(57)【要約】【課題】  高輝度のＵＶ光を放射すると共に、従来の超高圧水銀ランプ以上に高いＵＶ光出力安定度を有する超高圧水銀ランプ、および該超高圧水銀ランプを用いた光照射装置を提供すること。【解決手段】  石英ガラスからなる放電容器２にタングステンからなる１対の陰極３と陽極４を対向配置し、放電容器２に０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、所定量のハロゲンとを封入した超高圧水銀ランプにおいて、陰極３が、純度４Ｎ（９９．９９％）以上の高純度タングステンからなることを特徴とする。また、放電容器２内に希ガス封入ガス圧に対して酸素を０．０５乃至０．４５％含有させたことを特徴とする。また、超高圧水銀ランプ１を、定電流制御で点灯したことを特徴とする。また、光照射装置が、超高圧水銀ランプ１と、この超高圧水銀ランプ１から放射される光を紫外域光と可視域光に切り替えて通過させる光切替手段とを具備していることを特徴とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
石英ガラスからなる放電容器にタングステンからなる１対の陰極と陽極を対向配置し、この放電容器に０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、所定量のハロゲンとを封入した超高圧水銀ランプにおいて、
前記陰極が、純度４Ｎ（９９．９９％）以上の高純度タングステンからなることを特徴とする超高圧水銀ランプ。
【請求項２】
前記放電容器内に希ガス封入ガス圧に対して酸素を０．０５乃至０．４５％含有させたことを特徴とする請求項１に記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項３】
前記超高圧水銀ランプが、定電流制御で点灯されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の超高圧水銀ランプ。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１つの請求項に記載の超高圧水銀ランプと、この超高圧水銀ランプから放射される光を紫外域光と可視域光に切り替えて通過させる光切替手段とを具備することを特徴とする光照射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高圧水銀ランプおよび該超高圧水銀ランプを用いた光照射装置に係わり、更に詳しくは半導体ウエハの外観検査工程に使用されるＵＶ（紫外線）照射型半導体検査装置に用いられる超高圧水銀ランプおよび該超高圧水銀ランプを用いた光照射装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＵＶ照射型半導体検査装置に利用されるＵＶ光源としては、半導体回路のパターン焼き付け（露光）に使用されるものと同様に、放電容器内の水銀封入量が０．１０ｍｇ／ｍｍ３以下で、出力が１００Ｗ程度の超高圧水銀ランプが利用されていた。このランプは、点灯中は、放電容器に封入された水銀が蒸発し、数１００万Ｐａ（数十気圧）程度の水銀蒸気圧を有するものである。また、この超高圧水銀ランプは、水銀特有の輝線スペクトルを有する紫外光域（３５０ｎｍ〜４５０ｎｍ）に強い発光を有し、特に、高輝度の単色光（３６５ｎｍ等）を有している。
【０００３】
特開２００１−３３８５０２号公報には、半導体検査に水銀ランプを使用することが開示されている。
【特許文献１】特開２００１−３３８５０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ランプから放射されるＵＶ光によって、半導体に塗布されたレジストパターン等の非常に微細な部分を検査するためには、高解像度を有する半導体検査装置が要求され、そのためには高輝度特性を有する超高圧水銀ランプが必要とされている。さらに、近年では、半導体の高集積化が進み、従来の超高圧水銀ランプの点灯時における数１００Ｐａ（数十気圧）程度の水銀蒸気圧では、ＵＶ光の輝度が不足する。   
そこで、輝度を高めるために、従来の超高圧水銀ランプに入力させる電力を単に大きくしようとすると、電極への負担が大きくなり、電極を溶損し短寿命化させてしまうという問題があった。  
また、半導体の微細な回路パターンを精度良く検査するためには、高輝度のＵＶ光を放射させると共に、従来の水銀封入量が０．１０ｍｇ／ｍｍ３以下の超高圧水銀ランプ以上に高い出力安定度が必要とされている。
【０００５】
本発明の目的は、上記の種々の問題点に鑑み、高輝度のＵＶ光を放射すると共に、従来の超高圧水銀ランプ以上に高いＵＶ光出力安定度を有する超高圧水銀ランプを提供することにある。
【０００６】
また、本発明の他の目的は、高輝度のＵＶ光を放射すると共に、従来の超高圧水銀ランプ以上に高いＵＶ光出力安定度を有する超高圧水銀ランプを用いた光照射装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、次のような手段を採用した。
第１の手段は、石英ガラスからなる放電容器にタングステンからなる１対の陰極と陽極を対向配置し、この放電容器に０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、所定量のハロゲンとを封入した超高圧水銀ランプにおいて、前記陰極が、純度４Ｎ（９９．９９％）以上の高純度タングステンからなることを特徴とする。
