JP2008246429A - オゾン分解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】効率的且つ安全にオゾン分子を分解すること。
【解決手段】オゾン分解装置１はポンプ２とオゾン分解槽３と返送ライン４とバルブＶ１とを備える。ポンプ２はオゾン処理系５からオゾン含有ガスを系外に排出する。オゾン分解槽３はポンプ２の一次側に配置されると共にポンプ２によって導入したオゾン含有ガスに紫外光を照射して前記ガスに含まれるオゾン分子を分解する。返送ライン４はポンプ２の二次側から排出されたガスをオゾン分解槽３に返送するための配管系である。バルブＶ１は、返送ライン４を介してオゾン分解槽３に返送されるガスの流量調整手段であり、オゾン分解槽３内のオゾン数密度変化の指標に基づき返送ライン４のガス通路を開閉させて前記ガスの流量を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は減圧雰囲気（例えば１０００Ｐａ以下）でオゾンガスを利用したプロセス（例えば半導体製造プロセス）においてプロセス後の排気ガス中に残存するオゾンガスを分解する技術に関する。

近年、メモリに例示される半導体素子、液晶ディスプレーを初めとする情報端末に例示される電子デバイスの微細化、高性能化が進むのにつれて、デバイス製造プロセスの熱負荷（サーマルバジェット）の軽減が要求されている。特に酸化されにくい半導体（シリコン等）や有機物（レジスト等）を酸化、灰化するプロセスを低温化するため、自然界でフッ素についで酸化ポテンシャルの高いオゾンガスをプロセスに利用しようとする動きが活発である。オゾンガスは雰囲気の圧力が低いほど酸素分子に分解せず長時間安定に存在するので基板に到達するまでの気相の反応を抑制でき、処理基板までオゾン分子を高効率に輸送するという観点で減圧雰囲気での利用が増えてきている（例えば特許文献１）。

一方で処理基板の大型化に伴い高濃度且つ大流量のオゾンガスを必要とするプロセスが増加している。したがって、排出ガス中に含まれる未反応のオゾンガスの濃度も増大することになる。これを大気へ排出できる環境適合レベル以下の濃度まで分解するオゾン分解法の開発も必須となる。

ガスを排出するためのポンプはオイルレスのポンプ（例えばドライポンプ）で、接ガス部がオゾンに対して耐性がある材質例えばステンレスやテフロン（登録商標）などで構成されていれば短期的な使用には問題ないがポンプ内材質の酸化、腐食は常時進行するため、ポンプの一次側に導入するオゾンガス濃度はできるだけ予め低下させたほうがよい。さらに、ポンプの二次側（排出側）は通常大気圧に近いこと、また減圧の処理システム下に比べてオゾンを分解させる要因となる不純物濃度が高いため、オゾン濃度がある一定濃度（例えば９ｖｏｌ％）以上になると、オゾン分子同士での急激な爆発的反応が起こりやすい（例えばＭ．Ｈｏｒｖａｔｈら，Ｏｚｏｎｅ，Ｅｓｅｒｖｉｅｒ，１９８５，ｐｐ．４１）。したがって、減圧雰囲気下でオゾン濃度を効率的に低減させる技術の開発が強く望まれる。

オゾンの分解法としては熱分解法、紫外線照射法、活性炭法、触媒法等が挙げられる（例えば非特許文献１及び特許文献２〜特許文献５）。大部分は大気圧での利用を念頭においたものである。特に、減圧雰囲気で用いることができるのは排気コンダクタンスを大きく取れることやダストフリーのクリーンな処理が実現できる等の観点から熱分解法、紫外線照射法である。熱分解法は特許文献４に開示され、熱分解法と紫外線放射法とを組み合わせたものは特許文献５に開示されている。
特開平８−１６７６０３ 杉光，オゾンの基礎と応用，光琳，１９９６，ｐｐ．２６７ 特開平６−９２６１４ 特開２００４−２９０７９８ 特開２００４−１６７３５２ 特開２００１−２３９７７

熱分解法は減圧雰囲気では大気圧雰囲気と比べてガスの流速が早いと共にガスに熱を伝えることが困難であるため十分な効果を発揮させるには熱媒体（構造物）にガスが効率よく衝突するように構造体の配置、ガスの流れを工夫する必要がある。また、構造体の加熱により発生する金属パーティクル等がオゾンの爆発限界を下げることが知られており、急激な反応により処理炉側にガスが逆流し、処理室が汚染され、デバイスの歩留まりに悪影響を与える可能性がある。さらに、排気ポンプの二次側（排出側）で急激な爆発反応が起こる可能性も高める。

