JP5733214B2 - 光源装置及び表面処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空紫外光を放射する光源装置とそれを用いた表面処理方法に関するものである。

液晶表示パネルのガラス基板の紫外線照射による洗浄工程などにおいて、波長２００ｎｍ以下の真空紫外光を放射するエキシマランプが利用されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図１５に示した図は、一般的なエキシマランプの一例を示す概略断面図であって、真空紫外光を透過する電気絶縁体である石英ガラス製の放電容器１０１内に、キセノン（Ｘｅ）などの真空紫外光を発する放電用ガスを封入すると共に、この放電容器１０１内に内部電極１０２を配置し、放電容器１０１の外部にメッシュ状の外部電極１０４を配設し、放電容器１０１自体を誘電体として、電極間に高電圧を印加して放電させ真空紫外光を放射するものである。

しかしながら、図１５に示すような構造からなるエキシマランプでは、キセノン（Ｘｅ）などの真空紫外光を発する放電ガスを封入する石英ガラス自身は、完全に真空紫外光を透過することができず、吸収が発生することに伴い性能が劣化するため、約２０００時間程度しか使用できない等、耐久性の観点で問題がある。

また、真空紫外光照射の効率を高め、処理効率を向上させる為には、真空紫外光の発光強度を高めることが効果的であるが、その反面、更に石英ガラス自身の耐久性が劣化し、使用時間が短くなるという問題がある。

特開平１１−１１１２３５号公報

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は、光源としての寿命が長く、真空紫外光の発光強度が向上した光源装置と、それを用いた表面処理効率に優れた表面処理方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、以下の構成により達成される。

１．大気圧もしくはその近傍の圧力下で、放電空間に不活性ガスを供給し、該放電空間に高周波電界を形成することにより発生したプラズマから放射される光を照射する光源装置において、該不活性ガスが炭酸ガスを含有し、かつ形成する高周波電界の周波数がマイクロ波帯であり、前記光源装置から照射される光が、真空紫外域に発光波長を有していることを特徴とする光源装置。

２．前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．０１体積％以上、３．０体積以下であることを特徴とする前記１に記載の光源装置。

３．前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．１体積％以上、０．５体積以下であることを特徴とする前記２に記載の光源装置。

４．前記不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする前記１から３のいずれか１項に記載の光源装置。

５．主プラズマ発生手段及び補助プラズマ発生手段の二つのプラズマ発生手段を有することを特徴とする前記１から４のいずれか１項に記載の光源装置。

６．大気圧もしくはその近傍の圧力下で、放電空間に不活性ガスを供給し、該放電空間に高周波電界を形成することにより発生したプラズマから放射される光を、基板に照射して表面処理を施す表面処理方法において、該不活性ガスが炭酸ガスを含有し、かつ形成する高周波電界の周波数がマイクロ波帯であり、前記基板に照射される光が、真空紫外域に発光波長を有していることを特徴とする表面処理方法。

７．前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．０１体積％以上、３．０体積以下であることを特徴とする前記６に記載の表面処理方法。

８．前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．１体積％以上、０．５体積以下であることを特徴とする前記７に記載の表面処理方法。

９．前記不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする前記６から８のいずれか１項に記載の表面処理方法。

１０．主プラズマ発生手段及び補助プラズマ発生手段の二つのプラズマ発生手段を有することを特徴とする前記６から９のいずれか１項に記載の表面処理方法。

本発明の真空紫外光源である光源装置によれば、前記エキシマランプの様に、石英ガラス管にガスを封じ込める必要が無い為、劣化が生じることが無く、半永久的に使用できる。更に、プラズマ電力を高めることにより真空紫外光の発光強度が向上し、エキシマランプに比較して、１０〜１００倍以上の発光強度が得られる光源装置を実現でき、それを用い表面処理効率を大幅に向上できた表面処理方法を提供することができた。

本発明の実施態様１における光源装置の構成の一例を示す外観斜視図である。 図１に示した本発明の光源装置の内部構造を示す側面断面図である。 図２で示した本発明の光源装置のＡ−Ａ′を切断面とする正面断面図である。 図１に示した本発明の光源装置の照射口の一例を示す底面図である。 図１に示した本発明の光源装置の照射口の他の一例を示す底面図である。 光源装置内部で、プラズマ発生手段により生成されたプラズマの様子の一例を示す状態模式図である。 光源装置内部で、プラズマ発生手段の他の一例により生成されたプラズマの様子の一例を示す状態模式図である。 光源装置内部で、プラズマ発生手段の他の一例により生成されたプラズマの様子の一例を示す状態模式図である。 第一及び第二のガス導入管を備えた光源装置内部で、プラズマ発生手段により生成されたプラズマの様子の一例を示す状態模式図である。 本発明の実施形態２における光源装置の構成の一例を示す外観斜視図である。 本発明の実施形態２における光源装置内部のプラズマ発生手段の構造を示す断面図である。 本発明の実施形態２における光源装置内部のプラズマ発生手段の構造の他の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態２における光源装置内部のプラズマ発生手段の構造の更に他の一例を示す断面図である。 本発明の実施形態３における光源装置の構成の一例を示す外観斜視図である。 エキシマランプの構成の一例を示す断面図である。 実施例で、主プラズマ部で発生する発光スペクトルの測定結果を示すグラフである。 実施例で、１８５ｎｍ付近の最も高いピーク値の発光強度の測定結果を示すグラフである。

