(57)【要約】  【課題】  ＮＯｘを含まないクリーンな反応ガスを発生することのできる放電反応装置を提供する。  【解決手段】  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４、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Ｇを供給するガス供給部７と、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電源部８を備える。一対の電極部材４、５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。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。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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ことを特徴とする放電反応装置。
【請求項２】
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いる、請求項１に記載の放電反応装置。
【請求項３】
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いる、請求項１に記載の放電反応装置。
【請求項４】
前記陽極酸化処理膜のポア径は、１０〜１００ｎｍに設定されている、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の放電反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−２０１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【発明の効果】
【００１５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施の形態における放電反応装置の主要な構成を概略的に示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態における放電反応装置の円形電極面を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における放電反応装置を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
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。
【符号の説明】
【００３８】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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