JPH0714556A - Ultraviolet light source, ultraviolet radiating device using the source, and substance surface reforming method - Google Patents
Ultraviolet light source, ultraviolet radiating device using the source, and substance surface reforming methodInfo
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- JPH0714556A JPH0714556A JP17465693A JP17465693A JPH0714556A JP H0714556 A JPH0714556 A JP H0714556A JP 17465693 A JP17465693 A JP 17465693A JP 17465693 A JP17465693 A JP 17465693A JP H0714556 A JPH0714556 A JP H0714556A
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、例えばマイクロ波無
電極発光装置に使用される紫外線光源に関するものであ
る。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ultraviolet light source used in, for example, a microwave electrodeless light emitting device.
【０００２】[0002]
【従来技術】紫外線は近年では紫外線硬化型接着剤やイ
ンキ類の硬化、乾燥、特殊塗料の硬化、その他塗面処理
プロセス、および化学物質の光化学反応等に広く利用さ
れている。紫外線発生装置として、従来より水銀等の発
光材料が封入された発光管にマイクロ波を照射して、発
光材料を励起させるマイクロ波無電極発光装置が利用さ
れている（例えば、特開昭５０−５４１７２号公報）。
また同様な励起方法による光源として提案されている小
原實氏発明のエキシマ放電ランプ（特開平３−１４３６
号公報），具体的には熊谷、小原等によって詳細に検証
されているＫｒＦランプ、ＡｒＦランプ（雑誌「レーザ
ー研究」ｖｏｌ．１８，ｎｏ．７，ｐ４５６−４７３
（１９９０）に記載）を応用することも検討され始めて
いる。2. Description of the Related Art In recent years, ultraviolet rays have been widely used for curing and drying ultraviolet ray-curable adhesives and inks, curing special coatings, other surface treatment processes, and photochemical reactions of chemical substances. 2. Description of the Related Art As an ultraviolet ray generator, a microwave electrodeless light-emitting device has been conventionally used which irradiates a light-emitting tube containing a light-emitting material such as mercury with microwaves to excite the light-emitting material (for example, JP-A- 54172).
Also, an excimer discharge lamp of the invention of Minoru Ohara proposed as a light source by a similar excitation method (Japanese Patent Laid-Open No. 3-1436).
No.), specifically, KrF lamps and ArF lamps that have been verified in detail by Kumagai, Ohara, etc. (Magazine "Laser Research", vol. 18, no. 7, p456-473).
(Described in (1990)) is being considered.
【０００３】図９、図１０にはこの種のマイクロ波無電
極発光装置の概略を示す。図９は長手方向に切断した横
断面図であり、図１０は図９のＩ−Ｉ線に沿った断面図
である。１は無電極発光管であって、棒状のガラスバル
ブとその内部に封入した水銀等からなる。２はマイクロ
波空胴、３は金属材料で形成されたマイクロ波空胴壁と
して働く反射壁であり、無電極発光管１の放射光を照射
方向（矢印Ａ方向）に集光させるよう内面が楕円又は放
物線の凹面形状となっている。４はマイクロ波空胴２に
マイクロ波を結合するためのスロットで、マイクロ波発
生手段としてのマグネトロン５で発生され導波管６で供
給されたマイクロ波電力を通過させるものである。9 and 10 schematically show a microwave electrodeless light emitting device of this type. 9 is a cross-sectional view taken along the longitudinal direction, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG. Reference numeral 1 denotes an electrodeless arc tube, which comprises a rod-shaped glass bulb and mercury or the like sealed inside. Reference numeral 2 is a microwave cavity, and 3 is a reflection wall formed of a metal material and serving as a microwave cavity wall. The inner surface has an inner surface for converging the emitted light of the electrodeless arc tube 1 in the irradiation direction (arrow A direction). It has an elliptical or parabolic concave shape. Reference numeral 4 denotes a slot for coupling a microwave to the microwave cavity 2, which allows microwave power generated by a magnetron 5 as a microwave generating means and supplied by a waveguide 6 to pass therethrough.
【０００４】７は、マイクロ波空胴２の壁の一部分を形
成すると共に発生した紫外線を通過させるメッシュであ
る。すなわち、このメッシュ７は紫外線は通過させるが
マイクロ波に対しては短絡板として働く。８は無電極発
光管１の発光により発生する熱を冷却するための送風装
置であり、反射壁３に設けた複数の通風孔９を通してエ
アーを送り、無電極発光管１および反射壁３を冷却す
る。Reference numeral 7 is a mesh that forms a part of the wall of the microwave cavity 2 and allows the generated ultraviolet rays to pass therethrough. That is, this mesh 7 allows ultraviolet rays to pass therethrough, but acts as a short-circuit plate for microwaves. Reference numeral 8 denotes a blower for cooling the heat generated by the light emission of the electrodeless arc tube 1, which blows air through a plurality of ventilation holes 9 provided in the reflection wall 3 to cool the electrodeless arc tube 1 and the reflection wall 3. To do.