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意検討を行った結果、大気圧もしくはその近傍の圧力下で、放電空間に不活性ガスを供給し、該放電空間に高周波電界を形成することにより発生したプラズマから放射される光を照射する光源装置において、該不活性ガスが炭酸ガスを含有し、かつ形成する高周波電界の周波数がマイクロ波帯であることを特徴とする光源装置により、光源としての寿命が長く、真空紫外光の発光強度が向上した光源装置と、それを用いて表面処理効率に優れた表面処理方法を実現することができることを見出し、本発明に至った次第である。

以下、本発明に係る好ましい実施形態について、図面を参照して説明する。

〔実施形態１〕
はじめに、本発明の光源装置の実施形態１について、図１〜図４を参照して説明する。

図１は本発明の実施態様１における光源装置の構成の一例を示す外観斜視図であり、図２は図１に示した本発明の光源装置の内部構造を示す側面断面図であり、図３は図２で示した本発明の光源装置のＡ−Ａ′を切断面とする正面断面図であり、図４は図１に示した本発明の光源装置の照射口の一例を示す底面図である。

図１に示すように、光源装置１は、放電ガスＧを供給する輸送管１０と、照射光Ｌとして放電されるプラズマを生成する主プラズマ発生手段２０と、輸送管１０上の任意の位置に設けられた補助プラズマ発生手段３０とを有している。

図１における輸送管１０は、放電ガスである不活性ガスＧを補助プラズマ発生手段３０や主プラズマ発生手段２０へ送るためのガス管であって、ガラスやセラミックなどの材質を用いて形成されている。

この輸送管１０により送られる不活性ガスＧとしては、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｎ_２、Ａｒ、あるいはそれらの混合ガスなどが挙げられる。

本発明の光源装置において、この放電ガスである不活性ガスＧが炭酸ガスを含有することが特徴であり、本発明の特徴である真空紫外光を放射させる上で必須の要件となる。本発明において、炭酸ガスが含有される範囲としては、放電ガスに対し０．０１〜３体積％であることが好ましく、更に０．１〜０．５体積％が高強度の真空紫外光を放射させるのに好ましい。

また、本発明においては、不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることが、高強度の真空紫外光を放射させる上で好ましい。

これは、炭酸ガスの有する真空紫外域の励起エネルギーよりも、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物のガスの有する準安定状態の励起エネルギーが大きいことに基づくものである。

また、輸送管１０は、補助プラズマ発生手段３０でプラズマ化されたプラズマを主プラズマ発生手段２０へ送る。言い換えれば、輸送管１０は、主プラズマ発生手段２０での放電開始時あるいは放電中に必要な電子、イオンあるいはラジカル種を補助プラズマ発生手段３０から主プラズマ発生手段２０へ送る。

なお、輸送管１０は、図１においては、円筒形状に形成されているが、円筒形状に制限されるものではなく、例えば、角柱形状などであってもよい。さらに、輸送管１０は、硬質な材料で形成されていてもよく、また、フレキシブルな材質で形成されていてもよい。

主プラズマ発生手段２０は、無電極かつ大気圧でプラズマを発生させる手段である。この主プラズマ発生手段２０では、プロセス等に主たる役割を果たすプラズマ（第二のプラズマ）が生成され、照射光Ｌとして外部へ向かって照射される。

本発明の光源装置を構成する主プラズマ発生手段２０の内部構造の一例を、図２、図３に示す。

これら図２、図３に示すように、主プラズマ発生手段２０は、内部でプラズマを発生させる主プラズマ管２１と、マイクロ波を主プラズマ管２１へ導く主導波管２２とを有している。本発明では、マイクロ波がマイクロ波帯の周波数帯にあることを特徴とする。本発明でいうマイクロ波帯とは、周波数３００ＭＨｚ以上、３０ＧＨｚ以下の高周波電力であると定義する。この様に、プラズマ電力を高めることにより真空紫外光の発光強度が向上し、エキシマランプに比較して、１０〜１００倍以上の発光強度が得られる光源装置を実現でき、それを用い表面処理効率を大幅に向上できた表面処理方法を提供することができる。

