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JP4568183B2 - Ultraviolet light source device - Google Patents

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JP4568183B2
JP4568183B2 JP2005196481A JP2005196481A JP4568183B2 JP 4568183 B2 JP4568183 B2 JP 4568183B2 JP 2005196481 A JP2005196481 A JP 2005196481A JP 2005196481 A JP2005196481 A JP 2005196481A JP 4568183 B2 JP4568183 B2 JP 4568183B2
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清 橋本
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  • Circuit Arrangements For Discharge Lamps (AREA)

Description

本発明は、光化学反応を利用して産業的に多くの利用が考えられる紫外光を発生する紫外光源装置に関する。   The present invention relates to an ultraviolet light source device that generates ultraviolet light that can be used industrially by utilizing a photochemical reaction.

従来、紫外光を発生させる手段として、エキシマランプと呼ばれる放電を利用した紫外光照射装置がある。
このエキシマランプは、図8に示すように、同軸状に配置された内管30と外管31との二重構造の合成石英ガラスの、内管30の内側に内部電極32を、外管31の外側に外部電極33をそれぞれ設け、内管30と外管31との間に形成された放電空間34に放電用希ガスとしてのキセノン(Xe)ガス35を充填して構成されている。
Conventionally, as means for generating ultraviolet light, there is an ultraviolet light irradiation device using discharge called an excimer lamp.
As shown in FIG. 8, this excimer lamp is made of synthetic quartz glass having a double structure of an inner tube 30 and an outer tube 31 arranged coaxially, and an inner electrode 32 is disposed inside the inner tube 30, and the outer tube 31. External electrodes 33 are provided on the outer sides of the electrodes, and a discharge space 34 formed between the inner tube 30 and the outer tube 31 is filled with a xenon (Xe) gas 35 as a rare gas for discharge.

そして、前記電極32、33間に高周波電源36から低電圧を印加することにより石英管の内管30と外管31との間でプラズマ放電が発生し、この放電プラズマにより放電用希ガス35が励起されて瞬間的にエキシマ状態となる。このエキシマ状態からもとの状態(基底状態)に戻る時にエキシマ特有のスペクトルが発生する。   Then, by applying a low voltage from the high frequency power source 36 between the electrodes 32 and 33, a plasma discharge is generated between the inner tube 30 and the outer tube 31 of the quartz tube, and the discharge rare gas 35 is generated by the discharge plasma. Exciter state is instantaneously excited. When returning from the excimer state to the original state (ground state), a spectrum unique to the excimer is generated.

発光スペクトルは充填する放電ガスの組成により設定することができ、放電ガスの組成を選ぶことにより紫外光あるいは真空紫外光を発生させることができる(例えば、特許文献1参照。)。   The emission spectrum can be set by the composition of the discharge gas to be filled, and ultraviolet light or vacuum ultraviolet light can be generated by selecting the composition of the discharge gas (see, for example, Patent Document 1).

この紫外光、特に真空紫外光は低電力高出力、低温照射などの特徴を有し、例えば、有用な化学物質の合成、有毒物質の分解、表面処理、新材料創成、殺菌、滅菌等の産業的に多くの利用が期待されている。
特開2002−352774号公報
This ultraviolet light, especially vacuum ultraviolet light, has features such as low power, high output and low temperature irradiation. For example, industries such as synthesis of useful chemical substances, decomposition of toxic substances, surface treatment, creation of new materials, sterilization, sterilization, etc. Many uses are expected.
JP 2002-352774 A

しかしながら、紫外光(以下、真空紫外光を例にして説明する)を実際に産業に利用するためには、さらに強力な光源が必要とされるため、従来のエキシマランプではエネルギーが不足し、実用に適さない。   However, in order to actually use ultraviolet light (hereinafter, described with vacuum ultraviolet light as an example) in the industry, a more powerful light source is required, so conventional excimer lamps lack energy and are practical. Not suitable for.

さらに、発光効率(電気エネルギーから真空紫外光へのエネルギー変換効率)も低く、経済的にも問題があった。
また、化学反応を制御して有用な化学物質を作り出す場合などには、パルス幅が100ナノ秒以下となるような幅の狭い真空紫外光が必要となる場合があるが、現在の放電型のエキシマランプではパルス幅が数十μ秒を切るようなパルスを出すことはほとんど不可能であり、実用的ではなかった。
In addition, the luminous efficiency (energy conversion efficiency from electric energy to vacuum ultraviolet light) is low, which is economically problematic.
In addition, when producing a useful chemical substance by controlling a chemical reaction, a vacuum ultraviolet light having a narrow pulse width of 100 nanoseconds or less may be required. With an excimer lamp, it is almost impossible to produce a pulse with a pulse width of less than several tens of microseconds, which is not practical.

