JPS622428B2

JPS622428B2 -

Info

Publication number: JPS622428B2
Application number: JP53014973A
Authority: JP
Inventors: Takehiro Kira
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 1978-02-14
Filing date: 1978-02-14
Publication date: 1987-01-20
Also published as: JPS54108478A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は水銀稀ガス放電灯とその点灯方法に関
するものである。最近超LSIの関発に併せて、１ミクロン以下の
加工精度を持つ焼き付け技術、転写技術が要求さ
れるようになつた。従来の技術、つまり１ミクロン以上の加工精度
で良い場合は、350nｍ〜450nｍの紫外線を放射
する放電灯と、その波長に感度を備えた感光性樹
脂の利用によつて既に実用化されているが、１ミ
クロン以下の精度が要求されると、光干渉のた
め、従来技術は使用できない。このため、放電灯
に代つて、電子ビーム露光、Ｘ線露光の開発が急
速度で研究開発されたが、コンピユーターと併用
して焼付や転写が自動化、工程簡略化などができ
る長所のある反面、露光時間が長いと言う欠点が
致命的とされ、実用性が著しく低いとされてい
る。このため、再度、放電灯と紫外線感光性樹脂と
の組み合せが検討されるに到つた。つまり300n
ｍ以下の紫外線によつても感光する樹脂とその波
長の光を大多量放射する放電灯が得られるかどう
かが検討されるようになつた。幸いにして、1974年に電子ビーム用感光性樹脂
PMMAが200nｍ以下で感光すること（Applied
Physics Letter Vol.25、451頁）、1975年に200n
ｍ〜260nｍの紫外線で同じくPMMAが転写に利
用できること（J.Vac.Sci Technol Vol.12、1317
頁）が次々に実験によつて明らかにされた。そこで、発明者は、光干渉が生じないような波
長の紫外線を多量放出し、加工精度が良く、焼付
や転写作業時間の短いような光源を研究したとこ
ろ、 (イ) 焼付や転写に一番重要な波長は250nｍ以下
にあること、 (ロ) 放電発光には、水銀と稀ガスとが放電発光に
寄与する水銀稀ガス放電灯が良いこと、 (ハ) この放電灯において、バルブ内容積１c.c.当り
の水銀量（mg／c.c.）の値Ｘと稀ガスの圧力（気
圧）の値Ｙとした時、１≦Ｘ≦13 ２≦Ｙ≦10 に規定すると、200nｍ〜250nｍの放射の著し
く多いものが得られること、などが分つた。上記(ハ)については、昭和52年12月23日付特許願
（特願昭52−153515号「放電灯」（特開昭54−
86979号））に詳記した通りであるが、焼付方法と
関連して、更に改良しうる余地のあることが分つ
た。普通、ICやLSI、更には最近研究されている超
LSIの焼付や転写に、光源と感光性樹脂の組み合
せ技術を利用したとき、焼付時間を短くしたい場
合には光源の発光出力の大きなものを使用しよう
とする。例えば、定格消費電力500Wの水銀稀ガ
ス放電灯を利用して、焼付時間が30秒かかるとこ
ろ、15秒にしたければ定格消費電力1KWのもの
を利用しようとする。ところが、200nｍ〜250nｍを多量放射する水
銀稀ガス放電灯においては、定格消費電力を２倍
にしても、200nｍ〜250nｍの放射量は２倍には
ならず、せいぜい1.5倍であつて、焼付時間が必
ずしも半分にならないことが分つた。そこで、単に定格消費電力を大きなものにする
と言うだけでなく、短時間で焼付けするに適した
水銀稀ガス放電灯とその点灯方法を研究したとこ
ろ、陽極の体積を所定の範囲に規定すると、
200nｍ〜250nｍの放射量を多くしてもランプ寿
命が長くなること、また、所定の定格消費電力で
直流定電流点灯させておいたうえで、それに過入
力放電を重畳させると良いこと、を見い出して本
発明を完成したものである。即ち、本発明は、短時間で半導体を焼付けるの
に適し、少ない消費電力で200nｍ〜250nｍの紫
外線が多量に放射し、ランプ寿命も長い水銀稀ガ
ス放電灯とその点灯方法を提供することを目的と
し、その特徴とするところは、バルブ内容積１c.c.
当りの水銀量（mg／c.c.）の値をＸ、稀ガスの圧力
（気圧）の値をＹとした時、１≦Ｘ≦13、0.1≦Ｙ
≦10に規定し、最大300％の間欠過入力重畳電力
で点灯される水銀稀ガス放電灯の陽極を特許請求
の範囲第１項記載の如く規定し、更に、第２項記
載の方法で点灯することにある。以下、図面を参照しながら本発明の実施例の一
つを説明する。第１図は、水銀と稀ガスを封入した直流点灯用
短電弧型放電灯の説明図であつて、箔シール方式
の放電灯を示し、１は略ラグビーボール状の石英
バルブ、２と３は夫々気密封止部、４と５は夫々
気密封止部２，３に埋設された金属箔、６と７は
夫々金属箔４，５から石英バルブ内へ伸びる内導
線であり、一方の内導線６の先端部には陽極８が
取り付けられ、他方の内導線７のバルブ内に位置
する部分９（斜線部）が陰極として機能する。第２図は、同様の放電灯の説明図であつて、ロ
ツドシール方式の放電灯を示し、陽極８、陰極９
は、夫々、気密封止部２，３を気密に貫通するリ
ード棒１０に支持されている。第１図の構造の放電灯において、データ採取の
ために設計されたものは、定格消費電力 500ワツト定格使用電圧 24.3ボルト定格使用電流 20.5アンペアであつて、直流定電流点灯させておいた場合と、
これに、更に間欠過入力の放電を重畳させた場合
との比較検討を行なつた。こゝで「定格」とは、
一定電力で連続点灯してもランプ性能が一定範囲
におさまる使用規格で、この場合は、200nｍ〜
250nｍの放射出力が初期値の70％になるのに400
時間の使用寿命を有する放電灯になるように、電
力、電圧、電流値を決め、それらを定格消費電
力、定格使用電圧、定格使用電流と称す。第３図ａ，ｂ，ｃは、夫々、間欠過入力の放電
を重畳させる場合の種々の方法の説明図であつ
て、ａの場合は、定格消費電力を100％として、
その状態で点灯せしめておき、そのうえで、最大
300％、10秒間の間欠過入力の放電を、重畳間隔
を間欠過入力放電時間の２倍の20秒にとつて、重
畳したところであつて、定格消費電力の３倍であ
る1500Wを入力した例である。ｂの場合は、前記
ａの場合において、間欠過入力の放電の「立上
り、立下り」をシヤープにするために、その前後
に、数ミリ秒間の低入力部ｔ（ダーク部）を設け
たところ、ｃの場合は、映写機用キセノン光源装
置の点灯方式にみられるような、定格点灯より低
い消費電力で「待機点灯」せしめておき、そのう
えで、ａの場合と同様な重畳放電を印加したとこ
ろであつて、いずれも、直流定電流点灯せしめて
おいたうえで、間欠過入力の放電を重畳せしめる
ところに特徴がある。ところで、半導体の焼付時間は、使用する樹脂
材料によつて１秒以下から数十秒までと広い範囲
に及ぶが、一回の過入力の時間内で焼付を完了す
るのが原則である。そこで、過入力時間に対する
紫外線強度の増加の変化を調べ、最適の過入力の
放電時間を定めた。使用した放電灯は、前述の通
り定格500Wであつて、水銀封入量（Ｘ）は6.7
mg／c.c.（25℃）、稀ガス（キセノン）圧力（Ｙ）
は３気圧（25℃）であり、入力が200％と300％の
場合の結果を第４図に示す。これから分る様に、
過入力の放電時間が0.1秒で紫外線強度は大きく
上昇し、以後60秒まではほゞ同一水準であり、そ
れ以後は漸減する。従つて、この放電時間を0.1
〜60秒に制御すると効率よく紫外線を放射でき
る。そして、入力が200％における増加率は80％
以上であり、従来の定格連続点灯では、単に消費
電力を２倍にした場合の増加率がせいぜい1.5倍
（50％増加）であるのに比べて効果的であること
が理解される。更に入力を300％にすると増加量
は200％にも及ぶ。しかし、入力の大きさが、定
格値の300％を超えると石英バルブの黒化現象や
破損が早期に発生するので好ましくない。次に、バルブ内の水銀量（Ｘ）と稀ガス圧力
（Ｙ）とが異る６種類の放電灯を用意し、ＸとＹ
が半導体の焼付時間に及ぼす影響を調査した。入
力を200％と300％の２水準とし、参考例として過
入力なしの定格電力で連続点灯したものを含め
て、その結果を第１表に示す。

