JP4045682B2

JP4045682B2 - 紫外線照射による基板処理装置

Info

Publication number: JP4045682B2
Application number: JP01743599A
Authority: JP
Inventors: 和人木下; 和彦権守; 勇秋葉
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 1999-01-26
Filing date: 1999-01-26
Publication date: 2008-02-13
Anticipated expiration: 2019-01-26
Also published as: JP2000216128A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液晶パネルの透明基板、半導体ウエハ、磁気ディスク基板、光ディスク基板等の表面に紫外線を照射して、洗浄，エッチング等の処理を行う紫外線照射による基板処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、液晶パネルを構成するガラス等の透明基板を構成するＴＦＴ基板には、その表面に成膜手段により透明電極等のパターンが形成される。このような基板の製造工程においては、洗浄やエッチング等の処理が行われるが、これらの処理方式としては、所定の処理液を塗布乃至噴射して行うウエットプロセス方式で行うのが一般的である。しかしながら、近年においては、紫外線を照射することによりドライプロセスでも、洗浄やエッチング等の処理が行われるようになってきている。
【０００３】
例えば、特開平５−２２４１６７号公報においては、液晶パネルのガラス基板の洗浄方法として、洗浄液を用いたウエットプロセスを行うに先立って、基板に紫外線を照射することによって、より効率的な洗浄を行えるようにしたものが開示されている。つまり、この公知の洗浄方法では、洗浄液を噴射して基板を洗浄する前工程として、基板の表面に低圧水銀ランプからの紫外線を照射することによって、基板の表面に付着している有機物を化学的に除去すると共に、この表面の濡れ性を改善して、つまり接触角が小さくなることにより、シャワー等による洗浄時に無機物の汚れを効率的に取り除くことができるようにしている。ここで、低圧水銀ランプから照射される紫外線は、その波長が概略１８５ｎｍ及び２５４ｎｍにピークを持つものであり、このようなピーク波長特性を有するものであり、この紫外線により基板表面に付着した有機物を除去することができる。この有機物洗浄のメカニズムとしては、紫外線の照射エネルギで有機物を構成する化学結合を分解することにより低分子化させると共に活性化させる。また、これと同時に、空気中の酸素が紫外線を吸収することによりオゾンが発生することになり、さらにこのオゾンが活性酸素に変換されることから、活性化した有機汚損物は、この活性酸素との酸化分解反応により最終的にはＣＯ_ＸＨ_２Ｏ，ＮＯ_Ｘ等の揮発物質に変換されて空気中に放出されるようにして除去される。
【０００４】
ところで、低圧水銀ランプから照射される紫外線の波長は短波長側で１８５ｎｍであるので、基板に付着している有機物であっても、２重結合等のように化学結合エネルギーの強いものを分解できない場合がある。従って、基板をより完全に洗浄するには、さらに短い波長の紫外線を照射しなければならない。
【０００５】
以上の点を考慮して、特開平６−３１２１３０号公報において、誘電体バリア放電エキシマランプ（以下、単にエキシマランプという）からの紫外線を基板表面に照射して、ドライ洗浄を行う方式が提案されている。
【０００６】
