JP2002151003A

JP2002151003A - 高圧放電ランプおよび半導体露光装置

Info

Publication number: JP2002151003A
Application number: JP2000347968A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Iwato; 泰博岩藤; Tetsuya Takahashi; 哲也高橋
Original assignee: Harison Toshiba Lighting Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-24

Abstract

(57)【要約】【課題】大ワット、大電流タイプに好適で、所要の石英
ガラスバルブの耐圧強度を確保するとともに、封止部の
信頼性を寿命中確保できる高圧放電ランプおよびこれを
用いた半導体露光装置を提供する。【解決手段】包囲部１ａおよび封止管部１ｂを備えた石
英ガラスバルブ１と、電極軸部２ａ，３ａの基端部が複
数の封着金属箔４ａの内端に接続し中間部が封止管部１
ｂの断面積Ｓ１の第１の部分１ｂ１に支持され先端に電
極主部２ｂ、３ｂが配設された一対の電極２、３と、封
着金属箔４ａ、石英ガラス柱状体４ｂおよび封止管部１
ｂの断面積Ｓ３の第２の部分１ｂ２を含む封止部４と、
外部リード部材と、放電媒体とを具備し、断面積Ｓ１、
Ｓ３が下式を満足していることにより、上記効果を奏す
る高圧放電ランプを提供することができる。２．０≦Ｓ１／Ｓ３≦３．２

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は石英ガラスからなる
バルブを備えた高圧放電ランプおよびこれを用いた半導
体露光装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体露光装置の光源として半導体の微
細化およびスループット向上の要請に応えて、大出力の
ｉ線（波長３６５ｎｍの水銀輝線）またはｇ線（波長４
３６ｎｍの水銀輝線）を効率よくシリコンウエハー面に
照射するため、ショートアーク形の超高圧水銀ランプが
使用されている。しかし、近年ではさらなるスループッ
ト改善または露光面積のさらなる増大などに対応するた
め、この種のランプは大ワット化が求められている。こ
れを達成するため、大電流を流せるランプの開発が必要
不可欠となっていて、たとえば特公昭６３−１３３０５
３号公報に開示されているように、複数の封着金属箔を
円筒状に配列した構造の高圧放電ランプが開発されてい
る。

【０００３】また、大ワット化に伴うランプ電流増加に
対応して電極の大形化および封止部の大形化、ならびに
発熱量の増大に対応するための石英ガラスバルブの大形
化が必要になってくる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、露光に必要な
ｉ線またはｇ線などの放射光を効率よく得るためには、
所定の水銀蒸気圧が必要であり、したがって点灯時にお
ける石英ガラスバルブの内圧の低減は困難であることか
ら、石英ガラスバルブの大形化に伴いその耐圧強度の低
下が生じやすく、ランプ破裂の危険性が高くなるという
問題がある。

【０００５】上記の問題に対しては、機械的強度を増加
させる手段として、石英ガラスの肉厚を大きくすること
が考えられる。ところが、単に全体的に厚くしただけで
は封止部を封止する際に、封止部の石英ガラスおよび封
着金属箔の温度を所要の値まで昇温させるのが困難にな
り、このため封止が破壊されやすくなり、リークによる
不良を招くことがある。

【０００６】本発明は、大ワット、大電流タイプに好適
で、所要の石英ガラスバルブの耐圧強度を確保するとと
もに、封止部の信頼性を寿命中確保できる高圧放電ラン
プおよびこれを用いた半導体露光装置を提供することを
目的とする。

【０００７】

【課題を達成するための手段】請求項１の発明の高圧放
電ランプは、中空の包囲部および包囲部に連通してその
両端に一体に形成された一対の封止管部を備えた石英ガ
ラスバルブと；基端部が後記複数の封着金属箔に接続し
中間部がわずかな隙間を介して石英ガラスバルブの封止
管部であって断面積Ｓ１の第１の部分に支持され先端部
が包囲部に臨んでいる電極軸部および電極軸部の先端部
に配設された電極主部を含んで構成された一対の電極
と；電極軸部の基端部の周囲に内端が接続した複数の封
着金属箔、複数の封着金属箔の間に挿入されかつその内
面に気密に融着した石英ガラス棒状体および石英ガラス
バルブの封止管部であって複数の封着金属箔の外面に気
密に融着している断面積Ｓ３の第２の部分を含んで構成
された封止部と；複数の封着金属箔の外端に接続して封
止部から外部へ露出した外部リード部材と；石英ガラス
バルブの包囲部内に封入された放電媒体と；を具備し、
断面積Ｓ１、Ｓ２が下式を満足することを特徴としてい
る。

【０００８】２．０≦Ｓ１／Ｓ３≦３．２本発明および以下の各発明において、特に指定しない限
り用語の定義および技術的意味は次による。

【０００９】＜石英ガラスバルブについて＞石英ガラス
バルブは、包囲部および一対の封止管部を備えている。
包囲部は、その内部が中空で、そこに放電空間が形成さ
れる。そして、形状は紡錘状、楕円球状、球状、長円球
状などであることを許容する。封止管部は、後述する一
対の電極に接続するとともに、ランプ電流を気密に導入
するための構成を提供する。すなわち、封止管部は、電
極軸部を支持する第１の部分と、封止部を構成する第２
の部分とを有している。また、一対の封止管部は、包囲
部と一体化されているが、予め一体的に形成してもよい
し、後述する封止部および電極支持構造を形成した後に
一体化してもよい。

