JPH07226186A - 短アーク放電灯 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ｉ線のピーク値変動幅を小さくしてアークの
安定性を図る。 【構成】 管球１ａ内に対向して配置された陽極２と陰
極３との間でアークを発生させる。このとき放射される
紫外線のうちｉ線の強度の変動幅を小さくし、かつ半値
幅を小さくするため、管球１ａに封入される水銀量を少
なくし、かつ陰極２の先端の形状を特定する。本発明で
は、水銀量を０．１〜０．８ｍｇ／ｃｃの範囲にし、か
つ陰極２の先端部に形成する円形平坦部の径を１ｍｍ以
下とする。これによって半値幅を１．８ｎｍ、強度変動
幅を０．５％以下にすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、短アーク放電灯に関
し、特に、アーク強度の変動幅を低減するのに好適な短
アーク放電灯に関する。

【０００２】

【従来の技術】水銀と不活性ガスが封入された石英ガラ
ス管球内中央部に対向して配置された陽極と陰極との間
でアークを発生させる短アーク放電灯が知られている。
そして、この放電灯から放出される光のうちフィルタを
通して得られる紫外線は、半導体ウェーハの露光に利用
されることも知られている。

【０００３】特に、最近では、半導体ウェーハの集積度
が高くなるに伴ってパターンの線幅が微細化するので、
放出される光のうちｉ線と呼ばれる波長の短い紫外線
（波長＝３６５ｎｍ）が露光に利用され、そのシャープ
さがより一層求められている。例えば、シャープさを示
す指標となる半値幅が２ｎｍ以下のものが求められる場
合もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ｉ線の半値
幅を小さくするには、解決すべき次のような問題点があ
った。一般に、管球内に封入される水銀の量を低減させ
ると半値幅を小さくすることができる。しかし、半値幅
を小さくするため水銀の量を低減させると、アークが不
安定になり、ｉ線の強度が変動するという傾向があっ
た。このように、ｉ線の半値幅を小さくすることと、ア
ークを安定化させて強度の変動を小さくすることとは互
いに矛盾するものであった。

【０００５】上記矛盾があるにもかかわらず、一方で
は、高集積度の半導体ウェーハの露光に用いるｉ線の強
度はその変動幅が±０．５％以下であることが要求され
ている。そして、このような要求に対し、半値幅をより
小さくすることと強度の変動幅を小さくすることとの双
方の課題を解決するため種々の検討がなされている。

【０００６】なお、ここで、ｉ線強度の変動幅の中央値
を基準とする変動の率によって変動幅を表現している。

【０００７】また、半導体ウェーハの露光に用いられる
短アーク放電灯では、光源となる輝点の輝度を上げて露
光時間を短縮化し、作業能率を向上させたいという要望
もある。

【０００８】本発明は、上記の要求に鑑みてなされたも
のであり、輝点の輝度が高く、半値幅が小さいｉ線を安
定して放射できる短アーク放電灯を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の問題点を解決し、
目的を達成するために、本発明は、陰極先端に形成され
た円形平坦面の直径を１．０ｍｍ未満とし、水銀の封入
量を管球内容積に対して０．１ｍｇ／ｃｃ以上０．８ｍ
ｇ／ｃｃ未満とした点に特徴がある。

【００１０】また、本発明は、特に前記円形平坦面の直
径を０．２ｍｍ以上０．８ｍｍ以下とした点、および前
記水銀封入量を０．４ｍｇ／ｃｃ以上０．７ｍｇ／ｃｃ
以下とした点に特徴がある。

【００１１】

【作用】上記の特徴を有する本発明では、ｉ線の半値幅
は１．８ｎｍ以下となり、強度値の変動幅は±０．５％
以下にできる。また、陰極先端の平坦面を小さくするこ
とで輝点の輝度が上昇する。

【００１２】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の一実施例を
説明する。図１は本発明の一実施例を示す放電灯（消費
電力２ｋｗ）の断面図である。同図において、管体１は
管球１ａとその両端の頸部つまりネック１ｂ，１ｃとか
らなる。管球１ａ内には所定の間隔Ｇを有して陽極２お
よび陰極３が対向配置されている。陽極２および陰極３
はタングステンで形成されており、本実施例では両者の
間隔Ｇは７ｍｍとした。管球１ａにはアルゴンまたはキ
セノン等の不活性ガスおよび水銀が封入される。水銀の
封入量としては、管球１ａの内容積に対して０．１ｍｇ
／ｃｃ以上０．８ｍｇ／ｃｃ未満、特に、０．４ｍｇ／
ｃｃ以上０．７ｍｇ／ｃｃ以下とするのがよい。

