エキシマランプ
【課題】キセノンガスを含む放電ガスが封入された放電容器の内壁に紫外線反射膜が設けられると共に、紫外線反射膜を構成するシリカ粒子にＯＨ基が含まれているエキシマランプにおいて、点灯時間が経過するにつれて紫外線の照度が低下することのないエキシマランプを提供すること。
【解決手段】シリカガラスよりなる放電容器１１の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子よりなる紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜１８を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプ１０において、前記紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすこと。
【解決手段】シリカガラスよりなる放電容器１１の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子よりなる紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜１８を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプ１０において、前記紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすこと。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプに係わり、特にシリカガラスよりなる放電容器の内部に紫外線反射層を形成して効率よく紫外線を放射する、キセノンを封入したエキシマ放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば金属、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、真空紫外光およびこれにより生成されるオゾンの作用によって、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の形成処理技術等の、被処理体を処理する技術が開発され、実用化されている。
【０００３】
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ある。このエキシマランプにおいては、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。
【０００４】
例えば、図６を参照して説明すると、紫外線を透過するシリカガラスよりなる放電容器５１を具え、放電容器５１の外壁にそれぞれ電極５５、５６が設けられてなるエキシマランプ５０において、放電容器５１の内部に放電ガスとしてキセノンガスが封入され、放電容器５１の放電空間Ｓに曝される表面に、紫外線反射膜５８が形成されることが記載されており、紫外線反射膜としては、シリカ粒子とアルミナ粒子からなるものが実施例に例示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記構成に係る放電ランプによれば、放電容器５１の内壁、放電空間Ｓに曝される表面に紫外線反射膜５８が設けられていることにより、紫外線反射膜５８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、紫外線反射膜によって反射される。反射された紫外線は、紫外線反射膜５８を設けない光出射部５７を透過して外部に放射される。
したがって、放電空間Ｓ内で発生した紫外線を有効に利用することができるため、エキシマランプから放射される波長１５０〜２００ｎｍの紫外線放射効率が、紫外線反射膜を有しないエキシマランプに比べて２０％以上も向上することが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３３５３５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のエキシマランプにおいては、波長１７２ｎｍの紫外線の照度が点灯時間の経過とともに次第に低下するという不具合が生じた。この問題について発明者らが検討したところ、長時間点灯後のエキシマランプの紫外線反射膜では、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膜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。
この吸収は、紫外線反射膜中のシリカ粒子が、放電によって生じる紫外線やプラズマに曝されることで放射損傷を受けて内部欠陥が生じ、その内部欠陥に起因して紫外線が一部吸収されることで、散乱反射の効果が薄れるためであることがわかった。
この内部欠陥とは、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、または、波長２１５ｎｍ付近に吸収帯のあるＥ’ｃｅｎｔｅｒ（Ｓｉ・）のことである。
この問題を解決するために発明者らは鋭意検討し、紫外線反射膜中のシリカ粒子中にＯＨ基を含有させることにより、紫外線反射膜に含まれるシリカ粒子における内部欠陥の生成を抑制する効果があることを見出した。
図２は、エキシマランプのシリカ粒子よりなる紫外線反射膜について、ＯＨ基濃度を変化させて調べた、ＯＨ基濃度と反射維持率の関係を示す図である。横軸は、ＯＨ基濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）の対数表示であり、縦軸は反射維持率（％）である。反射維持率は、点灯初期と５００時間経過後のエキシマランプより照射される１７２ｎｍの真空紫外光の反射率を測定し、その維持率を算出したものである。図２に示すように、紫外線反射膜中のＯＨ基濃度が高いほど、反射維持率が高いことがわかる。このように、紫外線反射膜中のシリカ粒子にＯＨ基を充分に含有させることにより、紫外線反射膜の反射性能低下を防ぐことができた。
【０００７】
しかしながら、紫外線反射膜中のシリカ粒子にＯＨ基を充分に含有させると、ランプを点灯して所定時間が経過したとき、波長５５０ｎｍ近傍の緑色の発光が強く現れるようになり、さらには波長１７２ｎｍの紫外線の照度低下が生じた。
上記の緑色発光を分析すると、キセノンオキサイド（以下ＸｅＯという）による分子発光であると確認された。この発光が強くなると、波長１７２ｎｍの紫外線の照度も合わせて低下したことから、発明者らは、問題の原因はＸｅＯに関係し、以下のようにあると考えた。
【０００８】
前述のように、内部欠陥抑制のために、紫外線反射膜中のシリカ粒子に含有させたＯＨ基は、シリカ粒子が放電に曝されたり、紫外線が放射されたりすることにより解離して、放電空間に放出されることがある。
エキシマランプには放電ガスとしてキセノン（以下Ｘｅという）が封入されている。放電空間に放出されたＯＨ基は、プラズマにより分解されてＯ（酸素原子）となり、ランプに封入されたＸｅと反応してＸｅＯとなることで、キセノン原子を点灯初期より実質的に減少させてしまう。
すなわち、ＯＨ基濃度が適切であるときは、ＯＨ基は良好に内部欠陥の生成を抑制し、紫外線反射膜の反射性能を維持することができるが、ＯＨ基濃度が過大であると、ＯＨが放電空間に放出されて、Ｘｅガスが実質的に減少する原因となる。
