KR101246481B1 - 엑시머 램프 - Google Patents

Abstract

자외선 반사층을 구비하여 이루고, 장시간 점등했을 경우에서도, 조도 저하의 정도가 작게 억제되고 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것이다.

방전 용기(20)의 내표면의 일부에 자외선 반사층(30)이 형성된 엑시머 램프(10)이고, 자외선 반사층(30)은, 한쪽의 전극(11)에 대응하는 영역의 적어도 일부에 형성된 퇴적체 A(31)와 전극(11, 12)에 대응하는 영역 이외의 적어도 일부에 형성된 퇴적체 B(32)로 구성되고, 퇴적체 A(31)는 OH기가 포함된 실리카 입자와, 실리카보다 융점이 높은 미소 입자로 이루어지고, 퇴적체 B(32)는 OH기가 포함된 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지고, 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자중의 OH기 농도는 10wtppm 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

엑시머 램프{EXCIMER LAMP}

본 발명은, 자외선을 조사함으로써 세정 처리, 아싱(Ashing) 처리, 성막 처리 등의 표면처리를 피처리체에 실시하기 위해 이용되는 엑시머 램프에 관한 것이다.

액정 표시 장치의 유리 기판, 반도체 웨이퍼 등의 피처리체에 파장(200㎚)이하의 자외선인 진공 자외광을 조사함으로써, 진공 자외광 및 이에 의해 생성되는 오존의 작용에 의해 피처리체를 처리하는 기술, 예를 들면 피처리체의 표면에 부착된 유기 오염 물질을 제거하는 세정 처리 기술이나, 피처리체의 표면에 산화막을 형성하는 산화막 형성 처리 기술이 개발되고 실용화되어 있다.

진공 자외광을 조사하는 장치로서는, 예를 들면, 유전체로 이루어지는 방전 용기 내에 방전용 가스를 봉입하고, 방전 용기를 통해 교류 고전압을 인가함으로써 엑시머 방전을 발생시켜, 진공 자외광인 엑시머 발광을 방사하는 엑시머 램프를 구비한 것이 이용된다. 이와 같은 엑시머 램프에서, 더욱 고강도의 자외선을 효율적으로 방사하기 위해 많은 시도가 이루어지고 있다.

구체적으로는, 엑시머 램프의 방전 용기의 내표면에 자외선 반사층을 형성하 는 것이 행해져 있고 자외선 반사층이 자외선을 투과하는 미소 입자, 예를 들면 실리카만, 혹은 실리카와 다른 미소 입자, 예를 들면, 알루미나, 불화 마그네슘, 불화 칼슘, 불화 리튬, 산화 마그네슘 등을 적층시킴으로써 형성되는 기술이 개시되어 있다(특허 문헌 1 참조).

이러한 구성의 엑시머 램프에서는, 방전 용기 내에서 발생한 자외선 중 광출사부를 향해 직접 방사되지 않는 자외선이, 자외선 반사층으로 입사되고, 자외선 반사층을 구성하는 복수의 미소 입자의 표면에서 굴절, 반사가 반복적으로 행해짐에 의해 확산 반사됨으로써, 광출사부로부터 방사된다. 이에 의해, 자외선을 효율적으로 방사할 수 있다.

자외선을 방사하는 램프에서는, 방전 용기를 구성하는 재료로서 예를 들면 실리카 유리가 널리 이용되고 있다. 따라서, 자외선 반사층을 구성하는 미소 입자로서는, 방전 용기를 구성하는 실리카 유리와의 열팽창율의 차이를 없애거나, 혹은, 지극히 작게 하여 자외선 반사층 실리카 유리에 대한 부착성을 높게 하기 위해, 방전 용기와 같은 재질의 실리카 입자를 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다.

표면 처리의 피처리물은, 예를 들면 액정 패널의 유리 기판과 같이 평탄한 형상의 것이 많다. 그 때문에, 광출사부가 피처리물과 같이 평탄한 형상의 방전 용기로 이루어지는 엑시머 램프는, 광출사부와 피처리물의 틈새를 줄임으로써, 산소에 의한 자외선의 흡수를 억제할 수 있기 때문에 효율적으로 표면 처리를 실시할 수 있다. 이러한 형상의 방전 용기로 이루어지는 엑시머 램프로서 예를 들면, 특허 문헌 2에는, 각형 형상의 방전 용기로 이루어지는 엑시머 램프가 공개되고 있다.

광출사부가 평탄한 방전 용기로 이루어지는 엑시머 램프로서 도 10에 나타내는 것 같은 구조가 있다. 엑시머 램프(10)는 실리카 유리로 이루어지는 평평한 각형의 방전 용기(20)로 이루어지고, 이 방전 용기(20)는 상벽판(上壁板)(21), 하벽판(下壁板)(22), 측벽판(23) 및 단벽판(24)을 연결한 구조가 되어 있고, 내부에 방전용 가스가 봉입되어 있다. 또, 상벽판(21)의 외표면에 고전압 공급 전극(11), 하벽판(22)의 외표면에 접지 전극(12)이 구비되고, 이러한 전극(11, 12)은 서로가 대향하도록 배치되는 방전 공간 S에서 발생된 엑시머 발광은, 광출사부를 겸한 하벽판(22)을 통해 외부로 출사된다.

[특허 문헌 1: 일본국 특허 공개 2007-335350 공보]

[특허 문헌 2: 일본국 특허 공개 2004-113984 공보]

그렇지만, 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층을 구비한 엑시머 램프에서는, 장시간 점등시키면, 조도 유지율이 점차적으로 서서히 저하한다. 이 때문에, 예를 들면, 세정 처리 등의 표면 처리를 실시할 경우에서, 일정한 조도로 처리를 하려고 해도 엑시머 램프의 처리 능력이 점등 시간에 따라 변화한다는 문제가 생긴다.

본 발명은, 이상과 같은 사정에 의거하여 이루어진 것으로서, 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층을 구비하여 장시간 점등한 경우에서도, 조도 저하의 정도를 작게 억제하고, 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있는 엑시머 램프를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본원 제1 발명의 엑시머 램프는, 방전 공간을 가지는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기를 구비하고 당해 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 상태에서 한 쌍의 전극이 설치됨과 더불어, 방전 공간 내에 방전용 가스가 봉입되어 이루고, 방전 용기의 내표면의 일부에 자외선 반사층이 형성된 엑시머 램프로서, 상기 자외선 반사층은, 한쪽의 전극에 대응하는 영역의 적어도 일부에 형성된 퇴적체 A와, 전극에 대응하는 영역 이외의 적어도 일부에 형성된 퇴적체 B로 구성되고, 상기 퇴적체 A는 OH기가 포함된 실리카 입자와 실리카보다 융점이 높은 미소 입자로 이루어지고,

상기 퇴적체 B는 OH기가 포함된 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지고, 상기 자외선 반사층을 구성하는 실리카 입자 중의 OH기 농도는 10wtppm 이상인 것을 특징으로 한다.

