JP2005193088A - エキシマランプ照射装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】従来の照射窓を有する照射装置は、照射窓の表面温度が比較的に低温であったため、紫外線照射中の被照射物から発生する飛散物が、低温度の照射窓に接触して再結晶化して付着するという現象があった。飛散物が照射窓に付着すると、エキシマ光の透過を阻害するとともに、堆積した飛散物が剥がれ落ちて、被照射物を汚染するという問題があった。
【解決手段】ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、エキシマランプの表面温度を１００〜１８０℃に設定する。また、ランプハウス内に飛散物捕捉機構を設ける。
【選択図】 図３
【解決手段】ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、エキシマランプの表面温度を１００〜１８０℃に設定する。また、ランプハウス内に飛散物捕捉機構を設ける。
【選択図】 図３
Description
本発明は、例えば、光化学反応に利用できる紫外線を放射するエキシマランプを用いたエキシマランプ照射装置の改良に関する。
本発明に関連した技術としては、外形が概略円筒状の放電ランプを、光取り出し窓を設けたランプハウス内に窒素ガスを充満させて収納させるものがある。例えば、日本国登録特許第２８５４２５５号公報（特許文献１）に誘電体バリア放電ランプを使った紫外線照射装置が記載されている。
図５は特許文献１に示された構成を示す図で、円筒状の誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃはランプハウス２１内に収容されている。前記ランプハウス２１には光取り出し窓２０が設けられ、前記誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと光取り出し窓２０との間の空間２６は窒素ガスで満たされている。このような構成にすると、前記誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから放出される真空紫外線のうち、隣接する誘電体バリア放電ランプに向かう部分は、Ｖ字形の光反射板４３、４５に当たって反射され、光の進行方向が下向きに方向転換され、光取り出し窓２０から放出される。この場合、誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから放出された真空紫外線は誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃと光取り出し窓２０との間の空間２６を通過するが、この空間２６は窒素ガスで満たされているので吸収されない。したがって、光取り出し窓２０からは誘電体バリア放電ランプ４１ａ、４１ｂおよび４１ｃから放出された真空紫外線の横方向の光反射板４３および４５に向かう部分と直接被照射体に向かう部分の合計が放出され、前記光取り出し窓２０は実質的に面状の真空紫外線光源となる。
ところで、このような従来の光取り出し窓を有する照射装置は、光取り出し窓の表面温度が比較的に低温であったため、照射中の被照射物から発生する飛散物が、光取り出し窓に接触して再結晶化して付着したり、あるいは本装置が設置してある大気中に有機溶剤、酸、アルカリなどの各種薬品が気化・霧化して浮遊していると、それが紫外線を受けて硫酸アンモニウム等の反応生成物を生じ、窓ガラスに白粉が付着するという問題があった。そして、飛散物や白粉が光取り出し窓に付着すると、エキシマ光の透過を阻害するために紫外線強度が低下たり、堆積した飛散物や白粉が剥がれ落ちて、被照射物を汚染するという問題があった。
さらに、従来の光取り出し窓を有する照射装置は、近年の洗浄物の大形化や搬送の高速化に伴うランプの長尺化や数量の増加で、光取り出し窓が長大化と強度確保のための厚肉化でコストアップとなり、製造自体が困難になるという問題があった。
本発明の課題はこれらの問題を解決して、紫外線の低下を防止するとともに、被照射物の汚染をも防止し、小型で維持管理の容易なエキシマランプ照射装置を提供すことである。
請求項１に記載のエキシマランプ照射装置は、ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、エキシマランプの表面温度を１００〜１８０℃に設定したことを特徴とする。
請求項２に記載のエキシマランプ照射装置は、ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、前記ランプハウス内に飛散物捕捉機構を設けたことを特徴とする。
請求項１の発明によれば、ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマ照射装置において、エキシマランプの表面温度を１００〜１８０℃に設定しているので、被処理物からの飛散物や前述の白粉などがランプ表面に付着することがなく、紫外線強度の低下を防止できる。また、付着物が剥がれ落ちて、被処理物を汚染することも防止できる。さらに、本発明によるエキシマランプ照射装置はガラス窓が不要なので、装置自体が簡単になり、安価なものにできる。
