JP2009206050A - Discharge lamp, and light emitting device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a discharge lamp high in emission intensity of vacuum ultraviolet light, capable of keeping high light emission intensity characteristics over a long time, and accordingly having excellent ultraviolet light resistance characteristics, and to provide a light emitting device. <P>SOLUTION: The discharge lamp includes a discharge vessel made of synthetic quartz glass, and emits light including ultraviolet light having a wavelength not larger than 190 nm in the discharge vessel. The discharge lamp is characterized in that the contents of fluorine in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel is 7,000-30,000 wt.ppm at least in one part of the discharge vessel; the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming a surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming a thick center part at least on one-side surface; and the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the surface layer of the surface is higher than that in the synthetic quartz glass forming the thick center part. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は放電ランプおよび光放射装置に関し、特に、放電ランプにおいては、放電容器全体あるいは例えば光放射用の窓部材などの放電容器の一部を形成する材料として、一方、光放射装置においては、光放射窓全体あるいは例えば光放射用部分の部材などの光放射窓の一部を形成する材料として、真空紫外光における短波長側の透過特性が改善された特定の合成石英ガラスが用いられた放電ランプおよび光放射装置に関する。   The present invention relates to a discharge lamp and a light emitting device, and in particular, in a discharge lamp, as a material that forms the entire discharge vessel or a part of a discharge vessel such as a window member for light emission, Discharge using a specific synthetic quartz glass with improved transmission characteristics on the short-wavelength side in vacuum ultraviolet light as a material for forming the entire light emission window or part of the light emission window such as a member of the light emission part The present invention relates to a lamp and a light emitting device.

従来から、紫外光、特に真空紫外光を含む光を放射する放電ランプは、種々の分野で広く利用されており、例えば、キセノンエキシマランプを利用した液晶用ガラス基板洗浄装置や、重水素ランプを利用した真空紫外領域の分光測定装置などが知られている。
これらの放電ランプにおいては、当該放電ランプを構成する放電容器、あるいは例えば光放射用の窓部材などの放電容器の一部を形成する材料として、一般的に真空紫外光を含む光に対して光透過性を有する材料として知られている合成石英ガラスが広く用いられている。
Conventionally, discharge lamps that emit light including ultraviolet light, particularly vacuum ultraviolet light, have been widely used in various fields. For example, glass substrate cleaning apparatuses for liquid crystals using xenon excimer lamps and deuterium lamps are used. There are known vacuum ultraviolet spectroscopic measuring devices and the like.
In these discharge lamps, as a material for forming a part of the discharge vessel constituting the discharge lamp or a discharge vessel such as a window member for light emission, light is generally applied to light including vacuum ultraviolet light. Synthetic quartz glass, which is known as a material having permeability, is widely used.

近年においては、このような真空紫外光を放射する放電ランプに対しては、例えば真空紫外光を更に高出力で放射することが求められており、このような要請に対して、放電容器を形成する合成石英ガラスそれ自体の特性を改善することが行われている(例えば特許文献1〜特許文献4および非特許文献1参照)。   In recent years, for discharge lamps that emit such vacuum ultraviolet light, for example, it has been required to emit vacuum ultraviolet light at a higher output. The synthetic quartz glass itself has been improved in characteristics (see, for example, Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1).

例えば、特許文献1には、波長165nmにおける分光透過率を65%以上とし、さらにフッ素を200〜10000wt.ppmの濃度で添加すると共に水素分子を5×1016個/cm3 未満の割合で含有させた合成石英ガラスが開示されていると共に、当該合成石英ガラスの放電ランプ等への利用可能性が示されている。
また、特許文献2には、波長200nm以下の発光スペクトルを有する紫外線ランプの発光容器を形成する材料として、波長165nmにおける分光透過率が65%以上であり、フッ素濃度が200〜10000wt.ppmであり、OH基の含有量が10wt.ppm以下である合成石英ガラスを利用することが記載されている。
また、特許文献3には、フッ素濃度が100ppm以上であると共に、OH基の含有量が100ppm以下であり、さらに仮想温度が1100℃以下である合成石英ガラスが開示されていると共に、紫外域から真空紫外域までの光を放射する、例えば低圧水銀ランプ、エキシマランプ、重水素ランプなどの封入管の形成材料としての利用可能性が示されている。
更に、特許文献4には、少なくとも0.1重量%のフッ素を含有したシリコン・オキシフルオライドガラスに酸素分子を溶解させる製法が開示されていると共に、この製法によって得られるVUV光透過性ガラスを光放射装置の光放射窓の形成材料として用いることが示されている。
For example, in Patent Document 1, the spectral transmittance at a wavelength of 165 nm is set to 65% or more, and fluorine is further set to 200 to 10000 wt. A synthetic quartz glass is disclosed which is added at a concentration of ppm and contains hydrogen molecules at a rate of less than 5 × 10 16 particles / cm 3 , and the applicability of the synthetic quartz glass to a discharge lamp or the like is shown. Has been.
Further, in Patent Document 2, as a material for forming a light-emitting container of an ultraviolet lamp having an emission spectrum with a wavelength of 200 nm or less, a spectral transmittance at a wavelength of 165 nm is 65% or more, and a fluorine concentration is 200 to 10,000 wt. ppm, and the OH group content is 10 wt. It is described that synthetic quartz glass having a ppm or less is used.
Patent Document 3 discloses a synthetic quartz glass having a fluorine concentration of 100 ppm or more, an OH group content of 100 ppm or less, and a fictive temperature of 1100 ° C. or less. It has been shown that it can be used as a material for forming sealed tubes such as low-pressure mercury lamps, excimer lamps, and deuterium lamps that emit light up to the vacuum ultraviolet region.
Furthermore, Patent Document 4 discloses a production method in which oxygen molecules are dissolved in silicon oxyfluoride glass containing at least 0.1% by weight of fluorine, and a VUV light transmissive glass obtained by this production method is disclosed. It is shown to be used as a material for forming a light emission window of a light emission device.

これらの特許文献1〜特許文献4に記載された合成石英ガラスは、高い紫外線透過率を得ることを目的として、フッ素が含有されてなるものである。
このようなフッ素が含有されてなる合成石英ガラスを放電容器の形成材料として用いる場合には、当該合成石英ガラスを成形した成形体においては、その表面近傍のフッ素の存在形態が不安定となることから、当該表面にはエッチング処理が施されている。具体的に、放電容器は、図10に示すように、フッ素が含有されている合成石英ガラス(原材料)よりなるインゴットを作製する過程、インゴットを所期の形状(例えばパイプ状)に成形する過程および成形体の表面にエッチング処理を施す過程をこの順に経ることによって作製される。
The synthetic quartz glass described in these patent documents 1 to 4 contains fluorine for the purpose of obtaining a high ultraviolet transmittance.
When such synthetic quartz glass containing fluorine is used as a material for forming a discharge vessel, the form of fluorine in the vicinity of the surface becomes unstable in a molded body obtained by molding the synthetic quartz glass. Therefore, the surface is etched. Specifically, as shown in FIG. 10, the discharge vessel is a process of manufacturing an ingot made of synthetic quartz glass (raw material) containing fluorine, and a process of forming the ingot into an intended shape (for example, a pipe shape). And it produces by passing through the process of performing the etching process on the surface of a molded object in this order.

このように、フッ素が含有されてなる合成石英ガラスよりなる放電容器は、表面エッチング処理過程を経ることにより、図11に示すように、その厚み方向において、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度が均一とされ、これにより、厚み全体に均質な耐紫外光特性、すなわち高紫外線透過率が得られることとなる。
ここに、図11のグラフは、厚みが2mmの放電容器(通常の厚みは、1〜2mmとされる。)のものであり、横軸が放電容器の厚み(左端側の「0」の値が外表面を示し、一方、右端側の「2000」の値が内表面を示す。)を示し、縦軸がフッ素の含有量(濃度)および酸素原子の濃度を示す。また、同図において、直線(イ)は、フッ素の含有量(濃度)を示し、直線(ハ)は、酸素原子の濃度を示す。
As described above, the discharge vessel made of synthetic quartz glass containing fluorine undergoes a surface etching process so that, as shown in FIG. 11, in the thickness direction, Si—F bonds in the synthetic quartz glass are formed. The concentration is made uniform, whereby uniform UV resistance, that is, high UV transmittance can be obtained throughout the thickness.
Here, the graph of FIG. 11 is for a discharge vessel having a thickness of 2 mm (normal thickness is 1 to 2 mm), and the horizontal axis is the thickness of the discharge vessel (the value of “0” on the left end side). Indicates the outer surface, while the value “2000” on the right end side indicates the inner surface.), And the vertical axis indicates the fluorine content (concentration) and the oxygen atom concentration. In the figure, a straight line (A) indicates the fluorine content (concentration), and a straight line (C) indicates the concentration of oxygen atoms.

また、非特許文献1に記載された合成石英ガラスは、フッ素が含有されてなると共に、酸素がドープされてなるものであり、この合成石英ガラスよりなる放電容器は、図12に示すように、フッ素が含有されている合成石英ガラス(原材料)よりなるインゴットを作製する過程、インゴットを所期の形状(例えばパイプ状)に成形する過程、成形体の表面に光学研磨処理を施す過程および酸素ドープ処理(酸素雰囲気中において、加熱温度1000〜1100℃で加熱処理)を施す過程をこの順に経ることによって作製される。   In addition, the synthetic quartz glass described in Non-Patent Document 1 contains fluorine and is doped with oxygen, and a discharge vessel made of this synthetic quartz glass has a structure as shown in FIG. A process for producing an ingot made of synthetic quartz glass (raw material) containing fluorine, a process for forming an ingot into a desired shape (for example, a pipe shape), a process for optically polishing the surface of the molded body, and oxygen doping It is produced by performing a process of performing treatment (heating treatment at a heating temperature of 1000 to 1100 ° C. in an oxygen atmosphere) in this order.

特開2005−306650号公報JP 2005-306650 A 特開2005−310455号公報JP 2005-310455 A 特開2001−019450号公報JP 2001-019450 A 特表2004−530615号公報JP-T-2004-530615 H−D.Witzke,「172nm excimer lamp irradiation of F−doped SiO2 glasses with different pretreatments compared with pure and Cl−doped glasses」,Pliysics and Chemistry of Glasses,July 2001,Vol.43C2002,155−158HD. Witzke, “172 nm excimer lamp irradiation of F-doped SiO 2 classes, with different pretlements compared with pure pure and Cl-doped glass, Plysics 200”. 43C2002, 155-158

しかしながら、上記特許文献1〜特許文献4および非特許文献1に記載された合成石英ガラスのいずれのものを用いて放電ランプを構成した場合においても、十分な耐紫外光特性を得ることができないことが判明した。
具体的に、例えばキセノンエキシマランプを例に挙げて説明すると、キセノンエキシマランプにおける放電容器の内部では、キセノンのエキシマ放射として波長145〜160nmという合成石英ガラスにおける紫外吸収端の光も放射されており、この紫外吸収端付近の光が放電容器を形成する合成石英ガラスに吸収されることにより放電容器の温度が上昇する結果、合成石英ガラスにおける紫外吸収端が長波長側にシフトし、これにより、キセノンのエキシマ放射が合成石英ガラスに吸収される程度が更に増加して放電容器の温度が更に上昇する、という悪循環が生じる。
そして、紫外吸収端付近の光が放電容器を形成する合成石英ガラスに吸収され、またこれに起因して放電容器の温度が上昇することにより、当該合成石英ガラスに含有されているフッ素の存在形態が経時的に変化し、光放射強度を安定に維持することができなくなってしまう、という問題がある。
すなわち、放電容器を形成する合成石英ガラス中において、フッ素はSi−F結合を形成することによって存在しているが、当該合成石英ガラスが紫外吸収端付近の光を吸収することにより、放電容器の表面近傍に存在するSi−F結合が解離されてフッ素が遊離し、それに伴ってSi−Si結合が形成されることとなる。そして、このSi−Si結合の存在により、最大吸収波長163nmの吸収帯が生じることとなるため、放電容器の内部において放射される光の一部が当該放電容器を形成する合成石英ガラスに吸収されることによってエキシマランプからの光の出射が阻害され、エキシマランプから出射される光の光量(光放射強度)が減少する、つまり、光放射強度維持特性を低下させる原因となる。 しかも、合成石英ガラス中に存在するSi−Si結合は、紫外線歪を生じさせる原因となる、という問題もある。
However, even when the discharge lamp is configured using any of the synthetic quartz glasses described in Patent Document 1 to Patent Document 4 and Non-Patent Document 1, sufficient ultraviolet light resistance cannot be obtained. There was found.
Specifically, for example, a xenon excimer lamp will be described as an example. Inside the discharge vessel of the xenon excimer lamp, xenon excimer radiation is also emitted from the ultraviolet absorption edge of synthetic quartz glass having a wavelength of 145 to 160 nm. The light near the ultraviolet absorption edge is absorbed by the synthetic quartz glass forming the discharge vessel, resulting in a rise in the temperature of the discharge vessel.As a result, the ultraviolet absorption edge in the synthetic quartz glass is shifted to the longer wavelength side, A vicious cycle occurs in which the degree to which the excimer radiation of xenon is absorbed by the synthetic quartz glass further increases and the temperature of the discharge vessel further rises.
Then, the light near the ultraviolet absorption edge is absorbed by the synthetic quartz glass forming the discharge vessel, and the temperature of the discharge vessel rises due to this, so that the presence form of fluorine contained in the synthetic quartz glass Changes over time, and the light emission intensity cannot be stably maintained.
That is, in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel, fluorine exists by forming a Si-F bond, but the synthetic quartz glass absorbs light near the ultraviolet absorption edge, thereby The Si—F bond existing in the vicinity of the surface is dissociated and fluorine is liberated, and accordingly, a Si—Si bond is formed. The presence of this Si-Si bond causes an absorption band with a maximum absorption wavelength of 163 nm, so that part of the light emitted inside the discharge vessel is absorbed by the synthetic quartz glass forming the discharge vessel. As a result, the emission of light from the excimer lamp is hindered, and the amount of light emitted from the excimer lamp (light emission intensity) is reduced, that is, the light emission intensity maintenance characteristic is deteriorated. Moreover, there is a problem that Si—Si bonds existing in the synthetic quartz glass cause ultraviolet distortion.

このように、キセノンエキシマランプにおいては、放電容器を形成する合成石英ガラス自体の特性を、単にフッ素を含有させることのみによって改善したのでは、光放射強度維持特性の低下(劣化)を抑制し、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができない。
また、このような問題は、キセノンエキシマランプに限らず、真空紫外光を含む光を放射する放電ランプにおいても同様に生ずる。更には、放電ランプに限らず、真空紫外光を含む光を放射する放電ランプを光源とし、当該放電ランプからの光を放射するための合成石英ガラス製の光放射窓を備えた構成の光放射装置においても、放電ランプの周囲に近接して配置される光放射窓の部材には、放電ランプから放射される紫外吸収端付近の光が照射され、しかも放電ランプの放電容器からの熱が享受されることから、同様の問題が生じることとなる。
Thus, in the xenon excimer lamp, if the characteristics of the synthetic quartz glass itself forming the discharge vessel are improved simply by containing fluorine, the decrease (deterioration) of the light emission intensity maintaining characteristics is suppressed, High light emission intensity characteristics cannot be maintained over a long period of time.
Such a problem occurs not only in a xenon excimer lamp but also in a discharge lamp that emits light including vacuum ultraviolet light. Furthermore, not only a discharge lamp, but also a light emission having a configuration in which a discharge lamp that emits light including vacuum ultraviolet light is used as a light source and a light emission window made of synthetic quartz glass for emitting light from the discharge lamp is provided. Also in the apparatus, the light emitting window member disposed in the vicinity of the periphery of the discharge lamp is irradiated with light near the ultraviolet absorption edge radiated from the discharge lamp, and the heat from the discharge vessel of the discharge lamp is received. As a result, a similar problem occurs.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、真空紫外光の放射強度が高く、しかも、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができ、従って、優れた耐紫外光特性を有する放電ランプを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、真空紫外光の放射強度が高く、しかも、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができ、従って優れた耐紫外光特性を有する光放射装置を提供することにある。
The present invention has been made based on the circumstances as described above, and its purpose is that the radiation intensity of vacuum ultraviolet light is high and high light radiation intensity characteristics can be maintained over a long period of time. Another object of the present invention is to provide a discharge lamp having excellent ultraviolet light resistance.
Another object of the present invention is to provide a light emitting device having high radiation intensity of vacuum ultraviolet light and capable of maintaining high light radiation intensity characteristics over a long period of time, and thus having excellent ultraviolet light resistance characteristics. There is to do.

本発明の放電ランプは、合成石英ガラス製の放電容器を具備し、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプにおいて、
前記放電容器の少なくとも一部において、当該放電容器を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度よりも高いことを特徴とする。
The discharge lamp of the present invention comprises a discharge vessel made of synthetic quartz glass, and emits light containing ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel.
In at least a part of the discharge vessel, the content of fluorine in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, And the density | concentration of the oxygen molecule in the synthetic quartz glass which forms the surface layer of the said surface is higher than the density | concentration of the oxygen molecule in the synthetic quartz glass which forms a thickness center part, It is characterized by the above-mentioned.

このような本発明の放電ランプにおいては、放電容器における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から当該表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ200μmまでの厚み部分における酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上であることが好ましい。
In such a discharge lamp of the present invention, in the surface layer of the at least one surface of the discharge vessel, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is from the thickness center portion side to the surface. Changes in the thickness direction
It is preferable that the average concentration of oxygen molecules in the thickness portion from the at least one surface to a depth of 200 μm is 0.8 × 10 16 molecules / cc or more.

本発明の放電ランプは、合成石英ガラス製の放電容器を具備し、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプにおいて、
前記放電容器の少なくとも一部において、当該放電容器を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度よりも高いことを特徴とする。
The discharge lamp of the present invention comprises a discharge vessel made of synthetic quartz glass, and emits light containing ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel.
In at least a part of the discharge vessel, the content of fluorine in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, And the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms the surface layer of the said surface is higher than the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms thickness center part, It is characterized by the above-mentioned.

このような本発明の放電ランプにおいては、放電容器における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から当該表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ100μmまでの厚み部分におけるOH基の平均濃度が70wt.ppm以上であることが好ましい。
In such a discharge lamp of the present invention, in the surface layer of the at least one surface of the discharge vessel, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is from the thickness center portion side to the surface. Changes in the thickness direction
The average concentration of OH groups in the thickness portion from the at least one surface to a depth of 100 μm is 70 wt. It is preferably at least ppm.

