JP2003159571A

JP2003159571A - 紫外線照射装置

Info

Publication number: JP2003159571A
Application number: JP2001360399A
Authority: JP
Inventors: Shinji Suzuki; 信二鈴木
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2001-11-27
Filing date: 2001-11-27
Publication date: 2003-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】光照射部と処理基板との間の酸素濃度を均一
にし、大型基板の表面を均一に処理することができる紫
外線照射装置を提供すること。【解決手段】複数本の棒状ランプ１１ａを基板Ｗの表
面に対向して、所定のピッチを持って互いに平行に配置
し、ランプ１１ａからの紫外光を上記基板Ｗに照射す
る。隣り合う棒状ランプ１１ａの間には、ランプ１１ａ
の管軸に沿った開口からなるガス導入口１３および／ま
たは排気口１４が設けられる。光照射部１１を、駆動機
構２４により、基板Ｗと平行にかつランプ１１の管軸に
直交する方向に相対的に移動させ、エアーまたは酸素を
供給しながら基板全体に紫外線を照射することにより、
活性酸素が発生し基板Ｗ上の有機物が分解される。な
お、ランプ長手方向の供給ガスの圧力分布を変化させた
り、光照射部１１の移動速度を変化させることにより、
一層、均一な処理を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示パネルな
どのディスプレイ基板、半導体ウエハ、半導体製造用マ
スク基板等の基板に対し、酸素を供給しながら紫外線の
照射を行なうことにより、基板表面の有機物を分解して
除去する、または表面を親水化する等を行なう紫外線照
射装置に関し、特に、大型基板を処理する装置におい
て、基板表面全体を均一に処理できるようにした紫外線
照射装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】波長２００ｎｍ以下の紫外線を放射する
光源、例えばエキシマランプを備えた紫外線照射装置が
知られている。この装置は、例えば液晶表示パネル用の
ガラス基板に対して、基板の表面に上記紫外線を照射
し、活性酸素を発生することにより、基板表面の有機物
を分解して除去する、表面を親水化して後工程における
水洗効果を高める等に用いられる。図６（ａ）に、上記
目的で用いられる従来の紫外線照射装置の一例を示す。
同図は、紫外線ランプの管軸に対して直角方向の断面図
を示している。同図に示すように、紫外線照射装置は、
光照射部１１と試料室１２とに分けられ、光照射部１１
には、波長２００ｎｍ以下の紫外線を放射するエキシマ
ランプ等のランプ１１ａが、所定のピッチを持って互い
に平行に複数配列されている。ランプ１１ａの形状は、
図面手前奥方向に伸びる棒状である。ランプ１１ａの背
後には、ランプ１１ａからの光を、基板方向に反射する
ミラー１１ｂが設けられている。ランプ１１ａ及びミラ
ー１１ｂからの光は、石英窓１１ｃを介して基板Ｗに照
射される。石英窓１１ｃは、波長２００ｎｍ以下の紫外
線を透過する材質が選ばれる。

