JP5293430B2

JP5293430B2 - エキシマランプ

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Publication number: JP5293430B2
Application number: JP2009140000A
Authority: JP
Inventors: 新一郎野崎; 幸裕森本
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2029-06-11
Also published as: JP2010287418A

Description

この発明は、ヨウ素ガスおよびバランスガスを含む放電ガスが放電容器に封入され、３００〜３８０ｎｍの波長域の紫外光を効率良く放射するエキシマランプに関する。

液晶ディスプレイの製造工程においては、液晶の画素を構成する際に液晶にモノマーを混入させ、液晶分子を傾斜させた状態でモノマーを重合させることによって液晶分子の傾斜方向を固定させる技術（ＰＳＡ：ＰｏｌｙｍｅｒＳｕｓｔａｉｎｅｄＡｌｉｇｎｍｅｎｔ）が用いられている。ＰＳＡについて開示する特許文献１によれば、モノマーを重合させるための光源として、液晶に与えるダメージが少ないこと、モノマーの感度、液晶用ガラスの透過率等を考慮して、モノマーに対して例えば波長３００−３８０ｎｍの紫外光を照射することが好ましいとされている（特許文献１の段落０２３７）。

モノマーを重合させるために必要とされる波長３００−３８０ｎｍの紫外光を放射する紫外線光源としては種々のものが知られているが、現状ではＰＳＡ用途に最適な光源については検討が重ねられている段階である。例えば、水銀を放電媒体として波長３６５ｎｍの紫外光を主として放射する水銀ランプ、金属ハロゲン化物を放電媒体とするメタルハライドランプ等がＰＳＡ用途の光源の候補とされている。

しかしながら、水銀ランプは、複数の水銀ランプを搭載して紫外線照射装置を構成しようとした場合に紫外線照射装置が大型化するといった問題があり、また、水銀を放電媒体とするために環境への負荷が大きいといったデメリットがある。メタルハライドランプは投入電力に比して放射される紫外線の出力が低いというエネルギー効率の面で問題があり、また、ハロゲン化金属を放電媒体とするために環境への悪影響を無視できない。

エキシマランプは、複数のエキシマランプを搭載して紫外線照射装置を構成しようとした場合に紫外線照射装置を比較的小型化することができると共に、投入電力に比して放射される紫外線の出力が高いためにエネルギー効率に優れ、しかも、キセノンガス、クリプトンガス等の希ガスを放電媒体として使用するので環境への負荷が小さい、という実用的な面でメリットが大きいため、ＰＳＡ用の光源として有望視されている。

エキシマランプは、従来より主として液晶基板等の被処理物の表面に対して真空紫外線を照射することによって被処理物の表面改質をするための光源として使用されているが、ＰＳＡ用途においてモノマーを重合させるために必要とされる波長３００−３８０ｎｍの波長域の紫外光の出力が不十分であった。

特開２００３−１４９６４７号

以上から本発明は、ＰＳＡ用途に最適な光源を提供するために、モノマーを重合させるために必要となる波長３００−３８０ｎｍの波長域の紫外光の出力を、長時間にわたり安定させることのできるエキシマランプを提供することを目的とする。

本発明者は、上記の課題につき鋭意検討したところ、以下の知見を得た。
（１）ヨウ素ガスとバランスガスとを含む放電ガスが封入されたエキシマランプは、放電させた際に励起ヨウ素分子（Ｉ_２ ^＊）が形成され、当該励起ヨウ素分子がピーク波長が３４２ｎｍの紫外光を発する。この紫外光の波長は、ＰＳＡ用途に必要とされる波長域に一致することから、ＰＳＡ用途に極めて有望である。
（２）
ところが、シリカガラスで構成される放電容器を備えるエキシマランプは、その点灯時に放電ガスに含まれるヨウ素ガスがシリカガラスに吸収されるため、点灯時間の経過に従って放電ガスに含まれるヨウ素ガスの量が減少して、励起ヨウ素分子が発する紫外光の出力が不安定になる。
また、このようなエキシマランプは、その点灯時にシリカガラスの表面が放電空間内に生成した放電に曝されることにより、シリカガラスを構成しているＯ（酸素）原子が放電空間内に叩き出され、このＯ原子と放電ガスに含まれるＩ（ヨウ素）原子とが反応してＩ_２Ｏ_５（ヨウ素酸化物）が形成されるため、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの量が減少して、励起ヨウ素分子が発する紫外光の出力が不安定になる。
そこで、放電容器の、放電に曝される表面層を処理して、当該表面層をヨウ素で飽和させるとともに、当該表面層に含まれる酸素が欠乏した状態にする。このようにすれば、ヨウ素ガスの上記した吸収および反応が抑制されて、ヨウ素ガスの量が減少することが抑制されるため、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の出力を安定させることができる。

