JP3165731U - 水銀ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られ、長時間にわたって光の放射強度を維持することができ、高圧水銀ランプの点灯に用いられる点灯電源によって点灯することができる水銀ランプを提供する。【解決手段】波長２４８ｎｍ付近に感度を有するフォトレジストに対して露光処理を行うための光源として用いられる水銀ランプ１であって、発光管１０と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極２０および陰極３０とを有し、前記発光管内に水銀およびキセノンガス以外の希ガスが封入されてなり、前記水銀の封入量が２０〜４０ｍｇ／ｃｍ3であり、前記陰極は、先端に向かって小径となる円錐台状の電極頭部２１，３１を有し、その先端平坦面の径を０．３〜０．５ｍｍする。【選択図】図１

Description

本考案は、波長２４８ｎｍ付近に感度を有するフォトレジストに対して露光処理を行うための光源として用いられる水銀ランプに関するものである。

半導体素子の製造工程においては、例えばスピンコート法によってウエハの表面にフォトレジストを塗布し、得られるフォトレジスト層をマスクを介して露光して現像することにより、パターンを形成することが行われている。
そして、スピンコート法においては、フォトレジストは、ウエハにおけるパターン形成領域だけではなく、ウエハの周辺部にもレジストが塗布されるため、パターン形成領域に位置するフォトレジスト層の露光工程とは別個に、周辺露光装置によってウエハの周辺部に位置するフォトレジスト層を露光し、当該フォトレジスト層を現像工程で除去することが行われている。このような周辺露光装置における光源としては、用いられるフォトレジストの感度波長域に応じて選択され、例えばフォトレジストとして波長３６５ｎｍ付近に感度を有するものを用いる場合には、周辺露光装置の光源としては、従来、波長３６５ｎｍの光の放射強度が高いショートアーク型の高圧水銀ランプが用いられている（特許文献１参照。）。

一方、ウエハにおけるパターン形成領域のフォトレジスト層を露光するパターン形成用露光装置としては、一般に、ステッパーと称される縮小投影型露光装置が用いられている。このような縮小投影型露光装置において、得られる解像度は、露光に用いられる光の波長λと縮小投影レンズの開口数ＮＡとの比（λ／ＮＡ）に比例するため、微細なパターンを形成する場合には、波長λの短い光を用いることが有利である。このような事情から、最近においては、パターン形成用露光装置の光源としてＫｒＦエキシマレーザ（発振波長２４８ｎｍ）が利用されている。
このようなパターン形成用露光装置によってフォトレジスト層を露光処理する場合には、フォトレジストとして波長２４８ｎｍ付近に感度を有するものが用いられるため、周辺露光装置の光源として、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度を有するものを用いることが肝要であり、また、周辺露光装置の光源として従来使用されている高圧水銀ランプ用の点灯電源によって点灯することが可能であれば有利である。

而して、発光管内に水銀と共にキセノンガスが封入された放電ランプは、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られることが知られている。然るに、このような放電ランプは、始動電圧が高いものであるため、高圧水銀ランプ用の点灯電源によって点灯することは困難である。
また、水銀の封入量が小さい水銀ランプは、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られることが知られている。然るに、このような水銀ランプを高圧水銀ランプ用の点灯電源によって点灯した場合には、発光管内の水銀蒸気圧が小さいためにランプ電圧が低下するが、高圧水銀ランプは通常定電力制御によって点灯されるので、ランプ電流が上昇することにより、陰極における電極頭部の損耗が激しいため、光の放射強度が早期に低下して使用寿命が短くなる、という問題がある。

特開平７−１９２９９３号公報

本考案は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られ、長時間にわたって光の放射強度を維持することができ、高圧水銀ランプの点灯に用いられる点灯電源によって点灯することができる水銀ランプを提供することにある。

本考案の水銀ランプは、波長２４８ｎｍ付近に感度を有するフォトレジストに対して露光処理を行うための光源として用いられる水銀ランプであって、
発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを有し、前記発光管内に水銀およびキセノンガス以外の希ガスが封入されてなり、
前記水銀の封入量が２０〜４０ｍｇ／ｃｍ³ であり、
前記陰極は、先端に向かって小径となる円錐台状の電極頭部を有し、その先端平坦面の径が０．３〜０．５ｍｍであることを特徴とする。

