JP2000173544A - ショートアーク水銀ランプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 封止部内に発生する応力や歪みを少なく
してショートアーク水銀ランプの長寿命化を図るととも
に、封止工程における電極の軸ズレのないショートアー
ク水銀ランプを提供することを目的とする。 【解決手段】 放電空間内に対向して配置された一対の
電極を有し、水銀及び希ガスが封入された発光部と、該
発光部の両端に続く封止部と、前記電極を支持し前記封
止部で保持される電極芯棒と、該電極芯棒と前記封止部
との間に介在する石英ガラス体と、前記電極芯棒に接続
された内部金属円筒体と、該内部金属円筒体に接続され
た封止用金属箔と、前記内部金属円筒体とは前記封止用
金属箔を介して接続された外部金属円筒体と、該外部金
属円筒体に接続された外部電流導入体と、前記内部金属
円筒体と前記外部金属円筒体の間に介在する気密封止用
石英ガラス体とを具備して構成してある。また、前記内
部金属円筒体の厚さをＴ１、前記外部金属円筒体の厚さ
をＴ２、前記封止用金属箔の長さをＬとしたとき、 ２≦Ｔ１≦Ｌ／６及び２≦Ｔ２≦Ｌ／６ として構成してある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体ウエハー等の
露光に使用されるショートアーク水銀ランプに関し、特
に同ショートアーク水銀ランプの封止部構造に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】半導体ウエハーを露光する光源に求めら
れる性能のうち最も重要なものは、照射面照度である。
半導体ウエハーの露光においては、照射面照度が高いほ
ど露光時間は短くなり、生産歩留まりは向上する。照射
面照度を高めるためには、半導体ウエハー露光装置内の
光学系において集光効率を高める必要がある。そのため
の光源としては、電極間距離（アーク長）の短い直流点
灯のショートアーク水銀ランプが最適である。

【０００３】また、半導体ウエハーの高集積化は露光最
小線幅によるところが大きいため、露光波長の短波長化
も必要とされる。ショートアーク水銀ランプの場合、よ
り波長の短い領域の発光が用いられていて、最近ではｉ
線（３６５ｎｍ）を用いるのが一般的となっている。シ
ョートアーク水銀ランプにおいては、より短波長域を発
光させるために、点灯時の水銀蒸気圧が下げられた設計
となっていて、ランプ電圧は低く設定されている。そし
て、前記のように高い照射面照度が求められることか
ら、ショートアーク水銀ランプは大電力化の傾向にあ
り、ランプ電流は非常に高く設定されたものになってい
る。

【０００４】前記のような電気特性に対応するため、シ
ョートアーク水銀ランプの封止部は通常、複数枚の封止
用金属箔を埋設した構造をとっている。図３は従来の封
止部の要部断面図である。封止管２１と電極芯棒２２と
の間には石英ガラス体２３が介在し、電極芯棒２２が保
持されている。封止用金属箔２４は金属製円板２５の発
光部側端面に４枚並列に溶接により接続され、金属製円
板２５の他端部において折り曲げられる。この封止用金
属箔２４の折り曲げ部分は、封止工程中に強い歪みやク
ラックが発生しないように、金属製円板２５の径を絞っ
て封止部をテーパー構造とし、封止用金属箔２４の折り
曲げ角度を緩やかにした構造としている。

【０００５】そして、封止用金属箔２４の内側に配置さ
れる気密封止用ガラス体２６にもテーパー部分が設けら
れている。外部電流導入体２７側の封止用金属箔２４
は、折り曲げ加工された金属製円板２８と溶接により接
続され、外部電流導入体固定用石英ガラス体２９を配置
することによって封止管２１を気密に封止している。ま
た、電極芯棒巻回用金属箔３０は電極芯棒２２と石英ガ
ラス体２３が封止工程中、溶着しないために設けられた
ものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら図３の封
止部構造においては、封止工程で封止管２１と金属製円
板２５とが溶着してしまい、金属製円板２５の厚みが通
常１ｍｍ程度と薄いため、封止管２１と金属製円板２５
との溶着部が線接触となり、封止管２１と金属製円板２
５との間に応力や歪みが大きく発生してしまう。さらに
封止用金属箔の折り曲げ部分にも応力が発生しているた
め、ランプの点灯、消灯を繰り返すごとに前記応力発生
部分に多数のクラックが発生し、ランプのリークあるい
は破裂といった現象を引き起こしてしまうという問題が
ある。

【０００７】また、外部電流導入体２７側の封止用金属
箔の折り曲げ部分にも応力が発生していて同様の問題が
起こるが、ランプ点灯中の封止部端部側の温度は低いた
め、クラックが存在していても直接ランプのリーク現象
に結びつく確率は低い。しかしながらランプ電流が大き
いので、クラックの存在が溶接部の酸化現象を引き起こ
し、ランプ不点に至るという現象が起こるという問題も
ある。また、封止部にテーパー構造を有して径小部を設
けた加工を行っているが、この加工を精度よく行うこと
が難しいため、封止管２１と石英ガラス体２３との固定
が均等にできずに、電極の軸ズレが発生してしまうとい
う問題もある。