또, 본원 제2 발명은, 본원 제1 발명에서, 상기 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠), 상기 퇴적체 B의 설치 면적을 b(㎠), 퇴적체 B의 비표면적을 c(㎠/g), 방전 용기의 내표면적을 d(㎠)로 했을 때, 각각의 관계가

b≥-5.0×10^-7ac+0.35a, 또한, b＞0.02d

를 만족하는 것을 특징으로 한다.

자외선 반사층에 실리카보다 융점이 높은 미소 입자를 혼입시킴으로써, 서로 인접하는 미소 입자끼리로 결합되어 입계가 소실하는 것을 방지하고, 자외선 반사층의 반사율의 저하를 억제할 수 있다. 특히, 전극에 대응하는 영역에 형성되어 있는 퇴적체 A는 플라즈마의 열을 받기 쉽기 때문에, 실리카보다 융점이 높은 미소 입자를 혼입시켜, 자외선 반사층의 반사율의 저하를 억제할 필요가 있다.

또, 자외선 반사층을 구성하는 실리카 입자에 OH기를 포함시킴으로써, 자외선 반사층에 포함되는 실리카 입자에 내부 결함이 생성되는 것을 억제하고, 자외선 반사층에 의한 자외 영역의 파장의 광의 흡수를 방지하고 자외선 반사층의 반사율을 유지하고, 엑시머 램프의 조도 저하의 정도를 작게 억제하고, 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있다. 특히, 자외선 반사층을 구성하는 실리카 입자 중의 OH기 농도를 10wtppm 이상으로 함으로써, 반사 유지율도 조도 유지율도 높은 채로 유지할 수 있고, 장시간 점등할 때의 조도 유지에 관하여 상당히 뛰어난 효과를 발휘한다.

전극이 설치되어 있는 위치에 대응한 방전 용기의 내표면에 형성된 자외선 반사층은, OH기가 함유되어 있으면, 방전 플라즈마에 노출되고, 물을 주성분으로 하는 불순 가스를 방출한다. 물을 주성분으로 하는 불순 가스가 방전용 가스와 결합되면, 엑시머 발광의 조도가 저하하게 된다. 그러나 전극이 설치되어 있지 않은 위치에 대응한 방전 용기의 내표면의 일부에도 자외선 반사층을 형성함으로써, 이 자외선 반사층이 방출된 물과, 또 동시에 물이 플라즈마 중에서 분해되어 생긴 산소를 흡착하고, 엑시머 발광의 조도 저하를 억제할 수 있다. 따라서, 엑시머 램프를 장시간 점등되었을 경우에도, 조도 저하의 정도를 작게 억제하고, 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있다.

퇴적체 B의 비표면적을 고려하고, 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠), 퇴적체 B의 설치 면적을 b(㎠), 퇴적체 B의 비표면적을 c(㎠/g), 방전 용기의 내표면적을 d(㎠)로 했을 때, 각각의 관계가

b≥-5.0×10^-7ac+0.35a, 또한, b＞0.02d

를 만족함으로써, 퇴적체 A로부터 방출되는 불순 가스의 양이, 퇴적체 B가 흡착할 수 있는 불순 가스의 양을 상회하지 않고, 방전 공간에 불순 가스가 잔류하지 않게 할 수 있다. 따라서, 불순 가스에 포함되는 산소 원자가 방전용 가스와 결 합하는 것에 의한 엑시머 발광의 조도 저하를 억제할 수 있고, 엑시머 램프를 장시간 점등시킨 경우에도, 조도의 저하를 억제할 수 있고 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있다.

도 1은 본 발명의 엑시머 램프(10)의 일례에서의 구성의 개략을 나타내는 설명용 단면도이다. (a)는 방전 용기(20)의 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 단면도, (b)는 (a)에서의 A-A'선의 단면도이다.

이 엑시머 램프(10)는, 양단이 기밀하게 봉지되어 내부에 방전 공간 S가 형성된, 단면 사각형 형상의 중공 장척(長尺) 형상의 방전 용기(20)를 구비한다. 이 방전 용기(20)는, 상벽판(21) 및 상벽판(21)에 대향하는 하벽판(22)과 상벽판(21) 및 하벽판(22)에 연결되는 한 쌍의 측벽판(23)과 이들 상벽판(21), 하벽판(22) 및 한 쌍의 측벽판(23)으로 이루어지는 사각통 형상체의 양단을 봉지하도록 설치된 한 쌍의 단벽판(24)으로 이루어진다. 방전 용기(20)는, 진공 자외광을 양호하게 투과하는 실리카 유리, 예를 들면, 합성 석영 유리에 의해 형성된다.

방전 용기(20)의 내부에는 방전용 가스가, 예를 들면, 10~80k㎩의 압력으로 봉입되어 있다. 방전용 가스로서 어떤 가스를 선택해도 방사 강도의 연속적인 변화에 영향을 주는 것이 아니지만, 방전용 가스의 종류에 따라 방사되는 엑시머 발광의 중심 파장은 다르다. 예를 들면, 크세논(Xe)이 봉입된 엑시머 램프에서는 172㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 생기고, 아르곤(Ar)과 염소(Cl)의 혼합 가스가 봉입된 엑시머 램프에서는 175㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 발생하 고, 크립톤(Kr)과 옥소(I)의 혼합 가스가 봉입된 엑시머 램프에서는 191㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 발생하고, 아르곤(Ar)과 불소(F)의 혼합 가스가 봉입된 엑시머 램프에서는 파장 193㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 발생하고, 크립톤(Kr)과 취소(Br)의 혼합 가스가 봉입된 엑시머 램프에서는 207㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 발생하고, 크립톤(Kr)과 염소(Cl)의 혼합 가스가 봉입된 엑시머 램프에서는 222㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 발생하고, 크세논(Xe)과 염소(Cl)의 혼합 가스가 봉입된 엑시머 램프에서는 308㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광이 발생한다.

방전 용기(20)에서의 상벽판(21)의 외표면에 고전압 공급 전극(11), 하벽판(22)의 외표면에 접지 전극(12)을 구비할 수 있고, 이들의 전극(11, 12)은 서로가 대향하도록 배치된다. 이러한 전극(11, 12)은, 망 형상 구조가 되어 있고 그물코 사이로부터 광이 투과하도록 형성되어 있다. 재질로서 예를 들면, 알루미늄, 니켈, 금 등이 이용되고 예를 들면, 스크린 인쇄, 또는, 진공 증착의 수단에 의해 형성된다. 또, 각각의 전극(11, 12)은 적절한 고주파 전원(도시하지 않음)에 접속되어 있다.

