JP5534344B2 - 紫外線照射装置 - Google Patents

Description

本発明は、処理対象物に向けて紫外線を照射する放電ランプと、その放電ランプと前記処理対象物との間の空間にガスを供給するガス供給手段とが設けられた紫外線照射装置に関する。

かかる紫外線照射装置は、処理対象物に対して例えば１７２ｎｍ等の短波長の紫外線を照射して処理対象物の洗浄等の処理を行う装置である。
このような紫外線は、雰囲気中に酸素が存在すると、その酸素に吸収されて著しく減衰する。
このため、下記特許文献１にも記載のように、紫外線を放射する放電ランプと処理対象物との間の空間に窒素ガス等の不活性ガスを供給して紫外線の減衰を抑制することが従来から行われている。

放電ランプと処理対象物との間の空間への不活性ガスの供給手法としては、従来、放電ランプとその放電ランプの下方に位置する処理対象物に対して、放電ランプの上方側に配置した吹き出し口から不活性ガスを単純にダウンフローで供給する手法の他に、下記特許文献１に記載のように、不活性ガスを単純にダウンフローで供給するのではなく、不活性ガスの吹き出し口と放電ランプとの間に不活性ガスを拡散させる拡散板を配置して、均一に不活性ガスを流す手法も考えられている。

日本国特開２００５−１９７２９１号公報

しかしながら、前者の単純にダウンフローで不活性ガスを供給する手法では、いわゆる白粉と称される粉状の物質が放電ランプの表面に付着してしまうことがある。
この白粉は、紫外線照射装置を設置した部屋の雰囲気中に存在するＳｉ系の浮遊物質が紫外線照射装置内に侵入し、放電ランプから放射された紫外線と反応して酸化物となったものと考えられている。
放電ランプの表面にこの白粉が付着すると、その白粉が紫外線を吸収することによって放電ランプからの紫外線放射光量が低下する他、処理対象物不良の一因であるパーティクルになる等の問題があった。
このため、紫外線照射装置の使用者は、放電ランプに付着した白粉を定期的に清掃する作業の実行を要求され、装置の管理負担の増大を招いていた。

又、後者の不活性ガスの吹き出し口と放電ランプとの間に不活性ガスの拡散板を配置する手法では、上記の白粉の付着は抑制されるものの、前者と同程度の不活性ガスの供給量では、放電ランプに吹き掛かる不活性ガスの風量が小さく、放電ランプに対する冷却効果が低下してしまう場合があった。放電ランプに対する冷却効果が低下すると放電ランプの温度が上昇し、放射される紫外線強度が低下してしまうことになる。
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、紫外線照射装置の管理負担を可及的に低減しながら、効率良く処理対象物へ紫外線を照射できるようにする点にある。

本出願の第１の発明は、処理対象物に向けて紫外線を照射する放電ランプと、その放電ランプと前記処理対象物との間の空間にガスを供給するガス供給手段とが設けられた紫外線照射装置において、前記ガス供給手段は、前記放電ランプの側方に配置された前記ガスの吹き出し口と、前記処理対象物の存在側の反対側において前記放電ランプの周囲空間を覆う遮蔽体とを備えて構成されている。

本発明の発明者は、単純に吹き出し口からガスを放電ランプに向けてダウンフローで噴出する構成においてガスの気流解析を行ったところ、吹き出し口から噴出されたガスの流れに渦状、特に放電ランプ上方に向かって巻き上げられる垂直方向の渦状の乱流が発生していることを確認できた。
外部から侵入した不純物がこの渦状の乱流によって放電ランプ上方まで巻き上げられ、その巻き上げられた不純物が更にガスのダウンフローに乗って放電ランプに吹き付けられることで、放電ランプに上述の白粉が付着していたのである。

そこで、放電ランプの側方に配置した吹き出し口、好ましくは放電ランプの側方のランプ上面より下部に配置した吹き出し口から前記ガスを放電ランプに向けて噴射し、それによって放電ランプに当たった前記ガスが放電ランプ表面に沿った層状の流れを形成するようにした。特に放電ランプ下面にアース側電極、ランプ上面に高電圧側電極が外部に配された外部電極型放電ランプを用いる場合には、高電圧で危険なため放電ランプ上方に吹き出し口を近づけにくい。このため、放電ランプ上面、特に上側外部電極より下部に吹き出し口を設けるのが好ましい。
このようにガスを直接に放電ランプに吹き付けることで、比較的少ないガスの流量で放電ランプは的確に冷却されて、放電ランプの温度上昇に伴う紫外線の放射強度の低下が抑制される。
更に、放電ランプ表面に沿った層状のガスの清浄な流れによって放電ランプへの白粉の付着が抑制される。
前記ガスを放電ランプに向けて噴射とは、前記ガスが放電ランプ表面に沿った層状の流れを形成するように前記放電ランプ表面に前記ガスを吹き付けること、であると好ましい。放電ランプ表面への白粉の付着を十分に抑制できるからである。

