JP5391452B2 - オゾン分解装置及びプロセスシステム - Google Patents

Description

この発明は高純度オゾンガス適用分野、特にポリシリコンＴＦＴ用ゲート酸化膜、ＦＥＴ素子に例示される半導体素子のゲート酸化膜、オゾンを用いた低温酸化膜作製技術、その他、レジスト除去などオゾンを用いる半導体製造プロセスの全般的な技術に関する。

半導体分野において、オゾン技術が注目されている。オゾンは強い酸化力をもつので、ゲート酸化をはじめとする酸化膜の作製温度の低温化に有効である。また、エッチング・表面改質・クリーニングなど酸化膜作製以外の工程においても適用可能である。また、オゾンガスは最終的に酸素ガスに分解されるため、排ガスの環境負荷が低いのも大きな利点である。

また、近年のオゾン濃度の高濃度化技術が進歩している。これは酸素ガスから放電によってオゾンは生成される関係で、従来のオゾンガス濃度は２〜１０％程度であった。これに対しオゾン液化現象やシリカゲルによるオゾン吸着現象を利用することでオゾンガス濃度を高めることに成功し、１００％近い濃度でオゾンガスを供給できるようになった。このようにしてできた高濃度オゾンガスは、従来の低濃度オゾンガスよりもプロセスに大きな効果をもたらすことがわかってきている。例えば、特許文献１や特許文献２によると、ポリシリコンの室温での酸化や低温作製オゾンＣＶＤ膜の膜質向上が図られている。以上から高濃度オゾンガスは、半導体プロセスに導入される期待が高まっている。

オゾンガスは人体や生物に有害であり、使用したオゾンガスは十分分解させてから酸素等の無害なガスとして排出する必要が生じる。したがってプロセスチャンバで十分にオゾンガスを消費できなかった場合、オゾンを分解するための除筒体を設置しなければならない。用いるオゾンガスの濃度が高濃度になるほど除筒体に工夫が必要になる。

一般にオゾンを分解する方法には、（１）熱を用いた熱分解法（２）光（紫外光）を用いた分解法（例えば、特許文献３、特許文献４等）、（３）酸化対象物との酸化反応（触媒反応）分解法（例えば、特許文献４等）がある。

特開２００６−８０４７４号公報 特開２００３−２０９１０８号公報 特許第３２２４４０２号公報 特公平７−２２６８１号公報

オゾンの熱分解は室温でも起きるため、オゾンガスは徐々に酸素ガスに分解する傾向がある。しかし、前記熱分解はオゾン濃度が高くなるほど起きにくくなる。これはオゾン分子同士の衝突では分解反応が起きないためである。また、高濃度オゾンガスは、大気圧以下の爆発限界圧力をもつため、オゾン分解反応は減圧下（０．０１Ｐａ〜１０００００Ｐａ）で行われる。

高濃度オゾンを用いるプロセスではオゾン分解装置が必須である。オゾン分解装置の原理としては前記（１）〜（３）のいずれかの方法を採用しなければならない。

（１）の熱分解法は用いた材料の関係（主に金属材料：Ａｌ、ＳＵＳ等）で上限温度の制約を受ける。また、オゾンの熱による分解反応は、減圧になるほど起きにくくなる。これは、減圧により分子の平均自由行程の増大に伴い熱浴（壁）との衝突分解反応の頻度が減少するためである。

（３）の分解方法は反応副生成物（水、酸化物等）が、プロセスチャンバ及びラインを汚染する問題が生じる。そのため、半導体製造プロセスのようなクリーン度が要求されるプロセスには不向きである。

一方、（２）の光分解反応法は加熱機構が不要であり、触媒を用いないため系を汚さないという利点がある。さらに、光分解反応は、光子と分子の衝突により起きるので減圧にも対応できる。

光分解反応法の一例として特許文献３のオゾン分解装置があるが、紫外光をさらに有効的に利用し、より一層エネルギー的に効率よくかつ清潔にオゾンを分解できるオゾン分解装置及びこれを備えたプロセスシステムが必要である。

上記目的を達成する本発明のオゾン分解装置は、オゾンガスを流通させるガス流路と、前記ガス流路内のオゾンガスに紫外光を照射してオゾンガスを分解するための光源を備え、前記ガス流路中に、前記光源から照射された紫外光を透過または反射する障害部材を充填したことを特徴とする。

そして、本発明のオゾン分解装置は、前記ガス流路が前記紫外光を透過する円筒状を成す光透過部材よりなり、前記光透過部材は、円筒状の筐体内に同軸に格納され、前記光源は、前記ガス流路と前記筐体間に備えられたことを特徴とする。