一方、紫外光照射法はクリーン度では熱分解法より優れるが、オゾンの分解効率は物性により定まるオゾン分子の光吸収反応及びそれに伴うオゾンの分解で定まるため、効率が低いという問題がある。十分な効果を得るには紫外光の光源を複数配置する必要があり、装置が大掛かりになる。

そこで、前記課題を解決するためのオゾン分解装置は、オゾン処理系からオゾン含有ガスを系外に排出するポンプと、このポンプの一次側に配置されると共に前記ポンプによって導入したオゾン含有ガスに紫外光を照射して前記ガスに含まれるオゾン分子を分解するオゾン分解槽と、前記ポンプの二次側から排出されたガスを前記オゾン分解槽に返送する返送ラインと、この返送ラインを介して前記オゾン分解槽に返送されるガスの流量を前記オゾン分解槽内のオゾン数密度変化の指標に基づき調整する流量調整手段とを備える。

このオゾン分解装置のようにオゾン分解槽を介してポンプの二次側から排出されたガスを前記オゾン分解槽に定量的に返送させることで前記オゾン分解槽のオゾン分圧が高まり前記オゾン分解槽内においてオゾン分解連鎖領域が効率的に形成される。また、前記オゾン分解装置の後段に大気圧状態のオゾン分解処理系が設置された場合、前記ポンプから排出されたガスのオゾン濃度は前記オゾン分解連鎖反応によるオゾン分子の分解によって低減しており、前記オゾン分解処理系の構成要素の劣化速度が下がる。したがって、前記構成要素の交換頻度が低減し、前記オゾン分解処理系の信頼性が長期的に維持される。前記流量調整手段としては前記指標に基づき前記返送ラインのガス通路の開度を調整できるバルブが挙げられる。

前記オゾン分解装置においては、前記オゾン分解槽を前記ポンプの一次側に複数並列に配置させ、この各々のオゾン分解槽に前記返送ラインを接続させるとよい。大流量のオゾン処理系に対応できる。

前記オゾン分解槽を前記ポンプの一次側に複数並列に配置させた場合、前記複数のオゾン分解槽のうち少なくとも一つ以上のオゾン分解槽が排気を担う一方で、他の一つ以上のオゾン分解槽は返送ラインを介して前記ポンプから排出されたガスを導入してオゾン分解連鎖反応を起こすようにするとよい。オゾン分解槽が単一である場合と比べて低い光源の照度及び圧力で容易に分解連鎖反応を起こすことできる。また、オゾン分解槽が単一である場合と比べてオゾン分解槽の前段にあるオゾン処理系の圧力の影響を受けにくくなると共にオゾン分解槽に返送するガスの流量の制限されにくくなる。すなわち、任意の処理能力を有するオゾン処理系に対して適用できるようになる。

前記指標としては前記オゾン分解槽内の圧力または照度が挙げられる。前記オゾン分解槽内の圧力または照度はオゾン数密度変化の指標となるので前記オゾン分解槽内でのオゾン分子の分解の度合いを確認できる。

前記オゾン分解槽内の照度が最大となるように前記光源の照度、前記オゾン分解槽の圧力、前記オゾン分解槽に返送されるガスの流量のいずれかまたは二者以上選択されたものを調節するとよい。より一層効率的にオゾン分子を分解できる。

前記オゾン分解槽には、ガスを導入するラインを備え、前記オゾン分解槽内に任意のガスを導入するとよい。前記任意のガスとしては、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂，Ｏ₂、Ｎ₂、ＮＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅから選択された何れか一種のガス、またはこれらの混合ガスを用いることができる。前記ガスをオゾン分解槽に返送した場合と同様にオゾン分解連鎖反応を起こすことができる。特に、汚染を懸念してポンプの二次側から排出されたガスをオゾン分解槽に返送しない場合や前記排出されたガスの残留オゾン濃度が少なくオゾン分解槽に返送してもオゾン分解連鎖反応を起こさせるのが容易でない場合に有効である。

