JPH11171505A - オゾン発生装置及びこのオゾン発生装置を用いた化学反応処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 発生オゾン濃度の安定化を図ると共に省スペ
ース化を図った、改善したオゾン発生装置及びこのオゾ
ン発生装置を用いた化学反応処理装置を提供する。 【解決手段】 化学反応処理に供する発生オゾンの濃度
を紫外線吸収方式の簡易オゾン濃度計測器４０Ａにて計
測し、その計測信号を負帰還して放電電力を制御するオ
ゾン濃度負帰還制御部３１に加えるに、それぞれ、放電
電力、電流、電圧の計測値を負帰還する放電電力負帰還
制御部３２、放電電流負帰還制御部３３、放電電圧負帰
還制御部３４を備え、オゾン濃度制御の安定性、応答性
を改善すると共に、オゾン発生ユニット２０及び簡易オ
ゾン濃度計測器４０Ａを化学反応処理用の反応器６０Ａ
と一体に構成し、システム全体の省スペース化、省コス
トを図る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、オゾン発生装置
及びこのオゾン発生装置を用いた化学反応処理装置に関
し、特に、発生オゾンの濃度計測手段及びオゾン濃度制
御手段の構成、及びオゾン発生装置の収納配置等に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図７はオゾン発生装置を用いた化学反応
処理装置としての従来の半導体装置製造用（薄膜形成
用）のＣＶＤ装置のブロック図である。図において、１
０は放電電力供給手段としてのインバータユニット、２
０はオゾン発生ユニット、３０はオゾン濃度制御手段と
してのインバータ制御回路、４０はオゾン濃度計測手段
としてのオゾン濃度計測器、５２ｄ、５２ｅは気体マス
フローコントローラ（以下、ＭＦＣと記す）、５４はオ
ゾン発生ユニット２０の出口圧力を一定にするための自
動圧力コントローラ（以下、ＡＰＣと記す）である。１
００はオゾン発生装置であり、インバータユニット１０
〜インバータ制御回路３０、オゾン濃度計測器及びＭＦ
Ｃ５２ｄ〜ＡＰＣ５４にて構成されている。

【０００３】５０はガス供給手段としてのガス供給ユニ
ット、５１ａ〜５１ｃは液体マスフローコントローラ
（以下、ＬＭＦＣと記す）、５２ａ〜５２ｃはＭＦＣ、
５３ａ〜５３ｃは液体を気体化させるベイパーライザー
（以下、ＶＳと記す）であり、ガス供給ユニット５０
は、ＬＭＦＣ５１ａ〜５１ｃ、 ＭＦＣ５２ａ〜５２ｃ
及びＶＳ５３ａ〜５３ｃにて構成されている。

【０００４】６０は処理対象を化学反応処理する反応処
理手段としての反応器、６１はガスを混合するガスヘッ
ド、６２は反応室、６３は処理対象としての半導体ウエ
ハー、６４はウエハーステージ、６５は昇温用ステージ
ヒータ部である。反応器６０は、ガスヘッド６１、反応
室６２、ウエハーステージ６４、ステージヒータ部６５
を備え、反応室６２に処理対象としての半導体ウエハー
６３をセットできる構造をなす。

【０００５】７０は例えばＣＶＤ装置の全体を制御する
装置制御回路７１を内臓する制御ユニットである。以上
のごとく、オゾン発生装置を用いた化学反応処理装置と
してのＣＶＤ装置は、薬液、キャリアガス等の配管、バ
ルブ等を収容したガス供給ユニット５０、反応器６０、
酸素ガスをオゾン化させるオゾン発生装置１００、これ
らの全体を制御する制御ユニット７０から構成されてい
る。尚、Ａは制御ユニット７０からガス供給ユニット５
０、反応器６０及びオゾン発生装置１００への制御信号
線を示す。

【０００６】次に、従来のＣＶＤ装置の動作について説
明する。インバータユニット１０はオゾン発生ユニット
２０に放電電力を供給し、オゾン発生ユニット２０はＭ
ＦＣ５２ｄにより流量調整された所定流量の原料ガスと
しての酸素ガス、ＭＦＣ５２ｅにより流量調整された所
定流量の窒素ガスの供給、及び放電電力の入力によりオ
ゾンを発生し、 ＡＰＣ５４により圧力調整された所定
流量、圧力のオゾンが反応器６０に供給されるが、その
途中において、オゾン濃度計測器４０により、発生オゾ
ン濃度が計測される。尚、インバータユニット１０が出
力する放電電力はインバータ制御回路３０から出力され
る制御信号により制御される。

【０００７】そして、オゾン発生装置１００において、
酸素ガスに放電安定化のための窒素ガスを所定の割合で
混合した原料ガスを供給し、放電によりオゾンを発生さ
せ、発生したオゾンを反応器６０へ送気する。

【０００８】原料ガスはガス供給ユニット５０から反応
器６０へ供給される。即ち、ＴＥＯＳ、ＴＥＢ、ＴＭＰ
Ｏ等が液体であるので、例えば、ＴＥＯＳの場合は、Ｌ
ＭＦＣ５１ａにより調整された所定流量がＶＳ５３ａに
連続して送られ、一方、キャリアガスとしての窒素ガス
がＭＦＣ５２ａにより調整され、所定流量がＶＳ５３ａ
に連続して送気され、ＶＳ５３ａにてＴＥＯＳ液は気化
され、前記窒素ガスに混合されて反応器６０へ送気され
る。同様に、ＴＥＢ液、ＴＭＰＯ液もそれぞれ、ＬＭＦ
Ｃ５１ｂ、５１ｃにてその流量が調整され、ＭＦＣ５２
ｂ、５２ｃにて流量調整された窒素ガスをキャリアガス
としてＶＳ５３ｂ、５３ｃにて気化され、前記窒素ガス
に混合されて反応器６０へ送気される。

