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Dokumentenidentifikation DE69714539T2 15.05.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0833373
Titel Beleuchtungsvorrichtung mit einer Kurzbogen-Quecksilberlampe
Anmelder Ushiodenki K.K., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Yasuda, Yukio, Himeji-shi, Hyogo-ken, JP;
Sugihara, Masanori, Himeji-shi, Hyogo-ken, JP;
Mayama, Shouichi, Himeji-shi, Hyogo-ken, JP
Vertreter Patentanwälte Friedrich Lang und Dr. Isabel Tomerius, 80336 München
DE-Aktenzeichen 69714539
Vertragsstaaten DE, GB, NL
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 24.09.1997
EP-Aktenzeichen 971166475
EP-Offenlegungsdatum 01.04.1998
EP date of grant 07.08.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse H01J 61/86

Beschreibung[de]
Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Emissionsvorrichtung, die eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp mit einem hohen Bündelungs-Wirkungsgrad und einer guten Lichtstabilität beinhaltet und die für eine Halbleiter-Belichtungsvorrichtung eingesetzt werden kann.

Beschreibung des Stands der Technik

Bei dem Belichtungsvorgang bei der Herstellung von Halbleitern wird in letzter Zeit eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp verwendet, welche UV-Licht mit einer Hauptwellenlänge von 365 nm (nachfolgend "i-Linie" genannt) ausstrahlt. Da sich der Integrationsgrad der integrierten Schaltung des Halbleiters jedes Jahr erhöht, besteht dementsprechend ein immer größerer Bedarf nach der Bildauflösung bei der Belichtung. Ferner besteht wegen der Vergrößerung der Belichtungsfläche infolge der Vergrößerung der Waferapertur oder wegen der modifizierten Beleuchtungs-Technik, welche fürs Erzielen einer hohen Bildauflösung angewendet wird, ein Bedarf nach einer Vergrößerung der Strahlungsmenge des UV-Lichtes aus der Lichtquelle.

Ferner ist eine enorme Anlageninvestition erforderlich, um eine Fertigungslinie bei der Halbleiter- Herstellung zu errichten. Für die Kapitalrendite hierfür besteht deshalb auch ein Bedarf nach einer Erhöhung des Durchsatzes hinsichtlich der Produktionsmenge pro Zeiteinheit. Für die Belichtungs- Lichtquelle besteht deshalb ein Bedarf nach einer hohen Lichtausbeute und einem hohen Bündelungs- Wirkungsgrad.

Bei einer Quecksilber-Kurzbogenlampe wird herkömmlicherweise als Puffergas Xe eingekapselt, um die Start-Charakteristik der Lampe zu verbessern und den Wärmeisoliereffekt des Gases sowie der Leuchtröhre zu erzielen. Solche Lampen sind z. B. in JP-A-03-8225 und US-A-4,190,786 offenbart.

Ferner wird auch vorgeschlagen, andere Edelgase als Xe mit einem Druck von kleiner als 1013 kPa (10 atm) einzukapseln, wie beispielsweise aus der Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung SHO 54-086979 zu entnehmen ist. Diese Edelgase werden jedoch in vielen Fällen als Startgas zum Vereinfachen des Startens der Entladung eingekapselt. Der Unterschied der i-Linien-Ausgangs-Charakteristik bei diesen Gassorten ist nicht ausreichend bekannt.

Bei einer handelsüblichen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp zum Zweck einer Halbleiterbelichtung wird Ar oder Kr als Edelgas neben Xe kaum verwendet, oder wenn überhaupt verwendet, nur in einem Druck von kleiner als 101 kPa (1 atm) bis ca. einige zehn kPa (einige Zehntel atm) eingekapselt (siehe z. B. DE 39 20 675 A1)

GB-A-2161-286 offenbart ein Verfahren zur Belichtung eines Halbleiterwafers, das eine Quecksilberlampe mit einem Nennleistungsverbrauch von 500 W benutzt.

Als Folge intensiver Untersuchungen der Erfinder wurde herausgefunden, dass bei einer Lampe, in welche als Puffergas Xe eingekapselt ist, bei einer Einkapselung von Xe von größer/gleich 811 kPa (8 atm) die Spektralbreite der i-Linie, die aus der Lampe ausgestrahlt wird, sich vergrößert, wodurch die Bildauflösung der Belichtung abnimmt.

