TW444229B - Short arc type mercury lamp - Google Patents

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經濟部中央揉準局貝工消費合作社印製 444 22 9 A7 ____B7五、發明説明（l ) 【產業上的利用領域】 本發明係關於短電弧型的水銀燈，尤其係有關於以大 電力被利用做爲點燈之半導體露光裝置之光源的短電弧型 水銀燈。 【以往技術】 以往眾所使用的半導體晶圓之露光裝置上密封著水銀 和不活性氣的短電弧型水銀燈。此燈在中央部上具有略呈 橄欖球狀的發光部，其內部陰極和陽極接近地配置著。 陰極和陽極之間會產生電弧放電，爲使此放電做得良 好，陰極的尖端被加工成圓錐狀，而陽極的尖端被加工成 略呈半面球狀。 用於此用途之水銀燈主要點燈電力爲1 kw〜5 kw 小電力用燈使用自密封部延伸的棒吠構件之尖端加工成圓 錐狀的陰極。另一方面，約1.4kw以上較高電力的燈 ，則是將此外徑大於棒狀構件陰極安裝在自密封構件延伸 的棒狀構件的尖端。此係因一達高‘電力，加諸於陰極的負 擔會變大，爲了減少此負擔之故。 另一方面，此短電弧型水銀燈於露光裝置下係使陽極 在下方，陰極在上方地呈垂直配置點燈。這係因點燈中陽 極會比陰極還高溫，故於發光管內部引起封入氣體的對流 〇 再具體說明此對流，被溫熱過的封入氣體會自陽極的 側部上升，通過電弧的周圍，進一步地沿著陰極的側面流 n n n I m n n T ti fn I I n I T -9 (請先閲讀背面之注意Ϋ項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標隼（CNS ) A0見格（2丨0X297公釐） -4 - 444 22 9 經濟部中央標準局員工消費合作社印象 A7 _B7五、發明説明（2 ) 動。再一方面，因爲陰極的尖端部被加工成圓錐狀，對流 方向因此圓錐形狀受到限制，此受到限制的氣體會照著圓 錐的角度衝撞至發光管內面爲止4然後，此衝撞到發光管 內面的氣體會成爲局部性的，所以在此局部會附著著黑化 物。此黑化物有時也會附著著封入氣體的成分、也就是說 ，附著著水銀及不活性氣體，除此之外，還會附著著電極 的構成物質*例如：多附著鎢等等。這是電極在燈的點燈 中時，例如達到2 0 0 0 °C的高溫而蒸發所致。 不過•用於以往的半導體露光裝置之短電弧型水銀燈 ，例如：係以使用1 0 0小時左右爲目的，以這種程度的 使用而當做該燈的壽命處理，而將新的燈裝在裝置上。 另一方面，上述黑化物的發生，在1 0 0小時左右的 點燈時幾乎都不會發生·也就是也不會產生上述問題。但 最近要更長時間使用水銀燈的要求提高，例如·‘將目標訂 在i 0 0 0小時左右，也就是說，要求燈放射強度要充分 維持至此要求時間爲止。 【發明所欲解決之課題】 本發明所欲解決的課題係在於能夠提供經長時間穩定 點燈的燈。 【解決課題之手段】 爲解決上述課題，本發明具有下列特徵： 陰極和陽極接近地配置在發光管的內部，其兩端上具 —^1 nn m 为-" (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 444 2 2 9 經濟部中央樣率局員工消费合作杜印製 A7 B7五、發明説明（3 ) 有密封部，陰極被安裝在自前述密封部延伸的棒狀構件之 尖端*係以大於此棒狀構件外徑的外徑所構成，並且，該 密封部側的後端係斜面狀的。 更進一步地，陰極的斜面可定在2 0°〜4 0°的範 圍內。 再更進一步地•發光管係做成橄欖球狀的形狀1陰極 的尖端可以採取突出於比位在發光管之電極延伸方向之中 心位置還靠陽極側的構成。 甚至，棒狀構件上可以捲鎢絲線圈》 【作用】 本發明者們經重覆專心檢討研究結果，發現藉著在陰 極的後端設斜面，可變化在發光管內部之封入氣體的對流 ，並且隨著此變化，成功地使黑化物的附著位置發生在不 會直接有助於露光處理之密封部附近。 再者，發現了此斜面亦藉著將其角度定在20°〜 4 0°的範圍，最具效果地使黑化k發生在密封部附近》 進一步地，找到了陰極的尖端使其突出在比位在發光管電 極延伸方向之中心位置還靠陽極側的地方，更深一層地提 高了效果。 更進一步地發現在陰極的小徑部上捲上鎢絲線圈，可 吸附不純的氣體，而能夠抑制黑化物的發生。 【實施例】 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2tOX297公釐） " -6 - (讀先《讀背面之注意事項再填寫本頁) 444 22 9 A7 B7 經濟部中央揉準局舅工消費合作杜印製 五、發明説明（4 ) 第1圓係顯示有關本發明之短電弧型水銀燈，其構成 係： 在由石英玻璃所構成的發光管1的中央有發光部，其 兩側上有密封部1 2、1 3。在發光部1 〇的內部，陰極 2 0與陽極3 0分別被保持在由密封部1 1所延伸的棒狀 構件2 1 、3 1上，在發光部1 〇的略微中央附近以間隙 對向配置。在密封部1 2、1 3上，配置著省略了圖示的 金屬箔、外部導棒，與棒狀構件2 1、3 1做電力的連接 。在發光部10的密封部12、13側之根部，熔著著構 成發光部1 0外管的石英玻璃和棒狀構件2 1、3 1，做 成發光部10內部氣密的構造》 發光部1 0係做成略呈橄欖球狀的形狀，於其內部具 有發光空間。 在發光部1 0的內部混入著水銀和不活性氣體。封入 量舉一例：水銀對發光部的內容稹比的2 Omg/c C， 不活性氣體則封入氙氣4 0 h P a。發光部1 〇的內容積 ，例如：爲1800cc ，陰極和'陽極的間隙爲6mm左 右。 陰極2 0的尖端係呈圓錐狀的，陽極3 0的尖端則呈 半面球狀。 此水銀燈例如：係以點燈電壓5 8 V、點燈電流 6 0A、點燈電力3 5 0 0W之下點燈。 第2圖係顯示陰極2 0的放大圖。 棒狀構件2 1例如：係由6mm的鎢絲所構成，其周 本紙張尺度適用中囷國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） ----------^— (請先閱讀背面之注f項再填寫本頁) 訂 7 A7

