DE60220007T2

DE60220007T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung mit dielektrischen Barrier-Entladungslampen

Info

Publication number: DE60220007T2
Application number: DE60220007T
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Himeji-shi Hishinuma
Original assignee: Ushio Denki KK
Current assignee: Ushio Denki KK
Priority date: 2001-11-13
Filing date: 2002-11-11
Publication date: 2008-01-10
Anticipated expiration: 2022-11-12
Also published as: DE60220007D1; KR100671773B1; TW569280B; KR20030040037A; EP1310298B1; US6624428B2; JP2003144913A; US20030094909A1; EP1310298A1

Description

TECHNISCHER HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Verbesserung einer Behandlungsvorrichtung, bei welcher dielektrische Barrier-Entladungslampen verwendet werden, bei welchen durch eine dielektrische Barrier-Entladung Excimer-Moleküle gebildet werden und bei welcher unter Verwendung eines Behandlungsgases das von diesen Excimer-Molekülen ausgestrahlte Licht zur Reaktion gebracht wird.
Beschreibung des Standes der Technik
Die Japanische Offenlegungsschrift HEI 9-302326 beschriebt eine UV-Behandlungsvorrichtung, bei welcher eine Lampenkammer und eine Behandlungskammer durch ein Fensterbauteil voneinander getrennt sind.
3 zeigt die Anordnung einer derartigen UV-Behandlungsvorrichtung. In der Darstellung weist eine UV-Behandlungsvorrichtung 10 eine Lampenkammer R und eine Behandlungskammer T auf, die durch ein UV-Durchlass-Fensterbauteil 11, beispielsweise aus Quarzglas, voneinander getrennt sind. In der Lampenkammer R sind dielektrische Barrier-Entladungslampen 20a, 20b, 20c in einer Rille eines Metallblocks 21 angeordnet, in welchem Kühlwasser-Durchgänge 22a, 22b angeordnet sind, durch welche Kühlwasser fließt. Diese Lampenkammer R ist mit inertem Gas gefüllt und mit einem Einlass 23a sowie einem Auslass 23b versehen, durch die das inerte Gas strömt. In der Behandlungskammer T ist der zu behandelnde Gegenstand 1 auf einem Haltegestell 31 aufgesetzt, welcher die von den dielektrischen Barrier- Entladungslampen 20 ausgestrahlte UV-Strahlung empfängt. Auch die Behandlungskammer T ist mit einem Einlass 32 versehen, welcher zum Einführen des Behandlungsgases in den Innenraum dient. Die Anordnung sowie die Beschreibung sonstiger Einzelheiten werden in der ausführlichen Beschreibung der Erfindung zusätzlich beschrieben.
Die dielektrischen Barrier-Entladungslampen 20 werden beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift HEI 2-7353 ( US-Patent Nr. 4,983,881 ) offenbart. Sie beschreibt einen Radiator, das heißt, eine dielektrische Barrier-Entladungslampe, beschrieben, bei welcher ein Entladungsgefäß mit einem Excimer-Moleküle bildenden Entladungsgas gefüllt ist, bei welcher ferner durch eine dielektrische Barrier-Entladung, die auch als Ozonerzeugungs-Entladung bzw., als stille Entladung bezeichnet wird, wie in der neubearbeiteten Ausgabe "Discharge Handbook", Elektrogesellschaft, Juni 1989, 7. Auflage, Seite 263, beschrieben ist, Excimer-Moleküle gebildet werden und bei welcher von den Excimer-Molekülen Licht ausgestrahlt wird.
Ferner ist in der deutschen Offenlegungsschrift DE 4022279 A1 eine dielektrische Barrier-Entladungslampe offenbart, welche mit einigen MHz betrieben wird und in der das Entladungsgefäß eine zylindrische Form aufweist, wobei zumindest ein Teil des Entladungsgefäßes auch als Dielektrikum fungiert, welches die dielektrische Barrier-Entladung durchführt. Zumindest ein Teil dieses Dielektrikums lässt Vakuum-UV-Licht (Licht mit Wellenlängen von kleiner/gleich 200 nm), welches von den Excimer-Molekülen ausgestrahlt wird, durch. Bei der hierin beschriebenen dielektrischen Barrier-Entladungslampe ist die Außenseite des Entladungsgefäßes mit einer Netzelektrode als einer der Elektroden versehen.
Derartige dielektrische Barrier-Entladungslampen weisen verschiedene Vorteile auf, welche herkömmliche Quecksilberniederdruck-Entladungslampen sowie herkömmliche Hochdruck-Lichtbogen-Entladungslampen nicht aufweisen. Einer der Vorteile besteht darin, dass Vakuum-UV-Licht mit einer einzigen Wellenlänge intensiv ausgestrahlt wird.
Bei der in 3 gezeigten UV-Behandlungsvorrichtung kann man durch das von den dielektrischen Barrier-Entladungslampen ausgestrahlte Vakuum-UV-Licht, beispielsweise durch Licht mit einer Wellenlänge von 172 nm, eine Oberflächen-Trockenreinigung, eine Oberflächenoxidation, eine Oberflächenaktivierung, eine Foto-CVD-Behandlung und dergleichen des zu behandelnden Gegenstandes 1 durchführen.
Das hierbei von den dielektrischen Barrier-Entladungslampen ausgestrahlte Licht weist eine Wellenlänge von kleiner/gleich 200 nm, konkret eine Wellenlänge von 172 nm, 146 nm oder 126 nm, auf. Man hat den Nachteil, dass beim Durchlass durch das UV-Durchlassbauteil hindurch eine Absorption durch dieses Bauteil erfolgt und dass sich deshalb die Lichtmenge verringert. Diese Verringerung der Lichtmenge bedeutet eine Verringerung der Menge des Lichtes, welches zu dem zu behandelnden Gegenstand 1 gelangt, was den großen Nachteil erzeugt, dass die vorstehend beschriebene jeweilige Behandlung nicht vorteilhaft durchgeführt werden kann. Bei einer Quecksilberniederdrucklampe, welche Licht mit einer Wellenlänge von 254 nm ausstrahlt, tritt eine derartige Lichtmengenverringerung durch das UV-Durchlassbauteil nicht in einem Maß auf, welches in der Praxis problematisch wird. Man kann sagen, dass sie eine neue Aufgabe ist, welche bei einer dielektrischen Barrier-Entladungslampe deutlich entsteht, die Vakuum-UV-Licht mit einer Wellenlänge von kleiner/gleich 200 nm, konkreter kleiner/gleich 172 nm, ausstrahlt.
Andererseits ist bei dieser Vorrichtung das UV-Durchlassbauteil unentbehrlich. Der Grund hierfür liegt in Folgendem:

