本発明の実施例1は、管状部に直接結合さ れた球状部で放電を行い、管状部のリザーバ から放電ガスを供給する放電ランプである。

 図1は、本発明の実施例1における放電ラ� �プの断面図である。図1において、放電ラン� ��1は、球状部と管状部からなる放電ランプで ある。放電容器2は、内部に発光物質が封入� �れた容器である。放電容器のガラスの脆化� �護のためと、ガラスと封入ガスとの反応防� �のために、放電容器の表面に、アルミナ膜� �チタニア膜等の保護膜を適宜形成してもよ� �。また、ハロゲンを封入する場合は、フッ� �マグネシウム膜等を形成するのがよい。球� �部3は、放電容器の球状の部分である。管状� ��4は、放電容器の直管部である。内側球5は� �放電容器の球状部の内壁を構成する球殻状� �電体である。外側球6は、放電容器の球状部� ��外壁を構成する球殻状誘電体である。

 内管7は、放電容器の管状部の内壁を構成 する直管状誘電体である。外管8は、放電容� �の管状部の外壁を構成する直管状誘電体で� �る。端部9は、放電容器の管状部の内管7と外 管8とが接続されたリング状部である。球殻� �空間43は、内側球5の外面と外側球6の内面と� ��管7の外面により囲まれた球殻状の空間であ る。管状空間44は、内管7の外面と外管8の内� �と端部9の内面に囲まれた直管状の空間であ� ��。内側電極35は、球状部の内側に配設され� �電極である。外側電極36は、球状部の外側に 配設された金属網製の電極である。外側球の 外側電極としては、金網製の電極でなくても 、各種の導電性膜を網状に球表面に焼き付け て構成してもよい。給電線30は、内側電極に� ��力を供給する導電性の線である。線の代わ� ��に円筒や円柱や膜や板を用いて給電するこ� ��もできる。

 誘電体の放電容器2の内部は、球状部3と� �球状部3に連結された管状部4から構成されて いる。球状部3は、外側球6と、外側球6と同心 の内側球5とからなる2重管である。球状部3の 外表面に外側電極36が設けられている。外側� ��極36と対の内側電極35が、内側球5の内側に� �けてある。外側球6と内側球5との間に形成さ れた球殻状空間43に、発光物質が封入されて� ��る。管状部4は、外側球6に結合された外管8� ��、内側球5に結合された内管7とからなる。� �状部4には、外側電極も内側電極も設けず、� ��側電極35に給電する給電線30を内部に通す。 管状部4は、発光物質を貯蔵するリザーバで� �る。

 図2は、放電ランプの冷却方法を示す概念 図である。図2において、冷却管61は、冷却媒 体を内側球の内側に導入して放電ランプを冷 却するための管である。図3は、反射鏡付の� �源装置に放電ランプを取り付けた状態を示� �概念図である。図3において、反射鏡101は、� ��対称の反射面で照射光を一様に反射する回� ��放物面凹面鏡である。被照射物102は、半導� ��ウエハなどの照射対象物である。テーブル1 03は、被照射物を載置する台である。

 上記のように構成された本発明の実施例1 における放電ランプの機能と動作を説明する 。最初に、図1を参照しながら、放電容器の� �形方法を説明する。内側球5の外径が外管8の 内径よりも小さい場合、つまり、内側球5が� �管8内を貫通できる場合には、内側球5を先端 に成形した内管7を、外側球6を先端に成形し� ��外管8の内部に挿入して、内管7と外管8を封� ��させて端部9を形成する方法により、放電容 器が形成される。

 内側球5の外径が外管8の内径よりも大き� �場合、つまり、内側球5が外管8を貫通できな い場合には、外側球6の最大外径部分付近で� �外管軸方向の上下に分けて外側球を形成す� �。具体的には、内側球5を先端に成形した内� ��7を、外側球の半球部分を先端に成形した外 管8の内部に挿入して、内管7と外管8を封止さ せて端部9を形成する。その後、外側球の残� �の半球部分をガラス加工により封止する。� �の方法の場合には、内側球と外側球との間� �、すなわち放電ギャップを短くすることが� �き、封入ガスの圧力を上げても、始動が比� �的容易になり、強い放射出力を得ることが� �きるようになる。

