TW201938477A - 臭氧產生裝置及臭氧產生方法 - Google Patents

Abstract

臭氧產生裝置具有：第一流路，係設有賦予氧氣水分的加濕部，且構成為讓通過加濕部後的氧氣流出；第二流路，係構成為讓水分量在10ppb以下的氧氣流出；合流路徑，係讓自第一流路流出的氧氣與自第二流路流出的氧氣合流；臭氧產生器，係以在合流路徑中合流後的混合氧氣為原料產生臭氧氣體；以及流量比調節部，係調節從第一流路流向合流路徑的氧氣流量與從第二流路流向合流路徑的氧氣流量之比率。

Description

臭氧產生裝置及臭氧產生方法

本發明係關係一種臭氧產生裝置及臭氧產生方法。

以氧氣為原料來產生臭氧氣體的臭氧產生裝置廣泛用於半導體製造製程等中。 專利文獻1中係揭示此種臭氧產生裝置之一，該臭氧產生裝置具有向氧氣中賦予水分的加濕器。具體而言，在臭氧產生裝置中，加濕器串聯在氧氣源與臭氧生成器之間。從氧氣源2供來的氧氣在加濕器4中被賦予極微量水分後，被供往臭氧生成器9。藉此供往臭氧生成器9的氧氣中之水分量被調節到目標範圍(例如0.05ppm至40ppm)內。如此般透過向氧氣中賦予極微量水分，來抑制生成的臭氧氣體的臭氧濃度隨時間下降。 [先前技術文獻] [專利文獻] 專利文獻1：日本專利第4166928號公報。