本発明は上記課題を解決するためになされたものであって、真空紫外光を産業に利用するために必要とされる、強力で、発光効率が高く、必要に応じてパルス幅が100ナノ秒以下となるような幅の狭い真空紫外光を発生することができる紫外光源装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and is required for industrial application of vacuum ultraviolet light. It is powerful, has high luminous efficiency, and has a pulse width of 100 nanoseconds as required. An object of the present invention is to provide an ultraviolet light source device capable of generating vacuum ultraviolet light having a narrow width as follows.

上記の目的を達成するために請求項1の発明は、電子線を発生する電子線発生部と、放電ガスが封入され、前記電子線発生部で発生した電子線を前記放電ガス中に入射させることにより紫外光を発生させる光発生部と、前記電子線発生部と光発生部とを隔離してそれぞれの気密を保つとともに、前記電子線発生部で発生した電子線を前記光発生部内に透過させるダイヤモンド薄膜からなる電子線透過窓と、前記光発生部で発生した紫外光を外に取り出す光透過窓とからなる紫外光源装置において、前記ダイヤモンド薄膜をシリコン基板上に形成し、該シリコン基板をアノードに取り付けたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, an invention according to claim 1 is directed to an electron beam generator that generates an electron beam and a discharge gas, and the electron beam generated in the electron beam generator is incident on the discharge gas. In this way, the light generating part for generating ultraviolet light and the electron beam generating part and the light generating part are isolated and kept airtight, and the electron beam generated by the electron beam generating part is transmitted into the light generating part. In an ultraviolet light source device comprising an electron beam transmission window made of a diamond thin film and a light transmission window for extracting ultraviolet light generated by the light generating portion, the diamond thin film is formed on a silicon substrate, It is attached to the anode .

本発明の紫外光源装置によれば、これまでのエキシマランプでは実現できなかった強力で、発光効率が高く、パルス幅が100ナノ秒以下となるような幅の狭い紫外光を発生することができ、真空紫外光のさまざまな産業分野への利用が可能となる。   According to the ultraviolet light source device of the present invention, it is possible to generate ultraviolet light that is powerful, has high luminous efficiency, and has a pulse width of 100 nanoseconds or less, which has not been realized with conventional excimer lamps. It becomes possible to use vacuum ultraviolet light in various industrial fields.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態による紫外光源装置を示す断面図である。
図1において、1は電子線発生部で、真空に保たれた容器2の内部に電子放出源として熱電子陰極であるカソード3が設けられている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a sectional view showing an ultraviolet light source device according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an electron beam generator, and a cathode 3 which is a thermionic cathode is provided as an electron emission source inside a container 2 kept in a vacuum.

このカソード3は接地電位に対して負の電位となるように、容器2外に設けられた電子線加速用電源4に接続されている。
5はカソード3を加熱するために容器2内に設けられたヒータで、容器2外に設けられたヒータ電源6に接続されている。
The cathode 3 is connected to an electron beam accelerating power source 4 provided outside the container 2 so as to have a negative potential with respect to the ground potential.
A heater 5 provided in the container 2 for heating the cathode 3 is connected to a heater power source 6 provided outside the container 2.

7は金属板からなるグリッド板で、前記カソード3の前面に設けられ、カソード3から放出され、加速された電子線8の形状を成形するためのスリット9を形成している。
10は容器2外に設けられ、前記カソード3に接続された電子線制御用電源で、カソード3に対して正または負の電圧を印加できるようになっている。
Reference numeral 7 denotes a grid plate made of a metal plate, which is provided on the front surface of the cathode 3 and forms slits 9 for shaping the shape of the accelerated electron beam 8 emitted from the cathode 3.
An electron beam control power source 10 is provided outside the container 2 and connected to the cathode 3 so that a positive or negative voltage can be applied to the cathode 3.

11はアノードで、前記カソード3から放出される電子線8に対向するように電子線発生部1の容器2内面に取り付けられて接地され、スリット状開口部12が形成されている。
このアノード11は、図示しないが水冷、あるいは他の手段により冷却されている。
Reference numeral 11 denotes an anode, which is attached to the inner surface of the container 2 of the electron beam generator 1 so as to face the electron beam 8 emitted from the cathode 3 and is grounded to form a slit-shaped opening 12.
Although not shown, the anode 11 is cooled by water or other means.

