JP4400136B2 - Short arc type mercury vapor discharge lamp - Google Patents
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Description
この発明はショートアーク型金属水銀蒸気放電ランプであって、特に、波長365nmの紫外線照射に用いられるショートアーク型水銀蒸気放電ランプに関する。 The present invention relates to a short arc type metal mercury vapor discharge lamp, and more particularly to a short arc type mercury vapor discharge lamp used for ultraviolet irradiation with a wavelength of 365 nm.
半導体製造のフォトリソグラフィー工程(以下、露光工程と呼ぶ)では、その光源にショートアーク型水銀蒸気放電ランプが使用され、該ランプから放射される波長365nmの紫外線が利用されている。この露光工程では、近時、単位時間当りの処理能力を高める為に、より多量の紫外線が要求されてきている。この要求に応える為に、ランプへの入力を高めたり、バッファガスとしてキセノンガス(Xe)でなはく、クリプトンガス(Kr)やアルゴンガス(Ar)に置き換えて室温換算で数十万Pa封入することで放射効率を高めたりして、ランプからの波長365nmの放射量の増大を図っている。 In a photolithography process (hereinafter referred to as an exposure process) for manufacturing a semiconductor, a short arc type mercury vapor discharge lamp is used as a light source, and ultraviolet light having a wavelength of 365 nm emitted from the lamp is used. In this exposure process, recently, a larger amount of ultraviolet rays has been required in order to increase the processing capacity per unit time. In order to meet this demand, the input to the lamp is increased, or xenon gas (Xe) is not used as a buffer gas, but krypton gas (Kr) or argon gas (Ar) is substituted, and several hundred thousand Pa is enclosed in terms of room temperature. In this way, the radiation efficiency is increased, and the amount of radiation with a wavelength of 365 nm from the lamp is increased.
他方、これらの希ガスは、当然アーク放電の下で、共鳴線やエキシマ光の真空紫外光を発生し、それらの一光子当りのエネルギーはXe<Kr<Ar<Ne(ネオン)<He(ヘリウム)の順序で高くなる。今、その真空紫外光の元では、バルブ材の石英ガラスの温度が高くなると、石英ガラスバルブの劣化が見られる。石英ガラスバルブの劣化を防ぐ為に、OH基を含んだ石英ガラスが使用されている。石英ガラスバルブの温度が、石英ガラスバルブの劣化速度に大きく影響していることが伺える。 On the other hand, these rare gases naturally generate vacuum ultraviolet light such as resonance lines and excimer light under arc discharge, and the energy per one photon thereof is Xe <Kr <Ar <Ne (neon) <He (helium). ) In order. Now, under the vacuum ultraviolet light, when the temperature of the quartz glass of the bulb material becomes high, the quartz glass bulb is deteriorated. In order to prevent the deterioration of the quartz glass bulb, quartz glass containing OH groups is used. It can be seen that the temperature of the quartz glass bulb has a great influence on the deterioration rate of the quartz glass bulb.
特許文献1には本願のショートアーク型水銀蒸気放電ランプに相当する紫外線ランプに、アルゴン、クリプトン、キセノンの内少なくとも1種類の希ガスが300K換算で全圧で0.1×105Pa以上封入され、放電容器の表面から200μmまでの深さのOH基濃度を規定する技術が開示されている。
In
ショートアーク型水銀蒸気放電ランプのアーク放電からは波長250nm以下の紫外線も放射しており、それらの光は露光装置の光学部品に損傷を与えたり、装置の腐食を引き起こす原因となっている。この波長250nm以下の紫外光を遮光する為に、しばしば、石英ガラスバルブに紫外線吸収剤である酸化チタニウム(TiO2)がドープされる。たとえば、特許文献2には酸化チタニウムがドープされた石英ガラスから製造された放電管を使用したショートアーク型水銀蒸気放電ランプが示されている。通常、ドープする酸化チタニウムの重量濃度はチタニウム(Ti)で換算して100wtppmである。しかし、この様な酸化チタニウムをドープした石英ガラスをバルブに使用すると、その石英ガラスバルブの劣化が加速される。これは、紫外線吸収によるガラスの温度上昇に起因するものと考えられる。
Ultraviolet rays having a wavelength of 250 nm or less are also emitted from the arc discharge of the short arc type mercury vapor discharge lamp, and these lights cause damage to the optical components of the exposure apparatus and cause corrosion of the apparatus. In order to shield the ultraviolet light having a wavelength of 250 nm or less, the quartz glass bulb is often doped with titanium oxide (TiO 2 ) as an ultraviolet absorber. For example,
