JP2017164699A - Discharge reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電極間で放電を発生させることにより原料ガスから反応ガスを生成する放電反応装置に関する。 The present invention relates to a discharge reaction apparatus that generates a reaction gas from a raw material gas by generating a discharge between electrodes.
従来から、電極間で放電を発生させることにより酸素ガス（原料ガス）からオゾンガス（反応ガス）を生成するオゾン発生装置が提案されている。従来のオゾン発生装置では、互いに対向する電極面を有する一対の電極の間に酸素ガスが供給され、高圧交流電源から高電圧を印加して放電を発生させて、オゾンガスが生成される（例えば特許文献１参照）。このようにして生成されたオゾンガスは、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等に使用される。 Conventionally, an ozone generator that generates ozone gas (reactive gas) from oxygen gas (raw material gas) by generating discharge between electrodes has been proposed. In a conventional ozone generator, oxygen gas is supplied between a pair of electrodes having electrode surfaces facing each other, and a high voltage is applied from a high-voltage AC power source to generate a discharge to generate ozone gas (for example, a patent) Reference 1). The ozone gas generated in this way is used for manufacturing processes such as semiconductors and liquid crystal panels.
ところで、近年、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等ににおいても、ＮＯｘを含まないクリーンなオゾンガスを発生させる技術の開発が求められている。しかしながら、従来のオゾンガス発生装置においては、ＮＯｘを含まないクリーンなオゾンガスを発生させる技術について、特に考慮がなされていない。 By the way, in recent years, there has been a demand for the development of a technique for generating clean ozone gas that does not contain NOx even in the manufacturing process of semiconductors and liquid crystal panels. However, in the conventional ozone gas generator, no particular consideration is given to a technique for generating clean ozone gas that does not contain NOx.
一般に、オゾンガス発生装置では、原料ガスとして純度９９．９９％以上の高純度酸素ガスだけを用いると、オゾン濃度が時間と共に低下し、高濃度のオゾンガスを安定して供給することができない。そこで、オゾン濃度の低下を防ぐために、微量の窒素ガスを添加して高濃度のオゾンガスを発生させていた。ところが、このように窒素ガスを添加すると、オゾンガス発生装置内で窒素ガス由来のＮＯｘが発生し、配管材を腐食して金属不純物を発生したり、また、ＮＯｘがプロセスそのものに悪影響を与えるという問題があった。 Generally, in an ozone gas generator, if only high-purity oxygen gas having a purity of 99.99% or more is used as a raw material gas, the ozone concentration decreases with time, and high-concentration ozone gas cannot be supplied stably. Therefore, in order to prevent a decrease in ozone concentration, a very small amount of nitrogen gas is added to generate high concentration ozone gas. However, when nitrogen gas is added in this way, NOx derived from nitrogen gas is generated in the ozone gas generator, corroding the piping material to generate metal impurities, and NOx adversely affecting the process itself. was there.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、ＮＯｘを含まないクリーンな反応ガスを発生させることのできる放電反応装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a discharge reaction apparatus capable of generating clean reaction gas not containing NOx.
本発明の放電反応装置は、互いに対向する電極面を有する一対の電極部材と、前記一対の電極部材の間に配置される誘電体と、前記一対の電極部材の間に原料ガスを供給するガス供給部と、前記一対の電極部材に接続され、前記一対の電極部材の間で放電を発生させるための電圧を印加する電源部と、を備え、前記一対の電極部材の放電に接する部分は、電極材料としてアルミニウムが用いられ、陽極酸化処理膜で被覆されており、前記陽極酸化処理膜には、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムが取り込まれている。 The discharge reaction apparatus according to the present invention includes a pair of electrode members having electrode surfaces facing each other, a dielectric disposed between the pair of electrode members, and a gas that supplies a source gas between the pair of electrode members A portion connected to the discharge of the pair of electrode members, and a power supply unit connected to the pair of electrode members and applying a voltage for generating a discharge between the pair of electrode members, Aluminum is used as an electrode material and is coated with an anodized film, and the anodized film includes titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, Alternatively, zirconium is incorporated.
