JP2000188085A

JP2000188085A - ショートアーク型水銀ランプおよび紫外線発光装置

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Publication number: JP2000188085A
Application number: JP10365102A
Authority: JP
Inventors: Motohiro Sakai; 基裕酒井; Yoshitoku Aiura; 良徳相浦; Yukio Yasuda; 幸夫安田; Tatsumi Hiramoto; 立躬平本
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1998-12-22
Publication date: 2000-07-04
Also published as: DE69921077T2; US6573658B1; TW511115B; EP1014424B1; EP1014424A1; DE69921077D1; KR20000048332A

Abstract

(57)【要約】【課題】極めて狭帯域化された３６５ｎｍの輝線スペ
クトルを安定的に長時間にわたって放射できるショート
アーク型水銀ランプを提供すること。【解決手段】石英製の発光管（１）の中に陰極（２）
と陽極（３）が対向配置しており、この発光管（１）の
中に水銀、希ガスが封入されている構成において、水銀
の封入量は発光管内容積１cc当り１．０mg以下であり、
かつ、前記希ガスは少なくともアルゴン（Ａｒ）、クリ
プトン(Ｋｒ)もしくはその混合ガスが室温で１．０〜
８．０ａｔｍ封入されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はショートアーク型
水銀ランプに関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体や液晶の製造、その他の微
細加工の分野でフォトリソグラフィの光源としてショー
トアーク型水銀ランプを用いた露光技術が利用されてい
る。このようなフォトリソグラフィにおける光源として
のショートアーク型水銀ランプは、フォトレジストが感
度を有する波長３６５ｎｍ（ｉ線）の光を効率良く放射
するものが適用される。そして、ランプの発光物質とし
ては水銀が封入されるとともに、始動用ガスとしてアル
ゴン、クリプトン等の希ガスが封入される。一方、水銀
とともに発光物質としてキセノンガスを封入するショー
トアーク型水銀ランプも存在する。（例えば、特開昭６
１−１８９６３６号）

【０００３】上記水銀ランプからの発光は、365nmの廻
りに数nmの広がりを持っている。その為、露光装置で単
一種の硝材の屈折光学系を用いると、色収差に伴う像の
ボケを生じ、露光ムラや解像度の低下を招き、上記微細
化の要求に答えることができなくなっている。この色収
差を補正する為に、屈折率の異なった硝材を複数組み合
わせた色消しレンズが使われているが、使用波長が短い
為に、使用できる硝材の選択の幅も狭く、完全に色収差
を取り除くことはできない。

【０００４】そこで、屈折光学系を通過する光を、より
狭い波長帯域のものとすることが考えられる。例えば、
ランプから放射された光をｉ線付近の特定の波長帯域だ
けを透過させるBPF(バンドパスフィルタ)に通す方法が
提案されている。しかしながら、バンドパスフィルタで
もその性能には限界があり、その材料も非常に高額とな
る。そこで、限られた光学材料を用いて、色収差を良好
に抑えるためには、ランプ自体からの放射されるｉ線ス
ペクトル幅の狭い光とすることが必要になる。そして当
然のことながら、ランプからの放射照度も低下されては
ならず、十分に高い放射照度を維持しつつｉ線スペクト
ル幅を狭いものとしなければならない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この発明が解
決しようとする課題は、放射照度を下げることなくｉ線
スペクトル幅を狭くできるショートアーク型水銀ラン
プ、およびその発光装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
のこの発明のショートアーク型水銀ランプは、石英製の
発光管の中に陰極と陽極が対向配置しており、この発光
管の中に水銀、希ガスが封入されており、前記水銀の封
入量は発光管内容積１cc当り１．０mg未満であり、か
つ、前記希ガスは少なくともアルゴン（Ａｒ）、クリプ
トン(Ｋｒ)もしくはその混合ガスが室温で１．０〜８．
０ａｔｍ封入されていることを特徴とする。

