JP4702473B2

JP4702473B2 - 照射装置

Info

Publication number: JP4702473B2
Application number: JP2009184405A
Authority: JP
Inventors: 雅規中村
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-08-07
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2011-06-15
Anticipated expiration: 2029-08-07
Also published as: JP2011040193A

Description

本発明は、半導体素子や液晶基板の製造工程において、ウエハやガラス基板等の基板のドライ洗浄に好適に用いることができる照射装置に関する。

半導体素子や液晶基板の製造工程においては、シリコンウエハやガラス基板等の基板の表面に付着した有機化合物等の除去処理が行われており、かかる有機化合物等の除去処理方法としては、水や有機溶剤等を使用しないドライ洗浄法が広く利用されている。
このようなドライ洗浄法の一つとして大気圧プラズマ発生装置が知られている。この装置は、一対の電極の間にプラズマが生じる空隙が形成されており、この空隙に窒素ガスを流しながら、短パルスの高電圧電界が印加される。高周波電界が印加された電極の大気圧近傍でプラズマが発生し、プラズマによってガラス基板などの被処理物に付着した有機物を除去することができる。

プラズマは、大気圧下では一瞬にしてグロー放電からアーク放電に移行し、スパーク放電が発生しやすい。そのため、短パルスの電界を電極に印加して、グロー放電からアーク放電に移行する前に、強制的に電界を切替えて、アーク放電に移行しないようにし、グロー放電のまま維持させている。

しかしながら、短パルスの電界を生成するパルス電源は高価であるため、装置全体の価格が上昇してしまうという問題がある。また、短パルス電界を印加する場合は、処理物であるガラス基板との走行位置とのタイミングを図る複雑な制御が必要となることや、急峻な電界が発生することからノイズの問題も生じる。

特開２００２−１５１４８０号公報

本発明は、上記の問題点に鑑み、グロー放電からアーク放電への移行を防止することができ、かつ、パルス電源を使うことの種々の問題を解決できる新しい大気圧プラズマ発生装置を提供することを目的とする。

本願第１の発明は、不活性ガスが封入された不活性ガス層が形成された放電容器の内部に配置された内部電極と、放電容器の外部に大気圧下に反応性ガスが流過された反応性ガス層を挟んで配置された外部電極との間に交流電界が供給され、前記外部電極と前記内部電極との間で発生する放電が、反応性ガス層におけるプラズマ放電と不活性ガス層におけるエキシマ放電とを介して発生することを特徴とする。
本願第２の発明は、第１の発明において、前記内部電極に高電圧が供給されることを特徴とする。

本願第１の発明に係る照射装置によれば、一対の電極で発生する放電が反応性ガス層と不活性ガス層とを介して生じるようにすることによって、反応性ガス層の放電を持続させずに停止できるので、正弦波交流電圧を供給してもプラズマ放電のアーク放電への移行を防止でき、プラズマ放電を安定に維持することができる。また、被処理体に対して、エキシマランプからの紫外線による洗浄処理およびエキシマランプと電極との間に発生したプラズマによる洗浄処理の両方を行うことができるので、被処理体に対して高い洗浄処理能力が得られる。

本願第２の発明に係る照射装置によれば、内側電極は放電容器の内部の閉じられた空間内にあるので、内側電極を高圧側とすることによって、容易に絶縁を図ることができる。

第１の実施形態の照射装置の構成を示す説明用断面図第２の実施形態の照射装置の構成を示す説明用断面図

図１は、第１の実施形態の照射装置の構成を示す説明用断面図である。
ランプハウス２０の内部に、エキシマランプ１０が配置され、エキシマランプ１０の下方に被処理体Ｗを水平方向に搬送して移動させる搬送機構３０が設けられている。ランプハウス２０は、側壁を形成する側壁部材２１ａ、２１ｂが向かい合うように配置され、側壁部材２１ａ、２１ｂの上部の開口を塞ぐように天板２２が形成されている。ランプハウス２０を、側壁部材２１ａ、２１ｂと天板２２とに分けて構成することにより、天板２２を開閉式にしてランプハウス２０内部に配置されるエキシマランプ１０を交換できるようにしている。搬送機構３０は、複数の搬送コロ３１が被処理体Ｗの搬送方向に沿って並ぶよう配置されて構成されている。

