JP2024021634A - エキシマランプ - Google Patents

Abstract

【課題】放電容器に対する紫外線歪みと、放電容器の場所に応じた照度維持率のばらつきの双方を抑制した、エキシマランプを提供する。【解決手段】エキシマランプは、フッ素がドープされた石英ガラスを含み、内部に発光ガスが封入された長尺型の放電容器と、放電容器の内部に放電電圧を印加する一対の電極とを備える。放電容器は、有効発光領域内において、長手方向に係る一対の端部箇所と、前記一対の端部箇所の間の領域を前記長手方向に関して所定数だけ実質的に均等に分割して得られる複数の中間箇所とからなる各測定箇所の仮想温度Ｔ［℃］が、各測定箇所の仮想温度Ｔ［℃］の中間値をＴａ［℃］としたときに、以下の（１）式及び（２）式を満たす。９００≦Ｔａ≦１０００…（１）－９２４．７＋１．９×Ｔａ≦Ｔ≦９２４．７＋０．１×Ｔａ …（２）【選択図】図４

Description

本発明は、エキシマランプに関し、特に放電容器にフッ素がドープされたエキシマランプに関する。

紫外線を発するエキシマランプは、石英ガラスよりなる放電容器の中に、所定の発光ガスが封入されている。

エキシマランプの点灯が継続すると、放電空間内で発生する紫外線が、放電容器を形成する石英ガラスを透過する際に石英ガラスに歪みを生じさせ、ガラスの破損を招く場合がある。特に、このような問題は、ピーク波長が２００ｎｍ以下といった短波長域の紫外線（真空紫外線とも称される。）を発するエキシマランプにおいて顕著に現れる。

また、ガラスそのものの破損には至らない場合であっても、石英ガラスが紫外線を吸収することで、石英ガラスを構成する分子自体に構造欠陥が生じ、この欠陥は紫外線の吸収量を増加させる。この結果、放電容器自体の透過率が低下して、照度の低下を招く場合がある。

このような事情から、エキシマランプの放電容器においては、なるべく紫外線歪みを抑制することが重要であり、これまでにもいくつかの技術が提案されている。

石英ガラスに紫外線の吸収帯が生じる原因の一つとして、石英ガラス中の不安定な構造、より詳細には、三員環構造や四員環構造が挙げられる。これらの不安定な構造は、正常な構造に比べて結合エネルギーが弱いため、不安定な構造が多いほど紫外線の透過率を低下させる。

この不安定な構造は、石英ガラスの仮想温度に依存することが知られており、仮想温度を低下させるほど不安定な構造の発生量を低下できる。石英ガラスの仮想温度を変化させるための手段として、炉内で熱処理を行う方法が知られている。石英ガラスの仮想温度を低くするためには、低い温度で熱処理を行うことで実現できる。しかしながら、意図する仮想温度が低い場合には、長時間の熱処理が必要になることが多い。熱処理が極めて長時間に及ぶことは、エキシマランプを工業的に生産する観点からは、好ましくない。例えば、仮想時間を５００℃程度にしようとすると、熱処理時間が１ヶ月以上に及ぶ可能性がある。

石英ガラス中にフッ素（F）を含有させるとSi-F結合が生成することで、上記の不安定な構造を緩和させる作用があることも知られている。つまり、石英ガラス中にフッ素を導入することで、熱処理の時間を比較的短縮しながらも、不安定な構造の発生量を低下させることが可能となる。

本出願人は、過去に、フッ素含有量が７０００ｗｔ．ｐｐｍ～３００００ｗｔ．ｐｐｍで、仮想温度が７５０℃～１０００℃である合成石英ガラスを放電容器とするエキシマランプを提案している（特許文献１参照）。

特開２００８－１９２３５１号公報

本発明者は、鋭意研究の結果、フッ素を含有した石英ガラスを放電容器とするエキシマランプを長時間にわたって点灯すると、放電容器の場所に応じて照度にばらつきが生じることを新たに見出した。言い換えれば、本発明者は、フッ素を含有した石英ガラスを放電容器とするエキシマランプにおいて、放電容器の場所に応じて照度維持率にばらつきが生じることを新たに見出した。

