JP4126892B2 - 光照射装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、誘電体バリア放電ランプを具えた光照射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、金属、ガラス、その他の材料よりなる被処理体に波長２００ｎｍ以下の真空紫外線を照射することにより、当該真空紫外線およびこれにより生成されるオゾンなどの活性酸素の作用によって被処理体を処理する技術、例えば被処理体の表面に付着した有機汚染物質を除去する洗浄処理技術が開発され、実用化されている。
【０００３】
このような紫外線処理するための光照射装置においては、紫外線を放射する光源として、一部が誘電体により構成された放電容器内に、適宜の放電用ガスが充填され、当該放電容器内において誘電体バリア放電を発生させることにより、エキシマが生成されてエキシマ光が放出される誘電体バリア放電ランプが開発されている。
例えば、特開平１−１４４５６０号公報には、少なくとも一部が誘電体である石英ガラスにより構成された中空円筒状の放電容器内に放電用ガスが充填されてなる誘電体バリア放電ランプが記載されている。
【０００４】
このような誘電体バリア放電ランプにおいては、放電用ガスとして例えばキセノンガスを用いることにより、キセノンエキシマによるエキシマ光である波長１７２ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出され、また、放電用ガスとして例えばアルゴンと塩素ガスとの混合ガスを用いることにより、アルゴン−塩素エキシマによるエキシマ光である波長１７５ｎｍにピークを有する真空紫外線が放出されることが知られている。
【０００５】
また、誘電体バリア放電ランプを具えた光照射装置としては、特開平５−１７４７９３号公報に、一面に開口を有する箱型のケーシングと、このケーシングの開口に設けられたエキシマ光を取り出すための板状の窓部材とを有するランプハウス内に、円筒状の誘電体バリア放電ランプが収納されてなるものが記載されている。
【０００６】
然るに、このような光照射装置において、真空紫外線を放出する誘電体バリア放電ランプを用いる場合には、ランプハウス内に存在する酸素によって誘電体バリア放電ランプからの真空紫外線が吸収されるので、誘電体バリア放電ランプからの真空紫外線を高い効率でランプハウスの窓部材から外部に取り出すことができない。そのため、ランプハウス内を不活性ガスで置換することにより、ランプハウス内に存在する酸素の濃度を小さくすることが行われている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
近年、被処理体の処理スピードを上げるため、或いは、確実に被処理体を処理するために光出力の大きな誘電体バリア放電ランプを使用する傾向にあり、これにともない窓部材の温度が上昇してきた。
窓部材を透過した真空紫外線は、処理空間に放射されるものであるが、この処理空間は、酸素が存在したり、特定の処理ガスが存在したりしているため真空紫外線が吸収されやすい環境にある。このため、真空紫外線の吸収をできるだけ小さくするために、窓部材と被処理体との離間距離を、例えば２ｍｍ程度まで極接近させているものである。
【０００８】
この結果、高温になった窓部材の輻射熱が被処理体に放射され、被処理体が高温になり、本来、被処理体に付着した有機系の汚染物質を真空紫外線とオゾンなどの活性酸素を使ってドライ洗浄により除去するところが、窓部材からの熱により被処理体の有機系の汚染物質が変質してしまい、逆にドライ洗浄では除去しきれなくなる、という問題が発生した。
【０００９】
さらに、窓部材が高温になると、被処理体を処理した時に発生するガスの種類によっては、窓部材に汚染物質が付着して窓部材を透過する真空紫外線が減少し、被処理体の処理効率が低下したり、被処理体を処理することができなくなる、という問題が発生した。
【００１０】
本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであって、その目的は、内部に誘電体バリア放電ランプを収納したランプハウスのエキシマ光を取り出す窓部材の温度上昇を抑制することにより、被処理体を確実に処理することができるとともに、窓部材に汚染物質が付着することを防止できる光照射装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の光照射装置は、誘電体バリア放電によりエキシマ光を発生する誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを収納するとともにエキシマ光を取り出すための窓部材が形成されたランプハウスとを具えてなり、前記ランプハウス内を不活性ガスで置換した状態で作動する光照射装置において、前記ランプハウス内には、不活性ガス噴出機構が設けられており、前記ケーシング内には、前記誘電体バリア放電ランプから発生するエキシマ光を前記窓部材の方向に反射するための光反射板が設けられており、
