JPH0226804A - 酸素原子発生方法および装置 - 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】 〔産業上の利用分野ｊ この発明は、金属などの酸化物の合成や有機物の完全な
分解を高速に行える酸素原子の発生装置および方法に関
するものである。

〔従来の技術Ｊ 酸素原子の発生手段として従来から紫外線照射による酸
素分子の分解や、オゾンに紫外線を照射して酸素原子と
酸素分子に解離する方法および装置があり、有機物の完
全酸化分解に用いられている。特開昭５８−１６５１４
９号公報、特開昭５８−２５００８８号公報、特開昭６
２−２６２１号公報等はこの目的のためになされた発明
である。

例えば、第１１図の特開昭６２−２６２１号公報に示さ
れた従来のレジスト除去装置では、紫外光源（１０）、
オゾン発生器（１１）、真空チャンバー（１２）で構成
され、紫外光の光エネルギーを利用して酸素分子からオ
ゾンを発生させたり、オゾンを分解してより活性な酸素
原子を生成せしめ、その酸化作用により有機化合物を二
酸化炭素や水などに分解する光アッシング法である。こ
の場合、紫外光の直接作用で化学結合が切断される機構
も並行して起こシ有機化合物の分解を促進している。な
お、（３）はパルプ、（１３）は真空ポンプである。

〔発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従来の紫外光とオゾンを用いた方法では
、生成する酸素原子の濃度が小さく紫外線による有機化
合物の直接分解の効果を合わせても、有機物の一例であ
るレジストの除去速度は２＋０００Ａ／ｍｉｎと比較的
低く目的とする有機化合物の除去に時間がかかるという
問題がある。

これは、現状の紫外光源の発光密度が高々０．６ｗａｔ
ｔ／ｄに過ぎず、供給酸素やオゾンの濃度を高めても生
成する酸素原子の濃度が１０１３ｐａｒｔｉｃｌｅ・−
一３程度に留まり、したがって酸素原子が有機化合物と
高い反応性を持っていても有機化合物の除去速度は２，
０ＯＯＡ／ｎｉｐが限度であった。

この発明は、高濃度の酸素原子を効率よく発生させるこ
とを目的とし、その結果従来技術にみられていた有機物
の酸化除去速度の限界を回避したり、酸素原子利用分野
を拡大したりできるような酸素原子発生方法および装置
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段１ この発明による酸素原子発生方法および装置は、放電場
の酸素含有気体圧力Ｐが０．１〜ｌ　Ｑ　Ｔｏｒｒで、
かつ、気体圧力Ｐと放電電極間距離ｄの積Ｐ・ｄの値が
１〜１０００Ｔｏπ・４の範囲で、誘電体を介して酸素
含有気体を対象に放電を行うことを特徴とし、さらに上
記の条件を実現できる誘電体と電極を具備させることを
特徴とする。

〔作用１ この発明における、放電場の圧力条件は、放電で生成し
た酸素原子同士による再結合反応や酸素原子と酸素分子
の反応による比較的安定なオゾンの生成反応による生成
酸素原子の消失が防止され１０１６ｐａ　ｒｔｉａｌｅ
−ｘ−３にも達する高濃度の酸素原子が得られるように
する。また、適正な放電電極間距離は、放電場の電界強
度を酸素分子の解離に十分でかつ、不必要な酸素のイオ
ン化を防止でき、高効率で酸素原子が得られるようにす
る。

〔実施例ｊ この発明の実施例を以下に述べる。

第１図は本発明の一実施例による酸素原子発生装置の構
成図である。第１図において、（１）はガラス、石英、
セラミック等で構成された管状誘電体、（２）は誘電体
の管に密着させた金属や有機導電性材料等の導電性材料
で構成された電極、（３）は流量もしくは圧力を調整で
きるバルブ、（４）は真空ポンプ、（５）は反応チャン
バー、（６）は交流電源、（７）は高電圧トランス、（
８）は原料気体源である。

原料気体源（８）、調整パルプ（３）、管状誘電体（１
）、反応チャンバー（５）および真空ポンプ（４）は一
連の流路を形成し、原料気体源（８）から供給された酸
素含有気体は調整パルプ（３）を経て管状誘電体（１）
内部へ流入する。このとき管状誘電体（１）内部の圧力
は調整パルプ（３）によって設定圧力範囲０．１〜１０
　Ｔｏｒｒに調整される。管状誘電体（１）の外部に密
着した２圧 つの電極（２）の間には高々交流電圧が印加され、管状
誘電体（１）を介して流通気体中に放電を生ずるこの放
電により、原料気体中の酸素分子は励起され、その結果
酸素原子に解離する。この様にして生成した酸素原子は
反応チャンバー（５）へ導入され有機物の酸化や金属等
無機物の酸化に供される。