本発明は、これらの知見に基づき、次のようにして上記の課題を解決する。
請求項１の発明は、シリカガラスによって気密に密閉された放電空間を有する放電容器と、前記放電容器に封入されたヨウ素ガスとクリプトンガスおよびアルゴンガスのうち１種類以上を含むバランスガスとを含む放電ガスと、前記放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光を発するエキシマランプであって、前記放電容器の、放電に曝される表面から深さ２ｎｍ以内の表面層を構成するシリカガラスは、該シリカガラスに含まれるヨウ素原子の原子百分率が２．０％以上であるとともに、Ｏ（酸素）原子とＳｉ（珪素）原子との原子比率Ｏ／Ｓｉが１．５以下であることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項1記載のエキシマランプにおいて、前記放電容器の内表面に
は、シリカ粒子を構成材料とする紫外線反射膜が形成されているとともに、当該放電容器
の紫外線反射膜が形成されていない領域よりなる、放電に曝されるアパーチャー部が形成
されていることを特徴とする。

請求項３記載のエキシマランプは、請求項１記載のエキシマランプにおいて、前記放電ガスの圧力に対する前記ヨウ素ガスの圧力比が０．０４〜０．９％であることを特徴とする。

本発明のエキシマランプは、ヨウ素ガスとバランスガスとを含む放電ガスを放電媒体としたことにより、放電空間に励起ヨウ素分子が生成されてピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光が発生する。
しかも、放電容器の、放電に曝される表面から深さ２ｎｍ以内の表面層を構成するシリカガラスは、ヨウ素原子で飽和した状態であるとともに、酸素原子が欠乏した状態であるため、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの量を一定にすることができる。
したがって、本発明のエキシマランプによれば、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光の出力を長時間にわたり安定させることができる。

本発明のエキシマランプの全体構成を示す斜視図である。本発明のエキシマランプの構成の概略を示す断面図であって、（Ａ）放電容器の長手方向に沿った断面図、（Ｂ）（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。本発明のエキシマランプを製造するための製造装置および本発明のエキシマランプの製造方法を示す模式図である。本発明のエキシマランプの他の実施例の構成の概略を示す断面図であって、（Ａ）放電容器の長手方向に沿った断面図、（Ｂ）（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。実験装置の構成の概略を示す概念図である。ヨウ素濃度の最適範囲を調べるために行った実験の結果を示すグラフである。

図１は、本発明のエキシマランプの全体構成を示す斜視図である。図２は、本発明のエキシマランプの構成の概略を示す断面図であって、（Ａ）放電容器の長手方向に沿った断面図、（Ｂ）（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
エキシマランプ１０は、シリカガラスなどの誘電体により断面が方形状に形成され、長尺中空の放電空間Ｓを有する放電容器１を備える。放電容器１は、図２（Ａ）の上下に位置する長壁部１１および１２と、図２（Ａ）の左右に位置する短壁部１３および１４と、図２（Ｂ）の左右に位置する短壁部１５および１６とで構成される。
放電空間Ｓには、クリプトンおよびアルゴンの何れか１種類以上を含むバランスガス並びにヨウ素ガスを含む放電ガスが封入されている。
長壁部１１、１２のそれぞれの外表面には、格子状の一対の電極２、３が、長壁部１１および１２を構成するシリカガラスと放電空間Ｓとを挟んで対向するように設けられている。
電極２および電極３は、ペースト塗布またはプリント印刷蒸着などによって形成されている。