상기 엑시머 램프(10)에서는, 엑시머 방전에 의해 발생하는 진공 자외광을 좋은 효율로 이용하기 위해, 방전 용기(20)의 방전 공간 S에 대면하는 내표면에, 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층(30)이 설치되어 있다. 자외선 반사층(30)은 퇴적체 A(31) 및 퇴적체 B(32)로 구성된다. 퇴적체 A(31)는, 고전압 공급 전극(11)이 설치되어 있는 방전 용기(20)의 방전 공간 S에 대면하는 내표면의 일부, 즉, 상 벽판(21)의 내표면의 고전압 공급 전극(11)에 대응하는 영역의 일부에 형성된다. 또, 퇴적체 B(32)는, 고전압 공급 전극(11)이나 접지 전극(12)이 설치되지 않은 방전 용기(20)의 방전 공간 S에 대면하는 내표면의 일부, 즉, 전극(11, 12)에 대응하는 영역으로부터 벗어난 상벽판(21) 및 하벽판(22)의 내표면 및 측벽판(23) 및 단벽판(24)의 내표면 중 어느 영역에 형성된다. 즉, 상벽판(21)의 내표면의 고전압 공급 전극(11)에 대응하는 영역에 형성되어 있는 자외선 반사층(30)을 퇴적체 A(31)라고 부르고, 방전 용기(20)의 내표면의 그 외의 영역에 형성되어 있는 자외선 반사층(30)을 퇴적체 B(32)라고 부른다.

한편, 방전 용기(20)에서의 하벽판(22)의, 접지 전극(12)에 대응하는 내표면에서 자외선 반사층(30)이 형성되어 있지 않음에 의해 광출사부가 구성되어 있다.

퇴적체 A(31)는, 두께가 예를 들면 5~1000㎛이고, 실리카 입자와, 실리카보다 융점이 높고, 자외선을 투과하는 미소 입자로 구성되어 있다. 실리카보다 융점이 높고, 자외선을 투과하는 미소 입자란, 예를 들면, 알루미나, 불화 리튬, 불화 마그네슘, 불화 칼슘, 불화 바륨 등이다.

이러한 퇴적체 A(31)에 진공 자외광이 입사하면, 일부는 미소 입자의 표면에서 반사하고, 또 일부는 굴절하여 입자의 내부에 투과하고, 다시 다른 표면에서 반사 또는 굴절한다. 복수의 미소 입자에서 이러한 반사, 굴절이 반복하여 일어남으로써, 진공 자외광은 확산 반사된다.

그러나 실리카 입자는 엑시머 램프(10)에서 발생하는 플라즈마의 열에 의해 용융하고, 입계가 소실되고, 진공 자외광을 확산 반사시킬 수 없게 되어 반사율이 저하할 때가 있다. 특히, 고전압 공급 전극(11)에 대응하는 영역에 형성되어 있는 퇴적체 A(31)는 플라즈마의 열을 받기 쉽고, 퇴적체 A(31)를 구성하는 실리카 입자는 용융하기 쉽다. 한편, 실리카보다 융점이 높은 미소 입자는, 플라즈마에 의한 열로 노출된 경우에도 용융하지 않는다. 따라서, 퇴적체 A(31)에 실리카보다 융점이 높은 미소 입자를 혼입시킴으로써, 서로 인접하는 미소 입자끼리 결합되어 입계가 소실하는 것을 방지하고, 퇴적체 A(31)의 반사율의 저하를 억제할 수 있다.

퇴적체 B(32)는, 두께가 예를 들면 10~1000㎛이고, 실리카 입자를 함유하는 미소 입자에 의해 구성되어 있다. 퇴적체 B(32)를 구성하는 미소 입자는, 실리카 입자만으로 이루어지는 것이라도, 그 외에 산소와 결합하는 물질을 포함하고, 또한 자외선을 투과하는 물질로 이루어지는 절연성의 미소 입자가 혼재되어 이루는 것, 예를 들면, 알루미나, 불화 리튬, 불화 마그네슘, 불화 칼슘, 불화 바륨이라도 된다.

퇴적체 B(32)에 진공 자외광이 입사해도, 복수의 미소 입자에서 반사, 굴절이 반복적으로 일어남으로써, 진공 자외광은 확산 반사된다. 또, 퇴적체 B(32)는, 전극(11, 12)에 대응하는 영역 이외의 방전 용기(20)의 내표면에 형성되어 있는 것이므로, 플라즈마에 의한 열의 영향을 받기 어렵다. 따라서, 퇴적체 B(32)를 실리카 입자만으로 이루어지는 것으로 구성해도, 인접하는 미소 입자끼리 결합하는 것에 의한 입계의 소실이 발생하기 어렵다.

미소 입자는, 이하와 같이 정의되는 입자 직경이, 예를 들면 0.01~20㎛의 범위 내에 있는 것으로서, 중심 입경(개수 기준의 입도 분포의 최대값)이, 퇴적체 A(31)에서, 예를 들면 0.1~10㎛인 것이 바람직하고, 더 바람직하기는 0.1~3㎛이고, 퇴적체 B에서도 마찬가지로, 예를 들면 0.1~20㎛인 것이 바람직하다.

여기에서, 언급하는 「입자 직경」이란, 자외선 반사층(30)의 표면에 대해 수직 방향으로 파단했을 때의 파단면에서의, 두께 방향의 대략 그 중간 위치를 관찰 범위로서 주사형 전자 현미경(SEM)에 의해 확대 투영상을 취득하고, 이 확대 투영상에서의 임의의 입자를 일정 방향의 2개의 평행선으로 사이를 끼웠을 때의 당해 평행선의 간격인 페레이(Feret) 직경을 말한다.

또, 「중심 입경」이란, 상기와 같이 하여 얻어지는 각 입자의 입자 직경에 대한 최대값과 최소값의 입자 직경의 범위를, 예를 들면, 0.1㎛의 범위에서, 복수의 구분 예를 들면, 15 구분 정도로 나누어 각각의 구분에 속하는 입자의 개수(도수)가 최대가 되는 구분의 중심값을 말한다.

이 엑시머 램프(10)에서, 고전압 공급 전극(12)에 점등 전력이 공급되면, 방전 용기(20)를 통해 양전극(11, 12) 사이의 방전 공간 S에 엑시머 방전이 발생한다. 이에 의해, 엑시머 분자가 형성됨과 더불어 이 엑시머 분자로부터 진공 자외광이 방사된다. 방전 공간 S에서 발생한 진공 자외광의 일부는, 직접, 광출사부를 겸한 하벽판(22)을 통해 외부로 출사된다. 또한 일부의 진공 자외광은 상벽판(21)의 방향으로 방사되지만, 자외선 반사층(30)에서 확산 반사되고, 광출사부를 통해 외부로 출사된다.

자외선 반사층(30)을 구성하는 미소 입자가, 진공 자외광의 파장과 동일한 정도의 입자 직경을 가짐으로써, 진공 자외광을 효율적으로 확산 반사시킬 수 있 다.

그러나 상기 자외선 반사층(30)을 구비하는 엑시머 램프(10)를 장시간 점등하면, 초기 조도를 유지하지 못하고, 점등 시간과 더불어 서서히 조도가 저하하는 것이 확인되었다. 발명자들은, 조도 저하의 원인을 모든 방면으로부터 검토하고, 그 요인의 하나가 되는 자외선 반사층(30)의 반사율이 저하되어 있는 것이 아닐까 생각했다.

그래서, 점등 초기의 엑시머 램프(10)의 자외선 반사층(30)의 반사 강도 스펙트럼과 장시간 점등 후의 엑시머 램프(10)의 자외선 반사층(30)의 반사 강도 스펙트럼을 측정하여, 양자를 비교 해석했다. 이 결과로부터, 장시간 점등 후의 엑시머 램프(10)의 자외선 반사층(30)에서는, 자외 영역에 흡수대가 생기고 있었고, 자외선의 일부가 자외선 반사층(30)에 흡수됨으로써 조도 저하가 생기는 것을 알게 되었다.

