JPS5987751A - 改善された充填材を有する遠ｕｖ線電球 - 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】 未発１ｊｌｉは、特に、遠紫外線光源（ｄｅｅｐ　ｕｌ
ｔｒａｖｉ。

ｌｅｔ　ｌｉｇｂｔ、）において使用するための改善さ
れた電球に関１２、また改善された電球を内蔵する光源
に閏する。

ｉ全紫夕Ｌ　（ｄｅｅｐ　　ＵＶ）線光源の屯黄な用途
は？１′導体フォトリトグラフの実施にある。従来のＵ
■フｘＩ・リトグラフにおいては、製造される集積回路
の＠徴と対応する光学的マスクにおけるパターンが、従
来周知の波長（、’２６０　”−４６０ｎｍ）における
紫夕１線によるｔＪ　Ｖ検知用フォトレジストでコーテ
ィングを施した半導体ウェーハに対して結像される。こ
のパターンがウェーハにに露出された後、このウェーハ
は更に処理されて、最後にはトランジスタ木子もしくは
集積回路となる。

より大きな構成素子密度を有する集積回路を製造するた
め、従来の紫外線により７与られるよりも細い線を有す
るパターンを半導体ノル板−］；に結像させることが必
要であり、このため遠ＵＶｆ、２１０〜２４Ｑ　ｎｍ）
を生じる光源が提起され、ある程度利用されてＳた。￥
導体フォトリトグラフ 用される改７りされた無電極型遠ＵＶ光源については　
本Ｋ１１１と同じ譲受人に対１，ｉｉＪＪ渡された係属
中のλ゛、国特許出願第３１３２．８２５号および同第
３８１，４８１号において開示されている。

フォトリトグラフのための有効な無電極型遠ＵＶ光源を
？ｔｆるためには、適切に励起された時速ＵＶ領域にお
いて、またある用途においては特に２２０〜２３Ｏｎｍ
以内の帯域中の高度なスペクトル部分を有する非常に明
るい出力を生じることができる充填物をイＩする電球を
提供することが必要である。既イｆの４Ｇ　’Ｉｊ＋：
極型電球および従）！技術によって構成されたｊｌＬ球
のこれ等の教ｊｌｊは必要な遠Ｕ　Ｖ　ｌｌｆ力を有す
る必°〃なＩＪＩるさのレベルにおいて実施する，７と
はでさないことが判った。

このような従来の無電極型゛電球は、米国メリー゛ラー
／１・州ロンクウ゛イルのＦｕｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍｓ
社によりＶ　＞ｒ）１される１業的硬化下程のための線
形電球，および米国時３′１第３，９４３．４０２号、
同第３，９４３，４０１−Ｆ、同第４．１８５．２２８
号、同第３，９４２，０５８号、同第３、Ｈ３．９２７
　Ｉ−＋および同第４，００１，０３１号において聞ノ
Ｉ−、された他の幾何学的形状の無電極η１電球を含ん
でいる。１１１述の全ての電球は、水銀が電球の容積に
対し，て特定の体積比率で存在する水銀充填材を使ｉ１
１　Ｌ．ている・ ４＋’０　〕で、木発明の目的は、改善された遠Ｕ’Ｖ
無小極型゛屯抹を提供することである。

本発明の別の目的は、スペクトルの遠ＵＶ部分における
比較的高い出力を有する高輝度レベルでｈＩＪ用する遠
ｔ＋ｖ電球を提供することである。

、に発明の史に別の目的は、未発１９ｊの改善された電
球を内蔵するＩ！ｕｖ光源を提供することである。

本、発明は、電球内に保有される水銀の体積が有効な遠
ＵＶ動作のために東要であるという発見に基づいている
。本発明によれば、室温（約２２°Ｃ＝７２°Ｆ’）に
おいて電球の容積１ｍ文当り０．５乃至０。

