臭氧发生单元及臭氧发生器的制作方法

1.本实用新型属于半导体、芯片行业臭氧水环保清洗技术领域，具体涉及臭氧发生单元及臭氧发生器。


背景技术：

2.目前，臭氧在半导体行业中的应用越来越受到重视，比如将臭氧用于晶片清洁和抗蚀剂剥离。使用臭氧代替传统的酸性（sc-1）、碱性（sc-2)氢的硫酸-过氧化物进行半导体晶片清洁和抗蚀性剥离，可以降低化学药品的消耗以及处置成本，并提高清洁效率。臭氧在半导体、芯片制造过程中主要用于清洁晶圆、硅片，消除有机金属和颗粒，去除光刻胶，并对去离子水设施进行消毒。
3.随着半导体制程技术的飞速发展，芯片线宽已经进入纳米级，相应地，产品对其生产设备、工艺材料、生产环境的要求也越来越高，杂质对半导体产品的特性有着改变或破坏其性能的作用，如金属离子会破坏半导体产品的导电性能，尘埃粒子会破坏半导体产品的表面结构等，所以在半导体产品生产过程中要求臭氧气体超洁净，不含金属离子等杂质。
4.臭氧发生器是用于制取臭氧气体（o3）的装置。臭氧易于分解、无法储存（特殊的情况下可进行短时间的储存），需现场制取现场使用，所以凡是能用到臭氧的场所一般均需使用臭氧发生器。臭氧发生器在饮用水、污水、工业氧化、食品加工和保鲜、医药合成、空间灭菌等领域广泛应用。臭氧发生器产生的臭氧气体可以直接利用，也可以通过混合装置和液体混合参与反应。
5.臭氧发生器的构成通常包括臭氧发生单元和电源放电控制装置等，臭氧发生单元通常包括放电腔室、高压电极、地电极、进气口、出气口等。
6.现有技术中，臭氧发生单元通常有如下两种形式：
7.1、金属列管式，气体流通在金属管腔体内，高压电极通过阻挡介质直接穿过气体对金属管放电产生臭氧；
8.2、金属板式，气体流通在金属板腔体内，高压电极通过阻挡介质直接穿过气体对金属管放电产生臭氧。
9.采用上述臭氧发生单元的第1种结构形式制取臭氧气体时，由于气体流经通道外侧是金属管内壁，中心的高压电极对金属管地电极放电后，会形成金属离子随着气体流动，同时气体中臭氧有强氧化性也会促使形成金属离子，因此这种臭氧发生单元难以应用于半导体行业，而是广泛用于市政污水处理、烟气脱硝等行业。
10.第2种结构形式对高压电极进行了陶瓷隔离，对地电极进行了耐腐蚀材料钨板隔离，可尽可能减小金属离子产生的几率，因此，现有半导体行业中普遍采用臭氧发生单元的第2种结构形式。
11.然而，由于臭氧发生单元的第2种结构形式，其放电腔室的气体通道还是金属外壳，臭氧气体还是会对金属外壳形成一定的腐蚀，从而造成金属离子扩散，虽然与第1种结构形式相比，能够大幅减小金属离子产生几率，但是还是没有完全隔离臭氧气体与金属的
接触，还是存在金属离子产生的可能。


技术实现要素：

12.本实用新型提供一种臭氧发生单元及臭氧发生装置，可隔绝臭氧气体与金属高压电极、地电极的接触，从而避免对臭氧气体产生金属离子污染，满足半导体产品生产中对臭氧气体清洁度的要求。
13.为达到解决上述技术问题的目的，本实用新型所提出的臭氧发生单元采用以下技术方案予以实现：一种臭氧发生单元，包括：
14.玻璃内管，所述玻璃内管内设有高压电极，且所述玻璃内管一端为封闭端，另一端为开口端，所述高压电极的接线端经所述玻璃内管的开口端引出；
15.玻璃外管，所述玻璃外管套在所述玻璃内管外且所述玻璃外管的外壁上设有地电极；所述玻璃外管的一端为与所述玻璃内管的开口端密封固定连接的固定端，另一端为将所述玻璃内管的封闭端包围在内的自由端；所述玻璃外管与所述玻璃内管之间形成有环形的放电反应腔室，所述玻璃外管上设有与所述放电反应腔室连通的气体进口及气体出口。
16.进一步地，所述玻璃内管的封闭端呈外凸的弧形，所述气体进口设在所述玻璃外管的自由端上，且正对所述玻璃内管的封闭端。
17.进一步地，所述气体进口、所述玻璃外管及所述玻璃内管三者同轴线，且所述玻璃外管的自由端呈外凸的弧形。