【００１０】＜一対の電極について＞本発明の高圧放電
ランプは、直流点灯形および交流点灯形のいずれであっ
てもよい。したがって、一対の電極は、陽極および陰極
からなる直流点灯形の構成および同一構造の電極からな
る交流点灯形の構成のいずれであってもよい。

【００１１】また、一対の電極は、いずれも電極軸部お
よび電極軸部の先端に配設される電極主部を含んで構成
されている。電極軸は、基端部が後述する複数の封着金
属箔の内端に接続し、中間部が封止管部の第１の部分に
支持され、先端部に電極主部が配設されている。また、
電極軸は、タングステン、モリブデンなどの高融点金属
からなり、好ましくは断面円形の棒状をなしている。電
極軸の基端部は、複数の封着金属箔に接続するために、
要すれば盤状部分を有していることができる。なお、こ
の場合、盤状部分は、鍛造などにより棒状部分と一体に
形成してもよいし、それぞれ別体に形成してから溶接、
圧接などにより接続してもよい。

【００１２】電極主部は、電極軸部と一体に鍛造成形し
てもよいし、別体として形成したものを溶接などにより
電極軸部の先端部に接続してもよい。また、電極主部
は、電極が直流点灯形の場合には、陽極主部および陰極
主部を構成する。陽極主部は、一般にその熱容量を大き
くするために、相対的に直径の大きな胴部を有し、重量
も大きくする。これに対して、陰極主部は、一般にその
熱容量が小さいので、電極軸の先端部をそのまま兼用す
ることができる。しかし、要すれば、電極軸部寄りやや
太い棒状部分を電極軸部の先端に溶接などにより配設し
てもよい。

【００１３】石英ガラスバルブ内に封装された一対の電
極の間には、適当な電極間距離が設定される。一般的に
は電極間距離は、ショートアーク構造を呈するように小
さく設定される。

【００１４】次に、電極軸部の中間部を封止管部により
支持する構成について説明する。すなわち、電極軸部の
中間部を支持するために、前述のように封止管部は第１
の部分を有している。第１の部分は、その内面が直接ま
たは石英ガラスセパーレータを介して電極軸部の中間部
の周りにわずかな隙間を経由して接近するように成形さ
れている。そして、第１の部分の断面積をＳ１として、
後述する数式を満足するようにその値が規制されてい
る。なお、「わずかな隙間」とは、たとえば０．５ｍｍ
以下程度であるが、電極軸部の中間部の周囲に均一に形
成されていてもよいし、不均一であって部分的に隙間な
く接触していてもよい。以上の支持構造を形成するに
は、後述する減圧封止法によるのが好適である。

【００１５】＜封止部について＞封止部は、複数の封着
金属箔、石英ガラス棒状体および封止管部の第２の部分
により構成される。複数の封着金属箔は、モリブデン、
タングステンなどの高融点金属の箔からなり、その内端
が溶接などによって電極軸の基端の周囲に接続してい
る。そして、電極軸部の延長仮想線の周囲に同心で、か
つ隣接する封着金属箔間に隙間のある円筒または角筒を
形成するように配置することができる。なお、「封着金
属の内端」とは、封着金属箔の電極側の端部をいう。

【００１６】石英ガラス棒状体は、複数の封着金属箔が
形成する内部空間を埋めるように挿入される。換言すれ
ば、複数の封着金属箔は、石英ガラス棒状体の周囲にな
るべくは均等な間隔で配置される。そして、石英ガラス
棒状体と封着金属箔の内面とは、石英ガラス棒状体が融
着することにより、気密に封着されている。また、石英
ガラス棒状体の形状は、円柱体形状または先端切頭円錐
形の円柱体形状などにすることができる。前者の場合、
電極軸部の基端に盤状部分の径とほぼ同一の直径にす
る。後者の場合、切頭部の前面の直径が電極軸部の盤状
部分の径とほぼ同一にする。

【００１７】封止管部の第２の部分は、複数の封着金属
箔の外側を包囲するとともに、封着金属箔および石英ガ
ラス棒状体の隣接する封着金属箔の間から露出している
外面に融着している。これにより、封着金属箔と封止管
部の第２の部分とは気密に封着していて、第２の部分の
断面積をＳ３として、後述する数式を満足するようにそ
の値が規制されている。なお、封止管部の第２の部分を
封着金属箔の外面、さらには石英ガラス棒状体の封着金
属箔に対向していない部分に融着させるには、減圧封止
法によるのが好適である。なお、「減圧封止法」とは、
石英ガラスバルブ内部を排気して減圧ないし真空状態に
して、封止管部の封止予定部を加熱溶融させることによ
り、当該部分が縮径して第２の部分が形成されて封着金
属箔および石英ガラス棒状体に溶着するために封止が行
なわれる封止方法をいう。また、封止管部に第１の部分
を形成して電極軸部を支持する場合にも、封止部形成と
同時または別に減圧封止法を採用することができる。