【表】バルブ内の水銀圧力と稀ガス圧力の和がほゞ一
定となるように封入されるので、一方の量が多く
なると他方の量が減少するが、放電灯No.1で
は、Ｙが0.1であつてもＸが15と多いため露光せ
ず使用不能であつた。一方、放電灯No.6ではＸ
が1.0であつてもＹが12と多いため、紫外線の放
射量が十分でなく、焼付時間が長くなつて実用的
でないことが判明した。これに対して、放電灯
No.2〜No.5は、1.0≦Ｘ≦13、0.1≦Ｙ≦10である
が、放電灯のNo.によつて少しの差はあるもの
の、いずれも短時間で焼付が可能であり、十分実
用化可能であることが判明した。従つて、従来
は、１≦Ｘ≦13、２≦Ｙ≦10が良いとされていた
ことと比べ、Ｙの値の下限値が広くなつている。
これは、普通の定格連続点灯では、Ｙ＜２では
200nｍ〜250nｍの紫外線の放射が少なく、焼付
時間は短縮されないが、本願の如く、上記の制御
点灯によれば上記の紫外線が増加して、Ｙ＝0.1
までは焼付時間短縮に効果があることが分つた。この様に、本願の放電灯では、間欠過入力の放
電を行うため、陽極に負担がかかり、従来の定格
連続点灯のものと同じ大きさの陽極では損傷が激
しくてランプ寿命が短かくなる問題点がある。そ
こで、定格消費電力当りの陽極体積（Ｚ）を変化
させてランプ寿命を調査した。使用した放電灯
は、前記の過入力時間の影響調査に使用したもの
と同じであり、入力を200％と300％の２水準、過
入力時間を200ｍsec、400ｍsecの２水準（過入力
間隔はいずれも400ｍsec）の条件で点灯したとき
の結果を第５図に示す。これから分かるように、
入力が大きい程、また、過入力時間が長い程電極
寿命が短くなる傾向があるが、いずれの水準にお
いても、Ｚが0.05×10^-3c.c.／Ｗから0.1×10^-3c.c.／
Ｗにかけて急激に寿命が長くなり、以降は漸増し
て0.6×10^-3c.c.／Ｗ以上はほゞ飽和する。そし
て、最も条件の厳しい入力300％において、過入
力時間がいずれであつてもＺが0.1×10^-3c.c.／Ｗ
のときの寿命は約200時間であり、Ｚ≧0.1×10^-3
c.c.／Ｗであれば実用に耐えるランプ寿命を得るこ
とができる。一方、Ｚの値をいたずらに大きくす
ると電極の表面積が大きくなつて赤外線の放射量
が大きくなる。例えば、体積が20％大きくなると
500nｍより長い波長の放射エネルギーが約0.05W
増加するが、赤外線の放射エネルギーが増加する
と半導体ウエハーの温度が上昇して膨張し、この
ため露光精度が低下する問題点が生じる。更に
は、電極の重量増のために、箔シールタイプのラ
ンプではシール作業中に電極の芯がずれたり、は
なはだいときには箔が切断したりする問題点の生
じる。従つて、これらの問題点を派生させないた
めに、種々調査した結果、Ｚの上限は0.5×10^-3
c.c.／Ｗであることが判明した。以上説明した様に、本発明の点灯方法は、Ｘと
Ｙを、１≦Ｘ≦13、0.1≦Ｙ≦10に規定し、直流
定電流点灯させておいたうえで、更に間欠過入力
の放電を重畳させ、その過入力の放電時間を0.1
〜60秒に制御するため、200nｍ〜250nｍの放射
量を効率的に発光せしめ、IC、LSI、超LSIなど
の半導体の焼付や転写作業において、その作業時
間を短縮できる利益がある。また、本発明の放電
灯も半導体の製造用として適しており、0.1×
10^-3≦Ｚ≦0.5×10^-3に規定しているので、電極
が大き過ぎるための問題点が派生せず、かつ、過
入力を重畳させるにもかかわらずランプ寿命を長
くすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は放電灯の説明図、第３図は放
電灯の点灯方法の説明図、第４図、第５図は実験
データの説明図である。１……石英バルブ、８……陽極、９……陰極。