又、本出願の第２の発明は、上記第１の発明の構成に加えて、前記遮蔽体に、前記ガスの排出用の排出口が形成されている。
従って、放電ランプ表面に沿って形成された層状のガスの清浄な流れを排出口から排出させることで、渦状特に放電ランプ上方に向かう巻き上げを伴った垂直方向の渦状の流れの発生を抑制することができる。
これによって、ガスの流れに不純物が混入するのを抑制して放電ランプへの白粉の付着を抑制できる。
より好ましくは、前記吹き出し口が、放電ランプの両側側方に配置されてなる紫外線照射装置である。放電ランプの長手方向両側面領域を概ね均一に冷却効果および白粉の付着抑制効果を高めることができるからである。吹き出し口が対抗している場合など、噴出したガスが放電ランプの下側で衝突することがあっても、放電ランプ全体で見た場合には、冷却効果および白粉の付着抑制効果は十分に得られている。さらに、つぎのような場合には、ガスの抜け流路が形成されるので、好ましい。すなわち、ランプの長手方向に対して垂直な一方向にガラス基板などの被照射物を搬送する搬送手段を有している場合には、被照射物の流れで一方向にガスが抜けることになる。

又、本出願の第３の発明は、上記第１又は第２の発明の構成に加えて、前記放電ランプは、１方向に長い扁平形状で且つ短辺方向の端部が滑らかな湾曲形状を有するように形成され、前記吹き出し口は、前記放電ランプの短辺方向の端部に向けて前記ガスを噴出するように、前記放電ランプの両側に複数個並べて配置されて構成されている。
すなわち、放電ランプの短辺方向の端部に向けて吹き出し口から噴出したガスは、その端部の滑らかな湾曲形状に沿って流れて扁平面に緩やかに拡がり、層状の流れを形成する。
このように、ガスの流れが放電ランプの扁平面で緩やかに拡がるので、ガスの流れによる渦の発生が更に抑制される。

又、本出願の第４の発明は、上記第３の発明に構成に加えて、前記放電ランプの両側に配置されている前記吹き出し口は、一方の側の前記吹き出し口と他方の側の吹き出し口とが前記放電ランプの長手方向で互いに位置ずれした状態で並べて配置されている。
すなわち、吹き出し口から噴出した前記ガスの流れは、放電ランプの扁平面で緩やかに拡がって渦状の流れの発生を抑制するものであるが、放電ランプの両側から噴出したガスが扁平面上で衝突する構成では、ガスの流速によっては渦状の流れが発生してしまう可能性もあり得る。
そこで、ガスの吹き出し口の並びを放電ランプの両側で位置ずれさせておくことで、放電ランプの扁平面上でのガスの衝突を抑制して、渦状、特に放電ランプ上方に向かって巻き上げられる垂直方向の渦状の流れの発生をより的確に排除しているのである。

上記第１の発明によれば、ガスの流れを適切に設定することで、放電ランプの温度上昇や放電ランプへの白粉の付着を抑制して、紫外線照射装置の管理負担を可及的に低減しながら、効率良く処理対象物へ紫外線を照射できるものとなった。
又、上記第２の発明によれば、ガスの流れにおいて渦状、特に放電ランプ上方に向かって巻き上げられる垂直方向の渦状の流れの発生が抑制されるので、放電ランプへの白粉の付着を更に抑制できるものとなった。
又、上記第３の発明によれば、ガスの流れによる渦の発生が更に抑制されるので、放電ランプへの白粉の付着をより一層抑制できるものとなった。
又、上記第４の発明によれば、ガスの渦状の流れの発生をより的確に排除できるので、放電ランプへの白粉の付着を更に抑制できるものとなった。