【０００５】この装置では、マグネトロン５を動作させ
て、マイクロ波電力をマイクロ波空胴２にスロット４を
介して結合させると、そのマイクロ波電力が無電極発光
管１に封入した水銀等の蒸気を励起し、そこで放電が開
始して紫外線が発生する。In this apparatus, when the magnetron 5 is operated to couple the microwave power to the microwave cavity 2 through the slot 4, the microwave power is vapor of mercury or the like sealed in the electrodeless arc tube 1. Are excited, whereupon discharge starts and ultraviolet rays are generated.
【０００６】このとき、発生した紫外線は四方に放射さ
れるが、無電極発光管１を楕円の凹面形状の反射壁３の
焦点に予め位置させておけば、反射壁３の方向に放射し
た紫外線はそこで反射されて、メッシュ７の方向に集光
される。当然ながら、メッシュ７方向に放射した紫外線
はそのまま進行する。この結果、メッシュ７の前方に被
処理物を配置しておけば、乾燥、硬化等の処理が即座に
行われる。特にメッシュ７の前面において被処理物をベ
ルトコンベア等で順次移動させれば、連続的に大量の処
理が可能となる。At this time, the generated ultraviolet rays are radiated in all directions, but if the electrodeless arc tube 1 is previously positioned at the focal point of the elliptic concave reflection wall 3, the ultraviolet rays radiated in the direction of the reflection wall 3 Is reflected there and is condensed in the direction of the mesh 7. Of course, the ultraviolet rays radiated in the direction of the mesh 7 proceed as they are. As a result, if an object to be processed is placed in front of the mesh 7, processing such as drying and curing is immediately performed. In particular, if the object to be processed is sequentially moved on the front surface of the mesh 7 by a belt conveyor or the like, a large amount of processing can be continuously performed.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記した無
電極発光管１からは、紫外線のみならず他の可視光線や
赤外線も発生する。このため被処理物が樹脂等のように
耐熱性の低いものにコートされている場合には、無電極
発光管１から放射される光の内の長波長側の可視光線や
赤外線が、反射壁３で反射して被処理物を照射するの
で、その被処理物に変形等の損傷を与えてしまう。そこ
で、紫外線は反射するが赤外線や長波長側の可視光線は
透過させる誘電体ミラー（コールドミラー）を反射壁３
に採用する必要があった。しかし一般的に誘電体ミラー
は通常の表面が鏡面状のアルミニウム板を使用したアル
ミニウムミラーと比較すると製造コストが高くなるとい
う問題があった。However, not only the ultraviolet rays but also other visible rays and infrared rays are emitted from the electrodeless arc tube 1 described above. Therefore, when the object to be processed is coated with a material having low heat resistance such as resin, visible light or infrared rays on the long wavelength side of the light emitted from the electrodeless arc tube 1 is reflected by the reflection wall. Since the light is reflected by 3 and irradiates the object to be processed, the object to be processed is damaged by deformation or the like. Therefore, a dielectric mirror (cold mirror) that reflects ultraviolet rays but transmits infrared rays and visible rays on the long wavelength side is used as the reflection wall 3.
Had to be adopted. However, in general, the dielectric mirror has a problem that the manufacturing cost is higher than that of an aluminum mirror using an aluminum plate whose surface is a mirror surface.
【０００８】前述したＫｒＦランプ、ＡｒＦランプを使
用する場合においても、紫外線のみならず他の可視光線
が発光するので同様な問題を有するが、それに加え以下
のような問題を有する。発光材料ガスにフッ素ガスを含
むＫｒＦランプ、ＡｒＦランプ等のランプは、発光材料
ガスを封入する例えば合成石英製のバルブとフッ素が反
応し、バルブ内壁に反応生成物を生成する。この反応生
成物は紫外線フィルターとして機能し、紫外線の取り出
し効率を減少させる。さらには発光材料ガスをマイクロ
波励起手段により励起する際に、励起手段から入力され
るエネルギーが発光材料ガスの励起反応にほとんど使用
されず、石英とフッ素の反応に主として使用されると推
定され、所望の紫外線の発光効率が減少するといった問
題を有する。紫外線を透過し、フッ素との反応性に乏し
いバルブ材料としてはサファイヤが挙げられるが、サフ
ァイヤは高価であり、また加工性に乏しいという欠点を
持つ。フッ素以外のガスを使用する発光材料ガスの組合
せについては一部、前記先行文献に開示されている。通
常、各ガスの組合せ毎に反応過程が異なるため、最適発
光動作を実現する全圧力、分圧比等の封入条件も異な
る。しかし前記先行文献においてはその点については開
示されていない。Even when the above-mentioned KrF lamp or ArF lamp is used, not only ultraviolet rays but also other visible rays emit light, which causes the same problem, but also has the following problems. In a lamp such as a KrF lamp or an ArF lamp in which a luminescent material gas contains a fluorine gas, a bulb made of, for example, synthetic quartz that seals the luminescent material gas reacts with fluorine to generate a reaction product on the inner wall of the bulb. This reaction product functions as an ultraviolet filter and reduces the efficiency of extracting ultraviolet light. Furthermore, when the luminescent material gas is excited by the microwave excitation means, it is estimated that the energy input from the excitation means is hardly used for the excitation reaction of the luminescent material gas and is mainly used for the reaction between quartz and fluorine, There is a problem that the luminous efficiency of desired ultraviolet light is reduced. As a valve material that transmits ultraviolet rays and has poor reactivity with fluorine, sapphire can be mentioned. However, sapphire has the drawbacks of being expensive and having poor workability. Some combinations of luminescent material gases using gases other than fluorine are disclosed in the above-mentioned prior art documents. Usually, since the reaction process differs for each gas combination, the enclosing conditions such as the total pressure and the partial pressure ratio for realizing the optimum light emitting operation also differ. However, the prior art document does not disclose that point.
