JPH0922889A - 基板処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 紫外線ランプを消灯させることなく、適量の
紫外線エネルギーを基板に与えることができる基板処理
装置を提供する。 【構成】 基板３を支持するステージ部２が昇降自在と
なっており、このステージ部２を上昇させることで、紫
外線が実質的に到達する紫外線到達領域ＵＲ内に基板３
が位置決めされ、これによって基板３への紫外線照射が
行われる。また、所定量の紫外線エネルギーが基板３に
与えられると、ステージ部２が降下し、基板３が紫外線
到達領域ＵＲの外に退避される。このように、誘電体バ
リア放電ランプ９の点灯・消灯によらず、基板３を紫外
線到達領域ＵＲとそれ以外の領域との間で移動させるこ
とで、基板３への紫外線の照射が制御されて適量の紫外
線エネルギーが基板に与えらえる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、半導体製造装置や液
晶製造装置などにおいて、半導体ウエハ，液晶用基板や
各種ワークなどの被処理物（以下、「基板」と総称す
る）に対し紫外線を照射してオゾンを発生させ、基板表
面上の有機物を分解させたり、基板表面を親水化させて
後段の洗浄工程における水洗効果を高めたりするために
使用される基板処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板の表面に紫外線を照射してオゾンを
発生させることにより、基板表面上の有機物を分解させ
たり、基板表面を親水化させて後段の洗浄工程における
水洗効果を高めたりするために使用される基板処理装置
は、種々の型式のものが知られており、液晶製造装置の
フォトリソ工程などにおいて用いられている。この種の
基板処理装置は、具体的には、基板を支持するチャック
の上方位置に低圧水銀ランプを配設しており、チャック
に搭載された基板表面に低圧水銀ランプからの紫外線
を、装置のタクトタイムに等しい所定時間ｔ１（図７）
だけ照射することにより、適量の紫外線エネルギー（図
７の斜線部分Ｒ1 の面積に相当）を基板に与えるように
構成されている。なお、同図において、横軸は処理開始
からの経過時刻を示すとともに、縦軸は基板表面におけ
る紫外線照度を示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の基板
処理装置では、低圧水銀ランプと基板との距離は一定に
保たれており、しかも低圧水銀ランプの出力は、定常的
な点灯状態では短期的にはほぼ一定である。したがっ
て、基板処理工程のタクトが変化して基板処理装置内に
基板が載置される時間が長くなると、基板に作用する紫
外線エネルギーが必要以上に多くなってしまう。例え
ば、タクトタイムが時間ｔ１から時間ｔ２（＞ｔ１）に
なると、斜線部分Ｒ2 の面積に相当する量の紫外線エネ
ルギーが過剰に基板に与えられてしまう。その結果、基
板が白濁してしまうなどのダメージを受けることがあ
る。

【０００４】これを解消するためには、基板に必要量の
紫外線エネルギーが与えられた時点（時間ｔ１）で低圧
水銀ランプを消灯させることが考えられるが、低圧水銀
ランプは一旦消灯されると、図８に示すように、次に低
圧水銀ランプを時刻Ｔ3で点灯させてからランプ出力が
１００％に達し、定常状態で安定するまでに長時間Δｔ
を要する。そのため、低圧水銀ランプの点灯・消灯によ
り処理工程全体のタクトが長くなったり、処理が不安定
になるという欠点がある。なお、同図において、横軸は
ランプ点灯からの経過時刻を示すとともに、縦軸はラン
プ出力（相対値）を示している。

【０００５】この発明は、上記の問題を解決するために
なされたものであり、紫外線ランプを消灯させることな
く、適量の紫外線エネルギーを基板に与えることができ
る基板処理装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、所定
量の紫外線エネルギーを基板に与える基板処理装置であ
って、上記目的を達成するため、基板を支持する支持手
段と、前記支持手段に支持された基板に対向して配置さ
れ、当該基板に向けて紫外線を出射する紫外線ランプ
と、前記支持手段と前記紫外線ランプとを相対移動させ
ることにより、前記基板の前記紫外線ランプに対する距
離を変化させる駆動手段と、前記駆動手段を制御して、
前記紫外線ランプからの紫外線が実質的に到達する紫外
線到達領域内に基板を位置決めし、前記所定量の紫外線
エネルギーが当該基板に与えられると、前記駆動手段を
駆動させて当該基板を前記紫外線到達領域の外に退避さ
せる制御手段と、を備えている。

