JPH01278401A - オゾン発生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、オゾン発生方法に関する。

（従来の技術） 一般に、無声放電によるエネルギーや、水銀放電管から
放出される紫外線の光子エネルギー等によって、一部の
酸素分子が解離して原子状態となり、この原子状酸素が
酸素分子と結合して酸素３原子のオゾンが生成する。無
声放電によるオゾン発生装置例として、例えば第８図に
示す装置がある。この図において、平板状の接地電極（
１ａ）はこれを冷却するために設けられたウォータージ
ャケット■の一部として設置されている。この接地電極
■の上方には、平板状の誘電体■が接して配置されてお
り、この誘電体■は放電ギャップ■を介して平板状の高
圧電極（へ）と近接対向して配置され、この高圧電極に
）の上方には高圧電極（イ）を冷却するための冷却フィ
ン■が接して設けられている。オゾンを生成するための
上記放電ギャップ■は高圧電極（へ）の下面と誘電体■
の上面との間に形成され。

この放電ギャップ■に原料ガス人口■およびオゾンガス
出口■に接続されている。また、上記ウォータージャケ
ット■には冷却水人口■と冷却水出口０が設置されてい
る。これらはすべて筐体（１０）の内部に収納されてい
る。

このような構成のオゾン発生装置において、高圧電極（
へ）および接地電極（ｌａ）に図示しない高電圧電源か
ら高電圧を供給し、放電ギヤツブ■内で無声放電を発生
させる。このとき原料ガス人口■から少なくとも酸素を
含むガスを供給すると、放電ギヤツブ■内で酸素の一部
が活性化されオゾンが発生する０発生したオゾンは、オ
ゾンガス出口■から取り出される。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上記従来の技術では、オゾンの発生は行
なうことができるが、所望する温度及び湿度の変動によ
り一定の安定した濃度のオゾンを発生することができな
いという問題があった。

例えば半導体ウェハのアッシング処理にオゾンを使用す
る場合、上記のような濃度が不安定なオゾンを上記半導
体ウェハに供給することとなり。

この半導体ウェハのアッシング速度が各半導体ウェハ単
位で異なり、その結果上記半導体ウェハのアッシング不
良等が発生する原因となり、上記アッシング装置の信頼
性を低下させてしまうという開運があった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、発生するオ
ゾン濃度変動をなくし、常に一定の安定したオゾン濃度
でオゾンを発生可能とするオゾン発生方法を提供しよう
とするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、原料ガスをオゾン発生部に供給し、このオゾ
ン発生部で放電によりオゾンを発生させる際、上記オゾ
ン発生部で発生するオゾンを一定の所望濃度で発生させ
る如く、上記原料ガスの温度及び湿度を制御することを
特徴とするオゾン発生方法を得るものである。

（作　用） 原料ガスをオゾン発生部に供給し、このオゾン発生部で
放電によりオゾンを発生させる際、上記オゾン発生部で
発生するオゾンを一定濃度で発生させる如く、上記原料
ガスの温度及び湿度を制御することにより、上記オゾン
発生部へ供給する原料ガスの温度及び湿度を所定値に設
定して供給するため、上記オゾン発生部で発生するオゾ
ンの濃度を常に一定に保つことが可能となる。

（実施例） 以下１本発明方法の一実施例につき、図面を参照して説
明する。

まず、オゾン発生装置の構成を説明する。

このオゾン発生装置は、オゾンを発生させるためのオゾ
ン発生部（１１）と、オゾン発生部（１１）に原料ガス
を供給するための原料ガス供給部（１２）から構成され
ている。

