JPH025358A

JPH025358A - ショートアーク放電灯

Info

Publication number: JPH025358A
Application number: JP15533888A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Iwato; 岩藤　泰博; Yasuki Mori; 泰樹森; Yoichiro Kogyo; 光行　陽一郎; Tadatoshi Azuma; 東　忠利
Original assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Current assignee: Toshiba Lighting and Technology Corp
Priority date: 1988-06-23
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1990-01-10

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、半導体電子回路の回路パターン焼付は用露光
装置やＵＶキュアなどのような照明光学系の光源として
使用されるショートアーク放電灯に関する。

（従来の技術）例えば、半導体電子回路の回路パターンを焼付けるため
に使用される露光装置は、特開昭６０−５７９３０号公
報にも記載されているが、第２図に示すように、光源と
してのショートアーク水銀灯１を回転２次曲面からなる
反射鏡２１の略焦点位置に設置し、このショートアーク
放電灯１から出る光を上記反射鏡２１により集光させ、
この反射光を平面反射鏡２２にて照射方向を変更して集
光レンズ２３を通し、この集光レンズ２３でさらに集光
した光をフォトマスク２４を通して被照射面２５、例え
ば紫外線感光性樹脂を被覆した半導体ウェハーの表面に
照射するようになっている。

したがって、ンヨートアーク水銀灯１から放射される紫
外線により半導体ウェハー２５の表面にはフォトマスク
２４に対応したパターンが焼付けられる。

光源として用いられるショートアーク水銀灯１は、第１
図に示すように、石英ガラスよりなる発光管バルブ２の
両端を気密に閉止し、これら両端にそれぞれ口金３．４
を取付けて構成しである。

発光管バルブ２内には両端に電極支持棒５．６が封着さ
れており、これら電極支持棒５．６の先端には陽極（ア
ノード）７および陰極（カソード）８が形成されいる。

これら陽極７および陰極８は発光管バルブ２の中央部分
で微少距離を存して対向されている。これら陽極７およ
び陰極８間でショートアークの放電がなされるため発光
管バルブ２は中央部分は球または楕円球形状に脹らんだ
構造とされている。

ところで、最近においては、超ＬＳＩの一層の高集積化
が進められており、このため露光精度の高度化および露
光時間の短縮化が要求されるようになっている。

露光精度を高めるための手段としＣは、光源の細小化が
考えられ、光源を出来るかぎり点に近ずける、いわゆる
点光源化が要求される。つまり、光源を出来るかぎり小
さくすれば反射鏡２１の焦点位置に高精度で設置するこ
とが容易になり、レンズ２３を含む光学系全体での集光
効率を高めることができ、したがってスポット光が得易
くなる。

しかしながら、ランプの小形化はランプ構造上の制約か
ら限界がある。

一方、露光時間を短縮するには、発光出力の大きなラン
プが有利であり、ランプ入力の大きなランプに変更する
ことが考えられる。すなわち、ランプ人力５００Ｗの超
高圧水銀灯に対して、ランプ人力ＩＫＷの超高圧水銀灯
を使用して露光時間を１／２に短縮しようと考える。

しかしながら、ランプ人力を２倍にしても単純に発光出
力が２倍になるものではなく、シかもこのような場合は
必ずやランプの大形化を伴う不具合がある。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、ランプの発光出力を増加させるためにランプ
入力を大きくするとバルブ形状が大形化し、アーク径も
太くなって発光効率（輝度）の低下を招くばかりでなく
、このような場合は光源が点光源にならず、アークが反
射鏡２１の焦点位置からはみ出すことになるから反射鏡
２１や集光レンズ２３による集光性が低下し、被照射面
２５で光が拡散してしまい露光精度が低下する不具合が
ある。

また、ランプの大形化は輻射熱の増大を招き、照明装置
に冷却対策などが必要となるから照明装置全体がｉ￥１
雑になるなどの欠点も生じる。

本発明は、バルブの大きさやランプ入力を大きくするこ
となく、アークを細くするとともにアークの輝度を高め
、露光能率が向上するショートアーク放電灯を提供しよ
うとするものである。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明の１番目は、光源から出た光を反射鏡およびレン
ズを介して被照射面に集光させる光学系における上記光
源として用いられ、発光管内に一対の電極を設けたショ
ートアーク放電灯において、上記発光管内に、水銀およ
び希ガスに加えて水素または酸素を封入し、これら水素
または酸素の封入量は水銀との封入モル比で、１．８×
１０″′〜６Ｘ１０−５としたことを特徴とする。