本発明は、上記の課題に鑑み、放電容器に対する紫外線歪みと、放電容器の場所に応じた照度維持率のばらつきの双方を抑制した、エキシマランプを提供することを目的とする。

本発明に係るエキシマランプは、
フッ素がドープされた石英ガラスを含み、内部に発光ガスが封入された長尺型の放電容器と、
前記放電容器の内部に放電電圧を印加する一対の電極とを備え、
前記放電容器は、有効発光領域内において、長手方向に係る一対の端部箇所と、前記一対の端部箇所の間の領域を前記長手方向に関して所定数だけ実質的に均等に分割して得られる複数の中間箇所とからなる各測定箇所の仮想温度Ｔ［℃］が、各測定箇所の仮想温度Ｔ［℃］の中間値をＴａ［℃］としたときに、以下の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする。
９００≦Ｔａ≦１０００ …（１）
－９２４．７＋１．９×Ｔａ≦Ｔ≦９２４．７＋０．１×Ｔａ …（２）

本発明者の鋭意研究により、放電容器の場所に応じて照度維持率にばらつきが生じる理由は、製造過程において、放電容器の仮想温度にばらつきが生じることに伴うものであることを突き止めた。

上述したように、エキシマランプは、放電空間内で発生する紫外線が放電容器を形成している石英ガラスを透過する際に、石英ガラスに歪みを生じさせるという課題を有している。この課題は、エキシマランプの製造時に、冷却速度を遅くして石英ガラスの仮想温度を低下させることで、解決できることが知られている。

ところが、上記の方法は、産業用途のエキシマランプを製造する上では、製造に時間がかかりすぎるという別の問題を内包している。このため、冷却速度を比較的速くしつつも、石英ガラスの仮想温度を低下させやすくする観点から、上記特許文献１に記載されているように、フッ素をドープした石英ガラスを放電容器として利用する方法が開発された。

しかし、冷却速度を速めながら石英ガラスを冷却することは、石英ガラスの仮想温度を不均一にしやすくなる。すなわち、フッ素をドープすることで、同一の冷却時間の下で石英ガラスの仮想温度が低下しやすくなる反面、製造後の放電容器において、場所毎の仮想温度がばらつきやすくなるという別の問題を顕在化させた。

特に、エキシマランプが長尺形の放電容器を備える場合、長手方向の位置に応じて仮想温度にばらつきが生まれやすくなる。この仮想温度のばらつきが、長時間点灯後の場所毎の照度維持率のばらつきを誘発する。つまり、長時間の点灯により、放電容器の場所に応じて、輝度にばらつきが生まれやすくなる。この課題は、特に長手方向に係る長さが１ｍを超えるような放電容器を備えたエキシマランプにおいて顕著となる。

エキシマランプは、主として産業用途に利用される。例えば、主成分がＸｅからなる発光ガスが封入されることで、エキシマランプは、ピーク波長が１７２ｎｍ近傍の真空紫外光源となる。このような光源は、例えばウェハの表面改質や、洗浄の用途に利用される。このとき、長時間の点灯によって、放電容器の場所毎に輝度にばらつきが生まれるようになると、処理対象物の処理の程度が場所ごとにばらつく等の影響が予想される。

このため、エキシマランプにおいて、放電容器内の場所によらず、照度維持率のばらつきはなるべく抑制したいという事情がある。しかしながら、照度維持率のばらつきの原因の一つである、仮想温度のばらつきを抑制しようとすると、冷却速度を極めて遅くする必要があり、かかる方法は工業生産に鑑みると採用しづらい点は上述した通りである。

これに対し、上記（１）式及び（２）式を満たすようなエキシマランプによれば、仮想温度のばらつきを一定程度許容しながらも、照度維持率のばらつきを抑制することが可能となる。したがって、エキシマランプの製造に要する時間を大幅に長くすることなく、長時間点灯後の輝度ばらつきを抑制できる。詳細には、「発明を実施するための形態」の項で後述される。

前記エキシマランプは、各測定箇所における前記仮想温度Ｔのうち、最大値と最小値が１０℃以上離れているものとしても構わない。

本発明によれば、放電容器に対する紫外線歪みと、放電容器の場所に応じた照度維持率のばらつきの双方を抑制したエキシマランプを、タクトタイムの大幅な増加を招くことなく実現できる。

