JPH03274648A - ショートアーク型水銀蒸気放電灯 - Google Patents

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、半導体ウェハーの露光用光源として好適に使
用されるショートアーク型水銀蒸気放電灯に関するもの
である。

〔従来技術とその問題点〕

例えば、半導体製造における焼付工程においては、半導
体ウェハーに紫外線領域の所定波長の光を完全な平行光
で照射する必要がある。このために、半導体ウェハーの
露光用光源としては、バルブの発光空間内にタングテン
を主とする陽極と陰極が対向配置されるとともに発光空
間内に水銀と希ガスが封入され、点光源に近い小さなア
ーク輝点が形成されるショートアーク型の水銀蒸気放電
灯が使用されることが多い、そして、光の強度を高める
ために、反射鏡の焦点に配置される輝点をできるだけ小
さくして鮮明にする必要があるので、陰極先端部はコー
ン状にし、陽極先端部は断面形状を台形にして平坦部を
設け、アークが陰極の尖った先端から陽極の平坦部に向
けて広がってアーク輝点が陰極の先端にだけ形成される
ようにしている。

ところで、かかる放電灯は、短いサイクルで点灯と消灯
を繰り返すことができないので、ステンブアンドリピー
ト方式の場合は、放電灯を常時点灯しておき、紫外線を
照射するときのみシャッターを開けて定格電力で点灯す
る高入力点灯とシャッターが閉じているときは定格電力
以下で点灯する低入力点灯を交互に繰り返す点灯方式（
以下、パルス点灯方式と称する）を採用し、電力消費量
を低減するとともにシャッター内の過熱を防止している
。

しかしながら、かかるパルス点灯方式を採用すると、連
続点灯方式に比べて陽極の熱損傷が激しくなる問題点が
ある。この陽極の熱損傷は、陽極先端のアーク径が小さ
くて電流密度が局部的に増加したり、タングステンの結
晶断面が長くなった状態で露出したり、表面に微小な凹
凸が存在する部分にアークがかかった場合に、その部分
のタングステンが蒸発することにより生じるものと推測
されている。ここで、陽極先端のアーク径は陽極の平坦
部の大きさと関係があり、平坦部が大きくなるとアーク
先端が収縮して狭い範囲で放電するので電流密度が局部
的に増加し、逆に平坦部が小さくなるとアーク先端が広
がって平坦部周囲の傾斜部にかかるが、傾斜部はタング
ステン結晶の断面が長くなった状態で露出するとともに
切削時に微小な凹凸が形成されるのでタングテンの蒸発
が促進される。そして、蒸発したタングステンがバルブ
内壁に付着して黒化し、放電灯の使用寿命が短くなる。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、パルス点灯しても、陽極からのタング
ステンの蒸発が少なくて使用寿命の長いショートアーク
型水銀蒸気放電灯を提供することを目的とする。

〔発明の構成とその作用〕

本発明の構成は、バルブの発光空間内に、先端に平坦部
を有する陽極と先端がコーン状の陰極が対向配置され、
該発光空間内に水銀と垢ガスが封入されて、定格電力で
点灯される高入力点灯と定格電力以下で点灯される低入
力点灯が交互に繰り返されるショートアーク型水銀蒸気
放電灯において、陰極の先端に形成される輝点の輝度の
５％以上の範囲をアークとするとき、陽極の平坦部が高
入力点灯時の陽極先端のアーク径に一致する大きさであ
ることを特徴とする。

両電極間の放電によって発生するアークの外郭は必ずし
も明確でなくて電極中心から離れた外側はど輝度が小さ
くなるが、陰極の先端に形成される輝点の輝度の５％以
上の範囲は放電電流密度も大きくて実質上アークとみな
すことができる。そして、陽極の平坦部が陽極先端のア
ーク径に一致する大きさであるので、つまり陽極先端の
アークが平坦部周囲の傾斜部にかからない限度において
最大の大きさに広がるので、平坦部の電流密度が小さく
なってタングステンの蒸発が抑制され、かつタングステ
ンが蒸発し易い傾斜部からも蒸発しないので、バルブが
黒化しにくく、放電灯の使用寿命が長くなる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体的に説明
する。

