JP5257324B2 - 酸素濃度測定器具及び酸素濃度測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、酸素濃度測定器具及び酸素濃度測定方法に関する。特に、エキシマランプから照射される紫外線を被処理体に照射するエキシマランプ装置の酸素濃度測定器具及び酸素濃度測定方法に関する。

近年、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、より効率よ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が知られている。

図８は、従来のエキシマランプ装置の構成を示す断面図である。エキシマランプ装置８００は、鉛直方向の下方側に開口を有する金属製の筐体よりなるランプハウス８１０の内部に、複数のエキシマランプ８が互いに離間して並行に配置されるとともに、ランプハウス８１０の天井部には、窒素ガスなどの不活性ガスを供給するためのガス供給機構８２０を備えている

各々のエキシマランプ８は、被処理体からの距離を均等にするために、各々の光出射面が同一平面上に配置されている。ランプハウスの鉛直方向の下方には、被処理体Ｗを図７中の矢印方向に搬送するための、複数のローラーを備える搬送機構８３０が設けられている。

エキシマランプ８は、石英ガラスなどの透光性誘電体材料から構成された両端に封止部を備える管状の放電容器を有している。放電容器の内部には、例えばキセノンガスなどの希ガスが放電ガスとして充填されている。放電ガスは、１０〜１００ｋＰａ程度の圧力で充填され、放電ガスの種類によって異なる波長のエキシマ光が発生する。例えばキセノンによるエキシマ発光であれば波長１７２ｎｍの真空紫外光が放射される。

このエキシマランプ装置８００に、搬送機構によって被処理体Ｗが搬入されると、ランプハウス８１０と被処理体Ｗによって擬似的に密閉空間が形成される。そして、この密閉空間に、ガス供給機構８２０から不活性ガスが供給されることにより、ランプハウス８１０内は不活性ガスで満たされる。
このように、ランプハウス８１０内が不活性ガスで満たされた状態で、エキシマランプ８を点灯し、エキシマランプ８から照射される真空紫外光が減衰することなく被処理体Ｗに到達して、被処理体Ｗ表面の汚れである有機物を分解する。

特開２００９−２１２４２９

ところで、このエキシマランプから照射される真空紫外光は、酸素によって著しく減衰させられることから、被処理体とエキシマランプの間は、極めて微小な間隔をもって配置される。そして、この被処理体とエキシマランプ間に存在する酸素の濃度が、真空紫外光の照射効率に大きく影響する。
また、ランプハウス内は完全に密封されているわけではなく、実際には大気が侵入する。そこで、ガス供給機構により不活性ガスを供給してエキシマランプの周囲の酸素濃度を低下させていた。
しかしながら、酸素濃度は測定位置やガスの流れ方によって変動する。エキシマランプの周囲の酸素濃度を測定しようとして、酸素センサーの吸引具等を挿入とすると、ガスの流れが変わってしまい、測定したい雰囲気をサンプリングできないという問題があった。特に、エキシマランプの照射面側と被処理体との間の極めて微小な空間の酸素濃度が重要であり、この個所について、ガスの流れを変えずに測定することが困難であった。

以上により、本発明はエキシマランプ装置内に配置された、エキシマランプ周囲の不活性ガスの流れを変えずに、エキシマランプと被処理体間の酸素濃度を測定できる酸素濃度測定器具を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明はランプハウスと、該ランプハウス内に収容されたエキシマランプと、搬送機構とを備えるエキシマランプ光照射装置に用いられる酸素濃度測定器具であって、 該酸素濃度測定器具は、外側形状が該エキシマランプの光出射部分とほぼ同一形状に模造されたダミーランプであり、該酸素濃度測定器具の一部に設けられた導入孔から、ガスの吸気口が外部に臨んでいることを特徴とする。

また、本発明は、前記酸素濃度測定器具は、その長手方向に複数の部材を連結して構成されていることを特徴とする。

また、本発明は、ランプハウスと、該ランプハウス内に収容されたエキシマランプと、ガス供給機構と、搬送機構とを備えるエキシマランプ光照射装置におけるエキシマランプ近傍の酸素濃度を測定する方法であって、該エキシマランプを、該エキシマランプ光照射装置から取り外し、その後に前記酸素濃度測定器具を装着し、該酸素濃度測定器具の吸気口から雰囲気ガスを導入して酸素濃度を測定することを特徴とする。

