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JP7660344B2 - Gas Supply Equipment - Google Patents

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JP7660344B2
JP7660344B2 JP2020045543A JP2020045543A JP7660344B2 JP 7660344 B2 JP7660344 B2 JP 7660344B2 JP 2020045543 A JP2020045543 A JP 2020045543A JP 2020045543 A JP2020045543 A JP 2020045543A JP 7660344 B2 JP7660344 B2 JP 7660344B2
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真毅 三浦
章弘 島本
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Ushio Denki KK
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Ushio Denki KK
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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 specifically, to a gas supply device for processing an object by spraying gas onto the object after it has been irradiated with ultraviolet light.

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)。 A technique has been known in the past to remove organic compounds adhering to the surface of an object by irradiating the gas with vacuum ultraviolet light to activate the gas, and then spraying the activated gas onto the surface of the object (see, for example, Patent Document 1).

特開2007-98357号公報JP 2007-98357 A

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, through intensive research by the present inventors, it has been found that the structure described in Patent Document 1 does not allow gas containing a high concentration of radicals to be sprayed onto an object. The present inventors speculate that the reason for this is that in the structure described in Patent Document 1, the light source for irradiating the gas with ultraviolet light to generate radicals is too far away from the location of the object onto which the gas containing radicals is sprayed, causing many of the radicals to be deactivated before the gas reaches the object.

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, the present invention aims to provide a gas supply device that can spray a gas containing radicals at a higher concentration than conventional gas supply devices 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、
前記光照射領域よりも前記ガス流入口側の位置において、前記原料ガスの温度を昇温する第一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 comprises:
a gas inlet into which a source gas containing a source material serving as a radical source is introduced;
a gas flow passage through which the raw material gas flows after being introduced from the gas inlet;
a light source that emits ultraviolet light toward a light irradiation region in the gas flow passage;
a gas outlet through which a treated gas, which is the raw material gas after being irradiated with the ultraviolet light, is discharged to the outside;
The gas supply system further comprises a first heating section for increasing the temperature of the source gas at a position closer to the gas inlet than 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 this specification, the term "radical" refers to a general term for chemical species (atoms, molecules) that have an unpaired electron. Examples of these include O( 3P ), hydroxyl radical (.OH), hydrogen radical (.H), .NH2 , .NH, etc. Among these, when O( 3P ) is planned as the radical, the source material is a material that contains oxygen atoms, and the source gas can be, for example, a mixed gas containing oxygen or 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 lifespan. More specifically, radicals disappear within a short period of time as they bond with other atoms or molecules in the gas surrounding them. For this reason, the configuration of Patent Document 1 makes it difficult to irradiate a target object with a gas that contains a high concentration of radicals.

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 serving as the radical source is a material containing oxygen atoms, the oxygen radical O( 3P ) is easily converted into ozone ( O3 ) by combining with oxygen molecules through the reaction of the following formula (1).
O( 3 P) + O 2 → O 3 (1)

本発明に係るガス供給装置は、光照射領域よりもガス通流方向の上流側の位置において、原料ガスの温度を昇温する第一加熱部を備えている。すなわち、温度が昇温された状態の原料ガスが光照射領域に対して供給されて、紫外光が照射される。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。 The gas supply device according to the present invention is provided with a first heating section that raises the temperature of the raw material gas at a position upstream of the light irradiation area in the gas flow direction. That is, the raw material gas in a heated state is supplied to the light irradiation area and irradiated with ultraviolet light. Once generated, the radicals are less likely to undergo bonding reactions with other atoms or molecules the higher the temperature.

また、オゾン(O3)は、酸素(O2)と比べると紫外光を少し吸収しやすい性質を有する。上記構成によれば、オゾン(O3)の生成量が抑えられることでガス通流路内に紫外光が届きやすくなり、ラジカルの生成効率が高められる。 In addition, ozone ( O3 ) has a property of absorbing ultraviolet light slightly more easily than oxygen (O2). According to the above configuration, the amount of ozone ( O3 ) generated is suppressed, which makes it easier for ultraviolet light to reach the inside of the gas flow passage, thereby increasing the efficiency of generating radicals.

すなわち、上記構成によれば、原料ガスの温度が昇温された状態で紫外光が照射される結果、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 In other words, according to the above configuration, the temperature of the raw material gas is raised and then irradiated with ultraviolet light, so that the radicals once generated are less likely to be deactivated. This makes it possible to discharge the processed gas containing a higher concentration of radicals than in the past 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)
Furthermore, some raw materials serving as radical sources release radicals again when the products generated by the radicals bonding with atoms or molecules are decomposed. For example, when the raw material contains oxygen atoms, oxygen radicals O( 3P ) may be generated again from ozone ( O3 ) generated by the above formula (1) according to the following formula (2):
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 formula (2) is the reverse reaction of formula (1) and is likely to occur when the temperature of the gas containing ozone ( O3 ) is high. Therefore, according to the above configuration, depending on the raw material that serves as the radical source, the probability of regenerating radicals that have once bonded and disappeared increases, and the radical concentration can be further increased.