８ｙＬ文の体積比率をず１する水銀充填材が提供される
。

より、Ｘノ，い水銀圧力が電球に対・するより高いマイ
クロ波電力の結合をもたらす結果となり，その結す１よ
り高い潜在輝度をもたらすが、電球中の水銀ｊ１１が多
ければプラズマ自体による放射エネルギの一部を吸収す
ることになり、また特に、遠Ｕ■の波１スの優先的な吸
収をもたらす結果にもなる。本川に（７人により、前記
の電球の容積１ｍ文−にり０．５乃至０．８ｗ文の体積
比率の臨界領域内では、このような効果は適切に均衡さ
れ、電球が特に必要な２２０〜２３０ｒ＋＋＋＋の範囲
内では比較釣用るい遠ＵＶ出力を４７．Ｈ供することが
判定されｔ：。更に、２４５（ＩＮ）ｌｚの周波数にお
いて所要の輝度レベルを提供するため必偲′とされる３
００ワツ）／ｃｃを越える結合電力密１１１においては
、前記の水銀充填材の比率はまた１１工抹における比較
的小さな皮殻深さをもたら１２、その結果紫外線の実質
部分か電球の外径において、１々則され、これによりプ
ラズマのＦ体による達ＵＶ線の吸収およびプラズマを外
被部壁面から分離する中＝１°ｌ的な境界層を較小限度
にする。

本発明については、添（；１図面を照合することにより
史によく理解されるであろう。

第１　Ｍにおいては無電極型電球１が示され、取（−ｔ
　ｉｊフチｌ、３に対して取引けられた状、牲で示され
ている。′出：Ｊ求ｌは、４：として水銀、けガスおよ
び作動中外被部の壁面から離れて放電状態を維持するよ
うに４′１用する）ＩｇＣ：　ｌの如き物質からなる充
填材を保イー１オるり形状あるいはその他の形状の外被
部２を含む。

マイクロ波のエネルギが電球と結合される時、水３１−
は加熱し、てブラフ゛マを形成し、これが紫外線を成用
する。Ｊ　Ｕ　Ｖ　ｋＭフォトリトグラフを実施するた
めの光〃；（においては、ヌペクトルの遠ＵＶ部分にお
いて大きな輝瓜の出力か要求され、前述の特性を右する
完全な光源の実施例については第３図および第４図に関
して記述されている。

前述の如ビ１本出願人により、電球における水銀の体積
比率が高い遠ＵＶ線スペクトル成分を有オーる輝度出力
を生じるために川、Ｗであることが判った。従っ−〔、
本発明によれば、室温において外被部の容積Ｌｍｌ当り
０−５乃至０．９井見の体積比率における水銀充填材を
内部に含む遠ＵＶ線電抹が４７１！　（Ｊｔされる。こ
の容積１＋ｎ９．当り０．５乃至０゜９ｐ文の臨界範囲
が球体の物理学的力学が分析された後に到達したもので
あることを知ることが重曹である。

第２図は、相対的な遠ＵＶ線球の出力の強さく２２０〜
２３０　ｎｍ）対水銀の充填比を示すグラフである。最
大出力は約０．８５　ｈ　ｌ　／　ｍ　Ｑ、の比率にお
いてマｌ（られること、および前記の強さは０．５　ｇ
文／ｎ１９．において最大値が約−一となり、　０．９
　＃Ｌ交／ｍｆｌにおいて最大値が約−となることが観
察される。Ｉυ犬約−一の出力はある用途において充分
である。

無１し締型の電球の物理的分析によれば、水銀圧力か増
加すると電球に対するより高いマイクロ波電力し・ベル
の結合を生じる結果となり、これはもし他の変数が悪１
形響を及ぼされければ望ましいものである。しかし、゛
電球内の水銀の早が増加するに（ｒ−い、プラズマ自体
により放射されたエネルギの吸収の増加を生じ、特に遠
ＵＶ波長の優先的な吸＋１Ｖが〕１：しることが判定さ
れた。例えば、Ｆｕｓｉｏｎ５ｙｓｔｅｍｓ社により販
売されている−１．とじて従来の波技で紫外線を生じる
ため使用される高出力のランプである直線形無電極電球
においては、水銀光）−材の比４べはｌ’、ＩＢμ見／
’　ｍ　ｌとなることが知られるが、これは良好な電力
結合を生じるのに充分な高いが遠ＵＶ線の過度の吸収を
ももたらすものと信１〕ｌうれている。−・方、前掲の
外米国特許に開示される比較的低電力の無電極管におい
ては、充填率は０．３乃至０．４ｐ（Ｌ／ｍ交であり、
これは充分な１１°力結合を許容するものではない。

