WO2011039971A1 - オゾンガス発生装置及びその製造方法 - Google Patents
オゾンガス発生装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2011039971A1 WO2011039971A1 PCT/JP2010/005718 JP2010005718W WO2011039971A1 WO 2011039971 A1 WO2011039971 A1 WO 2011039971A1 JP 2010005718 W JP2010005718 W JP 2010005718W WO 2011039971 A1 WO2011039971 A1 WO 2011039971A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- metal oxide
- ozone gas
- metal
- film
- functional film
- Prior art date
Links
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N Ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 109
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 17
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 8
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 89
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims abstract description 89
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 34
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 34
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 17
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 15
- 239000010955 niobium Substances 0.000 claims abstract description 15
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 11
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims abstract description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 5
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 5
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 125
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 11
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 7
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 4
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 238000005304 joining Methods 0.000 claims description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 239000002994 raw material Substances 0.000 abstract description 15
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 15
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 description 10
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 9
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 8
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 8
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 7
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 7
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N Iron oxide Chemical compound [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 4
- 229910000484 niobium oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N niobium(5+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Nb+5].[Nb+5] URLJKFSTXLNXLG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- -1 niobium Chemical class 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 229910001873 dinitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 2
- 238000010030 laminating Methods 0.000 description 2
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 2
- QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N nonaoxidotritungsten Chemical compound O=[W]1(=O)O[W](=O)(=O)O[W](=O)(=O)O1 QGLKJKCYBOYXKC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 description 2
- 238000007650 screen-printing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 229910001930 tungsten oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 2
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 2
- 229910001111 Fine metal Inorganic materials 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N Trioxochromium Chemical compound O=[Cr](=O)=O WGLPBDUCMAPZCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 239000006227 byproduct Substances 0.000 description 1
- 229910000423 chromium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003749 cleanliness Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 description 1
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 description 1
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 239000000834 fixative Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 230000001771 impaired effect Effects 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008204 material by function Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910000476 molybdenum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N oxomolybdenum Chemical compound [Mo]=O PQQKPALAQIIWST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N tellanylidenegermanium Chemical compound [Te]=[Ge] JBQYATWDVHIOAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
- ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N tungsten trioxide Chemical compound O=[W](=O)=O ZNOKGRXACCSDPY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B13/00—Oxygen; Ozone; Oxides or hydroxides in general
- C01B13/10—Preparation of ozone
- C01B13/11—Preparation of ozone by electric discharge
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/30—Dielectrics used in the electrical dischargers
- C01B2201/32—Constructional details of the dielectrics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/30—Dielectrics used in the electrical dischargers
- C01B2201/34—Composition of the dielectrics
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/60—Feed streams for electrical dischargers
- C01B2201/64—Oxygen
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B2201/00—Preparation of ozone by electrical discharge
- C01B2201/90—Control of the process
Definitions
- the present invention relates to an ozone gas generator suitable for producing high-purity ozone gas and a method for producing the same.
- ozone gas generators are frequently used in semiconductor manufacturing facilities for use in cleaning silicon wafers and the like.
- the productivity is greatly affected. Therefore, the ozone gas generator used there also needs to be capable of generating high-purity ozone gas. Therefore, high purity oxygen gas (for example, 99.9% or more) is used as the raw material gas, and it is necessary to thoroughly eliminate even a slight amount of impurities in the generated ozone gas.
- a dielectric such as alumina is provided between the electrode and the discharge gap so that the electrode is not exposed to the discharge gap.
- Patent Document 1 proposed adding a predetermined amount of titanium oxide to a dielectric. By doing so, even when high-purity oxygen gas not containing catalyst gas is used, ozone gas can be generated stably. Further, in Patent Document 2, Ti (titanium), W (tungsten), Sb (antimony), Mn (manganese), Fe (iron), Co (cobalt), Ni (nickel), V (vanadium), Zn (zinc) ) And these oxides were found to be effective, and it was proposed to fix these powders on the surface of the dielectric with a glass-based baking fixative.
- the present inventor has previously proposed to provide a functional film made of a metal oxide such as niobium on the surface of a dielectric (for example, Japanese Patent Application No. 2009-205090).
- a functional film made of a metal oxide such as niobium on the surface of a dielectric.
- an object of the present invention is to provide an ozone gas generator that can generate high-concentration ozone gas more stably and is excellent in durability even if only high-purity oxygen gas is used as a raw material gas.
- the dielectric material includes a specific first metal oxide such as niobium and a specific second metal oxide such as titanium that functions as a photocatalyst.
- a membrane was provided.
- an ozone gas generation device includes a pair of dielectrics disposed facing each other, a discharge gap formed between the pair of dielectrics, and at least a pair for generating discharge in the discharge gap.
- the discharge gap is provided in at least one of the electrode, a source gas supply path for supplying source gas to the discharge gap, an ozone gas extraction path for extracting ozone gas from the discharge gap, and the pair of dielectrics And a functional film facing the surface.
- the functional film is a first metal oxide of one or more metals selected from niobium, tantalum, molybdenum, and chromium, and one or two selected from titanium, tungsten, zinc, and iron.
- the second metal oxide of the above metal is included.
- the discharge method may be silent discharge or creeping discharge.
- a pair of electrodes is sufficient, but there may be more than that, and the number thereof can be set as appropriate.
- the ozone gas generation apparatus having such a configuration, a specific first metal oxide such as niobium and titanium facing the discharge gap, in which a raw material gas is supplied and a voltage is applied by a pair of electrodes to generate discharge, titanium Since a functional film containing a specific second metal oxide such as the above is provided (the first metal oxide and the second metal oxide are also referred to as a composite metal oxide), ozone gas is generated from the source gas by discharge. When produced, the composite metal oxide can effectively act.
- the detailed mechanism is not known, but even if only high-purity oxygen gas is used as the raw material gas, high-concentration ozone gas can be generated stably. In addition, even if severe continuous operation for 1000 hours or more is continued, the ozone gas generation concentration hardly changes, and the initial ozone gas generation concentration can be maintained.
- the functional film is composed of the first metal oxide and the second metal oxide.
- the functional film may contain the first metal oxide in a molar ratio of 0.03 to 3000 when the second metal oxide is 1.
- the functional film may include a stacked structure in which the first metal oxide layer is stacked on the second metal oxide layer.
- the first metal oxide layer and the second metal oxide layer can be formed individually, the quality can be made uniform throughout the functional film, and the high-performance function can be achieved.
- a film can be formed.
- the ozone gas generator having such a structure includes, for example, a first metal film forming step of forming a metal lower layer film constituting the second metal oxide by sputtering on the dielectric, and an upper surface of the lower layer film. And a second metal film forming step of forming an upper layer film of a metal constituting the first metal oxide by sputtering, and the pair of dielectrics are disposed facing each other, and the pair of dielectrics are formed by welding by heating. And a bonding step of integrally bonding, and the heat treatment in the bonding step may be performed using a manufacturing method performed in an oxygen-containing atmosphere.
- each metal layer can be formed with high accuracy, a thin and highly functional base of the functional film can be formed. Since each metal can be oxidized simultaneously with the dielectric bonding to form a functional film, the productivity is excellent.
