紫外線照射装置
【課題】不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコスト削減可能な紫外線照射装置を提供する。
【解決手段】紫外線を放射する光源２と光透過窓３とを有するランプハウス４と、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入するためのガス導入手段５とを備え、ランプハウス４は、不活性ガスを導入するためのガス導入口７と、不活性ガスを排出するためのガス排出口８とを有しており、ガス排出口８から排出された不活性ガスをガス導入手段５に送る回送流路６が備えられていることを特徴とする紫外線照射装置１。
【解決手段】紫外線を放射する光源２と光透過窓３とを有するランプハウス４と、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入するためのガス導入手段５とを備え、ランプハウス４は、不活性ガスを導入するためのガス導入口７と、不活性ガスを排出するためのガス排出口８とを有しており、ガス排出口８から排出された不活性ガスをガス導入手段５に送る回送流路６が備えられていることを特徴とする紫外線照射装置１。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物の表面を洗浄し又は改質するために使用される紫外線照射装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、紫外線とオゾンの協同作用を利用して、金属、半導体物質、ガラス等の被照射物の表面の洗浄及び改質が行われている。この技術は、一般にＵＶオゾン法として知られており、このＵＶオゾン法によれば、被照射物を傷めることなく、その表面に付着した有機汚染物質を除去し、またその表面に酸化膜の層を形成することができるという利点が知られている。
【０００３】
近年、より効率の良いＵＶオゾン洗浄が行える光源としてエキシマランプが用いられている。このエキシマランプの輝線は、ほぼ単一であり、被照射物に対して加熱効果のある赤外線をほとんど放射することがない。また点灯性能にも優れており、数１００ミリ秒で放射光強度が安定し、また消灯も同時間で行なうことができる。このため、低圧水銀ランプとは異なり、必要なときに点灯し、必要のないときには消灯しておくことができ、コスト低減を図ることができる。
【０００４】
図４は、エキシマランプを用いた従来の紫外線照射装置を示す断面模式図である。図４に示すように、従来の紫外線照射装置１００は、被照射物Ｐを収容可能な処理室１０２と、この処理室１０２の中央上部に設けられたランプハウス１０３とから概略構成されている。このランプハウス１０３の内部上面には、ランプ支持体１０４が設けられており、このランプ支持体１０４にはエキシマランプ１０５と紫外線を反射させる反射ミラー１０６とが取り付けられている。また、ランプハウス１０３の下方には、合成石英ガラスからなる光透過窓１０７が設けられている。さらに、ランプハウス１０３には、不活性ガスのガス導入口１０８とガス排出口１０９とが設けられており、処理室１０２には、不活性ガスと酸素との混合ガスのガス流入口１１０が設けられて構成されている。
【０００５】
この紫外線照射装置１００のエキシマランプ１０５から放射された紫外線は、光透過窓１０７を透過して処理室１０２内に収容された被照射物Ｐへ照射される。このとき、ランプハウス１０３の内部には、常時ガス導入口１０８から窒素などの不活性ガスが毎分数リットル程度流入されており、これによってエキシマランプ１０５からの紫外線の減衰が最小限に抑えられている。そして、光透過窓１０７からランプハウス１０３外へ出た紫外線は、ガス流入口１１０から処理室１０２の内部空間へ導入された酸素を含む雰囲気内で、その光化学反応によってオゾン及び特性酸素種を生成する。これを被照射物Ｐの表面に接触させ、また直接的にこの紫外線を被照射物Ｐに照射させて、これらの協同作業によって被照射物Ｐの表面の洗浄又は改質が達成される。
【０００６】
しかしながら、図４に示すような、従来の紫外線照射装置１００においては、不活性ガスは上述したようにエキシマランプ１０５が設置されたランプハウス１０３に対し、所定流量（例えば、数リットル／分）でガス導入口１０８から常時流入され続け、そのままガス排出口１０９から排出されている。また、処理室１０２の内部であって光透過窓１０７と被照射物Ｐとの間の空間Ｓには、不活性ガスと酸素との混合ガスも紫外線照射装置１００の稼動中、常時流され続けている。この結果、多数の被照射物Ｐを連続して処理する場合、多量の不活性ガス及び酸素などの高価なガスが必要となり、これが紫外線の照射処理のランニングコストを引き上げてしまうという問題があった。特に、被照射物Ｐが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）では大型化が進んでいるため、不活性ガスの使用量が毎分数百リットルにもなり、莫大なコストがかかるという問題があった。
【０００７】
ところで、紫外線照射装置に係る公知文献として、例えば下記特許文献１〜３が知られている。
このうち、特許文献１には、エキシマレーザ等の紫外線の露光ビームを被照射物に照射して露光を行う露光装置の光学素子を、酸素を含む不活性ガスを供給して該露光ビームを照射して発生させたオゾンと当該露光ビームの照射とによってクリーニングする方法が開示されている。これにより、光学素子に付着した有機化合物を除去することができると記載されている。
一方、特許文献２には、被照射物を密閉筐体内に導入後にこの密閉筐体内に不活性ガスを導入し、不活性ガスの導入を停止した後に紫外線を照射して被照射物の洗浄又は改質を行い、終了後に密閉筐体内の気体を排出する紫外線照射方法が開示されている。これにより、不活性ガスの消費量が削減することができると記載されている。
一方、特許文献３には、ランプハウス内に充填した不活性ガスを光透過窓に設けた開口から被照射物の表面に流出させて、光源と被照射物との間の雰囲気を不活性ガスで満たすことができる紫外線照射装置が開示されている。これにより、光源と被照射物との間での紫外線の減衰を抑制できると記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２２４８３９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７２１６号公報
【特許文献３】特開２００１−３００４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１は露光装置に関するものであり、使用用途が異なっている。
一方、特許文献２では、不活性ガスの使用量は低減可能であるが、工程数が増加してスループットが低下してしまうことから生産コストを充分に低減できないという問題があった。
一方、特許文献３では、ランプハウス内で使用した不活性ガスを、光源と被照射物との間の雰囲気に流用することから不活性ガスの低減は可能であるが、被照射物の処理に必要な酸素を被照射物の周辺に供給することが困難であり、結果として洗浄及び表面改質の効果が充分に得られにくいという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコスト削減が可能な紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の紫外線照射装置は、被照射物に対して紫外線を照射して、前記被照射物の洗浄又は改質を行うための紫外線照射装置であって、紫外線を放射する光源と前記紫外線を前記被照射物に対して照射可能にする光透過窓とを有するランプハウスと、前記光透過窓と前記被照射物との間の空間に少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入するためのガス導入手段とを備え、前記ランプハウスは、当該ランプハウス内に前記不活性ガスを導入するためのガス導入口と、当該ランプハウス内から前記不活性ガスを排出するためのガス排出口とを有しており、前記ガス排出口から排出された前記不活性ガスを前記ガス導入手段に送る回送流路が備えられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の紫外線照射装置によれば、ガス排出口から排出された不活性ガスをガス導入手段に送る回送流路を有している。このため、ランプハウス内から排出された不活性ガスを回収して、回送流路からガス導入口に送ることができる。これにより、回収した不活性ガスを混合ガスの一部として光透過窓と被照射物との間の空間に再度導入することができ、不活性ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコストを削減することができる。
【００１２】
また、本発明の紫外線照射装置は、前記空間から前記混合ガスを回収するためのガス回収手段と、前記ガス回収手段から回収された前記混合ガスを前記ガス導入手段に送る回収流路とが備えられていることが好ましい。
【００１３】