【０００３】一方、試料室１２には、処理する基板Ｗを
保持する基板保持台１２ａが設けられる。基板Ｗは、不
図示の基板出し入れ口から、基板保持台１２ａに搬入搬
出される。試料室１２の側面には、エアーまたは酸素ガ
スを導入するガス導入口１３が設けられ、別の側面に
は、排気口１４が設けられる。ガス導入口１３から導入
されたエアーまたは酸素ガスは、波長２００ｎｍ以下の
紫外線の照射により、活性酸素が発生し、基板上の有機
物を分解する。有機物が分解された二酸化炭素、水及び
活性酸素生成時の副産物であるオゾンは、排気口１４か
ら排気される。光照射部１１（具体的には光照射部に設
けた石英板) から処理する基板までの距離は、オゾン等
によって光照射部からの短波長の紫外線が吸収されない
ように、通常０．５〜１ｍｍ程度の狭い間隔で処理す
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、紫外
線照射装置は、ディスプレイ基板表面の有機物の分解等
に用いられている。近年、ディスプレイ用基板の大きさ
は１×１．２ｍ等、大型化している。このような大型基
板を従来の装置で処理する場合、以下のような問題があ
る。従来装置は、試料室１２の側面からエアーまたは酸
素ガスが導入され、別の側面から排気される。しかし、
紫外線照射中の石英板と基板との間隔は、上記したよう
に、０．５〜１ｍｍと狭いので、コンダクタンスが小さ
く、試料室１２に導入されるガスが、基板全体に均一に
行き渡りにくい。したがって、図６（ｂ）に示すよう
に、酸素濃度（即ち有機物を分解する活性酸素の濃度、
以下では活性酸素という）は、導入口付近が最も高く、
排気口に向かうにしたがって徐々に低下する。また、基
板中央部で、有機物の分解より発生した、二酸化炭素、
水蒸気、オゾン等の排ガスは、酸素と同様に、小さなコ
ンダクタンスにより、試料室１２周辺部の排気口に引き
込まれにくく、基板上に滞留する。このような酸素濃度
の不均一や排ガスの滞留により、基板表面における有機
物の分解除去、あるいは親水化などの処理の進行が不均
一になる。例えば、所定時間紫外線照射しても、基板の
排気口に近い側、基板の中央部付近に処理が不十分な個
所が残ることがある。本発明は上記従来技術の問題点を
解決するためになされたものであって、本発明の目的
は、大きな基板であっても表面を均一に処理することが
でき、光照射部と処理基板との間の酸素濃度を均一に
し、処理により発生する排ガスの滞留を防ぎ、速やかに
排気できるようにすることである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を本発明におい
ては、次のようにして解決する。（１）基板の表面に対向して、所定のピッチを持って互
いに平行に配置された複数本の、棒状紫外線ランプを有
する紫外線照射手段を備え、該紫外線照射手段からの紫
外光を上記基板に照射する紫外線照射装置において、隣
り合う上記棒状紫外線ランプの間に、該ランプの管軸に
沿った開口からなるガス導入口および／または排気口を
設け、上記基板と紫外線照射手段とを平行状態を保っ
て、上記ランプの管軸に直交する方向に相対的に移動さ
せる。（２）基板の表面に対向して、所定のピッチを持って互
いに平行に配置された複数本の、棒状紫外線ランプを有
する紫外線照射手段を備え、該紫外線照射手段からの紫
外光を上記基板に照射する紫外線照射装置において、隣
り合う上記棒状紫外線ランプの間に、該ランプの管軸に
沿った開口からなるガス導入口と排気口を設け、上記ガ
ス導入口と排気口を、管軸と直角で基板に平行な方向に
交互に並べる。（３）上記（２）において、基板と紫外線照射手段を相
対的に移動させる移動手段を設ける。上記（１）（２）のように構成することにより、前記従
来例のように酸素濃度の不均一や排ガスの滞留により、
基板表面における有機物の分解除去、あるいは親水化な
どの処理の進行が不均一になることがなく、大型の基板
であっても、均一な処理を行うことが可能となる。特
に、ガス導入口から供給するガスの圧力分布を変化させ
たり、ガス導入口や排気口の開口部の大きさや密度を部
分的に変えることにより、ランプ長手方向およびランプ
の配列方向の活性酸素濃度を調節することができ、より
一層、均一な処理を行うことができる。また、上記
（１）において、紫外線照射手段の移動速度を制御して
も、紫外線照射手段の移動方向の基板両端部と基板中央
部分における処理を均一化することができる。さらに、
上記（２）において、紫外線照射手段と基板とを相対的
に移動 (走査、往復移動）させることにより、より均一
な処理を行なうことができる。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１は本発明の第１の実施例の紫
外線照射装置の全体構成を示す図であり、本実施例は、
ランプを２本用い、ランプを基板上で、ランプと基板の
平行状態を保って、該ランプの管軸に直交する方向に走
査することにより、エアーまたは酸素を供給しながら基
板全体に紫外線を照射する実施例を示している。図１に
おいて、光照射部１１には、エキシマランプ等の２本の
棒状のランプ１１ａが平行に配置され（同図はランプの
管軸に垂直な平面で切った断面図を示している）、上記
ランプ１１ａは、電源、点灯回路等から構成されるラン
プ制御機構２１により点灯制御される。ランプ１１ａの
背後には、ランプ１１ａからの光を、基板Ｗ方向に反射
するミラー１１ｂが設けられ、光照射部１１内は光照射
部パージ用の窒素ガスでパージされる。光照射部１１の
ランプ１１ａ及びミラー１１ｂからの光は、石英窓１１
ｃを介して基板Ｗに照射される。石英窓１１ｃは、前記
したように波長２００ｎｍ以下の紫外線を透過する材質
が選ばれる。なお、同図では、説明のため、石英板１１
ｃと基板Ｗとの間隔を広く描いているが、実際の間隔
は、従来と同じく０．５〜１ｍｍ程度である。２本のラ
ンプ１１ａの間には、ランプ１１ａの管軸に沿った開口
からなり、エアーまたは酸素ガスを導入するガス導入口
１３が設けられ、流量調整弁、流量計等から構成される
ガス流量制御機構２２からガス導入口１３を介して酸素
ガス（またはエアー、以下では酸素ガスを供給する場合
について説明する）が基板Ｗ上に供給される。なお、開
口、すなわちガス導入口１３の形状は、例えば図２
（ａ）に示すようにピンホールとしてもよいし、また、
図２（ｂ）に示すようにスリットとしてもよい。