- a high-concentration ozone gas can be stably generated over a long period of time, which is suitable for the semiconductor field and durable.
- An ozone gas generator excellent in properties can be provided.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view taken along line II in FIG. 2. It is a graph showing the time-dependent change of ozone concentration.
- a solid line represents an example, and a broken line represents a comparative example.
- FIG. 1 shows an ozone generator 1 (ozone gas generator) to which the present invention is applied.
- the ozone generator 1 is a model for the semiconductor field, and is configured to stably generate high-purity ozone gas.
- the ozone generator 1 includes a source gas supply unit 2 (source gas supply path), an ozone gas generation unit 3, an ozone gas extraction unit 4 (ozone gas extraction path), and the like. Furthermore, the ozone generator 1 is also provided with a drive control unit and an operation unit for driving and controlling these (not shown).
- the raw material gas is supplied from the raw material gas supply unit 2 to the ozone gas generation unit 3, and the ozone gas generation unit 3 generates ozone gas from the raw material gas.
- the generated ozone gas is taken out to the outside of the ozone generator 1 via the ozone gas take-out unit 4.
- ozone gas taken out from the ozone generator 1 is dissolved in pure water to generate ozone water, which is used for cleaning silicon wafers and the like.
- the source gas supply unit 2 is provided with source gas supply pipes (not shown). One end of the source gas supply pipe communicates with the source of the source gas, and the other end communicates with the ozone gas generator 3.
- the material gas supply pipe is made of a material that is difficult to be mixed with impurities, such as a metal such as stainless steel or a fluororesin.
- the ozone gas extraction part 4 is also provided with an ozone gas extraction pipe. Note that high-purity oxygen gas (99.9% or more) is used as the source gas, and no catalyst gas such as nitrogen gas is added to the source gas.
- FIG. 2 schematically shows an ozone gas generation unit 3 that is a main part of the ozone generator 1.
- the ozone gas generation unit 3 is provided with a discharge cell 11, and a high-frequency and high-voltage power supply 12 is connected to the discharge cell 11.
- the discharge cell 11 includes a dielectric 13, an electrode 14, a partition wall 15, a bonding layer 16 (melting member), a functional film 17, and the like.
- the dielectric 13 is a plate-like member formed into a rectangular shape by firing high-purity alumina.
- the plate thickness of the dielectric 13 is, for example, 0.05 to 1 mm, and is preferably 0.1 to 0.3 mm in order to obtain stable performance.
- Band-shaped gas flow paths 18, 18 extending along the respective edges are formed through one side of both parallel edges of the dielectric 13.
- One gas flow path 18 among these gas flow paths 18, 18 communicates with the raw material gas supply unit 2 and constitutes a part of the raw material gas supply path (raw material gas inlet 18 a).
- the other gas flow path 18 communicates with the ozone gas extraction section 4 and constitutes a part of the ozone gas extraction path (ozone gas outlet 18b).
- strip-like refrigerant channels 19, 19 extending along the respective edges are also formed in the other parallel edges of the dielectric 13 so as to penetrate therethrough.
- a refrigerant for cooling the discharge cell 11 is circulated through these refrigerant flow paths 19.
- the dielectrics 13 are used in pairs for one discharge cell 11 and are arranged substantially parallel to each other with a slight gap (gap) therebetween.
- one discharge cell 11 is shown to show the basic structure, but the number of discharge cells 11 is not limited to one, and a plurality of discharge cells 11 may be provided.
- the silent discharge system is adopted for the discharge cell 11 of this embodiment.
- film-like electrodes 14 and 14 each having a length and width smaller than that of the dielectric 13 are provided so as to face each other.
- one electrode 14 is electrically connected to one terminal side of the high-frequency high-voltage power supply 12 (high-voltage electrode).
- the other electrode 14 is electrically connected to the other terminal side of the high-frequency high-voltage power supply 12 that is grounded (low-voltage electrode).
- a partition wall 15 made of a glass-based material is provided on the facing surfaces 13a of the dielectrics 13 facing each other.
- the partition wall 15 is laminated on the opposing surface 13a of the dielectric 13, and includes a surrounding portion 15a provided at the periphery thereof so as to surround the opposing surface 13a, and a plurality of linear portions provided inside the surrounding portion 15a. And a rib portion 15b.
- Each rib portion 15b is provided so as to extend from the raw material gas inlet 18a toward the ozone gas outlet 18b, and the adjacent rib portions 15b, 15b are arranged substantially in parallel with a predetermined interval therebetween.
- the upper end portions of the partition walls 15 provided in each dielectric 13 are joined together via a joining layer 16 in a state where they face each other.
- the bonding layer 16 is made of the same glass material as the partition wall 15.
- the gap dimension of the discharge gap 20 (dimension in the direction orthogonal to the facing surface 13a) is set to 200 ⁇ m or less.
- the gap size is small, and it is preferable to set it to 50 ⁇ m or less, for example.
- a functional film 17 is formed on the opposing surface 13 a of the dielectric 13 that partitions the discharge gap 20. Specifically, the functional film 17 is formed so as to cover the strip-shaped facing surface 13 a partitioned by the partition wall 15. In the ozone generator 1, the functional film 17 is devised so that a high-concentration ozone gas can be stably generated over a long period of time using only a high-purity oxygen gas as a raw material gas.
- the functional film 17 includes a specific metal oxide having a catalytic function (first metal oxide) and a specific metal oxide having a photocatalytic function (second metal oxide). (They are referred to as composite metal oxides together.)
- a metal oxide of niobium (Nb), tantalum (Ta), molybdenum (Mo), or chromium (Cr), that is, niobium oxide, tantalum oxide, molybdenum oxide, or chromium oxide is used. be able to. Any 1 type of each metal oxide may be sufficient as a 1st metal oxide, and what mixed any 2 or more types of each metal oxide may be sufficient as it.
- the second metal oxide here is a metal oxide of titanium (Ti), tungsten (W), zinc (Zn), iron (Fe), that is, titanium oxide, tungsten oxide, zinc oxide, iron oxide. Can be used. Also in the case of a 2nd metal oxide, any 1 type of each metal oxide may be sufficient, and what mixed any 2 or more types of each metal oxide may be sufficient.
- the present inventor has been researching and developing functional materials that exhibit a catalytic effect in order to stably generate high-purity and high-concentration ozone gas. Is going. For example, it has been found that an excellent catalytic effect for the generation of ozone gas can be obtained with metal oxides of titanium, niobium, tantalum, molybdenum and chromium.
- FIG. 4 shows an example of a change with time in the generation concentration of ozone gas when the ozone generator is operated continuously for a long time.
- the solid line represents the case where the functional film contains a composite metal oxide (specifically, Nb 2 O 5 and TiO 2 ) (Example), and the broken line represents the metal in the functional film. This represents a case where an oxide (specifically, Nb 2 O 5 ) is contained alone (Comparative Example).
- the horizontal axis represents elapsed time (h), and the vertical axis represents ozone gas generation concentration (g / m 3 (N)).
- the generation concentration of ozone gas gradually decreased after 1000 hours from the start of continuous operation, but in the example, even if it exceeded well over 1000 hours, Almost unchanged, a predetermined high concentration exceeding 300 g / m 3 was maintained. Therefore, the durability of the ozone generator can be improved by including the composite metal oxide in the functional film.
