하로 되어 있다.

Description

엑시머 램프{EXCIMER LAMP}

본 발명은 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기를 구비하고, 당해 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재된 상태로 한 쌍의 전극이 설치되어 이루어지고, 상기 방전 용기의 내부에 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프에 관한 것이다.

최근, 예를 들어 금속, 유리 및 그 외의 재료로 이루어지는 피처리체에, 파장 200㎚ 이하의 진공 자외광을 조사함으로써, 당해 진공 자외광 및 이것에 의해 생성되는 오존의 작용에 의해서 피처리체를 처리하는 기술, 예를 들어 피처리체의 표면에 부착한 유기 오염 물질을 제거하는 세정 처리 기술이나, 피처리체의 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성 처리 기술이 개발되어 실용화되고 있다.

진공 자외광을 조사하는 장치로서는, 예를 들어, 엑시머 방전에 의해서 엑시머 분자를 형성하고, 당해 엑시머 분자로부터 방사되는, 예를 들어 파장 170㎚ 부근의 광을 이용하는 엑시머 램프를 광원으로서 구비하여 이루어지는 것이 이용되고 있고, 이러한 엑시머 램프에 있어서는, 보다 고강도의 자외선을 효율적으로 방사하기 위해서 많은 시도가 이루어지고 있다.

구체적으로는, 예를 들어, 도 6을 참조하여 설명하면, 자외선을 투과하는 실 리카 유리로 이루어지는 방전 용기(51)를 구비하고, 이 방전 용기(51)의 내측과 외측에 각각 전극(55, 56)이 설치되어 이루어지는 엑시머 램프(50)에 있어서, 방전 용기(51)의 방전 공간(S)에 노출되는 표면에, 자외선 반사막(20)을 형성하는 것이 기재되어 있고, 자외선 반사막으로서는, 실리카 입자만으로 이루어지는 것 및 알루미나 입자만으로 이루어지는 것이 실시예에 예시되어 있다(특허 문헌 1 참조).

이 엑시머 램프(50)에 있어서는, 방전 용기(51)의 일부에, 자외선 반사막(20)이 형성되어 있지 않음으로써 방전 공간(S) 내에서 발생한 자외선을 출사하는 광출사부(58)가 형성되어 있다.

이러한 구성의 엑시머 램프(50)에 의하면, 방전 용기(51)의, 방전 공간(S)에 노출되는 표면에, 자외선 반사막이 설치되어 있음으로써, 자외선 반사막이 설치된 영역에 있어서는, 방전 공간(S) 내에서 발생한 자외선이 자외선 반사막에 의해서 반사되므로, 실리카 유리에 입사하지 않고, 광출사부(58)를 구성하는 영역에 있어서 자외선이 실리카 유리를 투과하여 외부에 방사되므로, 기본적으로는, 방전 공간(S) 내에서 발생한 자외선을 유효적으로 이용할 수 있고, 또한 광출사부(58) 이외의 영역을 구성하는 실리카 유리의 자외선 변형에 의한 데미지를 작게 억제할 수 있으며, 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있게 되어 있다.

[특허 문헌 1] 일본특허 제3580233호 공보

최근에 있어서는, 엑시머 램프를 구비한 진공 자외광을 조사하는 장치에 대한 요망의 하나로서, 한층 더한 처리 효율의 향상이 요구되고 있고, 이러한 요망에 대한 조치로서 엑시머 램프로부터 방사되는, 보다 짧은 파장의 광을 유효하게 사용하는 것이 생각된다. 이 이유는, 파장이 짧은 광은 에너지가 크기 때문에, 적은 광량이라도 큰 작용이 얻어지기 때문이다.

그러나, 종래에서의 엑시머 램프의 자외선 반사막은, 예를 들어 파장 150㎚ 부근의 광에 대한 반사 특성을 갖지 않는 것이기 때문에, 상기 요망을 달성할 수 없는 것이 실정이었다.

따라서, 본 발명자들은, 약간의 양이라도 파장 150㎚ 근처의 광을 반사할 수 있는 자외선 반사막을 형성하고, 당해 파장의 광을 효율적으로 이용할 수 있으면, 예를 들어 당해 엑시머 램프를 구비한 진공 자외광을 조사하는 장치의 처리 능력의 향상을 도모할 수 있는 것으로 생각하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

본 발명의 목적은, 파장 150㎚ 부근의 단파장의 광을 유효하게 이용할 수 있고, 높은 처리 능력을 갖는 것으로서 구성할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 엑시머 램프는, 방전 공간을 갖는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기를 구비하고, 당해 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재된 상태로 한 쌍 의 전극이 설치됨과 더불어, 방전 공간 내에 크세논 가스가 봉입되어 이루어지고, 상기 방전 용기의 방전 공간 내에 있어서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프로서,