エキシマランプは、石英ガラス製の内側管と外側管との間に、エキシマ分子を発生させて紫外線発光を行わせるものである。このために、キセノンあるいはアルゴンと塩素との混合ガスを含む放電ガスを内側管，外側管間に封入ししておき、内側管の内面には反射板を兼ねる電極を設け、また外側管の外面には、例えば金属の金網等から構成され、光が透過可能な電極を設けたものから構成される。そして、これら両電極間に交流電流を流すことによって、エキシマ発光による短波長の紫外線を照射させる。ここで、放電ガスとしてキセノン（Ｘｅ）ガスを封入したエキシマランプでは、その放射紫外線は１７２ｎｍの短波長の単色光となり、この短波長の紫外線は、有機物に対する分解能力が高く、しかも多量の活性酸素を迅速かつ効率的に発生させることから、基板のドライ洗浄等を行うに当って、極めて有利である。なお、以下の説明においては、低圧水銀ランプから照射される紫外線とエキシマランプから照射される短波長の紫外線とを区別するために、前者をＵＶ、後者をＶＵＶを呼ぶ。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エキシマランプから照射されるＶＵＶは、低圧水銀ランプによる１８５ｎｍ，２８５ｎｍの波長のＵＶと比較すると、空気中での減衰率が極めて高く、ランプから５ｍｍ離れた位置では、ＶＵＶは概略８０％程度が減衰してしまう。このエネルギロスを抑制するには、ランプからの距離が３ｍｍ（この距離での減衰率は４０％程度）以下の位置に基板を配置しなければならない。そして、ランプの組み付け誤差等を考慮に入れれば、実際には基板をランプに対して１ｍｍ前後の位置に配置しなければならず、基板の位置決め機構が極めて複雑になる等の問題点がある。
【０００８】
ところで、前述したエキシマランプから照射される紫外線、ＶＵＶは、例えば窒素ガス（Ｎ_２ガス）等の不活性ガス雰囲気下では殆ど減衰しない。従って、エキシマランプを密閉したランプハウス内に配置して、このランプハウス内を不活性ガス雰囲気に保持すれば、ＶＵＶの減衰を抑制できる。ただし、基板の表面側にはオゾン及び活性酸素を発生させる必要がある。このために、ランプハウスを密閉すると共に、その基板と対面する側の面にＶＵＶを出射させる窓を設けて、この窓からＶＵＶを基板に向けて照射するように構成すれば、ＶＵＶの減衰を抑制できる。このように構成すれば、ランプハウスの窓と基板との間の間隔を微細に調整できることから、この窓と基板との間に活性酸素の生成に必要な空間乃至隙間を形成することができる。
【０００９】
ここで、ランプハウスに設けられる窓は、当然、ＶＵＶに対する高い透過率を有する素材で構成されなければならない。ＶＵＶの透過率の高い部材としては、例えばスプラジル（信越石英株式会社の商品名）等の合成石英ガラスがある。しかしながら、この種の合成石英ガラスは高価なものであり、この合成石英ガラス製の窓を介してＶＵＶを照射すると、このガラスが早期に劣化して失透する等、その寿命が短いことから、窓を構成する石英ガラスは交換部品として頻繁に交換しなければならず、このために装置のランニングコストが極めて高いものになってしまう。また、たとえ透過率は高いとは言え、窓を介してＶＵＶを照射することから、なおＶＵＶの照射効率が低下するという問題点もある。
【００１０】
しかも、基板のドライ洗浄を行うに当っては、基板の表面における汚損状態によっては、ＶＵＶをできるだけ減衰しないようにして基板に照射するのが望ましい場合があり、またできるだけ多量の活性酸素を生成する方が洗浄効率が良好になる場合もある。ここで、ＶＵＶが減衰するということは、ＶＵＶのエネルギが酸素に吸収されるからであり、これによってオゾンや活性酸素が生成される。従って、基板に対して高いエネルギを作用させようとすると、その間の酸素濃度を低くし、また活性酸素の生成量を増やそうとすると、その間の酸素濃度を高くしなければならない。従って、エキシマランプと基板との間に存在する酸素の濃度を管理しようとすると、基板とエキシマランプとの間隔を調整する以外にはなく、しかもこの間隔は数ｍｍ程度のものであるから、この間隔調整を微細に行うことは極めて困難である。また、基板に対する処理としては、洗浄だけでなく、ドライエッチング等の処理もあるが、処理に応じた基板への照射エネルギと、活性酸素生成量とを調整するのは実質的に不可能であった。