[發明所欲解決之課題] 如專利文獻1般，僅靠由加濕部(加濕器)向氧氣中賦予水分之構成，很難將氧氣中的極微量之水分量調節到目標範圍內。 特別是由加濕部賦予給氧的水分量會受例如水之溫度、氧氣之溫度、流量以及壓力等的影響而發生較大變化。因此，若此等加濕部的工作條件發生變化，則很難將氧氣中的極微量之水分量穩定地調節到目標範圍內。 並且，於將生成的臭氧氣體用於半導體製造製程等之情形，由於臭氧氣體中之水分量增多，水分可能會成為多餘的氧化劑而給處理效果帶來不良影響。因此，根據臭氧氣體的供給對象不同，有時需要將氧氣中之水分量調節到更低範圍內。於此情形，需要進一步調節極微量之水分量，更難將該水分量調節到目標範圍內。 本發明正是為解決上述問題而完成，係提供一種能夠穩定地調節氧氣中的極微量之水分量的臭氧產生裝置及臭氧產生方法。 [用以解決課題的手段] 為了解決上述問題，本發明採用下述構成方式：以在加濕部被賦予水分後的氧氣與10ppb以下的氧氣之混合氧氣作臭氧產生器的原料，且能夠調節兩種氧氣流量之比率。 亦即，本發明的臭氧產生裝置具有：第一流路，係設有賦予氧氣水分的加濕部，且構成為讓通過該加濕部後的氧氣流出；第二流路，係構成為讓水分量在10ppb以下的氧氣流出；合流路徑，從前述第一流路流出的氧氣與從前述第二流路流出的氧氣係在該合流路徑中合流；臭氧產生器，係以在前述合流路徑中合流後的混合氧氣為原料產生臭氧氣體；以及流量比調節部，係調節從前述第一流路流向前述合流路徑的氧氣流量與從前述第二流路流向前述合流路徑的氧氣流量之比率。 本發明中，從第一流路流出的氧氣與從第二流路流出的氧氣在合流路徑合流。從第一流路流出的氧氣由於被加濕部賦予水分而含有微量水分。另一方面，從第二流路流出的氧氣中之水分量在10ppb以下，水分量實質為零。兩種氧氣中所含有的水分量由此而出現差異。因此，透過由流量比調節部調節兩種氧氣流量比，能夠細微地調節在合流路徑中流動的混合氧氣中之水分量。並且，透過將幾乎為乾燥狀態的氧氣混合到已由加濕部賦予水分的氧氣中，能夠使氧氣中之水分降低到極少的水分量。因此，能夠將供往臭氧產生器的氧氣中之水分量調節到極微量的所期望之範圍內。 較佳為：該臭氧產生裝置具有除濕部，該除濕部除去從氧氣源供來的氧氣中之水分以使該氧氣中之水分減少到10ppb以下，第二流路構成為讓通過除濕部後的氧氣流向前述合流路徑。 藉此即使氧氣源的氧氣中含有微量水分或該氧氣中之水分量發生變化，也能夠可靠地從第二流路向合流路徑供給10ppb以下的氧氣。 較佳為：該臭氧產生裝置具有供給路徑，從氧氣源送來的氧氣流入該供給路徑，且該供給路徑讓該氧氣分流至前述第一流路與前述第二流路中。 藉此第一流路與第二流路能夠共用一個氧氣源。 較佳為除濕部設在供給路徑上。 藉此能夠將水分被除濕部除去而使水分量減少到10ppb以下的氧氣供往第一流路與第二流路。於第一流路，實質上不含水分的氧氣被送往加濕部，因此供往加濕部的氧氣中之水分量基本一定(為零)。因此，能夠抑制從第一流路供往合流路徑的氧氣中之水分量發生變化。於第二流路，也是送來實質上不含水分的氧氣，因此也能夠抑制從第二流路供往合流路徑的氧氣中之水分量發生變化。如上所述，能夠抑制在合流路徑中加以混合的氧氣中之水分發生變化，從而能夠以較高的精度調節混合氧氣中之水分量。並且，第一流路與第二流路能夠共用一個除濕部。 較佳為：該臭氧產生裝置具有排氣流路，該排氣流路係用於排出在前述合流路徑中流動的氧氣之一部分。 藉此即使增加在第一流路與第二流路中流動的氧氣流量，也能夠將所增加的氧氣從排氣流路排到系統外。其結果是，能夠抑制從合流路徑供往臭氧產生器的氧氣流量過多。若能夠增加在第一流路與第二流路中流動的氧氣流量，則能夠擴大在合流路徑中合流的兩種氧氣流量比之變化幅度。其結果是，能夠擴大混合氧氣中之水分量的調節幅度。 較佳為：第一流路包括設在前述加濕部之上游側的一級配管與設在前述加濕部之下游側的二級配管，二級配管的配管長度比一級配管的配管長度長。 因為在加濕部剛被賦予完水分的氧氣流入第一流路的二級配管中，所以在二級配管中，氧氣中之水分量容易出現分佈不均。若使二級配管的配管長度大於一級配管的配管長度，則能夠使氧氣中之水分在二級配管中擴散，從而能夠抑制氧氣中之水分分佈不均。其結果是，能夠將水分分佈均勻的氧氣供往臭氧產生器。 較佳為：該臭氧產生裝置具有：檢測部，係檢測顯示前述混合氧氣中之水分量的指標；以及控制部，係控制前述流量比調節部以使顯示在前述檢測部檢測出的水分量的指標接近目標值。 藉此即使在第一流路與第二流路中流動的氧氣中之水分量由於外部原因發生了變化，也能夠可靠地將供往臭氧產生器的氧氣中之水分量維持為目標值。 本發明之臭氧產生方法包括：賦予氧氣水分之加濕步驟、讓在加濕步驟中得到的氧氣與水分量在10ppb以下的氧氣在合流路徑中混合之混合步驟、以及以在混合步驟中得到的混合氧氣為原料來產生臭氧之臭氧產生步驟。在前述混合步驟中，調節在前述加濕步驟中得到的氧氣流量與前述水分量在10ppb以下的氧氣流量之比率。 藉此能夠將供往臭氧產生器的氧氣中之水分量穩定地調節到極微量的所期望之範圍內。 較佳為：該臭氧產生方法具有將來自氧氣源的氧氣中之水分除去以使該氧氣中之水分減少到10ppb以下之除濕步驟。在前述加濕步驟中，向在前述除濕步驟中得到的氧氣賦予水分。在前述混合步驟中，在前述加濕步驟中得到的氧氣與在前述除濕步驟中得到的氧氣在前述合流路徑中混合。 藉此能夠抑制在混合步驟中使用的兩種氧氣中之水分量發生變化，進而能夠抑制混合氧氣中之水分量發生變化。 [發明功效] 根據本發明，能夠提供一種能夠穩定地調節氧氣中的極微量之水分量的臭氧產生裝置及臭氧產生方法。

