JP2020068133A - 紫外光照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放電で生じたエキシマ光を用いて照射対象に紫外光を照射する紫外光照射装置において、紫外光の波長の変更を容易にする。【解決手段】紫外光照射装置は、放電によってエキシマ光を生じる放電管２と、当該放電管２から放射されたエキシマ光が入射する透光部４と、を備える。そして、透光部４には、放電管２から放射されたエキシマ光を吸収して当該エキシマ光とは異なる波長の紫外光を放出する蛍光体が含まれている。【選択図】図１

Description

本発明は、放電で生成したエキシマ光を用いて照射対象に紫外光を照射する紫外光照射装置に関する。

半導体製造技術や環境技術の分野において、様々な処理に紫外光が用いられる。半導体製造技術の分野では、ドライ洗浄、表面活性化処理、及びソフトアッシング等の処理において紫外光が用いられる。又、環境技術の分野では、オゾン生成、水や大気の汚染浄化、及び超純水製造等の処理において紫外光が用いられる。そして、これらの用途で使用される紫外光には、エネルギの高い短波長の紫外光（真空紫外光など）が適しており、真空紫外光の照射装置として、放電用ガスが封入された放電管を備えたエキシマ光照射装置が多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００８−４１９９８号公報

上記エキシマ光照射装置では、放電管に封入する放電用ガスを用途に応じて選択することで、その用途に適した波長のエキシマ光を生成できる。しかし、選択できる放電用ガスの種類は少なく、生成できるエキシマ光の波長も限られている。又、このようなエキシマ光照射装置においてエキシマ光の波長を変更しようとした場合、放電管や放電用ガスの入替えによって放電用ガスの種類を変更する必要があり、同じ照射装置において波長を変更することはそれほど簡単なことではなかった。

そこで本発明の目的は、放電で生じたエキシマ光を用いて照射対象に紫外光を照射する紫外光照射装置において、紫外光の波長の変更を容易にすることである。

本発明に係る紫外光照射装置は、放電によってエキシマ光を生じる放電管と、当該放電管から放射されたエキシマ光が入射する透光部と、を備える。そして、透光部には、放電管から放射されたエキシマ光を吸収して当該エキシマ光とは異なる波長の紫外光を放出する蛍光体が含まれている。

上記紫外光照射装置によれば、放電管で生じたエキシマ光を、透光部内の蛍光体によって当該エキシマ光の波長とは異なる波長の紫外光に変えて照射対象に照射できる。しかも、放電用ガスの種類を変更してエキシマ光の波長を変更しなくても、用途に応じて蛍光体を選択し、その蛍光体を含んだ透光部を用いることで、用途に適した波長の紫外光を得ることができる。よって、紫外光の波長を変更したい場合には、透光部を入れ替えることによって当該透光部に含まれる蛍光体の種類を変更すればよい。

本発明によれば、照射対象に照射する紫外光の波長を容易に変更できる。

実施形態に係る紫外光照射装置を概念的に示した縦断面図である。 紫外光照射装置の構成を示したブロック図である。

［１］紫外光照射装置の構成
図１は、実施形態に係る紫外光照射装置を概念的に示した縦断面図である。又、図２は、紫外光照射装置の構成を示したブロック図である。図１に示される様に、紫外光照射装置は、ハウジング１と、放電管２と、第１電極層３Ａと、第２電極層３Ｂと、透光部４と、固定具５と、を備える。更に図２に示される様に、紫外光照射装置は、ガス供給部８１と、電力供給部８２と、センサ８３と、制御部８４と、を備える。

＜ハウジング＞
ハウジング１は、底壁１１と、側壁１２と、天壁１３と、から構成されており、これらで囲まれた空間内に、放電管２と、第１電極層３Ａと、第２電極層３Ｂと、透光部４と、固定具５と、が収納されている。又、ハウジング１の底壁１１には、照射対象に照射する紫外光を通す開口部１４が形成されている。