【０００９】そこで本発明はかかる事情に鑑みてなされ
たものであり、コールドミラーを用いることなく、無電
極発光管から出射される光によって耐熱性の低い被処理
物に熱的な変形等の損傷を与えない紫外線光源とそれを
用いた紫外線照射装置を提供することにある。Therefore, the present invention has been made in view of the above circumstances, and the light emitted from the electrodeless arc tube does not damage the object having low heat resistance such as thermal deformation without using a cold mirror. An object of the present invention is to provide an ultraviolet light source that does not give a light and an ultraviolet irradiation device using the same.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明では、紫外線照射装置において無電極発光
管１内に水銀等の発光材料の代わりにＸｅおよびＣｌ2
からなる混合ガス、あるいはＫｒおよびＣｌ2 からなる
混合ガスを最適な封入条件で封入した紫外線光源を使用
する。In order to achieve such an object, in the present invention, Xe and Cl 2 are used instead of a light emitting material such as mercury in the electrodeless arc tube 1 in the ultraviolet irradiation device.
An ultraviolet light source is used in which a mixed gas consisting of or a mixed gas consisting of Kr and Cl 2 is sealed under optimum sealing conditions.
【００１１】[0011]
【作用】図７に無電極発光管１内にＫｒおよびＣｌ2 か
らなる混合ガスを封入して発光させた場合の分光分布
を、図８に無電極発光管１内にＸｅおよびＣｌ2 からな
る混合ガスを封入して発光させた場合の分光分布を示
す。いずれも縦軸はアービタリーユニットで相対発光強
度を示し、横軸は放射波長をｎｍの単位で示してある。
いずれの場合も波長４００ｎｍ以上には放射分布がない
ので、無電極発光管１から放射される光が反射壁３で反
射して被処理物を照射しても、その被処理物に熱などに
よる変形等の損傷を与えない。FIG. 7 shows the spectral distribution when the mixed gas of Kr and Cl 2 is enclosed in the electrodeless arc tube 1 to emit light, and FIG. 8 shows the spectral distribution of Xe and Cl 2 in the electrodeless arc tube 1. The spectral distribution when a mixed gas is enclosed and light is emitted is shown. In each case, the vertical axis represents the relative emission intensity in arbitary units, and the horizontal axis represents the emission wavelength in nm.
In any case, since there is no radiation distribution at a wavelength of 400 nm or more, even if the light emitted from the electrodeless arc tube 1 is reflected by the reflection wall 3 and irradiates the object to be processed, the object to be processed is subject to heat or the like. Does not give damage such as deformation.
【００１２】[0012]
【実施例】以下に図面に示す実施例に基づいて本発明を
具体的に説明する。通常、発光材料ガスの組合せよっ
て、紫外線発光のための反応過程は異なるので、最適動
作を実現する全圧力、分圧比等の封入条件も異なる。図
１は、発光材料ガスを封有する直径３ｃｍの球状の合成
石英バルブに励起手段としてマイクロ波を使用し、発光
材料ガスとしてＫｒおよびＣｌ2 からなる混合ガスを選
択した紫外線光源において、混合ガスの分圧比と波長２
２２ｎｍを中心とした半値幅±３ｎｍの範囲の放射束と
の関係を示した説明図である。図において、縦軸はＷ、
横軸は分圧比を示し混合ガスの全圧力は１０ｔｏｒｒて
ある。波長２２２ｎｍの発光は、分圧比Ｋｒ／Ｃｌ2 が
３乃至７の範囲内において効率よく取り出せることが分
かる。図２は、図１と同様の紫外線光源において、混合
ガスの全圧力と波長２２２ｎｍを中心とした半値幅±３
ｎｍの範囲の放射束との関係を示した説明図である。図
において、縦軸はＷ、横軸は全圧力（ｔｏｒｒ）であ
る。パラメータは混合ガスの分圧比である。波長２２２
ｎｍの発光は、混合ガスの全圧力が７．５乃至１５ｔｏ
ｒｒの範囲内において、効率よく取り出せることが分か
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be specifically described below with reference to the embodiments shown in the drawings. Generally, the reaction process for ultraviolet light emission differs depending on the combination of the light emitting material gases, and therefore the encapsulation conditions such as the total pressure and the partial pressure ratio for realizing the optimum operation also differ. FIG. 1 shows an ultraviolet light source in which a microwave is used as an excitation means in a spherical synthetic quartz bulb having a diameter of 3 cm and which contains a luminescent material gas, and a mixed gas consisting of Kr and Cl 2 is selected as the luminescent material gas. Division ratio and wavelength 2
It is explanatory drawing which showed the relationship with the radiation flux of the range of the half value width +/- 3 nm centering on 22 nm. In the figure, the vertical axis is W,
The horizontal axis represents the partial pressure ratio, and the total pressure of the mixed gas is 10 torr. It can be seen that the light having a wavelength of 222 nm can be efficiently extracted when the partial pressure ratio Kr / Cl 2 is in the range of 3 to 7. FIG. 2 shows an ultraviolet light source similar to that shown in FIG. 1 in which the total pressure of the mixed gas and the half width ± 3 around the wavelength of 222 nm.