本発明の光放射装置は、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプを具備し、当該放電ランプからの光を放射するための合成石英ガラス製の光放射窓を備えた光放射装置において、
前記光放射窓の少なくとも一部において、当該光放射窓を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度よりも高いことを特徴とする。
The light emitting device of the present invention includes a discharge lamp that emits light including ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside a discharge vessel, and a light emission window made of synthetic quartz glass for emitting light from the discharge lamp. In a light emitting device comprising:
In at least a part of the light emission window, the fluorine content in the synthetic quartz glass forming the light emission window is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, And the density | concentration of the oxygen molecule in the synthetic quartz glass which forms the surface layer of the said surface is higher than the density | concentration of the oxygen molecule in the synthetic quartz glass which forms a thickness center part, It is characterized by the above-mentioned.

このような本発明の光放射装置においては、光放射窓における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から当該表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ200μmまでの厚み部分における酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上であることが好ましい。
In such a light emitting device of the present invention, in the surface layer of the at least one surface in the light emitting window, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is from the thickness center portion side. It changes in the thickness direction toward the surface,
It is preferable that the average concentration of oxygen molecules in the thickness portion from the at least one surface to a depth of 200 μm is 0.8 × 10 16 molecules / cc or more.

本発明の光放射装置は、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプを具備し、当該放電ランプからの光を放射するための合成石英ガラス製の光放射窓を備えた光放射装置において、
前記光放射窓の少なくとも一部において、当該光放射窓を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度よりも高いことを特徴とする。
The light emitting device of the present invention includes a discharge lamp that emits light including ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside a discharge vessel, and a light emission window made of synthetic quartz glass for emitting light from the discharge lamp. In a light emitting device comprising:
In at least a part of the light emission window, the fluorine content in the synthetic quartz glass forming the light emission window is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, And the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms the surface layer of the said surface is higher than the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms thickness center part, It is characterized by the above-mentioned.

このような本発明の光放射装置においては、光放射窓における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から外表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ100μmまでの厚み部分におけるOH基の平均濃度が70wt.ppm以上であることが好ましい。
In such a light emitting device of the present invention, in the surface layer of the at least one surface of the light emitting window, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is outside the thickness center portion side. It changes in the thickness direction toward the surface,
The average concentration of OH groups in the thickness portion from the at least one surface to a depth of 100 μm is 70 wt. It is preferably at least ppm.

本発明の放電ランプにおいては、放電容器として、当該放電容器の少なくとも一部を形成する合成石英ガラスのフッ素の含有量が適正化され、かつ、その少なくとも一方側の表層において、肉厚中心部との関係から、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度と共に、酸素分子の濃度およびOH基の濃度の少なくともいずれか一方が特定の範囲とされた特定の材質のものが用いられている。そして、このような放電容器の特定の部分において、その表層を形成する合成石英ガラス中に、光(紫外吸収端付近の光)が作用することによってSi−Si結合の生成源となりうるSi−F結合を形成することによって存在するフッ素量が小さくされていると共に、これに伴って遊離した状態のフッ素(フッ素分子)が存在し、それに加えて酸素分子およびOH基の少なくとも一方が存在しているため、これらの作用により、真空紫外光の放射強度の低下および紫外線歪の原因とされるSi−Si結合の形成が抑制されるため、合成石英ガラス中におけるSi−Si結合の濃度の増加が抑止され、その結果、合成石英ガラスにフッ素を含有すること自体によって得られる優れた特性が、長期間にわたって維持されることとなるため、放電容器を形成する合成石英ガラスが、紫外吸収端付近の光を吸収することによって当該合成石英ガラスに含有されているフッ素の存在形態が経時的に変化し、これに起因して光放射強度維持特性が低下することを抑制することができる。
従って、本発明の放電ランプによれば、真空紫外光の放射強度が高く、しかも、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができ、従って、優れた耐紫外光特性を得ることができる。
In the discharge lamp of the present invention, as the discharge vessel, the fluorine content of the synthetic quartz glass forming at least a part of the discharge vessel is optimized, and in the surface layer on at least one side thereof, the thickness center portion and Therefore, a material of a specific material in which at least one of the concentration of oxygen molecules and the concentration of OH groups is in a specific range is used together with the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass. Then, in a specific portion of such a discharge vessel, Si—F that can be a source of generation of Si—Si bonds by the action of light (light near the ultraviolet absorption edge) in the synthetic quartz glass forming the surface layer. The amount of fluorine present by forming a bond is reduced, and in accordance therewith, there is fluorine (fluorine molecule) in a free state, and in addition, at least one of oxygen molecule and OH group exists. Therefore, these actions suppress the decrease in the radiation intensity of vacuum ultraviolet light and the formation of Si—Si bonds, which are the cause of ultraviolet distortion, and thus the increase in the concentration of Si—Si bonds in synthetic quartz glass is suppressed. As a result, the excellent characteristics obtained by including fluorine itself in the synthetic quartz glass are maintained over a long period of time. The synthetic quartz glass that forms the light absorbs light in the vicinity of the ultraviolet absorption edge, so that the presence form of fluorine contained in the synthetic quartz glass changes with time, resulting in a light emission intensity maintaining characteristic. It can suppress that it falls.
Therefore, according to the discharge lamp of the present invention, the radiation intensity of vacuum ultraviolet light is high, and high light radiation intensity characteristics can be maintained over a long period of time, and thus excellent ultraviolet light resistance characteristics can be obtained. .

また、放電容器が、その表層において、酸素分子およびOH基のいずれか一方を特定の濃度で含有するものであることにより、酸素分子の作用またはOH基の作用を確実に得ることができるので、高い耐紫外光特性を確実に得ることができ、放電ランプに、より一層優れた耐紫外光特性が得られる。   Moreover, since the discharge vessel contains either one of oxygen molecules and OH groups at a specific concentration in the surface layer, the action of oxygen molecules or the action of OH groups can be reliably obtained. High ultraviolet light resistance can be reliably obtained, and a further excellent ultraviolet light resistance can be obtained for the discharge lamp.

本発明の光放射装置によれば、光放射窓として、当該光放射窓の少なくとも一部を形成する合成石英ガラスのフッ素の含有量が適正化され、かつ、その少なくとも一方側の表層において、肉厚中心部との関係から、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度と共に、酸素分子の濃度およびOH基の濃度の少なくともいずれか一方が特定の範囲とされた特定の材質のものが用いられていることから、前述の本発明の放電ランプと同様の作用効果が得られ、その結果、真空紫外光の放射強度が高く、しかも、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができ、従って、優れた耐紫外光特性を得ることができる。   According to the light emitting device of the present invention, the fluorine content of the synthetic quartz glass forming at least a part of the light emitting window is optimized as the light emitting window, and the surface layer on at least one side thereof Due to the relationship with the thickness center, a material of a specific material in which at least one of the concentration of oxygen molecules and the concentration of OH groups is in a specific range is used together with the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass. Therefore, the same effect as the above-described discharge lamp of the present invention is obtained, and as a result, the radiation intensity of vacuum ultraviolet light is high, and high light radiation intensity characteristics can be maintained over a long period of time, Therefore, excellent ultraviolet light resistance can be obtained.

<放電ランプ>
本発明の放電ランプは、放電容器として、当該放電容器全体あるいは例えば光放射用窓部材などの放電容器の一部を形成する合成石英ガラスのフッ素の含有量(濃度)が適正化され、かつ、その少なくとも一方側の表層において、肉厚中心部との関係から、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度と共に、酸素分子の濃度およびOH基の濃度の少なくともいずれか一方が特定の範囲とされた特定の材質のものが用いられ、真空紫外光における短波長側の透過特性が改善された構成のものである。以下においては、キセノンエキシマランプを例に挙げて本発明について説明する。
<Discharge lamp>
In the discharge lamp of the present invention, the fluorine content (concentration) of synthetic quartz glass forming the whole discharge vessel or a part of the discharge vessel such as a light emission window member is optimized as the discharge vessel, and In the surface layer on at least one side, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass and at least one of the concentration of oxygen molecules and the concentration of OH groups are within a specific range from the relationship with the thickness center portion. A specific material is used, and the transmission characteristics on the short wavelength side in vacuum ultraviolet light are improved. In the following, the present invention will be described by taking a xenon excimer lamp as an example.

図1は、本発明に係るキセノンエキシマランプの一例における構成の概略を示す説明用断面図、図2は、図1に示すキセノンエキシマランプの、放電容器の管軸に垂直な断面(M−M断面)を示す断面図である。
このキセノンエキシマランプ(以下、単に「エキシマランプ」ともいう。)20は、合成石英ガラスよりなる円筒状の外側管22と、この外側管22内においてその管軸と同軸上に配置された、当該外側管22の内径より小さい外径を有する、合成石英ガラスよりなる円筒状の内側管23とを有し、外側管22と内側管23とが両端部において溶融接合されて外側管22と内側管23との間に気密に閉塞された環状の放電空間Hが形成されてなる二重管構造の放電容器21が備えられている。
この放電容器21の外側管22には、その外周面に密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の第1の電極(以下、「外側電極」ともいう。)24が外側管22の外周面に密接して設けられており、また内側管23には、その内周面に密接して、例えば円筒状(パイプ状)あるいは断面において一部に切欠きを有する概略C字状(樋状)のアルミニウム板よりなる第2の電極(以下、「内側電極」ともいう。)25が設けられている。これらの外部電極24および内側電極25は、例えば高周波電源よりなる電源装置26に接続されている。
そして、放電空間H内には、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成する放電用ガスであるキセノンガスが充填されている。
この図の例において、内側電極25の形状は、円筒状(パイプ状)である。また、図1において、27は、その製造上、放電容器21にガスを封入する際に使用した排気管の残部である。
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the outline of the configuration of an example of a xenon excimer lamp according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the xenon excimer lamp shown in FIG. It is sectional drawing which shows a cross section.
The xenon excimer lamp (hereinafter, also simply referred to as “excimer lamp”) 20 includes a cylindrical outer tube 22 made of synthetic quartz glass, and the outer tube 22 disposed coaxially with the tube axis. A cylindrical inner tube 23 made of synthetic quartz glass having an outer diameter smaller than the inner diameter of the outer tube 22, and the outer tube 22 and the inner tube 23 are melt-bonded at both ends so that the outer tube 22 and the inner tube are joined. A discharge vessel 21 having a double tube structure in which an annular discharge space H that is airtightly closed is formed.
The outer tube 22 of the discharge vessel 21 has a mesh-like first electrode (hereinafter also referred to as “outer electrode”) 24 made of a conductive material such as a wire mesh, in close contact with the outer peripheral surface thereof. The inner tube 23 is in close contact with the inner peripheral surface of the inner tube 23, for example, a cylindrical shape (pipe shape) or a substantially C-shape having a notch in a part of the cross section ( A second electrode (hereinafter also referred to as “inner electrode”) 25 made of an aluminum plate having a bowl shape is provided. The outer electrode 24 and the inner electrode 25 are connected to a power supply device 26 made of, for example, a high frequency power source.
The discharge space H is filled with xenon gas, which is a discharge gas that forms excimer molecules by excimer discharge.
In the example of this figure, the inner electrode 25 has a cylindrical shape (pipe shape). Moreover, in FIG. 1, 27 is the remainder of the exhaust pipe used when enclosing gas in the discharge vessel 21 on manufacture.

このエキシマランプ20において、合成石英ガラスよりなる放電容器21は、その少なくとも一部が、以下の条件(1)および条件(2)を満たすと共に、条件(3)または条件(4)を満たすものである。
本発明に係るエキシマランプ20は、放電容器21が条件(1)および条件(2)と共に、条件(3)または条件(4)のうちの少なくとも一方の条件を満たすものであればよいが、これらの条件(1)〜条件(4)のすべてを満たすものであることが好ましい。
In this excimer lamp 20, at least a part of the discharge vessel 21 made of synthetic quartz glass satisfies the following conditions (1) and (2), and also satisfies the conditions (3) or (4). is there.
The excimer lamp 20 according to the present invention is not limited as long as the discharge vessel 21 satisfies the conditions (1) and (2) and at least one of the conditions (3) and (4). It is preferable that all of the conditions (1) to (4) are satisfied.

(1)放電容器21を形成する合成石英ガラスが、フッ素含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下である。
(2)放電容器21において、内表面および外表面の少なくとも一方側の表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低い。
(3)放電容器21において、前記少なくとも一方側の表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度よりも高い。
(4)放電容器21において、前記少なくとも一方側の表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度よりも高い。
(1) The synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21 has a fluorine content of 7000 wt. ppm to 30000 wt. ppm or less.
(2) In the discharge vessel 21, the concentration of Si—F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer on at least one side of the inner surface and the outer surface is such that the Si—F in the synthetic quartz glass forming the thickness center portion. Below the concentration of binding.
(3) In the discharge vessel 21, the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass that forms the surface layer on the at least one side is higher than the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass that forms the thickness center portion.
(4) In the discharge vessel 21, the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass that forms the surface layer on the at least one side is higher than the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass that forms the thickness center portion.

ここに、本明細書中において、「肉厚中心部」とは、放電容器21の全厚み(全肉厚)の中心の40%(要するに±20%)の領域をいう。例えば、放電容器21の厚みが2mmの場合には、表面から深さ1mmの部分が肉厚中心となり、この肉厚中心から±0.2mm(0.4mm範囲)の領域が肉厚中心部とされる。
また、「表層」とは、一般的には、放電容器の表面から深さ100μm前後までの領域を示すが、放電容器の全厚み(全肉厚)によって変動するものであるから、本明細書中においては、放電容器の表面から深さ50〜250μmまでの領域と定義する。
Here, in this specification, the “thickness center” refers to a region of 40% (in other words, ± 20%) of the center of the total thickness (total thickness) of the discharge vessel 21. For example, when the thickness of the discharge vessel 21 is 2 mm, a portion having a depth of 1 mm from the surface is the thickness center, and a region ± 0.2 mm (0.4 mm range) from the thickness center is the thickness center portion. Is done.
Further, the “surface layer” generally indicates a region from the surface of the discharge vessel to a depth of around 100 μm, but varies depending on the total thickness (total thickness) of the discharge vessel. The inside is defined as a region having a depth of 50 to 250 μm from the surface of the discharge vessel.

上記条件(1)を満たす、すなわち放電容器21を形成する合成石英ガラスのフッ素含有量を7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下とすることによっては、エキシマランプ20に高い紫外線透過率を得ることができる。   Satisfying the above condition (1), that is, the fluorine content of the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21 is 7000 wt. ppm to 30000 wt. By setting it to ppm or less, a high ultraviolet transmittance can be obtained for the excimer lamp 20.

後述の実験例からも明らかなように、フッ素含有量が過小である場合には、エキシマランプの真空紫外光の放射強度が小さくなり、またランプ寿命(使用寿命)が短くなる。一方、フッ素含有量が過大である場合には、放電空間の内部にフッ素が析出するようになり、エキシマランプを所定の状態で動作させるために更に大きなランプ電圧、ランプ入力が必要となることに伴って放電容器の温度が上昇し、紫外吸収端が長波長側にシフトして真空紫外光の放射強度が低下すると共に、真空紫外光の放射による紫外光歪が蓄積されやすく、ランプ寿命が短くなる。   As will be apparent from the experimental examples described later, when the fluorine content is too small, the radiation intensity of the vacuum ultraviolet light of the excimer lamp is reduced, and the lamp life (service life) is shortened. On the other hand, when the fluorine content is excessive, fluorine is deposited inside the discharge space, and a larger lamp voltage and lamp input are required to operate the excimer lamp in a predetermined state. Along with this, the temperature of the discharge vessel rises, the ultraviolet absorption edge shifts to the long wavelength side, the radiation intensity of vacuum ultraviolet light decreases, and ultraviolet light distortion due to the radiation of vacuum ultraviolet light is likely to accumulate, resulting in a short lamp life. Become.

合成石英ガラス中におけるフッ素含有量は、例えばイオンクロマトグラフィー法、EPMA法(Electron Probe Micro−Analysis)、蛍光X線分光分析法、SIMS法(Secondary Ion Mass Spectrometry)などによって測定することができる。   The fluorine content in the synthetic quartz glass can be measured by, for example, an ion chromatography method, an EPMA method (Electron Probe Micro-Analysis), a fluorescent X-ray spectroscopy method, a SIMS method (Secondary Ion Mass Spectrometry), and the like.

上記条件(2)を満たす、すなわち放電容器21において、一方または両方の表面の表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度を、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低くすることによっては、放電容器21を形成する合成石英ガラスに、Si−Si結合の存在に起因する最大吸収波長163nmの吸収帯が生じることを抑制することができるため、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができる。
その理由は、放電容器21の内部においてキセノンのエキシマ放射として放射される光のうちの紫外吸収端付近の光が当該放電容器21を形成する合成石英ガラスに吸収されることによってSi−F結合からSi−Si結合が形成され、これに起因して合成石英ガラス中におけるSi−Si結合濃度が増加することを抑制することができるからである。
すなわち、放電容器21の一方または両方の表面の表層における、Si−F結合の濃度の小さい部分(以下、「特定表層部」ともいう。)においては、Si−F結合を形成することなく、遊離した状態のフッ素が存在しており、この遊離した状態で存在するフッ素が、光(紫外吸収端付近の光)の作用によってSi−F結合の解離が生じた場合に、その切断されたSi−F結合に基づいて新たにSi−F結合を形成する、「フッ素のリザーバー」としての機能を有しており、その上、光の作用によるSi−F結合の解離が、放電容器21の表面から肉厚中心(内表面側)に向かって進行していくことから、放電容器21の内表面側および外表面側の少なくとも一方の表層に、Si−F結合の濃度の小さい特定表層部を形成し、Si−Si結合の生成源となりうるSi−F結合の濃度を小さくしておくことにより、光の作用によって新たに形成されるSi−Si結合の絶対数を減じることができる。
Satisfying the above condition (2), that is, in the discharge vessel 21, the concentration of Si—F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer of one or both surfaces is determined by the Si—F bond concentration in the synthetic quartz glass forming the thickness center portion. By making the concentration lower than the −F bond concentration, it is possible to suppress the generation of an absorption band having a maximum absorption wavelength of 163 nm due to the presence of the Si—Si bond in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21. High light emission intensity characteristics can be maintained over a long period of time.
The reason for this is that light in the vicinity of the ultraviolet absorption edge of the light emitted as xenon excimer radiation inside the discharge vessel 21 is absorbed by the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21, thereby causing the Si-F bond. This is because Si—Si bonds are formed, and the increase in the Si—Si bond concentration in the synthetic quartz glass due to this can be suppressed.
That is, in the surface layer on one or both surfaces of the discharge vessel 21, the portion having a low Si—F bond concentration (hereinafter also referred to as “specific surface layer portion”) is free without forming a Si—F bond. When the fluorine present in the released state is dissociated from the Si—F bond by the action of light (light near the ultraviolet absorption edge), the broken Si— It has a function as a “fluorine reservoir” that forms a new Si—F bond based on the F bond. In addition, the dissociation of the Si—F bond by the action of light is caused from the surface of the discharge vessel 21. Since it proceeds toward the thickness center (inner surface side), a specific surface layer portion having a low Si-F bond concentration is formed on at least one surface layer on the inner surface side and outer surface side of the discharge vessel 21. , Si-Si bond By keeping the concentration of it may Si-F bond and generating source is reduced, it is possible to reduce the absolute number of Si-Si bonds newly formed by the action of light.

