KR20230135509A

KR20230135509A - 자외광 조사 장치

Info

Publication number: KR20230135509A
Application number: KR1020230022783A
Authority: KR
Inventors: 시게키 후지사와; 히데아키 야규; 아키히로 구노
Original assignee: 우시오덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2023-02-21
Publication date: 2023-09-25
Also published as: CN218853160U; US20230293746A1; WO2023176084A1; JP2023135750A; EP4245360A1; CN116785468A

Abstract

(과제) 사람 및 동물에 대한 높은 안전성을 확보하면서, 병원체의 불활화 능력을 향상시킨 자외광 조사 장치를 제공한다.
(해결 수단) 자외광 조사 장치는, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광을 발광하는 광원과, 상기 자외광이 입사하는 광학 필터를 구비하고, 상기 광학 필터의, 입사각 0도로 입사하는 투과 스펙트럼은, 0도 광을 투과하는 제1 투과 대역 및 제2 투과 대역과, 상기 0도 광의 투과를 제한하는 제1 제한 대역을 갖고, 상기 제1 투과 대역은, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내에 존재하고, 상기 제2 투과 대역은, 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재하며, 상기 제1 제한 대역은, 적어도, 240nm 이상 300nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것과 더불어, 상기 제1 제한 대역의 상한이, 300nm 초과 380nm 이하의 범위 내에 형성되어 있다.

Description

자외광 조사 장치{ULTRAVIOLET LIGHT RADIATION DEVICE}

본 발명은, 자외광 조사 장치에 관한 것이다.

200nm~280nm의 파장 범위에 있는 자외광(UVC 대역)은, 환경 중에 존재하는 세균이나 바이러스 등의 병원체를 불활화시키는 것이 알려져 있으며, 살균등 등에 이용되고 있다. 그러나, 당해 자외광은, 생체의 피부 내부에까지 침투하여, 피부 내부의 세포에 데미지를 주는 것도 알려져 있다. 또, 최근, 자외광의 사람에 대한 영향에 관한 연구가 진행되고 있으며, UVC 대역이어도 파장이 240nm보다 짧은 파장 대역의 자외광은, 파장이 짧아질수록 피부 표층 또는 각막 상피에서 흡수되기 쉬워, 피부 내부의 세포가 영향을 받기 어려워짐으로써 안전성이 높아지는 것이 확인되고 있다. 그래서, 파장이 240nm보다 짧은 파장 대역의 자외광을 인체 또는 사람이 존재하는 환경 중에 적극적으로 조사하는 자외광 조사 장치가 실용화되고 있다(특허문헌 1 참조).

일본국 특허 제6908172호 공보

요즘, 신형 코로나 바이러스 감염증의 유행의 영향도 있고, 환경 중에 존재하는 세균이나 바이러스 등의 병원체를 자외광으로 불활화하는 요구가 높아지고 있다. 그 때문에, 200nm~240nm의 파장 범위에 있는 자외광을 방사하는 장치의 활용이 한층 더 요망되고 있다. 한편, 240nm~280nm의 파장 범위에 있는 자외광은, 인체에 대한 유해성이 상대적으로 높기 때문에, 240nm~280nm의 파장 범위에 있는 자외광이 밖으로 다량으로 방사되지 않도록, 보다 적절하게 억제하는 것이 필요하다.

본 발명은, 사람 및 동물에 대한 높은 안전성을 확보하면서, 병원체의 불활화 능력을 향상시킨 자외광 조사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 자외광 조사 장치의 일 양태는,

200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광을 발광하는 광원과,

상기 자외광이 입사하도록 배치되며, 유전체 다층막을 포함하는 광학 필터를 구비하고,

상기 광학 필터의, 상기 자외광이 상기 광학 필터에 대해 입사각 0도로 입사하는 0도 광의 투과 스펙트럼은, 상기 0도 광을 투과하는 제1 투과 대역 및 제2 투과 대역과, 상기 0도 광의 투과를 제한하는 제1 제한 대역을 갖고,

상기 제1 투과 대역은, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내에 존재하고,

상기 제2 투과 대역은, 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재하며,

상기 제1 제한 대역은, 적어도 240nm 이상 300nm 이하의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것과 더불어, 상기 제1 제한 대역의 상한이, 300nm 초과 380nm 이하의 범위 내에 형성되어 있다.

200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광은, 인체에 대한 영향이 작지만, 당해 자외광을 사람이 존재하는 환경에 조사하는 경우에는, 당해 자외광의 조사량을 억제하는 것이 요구되는 경우가 있다. 예를 들면, ACGIH(American Conference of Governmental Industrial Hygienists：미국 산업 위생 전문가 회의), 또는 JIS Z 8812(유해 자외 방사의 측정 방법)에서는, 사람에 대한 1일(8시간)당 자외광 조사량이, 허용 한계값(TLV：Threshold Limit Value) 이하로 하도록, 규정되어 있다.

그러나, 파장마다 규정되는 TLV는, 자외광에 대한 인체에 대한 영향에 대해서 연구가 진전됨에 따라 재검토되는 경우가 있다. 예를 들면, 현행의 ACGIH에서는, 파장이 222nm인 광의 TLV는 1일(8시간)당 22mJ/cm²로 되어 있다. 앞으로, 인체에 대한 222nm의 파장의 광의 안전성이 보다 명확해짐에 따라, TLV가 완화되는 것이 기대된다.

TLV가 완화되면, 불활화 능력의 향상을 위해, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광의 조사량을 증가시킬 수 있다. 다른 한편으로, 인체에 대한 유해성이 상대적으로 높은 240nm~280nm의 자외광도 증가하게 된다. 자세한 것은 후술하겠지만, 상술한 자외광 조사 장치는, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광의 조사량을 증가시켜도, 240nm~280nm의 자외광을, 보다 적절하게 억제할 수 있다.

이하, 본 명세서에서 사용되는 용어 등의 정의를 나타내면서, 자외광 조사 장치에 대한 설명과 그 작용 효과를 상세히 설명한다.

본 명세서에 있어서, 광원으로부터 발광되는 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광이란, 광원이 발광하는 발광 스펙트럼의 적어도 일부가, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 있어서 강도를 나타내는 것을 나타낸다. 반드시, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 전역에 있어서 강도를 나타내지 않아도 된다.

200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광을 발광하는 광원으로서, KrCl 엑시머 램프, KrBr 엑시머 램프, 또는, 발광하는 광의 적어도 일부가 220nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 있어서 강도를 나타내는 광을 포함하는 LED가 예시된다.

200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 있어서 강도를 나타내는 광은, 병원체를 불활화하는 작용을 가짐과 더불어, 사람 및 동물에 대한 유해성이 낮은 광이다. 그 때문에, 이러한 광을 발광하는 광원을 사용한 자외광 조사 장치는, 사람이 빈번히 왕래하는 공간이나, 사람이 장시간 작업을 행하는 공간에 설치할 수 있다. 또한, 사람이나 동물에 안전한 파장 범위는, 바람직하게는, 파장이 200nm 이상 237nm 이하, 보다 바람직하게는, 파장이 200nm 이상 235nm 이하, 더 바람직하게는, 파장이 200nm 이상 230nm 이하이다. 본 명세서에서는, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 광을, 「목적광」이라고 하는 경우가 있다.

본 명세서에 있어서, 「병원체」는, 세균 및 진균(곰팡이) 등의 균류, 그리고, 바이러스를 포함한다. 「불활화」란, 병원체를 사멸시키는 것, 또는, 감염력이나 독성을 잃게 하는 것을 포괄하는 개념이다.

