JP2020187989A - エキシマランプ - Google Patents

Abstract

【課題】照度と処理能力を長期間維持することが可能なエキシマランプを提供する。【解決手段】放電容器１２０、金膜１３０及び第２の電極１４０を含み、金膜及び第２の電極がそれぞれ放電容器の上側及び下側に設けられ、かつ金膜が第１の電極と反射膜を兼ねる。金は耐食性、耐熱性、高耐酸化性、導電性という点で優れており、エキシマランプの使用寿命を延ばすことができる。さらに金膜１３０が電極と反射膜を兼ねているため、反射膜を形成する工程を減らすことができる。【選択図】図１（ｂ）

Description

本発明はエキシマランプに関し、特には、半導体または液晶表示素子の製造工程に用いるエキシマランプに関するものである。

半導体基板や液晶表示素子などの製造工程においては、半導体基板のシリコンウェハや液晶表示素子のガラス基板の表面に付着した有機化合物を分解並びに除去するために、紫外線を用いたドライ洗浄方法が広く利用されている。特に、エキシマランプを用いた紫外線のドライ洗浄方法は、短時間で効率的に洗浄することができる。

しかしながら、従来技術のエキシマランプでは、電極としてのニッケル（Ｎｉ）の導電性が未だ不十分であり、また反射膜としてのアルミニウム（Ａｌ）は耐食性、耐熱性がともに低く、使用時間や環境によって酸化し、反射効果の低下を招き、エキシマランプの照度（光強度）や処理能力（例えば洗浄能力）も伴って大きく低下する。さらに、シリカの反射膜の反射効果も使用時間と共に低下し、その結果、エキシマランプの照度および処理能力が著しく減衰する。

本発明は、このような従来技術が有する課題を鑑みてなされたものであり、電極及び反射膜としてニッケル及びアルミニウムを金で置き換えることにより、照度と処理能力を長期間維持することが可能なエキシマランプを提供する。

本発明は、放電容器、金膜および第２の電極を含むエキシマランプを提供する。放電容器は透光性媒体からなる。放電容器の内部には密閉空間を有し、密閉空間には放電用のガスが存在する。放電容器の上側に金膜が設けられ、金膜はエキシマランプの第１の電極と反射膜を兼ねる。第２の電極は放電容器の下側に設けられる。

本発明の実施形態の一つでは、前記第２の電極の材料は金である。

本発明の実施形態の一つでは、前記金膜は、電源に電気接続される第１の電極および反射膜とすることができ、反射膜は、放電用ガスから放出された光を反射するのに用いる。

本発明の実施形態の一つでは、前記金膜の厚さは１．０μｍ〜３．５μｍである。

本発明の実施形態の一つでは、前記エキシマランプは波長１７２ｎｍの紫外線を３０００時間放出したときの照度減衰率は５％未満である。

上記に基づいて、本発明は、照度および処理能力を長期間維持することができるエキシマランプを提供する。具体的には、本発明は、金膜を同時にエキシマランプの電極と反射膜とすることにより、金が耐食性、耐熱性、高耐酸化性、導電性という利点を有するため、長期間の使用でも照度および処理能力（例えば、洗浄力）を維持することができ、それによってエキシマランプの使用寿命を延ばすことができる。また、本発明では、金膜がエキシマランプの電極と反射膜を兼ねているため、エキシマランプの製造工程において反射膜を形成する工程を減らすことができ、製造工程を簡略化することができるという効果を奏する。

本発明の上述した特徴と利点を更に明確化するために、以下に、実施例を挙げて図面と共に詳細な内容を説明する。

図１（ａ）は、本発明の第１の実施形態によるエキシマランプの上面図である。 図１（ｂ）は、本発明の第１の実施形態によるエキシマランプの側面図である。 図１（ｃ）は、本発明の第１の実施形態によるエキシマランプの底面図である。 図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。 図３（ａ）は、実験例１及び比較例１の紫外線照度の経時変化を示すグラフである。 図３（ｂ）は、実験例１および比較例１における照度減衰率の経時変化を示すグラフである。 図４は、本発明の第２の実施形態によるエキシマランプの断面図である。

［第１の実施形態］
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、それぞれ本発明の第１の実施形態に係るエキシマランプ１００の上面図、側面図および底面図である。図２は、図１（ｂ）のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。なお、図１（ａ）〜図１（ｃ）および図２中の各要素の厚さまたは比率は、明瞭化および説明の便宜上、適宜拡大または縮小されたものであり、各要素の実際の厚さ又は比率を表すものではないことに留意されたい。図１（ａ）〜図１（ｃ）および図２を同時に参照すると、エキシマランプ１００は放電容器１２０、金膜１３０および第２の電極１４０を含む。具体的には、放電容器１２０は、対向する上側Ｓ１と下側Ｓ２とを有する。金膜１３０は放電容器１２０の上側Ｓ１に設けられる。第２の電極１４０は放電容器１２０の下側Ｓ２に設けられる。