자외선 반사층(30)에 생기는 자외 영역에서의 흡수대는, 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자가, 방전 중에 자외선이나 플라즈마에 노출됨으로써 방사 손상(radiation damage)을 받아, 자외 영역의 파장의 광을 흡수하는 내부 결함이 생기고, 자외선이 내부 결함에 흡수됨으로써, 확산 반사가 억제되기 때문이라고 생각된다. 내부 결함이란, 실리카 입자의 Si-O-Si 결합이, 자외선이나 플라즈마에 노출됨으로써 생기는, 파장 163㎚ 부근에 흡수단을 가지는 Si-Si 결함, 또는, 파장 215㎚ 부근에 흡수대가 있는 E'center(Si·)의 것이다.

상기와 같은 이유에 의해, 자외 영역의 파장의 광을 흡수하는 내부 결함이 생기는 것은 실리카 입자이고, 조도 저하의 원인이 되는 자외 영역의 파장의 광의 흡수는 실리카 입자의 내부 결함에 의존한다고 생각된다. 또, 알루미나, 불화 리튬, 불화 마그네슘, 불화 칼슘, 불화 바륨 등으로 이루어지는 실리카 입자 이외의 자외선을 투과하는 미소 입자에는, 자외선이나 플라즈마에 노출되도 방사 손상이 생기지 않는다. 따라서, 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자에 내부 결함이 생기는 것을 막음으로써, 조도 저하를 억제하고, 장시간 점등해도 높은 조도 유지율을 유지할 수 있다고 생각된다.

실리카 입자에 내부 결함이 생기는 것을 막기 위해서는, 실리카 입자에 OH기를 함유시키는 것이 유효하다. OH기를 함유시킴으로써, 자외선 반사층(30)에 포함되는 실리카 입자에 내부 결함이 생성되는 것을 억제하고, 자외선 반사층(30)의 반사율의 저하를 막을 수 있다.

이어서, OH기를 포함하는 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층(30)의 형성 방법에 대해 설명한다. 자외선 반사층(30)은, 예를 들면 「유하법」이라고 불리는 방법에 의해, 방전 용기 형성 재료의 내표면에서의 소정의 영역에, 실리카 입자를 함유하는 입자 퇴적층이 형성된다. 예를 들면, 물과 PEO 수지(폴리에틸렌옥사이드：polyethylene oxide)를 조합한 점성을 가지는 용제에, 미소 입자를 혼합하여 분산액을 조정하고, 이 분산액을 방전 용기 형성 재료 내에 흘려 넣는다. 그리고 분산액을 방전 용기 형성 재료의 내표면에서의 소정의 영역에 부착시킨 후, 건조, 소성함으로써 물과 PEO 수지를 증발시켜, 이에 의해, 입자 퇴적층을 형성할 수 있다. 여기에서, 소성 온도는, 예를 들면 500℃~1100℃가 된다.

실리카 입자에 OH기를 함유시키는 방법의 일례로서 OH기를 포함하지 않는 실리카 입자를, 수증기를 공급하면서 전기로 가열(예를 들면, 1000℃)함으로써, 다량의 OH기를 포함하는 실리카 입자를 제작할 때가 있다. 이러한 처리를 한 실리카 입자를 이용함으로써, OH기를 포함하는 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층(30)을 형성할 수 있다.

또, 그 외의 수법으로서 OH기를 포함하지 않는 실리카 입자를 이용하여 방전 용기 형성 재료의 내표면에서의 소정 영역에 부착시킨 후, 수증기를 공급하면서 소성함으로써, 실리카 입자에 OH기를 포함하게 할 수도 있다. 또, OH기를 포함하지 않는 실리카 입자를 이용해 소성하고 자외선 반사층(30)을 형성한 후, 다시 수증기를 공급하면서 전기로 가열함으로써도 실리카 입자에 OH기를 포함하게 할 수 있다.

또한, 구입함으로써 입수할 수 있는 실리카 입자는, 그 제조 방법에 의해 OH기를 포함하는 제품도 있지만, 그 중에서는 OH기 농도가 적은 제품도 있기 때문에, 상기 방법에서 일단 고농도의 OH기를 함유시키는 것이 바람직하다.

실리카 입자에 포함되는 OH기의 농도는, 온배기(溫排氣) 조건을 여러 가지 선택함으로써, 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자에 포함되는 OH기 농도를 임의의 값으로 조정할 수 있다. 예를 들면, 유지 온도가 일정해도, 유지 시간을 길게 함에 따라, 더욱 많은 OH기를 제거할 수 있다. 실리카 입자에 미리 포함시키던 OH기의 양을 고려하고, 온배기에 의해 제거하는 OH기의 양을 조제함으로써, 임의의 OH기 농도의 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층(30)을 형성할 수 있다.

엑시머 램프에 관한 제1 실험을 나타낸다.

도 1(a), (b)에 나타내는 구성에 따라, 자외선 반사층을 구비하는 엑시머 램프를 제작했다.

［엑시머 램프의 기본 구성］

방전 용기는, 재질이 실리카 유리로서, 치수가 15㎜×43㎜×350㎜ 두께가 2.5㎜이다.

고전압 공급 전극 및 접지 전극의 치수는, 30㎜×300㎜이다.

자외선 반사층은, 중심 입경 1.5㎛의 실리카 입자를 성분비 90중량%, 중심 입경 1.5㎛의 알루미나 입자를 성분비 10중량%로서 혼합한 것으로 구성되고, 유하법에 의해 각각 형성하고, 소성 온도는 1000℃로 했다.

방전용 가스로서 크세논을 방전 용기 내에 40k㎩로 봉입했다.

상기 구성을 가지는 엑시머 램프에 대해, 실리카 입자 중의 OH기 농도, 반사 유지율, 및, 조도 유지율을 측정했다. 자외선 반사층을 방전 용기로부터 모두 깎아내고, 승온 이탈 가스 분석법을 이용해 측정함으로써, 자외선 반사층에 포함되는 실리카 입자 중의 OH기 농도를 산출했다. 또, 깎아낸 자외선 반사층에 포함되는 실리카 입자의 성분비를 구하고, 성분비로부터 실리카 입자만의 중량에 대한 OH기의 중량을 산출하여 계산했다. 또한, 진공 자외광 분광 장치(VUV)나 자외선 조도 측정기를 이용하여, 초기 상태에 대한 500시간 연속 점등 후의 자외선 반사층의 반사 유지율 및 조도 유지율을 측정했다.

램프 1~5의 측정 결과를 표 1에 나타낸다.

[표 1]

도 2는, 표 1에 나타내는 측정 결과에 대해, 가로축에 실리카 입자 중 OH기 농도(wtppm), 세로축에 반사 유지율(%)로 하고, 램프 1~5의 값을 플롯한 그래프이다.

