オゾン分解装置及びプロセスシステム
【課題】エネルギー的に効率よく紫外光を有効的に利用し且つ清潔にオゾンを分解する。
【解決手段】オゾン分解装置１４は、筐体４１内において、オゾンガスを流通させる配管４２，４７を備えたガス流路と、このガス流路内のオゾンガスのガス流に対して紫外光を透過させる光透過管（光透過部材）４４と、前記ガス流を迂回させるガス流迂回板（ガス流迂回部材）４６とを備える。光透過管４４は円筒状を成すと共に筐体４１内に同軸に格納される。ガス流迂回板４６は光透過管４４内に複数配置される。筐体４１の内面は鏡面処理するとよい。オゾン分解装置１４はオゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムに適用できる。
【解決手段】オゾン分解装置１４は、筐体４１内において、オゾンガスを流通させる配管４２，４７を備えたガス流路と、このガス流路内のオゾンガスのガス流に対して紫外光を透過させる光透過管（光透過部材）４４と、前記ガス流を迂回させるガス流迂回板（ガス流迂回部材）４６とを備える。光透過管４４は円筒状を成すと共に筐体４１内に同軸に格納される。ガス流迂回板４６は光透過管４４内に複数配置される。筐体４１の内面は鏡面処理するとよい。オゾン分解装置１４はオゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムに適用できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は高純度オゾンガス適用分野、特にポリシリコンＴＦＴ用ゲート酸化膜、ＦＥＴ素子に例示される半導体素子のゲート酸化膜、オゾンを用いた低温酸化膜作製技術、その他、レジスト除去などオゾンを用いる半導体製造プロセスの全般的な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野において、オゾン技術が注目されている。オゾンは強い酸化力を持つので、ゲート酸化をはじめとする酸化膜の作製温度の低温化に有効である。また、エッチング・表面改質・クリーニングなど酸化膜作製以外の工程においても適用可能である。また、オゾンガスは最終的に酸素ガスに分解されるため、排ガスの環境負荷が低いのも大きな利点である。
【０００３】
また、近年のオゾン濃度の高濃度化技術が進歩している。これは酸素ガスから放電によってオゾンは生成される関係で、従来のオゾンガス濃度は２〜１０％程度であった。これに対しオゾン液化現象やシリカゲルによるオゾン吸着現象を利用することでオゾンガス濃度を高めることに成功し、１００％近い濃度でオゾンガスを供給できるようになった。このようにしてできた高濃度オゾンガスは、従来の低濃度オゾンガスよりもプロセスに大きな効果をもたらすことが分かってきている。例えば、特許文献１や特許文献２によると、ポリシリコンの室温での酸化や低温作製オゾンＣＶＤ膜の膜質向上が図られている。以上から高濃度オゾンガスは、半導体プロセスに導入される期待が高まっている。
【０００４】
オゾンガスは人体や生物に有害であり、使用したオゾンガスは十分分解させてから酸素等の無害なガスとして排出する必要が生じる。従ってプロセスチャンバで十分にオゾンガスを消費できなかった場合、オゾンを分解するための除筒体を設置しなければならない。用いるオゾンガスの濃度が高濃度に成るほど除筒体に工夫が必要になる。
【０００５】
一般にオゾンを分解する方法には、（１）熱を用いた熱分解法（２）光（紫外光）を用いた分解法（例えば特許文献３、特許文献４等）、（３）酸化対象物との酸化反応（触媒反応）分解法（例えば特許文献４等）がある。
【特許文献１】特開２００６−８０４７４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９１０８号公報
【特許文献３】特許第３２２４４０２号公報
【特許文献４】特公平７−２２６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オゾンの熱分解はオゾン濃度が高くなるほど起きにくくなる。これはオゾン分子同士の衝突では分解反応が起きないためである。
【０００７】
高濃度オゾンを用いるプロセスではオゾン分解装置が必須である。オゾン分解装置の原理としては前記（１）〜（３）のいずれかの方法を採用しなければならない。
【０００８】
（１）の熱分解法は用いた材料の関係（主に金属材料：Ａｌ、ＳＵＳ等）で上限温度の制約を受ける。（３）の分解方法は反応副生成物（水、酸化物等）が、プロセスチャンバを汚染するという問題が生じる。
【０００９】
一方、（２）の光分解反応法は加熱機構が不要・系を汚さないという利点がある。光分解反応法の一例として特許文献３のオゾン分解装置があるが、紫外光をさらに有効的に利用し、より一層エネルギー的に効率よく且つ清潔にオゾンを分解できるオゾン分解装置及びこれを備えたプロセスシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、請求項１のオゾン分解装置は、オゾンガスを流通させるガス流路と、このガス流路内のオゾンガスのガス流に対して紫外光を透過させる光透過部材と、前記ガス流を迂回させるガス流迂回部材とを備える。
【００１１】
請求項２のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材は円筒状を成すと共に円筒状の筐体内に同軸に格納され、前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に複数配置される。
【００１２】
請求項３のオゾン分解装置は、請求項１オゾン分解装置において、前記光透過部材は円筒状を成し、前記ガス流路は前記光透過部材が円筒状の筐体内に同軸に格納されたことで形成され、前記ガス流迂回部材は前記紫外光を透過させる材料からなると共に円筒状を成し、前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に前記筐体と同軸に複数設けられる。
【００１３】
請求項４のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と平行となるように前記ガス流路内に複数配置される。
【００１４】
請求項５のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材は異径の管路を成し、この管路の下流側管部は上流側管部よりも大径となっており、前記下流側管部に照射される紫外光の照度は前記上流側管部に照射される紫外光よりも高く制御される。
【００１５】
請求項６のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と垂直となるように前記ガス流路内に複数配置される。
【００１６】
請求項７のオゾン分解装置は、請求項２から６のいずれかのオゾン分解装置において、前記筐体の内面は鏡面処理される。
【００１７】
請求項８のプロセスシステムは、オゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムであって、前記基板の酸化処理に供したオゾンガスが供給される請求項１から７のいずれかのオゾン分解装置を備える。
【００１８】
以上の請求項１〜７の発明によればオゾンガスは光分解処理されることで無害な酸素分子に変換される。このとき酸素以外の反応副生成物は生成しない。高濃度オゾンガスにも有効である。紫外光の光源を用いるだけでよいので加熱手段が不要となる。光源以外の消耗品がない。光分解方式は熱分解式よりも熱エネルギー的に効率よくオゾンを分解できる。そして、ガス流迂回板が設けられたことで、ガス流路内のガス滞留時間が増加し、紫外光の有効利用とガス流速の制御も可能となる。
【００１９】
特に、請求項４及び請求項６の発明は紫外光の光源が筐体の底部付近に配置できるので光源の交換が容易であり、メンテナンスも容易となる。
【００２０】
また、請求項５の発明は下流側管部内においては下流側管部内のガス流は上流側管部内のガス流よりもオゾン濃度が低くなっているので前記下流側管部に対する紫外光の照射量を増加させればさらに効率的にオゾンを分解できる。尚、下流側管部内においては紫外光の照射量の制御によって発火現象を起こさせればガス流に含まれるオゾン濃度をより一層低減させることができる。
【００２１】
さらに、請求項７の発明は筐体の内面が鏡面加工されて紫外光の反射効率が高まっているので紫外光をより一層有効利用できる。
【００２２】
請求項１〜７の発明に係る光分解処理は大気圧よりも低圧の雰囲気でも行えるので請求項８の発明のようにオゾンを用いた基板の酸化処理プロセスに安全に適用できる。
【発明の効果】
【００２３】
したがって、以上の発明によればエネルギー的に効率よく紫外光を有効的に利用し且つ清潔にオゾンを分解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に述べる実施形態１では高濃度オゾンを処理する発明に係るオゾン分解装置の構成及び動作実証を例示する。また、実施形態２〜５は実施形態１のオゾン分解装置の動作結果を応用し、優れた性能を有するオゾン分解装置の構成を提供するものである。
【００２５】
実施形態１〜５で例示するオゾン装置は、すべて光分解を原理として用いているオゾン分子は２００〜３００ｎｍの波長帯に大きな吸収端（ハートリーバンド）を有し、この波長帯の光によって、分解反応が起きる。この反応を化学式で書くと以下の通りである。
【００２６】
Ｏ3⇒Ｏ（1Ｄ）+Ｏ2…（１）
Ｏ（1Ｄ）は励起状態の原子状酸素を表し、非常に酸化力が強い反面、生成後すぐにオゾンと再結合し酸素分子になりやすい。実施形態１〜３に係るオゾン分解装置の光源にはこの波長帯を含むものを用いる。また、対象オゾンガス濃度は、０．１％から〜１００％とする。
【００２７】
（実施形態１）
初めに本実施形態に係るオゾン分解装置１４を評価するための装置構成及びオゾン処理を行うときのプロセスシステム１とオゾン分解装置１４との関係を示す。次に、オゾン分解装置１４の概要を説明し、動作結果について述べる。本実施例は光励起オゾン酸化にオゾン濃度計を用いた系においてＳｉ基板を酸化する例である。
【００２８】
図２は発明の実施形態に係るプロセスシステムのシステム構成図である。
【００２９】
プロセスシステム１はオゾンガス供給装置１１と酸化処理チャンバ１２とオゾン濃度計１３とオゾン分解装置１４とオゾン濃度計１５と排気ポンプ１６とを備える。これらの装置を連通させる配管系は真空対応とする。減圧下（０．０１Ｐａ〜１０００００Ｐａ）で使用できる仕様のものが採用される。高濃度オゾンガスが大気圧以下の爆発限界圧力をもつためである。
【００３０】
前記配管系でのオゾン分解を防ぐには、配管を高温（例えば＜１００℃）にしない状態で、配管の内壁に反応物がなくクリーンな状態に加工（例えば内壁を電界研磨したＳＵＳ管もしくは洗浄済の石英管）を用いるのが望ましい。輸送中のオゾンガスの損失を防ぐためである。
【００３１】
オゾンガス供給装置１１としては例えばオゾンガスボンベまたはオゾン発生装置が挙げられる。供給するオゾンガスの濃度は２〜１００％とする。実施例ではオゾン濃度約１００％のオゾンガスを供給できるオゾン発生装置（明電舎製、ピュアオゾンジェネレーター、ＭＰＯＧ−ＳＭ１Ｃ１）が採用されている。
【００３２】
酸化処理チャンバ１２はオゾンを用いた基板の酸化処理プロセスを実行する。前記プロセスとしては例えば基板の製膜プロセス、洗浄、エッチングなどが挙げられる。
【００３３】
酸化処理チャンバ１２はオゾンガスの導入口と排気口とを備える。また、酸化処理チャンバ１２には圧力計を設けることが望ましい。この圧力計の仕様は圧力範囲が０．１Ｐａ〜１０００Ｐａであるとなおよい。
【００３４】
酸化処理チャンバ１２は減圧処理方式を採用している。１Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲処理可能であるように設計される。従って、チャンバの材質は、アルミ金属、ＳＵＳ金属または石英ガラスによる真空対応のものに限る。また、減圧の際、外壁から汚染物質を排出しないようにチャンバ内表面加工処理が施される。前記加工としては例えば電界研磨処理等が挙げられる。
【００３５】
酸化処理チャンバ１２においては、オゾン熱分解を減らすためコールドウォール方式が採用される。この場合、適宜に水冷及び空冷システムが兼ね備えられる。
【００３６】
処理対象である基板を加熱する場合にはホットプレートまたはランプ加熱方式が採用される。このとき、酸化処理チャンバ１２内で基板付近の暖まり易い部位には水冷や空冷システムが導入されて基板以外の場所が高温になるのを防ぐ必要がある。
【００３７】
さらに、紫外光プロセスが併用される場合、酸化処理チャンバ１２には紫外光光源およびこの光源から供された光を導入するための透過窓が設置される。紫外光源は２００ｎｍ〜３００ｎｍの波長帯を発するものが採用される。前記光源は３００ｎｍ以上の波長帯を含んでも構わない。また、前記光源はレーザータイプ、ランプタイプのいずれの仕様を用いても問題はない。前記透過窓を構成する材料には石英ガラスやＭｇＦ2などの結晶材が望まれる。紫外光は試料の表面付近もしくは表面に照射するように配置する。これはオゾンから分解生成される励起状酸素原子（励起オゾン）は、寿命が短いため、発生から失活までの時間にほとんど拡散できない（１０ｎｍ以下）であるためである。失活した励起オゾンは、酸素分子となり紫外光の影響を受けなくなる。
【００３８】
オゾンガス供給装置１１と酸化処理チャンバ１２との間の詳しい構成は例えば特開２００６−８０４７４に示された態様が挙げられる。
【００３９】
オゾン濃度計１３はオゾン分解装置１４の上流側に配置される一方でオゾン濃度計１５はオゾン分解装置１４の下流側に配置される。オゾン濃度計１３は実プロセスで必ずしも必要でないが、プロセスの制御性を高めるために備えていた方が望ましい。（特開２００７−２９４４９２号公報）。本実施例ではオゾン分解装置１４の特性評価に用いる。
【００４０】
オゾン濃度計１３はオゾン酸化処理チャンバ１２とオゾン分解装置１４とを連結した配管２１に設置されている。オゾン酸化処理チャンバ１２とオゾン濃度計１３との間には可変バルブＶ１が配置される一方でオゾン濃度計１３とオゾン分解装置１４の間には可変バルブＶ２が配置されている。配管２１にはオゾン濃度計１３の圧力調整用のバイパス経路１８が接続されている。バイパス経路１８は可変バルブＶ５を備えている。バイパス経路１８の一端は酸化処理チャンバ１２，可変バルブＶ１間の配管２１に接続され、他端は可変バルブＶ２，オゾン分解装置１４間の配管２１に接続されている。
【００４１】
オゾン濃度計１３及びオゾン分解装置１５に滞在するオゾン含有ガスの量及び圧力は可変バルブＶ１，Ｖ５によって調節される。これにより後述のオゾン濃度計１３の光透過強度測定系に供されるオゾンガスの分量範囲が制限される。具体的には分流範囲がオゾン濃度の測定許容範囲となるようにオゾンガスのガス流が可変バルブＶ１，Ｖ５によって制御される。
【００４２】
オゾン濃度計１５はオゾン分解装置１４と排気ポンプ１６とを連結した配管２２に設置されている。オゾン分解装置１４とオゾン濃度計１５との間には可変バルブＶ３が配置される一方でオゾン濃度計１５と排気ポンプ１６との間には可変バルブＶ４が配置されている。配管２２にはオゾン濃度計１５の圧力調整用のバイパス経路１９が接続されている。バイパス経路１９は可変バルブＶ６を備えている。バイパス経路１９の一端はオゾン分解装置１４，可変バルブＶ３間の配管２２に接続され、他端は排気ポンプ１７に接続されている。
【００４３】
バイパス経路１９のようにオゾン濃度計１５の下流に排気ポンプ１７が配置されるのが望ましい。オゾン分解装置１４より下流側に位置するオゾン濃度計１５ではオゾン分量が小さく、高精度な測定が求められるためである。また、バイパス経路１９と配管２２の接続部からのガス流の逆流による干渉を防ぐこともできる。
【００４４】
図３はオゾン濃度計１３，１５の概略構成図である。
【００４５】
オゾン濃度計１３，１５はガス流通管３１とガス圧力計３２と紫外光源３３と紫外光検出器３４と紫外光透過窓３５，３６とから成る。ガス流通管３１には配管１７、配管１８、ガス圧力計３２が接続されている。紫外光源３３は紫外光がガス流と平行に照射されるようにガス流通管３１に配置される。紫外光透過窓３５は紫外光源３３から照射された紫外光をガス流通管３１内に導入するための窓である。紫外光透過窓３６は紫外光検出器３４に供給するための窓である。紫外光透過窓３５，３６は合成石英等で構成するのが望ましい。
【００４６】
ガス流通管３１の光路長Ｄは、ガスのオゾン濃度並びに圧力、紫外光の強度及び光感度検出器の性能によって、適切な長さが決まる。後述の実施例では、オゾンガスの濃度は１００〜１０％、オゾン圧力１０〜１０００Ｐａの範囲で、光路長Ｄは約１０ｃｍに設定されている。
【００４７】
紫外光が通過するガス流通管３１の径ｄは光照射径よりも十分大きいことが望ましい。光の散乱やガス流通管３１の内壁面の影響を除外するため。後述の実施例では光照射径が１ｃｍ以下に対し、径ｄは３ｃｍ以下程度に設定されている。
【００４８】
オゾン濃度計１３の測定原理について述べる。
【００４９】
オゾン濃度はオゾン雰囲気中を透過した紫外光強度によって算出される。
【００５０】
紫外光強度はオゾン雰囲気中を通過すると下記（２）式のように紫外光強度が指数関数的に減少する。
【００５１】
Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−σ0ｎＤ）…（２）
Ｉ：透過検出強度（波長２５４ｎｍ），Ｉ0：入射光照度，Ｄ：光路長，σ0：吸収断面積（σ0＝１．１×１０-17［ｃｍ2］），ｎ：オゾン数密度
予め濃度が分かっているオゾンガスを校正用として用い、ｎを変えてＩとＩ0の関係を調べておく。このＩとＩ0の関係を用いて、濃度が分からないオゾンガスのＩ0を測定することでこのオゾンガスのｎを求めることができる。オゾン濃度（％）はオゾン数密度ｎと圧力計３２の圧力値に基づく算出される。
【００５２】
