JPH02289402A - オゾン発生器及びその製造方法 - 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】 技術分野 本発明は、改良型オゾン発生器及びオゾン発生器の製造
方法に関するものである。

従来技術 オゾン発生技術は公知である。従って、世界中の多くの
場所において、水の浄化は、塩素を付与することよりも
オゾンで処理することによって行なわれている。

一般的なタイプのオゾン発生用セルは、二つの導電性電
極の間に誘電体層及び空隙を設けることによって構成さ
れている。酸素又は酸素含有ガスを、この空隙を介して
通過させ、且つ適宜の高周波数ＡＣ電圧をこれらの電、
極間に印加すると、その空隙内においてコロナ放電が発
生し、それにより空隙を介して流れる酸素をオゾンへ変
換させる。

オゾンは、又、半導体装置の製造における処理ガスとし
ても増々使用されている。しかしながら、従来のオゾン
発生器をこの様な半導体製造分野に適用する場合には、
問題が発生する。特に、オゾン発生用セルの動作は、物
質の原子を電極からスパッタさせ且つオゾンの流れの中
に入り込む。このオゾンは製造過程中に半導体ウェハと
接触するので、最高純度のオゾンが、半導体への適用の
場合に必要とされ、且つたとえそれが僅かに汚染された
ものであっても、効果的に使用することはできない。

更に、半導体処理乃至は製造のために必要とされるオゾ
ンの濃度はかなり高く、水の浄化のために必要とされる
濃度の約２倍程度であると考えられる。従来のオゾン発
生器においては、より高いオゾン濃度を得るための方法
は、オゾン発生用セルに印加される電圧を増加すること
であった。例えば、ある従来のオゾン発生器は、６０ｋ
Ｖのピーり電圧を与える電源を使用するものである。こ
の様な高電圧電源に関連する欠点は、それが非常に高価
であるということのみならず、より低い電圧の電源程信
頼性がなく、且つ空隙の外側のセルの部分で過剰なコロ
ナ放電が発生する場合がある。

目　　的 本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、上述
した如き従来技術の欠点を解消し、高純度のオゾンを供
給するオゾン発生器を提供することを目的とする。本発
明の別の目的とするところは、比較的高い濃度のオゾン
を発生するために比較的低い電圧で操作することが可能
なオゾン発生用セルを提供することである。

構成 本発明によれば、石英から構成される誘電体層を使用す
るオゾン発生器が提供される。従来装置において典型的
に使用されている誘電体物質よりも石英のほうがスパッ
タリングを発生させる可能性が少ないことが判別し、且
つ少量のスパッタリングが発生してもシリコン原子をオ
ゾンの流れの中に開放するものであり、それはその他の
誘電体物質によって多量に発生される物質よりも製造さ
れる半導体にとって著しく有害性が少ないものであるこ
とが判明した。

更に、この石英誘電体は、非常に薄い層として設けられ
るものであり、例えば、約３５ミル以下の厚さとするこ
とが可能であり、且つ最も好適には、約２０ミルの厚さ
とすることが可能である。

このことは、比較的高い濃度のオゾンを発生する場合で
あっても、より低い電圧を使用することを可能とする。

本発明の別の側面によれば、所要の薄さを持った石英誘
電体層を製造する方法が提供される。従って、適宜の薄
い石英層を提供することが可能な市販されている技術は
存在しなかった。この様な従来技術によると、石英シー
トの一表面をワックスを使用して基板へ接着し、一方他
方の表面を所望の薄さへ研磨し、且つ研磨した後に、典
型的には該ワックスを加熱することによって、その石英
を基板から離脱させる。しかしながら、６又はフインチ
の幅を持った石英シートを約４０ミル以下の薄さへ研磨
する場合には、石英シートを基板から離脱させると、そ
れらの端部がカール即ち湾曲して、絶縁体層として使用
することが不可能なものとなることが判明した。

本発明によれば、この問題は、最初に石英層をセル電極
へセメント付は即ち接着し、次いでその石英層を所望の
薄さへ研磨即ち研削することによって解消している。石
英誘電体は電極から離脱されることがないので、カール
発生即ち誘電体が湾曲することは問題ではなく、コロナ
発生用セルの残部は、この電極−誘電体の結合体を副組
立体として使用して製造する。