また、本発明の２番目は、上記発光管内に、消灯時に上
記水素または酸素を吸着し、かつ点灯時には上記吸着し
た水素または酸素を放出する温度領域にゲッターを設け
たことを特徴とする。

（作用）従来のショートアーク水銀灯の場合、発光管内に水銀お
よびアルゴンよりなる希ガスを封入し、ている。そして
従来では円滑な始動および安定した放電を行わせるため
にアルゴンガスの純度は高い程良いと考えられていた。

このようなアルゴンガスに水素または酸素を混入すると
、これら水素や酸素は電子を減じさせ、アークは電子密
度の高くなった放電し易い両電極間の最１ｆｉ距離」二
に絞り込まれる現象が見られる。このような現象はロン
グアーク放電灯では電極間距離が長いからアークの揺れ
や不安定を招き、ランプ立消えの原因となり、不具合要
因として嫌われていた。

これに対して本発明は、電極間距離か短いショートアー
ク放電灯であるので、この場合はむしろアークが細く絞
られることから、発光領域が小さくなって点光源に一層
近すき、かつ輝度が高くなることが判った。

本発明の１番目はこのような原理を（り用して、発光管
内に水銀および希ガスに加えて水素または酸素を封入し
、これら水素または酸素の封入量を、アークが細く絞り
込まれて輝度が高くなり、しかも立消えを生じない程度
の量に規制し、これにより初期の目的を達成することが
できるものである。

また、本発明の２番目によれば、消灯時にはゲッターが
、本質的に放電を阻害しようとする水素または酸素を吸
着しているので、始動時に水素や酸素が放電空間に存在
しなく、したがって始動性および立上がり特性をこれら
水素や酸素を混入しないランプと同等性能に維持するこ
とができる。

（実施例）以下本発明について詳細に説明する。

なお、本発明のランプ構造は従来と同様であってよいか
ら、第１図および第２図を用いた従来構造の説明により
本発明の説明を兼用するものとし、ここでの説明は異な
る部分のみを説明する。

ランプ電圧５０Ｖ、定格ランプ人カフ５０Ｗ。

電極間距＃３＋ｎｏ＋のショートアーク水銀灯１におい
ては、発光管バルブ２内に水銀を１．７Ｘ１０−’（ｍ
ｏｌ　／ｃｃ）　、およびアルゴンガスを電極物質が飛
散するのを防止する目的で常温時５００Ｔｏｒｒ封入し
である。

また、この発光管バルブ２内には水素を封入してあり、
この水素の封入量は水銀との封入モル比で、１．８Ｘ１
０’　〜６Ｘ１０’としである。

さらに陽極７には、ゲッター１０（第１図参照）として
タンタルが、安定点灯時に水素を放出する動作温度とな
る位置に取（’Ｉけられている。タンタルは、約５００
℃〜８００’Ｃで水素を吸着し、この；＋Ｕ度以上にな
ると水素を放電空間に放出する。

このような構成のショートアーク水銀灯１においては、
消灯時にゲッター１０が水素を吸着しているので放電空
間には水素が存在していなく、したがって従来の水素を
封入していないショートアーク水銀灯１と同様の状態に
なり、従来と同等の始動特性および立上がり特性を呈す
る。すなわち、始動時に放電空間に水素が存在している
と始動電圧が高くなり始動困難になるが、ゲッター１０
が水素を吸着しているので始動電圧の上昇が防止される
。

このような始動後、陽極７の温度が高くなってゲッター
１０が約５００℃〜８００℃の温度に達すると上記吸着
していた水素を放出する。したがって、放電空間内には
水銀蒸気と、アルゴンガスおよび水素が存在することに
なる。

この場合、水素は電子衝突損失係数が高いので（また水
素の代わって酸素を使用する場合は酸素が電子親和性が
高くて電子と結合し易いので）、アーク内の電子数が減
少し、アークは電子密度の高い陽極７と陰極８との最短
距離上に位置するようになり、アーク径が絞り込まれる
。すなわち、アークは陽極７と陰極８とを結ぶ最短距離
上で細くなる。