【０００７】上記ガス導入口１３から導入された酸素ガ
ス、および、有機物が分解されることにより生ずる二酸
化炭素、水及び活性酸素生成時の副産物であるオゾン
は、基板Ｗの周辺に設けられた排気口１４から、ブロ
ア、ダンパ等から構成される排気流量制御機構２３によ
り外部に排気される。上記光照射部１１を、モータ、ボ
ールねじ、ガイド等から構成される駆動機構２４により
基板Ｗ上を同図の矢印方向、すなわち、ランプ１１ａと
基板Ｗの平行状態を保って、ランプ１１ａの管軸に直交
する方向に走査し、酸素を供給しながら基板Ｗ全面に紫
外線を照射する。上記のように、酸素ガス（またはエア
ー）を供給しながら、光照射部１１を基板Ｗの全面に渡
って走査することにより、前記したように、紫外線の照
射により活性酸素が発生し、基板Ｗ上の有機物が分解さ
れる。上記ランプ制御機構２１、ガス流量制御機構２
２、排気流量制御機構２３、駆動機構２４はコンピュー
タ等から構成される制御部２５により制御される。

【０００８】図３は上記光照射部１１を基板の上方から
見た図であり、同図のＡ，Ｂのグラフに示すように、基
板Ｗの単位面積当たりに供給される酸素ガスの量（基板
上に供給される酸素ガスの質量流量）は一定であること
が望ましい。しかし、酸素ガスをランプ１１ａの長手方
向に渡って一定の圧力で供給すると、光照射部１１のラ
ンプ１１ａの長手方向の両側部分Ｌ１，Ｌ２はコンダク
タンス（流れに対する抵抗の逆数）が大きいので、流速
が大きくなり、基板の単位当たりの面積に供給される酸
素ガスの量が多くなる。同様に、光照射部１１が基板の
両端部Ｅ１，Ｅ２近傍にある場合にも、コンダクタンス
が大きくなるので、一定圧力で酸素を供給すると流速が
大きくなり、基板の単位当たりの面積に供給される酸素
ガスの量が多くなる。

