エキシマランプ装置
【課題】真空紫外光の発光効率を向上させ、処理能力の高いエキシマランプ装置を提供すること。
【解決手段】エキシマランプ２０と、ガス噴出口１２ａを有するガス供給管１２Ａと、搬送機構３８とを備え、被処理体Ｗに対してエキシマ光を照射するエキシマランプ装置１０において、前記ガス供給管１２Ａが互いに離間して複数設けられ、隣り合うガス供給管同士は、一方のガス供給管１２Ａに設けられたガス噴出口１２ａと、他方のガス供給管１２Ｂに設けられたガス噴出口１２ｂとが一対の関係となるガス噴出口を少なくとも一対備え、該一対のガス噴出口は、一方のガス噴出口１２ａの噴出方向と他方のガス噴出口１２ｂの噴出方向とが該隣り合うガス供給管に挟まれた空間Ａ内で対向、または交差するように形成され、前記エキシマランプ２０は、該隣り合うガス供給管に挟まれた空間Ａよりも鉛直下方に配置されていることを特徴とするエキシマランプ装置。
【解決手段】エキシマランプ２０と、ガス噴出口１２ａを有するガス供給管１２Ａと、搬送機構３８とを備え、被処理体Ｗに対してエキシマ光を照射するエキシマランプ装置１０において、前記ガス供給管１２Ａが互いに離間して複数設けられ、隣り合うガス供給管同士は、一方のガス供給管１２Ａに設けられたガス噴出口１２ａと、他方のガス供給管１２Ｂに設けられたガス噴出口１２ｂとが一対の関係となるガス噴出口を少なくとも一対備え、該一対のガス噴出口は、一方のガス噴出口１２ａの噴出方向と他方のガス噴出口１２ｂの噴出方向とが該隣り合うガス供給管に挟まれた空間Ａ内で対向、または交差するように形成され、前記エキシマランプ２０は、該隣り合うガス供給管に挟まれた空間Ａよりも鉛直下方に配置されていることを特徴とするエキシマランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプ装置に関する。特に、半導体基板や液晶基板などの製造工程において半導体基板や液晶基板の洗浄等に利用されるエキシマランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図１４には、同文献に開示される従来のエキシマランプ装置と同様の構成を示す。従来のエキシマランプ装置Ｇの、開放ハウジングＫの天井部には、例えばステンレス板に直径２ｍｍの孔Ｄを３ｍｍピッチで多数形成して開口率４０％となるようにした多数の孔を有するガス拡散板Ｃを開放ハウジングＫの開放面と平行になるように配置してある。この開放ハウジングＫ内のガス拡散板Ｃの上方にはガス導入口Ｆが設けてある。この開放ハウジングＫの下方を、ローラーＪによって搬送されるワークＷが移動し、開放ハウジングＫ内を擬似的に閉鎖空間とすると同時にエキシマランプＨより照射される光によって表面処理がなされる。
【０００４】
上記構成のエキシマランプ装置によれば、図１４の矢印に示すようにガス拡散板Ｃの孔Ｄから不活性ガスが下向きに吐き出される。吐き出された不活性ガスは、まずエキシマランプＨの上部平坦面に衝突し、ここで横向きに流れを変え、エキシマランプの両端部から真っ直ぐワークＷ表面に向かって落ちるように流れる。このためエキシマランプＨの周囲からワークＷの表面にかけて開放ハウジングＫ内全体が流れる不活性ガスで満たされ、酸素がほとんど存在しない雰囲気に維持される。
【特許文献１】特開２００５−１９７２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エキシマランプの放電容器内に封入された発光ガスの温度が上昇すると、エキシマの生成が阻害されて発光量が減少する。エキシマランプは入力電力を増加させていくと内部の発光ガスの温度が上昇してしまうので、照度向上のために入力を増やしても発光効率が低下するという問題がある。例えばキセノンを封入したエキシマランプであれば、投入電力に対して波長１７２ｎｍの発光効率が低下する。
【０００６】
従来のエキシマランプ装置によれば、開放ハウジング内を均一に不活性ガスで満たすことができるが、ガス拡散板が障壁となって下方へのガスの流れは緩慢なものとなるので、この不活性ガス流を利用してもランプの冷却効果は不十分である。また、ガス流量を増加させて流速を早めても、ガス拡散板によって流れが阻害されて冷却効果がそれほど望めないばかりか、ガス使用過多によりランニングコストは増大する。
【０００７】
また、このガス供給管以外の別の冷却手段をランプハウス内の空間に設けることは以下の理由により困難である。このエキシマランプ２０は、主として発光管の外部にのみ放電電極を有する誘電体バリア放電ランプが用いられ、高電圧供給側電極と接地側電極の間で６〜１０ｋＶもの交流電圧が印加されるものである。よって、高電圧供給側の電極から空間絶縁距離Ｌだけ離間した範囲内の空間には異常放電を起こす原因となる部材、特に金属などを設置することは出来ず、冷却のためのノズルなどを設けることはできない。
【０００８】
したがって、ガスなどの気体によりエキシマランプを冷却するためには、空間絶縁距離Ｌの外方から流速の早い気体を噴出して吹き付けなければならない。総流量を変えずに流速の早い気体を送り出すには、噴出口の径を小さくするか、噴出口の数を減らさなければならないので、ガス供給管に形成された噴出口と噴出口のあいだに、不活性ガスの滞留が生じてしまう。
また、ランプハウス内は基板の表面処理の高効率化のために、絶えず不活性ガスが置換されていなければならず、ランプの下方や同じ高さ程度の側方に冷却のためのノズルを設ける方法は、この不活性ガスの置換を阻害することとなるので採用できない。
【０００９】
以上により、本発明はランプハウス内を不活性ガスで均一に置換して表面処理効率を高めるとともに、ランプを冷却して真空紫外光の発光効率を向上させ、処理能力の高いエキシマランプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題解決のために、本発明は、鉛直下方に開口したランプハウスと、該ランプハウス内に収容されたエキシマランプと、ガス噴出口を有するガス供給管と、搬送機構とを備え、搬送される被処理体に対してエキシマ光を照射するエキシマランプ装置において、前記ランプハウス内には、前記ガス供給管が互いに離間して複数設けられ、隣り合うガス供給管同士は、一方のガス供給管に設けられたガス噴出口と、他方のガス供給管に設けられたガス噴出口とが一対の関係となるガス噴出口を少なくとも一対備え、該一対のガス噴出口は、一方のガス噴出口の噴出方向と他方のガス噴出口の噴出方向とが該隣り合うガス供給管に挟まれた空間内で対向、または交差するように形成され、前記エキシマランプは、該隣り合うガス供給管に挟まれた空間よりも鉛直下方に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記複数のガス供給管は、前記ランプハウスの天井近傍に設けられ、前記対となるガス供給管に挟まれた空間に接する該天井の上部には、冷却流体が流通する冷却流体流通路が設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記エキシマランプの放電容器は、シリカガラスよりなり、該放電容器の下側に光出射部を有し、該エキシマランプの放電容器の上側の平坦壁の下側内表面には、シリカ粒子とアルミナ粒子からなる紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガス噴出口よりガス流を噴出して衝突させ、ガス流を３次元的に発散させ、ランプハウス内の雰囲気を滞留させること無く均一に置換するとともに、鉛直下方に向かう早いガス流によってエキシマランプを好適に冷却することができる。
これにより、表面処理効率は高まり、ランプを冷却して発光効率を向上させ処理能力の高いエキシマランプ装置を実現できる。
【００１４】
また、本発明によれば、エキシマランプ点灯時に発生する熱によって、天井の温度が上昇してもこれを冷却することができる。そのため、不活性ガスが熱せられて冷却風としての効果を損なうことがない。
【００１５】
また、本発明によれば、ガス流の冷却によってエキシマランプの上側の平坦壁は下側の平坦壁よりも冷却され、歪により収縮しやすくなり、ランプの反りを緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１（ａ）および（ｂ）は本発明のエキシマランプ装置内に設置されるエキシマランプ２０の一例についての概略構成図であり、図１（ａ）は長手方向に沿った断面図、図１（ｂ）は短手方向に沿った断面図である。
エキシマランプ２０は、図２に示すように、誘電体材料であるシリカガラスより構成され、四隅に丸みを有する扁平な角筒形状の放電容器２４を有している。放電容器２４の内部に形成された放電空間Ｓには、例えばキセノンガスなどの希ガスや、希ガスに塩素ガスなどのハロゲンガスを混合したものが放電ガスとして充填されている。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。放電ガスは、通常は１０〜１００ＫＰａ程度の圧力で充填されている。
