JP4899451B2 - Ozone generator - Google Patents
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Description
本発明はオゾンガスを液化することにより濃縮した高濃度オゾンガスを供給可能にするオゾン生成装置に係り、特に液体オゾンを生成しながら高濃度オゾンガスを供給可能にした装置において、オゾンチャンバの温度を調整を行う温度制御部の構成に関する。 The present invention relates to an ozone generator that can supply high-concentration ozone gas concentrated by liquefying ozone gas, and in particular, in an apparatus that can supply high-concentration ozone gas while generating liquid ozone, the temperature of the ozone chamber is adjusted. It is related with the structure of the temperature control part to perform.
近年オゾン(元素記号:O2)の利用が、その強い酸化力を利用して上下水処理を始めとして種々の分野で進展している。中でも、半導体素子の製造分野では、Siウェーハ洗浄やTEOS−CVD(Tetra Etyl Ortho Silicat−Chemical Vapor Deposition)への適用が検討されつつある。Siウェーハ洗浄は、オゾンガスを純水に溶かしたオゾン水を洗浄液として用いるもので、希ふっ酸水溶液等と併用することでSiウェーハ上の重金属や有機物を除去できることが発表されている(非特許文献1)。TEOS−CVDは半導体素子を多層配線化する際の層間絶縁膜の形成に用いられ、電極によるウェーハ表面の凹凸を絶縁膜で平坦化できることが特長である。このTEOS−CVDにオゾンを添加することによって平坦化の性能が向上することが報告されている(非特許文献2)。 In recent years, the use of ozone (element symbol: O 2 ) has been developed in various fields including water and sewage treatment using its strong oxidizing power. In particular, in the field of manufacturing semiconductor devices, application to Si wafer cleaning and TEOS-CVD (Tetra Ethyl Ortho Silica-Chemical Vapor Deposition) is being studied. Si wafer cleaning uses ozone water in which ozone gas is dissolved in pure water as a cleaning solution, and it has been announced that heavy metals and organic substances on Si wafers can be removed by using it together with dilute hydrofluoric acid aqueous solution (non-patent document) 1). TEOS-CVD is used to form an interlayer insulating film when a semiconductor element is formed into a multilayer wiring, and is characterized in that the unevenness of the wafer surface due to the electrodes can be planarized by the insulating film. It has been reported that the planarization performance is improved by adding ozone to the TEOS-CVD (Non-patent Document 2).
これらは10%程度の比較的低濃度のオゾンガスを利用した例であるが、80%以上の比較的高濃度のオゾンガスを利用することで従来のオゾンガス利用では考えられなかった新たな応用の可能性が指摘され始めている。一例を挙げれば、特開平8−335576号公報で開示されているSi半導体の酸化膜形成がある。この公報によれば、従来の熱酸化法では為し得ない比較的低温での酸化膜形成が可能で、亜酸化層や欠陥構造の少ない良質の酸化膜の形成が可能であることなどが紹介されている。 These are examples using ozone gas with a relatively low concentration of about 10%, but by using ozone gas with a relatively high concentration of 80% or more, there is a possibility of a new application that could not be considered by conventional ozone gas usage. Has begun to be pointed out. As an example, there is an oxide film formation of a Si semiconductor disclosed in JP-A-8-335576. According to this publication, it is possible to form an oxide film at a relatively low temperature, which is impossible with the conventional thermal oxidation method, and to form a high-quality oxide film with less suboxide layer and defect structure. Has been.
ところで、オゾンガスの生成には一般に無声放電方式が用いられる。これは放電により酸素ガスからオゾンと酸素の混合ガスを発生させるもので、発生効率の限度と爆発の危険性のため、常温常圧下で約10体積%以上のオゾンガスを生成することは困難であった。そこで、発生したオゾンガスを一旦液化して、その後に気化させることにより80%以上の高濃度オゾンガスを生成する方法が特許文献1(特公平5−17164号公報)で紹介されている。 By the way, a silent discharge system is generally used to generate ozone gas. This generates a mixed gas of ozone and oxygen from oxygen gas by electric discharge. Due to the limit of generation efficiency and danger of explosion, it is difficult to generate ozone gas of about 10% by volume or more under normal temperature and pressure. It was. Therefore, Patent Document 1 (Japanese Patent Publication No. 5-17164) introduces a method of generating high-concentration ozone gas of 80% or more by once liquefying the generated ozone gas and then vaporizing it.
