专利名称：水银灯的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及作为对在波长248nm附近具有灵敏度的光刻胶进行曝光处理的光源使用的水银灯。
背景技术：
在半导体元件的制造工序中，进行如下操作通过例如旋转涂胶(spin coat)法在晶片的表面涂布光刻胶，并隔着掩模对得到的光刻胶层等曝光显影，从而形成图案。并且，在旋转涂胶法中，光刻胶不仅涂布在晶片的图案形成区域，而且涂布在晶片的周边部，因此在对位于图案形成区域的光刻胶层曝光的曝光工序之外，还通过周边曝光装置对位于晶片的周边部的光刻胶层曝光，并在显影工序中将该光刻胶层除去。这样的周边曝光装置的光源是根据所采用的光刻胶的灵敏度波长区域选择的，例如在采用波长 365nm附近具有灵敏度的光刻胶的情况下，作为周边曝光装置的光源，以往采用波长365nm 的光的放射强度较高的短弧型的高压水银灯(参考专利文献I)。另一方面，作为对晶片的图案形成区域的光刻胶层进行曝光的图案形成用曝光装置，一般采用称为步进曝光装置(stepper)的缩小投影型曝光装置。在这样的缩小投影型曝光装置中，由于得到的析像度和用于曝光的光的波长λ与缩小投影透镜的开口数NA的比(λ/NA)成比例，因此在形成精细的图案时，利用波长λ较短的光是有利的。根据这样的情况，最近，采用KrF准分子激光器(振荡波长248nm)作为图案形成用曝光装置的光源。在通过这样的图案形成用曝光装置对光刻胶层进行曝光处理的情况下，由于采用在波长248nm附近具有灵敏度的光刻胶，因此作为周边曝光装置的光源，重要的是采用在波长248nm附近具有较高的光的放射强度的光源，并且，作为周边曝光装置的光源，能够通过以往使用的高压水银灯用的点灯电源进行点灯的话是有利的。而且，已知将氙气与水银一起封入发光管内的放电灯在波长248nm附近得到较高的光的放射强度。然而，这样的放电灯的启动电压较高，因此难以通过高压水银灯用的点灯电源进行点灯。此外，已知水银的封入量少的水银灯在波长248nm附近得到较高的光的放射强度。然而，在通过高压水银灯用的点灯电源对这种水银灯进行点灯的情况下，虽然由于发光管内的水银蒸汽压较低而灯电压降低，但是由于高压水银灯是通过通常固定功率控制而点灯的，由此由于灯电流增大，阴极处的电极头部的损耗剧烈，因此，存在着光的放射强度很快降低，使用寿命缩短的问题。专利文献I :日本特开平7-192993号公报
实用新型内容本实用新型正是基于上述情况而作出的，其目的在于提供一种水银灯，能够在波长248nm附近得到较高的光的放射强度，能够在长时间内维持光的放射强度，能够通过用于高压水银灯的点灯的点灯电源进行点灯。[0010]本实用新型的水银灯作为用于对在波长248nm附近具有灵敏度的光刻胶进行曝光处理的光源使用，其特征在于，该水银灯具有发光管和在该发光管内彼此相对配置的阳极和阴极，并且该水银灯在所述发光管内封入有水银和氙气以外的稀有气体，所述水银的封入量为20 40mg/cm3，所述阴极具有朝向前端直径减小的圆锥台状的电极头部，其前端平坦面的直径为O. 3 O. 5mm。优选的是，在本实用新型的水银灯中，波长248nm±40nm的光的积分强度相对于波长365±40nm的光的积分强度的比率在O. 25以上。此外，优选的是，所述稀有气体为氩气。此外，优选的是，通过200 300W的固定功率控制进行点灯。根据本实用新型的水银灯，由于发光管内的水银的封入量为20 40mg/cm3，能够在波长248nm附近得到较高的光的放射强度，而且阴极的电极头部形成为朝向前端直径减小的圆锥台状，并且其前端平坦面的直径为O. 3 O. 5mm,由此，即使灯电流升高，也抑制了阴极的电极头部的损耗，能够在长时间内维持光的放射强度。此外，通过在发光管内封入氙气以外的稀有气体，启动电压不会升高，因此能够通过用于高压水银灯的点灯的点灯电源进行点灯。
