JP2021146232A - Gas supplying device - Google Patents

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Abstract

To provide a gas supplying device capable of blowing a gas containing radicals at a higher concentration than before to an object.SOLUTION: There is provided a gas supplying device which comprises: a gas inflow port into which a raw material gas containing a raw material as a radical source flows; a gas flow path in which the raw material gas flowed from the gas inflow port flows; a light source emitting ultraviolet light to the light irradiation area in the gas flow path; a gas outflow port for allowing treated gas which is a raw material gas having been irradiated with ultraviolet light to flow to the outside; and a heating part for heating a raw material gas or treated gas flowing in the light irradiation area.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明はガス供給装置に関し、より詳細には、紫外光が照射された後のガスを対象物に対して吹き付けることで、対象物に対する処理を行うための、ガス供給装置に関する。 The present invention relates to a gas supply device, and more particularly to a gas supply device for processing an object by blowing gas after being irradiated with ultraviolet light onto the object.

従来、対象物の表面に付着した有機化合物を除去することを目的として、ガスに対して真空紫外光を照射することで当該ガスを活性化し、この活性化したガスを対象物の表面に吹き付ける技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for the purpose of removing organic compounds adhering to the surface of an object, a technique of activating the gas by irradiating the gas with vacuum ultraviolet light and spraying the activated gas on the surface of the object. Is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2007−98357号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2007-98357

しかし、本発明者らの鋭意研究によれば、特許文献1に記載された構造では、対象物に対して高濃度のラジカルを含むガスを吹き付けられないことが分かった。この理由として、本発明者らは、特許文献1に記載された構造では、ラジカルを生成するためにガスに紫外光を照射するための光源と、ラジカルを含むガスを吹き付ける対象物の設置場所とが離れ過ぎていることで、ガスが対象物に到達する前に、ラジカルの多くが失活してしまうためと推察している。 However, according to the diligent research of the present inventors, it was found that the structure described in Patent Document 1 cannot blow a gas containing a high concentration of radicals onto the object. The reason for this is that, in the structure described in Patent Document 1, the present inventors have a light source for irradiating the gas with ultraviolet light to generate radicals, and an installation location of an object to which the gas containing radicals is blown. It is speculated that many of the radicals are deactivated before the gas reaches the object because they are too far apart.

上記課題に鑑み、本発明は、従来よりも高濃度でラジカルを含むガスを対象物に対して吹き付けることのできる、ガス供給装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a gas supply device capable of blowing a gas containing radicals at a higher concentration than the conventional one onto an object.

本発明に係るガス供給装置は、
ラジカル源となる原料物質を含有する原料ガスが流入されるガス流入口と、
前記ガス流入口から流入された前記原料ガスが通流するガス通流路と、
前記ガス通流路内の光照射領域に向かって紫外光を発する光源と、
前記紫外光が照射された後の前記原料ガスである処理後ガスを外部に流出させるガス流出口と、
前記光照射領域内を通流する前記原料ガス又は前記処理後ガスを加熱する加熱部とを備えたことを特徴とする。
The gas supply device according to the present invention
A gas inlet into which a raw material gas containing a raw material that serves as a radical source flows in, and
A gas flow path through which the raw material gas flowing in from the gas inlet passes, and a gas flow path through which the raw material gas flows.
A light source that emits ultraviolet light toward the light irradiation region in the gas passage, and
A gas outlet that allows the treated gas, which is the raw material gas after being irradiated with the ultraviolet light, to flow out to the outside,
It is characterized by including a heating unit for heating the raw material gas or the treated gas that flows through the light irradiation region.

本明細書中において、「ラジカル」とは、不対電子を持つ化学種(原子、分子)を総称した概念を指す。これらの一例として、O(3P)、ヒドロキシラジカル(・OH)、水素ラジカル(・H)、・NH2、・NHなどが挙げられる。このうち、ラジカルとしてO(3P)が予定されている場合、原料物質は酸素原子を含む物質であり、原料ガスとしては例えば酸素を含む混合ガスや空気が挙げられる。 In the present specification, "radical" refers to a concept that collectively refers to chemical species (atoms, molecules) having unpaired electrons. As these example, O (3 P), hydroxyl radical (· OH), hydrogen radicals (· H), · NH 2 , etc. · NH are exemplified. Of these, when O ( 3 P) is planned as a radical, the raw material is a substance containing an oxygen atom, and examples of the raw gas include a mixed gas containing oxygen and air.

ラジカルは反応性が高く、寿命は極めて短い。より詳細には、ラジカルが、ラジカルの周囲に存在するガス中の他の原子や分子と結合することで、短時間の間にラジカルが消滅する。このため、特許文献1の構成では、高濃度にラジカルを含むガスを対象物に照射することが難しい。 Radicals are highly reactive and have an extremely short lifetime. More specifically, the radical disappears in a short time by binding to other atoms or molecules in the gas existing around the radical. Therefore, in the configuration of Patent Document 1, it is difficult to irradiate the object with a gas containing radicals at a high concentration.

例えば、ラジカル源となる原料物質が酸素原子を含む物質である場合、下記(1)式の反応により、酸素ラジカルO(3P)は、酸素分子と結合することで容易にオゾン(O3)に変換される。
O(3P) + O2 → O3 ‥‥(1)
For example, when the raw material that is the radical source is a substance containing an oxygen atom, the oxygen radical O ( 3 P) is easily bonded to the oxygen molecule by the reaction of the following equation (1), so that the ozone (O 3 ) is easily generated. Is converted to.
O ( 3 P) + O 2 → O 3 ‥‥ (1)

本発明に係るガス供給装置は、光照射領域内を通流する原料ガス又は処理後ガスを加熱する加熱部を備えている。すなわち、原料ガスは、紫外光が照射されている間、加熱部で加熱されながらガス流出口に向かって通流する。また、原料ガスに紫外光が照射されることでラジカルを含む状態となった処理後ガスについても、同様に加熱部で加熱されながらガス流出口に向かって通流する。 The gas supply device according to the present invention includes a heating unit that heats the raw material gas or the treated gas that flows through the light irradiation region. That is, the raw material gas flows toward the gas outlet while being heated by the heating unit while being irradiated with ultraviolet light. Further, the treated gas, which is in a state of containing radicals due to the irradiation of the raw material gas with ultraviolet light, also flows toward the gas outlet while being heated by the heating unit in the same manner.

ところで、ひとたび生成されたラジカルは、高温であるほど他の原子や分子に対する結合反応が進行しにくい。すなわち、上記構成によれば、紫外光が照射されている間の原料ガス又は処理後ガスは、ガスの温度が高温になっているため、ひとたび生成されたラジカルが失活しにくくなる。これにより、従来よりもラジカルを高濃度に含んだ状態の処理後ガスを外部に流出させることが可能となる By the way, once a radical is generated, the higher the temperature, the more difficult it is for the bonding reaction to other atoms or molecules to proceed. That is, according to the above configuration, the radicals once generated are less likely to be deactivated in the raw material gas or the treated gas while being irradiated with ultraviolet light because the temperature of the gas is high. This makes it possible to allow the treated gas containing a higher concentration of radicals than before to flow out to the outside.

更に、ラジカル源となる原料物質によっては、ラジカルが原子や分子と結合して生成された生成物が分解されることで、再びラジカルを放出するものが存在する。例えば、前記原料物質が酸素原子を含む物質である場合、上記(1)式で生成されたオゾン(O3)から下記(2)式によって酸素ラジカルO(3P)が再び生成される場合がある。
3 → O(3P) + O2 ‥‥(2)
Further, depending on the raw material that is the source of radicals, there are some that release radicals again by decomposing the product produced by combining radicals with atoms or molecules. For example, when the raw material is a substance containing an oxygen atom, the oxygen radical O ( 3 P) may be generated again from the ozone (O 3) generated by the above formula (1) by the following formula (2). be.
O 3 → O ( 3 P) + O 2 ‥‥‥ (2)

上記(2)式の反応は、上記(1)式の逆向きの反応であり、オゾン(O3)を含むガスの温度が高温である場合に生じやすい。このため、上記構成によれば、ラジカル源となる原料物質によっては、ひとたび結合されて消滅したラジカルが再度生成される確率が上昇し、ラジカルの含有濃度を更に高めることができる場合がある。 The reaction of the above formula (2) is a reverse reaction of the above formula (1), and tends to occur when the temperature of the gas containing ozone (O 3) is high. Therefore, according to the above configuration, depending on the raw material as the radical source, the probability that the radical once bonded and extinguished is regenerated may increase, and the radical content concentration may be further increased.

前記加熱部は、種々の構成が採用可能である。 Various configurations can be adopted for the heating unit.