상기 방전 용기의 방전 공간에 노출되는 표면에, 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지는 자외선 반사막이 형성되어 있고, 당해 자외선 반사막에 포함되는, 규소 및 알루미늄 이외의 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 엑시머 램프에 의하면, 자외선 반사막이, 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지고, 규소 및 알루미늄 이외의 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하임으로써, 당해 자외선 반사막을, 파장 170㎚ 부근의 광뿐만 아니라, 파장 150㎚ 부근의, 보다 단파장인 광에 대해서도 반사하는 기능을 갖는 것으로서 구성할 수 있음과 더불어, 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 파장 140~150㎚ 이상의 광을 투과하는 특성을 갖는 것으로부터, 엑시머 방전에 의해 발생하는 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있고, 따라서 에너지량이 큰 150㎚ 부근의 단파장의 광을 포함하는 진공 자외광을 유효하게 이용할 수 있고, 높은 처리 능력을 갖는 것으로서 구성할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 엑시머 램프의 일례에서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도로서, (a)는 방전 용기의 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 횡단면도이 고, (b)는 (a)에서의 A-A선 단면도이다.

이 엑시머 램프(10)는, 양단이 기밀하게 밀봉되어 내부에 방전 공간(S)이 형성된, 단면 직사각형 형상의 중공 장척형상의 방전 용기(11)를 구비하고 있고, 이 방전 용기(11)의 내부에는, 방전용 가스로서 크세논 가스가 봉입되어 있다. 여기에, 크세논 가스는, 압력이 예를 들어 10~60kPa(100~600mbar)의 범위 내가 되는 봉입량으로 된다.

방전 용기(11)는, 진공 자외광을 양호하게 투과하는 실리카 유리, 예를 들어 합성 석영 유리로 이루어지고, 유전체로서의 기능을 가진다.

방전 용기(11)에서의 장변면의 외표면에는, 한 쌍의 격자형상의 전극, 즉, 고전압 급전 전극으로서 기능하는 한 쪽의 전극(15) 및 접지 전극으로서 기능하는 다른 쪽의 전극(16)이 장척 방향으로 신장하도록 대향하여 배치되어 있고, 이것에 의해, 한 쌍의 전극(15, 16) 사이에 유전체로서 기능하는 방전 용기(11)가 개재된 상태로 되어 있다.

이러한 전극은, 예를 들어, 금속으로 이루어지는 전극 재료를 방전 용기(11)에 페이스트 도포함으로써 혹은 프린트 인쇄함으로써 형성할 수 있다.

이 엑시머 램프(10)에 있어서는, 한 쪽의 전극(15)에 점등 전력이 공급되면, 유전체로서 기능하는 방전 용기(11)의 벽을 통해 양 전극(15, 16) 사이에 방전이 생성되고, 이것에 의해 엑시머 분자가 형성됨과 더불어 이 엑시머 분자로부터 진공 자외광이 방사되는 엑시머 방전이 발생하고, 크세논 가스의 봉입 압력이 예를 들어 10~60kPa(100~600mbar)의 범위 내가 되고 있음으로써, 파장 150㎚ 부근의 피크값을 갖는 진공 자외광이 방사된다.

구체적으로는, 예를 들어, 도 2의 (가)에 나타내는 바와 같이, 크세논 가스의 봉입 압력이 50mbar인 경우에는, 파장 150㎚ 부근에 피크값 P1을 갖는, 파장 145㎚ 근처로부터 파장 190㎚까지의 파장역의 광이 발광하고 있다. 또, 도 2의 (나)에 나타내는 바와 같이, 크세논 가스의 봉입 압력이 100mbar인 경우에는, 파장 150㎚ 부근 및 파장 170㎚ 부근에 피크값 P2, P3을 갖는, 파장 145㎚ 근처로부터 파장 190㎚까지의 파장역의 광이 발광하고 있다. 또한, 도 2의 (다)는 크세논 가스의 봉입 압력이 680mbar인 경우의 엑시머 방전 발광 스펙트럼이다.

전술한 바와 같이, 방전 용기(11)가 실리카 유리, 특히 불순물이 적은 합성 석영 유리에 의해 구성됨으로써, 합성 석영 유리는 파장 140~150㎚ 이상의 파장의 광을 투과하는 특성을 갖는 것으로부터, 크세논 가스의 봉입 압력이 예를 들어 10~60kPa(100~600mbar)의 범위 내로 되어 있는 상기 구성의 엑시머 램프(10)에 있어서는, 파장 140~150㎚ 이상으로서, 파장 150㎚ 부근 및 파장 170㎚ 부근에 피크값을 갖는 진공 자외광이 방사된다.

