CN103367096A - 超高压汞灯及具有其的紫外线照射装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超高压汞灯及具有其的紫外线照射装置，该超高压汞灯是使用氙气的250W的超高压汞灯，可以提高波长248nm的光强度，并提高光强度保持率。超高压汞灯（1）的汞的封入量为36mg∕cc，电极间距离为2.3mm，减压封入作为稀有气体的氙气。超高压汞灯（1）与250W的恒功率电源连接使用。超高压汞灯（1）在点亮3000小时后，在248nm附近的紫外线强度为1451mW∕cm²，在365nm附近的紫外线强度为3928mW∕cm²。各自的强度保持率，前者为59%，后者为72%。

Description

超高压汞灯及具有其的紫外线照射装置

技术领域

本发明涉及一种兼顾248nm附近波段和365nm附近波段的光强度，并在各波段下在使用寿命中的光强度的保持率高的超高压汞灯。

背景技术

作为半导体制造工艺已知有曝光工序，其利用曝光技术，使用所谓光刻机（stepper）的装置，对涂布于硅晶片的抗蚀剂隔着光刻胶照射紫外线，重复该曝光工序，而制造层叠有细微的图案的半导体芯片。但是，在硅晶片上，除了包含形成有多个半导体芯片的区域以外，还存在没有被利用的周边部。高效除去残留于该周边部的抗蚀剂是提高半导体芯片制造的效率和成品率等生产性的重要的工艺技术。

近年来，随着形成于硅晶片的图案的细微化，光刻机上所搭载的紫外线源，除了采用以往的365nm的所谓i线以外，还采用248nm的所谓Krf。在用于除去该周边部残留的抗蚀剂的所谓周边曝光装置中，也需要搭载实质上光刻机所采用的特定紫外线为相同波长的紫外线源。

作为搭载于该周边曝光装置的紫外线源的代表例，可使用超高压汞灯。该超高压汞灯作为一个半导体制造工序中使用的设备中的一个组成部件，要求达到如下所示超过一般工业设备水准的条件。即要求具有：除了计划的维护时间，原则上为了24小时工作，需要长期连续点亮，为了延长实施维护的间隔时间及降低成本，要求具有禁得起长期连续使用的长寿命，并要求到寿命为止的整个使用期间都可以连续提供较稳定的强度。

即，对于如上所述周边曝光装置所搭载的最新的超高压汞灯所要求的功能提出如下要求，为了能够以一种灯覆盖光刻机所使用的不同波长的紫外线源，要求兼顾在波长大致230nm～290nm（以下称作248nm附近）的波段具有规定以上的光强度、在波长大致330nm～400nm（以下称作365nm附近）的波段具有规定以上的光强度，并且对于等要求长寿命，在寿命期内，各波段的强度保持率（达到寿命为止，使用期间以后的强度和初始强度的比）高，例如，具体为要求使用3000小时之后的最低保证强度。

所使用紫外线照射装置，一般来说，对超高压汞灯采用基于恒功率控制的电源。采用该基于恒功率控制的电源的原因是，对于超高压汞灯，需要假定随着点亮时间增加电极发生损耗，而使电极间的距离增大，在使用基于恒电流控制的电源时，电极间的距离增大使得点亮功率增大，因此要防止在灯的寿命时间内对灯供给超过设计值的电力。

在现有技术中，对于在其灯泡内封入有汞的超高压汞灯，主要利用作为汞的明线光谱的365nm附近波段的光，对灯本体的性能评价也着眼于该波段的光的初始强度和强度保持率。专利文献1公开了如下技术，控制灯泡内单位容积的汞封入量和作为稀有气体的氙气、氪气、氩气的封入量，以期提高超高压汞灯在248nm附近波段的光的强度。现有技术文献

专利文献

专利文献1：（日本专利）实用新型登记第3165731号公报

发明内容

但是，只注重提高248nm附近波段的光强度，例如使汞封入量为20mg∕cc时，就会造成，365nm附近波段的光初始强度不足，而无法兼顾上述248nm附近波段的规定强度以上的光强度和365nm附近波段的规定强度以上的光强度，也没有注重在各波段提高长期寿命内的光强度保持率，并且其效果本身也存在严重不足，具有不适合当今工业上利用的问题。