本発明の紫外線照射装置によれば、上記構成を有しているため、光透過窓と被照射物との間の空間に導入した混合ガスの回収が可能となり、この回収した混合ガスを回収流路からガス導入手段に送ることができる。これにより、回収した混合ガスを光透過窓と被照射物との間の空間に再度導入することができ、混合ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガス及び酸素の使用量をさらに低減して、被照射物の洗浄及び改質のコストをさらに削減することができる。
【００１４】
さらに、本発明の紫外線照射装置は、前記空間から前記混合ガスを強制的に排出する強制排気手段が備えられており、前記酸素が前記強制排気手段により前記空間に引き込まれた外気から供給されることが好ましく、前記強制排気手段が排気量調整機能を有していることが好ましい。
【００１５】
本発明の紫外線照射装置によれば、強制排気手段を有しており、この強制排気手段により光透過窓と被照射物との間の空間に引き込まれた外気から酸素を供給する構成となっている。これにより、さらに被照射物の洗浄及び表面改質のコストを低減することができる。
また、本発明の紫外線照射装置によれば、強制排気手段が排気量調整機能を有しているため、光透過窓と被照射物との間の空間に取り込む外気量、すなわち酸素量を調整することができる。これにより、被照射物の洗浄能力及び表面改質レートを容易に調整することができる。
【００１６】
更にまた、本発明の紫外線照射装置は、前記ランプハウス内に導入する前記不活性ガスの流量が３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間に導入する前記混合ガスの流量が５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間の酸素濃度が１〜１０体積％の範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明の紫外線照射装置によれば、ランプハウス内の流量が上記範囲内であれば、ランプハウス内での紫外線の減衰を好適に抑制することができる。また、光透過窓と被照射物との間の空間の混合ガスの流量及び酸素濃度が上記範囲内であれば、光透過窓と被照射物との間の空間の紫外線の減衰を好適に抑制できると共に被照射物の洗浄及び改質を充分にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の紫外線照射装置によれば、不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコスト削減が可能な紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は、本発明を適用した紫外線照射装置を示す断面模式図である。なお、以下の図１〜図３は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の紫外線照射装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明を適用した第１の実施形態である紫外線照射装置を示す図であり、図１（ａ）は断面模式図、図１（ｂ）は平面図である。本実施形態の紫外線照射装置１は、図１（ａ）に示すように、紫外線を放射する光源２と紫外線を被照射物Ｐに対して照射可能にする光透過窓３とを有するランプハウス４と、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに混合ガスを導入するためのガス導入手段５と、回送流路６とから概略構成されている。
なお、被照射物Ｐには、半導体基板、ガラス基板等を用いることができ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の大型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）にも用いることができる。
【００２１】
光源２は、図１（ａ）に示すように、ランプハウス４の内部上面に設けられたランプ支持体４ａに取り付けられている。また、光源２は、紫外線を照射可能な光源であれば特に限定されるものではないが、波長１７２ｎｍの紫外線を発生するキセノンエキシマランプであることが好ましい（本実施形態では、以下、エキシマランプ２とする）。また、本実施形態の紫外線照射装置１は、幅が広い被照射物Ｐに対応するために、図１（ｂ）に示すように、複数のエキシマランプ２を被照射物Ｐの幅方向に並べた構成としてもよい。
【００２２】
光透過窓３は、図１（ａ）に示すように、ランプハウス４の下面に設けられている。エキシマランプ２から放射される紫外線は、この光透過窓３を透過して、被照射物Ｐの表面に照射される。なお、光透過窓３の材質には、幅広い波長領域における優れた光透過性を有する有水合成石英ガラスを用いることが好ましい。
【００２３】
ランプハウス４は、図１（ａ）に示すように、その内部に反射ミラー４ｂを有している。反射ミラー４ｂには、例えば鏡面加工されたアルミニウム製の板状部材等を用いることができる。この反射ミラー４ｂにより、エキシマランプ２から照射された紫外線を下方、すなわち被照射物Ｐへ向けて集光させることができる。
また、ランプハウス４は、略密閉容器であり、その内部には不活性ガスが充填されることが好ましい。ランプハウス４の内部に不活性ガスが充填されることにより、エキシマランプ２から放射された紫外線は、当該ランプハウス４内での減衰が抑制される。
なお、不活性ガスには、光を吸収しにくい窒素、アルゴン、ヘリウムガスなどを用いることができるが、そのコストを考慮した場合には窒素ガスが好適に用いられる。
【００２４】
ランプハウス４は、当該ランプハウス４内に不活性ガスを導入するためのガス導入口７と、当該ランプハウス４内から不活性ガスを排出するためのガス排出口８とを有している。
このガス導入口７は、図示略のガスボンベ等の不活性ガス供給源と接続されており、図示略の流量制御装置によって不活性ガス供給源から供給される不活性ガスの流量ｗ１が制御されている。なお、ガス導入口７からランプハウス４内に導入される不活性ガスの流量ｗ１は、３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であることが好ましい。上記範囲内であれば、ランプハウス４内での紫外線の減衰を効果的に抑制することができるため好ましい。
一方、ガス排出口８は、後述する回送流路６と接続されており、当該ガス排出口８からランプハウス４外に排出される不活性ガスの流量は、前述の流量ｗ１に等しい。すなわち、ランプハウス４内に導入した不活性ガスの全量を回収する。
【００２５】
本実施形態の紫外線照射装置１は、ランプハウス４の下に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような処理室９を有していることが好ましい。この処理室９の側面には、被照射物Ｐの搬入口９ａと搬出口９ｂとが設けられている。この搬入口９ａ及び搬出口９ｂは、開閉式であっても、常時開口していてもよい。また、処理室９の内部には、被照射物Ｐを移送可能とする図示略の搬送装置が備えられている。この搬送装置によって、図１（ｂ）に示すように被照射物Ｐを水平方向に搬送し、エキシマランプ２による紫外線の照射範囲（ランプハウス４の下方領域）を通過させることができる。なお、紫外線照射装置１に処理室９を設けることにより、紫外線の照射により生成されるオゾンガス等のガスの、外部への漏洩を抑制することができる。
【００２６】
ガス導入手段５は、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに、少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、図１（ａ）に示すように、エアバルブ５を用いることができる。このエアバルブ５は、上記空間Ｓに近接した位置に設けることが好ましい。エアバルブ５から空間Ｓに混合ガスを噴出することで、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓには不活性ガスが導入されるため、エキシマランプ２から放射される紫外線の減衰を抑制することができる。また、不活性ガスと同時に酸素が導入されることから、紫外線の照射によりオゾンガスが生成され、被照射物Ｐの洗浄及び改質を好適に行うことができる。
【００２７】
なお、上述のように、紫外線照射装置１が処理室９を有している場合には、この処理室９の内部に混合ガスを導入可能な位置にエアバルブ５を取り付けても良い。これにより、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓのみならず、処理室９の内部空間が混合ガス雰囲気になるため、安定した紫外線照射による処理が実現可能となる。さらに、被照射物Ｐの幅が広い場合には、図１（ｂ）に示すように、複数のエアバルブ５を被照射物Ｐの幅方向に並べる構成としてもよい。これにより、被照射物Ｐの幅が広い場合にも空間Ｓに混合ガスを均等に導入することができる。
【００２８】
エアバルブ５は、後述する混合ガス供給装置１０と流路１３を介して接続されている。また、図示略の流量制御装置によって混合ガス供給装置１０から供給される混合ガスの流量ｗ４が制御されている。なお、この流量ｗ４は、上述の空間Ｓの大きさに応じて、５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲で制御することが好ましい。上記範囲内であれば、光透過窓３と被照射物Ｐとの間で紫外線の減衰を好適に抑制することができる。