この構成によれば、一対の電極部材の間に原料ガスが供給され、電源部から電圧が印加されて放電が発生する。一対の電極部材の放電に接する部分は、電極材料としてアルミニウムが用いられ、陽極酸化処理膜で被覆されている。この陽極酸化処理膜には、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属が取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。したがって、ＮＯｘを含まないクリーンな反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を発生させることができる。 According to this configuration, the source gas is supplied between the pair of electrode members, and a voltage is applied from the power supply unit to generate a discharge. The portions of the pair of electrode members that are in contact with the discharge are made of aluminum as an electrode material and are covered with an anodized film. Since this anodized film contains a metal such as titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium, nitrogen gas is added. Even without this, a high-concentration reaction gas (for example, ozone gas) can be stably generated for a long time using a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more). . Therefore, it is possible to generate a clean reaction gas (for example, ozone gas) that does not contain NOx.
また、本発明の放電反応装置では、前記バナジウム、アンチモン、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、または、チタンは、酸化物として、前記陽極酸化処理膜に取り込まれてもよい。 In the discharge reaction apparatus of the present invention, the vanadium, antimony, tungsten, manganese, iron, nickel, cobalt, or titanium may be incorporated into the anodized film as an oxide.
この構成によれば、バナジウム、アンチモン、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、または、チタンなどの酸化物が、陽極酸化処理膜に取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。 According to this configuration, oxides such as vanadium, antimony, tungsten, manganese, iron, nickel, cobalt, or titanium are incorporated in the anodized film, so that even if nitrogen gas is not added, high A high-concentration reaction gas (for example, ozone gas) can be stably generated for a long time using a source gas having a high purity (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more).
また、本発明の放電反応装置では、前記タングステン、チタン、または、タンタルは、合金として、前記陽極酸化処理膜に取り込まれてもよい。 In the discharge reaction apparatus of the present invention, the tungsten, titanium, or tantalum may be incorporated into the anodized film as an alloy.
この構成によれば、タングステン、チタン、または、タンタルなどの合金が、陽極酸化処理膜に取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。 According to this configuration, since an alloy such as tungsten, titanium, or tantalum is incorporated in the anodized film, a high-purity source gas (for example, purity 99.99) can be obtained without adding nitrogen gas. % Or more of pure oxygen gas or the like), and a high-concentration reaction gas (for example, ozone gas) can be stably generated for a long time.
また、本発明の放電反応装置では、前記陽極酸化処理膜のポア径は、１０〜１００ｎｍに設定されてもよい。 In the discharge reaction apparatus of the present invention, the pore diameter of the anodized film may be set to 10 to 100 nm.
この構成によれば、陽極酸化処理膜のポア径が、１０〜１００ｎｍに設定されているので、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属（、酸化物、または、合金）を、陽極酸化処理膜に容易に取り込むことが可能になる。 According to this configuration, since the pore diameter of the anodized film is set to 10 to 100 nm, titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or It becomes possible to easily incorporate a metal (or oxide or alloy) such as zirconium into the anodized film.
本発明によれば、ＮＯｘを含まないクリーンな反応ガスを発生させることができる。 According to the present invention, it is possible to generate clean reaction gas that does not contain NOx.
以下、本発明の実施の形態の放電反応装置について、図面を用いて説明する。本実施の形態では、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等に用いられる放電反応装置の場合を例示する。 Hereinafter, a discharge reaction apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the present embodiment, a case of a discharge reaction apparatus used in a manufacturing process of a semiconductor, a liquid crystal panel or the like is illustrated.