이렇게 하여, 상기 엑시머 램프(10)에 있어서는, 엑시머 방전에 의해서 발생하는 진공 자외광을 효율적으로 이용하기 위해서, 예를 들어 방전 용기(11)의 방전 공간(S)에 노출되는 표면에, 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지는 자외선 반사막(20)이 설치되어 있다.

자외선 반사막(20)은, 예를 들어 방전 용기(11)에서의 장변면의, 고전압 급전 전극으로서 기능하는 한 쪽의 전극(15)에 대응하는 내표면 영역과 이 영역에 연 속하는 단변면의 내표면 영역의 일부에 걸쳐서 형성되어 있고, 방전 용기(11)에서의 장변면의, 접지 전극으로서 기능하는 다른 쪽의 전극(16)에 대응하는 내표면 영역에 있어서 자외선 반사막(20)이 형성되어 있지 않음에 의해 광출사부(어퍼처부 : 18)가 구성되어 있다.

자외선 반사막(20)의 막두께는, 예를 들어 10~100㎛인 것이 바람직하다.

자외선 반사막(20)은, 적어도 방전 공간(S)에 노출되는 표면층 부분, 즉, 엑시머 방전에 수반하여 발생하는 플라스마의 영향을 받아 실리카 입자가 용융하여 입계가 소실할 수 있는, 예를 들어 깊이 2㎛ 정도의 범위 내에 있어서, 알루미나 입자가 실리카 입자와 혼재되어 이루어지는 것이고, 예를 들어 실리카 입자와 알루미나 입자의 퇴적체에 의해 구성할 수 있다.

자외선 반사막(20)은, 실리카 입자 및 알루미나 입자 그 자체가 높은 굴절률을 갖는 진공 자외광 투과성을 갖는 것이므로, 실리카 입자 또는 알루미나 입자에 도달한 진공 자외광의 일부가 입자의 표면에서 반사됨과 더불어, 다른 일부가 굴절하여 입자의 내부에 입사되고, 또한 입자의 내부에 입사되는 광의 대부분이 투과되며(일부가 흡수), 다시, 출사될 때에 굴절되는, 이러한 반사, 굴절이 반복하여 일어나는 「확산 반사(산란 반사)」를 시키는 기능을 가진다.

또, 자외선 반사막(20)은, 실리카 입자 및 알루미나 입자, 즉 세라믹스에 의해 구성되어 있음으로써, 불순 가스를 발생시키지 않고, 또 방전에 견딜 수 있는 특성을 가진다.

자외선 반사막(20)을 구성하는 실리카 입자는, 예를 들어 실리카 유리를 분 말형상으로 미세한 입자로 한 것 등을 이용할 수 있다.

실리카 입자는, 이하와 같이 정의되는 입자경이 예를 들어 0.01~20㎛의 범위 내에 있는 것으로, 중심 입경(수평균 입자경의 피크값)이, 예를 들어 0.1~10㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3~3㎛인 것이다.

또, 중심 입경을 갖는 실리카 입자의 비율이 50％ 이상인 것이 바람직하다.

자외선 반사막(20)을 구성하는 알루미나 입자는, 이하와 같이 정의되는 입자경이 예를 들어 0.1~10㎛의 범위 내에 있는 것으로, 중심 입경(수평균 입자경의 피크값)이, 예를 들어 0.1~3㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.3~1㎛인 것이다.

또, 중심 입경을 갖는 알루미나 입자의 비율이 50％ 이상인 것이 바람직하다.

자외선 반사막(20)을 구성하는 실리카 입자 및 알루미나 입자의 「입자경」이란, 자외선 반사막(20)을 그 표면에 대해서 수직 방향으로 파단했을 때의 파단면에서의, 두께 방향에서의 대략 중간의 위치를 관찰 범위로 하여, 주사형 전자현미경(SEM)에 의해서 확대 투영상을 취득하고, 이 확대 투영상에서의 임의의 입자를 일정 방향의 2개의 평행선 사이에 끼웠을 때의 당해 평행선의 간격인 페렛(Feret) 직경을 말한다.

구체적으로는, 도 3의 (a)에 나타내는 바와 같이, 대략 직사각형상의 입자 A 및 분쇄 입자 형상을 갖는 입자 B 등의 입자가 단독으로 존재하고 있는 경우에는, 당해 입자를 일정 방향(예를 들어 자외선 반사막(20)의 두께 방향)으로 신장하는 2 개의 평행선 사이에 끼웠을 때의 당해 평행선의 간격을 입경 DA, DB로 한다.

