JP4743311B2

JP4743311B2 - 照射装置

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Publication number: JP4743311B2
Application number: JP2009168389A
Authority: JP
Inventors: 雅規中村
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2029-07-17
Also published as: JP2011023255A

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としては、被処理体の表面に波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することにより、当該被処理体の表面に付着した有機化合物を分解すると共にオゾン等の活性酸素によって酸化して除去する光洗浄法（特許文献１参照。）、大気圧近傍の圧力下において、窒素ガス等のプラズマ発生用反応性ガスを流過させながら高周波電界を印加することによってプラズマを発生させ、このプラズマによって被処理体の表面に付着した有機化合物を分解・酸化して除去するプラズマ洗浄法（特許文献２参照。）が知られている。
そして、光洗浄法においては、放電容器内に例えばキセノンが封入されたエキシマランプを備えた照射装置が用いられており、当該照射装置からの紫外線が照射される照射領域を被処理体が通過することにより、当該被処理体の洗浄処理が行われる。

しかしながら、従来の照射装置においては、以下のような問題がある。
液晶基板においては、サイズの大きい大型のものの開発が進み、このような液晶基板等の被処理体の大型化に伴い、被処理体の有機化合物等の除去処理を高い効率で行うために、被処理体の移動速度を上げることにより、処理速度を向上することが要請されている。しかしながら、従来の照射装置では、被処理体の処理速度が高い場合には、当該被処理体に対する真空紫外線の照射時間が短くなるため、高い洗浄処理能力を得ることが困難である、という問題がある。
また、結合エネルギーが高い化学結合を有する有機化合物においては、当該化学結合を真空紫外線のエネルギーでは切断することができないため、このような有機化合物について真空紫外線による光洗浄処理だけでは除去することが困難である。

特開２００６−１３４９８３号公報特開２００２−１５１４８０号公報

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、高い洗浄処理能力を得ることができ、しかも、結合エネルギーが高い化学結合を有する有機化合物についても確実に除去することができる照射装置を提供することにある。

本発明の照射装置は、放電容器および一対の電極を有するエキシマランプと、このエキシマランプにおける一方の電極に誘電体を介して対向するよう配置されたプラズマ放電用電極とを備え、前記エキシマランプにおける前記一方の電極および前記プラズマ放電用電極を介してプラズマ発生回路が形成されてなり、
前記エキシマランプにおける一対の電極間に印加される高周波電界によって前記放電容器内にエキシマ放電が発生されると共に、前記エキシマランプと前記プラズマ放電用電極との間にプラズマ発生用反応性ガスが流過された状態で、当該エキシマランプにおける前記一方の電極と当該プラズマ放電用電極との間に印加された高周波電界によってプラズマ放電が発生されることを特徴とする。

本発明の照射装置においては、前記誘電体の表面に、電界集中用凸部が形成されていることが好ましい。
また、前記プラズマ放電用電極の表面に、電界集中用凸部が形成されていることが好ましい。
また、前記エキシマランプが配置されるランプハウスを備えてなり、当該ランプハウスに前記プラズマ放電用電極が一体に設けられていてもよい。
また、エキシマ放電のための高周波電源によって前記プラズマ放電が発生されるものであってもよい。

本発明の照射装置によれば、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プラズマ放電用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。
また、紫外線による洗浄処理のみでは除去することが困難な結合エネルギーが高い化学結合を有する有機化合物についても、プラズマによる洗浄処理によって酸化されるため、確実に除去することができる。

また、誘電体の表面に電界集中用凸部が形成され構成またはプラズマ放電用電極の表面に電界集中用凸部が形成された構成によれば、電界集中用凸部に高周波電界が集中して発生し、沿面放電および平等電界型放電が複合した放電状態が得られるため、プラズマ放電のための始動開始電圧を低くすることができ、また、作動中に誘電体とプラズマ放電用電極との距離が変化した場合にも、プラズマ放電を安定に維持することができる。