第一の例として、前記加熱部は、前記ガス通流路の内側面に設けられるものとしても構わない。この場合において、前記加熱部が前記光源から前記紫外光が出射される発光面で構成されていても構わない。より具体的には、前記光源は発光ガスが封入された発光管を含むエキシマランプであり、前記発光管の管壁が前記ガス通流路の内側面の一部を形成することができる。また、別の態様として、前記加熱部が前記発光面上に配設された電熱線などの加熱線で構成されていても構わない。 As a first example, the heating unit may be provided on the inner surface of the gas passage. In this case, the heating unit may be composed of a light emitting surface from which the ultraviolet light is emitted from the light source. More specifically, the light source is an excimer lamp including an arc tube filled with luminescent gas, and the tube wall of the arc tube can form a part of the inner surface of the gas passage. Further, as another aspect, the heating portion may be composed of a heating wire such as a heating wire arranged on the light emitting surface.

第二の例として、前記加熱部が、前記ガス通流路の内側面に囲まれた位置に配置され、前記ガス流入口から前記ガス流出口に向かって通流する前記原料ガス又は前記処理後ガスの通流方向に沿って延伸する形状を呈した構造としても構わない。この場合において、前記加熱部が前記通流方向に沿って延伸する棒状体で構成されるものとしても構わない。 As a second example, the heating unit is arranged at a position surrounded by the inner side surface of the gas flow path, and the raw material gas flowing from the gas inlet to the gas outlet or after the treatment. The structure may have a shape that extends along the gas flow direction. In this case, the heating portion may be composed of a rod-shaped body extending along the flow direction.

特に、上記第二の例の場合には、前記加熱部は、前記加熱部の前記ガス流出口側の端部が、前記ガス流出口よりも前記ガス流入口側に位置するように構成されているのが好適である。かかる構成によれば、加熱部のガス流出口側の端部すなわち下流側の端部が、ガス流出口よりも上流側に引っ込んだ状態で位置しているため、加熱部によってガス流出口から流出される処理後ガスの流路を妨げてしまうことが抑制される。 In particular, in the case of the second example, the heating portion is configured such that the end portion of the heating portion on the gas outlet side is located closer to the gas inlet side than the gas outlet. It is preferable to have. According to this configuration, the end of the heating unit on the gas outlet side, that is, the end on the downstream side is located in a state of being retracted to the upstream side of the gas outlet, and therefore flows out from the gas outlet by the heating unit. It is suppressed that the flow path of the processed gas is obstructed.

前記光源から出射される前記紫外光は、主たる発光波長が230nm未満であるものとして構わない。 The ultraviolet light emitted from the light source may have a main emission wavelength of less than 230 nm.

本明細書において、「主たる発光波長」とは、光強度が最も高い発光波長、又は、ある波長λに対して±10nmの波長域Z(λ)を発光スペクトル上で規定した場合において、発光スペクトル内における全積分強度に対して40%以上の積分強度を示す波長域Z(λi)における、波長λiを指す。例えば所定の発光ガスが封入されているエキシマランプなどのように、半値幅が極めて狭く、且つ、特定の波長においてのみ光強度を示す光源においては、通常は、相対強度が最も高い波長(主ピーク波長)をもって、主たる発光波長として構わない。 In the present specification, the "main emission wavelength" is an emission spectrum when the emission wavelength having the highest light intensity or a wavelength range Z (λ) of ± 10 nm with respect to a certain wavelength λ is defined on the emission spectrum. Refers to the wavelength λi in the wavelength region Z (λi) showing an integrated intensity of 40% or more with respect to the total integrated intensity within. For example, in a light source having an extremely narrow half-value width and showing light intensity only at a specific wavelength, such as an excimer lamp in which a predetermined luminescent gas is sealed, the wavelength having the highest relative intensity (main peak) is usually used. Wavelength) may be used as the main emission wavelength.

上記光源としては、例えば、発光ガスとして、Xe、Ar、Kr、ArBr、ArF、KrCl、及びKrBrからなる群に属する少なくとも一種の材料を含むガスを採用した、エキシマランプとすることができる。例えば、発光ガスとしてXeを含むエキシマランプによれば、紫外光の主たる発光波長が172nmである。 The light source may be, for example, an excimer lamp that employs a gas containing at least one material belonging to the group consisting of Xe, Ar, Kr, ArBr, ArF, KrCl, and KrBr as the light emitting gas. For example, according to an excimer lamp containing Xe as a luminescent gas, the main emission wavelength of ultraviolet light is 172 nm.

かかる構成によれば、ガス流出口から10mm離間した位置に処理対象物を設置することで、処理対象物に対して、ラジカルを高濃度に含んだ状態の処理後ガスを吹き付けることができる。 According to such a configuration, by installing the treatment object at a position 10 mm away from the gas outlet, the treatment target can be sprayed with the treated gas in a state of containing a high concentration of radicals.

本発明のガス供給装置によれば、従来よりも高濃度でラジカルを含むガス(処理後ガス)を、ガス流出口から流出させることができ、かかるガスを対象物に対して吹き付けることが可能となる。 According to the gas supply device of the present invention, a gas containing radicals (treated gas) having a higher concentration than the conventional one can be discharged from the gas outlet, and the gas can be blown onto the object. Become.

ガス供給装置の一構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically one configuration example of a gas supply device. 図1に示すガス供給装置を、図1とは異なる方向から切断したときの模式的な断面図である。It is a schematic cross-sectional view when the gas supply device shown in FIG. 1 is cut from a direction different from that of FIG. 図1に示すガス供給装置を、図1とは異なる方向から切断したときの模式的な別の断面図である。It is another schematic sectional view when the gas supply device shown in FIG. 1 is cut from a direction different from that shown in FIG. Xeを含む発光ガスが封入されたエキシマランプの発光スペクトルと、酸素(O2)の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。It is a graph which superposed the emission spectrum of the excimer lamp containing the luminescent gas containing Xe, and the absorption spectrum of oxygen (O 2). 図1に示すガス供給装置の、ガス流出口の近傍の部分拡大図である。It is a partially enlarged view of the vicinity of a gas outlet of the gas supply device shown in FIG. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. 図10に示すガス供給装置が備える光源の構成例を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a light source included in the gas supply device shown in FIG. 図10に示すガス供給装置が備える光源の構成例を模式的に示す断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of a light source included in the gas supply device shown in FIG. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. ガス供給装置の別の構成例を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically another structural example of a gas supply device. シミュレーションに利用されたガス供給装置のモデル構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the model structure of the gas supply device used for the simulation. シミュレーションに利用されたガス供給装置のモデル構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the model structure of the gas supply device used for the simulation. シミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result. シミュレーション結果を示すグラフである。It is a graph which shows the simulation result.

本発明に係るガス供給装置の実施形態につき、以下において説明する。なお、以下の各図は、あくまで模式的に図示されたものであり、図面上の寸法比は必ずしも実際の寸法比とは一致しない。また、図面間においても寸法比が一致していない場合がある。 An embodiment of the gas supply device according to the present invention will be described below. It should be noted that the following figures are merely schematically illustrated, and the dimensional ratios on the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios. In addition, the dimensional ratios may not match between the drawings.

《構造》
図1は、本実施形態のガス供給装置の一構成例を模式的に示す断面図である。図1に示すガス供給装置1は、筒状の筐体3と、筐体3内に配置された光源5と、処理対象となる原料ガスG1が流入されるガス流入口11と、この原料ガスG1が通流するガス通流路10と、加熱部53とを備える。また、ガス供給装置1は、ガス通流路10に連絡され、ガス流入口11とは反対側の端部(後述する対象物40側の端部)に、ガス流出口12を備える。加熱部53については後述される。
"structure"
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration example of the gas supply device of the present embodiment. The gas supply device 1 shown in FIG. 1 includes a cylindrical housing 3, a light source 5 arranged in the housing 3, a gas inlet 11 into which the raw material gas G1 to be processed flows in, and the raw material gas. A gas flow path 10 through which G1 passes and a heating unit 53 are provided. Further, the gas supply device 1 is connected to the gas flow path 10, and includes a gas outlet 12 at an end opposite to the gas inflow port 11 (an end on the object 40 side to be described later). The heating unit 53 will be described later.

ガス供給装置1は、ガス通流路10内を通流する原料ガスG1に対して、光源5から発せられた紫外光L1を照射し、原料ガスG1に含まれるラジカル源となる原料物質に対して光化学反応を生じさせ、ラジカルを含む処理後ガスG2を生成して外部に排出(供給)する。すなわち、ガス供給装置1は、ラジカルを含む処理後ガスG2を生成し、供給するための装置である。また、本明細書において「処理後ガスG2」とは、紫外線の照射処理が実行された後の原料ガスG1を指す。 The gas supply device 1 irradiates the raw material gas G1 flowing through the gas flow path 10 with ultraviolet light L1 emitted from the light source 5, and the raw material substance as a radical source contained in the raw material gas G1. To cause a photochemical reaction, the treated gas G2 containing radicals is generated and discharged (supplied) to the outside. That is, the gas supply device 1 is a device for generating and supplying the treated gas G2 containing radicals. Further, in the present specification, the “post-treatment gas G2” refers to the raw material gas G1 after the ultraviolet irradiation treatment is executed.