本考案の水銀ランプにおいては、波長３６５±４０ｎｍの光の積分強度に対する波長２４８±４０ｎｍの光の積分強度の比率が０．２５以上であることが好ましい。
また、前記希ガスがアルゴンガスであることが好ましい。
また、２００〜３００Ｗの定電力制御により点灯されることが好ましい。

本考案の水銀ランプによれば、発光管内の水銀の封入量が２０〜４０ｍｇ／ｃｍ³ であることにより、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られ、しかも、陰極の電極頭部が、先端に向かって小径となる円錐台状であり、その先端平坦面の径が０．３〜０．５ｍｍであることにより、ランプ電流が上昇しても、陰極の電極頭部の損耗が抑制されるので、長時間にわたって光の放射強度を維持することができる。
また、発光管内にはキセノンガス以外の希ガスが封入されていることにより、始動電圧が上昇することがないため、高圧水銀ランプの点灯に用いられる点灯電源によって点灯することができる。

本考案の水銀ランプの一例における構成を発光管を切断して示す説明図である。 図１に示す水銀ランプにおける陽極を拡大して示す説明用断面図である。 図１に示す水銀ランプにおける陰極を拡大して示す説明用断面図である。 実施例１および比較例１に係る水銀ランプから放射される光の分光分布曲線図である。 実施例１〜実施例４および比較例１に係る水銀ランプにおける水銀封入量と積分強度比率との関係を示す図である。 実施例１、実施例４、比較例２および比較例３に係る水銀ランプにおける陰極の電極頭部の先端平坦面の径と寿命時間との関係を示す図である。

以下、本考案の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本考案の水銀ランプの一例における構成を発光管を切断して示す説明図である。
図１に示す水銀ランプ１は、例えばウエハ上に形成された、波長２４８ｎｍ付近に感度を有するフォトレジスト層に対して、当該ウエハの周辺部に位置する部分を露光する周辺露光装置の光源として用いられるものである。
この水銀ランプ１の発光管１０は、内部に放電空間を形成する外形が略楕円球状の発光部１１と、この発光部１１の両端の各々に一体に連設された、管軸に沿って外方に伸びるロッド状の一方の封止部１２および他方の封止部１３とを有する。この発光管１０における発光部１１内には、基端部分が一方の封止部１２に埋設されて保持された、発光管１０の軸方向に伸びる断面円形の棒状の電極軸部２３を有する陽極２０と、基端部分が他方の封止部１３に埋設されて保持された、発光管１０の軸方向に伸びる断面円形の棒状の電極軸部３３を有する陰極３０とが互いに対向するよう配置されている。

発光管１０における一方の封止部１２の内部には、モリブデンよりなる一方の金属箔１４が気密に埋設されている。一方の金属箔１４の一端には、陽極２０における電極軸部２３の基端２３Ａが溶接されて電気的に接続され、当該一方の金属箔１４の他端には、封止部１２の外端から外方に突出する陽極用外部リード１６が溶接されて電気的に接続されている。
また、発光管１０における他方の封止部１３の内部には、モリブデンよりなる他方の金属箔１５が気密に埋設されている。他方の金属箔１５の一端には、陰極３０における電極軸部３３の基端３３Ａが溶接されて電気的に接続され、当該他方の金属箔１５の他端には、他方の封止部１３の外端から外方に突出する陰極用外部リード１７が溶接されて電気的に接続されている。

発光管１０は石英ガラスより構成され、この発光管１０の発光部１１内には、水銀およびキセノンガス以外の希ガスが封入されている。
発光部１１内に封入される水銀の封入量は、２０〜４０ｍｇ／ｃｍ³ とされ、より好ましくは２８〜３２ｍｇ／ｃｍ³ である。水銀の封入量が２０ｍｇ／ｃｍ³ 未満である場合には、ランプ電圧が低くなり、規定の値の電力を入力するとランプ電流が高くなるため、早期に発光管１０に黒化が発生し、水銀ランプ１の使用寿命が短くなる。一方、水銀の封入量が４０ｍｇ／ｃｍ³ を超える場合には、波長２４８ｎｍ付近の光を高い強度で放射することが困難となる。
また、発光部１１内に封入される希ガスは、点灯始動性を改善するためのものであり、その封入圧は、静圧で例えば２０〜３５ｋＰａである。また、希ガスとしては、アルゴンガスを好適に用いることができる。