上記オゾン発生部（１１）は、第２図に示すように例え
ばチタン製の平板状高圧電極（１３）と、この高圧電極
（１３）にスペーサ（１４）によって調整された空隙（
１５）とセラミック製誘電体（１６）を介して対向した
平板状高圧電極（１７）が設けられている。この画電極
（１３）（１７）の外周には、電気絶縁性が良好でしか
も熱伝導性が良好なる材質例えばアルミナ、ベリリア、
マグネシア等のセラミックスから成る平板状熱伝導体（
１８）が接して設けられており、それらの末端部は統合
されて一体となり、保有熱量の充分に大きい冷熱源とし
て機能する冷却ブロック（１９）に接合されている。こ
の冷却ブロック（１９）は、冷却ブロック（１９）を冷
却するための冷却コイル（２０）と、この冷却コイル（
２０）に冷却水を循環させるための冷却装置（２１）、
更に上記冷却ブロック（１９）を常に所定温度に保つた
め、この冷却ブロック（１９）における検知温度に応じ
て上、記冷却装置（２１）に制御信号を送る機能を持つ
温度制御装置（２２）を備えている。

そして、上記空隙（１５）と誘電体（１６）を介して対
向して放電領域を形成した高圧電極（１３）と接地電極
（１７）との間に、少なくとも酸素を含んだガスを供給
するガス供給口（２３）が設けられており、このガス供
給口（２３）は後に説明する原料ガス供給部（１２）に
接続している。更に、このガス供給口（２３）の対向部
には、少なくともオゾンを含んだガスを放出可能なガス
出口（２４）が設けられている。また、上記高圧電極（
１３）と接地電極（１７）に電圧を印加する如く高圧電
源（２５）が接続配置されている。

上記原料ガス供給部（１２）は、原料ガスを所望する温
度及び湿度に調整可能な如く、原料ガス供給源例えば空
気供給源（２６）から原料空気と所望流量に調節する気
体流量調節器（２７）を介して温湿度調節機構（２８）
が連設しており、この温湿度調節機構（２８）で温湿度
制御した原料ガスを上記オゾン発生部（１１）に供給可
能としている。この温湿度調節機構（２８）は１例えば
上記気体流量調節器（２７）から流量される原料ガス中
の絶対湿度を検出する湿度検出器（２９）を介した出口
側配管（３０ａ）が並列状態に分岐し、一方は可変バル
ブ例えばダイアフラム式調節弁（３１）を介して加湿部
（３２）に接続し、他方は可変バルブ例えばダイアフラ
ム式調整弁（３３）を介して脱湿部（３４）に夫々接続
している。上記加湿部（３２）は例えば所望湿度に制御
された水の中をバブリングさせるか、或いは水蒸気雰囲
気中に原料ガスを通過させて加湿する構造となっている
。また、上記脱湿部（３４）は例えばシリカゲル（商品
名）或いはゼオライトから形成された触媒により上記原
料ガスに含有する水分を吸着させるか、或いは上記原料
ガスを水蒸気の露点温度以下に冷却して水蒸気を凝縮即
ち液化して除去する構造となっている。このような加湿
部（３２）及び脱湿部（３４）の夫々呂口側に接続され
た配管（３０ｂ）は連結して温度検出器（３５）及び温
調機構（３６）に接続しており、この温度検出器（３５
）で検出した原料ガス温度に基づき上記温調機構（３６
）により上記原料ガス中の水蒸気が凝結して結露しない
程度で加熱及び冷却を行なう構造となっている。また、
上記加湿部（３２）及び脱湿部（３４）へ供給する原料
ガスの比率或いは切換えを制御するために、上記ダイア
フラム式調整弁（３１）（３３）が湿度制御機構（３７
）により可変自在に設けられており、上記湿度検出器（
２９）からの出力データに基づいて湿度制御機！　（３
７）が上記ダイアフラム式調整弁（３１）　（３３）を
設定制御可能となっている。このように原料ガス供給部
（１２）が構成されており、この原料ガス供給部（１２
）の上記温調機構（３６）と上記オゾン発生部（１１）
に接続してこのオゾン発生部（１１）に上記温湿度制御
された原料ガスを供給可能となっている。このようにし
てオゾン発生装置が構成されている。

次に上述したオゾン発生装置によるオゾンの発生方法を
説明する。

まず、空気供給源（２６）から外気を吸収し、この吸入
した空気を気体流量調節器（２７）により所望する流量
に調節して湿度検出器（２９）へ供給する。この湿度検
出器（２９）は、例えば全翼酸化物系セラミックや無機
質、高分子などの抵抗変化を利用した半導体式湿度セン
サーや、水晶振動式湿度センサー、マイクロ波湿度セン
サー等により構成されており、このようなセンサーによ
り上記原料ガス即ち空気の絶対湿度を検出し、この検出
したデータを温湿度制御機構（３７）に電気的に伝達す
る。そして、上記原料ガスは湿度検出器（２９）を介し
た後。