【００１１】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、エキシマランプが装着されるランプハウスを密閉しないでも、被処理用の基板の表面に短波長の紫外線をより効率的に照射でき、しかもランプと基板との間の空間における酸素濃度を任意に調整できるようにすることにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するために、本発明は、内部にエキシマランプが設けられ、不活性ガスが導入されるランプハウスを処理チャンバ内に配設し、この処理チャンバに配置した基板の表面に前記エキシマランプからの紫外線を照射することによって、この基板に対して所定の処理を行わせる基板処理装置において、前記処理チャンバにはガス供給手段が接続して設けられており、このガス供給手段は、不活性ガス供給手段及びエア供給手段と、これら不活性ガス供給手段及びエア供給手段からの不活性ガスとエアとが供給されるミキシングチャンバとを備え、このミキシングチャンバには、前記ランプハウスと前記基板の表面との間の空間に向けてこれら不活性ガスとエアとの混合ガスを流出させる流出口が形成され、前記ガス供給手段は、さらに前記不活性ガス供給手段及びエア供給手段からの供給流量を調整することによって、不活性ガスとエアとの混合比を調整する混合比調整機構を備えており、さらに前記処理チャンバには排気部通路を設ける構成としたことをその特徴とするものである。
【００１３】
ここで、ランプハウスは、例えば基板の表面に対面する側を開口させ、かつこのランプハウス内には不活性ガスを導入する構成とすることができる。また、混合比調整機構を備えたガス供給手段は、それぞれ流量制御が可能な不活性ガス供給手段及びエア供給手段と、これら不活性ガス供給手段及びエア供給手段からの不活性ガスとエアとを混合するミキシングチャンバとから構成され、このミキシングチャンバは処理チャンバ内に配置するか、またはこの処理チャンバと混合ガス供給配管により接続する構成とすることができる。さらに、基板はランプハウスに対する間隔を調整する昇降駆動手段に設置するのが望ましい。そして、エキシマランプとしては、例えば誘電体バリア放電エキシマランプ，ＲＦ放電エキシマランプ等があり、これらのいずれを用いても良いが、例えば誘電体バリア放電エキシマランプを用い、ランプ内に放電ガスとしてキセノンガスを封入すれば、このランプから照射される紫外線の波長は１７２ｎｍとなる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。まず、図１及び図２に本発明の基板処理装置に用いられるエキシマランプの概略構成を示す。図中において、１はエキシマランプを示し、このエキシマランプ１は共に石英ガラスで一体的に形成した内管部２と外管部３とからなり、円環状の石英ガラス管４を有し、この石英ガラス管４の内部は密閉された放電空間５となっている。内管部２の内側には円筒状の金属板からなる金属電極６がこの内管部２に固着して設けられている。また、外管部３の外周面には、金網電極７が設けられている。そして、これら金属電極６と金網電極７との間に交流電源８が接続されている。さらに、内管部２の内側には、金属電極６を冷却するための冷却用流体（例えば冷却水）の通路として利用される。
【００１５】
石英ガラス管４の内部には放電ガスが封入されており、金属電極６と金網電極７との間に交流の高電圧を印加すると、内管部２と外管部３との誘電体間に放電プラズマ（誘電体バリア放電）が発生し、この放電プラズマにより放電ガスの原子が励起されて、エキシマ状態となる。そして、このエキシマ状態から基底状態に戻る際に、エキシマ発光が生じる。この時の発光スペクトルは、石英ガラス管４内に封入された放電ガスにより異なるが、キセノン（Ｘｅ）ガスを用いることによって、１７２ｎｍに中心波長を持つ単色光の発光となる。また、アルゴン（Ａｒ）ガスを放電ガスとして用いれば、発光波長の中心は１２６ｎｍとなる。そして、金属電極６は反射板として機能し、また金網電極７は実質的に透明電極として機能するから、この短波長の紫外線、つまりＶＵＶは外管部３側から照射される。なお、この場合のキセノンガスの封入圧は、例えば３５０Ｔｏｒｒ程度とする。
【００１６】
