JP4957967B2 - 紫外線照射処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、紫外線照射処理装置に関する。特に、半導体基板や液晶基板などの製造工程において半導体基板や液晶基板の洗浄等に利用されるエキシマランプを用いた紫外線照射処理装置に関する。

最近の半導体基板や液晶基板などの製造工程においては、半導体基板であるシリコンウェハや液晶基板である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、紫外光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光を用いたオゾンや活性酸素による洗浄方法においては、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おり、例えば、特許文献１（特開２０００−２６０３９６号）が知られている。

特許文献１の紫外線照射処理装置においては、断面四角形状の薄箱状の放電容器の照射面上に網状の外部電極を配置し、その反対側の面上に据付電極を配置するとともに、前記照射面上の外部電極、即ち被処理体側の電極をアースに接続し、反対面上の据付電極を給電装置の高圧側に接続してなるエキシマランプを使用し、エキシマ照射面から数ｍｍ程度離れて配置された被処理体に紫外線を照射するものである。
特開２０００−２６０３９６号

しかして、近年では液晶パネルなどの被処理体が大型化していることから、大型の被処理体に対して均一に紫外線を照射することができるように、全長の長い放電容器を形成することが必要になってきている。しかしながら、特許文献１に示すように、隅部が直角の断面四角形状の放電容器を形成することは、放電容器の全長が長くなればなるほど、製造上の種々の障壁があって事実上不可能である。

例えば、隅部が直角の断面四角形状の放電容器を形成するには、４枚の長方形状の板ガラスを所定の手段、例えばバーナーを用いた溶着や接着剤による接着などの手段で貼り合わせるしかない。しかし、全長の長い板ガラスの長辺の全てにわたってバーナーの炎を当てることは、大変煩雑で手間がかかる熟練を要する作業であるうえ、溶着による熱歪みに基づく破損といった問題があり、現実には不可能といえる。また、接着剤によって板ガラスを貼り付ける方法によって放電容器を構成したとしても、接着剤自体は容易にガスを通過する性質を有するので、放電容器内に充填したガスが放電容器外へ漏れ出す、という不具合を生じ、この方法も現実的ではない。

このように、所謂別体成形方式によって、特許文献１に示すような隅部が直角の断面四角形状の放電容器を形成することは、放電容器の全長が長くなるほど現実には不可能である。従って、同文献における放電容器形状は模式的に記載されているものであって、実際に長尺の放電容器を作製するためには、ガラス管の製造に従来から採用されている引き抜き法などの一体成形方式によらざるを得ない。即ち、円筒形状のガラス管を加熱しつつ、ダイスなどを用いて引き抜いて徐々に扁平四角形状に変形させていくことにより、扁平の四角管を形成することが唯一とも言える最も現実的な形成方法である。
このような引き抜き法で使用するダイスには加工上の理由から、即ち、引き抜きを容易かつ円滑にするために、その角部には丸みが形成されており、このため引き抜かれる扁平四角形状のガラス管（放電容器）の四隅部にも必然的に一定の丸み（湾曲部）が付けられることになる。

ところで、このように四隅に湾曲部を有する扁平四角形状の放電容器を備えるエキシマランプを搭載した紫外線照射処理装置を用いて、エキシマランプから放射される紫外線を被処理体に照射して被処理体の表面の洗浄を行ったところ、以下の理由により、電極の配置によっては被処理体に電気的なダメージを与えることがあることが判明した。

上記の紫外線照射処理装置においては、エキシマランプから被処理体までの空間に存在する酸素によって真空紫外線が吸収されることを極力防止するため、エキシマランプと被処理体との間の空間に窒素などの不活性ガスを流して酸素を限定的な量にまで減ずるとともに、エキシマ照射面から被処理体までの距離を数ｍｍ以内と短く設定している。
このような紫外線照射処理装置においては、窒素ガスのパージによりエキシマランプの照射面と被処理体との間の空間における酸素濃度が低下すると、給電装置の高圧側に接続されている高圧電極の端部と、給電装置のアース側に接続され、被処理体側に位置する接地電極の端部との間で放電が発生することがある。
ところで、この放電が両電極端間で発生している限りにおいては格別の支障もないが、この放電が高圧電極と被処理体の間で瞬間的に発生することがある。被処理体に向って放電が発生すると、被処理体が例えば基板である場合、瞬間的に過電流が流れ基板表面に形成された電気回路パターンが損傷してしまうといったような、被処理体表面に種々の損傷が発生してしまうという問題が生じる。この現象はエキシマランプの点灯環境が変動することによっておこり、非定常的な現象である。たとえば、基板通過による周囲酸素濃度の大幅な変化や、電源システムからの供給電圧変動などが要因である。