本発明のエキシマランプの一実施形態の構成を模式的に示す平面図である。 図１のエキシマランプを、Ｘ-Ｚ平面で切断したときの模式的な断面図であり、ベースの図示が省略されている。 図１のエキシマランプを、Ｘ-Ｚ平面で切断したときの別の模式的な断面図であり、ベースの図示が省略されている。 図１に示すエキシマランプの平面図に、有効発光領域及び測定箇所が付記された図面である。 （１）式及び（２）式の内容を説明するためのグラフである。 各ランプサンプル＃１～＃３の照度維持率と点灯時間との関係を示すグラフである。 図５のグラフの横軸を対数表記したグラフである。 各ランプサンプル＃１～＃３のそれぞれの仮想温度と、線形近似式の傾きとの関係を示すグラフである。 測定箇所毎のエキシマランプの照度維持率を測定する方法を模式的に示す図面である。 実施例１のエキシマランプにおける、測定箇所毎の仮想温度の値を示すグラフである。 実施例１のエキシマランプにおける、測定箇所毎の照度維持率の値を示すグラフである。 比較例１のエキシマランプにおける、測定箇所毎の仮想温度の値を示すグラフである。 比較例１のエキシマランプにおける、測定箇所毎の照度維持率の値を示すグラフである。 実施例２のエキシマランプにおける、測定箇所毎の仮想温度の値を示すグラフである。 実施例１のエキシマランプにおける、測定箇所毎の照度維持率の値を示すグラフである。 比較例２のエキシマランプにおける、測定箇所毎の仮想温度の値を示すグラフである。 比較例２のエキシマランプにおける、測定箇所毎の照度維持率の値を示すグラフである。

本発明に係るエキシマランプの実施形態につき、適宜図面を参照して説明する。なお、以下の各図面は模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比と実際の寸法比は必ずしも一致していない。また、各図面間においても寸法比は必ずしも一致していない。

図１は、本実施形態のエキシマランプ１の構成を模式的に示す平面図である。エキシマランプ１は、フッ素がドープされた石英ガラスを主材料とする長尺型の放電容器１０と、放電容器１０の両端に設けられたベース（３１，３２）を備える。ベース（３１，３２）は、放電容器１０の端部を固定する目的で設けられているが、本発明においては必須ではない。以下の説明では、図１に示されるＸ-Ｙ-Ｚ座標系が適宜参照される。また、方向を表現する際に、正負の向きを区別する場合には、「＋Ｘ方向」、「－Ｘ方向」のように正負の符号を付して記載され、正負の向きを区別せずに方向を表現する場合には、単に「Ｘ方向」と記載される。

本実施形態のエキシマランプ１において、放電容器１０はＸ方向に係る長さが１ｍ以上である。ただし、本発明は、放電容器１０のＸ方向に係る長さが１ｍ未満であるようなエキシマランプ１に対しても適用が可能である。

石英ガラスにおける紫外線の透過性は、石英ガラス中に含まれるＯＨ基濃度の影響を受けることが知られている。詳細には、石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度が高い場合には、短波長の光に対する透過率が低く、逆にＯＨ基の濃度が低い場合には、短波長の光に対する透過率が高くなる。

本発明において、放電容器１０を構成する石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度は任意であるが、放電容器１０内で発生した紫外線を放電容器１０の外側に取り出す効率を高める観点からは、前記ＯＨ基濃度は低い方が好ましい。

石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度が高い場合、石英ガラスの耐久性が向上する。しかし、石英ガラス中にフッ素を導入することによっても、構造の不安定さが解消し、石英ガラスの耐久性を増すことができる。つまり、石英ガラスにフッ素をドープする場合においては、石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度を低くしても、高い耐久性を示す石英ガラスが実現できる。かかる観点から、放電容器１０を構成する石英ガラスに含まれるＯＨ基の濃度は、１０ｗｔ．ｐｐｍ～４５０ｗｔ．ｐｐｍが好ましい。

本発明において、放電容器１０を構成する石英ガラスにドープされているフッ素濃度は任意である。しかし、フッ素濃度があまりに高くなると、エキシマランプ１内で発生した紫外線が放電容器１０を構成する石英ガラス内で酸素欠乏欠陥を引き起こす可能性がある。一方で、含有フッ素濃度があまりに低い場合には、石英ガラスの仮想温度を下げる効果がほとんど得られない。かかる観点から、放電容器１０を構成する石英ガラスの含有フッ素濃度は、１０ｗｔ．ｐｐｍ～３，０００ｗｔ．ｐｐｍが好ましい。

石英ガラスに含まれる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できる。具体的な方法の一例として、（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）の濃度を算出する方法が挙げられる。

石英ガラスに含まれるフッ素の濃度は、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）等の手法によって測定できる。

図２Ａは、図１のエキシマランプ１を、Ｘ-Ｚ平面で切断したときの模式的な断面図である。ただし、図２Ａではベース（３１，３２）の図示が省略されている。

図１及び図２Ａに示すように、本実施形態のエキシマランプ１は、Ｘ方向を長手方向とし、Ｚ方向に紫外線Ｌ１を出射する構成である。放電容器１０の内部は、発光ガスが封入された放電空間１１を形成する。