次に、以上のエキシマランプ１を用いて、例えば液晶表示パネルを構成する透明基板の洗浄装置の概略構成を図３に示す。同図において、１０は処理チャンバを示し、この処理チャンバ１０内には、昇降アーム１１が設けられており、この昇降アーム１１の上部に被処理用の基板１２が載置される。また、昇降アーム１１における基板１２の下部位置にはホットプレート１３が設けられており、これによって基板１２を加温できるようになっている。しかも、処理チャンバ１０の下部位置には昇降駆動手段１４が装着されており、この昇降駆動手段１４により基板１２の上下方向の位置を調整できるようになっている。
【００１７】
１５はランプハウスであり、このランプハウス１５は下端が開口した容器からなり、内部にはエキシマランプ１が所要数だけ設けられている。そして、ランプハウス１５は一部が処理チャンバ１０内に臨み、その下端の開口部分は基板１０の表面に対面する状態に配置される。ランプハウス１５は処理チャンバ１０に対して固定的に設置されているが、昇降駆動手段１４を作動させて、基板１２を昇降させることによって、ランプハウス１５と基板１２との間隔を調整できるようになっている。
【００１８】
処理チャンバ１０内には、不活性ガスとしての窒素ガス（Ｎ_２ガス）とドライエアとの混合ガスが供給される。この混合ガスを処理チャンバ１０内に供給するガス供給手段としては、窒素ガス供給手段１６と、ドライエア供給手段１７とを備え、窒素ガス供給手段１６は、例えばガスボンベ等の供給源に接続した窒素ガス供給管１８を有し、またドライエア供給手段１７はドライエアをフィルタ１９を介して取り入れるエア供給管２０を備えている。さらに、処理チャンバ１０の内部（または外部）には、ミキシングチャンバ２１が設けられており、窒素ガス供給管１８からの窒素ガスとエア供給管２０からのドライエアは、このミキシングチャンバ２１内で均一に混合され、この混合ガスが流出口２１ａから処理チャンバ１０内に導入される。さらに、処理チャンバ１０のミキシングチャンバ２１を設けた側とは反対側には排気口２２が形成されている。従って、処理チャンバ１０内では、ミキシングチャンバ２１の流出口２１ａから排気口２２に至る混合ガスの流路が形成され、基板１２はこの流路の途中に介在している。
【００１９】
さらに、ランプハウス１５内には、エキシマランプ１が設けられており、このエキシマランプ１を設けた部位は酸素が存在しない雰囲気状態に保持する必要があるために、ランプハウス１５内にも窒素ガスを導入する。そこで、窒素ガス供給管１８から分岐した窒素ガス導入管２３を設け、この窒素ガス導入管２３の他端はランプハウス１５に接続されている。
【００２０】
以上のように構成することによって、ランプハウス１５の内部は酸素を含まない窒素ガス雰囲気に保持されているので、エキシマランプ１から照射されるＶＵＶが途中で減衰するのを抑制できる。しかも、このランプハウス１５の開口している下端部と基板１２との間には、ミキシングチャンバ２１から供給される混合ガスが介在しており、この混合ガスには酸素が含まれているので、オゾン及び活性酸素も生成される。従って、基板１２の表面に付着している有機物の汚れが分解された上で揮発することになるので、この基板１２の表面がドライ洗浄されると共に、この表面における接触角が小さくなり、後続の工程で無機物の汚れを除去するためにウエット洗浄を行う際に、洗浄液の濡れ性が良好になる。
【００２１】
ところで、有機物質の結合エネルギは結合形態により異なるものであり、従って基板１２に付着する汚れの種類に応じて、その結合状態を分解するために必要な照射エネルギが異なってくる。一方、化学結合が分解されて活性化した有機物質を酸化分解するためには活性酸素が必要となる。この酸化分解を促進するには、オゾン及び活性酸素の生成量を多くしなければならない。然るに、ＶＵＶの有機物質に直接作用する照射エネルギと、オゾン及び活性酸素を発生機能とは相反するものである。つまり、ＶＵＶの有機物質に直接作用する照射エネルギを大きくするには、ＶＵＶが途中で減衰しないようにする必要があり、このためにはエキシマランプ１と基板１２との間に酸素ができるだけ介在しないようにする必要がある。一方、オゾン及び活性酸素を多量に発生させるには、エキシマランプ１と基板１２との間にできるだけ多量の酸素を介在させなければならない。
【００２２】
