JP5528683B2

JP5528683B2 - エキシマランプ

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Publication number: JP5528683B2
Application number: JP2008149059A
Authority: JP
Inventors: 彰饗庭; 幸裕森本; 聡司松澤
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2008-06-06
Filing date: 2008-06-06
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: TWI435369B; CN101599414A; JP2009295468A; DE102009022823A1; TW200952031A; KR101246431B1; KR20090127217A; CN101599414B

Description

本発明は、紫外線を照射することによる洗浄処理、アッシング処理、成膜処理等の表面処理を被処理体に行うために用いられるエキシマランプに関する。

液晶表示装置のガラス基板、半導体ウェハ等の被処理体に波長２００ｎｍ以下の紫外線である真空紫外光を照射することにより、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、誘電体からなる放電容器内に放電用ガスを封入し、放電容器を介して交流高電圧を印加することによりエキシマ放電を発生させ、真空紫外光であるエキシマ発光を放射するエキシマランプを備えたものが用いられる。このようなエキシマランプにおいて、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。
具体的には、エキシマランプの放電容器の内表面に紫外線反射層を形成することが行われており、紫外線反射層が紫外線を透過する微小粒子、例えばシリカのみ、あるいはシリカと他の微小粒子、例えば、アルミナ、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、酸化マグネシウムなどとを積層させることにより形成される技術が開示されている（特許文献１参照）。

このような構成のエキシマランプにおいては、放電容器内で発生した紫外線のうち光出射部に向かって直接放射されない紫外線が、紫外線反射層に入射され、紫外線反射層を構成する複数の微小粒子の表面において屈折、反射が繰り返し行われることにより拡散反射されることで、光出射部から放射される。これにより、紫外線を効率よく放射できる。

紫外線を放射するランプにおいては、放電容器を構成する材料として、例えばシリカガラスが広く用いられている。従って、紫外線反射層を構成する微小粒子としては、放電容器を構成するシリカガラスとの熱膨張率の差をなくして、あるいは、極めて小さくして紫外線反射層のシリカガラスに対する付着性を高くするために、放電容器と同じ材質のシリカ粒子を含むように構成されることが好ましい。

表面処理の被処理物は、例えば液晶パネルのガラス基板のように平坦な形状のものが多い。そのため、光出射部が被処理物と同じく平坦な形状の放電容器からなるエキシマランプは、光出射部と被処理物との隙間を少なくすることで、酸素による紫外線の吸収を抑えることができるので効率よく表面処理を行うことができる。このような形状の放電容器からなるエキシマランプとして、例えば、特許文献２には、角型形状の放電容器からなるエキシマランプが公開されている。

光出射部が平坦な放電容器からなるエキシマランプとして、図７に示すような構造がある。エキシマランプ１０はシリカガラスからなる扁平な角型の放電容器２０からなり、この放電容器２０は上壁板２１、下壁板２２、側壁板２３および端壁板２４を連結した構造となっており、内部に放電用ガスが封入されている。また、上壁板２１の外表面に高電圧供給電極１１、下壁板２２の外表面に接地電極１２が備えられ、これらの電極１１、１２は互いが対向するように配置される。放電空間Ｓで発生したエキシマ発光は、光出射部を兼ねた下壁板２２を通して外部に出射される。
特開２００７−３３５３５０公報特開２００４−１１３９８４公報

しかしながら、紫外線反射層を備えたエキシマランプにおいては、長時間点灯させていると、照度維持率が継時的に徐々に低下していく。このため、例えば、洗浄処理などの表面処理を行う場合において、一定の照度で処理をしようとしてもエキシマランプの処理能力が点灯時間とともに変化するという問題が生じる。

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、紫外線反射層を備え、長時間点灯した場合においても、照度低下の程度を小さく抑制し、真空紫外光を効率よく出射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、放電空間を有するシリカ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シリカガラスが介在する状態で一対の電極が設けられると共に、放電空間内に放電用ガスが封入されてなり、前記放電容器の内表面に紫外線反射層が形成されたエキシマランプであって、前記紫外線反射層はＯＨ基が含まれた中心粒径が０．１〜１０μｍであるシリカ粒子と、シリカより融点が高い微小粒子とからなり、前記紫外線反射層を構成するシリカ粒子中のＯＨ基濃度は、１０ｗｔｐｐｍ以上５０２ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とする。