このような瞬間的な放電が生じる理由については、次のように考えられる。
図８において、エキシマランプ２０の放電容器２１は、一対の上下平坦壁２２、２３と側壁２４、２５とからなる扁平四角形状であり、これら平坦壁２２、２３と側壁２４、２５とはそれぞれ湾曲部２６により連続形成されている。この上下平坦壁２２、２３上にはそれぞれ電極２７、２８が配置されていて、上方の電極２７は給電装置３０の高圧側３０ａに、下方、即ち被処理体Ｗ側の光透過性の電極２８はアース側３０ｂに接続されている。
これらの高圧電極２７と接地電極２８は通常は印刷手段により形成されることが多いが、その際には印刷工程上の理由から、通常は両電極の端部は放電容器２１の四隅の湾曲部２６にかからないように配置される。

そして、上記のように、被処理体からエキシマランプまでの距離が数ｍｍ程度と短い場合においては、エキシマランプ２０における高圧電極２７と接地電極２８の端部２７ａ、２８ａ間の放電容器２１に沿った沿面放電距離Ｘが、高圧電極２７の端部２７ａから被処理体Ｗに至る放電容器２１に沿った最短放電距離Ｙよりも大きくなることが往々にして発生する。ここで、最短放電距離Ｙとは、高圧電極２７の端部２７ａから放電容器２１に沿って、隅の湾曲部２６を経て側壁２４、２５から被処理体Ｗに垂直に測った経路、即ち、高圧電極２７と被処理体Ｗの間で発生する放電経路の最短距離をいう。

エキシマランプにおける高圧電極と被処理体との位置関係が上記のようになると、放電容器上面の高圧電極と下面の接地電極間での沿面放電が発生するよりも、高圧電極から被処理体の表面に向かって瞬間的な放電が発生し易くなるという不具合が生じてしまう。この不所望の放電が発生すると被処理体表面の電気回路パターン等が焼損するなど、被処理物表面を著しく損傷するといった問題が発生する。

以上の従来技術の問題点に鑑みて、本発明は、被処理体の表面にエキシマランプからの紫外線を照射して被処理体の表面を洗浄するなどの種々の処理に使用する紫外線照射処理装置において、エキシマランプから被処理体に向かって不所望な放電が発生することを防止して、被処理体の表面に形成された電気回路パターンを焼損するなど、種々の損傷を起こすことなく、被処理体の処理ができるようにすることを目的とする。

この発明は、互いに対向して管軸に沿って伸びる一対の平坦壁と、当該平坦壁間の一対の側壁と、該平坦壁と側壁間に連続して形成された湾曲部とを有する、扁平な筒状の誘電体材料より構成される放電容器を備え、当該放電容器内に形成された密閉空間に放電ガスが封入されると共に、前記平坦壁の一方に配置された高圧電極と、被処理体に近接対向する前記平坦壁の他方に配置された光透過性を有する接地電極とが、前記密閉空間を挟んで前記放電容器の外表面に位置するエキシマランプとを備えてなり、当該エキシマランプから放射される紫外光を被処理体に照射する紫外線照射処理装置において、
前記高圧電極端と前記接地電極端との沿面放電距離が、前記高圧電極端と前記被処理体との最短放電距離よりも小さいことを特徴とする。

本発明の紫外線照射処理装置は、高圧電極と接地電極間の沿面放電距離が、高圧電極と被処理体との最短放電距離より小さいため、高圧電極から不所望の放電が発生したとしても、接地電極との間で放電することになり被処理体との間で発生することはなく、被処理体に損傷を与えることがない。

図１は、本発明の紫外線照射処理装置の構成の概略を示す概念図である。
紫外線照射処理装置は、窒素などの不活性ガスが充填された筐体１０内に配置されたエキシマランプ１から放射される紫外線を、複数のローラー１２よって筐体１０下方を水平方向に搬送される被処理体Ｗに対して照射して、該被処理体Ｗの表面の洗浄などの処理を行うものである。
被処理体Ｗは、シリコンウェハ基板、液晶ディスプレイ製造用、プラズマディスプレイパネル製造用などのフラットパネルディスプレイ製造用のガラス基板等である。これらの基板の表面は、各製造工程経過により状態が異なっており、レジスト、透明導電膜、電気回路などを施した状態とされている。

エキシマランプ１を収容する筐体１０は、被処理体Ｗに対向する下方側が開放されており、筐体１０内部には被処理体Ｗから数ｍｍ程度離れた位置にエキシマランプ１が配置されると共に、該エキシマランプ１の上方側にはガス噴出口１１aを有する不活性ガス放出機構１１が配置されている。筐体１０の内部は、エキシマランプ１から放射される紫外線が酸素に吸収されることによって減衰することのないよう、窒素ガス等の不活性ガスで置換され、特に、エキシマランプ１と被処理体Ｗ間では反応に必要な最低限の酸素濃度となるように置換されている。不活性ガスとしては、窒素のほか、ヘリウム、アルゴン、ネオンなどを使用することもできる。