【０００８】本発明はショートアーク水銀ランプの封止
部における上記問題点を解消するためになされたもので
あり、封止部内に発生する応力や歪みを少なくしてショ
ートアーク水銀ランプの長寿命化を図るとともに、封止
工程における電極の軸ズレのないショートアーク水銀ラ
ンプを提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
め、請求項１記載の発明は、放電空間内に対向して配置
された一対の電極を有し、水銀及び希ガスが封入された
発光部と、該発光部の両端に続く封止部と、前記電極を
支持し前記封止部で保持される電極芯棒と、該電極芯棒
と前記封止部との間に介在する石英ガラス体と、前記電
極芯棒に接続された内部金属円筒体と、該内部金属円筒
体に接続された封止用金属箔と、前記内部金属円筒体と
は前記封止用金属箔を介して接続された外部金属円筒体
と、該外部金属円筒体に接続された外部電流導入体と、
前記内部金属円筒体と前記外部金属円筒体の間に介在す
る気密封止用石英ガラス体とを具備して構成してある。
また、前記内部金属円筒体の厚さをＴ１、前記外部金属
円筒体の厚さをＴ２、前記封止用金属箔の長さをＬとし
たとき、 ２≦Ｔ１≦Ｌ／６及び２≦Ｔ２≦Ｌ／６ として構成したショートアーク水銀ランプである。

【００１０】そして、請求項２記載の発明は、前記内部
金属円筒体と前記外部金属円筒体の周囲に、前記封止用
金属箔を介して金属箔が巻回されたことを特徴とする請
求項１記載のショートアーク水銀ランプであり、請求項
３記載の発明は、前記内部金属円筒体と前記外部金属円
筒体の角部分を面取り加工したことを特徴とする請求項
１または請求項２のいずれかに記載のショートアーク水
銀ランプであり、請求項４記載の発明は、前記内部金属
円筒体と前記外部金属円筒体の表面を粗面加工したこと
を特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載
のショートアーク水銀ランプである。

【００１１】請求項１記載の発明は、ショートアーク水
銀ランプ封止部において、封止用金属箔の長さに対して
前記内部金属円筒体と外部金属円筒体の厚さを規定する
ことにより、封止管と金属円筒体との溶着はなくなり、
封止用金属箔の溶接が金属円筒体側面にて行なえるよう
になる。したがって、封止用金属箔の折り曲げ加工は不
要となり、発生していた応力は少なくなる。さらに封止
管と金属円筒体とは面接触となるために、発生する応力
や歪みは緩和される。これらにより、封止部の強度や信
頼性が高められ、ショートアーク水銀ランプの長寿命化
が図れる。また、封止部における絞り加工が不要にな
り、絞り加工に起因する封止部肉厚の不均一さがなくな
るため、封止工程時の電極の軸ズレを小さく抑えること
もできる。

【００１２】そして、請求項２記載の発明は、金属円筒
体の周囲に金属箔を巻回することにより、封止用金属箔
の端面や溶接面に封止管を接触させることなく、封止す
ることが可能となるため、封止部の歪みが低減され、封
止部の強度が高められる。また、請求項３記載の発明
は、金属円筒体角部分を面取り加工とすることで、角へ
の応力の集中を防ぐことができ、請求項４記載の発明
は、金属円筒体の表面を粗面加工とすることで、封止工
程時に封止管と金属円筒体表面との溶着を抑えることが
できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】次に実施の形態について説明す
る。図１は本発明に係るショートアーク水銀ランプの断
面図であり、図２は本発明に係る封止部の一実施例の要
部断面図である。電極芯棒１と封止管２との間には石英
ガラス体３が介在し、電極芯棒１が保持されている。封
止用金属箔４は内部金属円筒体５と外部金属円筒体６の
短辺側面部分に、４枚の封止用金属箔４が相互に面対称
に溶接により接続されている。そして、封止部金属箔４
の内側には気密封止用石英ガラス体７が配置され、外部
電流導入体８は外部金属円筒体６と外部電流導入体固定
用石英ガラス体９により保持されて、封止管２と気密封
止される。内部金属円筒体５と外部金属円筒体６の周囲
には封止用金属箔４を介して金属箔１０が巻回され、電
極芯棒１の周囲には石英ガラス体３との溶着を防ぐため
に金属箔１１が巻回されている。

【００１４】封止用金属箔４の長さ（Ｌ）は３０ｍｍ
で、内部金属円筒体５の短辺の厚さ（Ｔ１）と外部金属
円筒体６の短辺の厚さ（Ｔ２）は５mmとなっている。厚
さ５ｍｍの短辺側面部分に４枚の封着用金属箔が溶接さ
れて接続されているが、溶接しろを考慮すると内部金属
円筒体５と外部金属円筒体６の厚さは最低２ｍｍは必要
となる。一方、前記金属円筒体５と外部金属円筒体６は
石英ガラス製の封止管２に封着されるため、封止部にお
いて石英ガラスと熱膨張率の異なる材質の部材を配置す
ることはランプ寿命の低下を招く。