紫外線反射層にシリカより融点が高い微小粒子を混入させることによって、互いに隣接する微小粒子同士で結合されて粒界が消失することを防止し、紫外線反射層の反射率の低下を抑制することができる。
また、紫外線反射層を構成するシリカ粒子にＯＨ基を含ませることにより、紫外線反射層に含まれるシリカ粒子に内部欠陥が生成されることを抑制し、紫外線反射層による紫外領域の波長の光の吸収を防止して紫外線反射層の反射率を維持して、エキシマランプの照度低下の程度を小さく抑制し、真空紫外光を効率よく出射することができる。
また、紫外線反射層を構成するシリカ粒子中のＯＨ基濃度を１０ｗｔｐｐｍ以上とすることによって、反射維持率も照度維持率も高いまま保持することができ、長時間点灯するときの照度維持に関して際立って優れた効果を発揮する。

紫外線反射層を構成するシリカ粒子中のＯＨ基濃度は５０２ｗｔｐｐｍ以下とすることによって、ＯＨ基から生じる酸素原子が放電空間に過剰に存在することを抑制し、酸素原子が希ガス原子と反応することによるエキシマ分子の形成阻害を防止し、エキシマランプの照度維持率を高いまま保持することができ、真空紫外光を効率よく出射することができる。

図１は本発明のエキシマランプ１０の一例における構成の概略を示す説明用断面図である。（ａ）は放電容器２０の長手方向に沿った断面を示す断面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ'線の断面図である。
このエキシマランプ１０は、両端が気密に封止されて内部に放電空間Ｓが形成された、断面矩形状の中空長尺状の放電容器２０を備えている。この放電容器２０は、上壁板２１および上壁板２１に対向する下壁板２２と、上壁板２１および下壁板２２に連結する一対の側壁板２３と、これら上壁板２１、下壁板２２、および一対の側壁板２３よりなる四角筒状体の両端を封止するよう設けられた一対の端壁板２４とからなる。放電容器２０は、真空紫外光を良好に透過するシリカガラス、例えば、合成石英ガラスにより形成される。

放電容器２０の内部には放電用ガスが、例えば、１０〜８０ｋＰａの圧力で封入されている。放電用ガスとしてどのようなガスを選択しても放射強度の継時的変化に影響を与えるものではないが、放電用ガスの種類によって放射されるエキシマ発光の中心波長は異なる。例えば、キセノン（Ｘｅ）が封入されたエキシマランプでは１７２ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じ、アルゴン（Ａｒ）と塩素（Ｃｌ）の混合ガスが封入されたエキシマランプでは１７５ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じ、クリプトン（Ｋｒ）と沃素（Ｉ）の混合ガスが封入されたエキシマランプでは１９１ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じ、アルゴン（Ａｒ）とフッ素（Ｆ）の混合ガスが封入されたエキシマランプでは波長１９３ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じ、クリプトン（Ｋｒ）と臭素（Ｂｒ）の混合ガスが封入されたエキシマランプでは２０７ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じ、クリプトン（Ｋｒ）と塩素（Ｃｌ）の混合ガスが封入されたエキシマランプでは２２２ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じる。

放電容器２０における上壁板２１の外表面に高電圧供給電極１１、下壁板２２の外表面に接地電極１２が備えられ、これらの電極１１、１２は互いが対向するように配置される。このような電極１１、１２は、網状構造となっており、網目の隙間から光が透過するように形成されている。材質として、例えば、アルミニウム、ニッケル、金等が用いられ、例えば、スクリーン印刷、または、真空蒸着の手段によって形成される。また、それぞれの電極１１、１２は適宜の高周波電源（図示せず）に接続されている。

上記エキシマランプ１０においては、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２０の放電空間Ｓに対面する内表面に、粒子堆積体よりなる紫外線反射層３０が設けられている。具体的には、上壁板２１の内表面の高電圧供給電極１１に対応する領域と、電極１１、１２の対応する領域から外れた上壁板２１及び下壁板２２の内表面、並びに、側壁板２３及び端壁板２４の内表面の領域とに、紫外線反射層３０が形成される。
一方、放電容器２０における下壁板２２の、接地電極１２に対応する内表面において紫外線反射層３０が形成されていないことによって光出射部が構成されている。