主プラズマ管（プラズマ室）２１は、例えば、石英ガラスなどで形成されており、上方に接続された輸送管１０から、原料ガスとして本発明に係る炭酸ガスを含有する不活性ガスＧが導入される。この主プラズマ管２１の内部では、放電ガスである不活性ガスＧが、主導波管２２を通って送られてきたマイクロ波により励起され、プラズマが発生する。

この主プラズマ管２１においては、補助プラズマ発生装置３０からのプラズマ（第一のプラズマ）に誘引され第二のプラズマが発生する。この第一のプラズマによる第二のプラズマの発生については後記詳述する。

また、主プラズマ管２１の下方には、照射光Ｌの照射口２３が形成されている。照射口２３は、図４に示すように、開口部が帯状に形成されている。これにより、一度に広い範囲でのプラズマ放電が可能となり、広い範囲での照射が可能となる。また、照射口２３は、図５に示すように、幅広の帯状として形成することもできる。すなわち、照射口２３の長手方向や幅方向の長さは、用途に応じて任意に定めることができる。また、照射口２３の開口部（帯状）の角部は、丸みを帯びていても、あるいは楕円形状であってもよい。

図４、図５に示すように、本発明の光源装置１は、照射口２３の開口面が広い面積である点で、基板の表面改質等に代表されるドライプロセスへの利用に適している。ここでいうドライプロセスとしては、大面積のガラス基板の洗浄等が一般的であるが、ＣＶＤなどでコーティングしたＳｉＯ_２薄膜の膜硬度を向上させる手段等にも使用できる。

主プラズマ管２１は、石英を材質として形成可能であるが、材質は石英に限るものではなく、マイクロ波を透過し、プラズマから発せられる熱に耐える材質であれば、特に制限はない。例えば、多くのガラスやセラミックなどはこの目的に合致し、他の絶縁材料よりも耐熱性が良好である。ただし、真空紫外光が照射される部分には、石英などの部材を設けない方が、長期安定に使えて有利である。また、真空紫外光が照射される部分は、取り替えやすい構造で設置し、定期的にその部材のみを交換することも可能で、基本的には部材のみの交換であるため、エキシマランプ全体の交換に比べれば、経済的にはかなり有利となる。

主導波管２２は、例えば、アルミニウム，銅，ステンレスなどで形成されており、大電力送電が可能である。このため、主導波管２２の内部でマイクロ波の伝播が可能となっている。

この主導波管２２の内部には、主プラズマ管２１が設けられる。主プラズマ管２１は、その詳細を図２に示すように、先端を閉じた主導波管２２の先端である最終衝突面２４から１／４波長（供給されるマイクロ波の波長の１／４波長（１／４λ））のところ、すなわち、定在波の最大振幅位置（腹）に設置される。

主導波管２２がマイクロ波を供給していることからもわかるように、光源装置１は、プラズマ発生方法としてマイクロ波励起方法を採用している。これにより、電子が運動する幅を小さくし、小型のプラズマ室であっても、プラズマ室壁にあたる電子の個数を減らすことができる。この結果、プラズマの質向上、プラズマ室壁の損傷防止にもなり、安定して真空紫外光の照射が可能となる。

補助プラズマ発生手段３０は、主プラズマ発生手段２０に供給される炭酸ガスを含有する不活性ガスＧの上流の任意の位置、すなわち、輸送管１０における任意の位置に設けられたプラズマ発生手段であって、図１に示すように、補助プラズマ管３１と、補助導波管３２とを有している。

補助プラズマ管３１は、主プラズマ発生手段２０の主プラズマ管２１と同様、石英ガラスなどで形成されている。この補助プラズマ発生手段３０の内部では、輸送管１０により送られてきた炭酸ガスを含有する不活性ガスＧが、マイクロ波励起によりプラズマ化されて、プラズマ（第一のプラズマ）が発生する。

この補助プラズマ管３１は、主プラズマ発生手段２０の主プラズマ管２１に比べて、容積が小さいため、少ない電力で容易かつ安定的にプラズマ放電させることができる。しかも、補助プラズマ管３１で放電されるプラズマは、プロセスとは直接関係がないため、プラズマ密度は低くてもよい。

このように、補助プラズマ管３１は、容積を小さくでき、しかも発生するプラズマ密度は低くてもよいことから、補助プラズマ発生手段３０は、主プラズマ発生手段２０に比べて小型にすることができる。

補助導波管３２は、補助プラズマ管３１へマイクロ波を供給する。このため、補助プラズマ発生手段３０においても、マイクロ波励起によりプラズマが発生する。

なお、実施形態１においては、主プラズマ発生手段２０と補助プラズマ発生手段３０との双方で、同じプラズマ発生方法（マイクロ波励起方法）を用いることとしているが、双方とも同じプラズマ発生方法とすることに限定されるものではなく、それぞれ異なるプラズマ発生方法を用いることもできる。