【００１８】そうして、封止部は、以上の構成によって
石英ガラスバルブの内部を外気に対して封止するととも
に、所要値のランプ電流を導入することができる。

【００１９】＜外部リード部材について＞外部リード部
材は、その一部が封着金属箔に接続するとともに、他の
一部が封止部から外部へ露出して外部から電流を導入す
る際にその受入部となる。また、外部リード部材として
は、どのような構成であってもよいが、たとえばモリブ
デンなどの導電性金属の棒状体などを用いて封着金属箔
の外端に接続している。なお、封着金属箔の「外端」と
は、内端の反対側の端部をいう。

【００２０】＜放電媒体について＞放電媒体は、石英ガ
ラスバルブの内部に封入されて放電により所定の放射を
生じる媒体であり、以下の多様な構成の中から選択する
ことができる。すなわち、（１）希ガス、（２）水銀＋
希ガス、（３）金属ハロゲン化物＋水銀＋希ガス、
（４）金属ハロゲン化物＋希ガスなどの態様を採用する
ことができる。

【００２１】（１）の態様は、高圧ガス放電ランプを得
る場合に用いられ、希ガスとしてキセノンを用いること
により、白色系の発光が得られる。

【００２２】（２）の態様は、高圧水銀蒸気放電ランプ
を得る場合に用いられ、半導体露光用のｉ線またはｇ線
の発光を得ることができる。希ガスとしては、アルゴン
などを用いることができる。

【００２３】（３）の態様は、メタルハライドランプを
得る場合に用いられ、金属ハロゲン化物を構成する金属
の種類に応じて多様な発光を得ることができる。希ガス
としては、アルゴンなどを用いることができる。

【００２４】（４）の態様は、（３）とほぼ同様である
が、包囲部内圧力を低くすることができ、所要により包
囲部内圧力には殆ど寄与しないが主発光に寄与する蒸気
圧の高い金属ハロゲン化物を添加することができる。

【００２５】＜数式２．０≦Ｓ１／Ｓ３≦３．２につい
て＞上記数式は、電極支持部を構成する封止管部の第１
の部分の断面積Ｓ１と、封止部を構成する第２の部分の
断面積Ｓ３との比である。断面積Ｓ１は、電極軸部を支
持するのに十分にして、しかも封止工程における封止管
部の縮径が容易なように過剰にならない大きさに設定さ
れる。断面積Ｓ３は、十分な封止の信頼性が得られると
ともに、封止のための縮径が容易なように設定される。
そうして、上記数式の範囲であれば、十分な耐圧強度が
あり、封止が容易で、しかも高い封止の信頼性が得られ
る。しかし、Ｓ１／Ｓ３が２．０未満であると、封止作
業は容易になるが、封止部の耐圧強度が不足して石英ガ
ラスバルブが破裂しやすくなるので、不可である。これ
に対して、Ｓ１／Ｓ３が３．２を超えると、封止作業が
困難になり、リークが生じて不点になりやすくなるの
で、不可である。

【００２６】＜その他の構成について＞本発明の必須要
件ではないが、必要に応じて以下の構成を採用すること
ができる。

【００２７】１．電極ターミナルについて石英ガラスバルブの両端に電極ターミナルを装着するこ
とができる。この場合、電極ターミナルを経由して外部
リード部材に給電し、高圧放電ランプを機械的に支持す
ることができる。電極ターミナルは、無機質接着剤によ
り封止部に固定され、外部リード部材と適当な導電性部
材を介して接続される。また、電極ターミナルは、給電
のために給電導体を導出していることができる。

【００２８】２．集光ミラーについて高圧放電ランプの発光を集光して投射するために集光ミ
ラーを用いる場合には、そのミラーを予め一体化するこ
とができる。

【００２９】＜本発明の作用について＞本発明において
は、電極軸部の中間部を断面積Ｓ１の封止管部によって
支持する構成にあって、封止部における封止管部の断面
積Ｓ３と上記断面積Ｓ１との比Ｓ１／Ｓ３を２．０〜
３．２の範囲に設定していることにより、高圧放電ラン
プが大ワット、大電流であったとしても、石英ガラスバ
ルブの所要の耐圧強度が得られるとともに、ランプの寿
命の初期から末期にわたって所定の封止部信頼性を確保
することができる。したがって、本発明によれば、たと
えばランプ電流５０Ａ以上、ランプ電力２ｋＷ以上の高
圧放電ランプを容易に得ることができる。

【００３０】請求項２の発明の高圧放電ランプは、中空
な肉厚ｔ２の包囲部および包囲部に連通してその両端に
一体に形成された一対の封止管部を備えた石英ガラスバ
ルブと；基端部が後記複数の封着金属箔に接続し中間部
がわずかな隙間を介して石英ガラスバルブの封止管部で
あって肉厚ｔ１、外径Ｄ１の第１の部分に支持され先端
部が包囲部に臨んでいる電極軸部および電極軸部の先端
部に配設された電極主部を含んで構成された一対の電極
と；電極軸部の基端部の周囲に内端が接続した複数の封
着金属箔、複数の封着金属箔の間に挿入されかつその内
面に気密に融着した石英ガラス棒状体および石英ガラス
バルブの封止管部であって複数の封着金属箔の外面に気
密に融着している肉厚ｔ３、外径Ｄ３の第２の部分によ
り構成された封止部と；複数の封着金属箔の外端に接続
して封止部から外部へ露出した外部リード部材と；石英
ガラスバルブの包囲部内に封入された放電媒体と；を具
備し、肉厚ｔ１、ｔ２、ｔ３および外径Ｄ１、Ｄ３が下
式を満足することを特徴としている。