より詳細には、ガス通流路10内には、光源5から発せられた紫外光L1が照射される光照射領域5bが形成されている。この光照射領域5b内を原料ガスG1が通過することで、原料ガスG1からラジカルを含む処理後ガスG2が生成される。 More specifically, a light irradiation region 5b on which the ultraviolet light L1 emitted from the light source 5 is irradiated is formed in the gas passage path 10. When the raw material gas G1 passes through the light irradiation region 5b, the treated gas G2 containing radicals is generated from the raw material gas G1.

図1には、ガス流出口12に対向する位置に載置された対象物40についても図示されている。この対象物40の表面(対象面)40aに対して、ラジカルを含む処理後ガスG2が吹き付けられることで、対象物40の表面処理が行われる。 FIG. 1 also shows an object 40 placed at a position facing the gas outlet 12. The surface treatment of the object 40 is performed by spraying the treated gas G2 containing radicals onto the surface (object surface) 40a of the object 40.

原料ガスG1は、ラジカル源となる原料物質を含有するガスである。一例として、ラジカルとしてO(3P)が予定されている場合、原料物質は酸素原子を含む物質であり、原料ガスとしては例えば酸素を含む混合ガスや空気が挙げられる。ガス供給装置1に導入される原料ガスG1の種類は、生成したいラジカルに応じて適宜選択されるものとして構わない。 The raw material gas G1 is a gas containing a raw material that serves as a radical source. As an example, when O ( 3 P) is planned as a radical, the raw material is a substance containing an oxygen atom, and the raw material gas includes, for example, a mixed gas containing oxygen or air. The type of the raw material gas G1 introduced into the gas supply device 1 may be appropriately selected according to the radical to be generated.

光源5は、ガス通流路10に向かって紫外光L1を発する発光面5aを有する。この発光面5aは、ガス通流路10の形状に沿って、言い換えれば、原料ガスG1(又は処理後ガスG2)の通流方向に沿って形成されている。 The light source 5 has a light emitting surface 5a that emits ultraviolet light L1 toward the gas flow path 10. The light emitting surface 5a is formed along the shape of the gas flow path 10, in other words, along the flow direction of the raw material gas G1 (or the treated gas G2).

図1に示すガス供給装置1において、光源5は、ガス流入口11からガス流出口12に向かう方向d1を長手方向として延在する形状を呈している。本実施形態では、光源5の例として、エキシマランプが採用される。この場合の構造の一例について、図2を参照して説明する。図2は、図1に示すガス供給装置1の光源5が配置されている箇所を、方向d2及び方向d3がなす平面で切断したときの模式的な断面図である。なお、図1は、ガス供給装置1を、方向d1及び方向d3がなす平面で切断したときの模式的な断面図である。 In the gas supply device 1 shown in FIG. 1, the light source 5 has a shape extending with the direction d1 from the gas inlet 11 toward the gas outlet 12 as the longitudinal direction. In this embodiment, an excimer lamp is adopted as an example of the light source 5. An example of the structure in this case will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view when a portion of the gas supply device 1 shown in FIG. 1 in which the light source 5 is arranged is cut by a plane formed by the directions d2 and the direction d3. Note that FIG. 1 is a schematic cross-sectional view when the gas supply device 1 is cut along a plane formed by directions d1 and d3.

図2に示すように、筐体3の内側に配置された光源5は、方向d1に沿って延伸する発光管21を有する。より詳細には、この発光管21は、円筒形状を呈し外側に位置する外側管21aと、外側管21aの内側において外側管21aと同軸上に配置されており、外側管21aよりも内径が小さい円筒形状を呈した内側管21bとを有する。いずれの発光管21(21a,21b)も、合成石英ガラスなどの誘電体からなる。 As shown in FIG. 2, the light source 5 arranged inside the housing 3 has a light emitting tube 21 extending along the direction d1. More specifically, the arc tube 21 has a cylindrical shape and is arranged coaxially with the outer tube 21a located on the outside and the outer tube 21a inside the outer tube 21a, and has a smaller inner diameter than the outer tube 21a. It has an inner tube 21b having a cylindrical shape. Each arc tube 21 (21a, 21b) is made of a dielectric such as synthetic quartz glass.

内側管21bには、中空の筒状空間が管軸方向に沿って貫通形成されており、この筒状空間がガス通流路10を構成する。 A hollow cylindrical space is formed through the inner pipe 21b along the pipe axis direction, and this cylindrical space constitutes the gas passage passage 10.

外側管21aと内側管21bとは、共に方向d1に係る端部において封止されており(不図示)、両者の間には、方向d1から見たときに円環形状を呈する発光空間が形成される。この発光空間内には、放電によってエキシマ分子を形成する発光ガス23Gが封入されている。 Both the outer tube 21a and the inner tube 21b are sealed at the end portion related to the direction d1 (not shown), and a light emitting space having an annular shape when viewed from the direction d1 is formed between them. Will be done. In this light emitting space, a light emitting gas 23G that forms excimer molecules by electric discharge is enclosed.

なお、発光ガス23Gの材料によって、発光管21から発せられる紫外光L1の波長が決定される。言い換えれば、紫外光L1として得たい波長に応じて、発光ガス23Gの材料は適宜選択される。発光ガス23Gとしては、例えば、Xe、Ar、Kr、ArBr、ArF、KrCl、及びKrBrからなる群に属する少なくとも一種の材料を含むガスとすることができる。これらの材料によって発光ガス23Gを実現した場合、紫外光L1の主たる発光波長は、230nm未満となる。 The wavelength of the ultraviolet light L1 emitted from the arc tube 21 is determined by the material of the luminescent gas 23G. In other words, the material of the luminescent gas 23G is appropriately selected according to the wavelength desired to be obtained as the ultraviolet light L1. The luminescent gas 23G can be, for example, a gas containing at least one material belonging to the group consisting of Xe, Ar, Kr, ArBr, ArF, KrCl, and KrBr. When the luminescent gas 23G is realized by these materials, the main luminescent wavelength of the ultraviolet light L1 is less than 230 nm.

図2に例示された光源5は、外側管21aの外壁面上に配設された第一電極31と、内側管21bの内壁面上に配設された第二電極32とを有する。一例として、第一電極31は膜形状を呈し、第二電極32はメッシュ形状又は線形状を呈する。なお、第一電極31についても、第二電極32と同様にメッシュ形状又は線形状であっても構わない。これらの電極(31,32)には、不図示の給電線が接続されている。 The light source 5 illustrated in FIG. 2 has a first electrode 31 arranged on the outer wall surface of the outer tube 21a and a second electrode 32 arranged on the inner wall surface of the inner tube 21b. As an example, the first electrode 31 has a film shape, and the second electrode 32 has a mesh shape or a line shape. The first electrode 31 may also have a mesh shape or a linear shape as in the second electrode 32. Feed lines (not shown) are connected to these electrodes (31, 32).

エキシマランプで構成された光源5は、不図示の点灯電源から給電線を介して第一電極31と第二電極32との間に、例えば50kHz〜5MHz程度の高周波の交流電圧が印加されると、発光ガス23Gに対して、発光管21を介して前記電圧が印加される。このとき、発光ガス23Gが封入されている放電空間内で放電プラズマが生じ、発光ガス23Gの原子が励起されてエキシマ状態となり、この原子が基底状態に移行する際にエキシマ発光を生じる。発光ガス23Gとして、上述したキセノン(Xe)を含むガスを用いた場合には、このエキシマ発光は、172nm近傍にピーク波長を有する紫外光L1となる。 In the light source 5 composed of an excimer lamp, when a high-frequency AC voltage of, for example, about 50 kHz to 5 MHz is applied between the first electrode 31 and the second electrode 32 from a lighting power source (not shown) via a feeder line. The voltage is applied to the light emitting gas 23G via the light emitting tube 21. At this time, a discharge plasma is generated in the discharge space in which the luminescent gas 23G is enclosed, an atom of the luminescent gas 23G is excited to enter an excimer state, and when this atom shifts to the ground state, excimer emission is generated. When the above-mentioned gas containing xenon (Xe) is used as the luminescent gas 23G, this excimer luminescence becomes ultraviolet light L1 having a peak wavelength in the vicinity of 172 nm.

発光管21の内側管21bには、上述したようにメッシュ形状又は線形状を呈した第二電極32が形成されている。このため、第二電極32には隙間が存在し、紫外光L1は、この隙間を通じて発光管21よりも内側に形成された中空の筒状空間、すなわちガス通流路10内の光照射領域5bに向かって照射される。 The inner tube 21b of the arc tube 21 is formed with a second electrode 32 having a mesh shape or a linear shape as described above. Therefore, there is a gap in the second electrode 32, and the ultraviolet light L1 is a hollow cylindrical space formed inside the arc tube 21 through this gap, that is, a light irradiation region 5b in the gas passage path 10. Is irradiated toward.

