TW201006576A - Method for treatment of surfaces, emitter for this method and irradiation system with this emitter - Google Patents

Description

201006576 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種藉助於紫外線（UV)或真空紫外線 (VUV)輻射來處理表面的方法。即，使用150奈米至350奈 米（UV)或150奈米至200奈米（VUV)之範圍的電磁輻射來處 理表面，例如，淨化、改性及/或活化該表面。例如，以本 發明的方法來處理表面時，在製造液晶顯示器（LCD)時須將 玻璃表面上的有機污染物去除，或將半導體製程中例如晶 φ 圓和其它基板上的光漆去除或使表面的沾濕性獲得改良。 上述方法另外使用一種輻射器，其發出UV/VUV光譜 範圍中的電磁輻射。介電質阻障式放電燈特別適用於此 處，其是一種特別有效的UV/VUV-輻射器，特別是當其以 US 5 604 4 1 0中所述的脈波式操作方法來操作時》 【先前技術】 文件WO 03/098653中揭示一種介電質阻障式放電燈， 其在真空室中可用於藉由UV/VUV-輻射來進行的處理方法 Φ 中，例如，可用於表面淨化和活化、光分解、臭氧產生、 飲水淨化、金屬化和UV固化等方法中。UV/VUV-輻射是由 氙-準分子（Xe，）發出，其波長大約是172奈米且在介電質 阻障式放電燈中在由石英玻璃所構成的放電管中是由200 毫巴之氙所產生。在管形的放電管的內部中，螺旋形式的 內電極在軸向中配置著。在放電管的外側上以平行於內電 極的方式而施加六個條形的電極。該內電極在該放電管的 一末端上經由一密封區而由內部氣密地向外延伸。該放電 管的另一末端以截短的方式而密封著且設有一已熔合的泵 -4- 201006576 尖端，該內電極之遠離密封區之末端固定在正面側的泵尖 端上。 在文件US 2006/180173 A1中例如揭示一種由半導體去 除有機材料（例如，光漆）之方法。於此，一以氙來塡入的 介電質阻障式放電燈安裝至一種含氧的負壓大氣的處理室 中。由該燈所發出的波長大約是172奈米之VUV-輻射在該 含氧的大氣中產生臭氧以及經活化的氧。 【發明内容】 〇 本發明的目的是提供一種較佳的表面處理方法，特別 是對表面進行淨化、改性及/或活化。本發明的另一觀點是 提供一種適用於此方法的 UV/VUV-輻射器以及具有此 UV/VUV-輻射器之照射系統。 上述目的藉由一種表面處理方法來達成，特別是藉助 於一種UV/VUV-輻射器而在一處理室的內部中對一種物件 進行淨化、改性及/或活化，其中該UV/VUV-輻射器具有一 輻射管，其伸入至該處理室的內部中且上述方法包括以下 ® 各步驟： •施加該物件，其表面將在該處理室中被處理，特別是 被淨化、改性及/或活化， -藉由驅動該UV/VUV-輻射器而產生UV/VUV-輻射，其 中此輻射由該輻射管之可透過該UV/VUV-輻射之壁而到達 該處理室之內部中， 此方法之特徵爲以下的另一步驟：在該輻射管之外壁 之至少一部分之區域中產生氣體放電。 此外，就適合用來進行本發明的方法之UV/VUV-輻射 201006576 器而言，依據本發明申請專利範圍獨立項第8項而主張一 種介電質阻障式放電燈’。最後，本發明申請專利範圍獨立 項第16項主張一種用來進行本發明的方法之照射系統，其 以介電質阻障式放電燈作爲UV/VUV-輻射器以進行本方 法。 特別有利的佈置描述在申請專利範圍各別的附屬項 中ο 所主張的方法亦包括裝置的特徵，且所主張的裝置亦 Φ 包括方法的特徵。因此.，此二種特徵以下不再嚴格區分而 是互相組合來說明。 本發明的方法之基本構想在於，不只使用UV/VUV-輻 射器之輻射來進行處理，特別是用於基板表面之淨化、改 性及/或活化，而且另外在該UV/VUV-輻射器之放電管之外 壁的至少一部分之區域（即，靠近基板處）中產生一種放電 現象。