 内側球5の内側表面に内側電極35を設ける� ��内側電極35は、例えば、導電性ペーストを� �し込み、塗布した後、焼成することによっ� �、形成することができる。内側電極35は、給 電線30を介して電気的に外部に接続されてい� ��。内側電極35に対向して、外側球6の外側に� ��属製網の外側電極36が設置されている。図1� ��は、外側電極36への給電線は省略してある� �放電容器にはキセノンガスが封入されてい� �。

 次に、放電ランプの動作を説明する。外� ��電極36と内側電極35との間に電力を供給する ことにより、球状部3を介して放電が行われ� �。球殻状空間43では、誘電体の内側球5と外� �球6を介して、内側電極35と外側電極36との間 で放電が行われ、発光物質による光が放射さ れる。放電ランプの点灯動作は、次の通りで ある。内側電極35と外側電極36間に、20kHz程度 の高周波電圧を印加して、誘電体バリア放電 を発生させる。この時発生するキセノンのエ キシマ光(波長172nm)は、金属網の外側電極36を 透過して、効率よく取り出すことができる。 また、全く同一の構造で、キセノンガスを封 入し、印加する電圧を数MHzの高周波とするこ ともできる。この構成においても、キセノン のエキシマ光(波長172nm)が放出される。また� �封入物を水銀と始動用のアルゴンガスとす� �と、低圧水銀の高周波放電をして、波長254nm や185nmの水銀特有の紫外光を得ることもでき� ��。この時は、点灯中の水銀蒸気圧を最適に� ��つため、最冷部を冷却して適当な温度にな� ��ように制御する。

 管状空間44は、発光管と発光物質を冷却� �る機能を有する。さらに、発光物質のリザ� �バとしての機能を有する。例えば、臭素を� �光物質として使用するランプにおいて、封� �された臭素が放電容器と反応したり、放電� �器に吸着されたりして、封入量が減少する� �合がある。この様な現象の対策として、臭� �を化合物の形で固体としてリザーバ内に蓄� �させる。必要に応じて、外部から加熱する� �とによりガス化する。これにより、封入量� �減少した場合でも、放電空間に臭素を補う� �とができる。リザーバを備えることにより� �ランプ寿命を長くできる。

 次に、図2を参照しながら、放電ランプの 冷却方法について説明する。ランプの冷却の ために、内管7の内側に冷却管61が設置されて いる。冷却用の窒素やアルゴン等の冷却媒体 を、冷却管61で内側球5の内側に導入する。内 側球内部に導入された冷却媒体は、内管7と� �却管との間を通って、外部に流出される。� �た、必要に応じて、放電容器外側からも、� �わせて冷却する。その他の構成は、上の例� �同じである。また、内側球5の内側に流す冷� ��媒体は、水等の液体でもよい。さらに、冷� ��管61を金属パイプとし、冷却媒体を水とし� �時は、これらは導電性を持っているので、� �側電極の代用とすることができ、この場合� �内側球5の内面に特に電極を設ける必要がな� ��。このように構成すると、ランプの温度が� ��昇しにくくなり、放電ガスの温度が高くな� ��ない。したがって、入力電力を増やすこと� ��でき、強い放射出力を得ることができる。

 次に、図3を参照しながら、光源装置への 取り付け方法を説明する。放電ランプの使用 状態を示す断面である。図3において、放電� �ンプ1は、軸対称の反射鏡101の中心にセット� ��れている。放電ランプ1は、誘電体バリア放 電または容量結合型高周波放電により点灯さ れ、紫外光が等方的に放射される。放電ラン プ1から出た紫外光の一部は、テーブル103の� �に置かれた半導体ウエハなどの被照射物102� �直接に照射される。また、一部は反射鏡101� �よって反射され、被照射物102に照射される� �直接光と反射光が重なって、被照射物102は� �一に照射される。例えば、キセノンの波長17 2nmのエキシマ光を照射しようとする時、これ まで、誘電体バリア放電をする球形のランプ が無かったため、このような構成の照射装置 が構成できなかった。本発明により、半導体 ウエハのような円形の照射面に適した照射が 可能になる。