後述の実験からも明らかなように、特定表層部が形成されていない、すなわち両方の表面の表層に係るSi−F結合の濃度が肉厚中心部と同等である場合には、長期間にわたって高い光放射強度特性を得ることができない。   As will be apparent from the experiment described later, when the specific surface layer portion is not formed, that is, when the concentration of Si-F bonds related to the surface layers on both surfaces is equivalent to the thickness center portion, it is high over a long period of time. The light emission intensity characteristic cannot be obtained.

放電容器21における特定表層部は、放電容器21の表面から深さ50〜250μmまでの領域に形成される。
この図の例においては、特定表層部は、放電容器21の外表面側(具体的には、放電容器21の外側管22の外表面側)において、当該外表面から深さ200μmまでの領域に形成されている。
なお、このエキシマランプ20の放電容器21のような二重管構造などの複雑な形状の放電容器においては、光出射部となる外側管のみに特定表層部が形成されていてもよい。この場合には、放電容器の内側管には、特定表層部が、内表面側および外表面側のいずれか一方側に形成されていてもよく、また両方側に形成されていてもよい。
The specific surface layer portion in the discharge vessel 21 is formed in a region from the surface of the discharge vessel 21 to a depth of 50 to 250 μm.
In the example of this figure, the specific surface layer portion is in the region from the outer surface to a depth of 200 μm on the outer surface side of the discharge vessel 21 (specifically, the outer surface side of the outer tube 22 of the discharge vessel 21). Is formed.
In the discharge vessel having a complicated shape such as a double tube structure such as the discharge vessel 21 of the excimer lamp 20, the specific surface layer portion may be formed only on the outer tube serving as the light emitting portion. In this case, in the inner tube of the discharge vessel, the specific surface layer portion may be formed on either the inner surface side or the outer surface side, or may be formed on both sides.

具体的に、放電容器21を形成する合成石英ガラスは、肉厚中心部においては、Si−F結合の濃度が略一定となっており、一方、特定表層部においては、その表面に向かうに従ってSi−F結合の濃度が小さくなる濃度勾配を有するよう、Si−F結合の濃度が変化している。   Specifically, the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21 has a substantially constant Si-F bond concentration at the center of the wall thickness, while the Si in the specific surface layer portion moves toward the surface. The concentration of Si—F bonds is changed so that the concentration gradient of −F bonds is small.

このようなSi−F結合の濃度の小さい部分(特定表層部)は、放電容器21の外表面側および内表面側の少なくとも一方の表層に形成されていることが必須であり、最も好ましくは、放電容器21の両方の表面の表層に、特定表層部が形成されていることが好ましい。
放電ランプ20において、放電空間H内で発生した波長163nmの光の吸収(放電容器21を形成すぐ合成石英ガラスによる吸収)を抑制するためには、放電容器21における内表面側の表層に、前記特定表層部が形成されていることが理論上好ましい態様として考えられるが、放電容器21の外表面側(外側管22の外表面側)のみに特定表層部が形成されている場合であっても、後述の実験例からも明らかなように、十分な効果が得られる。
It is essential that such a portion having a low Si-F bond concentration (specific surface layer portion) is formed on at least one surface layer on the outer surface side and inner surface side of the discharge vessel 21, and most preferably It is preferable that specific surface layer portions are formed on the surface layers of both surfaces of the discharge vessel 21.
In the discharge lamp 20, in order to suppress absorption of light having a wavelength of 163 nm generated in the discharge space H (absorption by the synthetic quartz glass immediately after forming the discharge container 21), the surface layer on the inner surface side in the discharge container 21 is Although it is considered that the specific surface layer portion is formed as a theoretically preferable aspect, even if the specific surface layer portion is formed only on the outer surface side of the discharge vessel 21 (the outer surface side of the outer tube 22). As is clear from experimental examples described later, a sufficient effect can be obtained.

合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度は、実際に測定することは難しいが、例えばSi−F結合が、Si−O結合とは光学的特性が異なる(吸収波長が異なることに起因して屈折率が異なる)ことを利用し、肉厚中心部における屈折率と、表層(特定表層部)における屈折率を測定し、その測定値に基づいて確認することができる。   Although it is difficult to actually measure the concentration of the Si—F bond in the synthetic quartz glass, for example, the Si—F bond has different optical characteristics from the Si—O bond (because of different absorption wavelengths). By utilizing the fact that the refractive index is different), the refractive index in the central portion of the thickness and the refractive index in the surface layer (specific surface layer portion) can be measured and confirmed based on the measured values.

上記条件(3)を満たす、すなわち放電容器21において、前記一方または両方の表面(特定表層部が形成されている表層に係る表面であって、以下、「特定表面」ともいう。)側の表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度を、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度よりも高くすることによっては、放電容器21を形成する合成石英ガラスに、Si−Si結合の存在に起因する最大吸収波長163nmの吸収帯が生じることを抑制することができるため、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができる。
その理由は、酸素分子を存在させることにより、光(紫外吸収端付近の光)の作用によってSi−F結合の解離が生じた場合には、Si−O−Si結合が形成され、これによってSi−Si結合の形成が阻害されることとなるため、その結果、Si−Si結合の形成を抑制することができ、Si−F結合から形成されるSi−Si結合の絶対数を減じることができるからである。
また、後述のように、酸素分子を存在させることにより、結果的に、その製造工程において、Si−F結合の濃度を小さくすることに伴って存在することとなったSi−Si結合の濃度を、小さくすることができる。
In the discharge vessel 21 that satisfies the above condition (3), that is, the surface layer on the one or both surfaces (the surface relating to the surface layer on which the specific surface layer portion is formed, hereinafter also referred to as “specific surface”). By making the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass that forms the discharge vessel 21 higher than the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass that forms the thickness center portion, Since generation of an absorption band having a maximum absorption wavelength of 163 nm due to the presence of -Si bond can be suppressed, high light emission intensity characteristics can be maintained over a long period of time.
The reason for this is that when the Si-F bond is dissociated by the action of light (light near the ultraviolet absorption edge) due to the presence of oxygen molecules, a Si-O-Si bond is formed. -Si bond formation is inhibited, and as a result, formation of Si-Si bonds can be suppressed, and the absolute number of Si-Si bonds formed from Si-F bonds can be reduced. Because.
Further, as will be described later, by the presence of oxygen molecules, as a result, in the manufacturing process, the concentration of Si—Si bonds that are present along with decreasing the concentration of Si—F bonds is reduced. Can be small.

後述の実験からも明らかなように、両方の表面の表層に係る酸素分子の濃度が肉厚中心部と同等である、すなわち特定表面側の表層に係る酸素分子の濃度が肉厚中心部と同等である場合には、長期間にわたって高い光放射強度特性を得ることができない。   As is clear from the experiment described later, the concentration of oxygen molecules on the surface layer of both surfaces is equivalent to the thickness center portion, that is, the concentration of oxygen molecules on the surface layer on the specific surface side is equivalent to the thickness center portion. In such a case, it is impossible to obtain high light emission intensity characteristics over a long period of time.

具体的には、放電容器21の特定表面側において、表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度は、当該特定表面から深さ200μmまでの厚み部分において、その平均濃度が0.8×1016個/cc以上であることが好ましく、更に、特定表面からの深さ50μmまでの厚み部分よりなる最表面においては、その平均濃度が5.0×1016個/cc以上であることが特に好ましい。 Specifically, on the specific surface side of the discharge vessel 21, the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the surface layer is 0.8 × in the thickness portion from the specific surface to a depth of 200 μm. It is preferable that it is 10 16 pieces / cc or more, and that the average concentration is 5.0 × 10 16 pieces / cc or more on the outermost surface consisting of the thickness portion up to a depth of 50 μm from the specific surface. Particularly preferred.

このように特定表面から深さ200μmまでの厚み部分の酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上であることにより、確実に長期間にわたって高い光放射強度特性を得ることができる。 As described above, when the average concentration of oxygen molecules in the thickness portion from the specific surface to a depth of 200 μm is 0.8 × 10 16 molecules / cc or more, high light emission intensity characteristics can be reliably obtained over a long period of time. .

合成石英ガラス中における酸素分子の濃度は、下記のようにして確認することができる。
すなわち、下記の文献(1)〜文献(3)によれば、シリカガラス中に含有(含浸)された酸素分子は、波長1272nmまたは波長765nmの光で励起され、波長1272nmの蛍光を発し、この蛍光強度が酸素分子の濃度(含浸酸素分子量)に比例して強くなることを利用することにより、酸素分子の濃度が明らかな標準サンプルと、酸素分子の濃度を測定すべき試料とのピーク強度比を得、これに基づいて定量することができるとされている。また、この定量の際には、蛍光ピーク強度が試料肉厚方向の積算値であることから、標準サンプルと試料との肉厚比も考慮する必要があることが記載されている。
このような手法における具体的な測定系として、文献(1)〜文献(3)には、Nd:YAGレーザーを励起光源とし、その蛍光をラマン分光分析装置にて測定することが記載されている。また、試料表層の酸素分子濃度を得るためには、以下のような方法を用いる。すなわち、酸素蛍光ピークの強度を、試料表面の深さ200μmの厚み部分をエッチング処理する前後で測定し、酸素蛍光ピークの強度差を得、このピーク強度差がエッチング処理した領域の酸素分子量を反映していることを利用し、エッチング深さに対するピーク強度差をエッチング深さの商を算出することにより、エッチング処理した領域の酸素分子濃度を得る。
The concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass can be confirmed as follows.
That is, according to the following literature (1) to literature (3), oxygen molecules contained (impregnated) in silica glass are excited by light having a wavelength of 1272 nm or wavelength of 765 nm, and emit fluorescence having a wavelength of 1272 nm. By utilizing the fact that the fluorescence intensity increases in proportion to the oxygen molecule concentration (impregnated oxygen molecular weight), the peak intensity ratio between a standard sample with a clear oxygen molecule concentration and the sample whose oxygen molecule concentration should be measured. And can be quantified based on this. In addition, it is described that, in this quantification, since the fluorescence peak intensity is an integrated value in the sample thickness direction, it is necessary to consider the thickness ratio between the standard sample and the sample.
As a specific measurement system in such a technique, Documents (1) to (3) describe using an Nd: YAG laser as an excitation light source and measuring the fluorescence with a Raman spectroscopic analyzer. . Further, in order to obtain the oxygen molecule concentration of the sample surface layer, the following method is used. That is, the intensity of the oxygen fluorescence peak was measured before and after etching the 200 μm thick portion of the sample surface to obtain an oxygen fluorescence peak intensity difference, and this peak intensity difference reflected the oxygen molecular weight of the etched area. Thus, by calculating the quotient of the etching depth from the difference in peak intensity with respect to the etching depth, the concentration of oxygen molecules in the etched region is obtained.

文献(1)K.Kajihara,J.Appl.Phys,98,013527(2005)
文献(2)K.Kajihara,J.Appl.Phys,98,013528(2005)
文献(3)K.Kajihara,J.Appl.Phys,98,013529(2005)
Reference (1) Kajihara, J. et al. Appl. Phys, 98, 013527 (2005)
Reference (2) K.K. Kajihara, J. et al. Appl. Phys, 98, 013528 (2005)
Reference (3) K.K. Kajihara, J. et al. Appl. Phys, 98, 013529 (2005)

上記条件(4)を満たす、すなわち放電容器21において、特定表面側の表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度を、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度よりも高くすることによっては、OH基の作用による紫外光歪の成長緩和効果が得られるため、放電容器21を形成する合成石英ガラスに対する真空紫外光によるダメージ、特に紫外光歪が蓄積されることを抑制することができ、優れた光学特性を得ることができることから、エキシマランプ20を、耐紫外光特性(紫外線耐久性)が高いものとすることができる。   Satisfying the above condition (4), that is, in the discharge vessel 21, the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass that forms the surface layer on the specific surface side is greater than the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass that forms the thickness center portion. In addition, since the effect of mitigating the growth of ultraviolet light strain due to the action of OH groups can be obtained by increasing the height, damage due to vacuum ultraviolet light on the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21, particularly ultraviolet light strain is accumulated. Since it can be suppressed and excellent optical characteristics can be obtained, the excimer lamp 20 can have high ultraviolet light resistance (ultraviolet light durability).

後述の実験からも明らかなように、両方の表面の表層に係るOH基の濃度が肉厚中心部と同等である、すなわち特定表面側の表層に係るOH基の濃度が肉厚中心部と同等である場合には、長期間にわたって高い光放射強度特性を得ることができない。   As is clear from the experiment described later, the OH group concentration on the surface layer of both surfaces is equivalent to the thickness center portion, that is, the OH group concentration on the surface layer on the specific surface side is equivalent to the thickness center portion. In such a case, it is impossible to obtain high light emission intensity characteristics over a long period of time.

具体的には、放電容器21の特定表面側において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度は、当該特定表面から深さ100μmまでの厚み部分において、その平均濃度が70wt.ppm以上であることが好ましく、特に70〜1300wt.ppmであることが好ましい。また、特定表面からの深さ50μmまでの厚み部分よりなる最表面においては、その平均濃度が100wt.ppm以上であることが好ましい。   Specifically, on the specific surface side of the discharge vessel 21, the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass forming the surface layer is 70 wt.% In the thickness portion from the specific surface to a depth of 100 μm. It is preferable that it is ppm or more, especially 70-1300 wt. Preference is given to ppm. Further, the average concentration of the outermost surface consisting of the thickness portion up to a depth of 50 μm from the specific surface is 100 wt. It is preferably at least ppm.

このように特定表面からの深さ100μmの厚み部分のOH基の平均濃度が70wt.ppm以上であることにより、確実に長期間にわたって高い光放射強度特性を得ることができる。
また、特定表面から深さ100μmまでの厚み部分におけるOH基の濃度が1300wt.ppmを超える場合には、放電容器21に失透が生じるおそれがある。
Thus, the average concentration of OH groups in the thickness portion of 100 μm depth from the specific surface is 70 wt. By being at least ppm, it is possible to reliably obtain high light emission intensity characteristics over a long period of time.
Further, the concentration of OH groups in the thickness portion from the specific surface to a depth of 100 μm is 1300 wt. If it exceeds ppm, the discharge vessel 21 may be devitrified.

合成石英ガラス中におけるOH基の濃度は、例えば赤外吸収スペクトルを測定し、得られる波長3670cm-1付近の吸光度に基づいて算出することができる。具体的な手法としては、(1)測定対象物のIR吸収測定を行い、(2)その後、測定対象物における測定対象部分(表層)を削り取った後、更にIR吸収測定を行い、(3)得られた表層の削り取り処理前後の測定値の差に基づいて、削り取った部分(表層)の濃度を算出する。 The concentration of OH groups in the synthetic quartz glass can be calculated based on the absorbance near the wavelength of 3670 cm −1 obtained by, for example, measuring an infrared absorption spectrum. As a specific method, (1) IR absorption measurement of the measurement object is performed, (2) Then, after measuring the measurement object portion (surface layer) in the measurement object, IR absorption measurement is further performed, and (3) Based on the difference between the measured values before and after the surface layer shaving process, the concentration of the shaved portion (surface layer) is calculated.

また、エキシマランプ20においては、放電容器21を形成する合成石英ガラスが、仮想温度Tfが700℃以上930℃以下であるものであることが好ましい。
ここに、「仮想温度Tf」とは、ガラス内部の構造を、温度と比容との関係で表される平衡状態の温度で示した場合におけるその平衡温度であり、ガラスの構造(密度)に関する指標を示す。
In the excimer lamp 20, it is preferable that the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21 has a fictive temperature Tf of 700 ° C. or higher and 930 ° C. or lower.
Here, the “virtual temperature Tf” is the equilibrium temperature in the case where the internal structure of the glass is represented by the temperature of the equilibrium state represented by the relationship between the temperature and the specific volume, and relates to the structure (density) of the glass. Indicates an indicator.

合成石英ガラスの仮想温度Tfを700℃以上930℃以下とすることにより、後述のエキシマランプ20を作製する工程中において、例えば合成石英ガラスよりなる成形体に変形が生じ、所望の形状の放電容器を形成することができなくなるなどの弊害を伴うことなく、条件(1)および条件(2)と共に、条件(3)および条件(4)の少なくとも一方を満たし、所望の耐紫外光特性を有する放電容器を得ることができる。   By setting the fictive temperature Tf of the synthetic quartz glass to 700 ° C. or more and 930 ° C. or less, a molded body made of, for example, synthetic quartz glass is deformed during the process of manufacturing the excimer lamp 20 described later, and a discharge vessel having a desired shape is formed. Without adverse effects such as the inability to form a discharge, satisfying at least one of the conditions (3) and (4) together with the conditions (1) and (2), and having a desired ultraviolet light resistance A container can be obtained.

合成石英ガラスの仮想温度Tfは、次のようにして求めることができる。
すなわち、先ず、例えばランプ作製時と同一のガラス管の一部に対してランプと同様の処理を行い、互いに異なる複数箇所から、各々15mm角程度の大きさのサンプルを切り出す。
次いで、各々のサンプルについての赤外透過スペクトルを、例えば赤外分光装置「Magna760」(Nicoket社製)を用いて、透過法により、波数2000〜4000cm-1の範囲を、分解能2cm-1、波数間隔0.0625cm-1、32回積算で測定する。
これにより得られた赤外透過スペクトルデータにおける、波数2260cm-1の吸収帯におけるピーク波数を求め、各々のサンプルについてのピーク波数の平均値を、当該エキシマランプにおけるピーク波数A〔cm-1〕として、次式より算出されるものである。
The fictive temperature Tf of the synthetic quartz glass can be obtained as follows.
That is, first, for example, a part of the same glass tube as that at the time of manufacturing the lamp is subjected to the same processing as the lamp, and samples each having a size of about 15 mm square are cut out from a plurality of different locations.
Then, the infrared transmission spectrum for each sample, for example, infrared spectrometer "Magna760" using (Nicoket Co.), by a transmission method, the range of wave number 2000~4000Cm -1, resolution 2 cm -1, wave number Measured with an interval of 0.0625 cm −1 and 32 times integration.
In the infrared transmission spectrum data thus obtained, the peak wave number in the absorption band of wave number 2260 cm −1 is obtained, and the average value of the peak wave number for each sample is defined as the peak wave number A [cm −1 ] in the excimer lamp. Is calculated from the following equation.