【０００９】そこで、前記ガス流量制御機構２２によ
り、ガス導入口１３から供給するガス圧力を図３のＣに
示すような圧力分布になるように制御する。すなわち、
図３のＣのグラフに示すようにランプ長手方向の中央部
分の圧力を大きくし、ランプ１１ａの両端部の圧力を低
下させる。これによりランプ１１ａの長手方向における
酸素ガスの質量流量を、図３のＡに示すように一定とす
ることができる。なお、ガス導入口１３および排気口１
４におけるスリットの幅、またはピンホールの直径や設
ける密度を、部分的に変えて調整するようにしてもよ
い。また、光照射部１１が基板の両端部Ｅ１，Ｅ２近傍
にあるとき、ガス圧力を低下させる。これにより、図３
のＢに示すように基板Ｗの両端部分Ｅ１，Ｅ２における
酸素ガスの質量流量が一定になるように制御することが
できる。あるいは、駆動機構２４により、光照射部１１
の移動速度を変化させ、光照射部１１の移動速度を同図
Ｄのグラフに示すように基板Ｗの両端部分Ｅ１，Ｅ２付
近で早くする。これにより、基板の両端部Ｅ１，Ｅ２近
傍を基板中央部と同等に処理することができる。なお、
上記コンダクタンスが大きくならないように、基板Ｗの
両側、あるいは周囲にブロックを配置すれば、上記ラン
プ長手方向の両側における圧力の低下量や、基板両端部
分における光照射部の速度の上昇を小さくすることも可
能である。

【００１０】本実施例においては、上記のように、酸素
ガスを供給しながら光照射部１１を基板上で走査してい
るので、前記従来例で説明したように、酸素濃度の不均
一や排ガスの滞留により、基板表面における有機物の分
解除去、あるいは親水化などの処理の進行が不均一にな
るといった問題を回避することができる。特に、上記し
たように、ランプ管軸方向の両端部の供給ガスの圧力を
小さくするとともに、光照射部１１の移動速度を制御し
て、基板両端部分における移動速度を早くしているの
で、基板Ｗの中央部分と外周部分における単位面積当た
りのガス供給量を略一定とすることができ、基板全面に
渡って均一な処理が可能となる。なお、上記実施例で
は、図４（ａ）に示すように、ランプ１１ａの間にガス
導入口を設け、酸素ガスをランプ１１ａの間から供給す
る場合について説明したが、図４（ｂ）に示すように、
ランプ１１ａの間に排気口１４を設けて該排気口に排気
流量制御機構を接続し、エアーを取り入れる構成として
もよい。この場合も、基板の単位当たりの面積に供給さ
れるエアーの量が一定になるように排気圧を制御する。
また、図４（ｃ）に示すように、光照射部１１に３本の
ランプ１１ａを設け、各ランプの間からエアーまたは酸
素ガスを供給するように構成してもよい。また、図４
（ｄ）に示すように、各ランプの間に、ガス導入口１３
と排気口１４を設けても良い。

【００１１】次に本発明の第２の実施例について説明す
る。図５（ａ）は本発明の第２の実施例の紫外線照射装
置の構成を示す図であり、本実施例は、光照射部に複数
本のランプを設け、光照射部を走査させることなく、基
板全面の紫外線を照射するように構成した実施例を示し
ている。同図において、光照射部１１には、波長２００
ｎｍ以下の紫外線を放射するエキシマランプ等の複数の
ランプ１１ａが、所定のピッチを持って互いに平行に複
数配列されている。ランプ１１ａの形状は、図面手前奥
方向に伸びる棒状である。ランプ１１ａの背後には、ラ
ンプ１１ａからの光を、基板方向に反射するミラー１１
ｂが設けられている。石英板１１ｃは、分割され個々の
ランプ１１ａに対して設けられており、ランプ１１ａ及
びミラー１１ｂからの光は、石英窓１１ｃを介して基板
Ｗに照射される。なお、前記したように石英窓１１ｃ
は、波長２００ｎｍ以下の紫外線を透過する材質が選ば
れる。

