JP2915385B1 - ショートアーク型水銀ランプ - Google Patents
ショートアーク型水銀ランプInfo
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Abstract
率が高く、陰極先端付近における輝点移動を抑えて放射
照度のちらつきを抑制してアーク安定度を高めたショー
トアーク水銀ランプを提供すること。 【解決手段】 水銀と希ガスが封入されたショートアー
ク型水銀ランプにおいて、希ガスが少なくともArとK
rであり、ArとKrの混合ガス封入圧が室温で1.0〜
8.0atmであり、陰極の先端部の電流密度が10〜3
12A/mm2 であるショートアーク水銀ランプとす
る。さらには、陽極を上にして当該ランプを点灯する。
Description
用いられる高集光効率で光安定性のよいショートアーク
型水銀ランプに関する。
として中心波長365nm(以下i線と称す)の紫外光
を放射するショートアーク型水銀ランプが使用されてい
る。半導体集積回路の集積度は年々高まり、それに伴っ
て露光時の解像度の要求も高くなってきている。さら
に、ウエハーの大口径化もあって、露光面積も大きくな
り、あるいは高解像度達成のために利用されている変形
照明技術によって光源からの紫外光放射量の増大が要求
されている。
は莫大な設備投資が必要であり、その資金回収のため、
製品の単位時間当たりの生産高を表す指標であるスルー
プットを高めることも要求され、そのために、露光光源
にはより高い発光効率と集光効率が要求されている。
ランプの始動特性を良くしたり、ガスおよび発光管の保
温効果を狙って通常はバッファガスとしてXeが封入さ
れている。また、例えば、特開昭54−086979号
公報にみられるようにXe以外の希ガスを10atm未
満の圧力で封入することも提案されている。しかし、こ
れらの希ガスは放電開始を容易にする始動用ガスとして
封入される場合が多く、これらのガス種間でのi線出力
特性の差については十分に知られていない。
トアーク型水銀ランプでは、Xe以外の希ガスであるA
rやKrは殆ど用いられず、使用されているとしても1.
0atm未満から十分の数atm程度封入されているも
のがあるに過ぎない。
としてXeを封入したランプでは、Xeを8.0atm以
上封入するとランプから放射されるi線スペクトル幅が
拡がり露光の解像度の低下を招くことが分かった。
入したランプでは、ランプ電流の増加と共に陰極先端付
近でアークの動きが激しく輝度変動し、レチクル面上の
時間的照度変動が大きくなり、半導体の露光不良を引き
起こすことも分かった。
する課題は、上述したように光源の放射量増大の要求に
対応した、発光効率の高いショートアーク水銀ランプを
提供することと、陰極先端付近における輝点移動を抑え
て放射照度のちらつきを抑制し、アーク安定度を高める
ことである。
めに、請求項1に記載の発明のごとく、発光管内に陰極
と陽極が対向して配置されており、当該発光管内に水銀
と希ガスが封入されているショートアーク型水銀ランプ
において、封入される希ガスが少なくともArとKrで
あって、このArとKrの合計の室温での封入圧力が
1.0〜8.0atmであり、前記陰極の最先端から陰
極胴部側0.5mmの長さの間での陰極の最大横断面積
をS(mm2)とし、ランプへの供給電流をI(A)と
したとき、10≦I/S(A/mm2)≦234である
ことを特徴とするショートアーク型水銀ランプ。
点灯される請求項1に記載のショートアーク型水銀ラン
プとする。
式図を示す。陰極2と陽極3の間にアークが拡がってい
る様子を示している。前記のように、陰極2の最先端か
ら陰極胴部側0.5mmの長さの間での陰極の最大横断
面積を規定したが、通常ショートアーク型水銀ランプで
は電極間で生ずるアーク領域5は図5にて示したように