電極２および電極３は、何れか一方を接地電極とし、他方を高電圧供給電極として、高周波電源よりなる電源装置４に接続されている。エキシマランプ１０は、電極２と電極３との間に、例えば１〜１２０ｋＨｚの交流電圧またはパルス電圧を供給することによって、放電空間Ｓに放電が生成する。

上記のようにして放電が生成すると、放電空間Ｓには、放電容器に封入されたヨウ素の正イオンＩ^＋および陰イオンＩ⁻が、下記［化１］で示すように、放電ガスに含まれるバランスガスの原子又は分子Ｍと衝突することによって励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が形成される。
［化１］
Ｉ^＋＋Ｉ⁻ ＋Ｍ → Ｉ_２ ^＊＋Ｍ

上記の［化１］に示す励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊は、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光を電極３の格子状の網目を透過するように発する。励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊を形成する基になるヨウ素の正イオンＩ^＋および陰イオンＩ⁻は、準安定励起原子のエネルギーによりヨウ素が電離される、所謂ぺニング効果と呼ばれる反応が主な要因となって生成する。

このぺニング効果の発生は、バランスガス原子の準安定励起原子のエネルギーと、ヨウ素原子の電離エネルギーとに密接に関係する。即ち、ぺニング効果は、クリプトンまたはアルゴンの準安定励起原子のエネルギーが、ヨウ素原子の電離エネルギーよりもわずかに高いことによって発生する。参考までに、準安定励起原子のエネルギーは、クリプトンが１０．５ｅＶであり、アルゴンが１１．５、１１．７ｅＶであり、ヨウ素原子の電離エネルギーは１０．４ｅＶである。
したがって、放電ガスに含まれるバランスガスは、ペニング効果を確実に発生させるため、クリプトンガスおよびアルゴンガスの１種類以上を含有することが好ましい。バランスガスは、ペニング効果の発生に影響のない範囲で、クリプトンガス、アルゴンガス以外の他のガスを封入しても良い。

上記した励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊の発生は、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度と密接に関係する。放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％の範囲内にある場合は、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が放電空間Ｓに形成され易くなるため、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光の出力を高めることができる。

このようにして、放電空間Ｓに形成されたＩ_２ ^＊から発せられるピーク波長３４２ｎｍの紫外光は、格子状の電極２および３のそれぞれの隙間を透過して、放電空間Ｓの外方へ放射される。
なお、図１および図２に示す例では、電極２と電極３の双方を格子状に形成しているが、電極２および電極３の何れか一方を格子状に形成し、他方を紫外光を透過する隙間を有しない薄膜により形成して、紫外光が何れかの電極のみを透過して放電空間Ｓの外方へ放射されるようにしても良い。

エキシマランプ１０は、放電容器１の、放電に曝される表面１Ａから深さ２ｎｍ以内の表面層Ｘを構成するシリカガラスが、以下に説明する表面処理が施されることによって、ヨウ素原子で飽和するとともに、化学量論組成比で構成されるシリカ（ＳiＯ_２）に比べ酸素が欠乏した状態になって、２未満の非化学量論組成を有している。

