JP4998832B2 - エキシマランプ - Google Patents

Description

本発明は、石英ガラスよりなる放電容器を備え、当該放電容器を形成する石英ガラスが介在する状態で一対の電極が設けられてなり、前記放電容器の内部にエキシマ放電を発生させるエキシマランプに関する。

近年、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を照射することにより、当該真空紫外光及びこれにより生成されるオゾンの作用によって被処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術や、被処理体の表面に酸化膜を形成する酸化膜形成処理技術が開発され、実用化されている。

真空紫外光を照射する装置としては、例えば、エキシマ放電によってエキシマ分子を形成し、当該エキシマ分子から放射される、例えば、波長１７０ｎｍ付近の光を利用するエキシマランプを光源として具えてなるものが用いられている。このようなエキシマランプは、より高強度の紫外線を効率よく放射するために多くの試みがなされている。

図１は、エキシマランプの構成を示す説明用断面図であって、（ａ）放電容器２の長手方向に沿った断面を示す横断面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
特開２００７−３３５３５０公報に記載によると、エキシマランプ１は、紫外線を透過する合成石英ガラスよりなる放電容器２を備え、この放電容器２の内側と外側にそれぞれ電極５、６が設けられており、放電容器２の放電空間Ｓに曝される表面の一部に、紫外線反射膜８が形成されている。紫外線反射膜８としては、シリカ粒子のみからなるもの、および、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子のみからなるものが例示されている。
このエキシマランプ１において、放電容器２に、紫外線反射膜８が形成されていないことにより放電空間Ｓ内で発生した紫外線を出射する光出射部７が形成されている。

このような構成のエキシマランプ１によれば、放電容器２の、放電空間Ｓに曝される表面に、紫外線反射膜８が設けられていることにより、紫外線反射膜８が設けられた領域においては、放電空間Ｓ内で発生した紫外線が紫外線反射膜８によって反射されるので、合成石英ガラスに透過することによる減衰が小さくなる。また、紫外線反射膜８によって反射され、光出射部７を構成する領域においてのみ紫外線が石英ガラスを透過して外部に放射されるので、放電空間Ｓ内で発生した紫外線を対象物に効率よく照射することができる。しかも、紫外線反射膜８がシリカ粒子を主体として構成されていることによって、合成石英ガラスよりなる放電容器２に対して高い親和性が得られる。
特開２００７―３３５３５０公報

ところで近年、照射対象である液晶パネル表示素子の基板が大面積化していることに伴って、エキシマランプ１も長尺化しており、例えば、全長が８００ｍｍを超えるようなエキシマランプ１が求められている。しかしながら、このような長尺のエキシマランプ１では、点灯中に放電容器２が割れるという不具合が発生した。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであって、放電空間内においてエキシマ放電を発生させて真空紫外光を放射するエキシマランプにおいて、点灯中に放電容器が割れるという不具合を解消することができるエキシマランプを提供することを目的とする。

本願第１の発明は、内側管と外側管とが同軸方向に配置された二重管構造の石英ガラスよりなる放電容器と、当該放電容器を形成する石英ガラスが介在する状態で一対の電極が設けられてなり、放電空間内にキセノンガスが封入されてなり、前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプにおいて、前記内側管は溶融石英ガラスにより形成され、前記外側管は合成石英ガラスにより形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
また、本願第２の発明は、本願第１の発明において、前記放電容器は、少なくとも内側管の外周面の放電空間に曝される表面の全域にわたって、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子により構成された紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
また、本願第３の発明は、本願第２の発明において、前記内側管は電気溶融石英ガラスにより形成され、前記シリカ粒子は合成石英ガラスより形成されていることを特徴とする。
また、本願第４の発明は、本願第２の発明または第３の発明において、前記内側管の外周面に形成された紫外線反射膜の膜厚は、１０μｍ以上であることを特徴とする。
また、本願第５の発明は、本願第２の発明乃至第４の発明のいずれかの発明において、前記紫外線散乱粒子には、アルミナ粒子を含むことを特徴とする。

