JP3156578B2 - 放電ランプ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ショートアーク放
電ランプなどの放電ランプ、特にゲッターを有する放電
ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば半導体露光装置や液晶表示素子露
光装置などの製造プロセスにおいては微小画像露光のた
めにフォトリソグラフィー法が利用されているが、フォ
トリソグラフィー法においては、光源として例えばショ
ートアーク型の放電ランプが使用される。

【０００３】フォトリソグラフィー法に用いられるショ
ートアーク型放電ランプは、ガラス製の封体内に陽極と
陰極とが互いに対向するよう配置され、水銀などの必要
な放電発光物質が封入されてなり、主として紫外線を放
射するものである。また、放電ランプにおいては、封体
内における不純ガスなどを吸着させるために、例えばタ
ンタル材料よりなるゲッターが設けられる場合がある。

【０００４】或る種のショートアーク型放電ランプにお
ける使用寿命、すなわち有効点灯時間は例えば７５０時
間程度である。然るに最近においては、特に使用寿命の
長い放電ランプが求められており、具体的には、例えば
１５００時間以上もの長い使用寿命を有するものが要求
されている。

【０００５】一般に放電ランプの使用寿命は、その定格
点灯条件下で点灯されたときに、所期の放射照度が維持
される時間によって決定される。そこで、放電ランプが
使用寿命に至る原因について本発明者らが研究したとこ
ろ、点灯中に封体が破損するなどの事故による場合を除
くと、多くの放電ランプでは、ガラス製の封体の内壁面
が黒化する黒化現象が生ずることが原因となって所期の
放射照度が維持されなくなることが判明した。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な知見に基づき、更に黒化現象の原因に関する研究を重
ねた結果、完成されたものである。本発明の目的は、長
時間にわたる使用においても封体に黒化現象が生ずるこ
とが有効に抑制され、長い使用寿命を有する放電ランプ
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の放電ランプは、
ガラス製の封体と、この封体内に配置された、点灯状態
において１０００℃以上の温度となる電極と、前記封体
内に配置されたゲッターとを有してなり、ゲッターは、
含有される鉄、ニッケルおよびチタンの重量濃度の合計
が５０ｐｐｍ以下であるタンタル材料よりなることを特
徴とする。

【０００８】ゲッターを構成するタンタル材料は、これ
に含有される鉄、ニッケルおよびチタンの重量濃度の合
計が３０ｐｐｍ以下であることが好ましい。更に、タン
タル材料は、含有される鉄の重量濃度が１０ｐｐｍ以
下、ニッケルの重量濃度が１０ｐｐｍ以下、かつチタン
の重量濃度が１０ｐｐｍ以下であることが好ましい。

【０００９】本発明の放電ランプにおいては、ゲッター
として上記のような特定のタンタル材料よりなるものを
用いることにより、黒化現象を生ずる主たる原因物質で
ある鉄、ニッケルおよびチタンの含有濃度が小さいた
め、当該放電ランプの点灯に伴ってゲッターから蒸発す
る鉄、ニッケルおよびチタンの絶対量が少なく、黒化現
象の生ずる速度が著しく小さいので、長い使用寿命が得
られる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の放電ランプについ
て詳細に説明する。図１は例えばフォトリソグラフィー
法のための光源として用いられるショートアーク型放電
ランプ１０の構成の一例を示す説明図である。この放電
ランプ１０は、中央バルブ部分１１と、このバルブ部分
１１から両側に直線状に伸びるステム部分１２，１３と
よりなるガラス製の封体１４を具えてなり、バルブ部分
１１内において陽極１５と陰極１６とが互いに対向する
よう配置されており、これらは、その基部が封体１４の
ステム部分１２，１３によって支持されている。

【００１１】封体１４のステム部分１２，１３の外端部
にはそれぞれ口金１７，１８が設けられており、陽極１
５は、ステム部分１２内に配置された金属箔１９を介し
て、口金１７から外方に伸びて先端に圧着端子２０を有
するリード線２１に電気的に接続されており、一方陰極
１６は、ステム部分１３内に配置された金属箔２３を介
して、口金１８から外方に伸びる端子２４に電気的に接
続されている。２５，２６は金属蒸着膜よりなる反射膜
であり、２７は排気管残部である。