It is explanatory drawing which showed the relationship with the radiation flux of the range of nm. In the figure, the vertical axis represents W and the horizontal axis represents total pressure (torr). The parameter is the partial pressure ratio of the mixed gas. Wavelength 222
In the case of luminescence of nm, the total pressure of the mixed gas is 7.5 to 15 to
It can be seen that it can be efficiently taken out within the range of rr.
【００１３】図３は、発光材料ガスを封有する直径３ｃ
ｍの球状の合成石英バルブに励起手段としてマイクロ波
を使用し、発光材料ガスとしてＸｅおよびＣｌ2 からな
る混合ガスを選択した紫外線光源において、混合ガスの
分圧比と波長３０８ｎｍを中心とした半値幅±３．８ｎ
ｍの範囲の放射束との関係を示した説明図である。図に
おいて、縦軸はＷ、横軸は分圧比を示し混合ガスの全圧
力は１０ｔｏｒｒてある。波長３０８ｎｍの発光は、分
圧比Ｘｅ／Ｃｌ2 が１乃至３の範囲内において効率よく
取り出せることが分かる。図４は、図３と同様の紫外線
光源において、混合ガスの全圧力と波長３０８ｎｍを中
心とした半値幅±３．８ｎｍの範囲の放射束との関係を
示した説明図である。図において、縦軸はＷ、横軸は全
圧力（ｔｏｒｒ）である。パラメータは混合ガスの分圧
比である。波長３０８ｎｍの発光は、混合ガスの全圧力
が５乃至１５ｔｏｒｒの範囲内において、効率よく取り
出せることが分かる。FIG. 3 shows a diameter 3c containing a luminescent material gas.
In a UV light source in which a microwave is used as an excitation means in a spherical synthetic quartz bulb of m, and a mixed gas of Xe and Cl 2 is selected as a light emitting material gas, a partial pressure ratio of the mixed gas and a half value width centered at a wavelength of 308 nm ± 3.8n
It is explanatory drawing which showed the relationship with the radiation flux of the range of m. In the figure, the vertical axis represents W, the horizontal axis represents the partial pressure ratio, and the total pressure of the mixed gas is 10 torr. It can be seen that the light emission with a wavelength of 308 nm can be efficiently extracted when the partial pressure ratio Xe / Cl 2 is in the range of 1 to 3. FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the total pressure of the mixed gas and the radiant flux in the range of half-value width ± 3.8 nm centered on the wavelength of 308 nm in the same ultraviolet light source as in FIG. In the figure, the vertical axis represents W and the horizontal axis represents total pressure (torr). The parameter is the partial pressure ratio of the mixed gas. It can be seen that the light emission with a wavelength of 308 nm can be efficiently extracted when the total pressure of the mixed gas is within the range of 5 to 15 torr.
【００１４】図５、図６には、本発明の紫外線光源を用
いた紫外線照射装置、例えばマイクロ波無電極発光装置
の概略を示す。図５は該装置を長手方向に切断した横断
面図であり、図６は図５のＶ−Ｖ線に沿った断面図であ
る。１は紫外線光源例えば無電極発光管であり、棒状の
合成石英バルブからなりその内部には２５℃基準で例え
ばＫｒおよびＣｌ2 の混合ガスが全圧力で５Ｔｏｒｒ、
分圧比Ｋｒ／Ｃｌ2 ＝５の条件で封入されている。２は
マイクロ波空胴、１０は鏡面状のアルミニウム板製の反
射ミラーであり、無電極発光管１の放射光を照射方向
（矢印Ａ方向）に集光させるよう内面が楕円又は放物線
の凹面形状となっている。またマイクロ波空胴２を形成
するための空洞壁１１が設けられている。5 and 6 schematically show an ultraviolet irradiation device using the ultraviolet light source of the present invention, for example, a microwave electrodeless light emitting device. 5 is a cross-sectional view of the device cut in the longitudinal direction, and FIG. 6 is a cross-sectional view taken along line VV of FIG. Reference numeral 1 denotes an ultraviolet light source, for example, an electrodeless arc tube, which is composed of a rod-shaped synthetic quartz bulb and has a mixed gas of Kr and Cl 2 at a total pressure of 5 Torr at 25 ° C.,
It is sealed under the condition of the partial pressure ratio Kr / Cl 2 = 5. Reference numeral 2 is a microwave cavity, and 10 is a reflection mirror made of a mirror-like aluminum plate, and the inner surface is an elliptical or parabolic concave shape so as to collect the emitted light of the electrodeless arc tube 1 in the irradiation direction (arrow A direction). Has become. Moreover, a cavity wall 11 for forming the microwave cavity 2 is provided.