本発明によれば、酸素濃度測定器具は、外側形状が該エキシマランプの光出射部分とほぼ同一形状に模造されたダミーランプであり、該酸素濃度測定器具の一部に設けられた導入孔から、ガスの吸気口が外部に臨んでいることにより、エキシマランプ近傍の酸素濃度を、周囲のガスの流れを変えずに測定することができる。

また、本発明によれば、酸素濃度測定器具は複数の部材を連結して組み立てられており、分割することができるので、持ち運びに便利である。

また、本発明によれば、該エキシマランプを、該エキシマランプ光照射装置から取り外し、その後に前記酸素濃度測定器具を装着し、該酸素濃度測定器具の吸気口から雰囲気ガスを導入して酸素濃度を測定することにより、エキシマランプの周囲、特に光出射部と被処理体との間の酸素濃度を、不活性ガスの流れを変えずに測定することができる。その結果、酸素濃度を適切に制御することができる。

図１（ａ）は、本発明にかかるダミーランプ型酸素濃度測定器具の一部側面図であり、（ｂ）は径方向で切断したＡ−Ａ’線断面図である。 外側管の接続部についての図を示す。 本発明にかかるダミーランプ型酸素濃度測定器具とエキシマランプの、側面による比較図であり、（ａ）はダミーランプを示す一部側面図、（ｂ）はエキシマランプを示す一部側面図である。 エキシマランプ光照射装置内に取り付けられたダミーランプを用いた酸素濃度測定方法を説明するための模式図であり、（ａ）は通常使用時のエキシマランプ光照射装置を搬送方向で切断した断面図、（ｂ）は酸素濃度測定時のエキシマランプ光照射装置を搬送方向で切断した断面図である。 本発明にかかるエキシマランプ光照射装置をエキシマランプの長手方向に沿って切断した断面図である。 （ａ）は、本発明にかかるダミーランプ型酸素濃度測定器の一部側面図であり、（ｂ）は径方向で切断したＢ−Ｂ’線断面図である。 角筒型のダミーランプ型酸素濃度測定器具と対応するエキシマランプの一部側面図による比較図であり、（ａ）はエキシマランプを示す一部側面図、（ｂ）はダミーランプ型酸素濃度測定器具を示す一部側面図である。 従来例にかかるエキシマランプ光照射装置を示す断面図である。

以下に図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本発明にかかるダミーランプ型酸素濃度測定器具の一部側面図であり、（ｂ）は径方向で切断したＡ−Ａ’線断面図である。この図において、ダミーランプ型酸素濃度測定器具は紙面左側が根元側、紙面右側が先端側となるように配置されている。
ここでダミーランプとは、本物のエキシマランプに似せて模造された、ランプとしての点灯機能を有しない、酸素濃度測定用の器具のことである。このダミーランプは、本物のエキシマランプと外側形状、特にエキシマランプの光出射部の形状が同じであり、装置内のエキシマランプの一と取り替えて、本物のエキシマランプと同様に着脱される。この点については後述する。

ダミーランプ型酸素濃度測定器具１（以下、省略してダミーランプと呼ぶ場合もある）は、例えばアクリルなどの樹脂よりなる、長尺で断面円形状の外側管１１を備え、この外側管１１の内部には、長手方向に伸びる、例えばポリオレフィン等の樹脂よりなる内側管１２が複数配置される。内側管１２にはある程度の可撓性があり、方向を曲げることが出来る。なお、この図においては説明の便宜のために内側管１２の数を１つしか示していない。

各々の内側管１２の先端側端部には、酸素濃度を測定すべき雰囲気を吸気するための吸気口１２１が形成されている。この吸気口１２１は照射面側に向けて配置される。
外側管１１には、この吸気口１２１を外側管１１の外部に臨むように突出させて、露出するために穿設された導入孔１６が同じく照射面側に向けて形成されている。この導入孔１６は、吸気口１２１の数に応じて、例えば３個所、長手方向に沿って順番に形成される。そして、この導入孔１６から照射面側にわずかに突き出た吸気口１２１が、ダミーランプ型酸素濃度測定器具１と不図示の被処理体Ｗ間の雰囲気を吸引してサンプリングする。