 上記のように、本発明の実施例1では、放 電ランプを、管状部に直接結合された球状部 で放電を行い、管状部のリザーバから放電ガ スを供給する構成としたので、コンパクトで 寿命の長い放電ランプで等方的に光を放射し て、円形の被照射領域に効率的に均一に照射 できる。

 本発明の実施例2は、直管部に直接結合さ れた球状部の内側球の内部に、内側電極とす る金属線ウールを入れて放電を行う放電ラン プである。

 図4は、本発明の実施例2における放電ラ� �プの断面図である。図4において、内側電極4 5は、例えば、銅などの細い金属線を綿状に� �集させた金属線ウールである。その他の構� �は、実施例1と同じである。放電容器2をガラ ス加工により成形した後、放電容器2の内管7� ��内側から、内側球5の内部に金属線ウールを 挿入する。金属線ウールは、比較的空孔率が 高く、変形が比較的自由であるので、押し込 むと内側球5の内側全体に広がる。金属線ウ� �ルは、あらかじめ給電線30に電気的に接続し ておき、内側電極45とする。内側電極45は、� �電線30を介して電気的に外部に接続される。 内側電極45に対向して、外側球6の外側に、金 網製の外側電極36が設置されている。外側球6 と内側球5の間の球殻状空間43には、キセノン ガスが封入されている。この放電ランプの動 作は、実施例1と同様である。

 本発明の実施例3は、管状部の内管と、管 状部に直接結合された球状部の内側球を金属 製にして、球状部で放電を行い、管状部のリ ザーバから放電ガスを供給する放電ランプで ある。

 図5は、本発明の実施例3における放電ラ� �プの断面図である。図5において、内管17は� �放電容器の管状部の内壁を構成する金属製� �管である。内管17は、管ではなくて棒状であ ってもよい。外管18は、放電容器の管状部の� ��壁を構成する直管状誘電体である。端部19� �、放電容器の管状部の内管17と外管18とが接� ��されたリング状部である。球状部13は、外� �球16と、外側球16と同心の内側球15とからな� �2重球である。外側球16は、放電容器の球状� �の外壁を構成する球殻状誘電体である。内� �球15は、放電容器の球状部の内壁を構成する 金属製球体である。外側電極46は、球状部の� ��側に配設された金属網製の電極である。

 内側球15と内管17は金属製であり、放電空 間である球殻状空間43に接している内側球15� �電極の役割をしている。外側球16を介して、 外側電極46との間で放電を行う。内管17は、� �側球15を支持し、給電線の役割もしている。 外管18の端部19が、内管17に溶着されている。 内管17にガラスを溶着する際には、最初に、� ��張係数が内管17に近いガラスを溶着する。� �次、少し石英ガラスに近い膨張係数のガラ� �を溶着していく。この方法によって、外管18 の端部19を内管17に溶着することができる。� �の他の構成は、実施例1と同じである。

 金属製の内側球15は、ガラスのものより� �度上昇に強い。さらに、金属製の内管17を通 して、容易に放熱できる。内側球15を金属製� ��し、外側電極46との間に外側球16を介するよ う構成したので、放電が広がりやすいという 誘電体バリア放電の性質により、均一な放電 が起こる。また、ガラス部分が外側球部分の みの半分になるため、誘電体バリア放電でも 高周波放電でも、電極間にかかる電圧のうち 、放電空間にかかる電圧が大きくなり、効率 の良いランプが実現できる。

 本発明の実施例4は、管状部に直接結合さ れた回転楕円体の球状部で放電を行い、管状 部のリザーバから放電ガスを供給する放電ラ ンプである。

 図6は、本発明の実施例4における放電ラ� �プの断面図である。図6において、球状部13� �、放電容器の回転楕円体の部分である。管� �部14は、放電容器の直管部である。内側球25� ��、放電容器の回転楕円体の内壁を構成する� ��電体である。外側球26は、放電容器の回転� �円体状の外壁を構成する誘電体である。内� �電極55は、回転楕円体の球状部の内側に配設 された電極である。外側電極56は、回転楕円� ��の球状部の外側に配設された電極である。� ��殻状空間53は、内側球25の外面と外側球26の� ��面と内管7の外面により囲まれた回転楕円体 の球殻状の空間である。