また、石英ガラスバルブの温度上昇への影響として、陽極からの熱放射がある。陽極の直径を大きくしたり、長くすることで陽極先端の温度を下げ、石英ガラスバルブの黒化を防いでいる。しかし、陽極を大きくすることで先端の温度は下がるが、陽極胴部の温度は逆に上がり、陽極からの熱放射量は増大する結果となる。これは、石英ガラスバルブが吸収する赤外域の放射も増大しており、結果として石英ガラスバルブの温度上昇を招く原因となるものと考えられる。
本発明が解決しようとする課題は、波長250nm以下の紫外線の放射を除去し、水銀の波長365nmの紫外線を高い効率で放射し、石英ガラスバルブの劣化を抑えることで、放射照度維持率が高い、ランプ寿命の長いショートアーク型水銀ランプを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to remove radiation of ultraviolet rays having a wavelength of 250 nm or less, emit ultraviolet rays having a wavelength of 365 nm with high efficiency, and suppress deterioration of the quartz glass bulb, thereby maintaining a high irradiance maintenance rate. It is to provide a short arc type mercury lamp having a long lamp life.
陽極からの熱放射と石英ガラスバルブ表面積との関係が、バルブの曇り発生とその抑制に及ぼす機構について考える。陽極の作用を考える時、簡単のために陽極の温度をT0で一定とする。陽極表面からの熱放射エネルギーEは、Stefan-Boltzmannの式に基いて、
E=SεσT0 4で与えられる。ここで、Sは陽極の表面積、εは放射率、σはStefan-Boltzmann定数で5.67×10−8W/m2/K4である。この式より、陽極からの放射エネルギーはその表面積に比例する。陽極からの熱放射エネルギーが石英ガラスバルブに当るとき、その石英ガラスバルブが受ける単位表面積当りの熱放射エネルギーの割合は石英ガラスバルブの表面積で割れば求められる。陽極表面の放射率が高くなれば、陽極表面からの放射エネルギーも増大する。したがって、石英ガラスバルブへ当るエネルギーも高くなる。
We consider the mechanism that the relationship between the thermal radiation from the anode and the surface area of the quartz glass bulb affects the generation and suppression of bulb fogging. When considering the action of the anode, the anode temperature is kept constant at T 0 for simplicity. The thermal radiation energy E from the anode surface is based on the Stefan-Boltzmann equation,
E = SεσT 0 4 Here, S is the surface area of the anode, ε is the emissivity, and σ is 5.67 × 10 −8 W / m 2 / K 4 in terms of Stefan-Boltzmann constant. From this equation, the radiant energy from the anode is proportional to its surface area. When the thermal radiation energy from the anode hits the quartz glass bulb, the ratio of the thermal radiation energy per unit surface area received by the quartz glass bulb is obtained by dividing by the surface area of the quartz glass bulb. If the emissivity of the anode surface increases, the radiation energy from the anode surface also increases. Therefore, the energy hitting the quartz glass bulb is also increased.
一方、石英ガラスバルブ部材には、波長250nm以下の光を遮光するため、チタニウム(Ti)がドープされている。このチタニウムがドープされた石英ガラスは、ランプ点灯中にアークからの真空紫外光を浴びる。そして、この真空紫外光が、チタニウム酸素‐珪素の連鎖を切断してしまうことで、石英ガラスの劣化を引き起こしていると想像される。 On the other hand, the quartz glass bulb member is doped with titanium (Ti) to shield light having a wavelength of 250 nm or less. The quartz glass doped with titanium is exposed to vacuum ultraviolet light from the arc while the lamp is on. And it is imagined that this vacuum ultraviolet light causes the degradation of quartz glass by breaking the titanium oxygen-silicon chain.
ここで、陽極からの熱放射エネルギーが増えて、石英ガラスバルブの温度が高くなると、当然、この反応速度は、加速度的に増大すると考えられる。一方この曇りを抑制するものとしてOH基が存在すると、連鎖が切断された後の不飽和結合にそれが結合して、劣化を緩和させるものと推測している。 Here, as the heat radiation energy from the anode increases and the temperature of the quartz glass bulb increases, naturally, this reaction rate is considered to increase at an accelerated rate. On the other hand, if an OH group is present as a component to suppress this fogging, it is presumed that it bonds to an unsaturated bond after the chain is broken to alleviate deterioration.