この補助プラズマ発生手段３０で生成されたプラズマは、図６に示すように、輸送管１０を通って、主プラズマ発生手段２０へ導かれる。

条件によっては、この輸送中にプラズマの大半が消失する可能性があるが、本発明者が鋭意検討を進めた結果、平均自由行程を越えるような距離、すなわち大半のプラズマが失われるような距離や条件であっても、本発明の目的効果が得られることが判明した。

上記のような構成の補助プラズマ発生手段３０を設けることにより、主プラズマ発生手段２０での放電開始時や放電中に、補助プラズマ発生手段３０からプラズマを供給することができる。この結果、主プラズマ発生手段２０では、補助プラズマ発生手段３０で生成されたイオン、電子、あるいはラジカルの一部が送られてくるために、これらイオン等に誘引されて極めて点火しやすくなり、かつ放電状態を維持しやすくなっており、安定したプラズマを得ることができる。

また、一般に、大気圧環境下で生成するプラズマは、気圧が高いことから、減圧下で生成するプラズマと比較すると、点火や放電維持における単位体積当たりの電力を非常に大きくする必要が生じる場合が多い。

そこで、マイクロ波励起の大気圧プラズマ源に補助プラズマ発生手段３０を取り付けると、輸送管１０の長さを、例えば、３０ｃｍとした場合においても、比較的低い電力（例えば、１／１０程度の電力）で安定したプラズマ放電及び維持が可能である。この結果、少ない電力で大面積の大気圧プラズマ源を構成でき、真空紫外光の照射強度も広範囲で可能となる。

なお、補助プラズマ発生手段３０は、図７に示すように、輸送管１０を介さず、主プラズマ発生手段２０に直接接続する構成とすることもできる。この構成においても、輸送管１０を介して主プラズマ発生手段２０と接続された図６に示す構成と同様の効果が得られる。

更に、補助プラズマ発生手段３０の補助プラズマ管３１は、図１、図６、図７においては、輸送管１０の口径方向の断面積よりも広い面積が確保された箱型のプラズマ室を一例として示しているが、この構成に限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、輸送管１０の一部をそのまま補助プラズマ管３１として使用することもできる。この場合、補助導波管３２を通って送られてきたマイクロ波が供給（照射）される輸送管１０上の箇所が、補助プラズマ管３１に相当する。

本発明においては、主プラズマ発生手段２０に供給される放電ガスは、すべて補助プラズマ発生手段３０を通過する必要はない。

図９に示すように、補助プラズマ発生手段３０を通さずに、炭酸ガスを含有する不活性ガスＧを直接主プラズマ発生手段２０へ送る第一ガス導入管２５や、補助プラズマ発生手段３０を通さずに輸送管１０を介して炭酸ガスを含有する不活性ガスＧを主プラズマ発生手段２０へ送る第二ガス導入管１１などを設けることができる。

〔実施形態２〕
次に、本発明の光源装置の実施形態２について、図１０を参照して説明する。

図１０は、本発明の実施形態２における光源装置の構成の一例を示す外観斜視図である。

図１０に示す実施態様２は、上記説明した実施形態１と比較して、主導波管の構造が相違する。すなわち、実施形態１では、主導波管が単に断面が矩形の筒状に形成されていたのに対し、本実施形態では、主導波管がマイクロ波の導波方向に対して水平横方向に拡張されて形成されており、かつ、主導波管の内部に一又は二以上の隔壁を設けた点で相違する。他の構成要素は実施形態１と同様である。したがって、図１０において、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、光源装置の主プラズマ発生手段２０を構成する主導波管２２は、マイクロ波ＭＷの導波方向に対して水平横方向に拡張された扇状形状を有している。

幅の広い帯状の基板を処理対象物として、真空紫外線を照射して処理するためには、幅の広い均質なプラズマを生成する必要がある。この場合、主プラズマ源２０を複数台並べることも考えられるが、コスト面や各プラズマ源の管理面で問題となる。

そこで、主導波管２２をマイクロ波ＭＷの導波方向に対して水平横方向に拡張した構造とする。これにより、主プラズマ管２１や吹き出し口２３の形状を帯状（横長状）に形成でき、その結果、大面積の真空紫外光を処理対象物である基板に対して照射することができる。

水平横方向へ拡張された主導波管２２の幅広部分の内部には、一又は二以上の隔壁２６が設けられている。隔壁２６は、マイクロ波の導波経路を複数に分岐するように配置されている。この隔壁２６で区切られた各分岐経路は、それぞれ独立した導波管と考えることができる。この隔壁２６の位置や長さを変更することにより、それぞれの導波管に分配されるマイクロ波の電力及び位相を調整することができる。

なお、図１０においては、４枚の隔壁２６による導波経路の分割数を５経路としているが、５経路に限るものではなく、２経路、３経路、４経路、あるいは６経路以上とすることができる。ただし、隔壁２６の間隔は、主導波管２２の遮断波長の制約から１／２波長（供給されるマイクロ波の波長の１／２波長（１／２λ））以上にする必要がある。