実施例 以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
について詳細に説明する。

第１図を参照すると、本発明の一実施例に基づいて構成
されたオゾン発生器が示されており、それはオゾン発生
用セル２及び高電圧ＡＣ電源４を有している。

本発明の一実施例に基づいて構成されるオゾン発生用セ
ルは、平坦電極６及び８を有しており、それらの間に、
薄い平坦な誘電体層１０及び空隙１２が設けられている
。更に、冷却手段が設けられており、例えば、一方又は
両方の電極を介して延在するダクトが設けられ、そのダ
クトを介して冷却用流体が流される。

本装置の操作において、酸素又は酸素を含有するガスが
、空隙１２へ延在するチャンネル即ち流路１４へ供給さ
れる。電極６及び８へ印加される高電圧により、空隙１
２内にコロナ放電が発生され、公知の作用により、この
空隙内の酸素はオゾン又はオゾンと酸素の組合わせへ変
換される。

本発明によれば、誘電体は石英物質から構成されており
、特に、好適実施例においては、それは合成石英から構
成されている。このように石英を使用する理由は、石英
誘電体を使用することにより、非常に高い純度のオゾン
が発生されるということが判明したからである。

前述した如く、従来装置において使用される誘電体の場
合、それは主にガラス又はセラミックスを使用するもの
であるが、これらの場合には、スパッタリングが発生し
て、不純物がオゾンの流れの中に入り込むという問題が
ある。この様な問題が発生する理由は、コロナ放電が空
隙内の原子をイオン化させるからである。これらのイオ
ンは、電極間に印加されている高電圧によって電極へ向
けて加速され、且つその電極に衝突することに、より、
電極の原子を離脱させ、そのように離脱された原子が処
理ガスの流れに入り込む。このことは、接地電極として
通常使用される生の金属電極上においても発生する場合
がある。

ガラスは二酸化シリコンとかなりの量の不純物から構成
されており、且つこれらの不純物は、二酸化シリコンよ
りも化学的結合が緩いので、オゾン処理流れの中に開放
される不純物は、主に、例えばナトリウムである。この
様な不純物は、半導体ウェハ上に付着されると半導体ウ
ェハを損傷するので、この様な不純物を持った処理ガス
を発生するオゾン発生器は、特に半導体処理乃至は製造
技術において使用することはできない。

一方、石英誘電体は何らこの様な問題を発生することが
ないことが判明した。その理由は、石英の組成は純粋な
二酸化シリコンに近いものであり、且つ不純物が存在し
ても、その濃度は極めて低いものであり、たぶん数ｐｐ
ｍに過ぎないものであると考えられるからである。従っ
て、オゾン発生器の動作中に空隙内においてイオン化が
発生し且つその結果発生される粒子が石英を衝撃する場
合においても、二酸化シリコンは強く結合した原子を持
っているので、処理ガスの流れの中にこの様な原子が開
放される量は極めて僅かである。更に、そのようにして
僅かに開放される原子は、不純物の場合におけるほど有
害なものではない。なぜならば、シリコン及び酸素原子
は、処理中乃至は製造中の半導体ウェハ上の装置と通常
適合性がないものではないからである。

この石英誘電体層は、比較的低い印加電圧で高濃度のオ
ゾンの発生を可能とするために非常に薄くされ、約３５
ミル以下の厚さとする。より好適には、それは約２５ミ
ル以下の厚さであり、本発明の好適実施例においては、
この石英層は約２０ミルの厚さであり、一方空隙は約３
０ミルの幅である。実際的見地から、誘電体の厚さには
下限があり、それは１０乃至１５ミルである。なぜなら
ば、誘電体層をあまり薄くすると、それは所望のオゾン
を発生するのに必要な電圧に耐えることができない場合
があるからである。