外側管１１の根元側端部は、上面にこれを保持するホルダー１５が螺子止めされて固定されている。そして、内部を伸びる内側管１２が、外側管１１の根元側端部の開口から外部に突出している。
内側管１２の根元側端部には、例えばマイクロカプラなどによる接続口１４が形成されており、この接続口１４がホルダー１５より突出するように配置されて保持されている。この接続口１４には、別の配管が接続され、この図では不図示の吸引ポンプ７０、酸素濃度計６０まで吸気が運ばれる。なお、内側管１２の根元側はそのまま延在させて酸素濃度計６０に接続させてもよい。

外側管１１および内側管１２は、長手方向で複数の管状部材を連結して組み立てられることにより構成されており、分割して持ち運びすることが可能である。以下にその構成の一例を示す。
図２に外側管の接続部についての図を示す。
この図において、外側管１１を構成する部品である２つの分管１１ａ、１１ｂは接続部材１１ｃを介して接続される。接続部材１１ｃは、径方向の切断面において、周方向の一部が開口しているＣ字状の部材である。この接続部材１１ｃの外径が２つの分管１１ａ、１１ｂの内径とほぼ一致することにより、接続する２つの分管１１ａ、１１ｂの端部の開口に挿入したときに軸芯となって互いを保持するものである。管軸方向の位置決めは、例えば分管１１ａ、１１ｂと接続部材１１ｃに螺子孔を開けておき、螺子で固定することによりなされる。
このように、外側管は複数の管に分割することができ、持ち運びに便利である。

図３は、本発明にかかるダミーランプ型酸素濃度測定器具とエキシマランプの、側面一部による比較図である。（ａ）はダミーランプ、（ｂ）はエキシマランプである。この図において、ダミーランプとエキシマランプは長手方向が紙面左右方向に配置されている。
エキシマランプには種々のものがあるが、ここで示すエキシマランプ５は断面円形状の光出射窓の内部に二重管型の放電容器５１が配置されてなるものである。エキシマランプは、管軸方向の端部に配置された、光出射窓を支持する金属ベース５２と、この金属ベース５２の端部側に形成されたセラミックベース５３と、不図示の電源装置に伸びるリード線を備えている。

このようにエキシマランプ５とダミーランプ型酸素濃度測定器具１とは管軸方向の端部での形状が異なるが、エキシマランプ５の光出射部、いわゆる発光長ＬＬと呼ばれる灯身の領域、では外径が同じ寸法になるように設定されており、実質的に同一形状である。そして、この光出射部と被処理体との間の空間に臨むように吸気口１２１が形成されている。
したがって、吸気口１２１が形成される個所の近辺には本物のエキシマランプ５と同様のガス流が流れるようになっている。

また、この発光長部分以外の端部からは真空紫外光は放射されないので、端部の周囲を不活性ガスで置換する必要はなく、不図示の仕切り板などによって仕切られる。そのため、ランプ端部の形状は不活性ガス流とは関係なく、周囲の雰囲気もサンプリングの対象とはならないことから、エキシマランプ５とダミーランプ型酸素濃度測定器具１の端部の形状は異なっていても問題ない。

エキシマランプ５自体は、ランプハウス内において水平の状態で使用されるため、ランプホルダー１０１などにより、外郭となる部分が管軸方向の少なくとも２個所以上で保持される。ランプホルダー１０１は、板バネ材等により構成されており、エキシマランプ５を周方向の両脇から挟みこんで保持するものである。保持する個所は、光出射窓などの発光長部分である。
したがって、ランプハウス内への取り付けにおいては、ダミーランプ型酸素濃度測定器具１はエキシマランプ５と発光長部分に相当する部分がほぼ同じ形状であることから、同様の扱いが可能なものであり、装置内に配置されたエキシマランプに代えてランプホルダー１０１に装着可能である。
このように、エキシマランプ光照射装置内のランプホルダーをそのまま流用することができるので、簡単に装着することができる。

次に、このダミーランプ型酸素濃度測定器具を用いた酸素濃度測定方法について説明する。図４はエキシマランプ光照射装置内に取り付けられたダミーランプを用いた酸素濃度測定方法を説明するための模式図であり、（ａ）は通常使用時のエキシマランプ光照射装置を搬送方向で切断した断面図、（ｂ）は酸素濃度測定時のエキシマランプ光照射装置を搬送方向で切断した断面図である。
この図において、エキシマランプ及びダミーランプは長手方向が紙面手前側から奥側に伸びるように配置されており、被処理物の搬送方向は紙面左右方向である。

