(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスが通過するキャピラリ状の細長い反応流路と、前記反応流路の一端側に配置される高圧電極と、前記反応流路の他端側に配置される接地電極とを備え、前記反応流路内壁の少なくとも一部に水を流動させ、大気圧下で前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記反応流路の一部を前記接地電極によって形成したことを特徴とするガス分解装置。
【請求項２】
前記反応流路の流入側に前記高圧電極を配置したことを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項３】
前記反応流路の流出側に前記ガスの流出経路となるプラズマ容器を設け、前記プラズマ容器内に分解生成物を捕捉する捕捉剤を収容したことを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項４】
前記反応流路の流出側に前記ガスの流出経路となるプラズマ容器を設け、前記プラズマ容器内にウール状緩衝剤を混合させた粉末状吸収剤を収容したことを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項５】
前記反応流路の流入側から水が供給され、前記水は前記反応流路の流出側から排出されることを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項６】
前記反応流路の外周部に水溜が形成され、前記水溜内の水を前記反応流路に供給することを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項７】
前記水溜内の水を、前記反応流路の流入側端部から前記反応流路内に供給することを特徴とする請求項１に記載のガス分解装置。
【請求項８】
高圧電極と接地電極との間に絶縁物によって反応流路を形成し、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を配置し、前記反応流路の流出側に水溜を設け、大気圧下で前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記接地電極の上面に水溜を設置し、前記反応流路の流出側端部を前記水溜内の水面より下方に配置し、前記反応流路の流入側端部に、外周側が下方に傾斜した斜面を形成したことを特徴とするガス分解装置。
【請求項９】
高圧電極と接地電極との間に絶縁物によって反応流路を形成し、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を配置し、前記反応流路の流出側に水溜を設け、大気圧下で前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記反応流路の流出側に水または水蒸気を供給し、プラズマと接触したあとの水を排出させることを特徴とするガス分解装置。
【請求項１０】
高圧電極と接地電極との間に絶縁物によって反応流路を形成し、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を配置し、前記反応流路の流出側に水溜を設け、大気圧下で前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記反応流路の周囲に水路を設け、前記水路を通って加熱した水を前記反応流路内に供給することを特徴とするガス分解装置。
【請求項１１】
高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を、前記反応流路の内部に前記接地電極をそれぞれ配置し、前記反応流路内壁に沿って水を流下させ、前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記接地電極を、前記反応流路の中心線上に設けたことを特徴とするガス分解装置。
【請求項１２】
前記反応流路の周囲に水溜を設けたことを特徴とする請求項１１に記載のガス分解装置。
【請求項１３】
高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を、前記反応流路の内部に前記接地電極をそれぞれ配置し、前記反応流路内壁に沿って水を流下させ、前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記接地電極を、前記反応流路の長手方向に移動可能に設けたことを特徴とするガス分解装置。
【請求項１４】
高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を、前記反応流路の内部に前記接地電極をそれぞれ配置し、前記反応流路内壁に沿って水を流下させ、前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記接地電極を、複数個設けたことを特徴とするガス分解装置。
【請求項１５】
高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、前記反応流路の流入側に前記高圧電極を、前記反応流路の内部に前記接地電極をそれぞれ配置し、前記反応流路内壁に沿って水を流下させ、前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、前記高圧電極を、前記反応流路に近接離間可能に設けたことを特徴とするガス分解装置。
【請求項１６】
前記接地電極を、前記反応流路の内壁に設けたことを特徴とする請求項１５に記載のガス分解装置。
【請求項１７】
前記高圧電極を、白金で構成したことを特徴とする請求項１２から請求項１６に記載のガス分解装置。
【請求項１８】
前記反応流路の流出側に、前記水を流出させることを特徴とする請求項１１に記載のガス分解装置。
【請求項１９】
高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路の内壁に沿って水を流下させ、大気圧下で前記反応流路の軸線方向にプラズマを発生させるガス分解装置を用いたプラズマ設備であって、プラズマ分解を行うプロセスチェンバの排気管に高真空排気ポンプを接続し、前記高真空排気ポンプの排気管に複数段のポンプを直列接続した粗引き用ポンプを接続し、前記粗引き用ポンプの排気管に前記ガス分解装置を接続したことを特徴とするプラズマ設備。
【請求項２０】
前記粗引き用ポンプを構成する複数段のポンプ間の排気管に、前記ガス分解装置を付加したことを特徴とする請求項１９に記載のプラズマ設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス分解装置およびそれを用いたプラズマ設備に関する。プラズマ分解を行うプロセスチェンバから排出されるガス、例えば、主にハロゲン元素を含むガス、具体的には、ＣＦ４（フロン１４）やＣ４Ｆ８（フロン３１８）などのＰＦＣガス、さらにＣｘＨｙＦｚ、ＣｘＨｙＣｌｚ、ＣｘＦｙＣｌｚ、ＣｗＦｘＣｌｙＢｒｚ、ＳＦ６、ＮＦ３、ＣＣｌ４等（ｗ、ｘ、ｙ、ｚは整数）は、地球温暖化・オゾン層破壊等の悪影響を地球環境に与えると考えられている。これらのなかでも、ＰＦＣ（パーフロロカーボン）は極めて安定なため、分解されずに大気中に放出されると害が大きい。
前記のようなガスは主にエッチング装置で使用されるが、ＣＶＤ装置でも装置内壁のクリーニングを行う場合や、ＰＶＤ装置でも装置内のクリーニングを行う場合には、上記のようなエッチングガスが用いられる。
本発明は上記のようなエッチングガスの分解を主目的とするものであるが、これら以外にも分解可能であるなら、様々な有害ガスや、固体や液体の有害物質の処理に適用される。また、本発明は上記のようなエッチング装置やクリーニングする場合のＣＶＤ装置やＰＶＤ装置を主として対象とするものであるが、これら以外にも無害化可能な有害物質を排出するあらゆる種類のプラズマ設備に適用される。
【背景技術】
【０００２】
従来の排ガスの処理方法としては、大気圧下で化学的な方法で処理するものが大部分であって、通常これらの処理工程は各反応装置から出たガスを集めて常圧のもとで一括処理する方式がとられていた。すなわち、スクラバーなどにより水を用いてガスの洗浄その他の化学処理を施すようにしていた。
ところが、このような化学的処理方法では、被処理物処理設備の方が製造設備より大規模になる場合があり、経済的に現実的でない。
