JP4432321B2 - エキシマ照射装置の初期調整方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、光化学反応用の紫外線光源として使用される放電ランプの一種で、誘電体材料を介在させて放電することによってエキシマ分子を形成し、このエキシマ分子から放射される光を利用するいわゆるエキシマランプ発光装置の装置を製造させた後の初期調整方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この発明に関連した技術としては、例えば、特開平２−７３５３号があり、そこには、放電容器にエキシマ分子を形成する放電用ガスを充填し、誘電体バリヤ放電（別名オゾナイザ放電あるいは無声放電。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）によってエキシマ分子を形成せしめ、このエキシマ分子から放射される光を取り出す放射器、すなわちエキシマランプについて記載されている。このエキシマランプは、放電容器の形状が円筒状であり、放電容器の少なくとも一部は誘電体障壁放電を行う誘電体を兼ねており、この誘電体の少なくとも一部はエキシマ分子から放射される真空紫外光（波長２００ｎｍ以下の光）に対して透光性であることが開示される。さらに、放電容器の外面には一方の電極として網状電極が設けられたエキシマランプが記載されている。このようなエキシマランプは、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ない種々の特長、例えば、単一の波長の真空紫外光を強く放射するなどを有している。
また、上記エキシマランプを不活性ガス雰囲気のケーシングの中に配置してケーシングの一面に設けられた光透過窓を介して真空紫外光を取り出すエキシマランプを使った発光装置が、例えば、特開２００２−１６８９９９号などに開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平２−７３５３号
【特許文献２】
特開２００２−１６８９９９号
【０００４】
ところで、エキシマランプを使った発光装置（以後、「エキシマ照射装置」ともいう）は光透過部材に対して波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を照射させると、光透過部材であるガラスが劣化変質して真空紫外光の透過率を低下させることが知られている。
この問題を解決するために、特開２００１−２８９９９９号では、光透過部材に一定量の紫外線が照射されるまでを慣らし運転とすることが開示されている。
【０００５】
【特許文献３】
特開２００１−２８９９９９号
【０００６】
上記内容は、光透過部材の紫外線透過率が減少し尽くして、これ以上減少することがなくなったという時点までを慣らし運転とするものである。
【０００７】
【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、石英ガラスを光透過部材とするエキシマ照射装置において、紫外線透過率が高い状態で照射処理することで処理効率を高めることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明のエキシマ照射装置の初期調整方法は、波長１７２ｎｍの真空紫外光を放射するエキシマランプを備え、ＯＨ基濃度が１５０〜４００ｐｐｍの石英ガラスからなる光透過部材を有する方法であって、前記光透過部材に前記真空紫外光を透過させて、当該光透過部材の波長１７２ｎｍの透過率が減少した後、再び上昇するまでの期間を少なくとも慣らし運転として、当該慣らし運転では照射処理を行なわないことを特徴とする。
さらに、請求項２に係る発明は、前記真空紫外光の照射は、ピーク波長１７２ｎｍの光であることを特徴とする。
さらに、請求項３に係る発明は、前記慣らし運転終了後における前記光透過部材における波長１７２ｎｍの透過率は、初期透過率の８０％以上であることを特徴とする。
【０００９】
【作用】
本発明は上記のように光透過部材の紫外線透過率が減少し尽くしてこれ以上低下しないという状態において照射処理を始めるのではなく、紫外線透過率が減少した後に再び上昇した後において照射処理をするものである。
すなわち、エキシマ照射装置が特定の条件にある場合は、前記特許文献３のように紫外線透過率は減少するだけではなく、再び上昇するという現象が生ずることを新規に見出し、この現象と利用することで高い紫外線透過率で照射処理することができることを見出したものである。
【００１０】
なお、紫外線透過率が減少した後に再び上昇する理由は、必ずしも明らかではないが以下のように推測される。