なお、図3に示すように、第一電極31をメッシュ形状又は線形状とし、第一電極31と筐体3の間に、紫外光L1を反射する反射部材33を備えるものとしても構わない。この反射部材33は、紫外光L1に対する高い反射率(例えば80%以上)を示す材料で構成されており、例えば、Al、Al合金、ステンレス、シリカ、シリカアルミナなどを利用することができる。筐体3自体が紫外光L1に対する反射性を示す材料(例えばSUSなどのステンレス)で構成されている場合には、筐体3の面を反射部材33として利用することができる。 As shown in FIG. 3, the first electrode 31 may have a mesh shape or a line shape, and a reflecting member 33 that reflects ultraviolet light L1 may be provided between the first electrode 31 and the housing 3. The reflective member 33 is made of a material that exhibits a high reflectance (for example, 80% or more) with respect to ultraviolet light L1, and for example, Al, Al alloy, stainless steel, silica, silica alumina, and the like can be used. When the housing 3 itself is made of a material (for example, stainless steel such as SUS) that exhibits reflectance to ultraviolet light L1, the surface of the housing 3 can be used as the reflecting member 33.

なお、図2及び図3では、発光管21を方向d2及び方向d3がなす平面で切断したときの形状が、円形である場合が図示されているが、長方形であっても構わないし、他の形状であっても構わない。 In addition, in FIGS. 2 and 3, the case where the arc tube 21 is cut by the plane formed by the direction d2 and the direction d3 is shown to be circular, but it may be rectangular or other. It may be in shape.

図4は、Xeを含む発光ガス23Gが封入されたエキシマランプで構成された光源5の発光スペクトルと、酸素(O2)の吸収スペクトルとを重ねて表示したグラフである。図4において、横軸は波長を示し、左縦軸はエキシマランプの光強度の相対値を示し、右縦軸は、酸素(O2)の吸収係数を示す。 FIG. 4 is a graph in which the emission spectrum of the light source 5 configured by the excimer lamp in which the emission gas 23G containing Xe is sealed and the absorption spectrum of oxygen (O 2 ) are superimposed and displayed. In FIG. 4, the horizontal axis represents the wavelength, the left vertical axis represents the relative value of the light intensity of the excimer lamp, and the right vertical axis represents the absorption coefficient of oxygen (O 2).

エキシマランプの発光ガス23GとしてXeを含むガスを用いる場合、図4に示されるように、光源5から出射される紫外光L1は、主たる発光波長が172nmであり、およそ160nm以上190nm以下の範囲内に帯域を有する。 When a gas containing Xe is used as the emission gas 23G of the excimer lamp, as shown in FIG. 4, the ultraviolet light L1 emitted from the light source 5 has a main emission wavelength of 172 nm and is within a range of about 160 nm or more and 190 nm or less. Has a band in.

原料ガスG1として酸素(O2)を含むガスが採用された場合、光源5から出射された波長λの紫外光L1が照射され、酸素(O2)に吸収されると、以下の(3)式及び(4)式の反応が進行する。(3)式において、O(1D)は、励起状態のO原子であり、極めて高い反応性を示す。O(3P)は基底状態のO原子である。(3)式と(4)式の反応は、紫外光L1の波長成分に応じて生じる。
2 + hν(λ) → O(1D) + O(3P) ‥‥(3)
2 + hν(λ) → O(3P) + O(3P) ‥‥(4)
When a gas containing oxygen (O 2 ) is adopted as the raw material gas G1, when the ultraviolet light L1 of the wavelength λ emitted from the light source 5 is irradiated and absorbed by the oxygen (O 2 ), the following (3) The reactions of equations and formulas (4) proceed. In equation (3), O ( 1 D) is an excited O atom and exhibits extremely high reactivity. O ( 3 P) is an O atom in the ground state. The reactions of equations (3) and (4) occur depending on the wavelength component of the ultraviolet light L1.
O 2 + hν (λ) → O ( 1 D) + O ( 3 P) ‥‥ (3)
O 2 + hν (λ) → O ( 3 P) + O ( 3 P) ‥‥ (4)

すなわち、原料ガスG1に対して紫外光L1が照射されると、O(1D)やO(3P)といったラジカルを含む処理後ガスG2が生成される。光源5の発光面5aは、方向d1に沿って延在するため、処理後ガスG2がガス通流路10内を通流中も、引き続き紫外光L1が照射される。このため、処理後ガスG2に含まれる、未反応のラジカル源となる原料物質に対しても、次々と光化学反応が生じる。これにより、処理後ガスG2は、ラジカルを高濃度で含んだ状態のまま、ガス流出口12側に向かって通流される。 That is, when the raw material gas G1 is irradiated with ultraviolet light L1, the treated gas G2 containing radicals such as O (1 D) and O ( 3 P) is generated. Since the light emitting surface 5a of the light source 5 extends along the direction d1, the ultraviolet light L1 is continuously irradiated even while the treated gas G2 is flowing through the gas flow path 10. Therefore, a photochemical reaction occurs one after another with respect to the raw material which is an unreacted radical source contained in the treated gas G2. As a result, the treated gas G2 is passed toward the gas outlet 12 side while containing a high concentration of radicals.

なお、上記では、処理後ガスG2に含有させる対象となるラジカルをO(3P)などの酸素ラジカルとし、原料物質が酸素(O2)である場合を挙げて説明しているが、他のラジカルを含む処理後ガスG2を生成したい場合には、含ませたいラジカル源に応じて原料ガスG1の材料、及び紫外光L1の波長が選択される。 In the above description, the case where the radical to be contained in the treated gas G2 is an oxygen radical such as O (3 P) and the raw material is oxygen (O 2 ) is described. When it is desired to generate the treated gas G2 containing radicals, the material of the raw material gas G1 and the wavelength of the ultraviolet light L1 are selected according to the radical source to be contained.

ところで、図1に示すガス供給装置1は、加熱部53を備える。図1に示す例では、加熱部53は方向d1に沿って延伸する棒状体で構成され、ガス通流路10内に配置されている。加熱部53としては、例えばハロゲンランプ、セラミックヒーター、電熱線など、多様な熱源を利用できる。 By the way, the gas supply device 1 shown in FIG. 1 includes a heating unit 53. In the example shown in FIG. 1, the heating unit 53 is composed of a rod-shaped body extending along the direction d1 and is arranged in the gas passage path 10. As the heating unit 53, various heat sources such as halogen lamps, ceramic heaters, and heating wires can be used.

加熱部53は、光照射領域5b内を通過する原料ガスG1又は処理後ガスG2を加熱する。これにより、ラジカル化が進展していない原料ガスG1については、高いガス温度を有したまま方向d1に進行しつつ、紫外光L1が照射される。また、既に紫外光L1の照射によってラジカルが進展した処理後ガスG2についても、高いガス温度を有したまま方向d1に進行し、ガス流出口12に向かう。一例として、加熱部53の表面温度は、50℃以上、700℃以下程度の温度に設定される。なお、加熱部53の表面温度を充分に高い温度に設定できない場合などの事情がある場合には、原料ガスG1を昇温させる時間を稼ぐために、加熱部53の方向d1に係る距離が長めに設定されるものとして構わない。 The heating unit 53 heats the raw material gas G1 or the treated gas G2 that passes through the light irradiation region 5b. As a result, the raw material gas G1 whose radicalization has not progressed is irradiated with ultraviolet light L1 while advancing in the direction d1 while maintaining a high gas temperature. Further, the treated gas G2 in which radicals have already propagated by irradiation with ultraviolet light L1 also travels in the direction d1 while maintaining a high gas temperature and heads toward the gas outlet 12. As an example, the surface temperature of the heating unit 53 is set to a temperature of about 50 ° C. or higher and 700 ° C. or lower. If there are circumstances such as when the surface temperature of the heating unit 53 cannot be set to a sufficiently high temperature, the distance related to the direction d1 of the heating unit 53 is lengthened in order to gain time for raising the temperature of the raw material gas G1. It does not matter if it is set to.

ラジカルは、反応性が高く、寿命は極めて短い。より詳細には、ラジカルが、ラジカルの周囲に存在するガス中の他の原子や分子と結合することで、短時間の間にラジカルが消滅する。例えば、上記(3)式及び(4)式などの反応で生成されたO(3P)は、「課題を解決するための手段」の項で上述した(1)式に従って、容易に消滅しやすい。以下、(1)式を再掲する。
O(3P) + O2 → O3 ‥‥(1)
Radicals are highly reactive and have an extremely short lifetime. More specifically, the radical disappears in a short time by binding to other atoms or molecules in the gas existing around the radical. For example, equation (3) and (4) O (3 P) generated in the reaction, such as formula, according to claim described above in (1) of the "means for solving the problem", easily extinguished Cheap. Hereafter, equation (1) is reprinted.
O ( 3 P) + O 2 → O 3 ‥‥ (1)

しかし、上記(1)式などで規定されるラジカルの結合反応は、高温であるほど進行速度が遅い。このため、本実施形態のガス供給装置1によれば、光照射領域5b内を通過するガス温度が高く設定されるため、原料ガスG1が光照射領域5b内を通過中に生成されたラジカルが、周囲の原子や分子と結合することで消滅する速度を遅くできる。これにより、ラジカルを高濃度に含んだ状態で処理後ガスG2をガス流出口12から流出できる。 However, the radical binding reaction defined by the above equation (1) or the like has a slower progress rate as the temperature increases. Therefore, according to the gas supply device 1 of the present embodiment, the gas temperature passing through the light irradiation region 5b is set high, so that the radicals generated while the raw material gas G1 passes through the light irradiation region 5b are generated. , The rate of disappearance can be slowed down by binding to surrounding atoms and molecules. As a result, the treated gas G2 can flow out from the gas outlet 12 in a state of containing a high concentration of radicals.

