JP2017221918A

JP2017221918A - 光学素子洗浄装置及び光学素子洗浄方法

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Publication number: JP2017221918A
Application number: JP2016120368A
Authority: JP
Inventors: 岳人千賀; Takehito Chiga
Original assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Current assignee: Ushio Denki KK; Ushio Inc
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2017-12-21

Abstract

【課題】光学素子の表面の洗浄処理を高い効率で行うことができるドライ方式の光学素子洗浄装置及び光学素子洗浄方法を提供する。【解決手段】本発明の光学素子洗浄装置は、洗浄処理対象である光学素子を保持する保持部と、この保持部に保持された前記光学素子の被処理面が露出する処理空間に、オゾンを含む処理用ガスを供給する処理用ガス供給機構と、前記保持部に保持された前記光学素子に加熱用赤外線を照射する赤外光源とを備えてなることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば光学素子の表面を洗浄処理する光学素子洗浄装置及び光学素子洗浄方法に関する。

レンズ等の光学素子の表面に付着した有機物による異物を除去する方法としては、オゾンを使用したドライ方式の洗浄方法が知られている（特許文献１参照。）。このようなドライ方式の洗浄処理方法においては、イオン化された酸素、窒素、アルゴンまたは水蒸気にオゾンが混合されてなる気体を、光学素子の表面に接触させると共に、当該光学素子の表面に紫外線を照射する。これにより、オゾンが分解して酸素ラジカル等の活性酸素が生成され、オゾンや生成した活性酸素によって、光学素子の表面に付着した有機物が分解除去される結果、光学素子の表面が洗浄処理される。

特開２００１−３００４５３号公報

しかしながら、上記の洗浄方法においては、洗浄効率が非常に低いため、光学素子の表面に付着した有機物による異物を十分に除去するために相当に長い時間を要する、という問題があることが判明した。
これは、紫外線の大部分が光学素子の表面に到達する前にオゾンや酸素に吸収されることにより、光学素子の表面に照射される紫外線の量が著しく低下するため、光学素子の表面に付着した有機物の分解に寄与する活性酸素の量が少ないためであると考えられる。具体的に説明すると、活性酸素は、オゾンよりも有機物を分解しやすい特性を有するが、寿命が極めて短いものである。そのため、光学素子の表面近傍において高い濃度の活性酸素を生成させることが肝要である。然るに、光学素子の表面近傍に存在するオゾンには、十分な量の紫外線が照射されない。そのため、光学素子の表面近傍においては高い濃度の活性酸素が生成されず、その結果、光学素子の表面に付着した有機物を高い効率で分解することが困難となる。

そこで、本発明の目的は、光学素子の表面の洗浄処理を高い効率で行うことができるドライ方式の光学素子洗浄装置及び光学素子洗浄方法を提供することにある。

本発明の光学素子洗浄装置は、洗浄処理対象である光学素子を保持する保持部と、
この保持部に保持された前記光学素子の被処理面が露出する処理空間に、オゾンを含む処理用ガスを供給する処理用ガス供給機構と、
前記保持部に保持された前記光学素子に加熱用赤外線を照射する赤外光源と
を備えてなることを特徴とする。

本発明の光学素子洗浄装置においては、前記処理用ガス供給機構は、オゾンおよび酸素を含有する処理用ガスを供給するものであることが好ましい。
また、前記赤外光源は、前記光学素子の被処理面の温度を７０℃以上に加熱するものであることが好ましい。

本発明の光学素子洗浄方法は、光学素子の表面を洗浄処理する光学素子洗浄方法であって、
洗浄処理対象である光学素子を赤外線により加熱すると共に、前記光学素子の被処理面にオゾンを含む処理用ガスを接触させることを特徴とする。

本発明の光学素子洗浄方法においては、前記処理用ガスは、オゾンおよび酸素を含有するものであることが好ましい。
また、前記光学素子は、被処理面の温度が７０℃以上となるよう加熱されることが好ましい。

本発明によれば、赤外線によって光学素子が加熱されることにより、光学素子の被処理面近傍に存在するオゾンが熱分解されるため、光学素子の被処理面近傍において高い濃度の活性酸素が生成する。従って、光学素子の被処理面の洗浄処理を高い効率で行うことができる。