图I是将发光管剖开来表示本实用新型的水银灯的一个例子的结构的说明图。图2是放大示出图I所示的水银灯的阳极的说明用剖视图。图3是放大示出图I所示的水银灯的阴极的说明用剖视图。图4是由实施例I和比较例I涉及的水银灯放射的光的分光分布曲线图。图5是示出实施例I 实施例4和比较例I涉及的水银灯的水银封入量与积分强度比率的关系的图。图6是示出实施例I、实施例4、比较例2和比较例3涉及的水银灯的阴极的电极头部的前端平坦面的直径与寿命时间的关系的图。
具体实施方式
下面，详细地说明本实用新型的实施方式。图I是将发光管剖开示出本实用新型的水银灯的一个例子的结构的说明图。图I所示的水银灯I作为周边曝光装置的光源使用，其对例如形成于晶片上的在波长248nm附近具有灵敏度的光刻胶层将位于该晶片的周边部的部分曝光。该水银灯I的发光管10具有外形呈大致椭圆球状的发光部11，其在内部形成放电空间；以及杆状的一方的封固部12和另一方的封固部13，它们分别一体地连续设置在所述发光部11的两端，并且沿管轴向外侧伸出。在该发光管10的发光部11内，以彼此相对的方式配置有阳极20和阴极30，所述阳极20具有剖面呈圆形的棒状的电极轴部23，该电极轴部23的基端部分埋设并保持在一方的封固部12，并且该电极轴部23在发光管10的轴向延伸，所述阴极30具有剖面呈圆形的棒状的电极轴部33，该电极轴部33的基端部分埋设并保持在另一方的封固部13，并且该电极轴部33在发光管10的轴向延伸。在发光管10的一方的封固部12的内部气密地埋设有由钥构成的一方的金属箔14。阳极20的电极轴部23的基端23A焊接并电连接于一方的金属箔14的一端,从封固部 12的外端向外侧突出的阳极用外部引线16焊接并电连接于该一方的金属箔14的另一端。在发光管10的另一方的封固部13的内部气密地埋设有由钥构成的另一方的金属箔15。阴极30的电极轴部33的基端33A焊接并电连接于另一方的金属箔15的一端，从另一方的封固部13的外端向外侧突出的阴极用外部引线17焊接并电连接于该另一方的金属箔15的另一端。发光管10由石英玻璃构成,在该发光管10的发光部11内封入有水银和氣气以外的稀有气体。封入到发光部11内的水银的封入量为20 40mg/cm3，更为优选的是28 32mg/ cm3，在水银的封入量不足20mg/cm3的情况下，灯电压降低，输入规定值的功率的话，灯电流升高，因此很快在发光管10发生黑化，水银灯I的使用寿命缩短。另一方面，在水银的封入量超过40mg/cm3的情况下,难以高强度地放射波长248nm附近的光。此外，封入到封固部11内的稀有气体是用于改善点灯启动性的，其封入压力的静压例如为20 35kPa。此外，作为稀有气体，优选采用氩气。示出发光管10的具体尺寸的一个例子全长为Ilcm，发光部11的轴向的长度为
2.5cm,最大外径为2cm,最大内径为I. 5cm,发光部11的内容积为3. 3cm3。如图2放大示出地，在阳极20，在电极轴部23的前端隔着直径比该电极轴部23的直径大的圆柱状的电极主体部22 —体地形成有电极头部21。该电极头部21由朝向前端直径减小的大致圆锥台状的基台部分21B和一体地形成于该基台部分21B的前端且朝向前端直径减小的大致圆锥台状的突起部分21A构成。电极头部21的基台部分21B的后端形成为与电极头主体部22具有相同的直径，电极头部21的突起部分21A的后端与基座部分 21B的前端具有相同的直径。此外，在电极主体部22设有线圈25，该线圈25由金属细线卷绕而成。构成阳极20的电极头部21、电极主体部22、电极轴部23和线圈25的材料可以采用鹤。以下示出阳极20的具体尺寸的一个例子电极头部21的长度为16mm，电极头部 21的突起部分21的前端平坦面21a的直径为0. 5_，突起部分21A的后端(突起部分21A 与基台部分21B的交界)的直径为2. 2mm,突起部分21A的锥形角度P为120°，电极主体部22的长度为8mm，电极主体部22的直径为3. 5mm,电极轴部23的长度为9mm，电极轴部 23的直径为2. 5mm，构成为线圈25的金属细线的直径为0. 4m。如图3放大示出地，在阴极30，在电极轴部33的前端隔着直径比该电极轴部23的直径小的圆柱状的电极主体部32 —体地形成有电极头部31，该电极头部31为朝向前端直径减小的大致圆锥台状。电极头部31的后端形成为与电极主体部32具有相同的直径。此外，在电极主体部32设有线圈35，该线圈35由金属细线卷绕而成。构成阴极30的电极头部31、电极主体部32、电极轴部33和线圈35的材料可以采用敷钍钨。并且，在本实用新型中，阴极30的电极头部31的前端平坦面31a的直径为0. 3
