JP4952394B2

JP4952394B2 - エキシマ光照射装置

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Publication number: JP4952394B2
Application number: JP2007164165A
Authority: JP
Inventors: 法隆竹添
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2007-06-21
Filing date: 2007-06-21
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2027-06-21
Also published as: JP2009004234A

Description

本発明は、エキシマ光照射装置に関する。特に、半導体や液晶基板の製造工程において基板の洗浄等に利用されるエキシマ光照射装置であって、エキシマランプの保持構造に特徴をもつエキシマ光照射装置に関する。

近年、半導体や液晶基板の製造工程において、シリコンウエハやガラス基板の表面に付着した有機化合物等の汚れを除去する方法として、紫外線を用いたドライ洗浄方法が広く利用されている。特に、エキシマランプから放射される真空紫外線を用いたオゾン等の活性酸素による洗浄方法において、より効率良く短時間で洗浄する洗浄装置が種々提案されている。従来のこのような技術として、特開平７−２８８１０９号公報が知られている。

図７は、従来のエキシマ光照射装置として特開平７−２８８１０９号公報に開示されたエキシマ光照射装置の構成を示す図である。
エキシマ光照射装置は、エキシマ光を放射するエキシマランプ１が、窓３３を有する筐体３０内に複数配置されて構成される。また、筐体３０の遮蔽空間内に、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンから選択された少なくとも一種のガスよりなる不活性ガスが封入されている。エキシマ光は酸素に吸収されて減衰してしまうので、筐体３０内の酸素濃度を所定の濃度にし、被処理物にまでエキシマ光が届くようにしている。
窓３３は、エキシマ光を透過する部材である合成石英ガラスにより構成される。しかし、特開平７−２８８１０９号公報に例示されている３００ｍｍ×３００ｍｍの面積を有する合成石英ガラスの窓３３は高額であり、コストダウンのために窓３３を必要としないエキシマ光照射装置が要望されている。ただし、窓３３がなければ筐体３０内を遮蔽空間にすることができず、所定の酸素濃度に維持することができないという問題が発生する。

そこで、特開２００６−１３４９８３公報に開示されるように、ガス流通管３１を設けて酸素濃度の低い置換空間を設けることが提案されている。
図８は、従来のエキシマ光照射装置として特開２０００−１３４９８３公報に開示されたエキシマ光照射装置の構成を示す図である。
図８に示すエキシマ光照射装置は、図７のエキシマ光照射装置を、窓３３を持たない開口構造とし、エキシマランプ１の間に不活性ガスを噴出するガス流通管３１を配置したものである。ガス流通管３１から噴出される不活性ガスによって、エキシマランプ１の周囲を酸素濃度の低い置換空間とすることができ、窓３３のない開口構造でも被処理物までエキシマ光が届くようにすることができる。
特開平７−２８８１０９号特開２０００−１３４９８３

しかしながら、図８に示すエキシマ光照射装置を使用すると被処理物が汚染されるという問題が発生した。被処理物を洗浄するためにエキシマ光を照射しているにもかかわらず、逆に被処理物を汚染してしまい、その目的に反する作用を及ぼしている。その原因として、エキシマ光照射装置は開口構造なので遮るものがなく、筐体３０内で塵が発生すると下に落ち、塵が被処理物を汚染してしまうことが考えられる。半導体や液晶基板を被処理物とするエキシマ光照射装置は、わずかな塵も発生させない装置であることが要求される。
本発明は、上記の問題点に鑑み、窓のない開口構造のエキシマ光照射装置においても、被処理物を汚染することなくエキシマ光を照射できるエキシマ光照射装置を提供することを目的とする。

本願第1の発明は、下方を開口した筐体内に、エキシマ光を照射するエキシマランプと、ガス流通管が設けられたエキシマ光照射装置において、前記エキシマランプは前記筐体に吊り下げられたランプホルダにより保持され、前記ランプホルダは前記エキシマランプの管軸方向に離間して配置された板バネ材からなる脚部を有し、前記脚部は前記エキシマランプの管軸方向に弾性変形して揺動自在であることを特徴とする。
また、本願第２の発明は、前記ランプホルダは、前記エキシマランプを保持するクリップ部、前記ランプホルダを筺体に固定する固定部、および、前記クリップ部から固定部に伸びる前記脚部により構成され、前記脚部と前記クリップ部との付け根部分、および、前記固定部と前記脚部との接続部分が揺動することを特徴とする。
また、本願第３の発明は、前記エキシマランプは、発光部を内部に有する円筒管の両端に、前記発光部の外部電極に導通する金属部材を介してベースが接続され、前記ランプホルダは、前記金属部材に接触している導通部が前記脚部に設けられていることを特徴とする。