Ferner wurde herausgefunden, dass bei einer Lampe, in welche als Puffergas Ar oder Kr eingekapselt ist, entsprechend einer Zunahme des Lampenstroms aufgrund der heftigen Bewegung des Lichtbogens die Bestrahlungsdichte in der Nähe der Kathodenspitze schwankt, dass die zeitliche Schwankung der Beleuchtungsintensität auf der Leuchtkreisfläche größer wird und dass eine Verschlechterung der Halbleiter-Belichtung verursacht wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Erfindung liegt daher die Hauptaufgabe zugrunde, eine Emissionsvorrichtung, die eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp mit einer hohen Lichtausbeute einschließt, anzugeben, welche dem Bedarf nach einer Vergrößerung der Strahlungsmenge der Lichtquelle entspricht.

Insbesondere ist es Ziel der Erfindung, die oben genannte Aufgabe dadurch zu erfüllen, dass durch Unterdrücken der Bewegung des Leuchtflecks in der Nähe der Kathodenspitze das Flackern der Bestrahlungsdichte unterdrückt und somit die Lichtbogen-Stabilität erhöht wird.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß mit einer in den Ansprüchen 1 und 2 beschriebenen Emissionsvorrichtung gelöst.

Die Aufgabe wird darüber hinaus mit einer Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp dadurch gelöst, dass ein senkrechter Leuchtbetrieb in einer Stellung durchgeführt wird, in welcher die Anode oberhalb der Kathode positioniert ist.

Fig. 5 zeigt schematisch die Form der Lichtbogen-Entladung der Kathodenspitze. Hierbei wird ein Zustand gezeigt, in welchem zwischen der Kathode 2 und der Anode 3 der Lichtbogen verbreitert ist. Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde die maximale Querschnittsfläche der Kathode zwischen der Spitze der Kathode 2 und dem in Richtung auf den Kathodenrumpf 0.5 mm entfernten Bereich festgelegt. Bei einer Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp wird üblicherweise ein Lichtbogenbereich 5 zwischen den Elektroden gebildet, der von der Kathodenspitze in Richtung auf den Anodenrumpf ausgeht, wie in Fig. 5 veranschaulicht. Ein Bereich der Kathode 2, welcher von dem Lichtbogen umhüllt ist, befindet sich in dem Bereich zwischen der Spitze der Kathode 2 und dem in Richtung auf den Kathodenrumpf ca. 0.5 mm entfernten Bereich. Dieser Bereich stellt einen Entladungsbereich 4 der Kathodenspitze dar.

Ein Spitzenbereich der Kathode, welcher bei der Entladung wirksam ist, ist deshalb der Bereich zwischen der Spitze und dem in Richtung auf den Kathodenrumpf 0.5 mm entfernten Bereich. Die maximale Querschnittsfläche der Kathode in diesem Bereich wird als wirksame Spitzen-Querschnittsfläche der Kathode bezeichnet, und der Durchmesser dieser maximalen Querschnittsfläche wird als wirksamer Spitzendurchmesser der Kathode bezeichnet.

Es ist denkbar, dass bei einer Verwendung von Ar sowie Kr als Puffergas die Gastemperatur in der Umgebung des Lichtbogens rasch absinkt, weil diese Gase eine größere Wärmeübergangszahl aufweisen als Xe-Gas, und dass als Folge davon die Kontraktion des Lichtbogens auftritt. Die Lampe weist durch diese Lichtbogen-Kontraktion eine höhere Strahlendichte auf als die Lampe unter Verwendung von Xe als Puffergas und ist einer Punkt-Lichtquelle noch mehr angenähert. Es ist deshalb denkbar, dass der Bündelungs-Wirkungsgrad des Fokussierspiegels höher und als Folge davon die Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche höher werden.

