JP3674589B2 - 誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法、および処理装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、光化学反応を利用した処理方法、特に、光化学反応用の光源として誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明に関連した技術として、例えば、特開平３−２１１２８３号には、誘電体バリア放電（別名オゾナイザ放電。電気学会発行改定新版「放電ハンドブック」平成１年６月再版７刷発行第２６３ページ参照）を使用したランプが開示され、また、このランプから放射される紫外線を利用したＣＶＤ法による薄膜の製造装置について記載されている。
また、特開平３−１２２２８７号には、誘電体バリア放電を使用したランプから放射される紫外線を利用した基板の金属化方法について記載されている。
上記のような誘電体バリア放電ランプを利用した処理方法は、誘電体バリア放電ランプが従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク放電ランプには無い種々の特長を有しているため特長ある処理が得られるため有用である。
【０００３】
上記した従来の処理方法は、処理用流体あるいは被処理物又は前記両者に１種類の紫外線を１回だけ照射する方法を採用していた。例えば、誘電体バリア放電ランプを利用した薄膜の製造方法においては、処理用流体である複数のプロセスガスと被処理物である基板を１個の反応室内に収納し、１種類の誘電体バリア放電ランプから放射される１種類の紫外線を１回だけプロセスガスに照射してプロセスガスを分解、活性化する方法によって、基板上に成膜していた。なおこの時、基板にも、プロセスガスによって吸収されなかった紫外線が照射される。
【０００４】
一般的に、ある物質を光化学反応によって活性化、分解、イオン化あるいは合成するのに最適な条件、すなわち照射する紫外線の波長と強度、物質の温度などは、物質の種類によって異なる。従って、被処理物と処理用流体を接触させて該被処理物を処理する方法において、被処理物あるいは処理用流体の少なくとも一方に誘電体バリア放電ランプからの１種の紫外線照射を１回だけ照射して処理する方法は、処理が不完全であったり、あるいは処理の速度あるいは処理効率が必ずしも十分ではないという問題があった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この発明が解決しようとする課題は、各種の処理を高品位で行い、かつ、高速度、高効率で行うことができる誘電体バリア放電ランプを利用した処理方法を提供することである。
【０００６】
【問題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明の処理方法は酸素雰囲気下で被処理物と処理用ガスを接触させる誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法において、前記被処理物は、実質的に同一波長の紫外光を放射する少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプからの放射光が照射されるものであって、１の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けた後、搬送装置によって運ばれて他の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けることを特徴とする。
【０００７】
また、前記１の誘電体バリア放電ランプによって酸素から少なくともオゾンを生成させて、前記他の誘電体バリア放電ランプによってこのオゾンから活性な酸素を生成させ、この活性な酸素を処理用ガスとして被処理物に接触させることを特徴とする。
【０００８】
また、前記１の誘電体バリア放電ランプおよび前記他の誘電体バリア放電ランプは、発光ガスとしてキセノンガスを封入して、波長１７２ｎｍに最大値を有する紫外光を放射することを特徴とする。
【０００９】
また、この発明に係る処理装置は、酸素雰囲気下で被処理物と処理用ガスを接触させる誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置において、前記被処理物に対して、実質的に同一波長の紫外光を放射する少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプと、１の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けた後、他の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けるために被処理物を運ぶ搬送装置を有することを特徴とする。
【００１０】
また、前記１の誘電体バリア放電ランプおよび前記他の誘電体バリア放電ランプは、発光ガスとしてキセノンガスを封入して、波長１７２ｎｍに最大値を有する紫外光を放射することを特徴とする。
【００１１】
また、前記少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプには、放射される紫外光の強度調整手段が個々に具備されることを特徴とする。