以下參照圖式詳細說明本發明的實施方式。又，以下實施方式僅為本質上較佳示例，並無限制本發明、其應用對象或其用途範圍之意圖。 (發明的實施方式) 本發明的實施方式為臭氧產生裝置10。如圖1所示，臭氧產生裝置10以從氧氣源5供來的氧氣為原料，將用該原料生成的臭氧氣體供往規定的供給對象。氧氣源5例如由填充有氧氣的氧氣瓶構成。在氧氣瓶中例如填充有99.9999%的高純度氧氣。氧氣中之水分量例如在50ppb至1000ppb之範圍內。臭氧氣體的供給對象例如為半導體製造設備。 臭氧產生裝置10具有裝置本體20與控制部50。裝置本體20具有的主要構成設備為加濕部21、除濕部27以及臭氧生成器(臭氧產生器)28。裝置本體20具有的主要氣體流路為供給路徑30、第一流路31、第二流路32以及合流路徑33。第一流路31與第二流路32在供給路徑30與合流路徑33之間並聯。 供給路徑30的流入端與氧氣源5相連。第一流路31的流入端與第二流路32的流入端分別與供給路徑30的流出端相連。供給路徑30上設有除濕部27。除濕部27例如由吸附式除濕器構成，該吸附式除濕器選擇性地吸附氧氣中之水分。在除濕部27，除去氧氣中之水分以使氧氣中之水分量減少到10ppb以下。亦即，通過除濕部27後的氧氣中之水分量實質為零。 在除濕部27中水分被除去後的氧氣送往第一流路31。第一流路31上設有賦予氧氣水分的加濕部21，且第一流路31構成為讓通過該加濕部21的氧氣流出。第一流路31具有設在加濕部21之上游側的一級配管31a與設在該加濕部21之下游側的二級配管31b。一級配管31a的流入端與供給路徑30相連，流出端與加濕部21相連。二級配管31b的流入端與加濕部21相連，流出端與合流路徑33相連。 如圖2示意性地顯示，加濕部21是所謂的滲透式加濕器，其具有貯存有水的槽22與佈置在該槽22內的樹脂管23(中空狀透濕膜)。亦即，在加濕部21，樹脂管23周圍的水分子係藉由氧氣在樹脂管23的內部流動而滲透到樹脂管23的內部。藉此氧氣於加濕部21中被賦予微量水分。在加濕部21被賦予水分後之氧氣經二級配管31b流向合流路徑33。又，在加濕部21被加濕後的氧氣中例如含有800ppb至2000ppb之範圍內的水分量。又，加濕部21亦可採用下述方式加濕：例如讓氧氣在槽22內流動，將水填充到樹脂管23內，向氧氣中賦予所填充之水中之微量水分。 槽22與水溫調節回路24相連，水溫調節回路24用於調節槽22內水之溫度。於水溫調節回路24中的槽22之上游側設有將水冷卻或加熱的熱交換器25。熱交換器25例如設在熱泵式冰水機組(Chiller Unit)上。並且，為了抑制槽22內的水溫變化，較佳為將槽22設在室內。於此情形，較佳為利用空調機等將室內空氣的溫度調節到規定溫度。 二級配管31b的配管長度大於一級配管31a的配管長度。於二級配管31b中，氧氣中之水分量容易出現分佈不均。若使二級配管31b的配管長度大於一級配管的配管長度，則能夠使氧氣中之水分在二級配管31b中擴散，從而能夠抑制氧氣中之水分分佈不均。其結果是，能夠將水分均勻的氧氣供往臭氧生成器28與檢測用流路35。又，較佳為二級配管31b的流路截面積小於一級配管31a的流路截面積。 例如在第一流路31的一級配管31a上設有第一流量調節閥41。第一流量調節閥41亦可設在二級配管31b上。第一流量調節閥41調節在第一流路31中流動的氧氣流量。 