図３は、本発明のエキシマランプの製造方法を説明する模式図である。
表面処理装置３０は、エキシマランプ中間体１０´の、放電に曝される表面に対して、表面処理を施すものである。エキシマランプ中間体１０´は、シリカガラスで構成された放電容器１と、放電容器１の外表面に形成された一対の格子状の電極２および電極３と、電極２および電極３に接続された電源装置４と、放電容器１の長手方向の端部に一体的に固定されたチップ管５とを備える。
チップ管５は、一端が開放されるとともに放電容器１の放電空間Ｓに連通する。チップ管５は、放電容器１への表面処理と放電ガスの充填を行うために設けられ、後述のように、放電ガスを充填した後に溶融させて封じ切られる。
表面処理装置３０は、クリプトンガス等のバランスガスを供給するバランスガス供給機構３１と、チップ管５に一体的に繋がりチップ管５に直交する方向に向けて延伸する枝管３２と、枝管３２内に配置された固体のヨウ素固形物３２Ｉと、中間体１０´の放電空間Ｓを排気するための排気機構３３と、チップ管５と排気機構３３とを繋ぐ主配管３４と、排気機構３３を開閉するバルブ３５とで構成される。
バランスガス供給機構３１は、クリプトンガス等のバランスガスが充填されたガス充填容器３１Ａと、ガス充填容器３１Ａを開閉するバルブ３１Ｂと、ガス充填容器３１Ａ、バルブ３１Ｂおよび主配管３４を繋ぐ配管３１Ｃとで構成される。
排気機構３３は、ターボモレキュラーポンプ、イオンポンプ等である。

放電容器１の表面処理方法は、以下の工程１および工程２を含む。
（工程１）
チップ管５を主配管３４に接続することにより、エキシマランプの中間体１０´と排気機構３３とを接続し、バルブ３１Ｂを閉じる。この状態で、バルブ３５を開放して排気機構３３によって放電空間Ｓを真空引きし、放電空間Ｓの圧力を１０^−５Ｐａ以下にした後に、バルブ３５を閉じる。
また、枝管３２を冷却手段（不図示）によって冷却することにより、ヨウ素固形物３２Ｉからヨウ素ガスが中間体１０´に流入しないようにする。
その後、バルブ３１Ｂを開放し、４０ｋＰａの封入圧でクリプトンガスを放電空間Ｓに封入して、バルブ３１Ｂを閉じる。
その後、電源装置４を駆動して電極２および電極３に高周波電圧を供給して、放電空間Ｓに放電を生成することにより、放電容器１の、放電に曝される表面１Ａの表面処理を行う。この表面処理は２０時間継続して行う。
その後、バルブ３５を開放して、排気機構３３によって放電空間Ｓを真空引きする。バルブ３５は、放電空間Ｓの圧力が所定の圧力以下になったときに閉じる。

（工程２）
工程１の終了後に、枝管３２を所定の温調手段（不図示）によって例えば５５℃に保温し、ヨウ素固形物３２Ｉからヨウ素ガスを発生させ、４００Ｐａの封入圧でヨウ素ガスを放電空間Ｓに供給する。このとき、ヨウ素ガスが凝集することを抑制するために、中間体１０´および表面処理装置３０を一定の温度に保温しておくことが望ましい。
その後、バルブ３１Ｂを開放し、４０ｋＰａの封入圧でクリプトンガスを放電空間Ｓに封入して、バルブ３１Ｂを閉じる。
その後、電源装置４を駆動して電極２および電極３に高周波電圧を供給して、放電空間Ｓに放電を生成することによって、放電容器１の、放電に曝される表面１Ａの表面処理を行う。この表面処理は１０時間継続して行う。
その後、枝管３２を冷却手段によって冷却して、ヨウ素固形物３２Ｉからヨウ素ガスが中間体１０´に流入しない状態にするとともに、バルブ３５を開放して、排気機構３３によって放電空間Ｓを真空引きする。バルブ３５は、放電空間Ｓの圧力が所定の圧力以下になったときに閉じる。

（工程３）
工程２の後に、上記と同様にして、枝管３２を温調手段により保温するとともにバルブ３１Ｂを開放して、５３Ｐａのヨウ素ガスおよび９３ｋＰａのクリプトンガスを放電空間Ｓに供給する。
放電空間Ｓにヨウ素ガスおよびクリプトンガスを供給した後に、枝管３２を冷却手段により冷却するとともに、バルブ３１Ｂを閉じる。
その後、チップ管５の、枝管３２よりも中間体１０´寄りの箇所をバーナーで加熱して溶融させてチップ管５を封じ切ることによって、シリカガラスにより気密に密閉された放電空間Ｓを形成する。