本发明基于上述的现有技术的问题，提供一种长使用寿命的超高压汞灯，及搭载有该超高压汞灯的紫外线照射装置，能够兼顾248nm附近波段的规定以上的光强度和365nm附近波段的规定以上的光强度，提高各波长在寿命期内的光强度的保持率。

为了明确说明本发明的问题、方法、效果，例举搭载于周边曝光装置的紫外线照射装置、及安装于该紫外线照射装置的超高压汞灯，本发明还可适用于在其他的半导体制造、电子设备、电子部件制造等中，使用紫外线进行曝光、硬化、光清洗等，同时使用248nm附近及365nm附近波段的紫外线的领域，或者需要精密的光照射，以使用一个灯对上述波段的光必须分别加以使用的领域。

本发明第一实施方式的超高压汞灯，

其与恒功率控制电源连接使用，

具有密闭的规定容积的灯泡部，

具有以规定电极间距、同轴对置配置在所述灯泡部内的阳极和阴极，

并且，其具有规定的灯额定功率200～330W，主要放射紫外线，

其中，

在所述灯泡部内至少封入有汞和氙气，

所述汞的封入量在30～40mg每1cc所述容积的范围，

所述氙气的封入压力在0.1～5.0atm的范围，

所述电极间距在2.2～2.4mm的范围，

点亮时的灯电流值在5.0A～7.0A的范围。

[灯额定功率]

本发明的第二实施方式的超高压汞灯，其前提条件是灯额定功率是200W～330W。本发明的第三实施方式的超高压汞灯，由与所述灯额定功率相应的恒功率电源所控制。本发明人经过反复多次的试验，确定了如下所述的构成超高压汞灯的技术要点。

[汞量]

本发明的超高压汞灯的灯泡内封入的汞量定义如下。

从365nm附近波段的光强度方面考虑，汞量为每单位容积（1cc）达到60mg左右上限为止，封入量越多光强度越高。另一方面，从248nm附近波段的光强度方面考虑，与365nm附近波段的光强度为最大时的封入量相比，通过使单位容积的量显著减少，其光强度有增加的倾向。例如，在考虑仅提高248nm附近波段的光强度时，受与其他构成要素之间的平衡性的影响，而封入15mg∕cc左右时，可以取得最大值。但是，在封入量为该15mg∕cc左右时，不能确保课题一部分的365nm附近波段具有规定以上的光强度。

该汞量会受与其他构成要素的平衡性的影响，如果封入量少，则灯内电流值大幅上升，由于点亮时灯泡内压不足造成电弧扩大，因此会促使阴极前端大范围损耗，特别是在寿命末期会产生闪烁等问题，对稳定点亮有不良影响。而且，封入量的多少，也会对灯点亮时的电压产生相应影响。

本发明的超高压汞灯中，该汞量优选为30～40mg∕cm³，如果低于下限，就不能使365nm附近波段的光强度达到规定值，另外是由于灯点亮时电压降低导致电流值上升，成为光强度的保持率下降的主要原因；如果高于上限，则不能使248nm附近波段的光强度达到规定值。进而该汞量更优选为34～38mg∕cm³。通过使封入量为该范围，并通过将由后述气体压力和电极间距确定的灯点亮时的电压控制在适合的范围，可将后述灯点亮时的电流值控制在适合的范围，实现光强度保持率高的灯。

[氙气]

超高压汞灯的灯泡内，通常封入的氙气、氩气、氪气等稀有气体，本发明的超高压汞灯中采用氙气，封入该气体的技术意义如下所述。

本发明人经过实施大量的试验发现，作为为了在灯的寿命期内保持较高的光强度保持率的技术要素，控制使点亮时的电极特别是阴极的温度低从而降低电极的损耗是非常重要的，因此对超高压汞灯的灯泡内封入的稀有气体种类的适应性进行了分析。