- a layer of metal such as niobium constituting the first metal oxide is laminated on a layer of metal such as titanium constituting the second metal oxide, and heated in an oxygen-containing atmosphere.
- the entire functional film 17 is made of a composite metal oxide.
- FIG. 5 shows a conceptual diagram of the functional film 17.
- the functional film 17 of the present embodiment includes a lower layer 17a mainly made of a second metal oxide such as titanium oxide and an upper layer 17b mainly made of a first metal oxide such as niobium oxide. It is configured.
- the upper layer 17a and the lower layer 17b do not have a completely separated laminated structure, and a part of titanium oxide or the like of the lower layer 17a is exposed on the surface of the upper layer 17b in the process of oxidation by heating. Guessed.
- the functional film it is preferable to set the functional film so that the first metal oxide is contained in a molar ratio of 0.03 to 3000 when the second metal oxide is 1.
- the ratio of the first metal oxide and the second metal is such that the number of moles of the first metal oxide is in the range of 0.03 to 3000.
- the oxide is included in the functional film.
- FIG. 6 and FIG. 7 show an example of test results for examining the relationship between the molar ratio (first metal oxide / second metal oxide) and the stable ozone concentration.
- This test is based on niobium oxide (Nb 2 O 5 : first metal oxide) and titanium oxide (TiO 2 : second metal oxide).
- Nb 2 O 5 first metal oxide
- TiO 2 titanium oxide
- FIG. 6 and FIG. 7 show an example of test results for examining the relationship between the molar ratio (first metal oxide / second metal oxide) and the stable ozone concentration.
- This test is based on niobium oxide (Nb 2 O 5 : first metal oxide) and titanium oxide (TiO 2 : second metal oxide).
- the ozone concentration tended to decrease greatly.
- There was a peak in the vicinity of a molar ratio of 0.1 to 1 and the ozone concentration gradually decreased as the molar ratio increased from the peak, but an ozone concentration of 200 g / m 3 or more
- Tungsten oxide, zinc oxide and iron oxide showed the same tendency as titanium oxide.
- the ozone concentration at the peak was about 340 g / m 3 in the case of titanium oxide, whereas it was about 300 g / m 3 in the case of tungsten oxide (WO 3 ), and in the case of zinc oxide (ZnO).
- WO 3 tungsten oxide
- ZnO zinc oxide
- the thickness (total thickness) of the functional film 17 is preferably set in the range of 0.1 to 10 ⁇ m, particularly preferably in the range of 0.5 to 1.5 ⁇ m, such as 1 ⁇ m. If the thickness is less than 0.1 ⁇ m, there is a possibility that proper performance cannot be exhibited due to variations during film formation. On the other hand, if the thickness exceeds 10 ⁇ m, the action of the second metal oxide of the lower layer 17a may not be obtained.
- High-purity oxygen gas is supplied from the source gas supply unit 2 to the discharge gap 20 of the discharge cell 11 configured as described above through the source gas inlet 18a.
- a high voltage is applied between the pair of electrodes 14, a silent discharge is generated in the discharge gap 20.
- ozone gas having a stable concentration is generated in the discharge gap 20, and high purity is produced from the ozone gas outlet 18 b via the ozone gas extraction part 4.
- Ozone gas is sent to the outside of the ozone generator 1.
- a metal film (lower layer film) such as titanium constituting the second metal oxide is formed on the dielectric 13 by sputtering (first metal film forming step: S1). Specifically, after the partition wall 15 is formed on the facing surface 13a side of the dielectric 13, a predetermined amount of a metal film such as titanium is formed at a predetermined portion using a mask or the like.
- a film (upper layer film) was formed by using a predetermined amount of a metal such as niobium constituting the first metal oxide so as to be stacked on the lower layer film in the same manner as the lower layer film, and laminated.
- a metal film (laminated metal film) is formed (second metal film forming step: S2).
- second metal film forming step: S2 second metal film forming step: S2
- the partition wall 15 can be formed by applying and baking a glass-based material on the dielectric 13. Specifically, a glass-based material paste is applied to a predetermined portion of the facing surface 13a of the dielectric 13 by screen printing. Then, it is fired for a predetermined time at a predetermined temperature of 800 ° C. or higher at which the glass-based material is melted, and is cooled and solidified. You may form the laminated partition wall 15 by repeating this application
- the pair of dielectrics 13 and 13 are joined together by heating (joining step: S3).
- the melting member for example, a glass-based material paste having the same quality as that of the partition wall 15 can be used. Specifically, a melting member is applied to the upper end portion of the partition wall 15 provided on the facing surface 13a of each dielectric 13, and the upper end portions of the partition wall 15 are brought into close contact with each other. Then, it is heated to a predetermined temperature of 800 ° C. or higher at which the welding member is melted, and fired for a predetermined time.
- the ozone gas generator according to the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various other configurations.
- fine particles 17d of a metal such as niobium constituting the first metal oxide, or fine particles 17d of the first metal oxide such as niobium oxide are replaced with titanium or the like constituting the second metal oxide.
- the functional film 17 may also be formed by mixing the fine metal particles 17c or the second metal oxide fine particles 17e such as titanium oxide with the glass-based material paste 17c at a predetermined ratio, applying by screen printing, and baking. it can. Further, oxygen gas may be introduced during sputtering to directly form the functional film 17 made of a metal oxide on the dielectric 13.
- the functional film 17 may be provided only on one side of the dielectric 13.
- the partition wall 15 may be formed only on one of the dielectrics 13 and directly welded to the other dielectric 13 via a melting member.
- the discharge method is not limited to silent discharge, and creeping discharge can also be adopted.