本発明に係るエキシマ光照射装置によれば、脚部がエキシマランプの管軸方向に弾性変形し、この脚部がエキシマランプの管軸方向に離間してランプホルダに配置され、このランプホルダが、筐体に吊り下げられてエキシマランプを保持することによって、エキシマランプの点灯に伴う熱により筐体が熱膨張しても、脚部がランプの管軸方向に揺動して、管軸方向に引っ張り合う固定部とクリップ部との張力を吸収する。クリップ部がエキシマランプを保持している力は、脚部の弾性変形による管軸方向に戻ろうとする力より大きいため、クリップ部が消灯時も点灯時も同位置に保たれ、クリップ部とエキシマランプとの間で擦れることがない。
したがって、ランプホルダとエキシマランプとの保持部分から、摩擦等による塵の発生を抑制することができる。

本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のエキシマ光照射装置の構成を示す斜視図である。
エキシマ光照射装置は、上面と側面を覆い、下方を開口した矩形の箱型のアルミニウム製の筐体３０内に、対向する電極間に少なくとも１枚の誘電体が入っているエキシマランプ１が複数配置されている。隣り合うエキシマランプ１の間には、エキシマランプ１の管軸方向に沿ってガス流通管３１が設けられている。ガス流通管３１には、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、クリプトン、キセノンから選択された少なくとも一種のガスよりなる不活性ガスが供給される。ガス流通管３１のエキシマランプ１に面する側面には、管軸に沿って所定の間隔で噴出口３２が設けられる。ガス流通管３１の噴出口３２から筐体３０内に不活性ガスが噴出され、筐体３０内は酸素濃度の低い置換空間となる。

図２は、本発明のエキシマ光照射装置のエキシマランプ１を示す断面図である。
エキシマランプ１は、両端にセラミック製のベース４を備え、石英ガラスよりなる円筒管２がベース４によって保持される。円筒管２の内部の所定の位置に発光部３が配置される。発光部３は、内側管５と外側管６を備え、内側管５の内部にコイル状の内部電極７が設けられ、外側管６の外周面に網状の外部電極８が設けられている。内側管５の一端は封止され、他端はシュリンクシールされて外側管６に溶着されている。内部電極７はシュリンクシール内に埋設された金属箔９に接続されている。金属箔９には、エキシマランプ１の外に導出する外部リード１０が接続され、高周波高電圧が供給される。

円筒管２とベース４は金属部材１１を介して接続されている。ベース４は、ねじ１４によって固定される。金属部材１１と外部電極８の間には金属バネ１２が設けられる。外部電極８を金属バネ１２に接触させて、金属部材１１に導通をとっている。発光部３は絶縁部材よりなる円筒管２とベース４に囲まれているが、外部電極８を金属部材１１に導通させることにより、金属部材１１から外部電極８に電気的接続をとることができる。金属部材１１を接地し、外部リード１０に高周波高電圧を供給すれば、内部電極７と外部電極８との間に電位差が発生する。

内側管５と外側管６により形成される発光部３の放電空間にはキセノンガスが封入されている。また、円筒管２と発光部３とにより形成される空間は、不活性ガスが封入された所定の酸素濃度となっている。不活性ガスは、両端のベース４に設けられたガス流通口１３から封入される。
内部電極７と外部電極８の間に電圧を印加すると、キセノンガスが封入されている放電空間において、キセノンガスがエキシマ放電し、エキシマ分子の生成、解離により波長１７２ｎｍのエキシマ光が発生する。発光部３から放射されたエキシマ光は、所定の酸素濃度となっている円筒管２と発光部３とにより形成される空間を減衰することなく透過し、円筒管２からエキシマランプ１の外部に放射される。

図１に示すように、エキシマランプ１からのエキシマ光は、酸素濃度の低い置換空間となっている筐体３０内に放射される。置換空間では酸素による吸収が抑えられるので、図示しない被処理物をエキシマランプ１から３ｍｍ程度離間した位置に配置することにより、エキシマ光を被処理物まで届くようにすることができる。したがって、筐体３０を合成石英ガラスよりなる窓を持たない開口構造としても、ガス流通管３１を配置して筐体３０内を酸素濃度の低い置換空間とすることにより、被処理物にエキシマ光による処理をすることができる。