それぞれの隔壁２６間に分配されるマイクロ波電力は、隔壁２６の位置、隔壁２６間の距離、主導波管２２の高さなどによって調整可能である。

主プラズマ発生手段２０のプラズマの照射口２３は、処理する基板の形状によって、主導波管２２の物理的な制約の範囲内において、照射口２３の形状を変更することもできる。

次に、主プラズマ管や照射口の形状について、図１１、図１２を参照して説明する。

図１１は、本発明の実施形態２における光源装置内部のプラズマ発生手段の構造を示す断面図であり、図１２は、本発明の実施形態２における光源装置内部のプラズマ発生手段の構造の他の一例を示す断面図である。

すなわち、本発明の光源装置においては、主プラズマ管２１や照射口２３は、図１１、図１２に示すように、湾曲した形状に形成することもできる。

照射口２３の湾曲方向は、例えば、図１１に示すように、マイクロ波ＭＷの導波方向とは逆の方向、すなわち、主導波管２２の先端にある最終衝突面から遠のく方向とすることができる。この場合、主プラズマ管２１も、照射口２３の湾曲方向と同一の方向に湾曲した形状に形成される。

照射口２３や主プラズマ管２１をこのような湾曲した形状とすることにより、処理対象物である基板の形状等に応じた照射が可能となる。このような形状は、円盤状の外周部のみを処理する必要がある場合に適している。

また、照射口２３の湾曲方向は、例えば、マイクロ波の導波方向と同一方向、すなわち、主導波管２２の外側へ向かう方向とすることができる。この場合も、主プラズマ管２１を照射口２３の湾曲方向と同一の方向に湾曲した形状に形成される。照射口２３や主プラズマ管２１をこのような湾曲した形状とすることにより、被処理物である基板に適した形状のプラズマを作成することができる。

さらに、照射口２３の湾曲方向は、例えば、図１２に示すように、マイクロ波ＭＷの導波方向に対して垂直上方向、すなわち、照射の方向とは逆の方向とすることができる。この場合、主プラズマ管２１についても、同図に示すように、照射口２３の湾曲方向と同一の方向に湾曲した形状に形成することができる。

照射口２３や主プラズマ管２１を図１２に示す形状とすることにより、照射口２３から照射される真空紫外光である照射光Ｌが、照射方向前方で中央に集まるようになる。つまり、照射口２３の中程から照射された真空紫外光はそのまま真っ直ぐ進むが、照射口２３の端の方から照射された真空紫外光は、その照射口２３の照射方向前方の中央へ向かって進む。これにより、真空紫外光である照射光Ｌは、さらに照射強度を増すことができる。

また、照射口２３の湾曲方向は、例えば、マイクロ波ＭＷの導波方向に対して垂直下方向、すなわち、照射光の照射方向と同じ方向とすることができる。この場合、主プラズマ管２１についても、照射口２３の湾曲方向と同一の方向に湾曲した形状に形成することができる。

照射口２３や主プラズマ管２１をこのような湾曲した形状とすることにより、パイプの内面や、樋（とい）状の基板の表面処理などに適用することができる。

なお、照射口２３の開口の形状は、本実施形態においては湾曲した形状としているが、湾曲した形状に限るものではなく、例えば、屈曲した形状とすることもできる。

屈曲した形状に形成された照射口２３を備えた主プラズマ発生手段２０の構造例を、図１３に示す。

照射口２３の屈曲方向は、図１３に示すように、例えば、マイクロ波ＭＷの導波方向とは逆の方向、すなわち、主導波管２２の最終衝突面から遠のく方向とすることができる。この場合、主プラズマ管２１も、照射口２３の屈曲方向と同一の方向に屈曲した形状に形成される。

また、照射口２３の屈曲方向は、例えば、マイクロ波ＭＷの導波方向と同一方向、すなわち、主導波管２２の外側へ向かう方向とすることができる。この場合も、主プラズマ管２１を照射口２３の屈曲方向と同一の方向に屈曲した形状に形成される。

これらのように、照射口２３の屈曲方向をマイクロ波の導波方向とは逆の方向や同一方向とすることにより、被処理物である基材の表面処理などに適用でき、特に、複雑な形状の基材への対応が可能となる。

さらに、照射口２３の屈曲方向は、例えば、マイクロ波ＭＷの導波方向に対して垂直上方向、すなわち、照射光の照射方向とは逆の方向とすることができる。この場合、主プラズマ管２１についても、照射口２３の屈曲方向と同一の方向に屈曲した形状に形成することができる。

また、照射口２３の屈曲方向は、例えば、マイクロ波ＭＷの導波方向に対して垂直下方向、すなわち、照射光の照射方向と同じ方向とすることができる。この場合、主プラズマ管２１についても、照射口２３の屈曲方向と同一の方向に屈曲した形状に形成することができる。

