JPH044554A - 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、半導体やプリント基板の焼き付は等において
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。

〔従来の技術〕

半導体ウェハーを露光するためには、水銀灯から放射さ
れる４３６ｎｍの光（以下ｇ線と称する）がよく利用さ
れているが、水銀灯からはこのｇ線のほかにも種々の光
が放出されており、必要とする光取外は露光装置内の光
学フィルターや反射ミラーでカットされる。そして、レ
ンズ系やフォトマスクを介して半導体ウェハーにはｇ線
の光が照射されるようになっている。

一方、半導体ウェハーの露光方式として、ステップ・ア
ンド・リピート方式を適用する場合には、−の微小区域
から次の微小区域へ移動する際の非露光時における放電
灯の消費電力を軽減する観点から、非露光時には点灯電
力を小さくして低レベルで点灯するとともにシャッター
により遮光し、そして露光時には点灯電力を大きくして
高レベルで点灯するパルス点灯方式が好適である。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、露光装置内の光学フィルターや反射ミラ
ーでは、ｇ線を利用する場合は４２６ｎｍ以下と４４６
ｎｍ以上の光は完全にカットされて問題とならないが、
４３６ｎ−±Ｉｏｎｓ以内の光はカットしきれないのが
実情である７そして近年、半導体ウェハーの回路パター
ンが微細化するにしたがって、光が光学ｉ／ンズ系を通
過する際の色収差が問題となってきているが、ｇ線を用
いて半導体ウェハーを露光するときに、色収差が問題と
ならない範囲は、４３６ｎｍ±４ｎ＋ｎの範囲とされて
おり、露光装置内の光学フィルターや反射ミラーではカ
ットしきれない範囲の光が露光時のボケの原因となって
いる。この露光時のボケを少なくするためには、ｇ線の
半値幅を小さくすれば良いが１．従来の半導体ウェハー
露光用水銀灯は半値幅が４〜５ｎｍ程度で満足できる値
ではなかった。すなわち、現在では、半値幅が３ｎｍ程
度の水銀灯が要求されているが、この半値幅にするため
には、従来より水銀の封入量を少なくしなければならず
、結果として放電電流が増加し、陽極が受けるダメージ
が大きくなるという問題が生しる。この問題は、水銀灯
をパルス点灯方式により使用する場合に顕著となる７、
本発明の目的は、ｇｌｓの放射強度が十分で、かつその
半値幅の狭い放射光が得られ乙とともに。

陽極が受けるダメージがｌすなく７使用寿命の長いシ習
−トアーク型水銀蒸気放嶌デ丁を提供することにある５
、 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するため、本発明においては、発光管の
中央の発光空間膨出部内Ｇこ陽極と陰極とが対向配置さ
れ、当該発光空間膨出部内に水謁と希ガスとが刺入され
マなり、 発光管の内容積１ｃｃ当りの水銀の封入量Ｘ（Ｂ／ｃｃ
）および希ガスの室温（２０°Ｃ）での封入圧力Ｙ（気
圧）が ２０≦Ｘ≦４０ ０．１≦ｙ≦３ に規定され１．かつ陽極における放電灯の定格消費電力
Ｊ、　Ｗ当りの体積Ｚ　（ＣＣ／Ｗ’Ｊが２．０Ｘ１０
−”≦Ｚ に規定されている構成を採用するう 〔作用） 水銀の封入量Ｘが２０〜４０Ｂ／ｃｃであり、かつ希ガ
スの室ｉ！　（２０℃）での封入圧力Ｙが０３１〜３気
圧であるので、ｇａｌｌの放射強度が十分に大きく、か
つ当Ｆｉｇ線の半値幅も３ｎｗ＋程度の狭い放射光が得
られる。

しかるに、水銀の封入量Ｘを２０〜４０Ｂ／ｃｃにする
と、放電電流が増加して陽極はダメージを受けやすい状
態になるが、陽極における放電灯の定格消費電力１Ｗ当
りの体積Ｚを２．ＯＸ　１０−ｃｃ／　Ｗ以上に規定し
たので、陽極が受けるダメージが相当に軽減される。従
って、パルス点灯方式により点灯する場合にも長い使用
寿命が確保される。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について説明する。