前記不活性ガス噴出機構は、その内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部を有し、前記不活性ガス流動部は、前記窓部材から離間した位置であって、前記光反射板の誘電体バリア放電ランプとは反対側に位置するとともに、前記窓部材の方向に不活性ガス噴出孔が形成されており、前記不活性ガス噴出孔から噴出された不活性ガスが、前記光反射板に形成された通気孔を通り、前記窓部材に直接吹き付けられるようになっていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に記載の光照射装置は、誘電体バリア放電によりエキシマ光を発生する誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを収納するとともにエキシマ光を取り出すための窓部材が形成されたランプハウスとを具えてなり、前記ランプハウス内を不活性ガスで置換した状態で作動する光照射装置において、前記ランプハウス内には、不活性ガス噴出機構が設けられており、前記ランプハウス内には、前記誘電体バリア放電ランプと前記窓部材との間に、エキシマ光を透過する仕切り板が配置されており、前記不活性ガス噴出機構は、その内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部を有し、前記不活性ガス流動部は、前記仕切り板と前記窓部材の間に向けて延在し、当該不活性ガス流動部の端部には、不活性ガスを噴出するための開口が形成されており、前記開口より噴出された不活性ガスが、前記仕切り板と前記窓部材の間に吹き付けられるようになっていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の光照射装置について詳細に説明する。
図１は、本発明の光照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
この光照射装置は、ランプハウス１内にエキシマ光を発生させる誘電体バリア放電ランプ２が３つ配置されている。また、ランプハウス１内には誘電体バリア放電ランプ２を冷却するための冷却ブロック３が配置されており、この冷却ブロック３の下面には、それぞれ誘電体バリア放電ランプ２の外径より大きい径を有する断面が半円形の３つの溝３１が、互いに離間して並ぶように形成されており、これらの溝３１の各々に沿って誘電体バリア放電ランプ２が配置されている。
【００１６】
誘電体バリア放電ランプ２は、図２に示すように、中空円筒状の放電容器２１が設けられている。具体的に説明すると、放電容器２１は、誘電体よりなる円筒状の一方の壁材２２と、この一方の壁材２２内にその筒軸に沿って配置された、当該一方の壁材２２の内径より小さい外径を有する誘電体よりなる他方の壁材２３とを有し、一方の壁材２２および他方の壁材２３の各々の両端部が封止壁部２４によって接合され、一方の壁材２２と他方の壁材２３との間に円筒状の放電空間Ｓが形成されている。この放電容器２１内には、放電用ガスが封入されている。
【００１７】
放電容器２１における一方の壁材２２には、その外面２５に密接して、例えば金網などの導電性材料よりなる網状の一方の電極２６が設けられ、放電容器２１における他方の壁材２３には、その内周面である外面２７を覆うようアルミニウムよりなる膜状の他方の電極２８が設けられている。
【００１８】
放電容器２１における一方の壁材２２および他方の壁材２３を構成する誘電体材料としては、放電容器２１内において放出されるエキシマ光に対して透過性を有するもの、例えば合成石英ガラスを用いることができる。
放電容器２１内に封入される放電用ガスとして、例えばキセノンガス、アルゴンと塩素との混合ガスなどを用いることができる。
【００１９】
図１に戻り、光照射装置を説明すると、３２は、冷却用流体を流通するための冷却用流体流路部材であり、この内部に水等の冷却体が流れ、冷却ブロック３を冷却している。そして、冷却ブロック３と接触している誘電体バリア放電ランプ２を冷却することができる。
図示の例では、冷却ブロック３の下面における互いに隣接する溝３１の間の位置に、アルミニウムよりなる断面がＶ字形の光反射板４１が設けられ、両端の溝３１の外側には、アルミニウムよりなる光反射板４２が、その反射面が内方下方を向くよう傾斜した状態で設けられている。
【００２０】
ランプハウス１の下板１１に誘電体バリア放電ランプ２から発生したエキシマ光を取り出しための窓部材５が形成されている。この窓部材５は、誘電体バリア放電ランプ２からのエキシマ光に対して透過性を有するもの、例えば合成石英ガラスを用いることができる。
【００２１】
ランプハウス１内には、ランプハウス１内を不活性ガス、例えば窒素ガスで置換した状態にするための不活性ガス噴出機構６が配置されている。そして、不活性ガス噴出機構６から噴出された不活性ガスはランプハウス１の排気孔１０より、排気され、ランプハウス１内を不活性ガスで置換することができる。
不活性ガス噴出機構６は、図１の実施例おいては、内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部６１を有し、この不活性ガス流動部６１は耐紫外線を有するアルミニウムからできている。
【００２２】