【０００９】従来のオゾン発生装置１００の制御系は、
インバータ制御回路３０による出力電圧制御、出力電流
制御、若しくは出力電圧、電流の計測値に基づく電力制
御等が実施されており、これらの何れかの制御ループを
構成して、放電を制御している。この際、前記ＣＶＤ装
置においては、オゾン濃度計測器４０の出力を制御のル
ープに取込む例はほとんどなかった。即ち、放電電圧若
しくは電力の変動がなければ、オゾンの濃度は不変であ
るとの前提条件にたった制御をしていた。

【００１０】これは、オゾン濃度計測器４０が、一般に
高価であると共に動作が不安定、メンテナンスが容易で
ない等の理由によるものと思われる。しかしながら、放
電電極の劣化、セルユニットの温度変化等によりオゾン
濃度の変動が起るという不安定要素を持ち合せており、
又、オゾンの配管路が長ければオゾンの配管での濃度が
減衰し、オゾン濃度の計測値と反応器６０へ供給される
実際のオゾン濃度とが異なる恐れがあった。

【００１１】又、従来のオゾン発生装置１００は、イン
バータユニット１０、オゾン発生用ユニット２０、イン
バータ制御回路３０、オゾン濃度計測器４０及びＭＦ
Ｃ、ＡＰＣ等、バルブ、配管等が同じ装置内に収容さ
れ、合体した構造となっている。このため、オゾン発生
装置１００には、酸素ガス、窒素ガス等の原料ガス供給
側配管、バルブなどを含めたガスユニット、出力側バル
ブ等を含めたオゾン配管等を備え、ガス供給ユニット５
０、反応器６０と共に、１つの大きな装置ブロックを構
成しており、プラント全体として、比較的広い面積を占
有していた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来のオゾン発生装置
１００は、発生オゾン濃度をオゾン濃度計測器４０で計
測するにもかかわらず、この計測値を用いた発生オゾン
の濃度制御に関して積極的でなく、インバータユニット
１０の出力電圧、電力等を所定値に保持する制御がなさ
れていたので、オゾン発生ユニット２０における放電電
極の劣化、温度変化等により発生オゾン濃度が変動する
などのなどの問題点があった。又、オゾン発生装置１０
０が、１つの大きな装置ブロックを構成しており、この
オゾン発生装置１００を用いた化学反応処理装置が、プ
ラント全体として比較的広い面積を占有するなどの問題
点があった。

【００１３】本発明は、上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、発生オゾン濃度の安定化を
図ると共に省スペース化を図った、改善したオゾン発生
装置及びこのオゾン発生装置を用いた化学反応処理装置
を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係るオゾン
発生装置は、酸素の供給及び放電電力の入力によりオゾ
ンを発生するオゾン発生ユニットと、該オゾン発生ユニ
ットに放電電力を供給する放電電力供給手段と、前記オ
ゾン発生ユニットが発生したオゾンの濃度を計測し、オ
ゾン濃度に応じた信号を出力するオゾン濃度計測手段
と、前記オゾン濃度計測手段の出力信号の入力により、
前記オゾン発生ユニットが発生するオゾンの濃度をオゾ
ン濃度制御入力信号に応じたオゾンの濃度と一致させる
ように発生オゾン濃度を負帰還制御するオゾン濃度制御
手段とを備え、該オゾン濃度制御手段は、前記オゾン濃
度制御入力信号とオゾン濃度計測信号との差信号を増幅
して出力するオゾン濃度負帰還制御部と、該オゾン濃度
負帰還制御部の出力と前記放電電力供給手段が出力する
放電電力の計測値との差信号を増幅して出力する放電電
力負帰還制御部とを有し、該放電電力負帰還制御部の出
力で前記放電電力供給手段を制御するものである。

【００１５】第２の発明に係るオゾン発生装置は、第１
の発明に係るオゾン発生装置において、オゾン濃度制御
手段が、オゾン濃度負帰還制御部及び放電電力負帰還制
御部に加えるに、該放電電力負帰還制御部の出力と放電
電力供給手段が出力する放電電流の計測値との差信号を
増幅して出力する放電電流負帰還制御部と、該放電電流
負帰還制御部の出力と前記放電電力供給手段が出力する
放電電圧の計測値との差信号を増幅して出力する放電電
圧負帰還制御部とを備え、該放電電圧負帰還制御部の出
力で前記放電電力供給手段を制御するものである。

【００１６】第３の発明に係るオゾン発生装置は、第１
又は第２の発明に係るオゾン発生装置において、オゾン
濃度制御手段が、放電電力負帰還制御部、放電電流負帰
還制御部及び放電電圧負帰還制御部のうちの少なくとも
何れかが、その入力側に、その前段の負帰還制御部の出
力信号と外部制御入力信号との何れかを切換え選択する
制御切換手段を備えたものである。

【００１７】第４の発明に係るオゾン発生装置は、第１
乃至第３のいずれかに記載の発明に係るオゾン発生装置
において、オゾン濃度制御手段が、放電電力供給手段が
出力する放電電流及び放電電圧の計測値を乗算する乗算
手段と、該乗算手段の出力を平均化する平均化フィルタ
とを備え、該平均化フィルタの出力を電力計測値として
放電電力負帰還制御部へ入力するものである。