상술한 바와 같이, 광원으로부터 출사한 자외광이 입사하는 위치에, 유전체 다층막을 포함하는 광학 필터가 배치되어 있다. 광학 필터의 특성은, 투과하는 파장을 횡축에, 투과하는 광의 상대 강도를 종축에 나타낸 투과 스펙트럼에 의해 평가할 수 있다. 자세한 것은 후술하겠지만, 광학 필터는, 광학 필터에 대한 입사각에 따라, 그 투과 스펙트럼이 상이하다. 그 때문에, 본 명세서에서는, 입사각을 구별하여 광학 필터의 특성을 평가한다. 본 명세서에 있어서, 광학 필터에 대해 입사각 θ도로 입사하는 광은, 「θ도 광」이라고 표현한다. θ는, 0도(0deg) 이상, 또한, 90도(90deg) 미만이다.

상기 광학 필터는, 상기 자외광이 상기 광학 필터에 대해 입사각 0도로 입사하는 0도 광의 투과 스펙트럼은, 0도 광을 투과하는 제1 투과 대역 및 제2 투과 대역과, 0도 광의 투과를 제한하는 제1 제한 대역을 갖는다.

본 명세서에 있어서, 투과율은, 소정의 입사각으로 광학 필터에 입사하는 광선의 분광 스펙트럼과, 당해 광선의 당해 광학 필터로부터 출사하는 분광 스펙트럼을 각각 분광 광도계로 측정하고, (광학 필터로부터 출사하는 광 강도/광학 필터에 입사하는 광 강도)×100(%)을 구함으로써 얻어진다.

본 명세서에 있어서, 투과율의 구체적 수치에 대해서 특별한 언급이 없고, 단순히, 「제1 투과 대역」 및 「제2 투과 대역」으로 나타낼 때, 「제1 투과 대역」 및 「제2 투과 대역」에 있어서의 광학 필터의 투과율은 15% 이상이다.

단, 제1 투과 대역에 있어서의 투과율은, 30% 이상이면 바람직하고, 50% 이상이면 더 바람직하며, 60% 이상이면 더 바람직하고, 70% 이상이면 더 바람직하며, 80% 이상이면 더 바람직하다.

단, 제2 투과 대역에 있어서의 투과율은, 20% 이상이면 바람직하고, 25% 이상이면 더 바람직하며, 30% 이상이면 더 바람직하고, 35% 이상이면 더 바람직하며, 40% 이상이면 더 바람직하고, 45% 이상이면 더 바람직하며, 50% 이상이면 더 바람직하다.

또, 제2 투과 대역에 있어서의 투과율은, 후술하는 제1 제한 대역에 있어서의 최대 투과율보다 10% 이상 높으면 바람직하고, 15% 이상 높으면 더 바람직하며, 20% 이상 높으면 더 바람직하다.

본 명세서에 있어서, 광학 필터를 투과하는 자외광의 투과율에 대해서 구체적 수치에 대해서 언급이 없을 때, 광학 필터의 투과를 제한하는 제1 제한 대역의 투과율은, 5% 미만이다.

단, 제1 제한 대역에 있어서의 투과율은, 4% 이하로 제한되면 바람직하고, 3% 이하로 제한되면 더 바람직하며, 2% 이하로 제한되면 더 바람직하고, 1% 이하로 제한되면 더 바람직하다. 특히, 광원으로부터 방사되는 유해광의 비율이 큰 경우, 제1 제한 대역의 투과율은, 보다 작은 수치를 채용하는 것이 바람직하다.

제1 투과 대역에 대해서 설명한다. 제1 투과 대역이 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내에 존재한다는 것은, 광학 필터의 투과 스펙트럼에 있어서, 소정의 투과율 이상(특별한 언급이 없는 경우에는, 투과율이 15% 이상)을 나타내는 제1 투과 대역이, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내의 적어도 일부에 포함되는 것을 나타낸다. 제1 투과 대역이, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하지 않아도 된다.

제1 제한 대역에 대해서 설명한다. 제1 제한 대역이, 적어도, 240nm 이상 300nm 이하의 파장 전역에 걸쳐 존재한다는 것은, 광학 필터의 투과 스펙트럼에 있어서, 소정의 투과율 미만(구체적 수치에 대해서 특별한 언급이 없는 경우에는, 5% 미만의 투과율)이, 240nm 이상 300nm 이하의 파장 대역 전부에 존재하는 것을 나타낸다.

240nm 이상 300nm 이하의 파장 대역의 광 중, 240nm 이상 280nm 미만의 파장 대역의 광은, 특히, 사람 및 동물에 악영향을 줄 우려가 있는 광(이하, 「유해광 」이라고 하는 경우가 있다.)의 파장 대역이다. 유해광은, 원해서 발광되는 광이 아니라, 광원의 성질상 어쩔수 없이 발광되는 광이다. 그래서, 광학 필터를 사용하여, 유해광의 투과를 제한한다.

상기 광학 필터의 특징점 중 하나는, 제1 제한 대역(예를 들면, 투과율이 5% 미만이 되는 파장 대역)이, 유해광의 파장 대역(240nm 이상 280nm 미만)을 초과하여, 280nm 이상 300nm 이하에까지 미치고 있는 것에 있다. 자세한 것은 후술하겠지만, 0도 광에 대한 투과 스펙트럼에 있어서의 제1 제한 대역을, 240nm 이상 300nm 이하의 파장 전역으로 확대함으로써, 광각도(廣角度)로 광학 필터에 입사하는 유해광도 적절하게 제한할 수 있다. 이로 인해, TLV가 완화되어 자외광의 조사량을 증가시킨 경우에도, 광각도로 입사하는 유해광을 효과적으로 제한할 수 있다.

상기 광학 필터의 특징점 중 하나는, 0도 광의 투과 스펙트럼이 제2 투과 대역을 갖는 것에 있다. 제2 투과 대역에 대해서 설명한다. 제2 투과 대역이 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재한다는 것은, 광학 필터의 투과 스펙트럼에 있어서, 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 있어서, 소정의 투과율 이상(특별한 언급이 없으면, 15% 이상)의 부분이 존재하는 것을 나타낸다. 제2 투과 대역이, 300nm 초과 400nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하지 않아도 된다.

제2 투과 대역을 갖는 것의 작용 효과를 설명한다. 광의 투과를 제한하는 파장 대역의 상한값을 높이려면, 광학 필터를 구성하는 유전체 다층막의 막두께를 증가시키는 것이 유효하다. 그러나, 유전체 다층막의 막두께를 무턱대고 증가시키면, 목적으로 하는 제1 투과 대역의 투과율을 내려, 목적으로 하는 광도 감쇠시켜 버린다. 덧붙여, 막두께의 증가는, 유전체 다층막의 형성 비용을 늘린다.

0도 광의 투과 스펙트럼의 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 제2 투과 대역이 있는 경우에는, 유전체 다층막의 막두께는 비교적 얇기 때문에, 제1 투과 대역의 투과율의 저하를 막을 수 있다.

300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역의 광은, 본 명세서에서 규정하는 목적광도 아니고, 유해광도 아니기 때문에, 종래, 당해 파장 대역의 광에 대한 광학 필터의 투과 특성이 주목될 일은 없었다. 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 300nm 이상 400nm 미만의 파장 대역 내에 제2 투과 대역을 갖는 광학 필터는, 종래의 설계 사상의 연장선상에 없는 설계 사상에 의거한 것이다.

