專利名稱：短弧型放電燈的電極、該電極制造方法以及短弧型放電燈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過照射紫外線在工件上形成預(yù)定圖案的短弧型放電燈的電極以及該電極制造方法和短弧型放電燈。
背景技術(shù)：
一般，通過在作為工件的晶片上照射預(yù)定波長的紫外線并形成預(yù)定圖案來制造半導(dǎo)體集成電路(IC)等的曝光設(shè)備使用短弧型放電燈作為光源。
使用這種短弧型放電燈，即使在紫外線中也能對工件有效地進(jìn)行i線(中心波長為365nm)照射。并且，由于IC技術(shù)進(jìn)步很快，因而IC制造用的設(shè)備投資很大，并且價(jià)格競爭非常激烈。因此，制造成本控制對IC制造商獲得成功來說不可欠缺，并且對于作為IC制造工藝所用消耗品的短弧型放電燈而言，對延長使用壽命來降低成本的要求也很強(qiáng)烈。
并且，在技術(shù)方面，隨著IC的高度集成化，對曝光時(shí)的分辨率要求也提高。并且，構(gòu)成工件的大量晶片也存在大口徑化，并且曝光面積也增大?；蛘哞b于用于實(shí)現(xiàn)高分辨率的光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，要求增加從光源照射的紫外線放射量。
因此，常規(guī)上提出了照射光線穩(wěn)定性高且壽命長的各種結(jié)構(gòu)的短弧型放電燈及其電極。此外，為了實(shí)現(xiàn)短弧型放電燈的長壽命和高穩(wěn)定性，通過改善電極形狀和電極處理方法來降低電極消耗，以便能對照度維持率下降進(jìn)行有效控制。這是一種公知技術(shù)。
例如，在短弧型放電燈的電極形狀方面，在第11128/1964號日本專利待審公報(bào)中揭示了以照明中的溫度下降(散熱效果改善)為目標(biāo)的熱沉結(jié)構(gòu)(表面積增加)。并且，在第2601435號專利公報(bào)中揭示了一種用于在電極表面形成由碳化鉭和鎢的混合物構(gòu)成的多孔層的方法，并且在第2915368號專利公報(bào)中揭示了一種用于形成顆粒狀鎢燒結(jié)層的方法等。
而且，在JP-A-2001-135274中揭示了一種短弧型放電燈，在該短弧型放電燈中，把體積比為5％～40％的低分子量的稀有氣體與高分子量的稀有氣體進(jìn)行混合，作為稀有氣體，并把在這些稀有氣體的正常溫度時(shí)的壓力設(shè)定為2個或以上大氣壓。
上述短弧型放電燈與封入稀有氣體所用壓力不到兩個大氣壓的短弧型放電燈相比，放射輝度非常高。這種高放射輝度可顯著產(chǎn)生消耗，其程度相當(dāng)于可挖出陽極尖端部的程度。并且，隨著燈的照明利用率的提高，由燈電流的增加所引起的消耗也很顯著。因此，考慮到短弧型放電燈內(nèi)的氣體對流，最近還采用使電極的溫度分布優(yōu)化的電極形狀設(shè)計(jì)。
而且，作為在短弧型放電燈的電極的制造時(shí)的處理方法，進(jìn)行以除去電極表面的氧化膜層為目的的氫中的熱處理(還原作用)，或者還有以消除電極內(nèi)部的氣體為目的的高真空中的熱處理。特別是，高真空中的熱處理影響了鎢的再結(jié)晶(晶粒生長)的進(jìn)行。因此，到目前為止，溫度一直被設(shè)定為1600～2200℃。
然而，在常規(guī)短弧型放電燈的電極和短弧型放電燈方面還存在改善余地。也就是說，在常規(guī)短弧型放電燈及其電極中，在高真空中的熱處理溫度影響了以鎢作為主成分的金屬的再結(jié)晶(晶粒生長)的進(jìn)行。因此，到目前為止，溫度一直被設(shè)定為1600～2200℃。然而，由于特別是在電弧區(qū)域中作為輝度最高的位置(輝點(diǎn))的陰極尖端部也已達(dá)到約2400～2700℃以上，因而在制造時(shí)，在熱處理溫度為1600～2200℃的情況下，促進(jìn)了電極的消耗。
并且，在短弧型放電燈的照明時(shí)，如果陰極和陽極達(dá)到約2400～2700℃，則陰極和陽極的再結(jié)晶得到促進(jìn)。這樣，存在于晶體等之間間存在的雜質(zhì)被放出，并且發(fā)光管內(nèi)的黑化得到促進(jìn)。
對于常規(guī)短弧型放電燈及其電極，由于陽極尖端部的結(jié)構(gòu)形成為平坦形狀或凸出形狀，因而在高壓力和高溫的發(fā)光管內(nèi)，從陰極放出的電子的碰撞會使陽極的消耗變得劇烈。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題而提出的，本發(fā)明的目的是提供一種短弧型放電燈的電極及其制造方法和短弧型放電燈，其特征在于，即使在高壓力和高溫狀態(tài)下也可對電極的消耗進(jìn)行控制，并且該短弧型放電燈可對電極的再結(jié)晶進(jìn)行控制，并在照度維持率方面表現(xiàn)出色。