【００１８】第５の発明に係るオゾン発生装置は、第１
乃至第４のいずれかに記載の発明に係るオゾン発生装置
において、オゾン濃度計測手段が、水銀灯、該水銀灯が
発生する紫外線のうち、被測定オゾンに吸収され易い波
長の紫外線を選択的に透過させる光学フイルタ、該光学
フイルタを透過した紫外線を並行に伝達する一対の光フ
ァイバー、被測定オゾンを導入すると共に前記一対の光
ファイバーのうちの一方を伝達された紫外線を透過さ
せ、前記被測定オゾンに吸収させるチャンバー、該チャ
ンバーを透過した紫外線及び前記一対の光ファイバーの
うちの他方を伝達された紫外線をそれぞれ入射して電気
量に変換する一対のフォトセル、該一対のフォトセルの
出力を比較演算して前記被測定オゾンのオゾン濃度計測
信号を出力する比較演算手段とを備えたものである。

【００１９】第６の発明に係るオゾン発生装置を用いた
化学反応処理装置は、酸素の供給及び放電電力の入力に
よりオゾンを発生するオゾン発生ユニット、該オゾン発
生ユニットに放電電力を供給する放電電力供給手段、前
記オゾン発生ユニットが発生したオゾンの濃度を計測
し、オゾン濃度に応じた信号を出力するオゾン濃度計測
手段、前記オゾン濃度計測手段の出力信号の入力によ
り、前記オゾン発生ユニットが発生するオゾンの濃度を
オゾン濃度制御入力信号に応じたオゾンの濃度と一致さ
せるように発生オゾン濃度を負帰還制御するオゾン濃度
制御手段を有し、該オゾン濃度制御手段が前記オゾン濃
度制御入力信号とオゾン濃度計測信号との差信号を増幅
して出力するオゾン濃度負帰還制御部、該オゾン濃度負
帰還制御部の出力と前記放電電力供給手段が出力する放
電電力の計測値との差信号を増幅して出力する放電電力
負帰還制御部を有し、該放電電力負帰還制御部の出力で
前記放電電力供給手段を制御するオゾン発生装置と、原
料ガスの供給及び前記オゾンの供給により処理対象を化
学反応処理する反応処理手段とを備え、前記オゾン発生
装置におけるオゾン発生ユニット及びオゾン濃度計測手
段が前記反応処理手段と一体に構成され、配設されてい
るものである。

【００２０】第７の発明に係るオゾン発生装置を用いた
化学反応処理装置は、酸素の供給及び放電電力の入力に
よりオゾンを発生するオゾン発生ユニット、該オゾン発
生ユニットに放電電力を供給する放電電力供給手段、前
記オゾン発生ユニットが発生したオゾンの濃度を計測
し、オゾン濃度に応じた信号を出力するオゾン濃度計測
手段、前記オゾン濃度計測手段の出力信号の入力によ
り、前記オゾン発生ユニットが発生するオゾンの濃度を
オゾン濃度制御入力信号に応じたオゾンの濃度と一致さ
せるように発生オゾン濃度を負帰還制御するオゾン濃度
制御手段を有し、該オゾン濃度制御手段が前記オゾン濃
度制御入力信号とオゾン濃度計測信号との差信号を増幅
して出力するオゾン濃度負帰還制御部、該オゾン濃度負
帰還制御部の出力と前記放電電力供給手段が出力する放
電電力の計測値との差信号を増幅して出力する放電電力
負帰還制御部を有し、該放電電力負帰還制御部の出力で
前記放電電力供給手段を制御するオゾン発生装置と、原
料ガスの供給及び前記オゾンの供給により処理対象を化
学反応処理する反応処理手段と、前記オゾン発生装置に
酸素を供給すると共に前記反応処理手段に前記原料ガス
を供給するガス供給手段とを備え、前記オゾン発生装置
におけるオゾン発生ユニット及びオゾン濃度計測手段が
前記ガス供給手段と一体に構成され、配設されているも
のである。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１を図１〜図３に基づき説明する。図１はオゾン発
生装置におけるオゾン濃度制御ループ系統図である。図
２は図１に示したオゾン濃度制御ループ系統図における
マイナーループ構成の制御ブロック図（図２ａ）及びボ
ード線図（図２ｂ）である。図３は図１に示したオゾン
濃度制御ループ系統図におけるインバータユニット１０
の概念を示す回路（図３ａ）、その点弧角制御の電圧波
形図（図３ｂ）及び点弧角制御特性図（図３ｃ）であ
る。図中、従来例と同じ符号で示されたものは従来例の
それと同一もしくは同等なものを示す。

【００２２】図１に於いて、３０Ａはオゾン濃度制御手
段としてのインバータ制御回路である。３１はオゾン濃
度負帰還制御部であり、オゾン濃度設定のため外部入力
される指令値としてのオゾン濃度制御入力信号１と後述
の簡易オゾン濃度計測器４０Ａが出力するオゾン濃度計
測信号とを入力し、その差信号を出力する減算器３１ａ
と、減算器３１ａの出力信号を増幅して出力する増幅器
３１ｂとから構成される。

【００２３】３２は放電電力負帰還制御部であり、オゾ
ン濃度負帰還制御部３１の出力信号と外部入力される指
令値としての電力制御入力信号２との何れかを選択する
制御切換手段としての切換えスイッチ３２ｃと、切換え
スイッチ３２ｃにより選択された信号とインバータユニ
ット１０が出力する放電電力の計測値としての電力信号
とを入力し、その差信号を出力する減算器３２ａと、減
算器３２ａの出力信号を増幅して出力する増幅器３２ｂ
とから構成される。