光路長Ｄや配管径ｄ等の設計が変更された時は、その都度に校正ガスを用いてＩとＩ0の関係を求め直す必要が生じる。また、光源３３は連続発振光式、パルス発振光式のいずれも適用できるが、光強度は長時間に渡って安定なものでなくてはならない。後述の実施例では光源３３に低圧水銀ランプが使用され、発振強度は１０ｍＷ／ｃｍ2程度に設定されている。
【００５３】
図１（ａ）は発明の実施形態に係るオゾン分解装置１４の構成を示した概略断面図である。図１（ｂ）はオゾン分解装置１４のＡ−Ａ断面図である。図１（ｃ）はオゾン分解装置１４のＢ−Ｂ断面図である。
【００５４】
オゾン分解装置１４は筐体４１と配管４２，４７と紫外光光源４３と光透過管４４とガス流迂回板４６とを備える。
【００５５】
筐体４１は図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されたように光を漏洩させないように円筒状に形成されている。筐体４１の内面は光反射しやすい表面処理をすることで反射光の二次利用ができるためである。さらに、外部からの衝撃を防ぐことと、光透過管４４やガス流迂回板４６等のガラスまたは結晶材の破損に伴う外部への散乱を防ぐことによる安全確保のためである。筐体４１の材質としてはアルミニウム材やステンレス素材など光を通さなく機械的に丈夫なものが望ましい。アルミニウム材は紫外光の反射率が高く、内側を研磨することで紫外光の内面鏡として用いることができる。
【００５６】
配管４２は筐体４１の外部から導入したオゾンガスを光透過管４４に供給するための配管である。配管４２は図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように筐体４１と同軸にその上流側端部に気密に接続されている。筐体４１内に引き込まれた配管４２の一端にはフランジ４８が設けられている。フランジ４８は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材４５を介して光透過管４４の上流側端部に気密に接続されている。
【００５７】
配管４７は光透過管４４内のオゾン分解処理ガスを筐体４１の外部に排出するための配管である。配管４７は筐体４１と同軸にその下流側端部に気密に接続されている。筐体４１内に引き込まれている配管４７の一端にはフランジ４９が設けられている。フランジ４９は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材４５を介して光透過管４４の下流側端部に気密に接続されている。
【００５８】
紫外光源４３は少なくとも波長２００〜３００ｎｍを有する光を発する。前記光は波長３００ｎｍ以上の可視光を含んでもかまわない。照射方式も連続型、パルス発振型のいずれかの機能を有していてもよい。２００ｎｍ以下波長の光は、酸素分子からオゾンを生成する反応を起こすので注意を要する。波長２００ｎｍ以下の光がオゾンガスに照射されないようにこの波長帯を通さない材質で構成された光遮蔽板を設置し、オゾンガスへの照射を防ぐ工夫が生じる。
【００５９】
紫外光光源４３は図１（ａ）及び図１（ｃ）に示されたように直管型のものを適用するとよい。紫外光光源４３は直管型に形成された場合には光透過管４４の全長方向に配置される。また、紫外光光源４３の照射領域は光透過管４４の有効全長Ｌ４１よりも長く設定される。単一の紫外光光源４３が光透過管４４の有効全長Ｌ４１よりも短い場合、紫外光光源４３は複数直列に配置すればよい。オゾンガスに対して大きな面積で照射できるためである。大気圧下の雰囲気に設置するのが望ましい。紫外光を発する光源は大気圧下での使用を想定されていることおよびオゾンガス空間に入れることによる電極等の酸化を防ぐためである。
【００６０】
紫外光光源４３は複数備えるとよい。紫外光光源４３の設置数が増えることによって紫外光が光透過管４４に向かって様々な方向から入射されるので、より多くのオゾンが分解されることが期待される。しかし、設置数が増えることにより、オゾン分解装置１４の構成が複雑になるため実際に用いられる個数は制限される。実施例では同仕様（同一の光強度の型式）の紫外光光源４３の設置数を２つ用意し、両者の紫外光光源４３は図１（ｃ）に示したように上下方向から光透過管４４を挟むように配置した。
【００６１】
光透過管４４は紫外光光源４３から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管４４は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）によって円筒状に形成されている。光透過管４４は筐体４１内にこれと同軸に配置されている。光透過管４４は内部にガス流迂回板４６を備えることでオゾンのガス流を乱し、オゾンガスの滞留時間が多く確保できるようにするよい。
【００６２】
光透過管４４の内径Ｄ４１は、紫外光光源４３の光強度、オゾンガス濃度、オゾンガス圧力等のガス流条件によって最適値が決まる。内径Ｄ４１が大きく設定される程、オゾンガス流量が増大するが、光透過管４４の中心付近に到達できる光量が減少する。オゾンの分解に伴って光強度が減衰するためである。また、粘性流では筐体４１から最遠の部位でガス流速が最大になる。図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面図では光透過管４４の中心軸でガス流が最大となる。この部位は先に述べたように光がもっとも届きにくい。内径Ｄ４１の大きさにより流速が大きく変化することからも内径Ｄ４１の大きさは重要である。また、ガス流迂回板４６の設置の仕方を工夫することによりガス流を多く乱すことが重要である。
【００６３】
ガス流迂回板４６はガス流を散乱させて光透過管４４におけるオゾンガスの滞留時間を多く確保するための部材である。ガス流迂回板４６は光透過管４４内に複数配置される。個々のガス流迂回板４６は主面がガス流に対して垂直となるように設置されている。ガス流迂回板４６はステンレスや石英板に例示される酸化されにくい材料で構成するよい。光透過管４４内ではオゾン分子が大量に消費され酸化反応が起こりやすい状態になるので、酸化されやすい材料では長時間使えないためである。ガス流迂回板４６は光の妨げる配置にしないのが望ましい。図１（ａ）に示されたようにガス流迂回板４６は紫外光光源４３の光路に対して平行に設置することで、紫外光光源４３から光の照射受ける面積が最小限に抑えられている。
【００６４】
ガス流迂回板４６は、ステンレスや石英板に例示される酸化されにくい材料からなるジグを使って、固定されるように設置する。例えば棒状に加工されたジグとガス流迂回板４６を接合し、ジグは光透過管４４またはガス出入り口の配管４２，４７と接合させることにより、ガス流迂回板４６は中空に固定される。ジグ棒は光照射を遮蔽しないよう細い形状が望ましい。例えば、径７ｍｍのアルミ製棒が望ましい。前記アルミ製棒とガス流迂回板４６との接合および外壁との接合は、ネジ止めまたは溶接によって行えばよい。
【００６５】
以上説明した光分解式のオゾン分解装置１４の実施例について述べる。オゾン供給装置１１に明電舎製のピュアオゾンジェネレーター（ＭＰＯＧ−ＳＭ１Ｃ１）を採用した。また、酸化処理チャンバ１２ではオゾン処理をしないでオゾン供給装置１１からオゾン濃度１００％のオゾンガスをオゾン分解装置１４に供給して評価を行った。この配置は、オゾン処理プロセスにおけるオゾン分解装置１４の能力を最も必要とするタイミングに相当する。この状態でオゾン分解装置１４を評価することで、実用的にオゾン分解装置１４が適用可能かどうか判別できる目安となる。
【００６６】
図４はプロセスシステム１のオゾン濃度計１５のオゾン濃度と紫外光光源３３の光強度（紫外光照度）との関係を示した特性図である。縦軸のオゾン濃度はオゾン分解装置１４によって分解された後のオゾン濃度である。このオゾン濃度が小さな値であるほど、オゾン分解装置１４でのオゾン分解がたくさん起きていることを意味する。オゾン濃度は光照度が強くなるに従って小さくなる。これは光が強くなると光子が大量発生することにより、光子がオゾン分子と衝突する頻度が高くなることにより、光分解反応の頻度が大きくなるためである。この実施例で評価したオゾン分解装置１４の紫外光光源４３及びオゾンガスでは、光の照射強度から算出される光子数がオゾン分子数と同程度若しくは光子数の方が多い状態であることを述べておく。つまり、光照度は、オゾンガス空間の中を通過できる程度の大きさであることに注意する。
【００６７】
図４によると光照度が大きい程、横軸の光照度の変化に対して縦軸の濃度変化が緩やかになる。この現象は図４に示された直線で外沿した破線の傾きが横軸の数値が大きな範囲で緩やかになっていることに相当する。オゾン濃度の低下に伴いオゾン分子密度が小さくなるので、光子との衝突確率が小さくなり反応頻度が減少するためである。
【００６８】
以上の図４から明らかなように光分解式のオゾン分解装置１４は、オゾンキラーとして機能すること、光強度を強くする程、より効果的に動作すること、オゾンガスが高濃度になる程、有効に動作することも確認された。
【００６９】
一方、オゾン分解装置１４での光分解を低濃度域でより促進させるためには以下の改良が必要である。
【００７０】
第一の改良は反応頻度を高めるすなわち光子密度を高めるために紫外光光源４３の光強度を高める必要がある。この光源の改造については、光強度が強い光源になる程、コスト及び消費電力が飛躍的に高くなるだけでなく、ランプ冷却の追加やランプ寿命の低下に伴い装置が複雑になる。
【００７１】
第二の改良はオゾン分解装置１４内でのガスの滞在時間を高めるためにガス流路長（光透過管４４）の全長の増大若しくはガス流速の減少によるガス流条件の設定である。このガス流条件の設定については、オゾン分解装置１４内のガス流を制御するしきり壁（ガス流迂回板４６）を導入及び構造を工夫することによって解決できる。
【００７２】
光分解の特性を活用して、オゾンガス流を最適化した光分解式のオゾン分解装置は後述の実施形態２〜５で実現する。
【００７３】
図５はオゾンガス流速とオゾン濃度計１５のオゾン濃度測定値との関係を示した特性図である。ガス流速の増大に伴い、オゾン濃度が増大することが確認である。つまり、ガス流速が増大するとオゾン分解装置１４の分解効率が落ちていることがわかる。この結果からオゾンを効果的に分解させるには、オゾン分解装置１４におけるガス滞留時間を長くする必要が生じることを確認できる。可変バルブＶ１，Ｖ５の開閉によりオゾン分解装置１４に供給するガスの流量を調節することでガス流速を制御できる。しかし、この手法でオゾン流速を低減させると処理できるオゾンガス量の低下が起きる。
【００７４】
大量のオゾンガスを効果的に分解処理するには流速を低減させない代わりにガス流路長を大きくすることが重要である。以上の図５の特性図からガス流速を大きくする程、オゾンの分解効率が低減すること及びガス流路の増大すなわちガスの滞留時間を増大させることによってオゾンの分解効率を向上できることが示された。
【００７５】
次に熱分解式オゾン分解装置と発明に係るオゾン分解装置との性能比較を以下に示した。
【００７６】
図６及び図７は熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系のオゾン分解効率を比較したものである。熱分解式オゾン分解系はオゾンが供される系内を加熱によって高温にし、ガスを加熱することにより熱分解反応を経由してオゾン分解を起こさせている。熱分解式オゾン分解系は光を用いないため光透過材（石英ガラス、結晶材）を用いずに、金属材料（アルミニウム材、ＳＵＳ）から成る。但し、アルミニウム材は熱に弱く、実施例で用いた熱分解式オゾン分解系は全てＳＵＳ３０４で構成した。熱分解式オゾン分解系の評価は、図１に示されたプロセスシステム１のオゾン分解装置１４に代えて熱分解式のオゾン分解装置を配置し、この装置の下流側に配置されているオゾン濃度計１５のオゾン濃度測定値に基づき行った。
【００７７】
図６は熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系の温度依存性を示した特性図である。具体的には温度条件と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係を示す。加熱温度の増加に伴い、オゾン濃度は減少する。一般にオゾンの熱分解の反応頻度は、温度に対して指数関数的に増加することが知られており、実際に図６の結果によると実線で示されたように高温でオゾンの高い分解頻度が起きていることが確認できる。一方、光分解式のオゾン分解系での濃度を図６中の水平破線で示した。光分解式のオゾン分解系での分解効率は、５００℃に加熱した熱分解式オゾン分解系の分解効率よりも高い。熱分解式オゾン分解系を５００℃以上に加熱することで、更に分解効率を高めることができるが、材質（ＳＵＳ３０４）の融解及び劣化の問題により加熱温度に上限がある。オゾンガスのような強い酸化ガス中で用いる場合、ＳＵＳ３０４は酸化を防ぐため４００℃以下で使うのが望ましい。以上のことから光分解式オゾン分解系は熱分解方式オゾン分解系よりも高い効率でオゾンを分解できることが確認できた。
【００７８】
図７は熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系のオゾンガス流量依存性を示した特性図である。具体的にはオゾンガス流量と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係を示す。両者のオゾン分解系ともオゾン流量の増大にともない、オゾン分解効率が低下する。しかし、評価した流量域（オゾン濃度１００％オゾンガス ２０〜１８０ｓｃｃｍ）において、光分解式オゾン分解系のオゾン分解性能が、５００℃に加熱された熱分解式オゾン分解系のものよりも高いことが確認できる。
【００７９】
以上の図６及び図７の結果から図１で例示した光分解式のオゾン分解装置１４は熱分解式のオゾン分解装置よりも優れた特性を有することが示された。
【００８０】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【００８１】
オゾン分解量は紫外光の強さで決まる。
【００８２】
高濃度オゾンを低濃度オゾンに分解するには弱い光で充分である。
【００８３】
低濃度オゾンを更に分解するには、強い光が必要である。
【００８４】
オゾンガスの滞留時間を多く確保することが必要である。
【００８５】
本実施形態のオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【００８６】
図８（ａ）は本実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図である。図８（ｂ）はオゾン分解装置のＡ−Ａ断面図である。図８（ｃ）はオゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図である。
【００８７】
オゾン分解装置２は筐体５１と配管５２ａ，５２ｂ，５７ａ，５７ｂと光透過管５３と光透過管５４ａ，５４ｂと紫外光光源５６とを備える。
【００８８】
筐体５１は光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって円筒状に形成されている。筐体５１の内面は研磨し紫外光反射強度を高めるようにする。例えばアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体４１の内面は電界研磨等によって鏡面加工して光の反射率を高めるとよい。
【００８９】
配管５２ａ，５２ｂはオゾンガスを導入するための配管である。配管５２ａ，５２ｂは筐体５１の上流側端部の縁部寄りに気密に接続されている。配管５２ｂと配管５２ｂは筐体５１の軸線を挟んで前記端部の同一直径上に配置されている。
【００９０】
配管５７ａ，５７ｂはオゾン分解処理ガスを筐体５１から排出するための配管である。配管５２ａ，５２ｂは筐体５１の下流側端部に気密に接続されている。配管５７ｂと配管５７ｂは図８（ｂ）に示されたように筐体５１の軸線を挟んで前記端部の同一直径上に配置されている。尚、配管５７ｂ，配管５７ｂは図８（ａ）に示されたように配管５２ｂ，配管５２ｂよりも筐体５１の軸線寄りに配置されている。
【００９１】
光透過管５３は紫外光光源５６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管５３は図８（ａ）及び図８（ｃ）に示されたように筐体５１内にこれと同軸に配置される。光透過管５３内には紫外光光源９６が着脱自在に収納されている。光透過管５３は紫外光を透過する材質（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。筐体５１、光透過管５３間はＯリングに例示される封止部材５５が介在することでオゾンガス空間と光源空間とが真空的に仕切られている。
【００９２】
光透過管５４ａ，５４ｂはガス流を制御するためのガス流迂回部材である。光透過管５４ａ，５４ｂは筐体５１内に収納されている。図８（ｃ）に示されたように光透過管５４ａの内径Ｄ５３は光透過管５４ｂの外径より大きく且つ筐体５１の内径よりも小さく形成されている。また、図８（ａ）に示されたように光透過管５４ａはその一端のみが筐体５１の上流側端部の内面に接続されている。一方、光透過管５４ｂの内径Ｄ５２は光透過管５３の内径Ｄ５１及び外径より大きく且つ筐体５１の内径よりも小さく形成されている。光透過管５４ｂはその一端のみが筐体５１の下流側端部の内面に接続されている。光透過管５４ａ，５４ｂは光透過管５３と同様に紫外光を透過する材料（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。
【００９３】
図８（ａ）に示されたようにガス流迂回部材として機能する光透過管５４ａ，５４ｂを設置することで矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。光透過管５４ａ，５４ｂを設けるとガスの滞留時間はガス流路長がない場合に比べて３倍になる。光透過管５４の数は特に制限しない。つまり、折り返し構造を複数設置すれば、流路長を５倍、７倍、・・・と任意に設定できる。ガス流の迂回形態は多重折り返し構造になっていればその態様は特に限定しない。本実施形態に係るガス流路は筐体５１と同心円状に分布しているが、この形態に限定する必要はない。