陰極先端から胴部にかけて見られ、アークが陰極2にお
いて覆っている領域は陰極2の最先端から陰極胴部側略
0.5mmの長さの間の領域である。そこが陰極先端放
電領域4である。したがって、放電に際して有効に機能
する陰極先端部は該先端から陰極胴部にかけての0.5
mmの間の領域であり、その範囲での陰極の最大横断面
積を陰極の有効先端断面積とみなし、該最大横断面の直
径を陰極の有効先端直径とする。
と、これらのガスはXeガスに比べて熱伝達率が大きい
ために、アーク周辺のガス温度が急速に低下し、したが
ってアークの収縮が起こるものと考えられる。すなわ
ち、このアーク収縮によってXeをバッファガスとして
用いたランプより放射輝度が高く、より点光源に近くな
る。したがって、集光鏡の集光効率が高くなり、その結
果、レチクル面の放射照度が高くなると考えられる。
した磁場により自己収縮をしていたアークは、軽い原子
のために急速に拡がろうとしてアーク不安定を引き起こ
すものと考えられる。そして、電流密度が低くなると自
己磁場は小さくなり、アークの自己収縮の程度も小さく
なり、アークは安定な方向へ向かうと考えられる。
いて説明する。図1は本発明のショートアーク型水銀ラ
ンプの一実施例の断面図である。石英製の発光管1の中
に陰極2と陽極3が対向配置されており、それぞれの電
極は内部リード部材12および13を介して封止部6、
7の内部で箔部8、9とそれぞれ接続されている。前記
箔部8、9には外部リード部材10、11がそれぞれ接
続されている。
いて説明する。外径約55mmの略球形の石英製発光管
1内に、タングステン製で直径20mmの陽極3と、酸
化トリウムを約2wt%含むタングステン製で有効先端
直径が1.0mmの陰極2が電極間距離4.0mmで対
向して配置されており、水銀がランプ内の単位容積当た
り4.5mg/cc封入した。ランプは定電力電源によ
り、約2100Wの入力で点灯し、陰極を上にした姿勢
とした。図2は陰極形状の断面図を示す。
作し、本発明を評価する上で基準ランプAとした。封入
ガス以外は全て同じ仕様とし、ArとKrの混合ガスを
封入したランプ(B〜F)を5種類製作した。さらに、
ArとKrにXeを加えたランプ(G〜H)を2種類製
作した。
光学系で測定した。すなわち、ランプ14を出た光は楕
円鏡15、第一平面反射鏡16を経て、コリメイトレン
ズ17、中心波長365nmでバンド幅10nmのバン
ドパスフィルター18へ到り、インテグレータレンズ1
9を通り、第二平面反射鏡21で反射され、コンデンサ
レンズ22を通り、レチクル面23上に到達する。そし
て、レチクル面23上にシリコンフォトダイオード検出
器24を配置した。この検出器24の位置は常に固定
し、各ランプを点灯してi線の放射照度を測定した。結
果を図4に示す。
1〜2%と言われており、また、4%を超えるといわゆ
る半導体製造工程の露光工程でのスループットが明らか
に改善されるということからも、基準ランプAと比較し
て相対i線放射照度が4%以上増加した場合をArガス
とKrガスの混合ガスによる効果があったとみなした。
mの混合ガスを封入したランプDと、Xeを2.0at
mのみ封入したランプAとで比較を行うと、ランプDの
方が露光機に搭載して使用した場合、レチクル面上のi
線の紫外線放射照度はランプAよりも約10%増加し
た。しかし、室温でAr5atmとKr5atmの混合
ガスの封入圧10atmで発光管に封入したランプEで
は、i線放射照度は18%増加したものの、i線のスペ
クトル幅が拡がり露光における解像度の低下を招いた。
以上のように、ランプの灯具を用いた実験では、Arと
Krの混合ガスを室温で1atmから8atm封入する
と、レチクル面の相対i線放射照度が効果的に向上する
ことが分かった。
圧力に対しても、ArとKrの混合ガスの封入圧力が1.