【００１５】５は、マイクロ波発生手段としてのマグネ
トロンである。マグネトロン５で発生したマイクロ波電
力は、導波管６により伝播され、マイクロ波結合手段で
あるアンテナ１５によりマイクロ波空胴２に導かれる。
アンテナ１５は、無電極発光管１にマイクロ波電力を効
率よく結合するためのものであり、マイクロ波空胴２内
の無電極発光管１の長手方向に近接して波状に沿うよう
に伸びており、空洞壁１１に接続され、空洞壁１１、反
射ミラー１０に形成した通孔１６、１７を貫通して配置
される。Reference numeral 5 is a magnetron as a microwave generating means. The microwave power generated by the magnetron 5 is propagated by the waveguide 6 and guided to the microwave cavity 2 by the antenna 15 which is a microwave coupling means.
The antenna 15 is for efficiently coupling microwave power to the electrodeless arc tube 1, and extends in a wave shape in proximity to the longitudinal direction of the electrodeless arc tube 1 in the microwave cavity 2. And is connected to the cavity wall 11 and penetrates the cavity wall 11 and the through holes 16 and 17 formed in the reflection mirror 10.
【００１６】７はマイクロ波空胴２の壁の一部分を形成
すると共に発生した紫外線を通過させるメッシュであ
る。すなわち、このメッシュ７は紫外線は通過させるが
マイクロ波に対しては短絡板として働く。８は無電極発
光管１の発光により発生する熱を冷却するための送風装
置である。そして、送風装置８からのエアーを通過させ
るために、導波管６、空洞壁１１に通風孔１２，１３を
形成すると共に、反射ミラー１０にも同様な通風孔１４
を形成している。Reference numeral 7 is a mesh which forms a part of the wall of the microwave cavity 2 and allows the generated ultraviolet rays to pass therethrough. That is, this mesh 7 allows ultraviolet rays to pass therethrough, but acts as a short-circuit plate for microwaves. Reference numeral 8 is a blower for cooling the heat generated by the light emission of the electrodeless arc tube 1. Then, in order to allow the air from the air blower 8 to pass, ventilation holes 12 and 13 are formed in the waveguide 6 and the cavity wall 11, and the reflection mirror 10 also has the same ventilation holes 14 and 13.
Is formed.
【００１７】この装置では、マグネトロン５を動作させ
て、マイクロ波電力を無電極発光管１にアンテナ１５を
介して結合させると、そのマイクロ波電力が無電極発光
管１に封入したＫｒおよびＣｌ2 の混合ガスを励起し、
励起された混合ガスの基底状態へのエネルギー遷移によ
って紫外線を発生する。In this apparatus, when the magnetron 5 is operated to couple the microwave power to the electrodeless arc tube 1 through the antenna 15, the microwave power is Kr and Cl 2 enclosed in the electrodeless arc tube 1. To excite the mixed gas of
Ultraviolet rays are generated by the energy transition of the excited mixed gas to the ground state.
【００１８】このとき、発生した紫外線は四方に放射さ
れるが、無電極発光管１を楕円の凹面形状の反射ミラー
１０の焦点に予め位置させておけば、反射ミラー１０の
方向に放射した紫外線はそこで反射されて、メッシュ７
の方向に集光される。当然ながら、メッシュ７方向に放
射した紫外線はそのまま進行する。At this time, the generated ultraviolet rays are emitted in all directions. However, if the electrodeless arc tube 1 is pre-positioned at the focal point of the elliptical concave reflection mirror 10, the ultraviolet rays emitted in the direction of the reflection mirror 10 will be described. Is reflected there, mesh 7
Is focused in the direction of. Of course, the ultraviolet rays radiated in the direction of the mesh 7 proceed as they are.
【００１９】この結果、メッシュ７の前方に被処理物を
配置しておけば、乾燥、硬化等の処理が即座に行われ
る。特にメッシュ７の前面において被処理物をベルトコ
ンベア等で順次移動させれば、連続的に大量の処理が可
能となる。As a result, if the object to be processed is placed in front of the mesh 7, the processing such as drying and curing is immediately performed. In particular, if the object to be processed is sequentially moved on the front surface of the mesh 7 by a belt conveyor or the like, a large amount of processing can be continuously performed.