444 2 2 9 (請先閱讀背面之沒急事項再填寫本頁) i 裝--------訂-------1·綠 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（5 ) 圍捲著鎢絲線圈2 2。此線 、長度2 5mm約捲1 7次 陰極2 0係由鎢絲組成 mm、外徑D 2爲7mm。 的電子放射性物質。並且， 性，而加工成圓錐狀，其尖 另一方面，在陰極2 0 面2 3。此斜面23例如圖 本發明當中所謂的斜面 Θ ° 在此，發光部1 0的內 成，點燈中在此空間內會產 會與彼此複雜地作用並決定 極間的距離等》 但是，本發明中發現這 2 0的後端這件事，係造成 構件21的根部方向的這一 現到自陽極附近加溫上升的 端的圓錐形狀上，而是沿著 極支持的棒狀構件之根部與 再將這件事利用第3圖 面上升的氣流會流到如圚示 方向。並發現規定斜面2 3 (D )方向的氣體之比例增加 圈22例如：線徑1 . 5mm 左右。 ，例如：使用外徑D1爲10 然後，陰極2 0內添加有钍等 陰極的尖端應要提高電子放射 端則呈平坦狀。 的棒狀構件側的端部，形成斜 中所示的角度0爲30° 。 角度，是指如圖2所示的角度 部空間如前所述，係氣密地構 生對流，而此對流的流動方向 電極的溫度、電極的大小、電 些要因當中，將斜面設在陰極 將氣體導向上方，也就是棒狀 點的相當大的要因。意即，發 氣流不會被限制方向在陰極尖 陰極的側面上升，能夠於與陰 發光管衝撞。 加以說明’沿著陰極2 0的側 的（A)、（B)' (c)、（D)的 的角度0非常有助於使流動到 本紙張尺度適用中舀國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 8 經濟部中央標丰局員工消費合作社印製 444 2 2 9 A7 B7 五、發明説明（6 ) 茲將斜面角0與氣流方向之關係之實驗結果顯示如下 表β 斜面角（0 ) 氣流的流向 評價 0。 (A ) 幾乎無效果 1 0 0 (A ) 幾乎無效果 2 0° (C ) 有效果 3 0° (D ) 相當有效果 4 0° (C ) 有效果 5 0° (B ) 效果少 6 0 ° (B ) 效果少 7 0 ° (B ) 效果少 8 0° (A ) 幾乎無效果 .策— (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度遺用中國國家樣準（CNS ) Α4規格（2]0X297公釐） -9 - 444 22 9 A7 B7 五、發明説明（7〉 實驗係使用變換斜面角0的燈，各使點燈1小時，觀 察發光部1 0內部的氣流流向，從此氣流的流動，推定發 光管內壁的黑化物附著位置。此黑化物的發生就如前述地 ，需要相當程度的點燈時間1而氣流的流動則可以使用太 陽眼鏡很容易做目視觀察。評價係氣流的流動則是會上升 至發光部1 0的根部，也就是靠近密封部1 2的近側著爲 「有效果」β 在實驗中，將第1圖所示的水銀燈以5 8V、 3 5 0 0W進行點燈，但若是1 KW以上的水銀燈，可以 獲得大致相同的效果。 其結果，若斜角0是在20°〜40°範圍內*就能 夠使黑化物的附著發生在發光部1 0的根部附近。另一方 面，半導體露光裝置下，由於在來自於燈的放射光當中， 只有將電弧的輝點當做中心使放射在特定角度之範圍內的 光會有助於露光之故，所以使黑化物產生在上述特定角度 的範圖外結果可以做長時間的露光處理》 經濟部中央標隼局員工消費合作社印裂 ^1. I -I II _ ......I 良 I 1 - -- -I I---- X. ^ ，νβ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 再者，本發明之水銀燈，藉由te附鎢絲線圈於棒狀構 件2 1上，當氣流通過線圈2 2的周邊時*便能夠良好地 吸收含在氣流中的鎢等不純物質。也就是說，能夠使附著 在發光部10內面上的黑化物量減少。 第3圖係顯示在發光部1 〇的內部空間內|使形成於 陰極2 0的尖端之電弧輝點T位於比燈的電極方向的中心 還靠陽極3 0側的狀態。 如此一來，藉著將電弧輝點T的位置配置在比中心線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） 10 - 經濟部中央標準局貝工消費合作社印製 444^29 A7 B7 五、發明説明（8 ) L還要偏下方的位置，自電弧輝點T放射出來的光亦可整 個移動到下方。也就是說’直接有助於露光處理的有效放 射光亦可以將燈的位置當成基準，使整個移行到下方· 這件事意味著，於發光部1 0的陰極側，即使附著著 黑化物，亦可廣爲得到不妨礙到露光處理的領域。然後， 加上申請專利範圍第1項的斜面之發明，而能夠相乘地提 高燈的壽命。 具體而言，陰極2 0的尖端突出於比中心線L偏3 mm的下方》此突出經實驗性判明1 第4圖係顯示使用了有關本發明之短電弧型水銀燈的 露光裝置的概略圖。 燈40係被配置在集光鏡4 1之中，而集光鏡4 1的 第1焦點上配置著燈4 0的電弧輝點。燈4 0利用電源 4 2供應經控制的電力。 來自集光鏡4 1的反射光，以及來自燈4 0的直射光 利用反射鏡43、積分透鏡44、反射鏡45、凝聚透鏡 4 6所組成的光學系統被導至光罩、7上。描繪在此光罩 4 7上的回路型式投射，介由集光透鏡4 8照射晶圓W。 在此燈4 0係如前述地陰極在上方、陽極在下方呈垂 直點燈，來自於陰極尖端的電弧輝點Τ有效放射角度a的 光會被導至反射鏡4 3，有助於前述晶圓W的露光。然後 ，透過脫出角度a的陰極側的發光管之光並不會被利用於 露光處理。 本紙張尺度適用t國國家標华·（ CNS ) A4現格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 装-