尚、任意のガスとして前記の各種ガスを例示したが、導入するガス自体や副生成物の影響に配慮する必要がある場合には、例えばＨ₂ガスなどのガス自体や、副生成物（この場合は水）も無害な燃焼ガスを用いることが好ましい。

前記オゾン分解槽には槽内の気相を経由した後の紫外光の強度を計測する光強度測定手段を備えるとよい。前記オゾン分解槽内でのオゾン分解の度合いを把握できる。光強度測定手段としてはフォトディテクターが挙げられる。

また、前記オゾン分解槽の内壁面は研磨処理するとよい。前記オゾン分解槽内に照射された紫外光が吸収されにくくなり、前記内壁面の温度上昇が起こりにくくなるので、前記内壁面がオゾンによる酸化腐食反応が進行しにくくなる。したがって、メンテナンスの頻度が低くなる。尚、前記研磨処理の方法としては電界研磨法や鏡面研磨法が例示される。

したがって、以上の発明によればオゾン分子を効率的に分解できる。また、オゾン含有ガスを排出するポンプの二次側で点火現象（爆発、急激な圧力変化）が起こらないので安全性が確保される。

図１は発明の第一の実施形態に係るオゾン分解装置１の概略構成を示した平面図である。

オゾン分解装置１はポンプ２とオゾン分解槽３と返送ライン４とバルブＶ１とを備える。ポンプ２はオゾン処理系５からオゾン含有ガスを系外に排出する。ポンプ２は例えばオゾン耐性のあるドライポンプが採用される。オゾン分解槽３はポンプ２の一次側に配置されると共にポンプ２によって導入したオゾン含有ガスに紫外光を照射して前記ガスに含まれるオゾン分子を分解する。返送ライン４はポンプ２の二次側から排出されたガスをオゾン分解槽３に返送するための配管系である。バルブＶ１は、返送ライン４を介してオゾン分解槽３に返送されるガスの流量調整手段であり、オゾン分解槽３内のオゾン数密度変化の指標に基づき返送ライン４のガス通路を開閉させて前記ガスの流量を調整する。尚、オゾン分解槽３の一次側の配管系にはオゾン処理系５から排出されたオゾン含有ガスの導入を制御する自動開閉可能なバルブＶ２が、またオゾン分解槽３とポンプ２を連結した配管系にはオゾン分解槽３から排出されたガスの導入を制御する自動開閉可能なバルブＶ３が設置されている。

オゾン分解槽３はオゾンに対して不活性で且つ紫外光を反射できる（吸収や透過しない）材質及び形状が採用される。例えば、アルミニウムやステンレス材で内壁表面が表面粗さＲａを波長と同程度以下（Ｒａ＜０．３μｍ）となるように研磨処理したものである。前記研磨処理は電界研磨法や鏡面研磨法によって行えばよい。オゾン分解槽３の周辺部の材質もオゾンに不活性な材料を採用するとよい。

オゾン分解槽３は前記紫外光として波長２２０〜３００ｎｍの範囲の輝線を照射する光源６を格納している。光源６としては低圧水銀ランプが例示される。光源６は図１に示した矢印のように紫外光が放射状に照射されるようにオゾン分解槽３内に配置される。特にオゾン分解槽３の内壁面に向け紫外光が照射されるようにすると、大部分の紫外光が内壁面に到達し反射され、有効に紫外光をオゾン分解槽３内に閉じ込めることができる。これによりオゾン分解槽３内の光子密度が最大限に向上し、オゾン分子の分解が促進される。

本実施形態のように紫外光を系（すなわちオゾン分解槽３）内に閉じ込めると共にオゾン含有ガスを前記系に返送して前記系のオゾン分圧を高めることにより、前記系内に滞留するガスのオゾン濃度が迅速且つ効率的に低下することが以下の実験で確認されている。