特許文献1のオゾンガスを液化させる方法は、オゾンと酸素の蒸気圧の差によってオゾンガスだけを液化するものである。例えば、1気圧のもと、オゾンの沸点は161Kであるが、酸素の沸点は90Kである。したがって、90K以上161K未満の温度に冷却すれば、オゾンは大部分が液体、酸素は大部分が気体状態となるのでオゾンだけを液体として分離できる。実際には高濃度オゾンの爆発性に対する安全上から減圧条件で取り扱うので、その際の温度と圧力条件下でのオゾンと酸素の蒸気圧の差で分離条件が決まる。例えば、温度90Kで圧力10mmHg(=13.3hPa)の場合を考えると、90Kではオゾンの蒸気圧はほぼ0mmHg(=0Pa)だが、酸素は約690mmHg(=918hPa)となりオゾンだけがこの条件下で液化される。
In the method of liquefying ozone gas in
しかし、前記液体オゾンの製造では、液体状オゾンの生成と気体状オゾンの供給時とではバルブの切換えを行なう必要があり、生成しながらの高濃度オゾンガスの供給を行なうことができない。 However, in the production of the liquid ozone, it is necessary to switch the valve between the generation of liquid ozone and the supply of gaseous ozone, and it is impossible to supply high-concentration ozone gas while generating.
高濃度オゾンガスの連続的な供給を行なうために特許文献2(特開2001−133141)に開示されたオゾン生成装置のようにマルチベッセル方式が採用されたものがある。このマルチベッセル方式のオゾン生成装置によれば、一台のオゾンチャンバから濃縮オゾンを供給しつづけ、これに並行して残りのオゾンチャンバでは液体オゾンを生成しておくことができる。 In order to perform continuous supply of high-concentration ozone gas, there is one in which a multi-bessel method is adopted, such as an ozone generator disclosed in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-133141). According to this multi-vessel type ozone generator, it is possible to continue supplying concentrated ozone from one ozone chamber and to generate liquid ozone in the remaining ozone chambers in parallel.
前記マルチベッセル方式は、各オゾンチャンバに個別のコールドヘッド等が設けられているため、温度制御が容易である。しかし、この方式は分割構造のため、コールドヘッドそのものを個別構造とする必要がある。また、冷凍機から各コールドヘッドへの配管も個別の経路で設ける必要があり、装置が大型化し、コストも増大化する。 In the multi-vessel system, temperature control is easy because each ozone chamber is provided with an individual cold head or the like. However, since this method is a divided structure, the cold head itself needs to be an individual structure. In addition, it is necessary to provide piping from the refrigerator to each cold head through a separate path, which increases the size and cost of the apparatus.
そこで、特許文献3(特開2003−20209)に開示されたオゾン生成装置がある。図4はこのオゾン生成装置の概略構成図である。オゾン生成装置40は、単一のコールドヘッド41と、オゾンチャンバ42と熱的に結合する冷却用金属ブロック43と、この冷却用金属ブロック43とコールドヘッド41とを熱的に接続させる可変熱抵抗制御装置44とを備える。コールドヘッド41は冷凍機45から熱を導入している。コールドヘッド41には可変熱抵抗制御装置44が複数設けられている。個々の可変熱抵抗制御装置44には冷却用金属ブロック43が接続されている。そして、個々の冷却用金属ブロック43にオゾンチャンバ42が具備されている。冷却用金属ブロック43にはヒータが設けられ、このヒータに供給する電力と可変熱抵抗制御装置44の熱抵抗を個別に制御することにより、コールドヘッド41側への熱伝導の影響を少なくさせながら、オゾンチャンバ42の温度が個別に制御される。この構成によれば、コールドヘッド41は単一のみ具備させればよく、また冷凍機45からのコールドヘッド41への配管は単一の経路のみを備えればよいこととなる。しかも、特許文献2のオゾン生成装置の構成に比べてオゾンチャンバの個別の温度制御が容易となる。
特許文献3のオゾン生成装置は、コールドヘッド41が単一に具備され、オゾンチャンバ42と熱的に結合するための冷却用金属ブロック43は複数設けられ、コールドヘッド41と冷却用金属ブロック43との間に可変熱抵抗制御装置44を介在させたことで、オゾンチャンバ42でのオゾン供給と廃棄と蓄積の各工程に応じて各々のオゾンチャンバ42の温度を個別に制御することができる。また、オゾンチャンバ42でのオゾンの供給と廃棄と蓄積の各工程に応じて各オゾンチャンバ42の温度を個別に制御することができる。しかも、コールドヘッド41は1台構成で済むので、従来の構成に比べて装置の小型化及びコストを削減することができる。また、オゾンチャンバ42の個別の温度制御が容易となる。