エキシマランプ１は、放電空間１１に放電電圧を印加するための一対の電極（２１，２２）を備える。より具体的には、本実施形態のエキシマランプ１は、放電容器１０の＋Ｚ側の外壁に形成された電極２１と、－Ｚ側に形成された電極２２とを備える。この例では、電極２１及び電極２２は、いずれもメッシュ形状を呈しており、電極２１同士の隙間、及び電極２２同士の隙間を通じて紫外線Ｌ１が出射される。電極２１及び電極２２は、いずれも金（Ａｕ）等の耐腐食性の高い材料で形成されるのが好ましい。なお、電極２１及び電極２２は、複数のラインが離間して配置されてなる形状であってもよい。

なお、図２Ｂに示すように、電極２２を膜形状としても構わない。この場合、図２Ｂに示すように、エキシマランプ１が＋Ｚ方向に向けて紫外線Ｌ１を出射することが予定されている場合には、電極２２を紫外線Ｌ１に対して反射性を示す金属を含む材料で構成するのが好適である。耐腐食性の高い材料の例として上述した金は、紫外線Ｌ１に対して高い反射性を示すため、図２Ｂにおける電極２２の材料としても利用可能である。

なお、＋Ｚ方向のみならず－Ｚ方向にも紫外線Ｌ１を出射することが予定されている場合には、－Ｚ側の電極２２についても、メッシュ形状又は線形状としてよい。

図１は、＋Ｚ側からエキシマランプ１を見たときの平面図に対応しているため、放電容器１０の－Ｚ側に配置されている電極２２については図示が省略されている。

放電容器１０の内側には、放電によってエキシマ分子を形成する発光ガスが封入されている。発光ガスは任意であるが、例えば主成分がキセノン（Ｘｅ）である発光ガスが利用できる。電極２１と電極２２との間に１ＫＨｚ～５ＭＨｚ程度の高周波の交流電圧が印加されると、放電容器１０を介して発光ガスにこの電圧が印加され、放電空間１１内でプラズマが生じる。これにより発光ガスの原子が励起されてエキシマ状態となり、この原子が基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる。発光ガスとして、上述したキセノン（Ｘｅ）を含むガスを用いた場合には、このエキシマ発光によって、ピーク波長が１７２ｎｍ近傍の紫外線Ｌ１が得られる。なお、発光ガスとして利用する物質を異ならせることで、紫外線Ｌ１の波長を変えることができる。発光ガスとピーク波長の組み合わせとして、ＡｒＢｒ（１６５ｎｍ）、ＡｒＦ（１９３ｎｍ）、ＫｒＢｒ（２０７ｎｍ）、ＫｒＣｌ（２２２ｎｍ）等が挙げられる。

上述したように、電極２１と電極２２の間に電圧が印加されることで、放電空間１１内の発光ガスがエキシマ発光をして紫外線Ｌ１を発する。このため、エキシマランプ１は、放電空間１１内のうちの、電極２１と電極２２が対向する領域において、強く発光することになる。なお、図２Ａに示すように、電極２１及び電極２２の双方がメッシュ状を呈する場合には、放電空間１１内のうちの、放電容器１０の＋Ｚ側の外壁における電極２１の配置領域と、放電容器１０の－Ｚ側の外壁における電極２２の配置領域とが対向する領域において、エキシマランプ１は強く発光する。

本明細書では、このように、放電空間１１内において相対的に強く発光する領域を、「有効発光領域」と称する。より詳細には、有効発光領域は、放電空間１１において放電容器の長手方向（Ｘ方向）に沿った光の強度分布において、ピーク値の６０％以上の光が出射されている領域をいう。図２Ａ以下の各図では、符号５を用いて有効発光領域が表記される。

エキシマランプ１は、放電容器１０の長手方向（Ｘ方向）の場所毎の仮想温度について、以下の特徴を有している。この点について、図３を参照しながら説明する。図３は、図１と同様の方法で図示したエキシマランプ１の平面図に対応しており、有効発光領域５、及び測定箇所（４，４，…）が付記されている。測定箇所（４，４，…）の説明は、後述される。

測定箇所（４，４，…）は、放電容器１０の仮想温度が測定される対象となる箇所である。詳細には、測定箇所（４，４，…）は、放電容器１０の有効発光領域５内の領域を、長手方向（Ｘ方向）に所定数だけ実質的に均等に分割して得られた箇所である。図３の例では、放電容器１０の有効発光領域５内の領域がＸ方向に実質的に４等分されることで、合計５箇所の測定箇所（４，４，…）が示されている。それぞれの測定箇所（４，４，…）のＸ座標の位置が、Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３，Ｘ４，Ｘ５に対応する。図３の例では、位置Ｘ１及びＸ５に対応する測定箇所４が「一対の端部箇所」に対応し、位置Ｘ２、Ｘ３及びＸ４に対応する測定箇所４が「中間箇所」に対応する。