本願第１の発明に係るエキシマランプによれば、高温になりやすい内側管を溶融石英ガラスにより構成し、内側管に比べて温度が低く維持される外側管を合成石英ガラスにより構成することによって、外側管と内側管との間の熱膨張による収縮差が小さくなり、エキシマランプの点灯中に放電容器が割れるという不具合を解消することができる。

また、本願第２の発明に係るエキシマランプによれば、内側管を溶融石英ガラスで構成しても、内側管の外周面の放電空間に曝される表面の全域にわたって紫外線反射膜を形成することによって、内側管に真空紫外光が照射されることを防止し、放電容器の劣化を抑制することができる。したがって、放電空間内においてエキシマ放電を発生させて真空紫外光を放射するエキシマランプにおいても、放電容器を構成する内側管を溶融石英ガラスによって構成することができる。

また、本願第３の発明に係るエキシマランプによれば、電気溶融石英ガラスより形成される内側管の外周面に、合成石英ガラスよりなるシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子よりなる紫外線反射膜を形成することにより、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）を含む内側管とＯＨ基を含む紫外線反射膜とが反応して、Ｓｉ―Ｈの形で化学的に結合するため、内側管と紫外線反射膜との付着界面における密着性が高まり、紫外線反射膜が剥がれることを効果的に予防することができる。

また、本願第４の発明に係るエキシマランプによれば、内側管の外周面に、膜厚が１０μｍ以上となるように紫外線反射膜を形成することによって、紫外線反射膜において真空紫外光をほぼ完全に遮断し、内側管に真空紫外光が照射されないようにすることができる。したがって、内側管に紫外線のエネルギーが蓄積されることを防ぎ、紫外線による歪を原因とする劣化を抑制することができる。

また、本願第５の発明に係るエキシマランプによれば、紫外線反射膜にアルミナ粒子を含むことにより、互いに隣接するシリカ粒子とアルミナ粒子とが粒子同士で結合されることが防止されて粒界が維持され、紫外線反射膜の反射率の低下を抑制することができる。

図１は、エキシマランプ１の構成を示す説明用断面図であって、（ａ）放電容器２の長手方向に沿った断面を示す横断面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
エキシマランプ１は、円筒状の外側管３と円筒状の内側管４とよりなる放電容器２を有する。放電容器２は、例えば、管軸方向の長さが８００〜１６００ｍｍであり、外側管３の直径が２５〜４０ｍｍであり、内側管４の直径が１５〜３０ｍｍとなっている。

内側管４の直径は外側管３の直径より小さくなるように構成されており、外側管３の内部に内側管４を配置している。外側管３の管軸に沿って内側管４が配置されるので、放電容器２は外側管３と内側管４とが同軸方向に配置された二重管構造となっている。外側管３の端部と内側管４の端部とを溶着することによって側壁部９が形成され、外側管３の内周面３ａと内側管４の外周面４ｂとの間が気密空間となり、放電容器２の内部に気密に閉塞された環状の放電空間Ｓが形成されている。

放電容器２は、真空紫外光を良好に透過する石英ガラスより構成されるが、外側管３及び側壁部９は金属不純物の濃度が低い合成石英ガラスより構成され、内側管４は金属不純物の濃度が合成石英ガラスに比べて高い溶融石英ガラスより構成される。

外側管３には、外周面３ｂ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外側電極５が設けられる。外側電極５は、金属線をシームレスに円筒状に編んだものの中に放電容器２を挿入したもので、網状の形状をなし、網目の間から光を放射することができる。
内側管４には、内周面４ａに密接して、例えばアルミニウムよりなる、パイプ状の内側電極６が設けられる。内側電極６は、内側管４の管軸方向に沿って形成されるが、管軸方向両端から約２０ｍｍの範囲においては内側電極６が設けられていないクリアランスが形成されている。なお、内側電極６は、断面において一部に切り欠きを有する概略Ｃ字状（樋状）であってもよい。