在除濕部27中水分被除去後的氧氣送往第二流路32。第二流路32構成為讓水分量在10ppb以下的氧氣流出。第二流路32上設有第二流量調節閥42。第二流量調節閥42調節在第二流路32中流動的氧氣流量。第一流量調節閥41與第二流量調節閥42構成流量比調節部(詳情後述)。 由從第一流路31流出的氧氣與從第二流路32流出的氧氣混合而成的混合氧氣流入合流路徑33。第一流路31的流出端與第二流路32的流出端分別與合流路徑33的流入端相連。合流路徑33的流出端連接在臭氧生成器28上。 合流路徑33上設有第三流量調節閥43。第三流量調節閥43調節在合流路徑33中流動的混合氧氣(即供往臭氧生成器28的原料氣體)之流量。 例如在合流路徑33的第三流量調節閥43的上游側連接有排氣流路34與檢測用流路35。合流路徑33上，例如排氣流路34的流入端位於檢測用流路35的流入端的上游側。排氣流路34與檢測用流路35的流出端向系統外(大氣)開放。又，亦可在排氣流路34或檢測用流路35上設置流量調節閥與開關閥。 檢測用流路35上設有水分計44。水分計44檢測在合流路徑33中合流後的混合氧氣中之水分量。亦即，水分計44構成用於檢測供往臭氧生成器28的原料氣體中之水分量的檢測部。水分計44較佳為水分檢測的回應速度較快之構件，例如水分計44由雷射吸收光譜式水分計構成。水分計44的檢測訊號輸入控制部50。 臭氧生成器28以流出合流路徑33後之混合氧氣為原料來生成臭氧。臭氧生成器28例如由透過無聲放電生成臭氧氣體的無聲放電式臭氧產生器構成。由臭氧生成器28生成的臭氧氣體供往規定的供給對象。 控制部50構成為對第一流量調節閥41、第二流量調節閥42與第三流量調節閥43分別加以控制。控制部50由微型計算機與記憶裝置(具體而言為半導體記憶體)構成，該記憶裝置中儲存有指示該微型計算機工作的軟體。 例如控制部50至少調節第三流量調節閥43的開度，以使供往臭氧生成器28的原料氣體的流量接近目標流量。 控制部50調節流量比R，以使由水分計44檢測出的水分量接近供往臭氧生成器的原料氣體中之目標水分量。在此，設從第一流路31流向合流路徑33之氧氣流量為Q1，從第二流路32流向合流路徑33之氧氣流量為Q2，則流量比R=Q1/(Q1＋Q2)。透過調節該流量比R，供往臭氧生成器的水分量被調節到目標水分量(詳情後述)。又，例如係在0.0625至1.0之範圍內調節流量比R。 －運轉工作－ 以下詳細說明用於在臭氧產生裝置10中產生臭氧的運轉工作(臭氧產生方法)。 臭氧產生裝置10一開始運轉，氧氣源5的氧氣就會流入供給路徑30並通過除濕部27。於除濕部27進行除濕步驟，將來自氧氣源5的氧氣中之水分除去以使氧氣中之水分減少到10ppb以下。因此，即使氧氣源5的氧氣中還含有一定程度的水分或該氧氣之水分量發生了變化，於除濕步驟中得到的氧氣中之水分量實質也為零。 透過除濕步驟水分量減少到10ppb以下的氧氣分流到第一流路31與第二流路32中。 分流到第一流路31中的氧氣通過加濕部21。在加濕部21進行賦予氧氣水分之加濕步驟。在此，向加濕部21中供給的為水分被除濕部27減少到實質為零的氧氣。因此，例如即使從氧氣源5供來的氧氣中之水分量略微發生變化，供向加濕部21的氧氣中之水分量也幾乎不變(保持為零不變)。如上所述，加濕部21的槽22內之水溫與槽22周圍的溫度被控制在一定值上不變。