Figure 2009206050
Figure 2009206050

上記式1において、Tfは仮想温度〔℃〕、Aはピーク波数〔cm-1〕、αおよびβは、それぞれ、下記式2より得られる値であり、式2におけるFはフッ素含有量(濃度)〔mol%〕である。 In the above formula 1, Tf is the fictive temperature [° C.], A is the peak wave number [cm −1 ], α and β are values obtained from the following formula 2, respectively, and F in formula 2 is the fluorine content (concentration) ) [Mol%].

Figure 2009206050
Figure 2009206050

このような構成のエキシマランプ20は、例えば内側管23を構成する円筒状の内側管構成用素管を予め作製しておき、この内側管構成用素管の外径より大きい内径を有する、外側管22を構成する円筒状の外側管構成用素管の内部に、内側管構成用素管を挿入して同軸上に配置し、管軸方向外方側から例えばバーナーなどによって加熱することにより、外側管構成用素管の内周面と内側管構成用素管の端部部分の先端面とを溶着させ、これにより、外側管22と内側管23との間に管状の放電空間Hが形成された二重管構造の放電容器21を作製する。そして、作製した放電容器21における放電空間H内に放電用ガスであるキセノンガスを封入すると共に外側電極24および内側電極25を所定の位置に配設することにより製造することができる。   The excimer lamp 20 having such a configuration has, for example, a cylindrical inner tube constituting element tube that constitutes the inner tube 23 prepared in advance, and has an inner diameter larger than the outer diameter of the inner tube constituting element tube. By inserting the inner tube constituting element tube into the cylindrical outer tube constituting element tube constituting the tube 22 and arranging it coaxially, and heating from the outer side in the tube axis direction by, for example, a burner, The inner peripheral surface of the outer tube constituting element tube and the end surface of the end portion of the inner tube constituting element tube are welded to form a tubular discharge space H between the outer tube 22 and the inner tube 23. A discharge vessel 21 having a double tube structure is prepared. And it can manufacture by sealing the xenon gas which is discharge gas in the discharge space H in the produced discharge vessel 21, and arrange | positioning the outer side electrode 24 and the inner side electrode 25 in a predetermined position.

このような製造工程において、放電容器21の外側管22を構成する外側管構成用素管(以下、「放電容器用素管」ともいいう。)を作製する手法について、図3および図4のフローチャートを用いて詳細に説明する。
ここに、図3のフローチャートに係る手法は、少なくとも条件(1)〜条件(3)を満たす放電容器を作製するためのものであり、一方、図4のフローチャートに係る手法は、少なくとも条件(1)、条件(2)および条件(4)を満たす放電容器を作製するためのものである。
なお、図3および図4のフローチャートに係る手法のいずれによっても、内側管23を構成する内側管構成用素管を形成することもできる。
FIG. 3 and FIG. 4 are flowcharts of a method for producing an outer tube constituting element tube (hereinafter, also referred to as “discharge vessel element tube”) constituting the outer tube 22 of the discharge vessel 21 in such a manufacturing process. Will be described in detail.
Here, the method according to the flowchart of FIG. 3 is for producing a discharge vessel that satisfies at least the conditions (1) to (3), while the method according to the flowchart of FIG. ), A discharge vessel satisfying the conditions (2) and (4).
Note that the inner tube constituting element tube constituting the inner tube 23 can be formed by any of the methods according to the flowcharts of FIGS. 3 and 4.

先ず、図3のフローチャートに係る手法について説明する。   First, the method according to the flowchart of FIG. 3 will be described.

(インゴット作製過程)
先ず、フッ素の含有量が上記範囲内(条件(1))である合成石英ガラス(原材料)からなるインゴット(円筒状の素管)を作製する。
このインゴットにおいては、当該インゴットを形成する合成石英ガラス中のフッ素の濃度およびSi−F結合の濃度は均一である。
(Ingot production process)
First, an ingot (cylindrical base tube) made of synthetic quartz glass (raw material) having a fluorine content within the above range (condition (1)) is prepared.
In this ingot, the concentration of fluorine and the concentration of Si—F bonds in the synthetic quartz glass forming the ingot are uniform.

(パイプ成形過程)
インゴットをパイプ状に成形することにより、パイプ状体を作製する。
このパイプ状体においても、当該パイプ状体を形成する合成石英ガラスに、その厚み方向において、フッ素の濃度およびSi−F結合の濃度のいずれの濃度にも勾配が生じることはほとんどない。
このパイプ成形過程においては、必要に応じて、得られたパイプ状の表面をエッチング処理することもできる。
この表面がエッチング処理されたパイプ状体においても、当該パイプ状体を形成する合成石英ガラス中のフッ素の濃度およびSi−F結合の濃度は均一である(図11参照)。
(Pipe forming process)
A pipe-shaped body is produced by forming an ingot into a pipe shape.
Even in this pipe-like body, the synthetic quartz glass forming the pipe-like body hardly has a gradient in the concentration of fluorine or Si—F bond in the thickness direction.
In the pipe forming process, the obtained pipe-shaped surface can be etched as necessary.
Even in a pipe-like body whose surface is etched, the concentration of fluorine and the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the pipe-like body are uniform (see FIG. 11).

(熱処理過程)
この熱処理過程においては、パイプ形成過程において最終的に得られたパイプ状体に対して加熱処理を施すことによって外表面側の表層に特定表層部を形成し、これにより、熱処理体を作製する。
(Heat treatment process)
In this heat treatment process, the specific surface layer portion is formed on the surface layer on the outer surface side by subjecting the pipe-like body finally obtained in the pipe formation process to heat treatment, thereby producing a heat treatment body.

この熱処理体においては、図5に示すように、当該熱処理体を形成する合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度は、肉厚中心部では略一定とされるが、特に外表面側の表層では、その厚み方向において、外表面に向かうに従って小さくなる濃度勾配が生じることとなる。
その理由は、パイプ形成過程において最終的に得られたパイプ状体を加熱処理することにより、当該パイプ状体を形成する合成石英ガラス中において、表面から中心に向かって順に、Si−F結合のうちの一部(結合が弱いもの)が切断され、このSi−F結合の解離によってフッ素が遊離されると共にSi−Si結合が形成されるためである。
ここに、図5において、横軸が熱処理体の厚み(左端側の「0」の値が外表面を示し、一方、右端側の「2000」の値が内表面を示す。)を示し、縦軸がフッ素の含有量(濃度)、Si−F結合、酸素原子およびSi−Si結合の各々の濃度を示す。また、同図において、直線(イ)は、フッ素の平均濃度、曲線(ロ)は、Si−F結合の濃度、直線(ハ)は、酸素原子の濃度、曲線(ニ)は、Si−Si結合の濃度を示す。
なお、酸素原子の濃度は、例えばSIMS法(Secondary Ion Mass Spectrometry)を用い、熱処理体の厚み方向における酸素分子の濃度分布を得ることによって確認することができる。
In this heat-treated body, as shown in FIG. 5, the concentration of Si—F bonds in the synthetic quartz glass forming the heat-treated body is substantially constant at the center of the thickness. Then, in the thickness direction, a concentration gradient that decreases toward the outer surface is generated.
The reason for this is that the pipe-like body finally obtained in the pipe-forming process is heat-treated, so that in the synthetic quartz glass forming the pipe-like body, the Si-F bonds are sequentially formed from the surface toward the center. This is because a part (of which the bond is weak) is cut, fluorine is released by this dissociation of the Si-F bond, and a Si-Si bond is formed.
Here, in FIG. 5, the horizontal axis indicates the thickness of the heat-treated body (the value “0” on the left end side indicates the outer surface, while the value “2000” on the right end side indicates the inner surface). The axis indicates the fluorine content (concentration), the concentration of each of the Si—F bond, oxygen atom, and Si—Si bond. Further, in the figure, the straight line (A) is the average fluorine concentration, the curve (B) is the Si-F bond concentration, the straight line (C) is the oxygen atom concentration, and the curve (D) is Si-Si. The concentration of binding is indicated.
The concentration of oxygen atoms can be confirmed by obtaining the concentration distribution of oxygen molecules in the thickness direction of the heat-treated body using, for example, SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry).

加熱処理は、例えば内部に円柱状の中空部を有する円筒状の加熱炉を用いることによって行なわれる。具体的には、大気中において、パイプ状体を、円筒状の加熱炉の内部を通過させることによって加熱する。
加熱処理条件は、例えば加熱温度1100〜1300℃、処理時間3〜30分間である。
ここに、Si−F結合の解離は、加熱温度、処理時間に依存して進行するため、加熱処理の状態を制御(加熱処理条件を調節)することにより、特定表層部を、内表面および外表面のいずれか一方の表面の表層に形成することもでき、また両方の表面の表層に形成することもできる。
この例においては、熱処理体の外表面側の表層においてSi−F結合の濃度が大きく減少して特定表層部が形成されており、また、当該熱処理体の内表面側の表層(特定内表面から深さ50μm未満の深さまでの領域)においても、その程度は小さいが、Si−F結合の濃度が減少している。
The heat treatment is performed, for example, by using a cylindrical heating furnace having a columnar hollow inside. Specifically, the pipe-shaped body is heated in the atmosphere by passing the inside of a cylindrical heating furnace.
The heat treatment conditions are, for example, a heating temperature of 1100 to 1300 ° C. and a treatment time of 3 to 30 minutes.
Here, since the dissociation of the Si-F bond proceeds depending on the heating temperature and the processing time, the specific surface layer portion can be set to the inner surface and the outer surface by controlling the heat processing state (adjusting the heat processing conditions). It can also be formed on the surface layer of one of the surfaces, or can be formed on the surface layer of both surfaces.
In this example, the surface layer on the outer surface side of the heat treatment body has a significantly reduced concentration of Si-F bonds to form a specific surface layer portion, and the surface layer on the inner surface side of the heat treatment body (from the specific inner surface) Even in a region (depth up to a depth of less than 50 μm), the level is small, but the concentration of Si—F bonds is reduced.

(酸素ドープ処理過程)
この酸素ドープ処理過程においては、熱処理過程において得られた熱処理体に対して酸素ドープ処理を施すことによって酸素分子を導入し、これにより、酸素ドープ処理体を作製する。
(Oxygen doping process)
In this oxygen doping treatment process, oxygen molecules are introduced by performing oxygen doping treatment on the heat treatment body obtained in the heat treatment process, thereby producing an oxygen doping treatment body.

この酸素ドープ処理体においては、図6に示すように、その表層(特に外表面側の表層)において、当該酸素ドープ処理体を形成する合成石英ガラス中の酸素分子の濃度が大きくなっており、それと共に、Si−Si結合の濃度が、熱処理体を形成する合成石英ガラス中のSi−Si結合の濃度に比して小さくなっている。
なお、図6において、酸素ドープ処理体の外表面側および内表面側の表層において、各々、酸素原子の濃度が大きくなっているが、これによっても、Si−Si結合の濃度が小さくなっていることが示されている。
ここに、図6において、横軸が酸素ドープ処理体の厚み(左端側の「0」の値が外表面を示し、一方、右端側の「2000」の値が内表面を示す。)を示し、縦軸がフッ素の含有量(濃度)、Si−F結合、酸素分子、酸素原子およびSi−Si結合の各々の濃度を示す。また、同図において、直線(イ)は、フッ素の平均濃度を示し、曲線(ロ)は、Si−F結合の濃度、曲線(ハ)は、酸素原子の濃度、曲線(ニ)は、Si−Si結合の濃度、曲線(ホ)は、酸素分子の濃度、直線(ヘ)は、酸素ドープ処理前の酸素原子の濃度を示す。
In this oxygen doped body, as shown in FIG. 6, the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the oxygen doped body is increased in the surface layer (particularly the surface layer on the outer surface side), At the same time, the Si—Si bond concentration is lower than the Si—Si bond concentration in the synthetic quartz glass forming the heat-treated body.
In FIG. 6, the concentration of oxygen atoms is increased on the outer surface side and the surface layer on the inner surface side of the oxygen-doped body, but this also decreases the concentration of Si—Si bonds. It has been shown.
Here, in FIG. 6, the horizontal axis indicates the thickness of the oxygen-doped body (the value “0” on the left end side indicates the outer surface, while the value “2000” on the right end side indicates the inner surface). The vertical axis represents the fluorine content (concentration), the concentration of each of the Si—F bonds, oxygen molecules, oxygen atoms and Si—Si bonds. In addition, in the figure, the straight line (A) indicates the average concentration of fluorine, the curve (B) indicates the concentration of Si-F bonds, the curve (C) indicates the concentration of oxygen atoms, and the curve (D) indicates Si. The concentration of -Si bond, the curve (e) indicates the concentration of oxygen molecules, and the straight line (f) indicates the concentration of oxygen atoms before the oxygen doping treatment.

酸素ドープ処理体において、熱処理過程において形成されたSi−Si結合の濃度が小さくなった理由は、熱処理体に対する酸素ドープ処理によれば、先ず、当該熱処理体の表層に存在するSi−Si結合に対してO(酸素原子)が作用し、Si−O−Si結合が形成され、このようにしてSi−Si結合からSi−O−Si結合が形成されることによってSi−Si結合の濃度が減少された後、酸素分子自体がその形態で導入されることとなるためである。   The reason why the concentration of Si-Si bonds formed in the heat treatment process in the oxygen-doped body is reduced is that, according to the oxygen-doping treatment for the heat-treated body, first, the Si-Si bonds existing in the surface layer of the heat-treated body On the other hand, O (oxygen atom) acts to form a Si—O—Si bond, and thus the Si—Si bond is formed from the Si—Si bond, thereby reducing the concentration of the Si—Si bond. This is because the oxygen molecules themselves are introduced in that form.

酸素ドープ処理は、酸素雰囲気下において、熱処理体を加熱することによって行なわれる。
酸素ドープ処理条件は、例えば酸素圧力(酸素濃度)0.3〜1.5気圧、加熱温度600〜1000℃、処理時間1〜300時間であり、特に加熱温度は750℃であることが好ましい。
The oxygen doping treatment is performed by heating the heat treatment body in an oxygen atmosphere.
The oxygen doping treatment conditions are, for example, an oxygen pressure (oxygen concentration) of 0.3 to 1.5 atm, a heating temperature of 600 to 1000 ° C., a treatment time of 1 to 300 hours, and particularly preferably a heating temperature of 750 ° C.

このようにしてインゴット作製過程、パイプ成形過程、熱処理過程および酸素ドープ処理過程を経ることによって得られた酸素ドープ処理体は、そのままの状態で放電容器用素管として用いることもできるが、更に、後述のOH基ドープ処理を施すこともできる。 ここに、インゴット作製過程、パイプ成形過程、熱処理過程、酸素ドープ処理過程およびOH基ドープ処理過程をこの順に経ることによっては、条件(1)〜条件(4)のすべてを満たす放電容器を得ることができる。   In this way, the oxygen-doped body obtained through the ingot production process, pipe forming process, heat treatment process and oxygen doping process can be used as it is as a raw tube for a discharge vessel. An OH group doping process described later can also be performed. Here, a discharge vessel satisfying all of the conditions (1) to (4) can be obtained by going through the ingot preparation process, the pipe forming process, the heat treatment process, the oxygen doping process and the OH group doping process in this order. Can do.

次いで、図4のフローチャートに係る手法について説明する。
この手法は、図3に係る手法と同様にしてインゴット作製過程、パイプ成形過程および熱処理過程をこの順に経ることによって熱処理体を得、この熱処理体に対して、酸素ドープ処理に代えてOH基ドープ処理を施すものである。
Next, a method according to the flowchart of FIG. 4 will be described.
This method is similar to the method shown in FIG. 3 in that an ingot manufacturing process, a pipe forming process, and a heat treatment process are performed in this order to obtain a heat treatment body, and this heat treatment body is doped with an OH group instead of an oxygen doping process. Processing is performed.

(OH基ドープ処理過程)
このOH基ドープ処理過程においては、加熱処理過程において得られた熱処理体に対してOH基ドープ処理を施すことによってOH基を導入し、これにより、OH基ドープ処理体を作製する。
(OH group doping process)
In this OH group doping treatment process, OH groups are introduced by subjecting the heat treatment body obtained in the heat treatment process to OH group doping treatment, thereby producing an OH group doping treatment body.

このOH基ドープ処理体においては、図7示すように、その表層(特に外表面側の表層)において、当該OH基ドープ処理体を形成する合成石英ガラス中のOH基の濃度が大きくなっており、それと共に、Si−Si結合の濃度が、熱処理体を形成する合成石英ガラス中のSi−Si結合の濃度に比して小さくなっている。
ここに、図7において、横軸がOH基ドープ処理体の厚み(左端側の「0」の値が外表面を示し、一方、右端側の「2000」の値が内表面を示す。)を示し、縦軸がフッ素の含有量(濃度)、Si−F結合、Si−Si結合およびOH基の各々の濃度を示す。また、同図において、直線(イ)は、フッ素の平均濃度を示し、曲線(ロ)は、Si−F結合の濃度、曲線(ニ)は、Si−Si結合の濃度、曲線(ト)は、OH基の濃度を示す。
In this OH group-doped treated body, as shown in FIG. 7, the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass forming the OH group-doped treated body is increased on the surface layer (particularly the surface layer on the outer surface side). At the same time, the Si—Si bond concentration is smaller than the Si—Si bond concentration in the synthetic quartz glass forming the heat-treated body.
Here, in FIG. 7, the horizontal axis represents the thickness of the OH group-doped treated body (the value “0” on the left end side indicates the outer surface, while the value “2000” on the right end side indicates the inner surface). The vertical axis represents the fluorine content (concentration), the Si-F bond, the Si-Si bond, and the OH group concentration. In the figure, the straight line (a) shows the average fluorine concentration, the curve (b) shows the Si-F bond concentration, the curve (d) shows the Si-Si bond concentration, and the curve (g) shows the curve. , OH group concentration.

OH基ドープ処理体において、熱処理過程において形成されたSi−Si結合の濃度が小さくなった理由は、熱処理体に対するOH基ドープ処理によれば、水分子(H2 O)の状態で導入されたOH基が、熱処理体の表層に存在するSi−Si結合と反応し、これによってSi−OHダングリングボンド(自由端)が形成されることとなるため、このようにしてSi−Si結合からSi−OHダングリングボンドが形成されることによってSi−Si結合の濃度が減少されるためである。 The reason why the concentration of Si—Si bonds formed in the heat treatment process in the OH group doped body was reduced was introduced in the state of water molecules (H 2 O) according to the OH group dope treatment on the heat treated body. Since the OH group reacts with the Si—Si bond existing on the surface layer of the heat-treated body, thereby forming a Si—OH dangling bond (free end), the Si—Si bond is thus removed from the Si—Si bond. This is because the concentration of Si—Si bonds is reduced by the formation of —OH dangling bonds.