外側電極５と内側電極６とは、放電容器２を構成する石英ガラスを挟んで、互いに向かい合うように配置されている。このように構成することにより、放電容器２を構成する石英ガラスが誘電体としての機能も果たしている。
また、放電容器２の放電空間Ｓには、放電用ガスとして、キセノンガスが封入されている。ここに、キセノンガスは、常温において圧力が例えば１０〜６０ｋＰａ（１００〜６００ｍｂａｒ）の範囲内となる封入量とされる。

外側電極５と内側電極６との間に高周波高電圧が供給されると、誘電体として機能する石英ガラスよりなる放電容器２を介在させて両電極間に放電が生成される。周囲の部材への漏電防止のため、エキシマランプ１の外部に露出して配置される外側電極５を接地電極とし、エキシマランプ１の内部に配置される内側電極６を高電圧供給電極とすることが好ましい。

放電空間Ｓには放電用ガスが封入されているので、外側電極５と内側電極６との間の放電によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光が放射されるエキシマ放電が生じる。放電用ガスとしてキセノンガスを用いた場合は、波長１７２ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出される。

エキシマランプ１を点灯させると、放電容器２の表面に形成された外側電極５と内側電極６とに電力が供給されているため、放電容器２にも熱が伝わり温められる。放電空間Ｓに曝される内側管４の外周面４ｂの面積は、外側管３の内周面３ａの面積に比べて小さい。外側電極５と内側電極６とには、ほぼ同程度の電力量が投入されるので、面積が小さい内側管４の外周面４ｂの単位面積当りの投入電力は、外側管３の内周面３ａの単位面積当りの投入電力より大きくなる。

また、外側管３の外周面３ｂは外気に曝されて放熱されやすいが、内側管４は放電空間Ｓに囲まれているため、内側管４の内周面４ａを積極的に冷却しない限り、熱がこもりやすい。二重管構造の放電容器２は、構造的な特徴により、エキシマランプ１の点灯中に内側管４が外側管３に比べて高温になる。

石英ガラスに限らず物質は、温度が高くなればなるほど、より大きく膨張する性質がある。二重管構造の放電容器２は、点灯時に内側管４が外側管３に比べて高温になって、より大きく膨張したため、放電容器１が割れるという不具合が発生したものと考えられる。そこで、外側管３を熱膨張の大きい部材により構成し、内側管４を熱膨張の小さい部材により構成すべきであることを見出した。

ガラス工学ハンドブック（朝倉書店）ｐ４８８の記載によると、合成石英ガラスでは、１５０℃における膨張係数は０．５４×１０^−６・Ｋ^−１となり、３１０℃における膨張係数は０．５９×１０^−６・Ｋ^−１となる。一方、溶融石英ガラスでは、３１０℃における膨張係数は０．５５×１０^−６・Ｋ^−１となる。これらの数値から、石英ガラスの中でも、溶融石英ガラスは合成石英ガラスより熱膨張が小さいことがわかる。

高温になりやすい内側管４を溶融石英ガラスにより構成し、内側管４に比べて温度が低く維持される外側管３を合成石英ガラスにより構成することによって、外側管３と内側管４との間の熱膨張による収縮差が小さくなり、エキシマランプ１の点灯中に放電容器２が割れるという不具合を解消することができる。
また、合成石英ガラスも溶融石英ガラスも二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）を主成分とする石英ガラスの一種なので、外側管３と内側管４とを膨張率の異なる部材としても、加工等がしやすい。

