JP2601435B2 - 半導体ウエハー露光用ショートアーク水銀ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハー露光用ショートアーク水銀
ランプに関する。

〔技術の背景〕

半導体ウエハー露光用ショートアーク水銀ランプにお
いては、解像度の向上を図るために436nmの紫外線（以
下「ｇ線」という。）もしくは365nmの紫外線（以下
「ｉ線」という。）を中心とする発光分布幅を狭帯化す
ることが要求される。

斯かるｇ線もしくはｉ線の周辺の水銀発光を抑制し、
ｇ線もしくはｉ線を中心とする発光分布幅を狭くするた
めには、ショートアーク水銀ランプの発光管内の水銀の
圧力を下げることが有効である。すなわち、水銀の圧力
が高い場合には、遷移種が増加しｇ線もしくはｉ線の周
辺発光も増加する。水銀の圧力が低いとｇ線もしくはｉ
線の発光も減少するが周辺発光を抑制できるのでｇ線も
しくはｉ線の狭帯化が可能となる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、発光管内の水銀の圧力を下げると、電極間の
電気抵抗が減少するため点灯時のランプ出力が低くな
り、その結果出力が同一の場合にランプ電流が増加する
こととなる。

このようにランプ電流が増加すると、陽極は、増加し
た電子流の衝突によって従来より昇温し、しかも発光管
内の水銀の圧力が低いため当該水銀による陽極の蒸発抑
制効果が低く、これらの結果陽極が早期に蒸発して発光
管の内壁が黒化し、使用寿命が短縮する問題がある。

本発明は以上の如き事情に基づいてなされたものであ
って、その目的は、ｇ線もしくはｉ線の発光分布幅が狭
く、しかも陽極の早期蒸発を抑制して長期間にわたり安
定に使用できる半導体ウエハー露光用ショートアーク水
銀ランプを提供することになる。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明の半導体ウエハー露
光用ショートアーク水銀ランプは、発光管内に陽極と陰
極とが対向配置されて、当該発光管内に1.15乃至11.5mg
/ccの水銀が封入されてなり、前記陽極の先端を除く外
表面に炭化タンタルとタングステンの混合物よりなる多
孔質層が形成されていることを特徴とする。

〔作用〕

発光管内に1.15乃至11.5mg/ccの水銀が封入されてな
るので、ｇ線もしくはｉ線の発光分布幅が格段に狭くな
る。そして、陽極の先端を除く外表面に炭化タンタルと
タングステンの混合物よりなる多孔質層が形成されてい
るので、陽極の実効的な表面積の増大と炭化タンタルの
高放射率とにより点灯時の陽極の温度上昇が抑制されて
陽極の早期蒸発が防止される。

従って、半導体ウエハーの露光において、解像度の高
い露光処理を長期間にわたり安定に行うことができる。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

〔実施例〕

本実施例においては、第１図に示すように、ガラス製
の発光管10内に、特定の構造の陽極20と陰極30とを対向
配置し、当該発光管10内に1.15乃至11.5mg/ccの水銀を
封入して半導体ウエハー露光用ショートアーク水銀ラン
プを構成する。11は発光空間を形成するほぼ楕円球状の
膨出部、40は口金である。陽極20と陰極30との間の電極
間距離Ｌは、例えば２乃至8mm程度である。

陽極20はタングステンよりなり、そしてその先端を除
く外表面には炭化タンタルとタングステンの混合物より
なる多孔質層25が形成されている。この多孔質層25に
は、さらにタンタルが混合されていてもよい。

21は円柱状の胴部、22はこの胴部21に続く先細りのコ
ーン状の先端部、23は先端部に形成した平坦な先端面で
ある。この平坦な先端面23はアークの揺らぎを防止して
アークの安定化に寄与する。

上記多孔質層25は、例えばタンタルの粉末とタングス
テンの粉末に溶媒を加えたものを胴部21の表面に塗布し
乾燥させた後、高温真空炉内で数時間焼付けて形成する
ことができる。多孔質層25の厚さは特に限定されない
が、例えば１乃至10μｍ程度である。

この多孔質層25は、陽極20の先端を除く部分例えば胴
部21の外周に形成されていることが好ましい。陽極20の
先端に多孔質層25を形成すると、陽極20の先端部は陽極
20への電子の衝突を受けること、またその衝突により胴
部21よりも高温となることにより陽極20の先端部に形成
された多孔質物質が発光管10内に飛散し、これが発光管
10の内壁に付着してその透過率が減少し短寿命となると
いう不都合が生ずる。