このような紫外線照射処理装置は、搬送されてきた被処理体Ｗによって筐体１０の下方側の開口がほぼ閉じられた状態となると、不活性ガス放出機構１１からの不活性ガスが筐体１０内に充満して内部の酸素濃度が低下する。一例を挙げると、被処理体Ｗの幅が２０００ｍｍ、エキシマランプ１の全長が２１００ｍｍ、筐体１０の全長が２３００ｍｍ、高さが５０ｍｍ、幅が１５０ｍｍ、不活性ガス放出機構１１から放出される不活性ガスの流量が３００Ｌ／分である場合において、被処理体Ｗが筐体１０の下方側の開口をほぼ塞いだときに、筐体１０内の酸素濃度は約０．５％となる。

図２は、本発明の紫外線照射処理装置の筐体内に配置されたエキシマランプの断面詳細図を示す。
エキシマランプ１は、上記図８の従来例と同様に、上下一対の平坦壁３、４と一対の側壁５、６及びこれらを連結する四隅の湾曲部７によって形成される扁平四角形状の放電容器２を備えている。
このような放電容器２の一具体例を示すと、平坦壁３、４の幅方向の長さが４２ｍｍ、側壁５、６の高さ方向の長さが１５ｍｍ、肉厚が２．５ｍｍである。
ここで、放電容器２の四隅の湾曲部７は、１．５ｍｍ以上の曲率半径Ｒを有することが好ましい。Ｒが小さすぎる場合には、前述した引き抜き成形作業が困難であり、また、ランプ製造段階における排気工程で管内部と外部の圧力差が生じたときに応力集中して発光管が割れ易くなる。
上記平坦壁３、４にはそれぞれ電極８、９が配置されている。上部の平坦壁３上の電極８は給電装置１５の高圧側１５ａに接続され、下部、即ち、被処理体Ｗ側に近接対向する平坦面４上の電極９は透光性であり、接地側１５ｂに接続されている。そして、放電容器２の内部の密閉空間Ｓにはキセノンなどの放電ガスが充填されている。

上記において、被処理体Ｗ側の接地電極９は、高圧電極８よりも幅広であって、図示の例ではその端部９ａが放電容器２の隅部の湾曲部７を越えて延在している。そして、両電極８、９の端部８ａ、９ａ間の最短沿面距離Ｘは、高圧電極８の端部８aから被処理体Ｗに至る最短放電距離Ｙよりも小さくなっている。ここにおいて、両電極端８a、９a間の最短沿面距離Ｘとは、電極端８a、９a間の放電容器２の表面に沿った沿面長さであり、高圧電極８の端部８aから被処理体Ｗに至る最短放電距離Ｙとは、電極端８aから放電容器２の表面に沿い、湾曲部７を経て容器側壁５から被処理体Ｗに至る放電距離の最短距離をいう。

一例を挙げると、両電極端８a、９ａ間の最短沿面距離Ｘが１３．５ｍｍであり、高圧電極８から被処理体Ｗに至る最短放電距離Ｙが１９．６ｍｍであって、最短沿面距離Ｘと最短放電距離Ｙとの差は６．５ｍｍとされている。

以上のように、本発明の紫外線照射処理装置によれば、高圧電極８の電極端８aと接地電極９の電極端９ａ間の最短沿面距離Ｘが、高圧電極８の電極端８aと被処理体Ｗとの間の最短放電距離Ｙよりも小さくなっている。このため、仮に高圧電極８から放電が発生したとしても、被処理体Ｗよりも接地電極９の電極端９ａの方が近いので、外部電極８と接地電極９間で放電が発生し、被処理体Ｗとの間で不所望な放電が発生することがない。従って、被処理体Ｗの表面に形成された電気回路パターンなどが焼損する、という不具合を回避することができる。

特に、本発明のごときエキシマランプを用いる紫外線照射処理装置においては、被処理体Ｗに紫外線を照射するに当って、筐体１０内には不活性ガスが充填され、特に、被処理体Ｗへの紫外線照射が行なわれて処理がなされる時には、エキシマランプ１と被処理体Ｗの間で酸素濃度が低いレベル（例えば０．５％）に維持されるため、絶縁破壊電圧が低い状態になり、放電が起こり易くなっている。図３に、本発明のごとき紫外線照射処理装置における酸素濃度と絶縁破壊電圧との関係が示されていて、酸素濃度が低いほど絶縁破壊電圧が小さいことが分かる。
すなわち、本発明の紫外線照射処理装置のように、筐体内の酸素濃度が低い状態とされているものにおいては、高圧電極８と接地電極９との最短沿面距離Ｘが、高圧電極８と被処理体Ｗとの間の最短放電距離Ｙよりも小さいという関係に保つことが特に重要、かつ有効である。