図４（ａ）において、エキシマランプ光照射装置１００は、鉛直方向の下方側に開口を有する金属製の筐体よりなるランプハウス１１０を備えており、このランプハウス１１０の下方には、複数のローラーからなる搬送機構１３０を備えている。ランプハウス１１０の天井部１１１にはガス供給機構１２０が複数設けられており、不活性ガスを供給する流量を調節することが可能である。また、不図示の排気機構があり、排気風量についても調節することが可能である。

ランプハウス１１０の内部には、複数のエキシマランプ５が互いに離間して並行に配置されている。各々のエキシマランプ５は、被処理体Ｗからの距離を均等にするために、各々の光出射面が同一平面上に配置されている。
エキシマランプ５の鉛直下方では、例えば、ガラス基板などの被処理体Ｗが搬送される。これにより、ランプハウス１１０と被処理体Ｗとの間で擬似的な密閉空間が形成される。

実際には、ランプハウス１１０と被処理体Ｗとの間は完全に密閉されたわけではなく、ごく微小な空隙がある。そこで、ランプハウスの天井部１１１に設けられたガス供給機構１２０から、窒素などの不活性ガスがこの空間に供給され、ランプハウス１１０内の雰囲気が置換される。この不活性ガスは前述のランプハウスと基板とのごく微小な空隙から排出される。
こうして、ランプハウス１１０内が不活性ガスで置換された状態で、エキシマランプ５を点灯し、被処理体Ｗを搬送しながらその照射面に対して真空紫外光を照射している。

酸素濃度を測定するときには、ランプハウス１１０内のエキシマランプを装置から取り外し、ダミーランプ型酸素濃度測定器具１を代わりに装着する。
そして、実際の被処理体Ｗの代わりに、同一形状の閉鎖板ＤＷを搬送機構の上に載置して、ランプハウスの下面を覆う。この状態で、ガス供給機構１２０より不活性ガスを導入し、ランプハウス内を不活性ガスで置換する。
なお、搬送機構１３０は作動させなくてよい。

酸素濃度を測定すべき雰囲気の吸引は、ダミーランプ型酸素濃度測定器具に設けられた吸気口１２１、１２２、１２３から行う。吸気口１２１、１２２、１２３は、照射面側、すなわちこの図では閉鎖板ＤＷ側に向けられている。
図５は、エキシマランプ光照射装置をエキシマランプの長手方向に沿って切断した断面図である。
この図において、ダミーランプ型酸素濃度測定器具１の内部に３本の内側管が導入されており、エキシマランプでいうところの高電圧側、ランプ中心部、低電圧側の３個所に対応する位置に、各々吸気口１２１、１２２、１２３が設けられている。これにより、各々の個所の雰囲気を個別にサンプリングすることができる。

吸引ポンプ７０が作動すると、ダミーランプ型酸素濃度測定器具１と閉鎖板ＤＷとの間の雰囲気が吸気口から吸引され、内側管１２を通じて酸素濃度計６０まで運ばれる。これにより、サンプリングされた雰囲気の酸素濃度を測定することができる。
なお、酸素濃度測定時には、エキシマランプ５は点灯させずに測定を行う。

酸素濃度が測定され、その雰囲気の酸素濃度が適切な酸素濃度よりも高い場合には、不活性ガスの供給量、ランプハウス、搬送機構の排気風量などを調節し、適切な酸素濃度に制御することができる。

以上により、本発明のダミーランプ型酸素濃度測定器具により、エキシマランプの周囲、特に光出射部と被処理体との間の酸素濃度を、不活性ガスの流れを変えずに測定することができる。その結果、酸素濃度を適切に制御することができる。
また、酸素濃度は管軸方向で異なる位置についても個別に測定することができるので、管軸方向でばらつきが生じることもない。

なお、上記においては形状が円筒型のダミーランプを例として説明したが、エキシマランプには角筒型のものがあり、これについても本発明のダミーランプ型酸素濃度測定器具を構成することができる。以下にその図を示す。

図５（ａ）は、本発明にかかるダミーランプ型酸素濃度測定器の一部側面図であり、（ｂ）は径方向で切断したＢ−Ｂ’線断面図である。ダミーランプについて、円筒型のものと同様の構成要素については材料や機能なども同様であるから説明を省略する。
ダミーランプ型酸素濃度測定器具１は、長尺で断面コの字状の、外側管の代わりである外側カバー１１Ａを備え、この外側カバー１１Ａの内部には、長手方向に伸びる内側管１２が配置されている。この外側カバー１１Ａは上面が開放されており管状ではないが、ランプホルダーによって、両脇を挟む等して保持することが可能であるので問題ない。
各々の内側管１２の先端部には吸気口１２１が形成されている。吸気口１２１は照射面側に向けて配置される。吸気口１２１は、同様に外側カバー１１Ａの下面に形成された導入孔１６より突出して配置されており、長手方向に沿って例えば３箇所形成される。

