JP2023046479A - Discharge lamp and method for manufacturing discharge lamp electrode - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、露光装置等に利用される放電ランプに関し、特に、ショートアーク型放電ランプ及び放電ランプ用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a discharge lamp used in an exposure apparatus and the like, and more particularly to a short arc discharge lamp and a method of manufacturing an electrode for a discharge lamp.
大型のショートアーク型放電ランプでは、半導体、液晶製造の生産効率を向上させるため、大電力化が進んでいる。大電力化に伴って電極構造が大型になると、電極の重みで封止部に負担がかかり、ガラス部材が破損する恐れがある。その対策として、特許文献1に電極背面に凹部(穴)を形成して軽量化した中空状の電極が記載されている。 Large short-arc discharge lamps are increasing in power in order to improve production efficiency in the manufacture of semiconductors and liquid crystals. If the electrode structure becomes large in accordance with the increase in power, the weight of the electrodes will put a burden on the sealing portion, and there is a risk that the glass member will be damaged. As a countermeasure, Patent Document 1 describes a hollow electrode in which a concave portion (hole) is formed on the back surface of the electrode to reduce its weight.
しかしながら、凹部(穴)を形成することによって電極の体積が減少し、電極の熱容量が低下してしまい、過度な温度上昇により電極を構成するタングステンが蒸発して発光管の管壁に付着する黒化が発生し、寿命を低下させる可能性があった。 However, the formation of recesses (holes) reduces the volume of the electrodes and reduces the heat capacity of the electrodes. There was a possibility that quenching occurred and shortened the life.
したがって、本発明の目的は、軽量で黒化の可能性を抑えることができる放電ランプ及び放電ランプ用電極の製造方法を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a discharge lamp and a method for manufacturing a discharge lamp electrode which are lightweight and can suppress the possibility of blackening.
本発明は、放電管と、
放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
少なくとも一方の電極が、内部空間を有し、
内部空間に、内部空間を構成する電極素材よりも密度が低く、金属以外の無機物及び/又は有機物から成る伝熱体が設けられていることを特徴とする放電ランプである。
本発明は、放電管と、
放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
少なくとも一方の電極が、内部空間を有し、
内部空間に、アルゴン、クリプトン、キセノンのうち少なくとも1種と、金属以外の無機物及び/又は有機物から成る伝熱体とが封入されることを特徴とする放電ランプである。
また、本発明は、中心軸周りに凹部を形成した胴体部材と、胴体部材の凹部を覆う蓋部材とを成形し、胴体部材の凹部に、金属以外の無機物及び/又は有機物から成る伝熱体を置き、
胴体部材もしくは胴体部材と接合する中間部材と、蓋部材を固相接合することを特徴とする放電ランプ用電極の製造方法である。
The present invention comprises a discharge tube,
A pair of electrodes arranged opposite to each other in the discharge tube,
at least one electrode has an interior space;
The discharge lamp is characterized in that the internal space is provided with a heat transfer body made of an inorganic material and/or an organic material other than a metal and having a density lower than that of an electrode material forming the internal space.
The present invention comprises a discharge tube,
A pair of electrodes arranged opposite to each other in the discharge tube,
at least one electrode has an interior space;
The discharge lamp is characterized in that at least one of argon, krypton and xenon and a heat transfer body made of an inorganic substance other than metal and/or an organic substance are enclosed in an internal space.
In addition, the present invention is formed by molding a body member having a recess formed around the central axis and a lid member covering the recess of the body member, and forming a heat transfer body made of an inorganic material other than metal and/or an organic material in the recess of the body member. and
A method of manufacturing an electrode for a discharge lamp, characterized in that a body member or an intermediate member to be joined to the body member, and a cover member are solid-phase-bonded.
少なくとも一つの実施形態によれば、電極を軽量化することができ、且つ電極素材の蒸発による黒化を抑えることができる。なお、ここに記載された効果は必ずしも限定されるものではなく、本明細書中に記載されたいずれかの効果又はそれらと異質な効果であっても良い。 According to at least one embodiment, the weight of the electrode can be reduced, and blackening due to evaporation of the electrode material can be suppressed. Note that the effects described herein are not necessarily limited, and may be any effect described herein or an effect different from them.