一方、排ガスを電気的に処理する方法も提案されており、例えば、特許文献１は、ＣＶＤガスを対象とするものであるが、プラズマ発生空間に磁界を印加させ、各種の排ガスを分解し、固形化して回収するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公平４−８０７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、この電気的処理方法は、磁界を加える装置が必要であって、構造が必ずしも簡易小型なものではない。そして、適用される対象はＣＶＤガスであって、近年無害化の要請が高いＰＦＣガスを効率よく分解できるものではない。さらに、この従来例は、減圧雰囲気下での放電に限られているので、ポンプの前段にしか装置を置くことができない。また、固形化したガスを別に手間をかけて回収するのは面倒でもある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑み、小型簡易な構成で個々のプラズマ設備に付設可能であり、安価で人手をさほど要することなく運転でき、ポンプ等の付帯設備に損傷を与えることなく、しかも有害物質、とくにＰＦＣガスの分解効率が高いガス分解装置およびそれを用いたプラズマ設備を提供することを目的とする。
【発明の効果】
【０００６】
発明によれば、ＣＦ４を含むＰＦＣなどのフッ素化合物であっても、プラズマに狭い空間で十分な時間接触させるので効果的に分解でき、小型簡易な構造とすることが可能であるため個々のプロセスチェンバに付設することが可能である。
また発明によれば、排ガスは狭い断面内で長い距離を通過する間にプラズマの影響を受けるので、排ガスの分解効率が高くなる。
また発明によれば、反応流路流出側のプラズマ容器に捕捉剤を充填しておけば、分解されたガス成分を捕集することができる。
また発明によれば、ウール状緩衝材を用いることで、粉末状吸収剤をプラズマ容器内にほぼ均等に拡散して配置できるので、ガスの捕集を効果的に行うことができる。
また発明によれば、プラズマの近くに水または水蒸気が供給されるので、排ガス中の水溶性の反応生成物を気相より速やかに排除し、分解反応を促進させることができる。
また発明によれば、反応流路内で発生しているプラズマに水または水蒸気を吐出させるので、プラズマとの反応時間が長くなり、より分解反応を促進させることができる。
また発明によれば、排ガスの流量が少ない場合でも、プラズマを反応流路中に充満させることができる。
また発明によれば、水溜内の水が液体電極となるので高圧電極と水面間にプラズマが発生し、排ガスはこのプラズマ領域を通る間に分解される。分解された成分のうち水溶性成分は水中に捕集されるので、水と共に排出して処理できる。
また発明によれば、絶縁物に形成した反応流路下方の水面から蒸発した水を略截頭円錐形の絶縁物の外側をつたって水溜内へ戻すので、反応流路に水滴が付着せず、放電に与える擾乱を防止できる。
また発明によれば、反応流路内で発生しているプラズマに接近させて水または水蒸気を供給するので、水との反応が最も活発となり、排ガスの分解反応を促進できる。
また発明によれば、水路内を通す間に加熱した温水または水蒸気を反応流路内に供給することができるので、プラズマと水との反応が効果的に行われ、分解反応が促進される。
また発明によれば、有害物質の分解を効率よく行うことができ、有害物質がたとえＣＦ４を含むＰＦＣなどのフッ素化合物であっても、効果的に分解できる。また、小型簡易な構造とすることができ個々のプロセスチェンバに付設することも可能である。さらに、有害物質の分解反応が促進されるとともに、水溶性反応生成物を効率的に水に吸収させることができるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。
また発明によれば、反応流路内壁は常に水の膜によって覆われているので、反応活性種による反応流路内壁の侵食を防ぐことができる。
また発明によれば、接地電極が自動的に冷却され、電極の損耗を抑えることができ、しかも、有害物質が反応流路を流れるときに接地電極が抵抗とならない。
また発明によれば、接地電極が直接プラズマに接するので、水の抵抗による電力損失をなくすことができる。
また発明によれば、放電開始時にプラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。
また発明によれば、放電開始時には、高圧電極に近い接地電極に通電すれば、プラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、高圧電極から離れた接地電極へと通電する接地電極を変えてゆけば、プラズマの長さを長くすることができる。よって、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。しかも、通電する電極を変えるだけでプラズマの長さを変化させることができるので、装置の構造を簡単にできる。
また発明によれば、放電開始時にプラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。しかも、有害物質の分解効率を向上させることができる。
また発明によれば、高圧電極の表面を化学的に安定に保つことができるので、有害物質によって電極が腐食されることを防ぐことができる。
また発明によれば、反応流路の流出側から排出される水溶性反応生成物を効率的に水に吸収させて除去することができ、しかも装置の排気側が熱によって損傷することを防ぐことができる。
また発明によれば、大気圧下で排ガスを分解処理するので、被処理物処理装置を小型化でき、粗引き用ポンプの流出側で処理することからプロセスチェンバに水分を逆流させることがなく、プラズマ設備を損傷、または寿命を縮めることがない。そして、個々のプロセスチェンバへの付設も容易である。
また発明によれば、粗引き用ポンプ内に介装した第１の被処理物処理装置で分解されずに残ったガスも、さらに粗引き用ポンプ流出側の第２の処理装置で分解することができるので、排ガスの分解効率をさらに高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ設備のブロック図
【図２】本発明の他の実施形態に係るプラズマ設備のブロック図
【図３】本発明の被処理物処理装置Ａの一実施形態を示す縦断面図
【図４】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図５】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図６】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図７】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図８】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図９】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１０】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１１】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１２】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１３】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１４】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１５】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１６】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１７】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１８】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図１９】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２０】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２１】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２２】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２３】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２４】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２５】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２６】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２７】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【図２８】被処理物処理装置Ａの他の実施形態を示す要部断面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の第１の実施の形態によるガス分解装置は、ガスが通過するキャピラリ状の細長い反応流路と、反応流路の一端側に配置される高圧電極と、反応流路の他端側に配置される接地電極とを備え、反応流路内壁の少なくとも一部に水を流動させ、大気圧下で反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、反応流路の一部を接地電極によって形成したものである。