原料気体中の酸素原子へ変換されなかった酸素や原料気
体中に予め混合されていた酸素以外の気体は、真空ポン
プ（４）によって反応チャンバー（５）から系外へ排出
される。

第２図は、酸素ガスを原料としたときの放電場の気体圧
力と生成酸素原子濃度の絶対値と相対値の関係を示す。

絶対濃度は設定圧力下における単位体積当シの酸素原子
数を、相対濃度は全気体数に対する酸素原子数の占める
比率を表す。第２図から明らかなように、気体圧力の減
少に伴い相対酸素原子濃度は増加し、０．　Ｉ　Ｔｏｒ
ｒ以下の圧力でほぼ平ｌ＃値を示す。一方、絶対酸素原
子濃度は気体圧力の減少に伴い増加するが３　Ｔｏｒｒ
の圧力を境に減少する。真空ポンプの能力を上げずにで
きるだけ多量の酸素原子を供給できる条件は、相対酸素
原子濃度が高いこと、同時に供給気体圧力が低いことが
要求される。さらに酸素原子による酸化反応を高速に維
持するために絶対酸素原子濃度が高いことも合わせて要
求される。これらの条件を満足するのは第２図よシ被放
電ガスすなわち酸素含有気体の圧力が０．１〜１０　Ｔ
ｏｒｒの範囲に限定されることがわかる。なお、第２図
では被放電ガスが酸素ガスである場合について示したが
、酸素ガスに不純物が混っている場合にも、第２図の絶
対値（曲線の山の高さ）は小さくなるが０．１〜１０’
ｒｏｒｒの範囲はほとんど変わらない０ 第３図は、被放電ガス圧力Ｐと放電電極間距離ｄの積（
ｐ−ｄ）と、酸素分子の解離（イオン化）のエネルギー
効率との関係および放電維持電圧との関係の概略を示し
たものある。Ｐ−ｄがＩＴｏｒｒ’ｏｌｌ以下であると
放電の電子エネルギーが大きく、酸素分子のイオン化が
生じ必要以上に放電電力を要することになる。また、イ
オン化した酸素分子は十分なエネルギーをもつ丸め殆ど
酸素原子と同等な酸化力を示すが、電荷を持つことによ
り処理対象物質に致命的なダメージを与えることが多く
、その生成は好ましくない。逆に、Ｐ−ｄが１０００　
Ｔｏｒｒ−ｘ以上の場合は放電の電子エネルギーが小さ
く十分な酸素分子の励起が行えず酸素原子の生成は見込
めず、また放電を維持するのに必要な電圧が高く誘電体
の絶縁破壊を生じ易い。上記の結果から放電条件として
Ｐ−ｄが１〜１０００　Ｔｏｒｒ’ａｍは効率よく酸素
原子を発生させるためには不可欠な条件となる。

第４図は本発明の他の実施例による酸素原子発生装置の
要部を示す部分断面図である。第４図において、（１）
は管状誘電体、（２）は誘電体の管に密着もしくは導電
性接着剤で接着させられた金属等の導電性材料で構成さ
れた電極で、電極の内部には１つ以上の貫通孔（２人）
が設けられ、この貫通孔（２Ａ）に冷却された液体が流
通し電極および管状誘電体（１）を介して放電気体の温
度を適当な範囲に保持する。放電のために投入した電力
のうち酸素分子の解離に利用されるエネルギーは高々数
１０％に過ぎず、残シは全て熱エネルギーとなシ被放電
気体の加熱に用いられる。加熱された気体は接触する管
状誘電体（１）を加熱することになるが、一般に誘電体
は高温では絶縁破壊を生じ易く、これを防止するために
は冷却が不可欠である。例えば、誘電体として硼硅酸ガ
ラスを使用する場合は、硼硅酸ガラスの特性上２００℃
以上で絶縁破壊電圧が低下するので少なくともこの温度
以下への冷却が不可欠である。

また、電極の冷却は第４図の様な貫通孔（２Ａ）に冷却
された液体を流通する方法でなくともフィンを付加して
このフィンを通じてガス冷却を行っても同じ効果が得ら
れるのはいうまでもない。

第５図はこの発明の他の実施例による酸素原子発生装置
の要部を示す部分断面図である。図において、（９）は
誘電体の管ａ）に密着もしくは良熱伝導性接着剤で接着
させられた金属等の良熱伝導性材・料で構成された温度
調整ブロックである。温度調整ブロック（９）はその内
部に冷却された液体が流通しうる貫通孔（９Ａ）を有す
るか、外部にフィンを有する。この温度調整ブロック（
９）の貫通孔（９Ａ）に冷却された液体を通ずるか、外
部のフィンに冷却された流体を通ずることによって管状
誘電体（１）や被放電気体の温度を目的とする温度範囲
に調整し、管状誘電体（１）の絶縁破壊を防止する。