為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的電極構(gòu)成如下。也就是說，在把水銀和稀有氣體封入發(fā)光管內(nèi)并加以使用的短弧型放電燈中，在由對向設(shè)置于上述發(fā)光管內(nèi)的陰極和陽極組成的電極中，當(dāng)在陰極或陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中對該電極進(jìn)行熱處理。
采用這種構(gòu)成，即使照明時(shí)在電弧區(qū)域中作為輝度最高的位置(輝點(diǎn))的陰極尖端部達(dá)到約2400～2700℃以上，也可將再結(jié)晶抑制到最小，因?yàn)樵谂c照明中達(dá)到的溫度對應(yīng)的溫度范圍內(nèi)對陰極或陽極中的至少一方進(jìn)行了熱處理。
并且，在上述短弧型放電燈的電極中，進(jìn)行充足時(shí)間的上述熱處理，以形成上述金屬中的預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑。采用這種構(gòu)成，在照明中的高溫時(shí)，采用短弧型放電燈的電極可使電極的平均金屬結(jié)晶粒徑穩(wěn)定。此外，用于形成預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑的充足時(shí)間是指當(dāng)在由預(yù)備實(shí)驗(yàn)等所選的預(yù)定溫度對由預(yù)定材料構(gòu)成的電極進(jìn)行熱處理時(shí)，可在放電燈照明時(shí)使難以再結(jié)晶的穩(wěn)定狀態(tài)得以維持的時(shí)間。
并且，短弧型放電燈的電極制造方法構(gòu)成如下電極由陰極和陽極構(gòu)成，該陰極和陽極采用對置方式設(shè)置在把水銀和稀有氣體封入發(fā)光管內(nèi)并加以使用的短弧型放電燈中的上述發(fā)光管內(nèi)；當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，根據(jù)平均金屬結(jié)晶粒徑，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中進(jìn)行熱處理。
采用這種構(gòu)成，可將短弧型放電燈的電極制造方法構(gòu)成為根據(jù)平均金屬結(jié)晶粒徑，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中對用作陰極和陽極的金屬進(jìn)行熱處理。因此，可在制造時(shí)消除包含在用作陰極和陽極的金屬中的雜質(zhì)。
并且，作為根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈，提出了以下構(gòu)成。也就是說，一種短弧型放電燈設(shè)有內(nèi)部封入水銀和稀有氣體的發(fā)光管，該短弧型放電燈的電極由采用對置方式設(shè)置在該發(fā)光管內(nèi)的陰極和陽極組成，在該短弧型放電燈的該電極中，當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中對該電極進(jìn)行熱處理。
采用這種構(gòu)成，可在預(yù)定溫度范圍內(nèi)，在真空中對陰極或陽極中的至少一方進(jìn)行熱處理，從而可在電弧放電和稀有氣體的封入壓力等的影響下，把陰極或陽極或兩極的再結(jié)晶抑制到最小。
并且，在短弧型放電燈中，進(jìn)行充分時(shí)間的熱處理，以形成上述金屬中的預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑。采用這種構(gòu)成，可使平均金屬結(jié)晶粒徑穩(wěn)定，并可防止陰極或陽極因受熱而發(fā)生再結(jié)晶，而且還可以最低消耗進(jìn)行穩(wěn)定光照射。