상기 광학 필터의 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 컷 상한 파장이 310nm 이상 380nm 미만의 파장 대역 내에 존재하는 광학 필터를 사용해도 된다. 본 명세서에 있어서, 「컷 상한 파장」이란, 제1 축을 투과율[%]로 하고, 제1 축에 수직인 제2 축을 파장[nm]으로 하여 표시되는 투과 스펙트럼의, 투과율 곡선으로부터 정해진다. 구체적으로는, 제1 제한 대역과 제2 투과 대역 사이에 끼인 파장 대역에 있어서, 당해 투과 스펙트럼이 제2 투과 대역에 도달하는 위치(예를 들면, 투과율 15%)에 있어서의 투과율 곡선의 접선과, 제2 축에 평행하며, 투과율 0%를 통과하는 기준선의 교점에서의 파장을 말한다. 예외적으로, 당해 교점에서의 파장이 제1 제한 대역 내에 있는 경우는, 제1 제한 대역의 상한 파장을, 「컷 상한 파장 」으로 한다.

또한, 컷 상한 파장은, 310nm 이상 370nm 이하의 파장 대역 내에 설정되는 것이어도 되고, 310nm 이상 360nm 이하의 파장 대역 내에 설정되는 것이어도 된다.

상기 광학 필터의 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 상기 제1 제한 대역의 상한 파장은, 300nm 초과 380nm 이하의 범위 내에 설정된다. 여기서, 제1 제한 대역의 상한 파장은, 301nm 이상으로 해도 되고, 303nm 이상으로 해도 되며, 305nm 이상으로 해도 되고, 307nm 이상으로 해도 된다. 제1 제한 대역의 상한 파장이 장파장 측에 설정될수록, 보다 광각도의 광선 성분까지, 유해광의 방사를 적절하게 제한할 수 있다.

상기 광학 필터의 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 상기 제1 제한 대역은, 또한, 300nm 초과 310nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것과 더불어, 상기 제1 제한 대역의 상한이, 310nm 이상 360nm 이하의 범위 내에 형성되어 있어도 상관없다. 이 구성을 구비할 때, 상기 제1 제한 대역은, 240nm 이하의 하한 파장과, 310nm 이상 360nm 이하의 범위 내에 형성되는 상한 파장 사이의 파장 전역에 걸쳐 존재한다. 여기서, 제1 제한 대역의 상한 파장은, 313nm 이상으로 해도 되고, 315nm 이상으로 해도 되며, 317nm 이상으로 해도 된다. 제1 제한 대역의 상한 파장이 장파장 측에 설정될수록, 보다 광각도의 광선 성분까지, 유해광의 방사를 적절하게 제한할 수 있다. 또, 컷 상한 파장을, 320nm 이상 370nm 미만의 범위 내에 형성해도 된다.

상기 광학 필터의 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 상기 제1 제한 대역은, 또한, 310nm 이상 320nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재해도 상관없다. 또, 컷 상한 파장을, 310nm 이상 360nm 미만의 범위 내에 형성해도 되고, 320nm 이상 350nm 미만의 범위 내에 형성해도 된다.

상기 제2 투과 대역은, 380nm 이상 400nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재해도 상관없다. 상기 제2 투과 대역은, 또한, 370nm 이상 400nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재해도 상관없다. 상기 제2 투과 대역은, 또한, 360nm 이상 400nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재해도 상관없다. 상기 제2 투과 대역은, 또한, 350nm 이상 400nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재해도 상관없다.

상기 광학 필터의 0도 광의 투과 스펙트럼은, 또한, 0도 광을 투과시키지 않는 제2 제한 대역을, 200nm 이상 210nm 이하의 파장 대역 내에 가져도 상관없다. 이로 인해, 대기 중에서 오존을 생성시키는 200nm 근방의 자외광의 방사를 보다 적절하게 제한하고, 환경 중에서의 오존 생성을 보다 고정밀도로 억제할 수 있다.

상기 광학 필터의, 상기 자외광이 상기 광학 필터에 대해 입사각 50도로 입사하는 50도 광의 투과 스펙트럼은, 240nm 이상 280nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 상기 50도 광의 투과를 제한하는 제3 제한 대역을 가져도 상관없다. 이는, TLV가 완화되어 자외광의 조사량을 증가시킨 경우에도, 50도라는 광각도로 입사하는 유해광을 효과적으로 제한할 수 있는 것을 직접적으로 나타내고 있다.

상기 유전체 다층막은, 고굴절률층과 저굴절률층이 교호로 적층된 적층체를 포함하고, 상기 적층체는, 1.0μm 이상 3.0μm 이하의 막두께여도 상관없다. 광학 필터의 투과 스펙트럼에 있어서, 유해광을 폭넓은 파장역에 있어서 제한하려면, 적층체가, 전체적으로 적어도 1.0μm 이상의 막두께인 것이 요망된다. 그러나, 막두께가 증가함에 따라, 목적으로 하는 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 광을 투과하기 어려워지기 때문에, 적층체는, 전체적으로 3.0μm 이하의 막두께로 하는 것이 요망된다. 또한, 상기 적층체는, 1.0μm 이상 2.0μm 이하의 막두께여도 상관없다.

상기 적층체는, HfO₂층과 SiO₂층이 교호로 적층되고,

상기 적층체에 포함되는, 모든 HfO₂층의 막두께의 합계가, 0.5μm 이상 2.0μm 미만이어도 상관없다. 이 유전체 다층막에 있어서, HfO₂는 고굴절률층으로서 기능하고, SiO₂는 저굴절률층으로서 기능한다.

사람 및 동물에 대한 높은 안전성을 확보하면서, 병원체의 불활화 능력을 향상시킨 자외광 조사 장치를 제공할 수 있다.

자외광 조사 장치를 제공하는 것은, 국제연합이 주도하는 지속 가능한 개발 목표(SDGs)의 목표 3 「모든 연령의 모든 사람들이 건강한 생활을 확보하며, 복지를 촉진한다」에 대응하고, 또, 타겟 3.3 「2030년까지, 에이즈, 결핵, 말라리아 및 소외 열대 질환과 같은 전염병을 근절하는 것과 더불어, 간염, 수계 감염증 및 그 외의 감염증에 대처한다」에 크게 공헌하는 것이다.

도 1은, 자외광 조사 장치의 일 실시 형태를 나타내는 도면이다.
도 2는, 도 1의 자외광 조사 장치를 +Z측에서 본 도면이다.
도 3은, 도 1의 자외광 조사 장치를 X방향으로 보았을 때의 단면도이다.
도 4는, 본 실시 형태의 광원의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다.
도 5는, 목적광과 유해광에 대해서, 조사 시간과 조사량의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6은, 광학 필터에 입사하는 광의 입사각별 강도 분포를 나타내는 도면이다.
도 7은, 입사각을 설명하는 도면이다.
도 8은, 점광원으로부터 전방위로 균일한 광속으로 출사되는 광의 진행에 대해서 설명하는 도면이다.
도 9a는, 본 실시 형태에 사용되는 광학 필터의 투과 스펙트럼이다.
도 9b는, 참고예인 광학 필터의 투과 스펙트럼이다.
도 10은, 광학 필터로부터 투과 스펙트럼을 구하는 방법을 설명하는 도면이다.