또, 출발 재료의 입자가 용융하여 접합한 형상을 갖는 입자 C에 대해서는, 도 3의 (b)에 나타내는 바와 같이, 출발 재료인 입자 C1, C2와 판별되는 부분에서의 구형상 부분의 각각에 대해서, 일정 방향(예를 들어 자외선 반사막(20)의 두께 방향)으로 신장하는 2개의 평행선 사이에 끼웠을 때의 당해 평행선의 간격을 측정하고, 이것을 당해 입자의 입경 DC1, DC2로 한다.

자외선 반사막(20)을 구성하는 실리카 입자 및 알루미나 입자의 「중심 입경」이란, 상기와 같이 하여 얻어지는 각 입자의 입자경에 대한 최대값과 최소값의 입자경의 범위를, 예를 들어 0.1㎛의 범위에서 복수의 구분, 예를 들어 15구분 정도로 나누고, 각각의 구분에 속하는 입자의 개수(도수)가 최대가 되는 구분의 중심값을 말한다.

실리카 입자 및 알루미나 입자가, 진공 자외광의 파장과 동일한 정도인 상기 범위의 입자경을 갖는 것임으로써, 진공 자외광을 효율적으로 확산 반사시킬 수 있다.

이렇게 하여, 상기 엑시머 램프(10)에 있어서는, 자외선 반사막(20)이 알루미나 입자를 포함하는 것임으로써, 실리카 입자의 주성분이 되는 규소 및 알루미나 입자의 주성분이 되는 알루미늄을 제외한 불순물 금속이 불가피적으로 혼입되게 되지만, 예를 들어, 실리카 입자의 순도 및 알루미나 입자의 순도의 관계에 있어서, 자외선 반사막(20)을 구성하는 실리카 입자와 알루미나 입자의 혼합비가 적정한 범위가 되도록 조정됨으로써, 자외선 반사막(20)에 함유되는 불순물 금속의 농도(합 계)가 700wtppm 이하가 되는 상태로 규제되고 있다.

자외선 반사막(20)에 함유되는 알루미나 입자의 비율은, 실리카 입자와 알루미나 입자의 합계의, 예를 들어 1wt％ 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 5wt％ 이상, 더욱 바람직하게는 10wt％ 이다.

또, 실리카 입자와 알루미나 입자의 합계의 70wt％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40wt％ 이하이다.

자외선 반사막(20)이 실리카 입자와 알루미나 입자가 상기 혼합비로 구성되어 있음으로써, 장시간 점등된 경우라도 실리카 입자가 용융되어 자외선 반사막(20)의 반사율이 대폭 저하되는 것을 확실히 억제할 수 있음과 더불어 알루미나 입자가 혼입되는 것에 의한 자외선 반사막(20)의 방전 용기(11)에 대한 결착성(접착성)이 대폭 저하되는 일이 없기 때문에, 자외선 반사막(20)이 벗겨지는 것을 확실히 방지할 수 있고, 게다가, 불순물 금속의 농도를 소정의 값 이하가 되는 상태로 할 수 있다.

이러한 자외선 반사막(20)은, 예를 들어 「유하법」이라고 불리는 방법에 의해 형성할 수 있다. 즉, 물과 PEO 수지(폴리에틸렌 옥사이드)를 조합한 점성을 갖는 용제에, 실리카 입자 및 알루미나 입자를 혼합하여 분산액을 조제하고, 이 분산액을 방전 용기 형성 재료 내에 흘려 넣음으로써, 방전 용기 형성 재료의 내표면에서의 소정의 영역에 부착시킨 후, 건조, 소성함으로써 물과 PEO 수지를 증발시킴으로써, 자외선 반사막(20)을 형성할 수 있다. 여기에, 소성 온도는, 예를 들어 500~1100℃로 된다.

자외선 반사막(20)을 형성할 때에 있어서 이용되는 실리카 입자 및 알루미나 입자의 제조는, 고상법, 액상법, 기상법의 모든 방법을 이용할 수 있지만, 이들 중에서도 서브 마이크론, 마이크론 사이즈의 입자를 확실히 얻을 수 있기 때문에, 기상법, 특히 화학 증착법(CVD)이 바람직하다.

구체적으로는, 예를 들어, 실리카 입자는, 염화 규소와 산소를 900~1000℃에서 반응시킴으로써, 알루미나 입자는, 원료의 염화 알루미늄과 산소를 1000~1200℃에서 가열 반응시킴으로써 합성할 수 있고, 입자경은, 원료 농도, 반응장에서의 압력, 반응 온도를 제어함으로써 조정할 수 있다.