【００１７】
放電容器２４は、上方側に位置する平坦壁２５と下方側に位置する平坦壁２６とが互いに離間して平行に伸びているとともに、紙面の左方に位置する平坦壁２７と紙面の右方に位置する平坦壁２８とが互いに離間して平行に伸びており、これら平坦壁２５ないし２８の各々の端部が湾曲部２９によって連結されている。このような放電容器２４は、紙面の上下に位置する平坦壁２５、２６のいずれかが被処理体Ｗに向けて紫外線を出射するための光出射部を形成し、例えば放電容器２４の下方に被処理体Ｗを配置する場合には平坦壁２６が光出射部となる。
【００１８】
平坦壁２５、２６にはそれぞれ電極２１、２２が配置されている。電極２１、２２は、例えば金、銀、銅、ニッケル、クロムなどの耐食性金属を平坦壁２１、２２上に印刷または蒸着することによって、例えば厚みが０．１μｍ〜数十μｍとなるように形成されており、平坦壁２５、２６の表面のほぼ全域を覆っている。下方に位置する電極２２は、平坦壁２６が光出射面となる場合には、上記の金属を格子状または網状に、印刷または蒸着することにより光透過性を有するように形成される。
【００１９】
図２は、本発明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１０は、鉛直方向の下方側に開口１９を有する金属製の筐体よりなるランプハウス１１の内部に、エキシマランプ２０が配置されるとともに、ランプハウス１１の、エキシマランプ照射面に平行な内壁面である天井１１ａ近傍には不活性ガスを供給するためのガス供給管１２Ａ、１２Ｂが設けられている。ガス供給管１２Ａ、１２Ｂは少なくとも１つのガス噴出口１２ａおよび１２ｂを備えている。
【００２０】
このガス供給管１２Ａ、１２Ｂは互いに離間して、長手方向が紙面の手前から奥へと向くように、隣り合うガス供給管同士が平行関係に配置される。このガス供給管１２Ａとガス供給管１２Ｂ間には、天井１１ａと両ガス供給管に挟まれた空間Ａが存在する。
【００２１】
紫外線光源であるエキシマランプ２０は、このガス供給管に挟まれた空間Ａよりも鉛直下方に配置される。
また、このランプは長尺であり、被処理体Ｗとの距離を均等にするために被照射面に対して平行に、長手方向が紙面の手前から奥へと向くように配置されている。ランプハウス１１の鉛直方向の下方には、液晶基板、半導体基板などの被処理体Ｗを図１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３８が設けられている。
【００２２】
搬送機構３８により、装置内にガラス基板などの被処理体Ｗが搬入されると、開口したランプハウス１１とわずかな隙間を隔てながらこれを封鎖して、外部空間との仕切りの役割を果たし、ランプハウス１１内部に擬似閉鎖空間を形成することができる。
すると、ランプハウス１１内の雰囲気は、ガス噴出口１２ａにより噴出された、例えば窒素などの不活性ガスに速やかに置換される。これにより、エキシマランプ２０から照射される紫外線は酸素によって減衰することなく照射面である被処理体Ｗの表面まで到達し、基板の洗浄を行うことができる。
【００２３】
図３は、図２に示したエキシマランプ装置を水平方向に９０度回転して横から見た断面図である。この図においてエキシマランプ２０は紙面左右方向を長手方向として設置され、両端をランプホルダー１４によって保持されている。
ランプハウス１１の天井１１ａ近傍に設置された長尺のガス供給管１２Ａには、ランプの長手方向に沿ってガス噴出口１２ａが均等間隔で形成されている。このガス噴出口１２ａの寸法は、例えば断面１．５ｍｍΦの円形であり、噴出口の中心と中心とが４０ｍｍピッチで形成されている。
【００２４】
このガス供給管１２Ａの長手方向の中央部近傍には、不活性ガスを導入するための導入口１５が形成される。この導入口１５により、不図示のガス供給源からガス供給管１２Ａへ不活性ガスが供給される。
エキシマランプ２０の外表面に設置された電極２１には、交流電源４０の高電圧供給側が、電極２２には接地側がそれぞれ電気的に接続される。この電極間には例えば６〜１０ｋＶの高周波電圧が印加され、誘電体である平坦壁２５、２６を介して放電容器２４内で放電が生じる。
【００２５】
図４（ａ）は本発明のエキシマランプ装置のガス供給手段とその作用効果を説明するために、図２に示した断面図を利用した模式図であり、図４（ｂ）はＢ−Ｂ’線断面図であり、エキシマランプ装置１０をガス噴出口１２ａおよび１２ｂを含む面で切断した断面による模式図である。
ここで、このエキシマランプ装置１０が存在する３次元空間を、鉛直方向、水平方向、奥行方向という言葉を用いて説明する。鉛直方向は前述したようにランプハウス１１が開口している方向であり、紙面で言えば上下方向にあたる。水平方向は、基板が搬送される方向であり、紙面で言えば左右方向にあたる。奥行方向はランプの長手方向が向かう方向であって、紙面で言えば手前から奥の方向に当たる。なお、これらの方向関係はエキシマランプ装置の構成要素間の位置関係を規定するためのものであって、必ずしも現実の水平方向などと一致するわけではない。
【００２６】
ガス供給管１２Ａは、ランプハウス１１の側壁１１ｂに接して天井１１ａ近傍に設置され、例えば水平方向にガス噴出口１２ａが形成される。また、他方のガス供給管１２Ｂも同様にランプハウス１１の側壁１１ｂに対向する側壁１１ｃに接して天井１１ａ近傍に設置され、前記ガス噴出口１２ａと対となるガス噴出口１２ｂが水平方向で対向するように形成される。
すなわち、隣り合う各々のガス供給管間には、対となるガス噴出口が設けられており、一方のガス噴出口の噴出方向と、他方のガス噴出口の噴出方向とが、ガス供給管に挟まれた空間Ａ内で対向、または交差する。
【００２７】
また、図４（ｂ）に示すように、このガス供給管およびガス噴出口の配置を鉛直上方からみると、対となるガス噴出口どうしが水平方向で対向するように設けられており、複数のガス噴出口の対が奥行方向に均等間隔で配置されている。
【００２８】
ガス供給管１２Ａおよび１２Ｂに不活性ガスが供給されると、一方のガス噴出口１２ａおよび他方のガス噴出口１２ｂから、各々のガス噴出口の形状によって決まるガス噴出方向（矢印方向）に不活性ガスが噴出される。すると、各々のガス噴出口から噴出された不活性ガスは、例えば同量で同流速のガスが供給されれば、ガス供給管間の中間地点近傍で衝突する。
【００２９】
衝突したガス流は、図４（ａ）に示したように、衝突地点を中心として全方位に向けて発散的に放出されるように流れを変える。衝突したガス流のうち、一部のガス流は鉛直方向の下方へ向きが変わり、残りの一部は鉛直方向の上方へ向きが変わる。
また、奥行き方向においても、図４（ｂ）に示したように、衝突したガス流のうち、一部のガス流は奥行方向の奥側へ向きを変え、残りの一部は奥行方向の手前側へ向きを変える。
【００３０】
鉛直方向に上昇した一部のガス流は、図４（ａ）に示したように、天井と衝突して跳ね返され、下方に向かって旋回して流れる。下方に向かって流れるガス流は、エキシマランプ２０と衝突してこれを冷却する。
また、上昇したガス流の一部は、天井１１ａに沿って水平方向に流れ、ガス供給管１２Ａまたは１２Ｂに突き当たると、鉛直方向下方に旋回して流れ、エキシマランプ２０と衝突してこれを冷却する。
【００３１】
すなわち、衝突したガス流は全方位に向けて３次元的に発散することによって、そもそもガス墳出口の噴出方向、噴出範囲にない場所、例えば、天井近傍の隅部においても流通し、ランプハウス内の雰囲気を滞りなく均一に置換することができる。
【００３２】
さらに、１つ１つの噴出口の断面積を小さいものにすることによって、全体として使用する時間あたりのガス総流量が同じであっても、ガス流の流速は速くなり、エキシマランプに対して効果的な冷却をすることができる。
【００３３】
また、ガス噴出口１２ａの向きは、水平対向した状態から鉛直方向上下に傾けると、傾ける角度に応じてガス流どうしの交差する領域が変化する。
図５（ａ）は、一対のガス噴出口１２ａの向きを水平から鉛直方向上方に傾けたときのガス流の動きを表す模式図であり、（ｂ）は、一対のガス噴出口１２ｂの向きを水平から鉛直方向下方に傾けたときのガス流の動きを表す模式図である。
図５（ａ）に示すように、水平よりも上方に傾けると、衝突後のガス流は上方に向かう成分が多くなり、下方に向かう成分が減少する。また、図５（ｂ）に示すように、水平よりも下方に傾けるとその逆になる。
衝突後のガス流の上向き成分は、主に天井近傍を流通して不活性ガスの滞留を防ぐ効果があり、衝突後のガス流の下向き方成分はエキシマランプを冷却する効果がある。