本発明の実施の形態にかかる要部斜視図である。 本発明の実施の形態にかかる要部側面図である。 本発明の実施の形態にかかる平面視による不活性ガスの噴射位置を示す図である。 本発明の実施の形態にかかる装置の概略構成図である。 本発明の別実施形態にかかる要部側面図である。

以下、本発明の紫外線照射装置をエキシマランプを用いたガラス基板用の洗浄装置に適用した場合の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
洗浄装置ＣＬは、洗浄処理の処理対象物であるガラス基板１に対して２００ｎｍ以下の真空紫外線（具体的には１７２ｎｍの波長の紫外線）を照射して、その紫外線及びその紫外線によって発生した活性酸素の洗浄作用によってガラス基板１表面の有機汚染物を分解除去する装置であり、図４の概略断面図に示すように、筐体２内に、ガラス基板１を搬送する搬送ローラ３が並べて配置され、搬送ローラ３による搬送経路の中央部寄りの位置に、いわゆるエキシマランプと称される複数本の放電ランプ４がガラス基板１の搬送方向（図４中において矢印ＴＤにて示す方向、図１乃至図３においても同様）に並べて配置されている。このように、放電ランプ、特に下方照射面が平面の扁平形放電ランプの下方照射面側とガラス基板などの非搬送物との間にはガラス窓など配されることなく、気体を介するのみの装置構成であり、放電ランプの配置空間が装置外部の空間に開放されている。このような紫外線照射装置を半開放型の紫外線照射装置という。

洗浄装置ＣＬでは、上流側（図４において右側）の入口からガラス基板１が搬入されてくると搬送ローラ３にてガラス基板１を下流側へ設定速度で搬送駆動し、放電ランプ４がガラス基板１に対して紫外線を照射する。
放電ランプ４が照射する１７２ｎｍ帯等の真空紫外線は空気中の酸素による吸収が大であるため、筐体２内におけるガラス基板１の搬送経路付近の雰囲気は、外部から供給される清浄な不活性ガスにて置換されており、前記搬送経路を通過した不活性ガスは筐体２下部の排気口２ａから排出される。
尚、本実施の形態では、上記の不活性ガスとして窒素ガスを使用しているが、他の不活性ガスを使用しても良い。又、目的に応じて紫外線を照射して実質的に処理を行える程度の少量の空気や酸素等を不活性ガスに混入（「プロセスガス」という）しても良い。さらに、二種類以上のガスを混合したものを使用しても良い。

本実施の形態で例示する放電ランプ４は、ガラス基板１の搬送方向で切断したものを斜視図として示す図１，ガラス基板１の搬送方向で切断したものを搬送横幅方向視で示す図２及び放電ランプ４の上面よりもわずかに上方で水平方向に切断したものを平面視で示す図３に示すように、１方向（ガラス基板１の搬送横幅方向）に長い扁平形状を有しており、細長い扁平の筒の長手方向両端を閉塞した構造となっている。
更に詳細には、放電ランプ４は、それの扁平面の法線方向視では上記１方向（ガラス基板１の搬送横幅方向）に細長い長方形をなし、上記扁平面の短辺方向（ガラス基板１の搬送方向）の端部（側端部）は外方に凸に丸めた滑らかな湾曲形状を有している。

放電ランプ４の材質は合成石英ガラスであり、放電ランプ４内には、例えばキセノン，アルゴン，クリプトン等の希ガス、必要に応じてフッ素，塩素等のハロゲンガス等が封入されている。
図示を省略するが、放電ランプ４の扁平面には上面側と下面側（ガラス基板１の存在側）とで一対の電極が形成されている。
上面側の電極は金属膜の電極が一様に形成されたベタ電極であり、下面側の電極は金属膜がメッシュ状に形成されたメッシュ電極である。
この上下一対の電極に交流高電圧が印加されると、放電ランプ４の内部空間でいわゆる誘電体バリア放電が発生して放電ランプ４内の封入ガス等に作用し、封入ガスがキセノンの場合、上記の１７２ｎｍ帯の紫外線を発生する。発生した紫外線は下面側のメッシュ電極の隙間を通過して外部に放射される。
放電ランプ４は、この紫外線を放射する扁平面がガラス基板１の搬送方向に沿って設置されているので、搬送されるガラス基板１に対して均等な強度の紫外線を比較的に長い距離に亘って照射することができる。