すなわち、光透過部材である石英ガラス（ＳｉＯ_２）に真空紫外光が照射されると、光透過部材を構成する（≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡）の結合が切断されて、Ｅ‘センターと呼ばれる≡Ｓｉ・、非架橋酸素空孔欠陥≡Ｓｉ−Ｏ・が生成される。また、石英ガラス中のＳｉＯＨ基末端構造も真空紫外光により切断され、≡Ｓｉ−Ｏ・、Ｈが生成される。そして、Ｅ‘センターと呼ばれる≡Ｓｉ・に対して、ＳｉＯＨの解離により生成された≡Ｓｉ−Ｏ・、Ｈが補充されやすくなり、これが原因となり≡Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ≡の再結合が生じやすいからと推測される。
そして、この再結合の条件は、光透過部材に照射される真空紫外光がピーク波長１７２ｎｍであること、石英ガラスのＯＨ基濃度が１５０〜４００ｐｐｍであることが後述する実験より明らかとなった。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明のエキシマランプ照射装置を表す。照射装置１０の内部にエキシマランプ１が配置する。照射装置１０は、光取出窓１１と本体ケース１２と金属ブロック１３より構成される。光取出窓１１は光透過部材でありエキシマランプ１から放射される真空紫外光を透過するもので、例えば合成石英ガラスから構成される。本体ケース１２は、例えば、ステンレスからなるもので一方の側壁にはガス導入口１２ａが、他方の側壁にはガス排出口１２ｂが形成される。このガス導入口１２ａからは窒素ガス等の不活性ガスが導入され、ガス排出口１２ｂから残存していた酸素ガスとともに不活性ガスが排出される。
【００１２】
金属ブロックは、溝部（窪み部）が形成され、各溝部はエキシマランプ１の半分（半円）もしくは半分以下の部分がほぼすっぽり嵌まるようになっている。また、金属ブロック１３には、各々のエキシマランプ１から貫通孔を介して光センサ１５が組み込まれる。この光センサ１５はエキシマランプ１からの放射光を検知するもので、貫通孔は例えば直径１０ｍｍ、長さ２０ｍｍ程度のものである。
【００１３】
金属ブロック１３の中には冷却手段として水冷パイプ１６が埋設されており、この中を冷却水が循環することで金属ブロック１３を効果的に冷却することができる。ここで、金属ブロック１３を構成する材料としては、高い伝熱特性と加工の容易性、さらには真空紫外光の高い反射特性からアルミニウムが採用される。
【００１４】
光取出窓１１の外側には、数ｍｍ程度に近接した位置に処理物、例えば半導体ウエハーや液晶基板が配置される。そして、エキシマランプ１から放射される真空紫外光（波長１７２ｎｍの光）が光取出窓１１を透過して、処理物を照射することで表面改質等の処理が行われるわけであるが、光取出窓１１と処理物との間に介在する酸素に対して真空紫外光が照射することで酸素からオゾンや活性酸素を発生させ、これらの協同作用によって改質処理をより効果的なものとすることができる。
【００１５】
図２はエキシマランプ１を示す。エキシマランプ１は、全体形状が円筒状であり、材質は誘電体障壁放電の誘電体として機能するとともに、真空紫外光を透過する合成石英ガラスから構成される。ランプ１は内側管３と外側管２が同軸に配置して二重円筒管を構成するとともに、両端を閉じたことから内側管３と外側管２の間に放電空間４が形成される。放電空間４には誘電体バリア放電によってエキシマ分子を形成するとともに、このエキシマ分子から真空紫外光を放射する放電用ガス、例えばキセノンガスが封入される。数値例をあげると、ランプ１は全長８００ｍｍ、外径２７ｍｍ、内側管３の外径は１６ｍｍ、内側管３と外側管２の肉厚は１ｍｍであり、４００Ｗで点灯させる。外側管２の外面には網状電極５が設けられ、内側管３の内部に他方の電極である内側電極６が設けられる。網状電極５はシームレスに構成され、全体として伸縮性を有することから外側管２への密着性を良くすることができる。内側電極６はパイプ状、あるいは断面において一部に切り欠きを有する概略Ｃ字状のものであり内側管３に密着するように設けられる。放電空間４には必要に応じてゲッタが配置される。網状電極５、内側電極６の間には、図示略の交流電源が接続され、これにより放電空間４にエキシマ分子が形成されて真空紫外光を発光する。放電用ガスとしてキセノンガスを使った場合は波長１７２ｎｍの光を放射する。
【００１６】
図３は光取出窓１１の波長１７２ｎｍの光透過率と照射時間の関係を表すものである。縦軸は、光透過率であって、初期の１７２ｎｍにおける透過率を１００とした場合の相対値を表し、横軸は光取出窓（石英ガラス）に１７２ｎｍの光を照射した累積時間を表す。ライン▲１▼はＯＨ基濃度が１８２ｐｐｍの石英ガラス、ライン▲２▼はＯＨ基濃度が２１３ｐｐｍの石英ガラス、ライン▲３▼はＯＨ基濃度が３００ｐｐｍの石英ガラスを各々表す。図からいずれの石英ガラスでおいても照射開始から約３００時間において光透過率は７５〜８０％程度まで減少する。しかしながら、いずれの石英ガラスにおいても約３００時間経過時の透過率を最小値としてその後上昇していることが分かる。そして、ライン▲１▼、ライン▲２▼にあっては約１５００時間の照射によって透過率が約９０％にまで回復しており、ライン▲３▼にあっても約２５００時間の照射によって透過率が約８５％まで回復していることが分かる。