本発明の実施の形態の放電反応装置の構成を、図面を参照して説明する。ここでは、まず、本実施の形態の放電反応装置の原理について説明する。図１は、本実施の形態の放電反応装置の主要な構成を示す説明図である。図１に示すように、放電反応装置１は、互いに対向する電極面２、３を有する一対の電極部材（高圧電極４と低圧電極５）と、一対の電極部材４、５の間に配置される誘電体６と、一対の電極部材４、５の間に原料ガス（たとえば酸素ガス）を供給するガス供給部７と、一対の電極部材４、５に接続される電源部８を備えている。 The configuration of the discharge reaction apparatus according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. Here, first, the principle of the discharge reaction apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the main configuration of the discharge reaction apparatus of the present embodiment. As shown in FIG. 1, the discharge reaction device 1 is disposed between a pair of electrode members (a high-voltage electrode 4 and a low-voltage electrode 5) having electrode surfaces 2 and 3 facing each other, and a pair of electrode members 4 and 5. A dielectric 6, a gas supply unit 7 for supplying a source gas (for example, oxygen gas) between the pair of electrode members 4 and 5, and a power supply unit 8 connected to the pair of electrode members 4 and 5. .
電源部は、一対の電極部材４、５の間で放電を発生させるための電圧を印加する機能を備えている。この場合、高圧電極４の電極面２に電源部の高圧側が接続され、高圧電極４の電極面２に高電圧が印加される。高圧電極４は、例えば、誘電体６と絶縁体９との間の金属層により形成される。低圧電極５は接地されており、いわゆる接地電極として機能する。また、誘電体６は、高圧電極４上に配置されている。なお、低圧電極５（接地電極）の表面には、多数のトレンチ溝１０が設けられてもよい。 The power supply unit has a function of applying a voltage for generating a discharge between the pair of electrode members 4 and 5. In this case, the high voltage side of the power supply unit is connected to the electrode surface 2 of the high voltage electrode 4, and a high voltage is applied to the electrode surface 2 of the high voltage electrode 4. The high voltage electrode 4 is formed of, for example, a metal layer between the dielectric 6 and the insulator 9. The low voltage electrode 5 is grounded and functions as a so-called ground electrode. The dielectric 6 is disposed on the high voltage electrode 4. A large number of trench grooves 10 may be provided on the surface of the low voltage electrode 5 (ground electrode).
一対の電極部材４、５の放電に接する部分（この場合、低圧電極５の電極面３の表面（図１における下面））は、電極材料としてアルミニウムが用いられ、陽極酸化処理膜で被覆されている。陽極酸化処理膜には、チタン（Ｔｉ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、バナジウム（Ｖ）、亜鉛（Ｚｎ）、タンタル（Ｔａ）、ニオブ（Ｎｂ）、イットリウム（Ｙ）、または、ジルコニウム（Ｚｒ）が取り込まれている。 The portions of the pair of electrode members 4 and 5 that are in contact with the discharge (in this case, the surface of the electrode surface 3 of the low-voltage electrode 5 (the lower surface in FIG. 1)) are made of aluminum as an electrode material and covered with an anodized film. Yes. Anodized films include titanium (Ti), tungsten (W), antimony (Sb), manganese (Mn), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), vanadium (V), zinc (Zn ), Tantalum (Ta), niobium (Nb), yttrium (Y), or zirconium (Zr).
陽極酸化処理膜中の金属は、酸化皮膜中に生成する孔（ポア）内部に取り込まれる。この場合、陽極酸化処理膜のポア径は、１０〜１００ｎｍに設定されている。陽極酸化処理膜中に金属を取り込む方法としては、公知の方法を利用することができる。例えば、金属を含んだ水溶液の中に浸漬することによって孔の中に液が侵入して金属を取り込んだり、２次電解方法を用いて、陽極酸化処理膜中の孔（ポア）内部に金属を析出させて取り込むことができる。また、封孔処理を行うことも可能である。 The metal in the anodized film is taken into the pores (pores) generated in the oxide film. In this case, the pore diameter of the anodized film is set to 10 to 100 nm. As a method for incorporating a metal into the anodized film, a known method can be used. For example, by dipping in an aqueous solution containing metal, the liquid enters the hole and takes in the metal, or by using a secondary electrolysis method, the metal is placed inside the hole (pore) in the anodized film. It can be deposited and incorporated. It is also possible to perform a sealing process.