又は、本発明のオゾン分解装置は、前記ガス流路が前記紫外光を透過する板状の光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、前記光源は、前記光透過部材を介して前記ガス流路内のオゾンガスに前記紫外光を照射するように備えられたことを特徴とする。

以上のオゾン分解装置によれば、ガス流路内に備えられた障害部材により、流通するオゾンガスが乱流するので、オゾンガスの流路が増大する。また、前記障害部材は、前記紫外光を透過する部材又は、前記紫外光を反射する部材より形成されることにより、紫外光を有効利用することができる。

前記障害部材の形状は、円柱状、円筒状、直方体、立方体、球体、多面体、繊維状など、コストや製作し易さにより形状を適宜選択することができる。

また、前記障害部材を前記紫外光を透過する部材若しくは、前記紫外光を反射する部材より形成することにより、前記光源からの光を効率よくオゾン分解に用いることができる。

さらに、前記筐体の内面が鏡面処理されると、前記筐体での反射光がオゾンを分解する。すなわち、前記紫外光を有効に利用することができる。

上記オゾン分解装置において、前記ガス流路の下流側に充填される障害部材を、前記ガス流路の上流側に充填される障害部材より小さくすることで、前記ガス流路の下流側と上流側とで、前記ガス流路中を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるよう構成すると、該オゾン分解装置のオゾン分解性能が向上する。

また、上記オゾン分解装置において、前記ガス流路の軸心側に充填される障害部材を、前記ガス流路の外周側に充填される障害部材より小さくすることで、前記ガス流路の軸心側と外周側とで、前記ガス流路中を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるよう構成すると、該オゾン分解装置のオゾン分解性能が向上する。

また、上記オゾン分解装置を備えたプロセスシステムは、オゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うことができ、前記基板の酸化処理に供したオゾンガスを効率よく分解することができる。

したがって、以上の発明によれば、低コストで製造でき、高い効率でオゾンを分解処理することができるオゾン分解装置及びオゾン分解装置を備えたプロセスシステムを提供できる。

（ａ）本発明の実施形態１に係るオゾン分解装置の概略断面図、（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図、（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。 本発明の実施形態に係るプロセスシステムのシステム構成図。 円柱状の障害部材６を充填した光透過管４の拡大断面図。 本発明の先行発明に係るオゾン分解装置の概略断面図。 本発明の実施形態に係るオゾン分解装置の紫外光光源の光強度（紫外光照度）とオゾン分解装置の下流側のオゾン濃度との関係を示した特性図。 オゾンガス流速とオゾン分解装置の下流側のオゾン濃度との関係を示した特性図。 （ａ）本発明の実施形態２に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図、（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図、（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。 （ａ）本発明の実施形態３に係るオゾン分解装置の概略断面図、（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図、（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。 光透過管４に充填される障害部材６（６ａ、６ｂ）の分布の違いによるオゾン分解性能の比較図。 （ａ）発明の実施形態４に係るオゾン分解装置の概略断面図、（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図、（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。

本発明の実施形態１に係るオゾン分解装置について図１を参照して詳細に説明する。

以下に述べる実施形態１では高濃度オゾンを処理する発明に係るオゾン分解装置の構成及び動作実証を例示する。また、本発明の実施形態２に係るオゾン分解装置は、実施形態１のオゾン分解装置の動作結果を応用し、優れた性能を有するオゾン分解装置の構成を提供するものである。そして、本発明の実施形態３、４のオゾン分解装置は、実施形態１、２のオゾン分解装置のオゾン分解性能を向上させたものである。

実施形態１から４で例示するオゾン装置は、すべて光分解を原理として用いている。オゾン分子は２００〜３００ｎｍの波長帯に大きな吸収端（ハートリーバンド）を有し、この波長帯の光によって、分解反応が起きる。この反応を化学式で書くと以下のとおりである。

Ｏ₃→Ｏ（¹Ｄ）+Ｏ₂…（１）
Ｏ（¹Ｄ）は励起状態の原子状酸素を表し、非常に酸化力が強く、オゾン分子と即座に再結合反応を起こしオゾン分子を酸素分子に分解する。

よって、実施形態１から４に係るオゾン分解装置の光源にはこの波長帯を含むものを用いる。また、対象オゾンガス濃度は、０．１％から〜１００％とする。

（実施形態１）
まず、本実施形態１に係るオゾン分解装置１０を評価するための装置構成及び、高濃度オゾンを用いたオゾン処理を行うときのプロセスシステム２０とオゾン分解装置１０との関係を示す。次に、オゾン分解装置１０の概要を説明し、動作結果について述べる。なお、実施形態１に係るオゾン分解装置１０を他の実施形態に係るオゾン分解装置に置き換えてもよい。