【００２９】
回送流路６は、図１（ａ）に示すように、ガス排出口８から排出された不活性ガスをエアバルブ５に送るためのガス流路であり、ガス排出口８と混合ガス供給装置１０との間に設けられている。これにより、ガス排出口８から排出された不活性ガスを、回送流路６と混合ガス供給装置１０とを介して、エアバルブ５から混合ガスの一部として再度処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）に導入することができる。
【００３０】
混合ガス供給装置１０には、回送流路６以外に、不活性ガス供給路１１と、酸素供給路１２とが接続されており、不活性ガス供給路１１及び酸素供給路１２には、図示略のガス供給源がそれぞれ接続されている。そして、混合ガス供給装置１０は、空間Ｓに設置された図示略の酸素濃度計から送られてくる信号によって、前述の流量ｗ４を構成する回収された不活性ガスの流量ｗ１と、不活性ガス供給路１１の流量ｗ２と、酸素供給路１２の流量ｗ３とのバランスを調整する。そして、調整された流量ｗ４の混合ガスを、流路１３を介してエアバルブ５から空間Ｓに導入することで、当該空間Ｓの酸素濃度を一定に制御することができる。なお、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの酸素濃度は、１〜１０体積％の範囲であることが好ましい。上述の範囲であれば、紫外線によってオゾン及び活性酸素種が好適に生成されて被照射物Ｐの洗浄及び改質を好適に行うことができると共に、酸素による紫外線の減衰を最小限にすることができる。
【００３１】
次に、上記の構成を有する本実施形態の紫外線照射装置１を用いて、被照射物Ｐに紫外線を照射する方法について以下に説明する。
先ず、エキシマランプ２の点灯に先立ち、ガス導入口７からランプハウス４内に不活性ガスを導入すると共に、ランプハウス４に設けられたガス排出口８から排出された不活性ガスを回収し、回送流路６を介して混合ガス供給装置１０に送る。そして、混合ガス供給装置１０から送られた混合ガスを、エアバルブ５から処理室９内へ導入して、処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）を混合ガスで充填する。
【００３２】
次に、被照射物Ｐを搬送装置によって図中矢印方向に搬送し、搬入口９ａから処理室９の内部に搬入する。そして、被照射物Ｐがランプハウス４の下を通過するタイミングでエキシマランプ２を点灯して、被照射物Ｐに紫外線を照射する。この際、処理室９の内部空間は混合ガスで充填されているため、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓも混合ガス雰囲気となっている。次に、被照射物Ｐへの紫外線の照射処理がおわると、エキシマランプは消灯し、被照射物Ｐは、搬出口９ｂから処理室９の外側へ搬出されて処理が完了する。
【００３３】
エキシマランプ２の点灯によって発生する紫外線は、被照射物Ｐの表面に照射される。このとき、照射される紫外線は、ランプハウス４内及び空間Ｓにおいて不活性ガス又は混合ガス中の不活性ガスによって減衰が抑制されている。このため、紫外線が効率的に被照射物Ｐの表面に到達して、その表面に付着した有機化合物の化学結合が切断される。また、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓにおいては、エアバルブ５から導入される混合ガス中の酸素と紫外線とによってオゾンや活性酸素種が生成される。前述したように紫外線の照射によって被照射物Ｐから切断された有機化合物は、このオゾンや活性酸素種の酸化力によって飛散除去され、効果的に洗浄される。なお、本実施形態では、処理室９が設けられているので、ランプハウス４の下方以外の処理室９の内部においてもオゾン及び活性酸素種が存在しているので、被照射物Ｐは洗浄される。
【００３４】
また、ランプハウス４内に導入する不活性ガスの流量ｗ１を３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲に、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに導入する混合ガスの流量ｗ４を５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲に、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの酸素濃度を１〜１０体積％の範囲に制御して、被照射物Ｐとして素ガラスを処理した場合には、素ガラスの純水に対する接触角度は、紫外線照射処理前が約５０°に対して処理後は約５°となり、効果的に表面を改質することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置１によれば、ガス排出口８から排出された不活性ガスをエアバルブ５に送る回送流路６を有している。このため、ランプハウス４内から排出された不活性ガスを回収して、回送流路６からエアバルブ５に送ることができる。これにより、回収した不活性ガスを混合ガスの一部として光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに再度導入することができ、不活性ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガスの使用量を低減して被照射物Ｐの洗浄及び表面改質のコストを削減することができる。
【００３６】
また、本実施形態の紫外線照射装置１は、ランプハウス４内に導入する不活性ガスの流量が３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに導入する混合ガスの流量が５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの酸素濃度が１〜１０体積％の範囲としている。これにより、ランプハウス４内での紫外線の減衰を好適に抑制することができ、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの紫外線の減衰を好適に抑制できると共に被照射物Ｐの洗浄及び改質を充分にすることができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の紫外線照射装置１によれば、不活性ガスの使用量を低減して被照射物Ｐの洗浄及び表面改質のコスト削減が可能な紫外線照射装置１を提供することができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明を適用した第２の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。また、図２に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素には、図１と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
本実施形態の紫外線照射装置２０は、前述した紫外線照射装置１の構成に加えて、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓから混合ガスを回収するためのガス回収手段２１と、回収流路２２とを備えている。
【００３９】
ガス回収手段２１は、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに存在する混合ガスを回収する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、吸引ノズル２１を用いることができる。吸引ノズル２１は、上記空間Ｓに近接した位置に設けることが好ましい。この吸引ノズル２１から混合ガスを回収して、エアバルブ５に回収したガスを送ることにより、再度混合ガスの一部として空間Ｓに導入することができる。また、吸引ノズル２１によって空間Ｓから被照射物Ｐの洗浄及び改質後の混合ガスを回収することで、空間Ｓには新しい不活性ガスが充填されるため、紫外線照射による処理効率の低下を抑制することができる。なお、紫外線照射装置２０が処理室９を有している場合には、この処理室９の内部空間であって混合ガスを回収可能な位置に吸引ノズル２１を取り付けても良い。
【００４０】
また、吸引ノズル２１から回収した混合ガスの流量ｗ５は、エアバルブ５から空間Ｓ（処理室９）に導入される混合ガスの流量ｗ４よりも小さいことが好ましい。導入された混合ガスの全部を回収せずに一部のみを回収することにより、空間Ｓに充填される混合ガスを充分に更新することができるため、紫外線の減衰の抑制及び被照射物の処理効率の点で好ましい。
【００４１】