照射口２３や主プラズマ管２１をこのような形状とすることにより、パイプの内面や、樋（とい）状の被処理物の表面処理などに適用できる。

さらに、図１１〜図１３においては、形成される湾曲部分（又は屈曲部分）が、照射口２３で一箇所だけ形成されているが、一箇所に限るものではなく、例えば、二箇所以上形成することもできる。しかも、一つの照射口２３に、湾曲部分と屈曲部分との双方をそれぞれ一又は二以上形成することもできる。これらのような形状とすることで、複雑な形状の被処理物に対応できる。

〔実施形態３〕
次に、本発明の光源装置の実施形態３について、図１４を参照して説明する。

図１４は、本発明の実施形態３における光源装置の構成の一例を示す外観斜視図である。

実施形態３で示す光源装置１は、実施形態１で示した光源装置１に比較して、マイクロ波を供給する手段が相違する。すなわち、実施形態１では、マイクロ波ＭＷが主導波管２２や補助導波管３２により供給されていたのに対し、本実施形態では、給電用主アンテナ２７や給電用補助アンテナ３３により供給される点で相違する。他の構成要素は実施形態１と同様である。したがって、図１４で示す光源装置の説明においては、図１と同様の構成部分については同一の符号を付して、その詳細な説明を省略する。

図１４に示すように、実態態様３である光源装置１は、輸送管１０と、主プラズマ発生手段２０と、補助プラズマ発生手段３０とを有している。ここで、主プラズマ発生手段２０の主プラズマ管２１と補助プラズマ発生手段３０の補助プラズマ管とは、例えば、石英などで形成されており、一体化して製作されている。

ここで、主プラズマ発生手段２０は、図１等に示したような主導波管に代えて、あるいは、主導波管２２に加えて、給電用主アンテナ２７と、同軸ケーブル２８とを備えている。

給電用主アンテナ２７は、主プラズマ管２１に対してマイクロ波を供給するアンテナであって、導電体で形成されており、帯状に一様にマイクロ波を供給するためのモノポールアンテナ２７−１で構成することができる。なお、モノポールアンテナ２７−１は、図１４においては、二枚設けられているが、二枚に限るものではなく、例えば、一枚であってもよく、あるいは、三枚以上であってもよい。また、同軸ケーブル２８に代えて、同軸管（図示せず）を用いることもできる。

補助プラズマ発生手段３０は、図１等に示したような補助導波管３２に代えて、あるいは、補助導波管３２に加えて、給電用補助アンテナ３３と、同軸ケーブル３４とを備えている。

給電用補助アンテナ３３は、補助プラズマ管３１に対してマイクロ波を供給するアンテナであって、導電体で形成されており、補助プラズマ管３１の外周に沿って巻きつけるように螺旋状に形成されたスパイラルアンテナ３３−１とすることができる。なお、同軸ケーブル３４に代えて、同軸管（図示せず）を用いることもできる。

本発明において、導波管で給電する方法は、例えば、特開２００２−３３００２０号公報等で開示されているホーンアンテナや、例えば、特開平０８−０７８１９０号公報等で開示されているスロットアンテナのような開口型アンテナで給電する方法とほぼ同様の作用をし、いわゆる導電体で構成される給電用アンテナと原理は異なるものの、電磁界の放出という機能は同じである。したがって、導波管による給電に代えて、導電体によるアンテナ給電によっても、本発明の光源装置を構成することができる。

なお、導波管による給電に対し、アンテナ給電による方法のメリットは、装置の小型化が可能な点である。導波管は、その横幅に遮断波長が存在するために、１／２λ以下にすることはできない。しかし、同軸ケーブルあるいは同軸管を用いてアンテナによる給電とすれば、寸法的な制約が小さく、小型化が可能である。

なお、モノポールアンテナ２７−１またはスパイラルアンテナ３３−１のいずれのアンテナも、プラズマの金属汚損を防止するため、主プラズマ管２１または補助プラズマ管３１の外に配置されており、石英ガラスを通してプラズマに給電している。

それらモノポールアンテナ２７−１やスパイラルアンテナ３３−１の材質は、良導体であればいずれも使用可能であるが、プラズマの輻射熱に直接晒されることから、アルミニウム、ステンレス、金メッキされた銅など、酸化しにくく融点が高く赤外線の反射率が高い金属が望ましい。

形状は、丸線、板状、パイプなどを大きさ、インピーダンス整合の状態によって使い分けすることが望ましい。

それらモノポールアンテナ２７−１やスパイラルアンテナ３３−１を用いた場合、実用的には、マイクロ波漏洩防止のため、光源１の全体を金属板などで覆い、電磁遮断する必要がある。