【００１２】また、ランプ１１ａとランプ１１ａとの間
にはランプ１１ａの管軸に沿った開口からなるガス導入
口１３が設けられ、その隣のランプ１１ａとランプ１１
ａの間にはランプ１１ａの管軸に沿った開口からなる排
気口１４が設けられる。なお、石英板１１ｃと基板Ｗと
の実際の間隔は、前記したように従来と同じく０．５〜
１ｍｍ程度である。上記開口、すなわちガス導入口１
３、排気口１４形状は、前記図２に示したようにランプ
の管軸方向に伸びた細長いスリット、または、ピンホー
ルの集合体である。また、図示していないが、光照射部
１１内は前記図１に示したように、窒素ガスでパージさ
れる。ここで、図５においては光照射部１１の両側面
（最も外側のランプ１１ａの側面）に、ガス導入口１３
または排気口１４を交互に並ぶように配置しても良い。
一方、上記光照射部１１の下側には試料室１２が設けら
れ、試料室１２には、処理する基板Ｗが配置され、基板
Ｗは基板保持台１２ａ上に保持される。基板Ｗは、不図
示の基板出し入れ口から、基板保持台１２ａに搬入搬出
される。

【００１３】ガス導入口１３から導入された酸素ガス
（またはエアー）は、石英窓１１ｃと基板Ｗとの間を流
れ、紫外線の照射により活性酸素が作られ、基板Ｗを処
理し、処理後のガスは、ガス導入口１３のランプ越し隣
にある排気口１４から排気される。図５（ｂ）に示すよ
うに、図５（ａ）の紫外線照射装置においては活性酸素
濃度が、ガス導入口１３付近は高く、排気口１４付近は
低くなるが、ガス導入口１３から排気口１４までの距離
が、従来装置に比べて短い。このため、従来装置に比
べ、活性酸素濃度の濃度差は小さくなる。また、各ラン
プ間に交互にガス導入口と排気口とを設けるので、活性
酸素は、図面左右方向（ランプ１１ａの配列方向）に関
しては、基板表面全体に、ほぼ均一な濃度で供給され
る。また、処理により発生する排ガスも、近傍の排気口
に引き込まれるので、基板全体を均一に処理することが
できる。ランプ管軸方向（図面手前奥) およびランプ配
列方向（図面左右方向）の活性酸素濃度の調節は、ガス
導入口１３から供給するガスの圧力分布を前記第１の実
施例で説明したように変化させたり、ガス導入口１３お
よび排気口１４におけるスリットの幅、またはピンホー
ルの直径や設ける密度を、部分的に変えて調整すればよ
い。

【００１４】さらに、図５（ａ）の左右方向（ランプ１
１ａの配列方向）の活性酸素濃度を均一化する場合に
は、基板と光照射部１１を相対的に移動させればよい。
これにより、図５（ｃ）に示すように、図５（ａ）の左
右方向の活性酸素濃度の均一化を図り、均一な処理の効
果を高めることができる。以上のように本実施例におい
ては、互いに平行に配列された複数本の紫外線ランプ
の、ランプとランプの間にガス導入口１３を設けて基板
上に酸素ガスまたはエアーを供給し、また、その隣のラ
ンプとランプの間に排気口１４を設け、有機物が分解さ
れることにより生じた二酸化炭素、オゾン等を排気する
ようにしたので、大型の基板であっても、均一な処理を
行うことが可能となる。また、ガス導入口１３から供給
するガスの圧力分布を変化させたり、ガス導入口１３や
排気口１４におけるスリットの幅、またはピンホールの
直径や設ける密度を部分的に変えることにより、ランプ
長手方向の活性酸素濃度を調節することができ、これに
より一層、均一な処理を行うことができる。