【００１３】前記陽極２のリード棒４および陰極３には
それぞれモリブデンのディスク５ａ，５ｂが装着され、
さらに該ディスク５ａ，５ｂには後方に延長するモリブ
デン箔６ａ，６ｂの一端がそれぞれ溶着されている。該
モリブデン箔６ａ，６ｂは通常複数枚設けられ、ディス
ク５ａ、５ｂの円周上に均等配置される。

【００１４】前記リード棒４および陰極３は口金７ａ，
７ｂにそれぞれ支持される。口金７ａには給電リード線
８が接続され、口金７ｂには給電端子９が接続されてい
る。同図では、ネック１ｂとモリブデンのディスク５
ａ，箔６ａとの間にはすきまがあるように図示されてい
るが、このすきまは後の工程でネック１ｂを加熱縮径し
てディスク５ａ，箔６ａと密着させることによって封止
される。ネック１ｃとモリブデンのディスク５ｂ，箔６
ｂとのすきまも同様に封止される。

【００１５】さらに、陰極３は、先端部が円錐状に形成
され、かつ該先端部および前記ディスク５ｂの中間部分
には、トリウムタングステンのコイル１０が巻き付けら
れている。該コイル１０は起動時にアークの発生を容易
にするためのエミッタ作用をする部材として設けられ
る。

【００１６】続いて、前記陰極３付近の詳細な構造の一
例について説明する。図２（ａ）は陰極先端部の正面断
面図であり、図２（ｂ）は同平面図である。同図におい
て、陰極３の先端は上述のように円錐状になっており、
かつその頂部は削り取られて円形の平坦面３１を形成し
ている。陰極３の直径ｄは６ｍｍであり、該平坦面３１
の直径ｄ１は、１．０ｍｍ未満とするのがよい。

【００１７】また、該陰極３には、前記直径ｄよりも小
さい直径を有する細径部３２が形成され、該細径部３２
と前記コイル１０との間の空所にはジルコニュウム箔か
らなる筒状のゲッタ３３が配設され、溶接等適宜の接着
手段にて細径部３２に固定されている。該ゲッタ３３は
管球１ａ内の不純物ガスを吸着し、管球１ａの黒化を防
止して放電灯の寿命を長くするためのものである。

【００１８】該ゲッタ３３はアーク発生点から適当な距
離に配置するのが良いが、陽極２に設けたのでは高温の
ために蒸発してゲッタ作用が得られなくなる危険があ
り、また、陰極３に設けると、特に、放電の初期にアー
クが飛んでしまってさらに蒸発の危険性が増大するとい
う問題点がある。そこで、本実施例では、温度条件が適
当であり、かつコイル１０でカバーされるためにアーク
が飛ぶ危険性を回避できる図示の位置に設けた。

【００１９】さらに、図２に示すように、前記ゲッタ３
３を収容した空所は密着して巻かれたコイル１０で覆わ
れているため、該空所と管球１ａ内雰囲気とが連通する
ように切り欠き３４を設けている。切り欠き３４は、そ
の端部がコイル１０の端部から２〜３ｍｍだけはみだす
ような位置関係で形成するのが好ましい。

【００２０】該切り欠き３４を介してゲッタ３３が管球
１ａ内雰囲気と触れるため、コイル１０で覆われつつも
ゲッタ作用を維持できる。また、真空加熱脱ガス処理工
程におけるコイル１０で囲まれた前記空所の脱ガス処理
時間を短縮することができる。

【００２１】なお、この切り欠き３４とコイル１０の巻
き始めおよび巻き終わり端部とが干渉しないように互い
の位置を決定する。該コイル１０の端部が切り欠き３４
内で中に浮くことになると該端部の温度が上昇しすぎる
からである。さらに、前記切り欠き３４の代わりに、コ
イル１０自体にわずかな隙間（０．１〜０．２ｍｍ）を
設けて、この隙間によって空所と管球１ａ内の雰囲気と
が連通するようにしてもよい。

【００２２】なお、ゲッタ３３は箔のほか、線であって
もよいし、細径部３２に塗布する微粉状のものでもよ
い。微粉状のものとする場合は溶媒とともに塗布し、高
周波炉等で加熱して焼き付けるのがよい。また、ゲッタ
３３の材質はジルコニュウムに限らずタンタルでもよ
い。

【００２３】本実施例では、ゲッタ３３を収容する凹部
つまりスペースを確保するため、陰極３の側面の全周に
わたってゲッタ３３を巻き付けるようにしているが、必
要なゲッタの大きさに応じて部分的に貼り付けたり塗布
したりするようにしてもよい。その場合は、陰極３を全
周にわたって削除するようなものでなく、ゲッタの形状
に合わせて部分的な切り欠きとすることもできる。

