JPH03105843A

JPH03105843A - 高圧水銀ランプ

Info

Publication number: JPH03105843A
Application number: JP24081689A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Onishi; 大西　安夫
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1989-09-19
Filing date: 1989-09-19
Publication date: 1991-05-02
Anticipated expiration: 2013-03-30
Also published as: JP2732454B2

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】〔産業上の利用分野〕本発明は，半導体装置生産工程で使用される亦光用ラン
プに適したショートアーク型の高圧水銀ランプに関する
ものである．〔従来技術とその問題点〕発光空間を取り囲むバルブ内に，点灯時にその蒸気圧が
１気圧乃至３０気圧程度になる水銀、および希ガスが封
入され、かつ陽極および陰極の一対の電極が近接して対
向配置された、いわゆるショートアーク型の高圧水銀ラ
ンプは、その陰極として，酸化トリウムを数％含有する
タングステン、いわゆるトリエイテッドタングステン（
以下、Ｔｈｗと云う．）を使川することが多く、点灯時
の電極の位置関係は、バルブ下方の気密封止部に滞留す
る水銀の気化を促進するなどのために、点灯時に高温に
なる陽極を下方にし、陰極を上方にして点灯している．ところで，かかる高圧水銀ランプは，半導体装置生産工
程の中において、露光用ランプとして利用されるように
なってから、アークの輝度の「ふらつきＪが非常に大き
な問題になってきた．その理由の一つには、元来，生産
工程において正確な露光量が要求されることの他に，最
近、ランプがパルス点灯で使川される場合が多くなった
ためである．（例えば米国特許第４６０５３０１号、同
第４６０６９９７号，同第４７３２８４２号など参照）
　しかし．ＶＡ極にＴｈＷを使用する限り，陰極として
の動作温度を２０００℃以上、実際には２６００℃以上
に設定する必要があり、このため，陰極先端の焼損が早
《，アーク長や電気特性が変化するなどの影響も加わっ
て，アークの輝度は、中央値を１００％とした場合，±
２〜３％の『ふらつきｊが生じる．従って，この「ふらつき』を小さくするためには、動作
温度がＴｈＷより低くて陰極先端の焼損が少ないアルカ
リ土類金属系統（以下、バリウム系統と云う．）の電子
放射性物質（以下，エミッターと云う．）を利用した方
が良いだろうことは推測できる．しかしながら、前記の
ように，陰極を上方に位置して点灯すると、陰極先端は
バルブ内で一番強く加熱される位置にあるので、実際に
は、バリウムのバルブ内面への蒸発が激しく，ランプは
直ちに変色してしまう．そのため、ＴｈＷをバリウム系
統に代えるとともに，陽極を上方にし、陰極を下方にし
た姿勢でランプを点灯することを検討した．しかしなが
ら，かかる状態で点灯すると，陰極の温度をＴｈＷの場
合に比べて著しく低い温度に設定しても陰極として動作
するが，バルブ下方の気密封止部の温度も低くなり，そ
こに滞留する水銀の気化が遅くなる．従って、点灯初期
の光量の立上り時間（設計光量に到達するまでの時間）
が遅くなり、特に，パルス点灯する場合に極めて具合の
悪いことが判明した．〔発明の目的〕本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり，そ
の目的とするところは，発光空間を取り囲むバルブ内に、点灯時にその蒸気圧が
■気圧乃至３０気圧程度になる水銀、および希ガスが封
入され、かつ陽極および陰極の一対の電極が近接して対
向配置された高圧水銀ランプにおいて、（１）アークの輝点の「ふらつき』が少な《，（２）パ
ルブの変色が少なく，（３）光量の立上りが早《て，とりわけ、半導体装置生産工程で快川される露光用ラン
プに適した高圧水銀ランプを提供することにある．〔目的を達或するための手段〕かかる目的を達成するために，前記高圧水銀ランプにお
いて、第１項記載の発明は，陰極は，その先端部に、アルカリ土類金属系統のエミッ
ターを含有した高融点金属粉末の焼結体を担持し，その
胴体部周面にロジウムもしくはレニウムのめっきが施さ
れ、その後端而中央部に凸出部が形戊され，気密封止用の金属箔の先端部が陰極の後端面周辺部に接
続されて、その上から金属板で保持固定され、金属箔の中央部は、バルブから伸びる枝管部の内面と，
この枝管部内に配置されたガラスカップの側部の外面と
の間で密着挟持され，かつ金属箔の他端部が外部電気導
体材まで導かれ、陰極の位置は，陰極の胴体部周四に近
接する枝管部と陰極の凸出部が当接するカラスカップの
底面によって規定され，［ｆ！ｉは、陽極が陰極よりも上方に位置した姿勢で点
灯使用されることを特徴とする．また、第２項記載の発明は、ガラスカップの側部と底部
との闇に傾斜部を形或し、その傾斜部の開き角度を３０
°乃至１５０゜に規定する．〔作用〕バリウム系統のエミッターの動作温度は、ｌ２００℃乃
至１３００℃程度であるから，陽極が陰極よりも上方に
位置した姿勢で直流電源で点灯して陰極の昇温を抑制し
，陰極の設計温度を、ＴｈＷの場合に比べて著しく低く
設定できる．従って、陰極先端が焼損しに＜＜，アーク
の輝度の「ふらつき」が少なく，バリウムも飛散しにく
くてバルブが変色しない．次に、陰極の位置が陰極の胴体部周囲に近接する枝管部
と陰極の後端面中央部に形成された凸出部が当接するカ
ラスカップの底面によって規定されるので、陰極の胴体
部と枝管部との間隙，および陰極の後端面から後方にお
ける枝管部内の間隙を著しく小さくできる．従って、こ
れらの間隙に逃げ込む水銀が少なく、陰極の近傍に水銀
が留まるので、陰極を下方にしてランプを点灯しても、
水銀の気化の遅れを最小限にすることができ、光量の立
上りが早くてパルス点灯してもなんら不具合が生じない