1. Die dielektrische Barrier-Entladungslampe weist eine spezielle Anordnung auf, bei welcher auf der Außenseite des Entladungsgefäßes eine Elektrode angeordnet ist. Das UV-Durchlassbauteil dient dazu, zu verhindern, dass äußerst kleine Bestandteile der Elektrode verdampfen und sich an dem zu behandelnden Gegenstand niederschlagen.
2. Da das Vakuum-UV-Licht, welches von den dielektrischen Barrier-Entladungslampen ausgestrahlt wird, durch Sauerstoff mit einer äußerst hohen Wahrscheinlichkeit absorbiert wird, ist es vorteilhaft, einen Lampenkammerraum zu bilden, in welchem kein Sauerstoff vorhanden ist. Im Fall, dass das Entladungsgefäß eine kreisförmige Querschnittsform aufweist, ist der lineare Abstand zum zu behandelnden Gegenstand auf der Außenumfangsfläche des Entladungsgefäßes unterschiedlich. Eine Anordnung eines UV-Durchlassbauteils, insbesondere eines platten Durchlassbauteils, ist deshalb auch im Sinne der Verhinderung der Streuung der Lichtmenge der UV-Strahlung, welche zu dem zu behandelnden Gegenstand gelangt, sehr sinnvoll. Eine derartige Technik ist beispielsweise in der japanischen Offenlegungsschrift HEI 8-124540 offenbart.