- the ozone gas generator is not limited to a form used alone, but may be used in the form of a part that is incorporated into an ozone water production apparatus, for example.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
一対の電極１４，１４の各々の対向面側に、各々１つずつ誘電体１３が設けられている。一対の誘電体１３，１３の間には、原料ガス供給経路とオゾンガス取出経路とが接続された放電空隙２０が形成されている。一対の誘電体１３，１３には、放電空隙２０に面する機能膜１７が設けられている。機能膜１７には、ニオブやタンタル、モリブデン、クロムから選択される１種又は２種以上の金属の第１金属酸化物と、チタン、タングステン、亜鉛、鉄から選択される１種又は２種以上の金属の第２金属酸化物とが含まれている。
Description
本発明は、高純度オゾンガスの生成に適したオゾンガス発生装置及びその製造方法に関する。
近年、シリコンウエハの洗浄等に用いるために、半導体製造設備でオゾンガス発生装置が多用されつつある。半導体製造設備では、僅かな不純物や異物が混入しても生産性に大きく影響するため、そこで使用されるオゾンガス発生装置も高純度なオゾンガスの生成能力が必要とされる。そのため、原料ガスに高純度の酸素ガス（例えば９９．９％以上）を使用することはもちろん、生成されるオゾンガス中への僅かな不純物の混入でさえも徹底して排除する必要がある。
例えば、電極が放電空隙に露出しているとその表面からガス中に不純物が混入するおそれがある。そのため、通常、このようなオゾンガス発生装置の放電セルでは、電極が放電空隙に露出しないよう、アルミナ等の誘電体が電極と放電空隙との間に設けられている。
ところが、そのように電極からの不純物の混入を防止し、原料ガスに高純度な酸素ガスを用いて純度を高めると、高濃度なオゾンガスを安定して生成することができないという問題がある（例えば、特許文献１等）。そこで、高純度な酸素ガスに微量の窒素ガス等の触媒ガスを添加することなどが行われているが、そうすると、半導体の製造にとって好ましくない窒素酸化物が副生成物として生成されるため、半導体分野向けのオゾンガス発生装置には適さないという問題がある。
そのようなことから、触媒ガスを用いずに高純度な酸素ガスだけで高濃度なオゾンガスを安定して生成できる手段が要望されており、本出願人もこれまでいくつか提案している（特許文献１，２）。
例えば、特許文献１では、所定量の酸化チタンを誘電体に加えることを提案した。そうすることで、触媒ガスを含まない高純度の酸素ガスを用いた場合でも、オゾンガスを安定して生成できるようになる。更に、特許文献２では、Ｔｉ（チタン）、Ｗ（タングステン）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｍｎ（マンガン）、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｖ（バナジウム）、Ｚｎ（亜鉛）やこれらの酸化物が有効であることを見出し、これらの粉末を誘電体の表面にガラス系の焼き付け固定剤で固定することを提案した。
上述した特許文献１や２の手段を用いることにより、原料ガスに高純度な酸素ガスだけを使用しても、ある程度は高濃度オゾンガスを安定して生成することができる。しかし、半導体の高機能化に伴って半導体製造設備に求められる清浄性はより高度になる。それに伴い、そこで使用されるオゾンガス発生装置も、より高度な性能が求められるようになってきている。
ところで、本発明者は、誘電体の表面にニオブ等の金属酸化物でできた機能膜を設けることを先に提案している（例えば、特願２００９－２０５００９）。このような機能膜を設けることで、原料ガスに高純度な酸素ガスのみを使用しても、より安定して高濃度なオゾンガスを生成させることができるようになる。
しかしながら、ニオブ等の金属酸化物だけでできた機能膜の場合、耐久性を調べるために１０００時間以上の過酷な連続運転を続けると、僅かではあるがオゾンガスの生成濃度が徐々に低下する傾向が認められた。酸化チタン単体の場合でも同様の傾向が認められた。
そこで、本発明の目的は、原料ガスに高純度な酸素ガスだけを使用しても、より安定的に高濃度オゾンガスが生成でき、耐久性にも優れるオゾンガス発生装置を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明のオゾンガス発生装置では、誘電体に、ニオブ等の特定の第１金属酸化物と、光触媒として機能するチタン等の特定の第２金属酸化物とを含む機能膜を設けた。
具体的には、本発明に係るオゾンガス発生装置は、向い合せに配置された一対の誘電体と、前記一対の誘電体間に形成される放電空隙と、前記放電空隙に放電を発生させる少なくとも一対の電極と、前記放電空隙に原料ガスを供給する原料ガス供給経路と、前記放電空隙からオゾンガスを取り出すオゾンガス取出経路と、前記一対の誘電体のうち、少なくともいずれか一方に設けられて前記放電空隙に面する機能膜とを備えている。
そして、前記機能膜が、ニオブ、タンタル、モリブデン、クロムから選択される１種又は２種以上の金属の第１金属酸化物と、チタン、タングステン、亜鉛、鉄から選択される１種又は２種以上の金属の第２金属酸化物とを含むように構成されている。
なお、放電の方式は無声放電でも沿面放電でもよい。電極は一対あれば足りるが、それ以上あってもよく、その数は必要に応じて適宜設定することができる。
係る構成のオゾンガス発生装置によれば、原料ガスが供給され、そして、一対の電極によって電圧が印加されて放電が発生する、放電空隙に面してニオブ等の特定の第１金属酸化物とチタン等の特定の第２金属酸化物とを含む機能膜が設けられているので（第１金属酸化物及び第２金属酸化物を合わせて複合金属酸化物ともいう）、放電により原料ガスからオゾンガスが生成される際に、複合金属酸化物を効果的に作用させることができる。
そして、そのように複合金属酸化物を作用させると、詳しいメカニズムはわからないが、原料ガスに高純度な酸素ガスのみを使用しても、安定して高濃度なオゾンガスを生成させることができる。加えて、１０００時間以上の過酷な連続運転を続けてもオゾンガスの生成濃度がほとんど変わらず、初期のオゾンガスの生成濃度を保持できるようになる。
より具体的には、前記機能膜を前記第１金属酸化物と前記第２金属酸化物とで構成する。そして、前記機能膜には、モル比で、前記第２金属酸化物を１としたときに前記第１金属酸化物が０．０３～３０００となる比率で含まれているようにすればよい。
そうすれば、第１金属酸化物と第２金属酸化物とが適切な比率となり、機能膜による特有の作用効果を効果的に発揮させることができる。
前記機能膜は、前記第２金属酸化物の層の上に前記第１金属酸化物の層が積層された積層構造を含むようにすることができる。
そうすることで、第１金属酸化物の層と第２金属酸化物の層とをそれぞれ個別に形成することができるため、機能膜の全体にわたって品質を均一にすることができ、高性能な機能膜を形成することができる。
このような構造のオゾンガス発生装置は、例えば、前記誘電体の上に、スパッタリングにより前記第２金属酸化物を構成する金属の下層膜を形成する第１金属膜形成工程と、前記下層膜の上に、スパッタリングにより前記第１金属酸化物を構成する金属の上層膜を形成する第２金属膜形成工程と、前記一対の誘電体を向い合せに配置し、加熱による溶着により前記一対の誘電体を一体に接合する接合工程と、を含み、前記接合工程における加熱処理が、酸素含有雰囲気下で行われる製造方法を用いて製造すればよい。
そうすれば、各金属の各層を精度高く形成することができるので、薄くて高機能な機能膜のベースを形成することができる。そして、誘電体の接合と同時に各金属を酸化して機能膜を形成することができるので、生産性に優れる。
以上説明したように、本発明によれば、原料ガスに高純度な酸素ガスだけを使用しても、高濃度なオゾンガスを長期にわたって安定して生成できるようになり、半導体分野に好適で、耐久性に優れたオゾンガス発生装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。ただし、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物あるいはその用途を制限するものではない。
（オゾンガス発生装置の構成）
図１に、本発明を適用したオゾン発生機１（オゾンガス発生装置）を示す。このオゾン発生機１は、半導体分野向けの機種であり、高純度なオゾンガスを安定して生成できるように構成されている。オゾン発生機１には、原料ガス供給部２（原料ガス供給経路）やオゾンガス生成部３、オゾンガス取出部４（オゾンガス取出経路）などが備えられている。更に、オゾン発生機１には、これらを駆動制御する駆動制御部や操作部なども備えられている（図示せず）。