エキシマランプ１は、エキシマ放電によって発生する真空紫外光を効率良く利用するために、放電容器２の放電空間Ｓに曝される表面に、紫外線散乱粒子よりなる紫外線反射膜８が設けることもできる。特に、内側管４の外周面４ｂには、放電空間Ｓに曝される表面の全域にわたって紫外線反射膜８が形成されている。一方、外側管３は、紫外線反射膜８が形成されていないことによって、放電空間Ｓで生じた真空紫外線を放電容器２の外部に照射するための光出射部７が構成されている。なお、外側管３の内周面３ａまたは外周面３ｂの一部に紫外線反射膜８を形成して、真空紫外光の利用効率を高めることもできる。

内側管４を構成する溶融石英ガラスは、合成石英ガラスに比べて、光の波長が１５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲の真空紫外光を吸収しやすい。吸収された紫外線のエネルギーが放電容器２に溜まり、歪を生じて劣化しやすい。しかし、内側管４の外周面４ｂの放電空間Ｓに曝される表面の全域にわたって紫外線反射膜８を形成することによって、内側管４に真空紫外光が照射されることを防止し、放電容器２の劣化を抑制することができる。

紫外線反射膜８は、それ自体が高い屈折率を有する真空紫外光透過性を有するセラミックスよりなる微小粒子、詳しくは、シリカ粒子を含む紫外線散乱粒子により構成される。紫外線散乱粒子をセラミックスにより構成することにより、紫外線反射膜８から発生する不純ガスの量を低減し、また、放電に耐えられる特性を有する。この紫外線散乱粒子に到達した真空紫外光の一部が粒子の表面で反射されると共に他の一部が屈折して粒子の内部に入射され、さらに、粒子の内部に入射される光の多くが透過され（一部が吸収）、再び、出射される際に屈折される。このような反射、屈折が繰り返し起こる「拡散反射（散乱反射）」をさせる機能を有する。

紫外線反射膜８を構成する紫外線散乱粒子として、例えば合成石英ガラスを粉末状に細かい粒子としたシリカ粒子などが用いられる。シリカ粒子は、合成石英ガラスより構成され、粒子径が例えば０．０１〜２０μｍの範囲内にあるものであって、中心粒径（数平均粒子径のピーク値）が、例えば０．１〜１０μｍであるものが好ましく、より好ましくは０．３〜３．０μｍであるものである。また、紫外線反射膜８に含まれるシリカ粒子の粒径の分布は広範に広がらない方が好ましく、粒径が中心粒径の値となるシリカ粒子が半数以上となるように選別されたシリカ粒子を用いることが好ましい。

通常、光は、粒径が比較的大きな粒子に当たると反射するが、粒径が小さくなると、粒子に光が当たっても反射はせず、散乱が起きる。光の散乱は、粒子の大きさにより三つに分類され、粒子径が波長より小さいときはレイリー散乱が起こり、粒子径が波長と同じ程度のときはミー散乱が起こり、粒子径が波長より大きいときは非選択的散乱が起こる。
特に、レイリー散乱は、散乱された光の強度が入射した光の波長に依存する特徴がある。具体的には、入射光の波長が短いと散乱光の強度が大きくなり、入射光の波長が長いと散乱光の強度が小さくなる。このレイリー散乱を紫外線反射膜８において起こせば、紫外線や真空紫外線といった波長の短い光を、光の強度が大きい散乱光とすることができる。

エキシマランプ１の放電容器２の内部に発生する光の波長は１５０ｎｍ〜３８０ｎｍの範囲にあるので、シリカ粒子およびアルミナ粒子の粒子径を０．０１μｍ〜２０μｍの範囲内、中心粒径を０．３μｍ〜３．０μｍとすることにより、紫外線反射膜８においてレイリー散乱が起こるようにすることができる。なお、シリカ粒子の粒子径を上記範囲よりさらに小さくしてレイリー散乱が起きやすくなるように構成しても、シリカ粒子の焼結が進んで粒界が消滅してしまい、逆に光の散乱性能を失ってしまう。