前記ガス通流路は、少なくとも前記第一加熱部と前記光照射領域との間の位置において、保温部材で覆われているものとしても構わない。 The gas flow passage may be covered with a heat retaining material at least at a position between the first heating section and the light irradiation area.

上記構成によれば、原料ガスの温度を高い温度で保持したまま光照射領域に導くことができる。これにより、処理後ガスに含まれるラジカルの含有濃度を更に向上できる。 With the above configuration, the raw material gas can be led to the light irradiation region while maintaining its temperature at a high level. This allows the radical concentration in the processed gas to be further improved.

前記ガス供給装置は、ガス温度の異なる複数の前記原料ガスが流入される、複数の前記ガス流入口を備えるものとしても構わない。 The gas supply device may be equipped with multiple gas inlets through which multiple source gases with different gas temperatures are introduced.

前記ガス供給装置は、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第二加熱部を備えるものとしても構わない。 The gas supply device may include a second heating section that heats the raw gas or the processed gas flowing through the light irradiation area.

上記構成によれば、原料ガス又は処理後ガスは、高い温度を保持したままの状態で光照射領域内を通流してガス流出口側に導かれる。これにより、処理後ガスに含まれるラジカルの濃度を更に高めることができる。 According to the above configuration, the raw gas or the processed gas flows through the light irradiation area while maintaining a high temperature, and is led to the gas outlet side. This makes it possible to further increase the concentration of radicals contained in the processed gas.

前記光源から出射される前記紫外光は、波長が230nm未満の領域に光強度を示すものとしても構わない。より好ましくは、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も構わない。 The ultraviolet light emitted from the light source may have a light intensity in a region where the wavelength is less than 230 nm. More preferably, 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 this specification, the term "main emission wavelength" refers to the emission wavelength with the highest light intensity, or the wavelength λi in the wavelength range Z(λi) that shows an integrated intensity of 40% or more of the total integrated intensity in the emission spectrum when a wavelength range Z(λ) of ±10 nm from a certain wavelength λ is defined on the emission spectrum. For example, in a light source that has an extremely narrow half-width and shows light intensity only at a specific wavelength, such as an excimer lamp filled with a specific luminous gas, the wavelength with the highest relative intensity (main peak wavelength) can usually be taken 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 uses a gas containing at least one material belonging to the group consisting of Xe, Ar, Kr, ArBr, ArF, KrCl, and KrBr as the luminous gas. For example, an excimer lamp that contains Xe as the luminous gas has a main emission wavelength of ultraviolet light of 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。 With this configuration, by placing the object to be treated at a position 10 mm away from the gas outlet, the treated gas containing a high concentration of radicals can be sprayed onto the object to be treated.

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。 The gas supply device of the present invention allows gas (processed gas) containing radicals at a higher concentration than in the past to flow out of the gas outlet, and makes it possible to spray such gas against an object.

ガス供給装置の一構成例を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a 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。2 is a schematic cross-sectional view of the gas supply device shown in FIG. 1 taken in a direction different from that in FIG. 1 . 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。2 is another schematic cross-sectional view of the gas supply device shown in FIG. 1 cut in a direction different from that in FIG. 1 . 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。1 is a graph showing an emission spectrum of an excimer lamp filled with a light emitting gas containing Xe and an absorption spectrum of oxygen (O 2 ) superimposed on each other. 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration example of a gas supply device. 図11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。12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration example of a light source included in the gas supply device shown in FIG. 11. 図11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。12 is a cross-sectional view showing a schematic configuration example of a light source included in the gas supply device shown in FIG. 11. 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating another configuration 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。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a model structure of a gas supply device used in a simulation. シミュレーション結果を示すグラフである。13 is a graph showing a 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。 Embodiments of the gas supply device according to the present invention are described below. Note that the following figures are merely schematic illustrations, and the dimensional ratios in the drawings do not necessarily match the actual dimensional ratios. Furthermore, 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51(「第一加熱部」に対応する。)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51については後述される。
"structure"
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration example of a gas supply device according to 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 through which a raw material gas G1 to be processed flows, a gas flow passage 10 through which the raw material gas G1 flows, and a heating unit 51 (corresponding to a "first heating unit"). The gas supply device 1 also includes a gas outlet 12 connected to the gas flow passage 10 and at an end opposite to the gas inlet 11 (an end on the side of an object 40 to be described later). The heating unit 51 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から発せされた紫外光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 passage 10 with ultraviolet light L1 emitted from the light source 5, causing a photochemical reaction in the raw material material that serves as a radical source contained in the raw material gas G1, and generates a processed gas G2 containing radicals, which is discharged (supplied) to the outside. In other words, the gas supply device 1 is a device for generating and supplying the processed gas G2 containing radicals. In addition, in this specification, the "processed gas G2" refers to the raw material gas G1 after the ultraviolet irradiation process has been performed.