紫外線反射層３０は、厚みが例えば５〜１０００μｍであり、シリカ粒子と、シリカより融点が高く、紫外線を透過する微小粒子とから構成されている。シリカより融点が高く、紫外線を透過する微小粒子とは、例えば、アルミナ、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどである。また、紫外線を吸収する材質、例えば、チタンやジルコニウム、これら化合物を微小粒子としては採用しない。ただし、紫外線反射層３０の不純物として、チタンやジルコニウムが混入する場合がある。

このような紫外線を透過する微小粒子から構成される紫外線反射層３０に真空紫外光が入射すると、一部は微小粒子の表面で反射し、また一部は屈折して粒子の内部に透過し、再び別の表面で反射または屈折する。複数の微小粒子においてこのような反射、屈折が繰り返し起こることにより、真空紫外光は拡散反射される。
しかしながら、シリカ粒子はエキシマランプ１０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。一方、シリカより融点が高い微小粒子は、プラズマによる熱にさらされた場合であっても溶融しない。したがって、紫外線反射層３０にシリカより融点が高い微小粒子を混入させることによって、互いに隣接する微小粒子同士で結合されて粒界が消失することを防止し、紫外線反射層３０の反射率の低下を抑制することができる。

紫外線反射層３０に含まれる微小粒子は、以下のように定義される粒子径が、例えば０．０１〜２０μｍの範囲内にあるものであって、中心粒径（個数基準の粒度分布の最大値）が、紫外線反射層３０において、例えば０．１〜１０μｍであるものが好ましく、より好ましくは０．１〜３μｍであるものが好ましい。
ここでいう「粒子径」とは、紫外線反射層３０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、厚み方向のおよその中間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、「中心粒径」とは、上記のように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。

このエキシマランプ１０において、高電圧供給電極１２に点灯電力が供給されると、放電容器２０を介して両電極１１、１２間の放電空間Ｓにエキシマ放電が発生する。これにより、エキシマ分子が形成されると共にこのエキシマ分子から真空紫外光が放射される。放電空間Ｓで発生した真空紫外光の一部は、直接、光出射部を兼ねた下壁板２２を通して外部に出射される。さらに一部の真空紫外光は上壁板２１の方向に放射されるが、紫外線反射層３０において拡散反射されて、光出射部を通して外部に出射される。
紫外線反射層３０を構成するシリカ粒子およびその他の微小粒子が、真空紫外光の波長と同程度の粒子径を有するものであることにより、真空紫外光を効率よく拡散反射させることができる。

しかしながら、上記紫外線反射層３０を備えるエキシマランプ１０を長時間点灯すると、初期照度を維持できず、点灯時間とともに徐々に照度が低下していることが確認された。発明者らは、照度低下の原因をあらゆる方面から検討し、その要因の１つともなる紫外線反射層３０の反射率が低下しているのではないかと考えた。
そこで、点灯初期のエキシマランプ１０の紫外線反射層３０の反射強度スペクトルと、長時間点灯後のエキシマランプ１０の紫外線反射層３０の反射強度スペクトルとを測定し、両者を比較解析した。この結果から、長時間点灯後のエキシマランプ１０の紫外線反射層３０では、紫外領域に吸収帯が生じており、紫外線の一部が紫外線反射層３０に吸収されることにより照度低下が生じていることがわかった。

紫外線反射層３０に生じる紫外領域における吸収帯は、紫外線反射層３０を構成するシリカ粒子が、放電中に紫外線やプラズマに曝されることで放射損傷を受け、紫外領域の波長の光を吸収する内部欠陥が生じ、紫外線が内部欠陥に吸収されることで、拡散反射が抑制されるためと考えられる。内部欠陥とは、シリカ粒子のＳｉ−Ｏ−Ｓｉ結合が、紫外線やプラズマに曝されることで生じる、波長１６３ｎｍ付近に吸収端を持つＳｉ−Ｓｉ欠陥、又は、波長２１５ｎｍ付近に吸収帯のあるＥ’ｃｅｎｔｅｒ（Ｓｉ・）のことである。

上記のような理由により、紫外領域の波長の光を吸収する内部欠陥が生じるのはシリカ粒子であり、照度低下の原因となる紫外領域の波長の光の吸収はシリカ粒子の内部欠陥に依存すると考えられる。また、アルミナ、フッ化リチウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウムなどよりなるシリカ粒子以外の紫外線を透過する微小粒子には、紫外線やプラズマに曝されても放射損傷が生じない。したがって、紫外線反射層３０を構成するシリカ粒子に内部欠陥が生じるのを防ぐことによって、照度低下を抑制し、長時間点灯しても高い照度維持率を保つことができると考えられる。