図２は発明の実施形態に係るプロセスシステム２０のシステム構成図である。

プロセスシステム２０はオゾンガス供給装置２１と原料ガス供給装置２２と酸化処理チャンバ２３とオゾン分解装置１０と排気ポンプ２５とを備える。

すなわち、酸化処理チャンバ２３の上流側には、オゾンを供給するオゾンガス供給装置２１と原料ガスを供給する原料ガス供給装置２２が備えられる。そして、酸化処理チャンバ２３で反応に供されたガスは、排気ポンプ２５により排出される。このとき、酸化処理チャンバ２３と排気ポンプ２５との間には、オゾン分解装置１０が備えられ、酸化処理チャンバ２３で反応しなかったオゾンを分解処理する。これらの装置２１〜２３、１０、２５は、配管により連通されており、これら配管系は真空対応とする。つまり、高濃度オゾンガスは、大気圧以下の爆発限界圧力をもつため、減圧下（０．０１Ｐａ〜１０００００Ｐａ）で使用できる仕様のものが採用される。

前記配管系でのオゾン分解を防ぐには、配管を低温（例えば＜１００℃）にし、配管の内壁に反応物がなくクリーンな状態に加工（例えば内壁を電界研磨したＳＵＳ管若しくは洗浄済の石英管）を施して用いるのが望ましい。それは、輸送中のオゾンガスの損失を防ぐためである。

オゾンガス供給装置２１としては、例えばオゾンガスボンベ又はオゾン発生装置が挙げられる。供給するオゾンガスの濃度は２〜１００％とする。実施例ではオゾン濃度約１００％のオゾンガスを供給できるオゾン発生装置（明電舎製、ピュアオゾンジェネレーター、ＭＰＯＧ−ＳＭ１Ｃ１）が採用されている。

酸化処理チャンバ２３はオゾンを用いた基板の酸化処理プロセスを実行する。前記プロセスとしては例えば基板の製膜プロセス、洗浄、エッチングなどが挙げられる。

酸化処理チャンバ２３はオゾンガスの導入口と排気口とを備える。また、酸化処理チャンバ２３には圧力計を設けることが望ましい。この圧力計の仕様は圧力範囲が０．１Ｐａ〜１０００Ｐａであるとなおよい。

オゾンガス供給装置２１と酸化処理チャンバ２３との間の詳しい構成は例えば特開２００６−８０４７４に示された態様が挙げられる。

また、図示省略してあるが、プロセスの制御性を高めるためにオゾン濃度計を備えていた方が望ましい（特開２００７−２９４４９２号公報）。本実施例ではオゾン分解装置１０の特性評価に用いる。

オゾン分解装置１０は、酸化処理チャンバ２３と排気ポンプ２５の間に備えられている。これは、高濃度オゾンを爆発限界圧力以下で使用するためである。つまり、高濃度オゾン分解処理は、減圧条件で行われることが前提であり、減圧する機構を備えることにより減圧状態でオゾンの分解処理を行うためである。

なお、酸化処理チャンバ２３とオゾン分解装置１０との間には可変バルブ２６が配置される。一方でオゾン分解装置１０と排気ポンプ２５の間には可変バルブ２７が配置されている。この可変バルブ２６、２７を調整することにより、オゾン分解装置１０を流れるガスの流速やガス圧を調整することができる。

図１（ａ）は発明の実施形態１に係るオゾン分解装置１０の構成を示した概略断面図である。図１（ｂ）はオゾン分解装置１０のＡ−Ａ断面図である。図１（ｃ）はオゾン分解装置１０のＢ−Ｂ断面図である。

オゾン分解装置１０は筐体１と配管２、７と紫外光光源３と光透過管４と障害部材６とを備える。

筐体１は図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されたように光を漏洩させないように円筒状に形成されている。筐体１の内面は光反射しやすい表面処理をすることで反射光の二次利用ができる。さらに、筐体１は、外部からの衝撃を防ぐことと、光透過管４や障害部材６等のガラス又は結晶材の破損に伴う外部への散乱を防ぐことによる安全確保のために備えられる。

筐体１の材質としてはアルミニウム材やステンレス素材など光を通さなく機械的に丈夫なものが望ましい。アルミアルミニウム材は紫外光の反射率が高く、内側を研磨することで紫外光の内面鏡として用いることができる。

配管２は筐体１の外部から導入したオゾンガスを光透過管４に供給するための配管である。配管２は図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように筐体１と同軸にその上流側端部に気密に接続されている。筐体１内に引き込まれた配管２の一端にはフランジ８が設けられている。フランジ８は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材５を介して光透過管４の上流側端部に気密に接続されている。