0.5mm。该前端平坦面31a的直径不足0. 3mm的话，阴极30的电极头部31的前端的损耗变大，因而水银灯I的使用寿命缩短。另一方面，该前端平坦面31a的直径超过0. 5mm的话，得到的水银灯I的初期的光量低，无法期待得到预期的放射强度的效果。此外，优选阴极30的电极头部31的锥形角度α为50 90°。以下示出阴极30的具体的尺寸的一个例子电极头部31的长度为I. 3mm,电极头部31的前端平坦面31a的直径为O. 3mm,电极头部31的锥形角度α为55°，电极主体部 32的长度为4mm，电极主体部32的直径为I. 5mm,电极轴部33的长度为18. 5mm,电极轴部 33的直径为2. 5mm，构成线圈35的金属细线的直径为O. 4mm。上述水银灯I通过用于一般的高压水银灯的点灯的点灯电源以例如200 300W 的固定功率控制点灯。在这样的水银灯I中，波长248±40nm的光的积分强度相对于波长365±40nm的光的积分强度的比率优选在O. 25以上，更为优选在O. 3以上。根据本实用新型的水银灯I，通过使发光管10内的水银的封入量为20 40mg/ cm3，在波长248nm附近能够得到较高的光的放射强度，而且阴极30的电极头部31为朝向前端直径减小的圆锥台状，其前端平坦面31a的直径为O. 3 O. 5mm,因此即使灯电流升高， 也抑制了阴极30的电极头部31的损耗，因此能够长时间地维持光的放射强度。此外，通过将氙以外的稀有气体封入发光管10内，启动电压不会升高，因此能够通过用于高压水银灯的点灯的点灯电源进行点灯。
实施例下面，说明本实用新型的水银灯的具体的实施例，不过本发明并不限定于这些实施例。(实施例I)按照图I 图3所示的结构，制作具有下述规格的水银灯。发光管(10)为石英玻璃制,全长为Ilcm,发光部(11)的轴向的长度为2. 5cm,最大外径为2cm,最大内径为I. 6cm,发光部(11)的内容积为3.3cm3。此外，在发光管(10)的发光部(11)内，封入有30mg/cm3的水银和静压力为 26. 7kP(200torr)的氩气。阳极(20)为钨制，电极头部(21)的长度为1.6mm，电极头部(21)的突起部分 (21A)的前端平坦面(21a)的直径为O. 5mm，突起部分(21A)的后端(突起部分(21A)与基座部分(21B)的交界)的直径为2. 2mm，突起部分(21A)的锥形角度β为120°，电极主体部(22)的长度为8mm，电极主体部(22)的直径为3. 5mm,电极轴部(23)的长度为9mm，电极轴部(23)的直径为2. 5_，构成线圈(25)的金属细线的直径为O. 4_。阴极(30)为敷钍钨制，电极头部(31)的长度为I. Imm,电极头部(31)的前端平坦面(31a)的直径为O. 3mm，电极头部(31)的锥形角度α为55°，电极主体部(32)的长度为4. 2mm,电极主体部(32)的直径为I. 5mm,电极轴部(33)的长度为18. 5mm,电极轴部
(33)的直径为2. 5mm，构成线圈(35)的金属细线的直径为O. 4_。阳极(20)与阴极(30)的间隔距离为2. 3mm，灯输入功率为250W。实施例2制作了除水银的封入量改为20mg/cm3以外，与实施例I相同的规格的水银灯。(实施例3)[0055]制作了除水银的封入量改为40mg/cm3以外与实施例I相同的规格的水银灯。(实施例4)制作了除将阴极(30)改为以下规格以外与实施例I相同的规格的水银灯。阴极(30)为敷钍钨制，电极头部(31)的长度为I. Omm,电极头部(31)的前端平坦面(31a)的直径为0. 5mm，电极头部(31)的锥形角度a为55°，电极主体部(32)的长度为4. 4mm,电极主体部(32)的直径为I. 5mm,电极轴部(33)的长度为18. 5mm,电极轴部