シリカ粒子に内部欠陥が生じるのを防ぐためには、シリカ粒子にＯＨ基を含有させることが有効である。ＯＨ基を含有させることにより、紫外線反射層３０に含まれるシリカ粒子に内部欠陥が生成されることを抑制し、紫外線反射層３０の反射率の低下を防ぐことができる。

続いて、ＯＨ基を含むシリカ粒子を含有する微小粒子よりなる紫外線反射層３０の形成方法について説明する。紫外線反射層３０は、例えば「流下法」と呼ばれる方法により、放電容器形成材料の内表面における所定の領域に、シリカ粒子を含有する粒子堆積層が形成される。例えば、水とＰＥＯ樹脂（ポリエチレンオキサイド：ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｏｘｉｄｅ）を組み合わせた粘性を有する溶剤に、微小粒子を混ぜて分散液を調整し、この分散液を放電容器形成材料内に流し込む。そして、分散液を放電容器形成材料の内表面における所定の領域に付着させた後、乾燥、焼成することで水とＰＥＯ樹脂を蒸発させ、これにより、粒子堆積層を形成することができる。ここで、焼成温度は、例えば５００℃〜１１００℃とされる。

シリカ粒子にＯＨ基を含有させる方法の一例として、ＯＨ基を含まないシリカ粒子を、水蒸気を供給しながら電気炉加熱（例えば１０００℃）することにより、多量のＯＨ基を含んだシリカ粒子を作製することがある。このような処理をしたシリカ粒子を用いることによって、ＯＨ基を含むシリカ粒子を含有する微小粒子よりなる紫外線反射層３０の形成することができる。
また、その他の手法として、ＯＨ基を含まないシリカ粒子を用いて放電容器形成材料の内表面における所定の領域に付着させた後、水蒸気を供給しながら焼成することにより、シリカ粒子にＯＨ基を含ませることもできる。また、ＯＨ基を含まないシリカ粒子を用いて焼成して紫外線反射層３０を形成した後、再び水蒸気を供給しながら電気炉加熱することによってもシリカ粒子にＯＨ基を含ませることができる。
なお、購入することによって入手できるシリカ粒子は、その製造方法によりＯＨ基を含む製品もあるが、中にはＯＨ基濃度が少ない製品もあるため、上記方法にて一旦高濃度のＯＨ基を含有させることが望ましい。

シリカ粒子に含まれるＯＨ基の濃度は、温排気条件を変えることによって調整することができる。再加熱してゆっくり冷ますことにより放電容器２０の歪を取除くアニール、放電空間Ｓに含まれる不純ガスを除去するための温排気工程を経てエキシマランプ１０が作製される。この温排気条件を種々選択することにより、紫外線反射層３０を構成するシリカ粒子に含まれるＯＨ基濃度を任意の値に調整することができる。ここで温排気とは、真空排気できるように枝管が付いた状態の放電容器材料を排気台に接続し、枝管から内部空間を真空に排気しながら電気炉により高温に保持することである。例えば、保持温度を８００℃とし、保持時間を１時間、または５時間、または１０時間、または２０時間と長くするにしたがって、より多くのＯＨ基を取除くことができる。シリカ粒子に予め含ませていたＯＨ基の量を考慮して、温排気により取除くＯＨ基の量を調製することにより、任意のＯＨ基濃度のシリカ粒子を含有する微小粒子よりなる紫外線反射層３０を形成することができる。

本発明のエキシマランプに関する実験例を示す。
＜実験例１＞
図１（ａ）、（ｂ）に示す構成に従って、紫外線反射層を備えるエキシマランプを作製した。
［エキシマランプの基本構成］
放電容器は、材質がシリカガラスであって、寸法が１５ｍｍ×４３ｍｍ×３５０ｍｍ、肉厚が２．５ｍｍである。
高電圧供給電極及び接地電極の寸法は、３０ｍｍ×３００ｍｍである。
紫外線反射層は、中心粒径１．５μｍのシリカ粒子を成分比９０重量％、中心粒径１．５μｍのアルミナ粒子を成分比１０重量％として混合したものより構成され、流下法によってそれぞれ形成し、焼成温度は１０００℃とした。
放電用ガスとしてキセノンを放電容器内に４０ｋＰａで封入した。