陽極酸化処理膜の中に金属を取込んだ後に封孔処理を行って、孔の入口を塞ぐ処理を行う。封孔処理は、一般に、加圧水蒸気や金属塩等を用いて行われる。封孔処理を行うことにより、陽極酸化処理膜中の孔（特に、表面近くの孔）が酸化アルミニウムの水和物で塞がれ、中に閉じ込められた金属は、安定した状態を保つことができる。 After the metal is taken into the anodized film, a sealing process is performed to close the inlet of the hole. The sealing treatment is generally performed using pressurized water vapor, metal salt, or the like. By performing the sealing treatment, the pores in the anodized film (especially, the pores near the surface) are blocked with aluminum oxide hydrate, and the metal trapped inside can be kept in a stable state. it can.
なお、バナジウム、アンチモン、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、または、チタンは、酸化物（例えば、Ｖ2Ｏ5、Ｓｂ2Ｏ3、ＷＯ3、Ｍｎ3Ｏ4、Ｆｅ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｃｏ3Ｏ4、ＣａＴｉＯ3、ＭｇＴｉＯ3、ＴｉＯ3など）として、陽極酸化処理膜に取り込まれてもよい。あるいは、タングステン、チタン、または、タンタルは、合金（例えば、ＷＣ（タングステンカーバイト）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）など）として、陽極酸化処理膜に取り込まれてもよい。 Note that vanadium, antimony, tungsten, manganese, iron, nickel, cobalt, or titanium is an oxide (for example, V 2 O 5 , Sb 2 O 3 , WO 3 , Mn 3 O 4 , Fe 2 O 3 , NiO). , Co 3 O 4 , CaTiO 3 , MgTiO 3 , TiO 3, etc.) may be incorporated into the anodized film. Alternatively, tungsten, titanium, or tantalum is an alloy (for example, WC (tungsten carbide), TiC (titanium carbide), TaC (tantalum carbide), TiN (titanium nitride), TiCN (titanium carbonitride), etc.) It may be incorporated into the anodized film.
次に、本実施の形態の放電反応装置の具体例について説明する。図２は、低圧電極（接地電極）の一例を示す図である。図２に示すように、低圧電極（接地電極）としては、円形電極面が使用される。図３は、円形電極面を有する低圧電極が適用される放電反応装置（オゾン発生装置１１）の説明図である。 Next, a specific example of the discharge reaction apparatus of the present embodiment will be described. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a low-voltage electrode (ground electrode). As shown in FIG. 2, a circular electrode surface is used as the low-voltage electrode (ground electrode). FIG. 3 is an explanatory diagram of a discharge reactor (ozone generator 11) to which a low-pressure electrode having a circular electrode surface is applied.
図３のオゾン発生装置は、互いに対向する円形電極面を有する対の電極部材（高圧電極４および低圧電極５）と、両電極の対向する電極面２、３の間に配置される誘電体６と、円板形空間を備えている。円板形空間は、対向する円形電極面の間の空間（放電が生じる空間）であり、この空間へ酸素を含む原料ガスを流動させると酸素がオゾンに変換される。高圧電極４の電極面２は、電源８の高圧側に接続され、低圧電極５は、電源８の低圧側（アース）に接続される。図２及び図３に示すように低圧電極５の電極面は、多数のトレンチ溝１０を備えている。この場合、トレンチ溝１０は、同心状に配置され、互いにほぼ平行に伸びている。 The ozone generator of FIG. 3 includes a pair of electrode members (a high voltage electrode 4 and a low voltage electrode 5) having circular electrode surfaces facing each other, and a dielectric 6 disposed between the electrode surfaces 2, 3 facing each other. And a disk-shaped space. The disk-shaped space is a space between the opposing circular electrode surfaces (a space in which discharge occurs), and oxygen is converted into ozone when a source gas containing oxygen flows into this space. The electrode surface 2 of the high voltage electrode 4 is connected to the high voltage side of the power source 8, and the low voltage electrode 5 is connected to the low voltage side (ground) of the power source 8. As shown in FIGS. 2 and 3, the electrode surface of the low-voltage electrode 5 includes a large number of trench grooves 10. In this case, the trench grooves 10 are arranged concentrically and extend substantially parallel to each other.