ところで、本発明者らは、上述した希ガスを含むショートアーク型水銀放電ランプにおいて、石英ガラスバルブの温度に影響を与える因子として種々検討を重ね、石英ガラスバルブにドープされる酸化チタニウム(TiO2)の濃度、バルブの大きさ、陽極の大きさが重要な因子であり、それらの間に相関があることを初めて見出して本発明を完成したのである。 By the way, the present inventors have made various studies as factors affecting the temperature of the quartz glass bulb in the short arc mercury discharge lamp containing the rare gas described above, and titanium oxide (TiO 2) doped into the quartz glass bulb. ), The size of the bulb, and the size of the anode are important factors, and the present invention has been completed by first finding that there is a correlation between them.
酸化チタニウムがドープされた略球形状の透明石英ガラスバルブの中に、陽極と陰極が対向して配置され、希ガスと水銀が封入され、封入される希ガスとしてはクリプトンまたはアルゴンまたはネオンまたはヘリウムの中から少なくとも一種以上の希ガスが選ばれ、それらの希ガスが25℃換算で1×105Pa気圧以上封入され、水銀がバルブ内容積の単位体積当り0.2mg/cm3から7mg/cm3の範囲で封入されたショートアーク型水銀蒸気放電ランプにおいて、陽極の最大直径をD、その長さをL、バルブ略球形部の最大直径の半分をRとするとき、0.24≦(D×L)/R2≦1.34であって、略球形バルブの肉厚方向における酸化チタニウム(チタ二ア)の平均濃度をN(wtppm)とするとき 5≦N≦60 であることを特徴とするショートアーク型水銀蒸気放電ランプとする。 In a substantially spherical transparent quartz glass bulb doped with titanium oxide, an anode and a cathode are arranged facing each other, rare gas and mercury are enclosed, and the rare gas to be filled is krypton, argon, neon, or helium. At least one kind of rare gas is selected from the above, and the rare gas is sealed at 1 × 10 5 Pa or more in terms of 25 ° C., and mercury is 0.2 mg / cm 3 to 7 mg / per unit volume of the valve internal volume. In a short arc type mercury vapor discharge lamp enclosed in the range of cm 3 , when the maximum diameter of the anode is D, the length thereof is L, and half of the maximum diameter of the substantially spherical bulb portion is R, 0.24 ≦ ( D × L) / R 2 ≦ 1.34, and 5 ≦ N ≦ 60 when the average concentration of titanium oxide (titanium) in the thickness direction of the substantially spherical valve is N (wtppm). Characteristic And Toaku mercury vapor discharge lamp.
また、上記に加えて、略球形バルブに50wtppmから300wtppmの濃度のOH基を含むことを特徴とするショートアーク型水銀蒸気放電ランプとする。 In addition to the above, a short arc type mercury vapor discharge lamp is characterized in that the substantially spherical bulb contains OH groups at a concentration of 50 wtppm to 300 wtppm.
尚、ここで云うチタニウムの濃度は石英ガラス中のチタニウムの重量割合であり、wtppmで表す。その測定は、蛍光X線や、試料を沸酸に溶かし、その溶液をICP分析にかけることで行われる。 The concentration of titanium referred to here is the weight ratio of titanium in the quartz glass and is expressed in wtppm. The measurement is performed by dissolving fluorescent X-rays or a sample in boiling acid and subjecting the solution to ICP analysis.