上記構成を有するエキシマランプについて、温排気条件が異なるランプ１〜１０の１０種を用意した。それぞれの条件のエキシマランプについて二本ずつ作製した。一本は破砕して初期の紫外線反射層の反射率、及び、シリカ粒子中のＯＨ基濃度を測定した。もう一本は管壁負荷を０．８Ｗ／ｃｍ^２として５００時間連続点灯させて、その照度を測定した後、紫外線反射層の反射率を測定した。

紫外線反射層の反射率は、放電容器の破砕片のうち、内表面に紫外線反射層が形成されている部分について、任意の３片を選択し、それを試験片とした。真空紫外光分光装置を用いて、３つの試験片それぞれに波長１７２±５ｎｍの真空紫外光を照射し、照射光の強度に対する反射光の強度の割合から反射率を求めた。３つの試験片の反射率の平均値を、紫外線反射層の反射率とした。

シリカ粒子中のＯＨ基濃度は、反射率を測定したエキシマランプについて、紫外線反射層を放電容器から全て削り取り、１本のエキシマランプから削り取った紫外線反射層を３つに分けた。削り取った３つの紫外線反射層を、それぞれ昇温脱離ガス分析法にて測定した。３つの測定結果の平均値を、シリカ粒子中のＯＨ基濃度とした。
ここで、昇温脱離ガス分析法におけるＯＨ基濃度の測定原理を簡単に説明する。ＯＨ基を含むシリカ粒子を高真空中で加熱すると、以下に示す化学式の反応が起こる

昇温脱離ガス分析では、このＨ_２Ｏを定量することで、シリカ粒子（測定した重量）に含まれるＯＨ基の重量が求まり、シリカ粒子に含まれるＯＨ基濃度を求めることができる。

なお、シリカ粒子中のＯＨ基濃度は、内部欠陥が生じる原因となるのは紫外線反射層に含まれるシリカ粒子なので、紫外線反射層に含まれるシリカ粒子に対するＯＨ基濃度を意味する。削り取った紫外線反射層に含まれるシリカ粒子の成分比を求め、成分比からシリカ粒子のみの重量に対するＯＨ基の重量を算出して計算した。

シリカ粒子中のＯＨ基濃度の算出方法を、一例をあげて説明する。削り取った紫外線反射層の重量が０．２０ｇであり、シリカ粒子の成分比が９０重量％と求められたとき、シリカ粒子の重量が０．１８ｇとなる。昇温脱離ガス分析法では、化１に示す化学式のようは反応が起きているので、２つのＯＨ基からＨ_２Ｏが一分子生成される。したがって、測定結果として得られる放出されたＨ_２Ｏ量が１．６×１０^１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓのとき、ＯＨ基個数は３．２×１０^１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓとなる。ＯＨの分子量が１７であるので、ＯＨ基３．２×１０^１８ｍｏｌｅｃｕｌｅｓの重量は９．０４×１０^−５ｇと求められる。シリカ粒子０．１８ｇ中にＯＨ基９．０４×１０^−５ｇ含まれるので、シリカ粒子中のＯＨ基濃度は５０２ｗｔｐｐｍと算出される。

照度測定は、図２に示すように、アルミニウム製容器４０の内部に配置されたセラミクス製の支持台４１の上にエキシマランプ１０を固定すると共に、エキシマランプ１０の表面から１ｍｍ離れた位置において、エキシマランプ１０に対向するよう紫外線照度測定器４２を固定し、アルミニウム製容器４０の内部雰囲気を窒素で置換した状態において、エキシマランプ１０の電極１１、１２間に５．０ｋＶの交流高電圧を印加することにより、放電容器の内部に放電を発生させ、接地電極１２の網目を介して放射される波長１５０ｎｍ〜２００nmの波長域のキセノンエキシマ光の照度を測定した。
連続点灯１５分後の照度を初期照度とし、５００時間連続点灯させたときの照度を初期照度との相対値として示し、それを照度維持率とした。つまり、「照度維持率」を［（５００時間点灯後の照度）／（点灯直後の照度）］（％）として算出した。

５００時間点灯後のエキシマランプを破砕して、上記に示すものと同様にして紫外線反射層の反射率を測定した。初期の反射率に対する５００時間点灯後の反射率を反射維持率として、「反射維持率」を［（５００時間点灯後の反射率）／（初期の反射率）］（％）として算出した。
ランプ１〜１０の測定結果を表１に示す。