なお、導電体で構成される給電用アンテナは、特許第３８５４２３８号公報に記載のプラズマ源の技術で実現可能である。

以上、本発明の光源装置の好ましい実施形態１〜３について説明したが、本発明の光源装置は上述した実施形態１〜３のみに限定されるものではなく、本発明の範囲で種々の変更実施が可能であることは言うまでもない。

例えば、上述した実施形態では、主プラズマ発生手段や補助プラズマ発生手段をそれぞれ一つずつ備えた構成を示したが、それら主プラズマ発生手段や補助プラズマ発生手段は、それぞれ二つ以上備えた構成とすることもできる。

また、図１においては、一つの補助プラズマ発生手段で発生したプラズマが一つの主プラズマ発生手段へ供給される構成としてあるが、それら補助プラズマ発生手段と主プラズマ発生手段とは一つ対一つとする構成に限るものではなく、例えば、一又は二以上の補助プラズマ発生手段で発生したプラズマを一又は二以上の主プラズマ発生手段へ供給するような構成とすることもできる。

さらに、主プラズマ発生手段を複数設ける場合は、それら主プラズマ発生手段を横方向にも、また、縦方向にも並べることができる。ただし、複数の主プラズマ発生手段を横方向に並べた場合は、照射口が下方向を向く構造となり、一方、複数の主プラズマ発生手段を縦方向に並べた場合は、照射口が横方向を向く構造となる。そして、いずれの場合にも、一又は二以上の補助プラズマ発生手段によりプラズマを供給することは可能である。

以下、実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例において「部」あるいは「％」の表示を用いるが、特に断りがない限り「質量部」あるいは「質量％」を表す。

〔実施例１〕
はじめに、本発明に係る実施形態の光源装置を用いた実験結果について、説明する。

マイクロ波電源は、２．４５（ＧＨｚ）、最大電力１．０（ｋＷ）の連続波出力のものを、補助プラズマ発生手段用、主プラズマ発生手段用として二台使用した。

補助導波管３２の内径は、９６×９（ｍｍ）とし、補助プラズマ管３１は石英管とし、内径は９（ｍｍ）とした。補助プラズマ管３１と主プラズマ管２１との間は、内径１５（ｍｍ）のアルミナセラミック管で接続した。主導波管２２の内径は、９６×１８．５（ｍｍ）とした。

主プラズマ発生手段２０は、照射口２３が９４（ｍｍ）×３（ｍｍ）の帯状に形成されており、主プラズマ管２１が直方体に形成されたものを使用した。

放電ガスとしては、炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）を０．３体積％含有するアルゴンガスを５Ｌ／ｍｉｎで供給し、補助プラズマ発生手段に５００Ｗを印加してプラズマを発生させ、その後、主プラズマ発生手段に３００Ｗを印加してスリット状に放電を形成、その後、補助プラズマ発生手段用の電力は０Ｗに停止したが、主プラズマ発生手段部の放電は維持できた。その状態で、主プラズマ発生手段部で発生する発光スペクトルを分光器（オーシャンオプティクス製Ｍａｙａ２０００）を用いて計測した結果、図１６に示すように、エキシマランプ（エムディエキシマ製ＭＥＵＴ−１−３３０）に比べ、２００ｎｍ以下の真空紫外光強度が、ピーク強度で１０倍以上、積算強度で５倍以上あることが確認された。

〔比較例１〕
上記実施例１において、放電ガス中の炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）を除いた以外は全く同条件にてプラズマを形成した後、得られた発光スペクトルを計測したが、図１６に示したような真空紫外域の発光スペクトルは計測されなかった。

〔比較例２〕
上記実施例１において、マイクロ波電源に代えて、比較例である１３．５６ＭＨｚの高周波電源（ＲＦ電源）を用いた以外は全く同条件にてプラズマを形成した後、得られた発光スペクトルを、分光器を用いて計測したが、真空紫外域の発光スペクトルは計測されなかった。

〔実施例２〕
上記実施例１で用いた光源装置及び条件にて、連続稼働させた際の１９０ｎｍ付近の最も高いピーク値の発光強度を計測した結果、図１７に示すように約１００００ｈｒ経過しても、そのピーク値における劣化は全く確認されなかった。

〔比較例３〕
エキシマランプ（エムディエキシマ製ＭＥＵＴ−１−３３０）を用いて、同様に１８５ｎｍ付近の最も高いピーク値の発光強度を計測した結果、図１７に示すように、約１８００ｈｒ経過したところで発光強度が約１／１０に低下してしまうことが確認された。

〔実施例３〕
実施例１に記載の光源装置を用いて、移動ステージ上に設置したガラス基板の洗浄処理を行い、洗浄処理後、接着剤をコーティングし、その密着性をＪＩＳ Ｋ ５４００に準拠した碁盤目試験により行った。ここで洗浄処理としては、真空紫外光照射開口部に滞在している時間を０．０３、０．０５、０．１、０．５、１、３、５、１０、３０ｓｅｃとなるように移動ステージ速度を変化させた。