本发明人从上述观点出发，着眼于稀有气体的电离电压和热传导率（10^﹣4W∕cm∕K）。即，发现电离电压越高照射时电弧内温度就会越高，热传导率越低，从电弧内放射的热量不易传递到阴极，由于氙气具有比氪气（14.0eV）、氩气（15.8eV）更低的12.1eV的电离电压，有助于降低在点亮时电弧内的温度；而且，氙气还具有与其他气体相比较低（氪气为0.88、氩气为1.63）的0.50的热传导率，可抑制从电弧放射的热量传播，因此选择氙气作为封入气体。

但是，该氙气，与氪气、氩气相比，由于具有开始放电击穿电压高的物理性质，因此存在后述课题，即考虑气体压力，以使电源控制条件处于适宜的范围。

[气体压力]

对于本发明的超高压灯的灯泡内封入的氙气的气体压力，定义如下。即，更优选使氙气为0.1atm～5.0atm的范围。从提高365nm附近波段的光强度的观点来看，氙气在上述范围内封入压力越大光强度越高。

另一方面，从提高248nm附近波段的光强度的观点来看，到下限值的0.1atm为止的范围内，封入压力越低光强度越高，这与提高365nm附近波段的光强度呈相反状态。

而且，通过将气体压力控制在上述优选范围内，通过使汞量和后述有电极间距决定的灯点亮电压处于适合的范围，可使后述灯点亮时的电流值控制在适合的范围，实现光强度保持率高的灯。

[电极间距]

电极间距是指灯泡内的同轴对置配置的阳极和阴极的两个前端部间的距离。

一般来说，在搭载于周边曝光装置的光源中，采用汇聚椭圆镜，使从超高压汞灯放射的光的发光点位于第一焦点，利用椭圆镜接收其光线，并使向外部的被照射物传递光线的导光体的入射面位于第二焦点，因此电极间距离越短，放射的光在汇聚于第二焦点时，单位面积的光强度越高；距离越长，聚光度降低，会在入射面以外的区域较多光发生散射，从而使单位面积的光强度降低，从灯放射的光的利用率下降。

现有技术的超高压汞灯中，一般采用的电极间距离为2.0mm，但是本发明的超高压汞灯的电极间距离优选为2.2～2.4mm。扩大电极间距会使初期单位面积的光强度下降，但是通过使灯照射时的电压上升电流下降，可以降低电极的损耗量、提高寿命期内的光强度保持率，比现有技术保持更长时间的规定的光强度。另一方面，电极间距离超过2.4mm时，初期单位面积的光强度大幅降低，光强度保持率方面也难以保持规定的光强度，因此不推荐。使电极间距为2.2～2.4mm范围内，而将由汞量和稀有气体压力决定的点亮时的电压控制在适合的范围内，并使后述灯照射时的电流值也收敛在适合的范围内，实现光强度保持率高的灯。

[照射时的灯的电流值]

发明人经过实施大量的试验发现，本发明的超高压汞灯的点亮时电流值对灯的光强度保持率有很大的影响。即，优选本发明的超高压汞灯的照射时电流值范围为5.0A～7.0A。在使用恒功率控制的电源驱动该超高压汞灯点亮时，需要利用汞量、稀有气体压力、电极间距离以使点亮时电流在上述的范围内。

在点亮时的电流值低于5.0A时，存在电弧放电不稳定，发生闪烁等的弊端。另一方面，在电流值超过7.0A时，由于电极温度上升，加快电极损耗，会导致产生闪烁；由于从电极蒸发的浮游物附着在灯的灯泡内表面，使放射光的透过率下降；由于加快电极间距离扩大，使聚光效率降低，从而产生光强度保持率下降的现象。而且，该灯点亮时的电流值对于额定功率为200W～330W之间的本发明的超高压汞灯都适用。

进而，更优选超高压汞灯的点亮时灯的电流值为5.5A以上6.5A以下。在该电流值范围内点亮的超高压汞灯的光强度保持率如表1所示，具有极高的实用性。

【表1】

虽然不能明确具有特别作用效果的原因，但推测如下，由于封入的氙气具有低电离电压和低热传导率，因此通过将对作为电极材料的钍钨电极的热量影响抑制到极低，可以降低整个灯的寿命期间电极材料的损耗量。

[规定光强度]