第１図は、半導体ウェハーの露光用光源とじて使用され
る定格消費電力がＩＫＷのショートアーク型水銀蒸気放
電灯を示す０石英ガラスからなるバルブ１の中央膨出部
１２内が発光空間１１であり、このバルブｌ内には所定
量の水銀と希ガスが封入されている。中央膨出部１２の
両側から封止管部１３が伸び、封止管部１３に金属箔４
がそれぞれ埋設されている。そして、発光空間１１に、
端部がそれぞれ金属箔４に接続されたタングステン製の
陰極２と陽極３が対向配置されている。ここで、陰極２
は、先端が尖ったコーン状であるが、陽極３は、先端の
テーパ一部が切截されて平坦部３１が形成されており、
その周囲が傾斜部３２である。そして、平坦部３１の大
きさは、高入力点灯時に発生するアークの陽極先端にお
ける径に一致する大きさになついる。また、陰極２の先
端と平坦部３１との電極間距離は２．９開である。そし
て、かかる放電灯が、陰極２を上方にした垂直姿勢で点
灯されるが、定格消費電力のＩＫＷと定格消費電力より
低い７００Ｗで１例えば０．４秒サイクルで交互にパル
ス点灯される。

第２図は、平坦部３１の大きさを変化させた場合の高入
力点灯時のアークＡの状態を示す、ここで、陰極２の先
端で形成される輝点にの輝度の５％以上の範囲をアーク
Ａと定義している。第２図（イ）は平坦部３１の直径φ
が２１１１ＤＩ、（ロ）は直径φが３ＩＩＩ１１１．（
ハ）は直径φが４ｍｍの場合を示すが、直径φが変化す
ると陽極３におけるアークへの径も変化する傾向にある
。そして、第２図（イ）で示すように、直径φが２同の
場合は、アークＡが傾斜部３２までかかり、傾斜部３２
におけるタングテスンの蒸発が大きくなる。また、第２
図（ハ）で示すように、直径φが４＋＋＋＋ａの場合は
、アークＡが収縮して平坦部３１の中央部に集中し、そ
の部分の電流密度が大きくなるので、平坦部３１のタン
グテスンの蒸発が大きくなる。これに対して、第２図（
ロ）で示すように、直径φが３１の場合は、アークＡが
傾斜部３２にかかることなく、平坦部３１−杯に広がる
。このために、平坦部３１の電流密度が小さくなってタ
ングステンの蒸発が抑制され、かつタングステンが蒸発
し易い傾斜部３２からも蒸発しない、従って、平坦部３
１の大きさを高入力点灯時の陽極先端におけるアークＡ
の径に一致する大きさ（本実施例では直径φ＝３ｗ＋ｍ
）にしておけば、タングステンの蒸発が抑制され、バル
ブが黒化しにくくて放電灯の使用寿命が長くなる。

次に、平坦部３１の大きさが２ＩｌｌＩＩφ、３■φ、
４飄鳳φの３種類の放電灯の寿命試験を行ったが、その
結果を第３図に示す０ｇ線の強度が初期値の７０％に減
衰した時点をもって寿命が尽きたと判断すると、平坦部
３１の大きさが３ｍ＋ａφ（高入力点灯時のアークＡの
径に一致する大きさ）の場合が最も長くて１４５０時間
であった。一方、４＋ａ−φの場合が最も寿命か短くて
５５０時間であり、２ｍｍφの場合がほぼ中間の寿命で
あった。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のショートアーク型水銀蒸
気放電灯は、陰極の先端に形成される輝点の輝度の５％
以上の範囲をアークとするとき、陽極の平坦部の大きさ
を高入力点灯時の陽極先端におけるアーク径に一致する
ようにしたので、パルス点灯した場合でも、陽極からの
タングステンの蒸発が抑制され、バルブが黒化しにくく
て使用寿命の長くなり、半導体ウェハーの肯光用光源に
好適に使用できるショートアーク型水銀蒸気放電灯とす
ることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はショートアーク型水銀蒸気放電灯の全体図、第
２図（イ）〜（ハ）は陽極先端とアークの関係説明図、
第３図は寿命試験の説明図である。 １・・・バルブ　　１１・・・発光空間　１２・・・中
央膨出部１３・・・封止管部　２・・・陰極　　　３・
・・陽極３１・・・平坦部　　３２・・・傾斜部　　４
・・・金属箔Ａ・・・アーク　　Ｋ・・・輝点 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　バルブの発光空間内に、先端に平坦部を有する陽極と
   先端がコーン状の陰極が対向配置され、該発光空間内に
   水銀と希ガスが封入されて、定格電力で点灯される高入
   力点灯と定格電力以下で点灯される低入力点灯が交互に
   繰り返されるショートアーク型水銀蒸気放電灯において
   、 陰極の先端に形成される輝点の輝度の５％以上の範囲を
   アークとするとき、陽極の平坦部が高入力点灯時の陽極
   先端のアーク径に一致する大きさであることを特徴とす
   るショートアーク型水銀蒸気放電灯。