一種短弧型放電燈構(gòu)成如下陰極和陽極采用對置方式設(shè)置在發(fā)光管內(nèi)，并且在該發(fā)光管內(nèi)封入水銀和稀有氣體；把體積比為5％～40％的低分子量的稀有氣體與高分子量的稀有氣體進(jìn)行混合，作為上述稀有氣體；把這些稀有氣體的正常溫度時(shí)的壓力設(shè)定為2個或以上大氣壓；上述陽極在面向上述陰極的尖端部設(shè)有凹面；上述凹面形成為在連接陽極和陰極的中心線的周圍形成的旋轉(zhuǎn)面；當(dāng)在上述陰極或上述陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用作上述陰極或上述陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中進(jìn)行熱處理。
采用這種構(gòu)成，在短弧型放電燈中，通過把體積比為5％～40％的低分子量的稀有氣體與高分子量的稀有氣體進(jìn)行混合，可提高照度，其原因在于，較低分子量的稀有氣體的熱傳導(dǎo)率比高分子量的稀有氣體高。并且，當(dāng)面對從陰極朝陽極凹面放射的電子時(shí)，短弧型放電燈可抑制消耗。
在短弧型放電燈中，上述高分子量的稀有氣體合適的是氙、氪和氬中的至少一種或者這些氣體的混合氣體，并且上述低分子量的稀有氣體合適的是氦和氖中的至少一種或者這些氣體的混合氣體。
并且，在上述短弧型放電燈中，當(dāng)把陰極的尖端部設(shè)定為點(diǎn)電荷Q，把陽極尖端部中的電場強(qiáng)度設(shè)定為E，把電極間的距離設(shè)定為X，并把介電常數(shù)設(shè)定為ε0時(shí)，用公式E＝Q/(4πε0X2)來表示；上述旋轉(zhuǎn)面的形成是為了使上述陽極的凹面內(nèi)的電場強(qiáng)度E近似相等。
采用這種構(gòu)成，短弧型放電燈可使接收來自陰極的電子的陽極凹面各點(diǎn)的電場強(qiáng)度近似，并可使該凹面的電流密度分散。


圖1A是示意性示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的形狀的側(cè)視圖，圖1B是示意性示出短弧型放電燈的電極構(gòu)成的局部分解側(cè)視圖，圖1C是示出陽極的凹面構(gòu)成的側(cè)視圖。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的電極的平均金屬結(jié)晶粒徑和熱處理溫度的關(guān)系的圖。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的電極的平均金屬結(jié)晶粒徑和熱處理溫度的關(guān)系的圖。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的電極的平均金屬結(jié)晶粒徑和熱處理溫度的關(guān)系的圖。
圖5是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的電極的平均金屬結(jié)晶粒徑和熱處理溫度的關(guān)系的圖。
圖6是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的照度維持率和照明時(shí)間的關(guān)系的圖。
圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的照度維持率和照明時(shí)間的關(guān)系的圖。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的照度維持率和照明時(shí)間的關(guān)系的圖。
圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的短弧型放電燈的照度維持率和照明時(shí)間的關(guān)系的圖。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說明。
圖1A是以斷面形式示意性示出短弧型放電燈的形狀的側(cè)視圖，圖1B是示意性示出短弧型放電燈的電極構(gòu)成的局部分解側(cè)視圖，圖1C是示出陽極的凹面構(gòu)成的側(cè)視圖。
如圖1所示，短弧型放電燈20包括陰極2和陽極3，兩者以對置方式設(shè)置在采用諸如石英玻璃那樣的紫外線透過部件形成的發(fā)光管1內(nèi)；內(nèi)部鉛棒4和5，其支撐該陰極2和陽極3中的各方；金屬箔8和9，其與該內(nèi)部鉛棒4和5的后側(cè)連接；以及外部鉛棒10和11，其與該金屬箔8和9的后側(cè)連接；其中，內(nèi)部鉛棒4和5、金屬箔8和9以及外部鉛棒10和11的位置由發(fā)光管1的密封部6和7以及配帽(未示出)來密封。