【００２４】３３は放電電流負帰還制御部、３４は放電
電圧負帰還制御部であり、それぞれ、外部入力される指
令値としての電流制御入力信号３、電圧制御入力信号４
と前段の出力信号との何れかを選択する切換えスイッチ
３３ｃ、３４ｃと、切換えスイッチ３３ｃ、３４ｃによ
り選択された信号とインバータユニット１０の出力電圧
信号、出力電流信号との入力によりその差信号を出力す
る減算器３３ａ、３４ａと、減算器３３ａ、３４ａ、の
出力信号を増幅して出力する増幅器３３ｂ、３４ｂとを
備える。

【００２５】３５、３６はインバータユニット１０の出
力電圧及び電流を測定するために挿入された抵抗器、３
７は抵抗器３５、３６の出力を整流し、負帰還制御に供
するための出力電圧信号及び出力電流信号を出力する整
流器、３８は整流された出力電圧信号及び出力電流信号
を入力して乗算する乗算器、３９は乗算器３８出力のリ
ップルを除き、電力負帰還のための電力値としての電力
信号を出力する平均化フィルタである。

【００２６】オゾン濃度制御手段としてのインバータ制
御回路３０Ａは、上記オゾン濃度負帰還制御部３１〜平
均化フィルタ３９により構成され、オゾン発生ユニット
２０が発生するオゾンの濃度を外部入力される指令値と
してのオゾン濃度制御入力信号１に応じたオゾンの濃度
と一致させるようにインバータユニット１０を負帰還制
御する。

【００２７】次に、インバータ制御回路３０Ａの動作に
ついて説明する。簡易オゾン濃度計測器４０Ａの出力値
であるオゾン濃度計測信号が負帰還量となり、このオゾ
ン濃度計測信号とオゾン濃度設定のため外部入力される
指令値としてのオゾン濃度制御入力信号１とがオゾン濃
度負帰還制御部３１における減算器３１ａに入力され、
減算器３１ａよりその差信号が出力され、この信号を増
幅器３１ｂにて増幅して出力する。

【００２８】一方、インバータユニット１０の出力電圧
及び電流を、抵抗器３５、３６を介し、更に、整流器３
７により整流することにより負帰還制御に供する出力電
流信号及び出力電圧信号を得る。更に、整流された出力
電圧信号及び出力電流信号を乗算器３８に入力して乗算
後、平均化フィルタ３９によりリップルを除き、電力負
帰還のための電力値を得る。

【００２９】次に、放電電力負帰還制御部３２における
切換えスイッチ３２ｃによりオゾン濃度負帰還制御部３
１の出力信号と外部入力される電力制御入力信号２との
うちの前者が選択され、減算器３２ａが前記選択した信
号とインバータユニット１０の出力より得た前記電力信
号との入力によりその差信号を出力し、増幅器３２ｂが
減算器３２ａからの入力信号を増幅して出力する。

【００３０】以下、同様に、放電電流負帰還制御部３３
における減算器３３ａ及び増幅器３３ｂが切換えスイッ
チ３３ｃを介して入力された前段の出力信号とインバー
タユニット１０の出力より得た前記電流信号との入力に
よりその差信号を増幅して出力し、放電電圧負帰還制御
部３４における減算器３４ａ及び増幅器３４ｂが切換え
スイッチ３４ｃを介して入力された前段の出力信号とイ
ンバータユニット１０の出力より得た前記電圧信号との
入力によりその差信号を増幅して出力し、この出力信号
をインバータユニット１０へ発生オゾン濃度の負帰還制
御信号として出力する。

【００３１】実施の形態１においては、発生オゾン濃度
を直接制御するために、放電電力供給手段としてのイン
バータユニット１０に簡易オゾン濃度計測器４０Ａの出
力を負帰還するオゾン濃度制御ループを構成した。更
に、このオゾン濃度制御ループの安定化、応答性改善の
ため、制御のマイナーループとして、電力制御ループ、
電流制御ループ、電圧制御ループからなる多重マイナー
ループを構成した。このように、オゾン濃度制御ループ
に多重のマイナーループを合せ持たせることにより、濃
度制御ループのみの制御に比べ応答性、安定性を大幅に
改善できる。

【００３２】次に、オゾン濃度制御ループに採用したマ
イナーループを持つ制御ループの効果につき、図２
（ａ）、図２（ｂ）を用いて説明する。図２（ａ）にお
いて、制御ブロックＧ1がゲインＧ1を持ち、負帰還量は
全部を帰還させる場合を想定すれば、この内側の閉ルー
プ（マイナーループ）のゲインは Ｇc1＝Ｇ1／（１＋
Ｇ1） となる。図２（ｂ）にこの時のボード線図を示
す。図２（ｂ）において、図２（ａ）で示されたマイナ
ー（内側）の開ゲインはサーボの帯域を広く設計し、応
答性を早めておく。それ故に、閉ループを構成すること
により帯域幅が広くなり、クロスオーバー周波数をωa
とすれば、この帯域までサーボバンドを広げることがで
きる。このため、マイナーループの応答を早くすること
ができる。

【００３３】次に、これの外側のループ（メジャールー
プ）は、図２（ｂ）に示すように、マイナーループの帯
域の１／３程度に設定する。制御ブロックＧ2のゲイン
をＧ２とすることにより、開ゲインはゲインＧ２とマイ
ナーの閉ループゲインＧc1の乗算となるが、マイナーの
閉ループ時のゲインは１とみなせるため、メジャールー
プの開ゲインはＧ2となり、これを閉ループに閉じると
Ｇc2＝Ｇ2／（１＋Ｇ2）≒１ となり、クロスオーバ
周波がωbとなり、マイナーループを気にせずに制御ル
ープが構成でき、メジャーループのみよりも、マイナー
を合せ持つことで応答性、安定性の改善を図れる。