JP–A-09-302326 betrifft eine Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen entsprechend dem einleitenden Teil des Anspruchs 1. JP–A-60-075327 offenbart eine UV-Licht generierende Vorrichtung, die eine um die Gasentladungskammer gewickelte Wendel zur Generierung von Hochfrequenzwellen verwendet. Der Gas kann bei unterschiedlichem Gasdruck in die Entladungskammer eingeführt werden, um die Wellenlänge der UV-Strahlung zu variieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, bei einer Behandlungsvorrichtung oder einem Behandlungsverfahren, bei welcher/welchem dielektrische Barrier-Entladungslampen als Lichtquelle verwendet werden und bei welcher/welchem die Lampenkammer und die Behandlungskammer durch ein UV-Durchlassbauteil voneinander getrennt sind, den Nachteil der Dämpfung des Strahlungslichtes aus den dielektrischen Barrier-Entladungslampen durch das UV-Durchlassbauteil vorteilhaft zu beseitigen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen wie in Anspruch 1 beansprucht gelöst.
Die Aufgabe wird in einer Weiterbildung der Erfindung bei einer Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen dadurch gelöst, dass zusätzlich zur vorstehenden Anordnung der Druck der Gas-Atmosphäre der Lampenkammer entsprechend dem Druck der Gas-Atmosphäre der Behandlungskammer reguliert wird.
Die Aufgabe wird weiterhin bei einer Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen dadurch gelöst, dass zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Anordnung die Gas-Atmosphäre der Lampenkammer in der Weise reguliert wird, dass sie im Wesentlichen mit dem Druck der Gas-Atmosphäre der Behandlungskammer identisch ist.
Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung mit einem Behandlungsverfahren unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen wie im Anspruch 4 beansprucht gelöst. Die Aufgabe wird weiterhin bei einem Behandlungsverfahren unter Verwendung von dielektrischen Barrier-Entladungslampen dadurch gelöst, dass zusätzlich zu der vorstehend beschriebenen Anordnung die vorstehend beschriebene relative Regulierung in der Weise durchgeführt wird, dass die beiden Gasdrücke im Wesentlichen gleich groß gemacht werden.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Zeichnungen weiter beschrieben.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen;
2(a) und 2(b) zeigen jeweils eine schematische Darstellung einer dielektrischen Barrier-Entladungslampe bei einer erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung, und
3 zeigt eine schematische Darstellung einer herkömmlichen Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
1 zeigt eine erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen. In der Darstellung umfasst eine UV-Behandlungsvorrichtung 10 eine Lampenkammer R und eine Behandlungskammer T, die durch ein UV-Durchlass-Fensterbauteil 11 voneinander getrennt sind. Das Gehäuse, welches die gesamte Vorrichtung 10 umgibt, besteht beispielsweise aus rostfreiem Stahl.
In der Lampenkammer R sind dielektrische Barrier-Entladungslampen 20a, 20b, 20c in einer rinnenartigen Rille eines Metallblocks 21 angeordnet, in welchem Kühlwasser-Durchgänge 22a, 22b angeordnet sind, durch welche Kühlwasser fließt. Für den Metallblock 21 wird beispielsweise Aluminium verwendet, weil es eine gute Wärmeübertragungs-Eigenschaft, eine leichte Bearbeitbarkeit sowie ferner eine gute Reflexions-Eigenschaft für Vakuum-UV-Licht aufweist.
In den dielektrischen Barrier-Entladungslampen 20a, 20b, 20c sind Sensoren 23a, 23b, 23c für eine Ermittlung des Strahlungslichtes angeordnet. Dadurch kann man einen Nicht-Betriebszustand, wie einen Zustand, in welchem die Entladungslampen nicht gut betrieben werden, oder dergleichen, ermitteln. Die dielektrischen Barrier-Entladungslampe weist, wie in 2(a) und 2(b) gezeigt wird, eine zylindrische Gesamtform auf und besteht aus synthetischem Quarzglas, welches bei einer dielektrische Barrier-Entladung als Dielektrikum fungiert und welches Vakuum-UV-Licht durchlässt. Bei der jeweiligen Entladungslampe sind eine Innenröhre 51 und eine Außenröhre 52 zueinander koaxial angeordnet, wodurch eine Doppelröhre gebildet wird. Durch Verschließen der beiden Enden wird zwischen der Innenröhre 51 und der Außenröhre 52 ein Entladungsraum 53 gebildet, welcher mit Entladungsgas, beispielweise Xenongas, gefüllt ist und in welchem eine dielektrische Barrier-Entladung Excimer-Moleküle bildet und in welchem von diesen Excimer-Molekülen Vakuum-UV-Licht ausgestrahlt wird.
Nachfolgend werden Zahlenwerte beispielhaft beschrieben.
Bei der Entladungslampe 20 liegen:

– die Gesamtlänge bei 800 mm;
– der Außendurchmesser bei 27 mm;
– der Außendurchmesser der Innenröhre 51 bei 16 mm und
– die Dicke der Innenröhre 51 und der Außenröhre 52 bei 1 mm.
– Die Entladungslampe 20 wird mit 400 W betrieben.

