JPH025357A - ショートアーク放電灯 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、半導体電子回路の回路パターン焼付は用露光
装置やＵＶスポットキュアなどのような照明光学系の光
源として使用されるショートアーク放電灯に関する。

（従来の技術） 例えば、半導体電子回路の回路パターンを焼付けるため
に使用される露光装置は、特開昭６０−５７９３０号公
報にも記載されているが、第２図に示すように、光源と
してのショートアーク水銀灯１を回転２次曲面からなる
反射鏡２１の略焦点位置に設置し、このショートアーク
放電灯１から出る光を上記反射鏡２１により集光させ、
この反射光を平面反射鏡２２にて照射方向を変更して集
光レンズ２３を通し、この集光レンズ２３でさらに集光
した光をフォトマスク２４を通して被照射面２５、例え
ば紫外線感光性樹脂を被覆した半導体ウェハーの表面に
照射するようになっている。

したがって、ショートアーク水銀灯１から放射される紫
外線により半導体ウェハー２５の表面にはフォトマスク
２４に対応したパターンが焼付けられる。

光源として用いられるショートアーク水銀灯１は、第１
図に示すように、石英ガラスよりなる発光管バルブ２の
両端を気密に閉止し、これら両端にそれぞれ口金３．４
を取付けて構成しである。

発光管バルブ２内には両端に電極支持棒５．６が封着さ
れており、これら電極支持棒５．６の先端には陽極（ア
ノード）７および陰極（カソード）８が形成されいる。

これら陽極７および陰極８は発光管バルブ２の中央部分
で微少距離を存して対向されている。これら陽極７およ
び陰極８間でショートアークの放電がなされるため発光
管バルブ２は中央部分は球または楕円球形状に脹らんだ
構造とされている。

ところで、最近においては、超ＬＳＩの一層の高集積化
が進められており、このため露光精度の高度化および露
光時間の短縮化が要求されるようになっている。

露光精度を高めるだめの手段としては、光源の細小化が
考えられ、光源を出来るかぎり点に近ずける、いわゆる
点光源化が要求される。つまり、光源を出来るかぎり小
さくすれば反射鏡２１の焦点位置に高精度で設置するこ
とが容易になり、レンズ２３を含む光学系全体での集光
効率を高めることができ、したがってスポット光が得易
くなる。

しかしながら、ランプの小形化はランプ構造上の制約か
ら限界がある。

一方、露光時間を短縮するには、発光出力の大きなラン
プが有利であり、ランプ入力の大きなランプに変更する
ことが考えられる。すなわち、ランプ人力５００Ｗの超
高圧水銀放電灯に対して、ランプ人力ＩＫＷの超高圧水
銀放電灯を使用して露光時間を１／２に短縮しようと考
える。

しかしながら、ランプ入力を２倍にしても単純に発光出
力が２倍になるものではなく、しかもこのような場合は
必ずやランプの大形化を伴う不具合がある。

（発明が解決しようとする課題） すなわち、ランプの発光出力を増加させるためにランプ
入力を大きくするとバルブ形状が大形化し、アーク径も
太くなって発光効率（輝度）の低下を招くばかりでなく
、このような場合は光源が点光源にならず、アークが反
射鏡２１の焦点位置からはみ出すことになるから反射鏡
２１や集光レンズ２３による集光性が低下し、被照射面
２５で光が拡散してしまい露光精度が低下する不具合が
ある。

また、ランプの大形化は輻射熱の増大を招き、照明装置
に冷却対策などが必要となるから照明装置全体が複雑に
なるなどの欠点も生じる。

本発明は、バルブの大きさやランプ入力を大きくするこ
となく、アークを細くするとともにアークの輝度を高め
、露光能率が向上するショートアーク放電灯を提供しよ
うとするものである。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の１番目は、光源から出た光を反射鏡およびレン
ズを介して被照射面に集光させる光学系における上記光
源として用いられ、発光管内に一対の電極を設けたショ
ートアーク放電灯において、上記発光管内に、水銀およ
び希ガスに加えてハロゲンを封入し、このハロゲンの封
入量は水銀との封入モル比で、３．５Ｘ１０−５〜３．
５×１０−３としたことを特徴とする。

また、本発明の２番目は、発光管内に上記水銀および希
ガスならびにハロゲンに加えて、ガドリニウム、プラセ
オジム、サマリウム、ランタン、インドリウム、１ノニ
ウム、テルビウム、ユーロピウムのうちの少なくとも一
種を封入したことを特徴とする。