図３は、表１に示す測定結果について、横軸にシリカ粒子中ＯＨ基濃度（ｗｔｐｐｍ）、縦軸に反射維持率（％）とし、ランプ１〜１０の値をプロットしたグラフである。
また、図４は、表１に示す測定結果について、横軸にシリカ粒子中ＯＨ基濃度（ｗｔｐｐｍ）、縦軸に照度維持率（％）とし、ランプ１〜１０の値をプロットしたグラフである。
なお、図３及び図４に示すグラフは、横軸が対数目盛となっている片対数グラフとなっている。

以上の結果より、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ未満、具体的には、５ｗｔｐｐｍ、７ｗｔｐｐｍのときは、反射維持率も照度維持率も８０％程度かそれ以下に留まり、エキシマランプを長時間点灯させると、処理能力が低下することが読み取れる。一方、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ以上になると、反射維持率も照度維持率も９０％以上となり、エキシマランプを長時間点灯させても、処理能力を維持できることが読み取れる。図３及び図４に示すように、ＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ未満から１０ｗｔｐｐｍ以上となるときに、反射維持率も照度維持率も急激に高くなることから、シリカ粒子中のＯＨ基濃度を１０ｗｔｐｐｍ以上にすることに顕著な差異が認められ、長時間点灯するときの照度維持に関して際立って優れた効果を発揮することがわかった。

一方、ランプ１０、すなわち、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が６５８ｗｔｐｐｍのとき、反射維持率は高いまま維持されるが、照度維持率については、ランプ９のシリカ粒子中のＯＨ基濃度が５０２ｗｔｐｐｍのときに比べて大きく低下することがわかった。ランプ１０のシリカ粒子中のＯＨ基濃度が６５８ｗｔｐｐｍのときの照度維持率は８１％に留まり、ランプ２のシリカ粒子中のＯＨ基濃度が７ｗｔｐｐｍのときの照度維持率である７９％と同程度となる。すなわち、シリカ粒子中のＯＨ基濃度を１０ｗｔｐｐｍ以上にすることによって得られた照度維持に関する優れた効果は、ＯＨ基濃度が６５８ｗｔｐｐｍのときには発揮されない。

これは、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が高すぎる場合、ＯＨ基から生じる酸素原子が希ガス原子と反応することで、エキシマ分子の形成が阻害されて照度維持率が低下したためと考えられる。シリカ粒子中のＯＨ基濃度が高すぎると、放電プラズマに曝されて加熱、及び光励起されることで、シリカ粒子中のＯＨ基は水（Ｈ_２Ｏ）として放電空間に放出される。放出された水（Ｈ_２Ｏ）は放電プラズマ中で分解され、放電用ガスとしてキセノン（Ｘｅ）が封入されたエキシマランプでは、キセノン原子と酸素原子が結合した分子（ＸｅＯ）が生じ、この分子から中心波長を５５０ｎｍ付近とする緑色の光が放射されるようになる。このように酸素原子が希ガス原子と反応することで、エキシマ分子の形成が阻害され、１７２ｎｍを中心波長とするエキシマ発光の照度維持率が低下する。

以上のような現象のため、紫外線反射層の反射維持率を高く維持できても、照度維持率が低下する場合が発生することがある。したがって、ＯＨ基から生じる酸素原子が放電空間に過剰に存在することを抑制し、酸素原子が希ガス原子と反応することによるエキシマ分子の形成阻害を防止し、エキシマランプの照度維持率の低下を抑制しつつ、シリカ粒子中のＯＨ基濃度を１０ｗｔｐｐｍ以上にすることによって得られた照度維持に関する優れた効果を発揮させるためには、紫外線反射層に含まれるシリカ粒子中のＯＨ基濃度は５０２ｗｔｐｐｍ以下である必要があることもわかった。