１−記の理論を念頭において、本出願人はｔｉＩＪ２図
に示される情報を得るため水銀の体積比率を変化させて
、示された遠ＵＶ出力に対する体積比率の臨界領域を限
定した。これは、遠ＵＶフォ）・リトグラフを実施する
ための適切なランプ球を提供するごとができる臨界領域
内に妥当する比率を用いることによってのみｉ’ｉ丁能
である。、第２図に示されるデータは１８．５ｎｕｗの
内径を有する電球に対するものであるが、臨界体積比率
が電球の直径および電球の形状に依存することを知るこ
とは重要なことである。

更に、ｉ詣Ｕ　Ｖ線の放射の大部分が電球の外径部にお
いて生しることが望ましい。これは、石英の外被部の放
電面と内表面との間で中ヴ的な境界層が生じる故であり
、この層はプラズマ自体と共に遠ｕ　Ｖ　鯛を吸収し、
これにより放射出力を鍼シｔする。

外１イ部における紫外線の放射を生しるためには、Ｉｇ
ｋ　’＋Ｒの深さと即ちマイクロ波エネルギが吸収され
る電球の４′ｌ披部内からの距膠ができるだけ小さいこ
とが８黄である。しかし、この皮凄深さが小さい程、’
ｌ’ｌ；力を電球内に結合することが難しくなり、ｉｌ
Ｉび眉犬遠ＵＶ線出力を生し２るための妥協に’ｒ’ｔ
＝　Ｌなければならない。２４５０ＭＨｚのマイクロ波
周波数および３００ワツト／ｃｃを越える結合電力市川
におりる作動のためには、１ｍ９．当り０．５乃金０．
８　μ９の臨界充填比率範囲は適切な小さな皮殻ａ：さ
を１１じ、その結果遠ＵＶ線が外径部において放！＋１
され、イラズマおよび中台−の境界層により最小の吸収
帽となる。

望ま１．い実施態様においては、直径が１８．５＋＊ｍ
の石英の外被部は９０トールのアルゴンを含む２．１ｍ
ｇのＨｇで充填され、また約０．１ｍｇの少ｊｉｌのＨ
ｇＣｌ　２を含むことができる。更に、外被部は長い作
動寿命となるよう合成無水石英から作られるが、これに
ついては更に詳細に本願と同じ譲受人に対し譲渡された
係属中の米国特許出願第□−呻において記述されている
ヮ 第３図においては、未発’Ｊ−１の改良された電球を使
用するマイクロ波を生じる光源の−・実施例が例示され
ている。この電源は、マイクロ波室４と、この室内に配
置された無電極型電球６からなる。

この電球の外被部は、電球内のプラズマを励起するため
使用されるマイクロ波エネルギの波長よりも°Ｘ質的に
短いｈｋ大・１′法を有するように構成され、室４は電
球に対してマイクロ波エネルギを有効に結合するための
スロワＩ・８をイ゛Ｉしている。

マイクロ波エネルギは電源１２により作動されるマグ、
ネトロンｌＯによりＩＪ１合され、このマグネトロ、パ
により生成されるマイクロ波エネルギは同調スタブ（ｓ
ｔｕｂ）　１Ｂにより同調可能な矩形状の導波部１４を
介してマイクロ波室４におけるスロット８に対して送ら
れる。

マイクロ波室４の内側はＵＶ線を反射する材料で接菌さ
れ、この室は′電球により放射される遠ｕｖｎかＥｉｉ
記室から出ることを許容する開１−１１８をイ１してい
る。この間（−１は、放射される紫外線に対１１、実′
ｔ′１的に透明であるが前記室内のマイクロ波工２ルキ
に対しては実質的に不透り１である金属網２０で覆われ
ている。

パ！１まｌ−７い結束を得るため、前記室は電球を介在
することなく理想的な室を得るよう設Ｊ１される時Ｊ１
、振状逃；にはないが近似Ｊ（振（ｎｅａｒ−ｒｅｓｏ
ｎａｎｔ）を１１しるように構成されている。近似ノ（
振状態は小さな球部６に勾するエネルギの最大結合量を
生じることになり、その結果これから最大光出力星を＋
＋１：：る。結合状態を最大にするため、前記室は倍数
の波長というよりは′ｙろ１つの波長において近似ｊ（
、ＩＪｆｆｌ状態となるように構成され、このためマイ
クロ波エネルギの有効な吸収を容易にする。第４図に示
されるスロット８と開口１８の相対的な位置決めは、金
＃１２０を介する比較的均等なＵＶ出力を提供する。