【００１５】今回、我々は前記金属円筒体の材質をモリ
ブデンとし、その短辺側の厚さを変えてランプを作製し
封止部の観察を行った結果、金属円筒体の厚さが５ｍｍ
を越えた場合には応力や歪みの発生がみられたが、金属
円筒体の厚さが５ｍｍ以下の場合には応力や歪みの発生
は少なかった。次に封止部の長さを変えてランプを作製
し封止部の観察を行った結果、応力や歪みの発生は金属
円筒体の厚さと封止金属箔の長さに大きく関係している
ことがわかり、封止用金属箔の長さに対して金属円筒体
の厚さを規定することにより、封止工程時において応力
や歪みの発生を防ぐことができることがわかった。

【００１６】すなわち、封止用金属箔４の長さをＬ（ｍ
ｍ）内部金属円筒体５の厚さをＴ１（ｍｍ）、外部金属
円筒体６の厚さをＴ２（ｍｍ）としたとき、前記の溶接
しろ２ｍｍを考慮して、 ２≦Ｔ１≦ｌ／６及び２≦Ｔ２≦ｌ／６ の関係が成り立つときに封止部の応力や歪みの発生を防
ぐことができる。

【００１７】また、封止用金属箔４の端面を覆うように
周囲に金属箔を巻回することにより、封止管２が封止用
金属箔４の端面や溶接面に接触することがなくなるた
め、封止部の強度が上がる。また、内部金属円筒体５と
外部金属円筒体６の角部分に曲率をつけた面取り加工を
することにより、歪みがさらに少なくなることが確認さ
れた。これは封止後の応力が緩和されたためと推測され
る。さらに、内部金属円筒体５と外部金属円筒体６の表
面に粗面加工を施すことにより、金属円筒体と石英ガラ
スの溶着を抑えることができ、封止部の歪みが少なくな
ることも確認された。

【００１８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば複
数枚の封止用金属箔を配置してなる大電流用のショート
アーク水銀ランプにおいて、請求項１記載の発明は、封
止部に金属円筒体を用いて、封止用金属箔の長さと金属
円筒体の厚さを規定することにより、封止部に発生する
応力や歪みの発生を少なくすることができるとともに、
電極の軸ズレを小さくできる。また、請求項２記載の発
明は、金属円筒体の周囲を金属箔で巻回することによ
り、封止部の強度が高められる。さらに、請求項３記載
の発明と請求項４記載の発明においては、金属円筒体に
粗面加工や角部分の面取り加工を施すことにより、信頼
性の高い封止部を持ったショートアーク水銀ランプが得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るショートアーク水銀ランプの断面
図である。

【図２】本発明に係る封止部の一実施例の要部断面図で
ある。

【図３】従来の封止部の要部断面図である。

【符号の説明】

１ 電極芯棒 ２ 封止管 ３ 石英ガラス体 ４ 封止用金属箔 ５ 内部金属円筒体 ６ 外部金属円筒体 ７ 気密封止用石英ガラス体 ８ 外部電流導入体 ９ 外部電流導入体固定用石英ガラス体 １０，１１ 金属箔

フロントページの続き (72)発明者 西田 定治 埼玉県行田市壱里山町１−１ 岩崎電気株 式会社埼玉製作所内 Ｆターム(参考） 5C043 AA07 AA14 AA20 CC12 DD11 EA01 EC01 EC02

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】放電空間内に対向して配置された一対の電
   極を有し、水銀及び希ガスが封入された発光部と、該発
   光部の両端に続く封止部と、前記電極を支持し前記封止
   部で保持される電極芯棒と、該電極芯棒と前記封止部と
   の間に介在する石英ガラス体と、前記電極芯棒に接続さ
   れた内部金属円筒体と、該内部金属円筒体に接続された
   封止用金属箔と、前記内部金属円筒体とは前記封止用金
   属箔を介して接続された外部金属円筒体と、該外部金属
   円筒体に接続された外部電流導入体と、前記内部金属円
   筒体と前記外部金属円筒体の間に介在する気密封止用石
   英ガラス体とを具備し、前記内部金属円筒体の厚さをＴ
   １（ｍｍ）、前記外部金属円筒体の厚さをＴ２（ｍ
   ｍ）、前記封止用金属箔の長さをＬ（ｍｍ）としたと
   き、 ２≦Ｔ１≦Ｌ／６及び２≦Ｔ２≦Ｌ／６ としたことを特徴とするショートアーク水銀ランプ。
2. 【請求項２】前記内部金属円筒体と前記外部金属円筒体
   の周囲には、前記封止用金属箔を介して金属箔が巻回さ
   れたことを特徴とする請求項１記載のショートアーク水
   銀ランプ。
3. 【請求項３】前記内部金属円筒体と前記外部金属円筒体
   の角部分を面取り加工したことを特徴とする請求項１ま
   たは請求項２のいずれかに記載のショートアーク水銀ラ
   ンプ。
4. 【請求項４】前記内部金属円筒体と前記外部金属円筒体
   の表面を粗面加工したことを特徴とする請求項１ないし
   請求項３のいずれかに記載のショートアーク水銀ラン
   プ。