図３には、紫外線反射膜中のシリカ粒子中のＯＨ基濃度と、Ｘｅエキシマによる波長１７２ｎｍの真空紫外光の照度の関係を調べた図を示す。横軸は紫外線反射膜中のシリカ粒子中のＯＨ基濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）の対数表示であり、縦軸は波長１７２ｎｍの光の照度である。測定試料として、エキシマランプにシリカ粒子のみからなる紫外線反射膜を作成し、５００時間経過後のエキシマランプから照射される１７２ｎｍの照度を測定した。
図３に示すように、紫外線反射膜中のＯＨ基濃度が高くなるにつれて、波長１７２ｎｍの光の照度が低下している。
つまり、エキシマランプの点灯を開始してから所定時間が経過するごとにＯＨが徐々に放出されてＸｅＯが生成され、ＸｅＯが励起されることにより放射される波長５５０ｎｍの分子発光の割合が点灯初期よりも増加する。これに伴って、Ｘｅが実質的に減少するので、Ｘｅエキシマ分子発光により放射される波長１７２ｎｍの紫外線の割合が点灯初期よりも少なくなるものと考えられる。
【０００９】
以上から、本発明は、キセノンガスを含む放電ガスが封入された放電容器の内壁に紫外線反射膜が設けられると共に、紫外線反射膜を構成するシリカ粒子にＯＨ基が含まれているエキシマランプにおいて、点灯時間が経過するにつれて紫外線の照度が低下することのないエキシマランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、シリカガラスよりなる放電容器の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子よりなる紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプにおいて、前記紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記紫外線反射膜のシリカ粒子の中心粒径ＲＳ（μｍ）と、アルミナ粒子の中心粒径ＲＡ（μｍ）は、ＲＡ／ＲＳ≧１の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリカガラスよりなる放電容器の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子を含む紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプにおいて、当該紫外線反射膜中のアルミナ体積濃度Ｙ（ｖｏｌ積％）と、ＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｎ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことにより、紫外線反射膜中のＯＨ濃度に応じて十分な体積濃度のアルミナ粒子を含有させる。
これにより、アルミナ粒子が放電に曝される紫外線反射膜の表面に露出しやすくなる。アルミナ粒子にはＯＨ基が含まれていないため、紫外線反射膜から放出されるＯＨは減少し、ＸｅＯの生成を抑制することができる。加えて、適量のＯＨ基を含有させたシリカ粒子を紫外線反射膜に用いているので、Ｘｅエキシマ発光による紫外線照度が低下することなく、紫外線反射膜の反射性能を維持することができる。
【００１３】
また、前記紫外線反射膜中のシリカ粒子の平均粒径ＲＳと、アルミナ粒子の平均粒径ＲＡは、式：ＲＡ／ＲＳ≧１の関係を満たすことにより、シリカ粒子がアルミナ粒子とアルミナ粒子の隙間に入り込み、一部溶融して接着に寄与するとともに、放電に曝される紫外線反射膜の表面に露出しにくくなる。そのため、シリカ粒子は放電に曝されてＯＨを放出することが無くなり、ＸｅＯの生成を抑制できる。よって、Ｘｅエキシマ発光による紫外線照度が低下することも無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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断面図であって、図１（ａ）は、放電容器１１を管軸方向（長手方向）に沿って切断した断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。
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、断面矩形状で中空長尺状の放電容器１１を備えており、この放電容器１１の内部には、放電ガスとしてキセノン（Ｘｅ）ガスが封入されている。
放電容器１１は、シリカガラス、例えば合成石英によるシリカガラスよりなり、誘電体としての機能を有する。
【００１５】
放電容器１１は、管軸ＡＸに沿って長辺面１２ａ、１２ｂが互いに向かい合うように配置されるとともに、この長辺面１２ａと長辺面１２ｂに対して直角関係で連続する短辺面１３ａ、１３ｂにより断面矩形状の管が形成される。管軸方向の両端は、端面１４ａ、１４ｂにより閉じられて、放電容器の内部を気密空間としている。
【００１６】
放電容器１１における長辺面１２ａ、１２ｂの外壁には、一対の格子状または網状の電極１５、１６が管軸方向に沿って形成され、放電容器１１を挟んで互いに対向する。長辺面１２ａの外壁には高電圧給電電極として機能する一方の電極１５が配置され、長辺面１２ｂの外壁には接地電極として機能する他方の電極１６が配置される。
電極１５、１６の各々には、高周波電源（図示せず）が接続される。これにより、一対の電極１５、１６間に誘電体として機能する放電容器１１が介在された状態となる。このような電極１５、１６は、例えば、アルミニウム、ニッケル、金等の金属よりなる電極材料を放電容器１１にペースト塗布することにより、またはプリント印刷することによって形成することができる。
【００１７】
エキシマランプ１０には、エキシマ発光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１１の放電空間Ｓ側の内壁に、後述する粒子堆積体よりなる紫外線反射膜１８が設けられている。
紫外線反射膜１８は、例えば、高電圧側の電極１５が設けられた、長辺面１２ａの内壁領域と、この領域に連続する短辺面１３ａ、１３ｂの内壁領域にわたって形成されている。また、さらなる反射光量増加のため、両方の端面１４ａ、１４ｂの内壁などその他の領域にも紫外線反射膜１８を形成してもよい。
一方、接地側の電極１６に対応する長辺面１２ｂの内壁領域においては、紫外線反射膜１８は形成せずに、長辺面１２ｂの、電極１６が形成されていない隙間の領域を、紫外線を出射する光出射部１７としている。
【００１８】
紫外線反射膜１８は、シリカ（酸化シリコン：ＳｉＯ２）粒子とアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３）粒子より構成される紫外線散乱粒子が堆積された粒子体積体である。
シリカ粒子は、ガラス状態のものであっても結晶状態のものであってもよいが、放電容器との接着性が良好であるガラス状態であることが好ましい。
紫外線散乱粒子の粒径の定義については後述するが、シリカ粒子は、その粒径が０．０１〜２０μｍであることが好ましく、また、その中心粒径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。
【００１９】
アルミナ粒子は、アルミナが結晶化しやすくガラス状態となりにくい特性を有することから、通常は結晶状態のものであり、シリカ粒子に比して屈折率が大きく高い反射率を有することから、シリカ粒子と共に紫外線反射膜１８を構成することにより、優れた紫外線反射能が得られることとなる。