また、前記処理装置には、前記被処理物に対する温度調整手段が設けられたことを特徴とする。
また、前記処理装置には、前記処理用ガスに対する温度調整手段が設けられたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の処理方法は、紫外線光源として誘電体バリア放電ランプを使用することを特徴とする。
これは、誘電体バリア放電ランプが、従来の低圧水銀放電ランプや高圧アーク放電ランプに比較し、特定の紫外線を高効率で発生でき、ほぼ単色光であり、さらに、ランプの温度が低く、ランプ形状の自由度が大きいなどの特長があるので、処理装置としても、小型で高効率、高速の処理が可能になるからである。
【００１３】
また、酸素雰囲気下に配置された被処理物に、少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプからの放射光が照射されるものであって、１の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光を照射する（第１の工程）とともに、その後、搬送装置によって被処理物を搬送して、他の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光を被処理物に照射する（第２の工程）ことを特徴とする。
これにより、１の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光により少なくとも酸素からオゾンを生成させることができ、さらに、他の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光によってこのオゾンから活性な酸素を生成させることができる。
この活性な酸素を被処理物に接触させることで、高効率で迅速な処理をすることができる。
【００１４】
また、紫外線の強度、被処理物の搬送速度、被処理物と処理用ガスの温度などを、第１の工程および第２の工程において、それぞれ独立に最適値に調整することが可能になり、従って、この点においてもより高効率、高速の処理が可能になる。
【００１５】
また、１の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光と他の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光の波長が実質的に同一であったとしても、処理用ガスの種類および被処理物と処理用ガスの温度ヤ紫外線の強度等を調整することにより、異なる処理プロセスに最適な状態を形成させることもできる。
さらに、１の誘電体バリア放電ランプと他の誘電体バリア放電ランプを同一波長の紫外線を放射する同一種類ものとすることにより、保守が容易になるなどの利点も有する。
【００１６】
誘電体バリア放電ランプは、気密な放電空間を有し、紫外線を透過する光取り出し窓部材を通して紫外線を放射するものであって、１８０〜２００ｎｍ、１６５〜１９０ｎｍ、２４０〜２５５ｎｍ、２００〜２４０ｎｍ、１２０〜１９０ｎｍ、および３００〜３２０ｎｍの波長範囲の紫外線を放射させることができる。これにより、高効率、高品位の被処理物の処理方法が達成される。
なぜなら、上記の波長範囲の紫外線は、少なくとも、それぞれ主たる発光用ガスとして、アルゴンとフッ素、アルゴンと塩素、クリプトンとフッ素、クリプトンと塩素、キセノンおよびキセノンと塩素の混合ガスを使用することにより、それぞれの混合ガスのエキシマ分子によって発光可能である。また、これらのガスを使用することにより、発光用ガスの劣化が少なく、かつ光取り出し窓部材の劣化が少ない状態を実現できるからである。
【００１７】
【実施例】
図１に本発明の誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法を示す。
被処理物１０は、上部の供給口２から処理用ガスである酸素１２が供給され、酸素ガス雰囲気で満たされた第１の処理ダクト１１に設置され、第１の誘電体バリア放電ランプ１３から放射される紫外線の照射を受ける。
この誘電体バリア放電ランプ１３は、発光ガスとしてキセノンを封入するものであり、波長１７２ｎｍ付近で最大値を有する波長１２０から１９０ｎｍの範囲の紫外線を放射する。
この紫外線の放射によって、第１の処理ダクト１１内の反応空間領域において、少なくとも酸素からオゾンが生成される。また、被処理物も紫外線の照射を表面に存在する有機物の分子結合が切断され、有機物除去がやりやすい状態となる。
【００１８】
その後、被処理物１０は、前記第１の処理ダクト１１で発生したオゾンとともに搬送装置１４によって第２の処理ダクト１５内に搬送され、第２の処理ダクト１５内において第２の誘電体バリア放電ランプ１６からの紫外線の放射を受ける。
そして、この紫外線の放射によって、少なくともオゾンから活性な酸素が生成されて、この活性な酸素によって被処理物に付着した有機物を短時間で分解、除去することができる。
ここで、第２の誘電体バリア放電ランプ１６も発光ガスとしてキセノンを封入するものであり、第１の誘電体バリア放電ランプ同様に波長１７２ｎｍ付近で最大値を有する波長１２０から１９０ｎｍの範囲の紫外線を放射する。
【００１９】