結果是，因為影響加濕部21的加濕能力的外部原因減少，所以能夠抑制從第一流路31供往合流路徑33的氧氣中之水分量發生變化。 分流到第二流路32的氧氣供往合流路徑33既不被除濕也不被加濕。在此，向第二流路32中供給的是水分被除濕部27減少到實質為零的氧氣。因此，從第二流路32供往合流路徑33的氧氣中之水分量也幾乎不變。 在合流路徑33中進行混合步驟，將從第一流路31流出的氧氣(以下出於方便也稱作第一氧氣)與從第二流路32流出的氧氣(以下出於方便也稱作第二氧氣)加以混合。在此，第一氧氣的水分量大於第二氧氣的水分量。因此，於混合步驟中，透過調節第一氧氣流量Q1與第二氧氣流量Q2之流量比R，能夠細微地調節混合氧氣中之水分量。 具體而言，控制部50控制第一流量調節閥41的開度與第二流量調節閥42的開度，以使由水分計44檢測出的水分量接近目標水分量。藉此能夠使臭氧生成器28的原料氣體中之水分量接近目標範圍。 如上所述，因為第一氧氣中之水分量與第二氧氣中之水分量幾乎不會由於外部原因而發生變化，所以流量比R對原料氣體中之水分量起支配作用。因此，透過控制此等流量比R，能夠穩定地調節原料氣體中的極微量之水分量。 並且，透過用水分量幾乎為零的第二氧氣稀釋略微含有水分的第一氧氣，能夠容易地得到含有極微量水分(例如0.05ppm至2.6ppm)的原料氣體。 而且，透過使第一氧氣流量Q1與第二氧氣流量Q2中之一者比另一者大，能夠擴大流量比R的變化幅度，進而也能夠擴大原料氣體中之水分量的調節幅度。另一方面，若如此般增大Q1與Q2，則合流路徑33的混合氧氣流量(Q1＋Q2)會增大，該流量可能超過臭氧生成器28的目標流量。於此等條件下，過量的混合氧氣會經由排氣流路34排到系統外。因此，能夠在維持臭氧生成器28的目標流量的同時，擴大原料氣體中之水分量的調節幅度。 水分計44是回應速度較快的雷射吸收光譜式水分計。因此，根據水分計44的檢測水分量，能夠迅速地對流量比R進行回饋控制。其結果是，即使原料氣體中之水分量因某些外部原因發生了變化，也能夠使該水分量迅速地收斂到目標值。 (實施方式的變形例) 在上述實施方式(圖1)的構成方式中，亦可省略第二流路32。亦即，亦可為下述構成方式，即臭氧產生裝置10具有：除濕部27，係將從氧氣源供來的氧氣中之水分除去以使氧氣中之水分減少到10ppb以下；加濕部21，係向通過除濕部27後的氧氣中賦予水分；以及臭氧生成器28，係以通過加濕部21後的氧氣為原料來產生臭氧氣體。該構成方式亦係如此：在第一流路31中，實質上不含水分的氧氣被送往加濕部21，因此供往加濕部21的氧氣中之水分量基本一定(為零)。因此，能夠抑制從第一流路31供往臭氧生成器28的氧氣中之水分量發生變化。 (其他實施方式) 上述實施方式中，將除濕部27設在供給路徑30上。但如圖3顯示般，亦可將除濕部27設在第二流路32上。於此情形，透過調節在第一流路31中加濕後的氧氣流量Q1與在第二流路32中除濕後的氧氣流量Q2之比率，能夠調節混合氧氣中之水分量。 亦可例如設置兩個氧氣源，使一個氧氣源與第一流路31相連，使另一個氧氣源與第二流路32相連。 上述實施方式中之加濕部21並不一定是滲透式，例如亦可是採用了擴散管法、露點產生法的加濕器。 [產業可利用性] 綜上所述，本發明對臭氧產生裝置及臭氧產生方法很有用。