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 is formed in the gas flow passage 10, where ultraviolet light L1 emitted from the light source 5 is irradiated. When the raw material gas G1 passes through this light irradiation region 5b, a processed 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。 Figure 1 also shows an object 40 placed in a position opposite the gas outlet 12. Surface treatment of the object 40 is performed by spraying post-treatment 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 source gas G1 is a gas containing a source material that serves as a radical source. For example, when O( 3P ) is planned as the radical, the source material is a material containing oxygen atoms, and the source gas may be, for example, a mixed gas containing oxygen or air. The type of source gas G1 introduced into the gas supply device 1 may be appropriately selected depending on 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 passage 10. This light-emitting surface 5a is formed along the shape of the gas flow passage 10, in other words, along the flow direction of the raw material gas G1 (or the processed 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 in the direction d1 from the gas inlet 11 toward the gas outlet 12 as the longitudinal direction. In this embodiment, an excimer lamp is used as an example of the light source 5. An example of the structure in this case will be described with reference to FIG. 2. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of the location where the light source 5 of the gas supply device 1 shown in FIG. 1 is located, cut along a plane formed by the directions d2 and d3. Note that FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the gas supply device 1 when cut along a plane formed by the 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 disposed inside the housing 3 has an arc tube 21 extending along the direction d1. More specifically, the arc tube 21 has an outer tube 21a that has a cylindrical shape and is located on the outside, and an inner tube 21b that has a cylindrical shape and a smaller inner diameter than the outer tube 21a and is disposed coaxially inside the outer tube 21a. Both arc tubes 21 (21a, 21b) are made of a dielectric material 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 tube 21b along the tube axis, and this cylindrical space forms the gas flow path 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。 The outer tube 21a and the inner tube 21b are both sealed at their ends in the direction d1 (not shown), and a light-emitting space that has a circular shape when viewed from the direction d1 is formed between the two. A light-emitting gas 23G that forms excimer molecules by discharge is enclosed in this light-emitting space.

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 light emitting tube 21 is determined by the material of the light emitting gas 23G. In other words, the material of the light emitting gas 23G is appropriately selected depending on the wavelength desired as the ultraviolet light L1. The light emitting 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 light emitting gas 23G is realized by using these materials, the main emission 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 disposed on the outer wall surface of the outer tube 21a and a second electrode 32 disposed 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 line shape like the second electrode 32. These electrodes (31, 32) are connected to a power supply line (not shown).

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。 When a high-frequency AC voltage of, for example, 50 kHz to 5 MHz is applied between the first electrode 31 and the second electrode 32 of the light source 5, which is composed of an excimer lamp, via a power supply (not shown), 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 light-emitting gas 23G is sealed, and the atoms of the light-emitting gas 23G are excited to an excimer state, and excimer emission occurs when these atoms transition to the ground state. When the above-mentioned gas containing xenon (Xe) is used as the light-emitting gas 23G, the excimer emission becomes ultraviolet light L1 with a peak wavelength near 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。 As described above, the second electrode 32 having a mesh or line shape is formed on the inner tube 21b of the arc tube 21. Therefore, a gap exists in the second electrode 32, and the ultraviolet light L1 is irradiated through this gap toward the hollow cylindrical space formed inside the arc tube 21, that is, the light irradiation area 5b in the gas flow passage 10.

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 be formed in a mesh or line shape, and a reflective member 33 that reflects the ultraviolet light L1 may be provided between the first electrode 31 and the housing 3. This reflective member 33 is made of a material that exhibits high reflectivity (e.g., 80% or more) for the ultraviolet light L1, and may be, for example, Al, Al alloy, stainless steel, silica, or silica alumina. If the housing 3 itself is made of a material that exhibits reflectivity for the ultraviolet light L1 (e.g., stainless steel such as SUS), the surface of the housing 3 may be used as the reflective 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。 Note that, although Figures 2 and 3 show a case where the shape of the arc tube 21 when cut along the plane formed by the directions d2 and d3 is circular, it may be rectangular or of another 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。 4 is a graph showing the emission spectrum of the light source 5 composed of an excimer lamp filled with a light emitting gas 23G containing Xe, superimposed on the absorption spectrum of oxygen ( O2 ). In Fig. 4, the horizontal axis shows the wavelength, the left vertical axis shows the relative value of the light intensity of the excimer lamp, and the right vertical axis shows the absorption coefficient of oxygen ( O2 ).

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 light emitting 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 a band within the range of approximately 160 nm to 190 nm.