斯かる多孔質層25が陽極20の外表面に存在することに
より、陽極20の表面積が実効的に増加するとともに、タ
ングステンの輻射能は0.42程度であるが炭化タンタルは
輻射能が0.68と高く、点灯時において陽極20の温度上昇
を抑制する機能を発揮する。また、多孔質層25に、さら
にタンタルを混合すると、発光管10内の酸素等の不純物
を吸収する作用を発揮するので、さらにショートアーク
水銀ランプの使用寿命の短縮化を防止することができ
る。

発光管10の内部には、上記のように特定量の水銀が封
入されるが、その他の封入物質としては例えばキセノン
ガス、アルゴンガス等を用いることができる。

本実施例の半導体ウエハー露光用ショートアーク水銀
ランプによれば、発光管10への水銀の封入量が1.15乃至
11.5mg/ccの範囲にあるので、ｇ線もしくはｉ線の発光
分布幅が狭い。しかして、水銀の封入量が1.15乃至11.5
mg/ccと従来に比して低いので、ランプ電流が増大する
が、陽極20の先端を除く外表面に炭化タンタルとタング
ステンの混合物からなる多孔質層25が形成されているの
で、陽極20の実効的な表面積の増大と輻射能の増大によ
り温度の上昇が抑制される。そして、多孔質層25にさら
にタンタルを混合すれば発光管10内の不純物が良好に吸
収される。従って、ｇ線もしくはｉ線の発光分布幅を狭
くしながら使用寿命の短縮化を招来せずに長期間にわた
り安定に使用することができる。その結果、半導体ウエ
ハーの露光において、解像度の高い露光を長期間にわた
り安定に達成することができる。

次に、上記ショートアーク水銀ランプを用いて実際に
半導体ウエハーを露光する場合の一例について説明す
る。

好ましい露光の態様においては、１枚の半導体ウエハ
ーにおいて、縦横に配列された微小区域の各々を１個ず
つ順次露光せしめてパターンを順次焼付けるステップ露
光方式を採用し、ショートアーク水銀ランプを連続して
点灯した状態で、消費電力が低レベルの点灯状態と高レ
ベルの点灯状態とを交互に繰返して、前記高レベルの点
灯状態のときに半導体ウエハーの微小区域を露光し、前
記低レベルの点灯状態のときに遮光した状態で半導体ウ
エハーをステップ移動して次の微小区域を露光位置に位
置させて、次の露光を行う。

このようなステップ露光方式によれば、以下のメリッ
トがある。

（１）１回の露光においては微小区域１個分の面積を露
光すればよいことからショートアーク水銀ランプを小型
化できる。

（２）１回の露光面積が小さいので半導体ウエハーの露
光領域の照度の均一化が容易である。

（３）１回の露光面積が小さくて彎曲の影響が少ないた
め投影像の焦点合せを１回の露光の度毎に容易に達成で
きる。

（４）ショートアーク水銀ランプの消費電力を節減する
ことができる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように、本発明の半導体ウエハー
露光用ショートアーク水銀ランプによれば、発光管内に
1.15乃至11.5mg/ccとなる量の水銀が封入されてなるの
で、ｇ線もしくはｉ線の発光分布幅が格段に狭くなり、
しかも陽極の先端を除く外表面に炭化タンタルとタング
ステンの混合物よりなる多孔質層が形成されているの
で、陽極の実効的な表面積の増大と輻射能の増大により
陽極の早期蒸発が防止される。従って、半導体ウエハー
の露光において、解像度の高い露光処理を長期間にわた
り安定に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す説明図である。 10…発光管、11…膨出部 20…陽極、21…胴部 22…先端部、23…先端面 25…多孔質層、30…陰極 40…口金

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭54−86979（ＪＰ，Ａ) 特公 昭39−11128（ＪＰ，Ｂ１)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】発光管内に陽極と陰極とが対向配置され
   て、当該発光管内に1.15乃至11.5mg/ccの水銀が封入さ
   れてなり、 前記陽極の先端を除く外表面に炭化タンタルとタングス
   テンの混合物よりなる多孔質層が形成されていることを
   特徴とする半導体ウエハー露光用ショートアーク水銀ラ
   ンプ。