図面を参照して本発明の一実施形態について説明する。図1は、一実施形態であるショートアーク型放電ランプを模式的に示した図である。ショートアーク型放電ランプ10は、パターン形成する露光装置の光源などに使用可能な放電ランプであり、透明な石英ガラス製の放電管(発光管)11を備える。放電管11には、陰極20、陽極30が所定間隔をもって対向配置される。
An embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram schematically showing a short arc discharge lamp that is one embodiment. A short-
管球状の放電管11の両側には、対向するように石英ガラス製の封止管12a及び12bが放電管11と一体的に設けられており、封止管12a及び12bの両端は、口金13a及び13bによって塞がれている。封止管12a、12bの内部には、金属性の陰極20、陽極30を支持する導電性の電極支持棒14a、14bが配設され、金属リング(図示せず)、モリブデンなどの金属箔15a、15bを介して導電性のリード棒16a、16bにそれぞれ接続される。封止管12a、12bは、封止管12a、12b内に設けられるガラス管(図示せず)と溶着されており、これによって、水銀、および希ガスが封入された放電空間が封止される。放電ランプ10は、陽極30が上側、陰極20が下側となるように鉛直方向に沿って配置されている。
Quartz
リード棒16a、16bは外部の電源部に接続され、金属部材、金属箔及び電極支持棒14a、14bを介して陰極20、陽極30の間に電圧が印加される。放電ランプ10に電力が供給されると、電極間でアーク放電が発生し、水銀による輝線(紫外光)が放射される。
The
なお、放電ランプ10の周囲には、回転楕円体である反射ミラー(集光ミラー)(図示せず)が配置されて照明装置が構成される。ランプ点灯時、放電ランプ10から放射された光は、反射ミラーで反射する。反射光は二次焦点に集光し、図示しない照明光学系などを介して照射対象物へ導かれる。例えば、照明装置が露光装置内に設けられている場合、基板の感光面に光が照射される。
Around the
図2は、図1に示す放電ランプの陽極30の拡大断面図である。以下の説明では、本発明を陽極に対して適用した例を説明するが、陰極20又は陰極20及び陽極30に対しても本発明を適用することができる。陽極30は、胴体部材31と蓋部材32を有する。蓋部材32に対して電極支持棒14bが嵌合されている。
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of the
胴体部材31は、一端面が閉塞され、他端面が開放された筒状例えば円筒状のものである。すなわち、中心軸回りに凹部を有する。胴体部材31の開放端面に対して蓋部材32が拡散接合される。胴体部材31及び蓋部材32は、タングステン、モリブデンなどの金属又はこれらの合金からなる。凹部の開放端面が蓋部材32によって閉塞されることによって胴体部材31に密閉された内部空間Sが形成される。
The
内部空間Sに対して、ここでは固体状の伝熱体33が設けられる。伝熱体33は、内部空間Sの30%~80%例えば約70%の体積とされる。伝熱体33は、内部空間Sを構成する胴体部材31及び蓋部材32の電極素材よりも密度が小さく、金属以外の無機物及び/又は有機物から成る。金属以外の無機物及び/又は有機物とは、例えば、酸化物、炭化物、塩類のいずれかあるいはこれらの組み合わせであり、又は樹脂系である。具体的には、酸化タングステン、酸化ビスマス、酸化ケイ素、炭化カルシウム、フッ化マグネシウム(MgF2 )、フッ化カルシウム(CaF2 )、フッ素樹脂、シリコン樹脂などが伝熱体33の材質として挙げられる。以下、本実施形態では、伝熱体33にフッ化マグネシウムあるいはフッ化カルシウムを使用した場合を例に説明する。
A solid
胴体部材31及び蓋部材32の電極素材がタングステンの場合、密度が(19.25g/cm^3)である。フッ化マグネシウムの密度が(3.15g/cm^3)である。フッ化カルシウムの密度が(3.18g/cm^3)である。非金属のフッ化マグネシウム及びフッ化カルシウムは、電極素材のタングステンに比して密度が小さい。
When the electrode material of the
したがって、金属以外から成る伝熱体33を封入した陽極30は、内部空間Sが金属によって占められている陽極と比較して軽量化することができる。放電ランプは、図1に示すように、片持ち梁構造のため、電極を軽量化することで封止管のクラックや電極支持棒の破損(折れ)を防止できる。また、内部空間Sに伝熱体33を封入しているので、従来のような中空電極と比較して熱容量が増加し、黒化の可能性を低減することができる。さらに、伝熱体33が伝熱機能を有することで、支持棒14b側へ熱を輸送でき、電極(陽極30)の先端部の温度低下に寄与する。
Therefore, the
また、伝熱体33の沸点は、内部空間Sを構成する胴体部材31及び蓋部材32の電極素材の沸点より低く、放電ランプ10が点灯している時に沸騰するものである。胴体部材31及び蓋部材32の電極素材がタングステンの場合、融点が(約3410℃)であり、沸点が(約5555℃)である。フッ化マグネシウムの融点が(約1263℃)であり、沸点が(約2260℃)である。フッ化カルシウムの融点が(約1418℃)であり、沸点が(約2533℃)である。これらの無機化合物からなる伝熱体33の融点及び沸点は、電極素材より低い。すなわち、伝熱体33は、内部空間Sを構成する電極素材(タングステンやモリブデン)よりも沸点が低く、少なくとも放電ランプが点灯している時に沸騰する伝熱体である。点灯中に伝熱体が気化することによって、気化熱及び沸騰伝熱により、さらに電極の温度が低下する。
Moreover, the boiling point of the
放電ランプの点灯時に陽極30の先端部の温度が非常に高温となる(例えば2000℃~2500℃)。伝熱体33がフッ化マグネシウム又はフッ化カルシウムの場合、点灯後に陽極30の温度上昇に伴って伝熱体33が固体から液体となり、さらに、沸騰する。沸点は、液体が気体に変化する温度であり、点灯状態では、伝熱体33が液体と気体の両方の状態で存在する。伝熱体33は、その沸点が、内部空間Sの最低温度よりも高く、内部空間Sの最高温度よりも低い伝熱体であり、内部空間S内において相転移を繰り返す。したがって、液体の対流と、気化熱と、沸騰伝熱の3つの伝熱方法により、陽極30の先端部で発生した熱を陽極30の電極支持棒14b側に輸送することによって陽極30の先端部の温度上昇を抑えることができ、陽極30のタングステンの蒸発を抑えることができる。