【００９４】
紫外光光源５６は直管型のものが採用されている。紫外光光源５６は図８（ａ）及び図８（ｃ）に示されたように筐体５１の軸線上に配置されるように光照射管５３内に収納される。紫外光光源５６に関する発光波長帯の制約および発振型は実施形態１に係る紫外光光源４３と同じ仕様でよい。
【００９５】
図８を参照しながらオゾン分解装置２の作用について述べる。
【００９６】
オゾン分解装置２によればオゾンガスに対して照射される紫外光の強度が変化する。すなわち、筐体５１内に導入されたばかりのオゾンガス（高濃度オゾンガス）に照射される紫外光は光透過管５３、光透過管５４ａ，５４ｂを透過しているので紫外光の強度が弱くなっている。そして、筐体５１の出口付近を流通するガスすなわち配管５７に向かって光透過管５３と光透過管５４ｂによって仕切られた空間を流通するオゾン濃度が低濃度のガスに照射される紫外光は光透過管５３のみを介しているので紫外光の強度が強くなっている。このように筐体５１内に滞留するガスのオゾン濃度に応じた紫外光の照射が可能となっている。
【００９７】
また、光透過管５３、光透過管５４ａ，５４ｂから成るガス流の折り返し構造により、ガス迂回路を有しないオゾン分解装置よりもオゾンガスの滞留時間が長く確保されている。
【００９８】
さらに、紫外光光源５６が筐体５１と同心に配置され、筐体５１の内面は紫外光の反射強度を高まっているので、反射光を有効利用できる。
【００９９】
また、図８（ｃ）に示された内径Ｄ５１〜Ｄ５３を変えることにより、折り返し流路ごとにオゾン流速を変えることができる。例えば紫外光光源５６に最も近いオゾン流路は、分解がある程度進んだ低濃度オゾンガスを更に低濃度にする役割を果たすので、ガス流速を遅くするように設計するよい。具体的に光透過管５３の内径Ｄ５１を小さくし光透過管５４ｂの内径Ｄ５２、光透過管５４ａの内径Ｄ５３を大きく設定することにより、紫外光光源５６に最も近いオゾン流路を流れるオゾンガスの流速を下げることができる。
【０１００】
（実施形態３）
実施形態３に係るオゾン分解装置３は実施形態２に係るオゾン分解装置２を改良したものである。オゾン分解装置２は実施形態１で得られた光分解の特性を考慮したものであるのに対し、オゾン分解装置３は構造の単純化、メンテナンス等を考慮したより実用的なものとなっている。
【０１０１】
図９（ａ）はオゾン分解装置３の構成を示した概略断面図である。図９（ｂ）はオゾン分解装置３のＡ−Ａ断面図である。図９（ｃ）はオゾン分解装置３のＢ−Ｂ断面図である。
【０１０２】
オゾン分解装置３は筐体６１と配管６２，６７と光透過板６３と光透過板６４ａ，６４ｂと紫外光光源６６とを備える。
【０１０３】
筐体６１は図９（ａ）及び図９（ｃ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体６１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体６１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体４１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１０４】
配管６２はオゾンガスを導入するための配管である。配管４２は筐体６１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管６７は筐体６１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管６７は筐体６１の下流側端部の略中央部に気密に接続されている。
【０１０５】
光透過板６３は紫外光光源６６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板６３は紫外光光源６６を有する光源空間と光透過板６４ａ，６４ｂを有するガス流空間が形成されるように筐体６１内に設置される。すなわち、光透過板６３が筐体６１の内面に設けられた枠体６８にＯリングに例示される封止部材６５を介して接続されることにより、前記光源空間と前記ガス流空間とが真空的に仕切られている。
【０１０６】
光透過板６４ａ，６４ｂは筐体６１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。紫外光光源６６から照射された紫外光を透過する材質（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）からなる。光透過板６４ａ，６４ｂの全長は筐体６１内の空間の全長よりも小さく設定されている。光透過板６４ａ，６４ｂは光透過板６３よりも上位且つこれと平行に設置されている。特に、光透過板６４ａは図９（ａ）に示されたように配管６２の接続部位よりも低位であると共に筐体６１の底面及び光透過板６３の面と平行に配置され、且つ筐体６１の下流側端部の内面と離間するように設置されている。一方、光透過管６４ｂは配管６７の接続部位よりも高位であると共に筐体６１の底面、光透過板６４ａ及び光透過板６３の面と平行に配置され、且つ図９（ｂ）に示したように筐体６１の上流側端部の内面と離間するように設置されている。光透過板６４ａ，６４ｂは光透過管５３と同様に紫外光を透過する材料（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。尚、当然であるが光透過板６４ａ，６４ｂと筐体６１の内面とは気密に接続されている。
【０１０７】
このようにガス流迂回部材として機能する光透過板６４ａ，６４ｂを設置することで矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。光透過板６４ａ，６４ｂを設けるとガスの滞留時間はガス流路長がない場合に比べて３倍になる。光透過板６４の数は特に制限しない。つまり、折り返し構造を複数設置すれば、流路長を５倍、７倍、・・・と任意に設定できる。また、図９（ｃ）に示されたガス流路の高さＤ６１、Ｄ６２、Ｄ６３は同一に設定する必要はない。ガス流路の高さを個別に設定することにより各ガス流路でのガス流速が任意に調整可能となる。
【０１０８】
紫外光光源６６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源６６は直管型のものが採用されている。紫外光光源６６はガス流の流れ方向に沿うように筐体６１の底面に付近において着脱自在に設置される。
【０１０９】
以上のオゾン分解装置３によると、図８を参照して説明したオゾン分解装置２の作用に加えて、オゾンガスが滞留する筐体６１が直方体構造となっているのでオゾン分解装置１，２と比べて材料加工手間が大幅軽減する。また、ガス流迂回部材が円筒状でなく板状となっているので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、紫外光光源６６は筐体６１の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。
【０１１０】
（実施形態４）
本実施形態では、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【０１１１】
オゾン分解量は紫外光の強さで決まる。
【０１１２】
高濃度オゾンを低濃度オゾンに分解するには弱い光で充分である。
【０１１３】
低濃度オゾンを更に分解するには、強い光が必要である。
【０１１４】
本実施形態のオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【０１１５】
図１０は本実施形態に係るオゾン分解装置４の構成を示した概略断面図である。
【０１１６】
オゾン分解装置４は筐体７１と配管７２，７８と紫外光光源７３，７４と光透過管７６とガス流迂回板７７とを備える。
【０１１７】
筐体７１は光を漏洩させないように円筒状に形成されている。筐体７１の内面は光反射しやすい表面処理をすることで反射光の二次利用ができるためである。筐体７１の材質としてはアルミニウム材やステンレス素材など光を通さなく機械的に丈夫なものが望ましい。アルミアルミニウム材は紫外光の反射率が高く、内側を研磨することで紫外光の内面鏡として用いることができる。
【０１１８】
配管７２は筐体７１の外部から導入したオゾンガスを光透過管７６に供給するための配管である。配管７２は筐体７１と同軸にその上流側端部に気密に接続されている。筐体７１内に引き込まれた配管７２の一端にはフランジ７９が設けられている。フランジ７８は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材７５を介して光透過管７６の上流側端部に気密に接続されている。
【０１１９】
配管７８は光透過管７６内のオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管７８は筐体７１と同軸にその下流側端部に気密に接続されている。また、筐体７１内に引き込まれている配管７８の一端にはフランジ８０が設けられている。フランジ８０は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材７５を介して光透過管７６の下流側端部に気密に接続されている。
【０１２０】
紫外光光源７３は光透過管７６の管部７６ａに紫外光を照射するための光源である。一方、紫外光光源７４は光透過管７６の管部７６ｂに紫外光を照射するための光源である。紫外光光源７３，７４はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源４６と同様の趣旨とする。
【０１２１】
紫外光光源７３，７４は独立に照度出力が制御可能となっている。すなわち、紫外光光源７４は紫外光光源７３よりも強い照射出力を有する。光透過管７６の管部７６ｂに滞留するガスは光透過管７６の管部７６ｂに滞留するガスよりもオゾン濃度が低くなっているので、紫外光光源７４は管部７６ｂ内に滞留するガスに対して外光光源７３よりも強い照射強度で紫外光を照射するようにしている。
【０１２２】
紫外光光源７３，７４は実施形態１と同様に直管型のものが採用されている。紫外光光源６６はガス流の流れ方向に沿うように筐体６１の底面に付近において着脱自在に設置される。紫外光光源７３に関する発光波長帯の制約および発振型は実施形態１に係る紫外光光源４３と同じ仕様でよい。
【０１２３】
光透過管７６の管部７６ｂにおいて点火による連鎖オゾン分解を行う場合には紫外光光源７４に極めて強い紫外光源を採用し、管部７６ｂの照射幅Ｌ７２は光透過管７６の管部７６ｂの照射幅Ｌ７１よりも短くしてもよい。点火方式は連鎖反応を引き起こすので、一般的に危険であるが、紫外光光源７３によるオゾン分解を経た低濃度オゾンガスを紫外光光源７４によって処理するようにしているので、点火による反応制御が可能である。
【０１２４】
光透過管７６は紫外光光源７３から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管７６は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過管７６は管部７６ａ，７６ｂを有する異径配管構造となっている。すなわち、上流側の管部７６ａの内径Ｄ７１は下流側の管部７６ｂの内径Ｄ７２よりも小さく設定されている。光透過管７６は筐体７１内にこれと同軸に配置されている。尚、内径Ｄ７１，Ｄ７２は適宜に設定されることで紫外光光源７３，７４の紫外光に供されるオゾンガスの流速調節が可能となる。
【０１２５】
ガス流迂回板７７はオゾンのガス流を散乱させてオゾンガスの滞留時間が多く確保させるための部材である。ガス流迂回板７７は光透過管４４内に複数配置される。個々のガス流迂回板４６は主面がガス流に対して垂直となるように設置されている。ガス流迂回板４６はステンレスや石英板に例示される酸化されにくい材料で構成するよい。光透過管４４内ではオゾン分子が大量に消費され酸化反応が起こりやすい状態になるので、酸化されやすい材料では長時間使えないためである。ガス流迂回板４６は光の妨げる配置にしないのが望ましい。図２ではガス流迂回板４６は光路に対して平行に設置することで、紫外光光源４３から光の照射受ける面積が最小限に抑えられている。
【０１２６】
以上のオゾン分解装置４によればオゾンガスに対して照射される紫外光の強度が変化する。すなわち、光透過管７６の管路７６ａ内を流通する高濃度オゾンガス（光透過管７６の入り口付近に滞留するオゾンガス）に対しては紫外光光源７４よりも照射強度の弱い紫外光が紫外光光源７３から照射される。また、低濃度オゾンガス（光透過管７６の出口付近のオゾンガス）に対しては紫外光光源７３よりも照射強度の強い紫外光が紫外光光源７４から照射される。このように光出力が異なる複数の紫外光光源が具備されたことで、前記光源ごとにオゾン分解段階を分割可能となる。また、大出力で大面積照射可能な大型光源の導入を必要としない。さらに、複数の光源により点火による連鎖オゾン分解を安全に適用できるのでオゾン濃度を極めて低濃度に低減させることができる。
【０１２７】
（実施形態５）
本実施形態では、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【０１２８】
長いガス流路（ガス滞留時間）が必要である。
【０１２９】
実施形態１のオゾン分解装置１４に対し構造の単純化及びメンテナンス等を考慮する。
【０１３０】
本実施形態に係るオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【０１３１】
図１１（ａ）は本実施形態に係るオゾン分解装置５の構成を示した概略断面図である。図１１（ｂ）はオゾン分解装置５のＡ−Ａ断面図である。図１１（ｃ）はオゾン分解装置５のＢ−Ｂ断面図である。
【０１３２】
オゾン分解装置５は筐体８１と配管８２，８７と光透過板８３とガス流迂回板８４と紫外光光源８６とを備える。
【０１３３】
筐体８１は図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体８１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体８１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに、筒体８１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１３４】
配管８２はオゾンガスを導入するための配管である。配管８２は筐体８１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管８７は筐体８１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管８７は筐体８１の下流側端部の上辺付近に気密に接続されている。
【０１３５】
光透過板８３は紫外光光源８６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板８３は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過板８３は紫外光光源８６を有する光源空間とガス流迂回板８４を有するガス流空間が形成されるように筐体８１内に設置される。光透過板８３は筐体８１の内面に設けられた枠体８８にＯリングに例示される封止部材８５を介して接続されることで前記光源空間と前記ガス流空間とが真空的に仕切られている。
【０１３６】
ガス流迂回板８４は筐体８１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。ガス流迂回板８４は紫外光を透過しない材料（例えばＳＵＳ、アルミニウム材等）から成る。ガス流迂回板８４は筐体８１内に複数設置される。複数のガス流迂回板８４のうち、いくつかのガス流迂回板８４が筐体８１の天井面に等間隔に配置され、いくつかのガス流迂回板８４が光透過板８３の上面に等間隔に配置されている。個々のガス流迂回板８４は図１１（ｂ）及び（ｃ）に示されたように下端面または上端面以外の側面が筐体８１の内面と気密に接続さるように設置されている。また、図１１（ａ）に示されたように前記天井面のガス流迂回板８４と光透過板８３上のガス流迂回板８４は交互に配置されている。このようにガス流迂回板８４が複数配置されることで図１１（ａ）に示された矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板８４の数は特に制限しない。ガス流迂回板８４は紫外光の光路に対して平行に設置されることでオゾンガス空間への紫外光の導入を妨げられないようになっている。尚、ガスの滞留時間はガス流迂回板８４の適宜設置枚数を増減させることで任意に設定される。
【０１３７】
紫外光光源８６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源８６は直管型のものが採用されている。紫外光光源６６はガス流の流れ方向に沿うように筐体８１の底面に付近において着脱自在に設置される。
【０１３８】
以上のオゾン分解装置５によるとオゾン分解装置３と同様にオゾンガスが滞留する筐体８１が直方体構造となっているのでオゾン分解装置１，２と比べて材料加工手間が大幅軽減する。また、ガス流迂回部材８４が円筒状でなく板状となっているので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、ガス流迂回部材８４は光不透過材で構成されているので、光透過材料の使用量の低減ができる。また、紫外光光源６６は筐体６１の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。
【０１３９】
また、以下に説明する実施形態６〜８も、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【０１４０】