配管７は光透過管４内のオゾン分解処理ガスを筐体１の外部に排出するための配管である。配管７は筐体１と同軸にその下流側端部に気密に接続されている。筐体１内に引き込まれている配管７の一端にはフランジ９が設けられている。フランジ９は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材５を介して光透過管４の下流側端部に気密に接続されている。

なお、配管２及び配管７は、筐体１と必ずしも同軸に備える必要もなく、配管２及び配管７を複数備えてもよい。

紫外光源３は少なくとも波長２００〜３００ｎｍを有する光を発する。前記光は波長３００ｎｍ以上の可視光を含んでもかまわない。照射方式も連続型、パルス発振型のいずれかの機能を有していてもよい。２００ｎｍ以下波長の光は、酸素分子からオゾンを生成する反応を起こすので注意を要する。波長２００ｎｍ以下の光がオゾンガスに照射されないようにこの波長帯を通さない材質で構成された光遮蔽板を設置し、オゾンガスへの照射を防ぐ工夫が生じる。

紫外光光源３は図１（ａ）及び図１（ｃ）に示されたように直管型のものを適用するとよい。紫外光光源３は直管型に形成された場合には光透過管４の全長方向に配置される。また、紫外光光源３の照射領域は光透過管４の有効全長Ｌ１よりも長く設定される。単一の紫外光光源３が光透過管４の有効全長Ｌ１よりも短い場合、紫外光光源３は複数直列に配置すればよい。オゾンガスに対して大きな面積で照射できるためである。紫外光光源３は、大気圧下の雰囲気に設置するのが望ましい。紫外光を発する光源は大気圧下での使用を想定されていること及びオゾンガス空間に入れることによる電極等の酸化を防ぐためである。

紫外光光源３は複数備えるとよい。紫外光光源３の設置数が増えることによって紫外光が光透過管４に向かって様々な方向から入射されるので、より多くのオゾンが分解されることが期待される。しかし、設置数が増えることにより、オゾン分解装置１０の構成が複雑になるため実際に用いられる個数は制限される。実施例では同仕様（同一の光強度の型式）の紫外光光源３の設置数を２つ用意し、両者の紫外光光源３は図１（ｃ）に示したように上下方向から光透過管４を挟むように配置した。

光透過管４は紫外光光源３から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管４は紫外光を透過する材料（例えば合成石英及びＦ系結晶材ＭｇＦ₂など）によって円筒状に形成されている。光透過管４は筐体１内にこれと同軸に配置されている。光透過管４は内部に複数の障害部材６を備えることでオゾンのガス流を乱し、オゾンガスの滞留時間が多く確保している。

光透過管４の内径Ｄ１は、紫外光光源３の光強度、オゾンガス濃度、オゾンガス圧力等のガス流条件によって最適値が決まる。内径Ｄ１が大きく設定される程、オゾンガス流量が増大するが、光透過管４の中心付近に到達できる光量が減少する。オゾンの分解に伴って光強度が減衰するためである。また、粘性流では筐体１から最遠の部位でガス流速が最大になる。図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面図では光透過管４の中心軸でガス流が最大となる。この部位は先に述べたように光が最も届きにくい。内径Ｄ１の大きさにより流速が大きく変化することからも内径Ｄ１の大きさは重要である。また、障害部材６の設置の仕方を工夫することによりガス流を多く乱すことが重要である。

障害部材６はガス流を散乱させて光透過管４におけるオゾンガスの滞留時間を多く確保するための部材である。光透過管４にオゾンガスが滞留する時間が増加することにより、オゾンの分解効率が向上する。

障害部材６は、光（特に、２００−３００ｎｍ波長帯）を吸収しない物質又は、光反射率の高い物質からなることが望ましい。すなわち、石英ガラスやサファイア、及びフッ素化合物（ＭｇＦ₂など）などに例示されるような光透過性が高い物質又は、アルミニウムやＳＵＳなどに例示される光反射率の高い物質より作成されることが望ましい。

また、障害部材６の形状は、円柱、直方体、立方体、球体、多面体、繊維状など、特に形状を指定しない。そして、1個あたりの障害部材６の容積は、１−１００００ｍｍ³程度にするとよい。

図３に、一例として、障害部材６として円柱状のものを用いた装置の断面図を示す。前記円柱のものは例えばその直径が１−１０ｍｍ、高さが１−１０ｍｍに設定されたものが挙げられる。ただし、前記円柱の形状の部材をはじめとする各形状の障害部材６は、前記数値等に限定されるものではなく、例えば、直径を１ｍｍ未満とする線状の部材の概念も含まれる。その他、繊維状のものを用いてもよい。石英ガラスにより障害部材６を製造する場合、円柱状の障害部材６は、市販の石英ガラス棒から切り出したものを用いるとよい。そうすることにより、障害部材６の製造コストを抑えることができる。