【００２０】ところで、物質の表面改質の一例として、
ウエハ上の不要レジスト膜を除去する酸素プラズマによ
るアッシング方法が実用化されている。しかし、酸素プ
ラズマによるアッシング方法においては、電界によって
加速された電子やイオンなどプラズマ中の荷電粒子がウ
エハと衝突して、またそのときの反応熱によって、ウエ
ハの表面が傷ついて半導体素子の電気的特性が損なわれ
るという、いわゆるプラズマダメージの問題を有してい
る。特に、半導体素子の高集積化の要請に伴って、プラ
ズマダメージによる電気的特性への影響を無視すること
はできない。By the way, as an example of surface modification of a substance,
An ashing method using oxygen plasma for removing an unnecessary resist film on a wafer has been put into practical use. However, in the ashing method using oxygen plasma, charged particles in the plasma such as electrons and ions accelerated by an electric field collide with the wafer, and the reaction heat at that time damages the surface of the wafer, resulting in electrical damage to the semiconductor device. There is a problem of so-called plasma damage that the characteristics are impaired. Particularly, with the demand for higher integration of semiconductor devices, the influence of plasma damage on electrical characteristics cannot be ignored.
【００２１】最近において、半導体素子を傷つけないで
レジスト膜を除去するアッシング方法として、紫外線ラ
ンプから放射される紫外線を利用した光アッシング方法
が提案されている（例えば、日立評論、ｖｏｌ．７１，
ｎｏ．５，ｐ３９−４５，１９８９．５）。この光アッ
シング方法は、レジスト膜が形成されたウエハを処理室
内に配置し、この処理室内にオゾンを導入し、ウエハ上
のレジスト膜に、紫外線ランプからの紫外線を照射する
ことにより行われる。Recently, as an ashing method for removing the resist film without damaging the semiconductor element, an optical ashing method utilizing ultraviolet rays emitted from an ultraviolet lamp has been proposed (for example, Hitachi Review, vol.
no. 5, p39-45, 1989.5). This optical ashing method is performed by placing a wafer having a resist film formed therein in a processing chamber, introducing ozone into the processing chamber, and irradiating the resist film on the wafer with ultraviolet rays from an ultraviolet lamp.
【００２２】アッシングは、オゾンが紫外線によって分
解して生成した活性化酸素が、レジスト膜と接触して反
応することにより進行する。従ってアッシングの速さ
は、ウエハ表面の活性化酸素の数に依存すると考えられ
ている。紫外線ランプに従来の低圧水銀ランプを使用し
た場合と、本発明による紫外線光源（２５℃基準でＫｒ
およびＣｌ2 の混合ガスを全圧力で５Ｔｏｒｒ、分圧比
Ｋｒ／Ｃｌ2 ＝５の条件で直径３ｃｍの合成石英バルブ
に封入しマイクロ波で励起）を使用した場合において、
ウエハ表面近傍の活性化酸素の数を比較してみた。低圧
水銀ランプと、本発明の光強度比を１０／１、処理室内
のオゾンの存在する空間の厚みを５ｍｍ、オゾンの濃度
を７体積％として、各光源の波長に応じたオゾンの光吸
収係数を考慮して計算すると、低圧水銀ランプを使用し
た場合と、本発明による紫外線光源を使用した場合に生
成するウエハ表面近傍の活性化酸素の数の比は、１／１
０となった。すなわち、本発明の光源は、低圧水銀ラン
プの１／１０の光強度で、１０倍の活性化酸素を得るこ
とが可能であり、アッシング処理時間の短縮が期待でき
る。Ashing proceeds when activated oxygen generated by decomposition of ozone by ultraviolet rays comes into contact with the resist film and reacts therewith. Therefore, it is considered that the ashing speed depends on the number of activated oxygen on the wafer surface. When the conventional low-pressure mercury lamp is used as the ultraviolet lamp, the ultraviolet light source according to the present invention (Kr at 25 ° C. standard)
And a mixed gas of Cl 2 at a total pressure of 5 Torr and a partial pressure ratio of Kr / Cl 2 = 5 and enclosed in a synthetic quartz valve having a diameter of 3 cm and excited by microwaves)
The number of activated oxygen near the wafer surface was compared. With a low-pressure mercury lamp, the light intensity ratio of the present invention is 10/1, the thickness of the ozone-containing space in the processing chamber is 5 mm, and the ozone concentration is 7% by volume, the light absorption coefficient of ozone according to the wavelength of each light source. In consideration of the above, the ratio of the number of activated oxygen in the vicinity of the wafer surface generated when the low pressure mercury lamp is used and when the ultraviolet light source according to the present invention is used is 1/1.
It became 0. That is, the light source of the present invention can obtain 10 times as much activated oxygen with a light intensity that is 1/10 that of a low-pressure mercury lamp, and can be expected to shorten the ashing processing time.