したがって、ガス噴出口の上下角度は対となるガス噴出口のガス流どうしが衝突する範囲で目的に応じて適宜設定できる。
ただし、エキシマランプ装置においては、不活性ガスによる置換と冷却の両方の効果を得ることが必要となるため、ガス噴出口同士は前述のように水平方向で対向していることが好ましい。
【００３４】
また、対となるガス噴出口同士は、完全に対向していることが好ましいが、互いの噴出方向が交差していれば、鉛直方向や奥行方向にある程度偏位してずれていてもよい。ガス噴出方向が交差してガス流が衝突する領域が存在すれば、本発明の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明において噴出させる不活性ガスは、窒素やアルゴンの乾燥ガスであることが好ましい。噴出させる不活性ガスに水蒸気などが高い濃度で含まれていると、結露して装置内の部材に付着し、異常放電等の様々な問題の原因となるおそれがある。したがって、噴出させる不活性ガスの露点は−１０℃以下であることが好ましい。また、基板洗浄を行うオゾンを生成するための酸素供給源として、乾燥した微量の酸素または空気を混合してもよい。
【００３６】
上記構成によれば、ランプハウス内においてガス噴出口よりガス流を噴出して衝突させ、ガス流を３次元的に発散させ、ランプハウス内の雰囲気を滞留させること無く均一に置換するとともに、鉛直下方に向かう速いガス流によってエキシマランプの冷却の効果を奏する。これにより、表面処理効率は高まり、ランプを冷却して発光効率を向上させ、処理能力の高いエキシマランプ装置を実現できる。
【００３７】
図６（ａ）は本発明のエキシマランプ装置のガス供給管の他の実施形態を示す概略構成図である。ガス供給管以外の構成については図２に示したものと同様なので説明を省略する。
ガス供給管は図６（ａ）に示すような断面がコの字状の奥行方向に伸びる部材により構成されるガス供給管５２Ａであってもよい。この場合、天井１１ａとのわずかな隙間がガス噴出口５２ａとなる。
このガス供給管５２Ａに形成されるガス噴出口５２ａは、長手方向に連続する単一のスリットであってもよいし、仕切りが設けられて複数に分割されたスリットであってもよい。
【００３８】
ランプハウス１１内には、水平方向に沿ってガス供給管５２Ａ、エキシマランプ２０、ガス供給管５２Ｂ、エキシマランプ４０、ガス供給管５２Ｃが配置されている。このように、ランプハウス１１内にエキシマランプを複数配置するときは、ガス供給管とエキシマランプとを交互に配置することで本発明の効果を得ることができる。
【００３９】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したガス供給管５２Ａの取り付け方法の一例を示す図である。
棒状の取り付け部１８が鉛直方向に沿って天井１１ａに固定されている。このような取り付け部１８が奥行方向に複数設けられる。この取り付け部１８の鉛直方向の長さは、ガス供給管１２の鉛直方向の高さよりも長く、ガス供給管１２を取り付け部１８に当接させると、天井１１ａとの間にわずかな隙間が形成されるようになっている。ガス供給管５２Ａの固定は、螺子１８ｂをガス供給管５２Ａに形成された挿通孔１２ｈより挿入して貫通し、螺子孔１８ａに螺着することによってなされる。
【００４０】
このようなガス供給管５２Ａによれば、ガス供給管自体を簡便に作成することができる。
また、ガス噴出口５２ａが天井１１ａと間に形成されるので、天井近傍の雰囲気を確実に置換することができる。
【００４１】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかるエキシマランプ装置の構成を示す概略断面図である。冷却流体流通路以外の構成は図２に示した構成と同様であるから説明を省略する。
図７において、ランプハウスの天井１１ａの上部には、冷却流体を流通する冷却流体流通路１４がエキシマランプ２０と同様に奥行方向に沿って配されている。冷却流体は、例えば水である。冷却流体流通路は金属などのパイプによって形成してもよいし、金属ブロックなどに流通路を貫通させたものでもよい。
【００４２】
この冷却流体流通路１４は、ランプハウス１１の天井１１ａの上部に設置されている。
ランプハウス１１は、例えばステンレス鋼またはアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属によって構成されているため、この一部である天井１１ａの上部に冷却流体流通路１４が設置されていると、天井１１ａを冷却流体流通路１４に流通される冷却流体によって好適に冷却することができる。
【００４３】
このガス供給管１２Ａに不活性ガスを供給すると、一方のガス噴出口１２ａより噴出されるガス流と、他方のガス噴出口１２ｂより噴出されたガス流が天井１１ａ近傍においてと衝突するとともに冷却され、鉛直下方に流れ落ちてエキシマランプ２０を冷却することができる。
すなわち、エキシマランプ２０を点灯して生じた発熱により、エキシマランプ２０の鉛直上方にある天井１１ａは熱せられやすいものであるが、冷却流体流通路１４により好適に冷却することができる。
【００４４】
なお、ガス供給管１２Ａは、図２に示したものに限られず、図６（ａ）に示したコの字形のガス供給管５２Ａを用いても本発明の効果を発揮することができる。
【００４５】
上記構成によれば、エキシマランプ点灯時に発生する熱によって、天井１１ａの温度が上昇してもこれを冷却することが出来る。そのため、不活性ガスが熱せられて冷却風としての効果を損なうことがない。
さらに、冷却流体流通路によって冷やされたランプハウスの天井１１ａの温度が不活性ガスよりも低いものであれば、不活性ガスが衝突前後で冷やされることとなるため、より冷却効果が期待できる。
【００４６】
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図８（ａ）および（ｂ）は第３の実施形態において用いられるエキシマランプ２０の一例についての概略構成図であり、図８（ａ）は長手方向に沿った断面図、図１（ｂ）は短手方向に沿った断面図である。
このエキシマランプについては、紫外線反射膜以外の構成については、図１（ａ）、（ｂ）に示したものと同様であるから説明を省略する。
【００４７】
図８（ａ）および（ｂ）に示したエキシマランプにおいて、放電容器２４の上側に位置する平坦壁２５の下側内表面には紫外線反射膜２３が形成されている。
この紫外線反射膜２３は、例えばシリカ粒子とアルミナ粒子からなる粒子堆積層による反射膜である。このシリカ粒子およびアルミナ粒子は、例えば０．１μｍ〜３．０μｍの中心粒径を有する微小粒子である。この微小粒子が多数堆積し、その表面で紫外線が散乱反射されることで紫外線を反射することができる。したがって、この紫外線反射膜２３を放電容器２４の上側の平坦壁２５の下側内表面に形成することにより、照射面での照度を大幅に向上させることができる。
しかし、原理的に反射膜に照射された紫外線を完全に反射する機能を有するものではなく、一部の光は漏れてこれを透過し、上側の平坦壁２５に向かう。
【００４８】
エキシマランプ２０の下側の平坦壁２６は、紫外線が被処理体Ｗに照射される際に必ず透過することになるため、紫外線による歪が徐々に蓄積されて収縮していく。一方、紫外線半透過膜２３が形成された上側の平坦壁２５には、一部の紫外線しか透過しないので紫外線による歪の影響は少なく、下側の平坦壁２６ほど収縮しない。したがって、この収縮の差によってランプが反るという問題がある。このようなランプの反りは長尺であるエキシマランプの放電容器にとっては多大な応力による負荷となり、場合によっては破損する。
【００４９】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかるエキシマランプ装置の構成を示す断面図である。このエキシマランプ装置１０には、図８（ａ）に示した紫外線反射膜付きのエキシマランプ２０が設置されている。
なお、このエキシマランプ装置１０については、エキシマランプ２０に紫外線半透過膜２３が形成されていること以外は、図２の構成と同様であるから説明を省略する。
【００５０】
図９に示すエキシマランプ装置１０において、ガス供給管１２Ａ、１２Ｂから不活性ガスが供給されると、ランプハウス内において不活性ガス同士が衝突して下方に流れ、エキシマランプ２０の上側を冷却することになる。
【００５１】
放電容器２４の材料であるシリカガラスは、温度によって紫外線の透過波長域が変化する。この紫外線反射膜２３が形成された上側の平坦壁２５は、ガス噴出口１２ａより噴出されたガス流が直接吹き付けられるので、下側の平坦壁２６よりも温度が低くなる。これによって、上側の平坦壁２５では短波長の紫外線の透過率が向上する。紫外線の歪による損傷は、短波長によるものほど大きいから、この冷却によって上側の平坦壁２５に蓄積される歪は大きくなり、より収縮する。