또, 도 3은, 표 1에 나타내는 측정 결과에 대해, 가로축에 실리카 입자 중 OH기 농도(wtppm), 세로축에 조도 유지율(%)로 하고, 램프 1~5의 값을 플롯한 그래프이다.

또한, 도 2 및 도 3에 나타내는 그래프는, 가로축이 대수 눈금으로 되어 있는 편(片)대수 그래프가 되어 있다.

이상의 결과로부터, 실리카 입자 중의 OH기 농도가 10wtppm 미만일 때는, 반사 유지율도 조도 유지율도 낮게 머물고, 엑시머 램프를 장시간 점등시키면, 처리 능력이 저하하는 것을 읽어낼 수 있다. 한편, 실리카 입자 중의 OH기 농도가 10wtppm 이상이 되면, 반사 유지율도 조도 유지율도 90% 이상이 되고, 엑시머 램프를 장시간 점등시켜도, 처리 능력을 유지할 수 있는 것을 읽어낼 수 있다. 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, OH기 농도가 10wtppm 미만으로부터 10wtppm 이상이 될 때, 반사 유지율도 조도 유지율도 급격히 높아지므로, 실리카 입자 중의 OH기 농도를 10wtppm 이상으로 하는 것에 현저한 차이가 인정되고 장시간 점등할 때의 조도 유지에 관하여 상당히 뛰어난 효과를 발휘하는 것이 알게 되었다.

그러나 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자 중의 OH기 농도를 10wtppm 이상으로 해도, 엑시머 램프의 172㎚를 중심 파장으로 하는 엑시머 발광의 조도가 낮은 경우가 발생했다. 또, 방전용 가스로서 크세논이 봉입된 엑시머 램프(10)의 점등 중에, 방전 공간 S에서 발생하는 방전의 색이 녹색이 될 때가 있고, 크세논 원자와 산소 원자가 결합한 분자(XeO)가 생기고, 이 분자로부터 중심 파장을 550㎚ 부근으로 하는 녹색의 광이 방사되어 있는 것이 확인되었다.

또, 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자에 포함되는 OH기는, 방전 공간 내에서 생성되는 방전 플라즈마에 노출되면, 가열됨에 의해 방전 공간 S 내에 물(H20)을 주성분으로 하는 불순 가스를 방출하는 것으로 생각된다. 물을 주성분으로 하는 불순 가스가 플라즈마 중에서 분해되어 생긴 산소 원자는, 자외선 반사층(30)을 구성하는 실리카 입자에 포함되는 OH기로부터 방전 공간 S로 방출되고 있다.

방전 용기(20)의 내표면에 미소 입자로 이루어지는 자외선 반사층(30)이 형성되고 있는 경우에는, 미소 입자의 요철이 있기 때문에, 자외선 반사층(30)이 형성되어 있지 않은 평탄한 방전 용기(20)의 표면보다 표면적이 커진다. 불순 가스는, 방전 플라즈마에 노출되는 자외선 반사층(30)으로부터 방출되어 생기기 때문에, 자외선 반사층(30)이 형성되어 있는 경우에 보다 많은 불순 가스가 발생한다. 또한, 자외선 반사층(30)을 구성하는 미소 입자는, 입자 1개의 체적이 작은 것으로, 방전 용기(20)에 비해 열용량이 작다. 이 때문에 방전 플라즈마가 발생하는 수 10ns 정도의 단시간에서 가열된다고 해도, 높은 온도가 되고 불순 가스를 방출하기 쉽다.

퇴적체 A(31)는, 상벽판(21)의 내표면의 고전압 공급 전극(11)에 대응하는 영역에 형성되어 있으므로, 전극(11, 12) 간에 발생하는 방전 플라즈마에 직접 노출되기 때문에, 가열됨으로써 방전 공간 S 내에 불순 가스를 방출한다.

한편, 퇴적체 B(32)는, 고전압 공급 전극(11)으로부터 벗어난 상벽판(21) 혹은 접지 전극(12)으로부터 벗어난 하벽판(22)의 내표면, 또는, 측벽판(23) 혹은 단벽판(24)의 내표면의 어느 영역에 형성되기 때문에, 방전 공간 S에 대면하지만, 전극(11, 12) 간에서 발생하는 방전 플라즈마에 직접 노출되지 않는다. 그 때문에, 퇴적체 B(32)로부터는 거의 불순 가스가 발생하지 않는 것으로 생각된다. 반대로, 퇴적체 B(32)는 불순 가스를 흡착하는 것으로 생각되고 그는 이하의 실험에 의해 실증된다.

제2 실험 대상으로서, 방전 용기(20)의 내표면에, 퇴적체 B 만을 형성하고, 퇴적체 A를 형성하지 않는 엑시머 램프를 제작했다. 방전용 가스로서 크세논을 이용하여 방전용 가스를 봉입할 때에 산소도 혼입시켜, 미리 불순 가스로서 산소가 봉입된 엑시머 램프를 실험 대상으로 했다. 방전 공간 S에 봉입된 산소 농도는 160wtppm, 방전용 가스의 압력은 40k㎩로 했다. 불순 가스로서 산소가 혼입되면, 희가스와 반응하여 조도 저하에 주는 영향이 크고, 또한, 파장 550㎚인 방전의 광 이 생기는 것으로 방전 공간 S에 산소가 혼입되는 것이 용이하게 판별할 수 있다.

방전 용기의 내표면에, 미소 입자를 구성하는 입자의 성분비가 다른 퇴적체 B를 구비한 엑시머 램프를 3종 준비했다. 램프(1)는 실리카 입자만으로 이루어지는 퇴적체 B를 구비하고, 램프(2)는 실리카 입자와 알루미나 입자로 이루어지는 퇴적체 B를 구비하고, 램프(3)는 실리카 입자와 불화 칼슘 입자로 이루어지는 퇴적체 B를 구비한다. 또, 비교예로서 퇴적체 B가 형성되어 있지 않은 램프(4)를 준비했다. 각각의 램프에 대해, 엑시머 방전이 안정될 때까지인 연속 점등 15분 후의 550㎚의 발광 강도를 측정하고, 그것을 「550㎚ 발광 강도 점등 초기」라고 했다. 그 후, 엑시머 램프의 점등을 계속하고, 연속 점등 5시간 후의 550㎚ 발광 강도를 측정하여, 그것을 「550㎚ 발광 강도 점등 5시간 후」라고 했다.

[표 2]

제2 실험 결과를 표 2에 나타낸다. 「550㎚ 발광 강도 점등 5시간 후」의 값은, 「550㎚ 발광 강도 점등 초기」의 값을 100으로 했을 경우의 상대값으로 나타내어진다. 퇴적체 B를 구비한 램프(1)~램프(3)에서, 550㎚ 발광 강도 점등 5시간 후의 값이 100 이하로 감소되어 있고, 점등 초기에 비해 크세논 원자와 산소 원자가 결합된 분자(XeO)의 수가 줄어들었다. 즉, 방전 공간 중에 미리 혼입시켰던 산소가 감소한다. 한편, 퇴적체 B가 형성되어 있지 않은 램프(4)에서는, 550㎚ 발광 강도 점등 5시간 후의 값이 100인 채로 유지되고, 방전 공간 중에 미리 혼입시켰던 산소의 양에 변화가 없는 것을 알 수 있다. 이에 의해, 엑시머 램프의 방전 용기의 내표면에 퇴적체 B를 설치함으로써 550㎚의 광이 감소하는 것이 확인되고, 산소가 퇴적체 B에 흡착되는 것을 알 수 있다. 또, 퇴적체 B는 방전 플라즈마에 노출되지 않기 때문에, 흡착한 불순 가스가 방전 공간에 방출되지 않는 것으로 생각된다.