本実施の形態によれば、反応流路内に発生したプラズマ中を排ガスが通過するときガスが分解される。このときプラズマは反応流路内の断面全体に充満しているので、ガスがプラズマ中を素通りすることがなく、効率よくガス成分の分解が行われる。とくに、ＣＦ４を含むＰＦＣなどのフッ素化合物は、非常に安定しているので、並の処理法は役に立たないが、プラズマに狭い空間で十分な時間接触させる本発明の方法によれば、効果的に分解できる。そして、この発明は反応流路内に一対の電極を設けたことを基本構成とし、かつ大気圧下で使用するものであるため、小型簡易な構造とすることができ個々のプロセスチェンバに付設することも可能である。
【０００９】
本発明の第２の実施の形態は、第１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の流入側に高圧電極を配置したものである。
本実施の形態によれば、接地電極内に形成された細長いキャピラリ状の反応流路がプラズマ発生空間となり、しかもプラズマが反応流路の長手方向に沿って発生する。このため排ガスは狭い断面内で長い距離を通過する間にプラズマの影響を受けるので、排ガスの分解効率が高くなる。
【００１０】
本発明の第３の実施の形態は、第１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の流出側にガスの流出経路となるプラズマ容器を設け、プラズマ容器内に分解生成物を捕捉する捕捉剤を収容したものである。
本実施の形態によれば、反応流路出側のプラズマ容器に捕捉剤を充填しておけば、分解されたガス成分を捕集することができる。
【００１１】
本発明の第４の実施の形態は、第１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の流出側にガスの流出経路となるプラズマ容器を設け、プラズマ容器内にウール状緩衝剤を混合させた粉末状吸収剤を収容したものである。
本実施の形態によれば、ウール状緩衝材を用いることで、粉末状吸収剤をプラズマ容器内にほぼ均等に拡散して配置できるので、ガスの捕集を効果的に行うことができる。
【００１２】
本発明の第５の実施の形態は、第１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の流入側から水が供給され、水は反応流路の流出側から排出されるものである。
本実施の形態によれば、プラズマの近くに水または水蒸気が供給されるので、排ガス中の水溶性の反応生成物を気相より速やかに排除し、分解反応を促進させることができる。
【００１３】
本発明の第６の実施の形態は、第１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の外周部に水溜が形成され、水溜内の水を反応流路に供給するものである。
本実施の形態によれば、分解された成分のうち水溶性成分は水中に捕集されるので、水と共に排出して処理できる。
【００１４】
本発明の第７の実施の形態は、第１の実施の形態によるガス分解装置において、水溜内の水を、反応流路の流入側端部から反応流路内に供給するものである。
本実施の形態によれば、分解された成分のうち水溶性成分は水中に捕集されるので、水と共に排出して処理できる。
【００１５】
本発明の第８の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極との間に絶縁物によって反応流路を形成し、反応流路の流入側に高圧電極を配置し、反応流路の流出側に水溜を設け、大気圧下で反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、接地電極の上面に水溜を設置し、反応流路の流出側端部を水溜内の水面より下方に配置し、反応流路の流入側端部に、外周側が下方に傾斜した斜面を形成したものである。
本実施の形態によれば、水溜内の水と高圧電極間でプラズマが発生し、このプラズマで排ガスが分解されるが、絶縁物に形成した反応流路下方の水面から蒸発した水を略截頭円錐形の絶縁物の外側をつたって水溜内へ戻すので、反応流路に水滴が付着せず、放電に与える擾乱を防止できる。
【００１６】
本発明の第９の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極との間に絶縁物によって反応流路を形成し、反応流路の流入側に高圧電極を配置し、反応流路の流出側に水溜を設け、大気圧下で反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、反応流路の流出側に水または水蒸気を供給し、プラズマと接触したあとの水を排出させるものである。
本実施の形態によれば、反応流路内で発生しているプラズマを接近させて水または水蒸気を供給するので、水との反応が最も活発となり、排ガスの分解反応を促進できる。
【００１７】
本発明の第１０の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極との間に絶縁物によって反応流路を形成し、反応流路の流入側に高圧電極を配置し、反応流路の流出側に水溜を設け、大気圧下で反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、反応流路の周囲に水路を設け、水路を通って加熱した水を反応流路内に供給するものである。
本実施の形態によれば、水路内を通す間に加熱した温水または水蒸気を反応流路内に供給することができるので、プラズマと水との反応が効果的に行われ、分解反応が促進される。
【００１８】
本発明の第１１の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、反応流路の流入側に高圧電極を、反応流路の内部に接地電極をそれぞれ配置し、反応流路内壁に沿って水を流下させ、反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、接地電極を、反応流路の中心線上に設けたものである。
本実施の形態によれば、接地電極がガス通路内部に設けられているので、プラズマが反応流路に沿って形成することができ、しかも反応流路内の断面全体にプラズマを確実に充満させることができる。このため、反応流路を通過する有害物質との接触面積が大きくなり、有害物質とプラズマとを確実に反応させることができるので、有害物質の分解を効率よく行うことができる。とくに、ＣＦ４を含むＰＦＣなどのフッ素化合物は、非常に安定しているので、並の処理法は役に立たないが、プラズマに狭い空間で十分な時間接触させる本発明の方法によれば、効果的に分解できる。そして、この発明は反応流路内に一対の電極を設けたことを基本構成とし、かつ大気圧下で使用するものであるため、小型簡易な構造とすることができ、個々のプロセスチェンバに付設することも可能である。また、反応流路の内壁全面に水の膜が形成されるので、プラズマと水とが広い面積にわたって接触する。このため、プラズマと水が接触することによって発生した水蒸気を、プラズマ中に効率よく巻き込むことができる。よって、有害物質の分解反応が促進されるとともに、水溶性反応生成物を効率的に水に吸収させることができる。よって、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。また、接地電極が直接プラズマに接するので、水の抵抗による電力損失をなくすことができる。
【００１９】
本発明の第１２の実施の形態は、第１１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の周囲に水溜を設けたものである。
本実施の形態によれば、反応流路の壁面温度が上昇しすぎることを防ぐことができるので、反応流路の途中で、反応流路内壁を流下する水が全て蒸発してしまうことを防ぐことができる。このため、反応流路内壁は常に水の膜によって覆われているので、反応活性種による反応流路内壁の侵食を防ぐことができる。
【００２０】
本発明の第１３の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、反応流路の流入側に高圧電極を、反応流路の内部に接地電極をそれぞれ配置し、反応流路内壁に沿って水を流下させ、反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、接地電極を反応流路の長手方向に移動可能に設けたものである。