すると、上側の平坦壁２５と下側の平坦壁２６の紫外線の歪による収縮の差が小さくなり、ランプの反りが緩和される。
【００５２】
上記構成によれば、紫外線反射膜を上側の平坦壁に形成したエキシマランプを用いるエキシマランプ装置においては、ガス流の冷却によってエキシマランプの上側の平坦壁２５は下側の平坦壁２６よりも冷却され、紫外線による歪が大きくなる。すなわち、紫外線半透過膜を形成したことによる上側と下側の収縮の差は小さくなり、ランプの反りを緩和することができる。
【００５３】
本発明のエキシマランプ装置を用いて以下のような実験を行った。
（実験１）
エキシマランプ装置の冷却効果についての実験を行った。
種々のエキシマランプ装置を用いて、エキシマランプの発光効率の評価を行った。エキシマランプは図１（ａ）に示した構成においてキセノンを封入したものを用いた。エキシマランプへの入力電力を増加させていき、そのときのランプ表面での波長１７２ｎｍの照度を測定して発光効率について評価した。
図１０は、エキシマランプの発光効率についての実験結果である。
図１０中に□でプロットしたものは、図２に示した第１の実施形態と同様の構成のエキシマランプ装置（本発明１）によるものである。また、図１０中に○でプロットしたものは、図７に示した第２の実施形態と同様の構成のエキシマランプ装置（本発明２）によるものである。さらに参考例として、図１０中に△でプロットしたものは、図１４に示した従来例と同様の構成のエキシマランプ装置によるものである。
測定に用いたエキシマランプは、いずれの装置にも同一のものを用い、装置構成のみ異なるものとした。以下に実験結果について説明する。
【００５４】
図１０において、横軸は点灯電力負荷（Ｗ/ｃｍ）であり、同一のランプにおいては入力電力の増加を意味する。また、縦軸は波長１７２ｎｍの真空紫外光についてのランプ表面照度（ｍＷ/ｃｍ２）である。
△で示した従来例のエキシマランプ装置においては、点灯電力負荷の増加に伴ってランプ表面照度が増加したが、その増加は鈍り、飽和していく傾向にあることがわかる。すなわち、入力電力の増加に伴ってランプの温度が上昇し、冷却が十分でないことによってエキシマの生成効率が低下し、エキシマランプの発光効率自体が低下していると考えられる。
□で示した本発明１のエキシマランプ装置においては、点灯電力負荷が増加するに伴って、ランプ表面照度が増加した。すなわち、不活性ガスの衝突によって生じたガス流によりエキシマランプが好適に冷却され、ランプの温度上昇を防ぐことができる。これにより、エキシマの生成が阻害されず、入力電力が増加してもエキシマランプの発光効率が高いまま維持されるという効果が確認された。
○で示した本発明２のエキシマランプ装置においては、点灯電力負荷が増加するに伴ってランプ表面照度が直線的に増加した。すなわち、ランプ表面照度は点灯電力負荷が増加してランプ温度が上昇しても、□で示した本発明１よりも冷却の効果が高く、発光効率が低下しないことがわかる。
【００５５】
（実験２）
エキシマランプの反りを緩和する効果についての実験を行った。
図７に示したエキシマランプ装置の他に、種々のエキシマランプ装置を用いて紫外線反射膜を形成したエキシマランプを長時間点灯し、エキシマランプの反り量と経時変化について評価した。
図１１はエキシマランプの反り量を測定する方法についての説明図である。図１１には、水平な台の上に長時間点灯させたエキシマランプの長手方向を紙面左右方向として載置した様子を示す。このときの水平面から放電容器の下側外表面までの距離ｄが最大となる位置での距離ｄ（ｍｍ）を反り量として測定した。
図１２（ａ）は本発明の第２の実施形態において、紫外線反射膜を形成したエキシマランプを用いたエキシマランプ装置の概略構成図である。また、図１２（ｂ）は、従来例において、紫外線反射膜を形成したエキシマランプを用いたエキシマランプ装置の概略構成図である。
図１３はエキシマランプの反り量についての測定結果である。
図１３中に□でプロットしたものは図６に示した第３の実施形態と同様の構成のエキシマランプ装置（本発明３）によるものである。また、図中に○でプロットしたものは、図１１（ａ）に示した、第３の実施形態のエキシマランプ装置のランプハウスに、冷却流体流通路を付加したもの（本発明３’）である。さらに参考例として、図中に△でプロットしたものは、図１１（ｂ）に示した、従来例のエキシマランプ装置において紫外線半透過膜を形成したエキシマランプを用いたものである。
種々の装置について、エキシマランプは同じ仕様のものを用い、同じ点灯条件により３０００時間点灯させた。以下に実験結果について説明する。
【００５６】
図１２において、横軸は点灯時間（ｈ）であり、縦軸は反り量（ｍｍ）である。
△、□、○のいずれのプロットで示したエキシマランプについても点灯時間の経過とともに反り量が増加することがわかる。しかし、△で示した従来例は経過時間とともに蓄積される歪による反り量の増加が顕著であるのに比して、□で示した本発明３および○で示した本発明３’においては、１０００時間あたりの反り量の増加量は、それぞれ従来例の約４分の１、６分の１程度にとどめることができた。
このように、紫外線半透過膜が形成されたエキシマランプを用いる場合には、本発明の冷却の効果を利用して反りを緩和することができ、ランプの破損を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明にかかるエキシマランプの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図３】図２を水平に９０度回転させた方向から見たエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図４】（ａ）は本発明の効果を説明するための模式図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】本発明にかかるエキシマランプ装置のガス供給管の一例について示す図である。
【図６】本発明にかかるエキシマランプ装置の一例について示す概略構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかるエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかるエキシマランプの概略構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態にかかるエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図１０】本発明のエキシマランプ装置の実験結果である。
【図１１】本発明のエキシマランプ装置の実験についての説明図である。
【図１２】実験に用いたエキシマランプ装置を示す概略構成図である。
【図１３】本発明のエキシマランプ装置の実験結果である。
【図１４】従来のエキシマランプ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ エキシマランプ装置
１１ ランプハウス
１１ａ 天井
１２Ａ ガス供給管
１２ａ ガス噴出口
１２Ｂ ガス供給管
１２ｂ ガス噴出口
１２ｈ 挿通孔
１４ ランプホルダー
１５ ガス導入口
１８ 取り付け部
１８ａ 螺子孔
１８ｂ 螺子
１９ 開口
２０ エキシマランプ
２１ 電極
２２ 電極
２３ 紫外線半透過膜
２４ 放電容器
２５ 平坦壁
２６ 平坦壁
２７ 平坦壁
２８ 平坦壁
２９ 湾曲部
３２ 平坦壁
３３ 平坦壁
３８ 搬送機構
４０ エキシマランプ
５２Ａ ガス供給管
５２ａ ガス噴出口
５２Ｂ ガス供給管
５２ｂ ガス噴出口
５２Ｃ ガス供給管
５２ｃ ガス噴出口
Ａ 空間
Ｌ 空間絶縁距離
Ｓ 放電空間
Ｂ ランプハウス
Ｃ ガス拡散板
Ｄ 孔
Ｅ ガス供給空間
Ｆ ガス導入口
Ｇ エキシマランプ装置
Ｈ エキシマランプ
Ｉ 紫外線半透過膜
Ｊ 搬送機構
Ｗ 被処理体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エキシマランプ装置に関する。特に、半導体基板や液晶基板などの製造工程において半導体基板や液晶基板の洗浄等に利用されるエキシマランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
図１４には、同文献に開示される従来のエキシマランプ装置と同様の構成を示す。従来のエキシマランプ装置Ｇの、開放ハウジングＫの天井部には、例えばステンレス板に直径２ｍｍの孔Ｄを３ｍｍピッチで多数形成して開口率４０％となるようにした多数の孔を有するガス拡散板Ｃを開放ハウジングＫの開放面と平行になるように配置してある。この開放ハウジングＫ内のガス拡散板Ｃの上方にはガス導入口Ｆが設けてある。この開放ハウジングＫの下方を、ローラーＪによって搬送されるワークＷが移動し、開放ハウジングＫ内を擬似的に閉鎖空間とすると同時にエキシマランプＨより照射される光によって表面処理がなされる。