并且，對于陰極2和陽極3，它們材料中的一方或雙方可采用鎢單質(zhì)形成，也可采用鎢合金形成。當(dāng)該陰極2和陽極3中的至少一方采用鎢合金形成時(shí)，可列舉以下例子通過把預(yù)定量的鉀粉末添加給鎢粉末進(jìn)行燒結(jié)而制造的材料；通過把預(yù)定量的釷粉末添加給鎢進(jìn)行燒結(jié)而制造的材料；或者通過把預(yù)定量的鉀粉末和釷粉末添加給鎢進(jìn)行燒結(jié)而制造的材料。
并且，當(dāng)把制造時(shí)真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把各金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在高真空中對陰極2或陽極3中的至少一方進(jìn)行熱處理。在此，以設(shè)定為2300～2900℃為例，優(yōu)選的是設(shè)定為2400～2900℃。根據(jù)短弧型放電燈20的構(gòu)成，當(dāng)陰極2或陽極3的熱處理溫度超過2300℃時(shí)，或者當(dāng)超過2400℃時(shí)，可在照明中把再結(jié)晶抑制到最小。此外，在此，真空狀態(tài)是在從133×10-3(Pa)～133×10-6(Pa)的范圍內(nèi)。
并且，可在上述溫度范圍對陰極2或陽極3中的至少一方的熱處理時(shí)間作出合適選擇和決定。此外，熱處理時(shí)間優(yōu)選地被設(shè)定為從5分鐘到180分鐘。當(dāng)熱處理時(shí)間未滿5分鐘時(shí)，即使熱處理溫度為2300℃～2900℃，如果接通短弧型放電燈20，則當(dāng)前用于陰極2或陽極3的金屬發(fā)生再結(jié)晶(晶粒生長)的可能性也很高。在該再結(jié)晶時(shí)放出的內(nèi)含氣體會促進(jìn)發(fā)光管1內(nèi)的黑化。而且，當(dāng)熱處理時(shí)間超過180分鐘，并且熱處理溫度在2300℃～2900℃的范圍內(nèi)時(shí)，平均金屬結(jié)晶粒徑的穩(wěn)定性和內(nèi)含氣體的去除都在該熱處理溫度時(shí)處于飽和狀態(tài)。
在短弧型放電燈20中，根據(jù)平均金屬結(jié)晶粒徑，在上述溫度范圍(2300℃≤T＜MP)內(nèi)，在真空中對選作陰極2和陽極3的金屬進(jìn)行熱處理。此外，用于形成預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑的充足時(shí)間是指當(dāng)在由預(yù)備實(shí)驗(yàn)等所選的預(yù)定溫度對由所用金屬構(gòu)成的電極進(jìn)行熱處理時(shí)，可在放電燈照明時(shí)使難以再結(jié)晶的穩(wěn)定狀態(tài)得以維持的時(shí)間。
例如，可在上述溫度范圍內(nèi)對陰極2或陽極3中的至少一方的熱處理時(shí)間作出合適選擇和決定，并且可根據(jù)構(gòu)成陰極2或陽極3的金屬種類和金屬(鎢或其合金)初期粒徑作出合適選擇。在此，熱處理時(shí)間被設(shè)定為5分鐘～180分鐘的范圍。當(dāng)熱處理時(shí)間未滿5分鐘時(shí)，即使熱處理溫度被設(shè)定為2300℃～2900℃的范圍，如果接通短弧型放電燈20，則當(dāng)前用于陰極2或陽極3的金屬發(fā)生再結(jié)晶(晶粒生長)的可能性也很高。于是，在這種再結(jié)晶時(shí)放出的內(nèi)含氣體會促進(jìn)發(fā)光管1內(nèi)的黑化。而且，當(dāng)熱處理時(shí)間超過180分鐘時(shí)，平均金屬結(jié)晶粒徑的穩(wěn)定性和內(nèi)含氣體的去除都在該熱處理溫度時(shí)處于飽和狀態(tài)。
并且，考慮到使用構(gòu)成要處理的陰極2或陽極3的金屬的預(yù)備數(shù)據(jù)(reserve data)(預(yù)備實(shí)驗(yàn))，可確定陰極2或陽極3中的至少一方的熱處理時(shí)間。
如下所述，該預(yù)備數(shù)據(jù)應(yīng)具備圖2或圖5所示的有關(guān)構(gòu)成陰極2或陽極3的金屬與熱處理溫度和平均金屬結(jié)晶粒徑的關(guān)系的信息。此外，如果已知有關(guān)熱處理時(shí)間的數(shù)值，則可構(gòu)成更合適的陰極2或陽極3。利用該圖2或圖5的預(yù)備數(shù)據(jù)，可依靠在平均金屬結(jié)晶粒徑處于穩(wěn)定狀態(tài)的熱處理溫度(而且還可依靠熱處理時(shí)間)來構(gòu)成合適的陰極2或陽極3。