Es ist ferner denkbar, dass der Lichtbogen, welcher sich in der Nähe der Kathode infolge eines, durch den Strom entstanden, Magnetfelds in einer Selbstkontraktion befindet, wegen leichter Atome sich rasch zu erweitern versucht und dass deshalb eine Instabilität des Lichtbogens verursacht wird. Es ist denkbar, dass das Eigenmagnetfeld sowie auch das Maß der Selbstkontraktion des Lichtbogens kleiner werden, wenn die Stromdichte sich verringert, und dass dadurch der Lichtbogen stabiler wird.

Diese und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ersichtlich, in Verbindung mit den angefügten Abbildungen, die nur zur Veranschaulichung einzelne erfindungsgemäße Ausführungsbeispiele zeigen.

Kurze Beschreibung der Abbildungen

Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp;

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines optischen Systems, bei welchem die relative i-Linien- Intensität der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp gemessen wurde;

Fig. 3 zeigt eine Querschnittsdarstellung einer Kathodenform;

Fig. 4 ist ein Graph einer Relation zwischen der Lichtbogen-Instabilität und der Stromdichte der Kathodenspitze; und

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung der Form der Lichtbogenentladung im Elektrodenspitzenbereich.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Fig. 1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp, wobei in einer aus Quarzglas bestehenden Leuchtröhre 1 die Kathode 2 und die Anode 3 gegenüberliegend angeordnet sind. Die Kathodenelektrode 2 ist über ein Innenanschlussbauteil 12 an eine Folie 8 in einem hermetisch abschließenden Teil 6 und die Anodenelektrode 3 ist über ein Innenanschlussbauteil 13 an eine Folie 9 in einem hermetisch abschließenden Teil 7 angeschlossen. An die jeweiligen Folien 8 bzw. 9 sind die Außenanschlussbauteile 10, 11 angeschlossen.

Nachfolgend wird ein konkretes Versuchsbeispiel der Erfindung beschrieben.

Ausführungsbeispiel 1

Innerhalb einer aus Quarzglas bestehenden, im wesentlichen achsensymmetrischen Leuchtröhre 1 mit einem Außendurchmesser von ca. 55 mm sind eine aus Wolfram bestehende Anode 3 mit einem Durchmesser von 20 mm sowie eine aus Wolfram bestehende Kathode 2 mit einem wirksamen Spitzendurchmesser von 1.0 mm, welche ca. 2 Gew.-% Thoriumoxid enthält, mit einem Abstand zwischen den Elektroden von 4.0 mm gegenüberliegend angeordnet. Es wird 4.5 mg/cm³ Quecksilber pro Einheitsvolumen in der Lampe eingekapselt, in welche auch 203 kPa (2 atm) Xe bei Raumtemperatur eingekapselt ist. Diese Lampe wird als Bezugslampe A im Hinblick auf die Auswertung der Erfindung bezeichnet. Fig. 3 zeigt schematisch die Kathodenform im Querschnitt.

Ferner wurden fünf Sorten (B1 bis F1) von Lampen, in welche Ar gemäß Tabelle 1 eingekapselt ist, sowie fünf Sorten (B2 bis F2) von Lampen, in die Kr eingekapselt ist, das heißt, insgesamt zehn Sorten von Lampen herstellt, wobei sie außer dem eingekapselten Gas dieselbe Spezifikation wie die vorstehend beschriebene Bezugslampe A aufweisen. Die Lampen wurden mittels einer Konstantleistungs- Stromquelle mit einer Eingangsleistung von ca. 2100 W betrieben. Die Lampen wurden in einer Stellung betrieben, in welcher die Kathode oberhalb der Anode positioniert ist.

Tabelle 1 Versuchslampen, die getestet wurden.

Die Bestrahlungsdichte der i-Linie der Lampen wurde mittels eines in Fig. 2 gezeigten optischen Systems gemessen. Das heißt, das aus einer Lampe 14 ausgetretene Licht gelangt über einen ovalen Spiegel 15 sowie einen ersten Planreflektor 16 zu einer Kollimationslinse 17 sowie einem Bandpass-Filter 18 mit einer Hauptwellenlänge von 365 nm und einer Bandbreite von 10 nm, geht durch eine Integratorlinse 19 hindurch, wird von einem zweiten Planreflektor 21 reflektiert, geht durch eine Kondensorlinse 22 hindurch und erreicht eine Leuchtkreisfläche 23. Auf der Leuchtkreisfläche 23 ist ein Silicium- Fotodioden-Detektor 24 angeordnet, dessen Position stets festgelegt ist. Die jeweilige Lampe wurde betrieben, und die Bestrahlungsdichte der i-Linie wurde gemessen. Tabelle 2 zeigt das Ergebnis anhand der Lampen A, B1 bis F1. Ferner bezeichnet ein Bezugszeichen 26 eine Stromquelle, die Strom an die Lampe 14 liefert. Die Lampe 14 wird zusammen mit der Stromquelle 26 als "Emissionsvorrichtung" bezeichnet.