【０００４】
上記構成のエキシマランプ装置によれば、図１４の矢印に示すようにガス拡散板Ｃの孔Ｄから不活性ガスが下向きに吐き出される。吐き出された不活性ガスは、まずエキシマランプＨの上部平坦面に衝突し、ここで横向きに流れを変え、エキシマランプの両端部から真っ直ぐワークＷ表面に向かって落ちるように流れる。このためエキシマランプＨの周囲からワークＷの表面にかけて開放ハウジングＫ内全体が流れる不活性ガスで満たされ、酸素がほとんど存在しない雰囲気に維持される。
【特許文献１】特開２００５−１９７２９１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、エキシマランプの放電容器内に封入された発光ガスの温度が上昇すると、エキシマの生成が阻害されて発光量が減少する。エキシマランプは入力電力を増加させていくと内部の発光ガスの温度が上昇してしまうので、照度向上のために入力を増やしても発光効率が低下するという問題がある。例えばキセノンを封入したエキシマランプであれば、投入電力に対して波長１７２ｎｍの発光効率が低下する。
【０００６】
従来のエキシマランプ装置によれば、開放ハウジング内を均一に不活性ガスで満たすことができるが、ガス拡散板が障壁となって下方へのガスの流れは緩慢なものとなるので、この不活性ガス流を利用してもランプの冷却効果は不十分である。また、ガス流量を増加させて流速を早めても、ガス拡散板によって流れが阻害されて冷却効果がそれほど望めないばかりか、ガス使用過多によりランニングコストは増大する。
【０００７】
また、このガス供給管以外の別の冷却手段をランプハウス内の空間に設けることは以下の理由により困難である。このエキシマランプ２０は、主として発光管の外部にのみ放電電極を有する誘電体バリア放電ランプが用いられ、高電圧供給側電極と接地側電極の間で６〜１０ｋＶもの交流電圧が印加されるものである。よって、高電圧供給側の電極から空間絶縁距離Ｌだけ離間した範囲内の空間には異常放電を起こす原因となる部材、特に金属などを設置することは出来ず、冷却のためのノズルなどを設けることはできない。
【０００８】
したがって、ガスなどの気体によりエキシマランプを冷却するためには、空間絶縁距離Ｌの外方から流速の早い気体を噴出して吹き付けなければならない。総流量を変えずに流速の早い気体を送り出すには、噴出口の径を小さくするか、噴出口の数を減らさなければならないので、ガス供給管に形成された噴出口と噴出口のあいだに、不活性ガスの滞留が生じてしまう。
また、ランプハウス内は基板の表面処理の高効率化のために、絶えず不活性ガスが置換されていなければならず、ランプの下方や同じ高さ程度の側方に冷却のためのノズルを設ける方法は、この不活性ガスの置換を阻害することとなるので採用できない。
【０００９】
以上により、本発明はランプハウス内を不活性ガスで均一に置換して表面処理効率を高めるとともに、ランプを冷却して真空紫外光の発光効率を向上させ、処理能力の高いエキシマランプ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題解決のために、本発明は、鉛直下方に開口したランプハウスと、該ランプハウス内に収容されたエキシマランプと、ガス噴出口を有するガス供給管と、搬送機構とを備え、搬送される被処理体に対してエキシマ光を照射するエキシマランプ装置において、前記ランプハウス内には、前記ガス供給管が互いに離間して複数設けられ、隣り合うガス供給管同士は、一方のガス供給管に設けられたガス噴出口と、他方のガス供給管に設けられたガス噴出口とが一対の関係となるガス噴出口を少なくとも一対備え、該一対のガス噴出口は、一方のガス噴出口の噴出方向と他方のガス噴出口の噴出方向とが該隣り合うガス供給管に挟まれた空間内で対向、または交差するように形成され、前記エキシマランプは、該隣り合うガス供給管に挟まれた空間よりも鉛直下方に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記複数のガス供給管は、前記ランプハウスの天井近傍に設けられ、前記対となるガス供給管に挟まれた空間に接する該天井の上部には、冷却流体が流通する冷却流体流通路が設置されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記エキシマランプの放電容器は、シリカガラスよりなり、該放電容器の下側に光出射部を有し、該エキシマランプの放電容器の上側の平坦壁の下側内表面には、シリカ粒子とアルミナ粒子からなる紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、ガス噴出口よりガス流を噴出して衝突させ、ガス流を３次元的に発散させ、ランプハウス内の雰囲気を滞留させること無く均一に置換するとともに、鉛直下方に向かう早いガス流によってエキシマランプを好適に冷却することができる。
これにより、表面処理効率は高まり、ランプを冷却して発光効率を向上させ処理能力の高いエキシマランプ装置を実現できる。
【００１４】
また、本発明によれば、エキシマランプ点灯時に発生する熱によって、天井の温度が上昇してもこれを冷却することができる。そのため、不活性ガスが熱せられて冷却風としての効果を損なうことがない。
【００１５】
また、本発明によれば、ガス流の冷却によってエキシマランプの上側の平坦壁は下側の平坦壁よりも冷却され、歪により収縮しやすくなり、ランプの反りを緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１（ａ）および（ｂ）は本発明のエキシマランプ装置内に設置されるエキシマランプ２０の一例についての概略構成図であり、図１（ａ）は長手方向に沿った断面図、図１（ｂ）は短手方向に沿った断面図である。
エキシマランプ２０は、図２に示すように、誘電体材料であるシリカガラスより構成され、四隅に丸みを有する扁平な角筒形状の放電容器２４を有している。放電容器２４の内部に形成された放電空間Ｓには、例えばキセノンガスなどの希ガスや、希ガスに塩素ガスなどのハロゲンガスを混合したものが放電ガスとして充填されている。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。放電ガスは、通常は１０〜１００ＫＰａ程度の圧力で充填されている。
【００１７】
放電容器２４は、上方側に位置する平坦壁２５と下方側に位置する平坦壁２６とが互いに離間して平行に伸びているとともに、紙面の左方に位置する平坦壁２７と紙面の右方に位置する平坦壁２８とが互いに離間して平行に伸びており、これら平坦壁２５ないし２８の各々の端部が湾曲部２９によって連結されている。このような放電容器２４は、紙面の上下に位置する平坦壁２５、２６のいずれかが被処理体Ｗに向けて紫外線を出射するための光出射部を形成し、例えば放電容器２４の下方に被処理体Ｗを配置する場合には平坦壁２６が光出射部となる。
【００１８】
平坦壁２５、２６にはそれぞれ電極２１、２２が配置されている。電極２１、２２は、例えば金、銀、銅、ニッケル、クロムなどの耐食性金属を平坦壁２１、２２上に印刷または蒸着することによって、例えば厚みが０．１μｍ〜数十μｍとなるように形成されており、平坦壁２５、２６の表面のほぼ全域を覆っている。下方に位置する電極２２は、平坦壁２６が光出射面となる場合には、上記の金属を格子状または網状に、印刷または蒸着することにより光透過性を有するように形成される。
【００１９】
図２は、本発明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１０は、鉛直方向の下方側に開口１９を有する金属製の筐体よりなるランプハウス１１の内部に、エキシマランプ２０が配置されるとともに、ランプハウス１１の、エキシマランプ照射面に平行な内壁面である天井１１ａ近傍には不活性ガスを供給するためのガス供給管１２Ａ、１２Ｂが設けられている。ガス供給管１２Ａ、１２Ｂは少なくとも１つのガス噴出口１２ａおよび１２ｂを備えている。
【００２０】
このガス供給管１２Ａ、１２Ｂは互いに離間して、長手方向が紙面の手前から奥へと向くように、隣り合うガス供給管同士が平行関係に配置される。このガス供給管１２Ａとガス供給管１２Ｂ間には、天井１１ａと両ガス供給管に挟まれた空間Ａが存在する。
【００２１】
紫外線光源であるエキシマランプ２０は、このガス供給管に挟まれた空間Ａよりも鉛直下方に配置される。
また、このランプは長尺であり、被処理体Ｗとの距離を均等にするために被照射面に対して平行に、長手方向が紙面の手前から奥へと向くように配置されている。ランプハウス１１の鉛直方向の下方には、液晶基板、半導体基板などの被処理体Ｗを図１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３８が設けられている。