アルミナ粒子の粒径は、０．１〜３μｍであることが好ましく、またその中心粒径が０．３〜１μｍであることが好ましい。
【００２０】
このような粒子を堆積させた紫外線反射膜１８によれば、入射された真空紫外光は、その一部が紫外線散乱粒子の表面で反射され、また一部は屈折して粒子の内部を透過し、再び別の表面で反射または屈折する。これら多数の微粒子の粒界によって、繰り返し反射、屈折が起こる機会が増大していることにより、真空紫外光を効率良く拡散反射している。
したがって、紫外線反射膜１８は、粒子の層である膜が薄すぎても反射光量が少なくなり、厚すぎても膜自体が剥離しやすくなるため、その膜厚は１０〜１０００μｍの範囲で形成されることが好ましい
【００２１】
ここでいう「粒径」とは、紫外線反射膜をその表面に対して垂直方向に破断したときの破断面の、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、「中心粒径」とは上記のようにして得られる各粒子の粒径についての最大値と最小値との範囲を、例えば０．１μｍの区分をもって、複数、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である粒径をいう。
【００２２】
紫外線反射膜を構成するシリカ粒子とアルミナ粒子には、紫外線の反射する機能そのものの他に以下のような役割を有するので説明をする。
シリカ粒子は、放電容器１１の材料であるシリカガラスと熱膨張係数が等しく、高い接着性を有するものであり、紫外線反射膜１８と放電容器１１との接着は、紫外線反射膜に含有されるシリカ粒子が一部溶融することによって得られるものである。一般に、熱膨張係数の値が等しい、または近いものは、接着しやすいという性質がある。そのため、シリカ粒子は、放電容器１１への付着が良好であり、紫外線反射膜の剥離を防ぐことができる。
【００２３】
このエキシマランプ１０は、一方の電極１５に点灯電力が供給されると、誘電体である放電容器１１の壁を介して両電極１５、１６間に電圧が印加され、放電空間Ｓ内に放電が生ずる。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エキシマ分子発光が生じる。
放電に用いるガスの種類によっては、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、前述のように１７２ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じる。エキシマ発光により発生した真空紫外光は、光出射部１７以外の放電容器１１の壁（シリカガラス）を通過することなく反射され、所望の方向へ照射されるので、当該真空紫外光を効率良く利用することが出来る。
【００２４】
シリカ粒子には、紫外線放射損傷による内部欠陥の生成を抑制するために、ＯＨ基を含有させる。ＯＨ基を含有させるためには、例えば、紫外線反射膜を、大気暴露させた状態で高温に加熱するか、珪素化合物（例えば四塩化珪素）を酸水素火炎中で加水分解する。このような製造方法を用いた場合、シリカ粒子中にはＯＨ基が含有される。
紫外線反射膜は、このようにして含有させたＯＨ基の濃度が高いほど、内部欠陥の生成を抑制して紫外線反射膜の反射維持率を高めることができる。
【００２５】
しかし、前述のように、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が過大であると、シリカ粒子がプラズマに曝されたり、紫外線が照射されたりすることによって、ＯＨ基が解離して放電空間に放出されることがある。放電空間Ｓ内に放出されたＯＨはプラズマで分解されてＯとなり、さらにＸｅと結びついてＸｅＯとなる。この一連の現象によって、実質的に放電空間内のＸｅが減少することとなる。
【００２６】
紫外線反射膜中に占めるアルミナ粒子の体積濃度が高くなれば、放電に曝される紫外線反射膜の表面は、主にアルミナ粒子が露出していることとなる。アルミナ粒子にはＯＨ基が含まれないので、ＯＨを放出することもなく、放電空間へのＯＨの放出を防ぎ、ＸｅＯの生成を抑制することが出来る。また、紫外線反射膜はアルミナ粒子とシリカ粒子により構成されているので、アルミナ粒子の体積濃度が増加すれば、自ずとシリカ粒子の体積濃度が減少し、ＯＨ放出量も減少する。
すなわち、アルミナ粒子の体積濃度を高めることで、ＯＨを含有したシリカ粒子とアルミナ粒子を用いて紫外線反射膜を作製し、シリカ粒子からのＯＨ放出量を低減することができる。以上から、紫外線反射膜のアルミナ粒子の体積濃度を規定する必要がある。
具体的には、紫外線反射膜中のＯＨ濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）に対して、アルミナ粒子の体積濃度Ｙ（ｖｏｌ％）を次式のように規定する。
式（１）：Ｙ≧１３．７ｌｎ（Ｘ）＋１．２
ここで体積濃度とは、紫外線反射膜を構成するシリカ粒子およびアルミナ粒子の体積に合計に占めるアルミナ粒子の体積の割合のことである。
以上の式を満たすことで、紫外線反射膜から放電空間へＯＨが放出されることを抑制することができる。
【００２７】
さらに、アルミナ粒子が上記規定を満たすように含有されることにより以下の様な効果がある。
エキシマランプにおいては、プラズマが発生することが知られているが、本実施形態に係るエキシマランプにおいては、プラズマが紫外線反射膜に対して略直角に入射して作用することになるため、紫外線反射膜の温度が局所的に急激に上昇し、プラズマの熱によって、シリカ粒子が溶融されて粒界が消失し、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。
アルミナ粒子は、シリカ粒子よりも融点が高いため、シリカ粒子が放電プラズマに曝されて溶融したとしても、アルミナ粒子まで溶融することはない。このため、アルミナ粒子を多くシリカ粒子とシリカ粒子の間に混在させることにより、シリカ粒子の連鎖的な溶融を防止することができる。すなわち、粒子同士が溶融して一体化することを防止でき、粒子の形状を維持し、反射機能を維持することが出来る。
これにより、点灯開始から長時間が経過した後であっても、放電空間において単体で存在するキセノンガスの割合が点灯初期とほぼ同程度に維持され、波長１７２ｎｍの発光強度を維持することが出来る。
【００２８】
また、シリカ粒子の中心粒径は、アルミナ粒子の中心粒径よりも小さいものとすることが好ましい。これにより、ＯＨ放出量を低減し、波長１７２ｎｍの照度低下を抑制することが出来る。具体的には、紫外線反射膜中のアルミナ粒子の平均粒径ＲＡ、シリカ粒子の平均粒径ＲＳは次式の関係を満たすものとする。
式（２）：ＲＡ／ＲＳ≧１
上記の式の関係を満たす紫外線反射膜においては、シリカ粒子の平均粒径がアルミナ粒子の平均粒径よりも小さいものとなる。したがって、反射膜の作製において、これらの紫外線粒子を混入させたコート液を放電容器内に塗布する際に、小さいシリカ粒子が大きいアルミナ粒子の隙間に入り込むため、シリカ粒子は放電に曝される表面に露出しにくくなる。そのため、アルミナ粒子を適量混入していることによる効果を、より確実なものとすることができる。
また、シリカ粒子の粒径が小さければ、アルミナ粒子とアルミナ粒子の間や、アルミナ粒子と放電容器の間に入り込みやすくなり、紫外線反射膜の焼成の際に一部溶融することで、接着性を強化することが出来る。
【００２９】