【０００７】請求項２の発明は、前記支持手段に支持さ
れた基板への紫外線照射を空気雰囲気で行い、しかも前
記紫外線ランプとして波長１６０ｎｍないし１９０ｎｍ
の紫外線を出射する紫外線ランプを用いている。

【０００８】請求項３の発明は、前記紫外線ランプとし
て誘電体バリア放電ランプを用いている。

【０００９】

【作用】請求項１の発明は、紫外線ランプから出射され
た紫外線が到達する範囲（紫外線到達領域）が、基板周
囲の雰囲気に応じて変化し、紫外線の波長と雰囲気を適
切に組合せることで紫外線到達領域を数ｍｍないし数百
ｍｍに設定可能であることを利用している。この発明で
は、紫外線が実質的に到達する紫外線到達領域内に基板
が位置決めされ、これによって基板への紫外線照射が行
われる。また、所定量の紫外線エネルギーが基板に与え
られると、基板は紫外線到達領域の外に退避される。こ
のように、紫外線ランプの点灯・消灯によらず、基板を
紫外線到達領域とそれ以外の領域との間で相対移動させ
ることで、基板への紫外線の照射および非照射が制御さ
れて適量の紫外線エネルギーが基板に与えられる。

【００１０】請求項２の発明では、基板への紫外線照射
が空気雰囲気で行われる。この空気雰囲気では、波長１
６０ｎｍの紫外線の到達距離はゼロとなり、紫外線到達
領域が実質上存在しなくなる。そして、波長が１６０ｎ
ｍよりも長くなるにしたがって到達距離は伸びて紫外線
到達領域が存在する。しかしながら、波長１９０ｎｍ以
上では、紫外線の到達距離はほぼ無限大となるため、基
板を紫外線ランプから離隔しても紫外線到達領域の外に
退避させることができない。したがって、空気雰囲気で
は、波長１６０ｎｍないし１９０ｎｍの紫外線ランプを
用いる必要がある。

【００１１】請求項３の発明では、紫外線ランプとして
誘電体バリア放電ランプが用いられる。この誘電体バリ
ア放電ランプから出射される紫外線の中心波長は１７２
ｎｍであり、空気雰囲気での到達距離は約１０ｍｍであ
り、この紫外線到達領域の内外に基板が位置決めされて
基板への紫外線の照射および非照射が制御される。

【００１２】

【実施例】図１はこの発明にかかる基板処理装置の一実
施例を示す平面図であり、図２はこの実施例の断面図で
ある。この基板処理装置では、図２に示すように、基板
ボックス１には、複数の支持ピン２ｂが昇降自在に設け
られている。この支持ピン２ｂは基板ボックス１外に設
けられたステージ２ａの上面から上方向に突設され、こ
れら複数の支持ピン２ｂとステージ２ａとでステージ部
２を構成しており、複数の支持ピン２ｂにより基板３を
支持している。このように、この実施例では、ステージ
部２が支持手段として機能する。

【００１３】このステージ部２にはステージ昇降機構２
１が連結されてステージ昇降部２２からの指令に応じて
昇降駆動されて、基板３を昇降方向（上下方向）に位置
決めする。なお、ステージ部２の昇降タイミングについ
ては、後で詳述する。

【００１４】また、この基板ボックス１の側面部には、
基板３を出し入れするための開口１９が形成され、また
その上面部には、支持ピン２ｂにより支持される基板３
よりも大きなサイズの開口４が設けられている。