なお、ラジカル源となる原料物質によっては、ラジカルが原子や分子と結合して生成された生成物が再び分解してラジカルを放出するものが存在する。例えば、上記(1)式で生成されたオゾン(O3)は、「課題を解決するための手段」の項で上述した(2)式に従って、再び酸素ラジカルO(3P)を生成する場合がある。以下、(2)式を再掲する。
3 → O(3P) + O2 ‥‥(2)
Depending on the raw material that is the source of radicals, there are some that release radicals by re-decomposing the products produced by the bonds of radicals with atoms and molecules. For example, when ozone (O 3 ) generated by the above formula (1) generates oxygen radical O (3 P) again according to the above formula (2) in the section "Means for Solving Problems". There is. Hereafter, equation (2) is reprinted.
O 3 → O ( 3 P) + O 2 ‥‥‥ (2)

この(2)式は、上記(1)式の逆反応に相当する。すなわち、かかる反応は、高温であるほど進行しやすい。つまり、ひとたび生成されたラジカルが、周囲の原子や分子と結合して消滅した場合であっても、再度ラジカル化する確率を上げることができる。この結果、ラジカル源となる原料物質によっては、処理後ガスG2に含まれるラジカルの濃度を更に高める効果が得られる。 This equation (2) corresponds to the reverse reaction of the above equation (1). That is, the higher the temperature, the easier it is for such a reaction to proceed. That is, even if a radical once generated is combined with surrounding atoms or molecules and disappears, the probability of radicalization again can be increased. As a result, depending on the raw material that is the radical source, the effect of further increasing the concentration of radicals contained in the treated gas G2 can be obtained.

また副次的な作用として、加熱された処理後ガスG2が被処理体である対象物40の表面である対象面40aに吹き付けられるため、対象面40aの温度を高めることができる。対象面40aにおけるラジカルによる反応速度は、温度が高いほど速いため、処理後ガスG2の温度が高いことで、対象面40aの反応速度が促進されるという副次的な効果も期待できる。 Further, as a secondary action, the heated post-treatment gas G2 is sprayed onto the target surface 40a, which is the surface of the object 40 to be treated, so that the temperature of the target surface 40a can be raised. Since the reaction rate of radicals on the target surface 40a is faster as the temperature is higher, a secondary effect that the reaction rate of the target surface 40a is promoted can be expected by increasing the temperature of the treated gas G2.

なお、図1に示すように、加熱部53がガス通流方向である方向d1に沿って延伸する構造であって、ガス通流路10内に配置されている場合には、加熱部53のガス流出口12側の端部、すなわち下流側の端部を、ガス流出口12よりも上流側に位置させるのが好適である。より詳細には、図5の部分拡大図に示すように、加熱部53の下流側の端部53aは、ガス流出口12よりも離間距離a1だけ−d1方向(すなわち上流方向)に離間した位置に配置される。 As shown in FIG. 1, when the heating unit 53 has a structure extending along the direction d1 which is the gas flow direction and is arranged in the gas flow path 10, the heating unit 53 It is preferable that the end portion on the gas outlet 12 side, that is, the end portion on the downstream side is located on the upstream side of the gas outlet 12. More specifically, as shown in the partially enlarged view of FIG. 5, the downstream end 53a of the heating unit 53 is separated from the gas outlet 12 by a distance a1 in the −d1 direction (that is, in the upstream direction). Placed in.

かかる構成とすることで、処理後ガスG2がガス流出口12から対象物40に向かって吹き付けられる際に、加熱部53がガス流出口12の近傍において処理後ガスG2の流路を妨げるおそれが低減される。より詳細には、ガス流出口12の流路断面の全体から、ほぼ同等の流量で処理後ガスG2を外部に流出できる。これにより、対象物40の表面(対象面40a)に対する処理ムラの発生を抑制できる。 With such a configuration, when the treated gas G2 is sprayed from the gas outlet 12 toward the object 40, the heating unit 53 may obstruct the flow path of the treated gas G2 in the vicinity of the gas outlet 12. It will be reduced. More specifically, the treated gas G2 can flow out from the entire flow path cross section of the gas outlet 12 at substantially the same flow rate. As a result, it is possible to suppress the occurrence of processing unevenness on the surface (target surface 40a) of the object 40.

上記の内容は、実施例を参照して後述される。 The above contents will be described later with reference to Examples.

《変形例》
ガス供給装置1の構造は、種々の変形が可能である。以下、これらの構成例について説明する。
<< Modification example >>
The structure of the gas supply device 1 can be variously modified. Hereinafter, these configuration examples will be described.

〈1〉図6及び図7に示すように、加熱部53は、ガス通流路10を構成する内部空間の内側面に設けられていても構わない。 <1> As shown in FIGS. 6 and 7, the heating unit 53 may be provided on the inner side surface of the internal space constituting the gas passage path 10.

図6は、加熱部53が、光源5の発光面5a上に配設されている場合が図示されている。例えば、加熱部53は、発光面5a上において、紫外光L1の進行の妨げにならないよう、メッシュ形状や線形状を呈して形成された、電熱線等で構成される。 FIG. 6 shows a case where the heating unit 53 is arranged on the light emitting surface 5a of the light source 5. For example, the heating unit 53 is formed of a heating wire or the like formed in a mesh shape or a linear shape on the light emitting surface 5a so as not to hinder the progress of the ultraviolet light L1.

図7は、光源5の発光面5aが加熱部53を兼ねる場合が図示されている。光源5の構成や出力によっては、発光面5aから生じる熱によって、原料ガスG1又は処理後ガスG2の温度を高めることが可能な場合がある。 FIG. 7 shows a case where the light emitting surface 5a of the light source 5 also serves as the heating unit 53. Depending on the configuration and output of the light source 5, it may be possible to raise the temperature of the raw material gas G1 or the treated gas G2 by the heat generated from the light emitting surface 5a.

図6及び図7に示されたガス供給装置1においても、図1に示されたガス供給装置1と同様に、光照射領域5b内を通過する原料ガスG1又は処理後ガスG2の温度が高められるため、ガス流出口12から流出する処理後ガスG2に含まれるラジカルの濃度が高められる。 In the gas supply device 1 shown in FIGS. 6 and 7, the temperature of the raw material gas G1 or the treated gas G2 passing through the light irradiation region 5b is high as in the gas supply device 1 shown in FIG. Therefore, the concentration of radicals contained in the treated gas G2 flowing out from the gas outlet 12 is increased.

なお、図6及び図7に示すガス供給装置1において、図1に示すように、ガス通流路10内にも追加的に棒状の加熱部53が挿入されていても構わない。 In the gas supply device 1 shown in FIGS. 6 and 7, as shown in FIG. 1, a rod-shaped heating unit 53 may be additionally inserted into the gas passage path 10.

〈2〉上述した各実施形態において、ガス通流路10は、ガス流出口12側の端部において、ガス流入口11に近い位置(すなわち上流側)と比較して、流路断面積が小さい通流領域(狭小部)を有しているものとしても構わない。例えば、図8に示すガス供給装置1は、ガス流出口12側の端部において、流路断面積が連続的に縮小する狭小部13を備えている。 <2> In each of the above-described embodiments, the gas flow path 10 has a smaller flow path cross-sectional area at the end on the gas outlet 12 side than the position near the gas inlet 11 (that is, the upstream side). It may have a flow area (narrow portion). For example, the gas supply device 1 shown in FIG. 8 includes a narrow portion 13 at the end portion on the gas outlet 12 side, in which the cross-sectional area of the flow path is continuously reduced.

上述したように、ガス通流路10内を通流する原料ガスG1は、光源5からの紫外光L1が照射されることで、ラジカルを含む処理後ガスG2となる。この処理後ガスG2は、狭小部13に到達すると、狭小部13内を通流時に流速を速めながらガス流出口12に向かって進行した後、ガス流出口12から対象物40に向かって排出される。 As described above, the raw material gas G1 flowing through the gas flow path 10 becomes the treated gas G2 containing radicals by being irradiated with the ultraviolet light L1 from the light source 5. When the treated gas G2 reaches the narrow portion 13, it travels toward the gas outlet 12 while increasing the flow velocity when flowing through the narrow portion 13, and then is discharged from the gas outlet 12 toward the object 40. NS.

上記(3)式を参照して上述したように、酸素ラジカル(O(3P))は、周囲に酸素ガス(O2)が存在すると、これに反応してオゾン(O3)を生成する。かかる反応が生じると、O(3P)の濃度が低下してしまう。 As described above with reference to the above equation (3), the oxygen radical (O ( 3 P)) reacts with the presence of oxygen gas (O 2 ) to generate ozone (O 3). .. If such a reaction occurs, the concentration of O (3 P) decreases.