【０００８】
第２の手段は、第１の手段において、前記放電容器内に希ガス封入ガス圧に対して酸素を０．０５乃至０．４５％含有させたことを特徴とする。
【０００９】
第３の手段は、第１の手段または第２の手段において、前記超高圧水銀ランプが、定電流制御で点灯されることを特徴とする。
【００１０】
第４の手段は、光照射装置として、第１の手段乃至第の手段３のいずれか１つの手段に記載の超高圧水銀ランプと、この超高圧水銀ランプから放射される光を紫外域光と可視域光に切り替えて通過させる光切替手段とを具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、石英ガラスからなる放電容器にタングステンからなる１対の陰極と陽極を対向配置し、この放電容器に０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、所定量のハロゲンとを封入した超高圧水銀ランプにおいて、前記陰極を、純度４Ｎ（９９．９９％）以上の高純度タングステンで構成したので、高輝度のＵＶ光を放射すると共に、ＵＶ光量維持率やＵＶ光量維持率等において、従来の超高圧水銀ランプ以上に高いＵＶ光出力安定度を持たせることが可能となる。
【００１２】
請求項２に記載の発明によれば、前記放電容器内に希ガス封入ガス圧に対して酸素を０．０５乃至０．４５％含有させたので、放電容器内壁の黒化を極めて効果的に防止することができる。
【００１３】
請求項３に記載の発明によれば、前記超高圧水銀ランプが、定電流制御で点灯されるので、ＵＶ光量維持率やＵＶ光量維持率等において、従来の超高圧水銀ランプ以上に高いＵＶ光出力安定度を持たせることが可能となる。
【００１４】
請求項４に記載の発明によれば、光照射装置が、請求項１ないし請求項３のいずれか１つの請求項に記載の超高圧水銀ランプと、この超高圧水銀ランプから放射される光を紫外域光と可視域光に切り替えて通過させる光切替手段とを具備するので、上記の超高圧水銀ランプから放射される光を光切替手段によって切替えることにより、１本の超高圧水銀ランプを用いて、白色光による検査とＵＶ光による検査が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の第１の実施形態を図１乃至図３を用いて説明する。  
図１は、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプの概略構成を示す図である。  
同図において、１は超高圧水銀ランプ、２は石英ガラスからなる放電容器、３はタングステンの純度が４Ｎ（９９．９９％）であって、カリウム（Ｋ）が５ｗｔ．ｐｐｍ以下含有する材料からなる陰極、４はタングステンからなる陽極、５，５は陰極３および陽極４と接続されるリード棒、６，６はリード棒５，５に接続される金属箔、７，７は口金である。
【００１６】
同図に示すように、この超高圧水銀ランプ１は、陰極３と陽極４が放電容器２において対向配置され、放電容器２内には水銀が０．１６ｍｇ／ｍｍ３、ハロゲンが２×１０−４〜７×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３封入されており、また封入ガスとして希ガスのアルゴン（Ａｒ）と臭素（Ｂｒ）が封入されている。なお、ハロゲンは、例えば、臭素（Ｂｒ）が１×１０−７〜１×１０−２μｍｏｌ／ｍｍ３程度封入されている。
【００１７】
本発明は、従来の半導体回路パターン焼き付け用の水銀封入量が０．１０ｍｇ／ｍｍ３以下であって希ガスが封入された超高圧水銀ランプに代えて、０．１６ｍｇ／ｍｍ３以上の水銀と、希ガスと、所定量のハロゲンとを封入した超高圧水銀ランプに着目したものである。この超高圧水銀ランプは、連続する可視域の光による強い白色光を放射することから、従来は液晶プロジェクタ等の投射用光源として使用されてきたものであるが、電極材、封入ガス、点灯条件等を特定することにより、従来の可視光のみを使用するランプとして用いられていたものを、ＵＶ光を放射するランプとして利用することを可能にしたものである。
【００１８】
図２は、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプを１時間点灯させた時のＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【００１９】
本発明の超高圧水銀ランプは、上述のごとく、少なくとも、タングステンの純度が４Ｎ（９９．９９％）であって、カリウム（Ｋ）が５ｗｔ．ｐｐｍ以下含有する材料からなる陰極を具備するものである。点灯条件は、定電力電源（１５０Ｗ）を用いて水平点灯を行い、測定は、石英レンズを通して超高圧水銀ランプのアーク部を拡大投影し、アーク投影部にＵＶ照度計の受光部を配置して３６５ｎｍの波長の光の照度計測を行ったものである。ここで、ＵＶ光量維持率とは、点灯開始時のＵＶ光量を１００とした時の時間経過と共に変化するＵＶ光量を相対値（％）で示したものであり、ＵＶ光量変動率とは、点灯後１時間経過中におけるＵＶ光量維持率の最大値（Ａ）と最小値（Ｂ）の差（％）である。また、測定時間を１時間としたのは、例えば、半導体ウエハ１枚を検査するのに要する時間が１時間程度であるからである。  
図２に示すように、本発明の超高圧水銀ランプのＵＶ光量維持率は図示する通りであり、ＵＶ光量変動率は２．１％であった。