OH基ドープ処理は、例えば窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどの不活性ガス雰囲気下において、水蒸気を発生させつつ、熱処理体を加熱することによって行なわれる。
OH基ドープ処理条件は、例えば水蒸気濃度10〜80%、加熱温度600〜1000℃、処理時間0.2〜30時間であり、特に加熱温度は750℃であることが好ましい。
The OH group doping treatment is performed by heating the heat treatment body while generating water vapor in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas, argon gas, or helium gas.
The OH group dope treatment conditions are, for example, a water vapor concentration of 10 to 80%, a heating temperature of 600 to 1000 ° C., a treatment time of 0.2 to 30 hours, and particularly preferably a heating temperature of 750 ° C.

このようにしてインゴット作製過程、パイプ成形過程、熱処理過程およびOH基ドープ処理過程を経ることによって得られるOH基ドープ処理体は、そのままの状態で放電容器用素管として用いることもできるが、更に、前述の酸素ドープ処理を施すこともできる。
ここに、インゴット作製過程、パイプ成形過程、熱処理過程、OH基ドープ処理過程および酸素ドープ処理過程をこの順に経ることによっても、条件(1)〜条件(4)のすべてを満たす放電容器を得ることができる。
図8に、インゴット作製過程、パイプ成形過程、熱処理過程、OH基ドープ処理過程および酸素ドープ処理過程をこの順に経ることによって製造された、厚み2mmの合成石英ガラス製の放電容器(外側管)を形成する合成石英ガラスの組成を示す。この図8において、放電容器(外側管)の外表面側の表面近傍において、OH基ドープ処理体に比してOH基の濃度が小さくなっているが(図7参照)、これは、OH基ドープ処理の後に酸素ドープ処理を施したため、この表面近傍においてSi−OHダングリングボンドのOH基が切断されたためである。
ここに、図8において、横軸が放電容器(外側管)の厚み(左端側の「0」の値が外表面を示し、一方、右端側の「2000」の値が内表面を示す。)を示し、縦軸がフッ素の含有量(濃度)、Si−F結合、酸素分子、酸素原子、Si−Si結合およびOH基の各々の濃度を示す。また、同図において、直線(イ)は、フッ素の平均濃度を示し、曲線(ロ)は、Si−F結合の濃度、曲線(ハ)は、酸素原子の濃度、曲線(ニ)は、Si−Si結合の濃度、曲線(ホ)は、酸素分子の濃度、直線(ヘ)は、酸素ドープ処理前の酸素原子の濃度を示し、曲線(ト)は、OH基の濃度を示す。
In this way, the OH group doped body obtained through the ingot production process, pipe forming process, heat treatment process and OH group dope process can be used as it is as a raw tube for a discharge vessel. The oxygen doping process described above can also be performed.
Here, a discharge vessel satisfying all of the conditions (1) to (4) can be obtained also through the ingot production process, pipe forming process, heat treatment process, OH group doping process and oxygen doping process in this order. Can do.
FIG. 8 shows a discharge vessel (outer tube) made of synthetic quartz glass having a thickness of 2 mm, manufactured in this order through an ingot production process, pipe forming process, heat treatment process, OH group doping process and oxygen doping process. The composition of the synthetic quartz glass to be formed is shown. In FIG. 8, the concentration of OH groups is smaller in the vicinity of the surface on the outer surface side of the discharge vessel (outer tube) than the OH group-doped treated body (see FIG. 7). This is because the oxygen doping treatment was performed after the doping treatment, so that the OH group of the Si—OH dangling bond was cut in the vicinity of the surface.
Here, in FIG. 8, the horizontal axis indicates the thickness of the discharge vessel (outer tube) (the value “0” on the left end side indicates the outer surface, while the value “2000” on the right end side indicates the inner surface). The vertical axis represents the fluorine content (concentration), the concentration of each of the Si—F bond, oxygen molecule, oxygen atom, Si—Si bond and OH group. In addition, in the figure, the straight line (A) indicates the average concentration of fluorine, the curve (B) indicates the concentration of Si-F bonds, the curve (C) indicates the concentration of oxygen atoms, and the curve (D) indicates Si. -Si bond concentration, curve (e) indicates the concentration of oxygen molecules, straight line (f) indicates the concentration of oxygen atoms before the oxygen doping treatment, and curve (g) indicates the concentration of OH groups.

以上のような図3に係る手法および図4に係る手法のいずれの手法によっても、酸素ドープ処理およびOH基ドープ処理を、熱処理過程において、パイプ状体の少なくとも一方の表面側の表層に、特定表層部、すなわちSi−F結合の濃度が小さい部分が形成された後に施すことことにより、当該表面側の表層を、熱処理過程において形成されたSi−Si結合の濃度が小さく、その上、酸素分子およびOH基と共に、遊離した状態のフッ素が存在している所望の状態とすることができる。
すなわち、熱処理過程を経ずに、パイプ成形過程において最終的に得られたパイプ状体に対して酸素ドープ処理またはOH基ドープ処理を施した場合(例えば、図12参照)には、酸素分子および/またはOH基が導入されていても、遊離した状態のフッ素が存在しないことから、徐々にSi−F結合からSi−Si結合が生成され、これに起因して真空紫外光の放射強度の維持率が徐々に低下してしまうこととなる。
According to any of the method according to FIG. 3 and the method according to FIG. 4 as described above, the oxygen doping treatment and the OH group doping treatment are specified on the surface layer on at least one surface side of the pipe-shaped body in the heat treatment process. By applying after the formation of the surface layer portion, that is, the portion having a low concentration of Si—F bonds, the surface layer on the surface side has a low concentration of Si—Si bonds formed in the heat treatment process, and in addition, oxygen molecules With the OH group and the OH group, a desired state in which fluorine in a free state is present can be obtained.
That is, when oxygen doping treatment or OH group doping treatment is performed on the pipe-like body finally obtained in the pipe forming process without performing the heat treatment process (for example, see FIG. 12), oxygen molecules and Even if an OH group is introduced, since there is no fluorine in a free state, Si—Si bonds are gradually generated from Si—F bonds, and as a result, the radiation intensity of vacuum ultraviolet light is maintained. The rate will gradually decline.

このような構成を有するエキシマランプ20においては、例えば、適正な大きさに制御された高周波電圧が電源装置26によって外側電極24と内側電極25との間に印加されることにより、放電空間H内においてエキシマ放電が生じ、このエキシマ放電によってキセノンガス(放電用ガス)に由来するエキシマ分子が形成され、放電容器11の内部で、波長190nm以下の真空紫外光を含む光が放射される。
このエキシマランプ20において、放電容器21の内部では、キセノンのエキシマ放射として波長145〜160nmという合成石英ガラスにおける紫外吸収端付近の光も放射されており、この紫外吸収端付近の光が放電容器21を形成する合成石英ガラスに吸収されることとなる。
In the excimer lamp 20 having such a configuration, for example, a high-frequency voltage controlled to an appropriate magnitude is applied between the outer electrode 24 and the inner electrode 25 by the power supply device 26, so that the inside of the discharge space H The excimer discharge is generated in this, and excimer discharge generates excimer molecules derived from xenon gas (discharge gas), and light including vacuum ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less is emitted inside the discharge vessel 11.
In this excimer lamp 20, light in the vicinity of the ultraviolet absorption edge of synthetic quartz glass having a wavelength of 145 to 160 nm is also radiated as xenon excimer radiation inside the discharge vessel 21. It will be absorbed by the synthetic quartz glass forming.

このようにして合成石英ガラスに紫外吸収端付近の光が吸収されることによっては、従来の単にフッ素が含有されてなる合成石英ガラスよりなる放電容器を備えた放電ランプにおいては、当該放電容器の表面近傍に存在するSi−F結合が解離されてフッ素が遊離し、それに伴って真空紫外光の光放射強度の低下および紫外線歪の原因とされるSi−Si結合が形成され、Si−Si結合の濃度が増加することとなる。   In this way, the light near the ultraviolet absorption edge is absorbed by the synthetic quartz glass, so that in a conventional discharge lamp having a discharge vessel made of synthetic quartz glass simply containing fluorine, The Si—F bond existing in the vicinity of the surface is dissociated and fluorine is liberated. Along with this, a Si—Si bond that causes a decrease in light emission intensity of vacuum ultraviolet light and ultraviolet distortion is formed. The concentration of will increase.

而して、エキシマランプ20においては、放電容器21として、当該放電容器21を形成する合成石英ガラスのフッ素の含有量が適正化され、かつ、内表面および外表面のいずれか一方、あるいは両表面の表層(具体的には、外側管22の外表面側の表層)において、肉厚中心部との関係から、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度と共に、酸素分子の濃度およびOH基の濃度の少なくともいずれか一方が特定の範囲とされた特定の材質のものが用いられていることから、放電容器の当該表層を形成する合成石英ガラス中において、フッ素が2つの存在形態で含有されている、具体的には、光(紫外吸収端付近の光)が作用することによってSi−Si結合の生成源となりうるSi−F結合を形成することによって存在するフッ素量が小さくされていると共に、これに伴って遊離した状態のフッ素(フッ素分子)が存在し、それに加えて酸素分子およびOH基の少なくとも一方が存在しているため、これらの作用により、真空紫外光の放射強度の低下および紫外線歪の原因とされるSi−Si結合の形成が抑制され、その結果、合成石英ガラス中におけるSi−Si結合の濃度の増加が抑止される。
従って、合成石英ガラスにフッ素を含有すること自体によって得られる優れた特性(高紫外線透過率)が、長期間にわたって維持されることとなるため、放電容器21を形成する合成石英ガラスが、紫外吸収端付近の光を吸収することによって当該合成石英ガラスに含有されているフッ素の存在形態が経時的に変化し、これに起因して光放射強度維持特性が低下することを抑制することができる。
Thus, in the excimer lamp 20, the fluorine content of the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21 is optimized as the discharge vessel 21, and either the inner surface or the outer surface, or both surfaces are used. In the surface layer (specifically, the surface layer on the outer surface side of the outer tube 22), the concentration of oxygen molecules and the concentration of OH groups, together with the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass, from the relationship with the thickness center portion. Since at least one of the concentrations is made of a specific material having a specific range, fluorine is contained in two existing forms in the synthetic quartz glass forming the surface layer of the discharge vessel. Specifically, the amount of fluorine present by forming Si—F bonds that can be a source of generation of Si—Si bonds by the action of light (light near the ultraviolet absorption edge) is small. As a result, there is fluorine (fluorine molecule) in a free state, and in addition to this, at least one of oxygen molecules and OH groups is present. The formation of Si—Si bonds, which is a cause of the decrease in strength and ultraviolet distortion, is suppressed, and as a result, the increase in the concentration of Si—Si bonds in the synthetic quartz glass is suppressed.
Accordingly, since the excellent characteristics (high ultraviolet transmittance) obtained by including fluorine itself in the synthetic quartz glass are maintained for a long period of time, the synthetic quartz glass forming the discharge vessel 21 absorbs ultraviolet rays. By absorbing the light near the edge, the presence form of fluorine contained in the synthetic quartz glass changes with time, and it is possible to suppress the deterioration of the light emission intensity maintenance characteristic due to this.

すなわち、条件(1)〜条件(3)を満たす場合には、放電容器21の少なくとも一方側の表層を形成する合成石英ガラス中に、光が作用することによってSi−Si結合の生成源となりうるSi−F結合を形成することによって存在するフッ素量が小さくされ、これに伴って遊離した状態のフッ素(フッ素分子)が存在されることとなり、それに加えて酸素分子が存在しているため、光の作用によってSi−F結合に解離が生じた場合であっても、遊離した状態のフッ素のリザーバー機能によって切断されたSi−F結合に基づいて新たにSi−F結合が形成されると共に、酸素分子の作用によって切断されたSi−F結合に基づいてSi−O−Si結合が形成されることから、Si−Si結合の形成が阻害される。   That is, when the conditions (1) to (3) are satisfied, light can act on the synthetic quartz glass forming the surface layer on at least one side of the discharge vessel 21 to become a generation source of Si—Si bonds. The amount of fluorine present by forming the Si-F bond is reduced, and as a result, free fluorine (fluorine molecules) is present, and in addition, oxygen molecules are present. Even when dissociation occurs in the Si-F bond by the action of Si, a new Si-F bond is formed based on the Si-F bond cleaved by the fluorine reservoir function in the released state, and oxygen is released. Since the Si—O—Si bond is formed based on the Si—F bond cleaved by the action of the molecule, the formation of the Si—Si bond is inhibited.

また、条件(1)、条件(2)および条件(4)を満たす場合には、放電容器の少なくとも一方側の表層を形成する合成石英ガラス中に、光が作用することによってSi−Si結合の生成源となりうるSi−F結合を形成することによって存在するフッ素量が小さくされ、これに伴って遊離した状態のフッ素(フッ素分子)が存在されることとなり、それに加えてSi−OHダングリングボンドを形成することによって存在することとなるOH基が存在しているため、Si−F結合の濃度が小さくされていることに伴って遊離した状態のフッ素と共に存在することとなったSi−Si結合が、その製造工程において低減されてSi−Si結合の濃度自体が小さくされており、しかも光の作用によってSi−F結合に解離が生じた場合であっても、遊離した状態のフッ素のリザーバー機能によって切断されたSi−F結合に基づいて新たにSi−F結合が形成されると共に、OH基による紫外光歪の成長緩和効果により、Si−Si結合の形成が阻害される。   Further, when the condition (1), the condition (2) and the condition (4) are satisfied, light acts on the synthetic quartz glass forming the surface layer on at least one side of the discharge vessel so that the Si—Si bond is formed. The amount of fluorine present is reduced by forming a Si-F bond that can be a generation source, and in accordance with this, free fluorine (fluorine molecules) is present, and in addition, Si-OH dangling bonds Si-Si bonds that exist together with fluorine in a free state as the concentration of Si-F bonds is reduced because of the presence of OH groups that will be present by forming However, the Si—Si bond concentration itself is reduced in the manufacturing process, and the Si—F bond is dissociated by the action of light. A new Si-F bond is formed on the basis of the Si-F bond cleaved by the fluorine reservoir function in the released state, and the Si-Si bond is formed due to the growth relaxation effect of the ultraviolet light strain caused by the OH group. Is inhibited.

また、放電容器21が、少なくとも一方側の表層において、酸素分子およびOH基のいずれか一方を特定の濃度で含有するものであることにより、酸素分子の作用および/またはOH基の作用を確実に得ることができるので、高い耐紫外光特性を確実に得ることができ、放電ランプに、より一層優れた耐紫外光特性が得られる、すなわち高い真空紫外光の放射強度を得ることができると共に、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができる。   Further, since the discharge vessel 21 contains at least one of oxygen molecules and OH groups at a specific concentration in the surface layer on at least one side, the action of oxygen molecules and / or the action of OH groups can be ensured. Therefore, it is possible to reliably obtain high ultraviolet light resistance, and to obtain a further excellent ultraviolet light resistance for the discharge lamp, that is, to obtain a high vacuum ultraviolet light radiation intensity, High light emission intensity characteristics can be maintained over a long period of time.

<光放射装置>
本発明の光放射装置は、光源として、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプが用いられており、この放電ランプからの光を放射するための合成石英ガラス製の光放射窓が備えられてなる構成を有してなるものである。
そして、この本発明の光放射装置においては、光放射窓として、当該光放射窓全体あるいは例えば光放射用部分の部材などの光放射窓の一部を形成する合成石英ガラスのフッ素含有量(濃度)が適正化され、かつ、少なくとも一方側の表層において、肉厚中心部との関係から、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度と共に、酸素分子の濃度およびOH基の濃度の少なくともいずれか一方が特定の範囲とされた特定の材質のものが用いられており、これにより、真空紫外光における短波長側の透過特性の改善が図られている。
<Light emitting device>
In the light emitting device of the present invention, a discharge lamp that radiates light including ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel is used as a light source. Synthetic quartz glass for radiating light from the discharge lamp It has a configuration in which a light emission window made of metal is provided.
In the light emitting device of the present invention, the fluorine content (concentration) of the synthetic quartz glass forming the entire light emitting window or a part of the light emitting window such as a member of the light emitting portion as the light emitting window. ) And at least one of the oxygen molecule concentration and the OH group concentration in the synthetic quartz glass together with the concentration of the Si-F bond in the surface layer on at least one side of the synthetic quartz glass. One of the specific materials having a specific range is used, and thereby, the transmission characteristics on the short wavelength side in vacuum ultraviolet light are improved.

すなわち、本発明の光放射装置においては、合成石英ガラスよりなる光放射窓は、本発明の放電ランプと同様に、上記の条件(1)および条件(2)を満たすと共に、条件(3)または条件(4)を満たすものである。
また、本発明の光放射装置は、光放射窓が条件(1)および条件(2)と共に、条件(3)または条件(4)のうちの少なくとも一方の条件を満たすものであればよいが、これらの条件(1)〜条件(4)のすべてを満たすものであることが好ましい。
That is, in the light emitting device of the present invention, the light emitting window made of synthetic quartz glass satisfies the above conditions (1) and (2) as well as the condition (3) or the same as the discharge lamp of the present invention. The condition (4) is satisfied.
In addition, the light emitting device of the present invention is not limited as long as the light emitting window satisfies at least one of the conditions (3) and (4) together with the conditions (1) and (2). It is preferable that all of these conditions (1) to (4) are satisfied.

以上の本発明の光放射装置においては、真空紫外光を含む光を放射する放電ランプを光源として用いていることから、当該放電ランプの周囲に近接して配置される光放射窓には、放電ランプから放射される、合成石英ガラスにおける紫外吸収端付近の光が照射され、しかも放電ランプの放電容器からの熱が享受されることなるが、光放射窓として、当該光放射窓の少なくとも一部を形成する合成石英ガラスのフッ素の含有量が適正化され、かつ、少なくとも一方側の表層において、肉厚中心部との関係から、合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度と共に、酸素分子の濃度およびOH基の濃度の少なくともいずれか一方が特定の範囲とされた特定の材質のものが用いられていることから、前述の本発明の放電ランプと同様の作用効果が得られ、その結果、真空紫外光の放射強度が高く、しかも、長期間にわたって高い光放射強度特性を維持することができ、従って、優れた耐紫外光特性を得ることができる。   In the above-described light emitting device of the present invention, since a discharge lamp that emits light including vacuum ultraviolet light is used as a light source, a light emitting window arranged in the vicinity of the discharge lamp has a discharge. The light emitted from the lamp is irradiated with light in the vicinity of the ultraviolet absorption edge of the synthetic quartz glass, and the heat from the discharge vessel of the discharge lamp is received, but at least a part of the light emission window is used as the light emission window. The content of fluorine in the synthetic quartz glass forming the surface of the synthetic quartz glass is optimized, and at least one of the surface layers has a concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass due to the relationship with the thickness center. Since a specific material having a specific range in which at least one of the concentration and the concentration of OH groups is in a specific range is used, the same effect as the above-described discharge lamp of the present invention can be obtained. As a result, high radiation intensity of the vacuum ultraviolet light, moreover, it is possible to maintain a high light emission intensity characteristics over a long period of time, therefore, it is possible to obtain an excellent 耐紫 external light characteristic.