本発明の光学素子洗浄装置の一例における構成を示す説明用断面図である。或る種の石英ガラスの赤外吸収スペクトルを示す図である。オゾンの赤外透過スペクトルを示す図である。本発明の光学素子洗浄装置の他の例における構成を示す説明用断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の光学素子洗浄装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
この光学素子洗浄装置は、洗浄処理対象である光学素子１の被処理面２を洗浄処理するための処理空間１１を形成するチャンバー１０を有する。このチャンバー１０の上壁１２には、光学素子１を保持する保持部１５が形成されている。光学素子１は、その被処理面２が処理空間１１に露出した状態で、保持部１５によって保持されている。

チャンバー１０の側壁１３には、処理空間１１に処理用ガスを供給するためのガス供給孔１６が形成されていると共に、処理空間１１中のガスを排出するためのガス排出孔１７が形成されている。ガス供給孔１６は、適宜のガス管（図示省略）を介して処理用ガスを供給する処理用ガス供給機構（図示省略）に接続されている。
図示の例では、ガス供給孔１６は、側壁１３における上部側位置、すなわち光学素子１に接近した位置において、処理用ガス供給機構から供給される処理用ガスが処理空間１１に光学素子１に向かって噴出するよう形成されている。また、ガス排出孔１７は、側壁１３における下部側位置に形成されている。

チャンバー１０の処理空間１１内には、保持部１５に保持された光学素子１に加熱用赤外線を照射する赤外光源２０が、当該光学素子１に対向するよう配置されている。この赤外光源２０は、支持部材２１を介して、チャンバー１０の底壁１４に固定されている。光学素子１と赤外光源２０との離間距離は、例えば４０〜１２０ｍｍである。

チャンバー１０の内面は、赤外光源２０からの赤外線を反射する反射面として形成されていることが好ましい。このような構成によれば、チャンバー１０が赤外線によって加熱されることが防止または抑制することができるため、チャンバー１０の加熱によるオゾンの分解を防止または抑制することができる。

処理用ガス供給機構から供給される処理用ガスとしては、オゾンを含むガスが用いられる。処理用ガスは、オゾンと共に酸素（Ｏ₂）を含むものであることが好ましい。このような処理用ガスを用いることにより、一層高い効率で光学素子１に対する洗浄処理を行うことができる。また、処理用ガスは、オゾンおよび酸素以外に、窒素などの不活性ガスを含むものであってもよい。

オゾンによる有機物の分解反応について説明すると、先ず、不飽和二重結合を有する有機物については、オゾンと接触することにより、オゾンが不飽和二重結合に付加し、中間生成物であるオゾニドを介して分解する。従って、不飽和二重結合を有する有機物はオゾンによって容易に分解する。
一方、不飽和二重結合を有さない有機物については、オゾンと接触しても分解反応がゆっくり進行する。これは、オゾンが、第三体（オゾンの周辺に存在する酸素分子や窒素分子など）と反応することにより、酸素分子と酸素原子とに分解する反応が遅いためである。具体的に説明すると、オゾンの分解によって生じた酸素原子が有機物における水素原子を引抜き、ラジカル化する反応が生じ、この反応が有機物の分解の引き金になる。その後、ラジカル化した有機物は、酸素分子と反応することにより、過酸化物ラジカルが生じ、最終的に、ＣＯ₂やＨ₂Ｏを生成する反応に繋がる。このとき、予め酸素分子が存在しない場合には、オゾンの分解などから生じた酸素分子を利用するしかなく、結局、有機物の分解が遅くなる。
従って、処理用ガスに酸素が含有されることにより、不飽和二重結合を有さない有機物の分解反応が促進され、その結果、一層高い効率で光学素子１に対する洗浄処理を行うことができる。

オゾンおよび酸素を含むガスを用いる場合において、処理用ガス供給機構としては、オゾンおよび酸素の混合ガスを供給するものであっても、オゾンを供給するオゾン供給器および酸素を供給する酸素供給器を有し、オゾンおよび酸素を各供給器から別々に供給するものであってもよい。
オゾン供給器としては、放電式のオゾン発生器や、真空紫外線を放射するエキシマランプを用いたオゾン発生器などを用いることができる。