【００１２】放電ランプ１０の封体１４内には、そのバ
ルブ部分１１内に位置されるよう、ゲッターが設けられ
ている。具体的に説明すると、図２に示すように、陽極
１５は、円錐台状の先頭部を有する円柱状の電極体３０
と、この電極体３０の基部から伸びる棒状の支持ロッド
部３１とよりなり、支持ロッド部３１の外端側にはシー
ルのために小径ロッド部分３２が形成されており、この
小径ロッド部分３２の外周面上に金属箔１９の一端が接
続される。

【００１３】そして、支持ロッド部３１の電極体３０に
隣接する部位に小径の頸部３３が形成されており、この
頸部３３の外周上に、タンタル材料よりなるワイア状ゲ
ッター３５が巻き付けられて配置されている。

【００１４】このゲッター３５は、実質上、金属タンタ
ルからなるものであって、かつ含有される鉄、ニッケル
およびチタン重量濃度の合計が５０ｐｐｍ以下、好まし
くは３０ｐｐｍ以下の高純度タンタル材料よりなるもの
である。そして、鉄の重量濃度が１０ｐｐｍ以下、ニッ
ケルの重量濃度が１０ｐｐｍ以下、かつチタンの重量濃
度が１０ｐｐｍ以下のタンタル材料よりなることが好ま
しい。

【００１５】一般に、金属タンタルは原料鉱石を精錬す
ることによって得られるが、通常入手されるタンタル材
料は、特別の純化処理あるいは精製処理を施さない限
り、炭素、水素、窒素および酸素などの非金属成分、並
びに、鉄、モリブデン、ニッケル、ニオブ、チタンおよ
びタングステンなどの他金属成分をいわば不純物または
微量成分として含有するものである。そして、他金属成
分のうち、鉄、ニッケルおよびチタンの重量濃度の合計
は、通常のタンタル材料では、２００ｐｐｍ以上である
のが普通である。

【００１６】従って、本発明におけるゲッター３５のた
めのタンタル材料としては、通常入手される金属タンタ
ルを原料として、これに例えば精錬操作を繰り返し行う
などの純化処理を施すことにより、鉄、ニッケルおよび
チタンの３種の金属成分について、その重量濃度の合計
が５０ｐｐｍ以下、好ましくは３０ｐｐｍ以下となるよ
う、更に好ましくは当該３種の金属成分の重量濃度を各
々１０ｐｐｍ以下となるように低下させたものを用いれ
ばよい。

【００１７】原料の金属タンタルの純化処理のために
は、通常のタンタルの精錬手段を利用することができ、
これによれば、鉄、ニッケルおよびチタン以外の金属成
分の濃度も低下するが、これによってゲッター作用が低
下することはない。また、純化処理は、鉄、ニッケルお
よびチタンのうちのいずれか１種または２種の金属成分
を対象としてその濃度を低下させるものであってもよ
い。

【００１８】本発明において、放電ランプ１０の定格消
費電力などの定格仕様は、点灯された状態において陽極
１５の電極体３０の最高温度部位、具体的には先端の温
度が１０００℃以上となるように設定される。このよう
な条件においては、バルブ部分１１内に封入された水銀
などの放電発光物質による光の放射が十分となり、目的
とする放射照度を確実に実現することができる。

【００１９】上記の構成による放電ランプ１０において
は、タンタル材料よりなるゲッター３５が、鉄、ニッケ
ルおよびチタンの重量濃度の合計が５０ｐｐｍ以下であ
ることにより、後述する実施例の説明からも明らかなよ
うに、封体１４のバルブ部分１１において黒化現象が生
ずることが有効に抑制され、その結果、長い使用寿命が
得られる。

【００２０】すなわち、本発明の放電ランプ１０におい
て、ゲッター３５を構成するタンタル材料は、バルブ部
分１１内において、放電現象によって陽極１５が高温と
なることによって加熱されて活性化され、金属タンタル
に固有の作用によってバルブ部分１１内空間に存在する
水素、酸素、水などの分子または原子を吸着してそれら
の濃度を低く維持し、それにより当該放電ランプ１０の
本来的な放電現象の持続に寄与するゲッター作用を有効
に発揮するのであるが、タンタル材料中に含有される
鉄、ニッケルおよびチタンの量が多い場合には、ゲッタ
ー自体が高温となることによってそれらの金属成分が多
量に蒸発し、これがバルブ部分１１の管壁の内面に付着
する結果、早期に黒化現象が生ずるようになる。