本发明的规定光强度是指，在搭载于周边曝光装置的光源所设置的导光体的入射面上，周边曝光装置工作时所要求的超高压汞灯的紫外线强度的最小限度，是设计寿命期内必须保持的光强度。

例如，表示为248nm附近为1300mW∕cm²以上，365nm附近为3500mW∕cm²以上的光强度。

作为紫外线强度测定器，使用USHIO电机株式会社制，本体为：UIT-250、受光器为：UVD-S365、UVD-S254测量上述的各个强度值。超高压汞灯安装于后述的紫外线照射装置100，根据各灯额定功率供给电力使其点亮。利用安装于紫外线照射装置100的石英纤维光导（束直径：φ5mm·长度：1000mm）的入射面接收由该超高压汞灯发出的光，使上述受光器在距其出射面10mm的位置处与其正对，分别测量强度值。

本发明第四实施方式的超高压汞灯放射，其发出的紫外线中，248nm附近的光（具体为大致230nm～290nm的波段）和365nm附近的光（具体为大致330nm～400nm的波段），与现有的同种类的灯相比平衡性极好。上述的第一～第三实施方式的超高压汞灯特征在于，248nm附近的光相对于365nm附近的光，各波段下eV积分值的比为40%以上。

对制造半导体时所使用的抗蚀剂，在所照射的紫外线（光）的作用下，使抗蚀剂的构成产生化学变化，其熔融性会发生变化。能够利用该作用，在周边曝光中除去抗蚀剂。该化学变化不仅会受到光强度的影响也会受到光子能量的强烈影响。综上所述，作为高效除去抗蚀剂的方法，重视各自波段的光具有的光子能量（eV）从而控制超高压汞灯发出的紫外线（光）的平衡性，评价、确定上述各波段下的eV积分值，具有极大的技术性意义。

[光强度保持率]

本发明的超高压汞灯的光强度保持率是指，使设于周边曝光装置的光源的超高压汞灯的发光点位于第一焦点，在聚光椭圆镜中，使接受该光线，并向外部的被照射物传递光线的导光体的入射面位于第二焦点，经规定的使用时间后，具体来说，在达到设计寿命的时间点后，分别比较365nm附近波段及∕或248nm附近波段的紫外线强度与各波段初始强度，高的光强度保持率是指，比如使用3000小时后，在365nm附近波段大致为72%（比较例1大致为50%），在248nm附近波段大致为59%（比较例1大致为32%）。

附图说明

图1为本发明超高压汞灯10的结构示意图。

图2为本发明紫外线照射装置100的结构示意图。

图3为本发明超高压汞灯的第一实施方式及比较例中根据使用时间248nm附近的光强度推移图。

图4为本发明超高压汞灯的第一实施方式及比较例中根据使用时间248nm附近的光强度保持率图。

图5为本发明超高压汞灯的第一实施方式及比较例中根据使用时间365nm附近的光强度推移图。

图6为本发明超高压汞灯的第一实施方式及比较例中根据使用时间365nm附近的光强度保持率图。

图7为本发明超高压汞灯的第一实施方式～第三实施方式中根据使用时间248nm附近的光强度推移图。

图8为本发明超高压汞灯的第一实施方式～第三实施方式中根据使用时间248nm附近的光强度保持率图。

图9为本发明超高压汞灯的第一实施方式～第三实施方式中根据使用时间365nm附近的光强度推移图。

图10为本发明超高压汞灯的第一实施方式～第三实施方式中根据使用时间365nm附近的光强度保持率图。

图11为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第四、第五实施方式中根据使用时间248nm附近的光强度推移图。

图12为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第四、第五实施方式中根据使用时间248nm附近的光强度保持率图。

图13为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第第四、第五实施方式中根据使用时间365nm附近的光强度推移图。

图14为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第第四、第五实施方式中根据使用时间365nm附近的光强度保持率图。

图15为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第六实施方式中根据使用时间248nm附近的光强度推移图。

图16为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第六实施方式中根据使用时间248nm附近的光强度保持率图。

图17为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第六实施方式中根据使用时间365nm附近的光强度推移图。