再度第１図を参照すると、空隙の寸法は、電極８を誘電
体層から分離しているガスケット１８の高さによって制
御されていることが理解される。

電極８は、図示した実施例においては、接地電極であり
、それは好適にはアルミニウムから構成されている。更
に、この電極は、その上にＡＮ２０、からなる層が付着
形成されており、それは、セルの動作中に、アルミニウ
ムが侵食されることを防止する。接地アルミニウム電極
を使用するがＡｊ！２０．からなる保護層を有すること
のない従来のオゾン発生用セルにおいては、数十時間使
用すると電極上に粉末状の付着物が発生するが、第１図
に示したセルの電極８の表面には、数百時間の使用の後
においても何ら認知しつるような変化は発生しなかった
。電極８は、石英を使用する電極６と同一の態様で保護
することが可能である。

高電圧電極である電極６もアルミニウムから構成する心
とが可能であるが、例えば銅又はスチールなどの別の導
電性金属から構成することも可能である。

電源４は、高周波数の高いＡＣ電圧を発生する。

例えば、実際に製造した実施例においては、使用した電
圧は１２ｋＨｚの周波数で１４ｋＶビーク電圧値を有す
るものであった。誘電体層の厚さは約２０ミルと薄いの
で、このように印加した電圧は比較的低いものであって
も、８％濃度のオゾンを発生することが可能であった。

比較として、水を浄化するために使用する典型的な従来
のオゾン発生器は、同一の処理能力において４％の濃度
でオゾンを発生するためにより高い電圧を使用するもの
である。

上述した実際の実施例において使用した電極は正方形で
あり、片側が、６−７平方インチの面積であり、空隙の
幅が３０ミルであり、高電圧電極は１−１　／４インチ
の厚さであり、且つ接地電極は１インチの厚さであり、
使用した合成石英はニッポンシリカガラスＯＺグレード
の石英乃至はその等価物であった。

上述した如く、このように薄い石英誘電体層は従来の技
術で製造することは不可能であり、本発明の一側面は、
この様な薄い石英層を製造する方法を提供することであ
る。

第２図を参照すると、電極６及び石英シート１０を分解
して示しである。この電極は、任意の形状を取ることが
可能なものであり、例えば円形乃至は円筒形状とするこ
とも可能であるが、図示例においては矩形乃至は正方形
の形状として示しである。更に、電極６は、その中に貫
通して冷却用のチャンネル乃至は流路２２が形成されて
おり、チャンネル２２は入口ボート２４を有すると共に
出口ボート２６を有している。

石英シート１０は、電極６と同一の形状を有しており且
つ電極６の表面と同一か又は多少大きな面積を有してお
り、石英シート１０は厚さが６２ミルであり、それは市
販されているものの厚さである。好適実施例においては
、この電極及び石英のオーバーレイ即ち積層体の幅寸法
は少なくとも４インチ×４インチである。

次に、第３図を参照すると、電極の中心部に少量のセメ
ント乃至は接着剤を付着し、次いで石英層を電極に押圧
して、比較的低い粘性を有するセメントを外側に拡延さ
せて全表面積を被覆させることにより、石英層を電極に
接着させる。使用するセメントは、好適には、ＵＶ硬化
性セメントであり、その場合、石英層を電極に押圧させ
た直後に、その組立体をＵＶ硬化ランプを通過させて該
セメント乃至は接着剤を硬化させる。所望により、従来
のエポキシ接着剤を使用することも可能であるが、ＵＶ
硬化型のものを使用することにより一層良好な結果を得
ることが可能である。

石英を付与する前であって且つセメント乃至は接着剤が
硬化するまで、電極を４５℃±５℃へ加熱する。予備加
熱が省略される場合、セルの動作期間中に、物質が温か
くなると、アルミニウムは石英よりもより早く膨脂する
ので、石英層に亀裂を発生させることがある。上述した
如く予備加熱ステップを行なう場合には、冷却してアル
ミニウムが収縮する場合、石英に圧縮応力が発生する。

