(57)【要約】【課題】光洗浄装置において、紫外線照射強度とオゾン・活性酸素濃度の双方を増加させ、洗浄能力を向上させる。【解決手段】被洗浄物を格納する洗浄槽と、該洗浄槽にガスを導入するためのガス導入口と、該洗浄槽からガスを排出するための排気口と、該排気口に接続された排気ポンプと、前記被洗浄物に紫外線を照射するための紫外光源と、を備えた洗浄装置であって、前記洗浄槽内にプラズマを発生させる機構を設けたことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被洗浄物を格納する洗浄槽と、該洗浄槽にガスを導入するためのガス導入口と、前記洗浄槽からガスを排出するための排気口と、該排気口に接続された排気ポンプと、前記被洗浄物に紫外線を照射するための紫外光源と、を備えた洗浄装置であって、前記洗浄槽内にプラズマを発生させる機構を設けたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項２】
前記プラズマを発生させる機構は、前記洗浄槽内に設けられた放電用電極と、前記洗浄槽外に設けられた放電用電源装置と、からなることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置。
【請求項３】
前記洗浄槽に被洗浄物を格納する工程と、前記洗浄槽内を前記排気ポンプにより減圧する工程と、前記減圧された洗浄槽にガスを導入する工程と、前記放電用電極に前記放電用電源装置から電圧を印加して前記洗浄槽内にプラズマを発生させる工程と、前記紫外光源を用いて前記被洗浄物に紫外光を照射する工程とを有し、かつ前記紫外光の照射は、前記プラズマの発生中に行われることを特徴とする請求項２記載の洗浄装置を用いる洗浄方法。
【請求項４】
前記洗浄槽に導入されるガスは、酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項３記載の洗浄方法。
【請求項５】
前記不活性ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンのいずれかである請求項４記載の洗浄方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学部品表面に付着した有機物を除去するための洗浄装置および洗浄方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、液体洗浄剤を使用しない乾式洗浄法として、紫外光の光エネルギーを利用する方法や、さらに紫外光とオゾン、励起酸素原子等の活性酸素の酸化力を組み合わせた方法などが実用化されている。これらの紫外光を利用する洗浄方法（以下、光洗浄法という）の原理は、一般的に次のように考えられている。
【０００３】
紫外光源として低圧水銀ランプを用いた場合は、低圧水銀ランプからは波長１８５ｎｍと２５４ｎｍの二つの波長の紫外光が放射される。１８５ｎｍの紫外光が空気中の酸素に吸収されるとオゾンを生じ、このオゾンが２５４ｎｍの紫外光を吸収して活性酸素を生成する。一方、これらのガスに吸収されなかった紫外光は非洗浄物表面に到達し、前記表面に付着している汚染物である有機分子の結合を切断する。その結果生じた前記有機分子のフラグメントが、前記活性酸素と反応することで更に酸化、分解、気化されて表面から除去されるのである。
【０００４】
光洗浄法に用いられる紫外光源としては、低圧水銀ランプの他にエキシマランプも知られている。キセノンガスを用いた波長１７２ｎｍのエキシマランプ光は、空気中の酸素に吸収されて活性酸素を直接生成する他、１８５ｎｍの光と同様にオゾンを経由しても活性酸素を生成する。以後の洗浄メカニズムは低圧水銀ランプを用いた場合と同一である。
【０００５】
光洗浄法は、有機溶剤等を用いる従来の湿式洗浄法に比べて表面の残留有機物量を著しく低減することが可能であるため、特に有機物による吸収が問題となる紫外光用光学部品の洗浄に適用されている。洗浄条件の一例として、光洗浄に好適な紫外光強度が０．６Ｊ／ｃｍ２ないし１０Ｊ／ｃｍ２であることが特許文献１に記載されている。また好適なオゾン濃度に関しては、１０ｐｐｍないし１００ｐｐｍという範囲が特許文献２に示されている。洗浄装置の構造については特許文献３に例がある。なお上記の例に関わらず、最適な洗浄条件や洗浄機の構造は被洗浄物の形態や汚染物の種類等によって異なるため、必ずしも一義的に定めることはできない。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−１１６２８１号公報
【０００７】
【特許文献２】
特開２０００−６６００３号公報
【０００８】
【特許文献３】