本実施の形態によれば、放電開始時には、接地電極を高圧電極に近づければ、プラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、接地電極を高圧電極から遠ざければ、プラズマの長さが長くなり、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。
【００２１】
本発明の第１４の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、反応流路の流入側に高圧電極を、反応流路の内部に接地電極をそれぞれ配置し、反応流路内壁に沿って水を流下させ、反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、接地電極を複数個設けたものである。
本実施の形態によれば、放電開始時には、高圧電極に近い接地電極に通電すれば、プラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、通電する接地電極を高圧電極から離れた接地電極へと順次変えてゆけば、プラズマの長さを長くすることができる。よって、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。しかも、通電する電極を変えるだけでプラズマの長さを変化させることができるので、装置の構造を簡単にできる。
【００２２】
本発明の第１５の実施の形態によるガス分解装置は、高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路内にプラズマを大気圧下で発生させるガス分解装置であって、反応流路の流入側に高圧電極を、反応流路の内部に接地電極をそれぞれ配置し、反応流路内壁に沿って水を流下させ、反応流路の軸線方向にプラズマを発生させ、高圧電極を反応流路に近接離間可能に設けたものである。
本実施の形態によれば、放電開始時には、高圧電極を反応流路に近づければ、プラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、高圧電極を反応流路から遠ざければ、プラズマの長さが長くなり、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離率を高めることができる。しかも、有害物質が気体である場合、反応流路に入る前の流速の遅い有害物質がプラズマと反応する量を増加させることができるので、有害物質の分解効率を向上させることができる。
【００２３】
本発明の第１６の実施の形態は、第１５の実施の形態によるガス分解装置において、接地電極を反応流路の内壁に設けたものである。
本実施の形態によれば、接地電極が反応通路の内面に沿って設けられているので、水が接地電極の内面に沿って流れる。このため、接地電極が自動的に冷却され、電極の損耗を抑えることができる。しかも、有害物質は、接地電極の内面に形成された水の膜の内側を通過するので、有害物質が反応流路を流れるときに接地電極が抵抗とならない。
【００２４】
本発明の第１７の実施の形態は、第１２から第１６の実施の形態によるガス分解装置において、高圧電極を、白金で構成したものである。
本実施の形態によれば、高圧電極の表面を化学的に安定に保つことができるので、有害物質によって電極が腐食されることを防ぐことができる。
【００２５】
本発明の第１８の実施は、第１１の実施の形態によるガス分解装置において、反応流路の流出側に、水を流出させるものである。
本実施の形態によれば、反応流路の流出側から排出される水溶性反応生成物を、効率的に水に吸収させて除去することができ、しかも装置の排気側が熱によって損傷することを防ぐことができる。
【００２６】
本発明の第１９の実施の形態によるプラズマ設備は、高圧電極と接地電極を用い、ガスが通過する反応流路の内壁に沿って水を流下させ、大気圧下で反応流路の軸線方向にプラズマを発生させるガス分解装置を用いたプラズマ設備であって、プラズマ分解を行うプロセスチェンバの排気管に高真空排気ポンプを接続し、高真空排気ポンプの排気管に複数段のポンプを直列接続した粗引き用ポンプを接続し、粗引き用ポンプの排気管にガス分解装置を接続したものである。
本実施の形態によれば、プロセスチェンバ内の排ガスを高真空排気ポンプと粗引き用ポンプで排気し、大気中に排出される直前で、大気圧下で分解処理されるので、ガス分解装置を小型化できる。また、粗引き用ポンプの流出側で処理することからプロセスチェンバに水分を逆流させることがなく、プラズマ設備を損傷させたり寿命を縮めることがない。そして、大気圧下での放電は圧力と電極間隔の相似則によって、低圧での場合に比べて電極間隔を短くでき、結果的に装置を小型化できる。このため、個々のプロセスチェンバへの付設が容易である。
【００２７】
本発明の第２０の実施の形態は、第１９の実施の形態によるプラズマ設備において、粗引き用ポンプを構成する複数段のポンプ間の排気管に、ガス分解装置を付加したものである。
本実施の形態によれば、粗引き用ポンプ内に介装した第１のガス分解装置で分解されずに残ったガスも、さらに粗引き用ポンプ流出側の第２の処理装置で分解することができるので、排ガスの分解効率をさらに高くすることができる。
【実施例】
【００２８】
つぎに、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
まず初めに、本発明の被処理物処理装置が適用されるプラズマ設備の全体構造を説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ設備のブロック図である。
図１において、プロセスチェンバ１はプラズマ処理を行う。本発明にいうプロセスチェンバは、主としてエッチング装置のプロセスチェンバを対象とするが、エッチングガスを用いてクリーニングする場合のＰＶＤ装置やＣＶＤ装置のプロセスチェンバも含まれ、さらに後述する本発明の被処理物処理装置Ａで分解可能な有害物質を排出する一切のプロセスチェンバを含むものである。
このプロセスチェンバ１の排気管には、高真空排気ポンプ２と粗引き用ポンプ３が、その順で介装されている。高真空排気ポンプ２は、例えば公知のターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）で構成され、粗引き用ポンプ３は、例えば公知のルーツポンプ４、５を前後段直列に接続して構成されている。プロセスチェンバ１内を真空にするには、まず粗引き用ポンプ３により、ある程度真空引きした後、さらに高真空排気ポンプ２で、プロセスに必要な低圧まで真空引きする。そして、プロセス中は継続してプロセスチェンバ１内のガスを大気中に排気していく。ここまでの構成は、公知のプラズマ設備が全て備えている。本発明では、粗引き用ポンプ３の流出側の排気管３ａに被処理物処理装置Ａが介装されていることが特徴である。
【００２９】
なお、図１に示すように、前段ルーツポンプ４と後段ルーツポンプ５の間の排気管３ｂにガスバラストＮ２が注入され、後段ルーツポンプ５の流出側の排気管に軸シールＮ２が注入されている。このガスバラストＮ２とは窒素（Ｎ２）のことであり、排ガスがオイルとは接触しないとはいうものの、何らかの付着物が発生して回転子が汚れたり、粉末が発生したりということを防ぐため、ポンプの途中から注入して排ガスを希釈している。また、軸シールＮ２も窒素（Ｎ２）のことであり、ポンプの回転子を駆動するための回転軸が貫通している部分から排ガスが外部に漏れることを防ぐために注入している。
【００３０】
被処理物処理装置Ａの詳細は後述するが、基本構成が、プラズマ処理を行うプロセスチェンバ１から排出される排ガス等の有害物質が通過する反応流路１３と、反応流路１３内の断面全体にわたって大気圧下でプラズマを発生させる高圧電極１２と接地電極１１等からなるものである（図３参照）。
このため、図１のプラズマ設備によれば、粗引き用ポンプ３から排出される有害物質が、被処理物処理装置Ａ内の高圧電極１２との接地電極１１間に生じるプラズマ空間で物理的・化学的に分解され、分解された有害物質は大気中にガスの状態で排出されるので、再び粗引き用ポンプ３やプロセスチェンバ１の方へ逆流することはない。このため、プラズマプロセスへの擾乱が生じないという利点がある。
【００３１】
さらに、被処理物処理装置Ａは、排気側の大気圧の部分に設置されているので、つぎのような利点がある。
（ａ）高真空排気用のポンプと粗引き用のポンプの間に設置する場合のように、ポンプの排気経路に挿入されることがプロセスそのものに何らかの影響を及ぼしてしまうという心配がなく、既設のプロセスラインに単純に付加する形で設置することができる。
（ｂ）プラズマ反応の副生成物の中には、ＨＦやＨ２０などのように、ポンプに対して悪影響を及ぼす成分が含まれ得るが、これらがポンプを通過しない。