【０００７】このような構成によって、本願発明のショ
ートアーク型水銀ランプは、まず水銀の封入量が従来の
ショートアーク型水銀ランプに比べて相対的に少ないの
で、波長３６５ｎｍにおいてスペクトル幅の狭いｉ線を
放射することが可能となる。本願発明の水銀量は１．０
ｍｇ／ｃｃ未満であり、より好ましくは０．５ｍｇ／ｃ
ｃ以上１．０ｍｇ／ｃｃ未満とすることである。このこ
とで、ｉ線（３６５±０．５ｎｍの範囲）の放射を高く
することができるとともに、３６５±０．５ｎｍの範囲
を除く３６５±５ｎｍの範囲の放射を極めて少なくでき
るわけである。しかしながら、水銀量を少なくすると、
ランプ全体として放射照度が低下するという新たな問題
を生じる。

【０００８】そこで、本願発明のショートアーク型水銀
ランプでは、アルゴン、クリプトンの封入量を上げるこ
とでこのような問題を解決することができる。一般にキ
セノンガスなどを始動用補助ガスとして封入しているシ
ョートアーク型水銀ランプにあっては、当該キセノンガ
スの封入量はせいぜい０．１〜１．０気圧程度と極めて
小さい。これは始動補助として機能させることが目的だ
からである。また、一方で始動時のみならず定常点灯時
においてもキセノンガスを機能させる放電ランプも存在
する。例えば、上記特開昭６１−１８９６３６号に記載
される水銀ランプは、キセノンガスを５気圧程度まで封
入している。しかしながら、このような水銀ランプは水
銀による３６５ｎｍの輝線スペクトル以外にキセノンに
よる連続スペクトルも利用するものである、そして、キ
セノンを利用するものであるので３６５ｎｍ（厳密には
３６５±０．５ｎｍの範囲）の放射照度は低いものであ
る。つまり、希ガスとしてキセノンを封入する水銀ラン
プは、それが、定常点灯時において機能させるものであ
っても、ｉ線の放射照度自体が不十分なものとなってし
まう。

【０００９】このような問題点に対して、本発明者ら
は、希ガスとしてキセノンガスではなく、アルゴンもし
くはクリプトン、あるいはアルゴンとクリプトンの混合
ガスを利用することで、水銀量を少なくしてもｉ線の狭
帯域化と十分な放射照度を達成できることを見出したの
である。具体的にはアルゴンもしくはクリプトンを単独
で封入する場合には１〜８気圧、混合ガスとして封入す
るときは混合した状態の圧力が１〜８気圧であることが
効果的であると見出した。

【００１０】図２は、水銀ランプ（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）の３６５ｎｍ近辺分光スペクトルの比較を示す。
水銀ランプ（Ａ）は本願発明の水銀ランプであり、水銀
ランプ（Ｂ）は、水銀量は本願発明と同様であるが希ガ
スとしてキセノンを封入したものであり、水銀ランプ
（Ｃ）は水銀量が１．０ｍｇ／ｃｃ以上の従来の水銀ラ
ンプの代表例を表す。図３は上記（Ａ）、（Ｂ）、
（Ｃ）に示す水銀ランプにおける水銀、希ガスの具体的
封入量と、放射照度を示すもので、ランプ（Ａ）は水銀
量が０．８ｍｇ／ｃｃ、アルゴンガスが５気圧封入さ
れ、ランプ（Ｂ）は水銀量が０．８ｍｇ／ｃｃ、キセノ
ンガスが５気圧封入され、ランプ（Ｃ）は水銀量が５．
０ｍｇ／ｃｃ、キセノンガスが１気圧封入されたもので
ある。また、各々のランプに対して３６５±５ｎｍの範
囲の放射強度と３６５±０．５ｎｍの範囲の放射強度を
示し、その比率から狭帯化率も示している。具体的に
は、狭帯化率とは、図でも示すように、（３６４．５ｎ
ｍ〜３６５．５ｎｍ）の積分値／（３６０ｎｍ〜３７０
ｎｍ）の積分値である。また、放射強度とはランプ
（Ｃ）の３６５±５ｎｍの範囲における放射強度を１０
０としたときの同じ範囲における相対値を示している。