なお、紫外線反射膜８を構成する紫外線散乱粒子の「粒子径」とは、紫外線反射膜８をその表面に対して垂直方向に破断したときの破断面における、厚み方向におけるおよそ中間の位置を観察範囲として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）によって拡大投影像を取得し、この拡大投影像における任意の粒子を一定方向の２本の平行線で挟んだときの当該平行線の間隔であるフェレー（Ｆｅｒｅｔ）径をいう。

また、紫外線反射膜８を構成する紫外線散乱粒子の「中心粒径」とは、上記のようして得られる各粒子の粒子径についての最大値と最小値との粒子径の範囲を、例えば０．１μｍの範囲で複数の区分、例えば１５区分程度に分け、それぞれの区分に属する粒子の個数（度数）が最大となる区分の中心値をいう。

紫外線散乱粒子を構成するシリカ粒子が一部溶融すること等によって、紫外線反射膜８を放電容器２に付着させている。一般に、線膨張係数の値が等しいまたは近似するものは、接着しやすいという性質がある。シリカ粒子は、石英ガラスよりなる放電容器２と線膨張係数の値がほぼ等しいため、放電容器２との接着力を高める機能を有する。

内側管４は、溶融石英ガラスの中でも、特に、電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）により構成されることが好ましい。電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）は、材料中に含まれるＯＨの濃度が１０ｐｐｍ以下と非常に低く、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）を有するという特徴がある。電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）は、ほとんどがシリカと酸素との結合（Ｓｉ−Ｏ）により構成されているが、一部において酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）を有する。

一方、合成石英ガラスより構成されるシリカ粒子は、ほとんどがシリカと酸素との結合（Ｓｉ−Ｏ）により構成されているが、一部にＯＨ基が存在し、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）はほとんど存在しない。ＯＨ基は、原子間の化学結合が切れやすく、水素（Ｈ）が単独になりやすいという特徴がある。合成石英ガラスより構成されるシリカ粒子は、材料中に含まれるＯＨの濃度が３００ｐｐｍ程度あり、原子間の化学結合が切れて単独となった水素（Ｈ）が発生しやすい。

紫外線反射膜８を構成する合成石英ガラスよりなるシリカ粒子は、６００℃以上の高温になると、ＯＨ基の原子間の化学結合が切れて単独となった水素（Ｈ）が発生し、水素（Ｈ）が拡散する。溶融石英ガラスより構成される内側管４の外周面４ｂに、紫外線反射膜８を付着させて６００℃以上の高温で焼成すると、下に示す化学式の反応が起こる。

紫外線反射膜８から生じた水素（Ｈ）が拡散し、内側管４に含まれる酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）の片側のＳｉと反応する。そして、Ｓｉ−Ｓｉ結合を解裂させ、Ｓｉ―Ｈの形で化学的に結合する。

電気溶融石英ガラスに含まれる酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）は、シリカと酸素との結合（Ｓｉ−Ｏ）に比べて、安定性に欠ける。そこで、紫外線反射膜８に含まれるＯＨ基が原子間の化学結合が切れて単体となり、この水素（Ｈ）が酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）に手を伸ばしてＳｉ−Ｓｉ結合を解裂させ、Ｓｉ−Ｈの形で化学的に結合し、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）よりも安定なものとする。

内側管４の外周面４ｂように、電気溶融石英ガラスよりなる表面に、合成石英ガラスよりなるシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子よりなる紫外線反射膜８を形成すると、内側管４と紫外線反射膜８との付着界面において、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）を含む内側管４とＯＨ基を含む紫外線反射膜８とが上記反応を起こして、Ｓｉ―Ｈの形で化学的に結合する。これにより、内側管４と紫外線反射膜８との付着界面においては、紫外線反射膜８を構成するシリカ粒子が溶融するだけでなく、内側管４を構成する溶融石英ガラスとＳｉ―Ｈの形で化学的に結合するので、内側管４と紫外線反射膜８との密着性が高まり、紫外線反射膜８が剥がれることを効果的に予防することができる。