(33)的直径为2. 5_，构成线圈(35)的金属细线的直径为0.4_。(比较例I)制作了除将阴极改为以下规格并将水银的封入量改为47mg/cm3以外与实施例I 相同的规格的水银灯。阴极为敷娃鹤制，在长度为18. 5mm、直径为2. 5mm的电极轴部隔着长度为4. 3mm、 直径为I. 5mm的圆柱状的电极主体部一体地形成长度为1_、锥形角度为70°的圆锥状的电极头部，在电极主体部设有卷绕了 0. 4mm的金属细线的线圈。(比较例2)制作了除将阴极改为与比较例I相同的规格以外与实施例I相同的规格的水银灯。(比较例3)制作了除将阴极改为下述的规格以外与实施例I相同的规格的水银灯。阴极为敷钍钨制，电极头部的长度为I. 3mm,电极头部的前端平坦面的直径为
0.15mm,电极头部的锥形角度a为55°，电极主体部的长度为4. Imm,电极主体部的直径为
1.5mm,电极轴部的长度为18. 5mm,电极轴部的直径为2. 5mm，构成线圈的金属细线的直径为 0. 4mmo分光分布和光的积分强度的测定使用高压水银灯用的点灯电源以250W的固定功率控制使实施例I 实施例3和比较例I涉及的水银灯分别点灯，测定放射的光的分光分布，并求得波长248 土 40nm的光的积分强度相对于波长365±40nm的光的积分强度的比率(以下称作“积分强度比率”。)。图4示出了由实施例I和比较例I涉及的水银灯放射的光的分光分布曲线图，图 5示出了实施例I 实施例3和比较例I涉及的水银灯的水银封入量与积分强度比率的关系的图。根据以上结果确认了 利用实施例I 实施例3涉及的水银灯，在波长248nm附近能够得到较高的光的放射强度。寿命时间的测定使用高压水银灯用的点灯电源以250W的固定功率控制使实施例I、实施例4、比较例2和比较例3涉及的水银灯分别连续点灯，测定达到初期的光量的40%的光量为止的时间，作为寿命时间。图6是示出实施例I、实施例4、比较例2和比较例3涉及的水银灯的阴极的电极头部的前端平坦面的直径与寿命时间的关系的图。根据以上结果确认了 利用实施例I和实施例4涉及的水银灯，在3000小时以上的长时间内维持光的放射强度。
权利要求1.一种水银灯，作为用于对在波长248nm附近具有灵敏度的光刻胶进行曝光处理的光源使用，其特征在于，该水银灯具有发光管和在该发光管内彼此相对配置的阳极和阴极，并且该水银灯在所述发光管内封入有水银和氣气以外的稀有气体，所述水银的封入量为20 40mg/cm3,所述阴极具有朝向前端直径减小的圆锥台状的电极头部，其前端平坦面的直径为0.3 0. 5mm。
2.根据权利要求I所述的水银灯，其特征在于，波长248nm±40nm的光的积分强度相对于波长365±40nm的光的积分强度的比率在0.25以上。
3.根据权利要求I所述的水银灯，其特征在于，所述稀有气体为IS气。
4.根据权利要求I所述的水银灯，其特征在于，通过200 300W的固定功率控制进行点灯。
专利摘要本实用新型提供一种水银灯，能够在波长248nm附近得到较高的光的放射强度，能够在长时间内维持光的放射强度，能够通过用于高压水银灯的点灯的点灯电源点灯。该水银灯作为用于对在波长248nm附近具有灵敏度的光刻胶进行曝光处理的光源使用，该水银灯具有发光管和在该发光管内彼此相对配置的阳极和阴极，并且该水银灯是在所述发光管内封入水银和氙气以外的稀有气体而成的，所述水银的封入量为20～40mg/cm3，所述阴极具有朝向前端直径减小的圆锥台状的电极头部，其前端平坦面的直径为0.3～0.5mm。
文档编号H01J61/20GK202352616SQ20112045211
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年11月19日
发明者沟尻贵文, 美安胜置 申请人:优志旺电机株式会社