The ozone generation apparatus of
しかしながら、液体オゾン生成装置の心臓部ともいえるオゾン生成部の構造、特に、コールドヘッド41と冷却用金属ブロック43との間の各構成が特殊形状であり、また機械的な可動部を有しているなど、簡易な構成とはいえず、さらなる小型化を阻害要因となっている。
However, the structure of the ozone generation unit, which can be said to be the heart of the liquid ozone generation device, in particular, each configuration between the
本発明は、以上の事情に鑑みなされたもので、その目的は、オゾン生成部の構成をより簡易な構造とすることで、さらなる小型化及びコストダウンできるオゾン生成装置の提供にある。 This invention is made | formed in view of the above situation, The objective is to provide the ozone production | generation apparatus which can further reduce in size and cost by making the structure of an ozone production | generation part into a simpler structure.
そこで、請求項1記載のオゾン生成装置は、冷凍機と熱的に接続した熱伝導体と、この熱伝導体と熱的に接続される可変熱抵抗制御装置を有する複数のオゾンチャンバとを備え、前記熱伝導体は金属製の材料からなると共に主面が長方形である板状に形成され、この熱伝導体の上方には前記複数の可変熱抵抗制御装置が当該熱伝導体の主面の長辺に沿って直列に配置され、前記可変熱抵抗制御装置は個々に金属製の支持部材によって前記熱伝導体にて支持され、前記支持部材は、前記可変熱抵抗制御装置が固定される板状のステージ部と、このステージ部を支持する共に前記熱伝導体の長辺側の端面に接続される板状の支持部とからなることを特徴とする。
Therefore, an ozone generator according to
請求項2記載のオゾン生成装置は、請求項1記載のオゾン生成装置において、前記冷凍機は前記熱伝導体の下面の短辺側付近で熱的に接続されたことを特徴とする。
The ozone generator according to
請求項3記載のオゾン生成装置は、請求項1または2に記載のオゾン生成装置において、前記熱伝導体と前記可変熱抵抗制御装置とを格納する格納部を備えたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the ozone generation apparatus according to the first or second aspect , further comprising a storage unit that stores the thermal conductor and the variable thermal resistance control device .
請求項1〜3記載の発明によれば、金属製の材料からなると共に主面が長方形に形成された熱伝導体に複数の可変熱抵抗制御装置が設けられ、個々の可変熱抵抗制御装置にオゾンチャンバが熱的に接続するようになっているので、冷凍機、コールドヘッド等を特殊な形状及び構成とすることなく、単一の冷凍機による複数のオゾンチャンバの温度制御を行なうことができる。さらに、可変熱抵抗制御装置を熱伝導体上で支持する支持部材は金属製の板状の部材からなるので、熱伝導体と可変熱抵抗制御装置との間の熱伝効率が高まると共にオゾンチャンバの振動による周辺の装置への衝撃がより一層緩和される。
According to the invention of
特に、請求項2記載の発明によれば、前記冷凍機は前記熱伝導体の下面の短辺側付近で熱的に接続されることで、オゾンチャンバの下方に空間が確保され、前記空間を有効利用できるようになる。また、オゾンチャンバの振動による周辺の装置への衝撃が緩和される。
In particular, according to the invention of
また、請求項3記載の発明によれば、オゾンチャンバを格納させた複数の真空断熱容器が格納部と一体化させたユニットの形態となっているので、このユニットが複数用いられることで、オゾンを任意に量産させることが可能となる。また、前記熱伝導体と前記可変熱抵抗制御装置とが格納部によって外気と隔絶されるので、熱エネルギーの浪費を抑えることができる。
Further, according to the invention described in
以上のように請求項1〜3記載の発明によればオゾン生成部の構成がより簡易な構造となりオゾン生成装置を小型化及び低コスト化させることができる。 As described above, according to the first to third aspects of the present invention, the configuration of the ozone generation unit becomes a simpler structure, and the ozone generation device can be reduced in size and cost.