【００２０】
図３は、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプと対比するために、比較ランプとしての超高圧水銀ランプを１時間点灯させた時のＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【００２１】
比較ランプの超高圧水銀ランプとは、従来の液晶プロジェクタ用の白色光源に用いられていたものであり、タングステンの純度が９９．９６％であって、カリウム（Ｋ）が４０〜７５ｗｔ．ｐｐｍ以下含有する材料からなる陰極を具備するものである。  
図３に示すように、比較ランプの超高圧水銀ランプのＵＶ光量維持率は図示する通りであり、ＵＶ光量変動率は３．６％であった。
【００２２】
ここで、本発明の超高圧水銀ランプと比較ランプの超高圧水銀ランプとを対比すると、図２および図３から明らかなように、ＵＶ光量維持率は、比較ランプの超高圧水銀ランプでは、１時間後、９８％程度に低下しているのに対して、本発明の超高圧水銀ランプでは９９％以上に確保されている。また、ＵＶ光量変動率も、比較ランプの超高圧水銀ランプでは、３．６％であるのに対して、本発明の超高圧水銀ランプでは２．１％と大幅に改善されている。
【００２３】
次に、本発明の第２の実施形態を図４および図５を用いて説明する。  
本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプの概略の構成も図１に示す通りであり、第１の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプと比べて、放電容器２内に、希ガス封入圧に対して、０．０５〜０．４５体積％の酸素（Ｏ）を封入ガスとして付加した点で相違する。  
放電容器内に封入するガスとして酸素を用いたのは、酸素が、放電容器内壁に付着し黒化の原因となるタングステン化合物の放電容器内壁部における蒸気圧を高める効果を有するためである。
【００２４】
図４は、封入ガスとしての酸素量を変化させた時の黒化度合いとＵＶ光量変動率との関係を示す表である。
ここで、測定時の点灯条件は、定電力電源（１５０Ｗ）を用い、水平点灯によって行われた。
同表に示すように、希ガス封入圧に対して、酸素を０．０５〜０．４５体積％含有させた場合は、１００時間経過後においても、ＵＶ光量変動率は１．１〜２％未満に収まり、また１００時間経過後においても、黒化は認められなかった。これは放電容器内でハロゲンサイクルが活性化したためと考えられる。
【００２５】
図５は、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプを１時間点灯させた時のＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【００２６】
この測定は、放電容器２内に、希ガス封入圧に対して、０．２体積％の酸素を封入ガスとして付加したものであり、同図に示すように、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプのＵＶ光量維持率は図示する通りであり、ＵＶ光量変動率は１．１％であった。
【００２７】
本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプと第１の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプとを対比すると、図２および図４から明らかなように、ＵＶ光量維持率は、第１の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプでは、１時間後、９９％以上確保されているが、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプでは、９９．５％以上確保されている。また、ＵＶ光量変動率も、第１の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプの２．１％に対して、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプではさらに１．１％に改善されている。  
【００２８】
次に、本発明の第３の実施形態を図６を用いて説明する。  
本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプの概略の構成も図１に示す通りであり、本実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプは、第１の実施形態において用いられたものと同一であるが、本実施形態の発明では、第１の実施形態の発明においては超高圧水銀ランプを定電力電源で点灯していたのに対して、定電流電源で点灯した点で相違する。なお、下記の測定に用いられた比較ランプは、第１の実施形態において用いられたものと同一である。
【００２９】
図６（ａ）は、０〜５００時間の各経過時における、本発明の超高圧水銀ランプを定電力電源（１５０Ｗ）または定電流電源（２Ａ）で点灯した場合、および比較ランプの超高圧水銀ランプを定電力電源（１５０Ｗ）または定電流電源（２Ａ）で点灯した場合の、ＵＶ光量維持率の測定結果を示す図であり、図６（ｂ）は、０〜５００時間の各経過時における、本発明の超高圧水銀ランプを定電力電源（１５０Ｗ））または定電流電源（２Ａ）で点灯した場合、および比較ランプの超高圧水銀ランプを定電力電源（１５０Ｗ）または定電流電源（２Ａ）で点灯した場合の、ＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【００３０】