回収流路２２は、図２に示すように、吸引ノズル２１から回収された混合ガスをエアバルブ５に送るためのガス流路であり、吸引ノズル２１と混合ガス供給装置１０との間に設けられている。これにより、吸引ノズル２１から回収された混合ガスを、回収流路２２と混合ガス供給装置１０とを介して、エアバルブ５から混合ガスの一部として再度光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに導入することができる。また、回収流路２２には、除去装置２３を設けることが好ましい。この除去装置２３により、回収した混合ガスから紫外線の照射処理によって発生したＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯｘ等の不純物を除去することができるため、不活性ガス及び未反応の酸素のみを混合ガス供給装置１０へ送ることができる。
【００４２】
以上のように、混合ガス供給装置１０では、回収流路２２から不活性ガスと酸素とが流量ｗ５で供給されるため、不活性ガス供給路１１の流量ｗ２及び酸素供給路１２の流量ｗ３を少なくすることができる。
なお、紫外線照射装置２０を用いた被照射物Ｐに紫外線を照射する方法については、上述の紫外照射装置１と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置２０によれば、上述した第１の実施形態の紫外線照射装置１の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の紫外線照射装置２０によれば、吸引ノズル２１を有しているため、空間Ｓ（処理室９）に導入した混合ガスの回収が可能となり、この回収した混合ガスを回収流路２２からエアバルブ５に送ることができる。これにより、回収した混合ガスを空間Ｓに再度導入することができ、混合ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガス及び酸素の使用量をさらに低減して、被照射物Ｐの洗浄及び改質のコストをさらに削減することができる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
図３は、本発明を適用した第３の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。また、図３に示す構成要素のうち、図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素には、図１及び図２と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
本実施形態の紫外線照射装置３０は、前述した紫外線照射装置２０の構成に加えて、空間Ｓから混合ガスを強制的に排出する強制排気手段３１を備えている。一方、紫外線照射装置３０は、酸素供給路１２を有さない構成となっている。
【００４５】
強制排気手段３１は、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに存在する混合ガスをその空間Ｓから強制的に排気する機能を有するものであれば特に限定されるものではない。強制排気手段３１には、例えば、図３に示すように、強制排気装置３１を用いることができる。この強制排気装置３１は、吸引口３１ａと排気口３１ｂとを有しており、吸引口３１ａと排気口３１ｂとの間には流路３２が設けられている。これにより、吸引口３１ａから吸引された気体が流路３２を通って排気口３１ｂから排出することができる。本実施形態では、この吸引口３１ａを上記空間Ｓに存在する混合ガスを吸引可能な位置に設けることが好ましい。また、紫外線照射装置３０が処理室９を有している場合には、この処理室９に吸引口３１ａを設けて処理室９の内部空間を充填している混合ガスを強制排気しても良い。これにより、空間Ｓに存在する混合ガスを処理室９の外部へ流量ｗ６で強制的に排気することができる。
【００４６】
本実施形態では、強制排気による処理室９の外部への流量ｗ６は、混合ガス供給装置１０から供給される混合ガスの流量（すなわち、エアバルブ５から処理室９へ供給される混合ガスの流量）ｗ４から吸引ノズル２１から回収した混合ガスの流量ｗ５を引いた流量よりも大きいことが好ましい。このように、流量ｗ６＞流量ｗ４−流量ｗ５の関係に制御すると、処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）が処理室９の外部よりも圧力が低い状態となる。この際に、図３に示すように、処理室９に吸気口３３が設けられていると、この吸気口３３から処理室９の内部へ外気が引き込まれることになる。
【００４７】
吸気口３３は、上述のように、処理室９に外気を導入する機能を有するものであり、強制排気装置３１の吸引口３１ａから離れた位置に設けられていることが好ましい。また、吸気口３３には、空気清浄フィルターを設けることが好ましい。なお、処理室９の搬入口９ａ及び搬出口９ｂの一方又は両方が常時解放されている場合には、吸気口３３を設けることなくこの搬入口９ａ及び搬出口９ｂの一方又は両方から処理室９の内部へ外気を取り込むことができる。
【００４８】
このように、本実施形態の紫外線照射装置３０では、処理室９の内部に引き込まれた外気から処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）に導入する混合ガスの酸素を供給する。これにより、酸素ガス供給源を必要とせず、ランニングコストを低減することができる。
また、強制排気装置３１は、排気量調整機能を有していることが好ましい。強制排気による処理室９の外部への流量ｗ６をこの排気量調整機能により調整することで、処理室９の内部に引き込まれる外気の量、すなわち酸素量を調整することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置３０によれば、上述した第１及び第２の実施形態の紫外線照射装置１，２０の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の紫外線照射装置３０によれば、強制排気装置３１を有しており、この強制排気装置３１により処理室９の内部（すなわち、空間Ｓ）に引き込まれた外気から酸素を供給することができる。これにより、酸素の供給コストを低減できるため、さらに被照射物Ｐの洗浄及び表面改質のコストを低減することができる。
また、強制排気装置３１が排気量調整機能を有しているため、処理室９の内部空間に取り込む外気量、すなわち酸素量を調整することができる。これにより、被照射物Ｐの洗浄能力及び表面改質レートを容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明を適用した第１の実施形態である紫外線照射装置を示す図であり、図１（ａ）は断面模式図、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】図２は、本発明を適用した第２の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。
【図３】図３は、本発明を適用した第３の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。
【図４】図４は、エキシマランプを用いた従来の紫外線照射装置を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２０，３０…紫外線照射装置、２…光源（エキシマランプ）、３…光透過窓、４…ランプハウス、４ａ…ランプ支持体、４ｂ…反射ミラー、５…ガス導入手段（エアバルブ）、６…回送流路、７…ガス導入口、８…ガス排出口、９…処理室、９ａ…搬入口、９ｂ…搬出口、１０…混合ガス供給装置、１１…不活性ガス供給路、１２…酸素供給路、１３…流路、２１…ガス回収手段（吸引ノズル）、２２…回収流路、２３…除去装置、３１…強制排気手段（強制排気装置）、３１ａ…吸引口、３１ｂ…排気口、３２…流路、３３…吸気口、Ｐ…被照射物、Ｓ…光透過窓と被照射物との間の空間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被照射物の表面を洗浄し又は改質するために使用される紫外線照射装置の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、紫外線とオゾンの協同作用を利用して、金属、半導体物質、ガラス等の被照射物の表面の洗浄及び改質が行われている。この技術は、一般にＵＶオゾン法として知られており、このＵＶオゾン法によれば、被照射物を傷めることなく、その表面に付着した有機汚染物質を除去し、またその表面に酸化膜の層を形成することができるという利点が知られている。
【０００３】
近年、より効率の良いＵＶオゾン洗浄が行える光源としてエキシマランプが用いられている。このエキシマランプの輝線は、ほぼ単一であり、被照射物に対して加熱効果のある赤外線をほとんど放射することがない。また点灯性能にも優れており、数１００ミリ秒で放射光強度が安定し、また消灯も同時間で行なうことができる。このため、低圧水銀ランプとは異なり、必要なときに点灯し、必要のないときには消灯しておくことができ、コスト低減を図ることができる。
【０００４】