도면은, 적절히, XYZ 좌표계를 이용하여 도시되어 있다. 명세서는, 적절히, XYZ 좌표계를 참조하면서 설명된다. 본 명세서에 있어서, 방향을 표현할 때에, 양음의 방향을 구별하는 경우에는, 「+X방향」, 「-X방향」과 같이, 양음의 부호를 붙여 기재된다. 양음의 방향을 구별하지 않고 방향을 표현하는 경우에는, 단순히 「X방향」으로 기재된다. 즉, 본 명세서에 있어서, 단순히 「X방향」으로 기재되어 있는 경우에는, 「+X방향」과 「-X방향」 쌍방이 포함된다. Y방향 및 Z방향에 대해서도 마찬가지이다.

[자외광 조사 장치의 개요]

도 1~도 3을 참조하면서, 자외광 조사 장치의 일 실시 형태의 개요를 설명한다. 도 1은, 자외광 조사 장치(1)의 일 실시 형태의 외관을 모식적으로 나타내는 도 면이다. 도 2는, 도 1의 자외광 조사 장치(1)를 +Z측에서 본 도면이다. 도 3은, 도 1의 자외광 조사 장치(1)를 X방향으로 보았을 때의 단면도이다.

본 실시 형태의 자외광 조사 장치(1)는, 하우징(60)과, 하우징(60)의 내부에 수용된 광원(30)(도 2, 3 참조)과, 광원(30)이 발광하는 광을 하우징(60)의 외부로 취출(取出)하는 광 취출부(20)를 구비한다.

도 2에 나타나는 바와 같이, 본 실시 형태의 광원(30)은, X방향으로 배열되는 복수의 발광관(30a)과, 한 쌍의 전극(30b)을 구비하는 엑시머 램프이다. 각 발광관(30a)은, Y방향으로 연신한다. 전극(30b, 30b)간에 전압이 인가됨으로써, 각 발광관(30a)이 발광한다. Z방향은, X방향 및 Y방향에 직교하는 방향이다. 발광한 광을, 광 취출부(20)로부터 취출한다.

자외광 조사 장치(1)에서는, 광원(30)의 발광관(30a)의 관축 방향(Y방향)의 길이가 70mm, 광원(30)과 광학 필터(40)의 이격 거리가 8mm, 광학 필터(40)의 사이즈가 (X, Y)=(60mm, 45mm)로 되어 있다. 또한, 여기에 기재되어 있는 각각의 사이즈 구성은, 단순한 일례이며, 각각의 사이즈는 임의이다.

도 3에 나타나는 바와 같이, 자외광 조사 장치(1)로부터 출사하는 자외광(L1)의 광축(Lc)이, 출사 방향을 나타내는 화살표와 함께 도시되어 있다. 본 실시 형태에 있어서, 광축(Lc)은 Z축을 따르고 있다. 광 취출부(20)에는 광학 필터(40)가 배치되어 있다. 자외광 조사 장치(1)가 출사하는 광은, 모두 광학 필터(40)를 투과하고 있다. 광학 필터(40)의 상세는 후술한다.

본 실시 형태에 사용되는 엑시머 램프는, KrCl 엑시머 램프이다. KrCl 엑시머 램프는, 발광관(30a) 내에, 발광 가스(G1)로서, 크립톤(Kr) 가스와 염소(Cl) 가스를 갖는다. 도 4는, KrCl 엑시머 램프의 발광 스펙트럼을 나타내는 그래프이다. KrCl 엑시머 램프는, 도 4에 나타내는 바와 같은, 광 강도 I(λ)의 최대 피크를 나타내는 파장이 222nm인 자외광(L1)을 발광한다. 또한, 도 4의 발광 스펙트럼에 있어서, 종축은 각각의 파장에 있어서의 광 강도를, 파장이 222nm일 때의 광 강도를 100(%)로 한 규격값으로 나타낸다.

도 4에 나타나는 바와 같이, KrCl 엑시머 램프가 발광하는 광은, 사람 및 동물에 악영향을 줄 우려가 있는 유해광의 파장 대역(240nm 이상 280nm 미만)에도, 약간이지만 강도를 나타낸다. 도 4의 발광 스펙트럼은, 258nm 부근에 작은 극대값 m1을 갖는데, 이 m1 부근의 광은, 여기된 Cl*끼리(*는 여기된 상태를 나타낸다) 충돌하여 발광하는, 염소 발광으로 불리는 현상에 의한 광이다. 특히, 발광관(30a)에 봉입되는 Cl 농도가 높은 경우에는, 이 광을 많이 발광한다.

그렇다고는 해도, 도 4에 나타나는 바와 같이, 유해광의 광 강도는 목적광(예를 들면, 222nm)의 광 강도에 비해 현격히 작다. 그 때문에, 전체적으로 자외광의 조사량이 적을 때에는, 유해광의 투과를 방해하는 광학 필터를 사용하기만 하면, 유해광이 문제시되는 일이 없다. 그러나, 광학 필터는, 미량이지만 유해광을 투과한다. 본 발명자는, TLV가 완화되어, 전체적으로 조사량이 증가하게 되면, 자외광 조사 장치(1)의 동작 조건에 따라서는, 광학 필터를 투과하는 미량의 유해광이 문제시될 수 있다는 것을 밝혀냈다.

[유해광이 문제시되는 이유]

광학 필터(40)를 투과하는 미량의 유해광이 문제시되는 이유를 설명한다. 본 발명자는, TLV의 완화에 따라, 자외광 조사 장치(1)가 출사 강도 또는 실제 조사 시간을 늘리는 것을 검토했다. 그러나, 연구의 결과, 출사 강도 또는 실제 조사 시간을 늘리는 경우에는, 이하의 문제가 발생하는 것을 알 수 있었다.

도 5를 참조하면서 이 문제를 설명한다. 도 5는, 목적광(L10)과 유해광(L20)에 대한, 조사 시간(ti)(횡축)과, 1일 조사량(D)(종축)의 관계를 나타낸 그래프이다. 조사 시간(ti)은, 1일 중 조사한 시간의 총합(적산 시간)을 의미한다. 자외광 조사 장치(1)는, 1일 중, 항상 자외선을 조사하는 동작뿐만 아니라, 조사와 비조사를 간헐적으로 반복하는 동작이어도 된다. 조사 시간(ti)(단위：sec)이 길어질수록, 조사량(D)(단위 ：mJ/cm²)은 커진다.

종래, 목적광(L10)의 TLV가 V11(mJ/cm²)이고, 유해광(L20)의 TLV가 V2(mJ/cm²)인 것으로 규정되어 있었다고 가정한다. 종래, 목적광(L10)의 조사량이 V11(mJ/cm²)을 초과하지 않도록, 조사 한도가 되는 시간을 t1(sec)로 설정하고 있었다. 즉, 영역 A11에만 주목하고 있었다. 유해광(L20)의 조사량은 V2(mJ/cm²)에 전혀 미치지 않기 때문에, 영역 A11만 주목하고 있으면, 영역 A21은 주목할 필요가 없었다.

여기서, 목적광의 TLV가 완화됨으로써, 조사량(D)의 기준치를, 종래의 V11 (mJ/cm²)에서 새롭게 V12(mJ/cm²)까지, ΔV1만큼 높게 설정되는 장면을 검토한다. TLV의 완화에 따라 조사 시간을 t2(sec)까지 연장하는 것을 검토했더니, 종래에는 고려할 필요가 없었던, 유해광(L20)의 조사량이, 유해광(L20)의 TLV인 V2(mJ/cm²)에 가까워지는 것이 판명되었다(영역 A22 참조).