如圖2或圖5所示，如果制造時(shí)的真空中的熱處理溫度較高，并且熱處理時(shí)間較長，則陰極2或陽極3的平均金屬結(jié)晶粒徑生長為穩(wěn)定粒徑。同時(shí)，在進(jìn)行熱處理時(shí)，放出材料中含有的內(nèi)含氣體。因此，當(dāng)接通作為短弧型放電燈20的燈時(shí)，陰極2和陽極3不會發(fā)出不期望有的內(nèi)含氣體，從而可實(shí)現(xiàn)預(yù)定時(shí)間照明，并可保持預(yù)定的照度維持率。
另外，陰極2和陽極3的材料是通過列舉鎢(W)和把鉀(K)攙入鎢中所形成的材料、或者把釷(Th)攙入鎢中所形成的材料、以及把鉀和釷攙入鎢中所形成的材料為例作了說明。然而，當(dāng)然，也可向鎢中攙入其他成分進(jìn)行燒結(jié)或進(jìn)行鑄造和鍛造。并且，在高真空中對陰極2或陽極3中的至少一方進(jìn)行熱處理，以使陰極2和陽極3處于穩(wěn)定狀態(tài)。
并且，如圖1B和圖1C所示，在短弧型放電燈20的發(fā)光管內(nèi)，陰極2和陽極3之間的距離被設(shè)定為例如5.5mm，并且在面向陰極2的陽極3的預(yù)定位置形成凹面3A。當(dāng)前形成在該陽極3內(nèi)的凹面3A的形成是為了使與陰極2的尖端的距離可在該凹面3A的曲面內(nèi)的各點(diǎn)P0、P1…為等距離X0、X1…。
而且，當(dāng)把陰極2的尖端部設(shè)定為點(diǎn)電荷Q，把陽極3的尖端部中的電場強(qiáng)度設(shè)定為E，把電極間的距離設(shè)定為X，并把介電常數(shù)設(shè)定為ε0時(shí)，可用公式E＝Q/(4πε0X2)來表示。陽極3的凹面3A的曲面可形成為旋轉(zhuǎn)面，以便可使上述陽極的凹面中各點(diǎn)的電場強(qiáng)度E近似相等。該凹面3A的旋轉(zhuǎn)面可采用成為圓形一部分的形狀，并可采用成為橢圓一部分的形狀，還可采用成為拋物線一部分的形狀。
這樣，在陽極3的凹面3A中，當(dāng)從陰極2發(fā)送電子時(shí)，由于電場強(qiáng)度E相等或近似相等，因而凹面3A的電流密度相等，從而可把陽極3的消耗抑制到最小。此外，當(dāng)使電場強(qiáng)度E近似相等時(shí)，從陰極2到陽極3的凹面3A的距離X可處于相等狀態(tài)。
并且，采用這種方式來混合稀有氣體，即將水銀和諸如氙、氬和氪那樣的較高分子量的稀有氣體和諸如氖或氦那樣的較低分子量的稀有氣體采用5～40％的體積比進(jìn)行混合，并把該混合稀有氣體包含在短弧型放電燈20的發(fā)光管1內(nèi)。然后在常溫用2個或以上大氣壓封入該混合稀有氣體，從而有助于提高發(fā)光率和改善照度穩(wěn)定性。表1示出了有關(guān)這種稀有氣體的一例。
表1

而且，在此，短弧型放電燈20采用陽極3設(shè)置在上面的方式垂直設(shè)置，并且以3500W作為燈輸入電功率來接通。當(dāng)然，特別是，短弧型放電燈20的照明布置方式和燈輸入電功率不限于此。
以下將對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行說明。另外，本發(fā)明不限于本實(shí)施例。而且，作為預(yù)備實(shí)驗(yàn)，如圖2或圖5所示，在此準(zhǔn)備了從試樣1到試樣4的數(shù)據(jù)。
作為預(yù)備實(shí)驗(yàn)方法，對試樣1(鎢)、試樣2(把2個質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的釷添加給鎢)、試樣3(把30ppm的鉀添加給鎢)和試樣4(把2個質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的釷和30ppm的鉀添加給鎢)(φ20×30mm)進(jìn)行洗凈(甲醇超聲波洗凈15分鐘×2次)、氫處理(1000℃×30分鐘)和高溫真空處理。高溫真空處理分別在1600℃、1900℃、2200℃、2500℃和2700℃進(jìn)行加熱持續(xù)15分鐘、60分鐘和180分鐘。加熱速度被設(shè)定為20℃/分鐘。此外，真空度被設(shè)定在133×10-3(Pa)～133×10-6(Pa)的范圍內(nèi)。
并且，作為分析設(shè)備，使用了數(shù)字顯微鏡VH-6300(KEYENCE制)、掃描電子顯微鏡(SEM)DX-700(TOPCON制)、高溫真空爐(DIAVAC LIMITED制)、以及金剛石切割器MC-122(MARUTO INSTRUMENT制)。
并且，對于高溫真空處理后的各試樣1～4，在使用金剛石切割器從中央切割30mm的橫斷面以及在直徑方向上切割的縱斷面中，使用SEM對橫斷面中的結(jié)晶粒徑進(jìn)行觀察和測定。此外，采用在該橫斷面中任意選擇的五個晶粒的平均值作為平均金屬結(jié)晶粒徑。