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。   Hereinafter, experimental examples performed for confirming the effects of the present invention will be described.

<実験例1>
この実験例1は、合成石英ガラス中におけるフッ素の含有量を検討するために行なった。
<Experimental example 1>
This Experimental Example 1 was conducted in order to examine the fluorine content in the synthetic quartz glass.

〔エキシマランプの作製〕
各々フッ素が下記表1に従って互いに異なる含有量(濃度)で含有された8種類の合成石英ガラス(原材料)を用いて8つの放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有する8本のエキシマランプ(「ランプ11」〜「ランプ18」)を作製した。
得られたランプ11〜ランプ18は、各々、放電容器の外側管および内側管を構成する放電容器用素管が、大気中において、加熱温度800℃の条件で5時間にわたって加熱処理することによって作製されたものである。また、具体的に、外側管の外径が40mm、外側管の肉厚が2mm、内側管の外径が20mm、内側管の肉厚が1mm、発光長が400mmである放電容器を備え、この放電容器の内部に、キセノンガスが封入量66kPaで封入されてなる構成を有している。
[Production of excimer lamp]
Eight discharge containers are formed using eight types of synthetic quartz glass (raw materials) each containing fluorine in different contents (concentrations) according to Table 1 below, and the inner and outer electrodes are arranged at predetermined positions. At the same time, xenon gas was filled in the discharge space to produce eight excimer lamps ("lamp 11" to "lamp 18") having the configuration shown in FIG.
The obtained lamps 11 to 18 were produced by heat-treating the discharge vessel base tube constituting the outer tube and the inner tube of the discharge vessel for 5 hours in the atmosphere at a heating temperature of 800 ° C. It has been done. Specifically, the outer tube has an outer diameter of 40 mm, the outer tube has a thickness of 2 mm, the inner tube has an outer diameter of 20 mm, the inner tube has a wall thickness of 1 mm, and a light emission length of 400 mm. The discharge vessel has a configuration in which xenon gas is sealed in an amount of 66 kPa.

このようにして得られたランプ11〜ランプ18の各々について、ランプ寿命試験を行うと共に、波長190nm以下の真空紫外光の放射強度を測定した。結果を下記表1に示す。
寿命試験は、ランプをランプ電力が400Wとなる点灯条件で連続点灯させて、放電容器が破損するまでの時間を寿命時間とした。
放射強度は、ランプから30mm離れた位置にて光量計により測定した。
For each of the lamps 11 to 18 thus obtained, a lamp life test was performed, and the radiation intensity of vacuum ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less was measured. The results are shown in Table 1 below.
In the life test, the lamp was continuously lit under a lighting condition where the lamp power was 400 W, and the time until the discharge vessel was damaged was defined as the life time.
The radiation intensity was measured with a light meter at a position 30 mm away from the lamp.

また、各ランプを構成するものと同一のガラス管(原材料)の一部に対してランプを作製する際と同様の処理を施した後、各々15mm角程度の大きさのサンプルを3個切り出し、上記方法により、肉厚中心における仮想温度Tfを測定した。結果を下記表1に示す。   In addition, after the same processing as that for producing a lamp was performed on a part of the same glass tube (raw material) that constitutes each lamp, three samples each having a size of about 15 mm square were cut out, The fictive temperature Tf at the thickness center was measured by the above method. The results are shown in Table 1 below.

Figure 2009206050
Figure 2009206050

実験例1の結果から明らかなように、フッ素が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下の割合で含有された合成石英ガラスからなる放電容器を具えた、条件(1)を満たすランプ13〜ランプ17は、いずれも、真空紫外光を高い放射強度で放射することができると共に、長いランプ寿命を有することが確認された。
ここに、このような二重管構造のキセノンエキシマランプにおいては、例えば3000時間以上のランプ寿命が求められおり、ランプ13〜ランプ17は、このような要請を十分に満足するものであることが確認された。
これに対して、合成石英ガラスにおけるフッ素含有量が7000wt.ppmより少なく、条件(1)を満たさないランプ11およびランプ12は、ランプ13〜17に比して真空紫外光の放射強度が低く、しかも、上記要請を満足するランプ寿命が得られないことが確認された。また、合成石英ガラスにおけるフッ素含有量が30000wt.ppmより多く、条件(1)を満たさないランプ18も、ランプ13〜17に比して真空紫外光の放射強度が低く、しかも、上記要請を満足するランプ寿命が得られないことが確認された。
従って、放電ランプおよび光放射装置においては、放電容器および光放射窓を形成する合成石英ガラスにおけるフッ素の含有量を7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下とすることにより、真空紫外光を高い放射強度で放射することができると共に長い使用寿命が得られることが確認された。
As is clear from the results of Experimental Example 1, fluorine was 7000 wt. ppm to 30000 wt. Each of the lamps 13 to 17 satisfying the condition (1) including a discharge vessel made of synthetic quartz glass contained at a ratio of ppm or less can emit vacuum ultraviolet light with high radiation intensity, It was confirmed to have a long lamp life.
Here, in such a xenon excimer lamp having a double tube structure, for example, a lamp life of 3000 hours or more is required, and the lamps 13 to 17 may sufficiently satisfy such a requirement. confirmed.
On the other hand, the fluorine content in the synthetic quartz glass is 7000 wt. The lamp 11 and the lamp 12 that are less than ppm and do not satisfy the condition (1) have a lower emission intensity of vacuum ultraviolet light than the lamps 13 to 17, and a lamp life that satisfies the above requirements cannot be obtained. confirmed. The synthetic quartz glass has a fluorine content of 30000 wt. It was confirmed that the lamp 18 which is higher than ppm and does not satisfy the condition (1) also has a lower radiant intensity of vacuum ultraviolet light than the lamps 13 to 17, and a lamp life satisfying the above requirements cannot be obtained. .
Therefore, in the discharge lamp and the light emitting device, the fluorine content in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel and the light emitting window is set to 7000 wt. ppm to 30000 wt. It was confirmed that by setting it to ppm or less, vacuum ultraviolet light can be emitted with high radiation intensity and a long service life can be obtained.

<実験例2>
この実験例2は、合成石英ガラス中における酸素分子の濃度を検討するために行なった。
<Experimental example 2>
This Experimental Example 2 was conducted in order to examine the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass.

〔エキシマランプの作製〕
フッ素の含有量(濃度)が7000wt.ppmの合成石英ガラス(原材料)を用いて5つの放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有する4本のエキシマランプ(「ランプ21」〜「ランプ24」)を作製した。
[Production of excimer lamp]
The fluorine content (concentration) is 7000 wt. Forming five discharge vessels using synthetic quartz glass (raw material) of ppm, disposing the inner and outer electrodes at predetermined positions and filling the discharge space with xenon gas, the configuration shown in FIG. Four excimer lamps ("Lamp 21" to "Lamp 24") having the above-described characteristics were manufactured.

得られたランプ21〜ランプ24は、各々、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、原材料である合成石英ガラスからなるインゴットを形成し、このインゴットを成形することによってパイプ状体を得、このパイプ状体を円筒状の加熱炉内に挿入し、この加熱炉内の温度を1150℃に保った状態で5〜10分間かけて通過させることによって加熱処理した後、表2に示す酸素ドープ処理条件にて酸素ドープ処理することによって作製されたものである。
なお、これらのエキシマランプは、実験例1において作製したエキシマランプと同様の具体的構成を有するものである。また、実験例2におけるランプ13は、実験例1で作製したものと同一のものである。
In the obtained lamps 21 to 24, each of the outer tube constituting element tubes constituting the outer tube of the discharge vessel forms an ingot made of synthetic quartz glass as a raw material, and the ingot is molded to form a pipe shape. After the heat treatment was performed by inserting the pipe-shaped body into a cylindrical heating furnace and passing it for 5 to 10 minutes while maintaining the temperature in the heating furnace at 1150 ° C., Table 2 It was produced by performing oxygen doping treatment under the oxygen doping treatment conditions shown in FIG.
These excimer lamps have the same specific configuration as the excimer lamp manufactured in Experimental Example 1. The lamp 13 in Experimental Example 2 is the same as that manufactured in Experimental Example 1.

このようにして得られたランプ13およびランプ21〜ランプ24の各々について、波長190nm以下の真空紫外光の初期放射強度および3000時間連続点灯後の放射強度を測定した。また得られた初期放射強度と3000時間連続点灯後の放射強度とに基づいて放射強度維持率を算出した。結果を下記表2に示す。
放射強度は、ランプから30mm離れた位置にて光量計により測定した。
また、上記方法により、放電容器の表面から深さ200μmまでの厚み部分および肉厚中心部の各々を形成する合成石英ガラス中の酸素分子の平均濃度を確認した。結果を下記表2に示す。
更に、各エキシマランプについて、上記実験例1と同様にして、肉厚中心における仮想温度Tfを測定した。結果を下記表2に示す。
なお、この実験例においては、加熱処理することによってSi−F結合濃度の低下が顕著であった(ランプ21〜ランプ24に係る結果を参照)外表面側(外側管の外表面側)の測定値のみを代表例として示す。
For each of the lamp 13 and the lamps 21 to 24 thus obtained, the initial radiation intensity of vacuum ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less and the radiation intensity after continuous lighting for 3000 hours were measured. Moreover, the radiation intensity maintenance factor was calculated based on the obtained initial radiation intensity and the radiation intensity after 3000 hours of continuous lighting. The results are shown in Table 2 below.
The radiation intensity was measured with a light meter at a position 30 mm away from the lamp.
Moreover, the average concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming each of the thickness part and the thickness center part from the surface of the discharge vessel to a depth of 200 μm was confirmed by the above method. The results are shown in Table 2 below.
Further, the fictive temperature Tf at the thickness center was measured for each excimer lamp in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 2 below.
In this experimental example, the Si-F bond concentration was significantly decreased by heat treatment (see the results relating to the lamps 21 to 24). Measurement on the outer surface side (outer surface side of the outer tube) Only the values are shown as representative examples.

Figure 2009206050
Figure 2009206050

実験例2の結果から明らかなように、フッ素が7000wt.ppmで含有された合成石英ガラスからなる放電容器を具えたエキシマランプにおいて、当該放電容器の一部の少なくとも一方の表面における表層(具体的に、外側管の外表面側の表層)を形成する合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度および酸素分子の濃度が肉厚中心部に係る各濃度よりも高く、条件(1)〜条件(2)を満たし、かつ前記少なくとも一方の表面から深さ200μmまでの厚み部分を形成する合成石英ガラスの酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上である、ランプ21〜ランプ24は、真空紫外光を高い放射強度で放射することができると共に、高い真空紫外光の放射強度維持率を有することが確認された。
これに対して、合成石英ガラスがフッ素を適正な範囲で含有し、また放電容器の一部の少なくとも一方の表面における表層(具体的に、外側管の外表面側の表層)に係るSi−F結合の濃度が適正であるにも拘らず、当該表層および肉厚中心部における酸素分子の濃度が同等であって条件(3)を満たさず、かつ特定の厚み部分に係る酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc未満である、ランプ13は、十分な真空紫外光の放射強度維持率を有さないことが確認された。
なお、ランプ21は、十分に高い真空紫外光の放射強度維持率を有するものであることが確認されたが、仮想温度が660℃と低いことから、このランプ21を作製するために200時間以上もの長い時間の酸素ドープ処理を施すことが必要とされた。
従って、放電ランプおよび光放射装置においては、放電容器および光放射窓を形成する合成石英ガラスにおける酸素分子の平均濃度を0.8×1016個/cc以上とすることにより、確実に所望の効果が得られることが確認された。
また、工業的観点から、仮想温度を700℃以上930℃以下とすることが好ましいことが確認された。
As is clear from the results of Experimental Example 2, fluorine was 7000 wt. In an excimer lamp having a discharge vessel made of synthetic quartz glass contained in ppm, a synthesis for forming a surface layer (specifically, a surface layer on the outer surface side of the outer tube) on at least one surface of a part of the discharge vessel The concentration of Si—F bonds and the concentration of oxygen molecules in the quartz glass are higher than the respective concentrations related to the thickness center portion, satisfy the conditions (1) to (2), and have a depth of 200 μm from the at least one surface. The average concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the thickness portion up to 0.8 × 10 16 pieces / cc or more can radiate vacuum ultraviolet light with high radiation intensity. At the same time, it was confirmed to have a high radiation intensity maintenance rate of vacuum ultraviolet light.
On the other hand, the synthetic quartz glass contains fluorine in an appropriate range, and Si-F related to the surface layer (specifically, the surface layer on the outer surface side of the outer tube) on at least one surface of a part of the discharge vessel. Although the concentration of the bond is appropriate, the concentration of oxygen molecules in the surface layer and the thickness center is equal and does not satisfy the condition (3), and the average concentration of oxygen molecules in a specific thickness portion is It was confirmed that the lamp 13 which is less than 0.8 × 10 16 pieces / cc does not have a sufficient vacuum ultraviolet light radiation intensity maintenance rate.
In addition, although it was confirmed that the lamp 21 has a sufficiently high vacuum ultraviolet light radiation intensity maintenance rate, since the fictive temperature is as low as 660 ° C., 200 hours or more are required to manufacture the lamp 21. It was necessary to perform oxygen doping treatment for a long time.
Therefore, in the discharge lamp and the light emitting device, the desired effect can be ensured by setting the average concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel and the light emitting window to 0.8 × 10 16 atoms / cc or more. It was confirmed that
Further, it was confirmed from the industrial viewpoint that the fictive temperature is preferably 700 ° C. or higher and 930 ° C. or lower.

<実験例3>
この実験例3は、合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度と、酸素分子の濃度との関係を検討するために行なった。
<Experimental example 3>
This Experimental Example 3 was performed in order to examine the relationship between the concentration of Si—F bonds and the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass.

〔エキシマランプの作製〕
フッ素の含有量(濃度)が10500wt.ppmまたは8000wt.ppmであって、上記方法により測定される仮想温度が表3に示す値である合成石英ガラス(原材料)を用いて4つの放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有する4本のエキシマランプ(「ランプ31」〜「ランプ34」)を作製した。
[Production of excimer lamp]
The fluorine content (concentration) is 10500 wt. ppm or 8000 wt. Four discharge vessels are formed using synthetic quartz glass (raw material) with a fictive temperature measured by the above-described method and shown in Table 3, and the inner and outer electrodes are arranged at predetermined positions. In addition, by filling the discharge space with xenon gas, four excimer lamps (“lamp 31” to “lamp 34”) having the configuration shown in FIG. 1 were produced.

得られたランプ31は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、両方の表面の表層にSi−F結合の濃度の小さい部分を形成することなしに、酸素ドープ処理(酸素ドープ処理条件:酸素圧力1気圧、加熱温度750℃、処理時間4時間)をすることによって作製され、その結果、放電容器の両方の表面の表層および肉厚中心部の各々を形成する合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度が同等であるものである。
また、ランプ32〜ランプ34は、各々、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、適宜の条件で加熱処理した後、酸素ドープ処理(酸素ドープ処理条件:酸素圧力1気圧、加熱温度800℃、処理時間5時間)することによって作製されたものである。
なお、これらのエキシマランプは、実験例1において作製したエキシマランプと同様の具体的構成を有するものである。また、実験例3におけるランプ15は、実験例1で作製したものと同一のものであり、放電容器の両方の表面の表層を形成する合成石英ガラスのSi−F結合の濃度および酸素分子の濃度が肉厚中心部と同等であるものである。
In the lamp 31 thus obtained, the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel does not form a portion having a low concentration of Si-F bonds on the surface layers of both surfaces, and thus oxygen doping treatment (oxygen treatment) Synthetic quartz glass which is produced by performing dope treatment conditions: oxygen pressure of 1 atm, heating temperature of 750 ° C., treatment time of 4 hours, and as a result, forms both the surface layer and the thickness center of both surfaces of the discharge vessel The concentration of the Si-F bond in it is the same.
In addition, each of the lamps 32 to 34 is subjected to an oxygen doping treatment (oxygen doping treatment condition: oxygen pressure of 1 atm, after the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel is heat-treated under appropriate conditions. (Heating temperature 800 ° C., treatment time 5 hours).
These excimer lamps have the same specific configuration as the excimer lamp manufactured in Experimental Example 1. The lamp 15 in Experimental Example 3 is the same as that manufactured in Experimental Example 1, and the concentration of Si—F bonds and the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass that forms the surface layers on both surfaces of the discharge vessel. Is equivalent to the center of thickness.

このようにして得られたランプ15およびランプ31〜ランプ34の各々について、実験例2と同様の手法によって初期放射強度および3000時間連続点灯後の放射強度を測定し、放射強度維持率を算出した。結果を下記表3に示す。
また、実験例2と同様にして、放電容器の表面から深さ200μmまでの厚み部分および肉厚中心部の各々を形成する合成石英ガラス中の酸素分子の平均濃度を確認した。結果を下記表3に示す。
更に、各ランプについて、上記実験例1と同様にして、肉厚中心における仮想温度Tfを測定した。結果を下記表3に示す。
なお、この実験例においては、加熱処理することによってSi−F結合濃度の低下が顕著であった(ランプ31〜ランプ34に係る結果を参照)外表面側(外側管の外表面側)の測定値のみを代表例として示す。
For each of the lamp 15 and the lamps 31 to 34 thus obtained, the initial radiant intensity and the radiant intensity after 3000 hours of continuous lighting were measured in the same manner as in Experimental Example 2, and the radiant intensity maintenance rate was calculated. . The results are shown in Table 3 below.
Further, in the same manner as in Experimental Example 2, the average concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming each of the thickness portion from the surface of the discharge vessel to a depth of 200 μm and the thickness center portion was confirmed. The results are shown in Table 3 below.
Further, the fictive temperature Tf at the thickness center was measured for each lamp in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 3 below.
In this experimental example, the Si-F bond concentration was significantly reduced by heat treatment (see the results relating to the lamps 31 to 34). Measurement on the outer surface side (outer surface side of the outer tube) Only the values are shown as representative examples.