このように、本発明に係るエキシマランプに設けられた紫外線反射膜については、アルミナ粒子とシリカ粒子の両方を混合して構成し、上記の関係を満たすことが好ましい。これにより、紫外線反射膜中からＯＨ基が放出されることを抑制し、ＸｅＯの生成を低減して、波長１７２ｎｍの光の照度低下を防ぐことが出来る。
【００３０】
これら紫外線反射膜の製造方法にかかる事項について以下に説明する。
シリカ粒子、アルミナ粒子は、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）によって製造することができる。具体的には、シリカ粒子は、四塩化珪素と酸素を９００〜１０００℃で反応させることにより、また、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る。粒子の粒径は、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。
【００３１】
放電容器への紫外線反射膜の形成は、例えば以下に示す「流下法」によって行うことが出来る。
水とＰＥＯ樹脂（ポリエチレンオキサイド：ｐｏｌｙｅｔｈｌｅｎ ｏｘｉｄｅ）を組み合わせた粘性を有する溶剤に、微小なシリカ粒子およびアルミナ粒子を混ぜて分散液を調整し、この分散駅を放電容器形成材料内に流し込む。そして、分散駅を放電容器形成材料の内壁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、粒子堆積体を形成することが出来る。焼成温度は、例えば５００℃〜１１００℃である。
【００３２】
つづいて、本発明のエキシマランプに関する実施例を示す。
図１（ａ）、（ｂ）に示す構成に従って、本発明の実施形態に係る紫外線反射膜を有するエキシマランプを作製した。
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。 高電圧供給電極および接地電極の寸法は、３０ｍｍ×３００ｍｍである。
紫外線反射膜は、アルミナ粒子とシリカ粒子によって構成され、流下法によってそれぞれ形成し、１０００℃で焼成した。
【００３３】
〔実施例１〕
紫外線反射膜のシリカ粒子中に含まれるＯＨ基濃度に応じて、アルミナ粒子を混合して適量な体積濃度を規定するために、シリカ粒子中のＯＨ基濃度とアルミナ濃度を変化させた場合の、ＸｅＯの発光との関係を調べた。
測定対象として、シリカ粒子とアルミナ粒子の混合粒子による紫外線反射膜を形成した、アルミナ濃度と、シリカ粒子中ＯＨ基濃度の異なるランプ数本を用意した。用意した各々のランプについて点灯開始後５００時間経過した後に、ランプから発せられる緑色発光を分光計で観測した。
ＯＨ基濃度は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いることで、シリカ粒子中に含まれるＯＨ基濃度のみを測定することが出来る。測定試料には、ランプを破砕し、破砕片より紫外線反射膜を削り落として粉末としたものを用いた。
アルミナ濃度については、紫外線反射膜を作製する際に混合するシリカ粒子とアルミナ粒子の重量比をもとに、比重により換算した体積濃度（ｖｏｌ％）を算出した。シリカ粒子の比重は、２．１５（ｇ／ｃｍ３）であり、アルミナ粒子の比重は、３．９９（ｇ／ｃｍ３）である。例をあげると、重量によるシリカ濃度が９０（ｗｔ％）のときは、体積によるシリカ濃度は、９０（ｗｔ％）÷２．１５（ｇ／ｃｍ３）＝４１．９（ｖｏｌ％）となる。
また、各々のランプの測定により得られた分光スペクトルにおいて、ＸｅＯの発光強度（５５０ｎｍ）を、基準となるＸｅ（９８０ｎｍ）の発光強度で除することにより、ＸｅＯのＸｅに対する光強度比：ＸｅＯ／Ｘｅを求めた。
図４に、シリカ粒子中のＯＨ基濃度とアルミナ濃度との関係を示す。横軸はＯＨ基濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）の対数表示であり、縦軸はアルミナ濃度（ｖｏｌ％）である。
光強度比：ＸｅＯ／Ｘｅは、数値が高いほどＸｅＯ発光が支配的になり、Ｘｅが酸素と結合して減少していることを意味する。各試料において、ＸｅＯ／Ｘｅ強度比が０．５以上のものはＸｅＯの割合が高くＸｅが減少しているため「×」（不合格）とし、０．５未満のものを「○」（合格）、また０．３未満のものを「◎」（合格）としてグラフにプロットした。
図４において、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が一定である場合には、アルミナ濃度が高いほうがＸｅＯ／Ｘｅ比が小さい。また、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が増えると、ＸｅＯ／Ｘｅ比を規定値以下とするためにはアルミナ濃度を増やさなければならないことがわかる。このように、紫外線反射膜のシリカ粒子中に含まれるＯＨ基濃度に応じてアルミナ濃度を増加させることが好ましい。
また、図４において判定が「○」となった各々の試料に基づいて、近似線を引いた。同じＯＨ基濃度においては、アルミナ濃度が高くなればなるほど、ＸｅＯの割合は低くなるのであるから、「○」がプロットされた点において、ＯＨ基濃度が一定であれば、アルミナ濃度が高いほうがＯＨ放出を抑制することができる。すなわちこの近似線よりも上（アルミナ濃度が高い）の領域においては、ＸｅＯが生成されにくいことを意味する。
以上により、紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことにより、１７２ｎｍの照度を維持することができる。
【００３４】
〔実施例２〕
紫外線反射膜を構成する、アルミナ粒子とシリカ粒子の中心粒径比と、波長１７２ｎｍの光の照度との関係を調べた。
中心粒径が１．０μｍであるアルミナ粒子に対して、中心粒径が０．１〜３．０μｍと変化させたシリカ粒子を混合して作製した紫外線反射膜を有するエキシマランプを作製し、ランプ点灯後５００時間経過後における、波長１７２ｎｍの光の照度を測定した。
紫外線反射膜中のアルミナ体積濃度はある値で一定のものである。
図５に示すように、アルミナ中心粒径／シリカ中心粒径が小さくなるほど、すなわち、アルミナ粒子の粒径が大きいほど、波長１７２ｎｍの照度が低下しないことがわかる。特に、アルミナ平均粒径ＲＡ／シリカ平均粒径ＲＳ≧１となるときは１７２ｎｍの照度は維持されることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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）放電容器の管軸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。
【図２】本発明のエキシマランプの製造方法にかかる説明用断面図である。
【図３】エキシマランプの実験結果である。
【図４】エキシマランプの実験結果である。
【図５】エキシマランプの実験結果である。
【図６】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であって、（ａ）放電容器の管軸方向に沿った断面を示す断面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ エキシマランプ
１１ 放電容器
１２ａ 長辺面
１２ｂ 長辺面
１３ａ 短辺面
１３ｂ 短辺面
１４ａ 端面
１４ｂ 端面
１５ 電極
１６ 電極
１７ 光放出部
１８ 紫外線反射膜
ＡＸ 管軸
Ｓ 放電空間
５０ エキシマランプ
５１ 放電容器
５２ 外側管
５３ 内側管