本發明人已發現：基板表面之處理作用（特別是淨 化、改性或活化）已大大地改善。在未決定理論上的意義 Φ 下，目前是以藉由另外在該處理室中的放電所產生的電 子、離子、基、及介（meta)穩定物質/或化學反應物質來提 供一種貢獻作爲開始。 相對於藉由電漿飩刻來進行的傳統之表面淨化而言， 本發明的方法另外具有以下的優點，即：介電質阻障式放 電燈中產生UV/VUV-輻射用之放電現象是與該處理室的大 氣中的其它放電現象相隔開。因此，該UV/VUV-輻射器的 內部中使放電最佳化所需的自由度是與該處理室內部中的 其它放電無關。此外，產生該UV/VUV-輻射用的放電現象 201006576 不會受到該處理室之大氣之氣體成份或待處理（特別是待 淨化）的基板之污染物的不良影響。 本發明的方法較佳是使用一種介電質阻障式放電燈作 爲UV/VUV-輻射器，其管形的放電管伸入至該處理室中。 管形的放電管中，放電媒體氣密地封閉著。因此，爲了使 UV/VUV-輻射產生時有儘可能高的效率或功率，須適當地 選取介電質阻障式放電之放電媒體所需的氣體（例如，氙） 以及氣體壓力，例如，100毫巴或更大。 • 反之，上述之其它放電現象在該放電管之外壁之至少 一部分的區域中被隔開，特別是被局限於該放電管之外壁 的表面上，即，上述之其它放電現象在每種情況下都是在 該處理室之低壓大氣中產生且因此至少是在待處理的基板 之附近產生。依據該基板及其污染物或已進行的處理之類 型，該處理室之大氣可包含氧、氫、氬、SF*、NH3、鹵素 或其化合物中的一種或多種，該處理室之總壓力通常是在 0.01毫巴至20毫巴之範圍中。特別是藉由該UV/VUV-輻射 ♦ 器之放電管內部中的放電媒體（一方面）以及該處理室中的 大氣壓力（另一方面）之可能存在的不同壓力範圍，但亦可 藉由適當的電性上的設計以及UV/VUV-輻射器之操作方 式，以便在放電管的外側上產生另一種放電，特別是輝光 放電。其它細節可參考以下的描述和實施例。 在一實施形式中，在管形的放電管內部中在軸向中配 置一種長形（較佳是螺旋形）的內電極。此內電極在該放電 管之第一末端上經由一密封區而氣密地向外延伸。在該放 電管的外側上配置至少一長形（例如，條形）的外電極，其 201006576 由內電極之密封區之末端開始平行於管形放電管之縱軸而 延伸。在遠離該密封區之另一末端上，該放電管之正側形 成視窗區段，其用來透過操作時所產生的UV/VUV-輻射。 另一種放電較佳是產生於該視窗區段之外側的區域中。爲 了此一目的，則當正側的視窗區段以平坦方式或以圓頂方 式來形成時是有利的。於是，經由視窗區段而入射的 UV/VUV-輻射可受到最少的干擾。因此，在製造該燈時通 常所需要的泵桿亦可配置在管形的放電管之周圍的區域中 Φ 或配置在該放電管之遠離正側之視窗區段之末端的區域 中。此外，該放電管形式與適當形式的電極在該視窗區段 之外側之區域中可產生另一種放電，較佳是輝光放電。於 是，當至少一長形的外電極較佳是在該正側的視窗區段之 前的大約3至10毫米處終止時是有利的。內電極之正側端 至該正側的視窗區段之距離較佳是等於或小於至少一外電 極之相對應的距離。依據目前的情況，內電極的場反向放 大因數只在該視窗區段之外壁上造成足夠強的放電現象。 另一方式是，通常是金屬製的處理室亦可作爲外電 極。於是，該介電質阻障式放電燈之放電管之外壁上的長 形的外電極可省略。 此外，當該管形的放電管之長度與直徑之比最多是2: 1時，則就UV/VUV-輻射和上述另一放電現象之間的最佳 調配而言是有利的。由於介電質阻障式放電是在徑向中由 軸向的內電極而在向該外電極的方向中被點燃，則該放電 管之直徑應由介電質阻障式放電之雙倍的點擊寬度來決 定。另一方面，該介電質阻障式放電之UV/VUV-輻射效率 201006576 是與點擊寬度或電壓在點擊時所需的大小有關。因此，該 放電管的直徑只可在某一限度內改變而不必考慮UV/VUV-輻射效率之劣化。一種太小的直徑和太小的點擊寬度另外 會造成足夠大的UV/VUV-輻射功率之負載。