マグネトロン１ｏは、２４５０Ｍ）Ｉｚの周波数におい
て約１５００ワツＩ・のマイクロ波電力を提供し、この
電）Ｊの大部分はプラズマに対１２て結合され、その結
果的５００ワシト／ｃｃの電力密度をもたらす。その結
果中じる光源は約８′３６のスペクトルの遠ｔＪＶ部分
における変換効率を有し、約１９０ワツｌ□／’ｃｃに
おいて放射する明るい電源である。

ランプが作動させられる高い重力密度が電球６の石英外
被部を非常な高温にさせることが理解されるであろう。

外被部を適当に冷却するため、複数の冷却力スの噴射が
これに向けられている間外被部が回転させられる冷却装
置が用いられている。

第３図においては、゛電球の外被部４は電動機２３によ
り回転させられるステム２９を有する。電動機の軸は、
ステｌ、２９がイ１効に１し動機軸の延長部となるよう
に機械的な継手を介してステムに対し、て連結されてお
り、第４図においてはフランジ２１．電動機取利はフラ
ンジ２４および離間ポスト２２を用いる機械的形７１．
が小されている。

第４図は、外被部が回転する時この外被部に刻して冷却
ガスを向けるための装置を示し、圧縮空僑、（ｊｔ　給
ｘｉ　３８により供給されるノズル４０．４２．４４オ
よひ４６を小していることが判る。このノズルは外被′
部の略す中心部に対して向けられており　実質的な冷却
効果を牛じるように゛回転と組合されているつｌ閾；Ｉ
Ｋシた実施例においては、全てのノズルはＪＳＩ体の中
心部を通る面内に配置されている。しかし、約２５．４
ｍｎ＋以１−の直径を有する゛電球では、ノズル４θか
室の中心面の片側に俤かに偏倚されノズル４２が６１１
の側に憧かに偏倚され、そしてノズル４４．４６につい
ても同様であれば、更に有効な冷却効果をイ１１ること
かできる。

第１図に示される光源の実際の実施態様においては、金
属製の室２は、金属網２０により覆われた約７１．１ｍ
ｍ　（２，８インチ）の円形の開［」１８を、１１する
Ａ′１９９．１１（３，トインチ）の直径の球形部であ
る。

金属網２０は、ワイヤの中心間の間隙的８．３８ｍｍ　
（０゜３３インチ）をイＩする約０．０４？、２ｎ＋ｍ
　（０，００１フインチ）の直径のワイヤの格子である
。球形のランプの外被部４は内径が１８．５１１＋１１
１であり、　２．ｉＢｉの）Ｉｇと８０１・−ルのアル
ゴンの如き希有カスで充填され、また約０．１ｍ３の小
部のＨｇＣ１□を含むものでもよい。

このように、改善された遠ＵＶ線電球ならびにこの電球
が使用（０止な光源を本願に開示した。

本発明のある実施態様を開示したが、本発明の範囲内に
該当する変更は当業者において起りうろことであり、本
発明は頭書の特許請求の範囲およびこれとＮ１のものに
よってのみ駆足されると理解されるべきである。