【００１１】図２において、ランプ（Ｃ）とランプ
（Ａ）、（Ｂ）を比較すると、水銀量を少なくすれば、
具体的には１．０ｍｇ／ｃｃ未満にすれば、ｉ線（３６
５±０．５ｎｍ）の狭帯域化が達成されていることがわ
かる。また、図３の狭帯化率を見るとランプ（Ｃ）が
０．３６であるのに対し、ランプ（Ａ）、（Ｂ）の狭帯
化率は０．５０と上がっている。

【００１２】図２において、ランプ（Ａ）とランプ
（Ｂ）を比較すると、ランプ（Ａ）はランプ（Ｂ）に比
較して３６５±０．５ｎｍにおけるピーク値が高く、す
なわち、この範囲での積分値が大きいので放射照度が大
きいということがわかる。また、図３よりランプ（Ａ）
の３６５±０．５ｎｍの積分値が５３であるのに対し
て、ランプ（Ｂ）の積分値は３８と低いことがわかる。
なお、図２において、３６５ｎｍでは各ランプともに放
射強度が低下しているが、これは水銀の自己吸収による
ものである。以上が請求項１に係る発明であり、水銀量
を少なくさせたこと、およびアルゴン、クリプトンと所
定量封入した点について説明してきた。

【００１３】次に、請求項２〜請求項７に係る発明につ
いて説明する。具体的には、アルゴン、クリプトンを封
入する水銀ランプのアーク特性に影響することについて
説明する。本願発明は、希ガスとしてアルゴンを使い、
陰極と陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方向に垂直
な断面の方向を径方向として、発光管の径方向の最大直
径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃｍ）、入
力電力をＷ（ｋＷ）をする時、０．２１１≦（（Ｗｄ）
^1/2／Ｒ）≦０．３８７であることを特徴とする。ま
た、希ガスとしてクリプトンを使った場合に、同様の値
が、０．２０５≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．４１８
であることを特徴とする。さらには、希ガスとしてアル
ゴンとクリプトンの混合ガスを使った場合に、同様の値
が０．２０９≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．３８７
であることを特徴とする。

【００１４】これは、数気圧のアルゴン（Ａｒ）又はク
リプトン（Ｋｒ）、あるいはその混合ガスを所定の圧力
の範囲内で封入する場合に、発光管（以下、「バルブ」
ともいう）の肉厚等を考慮した所定の数値限定をしたこ
とを特徴とする。これは封入される希ガスが、同時に封
入されている水銀に対して、その封入モル数が大きい場
合に、当該希ガスは、発光管内における熱的振る舞いと
アークの特性に強い影響を与えるからである。

【００１５】Arを封入した水銀ランプは、Xeを封入した
水銀ランプに比べ、弱い冷却を行なっても水銀未蒸発を
多く生じることが実験で確認されており、このことか
ら、Ａｒを封入したランプは排風等の冷却条件の影響を
受け易いということが分かり、また、この場合に、Xeを
封入した水銀ランプよりもアークの揺らぎが生じている
ことも確認されている。

【００１６】このような冷却条件の影響による水銀の未
蒸発や放射光の揺らぎは、その理由は必ずしも明らかで
はないが以下のように推測される。すなわち、この原因
は、ArガスとXeガスの熱伝導率の差に依存すると考えら
れる。この熱伝導率が大きいと熱エネルギーの伝達速度
が大きくなり、アーク中心の温度は容易にバルブ内表面
付近まで伝達され、また逆に、バルブ内表面付近の温度
も容易にアーク中心まで伝達される。ここで、Ａｒガ
ス、Ｋｒガス、Ｘｅガスの熱伝導率κ（１０^-4Ｗ／cm/
K）は、（Ar：１．６３）＞（Kr：０．８８）＞（Xe：
０．５０）の順になる。つまり、ArガスやKrガスを封入
した水銀ランプは、Xeガスを封入した水銀ランプに比べ
て、バルブの外表面が排風冷却などされると容易にその
影響を受けてしまい、これが原因でバルブ内表面近傍の
低温化、およびアーク中心の低温化を招くことになる。