以下將對上述預(yù)備數(shù)據(jù)的一例進(jìn)行說明。如圖2所示，在試樣1情況下，0.125或以上和0.185mm或以下的平均金屬結(jié)晶粒徑，或者最小值為0.13mm或以上的平均金屬結(jié)晶粒徑是合適的。這種0.125mm或以下的平均金屬結(jié)晶粒徑易于在照明中受熱而發(fā)生再結(jié)晶。這就無法在保持預(yù)定照度維持率的同時(shí)，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間照明。并且，即使平均金屬結(jié)晶粒徑大到超過0.185mm，該平均金屬結(jié)晶粒徑也會接近飽和狀態(tài)。此外，當(dāng)平均金屬結(jié)晶粒徑為0.13mm或以上時(shí)，熱處理溫度為2400℃或以上，從而形成不會容易發(fā)生再結(jié)晶的狀態(tài)。
而且，如圖3所示，在試樣2情況下，平均金屬結(jié)晶粒徑為0.035(或0.04)mm或以上和0.06mm或以下是合適的。這種0.035mm或以下的平均金屬結(jié)晶粒徑處于在照明中受熱而容易發(fā)生再結(jié)晶的狀態(tài)，從而無法在保持預(yù)定照度維持率的同時(shí)，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間照明。并且，當(dāng)平均金屬結(jié)晶粒徑大到超過0.06mm時(shí)，該平均金屬結(jié)晶粒徑穩(wěn)定受熱并接近飽和狀態(tài)。
并且，如圖4所示，在試樣3情況下，平均金屬結(jié)晶粒徑為0.145mm或以上和0.18mm或以下是合適的。這種0.145mm或以下的平均金屬結(jié)晶粒徑處于在照明中受熱而容易發(fā)生再結(jié)晶的狀態(tài)，從而無法在保持預(yù)定照度維持率的同時(shí)，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間照明。并且，當(dāng)平均金屬結(jié)晶粒徑大到超過0.18mm時(shí)，該平均金屬結(jié)晶粒徑穩(wěn)定受熱并接近飽和狀態(tài)。
并且，如圖5所示，在試樣4情況下，平均金屬結(jié)晶粒徑為0.09mm或以上和0.14mm或以下是合適的。這種0.09mm或以下的平均金屬結(jié)晶粒徑處于在照明中受熱而容易發(fā)生再結(jié)晶的狀態(tài)，從而無法在保持預(yù)定照度維持率的同時(shí)，進(jìn)行預(yù)定時(shí)間照明。并且，當(dāng)平均金屬結(jié)晶粒徑大到超過0.14mm時(shí)，該平均金屬結(jié)晶粒徑穩(wěn)定受熱并接近飽和狀態(tài)。
以下是對短弧型放電燈的照度維持率所作的實(shí)驗(yàn)。此外，就電極而言，對陰極和陽極這兩者或者陰極和陽極中的至少一方的照度維持率作了測定。
并且，作為第一實(shí)施例，短弧型放電燈是由45mg/cc的水銀、作為封入的稀有氣體的高分子量的Ar和以40％的體積比封入的低分子量的Ne這三者混合的稀有氣體構(gòu)成的。并且，陰極和陽極的距離被設(shè)定為5.5mm，并且以3500W的輸入功率接通燈。此外，陰極采用試樣4構(gòu)成，陽極采用試樣3構(gòu)成，并在2300℃時(shí)，在真空中分別對該陰極和陽極進(jìn)行熱處理(在試樣4中，把2個質(zhì)量百分?jǐn)?shù)的釷和30ppm的鉀添加給鎢，在試樣3中，把30ppm的鉀添加給鎢)。并且，如圖1C所示，陽極構(gòu)成為把端面D1的直徑設(shè)定為8mm，把球面狀凹面的直徑D2的直徑設(shè)定為6mm，并把該凹面的深度設(shè)定為1mm。
并且，如表2所示，對高真空中的熱處理溫度(℃)、陽極尖端部的凹面、封入氣體的種類、大氣壓、以及Ne的體積比都作了規(guī)定，以構(gòu)成短弧型放電燈。
并且，如圖6所示，對照度維持率和照明時(shí)間(750小時(shí))作了測定。照度維持率的測量方式為使用設(shè)置在用作IC曝光設(shè)備的曝光區(qū)域的位置上的照度計(jì)，對來自短弧型放電燈的i線(中心波長為365nm)的紫外線的初期中的照度及其照度穩(wěn)定性進(jìn)行測定。此外，就照度穩(wěn)定性而言，可以說，接近于“0”的數(shù)值是穩(wěn)定性高的數(shù)值。
表2