이어서, 제2 실험에서 확인된 산소가 퇴적체 B에 흡착되는 현상은, 엑시머 램프의 점등에 의해 생긴 것인지 아닌지를 확인하기 위해, 제3 실험을 실시했다. 제2 실험 대상인 램프(1~3)와 같은 구성을 가지는 램프(5~7)를 제3 실험 대상으로 했다. 또, 비교예로서 퇴적체 B가 형성되어 있지 않은 램프(8)를 준비했다. 각각의 램프에 대해, 연속 전등 15분 후의 550㎚의 발광 강도를 측정하고, 그것을 「550mn 발광 강도 점등 초기」라고 했다. 그 후, 점등시키지 않는 채 48시간 방치하고, 방치 후에 점등하여, 연속 점등 15분 후의 550㎚의 발광 강도를 측정하고, 그것을 「550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후」라고 했다. 그 후, 엑시머 램프의 점등을 계속하여, 연속 점등 5시간 후의 550㎚ 발광 강도를 측정하고, 그것을 「550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후의 점등 5시간 후」라고 했다.

[표 3]

제3 실험 결과를 표 3에 나타낸다. 「550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후」 및 「550㎚ 발광 강도 점등 48시간 경과 후의 점등 5시간 후」의 값은, 「550㎚ 발광 강도 점등 초기」의 값을 100으로 했을 경우의 상대값으로 나타내어진다. 퇴적체 B를 구비한 램프(5)~램프(7)에서, 550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후의 값이 100인데 대해, 550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후의 점등 5시간 후의 값이 10~11로 감소되어 있고, 엑시머 램프를 점등시킴으로써 비로소 산소가 감소하는 것을 알 수 있다. 퇴적체 B에 산소가 흡착하는 원리로서 퇴적체 B의 미소 입자 표면에서, 점등시킴으로써 발생된 자외선에 의해 산소가 화학 반응을 일으켜 흡착되는 화학 흡착이 발생되어 있다고 생각된다.

한편, 퇴적체 B가 형성되어 있지 않은 램프(8)에서는, 550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후도 550㎚ 발광 강도 48시간 경과 후의 점등 5시간 후도 값이 100인 채 유지되므로, 방전 공간 중에 미리 혼입시키고 있던 산소의 양에 변화가 없는 것을 알 수 있다.

퇴적체 B를 구성하는 미소 입자는, 방전 공간에 노출되는 표면에서 불순 가스를 흡착하기 때문에, 방전 공간에 마주 보는 표면적이 클수록 많은 불순 가스를 흡착할 수 있다. 따라서, 「비표면적」, 즉, 단위 중량의 분체 중에 포함되는 모든 입자의 표면적의 총합이 클수록 많은 불순 가스를 흡착한다. 비표면적은, 예를 들면 미소 입자의 표면에 미리 점유 면적 기지(旣知)인 분자 가스(예를 들면 질소)를 흡착시켜, 그 양으로부터 비표면적을 구하는 BET법이라고 불리는 측정 방법을 이용해 측정된다. 퇴적체 B를 구성하는 미소 입자의 비표면적을 측정할 경우, 퇴적체 B의 방전 공간에 노출되는 표면을 분자 가스에 노출시키고 흡착시켜, 그 양으로부터 비표면적을 구한다.

이하에, 본 발명의 효과를 확인하기 위해 실시한 제4 실험을 나타낸다.

〈실험 대상〉

도 1 (a), (b)에 나타내는 구성에 따라, 퇴적체 A 및 퇴적체 B를 구비하는 엑시머 램프를 제작했다.

［엑시머 램프의 기본 구성］

방전 용기는, 재질이 실리카 유리로서, 치수가 15㎜×43㎜×540㎜, 두께가 2.5㎜이다.

고전압 공급 전극 및 접지 전극의 치수는, 32㎜×500㎜이다.

하벽판에서 퇴적체 B가 형성되어 있지 않은 영역에 대응하는 광출사부의 치수는 접지 전극보다 2㎜ 크고 36㎜×504㎜이다.

퇴적체 A와 퇴적체 B는, 유하법에 의해 각각 형성하고, 소성 온도는 1000℃ 로 했다.

온배기를 800℃, 1시간(온도 상승 후 시간)의 조건으로 실시한 후, 방전 용기 내에 크세논을 봉입했다. 그 봉입양은 40k㎩이다.

제작한 램프의 퇴적체 A의 OH기 함유량은 500wtppm이다.

표 4에 나타내는 바와 같이, 퇴적체 A의 구성에 대해, 구성(1-1), 구성(1-2), 구성(1-3), 구성(1-4)의 4종을 준비했다. 4종 각각의 구성은, 재료, 입자 직경, 중심 입경, 성분비에 대해 공통이지만, 상벽판의 내표면의 고전압 공급 전극에 대응하는 영역에 형성되는 퇴적체 A의 설치 면적을 160㎠, 128㎠, 107㎠, 40㎠로 변화시킨다. 방전 공간 내에 방출되는 불순 가스의 양은, 퇴적체 A의 설치 면적에 의존하기 때문에, 구성(1-1)과 같이 퇴적체 A의 설치 면적이 클수록 불순 가스의 양이 많고, 구성(1-4)과 같이 퇴적체 A의 설치 면적이 작을수록 불순 가스의 양이 적게 된다. 또, 구성(1-2), 구성(1-3), 구성(1-4)에서는, 퇴적체 A의 형성되어 있는 설치 면적이, 고전압 공급 전극이 형성되어 있는 면적인 160㎠보다 작기 때문에, 고전압 공급 전극이 설치되어 있는 방전 용기의 내표면의 모든 영역이 아니라, 그 일부에 퇴적체 A가 형성되어 있다.

[표 4]

또, 표 5에 나타낸 바와 같이, 퇴적체 B의 구성에 대해서도, 구성(2-1), 구성(2-2), 구성(2-3), 구성(2-4)의 4종을 준비했다. 구성(2-1), 구성(2-2), 구성(2-3)은 실리카 입자만으로 이루어지고, 구성(2-4)은 실리카 입자 및 알루미나 입자로 이루어진다. 구성(2-1), 구성(2-2), 구성(2-3)은, 실리카 입자의 입자 직경을 바꿈으로써, 비표면적을 16×10⁴㎠/g, 4×10⁴㎠/g, 1×10⁴㎠/g로 다른 것으로 한다. 또, 구성(2-4)의 비표면적은 4×10⁴㎠/g로 되어 있다. 퇴적체 B의 비표면적이 클수록 많은 불순 가스를 흡착하므로, 구성(2-1)과 같이 퇴적체 B의 비표면적이 클수록 방전 공간에 마주 보는 표면적이 크기 때문에, 방전 공간 내에 혼입하는 불순 가스의 양이 점등에 수반하여 줄어들고, 구성(2-3)과 같이 퇴적체 B의 비표면적이 작을수록 모든 공간 내에 혼입하는 불순 가스의 점등에 수반하여 줄어드는 양이 적게 된다.