【００２３】[0023]
【発明の効果】以上説明したように、本発明による紫外
線光源とそれを用いた紫外線照射装置では、無電極発光
管に、発光させた場合の分光分布において波長４００ｎ
ｍ以上には放射分布がないＸｅおよびＣｌ2 の混合ガ
ス、あるいはＫｒおよびＣｌ2 の混合ガスを最適なガス
条件で封入しているので、コールドミラーを用いること
なく、無電極発光管から出射される光によって耐熱性の
低い被処理物に熱的な変形等の損傷を与えない。また通
常封入する各ガスの組合せにおいて、最適動作を実現す
る全圧力、分圧比という封入条件が得られているので、
効率よく紫外線を取り出すことができる。さらに発光材
料ガスにフッ素ガスを含まないので、発光材料ガスを封
入し紫外線を取りだす例えば合成石英製のバルブ内壁に
反応生成物が生成されない。よってバルブ内壁において
紫外線が減光せず、紫外線の取り出し効率が減少しな
い。そして励起手段から入力されるエネルギーが材料ガ
スの励起反応に主として使用され、所望の紫外線が効率
よく発光する。またサファイヤに比較して安価で加工性
に富む合成石英が、放電管材料として使用可能となる。As described above, in the ultraviolet light source and the ultraviolet irradiation apparatus using the same according to the present invention, the electrodeless arc tube emits light having a wavelength of 400 n in the spectral distribution.
Since a mixed gas of Xe and Cl 2 or a mixed gas of Kr and Cl 2 having no radiation distribution above m is filled under the optimum gas condition, the light is emitted from the electrodeless arc tube without using a cold mirror. Do not give damage such as thermal deformation to the object having low heat resistance due to the light. Also, in the combination of each gas that is normally filled, the filling conditions such as total pressure and partial pressure ratio that achieve optimal operation have been obtained.
Ultraviolet rays can be extracted efficiently. Further, since the luminescent material gas does not contain fluorine gas, no reaction product is generated on the inner wall of the bulb made of synthetic quartz, for example, which encloses the luminescent material gas and takes out ultraviolet rays. Therefore, the ultraviolet rays are not dimmed on the inner wall of the bulb, and the extraction efficiency of the ultraviolet rays does not decrease. The energy input from the excitation means is mainly used for the excitation reaction of the material gas, and the desired ultraviolet light efficiently emits light. Also, synthetic quartz, which is cheaper and more workable than sapphire, can be used as a discharge tube material.
【図１】本発明の紫外線光源で発光材料ガスとしてＫｒ
およびＣｌ2 の混合ガスを選択した場合において、混合
ガスの分圧比と波長２２２ｎｍを中心とした半値幅±３
ｎｍの範囲の光の放射束との関係を示したデータの説明
図である。FIG. 1 shows Kr as a light emitting material gas in the ultraviolet light source of the present invention.
And a mixed gas of Cl 2 are selected, the partial pressure ratio of the mixed gas and the half value width ± 3 around the wavelength of 222 nm
It is explanatory drawing of the data which showed the relationship with the radiation flux of the light of the range of nm.
【図２】本発明の紫外線光源で発光材料ガスとしてＫｒ
およびＣｌ2 の混合ガスを選択した場合において、混合
ガスの全圧力と波長２２２ｎｍを中心とした半値幅±３
ｎｍの範囲の光の放射束との関係を示したデータの説明
図である。FIG. 2 shows Kr as a light emitting material gas in the ultraviolet light source of the present invention.
And a mixed gas of Cl 2 are selected, the full pressure of the mixed gas and the half value width ± 3 around the wavelength of 222 nm
It is explanatory drawing of the data which showed the relationship with the radiation flux of the light of the range of nm.
【図３】本発明の紫外線光源で発光材料ガスとしてＸｅ
およびＣｌ2 の混合ガスを選択した場合において、混合
ガスの分圧比と波長３０８ｎｍを中心とした半値幅±
３．８ｎｍの範囲の光の放射束との関係を示したデータ
の説明図である。FIG. 3 shows Xe as a light emitting material gas in the ultraviolet light source of the present invention.
And a mixed gas of Cl 2 are selected, the partial pressure ratio of the mixed gas and the half width ± 308 nm centering
It is explanatory drawing of the data which showed the relationship with the radiation flux of the light of the range of 3.8 nm.
【図４】本発明の紫外線光源で発光材料ガスとしてＸｅ
およびＣｌ2 の混合ガスを選択した場合において、混合
ガスの全圧力と波長３０８ｎｍを中心とした半値幅±
３．８ｎｍの範囲の光の放射束との関係を示したデータ
の説明図である。FIG. 4 shows Xe as a luminescent material gas in the ultraviolet light source of the present invention.
When a mixed gas of Cl and Cl 2 is selected, the full pressure of the mixed gas and the half-width ± about the wavelength of 308 nm ±
It is explanatory drawing of the data which showed the relationship with the radiation flux of the light of the range of 3.8 nm.
【図５】本発明の紫外線光源を用いたマイクロ波無電極
発光装置の概略を示し、長手方向に切断した横断面図で
ある。FIG. 5 is a transverse cross-sectional view schematically showing a microwave electrodeless light emitting device using the ultraviolet light source of the present invention and cut in the longitudinal direction.