而して、図４に酸素濃度を変化させた時におけるエキシマランプ１と基板１２との間の距離に対する波長１７２ｎｍのＶＵＶの減衰率特性を示す。図中において、曲線Ａは酸素濃度が１％，曲線Ｂは酸素濃度が２％，曲線Ｃは酸素濃度が３％，曲線Ｄは酸素濃度が５％，曲線Ｅは酸素濃度が１０％，曲線Ｆは酸素濃度が２０％（つまり空気）とした時におけるＶＵＶの減衰率を示している。ここで、ＶＵＶの減衰率が高いということは、オゾン及び活性酸素の生成率が高く、ＶＵＶの減衰率が低いと、それだけオゾン及び活性酸素の生成率も低くなる。
【００２３】
以上のことから、基板１２の有機汚損物の性質及び量に応じて、ミキシングチャンバ２１での窒素ガスとドライエアの混合比を変化させることによって、ＶＵＶの照射エネルギとオゾン及び活性酸素の生成量とのバランスを取るようにしている。このために、窒素ガス供給手段１６及びドライエア供給手段１７には、混合比調整機構を構成する流量調整手段をそれぞれ備えている。この流量調整手段は、供給流量を検出するための流量計２４を備え、またこの流量計２４からの信号に基づいて自動的に供給流量を調整するか、または手動操作により供給流量を調整するための流量制御弁２５とから構成される。また、電磁開閉弁２６によっても流量調整手段を構成することができ、本実施の形態においては、流量制御弁２５による連続的な流量調整手段と、電磁開閉弁２６のＯＮ，ＯＦＦによる間欠的な流量調整手段とを組み合わせて用いる構成としている。なお、窒素ガス導入管２３にも、同様、流量計２４と流量制御弁２５を設けて、ランプハウス１５内に導入する窒素ガスの流量及び圧力を制御できるようにする。
【００２４】
また、図４から明らかなように、同じ酸素濃度であっても、エキシマランプ１と基板１２との間の距離に応じてもＶＵＶの減衰率が変化する。ただし、ランプハウス１５内は窒素ガス導入管２３から窒素ガスが導入されて、内部は酸素が存在しない状態となっており、ランプハウス１５と基板１２との間隔には酸素を含む混合ガスが介在していることから、具体的には、ランプハウス１５の下端部と基板１２との間の間隔を調整することによっても、ＶＵＶの減衰率を制御することができる。
【００２５】
而して、基板１２における有機汚損物として、結合エネルギの大きな「Ｃ＝Ｃ結合」，「Ｃ＝Ｏ結合」，「Ｃ＝Ｎ結合」，「Ｎ＝Ｎ結合」その他の２重結合等を含む有機物の汚れを除去する場合には、エア供給管２０から供給されるドライエアの供給率を低くすることによって、処理チャンバ１０に供給される混合ガスの酸素含有率を低下させる。また、これと共に昇降駆動手段１４による基板１２をランプハウス１５に近接させる。この結果、エキシマランプ１から基板１２に照射されるＶＵＶの減衰が抑制され、前述した化学結合を分解して活性化させるのに必要なエネルギを作用させることができる。勿論、この場合にも、処理チャンバ１０には混合ガスが供給されている限り、酸素が存在しているので、オゾン及び活性酸素の生成が行われることから、活性化した有機物質をさらに酸化分解させて揮発させることができる。
【００２６】
一方、基板１２に付着する有機汚損物が、「Ｃ−Ｃ結合」，「Ｃ−Ｈ結合」，「Ｃ−Ｏ結合」，「Ｏ−Ｈ結合」，「Ｎ−Ｈ結合」等のように、比較的結合エネルギの低い化合物であり、しかも多量の汚損物が付着しているような場合には、混合ガスにおけるエア供給管２０から供給されるドライエアの供給率を高くして、酸素濃度を高める。また、これと共に昇降駆動手段１４により基板１２をランプハウス１５から離間させる。その結果、ＶＵＶの作用によるオゾン及び活性酸素の生成量が増大することになるので、有機物質の分解及び揮発によるガス化が著しく促進される。
【００２７】
以上は基板１２の洗浄を行う場合であって、エキシマランプ１からのＶＵＶを照射することにより行う他の処理として、例えばエッチング等があるが、ドライエッチングを行う場合には、洗浄の場合より大量のオゾン及び活性酸素が必要となる。従って、この場合には、図３に仮想線で示したように、エア供給管２０から導気管２７を分岐させて、この導気管２７にオゾン発生器２８を接続して、このオゾン発生器２８からの流出配管２９を再びエア供給管２０に接続するように構成する。そして、この導気管２７にも、流量計２４及び流量制御弁２５を装着する。これによって、エア供給管２０からミキシングチャンバ２１に供給されるドライエアに所定量のオゾンが含まれるから、エキシマランプ１からのＶＵＶを照射した時における活性酸素の生成が迅速かつ効率的に、しかも大量の活性酸素を生成することができる。