評價(jià)結(jié)果表明，與標(biāo)準(zhǔn)燈A比起來，在陽極尖端部設(shè)有凹面的燈A4～A6與在陽極尖端部不設(shè)有凹面的燈A1～A3相比，在封入氣體壓力上的照度和照度穩(wěn)定性相同。而且，如圖6所示，燈A4～A6與燈A1～A3相比，照度維持率提高約10％。
而且，在第二實(shí)施例的標(biāo)準(zhǔn)燈B中，陰極和陽極的熱處理溫度被設(shè)定為2100℃。并且，在燈B1～B6中，把高真空中的熱處理溫度設(shè)定為2300℃、2500℃和2700℃，對陰極和陽極中的任一方進(jìn)行熱處理，以便構(gòu)成在陽極中不設(shè)凹面的短弧型放電燈。此外，在燈B1～B3中，在高真空中，在2300℃、2500℃和2700℃時(shí)，僅對陰極進(jìn)行熱處理，并且在燈B4～B6中，在高真空中，在2300℃、2500℃和2700℃時(shí)，僅對陽極進(jìn)行熱處理。并且，表3中沒有的短弧型放電燈的其他構(gòu)成(水銀封入量等)與上述構(gòu)成相同。
表3

評價(jià)結(jié)果表明，燈B1～B6與標(biāo)準(zhǔn)燈B相比，照度和照度穩(wěn)定性相同。而且，如圖7所示，燈B1～B3與標(biāo)準(zhǔn)燈B相比，照度維持率提高約3～5％。并且，如圖8所示，燈B4～B6與標(biāo)準(zhǔn)燈B相比，照度維持率提高約2～3％。
如圖9所示，作為燈C的表4所示構(gòu)成的燈的照度維持率是從第一實(shí)施例和第二實(shí)施例的結(jié)果測定。此外，表4中沒有的短弧型放電燈的其他構(gòu)成(水銀封入量等)與上述構(gòu)成相同。
表4

如圖9所示，與標(biāo)準(zhǔn)燈B相比，確認(rèn)照度維持率提高約16％。
此外，盡管在本實(shí)施例中，圖6或圖9所示的電極的熱處理時(shí)間被確定為60分鐘，然而該熱處理時(shí)間不限于此。并且，試樣4用于陰極，試樣3用于陽極。然而，通過備齊預(yù)備數(shù)據(jù)，可將適用范圍擴(kuò)大到使用其他試樣或其他鎢合金作為試樣。
采用上述構(gòu)成，可獲得本發(fā)明的以下優(yōu)良效果。
(1)由于可在從2300℃或2400℃到所用金屬的熔點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)在制造時(shí)的真空中對短弧型放電燈的電極進(jìn)行熱處理，因此，當(dāng)用于短弧型放電燈時(shí)，即使電極在照明時(shí)處于高溫狀態(tài)，也可把再結(jié)晶和消耗抑制到最小，并可在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持預(yù)定照度維持率。
(2)在短弧型放電燈的電極中，在制造時(shí)的真空中進(jìn)行充足時(shí)間的熱處理，以形成所用金屬中的預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑。因此，可制造一種短弧型放電燈，該短弧型放電燈通過根據(jù)表示真空中的熱處理溫度、平均金屬結(jié)晶粒徑和金屬成分的預(yù)備實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)，可在短弧型放電燈的高封入壓力的環(huán)境中把電極的消耗和再結(jié)晶抑制到最小。
(3)在短弧型放電燈中，可在從2300℃或2400℃到所用金屬的熔點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)在制造時(shí)的真空中對陰極或陽極中的任一方進(jìn)行熱處理，并可在陽極內(nèi)設(shè)置凹面，從而能在預(yù)定時(shí)間內(nèi)保持預(yù)定的照度維持率。此外，通過在預(yù)定溫度范圍內(nèi)對陰極和陽極兩者進(jìn)行熱處理，可保持更高的照度維持率。
(4)對于在2個或以上大氣壓的高壓力狀態(tài)下封入的稀有氣體而言，短弧型放電燈按照預(yù)定比率使用高分子量和低分子量的稀有氣體。因此，可使發(fā)光效率提高，可使照度穩(wěn)定性良好，并可提高照度維持率。此外，通過在陽極中設(shè)置凹面，并使由該凹面接收的電解強(qiáng)度近似相等，可對電極的消耗進(jìn)行控制，而且可使發(fā)光管效率進(jìn)一步提高，可使照度穩(wěn)定性良好，并可提高照度維持率。
權(quán)利要求