図３に示すように、障害部材６は光透過管４内に複数充填される。障害部材６はガス流の押圧によって光透過管４から吐出しないように充填される。例えば、障害部材６は通気性の容器内に充填された後に光透過管４内に設置される。複数の障害部材６により、オゾンガスは複雑な経路を経て光透過管４を通過する。よって、ガス流路長が増加し、オゾンガスの滞留時間が増加する。一方、紫外光は、障害部材６を透過又は障害部材６で反射するので、光透過管４の中心にまで紫外光が到達できる。

ところで、発明者らは、本発明の創出に先立ち、図４に示す光分解式のオゾン分解装置１７を発案し、その評価を行った。なお、図１で示した本発明の実施形態１に係るオゾン分解装置１０と同一部分には、同一符号を付し、その詳しい説明は省略する。

オゾン分解装置１７は、筐体１と配管２、７と紫外光光源３と光透過管４とガス流迂回板１８とを備える。ガス流迂回板１８は、ガス流を散乱させて光透過管４におけるオゾンガスの滞留時間を多く確保するために備えられている。

オゾン分解装置１７に供給するオゾンは、明電舎製のピュアオゾンジェネレーター（ＭＰＯＧ−ＳＭ１Ｃ１）により製造し、オゾン濃度１００％のオゾンガスをオゾン分解装置１７に供給して評価を行った。なお、配管７の下流には、オゾン濃度を測定する濃度計（図示省略）が備えられており、オゾン分解装置１７で処理された後のガス中に含まれるオゾン濃度が測定できるようになっている。

図５は、オゾン分解装置１７で処理した後のガス中のオゾン濃度と紫外光光源３の光強度（紫外光照度）との関係を示した特性図である。縦軸のオゾン濃度はオゾン分解装置１７によって分解された後のオゾン濃度である。このオゾン濃度が小さな値であるほど、オゾン分解装置１７でのオゾン分解がたくさん起きていることを意味する。オゾン濃度は光照度が強くなるにしたがって小さくなる。これは光が強くなると光子が大量発生することにより、光子がオゾン分子と衝突する頻度が高くなることにより、光分解反応の頻度が大きくなるためである。この実施例で評価したオゾン分解装置１７の紫外光光源３及びオゾンガスでは、光の照射強度から算出される光子数がオゾン分子数と同程度若しくは光子数の方が多い状態であることを述べておく。つまり、光照度は、オゾンガス空間の中を通過できる程度の大きさであることに注意する。

図５によると光照度が大きい程、横軸の光照度の変化に対して縦軸の濃度変化が緩やかになる。この現象は図５に示された直線で外沿した破線の傾きが横軸の数値が大きな範囲で緩やかになっていることに相当する。オゾン濃度の低下に伴いオゾン分子密度が小さくなるので、光子との衝突確率が小さくなり反応頻度が減少するためである。

図５に示すように、光分解式のオゾン分解装置１７は、オゾンキラーとして機能することが明らかである。そして、光強度を強くする程、より効果的に動作すること、オゾンガスが高濃度になる程、有効に動作することも確認された。

したがって、図１に示したような本発明の実施形態１に係るオゾン分解装置１０によれば、充填材６が光を透過又は反射することにより光を有効に利用することができ、オゾン分解効率が向上する。すなわち、充填材６が光を透過する場合、充填材６が光を妨げることがないので、充填材６により形成されたガス流路を通過するガスに効率よく光と照射できる。また、充填材６が光を反射する場合、充填材６により反射された光によりオゾンが分解されるため、オゾン分解効率が向上する。

図６はオゾンガス流速とオゾン分解装置１７で処理後のガス中に含まれるオゾン濃度との関係を示した特性図である。ガス流速の増大に伴い、オゾン濃度が増大することが確認できる。つまり、ガス流速が増大するとオゾン分解装置１７の分解効率が落ちていることがわかる。この結果からオゾンを効果的に分解させるには、オゾン分解装置１７におけるガス滞留時間を長くする必要が生じることを確認できる。

大量のオゾンガスを効果的に分解処理するには流速を低減させない代わりにガス流路長を大きくすることが重要である。以上の図６の特性図からガス流速を大きくする程、オゾンの分解効率が低減すること及びガス流路の増大すなわちガスの滞留時間を増大させることによってオゾンの分解効率を向上できることが示された。