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 ( O2 ) is used as the source gas G1, the ultraviolet light L1 of wavelength λ emitted from the light source 5 is irradiated and absorbed by the oxygen ( O2 ), and the reactions of the following formulas (3) and (4) proceed. In formula (3), O( 1D ) is an excited O atom, which exhibits extremely high reactivity, and O( 3P ) is an O atom in the ground state. The reactions of formulas (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 the ultraviolet light L1, a processed gas G2 containing radicals such as O( 1D ) and O( 3P ) is generated. Since the light emitting surface 5a of the light source 5 extends along the direction d1, the ultraviolet light L1 continues to be irradiated even while the processed gas G2 is flowing through the gas flow passage 10. Therefore, photochemical reactions occur one after another in the raw material material that is the unreacted radical source contained in the processed gas G2. As a result, the processed gas G2 is flowed toward the gas outlet 12 while still 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, the radicals to be contained in the processed gas G2 are oxygen radicals such as O( 3P ), and the raw material is oxygen ( O2 ). However, if it is desired to generate a processed gas G2 containing other 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、光照射領域5bよりもガス流入口11側、すなわち光照射領域5bよりも上流側に、加熱部51を備える。加熱部51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、公知の加熱手段を利用できる。 The gas supply device 1 shown in FIG. 1 includes a heating section 51 on the gas inlet 11 side of the light irradiation area 5b, i.e., upstream of the light irradiation area 5b. The heating section 51 can be a known heating means, such as a halogen lamp, a ceramic heater, or an electric heating wire.

加熱部51は、ガス流入口11から流入された原料ガスG1を加熱する。これにより、原料ガスG1は昇温された状態で光照射領域5bに導かれる。すなわち、原料ガスG1は、高温下で紫外光L1が照射される。一例として、原料ガスG1は、100℃以上、300℃以下程度の温度に昇温される。 The heating section 51 heats the raw material gas G1 that flows in from the gas inlet 11. As a result, the raw material gas G1 is guided to the light irradiation region 5b in an elevated temperature state. That is, the raw material gas G1 is irradiated with ultraviolet light L1 at a high temperature. As an example, the raw material gas G1 is heated to a temperature of about 100°C or higher and 300°C or lower.

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 lifespan. More specifically, radicals bond with other atoms or molecules in the gas surrounding them, causing the radicals to disappear within a short period of time. For example, O( 3 P) generated in reactions such as those shown in formulas (3) and (4) above is likely to disappear easily according to formula (1) described above in the section "Means for solving the problems." Formula (1) is shown again below.
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、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ため、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 bonding reaction defined by the above formula (1) etc. proceeds more slowly at higher temperatures. Therefore, according to the gas supply device 1 of this embodiment, the rate at which radicals generated while the raw material gas G1 passes through the light irradiation region 5b bond with surrounding atoms and molecules and disappear can be slowed down, so that the processed gas G2 containing a high concentration of radicals can be discharged from the gas outlet 12.

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)
In addition, depending on the raw material that serves as the radical source, there are some that produce products by combining radicals with atoms or molecules, and then decompose again to release radicals. For example, ozone ( O3 ) produced by the above formula (1) may produce oxygen radicals O( 3P ) again according to formula (2) described above in the section "Means for solving the problems." Formula (2) is shown again below.
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 formula (2) corresponds to the reverse reaction of formula (1) above. In other words, the higher the temperature, the more likely this reaction is to proceed. In other words, even if a radical is once generated and disappears by bonding with surrounding atoms or molecules, the probability of it re-radicalizing can be increased. As a result, depending on the raw material that serves as the radical source, the effect of further increasing the concentration of radicals contained in the processed 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。 As a secondary effect, the heated post-processing gas G2 is sprayed onto the target surface 40a, which is the surface of the object 40 to be processed, and the temperature of the target surface 40a can be increased. Since the reaction rate of radicals on the target surface 40a increases as the temperature increases, a secondary effect can be expected in that the high temperature of the post-processing gas G2 accelerates the reaction rate on the target surface 40a.

上記の内容は、実施例を参照して後述される。 The above 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。
<<Variation>>
Various modifications are possible to the structure of the gas supply device 1. Examples of these configurations will be described below.

〈1〉図5~図9に示す各ガス供給装置1は、図1に示すガス供給装置1と比較して、原料ガスG1の加熱方法を異ならせたものであり、他は共通である。 〈1〉The gas supply devices 1 shown in Figures 5 to 9 have different methods for heating the source gas G1 compared to the gas supply device 1 shown in Figure 1, but are otherwise common.

図5に示すガス供給装置1は、筐体3に連結された配管52を備え、この配管52の外周の一部を覆うように、加熱部51が設けられている。なお、好ましくは、配管52の管壁の周囲に、保温機能を有する保温部材53が配置される。これにより、配管52に保温機能を持たせることができる。保温部材53の材質としては、例えば、ロックウールやグラスウールなどの保温性の高い素材を利用することができる。 The gas supply device 1 shown in FIG. 5 includes a pipe 52 connected to the housing 3, and a heating unit 51 is provided to cover part of the outer periphery of the pipe 52. Preferably, a heat-insulating member 53 having a heat-insulating function is disposed around the wall of the pipe 52. This allows the pipe 52 to have a heat-insulating function. The material of the heat-insulating member 53 can be, for example, a material with high heat-insulating properties, such as rock wool or glass wool.