1.一種短弧型放電燈的電極，該短弧型放電燈設(shè)有內(nèi)部封入水銀和稀有氣體的發(fā)光管，該電極由采用對置方式設(shè)置在該發(fā)光管內(nèi)的陰極和陽極組成；其特征在于，當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中對該電極進(jìn)行熱處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的短弧型放電燈的電極，其特征在于，進(jìn)行充足時(shí)間的上述熱處理，以形成上述金屬中的預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑。
3.一種短弧型放電燈的電極制造方法，該短弧型放電燈把水銀和稀有氣體封入發(fā)光管內(nèi)并加以使用，該電極由采用對置方式布置在該發(fā)光管內(nèi)的陰極和陽極構(gòu)成；其特征在于，當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，根據(jù)平均金屬結(jié)晶粒徑，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中進(jìn)行熱處理。
4.一種短弧型放電燈，該短弧型放電燈將陰極和陽極采用對置方式布置在發(fā)光管內(nèi)，并在該發(fā)光管內(nèi)封入水銀和稀有氣體；其特征在于，當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中進(jìn)行熱處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的短弧型放電燈，其特征在于，進(jìn)行充足時(shí)間的上述熱處理，以形成上述金屬中的預(yù)定平均金屬結(jié)晶粒徑。
6.一種短弧型放電燈，該短弧型放電燈將陰極和陽極采用對置方式布置在發(fā)光管內(nèi)，并在上述發(fā)光管內(nèi)封入水銀和稀有氣體；其特征在于，把體積比為5％～40％的低分子量的稀有氣體與高分子量的稀有氣體進(jìn)行混合，作為上述稀有氣體，把這些稀有氣體的常溫時(shí)的壓力設(shè)定為2個或以上大氣壓；上述陽極在與上述陰極相對的尖端部設(shè)有凹面，該凹面形成為在連接陽極和陰極的中心線的周圍形成的旋轉(zhuǎn)面；當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中進(jìn)行熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的短弧型放電燈，其特征在于，上述高分子量的稀有氣體是氙、氪和氬中的至少一種或者這些氣體的混合氣體；并且上述低分子量的稀有氣體是氦和氖中的至少一種或者這些氣體的混合氣體。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或權(quán)利要求7所述的短弧型放電燈，其特征在于，當(dāng)把陽極的尖端部設(shè)定為點(diǎn)電荷Q，把陽極的尖端部中的電場強(qiáng)度設(shè)定為E，把電極間的距離設(shè)定為X，并把介電常數(shù)設(shè)定為ε0時(shí)，用公式E＝Q/(4πε0X2)來表示；上述旋轉(zhuǎn)面的形成是為了使上述陽極的凹面內(nèi)的電場強(qiáng)度E近似相等。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種短弧型放電燈的電極，其中，即使在高壓力或高溫下，也可對電極的消耗進(jìn)行控制，并且該短弧型放電燈可對電極的再結(jié)晶進(jìn)行控制，并在照度維持率方面表現(xiàn)出色。本發(fā)明提供了一種短弧型放電燈的電極，該短弧型放電燈設(shè)有內(nèi)部封入水銀和稀有氣體的發(fā)光管，該電極由采用對置方式設(shè)置在該發(fā)光管內(nèi)的陰極和陽極組成；其特征在于，當(dāng)在該陰極或陽極的至少一方中，把制造時(shí)的真空中的熱處理溫度設(shè)定為T，并把用于該陰極或陽極的金屬的熔點(diǎn)設(shè)定為MP時(shí)，在2300℃≤T＜MP的溫度范圍內(nèi)，在真空中對該電極進(jìn)行熱處理。
文檔編號H01J61/16GK1437216SQ0310210
公開日2003年8月20日 申請日期2003年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2002年2月7日
發(fā)明者倉野正宏, 李松姬, 芹澤和泉, 藤森昭芳 申請人:株式會社Orc制作所