処理用ガス中におけるオゾンの含有割合は、２０ｐｐｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１００〜１００００ｐｐｍである。オゾンの含有割合が過小である場合には、高い効率で光学素子１に対する洗浄処理を行うことが困難となることがある。
また、処理用ガス中における酸素の含有割合は、オゾン以外のガス全体の３％以上であることが好ましく、より好ましくは１０〜１００％である。酸素の含有割合が過小である場合には、不飽和二重結合を有さない有機物の分解が遅くなることがある。

赤外光源２０は、光学素子１の具体的な材質に応じて適宜の種類を選択して用いられる。具体的には、赤外光源２０としては、洗浄処理対象である光学素子１を加熱し得る赤外線、すなわち光学素子１に吸収されやすい波長域の赤外線を放射するものが用いられる。特に、オゾンに吸収されにくい波長域の赤外線を放射するものが好ましい。

赤外光源２０から放射される赤外線の波長域について、光学素子１の材質が或る種の石英ガラスである場合を具体例に挙げて説明する。
図２は、或る種の石英ガラスの赤外吸収スペクトルを示す図である。図２に示すように、この種の石英ガラスは、波長８〜１０μｍの赤外線を吸収しやすい。従って、光学素子１の材質が図２に示す赤外吸収スペクトルを有する石英ガラスである場合には、８〜１０μｍの波長域の赤外線であれば、光学素子１に放射されることにより、当該光学素子１を高い効率で加熱することが可能である。
図３は、オゾンの赤外透過スペクトルを示す図である。図３に示すように、オゾンは、波長４．８〜９．２μｍの赤外線を吸収しにくい。従って、４．８〜９．２μｍの波長域の赤外線であれば、赤外光源２０と光学素子１との間にオゾンが存在していても、光学素子１に高い効率で赤外線を放射することが可能である。
従って、光学素子１の材質が図２に示す赤外吸収スペクトルを有する石英ガラスである場合には、赤外光源２０としては、８〜９．２μｍの波長域を含む赤外線を放射するものが好ましく用いられる。

赤外光源２０の具体例としては、セラミックヒータなどが挙げられる。また、赤外光源２０は、反射鏡が設けられたものであってもよい。

上記の光学素子洗浄装置においては、光学素子１が、その被処理面２が処理空間１１に露出した状態で、チャンバー１０の保持部１５に装着される。この状態で、処理用ガスが処理用ガス供給機構からチャンバー１０のガス供給孔１６を介して処理空間１１に供給されると共に、赤外光源２０からの赤外線によって、光学素子１が加熱されることにより、光学素子１の洗浄処理が実行される。

以上において、処理用ガス供給機構から供給される処理用ガスの流量は、例えば１０Ｌ／ｍｉｎである。
また、光学素子１は、被処理面２の温度が７０℃以上、特に１００〜２００℃となるよう加熱されることが好ましい。光学素子１の被処理面２の温度が７０℃未満である場合には、光学素子１の被処理面２の近傍に存在するオゾンが十分に熱分解されず、光学素子１の被処理面２の近傍において高い濃度の活性酸素を生成させることが困難となる虞がある。

上記の光学素子洗浄装置によれば、赤外光源２０からの赤外線によって光学素子１が加熱されることにより、光学素子１の被処理面２の近傍に存在するオゾンが熱分解されるため、光学素子１の表面近傍において高い濃度の活性酸素が生成する。従って、光学素子１の表面の洗浄処理を高い効率で行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、種々の変更を加えることが可能である。
例えば図４に示すように、チャンバー１０の保持部１５に保持された光学素子１と赤外光源２０との間に窓部材２５を配置することにより、チャンバー１０内において、処理空間１１と赤外光源２０が配置される空間とが区画されていてもよい。このような構成において、窓部材２５の材質は、光学素子１の具体的な材質に応じて適宜の種類を選択して用いられる。具体的には、窓部材２５の材質としては、赤外光源２０から放射される赤外線のうち、光学素子１の加熱に寄与する波長域（光学素子１に吸収される波長域）の赤外線を透過し得るものが用いられる。