图18为本发明超高压汞灯的第一实施方式及第六实施方式中根据使用时间365nm附近的光强度保持率图。

图19为表示本发明超高压汞灯的实施方式及比较例中照射时电流值与使用3000小时后的248nm附近的光强度保持率之间关系的图。

图20为表示本发明超高压汞灯的实施方式及比较例中照射时电流值与使用3000小时后的365nm附近的光强度保持率之间关系的图。

图21为表示本发明超高压汞灯的汞的封入量与248nm附近及365nm附近的光强度关系的图。

图22为表示本发明超高压汞灯的光谱分布的图。

附图标记说明

10、30～34、50、51  超高压汞灯

11  灯泡部

12a  阳极

12b  阴极

13  密封部

14  导电箔

15  外部引线

100、101  紫外线照射装置

具体实施方式

以下根据附图，说明本发明的超高压汞灯及搭载有该超高压汞灯的紫外线照射装置。本实施方式中，按照以下的顺序分项进行说明。

1.超高压汞灯的构成（各实施方式）

2.紫外线照射装置的构成（用于各实施方式）

3.第一实施方式

4.比较例1

5.比较例2

6.分析

7.第二实施方式

8.第三实施方式

9.第四实施方式

10.第五实施方式

11.灯的总结

12.第六实施方式（紫外线照射装置）

<1.超高压汞灯的构成>

利用作为结构示意图的图1说明本发明的超高压汞灯的整体结构。

如图1所示，在本实施方式中，所示例的超高压汞灯10具有灯泡部；及以电极间距G、同轴对置配置在灯泡部11内的阳极12a和阴极12b。构成阳极12a的材料是钨，构成阴极12b的材料可以使用例如钍钨电极。

灯泡部11的内部结构为每1cc容积封入规定量的汞（没有图示），和封入压力在规定范围的氙气（没有图示）。

在从灯泡部11连续向同轴方向延伸的玻璃棒状部的密封部13的内部，配置有钼导电箔14，在导电箔14的灯泡部一侧端部焊接电极（阳极12a、阴极12b）而进行连接。在导电箔14的另一端焊接外部引线15而进行连接，外部引线15从密封部13部分露出。

该超高压汞灯10，在端部附设有用于固定及导电的灯口和引线等，如图2所示，安装于后述具有恒功率的电源·控制部24的紫外线照射装置100·101，点亮时流过规定的电流值。

<2.紫外线照射装置的结构>

使用结构示意图的图2说明本发明的紫外线照射装置的整体构成。

紫外线照射装置100具有固定超高压汞灯10的灯架21；汇聚由灯10放射的光的椭圆镜22；支撑灯架21和椭圆镜22使其位于规定位置的支撑台23；向灯10供给规定功率的电源·控制部24。

收容上述部件的外部框架29，在灯架21的背面侧的外侧面具有开口，设置由进行强制冷却的排风扇25，在椭圆镜22的开口侧的外侧面具有开口，并设置有导光体架27，其用于对接受从灯10放射的光的导光体26和其受光面26a进行保持固定。

在导光体架27附近设置有未图示的机械光圈、机械快门，可选择地透过·切断从灯10放射的光，从而控制照射到导光体26的受光面26a的光强度。

对于放电灯10，将其从设置于外部框架29的未图示的更换门送到外部框架29内，使其贯通椭圆镜22上表面的开口部22a，与设置于其上方的灯架21嵌合，从而将其保持固定。

预先对该照射装置100进行精密调整，以利用灯架21将放电灯10保持固定于规定位置，使放电灯10的发光点位于椭圆镜22的第一焦点F1处，使导光体26的受光面26a位于第二焦点F2处。

导光体26可以采用，将多个光纤扎成束的纤维光导，单一的玻璃棒，或收容于具有规定的汇聚·配光性能的外壳的透镜群等。向紫外线照射装置100供给电力使其工作。事先调整电源输出，以从电源·控制部24供给与灯额定功率相应的规定的恒定功率。

下面，根据上述共同的超高压汞灯10及紫外线照射装置100的结构，对本发明的超高压汞灯的实施方式进行说明。

<3.第一实施方式>

作为本发明的超高压汞灯，的本实施方式的灯30的构成如下所述。

灯额定功率：250W

灯泡部每单位容积的汞封入量：36mg∕cc

氙气封入压力：0.2atm

电极间距：2.3mm

将上述构成的灯30安装于紫外线照射装置100，从电源控制部23对灯30供给约249W的规定电力，使其点亮。使用钳型测试仪（CL220：横河メータ＆インスルメンツ股份公司制造）对该照射的灯30点亮时电流值进行测量，该测量值为6.3A。