13は電子線透過窓で、例えば、ダイヤモンドの薄膜をシリコン基板上に形成し、前記アノード11のスリット状開口部12を塞ぐようにアノード11に取り付けられ、さらに、アノード11と一体的に容器2に形成された開口部14を塞ぐように容器2の内面に取り付けられている。   Reference numeral 13 denotes an electron beam transmission window. For example, a thin film of diamond is formed on a silicon substrate, and is attached to the anode 11 so as to close the slit-like opening 12 of the anode 11. Further, the container 2 is integrated with the anode 11. It is attached to the inner surface of the container 2 so as to close the opening 14 formed in the container 2.

15は光発生部で、容器16が前記電子線発生部1の容器2に取り付けられ、容器2の開口部14に対向した位置に開口部17が形成されている。
この光発生部15の容器16の少なくとも内面は、発生した真空紫外光を効率よく外部に取り出すために光を反射しやすい、例えばアルミニウムなどの材料で形成されるか、光を反射しやすい材料でコーティングされている。
Reference numeral 15 denotes a light generator, and a container 16 is attached to the container 2 of the electron beam generator 1, and an opening 17 is formed at a position facing the opening 14 of the container 2.
At least the inner surface of the container 16 of the light generating unit 15 is made of a material that easily reflects light in order to efficiently extract the generated vacuum ultraviolet light to the outside, for example, a material such as aluminum, or a material that easily reflects light. It is coated.

18は光透過窓で、前記光発生部15の容器16の開口部17と反対側の対向した面に形成され、真空紫外光が透過する材料、例えばフッ化マグネシウムなどの材料から形成されている。   A light transmission window 18 is formed on a surface opposite to the opening 17 of the container 16 of the light generation unit 15 and is formed of a material that transmits vacuum ultraviolet light, such as magnesium fluoride. .

前記光発生部15の容器16の内部には1〜数気圧の例えばキセノン(Xe)ガスなどの希ガスを含む放電ガス19が封入されている。
真空に保たれた電子線発生部1と、高圧の放電ガスが充填された光発生部15との気密は前記電子線透過窓12により保たれている。
A discharge gas 19 containing a rare gas such as xenon (Xe) gas having a pressure of 1 to several atmospheres is sealed inside the container 16 of the light generating unit 15.
Airtightness between the electron beam generator 1 kept in a vacuum and the light generator 15 filled with a high-pressure discharge gas is maintained by the electron beam transmission window 12.

次に本実施の形態の作用について説明する。
ヒータ電源6により電圧が印加されたヒータ5は発熱し、隣接したカソード3を加熱する。
Next, the operation of this embodiment will be described.
The heater 5 to which a voltage is applied by the heater power supply 6 generates heat and heats the adjacent cathode 3.

ヒータ5によって加熱されたカソード6は熱電子放出により高エネルギーの電子線を放出する。
一方、カソード6の前面に設けられたはグリッド板7には電子線制御用電源10により正または負の電圧が印加される。
グリッド板7に負の電圧を印加した場合、カソード3からの電子線の放出は抑制される。
The cathode 6 heated by the heater 5 emits a high energy electron beam by thermionic emission.
On the other hand, a positive or negative voltage is applied to the grid plate 7 provided on the front surface of the cathode 6 by an electron beam control power source 10.
When a negative voltage is applied to the grid plate 7, the emission of the electron beam from the cathode 3 is suppressed.

逆にグリッド板7に0または正の電圧をかけた場合はカソード3から電子線が放出される。
カソード3から放出された電子線8は電子線発生部1の容器2内で電子線加速用電源4により加速され、接地電位にあるアノード11に向かってさらに加速される。
電子線加速用電源4の電圧は、例えば、数十Kv〜100Kv程度が好ましい。
Conversely, when 0 or a positive voltage is applied to the grid plate 7, an electron beam is emitted from the cathode 3.
The electron beam 8 emitted from the cathode 3 is accelerated by the electron beam acceleration power source 4 in the container 2 of the electron beam generator 1 and further accelerated toward the anode 11 at the ground potential.
The voltage of the electron beam accelerating power source 4 is preferably about several tens Kv to 100 Kv, for example.

電子線加速用電源4の電圧が低くなると、電子線透過窓13を透過する電子線の数とエネルギーが低下する。
逆に、電子線加速用電源4の電圧が高くなりすぎると絶縁が難しくなり、装置が大型で高価になる。特に、電圧が100Kvを超えると絶縁対策は極端に難しくなる。
When the voltage of the electron beam accelerating power source 4 is lowered, the number and energy of electron beams that pass through the electron beam transmission window 13 are reduced.
On the contrary, if the voltage of the electron beam acceleration power source 4 becomes too high, insulation becomes difficult, and the apparatus becomes large and expensive. In particular, when the voltage exceeds 100 Kv, measures against insulation become extremely difficult.