ここで、陽極表面からの熱放射がバルブに与える熱的影響を表わすパラメータとして、(D×L)/R2を導入した。このパラメータを採用したのは以下の理由による。
まず、陽極表面からの熱エネルギー放射量は、前述のE=SεσT0 4の式より、表面積Sに比例することが分かる。陽極を直径D(cm)、長さL(cm)の略円柱状であると近似して考え、その表面積を側面積で代表させると、その側面積は、D×L×πで与えられる。つまりS≒D×L×πである。この電極から放射された熱エネルギーの一部は、当然バルブが受け取る。したがって、バルブを最大半径R(cm)の略球形状とすると、バルブの表面積は、4π×R2で与えられる。今、このバルブの単位面積当りに受け取る陽極表面からの熱エネルギーは、陽極から放射されるエネルギーをバルブの全表面積で割ったものであり、S≒D×L×πとして計算すれば、
D×L×π×ε×σ×T0 4/4π×R2である。つまり、このバルブが単位面積当りに受け取る陽極表面からの熱エネルギー放射量Eは(D×L)/R2に比例するといえるから、(D×L)/R2を本発明においてパラメータとして採用したのである。この面積比に応じた量だけバルブへ熱エネルギーが流れ、バルブの温度上昇に寄与する。したがい、(D×L)/R2が小さくなると、電極からの熱エネルギーのバルブ単位面積当りに受け取るエネルギーが少なく、バルブの温度上昇への影響が少ない、逆に(D×L)/R2が大きくなると、電極からの熱エネルギーのバルブ単位面積当りに受け取るエネルギーが大きく、バルブ温度上昇への影響が大きくなる。
Here, (D × L) / R 2 was introduced as a parameter representing the thermal effect of the thermal radiation from the anode surface on the bulb. The reason for adopting this parameter is as follows.
First, it can be seen that the amount of heat energy radiated from the anode surface is proportional to the surface area S from the equation of E = SεσT 0 4 described above. If the anode is considered to be approximately cylindrical with a diameter D (cm) and a length L (cm), and its surface area is represented by a side area, the side area is given by D × L × π. That is, S≈D × L × π. Part of the thermal energy radiated from this electrode is naturally received by the valve. Therefore, when the bulb is substantially spherical with a maximum radius R (cm), the surface area of the bulb is given by 4π × R 2 . Now, the thermal energy from the anode surface received per unit area of the bulb is the energy radiated from the anode divided by the total surface area of the bulb, and calculated as S≈D × L × π,
D × L × π × ε × σ × T a 0 4 / 4π × R 2. That is, since it can be said that the valve is heat energy emission intensity E from the anode surface which receives per unit area is proportional to (D × L) / R 2, was adopted as a parameter in the present invention (D × L) / R 2 It is. Thermal energy flows to the valve by an amount corresponding to the area ratio, and contributes to the temperature rise of the valve. Therefore, when (D × L) / R 2 becomes smaller, less energy is received per unit area of the heat energy from the electrode, and the influence on the temperature rise of the valve is less. Conversely, (D × L) / R 2 When becomes larger, the energy received per unit area of the heat energy from the electrode becomes larger, and the influence on the rise of the valve temperature becomes larger.
ショートアーク型水銀蒸気放電ランプからのi線(365nm)の放射について考える。水銀の封入量が0.1mg/cm3未満であれば、必要とされるi線の発光強度が得られない。また10mg/cm3より超えると、i線のスペクトル幅が広がり露光の解像度が下がる。i線の放射照度の発光効率を上げる為には、XeガスではなくKr、Ar、Ne、Heの何れかのガスか又はそれらの混合ガスを用いる。効果を上げるのに必要な封入量は、それらの混合又は単一ガスが25℃において1×105Pa以上必要である。1気圧未満であれば、有意な発光効率の増加が得られない。8×105Paより高いとi線のスペクトル幅が広がり過ぎてしまう。 Consider i-line (365 nm) radiation from a short arc mercury vapor discharge lamp. If the amount of mercury enclosed is less than 0.1 mg / cm 3 , the required i-line emission intensity cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 10 mg / cm 3 , the spectrum width of i-line is widened and the exposure resolution is lowered. In order to increase the luminous efficiency of the irradiance of i-line, any gas of Kr, Ar, Ne, He or a mixed gas thereof is used instead of Xe gas. The encapsulated amount necessary to increase the effect is that 1 × 10 5 Pa or more of those mixed or single gas at 25 ° C. is required. If it is less than 1 atmosphere, a significant increase in luminous efficiency cannot be obtained. If it is higher than 8 × 10 5 Pa, the spectrum width of the i-line will be too wide.
チタニウム濃度が5wtppm未満であれば、250nm以下の紫外線の透過率が高くなり、多量の紫外線を透過してしまう。そのため、紫外線遮光効果が見られず、紫外線照射による光学機器への不具合を引き起こす。また、チタニウム濃度が60wtppmを越えると、石英ガラスバルブの劣化が加速される。 If the titanium concentration is less than 5 wtppm, the transmittance of ultraviolet rays of 250 nm or less increases, and a large amount of ultraviolet rays are transmitted. For this reason, the ultraviolet light shielding effect is not observed, and the optical apparatus is inconvenienced by ultraviolet irradiation. Further, when the titanium concentration exceeds 60 wtppm, the deterioration of the quartz glass bulb is accelerated.