しかし、上記の構成によれば、ガス流出口12から排出される際に処理後ガスG2の流速が速められるため、上記(3)式の反応が充分進行しない時間内に、対象物40の表面(対象面40a)に到達することができる。この結果、対象面40aに対してラジカルを高濃度に含んだ状態で処理後ガスG2を吹き付けることができる。 However, according to the above configuration, since the flow velocity of the treated gas G2 is increased when discharged from the gas outlet 12, the surface of the object 40 is within a time when the reaction of the above formula (3) does not sufficiently proceed. (Target surface 40a) can be reached. As a result, the treated gas G2 can be sprayed on the target surface 40a in a state containing a high concentration of radicals.

なお、ガス流出口12側に狭小部13を含むガス供給装置1の構成は、以下の変形例にも適宜適用が可能である。 The configuration of the gas supply device 1 including the narrow portion 13 on the gas outlet 12 side can be appropriately applied to the following modified examples.

〈3〉上記の各実施形態では、発光面5aに囲まれた領域にガス通流路10が形成されていた。しかしながら、発光面5aと筐体3との間にガス通流路10が形成されていても構わない。例えば、図9に示すガス供給装置1において、筐体3内に配置された光源5は、その発光面5aが筐体3の壁面に囲まれるように配置される。すなわち、原料ガスG1は、光源5の外側に形成されたガス通流路10内を通流し、光照射領域5bは光源5の外側に形成される。この場合、紫外光L1が発光管21の外側に出射されることへの妨げにならないよう、第一電極31は網目形状又は線形状とされる。 <3> In each of the above embodiments, the gas passage 10 is formed in the region surrounded by the light emitting surface 5a. However, the gas passage 10 may be formed between the light emitting surface 5a and the housing 3. For example, in the gas supply device 1 shown in FIG. 9, the light source 5 arranged in the housing 3 is arranged so that the light emitting surface 5a is surrounded by the wall surface of the housing 3. That is, the raw material gas G1 passes through the gas flow path 10 formed outside the light source 5, and the light irradiation region 5b is formed outside the light source 5. In this case, the first electrode 31 has a mesh shape or a linear shape so as not to prevent the ultraviolet light L1 from being emitted to the outside of the arc tube 21.

図9に示すガス供給装置1は、光源5の外側に位置する、筐体3の内壁面に加熱部53を設けている。この加熱部53から生じる熱によって、光照射領域5b内を通流する原料ガスG1又は処理後ガスG2の温度が高められる。ただし、この構成においても、図6や図7の構成のように、加熱部53が光源5の発光面5a上に設置されていても構わないし、図1の構成のようにガス通流路10内に加熱部53が挿入されていても構わない。図10は、一例としてガス通流路10内に挿入されている加熱部53を備えたガス供給装置1の構造を図示した断面図である。 The gas supply device 1 shown in FIG. 9 is provided with a heating unit 53 on the inner wall surface of the housing 3 located outside the light source 5. The heat generated from the heating unit 53 raises the temperature of the raw material gas G1 or the treated gas G2 flowing through the light irradiation region 5b. However, also in this configuration, the heating unit 53 may be installed on the light emitting surface 5a of the light source 5 as in the configuration of FIGS. 6 and 7, and the gas flow path 10 may be installed as in the configuration of FIG. The heating unit 53 may be inserted therein. FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the structure of the gas supply device 1 provided with the heating unit 53 inserted into the gas passage 10 as an example.

なお、図9に示すガス供給装置1では、筐体3の内壁面に加熱部53を設けていたが、筐体3の外壁面に加熱部53が設けられていても構わない。一例として、筐体3の外壁面にリボンヒータ等を巻き付けることで加熱部53が構成される。 In the gas supply device 1 shown in FIG. 9, the heating unit 53 is provided on the inner wall surface of the housing 3, but the heating unit 53 may be provided on the outer wall surface of the housing 3. As an example, the heating unit 53 is configured by winding a ribbon heater or the like around the outer wall surface of the housing 3.

ところで、図9に示されるような、光照射領域5bが光源5の外側に形成される態様のガス供給装置1が備える光源5は、図2や図3で例示したような、いわゆる「二重管構造」を呈したエキシマランプには限られない。 By the way, the light source 5 included in the gas supply device 1 in which the light irradiation region 5b is formed outside the light source 5 as shown in FIG. 9 is a so-called “double” as illustrated in FIGS. 2 and 3. It is not limited to excimer lamps that exhibit a "tube structure".

例えば、図11は、光源5として、いわゆる「一重管構造」を呈したエキシマランプを採用した場合において、方向d2及び方向d3がなす平面で切断したときの模式的な断面図である。図11に示す光源5は、図2や図3に示す光源5とは異なり、1つの発光管21を有している。発光管21は、長手方向、すなわち方向d1に係る端部において封止されており(不図示)、内側の空間内に発光ガス23Gが封入される。そして、発光管21の内側(内部)には第二電極32が配設され、発光管21の外壁面には、網目形状又は線形状の第一電極31が配設される。 For example, FIG. 11 is a schematic cross-sectional view when an excimer lamp exhibiting a so-called “single tube structure” is adopted as the light source 5 and cut in a plane formed by directions d2 and d3. The light source 5 shown in FIG. 11 has one arc tube 21 unlike the light source 5 shown in FIGS. 2 and 3. The arc tube 21 is sealed in the longitudinal direction, that is, at the end portion related to the direction d1 (not shown), and the luminescent gas 23G is sealed in the inner space. A second electrode 32 is arranged inside (inside) the arc tube 21, and a mesh-shaped or linear first electrode 31 is arranged on the outer wall surface of the arc tube 21.

別の例として、図12は、光源5として、いわゆる「扁平管構造」を呈したエキシマランプを採用した場合において、図11にならって模式的に図示した断面図である。図12に示す光源5は、長手方向、すなわち方向d1から見たときに矩形状を呈した1つの発光管21を有する。そして、発光管21の一方の外表面には第一電極31が配設され、発光管21の外表面であって第一電極31と対向する位置は第二電極32が配設される。第一電極31及び第二電極32のうち、少なくともガス通流路10側に位置する電極は、紫外光L1が発光管21の外側に出射することへの妨げにならないよう、メッシュ形状(網目形状)又は線形状を呈している。 As another example, FIG. 12 is a cross-sectional view schematically illustrated according to FIG. 11 when an excimer lamp exhibiting a so-called "flat tube structure" is adopted as the light source 5. The light source 5 shown in FIG. 12 has one arc tube 21 that has a rectangular shape when viewed from the longitudinal direction, that is, the direction d1. A first electrode 31 is arranged on one outer surface of the arc tube 21, and a second electrode 32 is arranged on the outer surface of the arc tube 21 at a position facing the first electrode 31. Of the first electrode 31 and the second electrode 32, the electrodes located at least on the gas flow path 10 side have a mesh shape (mesh shape) so as not to prevent the ultraviolet light L1 from being emitted to the outside of the arc tube 21. ) Or has a linear shape.

なお、図11及び図12に示す光源5においても、方向d2及び方向d3がなす平面で切断したときの形状については、円形や長方形には限定されず、種々の形状が採用され得る。 In the light source 5 shown in FIGS. 11 and 12, the shape when cut in the plane formed by the directions d2 and d3 is not limited to a circle or a rectangle, and various shapes can be adopted.

〈4〉ガス供給装置1は、複数の光源5を備えるものとしても構わない。例えば、図13に示すガス供給装置1は、方向d1に沿って延在する発光面5aを有した光源5を4つ備え、それぞれの光源5に挟まれた領域に光照射領域5bが形成されている。また、筐体3の内側において、光照射領域5b内を通流する原料ガスG1又は処理後ガスG2を加熱するための加熱部53が設けられている。他の要素は、上述した実施形態と共通であるため、説明を割愛する。 <4> The gas supply device 1 may include a plurality of light sources 5. For example, the gas supply device 1 shown in FIG. 13 includes four light sources 5 having a light emitting surface 5a extending along the direction d1, and a light irradiation region 5b is formed in a region sandwiched between the light sources 5. ing. Further, inside the housing 3, a heating unit 53 for heating the raw material gas G1 flowing through the light irradiation region 5b or the treated gas G2 is provided. Since other elements are common to the above-described embodiment, the description thereof will be omitted.

なお、複数の光源5の間に挟まれた領域に光照射領域5bが形成されることで、図1に示すガス供給装置1が実現されていても構わない。他の実施形態においても同様である。 The gas supply device 1 shown in FIG. 1 may be realized by forming the light irradiation region 5b in the region sandwiched between the plurality of light sources 5. The same applies to other embodiments.