一方、シリカ粒子はエキシマランプ１の放電空間Ｓにおいて発生するプラズマの熱によって溶融し、粒界が消失されて、真空紫外光を拡散反射させることができなくなって反射率が低下することがある。紫外線散乱粒子として、シリカ粒子だけでなくアルミナ粒子も含むことにより、プラズマによる熱にさらされた場合であっても、シリカ粒子より高い融点を有するアルミナ粒子は溶融しないため、互いに隣接するシリカ粒子とアルミナ粒子とが粒子同士で結合されることが防止されて粒界が維持され、紫外線反射膜８の反射率の低下を抑制することができる。

アルミナ粒子は、粒子径が例えば０．１〜１０μｍの範囲内にあるものであって、中心粒径（数平均粒子径のピーク値）が、例えば０．１〜３．０μｍであるものが好ましく、より好ましくは０．３〜１．０μｍであるものである。また、紫外線反射膜８に含まれるアルミナ粒子の粒径の分布は広範に広がらない方が好ましく、粒径が中心粒径の値となるアルミナ粒子が半数以上となるように選別されたアルミナ粒子を用いることが好ましい。

紫外線反射膜８に含有されるアルミナ粒子の割合は、シリカ粒子とアルミナ粒子との合計の、例えば１ｗｔ％以上であることが好ましく、より好ましくは５ｗｔ％以上、更に好ましくは１０ｗｔ％である。また、紫外線反射膜８に含有されるアルミナ粒子の割合は、シリカ粒子とアルミナ粒子との合計の７０ｗｔ％以下であることが好ましく、より好ましくは４０ｗｔ％以下である。

紫外線反射膜８がシリカ粒子とアルミナ粒子とが上記混合比で構成されていることにより、長時間点灯された場合であっても、シリカ粒子が溶融されて紫外線反射膜８の反射率が大幅に低下してしまうことを確実に抑制することができると共にアルミナ粒子が混入されることによる紫外線反射膜８の放電容器２に対する結着性（接着性）が大幅に低下することがないため、紫外線反射膜８が剥がれることを確実に防止することができる。
また、紫外線散乱粒子としてシリカ粒子のみならずアルミナ粒子も含まれているとき、「粒子径」および「中心粒径」は、シリカ粒子とアルミナ粒子とは区別せずに全てを紫外線散乱粒子として測定する。

紫外線散乱粒子として用いられるシリカ粒子およびアルミナ粒子の製造は、固相法、液相法、気相法のいずれの方法も利用することができるが、これらのうちでも、サブミクロン、ミクロンサイズの粒子を確実に得ることができることから、気相法、特に化学蒸着法（ＣＶＤ）が好ましい。
具体的には、例えば、シリカ粒子は、塩化ケイ素と酸素を９００〜１０００℃で反応させることにより、アルミナ粒子は、原料の塩化アルミニウムと酸素を１０００〜１２００℃で加熱反応させることにより、合成することができ、粒子径は、原料濃度、反応場での圧力、反応温度を制御することにより調整することができる。

紫外線反射膜８は、例えば「流下法」と呼ばれる方法により、形成することができる。まず、放電容器形成材料内に流し込むコート液を調合する。コート液は、紫外線散乱粒子、結着剤、分散剤、および、溶剤から構成される。紫外線散乱粒子は例えばシリカ粒子とアルミナ粒子であり、結着材はオルトケイ酸テトラエチルを含み、分散剤はシランカップリング剤であり、溶剤はエタノールである。

コート液に分散剤を含有することにより、コート液をゲル化して放電容器形成材料に付着させやすくすると共に、コート液中で均等に分散された紫外線散乱粒子を定着させることができる。
コート液に溶剤を含有することにより、コート液の紫外線散乱粒子の含有濃度を調整することができる。
コート液を放電容器形成材料の内部に流し込み、所定の領域に付着させる。