ここで、ＵＶ光量維持率は、点灯開始時のＵＶ光量を１００とした時の時間経過と共に変化するＵＶ光量を相対値（％）で示したものであり、ＵＶ光量変動率とは、時間経過時（例えば、１００時間）における１時間経過中（例えば、１００〜１０１時間中）におけるＵＶ光量維持率の最大値と最小値の差（％）である。
【００３１】
図６（ａ）に示すように、本発明の超高圧水銀ランプは、比較ランプの超高圧水銀ランプと比べて、定電流電源、定電力電源の何れで点灯した場合でも、ＵＶ光量維持率は改善されている。なお、同図において、相対的に、定電力電源で点灯した場合に比べて、定電流電源で点灯した場合の方が、ＵＶ光量維持率が低いのは、定電流の方が電極消耗が激しいためと考えられる。
【００３２】
また、図６（ｂ）に示すように、本発明の超高圧水銀ランプは、定電流電源で点灯した場合はＵＶ光量変動率が１％以下となり、定電力電源で点灯した場合に比べて大幅に改善されている。また、比較ランプの超高圧水銀ランプを定電流電源で点灯した場合でも、本発明の超高圧水銀ランプを定電力電源で点灯した場合よりも、ＵＶ光量変動率が改善されている。
【００３３】
次に、本発明の第４の実施形態を図７を用いて説明する。   
図７は、本発明の超高圧水銀ランプを組み込んだ光照射装置を備えるウエハ検査装置の概略構成を示す図である。  
同図において、１０は、上記の第１の実施形態乃至第３の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプであり、超高圧水銀ランプ１０から放射された光は反射ミラー１１で反射し集光される。集光された光がリレーレンズ１４に到る光路上に、バンドパスフィルタ等からなる光切替手段１２が設けられる。ここで、少なくとも超高圧水銀ランプ１０、反射ミラー１１、および光切替手段１２によって光照射装置１３が構成される。光切替手段１２は、切り替えることによって、超高圧水銀ランプ１０から放射された光のうち、紫外域光（ＵＶ光）または可視域光のいずれか一方を通過させる機能を有する。光切替手段１２を通過した紫外域光（ＵＶ光）または可視域光はリレーレンズ１４を通り、ハーフミラー１５を介して対物レンズ１６に入射し、ウエハ１７を照射する。ウエハ１７上の光学像は対物レンズ１６、ハーフミラー１５を介してイメージセンサー１８上に投影される。
【００３４】
本発明の光照射装置によれば、従来のウエハ検査装置が特許文献１にも記載されているように、白色光とＵＶ光の２つの光源必要としていたのに対して、本発明の超高圧水銀ランプ１０を光切替手段１２と共に使用することにより、１本の超高圧水銀ランプ１０を用いて、白色光による検査とＵＶ光による検査が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】各実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプの概略構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプを１時間点灯させた時のＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【図３】比較ランプとしての超高圧水銀ランプを１時間点灯させた時のＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【図４】封入ガスとしての酸素量を変化させた時の黒化度合いとＵＶ光量変動率との関係を示す表である。
【図５】第２の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプを１時間点灯させた時のＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【図６】０〜５００時間の各経過時における、第１の実施形態乃至第３の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプを定電力電源または定電流電源で点灯した場合、および比較ランプに係る超高圧水銀ランプを定電力電源または定電流電源で点灯した場合の、ＵＶ光量維持率およびＵＶ光量変動率の測定結果を示す図である。
【図７】第１の実施形態乃至第３の実施形態の発明に係る超高圧水銀ランプを組み込んだ光照射装置を備えるウエハ検査装置の概要を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１，１０  超高圧水銀ランプ
２  放電容器
３  陰極
４  陽極
５  リード棒
６  金属箔
７  口金
１１  反射ミラー
１２  光切替手段
１３  光照射装置
１４  リレーレンズ
１５  ハーフミラー
１６  対物レンズ
１７  ウエハ
１８  イメージセンサー
【図１】
2005197191.tif 000003
【図２】
2005197191.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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