18.进一步地，所述玻璃外管的固定端处形成有沿其径向外凸的环形凸出部，以使所述放电反应腔室形成径向扩张的气体收集部，所述气体出口设在所述环形凸出部上。
19.进一步地，所述环形凸出部的内壁呈弧形，且与所述玻璃外管的内壁圆滑过渡。
20.进一步地，所述高压电极为金属管、金属网或电镀在所述玻璃内管内壁上的金属镀层，所述地电极为包覆在所述玻璃外管外壁上的金属网或电镀在所述玻璃外管外壁上的金属镀层。
21.本实用新型还提出了一种臭氧发生器，包括：
22.壳体；
23.臭氧发生单元，所述臭氧发生单元为上述的臭氧发生单元，所述臭氧发生单元设在所述壳体内。
24.所述壳体上设有第一气体通道、第二气体通道、高压电极连接装置及地电极连接装置；所述臭氧发生单元设在所述壳体内且数量为多个，各所述臭氧发生单元的气体进口均连接在所述第一气体通道上，各所述臭氧发生单元的气体出口均连接在所述第二气体通道上，各所述臭氧发生单元的高压电极均连接在所述高压电极连接装置上，各所述臭氧发生单元的地电极均连接在所述地电极连接装置上。
25.更进一步地，所述壳体内形成有封闭的冷却腔室，所述壳体上设有与所述冷却腔室连通的冷却介质进口和冷却介质出口，多个所述臭氧发生单元间隔插设于所述冷却腔室中且与所述冷却腔室的接触部位均设有密封结构，所述玻璃内管的开口端、所述气体进口以及所述气体出口均位于所述冷却腔室的外部。
26.与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和积极效果：
27.本实用新型臭氧发生单元，放电反应腔室为玻璃内管和玻璃外管之间的夹层，高
压电极位于玻璃内管内，地电极位于玻璃外管外侧，从而使得放电反应腔室与高压电极、地电极完全隔离，即与金属完全隔离，高压电极和地电极之间放电产生的金属离子在放电反应腔室外部，放电反应腔室内无放电产生的金属离子，提高了放电反应腔室生成的臭氧气体的洁净度，使得具有本实用新型臭氧发生单元的臭氧发生器所生成的臭氧气体能够满足半导体、芯片等行业关于清洗用臭氧洁净、无金属离子的要求标准，进而提高半导体产品的成品率，节省能源。
附图说明
28.图1为本实用新型实施例中臭氧发生单元的正视图；
29.图2为图1的a-a剖视图；
30.图3为图1的b-b剖视图；
31.图4为本实用新型实施例中臭氧发生器的剖视结构示意图；
32.图5为图4的c部放大图。
33.附图标记：
34.10、臭氧发生器；
35.100、臭氧发生单元；110、玻璃内管；111、封闭端；112、开口端；120、玻璃外管；121、固定端；122、自由端；123、气体进口；124、气体出口；125、环形凸出部；130、高压电极；131、接线端；140、地电极；150、放电反应腔室；151、气体收集部；
36.200、壳体；210、第一气体通道；220、第二气体通道；230、高压电极连接装置；240、地电极连接装置；250、冷却腔室；260、冷却介质进口；270、冷却介质出口；280、隔板；290、密封圈。
具体实施方式
37.下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。
38.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
39.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
40.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
41.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特
征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