【００１７】ここで、バルブの内外における温度に関す
る熱輸送を簡単なモデルを用いて説明する。このモデル
も本発明者らの推測によって以下のように考えられる。
初めに、バルブの外表面の温度について考察する。ラン
プは球状の対称バルブとし、その外半径をＲo、内半径
をＲiとする。バルブの肉厚ｄは、ｄ＝Ro−Ri （１）
で与えられる。ランプへの電気入力をＷとする。アーク
放電は球バルブのほぼ中心にあり、その大きさは、バル
ブ内半径に比べ充分に小さい。

【００１８】ここで、アークで消費される入力エネルギ
ーは、一部は光エネルギーに、他の部分は封入ガスの内
部エネルギーや電極の加熱エネルギーに変換される。光
エネルギーの一部はバルブを通って外部へ放射され、残
りはバルブに吸収されバルブの加熱源となる。また、封
入ガスはランプ内の対流に乗ってバルブに接近し、バル
ブと衝突してエネルギーを与えることでもバルブの加熱
源となる。

【００１９】従って、ランプに導入された入力エネルギ
ーは、一部が光エネルギーとしてバルブを通って外部に
放射され、また一部が温められたバルブから熱エネルギ
ーとして放射され、残りが温められたバルブから対流熱
伝達によって熱エネルギーとして放射される。ここで、
入力エネルギーに対するバルブを通って外部に放射され
る光エネルギーの割合をαとすると、入力エネルギーＷ
（ランプへの入力エネルギー）に対する巨視的なエネル
ギー保存式はＷ＝αＷ＋ＳεσＴo⁴＋Ｓｈ（Ｔo−Ｔe）（２）で与えられる。これは、アークで消費される入力エネル
ギー（Ｗ）は、バルブを通って外部に放射される光エネ
ルギー（αＷ）と、温められたバルブが熱放射する熱エ
ネルギー（ＳεσＴo⁴）と、同じく温められたバルブが
対流熱伝達によって放出される熱エネルギー（Ｓｈ（Ｔ
o−Ｔe））から構成されることを意味する。上記（２）
式は、さらに、以下のように変形できる。 (1−α)Ｗ／Ｓ＝εσＴo⁴＋ｈ（Ｔo−Ｔe）（２'）ここで、Ｓ：バルブ球部の外表面積で４πＲo²に等しい ε：石英バルブの放射率で赤外域でほぼ１である σ：Stefan-Boltzmann定数で５．６７ｘ１0.219Ｗ／cm²
／Ｋ⁴ ｈ：熱伝達率で０．００３〜０．０１５Ｗ／cm²／ＫＴo：バルブの外表面温度 Te：ランプから充分に離れた位置での冷却風の平衡温度
(約３００Ｋ）である。 α：入力エネルギーに対するバルブを通って外部に放射
される光エネルギーの割合でＸｅガスではＡｒガスやＫ
ｒガスに比べて連続放射の放射効率が大きいことが一般
に知られている。従って、ＡｒガスやＫｒガスのα値は
Xeガスに比べて小さい。すなわち、ＡｒガスやＫｒガス
を封入した水銀ランプは、Ｘｅガスを封入した水銀ラン
プに比べて、同一の入力エネルギーＷをランプに投入し
たときにバルブを温めることに利用されるエネルギーの
割合が高いことになる。