次ぎに、放電ランプ４の近傍に窒素ガスを供給するガス供給手段ＧＳについて説明する。
放電ランプ４近傍におけるガス供給手段ＧＳによる窒素ガスの供給流路は、図１及び図２に示すように、丸パイプ１１と、その丸パイプ１１の下端に接続される角パイプ１２と、ガラス基板１の存在側の反対側すなわち上部側において放電ランプ４の周囲空間を覆う遮蔽体１３とによって形成されている。

丸パイプ１１は、１つの角パイプ１２に対して複数本が接続され、外部から供給される清浄な窒素ガスを角パイプ１２の内部空間へ送り込む。
角パイプ１２は、ガラス基板１の搬送横幅方向において放電ランプ４と略同じ長さを有しており、角パイプ１２の両側面には、窒素ガスを噴出する複数個の開口１２ａが形成されている。この開口１２ａは、角パイプ１２の長手方向に原則として等ピッチに並べて形成されている。
この丸パイプ１１と角パイプ１２とを接続したものは、ガラス基板１の搬送方向に並ぶ各放電ランプ４の間に配置されており、詳しくは後述するが、夫々の角パイプ１２はそれの両脇に位置する放電ランプ４に向けて窒素ガスを噴出している。

遮蔽体１３は、ガラス基板１の搬送横幅方向視で略コの字状の断面を有しており、コの字の開放側を下方に向ける姿勢で放電ランプ４近傍を上方から覆っている。遮蔽体１３の下端位置は、角パイプ１２の下端位置よりもわずかに下方に位置しており、放電ランプ４の側端部から角パイプ１２側に向けて放射される紫外線を遮蔽体１３にて遮っている。
遮蔽体１３も、ガラス基板１の搬送横幅方向において放電ランプ４と略同じ長さを有している。
角パイプ１２の側面と遮蔽体１３の縦壁部１３ａとはわずかな隙間を開けて近接配置されており、縦壁部１３ａには、角パイプ１２の開口１２ａよりも若干大径の吹き出し口１３ｂが、各開口１２ａと対応して、ガラス基板１の搬送方向視で開口１２ａと同心状となるように形成されている。
この開口１２ａ及び吹き出し口１３ｂの存在高さは、放電ランプ４の高さ方向（すなわち厚さ方向）中央位置と一致させており、角パイプ１２の内部空間へ供給された窒素ガスは、開口１２ａ及び吹き出し口１３ｂを通過して、放電ランプ４側端部の頂部に向けて噴出される。
遮蔽体１３に上方側を覆われる放電ランプ４は、両側の吹き出し口１３ｂから均等の距離となる中央位置に図示を省略する支持部材にて取り付けられている。
遮蔽体１３の上面には、窒素ガスを排出するスリット状の排出口１３ｃが形成されている。
排出口１３ｃは、ガラス基板１の搬送方向（放電ランプ４の短辺側方向）における放電ランプ４の中央位置の直上に位置しており、図３に仮想線で示すように、放電ランプ４の長手方向に複数個が並ぶ状態で形成されている。

１本の放電ランプ４に対して、ガラス基板１の搬送方向の上流側及び下流側の両側方（より詳細には、上流側及び下流側の両方の側脇）に位置する吹き出し口１３ｂから窒素ガスが噴射されるのであるが、図３の平面図において窒素ガスの噴出位置を矢印Ａで示すように、上流側と下流側とで等ピッチの並ぶ吹き出し口１３ｂの並びが互いに１／２ピッチずれて千鳥配置状に位置ずれしている。
但し、吹き出し口１３ｂの並びの端部のみは上流側と下流側とが対向する状態で配置されている。

上記のような配置構成において、外部から取り入れた清浄な窒素ガスが丸パイプ１１を経て角パイプ１２の内部空間へ供給されると、角パイプ１２の開口１２ａ及び遮蔽体１３の吹き出し口１３ｂを経て、放電ランプ４の湾曲形状の側端部に向けて窒素ガスが噴出される。
放電ランプ４の側端部に当たった窒素ガスは、図２において矢印Ｂにて窒素ガスの流れの方向を示すように、放電ランプ４の側端部の湾曲形状に沿って放電ランプ４の上面側と下面側とに別れて、夫々が更に放電ランプ４の上下の扁平面に沿って流れる。このような放電ランプ４の表面に沿った流れによって、放電ランプ４の表面上に清浄な窒素ガスの層が形成される。
放電ランプ４の上面側の扁平面に沿って流れた窒素ガスは、更に排出口１３ｃへと流れて外部に排出される。