分岐した配管（３０ａ）内を流れてダイアフラム式調整
弁（３１）（３３）に到達するが、この時、上記湿度検
出器（２９）から伝達した湿度データを基に上記原料ガ
スを所望する湿度に調整する如く上記湿度制御機構（３
７）によりダイアフラム式調整弁（３１）　（３３）の
開閉或いは開度調整を行なう、これは上記原料ガスの湿
度が所望する湿度より低い場合、上記ダイアフラム式調
整弁（３１）を開き、また、ダイアフラム式調整弁（３
３）を閉じることにより上記原料ガスを加湿部（３２）
へ供給し、この加湿部（３２）で上記所望する湿度とな
る量の湿潤空気或いは水蒸気を混合することにより加湿
する。また、上記原料ガスの湿度が所望する湿度より低
い場合、上記ダイアフラム式調整弁（３１）を閉じ、ま
た、ダイアフラム式調整弁（３３）を開くことにより上
記原料ガスを脱湿部（３４）へ供給し、この脱湿部（３
４）で上記所望する湿度となる量の乾燥空気とを混合す
るか、またはシリカゲル（商品名）或いはゼオライトか
ら形成された触媒により上記原料ガスに含有する水分を
吸着させるか、または上記原料ガスを水蒸気の露点温度
以下に冷却して上記所望する湿度になるまで水蒸気を凝
縮即ち液化して除去する等により脱湿する。このように
加湿部（３２）及び脱湿部（３４）により上記原料ガス
の湿度制御を行なった後、配管（３０ｂ）に連設してい
る温度検出器（３５）により上記原料ガスの温度を検出
し、この検出した温度に基づいて温調機構（３６）によ
り上記原料ガスを所望する温度に温調する。この温調機
構（３６）は、例えばペルチェ効果素子や、流体を利用
した加熱及び冷却による間接的温調等、何れを使用して
もよい。

このように温湿度調節機構（２８）により温度及び湿度
を制御した原料ガスをオゾン発生部（１１）に供給して
オゾンを発生させる。これは第２図に示すように、冷却
ブロック（１９）の温度を温度制御装置（２２）によっ
てモニターしつつ、冷却装置（２１）から冷却水等を冷
却コイル（２０）内に循環させ、冷却ブロック（１９）
を所定温度まで冷却する。この冷却ブロック（１９）の
冷却に伴って、高圧電極（１３）と接地電極（１７）の
外周に装着した平板状熱伝導体（１８）が冷却される。

そして、冷却状態の上記高圧電極（１３）及び接地電極
（１７）に高圧電源（２５）で例えば周波数１〜１０Ｋ
Ｈｚ。

電圧１〜ｌ０ＫＶ程度の高電圧を印加する。この時、上
記原料ガス供給部（１ｚ）から所望の流量が例えば０．
１〜２０ＳＩｌ／ｗｉｎ程度の少なくとも酸素を含んだ
ガス即ち空気を、ガス供給口（２３）から空隙（１５）
に流す、ここで、電圧を印加した両電極（１３）　（１
７）の間に誘電体（１６）と空隙（１５）を設けた放電
領域で生ずる無声放電によりオゾンが発生し、ガス出口
（２４）より図示しないオゾンを使用する処理部等にオ
ゾンを含んだガスが送られる。

尚、生成されたオゾンの寿命は温度に依存し、第３図に
示すように温′度が高くなるとオゾンの寿命は急激に短
くなる。このため、発熱体である両電極（１３）　（１
７）付近の温度を十分に下げる必要があり、上記平板状
熱伝導体（１８）の温度が例えば２０℃以下となるよう
に冷却ブロック（１９）の温度を制御するのが望ましい
。