放電容器１２０は透光性媒体からなる。透光性媒体としては、合成石英ガラスが挙げられる。放電容器１２０は、略プレート状の長方体である。なお、放電容器１２０の外観は特に限定されず、略プレート状の長方体でもよく、円筒体でもよいことに留意されたい。放電容器１２０の内部には密閉空間１２２を有する。密閉空間１２２には放電用ガスが存在する。放電用ガスは、例えば、キセノンガス、または塩化キセノンガスである。異なる放電用ガスは異なる波長のエキシマ光を生成することができ、異なるプロセスに適用される。具体的には、放電用ガスとしてキセノンガスを用いれば、波長１７２ｎｍの紫外線を放出することができ、エキシマランプをオゾン洗浄プロセスに適用することができる。また、放電用ガスとして塩化キセノンガスを用いれば、波長３０８ｎｍの紫外線を放出することができ、エキシマランプを印刷プロセスに適用することができる。

金膜１３０は、金属膜からなり、放電容器１２０の上側Ｓ１の表面の成膜領域内に形成される。金膜１３０は、エキシマランプ１００の第１の電極と反射膜を兼ねることに留意する。つまり、金膜１３０は、電源に電気接続される第１の電極および反射膜とすることができ、反射膜は、放電用ガスから放出された光を反射するためのものである。金膜１３０は、波長１７２ｎｍの紫外線の反射率がアルミニウムより低いが、金は耐腐食性、耐熱性、高耐酸化性および導電性の利点を有するため、長時間の使用でも照度および処理能力を維持することができる。これに対し、アルミニウムは耐腐食性がなく、耐熱性や耐酸化性にも劣るため、長時間の使用では照度や処理能力を維持することができない。

金膜１３０の第１の厚さＤ１は、１．０μｍ〜３．５μｍとすることができる。金膜１３０の第１の厚さＤ１が上記範囲内であると、コストを大幅に増大させることなく第１の電極および反射膜としての機能を十分に発揮することができる。金膜１３０の第１の厚さＤ１が１．０μｍ未満であると、遮光性が悪く、透光し易くなり、反射膜として使用するには向かず、また電流を流すことができずに焼け壊れる可能性があるため、電極として使用するには向かない。金膜１３０の第１の厚さＤ１が３．５μｍより大きいと、エキシマランプの製造コストが高くなりすぎる。さらに、金膜１３０は、リード線（図示せず）または他の構成要素を介して電源（図示せず）と電気接続することができる。

第２の電極１４０は、金属膜からなり、金属膜は放電容器１２０の下側Ｓ２の成膜領域内にメッシュ状のパターン（格子状）に形成される。第２の電極１４０の材料は、例えば、金、銀、銅、ニッケルなどの金属からなり得る。導電性と耐久性の観点から、第２の電極１４０の材料は金が好ましい。第２の電極１４０の第２の厚さＤ２は、１．０μｍ〜３．５μｍとすることができる。また、第２の電極１４０は、リード線（図示せず）または他の構成要素を介して電源（図示せず）に電気接続することができる。

金膜１３０は、金でスクリーン印刷により放電容器１２０上に金膜を形成し、金がプリントされた放電容器１２０を８００℃〜９００℃で１０分間〜２０分間焼成して形成する。

第２の電極１４０は、所望の金属でスクリーン印刷により放電容器１２０上に金属膜を形成し、金属がプリントされた放電容器１２０を焼成して形成する。例えば、第２の電極１４０の材料が金である場合、第２の電極１４０を形成する焼成温度及び焼成時間は金膜１３０と同じでよい。

エキシマランプ１００では、電源に接続された金膜１３０と第２の電極１４０に高周波の高電圧を印加することにより、透光性媒体からなる放電容器１２０の内部の密閉空間１２２に誘電体バリア放電（dielectric barrier discharge）が発生し、紫外線が放射されるので、紫外線は第２の電極１４０のメッシュの隙間を通って下方に放出することができる。

本発明のエキシマランプは、波長１７２ｎｍの紫外線を３０００時間放出した後の照度減衰率は５％未満、好ましくは３％未満、さらに好ましくは２％以下である。

図３（ａ）及び図３（ｂ）は、それぞれ実験例１及び比較例１の紫外線照度の経時変化を示すグラフ及び照度減衰率の経時変化を示すグラフである。このうち、実験例１では、電極及び反射膜として金を用いた。実験例１のエキシマランプは、放電容器とする石英ガラスの上下両側にそれぞれ金ペーストをスクリーン印刷し、８５０℃で１５分間焼成して形成したものであり、放電容器の上下両側の金膜の厚さは２μｍである。