Die Außenseite der Außenröhre 52 ist mit einer Netzelektrode 54 versehen. Die Innenseite der Innenröhre 51 ist mit einer Innenelektrode 55 als andere Elektrode versehen. Die Netzelektrode 54 ist nahtlos gebildet und kann sich insgesamt ausdehnen. Somit kann man das dichte Anliegen an der Außenröhre 52 verbessern. Die Innenelektrode 55 ist rohrartig oder im Wesentlichen in einer C-Form gebildet, bei welcher der Querschnitt teilweise einen Spalt aufweist. Sie ist somit an der Innenröhre 51 unmittelbar anliegend dicht angeordnet. Im Entladungsraum 53 wird bei Bedarf ein Getter angeordnet.
Zwischen der Netzelektrode 54 und der Innenelektrode 55 wird eine in der Zeichnung nicht dargestellte Wechselstromquelle angeschlossen. Dadurch werden im Entladungsraum 53 Excimer-Moleküle gebildet, und Vakuum-UV-Licht wird emittiert. Im Fall einer Verwendung von Xenongas als Entladungsgas wird Licht mit einer Wellenlänge von 172 nm ausgestrahlt.
1 zeigt einen Einlass 24a, um inertes Gas zuzuführen, sowie einen Auslass 24b zum Auslassen, um die Lampenkammer R mit inertem Gas zu füllen. Der Einlass 24a ist über ein Ventil 25a an eine Gasbombe 26 angeschlossen. Der Auslass 24b ist ebenfalls über ein Ventil 25b an eine Vakuumpumpe P1 angeschlossen.
Als inertes Gas wird zwar im Allgemeinen Stickstoff-Gas verwendet. Man kann jedoch auch Argongas oder dergleichen verwenden. Man kann das inerte Gas während des Behandlungsvorgangs stets oder vor und nach der Behandlung innerhalb der Lampenkammer R fließen lassen, wobei es durch den Einlass 24a eingeführt und durch den Auslass 24b ausgelassen wird.
Der Grund für das Füllen der Lampenkammer R mit inertem Gas liegt darin, zu verhindern, dass das Strahlungslicht aus den dielektrischen Barrier-Entladungslampen 20 durch Sauerstoff absorbiert und gedämpft wird. Da das UV-Durchlassbauteil 11 eine flach gedrückte Platte ist, kann man die Dämpfung der Lichtmenge innerhalb der Lampenkammer R im Wesentlichen auf 0 drücken. Dadurch kann von dem UV-Durchlass-Bauteil 11 zur Behandlungskammer T eine über den Gesamtbereich des UV-Durchlass-Bauteils 11 gleichmäßige Menge Vakuum-UV-Licht ausgestrahlt werden. Ferner ist bei der dielektrischen Barrier-Entladungslampe 20 die Außenseite des Entladungsgefäßes mit der Elektrode 54 versehen. Die Oxidation dieser Elektrode 54 kann ebenfalls verhindert werden.
In der Behandlungskammer T ist auf einem Haltegestell 30 der zu behandelnde Gegenstand 1 aufgesetzt. Er empfängt die von den dielektrischen Barrier-Entladungslampen 20 ausgestrahlte UV-Strahlung. Dieses Haltegestell 30 besteht beispielsweise aus rostfreiem Stahl. Durch eine Anordnung eines Faden-Heizapparates unter Verwendung von Chrom-Nickel-Draht im Haltegestell 30 kann man den zu behandelnden Gegenstand 1 erwärmen. Ferner wird durch eine Anordnung einer nicht dargestellten Vorrichtung zur Bewegung nach oben und unten im Haltegestell 30 ermöglicht, den zu behandelnden Gegenstand 1 dem UV-Durchlassbauteil 11 anzunähern.
Um die Behandlungskammer T mit Behandlungsgas zu füllen, sind ein Einlass 32a und ein Auslass 32b angeordnet, durch welche das Behandlungsgas fließt. An den Einlass 32a sind Gasbomben 34a₁ , 34a₂ , 34a₃ , in welche verschiedene Arten von Gas eingefüllt sind, jeweils über Ventile 33a₁ , 33a₂ und 33a₃ angeschlossen. Durch eine Regelung des Öffnens oder Schließens des jeweiligen Ventils kann man aus einer bestimmten Bombe Gas zuführen. Ferner kann man durch ein Öffnen mehrerer Ventile auch ein Gasgemisch einleiten. An den Auslass 32b ist über ein Ventil 33b eine Vakuumpumpe P2 angeschlossen.
Das Behandlungsgas kann Sauerstoff-Gas, Gas auf der Basis von Silan, Wasserstoff-Gas, Argon-Gas und dergleichen sein. Ferner wird zur Regulierung der Konzentrationen dieser Gase inertes Gas, wie Stickstoff-Gas oder dergleichen, auch mit verwendet. Die Gasbomben, welche an die Ventile 33a₁ , 33a₂ und 33a₃ angeschlossen sind, sind also mit derartigem Gas gefüllt. Die Bombenanzahl ist nicht auf drei beschränkt, sondern kann entsprechend dem Behandlungszweck auf geeignete Weise ausgewählt werden.
In der Lampenkammer R ist ein Drucksensor 40 als Mittel zur Ermittlung des Gasdrucks angeordnet. In der Behandlungskammer T ist ein Drucksensor 41 als Mittel zur Ermittlung des Gasdrucks angeordnet. Die Ermittlungswerte hiervon werden beispielsweise einem Regelglied 42 gesendet. Als Drucksensoren 40, 41 werden beispielsweise Halbleiter-Drucksensoren verwendet. Man kann den Gasdruck der jeweiligen Behandlungskammer ermitteln.
Das Regelglied 42 hat die Funktion, Signale aus dem Drucksensor 40 mit Signalen aus dem Drucksensor 41 zu vergleichen. Es sendet dem Ventil 25a, welches an den Einlass 24a der Lampenkammer R angeschlossen ist, ein Signal zur Regulierung des Ventils, im Fall, dass sich der Gasdruck der Lampenkammer R vom Gasdruck der Behandlungskammer T unterscheidet, oder in ähnlichen Fällen. Dadurch kann man den Gasdruck der Lampenkammer R in der Weise regulieren, dass er im Wesentlichen gleich groß dem Gasdruck der Behandlungskammer T gemacht wird.
