JPH0423378B2 - - Google Patents

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JPH0423378B2
JPH0423378B2 JP58185219A JP18521983A JPH0423378B2 JP H0423378 B2 JPH0423378 B2 JP H0423378B2 JP 58185219 A JP58185219 A JP 58185219A JP 18521983 A JP18521983 A JP 18521983A JP H0423378 B2 JPH0423378 B2 JP H0423378B2
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JP
Japan
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light bulb
electrodeless
microwave
bulb
ultraviolet rays
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JP58185219A
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JPS5987751A (ja
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Jii Yuurii Maikeru
Eichi Utsudo Chaaruzu
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Fusion Systems Corp
Original Assignee
Fusion Systems Corp
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00—Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70—Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70008—Production of exposure light, i.e. light sources
    • G03F7/70016—Production of exposure light, i.e. light sources by discharge lamps
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J65/00—Lamps without any electrode inside the vessel; Lamps with at least one main electrode outside the vessel
    • H01J65/04—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels
    • H01J65/042—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field
    • H01J65/044—Lamps in which a gas filling is excited to luminesce by an external electromagnetic field or by external corpuscular radiation, e.g. for indicating plasma display panels by an external electromagnetic field the field being produced by a separate microwave unit

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Discharge Lamps And Accessories Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特に、遠紫外線光源（deep
ultraviolet light）において使用するための改善
された電球に関し、また改善された電球を内蔵す
る光源に関する。
遠紫外（deep UV）線光源の重要な用途は半
導体フオトリトグラフの実施にある。従来のUV
フオトリトグラフにおいては、製造される集積回
路の特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
紫外線によるUV検知用フオトレジストでコーテ
イングを施した半導体ウエーハに対して結像され
る。このパターンがウエーハ上に露出された後、
このウエーハは更に処理されて、最後にはトラン
ジスタ素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得られるよりも
細い線を有するパターンを半導体基板上に結像さ
せることが必要であり、このため遠UV（210〜
240nｍ）を生じる光源が提起され、ある程度利
用されてきた。半導体フオトリトグラフにおいて
使用される改善された無電極型遠UV光源につい
ては、本願と同じ譲受人に対し譲渡された係属中
の米国特許第362825号および同第381481号におい
て開示されている。
フオトリトグラフのための有効な無電極型遠
UV領域において、またある用途においては特に
220〜230nｍ以内の帯域巾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
る充填物を有する電球を提供することが必要であ
る。既存の無電極型電球および従来技術によつて
構成された電球のこれ等の教示は必要な遠UV出
力を有する必要な明るさのレベルにおいて実施す
ることはできないことが判つた。
このような従来の無電極型電球は、米国メリー
ランド州ロツクビィルのFusionSystems社により
製造される工業的硬化工程のための線形電球、お
よび米国特許第3943402号、同第3943401号、同第
4185228号、同第3942058号、同第3933927号およ
び同第4001031号において開示された他の幾何学
的形状の無電極型電球を含んでいる。前述の全て
の電球は、水銀が電球の容積に対して特定の体積
比率で存在するあ水銀充填材を使用している。
従つて、本発明の目的は、改善された遠UV無
電極型電球を提供することである。
本発明の別の目的は、スペクトル遠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放
射する遠UV電球を提供することである。
本発明の更に別の目的は、本発明の改善された
電球を内蔵する遠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動作のために重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℃＝
72〓）において電球の容積即ち、外被部により取
り囲まれた空間の容積１ml当り0.5乃至0.9μの
体積比率を有する水銀充填材が提供される。
より高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
果より高い潜在輝度をもたらすが、電球中の水銀
量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UVの
波長の優先的な吸収をもたらす結果にもなる。本
出願人により、前記の電球の容積１ml当り0.5乃