＜放電管＞
放電管２は、薄箱形状を呈したフラット型の容器であり、エキシマ光を生成するための放電用ガスが封入されている。具体的には、放電管２は、その全体が、紫外光を透過させる誘電体から形成されている。又、放電管２は、その厚さ方向に対して垂直な２つの平面を、外周面の一部として有している。そして、一方の平面が、開口部１４を通じて照射対象と対向する窓面２ａとなる様に、ハウジング１内に放電管２が配されている。この様な放電管２の配置において、他方の平面は、窓面２ａとは反対側に位置する背面２ｂとなる。尚、放電管２は、放電用ガスが封入されるものに限らず、放電用ガスの導入及び排出が行われることにより放電管２内を通って放電用ガスが流れるものであってもよい。

放電管２の形成材料である誘電体には、例えば、紫外光の透過性に優れた石英又は合成石英を用いることができる。尚、放電管２の形成材料には、フッ化カルシウム、フッ化マグネシウム、フッ化リチウム等のフッ化物が用いられてもよい。

放電管２は、封入（又は導入）される放電用ガスの種類に応じて、異なる波長のエキシマ光を生成する。従って、用途に応じて放電用ガスの種類を選択することにより、その用途に適した波長のエキシマ光を放電管２にて生成できる。

＜電極層＞
第１電極層３Ａは、放電管２の窓面２ａに形成されており、グランドとして機能するハウジング１を介して、高周波電圧を出力する電力供給部８２に接続されている（図２参照）。一方、第２電極層３Ｂは、放電管２の背面２ｂに形成されており、第２電極層３Ｂには、背面２ｂに対して垂直に配された電極バー８２Ａが接続されている。そして、当該電極バー８２Ａは、後述する押え板５１及びハウジング１の天壁１３を貫通して外部に引き出されており、第２電極層３Ｂは、電極バー８２Ａを介して電力供給部８２に接続されている。

第１電極層３Ａと第２電極層３Ｂとの間には、電力供給部８２によって高周波電圧を印加することで放電（高周波放電）を生じさせることができる。これにより、放電管２内の放電用ガスが励起し、その結果として放電管２内で生じたエキシマ光が、放電管２から放射される。尚、高周波電圧として、周波数が１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下であり、又、電圧が１ｋＶ以上２０ｋＶ以下であることが、発光効率や熱効率を向上できる点で好ましい。

具体的には、第１電極層３Ａは、窓面２ａから出射されたエキシマ光を均一に透過させることが可能な構成を有している。例えば、第１電極層３Ａには、網状を呈したものや、全域に亘って複数の開口が均一に分布したもの等が用いられる。尚、第１電極層３Ａは、これらに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、第１電極層３Ａは、導電材料を窓面２ａに蒸着させて形成されたものであってもよい。第１電極層３Ａの形成材料には、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、酸化銅、金、銀、更にはこれらの合金など、種々の導電材料が用いられる。

一方、第２電極層３Ｂは、放電管２の背面２ｂに、その全域を覆って形成されている。従って、第１電極層３Ａと第２電極層３Ｂとの間に高周波電圧を印加することで、放電管２内の全域で、放電用ガスを励起させてエキシマ光を均一に生じさせることができる。よって、窓面２ａから出射されるエキシマ光の光量分布も均一になりやすい。又、放電管２の背面２ｂの全域が第２電極層３Ｂで覆われることにより、背面２ｂ側へのエキシマ光の漏出が防止される。

第２電極層３Ｂの形成材料には、第１電極層３Ａと同様、ステンレス鋼、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、酸化銅、金、銀、更にはこれらの合金など、種々の導電材料が用いられる。尚、第２電極層３Ｂは、導電材料を背面２ｂに蒸着させて形成されたものであってもよい。この場合、第２電極層３Ｂは、背面２ｂの方へ向かってきたエキシマ光を窓面２ａ側へ効率良く反射するリフレクタとして機能しやすくなる。