しかしながら、石英は引っ張り力よりも圧縮に対してよ
り強いので、何ら問題が発生することはない。

石英層を電極に接着した後に、その石英層を最終的な厚
さへ研磨する。このステップを第４図に示しである。予
め接着した組立体を、例えば真空チャックによって、カ
ーブ発生器として知られる従来の光学的機械加工装置の
テーブル２７へ取付ける。カーブ発生器ビット２８は、
ダイヤモンドを含湿させたカップ形状のホイールとする
ことが可能であるが、数千ＲＰＭで回転させて石英を研
磨するために使用される。それは、全表面を研磨するま
で、石英の表面に亘って変位しながら連続する線に沿っ
て往復移動される。発生器テーブル２７は、研磨が行な
われている間に、ビットから反対方向に数百ＲＰＭで回
転させることが可能であり、且つこのテーブルは石英が
所望の厚さに研磨されるまで上方向へ移動される。研磨
した後に、石英の表面をポリッシュして滑らかとさせる
。

上述した如く、本発明方法によれば、石英を２０ミル又
はそれより薄い厚さへ研磨即ち研削することが可能であ
る。このことは、石英層が研磨期間中−時的に基板へ固
定され次いで離脱される従来技術においては不可能であ
り、この様な従来技術の場合、片側表面が６−７平方イ
ンチの正方形の石英シートの場合、４０ミルより薄い厚
さに研磨した場合には、基板から離脱した場合にシート
の端部がカールし、それを誘電体として使用することを
不可能なものとさせる。

図示例においては、平坦な電極を使用するオゾン発生用
セルとして示しているが、その他の形状、例えば円筒形
状の電極とすることも可能である。

この場合、円筒表面を研磨するための特別の研磨装置を
使用する。

第５図は本発明の一実施例に基づいて構成されたオゾン
発生器組立体を示している。オゾン発生用セルは接地電
極３０、高電圧電極３２を有しており、それらの電極の
間に、誘電体層３４及び空隙３６が設けられている。こ
のセルは、上述した如き構成を有しており、それぞれの
電極内Ｎこは冷却用のダクト３８及び４０が形成されて
おり、それらのダクトを介して冷却用不活性流体が循環
される。ＡＣ電源３７が電極３２の接続端子３つへ接続
されており、一方電極３０上の接続端子４１は接地され
ている。

接地電極は陽極処理した１１００アルミニウム合金から
構成されている。高電圧電極３２は高電圧スタンド４２
上に載置されており、且つこのセルは、プレート４４，
４６．５０から構成されているクランプ組立体内に収納
されている。これらのプレートは、支柱５２及び５４な
どの４本の支柱によって四隅において一体的に保持され
ている。

この組立体は、適宜の調節ねじ５６によって締着されて
いる。

以上説明した本発明のオゾン発生器は、高純度及び高濃
度のオゾンを供給することが可能である。

この装置は、半導体業界において使用する処理ガスを供
給するために特に好適なものであるが、例えば水を浄化
する場合などのオゾンが必要とされるその他の適用場面
にも適用可能であることは勿論である。

以上、本発明の具体的実施の態様について詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
ではなく、本発明の技術的範囲を逸脱することなしに種
々の変形が可能であることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に基づいて構成されたオゾン
発生器を示した概略断面図、第２図は電極及びそれと関
連する石英誘電体層を示した概略分解図、第３図は誘電
体を電極へ接着した後の電極−誘電体副組立体を示した
概略図、第４図は石英層を適宜の厚さヘゲラインドする
状態を示した説明図、第５図は本発明の一実施例に基づ
いて構成されたオゾン発生器組立体を示した概略図、で
ある。 （符号の説明） ２ニオシン発生用セル ４：ＡＣ高電圧電源 ６．８：電極 １０；誘電体層 １２：空隙 １４：チャンネル