加速された電子線8はアノード11のスリット状開口部12を通って電子線透過窓13を透過し、光発生部15に入射する。
光発生部15の容器16内にはキセノンガスを含む放電ガス19が封入されているため高エネルギーの電子線8はキセノンガス原子と衝突しイオンまたは励起原子を生成する。
The accelerated electron beam 8 passes through the slit-shaped opening 12 of the anode 11, passes through the electron beam transmission window 13, and enters the light generation unit 15.
Since the discharge gas 19 containing xenon gas is enclosed in the container 16 of the light generation unit 15, the high energy electron beam 8 collides with the xenon gas atoms and generates ions or excited atoms.

その後、励起分子生成、電子−イオン再結合などの衝突反応過程を経てエキシマが生成される。
エキシマは非常に短時間で解離し基底状態に戻るが、その過程でエキシマ特有の真空紫外光を発生する。
例えば、キセノンエキシマからの発光は波長173nmの真空紫外光20である。
Thereafter, excimers are generated through collision reaction processes such as excited molecule generation and electron-ion recombination.
Excimer dissociates in a very short time and returns to the ground state, and excimer-specific vacuum ultraviolet light is generated in the process.
For example, light emitted from a xenon excimer is vacuum ultraviolet light 20 having a wavelength of 173 nm.

電子線8から真空紫外光20へのエネルギー変換効率は、計算機シミュレーションによると、60%程度の高効率が期待できる。
光発生部15で発生した真空紫外光20は、光透過窓18を通過して外部に取り出される。
The energy conversion efficiency from the electron beam 8 to the vacuum ultraviolet light 20 can be expected to be as high as about 60% according to computer simulation.
The vacuum ultraviolet light 20 generated by the light generator 15 passes through the light transmission window 18 and is extracted outside.

このようにして発生した真空紫外光20は、有用な化学物質の合成、フロン、PCB、ダイオキシン等の有毒物質の分解、表面処理、新材料創成、殺菌、滅菌等の産業的に多くの分野へ利用される。   The vacuum ultraviolet light 20 thus generated is used in many industrial fields such as synthesis of useful chemical substances, decomposition of toxic substances such as chlorofluorocarbon, PCB, and dioxin, surface treatment, creation of new materials, sterilization, and sterilization. Used.

本実施の形態によれば、電子線発生部1から発生した高エネルギーの電子線8を高圧の放電ガス19中に入射することにより光発生部15でエキシマを生成し、真空紫外光20を発生させるので、電子線8からエキシマ生成を経由した光へのエネルギー変換効率は、60%近い効率が得られる。   According to the present embodiment, the high energy electron beam 8 generated from the electron beam generator 1 is incident on the high-pressure discharge gas 19 to generate excimer in the light generator 15 and generate the vacuum ultraviolet light 20. Therefore, the energy conversion efficiency from the electron beam 8 to the light via excimer generation can be close to 60%.

また、高エネルギーの電子線8の発生効率は、100%近い高効率が実現できることから、電気エネルギーから真空紫外光への変換を数十%と非常に高い効率で行うことができる。
また、エキシマから発生する光は紫外光、特に、希ガスのみの単体ガスや、混合ガスのエキシマから発生する光は、波長200nm以下の真空紫外光となる。
Further, since the generation efficiency of the high energy electron beam 8 can be as high as 100%, conversion from electric energy to vacuum ultraviolet light can be performed with a very high efficiency of several tens of percent.
The light generated from the excimer is ultraviolet light, and particularly, the light generated from the single gas of the rare gas or the excimer of the mixed gas is vacuum ultraviolet light having a wavelength of 200 nm or less.

図2に、さまざまな化学結合の結合エネルギーを光の波長に換算した値と、同時にキセノンエキシマから発生する光の波長173nmも示す。
図において短波長ほどエネルギーは高いことを示している。
FIG. 2 shows values obtained by converting bond energies of various chemical bonds into light wavelengths, and at the same time, the wavelength of light 173 nm generated from the xenon excimer.
In the figure, the shorter the wavelength, the higher the energy.

図2から分かるように、キセノンエキシマ光はN≡N、C≡C、C=Oを除いたほとんどの化学結合エネルギーより高いエネルギーを持つため、この波長よりも長い波長を持つ化学結合は波長173nmの真空紫外光で結合を直接切ることができることを示しており、ほとんどの結合を切ることができることが分かる。
また、電子線8のパワー密度を高くすることにより、原理的にはより強力(高輝度)な真空紫外光20を発生させることができる。
As can be seen from FIG. 2, since xenon excimer light has energy higher than most chemical bond energies except N≡N, C≡C, and C═O, a chemical bond having a wavelength longer than this wavelength has a wavelength of 173 nm. It can be seen that the bonds can be cut directly with vacuum ultraviolet light, and most bonds can be cut.
Further, by increasing the power density of the electron beam 8, in principle, more powerful (higher luminance) vacuum ultraviolet light 20 can be generated.

