JP4011065B2 - キセノンエキシマランプの点灯検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、中心波長１７２ｎｍの光を放射するキセノンエキシマランプの点灯検出装置に関する。

半導体集積回路や液晶基板の有機化合物汚染に対する許容レベルは、その加工の一層の微細化に伴い、より厳しいものになってきている。

このため、これらの製造工程においては、近年、光洗浄又は光改質の技術が注目されている。光洗浄又は光改質は、被加工物に真空紫外光を所定時間照射し、その表面に付着した有機化合物に化学反応を生じさせることにより、その洗浄又は表面改質を行う。

このような用途に用いられる光源として、近年、エキシマランプ、特にキセノンを封入したキセノンエキシマランプが注目され、既にその製造ラインへの導入が開始されている。

キセノンエキシマランプは、真空紫外光である中心波長１７２ｎｍの光を放射するため、酸素を含む雰囲気中で照射すると、酸素分子（Ｏ２）が該光を吸収し、酸素原子（Ｏ）やオゾン（Ｏ３）などの活性酸素種を生成する。

また、中心波長１７２ｎｍの光のフォトンエネルギーは約７．２ｅｖと高く、多くの有機物の結合エネルギーより大きい。このため、中心波長１７２ｎｍの光を照射することにより有機物化合物の化学結合を切断し、生成した活性酸素種により効率的に酸化分解除去することが可能である。

このようなキセノンエキシマランプを用いて、シリコンウェハや液晶基板の洗浄や表面改質を行う場合、装置の稼動中、キセノンエキシマランプが適切に動作、すなわち点灯していることを確認する必要がある。

一方で、前記キセノンエキシマランプの点灯・消灯を検出するためには、前記中心波長１７２ｎｍの光に対する受光感度を持つ受光素子を使用することが考えられるが、前述のように、中心波長１７２ｎｍの光はそのフォトンエネルギーが比較的高く、これによって受光素子の劣化が大きいという問題があると共に、このような素子として量産性の高いものは少なく、従ってコストが高くなるという問題がある。

このようなことから従来では、一般に、下記の方法によりキセノンエキシマランプの点灯・消灯を検出することが行われている。
（イ）中心波長１７２ｎｍの光に感度を持つ光電管を使用して検出する。
（ロ）中心波長１７２ｎｍの光を蛍光材に照射し、それにより可視光に変換させ、これをシリコンフォトダイオード等の可視光に光感度を持つ受光器に入光して検出する（例えば、特許文献１参照）。

しかし、前者の光電管を用いる方法は、その付帯装置が必要となリ、そのため装置全体のサイズが大きくなり、また高価になるという問題がある。後者の蛍光材とシリコンフォトダイオード等の組合せにより検出する方法は、前述したとおり中心波長１７２ｎｍの光のフォトンエネルギーが高いことから、前記紫外光の照射による蛍光材の劣化の問題が生じる。
特開平８−１３６３３９号公報

従って、本発明の目的は、付帯装置を用いることのない小型で安価なキセノンエキシマランプの点灯検出装置を提供することにある。

また、本発明の別の目的は、紫外光の照射による劣化が少ない素子ないしは部品を用いて中心波長１７２ｎｍの光の強度を検出可能とするキセノンエキシマランプの点灯検出装置を提供することにある。

本発明は、中心波長１７２ｎｍの光を放射するキセノンエキシマランプの点灯又は消灯を検出する点灯検出装置に関する。

本発明に係るキセノンエキシマランプの点灯検出装置は、前記キセノンエキシマランプによって放射された光のうち、波長８００ｎｍ以下の光を遮断する光学フィルタをその受光面に備え、かつ、前記キセノンエキシマランプが中心波長１７２ｎｍの光と共に発光する波長８００〜１０００ｎｍの範囲のスペクトル光に光感度を有する光電変換素子と、
前記光電変換素子の出力を所定の基準値と比較して、前記キセノンエキシマランプの点灯又は消灯を判断する比較手段と、
前記比較手段の結果に基づいて前記キセノンエキシマランプの点灯又は消灯を通知する手段と、
を備えて構成される。

本発明の点灯検出装置においては更に、前記光電変換素子がフォトダイオードを備えることが好ましい。

本発明においては、更に、上記点灯検出装置を、キセノンエキシマランプを備えた紫外線照射装置に組み込んで構成しても良い。

なお、発明者の実験において、キセノンエキシマランプから発光される中心波長１７２ｎｍの光強度と、前記波長８００〜１０００ｎｍの範囲における光のスペクトルの光強度の総和との間には、図１のグラフに示すような相関関係が見られた。