Der Gasdruck der Lampenkammer R liegt beispielsweise bei 50 Torr. Im Fall des Gasdrucks der Behandlungskammer T von 200 Torr ist der Gasdruck der Lampenkammer R niedriger als der Gasdruck der Behandlungskammer. Es wird deshalb ein Signal für Öffnen des Ventils 25a gesendet, damit der Gasdruck der Lampenkammer R erhöht wird, um die beiden gleich groß zu machen.
Durch eine derartige Regelung kann man den Gasdruck der Lampenkammer R und den Gasdruck der Behandlungskammer T im Wesentlichen gleich groß machen. Als Folge davon kann man die Dicke des UV-Durchlassbauteils 11 verkleinern, ohne dass die Trennwand zwischen den Kammern mit unterschiedlichen Gasdrücken durch eine Saugkraft oder dergleichen infolge des Druckunterschiedes negativ beeinflusst wird. Durch die Verwendung des UV-Durchlassbauteils 11 mit einer kleinen Dicke kann man die Dämpfung der UV-Strahlung bei diesem Bauteil verringern. Die konkrete Dicke unterscheidet sich zwar je nach der Größe (Fläche) sowie der Form des UV-Durchlassbauteils. Herkömmlicherweise wurde beispielsweise bei einer Vorrichtung, bei welcher eine Druckdifferenz zwischen der Lampenkammer R und der Behandlungskammer T von ca. 750 Torr entsteht, ein kreisförmiges UV-Durchlassbauteil mit einer Dicke von 18 mm bei einem Durchmesser von 230 mm verwendet. Durch die Anordnung der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung kann man jedoch die Druckdifferenz zwischen der Lampenkammer R und der Behandlungskammer T im Wesentlichen auf 0 drücken. Dadurch wurde die Dicke des UV-Durchlassbauteils beim selben Durchmesser auf 3 mm verkleinert.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Gasdruck der Lampenkammer R bezüglich des Gasdrucks der Behandlungskammer T reguliert. Man kann jedoch auch den Gasdruck der Behandlungskammer T bezüglich des Gasdrucks der Lampenkammer R regulieren. Ferner kann man auch die beiden Gasdrücke verändern und regulieren.
Der Grund hierfür liegt in folgendem:
Das inerte Gas, welches der Lampenkammer R zugeführt wird, sowie das Behandlungsgas, das der Behandlungskammer T zugeführt wird, haben die Wirkungen, welche jeweils ursprünglich benötigt werden. Es gibt deshalb Fälle, in welchen man unter Berücksichtigung nur der Druckdifferenz irgendeine Gaskonzentration niemals regulieren kann.
Ferner ist es selbstverständlich möglich, die Behandlung zu stoppen, wenn die Druckdifferenz zwischen der Behandlungskammer T und der Lampenkammer R zu groß ist und deshalb die vorstehend beschriebene Regulierung der Druckdifferenz unmöglich ist.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der Gasdruck durch eine Regulierung der Ventile auf der Seite des Einlasses reguliert. Man kann jedoch den Gasdruck der Lampenkammer oder der Behandlungskammer auch dadurch regulieren, dass die Ventile 25a, 33b auf der Seite des Auslasses einer Öffnungs-Schließ-Regelung unterzogen werden und ferner die Absauggeschwindigkeit durch die Vakuumpumpen erhöht wird. In diesem Fall können die Ventile 25a, 33a auf der Seite des Einlasses geöffnet oder geschlossen werden oder auch offen bleiben.
Für die Regulierung des Gasdrucks der Behandlungskammer T und des Gasdrucks der Lampenkammer R ist die vorstehend beschriebene Maßnahme, dass die Druckdifferenz zwischen den beiden im Wesentlichen auf 0 gedrückt wird, zwar die beste Regulierung. Man kann jedoch eine Druckdifferenz in einem gewissen Maß zulassen, wenn bei diesem Maß das UV-Durchlassbauteil nicht negativ beeinflusst wird, wenn zwischen der Behandlungskammer T und der Lampenkammer R diese Druckdifferenz entstehen würde.
Dieses Toleranzniveau unterscheidet sich je nach der Größe (Fläche) sowie der Form des UV-Durchlassbauteils, wie vorstehend beschrieben wurde. In einem Durchmesserbereich von 180 mm bis 530 mm eines gewöhnlichen UV-Durchlassbauteils einer derartigen UV-Behandlungsvorrichtung kann man die Behandlung vorteilhaft durchführen, ohne in der herkömmlichen Weise die Dicke des UV-Durchlassbauteils zu vergrößern (ca. 14 mm bis 42 mm), wenn die Druckdifferenz bei ± 0,2 atm, bevorzugt innerhalb von 0,1 atm, noch bevorzugter innerhalb von 0,03 atm, liegt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wurde zwar ein kreisförmiges UV-Durchlassbauteil beschrieben. Die Form des UV-Durchlassbauteils ist jedoch nicht auf eine Kreisform beschränkt, sondern kann eine rechteckige Form, eine ovale oder sonstige Form haben.
Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel werden der Gasdruck der Behandlungskammer T und der Gasdruck der Lampenkammer R jeweils gemessen und aufgrund der Auswertung im Regelglied werden die Ventile der Lampenkammer automatisch einer Öffnungs-Schließ-Regelung unterzogen. Man kann jedoch die Ventile auch dadurch manuell regulieren, dass der Gasdruck der Behandlungskammer T und der Gasdruck der Lampenkammer R durch einen Druckmesser oder dergleichen dargestellt werden.
Nachfolgend wird der Behandlungsprozess der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen beschrieben.