外側カバー１１Ｂの根元側端部は、側面および下面をランプホルダー１０１によって保持されている。そして、内部を伸びる内側管１２が、外側管１１の根元側端部近傍の側面に形成された切欠き１７から外部に突出している。
この内側管１２はそのまま延在して不図示の酸素濃度計６０に接続されている。

外側管１１および内側管１２は、円筒型のダミーランプと同様、軸方向で複数の管状部材に分割することが可能となっている。

図６は、この角筒型のダミーランプ型酸素濃度測定器具と対応するエキシマランプの一部側面図による比較図であり、（ａ）はエキシマランプを示す一部側面図、（ｂ）はダミーランプ型酸素濃度測定器具を示す一部側面図である。この図において、ダミーランプとエキシマランプは長手方向が紙面左右に配置されている。
このエキシマランプ５は、石英ガラスなどにより構成される断面矩形状の放電容器５１の長手方向の両端が封止されてなるものである。この放電容器５１の発光長部分の外表面の、水平に配置した状態で上面と下面となる両面に格子網状の金属電極５５が形成されている。

エキシマランプ５の管軸方向の端部には、放電容器５１を支持する金属ベース５２と、金属ベース５２を覆うように形成されたセラミックベース５３と、不図示の電源装置に伸びるリード線を備えている。
このように、エキシマランプ５とダミーランプ型酸素濃度測定器具１は管軸方向の端部の形状が異なるが、発光長部分においては、外側形状が同じ寸法に設定されており、実質的に同一形状である。
そして、同様にこの端部周囲の酸素濃度はサンプリングの対象とはならないことから、形状の相違については問題ない。

このように、ダミーランプ型酸素濃度測定器具１の形状は断面が円筒のものに限られず、エキシマランプ５が角筒状であっても外側形状を変えることで同様の効果を奏することができる。

１ 酸素濃度測定器具
１１ 外側管
１１Ａ 外側カバー
１１ａ 分管
１１ｂ 分管
１１ｃ 接続部材
１２ 内側管
１４ 接続口
１５ ホルダー
１６ 導入孔
１７ 切欠き
５ エキシマランプ
５１ 放電容器
５２ 金属ベース
５３ セラミックベース
５５ 金属電極
６０ 酸素濃度計
７０ 吸引ポンプ
１００ エキシマランプ光照射装置
１０１ ランプホルダー
１０２ ランプホルダー
１０３ ランプホルダー
１１０ ランプハウス
１１１ 天井部
１２０ ガス供給機構
１２１ 吸気口
１２２ 吸気口
１２３ 吸気口
１３０ 搬送機構
ＤＷ 閉鎖板
Ｗ 被処理体
８ エキシマランプ
８００ エキシマランプ光照射装置
８１０ ランプハウス
８２０ ガス供給機構
８３０ 搬送機構

Claims (3)

1. ランプハウスと、該ランプハウス内に収容されたエキシマランプと、搬送機構とを備えるエキシマランプ光照射装置に用いられる酸素濃度測定器具であって、
   該酸素濃度測定器具は、外側形状が該エキシマランプの光出射部分とほぼ同一形状に模造されたダミーランプであり、
   該ダミーランプの一部に設けられた導入孔から、ガスの吸気口が外部に臨んでいることを特徴とする酸素濃度測定器具。
2. 前記酸素濃度測定器具は、その長手方向に複数の部材を連結して構成されていることを特徴とする請求項１に記載の酸素濃度測定器具。
3. ランプハウスと、該ランプハウス内に収容されたエキシマランプと、ガス供給機構と、搬送機構とを備えるエキシマランプ光照射装置におけるエキシマランプ近傍の酸素濃度を測定する方法であって、
   該エキシマランプを、該エキシマランプ光照射装置から取り外し、その後に請求項１に記載の酸素濃度測定器具を装着し、該酸素濃度測定器具の吸気口から雰囲気ガスを導入して酸素濃度を測定することを特徴とする酸素濃度測定方法。

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