照射装置中安装石英纤维的光导（束径：φ5mm，长度：1000mm，从照射面到受光器的距离为10mm）作为导光体，使用紫外线强度计UIT-250、受光器UVD-S365、UVD-S254（均为USHIO电机株式会社制）测量该灯30在使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为2460mW∕cm²，在365nm附近为5455mW∕cm²。

使用光谱放射照度计USR-40（光谱分析仪，ウシオ电机股份公司制造）以1nm间距测量从灯30发出的光的光谱分布。其测量结果如图22所示。在测定的230nm～290nm的波段（248nm附近）和330nm～400nm的波段（365nm附近），将各波段的测定值乘以该波段的eV单位的能量，对上述值累计，而对于每个波段求得eV积分值。248nm附近的光的积分值相对于365nm附近的光的积分值约为50%。

使该灯30连续点亮3000小时，分别测量开始使用后经过500·1000·1500·2000·2500·3000小时的248nm附近和365nm附近的各波段下的紫外线强度，汇总其结果如图3及图5所示。分别比较经过一段时间后的紫外线强度和使用开始时的紫外线强度，算出强度保持率，汇总结果如图4及图6所示。

该灯30点亮3000小时后，248nm附近的紫外线强度为1451mW∕cm²，365nm附近的紫外线强度为3928mW∕cm²。各强度保持率，前者为59.0%，后者为72.0%。

<4.比较例1>

下面为了与现有技术的超高压汞灯进行比较验证，对于灯50使用以下结构。该灯50，其重视248nm附近的波段的初始光强度，汞的封入量较少，封入的气体为氩气。

灯额定功率：250W

灯泡部单位容积的汞的封入量：30mg∕cc

氩气的封入压力：0.26atm

电极间距：2.0mm

将上述构成的灯50安装于紫外线照射装置100，从电源控制部23对灯50供给250W的规定电力，使其点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯50，点亮时的电流值是8.1A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为3460mW∕cm²，在365nm附近为5718mW∕cm²。

经过3000小时后的紫外线强度，在248nm附近为1118mW∕cm²，在365nm附近为2876mW∕cm²。强度保持率，前者为32.3%，后者为50.3%。

<5.比较例2>

本发明验证实施的过程中，已确认的比较例2为灯51具，具有以下的结构。

灯额定功率：250W

灯泡部单位容积的汞的封入量：20mg∕cc

氩气的封入压力：0.26atm

电极间距：2.3mm

将上述构成的灯51安装于紫外线照射装置100，由电源控制部23对灯51供给250W的规定功率，使其点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯51，点亮时的电流值是8.6A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为2807mW∕cm²，在365nm附近为4492mW∕cm²。

经过3000小时后的紫外线强度，在248nm附近为587mW∕cm²，在365nm附近为1914mW∕cm²。强度保持率，前者为20.9%，后者为42.6%。

<6.分析>

对比第一实施方式、比较例1、及比较例2的测定结果，可看到在各波段经过3000小时后的紫外线强度的实测值相差很大。虽然第一实施方式在开始点亮时，248nm附近的紫外线强度低于比较例1和比较例2，365nm附近的紫外线强度也低于比较例1，但是在经过3000小时后，两个波段的紫外线强度均高于比较例1及比较例2。

搭载于周边曝光装置的紫外线照射装置用超高压汞灯，例如某一周边曝光装置要求使用3000小时后所必需的紫外线强度是，248nm附近为1300mW∕cm²，365nm附近为3500mW∕cm²。

为了使周边曝光装置稳定工作，采用的技术思想是，在设计装置时，要在使用开始时刻供给更多的光，而使其符合设定寿命末期的光强度要求。因此，使用开始时刻，使用设置于紫外线照射装置内部的机械快门遮挡必要强度以上多余的光从而不被利用。