なお、第１の処理ダクトと第２の処理ダクトは、図に示すように隔壁で区別される形態に限定されるものではない。すなわち、被処理物の搬送方向に対して、実質的に同一波長の紫外光を放射する少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプが配置されており、上流側の誘電体バリア放電ランプによって酸素からオゾンが生成され、下流側の誘電体バリア放電ランプによってオゾンから活性な酸素が生成される構成を有していればよい。
これは、同一波長によって異なる２つの処理プロセス（酸素からオゾンを生成するプロセスと、オゾンから活性な酸素を生成するプロセス）を有する処理方法において、被処理物を搬送させることで効率良く処理を行なうというものである。
なお、いずれかの誘電体バリア放電ランプからの紫外光の放射のみによって、酸素からオゾンが生成され、その後、そのまま活性な酸素が生成されたり、あるいは、酸素から直接に活性な酸素が生成されることもありうるが、本発明はこのような現象が一部において発生したとしても、上記のような構成を採用することで、全体として見れば効率的な処理を達成できることに意義がある。
【００２０】
また、第２の処理ダクト１５の上部にも酸素ガス１２用供給口２を形成してもよい。これにより、第２の処理ダクト１５では、第１の処理ダクト１１で生成されたオゾンから活性な酸素を生成するだけでなく、第２処理ダクト１５内でも新たに供給された酸素ガスからオゾンや活性酸素を生成することができる。
また、２つの誘電体バリア放電ランプには放射される紫外光の強度調整手段が個々に具備したり、処理装置には被処理物に対する温度調整手段が設けたり、あるいは処理用ガスに対する温度調整手段が設けることもできる。
【００２１】
図２は、誘電体バリア放電ランプの基本的な構造を示す。
紫外線を透過する平板上の誘電体２０，２１と側板２２によって放電空間２３が形成されており、該放電空間２３内に発光ガスが充填されている。誘電体２０，２１の表面に設けられた金属網からなる透明電極２４，２５に交流電源２６によって電圧を印加すると、放電空間２３内にいわゆる誘電体バリア放電、別名オゾナイザ放電あるいは無声放電が発生して、誘電体２０，２１，透明電極２４，２５を通して、高効率で紫外線が放射される。図には示していないが、必要に応じて、透明電極２４，２５の表面を紫外線透過性の樹脂、ガラスなどで覆い電気的に絶縁する。
【００２２】
また、図３、図５に中空同軸円筒形の誘電体バリア放電ランプの構成を示す。内側誘電体５１の内側に紫外線の反射板と電極を兼ねたアルミニウム箔５２が設けてあり、該内側誘電体５１と同軸に設けられていた外側誘電体５３の外側には紫外線を透過する電極５４が設けられた構造である。該内側誘電体５１と外側誘電体５３によって形成された中空円筒部５５に、発光用ガスが充填されている。電極５２，５４間に電源２６によって電圧を印加すると、中空円筒部５５にオゾナイザ放電が発生し、外側誘電体５４から紫外線が放射される。
【００２３】
なお、誘電体バリア放電ランプは、発光ガスの主成分としてキセノンガスが封入されており、１７２ｎｍ付近で最大値を有する１２０から１９０ｎｍの波長範囲の紫外線を放出するものについて説明したが、例えば、発光ガスの主成分としてクリプトンと塩素の混合ガスが封入されており、２２２ｎｍ付近で最大値を有する２００から２４０ｎｍの波長範囲の紫外線を放出するものや、発光ガスの主成分としてクリプトンとフッ素の混合ガスが封入されており、２４９ｎｍ付近で最大値を有する２４０から２５５ｎｍの波長範囲の紫外線を放出するものも採用できる。
【００２４】
また、誘電体バリア放電ランプは、その光出力特性が周囲温度によって変化しないので、比較的低温度でしかも温度の一定化に多大なエネルギーを要する場合には特に有効である。また、誘電体バリア放電ランプは、形状の変更に大きな自由度があるので、２つの誘電体バリア放電ランプを接近させて行なうことが可能になり、従って、この点においても小型で高効率の処理ができるという利点を有する。
また、本発明の処理方法、処理装置は、被処理物に付着した有機物の分解、除去をするものに限定されるものではなく、フォトレジストの灰化や被処理物の表面改質に使うこともできる。
【００２５】
なお、図５は中空同軸円筒形の誘電体バリア放電ランプを使うこと、および、同一の放射波長によって、異なる２つの反応領域において、順次、紫外線照射反応プロセスを行なう点を参考にするための図である。従って、図５そのものは本発明の処理方法の実施形態を示すものではない。
図５について、誘電体バリア放電ランプは図３に示したような中空同軸二重管形であるが、内側電極８２は図３の場合と異なって透明電極である。すなわち、内側にも紫外線が放射される。発光ガスとしてキセノンガスを使用して１２０から１９０ｎｍの波長範囲の紫外線を放射させ、処理用流体１として酸素を使用する。反応空間８３内において、該酸素１はオゾンに変換され、出口８４から噴射される。該オゾンは被処理物である瓶１０１と該誘電体バリア放電ランプによって形成された第２の反応空間８５において、該紫外線の照射によってさらに活性な酸素に分解される。この活性な酸素によって瓶の内面に付着した有機物を短時間で分解、除去することが出来る。
【００２６】
図４は、本発明の直接の実施例ではないが、本発明の処理方法を説明するための便宜上のものであってフォトレジスト灰化方法に関する参考図を示す。
供給口２を介して灰化ダクト４０内に注入された処理用流体酸素１は、灰化ダクト４０内に設けられた第１の誘電体バリア放電ランプ群４１から放射される紫外線によってオゾンに変換される。