長いガス流路（ガス滞留時間）が必要である。
【０１４１】
実施形態１のオゾン分解装置１４に対し構造の単純化及びメンテナンス等を考慮する。
【０１４２】
実施形態６〜８に係るオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【０１４３】
（実施形態６）
図１２（ａ）は実施形態６に係るオゾン分解装置６の構成を示した概略断面図である。図１２（ｂ）はオゾン分解装置６のＡ−Ａ断面図である。図１２（ｃ）はオゾン分解装置６のＢ−Ｂ断面図である。
【０１４４】
オゾン分解装置６は筐体９１と配管９２，９７と光透過板９３とガス流迂回板９４と紫外光光源９６とを備える。
【０１４５】
筐体９１は光が漏洩しないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体９１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体９１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに、筒体９１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１４６】
配管９２はオゾンガスを導入するための配管である。配管９２は筐体９１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管９７は筐体９１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管９７は筐体９１の下流側端部の上辺付近に気密に接続されている。
【０１４７】
光透過板９３は紫外光光源９６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板９３は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過板９３は紫外光光源９６を有する光源空間とガス流迂回板９４を有するガス流空間が形成されるように筐体９１内に設置される。光透過板９３と筐体９１との間にはＯリングに例示される封止部材９５を介在させることで前記ガス流空間からの気体の漏洩が防止されている。
【０１４８】
ガス流迂回板９４は筐体９１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。ガス流迂回板９４は紫外光を透過しない材料（例えばＳＵＳ、アルミニウム材等）から成る。ガス流迂回板９４は筐体９１内に複数設置される。複数のガス流迂回板９４のうち、いくつかのガス流迂回板９４が筐体９１の天井面に等間隔に配置され、いくつかのガス流迂回板８４が筐体９１の底面部に等間隔に配置されている。また、図１２（ａ）に示されたように前記天井面のガス流迂回板９４と前記底面上のガス流迂回板９４は交互に配置されている。このようにガス流迂回板９４が複数配置されることで図１２（ａ）に示された矢印のようなガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板９４の数は特に制限しない。ガス流迂回板９４は紫外光の光路に対して平行に設置されることでオゾンガス空間への紫外光の導入を妨げられないようになっている。尚、ガスの滞留時間はガス流迂回板９４の適宜設置枚数を増減させることで任意に設定される。
【０１４９】
紫外光光源９６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源９６は直管型のものが採用されている。紫外光光源９６は筐体９１の内側面の長手方向に沿って着脱自在に設置される。
【０１５０】
(実施形態７)
図１３（ａ）は実施形態７に係るオゾン分解装置７の構成を示した概略断面図である。図１３（ｂ）はオゾン分解装置７のＡ−Ａ断面図である。
【０１５１】
オゾン分解装置７は筐体１０１と配管１０２，１０７と光透過板１０３とガス流迂回板１０４と紫外光光源１０６とを備える。
【０１５２】
筐体１０１は光が漏洩しないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体１０１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高くなるが、さらに、筒体１０１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１５３】
配管１０２はオゾンガスを導入するための配管である。配管１０２は筐体１０１の上流側端部の下辺付近に気密に接続されている。一方、配管１０７は筐体１０１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管１０７は筐体１０１の下流側端部の下辺付近に気密に接続されている。
【０１５４】
光透過板１０３は紫外光光源１０６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板１０３は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過板１０３は紫外光光源１０６を有する光源空間とガス流迂回板１０４を有するガス流空間が形成されるように筐体１０１内に設置される。光透過板１０３にはＯリングに例示される封止部材１０５が付帯されることで前記ガス流空間からの気体の漏洩が防止されている。
【０１５５】
ガス流迂回板１０４は筐体１０１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。ガス流迂回板１０４は紫外光を透過しない材料（例えばＳＵＳ、アルミニウム材等）から成る。ガス流迂回板１０４は筐体１０１内に複数設置される。複数のガス流迂回板１０４のうち、いくつかのガス流迂回板１０４が筐体１０１の一方の内側面に等間隔に配置され、いくつかのガス流迂回板１０４が筐体１０１の他方の内側面に等間隔に配置されている。個々のガス流迂回板１０４は上端が光透過板１０３の下面に気密に接続される一方で下端が筐体１０１の底面に気密に接続されている。また、図１３（ｂ）に示されたように前記一方の内側面のガス流迂回板１０４と前記他方の内側面のガス流迂回板１０４は交互に配置されている。このようにガス流迂回板１０４が複数配置されることで図１３（ｂ）に示された矢印のようなガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板１０４の数は特に制限しない。ガス流迂回板１０４は紫外光の光路に対して平行に設置されることでオゾンガス空間への紫外光の導入を妨げられないようになっている。尚、ガスの滞留時間はガス流迂回板１０４の適宜設置枚数を増減させることで任意に設定される。
【０１５６】
紫外光光源１０６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源１０６は直管型のものが採用されている。紫外光光源１０６は筐体１０１の天井面の長手方向に沿って着脱自在に設置される。
【０１５７】
(実施形態８)
図１４（ａ）は発明の実施形態８に係るオゾン分解装置８の構成を示した概略断面図である。図１４（ｂ）はオゾン分解装置のＡ−Ａ断面図である。図１４（ｃ）はオゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【０１５８】
オゾン分解装置８は筐体１１１と配管１１２，１１７と光透過板１１３とガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂと紫外光光源１１６とを備える。
【０１５９】
筐体６１は図１４（ａ）及び図１４（ｃ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体１１１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体１１１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体１１１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１６０】
配管１１２はオゾンガスを導入するための配管である。配管１１２は筐体１１１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管１１７は筐体１１１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管１１７は筐体１１１の下流側端部の下辺付近に気密に接続されている。
【０１６１】
光透過板１１３は紫外光光源１１６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板１１３は紫外光光源１１６を有する光源空間とガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂを有するガス流空間が形成されるように筐体１１１内に設置される。すなわち、光透過板１１３と筐体１１１との間にはＯリングに例示される封止部材１１５を介在させることで前記ガス流空間からの気体の漏洩が防止されている。
【０１６２】
ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂは筐体１１１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。紫外光光源１１６から照射された紫外光を透過する材質（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）からなる。ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂの全長は筐体１１１内の空間の全長よりも小さく設定されている。ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂは光透過板１１３よりも上位且つこれと平行に設置されている。特に、ガス流迂回板１１４ａは図１４（ａ）に示されたように配管１１２の接続部位よりも低位であると共に筐体１１１の底面及び光透過板１１３の面と垂直に配置され、且つ筐体１１１の下流側端部の内面と離間するように設置されている。一方、ガス流迂回板１１４ｂは配管１１７の接続部位よりも高位であると共に筐体１１１の底面、ガス流迂回板１１４ａと平行である一方で光透過板１１３の面と垂直に配置されている。また、ガス流迂回板１１４ｂは図１４（ｂ）に示したように筐体１１１の上流側端部の内面と離間するように設置されている。光透過板１１４ａ，１１４ｂは光透過管５３と同様に紫外光を透過する材料（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。尚、当然であるがガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂと筐体６１の内面とは気密に接続されている。
【０１６３】
このようにガス流迂回部材１１４ａ，１１４ｂが設置されることで図１４（ａ）に示された矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂを設けるとガスの滞留時間はガス流路長がない場合に比べて３倍になる。ガス流迂回板１１４の数は特に制限しない。つまり、折り返し構造を複数設置すれば、流路長を５倍、７倍、・・・と任意に設定できる。また、ガス流迂回部材１１４ａ，１１４ｂによって形成されるガス流路の高さは同一に設定する必要はない。ガス流路の高さを個別に設定することにより各ガス流路でのガス流速が任意に調整可能となる。
【０１６４】
紫外光光源１１６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源１１６は直管型のものが採用されている。紫外光光源１１６は筐体１１１の内側面の長手方向に沿って着脱自在に設置される。
【０１６５】
オゾン分解装置６〜８はオゾン分解装置３と同様にオゾンガスが滞留する筐体８１が直方体構造となっているのでオゾン分解装置１，２と比べて材料加工手間が大幅軽減する。また、ガス流迂回部材が円筒状でなく板状となっているので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、ガス流迂回部材は光不透過材で構成されているので、光透過材料の使用量の低減ができる。また、紫外光光源は筐体の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。さらに、紫外光光源がガス流迂回路の上方または側面に配置されることで前記光源からの光が光透過板一枚透過するだけでオゾンガスに到達することができるので、光透過板による光減衰の影響が少ない。
【０１６６】
以上説明した実施形態１〜８に係るオゾン分解装置はオゾン濃度が０．１〜１００％であるオゾンガスに対応できる。また、紫外光光源以外に消耗品を必要としない保守性に優れる。オゾンが分解されるにあたり酸素以外の反応副生成物が生成しないいので半導体全般におけるオゾンを使ったプロセスに対して清潔且つ安全に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】（ａ）発明の第一の実施形態に係るオゾン分解装置の概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図２】発明の実施形態に係るプロセスシステムのシステム構成図。
【図３】発明の実施形態に係るプロセスシステムに具備されたオゾン濃度計の概略構成図。
【図４】発明の実施形態に係るオゾン分解装置の紫外光光源の光強度（紫外光照度）とオゾン分解装置の下流側のオゾン濃度との関係を示した特性図。
【図５】オゾンガス流速とオゾン分解装置の下流側のオゾン濃度との関係を示した特性図。
【図６】熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系の温度依存性（温度条件と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係）を示した特性図。
【図７】熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系のオゾンガス流量依存性（オゾンガス流量と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係）を示した特性図。
【図８】（ａ）発明の第二の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図９】（ａ）発明の第三の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図１０】発明の第四の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図。
【図１１】（ａ）発明の第五の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】（ａ）発明の第六の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】（ａ）発明の第七の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図。
【図１４】（ａ）発明の第八の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
【０１６８】
１…プロセスシステム
１４，２，３，４，５，６，７，８…オゾン分解装置
４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１…筐体
４３，５６，６６，７３，７４，８６，９６，１０６，１１６…紫外光光源
４４，５３，５４ａ，５４ｂ，７６…光透過管（光透過部材）、７６ａ，７６ｂ…管部
４６，７７，８４，９４，１０４，１１４…ガス流迂回板（ガス流迂回部材）
６３，６４ａ，６４ｂ，８３，９３，１０３，１１３…光透過板（光透過部材）
【技術分野】
【０００１】
この発明は高純度オゾンガス適用分野、特にポリシリコンＴＦＴ用ゲート酸化膜、ＦＥＴ素子に例示される半導体素子のゲート酸化膜、オゾンを用いた低温酸化膜作製技術、その他、レジスト除去などオゾンを用いる半導体製造プロセスの全般的な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体分野において、オゾン技術が注目されている。オゾンは強い酸化力を持つので、ゲート酸化をはじめとする酸化膜の作製温度の低温化に有効である。また、エッチング・表面改質・クリーニングなど酸化膜作製以外の工程においても適用可能である。また、オゾンガスは最終的に酸素ガスに分解されるため、排ガスの環境負荷が低いのも大きな利点である。
【０００３】
また、近年のオゾン濃度の高濃度化技術が進歩している。これは酸素ガスから放電によってオゾンは生成される関係で、従来のオゾンガス濃度は２〜１０％程度であった。これに対しオゾン液化現象やシリカゲルによるオゾン吸着現象を利用することでオゾンガス濃度を高めることに成功し、１００％近い濃度でオゾンガスを供給できるようになった。このようにしてできた高濃度オゾンガスは、従来の低濃度オゾンガスよりもプロセスに大きな効果をもたらすことが分かってきている。例えば、特許文献１や特許文献２によると、ポリシリコンの室温での酸化や低温作製オゾンＣＶＤ膜の膜質向上が図られている。以上から高濃度オゾンガスは、半導体プロセスに導入される期待が高まっている。
【０００４】
オゾンガスは人体や生物に有害であり、使用したオゾンガスは十分分解させてから酸素等の無害なガスとして排出する必要が生じる。従ってプロセスチャンバで十分にオゾンガスを消費できなかった場合、オゾンを分解するための除筒体を設置しなければならない。用いるオゾンガスの濃度が高濃度に成るほど除筒体に工夫が必要になる。
【０００５】
一般にオゾンを分解する方法には、（１）熱を用いた熱分解法（２）光（紫外光）を用いた分解法（例えば特許文献３、特許文献４等）、（３）酸化対象物との酸化反応（触媒反応）分解法（例えば特許文献４等）がある。