【００２８】
以上のように、処理チャンバ１０内の酸素濃度を任意に制御することにより、ＶＵＶの減衰率を調整できることから、ランプハウス１５を窓を設けて密閉状態にする必要がなく開放できるので、窓を通過する際におけるエネルギロスが生じるおそれがなく、また高価な合成石英ガラスを用いる必要がないので、処理装置の構成が簡略化されると共に、安価なものとなる。しかも、処理すべき基板における汚れの性質や、処理の種類等に応じて混合ガスの酸素含有量を制御することによって、ＶＵＶの減衰率及び活性酸素の生成量を自在に調整することにより、基板１２の汚れの性質や程度、さらには処理の性質等に応じて処理の完全性を期することができ、しかも迅速かつ効率的な処理を行えるようになる。
【００２９】
なお、前述した実施の形態においては、エキシマランプに用いられる放電ガスとしてはキセノンガスを用いるようにしたが、アルゴンガス，塩化クリプトンガス等他の放電ガスを用いても良いことは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成したので、エキシマランプが装着されるランプハウスを密閉状態にする必要がなく、しかも被処理用の基板の表面に照射される短波長の紫外線の減衰率及び活性酸素の生成量を任意に制御できるようになり、基板に対して最適な条件で処理を行える等の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基板処理装置に用いられるエキシマランプの一例としての誘電体バリア放電エキシマランプの構成説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】エキシマランプを用いて基板の洗浄を行うための装置の概略構成図である。
【図４】酸素濃度を変化させた時におけるエキシマランプと基板との間の距離に対する短波長の紫外線の減衰率特性を示す線図である。
【符号の説明】
１エキシマランプ１０処理チャンバ
１２基板１４昇降駆動手段
１５ランプハウス１６窒素ガス供給手段
１７ドライエア供給手段１８窒素ガス供給管
１９フィルタ２０エア供給管
２１ミキシングチャンバ２２排気口
２３窒素ガス導入管２４流量計
２５流量制御弁２６電磁開閉弁
２８オゾン発生器

Claims

内部にエキシマランプが設けられ、不活性ガスが導入されるランプハウスを処理チャンバ内に配設し、この処理チャンバに配置した基板の表面に前記エキシマランプからの紫外線を照射することによって、この基板に対して所定の処理を行わせる基板処理装置において、
前記処理チャンバにはガス供給手段が接続して設けられており、
このガス供給手段は、不活性ガス供給手段及びエア供給手段と、これら不活性ガス供給手段及びエア供給手段からの不活性ガスとエアとが供給されるミキシングチャンバとを備え、このミキシングチャンバには、前記ランプハウスと前記基板の表面との間の空間に向けてこれら不活性ガスとエアとの混合ガスを流出させる流出口が形成され、
前記ガス供給手段は、さらに前記不活性ガス供給手段及びエア供給手段からの供給流量を調整することによって、不活性ガスとエアとの混合比を調整する混合比調整機構を備えており、
さらに前記処理チャンバには排気部通路を設ける
構成としたことを特徴とする紫外線照射による基板処理装置。
前記ミキシングチャンバには混合ガス供給配管が接続されており、前記不活性ガス供給手段及びエア供給手段はこの混合ガス供給配管に合流させる構成としたことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射による基板処理装置。
前記基板は前記ランプハウスに対する間隔を調整する昇降駆動手段に設置する構成としたことを特徴とする請求項１記載の紫外線照射による基板処理装置。
前記エキシマランプは誘電体バリア放電エキシマランプであり、このエキシマランプに封入される放電ガスはキセノンガスであることを特徴とする請求項１記載の紫外線照射による基板処理装置。