Figure 2009206050
Figure 2009206050

実験例3の結果から明らかなように、フッ素が8000wt.ppmまたは10500wt.ppmで含有された合成石英ガラスからなる放電容器を具えたエキシマランプにおいて、当該放電容器の一部の少なくとも一方の表面における表層(具体的に、外側管の外表面側の表層)を形成する合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度および酸素分子の濃度が肉厚中心部に係る各濃度よりも高く、条件(1)〜条件(2)を満たし、かつ放電容器の当該表面から深さ200μmまでの厚み部分を形成する合成石英ガラスの酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上である、ランプ32〜ランプ34は、真空紫外光を高い放射強度で放射することができると共に、高い真空紫外光の放射強度維持率を有することが確認された。
これに対して、合成石英ガラスがフッ素を適正な範囲で含有したものであるにも拘らず、放電容器の両方の表面の表層および肉厚中心部の各々における、Si−F結合の濃度および酸素分子の濃度が共に同等であって条件(2)および条件(3)を満たさず、かつ特定の厚み部分に係る酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc未満であるランプ15は、十分な真空紫外光の放射強度維持率を有さないことが確認された。
また、合成石英ガラスがフッ素を適正な範囲で含有し、また放電容器の一部の少なくとも一方の表面における表層(具体的に、外側管の外表面側の表層)に係る酸素分子の濃度が適正であるにも拘らず、当該表層および肉厚中心の各々におけるSi−F結合の濃度が同等である、条件(2)を満たさないランプ31は、十分な真空紫外光の放射強度維持率を有さないことが確認された。
従って、放電ランプおよび光放射装置においては、放電ランプおよび光放射装置においては、放電容器および光放射窓の少なくとも一方の表面の表層を形成する合成石英ガラス中に酸素分子と共に、遊離した状態のフッ素が存在することにより、所望の効果が得られることが確認された。
すなわち、両方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中に遊離した状態のフッ素が存在せず、酸素分子が存在することのみによっては、光放射強度維持特性の低下を十分に抑制することができない。
また、熱処理過程を経ずに、酸素ドープ処理を施した場合には、酸素分子を導入することができても、遊離した状態のフッ素を存在させることができないことが確認された。
As is clear from the results of Experimental Example 3, fluorine was 8000 wt. ppm or 10500 wt. In an excimer lamp having a discharge vessel made of synthetic quartz glass contained in ppm, a synthesis for forming a surface layer (specifically, a surface layer on the outer surface side of the outer tube) on at least one surface of a part of the discharge vessel The concentration of Si—F bonds and the concentration of oxygen molecules in the quartz glass are higher than each concentration related to the thickness center portion, satisfy the conditions (1) to (2), and have a depth of 200 μm from the surface of the discharge vessel. The average concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the thickness part up to 0.8 × 10 16 pieces / cc or more can radiate vacuum ultraviolet light with high radiation intensity. At the same time, it was confirmed to have a high radiation intensity maintenance rate of vacuum ultraviolet light.
On the other hand, despite the fact that synthetic quartz glass contains fluorine in an appropriate range, the concentration of Si—F bonds and oxygen in each of the surface layer and the center of the thickness of both surfaces of the discharge vessel A lamp 15 in which the concentration of molecules is equal, the conditions (2) and (3) are not satisfied, and the average concentration of oxygen molecules in a specific thickness portion is less than 0.8 × 10 16 molecules / cc. Thus, it was confirmed that it does not have a sufficient radiation intensity maintenance rate of vacuum ultraviolet light.
In addition, the synthetic quartz glass contains fluorine in an appropriate range, and the concentration of oxygen molecules on the surface layer (specifically, the surface layer on the outer surface side of the outer tube) on at least one surface of a part of the discharge vessel is appropriate. Nevertheless, the lamp 31 that does not satisfy the condition (2) in which the concentration of the Si—F bond in each of the surface layer and the thickness center is equal has a sufficient radiation intensity maintenance rate of vacuum ultraviolet light. It was confirmed not to.
Therefore, in the discharge lamp and the light emission device, in the discharge lamp and the light emission device, fluorine in a state of being released together with oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the surface layer of at least one surface of the discharge vessel and the light emission window. It was confirmed that the desired effect was obtained by the presence of.
That is, on both surfaces, there is no free fluorine in the synthetic quartz glass forming the surface layer, and only the presence of oxygen molecules can sufficiently suppress the decrease in light emission intensity maintenance characteristics. Can not.
Further, it was confirmed that when oxygen doping treatment was performed without passing through the heat treatment process, even if oxygen molecules could be introduced, free fluorine could not be present.

<実験例4>
この実験例4は、合成石英ガラス中におけるOH基の濃度を検討するために行なった。
<Experimental example 4>
This Experimental Example 4 was performed in order to examine the concentration of OH groups in the synthetic quartz glass.

〔エキシマランプの作製〕
フッ素の含有量(濃度)が10500wt.ppmの合成石英ガラス(原材料)を用いて9つの放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有する9本のエキシマランプ(「ランプ41」〜「ランプ48」)を作製した。
[Production of excimer lamp]
The fluorine content (concentration) is 10500 wt. Nine discharge vessels are formed using synthetic quartz glass (raw material) of ppm, the inner electrode and the outer electrode are disposed at predetermined positions, and the xenon gas is filled in the discharge space, whereby the configuration shown in FIG. Nine excimer lamps (“LAMP 41” to “LAMP 48”) were produced.

得られたランプ41およびランプ44は、各々、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、原材料である合成石英ガラスからなるインゴットを形成し、このインゴットを成形することによってパイプ状体を得、このパイプ状体を円筒状の加熱炉を用いて適宜の条件で加熱処理した後、電気炉を用い、予め求めた仮想温度に基づいて設定した条件(設定加熱温度および加熱時間)によって仮想温度Tfを整えた後、ドライ大気中において、加熱温度800℃の条件で5時間にわたって加熱処理し、その後、表4に示すOH基ドープ処理条件によってOH基ドープ処理することによって作製されたものである。
また、ランプ42は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、前記ランプ41およびランプ44の作製方法と同様にして原料からインゴットを形成してパイプ状体を得、このパイプ状体を加熱処理して仮想温度Tfを整えた後、ドライ大気中において、加熱温度650℃の条件で200時間にわたって加熱処理し、その後、表4に示すOH基ドープ処理条件によってOH基ドープ処理することによって作製されたものである。
また、ランプ43は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、前記ランプ41およびランプ44の作製方法と同様にして原料からインゴットを形成してパイプ状体を得、このパイプ状体を加熱処理して仮想温度Tfを整えた後、ドライ大気中において、加熱温度780℃の条件で5時間にわたって加熱処理し、その後、表4に示すOH基ドープ処理条件によってOH基ドープ処理することによって作製されたものである。
また、ランプ45〜ランプ48は、各々、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、前記ランプ41およびランプ44の作製方法と同様にして原料からインゴットを形成してパイプ状体を得、このパイプ状体を加熱処理した後、表4に示すOH基ドープ処理条件によってOH基ドープ処理することによって作製されたものである。
なお、これらのエキシマランプは、実験例1において作製したエキシマランプと同様の具体的構成を有するものである。また、実験例4におけるランプ15は、実験例1で作製したものと同一のものである。
In the lamp 41 and the lamp 44 obtained, the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel forms an ingot made of synthetic quartz glass as a raw material, and the ingot is molded to form a pipe shape. After obtaining a body and heat-treating this pipe-shaped body under an appropriate condition using a cylindrical heating furnace, conditions set based on a virtual temperature obtained in advance using an electric furnace (set heating temperature and heating time) After adjusting the fictive temperature Tf, the heat treatment was performed in a dry atmosphere at a heating temperature of 800 ° C. for 5 hours, and then OH group doping treatment was performed under the OH group doping treatment conditions shown in Table 4. Is.
In addition, the lamp 42 has a pipe-shaped body obtained by forming an ingot from the raw material of the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel in the same manner as the manufacturing method of the lamp 41 and the lamp 44. After adjusting the fictive temperature Tf by heat treatment, the heat treatment is performed for 200 hours at a heating temperature of 650 ° C. in a dry atmosphere, and then OH group doping treatment is performed according to the OH group doping treatment conditions shown in Table 4. It was produced by doing.
Further, the lamp 43 has a pipe-shaped body obtained by forming an ingot from the raw material of the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel in the same manner as the manufacturing method of the lamp 41 and the lamp 44. After adjusting the fictive temperature Tf by heat treatment, the heat treatment was performed for 5 hours in a dry atmosphere at a heating temperature of 780 ° C., and then the OH group doping treatment was performed according to the OH group doping treatment conditions shown in Table 4. It was produced by doing.
In addition, each of the lamps 45 to 48 is a pipe-shaped body in which the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel forms an ingot from the raw material in the same manner as the manufacturing method of the lamp 41 and the lamp 44. After the pipe-shaped body was heat-treated, it was produced by OH group doping treatment under the OH group doping treatment conditions shown in Table 4.
These excimer lamps have the same specific configuration as the excimer lamp manufactured in Experimental Example 1. In addition, the lamp 15 in Experimental Example 4 is the same as that manufactured in Experimental Example 1.

このようにして得られたランプ15およびランプ41〜ランプ48の各々について、実験例2と同様の手法によって初期放射強度および3000時間連続点灯後の放射強度を測定し、放射強度維持率を算出した。結果を下記表4に示す。
また、FTIR法(フーリエ変換型赤外分光法)により、放電容器の表面から深さ100μmまでの厚み部分および肉厚中心部の各々を形成する合成石英ガラス中のOH基の平均濃度を確認した。結果を下記表4に示す。
更に、各ランプについて、上記実験例1と同様にして、肉厚中心における仮想温度Tfを測定した。結果を下記表4に示す。
なお、この実験例においては、加熱処理することによってSi−F結合濃度の低下が顕著であった(41〜ランプ48に係る結果を参照)外表面側(外側管の外表面側)の測定値のみを代表例として示す。
For each of the lamp 15 and the lamps 41 to 48 thus obtained, the initial radiant intensity and the radiant intensity after 3000 hours of continuous lighting were measured in the same manner as in Experimental Example 2, and the radiant intensity maintenance rate was calculated. . The results are shown in Table 4 below.
In addition, the average concentration of OH groups in the synthetic quartz glass forming each of the thickness portion from the surface of the discharge vessel to a depth of 100 μm and the central thickness portion was confirmed by FTIR method (Fourier transform infrared spectroscopy). . The results are shown in Table 4 below.
Further, the fictive temperature Tf at the thickness center was measured for each lamp in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 4 below.
In this experimental example, the Si—F bond concentration was significantly reduced by heat treatment (see the results relating to 41 to 48). The measured value on the outer surface side (the outer surface side of the outer tube). Only a representative example is shown.

Figure 2009206050
Figure 2009206050

表4において、「不活性ガス」とは、具体的に窒素ガスである。   In Table 4, “inert gas” is specifically nitrogen gas.

実験例4の結果から明らかなように、フッ素が10500wt.ppmで含有された合成石英ガラスからなる放電容器を具えたエキシマランプにおいて、当該放電容器の一部の少なくとも一方の表面における表層(具体的に、外側管の外表面側の表層)を形成する合成石英ガラス中のSi−F結合の濃度および酸素分子の濃度が肉厚中心部に係る各濃度よりも高く、条件(1)および条件(3)を満たし、かつ当該表面から深さ100μmまでの厚み部分を形成する合成石英ガラスのOH基の平均濃度が70wt.ppm以上である、ランプ41〜ランプ48は、真空紫外光を高い放射強度で放射することができると共に、高い真空紫外光の放射強度維持率を有することが確認された。
これに対して、合成石英ガラスがフッ素を適正な範囲で含有したものであるにも拘らず、放電容器の両方の表面の表層および肉厚中心部の各々における、Si−F結合の濃度およびOH基の濃度が共に同等であって条件(2)および条件(4)を満たさず、かつ特定の厚み部分に係るOH基の平均濃度が70wt.ppm未満であるランプ15は、十分な真空紫外光の放射強度維持率を有さないことが確認された。
従って、放電ランプおよび光放射装置においては、放電容器および光放射窓を形成する合成石英ガラスにおけるOH基の平均濃度を70wt.ppm以上とすることにより、確実に所望の効果が得られることが確認された。
As is clear from the results of Experimental Example 4, fluorine was 10500 wt. In an excimer lamp having a discharge vessel made of synthetic quartz glass contained in ppm, a synthesis for forming a surface layer (specifically, a surface layer on the outer surface side of the outer tube) on at least one surface of a part of the discharge vessel The thickness of the Si-F bond concentration and the oxygen molecule concentration in the quartz glass are higher than the respective concentrations related to the thickness center, satisfy the conditions (1) and (3), and have a depth from the surface to a depth of 100 μm. The average concentration of OH groups in the synthetic quartz glass forming the portion is 70 wt. It was confirmed that the lamps 41 to 48 which are equal to or higher than ppm can emit vacuum ultraviolet light with high radiation intensity and have a high vacuum ultraviolet light radiation intensity maintenance rate.
On the other hand, despite the fact that the synthetic quartz glass contains fluorine in an appropriate range, the concentration of Si—F bonds and OH in each of the surface layer and the central thickness portion of both surfaces of the discharge vessel Both groups have the same concentration, do not satisfy the conditions (2) and (4), and the average concentration of OH groups in a specific thickness portion is 70 wt. It was confirmed that the lamp 15 of less than ppm does not have a sufficient vacuum ultraviolet light radiation intensity maintenance rate.
Therefore, in the discharge lamp and the light emission device, the average concentration of OH groups in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel and the light emission window is 70 wt. It was confirmed that the desired effect can be surely obtained by setting the content to ppm or more.

<実験例5>
この実験例5は、インゴット作製過程、パイプ成形過程および熱処理過程をこの順に経た後、酸素ドープ処理およびOH基ドープ処理を施す、すなわちインゴット作製過程、パイプ成形過程、熱処理過程、酸素ドープ処理過程およびOH基ドープ処理過程のすべてを経ることによって得られる放電容器の材質および特性を確認するために行なった。
<Experimental example 5>
In Experimental Example 5, an ingot preparation process, a pipe forming process, and a heat treatment process are performed in this order, and then oxygen doping treatment and OH group doping treatment are performed. That is, the ingot preparation process, pipe forming process, heat treatment process, oxygen doping treatment process, and This was carried out in order to confirm the material and characteristics of the discharge vessel obtained through the entire OH group doping process.

〔エキシマランプの作製〕
フッ素の含有量(濃度)が10500wt.ppmの合成石英ガラス(原材料)を用いて7つの放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有する7本のエキシマランプ(「ランプ51」〜「ランプ57」)を作製した。
[Production of excimer lamp]
The fluorine content (concentration) is 10500 wt. By forming seven discharge vessels using synthetic quartz glass (raw material) of ppm, arranging the inner and outer electrodes at predetermined positions and filling the discharge space with xenon gas, the configuration shown in FIG. The seven excimer lamps ("Lamp 51" to "Lamp 57") having the above-mentioned were manufactured.

得られたランプ51〜ランプ55は、各々、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、原材料である合成石英ガラスからなるインゴットを形成し、このインゴットを成形することによってパイプ状体を得、このパイプ状体を円筒状の加熱炉と用いて適宜の条件で加熱処理した後、大気中において、加熱温度750℃の条件で5時間にわたって加熱処理し、その後、酸素雰囲気中において水蒸気を発生させた環境下において適宜の条件(加熱温度600〜1000℃、処理時間1〜30時間)で加熱処理を行ない、これにより、OH基ドープ処理と酸素分子ドープ処理とを同時に施すことによって作製されたものである。
また、ランプ56は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、原材料である合成石英ガラスからなるインゴットを形成し、このインゴットを成形することによってパイプ状体を得、このパイプ状体を円筒状の加熱炉と用いて適宜の条件で加熱処理した後、大気中において、加熱温度750℃の条件で5時間にわたって加熱処理し、その後、先ず、酸素分子ドープ処理(酸素ドープ処理条件:酸素圧力1気圧、加熱温度750℃、処理時間25時間)し、次いで、OH基ドープ処理(OH基ドープ処理条件:不活性ガス(窒素ガス)圧力1気圧、水蒸気濃度10%、加熱温度750℃、処理時間2時間)することによって作製されたものである。
また、ランプ57は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、原材料である合成石英ガラスからなるインゴットを形成し、このインゴットを成形することによってパイプ状体を得、このパイプ状体を円筒状の加熱炉と用いて適宜の条件で加熱処理した後、大気中において、加熱温度750℃の条件で5時間にわたって加熱処理し、その後、先ずOH基ドープ処理(OH基ドープ処理条件:不活性ガス(窒素ガス)圧力1気圧、水蒸気濃度10%、加熱温度750℃、処理時間2.5時間)し、その後、酸素分子ドープ処理(酸素ドープ処理条件:酸素圧力1気圧、加熱温度750℃、処理時間25時間)することによって作製されたものである。
なお、これらのエキシマランプは、実験例1において作製したエキシマランプと同様の具体的構成を有するものである。また、いすれのランプの製造工程においても、円筒状の加熱炉を用いた加熱処理は、加熱温度の条件が1100〜1300℃の範囲、処理時間が3〜30分間の範囲の条件によって行なった。
In the obtained lamps 51 to 55, the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel forms an ingot made of synthetic quartz glass as a raw material, and the ingot is formed into a pipe shape. After obtaining the body and heat-treating the pipe-like body under a suitable condition using a cylindrical heating furnace, the heat-treatment is performed in the atmosphere at a heating temperature of 750 ° C. for 5 hours, and then in an oxygen atmosphere. By performing heat treatment under appropriate conditions (heating temperature 600 to 1000 ° C., treatment time 1 to 30 hours) in an environment where water vapor is generated, thereby performing OH group doping treatment and oxygen molecule doping treatment simultaneously. It was produced.
In the lamp 56, the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel forms an ingot made of synthetic quartz glass as a raw material, and a pipe-like body is obtained by molding the ingot. The cylindrical body is heat-treated under a suitable condition using a cylindrical heating furnace, and then heat-treated in the atmosphere at a heating temperature of 750 ° C. for 5 hours. Thereafter, first, oxygen molecule doping treatment (oxygen doping treatment) Conditions: oxygen pressure 1 atm, heating temperature 750 ° C., treatment time 25 hours), then OH group dope treatment (OH group dope treatment condition: inert gas (nitrogen gas) pressure 1 atm, water vapor concentration 10%, heating temperature 750 ° C., treatment time 2 hours).
In addition, the lamp 57 has a pipe-shaped body obtained by forming an ingot made of synthetic quartz glass, which is a raw material, of the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel. After heat-treating the body with a cylindrical heating furnace under appropriate conditions, heat treatment is performed in the atmosphere at a heating temperature of 750 ° C. for 5 hours, and then, first, OH group doping treatment (OH group doping treatment) Conditions: Inert gas (nitrogen gas) pressure 1 atmosphere, water vapor concentration 10%, heating temperature 750 ° C., treatment time 2.5 hours), then oxygen molecule doping treatment (oxygen doping treatment condition: oxygen pressure 1 atmosphere, heating) The temperature was 750 ° C. and the treatment time was 25 hours).
These excimer lamps have the same specific configuration as the excimer lamp manufactured in Experimental Example 1. Also in the manufacturing process of the chair lamp, the heat treatment using the cylindrical heating furnace was performed under the conditions of the heating temperature in the range of 1100 to 1300 ° C. and the treatment time in the range of 3 to 30 minutes. .