일반적으로, 엑시머 램프에 있어서는, 엑시머 방전에 수반하여 플라스마가 발생하는 것이 알려져 있지만, 상기와 같은 구성의 엑시머 램프에 있어서는, 플라스마가 자외선 반사막에 대해서 대략 직각으로 입사하여 작용하게 되기 때문에, 자외선 반사막의 온도가 국소적으로 급격하게 상승되고, 자외선 반사막이 예를 들어 실리카 입자만으로 이루어지는 것이면, 플라스마의 열에 의해서, 실리카 입자가 용융되어 입계가 소실되어, 진공 자외광을 확산 반사시킬 수 없게 되어 반사율이 저하되는 일이 있다.

그런데도, 자외선 반사막(20)이, 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지는 것임으로써, 상기 구성의 엑시머 램프(10)에 의하면, 기본적으로는 플라스마에 의한 열에 노출된 경우라도, 실리카 입자보다 높은 융점을 갖는 알루미나 입자는 용융하지 않기 때문에, 서로 인접하는 실리카 입자와 알루미나 입자가 입자끼리 결합되는 것이 방지되어 입계가 유지되므로, 장시간 점등된 경우라도, 진공 자외광을 효율적으로 확산 반사시킬 수 있어 초기의 반사율을 실질적으로 유지할 수 있다. 또한, 알루미나 입자는 실리카 입자보다도 높은 굴절율을 갖기 때문에, 실리카 입자만으로 이루어지는 자외선 반사막에 비해 높은 반사율을 얻을 수 있다.

게다가, 상기 구성의 엑시머 램프(10)에 의하면, 자외선 반사막(20)에 함유되는 실리카 입자의 주성분이 되는 규소 및 알루미나 입자의 주성분이 되는 알루미늄을 제외한 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하로 되어 있음으로써, 후술하는 실험예의 결과에 나타나는 바와 같이, 자외선 반사막(20)을, 파장 170㎚ 부근의 광뿐만 아니라, 파장 150㎚ 부근의 광에 대해서도 반사 특성을 갖는 것으로서 구성할 수 있으므로, 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 파장 140~150㎚ 이상의 광을 투과하는 특성을 갖는 것으로부터, 엑시머 방전에 의해 발생하는, 파장 150㎚ 부근 및 파장 170㎚ 부근에 피크를 갖는 진공 자외광을 효율적으로 이용할 수 있고, 높은 처리 능력을 갖는 것이 된다.

또, 엑시머 발광이 생기는 방전 공간(S)에 노출되는 방전 용기(11)의 내표면에 자외선 반사막(20)이 형성되어 있음으로써, 방전 공간(S) 내의 진공 자외선이 광출사부(18) 이외의 영역에서의 실리카 유리에 입사되는 것에 수반한 자외선 변형에 의한 데미지를 작게 할 수 있고 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 효과를 확인하기 위해서 행한 실험예를 설명한다.

[실험예 1 ; 자외선 반사막의 반사 특성]

순도가 99.99％, 99.9％ 및 순도가 99.8％인 3종류의 실리카 입자와, 순도가 99.99％, 99.9％ 및 순도가 99.8％인 3종류의 알루미나 입자를 준비하고, 실리카 입자와 알루미나 입자를 조합을 적절히 변경함과 더불어, 실리카 입자와 알루미나 입자의 혼합비(실리카 입자 : 알루미나 입자)를 20 : 80~80 : 20의 범위 내에서 적절히 변경하여, 합성 석영 유리로 이루어지는 두께 1㎜의 기재 상에, 자외선 반사막을 유하법에 의해 형성함으로써, 복수 종류의 시험편을 제작하였다. 여기에, 자외선 반사막을 형성할 때에 있어서의 소성 온도는 1100℃이고, 막두께는 30㎛이다.

실리카 입자는, 모든 순도의 것이 입자경 범위가 0.3~1.0㎛, 중심 입자경이 0.3㎛, 중심 입자경을 갖는 입자의 비율이 50％인 것이다.

알루미나 입자는, 모든 순도의 것이 입자경 범위가 0.2~0.7㎛, 중심 입자경이 0.4㎛, 중심 입자경을 갖는 입자의 비율이 50％인 것이다.

각각의 시험편에서의 자외선 반사막에 대해서, 당해 자외선 반사막에 함유되는, 규소 및 알루미늄 이외의 불순물 금속의 농도를 측정함과 더불어, 파장 150㎚의 광의 반사광 강도 및 파장 170㎚의 광의 반사광 강도를 측정하였다. 결과를 도 4에 나타낸다.