５４ 端面
５５ 電極
５６ 電極
５７ 光放出部
５８ 紫外線反射膜
Ｓ 放電空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプに係わり、特にシリカガラスよりなる放電容器の内部に紫外線反射層を形成して効率よく紫外線を放射する、キセノンを封入したエキシマ放電ランプに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、例えば金属、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、真空紫外光およびこれにより生成されるオゾンの作用によって、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の形成処理技術等の、被処理体を処理する技術が開発され、実用化されている。
【０００３】
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ある。このエキシマランプにおいては、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。
【０００４】
例えば、図６を参照して説明すると、紫外線を透過するシリカガラスよりなる放電容器５１を具え、放電容器５１の外壁にそれぞれ電極５５、５６が設けられてなるエキシマランプ５０において、放電容器５１の内部に放電ガスとしてキセノンガスが封入され、放電容器５１の放電空間Ｓに曝される表面に、紫外線反射膜５８が形成されることが記載されており、紫外線反射膜としては、シリカ粒子とアルミナ粒子からなるものが実施例に例示されている（特許文献１参照）。
【０００５】
上記構成に係る放電ランプによれば、放電容器５１の内壁、放電空間Ｓに曝される表面に紫外線反射膜５８が設けられていることにより、紫外線反射膜５８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、紫外線反射膜によって反射される。反射された紫外線は、紫外線反射膜５８を設けない光出射部５７を透過して外部に放射される。
したがって、放電空間Ｓ内で発生した紫外線を有効に利用することができるため、エキシマランプから放射される波長１５０〜２００ｎｍの紫外線放射効率が、紫外線反射膜を有しないエキシマランプに比べて２０％以上も向上することが記載されている。
【特許文献１】特開２００７−３３５３５０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のエキシマランプにおいては、波長１７２ｎｍの紫外線の照度が点灯時間の経過とともに次第に低下するという不具合が生じた。この問題について発明者らが検討したところ、長時間点灯後のエキシマランプの紫外線反射膜では、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膜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。
この吸収は、紫外線反射膜中のシリカ粒子が、放電によって生じる紫外線やプラズマに曝されることで放射損傷を受けて内部欠陥が生じ、その内部欠陥に起因して紫外線が一部吸収されることで、散乱反射の効果が薄れるためであることがわかった。
この内部欠陥とは、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、または、波長２１５ｎｍ付近に吸収帯のあるＥ’ｃｅｎｔｅｒ（Ｓｉ・）のことである。
この問題を解決するために発明者らは鋭意検討し、紫外線反射膜中のシリカ粒子中にＯＨ基を含有させることにより、紫外線反射膜に含まれるシリカ粒子における内部欠陥の生成を抑制する効果があることを見出した。
図２は、エキシマランプのシリカ粒子よりなる紫外線反射膜について、ＯＨ基濃度を変化させて調べた、ＯＨ基濃度と反射維持率の関係を示す図である。横軸は、ＯＨ基濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）の対数表示であり、縦軸は反射維持率（％）である。反射維持率は、点灯初期と５００時間経過後のエキシマランプより照射される１７２ｎｍの真空紫外光の反射率を測定し、その維持率を算出したものである。図２に示すように、紫外線反射膜中のＯＨ基濃度が高いほど、反射維持率が高いことがわかる。このように、紫外線反射膜中のシリカ粒子にＯＨ基を充分に含有させることにより、紫外線反射膜の反射性能低下を防ぐことができた。
【０００７】
しかしながら、紫外線反射膜中のシリカ粒子にＯＨ基を充分に含有させると、ランプを点灯して所定時間が経過したとき、波長５５０ｎｍ近傍の緑色の発光が強く現れるようになり、さらには波長１７２ｎｍの紫外線の照度低下が生じた。
上記の緑色発光を分析すると、キセノンオキサイド（以下ＸｅＯという）による分子発光であると確認された。この発光が強くなると、波長１７２ｎｍの紫外線の照度も合わせて低下したことから、発明者らは、問題の原因はＸｅＯに関係し、以下のようにあると考えた。
【０００８】
前述のように、内部欠陥抑制のために、紫外線反射膜中のシリカ粒子に含有させたＯＨ基は、シリカ粒子が放電に曝されたり、紫外線が放射されたりすることにより解離して、放電空間に放出されることがある。
エキシマランプには放電ガスとしてキセノン（以下Ｘｅという）が封入されている。放電空間に放出されたＯＨ基は、プラズマにより分解されてＯ（酸素原子）となり、ランプに封入されたＸｅと反応してＸｅＯとなることで、キセノン原子を点灯初期より実質的に減少させてしまう。
すなわち、ＯＨ基濃度が適切であるときは、ＯＨ基は良好に内部欠陥の生成を抑制し、紫外線反射膜の反射性能を維持することができるが、ＯＨ基濃度が過大であると、ＯＨが放電空間に放出されて、Ｘｅガスが実質的に減少する原因となる。
図３には、紫外線反射膜中のシリカ粒子中のＯＨ基濃度と、Ｘｅエキシマによる波長１７２ｎｍの真空紫外光の照度の関係を調べた図を示す。横軸は紫外線反射膜中のシリカ粒子中のＯＨ基濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）の対数表示であり、縦軸は波長１７２ｎｍの光の照度である。測定試料として、エキシマランプにシリカ粒子のみからなる紫外線反射膜を作成し、５００時間経過後のエキシマランプから照射される１７２ｎｍの照度を測定した。
図３に示すように、紫外線反射膜中のＯＨ基濃度が高くなるにつれて、波長１７２ｎｍの光の照度が低下している。
つまり、エキシマランプの点灯を開始してから所定時間が経過するごとにＯＨが徐々に放出されてＸｅＯが生成され、ＸｅＯが励起されることにより放射される波長５５０ｎｍの分子発光の割合が点灯初期よりも増加する。これに伴って、Ｘｅが実質的に減少するので、Ｘｅエキシマ分子発光により放射される波長１７２ｎｍの紫外線の割合が点灯初期よりも少なくなるものと考えられる。
【０００９】