【００２２】
搬送機構３８により、装置内にガラス基板などの被処理体Ｗが搬入されると、開口したランプハウス１１とわずかな隙間を隔てながらこれを封鎖して、外部空間との仕切りの役割を果たし、ランプハウス１１内部に擬似閉鎖空間を形成することができる。
すると、ランプハウス１１内の雰囲気は、ガス噴出口１２ａにより噴出された、例えば窒素などの不活性ガスに速やかに置換される。これにより、エキシマランプ２０から照射される紫外線は酸素によって減衰することなく照射面である被処理体Ｗの表面まで到達し、基板の洗浄を行うことができる。
【００２３】
図３は、図２に示したエキシマランプ装置を水平方向に９０度回転して横から見た断面図である。この図においてエキシマランプ２０は紙面左右方向を長手方向として設置され、両端をランプホルダー１４によって保持されている。
ランプハウス１１の天井１１ａ近傍に設置された長尺のガス供給管１２Ａには、ランプの長手方向に沿ってガス噴出口１２ａが均等間隔で形成されている。このガス噴出口１２ａの寸法は、例えば断面１．５ｍｍΦの円形であり、噴出口の中心と中心とが４０ｍｍピッチで形成されている。
【００２４】
このガス供給管１２Ａの長手方向の中央部近傍には、不活性ガスを導入するための導入口１５が形成される。この導入口１５により、不図示のガス供給源からガス供給管１２Ａへ不活性ガスが供給される。
エキシマランプ２０の外表面に設置された電極２１には、交流電源４０の高電圧供給側が、電極２２には接地側がそれぞれ電気的に接続される。この電極間には例えば６〜１０ｋＶの高周波電圧が印加され、誘電体である平坦壁２５、２６を介して放電容器２４内で放電が生じる。
【００２５】
図４（ａ）は本発明のエキシマランプ装置のガス供給手段とその作用効果を説明するために、図２に示した断面図を利用した模式図であり、図４（ｂ）はＢ−Ｂ’線断面図であり、エキシマランプ装置１０をガス噴出口１２ａおよび１２ｂを含む面で切断した断面による模式図である。
ここで、このエキシマランプ装置１０が存在する３次元空間を、鉛直方向、水平方向、奥行方向という言葉を用いて説明する。鉛直方向は前述したようにランプハウス１１が開口している方向であり、紙面で言えば上下方向にあたる。水平方向は、基板が搬送される方向であり、紙面で言えば左右方向にあたる。奥行方向はランプの長手方向が向かう方向であって、紙面で言えば手前から奥の方向に当たる。なお、これらの方向関係はエキシマランプ装置の構成要素間の位置関係を規定するためのものであって、必ずしも現実の水平方向などと一致するわけではない。
【００２６】
ガス供給管１２Ａは、ランプハウス１１の側壁１１ｂに接して天井１１ａ近傍に設置され、例えば水平方向にガス噴出口１２ａが形成される。また、他方のガス供給管１２Ｂも同様にランプハウス１１の側壁１１ｂに対向する側壁１１ｃに接して天井１１ａ近傍に設置され、前記ガス噴出口１２ａと対となるガス噴出口１２ｂが水平方向で対向するように形成される。
すなわち、隣り合う各々のガス供給管間には、対となるガス噴出口が設けられており、一方のガス噴出口の噴出方向と、他方のガス噴出口の噴出方向とが、ガス供給管に挟まれた空間Ａ内で対向、または交差する。
【００２７】
また、図４（ｂ）に示すように、このガス供給管およびガス噴出口の配置を鉛直上方からみると、対となるガス噴出口どうしが水平方向で対向するように設けられており、複数のガス噴出口の対が奥行方向に均等間隔で配置されている。
【００２８】
ガス供給管１２Ａおよび１２Ｂに不活性ガスが供給されると、一方のガス噴出口１２ａおよび他方のガス噴出口１２ｂから、各々のガス噴出口の形状によって決まるガス噴出方向（矢印方向）に不活性ガスが噴出される。すると、各々のガス噴出口から噴出された不活性ガスは、例えば同量で同流速のガスが供給されれば、ガス供給管間の中間地点近傍で衝突する。
【００２９】
衝突したガス流は、図４（ａ）に示したように、衝突地点を中心として全方位に向けて発散的に放出されるように流れを変える。衝突したガス流のうち、一部のガス流は鉛直方向の下方へ向きが変わり、残りの一部は鉛直方向の上方へ向きが変わる。
また、奥行き方向においても、図４（ｂ）に示したように、衝突したガス流のうち、一部のガス流は奥行方向の奥側へ向きを変え、残りの一部は奥行方向の手前側へ向きを変える。
【００３０】
鉛直方向に上昇した一部のガス流は、図４（ａ）に示したように、天井と衝突して跳ね返され、下方に向かって旋回して流れる。下方に向かって流れるガス流は、エキシマランプ２０と衝突してこれを冷却する。
また、上昇したガス流の一部は、天井１１ａに沿って水平方向に流れ、ガス供給管１２Ａまたは１２Ｂに突き当たると、鉛直方向下方に旋回して流れ、エキシマランプ２０と衝突してこれを冷却する。
【００３１】
すなわち、衝突したガス流は全方位に向けて３次元的に発散することによって、そもそもガス墳出口の噴出方向、噴出範囲にない場所、例えば、天井近傍の隅部においても流通し、ランプハウス内の雰囲気を滞りなく均一に置換することができる。
【００３２】
さらに、１つ１つの噴出口の断面積を小さいものにすることによって、全体として使用する時間あたりのガス総流量が同じであっても、ガス流の流速は速くなり、エキシマランプに対して効果的な冷却をすることができる。
【００３３】
また、ガス噴出口１２ａの向きは、水平対向した状態から鉛直方向上下に傾けると、傾ける角度に応じてガス流どうしの交差する領域が変化する。
図５（ａ）は、一対のガス噴出口１２ａの向きを水平から鉛直方向上方に傾けたときのガス流の動きを表す模式図であり、（ｂ）は、一対のガス噴出口１２ｂの向きを水平から鉛直方向下方に傾けたときのガス流の動きを表す模式図である。
図５（ａ）に示すように、水平よりも上方に傾けると、衝突後のガス流は上方に向かう成分が多くなり、下方に向かう成分が減少する。また、図５（ｂ）に示すように、水平よりも下方に傾けるとその逆になる。
衝突後のガス流の上向き成分は、主に天井近傍を流通して不活性ガスの滞留を防ぐ効果があり、衝突後のガス流の下向き方成分はエキシマランプを冷却する効果がある。
したがって、ガス噴出口の上下角度は対となるガス噴出口のガス流どうしが衝突する範囲で目的に応じて適宜設定できる。
ただし、エキシマランプ装置においては、不活性ガスによる置換と冷却の両方の効果を得ることが必要となるため、ガス噴出口同士は前述のように水平方向で対向していることが好ましい。
【００３４】
また、対となるガス噴出口同士は、完全に対向していることが好ましいが、互いの噴出方向が交差していれば、鉛直方向や奥行方向にある程度偏位してずれていてもよい。ガス噴出方向が交差してガス流が衝突する領域が存在すれば、本発明の効果を得ることができる。
【００３５】
なお、本発明において噴出させる不活性ガスは、窒素やアルゴンの乾燥ガスであることが好ましい。噴出させる不活性ガスに水蒸気などが高い濃度で含まれていると、結露して装置内の部材に付着し、異常放電等の様々な問題の原因となるおそれがある。したがって、噴出させる不活性ガスの露点は−１０℃以下であることが好ましい。また、基板洗浄を行うオゾンを生成するための酸素供給源として、乾燥した微量の酸素または空気を混合してもよい。
【００３６】
上記構成によれば、ランプハウス内においてガス噴出口よりガス流を噴出して衝突させ、ガス流を３次元的に発散させ、ランプハウス内の雰囲気を滞留させること無く均一に置換するとともに、鉛直下方に向かう速いガス流によってエキシマランプの冷却の効果を奏する。これにより、表面処理効率は高まり、ランプを冷却して発光効率を向上させ、処理能力の高いエキシマランプ装置を実現できる。
【００３７】
図６（ａ）は本発明のエキシマランプ装置のガス供給管の他の実施形態を示す概略構成図である。ガス供給管以外の構成については図２に示したものと同様なので説明を省略する。
ガス供給管は図６（ａ）に示すような断面がコの字状の奥行方向に伸びる部材により構成されるガス供給管５２Ａであってもよい。この場合、天井１１ａとのわずかな隙間がガス噴出口５２ａとなる。
このガス供給管５２Ａに形成されるガス噴出口５２ａは、長手方向に連続する単一のスリットであってもよいし、仕切りが設けられて複数に分割されたスリットであってもよい。
【００３８】
ランプハウス１１内には、水平方向に沿ってガス供給管５２Ａ、エキシマランプ２０、ガス供給管５２Ｂ、エキシマランプ４０、ガス供給管５２Ｃが配置されている。このように、ランプハウス１１内にエキシマランプを複数配置するときは、ガス供給管とエキシマランプとを交互に配置することで本発明の効果を得ることができる。
【００３９】