＜透光部＞
透光部４は、紫外光を透過させる第１透光板４１Ａ及び第２透光板４１Ｂと、これらの間に介在する枠体４２と、を有し、これらで囲まれた空間４３内に、窒素ガス等の不活性ガスがガス供給部８１（図２参照）から供給される。第１透光板４１Ａ及び第２透光板４１Ｂのそれぞれの形成材料には、石英、合成石英、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等、光透過性（主に紫外光の透過性）に優れた種々の光透過性材料が用いられる。

第１透光板４１Ａは、放電管２の窓面２ａに対向すると共に第１電極層３Ａに密着した状態で配されている。具体的には、第１透光板４１Ａは、第１電極層３Ａを放電管２の窓面２ａに密着させるために設けられており、後述する押え板５１と共にこれらの間に第１電極層３Ａ、放電管２、及び第２電極層３Ｂを挟持することで、第１電極層３Ａを放電管２の窓面２ａに密着させている。そして、これに伴って第１透光板４１Ａも第１電極層３Ａに密着している。従って、放電管２から放射されたエキシマ光は、ハウジング１内の雰囲気に殆ど触れずに第１透光板４１Ａ側から透光部４に入射する。

第２透光板４１Ｂは、第１透光板４１Ａより厚さが大きく、第１透光板４１Ａに対して放電管２とは反対側の位置に配されている。そして、第２透光板４１Ｂは、第１透光板４１Ａに対向した状態でハウジング１の開口部１４に嵌め込まれている。第２透光板４１Ｂの側周面には、底壁１１の内面（図１において上面）に沿って開口部１４の周囲に迫り出したフランジ部４１Ｂｆが形成されており、当該フランジ部４１Ｂｆと第１透光板４１Ａの周縁部との間には、第１透光板４１Ａと第２透光板４１Ｂとの間に空間４３を形成するための枠体４２が介在している。又、フランジ部４１Ｂｆと底壁１１の内面との間には、オーリング等のシール材４４が介在している。

尚、透光部４は、例えば枠体４２の高さを変更することで第１透光板４１Ａと第２透光板４１Ｂとの間隔を調整できるものであってもよい。又、第２透光板４１Ｂの外面（第１透光板４１Ａとは反対側の平面）には、例えば照射対象で生じた塵埃などで第２透光板４１Ｂが汚損されることを防止するためのフィルタが交換可能に設けられてもよい。このフィルタには、紫外光の透過性に優れた光透過性材料（石英、合成石英、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等）で形成されたものが用いられる。

更に、第１電極層３Ａが、導電材料を窓面２ａに蒸着させて形成されたものである場合、第１電極層３Ａを放電管２に密着させるための力を第１電極層３Ａに加える必要がなく、従って、透光部４からは第１透光板４１Ａを省略することができる。この場合、例えば枠体４２又はそれに設けられたフランジ部（不図示）によって放電管２が保持されることで、放電管２と第２透光板４１Ｂとの間に空間４３が形成される。

透光部４の空間４３には、窒素ガス等の不活性ガスが導入される。一例として、枠体４２の外周面にはこれを包囲するダクト（不図示）が設けられており、ダクトと枠体４２との対向面のそれぞれに、透光部４の空間４３に通じる貫通孔（不図示）が所定間隔で形成されている。そして、窒素ガス等の不活性ガスが、ガス供給部８１からダクトに供給され、その後、上記貫通孔を通じて透光部４の空間４３に導入される。これにより、透光部４の空間４３が不活性ガスでパージされ、当該空間４３内の空気（紫外光（エキシマ光を含む）を吸収しやすい酸素ガスを含む）が除去される。又、放電管２での放電時（エキシマ光の生成時）に、透光部４の空間４３への不活性ガスの導入を継続することにより、第１透光板４１Ａを介して放電管２を冷却できる。