工程１の表面処理を行った後の放電容器１の表面層Ｘ（図２に図示）のシリカガラスは、酸素が放電空間Ｓに叩き出されるため、化学量論組成比で構成されるシリカガラスに比べ酸素が欠乏した状態になり、２未満の非化学量論組成比を有する。
工程１の表面処理では、表面層ＸにおけるＯ（酸素）原子とＳｉ（珪素）原子の原子比率Ｏ／Ｓｉを１．５以下にすることが好ましい。参考までに、化学量論組成比で構成されるシリカガラスの原子比率Ｏ／Ｓｉは２である。
なお、原子比率Ｏ／Ｓｉは、点灯条件（周波数、電力）、ガスの圧力、処理時間などの表面処理条件を変更することにより、適宜調整することができる。

原子比率Ｏ／Ｓｉは、Ｘ線光電子分光装置（Ｘ−ｒａｙＰｈｏｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎＳｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ、以下、ＸＰＳ）を使用した分析法により求められる。この分析法は入射Ｘ線のエネルギーｈνを一定として、Ｘ線によって励起および放出される光電子のエネルギーＥ_ｋｉｎを測定し、以下の式１より電子の試料中における結合エネルギーＥ_ｂを得る方法である。
［式１］
Ｅ_ｋｉｎ＝ｈν−Ｅ_ｂ
測定サンプルは、エキシマランプ中間体１０´（図３に図示）の放電処理された領域中央を１０ｍｍ四方程度の大きさに切り出したものとした。
測定条件は、Ｘ線源がＡｌＫαモノクロ（１５ｋV、２５Ｗ）、光電子取り込み角が４５°である。
この測定によって横軸に電子の結合エネルギー、縦軸に電子カウント数をとったスペクトルが得られる。各軌道電子の結合エネルギーは元素によって異なるので、結合エネルギー分布のピーク位置から元素の同定、ピーク面積比から元素の存在比や濃度を得ることができる。
また、サンプル内部深くで発生した光電子は非弾性散乱によってそのエネルギーを失ってしまいサンプルの外へ脱出できないため、検出可能な光電子は表面近傍由来のものに偏っている。この光電子脱出深さがＸＰＳの検出深さである。検出深さは入射Ｘ線のエネルギー、検出元素の種類、母材の種類、光電子取り込み角によって決まり、本件の測定条件において、ＳｉＯ_２中のＩ原子とＯ原子の検出深さは２ｎｍとなる。
原子比率Ｏ／Ｓｉは酸素原子Ｏ１ｓ軌道ピークの面積をＳ１、珪素原子Ｓｉ２ｐ軌道ピークの面積をＳ２としたとき、以下の式２により算出される。面積Ｓ１およびＳ２を算出する際のバックグラウンドは、Ｓｈｉｒｌｅｙ法を用いて引いた。
［式２］
Ｏ／Ｓｉ＝Ｓ１／Ｓ２

工程２の表面処理を行った後の放電容器１の表面層Ｘは、シリカガラスがヨウ素で飽和された状態になる。
工程２の表面処理では、表面層Ｘを構成するシリカガラスに含まれるヨウ素原子の原子百分率を２．０％以上にすることが好ましい。なお、ヨウ素原子の原子百分率は、点灯条件（周波数、電力）、ガスの圧力、処理時間などの表面処理条件を変更することにより、適宜調整することができる。

ヨウ素原子の原子百分率の測定は、Ｏ／Ｓｉを算出したときと同様にして、ＸＰＳを用いて行った。
ヨウ素原子の原子百分率Ｒ（％）は、結合エネルギー分布の、酸素原子Ｏ１ｓ軌道ピークの面積をＳ１、珪素原子Ｓｉ２ｐ軌道ピークの面積をＳ２、ヨウ素原子Ｉ３ｄ５軌道ピークの面積をＳ３したとき、以下の式３から算出される。
［式３］
Ｒ＝１００×Ｓ３／（Ｓ１＋Ｓ２＋Ｓ３）