【特許文献１】特開２００６−８０４７４号公報
【特許文献２】特開２００３−２０９１０８号公報
【特許文献３】特許第３２２４４０２号公報
【特許文献４】特公平７−２２６８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
オゾンの熱分解はオゾン濃度が高くなるほど起きにくくなる。これはオゾン分子同士の衝突では分解反応が起きないためである。
【０００７】
高濃度オゾンを用いるプロセスではオゾン分解装置が必須である。オゾン分解装置の原理としては前記（１）〜（３）のいずれかの方法を採用しなければならない。
【０００８】
（１）の熱分解法は用いた材料の関係（主に金属材料：Ａｌ、ＳＵＳ等）で上限温度の制約を受ける。（３）の分解方法は反応副生成物（水、酸化物等）が、プロセスチャンバを汚染するという問題が生じる。
【０００９】
一方、（２）の光分解反応法は加熱機構が不要・系を汚さないという利点がある。光分解反応法の一例として特許文献３のオゾン分解装置があるが、紫外光をさらに有効的に利用し、より一層エネルギー的に効率よく且つ清潔にオゾンを分解できるオゾン分解装置及びこれを備えたプロセスシステムが必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
そこで、請求項１のオゾン分解装置は、オゾンガスを流通させるガス流路と、このガス流路内のオゾンガスのガス流に対して紫外光を透過させる光透過部材と、前記ガス流を迂回させるガス流迂回部材とを備える。
【００１１】
請求項２のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材は円筒状を成すと共に円筒状の筐体内に同軸に格納され、前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に複数配置される。
【００１２】
請求項３のオゾン分解装置は、請求項１オゾン分解装置において、前記光透過部材は円筒状を成し、前記ガス流路は前記光透過部材が円筒状の筐体内に同軸に格納されたことで形成され、前記ガス流迂回部材は前記紫外光を透過させる材料からなると共に円筒状を成し、前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に前記筐体と同軸に複数設けられる。
【００１３】
請求項４のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と平行となるように前記ガス流路内に複数配置される。
【００１４】
請求項５のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材は異径の管路を成し、この管路の下流側管部は上流側管部よりも大径となっており、前記下流側管部に照射される紫外光の照度は前記上流側管部に照射される紫外光よりも高く制御される。
【００１５】
請求項６のオゾン分解装置は、請求項１のオゾン分解装置において、前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と垂直となるように前記ガス流路内に複数配置される。
【００１６】
請求項７のオゾン分解装置は、請求項２から６のいずれかのオゾン分解装置において、前記筐体の内面は鏡面処理される。
【００１７】
請求項８のプロセスシステムは、オゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムであって、前記基板の酸化処理に供したオゾンガスが供給される請求項１から７のいずれかのオゾン分解装置を備える。
【００１８】
以上の請求項１〜７の発明によればオゾンガスは光分解処理されることで無害な酸素分子に変換される。このとき酸素以外の反応副生成物は生成しない。高濃度オゾンガスにも有効である。紫外光の光源を用いるだけでよいので加熱手段が不要となる。光源以外の消耗品がない。光分解方式は熱分解式よりも熱エネルギー的に効率よくオゾンを分解できる。そして、ガス流迂回板が設けられたことで、ガス流路内のガス滞留時間が増加し、紫外光の有効利用とガス流速の制御も可能となる。
【００１９】
特に、請求項４及び請求項６の発明は紫外光の光源が筐体の底部付近に配置できるので光源の交換が容易であり、メンテナンスも容易となる。
【００２０】
また、請求項５の発明は下流側管部内においては下流側管部内のガス流は上流側管部内のガス流よりもオゾン濃度が低くなっているので前記下流側管部に対する紫外光の照射量を増加させればさらに効率的にオゾンを分解できる。尚、下流側管部内においては紫外光の照射量の制御によって発火現象を起こさせればガス流に含まれるオゾン濃度をより一層低減させることができる。
【００２１】
さらに、請求項７の発明は筐体の内面が鏡面加工されて紫外光の反射効率が高まっているので紫外光をより一層有効利用できる。
【００２２】
請求項１〜７の発明に係る光分解処理は大気圧よりも低圧の雰囲気でも行えるので請求項８の発明のようにオゾンを用いた基板の酸化処理プロセスに安全に適用できる。
【発明の効果】
【００２３】
したがって、以上の発明によればエネルギー的に効率よく紫外光を有効的に利用し且つ清潔にオゾンを分解できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下に述べる実施形態１では高濃度オゾンを処理する発明に係るオゾン分解装置の構成及び動作実証を例示する。また、実施形態２〜５は実施形態１のオゾン分解装置の動作結果を応用し、優れた性能を有するオゾン分解装置の構成を提供するものである。
【００２５】
実施形態１〜５で例示するオゾン装置は、すべて光分解を原理として用いているオゾン分子は２００〜３００ｎｍの波長帯に大きな吸収端（ハートリーバンド）を有し、この波長帯の光によって、分解反応が起きる。この反応を化学式で書くと以下の通りである。
【００２６】
Ｏ3⇒Ｏ（1Ｄ）+Ｏ2…（１）
Ｏ（1Ｄ）は励起状態の原子状酸素を表し、非常に酸化力が強い反面、生成後すぐにオゾンと再結合し酸素分子になりやすい。実施形態１〜３に係るオゾン分解装置の光源にはこの波長帯を含むものを用いる。また、対象オゾンガス濃度は、０．１％から〜１００％とする。
【００２７】
（実施形態１）
初めに本実施形態に係るオゾン分解装置１４を評価するための装置構成及びオゾン処理を行うときのプロセスシステム１とオゾン分解装置１４との関係を示す。次に、オゾン分解装置１４の概要を説明し、動作結果について述べる。本実施例は光励起オゾン酸化にオゾン濃度計を用いた系においてＳｉ基板を酸化する例である。
【００２８】
図２は発明の実施形態に係るプロセスシステムのシステム構成図である。
【００２９】
プロセスシステム１はオゾンガス供給装置１１と酸化処理チャンバ１２とオゾン濃度計１３とオゾン分解装置１４とオゾン濃度計１５と排気ポンプ１６とを備える。これらの装置を連通させる配管系は真空対応とする。減圧下（０．０１Ｐａ〜１０００００Ｐａ）で使用できる仕様のものが採用される。高濃度オゾンガスが大気圧以下の爆発限界圧力をもつためである。
【００３０】
前記配管系でのオゾン分解を防ぐには、配管を高温（例えば＜１００℃）にしない状態で、配管の内壁に反応物がなくクリーンな状態に加工（例えば内壁を電界研磨したＳＵＳ管もしくは洗浄済の石英管）を用いるのが望ましい。輸送中のオゾンガスの損失を防ぐためである。
【００３１】
オゾンガス供給装置１１としては例えばオゾンガスボンベまたはオゾン発生装置が挙げられる。供給するオゾンガスの濃度は２〜１００％とする。実施例ではオゾン濃度約１００％のオゾンガスを供給できるオゾン発生装置（明電舎製、ピュアオゾンジェネレーター、ＭＰＯＧ−ＳＭ１Ｃ１）が採用されている。
【００３２】
酸化処理チャンバ１２はオゾンを用いた基板の酸化処理プロセスを実行する。前記プロセスとしては例えば基板の製膜プロセス、洗浄、エッチングなどが挙げられる。
【００３３】
酸化処理チャンバ１２はオゾンガスの導入口と排気口とを備える。また、酸化処理チャンバ１２には圧力計を設けることが望ましい。この圧力計の仕様は圧力範囲が０．１Ｐａ〜１０００Ｐａであるとなおよい。
【００３４】
酸化処理チャンバ１２は減圧処理方式を採用している。１Ｐａ〜１０００Ｐａの範囲処理可能であるように設計される。従って、チャンバの材質は、アルミ金属、ＳＵＳ金属または石英ガラスによる真空対応のものに限る。また、減圧の際、外壁から汚染物質を排出しないようにチャンバ内表面加工処理が施される。前記加工としては例えば電界研磨処理等が挙げられる。
【００３５】
酸化処理チャンバ１２においては、オゾン熱分解を減らすためコールドウォール方式が採用される。この場合、適宜に水冷及び空冷システムが兼ね備えられる。
【００３６】
処理対象である基板を加熱する場合にはホットプレートまたはランプ加熱方式が採用される。このとき、酸化処理チャンバ１２内で基板付近の暖まり易い部位には水冷や空冷システムが導入されて基板以外の場所が高温になるのを防ぐ必要がある。
【００３７】
さらに、紫外光プロセスが併用される場合、酸化処理チャンバ１２には紫外光光源およびこの光源から供された光を導入するための透過窓が設置される。紫外光源は２００ｎｍ〜３００ｎｍの波長帯を発するものが採用される。前記光源は３００ｎｍ以上の波長帯を含んでも構わない。また、前記光源はレーザータイプ、ランプタイプのいずれの仕様を用いても問題はない。前記透過窓を構成する材料には石英ガラスやＭｇＦ2などの結晶材が望まれる。紫外光は試料の表面付近もしくは表面に照射するように配置する。これはオゾンから分解生成される励起状酸素原子（励起オゾン）は、寿命が短いため、発生から失活までの時間にほとんど拡散できない（１０ｎｍ以下）であるためである。失活した励起オゾンは、酸素分子となり紫外光の影響を受けなくなる。
【００３８】
オゾンガス供給装置１１と酸化処理チャンバ１２との間の詳しい構成は例えば特開２００６−８０４７４に示された態様が挙げられる。
【００３９】
オゾン濃度計１３はオゾン分解装置１４の上流側に配置される一方でオゾン濃度計１５はオゾン分解装置１４の下流側に配置される。オゾン濃度計１３は実プロセスで必ずしも必要でないが、プロセスの制御性を高めるために備えていた方が望ましい。（特開２００７−２９４４９２号公報）。本実施例ではオゾン分解装置１４の特性評価に用いる。
【００４０】
オゾン濃度計１３はオゾン酸化処理チャンバ１２とオゾン分解装置１４とを連結した配管２１に設置されている。オゾン酸化処理チャンバ１２とオゾン濃度計１３との間には可変バルブＶ１が配置される一方でオゾン濃度計１３とオゾン分解装置１４の間には可変バルブＶ２が配置されている。配管２１にはオゾン濃度計１３の圧力調整用のバイパス経路１８が接続されている。バイパス経路１８は可変バルブＶ５を備えている。バイパス経路１８の一端は酸化処理チャンバ１２，可変バルブＶ１間の配管２１に接続され、他端は可変バルブＶ２，オゾン分解装置１４間の配管２１に接続されている。
【００４１】
オゾン濃度計１３及びオゾン分解装置１５に滞在するオゾン含有ガスの量及び圧力は可変バルブＶ１，Ｖ５によって調節される。これにより後述のオゾン濃度計１３の光透過強度測定系に供されるオゾンガスの分量範囲が制限される。具体的には分流範囲がオゾン濃度の測定許容範囲となるようにオゾンガスのガス流が可変バルブＶ１，Ｖ５によって制御される。
【００４２】
オゾン濃度計１５はオゾン分解装置１４と排気ポンプ１６とを連結した配管２２に設置されている。オゾン分解装置１４とオゾン濃度計１５との間には可変バルブＶ３が配置される一方でオゾン濃度計１５と排気ポンプ１６との間には可変バルブＶ４が配置されている。配管２２にはオゾン濃度計１５の圧力調整用のバイパス経路１９が接続されている。バイパス経路１９は可変バルブＶ６を備えている。バイパス経路１９の一端はオゾン分解装置１４，可変バルブＶ３間の配管２２に接続され、他端は排気ポンプ１７に接続されている。
【００４３】
バイパス経路１９のようにオゾン濃度計１５の下流に排気ポンプ１７が配置されるのが望ましい。オゾン分解装置１４より下流側に位置するオゾン濃度計１５ではオゾン分量が小さく、高精度な測定が求められるためである。また、バイパス経路１９と配管２２の接続部からのガス流の逆流による干渉を防ぐこともできる。
【００４４】
図３はオゾン濃度計１３，１５の概略構成図である。
【００４５】
オゾン濃度計１３，１５はガス流通管３１とガス圧力計３２と紫外光源３３と紫外光検出器３４と紫外光透過窓３５，３６とから成る。ガス流通管３１には配管１７、配管１８、ガス圧力計３２が接続されている。紫外光源３３は紫外光がガス流と平行に照射されるようにガス流通管３１に配置される。紫外光透過窓３５は紫外光源３３から照射された紫外光をガス流通管３１内に導入するための窓である。紫外光透過窓３６は紫外光検出器３４に供給するための窓である。紫外光透過窓３５，３６は合成石英等で構成するのが望ましい。
【００４６】
ガス流通管３１の光路長Ｄは、ガスのオゾン濃度並びに圧力、紫外光の強度及び光感度検出器の性能によって、適切な長さが決まる。後述の実施例では、オゾンガスの濃度は１００〜１０％、オゾン圧力１０〜１０００Ｐａの範囲で、光路長Ｄは約１０ｃｍに設定されている。
【００４７】
紫外光が通過するガス流通管３１の径ｄは光照射径よりも十分大きいことが望ましい。光の散乱やガス流通管３１の内壁面の影響を除外するため。後述の実施例では光照射径が１ｃｍ以下に対し、径ｄは３ｃｍ以下程度に設定されている。
【００４８】
オゾン濃度計１３の測定原理について述べる。
【００４９】
オゾン濃度はオゾン雰囲気中を透過した紫外光強度によって算出される。
【００５０】
紫外光強度はオゾン雰囲気中を通過すると下記（２）式のように紫外光強度が指数関数的に減少する。
【００５１】
Ｉ＝Ｉ0ｅｘｐ（−σ0ｎＤ）…（２）
Ｉ：透過検出強度（波長２５４ｎｍ），Ｉ0：入射光照度，Ｄ：光路長，σ0：吸収断面積（σ0＝１．１×１０-17［ｃｍ2］），ｎ：オゾン数密度
予め濃度が分かっているオゾンガスを校正用として用い、ｎを変えてＩとＩ0の関係を調べておく。このＩとＩ0の関係を用いて、濃度が分からないオゾンガスのＩ0を測定することでこのオゾンガスのｎを求めることができる。オゾン濃度（％）はオゾン数密度ｎと圧力計３２の圧力値に基づく算出される。
【００５２】
光路長Ｄや配管径ｄ等の設計が変更された時は、その都度に校正ガスを用いてＩとＩ0の関係を求め直す必要が生じる。また、光源３３は連続発振光式、パルス発振光式のいずれも適用できるが、光強度は長時間に渡って安定なものでなくてはならない。後述の実施例では光源３３に低圧水銀ランプが使用され、発振強度は１０ｍＷ／ｃｍ2程度に設定されている。
【００５３】
図１（ａ）は発明の実施形態に係るオゾン分解装置１４の構成を示した概略断面図である。図１（ｂ）はオゾン分解装置１４のＡ−Ａ断面図である。図１（ｃ）はオゾン分解装置１４のＢ−Ｂ断面図である。
【００５４】
オゾン分解装置１４は筐体４１と配管４２，４７と紫外光光源４３と光透過管４４とガス流迂回板４６とを備える。
【００５５】
筐体４１は図１（ａ）〜図１（ｃ）に示されたように光を漏洩させないように円筒状に形成されている。筐体４１の内面は光反射しやすい表面処理をすることで反射光の二次利用ができるためである。さらに、外部からの衝撃を防ぐことと、光透過管４４やガス流迂回板４６等のガラスまたは結晶材の破損に伴う外部への散乱を防ぐことによる安全確保のためである。筐体４１の材質としてはアルミニウム材やステンレス素材など光を通さなく機械的に丈夫なものが望ましい。アルミニウム材は紫外光の反射率が高く、内側を研磨することで紫外光の内面鏡として用いることができる。
【００５６】
配管４２は筐体４１の外部から導入したオゾンガスを光透過管４４に供給するための配管である。配管４２は図１（ａ）及び図１（ｂ）に示したように筐体４１と同軸にその上流側端部に気密に接続されている。筐体４１内に引き込まれた配管４２の一端にはフランジ４８が設けられている。フランジ４８は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材４５を介して光透過管４４の上流側端部に気密に接続されている。
【００５７】
配管４７は光透過管４４内のオゾン分解処理ガスを筐体４１の外部に排出するための配管である。配管４７は筐体４１と同軸にその下流側端部に気密に接続されている。筐体４１内に引き込まれている配管４７の一端にはフランジ４９が設けられている。フランジ４９は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材４５を介して光透過管４４の下流側端部に気密に接続されている。
【００５８】
紫外光源４３は少なくとも波長２００〜３００ｎｍを有する光を発する。前記光は波長３００ｎｍ以上の可視光を含んでもかまわない。照射方式も連続型、パルス発振型のいずれかの機能を有していてもよい。２００ｎｍ以下波長の光は、酸素分子からオゾンを生成する反応を起こすので注意を要する。波長２００ｎｍ以下の光がオゾンガスに照射されないようにこの波長帯を通さない材質で構成された光遮蔽板を設置し、オゾンガスへの照射を防ぐ工夫が生じる。
【００５９】
紫外光光源４３は図１（ａ）及び図１（ｃ）に示されたように直管型のものを適用するとよい。紫外光光源４３は直管型に形成された場合には光透過管４４の全長方向に配置される。また、紫外光光源４３の照射領域は光透過管４４の有効全長Ｌ４１よりも長く設定される。単一の紫外光光源４３が光透過管４４の有効全長Ｌ４１よりも短い場合、紫外光光源４３は複数直列に配置すればよい。オゾンガスに対して大きな面積で照射できるためである。大気圧下の雰囲気に設置するのが望ましい。紫外光を発する光源は大気圧下での使用を想定されていることおよびオゾンガス空間に入れることによる電極等の酸化を防ぐためである。
【００６０】