発光管１０の具体的な寸法の一例を示すと、全長が１１ｃｍであり、発光部１１の軸方向の長さが２．５ｃｍ、最大外径が２ｃｍ、最大内径が１．６ｃｍで、発光部１１の内容積が３．３ｃｍ³ である。

陽極２０においては、図２に拡大して示すように、電極軸部２３の先端に、当該電極軸部２３の径より大きい径を有する円柱状の電極胴部２２を介して、電極頭部２１が一体に形成されている。この電極頭部２１は、先端に向かって小径となる略円錐台状の基台部分２１Ｂと、この基台部分２１Ｂの先端に一体に形成された、先端に向かって小径となる略円錐台状の突起部分２１Ａとにより構成されている。電極頭部２１の基台部分２１Ｂの後端は電極胴部２２の径と同等の径を有するものとされ、電極頭部２１の突起部分２１Ａの後端は基台部分２１Ｂの先端の径と同等の径を有するものとされている。また、電極胴部２２には、金属細線が巻き回されてなるコイル２５が設けられている。
陽極２０における電極頭部２１、電極胴部２２、電極軸部２３およびコイル２５を構成する材料としては、タングステンを用いることができる。

陽極２０の具体的な寸法の一例を示すと、電極頭部２１の長さが１６ｍｍ、電極頭部２１における突起部分２１Ａの先端平坦面２１ａの径が０．５ｍｍ、突起部分２１Ａの後端（突起部分２１Ａと基台部分２１Ｂとの境界）の径が２．２ｍｍ、突起部分２１Ａにおけるテーパ角度βが１２０°、電極胴部２２の長さが８ｍｍ、電極胴部２２の径が３．５ｍｍ、電極軸部２３の長さが９ｍｍ、電極軸部２３の径が２．５ｍｍ、コイル２５を構成する金属細線の径が０．４ｍｍである。

陰極３０においては、図３に拡大して示すように、電極軸部３３の先端に、当該電極軸部２３の径より小さい径を有する円柱状の電極胴部３２を介して、先端に向かって小径となる略円錐台状の電極頭部３１が一体に形成されている。電極頭部３１の後端は電極胴部３２の径と同等の径を有するものとされている。また、電極胴部３２には、金属線が巻き回されてなるコイル３５が設けられている。
陰極３０における電極頭部３１、電極胴部３２、電極軸部３３およびコイル３５を構成する材料としては、トリエーテッドタングステンを用いることができる。

そして、本考案においては、陰極３０における電極頭部３１の先端平坦面３１ａの径が０．３〜０．５ｍｍとされる。この先端平坦面３１ａの径が０．３ｍｍ未満である場合には、陰極３０における電極頭部３１の先端の損耗が大きくなるため、水銀ランプ１の使用寿命が短くなる。一方、この先端平坦面３１ａの径が０．５ｍｍを超える場合には、得られる水銀ランプ１の初期の光量が低くなってしまい、所要の放射強度を得るという効果を期待ことができない。
また、陰極２０の電極頭部３１におけるテーパ角度αは、５０〜９０°であることが好ましい。

陰極３０の具体的な寸法の一例を示すと、電極頭部３１の長さが１．３ｍｍ、電極頭部３１の先端平坦面３１ａの径が０．３ｍｍ、電極頭部３１におけるテーパ角度αが５５°、電極胴部３２の長さが４ｍｍ、電極胴部３２の径が１．５ｍｍ、電極軸部３３の長さが１８．５ｍｍ、電極軸部３３の径が２．５ｍｍ、コイル３５を構成する金属細線の径が０．４ｍｍである。

上記の水銀ランプ１は、一般の高圧水銀ランプの点灯に用いられる点灯電源により、例えば２００〜３００Ｗの定電力制御によって点灯される。
このような水銀ランプ１は、波長３６５±４０ｎｍの光の積分強度に対する波長２４８±４０ｎｍの光の積分強度の比率が０．２５以上であることが好ましく、より好ましくは０．３以上である。