如果将该性能必要条件套入上述的三个例子，第一实施方式的灯30的寿命可以达到4000小时，与此相对，由表示各使用时间下光强度测定结果的图3及图5可知，由于365nm附近的波段的光强度劣化严重，因此比较例1的灯50的寿命仅有约1000小时，比较例2的灯51的寿命仅有约500小时。

因此，如果将寿命用比率来表示，本发明的超高压汞灯具有，分别是现有技术的超高压汞灯的寿命的4.0倍和8.0倍的显著的技术效果。<7.第二实施方式>

作为本发明的超高压汞灯，该第二实施方式的灯31的构成如下所述。该灯31与第一实施方式的灯30相比，氙气的封入压力更高。

灯额定功率：250W

灯泡部单位容积的汞封入量：36mg∕cc

氙气封入压力：5.0atm

电极间距：2.3mm

将上述构成的灯31安装于紫外线照射装置100，由电源控制部23对灯31供给250W的规定电力，使其点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯31，点亮时的电流值是6.0A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为2164mW∕cm²，在365nm附近为5891mW∕cm²。

经过进行3000小时后的紫外线强度，在248nm附近度为1335mW∕cm²，在365nm附近为4348mW∕cm²。强度保持率，前者为61.7%，后者为73.8%。

<8.第三实施方式>

作为本发明的超高压汞灯，该第三实施方式的灯32的构成如下所述。该灯32与第一实施方式的灯30相比，电极间距更大。

灯额定功率：250W

灯泡部单位容积的汞封入量：36mg∕cc

氙气封入压力：0.2atm

电极间距：2.4mm

将上述构成的灯32安装于紫外线照射装置100，从电源控制部23对灯32供给250W的规定电力，使其点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯32，点亮时的电流值是6.1A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为2263mW∕cm²，在365nm附近为5291mW∕cm²。

经过3000小时后的紫外线强度，在248nm附近为1385mW∕cm²，在365nm附近为3921mW∕cm²。强度保持率，前者为61.2%，后者为74.1%。

<9.第四实施方式>

作为本发明的超高压汞灯，该第四实施方式的灯33的构成如下所述。该灯33与第一实施方式的灯30相比，灯额定功率增加到300W并增加了汞封入量。

灯额定功率：300W

灯泡部单位容积的汞封入量：40mg∕cc

氙气封入压力：0.2atm

电极间距：2.3mm

将上述构成的灯33安装于紫外线照射装置100，由电源控制部23向灯33供给300W的规定电力，使其点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯33，点亮时的电流值是7.0A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为2778mW∕cm²，在365nm附近为6776mW∕cm²。经过3000小时后的紫外线强度，在248nm附近为1447mW∕cm²，在365nm附近为4472mW∕cm²。强度保持率，前者为52.1%，后者为66.0%。

<10.第五实施方式>

作为本发明的超高压汞灯，该第五实施方式的灯34的构成如下所述。该灯34与第一实施方式的灯30相比，灯额定功率降低到200W。

灯额定功率：200W

灯泡部单位容积的汞的封入量：36mg∕cc

氙气封入压力：0.2atm

电极间距：2.3mm

将上述构成的灯34安装于紫外线照射装置100，从电源控制部23对灯34供给200W的规定电力，使其点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯34，点亮时的电流值是5.2A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为1968mW∕cm²，在365nm附近为4364mW∕cm²。

经过3000小时后的紫外线强度，在248nm附近为1334mW∕cm²，在365nm附近为3544mW∕cm²。强度保持率，前者为67.8%，后者为81.2%。

<11.超高压汞灯的总结>

以往，使248nm附近及365nm附近的光强度长时间保持在规定强度以上的方法，通常是采用提高初始光强度的方法，但是由于光强度保持率低，不能得到充分延长寿命的效果。在此，根据第一实施方式～第五实施方式及比较例1、2的结果可以确认，光强度保持率和电流值是相关的（图19、图20）。根据该结果可以确认，通过使电流值在7.0A以下，就可使经过3000小时后的光强度保持率，在248nm附近为大致50%以上，在365nm附近为大致60%以上，并可确认在电流值满足7.0A以下的范围内，通过设定汞封入量、氙气封入压力、电极间距，就可以实现3000小时以上的长使用寿命。