〔比較例４〕
上記実施例３において、比較例１に記載の光源装置（放電ガスとして炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）を除いた光源装置）を用いた以外は同様にして、ガラス基板の洗浄処理を行い、同様に密着試験を行った。

〔比較例５〕
上記実施例３において、比較例２に記載の光源装置（１３．５６ＭＨｚの高周波電源（ＲＦ電源）を用いた光源装置）を用いた以外は同様にして、ガラス基板の洗浄処理を行い、同様に密着試験を行った。

〔比較例６〕
上記実施例３において、本発明の光源装置に代えて、比較例３に記載のエキシマランプ（エムディエキシマ製ＭＥＵＴ−１−３３０）を用いて、ガラス基板の洗浄処理を行い、同様に密着試験を行った。

上記実施例３、比較例４、比較例５及び比較例６において、真空紫外光照射開口部に滞在している時間を０．０３、０．０５、０．１、０．５、１、３、５、１０、３０ｓｅｃとなるように移動ステージ速度を変化させた時の各試料の密着試験をＪＩＳ Ｋ ５４００に準拠した碁盤目試験により行い、下記の基準に従って密着性を評価した。

○：良好な密着性が確認され、実用に耐える品質である
×：密着不良に伴う接着剤の剥がれが確認され、実用上懸念される品質である
以上により得られた結果を、表１に示す。

表１に記載の結果より明らかなように、実施例３の本発明の光源装置を用いて洗浄処理を行ったガラス基板は、いずれの処理時間においても、良好な密着性が得られ、非常に短時間でも洗浄処理を行うことができることが分かる。一方、比較例４及び５では、いずれの処理時間でも、実用に耐えうる密着性を得ることができなかった。また、比較例６においては、１０ｓｅｃ及び３０ｓｅｃの処理時間では実用に耐えうる品質の密着性を確認できたが、その他の条件では密着不良に伴う接着剤の剥がれが発生した。

以上のように、本発明の真空紫外光源を用いた光源装置は、短時間で表面処理が行え、またエキシマランプに見られる経時劣化もなく、長期で安定して連続処理できる光源装置が得られる。

１ 光源装置
１０ 輸送管
１１ 第二ガス導入管
２０ 主プラズマ発生手段
２１ 主プラズマ管
２２ 主導波管
２３ 照射口
２４ 最終衝突面
２５ 第一ガス導入管
２６ 隔壁
２７ 給電用主アンテナ
２７−１ モノポールアンテナ
２８ 同軸ケーブル
３０ 補助プラズマ発生手段
３１ 補助プラズマ管
３２ 補助導波管
３３ 給電用補助アンテナ
３３−１ スパイラルアンテナ
３４ 同軸ケーブル
１０１ 放電容器
１０２ 内部電極
１０４ 外部電極
１０５ 隔壁
Ｇ 放電ガス（不活性ガス）
Ｌ 照射光
ＭＷ マイクロ波
ＰＪ１ 第一のプラズマ
ＰＪ２ 第二のプラズマ

Claims (10)

1. 大気圧もしくはその近傍の圧力下で、放電空間に不活性ガスを供給し、該放電空間に高周波電界を形成することにより発生したプラズマから放射される光を照射する光源装置において、該不活性ガスが炭酸ガスを含有し、かつ形成する高周波電界の周波数がマイクロ波帯であり、前記光源装置から照射される光が、真空紫外域に発光波長を有していることを特徴とする光源装置。
2. 前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．０１体積％以上、３．０体積以下であることを特徴とする請求項１に記載の光源装置。
3. 前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．１体積％以上、０．５体積以下であることを特徴とする請求項２に記載の光源装置。
4. 前記不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光源装置。
5. 主プラズマ発生手段及び補助プラズマ発生手段の二つのプラズマ発生手段を有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光源装置。
6. 大気圧もしくはその近傍の圧力下で、放電空間に不活性ガスを供給し、該放電空間に高周波電界を形成することにより発生したプラズマから放射される光を、基板に照射して表面処理を施す表面処理方法において、該不活性ガスが炭酸ガスを含有し、かつ形成する高周波電界の周波数がマイクロ波帯であり、前記基板に照射される光が、真空紫外域に発光波長を有していることを特徴とする表面処理方法。
7. 前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．０１体積％以上、３．０体積以下であることを特徴とする請求項６に記載の表面処理方法。
8. 前記不活性ガス及び炭酸ガスから構成される放電ガス中の炭酸ガスの含有量が、０．１体積％以上、０．５体積以下であることを特徴とする請求項７に記載の表面処理方法。
9. 前記不活性ガスが、アルゴン、ヘリウム、窒素及びそれらの混合物から選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項６から８のいずれか１項に記載の表面処理方法。
10. 主プラズマ発生手段及び補助プラズマ発生手段の二つのプラズマ発生手段を有することを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の表面処理方法。