測定箇所（４，４，…）は、放電容器１０の仮想温度が、長手方向（Ｘ方向）に関してどの程度ばらついているか（均一度）を測定するために設けられている。このため、複数の測定箇所（４，４，…）が、－Ｘ側の端部に偏っていたり、＋Ｘ側の端部に偏っていたり、又はＸ方向に係る中央付近に偏っていたりすると、放電容器１０のＸ方向に関する仮想温度のばらつきの検証が実効的とはいえない。

つまり、本明細書において、「実質的に均等に分割する」とは、放電容器１０のＸ方向に関する仮想温度のばらつきが検証できる程度にＸ方向に分散させることを意味するものであり、この目的を達する範囲内において、測定箇所（４，４，…）同士の離間距離が相互に変動することは許容される。一例として、測定箇所（４，４，…）同士の離間距離の最大値が、前記離間距離の平均値の２倍以下であればよい。

エキシマランプ１が備える放電容器１０は、上記のように設定された各測定箇所（４，４，…）における仮想温度Ｔ［℃］と、全ての仮想温度Ｔの中間値Ｔａ［℃］が、以下の（１）式及び（２）式を満たす。
９００≦Ｔａ≦１０００ …（１）
－９２４．７＋１．９×Ｔａ≦Ｔ≦９２４．７＋０．１×Ｔａ …（２）

言い換えれば、各仮想温度Ｔ［℃］と、全ての仮想温度Ｔの中間値Ｔａ［℃］とは、図４のグラフのハッシング領域内に位置する関係にある。

各測定箇所（４，４，…）における仮想温度Ｔは、赤外吸収スペクトル法やラマンスペクトル法によって得ることができる。

赤外吸収スペクトル法とは、石英ガラスのＳｉ-Ｏ結合の伸縮振動を示すピーク（２２６０ｃｍ^-1付近）のシフト量から石英ガラスの仮想温度を算出する方法である。具体的には、以下の（３）式に基づく簡便な演算によって、ピーク波数ν2［ｃｍ^-1］から仮想温度Ｔ_fを算定する方法が知られている。
Ｔ_f ＝ 43809.21 / (ν2 － 2228.64) …（３）

ラマンスペクトル法とは、石英ガラス中のＳｉ-Ｏ-Ｓｉ結合の変角振動に起因するω₁（４４０cm^-1付近に現れるピーク）ラインのシフト量を利用する方法である。具体的には、以下の（４）式に基づく簡便な演算によって、石英ガラスのラマンシグナルに現れるω₁のピーク位置から仮想温度Ｔ_fを算定する方法が知られている。
Ｔ_f ＝ (ω₁ － 418) / 18×10^-3 …（４）

上記の赤外吸収スペクトル法、ラマンスペクトル法等の方法を用いて、各測定箇所（４，４，…）における仮想温度Ｔが計測される。以下では、各測定箇所（４，４，…）のそれぞれの位置Ｘi（i＝1, 2, …）における仮想温度がＴiと表記される。

中間値Ｔａは、各位置Ｘiの仮想温度Ｔiの最大値と最小値のちょうど中央に位置する値である。

上述したように、エキシマランプを産業用に製造しようとすると、放電容器の仮想温度には不可避的にばらつきが生じる。一方で、放電容器を製造するに当たっては、仮想温度をある目標値になるように、加熱・冷却のプロファイルが設定される。つまり、通常の方法で製造された放電容器に対して測定箇所毎の仮想温度を計測すると、製造時に目標とされた仮想温度の値が各測定箇所の仮想温度の中間値にほぼ一致し、その中間値を基準として測定箇所に応じて上下に変動する傾向を示す。

図４のグラフは、仮想温度の中間値Ｔａ、言い換えれば、製造時に狙いとされた仮想温度の値（目標値）に応じて、測定箇所（４，４，…）毎の仮想温度のばらつきの許容範囲が変化することを意味するものである。具体的な数値例を挙げれば以下の通りである。仮想温度の中間値Ｔａ（すなわち目標値）が９２０℃である場合には、各位置Ｘiの全ての仮想温度Ｔiが８２３．３℃～１０１６．７℃の範囲内であり、許容可能な変動幅は１９３．４℃である。別の例として、仮想温度の中間値Ｔａ（すなわち目標値）が９６０℃である場合には、各位置Ｘiの全ての仮想温度Ｔiが８９９．３℃～１０２０．７℃の範囲内であり、許容可能な変動幅は１２１．４℃である。更に別の例として、仮想温度の中間値Ｔａ（すなわち目標値）が９８０℃である場合には、各位置Ｘiの全ての仮想温度Ｔiが９３７．３℃～１０２２．７℃の範囲内であり、許容可能な変動幅は８５．４℃である。