図３に窓部材５と不活性ガス噴出機構６のみを取り出した斜視図に示すように、不活性ガス流動部６１は、窓部材５の外周に沿って配置されているとともに、窓部材５の方向に不活性ガス噴出孔６２が等間隔で形成されている。そして、この不活性ガス噴出孔６２から噴出された不活性ガスが直接窓部材５に吹き付けられるようになっている。
この結果、窓部材５の近傍にある不活性ガス噴出孔６２から噴出された不活性ガスは、窓部材５までの流れる距離を極めて短くすることができ、効率良くしかも確実に窓部材５を冷却することができ、窓部材５の温度上昇を抑制することができる。よって、被処理体を確実に処理することができるとともに、窓部材に汚染物質が付着することを防止できる。
【００２３】
なお、図３では、不活性ガス噴出孔６２は、不活性ガス流動部６１の一辺のみに形成されているが、四辺全てに形成しても良い。
さらに、不活性ガス流動部６１は、図３に示すように、窓部材５の全外周に沿って配置されている場合は、窓部材５をランプハウス１の下板１１に固定する固定手段を兼ねる場合もあり、図では示さないが、窓部材５の全外周ではなく、窓部材５の一辺の外周のみに沿って配置されていても良い。
【００２４】
図４は、本発明の光照射装置の他の実施例を説明する断面図であり、図１の光照射装置と異なる点は、ランプハウス内の不活性ガス噴出機構の配置状態が異なるものである。なお、図１と同一符号は同一部分であるため説明は省略する。
図４中、不活性ガス噴出機構６Ａは、ランプハウス１内に設けられており、内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部６１Ａを有し、この不活性ガス流動部６１Ａは耐紫外線を有するアルミニウムのパイプからできている。
【００２５】
この不活性ガス流動部６１Ａは、図４に示すように、窓部材５から離間した位置であって、光反射板４２の誘電体バリア放電ランプ２とは反対側に配置されている。さらに、図５の窓部材５と不活性ガス噴出機構６Ａと光反射部材４１と誘電体バリア放電ランプ２のみを取り出した斜視図に示すように、不活性ガス流動部６１Ａは、パイプ状であって誘電体バリア放電ランプ２と並行になるように配置されており、窓部材５の方向に不活性ガス噴出孔６２Ａが等間隔で形成されている。そして、この不活性ガス噴出孔６２Ａから噴出された不活性ガスが、光反射板４２に形成された通気孔４２０を通り、直接窓部材５に吹き付けられるようになっている。
【００２６】
この結果、不活性ガス流動部６１Ａは光反射板４２の誘電体バリア放電ランプ２とは反対側に配置されているので、誘電体バリア放電ランプ２から発せられるエキシマ光を遮ることなくエキシマ光を効率良く利用することができ、パイプ状の不活性ガス流動部６１Ａが誘電体バリア放電ランプ２と並行に配置されているので、ランプハウス内１の狭い空間に存在する光反射板４１、４２や誘電体バリア放電ランプ２などに干渉せずに不活性ガス流動部６１Ａをランプハウス内に障害なく配置することができると同時に、不活性ガス噴出孔６２Ａから噴出された不活性ガスによって、窓部材５を冷却することができ、窓部材５の温度上昇を抑制することができる。よって、被処理体を確実に処理することができるとともに、窓部材に汚染物質が付着することを防止できる。
【００２７】
図６は、本発明の光照射装置の他の例を示す断面図であり、図１の光照射装置と異なる点は、ランプハウス１内に、誘電体バリア放電ランプ２と窓部材５との間に、誘電体バリア放電ランプ２からのエキシマ光を透過する仕切り板７が形成されており、ランプハウス内の不活性ガス噴出機構の配置状態が異なるものである。この仕切り板７は、エキシマ光に対して透過性を有するもの、例えば窓部材５と同様の合成石英ガラスを用いることができる。なお、図１と同一符号は同一部分であるため説明は省略する。
【００２８】
図６中、不活性ガス噴出機構６Ｂは、ランプハウス１内に設けられており、内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部６１Ｂを有し、この不活性ガス流動部６１Ｂが仕切り板７と窓部材５の間に向けて延存しており、不活性ガス流動部６１Ｂの端部には、不活性ガスを噴出する開口６２Ｂが形成されている。
そして、この開口６２Ｂより噴出された不活性ガスが仕切り板７と窓部材５の間に吹き付けられるようになっている。
【００２９】
この結果、不活性ガスは、窓部材５と仕切り板７との間の狭い空間にのみ先ず最初に流れ込み、ランプハウス１のその他の空間に流れ込み難くなっているので、窓部材５を効率良く冷却することができ、窓部材５の温度上昇を抑制することができる。よって、被処理体を確実に処理することができるとともに、窓部材に汚染物質が付着することを防止できる。
【００３０】
図１に示す本発明の光照射装置を用いて窓部材の冷却実験を行った。
実験条件は、以下の通りである。
＜誘電体バリア放電ランプ＞
入力電力・・・９９０Ｗ
放射波長・・・１７２ｎｍ
の誘電体バリア放電ランプを３本使用し、全体の紫外線放射強度を５０ｍＷ／ｃｍ^２となるように設定。
＜不活性ガス＞
ガス種・・・・窒素ガス
ガス流量・・・３０リットル／分