高圧電極４は、誘電体６と絶縁体９との間の金属層により形成される。また、誘電体６は、円板状の単結晶サファイアから形成され、高圧電極４は、サファイアの裏面に施した銀系のメタライズ層により形成される。放電空間は、トレンチ溝１０の山部と誘電体６表面の間の空間により形成される。トレンチ溝１０の山部と誘電体６の間の距離は、０．０１ｍｍ〜０．３ｍｍである。半導体製造に使用されるようなクリーンなオゾンガスを必要とする場合は、誘電体６の材料はクリーンな材質であるサファイアが適当である。 The high voltage electrode 4 is formed by a metal layer between the dielectric 6 and the insulator 9. The dielectric 6 is made of disc-shaped single crystal sapphire, and the high-voltage electrode 4 is formed of a silver-based metallized layer applied to the back surface of sapphire. The discharge space is formed by a space between the peak portion of the trench groove 10 and the surface of the dielectric 6. The distance between the peak portion of the trench groove 10 and the dielectric 6 is 0.01 mm to 0.3 mm. When clean ozone gas such as that used in semiconductor manufacturing is required, sapphire, which is a clean material, is suitable for the dielectric 6.
原料ガスＧは、入口通路１２、外周空間１３を経て円板形空間へ導入され、円板形空間内をほぼ半径方向内向きに流動され、低圧電極の中心部に設けられる中心空間１４へ集められ、案内通路１５を経て電極の半径方向外方へ案内される。この場合、原料ガスＧは、トレンチ溝１０と誘電体６の間の空間をトレンチ溝１０を横切る方向に流動される。なお、原料ガスＧは、円板形空間内をほぼ半径方向内向きに流動される代りに、半径方向外向きに流動されてもよい。この場合、原料ガスは、最初に案内通路１５を経て中心空間１４へ供給され、円板形空間内をほぼ半径方向外向きに流動され、外周空間１３を経て入口通路１２へ案内される。 The source gas G is introduced into the disk-shaped space through the inlet passage 12 and the outer peripheral space 13, flows in the disk-shaped space almost inward in the radial direction, and collects in the central space 14 provided at the center of the low-pressure electrode. Then, it is guided through the guide passage 15 outward in the radial direction of the electrode. In this case, the source gas G flows in a direction across the trench groove 10 in the space between the trench groove 10 and the dielectric 6. The source gas G may flow radially outward instead of flowing substantially radially inward in the disk-shaped space. In this case, the source gas is first supplied to the central space 14 through the guide passage 15, flows in the disk-shaped space substantially outward in the radial direction, and is guided to the inlet passage 12 through the outer peripheral space 13.
高圧電極４は、電源部８の高圧側へ連結され、低圧電極５は、電源部８の低圧側へ連結される。そして、両電極の間の円板形空間に高圧交流電圧が印加され、両電極の間の円板形空間にマイルドな放電が生じる。この円板形空間を通るように、酸素を含む原料ガスが流動され、その一部がオゾンに変換される。本実施の形態では、原料ガスの流れが多数のトレンチ溝１０を横切る方向とされ、放電密度の高い溝の頂部を必ず通過するので、高濃度のオゾンを発生することが可能である。 The high voltage electrode 4 is connected to the high voltage side of the power supply unit 8, and the low voltage electrode 5 is connected to the low voltage side of the power supply unit 8. A high-voltage AC voltage is applied to the disk-shaped space between the two electrodes, and a mild discharge is generated in the disk-shaped space between the two electrodes. A raw material gas containing oxygen flows through the disk-shaped space, and a part thereof is converted into ozone. In the present embodiment, the flow of the source gas is set in a direction crossing a large number of trench grooves 10 and always passes through the top of the groove having a high discharge density, so that high-concentration ozone can be generated.