この結果から、キセノンエキシマランプの出力に拘わらず、前記波長８００〜１０００ｎｍの範囲における光のスペクトルの光強度の総和から中心波長１７２ｎｍの光強度が相対的に求められることが明らかにされた。

以上の如く本発明によれば、キセノンエキシマランプの光を検出するために、安価に供給されている波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲に光感度を有する光電変換素子を用いることができるので、小型で安価なキセノンエキシマランプの点灯検出装置を提供することができる。

また、このような光電変換素子として、紫外光による劣化が少ないものを採択することができるので、その装置の耐久性を向上することができる。

図２は、本発明に関連する光強度測定装置を備えた紫外線照射装置の概略構成図である。紫外線照射装置１０は、真空紫外光源としてのキセノンエキシマランプ１１を備えたランプハウジング１２と、被加工物Ｔを保持するテーブル１３と、この被加工物を保持したテーブル１３を回転させるモータステージ１４を備える。

紫外線照射装置１０によって洗浄又は改質される被加工物Ｔは、例えば、集積回路製造用のシリコンウェーハ基板、レーザダイオードやＬＥＤ製造用のガリウム砒素など化合物半導体シリコンウェーハ基板、液晶ディスプレイ製造用或いはプラズマディスプレイパネル製造用などフラットパネルディスプレイ製造用のガラス基板である。

これら基板は、各製造工程経過により状態が異なっており、シリコン、ガラスなど裸の状態、酸化膜、レジスト、カラーフィルタ、透明導電膜、金属膜など各種膜を施した状態など各様である。本発明に係る紫外線照射装置１０は、これら各状態における被加工物の表面の洗浄又は改質において用いることができる。

図３に示すように、ランプハウジング１２に内蔵されるキセノンエキシマランプ１１は、合成石英ガラスからなる管を二重に重ね、両端を封じて、この空隙にキセノンを主とする放電ガス１５を封入して構成される。

内管の内側は、純水などの冷却媒体１６を流入して冷却する。この二重管の内外面には、キセノンガスを封入した合成石英ガラス管壁を挟んで、金属電極１７が取り付けられる。

電源１８より両電極１７間に１〜１０ｋＶの高周波・高電圧を印加することにより、放電プラズマが発生し、これにより放電用ガス（キセノンガス）が励起され、エキシマ状態となる。エキシマ状態は非常に不安定で瞬時に基底状態に戻るので、この時に光（エキシマ光）１９が放射される。

キセノンエキシマランプ１１はもちろん中心波長１７２ｎｍに強い順単色光の光を発生するが、これと共にランプからは波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルが発光している。後述する光強度測定装置ではこの光を用いる。

図２においてランプハウジング１２の内部は、不活性である窒素ガス２０で置換されている。不活性ガスへの置換の目的は、酸素による真空紫外光の減衰を防ぐためである。また、窒素ガスに代えて、へリウム、アルゴン、ネオンなど不活性ガスを用いることができる。

前記ランプハウジング１２には、前記不活性ガスを内部に閉じ込めると共に、キセノンエキシマランプ１１からの放射光を取り出すために、窓材としての合成石英ガラス２１が取り付けられている。

キセノンエキシマランプ１１からの紫外光は、該合成石英ガラス２１を透過して被加工物Ｔへ照射される。前記ランプハウジング１２の内壁面は鏡面加工され、これによって、キセノンエキシマランプ１１から上方に向けて照射した紫外光は反射され、合成石英ガラス２１に向かう。

前記内壁面を鏡面加工するのに代えて、アルミニウム製等の反射ミラーを設けることができる。

被加工物Ｔを保持する前記テーブル１３は、モータステージ１４に支持されると共に、これによって水平回転される。該水平回転によってテーブル１３上の被加工物Ｔの面全域に均一に紫外光を照射することができる。

半導体シリコンウェーハのような円盤状の被加工物を洗浄又は改質するために、このような構造が特に有効である。もっとも本発明は、被加工物Ｔを回転させないで紫外光照射範囲内で固定し、または被加工物Ｔを直線的に移動させる構造であっても良い。

紫外線照射装置１０は、更に、キセノンエキシマランプ１１から照射される光の強度を測定するための光強度測定装置２２を備える。

光強度測定装置２２は、光電変換素子としてのフォトダイオード２３、増幅回路２４、演算部２５及び表示部２６を含んで構成される。

フォトダイオード２３は、ランプハウジング１２の上部に形成した孔１２ａに取り付けられ、その受光面は、ランプハウジング１２内のキセノンエキシマランプ１１に向けられる。フォトダイオード２３は、少なくとも、キセノンエキシマランプ１１からの波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトル光に対する光感度を有し、その強度に応じた電気信号を出力する。