したがって、図１に示したような本発明の実施形態１に係るオゾン分解装置１０によれば、光透過管４に障害部材６を充填することにより、ガス流路を増大させることができる。その結果、光透過管４内にオゾンガスが滞留する時間が長くなり、省スペースでオゾン分解効率を高めることができる。

（実施形態２）
実施形態２に係るオゾン分解装置１２は実施形態１に係るオゾン分解装置１０を改良したものである。オゾン分解装置１０は光分解の特性を考慮したものであるのに対し、オゾン分解装置１２は構造の単純化、メンテナンス等を考慮したより実用的なものとなっている。実施形態１に係るオゾン分解装置１０と比べて、紫外線ランプを設置する空間の省スペース化が図られ、装置の小型化が実現している。

図７（ａ）はオゾン分解装置１２の構成を示した概略断面図である。図７（ｂ）はオゾン分解装置１２のＣ−Ｃ断面図である。オゾン分解装置１２は筐体１１と配管２，７と光透過板１４と障害部材６と紫外光光源３とを備える。

筐体１１は図７（ａ）及び図７（ｂ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体１１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体１１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体４１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。

配管２はオゾンガスを導入するための配管である。配管２は筐体１１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管７は筐体１１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管７は筐体１１の下流側端部の略中央部に気密に接続されている。なお、配管２及び配管７を複数備えてもよい。

光透過板１４は紫外光光源３から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板１４は紫外光光源３を備える光源空間と障害部材６が充填されるガス流空間１６が形成されるように筐体１１内に設置される。すなわち、光透過板１４が筐体１１の内面に設けられた枠体１５にＯリングに例示される封止部材５を介して接続されることにより、前記光源空間と前記ガス流空間とが真空的に仕切られている。ここで、実施形態１で述べた理由により、前記光源空間は、大気圧雰囲気であることが望ましい。

紫外光光源３はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源３は直管型のものが採用されている。紫外光光源３はガス流の流れ方向に沿うように筐体１１の底面に付近において着脱自在に設置される。

以上のオゾン分解装置１２によると、オゾンガスが滞留する筐体１１が直方体構造となっているので、図１を参照して説明したオゾン分解装置１０の作用に加えて、オゾン分解装置１０と比べて材料加工手間が大幅軽減する。さらに、角型化することにより、設置の利便性が向上するとともに、紫外光を発生させるランプ設置空間が小さくなり、装置の小型化が可能となる。

また、オゾンガス流路を形成するために備える紫外光透過部材が板状なので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、紫外光光源３は筐体１１の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。

（実施形態３）
本発明の実施形態３に係るオゾン分解装置は、実施形態１に係るオゾン分解装置１０において、光透過管４の下流側と上流側とで、光透過管４を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるように、光透過管４の下流側と光透過管４の上流側に、異なる障害部材を充填したものである。例えば、光透過管４の下流側に充填される障害部材６ｂと、光透過管４の上流側に充填される障害部材６ａとを異なる大きさとした態様が挙げられる。したがって、実施形態１に係るオゾン分解装置１０の構成と同じものについては、同じ符号を付し、その構造や、備えられる障害部材６（６ａ、６ｂ）の詳細な説明は省略する。

なお、本発明の実施形態３に係るオゾン分解装置は、光透過管４における障害部材６の充填様態に関するものであるので、実施形態２に係るオゾン分解装置１２のガス流空間１６に障害部材６を充填する場合に適用してもよい。

図８に示すように、本発明の実施形態３に係るオゾン分解装置３０は、光透過管４において、オゾン含有ガスが流入する側とオゾン含有ガスが流出する側に充填される障害部材６ａ、６ｂの大きさが異なっている。

光透過管４を流通するオゾンガスの濃度は、ガス上流側で最も高く、ガス下流側で低くなる。

そこで、光透過管４の下流側と上流側とで、光透過管４を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるように、光透過管４のガス流通方向に対して、光透過管４の下流側に充填される障害部材６ｂと、光透過管４の上流側に充填される障害部材６ａを異なる大きさとした。

例えば、光透過管４ではガス下流側のオゾンガス濃度が低下するので、ガス下流側でオゾンガスに対する流通抵抗が高くなるように、光透過管４の上流側に充填される障害部材６ａより小さい障害部材６ｂを光透過管４の下流側に充填する。このように、光透過管４を流通するガスのオゾン濃度に応じて適度なオゾン分解状況を作り出すことが可能となる。

具体的には、光透過管４のオゾン含有ガスが流入する側に、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ａを５０個充填し、光透過管４のオゾン含有ガスが流出する側に、直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ｂを２００個充填した。ここで、直径１０ｍｍの障害部材６ａが充填される空間の体積と、直径５ｍｍの障害部材６ｂの充填される空間の体積はほぼ同じであった。