至0.9μの体積比率の臨界領域内では、このよう
な結果は適切に均衡され、電球が特に必要な220
〜230nｍの範囲内では比較的明るい遠UV出力を
提供することが判定された。更に、2450MHzの周
波数において所要の輝度レベルを提供するため必
要とされる300ワツト／ccを越える結合電力密度
においては、前記の水銀充填材の比率はまた電球
における比較的小さな皮殻深さをもたらし、その
結果紫外線の実質部分が電球の外径において放射
され、これによりプラズマの主体による遠UV線
の吸収のおよびプラズマを外被部壁面から分離す
る中立的な境界層を最小限度にする。
本発明については、添付図面を照合することに
より更によく理解されるであろう。
第１図においては無電極型電球１が示され、取
付けシステム３に対して取付けられた状態で示さ
れている。電球１は、主として水銀、希ガスおよ
び作動中外被部の壁面から離れて放電状態を維持
するように作用するHgCl2の如き物質からなる充
填材を保有する球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、
水銀は加熱してプラズマを形成し、これが紫外線
を放射する。遠UVフオトリトグラフを実施する
ための光源においては、スペクトルの遠UV部分
において大きな輝度の出力が要求され、前述の特
性を有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。
前述の如く、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
する輝度出力を生じるために重要であることが判
つた。従つて、本発明によれば、室温において外
被部の容積１ml当り0.5乃至0.9μの体積比率に
おける水銀充填材を内部に含む遠UV線電球が提
供される。この容積１ml当り0.5乃至0.9μ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要である。
第２図は、相対的な遠UV線球の出力の強さ
（220〜230nｍ）対水銀の充填比を示すグラフで
ある。最大出力は約0.65μ／mlの比率において
得られること、および前記の強さは0.5μ／mlに
おいて最大値が約0.93となり、0.9μ／mlにおい
て最大値が約0.85となることが観察される。最大
約0.85の出力はある用途において充分である。
無電極型の電球の物理的分析によれば、水銀圧
力が増加すると電球に対するより高いマイクロ波
電力レベルの結合を生じる結果となり、これはも
し他の変数に悪影響を及ぼさなければ望ましいも
のである。しかし、電球内の水銀の量が増加する
に伴い、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
吸収が生じることが判定された。例えば、
Fusion Systems社により販売されている主とし
て従来の波長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、水銀充填材の比率は1.16μ／ml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たらす
ものと信じられている。一方、前掲の各米国特許
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0.4μ／mlであり、これは
充分な電力結合を許容するものではない。
上記の理論を念頭において、本出願人は第２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フオトリト
グラフを実施するための適切なランプ球を提供す
ることができる臨界領域内に妥当する比率を用い
ることによつてのみ可能である。第２図に示され
るデータは18.5mm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ものではないことを知ること
は重要なことである。
更に、遠UV線の放射の大部分が電球の外径部
において生じることが望ましい。これは、石英の
外被部の放電面と内表面との間で中立的な境界層
が生じる故であり、この層はプラズマ自体と共に
遠UV線を吸収し、これにより放射出力を減衰す
る。
外径部における紫外線の放射を生じるために
は、皮殻の深さと即ちマイクロ波エネルギが吸収
される電球の外被部内からの距離ができるだけ小
さいことが必要である。しかし、この皮殻深さが
小さい程、電力を電球内に結合することが難しく
なり、再び最大遠UV線出力を生じるための妥協
に達しなければならない。2450MHzのマイクロ波
周波数および300ワツト／ccを越える結合電力密
度における作動のためには、１ml当り0.5乃至
0.9μの臨界充填比率範囲は適切な小さな皮殻深
さを生じ、その結果遠UV線が外径部において放
射され、プラズマおよび中立の境界層により最小
の吸収量となる。
望ましい実施態様においては、直径が18.5mmの
石英の外被部は90メートルのアルゴンを含む2.1μ
のHgで充填され、また約0.1mgの少量のHgCl2
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
渡された係属中の特開昭59−87750号において記
述されている。
第３図においては、本発明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一実施例が例
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
りも実質的に短い最大寸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ツト８を有している。
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１０により供給され、このマグネ
トロンにより生成されるマイクロ波エネルギは同
調スタブ（stub）１６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
ツト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
で被覆され、この室は電球により放射される遠
UV線が前記室から出ることを許容する開口１８
を有している。この開口は、放射される紫外線に
対し実質的に透明であるが前記室内のマイクロ波
エネルギに対しては実質的に不透明である金属網
２０で覆われている。
望ましい結果を得るため、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計される時
共振状態にはないが近似共振（near−resonant）
を生じるように構成されている。近似共振状態は
小さな球部６に対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量
を生じる。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寧ろ１つの波長において
近似共振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
３図に示されるスロツト８と開口１８の相対的な
位置決めは、金網２０を介する比較的均等なUV
出力を提供する。
マグネトロン１０は、2450MHzの周波数におい
て約1500ワツトのマイクロ波電力を提供し、この
電力の大部分はプラズマに対して結合され、その
結果約500ワツト／ccの電力密度をもたらす。そ
の結果生じる光源は約８％のスペクトルの遠UV