 球状部13は、扁平な回転楕円体である。� �円の短軸を管状部14の軸に重ねて、短軸を回 転軸にして回転した回転楕円体である。回転 楕円体でなくても、軸対称容器の先端部分に 発光部があり、発光部が軸対称であれば、他 の形状でもよく、軸に垂直な断面が楕円形の ものでもよい。回転楕円体の内側球25の内側� ��内側電極55がある。回転楕円体の外側球26の 外側に外側電極56がある。内側電極55と外側� �極56との間隔、すなわち放電ギャップは、場 所によらず、ほぼ一定である。球状部が球形 の場合より広範囲に照射できるので、被照射 物の形状や照射範囲によっては、球形のもの より適している。回転楕円体の発光部に適し た形状の反射鏡と組み合わせることで、均一 に照射できる。反射鏡と組み合わせて狭い範 囲を強い光で照射する場合では、管状部14の� ��方向に長い回転楕円体の方がよい場合もあ� ��。

 本発明の実施例5は、球状部が管状部に直 接結合された部分で内管を支え、球状部で放 電を行い、管状部のリザーバから放電ガスを 供給する放電ランプである。

 図7は、本発明の実施例5における放電ラ� �プの断面図である。図7において、管状部14� �、放電容器の直管部である。管状空間54は、 内管7の外面と外管8の内面と端部9の内面に囲 まれた直管状の空間である。支持部材62は、� ��管を支持する部材である。貫通孔63は、発� �物質を通すための孔である。その他の構成� �実施例1で示した放電ランプと同様であるの� ��、概略が同じ部位については説明を省略す� ��。

 管状空間54と球殻状空間43との境に、支持 部材62を設けた。実施例1に示した放電容器の 場合、内側球5と内管7から構成される内壁と� ��外側球6と外管8から構成される外壁とは、� �部9のみを介して接続されている。そのため� ��端部9に応力が集中して、放電容器が破損す るおそれがある。そこで、支持部材62を設け� ��。内管7が外管8により支えられるため、放� �容器の破損を防ぐことができる。リザーバ� �機能をもたせるために、貫通孔63を設ける。 支持部材62を設ける位置は、球殻状空間43と� �状空間54との境界でなくてもよく、端部9寄� �の管状空間54内に支持部材62を設けてもよい� ��支持部材62を内管7や外管8に溶着しなくても 、支持部材62が管状部14の軸方向に移動しな� �で、内管7を十分に支持できればよい。支持� ��材62の材料は、放電ランプの封入物と反応� �ないものであれば、石英製でなくてもよい� �その他の機能と動作は実施例1と同じである� ��

 本発明の実施例6は、管状部に直接結合さ れた球状部の球殻状空間と隔離されて始動用 発光物質が封入された管状空間で始動放電し て、球状部で本格的に放電を行う放電ランプ である。

 図8は、本発明の実施例6における放電ラ� �プを示す断面図である。図8において、始動� ��内側電極37は、管状放電空間で放電を開始� �るための内側電極である。始動用外側電極38 は、管状放電空間で放電を開始するための外 側電極である。管状放電空間41は、始動用の� ��電を行うための空間である。始動補助窓64� �、管状放電空間の紫外線で球殻状空間を照� �するための窓である。その他の構成は、実� �例1の放電ランプと同様であるので、概略が� ��じ部位は説明を省略する。

 放電空間が円盤状の始動補助窓64で分け� �れ、管状放電空間41と球殻状空間43に分けら� ��ている。内管7の内側には、始動用内側電極 37が設けられている。外管8の外側には、始動 用外側電極38が設けられている。管状放電空� ��41と、球殻状空間43は、別々に点灯できるよ うになっている。球殻状空間43には、本来必� ��とされる波長172nmのキセノンエキシマ光を� �生するように、高い圧力のキセノンガスが� �入されている。

 一方、管状放電空間41には、放電始動が� �易なように、ネオンとアルゴンとの混合ガ� �が数百Pa封入されている。点灯始動時に、管 状部の始動用内側電極37と始動用外側電極38� �電極対に高周波電圧が印加され、管状放電� �間41で高周波放電を発生し、紫外線を発光す る。次に、球殻状空間43の内側電極35と外側� �極36の電極対に高周波電圧が印加される。管 状放電空間41から発生した紫外線が、始動補� ��窓64を介して球殻状空間43を照射しているた め、球殻状空間43の封入圧力が高いにもかか� ��らず、容易に放電が開始できる。その他の� ��能と動作は実施例1と同じである。