【００３４】それゆえに、図１に示したオゾン濃度制御
ループ系において、指令値としてのオゾン濃度制御入力
信号１と負帰還量としてのオゾン濃度計測信号との差信
号、即ち、増幅器３１ｂの入力信号が、殆ど“零”とな
るように増幅器３１ｂにて増幅し、インバータユニット
１０を介してオゾン発生ユニット２０の発生オゾン濃度
を制御することにより、指令値と負帰還がほぼ完全に一
致し、オゾン濃度が安定する。

【００３５】上記、実施の形態１においては、メジャー
ループとしてのオゾン濃度負帰還制御部３１のほかに、
多重マイナーループとして放電電力負帰還制御部３２、
放電電流負帰還制御部３３及び放電電圧負帰還制御部３
４を備えたが、マイナーループとして放電電力負帰還制
御部３２だけでも応答性及び安定性の優れた負帰還制御
が得られ、又、マイナーループとして放電電力負帰還制
御部３２のかわりに放電電流負帰還制御部３３若しくは
放電電圧負帰還制御部３４を選んでも実用上満足すべき
負帰還制御が得られる。

【００３６】又、放電電力負帰還制御部３２、放電電流
負帰還制御部３３及び放電電圧負帰還制御部３４の入力
側に備える制御切換手段としての切換スイッチ３２ｃ〜
３４ｃにより、前段の出力信号の代わりに外部入力され
る電力制御入力信号２、電流制御入力信号３若しくは電
圧制御入力信号４の何れかを選択入力すれば、この入力
信号を指令値とした負帰還制御ができ、又、放電電力供
給手段の単体調整が容易にできる。

【００３７】即ち、制御の切換スイッチ３２ｃ〜３４ｃ
を設けることにより、その目的に合った放電制御のモー
ドに容易に切換えられると共に、放電電力供給手段の単
体調整時はオゾン等発生させずにダミー負荷で、電源の
調整ができ、オゾン発生ユニットの放電状態チェックや
放電電力供給手段の単体調整を容易に実施できる。

【００３８】又、図３（ａ）に於いて、１０は放電電力
供給手段としてのインバータユニットであり、主なる構
成要素はダイオード、サイリスタからなる整流部１１及
び前記サイリスタの流通角を制御して出力電圧を制御す
る整流部ゲートパルスジェネレータ１２、平滑部１３、
インバータ部１４、及びインバータ部ゲートパルスジェ
ネレータ１５、出力トランス１６にて構成される。

【００３９】図３ａに示したインバータユニット１０の
出力を制御する手法として、インバータ部１４のインバ
ータ部ゲートパルスジェネレータ１５を固定した状態で
整流部ゲートパルスジェネレータ１２を作動させ、整流
部１１のサイリスタの導通角制御を行って整流出力を制
御する手法があるが、整流部ゲートパルスジェネレータ
１２を固定、若しくはサイリスタをダイオードに置換え
て整流部１１の整流出力を一定に保持し、インバータ部
１４のスイッチング部におけるゲートを導通角制御する
手法によっても、放電電力供給手段の出力を制御するこ
とができる。

【００４０】即ち、図３（ｂ）に示すごとく点弧角制御
により入力正弦波を導通角制御する場合において、制御
入力と点弧角との関係は、制御入力を、アークサイン特
性の変換手段を通すことにより、図３（ｃ）に示すごと
く、正弦波を点弧する制御入力に対して出力直流分は直
線的になり、安定な制御特性が得られる。

【００４１】実施の形態２．この発明の実施の形態２を
図４に基づき説明する。図４はオゾン発生装置における
簡易オゾン濃度計測器の構成を示すブロック図（図４
（ａ））、及び簡易オゾン濃度計測器の出力特性説明図
（図４（ｂ））である。

【００４２】図４（ａ）において、４０Ａはオゾン濃度
計測手段としての簡易オゾン濃度計測器である。４１は
紫外線を発光さす小型低圧水銀灯、４２は２５４７ｎｍ
及びその近傍の紫外線を透過させる光学フィルター、４
３ａ、４３ｂは光ファイバー、４４は被測定物のオゾン
を導入すると共に光ファイバー４３ａを伝達された紫外
線を透過させるチャンバーとしての石英容器である。４
５ａ、４５ｂは光電変換増幅器としてのフォトセルとし
てのフォトダイオードアンプ、４６ａ、４６ｂは対数型
増幅器、４７は比較演算手段としての差動増幅器を示
す。オゾン濃度計測手段としての簡易オゾン濃度計測器
４０Ａは、前記小型低圧水銀灯４１〜差動増幅器４７に
より構成され、オゾン発生ユニット２０が発生したオゾ
ンの濃度を計測し、オゾン濃度に応じた信号を出力す
る。

【００４３】次に、簡易オゾン濃度計測器４０Ａの動作
について説明する。小型低圧水銀灯４１により発生した
紫外線のうち、光学フィルター４２によりオゾンに吸収
されやすい２５４７ｎｍ及びその近傍の波長のみを選択
通過させ、この紫外線を光ファイバー４３ａ、４３ｂの
２本に別けて伝達し、光ファイバー４３ａを伝達された
紫外線を被測定オゾンを導入した石英容器４４に透過さ
せ、容器４４内のオゾンにより吸収されて減衰した透過
光をフォトダイオードアンプ４５ａで受ける。もう一方
の光ファイバー４３ｂを伝達された紫外線はオゾンを通
さずフォトダイオードアンプ４５ｂで直接受ける。フォ
トダイオードアンプ４５ａ、４５ｂで受けた紫外線はそ
れぞれ電気量に変換され、対数型増幅器４６ａ、４６ｂ
で増幅され、差動増幅器４７で比較演算され、前記被測
定オゾンのオゾン濃度を示すオゾン濃度計測信号を出力
する。