電子線8のパワー密度を高くする際の最大の問題点は、電子線透過窓13の発熱による破壊であるが、本実施の形態ではこの電子線透過窓13にダイヤモンド薄膜を使用することで電子線8のパワー密度を高くすることとができる。   The biggest problem in increasing the power density of the electron beam 8 is the destruction of the electron beam transmission window 13 due to heat generation. In this embodiment, the use of a diamond thin film for the electron beam transmission window 13 reduces the electron density. The power density of the line 8 can be increased.

電子線透過窓13の材料として使用したダイヤモンドは、強度が高く、原子番号が小さく、熱伝導率が非常に大きいという特徴があり、電子線透過窓13としては非常に優れた性質を持っている。   The diamond used as the material for the electron beam transmission window 13 has characteristics such as high strength, small atomic number, and very high thermal conductivity, and has very excellent properties as the electron beam transmission window 13. .

電子線8は電子線透過窓13を透過する時、電子線透過窓13の構成原子中の電子と衝突して散乱され、エネルギーを失っていくため、電子線透過窓13の厚さを薄くし、また、原子番号の小さな物質を使用することにより、電子線8の透過率を高くすることができる。   When the electron beam 8 passes through the electron beam transmission window 13, it collides with the electrons in the constituent atoms of the electron beam transmission window 13 and is scattered and loses energy. Therefore, the thickness of the electron beam transmission window 13 is reduced. Moreover, the transmittance of the electron beam 8 can be increased by using a substance having a small atomic number.

ダイヤモンドは強度が高いため、膜の厚さを薄くすることができ、また、原子番号も6と小さいため電子線8の透過率を高くすることができる。
さらに、電子線透過窓13の形状を、アノード11のスリット状開口部12によりスリット状にすることで、同面積の円形(ピンホール形)の電子線透過窓等と比較して厚さを薄くすることが可能となる。
Since diamond has high strength, the thickness of the film can be reduced, and since the atomic number is as small as 6, the transmittance of the electron beam 8 can be increased.
Further, the shape of the electron beam transmission window 13 is made slit by the slit-shaped opening 12 of the anode 11 so that the thickness is reduced compared to a circular (pinhole) electron beam transmission window or the like of the same area. It becomes possible to do.

例えば、スリット幅を1mm程度とすると、ダイヤモンド膜の厚さは数μmで十分である。この厚さのダイヤモンド膜に対して電子線8のエネルギーが数十Kvとすると電子線8の透過率は98%以上となる。   For example, if the slit width is about 1 mm, a diamond film thickness of several μm is sufficient. When the energy of the electron beam 8 is several tens Kv with respect to the diamond film having this thickness, the transmittance of the electron beam 8 is 98% or more.

また、電子線透過窓13を透過する電子線8の密度は、電子線透過窓13での発熱とその冷却能力とのバランスで決まる。
すなわち、電子線透過窓13の冷却能力が高ければより多くの電子線8を通すことが可能となり、紫外光源装置としての出力が増加することとなる。
Further, the density of the electron beam 8 that passes through the electron beam transmission window 13 is determined by the balance between the heat generation in the electron beam transmission window 13 and its cooling ability.
That is, if the cooling capability of the electron beam transmission window 13 is high, more electron beams 8 can be passed, and the output as the ultraviolet light source device increases.

ダイヤモンドは熱伝導率の良いとされる金属と比較しても熱伝導率がさらに一桁程度高いため、アノード11を十分冷やしさえすれば熱伝導により電子線透過窓13の冷却を効率よく行うことができる。   Since diamond has a thermal conductivity that is about an order of magnitude higher than that of a metal having good thermal conductivity, if the anode 11 is sufficiently cooled, the electron beam transmission window 13 can be efficiently cooled by thermal conduction. Can do.

そのため、通常の金属薄膜やシリコン薄膜と比較して、1桁以上の電流密度を通過させることができる。
一方、光透過窓18を形成する材料は真空紫外光20が透過する材料であればよく、前記実施の形態で説明したフッ化マグネシウムの他に、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリム、フッ化カリウム、石英、サファイヤ等の材料を用いることもできる。
Therefore, a current density of one digit or more can be passed as compared with a normal metal thin film or silicon thin film.
On the other hand, the material for forming the light transmission window 18 may be any material that allows the vacuum ultraviolet light 20 to pass through. In addition to the magnesium fluoride described in the above embodiment, calcium fluoride, barium fluoride, lithium fluoride, Materials such as sodium fluoride, potassium fluoride, quartz, and sapphire can also be used.