図１に、本発明を適用したオゾン発生機１（オゾンガス発生装置）を示す。このオゾン発生機１は、半導体分野向けの機種であり、高純度なオゾンガスを安定して生成できるように構成されている。オゾン発生機１には、原料ガス供給部２（原料ガス供給経路）やオゾンガス生成部３、オゾンガス取出部４（オゾンガス取出経路）などが備えられている。更に、オゾン発生機１には、これらを駆動制御する駆動制御部や操作部なども備えられている（図示せず）。
このオゾン発生機１では、原料ガス供給部２からオゾンガス生成部３に原料ガスが供給され、オゾンガス生成部３において原料ガスからオゾンガスが生成される。生成されたオゾンガスはオゾンガス取出部４を経由してオゾン発生機１の外部に取り出される。例えば、半導体製造設備では、このオゾン発生機１から取り出されるオゾンガスを純水に溶解させてオゾン水を生成し、シリコンウエハの洗浄等に用いられる。
原料ガス供給部２には、原料ガス供給配管等が設けられている（図示せず）。原料ガス供給配管の一端は、原料ガスの供給源に連通し、他端はオゾンガス生成部３に連通している。この原料ガス供給配管には、例えばステンレス等の金属やフッ素樹脂など、不純物が混入し難い素材が用いられている。オゾンガス取出部４にも、これと同様にオゾンガス取出配管が設けられている。なお、原料ガスには高純度の酸素ガス（９９．９％以上）が用いられ、原料ガスへの窒素ガス等の触媒ガスの添加は行われない。
図２に、このオゾン発生機１の主要部であるオゾンガス生成部３を模式的に示す。同図に示すように、オゾンガス生成部３には放電セル１１が備えられていて、この放電セル１１に高周波高圧電源１２が接続されている。放電セル１１には、誘電体１３や電極１４、区画壁１５、接合層１６（溶融部材）、機能膜１７などが備えられている。
誘電体１３は、図３にも示すように、高純度のアルミナを焼成して矩形に形成された板状の部材である。誘電体１３の板厚は、例えば０．０５～１ｍｍであり、安定した性能を得るには０．１～０．３ｍｍとするのが好ましい。誘電体１３の平行な一方の両縁部には、それぞれ、各縁に沿って延びる帯状のガス流路１８，１８が貫通形成されている。これらガス流路１８，１８のうち一方のガス流路１８は、原料ガス供給部２に連通して原料ガス供給経路の一部を構成している（原料ガス流入口１８ａ）。その他方のガス流路１８は、オゾンガス取出部４に連通してオゾンガス取出経路の一部を構成している（オゾンガス流出口１８ｂ）。
また、誘電体１３の平行な他方の両縁部にも、それぞれ、各縁に沿って延びる帯状の冷媒流路１９，１９が貫通形成されている。これら冷媒流路１９には放電セル１１を冷却するための冷媒が流通される。誘電体１３は、１つの放電セル１１に対して２枚一組で用いられ、向い合せにして、間に僅かな隙間（ギャップ）を介して略平行に配置されている。なお、本実施形態では便宜上、基本構造を示すために１つの放電セル１１を示しているが、放電セル１１は１つに限らず複数設けてあってもよい。
本実施形態の放電セル１１は、無声放電方式を採用している。外側に向く各誘電体１３の背面には、それぞれ、誘電体１３よりも縦横幅がひとまわり小さく形成された膜状の電極１４，１４が互いに対向するように設けられている。これら電極１４，１４のうち一方電極１４は高周波高圧電源１２の一方の端子側に電気的に接続されている（高圧電極）。他方の電極１４は、接地されている高周波高圧電源１２の他方の端子側に電気的に接続されている（低圧電極）。
各誘電体１３の互いに向い合う対向面１３ａには、ガラス系素材からなる区画壁１５が設けられている。区画壁１５は、誘電体１３の対向面１３ａの上に積層されていて、対向面１３ａを囲むようにその周辺部に設けられる囲繞部１５ａと、囲繞部１５ａの内側に複数設けられる線状のリブ部１５ｂとを有している。各リブ部１５ｂは原料ガス流入口１８ａからオゾンガス流出口１８ｂに向かって延びるように設けられ、互いに隣接するリブ部１５ｂ，１５ｂどうしは所定の間隔を隔てて略平行に配置されている。
各誘電体１３に設けられた区画壁１５の上端部は、互いに突き合わせた状態で間に接合層１６を介して一体に接合されている。接合層１６は区画壁１５と同質のガラス系素材からなる。こうして接合された一対の誘電体１３，１３の間には、周りが区画壁１５で区画された複数の帯状の放電空隙２０，２０，…が形成されている。放電空隙２０のギャップ寸法（対向面１３ａに直交する方向の寸法）は、２００μｍ以下に設定されている。なお、この隙間寸法は小さい方が好ましく、例えば５０μｍ以下に設定するのが好ましい。
放電空隙２０を区画している誘電体１３の対向面１３ａの上には機能膜１７が形成されている。具体的には、区画壁１５で複数区画された帯状の対向面１３ａを被覆するように機能膜１７が形成されている。このオゾン発生機１では、原料ガスに高純度な酸素ガスだけを用いて高濃度なオゾンガスを長期にわたって安定して生成できるように機能膜１７に工夫が凝らされている。
具体的には、この機能膜１７には、触媒機能を有する特定の金属酸化物（第１金属酸化物）と、光触媒機能を有する特定の金属酸化物（第２金属酸化物）とが含まれている（これら両者を合わせて複合金属酸化物ともいう）。
ここでいう第１金属酸化物としては、ニオブ（Ｎｂ）やタンタル（Ｔａ）、モリブデン（Ｍｏ）、クロム（Ｃｒ）の金属酸化物、すなわち、酸化ニオブ、酸化タンタル、酸化モリブデン、酸化クロムを用いることができる。第１金属酸化物は、各金属酸化物のいずれか１種であってもよいし、各金属酸化物のいずれか２種以上を混合したものであってもよい。また、ここでいう第２金属酸化物としては、チタン（Ｔｉ）やタングステン（Ｗ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）の金属酸化物、すなわち、酸化チタン、酸化タングステン、酸化亜鉛、酸化鉄を用いることができる。第２金属酸化物の場合も、各金属酸化物のいずれか１種であってもよいし、各金属酸化物のいずれか２種以上を混合したものであってもよい。
これまでにもいくつか有効な素材を提案しているように、本発明者は、高純度で高濃度なオゾンガスを安定して生成するべく、触媒効果を発揮する機能素材を求めて研究開発を行っている。例えば、チタンやニオブ、タンタル、モリブデン、クロムの金属酸化物に、オゾンガスの生成に対して優れた触媒効果が得られることを見出している。
ところが、これらチタンやニオブ等の金属酸化物を単独で用いた場合、原因はわからないが、耐久性を調べるために１０００時間を超える過酷な長期間連続運転を行うと、僅かではあるがオゾンガスの生成濃度（最高到達濃度）が徐々に低下する傾向が認められた。そこで、このような現象を改善すべく検討を試みた結果、ニオブ等の金属酸化物と光触媒機能を有するチタン等の金属酸化物とを所定の比率で組み合わせることにより、上述したオゾンガスの生成濃度の低下が抑制されることを見出した。
図４に、オゾン発生機を長時間連続運転した場合におけるオゾンガスの生成濃度の経時変化の一例を示す。同図中、実線は、機能膜に複合金属酸化物（具体的には、Ｎｂ２Ｏ５とＴｉＯ２）が含まれている場合を表しており（実施例）、破線は、機能膜に金属酸化物（具体的には、Ｎｂ２Ｏ５）が単独で含まれている場合を表している（比較例）。横軸は経過時間（ｈ）であり、縦軸はオゾンガスの生成濃度（ｇ／ｍ３（Ｎ））である。
同図に示すように、比較例では、連続運転開始から１０００時間を超えるとオゾンガスの生成濃度が徐々に低下したが、実施例では、１０００時間を優に超えても当初のオゾンガスの生成濃度とほとんど変わらず、３００ｇ／ｍ３を超える所定の高濃度が保持されていた。従って、機能膜に複合金属酸化物を含ませることで、オゾン発生機の耐久性を向上させることが可能になる。
そこで、本実施形態では、第２金属酸化物を構成するチタン等の金属の層の上に第１金属酸化物を構成するニオブ等の金属の層を積層し、酸素含有雰囲気下で加熱して、機能膜１７の全体が複合金属酸化物で構成されるようにしている。
図５に、機能膜１７の概念図を示す。同図に示すように、本実施形態の機能膜１７は、主に酸化チタン等の第２金属酸化物からなる下層１７ａと、主に酸化ニオブ等の第１金属酸化物からなる上層１７ｂとで構成されている。ただし、上層１７ａと下層１７ｂとは完全に分かれた積層構造にはなっておらず、加熱による酸化の過程で、下層１７ａの酸化チタン等の一部は上層１７ｂの表面に露出しているものと推測される。
機能膜には、モル比で、第２金属酸化物を１としたときに第１金属酸化物が０．０３～３０００となる比率で含まれるように設定するのが好ましい。、換言すれば、第２金属酸化物のモル数を１としたときに、第１金属酸化物のモル数が０．０３～３０００の範囲内となる比率で第１金属酸化物と第２金属酸化物とが機能膜に含まれるように設定するのが好ましい。このような比率に設定することで、第１金属酸化物と第２金属酸化物とを適切な比率で含ませることができ、機能膜による特有の作用効果を効果的に発揮させることができる。