請求項２の発明によれば、ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、前記ランプハウス内に飛散物捕捉機構を設けているので、被処理物からの飛散物などが飛散物捕捉板に捕捉され、付着物の除去作業等装置の保守を容易におこなうことができ、装置の保守費用を大幅に削減できる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。図1は本発明に係るエキシマランプの実施の形態を示す断面図である。図1において、１はエキシマランプを示し、発光管３は透明石英からなり、断面形状は四角形状で石英の厚さは約２ｍｍのほぼ直方体である。そして、長軸方向の両端は閉塞して密封され、容器内４には適当な圧力にて、ランプ点灯中にエキシマ分子を生成するガス（例えばキセノン）が封入されている。
発光管３の一面にはニッケルの金属薄膜からなる電極２が真空蒸着にて形成されている。金属薄膜の材料としてはニッケルのほかにクロムを用いることもできる。さらに前記金属薄膜からなる電極２を形成した面とは反対側の面には、同じくニッケルからなる金属薄膜からなる電極２’が形成されている。ただし、金属薄膜からなる電極２’は紫外線を取り出すために、リード線を付設する端部を除きメッシュ状に形成されている。このように構成されたエキシマランプの電極２と電極２’の間に高周波の高電圧を加えると、容器内４に封入されたガスが励起され、エキシマ光を発生する。発生したエキシマ光は、下側のメッシュ状電極２’の網目から外部に放射される。
図２は本発明に係るエキシマランプ照射装置の第１の実施形態を示す断面図である。図２において、エキシマランプ１はランプホルダー７を介してランプハウス５に取り付けられている。このように構成したエキシマランプ照射装置により、被処理物（図示せず）に紫外線を照射するには、被処理物をエキシマランプ１から距離２〜３ｍｍ離したところに配置する。前記エキシマランプ１から放射された紫外線を被処理物に照射すると、前記被処理物から飛散物が発生する。
発生した飛散物は上に向かって移動するが、このときエキシマランプ１の表面温度が１００℃未満であると、前記飛散物は前記エキシマランプ１の表面上で再結晶化して付着する。エキシマランプ１の表面に飛散物が付着すると、紫外線の透過を阻害するため、紫外線強度が低下する。さらに、エキシマランプ表面への飛散物の付着が継続して起こると、エキシマランプ表面上の付着物の堆積層が厚くなって、ランプ表面から剥がれ落ちるようになる。ランプ表面上の付着物の堆積層が剥がれ落ちると、被処理物の上に落下し表面を汚染する。
ここで、１７２ｎｍの波長の紫外線を被処理物に照射した場合のドライ洗浄等に要する処理時間は、この紫外線強度が８５%に低下してもほとんど影響ないが、７０%に低下すると処理時間が３０%ほど長くなることが実験により確かめられた。したがって、処理時間にほとんど影響を与えない紫外線強度を得るためには、少なくとも紫外線強度の低下率を８５パーセント以上に保持する必要がある。
そこで、本発明者等は被処理物からの飛散物がランプ表面に付着して紫外線強度が低下するのを防止する方法について種々検討した結果、ランプ表面温度を１００℃〜１８０℃にすれば良いことを見出した。すなわち、ランプ表面の温度を１００〜１８０℃に設定すれば、紫外線強度の低下率は約３０００時間点灯後も８５パーセント以下には低下しないことを見出した。
その理由は下記のように考えられる。ランプ表面の温度を１００℃以上にすれば飛散物はランプ表面で再結晶化することなく、ランプハウス５の内表面のように、ランプ表面温度よりもさらに温度の低い場所へ移動する。従って、飛散物がランプ表面に付着しないので、紫外線強度を８５パーセント以下に低下させることはない。また、発光管３におけるエキシマ光の透過率は温度に関係し、１８０℃を超えると透過率が急激に低下するが、１８０℃以下にすれば透過率が８５パーセント以下に低下するのを防止できる。
図３は本発明に係るエキシマランプ照射装置の第２の実施形態を示す断面図である。図３において、１はエキシマランプで、該エキシマランプはランプホルダー７を介してランプハウス５に取り付けられている。そして、エキシマランプ１とランプハウス５との間には飛散物捕捉機構６が設置されている。なお、飛散物捕捉機構６はランプハウス５の上面および側面を含む内面全体を覆うような形に構成する。
このような構成にすれば、被処理物表面で発生した飛散物は飛散物捕捉機構６に付着して捕捉される。飛散物捕捉機構６に付着した飛散物の除去は、飛散物捕捉機構６をランプハウス５から取り外して掃除をするか、あるいは飛散物捕捉機構６を新しいものに交換すればよく、装置の保守が容易になる。さらに、ランプ表面温度を１００〜１８０℃に設定すれば、紫外線強度の低下率は約３０００時間点灯後も８５パーセント以下には低下しないという利点がある。