【００１５】そして、この開口４とほぼ同一サイズの開
口５を底面部に有するランプボックス６が、両開口４，
５が対向するようにして、基板ボックス１の上に配置さ
れている。また、この開口５を塞ぐように、ランプボッ
クス６内に石英板７が配置され、ランプボックス６側で
ランプ空間ＳＰLが形成されるとともに、基板ボックス
１側で基板処理空間ＳＰTが形成される。さらに、この
石英板７の上方位置に８本の誘電体バリア放電ランプ９
が一列に整列配置されている。したがって、ランプ電源
１０から電力が送電されると、電源中継ボックス１１を
介して誘電体バリア放電ランプ９に与えられて誘電体バ
リア放電ランプ９が点灯する。この誘電体バリア放電ラ
ンプ９はエキシマ発光を利用して紫外線を出射するもの
で、これにより、誘電体バリア放電ランプ９からの紫外
線が石英板７を介して支持ピン２ｂに支持された基板３
側に向けて出射される。

【００１６】このランプボックス６内には、ランプボッ
クス６の上面と誘電体バリア放電ランプ９との間に反射
板１２が配置されており、誘電体バリア放電ランプ９か
ら紫外線を効率良く基板３側に導く。また、図２に示す
ように、ランプボックス６の左側部には窒素ガスの導入
口１３が設けられており、図示を省略する窒素ガス供給
部からの窒素ガスをランプボックス６と石英板７とで形
成されるランプ空間ＳＰLに導入可能となっている。一
方、ランプボックス６の右側部には窒素ガスの排気口１
４が設けられており、この排気口１４と連結された排気
システムや排気ポンプなどの排気手段（図示省略）によ
りランプ空間ＳＰLから外部に排気されるように構成さ
れている。したがって、ランプ空間ＳＰL内では、誘電
体バリア放電ランプ９から出射される紫外線の吸収減衰
の主原因となる酸素が排除されるとともに、当該紫外線
の減衰に影響を及ぼさない窒素ガスが充満され、その結
果、誘電体バリア放電ランプ９からの紫外線を効率良く
基板３側に出射することができる。なお、この実施例で
はランプ空間ＳＰLを形成するために、石英板７を用い
ているが、紫外線を透過する板材であればよく、石英板
に限定されるものではない。ただし、紫外線の減衰がで
きるかぎり少ないものが望ましい。

【００１７】一方、基板ボックス１側では、上記のよう
に基板ボックス１と石英板７とで基板処理空間ＳＰTが
形成されており、空気雰囲気で誘電体バリア放電ランプ
９からの紫外線が基板３に向けて照射されて所定の基板
処理を行うことができるようになっている。この基板処
理空間ＳＰTには、排気システムや排気ポンプなどの排
気手段（図示省略）が接続されており、基板処理空間Ｓ
ＰTで発生するオゾンや基板処理に生じたガスなどを排
出可能となっている。また、この基板処理空間ＳＰT内
では、図１に示すように、基板３と干渉しない位置に照
度計１５が配置されて石英板７を介して基板３側に照射
される紫外線を受光し、基板３への紫外線照度を測定す
る。この照度計１５は照度調整部１６と電気的に接続さ
れ、照度計１５により測定された照度が照度調整部１６
に与えられる。

【００１８】この照度調整部１６では、照度計１５から
与えられた照度の変化に基づきステージ部２の昇降タイ
ミングを求める。なお、そのタイミングについては、後
で詳述する。

【００１９】この照度調整部１６は装置全体を制御する
制御部１７と電気的に接続されており、上記のようにし
て求められた昇降タイミングに関する信号が制御部１７
に与えられる。そして、この信号を受けて制御部１７
は、ステージ昇降部２２に指令を与えて後述するタイミ
ングでステージ部２を昇降させる。また、制御部１７は
誘電体バリア放電ランプ９の点灯・消灯を切り替える切
替手段として機能するランプ電源調整部１８を介してラ
ンプ電源１０から誘電体バリア放電ランプ９への電力供
給を制御し、誘電体バリア放電ランプ９のＯＮ・ＯＦＦ
を制御する。

【００２０】次に、上記のように構成された基板処理装
置の動作について図３を参照しながら説明する。

【００２１】まず、装置の起動時に、制御部１７からの
指令に応じてランプ電源１０から誘電体バリア放電ラン
プ９に電力が供給されて誘電体バリア放電ランプ９が点
灯する。この実施例では、このように紫外線ランプとし
て誘電体バリア放電ランプ９を用いているので、誘電体
バリア放電ランプ９から出射される紫外線の中心波長は
１７２ｎｍであり、しかも基板３の周辺の雰囲気は空気
であるため、誘電体バリア放電ランプ９からの紫外線が
実質的に到達する紫外線到達領域ＵＲは、図３に示すよ
うに、石英板７から下方向に長さＤの範囲に限られる。
その理由について図４を参照しながら説明する。