【００３１】ｔ１≧ｔ２≧ｔ３Ｄ１＜Ｄ３本発明は、電極支持部を構成する封止管部の第１の部分
の肉厚ｔ１、石英ガラスバルブの包囲部の肉厚ｔ２およ
び封止部を構成する封止管部の第２の部分の肉厚ｔ３
と、第１の部分の外径Ｄ１および第２の部分の外径Ｄ３
とを所定範囲に規定することにより、石英ガラスバルブ
の所要の耐圧強度を確保するとともに、封止部の信頼性
を寿命中確保できる高圧放電ランプを得るものである。

【００３２】すなわち、肉厚は、封止管部の第１の部分
が最も大きく、次いで包囲部、第２の部分の順に順次肉
厚が小さくなっている。これにより、石英ガラスバルブ
の耐圧強度が大きくなり、放電空間の放電媒体がランプ
の点灯中に大きな圧力になっても、石英ガラスバルブは
十分に耐えることができる。また、電極支持部にあって
は、電極軸部の周囲をわずかな隙間を介して封止管部の
第１の部分が包囲することによって電極軸部を支持する
構成であるから、封止管部の縮径量が大きくなること
で、当該部分の封止管部の肉厚が包囲部の肉厚および封
止部の肉厚より大きくなるので、電極支持の機械的強度
が大きくなる。さらに、封止部にあっては、封止管部の
第２の部分の肉厚が包囲部の肉厚より小さいことによっ
て封止部の封止の際に封着金属箔および石英ガラス棒状
体の温度を十分に昇温させることができる。そのため、
良好な封止が得られるので、リークが生じにくくなる。

【００３３】また、封止部における第２の部分の外径Ｄ
３が電極支持部における第１の部分の外径Ｄ１より大き
いことにより、石英ガラスバルブの耐圧強度の増強に寄
与するとともに、封止部の内部に封着される封着金属箔
の幅や数を所要に設定することができるので、大ワッ
ト、大電流化を図ることができる。

【００３４】なお、本発明の実施に際しては、請求項１
の構成を加えることにより、一層石英ガラスバルブの耐
圧強度が大きくなるとともに、高い封止部信頼性を得る
ことができる。

【００３５】請求項３の発明の高圧放電ランプは、中空
な包囲部および包囲部に連通してその両端に一体に形成
された一対の封止管部を備えた石英ガラスバルブと；基
端部が後記複数の封着金属箔に接続し中間部がわずかな
隙間を介して石英ガラスバルブの封止管部であって外径
Ｄ１（ｃｍ）、肉厚ｔ１（ｃｍ）の第１の部分に支持さ
れ先端部が包囲部に臨んでいて包囲部端部から封着金属
箔内端までの距離Ｌ（ｃｍ）の電極軸部および電極軸部
の先端部に配設された電極主部を含んで構成された一対
の電極と；電極軸部の基端部の周囲に内端部が接続した
複数の封着金属箔、複数の封着金属箔の間に挿入されか
つその内面に気密に融着した石英ガラス棒状体および石
英ガラスバルブの封止管部であって複数の封着金属箔の
外面に気密に融着している第２の部分により構成された
封止部と；複数の封着金属箔の外端に接続して封止部か
ら外部へ露出した外部リード部材と；石英ガラスバルブ
の包囲部内に封入された点灯時の圧力Ｐ（ＭＰａ）の放
電媒体と；を具備し、外径Ｄ１（ｃｍ）、肉厚ｔ１（ｃ
ｍ）、距離Ｌ（ｃｍ）および圧力Ｐ（ＭＰａ）が下式を
満足することを特徴としている。

【００３６】０．８≦｛〔（Ｄ１）^１／２・Ｌ〕／（ｔ
１）｝／Ｐ≦４．０本発明は、電極支持部における封止管部の第１の部分の
外径Ｄ（ｃｍ）および肉厚ｔ（ｃｍ）、電極軸部の距離
Ｌ（ｃｍ）、ならびに放電媒体の点灯時の圧力Ｐ（ＭＰ
ａ）を所定範囲に規定することにより、主として石英ガ
ラスバルブの耐圧を所要に高めるものである。

【００３７】電極軸部の距離Ｌ（ｃｍ）は、石英ガラス
バルブの包囲部端部から封着金属箔内端までの距離をい
うが、「包囲部端部」とは、以下の定義による。すなわ
ち、一般に包囲部は、凹曲面をなしている部分により形
成されていて、凸曲面をなしている部分を経て封止管部
へと連続している。そこで、本発明においては、包囲部
端部は、凹曲面と凸曲面との境界点にあると定義する。
また、「封着金属箔内端」とは、封着金属箔と封止管部
の第２の部分との気密な融着部の電極側の端部をいう。

【００３８】放電媒体の点灯時の圧力Ｐ（ＭＰａ）は、
封入物が水銀、Ａｒ、ＫｒおよびＸｅの場合、その種類
に応じて下記の数式によって計算により求めた分圧によ
るものとする。ただし、金属ハロゲン化物の場合には、
それぞれの一般的な分圧の求め方による。なお、封入物
が複数種の場合は、それらの分圧の和とする。