[표 5]

퇴적체 A를 구성(1-1)으로 한 것에 대해, 퇴적체 B를 구성(2-1)~구성(2-4)으로 한 것을 실험 대상으로 준비했다. 또, 각각의 조합에 대해, 퇴적체 B의 설치 면적을 바꾼 것을 5종류 준비했다. 마찬가지로, 퇴적체 A를 구성(1-2), 구성(1-3), 구성(1-4)으로 한 것에 대해, 퇴적체 B를 구성(2-1)~구성(2-3)으로 한 것을 준비했다.

이와 같이 구성된 각각의 엑시머 램프에 대해, 방전 용기의 관벽(管壁) 부하가 0.6W/㎠가 되는 조건에서 점등시켜, 준속 점등 15분 후의 파장 150㎚~200㎚의 파장 영역의 크세논 엑시머광의 조도와, 일정한 관벽 부하로 500시간 연속 점등시킨 후의 파장 150㎚~200㎚의 파장 영역의 크세논 엑시머광의 조도를 측정했다. 연속 점등 15분 후의 조도를 초기 조도로 하고, 500시간 연속 점등시킨 후의 조도를 초기 조도의 상대값을 조도 유지율로서 하여 「500시간 조도 유지율」을 [(500시간 점등 후의 조도)/(점등 직후의 조도)](%)로서 산출했다. 500시간으로 한 이유는 다 음과 같다. 불순 가스에 의한 조도 저하가 500시간까지 계속되지만, 그 이후의 조도는 저하하지 않는 것으로, 자외선 반사층에 포함되는 불순 가스는 500시간까지의 사이에서 모두 방출되고 그 이후는 방출되지 않는 것으로 생각되기 때문이다.

제품의 규격으로서 80% 이상의 조도 유지가 요구될 때가 있기 때문에, 판정으로서 500시간 조도 유지율이 80% 이상이 될 때를 「○」로 하고, 500시간 조도 유지율이 80% 이하가 될 때를 「×」로 했다.

조도 측정은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 알루미늄제 용기(40)의 내부에 배치된 세라믹제의 지지대(41) 위에 엑시머 램프(10)를 고정함과 더불어, 엑시머 램프(10)의 표면으로부터 1㎜ 떨어진 위치에서, 엑시머 램프(10)에 대향하도록 자외선 조도 측정기(42)를 고정하고, 알루미늄제 용기(40)의 내부 분위기를 질소로 치환한 상태에서, 엑시머 램프(10)의 전극(11, 12) 사이에 5.0kV의 교류 고전압을 인가함으로써, 방전 용기(20)의 내부에 방전을 발생시켜, 접지 전극(12)의 그물코를 통해 방사되는 진공 자외광의 조도를 측정했다.

실험 결과를 도 5 및 도 6에 나타낸다. 이 결과로부터, 퇴적체 A의 구성과 퇴적체 B의 구성의 각각의 조합에서, 500시간 조도 유지율이 80% 이상이 되는 엑시머 램프 중, 퇴적체 B의 설치 면적이 가장 작아지는 조합을 추출했다. 예를 들면, 퇴적체 A의 구성이 「구성(1-1)」이고, 퇴적체 B의 구성이 「구성(2-1)」인 조합에서, 램프(3)가 해당한다. 마찬가지로, 램프(8), 램프(13), 램프(18) 등이 해당한다.

이와 같이 하고 추출된 조합에 대해, 퇴적체 A의 구성, 퇴적체 B의 구성, 퇴 적체 B의 비표면적, 퇴적체 B의 설치 면적을 열기한 것을 표 6에 나타낸다.

[표 6]

도 7은, 표 6의 결과를 나타낸 그래프이다. 가로축을 퇴적체 B의 비표면적(×10⁴㎠/g)으로 하고, 세로축을 퇴적체 B의 설치 면적(㎠)으로 하고, 퇴적체 A의 구성마다 값을 플롯했다.

표 6 및 도 7에는, 비표면적이 클수록, 조도 저하의 억제에 필요한 설치 면적이 작아지는 것이 나타내어 있다. 퇴적체 A의 각 구성, 즉, 구성(1-1), 구성(1-2), 구성(1-3)에 대해, 각각 설치 면적은 비표면적에 비례한다. 그러나 구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비하는 엑시머 램프에서는, 비표면적이 늘어나도 설치 면적은 10㎠보다 낮은 값으로 되지 않았다.

구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비하는 엑시머 램프에서는, 방전 용기의 내용적에 대해 퇴적체 B의 설치 면적이 너무 작기 때문에, 방전 공간 내에 확산되어 있는 불순 가스가 퇴적체 B에 도달하는 확률이 낮아지고, 흡착의 효과가 나타나지 않게 되어 있기 때문이라고 생각된다. 즉, 방전 공간의 크기에 대해 최저한 필요로 하는 퇴적체 B의 면적이라고 할 수 있다. 방전 공간의 크기를 방전 용기의 내표면적으로 나타내면, 이 경우, 내표면적은 대략 500㎠인데 대해, 퇴적체 B의 설치 면적은 10㎠이다. 따라서, 최저한 필요로 하는 퇴적체 B의 설치 면적은, 방전 용기의 내표면적에 대해 0.02배이다.

다음에, 도 7에서의 퇴적체 A의 각 구성, 즉, 구성(1-1), 구성(1-2), 구성(1-3)의 근사 직선의 각각의 기울기와 절편(切片)을 도출했다. 이 결과를, 퇴적체 A의 구성, 퇴적체 A의 설치 면적, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 절편을 열기한 것을 표 7에 나타낸다.

[표 7]

도 8은, 표 7의 결과에 대해, 가로축을 퇴적체 A의 설치 면적(㎠)으로 하고, 세로축을 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기(×10^-4g)로서 값을 플롯한 것이다.

그래프에서, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기는, 퇴적체 A의 설치 면적(㎠)에 대해 음의 기울기를 가지는 비례 관계에 있는 것을 알 수 있다. 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠)로 할 때, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기는, -5.0×10^-7×a로 나타낼 수 있다.

도 9는, 표 7의 결과에 대해, 가로축을 퇴적체 A의 설치 면적(㎠)으로 하고, 세로축을 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 절편(㎠)으로 값을 플롯한 것이다.

그래프에서, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 절편은, 퇴적체 A의 설치 면적(㎠)에 대해 양의 기울기를 가지는 비례 관계에 있는 것을 알 수 있다. 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠)로 할 때, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 절편은, 0.35×a로 나타낼 수 있다.