本実施例においては、第１図に示すように、発光管１の
中央の発光空間膨出部】１内に陰極３と特定の体積の陽
極２とを対向配置する。すなわち陽極２における放電灯
の定格消費電力１Ｗ当りの体積Ｚ　（ｃｃ／Ｗ）は、２
．ＯＸ］Ｏ−”≦Ｚである。因みに　従来の陽極の定格
消費電力１Ｗ当りの体積Ｚ（ｃｃ／Ｗ）は１．９Ｘ］Ｑ
−３以下である。

そし７発光空間膨出部１１内に封入量が特定範囲の水銀
と希ガスとを封入する。すなわち発光管１の内容積１．
ｃｃ当りの水銀の封入量Ｘ　（ｗｇ／ｃｃ）は、２０≦
Ｘ≦４０の範囲であり、希ガスの室温（２０°Ｃ）での
封入圧力Ｙ（気圧）は、０．１≦Ｙ≦３の範囲であるゆ
希ガスとしては、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネ
オン等を用いることができ、２種以上のものを併用して
もよい、 このようＶご水銀の封入量Ｘと、希ガスの封入圧力Ｙと
、陽極２の定格消′ｇ！！電力１Ｗ当りの体積Ｚとを上
記の特定の範囲に規定する：：とにより、放射＠度が大
き？て半値幅が３ｎ＋ｍ程度と狭いｇ線が放射されると
ともに、陽極２が受けるダメージが小さくなって使用寿
命が十分に長くなる。

これに′対して水銀の封入量Ｘが２０ｍｇ／ｃｃ未滴の
場合には、ｇｌｉの放射強度が低下するとともに、ｇ線
の半値幅が過小になりすぎて放射光量が不足する。逆に
水銀の封入ＩＸが４０５ｇ／ｃｃを超える場合には、ｇ
ｌｉの半値幅が大きくなる。

また、希ガスの封入圧力Ｙが０．１気圧未満の場合また
は３気圧を超える場合には、いずれもｇ線の放射強度が
小さくなる。

また、陽極２の定格消費電力１Ｗ当りの体積Ｚが２．　
ＯＸ　１０−３ｃｃ　／　Ｗ未満の場合には、陽極２が
受けるダメージが大きくなって使用寿命が短くなる。

なお、従来、陽極２の定格消費電力１Ｗ当りの体積Ｚの
値がいたずらＧこ大き（なると、赤外線の放射エネルギ
ーが増加し、半導体ウェハーの温度が上昇し、露光精度
が低下する問題が生ずる場合があるが、最近ではこの赤
外線の問題に関し２ては半導体露光装置内の光学系にコ
ールドミラーを使用することで半導体ウェハー表面にま
で赤外線が到達できなくなるようにして解決されている
。

なお、第１図において、１２は封止管部、２１．３１は
内部リード棒、４は口金である。また、図示はしないが
、各封止管部１２においては、４枚の金属箔によって気
密シールが達成されている。

本発明のシシートアーク型水銀蒸気放電灯は、ステツプ
・アンド・リピート方式およびパルス点灯方式による露
光に好適に用いることができる。

すなわち、パルス点灯方式においては、放！電流が大き
くなると陽極２が大きなダメージを受けやすいが、本発
明のショートアーク型水銀蒸気放電灯では、陽極２の体
積を定格消費電力との関係において規定しているため、
陽極２が受けるダメージが相当に軽減され、その結果、
長時間にわたり初期の高い放射強度で安定した点灯を繰
返して行うことができる。

〔実験例〕

以下、本発明の効果を確認するために行った実験例につ
いて説明する。

実験例１ 水銀の封入量Ｘを種々の値に変更したほかは下記条件の
シシートアーク型水銀蒸気放電灯を多数作製したや 各放電灯を、定格より小さい消費電力１．５ＫＷで０．
４秒点灯する低レベル点灯と、定格消費電力２、ＯＫＷ
で０，４秒点灯する高レベル点灯とを交互に繰返すパル
ス点灯方式により点灯する試験を行い、高レベル点灯時
におけるｇ線（４３５±３ｎｍ）の放射強度およびその
半値幅を測定したところ、第２図においてそれぞれ曲線
ＡおよびＢで示すように水銀の封入量Ｘが２０〜４０５
ｇ／ｃｃの範囲にある場合には、ｇ線（４３５±３ｎ＋
＊）の放射強度が十分に大きく、しかもその半値幅は３
ｒ＋＋＋＋程度に狭くなる。