【００３９】１．水銀蒸気圧の場合の分圧：Ｐ１＝８
２．８×１０^−３×Ｍ／Ｖ（ＭＰａ）ただし、Ｍは封入水銀量（ｍｇ）、Ｖは包囲部容積（ｃ
ｍ^３）２．Ａｒ、Ｋｒの場合の分圧：Ｐ２＝０．８９×１０
^−３×Ｐｒ（ＭＰａ）ただし、ＰｒはＡｒ、Ｋｒの室温における封入圧（Ｐ
ａ）３．Ｘｅの場合の分圧：Ｐ３＝５×１０^−６×Ｐｘ（Ｍ
Ｐａ）ただし、ＰｘはＸｅの室温における封入圧（Ｐａ）そうして、本発明においては、数式０．８≦｛〔（Ｄ
１）^１／２・Ｌ〕／（ｔ１）｝／Ｐ≦４．０の範囲内で
あれば所要の石英ガラスバルブ耐圧が得られるが、下限
値未満であると耐圧が不十分になるので不可であり、ま
た上限値を超えると耐圧は問題ないものの封止部信頼性
が低減するので不可である。

【００４０】なお、本発明の実施に際して、請求項１お
よび２のいずれか一方または双方の構成を加えることに
より、一層効果的な高圧放電ランプを得ることができ
る。

【００４１】請求項４の発明の高圧放電ランプは、請求
項３記載の高圧放電ランプにおいて、石英ガラスバルブ
の封止管部であって電極軸部の中間部を支持している第
１の部分の外径Ｄ１が１．５（ｃｍ）以上、肉厚ｔ１が
０．５〜０．８（ｃｍ）であるとともに、電極間距離が
１２（ｍｍ）以下、定格ランプ電力が５（ｋＷ）以上で
あることを特徴としている。

【００４２】本発明は、請求項３の発明における大ワッ
トタイプとしての好適な数値範囲を規定している。な
お、肉厚ｔ１（ｃｍ）は、電極軸部とその周りの封止管
部の第１の部分との間に石英ガラスからなる円筒状のセ
パレータを介在させているといないとにかかわらず、封
止管部のみの肉厚である。また、電極間距離は、ショー
トアークタイプとしての数値である。さらに、定格ラン
プ電力は、大ワットタイプとしての数値である。

【００４３】請求項５の発明の半導体露光装置は、半導
体露光装置本体と；半導体露光装置本体内に露光用光源
として装着される請求項１ないし４のいずれか一記載の
高圧放電ランプと；を具備していることを特徴としてい
る。

【００４４】半導体露光装置は、半導体ウエハに所定パ
ターンのエッチングを行うために紫外線を露光する装置
であるが、本発明は陽極の重量が特に大きくなる大電
流、大ワットタイプのｉ線またはｇ線用の高圧放電ラン
プを備えた露光装置に好適である。なお、「半導体露光
装置本体」とは、半導体露光装置から高圧放電ランプを
除いた残余の部分をいう。

【００４５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００４６】図１は、本発明の高圧放電ランプの一実施
形態を示す一部切欠正面図である。

【００４７】図２は、図１のII−II´線における拡大端
面図である。

【００４８】図３は、図１のIII−III´線における拡大
端面図である。

【００４９】各図において、１は石英ガラスバルブ、２
は陽極、３は陰極、４は封止部、５は陽極ターミナル、
６は陰極ターミナルである。

【００５０】＜石英ガラスバルブ１について＞石英ガラ
スバルブ１は、包囲部１ａおよび一対の封止管部１ｂ、
１ｂからなる。包囲部１ａは、紡錘状をなし、内部が中
空になっていて、肉厚がｔ２である。封止管部１ｂは、
概略円筒状をなしていて、包囲部の両端に一体に接続し
ている。また、封止管部１ｂは、第１の部分１ｂ１およ
び第２の部分１ｂ２を有している。第１の部分１ｂ１
は、断面積がＳ１、図２に示すように肉厚ｔ１、外径Ｄ
１である。また、第２の部分１ｂ２は、断面積がＳ３、
図３に示すように肉厚がｔ３、外径Ｄ３である。

【００５１】＜陽極２および陰極３について＞陽極２
は、タングステン製で、電極軸部２ａおよび陽極主部２
ｂからなる。また、電極軸部２ａは、棒状部分２ａ１お
よび円盤状部分２ａ２からなる。円盤状部分２ａ２は、
棒状部分２ａ１の基端に溶接されている。陽極主部２ｂ
は、電極軸部２ａに対して大径の胴部からなり、電極軸
部２ａの先端部に溶接されている。

【００５２】陰極３は、タングステン製で、電極軸部３
ａおよび陰極主部３ｂからなる。また、電極軸部３ａ
は、棒状部分３ａ１および円盤状部分３ａ２からなる。
円盤状部分３ａ２は、棒状部分３ａ１の基端に溶接され
ている。陰極主部２ｂは、電極軸部の先端が一体に延長
されて形成され、その先端が円錐状をなしている。