（ｃ）大気圧での放電を用いるため、圧力と電極間隔の間の相似則によって、低圧での場合に比べて電極間隔を短くすることが可能となり、これはすなわち装置の小型化という点において有利となる。
（ｄ）被処理物処理装置Ａに水分や蒸気を使用したとしても、粗引き用ポンプ３より上流側に進入することはないので、ルーツポンプ４、５等を損傷させることがない。
【００３２】
つぎに、図２に基づき本発明の他の実施形態のプラズマ設備を説明する。
同図において、プロセスチェンバ１、高真空排気ポンプ２、粗引き用ポンプ３と、それを構成するルーツポンプ４、５は図１と実質同一である。本実施形態では粗引き用ポンプ３の排気側に第１の被処理物処理装置Ａを設ける構成に加え、粗引き用ポンプ３内の前後段ルーツポンプ４、５間に第２の被処理物処理装置Ａを補助用として付加したものである。図１の構成が本発明において基本的なものであるが、図２はその発展型である。
ただし、粗引き用ポンプ３内に設置する第２の被処理物処理装置Ａは、水や蒸気を用いない装置でなければならない。もし、水や蒸気が洩れると、前後のポンプや、それに用いる軸受等を損傷させるからである。
この図２のプラズマ設備では、粗引き用ポンプ３内の被処理物処理装置Ａで１次処理をした後、さらに粗引き用ポンプ３流出側の被処理物処理装置Ａで２次処理をするので、排ガスの分解がより完全に近く行えることになる。
【００３３】
つぎに、上記プラズマ設備に用いられる被処理物処理装置Ａの各実施形態を図３〜図２８に基づき説明する。
なお、図３の実施形態を例として被処理物処理装置Ａの全体の構成および他の実施形態にも共通する技術思想を説明し、図４以下では部分的に各実施形態の特徴のみを説明する。また同一機能を有する部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００３４】
（図３の実施形態）
１０は本体ケースで、これに接地電極１１と高圧電極１２が排ガスの流れ方向における上流側から下流側に向けて、その順で保持されている。接地電極１１の中心にはキャピラリ状の、つまり細長い反応流路１３が形成されており、高圧電極１２は反応流路１３の流入側近傍で、その中心線上に配置されている。なお本実施形態では、高圧電極１２の端部は反応流路１３内に挿入されている。この高電極１２には、直流高圧電源または交流高周波数電源１４がマッチング回路１５を介して接続されている。そして、反応流路１３に処理すべき排ガスを導入する導入パイプ１３ａが設けられ、これが粗引き用ポンプ３中の排気管３ａに接続されている。さらに、接地電極１１に反本体ケース１０側にはプラズマ容器１８が取付けられており、このプラズマ容器１８の出口は大気に開放するか、あるいはコネクタ１９を介して粗引き用ポンプ３中の排気管３bに接続されるようになっている。排ガスは導入パイプ１３ａから本体ケース１０内の高圧電極１２のまわりに入り、反応流路１３を経て、プラズマ容器１８を通りコネクタ１９から出ていく。高圧電極１２の放電によるプラズマは接地電極１１内の細長い反応流路１３内に発生し、この狭い断面内を排ガスが通過するときプラズマによって各ガス成分に分解される。
【００３５】
本実施形態において、接地電極１１は金属製であって、真鍮や銅など通電性の高いものが好ましいが、プラズマを発生させるという機能を発揮しうる限り、これらに限られるのものではない。高圧電極１２は金属パイプ金属棒、またカーボン棒、Ｐｔ棒、Ｔｉ−Ｐｄ合金棒などが好ましいが、プラズマを発生させるという機能を発揮しうる限り、これも例示のものに限られるものではない。
プラズマ容器１８には、種々の捕捉剤を充填することができ、例えば、Ｃａ（ＯＨ）２を充填しておくと、排ガス中のＣＦ４を分解して発生したＦを捕捉することができる。なお、このプラズマ容器１８は着脱式にしておくと扱いが容易になるので好ましい。
【００３６】
接地電極１１や高圧電極１２は、冷却しないものも冷却するものも本発明に含まれる。冷却する場合、昇温が抑制されるので連続運転に効果的である。冷却方法は被処理物処理の機能を阻害しない限り任意の手段を採用できる。例えば、パイプ状の高圧電極１２内に冷却水を給排してもよく、接地電極１１の周囲にパイプを取付けて冷却水を流したり、接地電極１１の外周に環状の水路を形成し、これに給排水パイプ１６Ａを接続して冷却水を流すようにしてもよい。
接地電極１１によって形成する反応流路１３には、保護パイプ１７を入れてもよい。この保護パイプ１７については、セラミックパイプ２２、２４として後述するが、接地電極１１の浸食を防止するために、セラミック絶縁管を用いる。図３に示すように、保護パイプ１７は、その一端を、高圧電極１２の先端を隠すように延出することでフラッシュが起こりにくくなる。
【００３７】
本発明の被処理物処理装置Ａは、ほぼ大気圧下でプラズマ放電させる環境で使用される。そして、本装置の目的は、プラズマによって有害ガスを分解・除外することであるから、放電に求められる条件は、装置内を通過する排ガスが、確実にプラズマ領域を通過し、放電のエネルギーを受けずにそのまま素通りしてしまうことが無いようにすることにある。このためには、
（１）プラズマが連続的に発生している（消える瞬間が無い）
あるいは、
（２）プラズマが消えている瞬間であっても、ガス分子のプラズマ発生領域への
滞留時間（通過に要する時間）が、プラズマが消えている時間より長い
のいずれかの条件を満たさなければならない。
【００３８】
そこで、電源１４とプラズマ領域を構成する反応流路１３は、つぎの条件を満足するのが好ましい。
まず、電源についてであるが、電源は直流あるいは周波数約１０ｋＨｚ以上の高周波数が好適である。その理由はつぎのとおりである。
一般に、大気中においては、電極間に均一な直流の電界がかかっている場合、放電が起きるためには間隔１ｃｍあたり約３０ｋＶの電圧が必要と言われている。実際の放電装置においては、電極には必ずエッジがあり、その部分の電界が強くなるため、放電に必要な電圧はこれよりも低くなり、電極間隔１ｃｍの場合約１０ｋＶで放電ができることもある。以上は直流の場合であるが、商用周波数程度の周波数の交流においても、条件はほぼ同様である。ただし、周波数が数１０ｋＨｚを越える領域になると、放電に必要な電圧は小さくなるからである。
要するに直流放電は、（１）を満たしている。しかし、陰極が加熱すること、放電の安定抵抗による電力喪失が大きいこと、高電圧の直流電源が必要となること等の副次的な問題が発生する。この意味においては、交流電圧を用いる方が得策であるが、上記（２）の条件を、余裕をもってクリアするためには、周波数が高い方が有利となる。いずれにしても、放電させるための電圧や周波数は、前記した好適な範囲があるものの、実際には実機の電極間隔等に基づき最適値を設計的実験的に求めればよい。
【００３９】
排ガスを分解するためには、ガスが通る経路の全断面にプラズマが満たされていることが好ましい。ところで、放電により生ずるプラズマの径は電流の大きさに依存するが、反応流路１３を細く絞ると、反応流路１３の全断面にプラズマが広がって処理すべき排ガスが必ずプラズマ領域を通過する。また、細く絞られた部分ではプラズマの温度が高くなり、このためプラズマ中における被処理ガス分子の分解反応がより促進される。このため、プラズマを発生させるべき反応流路１３は、細く長い断面がよい。ただし、細く長くなればガスの流れの抵抗を大きくしてしまうので、一概にその数値を決めることはできない。そこで、これらの値は実験的設計的に最適値を求めるとよい。ただ、反応流路の内径については、大気圧放電のプラズマの広がり方からして、３ｍｍ〜５ｍｍ程度が適当である。
【００４０】
つぎに、被処理物処理装置Ａの他の実施形態を図４〜図２８に基づき説明する。なお、以下では各実施形態に特有の構成について説明する。
【００４１】
（図４の実施形態）
この実施形態では、反応流路１３に保護パイプを設けず、接地電極１１で反応通路１３を構成している。また本実施の形態に示すように、高圧電極１２の端部は必ずしも反応流路１３内に挿入しなくてもよい。反応流路１３の直径ｄは３ｍｍであり、長さは２０ｍｍである。このように細長いキャピラリ状のプラズマ領域を設けると、排ガス分子の分解反応がさらに促進される。
なお、２１は接地電極１１とプラズマ容器１８や本体ケース１０間からのガス漏洩を防止するシーリング材である。
【００４２】
（図５の実施形態）
この実施形態は、キャピラリ状の反応流路１３の内壁に保護用のセラミックパイプ２２を設けたものである。図示のように、セラミックパイプ２２の高圧電極１２側端部は接地電極１１の端部と同一面とし、高圧電極１２と反対の流出側端部は接地電極１１の端部よりも突出させている。セラミックパイプ２２に用いるセラミックの材質は接地電極１１の浸食を防止できるなら、どのようなセラミックでもよいが、その効果からはアルミナ等が好ましい。
本実施形態では、金属の接地電極１１が直接プラズマに接触しないため、プラズマによって被処理ガスが分解して生成する反応活性種によって、接地電極１１が浸食されるのを防止できる。このため、セラミックパイプ２２の長さは、接地電極１１の反応流路１３の長さより長くてもよい。