【図６】図５のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。6 is a cross-sectional view taken along the line VV of FIG.
【図７】合成石英バルブにＫｒおよびＣｌ2 の混合ガス
を封入してマイクロ波で励起して発光させた場合の分光
分布を示した説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a spectral distribution when a synthetic quartz bulb is filled with a mixed gas of Kr and Cl 2 and excited by microwaves to emit light.
【図８】合成石英バルブにＸｅおよびＣｌ2 の混合ガス
を封入してマイクロ波で励起して発光させた場合の分光
分布を示した説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a spectral distribution when a synthetic quartz bulb is filled with a mixed gas of Xe and Cl 2 and excited by microwaves to emit light.
【図９】従来のマイクロ波無電極発光装置の概略を示
し、長手方向に切断した横断面図である。FIG. 9 is a transverse cross-sectional view schematically showing a conventional microwave electrodeless light emitting device and cut in the longitudinal direction.
【図１０】図９のＩ−Ｉ線に沿った断面図である。10 is a cross-sectional view taken along the line I-I of FIG.
１ 無電極発光管 ２ マイクロ波空胴 ３ 反射壁 ４ スロット ５ マグネトロン ６ 導波管 ７ メッシュ ８ 送風装置 ９ 通風孔 １０ 反射ミラー １１ 空胴壁 １２、１３、１４ エアー通過用の通風孔 １５ アンテナ １６、１７ アンテナ挿通用の通孔 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrodeless luminous tube 2 Microwave cavity 3 Reflection wall 4 Slot 5 Magnetron 6 Waveguide 7 Mesh 8 Air blower 9 Vent hole 10 Reflection mirror 11 Vacancy wall 12, 13, 14 Vent hole for air passage 15 Antenna 16 , 17 Through hole for antenna insertion
Claims (8)
合ガスを封入し、励起手段を用いて前記混合ガスを発光
させて紫外線を取り出す紫外線光源において、前記混合
ガスの分圧比キセノン／塩素が１乃至３の範囲内にある
ことを特徴とする紫外線光源。1. An ultraviolet light source in which a mixed gas composed of xenon and chlorine is enclosed in a bulb, and the mixed gas is made to emit light by using an exciting means to extract ultraviolet rays. The partial pressure ratio xenon / chlorine of the mixed gas is 1 to 1 An ultraviolet light source characterized by being within the range of 3.
１５ｔｏｒｒ（２５℃基準）の範囲内にあることを特徴
とする請求項１記載の紫外線光源。2. The ultraviolet light source according to claim 1, wherein the total pressure of the mixed gas according to claim 1 is in the range of 5 to 15 torr (25 ° C. standard).
混合ガスを封入し、励起手段を用いて前記混合ガスを発
光させて紫外線を取り出す紫外線光源において、前記混
合ガスの分圧比クリプトン／塩素が３乃至７の範囲内に
あることを特徴とする紫外線光源。3. An ultraviolet light source in which a mixed gas consisting of krypton and chlorine is enclosed in a bulb and the mixed gas is made to emit light by using an exciting means to extract ultraviolet rays. The partial pressure ratio of the mixed gas is 3 to krypton / chlorine. An ultraviolet light source characterized by being in the range of 7.
乃至１５ｔｏｒｒ（２５℃基準）の範囲内にあることを
特徴とする請求項３記載の紫外線光源。4. The total pressure of the mixed gas according to claim 3 is 7.5.
The ultraviolet light source according to claim 3, wherein the ultraviolet light source is in a range of 15 torr (25 ° C standard).
マイクロ波であることを特徴とする請求項１から４に記
載の紫外線光源。5. The ultraviolet light source according to claim 1, wherein no electrode is arranged in the bulb and the exciting means is a microwave.
と、 該光源から発生する紫外線を本来の照射方向に反射させ
るミラーと、 マイクロ波発生手段と、 該マイクロ波発生手段で発生したマイクロ波を該光源に
結合する結合手段と、 該光源に冷却用エアーを送る送風手段とを具備する紫外
線照射装置。6. The ultraviolet light source according to claim 5, a cavity wall forming a microwave cavity in which the light source is arranged, a mirror for reflecting the ultraviolet light generated from the light source in the original irradiation direction, An ultraviolet irradiation device comprising: microwave generation means, coupling means for coupling the microwave generated by the microwave generation means to the light source, and blowing means for sending cooling air to the light source.
イクロ波発生手段と結合手段の間に導波管を付加してな
る請求項６に記載の紫外線照射装置。7. The ultraviolet irradiation device according to claim 6, wherein the coupling means is composed of an antenna, and a waveguide is added between the microwave generation means and the coupling means.
置を用いて物質表面の改質を行うことを特徴とする物質
表面改質方法。8. A method for modifying the surface of a substance, which comprises modifying the surface of the substance by using the ultraviolet irradiation device according to claim 6.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000162397A (en) * | 1998-11-30 | 2000-06-16 | Iwasaki Electric Co Ltd | Ultraviolet curing device |
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