【００２１】然るに、本発明のように、ゲッター３５を
構成するタンタル材料として、含有される鉄、ニッケル
およびチタンの重量濃度の合計が５０ｐｐｍ以下のもの
を用いることにより、それらが蒸発するとしてもその絶
対量が少ないため、実際上、長い時間にわたって封体に
黒化現象の発生が認められず、その結果、長時間にわた
って所期の放射照度が維持され、結局、長い使用寿命の
放電ランプを得ることができる。

【００２２】タンタル材料における鉄、ニッケルおよび
チタンの重量濃度の合計が５０ｐｐｍ以下であれば、黒
化現象の発生が顕著に抑制されるが、この値が５０ｐｐ
ｍを超える場合には、点灯条件によっては早期に黒化現
象が生ずるおそれがある。また、十分に長い使用寿命を
有する放電ランプを確実に得るためには、ゲッターを構
成するタンタル材料における上記の３種の金属成分の重
量濃度の合計が３０ｐｐｍ以下であることが好ましく、
特にそれらの３種の金属成分の重量濃度がいずれも１０
ｐｐｍ以下であることが望ましい。

【００２３】また、本発明の効果は、点灯状態におい
て、陽極の電極体の温度が１０００℃以上となる放電ラ
ンプであれば、有効に得ることができる。すなわち、そ
のような放電ランプにおいては、タンタル材料よりなる
ゲッターからの鉄、ニッケルおよびチタンよりなる微量
成分の蒸発が顕著となり、早期に黒化現象が生ずる原因
となるからである。従って、本発明の効果は、放電ラン
プのタイプや封体の形状、定格消費電力の大きさ、封入
される放電発光物質、封体ガスの種類などによって本質
的な影響を受けるものではない。

【００２４】また、鉄、ニッケルおよびチタン以外の他
金属成分、例えばモリブデン、タングステン、ニオブな
どは高温においてもそれ自体の蒸気圧が低いので、早期
の黒化現象の原因となるものではない。同様に、炭素、
水素、窒素、酸素などの非金属元素も早期の黒化現象の
原因となるものではない。

【００２５】なお、点灯状態において陽極の温度が１０
００℃に達しない放電ランプにおいては、ゲッターを構
成するタンタル材料が鉄、ニッケルおよびチタンを多量
に含有するものであっても、温度が低いためにそれらの
金属が蒸発する量が少ないため、一般にタンタル材料に
おけるそれらの含有濃度の割合によって黒化現象の程度
が変わるものではない。

【００２６】以上、本発明の放電ランプの実施の形態に
ついて説明したが、本発明においては、上記の実施の形
態に限られず、種々の変更を加えることができる。具体
的には、本発明においては、ゲッターを構成するタンタ
ル材料が、鉄、ニッケルおよびチタンの３種の金属成分
の重量濃度の合計が５０ｐｐｍ以下であるという条件の
みによって確実に黒化現象の原因を抑制することができ
るので、ゲッターそれ自体の形態、配置個所、支持の態
様などは制限されるものではない。ただし、ゲッターが
あまり高温に加熱される個所に配置されることは好まし
くない。

【００２７】

【実施例】以下、本発明の放電ランプの実施例について
説明するが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。

【００２８】実施例１ 図１に示された構成に従って、下記の仕様による本発明
のショートアーク型放電ランプを作製した。 定格電流 ２１．３Ａ 定格電圧 ４７Ｖ 定格消費電力 １．０ｋＷ 陽極の材質 タングステン 陰極の材質 トリエーテッドタングステン 電極間距離 ３ｍｍ 点灯時の陽極の温度 ２３００℃（先端部位） ゲッターとしては、表１に示されている不純物濃度を有
するタンタル材料Ａよりなり、直径０．５ｍｍ、全長５
０ｍｍのワイア（重量０．１７ｍｇ）を用いた。

【００２９】対照例 ゲッターとして、タンタル材料Ｂよりなるものを用いた
こと以外は実施例１と全く同様にして、対照用の放電ラ
ンプを作製した。

【００３０】タンタル材料Ａおよびタンタル材料Ｂの不
純物成分濃度は表１に示すとおりである。なお、表１に
おいて「三者合計」とは鉄、ニッケルおよびチタンの合
計を示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】実験例 実施例１および対照例で作製された放電ランプを、定格
条件に従って連続的に２０００時間にわたって点灯さ
せ、点灯時間の経過による放射照度の変化を測定したと
ころ、図３に示す結果が得られた。この図において、曲
線Ａが実施例１の放電ランプの結果を示し、曲線Ｂが対
照例の放電ランプの結果を示す。なお、放射照度は、初
期値を１００としたときの相対値（％）で示されてい
る。