（作用） 従来のショートアーク水銀灯の場合、発光管内に水銀お
よびアルゴンよりなる希ガスを封入している。そして従
来では円滑な始動および安定した放電を行わせるために
アルゴンガスの純度は高い程良いと考えられていた。こ
のようなアルゴンガスにハロゲンを混入すると、ハロゲ
ンは電子親和性が高く、電子と結合してアーク中の電子
数を減じさせため、アークは電子密度の高い陽極と陰極
との最短距離上に位置するようになり、アーク径が絞り
込まれる現象が見られる。このような現象はロングアー
ク放電灯では電極間距離が長いからアークの揺れや不安
定を招き、ランプ立消えの原因となり、不具合要因とし
て嫌われていた。

これに対して本発明は、電極間距離が短いショートアー
ク放電灯であるので、この場合はむしろアークが細く絞
られることから、発光領域が小さくなって点光源に一層
近すき、かつ輝度が高くなることが判った。

本発明の１番目はこのような原理を利用して、発光管内
に水銀および希ガスに加えてハロゲンを封入し、ハロゲ
ンの封入量を、アークが細く絞り込まれて輝度が高くな
り、しかも立消えを生じない程度の量に規制し、これに
より初期の目的を達成することができるものである。

また、本発明の２番目によれば、ハロゲンに加えてさら
にガドリニウム、プラセオジム、サマリウム、ランタン
、イツトリウム、レニウム、テルビウム、ユーロピウム
のうちの少なくとも一種を封入したので、Ｇ線（４３６
ｎｍ）の発光スペクトルが増し、光出力の一層の増加が
可能になる。

（実施例） 以下本発明について詳細に説明する。

なお、本発明のランプ構造は従来と同様であってよいか
ら、第１図および第２図を用いた従来構造の説明により
本発明の説明を兼用するものとし、ここでの説明を省略
する。

ランプ電圧５０Ｖ、定格ランプ入カフ５０Ｗ。

電極間距離３■のショートアーク水銀灯１においては、
発光管バルブ２内に水銀を１．７Ｘ１０−４（ｍｏｌ　
／ｃｃ）　、およびアルゴンガスを電極物質が飛散する
のを防止する目的で、常温時５００　Ｔｏｒｒ封入しで
ある。

また、この発光管バルブ２内にはノ１０ゲンとして沃素
を封入してあり、この沃素の封入量は水銀との封入モル
比で、３．５Ｘ１０″５〜３．５×１０−３に規制しで
ある。

さらに発光管バルブ２内には、上記ハロゲンに加えて、
サマリウムをハロゲンの化学当量と同等となる量で封入
しである。

このような構成のショートアーク水銀灯１においては、
点灯時に、放電空間内には水銀蒸気と、アルゴンガスお
よびハロゲンとして沃素ならびにサマリウム蒸気が存在
する。

上記沃素などのハロゲンは、電子親和性が高く、電子と
結合し電子数を減じさせる。この結果アークは電子密度
の高い陽極７と陰極８との最短距離上に位置するように
なり、アーク径が絞り込まれる。すなイっち、アークは
陽極７と陰極８とを結ぶ最短距離上で細くなる。

そして、この場合電極間距離が短く、かつハロゲン封入
量を適当に規制しているので、アークの揺れや不安定さ
は生じなく、ランプ立消えはない。

このように、アークが細く絞られることから、発光領域
が小さくなって点光源に近ずき、かつ発光効率が向上し
て輝度が高くなる。

したがって、光源が小さくなるので、反射鏡２１の焦点
位置に高精度で設置することが容易になり、レンズ２３
を含む光学系全体での集光効率を高めることができ、こ
のことから高精度なスポット光を得ることができる。

また、アークが細くなることから輝度が増し、発光強度
が向上する。よって露光時間を短縮することができ、露
光能率が向上する。

沃素は上記のような作用を奏するが、この沃素とともに
封入されたサマリウムは、Ｇ線（４３６ｎｍ）の発光ス
ペクトルを増強し、このため沃素のみを封入した場合よ
りもさらに４３６ｎｍの発光スペクトルが増し、光出力
の向上が可能になる。

上記のような作用を奏するためにはハロゲンの封入量は
最適量に規制されなければならない。このため本発明者
等はハロゲンの封入量について実験を行ない最適範囲を
調べた。