(1) Zunächst wird Stickstoff-Gas in die Lampenkammer R eingeleitet.
Man öffnet sowohl das Ventil 25a als auch das Ventil 25b der Lampenkammer R, betreibt die Vakuumpumpe P1 und erzeugt eine Strömung des Stickstoff-Cases.
(2) Die Innenseite der Behandlungskammer T wird einer Druckverringerung unterzogen (in einen Vakuumzustand versetzt).

Der Grund hierfür liegt darin, Restgas für den anschließenden Vorgang, bei welchem man Behandlungs-Prozess-Gas einströmen lässt, zu entfernen. Gleichzeitig mit einem Schließen des Ventils 33a auf der Seite des Einlasses der Behandlungskammer T wird das Ventil 33b auf der Seite des Auslasses geöffnet und die Vakuumpumpe P2 wird betrieben.
Der Gasdruck der Lampenkammer R wird in der Weise einer Druckregulierung unterzogen, dass er dem Gasdruck der Behandlungskammer T, das heißt, dem Unterdruck, angenähert wird. Konkret wird entsprechend dem Ermittlungssignal des Drucksensors 41 der Behandlungskammer T eine Regelung dafür durchgeführt, dass der Gasdruck der Lampenkammer R denselben Wert erreicht. Für diese Regelung kann man beispielsweise das Ventil 25b auf der Seite des Auslasses weit öffnen und die Betriebsleistung der Vakuumpumpe erhöhen.

(3) Als nächstes wird der Behandlungskammer T das Behandlungsgas zugeführt.

Dies geschieht, um eine UV-Bestrahlungsbehandlung durchzuführen. Im Fall beispielsweise, dass der zu behandelnde Gegenstand ein Halbleiterwafer ist und dass seine Oberfläche einer Reinigungsbehandlung unterzogen wird, wird das Ventil 33a, auf der Seite des Einlasses geöffnet und aus der Sauerstoff-Gasbombe 34a, Sauerstoff-Gas in die Behandlungskammer T eingeleitet. Ferner wird zur Sicherstellung der Sauerstoff-Konzentration, welche für die Behandlung erforderlich ist, das Ventil 33a₂ auf der Seite des Einlasses geöffnet und von der Stickstoff-Gasbombe 34a₂ auch Stickstoff-Gas in die Behandlungskammer T mit eingeleitet. Ferner wird das Ventil 33b auf der Seite des Auslasses geschlossen und in der Behandlungskammer T das Sauerstoff-Gas mit dem Stickstoff-Gas zu einer Gasgemisch-Atmosphäre gemischt.
Der Gasdruck der Lampenkammer R wird in der Weise einer Druckregulierung unterzogen, dass er dem Gasdruck der Behandlungskammer T, das heißt, dem Druck des Gasgemisches aus dem Sauerstoff-Gas und dem Stickstoff-Gas, angenährt wird. Konkret wird entsprechend dem Ermittlungssignal des Drucksensors 41 der Behandlungskammer T eine Regelung so durchgeführt, dass der Gasdruck der Lampenkammer R denselben Wert erreicht. Für die Regelung kann man beispielsweise das Ventil 25b auf der Seite des Auslasses schließen oder das Stickstoff-Gas durch eine äußerst kleine Öffnung weiterhin fließen lassen und dadurch den Gasdruck innerhalb der Lampenkammer R erhöhen.
Hierbei wird auch der Gasdruck der Lampenkammer R durch den Drucksensor 40 über das Regelglied 42 einer Regelung mit Rückführung unterzogen.