【００３３】この図３の曲線Ａの結果から、実施例１の
放電ランプによれば、封体の黒化現象の発生の程度が非
常に小さいために、点灯時間が２０００時間に達した時
点においてもなお９３％以上の放射照度が維持されてお
り、２０００時間以上もの長い使用寿命が得られる。一
方、対照例の放電ランプによれば、曲線Ｂで示されてい
るように、約８００時間程度の点灯時間が経過した時点
で放射照度が９２％より小さくなっており、早期に黒化
現象が生じて使用寿命が短いことが理解される。以上の
ことから、本発明の放電ランプによれば、約２倍以上の
長い使用寿命が得られることが明らかである。

【００３４】また、実験が終了した後の各放電ランプに
ついて、封体のバルブ部分における黒化現象が生じてい
る個所の内面の付着物質を採取して元素分析したとこ
ろ、対照例の放電ランプでは、鉄、ニッケルおよびチタ
ンの含有割合の合計が７０重量％以上であったが、実施
例１の放電ランプでは鉄、ニッケルおよびチタンの含有
割合の合計が４０重量％以下であった。このことより、
鉄、ニッケルおよびチタンが黒化現象の生ずる主原因で
あってモリブデン、ニオブおよびタングステンは黒化現
象の発生における影響が小さいものであることが理解さ
れるが、その理由は、モリブデン、ニオブおよびタング
ステンは蒸気圧が著しく低いものだからであると考えら
れる。

【００３５】以上のことより、対照例の放電ランプで
は、ゲッターを構成するタンタル材料Ｂから多量の鉄、
ニッケルおよびチタンが蒸発して封体のバルブ部分に付
着するために早期に黒化現象が生ずること、並びに実施
例１の放電ランプでは、それら三者の蒸発量が少ないた
めに、黒化現象の発生が遅く、非常に長い使用寿命が得
られることが理解される。

【００３６】

【発明の効果】本発明の放電ランプによれば、ゲッター
として、含有される鉄、ニッケルおよびチタンの重量濃
度の合計が特定の割合以下であるタンタル材料を用いる
ことにより、黒化現象が生ずる速度がきわめて小さく、
その結果、長時間にわたる使用においても封体に黒化現
象が生ずることが有効に抑制され、長い使用寿命が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ショートアーク型放電ランプの一例における構
成を示す説明図である。

【図２】ゲッターが配置された状態の陽極を示す説明図
である。

【図３】本発明の実施例に係る放電ランプと対照例に係
る放電ランプについて、連続点灯実験を行った場合の放
射照度維持特性を示す曲線図である。

【符号の説明】

１０ ショートアーク型放電ランプ １１ バルブ部分 １２，１３ ステム部分 １４ 封体 １５ 陽極 １６ 陰極 １７，１８ 口金 １９，２３ 金属箔 ２０ 圧着端子 ２１ リード線 ２４ 端子 ２５，２６ 反射膜 ２７ 排気管残部 ３０ 電極体 ３１ 支持ロッド部 ３２ 小径ロッド部分 ３３ 頸部 ３５ ゲッター

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガラス製の封体と、この封体内に配置さ
   れた、点灯状態において１０００℃以上の温度となる電
   極と、前記封体内に配置されたゲッターとを有してな
   り、 ゲッターは、含有される鉄、ニッケルおよびチタンの重
   量濃度の合計が５０ｐｐｍ以下であるタンタル材料より
   なることを特徴とする放電ランプ。
2. 【請求項２】 ゲッターを構成するタンタル材料が、こ
   れに含有される鉄、ニッケルおよびチタンの重量濃度の
   合計が３０ｐｐｍ以下である請求項１に記載の放電ラン
   プ。
3. 【請求項３】 ゲッターを構成するタンタル材料が、こ
   れに含有される鉄の重量濃度が１０ｐｐｍ以下、ニッケ
   ルの重量濃度が１０ｐｐｍ以下、かつチタンの重量濃度
   が１０ｐｐｍ以下である請求項２に記載の放電ランプ。