Tabelle 2 Ar-Gas-Druck und relative i-Linien-Bestrahlungsdichte

Hierbei wird davon ausgegangen, dass der Messfehler der Bestrahlungsdichte des Lichtes üblicherweise bei 1 bis 2% liegt. Bei einem Messfehler von größer als 4% wird der so genannte Durchsatz bei dem Belichtungsvorgang bei der Halbleiterherstellung deutlich verbessert. Es wurde ausgehend von diesem Sachverhalt als Ergebnis feststellt, dass in einem Fall, in welchem die relative i-Linien-Bestrahlungsdichte im Vergleich zu der Bezugslampe A um größer/gleich 4% vermehrt wurde, eine verbesserte Wirkung durch die Einkapselung des Ar-Gases erhalten wurde.

Wenn die Lampe D1, in welche 304 kPa (3 atm) Ar eingekapselt ist, mit der Lampe A, in die 203 kPa (2 atm) Xe eingekapselt ist, verglichen wird, nahm im Fall einer Verwendung der Lampe durch Aufsetzen auf einer Belichtungsvorrichtung die Bestrahlungsdichte der ultravioletten Strahlen der i-Linie auf der Leuchtkreisfläche der Lampe D1 im Vergleich zu der Lampe A1 um ca. 12% zu.

Bei der Lampe F1, bei welcher in der Leuchtröhre Ar mit einem Einkapselungsdruck von 1216 kPa (12 atm) bei Raumtemperatur eingekapselt ist, nahm die i-Linien-Bestrahlungsdichte um 20% zu. Hierbei wurde jedoch die Spektralbreite der i-Linie erweitert, was eine Absenkung der Bildauflösung bei der Belichtung verursacht hat.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde aus dem Versuch unter Verwendung einer Lampe als Heizapparat ersichtlich, dass die relative i-Linien-Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche effektiv erhöht wird, wenn Ar mit 101 kPa (1 atm) bis 811 kPa (8 atm) eingekapselt wird.

Ferner wurde anhand der Lampen, in welche als Puffergas Kr mit 304 kPa (3 atm) eingekapselt ist, ein Versuch in derselben Weise durchgeführt. Tabelle 3 zeigt das Ergebnis anhand der Lampen B2 bis F2. Wie aus Tabelle 3 zu entnehmen ist, wurde bestätigt, dass die i-Linien-Bestrahlungsdichte im Vergleich zu der Lampe, in welche Xe eingekapselt ist, um ca. 8% erhöht wurde.

Bei der Lampe F2, in welche in der Leuchtröhre Kr mit einem Einkapselungsdruck von 1216 kPa (12 atm) bei Raumtemperatur eingekapselt ist, wie im Fall von Ar, nahm die i-Linien-Bestrahlungsdichte zwar um 15% zu. Hierbei wurde jedoch die Spektralbreite der i-Linie erweitert, was eine Absenkung der Bildauflösung bei der Belichtung verursacht hat.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wurde aus dem Versuch unter Verwendung einer Lampe als Heizapparat ersichtlich, dass die relative i-Linien-Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche effektiv erhöht wird, wenn Kr mit 101 kPa (1 atm) bis 811 kPa (8 atm) eingekapselt wird.