適當的長度-直徑比因此可藉由該放電管之未太大的長度來調整。放電 管的長度因此有一定的範圍，此範圍內該內電極和外電極 互相面對著；即，在該放電管的縱向區段內在該燈操作時 可使介電質阻障式放電現象被點燃。 Φ 本發明以下將依據多個實施例來描述。 【實施方式】 各圖中相同或作用相同的元件設有相同的參考符號。 第la圖和第lb圖顯示本發明之介電質阻障式放電燈1 之一實施例之側視圖和正面圖。介電質阻障式放電燈1在 本發明的表面處理方法中係作用成UV/VUV-輻射器。此燈 1具有管形之放電管2(其橫切面爲圓形），其具有大約45 毫米之直徑且由石英玻璃構成。此燈1在一末端上具有管 ® 形的由鋁構成之插座3。放電管2由插座3突出一種大約 60毫米的長度。插座3本身由大約90毫米長的插座套筒4 所構成，其上連接著一凸緣5。藉助於此一凸緣5將該燈1 氣密地安裝至處理室中（請參閱第3圖）。在該燈1電性連 接至一供電裝置（未顯示）時，該凸緣5在一端上具有一襯 套6。該凸緣5之另一端上，該放電管2具有一平坦的區段 7，其用作成視窗以使操作時該放電管中所產生的UV/VUV-輻射可不受干擾地透過。該平坦的視窗區段7經由一管形 彎曲的過渡區段8而轉變成該放電管2之管形的區段9。由 201006576 於該過渡區段8較狹窄，則該放電管2之整個直徑幾乎可 用作該視窗區段7之平坦區域》—種在該放電管2抽空之 後且在大約100毫巴之塡充壓力下以氙氣塡入而熔合的泵 桿10在側視圖中是配置在該放電管2之管形區段9上的過 渡區段8之下方且在此種燈中該泵桿10通常不是在正側 上。另一方式是，該泵桿10亦可配置在放電管之插座側的 末端上。在上述二種情況下，可使正側之視窗區段7未受 到光學上的干擾。 在放電管2之外側上配置6個條形的由鋁條構成之外 電極lla-llf，其平行於燈軸之寬度爲4毫米。該些外電極 11 a-Ilf在插座側的末端上經由插座套筒4而與襯套6相連 接（未顯示）。外電極lla-llf之正側的末端藉由環形之電極 條12而互相連接或一起固定著。外電極11 a-Ilf或正確而 言是連接該些外電極末端的環形電極條12終止於該平坦 之視窗區段7之前的大約10毫米的距離Α»處。由於該些 外電極lla-llf終止於插座邊緣下方大約10毫米處，則該 Φ 放電管之長度-直徑比大約是60毫米：45毫米，即，大約 是 1.3 : 1 。 另一方式是，外電極亦可藉由導電糊而安裝（例如，壓 印）成線形的電極軌。於是，在正側的末端上亦可不需環形 的電極條。 爲了說明該燈1在第la，lb圖中不可看見的其它特 徵，以下將參考第2圖來說明，第2圖顯示該燈1無插座 時的側視圖。在管形的放電管2之內部中在軸向上配置一 種螺旋形的內電極13。此處須指出，外電極原則上亦可形 -10- 201006576 成螺旋狀且所靥的內電極可形成軸向配置的直線狀導線或 棒。此時重要的只在於，依據上述US 5 604 410在以脈波 來操作的方式中須形成一種在DE 19636 965 A1第5c圖中 已揭示的放電結構。螺旋形的內電極13由直徑大約1毫米 的金屬線所構成。電極螺旋線13之直徑大約是10毫米、 節距是13毫米。螺旋形式的內電極13在該視窗區段7之 前的大約5毫米的距離Ai處終止於該放電管2之正側的末 端。該放電管2之另一端（HP，燈管側）上，該內電極13經 φ 由一以箔墊圈來形成的密封區14而氣密地向外延伸且以 銷形的外部電流導線15的形式而終止於該處。該外部電流 導線15在安裝該插座3時須與該襯套6相連接（未顯示）。 第2圖中未顯示的條形的外電極lla-llf如上所述是與金屬 的插座套筒4相連接且爲了安全之故而定位在接地電位 處。一玻璃管配件16設置在放電管2之燈腳側的末端上， 該玻璃管配件16在安裝該插座時藉由傳統的墊圈而與插 座套筒4之內側氣密地相連接。此種方式的優點以下將參 • 考第3圖來說明。 第3圖顯示該處理室17之放大圖，其中安裝著第la，lb 圖和第2圖中所示的燈1。該處理室17具有一開口，燈1 之放電管2經由此一開口而伸入至該處理室17中。