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態例1)
図1は、本発明の一実施形態に係るオゾン生成装置を示した概略図である。
(Example 1)
FIG. 1 is a schematic view showing an ozone generator according to an embodiment of the present invention.
オゾン生成装置1は、図1に示されたように、冷凍機2と熱的に接続した熱伝導体3と、この熱伝導体3とオゾンチャンバ4とを熱的に接続させる可変熱抵抗制御装置5とを備える。
As shown in FIG. 1, the
熱伝導体3は金属製の材料からなると共に図1、図2(a)及び図2(b)に示された形状から明らかなように主面である上面31と下面32とが長方形の板状に形成されている。熱伝導体3の上面31には可変熱抵抗体として複数の可変熱抵抗制御装置5が直列に配置されている。金属製の材料としては熱伝導性に優れた金属が採用される。前記金属としては、例えば、銅、アルミニウム、黄銅、鉄、チタン、ステンレス鋼、ケイ素等のいずれかを主成分としたものが挙げられる。
The
冷凍機2はコールドヘッド11を介して熱伝導体3と熱的に接続されている。熱伝導体3は図1に示されたように下面32の短辺側付近でコールドヘッド11と接続することにより冷凍機2から供給された熱を導入できるようになっている。
The
オゾンチャンバ4は図示省略されたオゾナイザーで生成させたオゾンを一時的に貯留する。オゾンチャンバ4はオゾンによって腐食さされない既知の材料からなる。前記オゾナイザーはオゾンガスを生成できるものであればよく既知の装置を採用すればよい。例えば明電舎製のMEO−1.0AHが例示される。
The
オゾンチャンバ4は真空状態で断熱真空容器6内に格納されることにより、オゾンチャンバ4周囲における熱エネルギーの浪費が抑制されている。断熱真空容器6はオゾンチャンバ4内をオゾンを取り出し可能となるように設けられる。断熱真空容器6内の底部には冷却用金属ブロック7が設置されている。また、この冷却用金属ブロック7にオゾンチャンバ4が搭載されている。冷却用金属ブロック7は可変熱抵抗制御装置5から導入した熱をオゾンチャンバ4に供給する。このようにオゾンチャンバ4は熱伝導体3、可変熱抵抗制御装置5及び冷却用金属ブロック7を介して冷凍機2によって冷却される。
By storing the
オゾンガスを連続発生するための各オゾンチャンバ4個別の温度制御は従来と同様に各々のオゾンチャンバ4の可変熱抵抗制御装置5や冷却用金属ブロック7に設けられたヒータ等の操作によって行なわれる。
The individual temperature control of each
可変熱抵抗制御装置5としては、例えば図2(a)及び図2(b)に示されたように、熱抵抗可変媒体が供給及び排出される筐体状に形成された可変熱抵抗ブロック50がある。可変熱熱抵抗ブロック50は熱抵抗可変媒体の供給、排出、若しくは熱抵抗可変媒体の変更、または異種の熱抵抗可変媒体を混合しての供給を行なって、可変熱抵抗ブロック50の天板部51と底板部52との間の熱抵抗を調節する。これにより、冷凍機2からオゾンチャンバ4への熱伝導が調節され、冷却用金属ブロック7の温度を制御できるようになる。前記熱抵抗可変媒体としてはコールドヘッド11側の温度で液化しないことが望ましく、例えばヘリウム、水素、窒素、酸素、アルゴン、ネオンのいずれか、または水素と酸素の組み合わせを除く前記いずれかを組み合わせた混合ガス等が挙げられる。
As the variable thermal
また、可変熱抵抗制御装置5は、図1に示されたように複数具備されることにより、可変熱抵抗ブロック50個別に前記熱抵抗可変媒体の供給、排出若しくは変更または異種媒体の混合を行なうことで、天板部51と底板部52との間の熱抵抗を調節して断熱真空容器6内の冷却用金属ブロック7を個別に温度制御することにより、オゾンチャンバ4におけるオゾンの液化、液体オゾンの気化、残留オゾンの廃棄を順次行なうことで、オゾンガスを連続的に供給できる。
In addition, by providing a plurality of variable thermal
さらに、可変熱抵抗制御装置5は、オゾンの系外への供給または廃棄時等でオゾンチャンバ4内の温度高くする場合、熱抵抗が大きくなるように可変熱抵抗ブロック50内のガス圧を制御する。一方、オゾンを冷却または液化するためにオゾンチャンバ4内の温度を低くする場合、熱抵抗が小さくなるように可変熱抵抗ブロック50の内圧を制御する。このようにして可変熱抵抗ブロック50は内圧を制御することで熱抵抗を任意に制御することができるので、温度制御に必要なヒータ加熱量を低減できる。また、可変抵抗ブロック50は各工程に応じてオゾンチャンバ4内の温度を所定値に制御できるので、高温状態のベッセル(オゾンチャンバ4を備えた断熱真空容器6)から低温状態のベッセルへの熱の回り込みが減少し、安定したマルチベッセル動作が可能となる。