本考案の水銀ランプ１によれば、発光管１０内の水銀の封入量が２０〜４０ｍｇ／ｃｍ³ であることにより、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られ、しかも、陰極３０の電極頭部３１が、先端に向かって小径となる円錐台状であり、その先端平坦面３１ａの径が０．３〜０．５ｍｍであることにより、ランプ電流が上昇しても、陰極３０の電極頭部３１の損耗が抑制されるので、長時間にわたって光の放射強度を維持することができる。
また、発光管１０内にはキセノンガス以外の希ガスが封入されていることにより、始動電圧が上昇することがないため、高圧水銀ランプの点灯に用いられる点灯電源によって点灯することができる。

以下、本考案の水銀ランプの具体的な実施例について説明するが、本考案はこれらに限定されるものではない。

〈実施例１〉
図１〜図３に示す構成に従い、下記の仕様を有する水銀ランプを作製した。
発光管（１０）は、石英ガラス製で、全長が１１ｃｍであり、発光部（１１）の軸方向の長さが２．５ｃｍ、最大外径が２ｃｍ、最大内径が１．６ｃｍで、発光部（１１）の内容積が３．３ｃｍ³ である。
また、発光管（１０）の発光部（１１）内には、３０ｍｇ／ｃｍ³ の水銀および静圧で２６．７ｋＰ（２００ｔｏｒｒ）のアルゴンガスが封入されている。
陽極（２０）は、タングステン製で、電極頭部（２１）の長さが１．６ｍｍ、電極頭部（２１）における突起部分（２１Ａ）の先端平坦面（２１ａ）の径が０．５ｍｍ、突起部分（２１Ａ）の後端（突起部分（２１Ａ）と基台部分（２１Ｂ）との境界）の径が２．２ｍｍ、突起部分（２１Ａ）におけるテーパ角度βが１２０°、電極胴部（２２）の長さが８ｍｍ、電極胴部（２２）の径が３．５ｍｍ、電極軸部（２３）の長さが９ｍｍ、電極軸部（２３）の径が２．５ｍｍ、コイル（２５）を構成する金属細線の径が０．４ｍｍである。
陰極（３０）は、トリエーテッドタングステン製で、電極頭部（３１）の長さが１．１ｍｍ、電極頭部（３１）の先端平坦面（３１ａ）の径が０．３ｍｍ、電極頭部（３１）におけるテーパ角度αが５５°、電極胴部（３２）の長さが４．２ｍｍ、電極胴部（３２）の径が１．５ｍｍ、電極軸部（３３）の長さが１８．５ｍｍ、電極軸部（３３）の径が２．５ｍｍ、コイル（３５）を構成する金属細線の径が０．４ｍｍである。
陽極（２０）と陰極（３０）との離間距離は、２．３ｍｍであり、ランプ入力が２５０Ｗである。

〈実施例２〉
水銀の封入量を２０ｍｇ／ｃｍ³ に変更したこと以外は実施例１と同様の仕様の水銀ランプを作製した。

〈実施例３〉
水銀の封入量を４０ｍｇ／ｃｍ³ に変更したこと以外は実施例１と同様の仕様の水銀ランプを作製した。

〈実施例４〉
陰極（３０）を下記の仕様のものに変更したこと以外は実施例１と同様の仕様の水銀ランプを作製した。
陰極（３０）は、トリエーテッドタングステン製で、電極頭部（３１）の長さが１．０ｍｍ、電極頭部（３１）の先端平坦面（３１ａ）の径が０．５ｍｍ、電極頭部（３１）におけるテーパ角度αが５５°、電極胴部（３２）の長さが４．４ｍｍ、電極胴部（３２）の径が１．５ｍｍ、電極軸部（３３）の長さが１８．５ｍｍ、電極軸部（３３）の径が２．５ｍｍ、コイル（３５）を構成する金属細線の径が０．４ｍｍである。