【００４３】
（図６の実施形態）
この実施形態は、高圧電極１２の先端部に、セラミック被覆２３を施しカバーとしたものである。
このように被覆すると、高圧電極１２の先端の消耗を防止し、電極を長寿命化させることができる。
【００４４】
（図７の実施形態）
この実施形態は、高圧電極１２の外周に筒状のセラミックパイプ２４を設け、高圧電極１２とセラミックパイプ２４との間に保護ガスｇを流すものである。高圧電極１２の先端は、周りのセラミックパイプ２４の先端より、やや内側に引っ込められている。保護ガスｇは、窒素、アルゴン、へリウム等が好適である。
本実施形態によると、高圧電極１２の先端部のプラズマは、保護ガスｇが電離して発生したものからなり、被処理ガスＧが分解して生成する反応活性種が電極１２の先端まで到達しないため、電極１２の浸食を防止し、長寿命化を図ることができる。
なお、保護ガスとして水蒸気を流してもよい。この場合は、高圧電極１２の保護も兼ねることができる。
【００４５】
（図８の実施形態）
この実施形態は、図４〜図７の実施形態のいずれかにおいて、プラズマ容器１８の内部であって、キャピラリ状の反応流路１３の出口側近傍に、ウール状緩衝材２５に粉末状吸収剤２６を混合したものを配置したものである。
ウール状緩衝材２５はグラスウール、スチールウール等が好適であり、粉末状吸収剤２６は、水酸化カルシウム等が好適である。
本実施形態では、反応流路１３から噴出するプラズマのすぐ近くに吸収剤２６を配置することにより、プラズマによって分解生成された反応活性種を、反応性が衰えないうちに吸収剤２６と効率的に反応させ、分解反応を実質的に促進させることができる。このため、被処理ガスがＣＦ４の場合、水酸化カルシウムを吸収剤２６として用いることにより、ＣＦ４が分解して生じるＦ原子はＣａＦ２としてトラップされるため、分解反応を促進させることができる。
なお、本実施形態において、図８の構成を上下逆さまにし、高圧電極１２を下側、吸収剤を上側に配置して、排ガスＧを下から上に向かって流すようにしてもよい。このようにすると、重力によって、常に吸収剤２６がプラズマの噴出口近傍に位置するので、反応活性種を捕らえる効果が改善される。
【００４６】
（図９の実施形態）
この実施形態は、図４〜７の実施形態のいずれかにおいて、接地電極１１のキャピラリ状の反応流路１３の出口で、反応流路の周囲から内側に向けて水を吐出させるようにしたものである。このため、接地電極１１に近接した位置のプラズマ容器１８に、供給路２７と、水を反応流路１３の出口に導く流水ガイド２８とを設けている。
本実施形態では、反応流路１３から噴出するプラズマのすぐ近くに水を供給することにより、プラズマによって分解生成された反応活性種を水と反応させるとともに、水溶性の反応生成物を気相より速やかに排除し、分解反応を実質的に促進させることができる。そして、被処理ガスＣＦ４の場合、水と反応させることにより、ＣＦ４が分解して生じるＦ原子はＨＦとして水に溶解しトラップされるため、分解反応を促進させることができる。
【００４７】
また、水を連続的に流すことにより、分解生成物の吸収効果を継続的に維持することができる。さらに、水に、水酸化ナトリウムや水酸化カリウム、アンモニアなどのアルカリ性のものを溶解させておいてもよい。このようにすると、ＣＦ４が分解してＦ成分が水中に溶解した際、そのままでは強い酸性になってしまうが、これを直ちに中和することができ、これにより排水系統の腐食を抑えることができるという利点がある。
また、反応生成物との反応性の高い物質（例えば、水酸化カルシウム等）を水に溶解させておいてもよい。このようにすると、ＣＦ４が分解してＦ成分が水中に溶解した際、これを直ちに沈殿除去することができるという利点がある。
【００４８】
なお図９に示す実施形態において、供給路２７と流水ガイド２８に、水蒸気を導入してもよい。
本実施形態では、水の加熱蒸発にプラズマの熱量が奪われることがないので、プラズマの温度を低下させずに、被処理ガスＧの分解によって生成する反応活性種と水とを気相で（プラズマ中で）反応させ、分解反応を促進させることができる。
そして、下流側においてガスを冷却して、水蒸気を液化させ、水溶性の分解生成物をこの水とともに取り除くようにすればよい。
【００４９】
（図１０の実施形態）
この実施形態は、図４〜図７の実施形態のいずれかにおいて、接地電極１１のキャピラリ状の反応流路１３の入口で、もしくは反応流路１３の途中にて、反応流路１３の周囲から内側に向けて水を吐出させるようにしたものである。このため、接地電極１１を貫いて反応流路１３へ水を導く水供給路２９が形成されている。
本実施形態では、水の加熱蒸発にプラズマの熱量が奪われることなく、プラズマの温度を低下させずに、被処理ガスＧの分解によって生成する反応活性種と水とを気相で（プラズマ中で）反応させることができる。また、本実施形態では、図９の実施形態に比べて、水とプラズマとが作用する区間が長いので、さらに反応が促進させる。
また、本実施形態において、吐出した水が、一部はプラズマの熱により気化するが、大部分は水のままの状態で、反応流路の内壁に沿って硫化させ、この水の表面が接地側の電極となるように、水の吐出量を制御すればよい。この場合、常時新しく供給される水によって反応流路の内壁が覆われているため、反応活性種による反応流路内壁の浸食を防止する効果がある。
【００５０】
さらに、本実施形態において、水または水蒸気の吐出口２９ａを、キャピラリ状の反応流路１３の途中に円周方向に複数箇所設けるとよい。また上下方向に複数箇所設けるのもよい。このようにすると、水とプラズマとの混合がより促進され、水と被処理ガスＧとの反応をより活性化させる効果がある。
なお図１０に示す実施形態において、水供給路２９に、水を水蒸気として導入してもよい。
本実施形態では、水を導入する場合に比べて、水の加熱蒸発にプラズマの熱量が奪われることなく、プラズマの温度を低下させずに、被処理ガスの分解によって生成する反応活性種と水とを気相で（プラズマ中で）反応させることができる。そして、下流側においてガスを冷却し、水蒸気は液化させるとともに、水溶性の分解生成物を水とともに取り除くようにしてもよい。
【００５１】
また、本実施形態において、水または水蒸気の吐出口２９ａを、キャピラリ状の反応流路１３の途中に円周方向に複数箇所設けるとよい。また上下方向に複数箇所設けてもよい。このようにすると、水蒸気とプラズマとの混合がより促進され、水と被処理ガスＧとの反応をより活性化させる効果がある。
さらに、本実施形態において、外径が反応流路１３の内径より小さなパイプを、反応流路１３の側面より挿入し、このパイプの側壁の、被処理ガスの下流側の面に、水または水蒸気の吐出口を設けてもよい。このようにすると、水または水蒸気が吐出される際の初速度を、被処理ガスの流れとほぼ並行に向けることが可能となり、被処理ガスＧのコンダクタンスを改善する効果がある。
【００５２】
（図１１の実施形態）
この実施形態は、図１０の実施形態において、水または水蒸気の水供給路２９の先端に形成された吐出口２９ａを斜め下方に向けて設け、水または水蒸気に、被処理ガスＧの流れと同じ向きの初速度成分を与えて吐出させるようにしたものである。
本実施形態では、図１０の実施形態に比べて、反応流路１３内の被処理ガスＧのコンダクタンスを改善する効果がある。
なお、反応流路１３の内壁にセラミックパイプ（図６の符号２２参照）を設ける場合は、そのセラミックパイプに上記のごとき吐出口２９ａを設けるとよい。
また、本実施形態において、水または水蒸気を吐出口２９ａを、キャピラリ状の反応流路１３の途中に円周方向に複数箇所設けるとよい。また上下方向に複数箇所設けるのもよい。このようにすると、水または水蒸気とプラズマとの混合がより促進され、水と被処理ガスＧとの反応をより活性化させる効果がある。
さらに本実施形態において、外径が反応流路１３の内径より小さなパイプを、反応流路１３の側面より挿入し、このパイプの側壁の、被処理ガスの下流側の面に、水または水蒸気の吐出口を設けてもよい。このようにすると、水または水蒸気が吐出される際の初速度を、被処理ガスの流れとほぼ並行に向けることが可能となり、被処理ガスのコンダクタンスを改善する効果がある。
【００５３】
（図１２の実施形態）
この実施形態は、図１１の実施形態において、水または水蒸気の吐出口２９ａの上縁と下縁に段差３０を設けるようにしたものである。
このようにすると、水または水蒸気が吐出される際の、被処理ガスＧの流れと同じ向きの初速度を増大させ、被処理ガスＧのコンダクタンスをより改善する効果がある。
また、本実施形態において、水または水蒸気の吐出口２９ａを、キャピラリ状の反応流路１３の途中に円周方向に複数箇所設けるとよい。また上下方向に複数箇所設けてもよい。このようにすると、水または水蒸気とプラズマとの混合がより促進され、水と被処理ガスＧとの反応をより活性化させる効果がある。