図６、図７に、モル比（第１金属酸化物／第２金属酸化物）と安定時のオゾン濃度との関係について調べた試験結果の一例を示す。なお、本試験は酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５：第１金属酸化物）と酸化チタン（ＴｉＯ２：第２金属酸化物）とによるものである。これらに示すように、モル比が０．０３を下回るとオゾン濃度は大きく低下する傾向が認められた。モル比０．１～１付近にピークがあり、ピークからモル比が大きくなるにつれてオゾン濃度は逓減したがモル比３０００でも２００ｇ／ｍ３以上のオゾン濃度が維持されていた。特に、モル比０．１～１０の範囲では、３００ｇ／ｍ３以上の高いオゾン濃度が保持されていた。
酸化タングステンや酸化亜鉛、酸化鉄も、酸化チタンと同様の傾向が認められた。ただし、ピークでのオゾン濃度は、酸化チタンの場合は約３４０ｇ／ｍ３であったのに対し、酸化タングステン（ＷＯ３）の場合は約３００ｇ／ｍ３であり、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の場合は約２２０ｇ／ｍ３であり、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）の場合は約２５０ｇ／ｍ３であった。
本実施形態のように、第１金属酸化物と第２金属酸化物とを積層して機能膜１７を形成する場合には、機能膜１７の厚み（総厚）を１としたとき、第２金属酸化物の膜厚が０．１～０．６の範囲内となるように設定するのが好ましい。第２金属酸化物の膜厚が０．１を下回ると、生産時のばらつき等の影響により、量産時に第２金属酸化物の膜厚が不足して所定の性能が得られない不良品の発生を招くおそれがある。一方、第２金属酸化物の膜厚が０．６を上回ると、第１金属酸化物の膜厚が薄くなり過ぎてこれら特有の触媒機能が損なわれるおそれがある。
機能膜１７の厚み（総厚）は０．１～１０μｍの範囲で設定するのが好ましく、１μｍ等、０．５～１．５μｍの範囲で設定するのが特に好ましい。０．１μｍを下回ると、成膜時のばらつきによって適正な性能が発揮できないおそれがある。一方、１０μｍを上回ると、下層１７ａの第２金属酸化物による作用が得られないおそれがある。
このように構成された放電セル１１の放電空隙２０には、原料ガス供給部２から原料ガス流入口１８ａを通じて高純度な酸素ガスが供給される。そして、一対の電極１４，１４の間に高電圧が印加されると、放電空隙２０内には無声放電が発生する。この無声放電と、放電空隙２０に面する機能膜１７との作用によって、放電空隙２０内には濃度の安定したオゾンガスが生成され、オゾンガス流出口１８ｂからオゾンガス取出部４を経由して高純度なオゾンガスがオゾン発生機１の外側に送出される。
（オゾンガス発生装置の製造方法）
オゾン発生機１の主要部である放電セル１１については、例えば、次のような第１及び第２の金属膜形成工程と、接合工程とを含む製造方法を用いることで容易に製造することができる（図８参照）。
オゾン発生機１の主要部である放電セル１１については、例えば、次のような第１及び第２の金属膜形成工程と、接合工程とを含む製造方法を用いることで容易に製造することができる（図８参照）。
まず、誘電体１３に対して第２金属酸化物を構成するチタン等の金属の膜（下層膜）をスパッタリングにより形成する（第１金属膜形成工程：Ｓ１）。具体的には、誘電体１３の対向面１３ａ側に区画壁１５を形成した後、マスク等を用いてその所定部分に所定量のチタン等の金属の膜を形成する。
続いて、下層膜と同様に処理して、下層膜の上に重ねるように、第１金属酸化物を構成するニオブ等の金属を所定量用いて膜（上層膜）を形成し、積層された金属膜（積層金属膜）を形成する（第２金属膜形成工程：Ｓ２）。このように、スパッタリングを繰り返して膜を積層することで、薄い積層金属膜であっても比較的容易に精度高く形成することができる。その結果、ギャップ寸法をより小さく設定できるため、より高濃度なオゾンガスを安定して生成できる利点がある。
なお、区画壁１５については、誘電体１３に対してガラス系の素材を塗布、焼成することにより形成することができる。具体的には、スクリーン印刷により、ガラス系素材のペーストを誘電体１３の対向面１３ａの所定部分に塗布する。その後、ガラス系素材が溶融する８００℃以上の所定温度で所定時間焼成し、冷却固化させる。この塗布、焼成の処理を繰り返し行って積層された区画壁１５を形成してもよい。
次に、溶融部材を介して一対の誘電体１３を向い合せに配置した後、加熱して一対の誘電体１３，１３を一体に接合する（接合工程：Ｓ３）。溶融部材には、例えば、区画壁１５と同質のガラス系素材のペーストを用いることができる。具体的には、各誘電体１３の対向面１３ａに設けた区画壁１５の上端部に溶融部材を塗布し、区画壁１５の上端部どうしを密着させる。そうして、溶着部材が溶融する８００℃以上の所定温度に加熱し、所定時間焼成する。
このとき、酸素を含有する雰囲気下で焼成を行い、加熱条件を調整して積層金属膜の全体が酸化されるように設定する（機能膜形成工程）。そのようにすれば、焼成後に冷却すると、溶融部材は固化して接合層１６を形成し、一対の誘電体１３，１３は一体に接合される。積層金属膜は酸化されて、そのほぼ全体が複合金属酸化物で形成された機能膜１７となる。すなわち、誘電体１３の接合と同時に機能膜１７を形成することができるので、工数が削減でき、生産性に優れる。
なお、本発明にかかるオゾンガス発生装置は、前記の実施の形態に限定されず、それ以外の種々の構成をも包含する。
例えば、図９に示すように、第１金属酸化物を構成するニオブ等の金属の微粒子、又は酸化ニオブ等の第１金属酸化物の微粒子１７ｄを、第２金属酸化物を構成するチタン等の金属の微粒子又は酸化チタン等の第２金属酸化物の微粒子１７ｅとともに、所定の比率でガラス系素材のペースト１７ｃに混合してスクリーン印刷により塗布し、焼成することにより機能膜１７を形成することもできる。また、スパッタリング時に酸素ガスを導入して、誘電体１３に金属酸化物からなる機能膜１７を直接形成してもよい。
その他、機能膜１７は誘電体１３の一方のみに設けてもあってもよい。区画壁１５をいずれか一方の誘電体１３にのみ形成し、他方の誘電体１３に溶融部材を介して直接溶着するようにしてあってもよい。放電方式は、無声放電に限らず沿面放電を採用することもできる。オゾンガス発生装置は、単体で使用する形態に限らず、例えば、オゾン水製造装置に組み込むような部品形態で使用してもよい。
１ オゾン発生機（オゾンガス発生装置）
２ 原料ガス供給部（原料ガス供給経路）
３ オゾンガス生成部
４ オゾンガス取出部（オゾンガス取出経路）
１１ 放電セル
１２ 高周波高圧電源
１３ 誘電体
１３ａ 対向面
１４ 電極
１５ 区画壁
１６ 接合層（溶融部材）
１７ 機能膜
１７ａ 下層
１７ｂ 上層
２０ 放電空隙
２ 原料ガス供給部（原料ガス供給経路）
３ オゾンガス生成部
４ オゾンガス取出部（オゾンガス取出経路）
１１ 放電セル
１２ 高周波高圧電源
１３ 誘電体
１３ａ 対向面
１４ 電極
１５ 区画壁
１６ 接合層（溶融部材）
１７ 機能膜
１７ａ 下層
１７ｂ 上層
２０ 放電空隙
Claims (4)
- 向い合せに配置された一対の誘電体と、
前記一対の誘電体間に形成される放電空隙と、
前記放電空隙に放電を発生させる少なくとも一対の電極と、
前記放電空隙に原料ガスを供給する原料ガス供給経路と、
前記放電空隙からオゾンガスを取り出すオゾンガス取出経路と、
前記一対の誘電体のうち、少なくともいずれか一方に設けられて前記放電空隙に面する機能膜と、
を備え、
前記機能膜が、
ニオブ、タンタル、モリブデン、クロムから選択される１種又は２種以上の金属の第１金属酸化物と、
チタン、タングステン、亜鉛、鉄から選択される１種又は２種以上の金属の第２金属酸化物と、
を含むオゾンガス発生装置。 - 請求項１に記載のオゾンガス発生装置において、
前記機能膜は前記第１金属酸化物と前記第２金属酸化物とで構成されていて、前記機能膜には、モル比で、前記第２金属酸化物を１としたときに前記第１金属酸化物が０．０３～３０００となる比率で含まれているオゾンガス発生装置。 - 請求項２に記載のオゾンガス発生装置において、
前記機能膜が、前記第２金属酸化物の層の上に前記第１金属酸化物の層が積層された積層構造を含むオゾンガス発生装置。 - 請求項３に記載のオゾンガス発生装置の製造方法であって、
前記誘電体の上に、スパッタリングにより前記第２金属酸化物を構成する金属の下層膜を形成する第１金属膜形成工程と、
前記下層膜の上に、スパッタリングにより前記第１金属酸化物を構成する金属の上層膜を形成する第２金属膜形成工程と、
前記一対の誘電体を向い合せに配置し、加熱による溶着により前記一対の誘電体を一体に接合する接合工程と、
を含み、
前記接合工程における加熱処理が、酸素含有雰囲気下で行われるオゾンガス発生装置の製造方法。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011534057A JP5369189B2 (ja) | 2009-10-02 | 2010-09-21 | オゾンガス発生装置及びその製造方法 |