<12.第六实施方式>

结合第六实施方式对本发明的紫外线照射装置进行如下说明。该紫外线照射装置是，将<2.紫外线照射装置的构成>的紫外线照射装置100中的供给规定功率的电源·控制部24更换为可以根据电压或电流改变供给功率，且附加了可根据照射时间适当增减供给功率的程序控制功能，而构成紫外线照射装置101，对其安装第一实施方式的灯30，作为本发明的超高压汞灯。

使该紫外线照射装置101工作，对灯30供给略低于灯额定功率250W的大致225W的电力，使灯点亮。

在与第一实施方式相同的条件下测量该灯30，点亮时的电流值是5.8A，使用开始时刻的紫外线强度，在248nm附近为2214mW∕cm²，在365nm附近为4909mW∕cm²。

在连续点亮的过程中进行程序控制，直到使用时间达到3000小时为止，按照点亮时间每500小时，使供给的电力增加灯额定大致5W（3000小时之后保持灯额定功率250W）。经过3000小时后的紫外线强度，在248nm附近为1552mW∕cm²，在365nm附近为4035mW∕cm²。强度保持率，前者为70.1%，后者为82.2%。

继续使其点亮，经过5000小时后的紫外线强度，在248nm附近为1379mW∕cm²，在365nm附近为3672mW∕cm²。强度保持率，前者为62.3%，后者为74.8%。

如前所述，由于搭载于某一周边曝光装置的寿命末期的紫外线强度要求规格值，在248nm附近为1300mW∕cm²，在365nm附近为3500mW∕cm²，因此可使灯寿命延长到5000小时。

在此，对图15及图17进行说明，其表示第六实施方式中，紫外线强度在使用时间上发生变化。对于第一实施方式及第六实施方式，分别绘制每500小时使用时间下，在248nm和365nm附近的紫外线强度的测定值，而得到图15及图17。

在此，对248nm附近的波段下的光强度，在所要求1300mW∕cm²的值处绘制水平线，并对365nm附近的波段下的光强度，在所要求3500mW∕cm²的值处绘制水平线，由于可利用设置于照射装置的机械光圈进行减光（变换为热等），因此可使超出该线部分的光强度不被利用。第六实施方式的寿命大致为第一实施方式的1.25倍（5000小时：4000小时），相差很大，在消耗电力这点上，平均可以降低10%以上，由于具有长使用寿命，可以减少用于制造电极的稀有金属钨的使用量，也可以使废物循环周期更长，从而在耐环境性上也具有非常好的效果。

Claims (7)

1.一种超高压汞灯，

其与恒功率控制电源连接使用，

具有密闭的规定容积的灯泡部，

具有以规定电极间距、同轴对置配置在所述灯泡部内的阳极和阴极，

并且，其具有规定的灯额定功率，主要放射紫外线，

其中，

在所述灯泡部内至少封入有汞和氙气，

所述汞的封入量在30～40mg每1cc所述容积的范围，

所述氙气的封入压力在0.1～5.0atm的范围，

所述电极间距在2.2～2.4mm的范围，

点亮时的灯电流值在5.0A～7.0A的范围。

2.根据权利要求1所述的超高压汞灯，其特征在于，所述灯额定功率是200W～330W。

3.根据权利要求1或2所述的超高压汞灯，其特征在于，由与所述灯额定功率相应的恒功率电源所控制。

4.根据权利要求3所述的超高压汞灯，其特征在于，在所述紫外线的放射强度中，248nm附近的光相对于365nm附近的光，各波段下eV积分值的比为40%以上。

5.根据权利要求3所述的超高压汞灯，其特征在于，所述248nm附近的光和所述365nm附近的光在使用3000小时后的强度保持率，对于248nm附近的光为50%以上，对于所述365nm附近的光为60%以上。

6.根据权利要求4所述的超高压汞灯，其特征在于，所述248nm附近的光和所述365nm附近的光在使用3000小时后的强度保持率，对于248nm附近的光为50%以上，对于所述365nm附近的光为60%以上。

7.一种具有根据权利要求1～6中任一项所述的超高压汞灯的紫外线照射装置。

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