<불순물 금속 농도의 측정 방법>

시험편을 순수한 물로 세정, 건조시킨 후, 시험편의 칭량을 행하고, 시험편의 기재가 노출된 부분(자외선 반사막이 형성되어 있지 않은 실리카 유리 부분)을 테플론(등록 상표) 테이프로 마스킹하며, 이 상태로, 플루오르화수소산 중에 담그어 가열함으로써 에칭 처리를 행하며, 시험편에서의 자외선 반사막을 육안으로 확인할 수 없게 된 시점에서 시험편을 취출하여 당해 시험편의 칭량을 행하고, 에칭 처리가 행해지기 전후의 시험편의 칭량값을 비교함으로써 자외선 반사막의 질량을 산출한다.

다음에, 에칭에 의해 플루오르화수소산으로 용해한 실리카 입자(성분)와, 용해하지 않고 입자형으로 남은 알루미나 입자와, 불순물 금속 성분을 포함하는 플루오르화수소산액을, 가온하여, 먼저, 플루오르화수소산과 반응한 실리카 성분을 SiF₄로서 증발시키고, 이것에 의해 잔사가 되어 남은 알루미나 성분과 불순물 성분을, 85％ 인산 6.5ml, 97％ 황산 3.55ml로 이루어지는 혼산 중에 넣고, 마이크로 웨이브 오븐에 의해서 알루미나 성분과 불순물 성분을 용해시킨 후, 순수한 물을 가하여 합계 30ml의 용액이 되도록 희석한다.

그리고, ICP 발광 분광 분석 장치에 의해, 희석 용액 중의 불순물 금속의 농도에 의거하여 불순물 금속의 질량을 측정하고, 측정 대상으로 한 자외선 반사막의 질량 0.5g에 대한 불순물 금속의 질량비에 따라, 자외선 반사막 중에 포함되는 잔존 불순물 금속의 농도가 얻어진다

일례를 나타내면, 예를 들어, 순도가 99.99％인 실리카 입자 30wt％와 순도가 99.8％인 알루미나 70wt％로 구성된 자외선 반사막에서의, 불순물 금속 성분 및 그러한 농도는 하기 표 1에 나타내는 바와 같다. 또한, 불순물 금속이란, 베릴륨, 마그네슘을 포함하는 알칼리 토류 금속, 또는, 천이 금속에 속하는 원소를 말한다.

〈반사광 강도의 측정 방법〉

자외선 반사막에 대한, 파장 150㎚의 광의 반사광 강도와, 파장 170㎚의 광의 반사광 강도의 측정은, ACTON RESEARCH제 「VM－502」를 사용하였다. 이 장치에서의 측정부는, 예를 들어 도 5에 나타내는 직입사형 광학계에 의해 구성되어 있고, 파장 120㎚ 이하의 광으로부터 가시광선까지의 연속광이 방사되는 중수소 램프(60)가 광원으로서 이용되고 있다. 이 장치에 있어서는, 중수소 램프(60)로부터 방사되는 광을, 오목면 그레이팅(61)에 일단 댄 후, 슬릿(62)을 통과시켜 시험편(TS)에 조사하고, 당해 시험편(TS)에 의해서 반사된 반사광(산란광)을, 수광면의 각도를 0°~180°의 범위 내에서 조정하면서, 광전 증배관(65)에 수광시킴으로써 얻어지는 측정값을 적분함으로써 특정한 파장의 광에 대한 반사광 강도가 얻어진다.

반사광량의 측정 방법에 대해 구체적으로 설명하면, 우선, 자외선 반사막을 갖지 않는 기재(합성 석영 유리)에 대해서, 산란광에서의 파장 150㎚의 광 및 파장 170㎚의 광의 각각의 반사광 강도(기준값)를 취득해 두고, 다음에, 자외선 반사막이 형성된 시험편을 설치하여, 산란광에서의 파장 150㎚의 광 및 파장 170㎚의 광의 각각의 반사광 강도를 측정하고, 이것에 의해 얻어진 각각의 측정값을, 기준값(자외선 반사막을 갖지 않는 기재의 측정값)으로 나눗셈함으로써, 파장 150㎚의 광의 반사광 강도 및 파장 170㎚의 광의 반사광 강도가 얻어진다.

도 4에 나타내는 결과로부터 알 수 있듯이, 파장 150㎚의 반사광 강도 및 파장 170㎚의 광의 반사광 강도와 불순물 금속의 농도는 선형의 관계에 있어 직선에 의해 근사할 수 있는 것을 알 수 있었다.

그리고, 150㎚의 광의 반사광 강도가 0.000이 될 때의 불순물 금속의 농도는 700wtppm이며, 170㎚의 광의 반사광 강도가 0.000이 될 때의 불순물 금속의 농도는 1181wtppm이고, 따라서, 자외선 반사막에 함유되는 불순물 금속의 농도를, 적어도 700wtppm 이하가 되는 상태로 컨트롤함으로써, 170㎚의 광뿐 아니라 150㎚의 광을 반사하는 기능을 확실히 갖는 것이 되는 것이 확인되었다.