【００４４】上記のごとく、簡易オゾン濃度計測器４０
Ａにおけるオゾンの紫外線吸収方式として透過率の低
い、即ち、吸収率の高い２５４７ｎｍの波長を用いる。
尚、フォトダイオードアンプ４５ｂで直接受けた透過光
を基準値Ｉoとし、フォトダイオードアンプ４５ａで受
けた透過光、即ち、容器４４内のオゾンにより吸収され
て減衰した透過光を測定値Ｉxとすると、対数型増幅器
４６ａ、４６ｂの出力として、ｌｏｇ（Ｉx）とｌｏｇ
（Ｉo）が得られ、差動アンプの出力として、 Ｋ・ｌ
ｏｇ（Ｉo／Ｉx） が得られる。濃度Ａは Ａ＝Ｋ・ｌ
ｏｇ（Ｉo／Ｉx）で表わされる。ここで、Ｋは定数であ
り、差動増幅器４７の閉ループゲインで任意に設定でき
る。

【００４５】図４（ｂ）に簡易オゾン濃度計測器の出力
特性を示す。簡易オゾン濃度計測器４０Ａは、演算増幅
器（ＩＣ）を用いることにより、小型、かつ、比較的安
価に製作することができる。又、紫外線を光ファイバー
４３ａ、４３ｂの２本に別けて伝達し、フォトダイオー
ドアンプ４５ａ、４５ｂで、測定値Ｉx、基準値Ｉoとし
て別々に受けた紫外線をそれぞれ電気量に変換してオゾ
ン濃度を計測したので、連続した安定な出力信号が得ら
れる。

【００４６】実施の形態３．この発明の実施の形態３を
図５に基づき説明する。図５はオゾン発生装置を用いた
化学反応処理装置としてのＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置につい
て図示したブロック図である。図において、７０ＡはＣ
ＶＤ装置における全体制御装置としての制御ユニットで
あり、ガス供給ユニット５０Ａ及び反応器６０Ａ等の装
置制御回路７１と、インバータユニット１０及びインバ
ータ制御回路３０Ａとが一体に構成されている。そし
て、オゾン発生ユニット２０及び簡易オゾン濃度計測器
４０Ａは反応器６０Ａに組込まれ、一体に構成されてい
る。尚、Ａは制御ユニット７０Ａからガス供給ユニット
５０Ａ及び反応器６０Ａへの制御信号線、Ｂはインバー
タユニット１０からオゾン発生ユニット２０へ至る放電
電力供給ケーブル、Ｃは簡易オゾン濃度計測器４０Ａか
らインバータ制御回路３０Ａへ至るオゾン濃度負帰還ケ
ーブルを示す。

【００４７】図７に示した従来のＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置
の場合には、放電電力供給手段としてのインバータユニ
ット１０とオゾン発生ユニット２０とは同一ユニットに
収容されてオゾン発生装置１００を構成していたが、こ
れ等を切離してインバータユニット１０及びインバータ
制御回路３０Ａを制御ユニット７０Ａに収納し、オゾン
発生ユニット２０及び簡易オゾン濃度計測器４０Ａを反
応器６０Ａに付属させ、一体としたので、又、原料ガス
系をガス供給ユニット５０Ａに組込んだので、オゾン配
管を極力短くして発生オゾンの再結合を防止すると共
に、前記オゾン発生装置を省くことができ、ＣＶＤ装置
における構成ユニット全体の小型化、省スペース化、低
コスト化を図れる。

【００４８】実施の形態４．この発明の実施の形態４を
図６に基づき説明する。図６はオゾン発生装置を用いた
化学反応処理装置としてのＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置につい
て図示したブロック図である。図において、オゾン発生
ユニット２０及び簡易オゾン濃度計測器４０Ａはガス供
給ユニット５０Ｂに組込まれ、一体に構成されている。

【００４９】上記のごとく、オゾン発生ユニット２０を
ガス供給ユニット５０Ｂに付属させ、一体としたので、
即ち、セルユニット部は入力ガス、出力ガス等の配管が
必要となるため、できるだけガス系の集中するところへ
配置したので、ガス系をすべてガス供給ユニット５０Ｂ
に収納でき、ガス系の取りまわしの簡素化が図れ、又、
インバータユニット１０を全体制御装置としての制御ユ
ニット７０Ａに収納したので、即ち、電源部、制御部の
ように電気系で構成される所は制御ユニット７０Ａに一
括配置したので、 ＴＥＯＳ−ＣＶＤ装置全体の省スペ
ース化、小型化、低コスト化が図れると共に、運転操作
性及びメンテナンス性を大幅に向上できる。

【００５０】

【発明の効果】第１の発明によれば、オゾン処理に供す
る発生オゾンの濃度を計測し、このオゾン濃度の計測信
号を負帰還してオゾン発生ユニットに供給する放電電力
を制御するオゾン濃度負帰還制御部に加えるに、放電電
力供給手段が出力する放電電力の計測値を負帰還する放
電電力負帰還制御部を備えたので、即ち、メジャールー
プとしてのオゾン濃度ループの内側に、マイナーループ
としての電力制御ループを設けたので、オゾン濃度制御
の安定性、応答性を大幅に改善できるものが得られる効
果がある。

【００５１】又、第２の発明によれば、オゾン濃度負帰
還制御部及び放電電力負帰還制御部に加えるに、放電電
力供給手段が出力する放電電流及び放電電圧の計測値を
負帰還する放電電流負帰還制御部及び放電電圧負帰還制
御部とを備えたので、即ち、メジャーループとしてのオ
ゾン濃度ループの内側に、電力制御ループ、電流制御ル
ープ、電圧制御ループからなる多重マイナーループを設
けたので、オゾン濃度制御の安定性、応答性を、更に大
幅に改善できるものが得られる効果がある。