図６（ｂ）は、図６（ａ）に示したガス供給管５２Ａの取り付け方法の一例を示す図である。
棒状の取り付け部１８が鉛直方向に沿って天井１１ａに固定されている。このような取り付け部１８が奥行方向に複数設けられる。この取り付け部１８の鉛直方向の長さは、ガス供給管１２の鉛直方向の高さよりも長く、ガス供給管１２を取り付け部１８に当接させると、天井１１ａとの間にわずかな隙間が形成されるようになっている。ガス供給管５２Ａの固定は、螺子１８ｂをガス供給管５２Ａに形成された挿通孔１２ｈより挿入して貫通し、螺子孔１８ａに螺着することによってなされる。
【００４０】
このようなガス供給管５２Ａによれば、ガス供給管自体を簡便に作成することができる。
また、ガス噴出口５２ａが天井１１ａと間に形成されるので、天井近傍の雰囲気を確実に置換することができる。
【００４１】
図７は、本発明の第２の実施形態にかかるエキシマランプ装置の構成を示す概略断面図である。冷却流体流通路以外の構成は図２に示した構成と同様であるから説明を省略する。
図７において、ランプハウスの天井１１ａの上部には、冷却流体を流通する冷却流体流通路１４がエキシマランプ２０と同様に奥行方向に沿って配されている。冷却流体は、例えば水である。冷却流体流通路は金属などのパイプによって形成してもよいし、金属ブロックなどに流通路を貫通させたものでもよい。
【００４２】
この冷却流体流通路１４は、ランプハウス１１の天井１１ａの上部に設置されている。
ランプハウス１１は、例えばステンレス鋼またはアルミニウムなどの熱伝導率の高い金属によって構成されているため、この一部である天井１１ａの上部に冷却流体流通路１４が設置されていると、天井１１ａを冷却流体流通路１４に流通される冷却流体によって好適に冷却することができる。
【００４３】
このガス供給管１２Ａに不活性ガスを供給すると、一方のガス噴出口１２ａより噴出されるガス流と、他方のガス噴出口１２ｂより噴出されたガス流が天井１１ａ近傍においてと衝突するとともに冷却され、鉛直下方に流れ落ちてエキシマランプ２０を冷却することができる。
すなわち、エキシマランプ２０を点灯して生じた発熱により、エキシマランプ２０の鉛直上方にある天井１１ａは熱せられやすいものであるが、冷却流体流通路１４により好適に冷却することができる。
【００４４】
なお、ガス供給管１２Ａは、図２に示したものに限られず、図６（ａ）に示したコの字形のガス供給管５２Ａを用いても本発明の効果を発揮することができる。
【００４５】
上記構成によれば、エキシマランプ点灯時に発生する熱によって、天井１１ａの温度が上昇してもこれを冷却することが出来る。そのため、不活性ガスが熱せられて冷却風としての効果を損なうことがない。
さらに、冷却流体流通路によって冷やされたランプハウスの天井１１ａの温度が不活性ガスよりも低いものであれば、不活性ガスが衝突前後で冷やされることとなるため、より冷却効果が期待できる。
【００４６】
次に本発明の第３の実施形態について説明する。図８（ａ）および（ｂ）は第３の実施形態において用いられるエキシマランプ２０の一例についての概略構成図であり、図８（ａ）は長手方向に沿った断面図、図１（ｂ）は短手方向に沿った断面図である。
このエキシマランプについては、紫外線反射膜以外の構成については、図１（ａ）、（ｂ）に示したものと同様であるから説明を省略する。
【００４７】
図８（ａ）および（ｂ）に示したエキシマランプにおいて、放電容器２４の上側に位置する平坦壁２５の下側内表面には紫外線反射膜２３が形成されている。
この紫外線反射膜２３は、例えばシリカ粒子とアルミナ粒子からなる粒子堆積層による反射膜である。このシリカ粒子およびアルミナ粒子は、例えば０．１μｍ〜３．０μｍの中心粒径を有する微小粒子である。この微小粒子が多数堆積し、その表面で紫外線が散乱反射されることで紫外線を反射することができる。したがって、この紫外線反射膜２３を放電容器２４の上側の平坦壁２５の下側内表面に形成することにより、照射面での照度を大幅に向上させることができる。
しかし、原理的に反射膜に照射された紫外線を完全に反射する機能を有するものではなく、一部の光は漏れてこれを透過し、上側の平坦壁２５に向かう。
【００４８】
エキシマランプ２０の下側の平坦壁２６は、紫外線が被処理体Ｗに照射される際に必ず透過することになるため、紫外線による歪が徐々に蓄積されて収縮していく。一方、紫外線半透過膜２３が形成された上側の平坦壁２５には、一部の紫外線しか透過しないので紫外線による歪の影響は少なく、下側の平坦壁２６ほど収縮しない。したがって、この収縮の差によってランプが反るという問題がある。このようなランプの反りは長尺であるエキシマランプの放電容器にとっては多大な応力による負荷となり、場合によっては破損する。
【００４９】
図９は、本発明の第３の実施形態にかかるエキシマランプ装置の構成を示す断面図である。このエキシマランプ装置１０には、図８（ａ）に示した紫外線反射膜付きのエキシマランプ２０が設置されている。
なお、このエキシマランプ装置１０については、エキシマランプ２０に紫外線半透過膜２３が形成されていること以外は、図２の構成と同様であるから説明を省略する。
【００５０】
図９に示すエキシマランプ装置１０において、ガス供給管１２Ａ、１２Ｂから不活性ガスが供給されると、ランプハウス内において不活性ガス同士が衝突して下方に流れ、エキシマランプ２０の上側を冷却することになる。
【００５１】
放電容器２４の材料であるシリカガラスは、温度によって紫外線の透過波長域が変化する。この紫外線反射膜２３が形成された上側の平坦壁２５は、ガス噴出口１２ａより噴出されたガス流が直接吹き付けられるので、下側の平坦壁２６よりも温度が低くなる。これによって、上側の平坦壁２５では短波長の紫外線の透過率が向上する。紫外線の歪による損傷は、短波長によるものほど大きいから、この冷却によって上側の平坦壁２５に蓄積される歪は大きくなり、より収縮する。
すると、上側の平坦壁２５と下側の平坦壁２６の紫外線の歪による収縮の差が小さくなり、ランプの反りが緩和される。
【００５２】
上記構成によれば、紫外線反射膜を上側の平坦壁に形成したエキシマランプを用いるエキシマランプ装置においては、ガス流の冷却によってエキシマランプの上側の平坦壁２５は下側の平坦壁２６よりも冷却され、紫外線による歪が大きくなる。すなわち、紫外線半透過膜を形成したことによる上側と下側の収縮の差は小さくなり、ランプの反りを緩和することができる。
【００５３】
本発明のエキシマランプ装置を用いて以下のような実験を行った。
（実験１）
エキシマランプ装置の冷却効果についての実験を行った。
種々のエキシマランプ装置を用いて、エキシマランプの発光効率の評価を行った。エキシマランプは図１（ａ）に示した構成においてキセノンを封入したものを用いた。エキシマランプへの入力電力を増加させていき、そのときのランプ表面での波長１７２ｎｍの照度を測定して発光効率について評価した。
図１０は、エキシマランプの発光効率についての実験結果である。
図１０中に□でプロットしたものは、図２に示した第１の実施形態と同様の構成のエキシマランプ装置（本発明１）によるものである。また、図１０中に○でプロットしたものは、図７に示した第２の実施形態と同様の構成のエキシマランプ装置（本発明２）によるものである。さらに参考例として、図１０中に△でプロットしたものは、図１４に示した従来例と同様の構成のエキシマランプ装置によるものである。
測定に用いたエキシマランプは、いずれの装置にも同一のものを用い、装置構成のみ異なるものとした。以下に実験結果について説明する。
【００５４】
図１０において、横軸は点灯電力負荷（Ｗ/ｃｍ）であり、同一のランプにおいては入力電力の増加を意味する。また、縦軸は波長１７２ｎｍの真空紫外光についてのランプ表面照度（ｍＷ/ｃｍ２）である。
△で示した従来例のエキシマランプ装置においては、点灯電力負荷の増加に伴ってランプ表面照度が増加したが、その増加は鈍り、飽和していく傾向にあることがわかる。すなわち、入力電力の増加に伴ってランプの温度が上昇し、冷却が十分でないことによってエキシマの生成効率が低下し、エキシマランプの発光効率自体が低下していると考えられる。
□で示した本発明１のエキシマランプ装置においては、点灯電力負荷が増加するに伴って、ランプ表面照度が増加した。すなわち、不活性ガスの衝突によって生じたガス流によりエキシマランプが好適に冷却され、ランプの温度上昇を防ぐことができる。これにより、エキシマの生成が阻害されず、入力電力が増加してもエキシマランプの発光効率が高いまま維持されるという効果が確認された。
○で示した本発明２のエキシマランプ装置においては、点灯電力負荷が増加するに伴ってランプ表面照度が直線的に増加した。すなわち、ランプ表面照度は点灯電力負荷が増加してランプ温度が上昇しても、□で示した本発明１よりも冷却の効果が高く、発光効率が低下しないことがわかる。