このようにして得られたランプ51〜ランプ57の各々について、実験例2と同様の手法によって初期放射強度および3000時間連続点灯後の放射強度を測定し、放射強度維持率を算出した。結果を下記表5に示す。
また、実験例2と同様にして、放電容器の表面から深さ200μmまでの厚み部分および肉厚中心部の各々を形成する合成石英ガラス中の酸素分子の平均濃度を確認すると共に、実験例4と同様にして、放電容器の表面から深さ100μmまでの厚み部分および肉厚中心部の各々を形成する合成石英ガラス中のOH基の平均濃度を確認した。結果を下記表5に示す。
更に、各ランプについて、上記実験例1と同様にして、肉厚中心における仮想温度Tfを測定した。結果を下記表5に示す。
なお、この実験例においては、加熱処理することによってSi−F結合濃度の低下が顕著であった外表面側(外側管の外表面側)の測定値のみを代表例として示す。
For each of the lamps 51 to 57 thus obtained, the initial radiant intensity and the radiant intensity after 3000 hours of continuous lighting were measured in the same manner as in Experimental Example 2, and the radiant intensity maintenance rate was calculated. The results are shown in Table 5 below.
Further, in the same manner as in Experimental Example 2, the average concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming each of the thickness portion from the surface of the discharge vessel to a depth of 200 μm and the central thickness portion was confirmed, and Experimental Example 4 In the same manner as above, the average concentration of OH groups in the synthetic quartz glass forming the thickness portion from the surface of the discharge vessel to a depth of 100 μm and the thickness center portion was confirmed. The results are shown in Table 5 below.
Further, the fictive temperature Tf at the thickness center was measured for each lamp in the same manner as in Experimental Example 1. The results are shown in Table 5 below.
In this experimental example, only the measured values on the outer surface side (outer surface side of the outer tube) where the decrease in the Si-F bond concentration was remarkable due to the heat treatment are shown as representative examples.

Figure 2009206050
Figure 2009206050

実験例5の結果から明らかなように、条件(1)〜条件(4)のすべてを満たすランプ51〜ランプ57は、真空紫外光を高い放射強度で放射することができると共に、高い真空紫外光の放射強度維持率を有することが確認された。
また、放電容器の製造工程において、インゴット作製過程、パイプ成形過程および熱処理過程をこの順に経た後、酸素ドープ処理およびOH基ドープ処理を共に施した場合には、条件(1)〜条件(4)のすべての条件を満たす放電容器が得られることが確認された。
また、インゴット作製過程、パイプ成形過程および熱処理過程をこの順に経た後であれば、酸素ドープ処理およびOH基ドープ処理を同時に施しても、また、個別に、いずれの処理を先に施した場合にも、条件(1)〜条件(4)のすべての条件を満たす放電容器が得られることが確認された。
As is clear from the results of Experimental Example 5, the lamps 51 to 57 that satisfy all of the conditions (1) to (4) can emit vacuum ultraviolet light with high radiation intensity and high vacuum ultraviolet light. It was confirmed to have a radiation intensity maintenance factor of.
Further, in the manufacturing process of the discharge vessel, after the ingot preparation process, the pipe forming process, and the heat treatment process are performed in this order, and then both the oxygen doping process and the OH group doping process are performed, the conditions (1) to (4) It was confirmed that a discharge vessel satisfying all of the conditions can be obtained.
In addition, after the ingot preparation process, pipe forming process and heat treatment process in this order, even if the oxygen doping treatment and the OH group doping treatment are performed at the same time, or if any treatment is performed first In addition, it was confirmed that a discharge vessel satisfying all the conditions (1) to (4) was obtained.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変更を加えることができる。
例えば、本発明の放電ランプは、キセノンエキシマランプに限らず、真空紫外光を含む光を放射する放電ランプであればよく、また、放電容器の一部が特定の材質を有するもの(例えば、二重管構造を有する放電容器の外側管のみが特定の材質のもの、および光放射用の窓部材のみが特定の材質のものなど)であってもよいが、勿論、放電容器全体が特定の材質を有するものであってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to said embodiment, A various change can be added.
For example, the discharge lamp of the present invention is not limited to a xenon excimer lamp, and may be any discharge lamp that emits light including vacuum ultraviolet light, and a part of the discharge vessel has a specific material (for example, two Only the outer tube of the discharge vessel having a heavy tube structure may be made of a specific material, and only the window member for light emission is made of a specific material. Of course, the entire discharge vessel is made of a specific material. It may have.

以下、本発明の具体的な実施例について説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, specific examples of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

〔実施例1〕
フッ素の含有量(濃度)が7000wt.ppmの合成石英ガラス(原材料)を用いて放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有するエキシマランプ(以下、「放電ランプ(A)」ともいう。)を作製した。
この放電ランプ(A)は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、図3のフローチャートに従って作製されたものであり、実験例2におけるランプ24と同様のものである。
[Example 1]
The fluorine content (concentration) is 7000 wt. An excimer having the configuration shown in FIG. 1 is formed by forming a discharge vessel using ppm synthetic quartz glass (raw material), disposing the inner and outer electrodes at predetermined positions and filling the discharge space with xenon gas. A lamp (hereinafter also referred to as “discharge lamp (A)”) was produced.
In this discharge lamp (A), the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel is produced according to the flowchart of FIG. 3, and is the same as the lamp 24 in Experimental Example 2.

この放電ランプ(A)について、ランプ電力が400Wとなる点灯条件で4000時間連続点灯させ、波長190nm以下の真空紫外光の初期放射強度および1000時間ごとの放射強度を、ランプから30mm離れた位置にて光量計によって測定した。結果を図9におけるプロット「●」によって示す。   This discharge lamp (A) is continuously lit for 4000 hours under a lighting condition where the lamp power is 400 W, and the initial radiant intensity of vacuum ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less and the radiant intensity every 1000 hours are located 30 mm away from the lamp. And measured with a photometer. The results are shown by the plot “●” in FIG.

〔実施例2〕
フッ素の含有量(濃度)が10500wt.ppmの合成石英ガラス(原材料)を用いて放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有するエキシマランプ(以下、「放電ランプ(B)」ともいう。)を作製した。
この放電ランプ(B)は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、図4のフローチャートに従って作製されたものであり、実験例4におけるランプ47と同様のものである。
[Example 2]
The fluorine content (concentration) is 10500 wt. An excimer having the configuration shown in FIG. 1 is formed by forming a discharge vessel using ppm synthetic quartz glass (raw material), disposing the inner and outer electrodes at predetermined positions and filling the discharge space with xenon gas. A lamp (hereinafter also referred to as “discharge lamp (B)”) was produced.
In this discharge lamp (B), the outer tube constituting element tube constituting the outer tube of the discharge vessel is produced according to the flowchart of FIG. 4, and is the same as the lamp 47 in Experimental Example 4.

この放電ランプ(B)について、実施例1と同様の手法によって放射強度を測定した。結果を図9におけるプロット「○」によって示す。   With respect to this discharge lamp (B), the radiation intensity was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown by the plot “◯” in FIG.

〔実施例3〕
実施例2において、OH基ドープ処理の後、更に酸素ドープ処理を施したこと以外は当該実施例2と同様にしてエキシマランプ(以下、「放電ランプ(C)」ともいう。)を作製した。
この放電ランプ(C)は、実験例5におけるランプ55と同様のものである。
Example 3
In Example 2, an excimer lamp (hereinafter also referred to as “discharge lamp (C)”) was produced in the same manner as in Example 2 except that oxygen doping treatment was further performed after the OH group doping treatment.
This discharge lamp (C) is the same as the lamp 55 in Experimental Example 5.

この放電ランプ(C)について、実施例1と同様の手法によって放射強度を測定した。結果を図9におけるプロット「□」によって示す。   With respect to this discharge lamp (C), the radiation intensity was measured by the same method as in Example 1. The results are shown by the plot “□” in FIG.

〔比較例1〕
フッ素の含有量(濃度)が7000wt.ppmの合成石英ガラス(原材料)を用いて放電容器を形成し、内側電極および外側電極を所定位置に配設すると共にキセノンガスを放電空間内に充填することにより、図1に示す構成を有するエキシマランプ(以下、「比較用放電ランプ(A)」ともいう。)を作製した。
この比較用放電ランプ(A)は、放電容器の外側管を構成する外側管構成用素管が、図10のフローチャートに従って作製されたものであり、放電容器の外側管が図11に示す組成を有するものである。
[Comparative Example 1]
The fluorine content (concentration) is 7000 wt. An excimer having the configuration shown in FIG. 1 is formed by forming a discharge vessel using ppm synthetic quartz glass (raw material), disposing the inner and outer electrodes at predetermined positions and filling the discharge space with xenon gas. A lamp (hereinafter also referred to as “comparison discharge lamp (A)”) was produced.
In this comparative discharge lamp (A), the outer tube constituting base tube constituting the outer tube of the discharge vessel is produced according to the flowchart of FIG. 10, and the outer tube of the discharge vessel has the composition shown in FIG. I have it.

この比較用放電ランプ(A)について、実施例1と同様の手法によって放射強度を測定した。結果を図9におけるプロット「◆」によって示す。   With respect to this comparative discharge lamp (A), the radiation intensity was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown by the plot “♦” in FIG.

以上の実施例1〜実施例3および比較例1の結果から、本発明に係る放電ランプによれば、真空紫外光の放射強度が大きく、長期間にわたって高い光放射強度特性が維持されることが確認された。
また、条件(1)〜条件(3)を満たすことによっては、高い光放射強度および光放射強度維持特性が得られ、また、条件(1)、条件(2)および条件(4)を満たすことによっては、条件(1)〜条件(3)を満たす場合に比してより一層高い光放射強度および光放射強度維持特性が得られることが確認された。
更に、条件(1)〜条件(4)のすべての条件を満たすことによっては、更に高い光放射強度維持特性が得られることが確認された。
From the results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 described above, according to the discharge lamp according to the present invention, the radiation intensity of vacuum ultraviolet light is large, and high light radiation intensity characteristics can be maintained over a long period of time. confirmed.
Moreover, by satisfying the conditions (1) to (3), high light emission intensity and light emission intensity maintaining characteristics can be obtained, and the conditions (1), (2) and (4) must be satisfied. In some cases, it was confirmed that even higher light emission intensity and light emission intensity maintaining characteristics can be obtained as compared with the case where the conditions (1) to (3) are satisfied.
Furthermore, it was confirmed that by satisfying all the conditions (1) to (4), higher light emission intensity maintaining characteristics can be obtained.

本発明に係るキセノンエキシマランプの一例における構成の概略を示す説明用断面図である。It is sectional drawing for description which shows the outline of a structure in an example of the xenon excimer lamp which concerns on this invention. 図1に示すキセノンエキシマランプの、放電容器の管軸に垂直な断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a cross section perpendicular | vertical to the tube axis | shaft of a discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 図1に示すキセノンエキシマランプの放電容器の製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of the discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 図1に示すキセノンエキシマランプの放電容器の製造工程の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing process of the discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 図1に示すキセノンエキシマランプの放電容器の製造工程における熱処理過程において得られる熱処理体を形成する合成石英ガラスの組成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the composition of the synthetic quartz glass which forms the heat processing body obtained in the heat treatment process in the manufacturing process of the discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 図1に示すキセノンエキシマランプの放電容器の製造工程における酸素ドープ処理過程において得られる酸素ドープ処理体を形成する合成石英ガラスの組成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the composition of the synthetic quartz glass which forms the oxygen dope process body obtained in the oxygen dope process in the manufacturing process of the discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 図1に示すキセノンエキシマランプの放電容器の製造工程におけるOH基ドープ過程において得られるOH基ドープ処理体を形成する合成石英ガラスの組成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the composition of the synthetic quartz glass which forms the OH group dope process body obtained in the OH group dope process in the manufacturing process of the discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 図1に示すキセノンエキシマランプの放電容器を形成する合成石英ガラスの組成であって、図4のフローチャートに係るOH基ドープ処理過程後に、酸素ドープ処理を施すことによって得られた場合の合成石英ガラスの組成を示す説明図である。The composition of synthetic quartz glass forming the discharge vessel of the xenon excimer lamp shown in FIG. 1, which is obtained by performing oxygen doping after the OH group doping treatment process according to the flowchart of FIG. It is explanatory drawing which shows a composition. 実施例1〜実施例3および比較例1に係る放電ランプの真空紫外光の放射強度維持率を示すグラフである。It is a graph which shows the radiation intensity maintenance factor of the vacuum ultraviolet light of the discharge lamp which concerns on Example 1- Example 3 and Comparative Example 1. FIG. 従来の合成石英ガラス製の放電容器の製造工程の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the manufacturing process of the conventional discharge vessel made from synthetic quartz glass. 図10に示すフローチャートに従って製造された合成石英ガラス製の放電容器を形成する合成石英ガラスの組成を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the composition of the synthetic quartz glass which forms the discharge vessel made from the synthetic quartz glass manufactured according to the flowchart shown in FIG. 従来の合成石英ガラス製の放電容器の製造工程の他の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the other example of the manufacturing process of the conventional discharge vessel made from synthetic quartz glass.

符号の説明Explanation of symbols

20 エキシマランプ
21 放電容器
22 外側管
23 内側管
24 外側電極
25 内側電極
26 電源装置
27 排気管の残部
H 放電空間
20 Excimer lamp 21 Discharge vessel 22 Outer tube 23 Inner tube 24 Outer electrode 25 Inner electrode 26 Power supply device 27 Exhaust tube remainder H Discharge space

Claims (8)

合成石英ガラス製の放電容器を具備し、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプにおいて、
前記放電容器の少なくとも一部において、当該放電容器を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度よりも高いことを特徴とする放電ランプ。
In a discharge lamp comprising a discharge vessel made of synthetic quartz glass and emitting light containing ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel,
In at least a part of the discharge vessel, the content of fluorine in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, The discharge lamp is characterized in that the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the surface layer of the surface is higher than the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the thickness center portion.
放電容器における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から当該表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ200μmまでの厚み部分における酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上であることを特徴とする請求項1に記載の放電ランプ。
In the surface layer of the at least one surface in the discharge vessel, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer changes in the thickness direction from the thickness center portion side toward the surface,
2. The discharge lamp according to claim 1, wherein an average concentration of oxygen molecules in a thickness portion from the at least one surface to a depth of 200 μm is 0.8 × 10 16 atoms / cc or more.
合成石英ガラス製の放電容器を具備し、波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプにおいて、
前記放電容器の少なくとも一部において、当該放電容器を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度よりも高いことを特徴とする放電ランプ。
In a discharge lamp comprising a discharge vessel made of synthetic quartz glass and emitting light containing ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel,
In at least a part of the discharge vessel, the content of fluorine in the synthetic quartz glass forming the discharge vessel is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, And the discharge lamp characterized by the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms the surface layer of the said surface being higher than the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms thickness center part.
放電容器における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から当該表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ100μmまでの厚み部分におけるOH基の平均濃度が70wt.ppm以上であることを特徴とする請求項3に記載の放電ランプ。
In the surface layer of the at least one surface in the discharge vessel, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer changes in the thickness direction from the thickness center portion side toward the surface,
The average concentration of OH groups in the thickness portion from the at least one surface to a depth of 100 μm is 70 wt. The discharge lamp according to claim 3, wherein the discharge lamp is at least ppm.
波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプを具備し、当該放電ランプからの光を放射するための合成石英ガラス製の光放射窓を備えた光放射装置において、
前記光放射窓の少なくとも一部において、当該光放射窓を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中における酸素分子の濃度よりも高いことを特徴とする光放射装置。
In a light emitting device comprising a discharge lamp that radiates light including ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel, and having a light emission window made of synthetic quartz glass for emitting light from the discharge lamp,
In at least a part of the light emission window, the fluorine content in the synthetic quartz glass forming the light emission window is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, The light emitting device is characterized in that the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the surface layer of the surface is higher than the concentration of oxygen molecules in the synthetic quartz glass forming the thickness center portion.
光放射窓における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から当該表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ200μmまでの厚み部分における酸素分子の平均濃度が0.8×1016個/cc以上であることを特徴とする請求項5に記載の光放射装置。
In the surface layer of the at least one surface in the light emission window, the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer changes in the thickness direction from the thickness center portion side toward the surface,
6. The light emitting device according to claim 5, wherein an average concentration of oxygen molecules in a thickness portion from the at least one surface to a depth of 200 μm is 0.8 × 10 16 molecules / cc or more.
波長190nm以下の紫外光を含む光を放電容器の内部で放射する放電ランプを具備し、当該放電ランプからの光を放射するための合成石英ガラス製の光放射窓を備えた光放射装置において、
前記光放射窓の少なくとも一部において、当該光放射窓を形成する合成石英ガラス中のフッ素の含有量が7000wt.ppm以上30000wt.ppm以下であり、少なくとも一方の表面において、表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度よりも低く、かつ、当該表面の表層を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度が、肉厚中心部を形成する合成石英ガラス中におけるOH基の濃度よりも高いことを特徴とする光放射装置。
In a light emitting device comprising a discharge lamp that radiates light including ultraviolet light having a wavelength of 190 nm or less inside the discharge vessel, and having a light emission window made of synthetic quartz glass for emitting light from the discharge lamp,
In at least a part of the light emission window, the fluorine content in the synthetic quartz glass forming the light emission window is 7000 wt. ppm to 30000 wt. The concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the surface layer is lower than the concentration of Si-F bonds in the synthetic quartz glass forming the thickness center on at least one surface, And the light emission apparatus characterized by the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms the surface layer of the said surface being higher than the density | concentration of OH group in the synthetic quartz glass which forms thickness center part.
光放射窓における前記少なくとも一方の表面の表層において、当該表層を形成する合成石英ガラス中におけるSi−F結合の濃度が、肉厚中心部側から外表面に向かう厚み方向に変化しており、
前記少なくとも一方の表面から深さ100μmまでの厚み部分におけるOH基の平均濃度が70wt.ppm以上であることを特徴とする請求項7に記載の光放射装置。
In the surface layer of the at least one surface in the light emission window, the concentration of the Si-F bond in the synthetic quartz glass forming the surface layer is changed in the thickness direction from the thickness center side toward the outer surface,
The average concentration of OH groups in the thickness portion from the at least one surface to a depth of 100 μm is 70 wt. The light emitting device according to claim 7, wherein the light emitting device is at least ppm.
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