JPH0587937B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体ウエハーの露光用光源として
好適に使用されるシヨートアーク型水銀蒸気放電
灯に関するものである。

〔従来技術とその問題点〕

例えば、半導体製造における焼付行程において
は、半導体ウエハーに紫外線領域の所定波長の光
を完全な平行光で照射する必要がある。このため
に、半導体ウエハーの露光用光源としては、バル
ブの発光空間内にタングステンを主とする陽極と
陰極が対向配置されるとともに発光空間内に水銀
と希ガスが封入され、点光源に近い小さなアーク
輝点が形成されるシヨートアーク型の水銀蒸気放
電灯が使用されることが多い。そして、光の強度
を高めるために、反射鏡の焦点に配置される輝点
をできるだけ小さくして鮮明にする必要があるの
で、陰極先端部はコーン状にし、陽極先端部は断
面形状を台形にして平坦部を設け、アークが陰極
の尖つた先端から陽極の平坦部に向けて広がつて
アーク輝点が陰極の先端にだけ形成されるように
している。

ところで、かかる放電灯は、短いサイクルで点
灯と消灯を繰り返すことができないので、ステツ
プアンドリピート方式の場合は、放電灯を常時点
灯しておき、紫外線を照射するときのみシヤツタ
ーを開けて定格電力で点灯する高入力点灯とシヤ
ツターが閉じているときは定格電力以下で点灯す
る低入力点灯を交互に繰り返す点灯方式（以下、
パルス点灯方式と称する）を採用し、電力消費量
を低減するとともにシヤツター内の過熱を防止し
ている。

しかしながら、かかるパルス点灯方式を採用す
ると、連続点灯方式に比べて陽極の熱損傷が激し
くなる問題点がある。この陽極の熱損傷は、陽極
先端のアーク径が小さくて電流密度が局部的に増
加したり、タングステンの結晶断面が長くなつた
状態で露出したり、表面に微小な凹凸が存在する
部分にアークがかかつた場合に、その部分のタン
グステンが蒸発することにより生じるものと推測
されている。ここで、陽極先端のアーク径は陽極
の平坦部の大きさと関係があり、平坦部が大きく
なるとアーク先端が収縮して狭い範囲で放電する
ので電流密度が局部的に増加し、逆に平坦部が小
さくなるとアーク先端が広がつて平坦部周囲の傾
斜部にかかるが、傾斜部はタングステン結晶の断
面が長くなつた状態で露出するとともに切削時に
微小な凹凸が形成されるのでタングステンの蒸発
が促進される。そして、蒸発したタングステンが
バルブ内壁に付着して黒化し、放電灯の使用寿命
が短くなる。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、パルス点灯しても、陽極から
のタングステンの蒸発が少なくて使用寿命の長い
シヨートアーク型水銀蒸気放電灯を提供すること
を目的とする。

〔発明の構成とその作用〕

本発明の構成は、バルブの発光空間内に、先端
に平坦部を有する陽極と先端がコーン状の陰極が
対向配置され、該発光空間内に水銀と希ガスが封
入されて、定格電力で点灯される高入力点灯と定
格電力以下で点灯される低入力点灯が交互に繰り
返されるシヨートアーク型水銀蒸気放電灯におい
て、陰極の先端に形成される輝点の輝度の５％以
上の範囲をアークとするとき、陽極の平坦部が高
入力点灯時の陽極先端のアーク径に一致する大き
さであることを特徴とする。

両電極間の放電によつて発生するアークの外郭
は必ずしも明確ではなくて電極中心から離れた外
側ほど輝度が小さくなるが、陰極の先端に形成さ
れる輝点の輝度の５％以上の範囲は放電電流密度
も大きくて実質上アークとみなすことができる。
そして、陽極の平坦部が陽極先端のアーク径に一
致する大きさであるので、つまり陽極先端のアー
クが平坦部周囲の傾斜部にかからない限度におい
て最大の大きさに広がるので、平坦部の電流密度
が小さくなつてタングステンの蒸発が抑制され、
かつタングステンが蒸発し易い傾斜部からも蒸発
しないので、バルブが黒化しにくく、放電灯の使
用寿命が長くなる。