なお、配管52への保温性を確保するために、配管52を二重管構造として、配管52の内側(原料ガスG1が通流する領域)と、配管52の外側との間に、空気層や真空層などの熱伝導率の低い部材を介在させるものとしても構わない。この場合、原料ガスG1が通流する領域である配管52の内側管の周囲に、保温部材53としての空気層や真空層が配置されることになる。 In order to ensure the heat retention of the piping 52, the piping 52 may have a double-pipe structure, and a member with low thermal conductivity such as an air layer or a vacuum layer may be interposed between the inside of the piping 52 (the area through which the raw material gas G1 flows) and the outside of the piping 52. In this case, an air layer or a vacuum layer as a heat retention member 53 is disposed around the inner pipe of the piping 52, which is the area through which the raw material gas G1 flows.

図5に示すガス供給装置1の場合、配管52の一端の開口部であるガス流入口11から原料ガスG1が流入される。配管52の内部空間及び筐体3の内部空間によって、ガス通流路10が形成される。原料ガスG1は、配管52内を通過する間に、加熱部51によって加熱・昇温された状態で、筐体3内の光照射領域5bに導かれる。配管52の管壁の周囲に保温部材53を配置することで、昇温された原料ガスG1が、光照射領域5b内に到達するまでの間に温度が低下する速度が抑制される。 In the case of the gas supply device 1 shown in FIG. 5, the raw material gas G1 flows in from the gas inlet 11, which is an opening at one end of the pipe 52. The internal space of the pipe 52 and the internal space of the housing 3 form a gas flow path 10. While passing through the pipe 52, the raw material gas G1 is heated and heated by the heating unit 51 and is guided to the light irradiation area 5b in the housing 3. By arranging a heat-retaining member 53 around the wall of the pipe 52, the rate at which the temperature of the heated raw material gas G1 drops before it reaches the light irradiation area 5b is suppressed.

なお、図6に示すガス供給装置1のように、配管52内に加熱部51を備えるものとしても構わない。 In addition, a heating unit 51 may be provided inside the piping 52, as in the gas supply device 1 shown in FIG. 6.

図7に示すように、加熱部51が加熱用の光L2を発する光源である場合には、配管52の外側に配置された加熱部51から光L2を照射することで、配管52内を通流する原料ガスG1を加熱するものとしても構わない。この場合、配管52自体を加熱することで原料ガスG1を間接的に加熱するものとしても構わない。また、図8に示すように、筐体3の外側に配置された加熱部51から光L2を照射することで、筐体3内の光照射領域5bよりも上流側を通流する原料ガスG1を加熱するものとしても構わない。 As shown in FIG. 7, when the heating unit 51 is a light source that emits heating light L2, the raw material gas G1 flowing through the pipe 52 may be heated by irradiating light L2 from the heating unit 51 arranged outside the pipe 52. In this case, the raw material gas G1 may be indirectly heated by heating the pipe 52 itself. Also, as shown in FIG. 8, the raw material gas G1 flowing upstream of the light irradiation region 5b in the housing 3 may be heated by irradiating light L2 from the heating unit 51 arranged outside the housing 3.

なお、図5及び図6に示す態様においても、光照射領域5bよりも上流側における、筐体3のd1方向に係る長さが長い場合には、筐体3の内側又は外側に加熱部51を配置するものとしても構わない。 In the embodiment shown in FIG. 5 and FIG. 6, if the length of the housing 3 in the d1 direction upstream of the light irradiation area 5b is long, the heating unit 51 may be disposed inside or outside the housing 3.

図9に示すように、配管52を介して複数系統から原料ガス(G1a,G1b)が流入されるものとしても構わない。ここで、原料ガスG1bは、原料ガスG1aよりも高温のガスである。図9に示すガス供給装置1は、原料ガスG1aが流入されるガス流入口11aと、原料ガスG1bが流入されるガス流入口11bとを備え、原料ガスG1aが原料ガスG1bと混合される、配管52内のガス混合領域によって加熱部51が形成される。 As shown in FIG. 9, raw gases (G1a, G1b) may be introduced from multiple systems via piping 52. Here, raw gas G1b is a gas with a higher temperature than raw gas G1a. The gas supply device 1 shown in FIG. 9 includes a gas inlet 11a through which raw gas G1a is introduced and a gas inlet 11b through which raw gas G1b is introduced, and a heating section 51 is formed by a gas mixing region in piping 52 where raw gas G1a is mixed with raw gas G1b.

〈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10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 passage 10 may have a flow region (narrow section) at the end on the gas outlet 12 side where the flow passage cross-sectional area is smaller than that at a position closer to the gas inlet 11 (i.e., the upstream side). For example, the gas supply device 1 shown in FIG. 10 has a narrow section 13 at the end on the gas outlet 12 side where the flow passage cross-sectional area 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 gas G1 flowing through the gas flow passage 10 is irradiated with ultraviolet light L1 from the light source 5 to become a processed gas G2 containing radicals. When the processed gas G2 reaches the narrow portion 13, the flow rate of the processed gas G2 increases as it flows through the narrow portion 13, proceeds toward the gas outlet 12, and is then discharged from the gas outlet 12 toward the target object 40.