〈5〉上記の各実施形態では、ガス供給装置1が備える光源5は、ガス流入口11からガス流出口12に向かう方向d1を長手方向として延在する発光面5aを有するものとして説明した。しかし、本発明は、このような構造には限定されない。 <5> In each of the above embodiments, the light source 5 included in the gas supply device 1 has been described as having a light emitting surface 5a extending in the longitudinal direction d1 from the gas inlet 11 to the gas outlet 12. However, the present invention is not limited to such a structure.

例えば、図14に示すガス供給装置1が備える光源5は、方向d2を長手方向として延在する形状を呈している。ガス流入口11は、筐体3の対象物40とは反対側の面において、方向d2に延伸する開口部で構成されている。方向d2に延伸して開口されてなるガス流入口11から流入された原料ガスG1は、方向d1及び方向d3の向きに進行しながら、紫外光L1が照射された後、ガス流出口12から排出される。ガス流出口12は、筐体3の対象物40に対向する面において、方向d2に延伸する開口部で構成されている。 For example, the light source 5 included in the gas supply device 1 shown in FIG. 14 has a shape extending with the direction d2 as the longitudinal direction. The gas inflow port 11 is composed of an opening extending in the direction d2 on the surface of the housing 3 opposite to the object 40. The raw material gas G1 flowing in from the gas inflow port 11 extending in the direction d2 and being opened is discharged from the gas outflow port 12 after being irradiated with the ultraviolet light L1 while traveling in the directions d1 and the direction d3. Will be done. The gas outlet 12 is formed by an opening extending in the direction d2 on the surface of the housing 3 facing the object 40.

また、上記各実施形態と同様、ガス供給装置1は、光照射領域5b内を通流する原料ガスG1又は処理後ガスG2を加熱するための、加熱部53を備えている。なお、図14に示すガス供給装置1では、加熱部53が筐体3の内壁に設けられている場合が図示されているが、上述したように、ガス通流路10内に挿入されるように設置されていても構わないし、光源5の発光面5a上に設置されていても構わないし、発光面5aが加熱部53を兼ねていても構わない。 Further, as in each of the above-described embodiments, the gas supply device 1 includes a heating unit 53 for heating the raw material gas G1 or the treated gas G2 flowing through the light irradiation region 5b. In the gas supply device 1 shown in FIG. 14, a case where the heating unit 53 is provided on the inner wall of the housing 3 is shown, but as described above, the heating unit 53 is inserted into the gas flow path 10. It may be installed on the light emitting surface 5a of the light source 5, or the light emitting surface 5a may also serve as the heating unit 53.

かかる構成であっても、光照射領域5b内を通過する原料ガスG1又は処理後ガスG2の温度が高められるため、ガス流出口12から流出する処理後ガスG2に含まれるラジカルの濃度が高められる。 Even with such a configuration, since the temperature of the raw material gas G1 or the treated gas G2 passing through the light irradiation region 5b is raised, the concentration of radicals contained in the treated gas G2 flowing out from the gas outlet 12 is raised. ..

なお、上述した各実施形態についても、光源5を方向d2を長手方向として延在する形状とし、ガス流入口11及びガス流出口12をそれぞれ方向d2に延伸する開口部で構成することが可能である。 In each of the above-described embodiments, the light source 5 can be formed to extend in the longitudinal direction in the direction d2, and the gas inlet 11 and the gas outlet 12 can be configured by openings extending in the direction d2, respectively. be.

〈6〉上述した各実施形態の構成を相互に応用してガス供給装置1を実現しても構わない。 <6> The gas supply device 1 may be realized by mutually applying the configurations of the above-described embodiments.

《検証》
ガス供給装置1によれば、ガス流出口12から排出される処理後ガスG2に高濃度のラジカルが含有される点につき、シミュレーションを用いて検証した。
"inspection"
According to the gas supply device 1, the point that the treated gas G2 discharged from the gas outlet 12 contains a high concentration of radicals was verified by using a simulation.

図15A及び図15Bは、シミュレーションに利用されたガス供給装置のモデルを模式的に示す断面図である。 15A and 15B are cross-sectional views schematically showing a model of the gas supply device used in the simulation.

図15Aに示すガス供給装置モデル100は、方向d1に係る長さh1が50mmの筒状体の側面形状を呈した発光面5aを有する光源5と、この発光面5aに囲まれた領域にガス通流路10と、加熱部53を備えていた。加熱部53は、ガス通流路10の中心軸上にその中心が位置するように配置されており、直径1mm、方向d1に係る長さが50mmの棒状体で形成された。 The gas supply device model 100 shown in FIG. 15A has a light source 5 having a light emitting surface 5a having a side surface shape of a cylindrical body having a length h1 of 50 mm in direction d1, and gas in a region surrounded by the light emitting surface 5a. It was provided with a flow path 10 and a heating unit 53. The heating unit 53 is arranged so that its center is located on the central axis of the gas passage path 10, and is formed of a rod-shaped body having a diameter of 1 mm and a length of 50 mm in the direction d1.

ガス通流路10は、直径5mmの円形状のガス流入口11と、直径5mmの円形状のガス流出口12とを備えていた。光源5は、主たるピーク波長が172nmのXeエキシマランプとされた。 The gas passage 10 includes a circular gas inlet 11 having a diameter of 5 mm and a circular gas outlet 12 having a diameter of 5 mm. The light source 5 was an Xe excimer lamp having a main peak wavelength of 172 nm.

対象物40は、半径r1が20mmの円形状を呈し、ガス通流路10の中心軸上にその中心が位置するように配置された。原料ガスG1は、99.5%の窒素ガスと0.5%の酸素ガスの混合ガスとし、湿度は0%であった。 The object 40 has a circular shape with a radius r1 of 20 mm, and is arranged so that its center is located on the central axis of the gas flow path 10. The raw material gas G1 was a mixed gas of 99.5% nitrogen gas and 0.5% oxygen gas, and the humidity was 0%.

図15Bに示すガス供給装置モデル101は、図15Aに示すガス供給装置モデル100と比較して、加熱部53の方向d1に係る長さが異なっており、他は共通である。より詳細には、図5を参照して上述したように、加熱部53のガス流出口12側の端部53aが、ガス流出口12よりも上流側に位置しており、両者の離間距離a1が5mmとされた。 The gas supply device model 101 shown in FIG. 15B is different from the gas supply device model 100 shown in FIG. 15A in the length related to the direction d1 of the heating unit 53, and is common to the other. More specifically, as described above with reference to FIG. 5, the end portion 53a of the heating unit 53 on the gas outlet 12 side is located on the upstream side of the gas outlet 12, and the distance between the two is a1. Was set to 5 mm.

図16は、図15Aに示すガス供給装置モデル100に対し、30L/min の流量でガス流入口11から原料ガスG1を導入したときの、ガス流出口12から方向d1に係る離間距離v1が10mmの位置に設置された対象物40の表面におけるラジカルの濃度を示す結果である。このラジカルの濃度は、ガス流出口12から方向d1に係る離間距離v1が10mmの位置に設置された対象物40の表面の、中心から半径2.5mm(φ5mm)の範囲内の領域に噴射されたガスに含まれる酸素ラジカルO(3P)の平均濃度によって算出された値が採用された。なお、発光面5aにおける照度は50mW/cm2とされた。 FIG. 16 shows that when the raw material gas G1 is introduced from the gas inlet 11 at a flow rate of 30 L / min with respect to the gas supply device model 100 shown in FIG. 15A, the separation distance v1 in the direction d1 from the gas outlet 12 is 10 mm. It is a result showing the concentration of radicals on the surface of the object 40 placed at the position of. The concentration of this radical is injected into a region within a radius of 2.5 mm (φ5 mm) from the center of the surface of the object 40 installed at a position where the separation distance v1 in the direction d1 is 10 mm from the gas outlet 12. The value calculated by the average concentration of oxygen radical O ( 3 P) contained in the gas was adopted. The illuminance on the light emitting surface 5a was set to 50 mW / cm 2 .

なお、各実施例(1−1,1−2,1−3)は、加熱部53を発熱状態とした場合に対応しており、より詳細には、それぞれの加熱部53の表面温度が150℃,300℃、700℃と設定された場合に対応する。また比較例1は、加熱部53を非加熱状態とした場合に対応し、これは、加熱部53を備えていないガス供給装置を模擬したものである。なお、図16内で、比較例1として記載されている「RT」とは、室温を指す。 It should be noted that each of the examples (1-1, 1-2, 1-3) corresponds to the case where the heating unit 53 is in a heat generating state, and more specifically, the surface temperature of each heating unit 53 is 150. Corresponds to the case where the temperature is set to ° C, 300 ° C, and 700 ° C. Further, Comparative Example 1 corresponds to a case where the heating unit 53 is in a non-heated state, which simulates a gas supply device not provided with the heating unit 53. In FIG. 16, “RT” described as Comparative Example 1 refers to room temperature.