【００２０】次に、バルブ内表面温度を考える。このバ
ルブ内表面温度が高すぎる場合にバルブの失透が起こ
り、また、低すぎる場合に水銀の未蒸発が起こるからで
ある。バルブの内表面温度をTiで表し、バルブが受け取
るエネルギーであって熱に変換されるエネルギは、Ｓε
σＴo⁴＋Ｓｈ（Ｔo−Ｔe）となる。これをＰinとする
と、バルブに入射するエネルギーは、Ｐin＝（１−α）Ｗ（３）で表される。石英バルブの熱伝導率をλとすると、球形
バルブが仮定されているので、熱伝導方程式から、バル
ブの内面と外面の温度を規定する以下の式が与えられ
る。Ｔi−Ｔo＝（Ｐin／４πλ）（１／Ｒi−１／Ｒo）（４）ここで、Ｔiはバルブの内表面温度を示し、Ｔoはバルブ
の外表面温度を示す。さらに、Ｒiはバルブの内半径、
Ｒoはバルブの外半径を示す。熱伝導率λの典型値は１
〜２（Ｗ／ｍ／Ｋ）である。また、バルブの肉厚ｄはバ
ルブ外半径Ｒoより十分に小さいので、ｄ≪Ｒoとなる。
従って、(４)式の右辺の第２項（１／Ｒi−１／Ｒo）
は、（（ＲoーＲi）／Ｒi・Ｒo）となり、バルブの肉厚
ｄはバルブ外半径Ｒoより十分に小さいので、Ｒi＝Ｒo
であるので、これをＲとすると（ｄ／Ｒ²）となる。ま
た、温度差であるＴi− ＴoをδＴとする。従って、
(４)式は、 δＴ＝（Ｐin／４πλ）ｄ／Ｒ² （５）或いは δＴ＝（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）²（１−α）／（４πλ）（６）となる。（６）式より、バルブ内面の温度ＴiはＴi＝Ｔo＋（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）²（１−α）／（４πλ）（７）で与えられる。この式より、バルブ内表面温度Ｔiは、
ランプへの電気入力Ｗ、バルブの肉厚ｄ、バルブの半径
Ｒによって決まる「（(Wd)^1/2／R）」と深く関連してい
ることが示される。

【００２１】すなわち、Arガス、Krガスを封入したラン
プは、Ｘｅガスを封入したランプに比べて、当該希ガス
による熱伝導率が大きいのでアーク中心の温度とバルブ
内表面近傍の温度との間で熱伝達が容易に行われるこ
と、および、ランプへの入力エネルギーが同一の場合に
バルブの温度を上昇させることに利用される割合が高い
ことから、当該ランプは、バルブ内部の熱的影響を十分
に考慮する必要があることに着目している。そして、バ
ルブの内表面温度が低すぎると水銀の未蒸発を起こし、
逆に高すぎるとバルブの失透を起こすという不具合を良
好に解消するために、変数「（(Wd)^1/2／R）」を所定の
範囲内に定めることを見出している。

【００２２】さらに、本願発明の紫外線発光装置は、石
英製の発光管内に陽極と陰極が対向配置しており、この
発光管の中に水銀と希ガスが封入されているショートア
ーク型水銀ランプと、この水銀ランプに所定の電力を供
給する電源よりなり、前記水銀の封入量は発光管内容積
１cc当り１．０mg未満であり、かつ、前記希ガスはアル
ゴン（Ａｒ）が室温で１．０〜８．０ａｔｍ封入されて
おり、かつ、陰極と陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その
軸方向に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径
方向の最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ
（ｃｍ）、前記電源から水銀ランプへの入力電力をＷ
（ｋＷ）をする時、０．２１１≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）
≦０．３８７であることを特徴とする。

【００２３】さらに、希ガスとしてクリプトンを使った
場合に、同様の値が０．２０５≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）
≦０．４１８であることを特徴とする。さらに、希ガ
スとしてアルゴンとクリプトンの混合ガスを使った場合
に、同様の値が０．２０９≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦
０．３８７であることを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１は本発明のショートアーク型
水銀ランプの一実施例の断面図である。石英製の発光管
１の中に陰極２と陽極３が対向配置されており、それぞ
れの電極は内部リード部材１２および１３を介して封止
部６、７の内部で箔部８、９とそれぞれ接続されてい
る。箔部８、９には外部リード部材１０、１１がそれぞ
れ接続されている。