本発明の照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。プラズマ放電用誘電体膜の変形例を示す説明用断面図である。プラズマ放電用電極の変形例を示す説明用断面図である。本発明の照射装置の他の例における構成を示す説明用断面図である。図４に示す照射装置におけるランプハウスの上板の形状を示す説明用断面図である。本発明の照射装置の更に他の例における構成を示す説明用断面図である。本発明の照射装置の更に他の例における構成を示す説明用断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
この照射装置は、例えば液晶基板等の被処理体の表面をドライ洗浄処理するために用いられるものであって、波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を放射するエキシマランプ１０を有し、このエキシマランプ１０は、下面が開口された矩形の箱型のランプハウス２０内に配置されている。また、エキシマランプ１０の下方には、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。この搬送機構３０は、複数の搬送コロ３１が被処理体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。

エキシマランプ１０は、エキシマ用ガスが気密に封入された矩形の箱型の放電容器１１を有する。この放電容器１１における上部側部分１１ａの外面（図１において上面）には、膜状の一方の電極１２が設けられ、当該放電容器１１における下部側部分１１ｂの外面（図１において下面）には、網状の他方の電極１３が設けられており、一方の電極１２および他方の電極１３の各々は、高周波電源Ｐに接続されている。図示の例では、一方の電極１２が高圧側電極とされ、他方の電極１３が接地側電極とされている。
放電容器１１を構成する材料としては、真空紫外線を良好に透過するもの、具体的には、合成石英ガラスなどのシリカガラス、サファイアガラスなどを用いることができる。
一方の電極１２および他方の電極１３を構成する材料としては、アルミニウム、ニッケル、金などの金属材料を用いることができる。また、一方の電極１２および他方の電極１３は、上記の金属材料を含む導電性ペーストをスクリーン印刷することにより、或いは上記の金属材料を真空蒸着することにより、形成することができる。
放電容器１１内に封入されるエキシマ用ガスとしては、真空紫外線を放射するエキシマを生成し得るもの、具体的には、キセノン、アルゴン、クリプトン等の希ガス、または、希ガスと、臭素、塩素、ヨウ素、フッ素等のハロゲンガスとを混合した混合ガスなどを用いることができる。
また、エキシマ用ガスの封入圧は、例えば１０〜８０ｋＰａである。

エキシマランプ１０における一方の電極１２には、当該一方の電極１２を覆うようプラズマ放電用誘電体膜１５が形成されている。
プラズマ放電用誘電体膜１５を構成する材料としては、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）、シリカ（ＳｉＯ₂）などの誘電体材料を用いることができる。
また、プラズマ放電用誘電体膜１５は、一方の電極１２の表面に上記の誘電体材料を溶射または溶着することにより形成することができる。

放電容器１１における上部側部分１１ａおよび下部側部分１１ｂの各々の厚みは、０．５〜５ｍｍであることが好ましい。
また、放電容器１１内における放電容器１１における上部側部分１１ａおよび下部側部分１１ｂとの距離（放電ギャップ）は、０．０５〜５ｍｍであることが好ましい。
また、プラズマ放電用誘電体膜１５の厚みは、０．０１〜４ｍｍであることが好ましい。この厚みが過小である場合には、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間にアーク放電が生じやすくなる。一方、この厚みが過大である場合には、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間にプラズマ放電を発生させることが困難となる。

ランプハウス２０は、側壁を形成する矩形の筒状の側壁部材２１と、この側壁部材２１の上部の開口を塞ぐ上板２２とにより構成されている。
上板２２の内面には、例えばアルミニウムよりなる直方体状のプラズマ放電用電極２５が当該上板２２に一体に設けられている。このプラズマ放電用電極２５には、それぞれ水平方向（図１において紙面に垂直な方向）に貫通して伸びる複数の冷却水管２６が設けられている。そして、エキシマランプ１０が、その一方の電極１２にプラズマ放電用誘電体膜１５を介してプラズマ放電用電極２５が対向するよう、ランプハウス２０内に固定板２３によって固定配置されると共に、プラズマ放電用電極２５が接地されることにより、エキシマランプ１０における一方の電極１２およびプラズマ放電用電極２５を介してプラズマ発生回路が形成されている。図示の例では、エキシマランプ１０におけるエキシマ放電のための高周波電源Ｐによってプラズマ放電が発生される構成、すなわち、エキシマ放電およびプラズマ放電の両方が共通の高周波電源Ｐによって行われる構成とされている。
また、上板２２の内面におけるプラズマ放電用電極２５に隣接する位置には、エキシマランプ１０における一方の電極１２とプラズマ放電用電極２５との間にプラズマ発生用反応性ガスを供給するためのマニーホールド２７が設けられ、エキシマランプ１０の側方位置には、一方の電極１２とプラズマ放電用電極２５との間を流過したガスを下方に案内する案内部材２８が設けられている。

プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との離間距離は、１〜１０ｍｍであることが好ましい。この離間距離が過小である場合には、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間にプラズマ発生用反応性ガスを流過させることが困難となることがある。一方、この離間距離が過大である場合には、エキシマランプ１０における一方の電極１２とプラズマ放電用電極２５との間に、プラズマ放電を発生させることが困難となることがある。

上記の照射装置においては、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間に、大気圧またはその近傍の圧力下において、マニーホールド２７からプラズマ発生用反応性ガスが供給されて流過される。
プラズマ発生用反応性ガスとしては、窒素ガス（Ｎ₂）、アルゴンガス（Ａｒ）、炭酸ガス（ＣＯ₂）、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、プラズマ発生用反応性ガスの単位長さ当りの流量は、１ｍ当り０．５〜４ｍ³／ｓであることが好ましい。

そして、エキシマランプ１０における一方の電極１２と他方の電極１３との間には、当該一方の電極１２を高圧側電極とし、他方の電極１３を接地側電極として、高周波電源Ｐによって高周波電界が印加され、当該高周波電界によって、エキシマランプ１０における放電容器１１内においてエキシマ放電が発生し、このエキシマ放電によってエキシマ用ガスに由来するエキシマ分子が形成され、これにより、真空紫外線が放射される。
一方、エキシマランプ１０における一方の電極１２とプラズマ放電用電極２５との間には、当該一方の電極１２を高圧側電極とし、プラズマ放電用電極２５を接地側電極として、大気圧またはその近傍の圧力下において、高周波電源Ｐによって高周波電界が印加され、当該高周波電界によって、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間にプラズマ放電（グロー放電）が発生し、このプラズマ放電によってプラズマ発生用反応性ガスが電離または励起されてプラズマが生成される。
以上において、高周波電源Ｐから供給される電力は、その周波数が１０〜１００ｋＨｚの高周波であることが好ましく、その電圧は１ｋＶｒｍｓ〜数１０ｋＶｒｍｓの高電圧であることが好ましい。これにより、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間の放電状態が、グロー放電からアーク放電に移行することがなく、プラズマ放電を安定に維持することができる。
また、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がエキシマ放電の開始電圧が高く、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足されることにより、エキシマ放電による真空紫外線が放射されることによって光電子が生ずるため、プラズマ放電を容易にかつ安定に発生させることができる。

そして、エキシマランプ１０の下方において、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、プラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との間で生成した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、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。
ここで、有機化合物中におけるＣ−Ｃ結合、Ｃ−Ｈ結合、Ｃ＝Ｃ結合などの化学結合は、結合エネルギーが比較的に低いため、真空紫外線のエネルギーによって切断することができ、更に、真空紫外線によって発生した活性酸素と反応することによって酸化してガス化することができる。一方、Ｃ＝Ｏ結合などの化学結合は、結合エネルギーが高いため、真空紫外線のエネルギーによって切断することができないが、プラズマ放電によって発生した酸素ラジカルなどによって酸化してガス化することができる。
このようして、被処理体Ｗについて、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が行われる。

上記の照射装置によれば、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、およびエキシマランプ１０における一方の電極１２とプラズマ放電用電極２５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Ｗに対して高い洗浄処理能力が得られる。
また、真空紫外線による洗浄処理のみでは除去することが困難な結合エネルギーが高い化学結合を有する有機化合物についても、プラズマによる洗浄処理によって酸化されてガス化されるため、確実に除去することができる。