ランプハウス２０の天板２２の内面には、例えばアルミニウムよりなる直方体状の外側電極２５が設けられている。外側電極２５の内部に、エキシマランプ１０の長手方向に沿って水平に伸びる冷却水管２６が複数設けられている。一方の側壁部材２１ａと外側電極２５との間にマニホールド２７が設けられ、エキシマランプ１０と外側電極２５との間に反応性ガスを供給している。反応性ガスとしては、窒素ガス（Ｎ_２）、アルゴンガス（Ａｒ）、炭酸ガス（ＣＯ_２）、ヘリウムガス（Ｈｅ）などを主成分とし、酸素ガスが１〜２体積％含有してなるものを用いることが好ましい。また、単位長さ当りの流量が、１ｍ当り０．５〜４ｍ^３／ｓとなるように流過させている。

反応性ガスが、大気圧またはその近傍の圧力下において、マニホールド２７から外側電極２５とエキシマランプ１０との間を流れ、他方の側壁部材２１ｂとの隙間からエキシマランプ１０の下方の被処理体Ｗに向かって流すことによって、発生したプラズマが被処理体Ｗに照射されるようにしている。反応性ガスが一方の側壁部材２１ａに沿って流出しないように、エキシマランプ１０の側面に接触するように固定板２３が配置されている。また、他方の側壁部材２１ｂとの間にはエキシマランプ１０の側面との間に反応性ガスが流過する隙間を挟んで案内部材２８が配置されている。

エキシマランプ１０は、合成石英ガラスなどのシリカガラス、サファイアなどの真空紫外線を良好に透過する断面矩形状で中空長尺の放電容器１１の内部に、希ガス、または、希ガスとハロゲンガスとを混合した混合ガスよりなる不活性ガスが、例えば１０〜８０ｋＰａで気密に封入されている。放電容器１１の内部に内側電極１３が設けられている。内側電極１３は、アルミニウム、ニッケル、金などの金属材料よりなり、放電容器１１の内部で支持することや、放電容器１１の内面に導電性ペーストをスクリーン印刷することなどにより形成される。

外側電極２５および内側電極１３は、正弦波交流電圧を供給する高周波電源Ｐに接続されている。高周波電源Ｐから供給される電力は、例えば、周波数が１０〜１００ｋＨｚであり、電圧が１ｋＶｒｍｓ〜数１０ｋＶｒｍｓである。外側電極２５と内側電極１３との間に、放電容器１１の内部に不活性ガスが封入された不活性ガス層１４と、大気圧下に反応性ガスが流過する反応性ガス層２４とが連続して挟まれるように配置されている。このため、外側電極２５と内側電極１３との放電は、エキシマランプ１０の上面１１ａを介してプラズマ放電とエキシマ放電とを経ることになる。

内側電極１３と放電容器１１の上面１１ａに挟まれる不活性ガス層１４でエキシマ放電が発生してエキシマ分子が形成され、真空紫外線が放射される。また、反応性ガス層２４にかかる高周波電界によってプラズマ放電が発生し、反応性ガス２４が電離または励起されてプラズマが生成される。そして、搬送機構３０によって水平方向に移動する被処理体Ｗの表面に、エキシマランプ１０から放射された真空紫外線が照射されると共に、真空紫外線によって発生したオゾン等の活性酸素が被処理体Ｗの表面に接触することにより、被処理体Ｗの表面に付着した有機化合物が分解・酸化される。更に、プラズマを含むガスが、エキシマランプ１０の側面と案内部材２８によって下方に導かれ、被処理体Ｗの表面に接触することにより、被処理体Ｗの表面に付着した有機化合物が分解・酸化される。
被処理体Ｗに対して、エキシマランプ１０からの真空紫外線による洗浄処理、およびプラズマによる洗浄処理の両方を行うことができるので、被処理体Ｗに対して高い洗浄処理能力が得られる。

エキシマ放電およびプラズマ放電の開始電圧は、放電空間の圧力、放電ギャップの大きさ、ガスの種類等によって定まるが、プラズマ放電の開始電圧の方がエキシマ放電の開始電圧よりも高く、プラズマ放電がエキシマ放電より例えば数マイクロ秒間遅延して発生するよう設定されることが好ましい。このような条件が満たすように、反応性ガス層２４と不活性ガス層１４の放電ギャップの大きさや、不活性ガス層１４のガス圧が設定される。
例えば、反応性ガス層２４の放電ギャップの大きさとなるエキシマランプ１０と外側電極２５との離間距離を１〜１０ｍｍとし、不活性ガス層１４の放電ギャップとなる放電容器１１の上面１１ａと内側電極１３との距離を０．０５〜５ｍｍとする。