以上から、本発明は、キセノンガスを含む放電ガスが封入された放電容器の内壁に紫外線反射膜が設けられると共に、紫外線反射膜を構成するシリカ粒子にＯＨ基が含まれているエキシマランプにおいて、点灯時間が経過するにつれて紫外線の照度が低下することのないエキシマランプを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、シリカガラスよりなる放電容器の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子よりなる紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプにおいて、前記紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記紫外線反射膜のシリカ粒子の中心粒径ＲＳ（μｍ）と、アルミナ粒子の中心粒径ＲＡ（μｍ）は、ＲＡ／ＲＳ≧１の関係を満たすことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、シリカガラスよりなる放電容器の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子を含む紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプにおいて、当該紫外線反射膜中のアルミナ体積濃度Ｙ（ｖｏｌ積％）と、ＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｎ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことにより、紫外線反射膜中のＯＨ濃度に応じて十分な体積濃度のアルミナ粒子を含有させる。
これにより、アルミナ粒子が放電に曝される紫外線反射膜の表面に露出しやすくなる。アルミナ粒子にはＯＨ基が含まれていないため、紫外線反射膜から放出されるＯＨは減少し、ＸｅＯの生成を抑制することができる。加えて、適量のＯＨ基を含有させたシリカ粒子を紫外線反射膜に用いているので、Ｘｅエキシマ発光による紫外線照度が低下することなく、紫外線反射膜の反射性能を維持することができる。
【００１３】
また、前記紫外線反射膜中のシリカ粒子の平均粒径ＲＳと、アルミナ粒子の平均粒径ＲＡは、式：ＲＡ／ＲＳ≧１の関係を満たすことにより、シリカ粒子がアルミナ粒子とアルミナ粒子の隙間に入り込み、一部溶融して接着に寄与するとともに、放電に曝される紫外線反射膜の表面に露出しにくくなる。そのため、シリカ粒子は放電に曝されてＯＨを放出することが無くなり、ＸｅＯの生成を抑制できる。よって、Ｘｅエキシマ発光による紫外線照度が低下することも無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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断面図であって、図１（ａ）は、放電容器１１を管軸方向（長手方向）に沿って切断した断面図、図１（ｂ）は図１（ａ）におけるＡ−Ａ’線断面図である。
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、断面矩形状で中空長尺状の放電容器１１を備えており、この放電容器１１の内部には、放電ガスとしてキセノン（Ｘｅ）ガスが封入されている。
放電容器１１は、シリカガラス、例えば合成石英によるシリカガラスよりなり、誘電体としての機能を有する。
【００１５】
放電容器１１は、管軸ＡＸに沿って長辺面１２ａ、１２ｂが互いに向かい合うように配置されるとともに、この長辺面１２ａと長辺面１２ｂに対して直角関係で連続する短辺面１３ａ、１３ｂにより断面矩形状の管が形成される。管軸方向の両端は、端面１４ａ、１４ｂにより閉じられて、放電容器の内部を気密空間としている。
【００１６】
放電容器１１における長辺面１２ａ、１２ｂの外壁には、一対の格子状または網状の電極１５、１６が管軸方向に沿って形成され、放電容器１１を挟んで互いに対向する。長辺面１２ａの外壁には高電圧給電電極として機能する一方の電極１５が配置され、長辺面１２ｂの外壁には接地電極として機能する他方の電極１６が配置される。
電極１５、１６の各々には、高周波電源（図示せず）が接続される。これにより、一対の電極１５、１６間に誘電体として機能する放電容器１１が介在された状態となる。このような電極１５、１６は、例えば、アルミニウム、ニッケル、金等の金属よりなる電極材料を放電容器１１にペースト塗布することにより、またはプリント印刷することによって形成することができる。
【００１７】
エキシマランプ１０には、エキシマ発光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１１の放電空間Ｓ側の内壁に、後述する粒子堆積体よりなる紫外線反射膜１８が設けられている。
紫外線反射膜１８は、例えば、高電圧側の電極１５が設けられた、長辺面１２ａの内壁領域と、この領域に連続する短辺面１３ａ、１３ｂの内壁領域にわたって形成されている。また、さらなる反射光量増加のため、両方の端面１４ａ、１４ｂの内壁などその他の領域にも紫外線反射膜１８を形成してもよい。
一方、接地側の電極１６に対応する長辺面１２ｂの内壁領域においては、紫外線反射膜１８は形成せずに、長辺面１２ｂの、電極１６が形成されていない隙間の領域を、紫外線を出射する光出射部１７としている。
【００１８】
紫外線反射膜１８は、シリカ（酸化シリコン：ＳｉＯ２）粒子とアルミナ（酸化アルミニウム：Ａｌ２Ｏ３）粒子より構成される紫外線散乱粒子が堆積された粒子体積体である。
シリカ粒子は、ガラス状態のものであっても結晶状態のものであってもよいが、放電容器との接着性が良好であるガラス状態であることが好ましい。
紫外線散乱粒子の粒径の定義については後述するが、シリカ粒子は、その粒径が０．０１〜２０μｍであることが好ましく、また、その中心粒径が０．１〜１０μｍであることが好ましい。
【００１９】
アルミナ粒子は、アルミナが結晶化しやすくガラス状態となりにくい特性を有することから、通常は結晶状態のものであり、シリカ粒子に比して屈折率が大きく高い反射率を有することから、シリカ粒子と共に紫外線反射膜１８を構成することにより、優れた紫外線反射能が得られることとなる。
アルミナ粒子の粒径は、０．１〜３μｍであることが好ましく、またその中心粒径が０．３〜１μｍであることが好ましい。
【００２０】
このような粒子を堆積させた紫外線反射膜１８によれば、入射された真空紫外光は、その一部が紫外線散乱粒子の表面で反射され、また一部は屈折して粒子の内部を透過し、再び別の表面で反射または屈折する。これら多数の微粒子の粒界によって、繰り返し反射、屈折が起こる機会が増大していることにより、真空紫外光を効率良く拡散反射している。
したがって、紫外線反射膜１８は、粒子の層である膜が薄すぎても反射光量が少なくなり、厚すぎても膜自体が剥離しやすくなるため、その膜厚は１０〜１０００μｍの範囲で形成されることが好ましい
【００２１】
ここでいう「粒径」とは、紫外線反射膜をその表面に対して垂直方向に破断したときの破断面の、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、「中心粒径」とは上記のようにして得られる各粒子の粒径についての最大値と最小値との範囲を、例えば０．１μｍの区分をもって、複数、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である粒径をいう。
【００２２】
紫外線反射膜を構成するシリカ粒子とアルミナ粒子には、紫外線の反射する機能そのものの他に以下のような役割を有するので説明をする。
シリカ粒子は、放電容器１１の材料であるシリカガラスと熱膨張係数が等しく、高い接着性を有するものであり、紫外線反射膜１８と放電容器１１との接着は、紫外線反射膜に含有されるシリカ粒子が一部溶融することによって得られるものである。一般に、熱膨張係数の値が等しい、または近いものは、接着しやすいという性質がある。そのため、シリカ粒子は、放電容器１１への付着が良好であり、紫外線反射膜の剥離を防ぐことができる。