そして、比較のため、同じ性能の誘電体バリア放電ランプを使用し、ランプハウス１の上部から不活性ガスを流しただけの従来の光照射装置の窓部材の冷却効果がわかる比較実験も行った。
この比較実験は、不活性ガスとして、窒素ガスを用い、ガス流量も３０リットル／分と同じにした。
【００３１】
実験結果を図７に示す。
図７から分かるように、本発明の光照射装置の場合、窓部材の温度が１４７℃であり、窓部材の温度を２００℃以下に抑制できていることがわかる。
反対に、従来の光照射装置の場合、窓部材の温度が２１８℃であり、窓部材の温度が２００℃を超えており、冷却効果が上がっていないことがわかる。
【００３２】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の光照射装置によれば、ランプハウス内の不活性ガス噴出機構の不活性ガス流動部は、窓部材から離間して位置であって、光反射板の誘電体バリア放電ランプとは反対側に位置するように配置されており、不活性ガス噴出孔から噴出された不活性ガスが、光反射板に形成された通気孔を通り、直接窓部材に吹き付けられるようになっているので、誘電体バリア放電ランプから発せられるエキシマ光を効率良く利用できると同時に、窓部材を冷却することができ、窓部材の温度上昇を抑制することができる。よって、被処理体を確実に処理することができるとともに、窓部材に汚染物質が付着することを防止できる。
【００３３】
請求項２に記載の光照射装置によれば、ランプハウス内の不活性ガス噴出機構の不活性ガス流動部は、仕切り板と窓部材の間に向けて延存しており、この不活性ガス流動部の端部には、不活性ガスを噴出する開口が形成され、この開口より噴出された不活性ガスが仕切り板と窓部材の間に吹き付けられるようになっているので、不活性ガスが、窓部材と仕切り板との間の狭い空間にのみ先ず最初に流れ込み、ランプハウスのその他の空間に流れ込み難くなっているので、窓部材を効率良く冷却することができ、窓部材の温度上昇を抑制することができる。よって、被処理体を確実に処理することができるとともに、窓部材に汚染物質が付着することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光照射装置の一例における構成を示す説明用断面図である。
【図２】誘電体バリア放電ランプの説明用断面図である。
【図３】図１に示す光照射装置の不活性ガス噴出機構を説明する斜視図である。
【図４】本発明の光照射装置の他の例を説明する断面図である。
【図５】図４に示す光照射装置の不活性ガス噴出機構を説明する斜視図である。
【図６】本発明の光照射装置の他の例を説明する断面図である。
【図７】本発明の光照射装置と従来の光照射装置の窓部材の温度を示す実験データ説明図である。
【符号の説明】
１ ランプハウス
２ 誘電体バリア放電ランプ
３ 冷却ブロック
４２ 光反射板
５ 窓部材
６ 不活性ガス噴出機構
６１ 不活性ガス流動部
６２ 不活性ガス噴出孔

Claims (2)

1. 誘電体バリア放電によりエキシマ光を発生する誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを収納するとともにエキシマ光を取り出すための窓部材が形成されたランプハウスとを具えてなり、前記ランプハウス内を不活性ガスで置換した状態で作動する光照射装置において、
   前記ランプハウス内には、不活性ガス噴出機構が設けられており、
   前記ケーシング内には、前記誘電体バリア放電ランプから発生するエキシマ光を前記窓部材の方向に反射するための光反射板が設けられており、
   前記不活性ガス噴出機構は、その内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部を有し、前記不活性ガス流動部は、前記窓部材から離間した位置であって、前記光反射板の誘電体バリア放電ランプとは反対側に位置するとともに、前記窓部材の方向に不活性ガス噴出孔が形成されており、
   前記不活性ガス噴出孔から噴出された不活性ガスが、前記光反射板に形成された通気孔を通り、前記窓部材に直接吹き付けられるようになっていることを特徴とする光照射装置。
2. 誘電体バリア放電によりエキシマ光を発生する誘電体バリア放電ランプと、この誘電体バリア放電ランプを収納するとともにエキシマ光を取り出すための窓部材が形成されたランプハウスとを具えてなり、前記ランプハウス内を不活性ガスで置換した状態で作動する光照射装置において、
   前記ランプハウス内には、不活性ガス噴出機構が設けられており、
   前記ランプハウス内には、前記誘電体バリア放電ランプと前記窓部材との間に、エキシマ光を透過する仕切り板が配置されており、
   前記不活性ガス噴出機構は、その内部に不活性ガスが流れる不活性ガス流動部を有し、前記不活性ガス流動部は、前記仕切り板と前記窓部材の間に向けて延在し、当該不活性ガス流動部の端部には、不活性ガスを噴出するための開口が形成されており、
   前記開口より噴出された不活性ガスが、前記仕切り板と前記窓部材の間に吹き付けられるようになっていることを特徴とする光照射装置。

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