そして、この場合電極間距離が短く、水素の封入量を適
量に規制しているのでアークの揺れや不安定さは生じな
く、ランプの立消えはない。

このように、アークが細く絞られることから、発光領域
が小さくなって点光源に近ずき、かつ発光効率が向上し
て輝度が高くなる。

したかって、光源が小さくなるので、反射鏡２１の塩点
位置に高精度で設置ｇすることが容易になり、レンズ２
３を含む光学系全体での果光効尤を高めることができ、
したがって高精度なスポット光を得ることができる。

また、アークが細くなることから輝度が増し、２発光強
度か向上する。よって露光時間を短縮することができ、
露光能率が向上する。

上記のような作用を奏するためには水素の封入量が規制
されなければならない。このため本発明者等は水素の封
入口について実験を行ない最適範囲を調べた。

次表は、前記定格ランプ人カフ５０Ｗのショートアーク
水銀灯１について、水素封入量を封入水銀に対して種々
変えた場合のモル比と、光強度の変化具合を示す。

なお、光強度比は非照射面２５表面での照度を、従来ラ
ンプを１００として比較したものである。

上記実験結果から、水素封入量（モル比）が、１．８Ｘ
１０−’未満の場合は水素量が少なくて、水素を封入す
る初期の目的が達成されない。

また、水素封入量（モル比）が、６．０×１０−５を越
えると光強度の点ては優れているが、アークが細くなり
すぎて不安定になり、揺れ等により立消えを生じるもの
がみられる。

このようなことから、水素の封入量は水銀封入口とのモ
ル比で、１．８×１０逼〜６．０×１０−５の範囲に規
制される必要があり、特に望ましくは６．０ＸＩＯ”〜
２．０ＸＩＯ′５の範囲が良い。

なお、本発明は」二記実施例に制約されるものではない
。

すなわち、ショートアーク水銀灯の定格ランプ入力は７
５０Ｗ以外に、他のランプ電力でも実施可能である。

また、ゲッター１０としては、水素を使用する場合は前
記タンタルの他にジルコニウム、チタニウム、トリウム
などが使用可能である。

そして、本発明は水素に代わって酸素であってもよく、
酸素の場合もその封入量は上記水素の場合と同様であっ
てよい。また、酸素の場合のゲッター１０としては、上
記タンタル、ジルコニウム、チタニウム、トリウムなど
が使用可能である。ただし、酸素はこれら金属と反応し
て酸化物を形成しやすいが、発光管バルブ内では放電の
イオンエネルギーにより上記水素の場合よりも若干高い
動作ｌ８度で酸素を放出することになる。

なお、水素および酸素のいづれの場合も、ゲッター１０
は消灯時に水素または酸素を吸着し、かつ点灯時には吸
着した水素または酸素を放出するような温度領域に設け
ればよい。

さらに本発明は、半導体電子回路の回路パターン焼付は
用露光装置に適用することに制約されるものではなく、
ＵＶスポットキュアなどにも適用可能である。

［発明の効果］以上説明したように本発明の１番目によると、発光管内
に封入した水素または酸素がアークが細く絞り込んで輝
度を高くするので、集光性を高めて露光精度の向上が可
能となり、光出力を増して露光時間を短縮させることが
でき露光性能が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例および従来の
構造を説明するのに共通して用いたもので、第１図はシ
ョートアーク水銀灯の構成図、第２図は半導体電子回路
の回路パターン焼付は用露光装置を示す概略的構成図で
ある。１・・・ショートアーク水銀灯、２・・・発光管バルブ
、７・・・陽極、８・・・陰極、１０・・・ゲッター２１・・・反射鏡、２３・・・レンズ、２５・・・被照
射面。出願人代理人　弁理士　鈴圧武彦

Claims

【特許請求の範囲】

（１）光源から出た光を反射鏡およびレンズを介して被
照射面に集光させる光学系における上記光源として用い
られ、発光管内に一対の電極を配設したショートアーク
放電灯において、上記発光管内に、水銀および希ガスに加えて水素または
酸素を封入し、これら水素または酸素の封入量は水銀と
の封入モル比で、１．８×１０＾−＾６〜６×１０＾−＾５としたことを特徴とするショートアーク放電灯。
（２）上記発光管内には、消灯時に上記水素または酸素
を吸着し、かつ点灯時には上記吸着した水素または酸素
を放出する温度領域にゲッターを設けたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載のショートアーク放電灯。