【００２３】
このエキシマランプ１０は、一方の電極１５に点灯電力が供給されると、誘電体である放電容器１１の壁を介して両電極１５、１６間に電圧が印加され、放電空間Ｓ内に放電が生ずる。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エキシマ分子発光が生じる。
放電に用いるガスの種類によっては、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、前述のように１７２ｎｍを中心波長とするエキシマ発光が生じる。エキシマ発光により発生した真空紫外光は、光出射部１７以外の放電容器１１の壁（シリカガラス）を通過することなく反射され、所望の方向へ照射されるので、当該真空紫外光を効率良く利用することが出来る。
【００２４】
シリカ粒子には、紫外線放射損傷による内部欠陥の生成を抑制するために、ＯＨ基を含有させる。ＯＨ基を含有させるためには、例えば、紫外線反射膜を、大気暴露させた状態で高温に加熱するか、珪素化合物（例えば四塩化珪素）を酸水素火炎中で加水分解する。このような製造方法を用いた場合、シリカ粒子中にはＯＨ基が含有される。
紫外線反射膜は、このようにして含有させたＯＨ基の濃度が高いほど、内部欠陥の生成を抑制して紫外線反射膜の反射維持率を高めることができる。
【００２５】
しかし、前述のように、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が過大であると、シリカ粒子がプラズマに曝されたり、紫外線が照射されたりすることによって、ＯＨ基が解離して放電空間に放出されることがある。放電空間Ｓ内に放出されたＯＨはプラズマで分解されてＯとなり、さらにＸｅと結びついてＸｅＯとなる。この一連の現象によって、実質的に放電空間内のＸｅが減少することとなる。
【００２６】
紫外線反射膜中に占めるアルミナ粒子の体積濃度が高くなれば、放電に曝される紫外線反射膜の表面は、主にアルミナ粒子が露出していることとなる。アルミナ粒子にはＯＨ基が含まれないので、ＯＨを放出することもなく、放電空間へのＯＨの放出を防ぎ、ＸｅＯの生成を抑制することが出来る。また、紫外線反射膜はアルミナ粒子とシリカ粒子により構成されているので、アルミナ粒子の体積濃度が増加すれば、自ずとシリカ粒子の体積濃度が減少し、ＯＨ放出量も減少する。
すなわち、アルミナ粒子の体積濃度を高めることで、ＯＨを含有したシリカ粒子とアルミナ粒子を用いて紫外線反射膜を作製し、シリカ粒子からのＯＨ放出量を低減することができる。以上から、紫外線反射膜のアルミナ粒子の体積濃度を規定する必要がある。
具体的には、紫外線反射膜中のＯＨ濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）に対して、アルミナ粒子の体積濃度Ｙ（ｖｏｌ％）を次式のように規定する。
式（１）：Ｙ≧１３．７ｌｎ（Ｘ）＋１．２
ここで体積濃度とは、紫外線反射膜を構成するシリカ粒子およびアルミナ粒子の体積に合計に占めるアルミナ粒子の体積の割合のことである。
以上の式を満たすことで、紫外線反射膜から放電空間へＯＨが放出されることを抑制することができる。
【００２７】
さらに、アルミナ粒子が上記規定を満たすように含有されることにより以下の様な効果がある。
エキシマランプにおいては、プラズマが発生することが知られているが、本実施形態に係るエキシマランプにおいては、プラズマが紫外線反射膜に対して略直角に入射して作用することになるため、紫外線反射膜の温度が局所的に急激に上昇し、プラズマの熱によって、シリカ粒子が溶融されて粒界が消失し、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。
アルミナ粒子は、シリカ粒子よりも融点が高いため、シリカ粒子が放電プラズマに曝されて溶融したとしても、アルミナ粒子まで溶融することはない。このため、アルミナ粒子を多くシリカ粒子とシリカ粒子の間に混在させることにより、シリカ粒子の連鎖的な溶融を防止することができる。すなわち、粒子同士が溶融して一体化することを防止でき、粒子の形状を維持し、反射機能を維持することが出来る。
これにより、点灯開始から長時間が経過した後であっても、放電空間において単体で存在するキセノンガスの割合が点灯初期とほぼ同程度に維持され、波長１７２ｎｍの発光強度を維持することが出来る。
【００２８】
また、シリカ粒子の中心粒径は、アルミナ粒子の中心粒径よりも小さいものとすることが好ましい。これにより、ＯＨ放出量を低減し、波長１７２ｎｍの照度低下を抑制することが出来る。具体的には、紫外線反射膜中のアルミナ粒子の平均粒径ＲＡ、シリカ粒子の平均粒径ＲＳは次式の関係を満たすものとする。
式（２）：ＲＡ／ＲＳ≧１
上記の式の関係を満たす紫外線反射膜においては、シリカ粒子の平均粒径がアルミナ粒子の平均粒径よりも小さいものとなる。したがって、反射膜の作製において、これらの紫外線粒子を混入させたコート液を放電容器内に塗布する際に、小さいシリカ粒子が大きいアルミナ粒子の隙間に入り込むため、シリカ粒子は放電に曝される表面に露出しにくくなる。そのため、アルミナ粒子を適量混入していることによる効果を、より確実なものとすることができる。
また、シリカ粒子の粒径が小さければ、アルミナ粒子とアルミナ粒子の間や、アルミナ粒子と放電容器の間に入り込みやすくなり、紫外線反射膜の焼成の際に一部溶融することで、接着性を強化することが出来る。
【００２９】
このように、本発明に係るエキシマランプに設けられた紫外線反射膜については、アルミナ粒子とシリカ粒子の両方を混合して構成し、上記の関係を満たすことが好ましい。これにより、紫外線反射膜中からＯＨ基が放出されることを抑制し、ＸｅＯの生成を低減して、波長１７２ｎｍの光の照度低下を防ぐことが出来る。
【００３０】
これら紫外線反射膜の製造方法にかかる事項について以下に説明する。
シリカ粒子、アルミナ粒子は、例えば化学蒸着法（ＣＶＤ）によって製造することができる。具体的には、シリカ粒子は、四塩化珪素と酸素を９００〜１０００℃で反応させることにより、また、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る。粒子の粒径は、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。
【００３１】
放電容器への紫外線反射膜の形成は、例えば以下に示す「流下法」によって行うことが出来る。
水とＰＥＯ樹脂（ポリエチレンオキサイド：ｐｏｌｙｅｔｈｌｅｎ ｏｘｉｄｅ）を組み合わせた粘性を有する溶剤に、微小なシリカ粒子およびアルミナ粒子を混ぜて分散液を調整し、この分散駅を放電容器形成材料内に流し込む。そして、分散駅を放電容器形成材料の内壁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、粒子堆積体を形成することが出来る。焼成温度は、例えば５００℃〜１１００℃である。
【００３２】
つづいて、本発明のエキシマランプに関する実施例を示す。
図１（ａ）、（ｂ）に示す構成に従って、本発明の実施形態に係る紫外線反射膜を有するエキシマランプを作製した。
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。 高電圧供給電極および接地電極の寸法は、３０ｍｍ×３００ｍｍである。