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 formula (3), oxygen radicals (O( 3P )) react with oxygen gas ( O2 ) in the vicinity to generate ozone (O3). When this reaction occurs , the concentration of O(3P ) 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, with the above configuration, the flow rate of the processed gas G2 is increased when it is discharged from the gas outlet 12, so that the processed gas G2 can reach the surface of the target object 40 (target surface 40a) within the time in which the reaction of the above formula (3) does not proceed sufficiently. As a result, the processed gas G2 containing a high concentration of radicals can be sprayed onto the target surface 40a.

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, which includes the narrow section 13 on the gas outlet 12 side, can also 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11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 flow passage 10 is formed in the area surrounded by the light-emitting surface 5a. However, the gas flow 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. 11, the light source 5 arranged in the housing 3 is arranged so that its light-emitting surface 5a is surrounded by the wall surface of the housing 3. That is, the raw material gas G1 flows through the gas flow passage 10 formed outside the light source 5, and the light irradiation area 5b is formed outside the light source 5. In this case, the first electrode 31 is formed in a mesh shape or a line shape so as not to hinder the ultraviolet light L1 from being emitted to the outside of the light-emitting tube 21.

なお、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においては、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。 In the gas supply device 1 in which the light irradiation area 5b is formed outside the light source 5, the light source 5 is not limited to an excimer lamp having a so-called "double tube structure" as exemplified in Figures 2 and 3.

例えば、図12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12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. 12 is a schematic cross-sectional view of an excimer lamp having a so-called "single-tube structure" as the light source 5, cut along a plane defined by directions d2 and d3. Unlike the light source 5 shown in FIG. 2 and FIG. 3, the light source 5 shown in FIG. 12 has one arc tube 21. The arc tube 21 is sealed (not shown) at the end in the longitudinal direction, i.e., in direction d1, and a light-emitting gas 23G is enclosed in the inner space. A second electrode 32 is disposed inside (inside) the arc tube 21, and a mesh-shaped or linear first electrode 31 is disposed on the outer wall surface of the arc tube 21.

別の例として、図13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12にならって模式的に図示した断面図である。図13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. 13 is a cross-sectional view, diagrammatically following FIG. 12, of a case where an excimer lamp having a so-called "flat tube structure" is used as the light source 5. The light source 5 shown in FIG. 13 has one arc tube 21 having a rectangular shape when viewed in the longitudinal direction, i.e., in the direction d1. A first electrode 31 is disposed on one outer surface of the arc tube 21, and a second electrode 32 is disposed on the outer surface of the arc tube 21 at a position opposite the first electrode 31. Of the first electrode 31 and the second electrode 32, at least the electrode located on the gas flow passage 10 side has a mesh shape (mesh shape) or a linear shape so as not to impede the emission of ultraviolet light L1 to the outside of the arc tube 21.

なお、図12及び図13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 addition, in the light source 5 shown in Figures 12 and 13, the shape when cut in a 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14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よりも上流側に加熱部51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 multiple light sources 5. For example, the gas supply device 1 shown in FIG. 14 includes four light sources 5 having light-emitting surfaces 5a extending along the direction d1, and a light irradiation area 5b is formed in the area sandwiched between the light sources 5. In addition, a heating unit 51 is provided inside the housing 3, upstream of the light irradiation area 5b. The other elements are the same as those in the above-mentioned embodiment, and therefore will not be described.

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 a light irradiation area 5b in an area sandwiched between multiple 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 provided in the gas supply device 1 has been described as having a light-emitting surface 5a that extends in the direction d1 from the gas inlet 11 toward the gas outlet 12 as the longitudinal direction. However, the present invention is not limited to such a structure.

例えば、図15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。また、上記各実施形態と同様、ガス供給装置1は、光源5からの紫外光L1が照射される光照射領域5bよりも上流側の位置において、加熱部51を備えている。 For example, the light source 5 of the gas supply device 1 shown in FIG. 15 has a shape extending in the direction d2 as a longitudinal direction. The gas inlet 11 is configured as an opening extending in the direction d2 on the surface of the housing 3 opposite the target 40. The raw material gas G1 flowing in from the gas inlet 11, which is opened and extended in the direction d2, travels in the directions d1 and d3, is irradiated with ultraviolet light L1, and then is discharged from the gas outlet 12. The gas outlet 12 is configured as an opening extending in the direction d2 on the surface of the housing 3 facing the target 40. As in each of the above embodiments, the gas supply device 1 is provided with a heating unit 51 at a position upstream of the light irradiation area 5b where the ultraviolet light L1 is irradiated from the light source 5.