図４は、エキシマランプを用いた従来の紫外線照射装置を示す断面模式図である。図４に示すように、従来の紫外線照射装置１００は、被照射物Ｐを収容可能な処理室１０２と、この処理室１０２の中央上部に設けられたランプハウス１０３とから概略構成されている。このランプハウス１０３の内部上面には、ランプ支持体１０４が設けられており、このランプ支持体１０４にはエキシマランプ１０５と紫外線を反射させる反射ミラー１０６とが取り付けられている。また、ランプハウス１０３の下方には、合成石英ガラスからなる光透過窓１０７が設けられている。さらに、ランプハウス１０３には、不活性ガスのガス導入口１０８とガス排出口１０９とが設けられており、処理室１０２には、不活性ガスと酸素との混合ガスのガス流入口１１０が設けられて構成されている。
【０００５】
この紫外線照射装置１００のエキシマランプ１０５から放射された紫外線は、光透過窓１０７を透過して処理室１０２内に収容された被照射物Ｐへ照射される。このとき、ランプハウス１０３の内部には、常時ガス導入口１０８から窒素などの不活性ガスが毎分数リットル程度流入されており、これによってエキシマランプ１０５からの紫外線の減衰が最小限に抑えられている。そして、光透過窓１０７からランプハウス１０３外へ出た紫外線は、ガス流入口１１０から処理室１０２の内部空間へ導入された酸素を含む雰囲気内で、その光化学反応によってオゾン及び特性酸素種を生成する。これを被照射物Ｐの表面に接触させ、また直接的にこの紫外線を被照射物Ｐに照射させて、これらの協同作業によって被照射物Ｐの表面の洗浄又は改質が達成される。
【０００６】
しかしながら、図４に示すような、従来の紫外線照射装置１００においては、不活性ガスは上述したようにエキシマランプ１０５が設置されたランプハウス１０３に対し、所定流量（例えば、数リットル／分）でガス導入口１０８から常時流入され続け、そのままガス排出口１０９から排出されている。また、処理室１０２の内部であって光透過窓１０７と被照射物Ｐとの間の空間Ｓには、不活性ガスと酸素との混合ガスも紫外線照射装置１００の稼動中、常時流され続けている。この結果、多数の被照射物Ｐを連続して処理する場合、多量の不活性ガス及び酸素などの高価なガスが必要となり、これが紫外線の照射処理のランニングコストを引き上げてしまうという問題があった。特に、被照射物Ｐが液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）では大型化が進んでいるため、不活性ガスの使用量が毎分数百リットルにもなり、莫大なコストがかかるという問題があった。
【０００７】
ところで、紫外線照射装置に係る公知文献として、例えば下記特許文献１〜３が知られている。
このうち、特許文献１には、エキシマレーザ等の紫外線の露光ビームを被照射物に照射して露光を行う露光装置の光学素子を、酸素を含む不活性ガスを供給して該露光ビームを照射して発生させたオゾンと当該露光ビームの照射とによってクリーニングする方法が開示されている。これにより、光学素子に付着した有機化合物を除去することができると記載されている。
一方、特許文献２には、被照射物を密閉筐体内に導入後にこの密閉筐体内に不活性ガスを導入し、不活性ガスの導入を停止した後に紫外線を照射して被照射物の洗浄又は改質を行い、終了後に密閉筐体内の気体を排出する紫外線照射方法が開示されている。これにより、不活性ガスの消費量が削減することができると記載されている。
一方、特許文献３には、ランプハウス内に充填した不活性ガスを光透過窓に設けた開口から被照射物の表面に流出させて、光源と被照射物との間の雰囲気を不活性ガスで満たすことができる紫外線照射装置が開示されている。これにより、光源と被照射物との間での紫外線の減衰を抑制できると記載されている。
【特許文献１】特開平１１−２２４８３９号公報
【特許文献２】特開２００１−２１７２１６号公報
【特許文献３】特開２００１−３００４５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１は露光装置に関するものであり、使用用途が異なっている。
一方、特許文献２では、不活性ガスの使用量は低減可能であるが、工程数が増加してスループットが低下してしまうことから生産コストを充分に低減できないという問題があった。
一方、特許文献３では、ランプハウス内で使用した不活性ガスを、光源と被照射物との間の雰囲気に流用することから不活性ガスの低減は可能であるが、被照射物の処理に必要な酸素を被照射物の周辺に供給することが困難であり、結果として洗浄及び表面改質の効果が充分に得られにくいという問題があった。
【０００９】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコスト削減が可能な紫外線照射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の構成を採用した。
すなわち、本発明の紫外線照射装置は、被照射物に対して紫外線を照射して、前記被照射物の洗浄又は改質を行うための紫外線照射装置であって、紫外線を放射する光源と前記紫外線を前記被照射物に対して照射可能にする光透過窓とを有するランプハウスと、前記光透過窓と前記被照射物との間の空間に少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入するためのガス導入手段とを備え、前記ランプハウスは、当該ランプハウス内に前記不活性ガスを導入するためのガス導入口と、当該ランプハウス内から前記不活性ガスを排出するためのガス排出口とを有しており、前記ガス排出口から排出された前記不活性ガスを前記ガス導入手段に送る回送流路が備えられていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の紫外線照射装置によれば、ガス排出口から排出された不活性ガスをガス導入手段に送る回送流路を有している。このため、ランプハウス内から排出された不活性ガスを回収して、回送流路からガス導入口に送ることができる。これにより、回収した不活性ガスを混合ガスの一部として光透過窓と被照射物との間の空間に再度導入することができ、不活性ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコストを削減することができる。
【００１２】
また、本発明の紫外線照射装置は、前記空間から前記混合ガスを回収するためのガス回収手段と、前記ガス回収手段から回収された前記混合ガスを前記ガス導入手段に送る回収流路とが備えられていることが好ましい。
【００１３】
本発明の紫外線照射装置によれば、上記構成を有しているため、光透過窓と被照射物との間の空間に導入した混合ガスの回収が可能となり、この回収した混合ガスを回収流路からガス導入手段に送ることができる。これにより、回収した混合ガスを光透過窓と被照射物との間の空間に再度導入することができ、混合ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガス及び酸素の使用量をさらに低減して、被照射物の洗浄及び改質のコストをさらに削減することができる。
【００１４】
さらに、本発明の紫外線照射装置は、前記空間から前記混合ガスを強制的に排出する強制排気手段が備えられており、前記酸素が前記強制排気手段により前記空間に引き込まれた外気から供給されることが好ましく、前記強制排気手段が排気量調整機能を有していることが好ましい。
【００１５】
本発明の紫外線照射装置によれば、強制排気手段を有しており、この強制排気手段により光透過窓と被照射物との間の空間に引き込まれた外気から酸素を供給する構成となっている。これにより、さらに被照射物の洗浄及び表面改質のコストを低減することができる。
また、本発明の紫外線照射装置によれば、強制排気手段が排気量調整機能を有しているため、光透過窓と被照射物との間の空間に取り込む外気量、すなわち酸素量を調整することができる。これにより、被照射物の洗浄能力及び表面改質レートを容易に調整することができる。
【００１６】
更にまた、本発明の紫外線照射装置は、前記ランプハウス内に導入する前記不活性ガスの流量が３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間に導入する前記混合ガスの流量が５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間の酸素濃度が１〜１０体積％の範囲であることが好ましい。
【００１７】
本発明の紫外線照射装置によれば、ランプハウス内の流量が上記範囲内であれば、ランプハウス内での紫外線の減衰を好適に抑制することができる。また、光透過窓と被照射物との間の空間の混合ガスの流量及び酸素濃度が上記範囲内であれば、光透過窓と被照射物との間の空間の紫外線の減衰を好適に抑制できると共に被照射物の洗浄及び改質を充分にすることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように、本発明の紫外線照射装置によれば、不活性ガスの使用量を低減して被照射物の洗浄及び表面改質のコスト削減が可能な紫外線照射装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を適用した一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。図１〜図３は、本発明を適用した紫外線照射装置を示す断面模式図である。なお、以下の図１〜図３は、本発明の実施形態の構成を説明するためのものであり、図示される各部の大きさや厚さや寸法等は、実際の紫外線照射装置の寸法関係とは異なる場合がある。