内側電極１３を高電圧発生側として正弦波交流電圧を供給した場合について説明する。内側電極１３に印加された高電圧により電荷が蓄えられ、電圧がエキシマ放電の開始電圧に達すると、不活性ガス層１４でエキシマ放電が発生する。不活性ガス層１４でのエキシマ放電により、エキシマランプ１０の上面１１ａに電荷がさらに充電され、プラズマ放電の放電開始電圧に達すると、反応性ガス層２４でプラズマ放電が発生する。しかしながら、不活性ガス層１４では、エキシマ放電により内側電極１３とエキシマランプ１０の下面１１ｂとの間の電圧が低下するため、放電が維持することなく停止する。さらに、エキシマ放電の停止により、反応性ガス層２４への電流が制限されてプラズマ放電も停止する。印加される高圧電圧をさらに上昇させていくと、上記状態が最大電圧に到達するまで繰り返し発生して放電する。反応性ガス層２４の放電を持続させずに停止できるので、アーク放電への移行を防止できる。
プラズマ放電用電極２５の極性が反転することによって、上記放電が再び生じる。

外側電極２５と内側電極１３との間に挟まれる空間に、反応性ガス層２４と不活性ガス層１４とが内側電極１３と外側電極２５に対して並ぶよう配置することによって、内側電極１３と外側電極２５との間で発生する放電が反応性ガス層２４と不活性ガス層１４とを介して生じるようにしている。このような構成にすることによって、反応性ガス層２４の放電を持続させずに停止できるので、正弦波交流電圧を供給してもプラズマ放電のアーク放電への移行を防止でき、プラズマ放電を安定に維持することができる。

また、内側電極１３は放電容器１１の内部の閉じられた空間内にあるので、内側電極１３を高圧側とすることによって、ランプハウス２０や被処理体Ｗとの絶縁を容易に図ることができる。

続いて、第２の実施形態を示す。
図２は、第２の実施形態の照射装置のランプハウス内に配置される反射鏡５１とエキシマランプ４０とを示す説明用断面図である。
第２の実施形態のエキシマランプ４０は、不活性ガスが封入された円筒状の放電容器４１の内部に、円筒状の内側電極４３が配置されている。エキシマランプ４０の上方にアルミニウムよりなる樋状の反射鏡５１が配置されている。放電容器３１と反射鏡５１との間には、反応性ガスが大気圧下において流過され、漏れ出たガスが被処理体に向かって流れ出るようになっている。

放電容器４１の内部に配置された内側電極４４は、反射鏡５１を他方の電極として対をなし、正弦波交流電圧を供給する高周波電源Ｐが接続されている。内側電極４４は放電容器４１の内部の閉じられた空間内にあるので、内側電極４４を高圧側とし、反射鏡５１を低圧側とすることによって、容易に絶縁を図ることができる。

内側電極４４の上半分側は、反射鏡５１との間に、放電容器４１の内部に不活性ガスが封入された不活性ガス層４５と、大気圧下に反応性ガスが流過する反応性ガス層５２とが連続して挟まれるように配置されている。このような構成にすることによって、反応性ガス層５２の放電を持続させずに停止できるので、正弦波交流電圧を供給してもプラズマ放電のアーク放電への移行を防止でき、プラズマ放電を安定に維持することができる。
また、被処理体に対して、エキシマランプ４０からの真空紫外線による洗浄処理、およびプラズマによる洗浄処理の両方を行うことができるので、被処理体に対して高い洗浄処理能力が得られる。

１０エキシマランプ
１１放電容器
１３内側電極
１４不活性ガス層
１５誘電体
２０ランプハウス
２１側壁部材
２２天板
２３固定板
２４反応性ガス層
２５外側電極
２６冷却水管
２７マニホールド
２８案内部材
２９側面電極
３０搬送機構
３１搬送コロ
Ｐ高周波電源
Ｗ被処理体

Claims

不活性ガスが封入された不活性ガス層が形成された放電容器の内部に配置された内部電極と、
放電容器の外部に大気圧下に反応性ガスが流過された反応性ガス層を挟んで配置された外部電極との間に交流電界が供給され、
前記外部電極と前記内部電極との間で発生する放電が、反応性ガス層におけるプラズマ放電と不活性ガス層におけるエキシマ放電とを介して発生することを特徴とする照射装置。
前記内部電極に高電圧が供給されることを特徴とする請求項１に記載の照射装置。