特開平１１−１６９８０６号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従来の光洗浄法では、洗浄槽内の酸素ガスから発生するオゾンまたは活性酸素（以下、オゾン等という）による化学的効果、または被洗浄物への紫外光の直接照射による物理的効果により、洗浄効果がもたらされる。被洗浄物を十分に洗浄するためには両者の効果を併用することが望ましく、オゾン等の濃度と、被洗浄面における紫外光照度の双方を増加させる必要があった。しかしながらオゾン等の濃度を増加させるためには、これらの発生源である洗浄槽内の酸素ガス濃度を上昇させなければならず、酸素ガス濃度を上昇させれば紫外光の吸収量が大きくなり、被洗浄面に紫外光が到達しないため洗浄能力が逆に低下するという問題があった。
【００１０】
また、被洗浄面における紫外光照度を増すためには洗浄槽内の酸素ガス濃度を低下させる必要があり、この場合にはオゾン等の発生量が減って、同様に洗浄能力が低下するという問題があった。
【００１１】
これらの洗浄能力の低下は、洗浄時間を増加することである程度補うことは可能である。しかしながら洗浄時間の増大はコスト増の原因となるほか、長時間の紫外光照射により被洗浄物の温度が上昇し、精密な光学部品に適用すると形状変化を生じるという問題があった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、光洗浄法において紫外光照度とオゾン等濃度とを両立する手段として、
「被洗浄物を格納する洗浄槽と、該洗浄槽にガスを導入するためのガス導入口と、該洗浄槽からガスを排出するための排気口と、該排気口に接続された排気ポンプと、前記被洗浄物に紫外線を照射するための紫外光源と、を備えた洗浄装置であって、前記洗浄槽内にプラズマを発生させる機構を設けたことを特徴とする洗浄装置（請求項１）」
および、
「前記プラズマを発生させる機構は、前記洗浄槽内に設けられた放電用電極と、前記洗浄槽外に設けられた放電用電源装置と、からなることを特徴とする請求項１記載の洗浄装置（請求項２）」
および、
「前記洗浄槽に被洗浄物を格納する工程と、前記洗浄槽内を前記排気ポンプにより減圧する工程と、前記減圧された洗浄槽にガスを導入する工程と、前記放電用電極に前記放電用電源装置から電圧を印加して前記洗浄槽内にプラズマを発生させる工程と、前記紫外光源を用いて前記被洗浄物に紫外光を照射する工程とを有し、かつ前記紫外光の照射は、前記プラズマの発生中に行われることを特徴とする請求項２記載の洗浄装置を用いる洗浄方法（請求項３）」
を提供する。また、酸素ガス濃度を洗浄に適した濃度に調整する手段として、
「前記洗浄槽に導入されるガスは、酸素ガスまたは酸素ガスと不活性ガスとの混合ガスであることを特徴とする請求項３記載の洗浄方法（請求項４）」
および、
「前記不活性ガスは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノン、ラドンのいずれかである請求項４記載の洗浄方法（請求項５）」
を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる洗浄装置および洗浄方法を、図面を参照しながら説明する。
【００１４】
図１は、第１の実施の形態の洗浄装置を表す概略断面図である。図１の洗浄装置は、洗浄槽１、紫外光源２、光源からの光を反射させる反射板３、ガス導入口４を備え、排気口５にはバルブ６を介して排気ポンプ７が接続される。紫外光源には水銀放電ランプの他、エキシマランプ、エキシマレーザーなどを適宜用いることができる。排気ポンプとしては、洗浄槽および被洗浄物の汚染を防止するため、オイルフリーポンプを用いることが望ましい。具体的にはターボ分子ポンプ、クライオポンプなどが好適である。被洗浄物８は、洗浄槽内のホルダー９上に載置される。また洗浄槽内には、被洗浄物を取り囲むように円筒状の放電用電極１０が配置され、ケーブル１１を介して放電用電源装置１２に接続されている。ガス導入口には酸素ガスボンベ２０および不活性ガスボンベ２１が接続される。
【００１５】
次に、図１の洗浄装置を用いて光学部品を洗浄する工程を説明する。まず被洗浄物８をホルダー９にセットする。次に排気ポンプ７を起動し、バルブ６を開けて洗浄槽内を排気する。排気工程は、洗浄槽内の圧力をプラズマ維持に必要な程度まで減圧する目的のほか、槽内に残留する有機物蒸気を排気除去する意味を有する。必要な到達真空度は洗浄槽や電極の形状・大きさ、ガス組成等に依存するが、概ね１〜０．１Ｐａ以下である。所定の真空度に到達したことを真空計１３により確認した後、バルブ１４を開けて酸素ガスを導入する。安定なプラズマを得るためには、マスフローコントローラ等の制御手段１５により、酸素ガス導入量を一定に保つことが好ましい。次に放電用電極１０に放電用電源装置１２から電圧を印加し、洗浄槽内にプラズマを発生させる。放電用電極の形状に特に制限はないが、洗浄槽内で安定かつ均一にプラズマを維持できる形状が望ましい。また電源装置から供給される電圧は直流であっても交流であっても良く、周波数も特に限定はされない。プラズマが発生したら紫外光源を点灯し、被洗浄物に対して紫外光照射を開始する。被洗浄物上に付着している有機物は紫外光やオゾン等により分解・気化され、系外へ排気される。