(4) Als nächstes werden die dielektrischen Barrier-Entladungslampen betrieben, und die Oberfläche des Halbleiterwafers wird tatsächlich einer Bestrahlungsbehandlung unterzogen. Hierbei sind in der Behandlungskammer T sowohl das Ventil 33a, als auch das Ventil 33a₂ auf der Seite des Einlasses offen. Auch das Ventil 33b auf der Seite des Auslasses ist offen. Somit strömt das Gasgemisch aus Sauerstoff-Gas und Stickstoff-Gas weiterhin. Auch in der Lampenkammer R werden sowohl das Ventil 25a auf der Seite des Einlasses als auch das Ventil 25b auf der Seite des Auslasses geöffnet, und das Stickstoff-Gas strömt weiterhin innerhalb der Lampenkammer R.

Man betreibt sowohl den Drucksensor 41 der Behandlungskammer T als auch den Drucksensor 40 der Lampenkammer R auch in diesem Zustand und führt durch das Regelglied 42 in der Weise eine Regulierungsregelung durch, dass der Gasdruck der Lampenkammer R dem Gasdruck der Behandlungskammer T angenähert wird.

(5) Als nächstes werden die dielektrischen Barrier-Entladungslampen ausgeschaltet, und die Bestrahlung des Halbleiterwafers wird gestoppt.

Hierbei wird in der Behandlungskammer T das Ventil 33a auf der Einlassseite der Behandlungskammer T geschlossen, das Ventil 33b auf der Seite des Auslasses geöffnet und die Innenseite der Behandlungskammer T durch die Vakuumpumpe P2 unter Vakuum (in einen Unterdruckzustand) gesetzt, um das übriggebliebene Gas auszulassen.
In diesem Zustand wird aufgrund der Ermittlungssignale des Drucksensors 41 der Behandlungskammer T sowie des Drucksensors 40 der Lampenkammer R der Gasdruck der Lampenkammer R durch das Regelglied 42 in der Weise einer Regulierung unterzogen, dass er dem Gasdruck der Behandlungskammer T, das heißt, einem Vakuum (Unterdruckzustand) angenährt wird.

(6) Als nächstes wird die Tür (nicht in der Zeichnung dargestellt) der Behandlungskammer T geöffnet und der Halbleiterwafer von innen herausgenommen.

Das Innere der Behandlungskammer T erreicht hierbei den Gasdruck außerhalb der Vorrichtung, das heißt, den Atmosphärendruck. In diesem Zustand wird aufgrund der Ermittlungssignale des Drucksensors 41 der Behandlungskammer T sowie des Drucksensors 40 der Lampenkammer R der Gasdruck der Lampenkammer R durch das Regelglied 42 in der Weise einer Regulierungsregelung unterzogen, dass er dem Gasdruck der Behandlungskammer T, das heißt, dem Atmosphärendruck, angenährt wird.
Vorstehend wurde der Behandlungsprozess der UV-Bestrahlungsvorrichtung anhand eines Beispiels beschrieben. Im Fall, dass derselbe Behandlungsprozess fortgesetzt wird, oder in ähnlichen Fällen, gibt es auch Fälle, in welchen beispielsweise die Vorgänge (2) und (4) nicht benötigt werden, bei welchen das Innere der Behandlungskammer T in einen Unterdruckzustand versetzt wird.
Ein Merkmal der Erfindung besteht darin, den Gasdruck der Lampenkammer R und den Gasdruck der Behandlungskammer T stets durch die Drucksensoren zu ermitteln und die Gasdruckdifferenz zwischen den beiden zu regulieren. Wenn eine derartige Funktion vorhanden ist, kann man sich verschiedene weitere Regelungs-Gestaltungen vorstellen.
Die erfindungsgemäße Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen kann man für eine UV-Trockenreinigung, eine Oberflächenoxidation, eine Oberflächenaktivierung, eine Foto-CVD-Behandlung und dergleichen anwenden. Es ist selbstverständlich, dass die dielektrischen Barrier-Entladungslampen nicht auf diejenigen Lampen beschränkt sind, in welche Xenon-Gas eingefüllt ist und welche eine Wellenlänge von 172 nm ausstrahlen, sondern dass man auch dielektrische Barrier-Entladungslampen anwenden kann, in welche Argongas, Kryptongas oder dergleichen eingefüllt ist. Auch die Form der dielektrischen Barrier-Entladungslampe ist nicht auf die in 2(a) und 2(b) gezeigte Doppelzylinderform beschränkt, sondern man kann selbstverständlich auch sonstige Formen anwenden.
Wie vorstehend beschrieben wurde, kann man bei der erfindungsgemäßen Behandlungsvorrichtung unter Verwendung dielektrischer Barrier-Entladungslampen durch die Anordnung der Gasdrucksensoren in der Lampenkammer und der Behandlungskammer die Gasdruckdifferenz zwischen dem Inneren der beiden fast auf 0 oder in einen im Wesentlichen tolerierbaren Bereich drücken. Man kann deshalb die Dicke des UV-Durchlassbauteils, durch welches die Lampenkammer und die Behandlungskammer voneinander getrennt sind, verkleinern und als Folge davon die Dämpfung der UV-Strahlung durch das UV-Durchlassbauteil minimieren.