【００５２】又、第３の発明によれば、オゾン濃度制御
手段において、マイナーループの制御部に、その前段の
負帰還制御部の出力信号と外部制御入力信号とを切換え
選択する制御切換手段を備えたので、放電制御のモード
を容易に切換えられ、オゾン発生ユニットの放電状態チ
ェックや放電電力供給手段の単体調整を容易に実施でき
るものが得られる効果がある。

【００５３】又、第４の発明によれば、放電電力負帰還
制御部における放電電力の計測値として、放電電力供給
手段が出力する放電電流及び放電電流の計測値を乗算
し、平均化フィルタにより平均化した値を用いたので、
前記放電電力負帰還制御部による制御が更に安定し、オ
ゾン濃度制御の安定性、応答性を、更に大幅に改善でき
るものが得られる効果がある。

【００５４】又、第５の発明によれば、オゾン濃度計測
手段を、紫外線吸収式の比較的簡易な構成ながら、被測
定オゾンの測定値と基準値とを連続して比較演算する構
成としたので、小型、簡易化を図ることができると共
に、被測定オゾンの濃度を連続して計測でき、オゾン濃
度の負帰還制御に好適なものが得られる効果がある。

【００５５】又、第６の発明によれば、反応処理手段と
オゾン発生ユニット及びオゾン濃度計測手段とを一体に
構成したので、発生オゾンの濃度計測と反応処理手段へ
の供給路が短縮され、発生オゾンの分解による無駄が減
少すると共に、システム全体の省スペース化、省コスト
を図れるものが得られる効果がある。

【００５６】又、第７の発明によれば、原料ガス供給手
段とオゾン発生ユニットとを一体に構成したので、オゾ
ン発生ユニットへの原料供給配管が簡略化されると共
に、原料ガス系ユニット全体の省スペース化、省コスト
を図れ、運転操作性及びメンテナンス容易なものが得ら
れる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１としてのオゾン発生
装置におけるオゾン濃度制御ループ系統図である。

【図２】 図１に示したオゾン濃度制御ループ系統図に
おけるマイナーループ構成の制御ブロック図及びボード
線図である。

【図３】 図１に示したオゾン濃度制御ループ系統図に
おけるインバータユニット１０の概念を示す回路及び動
作説明図である。

【図４】 この発明の実施の形態２としてのオゾン発生
装置における簡易オゾン濃度計測器の構成を示すブロッ
ク図及び簡易オゾン濃度計測器出力特性説明図である。

【図５】 この発明の実施の形態３としてのオゾン発生
装置のブロック図である。

【図６】 この発明の実施の形態４としてのオゾン発生
装置のブロック図である。

【図７】 従来のオゾン発生装置の構成を示すブロック
図である。

【符号の説明】

１０ インバータユニット、１１ 整流部、１２ 整流
部ゲートパルスジェネレータ、１３ 平滑部、１４ イ
ンバータ部、１５ インバータ部ゲートパルスジェネレ
ータ、１６ 出力トランス、２０ オゾン発生ユニッ
ト、３０Ａ インバータ制御回路、３１ オゾン濃度負
帰還制御部、３２ 放電電力負帰還制御部、３２ａ 減
算器、３２ｂ 増幅器、３２ｃ 切換スイッチ、３３
放電電流負帰還制御部、３３ａ 減算器、３３ｂ 増幅
器、３３ｃ 切換スイッチ、３４ 放電電圧負帰還制御
部、３４ａ 減算器、３４ｂ 増幅器、３４ｃ 切換ス
イッチ、３５、３６ 抵抗器、３７ 整流器、３８ 乗
算器、３９ 平均化フィルタ、４０Ａ 簡易オゾン濃度
計測器、４１ 小型低圧水銀灯、４２ 光学フィルタ、
４３ａ、４３ｂ 光ファイバー、４４ 石英容器、４５
ａ、４５ｂ フォトダイオードアンプ、４６ａ、４６ｂ
対数型増幅器、４７ 差動増幅器、５０Ａ、５０Ｂ
ガス供給ユニット、５１ａ〜５１ｃ 液体マスフローコ
ントローラ（ＬＭＦＣ）、５２ａ〜５２ｅ 気体マスフ
ローコントローラ（ＭＦＣ）、５３ａ〜５３ｃ ベイパ
ーライザ（ＶＳ）、５４ 自動圧力コントローラ（ＡＰ
Ｃ）、６０、６０Ａ 反応器、６１ ガスヘッド、６２
反応室、６３ 半導体ウエハー、６４ ウエハーステ
ージ、６５ ステージヒータ部、７０Ａ 制御ユニット