【００２５】このようなショートアーク型水銀ランプの
具体的な設計例を以下に示す。発光管１は石英ガラスよ
りなり、外径約５５ｍｍの略球形のものである。陰極２
は酸化トリウムを約２ｗｔ％含むタングステン製であ
り、直径約６．０ｍｍの棒状のものである。棒状部分の
先端に近い部分にはタングステンコイルが巻きつけられ
ている。陽極３と対向する先端は円錐状に形成される。
陽極３はタングステン製であり胴部の直径２０ｍｍ、陰
極２と対向する先端は曲面状に形成される。陰極２と陽
極３とで形成される電極間距離４．０ｍｍである。発光
管の内容積は約７５ｃｃである。発光管内部には封入物
質として、水銀が０．８ｍｇ／ｃｃ，アルゴンガスが
５．０気圧封入されている。そして、このようなショー
トアーク型水銀ランプは、例えば、定格２３Ｖ，定格２
ＫＷで点灯される。

【００２６】次に、「（Ｗｄ）^1/2／Ｒ」について説明
する。まず、アルゴンを封入した水銀ランプであって、
発光管（バルブ）の最大直径の半分の値Ｒ（ｃｍ）、バ
ルブの肉厚ｄ（ｃｍ）、およびランプへの入力電力Ｗ
（ＫＷ）によるバルブの失透、および水銀未蒸発の関係
を示す実験について説明する。ここで、バルブの最大直
径とは、陽極と陰極を結ぶ方向を軸方向として、その軸
方向に垂直な断面の方向を意味する。実験は、アルゴン
を室温で３気圧封入した水銀ランプを５種類用意して、
上記各パラメータを変化させて、各々のランプについ
て、（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）の値により検討を行なった。
具体的な水銀ランプの仕様は、略球形の石英製発光管内
に、タングステン製で直径２０mmφの陽極と、酸化トリ
ウムを約２ｗｔ％含むタングステン製の陰極が対向して
配置されており、水銀がランプ内の単位容積当たり４．
５mg／ｃｃ封入される。その結果を図５に示す。

【００２７】この結果、ランプＸ１は、点灯後２０時間
からバルブ内面に失透が急速に進み、急激な放射の低下
が見られた。この理由は、バルブ内面温度が高すぎて失
透が進行したものと推定される。また、ランプＸ５は点
灯直後からランプ電圧が揺らぎ放射が安定しなかった。
さらに、点灯時のランプを観察するとバルブ内面に水銀
の未蒸発が確認された。

【００２８】次に、クリプトンを封入した水銀ランプで
あって、バルブの最大直径の半分の値Ｒ（ｃｍ）、バル
ブの肉厚ｄ（ｃｍ）、およびランプへの入力電力Ｗ（Ｋ
Ｗ）によるバルブの失透、および水銀未蒸発の関係を示
す実験について説明する。実験は、クリプトンを室温で
３気圧封入した水銀ランプを５種類用意して、上記各パ
ラメータを変化させて、各々のランプについて、（（Ｗ
ｄ）^1/2／Ｒ）の値から検討を行なった。具体的な水銀
ランプの仕様は、さきのアルゴンの場合と同じである。
その結果を図６に示す。

【００２９】この結果、ランプＹ１は、点灯後２０時間
からバルブ内面に失透が急速に進み、急激な放射の低下
が見られた。この理由は、バルブ内面温度が高すぎて失
透が進行したと推定される。また、ランプＹ５は点灯直
後からランプ電圧が揺らぎ放射が安定しなかった。さら
に、点灯時のランプを観察するとバルブ内面に水銀の未
蒸発が確認された。