酸化チタニウムがドープされた略球形状の透明石英ガラスバルブの中に、陽極と陰極が対向して配置され、希ガスと水銀が封入され、封入される希ガスはクリプトン・アルゴン・ネオン・ヘリウムの中から少なくとも一種以上の希ガスが選ばれ、それらの希ガスが25℃換算で1×105Pa以上封入され、水銀がバルブ内容積の単位体積当り0.2mg/cm3から10mg/cm3が封入されたランプにおいて、陽極の最大直径をD(cm)、その長さをL(cm)、バルブ略球形部の最大直径の半分をR(cm)とするとき、0.24≦(D×L)/R2≦1.34であって、略球形状のバルブの肉厚方向におけるチタニウムの平均濃度をN(wtppm)とするとき、5≦N≦60であるショートアーク型水銀蒸気放電ランプとすることで、波長250nm以下の紫外線の放射を除去し、水銀の波長365nmの紫外線を高い効率で放射し、石英ガラスバルブの劣化を抑えることで、放射照度維持率が高い、ランプ寿命の長いショートアーク型水銀ランプを提供することができる。 In an approximately spherical transparent quartz glass bulb doped with titanium oxide, the anode and the cathode are arranged facing each other, rare gas and mercury are enclosed, and the rare gas to be enclosed is krypton, argon, neon, helium. at least one kind of noble gas is selected from among, those rare gas is sealed 1 × 10 5 Pa or more at 25 ° C. terms, 10 mg / cm 3 mercury from unit volume per 0.2 mg / cm 3 of bulb volume In the lamp in which the maximum diameter of the anode is D (cm), the length is L (cm), and half of the maximum diameter of the bulb substantially spherical portion is R (cm), 0.24 ≦ (D × L) / R 2 ≦ 1.34, short arc mercury vapor discharge in which 5 ≦ N ≦ 60, where N (wtppm) is the average titanium concentration in the thickness direction of the substantially spherical valve By using a lamp, the wavelength is 250 nm. Provides a short arc type mercury lamp with high irradiance maintenance rate and long lamp life by removing the ultraviolet radiation below, emitting ultraviolet light with a wavelength of 365 nm with high efficiency, and suppressing the deterioration of the quartz glass bulb can do.
また、石英ガラスバルブに50wtppmから300wtppmの濃度のOH基を含むことで、さらに放射照度維持率の高い、ランプ寿命の長いショートアーク型水銀蒸気放電ランプを提供することができる。 Further, by including OH groups having a concentration of 50 wtppm to 300 wtppm in the quartz glass bulb, it is possible to provide a short arc type mercury vapor discharge lamp having a higher lamp irradiance and a longer lamp life.
本発明のショートアーク型水銀蒸気放電ランプの概略構成を図1に示す。
ショートアーク型水銀蒸気放電ランプ10は、酸化チタニウムがドープされた略球形状の透明な石英ガラスバルブ1の中に、陽極2と陰極3が対向して配置され、希ガスと水銀が封入され、封入される希ガスとしてはクリプトンまたはアルゴンまたはネオンまたはヘリウムの中から少なくとも一種以上の希ガスが選ばれ、それらの希ガスが25℃換算で1×105Pa以上封入され、水銀がバルブ内容積の単位体積当り0.2mg/cm3から10mg/cm3が封入されている。記号4は封止部、記号5は口金である。図2にショートアーク型水銀蒸気放電ランプ10の各部のパラメータを示す。石英ガラスバルブ1のバルブ球部の最大直径の半分の長さR(cm)、陽極2の最大直径D(cm)、陽極2の全長L(cm)である。
A schematic configuration of the short arc type mercury vapor discharge lamp of the present invention is shown in FIG.
A short arc type mercury
本発明の効果を確認するため、次の評価実験を行った。
石英ガラスバルブ1のバルブ球部の最大直径の半分の長さR(cm)、陽極2の最大直径D(cm)、陽極2の全長L(cm)をパラメータとするショートアーク型水銀蒸気放電ランプを11本製作した。その各パラメータに対する(D×L)/R2の値を図3の表にまとめる。
In order to confirm the effect of the present invention, the following evaluation experiment was performed.