つまり、仮想温度の中間値Ｔａが１０００℃に近づくに連れ、測定箇所（４，４，…）毎の仮想温度Ｔiの許容可能な変動幅は小さくなる。各測定箇所（４，４，…）の仮想温度Ｔiが、この許容可能な変動幅を超える程度にばらつく場合には、エキシマランプを長時間点灯させた後の照度維持率に、大きなばらつきが生じる。これに対し、本実施形態のエキシマランプ１のように、測定箇所（４，４，…）毎の仮想温度Ｔiの許容可能な変動幅が、図４のグラフ内のハッチング領域に留まっている場合には、３０００時間後における、場所ごとの照度維持率の相違を１５％以下に留めることが可能となる。この点について、更に詳述する。

Ｘ方向に係る場所毎の仮想温度Ｔiのばらつきを抑制した、理想的なエキシマランプのサンプル＃１～＃３を準備した。これらのサンプル＃１～＃３は、いずれもＸｅガスが発光ガスとして放電容器内に封入された、ピーク波長１７２ｎｍのエキシマランプである。

これらのサンプル＃１～＃３は、製造時において細かく設定された温度プロファイルに沿って高精度の制御下で加熱しつつ、産業用のエキシマランプ１を製造する上では効率的とはいえないような時間をかけて、極めてゆっくりと冷却することで製造されたものである。サンプル＃１～＃３は、狙いとする仮想温度（目標値）を異ならせて製造されたランプである。各サンプル＃１～＃３の目標仮想温度は、下記表１の通りとされた。

なお、念の為、これらのサンプル＃１～＃３に対して各測定箇所（４，４，…）の仮想温度Ｔiを測定したところ、いずれのサンプル＃１～＃３においても、仮想温度Ｔiは目標値（すなわち中間値Ｔａ）に対して、±５℃以内の範囲内に収まっていることが確認された。

これらのサンプル＃１～＃３について、照度維持率の時間的な変化を測定した。具体的には、所定時間点灯後に、照度計で各サンプル＃１～＃３からの紫外線の照度を測定し、初期時の照度に対する相対値を算定した。照度の測定に際しては、ウシオ電機社製の紫外線積算光量計（UIT-250）とセパレート型受光器（VUV-S172）が利用された。各サンプル＃１～＃３の照度維持率と点灯時間の関係は、図５に示すような結果が得られた。更に、図５に得られた結果を、横軸を対数表記してグラフを再描画した。このグラフ図６に示す。

図６で得られた各データを、線形回帰モデルにより線形近似することで、各サンプル＃１～＃３における、照度維持率yと、点灯時間[Log (h)]xとの関係式を導出した。それぞれの線形近似式、及び決定係数R²は以下の通りである。

サンプル＃１： 線形近似式 y = -4.2999×x+100, 決定係数R² = 0.8931
サンプル＃２： 線形近似式 y = -4.9565×x+100, 決定係数R² = 0.8998
サンプル＃３： 線形近似式 y = -7.6343×x+100, 決定係数R² = 0.9541

いずれのサンプル＃１～＃３においても、近似式の決定係数の値が１に近いことから、近似式は、得られたデータとの相関性が高いことが理解される。

次に、各サンプル＃１～＃３のそれぞれの仮想温度（目標値であり、中間値Ｔａでもある。）と、前記線形近似式の傾きとの関係をグラフ化した。このグラフを図７に示す。以下では、線形近似式の傾きを「照度維持率低下係数」と称し、図７のグラフの縦軸に記載された「係数」に対応する。

図７の結果から、仮想温度が９４９℃であるサンプル＃１と仮想温度９８７℃であるサンプル＃２との間の照度維持率低下係数の相違と比べて、仮想温度が９８７℃であるサンプル＃２と仮想温度９９７℃であるサンプル＃３との間の照度維持率低下係数の推移の方が、変化の程度が大きいことが理解される。図７の結果を踏まえ、仮想温度と照度維持率低下係数の関係を、２本の直線ｍ１及びｍ２によって近似した。すなわち、仮想温度が９８７℃以下の範囲内においては、仮想温度xと照度維持率低下係数yとの間には、直線ｍ１: y=-0.0159*x+10.786で近似される関係が成立することが分かる。また、仮想温度が９８７℃以上の範囲内においては、仮想温度xと照度維持率低下係数yとの間には、直線ｍ２: y=-0.2651*x+256.69で近似される関係が成立することが分かる。つまり、直線ｍ１及びｍ２は、仮想温度と照度維持率低下係数の関係式である。以下では、単に「関係式α」と略記される。