【００５３】陽極２および陰極３は、いずれも電極軸部
２ａ、３ａの基端部である円盤状部分２ａ２、３ａ２が
後述する封着金属箔４ａの内端に接続し、中間部が封止
管部１ｂの第１の部分１ｂ１の内面にわずかな隙間を介
して対向することにより、第１の部分１ｂ１に支持さ
れ、陽極主部２ｂおよび陰極主部３ｂが比較的小さな電
極間距離を隔てて対向する。また、陽極２および陰極３
が封止管部１ｂの第１の部分１ｂ１に支持されている状
態において、電極軸部２ｂ、３ｂの包囲部端部から封着
金属箔４ａ内端までの距離をＬとする。次に、「包囲部
端部」について図４を参照して説明する。

【００５４】図４は、本発明の高圧放電ランプの一実施
形態における包囲部端部の位置を説明する線図である。

【００５５】図において、各線は以下に示すとおりであ
る。太線Ａ：石英ガラスバルブの左半分部分の内面を示す形
状線直線Ｂ：石英ガラスバルブの仮想中心軸線曲線Ｃ：太線Ａの包囲部の内面部分を延長した仮想凹曲
線曲線Ｄ：包囲部と封止管部との間を接続している凸曲線点Ｅ：包囲部端部直線Ｆ：点Ｅから仮想中心軸線Ｂに対して直角に引いた
直線直線Ｇ：点Ｅにおける仮想凹曲線Ｃから垂直に引いた直
線図から理解できるように、包囲部端部Ｅを一方の起点と
して電極軸部の距離Ｌを求めるものである。したがっ
て、点Ｅ、Ｅ間の距離Ｈが包囲部の長さになる。

【００５６】＜封止部４について＞封止部４は、４枚す
なわち複数の封着金属箔４ａ、石英ガラス棒状体４ｂお
よび封止管部１ｂの第２の部分１ｂ２により構成されて
いる。

【００５７】複数の封着金属箔４ａは、その内端が電極
軸部２ａ、３ａの円盤状部分２ａ２、３ａ２の周囲に等
しい間隔で溶着している。なお、封着金属箔４ａの外端
は、図示しない外部リード部材に溶接している。

【００５８】石英ガラス棒状体４ｂは、円柱状をなして
いて、その直径が電極軸部２ｂ、３ｂの円盤状部分２ａ
２、３ａ２の直径にほぼ等しい。また、石英ガラス棒状
体４ｂの長さは、円盤状部分２ａ２、３ａ２と外部リー
ド部材との間の距離に等しい。さらに、石英ガラス棒状
体４ｂは、複数の封着金属箔４ａ、円盤状部分２ａ２、
３ａ２および外部リード部材の間に形成される空間内に
挿入されていて、封着金属箔４ａの内面に気密に融着し
ている。

【００５９】封止管１ｂの第２の部分１ｂ２は、複数の
封着金属箔４ａおよび石英ガラス棒状体４ｂをそれらの
外側から気密に包囲している。すなわち、第２の部分１
ｂ２の内面は、封着金属箔４ａの外面および石英ガラス
棒状体４ｂの隣接する封着金属箔４ａの間から露出して
いる外面に気密に融着している。第２の部分１ｂ２は、
その肉厚がｔ３、外径がＤ３である。

【００６０】＜陽極ターミナル５について＞陽極ターミ
ナル５は、封止管部１ｂの外端部に無機質接着剤により
固定されて装着されるとともに、外部リード部材に接続
されている。さらに、陽極ターミナル５は、接続導線５
ａおよび接続導線５ａの先端に接続された圧着端子５ｂ
を備えている。

【００６１】＜陰極ターミナル６について＞陰極ターミ
ナル６は、封止管部１ｂの外端部に無機質接着剤により
固定されて装着されるとともに、陰極側の外部リード部
材に接続している。そして、陰極ターミナル６は、取付
ボルト６ａを備えている。この取付ボルト６ａを利用し
て高圧放電ランプを機械的に固定するとともに、点灯回
路に陰極を接続する。

【実施例１】石英ガラスバルブ：包囲部の外径８ｃｍ、
肉厚０．３ｃｍ、封止管部の第１の部分の外径２ｃｍ、
肉厚７ｍｍ、断面積Ｓ１＝２．７６ｃｍ^２、同じく第２
の部分の外径０．２８ｃｍ、肉厚１．５ｍｍ、断面積Ｓ
３＝１．２６ｃｍ^２電極間距離：７ｍｍ放電媒体：水銀、Ａｒ定格：ランプ電力５ｋＷ、ランプ電流７７Ａ本実施例について点灯評価を行なった結果、寿命末期ま
で問題なく点灯した。これに対して、封止管部の第２の
部分の外径２７ｍｍ、肉厚１ｍｍ、断面積Ｓ３＝０．８
２ｃｍ^２にした以外は、実施例と同一仕様の比較例を製
作して、点灯評価を行った結果、封止部を起点としたラ
ンプ破裂が発生した。また、同様に外径２．９ｃｍ、肉
厚２ｍｍ、断面積Ｓ３＝１．７ｃｍ^２にした以外は、実
施例と同一仕様の比較例も製作して、点灯評価を行った
結果、封止部の気密が破壊し、リークが発生して不点灯
となった。