【００２０】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明を適用した第１の実施形態である紫外線照射装置を示す図であり、図１（ａ）は断面模式図、図１（ｂ）は平面図である。本実施形態の紫外線照射装置１は、図１（ａ）に示すように、紫外線を放射する光源２と紫外線を被照射物Ｐに対して照射可能にする光透過窓３とを有するランプハウス４と、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに混合ガスを導入するためのガス導入手段５と、回送流路６とから概略構成されている。
なお、被照射物Ｐには、半導体基板、ガラス基板等を用いることができ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）やプラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）等の大型のフラットパネルディスプレイ（ＦＰＤ：Ｆｌａｔ Ｐａｎｅｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）にも用いることができる。
【００２１】
光源２は、図１（ａ）に示すように、ランプハウス４の内部上面に設けられたランプ支持体４ａに取り付けられている。また、光源２は、紫外線を照射可能な光源であれば特に限定されるものではないが、波長１７２ｎｍの紫外線を発生するキセノンエキシマランプであることが好ましい（本実施形態では、以下、エキシマランプ２とする）。また、本実施形態の紫外線照射装置１は、幅が広い被照射物Ｐに対応するために、図１（ｂ）に示すように、複数のエキシマランプ２を被照射物Ｐの幅方向に並べた構成としてもよい。
【００２２】
光透過窓３は、図１（ａ）に示すように、ランプハウス４の下面に設けられている。エキシマランプ２から放射される紫外線は、この光透過窓３を透過して、被照射物Ｐの表面に照射される。なお、光透過窓３の材質には、幅広い波長領域における優れた光透過性を有する有水合成石英ガラスを用いることが好ましい。
【００２３】
ランプハウス４は、図１（ａ）に示すように、その内部に反射ミラー４ｂを有している。反射ミラー４ｂには、例えば鏡面加工されたアルミニウム製の板状部材等を用いることができる。この反射ミラー４ｂにより、エキシマランプ２から照射された紫外線を下方、すなわち被照射物Ｐへ向けて集光させることができる。
また、ランプハウス４は、略密閉容器であり、その内部には不活性ガスが充填されることが好ましい。ランプハウス４の内部に不活性ガスが充填されることにより、エキシマランプ２から放射された紫外線は、当該ランプハウス４内での減衰が抑制される。
なお、不活性ガスには、光を吸収しにくい窒素、アルゴン、ヘリウムガスなどを用いることができるが、そのコストを考慮した場合には窒素ガスが好適に用いられる。
【００２４】
ランプハウス４は、当該ランプハウス４内に不活性ガスを導入するためのガス導入口７と、当該ランプハウス４内から不活性ガスを排出するためのガス排出口８とを有している。
このガス導入口７は、図示略のガスボンベ等の不活性ガス供給源と接続されており、図示略の流量制御装置によって不活性ガス供給源から供給される不活性ガスの流量ｗ１が制御されている。なお、ガス導入口７からランプハウス４内に導入される不活性ガスの流量ｗ１は、３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であることが好ましい。上記範囲内であれば、ランプハウス４内での紫外線の減衰を効果的に抑制することができるため好ましい。
一方、ガス排出口８は、後述する回送流路６と接続されており、当該ガス排出口８からランプハウス４外に排出される不活性ガスの流量は、前述の流量ｗ１に等しい。すなわち、ランプハウス４内に導入した不活性ガスの全量を回収する。
【００２５】
本実施形態の紫外線照射装置１は、ランプハウス４の下に、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すような処理室９を有していることが好ましい。この処理室９の側面には、被照射物Ｐの搬入口９ａと搬出口９ｂとが設けられている。この搬入口９ａ及び搬出口９ｂは、開閉式であっても、常時開口していてもよい。また、処理室９の内部には、被照射物Ｐを移送可能とする図示略の搬送装置が備えられている。この搬送装置によって、図１（ｂ）に示すように被照射物Ｐを水平方向に搬送し、エキシマランプ２による紫外線の照射範囲（ランプハウス４の下方領域）を通過させることができる。なお、紫外線照射装置１に処理室９を設けることにより、紫外線の照射により生成されるオゾンガス等のガスの、外部への漏洩を抑制することができる。
【００２６】
ガス導入手段５は、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに、少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、図１（ａ）に示すように、エアバルブ５を用いることができる。このエアバルブ５は、上記空間Ｓに近接した位置に設けることが好ましい。エアバルブ５から空間Ｓに混合ガスを噴出することで、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓには不活性ガスが導入されるため、エキシマランプ２から放射される紫外線の減衰を抑制することができる。また、不活性ガスと同時に酸素が導入されることから、紫外線の照射によりオゾンガスが生成され、被照射物Ｐの洗浄及び改質を好適に行うことができる。
【００２７】
なお、上述のように、紫外線照射装置１が処理室９を有している場合には、この処理室９の内部に混合ガスを導入可能な位置にエアバルブ５を取り付けても良い。これにより、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓのみならず、処理室９の内部空間が混合ガス雰囲気になるため、安定した紫外線照射による処理が実現可能となる。さらに、被照射物Ｐの幅が広い場合には、図１（ｂ）に示すように、複数のエアバルブ５を被照射物Ｐの幅方向に並べる構成としてもよい。これにより、被照射物Ｐの幅が広い場合にも空間Ｓに混合ガスを均等に導入することができる。
【００２８】
エアバルブ５は、後述する混合ガス供給装置１０と流路１３を介して接続されている。また、図示略の流量制御装置によって混合ガス供給装置１０から供給される混合ガスの流量ｗ４が制御されている。なお、この流量ｗ４は、上述の空間Ｓの大きさに応じて、５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲で制御することが好ましい。上記範囲内であれば、光透過窓３と被照射物Ｐとの間で紫外線の減衰を好適に抑制することができる。
【００２９】
回送流路６は、図１（ａ）に示すように、ガス排出口８から排出された不活性ガスをエアバルブ５に送るためのガス流路であり、ガス排出口８と混合ガス供給装置１０との間に設けられている。これにより、ガス排出口８から排出された不活性ガスを、回送流路６と混合ガス供給装置１０とを介して、エアバルブ５から混合ガスの一部として再度処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）に導入することができる。
【００３０】
混合ガス供給装置１０には、回送流路６以外に、不活性ガス供給路１１と、酸素供給路１２とが接続されており、不活性ガス供給路１１及び酸素供給路１２には、図示略のガス供給源がそれぞれ接続されている。そして、混合ガス供給装置１０は、空間Ｓに設置された図示略の酸素濃度計から送られてくる信号によって、前述の流量ｗ４を構成する回収された不活性ガスの流量ｗ１と、不活性ガス供給路１１の流量ｗ２と、酸素供給路１２の流量ｗ３とのバランスを調整する。そして、調整された流量ｗ４の混合ガスを、流路１３を介してエアバルブ５から空間Ｓに導入することで、当該空間Ｓの酸素濃度を一定に制御することができる。なお、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの酸素濃度は、１〜１０体積％の範囲であることが好ましい。上述の範囲であれば、紫外線によってオゾン及び活性酸素種が好適に生成されて被照射物Ｐの洗浄及び改質を好適に行うことができると共に、酸素による紫外線の減衰を最小限にすることができる。
【００３１】
次に、上記の構成を有する本実施形態の紫外線照射装置１を用いて、被照射物Ｐに紫外線を照射する方法について以下に説明する。
先ず、エキシマランプ２の点灯に先立ち、ガス導入口７からランプハウス４内に不活性ガスを導入すると共に、ランプハウス４に設けられたガス排出口８から排出された不活性ガスを回収し、回送流路６を介して混合ガス供給装置１０に送る。そして、混合ガス供給装置１０から送られた混合ガスを、エアバルブ５から処理室９内へ導入して、処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）を混合ガスで充填する。