Claims

Behandlungsvorrichtung unter Verwendung von dielektrischen Barrierenentladungslampen (23a, 23b, 23c), Folgendes umfassend: – eine Lampenkammer (R), in der dielektrische Barrierenentladungslampen (23a, 23b, 23c) untergebracht sind und in der eine Edelgasatmosphäre herrscht; – eine Behandlungskammer (T), in der ein zu behandelnder Artikel (1) untergebracht ist und in der eine Behandlungsgasatmosphäre herrscht, und – eine UV-Durchlasskomponente (11), durch die die Lampenkammer (R) und die Behandlungskammer (T) voneinander getrennt werden, und – ein Mittel (24a; 32a) zur Zuführung von Gas in das Innere der entsprechenden Kammer (R; T) und ein Mittel (24b; 32b) zum Entladen von Gas aus derselben, dadurch gekennzeichnet, dass die Lampenkammer (R) und die Behandlungskammer (T) jeweils ein Mittel (40; 41) zur Bestimmung des Gasdrucks innerhalb der entsprechenden Kammer besitzen, ein Reglermittel (42) zur Regelung des Drucks der Gasatmosphäre innerhalb der Lampenkammer (R) und des Gasdrucks innerhalb der Behandlungskammer (T) relativ zueinander unter Anwendung der von den Bestimmungsmitteln (40; 41) bestimmten Gasdrücken der Lampenkammer (R) und der Behandlungskammer (T) vorgesehen ist, so dass die Druckdifferenz zwischen der Gasatmosphäre der Lampenkammer (R) und der Gasatmosphäre der Behandlungskammer (T) innerhalb von ±0,2 atm liegt.
Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin das Reglermittel (42) geeignet ist, den Druck der Gasatmosphäre der Lampenkammer (R) gemäß dem Druck der Gasatmosphäre der Behandlungskammer (T) zu regeln.
Behandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin das Reglermittel (42) geeignet ist, den Druck der Gasatmosphäre der Lampenkammer (R) auf einen Wert einzustellen, der im wesentlichen dem Druck der Gasatmosphäre der Behandlungskammer (T) entspricht.
Behandlungsverfahren unter Anwendung dielektrischer Barrierenentladungslampen (23a, 23b, 23c), das folgende Schritte umfasst: – Zuführung eines Edelgases in eine Lampenkammer (R), in der sich dielektrische Barrierenentladungslampen (23a, 23b, 23c) befinden; – Einlassen eines Behandlungsgases in eine Behandlungskammer (T), in der sich ein zu behandelnder Artikel (1) befindet und die von der Lampenkammer (R) durch eine UV-Durchlasskomponente (11) getrennt ist; Bestimmung des Gasdrucks der Behandlungskammer (T) und des Gasdrucks der Lampenkammer (R); und Regeln des Gasdrucks mindestens einer von Lampenkammer (R) und Behandlungskammer (T) relativ zueinander auf Basis der bestimmten Gasdrücke, so dass die Differenz zwischen den Gasdrücken der Kammern (R; T) innerhalb von ±0,2 atm liegt.
Behandlungsverfahren nach Anspruch 4, worin der Einlassschritt gleichzeitig mit dem Zuführungsschritt erfolgt.
Behandlungsverfahren nach Anspruch 4, worin der Einlassschritt im Anschluss an den Zuführungsschritt erfolgt.
Behandlungsverfahren nach Anspruch 4, worin der Einlassschritt vor dem Zuführungsschritt erfolgt.
Behandlungsverfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, worin der Regelungsschritt so ausgeführt wird, dass die Differenz zwischen den Gasdrücken der Kammern (R; T) im wesentlichen Null wird.