図２は本実験に用いたオゾン分解装置２０の概略構成図である。

オゾン分解装置２０は床面に対し垂直に設置したオゾン分解管２１にオゾンガスのガス導入管２２とガス排出管２３とを備える。オゾン分解管２１はその内壁面が電界研磨（表面粗さ０．２μｍＲａ）されたステンレス製（ＳＵＳ３１６）の配管からなる。オゾン分解管２１の上方には紫外光を発する光源として波長２５４ｎｍの光を照射させる低圧水銀ランプ２４（浜松ホトニクス製 ペン型水銀ランプ 型番：Ｌ９３７）が配置されている。オゾン低圧水銀ランプ２４は照度が照射面からの距離ｄが２０ｃｍとなるような位置で１０〜３０μＷ／ｃｍ²となるように調節される。一方、オゾン分解管２１の上端部及び下端部には紫外光を透過させる窓２５が設けられている。窓２５は合成石英から成る。また、オゾン分解管２１の下方には窓２５を透過した紫外光の吸光度を測定するための手段としてフォトダイオード（浜松ホトニクス製 Ｓｉフォトダイオード 型番：Ｓ１２２７−１０１０ＢＱ）２６が配置されている。さらに、オゾン分解管２１にはオゾン分解管２１の内圧を検知する圧力計２７が設置されている。そして、ガス排出管２３にはオゾン分解管２１の内圧を制御するためのバルブ２７が設置されている。

前記紫外光の吸光度は以下の（１）式に基づき算出される（島崎達夫,成層圏オゾン，東京大学出版会（１９７９））。

Ｉ＝Ｉ₀ｅｘｐ（−σ₀ｎｄ）…（１）
Ｉ：透過検出強度（波長２５４ｎｍ），Ｉ₀：入射光照度，ｄ：光路長，σ₀：吸収断面積（σ₀＝１．１×１０^-17［ｃｍ²］），ｎ：オゾン数密度
オゾン分解管２１に供給されるオゾンガスは高純度オゾンガス発生装置（明電舎製，ＭＰＯＺ−ＨＭ１Ａ１）で生成したオゾンガスを用いた。オゾン分解管２１のガス導入口でのオゾンガス濃度は９０ｖｏｌ％であった。

図３はオゾン分解管の内圧とオゾン数密度の経時的変化（６０ｓｃｃｍのオゾンガス流量、２５４ｎｍで１０μＷ／ｃｍ²の照度のランプを使用）を示した特性図である。この特性図から明らかなようにオゾンガス流量及び照度が一定の場合（ここではそれぞれ６０ｓｃｃｍ、照射面から２０ｃｍ離れた位置で９０ｖｏｌ％以上）、一定のオゾン圧力（この場合９００Ｐａ）以上で周期的に圧力が急激に変動する現象及びこれと同期してオゾン数密度（（１）式から算出された数値ｎ）が大きく減少するのが確認された。これはオゾンの紫外光にてできた励起状態の酸素原子（Ｏ（¹Ｄ））がオゾン分子との反応が極めて早いため急速に酸素分子生成の反応が進むことさらにこの反応が発熱反応であるため（６．０３ｅＶ、下記の（２）式で示される反応）、この発熱エネルギーをオゾンの熱分解（熱分解に必要なエネルギー＝１．０５ｅＶ、下記の（３）式で示される反応）に利用できるようになる。Ｏ（¹Ｄ）の周囲のオゾン数密度がある値より高いと、このオゾンの熱分解反応は周囲に伝播していくこと考えられる。

光照射時の初期の反応 Ｏ（¹Ｄ）＋Ｏ₃→２Ｏ₂＋６．０３ｅＶ…（２）
オゾンの熱分解反応 Ｏ₃＋１．０５ｅＶ→Ｏ（³Ｐ）＋Ｏ₂、Ｏ（³Ｐ）＋Ｏ₃→２Ｏ₂＋４．０７ｅＶ…（３）
つまり紫外光の照射で生成したＯ（¹Ｄ）により、ある一定のオゾン分圧以上にすることにより分解反応を連鎖的に周辺部に広げることができる。

また、光源（低圧水銀ランプ２４）の強度が大きくなるにつれてオゾン分解管２１の圧力が低い側でも圧力の不安定化（オゾン分解の連鎖）が始まることが実験的に判明した。さらに、図４に示されたようにオゾン分解管２１に導入するオゾンガスの流量が小さい程、オゾン分解の連鎖が始まる圧力が低くなることも確認された。

そこで、オゾン分解装置１のようにポンプ２の二次側から排出されたガスを定量的にオゾン分解槽３に返送し、オゾン処理系５へのガスの逆流が起こらない範囲でオゾン分解槽３の内圧（オゾン分圧）をできるだけ高めること、また、オゾン分解槽３からポンプ２への排気量をできるだけ（排気のコンダクタンスが維持されるように）制御（絞る）すること、同時にその条件でオゾンの分解連鎖が起きるよう光源６の照度を調整することにより、オゾン分解槽３内でオゾンの自己分解を起こさせることができる。この結果、オゾン分解槽３内でのオゾン濃度は大きく低下する。