또, 도 7에서, 퇴적체 B의 설치 면적은, 퇴적체 B의 비표면적에 대해, 「퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기」에서, 「퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 절편」으로 하는 비례 관계에 있다고 할 수 있다. 이에 의해, 도 5에서의 퇴적체 B의 설치 면적과 퇴적체 B의 비표면적의 관계는, 퇴적체 B의 설치 면적을 b(㎠), 퇴적체 B의 비표면적을 c(㎠/g)로 할 때,

b=(퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기)×c+(퇴적체 B의 비표 면적과 설치 면적의 관계의 절편)

으로 나타낼 수 있다.

또한, 도 8 및 도 9의 결과에서, 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠)로 할 때, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 기울기는 -5.0×10^-7×a로 나타낼 수 있고, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계의 절편은 0.35×a로 나타낼 수 있으므로, 도 7에서의 퇴적체 B의 설치 면적과 퇴적체 B의 비표면적의 관계는 이하와 같이 나타낼 수 있다.

b=-5.0×10^-7ac+0.35a

또, 도 5 및 도 6의 실험 결과로부터, 퇴적체 B의 설치 면적b는, 도 5에서의 퇴적체 B의 설치 면적과 퇴적체 B의 비표면적의 관계에서 나타내어지는 양보다 크면, 500시간 조도 유지율이 80% 이상이 되고, 판정이 ○로 되는 것을 읽어낼 수 있다.

이상의 결과로부터, OH기를 함유하는 퇴적체 A를 구비한 엑시머 램프에서, 조도 저하를 억제하기 위해서는, 퇴적체 B의 설치 면적이 이하의 관계를 만족하면 되는 것을 알게 되었다.

퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠), 퇴적체 B의 설치 면적을 b(㎠), 퇴적체 B의 비표면적을 c(㎠/g)로 했을 때,

b≥-5.0x10^-7ac+0.35a이다.

또, 도 7에 대해, 구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비하는 엑시머 램프에서는, 퇴적체 B의 비표면적이 늘어나도, 퇴적체 B의 설치 면적은 10㎠보다 낮은 값이 되지 않고, 퇴적체 B의 비표면적과 설치 면적의 관계가 구성(1-1), 구성(1-2), 구성(1-3)을 퇴적체 A로서 구비할 경우와 같이 되지 않았다. 그 때문에, 표 7 및 도 8, 도 9에서, 구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비할 경우를 고려하지 않는다. 즉, 상기 퇴적체 B의 설치 면적이 만족해야 할 조건은, 구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비할 경우를 제외한 것으로 한다. 따라서, 퇴적체 B의 설치 면적이 만족해야 할 조건에서, 구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비할 경우를 제외해야 된다.

구성(1-4)을 퇴적체 A로서 구비할 경우란, 방전 용기의 내용적에 대해 퇴적체 B의 설치 면적이 너무 작기 때문에, 흡착의 효과가 나타나지 않게 되어 있을 경우이다. 즉, 퇴적체 B의 설치 면적은, 방전 용기의 내표면적에 대해 0.02배 정도가 되어 있을 때이다. 따라서, 조도 저하를 억제하기 위한, 퇴적체 B의 설치 면적 b(㎠)의 관계에 대해서는, 방전용기의 내표면적을 d(㎠)로 했을 때, 이하의 조건도 만족할 필요가 있다.

b＞0.02d

이상의 결과로부터, OH기를 함유하는 퇴적체 A를 구비한 엑시머 램프에서, 조도 저하를 억제하기 위해서는, 퇴적체 B의 구성이 이하의 관계를 만족할 필요가 있는 것을 알게 되었다. 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠), 퇴적체 B의 설치 면적을 b(㎠), 퇴적체 B의 비표면적을 c(㎠/g), 방전 용기의 내표면적을 d(㎠)로 했을 때,

b≥-5.0×10^-7ac+ 0.35a, 또한, b＞0.02d

를 만족하는 것을 필요하다.

상기 관계를 만족함으로써, 퇴적체 A로부터 방출되는 불순 가스의 양이, 퇴적체 B를 흡수할 수 있는 불순 가스의 양을 상회하지 않고, 방전 공간에 불순 가스가 잔류하지 않도록 할 수 있다. 따라서, 불순 가스에 포함되는 산소 원자가 방전용 가스와 결합함으로써 엑시머 발광의 조도 저하를 억제할 수 있고, 엑시머 램프를 장시간 점등시켰을 경우에도, 조도의 저하를 억제할 수 있고, 진공 자외광을 효율적으로 출사할 수 있다.

또한, 퇴적체 A의 설치 면적 a(㎠) 및 퇴적체 B의 설치 면적 b(㎠)는, 미소 입자의 요철을 고려하지 않고, 퇴적체 A 또는 퇴적체 B의 표면이 매끄럽다고 상정하고 계측한 값을 말한다. 또, 방전 용기의 내표면적 d(㎠)도, 그 표면이 매끄럽다고 상정하여 계측한 값을 말한다.

도 1은 본 발명의 엑시머 램프의 일례에서의 구성의 대략을 나타내는 설명용 단면도이고, (a) 방전 용기의 길이 방향을 따른 단면을 나타내는 단면도, (b) (a)에서의 A-A'선 단면도이다.

도 2는 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 3은 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 4는 실험예에서의 엑시머 램프의 조도의 측정 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 5는 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 6은 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 7은 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 8은 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 9는 엑시머 램프의 실험 결과이다.

도 10은 종래의 엑시머 램프의 구성의 개략을 나타내는 설명용 사시도이다.

[도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명]

10 엑시머 램프 11 고전압 공급 전극

12 접지 전극 20 방전 용기

21 상벽판 22 하벽판

23 측벽판 24 단벽판

30 자외선 반사층 31 퇴적체 A

32 퇴적체 B 40 알루미늄제 용기

41 지지대 42 자외선 조도 측정기

S 방전 공간

Claims (2)

1. 방전 공간을 가지는 실리카 유리로 이루어지는 방전 용기를 구비하고, 당해 방전 용기를 형성하는 실리카 유리가 개재하는 상태에서 한 쌍의 전극이 설치됨과 더불어, 방전 공간 내에 방전용 가스가 봉입되어 이루어지고, 상기 방전 용기의 내표면의 일부에 자외선 반사층이 형성된 엑시머 램프로서,

   상기 자외선 반사층은, 한쪽의 전극에 대응하는 영역의 적어도 일부에 형성된 퇴적체 A와, 전극에 대응하는 영역 이외의 적어도 일부에 형성된 퇴적체 B로 구성되고,

   상기 퇴적체 A는 OH기가 포함된 실리카 입자와, 실리카보다 융점이 높은 미소 입자로 이루어지고,

   상기 퇴적체 B는 OH기가 포함된 실리카 입자를 함유하는 미소 입자로 이루어지고,

   상기 자외선 반사층을 구성하는 실리카 입자 중의 OH기 농도는 10wtppm 이상이며,

   상기 퇴적체 A의 설치 면적을 a(㎠), 상기 퇴적체 B의 설치 면적을 b(㎠), 퇴적체 B의 비표면적을 c(㎠/g), 방전 용기의 내표면적을 d(㎠)로 했을 때, 각각의 관계가

   b≥-5.0×10^-7ac+0.35a, 또한, b＞0.02d

   를 만족하는 것을 특징으로 하는 엑시머 램프.
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