本発明のエキシマランプ１０は、クリプトンガスおよびアルゴンガスの１種類以上を含むバランスガス並びにヨウ素ガスを含む放電ガスを放電空間Ｓに封入したことにより、放電空間Ｓに励起ヨウ素分子（Ｉ_２ ^＊）が形成され、当該励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊からピーク波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光が放射される。
しかも、本発明のエキシマランプ１０は、放電容器１の、放電に曝される表面層Ｘを構成するシリカガラスが、ヨウ素原子で飽和した状態であるため、ヨウ素ガスが表面層Ｘのシリカガラスに吸収されることを抑制することができる。さらには、放電容器１の、放電に曝される表面層Ｘを構成するシリカガラスが、酸素原子が欠乏した状態になることにより、Ｏ原子とＳｉ原子の原子比率が２未満の非化学量論組成を有するため、表面層Ｘから放電空間Ｓに放出される酸素の量が低減され、ヨウ素ガスと酸素とが結合することによりヨウ素酸化物が形成されることを抑制することができる。
したがって、本発明のエキシマランプ１０は、点灯時間の経過に従いヨウ素ガスの量が低減することが抑制され、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度を一定にすることができるため、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の出力を安定させることができる。

図４は、本発明のエキシマランプの他の実施例の構成の概略を示す断面図であって、（Ａ）放電容器の長手方向に沿った断面図、（Ｂ）（Ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
エキシマランプ２０は、図１および図２に示すエキシマランプ１０と同様に、シリカガラスよりなる長壁部１１および１２と、短壁部１３、１４、１５および１６とによって断面が方形状に形成された、長尺中空の放電空間Ｓを有する放電容器１と、放電空間Ｓに封入された、クリプトンガスおよびアルゴンガスの１種類以上を含むバランスガス並びにヨウ素ガスを含む放電ガスと、放電容器１における長壁部１１および１２の外表面に、それぞれ長壁部１１および１２と放電空間Ｓとを挟んで対向するように設けられた格子状の電極２および電極３と、電極２および電極３に接続された電源装置４とを備えている。
さらに、放電容器１の内表面には、前述の励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が発するピーク波長３４２ｎｍの紫外光を反射する紫外線反射膜１７が形成されている。

紫外線反射膜１７は、例えば、放電容器１における一方の長壁部１１の、一方の電極２に対応する内表面領域と、この領域に連続する短壁部１３および１４の内表面領域の一部とにわたって形成されている。紫外線反射膜は、シリカ粒子およびアルミナ粒子の１種類以上から構成され、膜厚が例えば１０〜１００μｍである。
放電容器１は、他方の長壁部１２の、他方の電極３に対応する内表面領域において、紫外線反射膜が形成されていないことによってアパーチャー部１８が形成されている。アパーチャー部１８は、被処理物側に設けられる。
アパーチャー部１８の、放電に曝される表面層Ｘを構成するシリカガラスは、前述した工程１および工程２の表面処理が施されることにより、ヨウ素原子で飽和した状態であるとともに、酸素原子が欠乏した状態であり、Ｏ（酸素）原子とＳｉ（珪素）原子の原子比率が２未満の非化学量論組成を有する。

紫外線反射膜１７は、シリカ粒子およびアルミナ粒子それ自体が高い屈折率を有する紫外光透過性を有するものであることから、シリカ粒子またはアルミナ粒子に到達したピーク波長３４２ｎｍの紫外光の一部が、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、出射されるに際して屈折される。即ち、紫外線反射膜１７は、このような屈折、反射が繰り返し生じる「拡散反射」させる機能を有する。

エキシマランプ２０は、電極２および電極３に、例えば１〜１２０ｋＨｚの交流電圧またはパルス電圧を供給することによって、放電空間Ｓに励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が形成されて、励起ヨウ素分子Ｉ_２ ^＊が発するピーク波長３４２ｎｍの紫外光が、直接或いは紫外線反射膜１７で反射されて、アパーチャー部１８を介して他方の長壁部１２の外表面に設けた格子状の電極３の隙間を透過して放電空間Ｓの外方へ出力される。