＜実験例２＞
紫外線反射層の構成材料であるシリカ粒子とアルミナ粒子との中心粒径や成分比を変更したものについて、実験例１と同様の測定をした。
［エキシマランプの基本構成］
実験例１の仕様において、紫外線反射層の構成材料であるシリカ粒子とアルミナ粒子との中心粒径や成分比を種々に変更したものにより構成としたことのほか、同一の条件で製作されたエキシマランプ。
ランプ１１
アルミナ粒子：中心粒径１．５μｍ、成分比２０重量％
シリカ粒子：中心粒径１．５μｍ、成分比８０重量％
ランプ１２
アルミナ粒子：中心粒径１．５μｍ、成分比３０重量％
シリカ粒子：中心粒径１．５μｍ、成分比７０重量％
ランプ１３
アルミナ粒子：中心粒径０．３μｍ、成分比１０重量％
シリカ粒子：中心粒径０．３μｍ、成分比９０重量％
ランプ１４
アルミナ粒子：中心粒径３．５μｍ、成分比４０重量％
シリカ粒子：中心粒径０．３μｍ、成分比６０重量％
ランプ１５
アルミナ粒子：中心粒径４．０μｍ、成分比１０重量％
シリカ粒子：中心粒径０．５μｍ、成分比９０重量％
上記構成を有するエキシマランプ（ランプ１１〜１５）について、実験例１と同様に、シリカ粒子中のＯＨ基濃度、反射維持率、照度維持率を測定した。ランプ１１〜１５の測定結果を表２に示す。

ランプ１１〜１５の紫外線反射層は、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ以上、５０２ｗｔｐｐｍ以下の範囲に含まれるものであった。そして、これらの紫外線反射層の反射維持率や照度維持率は９０％以上となることが確認された。これらの結果から、紫外線反射層の構成材料であるシリカ粒子とアルミナ粒子との中心粒径や成分比を種々に変更したとしても、紫外線反射層を構成するシリカ粒子中のＯＨ基濃度が１０ｗｔｐｐｍ以上、５０２ｗｔｐｐｍ以下の範囲にあるときは、十分に高い反射維持率や照度維持率が保たれることがわかった。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記のエキシマランプに限定されず、図５に示すような二重管タイプのエキシマランプ５０にも適用できる。図５に示すエキシマランプ５０の放電容器５１の外側管５２の内表面と内側管５３の外表面に、紫外線反射層５４が形成されている。外側管５２の内径は２４ｍｍ、内側管５３の外径は１６ｍｍ、全長が３５０ｍｍ、肉厚１ｍｍであり、それぞれシリカガラスからなる。外側管５２の外表面に網状金属による外側電極５５、内側管５３の外表面に板状金属の内側電極５６が設置される。

さらに、図６のような角型のエキシマランプ６０にも適用できる。図６に示すエキシマランプ６０は、例えば、シリカガラスよりなる断面長方形の放電容器６１を備えてなり、この放電容器６１の互いに対向する外表面に金属よりなる一対の外側電極６２、６３が放電容器６１の管軸方向に延びるよう配設されている。放電容器６１内には、放電用ガスであるキセノンガスが封入される。放電容器６１の内表面には、紫外線反射層６４が設けられている。また、放電容器６１の外表面に外側電極６２、６３が形成されてない任意の一面に、紫外線反射層６４が形成されないことによる光出射窓６５が形成されている。放電容器６１の寸法は１４×３４×１５０ｍｍ、肉厚２．５ｍｍである。

本発明の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って、（ａ）放電容器の長手方向に沿った断面を示す断面図、（ｂ）（ａ）におけるＡ−Ａ'線断面図である。実験例におけるエキシマランプの照度の測定方法を説明するための断面図である。実験例の測定結果を示すグラフ実験例の測定結果を示すグラフ本発明の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本発明の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従来のエキシマランプの構成の概略を示す説明用断面図

符号の説明

１０エキシマランプ
１１高電圧供給電極
１２接地電極
２０放電容器
２１上壁板
２２下壁板
２３側壁板
２４端壁板
３０紫外線反射層
４０アルミ製容器
４１支持台
４２紫外線照度測定器
Ｓ放電空間

Claims

放電空間を有するシリカ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シリカガラスが介在する状態で一対の電極が設けられると共に、放電空間内に放電ガスが封入されてなり、前記放電容器の内表面に紫外線反射層が形成されたエキシマランプであって、
前記紫外線反射層はＯＨ基が含まれた中心粒径が０．１〜１０μｍであるシリカ粒子と、シリカより融点が高い微小粒子とからなり、前記紫外線反射層を構成するシリカ粒子中のＯＨ基濃度は、１０ｗｔｐｐｍ以上５０２ｗｔｐｐｍ以下であることを特徴とするエキシマランプ。