【００２２】図４は、空気雰囲気での波長に対する紫外
線の到達距離を示すグラフである。同図からわかるよう
に、空気雰囲気では、波長１６０ｎｍの紫外線の到達距
離はゼロとなり（Ｄ＝０）、紫外線到達領域が実質上存
在しなくなる。そして、波長が１６０ｎｍよりも長くな
るにしたがって到達距離は伸びて紫外線到達領域が存在
する（Ｄ＞０）。さらに、波長が長くなり、波長１９０
ｎｍとなると、紫外線の到達距離はほぼ無限大となる。
ここで、実施例の誘電体バリア放電ランプ９から出射さ
れる紫外線についてみると、その中心波長は１７２ｎｍ
であるため、紫外線到達距離は１０ｍｍ程度、つまりＤ
＝１０ｍｍとなる。したがって、この実施例では、石英
板７から下方向に紫外線到達距離Ｄ＝１０ｍｍの紫外線
到達領域ＵＲ（図３の点線領域）が形成されている。

【００２３】図３に戻って基板処理装置の動作の説明を
続ける。この実施例では、予めステージ部２を降下させ
て紫外線到達領域ＵＲから退避させておき（同図
(a)）、処理すべき基板３を基板搬入搬出口１９（図
１）を介して基板処理空間ＳＰT内に搬入し、支持ピン
２ｂ上に載置した後、制御部１７からの処理開始指令に
応じてステージ昇降部２２がステージ昇降機構２１を駆
動してステージ部２を上昇させて基板３を紫外線到達領
域ＵＲ内に位置決めする（同図(b)）。これにより、誘
電体バリア放電ランプ９からの紫外線が基板３に照射さ
れて基板処理が実行される。

【００２４】そして、一定時間（照射時間ｔ1）が経過
して基板３に必要量の紫外線エネルギーが与えられた時
点で、制御部１７からステージ昇降部２２に指令が与え
れ、これに応じてステージ昇降部２２がステージ昇降機
構２１を駆動してステージ部２を降下させて基板３を紫
外線到達領域ＵＲの外に退避する（同図(a)）。これに
より、基板３に紫外線が届かなくなり、誘電体バリア放
電ランプ９を消灯したのと同様の効果が得られる。な
お、基板３を紫外線到達領域ＵＲから退避させるタイミ
ングは予め制御部１７のメモリ（図示省略）に記憶して
おき、照度調整部１６からの信号に基づき基板３での照
度が変化したときのみ、そのタイミングを修正する。

【００２５】こうして適量の紫外線エネルギーが与えら
れて所定の基板処理が完了すると、基板搬入搬出口１９
（図１）を介して装置外部に搬出する。なお、誘電体バ
リア放電ランプ９は、装置が起動した後は点灯したまま
とされ、例えば１ロットの基板の処理が終了して装置が
停止されるまで、消灯されることはない。

【００２６】以上のように、この実施例によれば、ステ
ージ部２を上昇させて基板３を紫外線到達領域ＵＲ内に
位置決めし、基板３に紫外線を照射する一方、適当な時
間が経過すると、ステージ部２を降下させて基板３を紫
外線到達領域ＵＲから退避させているので、誘電体バリ
ア放電ランプ９を消灯させることなく、所定量の紫外線
エネルギーを基板３に与えることができる。もちろん、
タクトタイムが変化したとしても、基板３への紫外線エ
ネルギーが所定量となった時点でステージ部２を降下さ
せて基板３を紫外線到達領域ＵＲから退避させるので、
タクトタイムの変化にかかわらず基板３に与えられる紫
外線エネルギーを所定量に調整することができる。