【００３２】
次に、被照射物Ｐを搬送装置によって図中矢印方向に搬送し、搬入口９ａから処理室９の内部に搬入する。そして、被照射物Ｐがランプハウス４の下を通過するタイミングでエキシマランプ２を点灯して、被照射物Ｐに紫外線を照射する。この際、処理室９の内部空間は混合ガスで充填されているため、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓも混合ガス雰囲気となっている。次に、被照射物Ｐへの紫外線の照射処理がおわると、エキシマランプは消灯し、被照射物Ｐは、搬出口９ｂから処理室９の外側へ搬出されて処理が完了する。
【００３３】
エキシマランプ２の点灯によって発生する紫外線は、被照射物Ｐの表面に照射される。このとき、照射される紫外線は、ランプハウス４内及び空間Ｓにおいて不活性ガス又は混合ガス中の不活性ガスによって減衰が抑制されている。このため、紫外線が効率的に被照射物Ｐの表面に到達して、その表面に付着した有機化合物の化学結合が切断される。また、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓにおいては、エアバルブ５から導入される混合ガス中の酸素と紫外線とによってオゾンや活性酸素種が生成される。前述したように紫外線の照射によって被照射物Ｐから切断された有機化合物は、このオゾンや活性酸素種の酸化力によって飛散除去され、効果的に洗浄される。なお、本実施形態では、処理室９が設けられているので、ランプハウス４の下方以外の処理室９の内部においてもオゾン及び活性酸素種が存在しているので、被照射物Ｐは洗浄される。
【００３４】
また、ランプハウス４内に導入する不活性ガスの流量ｗ１を３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲に、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに導入する混合ガスの流量ｗ４を５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲に、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの酸素濃度を１〜１０体積％の範囲に制御して、被照射物Ｐとして素ガラスを処理した場合には、素ガラスの純水に対する接触角度は、紫外線照射処理前が約５０°に対して処理後は約５°となり、効果的に表面を改質することができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置１によれば、ガス排出口８から排出された不活性ガスをエアバルブ５に送る回送流路６を有している。このため、ランプハウス４内から排出された不活性ガスを回収して、回送流路６からエアバルブ５に送ることができる。これにより、回収した不活性ガスを混合ガスの一部として光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに再度導入することができ、不活性ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガスの使用量を低減して被照射物Ｐの洗浄及び表面改質のコストを削減することができる。
【００３６】
また、本実施形態の紫外線照射装置１は、ランプハウス４内に導入する不活性ガスの流量が３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに導入する混合ガスの流量が５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの酸素濃度が１〜１０体積％の範囲としている。これにより、ランプハウス４内での紫外線の減衰を好適に抑制することができ、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓの紫外線の減衰を好適に抑制できると共に被照射物Ｐの洗浄及び改質を充分にすることができる。
【００３７】
以上のように、本実施形態の紫外線照射装置１によれば、不活性ガスの使用量を低減して被照射物Ｐの洗浄及び表面改質のコスト削減が可能な紫外線照射装置１を提供することができる。
【００３８】
＜第２実施形態＞
図２は、本発明を適用した第２の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。また、図２に示す構成要素のうち、図１に示す構成要素と同一の構成要素には、図１と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
本実施形態の紫外線照射装置２０は、前述した紫外線照射装置１の構成に加えて、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓから混合ガスを回収するためのガス回収手段２１と、回収流路２２とを備えている。
【００３９】
ガス回収手段２１は、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに存在する混合ガスを回収する機能を有するものであれば特に限定されるものではなく、例えば、図２に示すように、吸引ノズル２１を用いることができる。吸引ノズル２１は、上記空間Ｓに近接した位置に設けることが好ましい。この吸引ノズル２１から混合ガスを回収して、エアバルブ５に回収したガスを送ることにより、再度混合ガスの一部として空間Ｓに導入することができる。また、吸引ノズル２１によって空間Ｓから被照射物Ｐの洗浄及び改質後の混合ガスを回収することで、空間Ｓには新しい不活性ガスが充填されるため、紫外線照射による処理効率の低下を抑制することができる。なお、紫外線照射装置２０が処理室９を有している場合には、この処理室９の内部空間であって混合ガスを回収可能な位置に吸引ノズル２１を取り付けても良い。
【００４０】
また、吸引ノズル２１から回収した混合ガスの流量ｗ５は、エアバルブ５から空間Ｓ（処理室９）に導入される混合ガスの流量ｗ４よりも小さいことが好ましい。導入された混合ガスの全部を回収せずに一部のみを回収することにより、空間Ｓに充填される混合ガスを充分に更新することができるため、紫外線の減衰の抑制及び被照射物の処理効率の点で好ましい。
【００４１】
回収流路２２は、図２に示すように、吸引ノズル２１から回収された混合ガスをエアバルブ５に送るためのガス流路であり、吸引ノズル２１と混合ガス供給装置１０との間に設けられている。これにより、吸引ノズル２１から回収された混合ガスを、回収流路２２と混合ガス供給装置１０とを介して、エアバルブ５から混合ガスの一部として再度光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに導入することができる。また、回収流路２２には、除去装置２３を設けることが好ましい。この除去装置２３により、回収した混合ガスから紫外線の照射処理によって発生したＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＮＯｘ等の不純物を除去することができるため、不活性ガス及び未反応の酸素のみを混合ガス供給装置１０へ送ることができる。
【００４２】
以上のように、混合ガス供給装置１０では、回収流路２２から不活性ガスと酸素とが流量ｗ５で供給されるため、不活性ガス供給路１１の流量ｗ２及び酸素供給路１２の流量ｗ３を少なくすることができる。
なお、紫外線照射装置２０を用いた被照射物Ｐに紫外線を照射する方法については、上述の紫外照射装置１と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置２０によれば、上述した第１の実施形態の紫外線照射装置１の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の紫外線照射装置２０によれば、吸引ノズル２１を有しているため、空間Ｓ（処理室９）に導入した混合ガスの回収が可能となり、この回収した混合ガスを回収流路２２からエアバルブ５に送ることができる。これにより、回収した混合ガスを空間Ｓに再度導入することができ、混合ガスの再利用が可能となる。したがって、不活性ガス及び酸素の使用量をさらに低減して、被照射物Ｐの洗浄及び改質のコストをさらに削減することができる。
【００４４】
＜第３実施形態＞
図３は、本発明を適用した第３の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。また、図３に示す構成要素のうち、図１及び図２に示す構成要素と同一の構成要素には、図１及び図２と同一の符号を付してその説明を省略、若しくは簡単に説明する。
本実施形態の紫外線照射装置３０は、前述した紫外線照射装置２０の構成に加えて、空間Ｓから混合ガスを強制的に排出する強制排気手段３１を備えている。一方、紫外線照射装置３０は、酸素供給路１２を有さない構成となっている。
【００４５】