Furthermore, the variable thermal
オゾンチャンバ4は熱伝導体3上に直列に配置されており、コールドヘッド11から熱伝導体3上の各々のオゾンチャンバ4までの距離が各々異なっているが、冷凍機2の冷却性能により熱伝導体3は均一温度に冷却することができるため、各々のオゾンチャンバ4に対して同様の温度制御が可能であることが確認されている。さらに多くのオゾンチャンバ4を配置する必要が生じた場合等には、可変熱抵抗制御装置5や図示省略されたヒータ等の操作により、温度を補正することで対応できる。
The
本実施形態のオゾン生成装置1のように、直線状の熱伝導体3を用いて、冷凍機2、オゾンチャンバ4を一列に配置することで、コンパクトな構成となり、特に液体オゾン製造装置筐体内に収納する場合に筐体の幅または厚さの軽減に寄与する。
Like the
また、オゾン生成部の構造、特にコールドヘッド11と冷却用金属ブロック7との間を特殊な構成にする必要がなく、機械的な可動部のない簡易な構成とし、装置のさらなる小型化、コストダウンを可能とすることができる。
In addition, the structure of the ozone generation unit, in particular, it is not necessary to make a special configuration between the
さらに、冷凍機2が熱伝導体3の下面32の短辺側付近で熱的に接続されることで、オゾンチャンバ4の下方に空間が確保される。これにより前記空間を有効利用できる。また、オゾンチャンバ4の真下に冷凍機2、コールドヘッド11等が配置されていないので、万が一爆発等の際にも冷凍機2等の周辺機器への致命的ダメージが回避される。
Furthermore, the
(実施形態2)
実施形態1では熱伝導体3と可変熱抵抗制御装置5とが直接接続された形態となっているが、可変熱抵抗制御装置5は支持部材によって支持するとよい。
(Embodiment 2)
In the first embodiment, the
前記支持部材としては、例えば図2(a)及び図2(b)に示された支持部材8のように、可変熱抵抗制御装置5が固定されるステージ部81と、このステージ部81を支持する共に熱伝導体3の長辺側の端面に接続される支持部82とを有するものがある。ステージ部81と支持部82は金属製の材料からなる板状の部材が曲げ加工によって形成される。可変熱抵抗制御装置5はボルト83によってステージ部81に固定されている。支持部82は熱伝導体3の長辺側の端面にボルト84によって固定されている。尚、支持部材8を構成する金属材料は熱伝導効率を考慮し熱伝導体3を構成させる材料と同じものを採用するとよい。
As the support member, for example, a
以上のように本実施形態のオゾン生成装置1によれば、可変熱抵抗制御装置5が金属製の支持部材8によって支持されることで、熱伝導体3と可変熱抵抗制御装置5との間の熱伝効率が高まる。また、オゾンチャンバ4内のオゾンが万が一爆発してオゾンチャンバ4が振動しても、支持部材8の緩衝作用によって前記振動の衝撃が緩和されて周囲の機器や部材の破損を抑制させることができる。
As described above, according to the
(実施形態3)
熱伝導体3と可変熱抵抗制御装置5とコールドヘッド11は、図3(a)〜図3(c)に示されたオゾン生成装置10のように、格納部9内に格納し、そしてこの格納部9を真空断熱容器6と接続させた形態にするとよい。このようにオゾンチャンバ4を格納させた複数の真空断熱容器6が格納部9と一体化させたユニットの形態とすれば、オゾンガス発生量を増大する場合等に前記ユニットを複数備えることにより各構成部材の大型化(大容量化)等を考慮することなく容易に対応できる。また、熱伝導体3と可変熱抵抗制御装置5とコールドヘッド11は格納部9によって外気と隔絶した状態となるので、熱エネルギーの浪費が抑制される。
(Embodiment 3)
The
図3(a)に示された格納部9は実施形態1の可変熱抵抗制御装置5と熱伝導体3とコールドヘッド11を格納した形態となっている。格納部9は、熱伝導体3とこれに設けられた可変熱抵抗制御装置5を格納する容器91と、コールドヘッド11と熱伝導体3の一端付近を格納する容器92とからなる。オゾンチャンバ4を格納させた真空断熱容器6は容器91に熱的に接続された状態となっている。容器91,92は可変熱抵抗制御装置5と熱伝導体3とコールドヘッド11を格納できればよいので、その形状は特に限定されない。