그렇다면, TLV의 완화에 따른 조사 시간을 설정하기 위해서는, 목적광(L10)의 조사량이 V12(mJ/cm²)를 초과하지 않도록 할 뿐만 아니라(영역 A21 참조), 유해광(L20)의 조사량이 유해광의 TLV인 V2(mJ/cm²)를 초과하지 않도록 할(영역 A22 참조) 필요가 있다. 따라서, TLV가 완화되어, 조사량이 증가하게 되면, 광학 필터를 투과하는 유해광이 문제시될 우려가 있다.

[광각도로 입사하는 광을 고려한 광학 필터]

상술한 사정에 의해, 본 발명자는, 광학 필터를 투과하는 유해광을 더 억제할 수 있는 자외광 조사 장치를 검토했다. 예의 연구한 결과, 본 발명자는, 광학 필터에 대해 광각도로 입사하는 광이 투과하기 어려운 광학 필터를 설계 또는 선택해야 하는 것을 발견했다. 그 이유를 이하에 설명한다.

도 6은, 자외광 조사 장치(1)에 있어서의, 광학 필터(40)에 조사되는 자외광의 각도 성분마다의 광 강도의 상대값(상대 강도)을 나타내고 있다. 이 도면은, 자외광 조사 장치(1)로부터 출사하는 자외광의 배광 분포로부터 계산에 의해 도출되었다. 횡축은 광학 필터(40)에 대한 입사각을 나타내고, 종축은 자외광의 상대 강도를 나타낸다. 입사각이란, 도 7에 나타나는 바와 같이, 광학 필터(40)의 입사면(40s)의 법선(N1)과, 광학 필터(40)에 입사하는 광선(L3) 사이에 이루는 각 θ이다.

도 6으로부터, 대부분의 광선은, 입사각이 10~60도의 범위, 특히, 20~50도의 범위에 존재함을 알 수 있다. 특히, 30~40도의 입사각으로 광학 필터(40)에 입사하는 광선 성분은, 0도의 입사각으로 광학 필터(40)에 입사하는 광선 성분에 비해 매우 많은 것을 알 수 있다.

도 8을 이용하여, 30~40도의 입사각으로 광학 필터(40)에 입사하는 광선 성분은, 0도의 입사각으로 광학 필터(40)에 입사하는 광선 성분보다 많아지는 이유를 설명한다. 도 8은, 점광원(Q1)으로부터 전방위로 균일한 광속으로 출사되는 광의 진행에 대해서 설명하는 도면이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 점광원(Q1)으로부터 전방위로 균일한 광속으로 광이 출사되고, 일부가 평면(Px)에 조사되는 것으로 가정한다.

그리고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 점광원(Q1)으로부터 출사된 광속이, 입사각 θ가 0도로 입사하는 평면(Px) 상의 영역을 P0, 입사각 θ가 30도로 입사하는 영역을 P30으로 한다. 그러면, 도 8로부터 알 수 있듯이, 평면(Px) 상에 있어서, 영역 P0는 1점뿐인데 반해, 영역 P30은, 영역 P0를 중심으로 한 원환 형상의 영역이 된다.

또한, 상술한 바와 같이, 점광원(Q1)으로부터 전방향(全方向)으로 균일한 광속으로 광이 출사되고 있으면, 위치 P0의 일점에만 입사하는 광의 광속보다, 원환 형상의 영역을 형성하는 위치 P30 전체에 입사하는 광의 광속의 합계가 큰 것을 알 수 있다. 즉, 광원이 점광원인 것을 가정하면, 소정의 면에 대해 입사하는 광의 광속의 총량은, 입사각 θ가 0도에서부터 커짐에 따라 커진다. 이는 광속의 각도 성분마다의 상대 강도가, 위치 P0보다 위치 P30 쪽이 커지는 것을 의미한다.

본 실시 형태의 자외광 조사 장치(1)에 탑재되어 있는 광원(30)은, 발광관(30a)의 관축 방향으로 점광원이 배열되어 있는 것과 등가라고 볼 수 있다. 그렇다면, 배열된 점광원 각각에서 본 경우를 상정하면, 광학 필터(40)에 입사하는 광속은, 입사각 θ가 0도인 경우에 최소가 되고, 0도에서부터 커짐에 따라, 서서히 광속의 총량이 커진다.

광학 필터(40)에 입사하는 자외광의 강도는, 광속의 양에 비례한다. 그리고, 광학 필터(40)에 입사하는 광속의 양은, 입사각 θ가 0도에서부터 커짐에 따라 증가한다. 그리고, 입사각 θ가 어느 정도 큰 영역이 되면, 광학 필터(40)에 입사할 수 없는 광속의 양이 증가하기 때문에, 자외광의 광속의 양은 감소해 가게 된다. 입사하는 광속의 양이 감소하기 시작하는 입사각 θ는, 광원(30)과 광학 필터(40)의 거리, 광원(30)의 발광관(30a)의 사이즈, 광학 필터(40)가 형성되어 있는 면적 등에 의해 조정된다.

도 6에 나타낸, 각도 성분마다의 상대 강도는, 파장에 의해 좌우되지 않는다. 예를 들면, 목적광이어도, 유해광이어도, 동일한 경향을 나타낸다. 이러한 지견에 의거하여 본 발명자는, 특히, 광범위의 입사 각도로 입사하는 광선의 투과를 방해할 수 있는 광학 필터를 검토했다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면서, 광학 필터(40)의 특징에 대해서 설명한다. 도 9a는, 본 실시 형태인 광학 필터(40)의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 9b는, 참고예인 광학 필터(90)의 투과 스펙트럼을 나타낸다. 도 9a 및 도 9b는, 모두 유전체 다층막을 포함하는 광학 필터이다. 유전체 다층막의 상세는 후술한다.

도 9a 및 도 9b에 나타나는 투과 스펙트럼은, 이하와 같다. 「0deg」는 광학 필터(40, 90)에 대해 입사각 0도로 입사하는 0도 광의 투과 스펙트럼이다. 이하 마찬가지로, 「20deg」는 20도 광의 투과 스펙트럼이고, 「30deg」는 30도 광의 투과 스펙트럼이며, 「40deg」는 40도 광의 투과 스펙트럼이고, 「50deg」는 50도 광의 투과 스펙트럼이며, 「60deg」는 60도 광의 투과 스펙트럼이다.

도 9a 및 도 9b에 나타나는 바와 같이, 입사각이 커짐에 따라 투과 스펙트럼이 단파장 측으로 시프트하는 경향이 있다. 이는, 「블루 시프트」라고 불리는 경우가 있다. 블루 시프트는, 유전체 다층막에 입사하는 입사각이 커짐에 따라, 다층막에서 반사되는 광의 위치와 다층막의 막 내를 왕복하는 광의 입사 위치 사이의 어긋남에 의해 생기는 광로 길이 차가 발생하는 것에 기인한 것으로 생각된다.

먼저, 참고예인 도 9b의 광학 필터(90)의 투과 스펙트럼을 설명한다. 0도 광의 투과 스펙트럼에 의거하여, 목적광을 투과하는 제1 투과 대역(TB1)(여기에서는, 투과율이 15% 이상)과, 유해광의 투과를 제한하는 제1 제한 대역(RB1)(여기에서는, 투과율이 5% 미만)과, 제2 투과 대역(TB2)(여기에서는, 투과율이 15% 이상)을 갖는다. 제1 투과 대역은, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내에 존재하기 때문에, 목적광을 투과함을 알 수 있다. 제1 제한 대역(RB1)은, 유해광의 파장 대역인 240nm 이상 280nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하기 때문에, 0도 광의 투과를 충분히 방해할 수 있다.