【００１６】
プラズマ中ではオゾンおよび活性酸素が大量に発生する。したがって上記の洗浄工程によれば、紫外光が被洗浄面に十分到達する程度に酸素濃度を下げても、紫外光とオゾン等の相乗作用による高い洗浄効果が得られるのである。また、プラズマ中で発生するイオンや電子、高エネルギー中性粒子等も被洗浄面に入射し、一定の洗浄効果を発揮する。紫外光源の点灯時期は必ずしもプラズマ発生と同時である必要はなく、点灯がプラズマ発生の後または前であっても構わないが、本発明の効果が発現するのは紫外光とプラズマが共存する条件下においてである。
【００１７】
紫外光照射・プラズマ発生から一定時間の経過後、放電用電極への電圧印加を停止、紫外光源を消灯、排気を停止、ガス導入を停止し、バルブ１６を開けて外気を導入する。洗浄槽内が大気圧に戻れば被洗浄物を取り出すことができる。このとき外気導入に代えて窒素等の不活性ガスを導入することも可能である。また導入系にケミカルフィルタ１７を挿入することで、被洗浄物が再び汚染されることを防止できる。
【００１８】
洗浄工程における酸素ガスの導入量は、洗浄に好適なオゾン等の発生量と、被洗浄面における紫外光照度とに応じて適宜設定すればよい。オゾン等の発生量は一般的なガス濃度計で測定することができる。また紫外線照度は被洗浄物の位置に照度計を置いて測定するのが適当である。洗浄に好適なこれらの条件は、被洗浄物の汚染度合いや汚染物の種類等に依存するため一義的に定めることはできない。実際には洗浄状態を確認しながら条件設定をすることになるが、この事情は本発明に限らず他の一般的な洗浄装置・洗浄工程についても同様であり、本発明の実施に関して特に過度な実験を要求するものではない。
【００１９】
洗浄槽や電極の形状等によっては、純度１００％の酸素ガスを導入したのではプラズマ維持が困難なことも有りうる。その場合は酸素ガスと共に不活性ガスを導入し、酸素ガス濃度を下げることでプラズマの安定性と紫外光照度を両立することが可能である。第１の実施の形態にかかる洗浄装置では、不活性ガスはボンベ２１に準備されており、必要に応じて酸素ガスとの混合ガスとして洗浄槽に供給される。不活性ガスと酸素ガスとは必ずしも個別のボンベから供給する必要は無く、予め所定の比率に混合したガスをボンベに充填しておけば、ガス供給系統を１系統にすることもできる。
【００２０】
図２は、第２の実施形態の洗浄装置（概略断面図）である。第２の実施形態では、被洗浄物の両面に紫外光を照射するため、紫外光源２および反射板３が上下両面に設けられているのが特徴である。また放電用電極３０は、被洗浄物の両面にガスを流通させ、均一なプラズマを発生させるために網状の構造が与えられている。第２の実施の形態にかかる洗浄装置によれば、レンズ等の光学部品の両面を同時に洗浄できるため、洗浄に要する時間を短縮することができる。洗浄時間の短縮は、被洗浄物の温度上昇による形状変化を防止する効果があるほか、スループット向上により経済的効率が改善される。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、光洗浄装置内で酸素プラズマを発生させることにより、紫外光が被洗浄面に到達可能な程度に酸素濃度を下げ、かつ洗浄に必要なオゾン等濃度を得ることができる。その結果、物理的洗浄効果と化学的洗浄効果の相乗作用により、紫外光のみを用いる従来の光洗浄方法と比較して極めて優れた洗浄効果が得られる。さらにプラズマ中で発生するイオン、電子、高エネルギー中性粒子等も被洗浄面に入射するため、高い洗浄効果が得られる。また、短時間で工程を終了できるため、被洗浄物の温度上昇が低減され、熱による形状変化が問題となる精密光学部品の洗浄に適用することが可能となる。洗浄時間の短縮により、スループット向上による経済効率の改善という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態にかかる洗浄装置の概略断面図である。
【図２】第２の実施の形態にかかる洗浄装置の概略断面図である。
【符号の説明】
１：洗浄槽、２：紫外光源、３：反射板、４：ガス導入口、５：排気口、６：バルブ、７：排気ポンプ、８：被洗浄物、９：ホルダー、１０：放電用電極、１２：放電用電源装置、１３：真空計、１５：マスフローコントローラ、１７：ケミカルフィルタ、２０：酸素ガスボンベ、２１：不活性ガスボンベ、３０：放電用電極
【図１】
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【図２】
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