The storage unit 9 shown in FIG. 3A stores the variable thermal
図3(b)及び図3(b)に示された形態は実施形態2の可変熱抵抗制御装置5、支持部材8、熱伝導体3及び図示省略されたコールドヘッド11を格納させている。図示された容器91は円筒状の容器に形成されている。オゾンチャンバ4を格納させた真空断熱容器6は容器91に熱的に接続された状態となっている。尚、可変熱抵抗制御装置5と熱伝導体3とコールドヘッド11は格納できればよいので、容器91の形状は図示された形態に限定されない。
3 (b) and FIG. 3 (b) store the variable thermal
1,10…オゾン生成装置
2…冷凍機
3…熱伝導体
31…上面、32…下面
4…オゾンチャンバ
5…可変熱抵抗制御装置
50…可変熱抵抗ブロック、51…天板部、52…底板部
6…真空断熱容器
7…冷却用金属ブロック
8…支持部材
81…ステージ部、82…支持部、83,84…ボルト
9…格納部
91,92…容器
DESCRIPTION OF
Claims (3)
この熱伝導体と熱的に接続される可変熱抵抗制御装置を有する複数のオゾンチャンバと
を備え、
前記熱伝導体は金属製の材料からなると共に主面が長方形である板状に形成され、
この熱伝導体の上方には前記複数の可変熱抵抗制御装置が当該熱伝導体の主面の長辺に沿って直列に配置され、
前記可変熱抵抗制御装置は個々に金属製の支持部材によって前記熱伝導体にて支持され、
前記支持部材は、前記可変熱抵抗制御装置が固定される板状のステージ部と、このステージ部を支持する共に前記熱伝導体の長辺側の端面に接続される板状の支持部とからなること
を特徴とするオゾン生成装置。 A heat conductor thermally connected to the refrigerator;
A plurality of ozone chambers having a variable thermal resistance control device thermally connected to the heat conductor;
The heat conductor is made of a metal material and is formed into a plate shape whose main surface is rectangular,
The heat in the upper side of the conductor are arranged in series the plurality of variable thermal resistance controlling device along the long sides of the main surface of the thermal conductor,
The variable thermal resistance control device is individually supported by the heat conductor by a metal support member,
The support member includes a plate-like stage portion to which the variable thermal resistance control device is fixed, and a plate-like support portion that supports the stage portion and is connected to an end face on the long side of the heat conductor. It made it <br/> ozone generating apparatus according to claim.
を特徴とする請求項1に記載のオゾン生成装置。 The ozone generator according to claim 1, wherein the refrigerator is thermally connected in the vicinity of the short side of the lower surface of the heat conductor.
を特徴とする請求項1または2に記載のオゾン生成装置。 Ozone generating apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a storage unit for storing said variable thermal resistance control unit and the heat conductor.
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