그러나, 30도 광, 40도 광, 50도 광, 및 60도 광의 투과 스펙트럼은, 유해광의 파장 대역인 240nm 이상 280nm에 있어서 5% 이상의 투과율을 갖는다. 즉, 광학 필터(90)는, 광학 필터(90)에 광각도(30~60도)로 입사하는 유해광을 투과시키기 쉬운 것을 나타내고 있다. 그리고, 도 6에서 나타낸 바와 같이, 광각도, 특히 30~40도로 광학 필터(90)에 입사하는 광은 많다. 그 때문에, TLV가 완화되어, 조사량을 증가시키려고 해도, 광학 필터(90)를 사용하는 경우, 광각도로 입사하는 많은 유해광이 광학 필터(90)를 투과하기 때문에, 유해광의 TLV에 의해 조사량의 증가가 제한된다.

그리고, 도 9b를 보면, 제1 제한 대역 280nm 이상 300nm 미만의 0도 광이 5% 미만의 투과율로 억제되어 있지 않기 때문에, 제1 제한 대역(RB1)은, 「240nm 이상 300nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재한다」라는 구성을 만족하지 않는 것을 알 수 있다. 입사각이 커짐에 따라 투과 스펙트럼이 단파장 측으로 시프트하는 경향이 있다는 사실을 고려하면, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역을, 유해광의 파장 대역인 240nm 이상 280nm 미만뿐만 아니라, 보다 장파장 측으로까지 확장하지 않으면, 광학 필터(90)에 광각도로 입사하는 유해광을 방해할 수 없다.

다음에, 도 9a에 나타낸, 본 실시 형태의 광학 필터(40)의 투과 스펙트럼을 설명한다. 투과 스펙트럼은, 목적광을 투과하는 제1 투과 대역(TB1)(여기에서는, 투과율이 15% 이상)과, 유해광의 투과를 제한하는 제1 제한 대역(RB1)(여기에서는, 투과율이 5% 미만)과, 제2 투과 대역(TB2)(여기에서는, 투과율이 15% 이상)을 갖는다. 제1 투과 대역은, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내에 존재하기 때문에, 목적광을 투과함을 알 수 있다. 제1 제한 대역(RB1)은, 유해광의 파장 대역인 240nm 이상 280nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하기 때문에, 0도 광의 투과를 충분히 방해할 수 있다.

그리고, 도 9a의 광학 필터(40)는, 도 9b와 달리, 30도 광, 40도 광, 50도 광, 및 60도 광의 투과 스펙트럼에 있어서도, 유해광의 파장 대역인 240nm 이상 280nm 미만의 광의 투과를 제한할 수 있다. 도 9b의 광학 필터(40)는, 광각도(30~60도)로 입사하는 유해광을 투과하기 어렵기 때문에, TLV가 완화되어 자외광의 조사량을 증가시켜도, 광각도로 입사하는 유해광을 효과적으로 제한할 수 있다. 따라서, 유해광의 TLV에 따라 조사량을 설정할 필요가 없고, 목적광의 TLV만을 고려하여 조사량을 설정할 수 있다.

도 9a를 보면, 광각도로 입사하는 유해광을 투과시키지 않는 광학 필터(40)의 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역(RB1)은, 240nm 이상 320nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재한다. 입사각이 커짐에 따라 투과 스펙트럼이 단파장 측으로 시프트하는 경향이 있다는 사실을 고려하면, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역을, 유해광의 파장 대역보다 장파장 측으로 확장하고 있기 때문에, 광각도 광의 투과를 방해할 수 있다고도 말할 수 있다.

0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역을, 유해광의 파장 대역보다 장파장 측으로 확장하는 것만이라면, 예를 들면, 유전체 다층막의 막두께를 두껍게 하는 것만으로 된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 목적광을 투과하기 위한 제1 투과 대역의 투과율을 유지하고, 유전체 다층막의 형성 비용을 억제하기 위해서는, 유전체 다층막의 막두께는 상한값을 갖는다.

이러한, 유전체 다층막의 막두께를 너무 두껍지 않게 한 광학 필터는, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역의 장파장 측에 제2 투과 파장 대역이 나타난다. 즉, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역의 장파장 측에, 320nm 이상의 파장 대역 내에 존재하는 제2 투과 대역(TB2)이 있는 광학 필터(40)는, 목적광을 투과하기 위한 제1 투과 대역의 투과율을 유지하고, 유전체 다층막의 형성 비용을 억제할 수 있다.

본 발명자의 예의 연구에 의하면, 광학 필터를 배치하지 않는 경우에 있어서의, 목적광(파장이 222nm인 광. 이하 동일)의 광 강도를 1로 한 경우, 제1 제한 대역을 유해광의 파장 대역(240nm 이상 280nm 미만)에 그치게 한(확장하지 않은) 광학 필터에 있어서의, 목적광의 광 강도는, 유전체 다층막의 성막의 품질에도 따르지만, 대체로 0.80~0.90의 범위이다.

그리고, 제1 제한 대역을 240nm 이상 320nm 미만까지 확장한 광학 필터는, 제1 제한 대역을 확장하지 않은 광학 필터에 비해 약간의 막두께 총수의 증가에 그친다. 그 때문에, 확장한 광학 필터에 있어서의 목적광의 광 강도는, 확장하지 않은 광학 필터에 있어서의 목적광의 광 강도에 비해, 동등 정도이거나, 약간 저하된다고 해도 약간의 저하량에 그친다. 즉, 광학 필터의 제1 제한 대역의 상한 파장을 320nm 미만, 나아가서는 330nm 미만까지 확장해도, 목적광의 광 강도는 고수준을 유지하기 쉽다. 따라서, 제1 제한 대역을 240nm 이상 320nm 미만까지 확장한 광학 필터는, 광각도로 입사하는 광의 투과를 억제하면서, 목적광의 광 강도의 저하량을 억제할 수 있기 때문에, 유효하다.

이에 반해, 제1 제한 대역을 240nm 이상 400nm 이하까지 확장한 광학 필터에 있어서의, 목적광의 광 강도는 저하되기 쉽고, 예를 들면, 0.6~0.75가 된다(목적광의 광 강도를 1로 한다). 즉, 제1 제한 대역을 240nm 이상 400nm 미만까지 확장하면, 목적광의 광 강도의 저하량은, 0.10~0.15(즉 10~15%)나 저하되어 버린다. 목적광의 광 강도의 저하량이 너무 크기 때문에, 조사량의 향상이라는 목적에 합치하기 어렵다. 그러므로, 제2 투과 대역이, 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재하는 것이 유효하다. 특히, 300nm 초과 400nm 미만에 있어서, 제1 제한 대역을 너무 확장하지 않도록, 보다 단파장 측에서부터 제2 투과 대역이 존재하면, 목적광의 광 강도의 저하량을 더 억제할 수 있다.

0도 광의 투과 스펙트럼에 나타나는 컷 상한 파장(C1)으로 시점을 옮기면, 도 9b에서는, 컷 상한 파장(C1)이 310nm 미만에 존재하는데 반해, 도 9a에서는, 컷 상한 파장(C1)이 320nm 이상 350nm 미만의 파장 대역 내에 존재한다. 도 9a의 광학 필터(40)는, 컷 상한 파장(C1)을 사용해도, 도 9b의 광학 필터(90)와 구별할 수 있다.

본 발명자의 예의 연구에 의하면, 입사 각도가 커짐에 따라 투과 스펙트럼이 단파장 측으로 시프트하는 양은, 대체로 0.6~0.8(nm/deg)로 나타남을 알 수 있었다. 즉, 입사 각도가 1도 커지면, 특정 입사각에 의한 투과 스펙트럼은, 0.6~0.8nm 단파장 측으로 시프트한다.