かかる構成であっても、原料ガスG1は、高い温度を有した状態で光照射領域5bに導かれるため、高濃度にラジカルを含む処理後ガスG2をガス流出口12から流出できる。 Even with this configuration, the raw material gas G1 is introduced to the light irradiation region 5b at a high temperature, so that the processed gas G2 containing a high concentration of radicals can flow out from the gas outlet 12.

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 addition, in each of the above-mentioned embodiments, the light source 5 can be shaped to extend in the direction d2 as the longitudinal direction, and the gas inlet 11 and the gas outlet 12 can each be configured as an opening extending in the direction d2.

〈6〉上述した各実施形態において、加熱部51とは別に、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、加熱部(「第二加熱部」に対応する。)を備えるものとしても構わない。例えば、図16に示すガス供給装置1は、光照射領域5bを形成する箇所に対応するガス通流路10内の領域に、燃料棒などからなる加熱部55が設置されている。これにより、ガス流出口12から流出される直前の時点における処理後ガスG2の温度を更に高温にできるため、処理後ガスG2に対してラジカルを高濃度に含有できる。 <6> In each of the above-described embodiments, a heating section (corresponding to a "second heating section") that heats the raw gas G1 or the treated gas G2 flowing through the light irradiation region 5b may be provided in addition to the heating section 51. For example, the gas supply device 1 shown in FIG. 16 has a heating section 55 made of a fuel rod or the like installed in a region of the gas flow passage 10 that corresponds to the location where the light irradiation region 5b is formed. This allows the temperature of the treated gas G2 immediately before it flows out of the gas outlet 12 to be further increased, allowing the treated gas G2 to contain a high concentration of radicals.

〈7〉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。 〈7〉 The configurations of each of the above-mentioned embodiments may be combined to realize the gas supply device 1.

《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。
"verification"
The fact that the gas supply device 1 causes the treated gas G2 discharged from the gas outlet 12 to contain a high concentration of radicals was verified by simulation.

図17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。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とを備えていた。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。 Figure 17 is a cross-sectional view showing a model of the gas supply device used in the simulation. The gas supply device model 100 had a light source 5 having a light-emitting surface 5a with a side shape of a cylinder with a length h1 of 50 mm in the direction d1, and a gas flow path 10 in the area surrounded by this light-emitting surface 5a. The gas flow path 10 had a circular gas inlet 11 with a diameter of 5 mm and a circular gas outlet 12 with a diameter of 5 mm. The light source 5 was a Xe excimer lamp with 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。原料ガスG1は、30L/min の流量でガス流入口11からガス供給装置モデル100内に導入された。 The target object 40 had a circular shape with a radius r1 of 20 mm, and was placed so that its center was located on the central axis of the gas flow passage 10. The raw material gas G1 was a mixture of 99.5% nitrogen gas and 0.5% oxygen gas, and the humidity was 0%. The raw material gas G1 was introduced into the gas supply device model 100 from the gas inlet 11 at a flow rate of 30 L/min.

実施例1~3では、ガス流入口11に導入される原料ガスG1の温度が、それぞれ、100℃、150℃、200℃に設定された。比較例1では、ガス流入口11に導入される原料ガスG1の温度が室温(27℃)に設定された。なお、図17に示すガス供給装置モデル100では、方向d1に関して、ガス流入口11の直近箇所に発光面5a、すなわち光照射領域5bが配置されている。そこで、原料ガスG1が光照射領域5bに導かれた時点で高温である状態を模擬するために、予め高温の原料ガスG1がガス流入口11に導入される場合を、それぞれ実施例1~3として設定した。 In Examples 1 to 3, the temperature of the raw material gas G1 introduced into the gas inlet 11 was set to 100°C, 150°C, and 200°C, respectively. In Comparative Example 1, the temperature of the raw material gas G1 introduced into the gas inlet 11 was set to room temperature (27°C). In the gas supply device model 100 shown in FIG. 17, the light emitting surface 5a, i.e., the light irradiation area 5b, is located immediately adjacent to the gas inlet 11 in the direction d1. Therefore, in order to simulate a state in which the raw material gas G1 is at a high temperature when it is introduced into the light irradiation area 5b, a case in which a high-temperature raw material gas G1 is introduced into the gas inlet 11 in advance was set as Examples 1 to 3, respectively.

つまり、この実施例1~3で想定される高温の原料ガスG1とは、図1を参照して上述したガス供給装置1において、加熱部51を通過して光照射領域5bに導入される直前の原料ガスG1に対応する。 In other words, the high-temperature raw material gas G1 assumed in Examples 1 to 3 corresponds to the raw material gas G1 immediately before passing through the heating section 51 and being introduced into the light irradiation region 5b in the gas supply device 1 described above with reference to FIG. 1.