本実施形態では更に、第２透光板４１Ｂの内面（第１透光板４１Ａ側の平面）に蛍光体層４５が形成されている。ここで、蛍光体層４５は、放電管２の窓面２ａから出射されたエキシマ光を吸収して当該エキシマ光とは異なる波長の紫外光を放出する蛍光体を含んだ層である。このような蛍光体の種類には、放電管２で生じたエキシマ光を、（１）波長の異なる別のエキシマ光に変更するものと、（２）エキシマ光以外の紫外光に変更するものと、が含まれる。尚、下掲の表１には、蛍光体（１）、（２）の例が示されている。

本実施形態では、第２透光板４１Ｂの内面に蛍光体層４５を形成することで、当該蛍光体層４５を、不活性ガスが供給される空間４３内に露出させている。これにより、蛍光体層４５中の蛍光体を、これを劣化させる虞のある雰囲気（酸素ガスなど）に接触することから守ることができる。

＜固定具＞
固定具５は、ハウジング１内に放電管２を固定する機構であり、押え板５１と、複数の付勢部５２と、を有する。押え板５１は、放電管２の背面２ｂに対向すると共に第２電極層３Ｂに密着した状態で配されている。又、押え板５１の形成材料には、エキシマ光が透過しにくい遮光材料が用いられる。これにより、押え板５１は、放電管２の背面２ｂ側へのエキシマ光の漏出を防止できる。

付勢部５２の各々は、支柱５２１と、固定ピン５２２と、圧縮バネ５２３と、から構成されている。支柱５２１は、透光部４の周辺にて底壁１１の内面に立設されている。押え板５１は、支柱５２１と対向する位置まで拡がっており、固定ピン５２２は、押え板５１を貫通した状態で支柱５２１の先端面に固定されている。そして、固定ピン５２２の端部（支柱５２１に固定された端部とは反対側の端部）に設けられた頭部と押え板５１との間に、圧縮バネ５２３が、固定ピン５２２を取り巻いた状態で介在している。又、圧縮バネ５２３が適度に圧縮された状態となる様に、固定ピン５２２の頭部の位置が調整されている。

この様な固定具５によれば、押え板５１は、付勢部５２の圧縮バネ５２３によって底壁１１の方へ付勢され、その結果、押え板５１により、放電管２及び透光部４が底壁１１の方へ押圧されることになる。一方、そのときの押圧力は、第２透光板４１Ｂのフランジ部４１Ｂｆがシール材４４を介して底壁１１の内面に押し付けられることにより、当該底壁１１の内面で受け止められる。よって、放電管２は、押え板５１と透光部４とによって挟持された状態で固定される。尚、放電管２は、押え板５１を持たない何らかの固定手段（不図示）によりハウジング１内に固定されてもよい。

［２］紫外光照射装置の制御
制御部８４は、紫外光照射装置の各部を制御する。具体的には、制御部８４は、電力供給部８２を制御して第１電極層３Ａ及び第２電極層３Ｂの間に高周波電圧を印加することにより、電極層間に放電（高周波放電）を生じさせ、その結果として放電管２の窓面２ａからエキシマ光を出射させる。このとき、制御部８４は、放電管２から放射されるエキシマ光の光量をセンサ８３（図２参照）で検出し、その検出結果に基づいて電力供給部８２を制御してもよい。この場合、制御部８４は、センサ８３の検出結果に基づいて、当該電力供給部８２から出力される高周波電圧を昇降させる。これにより、放電管２からのエキシマ光の出射量を、フィードバック制御して安定させることができる。

放電（高周波放電）時において、制御部８４は、ガス供給部８１を制御することにより、透光部４の空間４３に不活性ガスを供給する。これにより、紫外光（エキシマ光を含む）を吸収しやすい酸素ガスが透光部４の空間４３から除去される。又、第１透光板４１Ａは、放電管２の窓面２ａに対向すると共に第１電極層３Ａに密着した状態で配されている。従って、放電管２の窓面２ａから出射されたエキシマ光は、その強度が殆ど弱められることなく、第２透光板４１Ｂの内面（第１透光板４１Ａ側の平面）に形成された蛍光体層４５まで導かれる。