図16によれば、光照射領域5b内を通過する原料ガスG1又は処理後ガスG2に対する加熱処理が行われる各実施例(1−1,1−2,1−3)の方が、比較例1よりも対象物40の面に吹き付けられる処理後ガスG2に含まれる酸素ラジカルO(3P)の平均濃度が上昇することが確認される。また、各実施例(1−1,1−2,1−3)を比較すると、加熱部53の表面温度を高くすればするほど、処理後ガスG2に含まれる酸素ラジカルO(3P)の平均濃度が高められることが確認される。この結果より、光照射領域5b内を通過する原料ガスG1又は処理後ガスG2の温度を高くすることで、処理後ガスG2に含まれるラジカルの濃度を高濃度にできることが分かる。 According to FIG. 16, each of Examples (1-1, 1-2, 1-3) in which the raw material gas G1 or the treated gas G2 passing through the light irradiation region 5b is heat-treated is a comparative example. It is confirmed that the average concentration of the oxygen radical O (3 P) contained in the treated gas G2 sprayed on the surface of the object 40 is higher than that of 1. Further, comparing each example (1-1, 1-2, 1-3), the higher the surface temperature of the heating unit 53, the more the oxygen radical O ( 3 P) contained in the treated gas G2. It is confirmed that the average concentration is increased. From this result, it can be seen that the concentration of radicals contained in the treated gas G2 can be increased by raising the temperature of the raw material gas G1 or the treated gas G2 passing through the light irradiation region 5b.

図17は、図15Aに示すガス供給装置モデル100と図15Bに示すガス供給装置モデル101のそれぞれに対し、図16の場合と同様、30L/min の流量でガス流入口11から原料ガスG1を導入したときの、ガス流出口12から方向d1に係る離間距離v1が10mmの位置に設置された対象物40の表面におけるラジカルの濃度を示す結果である。なお、両者とも、加熱部53の表面温度は150℃に設定された。 FIG. 17 shows the raw material gas G1 from the gas inlet 11 at a flow rate of 30 L / min for each of the gas supply device model 100 shown in FIG. 15A and the gas supply device model 101 shown in FIG. 15B, as in the case of FIG. This is a result showing the concentration of radicals on the surface of the object 40 installed at a position where the separation distance v1 related to the direction d1 from the gas outlet 12 at the time of introduction is 10 mm. In both cases, the surface temperature of the heating unit 53 was set to 150 ° C.

図17には、対象物40の面40a上において、対象物40の中心からの距離に応じたラジカルの濃度の分布が示されている。図17によれば、図15Bに示すガス供給装置モデル101の方が、図15Aに示すガス供給モデル100と比較して、対象物40の中心の近傍位置におけるラジカルの濃度が高められることが確認される。 FIG. 17 shows the distribution of radical concentrations on the surface 40a of the object 40 according to the distance from the center of the object 40. According to FIG. 17, it was confirmed that the gas supply device model 101 shown in FIG. 15B has a higher radical concentration near the center of the object 40 than the gas supply model 100 shown in FIG. 15A. Will be done.

図15Aに示すガス供給モデル100のように、加熱部53をd1方向に関してガス流出口12の位置まで延在させた場合、端部53aの位置において処理後ガスG2が対象物40に向かってd1方向に流れるのが妨げられる。この結果、加熱部53に対してd1方向に対向する領域である、対象物40の中心近傍におけるラジカルの濃度がその周囲よりも低下したものと考えられる。 When the heating portion 53 is extended to the position of the gas outlet 12 in the d1 direction as in the gas supply model 100 shown in FIG. 15A, the treated gas G2 is d1 toward the object 40 at the position of the end portion 53a. It is blocked from flowing in the direction. As a result, it is considered that the concentration of radicals in the vicinity of the center of the object 40, which is the region facing the heating unit 53 in the d1 direction, is lower than that in the surrounding area.

一方、図15Bに示すガス供給モデル101のように、加熱部53の端部53aをd1方向に関してガス流出口12よりも上流の位置とした場合、加熱部53の端部53aよりも下流側において、処理後ガスG2を加熱部53の下方に回り込ませることができる。この結果、加熱部53に対してd1方向に対向する領域である対象物40の中心近傍においても、ラジカルの濃度が周囲より大きく低下することを抑制できたものと考えられる。かかる観点から、原料ガスG1が通流する領域内に加熱部53を配置する場合には、加熱部53の下流側の端部53aをガス流出口12よりも上流に位置させるのがより好ましいことが分かる。 On the other hand, as in the gas supply model 101 shown in FIG. 15B, when the end portion 53a of the heating portion 53 is located upstream of the gas outlet 12 in the d1 direction, the end portion 53a of the heating portion 53 is located downstream of the end portion 53a. After the treatment, the gas G2 can be circulated below the heating unit 53. As a result, it is considered that the radical concentration could be suppressed to be significantly lower than the surroundings even in the vicinity of the center of the object 40, which is a region facing the heating unit 53 in the d1 direction. From this point of view, when the heating unit 53 is arranged in the region through which the raw material gas G1 flows, it is more preferable to position the end portion 53a on the downstream side of the heating unit 53 upstream of the gas outlet 12. I understand.

1 :ガス供給装置
3 :筐体
5 :光源
5a :発光面
5b :光照射領域
10 :ガス通流路
11 :ガス流入口
12 :ガス流出口
13 :狭小部
21 :発光管
21a :外側管
21b :内側管
23G :発光ガス
31 :第一電極
32 :第二電極
33 :反射部材
40 :対象物
40a :対象面
53 :加熱部
53a :加熱部の端部
100 :ガス供給装置モデル
101 :ガス供給装置モデル
G1 :原料ガス
G2 :処理後ガス
L1 :紫外光
1: Gas supply device 3: Housing 5: Light source 5a: Light emitting surface 5b: Light irradiation area 10: Gas passage 11: Gas inlet 12: Gas outlet 13: Narrow portion 21: Light emitting tube 21a: Outer tube 21b : Inner tube 23G: Luminous gas 31: First electrode 32: Second electrode 33: Reflecting member 40: Object 40a: Target surface 53: Heating unit 53a: End of heating unit 100: Gas supply device model 101: Gas supply Equipment model G1: Raw material gas G2: Treated gas L1: Ultraviolet light

Claims (9)

ラジカル源となる原料物質を含有する原料ガスが流入されるガス流入口と、
前記ガス流入口から流入された前記原料ガスが通流するガス通流路と、
前記ガス通流路内の光照射領域に向かって紫外光を発する光源と、
前記紫外光が照射された後の前記原料ガスである処理後ガスを外部に流出させるガス流出口と、
前記光照射領域内を通流する前記原料ガス又は前記処理後ガスを加熱する加熱部とを備えたことを特徴とする、ガス供給装置。
A gas inlet into which a raw material gas containing a raw material that serves as a radical source flows in, and
A gas flow path through which the raw material gas flowing in from the gas inlet passes, and a gas flow path through which the raw material gas flows.
A light source that emits ultraviolet light toward the light irradiation region in the gas passage, and
A gas outlet that allows the treated gas, which is the raw material gas after being irradiated with the ultraviolet light, to flow out to the outside,
A gas supply device including a heating unit for heating the raw material gas or the treated gas that flows through the light irradiation region.
前記加熱部は、前記ガス通流路の内側面に設けられていることを特徴とする、請求項1に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to claim 1, wherein the heating unit is provided on the inner surface of the gas passage. 前記加熱部が、前記光源から前記紫外光が出射される発光面で構成されることを特徴とする、請求項2に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to claim 2, wherein the heating unit is composed of a light emitting surface from which the ultraviolet light is emitted from the light source. 前記光源は、発光ガスが封入された発光管を含むエキシマランプであり、
前記発光管の管壁が、前記ガス通流路の内側面の一部を形成することを特徴とする、請求項3に記載のガス供給装置。
The light source is an excimer lamp including an arc tube filled with luminescent gas.
The gas supply device according to claim 3, wherein the tube wall of the arc tube forms a part of the inner surface of the gas passage.
前記加熱部が、前記ガス通流路の内側面に囲まれた位置に配置され、前記ガス流入口から前記ガス流出口に向かって通流する前記原料ガス又は前記処理後ガスの通流方向に沿って延伸する形状を呈することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガス供給装置。 The heating unit is arranged at a position surrounded by the inner side surface of the gas flow path, and flows in the flow direction of the raw material gas or the treated gas flowing from the gas inlet to the gas outlet. The gas supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas supply device exhibits a shape extending along the line. 前記加熱部は、前記通流方向に沿って延伸する棒状体であることを特徴とする、請求項5に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to claim 5, wherein the heating unit is a rod-shaped body that extends along the flow direction. 前記加熱部の前記ガス流出口側の端部は、前記ガス流出口よりも前記ガス流入口側に位置していることを特徴とする、請求項5又は6に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to claim 5 or 6, wherein the end of the heating unit on the gas outlet side is located closer to the gas inlet side than the gas outlet. 前記光源から出射される前記紫外光は、主たる発光波長が230nm未満であることを特徴とする、請求項1〜7のいずれか1項に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to any one of claims 1 to 7, wherein the ultraviolet light emitted from the light source has a main emission wavelength of less than 230 nm. 前記原料物質が、酸素原子を含む物質であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to any one of claims 1 to 8, wherein the raw material is a substance containing an oxygen atom.
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