5‧‧‧氧氣源

10‧‧‧臭氧產生裝置

20‧‧‧裝置本體

21‧‧‧加濕部

22‧‧‧槽

23‧‧‧樹脂管

24‧‧‧水溫調節回路

25‧‧‧熱交換器

27‧‧‧除濕部

28‧‧‧臭氧生成器(臭氧產生器)

30‧‧‧供給路徑

31‧‧‧第一流路

31a‧‧‧一級配管

31b‧‧‧二級配管

32‧‧‧第二流路

33‧‧‧合流路徑

34‧‧‧排氣流路

35‧‧‧檢測用流路

41‧‧‧第一流量調節閥(流量比調節部)

42‧‧‧第二流量調節閥(流量比調節部)

43‧‧‧第三流量調節閥

44‧‧‧水分計(檢測部)

50‧‧‧控制部

圖1係顯示實施方式之臭氧產生裝置的整體結構的簡略結構圖。 圖2係加濕部的簡略結構圖。 圖3係顯示實施方式的變形例之臭氧產生裝置的整體結構的簡略結構圖。

Claims (10)

1. 一種臭氧產生裝置，具有： 第一流路，係設有賦予氧氣水分的加濕部，且構成為讓通過前述加濕部後的氧氣流出； 第二流路，係構成為讓水分量在10ppb以下的氧氣流出； 合流路徑，從前述第一流路流出的氧氣與從前述第二流路流出的氧氣係在前述合流路徑中合流； 臭氧產生器，係以在前述合流路徑中合流後的混合氧氣為原料產生臭氧氣體；以及 流量比調節部，係調節從前述第一流路流向前述合流路徑的氧氣流量與從前述第二流路流向前述合流路徑的氧氣流量之比率。
2. 如請求項1所記載之臭氧產生裝置，其中前述臭氧產生裝置具有除濕部，前述除濕部除去從氧氣源供來的氧氣中之水分以使前述氧氣中之水分減少到10ppb以下，前述第二流路構成為讓通過前述除濕部後的氧氣流向前述合流路徑。
3. 如請求項2所記載之臭氧產生裝置，其中前述臭氧產生裝置具有供給路徑，從氧氣源送來的氧氣流入前述供給路徑，且前述供給路徑讓前述氧氣分流至前述第一流路與前述第二流路中。
4. 如請求項3所記載之臭氧產生裝置，其中前述除濕部設在前述供給路徑上。
5. 如請求項1至4中任一項所記載之臭氧產生裝置，其中前述臭氧產生裝置具有排氣流路，前述排氣流路係用於排出在前述合流路徑中流動的氧氣之一部分。
6. 如請求項1所記載之臭氧產生裝置，其中前述第一流路包括設在前述加濕部之上游側的一級配管與設在前述加濕部之下游側的二級配管，前述二級配管的配管長度比前述一級配管的配管長度長。
7. 如請求項1所記載之臭氧產生裝置，其中前述臭氧產生裝置具有：檢測部，係檢測顯示前述混合氧氣中之水分量的指標；以及控制部，係控制前述流量比調節部以使在前述檢測部檢測出的表示水分量的指標接近目標值。
8. 一種臭氧產生方法，包括： 賦予氧氣水分之加濕步驟、讓在加濕步驟中得到的氧氣與水分量在10ppb以下的氧氣在合流路徑中混合之混合步驟、以及以在混合步驟中得到的混合氧氣為原料來產生臭氧之臭氧產生步驟； 在前述混合步驟中，調節在前述加濕步驟中得到的氧氣流量與前述水分量在10ppb以下的氧氣流量之比率。
9. 如請求項8所記載之臭氧產生方法，其中前述臭氧產生方法具有將來自氧氣源的氧氣中之水分除去以使前述氧氣中之水分減少到10ppb以下之除濕步驟； 在前述加濕步驟中，向在前述除濕步驟中得到的氧氣賦予水分； 在前述混合步驟中，在前述加濕步驟中得到的氧氣與在前述除濕步驟中得到的氧氣在前述合流路徑中混合。
10. 一種臭氧產生裝置，具有： 除濕部，係將從氧氣源供來的氧氣中之水分除去以使前述氧氣中之水分減少到10ppb以下； 加濕部，係向通過前述除濕部後的氧氣中賦予水分；以及 臭氧產生器，係以通過前述加濕部後的氧氣為原料來產生臭氧氣體。