42.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
43.参照图1至图3，本实施例一种臭氧发生单元100，整体呈长条管状，包括玻璃内管110和玻璃外管120。
44.其中，玻璃内管110内设有高压电极130，且玻璃内管110一端为封闭端111，另一端为开口端112，高压电极130的接线端131经玻璃内管110的开口端112引出以便连接高压线，高压电极130为导电金属电极，玻璃内管110的开口端112可以完全敞口，也可以仅开设与高压电极130的接线端131相适配的通孔，仅供接线端131引出即可。
45.玻璃外管120套在玻璃内管110外且玻璃外管120的外壁上设有地电极140，地电极140为导电金属接地电极；玻璃外管120的一端为固定端121，另一端为自由端122；固定端121与玻璃内管110的开口端112密封固定连接，本实施例中玻璃外管120的固定端121连接在玻璃内管10的周向侧面上，实现玻璃外管120的此端封闭；自由端122将玻璃内管110的封闭端111包围在内；玻璃外管120与玻璃内管110之间形成有环形的放电反应腔室150，玻璃外管120上设有与放电反应腔室150连通的气体进口123及气体出口124。
46.具体地，本实施例中玻璃内管110和玻璃外管120均为圆管，放电反应腔室150为圆环形腔，气体进口123和气体出口124均为与玻璃外管120一体成型的贯通玻璃短管，玻璃内管110和玻璃外管120也可以一体成型。反应气体（氧气）由气体进口123进入放电反应腔体150内，通过高压电极130与地电极140放电穿过玻璃内管110及玻璃外管120，使放电反应腔体150中的氧气转化为臭氧，并经气体出口124排出。本实施例中，放电反应腔体150内的气体（包括反应气体氧气和反应后生成的臭氧气体）与高压电极130、地电极140无接触，避免了氧气及臭氧气体中混入金属离子，提高臭氧气体的洁净度。
47.高压电极130可以为金属管、金属网或电镀在玻璃内管110内壁上的金属镀层，地电极140可以为包覆在玻璃外管120外壁上的金属网或电镀在玻璃外管20外壁上的金属镀层。本实施例对高压电极130、地电极140的具体形式不做具体限制。
48.如图2所示，玻璃内管110的封闭端111呈外凸的弧形，气体进口123设在玻璃外管120的自由端122上，且正对玻璃内管110的封闭端111。则当氧气由气体进口123通入后，会先冲击到玻璃内管10的封闭端111上，封闭端111呈外凸的弧形状，对气流的流动阻力小，且避免存在气流流动死角，有利于氧气气流均匀分散至放电反应腔体150内，气流方向如图2中放电反应腔体150中的箭头所示，从而提高放电反应效率。
49.进一步地，气体进口123、玻璃外管120及玻璃内管110三者同轴线，进而气体进口123与放电反应腔室150同轴线，以方便加工；同时，玻璃外管120的自由端122呈外凸的弧
形，使得放电反应腔体150的此端（即气体进口端）为弧形结构，可进一步提高氧气通入后分流均匀性。
50.如图1和图2所示，玻璃外管120的固定端121处形成有沿其径向外凸的环形凸出部125，以使放电反应腔室150形成径向扩张的气体收集部151，气体出口124设在环形凸出部125上。即气体收集部151的径向尺寸r大于放电反应腔室150其他部位径向尺寸r，使得此处形成一个扩径部，且气体出口124设在与气体收集部151对应的环形凸出部125上，则反应生成的臭氧气体在流向气体出口124的过程中可集中在气体收集部151内，进而从气体出口124排出，对臭氧气体排出起到一定的导向作用，有利于提高臭氧气体排出的彻底性和排出效率。
51.进一步地，气体出口124的轴线方向可根据具体的工况而定，在此不做具体限制。