도 6으로부터 판명된, 30~40도의 입사각으로 광학 필터(40)에 입사하는 광선 성분이 가장 많다는 지견을 가미하면, 광학 필터(40)는, 입사각이 40도 이하인 광을 고려한 광학 필터인 것이 바람직하다. 입사각이 40도 이하인 광을 고려한 광학 필터에서는, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서의 제1 제한 대역이, 240nm 이상 300nm 이하의 파장 전역에 존재하는 것과 더불어, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역의 상한이 되는 파장이, 300nm 초과 380nm 이하의 범위에 형성되어 있다. 그리고, 제2 투과 대역이, 제1 제한 대역의 장파장 측인 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재한다.

제1 제한 대역은, 또한, 파장 300nm 초과 310nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것과 더불어, 상기 제1 제한 대역의 상한이, 310nm 이상 360nm 이하의 범위 내에 형성되어 있는 투과 스펙트럼을 갖는 광학 필터를 사용해도 된다. 또, 제1 제한 대역은, 또한, 310nm 이상 320nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 투과 스펙트럼을 갖는 광학 필터를 사용해도 된다.

입사각이 40도 이하인 광을 고려할 뿐만 아니라, 한층 더 광각도 광의 투과를 방해하기 위해, 입사각이 50도 이하인 광을 고려하는 광학 필터의 사용을 검토해도 되고, 입사각이 60도 이하인 광을 고려하는 광학 필터의 사용을 검토해도 된다. 입사각이 60도 이하인 광을 고려하는 광학 필터는, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서의 제1 제한 대역이, 240nm 이상 330nm 미만의 파장 전역에 존재한다. 예를 들면, 제1 제한 대역의 상한 파장이, 330nm 이상 360nm 이하의 범위 내에 형성되어 있는 광학 필터를 사용할 수 있다. 그리고 제2 투과 대역이, 제1 제한 대역의 상한 파장 이상 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재한다.

또한, 본 실시 형태에 사용되는 도 9a의 투과 스펙트럼을 갖는 광학 필터(40)는, 참고예인 도 9b의 광학 필터(90)와 비교하여, 200nm 이상 210nm 이하의 파장 대역에 속하는 자외광의 투과가 제한되고 있다. 예를 들면, 0도 광에 있어서, 200nm 이상 210nm 이하의 파장 대역에, 광학 필터(40)를 투과하는 자외광의 투과율이 5% 미만이 되는 파장 대역이 존재한다. 이 파장 대역을 제2 제한 대역(RB2)이라고 부른다. 제2 제한 대역(RB2)에 의해, 대기 중에서 오존을 생성시키는 200nm 근방의 자외광의 방사를 보다 적절하게 제한할 수 있어, 환경 중에서의 오존 생성을 보다 고정밀도로 억제할 수 있다. 이는, 주변 부재의 오존 열화를 방지하는 것에도 기여한다.

제2 제한 대역(RB2)의 상술한 효과는, 200nm 근방의 자외광을 제한함으로써 얻어진다. 제2 제한 대역(RB2)은, 예를 들면, 파장 200nm 이상 202nm 이하의 파장 대역 전역이 제한되어도 되고, 파장 200nm 이상 205nm 이하의 파장 대역 전역이 제한되어도 되며, 파장 200nm 이상 207nm 이하의 파장 대역 전역이 제한되어도 되고, 파장 200nm 이상 210nm 이하의 파장 대역 전역이 제한되어도 된다.

제2 제한 대역(RB2)에 있어서의 투과율은, 5% 이하로 제한되는 것을 예시했다. 그러나, 제2 제한 대역(RB2)에 있어서의 투과율은, 4% 이하로 제한되면 바람직하고, 3% 이하로 제한되면 더 바람직하며, 2% 이하로 제한되면 더 바람직하고, 1% 이하로 제한되면 더 바람직하다.

또, 본 발명에 적용되는 광학 필터는, 0도 광의 투과 스펙트럼에 있어서, 제1 제한 대역(RB1)과 제2 투과 대역(TB2) 사이에 끼인 파장 대역이 좁으면 바람직하다. 바꾸어 말하면, 투과율 곡선에 대해, 보다 기울기가 큰 접선과의 교점으로부터 얻어지는 컷 파장을 실현하는 것이 바람직하다. 이로 인해, 제1 제한 대역(RB1)과 제2 투과 대역(TB2)의 구획이 명료해져, 제1 제한 대역(RB1)의 대역폭이나 투과 대역의 대역폭을, 보다 명확하게 규정할 수 있다. 구체적으로는, 투과율이 5% 미만인 제1 제한 대역과, 투과율이 15% 이상인 제2 투과 대역 사이의 파장폭은, 10nm 이하인 것이 바람직하고, 나아가서는, 5nm 이하인 것이 바람직하다. 제1 제한 대역(RB1)과 제2 투과 대역(TB2) 사이로 한정하지 않고, 제한 대역과 투과 대역 사이에 끼인 파장 대역을 좁게 하는 것은, 원하는 파장 범위에 있어서, 높은 성능으로 제한 대역과 투과 대역을 형성하기 위해, 보다 적합한 특성이 된다.

[투과 스펙트럼을 구하는 방법]

도 10은, 광학 필터(40)로부터 투과 스펙트럼을 구하는 방법의 일례를 설명하는 도면이다. 자외광 조사 장치(1)로부터 광학 필터(40)를 떼어, 광원(30)과 분광 광도계(50)를 구비하는 실험계에 장착한다. 광학 필터(40)를, 도 10에 나타내는 바와 같이, 광원(30)의 중심(Q2)으로부터 광학 필터(40)의 입사면을 향하는 광선이 광학 필터(40)의 법선(N1)에 대해 소정의 입사각 θ를 얻을 수 있도록, 광학 필터(40)를 기울여 배치한다. 광원(30)으로부터 광학 필터(40)에 지향성 광(L2)을 입사시킨다. 광학 필터(40)를 투과한 광의 광 강도를 분광 광도계(50)로 측정한다. 측정한 광 강도를, 광학 필터가 없는 경우에 출사 광의 광 강도로 나눔으로써, 소정의 입사각 θ에 있어서의, 광학 필터(40)의 투과 스펙트럼이 얻어진다. 또, 입사각 θ를 변경하면서 측정함으로써, 입사각마다의 투과 스펙트럼이 얻어진다.

[광학 필터의 구조]

광학 필터(40)는, 모재 상에 형성된 유전체 다층막으로 구성된다. 유전체 다층막은, 고굴절률층과 저굴절률층이 교호로 적층된 적층체로 구성된다. 본 실시 형태에서는, 광학 필터(40)의 유전체 다층막에, HfO₂층 및 SiO₂층이 교호로 적층된 적층체를 사용했다. 적층체는, 그 밖에, 예를 들면, SiO₂층 및 Al₂O₃층이 교호로 적층된 것이어도 된다. HfO₂층 및 SiO₂층이 교호로 적층된 유전체 다층막층은, SiO₂층 및 Al₂O₃층이 교호로 적층된 유전 다층막층보다, 같은 파장 선택 특성을 얻기 위한 층수를 줄일 수 있기 때문에, 선택한 자외광의 투과율을 높일 수 있다. 유전체 다층막으로서 그 밖에, TiO₂나 ZrO₂ 등도 사용할 수 있다.