エキシマランプ１は筐体３０に吊り下げられたランプホルダ２０によりその両端部近傍で保持される。エキシマ光照射装置は、エキシマランプ１を必要に応じて交換して使用するため、エキシマランプ１を取外し可能に取り付けられている。エキシマランプ１は筐体３０に強固に固定されているわけではないので、保持方法によってはエキシマランプ１と筐体３０との間で擦れてそこから塵が発生することを、発明者は見出した。そこで、この塵の発生を抑制するために、図１に示すランプホルダ２０を用いている。

図３は、図１に示すエキシマ光照射装置において、エキシマランプ１の保持部分を拡大した斜視図である。
ランプホルダ２０は、板バネ材よりなり、クリップ部２１と脚部２２ａ、２２ｂと固定部２３ａ、２３ｂにより構成される。
クリップ部２１は、矩形状の平坦面２４の両端から、エキシマランプ１の円筒管２に沿った湾曲面２５が形成され、湾曲面２５に続いて折り返し面２６が形成されてなる。クリップ部２１は、エキシマランプ１を狭持するとともに、エキシマランプ１を全覆せずに開口部２７を有する構成することによって、エキシマ光を遮光せずに保持することができる。また、開口部２７から容易にエキシマランプ１を着脱できる。

脚部２２ａ、２２ｂはそれぞれ、クリップ部２１の平坦面２４から、エキシマランプ１の管軸方向に離間して設けられる。脚部２２ａ、２２ｂは、クリップ部２１の平坦面２４のエキシマランプ１の管軸方向両端から突出して設けられる。また、ランプホルダ２０全体が板バネ材により形成されるため、クリップ部２１から固定部２３ａ、２３ｂに至る脚部２２ａ、２２ｂは、エキシマランプの管軸方向に弾性変形する。このため、エキシマランプ１の管軸方向のズレが数ｍｍ程度であれば、脚部２２ａ、２２ｂが管軸方向に変形し揺動することにより許容できる。また、脚部２２ａ、２２ｂのクリップ部２１との付け根部分２８は、揺動し、折り曲げ角度を自由に変えることができる。

固定部２３ａ、２３ｂは、管軸方向両端に設けられた脚部２２ａ、２２ｂに続いてそれぞれ設けられ、筐体３０に例えばネジによって固定される。固定部２３ａ、２３ｂも板バネ材を曲げ加工して形成されているため、固定部２３ａ、２３ｂと脚部２２ａ、２２ｂとの接続部分２９も、揺動し、折り曲げ角度を自由に変えることができる。クリップ部２１と固定部２３ａ、２３ｂとが、エキシマランプ１の管軸方向に大きくずれた場合には、脚部２２ａ、２２ｂの管軸方向への揺動のみならず、付け根部分２８と接続部分２９との折り曲げ角度を変えることによって、管軸方向のズレを許容できる。

ランプホルダ２０は、ベース４ではなく、エキシマランプ１の円筒管２を狭持するように設けられる。ベース４はセラミック製なので、ベース４を狭持すると、ランプホルダ２０とベース４が擦れてセラミック片が剥がれて塵となるからである。しかし、円筒管２からはエキシマ光が出射される。そのため、ランプホルダ２０は、エキシマ光に腐食されない部材である、表面を電解研磨により滑らかにしたステンレスよりなる板バネ材により構成される。

図４は、エキシマランプ１の消灯時と点灯時におけるランプホルダ２０の状態を示した図であり、図４（ａ）はエキシマランプ１の消灯時の状態を示し、図４（ｂ１）（ｂ２）はエキシマランプ１の点灯時の状態を示している。
図４（ａ）に示すように、エキシマランプ１の消灯時において、ランプホルダ２０は、脚部２２ａ、２２ｂが筐体３０に対して略垂直になるように、固定部２３ａ、２３ｂがクリップ部２１の幅に離間してネジによって筐体３０に固定されている。クリップ部２１がエキシマランプ１を保持し、脚部２２ａ、２２ｂがエキシマランプ１を吊り下げている。

図４（ｂ１）に示すように、エキシマランプ１の点灯時は、点灯に伴う熱によって筐体３０を構成するアルミニウムが伸びる。具体的には、管軸長２０００ｍｍのエキシマランプ１を備えるエキシマ光照射装置において、石英ガラスよりなるエキシマランプ１の円筒管２は約２００℃になり管軸方向に０．２３ｍｍ伸び、筐体３０は８０℃になり管軸方向に３．１８ｍｍ伸びる。このように、筐体３０は円筒管２ほど加熱されないが、円筒管２に比べて軸方向に大きく伸びる。そのため、ランプホルダ２０の固定部２３ａ、２３ｂは筐体３０と共に矢印方向に移動し、一方、クリップ部２１は円筒管２と共に元の位置に留まろうとする。