このような本実施の形態の放電反応装置１（オゾン発生装置１１）によれば、一対の電極部材４、５の間に原料ガスＧが供給され、電源部８から電圧が印加されて放電が発生する。一対の電極部材４、５の放電に接する部分（低圧電極５の電極面３の表面）は、電極材料としてアルミニウムが用いられ、陽極酸化処理膜で被覆されている。陽極酸化処理膜で電極を被覆することにより、タングステンやチタンなどの金属膜で電極をコーティングする場合に比べて、電極の耐久性が向上する。 According to such a discharge reaction device 1 (ozone generator 11) of the present embodiment, the source gas G is supplied between the pair of electrode members 4 and 5, and a voltage is applied from the power supply unit 8 to discharge. Occur. The portions of the pair of electrode members 4 and 5 that are in contact with the discharge (the surface of the electrode surface 3 of the low-voltage electrode 5) are made of aluminum as an electrode material and are covered with an anodized film. By covering the electrode with the anodized film, the durability of the electrode is improved as compared with the case where the electrode is coated with a metal film such as tungsten or titanium.
そして、本実施の形態では、この陽極酸化処理膜に、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属が取り込まれているので、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。したがって、ＮＯｘを含まないクリーンな反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を発生させることができる。 In this embodiment, a metal such as titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium is incorporated into the anodized film. Therefore, even if nitrogen gas is not added, a high-concentration reaction gas (for example, ozone gas) can be stabilized using a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more). Can be generated for a long time. Therefore, it is possible to generate a clean reaction gas (for example, ozone gas) that does not contain NOx.
ここで、従来、窒素ガスを添加しないとオゾン濃度が徐々に低下する現象について説明する。放電によるプラズマ下では、電極表面を構成している原子が電極表面から抜ける現象が発生する。そして、その現象が発生している領域の周辺では、共有結合の相手を失って、結合に関与しない電子（不対電子）で占められたエリアが発現する。不対電子は、不安定であるために、化学的に活性となり、不対電子とオゾンが結合する。結合したオゾンは、分解されて酸素ガスに戻る。このような不対電子で占められたエリアは、放電時間と共に徐々に増えていくため、それに呼応してオゾンガスの濃度も徐々に低下していくと考えられる。 Here, conventionally, a phenomenon in which the ozone concentration is gradually reduced unless nitrogen gas is added will be described. Under plasma due to electric discharge, a phenomenon occurs in which atoms constituting the electrode surface escape from the electrode surface. Then, in the vicinity of the region where the phenomenon occurs, an area occupied by electrons (unpaired electrons) that do not participate in the binding appears due to loss of the covalent bond partner. Since the unpaired electron is unstable, it becomes chemically active, and the unpaired electron and ozone are combined. The combined ozone is decomposed back to oxygen gas. Since the area occupied by such unpaired electrons gradually increases with the discharge time, it is considered that the concentration of ozone gas gradually decreases accordingly.
つぎに、窒素ガスを添加することによりオゾン濃度を維持できる原理について説明する。窒素ガスを添加すると、放電によるプラズマで生成したＮＯｘがその不対電子のエリアに取込まれ、活性点を塞ぐと考えられる。したがって、従来、窒素ガスを微量に添加することにより、高濃度のオゾンガスを安定して発生することが可能となる。本実施の形態では、従来のように窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。その理由は、陽極酸化処理膜の中に金属を取込むことにより、それらの金属分子または原子またはイオンが、不対電子で占められているエリアと結合し、活性点を塞ぐ作用があるためであると考えられる。 Next, the principle that the ozone concentration can be maintained by adding nitrogen gas will be described. When nitrogen gas is added, NOx generated by plasma due to discharge is taken into the area of unpaired electrons, and the active point is considered to be blocked. Therefore, conventionally, a high concentration of ozone gas can be stably generated by adding a small amount of nitrogen gas. In the present embodiment, a high-concentration reaction gas (for example, a pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used by using a high-purity source gas (for example, pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) without adding nitrogen gas as in the prior art. , Ozone gas, etc.) can be generated stably for a long time. The reason is that by incorporating the metal into the anodized film, the metal molecules or atoms or ions bind to the area occupied by unpaired electrons, thereby blocking the active site. It is believed that there is.