ちなみに、誘電体と電極の構成は上記の示した条件を満
足しておれば良く、第６図のように複数の電極（２）を
設け、交互に高電圧を印加する構成、第７図Ａ、Ｂに部
分断面図および側面図で示すように複数の管状誘電体（
１）を束ねてその外周に電極（２）を設けても、さらに
は、第８図のように管状誘電体（１）を巻いて一対以上
の電極Ｃ）を設けて管状誘電体（１）の設置長さを短縮
する構成でも、第９図ＡＢに正面図および断面図で示す
ように管状誘電体（１）をはさんで電極（２）を対向さ
せた構成でも同等の効果が期待できる。また１対の電極
（２）の双方を同時に誘電体の外部に設ける必要はなく
一方を被放電気体と接する構成であっても良い。

また、放電電極の接地は高電圧を印加する対電極の一方
を接地しても、対電極の中間に別の接地！極を設けても
良いし、電極間に温度調整プロッりを配する場合にはこ
の温度調整ブロックを接地電極と兼ねさせても良い。

さらに、原料気体として、オゾン含有酸素を用いるとオ
ゾンが容易に分解して酸素原子を生成するので酸素を原
料とした場合より高濃度の酸素原子を得ることができる
。第１０図は原料にオゾン含有気体を用いる場合の実施
例を示す酸素原子発生装置の概略構成図である。図にお
いて、（１１）はオゾン発生器である。原料気体源（８
）から供給された酸素含有気体はまずオゾン発生器（１
１）に送られ、含有酸素の一部がオゾンに変換されて管
状誘電体（２）へ送入される。以降の動作は第１図の装
置と同じで酸素原子を生成する。

なお、参考として、以上では原料気体として酸素含有文
体について説明したが、原料に酸素以外の気体を用いる
こと罠よりこの発明の装置で望みの原子状気体を得るこ
とができる。例えば、窒素を原料気体とすると、窒素原
子を効率よく高濃度で得ることが可能である。

〔発明の効果１ 以上のように、この発明によれば、放電場の酸素含有気
体圧力がＯ，ｌ〜ｌ　ＯＴｏｒｒで、かつ、酸素含有気
体圧力と放電電極間距離との積が１〜１１０００Ｔｏｒ
ｒ−ａの範囲で、誘電体を介して酸素含有気体を対象に
放電を行うので、高濃度の酸素原子を効率良く発生させ
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による酸素原子発生装置を
示す構成図、第２図はこの発明の一実施例による被放電
気体の圧力と生成酸素原子の絶対濃度及び相対濃度の関
係を示す特性図、第３図は被放電気体圧力と［極間距離
の積と酸素分子解離のエネルギー効率および放電維持電
圧との関係を示す特性図、第４図から第６図はそれぞれ
この発明の他の実施例による酸素原子発生装置の要部を
示す部分断面図、第７図Ａ、Ｂばこの発明の他の実施例
による酸素原子発生装置の要部を示すそれぞれ部分断面
図および側面図、第８図はこの発明の他の実施例による
酸素原子発生装置の要部を示す斜視図、第９図Ａ、Ｂは
本発明の他の実施例による酸素原子発生装置の要部を示
すそれぞれ正面図および断面図、第１０図はこの発明の
他の実施例による酸素原子発生装置を示す構成図、第１
１図は従来の紫外線照射による酸素原子発生装置の概略
構成図である。 図において、（１）は管状誘電体、（２）！極、（２Ａ
）は貫通孔、（３）はパルプ、（４）は真空ポンプ、（
５）は反応チャンバー、（６）は交流電源、（力は高電
圧トランス、（８）は原料気体源、（９）は温度調整ブ
ロック、　（９Ａ）は貫通孔、（１０）は紫外光源、（
１１）はオゾン発生器（１２）は真空チャンバーである
。 なお、図中同一符号は同一もしくは相当部分を示す。 第１図 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素含有気体を原料として誘電体を介した放電に
   よつて原子状酸素を生成する方法において、上記酸素含
   有気体の圧力を０．１〜１０Ｔｏｒｒ、この酸素含有気
   体の圧力と放電電極間距離との積を１〜１０００Ｔｏｒ
   ｒ・ｃｍとすることを特徴とする酸素原子発生方法。
2. （２）対向する一対の電極、これら電極間に介在し少な
   くとも一方の電極と電気的に結合される誘電体、および
   上記電極間に供給される酸素含有気体の圧力を調節する
   手段を備え、上記電極に交互に高電圧を印加して上記酸
   素含有気体中に放電させることにより酸素を酸素原子に
   解離させる酸素原子発生装置において、上記酸素含有気
   体の圧力が０．１〜１０Ｔｏｒｒ、この酸素含有気体の
   圧力と上記電極間距離との積が１〜１０００Ｔｏｒｒ・
   ｃｍとなるように上記圧力調節手段および上記電極間距
   離を設定することを特徴にする酸素原子発生装置。