このように、クリップ部２１と固定部２３ａ、２３ｂとの位置が、エキシマランプ１の管軸方向にずれた場合には、脚部２２ａ、２２ｂが管軸方向に揺動することにより、管軸方向のズレを吸収することができる。つまり、管軸方向に引っ張り合う固定部２３ａ、２３ｂとクリップ部２１との張力が脚部２２ａ、２２ｂの弾性変形により吸収され、クリップ部２１と固定部２３ａ、２３ｂとの管軸方向のズレが、この脚部２２ａ、２２ｂの揺動により調整される。

このように、筐体３０に吊り下げられたランプホルダ２０によりエキシマランプ１を保持するので、エキシマランプ１の点灯に伴う熱により筐体３０が熱膨張しても、板バネ材からなる脚部２２ａ、２２ｂが管軸方向に弾性変形して揺動し、管軸方向に引っ張り合う固定部２３ａ、２３ｂとクリップ部２１との張力を吸収する。クリップ部２１がエキシマランプ１を保持している力は、脚部２２ａ、２２ｂの弾性変形による管軸方向に戻ろうとする力より大きいため、クリップ部２１が消灯時も点灯時も同位置に保たれ、クリップ部２１とエキシマランプ１との間で擦れることがない。したがって、ランプホルダ２０とエキシマランプ１との保持部分から、摩擦等による塵の発生を抑制することができる。

さらに、図４（ｂ２）に示すように、クリップ部２１と固定部２３ａ、２３ｂとの位置が、エキシマランプ１の管軸方向に大きくずれた場合には、脚部２２ａ、２２ｂの揺動だけでは管軸方向のズレを吸収できない。このような場合は、脚部２２ａ、２２ｂのクリップ部２１との付け根部分２８の折り曲げ角度、および、固定部２３ａ、２３ｂと脚部２２ａ、２２ｂとの接続部分２９の折り曲げ角度が変わることによって、脚部２２ａ、２２ｂの揺動だけの場合よりも、より大きな管軸方向のズレを吸収できる。脚部２２ａ、２２ｂの伸縮に加えて、付け根部分２８と接続部分２９の折り曲げ角度が変わることによって、固定部２３ａ、２３ｂとクリップ部２１との張力が吸収される。クリップ部２１が消灯時も点灯時も同位置に保たれるため、クリップ部２１とエキシマランプ１との間で擦れることがない。したがって、ランプホルダ２０とエキシマランプ１との保持部分から、摩擦等による塵の発生を抑制することができる。

図５は、本発明のエキシマ光照射装置のランプホルダ２０の異なる実施形態を示す斜視図である。図５（ａ）は脚部２２ａ、２２ｂをバネで構成した実施例を示し、図５（ｂ）は脚部２２ａ、２２ｂをワイヤで構成した実施例を示す。
図５（ａ）に示すように、脚部２２ａ、２２ｂをコイルバネで形成することによっても、脚部２２ａ、２２ｂの長手方向に弾性変形するように構成できる。コイルバネは、板バネよりも伸縮量が大きくなるように形成することもできるので、図４（ｂ１）に示す場合より管軸方向に大きくずれた場合でも、脚部２２ａ、２２ｂが伸びることにより、管軸方向のズレを吸収できる。管軸方向に引っ張り合う固定部２３ａ、２３ｂとクリップ部２１との張力が脚部２２ａ、２２ｂにより吸収され、クリップ部２１が消灯時も点灯時も同位置に保たれるため、クリップ部２１とエキシマランプ１との間で擦れることがない。したがって、ランプホルダ２０とエキシマランプ１との保持部分から、摩擦等による塵の発生を抑制することができる。

図５（ｂ）に示すように、脚部２２ａ、２２ｂを伸縮性のワイヤで形成することによっても、脚部２２ａ、２２ｂの長手方向に弾性変形するように構成できる。ワイヤによって脚部２２ａ、２２ｂを形成すれば、長手方向に伸縮するとともに、クリップ部２１との付け根部分２８の折り曲げ角度、および、固定部２３ａ、２３ｂと脚部２２ａ、２２ｂとの接続部分２９の折り曲げ角度が変わって揺動するように構成することもできる。したがって、図４（ｂ２）に示すように、クリップ部２１と固定部２３ａ、２３ｂとの位置が、エキシマランプ１の管軸方向に大きくずれた場合でも、ズレを吸収できる。
さらに、図５（ｂ）に示すランプホルダ２０を、クリップ部２１もワイヤで形成すれば、エキシマランプ１から放射されるエキシマ光を遮光しないランプホルダ２０を実現できる。