なお、バナジウム、アンチモン、タングステン、マンガン、鉄、ニッケル、コバルト、または、チタンなどの酸化物が、陽極酸化処理膜に取り込まれてもよい。この場合にも、上記と同様に、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。 Note that oxides such as vanadium, antimony, tungsten, manganese, iron, nickel, cobalt, or titanium may be incorporated into the anodized film. Also in this case, similarly to the above, a high-concentration reaction gas (for example, a pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used without adding nitrogen gas. , Ozone gas, etc.) can be generated stably for a long time.
あるいは、タングステン、チタン、または、タンタルなどの合金が、陽極酸化処理膜に取り込まれてもよい。この場合にも、上記と同様に、窒素ガスを添加しなくても、高純度の原料ガス（例えば、純度９９．９９％以上の純酸素ガスなど）を用いて、高濃度の反応ガス（例えば、オゾンガスなど）を安定して長時間発生させることができる。 Alternatively, an alloy such as tungsten, titanium, or tantalum may be incorporated into the anodized film. Also in this case, similarly to the above, a high-concentration reaction gas (for example, a pure oxygen gas having a purity of 99.99% or more) is used without adding nitrogen gas. , Ozone gas, etc.) can be generated stably for a long time.
また、本実施の形態では、陽極酸化処理膜のポア径が、１０〜１００ｎｍに設定されているので、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムなどの金属（、酸化物、または、合金）を、陽極酸化処理膜に容易に取り込むことが可能になる。 In this embodiment, since the pore diameter of the anodized film is set to 10 to 100 nm, titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium Alternatively, a metal (or oxide or alloy) such as zirconium can be easily taken into the anodized film.
以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。 The embodiments of the present invention have been described above by way of example, but the scope of the present invention is not limited to these embodiments, and can be changed or modified according to the purpose within the scope of the claims. is there.
以上のように、本発明にかかる放電反応装置は、ＮＯｘを含まないクリーンな反応ガスを発生させることができるという効果を有し、半導体や液晶パネル等の製造プロセス等に用いられ、有用である。 As described above, the discharge reaction apparatus according to the present invention has an effect of generating clean reaction gas that does not contain NOx, and is useful for use in manufacturing processes such as semiconductors and liquid crystal panels. .
１ 放電反応装置
２、３ 電極面
４ 高圧電極
５ 低圧電極
６ 誘電体
７ ガス供給部
８ 電源部
９ 絶縁体
１０ トレンチ溝
１１ オゾン発生装置
１２ 入口通路
１３ 外周空間
１４ 中心空間
１５ 案内通路
Ｇ 原料ガス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Discharge reaction apparatus 2, 3 Electrode surface 4 High voltage electrode 5 Low voltage electrode 6 Dielectric 7 Gas supply part 8 Power supply part 9 Insulator 10 Trench groove 11 Ozone generator 12 Inlet passage 13 Outer peripheral space 14 Central space 15 Guide passage G Source gas
Claims (4)
前記一対の電極部材の間に配置される誘電体と、
前記一対の電極部材の間に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記一対の電極部材に接続され、前記一対の電極部材の間で放電を発生させるための電圧を印加する電源部と、
を備え、
前記一対の電極部材の放電に接する部分は、電極材料としてアルミニウムが用いられ、陽極酸化処理膜で被覆されており、
前記陽極酸化処理膜には、チタン、タングステン、アンチモン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、バナジウム、亜鉛、タンタル、ニオブ、イットリウム、または、ジルコニウムが取り込まれていることを特徴とする放電反応装置。 A pair of electrode members having opposite electrode surfaces;
A dielectric disposed between the pair of electrode members;
A gas supply unit for supplying a source gas between the pair of electrode members;
A power source connected to the pair of electrode members and applying a voltage for generating a discharge between the pair of electrode members;
With
The portions of the pair of electrode members that are in contact with the discharge are made of aluminum as an electrode material and are covered with an anodized film.
A discharge reaction apparatus characterized in that titanium, tungsten, antimony, manganese, iron, cobalt, nickel, vanadium, zinc, tantalum, niobium, yttrium, or zirconium are incorporated in the anodized film.
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