なお、上記実施例においては、接地電極９は放電容器２の湾曲部７の少なくとも一部に沿って配置され、該接地電極９における湾曲部７に対応する箇所に、給電装置１５に接続するための給電線１５ｂが接続されている。こうすることにより、接地電極９に接続された給電線１５ｂがランプ１からのエキシマ光の光路上に位置することがないので、給電線によってエキシマ光が遮られることがない。

なお、上記実施例においては、被処理体Ｗ側の接地電極９の電極端９ａは放電容器２の隅の湾曲部７を全て覆うように延在している形状を示しているが、必ずしも湾曲部７の全部を覆うことが必要であるわけではなく、上記した両電極８、９間の最短沿面距離Ｘが、高圧電極８と被処理体Ｗとの最短放電距離Ｙよりも小さくなっていればよく、その関係を保った範囲内で、図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、接地電極９の電極端９ａが湾曲部７の一部のみにかかる形状であってもよいし、あるいは、湾曲部７にかからなくてもよい（不図示）。

また、上記実施例においては、被処理体Ｗ側の接地電極９はその両端部が放電容器２の二隅の湾曲部７を覆うように延在している形状を示しているが、必ずしも接地電極９は放電容器２の二隅の湾曲部７を覆うように延在している必要はない。すなわち、図５に示すように、接地電極９は、その一方の電極端９ａのみが放電容器２の湾曲部７を覆うように延在していても良い。

さらに、上記実施例においては、被処理体Ｗ側の接地電極９の電極端９ａは放電容器２の隅の湾曲部７に沿って直線状に伸びる形状を示しているが、必ずしも電極端９ａの形状は直線状である必要はない。すなわち、図６に示すように、電極端９ａは、互いに離間して放電容器２の管軸方向に順次に並んで放電容器２の隅の湾曲部７の表面に沿って伸びる複数の凸部９ｂを備えていても良い。この実施例においては、凸部９ｂと高圧電極８間の最短沿面距離Ｘが高圧電極８と被処理体Ｗとの最短放電距離Ｙよりも小さくなっている（最短沿面距離Ｘ、最短放電距離Ｙについては図２を参照）。

さらに、放電容器２の側壁５、６は、平坦部を有し、該平坦側壁が湾曲部７を経て上下平坦壁３、４と一体成形されている態様を示しているが、これに限定されるものではなく、図７に示すように、側壁５全体が湾曲していて、平坦壁３、４に連続している態様であってもよい。この場合、湾曲部７は側壁５（６）の一部を形成するものである。

この発明の実施例を示す。 この発明の実施例の部分詳細図。 酸素濃度と絶縁破壊電圧の関係図。 この発明の他の実施例の部分詳細図。 この発明の他の実施例を示す。 この発明の他の実施例を示す。 この発明の他の実施例の部分説明図。 紫外線照射処理装置の従来例。

符号の説明

１ エキシマランプ
２ 放電容器
３ （上部）平坦壁
４ （下部）平坦壁
５、６ 側壁
７ （隅部）湾曲部
８ 高圧電極
９ 接地電極
１０ 筐体
１１ 不活性ガス放出機構
Ｓ 密閉空間
Ｗ 被処理体
Ｘ （高圧電極と接地電極との）沿面放電距離
Ｙ （高圧電極と被処理体との）最短放電距離

Claims (3)

1. 互いに対向して管軸に沿って伸びる一対の平坦壁と、当該平坦壁間の一対の側壁と、該平坦壁と側壁間に連続して形成された湾曲部とを有する、扁平な筒状の誘電体材料より構成される放電容器を備え、当該放電容器内に形成された密閉空間に放電ガスが封入されると共に、前記平坦壁の一方に配置された高圧電極と、被処理体に近接対向する前記平坦壁の他方に配置された光透過性を有する接地電極とが、前記密閉空間を挟んで前記放電容器の外表面に位置するエキシマランプを備えてなり、
   当該エキシマランプから放射される紫外光を被処理体に照射する紫外線照射処理装置において、
   前記高圧電極端と前記接地電極端との沿面放電距離が、前記高圧電極端と前記被処理体との最短放電距離よりも小さいことを特徴とする紫外線照射処理装置。
2. 前記接地電極は、前記湾曲部の少なくとも一部に沿って配置されていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射処理装置。
3. 前記高圧電極端と前記接地電極端との沿面放電距離が、前記高圧電極端と前記被処理体との最短放電距離よりも１．５ｍｍ以上小さいことを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射処理装置。

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