上記のようにオゾンを発生させる場合、上記オゾン発生
部（１１）に供給する原料ガスの温度及び湿度を所望値
に設定するが、この設定する温度を上記したように高く
すると発生したオゾンの寿命が短かくなってしまうため
、Ｏ〜４０℃程度の範囲で好ましくは常温以下に制御す
ることが好ましい。

また、上記設定する湿度は、この湿度即ち原料ガス中に
含まれる水蒸気量が多くなると、この水蒸気がオゾン分
解における増感剤として作用し１発生したオゾンの寿命
を著しく低下させてしまい高濃度のオゾンは得られない
。また、この湿度が高く即ち含有する水蒸気量が多くな
り飽和水蒸気量を越えるとこの水蒸気は凝結して結露し
、この結露した水蒸気が上記オゾン発生部（１１）の高
圧電極（１３）及び接地電極（１７）表面に付着し、そ
の結果数毎効果が急激に低下するため高濃度のオゾンが
得られない、そのため、この高濃度のオゾンを得るため
には上記湿度を低く例えば０〜８０％で好ましくは６０
％以下に制御することが必要となり、所望する濃度のオ
ゾンを発生できる湿度に設定制御する。

上記実施例では原料ガスの所望する湿度への設定を、加
湿部（３２）或いは脱湿部（３４）へ選択的に切換えて
一方に供給する例について説明したが、これに限定する
ものではなく１例えば上記加湿部゛（３２）及び脱湿部
（３４）へ供給する原料ガスの割合を変化させ、湿潤空
気及び乾燥空気の混合割合を変えることによる湿度調整
でも同様な効果を得ることができる。

また、上記実施例では原料ガスとして空気を使用して説
明したが、放電によりオゾンが発生する原料であればこ
れに限定するものではなく、例えば酸素ボンベからの酸
素を原料ガスとしても同様に行なうことができる。

以上述べたようにこの実施例によれば、原料ガスをオゾ
ン発生部に供給し、このオゾン発生部で放電によりオゾ
ンを発生させる際、上記オゾン発生部で発生するオゾン
を一定の所望濃度で発生させる如く、上記原料ガスの温
度及び湿度を制御することにより、上記オゾン発生部へ
供給する原料ガスの温度及び湿度を所定値に設定して供
給するため、上記オゾン発生部で発生するオゾンの濃度
を常に一定に保つことが可能となる。

次に本発明方法の他の実施例を第４図、第５図。

第６図を参照して説明する。

第４図に示すオゾン発生部（１１）におけるオゾン発生
装置は第１の実施例と同様な構成であるため、具体的な
説明は省略する。

原料ガス供給源例えば空気供給源（２６）から気体流量
調節器（２７）を介して温湿度検出器（３８）が連設し
ている。この温湿度検出器（３８）は第１の実施例で説
明した湿度検出器（２９）及び温度検出器（３５）の機
能を兼備えており、　この温湿度検出器（３８ａ）は同
様に可変バルブ例えばダイアフラム式調整弁（３１）　
（３３）を介して夫々の加湿部（３２）及び脱湿部（３
４）に連設している。この加湿部（３２）及び脱湿部（
３４）の夫々出口に接続した配管（３０ｂ）により温湿
度検出器（３８ｂ）を介して高圧電源（２５）を備えた
オゾン発生部（１１）に連設している。また、上記温湿
度検出器（３８ａ）　（３８ｂ）で検出した温湿度デー
タに基づいて上記気体流量調節器（２７）及びダイアフ
ラム式調整弁（３１）　（３３）をｉ！１５Ｉ整可能な
動可能御機構（３９）が設けられている。

上記したオゾン発生装置において、まず、空気供給源（
２６）から空気を気体流量調節器（２７）を介して温湿
度検出器（３８ａ）へ供給する。この時、所望する流量
のオゾンガス及びオゾン濃度のオゾンを発生させるため
に制御機構（３９）により上記気体流量調節器（２７）
が制御される。そして、温湿度検出器（３８ａ）で上記
空気温度及び相対湿度を検出し、この検出した相対湿度
が所望する湿度より低い場合は、この原料ガスを加湿部
（３２）に流導する如く上記ダイアフラム式調整弁（３
１）を開き、また、上記検出した相対湿度が所望する湿
度より高い場合はこの原料ガスを脱湿部（３４）に流導
する如く上記ダイアフラム式調整弁（３３）を開くよう
に上記制御機構（３９）により制御して加湿或いは脱湿
を行なう。