第１表は、前記定格ランプ入カフ５０Ｗのショートアー
ク水銀灯１について、沃素封入量を封入水銀に対して種
々変えた場合のモル比と、光強度の変化具合を示す。

なお、光強度比は非照射面２５の表面でのＧ線（４３６
ｎｍ）の強度を、従来ランプを１００として比較したも
のである。また、この場合サマリウムは封入していない
。

上記実験結果から、沃素封入量（モル比）が３．５Ｘ１
０″５未満の場合は、沃素封入量が少なくて光強度の向
上は望めず、沃素を封入する初期の目的が達成されない
。ただし、この場合はアークが太く、安定した放電が維
持される。

また、沃素封入量（モル比）が３．５Ｘ１０−３を越え
ると光強度の点では優れているが、アークが細くなりす
ぎて不安定になり、揺れ等により立〆肖えを生じるもの
力くみられる。

このようなことから、沃素の封入量は水銀封入量とのモ
ル比で、３．５Ｘ１０−’〜３．５×１０−３の範囲に
規制される必要があり、特に望ましくは３．５Ｘ１０−
４〜２．０Ｘ１０−３の範囲か良い。

次に、ハロゲンにさらにサマリウムを加えた場合の光強
度の変化具合を調べた。その結果を第２表に示すが、サ
マリウムの封入量は沃素の化学カニと同量である。なお
この場合の光強度比も、非照射面２５表面でのＧ線（４
３６ｎｆｆｌ）の強度を、従来ランプを１００として比
較したものである。

第２表から判かるように、サマリウムを加えないＮｏ２
および３の場合より、サマリウムを加えたＮｏ６および
７の場合がＧ線（４３６０１１）の強度が増加しており
、したがって露光時間の短縮に一層有効である。

なお、本発明は上記実施例に制約されるものではない。

すなわち、ショートアーク水銀灯の定格ランプ入力は７
５０Ｗ以外に、他のランプ電力でも実施可能である。

また、ハロゲンとしては、沃素の他に臭素、フン素、塩
素などであってもよく、これらは単独で使用しても、ま
たは複数種を混合して使用してもウムＧｄ、プラセオジ
ムＰｒ、ランタンＬａ、イツトリウムＹルニウムＲｅ、
テルビウムＴｂ。

ユーロピウムＥｕであってもよく、これらは単独で使用
しても、または複数種を混合して使用してもよい。

そして、これらサマリウム等の金属は、ランプ消灯時に
はハロゲンと反応したハロゲン化物を作り、ランプ点灯
中にハロゲンと分離する。したがって、サマリウム等の
金属およびハロゲンは、予めランプの外部でハロゲン化
物としておき、この形懸で発光管バルブ内に持込むこと
ができる。

さらに本発明は、半導体電子回路の回路パターン焼付は
用露光装置に適用することに制約されるものではなく、
ＵＶスポットキュアなどにも適用可能である。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明の１番目によると、発光管内
に封入したハロゲンがアークが細く絞り込んで輝度を高
くする作用を奏するので、集光性を高めて露光精度の向
上が可能となり、光出力を増して露光時間を短縮させる
ことができ露光性能か向上する。

また、本発明の２番目によれば、サマリウム等の金属が
Ｇ線のスペクトル強度を高くするので、光強度の一層の
向上が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、本発明の一実施例および従来の
構造を説明するのに共通して用いたもので、第１図はシ
ョートアーク水銀灯の構成図、第２図は半導体電子回路
の回路パターン焼付は用露光装置を示す概略的構成図で
ある。 １・・ショートアーク水銀灯、２・・・発光管バルブ、
７・・・陽極、８・・・陰極、 ２１・・・反射鏡、２３・・・レンズ、２５・・・被照
射面。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 １２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）光源から出た光を反射鏡およびレンズを介して被
   照射面に集光させる光学系における上記光源として用い
   られ、発光管内に一対の電極を配設したショートアーク
   放電灯において、 上記発光管内に、水銀および希ガスに加えてハロゲンを
   封入し、このハロゲンの封入量は水銀との封入モル比で
   、 ３．５×１０＾−＾５〜３．５×１０＾−＾３としたこ
   とを特徴とするショートアーク放電灯。 （２）上記発光管内には、水銀および希ガスならびにハ
   ロゲンに加えて、ガドリニウム、プラセオジム、サマリ
   ウム、ランタン、イットリウム、レニウム、テルビウム
   、ユーロピウムのうちの少なくとも一種を封入したこと
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載のショートアー
   ク放電灯。