【００３０】次に、アルゴンとクリプトンを封入した水
銀ランプであって、発光管（バルブ）の最大直径の半分
の値Ｒ（ｃｍ）、バルブの肉厚ｄ（ｃｍ）、およびラン
プへの入力電力Ｗ（ＫＷ）によるバルブの失透、および
水銀未蒸発の関係を示す実験について説明する。実験
は、アルゴンを室温で１．５気圧、クリプトンを室温で
１．５気圧、さらにキセノンを室温で０．５気圧封入し
た水銀ランプを５種類用意して、上記各パラメータを変
化させて、各々のランプについて、（（Ｗｄ）^1/ ²／
Ｒ）の値により検討を行なった。具体的な水銀ランプの
仕様は前述のアルゴン、クリプトンの場合と同じであ
る。その結果を図7に示す。

【００３１】この結果、ランプＺ１は、点灯後２０時間
からバルブ内面に失透が急速に進み、急激な放射の低下
が見られた。この理由は、バルブ内面温度が高すぎて失
透が進行したと推定される。また、ランプＺ５は点灯直
後からランプ電圧が揺らぎ放射が安定しなかった。さら
に、点灯時のランプを観察するとバルブ内面に水銀の未
蒸発が確認された。

【００３２】そして、さらに前記ショートアーク型水銀
ランプにおいて、陽極が上に位置する姿勢で点灯される
ことにより、陰極輝点の変動を抑制することができる。

【００３３】また、本発明の紫外線発光装置は、図４に
おいて示したような光学系を採用するので集光効率の高
い照射を可能とする。

【００３４】図４は本発明のショートアーク型水銀ラン
プを使った露光装置を示す。ランプ１４を出た光は楕円
鏡１５、第一平面反射鏡１６を経て、コリメイトレンズ
１７、中心波長３６５ｎｍでバンド幅１０ｎｍのバンド
パスフィルタ１８へ到り、インテグレータレンズ１９を
通り、第二平面反射鏡２１で反射され、コンデンサレン
ズ２２を通り、マスク面２３上に到達する。また、ラン
プ１４には電源２６が接続される。なお、実際の露光装
置ではその使用目的に応じてマスク面以降に光学系を配
置するが本願発明では省略する。

【００３５】なお、本発明では希ガスとして、アルゴン
を封入した場合、クリプトンを封入した場合、アルゴン
とクリプトンの混合ガスを封入した場合について説明し
たが、これらに他の希ガス、ヘリウム、ネオン、キセノ
ンを封入してもかまわない。また、本発明者らは、アル
ゴン、クリプトンに代えて、ヘリウム、ネオンを使った
場合であっても放射照度の向上に寄与できることを見出
している。しかしながら、ヘリウム、ネオンは石英ガラ
スを通して外部に抜けやすいので、放射照度を長時間維
持することが困難であり、実用性に欠けるものである。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明のショートア
ーク型水銀ランプは、石英製の発光管の中に陰極と陽極
が対向配置しており、この発光管の中に水銀、希ガスが
封入されている構成において、水銀の封入量は発光管内
容積１cc当り１．０mg以下であり、かつ、前記希ガスは
少なくともアルゴン（Ａｒ）、クリプトン(Ｋｒ)もしく
はその混合ガスが室温で１．０〜８．０ａｔｍ封入され
ている。このような構成によって、極めて狭帯域化され
た３６５ｎｍの輝線スペクトルを十分な十分な放射照度
であるショートアーク型水銀ランプを提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のショートアーク型水銀ランプを示す。