ここで、エキシマランプ１において、各測定箇所（４，４，…）の照度維持率の均一度Ｕ［％］は、照度維持率の最大値Imaxと仮想温度の最小値Iminを用いて、以下の（５）式で定義される。
Ｕ［％］＝（Imax－Imin）/（Imax＋Imin）×１００ …（５）

図５～図６の結果より、放電容器の仮想温度が高いほど照度維持率の値が低くなることが理解される。つまり、エキシマランプの照度維持率を放電容器の場所毎に測定した場合において、照度維持率の最大値Imaxを示す箇所の仮想温度、言い換えれば最も低い仮想温度Ｔ１は、仮想温度の中間値（目標値）をｘ、中間値と当該箇所の温度差をａとすると、Ｔ１＝ｘ－ａ で規定される。逆に、照度維持率の最小値Iminを示す箇所の仮想温度、言い換えれば最も高い仮想温度Ｔ２は、 Ｔ２＝ｘ＋ａ で規定される。

最も低い仮想温度Ｔ１の位置における、上記関係式αの係数をk1、切片をk1’とし、点灯時間をτ[h]とすると、仮想温度Ｔ１を示す箇所における照度維持率Imaxは、以下の（６）式で規定される。
Imax = １００＋｛（ｘ－ａ）×ｋ１＋ｋ１’｝×log τ …（６）

同様に、最も高い仮想温度Ｔ２の位置における、上記関係式αの係数をk2、切片をk2’とし、点灯時間をτ[h]とすると、仮想温度Ｔ２を示す箇所における照度維持率Iminは、以下の（７）式で規定される。
Imin = １００＋｛（ｘ＋ａ）×ｋ２＋ｋ２’｝×log τ …（７）

上記（６）式及び（７）式を、（５）式に代入して、中間値に対する仮想温度の温度差ａを求める式に変形すると、以下の（８）式を得る。

エキシマランプにおいては、３０００時間点灯後における放電容器１０の場所ごとの照度維持率の相違を１５％以下に留められれば、利用における支障が低いとされている。このため、上記（８）式において、τ＝３０００，Ｕ＝１５が代入される。

また、最も低い仮想温度Ｔ１の位置における上記関係式αの係数k1、切片k1’、及び最も高い仮想温度Ｔ２の位置における上記関係式αの係数k2、切片k2’については、いずれも、図７に図示した関係式αに基づき、仮想温度の値に応じて一義的に決定される。

つまり、狙いの仮想温度（中間値）ｘを順に変化させていくことで、許容温度差ａが求められ、この結果、許容上限値及び許容下限値が演算によって算出される。この算出過程を、以下の表２に示す。

このようにして得られた中間値ｘと許容下限値（ｘ－ａ）との関係、及び中間値ｘと許容上限値（ｘ＋ａ）との関係をグラフ化し、両者の範囲内に含まれる領域をハッチングしたのが、図４のグラフである。よって、図４に示されるハッチング領域内に仮想温度の中間値Ｔａと各測定箇所の仮想温度Ｔｉとが存在するように、エキシマランプ１を製造することで、３０００時間点灯後における放電容器１０の場所ごとの照度維持率の相違を１５％以下に留めることができる。

以下、実施例及び比較例を用いて行われた検証結果を説明する。

（実施例１）
フッ素がドープされた石英ガラスを用い、ある特定の温度プロファイルの下で、仮想温度の目標値を９８３℃としてエキシマランプ１のサンプルを複数作製し、実施例１とした。複数作製されたサンプルのうちの一つに対して、図３に模式的に示したように、５箇所の測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）の仮想温度を計測した。具体的には、以下の方法で計測された。まず、放電容器１０の有効発光領域５内に位置する、上記５箇所の部分を破砕することでガラス小片を得た。そして、得られたガラス小片の赤外吸収スペクトルを透過法にて測定した後、上述した（３）式に基づく演算を行った。演算によって得られた数値をもって、各小片に対応する位置の測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）の仮想温度Ｔi（ｉ＝１，２，…，５）とした。