| EP10820097.3A EP2484632B1 (en) | 2009-10-02 | 2010-09-21 | Ozone gas generation device and method for manufacturing same |
| CN201080043675.4A CN102712472B (zh) | 2009-10-02 | 2010-09-21 | 臭氧气体发生装置及其制造方法 |
| US13/499,675 US9193591B2 (en) | 2009-10-02 | 2010-09-21 | Ozone gas generator and method for manufacturing the same |
| KR1020127008494A KR101710495B1 (ko) | 2009-10-02 | 2010-09-21 | 오존가스 발생장치 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009-230404 | 2009-10-02 | ||
| JP2009230404 | 2009-10-02 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2011039971A1 true WO2011039971A1 (ja) | 2011-04-07 |
Family
ID=43825824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2010/005718 WO2011039971A1 (ja) | 2009-10-02 | 2010-09-21 | オゾンガス発生装置及びその製造方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US9193591B2 (ja) |
| EP (1) | EP2484632B1 (ja) |
| JP (1) | JP5369189B2 (ja) |
| KR (1) | KR101710495B1 (ja) |
| CN (1) | CN102712472B (ja) |
| WO (1) | WO2011039971A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016147763A1 (ja) * | 2015-03-18 | 2016-09-22 | 住友精密工業株式会社 | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 |
| WO2017098575A1 (ja) | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | オゾン発生方法 |
| JP2017171551A (ja) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | 住友精密工業株式会社 | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01242403A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-27 | Hitachi Ltd | オゾナイザ |
| JPH05290743A (ja) * | 1992-04-13 | 1993-11-05 | Noritake Co Ltd | 放電装置 |
| JPH0831546A (ja) * | 1994-07-15 | 1996-02-02 | Meidensha Corp | オゾン発生装置 |
| JPH11278809A (ja) * | 1998-03-27 | 1999-10-12 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | オゾン発生装置用放電セル |
| JP2004315257A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-11 | Mitsubishi Electric Corp | オゾン発生器 |
| JP3740254B2 (ja) | 1997-06-27 | 2006-02-01 | 住友精密工業株式会社 | オゾン発生装置用放電セル |
| JP2008156218A (ja) | 2006-11-30 | 2008-07-10 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | オゾン発生装置用放電セル |
| JP2009205009A (ja) | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Hirosaki Univ | 実習キット |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001025666A (ja) * | 1999-07-14 | 2001-01-30 | Nippon Sheet Glass Co Ltd | 積層体およびその製造方法 |
| JP3622585B2 (ja) * | 1999-08-05 | 2005-02-23 | 日本板硝子株式会社 | 光触媒活性を有する物品 |
| JP4260335B2 (ja) | 2000-04-10 | 2009-04-30 | 三菱電機株式会社 | オゾン発生装置およびその製造方法 |
| JP3619828B2 (ja) * | 2001-06-21 | 2005-02-16 | 三洋電機株式会社 | 電解用電極及びその製造方法及び電解用電極を用いた電解方法及び電解水生成装置 |
| CN2514008Y (zh) * | 2001-11-30 | 2002-10-02 | 洛阳永益环保科技有限公司 | 二氧化氯多元素消毒剂发生器 |
| CN2589487Y (zh) * | 2002-12-20 | 2003-12-03 | 温雨杰 | 多功能臭氧水发生器 |
| JP3642572B2 (ja) * | 2003-05-09 | 2005-04-27 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | オゾン発生装置およびオゾン発生方法 |
| TW200528390A (en) * | 2004-02-25 | 2005-09-01 | Toshiba Mitsubishi Elec Inc | Apparatus and method of producing ozone gas |
| JP4320637B2 (ja) | 2004-04-08 | 2009-08-26 | 三菱電機株式会社 | オゾン発生装置およびオゾン発生方法 |
| US20060280660A1 (en) * | 2005-06-09 | 2006-12-14 | Weiss Robert M | Photocatalytic air purifier |
| EP2164812A4 (en) * | 2007-06-22 | 2011-08-03 | Carrier Corp | PURIFYING A FLUID USING OZONE WITH ADSORBENT AND / OR PARTICULATE FILTER |
| JP5283400B2 (ja) * | 2008-03-05 | 2013-09-04 | 住友精密工業株式会社 | オゾン発生装置用放電セル |
-
2010
- 2010-09-21 WO PCT/JP2010/005718 patent/WO2011039971A1/ja active Application Filing
- 2010-09-21 KR KR1020127008494A patent/KR101710495B1/ko active IP Right Grant
- 2010-09-21 US US13/499,675 patent/US9193591B2/en active Active
- 2010-09-21 EP EP10820097.3A patent/EP2484632B1/en active Active
- 2010-09-21 JP JP2011534057A patent/JP5369189B2/ja active Active
- 2010-09-21 CN CN201080043675.4A patent/CN102712472B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01242403A (ja) * | 1988-03-23 | 1989-09-27 | Hitachi Ltd | オゾナイザ |