Tabelle 3 Kr-Gas-Druck und relative i-Linien-Bestrahlungsdichte

Ausführungsbeispiel 2

Es wurden in vier Lampen mit derselben Spezifikation wie bei dem Versuch im Ausführungsbeispiel 1 Ar sowie ein Mischgas eingekapselt, welches Ar und Xe enthält. Tabelle 4 zeigt diese vier Lampen G1 bis K1. Wenn bezüglich des Ar-Einkapselungsdrucks der Xe-Einkapselungsdruck erhöht wird, wurde eine Abnahme der i-Linien-Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche beobachtet. Als ein Beispiel hiervon werden relative Werte der i-Linien-Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche bezüglich der Bezugslampe A in Tabelle 4 gezeigt. Dieses Ergebnis zeigt, dass bei einem Xe-Einkapselungsdruck, welcher ungefähr zu dreimal so hoch wie der Ar-Einkapselungsdruck ist, ein Effekt der Erhöhung der i-Linien- Bestrahlungsdichte beobachtet wird; es kann jedoch bei einem höheren Xe-Einkapselungsdruck keine deutliche Erhöhung der i-Linien-Bestrahlungsdichte erhalten werden. Es ist deshalb im Hinblick auf die Erhöhung der i-Linien-Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche erwünscht, dass der Xe- Einkapselungsdruck ungefähr zu dreimal so hoch wie der Ar-Einkapselungsdruck gesetzt wird.

Tabelle 4 Übersicht der Versuchslampen zur Untersuchung des Ar-Xe-Drucks und der relativen i- Linien-Bestrahlungsdichte

Ferner wurde herausgefunden, dass auch im Fall einer Einkapselung von Kr anstatt von Ar das in Tabelle 5 gezeigte Ergebnis erhalten wird und dass es ebenfalls vorteilhaft ist, dass der Xe-Einkapselungsdruck ungefähr dreimal so hoch wie der Kr-Einkapselungsdruck gesetzt wird. Tabelle 5 Übersicht der Versuchslampen zum Zweck einer Untersuchung des Kr-Xe-Drucks und der relativen i-Linien-Bestrahlungsdichte.

Ausführungsbeispiel 3

Nachfolgend wird das Ergebnis einer Untersuchung und Messung der Lichtbogen-Stabilität bzw. der Lichtbogen-Instabilität anhand von Tabelle 6 gezeigt. Es wurden die Lampen L1 bis O1 mit derselben Form wie die Versuchslampen bei dem Ausführungsbeispiel 1 versuchsweise hergestellt, aber mit eingekapseltem Quecksilber in einer Menge von 4.5 mg/cm³ (mg/cc) sowie den Edelgasen Ar in einer Menge von 304 kPa (3 atm) und Kr in einer Menge von 51 kPa (0.5 atm), und wobei der wirksame Spitzendurchmesser der Kathode verändert wurde. Für den Leuchtbetrieb der Lampen wurde eine Konstantstromquelle verwendet.

Tabelle 6 Übersicht der Lampen, welche zur Untersuchung der Lichtbogen-Stabilität verwendet wurden, sowie das Ergebnis

Nachfolgend wird das Messverfahren beschrieben. Die Auswertung der Lichtbogen-Instabilität wird durch 2(MA - MI)/(MA + MI) · 100% dargestellt, wobei der maximale Wert des Ausgangssignals des Lichts, welches mittels des Silicium-Fotodioden-Detektors 24 auf der in Fig. 2 gezeigten Leuchtkreisfläche 23 ermittelt wird, mit MA und der minimale Wert mit M1 bezeichnet werden. Üblicherweise wird davon ausgegangen, dass bei einer Lichtbogen-Instabilität von 5% keine Ungleichmäßigkeit bei dem Belichtungs-Einbrennen auftritt. Fig. 4 zeigt das Ergebnis in Tabelle 6 anhand einer graphischen Darstellung. Aus diesem Ergebnis wurde ersichtlich, dass ein Bereich, in welchem das Verhältnis des der Lampe zugeführten Stroms (in Ampere) zu der wirksamen Querschnittsfläche der Kathodenspitze (in mm²), das heißt, eine Stromdichte der Kathodenspitze I/S, bei 10 bis 250 (A/mm²) liegt, zur Stabilisierung des Lichtbogens eine geeignete Bedingung darstellt.