紫外線反射膜は、アルミナ粒子とシリカ粒子によって構成され、流下法によってそれぞれ形成し、１０００℃で焼成した。
【００３３】
〔実施例１〕
紫外線反射膜のシリカ粒子中に含まれるＯＨ基濃度に応じて、アルミナ粒子を混合して適量な体積濃度を規定するために、シリカ粒子中のＯＨ基濃度とアルミナ濃度を変化させた場合の、ＸｅＯの発光との関係を調べた。
測定対象として、シリカ粒子とアルミナ粒子の混合粒子による紫外線反射膜を形成した、アルミナ濃度と、シリカ粒子中ＯＨ基濃度の異なるランプ数本を用意した。用意した各々のランプについて点灯開始後５００時間経過した後に、ランプから発せられる緑色発光を分光計で観測した。
ＯＨ基濃度は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いることで、シリカ粒子中に含まれるＯＨ基濃度のみを測定することが出来る。測定試料には、ランプを破砕し、破砕片より紫外線反射膜を削り落として粉末としたものを用いた。
アルミナ濃度については、紫外線反射膜を作製する際に混合するシリカ粒子とアルミナ粒子の重量比をもとに、比重により換算した体積濃度（ｖｏｌ％）を算出した。シリカ粒子の比重は、２．１５（ｇ／ｃｍ３）であり、アルミナ粒子の比重は、３．９９（ｇ／ｃｍ３）である。例をあげると、重量によるシリカ濃度が９０（ｗｔ％）のときは、体積によるシリカ濃度は、９０（ｗｔ％）÷２．１５（ｇ／ｃｍ３）＝４１．９（ｖｏｌ％）となる。
また、各々のランプの測定により得られた分光スペクトルにおいて、ＸｅＯの発光強度（５５０ｎｍ）を、基準となるＸｅ（９８０ｎｍ）の発光強度で除することにより、ＸｅＯのＸｅに対する光強度比：ＸｅＯ／Ｘｅを求めた。
図４に、シリカ粒子中のＯＨ基濃度とアルミナ濃度との関係を示す。横軸はＯＨ基濃度（ｗｔ．ｐｐｍ）の対数表示であり、縦軸はアルミナ濃度（ｖｏｌ％）である。
光強度比：ＸｅＯ／Ｘｅは、数値が高いほどＸｅＯ発光が支配的になり、Ｘｅが酸素と結合して減少していることを意味する。各試料において、ＸｅＯ／Ｘｅ強度比が０．５以上のものはＸｅＯの割合が高くＸｅが減少しているため「×」（不合格）とし、０．５未満のものを「○」（合格）、また０．３未満のものを「◎」（合格）としてグラフにプロットした。
図４において、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が一定である場合には、アルミナ濃度が高いほうがＸｅＯ／Ｘｅ比が小さい。また、シリカ粒子中のＯＨ基濃度が増えると、ＸｅＯ／Ｘｅ比を規定値以下とするためにはアルミナ濃度を増やさなければならないことがわかる。このように、紫外線反射膜のシリカ粒子中に含まれるＯＨ基濃度に応じてアルミナ濃度を増加させることが好ましい。
また、図４において判定が「○」となった各々の試料に基づいて、近似線を引いた。同じＯＨ基濃度においては、アルミナ濃度が高くなればなるほど、ＸｅＯの割合は低くなるのであるから、「○」がプロットされた点において、ＯＨ基濃度が一定であれば、アルミナ濃度が高いほうがＯＨ放出を抑制することができる。すなわちこの近似線よりも上（アルミナ濃度が高い）の領域においては、ＸｅＯが生成されにくいことを意味する。
以上により、紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことにより、１７２ｎｍの照度を維持することができる。
【００３４】
〔実施例２〕
紫外線反射膜を構成する、アルミナ粒子とシリカ粒子の中心粒径比と、波長１７２ｎｍの光の照度との関係を調べた。
中心粒径が１．０μｍであるアルミナ粒子に対して、中心粒径が０．１〜３．０μｍと変化させたシリカ粒子を混合して作製した紫外線反射膜を有するエキシマランプを作製し、ランプ点灯後５００時間経過後における、波長１７２ｎｍの光の照度を測定した。
紫外線反射膜中のアルミナ体積濃度はある値で一定のものである。
図５に示すように、アルミナ中心粒径／シリカ中心粒径が小さくなるほど、すなわち、アルミナ粒子の粒径が大きいほど、波長１７２ｎｍの照度が低下しないことがわかる。特に、アルミナ平均粒径ＲＡ／シリカ平均粒径ＲＳ≧１となるときは１７２ｎｍの照度は維持されることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】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）放電容器の管軸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。
【図２】本発明のエキシマランプの製造方法にかかる説明用断面図である。
【図３】エキシマランプの実験結果である。
【図４】エキシマランプの実験結果である。
【図５】エキシマランプの実験結果である。
【図６】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であって、（ａ）放電容器の管軸方向に沿った断面を示す断面図、（ｂ）（ａ）におけるＢ−Ｂ’線断面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１０ エキシマランプ
１１ 放電容器
１２ａ 長辺面
１２ｂ 長辺面
１３ａ 短辺面
１３ｂ 短辺面
１４ａ 端面
１４ｂ 端面
１５ 電極
１６ 電極
１７ 光放出部
１８ 紫外線反射膜
ＡＸ 管軸
Ｓ 放電空間
５０ エキシマランプ
５１ 放電容器
５２ 外側管
５３ 内側管
５４ 端面
５５ 電極
５６ 電極
５７ 光放出部
５８ 紫外線反射膜
Ｓ 放電空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリカガラスよりなる放電容器の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子よりなる紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプにおいて、
前記紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記紫外線反射膜のシリカ粒子の中心粒径ＲＳ（μｍ）と、アルミナ粒子の中心粒径ＲＡ（μｍ）は、ＲＡ／ＲＳ≧１の関係を満たすことを特徴とするエキシマランプ。
【請求項１】
シリカガラスよりなる放電容器の内壁に、シリカ粒子とアルミナ粒子よりなる紫外線散乱粒子により形成された紫外線反射膜を有するとともに、キセノンを含むガスを封入したエキシマランプにおいて、
前記紫外線反射膜のアルミナ濃度Ｙ（ｖｏｌ％）と、該紫外線反射膜のシリカ粒子中のＯＨ基濃度Ｘ（ｗｔ．ｐｐｍ）は、Ｙ≧１３．７ｌｏｇｅ（Ｘ）＋１．２の関係を満たすことを特徴とするエキシマランプ。
【請求項２】
前記紫外線反射膜のシリカ粒子の中心粒径ＲＳ（μｍ）と、アルミナ粒子の中心粒径ＲＡ（μｍ）は、ＲＡ／ＲＳ≧１の関係を満たすことを特徴とするエキシマランプ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１０−４０４８２（Ｐ２０１０−４０４８２Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５５４２（Ｐ２００８−２０５５４２）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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