図９は、光透過管４に充填される障害部材６（６ａ、６ｂ）の空間分布を変えて、オゾン分解装置３０のオゾン分解性能を比較したものである。横軸は残留オゾン濃度であり、縦軸はオゾンガス含有ガスの流量である。オゾン分解装置３０に導入されるオゾンガスは、約１００％オゾンガスを使用した。

図９において、比較例１は、オゾン分解装置３０の光透過管４に、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ａを５０個と、直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ｂを２００個とを混合したものを充填したものである。

また、図９において実施例１は、本実施形態３に係るオゾン分解装置３０によるオゾン分解結果であり、光透過管４のオゾン含有ガスが流入する側に、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ａを５０個充填し、光透過管４のオゾン含有ガスが流出する側に、直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ｂを２００個充填したものである。

図９より明らかなように、比較例１と比べて実施例１では残留オゾン濃度が低下している。すなわち、光透過管４に充填される障害部材６ａ、６ｂの分布を変えることで、オゾン分解装置３０のオゾン分解性能が向上することが示された。

したがって、実施形態３に係るオゾン分解装置３０によれば、装置サイズを変更することなく、新たに材料（障害部材６ａ、６ｂ等オゾン分解装置３０を構成する各材料）を使うことなく、オゾン分解装置３０のオゾン分解処理能力を向上させることができる。

以上の説明したように、本発明の実施形態３に係るオゾン分解装置３０は、光透過管４に大きさの異なる障害部材６ａ、６ｂを不均一に分布させることにより、流通するガスのオゾン濃度に応じて障害部材６ａ、６ｂによるガス迂回の効果を段階的に変化させることができ、オゾン分解性能が向上する。

なお、実施形態３のオゾン分解装置３０では、光透過管４に充填される障害部材６ａ、６ｂをガス流に対して２段階で変化させているが、光透過管４に充填される障害部材６ａ、６ｂの充填様態は、多段階に変化させる、徐々に変化させる等、本実施形態の効果を損なわない範囲で適宜選択すればよい。また、障害部材６ａ、６ｂの形状は、光透過管４の下流側と上流側とで、光透過管４を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるように、実施形態１で示した障害部材６の形状を適宜組み合わせて用いればよい。

（実施形態４）
本発明の実施形態４に係るオゾン分解装置は、実施形態１に係るオゾン分解装置１０において、光透過管４の軸心側と外周側とで、光透過管４を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるように、光透過管４の流路の軸心側と外周側に異なる障害部材を充填したものである。例えば、光透過管４の流路の軸心側に充填される障害部材光透過管４の流路の軸心側に充填される障害部材６ｄと、光透過管４の流路の外周側に充填される障害部材６ｃとを異なる大きさにした様態が挙げられる。したがって、実施形態１に係るオゾン分解装置１０の構成と同じものについては、同じ符号を付し、その構造や、備えられる障害部材６（６ｃ、６ｄ）の詳細な説明は省略する。

なお、本発明の実施形態４に係るオゾン分解装置は、光透過管４における障害部材６の充填様態に関するものであるので、実施形態２に係るオゾン分解装置１２のガス流空間１６に障害部材６を充填する場合に適用してもよい。また、実施形態３に係るオゾン分解装置３０の充填様態と組み合わせてもよい。

図１０に示すように、本発明の実施形態４に係るオゾン分解装置３１は、光透過管４において、軸心付近に充填される障害部材６ｄと外周付近に充填される障害部材６ｃの大きさが異なっている。

光透過管４には、障害部材６（６ｃ、６ｄ）が充填されるので、紫外光は光透過管４の中心に届きにくく、光透過管４の軸心付近を流通するガスのオゾン濃度が高くなる。

そこで、光透過管４の軸心側と外周側とで、光透過管４を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるように、光透過管４の軸心付近に充填される障害部材６ｄと、光透過管４の外周部付近に充填される障害部材６ｃを異なる大きさとした。

例えば、光透過管４では、軸心付近を流通するガスのオゾン濃度が高くなるので、軸心を流通するガスの流通抵抗が高くなるように、光透過管４の外周側に充填される障害部材６ｃより小さい障害部材６ｄを光透過管４の軸心側に充填する。このように、光透過管４に照射される紫外光の光路長に応じて適度なオゾン分解状況を作り出すことが可能となる。

具体的には、光透過管４の外周側に、直径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ｃを５０個充填し、光透過管４の軸心側に、直径５ｍｍ、高さ１０ｍｍの円柱の障害部材６ｄを２００個充填した。