〈実施例１〉
それぞれ径が１２０ｍｍで、厚みが１８ｍｍの合成石英ガラスよりなる平凸レンズの表面に、レジスト揮発成分が付着・硬化されてなる汚染物を有し、汚染物の量が互いに異なる５つの試料（これらの試料を、汚染物の量の多い順にＡ、Ｂ、Ｃ、ＤおよびＥとする。）を用意した。
これらの試料（Ａ〜Ｅ）の各々の表面に対して、図１に示す光学素子洗浄装置によって、下記の条件で洗浄処理を行い、洗浄処理を開始してから１０分間、２０分間、３０分間および６０分間が経過する毎に、試料の表面を観察し、下記の基準により洗浄処理の評価を行った。その結果を下記表１に示す。

［条件］
処理用ガス：１２０ｐｐｍのオゾンが含有された酸素ガス
処理用ガスの流量：５Ｌ／ｍｉｎ
赤外光源：反射鏡付きセラミックヒータ（２５０Ｗ）
試料と赤外光源との離間距離：８０ｍｍ
試料の表面の温度：６５℃
以上において、試料の表面の温度は、各試料におけるレンズの表面に熱電対を配置し、セラミックヒータの出力を制御することによって、上記の温度となるように調整した。
［評価基準］
〇：汚染物（レジスト揮発成分硬化物）の残存が認められない場合
△：汚染物の一部が残存している場合
×：汚染物の大部分が残存している場合

〈実施例２〉
各試料の表面の温度を６５℃から７０℃に変更したこと以外は、実施例１と同様にして試料（Ａ〜Ｅ）の各々の表面に対する洗浄処理を行い、当該洗浄処理の評価を行った。その結果を下記表１に示す。

〈実施例３〉
各試料の表面の温度を６５℃から１２０℃に変更したこと以外は、実施例１と同様にして試料（Ａ〜Ｅ）の各々の表面に対する洗浄処理を行い、当該洗浄処理の評価を行った。その結果を下記表１に示す。

〈実施例４〉
各試料の表面の温度を６５℃から２００℃に変更したこと以外は、実施例１と同様にして試料（Ａ〜Ｅ）の各々の表面に対する洗浄処理を行い、当該洗浄処理の評価を行った。その結果を下記表１に示す。

〈比較例１〉
試料を加熱しなかったこと以外は、実施例１と同様にして試料の表面の洗浄処理を行い、洗浄処理の評価を行った。その結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、実施例１〜４によれば、全ての試料について、表面に付着した汚染物が６０分間以下の処理時間で除去され、特に、試料の表面の温度が７０℃以上である実施例２〜４では、全ての試料について、表面に付着した汚染物が２０分間以下の処理時間で除去されており、従って、光学素子の被処理面の洗浄処理を高い効率で行うことができることが確認された。

１光学素子
２被処理面
１０チャンバー
１１処理空間
１２上壁
１３側壁
１４底壁
１５保持部
１６ガス供給孔
１７ガス排出孔
２０赤外光源
２１支持部材
２５窓部材

Claims

洗浄処理対象である光学素子を保持する保持部と、
この保持部に保持された前記光学素子の被処理面が露出する処理空間に、オゾンを含む処理用ガスを供給する処理用ガス供給機構と、
前記保持部に保持された前記光学素子に加熱用赤外線を照射する赤外光源と
を備えてなることを特徴とする光学素子洗浄装置。
前記処理用ガス供給機構は、オゾンおよび酸素を含有する処理用ガスを供給するものであることを特徴とする請求項１に記載の光学素子洗浄装置。
前記赤外光源は、前記光学素子の被処理面の温度を７０℃以上に加熱するものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の光学素子洗浄装置。
光学素子の表面を洗浄処理する光学素子洗浄方法であって、
洗浄処理対象である光学素子を赤外線により加熱すると共に、前記光学素子の被処理面にオゾンを含む処理用ガスを接触させることを特徴とする光学素子洗浄方法。
前記処理用ガスは、オゾンおよび酸素を含有するものであることを特徴とする請求項４に記載の光学素子洗浄方法。
前記光学素子は、被処理面の温度が７０℃以上となるよう加熱されることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の光学素子洗浄方法。