そして、この温湿度制御した空気を更に所望する温湿度
になっているか温湿度検出器（３８ｂ）で検出し、これ
をオゾン発生部（１１）へ供給して上記第１の実施例と
同様にオゾンを発生させる。

上記オゾン発生装置は一定の所望濃度のオゾンを発生さ
せるために相対湿度を制御し、この相対湿度の制御によ
り必然的に温度が決定される構成により上記第１の実施
例の温調機構をなくすことができる。

このような温度及び湿度による発生オゾン濃度への影響
を第５図に示す、これは横軸を連軸時間（ｈｒ）縦軸を
オゾン濃度（ｇ／ｍ）及び原料空気相対湿度〔％〕及び
原料空気温度［”Ｃ］とした時の、原料空気相対湿度及
び原料空気温度及びオゾン濃度の変化を示すものである
。この特性例から原料空気相対湿度を低下させると、そ
れに応じてオゾン濃度が上昇する傾向があることが判か
る。また。

一定濃度のオゾンを発生させるために原料空気相対湿度
及び原料空気を一定制御した特性例を第６図に示す、こ
れは横軸を運転時間（ｈｒ）、縦軸をオゾン濃度（ｇ／
ｒｒｒ）及び原料空気相対湿度〔％〕及び原料空気温度
〔℃〕とした時の、原料空気相対湿度を６０％及び原料
空気温度を２５℃に制御した時の発生オゾン濃度の特性
を示すものである。この特性ではオゾン濃度が３．５ｇ
／ｍに一定発生する如く上記原料空気相対湿度を６０％
に設定制御したが、他の濃度のオゾンを得るために異な
る湿度に設定制御してもよい。

このように原料ガスの温度及び相対湿度を制御する構成
としても上記第１の実施例と同様な効果　・を得ること
ができる。

上記実施例では原料ガスの温度及び湿度のみを検出して
一定濃度のオゾンを発生させる例について説明したが、
例えば第７図に示すようにオゾン発生部（１１）で発生
するオゾンの濃度をオゾン濃度計（４０）で検出し、そ
の濃度に基づいて温湿度制御する構成や、或いはこのオ
ゾン濃度計（４０）の検出のみで温湿度検出器（３８ａ
）　（３８ｂ）を除いた構成でも上記第１の実施例と同
様な効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、原料ガスをオゾン
発生部に供給し、このオゾン発生部で放電によりオゾン
を発生させる際、上記オゾン発生部で発生するオゾンを
一定の所望濃度で発生させる如く、上記原料ガスの温度
及び湿度を制御することにより、上記オゾン発生部で発
生するオゾンの濃度を常に一定に保つことができ、信頼
性の向上が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するためのオゾン
発生装置の構成図、第２図は第１図のオゾン発生部説明
図、第３図は第２図の温度とオゾン分解半減期の関係を
示す曲線図、第４図は本発明方法の他の実施例説明図、
第５図、第６図は第４図の温湿度制御によるオゾン濃度
説明図、第７図は第４図の他の実施例説明図、第８図は
従来のオゾン発生装置の構成図である。 １１・・・オゾン発生部　　２８・・・温湿度調節機構
２９・・・湿度検出器　　　３２・・・加湿部３４・・
・脱湿部　　　　　３５・・・温度検出器３６・・・温
調機構　　　　３７・・・湿度制御機構特許出願人　　
　チル九州株式会社 第１図 第３図 、Ａ屋（′Ｃ） 第４図 第７図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 原料ガスをオゾン発生部に供給し、このオゾン発生部で
   放電によりオゾンを発生させる際、上記オゾン発生部で
   発生するオゾンを一定の所望濃度で発生させる如く、上
   記原料ガスの温度及び湿度を制御することを特徴とする
   オゾン発生方法。