Claims

【特許請求の範囲】１バルブ内に、陽極と陰極が配設され、水銀
と、稀ガスとを含む水銀稀ガス放電灯であつて、
バルブ内容積１c.c.当りの水銀量（mg／c.c.）の値を
Ｘ、稀ガスの圧力（気圧）の値をＹとした時、１≦Ｘ≦13 0.1≦Ｙ≦10 に規定されるとともに、最大300％の間欠過入力
重畳電力で点灯され、陽極の体積が、放電灯の定
格消費電力当りに対する値をＺ（c.c.／Ｗ）とした
時、 0.1×10^-3≦Ｚ≦0.5×10^-3 に規定されてなることを特徴とする水銀稀ガス放
電灯。２バルブ内に、陽極と陰極が配設され、水銀
と、稀ガスとを含む水銀稀ガス放電灯に対して、
バルブ内容積１c.c.当りの水銀量（mg／c.c.）の値を
Ｘ、稀ガスの圧力（気圧）の値をＹとした時、１≦Ｘ≦13 0.1≦Ｙ≦10 に規定し、直流定電流点灯させておいたうえで、
更に最大300％の間欠過入力の放電を重畳させ、その間欠過入力の放電時間ｔを0.1秒〜60秒に
制御することを特徴とする水銀稀ガス放電灯の点
灯方法。