【図面の簡単な説明】

第１図は無電極型電球の−・実施例を小才概略図、第２
図は第１図の無電極型電球に対する水銀光Ｊｄ材対遠Ｕ
Ｖ出力の関係を示すグラフ、第３図は本発明のｑｆ１球
を内蔵する無電極型光源の一実施例を２■−す図、およ
び第４図は第３図の光源に対する７ｆ、７却装置の概略
図である。 １・・・′１”ｒＨ、Ｆ；ｋ、２・・・外被部、３・・
・取（＝Ｊけステム、４・・・プ・ｆり口ＪＩ！７　”
＋＜、６・・・電球、８・・・スｏ　、、、　Ｌｌｏ・
・・マグ２トロユ／１２・・・電源、１４・・・導波部
、１６・・スタブ、１８・・・開ｎ、２０・・・金属網
、２１・・・フランジ、２２・・・１５間ボス；・、２
３・・・電動機、２４・・・電動機取付はフラ゛′ン、
２９・・・ステム、３８・・・川幅空気供給源、４’１
．４２．４４．４Ｂ・・・ノズル。 ＩＬ　Ｐ出■人　ツユ−・ンヨンΦンステムズ・コーホ
（艮 図面の？′ＩＩ書（内容に変更なし） １Ｎ８０Ｈ５９−８７７５１（６） ＦＩＧ、２ Ｊｌ／ｍ！ 電姉体＃１１；月４）水４ｆＡ元婦付の比キ手続補正書
防式） ％式％ １、事件の表示 ’Ｆｒｌ１：１１１ｉｉｉ　５８−　１　８５２１　９
号２、発明の名称 にイ１．：０．されプこ光」ｔ−山ｔン■１″る姻てＵ
　Ｖ　Ａｒ、＋！’住り斡ト３、補正をする者 ４代　理　人〒１０７ 槌［）１：の杓、１！′出和人の欄、図面、安住状及び
その訳文手続補正書 昭和５８年１１月１５日 特許庁長官着杉和夫　　　　殿 ｌ、事件の表示 Ｑｋｉ昭５８−１８５２１９号 ２、発明の名称 改善された充填材を肩する遠ＵＶ線−球３、補正をする
責 事件との関係　　特許出願人 ４、代　理　人〒１０７ （１）　　明４１１１書ψ、９頁第２行に「最大値が約
　となり、」とあるのを、「最大値が約０．９３となり
、」に言］正する。 （２）同相１．９員第３行に「最大値が約　となる」と
あるのを、１「最大値が約０．８５となる」に訂正する
。 （３）同第９頁第４行に「最大約　」とあるのを、Ｆ最
大約０．８５　ｊに訂正する。 以上 ２６１−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、フベクトルの１ｊｉＵＶ部分において比較的高い出
   力を生ずるための無電極型電球において、イ、英の外被
   部と、 室温において前記外被部の体積の１ｍ９．当り０．５乃
   至帆ｅｐＬ文の範囲の比率の水銀を含む前記侶被部の内
   側の充填材とを含むことを特徴とする電工五〇 ２　、　ｉｉｉ記充填材がアルゴンをも含む特許請求の
   範囲第１Ｊ１′１記載の電球。 ３、前記外被部が球形状であり、ｌＯ乃至３５ＩＩｌｆ
   ｆｌの内１イを有する特許請求の範囲第２項記載の電球
   。 ４、スペクトルの遠ＵＶ部分において比較的高い出ノｌ
   を１１するための比較的明るいＳ電極型電球におい−Ｃ
   、 マイクロ波エネルギを生ずる手段と。 ・１１英の外被部と、室温において前記外被部の体積の
   １ｍ、（Ｌ当り０．５乃至０．８μ文の範囲の比率の水
   銀を含む前記外被部の内側の充填材とを含む電球と、 前記の生成されたマイクロ波エネルギを前記′電球に対
   して結合するための手段とを含むことを特６にとする無
   電極型電球。 ５、前記の結合１段が、 前記マイクロ波エネルギ）２５０ワッ＋−、／’ＣＣを
   越える゛ｒｔｔ力密度において前記゛電球に対して結合
   するための−り段を含む特許請求の範囲第４項記載の無
   ゛１゛Ｌ極型電球。 ６、前記結合手段は前記電球が配置されるマイクロ波室
   を含み、該室が内部に前記マイクロ波エネルギを導入す
   るためのスロットを有している特許請求の範囲第５項記
   載の無電極型電球。 ７、前記電球の外被部が前記マイクロ波エネルギの波長
   より実質的に小さな最大寸法を有している特許請求の範
   囲第６項記載の電球。 ８、前記マイクロ波室が遠Ｕｖ線を逃がすための開１−
   １を右し、訪問１１が遠ＵＶ線に対しては実質的に透明
   であるがマイクロ波エネルギに対しては実質的にイ：透
   明である金網により覆われ、前記外被部なその内部に持
   たない前記マイクロ波室が近似１（振腔部である特許請
   求の範囲第７項記載の゛電柱。