Short arc type mercury vapor discharge lamp with parameters of length R (cm) half of the maximum diameter of bulb bulb of
製作されたランプ番号A1からA11のランプに、バルブ内容積の単位体積当り5mg/cm3の水銀と常温で3×105Pa相当のアルゴン(Ar)を封入した。ランプの点灯に際しては、ランプ消費電力が5kWとなるように点灯した。電源としては、定電力電源を用いた。 The lamps having the lamp numbers A1 to A11 were filled with 5 mg / cm 3 mercury per unit volume of the bulb internal volume and argon (Ar) equivalent to 3 × 10 5 Pa at room temperature. When the lamp was turned on, the lamp was lit so that the power consumption of the lamp was 5 kW. A constant power source was used as the power source.
いま、ランプ番号A1からA11のランプに対して、OH基濃度が10ppm未満の石英ガラスで、チタニウムのドープ量をn(wtppm)として表わし、(D×L)/R2とバルブの白い曇り(白濁)発生の関係を調べた。バルブの白濁については目視で確認した。その結果を図3の表に示している。 Now, with respect to the lamps of lamp numbers A1 to A11, quartz glass having an OH group concentration of less than 10 ppm, the titanium doping amount is expressed as n (wtppm), and (D × L) / R 2 and white cloudiness of the bulb ( The relationship between occurrence of white turbidity was investigated. The cloudiness of the valve was confirmed visually. The results are shown in the table of FIG.
この評価実験1から、酸化チタニウムがドープされた略球形状の透明石英ガラスバルブの中に、陽極と陰極が対向して配置され、アルゴンと水銀が封入され、アルゴンが25℃換算で1×105Pa以上封入され、水銀がバルブ内容積の単位体積当り0.2mg/cm3から10mg/cm3が封入されたランプにおいて、陽極の最大直径をD(cm)、その長さをL(cm)、バルブ略球形部の最大直径の半分をR(cm)とするとき、0.24≦(D×L)/R2≦1.34であって、略球形状のバルブの肉厚方向におけるチタニウムの平均濃度をN(wtppm)とするとき、5≦N≦60であると、バルブの白濁の発生が遅い、放射照度維持率が高い、ランプ寿命の長いショートアーク型水銀蒸気放電ランプとすることができることがわかった。
From this
なお、ランプ番号A6、A11についてはバルブ径が大きすぎたため、バルブ内温度が上がらず、水銀が未蒸発となり、アーク不安定を引き起こし、激しい照度変動を生じた。また、UV遮光効果については波長250nm以下の紫外線がバルブから放射されるか否かは、分光光度計で分光放射照度を測定することで確認した。 For lamp numbers A6 and A11, since the bulb diameter was too large, the temperature in the bulb did not rise, mercury was not evaporated, arc instability was caused, and intense illuminance fluctuations were caused. Further, the UV light shielding effect was confirmed by measuring the spectral irradiance with a spectrophotometer to determine whether or not ultraviolet rays having a wavelength of 250 nm or less were emitted from the bulb.
なお、この評価実験1では、希ガスとしてアルゴンについて実験したが、アルゴンに限らず、アルゴン・クリプトン・ネオン・ヘリウムの中から少なくとも一種以上の希ガスが選ばれ、それらの希ガスが25℃換算で1×105Pa以上封入されていれば、i線の高い放射効率が得られる事に加え、陽極からの熱放射がバルブへ与える影響は同じであるので、同様な効果を示すことが推測される。
In this
他方、ランプ番号A4、A5、A7、A9、A10でも点灯500時間から900時間前後の点灯で、ランプに白い曇り(白濁)が発生し始めている。この白濁の発生に対する改良を加える為に、これらのランプからランプ番号A4のランプを代表して選定し、OH基濃度だけを50wtppm、120wtppm、300wtppm、500wtppmと変化させて4本のランプ(A4a、A4b、A4c、A4d)を試作して、その白濁発生時間を調査した。 On the other hand, even with lamp numbers A4, A5, A7, A9, and A10, the lamp is turned on for about 500 hours to about 900 hours, and white cloudiness (white turbidity) has started to occur in the lamp. In order to improve the occurrence of the cloudiness, lamps with lamp number A4 were selected from these lamps as representatives, and only four OH groups (A4a, A4a, A4b, A4c, and A4d) were made as prototypes and their cloudiness generation time was investigated.