When the discharge lamp is lit, the temperature of the tip of the
図3は、本発明の陽極30の変形例(陽極30A)を示す。この陽極30Aは、内部空間Sの底面の中央付近が凸面状となるような凸状曲面34を有する。凸状曲面34は、蓋部材32側に向かって徐々にその突出高さが高くなっており、突起のような急激な変形で構成されていない。この凸状曲面34によって、伝熱体33の相変化時に生じる応力が緩和される。すなわち、底面に緩やかな凸状曲面34を形成することで、底面を局所的に変形させようとする力が緩和され、応力集中をさせないようにできる。特に、伝熱体33が沸騰すると内部空間Sの内圧は高くなるので、積極的に沸騰伝熱を利用する本発明にとっては、応力集中を避けることができる凸状曲面34は有利な構成となる。
FIG. 3 shows a modification (
また、好ましくは、底面の全体が曲面を有し、中央付近が凸面状にするとよい。さらに好ましくは、電極の先端面に、一対の電極を結ぶ中心線の周りに形成された凹部を有する。この凹部は、陰極20の先端からの距離が等しくなるように形成されている。凹部の曲面を回転面として形成してもよい。このような凹部によって陰極20から電子が送られたときに、電界の強さを均等又はほぼ均等とできるので、陽極30の消耗を抑えることができ、消耗箇所から伝熱体が漏れるのを防ぐことができる。
Also, preferably, the entire bottom surface has a curved surface and the vicinity of the center is convex. More preferably, the tip surface of the electrode has a recess formed around the centerline connecting the pair of electrodes. This recess is formed so that the distances from the tip of the
内部空間Sには、伝熱体33が存在しない空間があるので、この空間に不活性ガス(希ガス)を封入する。希ガスは、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれかである。これらの希ガスは、異なる熱伝導率を有する。熱伝導率の大小関係は、(キセノン<クリプトン<アルゴン)の関係がある。希ガスの熱伝導率に応じて、希ガスから電極支持棒14b側に伝わる熱量が変わるため、内部空間S内の温度も変わる。例えば、熱伝導率の高い希ガスであれば、多くの熱が電極支持棒14b側に伝わるため、内部空間S内の温度は抑えられる。内部空間S内の温度が低い状態で、熱伝導率の高い希ガスは伝熱体33からの熱が伝わりやすい。熱を奪われた伝熱体は、その分沸騰しにくくなる。すなわち、沸騰するまでの時間が長くなる。このように、伝熱体33が沸騰するまでの時間を短くしたい場合は熱伝導率の低い希ガスを封入し、沸騰するまでの時間を長くしたい場合は熱伝導率の高い希ガスを封入する。封入する希ガスの種類により、伝熱体33が沸騰するまでの時間を変化させることができる。
Since the internal space S has a space where the
例えば、点灯初期から早めに伝熱体33を沸騰させて陽極30、30Aの温度上昇を抑制したい場合は熱伝導率の低い希ガスを封入する。一方、伝熱体33の急な沸騰により内部空間Sの急な内圧上昇が生じると、陽極30、30Aを破損する可能性があるため、熱伝導率の高い希ガスを封入し、沸騰までの時間を長くするような調整がなされる。
For example, when it is desired to boil the
図2に示す陽極30の製造方法について説明する。タングステンなどからなる中心軸周りに凹部を形成した胴体部材31の開口側端面が研磨された接合面とされる。同様にタングステンなどからなる円板状の蓋部材32の下端面が研磨されて接合面とされる。
A method for manufacturing the
次に、胴体部材31に形成されている凹部(内部空間S)に対して金属以外の無機物及び/又は有機物から成る伝熱体33が置かれる。
次いで、胴体部材31の開口端面に蓋部材32が重ねられて開口が閉じられる。そして、ブロックを介して胴体部材31と蓋部材32の上下を加圧電極によって挟み、所定の圧力をかけた状態で通電加熱する。この接合処理によって胴体部材31と蓋部材32が固相接合される。なお、胴体部材31と蓋部材32の間に中間部材を挿入してもよい。
次いで、固相接合された胴体部材31と蓋部材32のそれぞれを所定の切削線に沿って切削加工して最終的な電極形状とする。これにより、図2に示すような、内部空間Sに伝熱体33が封入された陽極30が形成される。なお、内部空間Sに不活性ガスを入れる場合、気体状態で入れてもよいし、液体窒素で固化させた状態で入れてもよい。
Next, a
Next, the
Next, the
以上、本技術の一実施の形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、本発明は、水銀を含まないショートアーク型キセノンランプや、ショートアーク型以外の放電ランプに対しても適用することができる。有機物系の伝熱体の場合、1kW以下の電力が投入される小型の放電ランプに対しても適用することができる。また、伝熱体は放電ランプが点灯している時に液体と気体の両方の状態で存在することが好ましいが、必ずしもそうである必要はない。すなわち、溶融した伝熱体の対流による伝熱機能だけでも電極の温度を低下させることができる。また、上述の実施形態において挙げた構成、方法、工程、形状、材料及び数値などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる構成、方法、工程、形状、材料及び数値などを用いてもよい。 