続いて、コート液が付着した放電容器形成材料を酸素雰囲気中で１時間、１１００℃に加熱して焼成すると、分散剤が加熱消失し、紫外線散乱粒子と結着剤だけが残る。溶融石英ガラスは、合成石英ガラスに比べて純度がそこまで高くないため、合成石英ガラスに比べて融点が上がり、１１００℃まで加熱して焼成することができる。

なお、以上においては、両端が封止されてリング状の側壁部９が形成された二重管構造の放電容器２を有するエキシマランプ１について説明したが、図２に示すように、一方の端部のみが封止されてリング状の側壁部９を形成し、他方の端部は、外側管３を閉じる円盤状の外壁部１０と内側管４を閉じる円盤状の内壁部１１が形成されたコ字状となる二重管構造の放電容器２を有するエキシマランプ１についても、適用できる。

放電容器２は、一方の端部において、外側管３と内側管４とが側壁部９によって接合されているが、他方の端部において、外側管３が外壁部１０に閉じられ、内側管４が内壁部１１に閉じられ、外側管３と内側管４とが連接されていない。したがって、エキシマランプの点灯時に、石英ガラスの熱膨張によって伸びる長さが外側管３と内側管４とで異なっても、他方の端部において伸縮することにより伸び量を吸収することができ、外側管３と内側管４とが接合されている側壁部９に応力が集中することがない。

さらに、高温になりやすい内側管４を溶融石英ガラスにより構成し、内側管４に比べて温度が低く維持される外側管３を合成石英ガラスにより構成することによって、外側管３と内側管４との間の熱膨張による収縮差が小さくなり、エキシマランプ１の点灯中に放電容器２が割れるという不具合を解消することができる。
図２に示すコ字状となる二重管構造の放電容器２を有するエキシマランプ１は、放電容器２が軸方向に長い長尺状のエキシマランプ１において、特に好適に用いられる。

図３は、紫外線反射膜８の膜厚と、その光の透過率の関係を示すグラフである。
縦軸を透過率［％］とし、横軸を紫外線反射膜の膜厚［μｍ］とし、その関係を示している。溶融石英ガラスよりなる試験片の表面に紫外線反射膜を形成し、この紫外線反射膜が形成されている表面に真空紫外光を照射した。ここでは波長１７２ｎｍの真空紫外光について、紫外線反射膜が形成されている表面に照射する照射強度に対する、紫外線反射膜及び試験片を透過した光の放射強度の割合を、透過率として示している。なお、波長１５０ｎｍ〜波長２００ｎｍの範囲の真空紫外線領域において、透過率はほぼ同様の傾向を示すことがわかっている。

＜紫外線反射膜の仕様＞
シリカ粒子 ：合成石英ガラス製、粒子径０．１μｍ〜１．０μｍ、中心粒径０．３μｍ
アルミナ粒子：高純度αアルミナ製、粒子径０．１μｍ〜１．０μｍ、中心粒径０．３μｍ
混合比 ：シリカ粒子：アルミナ粒子＝９０ｗｔ％：１０ｗｔ％
グラフより、紫外線反射膜の膜厚を厚くすれば、真空紫外光の透過率が低下することがわかる。紫外線反射膜の膜厚が１０μｍ以上の範囲では、真空紫外光を全く透過しないことがわかる。

内側管４の外周面４ｂに、膜厚が１０μｍ以上となるように紫外線反射膜８を形成することによって、紫外線反射膜８において真空紫外光をほぼ完全に遮断し、内側管４に真空紫外光が照射されないようにすることができる。したがって、内側管４に紫外線のエネルギーが蓄積されることを防ぎ、紫外線による歪を原因とする劣化を抑制することができる。

続いて、合成石英ガラスと溶融石英ガラスとを区別する検証方法を説明する。
石英ガラスには、アルミニウム（Ａｌ）、ホウ素（Ｂ）、金（Ａｕ）、鉄（Ｆｅ）、カリウム（Ｋ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、リン（Ｐ）、チタン（Ｔｉ）などが金属不純物として含まれている。合成石英ガラスに含まれる金属不純物は、分析限界に近い程度（ｐｐｂレベル）しか含まれていないが、溶融石英ガラスには、１〜２０ｐｐｍ程度の金属不純物が含まれている。したがって、石英ガラスに含まれる金属不純物の濃度を調べれば、合成石英ガラスと溶融石英ガラスとを区別することができる。