第１の誘電体バリア放電ランプ群４１は、図３に示したような中空同軸円筒形の誘電体バリア放電ランプ４１ａを台座４４に複数束ねたものである。
【００２７】
第１の誘電体バリア放電ランプ群４１から放射される紫外線によって生成されたオゾンは第２の誘電体バリア放電ランプからの紫外線によって活性化酸素原子に変換される。被処理物である半導体基板４３に塗布されたフォトレジストは、第２の誘電体バリア放電ランプ群４２からの紫外線の照射のもとに活性化酸素原子と反応し、灰化する。個々の放電ランプ４２ａの構造は、放電ランプ４１ａと同一であって、かつ台座４４に取り付けられている。２箇の台座４４の位置調節をすれば、ランプ群４１とランプ群４２の距離は調節できる。
【００２８】
図６は、本発明の直接の実施例ではないが、本発明の処理方法を説明するための便宜上のものであって被処理物の表面改質方法に関する参考図を示す。
被処理物であるプラスチック６０は、上部から供給された窒素６２の雰囲気で満たされた第１の処理ダクト６１に設置され、第１の誘電体バリア放電ランプ群６３からの１２０から１９０ｎｍの波長範囲の紫外線の照射をうけ、表面に存在する分子の結合が切断される。しかるのちに、プラスチック６０は、搬送装置６４によって第２の処理ダクト６５に運ばれ、処理用流体供給口２から供給された酸素もしくは空気１の雰囲気中で第２の誘電体バリア放電ランプ群６６からの紫外線の照射を受け、表面に−Ｃ００Ｈ基、−ＯＨ基が生成される。上記のような処理によって、プラスチック表面への印刷、接着などが高品位で出来るようになる。この実施例では被処理物は大気圧以上の雰囲気にあるので、被処理物の移動が簡単であるという利点が生じる。
また、窒素６２の代わりにアルゴンガスを使用し、第１の誘電体バリア放電ランプ群６３として窓無しランプ（特開平３−２１１２８３に開示されている）を使用すると、第１の誘電体バリア放電ランプ群６３からはアルゴンのエキシマ分子から放射される１０７から１６５ｎｍの波長範囲の紫外線が放射され、フッ素樹脂のような非常に安定な樹脂の表面の改質を行うことが出来るようになる。
【００２９】
図７は、本発明の直接の実施例ではないが、本発明の処理方法を説明するための便宜上のものであって、被処理物の成膜方法に関する参考図を示す。
反応容器７０の上部に設けられた発光用ガス供給口７５に近接して、窓部材を有さない第１の誘電体バリア放電ランプ群６３が設けられている。発光用ガス供給口７５から発光用ガスアルゴン７４が供給されると、第１の誘電体バリア放電ランプ群６３からアルゴンのエキシマ分子から放射される１０７から１６５ｎｍの波長範囲の紫外線が放射される。処理用流体供給口２から供給された処理用流体モノシランガスとメタンガスの混合ガス１は第１の誘電体バリア放電ランプ群６３から放射される１０７から１６５ｎｍの波長範囲の紫外線によって分解、活性化され、被処理物である基板７１の表面において第２の誘電体バリア放電ランプ群６６からの紫外線によって再活性化され水素化アモルファス炭化シリコンの薄膜を形成する。第２の誘電体バリア放電ランプ群６６として比較的長い波長の紫外線を放射するランプを採用すると、膜に照射される光子のエネルギーが小さいので、膜を損傷することが少なく、高品質の膜が得られる。処理用流体を第１の誘電体バリア放電ランプの紫外線で分解、活性化し、さらに成膜時に第２の紫外線を照射することにより、良質な膜の形成が可能になった。
被処理物の支持装置７２に被処理物の温度を調整する機構を組み込み被処理物の温度を調整したり、支持具７３によって被処理物と第１の誘電体バリア放電ランプ群６３との距離を調整することにより、さらに良質の膜を形成することが可能になる。尚、７６は放電用ガスや処理用ガスの排出口である。
【００３０】
図８は、本発明の直接の実施例ではないが、本発明の処理方法を説明するための便宜上のものであって、被処理物の殺菌方法に関する参考図を示す。
誘電体バリア放電ランプは、３本の管状の誘電体を同軸的に配置してなるものであって、内側誘電体５１、中間誘電体８８および外側誘電体５３を同軸に配置して独立した内側放電室８７と外側放電室８６を形成し、中間誘電体８８内に埋め込まれた中間電極８９と内側誘電体５１の内面に設けられた透明電極８２および外側誘電体５３の外面に設けられた透明外側電極５４の間にそれぞれ交流電源２６ａおよび２６ｂによって電圧を印加して、内側放電室８７と外側放電室８６で誘電体バリア放電を行う方式のランプである。内側放電室８７の発光用ガスとしてキセノンガスを使用して１２０から１９０ｎｍの波長範囲の紫外線を放射させ、外側放電室８６の発光用ガスとしてクリプトンとフッ素の混合ガスを使用し、２４０から２５５ｎｍの波長範囲の紫外線を放射させる。
【００３１】
処理用流体である酸素ガス１を管状の内側誘電体５１の一端８１から流し込み、第１の反応空間８３内で内側放電室８７から放射された１２０から１９０ｎｍの波長範囲の紫外線によって生成したオゾンを内側誘電体５１の他の一端８４から噴出させる。該オゾンは反応空間８５内で外側放電室８６から放射された２４０から２５５ｎｍの波長範囲の紫外線によって分解され、活性な酸素原子を生成し、活性な酸素原子が被処理物である食品用カップ９０の内面を殺菌する。さらに、食品用カップ９０の内面を照射した外側放電室８６から放射された２４０から２５５ｎｍの波長範囲の紫外線は、この波長領域の紫外線は殺菌作用が最適であるため食品用カップ９０の内面を直接殺菌し、従って、短時間で殺菌、消毒を行うことが出来る。