【実施例２】石英ガラスバルブ：包囲部の外径８０ｍ
ｍ、肉厚３ｍｍ、内容積３０００ｃｍ^３、封
止管部の第１の部分の外径３ｃｍ、肉厚０．３ｃｍ電極：電極軸の包囲部端部から封着金属箔内端までの距
離２ｃｍ、電極間距離７ｍｍ放電媒体：水銀７．５ｇ、Ｘｅ常温で０．２（ＭＰａ）水銀蒸気圧Ｐ１＝２．１（ＭＰａ）キセノンガス圧Ｐ３＝１（ＭＰａ）点灯時圧力Ｐ＝Ｐ１＋Ｐ３＝３．１（ＭＰａ）定格：ランプ電力５ｋＷ、ランプ電流７７Ａ本実施例について点灯評価を行なった結果、寿命末期ま
で問題なく点灯した。

【００６２】図５は、本発明の半導体露光装置の一実施
形態を示す概念図である。

【００６３】図において、１１は図１に示す高圧放電ラ
ンプ、１２は楕円ミラー、１３は正反射ミラー、１４は
非球面レンズ、１５は集光レンズ、１６は正反射ミラ
ー、１７はコンデンサレンズ、１８はフォトレジスト、
１９は縮小投影レンズ、２０は半導体ウエハである。

【００６４】高圧放電ランプ１１から放射される紫外線
（ｉ線）は、楕円ミラー１２および正反射ミラー１３で
反射されて非球面レンズ１４および集光レンズ１５で集
光された後、正反射ミラー１６、コンデンサレンズ１７
を経てフォトレジスト１８を通過し、さらに縮小投影レ
ンズ１９を通過して半導体ウエハ２０を所定パターンで
露光する。

【００６５】

【発明の効果】請求項１ないし４の各発明によれば、大
ワット、大電流タイプに好適で、所要の石英ガラスバル
ブの耐圧強度を確保するとともに、封止部の信頼性を寿
命中確保できる高圧放電ランプを提供することができ
る。

【００６６】請求項１の発明によれば、包囲部および封
止管部を備えた石英ガラスバルブと、電極軸部の基端部
が複数の封着金属箔の内端に接続し中間部が封止管部の
断面積Ｓ１の第１の部分に支持され先端に電極主部が配
設された一対の電極と、封着金属箔、石英ガラス柱状体
および封止管部の断面積Ｓ３の第２の部分を含む封止部
と、外部リード部材と、放電媒体とを具備し、断面積Ｓ
１、Ｓ３が下式を満足していることにより、上記効果を
奏する高圧放電ランプを提供することができる。

【００６７】２．０≦Ｓ１／Ｓ３≦３．２請求項２の発明によれば、中空な肉厚ｔ２の包囲部およ
び封止管部を備えた石英ガラスバルブと、電極軸部の基
端部が複数の封着金属箔の内端に接続し中間部が封止管
部の肉厚ｔ１、外径Ｄ１の第１の部分に支持され先端に
電極主部が配設された一対の電極と、封着金属箔、石英
ガラス柱状体および封止管部の肉厚ｔ３、外径Ｄ３の第
２の部分を含む封止部と、外部リード部材と、放電媒体
とを具備し、肉厚ｔ１、ｔ２、ｔ３と外径Ｄ１、Ｄ３と
が下式を満足していることにより、上記効果を奏する高
圧放電ランプを提供することができる。

【００６８】ｔ１≧ｔ２≧ｔ３Ｄ１＜Ｄ３請求項３の発明によれば、包囲部および封止管部を備え
た石英ガラスバルブと、基端部が複数の封着金属箔の内
端に接続し中間部が封止管部の外径Ｄ１（ｃｍ）、肉厚
ｔ１（ｃｍ）の第１の部分に支持され先端に電極主部が
配設され包囲部端部から封着金属箔内端までの距離Ｌ
（ｃｍ）の電極軸部を有する一対の電極と、封着金属
箔、石英ガラス柱状体および封止管部の第２の部分を含
む封止部と、外部リード部材と、点灯時の圧力Ｐ（ＭＰ
ａ）の放電媒体とを具備し、外径Ｄ（ｃｍ）、肉厚ｔ
（ｃｍ）、距離Ｌ（ｃｍ）および圧力Ｐ（ＭＰａ）が下
式を満足していることにより、上記効果を奏する高圧放
電ランプを提供することができる。

【００６９】０．８≦｛〔（Ｄ１）^１／２・Ｌ〕／（ｔ
１）｝／Ｐ≦４．０請求項４の発明によれば、請求項３に加えて石英ガラス
バルブの封止管部であって電極軸部の中間部を支持して
いる第１の部分の外径Ｄが１．５（ｃｍ）以上、肉厚ｔ
が０．５〜０．８（ｃｍ）であるとともに、電極間距離
が１２（ｍｍ）以下、定格ランプ電力が５（ｋＷ）以上
であることにより、上記効果を奏する高圧放電ランプを
提供することができる。

【００７０】請求項５の発明によれば、請求項１ないし
４の効果を有する半導体露光装置を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高圧放電ランプの一実施形態を示す一
部切欠正面図

【図２】図１のII−II'線における拡大端面図

【図３】図１のIII−III´線における拡大端面図

【図４】本発明の高圧放電ランプの一実施形態における
包囲部端部の位置を説明する線図

【図５】本発明の半導体露光装置の一実施形態を示す概
念図

【符号の説明】

１…石英ガラスバルブ１ａ…包囲部１ｂ…封止管部１ｂ１…第１の部分１ｂ２…第２の部分２…陽極２ａ…電極軸部２ａ１…棒状部分２ａ２…円盤状部分２ｂ…陽極主部３…陰極３ａ…電極軸部３ａ１…棒状部分３ａ２…円盤状部分３ｂ…陰極主部４…封止部４ａ…封着金属箔４ｂ…石英ガラス棒状体５…陽極ターミナル５ａ…接続導線５ｂ…圧着端子６…陰極ターミナル６ａ…取付ボルト