実施例１においては、各測定箇所の仮想温度Ｔと、仮想温度の中間値Ｔａとの間に、上記（２）式の関係が成立していた。

次に、破壊しなかった実施例１のエキシマランプ１のサンプルを、３０００時間連続点灯させた。そして、３０００時間点灯後における、各測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）の照度維持率を計測した。

図８は、測定箇所毎の照度維持率を測定する方法を模式的に示す図面である。具体的には、３０００時間点灯後のエキシマランプ１に対して、光量計４１をそれぞれの測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）の近傍に設置し、当該箇所の紫外線Ｌ１のみが受光されるように調整した。そして、それぞれの箇所で測定された照度の、初期の照度に対する比率を算出することで、測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）毎の照度維持率を算定した。測定に際しては、上記と同様に、ウシオ電機社製の紫外線積算光量計（UIT-250）とセパレート型受光器（VUV-S172）が用いられた。

（比較例１）
仮想温度の目標値については実施例１と同じく９８３℃とした上で、製造時の温度プロファイルを実施例１から変更した点以外は、実施例１と同様の方法で検証が行われた。比較例１においては、各測定箇所の仮想温度Ｔと、仮想温度の中間値Ｔａとの間に、上記（２）式の関係が成立していなかった。

（実施例２）
仮想温度の目標値を９０９℃とした上で、製造時の温度プロファイルを実施例１から変更した点以外は、実施例１と同様の方法で検証が行われた。実施例２においても、各測定箇所の仮想温度Ｔと、仮想温度の中間値Ｔａとの間には、上記（２）式の関係が成立していた。

（比較例２）
仮想温度の目標値については実施例２と同じく９０９℃とした上で、製造時の温度プロファイルを実施例２から変更した点以外は、実施例２と同様の方法で検証が行われた。比較例２においては、各測定箇所の仮想温度Ｔと、仮想温度の中間値Ｔａとの間に、上記（２）式の関係が成立していなかった。

検証結果を下記表３及び図９Ａ～図１２Ｂに示す。なお、下記表３における均一度は、上述した（５）式に基づいて算定された値である。

上記結果によれば、各測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）の仮想温度Ｔi（ｉ＝１，２，…，５）が、許容範囲内に抑えられている実施例１及び実施例２においては、３０００時間点灯後の照度維持率の均一度（ばらつき程度）が６％以下であり、許容範囲である１５％を大きく下回っていることが分かる。これに対し、各測定箇所（Ｘ１，Ｘ２，…，Ｘ５）の仮想温度Ｔi（ｉ＝１，２，…，５）の一部が、許容範囲を超えている比較例１及び比較例２においては、３０００時間点灯後の照度維持率の均一度（ばらつき程度）が、１５％を大幅に超えていることが分かる。

なお、本発明において、エキシマランプ１が備える放電容器１０の形状は限定されない。例えば、放電容器１０が、外側管と前記外側管の内側に配置された内側管とを有し、外側管と内側管とが管軸方向に係る両端において封止されてなる、二重管構造を呈していてもよい。この構成の下では、エキシマランプ１は、前記内側管と前記外側管とに挟まれた空間が放電空間１１を形成し、この放電空間１１内に発光ガスが封入される。

１ ：エキシマランプ
４ ：測定箇所
５ ：有効発光領域
１０ ：放電容器
１１ ：放電空間
２１，２２ ：電極
３１，３２ ：ベース
４１ ：光量計
Ｌ１ ：紫外線

Claims (3)

1. フッ素がドープされた石英ガラスを含み、内部に発光ガスが封入された長尺型の放電容器と、
   前記放電容器の内部に放電電圧を印加する一対の電極とを備え、
   前記放電容器は、有効発光領域内において、長手方向に係る一対の端部箇所と、前記一対の端部箇所の間の領域を前記長手方向に関して所定数だけ実質的に均等に分割して得られる複数の中間箇所とからなる各測定箇所の仮想温度Ｔ［℃］が、各測定箇所の仮想温度Ｔ［℃］の中間値をＴａ［℃］としたときに、以下の（１）式及び（２）式を満たすことを特徴とする、エキシマランプ。
   ９００≦Ｔａ≦１０００ …（１）
   －９２４．７＋１．９×Ｔａ≦Ｔ≦９２４．７＋０．１×Ｔａ …（２）
2. 各測定箇所における前記仮想温度Ｔのうち、最大値と最小値は１０℃以上離れていることを特徴とする、請求項１に記載のエキシマランプ。
3. 前記放電容器は、前記長手方向に係る長さが１ｍを超えることを特徴とする、請求項１又は２に記載のエキシマランプ。
   

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