強制排気手段３１は、光透過窓３と被照射物Ｐとの間の空間Ｓに存在する混合ガスをその空間Ｓから強制的に排気する機能を有するものであれば特に限定されるものではない。強制排気手段３１には、例えば、図３に示すように、強制排気装置３１を用いることができる。この強制排気装置３１は、吸引口３１ａと排気口３１ｂとを有しており、吸引口３１ａと排気口３１ｂとの間には流路３２が設けられている。これにより、吸引口３１ａから吸引された気体が流路３２を通って排気口３１ｂから排出することができる。本実施形態では、この吸引口３１ａを上記空間Ｓに存在する混合ガスを吸引可能な位置に設けることが好ましい。また、紫外線照射装置３０が処理室９を有している場合には、この処理室９に吸引口３１ａを設けて処理室９の内部空間を充填している混合ガスを強制排気しても良い。これにより、空間Ｓに存在する混合ガスを処理室９の外部へ流量ｗ６で強制的に排気することができる。
【００４６】
本実施形態では、強制排気による処理室９の外部への流量ｗ６は、混合ガス供給装置１０から供給される混合ガスの流量（すなわち、エアバルブ５から処理室９へ供給される混合ガスの流量）ｗ４から吸引ノズル２１から回収した混合ガスの流量ｗ５を引いた流量よりも大きいことが好ましい。このように、流量ｗ６＞流量ｗ４−流量ｗ５の関係に制御すると、処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）が処理室９の外部よりも圧力が低い状態となる。この際に、図３に示すように、処理室９に吸気口３３が設けられていると、この吸気口３３から処理室９の内部へ外気が引き込まれることになる。
【００４７】
吸気口３３は、上述のように、処理室９に外気を導入する機能を有するものであり、強制排気装置３１の吸引口３１ａから離れた位置に設けられていることが好ましい。また、吸気口３３には、空気清浄フィルターを設けることが好ましい。なお、処理室９の搬入口９ａ及び搬出口９ｂの一方又は両方が常時解放されている場合には、吸気口３３を設けることなくこの搬入口９ａ及び搬出口９ｂの一方又は両方から処理室９の内部へ外気を取り込むことができる。
【００４８】
このように、本実施形態の紫外線照射装置３０では、処理室９の内部に引き込まれた外気から処理室９の内部空間（すなわち空間Ｓ）に導入する混合ガスの酸素を供給する。これにより、酸素ガス供給源を必要とせず、ランニングコストを低減することができる。
また、強制排気装置３１は、排気量調整機能を有していることが好ましい。強制排気による処理室９の外部への流量ｗ６をこの排気量調整機能により調整することで、処理室９の内部に引き込まれる外気の量、すなわち酸素量を調整することができる。
【００４９】
以上説明したように、本実施形態の紫外線照射装置３０によれば、上述した第１及び第２の実施形態の紫外線照射装置１，２０の効果に加えて、以下の効果が得られる。すなわち、本実施形態の紫外線照射装置３０によれば、強制排気装置３１を有しており、この強制排気装置３１により処理室９の内部（すなわち、空間Ｓ）に引き込まれた外気から酸素を供給することができる。これにより、酸素の供給コストを低減できるため、さらに被照射物Ｐの洗浄及び表面改質のコストを低減することができる。
また、強制排気装置３１が排気量調整機能を有しているため、処理室９の内部空間に取り込む外気量、すなわち酸素量を調整することができる。これにより、被照射物Ｐの洗浄能力及び表面改質レートを容易に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、本発明を適用した第１の実施形態である紫外線照射装置を示す図であり、図１（ａ）は断面模式図、図１（ｂ）は平面図である。
【図２】図２は、本発明を適用した第２の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。
【図３】図３は、本発明を適用した第３の実施形態である紫外線照射装置を示す断面模式図である。
【図４】図４は、エキシマランプを用いた従来の紫外線照射装置を示す断面模式図である。
【符号の説明】
【００５１】
１，２０，３０…紫外線照射装置、２…光源（エキシマランプ）、３…光透過窓、４…ランプハウス、４ａ…ランプ支持体、４ｂ…反射ミラー、５…ガス導入手段（エアバルブ）、６…回送流路、７…ガス導入口、８…ガス排出口、９…処理室、９ａ…搬入口、９ｂ…搬出口、１０…混合ガス供給装置、１１…不活性ガス供給路、１２…酸素供給路、１３…流路、２１…ガス回収手段（吸引ノズル）、２２…回収流路、２３…除去装置、３１…強制排気手段（強制排気装置）、３１ａ…吸引口、３１ｂ…排気口、３２…流路、３３…吸気口、Ｐ…被照射物、Ｓ…光透過窓と被照射物との間の空間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被照射物に対して紫外線を照射して、前記被照射物の洗浄又は改質を行うための紫外線照射装置であって、
紫外線を放射する光源と前記紫外線を前記被照射物に対して照射可能にする光透過窓とを有するランプハウスと、
前記光透過窓と前記被照射物との間の空間に少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入するためのガス導入手段とを備え、
前記ランプハウスは、当該ランプハウス内に前記不活性ガスを導入するためのガス導入口と、当該ランプハウス内から前記不活性ガスを排出するためのガス排出口とを有しており、
前記ガス排出口から排出された前記不活性ガスを前記ガス導入手段に送る回送流路が備えられていることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記空間から前記混合ガスを回収するためのガス回収手段と、前記ガス回収手段から回収された前記混合ガスを前記ガス導入手段に送る回収流路とが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記空間から前記混合ガスを強制的に排出する強制排気手段が備えられており、
前記酸素は、前記強制排気手段により前記空間に引き込まれた外気から供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記強制排気手段は、排気量調整機能を有していることを特徴とする請求項３に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記ランプハウス内に導入する前記不活性ガスの流量は、３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間に導入する前記混合ガスの流量は、５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間の酸素濃度は、１〜１０体積％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
【請求項１】
被照射物に対して紫外線を照射して、前記被照射物の洗浄又は改質を行うための紫外線照射装置であって、
紫外線を放射する光源と前記紫外線を前記被照射物に対して照射可能にする光透過窓とを有するランプハウスと、
前記光透過窓と前記被照射物との間の空間に少なくとも不活性ガスと酸素とが含まれる混合ガスを導入するためのガス導入手段とを備え、
前記ランプハウスは、当該ランプハウス内に前記不活性ガスを導入するためのガス導入口と、当該ランプハウス内から前記不活性ガスを排出するためのガス排出口とを有しており、
前記ガス排出口から排出された前記不活性ガスを前記ガス導入手段に送る回送流路が備えられていることを特徴とする紫外線照射装置。
【請求項２】
前記空間から前記混合ガスを回収するためのガス回収手段と、前記ガス回収手段から回収された前記混合ガスを前記ガス導入手段に送る回収流路とが備えられていることを特徴とする請求項１に記載の紫外線照射装置。
【請求項３】
前記空間から前記混合ガスを強制的に排出する強制排気手段が備えられており、
前記酸素は、前記強制排気手段により前記空間に引き込まれた外気から供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の紫外線照射装置。
【請求項４】
前記強制排気手段は、排気量調整機能を有していることを特徴とする請求項３に記載の紫外線照射装置。
【請求項５】
前記ランプハウス内に導入する前記不活性ガスの流量は、３０〜４０Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間に導入する前記混合ガスの流量は、５０〜４００Ｌ／ｍｉｎの範囲であり、前記空間の酸素濃度は、１〜１０体積％の範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の紫外線照射装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２０２１３８（Ｐ２００９−２０２１３８Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４９７２０（Ｐ２００８−４９７２０）
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２９日（２００８．２．２９）
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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