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、比較的純粋で且つ汚染されていないオゾンを発生す
   るためのオゾン発生用セルにおいて、第一電極、前記第
   一電極に接着した石英からなる誘電体層、空隙を介して
   前記誘電体層から離隔されている第二電極、前記空隙を
   介して酸素又は酸素を含有するガスを流動させる手段、
   を有することを特徴とするオゾン発生用セル。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記石英層が約３
   ５ミル以下の厚さであることを特徴とするオゾン発生用
   セル。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記石英層が約２
   ５ミル以下の厚さであることを特徴とするオゾン発生用
   セル。 ４、特許請求の範囲第２項において、前記石英層が約２
   ０ミルの厚さであることを特徴とするオゾン発生用セル
   。 ５、特許請求の範囲第２項において、前記石英が合成石
   英であることを特徴とするオゾン発生用セル。 ６、特許請求の範囲第２項において、前記石英層が約３
   ５ミル以下の厚さであり、前記第一電極上により厚い石
   英層を接着し、且つ前記石英層を約２５ミル以下の厚さ
   に研磨することによって形成されていることを特徴とす
   るオゾン発生用セル。 ７、特許請求の範囲第６項において、前記電極及び石英
   層が平坦状であり、且つ前記石英層が片側において１６
   平方インチを超える表面積を有するものであることを特
   徴とするオゾン発生用セル。 ８、特許請求の範囲第６項において、前記電極及び石英
   層が平坦状であり、且つ前記石英層が、片側において、
   ３５平方インチを超える表面積を有することを特徴とす
   るオゾン発生用セル。 ９、特許請求の範囲第７項において、前記電極及び誘電
   体の形状が矩形又は正方形であることを特徴とするオゾ
   ン発生用セル。 １０、特許請求の範囲第８項において、前記電極及び誘
   電体の形状が矩形又は正方形であることを特徴とするオ
   ゾン発生用セル。 １１、特許請求の範囲第７項において、前記第二電極上
   に酸化物層が配設されていることを特徴とするオゾン発
   生用セル。 １２、特許請求の範囲第７項において、前記第二電極も
   それに接着した石英層を有していることを特徴とするオ
   ゾン発生用セル。 １３、特許請求の範囲第８項において、前記第二電極上
   に酸化物層が配設されていることを特徴とするオゾン発
   生用セル。 １４、特許請求の範囲第１３項において、前記第二電極
   がアルミニウムから構成されており、且つ前記酸化物が
   酸化アルミニウムであることを特徴とするオゾン発生用
   セル。 １５、比較的低い印加電圧で高濃度の比較的純粋で且つ
   汚染されていないオゾンを発生するオゾン発生器におい
   て、第一電極、約３５ミル以下の厚さであり且つ前記第
   一電極に接着されている石英層からなる薄い誘電体、空
   隙を介して前記誘電体層から離隔されている第二電極、
   前記空隙を介して酸素又は酸素を含有するガスを流動さ
   せる手段、前記電極間に高周波数ＡＣ電圧を印加する手
   段、を有することを特徴とするオゾン発生器。 １６、特許請求の範囲第１５項において、前記約３５ミ
   ル以下の厚さの石英層が、前記第一電極上により厚い石
   英層を接着させ、且つ前記石英層を約３５ミル以下の厚
   さへ研磨することによって形成したものであることを特
   徴とするオゾン発生器。 １７、特許請求の範囲第１６項において、前記電極及び
   誘電体が平坦状であり、且つ前記誘電体の厚さが約２５
   ミル以下であり、且つその片側における表面積が３５平
   方インチを超えるものであることを特徴とするオゾン発
   生器。 １８、特許請求の範囲第１７項において、前記空隙の厚
   さが約３０ミルであることを特徴とするオゾン発生器。 １９、オゾン発生用セルを製造する方法において、第一
   電極を用意し、石英誘電体からなるシートを前記第一電
   極へ永久的に接着し、前記接着が硬化した後に、前記石
   英シートを約３５ミル以下の厚さへ研磨し、第二電極を
   用意し、前記石英電極と前記第二電極との間に空隙が存
   在するように前記第一電極と前記石英誘電体の組立体と
   相対的に前記第二電極を装着する、上記各ステップを有
   することを特徴とする方法。 ２０、特許請求の範囲第１９項において、前記石英シー
   トが約２５ミル以下の厚さへ研磨することを特徴とする
   方法。 ２１、特許請求の範囲第２０項において、前記石英シー
   トが、片側において、１６平方インチ以上の表面積を有
   することを特徴とする方法。 ２２、特許請求の範囲第２０項において、前記石英シー
   トが、片側において、３６平方インチ以上の表面積を有
   することを特徴とする方法。 ２３、特許請求の範囲第２１項において、前記電極及び
   誘電体が平坦状であることを特徴とする方法。 ２４、特許請求の範囲第２０項において、前記石英シー
   トを付与する前において、接着剤が硬化するまで前記第
   一電極を加熱することを特徴とする方法。