光発生部15の容器16の少なくとも内面に形成されるか、コーティングされ、真空紫外光を反射しやすい材料としてはアルミニウム等が適している。
例えば、アルミニウムは、173nmの真空紫外光に対し、92%以上の反射率を有している。
Aluminum or the like is suitable as a material that is formed or coated on at least the inner surface of the container 16 of the light generating unit 15 and easily reflects vacuum ultraviolet light.
For example, aluminum has a reflectance of 92% or more with respect to vacuum ultraviolet light of 173 nm.

さらに、光発生部15の容器16の内面に、あるいは、内面に真空紫外光を反射する材料をコーティングした上に、真空紫外光を透過する材料をコーティングすることにより容器16の内壁の腐食を防止することができる。   Furthermore, the inner surface of the container 16 of the light generating unit 15 or the inner surface of the container 16 is coated with a material that reflects vacuum ultraviolet light, and then coated with a material that transmits vacuum ultraviolet light, thereby preventing corrosion of the inner wall of the container 16. can do.

特に、光発生部15に封入する放電ガスとして希ガスとハロゲンガスの混合ガスを用いた場合には、反射材としてのアルミニウムは腐食しやすくなるため、腐食防止のためのコーティングが必要となる。
腐食防止のためのコーティング材料としてフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリム、フッ化カリウム等が考えられる。
In particular, when a mixed gas of a rare gas and a halogen gas is used as a discharge gas sealed in the light generating portion 15, aluminum as a reflective material is easily corroded, and thus a coating for preventing corrosion is necessary.
As a coating material for preventing corrosion, magnesium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, lithium fluoride, sodium fluoride, potassium fluoride and the like can be considered.

光発生部15に封入する放電ガスは、キセノン、クリプトン、アルゴン、ヘリウム等の希ガス単体でもよく、また、2種類以上の希ガスの混合ガスでもよく、また、希ガスとハロゲンガス(フッ素、塩素、臭素等)の混合ガスでもよい。
キセノン単体ガスを使えば、波長173nmの真空紫外光が得られ、どのガスを使っても基本的には同じである。
The discharge gas sealed in the light generating unit 15 may be a single rare gas such as xenon, krypton, argon, or helium, or may be a mixed gas of two or more kinds of rare gases, or a rare gas and a halogen gas (fluorine, A mixed gas of chlorine, bromine, etc.).
If xenon simple substance gas is used, vacuum ultraviolet light with a wavelength of 173 nm can be obtained, and any gas is basically the same.

グリッド板7としては、前記実施の形態の説明においては加速された電子線8がすべて電子線透過窓13を透過するように電子線形状の成型のためのスリット9を設けた金属板を用いた場合を説明したが、メッシュ状のものを用いることもできる。   As the grid plate 7, a metal plate provided with slits 9 for forming an electron beam shape so that all the accelerated electron beams 8 pass through the electron beam transmission window 13 is used in the description of the above embodiment. Although the case has been described, a mesh-like one can also be used.

また、電子放出源としてのカソード3前面にグリッド板7を設置し、電子線制御用電源10によりカソード3からの電子線の放出をオン・オフ制御することで光発生部15に入射する電子線8のパルス幅を狭くし、発生する真空紫外光20のパルス幅を100ナノ秒以下にまで狭くすることができる。   Further, an electron beam incident on the light generation unit 15 is provided by installing a grid plate 7 on the front surface of the cathode 3 as an electron emission source and controlling on / off of emission of the electron beam from the cathode 3 by the electron beam control power source 10. The pulse width of the generated vacuum ultraviolet light 20 can be narrowed to 100 nanoseconds or less.

図3に、電子線出力をパルス制御することにより前記光発生部から発生する真空紫外光をパルス的に発生するさせるパルス制御を行った場合のカソードに対するグリッド板印加電圧Vの様子を示す。   FIG. 3 shows a state of the grid plate applied voltage V to the cathode in the case of performing pulse control for generating vacuum ultraviolet light generated from the light generating unit in a pulse manner by controlling the electron beam output.

図3において、タイミングAがグリッド板7に電圧を印加した場合、タイミングBがグリッド板7に電圧を印加しない場合で、タイミングAの場合のみ真空紫外光をパルス的に放出することができる。   In FIG. 3, when the voltage is applied to the grid plate 7 at the timing A, the vacuum ultraviolet light can be emitted in a pulse manner only at the timing A when the voltage is not applied to the grid plate 7 at the timing B.