したがって、オゾン分解槽３にはポンプ２の二次側からオゾン分解槽３に返送されるガスの流量を最適化させるために圧力センサー７が設置される。そして、圧力センサー７によって測定された値がオゾン分解槽３の内圧変動を起こり始める値となるように図３及び図４に例示される特性図に基づくバルブＶ１の開閉動作制御によりポンプ２の二次側から返送されるガスの流量が調整される。

圧力センサー７の代わりにシリコンフォトダイオード等の照度センサーを用いてもよい。すなわち、図１に示されたオゾン分解槽３には紫外光に対し感度を有するフォトセンサーが設置されると共にオゾン分解槽３内の気相を通過した光を前記フォトセンサーに供給する窓が設けられる。この窓はオゾン分解管２１の窓２５のように合成石英で成せばよい。そして、図３に例示される特性図に基づくバルブＶ１の制御によってオゾン数密度がある値以下なるまで（式（１）に従い透過してくる光強度Ｉが所定の値以上になるまで）ポンプ２の二次側から返送されるガスの流量が調整される。

また、オゾン分解槽３に許される最大圧力が低い場合（低い処理圧力のプロセスの場合）またはガスの排気流量を多く必要とするプロセスの場合には、紫外線の出力が大きい光源を用いること、複数の光源６をオゾン分解槽３内に配置することや、オゾン分解槽３（及びこの内部に格納する光源６）を複数設けることで対応が可能となる。

ポンプ２の二次側すなわちオゾン分解装置１の後段には従来と同様に活性炭法等、大気圧でオゾンを分解できるオゾン分解筒８が適宜設置される。

以上のようにガス分解装置１によれば減圧雰囲気下でオゾン分解器を用いない場合に比べ、大気圧におかれたオゾン分解筒８に導入されるオゾンガスの濃度が低いので、オゾン分解筒８内でオゾンガスにより不可逆的に進む反応による部品の消耗及び交換の頻度を低減させることができる。

図５は発明の第二の実施形態に係るオゾン分解装置１０の概略構成を示した平面図である。図６はオゾン分解装置１０のバルブ操作のタイムシーケンスである。

オゾン分解装置１０は大流量のオゾン処理系５に対応できるようにオゾン分解槽３を複数備えている。図５に示された実施形態では同容量のオゾン分解槽３ａ及びオゾン分解槽３ｂが並列に設けられている。そして、図６に例示されたタイムシーケンスに基づくバルブ類（バルブＶ１〜Ｖ６）の開閉動作によってポンプ２の二次側から返送されるガスに含まれる金属パーティクル等のオゾン処理系５への逆流を完全に防ぐ。

図５及び図６を参照しながらオゾン分解装置３の動作例を説明する。図６に示されたＳ₁はオゾン分解槽３ｂ内のオゾン数密度の増大による測定手段９ｂの出力値の減少を示す勾配である。Ｓ₂はオゾン分解槽３ａ内のオゾン数密度の増大による測定手段９ａの出力値の減少を示す勾配である。Ｐ₁はオゾン分解槽３ｂ内のオゾン分解連鎖反応開始点である。Ｐ₂はオゾン分解槽３ａ内のオゾン分解連鎖反応開始点である。