【００２７】また、上記実施例では、照度計１５を設
け、支持ピン２ｂにより支持される基板３の表面での照
度を測定し、照度調整部１６に与えて、その照度の変化
に基づき基板３を紫外線到達領域ＵＲから退避させるタ
イミングを修正している。例えば、長時間使用による経
時変化により誘電体バリア放電ランプ９のランプ出力が
低下すると、基板３の表面での紫外線照度が低下する。
このように照度が低下したまま、変化前と同一時間ｔ1
だけ基板３を紫外線到達領域ＵＲ内に位置させていたの
では基板３に与えられる紫外線エネルギーが所定量以下
になってしまう。そこで、この実施例では、照度調整部
１６で変化後の照度に対応して基板３を紫外線到達領域
ＵＲ内に位置させておく時間を求め、基板３を紫外線到
達領域ＵＲ内に位置させた後、この時間が経過したと
き、ステージ部２を降下させて基板３を紫外線到達領域
ＵＲから退避させているので、基板３の表面に与えられ
る紫外線エネルギーは変化前と同一となる。したがっ
て、誘電体バリア放電ランプ９の経時変化などによりラ
ンプ出力が変化した場合であっても、自動的にステージ
部２を降下させるタイミングが修正されて、常に適量の
紫外線エネルギーを基板に与えることができる。

【００２８】図５は、この発明にかかる基板処理装置の
他の実施例を示す断面図である。この基板処理装置が先
に説明した実施例（図２）と大きく相違する点は、照度
調整部１６での処理内容が異なる点と、照度調整部１６
での処理結果に応じて誘電体バリア放電ランプ９に与え
る電力を変更して誘電体バリア放電ランプ９のランプ出
力を調整するランプ調光部２０がさらに設けられている
点であり、その他の構成は同一である。

【００２９】この実施例における照度調整部１６では、
照度計１５により測定された照度の変化が検出される。
例えば、誘電体バリア放電ランプ９を長時間使用する
と、上記のように経時変化などにより、そのランプ出力
が低下し、基板３の表面での照度が低下する。したがっ
て、この状態のまま変化前と同一時間ｔ1だけ基板３を
紫外線到達領域ＵＲ内に位置させて紫外線照射を行う
と、基板３に与えられる紫外線エネルギーが所定量以下
になってしまう。この場合、誘電体バリア放電ランプ９
に与える電力を適切に増加させることで誘電体バリア放
電ランプ９のランプ出力を元に戻すことができる。そこ
で、この実施例では、変化前の照度で基板３に紫外線を
照射するために誘電体バリア放電ランプに与えるべき電
力の変化量を求めている。そして、こうして求められた
変化量に関する信号が制御部１７に与えられ、さらに制
御部１７からの指令に基づきランプ調光部２０がランプ
電源１０を制御して誘電体バリア放電ランプ９に与えら
れる電力がその変化量だけ増加される。こうして誘電体
バリア放電ランプ９からのランプ出力が調整されて基板
３での照度が一定に維持されて、常に適量の紫外線エネ
ルギーが基板に与えられる。

【００３０】このように、この実施例では、経時変化な
どにより誘電体バリア放電ランプ９のランプ出力が低下
したとき、誘電体バリア放電ランプ９に与える電力を増
加させてランプ出力を元に戻すようにしているので、誘
電体バリア放電ランプ９の使用開始の当初においては、
誘電体バリア放電ランプ９が最大能力よりも低い能力を
発揮するように予め誘電体バリア放電ランプ９に供給す
る電力を低く設定ある。

【００３１】なお、上記実施例では、照度計１５および
照度調整部１６を設け、誘電体バリア放電ランプ９の経
時変化などによりランプ出力が変化した場合であって
も、自動的にランプ出力あるいは紫外線到達領域ＵＲ内
に基板３を位置させておく時間を補正して、常に適量の
紫外線エネルギーを基板に与えることができるように構
成しているが、誘電体バリア放電ランプ９の経時変化な
どを考慮する必要性がない、あるいは少ない場合には、
これらの構成は省略してもよい。また、照度計１５は、
ランプボックス６内に設けてもよく、あるいは基板３と
同様に紫外線到達領域ＵＲの内外を出入りするよう設け
ても良い。