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５１５ＣＦターム(参考） 2H097 BA10 CA01 CA11 LA10 5C039 HH02 HH03 HH05 5C043 AA07 AA14 AA20 BB02 CC02 CD02 DD12 EA01 EC02 EC11 EC12 5F046 BA03 CA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】中空の包囲部および包囲部に連通してその
両端に一体に形成された一対の封止管部を備えた石英ガ
ラスバルブと；基端部が後記複数の封着金属箔に接続し
中間部がわずかな隙間を介して石英ガラスバルブの封止
管部であって断面積Ｓ１の第１の部分に支持され先端部
が包囲部に臨んでいる電極軸部および電極軸部の先端部
に配設された電極主部を含んで構成された一対の電極
と；電極軸部の基端部の周囲に内端が接続した複数の封
着金属箔、複数の封着金属箔の間に挿入されかつその内
面に気密に融着した石英ガラス棒状体および石英ガラス
バルブの封止管部であって複数の封着金属箔の外面に気
密に融着している断面積Ｓ３の第２の部分を含んで構成
された封止部と；複数の封着金属箔の外端に接続して封
止部から外部へ露出した外部リード部材と；石英ガラス
バルブの包囲部内に封入された放電媒体と；を具備し、
断面積Ｓ１、Ｓ３が下式を満足することを特徴とする高
圧放電ランプ。２．０≦Ｓ１／Ｓ３≦３．２
【請求項２】中空な肉厚ｔ２の包囲部および包囲部に連
通してその両端に一体に形成された一対の封止管部を備
えた石英ガラスバルブと；基端部が後記複数の封着金属
箔に接続し中間部がわずかな隙間を介して石英ガラスバ
ルブの封止管部であって肉厚ｔ１、外径Ｄ１の第１の部
分に支持され先端部が包囲部に臨んでいる電極軸部およ
び電極軸部の先端部に配設された電極主部を含んで構成
された一対の電極と；電極軸部の基端部の周囲に内端が
接続した複数の封着金属箔、複数の封着金属箔の間に挿
入されかつその内面に気密に融着した石英ガラス棒状体
および石英ガラスバルブの封止管部であって複数の封着
金属箔の外面に気密に融着している肉厚ｔ３、外径Ｄ３
の第２の部分により構成された封止部と；複数の封着金
属箔の外端に接続して封止部から外部へ露出した外部リ
ード部材と；石英ガラスバルブの包囲部内に封入された
放電媒体と；を具備し、肉厚ｔ１、ｔ２、ｔ３および外
径Ｄ１、Ｄ３が下式を満足することを特徴とする高圧放
電ランプ。ｔ１≧ｔ２≧ｔ３Ｄ１＜Ｄ３
【請求項３】中空な包囲部および包囲部に連通してその
両端に一体に形成された一対の封止管部を備えた石英ガ
ラスバルブと；基端部が後記複数の封着金属箔に接続し
中間部がわずかな隙間を介して石英ガラスバルブの封止
管部であって外径Ｄ１（ｃｍ）、肉厚ｔ１（ｃｍ）の第
１の部分に支持され先端部が包囲部に臨んでいて包囲部
端部から封着金属箔内端までの距離Ｌ（ｃｍ）の電極軸
部および電極軸部の先端部に配設された電極主部を含ん
で構成された一対の電極と；電極軸部の基端部の周囲に
内端が接続した複数の封着金属箔、複数の封着金属箔の
間に挿入されかつその内面に気密に融着した石英ガラス
棒状体および石英ガラスバルブの封止管部であって複数
の封着金属箔の外面に気密に融着している第２の部分に
より構成された封止部と；複数の封着金属箔の外端に接
続して封止部から外部へ露出した外部リード部材と；石
英ガラスバルブの包囲部内に封入された点灯時の圧力Ｐ
（ＭＰａ）の放電媒体と；を具備し、外径Ｄ１（ｃ
ｍ）、距離Ｌ（ｃｍ）、肉厚ｔ１（ｃｍ）および圧力Ｐ
（ＭＰａ）が下式を満足することを特徴とする高圧放電
ランプ。０．８≦｛〔（Ｄ１）^１／２・Ｌ〕／（ｔ１）｝／Ｐ≦
４．０
【請求項４】石英ガラスバルブの封止管部であって電極
軸部の中間部を支持している第１の部分の外径Ｄ１が
１．５（ｃｍ）以上、肉厚ｔ１が０．５〜０．８（ｃ
ｍ）であるとともに、電極間距離が１２（ｍｍ）以下、
定格ランプ電力が５（ｋＷ）以上であることを特徴とす
る請求項３記載の高圧放電ランプ。
【請求項５】半導体露光装置本体と；半導体露光装置本
体内に露光用光源として装着される請求項１ないし４の
いずれか一記載の高圧放電ランプと；を具備しているこ
とを特徴とする半導体露光装置。