【００３２】
【発明の効果】
本発明に係る誘電体バリア放電ランプを使った処理方法、処理装置は、酸素雰囲気下に配置された被処理物に、少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプからの放射光が照射されるものであって、１の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光を照射する（第１の工程）とともに、その後、搬送装置によって被処理物を搬送して、他の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光を被処理物に照射する（第２の工程）ことを特徴とする。
これにより、１の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光により少なくとも酸素からオゾンを生成させることができ、さらに、他の誘電体バリア放電ランプから放射される紫外光によってこのオゾンから活性な酸素を生成させることができ、この活性な酸素を被処理物に接触させることで、高効率で迅速な処理をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の誘電体バリア放電ランプを使った処理方法の説明図である。
【図２】誘電体バリア放電ランプの概略図である。
【図３】誘電体バリア放電ランプの概略図である。
【図４】本発明の処理方法を説明するための参考図である。
【図５】本発明の処理方法を説明するための参考図である。
【図６】本発明の処理方法を説明するための参考図である。
【図７】本発明の処理方法を説明するための参考図である。
【図８】本発明の処理方法を説明するための参考図である。
【符号の説明】
１ 酸素ガス
２ 供給口
１０ 被処理物
１３，１６ 誘電体バリア放電ランプ

Claims (8)

1. 酸素雰囲気下で被処理物と処理用ガスを接触させる誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法において、
   前記被処理物は、実質的に同一波長の紫外光を放射する少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプからの放射光が照射されるものであって、
   １の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けた後、搬送装置によって運ばれて他の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けることを特徴とする誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法。
2. 前記１の誘電体バリア放電ランプによって酸素から少なくともオゾンを生成させて、前記他の誘電体バリア放電ランプによってこのオゾンから活性な酸素を生成させ、この活性な酸素を処理用ガスとして被処理物に接触させることを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法。
3. 前記１の誘電体バリア放電ランプおよび前記他の誘電体バリア放電ランプは、発光ガスとしてキセノンガスを封入して、波長１７２ｎｍに最大値を有する紫外光を放射することを特徴とする請求項１に記載の誘電体バリア放電ランプを使用した処理方法。
4. 酸素雰囲気下で被処理物と処理用ガスを接触させる誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置において、
   前記被処理物に対して、実質的に同一波長の紫外光を放射する少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプと、
   １の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けた後、他の誘電体バリア放電ランプからの照射を受けるために被処理物を運ぶ搬送装置を有することを特徴とする誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置。
5. 前記１の誘電体バリア放電ランプおよび前記他の誘電体バリア放電ランプは、発光ガスとしてキセノンガスを封入して、波長１７２ｎｍに最大値を有する紫外光を放射することを特徴とする請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置。
6. 前記少なくとも２つの誘電体バリア放電ランプには、放射される紫外光の強度調整手段が個々に具備されることを特徴とする請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置。
7. 前記処理装置には、前記被処理物に対する温度調整手段が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置。
8. 前記処理装置には、前記処理用ガスに対する温度調整手段が設けられたことを特徴とする請求項４に記載の誘電体バリア放電ランプを使用した処理装置。

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