実験例２ 実験例１において、水銀の封入量Ｘを３０ｍｇ／ｃｃに
固定し、希ガス（アルゴン）の室温（２０°Ｃ）での封
入圧力Ｙを種々の値に変更したほかは同様にしてショー
トアーク型水銀蒸気放電灯を多数作製した、 各放電灯を実験例１と同様にして点灯する試験を行い、
高レベル点灯時におけるｇ　ｌ　（４３５±３１…）の
放射強度を測定したところ、第３図において曲線Ｃで示
すように、希ガス（アルゴン）の封入時の圧力Ｙが０．
１〜３気圧の範囲にある場合には、ｇ線（４３５±３ｎ
ｍ）の放射強度が十分に大きかった。

実験例３ 実験例１において、水銀の封入量χを３０ｎ＋ｇ／ｃｃ
、希ガスの室温（２０°Ｃ）での封入圧力Ｙを０．７気
圧に固定し、陽極の定格消費電力１Ｗ当りの体積Ｚを種
々の値に変更したほかは同様にしてショートアーク型水
銀蒸気放電灯を多数作製した。

各放電灯を実験例１と同様にして点灯する試験を行い、
放電灯の使用寿命を調べたところ、第４図において曲線
りで示すように、陽極の体積Ｚが２、ＯＸ　１０−　’
ｃｃ　／　Ｗ以上の場合には使用寿命が長くなる。

（発明の効果〕 以上詳細に説明したように、本発明によれば、発光管の
内容積１ｃｃ当りの水銀の封入量Ｘ、希ガスの室温（２
０°Ｃ）での封入圧力Ｙおよび陽極における放電灯の定
格消費電力１Ｗ当りの体積Ｚをそれぞれ規定したので、
ｇＷａの放射強度が大きく、かつその半値幅が狭く、そ
して陽極が受けるダメージ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が得られる。

従って、特に、陽極がダメージを受けやすいパルス点灯
方式によって点灯される場合にも、長時間にわたり、放
射強度が大きく、かつ半値幅の狭いｇ線が安定に放射さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るショートアーク型水銀蒸
気放電灯の概略図、第２図は実験例１の測定結果であっ
て水銀の封入量Ｘを変化させたときのｇ線（４３５±３
ｎ＋ｓ）の放射強度およびその半値幅の変化を示す線図
、第３図は実験例２の測定結果であって希ガスの室温（
２０°Ｃ）での封入圧力Ｙを変化させたときのｇ線（４
３５±３ｎｍ）の放射強度の変化を示す線図、第４図は
実験例３の測定結果であって陽極における放電灯の定格
消費電力１Ｗ当りの体積Ｚを変化させたときの放電灯の
使用寿命を示す線図である。 １・・・発光管　　　　　　１１・・・発光空間膨出部
１２・・・封止管部　　　　　２・・・陽極３・・・陰
極　　　　　　　２１．３１・・・内部リード棒４・・
・口金 −１へ ′くシー ＋　１　図 ＋４図 ０　　　　　　　２　　　　　　４　　　　（ＸＩＯ−
３１陽極の定格消費電力１Ｗ当りの体積Ｚ　（ｃｃ／Ｗ
）ミ；是郵Ｃミな堰） 梨；澗郭（晋波壇）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 発光管の中央の発光空間膨出部内に陽極と陰極とが対向
   配置され、当該発光空間膨出部内に水銀と希ガスとが封
   入されてなり、 発光管の内容積１ｃｃ当りの水銀の封入量Ｘ（ｍｇ／ｃ
   ｃ）および希ガスの室温（２０℃）での封入圧力Ｙ（気
   圧）が ２０≦Ｘ≦４０ ０．１≦Ｙ≦３ に規定され、かつ陽極における放電灯の定格消費電力１
   Ｗ当りの体積Ｚ（ｃｃ／Ｗ）が ２．０×１０＾−＾３≦Ｚ に規定されていることを特徴とするショートアーク型水
   銀蒸気放電灯。