0から8.0atmであれば同様の効果を奏することが示さ
れる。なお、Xeの封入圧力は、ArとKrの混合ガス
の封入圧力の約3倍迄はXeの封入圧力の増加に伴って
i線の放射照度は増大するが、それ以上に増加すればi
線放射照度には低下が見られた。従って、ArとKrと
Xeの混合ガスにあっては、ArとKrの合計の封入圧
力が1.0から8.0atmであって、Xeの封入圧力はAr
とKrの合計の封入圧力の3倍以下であることが好まし
い。
実験を説明する。実施例1で試作した同型のランプにて
封入水銀量が4.5mg/cc、希ガス封入量がAr
1.5atm、Kr1.5atm、Xe0.5atmで
あって、陰極の有効先端直径を変えたランプM〜Pを試
作した。ランプ点灯には、定電流電源を用いた。
レチクル面24上のシリコンフォトダイオード検出器2
4で検出した光信号で、その出力信号の最大値をMA、
最小値をMIとして、アーク安定度の評価は、2(MA
−MI)/(MA+MI)×100%で表した。通常、
アーク安定度が5%までであれば、露光焼き付けに際し
て露光むらを生じないと言われている。この結果を図6
に示し、さらにグラフ化したものを図7に示す。この結
果より、ランプへの供給電流と陰極の有効先端断面積の
比である陰極先端電流密度I/Sが10〜234(A/
mm2)の範囲がアークの安定には適正な条件であるこ
とが分かった。
定度の激しいランプであるランプMとランプNと基準ラ
ンプAを用いて、陽極を上にして点灯して、アーク安定
度を測定した。電源に定電力電源を用いた。
M、Nでは陽極を上にして点灯するとアーク安定度が著
しく向上することが分かる。また、点灯姿勢が大地に対
して法線方向から約35%以上傾けるとアークは不安定
になった。通常ショートアーク水銀ランプでは、陽極を
下にした姿勢で点灯することで、発光管下部の最冷点温
度を上げ、点灯中の水銀の未蒸発を防止する効果に役立
つと考えられている。しかし、保温膜等を発光管の外壁
の陰極側に施すことで、陽極を上にした状態で点灯する
こともできる。ここで示したように、ArとKrを封入
したランプM、Nでは陽極を上にして点灯した時のレチ
クル面放射照度の変動は、陽極を下にして点灯した場合
に比べ、1/3から1/4に低減することが分かった。
ーク型水銀ランプにおいて、封入される希ガスが少なく
ともArとKrであって、このArとKrの合計の封入
圧力を1.0〜8atmとし、ランプ電流(I)と陰極
の有効先端断面積(S)との比I/Sが10〜234
(A/mm2)とすることで、発光効率を高くすることが
でき、i線の放射照度を上げることができ、アーク安定
度を高めることができる。そして、光源の放射量増大の
要求に対応した、発光効率の高い放電ランプを提供する
ことができる。
ランプにおいて、陽極が上に位置する姿勢で点灯される
ことにより、陰極輝点の変動を抑制し、アーク安定度を
高めることができる。
例の断面図を示す。
線強度の測定をした光学系の模式図を示す。
放射照度を示す。
す。
を示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 発光管内に陰極と陽極が対向して配置さ
れており、当該発光管内に水銀と希ガスが封入されてい
るショートアーク型水銀ランプにおいて、 封入される希ガスが少なくともArとKrであって、こ
のArとKrの合計の室温での封入圧力が1.0〜8.
0atmであり、前記陰極の最先端から陰極胴部側0.
5mmの長さの間での陰極の最大横断面積をS(m
m2)とし、ランプへの供給電流をI(A)としたと
き、10≦I/S(A/mm2)≦234であることを
特徴とするショートアーク型水銀ランプ。 - 【請求項2】 陽極が上に位置する姿勢で垂直点灯され
ることを特徴とする請求項1に記載のショートアーク型
水銀ランプ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36620497A JP2915385B1 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | ショートアーク型水銀ランプ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP36620497A JP2915385B1 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | ショートアーク型水銀ランプ |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2915385B1 true JP2915385B1 (ja) | 1999-07-05 |
JPH11191395A JPH11191395A (ja) | 1999-07-13 |
Family
ID=18486188
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP36620497A Expired - Lifetime JP2915385B1 (ja) | 1997-12-25 | 1997-12-25 | ショートアーク型水銀ランプ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2915385B1 (ja) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4400136B2 (ja) * | 2003-08-05 | 2010-01-20 | ウシオ電機株式会社 | ショートアーク型水銀蒸気放電ランプ |
JP5704301B2 (ja) * | 2010-08-24 | 2015-04-22 | ウシオ電機株式会社 | ショートアーク型放電ランプ |
JP6086253B2 (ja) * | 2014-08-28 | 2017-03-01 | ウシオ電機株式会社 | ロングアーク型放電ランプ |
-
1997
- 1997-12-25 JP JP36620497A patent/JP2915385B1/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH11191395A (ja) | 1999-07-13 |
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