この結果、石英ガラスに対して波長１７２ｎｍの真空紫外光を照射させると、紫外線透過率は数百時間で最小値まで下がり続けるものの、その後は上昇に転じることが示される。
この現象の理由は、前記のとおりであり、適当なＯＨ基を含有することで石英ガラスの欠陥に補うことができるからである。ここで、適当なＯＨ基濃度とは約１５０〜４００ｐｐｍである。
【００１７】
本発明は上記現象を利用するものであり、紫外線透過率が照射初期時に近い値にまで回復する期間を慣らし運転（調整期間）と位置づけて、その後から照射処理を行なう使用方法である。このように定義された調整期間を設けることで、第一にエキシマ光の照射処理において当初めから高い照射効率で処理が行なうことができ、第二に照射強度の変動を避けて安定した照射処理を実施することができる。
また、本発明に係る調整方法は、上記のように調整期間に対して照射処理を行なわないというものではなく、光透過率に変化があることを認識した上で、初期から照射処理をすることもできる。例えば、光透過率の変化を予め記憶しておき当該変化に対応させてランプへの投入電力を調整させたり、あるいは、酸素など反応ガスや窒素などの不活性ガスの投入量を調整することも可能である。また、処理物が搬送されるような場合は搬送速度を調整することも可能である。さらには、初期に光透過率が低下することを前提として、低い紫外線ドーズ量で照射することも可能である。
【００１８】
本発明における調整期間は、一例をあげると、光透過部材に波長１７２ｎｍの光を１００００Ｊ／ｃｍ^２以上照射する期間を言える。
また、本発明における調整期間を光透過率の回復率で規定するなら、調整期間終了後における光透過部材における波長１７２ｎｍの透過率は、初期透過率の８０％以上と規定できる。
このような光透過率の回復率による定義は、光透過部材に含有されるＯＨ基が必ずしも均一に分布していない場合があるため、このような場合に上記回復率をもって照射処理開始を基準にすることは、現実の処理工程において明確な作業基準として設定することができる。
【００１９】
ここで、本発明におけるエキシマランプは、ピーク波長１７２ｎｍの光を放射するものであり、その前後の１５０〜２００ｎｍの光を放射するものである。これは、この波長よりも短い波長の光を石英ガラスである光透過部材に照射すると、ＳｉＯ２の結合を切断する割合が異常に増加するため、ＯＨ基の切断によるＯの補充だけでは回復できなくなるからである。
【００２０】
以上説明したように、本発明のエキシマランプ調整方法は、実質的に波長１７２ｎｍの光のみを放射するエキシマランプを内蔵した照射装置であって、その光透過窓部材のＯＨ基濃度が１５０〜４００ｐｐｍという条件において、光透過部材の紫外線透過率が低下した後、再び増加するという現象を見出したものであり。この現象を活用することにより、第一にエキシマ光の照射処理が初めから高い照射効率で行なうことができ、第二に照射強度の変動を避けて安定した照射処理を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るエキシマ照射装置の全体図を示す。
【図２】 本発明に係るエキシマランプを示す。
【図３】 本発明の効果を示す実験を示す。
【符号の説明】
１ エキシマランプ
２ 外側管
３ 内側管
４ 放電空間
５ 外側電極
６ 内側電極
１０ 照射装置
１１ 光透過窓

Claims (3)

1. 波長１７２ｎｍの真空紫外光を放射するエキシマランプを備え、ＯＨ基濃度が１５０〜４００ｐｐｍの石英ガラスからなる光透過部材を有するエキシマ照射装置の初期調整方法であって、
   前記光透過部材に前記真空紫外光を透過させて、当該光透過部材における波長１７２ｎｍの透過率が減少した後、再び上昇するまでの期間を少なくとも慣らし運転として、
   当該慣らし運転では照射処理を行なわないことを特徴とするエキシマ照射装置の初期調整方法。
2. 前記真空紫外光の照射は、ピーク波長１７２ｎｍの光であることを特徴とする請求項１のエキシマ照射装置の初期調整方法。
3. 前記慣らし運転終了後における前記光透過部材における波長１７２ｎｍの透過率は、初期透過率の８０％以上であることを特徴とする請求項１のエキシマ照射装置の初期調整方法。

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