Es wurden auch bei Lampen, in welche 304 kPa (3 atm) Kr sowie 51 kPa (0.5 atm) Xe eingekapselt sind, durch Veränderung der wirksamen Querschnittsfläche der Kathodenspitze die Lichtbogen-Stabilität gemessen; das Ergebnis wird in Tabelle 7 und Fig. 4 gezeigt. Wie im Fall von Ar wurde herausgefunden, dass der Bereich, in welchem das Verhältnis des der Lampe zugeführten Stroms zu der wirksamen Querschnittsfläche der Kathodenspitze, das heißt, eine Stromdichte der Kathodenspitze I/S, bei 10 bis 310 (A/mm²) liegt, zur Stabilisierung des Lichtbogens eine geeignete Bedingung darstellt.

Tabelle 7 Übersicht der Lampen, welche zur Untersuchung der Lichtbogen-Stabilität verwendet wurden, sowie das Ergebnis

Es wurden unter den in Ausführungsbeispiel 3 hergestellten Versuchslampen die Lampe L1 und die Lampe M1, welche eine feste Lichtbogen-Stabilität aufweisen, sowie die Bezugslampe A verwendet und in der Weise betrieben, dass die Anode oberhalb der Kathode positioniert ist. Somit wurde die Lichtbogen-Stabilität gemessen. Für die Stromquelle wurde eine Konstantleistungs-Stromquelle verwendet. Tabelle 8 zeigt das Ergebnis.

Tabelle 8 Lampenstellung beim Leuchtbetrieb und die Lichtbogenstabilität

Aus dem Ergebnis in Tabelle 8 wird ersichtlich, dass bei den Lampen L1 und M1, in welche Ar eingekapselt ist, bei einem Leuchtbetrieb mit einer nach oben gerichteten Anode die Lichtbogen-Stabilität beträchtlich erhöht wird. Wenn der Leuchtbetrieb bezüglich der Horizontalen zu der Richtung der Normalen um ca. größer/gleich 35% geneigten Stellung durchgeführt wurde, wurde der Lichtbogen instabil.

Man nimmt an, dass üblicherweise bei einer Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp durch einen Leuchtbetrieb mit einer Stellung, bei welcher die Anode nach unten gerichtet ist, die Temperatur des kühlsten Teils im unteren Bereich der Leuchtröhre abgesenkt wird, und dass das effektiv dazu dient, das Nichtverdampfen des Quecksilbers während des Leuchtbetriebs zu verhindern. Man kann jedoch auch dadurch einen Leuchtbetrieb in einem Zustand durchführen, in welchem die Anode oben positioniert ist, indem die Kathodenseite der Außenwand der Leuchtröhre mit einem Wärmeisolierfilm oder dergleichen versehen wird.

Wie hierbei gezeigt wurde, verringert sich die Schwankung der Bestrahlungsdichte auf der Leuchtkreisfläche der Lampen L1 und M1 mit der Einkapselung von Ar von 1/3 auf 1/4, wenn der Leuchtbetrieb mit einer nach oben gerichteten Anode mit dem Leuchtbetrieb mit einer nach unten gerichteten Anode verglichen wird.

Ferner wurde bei einer Lampe mit einer Einkapselung von Kr in derselben Weise ersichtlich, dass bei dem Leuchtbetrieb mit einer nach oben gerichteten Anode die Lichtbogen-Stabilität beträchtlich erhöht wird, wie in Tabelle 9 gezeigt. Wenn der Leuchtbetrieb in einer bezüglich der Horizontalen zu der Richtung der Normalen um ca. größer/gleich 35% geneigten Stellung durchgeführt wurde, wurde der Lichtbogen instabil.

Tabelle 9 Lampenstellung beim Leuchtbetrieb und die Lichtbogenstabilität

Vorstehend wurden Ausführungsbeispiele gezeigt, bei welchen Ar und Kr jeweils als Haupt-Puffergas einzeln eingekapselt war. Man kann jedoch dieselben Ergebnisse erhalten, wenn man Ar und Kr zusammen als Puffergas einkapselt.