【００１５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を得ることができる。（１）酸素ガスを供給しながら光照射部を基板上で移動
することにより、酸素濃度の不均一や排ガスの滞留によ
り、基板表面における有機物の分解除去、あるいは親水
化などの処理の進行が不均一になるといった問題を回避
することができ、大型の基板であっても均一な処理が可
能となる。特に、ランプ管軸方向の供給ガスの圧力分布
を変化させたり、ガス導入口や排気口におけるスリット
の幅、またはピンホールの直径や設ける密度を部分的に
変えることにより、ランプ管軸方向の活性酸素濃度を調
節することができ、これにより一層、均一な処理を行う
ことができる。また、光照射部の移動速度を制御して、
基板両端部分における移動速度を早くすることにより、
基板の中央部分と外周部分における単位面積当たりのガ
ス供給量を略一定とすることができ、基板全面に渡って
均一な処理が可能となる。（２）複数本の紫外線ランプを基板の表面に対向して、
所定のピッチを持って互いに平行に配置し、隣合う上記
紫外線ランプの間に、ガス導入口と排気口を交互に設け
ることにより、光照射部と処理基板との間の酸素濃度が
ほぼ均一となり、排ガスも速やかに排気することができ
るので、基板全体を均一に処理することができる。特
に、光照射部と上記基板を相対的に移動させることによ
り、活性酸素濃度の均一化を図り、均一な処理の効果を
一層高めることができる。（３）特に、上記（１）（２）において、ランプ管軸方
向およびランプ配列方向の供給ガスの圧力分布を変化さ
せたり、ガス導入口や排気口におけるスリットの幅、ま
たはピンホールの直径や設ける密度を部分的に変えるこ
とにより、ランプ管軸方向および配列方向の活性酸素濃
度を調節することができ、これにより一層、均一な処理
を行うことができる。なお、上記（１）において、光照
射部の移動速度を制御して、基板両端部分における移動
速度を早くすることにより、基板の中央部分と両端部分
における処理量を同等とすることができ基板全面に渡っ
て均一な処理が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の紫外線照射装置の全体
構成を示す図である。

【図２】ガス導入口の形状例を説明する図である。

【図３】図１に示す光照射部を基板の上方から見た図で
ある。

【図４】第１の実施例の変形例を説明する図である。

【図５】本発明の第２の実施例の紫外線照射装置の構成
および活性酸素濃度分布を示す図である。

【図６】従来の紫外線照射装置を示す図である。

【符号の説明】

１１光照射部１１ａランプ１１ｂミラー１１ｃ石英窓１２試料室１２ａ基板保持台１３ガス導入口１４排気口２１ランプ制御機構２２ガス流量制御機構２３排気流量制御機構２４駆動機構２５制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｋ 5/10 Ｇ２１Ｋ 5/10 ＭＨ０１Ｌ 21/304 ６４５Ｈ０１Ｌ 21/304 ６４５Ｄ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板の表面に対向して、所定のピッチを
持って互いに平行に配置された複数本の、棒状紫外線ラ
ンプを有する紫外線照射手段を備え、該紫外線照射手段
からの紫外光を上記基板に照射する紫外線照射装置にお
いて、隣り合う上記棒状紫外線ランプの間に、該ランプの管軸
に沿った開口からなるガス導入口および／または排気口
を設け、上記基板と紫外線照射手段とを平行状態を保って、上記
ランプの管軸に直交する方向に相対的に移動させる、移
動手段を備えたことを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】基板の表面に対向して、所定のピッチを
持って互いに平行に配置された複数本の棒状紫外線ラン
プを有する紫外線照射手段を備え、該紫外線照射手段か
らの紫外光を上記基板に照射する紫外線照射装置におい
て、隣り合う上記棒状紫外線ランプの間に、該ランプの管軸
に沿った開口からなるガス導入口と排気口を設け、上記ガス導入口と排気口は、管軸と直角で基板に平行な
方向に、交互に並べられていることを特徴とする紫外線
照射装置。
【請求項３】上記基板と紫外線照射手段を相対的に移
動させる移動手段を備えたことを特徴とする請求項２の
紫外線照射装置。