．〔実施例〕第１図は，半導体装置生産工程で使用されるｎ光用ラン
プとして設計された高圧水銀ランプの要部の説明図であ
る．第１図において、１は石英ガラスからなる紡錘形状のバ
ルブ、２はバルブ１から一体に伸びる枝管部である．枝
管部２の内部には、同じく石英ガラスからなるガラスカ
ップ３が配置されており，枝管部２の内面とガラスカッ
プ３の側部３１の外面との間で、例えば４枚の帯状のモ
リブデン金属箔４を挟圧保持して気密封止部を形成して
いる．そして、金属箔４の後端部は，図示しない外部電
気導体材に電気的に導かれている．また，ガラスカツブ
３の内部についても図示しないが，この内部構造や金Ｊ
Ｒｆａ４の後端部の接続構造は、実開昭６２−４７０５
１，実開昭６２−４７０５２、実開昭６２−４７０５３
、実開昭６２−４７０５５，実開昭６２−４７０５６，
実開昭６２−４７０５７．実開昭６２−４７０５９、そ
の他の特許文献に示されるいろいろな設計構造を採用で
きる．陰極５は，コーン状の先端部５ｌに，酸化バリウムをタ
ングステン粉末１００重量部に対して３０重量部混合し
て焼結した焼結体６を担持している。そして，陰極５の
胴体部５２の周而には、ロジウムもしくはレニウムのめ
っき層７が形成されている．従って，ランプ製作時に、
枝管部２を加熱して軟化せしめ、ｒ絞り込み』作業を行
っても枝管部２内面と胴体部５２との融着による破損事
故は生じない．陰極５の後端面の中央には、凸出部５３が形或されて周
辺部５４よりも少し突出している．この周辺部５４に，
例えば帯状をした４枚の金属箔４の先端部４ｌが白金な
どのろう接材で等間隔で放射状に接続されるが、この接
続強度は必ずしも十分でない．そこで，円盤状の金属板
８を次に説明する方法で固定して金属ｆｆｌ４の先端部
４１を挟圧保持する．この金属板８は，凸出部５３を受
容する中心孔８ｌが穿設されており、外径はｌｌａ極５
の胴体部５２の外径とほぼ等しくなっている．そして，
第２図に示すように、金属箔４の先端部４ｌの上に被せ
て周辺部５４に対接させ、凸出部５３の周辺もしくは凸
出部５３に近接する部分の金属板８をポンチで少し変形
させると金属板８と凸出部５３が固定され，金属箔４の
先端部４１がしっかりと挟圧保持されて少々の引っ張り
応力が加わっても外れなくなる．なお，第２図において
符号Ｐが変形個所である．あるいは，エレクトロンビー
ムやプラズマアークなどで，金属板８と金属箔４の先端
部４１および周辺部５４の二者を一体に溶着しても良い
．金属箔４の先端部４１が陰極５の周辺部５４に固着され
ると、凸出部５３をガラスカップ３の底面３２に当接し
た状態で枝管部２の『絞り込み』作業を行う．これによ
って、陰極５の胴体部５２と枝管部２の内面との間隙は
，陰極５の熱膨張による外径の増大を見込んだ必要最小
限の間隙となり，陰極５の位置は、枝管部２の内面とガ
ラスカップ３の底面３２によって規定される．なお、ラ
ンプの点灯にあたっては、第１図の通り，陰極５を下方
に位置せしめるので、上記の保持構造で十分である．このように、陰極５の胴体部５２と枝管部２の内面との
間隙，およびその後方の間隙が極めて小さいので，水銀
がこれらの間隙を通って逃げ込む余地が小さく、ほとん
どの水銀が陰ｔ！ｊｉ５の近傍に滞留するので水銀の気
化が促進され，パルス点灯する場合でも光量の立上り時
間が短くなる．また，図例では、ガラスカップ３の底部
３２と側部３１との中間に傾斜部３３が設けてある．こ
の傾斜部３３の開き角度θがＯ゜の場合，つまり傾斜部
３３がない場合は、金属箔４を後方に引っ張っても、そ
の応力は、金属板８に受け止められて金属箔４の先端部
４ｌまでほとんど伝達しない．従って、金属箔４の陰極
５への固定と云う意味では，傾斜部３３がないのが最も
好ましい固定構造であるが、周知のように、傾斜部３３
がないとランプ製作が非常に困難である．このため，経
験的に云って、開き角度θが３０”乃歪１５０＠の傾斜
部３３を設けるのがよい．開き角度θがこの範囲であれ
ば、ランプが製作しやすく、かつ金属箔４と陰極５の固
定も十分な強度を有する．次に，ランプの設計例を説明
する．陰極５の胴体部５２は、直径と長さが１１問ヒ４０−鵬
であり，凸出部５３の高さはＯ．．５５１１１１１であ
る．そして、先端部５１のコーン形状は，動作温度が１
２００℃乃至１３００℃程度になるように設計する．金
属箔４は、厚さが０．０４　ｍｍ．，　Ｉｌｌが１０ｍ
ｍのものを４枚使用し，金属板８の板厚は０．５ｍｍで
ある．かかるランプを直流電源で、パルスを重畳する方
法でパルス点灯する．つまり，消Ｉｔｆａ力が１〜！．
５　　ＫＷの低レベル点灯と消費電力が２ＫＷ（電流約
４ＯＡ，電圧約５０ｖ）の高レベル点灯とを１秒間隔で
交互に点灯させる．そして，アークの輝点の『ふらつき
』を測定したところ、中央値を１００％とした時，±０
．５　％の範囲であり、従来に比べて『ふらつき」が著
しく減少することを確認した．ランプ寿命は、露光に使
用する放射波長の強度が初期値の７０％を維持する時間
としているが、本ランプの目標寿命は６００時問であり
、上記点灯テストの『ふらつき』のデータは、この６０
０時間における値である．なお，データの採取方法は，
周知のとおり，アークの輝点からの放射光をスリットか
ら取り出してその強度の変化を測定した．〔発明の効果Ｊ本発明の高圧水銀ランプは，陰極のエミッターをＴｈＷ
からバリウム系統に代え，かつ陰極を下方に位置せしめ
て点灯使用するので、アークの輝点の「ふらつきｊが少
なく、かつバルブの変色も少ない．そして、陰極胴体部
の周囲や後方の間隙が著しく小さいので，水銀の後方へ
の逃げ込みが少なく，点灯時の初期特性やパルス点灯し
た時のランプ特性も良好であり，半導体装置生産工程で
使用する露光用ランプとしてきわめて好ましい高圧水銀
ランプを提仇できる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の要部断面図、第２図は金属板の
固定構造の説明図である．１・・・バルブ　　２・・・枝管部　３・・・ガラスカ
ップ４・・・金属箔５２・・・胴体部６・・・焼結体５・・・陰極　　５ｌ・・・先端部５３・・・凸出部　５４・・・周辺部７・・・めっき層　８・・・金属板