유전체 다층막을 형성하는 모재에는, 목적광을 투과 가능한 재료로 구성된다. 모재의 구체적인 재료로서는, 예를 들면, 석영 유리나, 붕규산 유리, 사파이어, 불화 마그네슘재, 불화 칼슘재, 불화 리튬재, 불화 바륨재 등의 세라믹스계 재료나, 실리콘 수지, 불소 수지 등의 수지계 재료를 채용할 수 있다.

유전체 다층막의 막두께는, 상술한 바와 같이, 너무 두꺼우면, 제1 투과 영역의 투과율이 저하되어, 목적광이 유전체 다층막을 투과하기 어려워진다. 막두께가 너무 얇으면, 유해광(특히 광학 필터에 광각도로 입사하는 광선)을 투과하게 된다. 이러한 사정을 고려하여, 유전체 다층막의 적층체는, 전체적으로, 1.0μm 이상 3.0μm 이하의 막두께이면 되고, 또한, 1.0μm 이상 2.0μm 이하의 막두께이면 된다. 적층체의 막두께가 이 범위에 있을 때, 목적광의 목적광을 투과하기 위한 제1 투과 대역의 투과율을 유지하면서, 유해광(특히 광학 필터에 광각도로 입사하는 광선)을 방해하기 쉽다.

광학 필터의 투과 스펙트럼 특성은, 유전체 다층막의 적층체 전체의 막두께 뿐만 아니라, 유전체 다층막의 재질의 조합, 재질별 막두께 합계, 적층 수, 및 유전체 다층막을 구성하는 각 막의 표면 조도에 따라서도 변화한다. 그러므로, 예를 들면, HfO₂층과 SiO₂층이 교호로 적층된 적층체 중, 모든 HfO₂층의 막두께의 합계가, 0.5μm 이상 2μm 미만인 것을 규정해도 된다. HfO₂층의 막두께의 합계가 0.5μm 이상이면, 유해광을 막는 효과가 충분히 얻어진다. 한편, HfO₂층의 막두께의 합계가 2μm 이상이면, 목적광의 투과율이 제한되는 경우가 있다. 그 때문에, HfO₂층의 막두께의 합계는 2μm 미만으로 하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 규정된 광학 필터는, 목적광의 목적광을 투과하기 위한 제1 투과 대역의 투과율을 유지하면서, 유해광(특히 광학 필터에 광각도로 입사하는 광선)을 막을 수 있다.

이상으로, 자외광 조사 장치의 일 실시 형태를 설명했다. 본 발명은 상기한 실시 형태로 어떠한 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위 내에서, 상기의 실시 형태에 여러 가지 변경 또는 개량을 가할 수 있다.

본 실시 형태에서는, 광원(30)으로서 KrCl 엑시머 램프를 채용하고 있는데, 이것으로 한정되지 않는다. 광원(30)에, 다른 가스가 봉입된 엑시머 램프(예를 들면, Kr 가스와 Br 가스가 봉입된, 207nm 부근에 최대 강도를 나타내는 엑시머 램프)를 채용해도 상관없다. 또, 광원(30)에, LED 등의 고체 광원을 채용해도 상관없다. 다른 가스가 봉입된 엑시머 램프나 LED 등의 고체 광원을 채용한 경우에도, 본 발명은 성립된다.

예를 들면, 광원(30)은, 주된 발광 파장이 200nm 이상 240nm 미만의 범위 내에 속하는 자외광을 발광하는 광원이면 된다. 광원(30)은 엑시머 램프로 한정되지 않고, 광원(30)에 LED 등의 고체 광원을 채용해도 상관없다. 예를 들면, 240nm 미만에 주된 발광 파장을 갖는 AlGaN계 LED나 MgZnO계 LED가 광원(30)으로서 채용될 수 있다. 또, 광원(30)으로서 코히렌트 광원을 이용하는 경우에는, 가스 레이저나 고체 레이저 소자로부터 코히렌트한 자외광을 방사하는 광원을 이용해도 되고, 또는, 가스 레이저나 고체 레이저 소자로부터 방사되는 광을 이용하여 파장이 상이한 코히렌트 광을 새롭게 발생시키는 파장 변환 소자를 이용하는 광원을 이용해도 된다. 파장 변환 소자로서, 예를 들면, 레이저 소자로부터 방사되는 광의 주파수를 체배화(遞倍化)시켜, 제2차 고조파(SHG)나 제3차 고조파(THG) 등의 고차 고조파를 발생시키는 비선형 광학 결정을 사용할 수 있다. 또한, 광원(30)은, 주된 발광 파장이 200nm 이상 240nm 미만의 범위 내에 속하는 자외광을 발광하는 형광체를 이용하는 광원이어도 된다. 여기서의 「주된 발광 파장」이란, 광원(30)의 발광 스펙트럼 상에서, 어느 파장 λ에 대해 ±10nm의 파장역 Z(λ)를 규정한 경우에 있어서, 발광 스펙트럼에 있어서의 전체 적분 강도에 대해 40% 이상의 적분 강도를 나타내는 파장역 Z(λ)에 있어서의, 파장 λi를 가리킨다.

1：자외광 조사 장치 20：광 취출부
30：광원 30a：발광관
30b：전극 40：광학 필터
40s：입사면 50：분광 광도계
60：하우징 90：광학 필터

Claims

200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역에 속하는 자외광을 발광하는 광원과,
상기 자외광이 입사하도록 배치되며, 유전체 다층막을 포함하는 광학 필터를 구비하고,
상기 광학 필터의, 상기 자외광이 상기 광학 필터에 대해 입사각 0도로 입사하는 0도 광의 투과 스펙트럼은, 상기 0도 광을 투과하는 제1 투과 대역 및 제2 투과 대역과, 상기 0도 광의 투과를 제한하는 제1 제한 대역을 갖고,
상기 제1 투과 대역은, 200nm 이상 240nm 미만의 파장 대역 내에 존재하고,
상기 제2 투과 대역은, 300nm 초과 400nm 미만의 파장 대역 내에 존재하며,
상기 제1 제한 대역은, 적어도 240nm 이상 300nm 이하의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것과 더불어, 상기 제1 제한 대역의 상한이, 300nm 초과 380nm 이하의 범위 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 제한 대역은, 또한, 300nm 초과 310nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것과 더불어, 상기 제1 제한 대역의 상한이, 310nm 이상 360nm 이하의 범위 내에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 제1 제한 대역은, 또한, 310nm 이상 320nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 제2 투과 대역은, 380nm 이상 400nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제2 투과 대역은, 또한, 360nm 이상 380nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 제2 투과 대역은, 또한, 340nm 이상 360nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 0도 광의 상기 투과 스펙트럼은, 또한, 상기 0도 광의 투과를 제한하는 제2 제한 대역을, 200nm 이상 210nm 이하의 파장 대역에 갖는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광학 필터의, 상기 자외광이 상기 광학 필터에 대해 입사각 50도로 입사하는 50도 광의 투과 스펙트럼은, 240nm 이상 280nm 미만의 파장 전역에 걸쳐 존재하는, 상기 50도 광의 투과를 제한하는 제3 제한 대역을 갖는 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유전체 다층막은, 고굴절률층과 저굴절률층이 교호로 적층된 적층체를 포함하고,
상기 적층체는, 1.0μm 이상 3.0μm 이하의 막두께인 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 적층체는, 1.0μm 이상 2.0μm 이하의 막두께인 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 적층체는, HfO₂층과 SiO₂층이 교호로 적층되고,
상기 적층체에 포함되는, 모든 HfO₂층의 막두께의 합계가, 0.5μm 이상 2.0μm 미만인 것을 특징으로 하는 자외광 조사 장치.