Wirkung der Erfindung

Wie vorstehend beschrieben wurde, kann man bei einer Emissionsvorrichtung, die eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp umfasst, in welche zumindest Ar als Edelgas eingekapselt ist, durch einen Einkapselungsdruck des vorstehend beschriebenen Edelgases von 101 bis 811 kPa (1 bis 8 atm) und durch eine Festlegung des Verhältnis des Lampenstroms (I) zu der wirksamen Querschnittsfläche der Kathodenspitze (S), das heißt, des Verhältnisses I/S, auf 10 bis 250 (A/mm²), die Lichtausbeute, die Bestrahlungsdichte der i-Linie und somit die Lichtbogen-Stabilität erhöhen. Alternativ kann man durch eine Einkapselung von zumindest Kr als das vorstehend beschriebene mindestens eine Edelgas, einen Einkapselungsdruck dieses Edelgases von 101 bis 811 kPa (1 bis 8 atm) sowie durch Festlegen von I/S auf 10 bis 310 (A/mm²) die Lichtausbeute und somit die Bestrahlungsdichte der i-Linie erhöhen. Man kann dadurch eine Emissionsvorrichtung, die eine Entladungslampe mit einer hohen Lichtausbeute umfasst, angeben, mit welcher der Bedarf nach der Vergrößerung der Strahlungsmenge der Lichtquelle befriedigt wird.

Ferner kann man bei der vorstehend beschriebenen Emissionsvorrichtung, die eine Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp einschließt, durch den Leuchtbetrieb in der Weise, dass die Anode oberhalb der Kathode positioniert ist, die Schwankung des Leuchtflecks der Kathode unterdrücken und die Lichtbogenstabilität erhöhen.


Anspruch[de]

1. Emissionsvorrichtung, umfassend eine Quecksilberlampe (14) vom Kurzbogentyp sowie eine Stromquelle (26), die dieser Lampe (14) Strom zuführt, wobei in der Quecksilberlampe (14) vom Kurzbogentyp eine Kathode (2) mit einer Kathodenspitze und eine Anode (3) gegenüberliegend innerhalb einer Leuchtröhre (1) angeordnet sind, in die Quecksilber sowie mindestens ein Edelgas eingefüllt ist,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine erhöhte Beleuchtungsintensität der i-Linie erhalten wird, indem Argon eingefüllt ist mit einem Einfülldruck bei Raumtemperatur von 101 bis 811 kPa (1 bis 8 atm) und die maximale Querschnittsfläche S der Kathode (2) auf einen Wert festgelegt ist, der die Bedingung 10 ≤ I/S (A/mm²) ≤250 erfüllt, worin I der Strom, in Ampere (A), ist, welcher der Lampe (14) von der Stromquelle (26) zugeführt wird, und die maximale Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zu der Kathodenlängsachse liegt in einem Bereich zwischen der Spitze der Kathode (2) und einem zweiten Punkt auf der Kathodenlängsachse 0.5 mm entfernt von der Spitze in einer Richtung auf den Kathodenkörper, in mm².

2. Emissionsvorrichtung, umfassend eine Quecksilberlampe (14) vom Kurzbogentyp sowie eine Stromquelle (26), die dieser Lampe (14) Strom zuführt, wobei in der Quecksilberlampe vom Kurzbogentyp eine Kathode (2) mit einer Kathodenspitze und eine Anode (3) gegenüberliegend innerhalb einer Leuchtröhre (1) angeordnet sind, in die Quecksilber sowie mindestens ein Edelgas eingefüllt ist, dadurch gekennzeichnet,

dass eine erhöhte Beleuchtungsintensität der i-Linie erhalten wird, indem Krypton eingefüllt ist mit einem Einfülldruck bei Raumtemperatur von 101 bis 811 kPa (1 bis 8 atm) und die maximale Querschnittsfläche S der Kathode (2) auf einen Wert festgelegt ist, der die Bedingung 10 ≤ I/S (A/mm²) ≤310 erfüllt, worin I der Strom, in Ampere (A), ist, welcher der Lampe (14) von der Stromquelle (26) zugeführt wird, und die maximale Querschnittsfläche in einer Ebene senkrecht zu der Kathodenlängsachse liegt in einem Bereich zwischen der Spitze der Kathode (2) und einem zweiten Punkt auf der Kathodenlängsachse 0.5 mm entfernt von der Spitze in einer Richtung auf den Kathodenkörper, in mm².

3. Emissionsvorrichtung wie in Anspruch 1 oder 2 beansprucht, in welcher die Anode oberhalb der Kathode positioniert ist.







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