また、電子線発生部の構成は、前記実施の形態で説明した熱電子発生を利用した手段以外にも、多くの手段が考えられる。
例えば、プラズマを利用して電子を発生させるプラズマ電子源もその一つの手段である。その他、電子を発生して加速できればどのような手段でもよい。
In addition to the means using thermionic generation described in the above embodiment, many means are conceivable for the configuration of the electron beam generator.
For example, a plasma electron source that generates electrons using plasma is one of the means. Any other means may be used as long as it can generate and accelerate electrons.

図4は、アノードへの電子線透過窓の取り付け方の一例を示す図である。
図4において、11はアノード、12はアノード11のほぼ中心部に形成されたスリット状開口部、21はシリコン基板でほぼ中心部に前記アノード11のスリット状開口部12に対応させてエッチングなどで幅1mm程度のスリット孔22を形成している。
FIG. 4 is a diagram showing an example of how to attach the electron beam transmission window to the anode.
In FIG. 4, 11 is an anode, 12 is a slit-like opening formed at substantially the central part of the anode 11, 21 is a silicon substrate, and etching is performed corresponding to the slit-like opening 12 of the anode 11 at almost the central part. A slit hole 22 having a width of about 1 mm is formed.

シリコン基板21のアノード11に面する表面にはアノード11を構成する例えば銅などの材料となじみの良い金属(例えば銅、銀、金等)23を蒸着して、この金属23を介してシリコン基板21がアノード11にロー付けされている。
24は電子線透過窓13を構成するダイヤモンド膜で、厚さは数μm程度である。
On the surface of the silicon substrate 21 facing the anode 11, a metal (for example, copper, silver, gold, etc.) 23 that is compatible with a material such as copper constituting the anode 11 is deposited, and the silicon substrate is interposed through the metal 23. 21 is brazed to the anode 11.
Reference numeral 24 denotes a diamond film constituting the electron beam transmission window 13 and has a thickness of about several μm.

また、アノード11には水冷部25が形成され、冷却されている。
アノード11へのシリコン基板21の取り付け方としては、図5に示すように、金等の軟らかい金属の薄膜26を挟んで押え金具27とねじ28等で機械的に固定してもよい。
Further, a water cooling part 25 is formed on the anode 11 and cooled.
As a method of attaching the silicon substrate 21 to the anode 11, as shown in FIG. 5, it may be mechanically fixed with a presser fitting 27 and a screw 28 with a soft metal thin film 26 such as gold interposed therebetween.

このようにすることにより、アノード11にダイヤモンド薄膜24を簡単に取り付けることができ、電子線透過窓13を構成することができる。
また、シリコン基板21の厚さはダイヤモンド薄膜24に比べ十分厚い(数十倍以上)ため熱伝導の妨げにはほとんどならない。
By doing in this way, the diamond thin film 24 can be easily attached to the anode 11, and the electron beam transmission window 13 can be comprised.
Further, since the thickness of the silicon substrate 21 is sufficiently thick (several tens of times) as compared with the diamond thin film 24, it hardly hinders heat conduction.

図6は本発明の変形例を示す図で、光発生部15の容器16の形状を、前記第1の実施の形態で示した矩形箱型から円錐箱型にしている。
このようにすることにより、容器16内で発生した真空紫外光20を少ない反射で外部に取り出すことができる。もちろん円錐形状の代わりに三角錐、四角錘等の多角錘にしてもよい。
FIG. 6 is a view showing a modification of the present invention, and the shape of the container 16 of the light generating unit 15 is changed from the rectangular box shape shown in the first embodiment to a conical box shape.
By doing in this way, the vacuum ultraviolet light 20 generated in the container 16 can be taken out to the outside with less reflection. Of course, a polygonal pyramid such as a triangular pyramid or a quadrangular pyramid may be used instead of the conical shape.

さらに図7に示すように、電子線発生部1の容器2の先端を開口させ、電子線透過窓13を取り付けたアノード11を、光発生部15の容器16の外面に取り付けるようにしてもよく、場合によっては容器16の内面に取り付けることも可能である。   Further, as shown in FIG. 7, the tip of the container 2 of the electron beam generator 1 may be opened, and the anode 11 with the electron beam transmission window 13 attached may be attached to the outer surface of the container 16 of the light generator 15. In some cases, it may be attached to the inner surface of the container 16.