放電容器２を分析用サンプルの大きさに切り出して試験片とする。試験片をエタノール、純水の順で洗浄し、さらにフッ酸で表面をエッチングする。エッチングした試験片を純水で洗浄し、十分に乾燥させた後、秤量する。つぎに試験片をフッ酸に浸し溶解する。試験片の形状が確認できなくなるまで溶解する。石英ガラス（ＳｉＯ_２）と金属不純物とが溶解されたフッ酸液を加熱することにより、シリカ成分とフッ化水素酸をフッ化ケイ素（ＳｉＦ_４）として蒸発させると、金属不純物成分が残渣となる。残渣に硝酸および硫酸を入れ、金属不純物成分を溶解させる。溶解液を純水で希釈し試料溶液とする。ICP発光分光分析装置を用いて、試料溶液中不純物元素の濃度を定量し、質量換算する。試験片の質量に対する金属不純物の質量から、金属不純物の濃度を算出できる。

続いて、電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）と酸水素溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ２）とを区別する検証方法を説明する。
溶融石英ガラスには、電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）と酸水素溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ２）とがある。電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）は、材料中に含まれるＯＨの濃度が１０ｐｐｍ以下と非常に低く、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）を有するという特徴がある。一方、酸水素溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ２）は、材料中に含まれるＯＨの濃度が３００ｐｐｍ程度あり、酸素欠乏型欠陥（Ｓｉ−Ｓｉ）はほとんど存在しない。したがって、溶融石英ガラスに含まれるＯＨの濃度を調べれば、電気溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ１）と酸水素溶融石英ガラス（ｔｙｐｅ２）とを区別することができる。

石英ガラスの材料中に含まれるＯＨの濃度は、ＦＴ―ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）を用いることによって測定できる。測定器として、例えば、バリアン製 ＦＴＳ−４０が使用できる。ＦＴ―ＩＲ（フーリエ変換赤外分光光度計）では、物質に赤外線を照射すると、ある波長の光が選択的に吸収を受ける特性を利用して、ＯＨの濃度が求められる。赤外吸収スペクトルは物質固有のものであるため、ＯＨの吸収スペクトルを確認することにより、石英ガラスに赤外線を照射したときの特定波長における光の吸収量から、ＯＨの濃度が測定される。

エキシマランプの構成を示す説明用断面図 エキシマランプの構成を示す説明用断面図 紫外線反射膜の膜厚と、その光の透過率の関係を示すグラフ

符号の説明

１ エキシマランプ
２ 放電容器
３ 外側管
４ 内側管
５ 外側電極
６ 内側電極
７ 光出射部
８ 紫外線反射膜

Claims (3)

1. 内側管と外側管とが同軸方向に配置された二重管構造の石英ガラスよりなる放電容器と、当該放電容器を形成する石英ガラスが介在する状態で一対の電極が設けられてなり、放電空間内にキセノンガスが封入されてなり、前記放電容器の放電空間内においてエキシマ放電を発生させるエキシマランプにおいて、
   前記内側管は電気溶融石英ガラスにより形成され、前記外側管は合成石英ガラスにより形成され、前記放電容器は、少なくとも内側管の外周面の放電空間に曝される表面の全域にわたって、合成石英ガラスより形成されたシリカ粒子を含む紫外線散乱粒子により構成された紫外線反射膜が形成されていることを特徴とするエキシマランプ。
2. 前記内側管の外周面に形成された紫外線反射膜の膜厚は、１０μｍ以上であ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. 前記紫外線散乱粒子には、アルミナ粒子を含むことを特徴とする請求項１または２に記載のエキシマランプ。
   
   

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