本発明のエキシマランプ２０は、放電容器１の内表面に紫外線反射膜１７を有しているので、次のような効果を期待することができる。
一方の長壁部１１方向に放射された紫外光を紫外線反射膜１７によってアパーチャー部１８の方向へ反射させることができるため、放電容器１の外部に当該紫外光の反射ミラー等を設ける必要がないので、エキシマランプを光照射装置に搭載した際に装置の構成を簡略化することができる。
また、放電空間Ｓで発生したピーク波長３４２ｎｍの紫外光が紫外線反射膜１７によって反射され、一方の長壁部１１のシリカガラスに入射することがなく、アパーチャー部１８に対応する他方の長壁部１２のシリカガラスを透過して放電空間Ｓの外方へ放射されるため、紫外線反射膜１７が形成されている一方の長壁部１１のシリカガラスへの紫外線歪みによるダメージを低減することができる。

さらに、本発明のエキシマランプ２０においては、アパーチャー部１８の、放電に曝される表面層Ｘを構成するシリカガラスが、ヨウ素原子で飽和された状態であるとともに、酸素が欠乏した状態になって２未満の非化学量論組成を有するため、図１および図２に示すエキシマランプと同じ理由により、点灯時間の経過に従いヨウ素ガスの量が低減することが抑制され、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度を一定にすることができるため、ピーク波長３４２ｎｍのヨウ素分子発光の出力を安定させることができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例を説明する。
＜実験例１＞
実験例１は、放電容器１の、放電に曝される表面層Ｘを構成するシリカガラスにおける、ヨウ素原子の百分率と原子比率Ｏ／Ｓｉの最適範囲を調べるために行った。
図１および図２に示す構成に従って、放電容器１の、放電に曝される表面層Ｘにおけるヨウ素原子の百分率と原子比率Ｏ／Ｓｉとが互いに異なる他は同一の構成を有する８種類のエキシマランプＵ１〜Ｕ８を作製した。

各エキシマランプＵ１〜Ｕ８の基本構成は以下に示すとおりである。
〔エキシマランプＵ１〜Ｕ８の基本構成〕
・放電容器の寸法：長手方向２００ｍｍ、幅４８ｍｍ、高さ１５ｍｍ
・放電用ガス：クリプトンガスを９３ｋＰａ、ヨウ素ガスを５３Ｐａ
・エキシマランプの発光長：１２０ｍｍ

各エキシマランプＵ１〜Ｕ８を、３００時間連続点灯させ、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の照度を次のようにして測定することにより、各エキシマランプＵ１〜Ｕ８について点灯開始から３００時間経過後の照度維持率を調べた。各エキシマランプの点灯条件は、電力４８Ｗ、周波数７０ｋＨｚである。

図５は、実験装置の構成の概略を示す概念図である。５２はアルミニウム製のランプハウス、５３はセラミックス製の支持台、５４は受光部である。受光部５４はファイバーにより不図示の分光器本体に接続されている。
エキシマランプＵ１〜Ｕ８の何れかを、ランプハウス５２の内部に配置された支持台５３の上に固定する（以下では、エキシマランプＵ１の照度維持率を測定する場合を説明する）。受光部５４は、エキシマランプＵ１に対向するよう、エキシマランプＵ１の表面から５ｍｍ離した位置に配置する。ランプハウス５２の内部空間に窒素ガスを充填する。
エキシマランプＵ１の一対の電極２、３に交流電圧（矩形波）を印加することによって放電空間に放電を発生させ、電極２の格子状の隙間から放射される波長３４２ｎｍの紫外光を受光部５４に入射させ、受光部５４にファイバーにより接続された分光器によりヨウ素分子発光の強度を測定する。
波長３４２nmの紫外光の強度は、分光器にて測定された分光スペクトルのうち、３２０〜３５０nmの波長域を積算することで求められる。
照度維持率は、ランプ点灯開始時における波長３４２ｎｍの紫外光の強度を１００としたときの、エキシマランプの点灯開始から３００時間経過後における波長３４２ｎｍの紫外光の強度の百分率である。