따라서, 실제의 엑시머 램프에 있어서는, 자외선 반사막이 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하로 규제된 것임으로써, 엑시머 방전에 의해 발생하는 파장 150㎚의 광을 포함하는 진공 자외광을 효율적으로 이용할 수 있는 것이 된다.

〔실험예 2]

순도가 99.9％인 실리카 입자와, 순도가 99.8%인 알루미나 입자로 이루어지고, 알루미나 입자의 함유 비율을 0wt％, 10wt％, 33wt％, 50wt％로 변경한 자외선 반사막을 30㎛의 막두께로 평판형상의 합성 석영 유리로 이루어지는 두께 1㎜의 기재 상에 유하법에 의해 형성함으로써, 4종류의 시험편을 제작하였다.

그리고, 각 시험편에 대해서, 자외선 반사막을 1000℃로 가열했을 때와, 1300℃로 가열했을 때의, 각각의 경우에서의, 파장 170㎚의 광의 반사광 강도를, ACTON RESEARCH제 「VM－502」를 이용하여 상기의 방법에 의해 측정한 바, 자외선 반사막에서의 알루미나 입자의 함유 비율이 0wt%일 때, 즉 알루미나 입자를 포함하지 않는 경우에는, 자외선 반사막을 형성할 때에 있어서의 소성 온도에 상당하는 온도인 1000℃로 가열되었을 때의 반사광 강도에 대해서, 자외선 반사막에 플라스마가 작용했을 때의 가열 온도에 상당하는 온도인 1300℃로 가열된 경우에는, 반사광 강도가 대폭 저하되는 것이 확인되고, 이것으로부터, 실제의 엑시머 램프에 있어서는, 자외선 반사막에서의 플라스마가 닿은 개소에서는, 국소적으로 반사광 강도가 저하되어 엑시머 램프의 조도 분포가 불균일해지고, 엑시머 램프가 장시간 점등되면 자외선 반사막의 전체에 플라스마가 닿아, 반사율이 저하되는 것으로 상정된다.

한편, 알루미나 입자가 10wt％ 첨가된 것에 있어서는, 1300℃로 가열된 경우라도, 반사광 강도가 알루미나 입자가 첨가되어 있지 않은 경우보다도 높고, 열에 의한 자외선 반사막의 반사율의 저하의 정도를 70％ 정도 억제할 수 있는 것이 확인되었다. 그리고, 알루미나 입자의 함유 비율이 증가함에 따라, 열에 의한 자외선 반사막의 반사율의 저하의 정도를 작게 억제할 수 있고, 예를 들어 알루미나 입자가 50wt% 첨가된 것에 있어서는, 1000℃로 가열되었을 때의 반사광 강도와, 1300℃로 가열되었을 때의 반사광 강도가 일치하고 있고, 열에 의한 자외선 반사막의 반사율이 저하되는 것을 억제할 수 있는 것이 확인되었다.

따라서, 실제의 엑시머 램프에 있어서는, 자외선 반사막이 알루미나 입자가 10wt% 이상 첨가된 것임으로써, 엑시머 램프가 장시간 점등되어 자외선 반사막이 플라스마의 열에 노출된 경우라도, 실리카 입자가 용융함에 의한 반사율의 저하를 억제할 수 있다.

또한, 이 실험예 2에 있어서 제작한 시험편에서의, 알루미나 입자를 포함하는 자외선 반사막은, 모든 것이 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하인 것이다.

이상, 본 발명의 실시 형태에 대해 설명했지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 여러 가지의 변경을 더할 수 있다.

본 발명은, 상기 구성의 엑시머 램프에 한정되는 것이 아니고, 도 6에 나타내는, 이중관 구조의 엑시머 램프나, 도 7에 나타내는, 이른바「각형」의 엑시머 램프에도 적용할 수 있다.

도 6에 나타내는 엑시머 램프(50)는, 실리카 유리로 이루어지는 원통형의 외측관(52)과, 이 외측관(52) 내에 있어서 그 관축을 따라서 배치된, 당해 외측관(52)의 내경보다 작은 외경을 갖는 예를 들어 실리카 유리로 이루어지는 원통형의 내측관(53)을 갖고, 외측관(52)과 내측관(53)이 양단부에 있어서 용융 접합되어 외측관(52)과 내측관(53)의 사이에 환상의 방전 공간(S)이 형성되어 이루어지는 이중관 구조의 방전 용기(51)를 구비하고 있고, 예를 들어 금속으로 이루어지는 한 쪽의 전극(고전압 공급 전극 : 55)이 내측관(53)의 내주면에 밀접하게 설치되어 있음과 더불어, 예를 들어 철망 등의 도전성 재료로 이루어지는 다른 쪽의 전극(56)이 외측관(52)의 외주면에 밀접하게 설치되어 있고, 방전 공간(S) 내에, 예를 들어 크세논 가스 등의 엑시머 방전에 의해서 엑시머 분자를 형성하는 방전용 가스가 충전되어 구성되어 있다.