図４は本発明に係るエキシマランプ照射装置の第２の実施形態をさらに改良した第３の実施形態を示す断面図である。図４において、ランプハウス５には、エキシマランプ１がランプホルダー７を介して取り付けられている。前記エキシマランプ１と前記ランプハウス５との間には、ガスに対して透過性を有する飛散物捕捉機構６が設置されている。前記飛散物捕捉機構６は、例えば、パンチングメタルあるいはガラス繊維からなる耐熱布のようなものでもよい。そして、前記飛散物捕捉機構６は第２の実施形態とは異なり、ガスに対して透過性を有するので、ランプハウス５の側面とは繋がった形となっている。このような構成にすれば、飛散物が飛散物捕捉機構６から上に侵入するのを完全に防止できる。
また、ランプハウス５にはガス導入口９が設けられ、エキシマランプ１とランプハウス５との間にガスをフローさせる。このような構成にすると、被処理物から発生する飛散物は下向きの気流に乗ってランプハウス外へ排出できるので、前述したような、飛散物の堆積物が剥がれ落ちて被処理物を汚染するという問題は解決できる。
次に、実施例について説明する。図1において、１はエキシマランプを示し、透明石英製の発光管３で構成されている。発光管３の断面形状は四角形状で、外寸法は長辺が約３５ｍｍ、短辺が約１２ｍｍで、紙面に直角な方向における長軸方向の長さおよび石英の厚さはそれぞれ約１３５０ｍｍおよび約２ｍｍである。前記発光管３の長軸方向の両端は閉塞して密封され、容器内４には約４×１０４Ｐａの圧力にて、ランプ点灯中にエキシマ分子を生成するキセノンガスが封入されている。
前記発光管３の一面には、厚さ約０．２５ｍｍのニッケルの金属薄膜からなる電極２が真空蒸着にて形成されている。さらに前記金属薄膜からなる電極２を形成した面とは反対側の面には、同じく厚さ約０．２５ｍｍのニッケルの金属薄膜からなる電極２’が形成されている。ただし、金属薄膜からなる電極２’は紫外線を取り出すために、リード線を付設する端部を除き線幅が約０．５ｍｍ、目の大きさが約２ｍｍの網目状に形成されている。
このように構成したエキシマランプの電極２と電極２’の間に高周波高電圧を印加すると、容器内４に封入されたキセノンガスが励起され、エキシマ光を発生する。前記容器内４で発生したエキシマ光は、下側のメッシュ状電極２’の網目を通って外部に放射される。
次に、このような構成のエキシマランプを図２に示すようなエキシマランプ照射装置に設置し、発光管３への電力負荷を種々変えてＴＦＴ基板に対する処理実験を行ったところ、約３０００時間処理試験後の結果は表１のとおりであった。なお、表１において、各ランプの紫外線強度は、実施例のうち最大強度を示した実施例番号４のランプの紫外線強度を１００としてパーセントで表している。また、ランプの表面温度はエキシマランプ下面のほぼ中央部における外表面温度で表している。
図６は、表１におけるランプ表面温度と紫外線強度との関係をグラフに表したものである。表１および図６から分かるように、約３０００時間点灯後において、ランプ表面温度が１００〜１８０℃の範囲にあるとランプの外観に異常は無く、紫外線強度は８８パーセント以上を保持している。これに対して、ランプの表面温度が１００℃未満になると、ランプ表面に飛散物などが付着し、白く変色するとともに、紫外線強度は急激に低下する。また、ランプ表面温度が１８０℃を超えると、紫外線強度は急激に低下する。ランプ表面温度が１８０℃を超えると紫外線強度が低下する理由は、ランプの温度が高くなり過ぎて、発光管３を構成する石英の紫外線透過率が低下するためと考えられる。以上の結果から、本発明の課題である、紫外線の低下と被照射物の汚染を防止するためには、エキシマランプ表面温度を１００〜１８０℃の範囲に設定すればよいことが分かる。
表１
さらに、エキシマランプに封入するガスの種類を変えたり、ランプの大きさを変えて試験を行ったが、いずれの場合も、発光管表面温度を１００〜１８０℃に設定すれば、飛散物の付着が防止できることが分かった。
１ エキシマランプ
２ 電極
２’ 電極
３ 発光管
５ ランプハウス
６ 飛散物捕捉板
７ ランプホルダー
２ 電極
２’ 電極
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Claims (2)
- ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、前記エキシマランプの表面温度を１００〜１８０℃に設定したことを特徴とするエキシマランプ照射装置。
- ガラス窓を介することなく、被処理物に直接エキシマ光を照射するための開口を有するランプハウス内にエキシマランプを配置するエキシマランプ照射装置において、前記ランプハウス内に飛散物捕捉機構を設けたことを特徴とするエキシマランプ照射装置。
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