このように、光透過管４に障害部材６ｃ、６ｄを充填することにより、光透過管４の軸心側の流通抵抗が高くなり、光透過管４の軸心付近を流通するガスの滞留時間が長くなる。ゆえに、軸心付近に紫外光が届きにくくても、効果的にオゾンを分解することができる。

このように、本発明の実施形態４に係るオゾン分解装置３１によれば、光透過管４に大きさの異なる障害部材６ｃ、６ｄを光透過管４の径方向で不均一に分布させることにより、流通するガスのオゾン濃度に応じて障害部材６ｃ、６ｄによるガス迂回の効果を段階的に変化させることができ、オゾン分解性能が向上する。

なお、実施形態４のオゾン分解装置３１では、光透過管４に充填される障害部材６ｃ、６ｄを２段階で変化させているが、光透過管４に充填される障害部材６ｃ、６ｄの充填様態は、多段階に変化させる、徐々に変化させる等、本発明の効果を損なわない範囲で適宜選択すればよい。また、障害部材６ｃ、６ｄの形状は、光透過管４の軸心側と外周側とで、光透過管４を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるように、実施形態１で示した障害部材６の形状を適宜組み合わせて用いればよい。

上記実施形態１から４に係るオゾン分解装置によれば、高濃度オゾンを光分解処理し、反応副生物を生じることなく無害な酸素分子にすることができる。さらに、光分解反応を利用しているので、オゾンガスを加熱処理するための機構を必要としない。また、オゾンガス以外に、他の反応プロセスに用いたガス（例えば、ＣＶＤ原料ガスなど）が混ざった混合ガスを流通させても、オゾンを分解処理できる。また、真空に対応できる構造を備えることにより、減圧ガス処理も可能であり、高濃度オゾンガスの分解処理にも有効である。そして本発明に係るオゾン分解装置は、半導体全般におけるオゾンを使用したプロセスに対し適用可能である。

本発明に係るオゾン分解装置は、紫外線ランプ等の光源以外に消耗品がないので、保守性に優れる。また、オゾンガス流路に充填される障害部材は、その形状を選ばないため、加工が容易な形状のものを適宜用いることができる。例えば、障害部材は、標準径の円柱棒から切り出す、又は切り屑を利用することにより安価に製造できる利点や、筒状の障害部材を用いれば、端面の透明仕上げを省くことができる。また、障害部材は、例えば石英塊やアルミなどを用いるため消耗せず、プロセスラインを汚染しない。

そして、オゾン濃度や分解速度に応じて、紫外線ランプや障害部材の充填量、充填方法等を適宜選択することにより、オゾン分解に必要な光量及びオゾン分解に必要なガス流路長を設定することができる。

１、１１…筐体
２、７…管部
３…紫外光光源
４…光透過管
６（６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ）…障害部材
１０、１２、３０、３１…オゾン分解装置
１４…光透過部材

Claims (8)

1. オゾンガスを流通させるガス流路と、
   前記ガス流路内のオゾンガスに紫外光を照射してオゾンガスを分解するための光源を備え、
   前記ガス流路中に、前記光源から照射された紫外光を透過または反射する障害部材を充填した
   ことを特徴とするオゾン分解装置。
2. 前記障害部材の形状は、円柱状、円筒状、直方体、立方体、球体、多面体、繊維状のいずれかである
   ことを特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
3. 前記ガス流路は、前記紫外光を透過する円筒状を成す光透過部材よりなり、
   前記光透過部材は、円筒状の筐体内に同軸に格納され、
   前記光源は、前記ガス流路と前記筐体間に備えられた
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオゾン分解装置。
4. 前記ガス流路は、前記紫外光を透過する板状の光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、
   前記光源は、前記光透過部材を介して前記ガス流路内のオゾンガスに前記紫外光を照射するように備えられた
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のオゾン分解装置。
5. 前記筐体の内面は鏡面処理された
   ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のオゾン分解装置。
6. 前記ガス流路の下流側に充填される障害部材を、前記ガス流路の上流側に充填される障害部材より小さくすることにより、前記ガス流路の下流側と上流側とで、前記ガス流路中を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるよう構成した
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
7. 前記ガス流路の軸心側に充填される障害部材を、前記ガス流路の外周側に充填される障害部材より小さくすることにより、前記ガス流路の軸心側と外周側とで、前記ガス流路中を流れるオゾンガスに対する流通抵抗が異なるよう構成した
   ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
8. オゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムであって、
   請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のオゾン分解装置を備え、
   このオゾン分解装置に前記基板の酸化処理に供したオゾンガスを供給する
   ことを特徴とするプロセスシステム。

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