 本発明の実施例7は、管状部に直接結合さ れた球状部で放電を行う、リザーバ無しの放 電ランプである。

 図9は、本発明の実施例7における放電ラ� �プの断面図である。図9において、内管27は� �放電容器の管状部を構成する直管状誘電体� �ある。その他の構成は、外管が無い点を除� �て、実施例1で示した放電ランプと同様であ� ��ので、概略が同じ部位については説明を省� ��する。

 本発明の実施例8は、ラッパ状の管状部が 連結され、開口率または開口数が底部と円周 部で異なる網目状の外側電極を有する回転楕 円体の球状部で放電を行う放電ランプである 。

 図10(a)は、本発明の実施例8における放電� ��ンプの断面図である。図10(b)は、図10(a)のラ ンプの下方面となる照射面側の底面図である 。図10において、球状部13は、放電容器の回� �楕円体の部分である。管状部14は、放電容器 の直管部である。内側球25は、放電容器の回� ��楕円体の内壁を構成する誘電体である。外� ��球26は、放電容器の回転楕円体状の外壁を� �成する誘電体である。内側電極65は、回転楕 円体の球状部の内側に配設された電極である 。外側電極66は、回転楕円体の球状部の外側� ��配設された電極である。球殻状空間53は、� �側球25の外面と外側球26の内面と内管7の外面 により囲まれた回転楕円体の球殻状の空間で ある。

 球状部13は、扁平な回転楕円体である。� �円の短軸を管状部14の軸に重ねて、短軸を回 転軸にして回転した回転楕円体である。回転 楕円体でなくても、軸対称容器の先端部分に 発光部があり、発光部が軸対称であれば、他 の形状でもよく、軸に垂直な断面が楕円形の ものでもよい。管状部14は、球状部13に向か� �て開いたラッパ状である。管状部14は、ラッ パ状の最も開いた部分で球状部13と接続され� ��いる。管状部14をラッパ状にする理由は次� �通りである。管状部と球状部との境界が直� �であると、境界部分に応力が集中し、放電� �器が破損してしまう場合がある。管状部が� �ッパ状に開いていると、管状部と球状部と� �境界部分で滑らかに接続され、境界部分へ� �応力の集中が防ぐことができる。よって、� �期にわたるランプ使用による放電容器の破� �を防ぐことができる。

 回転楕円体の内側球25の内側に内側電極65 がある。回転楕円体の外側球26の外側に外側� ��極66がある。内側電極65と外側電極66との間� ��、すなわち放電ギャップは、場所によらず� ��ほぼ一定である。外側電極66は、ランプの� �射面の円周部48から底部49に近づくに従って� ��開口率が大きくなっている網目状の電極で� ��る。そのため、底部49に比べて円周部48側に 放電が集中し、円周部48側の放射照度が高く� ��る。また、円周部48は底部49に比べて被照射 物面から遠い。よって、被照射物面上では、 照度分布が均一に近くなる。

 開口率とは、電極部と開口部の総面積に� ��口部76の面積が占める割合のことをいう。� �口率が大きいと、電極部と開口部の和に開� �部76が占める割合が大きくなる。開口率が小 さいと、電極部と開口部の和に電極部86が占� ��る割合が大きくなる。開口率が大きすぎる� ��、放電部分が少なくなってしまい、照度は� ��くなる。開口率が小さすぎても、電極部に� ��り放電の光が遮られてしまい、照射照度は� ��くなってしまう。したがって、開口率の最� ��値を求めて設定する必要がある。また、開� ��率の最適値は、開口数によっても異なる。� ��なわち、1つの大きい開口と、2つの小さい� �口では、開口率が同じでも照度は異なる。� �のため、電極全体での開口率を一定として� �、底部付近の開口数を円周部付近より減ら� �ことにより、円周部の照度を底部より高く� �ることができる。この方法により、被照射� �面上の照度分布を均一に近づけることがで� �る。また、底部付近と円周部付近とで、開� �数と開口率の両方を変えて、被照射物面上� �照度分布を均一にすることもできる。