図６は、本発明のエキシマ光照射装置のランプホルダ２０の異なる実施形態を示す斜視図である。
上記したように、外部電極８を金属部材１１に導通させることにより、エキシマランプ１の外部から絶縁体に覆われた外部電極８に金属部材１１を通して電気的接続をとっている。金属部材１１と筐体３０を導通させれば、筐体３０がアースとなり、外部電極８を接地できる。ランプホルダ２０は、固定部２３ａ、２３ｂが筐体３０に固定されているので、筐体３０と導通している。したがって、ランプホルダ２０と金属部材１１を導通させれば、外部電極８を接地できる。

ランプホルダ２０のベース４側の脚部２２ｂに、固定部２３ｂ側が閉じた脚部２２ｂの長手方向に伸びるコ字状の切込みを入れて、クリップ部２１側を折り曲げて導通部３４を形成する。導通部３４の先端が金属部材１１に接触するように、導通部３４の長さ、および、ランプホルダ２０の取り付け位置が調整されている。導通部３４は他の部品をランプホルダ２０に溶接することなどによっても形成できるが、ランプホルダ２０に切込みを入れて折り曲げて形成すれば、１枚の板を切り出すだけで導通部３４を形成できる。また、ランプホルダ２０に導通部３４を設ければ、別部材で金属部材１１に導通を取る場合に比べて、部品点数を削減できる。

上記したように、エキシマランプ１の点灯時は、点灯に伴う熱によって筐体３０を構成するアルミニウムが、エキシマランプ１の円筒管２よりも管軸方向に大きく伸びる。そのため、金属部材１１に導通を取る部品も筐体３０の熱膨張を吸収できる部材でなければならない。図４（ｂ１）（ｂ２）に示すように、脚部２３ｂのクリップ部２１側は、エキシマランプ１の点灯時でもクリップ部２１と略同調して管軸方向に動かないため、ランプホルダ２０の脚部２３ｂに導通部３４を設ければ、金属部材１１と導通部３４の位置関係が消灯時も点灯時も同位置に保たれる。このように、筐体３０が熱膨張しても、金属部材１１と導通部３４の位置関係が保たれるため、金属部材１１と導通部３４との間で擦れることがない。したがって、エキシマランプ１の外部電極８の導通機構から、摩擦等による塵の発生を抑制することができる。

なお、以上では、ランプホルダ２０をエキシマランプ１のベース４近傍の円筒管２に取り付ける場合を説明したが、ランプホルダ２０を円筒管２のどの位置に取り付けるかということには限定されない。ランプホルダ２０をエキシマランプ１の中央にも取り付けることができる。特に管軸長が長いエキシマランプ１において、中央にランプホルダ２０を配置することによって、エキシマランプ１のたわみを抑制することができる。たわみを抑制することによって、エキシマランプ１と被処理物との離間距離を一定に保つことができる。

本発明のエキシマ光照射装置の構成を示す斜視図本発明のエキシマ光照射装置のエキシマランプを示す断面図本発明のエキシマランプの保持部分を拡大した斜視図本発明のエキシマランプの消灯時と点灯時におけるランプホルダの状態を示した図本発明のエキシマ光照射装置のランプホルダを示す斜視図本発明のエキシマ光照射装置のランプホルダを示す斜視図従来のエキシマ光照射装置の構成を示す図従来のエキシマ光照射装置の構成を示す図

符号の説明

１エキシマランプ
２円筒管
３発光部
４ベース
５内側管
６外側間
７内部電極
８外部電極
２０ランプホルダ
２１クリップ部
２２脚部
２３固定部
３０筐体
３１ガス流通管

Claims

下方を開口した筐体内に、エキシマ光を照射するエキシマランプと、ガス流通管が設けられたエキシマ光照射装置において、
前記エキシマランプは前記筐体に吊り下げられたランプホルダにより保持され、
前記ランプホルダは前記エキシマランプの管軸方向に離間して配置された板バネ材からなる脚部を有し、前記脚部は前記エキシマランプの管軸方向に弾性変形して揺動自在であることを特徴とするエキシマ光照射装置。
前記ランプホルダは、前記エキシマランプを保持するクリップ部、前記ランプホルダを筺体に固定する固定部、および、前記クリップ部から固定部に伸びる前記脚部により構成され、前記脚部と前記クリップ部との付け根部分、および、前記固定部と前記脚部との接続部分が揺動することを特徴とする請求項１に記載のエキシマ光照射装置。
前記エキシマランプは、発光部を内部に有する円筒管の両端に、前記発光部の外部電極に導通する金属部材を介してベースが接続され、
前記ランプホルダは、前記金属部材に接触している導通部が前記脚部に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のエキシマ光照射装置。