発光面5aにおける照度を50mW/cm2として、光源5からの紫外光L1をガス通流路10内の光照射領域5bに対して照射しながら、ガス流入口11から、上記の流量でそれぞれの温度(100℃,150℃,200℃,27℃)に設定された原料ガスG1を流入させた。そして、実施例1及び比較例1の双方において、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)の平均濃度を算出した。 With an illuminance of 50 mW/ cm2 on the light-emitting surface 5a, the light irradiation region 5b in the gas flow passage 10 was irradiated with ultraviolet light L1 from the light source 5, while the source gas G1 set to each temperature (100°C, 150°C, 200°C, 27°C) was made to flow in at the above-mentioned flow rate from the gas inlet 11. Then, in both Example 1 and Comparative Example 1, the average concentration of oxygen radicals O( 3P ) contained in the gas injected into a region within a radius of 2.5 mm (φ5 mm) from the center on the surface of the target object 40 placed at a distance v1 of 10 mm from the gas outlet 12 in the direction d1 was calculated.

この演算結果を図18に示す。図18によれば、実施例1~3のいずれの場合においても、比較例1より対象物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3倍以上大きく上昇することが確認された。特に、150℃以上に設定された実施例2,実施例3によれば、比較例1よりも処理後ガスG2に含まれる酸素ラジカルO(3P)の平均濃度を4倍以上に大きく上昇できることが確認された。これにより、光照射領域5bよりも上流側の位置で原料ガスG1を昇温させることで、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。 The calculation results are shown in Fig. 18. As shown in Fig. 18, in any of the cases of Examples 1 to 3, it was confirmed that the average concentration of oxygen radicals O( 3P ) contained in the processed gas G2 sprayed onto the surface of the target object 40 increased by more than three times as much as in Comparative Example 1. In particular, it was confirmed that, in Examples 2 and 3 in which the temperature was set to 150°C or higher, the average concentration of oxygen radicals O( 3P ) contained in the processed gas G2 could be increased by more than four times as much as in Comparative Example 1. This shows that the concentration of radicals contained in the processed gas G2 can be increased by increasing the temperature of the raw material gas G1 at a position upstream of the light irradiation region 5b.

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
11a :ガス流入口
11b :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
51 :加熱部(第一加熱部)
52 :配管
53 :保温部材
55 :加熱部(第二加熱部)
100 :ガス供給装置モデル
G1 :原料ガス
G1a :原料ガス
G1b :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 flow passage 11: Gas inlet 11a: Gas inlet 11b: Gas inlet 12: Gas outlet 13: Narrowed portion 21: Arc tube 21a: Outer tube 21b: Inner tube 23G: Light emitting gas 31: First electrode 32: Second electrode 33: Reflecting member 40: Target object 40a: Target surface 51: Heating section (first heating section)
52: Pipe 53: Heat retaining member 55: Heating section (second heating section)
100: Gas supply device model G1: Raw material gas G1a: Raw material gas G1b: Raw material gas G2: Processed gas L1: Ultraviolet light

Claims (7)

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
前記光照射領域よりも前記ガス流入口側の位置において、前記原料ガスの温度を昇温する第一加熱部と
前記第一加熱部で昇温され、かつ、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、前記ガス通流路の外部に流出させるガス流出口と、を備え
前記処理後ガスを処理対象物に吹き付ける際、前記ガス流出口は前記処理対象物に対向するように配置されるものであることを特徴とする、ガス供給装置。
a gas inlet into which a source gas containing a source material serving as a radical source is introduced;
a gas flow passage through which the raw material gas flows after being introduced from the gas inlet;
a light source that emits ultraviolet light toward a light irradiation region in the gas flow passage ;
a first heating unit configured to increase a temperature of the source gas at a position closer to the gas inlet than the light irradiation region ;
a gas outlet for discharging a treated gas, which is the raw material gas that has been heated by the first heating section and irradiated with the ultraviolet light, to the outside of the gas flow passage ;
2. A gas supply device comprising: a gas outlet arranged to face an object to be treated when the post-treatment gas is sprayed onto the object to be treated .
前記ガス通流路は、少なくとも前記第一加熱部と前記光照射領域との間の位置において、保温部材で覆わ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, characterized in that the gas flow passage is covered with a heat retaining material at least at a position between the first heating section and the light irradiation area. ガス温度の異なる複数の前記原料ガスが流入される、複数の前記ガス流入口を備えたことを特徴とする、請求項1又は2に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to claim 1 or 2, characterized in that it is provided with a plurality of gas inlets through which a plurality of the raw material gases having different gas temperatures are introduced. 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第二加熱部を備えたことを特徴とする、請求項1~3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 3, characterized in that it is provided with a second heating section that heats the raw material gas or the processed gas flowing through the light irradiation region. 前記光源から出射される前記紫外光は、波長が230nm未満の領域に光強度を示すことを特徴とする、請求項1~4のいずれか1項に記載のガス供給装置。 The gas supply device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the ultraviolet light emitted from the light source exhibits a light intensity in a region with a wavelength of less than 230 nm. 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1~5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 5, characterized in that 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1~6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 6, characterized in that the source material is a material containing oxygen atoms.
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