,1T 444229 A7 B7 五、發明説明（9 ) 【發明效果】 如上所說明地|有關本發明之短電弧型水銀燈藉著在 陰極的後端上設斜面，可以使黑化物的附著發生在對露光 處理無直接貢獻的密封部附近。 而且，此斜面角度藉著將它定在2 0°〜4 0°的範 圍，能夠更有效果地使黑化物發生在密封部的附近^ 進一步，陰極的尖端藉著突出於比位在發光管電極延 伸的方向還偏向陽極側，而能夠使燈所放射出來的光當中 有助於露光處理的光對著整個燈的位置移行至下方。 更進一步地，藉著在陰極側的棒狀部分上拌捲鎢絲線 圈，可吸附住不純氣體，並能夠抑制黑化物的發生》 【圖面簡單說明】 第1圖係顯示有關本發明之短電弧型水銀燈。 第2圖係顯示有關此發明之陰極的放大圖。 第3圖係表示位在有關本發明的短電弧型水銀燈內部 之氣流流向與黑化物之關係圖。 ' 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 第4圖係顯示使用有關本發明之短電弧型水銀燈之露 光裝置^ 【圖號說明】 1 發光管 10 發光部 12 密封部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > Α4規格（210 X 297公釐） 12 - 444229 A7 B7 五、發明説明（ίο 1 3 密 封 部 2 0 陰 極 2 1 棒 狀 構 件 2 2 線 Μ 圈 2 3 斜 面 3 0 陽 極 3 1 棒 狀 操 稱 件 --------- 裝------訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29?公釐） 13

Claims (1)

1. I 444229 六、申請專利範圍 附件： 第85 1 05 953號專利申請案 中文申請專利範圍修正本 民國86年2月修正 1 . 一種短電弧型水銀燈，主要將陰極和陽極接近地 配置在發光管的內部，其兩端上具有密封部的短電弧型水 銀燈，其特徵係：前述陰極被安裝在自前述密封部延伸的 棒狀構件的尖端，以大於此棒狀構件外徑的外徑所構成， 並且，該密封部側的後端係呈斜面狀。 2，如申請專利範圍第1項之短電弧型水銀燈，其中 前述斜面在20°〜40°的範圍。 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ， 點還 燈光置 銀 {位 水點心 型輝中 弧弧之 電電向 短的方 之間伸 項之延 1 極的 第陽極 圍述電 範前之 利和管 專極光 請陰發 申述著 如前對 •在比 3 成在 形位 ’ 係 中 其 陽 靠 中 其 燈 銀 水 型 弧 電 短 。 之圈 項線 1 絲 第鎢 圍有 範捲 利復 專上 請件 申構 如狀 . 棒 。4 述 側 前 極 在 *?τ 經濟部中央標準局員工消费合作社印掣 張 -紙 本 準 揉 家 一國 -國 中 一用 I逍 公 7 9 2