表１は実験例１の結果を示す。

表１に示す結果より、放電容器１の、放電に曝される表面層Ｘのヨウ素原子の原子百分率（ａｔ％）および原子比率Ｏ／Ｓｉが、共に本発明の範囲内であるエキシマランプＵ１〜Ｕ４は、点灯開始から３００時間経過後の照度維持率が高いことが判明した。本実験を行うことにより、表面層Ｘのヨウ素原子の原子百分率（ａｔ％）および原子比率Ｏ／Ｓｉを、共に本発明の範囲内とすれば、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の照度が長時間にわたり安定することが確認された。
これに対し、表面層Ｘのヨウ素原子の原子百分率（ａｔ％）および原子比率Ｏ／Ｓｉの何れか或いはその両方が本発明の範囲外であるエキシマランプＵ５〜Ｕ８は、点灯開始から３００時間経過後の照度維持率が低かった。

＜実験例２＞
実験例２は、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度の最適範囲を調べるために行った。
実験２は、図１および図２に示す構成に従って、ヨウ素ガスの濃度が０．０１〜２％の範囲内で相互に異なる７種類のエキシマランプを作製した。
〔エキシマランプの基本構成〕
・放電容器の寸法：長手方向２００ｍｍ、幅４８ｍｍ、高さ１５ｍｍ
・放電用ガス：クリプトンガスを９３ｋＰａ、ヨウ素ガスを９〜１５６０Ｐａ
・エキシマランプの発光長：１２０ｍｍ
・表面層Ｘ：ヨウ素原子の原子百分率２％、Ｏ原子とＳｉ原子の原子比率Ｏ／Ｓｉ１．５

各エキシマランプを点灯させ、実験例１と同様にして、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の照度を測定した。各エキシマランプの点灯条件は、電力４８Ｗ、周波数７０ｋＨｚである。
図６は、実験例２の結果を示すグラフである。図６の横軸はヨウ素濃度（％）、縦軸は波長３４２nmの紫外光の強度を示す。ヨウ素濃度は封入ガスの全圧に対するヨウ素ガスの封入圧の割合である。

図６に示す結果より、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％の範囲内である場合は、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の照度が高くなった。
一方、ヨウ素ガスの濃度が０．０４〜０．９％の範囲外である場合は、ピーク波長３４２ｎｍの紫外光の照度が低かった。
従って、放電ガスに含まれるヨウ素ガスの濃度の最適範囲は、０．０４〜０．９％であることが確認された。

１０エキシマランプ
１放電容器
１１、１２長壁部
１３、１４短壁部
１５、１６短壁部
２電極
３電極
４電源装置
５チップ管
２０エキシマランプ
１７紫外線反射膜
１８アパーチャー部
３０表面処理装置
３１バランスガス供給機構
３１Ａガス充填容器
３１Ｂバルブ
３１Ｃ配管
３２枝管
３２Ｉヨウ素固形物
３３排気機構
３４主配管
３５バルブ

Claims

シリカガラスによって気密に密閉された放電空間を有する放電容器と、前記放電容器に封入されたヨウ素ガスとクリプトンガスおよびアルゴンガスのうち１種類以上を含むバランスガスとを含む放電ガスと、前記放電空間を挟んで対向するように配置された一対の電極とを備え、ピーク波長が３４２ｎｍのヨウ素分子発光を発するエキシマランプであって、
前記放電容器の、放電に曝される表面から深さ２ｎｍ以内の表面層を構成するシリカガラスは、該シリカガラスに含まれるヨウ素原子の原子百分率が２．０％以上であるとともに、Ｏ（酸素）原子とＳｉ（珪素）原子との原子比率Ｏ／Ｓｉが１．５以下であることを特徴とするエキシマランプ。
前記放電容器の内表面には、シリカ粒子を構成材料とする紫外線反射膜が形成されているとともに、当該放電容器の紫外線反射膜が形成されていない領域よりなる、放電に曝されるアパーチャー部が形成されていることを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ。
前記放電ガスの圧力に対する前記ヨウ素ガスの圧力比が０．０４〜０．９％であることを特徴とする請求項１記載のエキシマランプ。