紫外光光源４３は複数備えるとよい。紫外光光源４３の設置数が増えることによって紫外光が光透過管４４に向かって様々な方向から入射されるので、より多くのオゾンが分解されることが期待される。しかし、設置数が増えることにより、オゾン分解装置１４の構成が複雑になるため実際に用いられる個数は制限される。実施例では同仕様（同一の光強度の型式）の紫外光光源４３の設置数を２つ用意し、両者の紫外光光源４３は図１（ｃ）に示したように上下方向から光透過管４４を挟むように配置した。
【００６１】
光透過管４４は紫外光光源４３から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管４４は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）によって円筒状に形成されている。光透過管４４は筐体４１内にこれと同軸に配置されている。光透過管４４は内部にガス流迂回板４６を備えることでオゾンのガス流を乱し、オゾンガスの滞留時間が多く確保できるようにするよい。
【００６２】
光透過管４４の内径Ｄ４１は、紫外光光源４３の光強度、オゾンガス濃度、オゾンガス圧力等のガス流条件によって最適値が決まる。内径Ｄ４１が大きく設定される程、オゾンガス流量が増大するが、光透過管４４の中心付近に到達できる光量が減少する。オゾンの分解に伴って光強度が減衰するためである。また、粘性流では筐体４１から最遠の部位でガス流速が最大になる。図１（ｃ）のＢ−Ｂ断面図では光透過管４４の中心軸でガス流が最大となる。この部位は先に述べたように光がもっとも届きにくい。内径Ｄ４１の大きさにより流速が大きく変化することからも内径Ｄ４１の大きさは重要である。また、ガス流迂回板４６の設置の仕方を工夫することによりガス流を多く乱すことが重要である。
【００６３】
ガス流迂回板４６はガス流を散乱させて光透過管４４におけるオゾンガスの滞留時間を多く確保するための部材である。ガス流迂回板４６は光透過管４４内に複数配置される。個々のガス流迂回板４６は主面がガス流に対して垂直となるように設置されている。ガス流迂回板４６はステンレスや石英板に例示される酸化されにくい材料で構成するよい。光透過管４４内ではオゾン分子が大量に消費され酸化反応が起こりやすい状態になるので、酸化されやすい材料では長時間使えないためである。ガス流迂回板４６は光の妨げる配置にしないのが望ましい。図１（ａ）に示されたようにガス流迂回板４６は紫外光光源４３の光路に対して平行に設置することで、紫外光光源４３から光の照射受ける面積が最小限に抑えられている。
【００６４】
ガス流迂回板４６は、ステンレスや石英板に例示される酸化されにくい材料からなるジグを使って、固定されるように設置する。例えば棒状に加工されたジグとガス流迂回板４６を接合し、ジグは光透過管４４またはガス出入り口の配管４２，４７と接合させることにより、ガス流迂回板４６は中空に固定される。ジグ棒は光照射を遮蔽しないよう細い形状が望ましい。例えば、径７ｍｍのアルミ製棒が望ましい。前記アルミ製棒とガス流迂回板４６との接合および外壁との接合は、ネジ止めまたは溶接によって行えばよい。
【００６５】
以上説明した光分解式のオゾン分解装置１４の実施例について述べる。オゾン供給装置１１に明電舎製のピュアオゾンジェネレーター（ＭＰＯＧ−ＳＭ１Ｃ１）を採用した。また、酸化処理チャンバ１２ではオゾン処理をしないでオゾン供給装置１１からオゾン濃度１００％のオゾンガスをオゾン分解装置１４に供給して評価を行った。この配置は、オゾン処理プロセスにおけるオゾン分解装置１４の能力を最も必要とするタイミングに相当する。この状態でオゾン分解装置１４を評価することで、実用的にオゾン分解装置１４が適用可能かどうか判別できる目安となる。
【００６６】
図４はプロセスシステム１のオゾン濃度計１５のオゾン濃度と紫外光光源３３の光強度（紫外光照度）との関係を示した特性図である。縦軸のオゾン濃度はオゾン分解装置１４によって分解された後のオゾン濃度である。このオゾン濃度が小さな値であるほど、オゾン分解装置１４でのオゾン分解がたくさん起きていることを意味する。オゾン濃度は光照度が強くなるに従って小さくなる。これは光が強くなると光子が大量発生することにより、光子がオゾン分子と衝突する頻度が高くなることにより、光分解反応の頻度が大きくなるためである。この実施例で評価したオゾン分解装置１４の紫外光光源４３及びオゾンガスでは、光の照射強度から算出される光子数がオゾン分子数と同程度若しくは光子数の方が多い状態であることを述べておく。つまり、光照度は、オゾンガス空間の中を通過できる程度の大きさであることに注意する。
【００６７】
図４によると光照度が大きい程、横軸の光照度の変化に対して縦軸の濃度変化が緩やかになる。この現象は図４に示された直線で外沿した破線の傾きが横軸の数値が大きな範囲で緩やかになっていることに相当する。オゾン濃度の低下に伴いオゾン分子密度が小さくなるので、光子との衝突確率が小さくなり反応頻度が減少するためである。
【００６８】
以上の図４から明らかなように光分解式のオゾン分解装置１４は、オゾンキラーとして機能すること、光強度を強くする程、より効果的に動作すること、オゾンガスが高濃度になる程、有効に動作することも確認された。
【００６９】
一方、オゾン分解装置１４での光分解を低濃度域でより促進させるためには以下の改良が必要である。
【００７０】
第一の改良は反応頻度を高めるすなわち光子密度を高めるために紫外光光源４３の光強度を高める必要がある。この光源の改造については、光強度が強い光源になる程、コスト及び消費電力が飛躍的に高くなるだけでなく、ランプ冷却の追加やランプ寿命の低下に伴い装置が複雑になる。
【００７１】
第二の改良はオゾン分解装置１４内でのガスの滞在時間を高めるためにガス流路長（光透過管４４）の全長の増大若しくはガス流速の減少によるガス流条件の設定である。このガス流条件の設定については、オゾン分解装置１４内のガス流を制御するしきり壁（ガス流迂回板４６）を導入及び構造を工夫することによって解決できる。
【００７２】
光分解の特性を活用して、オゾンガス流を最適化した光分解式のオゾン分解装置は後述の実施形態２〜５で実現する。
【００７３】
図５はオゾンガス流速とオゾン濃度計１５のオゾン濃度測定値との関係を示した特性図である。ガス流速の増大に伴い、オゾン濃度が増大することが確認である。つまり、ガス流速が増大するとオゾン分解装置１４の分解効率が落ちていることがわかる。この結果からオゾンを効果的に分解させるには、オゾン分解装置１４におけるガス滞留時間を長くする必要が生じることを確認できる。可変バルブＶ１，Ｖ５の開閉によりオゾン分解装置１４に供給するガスの流量を調節することでガス流速を制御できる。しかし、この手法でオゾン流速を低減させると処理できるオゾンガス量の低下が起きる。
【００７４】
大量のオゾンガスを効果的に分解処理するには流速を低減させない代わりにガス流路長を大きくすることが重要である。以上の図５の特性図からガス流速を大きくする程、オゾンの分解効率が低減すること及びガス流路の増大すなわちガスの滞留時間を増大させることによってオゾンの分解効率を向上できることが示された。
【００７５】
次に熱分解式オゾン分解装置と発明に係るオゾン分解装置との性能比較を以下に示した。
【００７６】
図６及び図７は熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系のオゾン分解効率を比較したものである。熱分解式オゾン分解系はオゾンが供される系内を加熱によって高温にし、ガスを加熱することにより熱分解反応を経由してオゾン分解を起こさせている。熱分解式オゾン分解系は光を用いないため光透過材（石英ガラス、結晶材）を用いずに、金属材料（アルミニウム材、ＳＵＳ）から成る。但し、アルミニウム材は熱に弱く、実施例で用いた熱分解式オゾン分解系は全てＳＵＳ３０４で構成した。熱分解式オゾン分解系の評価は、図１に示されたプロセスシステム１のオゾン分解装置１４に代えて熱分解式のオゾン分解装置を配置し、この装置の下流側に配置されているオゾン濃度計１５のオゾン濃度測定値に基づき行った。
【００７７】
図６は熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系の温度依存性を示した特性図である。具体的には温度条件と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係を示す。加熱温度の増加に伴い、オゾン濃度は減少する。一般にオゾンの熱分解の反応頻度は、温度に対して指数関数的に増加することが知られており、実際に図６の結果によると実線で示されたように高温でオゾンの高い分解頻度が起きていることが確認できる。一方、光分解式のオゾン分解系での濃度を図６中の水平破線で示した。光分解式のオゾン分解系での分解効率は、５００℃に加熱した熱分解式オゾン分解系の分解効率よりも高い。熱分解式オゾン分解系を５００℃以上に加熱することで、更に分解効率を高めることができるが、材質（ＳＵＳ３０４）の融解及び劣化の問題により加熱温度に上限がある。オゾンガスのような強い酸化ガス中で用いる場合、ＳＵＳ３０４は酸化を防ぐため４００℃以下で使うのが望ましい。以上のことから光分解式オゾン分解系は熱分解方式オゾン分解系よりも高い効率でオゾンを分解できることが確認できた。
【００７８】
図７は熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系のオゾンガス流量依存性を示した特性図である。具体的にはオゾンガス流量と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係を示す。両者のオゾン分解系ともオゾン流量の増大にともない、オゾン分解効率が低下する。しかし、評価した流量域（オゾン濃度１００％オゾンガス ２０〜１８０ｓｃｃｍ）において、光分解式オゾン分解系のオゾン分解性能が、５００℃に加熱された熱分解式オゾン分解系のものよりも高いことが確認できる。
【００７９】
以上の図６及び図７の結果から図１で例示した光分解式のオゾン分解装置１４は熱分解式のオゾン分解装置よりも優れた特性を有することが示された。
【００８０】
（実施形態２）
本実施形態では、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【００８１】
オゾン分解量は紫外光の強さで決まる。
【００８２】
高濃度オゾンを低濃度オゾンに分解するには弱い光で充分である。
【００８３】
低濃度オゾンを更に分解するには、強い光が必要である。
【００８４】
オゾンガスの滞留時間を多く確保することが必要である。
【００８５】
本実施形態のオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【００８６】
図８（ａ）は本実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図である。図８（ｂ）はオゾン分解装置のＡ−Ａ断面図である。図８（ｃ）はオゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図である。
【００８７】
オゾン分解装置２は筐体５１と配管５２ａ，５２ｂ，５７ａ，５７ｂと光透過管５３と光透過管５４ａ，５４ｂと紫外光光源５６とを備える。
【００８８】
筐体５１は光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって円筒状に形成されている。筐体５１の内面は研磨し紫外光反射強度を高めるようにする。例えばアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体４１の内面は電界研磨等によって鏡面加工して光の反射率を高めるとよい。
【００８９】
配管５２ａ，５２ｂはオゾンガスを導入するための配管である。配管５２ａ，５２ｂは筐体５１の上流側端部の縁部寄りに気密に接続されている。配管５２ｂと配管５２ｂは筐体５１の軸線を挟んで前記端部の同一直径上に配置されている。
【００９０】
配管５７ａ，５７ｂはオゾン分解処理ガスを筐体５１から排出するための配管である。配管５２ａ，５２ｂは筐体５１の下流側端部に気密に接続されている。配管５７ｂと配管５７ｂは図８（ｂ）に示されたように筐体５１の軸線を挟んで前記端部の同一直径上に配置されている。尚、配管５７ｂ，配管５７ｂは図８（ａ）に示されたように配管５２ｂ，配管５２ｂよりも筐体５１の軸線寄りに配置されている。
【００９１】
光透過管５３は紫外光光源５６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管５３は図８（ａ）及び図８（ｃ）に示されたように筐体５１内にこれと同軸に配置される。光透過管５３内には紫外光光源９６が着脱自在に収納されている。光透過管５３は紫外光を透過する材質（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。筐体５１、光透過管５３間はＯリングに例示される封止部材５５が介在することでオゾンガス空間と光源空間とが真空的に仕切られている。
【００９２】
光透過管５４ａ，５４ｂはガス流を制御するためのガス流迂回部材である。光透過管５４ａ，５４ｂは筐体５１内に収納されている。図８（ｃ）に示されたように光透過管５４ａの内径Ｄ５３は光透過管５４ｂの外径より大きく且つ筐体５１の内径よりも小さく形成されている。また、図８（ａ）に示されたように光透過管５４ａはその一端のみが筐体５１の上流側端部の内面に接続されている。一方、光透過管５４ｂの内径Ｄ５２は光透過管５３の内径Ｄ５１及び外径より大きく且つ筐体５１の内径よりも小さく形成されている。光透過管５４ｂはその一端のみが筐体５１の下流側端部の内面に接続されている。光透過管５４ａ，５４ｂは光透過管５３と同様に紫外光を透過する材料（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。
【００９３】
図８（ａ）に示されたようにガス流迂回部材として機能する光透過管５４ａ，５４ｂを設置することで矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。光透過管５４ａ，５４ｂを設けるとガスの滞留時間はガス流路長がない場合に比べて３倍になる。光透過管５４の数は特に制限しない。つまり、折り返し構造を複数設置すれば、流路長を５倍、７倍、・・・と任意に設定できる。ガス流の迂回形態は多重折り返し構造になっていればその態様は特に限定しない。本実施形態に係るガス流路は筐体５１と同心円状に分布しているが、この形態に限定する必要はない。
【００９４】
紫外光光源５６は直管型のものが採用されている。紫外光光源５６は図８（ａ）及び図８（ｃ）に示されたように筐体５１の軸線上に配置されるように光照射管５３内に収納される。紫外光光源５６に関する発光波長帯の制約および発振型は実施形態１に係る紫外光光源４３と同じ仕様でよい。
【００９５】
図８を参照しながらオゾン分解装置２の作用について述べる。
【００９６】
オゾン分解装置２によればオゾンガスに対して照射される紫外光の強度が変化する。すなわち、筐体５１内に導入されたばかりのオゾンガス（高濃度オゾンガス）に照射される紫外光は光透過管５３、光透過管５４ａ，５４ｂを透過しているので紫外光の強度が弱くなっている。そして、筐体５１の出口付近を流通するガスすなわち配管５７に向かって光透過管５３と光透過管５４ｂによって仕切られた空間を流通するオゾン濃度が低濃度のガスに照射される紫外光は光透過管５３のみを介しているので紫外光の強度が強くなっている。このように筐体５１内に滞留するガスのオゾン濃度に応じた紫外光の照射が可能となっている。
【００９７】
また、光透過管５３、光透過管５４ａ，５４ｂから成るガス流の折り返し構造により、ガス迂回路を有しないオゾン分解装置よりもオゾンガスの滞留時間が長く確保されている。
【００９８】
さらに、紫外光光源５６が筐体５１と同心に配置され、筐体５１の内面は紫外光の反射強度を高まっているので、反射光を有効利用できる。
【００９９】
また、図８（ｃ）に示された内径Ｄ５１〜Ｄ５３を変えることにより、折り返し流路ごとにオゾン流速を変えることができる。例えば紫外光光源５６に最も近いオゾン流路は、分解がある程度進んだ低濃度オゾンガスを更に低濃度にする役割を果たすので、ガス流速を遅くするように設計するよい。具体的に光透過管５３の内径Ｄ５１を小さくし光透過管５４ｂの内径Ｄ５２、光透過管５４ａの内径Ｄ５３を大きく設定することにより、紫外光光源５６に最も近いオゾン流路を流れるオゾンガスの流速を下げることができる。
【０１００】
（実施形態３）
実施形態３に係るオゾン分解装置３は実施形態２に係るオゾン分解装置２を改良したものである。オゾン分解装置２は実施形態１で得られた光分解の特性を考慮したものであるのに対し、オゾン分解装置３は構造の単純化、メンテナンス等を考慮したより実用的なものとなっている。
【０１０１】
図９（ａ）はオゾン分解装置３の構成を示した概略断面図である。図９（ｂ）はオゾン分解装置３のＡ−Ａ断面図である。図９（ｃ）はオゾン分解装置３のＢ−Ｂ断面図である。
【０１０２】
オゾン分解装置３は筐体６１と配管６２，６７と光透過板６３と光透過板６４ａ，６４ｂと紫外光光源６６とを備える。
【０１０３】
筐体６１は図９（ａ）及び図９（ｃ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体６１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体６１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体４１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１０４】
配管６２はオゾンガスを導入するための配管である。配管４２は筐体６１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管６７は筐体６１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管６７は筐体６１の下流側端部の略中央部に気密に接続されている。
【０１０５】