【００５４】
（図１３の実施形態）
この実施形態は、水または水蒸気の吐出口を、直径の異なる２種のパイプの隙間によって形成したものである。このため、接地電極１１の反応流路１３の内周に直径の小さいパイプ３１と直径の大きいパイプ３３が同心状に配置され、両パイプ３１、３２間の隙間の上部が水供給路２９に連通し、隙間の下部が吐出口２９ｂとなっている。
本実施形態では、水または水蒸気が吐出される際の初速度を、被処理ガスＧの流れとほぼ並行に向けることが可能となり、被処理ガスのコンダクタンスを改善する効果がある。
【００５５】
（図１４の実施形態）
この実施形態は、接地電極１１の上面に絶縁物３３を積層し、接地電極１１と絶縁物３３とで細長い反応流路１３を形成している。つまり、キャピラリ状の反応流路１３の上部に絶縁物３３を設け、反応流路１３の流出側に接地電極１１を配置したものである。
このようにすると、被処理ガスＧの流量が小さい場合においても、プラズマをキャピラリ状の反応流路１３の中に充満させることができる。
【００５６】
（図１５の実施形態）
この実施形態は、絶縁物３３と接地電極１１の間より水を吐出させるようにしたものである。このため、絶縁物３３と接地電極１１の間に水供給管２９を形成している。
本実施形態では、図１４の実施形態と同様の効果があり、さらに水による接地電極１１の保護の確実性が向上する。
【００５７】
（図１６の実施形態）
同図に示すように、高圧電極１２と接地電極１１を対抗して配置し、接地電極１１の上面に水溜４１と絶縁物３３とがその順で設置されている。絶縁物３３の中心には細長い反応流路１３が形成され、その中心上方に高圧電極１２が位置している。水溜４１の内部には水が供給され、水溜４１の底部には接地電極１１が設置されている。反応流路１３の出口は、水溜４１の水面下に進入しており、被処理ガスＧが泡となって水の中をくぐって通過するようにしている。水溜４１には水供給パイプ４２を接続し、水溜４１の上部には水位調整孔４３を設けている。この水供給パイプ４２から常時水を供給し、水位調整孔４３から排出していくと、水位を一定に保ちながら常に新しい水を貯えておくことができる。さらに、処理済みの排ガスＧが水中をくぐって大気へ排出されるように、絶縁物３３の下面から側面にかけて、排気口４４が形成されている。
【００５８】
この実施形態において、水溜４１内の水は接地電極１１に導通している結果、液体電極を構成するので、高圧電極１２に高電圧あるいは高周波電圧を印加すると、高圧電極１２と水面間の反応流路１３内にプラズマが発生する。そして、被処理ガスＧはプラズマ領域を通る間に分解され、水中に進入し、再び水中から出て、水溜４１の上部の排気孔４４から出ていく。この間に分解された成分のうち可溶性成分は水中に捕集され、非溶性成分は大気中に排出される。水溜４１中の水は循環させても循環をさせなくてもよいが、新しい水を常に供給し古い水を排出すれば、水と共にガス分解成分を連続排出することができる。また、処理済ガスを水位調整孔４３から水と一緒に排出してもよい。
【００５９】
本発明が適用されるプラズマ設備では、たとえばＰＦＣ、ＣＦ４などのガスが用いられる。ＣＦ４の排ガスは、排出時にＮ２の中で希釈され、更にＳｉＯ２のエッチング工程で生成されるＯ２で不純化されることがあるので、排出されたガスは、水に可溶性のＮｏ２やＮｏ３のようなＮｏＸを含んでいる。本実施形態の被処理物処理装置Ａは水電極を用いるので、分解後の放電生成物が大気中に放出されることなく、直ちに水に溶け込ませることができ、水と共に流し去ることが可能である。
【００６０】
つぎに、本実施形態の被処理物処理装置Ａの分解率を説明する。プロセスチェンバから排出されたガスは、プラズマによる分解作用で、ＦやＣに分解される。つまり放電域を通過するとき、ＣＦ４がＣＦ３、ＣＦ２、ＣＦ、Ｃ、それらのイオンなどに分解される。本実施形態の被処理物処理装置Ａを用いた実験では、それらの分解処理後の水中に含まれるＦ成分の量を分析した結果、投入されたＣＦ４ガス中に含まれるＦ成分の量に、ほぼ等しい量が検出されたことから、ほぼ１００％のＣＦ４が分解されることが分かった。
【００６１】
（図１７の実施形態）
この実施形態は、絶縁物３３に設けたキャピラリ状の反応流路１３の内壁をヒータ４５により摂氏１００度以上に加熱するようにしたものである。
このようにすると、反応流路１３のプラズマ領域のガス温度を高め、プラズマ中の化学反応を促進するとともに、水の蒸気の拡散、あるいは水面を振動などにより反応流路１３内に紛れ込んだ水分が、反応流路１３の内壁に水滴となって付着し、放電に擾乱を与えるのを防止することができる。
【００６２】
（図１８の実施形態）
この実施形態は、図１６の実施形態において、反応流路１３の出口部分を除いて、それより上流側の反応流路の内径を大きくしたものである。つまり、反応流路１３は出口付近の一部のみ断面が細く絞られている。このような形状でも反応流路１３内にプラズマが充満するので排ガスの分解が可能である。
本実施形態では、反応流路１３の内壁に付着する水滴が放電に与える擾乱を最小化できる。
【００６３】
（図１９の実施形態）
この実施形態は、図１８の実施形態において、反応流路１３を規制する絶縁物３３を、水に進入した部分と処理済ガスの捕集排出部を除いて取り去り、水溜４１の容器壁を以って、反応流路に代用したものである。このため、絶縁物３３は截頭円筒形の上端部３３ａと円筒状の下端部３３ｂからなり、上端部３３ａの中心の開口が反応流路１３となっている。そして、この絶縁物３３は水溜４１内で支持されている。さらに、水位調整用のパイプ４８が水溜４１内に立てて挿入され、パイプ４８に上端が絶縁物３３の上端部３３ａ内に位置している。このため水溜４１内の水位は、絶縁物３３の上端部３３ａの外周が水中に入るように維持されている。つまり、反応流路１３の流出側端部は水中に位置する。高圧電極１２は反応流路１３の流入側に位置している。
本実施形態では、放電部の水面から蒸発した水を、上端部３３ａの外側から、水溜４１内に戻すことができ、反応流路１３の内壁に水が付着しないので、水滴が放電に与える擾乱を最小化することができる。
本実施形態のように、水位調整孔を、水溜４１の底部より挿入したパイプ４８により構成すると、パイプ４８の挿入長さで設定水位を自在に変えることができる。なお、このパイプ４８は、図１６〜図１８の実施形態における水位調整孔４３と代替することができる。
【００６４】
（図２０の実施形態）
この実施形態は、高圧電極１２の下方に位置する絶縁物３３の中心に細長い反応流路１３を形成し、絶縁物３３と接地電極１１との間に配置した水溜４１内に絶縁材で作成した有頂円筒状の筒体４６を配置したものである。筒体４６の底部は開口して水の供給を受けるようになっており、筒体４６の頂部には中央に微小孔４６ａを設けている。筒体４６に供給された水は、上端の微小孔４６ａを通って反応流路１３の出口に向け吐出し、水電極として機能する。そして、筒体４６の外表面に沿って落下し、水溜４１内に入り、底部の接地電極１１に設けた排水溝から排出するようにしたものである。
このようにすると、水との反応が最も活発である、プラズマと水とが接する部分に、常に新しい水が供給され、反応が促進させる効果がある。
【００６５】
（図２１の実施形態）
この実施形態は、絶縁物３３内にヒータ４５を入れると共に、水溜４１内にもヒータ４５を入れている。また、水溜４１の底部に設けた接地電極１１には水供給口が設けられ、水溜４１内には排気パイプ４７が立てられている。この排気パイプ４７の上端部は、反応流路１３の流出側近傍に位置し、下端部は接地電極１１を貫いている。
本実施形態は、水溜４１内の水を放電の接地側電極として機能させるとともに、水溜４１の水をヒータ４５により加熱し蒸発させ、水蒸気として反応流路１３に下端から放電空間に導入するようにしたものである。
本実施形態では、図９および図１０の実施形態での水蒸気の場合と同様の効果があり、かつ図１８の実施形態の特徴をも併せ持つという特徴がある。さらに、金属の接地電極１１がプラズマに接触しないので、浸食されないという効果がある。さらに、水溜４１の水を加熱することにより、反応流路１３全体が高温に維持され、分解反応が促進される効果がある。
【００６６】
（図２２の実施形態）
この実施形態は、水を放電により発生する熱を利用して加熱し、蒸発させ、水蒸気として放電空間に導入するようにしたものである。このため、絶縁物３３中の反応流路１３に接近した内壁部分にガス流れ方向に沿った水路６１を設け、この水路６１の上端（高圧電極１２に近い側）に水供給路２９を接続し、水路６１の下端（高圧電極１２から遠い側）に反応流路１３に向けて開口する水蒸気導出孔６２が形成されている。
この実施形態では、水路６１内を通過する間に水が反応流路１３内のプラズマにより温熱されるので、図２１の実施形態と同様の効果があり、かつ、水の加熱のためにヒータを別個に設けることがなく、電力の利用効率が高くなる利点がある。
【００６７】
（図２３の実施形態）