オゾン処理系５から導入したオゾン含有ガスがオゾン分解槽３ａに供給される場合、バルブＶ２，Ｖ３，Ｖ４が開（Ｏｐｅｎ）に制御される一方でバルブＶ１，Ｖ５，Ｖ６が閉（Ｃｌｏｓｅ）に制御される。これにより前記オゾン含有ガスはオゾン分解槽３ａ及び大気圧でのオゾン分解筒８によってオゾン成分が分解された後に大気に排出される。一方、ポンプ２の二次側に排出されたガスの一部はバルブＶ４が設置されている返送ライン４ｂを介してオゾン分解槽３ｂに移送される。そして、オゾン分解槽３ｂの内圧が所定の値以上になるとオゾン分解槽３ｂ内に滞留するオゾンの分解連鎖反応が起こる。これよりオゾン分解槽３ｂ内のオゾン濃度が急激に低下する。これはオゾン分解槽３ｂの測定手段９ｂ（照度センサーまたは圧力センサー）の出力値（Ｉ）の上昇によって確認される。そして、このタイミングでバルブＶ２，Ｖ３，Ｖ４が閉（Ｃｌｏｓｅ）に制御される一方でＶ５，Ｖ６，Ｖ１が開（Ｏｐｅｎ）に制御されてオゾン分解槽３ｂを介してガスが大気中に排出される。同様にオゾン分解槽３ａ内でオゾンの分解連鎖が生じたタイミング（測定手段９ａ（照度センサーまたは圧力センサー）によって検知される）でオゾン処理系５のガス排気ラインはオゾン分解槽３ａを経由するラインに戻される。以上のことを繰り返すことにより排気中でないオゾン分解槽３ａまたは３ｂでオゾン圧力が高められ、またガス流速がない状態で導入できるので、オゾン分解装置１に比べて用いる紫外光の光源６ａ，６ｂの照度が小さい場合でも容易に分解連鎖領域に移行させることができる。すなわち、オゾン分子の分解連鎖反応を起こしやすくなる。

図５に示された実施形態ではオゾン分解槽３が２つ設置されているが、オゾン分解槽３の設置数をさらに増やすことで減圧でも大流量のオゾンガスを連続的に低濃度まで低下させることが可能となる。その結果、大気圧側に設けたオゾン分解筒の部品の消耗及び交換の頻度が低減することができる。

図７は発明の第三の実施形態に係るオゾン分解装置１１の概略構成の平面図である。

オゾン分圧が高くなると分解連鎖反応が始まるのは、Ｏ（¹Ｄ）とオゾンの反応速度定数が大きいことにより分解反応（式（２））が急速に進むこと、および両者の反応の結果生成する生成エネルギーが大きいため、さらにオゾンの分解反応（式（３）の吸熱反応）が促進されるためである。すなわちオゾン分圧を高める代わりに、Ｏ（¹Ｄ）に対してオゾンガスと同等の反応速度定数および反応の結果エネルギーを発熱するガスを同等の圧力まで導入することによっても、分解連鎖反応を起こすことができる。

そこで、第三の実施形態のオゾン分解装置１１では、反応ガスをオゾン分解槽３に供給するライン１２をオゾン分解槽３に備えている。ライン１２は測定手段９（照度センサーまたは圧力センサー）の出力値に基づき前記反応ガスの導入を制御するバルブＶ７を備えている。反応ガスとしては、オゾンガスと同等の反応速度定数と生成エネルギーを有するＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂，Ｏ₂、Ｎ₂、ＮＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅから選択された何れか一種のガス、またはこれらの混合ガスを用いることができるが、本実施形態においてはＮ₂Ｏガス、ＮＯ₂ガスを用いた場合について説明する。

Ｎ₂Ｏガス、ＮＯ₂ガスはＯ（¹Ｄ）分子に対しＯ₃と同等の反応速度定数を有し、Ｏ（¹Ｄ）分子との反応した際にＯ₃と同等のエネルギーを発熱する。以下にＯ（¹Ｄ）分子とＯ₃とが反応した場合、Ｏ（¹Ｄ）分子とＮ₂Ｏガスとが反応した場合、及びＯ（¹Ｄ）分子とＮＯ₂ガスとが反応した場合の反応速度定数ｋを示した（Ｂａｕｌｃｈ ｅｔ ａｌ．，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｃｈｅｍ．Ｒｅｆ，Ｄａｔａ，１１，３２７（１９８４））。