光透過板６３は紫外光光源６６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板６３は紫外光光源６６を有する光源空間と光透過板６４ａ，６４ｂを有するガス流空間が形成されるように筐体６１内に設置される。すなわち、光透過板６３が筐体６１の内面に設けられた枠体６８にＯリングに例示される封止部材６５を介して接続されることにより、前記光源空間と前記ガス流空間とが真空的に仕切られている。
【０１０６】
光透過板６４ａ，６４ｂは筐体６１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。紫外光光源６６から照射された紫外光を透過する材質（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）からなる。光透過板６４ａ，６４ｂの全長は筐体６１内の空間の全長よりも小さく設定されている。光透過板６４ａ，６４ｂは光透過板６３よりも上位且つこれと平行に設置されている。特に、光透過板６４ａは図９（ａ）に示されたように配管６２の接続部位よりも低位であると共に筐体６１の底面及び光透過板６３の面と平行に配置され、且つ筐体６１の下流側端部の内面と離間するように設置されている。一方、光透過管６４ｂは配管６７の接続部位よりも高位であると共に筐体６１の底面、光透過板６４ａ及び光透過板６３の面と平行に配置され、且つ図９（ｂ）に示したように筐体６１の上流側端部の内面と離間するように設置されている。光透過板６４ａ，６４ｂは光透過管５３と同様に紫外光を透過する材料（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。尚、当然であるが光透過板６４ａ，６４ｂと筐体６１の内面とは気密に接続されている。
【０１０７】
このようにガス流迂回部材として機能する光透過板６４ａ，６４ｂを設置することで矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。光透過板６４ａ，６４ｂを設けるとガスの滞留時間はガス流路長がない場合に比べて３倍になる。光透過板６４の数は特に制限しない。つまり、折り返し構造を複数設置すれば、流路長を５倍、７倍、・・・と任意に設定できる。また、図９（ｃ）に示されたガス流路の高さＤ６１、Ｄ６２、Ｄ６３は同一に設定する必要はない。ガス流路の高さを個別に設定することにより各ガス流路でのガス流速が任意に調整可能となる。
【０１０８】
紫外光光源６６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源６６は直管型のものが採用されている。紫外光光源６６はガス流の流れ方向に沿うように筐体６１の底面に付近において着脱自在に設置される。
【０１０９】
以上のオゾン分解装置３によると、図８を参照して説明したオゾン分解装置２の作用に加えて、オゾンガスが滞留する筐体６１が直方体構造となっているのでオゾン分解装置１，２と比べて材料加工手間が大幅軽減する。また、ガス流迂回部材が円筒状でなく板状となっているので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、紫外光光源６６は筐体６１の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。
【０１１０】
（実施形態４）
本実施形態では、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【０１１１】
オゾン分解量は紫外光の強さで決まる。
【０１１２】
高濃度オゾンを低濃度オゾンに分解するには弱い光で充分である。
【０１１３】
低濃度オゾンを更に分解するには、強い光が必要である。
【０１１４】
本実施形態のオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【０１１５】
図１０は本実施形態に係るオゾン分解装置４の構成を示した概略断面図である。
【０１１６】
オゾン分解装置４は筐体７１と配管７２，７８と紫外光光源７３，７４と光透過管７６とガス流迂回板７７とを備える。
【０１１７】
筐体７１は光を漏洩させないように円筒状に形成されている。筐体７１の内面は光反射しやすい表面処理をすることで反射光の二次利用ができるためである。筐体７１の材質としてはアルミニウム材やステンレス素材など光を通さなく機械的に丈夫なものが望ましい。アルミアルミニウム材は紫外光の反射率が高く、内側を研磨することで紫外光の内面鏡として用いることができる。
【０１１８】
配管７２は筐体７１の外部から導入したオゾンガスを光透過管７６に供給するための配管である。配管７２は筐体７１と同軸にその上流側端部に気密に接続されている。筐体７１内に引き込まれた配管７２の一端にはフランジ７９が設けられている。フランジ７８は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材７５を介して光透過管７６の上流側端部に気密に接続されている。
【０１１９】
配管７８は光透過管７６内のオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管７８は筐体７１と同軸にその下流側端部に気密に接続されている。また、筐体７１内に引き込まれている配管７８の一端にはフランジ８０が設けられている。フランジ８０は真空対応のためにＯリングやガスケットに例示される封止部材７５を介して光透過管７６の下流側端部に気密に接続されている。
【０１２０】
紫外光光源７３は光透過管７６の管部７６ａに紫外光を照射するための光源である。一方、紫外光光源７４は光透過管７６の管部７６ｂに紫外光を照射するための光源である。紫外光光源７３，７４はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源４６と同様の趣旨とする。
【０１２１】
紫外光光源７３，７４は独立に照度出力が制御可能となっている。すなわち、紫外光光源７４は紫外光光源７３よりも強い照射出力を有する。光透過管７６の管部７６ｂに滞留するガスは光透過管７６の管部７６ｂに滞留するガスよりもオゾン濃度が低くなっているので、紫外光光源７４は管部７６ｂ内に滞留するガスに対して外光光源７３よりも強い照射強度で紫外光を照射するようにしている。
【０１２２】
紫外光光源７３，７４は実施形態１と同様に直管型のものが採用されている。紫外光光源６６はガス流の流れ方向に沿うように筐体６１の底面に付近において着脱自在に設置される。紫外光光源７３に関する発光波長帯の制約および発振型は実施形態１に係る紫外光光源４３と同じ仕様でよい。
【０１２３】
光透過管７６の管部７６ｂにおいて点火による連鎖オゾン分解を行う場合には紫外光光源７４に極めて強い紫外光源を採用し、管部７６ｂの照射幅Ｌ７２は光透過管７６の管部７６ｂの照射幅Ｌ７１よりも短くしてもよい。点火方式は連鎖反応を引き起こすので、一般的に危険であるが、紫外光光源７３によるオゾン分解を経た低濃度オゾンガスを紫外光光源７４によって処理するようにしているので、点火による反応制御が可能である。
【０１２４】
光透過管７６は紫外光光源７３から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過管７６は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過管７６は管部７６ａ，７６ｂを有する異径配管構造となっている。すなわち、上流側の管部７６ａの内径Ｄ７１は下流側の管部７６ｂの内径Ｄ７２よりも小さく設定されている。光透過管７６は筐体７１内にこれと同軸に配置されている。尚、内径Ｄ７１，Ｄ７２は適宜に設定されることで紫外光光源７３，７４の紫外光に供されるオゾンガスの流速調節が可能となる。
【０１２５】
ガス流迂回板７７はオゾンのガス流を散乱させてオゾンガスの滞留時間が多く確保させるための部材である。ガス流迂回板７７は光透過管４４内に複数配置される。個々のガス流迂回板４６は主面がガス流に対して垂直となるように設置されている。ガス流迂回板４６はステンレスや石英板に例示される酸化されにくい材料で構成するよい。光透過管４４内ではオゾン分子が大量に消費され酸化反応が起こりやすい状態になるので、酸化されやすい材料では長時間使えないためである。ガス流迂回板４６は光の妨げる配置にしないのが望ましい。図２ではガス流迂回板４６は光路に対して平行に設置することで、紫外光光源４３から光の照射受ける面積が最小限に抑えられている。
【０１２６】
以上のオゾン分解装置４によればオゾンガスに対して照射される紫外光の強度が変化する。すなわち、光透過管７６の管路７６ａ内を流通する高濃度オゾンガス（光透過管７６の入り口付近に滞留するオゾンガス）に対しては紫外光光源７４よりも照射強度の弱い紫外光が紫外光光源７３から照射される。また、低濃度オゾンガス（光透過管７６の出口付近のオゾンガス）に対しては紫外光光源７３よりも照射強度の強い紫外光が紫外光光源７４から照射される。このように光出力が異なる複数の紫外光光源が具備されたことで、前記光源ごとにオゾン分解段階を分割可能となる。また、大出力で大面積照射可能な大型光源の導入を必要としない。さらに、複数の光源により点火による連鎖オゾン分解を安全に適用できるのでオゾン濃度を極めて低濃度に低減させることができる。
【０１２７】
（実施形態５）
本実施形態では、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【０１２８】
長いガス流路（ガス滞留時間）が必要である。
【０１２９】
実施形態１のオゾン分解装置１４に対し構造の単純化及びメンテナンス等を考慮する。
【０１３０】
本実施形態に係るオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【０１３１】
図１１（ａ）は本実施形態に係るオゾン分解装置５の構成を示した概略断面図である。図１１（ｂ）はオゾン分解装置５のＡ−Ａ断面図である。図１１（ｃ）はオゾン分解装置５のＢ−Ｂ断面図である。
【０１３２】
オゾン分解装置５は筐体８１と配管８２，８７と光透過板８３とガス流迂回板８４と紫外光光源８６とを備える。
【０１３３】
筐体８１は図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体８１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体８１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに、筒体８１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１３４】
配管８２はオゾンガスを導入するための配管である。配管８２は筐体８１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管８７は筐体８１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管８７は筐体８１の下流側端部の上辺付近に気密に接続されている。
【０１３５】
光透過板８３は紫外光光源８６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板８３は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過板８３は紫外光光源８６を有する光源空間とガス流迂回板８４を有するガス流空間が形成されるように筐体８１内に設置される。光透過板８３は筐体８１の内面に設けられた枠体８８にＯリングに例示される封止部材８５を介して接続されることで前記光源空間と前記ガス流空間とが真空的に仕切られている。
【０１３６】
ガス流迂回板８４は筐体８１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。ガス流迂回板８４は紫外光を透過しない材料（例えばＳＵＳ、アルミニウム材等）から成る。ガス流迂回板８４は筐体８１内に複数設置される。複数のガス流迂回板８４のうち、いくつかのガス流迂回板８４が筐体８１の天井面に等間隔に配置され、いくつかのガス流迂回板８４が光透過板８３の上面に等間隔に配置されている。個々のガス流迂回板８４は図１１（ｂ）及び（ｃ）に示されたように下端面または上端面以外の側面が筐体８１の内面と気密に接続さるように設置されている。また、図１１（ａ）に示されたように前記天井面のガス流迂回板８４と光透過板８３上のガス流迂回板８４は交互に配置されている。このようにガス流迂回板８４が複数配置されることで図１１（ａ）に示された矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板８４の数は特に制限しない。ガス流迂回板８４は紫外光の光路に対して平行に設置されることでオゾンガス空間への紫外光の導入を妨げられないようになっている。尚、ガスの滞留時間はガス流迂回板８４の適宜設置枚数を増減させることで任意に設定される。
【０１３７】
紫外光光源８６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源８６は直管型のものが採用されている。紫外光光源６６はガス流の流れ方向に沿うように筐体８１の底面に付近において着脱自在に設置される。
【０１３８】
以上のオゾン分解装置５によるとオゾン分解装置３と同様にオゾンガスが滞留する筐体８１が直方体構造となっているのでオゾン分解装置１，２と比べて材料加工手間が大幅軽減する。また、ガス流迂回部材８４が円筒状でなく板状となっているので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、ガス流迂回部材８４は光不透過材で構成されているので、光透過材料の使用量の低減ができる。また、紫外光光源６６は筐体６１の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。
【０１３９】
また、以下に説明する実施形態６〜８も、実施形態１で得られた光分解に関する知見を考慮し、実施形態１に係る光分解式のオゾン分解装置の改良型を提供する。ここで本実施形態のオゾン分解装置の設計に反映させる実施形態１から得られた光分解式に関する知見は以下の通りである。
【０１４０】
長いガス流路（ガス滞留時間）が必要である。
【０１４１】
実施形態１のオゾン分解装置１４に対し構造の単純化及びメンテナンス等を考慮する。
【０１４２】
実施形態６〜８に係るオゾン分解装置は以上の知見を反映させている。
【０１４３】
（実施形態６）
図１２（ａ）は実施形態６に係るオゾン分解装置６の構成を示した概略断面図である。図１２（ｂ）はオゾン分解装置６のＡ−Ａ断面図である。図１２（ｃ）はオゾン分解装置６のＢ−Ｂ断面図である。
【０１４４】
オゾン分解装置６は筐体９１と配管９２，９７と光透過板９３とガス流迂回板９４と紫外光光源９６とを備える。
【０１４５】
筐体９１は光が漏洩しないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体９１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体９１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに、筒体９１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１４６】
配管９２はオゾンガスを導入するための配管である。配管９２は筐体９１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管９７は筐体９１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管９７は筐体９１の下流側端部の上辺付近に気密に接続されている。
【０１４７】
光透過板９３は紫外光光源９６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板９３は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過板９３は紫外光光源９６を有する光源空間とガス流迂回板９４を有するガス流空間が形成されるように筐体９１内に設置される。光透過板９３と筐体９１との間にはＯリングに例示される封止部材９５を介在させることで前記ガス流空間からの気体の漏洩が防止されている。
【０１４８】
ガス流迂回板９４は筐体９１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。ガス流迂回板９４は紫外光を透過しない材料（例えばＳＵＳ、アルミニウム材等）から成る。ガス流迂回板９４は筐体９１内に複数設置される。複数のガス流迂回板９４のうち、いくつかのガス流迂回板９４が筐体９１の天井面に等間隔に配置され、いくつかのガス流迂回板８４が筐体９１の底面部に等間隔に配置されている。また、図１２（ａ）に示されたように前記天井面のガス流迂回板９４と前記底面上のガス流迂回板９４は交互に配置されている。このようにガス流迂回板９４が複数配置されることで図１２（ａ）に示された矢印のようなガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板９４の数は特に制限しない。ガス流迂回板９４は紫外光の光路に対して平行に設置されることでオゾンガス空間への紫外光の導入を妨げられないようになっている。尚、ガスの滞留時間はガス流迂回板９４の適宜設置枚数を増減させることで任意に設定される。
【０１４９】
紫外光光源９６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源９６は直管型のものが採用されている。紫外光光源９６は筐体９１の内側面の長手方向に沿って着脱自在に設置される。
【０１５０】
(実施形態７)
図１３（ａ）は実施形態７に係るオゾン分解装置７の構成を示した概略断面図である。図１３（ｂ）はオゾン分解装置７のＡ−Ａ断面図である。
【０１５１】
オゾン分解装置７は筐体１０１と配管１０２，１０７と光透過板１０３とガス流迂回板１０４と紫外光光源１０６とを備える。