此開口 藉由一種0-環墊圈18而由燈插座3之凸緣5來氣密地密封 著。此外，在放電管2之玻璃管配件16和插座套筒4內側 之間藉由上述的墊圈，則可使該玻璃管配件16之內部中延 伸的電流導線15不會承受到該處理室之負壓下的大氣，且 因此不會產生不期望的寄生放電。反之，該電流導線15藉 •11- 201006576 由該玻璃管配件16、插座套筒4和介於此二者之間的墊圈 而氣密地與該處理室內部中的低壓大氣相隔開而處於正常 的環境條件下。藉由該玻璃管配件和插座來形成.氣體密封 之其它細節可參閱上述文件 WO 03/0 98653»該處理室17 在0.1毫巴的壓力下以一種Ar/H2之混合物來塡充。爲了簡 單之故，該處理室之抽成真空或進行塡充時所用的泵-和氣 體系統未顯示於此處。同樣未顯.示的是存在於該處理室中 的例如矽基板，其表面應被處理，例如，應被淨化、改性 φ 及/或活化。基板至該燈的正面7之距離典型上是1毫米至 1厘米。該燈1經由襯套6而與供電裝置相連接（未顯示）， 該供電裝置提供大約5仟伏的高壓脈波，其具有100奈秒 (ns)的脈波寬度，各高壓脈波藉由20微秒（μ〇的中斷時間 而互相隔開。所提供的電功率大約是10瓦。因此，可驅動 該放電管2內部的介電質阻障式放電且另外在該處理室17 中在該燈1之視窗區段7之前的區域中產生一種輝光放電 (未顯示），其在本發明中與由介電質阻障式放電所產生的 • UV/VUV-輻射一起用來對加入至該處理室17中的材料（未 顯示）的表面進行淨化、改性或活化。 該處理室17之通常由不銹鋼所構成的壁由於安全上 的原因而設定在接地電位，這些壁亦可用作該燈1之外電 極。於是可使其它配置在放電管2之外側上的條形的外電 極lla-llf省略（未顯示）。情況需要時只需分別調整該燈1 之處理室17和放電管2中的內壓。於是，在操作時該放電 管2中和該處理室之內部中較佳是直接在該視窗區段7之 前可使一種放電現象被點燃。此外，亦可取代該處理室而 -12- • 201006576 設有一（輔助）電極以作爲外電極’例如，可設有—種向內 伸入至該處理室中之金屬棒或亦可設有一種用於待處理之 基板的金屬載體。 ^ 【圖式簡單說明】 第1 a圖顯示本發明之介電質阻障式放電燈之側視圖， 其具有插座。 第lb圖顯示第la圖之燈的正面圖。 第2圖顯示該第la圖之燈在無插座時的側視圖。 ® 第3圖顯示一處理室之部分切面圖，第1圖之燈安裝 在該處理室中。 【主要元件符號說明】 1 阻障式放電燈 2 放電管 3 插座 4 插座套筒 5 凸緣 6 襯套 7 區段 8 過渡區段 9 區段 10 泵桿 1 la-1 If 外電極 12 電極條 13 內電極 -13- 201006576 14 密封區 15 外部電流導線 16 玻璃管配件 17 處理室 18 0-環墊圈 Aa 距離 Ai 距離

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Claims (1)

1. 201006576 七、申請專利範圍： 1. 一種處理室（17)內部中的物件之表面處理方法，特別是表 面之淨化、改性及/或活化，其藉助於UV/VUV-輻射器（1) 來進行， -該UV/VUV-輻射器（1)具有一輻射管（2)，其向內伸入 至該處理室（17)之內部中， 該方法包括以下步驟： -施加該物件，其表面將在該處理室（17)中被處理，特 φ 別是被淨化、改性及/或活化， -藉由驅動該 UV/VUV-輻射器（1)而產生 UV/VUV-輻 射，其中此輻射經由該輻射管（2)之該UV/VUV-輻射可透 過之壁而到達該處理室（17)之內部中， 該方法之特徵爲以下的另一步驟：在該輻射管（2)之外 壁之至少一部分（7)之區域中產生一種氣體放電。 2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該處理室（17)中在總 壓力爲0.01毫巴至20毫巴之範圍內以一種氣體或氣體 ❿ 混合物來塡入。 3. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該氣體或氣體混合 物含有以下的成份之一種或多種：氧、氫、氬、SF6、NH3、 鹵素或其化合物。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之方法，其中該輻 射管（2)是管形的且該氣體放電是在該輻射管之伸入至 該處理室（17)中而封閉的末端（7)之外部區中產生。 5. 如申請專利範圍第1至4項中任一項之方法，其中須設 計該UV/VUV-輻射器（1)且進行操作，使該輻射管之外部 -15- .201006576 的放電成爲一種輝光放電。 6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項之方法，其中該 UV/VUV-輻射器（1)是一種介電質阻障式放電燈。 7. 如申請專利範圍第6項之方法，其中該放電燈（1)以一種 脈波式高壓來操作。 8. —種介電質阻障式放電燈（1)，其適合作用成如申請專利 範圍第1至7項中任一項之表面處理方法用之UV/VUV-輻射器，包括： # -管形的放電管（2)，其在二端上氣密地被密封著且因此 形成一放電空間，拜以放電介質來塡入， -長形的內電極（13)，其配置在該放電管（2)的內部中， 且在該放電管之第一末端上經由一密封區（14)而氣密地 向外延伸， -外電極（lla-llf)，其配置在該放電管（2)的外部， 其特徵爲： -該放電管的第二末端形成正側之視窗區段（7)，其用來 • 使操作時所產生的UV/VUV-輻射透過。 9. 如申請專利範圍第8項之燈，其中正側的視窗區段（7)是 平坦的形狀或圓頂形的形狀。 10. 如申請專利範圍第8或9項之燈，其中該管形的放電管 (2)之長度對直徑之比最多是2: 1。 11. 如申請專利範圍第8至10項中任一項之燈’其中該外電 極形成至少一配置在該放電管（2)之外側上的長形電極 (lla-llf)，其由該內電極的密封區開始平行於該管形的 放電管（2)之縱軸而延伸且終止於正側的視窗區段（7)之 -16 - 201006576 > 刖° 12.如申請專利範圍第11項之燈，其中至少一長形的外電極 (lla-llf)終止於該正側的視窗區段（7)之前的大約3至10 毫米之距離（Aa)處。 1 3.如申請專利範圍第8至1 2項中任一項之燈，其中該正側 的視窗區段（7)和該內電極（13)之正側的末端之間的距離 (Ad等於或小於該至少一長形的外電極（10a-1 Of)之相對 應的距離（Aa)。 14. 如申請專利範圍第8至10項中任一項之燈，其中該外電 極形成金屬製的室（17)，該放電管（2)經由一開口而伸入 至此室（17)中，該開口是以該燈（1)之插座（3)來氣密地密 封著。 15. 如申請專利範圍第8至14項中任一項之燈，其中設有已 熔合的泵桿（10)，其配置在管形的區段（9)之區域中或配 置在該管形的放電管（2)之遠離該正側的視窗區段（7)之 末端之區域中。 ® 16.—種照射系統，其具有一處理室（17)，其中安裝有如申請 專利範圍第8至15項中任一項所述之燈（1)，以進行如申 請專利範圍第1至7項中任一項所述的方法。 17.如申請專利範圍第16項之照射系統，其中該處理室（17) 具有一開口，該燈（1)之放電管（2)經由該開口而伸入至該 處理室（17)中，其中該開口藉由該燈（1)之插座（3)而氣密 地被密封著且該燈（1)之外部的電流導線（15)在該插座（3) 之內部中針對大氣而氣密地形成在該處理室（17)之內部 中。 -17- 201006576 18.如申請專利範圍第π項之照射系統，其中該處理室是由 可導電的材料構成且形成該燈用的外電極。 19·如申請專利範圍第π項之照射系統，其中一導體伸入至 該處理室中，該導體形成該燈用的外電極。 2〇.如申請專利範圍第16至19項中任一項之照射系統，其 中該燈是與一適合用來操作該燈之供電裝置相連接。

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