Claims

【特許請求の範囲】

（１）発光空間を取り囲むバルブ内に、点灯時にその蒸
気圧が１気圧乃至３０気圧程度になる水銀、および希ガ
スが封入され、かつ陽極および陰極の一対の電極が近接
して対向配置された高圧水銀ランプにおいて、該陰極は、その先端部に、アルカリ土類金属系統のエミ
ッターを含有した高融点金属粉末の焼結体を担持し、そ
の胴体部周面にロジウムもしくはレニウムのめっきが施
され、その後端面中央部に凸出部が形成され、気密封止用の金属箔の先端部が該陰極の後端面周辺部に
接続されて、その上から金属板で保持固定され、該金属箔の中央部は、該バルブから伸びる枝管部の内面
と、この枝管部内に配置されたガラスカップの側部の外
面との間で密着挟持され、かつ該金属箔の他端部が外部
電気導体材まで導かれ、該陰極の位置は、陰極の胴体部
周囲に近接する枝管部と陰極の該凸出部が当接するカラ
スカップの底面によって規定され、該電極は、陽極が陰極よりも上方に位置した姿勢で点灯
使用されることを特徴とする高圧水銀ランプ。
（２）前記ガラスカップは、その側部と底部との間に傾
斜部を有し、その傾斜部の開き角度が３０゜乃至１５０
゜に規定されてなることを特徴とする第１項記載の高圧
水銀ランプ。