このように流路が形成される窒素ガスによって、放電ランプ４の下面側とガラス基板１との間の空間が的確に窒素ガスにて置換されるのはもちろんのこと、比較的に少ない流量の窒素ガスで放電ランプ４が効果的に冷却され、清浄な窒素ガスの流れによって白粉の付着が効果的に抑制される。更に、上方側に流れた窒素ガスが排出口１３ｃを経て排出されることで、白粉を舞い散らせる気流の乱れも抑制することができる。下方側に流れた窒素ガスは、筐体２下部の排気口２ａから排出されるか、処理対象物と共にＴＤ方向に流れる。

〔別実施形態〕
以下、本発明の別実施形態を列記する。
（１）上記実施の形態では、放電ランプ４として扁平形状のものを例示しているが、断面形状が円形の放電ランプ等の各種の形状のものに本発明を適用できる。
（２）上記実施の形態では、放電ランプ４に対して、ガラス基板１の搬送方向上流側の吹き出し口１３ｂと下流側の吹き出し口１３ｂとで、搬送横幅方向での並びが千鳥配置となっている場合を例示しているが、上流側の吹き出し口１３ｂと下流側の吹き出し口１３ｂとが全て対向する位置となるように配置して構成しても良い。
（３）上記実施の形態では、本発明の紫外線照射装置を洗浄装置ＣＬに適用する場合を例示しているが、紫外線を使用する各種の処理装置に適用できる。
（４）上記実施の形態では、１本の放電ランプ４に対してそれの両側脇から窒素ガスを噴出する構成として、ガス供給手段ＧＳが各放電ランプ４毎に窒素ガスを供給する場合を例示しているが、複数本並べた放電ランプに対してまとめてガスを噴出する形態で供給するように構成しても良い。
（５）上記実施の形態では、遮蔽体１３における放電ランプ４の上方位置（放電ランプ４に対してガラス基板１の存在側と反対側の位置）に排出口１３ｃを形成する場合を例示しているが、図５に示すように遮蔽体１３に排出口１３ｃを備えない構成としても良い。図５は、上記実施の形態における図２に対応するものである。
遮蔽体１３に排出口１３ｃを備えない場合、図５において放電ランプ４の上面に沿って流れる窒素ガスは、一旦上昇した後、隣り合う吹き出し口１３ｂ間の圧力の低い部分を通過して、放電ランプ４の下方側（放電ランプ４に対してガラス基板１の存在側）へと排出される。
このように構成した場合でも、放電ランプ４の表面に形成される層状の清浄な窒素ガスの流れによって、放電ランプ４への白粉の付着が抑制される。

本出願は、２００８年９月１８日出願の日本特許出願・出願番号２００８−２４００９０に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

ＧＳ ガス供給手段
４ 放電ランプ
１３ 遮蔽体
１３ｂ 吹き出し口
１３ｃ 排出口

Claims (4)

1. 処理対象物に向けて紫外線を照射する放電ランプと、
   その放電ランプと前記処理対象物との間の空間にガスを供給するガス供給手段とが設けられた紫外線照射装置であって、
   前記ガス供給手段は、
   前記放電ランプの側方に配置された前記ガスの吹き出し口と、
   前記処理対象物の存在側の反対側において前記放電ランプの周囲空間を覆う遮蔽体とを備え、
   前記吹き出し口は、前記ガスを直接に前記放電ランプの側方に吹き付けて、前記放電ランプの上面に沿った前記ガスの流れと、前記放電ランプの下面に沿った前記ガスの流れと、を形成する構成である、紫外線照射装置。
2. 前記遮蔽体に、前記ガスの排出用の排出口が形成されている請求項１記載の紫外線照射装置。
3. 前記放電ランプは、１方向に長い扁平形状で且つ短辺方向の端部が滑らかな湾曲形状を有するように形成され、
   前記吹き出し口は、前記放電ランプの短辺方向の端部に向けて前記ガスを噴出するように、前記放電ランプの両側に複数個並べて配置されて構成されている請求項１又は２記載の紫外線照射装置。
4. 前記放電ランプの両側に配置されている前記吹き出し口は、一方の側の前記吹き出し口と他方の側の吹き出し口とが前記放電ランプの長手方向で互いに位置ずれした状態で並べて配置されている請求項３記載の紫外線照射装置。

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