ここで、始めに石英ガラスバルブ内に水蒸気を混入して封止し、それを1100℃に保った高温炉の中に長時間放置することで、石英ガラスバルブ中に多量のOH基をドープした。次に、石英ガラスバルブ内を真空排気しつつ、約1100℃の高温の雰囲気下にバルブを曝(さら)し、その曝す時間により石英ガラスバルブ中のOH基濃度を制御して前記4本のランプ(A4a、A4b、A4c、A4d)を製作した。 Here, the quartz glass bulb was first mixed with water vapor and sealed, and then left in a high-temperature furnace maintained at 1100 ° C. for a long time, so that a large amount of OH groups were doped in the quartz glass bulb. . Next, while evacuating the inside of the quartz glass bulb, the bulb is exposed to a high temperature atmosphere of about 1100 ° C., and the OH group concentration in the quartz glass bulb is controlled by the exposure time to control the four glass bulbs. Lamps (A4a, A4b, A4c, A4d) were manufactured.
これらのOH基濃度を制御された石英ガラスバルブを用いたランプでの結果は、図4の表に示すが、OH基濃度が高くなるにつれて白濁の発生する時間が1000時間、1300時間、1700時間と遅くなった。すなわち、50wtppm、120wtppm、300wtppmのOH基濃度にすると白濁発生までの時間は1000時間以上となりバルブの白濁発生を抑制できることが分った。しかし、1000wtppmでは、バルブ内面の黒化を急速に進行させ200時間で急速な放射照度低下をもたらした。この黒化は点灯時間中バルブ中のOH基がランプ内に水として放出され、それが電極と反応して、タングステンが蒸発し、その蒸発物がバルブに付着したことによるものと考えられる。 The results of these lamps using a quartz glass bulb in which the OH group concentration is controlled are shown in the table of FIG. 4. As the OH group concentration becomes higher, the time when white turbidity occurs is 1000 hours, 1300 hours, 1700 hours. It became late. That is, it was found that when the OH group concentrations were 50 wtppm, 120 wtppm, and 300 wtppm, the time until the occurrence of white turbidity was 1000 hours or more, and the occurrence of white turbidity in the valve could be suppressed. However, at 1000 wtppm, the blackening of the inner surface of the bulb progressed rapidly, resulting in a rapid decrease in irradiance in 200 hours. This blackening is thought to be due to the fact that the OH groups in the bulb were released into the lamp as water during the lighting time, reacted with the electrode, tungsten was evaporated, and the evaporated substance adhered to the bulb.
この評価実験2から、石英ガラスバルブに50wtppmから300wtppmの濃度のOH基を含むことでバルブの白濁発生を1000時間以上発生させないようにできることが分った。
From this
1 石英ガラスバルブ
2 陰極
3 陽極
4 封止部
5 口金
10 ショートアーク型水銀蒸気放電ランプ
DESCRIPTION OF
Claims (2)
陽極の最大直径をD(cm)、その長さをL(cm)、バルブ略球形部の最大直径の半分をR(cm)とするとき、
0.24≦(D×L)/R2≦1.34
であって、略球形状のバルブの肉厚方向におけるチタニウムの平均濃度をN(wtppm)とするとき、5≦N≦60であることを特徴とするショートアーク型水銀蒸気放電ランプ。 In a substantially spherical transparent quartz glass bulb doped with titanium oxide, an anode and a cathode are arranged facing each other, rare gas and mercury are enclosed, and the rare gas to be filled is krypton, argon, neon, or helium. At least one kind of rare gas is selected from the above, and the rare gas is sealed at 1 × 10 5 Pa or more in terms of 25 ° C., and mercury is 0.2 mg / cm 3 to 10 mg / cm per unit volume of the valve internal volume. In the short arc type mercury vapor discharge lamp enclosed in the range of 3 ,
When the maximum diameter of the anode is D (cm), its length is L (cm), and half of the maximum diameter of the bulb substantially spherical portion is R (cm),
0.24 ≦ (D × L) / R 2 ≦ 1.34
A short arc mercury vapor discharge lamp, wherein 5 ≦ N ≦ 60, where N (wtppm) is the average concentration of titanium in the thickness direction of the substantially spherical bulb.
2. The short arc type mercury vapor discharge lamp according to claim 1, wherein the substantially spherical bulb contains an OH group having a concentration of 50 wtppm to 300 wtppm.
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