本発明の第1の実施の形態による紫外光源装置の断面図。Sectional drawing of the ultraviolet light source device by the 1st Embodiment of this invention. さまざまな化学結合の結合エネルギーを光の波長に換算して表した説明図。Explanatory drawing which converted and expressed the bond energy of various chemical bonds into the wavelength of light. 本発明における電子線発生部のカソードに対してグリッド板にかけるパルス電圧の一例を示す説明図。Explanatory drawing which shows an example of the pulse voltage applied to a grid board with respect to the cathode of the electron beam generation part in this invention. 本発明におけるアノードへの電子線透過窓の取り付け方の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows an example of the attachment method of the electron beam transmission window to the anode in this invention. 本発明におけるアノードへの電子線透過窓の取り付け方の別の一例を示す断面図。Sectional drawing which shows another example of the attachment method of the electron beam transmission window to the anode in this invention. 本発明の変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows the modification of this invention. 本発明の別の変形例を示す断面図。Sectional drawing which shows another modification of this invention. 従来のエキシマランプを示す断面図。Sectional drawing which shows the conventional excimer lamp.

符号の説明Explanation of symbols

1…電子線発生部、2…電子線発生部の容器、3…カソード、4…電子線加速用電源、5…ヒータ、6…ヒータ電源、7…グリッド板、8…電子線、9…スリット、10…電子線制御用電源、11…アノード、12…スリット状開口部、13…電子線透過窓、14…開口部、15…光発生部、16…光発生部の容器、17…開口部、18…光透過窓、19…放電ガス、20…真空紫外光、21…シリコン基板、22…スリット孔、23…金属、24…ダイヤモンド膜、25…水冷部、26…金属膜、27…押え金具、28…ねじ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron beam generating part, 2 ... Electron beam generating part container, 3 ... Cathode, 4 ... Electron beam acceleration power source, 5 ... Heater, 6 ... Heater power source, 7 ... Grid plate, 8 ... Electron beam, 9 ... Slit DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Electron beam control power supply, 11 ... Anode, 12 ... Slit-shaped opening part, 13 ... Electron beam transmission window, 14 ... Opening part, 15 ... Light generating part, 16 ... Container of light generating part, 17 ... Opening part , 18 ... light transmission window, 19 ... discharge gas, 20 ... vacuum ultraviolet light, 21 ... silicon substrate, 22 ... slit hole, 23 ... metal, 24 ... diamond film, 25 ... water-cooled part, 26 ... metal film, 27 ... presser Metal fitting, 28 ... screw.

Claims (5)

電子線を発生する電子線発生部と、放電ガスが封入され、前記電子線発生部で発生した電子線を前記放電ガス中に入射させることにより紫外光を発生させる光発生部と、前記電子線発生部と光発生部とを隔離してそれぞれの気密を保つとともに、前記電子線発生部で発生した電子線を前記光発生部内に透過させるダイヤモンド薄膜からなる電子線透過窓と、前記光発生部で発生した紫外光を外に取り出す光透過窓とからなる紫外光源装置において、
前記ダイヤモンド薄膜をシリコン基板上に形成し、該シリコン基板をアノードに取り付けたことを特徴とする紫外光源装置。
An electron beam generating unit that generates an electron beam; a light generating unit that encloses a discharge gas and generates ultraviolet light by causing the electron beam generated by the electron beam generating unit to enter the discharge gas; and the electron beam An electron beam transmission window made of a diamond thin film that isolates the generation unit and the light generation unit to keep each airtight and transmits the electron beam generated in the electron beam generation unit into the light generation unit, and the light generation unit In the ultraviolet light source device consisting of a light transmission window that takes out the ultraviolet light generated in
An ultraviolet light source device, wherein the diamond thin film is formed on a silicon substrate, and the silicon substrate is attached to an anode .
前記電子線透過窓の形状をスリット状としたことを特徴とする請求項1記載の紫外光源装置。   2. The ultraviolet light source device according to claim 1, wherein the electron beam transmitting window has a slit shape. 前記光発生部の内面を紫外光を反射する材料で構成するか、または内面に紫外光を反射する材料をコーティングしたことを特徴とする請求項1又は2記載の紫外光源装置。 3. The ultraviolet light source device according to claim 1, wherein an inner surface of the light generating portion is made of a material that reflects ultraviolet light, or a material that reflects ultraviolet light is coated on the inner surface. 前記光発生部の内面を腐食防止用の紫外光を透過する材料でコーティングしたことを特徴とする請求項記載の紫外光源装置。 4. The ultraviolet light source device according to claim 3, wherein an inner surface of the light generating portion is coated with a material that transmits ultraviolet light for preventing corrosion. 前記腐食防止用のコーティング材料としてフッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリム、フッ化カリウムのいずれかを使用したことを特徴とする請求項記載の紫外光源装置。 5. The ultraviolet light source device according to claim 4 , wherein any one of magnesium fluoride, calcium fluoride, barium fluoride, lithium fluoride, sodium fluoride, and potassium fluoride is used as the coating material for preventing corrosion. .
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