【００２４】また、ゲッタ３３の表面とコイル内周面と
の間には適当なギャップを設けるのがよい。アーク発生
により加熱されたコイル１０がゲッタ３３と直接接触し
て、ゲッタ３３の温度上昇を招くのを回避するためであ
る。

【００２５】次に、上述の放電灯から放出されるｉ線の
ピーク強度値の変動の測定結果を説明する。本発明者等
が、陰極先端の径ｄ１および封入水銀量を種々に変化さ
せて実験した結果によれば、少なくとも１５分間の点灯
時間内において、陰極３の平坦部３１の径ｄ１が１．０
ｍｍ以下、水銀量が０．１以上０．８ｍｇ／ｃｃ未満の
条件で、ｉ線の強度の変動幅が±０．５％以下となっ
た。また、いずれの場合にもｉ線の半値幅は１．８ｎｍ
以下となった。

【００２６】特にｉ線の強度の変動幅が良好であった測
定結果を図３に示す。また、比較例として、陰極３の平
坦部３１の直径が１ｍｍを超えるものの測定結果を示し
た。図のように、前記平坦部３１の直径が０．２ｍｍ，
０．６ｍｍ，０．８ｍｍではｉ線の強度の変動幅が±
０．３％以下であった。これに対して、比較のために示
した平坦部３１の直径が１．２ｍｍのものでは、封入水
銀量を０．７ｍｇ／ｃｃとしても変動幅が±０．６％で
あり、半導体ウェーハの露光用としては満足な結果が得
られていない。このように、水銀量を極端に低減した場
合には、陰極３の先端平坦部の径ｄ１を極めて小さくす
ることによってｉ線のピーク強度値の変動を低減できる
ことがわかる。さらに、陰極３の先端の平坦部の径ｄ１
を小さくすることによって、光源となる輝点の輝度を向
上させることもできる。

【００２７】次に、時間経過に伴うウェーハ上における
照度の変化の様子を図４に示す測定結果を参照して説明
する。なお、測定時の電源の電圧は２０Ｖ、供給電流は
１００Ａである。図４において、初期値を１００％とし
て照度を示している。点線は図２に示した態様でゲッタ
を配設した放電灯、実線は比較のためゲッタを陽極２の
周囲に巻き付けた構成を有する放電灯（従来品）の照度
をそれぞれ示す。このように、ゲッタ３３をコイル１０
でカバーしたものは、ゲッタ３３の蒸発が少ないために
黒化が進みにくく、時間経過に伴う照度の低下が従来品
より少ないことが分かる。

【００２８】なお、本実施例では、半導体ウェーハの露
光に関して説明したが、この放電灯はプリント基板や液
晶等の露光にも適用できることはもちろんである。

【００２９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、次のような効果が得られる。（１）陰極の先
端の平坦部を小さくすることによって、水銀量を極めて
少なくした領域で、ｉ線の半値幅を１．８ｎｍ以下にで
き、かつ強度の変動幅を±０．５％以下に抑えることが
できるので、集積度の高い半導体ウェーハの露光に適し
た放電灯が得られる。 （２）陰極の先端の平坦部を小さくすることによって、
アーク輝点の輝度を向上することができるので、半導体
ウェーハに露光を行うときの能率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例を示す放電灯断面図であ
る。

【図２】 陰極先端部の、より好ましい一例の正面図お
よび平面図である。

【図３】 ｉ線の強度変動幅の測定値を示す図である。

【図４】 ウェーハ上での照度の経時変化を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…管体、 １ａ…管球、 ２…陽極、 ３…陰極、
１０…コイル、 ３１…平坦部、 ３２…細径部、 ３
３…ゲッタ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水銀と不活性ガスを封入した管球内に対
   向して配置した陽極および陰極間でアークを発生させる
   短アーク放電灯において、 前記陰極先端に形成された円形平坦面の直径を１．０ｍ
   ｍ未満とし、水銀の封入量を管球内容積に対して０．１
   ｍｇ／ｃｃ以上０．８ｍｇ／ｃｃ未満としたことを特徴
   とする短アーク放電灯。
2. 【請求項２】 前記円形平坦面の直径を０．２ｍｍ以上
   ０．８ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の
   短アーク放電灯。
3. 【請求項３】 前記水銀封入量を０．４ｍｇ／ｃｃ以上
   ０．７ｍｇ／ｃｃ以下としたことを特徴とする請求項１
   または２記載の短アーク放電灯。