An embodiment of the present technology has been specifically described above, but the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible based on the technical idea of the present invention. . For example, the present invention can be applied to a short arc type xenon lamp containing no mercury and a discharge lamp other than the short arc type. In the case of an organic heat transfer body, it can be applied to a small discharge lamp to which power of 1 kW or less is supplied. Also, the heat transfer medium preferably exists in both a liquid and a gaseous state when the discharge lamp is on, although this need not be the case. That is, the temperature of the electrode can be lowered only by the heat transfer function of the convection of the melted heat transfer material. In addition, the configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc., given in the above-described embodiments are merely examples, and if necessary, different configurations, methods, processes, shapes, materials, numerical values, etc. may be used. good too.
10・・・放電ランプ、11・・・放電管、12a,12b・・・封止管、
13a,13b・・・口金、14a,14b・・・電極支持棒、20・・・陰極、
30・・・陽極、31・・・胴体部材、32・・・蓋部材、33・・・伝熱体、
S・・・内部空間
10... discharge lamp, 11... discharge tube, 12a, 12b... sealing tube,
13a, 13b... caps, 14a, 14b... electrode supporting rods, 20... cathodes,
30... Anode, 31... Body member, 32... Lid member, 33... Heat conductor,
S...Internal space
Claims (10)
前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
少なくとも一方の電極が、内部空間を有し、
前記内部空間に、前記内部空間を構成する電極素材よりも密度が低く、金属以外の無機物及び/又は有機物から成る伝熱体が設けられていることを特徴とする放電ランプ。 a discharge tube;
A pair of electrodes arranged oppositely in the discharge tube,
at least one electrode has an interior space;
A discharge lamp, wherein the internal space is provided with a heat transfer body made of an inorganic material and/or an organic material other than a metal and having a density lower than that of an electrode material forming the internal space.
前記放電管内に対向配置される一対の電極とを備え、
少なくとも一方の電極が、内部空間を有し、
前記内部空間に、アルゴン、クリプトン、キセノンのうち少なくとも1種と、金属以外の無機物及び/又は有機物から成る伝熱体とが封入されることを特徴とする放電ランプ。 a discharge tube;
A pair of electrodes arranged oppositely in the discharge tube,
at least one electrode has an interior space;
A discharge lamp, wherein at least one of argon, krypton, and xenon and a heat transfer body made of an inorganic substance other than metal and/or an organic substance are enclosed in the internal space.
前記胴体部材もしくは前記胴体部材と接合する中間部材と、前記蓋部材を固相接合することを特徴とする放電ランプ用電極の製造方法。 A body member having a recess formed around a central axis and a lid member covering the recess of the body member are molded, and a heat transfer body made of an inorganic material other than metal and/or an organic material is placed in the recess of the body member,
A method of manufacturing an electrode for a discharge lamp, wherein the body member or an intermediate member to be bonded to the body member, and the lid member are solid-phase bonded.
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