Ｏ（¹Ｄ）＋Ｏ₃→２Ｏ₂の場合、反応速度定数ｋ＝２．４×１０^-10［ｃｍ^-3ｍｏｌｅｃｕｌｅ^-1ｓ^-1］
Ｏ（¹Ｄ）＋ＮＯ₂→Ｏ₂＋ＮＯ＋３．９６ｅＶの場合、反応速度定数ｋ＝１．４×１０^-10［ｃｍ^-3ｍｏｌｅｃｕｌｅ^-1ｓ^-1］
Ｏ（¹Ｄ）＋Ｎ₂Ｏ→Ｏ₂＋Ｎ₂＋５．４１ｅＶの場合、反応速度定数ｋ＝１．２×１０^-10［ｃｍ^-3ｍｏｌｅｃｕｌｅ^-1ｓ^-1］
したがって、オゾンガスと同等の反応速度定数と生成エネルギーを有するガスをオゾン分解槽３に導入することによってもオゾン分解反応の連鎖が促進される。つまり、より低い照度及び圧力並びにより高いオゾンガス流量の条件でオゾン分子の分解連鎖が起こる臨界点を低減させることができる。すなわち、減圧プロセスとの整合性が高まり、大流量処理にも対応でき、また、使用する光源の数とその出力を下げられるので、コスト、オゾン分解槽のサイズ及び個数の低減が実現する。

尚、導入するガス自体や副生成物の影響に配慮する必要がある場合には、例えばＨ₂ガスなどのガス自体や、副生成物（この場合は水）も無害な燃焼ガスを用いることが好ましい。

発明の第一の実施形態に係るオゾン分解装置の概略構成を示した平面図。 実験に用いたオゾン分解装置の概略構成図。 オゾン分解管の内圧とオゾン数密度の経時的変化を示した特性図。 オゾン分解管の圧力が不安定化（オゾン分解の連鎖）するオゾンガス流量とオゾン分圧の関係を示した特性図。 発明の第二の実施形態に係るオゾン分解装置の概略構成を示した平面図。 第二の実施形態に係るオゾン分解装置のバルブ操作のタイムシーケンス。 発明の第三の実施形態に係るオゾン分解装置の概略構成を示した平面図。

符号の説明

１，１０，１１…オゾン分解装置
２…ポンプ、３，３ａ，３ｂ…オゾン分解槽、４，４ａ，４ｂ…返送ライン、５…オゾン処理系、６，６ａ，６ｂ…光源、７…圧力センサー、８…オゾン分解筒
９，９ａ，９ｂ…測定手段、１２…ライン
Ｖ１〜Ｖ７…バルブ

Claims (9)

1. オゾン処理系からオゾン含有ガスを系外に排出するポンプと、
   このポンプの一次側に配置されると共に前記ポンプによって導入したオゾン含有ガスに紫外光を照射して前記ガスに含まれるオゾン分子を分解するオゾン分解槽と、
   前記ポンプの二次側から排出されたガスを前記オゾン分解槽に返送する返送ラインと、
   この返送ラインを介して前記オゾン分解槽に返送されるガスの流量を前記オゾン分解槽内のオゾン数密度変化の指標に基づき調整する流量調整手段と
   を備えたこと
   を特徴とするオゾン分解装置。
2. 前記オゾン分解槽が前記ポンプの一次側に複数並列に配置され、
   この各々のオゾン分解槽には前記返送ラインが接続されたこと
   を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
3. 前記複数のオゾン分解槽のうち少なくとも一つ以上のオゾン分解槽が排気を担う一方で、他の一つ以上のオゾン分解槽は返送ラインを介して前記ポンプから排出されたガスを導入してオゾン分解連鎖反応を起こすこと
   を特徴とする請求項２に記載のオゾン分解装置。
4. 前記指標は前記オゾン分解槽内の圧力または照度であること
   を特徴とする請求項１からの３いずれか１項に記載のオゾン分解装置。
5. 前記流量調整手段は前記オゾン分解槽内の照度が最大となるように前記光源の照度、前記オゾン分解槽の圧力、前記オゾン分解槽に返送されるガスの流量のいずれかまたは二者以上選択されたものを調整すること
   を特徴とする請求項４に記載のオゾン分解装置。
6. 前記オゾン分解槽に任意のガスを導入するラインを備えたこと
   を特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のオゾン分解装置
7. 前記任意のガスが、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ、Ｈ₂，Ｏ₂、Ｎ₂、ＮＯ、ＣＯ₂、Ｈ₂Ｏ、Ｈ₂Ｏ₂、Ｈｅ、Ａｒ、Ｘｅから選択された何れか一種のガス、またはこれらの混合ガスであること
   を特徴とする請求項６に記載のオゾン分解装置。
8. 前記オゾン分解槽は槽内の気相を経由した後の紫外光の強度を計測する光強度測定手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
9. 前記オゾン分解槽はその内壁面が研磨処理されたこと
   を特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。

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