本発明の照射装置においては、上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
（１）図２に示すように、プラズマ放電用誘電体膜１５の表面に、多数の電界集中用凸部１５ａを形成することができ、また、図３に示すように、プラズマ放電用電極２５の表面に多数の電界集中用凸部２５ａを形成することができる。
このような照射装置においては、プラズマ放電用誘電体膜１５の電界集中用凸部１５ａとプラズマ放電用電極２５とが、或いはプラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５の電界集中用凸部２５ａとが離間していても接触していてもよく、その離間距離が２ｍｍ以下であることが好ましい。また、プラズマ放電用誘電体膜１５の電界集中用凸部１５ａまたはプラズマ放電用電極２５の電界集中用凸部２５ａの突出高さは、それぞれ３〜１０ｍｍであることが好ましい。
このような構成によれば、プラズマ放電用誘電体膜１５の電界集中用凸部１５ａとプラズマ放電用電極２５との間、或いはプラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５の電界集中用凸部２５ａとの間に高周波電界が集中して発生し、沿面放電および平等電界型放電が複合した放電状態が得られるため、プラズマ放電のための始動開始電圧を低くすることができ、また、作動中に放電容器１１の熱膨張が生じることによりプラズマ放電用誘電体膜１５とプラズマ放電用電極２５との距離が変化した場合にも、プラズマ放電を安定に維持することができる。

（２）専用のプラズマ放電用電極を設けずに、ランプハウスの一部、例えば図４に示すように、ランプハウス２０における上板２２をプラズマ放電用電極２５として利用することができ、このような構成においては、図５に示すように、上板２２を蛇腹状に形成することにより、電界集中用凸部２５ａを形成することができる。
（３）図６に示すように、プラズマ放電用誘電体膜１５は、プラズマ放電用電極２５の表面に形成されていてもよい。

（４）図７に示すように、エキシマランプ１０における一方の電極１２は、放電容器１１の内部に配置されていてもよい。このような構成においては、エキシマランプ１０における放電容器１１の上部側部分１１ａをプラズマ放電用の誘電体として利用することができる。
このような構成によれば、一方の電極１２と放電容器１１における下部側部分１１ｂとの間にエキシマ放電が発生すると共に、一方の電極１２と放電容器１１における上部側部分１１ａとの間にエキシマ放電が発生する。従って、一方の電極１２とプラズマ放電用電極２５との間には、エキシマ放電およびプラズマ放電の両方が発生した状態となるため、放電状態の制御が容易となる。

（５）図１に示す照射装置においては、エキシマ放電およびプラズマ放電の両方が共通の高周波電源Ｐによって行う構成とされているが、プラズマ放電のための高周波電源が、エキシマランプ１０におけるエキシマ放電のための高周波電源と別個に設けられた構成であってもよい。
（６）図１に示す照射装置においては、エキシマランプ１０における一方の電極１２が高圧側電極とされ、プラズマ放電用電極２５が接地側電極とされているが、プラズマ放電用電極２５が高圧側電極とされた構成であってもよい。

１０エキシマランプ
１１放電容器
１１ａ上部側部分
１１ｂ下部側部分
１２一方の電極
１３他方の電極
１５プラズマ放電用誘電体膜
１５ａ電界集中用凸部
２０ランプハウス
２１側壁部材
２２上板
２３固定板
２５プラズマ放電用電極
２５ａ電界集中用凸部
２６冷却水管
２７マニーホールド
２８案内部材
３０搬送機構
３１搬送コロ
Ｐ高周波電源
Ｗ被処理体

Claims

放電容器および一対の電極を有するエキシマランプと、このエキシマランプにおける一方の電極に誘電体を介して対向するよう配置されたプラズマ放電用電極とを備え、前記エキシマランプにおける前記一方の電極および前記プラズマ放電用電極を介してプラズマ発生回路が形成されてなり、
前記エキシマランプにおける一対の電極間に印加される高周波電界によって前記放電容器内にエキシマ放電が発生されると共に、前記エキシマランプと前記プラズマ放電用電極との間にプラズマ発生用反応性ガスが流過された状態で、当該エキシマランプにおける前記一方の電極と当該プラズマ放電用電極との間に印加された高周波電界によってプラズマ放電が発生されることを特徴とする照射装置。
前記誘電体の表面に、電界集中用凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
前記プラズマ放電用電極の表面に、電界集中用凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の照射装置。
前記エキシマランプが配置されるランプハウスを備えてなり、当該ランプハウスに前記プラズマ放電用電極が一体に設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の照射装置。
エキシマ放電のための高周波電源によって前記プラズマ放電が発生されることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の照射装置。