【００５５】
（実験２）
エキシマランプの反りを緩和する効果についての実験を行った。
図７に示したエキシマランプ装置の他に、種々のエキシマランプ装置を用いて紫外線反射膜を形成したエキシマランプを長時間点灯し、エキシマランプの反り量と経時変化について評価した。
図１１はエキシマランプの反り量を測定する方法についての説明図である。図１１には、水平な台の上に長時間点灯させたエキシマランプの長手方向を紙面左右方向として載置した様子を示す。このときの水平面から放電容器の下側外表面までの距離ｄが最大となる位置での距離ｄ（ｍｍ）を反り量として測定した。
図１２（ａ）は本発明の第２の実施形態において、紫外線反射膜を形成したエキシマランプを用いたエキシマランプ装置の概略構成図である。また、図１２（ｂ）は、従来例において、紫外線反射膜を形成したエキシマランプを用いたエキシマランプ装置の概略構成図である。
図１３はエキシマランプの反り量についての測定結果である。
図１３中に□でプロットしたものは図６に示した第３の実施形態と同様の構成のエキシマランプ装置（本発明３）によるものである。また、図中に○でプロットしたものは、図１１（ａ）に示した、第３の実施形態のエキシマランプ装置のランプハウスに、冷却流体流通路を付加したもの（本発明３’）である。さらに参考例として、図中に△でプロットしたものは、図１１（ｂ）に示した、従来例のエキシマランプ装置において紫外線半透過膜を形成したエキシマランプを用いたものである。
種々の装置について、エキシマランプは同じ仕様のものを用い、同じ点灯条件により３０００時間点灯させた。以下に実験結果について説明する。
【００５６】
図１２において、横軸は点灯時間（ｈ）であり、縦軸は反り量（ｍｍ）である。
△、□、○のいずれのプロットで示したエキシマランプについても点灯時間の経過とともに反り量が増加することがわかる。しかし、△で示した従来例は経過時間とともに蓄積される歪による反り量の増加が顕著であるのに比して、□で示した本発明３および○で示した本発明３’においては、１０００時間あたりの反り量の増加量は、それぞれ従来例の約４分の１、６分の１程度にとどめることができた。
このように、紫外線半透過膜が形成されたエキシマランプを用いる場合には、本発明の冷却の効果を利用して反りを緩和することができ、ランプの破損を防ぐこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明にかかるエキシマランプの概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態にかかるエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図３】図２を水平に９０度回転させた方向から見たエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図４】（ａ）は本発明の効果を説明するための模式図であり、（ｂ）はＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】本発明にかかるエキシマランプ装置のガス供給管の一例について示す図である。
【図６】本発明にかかるエキシマランプ装置の一例について示す概略構成図である。
【図７】本発明の第２の実施形態にかかるエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第３の実施形態にかかるエキシマランプの概略構成図である。
【図９】本発明の第３の実施形態にかかるエキシマランプ装置の概略構成図である。
【図１０】本発明のエキシマランプ装置の実験結果である。
【図１１】本発明のエキシマランプ装置の実験についての説明図である。
【図１２】実験に用いたエキシマランプ装置を示す概略構成図である。
【図１３】本発明のエキシマランプ装置の実験結果である。
【図１４】従来のエキシマランプ装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０ エキシマランプ装置
１１ ランプハウス
１１ａ 天井
１２Ａ ガス供給管
１２ａ ガス噴出口
１２Ｂ ガス供給管
１２ｂ ガス噴出口
１２ｈ 挿通孔
１４ ランプホルダー
１５ ガス導入口
１８ 取り付け部
１８ａ 螺子孔
１８ｂ 螺子
１９ 開口
２０ エキシマランプ
２１ 電極
２２ 電極
２３ 紫外線半透過膜
２４ 放電容器
２５ 平坦壁
２６ 平坦壁
２７ 平坦壁
２８ 平坦壁
２９ 湾曲部
３２ 平坦壁
３３ 平坦壁
３８ 搬送機構
４０ エキシマランプ
５２Ａ ガス供給管
５２ａ ガス噴出口
５２Ｂ ガス供給管
５２ｂ ガス噴出口
５２Ｃ ガス供給管
５２ｃ ガス噴出口
Ａ 空間
Ｌ 空間絶縁距離
Ｓ 放電空間
Ｂ ランプハウス
Ｃ ガス拡散板
Ｄ 孔
Ｅ ガス供給空間
Ｆ ガス導入口
Ｇ エキシマランプ装置
Ｈ エキシマランプ
Ｉ 紫外線半透過膜
Ｊ 搬送機構
Ｗ 被処理体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直下方に開口したランプハウスと、該ランプハウス内に収容された、エキシマランプと、ガス噴出口を有するガス供給管と、搬送機構とを備え、搬送される被処理体に対してエキシマ光を照射するエキシマランプ装置において、
前記ランプハウス内には、前記ガス供給管が互いに離間して複数設けられ、
隣り合うガス供給管同士は、一方のガス供給管に設けられたガス噴出口と、他方のガス供給管に設けられたガス噴出口とが一対の関係となるガス噴出口を少なくとも一対備え、
該一対のガス噴出口は、一方のガス噴出口の噴出方向と他方のガス噴出口の噴出方向とが該隣り合うガス供給管に挟まれた空間内で対向、または交差するように形成され、
前記エキシマランプは、該隣り合うガス供給管に挟まれた空間よりも鉛直下方に配置されていることを特徴とするエキシマランプ装置。
【請求項２】
前記複数のガス供給管は、前記ランプハウスの天井近傍に設けられ、前記対となるガス供給管に挟まれた空間に接する該天井の上部には、冷却流体が流通する冷却流体流通路が設置されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ装置。
【請求項３】
前記エキシマランプの放電容器は、シリカガラスよりなり、該放電容器の下側に光出射部を有し、該エキシマランプの放電容器の上側の平坦壁の下側内表面には、シリカ粒子とアルミナ粒子からなる紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のエキシマランプ装置。
【請求項１】
鉛直下方に開口したランプハウスと、該ランプハウス内に収容された、エキシマランプと、ガス噴出口を有するガス供給管と、搬送機構とを備え、搬送される被処理体に対してエキシマ光を照射するエキシマランプ装置において、
前記ランプハウス内には、前記ガス供給管が互いに離間して複数設けられ、
隣り合うガス供給管同士は、一方のガス供給管に設けられたガス噴出口と、他方のガス供給管に設けられたガス噴出口とが一対の関係となるガス噴出口を少なくとも一対備え、
該一対のガス噴出口は、一方のガス噴出口の噴出方向と他方のガス噴出口の噴出方向とが該隣り合うガス供給管に挟まれた空間内で対向、または交差するように形成され、
前記エキシマランプは、該隣り合うガス供給管に挟まれた空間よりも鉛直下方に配置されていることを特徴とするエキシマランプ装置。
【請求項２】
前記複数のガス供給管は、前記ランプハウスの天井近傍に設けられ、前記対となるガス供給管に挟まれた空間に接する該天井の上部には、冷却流体が流通する冷却流体流通路が設置されていることを特徴とする請求項１に記載のエキシマランプ装置。
【請求項３】
前記エキシマランプの放電容器は、シリカガラスよりなり、該放電容器の下側に光出射部を有し、該エキシマランプの放電容器の上側の平坦壁の下側内表面には、シリカ粒子とアルミナ粒子からなる紫外線反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のエキシマランプ装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１０−１２５３６８（Ｐ２０１０−１２５３６８Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３００５５９（Ｐ２００８−３００５５９）
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２６日（２００８．１１．２６）
【出願人】（０００１０２２１２）ウシオ電機株式会社 (1,414)
【Ｆターム（参考）】
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