蛍光体層４５に入射したエキシマ光は、蛍光体層４５中の蛍光体に吸収された後、当該エキシマ光とは波長の異なる紫外光となって蛍光体から放出される。そして、蛍光体から放出された紫外光は、第２透光板４１Ｂを通って照射対象に照射される。即ち、上記紫外光照射装置によれば、放電管２から放射されたエキシマ光を、透光部４内に設けられた蛍光体層４５中の蛍光体によって当該エキシマ光の波長とは異なる波長の紫外光に変えて照射対象に照射できる。ここで、紫外光照射装置は、第２透光板４１Ｂの外面（第１透光板４１Ａとは反対側の平面）を照射対象に近接対向させた状態で紫外光を照射対象に照射できるものであることが好ましい。なぜなら、蛍光体から放出された紫外光を、その強度を殆ど弱めることなく照射対象に効率良く照射することが可能になるからである。

しかも、上記紫外光照射装置によれば、放電用ガスの種類を変更してエキシマ光の波長を変更しなくても、用途に応じて蛍光体を選択し、その蛍光体を含んだ蛍光体層４５が形成されている透光部４（本実施形態では第２透光板４１Ｂ）を用いることで、用途に適した波長の紫外光を得ることができる。よって、紫外光の波長を変更したい場合には、透光部４（又は第２透光板４１Ｂだけ）を入れ替えることによって蛍光体の種類を変更すればよい。即ち、透光部４の入替えといった簡単な作業で、照射対象に照射する紫外光の波長を容易に変更できる。

尚、放電管２の内面に蛍光体を塗布することで紫外光の波長を変更することも考えられるが、そのような構成では、蛍光体が劣化した場合に放電管２を交換しなければならない。これに対し、本実施形態の紫外光照射装置では、透光部４（又は第２透光板４１Ｂだけ）を交換すればよいので、蛍光体の劣化に対応しやすい。

［３］変形例
上記紫外光照射装置において、放電管２は、薄箱形状を呈したフラット型の容器に放電用ガスが封入されたものに限らず、チューブ状を呈した容器に放電用ガスが封入されたものであってもよい。

又、上記蛍光体層４５は、第１透光板４１Ａの内面（第２透光板４１Ｂ側の平面）に形成されていてもよい。又、蛍光体層４５を形成することに代えて、第１透光板４１Ａ及び第２透光板４１Ｂの少なくとも何れか一方の内部に蛍光体を分布させてもよい。更に、透光部４は、空間４３を持たないバルク状のものであってもよい。この場合、上記蛍光体は、透光部４の一部の領域に含まれていてよいし、透光部４の全体に含まれていてもよい。

上述の実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。更に、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

１ ハウジング
２ 放電管
２ａ 窓面
２ｂ 背面
３Ａ 第１電極層
３Ｂ 第２電極層
４ 透光部
５ 固定具
１１ 底壁
１２ 側壁
１３ 天壁
１４ 開口部
４１Ａ 第１透光板
４１Ｂ 第２透光板
４１Ｂｆ フランジ部
４２ 枠体
４３ 空間
４４ シール材
４５ 蛍光体層
５１ 押え板
５２ 付勢部
８１ ガス供給部
８２ 電力供給部
８２Ａ 電極バー
８３ センサ
８４ 制御部
５２１ 支柱
５２２ 固定ピン
５２３ 圧縮バネ

Claims (1)

1. 放電によってエキシマ光を生じる放電管と、
   前記放電管から放射された前記エキシマ光が入射する透光部と、
   を備え、
   前記透光部には、前記放電管から放射された前記エキシマ光を吸収して当該エキシマ光とは異なる波長の紫外光を放出する蛍光体が含まれている、紫外光照射装置。

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