| JPH05290743A (ja) * | 1992-04-13 | 1993-11-05 | Noritake Co Ltd | 放電装置 |
| JPH0831546A (ja) * | 1994-07-15 | 1996-02-02 | Meidensha Corp | オゾン発生装置 |
| JP3740254B2 (ja) | 1997-06-27 | 2006-02-01 | 住友精密工業株式会社 | オゾン発生装置用放電セル |
| JPH11278809A (ja) * | 1998-03-27 | 1999-10-12 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | オゾン発生装置用放電セル |
| JP2004315257A (ja) * | 2003-04-14 | 2004-11-11 | Mitsubishi Electric Corp | オゾン発生器 |
| JP2008156218A (ja) | 2006-11-30 | 2008-07-10 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | オゾン発生装置用放電セル |
| JP2009205009A (ja) | 2008-02-28 | 2009-09-10 | Hirosaki Univ | 実習キット |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| See also references of EP2484632A4 |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2016147763A1 (ja) * | 2015-03-18 | 2016-09-22 | 住友精密工業株式会社 | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 |
| JP2016172676A (ja) * | 2015-03-18 | 2016-09-29 | 住友精密工業株式会社 | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 |
| WO2017098575A1 (ja) | 2015-12-08 | 2017-06-15 | 東芝三菱電機産業システム株式会社 | オゾン発生方法 |
| US10745277B2 (en) | 2015-12-08 | 2020-08-18 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial Systems Corporation | Ozone generating method |
| JP2017171551A (ja) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | 住友精密工業株式会社 | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 |
| WO2017164178A1 (ja) * | 2016-03-25 | 2017-09-28 | 住友精密工業株式会社 | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 |
| KR20180113206A (ko) * | 2016-03-25 | 2018-10-15 | 스미토모 세이미츠 고교 가부시키가이샤 | 오존 가스 발생 장치 및 오존 가스 발생 장치의 제조 방법 |
| KR102173948B1 (ko) | 2016-03-25 | 2020-11-04 | 스미토모 세이미츠 고교 가부시키가이샤 | 오존 가스 발생 장치 및 오존 가스 발생 장치의 제조 방법 |
| US11111144B2 (en) | 2016-03-25 | 2021-09-07 | Sumitomo Precision Products Co., Ltd. | Ozone gas generator and method for manufacturing ozone gas generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR101710495B1 (ko) | 2017-02-27 |
| EP2484632B1 (en) | 2017-07-12 |
| JPWO2011039971A1 (ja) | 2013-02-21 |
| CN102712472B (zh) | 2014-12-10 |
| EP2484632A4 (en) | 2013-11-27 |
| EP2484632A1 (en) | 2012-08-08 |
| JP5369189B2 (ja) | 2013-12-18 |
| US9193591B2 (en) | 2015-11-24 |
| CN102712472A (zh) | 2012-10-03 |
| US20120189504A1 (en) | 2012-07-26 |
| KR20120093191A (ko) | 2012-08-22 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20080128269A1 (en) | Discharge cell for ozonizer | |
| WO2007010594A1 (ja) | 光触媒物質生成方法および光触媒物質生成装置 | |
| JP5369189B2 (ja) | オゾンガス発生装置及びその製造方法 | |
| JP5438818B2 (ja) | オゾン発生装置およびオゾン発生方法 | |
| US8911675B2 (en) | Discharge cell for ozonizer | |
| JP5629443B2 (ja) | オゾンガス発生装置の製造方法 | |
| JP5603581B2 (ja) | オゾンガス発生装置及びその製造方法 | |
| JP5833721B2 (ja) | オゾンガス発生装置 | |
| JP5562578B2 (ja) | オゾン発生装置用放電セル | |
| JP2009209013A (ja) | オゾン発生装置用放電セル | |
| WO2016147763A1 (ja) | オゾンガス発生装置およびオゾンガス発生装置の製造方法 | |
| KR100816460B1 (ko) | 광 촉매 물질 생성 방법 및 광 촉매 물질 생성 장치 | |
| JP2010150098A (ja) | オゾン発生装置 | |
| JP5676532B2 (ja) | 光触媒物質生成方法および光触媒物質生成装置 | |
| JP2022161592A (ja) | 放電電極装置およびコロナ放電電源装置 | |
| JP2005187836A (ja) | スパッタ用ターゲット，薄膜形成装置及び薄膜形成方法 | |
| JP2009298669A (ja) | オゾン製造方法およびオゾン発生装置 | |
| JP2007176723A (ja) | オゾン発生装置用放電セル |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 201080043675.4 Country of ref document: CN |
|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 10820097 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2011534057 Country of ref document: JP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 13499675 Country of ref document: US |
|
| ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 20127008494 Country of ref document: KR Kind code of ref document: A |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| REEP | Request for entry into the european phase |
Ref document number: 2010820097 Country of ref document: EP |
|
| WWE | Wipo information: entry into national phase |
Ref document number: 2010820097 Country of ref document: EP |