【００３２】また、上記実施例では、基板３を空気雰囲
気におき、紫外線ランプとして中心波長１７２ｎｍの誘
電体バリア放電ランプ９を用いているが、これ以外の紫
外線ランプを用いてもよい。特に、低圧水銀ランプのよ
うに短時間での点灯・消灯の繰り返しには適さないラン
プであっても、適量の紫外線エネルギーを基板に与える
ことができる。ただし、紫外線の中心波長がかわると、
図４からわかるように、紫外線到達距離が異なり、ステ
ージ部２の昇降距離を変更する必要がある。また、波長
と紫外線到達距離との関係は基板処理空間ＳＰL内の雰
囲気により大きく異なり、各種雰囲気中におけるこの関
係を図６に示す。窒素ガス（Ｎ2）や水素ガス（Ｈ2）雰
囲気では、１００ｎｍ以下の波長で上記実施例（空気雰
囲気）と同様の減衰が始まる。また、オゾン（Ｏ3）雰
囲気では２００ｎｍないし３００ｎｍで同様の減衰が始
まる。さらに、ヘリウム（Ｈｅ）雰囲気、ネオン（Ｎ
ｅ）雰囲気およびアルゴン（Ａｒ）雰囲気では、それぞ
れ５８．４ｎｍ以下、７４．３ｎｍ以下および１０６．
６ｎｍ以下で同様の減衰が始まる。したがって、雰囲気
と紫外線の波長とを総合的に判断して紫外線ランプを選
択する必要がある。

【００３３】さらに、上記実施例では、８本の誘電体バ
リア放電ランプ９により基板３に紫外線を照射するよう
にしているが、誘電体バリア放電ランプ９の本数は任意
であり、１本あるいは複数であってもよい。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、紫外
線ランプからの紫外線が実質的に到達する紫外線到達領
域に基板を位置決めすることで基板に紫外線を照射し、
所定量の紫外線エネルギーが当該基板に与えられた時点
で当該基板を紫外線到達領域の外に退避させるように構
成しているので、紫外線ランプを消灯させることなく、
適量の紫外線エネルギーを基板に与えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明にかかる基板処理装置の一実施例を示
す平面図である。

【図２】図１の基板処理装置の断面図である。

【図３】図１の基板処理装置の動作を示す断面図であ
る。

【図４】空気雰囲気での波長に対する紫外線の到達距離
を示すグラフである。

【図５】この発明にかかる基板処理装置の他の実施例を
示す断面図である。

【図６】種々の雰囲気での波長に対する紫外線の到達距
離を示すグラフである。

【図７】従来の基板処理装置の動作を示す図である。

【図８】低圧水銀ランプのランプ出力特性を示すグラフ
である。

【符号の説明】 ２ ステージ部（支持手段） ２ａ ステージ ２ｂ 支持ピン ３ 基板 ９ 誘電体バリア放電ランプ １７ 制御部 ２１ ステージ昇降機構 ２２ ステージ昇降部 ＵＲ 紫外線到達領域

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定量の紫外線エネルギーを基板に与え
   る基板処理装置であって、 基板を支持する支持手段と、 前記支持手段に支持された基板に対向して配置され、当
   該基板に向けて紫外線を出射する紫外線ランプと、 前記支持手段と前記紫外線ランプとを相対移動させるこ
   とにより前記基板の前記紫外線ランプに対する距離を変
   化させる駆動手段と、 前記駆動手段を制御して、前記紫外線ランプからの紫外
   線が実質的に到達する紫外線到達領域内に基板を位置決
   めし、前記所定量の紫外線エネルギーが当該基板に与え
   られると、前記駆動手段を駆動させて当該基板を前記紫
   外線到達領域の外に退避させる制御手段と、を備えたこ
   とを特徴とする基板処理装置。
2. 【請求項２】 前記支持手段に支持された基板への紫外
   線照射を空気雰囲気で行い、しかも前記紫外線ランプか
   ら出射される紫外線の波長が１６０ｎｍないし１９０ｎ
   ｍである請求項１記載の基板処理装置。
3. 【請求項３】 前記紫外線ランプが誘電体バリア放電ラ
   ンプである請求項２記載の基板処理装置。