【図２】本発明の水銀ランプの説明図を示す。

【図３】本発明の水銀ランプによる放射スペクトル分布
を示す。

【図４】本発明の紫外線発光装置を示す。

【図５】本発明の効果を表す実験結果を示す。

【図６】本発明の効果を表す実験結果を示す。

【図７】本発明の効果を表す実験結果を示す。

【符号の説明】

１発光管２陰極３陽極１４ランプ１５楕円鏡２６電源

フロントページの続き (72)発明者平本立躬兵庫県姫路市別所町佐土1194番地ウシオ電機株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】石英製の発光管の中に陰極と陽極が対向配
置しており、この発光管の中に水銀、希ガスが封入され
ているショートアーク型水銀ランプにおいて、前記水銀の封入量は発光管内容積１cc当り１．０mg未満
であり、かつ、前記希ガスは少なくともアルゴン（Ａ
ｒ）、クリプトン(Ｋｒ)もしくはその混合ガスが室温で
１．０〜８．０ａｔｍ封入されていることを特徴とする
ショートアーク型水銀ランプ。
【請求項２】前記希ガスはアルゴンであって、前記陰極と前記陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方
向に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径方向
の最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃ
ｍ）、入力電力をＷ（ｋＷ）をする時、０．２１１≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．３８７であることを特徴とする請求項１に記載するショートア
ーク型水銀ランプ。
【請求項３】前記希ガスはクリプトンであって、前記陰極と前記陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方
向に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径方向
の最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃ
ｍ）、入力電力をＷ（ｋＷ）をする時、０．２０５≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．４１８であることを特徴とする請求項１に記載するショートア
ーク型水銀ランプ。
【請求項４】前記希ガスはアルゴンとクリプトンの混合
ガスであって、前記陰極と前記陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方
向に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径方向
の最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃ
ｍ）、入力電力をＷ（ｋＷ）をする時、０．２０９≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．３８７であることを特徴とする請求項１に記載するショートア
ーク型水銀ランプ。
【請求項５】石英製の発光管内に陽極と陰極が対向配置
しており、この発光管の中に水銀と希ガスが封入されて
いるショートアーク型水銀ランプと、この水銀ランプに
所定の電力を供給する電源よりなる紫外線発光装置にお
いて、前記水銀の封入量は発光管内容積１cc当り１．０mg未満
であり、かつ、前記希ガスはアルゴン（Ａｒ）が室温で
１．０〜８．０ａｔｍ封入されており、かつ、陰極と陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方向
に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径方向の
最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃ
ｍ）、前記電源から水銀ランプへの入力電力をＷ（ｋ
Ｗ）をする時、０．２１１≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．３８７であることを特徴とする紫外線発光装置。
【請求項６】石英製の発光管内に陽極と陰極が対向配置
しており、この発光管の中に水銀と希ガスが封入されて
いるショートアーク型水銀ランプと、この水銀ランプに
所定の電力を供給する電源よりなる紫外線発光装置にお
いて、前記水銀の封入量は発光管内容積１cc当り１．０mg未満
であり、かつ、前記希ガスはクリプトン(Ｋｒ)が室温で
１．０〜８．０ａｔｍ封入されており、かつ、陰極と陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方向
に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径方向の
最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃ
ｍ）、前記電源から水銀ランプへの入力電力をＷ（ｋ
Ｗ）をする時、０．２０５≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．４１８であることを特徴とする紫外線発光装置。
【請求項７】石英製の発光管内に陽極と陰極が対向配置
しており、この発光管の中に水銀と希ガスが封入されて
いるショートアーク型水銀ランプと、この水銀ランプに
所定の電力を供給する電源よりなる紫外線発光装置にお
いて、前記水銀の封入量は発光管内容積１cc当り１．０mg未満
であり、かつ、前記希ガスはアルゴン（Ａｒ）とクリプ
トン(Ｋｒ)が混合ガスとして室温で１．０〜８．０ａｔ
ｍ封入されており、かつ、陰極と陽極を結ぶ方向を軸方向とし、その軸方向
に垂直な断面の方向を径方向として、発光管の径方向の
最大直径の半分をＲ（ｃｍ）、発光管の肉厚をｄ（ｃ
ｍ）、前記電源から水銀ランプへの入力電力をＷ（ｋ
Ｗ）をする時、０．２０９≦（（Ｗｄ）^1/2／Ｒ）≦０．３８７であることを特徴とする紫外線発光装置。