部分における変換効率を有し、約190ワツト／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電力密度が電球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
数の冷却ガ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２は電動機２
３により回転させられるステム２９を有する。電
動機の軸は、ステム２９が有効に電動機軸の延長
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３図においてはフランジ
２１、電動機取付けフランジ２４および離間ポス
ト２２を用いる機械的形態が示されている。
第４図は、外被部が回転する時この外被部に対
して冷却ガスを向けるための装置を示し、圧縮空
気供給源３８により供給されるノズル４０，４
２，４４および４６を示していることが判る。こ
のノズルは外被部の略々中心部に対して向けられ
ており、実質的な冷却効果を生じるように回転と
組合されている。図示した実施例においては、全
てのノズルは球体の中心部を通る面内に配置され
ている。しかし、約25.4mm以上の直径を有する電
球では、ノズル４０が室の中心面の片側に僅かに
偏倚されノズル４２が他の側に僅かに偏倚され、
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得ることができる。
第３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４は、金属網２０により覆われ
た約71.1mm（2.8インチ）の円形の開口１８を有
する約99.1mm（3.9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約8.38mm
（0.33インチ）を有する約0.0432mm（0.0017イン
チ）の直径のワイヤの格子である。球形のランプ
６の外被部は内径が18.5mmであり、2.1μのHg
と90トールのアルゴンの如き希有ガスで充填さ
れ、また約0.1mgの少量のHgCl2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
この電球が使用可能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る
ことであり、本発明は頭書の特許請求の範囲およ
びこれと同等のものによつてのみ限定されると理
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一実施例を示す概略
図、第２図は第１図の無電極型電球に対する水銀
充填材対遠UV出力の関係を示すグラフ、第３図
は本発明の電球を内蔵する無電極型光源の一実施
例を示す図、および第４図は第３図の光源に対す
る冷却装置の概略図である。 １……電球、２……外被部、３……取付けステ
ム、４……マイクロ波室、６……電球、８……ス
ロツト、１０……マグネトロン、１２……電源、
１４……導波部、１６……スタブ、１８……開
口、２０……金属網、２１……フランジ、２２…
…離間ポスト、２３……電動機、２４……電動機
取付けフランジ、２９……ステム、３８……圧縮
空気供給源、４０，４２，４４，４６……ノズ
ル。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ マイクロ波により励起されて遠紫外線を発生
    する無電極型電球において、石英からなる無電極
    外被部を有しており、室温において前記外被部に
    より取り囲まれた空間の容積１ml当たり0.5乃至
    0.9μの範囲内の比率を持つた水銀を遠紫外線発
    生源として包含すると共に始動用希ガスを包含す
    る充填材を前記外被部に封入したことを特徴とす
    る無電極型電球。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記始動用
    希ガスがアルゴンであることを特徴とする無電極
    型電球。 ３ 特許請求の範囲第１項において、前記充填材
    が更に前記外被部の内面から離れて放電状態を維
    持する機能を有する物質を包含することを特徴と
    する無電極型電極。 ４ 特許請求の範囲第３項において、前記物質が
    HgCl2であることを特徴とする無電極型電球。 ５ 特許請求の範囲第１項において、前記遠紫外
    線が主に220乃至230nｍの範囲であることを特徴
    とする無電極型電球。 ６ 特許請求の範囲第１項乃至第５項の内のいず
    れか１項において、前記外被部が球形状であり、
    10乃至35mmの内径を有することを特徴とする無電
    極型電球。 ７ 特許請求の範囲第１項乃至第６項の内のいず
    れか１項において、前記無電極型電球は無電極放
    電光源装置用のものであり、前記無電極放電光源
    装置は、マイクロ波発生手段と、前記マイクロ波
    発生手段から発生されたマイクロ波を前記電球に
    結合させる結合手段を有していることを特徴とす
    る無電極型電球。 ８ 特許請求の範囲第７項において、前記マイク
    ロ波が250ワツト／ccを超える電力密度で前記電
    球に結合されることを特徴とする無電極型電球。 ９ 特許請求の範囲第７項又は第８項において、
    前記結合手段はマイクロ波室を有しており、前記
    電球は前記マイクロ波室内に配設されており、前
    記マイクロ波室には前記マイクロ波発生手段から
    のマイクロ波を導入するためのスロツトが形成さ
    れていることを特徴とする無電極型電球。 １０ 特許請求の範囲第７項乃至第９項の内のい
    ずれか１項において、前記電球の外被部が前記マ
    イクロ波の波長よりも実質的に小さな最大寸法を
    有していることを特徴とする無電極型電球。 １１ 特許請求の範囲第９項又は第１０項におい
    て、前記マイクロ波室は前記電球から発生された
    遠紫外線を外部へ放出するための開口を有してお
    り、前記開口が遠紫外線に対しては実質的に透過
    性であるがマイクロ波に対しては実質的に非透過
    性である金網により被覆されており、前記外被部
    が存在しない場合には前記マイクロ波室は近似共
    振空胴であることを特徴とする無電極型電球。
JP58185219A 1982-10-06 1983-10-05 改善された充填材を有する遠ｕｖ線電球 Granted JPS5987751A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/433,069 US4859906A (en) 1982-10-06 1982-10-06 Deep UV lamp bulb with improved fill
US433069 1982-10-06

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5987751A JPS5987751A (ja) 1984-05-21
JPH0423378B2 true JPH0423378B2 (ja) 1992-04-22

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ID=23718738

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JP (1) JPS5987751A (ja)
DE (1) DE3336473A1 (ja)

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