〈比較例１〉
陰極を下記の仕様のものに変更し、水銀の封入量を４７ｍｇ／ｃｍ³ に変更したこと以外は実施例１と同様の仕様の水銀ランプを作製した。
陰極は、トリエーテッドタングステン製で、長さが１８．５ｍｍで径が２．５ｍｍの電極軸部に、長さが４．３ｍｍで径が１．５ｍｍの円柱状の電極胴部を介して、長さが１ｍｍでテーパ角度が７０°の円錐状の電極頭部が一体に形成されてなり、電極胴部に０．４ｍｍの金属細線が巻き回されてなるコイルが設けられなるものである。

〈比較例２〉
陰極を比較例１と同様の仕様のものに変更したこと以外は実施例１と同様の仕様の水銀ランプを作製した。

〈比較例３〉
陰極を下記の仕様のものに変更したこと以外は実施例１と同様の仕様の水銀ランプを作製した。
陰極は、トリエーテッドタングステン製で、電極頭部の長さが１．３ｍｍ、電極頭部の先端平坦面の径が０．１５ｍｍ、電極頭部におけるテーパ角度αが５５°、電極胴部の長さが４．１ｍｍ、電極胴部の径が１．５ｍｍ、電極軸部の長さが１８．５ｍｍ、電極軸部の径が２．５ｍｍ、コイルを構成する金属細線の径が０．４ｍｍである。

［分光分布および光の積分強度の測定］
実施例１〜実施例３および比較例１に係る水銀ランプの各々を、高圧水銀ランプ用の点灯電源を用いて２５０Ｗの定電力制御によって点灯させ、放射される光の分光分布を測定し、波長３６５±４０ｎｍの光の積分強度に対する波長２４８±４０ｎｍの光の積分強度の比率（以下、「積分強度比率」という。）を求めた。
図４に、実施例１および比較例１に係る水銀ランプから放射される光の分光分布曲線図を示し、図５に、実施例１〜実施例３および比較例１に係る水銀ランプにおける水銀封入量と積分強度比率との関係を示す。
以上の結果から、実施例１〜実施例３に係る水銀ランプによれば、波長２４８ｎｍ付近において高い光の放射強度が得られることが確認された。

［寿命時間の測定］
実施例１、実施例４、比較例２および比較例３に係る水銀ランプの各々を、高圧水銀ランプ用の点灯電源を用いて２５０Ｗの定電力制御によって連続点灯させ、初期の光量の４０％の光量となるまでの時間を寿命時間として測定した。
図６に、実施例１、実施例４、比較例２および比較例３に係る水銀ランプにおける陰極の電極頭部の先端平坦面の径と寿命時間との関係を示す。
以上の結果から、実施例１および実施例４に係る水銀ランプによれば、３０００時間以上の長時間にわたって光の放射強度が維持されることが確認された。

１ 水銀ランプ
１０ 発光管
１１ 発光部
１２ 一方の封止部
１３ 他方の封止部
１４，１５ 金属箔
１６ 陽極用外部リード
１７ 陰極用外部リード
２０ 陽極
２１ 電極頭部
２１ａ 先端平坦面
２１Ａ 突起部分
２１Ｂ 基台部分
２２ 電極胴部
２３ 電極軸部
２３Ａ 基端
２５ コイル
３０ 陰極
３１ 電極頭部
３１ａ 先端平坦面
３２ 電極胴部
３３ 電極軸部
３３Ａ 基端
３５ コイル

Claims (4)

1. 波長２４８ｎｍ付近に感度を有するフォトレジストに対して露光処理を行うための光源として用いられる水銀ランプであって、
   発光管と、この発光管内に互いに対向して配置された陽極および陰極とを有し、前記発光管内に水銀およびキセノンガス以外の希ガスが封入されてなり、
   前記水銀の封入量が２０〜４０ｍｇ／ｃｍ³ であり、
   前記陰極は、先端に向かって小径となる円錐台状の電極頭部を有し、その先端平坦面の径が０．３〜０．５ｍｍであることを特徴とする水銀ランプ。
2. 波長３６５±４０ｎｍの光の積分強度に対する波長２４８±４０ｎｍの光の積分強度の比率が０．２５以上であることを特徴とする請求項１に記載の水銀ランプ。
3. 前記希ガスがアルゴンガスであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水銀ランプ。
4. ２００〜３００Ｗの定電力制御により点灯されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の水銀ランプ。

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