すなわち、本光強度測定装置において使用するフォトダイオード２３は、波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の光に対する分光感度特性の良好なもの（例えば、シャープ社製ＰＤ４８０ＰＩ）を採用する。もっとも、このような光感度を有する他の光電変換素子、例えば近赤外受光器などを用いても良い。

さらに、フォトダイオード２３の受光面には、波長８００ｎｍ以下の光を遮断する光学フィルタ２３ａを備えることができる。光学フィルタ２３ａによって、フォトダイオード２３に入射する外乱光を遮断して、フォトダイオード２３が目的とする光のみに反応するようにする。

図４には、波長２００〜１０００ｎｍにおけるキセノンエキシマランプの分光特性を示しており、同図（Ａ）は光学フィルタ２３ａを採用しない場合、同図（Ｂ）はこれを採用した場合のものである。

フォトダイオード２３により光電変換された電気信号は、増幅回路２４で増幅された後、演算部２５に入力される。

演算部２５は、増幅回路２４からの信号に基づいてキセノンエキシマランプ１１の光強度、すなわち中心波長１７２ｎｍの光の強度を算出する。

演算部２５は、図１に示した波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルの積分値に対する中心波長１７２ｎｍの光強度の変換テーブルを備えている。ここで、図１に示すように変換テーブルの変数は、キセノンエキシマランプ１１の出力値（最大出力に対する比率）である。

この変換テーブルの値は、使用するキセノンエキシマランプ１１、フォトダイオード２３その他の受光条件に左右されるので、実測によりこれを求める。

演算部２５は、入力された信号に基づいて波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルの積分値、すなわちその光強度の総和を算出し、この値から対応する中心波長１７２ｎｍの光強度を決定する。

表示部２６は、前記演算部２５により決定された中心波長１７２ｎｍの光強度、すなわちキセノンエキシマランプ１１の光強度を使用者に表示する手段である。液晶その他の表示素子を含んで、この表示部２６を構成することができる。

表示部２６には、前記表示と共に他の情報、例えば波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルの積分値、キセノンエキシマランプ１１の出力値等を表示しても良い。

以上の構成により、光強度測定装置２２は、フォトダイオード２３で検出される波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルに基づいて、キセノンエキシマランプ１１の光強度を算出し、これを表示する。

以下に、本発明の一実施形態について説明する。図５は、本発明に従って構成された点灯検出装置を備えた紫外線照射装置の概略構成図である。この実施形態において紫外線照射装置１０は、先の実施形態と同様の構成のものを用い、ここではその説明を省略する。

本実施形態において紫外線照射装置１０は、キセノンエキシマランプ１１のオン・オフ、すなわちランプの点灯・消灯を検出し通知する点灯検出装置３０を備えている。

点灯検出装置３０は、先の光強度測定装置２２と同様、キセノンエキシマランプ１１から放出される中心波長１７２ｎｍの光の検出に代えて、その波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルを検出し、これによってキセノンエキシマランプ１１の点灯状態を判断する。この目的のため点灯検出装置３０は、光電変換素子としてのフォトダイオード３１、増幅回路３２、コンパレータ３３及び表示部３４を含んで構成される。

フォトダイオード３１は、先の実施形態と同様に、ランプハウジング１２の上部に形成した孔１２ａに取り付けられ、キセノンエキシマランプ１１からの波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトル光に応じた電気信号を出力する。フォトダイオード３１の受光面には、外乱光の入射を遮断する光学フィルタ３１ａを取り付けるのが好ましい。

フォトダイオード３１により光電変換された電気信号は、増幅回路３２で増幅された後、コンパレータ３３に入力される。コンパレータ３３は、所定の基準電圧と、前記増幅回路３２からの電気信号による電圧とを比較し、表示部３４にランプの点灯又は消灯を示す信号を出力する。

すなわち、コンパレータ３３は、入力信号の電圧が、基準電圧よりも低い状態にあるときは、キセノンエキシマランプ１１が消灯されていることを示す信号（例えば２値信号のＬｏｗ）を出力し、基準電圧よりも高い状態に変化したときは、キセノンエキシマランプ１１が点灯されたと判断してそれを示す信号（例えば２値信号のＨｉｇｈ）を出力する。

一つの実施例で、前記基準電圧は、キセノンエキシマランプ１１の最小出力時における入力信号の電圧を基準に決定することができる。

また、他の実施例においては、コンパレータ３３が、図１に示した波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルの積分値に対する中心波長１７２ｎｍの光強度の変換テーブルを備えており、これによって算出される光強度に従って、前記基準電圧の値が決定されるようコンパレータ３３を構成することができる。