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 酸素の供給及び放電電力の入力によりオ
   ゾンを発生するオゾン発生ユニットと、該オゾン発生ユ
   ニットに放電電力を供給する放電電力供給手段と、前記
   オゾン発生ユニットが発生したオゾンの濃度を計測し、
   オゾン濃度に応じた信号を出力するオゾン濃度計測手段
   と、前記オゾン濃度計測手段の出力信号の入力により、
   前記オゾン発生ユニットが発生するオゾンの濃度をオゾ
   ン濃度制御入力信号に応じたオゾンの濃度と一致させる
   ように発生オゾン濃度を負帰還制御するオゾン濃度制御
   手段とを備え、該オゾン濃度制御手段は、前記オゾン濃
   度制御入力信号とオゾン濃度計測信号との差信号を増幅
   して出力するオゾン濃度負帰還制御部と、該オゾン濃度
   負帰還制御部の出力と前記放電電力供給手段が出力する
   放電電力の計測値との差信号を増幅して出力する放電電
   力負帰還制御部とを有し、該放電電力負帰還制御部の出
   力で前記放電電力供給手段を制御することを特徴とする
   オゾン発生装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のオゾン発生装置におい
   て、オゾン濃度制御手段は、オゾン濃度負帰還制御部及
   び放電電力負帰還制御部に加えるに、該放電電力負帰還
   制御部の出力と放電電力供給手段が出力する放電電流の
   計測値との差信号を増幅して出力する放電電流負帰還制
   御部と、該放電電流負帰還制御部の出力と前記放電電力
   供給手段が出力する放電電圧の計測値との差信号を増幅
   して出力する放電電圧負帰還制御部とを備え、該放電電
   圧負帰還制御部の出力で前記放電電力供給手段を制御す
   ることを特徴とするオゾン発生装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２記載のオゾン発生
   装置において、オゾン濃度制御手段は、放電電力負帰還
   制御部、放電電流負帰還制御部及び放電電圧負帰還制御
   部のうちの少なくとも何れかが、その入力側に、その前
   段の負帰還制御部の出力信号と外部制御入力信号との何
   れかを切換え選択する制御切換手段を備えたことを特徴
   とするオゾン発生装置。
4. 【請求項４】 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載
   のオゾン発生装置において、オゾン濃度制御手段は、放
   電電力供給手段が出力する放電電流及び放電電圧の計測
   値を乗算する乗算手段と、該乗算手段の出力を平均化す
   る平均化フィルタとを備え、該平均化フィルタの出力を
   電力計測値として放電電力負帰還制御部へ入力すること
   を特徴とするオゾン発生装置。
5. 【請求項５】 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
   のオゾン発生装置において、オゾン濃度計測手段は、水
   銀灯、該水銀灯が発生する紫外線のうち、被測定オゾン
   に吸収され易い波長の紫外線を選択的に透過させる光学
   フイルタ、該光学フイルタを透過した紫外線を並行に伝
   達する一対の光ファイバー、被測定オゾンを導入すると
   共に前記一対の光ファイバーのうちの一方を伝達された
   紫外線を透過させ、前記被測定オゾンに吸収させるチャ
   ンバー、該チャンバーを透過した紫外線及び前記一対の
   光ファイバーのうちの他方を伝達された紫外線をそれぞ
   れ入射して電気量に変換する一対のフォトセル、該一対
   のフォトセルの出力を比較演算して前記被測定オゾンの
   オゾン濃度計測信号を出力する比較演算手段とを備えた
   ことを特徴とするオゾン発生装置。
6. 【請求項６】 酸素の供給及び放電電力の入力によりオ
   ゾンを発生するオゾン発生ユニット、該オゾン発生ユニ
   ットに放電電力を供給する放電電力供給手段、前記オゾ
   ン発生ユニットが発生したオゾンの濃度を計測し、オゾ
   ン濃度に応じた信号を出力するオゾン濃度計測手段、前
   記オゾン濃度計測手段の出力信号の入力により、前記オ
   ゾン発生ユニットが発生するオゾンの濃度をオゾン濃度
   制御入力信号に応じたオゾンの濃度と一致させるように
   発生オゾン濃度を負帰還制御するオゾン濃度制御手段を
   有し、該オゾン濃度制御手段が前記オゾン濃度制御入力
   信号とオゾン濃度計測信号との差信号を増幅して出力す
   るオゾン濃度負帰還制御部、該オゾン濃度負帰還制御部
   の出力と前記放電電力供給手段が出力する放電電力の計
   測値との差信号を増幅して出力する放電電力負帰還制御
   部を有し、該放電電力負帰還制御部の出力で前記放電電
   力供給手段を制御するオゾン発生装置と、原料ガスの供
   給及び前記オゾンの供給により処理対象を化学反応処理
   する反応処理手段とを備え、前記オゾン発生装置におけ
   るオゾン発生ユニット及びオゾン濃度計測手段は前記反
   応処理手段と一体に構成され、配設されていることを特
   徴とするオゾン発生装置を用いた化学反応処理装置。
7. 【請求項７】 酸素の供給及び放電電力の入力によりオ
   ゾンを発生するオゾン発生ユニット、該オゾン発生ユニ
   ットに放電電力を供給する放電電力供給手段、前記オゾ
   ン発生ユニットが発生したオゾンの濃度を計測し、オゾ
   ン濃度に応じた信号を出力するオゾン濃度計測手段、前
   記オゾン濃度計測手段の出力信号の入力により、前記オ
   ゾン発生ユニットが発生するオゾンの濃度をオゾン濃度
   制御入力信号に応じたオゾンの濃度と一致させるように
   発生オゾン濃度を負帰還制御するオゾン濃度制御手段を
   有し、該オゾン濃度制御手段が前記オゾン濃度制御入力
   信号とオゾン濃度計測信号との差信号を増幅して出力す
   るオゾン濃度負帰還制御部、該オゾン濃度負帰還制御部
   の出力と前記放電電力供給手段が出力する放電電力の計
   測値との差信号を増幅して出力する放電電力負帰還制御
   部を有し、該放電電力負帰還制御部の出力で前記放電電
   力供給手段を制御するオゾン発生装置と、原料ガスの供
   給及び前記オゾンの供給により処理対象を化学反応処理
   する反応処理手段と、前記オゾン発生装置に酸素を供給
   すると共に前記反応処理手段に前記原料ガスを供給する
   ガス供給手段とを備え、前記オゾン発生装置におけるオ
   ゾン発生ユニット及びオゾン濃度計測手段は前記ガス供
   給手段と一体に構成され、配設されていることを特徴と
   するオゾン発生装置を用いた化学反応処理装置。