〔実施例〕

以下に図面に示す実施例に基いて本発明を具体
的に説明する。

第１図は、半導体ウエハーの露光用光源として
使用される定格消費電力が1KWのシヨートアー
ク型水銀蒸気放電灯を示す。石英ガラスからなる
バルブ１の中央膨出部１２内が発光空間１１であ
り、このバルブ１内には所定量の水銀と希ガスが
封入されている。中央膨出部１２の両側から封止
管部１３が伸び、封止管部１３に金属箔４がそれ
ぞれ埋設されている。そして、発光空間１１に、
端部がそれぞれ金属箔４に接続されたタングステ
ン製の陰極２と陽極３が対向配置されている。こ
こで、陰極２は、先端が尖つたコーン状である
が、陽極３は、先端のテーパー部が切截されて平
坦部３１が形成されており、その周囲が傾斜部３
２である。そして、平坦部３１の大きさは、高入
力点灯時に発生するアークの陽極先端における径
に一致する大きさになつている。また、陰極２の
先端と平坦部３１との電極間極は2.9mmである。
そして、かかる放電灯が、陰極２を上方にした垂
直姿勢で点灯されるが、定格消費電力の1KWと
定格消費電力より低い700Wで、例えば0.4秒サイ
クルで交互にパルス点灯される。

第２図は、平坦部３１の大きさを変化させた場
合の高入力点灯時のアークＡの状態を示す。ここ
で、陰極２の先端で形成される輝点Ｋの輝度の５
％以上の範囲をアークＡと定義している。第２図
イは平坦部３１の直径φが２mm、ロは直径φが３
mm、ハは直径φが４mmの場合を示すが、直径φが
変化すると陽極３におけるアークＡの径も変化す
る傾向にある。そして、第２図イで示すように、
直径φが２mmの場合は、アークＡが傾斜部３２ま
でかかり、傾斜部３２におけるタングステンの蒸
発が大きくなる。また、第２図ハで示すように、
直径φが４mmの場合は、アークＡが収縮して平坦
部３１の中央部に集中し、その部分の電流密度が
大きくなるので、平坦部３１のタングステンの蒸
発が大きくなる。これに対して、第２図ロで示す
ように、直径φが３mmの場合は、アークＡが傾斜
部３２にかかることなく、平坦部３１一杯に広が
る。このために、平坦部３１の電流密度が小さく
なつてタングステンの蒸発が抑制され、かつタン
グステンが蒸発し易い傾斜部３２からも蒸発しな
い。従つて、平坦部３１の大きさを高入力点灯時
の陽極先端におけるアークＡの径に一致する大き
さ（本実施例では直径φ＝３mm）にしておけば、
タングステンの蒸発が抑制され、バルブが黒化し
にくくて放電灯の使用寿命が長くなる。

次に、平坦部３１の大きさが２mmφ，３mmφ，
４mmφの３種類の放電灯の寿命試験を行つたが、
その結果を第３図に示す。ｇ線の強度が初期値の
70％に減衰した時点をもつて寿命が尽きたと判断
すると、平坦部３１の大きさが３mmφ（高入力点
灯時のアークＡの径に一致する大きさ）の場合が
最も長くて1450時間であつた。一方、４mmφの場
合が最も寿命が短くて550時間であり、２mmφの
場合がほぼ中間の寿命であつた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のシヨートアーク
型水銀蒸気放電灯は、陰極の先端に形成される輝
点の輝度の５％以上の範囲をアークとするとき、
陽極の平坦部の大きさを高入力点灯時の陽極先端
におけるアーク径に一致するようにしたので、パ
ルス点灯した場合でも、陽極からのタングステン
の蒸発が抑制され、バルブが黒化しにくくて使用
寿命の長くなり、半導体ウエハーの露光用光源に
好適に使用できるシヨートアーク型水銀蒸気放電
灯とすることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はシヨートアーク型水銀蒸気放電灯の全
体図、第２図イ〜ハは陽極先端とアークの関係説
明図、第３図は寿命試験の説明図である。 １……バルブ、１１……発光空間、１２……中
央膨出部、１３……封上管部、２……陰極、３…
…陽極、３１……平坦部、３２……傾斜部、４…
…金属箔、Ａ……アーク、Ｋ……輝点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ バルブの発光空間内に、先端に平坦部を有す
   る陽極と先端がコーン状の陰極が対向配置され、
   該発光空間内に水銀と希ガスが封入されて、定格
   電力で点灯される高入力点灯と定格電力以下で点
   灯される低入力点灯が交互に繰り返されるシヨー
   トアーク型水銀蒸気放電灯において、 陰極の先端に形成される輝点の輝度の５％以上
   の範囲をアークとするとき、陽極の平坦部が高入
   力点灯時の陽極先端のアーク径に一致する大きさ
   であることを特徴とするシヨートアーク型水銀蒸
   気放電灯。