52.环形凸出部125的内壁呈弧形，且与玻璃外管120的内壁圆滑过渡，以减小臭氧气体流入气体收集部151内时的流动阻力，且避免存在气流流动死角，有利于使气流均匀分散至气体收集部151。
53.参照图4和图5，本实施例还提出了一种臭氧发生器10，包括壳体200和臭氧发生单元100，臭氧发生单元100的具体结构参见本实用新型臭氧发生单元的实施例及附图1至图3的描述，在此不再赘述，臭氧发生单元100设在壳体200内。由于臭氧发生单元100的放电反应腔室150内无放电产生的金属离子，生成的臭氧气体洁净度高，则具有臭氧发生单元1的本实施例臭氧发生器产生的臭氧气体能够满足半导体、芯片等行业关于清洗用臭氧洁净、无金属离子的标准，进而提高半导体产品的成品率，节省能源。
54.具体地，壳体200可采用不锈钢或其他金属壳体，可以对玻璃材质的臭氧发生单元100起到保护作用。当臭氧发生单元100的数量为一个时，可通过将气体进口123连接进气管路，气体出口124连接出气管路，进气管路和出气管路均一端引出至壳体200外部，从而实现向臭氧发生单元100内通入氧气，以及向臭氧发生器10外排出臭氧气体，同时壳体200上对应设置高压电极130的接线引出口，地电极140的接线引出口。
55.进一步地，臭氧发生单元100的数量也可以为多个，图4以两个臭氧发生单元100示意说明，当然其个数不限于两个。此时，壳体200上设有第一气体通道210、第二气体通道220、高压电极连接装置230及地电极连接装置240，第一气体通道210和第二气体通道220具体选用耐臭氧气体管道，比如氟材料管道；各臭氧发生单元100的气体进口230均连接在第一气体通道210上，各臭氧发生单元100的气体出口240均连接在第二气体通道220上，各臭氧发生单元100的高压电极130均连接在高压电极连接装置230上，各臭氧发生单元100的地电极240均连接在地电极连接装置240上。实现了多臭氧发生单元100的集成设计，可根据不同设备规格设置臭氧发生单元100的数量，从而可以满足不同设备规格产量需求。
56.由于经高压放电后，臭氧发生单元100及其放电反应腔室150内不可避免地会温度升高，而氧气/臭氧转换效率在低温环境下较高。为对臭氧发生单元100进行冷却降温，进而对放电反应腔室150冷却降温，本实施例中，壳体200内形成有封闭的冷却腔室250，壳体200上设有与冷却腔室250连通的冷却介质进口260和冷却介质出口270，多个臭氧发生单元100间隔插设于冷却腔室250中且与冷却腔室250的接触部位均设有密封结构，玻璃内管110的开口端112、气体进口123以及气体出口124均位于冷却腔室250的外部。通过冷却介质进口260向冷却腔室250内通入冷却介质（比如冷却水、冷却油等），通过热传导的方向对臭氧发
生单元100进行接触散热，进一步提高放电反应腔室150降温效率和内部气体的反应效率，提高臭氧生成效率，冷却后的高温冷却介质由冷却介质出口270排出。
57.具体地，壳体200采用不锈钢或其他金属壳体，除对玻璃材质的臭氧发生单元100进行保护外，还可以提高散热冷却效率。冷却腔室250由上下两个水平设置的隔板280与壳体200的周向侧板共同围成，隔板280的周向边缘与壳体200的周向侧板内壁密封配合，隔板280上设有与臭氧发生单元100的玻璃外管120相适配的通孔，以供臭氧发生单元100插设安装，密封结构可选用密封圈290，套设在玻璃外管120上，其夹设在隔板280上的通孔孔壁与玻璃外管120之前，以保证通孔密封，防止冷却介质泄漏；各隔板280可优先采用上下两片对合结构，以便于套设有密封圈290的臭氧发生单元100的插装，以及对密封圈290起到压紧密封作用，进一步提高密封可靠性。
58.尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。