【０１５２】
筐体１０１は光が漏洩しないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体１０１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高くなるが、さらに、筒体１０１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１５３】
配管１０２はオゾンガスを導入するための配管である。配管１０２は筐体１０１の上流側端部の下辺付近に気密に接続されている。一方、配管１０７は筐体１０１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管１０７は筐体１０１の下流側端部の下辺付近に気密に接続されている。
【０１５４】
光透過板１０３は紫外光光源１０６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板１０３は紫外光を透過する材料（例えば合成石英およびＦ系結晶材ＭｇＦ2など）からなる。光透過板１０３は紫外光光源１０６を有する光源空間とガス流迂回板１０４を有するガス流空間が形成されるように筐体１０１内に設置される。光透過板１０３にはＯリングに例示される封止部材１０５が付帯されることで前記ガス流空間からの気体の漏洩が防止されている。
【０１５５】
ガス流迂回板１０４は筐体１０１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。ガス流迂回板１０４は紫外光を透過しない材料（例えばＳＵＳ、アルミニウム材等）から成る。ガス流迂回板１０４は筐体１０１内に複数設置される。複数のガス流迂回板１０４のうち、いくつかのガス流迂回板１０４が筐体１０１の一方の内側面に等間隔に配置され、いくつかのガス流迂回板１０４が筐体１０１の他方の内側面に等間隔に配置されている。個々のガス流迂回板１０４は上端が光透過板１０３の下面に気密に接続される一方で下端が筐体１０１の底面に気密に接続されている。また、図１３（ｂ）に示されたように前記一方の内側面のガス流迂回板１０４と前記他方の内側面のガス流迂回板１０４は交互に配置されている。このようにガス流迂回板１０４が複数配置されることで図１３（ｂ）に示された矢印のようなガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板１０４の数は特に制限しない。ガス流迂回板１０４は紫外光の光路に対して平行に設置されることでオゾンガス空間への紫外光の導入を妨げられないようになっている。尚、ガスの滞留時間はガス流迂回板１０４の適宜設置枚数を増減させることで任意に設定される。
【０１５６】
紫外光光源１０６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源１０６は直管型のものが採用されている。紫外光光源１０６は筐体１０１の天井面の長手方向に沿って着脱自在に設置される。
【０１５７】
(実施形態８)
図１４（ａ）は発明の実施形態８に係るオゾン分解装置８の構成を示した概略断面図である。図１４（ｂ）はオゾン分解装置のＡ−Ａ断面図である。図１４（ｃ）はオゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【０１５８】
オゾン分解装置８は筐体１１１と配管１１２，１１７と光透過板１１３とガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂと紫外光光源１１６とを備える。
【０１５９】
筐体６１は図１４（ａ）及び図１４（ｃ）に示されたように光を漏洩させないようにアルミニウム材、ＳＵＳに例示される金属材によって直方体の箱型に形成されている。筐体１１１の内面は研磨されることで紫外光反射強度が高められている。筐体１１１の材料にアルミニウム材を用いた場合、紫外光の反射率が高いが、さらに筐体１１１の内面を電界研磨等によって鏡面加工すると光の反射率が高まる。
【０１６０】
配管１１２はオゾンガスを導入するための配管である。配管１１２は筐体１１１の上流側端部の上辺付近に気密に接続されている。一方、配管１１７は筐体１１１内に滞留するオゾン分解処理ガスを排出するための配管である。配管１１７は筐体１１１の下流側端部の下辺付近に気密に接続されている。
【０１６１】
光透過板１１３は紫外光光源１１６から照射された紫外光をオゾンガスに供するための部材である。光透過板１１３は紫外光光源１１６を有する光源空間とガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂを有するガス流空間が形成されるように筐体１１１内に設置される。すなわち、光透過板１１３と筐体１１１との間にはＯリングに例示される封止部材１１５を介在させることで前記ガス流空間からの気体の漏洩が防止されている。
【０１６２】
ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂは筐体１１１内のガス流を制御するためのガス流迂回部材である。紫外光光源１１６から照射された紫外光を透過する材質（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）からなる。ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂの全長は筐体１１１内の空間の全長よりも小さく設定されている。ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂは光透過板１１３よりも上位且つこれと平行に設置されている。特に、ガス流迂回板１１４ａは図１４（ａ）に示されたように配管１１２の接続部位よりも低位であると共に筐体１１１の底面及び光透過板１１３の面と垂直に配置され、且つ筐体１１１の下流側端部の内面と離間するように設置されている。一方、ガス流迂回板１１４ｂは配管１１７の接続部位よりも高位であると共に筐体１１１の底面、ガス流迂回板１１４ａと平行である一方で光透過板１１３の面と垂直に配置されている。また、ガス流迂回板１１４ｂは図１４（ｂ）に示したように筐体１１１の上流側端部の内面と離間するように設置されている。光透過板１１４ａ，１１４ｂは光透過管５３と同様に紫外光を透過する材料（例えば合成石英、Ｆ系結晶材等）で構成される。尚、当然であるがガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂと筐体６１の内面とは気密に接続されている。
【０１６３】
このようにガス流迂回部材１１４ａ，１１４ｂが設置されることで図１４（ａ）に示された矢印のようにガス流が生じ、ガス流路長（オゾンガスの滞留時間）が長く確保される。ガス流迂回板１１４ａ，１１４ｂを設けるとガスの滞留時間はガス流路長がない場合に比べて３倍になる。ガス流迂回板１１４の数は特に制限しない。つまり、折り返し構造を複数設置すれば、流路長を５倍、７倍、・・・と任意に設定できる。また、ガス流迂回部材１１４ａ，１１４ｂによって形成されるガス流路の高さは同一に設定する必要はない。ガス流路の高さを個別に設定することにより各ガス流路でのガス流速が任意に調整可能となる。
【０１６４】
紫外光光源１１６はその発光波長帯の制約、発振型及び設置数は実施形態１で述べた紫外光光源と同様の趣旨である。紫外光光源１１６は直管型のものが採用されている。紫外光光源１１６は筐体１１１の内側面の長手方向に沿って着脱自在に設置される。
【０１６５】
オゾン分解装置６〜８はオゾン分解装置３と同様にオゾンガスが滞留する筐体８１が直方体構造となっているのでオゾン分解装置１，２と比べて材料加工手間が大幅軽減する。また、ガス流迂回部材が円筒状でなく板状となっているので、材料費及び加工費が大幅に低減する。さらに、ガス流迂回部材は光不透過材で構成されているので、光透過材料の使用量の低減ができる。また、紫外光光源は筐体の底面付近に配置されており、取り扱い易い部位に設置されているので、交換作業の利便性が向上する。さらに、紫外光光源がガス流迂回路の上方または側面に配置されることで前記光源からの光が光透過板一枚透過するだけでオゾンガスに到達することができるので、光透過板による光減衰の影響が少ない。
【０１６６】
以上説明した実施形態１〜８に係るオゾン分解装置はオゾン濃度が０．１〜１００％であるオゾンガスに対応できる。また、紫外光光源以外に消耗品を必要としない保守性に優れる。オゾンが分解されるにあたり酸素以外の反応副生成物が生成しないいので半導体全般におけるオゾンを使ったプロセスに対して清潔且つ安全に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】（ａ）発明の第一の実施形態に係るオゾン分解装置の概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図２】発明の実施形態に係るプロセスシステムのシステム構成図。
【図３】発明の実施形態に係るプロセスシステムに具備されたオゾン濃度計の概略構成図。
【図４】発明の実施形態に係るオゾン分解装置の紫外光光源の光強度（紫外光照度）とオゾン分解装置の下流側のオゾン濃度との関係を示した特性図。
【図５】オゾンガス流速とオゾン分解装置の下流側のオゾン濃度との関係を示した特性図。
【図６】熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系の温度依存性（温度条件と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係）を示した特性図。
【図７】熱分解式オゾン分解系と光分解式オゾン分解系のオゾンガス流量依存性（オゾンガス流量と各オゾン分解系の下流側のオゾン濃度との関係）を示した特性図。
【図８】（ａ）発明の第二の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図９】（ａ）発明の第三の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図１０】発明の第四の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図。
【図１１】（ａ）発明の第五の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図１２】（ａ）発明の第六の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【図１３】（ａ）発明の第七の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図。
【図１４】（ａ）発明の第八の実施形態に係るオゾン分解装置の構成を示した概略断面図，（ｂ）オゾン分解装置のＡ−Ａ断面図，（ｃ）オゾン分解装置のＢ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
【０１６８】
１…プロセスシステム
１４，２，３，４，５，６，７，８…オゾン分解装置
４１，５１，６１，７１，８１，９１，１０１，１１１…筐体
４３，５６，６６，７３，７４，８６，９６，１０６，１１６…紫外光光源
４４，５３，５４ａ，５４ｂ，７６…光透過管（光透過部材）、７６ａ，７６ｂ…管部
４６，７７，８４，９４，１０４，１１４…ガス流迂回板（ガス流迂回部材）
６３，６４ａ，６４ｂ，８３，９３，１０３，１１３…光透過板（光透過部材）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
オゾンガスを流通させるガス流路と、
このガス流路内のオゾンガスのガス流に対して紫外光を透過させる光透過部材と、
前記ガス流を迂回させるガス流迂回部材と
を備えたこと
を特徴とするオゾン分解装置。
【請求項２】
前記光透過部材は円筒状を成すと共に円筒状の筐体内に同軸に格納され、
前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に複数配置されたこと
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項３】
前記光透過部材は円筒状を成し、
前記ガス流路は前記光透過部材が円筒状の筐体内に同軸に格納されたことで形成され、
前記ガス流迂回部材は前記紫外光を透過させる材料からなると共に円筒状を成し、
前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に前記筐体と同軸に複数設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項４】
前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、
前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、
前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と平行となるように前記ガス流路内に複数配置されること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項５】
前記光透過部材は異径の管路を成し、
この管路の下流側管部は上流側管部よりも大径となっており、
前記下流側管部に照射される紫外光の照度は前記上流側管部に照射される紫外光よりも高く制御されること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項６】
前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、
前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、
前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と垂直となるように前記ガス流路内に複数配置されること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項７】
前記筐体の内面は鏡面処理されたことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項８】
オゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムにおいて、
前記基板の酸化処理に供したオゾンガスが供給される請求項１から７のいずれか１項に記載のオゾン分解装置を備えたことを特徴とするプロセスシステム。
【請求項１】
オゾンガスを流通させるガス流路と、
このガス流路内のオゾンガスのガス流に対して紫外光を透過させる光透過部材と、
前記ガス流を迂回させるガス流迂回部材と
を備えたこと
を特徴とするオゾン分解装置。
【請求項２】
前記光透過部材は円筒状を成すと共に円筒状の筐体内に同軸に格納され、
前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に複数配置されたこと
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項３】
前記光透過部材は円筒状を成し、
前記ガス流路は前記光透過部材が円筒状の筐体内に同軸に格納されたことで形成され、
前記ガス流迂回部材は前記紫外光を透過させる材料からなると共に円筒状を成し、
前記ガス流迂回部材は前記ガス流路内に前記筐体と同軸に複数設けられたこと
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項４】
前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、
前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、
前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と平行となるように前記ガス流路内に複数配置されること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項５】
前記光透過部材は異径の管路を成し、
この管路の下流側管部は上流側管部よりも大径となっており、
前記下流側管部に照射される紫外光の照度は前記上流側管部に照射される紫外光よりも高く制御されること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項６】
前記光透過部材及びガス流迂回部材は板状を成し、
前記ガス流路は前記光透過部材が直方体状の筐体内に設けられたことで形成され、
前記ガス迂回部材はその主面が前記光透過部材の主面と垂直となるように前記ガス流路内に複数配置されること
を特徴とする請求項１に記載のオゾン分解装置。
【請求項７】
前記筐体の内面は鏡面処理されたことを特徴とする請求項２から６のいずれか１項に記載のオゾン分解装置。
【請求項８】
オゾンガスを用いて基板の酸化処理を行うプロセスシステムにおいて、
前記基板の酸化処理に供したオゾンガスが供給される請求項１から７のいずれか１項に記載のオゾン分解装置を備えたことを特徴とするプロセスシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２００９−２０６４７４（Ｐ２００９−２０６４７４Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２２５０１（Ｐ２００８−２２２５０１）
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月２９日（２００８．８．２９）
【出願人】（０００００６１０５）株式会社明電舎 (1,739)
【出願人】（３０１０２１５３３）独立行政法人産業技術総合研究所 (6,529)
【Ｆターム（参考）】
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