이러한 구성의 엑시머 램프(50)에 있어서는, 예를 들어 방전 용기(51)의 내측관(53)의 내표면에서의 전체 둘레에 걸쳐서 상기 자외선 반사막(20)이 설치됨과 더불어, 외측관(52)의 내표면에, 광출사부(58)를 형성하는 일부분의 영역을 제외하여 상기 자외선 반사막(20)이 설치된다.

또한, 도 7에 나타내는 엑시머 램프(40)는, 예를 들어 합성 실리카 유리로 이루어지는 단면 장방형의 방전 용기(41)를 구비하여 이루어지고, 방전 용기(41)의 서로 대향하는 외표면에 금속으로 이루어지는 한 쌍의 외측 전극(45, 45)이 방전 용기(41)의 관축방향으로 신장하도록 배치됨과 더불어, 방전용 가스인 예를 들어 크세논 가스가 방전 용기(41) 내에 충전되어 있다. 도 7에 있어서, 부호 42는 배기관이며, 부호 43은 예를 들어 바륨으로 이루어지는 게터이다.

이러한 구성의 엑시머 램프(40)에 있어서는, 방전 용기(41)의 내표면에서의, 각각의 외측 전극(45, 45)에 대응하는 영역 및 이러한 영역에 연속하는 한 쪽의 내면 영역에 걸쳐서 상기 자외선 반사막(20)이 설치되고, 자외선 반사막(20)이 설치되어 있지 않은 것에 의해 광출사부(44)가 형성되어 있다.

도 1은 본 발명의 엑시머 램프의 일례에서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도로서, 도 1의 (a)는 방전 용기의 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 단면도이고, 도 1의 (b)는, 도 1의 (a)에서의 A－A선 단면도이다.

도 2는 크세논 가스가 봉입된 엑시머 램프에서의 엑시머 방전 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.

도 3은 실리카 입자 및 알루미나 입자의 입자경의 정의를 설명하기 위한 설명도이다.

도 4는 실험예에 있어서 제작한 자외선 반사막에 대한, 특정한 파장의 광에 대한 반사광 강도와, 자외선 반사막에 함유되는 불순물 금속의 농도의 관계를 나타내는 그래프이다.

도 5는 실험예에 있어서 제작한 자외선 반사막에 대한, 반사광 강도를 측정하는데 이용되는 장치의 측정 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 6은 본 발명의 엑시머 램프의 다른 예에서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도로서, 도 6의 (a)는 방전 용기의 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 횡단면도이고, 도 6의 (b)는 6의 (a)에서의 A-A선 단면도이다.

도 7은 본 발명의 엑시머 램프의 또 다른 예에서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도로서, 도 7의 (a)는 방전 용기의 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 단면도이고, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 지면에 수직인 평면에 의한 단면을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 : 엑시머 램프 11 : 방전 용기

15 : 한 쪽의 전극(고전압 공급 전극) 16 : 다른 쪽의 전극(접지 전극)

18 : 광출사부(어퍼처부) 20 : 자외선 반사막

40 : 엑시머 램프 41 : 방전 용기

42 : 배기관 43 : 게터

44 : 광출사부 45 : 외측 전극

50 : 엑시머 램프 51 : 방전 용기

52 : 외측관 53 : 내측관

55 : 한 쪽의 전극(고전압 공급 전극) 56 : 다른 쪽의 전극

58 : 광출사부 60 : 중수소 램프

61 : 오목형 그레이팅 62 : 슬릿

65 : 광전 증배관 TS : 시험편

S : 방전 공간

Claims (1)

1. 방전 공간을 갖는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기를 구비하고, 당해 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재된 상태로 한 쌍의 전극이 설치됨과 더불어, 방전 공간 내에 크세논 가스가 봉입되어 이루어지고, 상기 방전 용기의 방전 공간 내에 있어서 엑시머 방전을 발생시키는 엑시머 램프로서,

   상기 방전 용기의 방전 공간에 노출되는 표면에, 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지는 자외선 반사막이 형성되어 있고, 당해 자외선 반사막에 포함되는, 규소 및 알루미늄 이외의 불순물 금속의 농도가 700wtppm 이하인 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.

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