比較例１は、電極としてニッケル、反射膜としてアルミニウムを用いた。比較例１のエキシマランプは、石英ガラスの外側にアルミニウム膜およびニッケル膜をスパッタリングしており、ニッケル膜はアルミニウム膜上に位置し、かつ、石英ガラスの上下両側にそれぞれマスク膜をスクリーン印刷した後、エッチングして、アルミニウム膜およびニッケル膜を所望のパターンに形成した。

次に、実験例１および比較例１が放出した１７２ｎｍの紫外線照度の経時変化を株式会社オーク製作所（ＯＲＣ）商品型名ＵＶ−Ｍ０６の照度計で観察した。また、照度減衰率は、下記式（１）により算出する。

照度減衰率(Ｘ時間)＝［(使用０時間目の照度-使用Ｘ時間目の照度）／
(使用０時間目の照度)］×１００％ 式（１）
式（１）中、Ｘはエキシマランプが紫外線を放出する時間である。

図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、実験例１のエキシマランプが放出する波長１７２ｎｍの紫外線の照度は経時的に減衰しにくく、経時的な照度減衰率は小さい。これに対し、比較例１のエキシマランプが放出する波長１７２ｎｍの紫外線の照度は経時的に大きく減衰しており、経時的な照度減衰率は実験例１よりもはるかに大きかった。

表１から明らかなように、実験例１のエキシマランプが波長１７２ｎｍの紫外線を２０００時間放出した後の照度減衰率はほぼゼロであった。比較例１のエキシマランプでは、波長１７２ｎｍの紫外線を２０００時間放出した後の照度減衰率は１６％を超えた。また、実験例１のエキシマランプにおいて、波長１７２ｎｍの紫外線を３０００時間放出した後の照度減衰率は、５％未満であった。従って、実験例１のエキシマランプの照度は長時間の使用後も変化が小さいので、処理能力を長期間維持することができる。これに対し、比較例１のエキシマランプでは、波長１７２ｎｍの紫外線を３０００時間放出した後の照度減衰率が２０％であった。よって、比較例１のエキシマランプの照度は長時間の使用後に大きく変化するので、処理能力を長時間維持することができない。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態によるエキシマランプの断面図である。

本実施形態のエキシマランプ２００は、放電容器２２０が円筒体であることを除いて、第１の実施形態のエキシマランプ１００と類似である。第１の実施形態と同様に、本実施形態の金膜１３０及び第２の電極１４０も、それぞれ放電容器１２０の上側Ｓ１、下側Ｓ２に配置される。

第１の実施形態および第２の実施形態は、それぞれ放電容器を長方体および円筒体として説明を行っているが、設計者は製品の必要に応じて放電容器の形状を変更できることに留意されたい。

まとめると、本発明は、照度及び処理能力を長期間維持することができるエキシマランプを提供する。具体的には、本発明は、金膜を同時にエキシマランプの電極と反射膜とすることにより、金が耐食性、耐熱性、高耐酸化性、導電性という利点を有するため、長時間の使用でも照度および処理能力（例えば、洗浄力）を維持することができ、それによってエキシマランプの使用寿命を延ばすことができる。また、本発明では、金膜がエキシマランプの電極と反射膜を兼ねているため、エキシマランプの製造工程において反射膜を形成する工程を減らすことができ、製造工程を簡略化することができるという効果を奏する。

本発明を上記の実施形態において開示したが、本発明を限定することを意図するものではなく、当業者は本発明の精神および範囲から逸脱することなくいくつかの変更および改良を行うことができ、本発明の範囲は特許請求の範囲によって規定される。

本発明は、照度と処理能力を長期間維持することが可能なエキシマランプを提供する。

１００、２００：エキシマランプ
１２０、２２０：放電容器
１２２：密閉空間
１３０：金膜
１４０：第２の電極
Ｄ１：第１の厚さ
Ｄ２：第２の厚さ
Ｓ１：上側
Ｓ２：下側
Ｘ、Ｙ、Ｚ：方向

Claims (5)

1. 透光性媒体からなり、内部に密閉空間を有し、前記密閉空間には放電用のガスが存在する放電容器と、
   前記放電容器の上側に設けられ、第１の電極と反射膜を兼ねる金膜と、
   前記放電容器の下側に設けられる第２の電極と、を備えるエキシマランプ。
2. 前記第２の電極の材料が金である、請求項１に記載のエキシマランプ。
3. 前記金膜は、電源に電気接続される前記第１の電極および前記反射膜とすることができ、前記反射膜は、前記放電用ガスから放出された光を反射するのに用いる、請求項１に記載のエキシマランプ。
4. 前記金膜の厚さが１．０μｍ〜３．５μｍである、請求項１に記載のエキシマランプ。
5. 波長１７２ｎｍの紫外線を３０００時間放出したときの照度減衰率が５％未満である、請求項１に記載のエキシマランプ。

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