コンパレータ３３からの点灯又は消灯を示す信号は、表示部３４に入力され、表示部３４は、これに応じてキセノンエキシマランプ１１の点灯又は消灯を使用者に通知する。

表示部３４は、ＬＥＤ等の表示素子の点灯又は消灯によって前記通知を実現するものであっても良いし、液晶等の表示素子によりその表示状態を示すものであっても良い。

また、外部に表示部３４からランプＯＮ／ＯＦＦモニター信号を出力するようにしても良い。

更に、点灯検出装置３０は、前記光強度測定装置２２の演算部２５を更に備えて構成しても良く、これによって表示部３４にキセノンエキシマランプ１１の点灯状態と共にその光強度を表示するよう構成することができる。

以上の構成により、点灯検出装置３０は、フォトダイオード３１で検出される波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルに基づいて、キセノンエキシマランプ１１の点灯状態を検出し、これを通知する。

以上、本発明の一実施形態を図面に沿って説明した。しかしながら本発明は前記実施形態に示した事項に限定されず、特許請求の範囲の記載に基いてその変更、改良等が可能であることは明らかである。前記実施形態においては、光強度測定装置２２及び点灯検出装置３０を、紫外線照射装置１０に組み込んだ例を示したが、これらを紫外線照射装置とは別体に構成し、その光強度の測定及び点灯・消灯の検出を行うようにしても良い。

また、本発明において採用可能な紫外線照射装置は、前記実施形態の構成のものに限定されない。キセノンエキシマランプは、空冷式のものであっても良いし、他の構成のものであっても良い。

中心波長１７２ｎｍの光強度と波長８００ｎｍ〜１０００ｎｍのスペクトルの積分値との相対関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る光強度測定装置を備えた紫外線照射装置の概略構成図である。 ランプハウジングに内蔵されるキセノンエキシマランプの構成図である。 一実施例における波長２００ｎｍ〜１０００ｎｍにおけるキセノンエキシマランプの分光特性を示しており、（Ａ）は光学フィルタを採用しない場合、（Ｂ）は採用した場合のものである。 点灯検出装置を備えた紫外線照射装置の概略構成図である。

符号の説明

Ｔ 被加工物
１０ 紫外線照射装置
１１ キセノンエキシマランプ
１２ ランプハウジング
１２ａ 孔
１３ テーブル
１４ モータステージ
１５ 放電ガス
１６ 冷却媒体
１７ 金属電極
１８ 電源
１９ エキシマ光
２０ 窒素ガス
２１ 合成石英ガラス
２２ 光強度測定装置
２３ フォトダイオード
２３ａ 光学フィルタ
２４ 増幅回路
２５ 演算部
２６ 表示部
３０ 点灯検出装置
３１ フォトダイオード
３１ａ 光学フィルタ
３２ 増幅回路
３３ コンパレータ
３４ 表示部

Claims (3)

1. 中心波長１７２ｎｍの光を放射するキセノンエキシマランプの点灯又は消灯を検出する点灯検出装置において、
   前記キセノンエキシマランプによって放射された光のうち、波長８００ｎｍ以下の光を遮断する光学フィルタをその受光面に備え、かつ、前記キセノンエキシマランプが中心波長１７２ｎｍの光と共に発光する波長８００〜１０００ｎｍの範囲のスペクトル光に光感度を有する光電変換素子と、
   前記光電変換素子の出力を所定の基準値と比較して、前記キセノンエキシマランプの点灯又は消灯を判断する比較手段と、
   前記比較手段の結果に基づいて前記キセノンエキシマランプの点灯又は消灯を表示する表示手段と、
   を備えたキセノンエキシマランプの点灯検出装置。
2. 中心波長１７２ｎｍの光を放射するキセノンエキシマランプの点灯又は消灯を検出する点灯検出装置において、
   前記キセノンエキシマランプによって放射された光のうち、波長８００ｎｍ以下の光を遮断する光学フィルタをその受光面に備え、かつ、前記キセノンエキシマランプが中心波長１７２ｎｍの光と共に発光する波長８００〜１０００ｎｍの範囲のスペクトル光に光感度を有する光電変換素子と、
   前記光電変換素子の出力を所定の基準値と比較して、前記キセノンエキシマランプの点灯又は消灯を判断する比較手段とを備え、
   前記比較手段の結果に基づいて、外部にランプのＯＮ・ＯＦＦモニター信号を出力するキセノンエキシマランプの点灯検出装置。
3. 前記光電変換素子がフォトダイオードである請求項１又は請求項２に記載のキセノンエキシマランプのキセノンエキシマランプの点灯検出装置。