この実施形態は、反応流路１３の内壁を多孔質セラミックパイプ６３で構成し、その周囲に水路６４を形成したものである。水路６４は絶縁物３３内に設けられ、水が供給パイプ２９より供給され、一部の水は接地電極１１に接している。
この実施形態によると、水が水路６４を通る間に加熱され、温水または水蒸気が多孔質セラミックパイプ６３から反応流路１３の全長にわたって内部に浸透し、放電空間に導入することができる。
このようにすると、水が反応流路１３の内壁全面にわたって一様に滲出するので、反応流路全体にわたって均一にプラズマと水または水蒸気との反応が起こり、反応が効果的に行われる効果がある。
【００６８】
（図２４の実施形態）
図２４において、中空な本体ケース１０の上部には、本体ケース１０内に処理すべき排ガス等の有害物質を導入する導入パイプ１３ａが設けられており、この導入パイプ１３ａが粗引き用ポンプ３の排気管３ａに接続されている。
この本体ケース１０の下端には、本体ケース１０内部と外部とを連通させる排出口１０ｃが形成されている。また、本体ケース１０の下端部には、排出口１０ｃ内に水を供給するための冷却水通路８１が設けられている。
本体ケース１０の内部において、排出口１０ｃの上端には、反応パイプ１３ｂが鉛直に取付けられており、この反応パイプ１３ｂの内部が反応流路１３となっている。この反応パイプ１３ｂの内径は、８〜２０ｍｍ程度であれば、プラズマを反応流路１３の断面全体に形成することができるが、１５ｍｍ程度が有害物質を効率よく処理する上で好適である。この反応パイプ１３ｂの素材は、アルミナや窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、窒化ホウ素等の絶縁体である。
この反応パイプ１３ｂの内部には、反応パイプ１３ｂの内面に沿って接地電極１１が設けられている。この接地電極１１の素材は、例えば真鍮や銅等、通電性の高い金属である。
【００６９】
なお、接地電極１１は、通電性が高く化学的に安定な、例えば金や白金等の金属が望ましいが、プラズマを発生させるという機能を発揮しうる限り、これらに限られるものではない。
本体ケース１０の上端には、白金製の高圧電極１２が設けられている。この高圧電極１２の下端部は、反応パイプ１３ｂの上端近傍に配設されている。また高圧電極１２の上端部には、電源１４がマッチング回路１５を介して接続されている。この電源１４は、直流高圧電源または交流高周波電源である。
なお、この１４が直流高圧電源の場合には、マッチング回路１５は不要である。
したがって、電源１４から高圧電極１２に電圧を加えれば、高圧電極１２と接地電極１１との間に放電が発生し、反応パイプ１３ｂから内部つまり反応流路１３の断面全体にプラズマが形成される。このため、導入パイプ１３ａから本体ケース１０内に有害物質を導入すれば、有害物質は反応パイプ１３ｂ内を通過するときにプラズマと接触し、各ガス成分に分解されてから外部に放出される。
【００７０】
また、高圧電極１２の素材が白金であるから、高圧電極１２の表面を化学的に安定に保つことができる。したがって、有害物質によって高圧電極１２が腐食されることを防ぐことができる。
さらに、冷却水通路８１から排出口１０ｃに水を供給すれば、反応流路１３から排出される水溶性反応生成物を効率的に水に吸収させて除去することができ、しかも装置の排気側が熱によって損傷することを防ぐことができる。
なお、放電開始において、接地電極１１または高圧電極１２に放電開始電圧より高い電圧のパルス電圧を加えれば、パルス電圧を加えた瞬間から安定して放電をスタートさせることができる。
さらに、放電開始において、接地電極１１または高圧電極１２に放電開始電圧より高い電圧の高周波電圧を加えれば、安定して放電をスタートさせることができ、しかも放電開始時の印加電圧を低くすることができる。
【００７１】
さらに、接地電極１１と高圧電極１２の間に直流電圧を加えて放電させれば、接地電極１１と高圧電極１２との間に常に一定の電圧を加えることができるので、全時間帯にわたって放電を安定させることができる。特に、高圧電極１２に負の電圧を印加すれば、放電をさらに安定させることができる。
さらに、高圧電極１２はその先端部にのみ白金を使用してもよい。また、高圧電極１２は、金属パイプや金属棒、またカーボン棒、Ｔｉ−Ｐｄ合金棒など、プラズマを発生させるという機能を発揮しうるものであれば特に限定はない。
【００７２】
また、反応パイプ１３ｂの外周と本体ケース１０の内面との間には、反応パイプ１３ｂを囲むように水溜８０が形成されている。この水溜８０には、本体ケース１０に設けられた給水パイプ１６Ｂから水が供給されており、水溜８０に供給された水は、水溜８０の上端から反応パイプ１３ｂ内に供給される。すると、反応パイプ１３ｂ内に供給された水は、反応パイプ１３ｂの内壁に沿って流下し、反応パイプ１３ｂの内壁全面に水の膜を形成する。
よって、反応流路１３の内壁全面に水の膜が形成されるので、プラズマと水とが広い面積にわたって接触する。このため、プラズマと水が接触することによって発生した水蒸気を、プラズマ中に効率よく巻き込むことができる。よって、有害物質の分解反応が促進されるとともに、水溶性反応生成物を効率的に水に吸収させることができる。よって、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。しかも、有害物質が固体や液体の場合、有害物質を導入パイプ１３ａを通して、または水とともに給水パイプ１６Ｂから水溜８０に供給し、水とともに有害物質を反応流路１３の内壁に流下させれば、有害物質をプラズマと接触させて分解させることができる。
【００７３】
また、水溜８０内の水によって反応パイプ１３ｂが冷却されるので、反応流路１３の壁面温度が上昇しすぎることを防ぐことができる。このため、反応流路１３の途中で、反応流路１３の内壁を流下する水が全て蒸発してしまうことを防ぐことができる。したがって、反応流路１３の内壁は常に水の膜によって覆われているので、反応活性種による反応流路１３内壁の侵食を防ぐことができる。
さらに、接地電極１１が反応通路１３の内面に沿って設けられているので、水が接地電極１１の内面に沿って流れる。このため、接地電極１１が自動的に冷却され、電極の損耗を抑えることができる。しかも、有害物質は、接地電極１１の内面に形成された水の膜の内側を通過するので、有害物質が反応流路１３を流れるとき接地電極１１が抵抗とならない。
なお、給水パイプ１６Ｂから供給する水を予め加熱しておけば、プラズマの熱によって加熱された水を効率よく水蒸気とすることができるので、プラズマに水蒸気を効率よく供給することができる。
【００７４】
つぎに、被処理物処理装置Ａの他の実施形態を図２５〜図２８に基づき説明する。なお、以下では各実施形態に特有の構成についてのみ説明している。
【００７５】
（図２５の実施形態）
この実施形態は、接地電極１１を反応流路１３の中心線と平行な棒状の電極としたものである。
図２５に示すように、反応パイプ１３ｂの中心線、つまり反応流路１３の中心線上には棒状の接地電極１１が設けられている。
このため、接地電極１１が、反応パイプ１３ｂの内壁に沿って流下する水によって完全に覆われてしまうことがなく、接地電極１１の一部は必ず水の膜から露出している。したがって、接地電極１１と高圧電極１２との間に形成されたプラズマは、直接接地電極１１と接することになるので、水の抵抗による電力損失をなくすことができる。
【００７６】
（図２６の実施形態）
この実施形態は、反応パイプ１３ｂ内において、接地電極１１を上下に移動自在に設けたものである。
図２６に示すように、反応パイプ１３ｂ内面には、接地電極１１が上下に摺動自在に取付けられている。この接地電極１１の下端部には、支持棒１１ｂが取付けられている。この支持棒１１ｂは、図示しない被処理物処理装置Ａのケースに、反応パイプ１３ｂの中心線に沿って上下に昇降自在に取付けられている。
このため、支持棒１１ｂを上下に昇降させて、接地電極１１と反応パイプ１３ｂの内面に沿って上下に移動させれば、接地電極１１と高圧電極１２との間の距離を変化させることができる。
よって、放電開始時には、接地電極１１を上方に移動させて接地電極１１と高圧電極１２との間の距離を短くすれば、プラズマを容易に形成することができ、放電開始電圧を低くすることができる。
【００７７】
また、プラズマが形成された後、反応パイプ１３ｂに沿って接地電極１１を下方に移動させれば、反応流路１３に沿ってプラズマを長く形成させることができるので、プラズマと有害物質の反応面積を大きくできる。よって、有害物質の分解・分解効率を高めることができる。
なお、接地電極１１を上下に移動させるときに、放電電流を一定値以上に保つように電圧を制御すれば、プラズマの状態を安定させたまま、接地電極１１を移動させることができる。
さらに、接地電極１１を上下に揺動させる方法は、上記の方法に限らず、接地電極１１に鉄片などの磁性体を固定しておき、外部より磁石によって接地電極１１を移動させる方法でもよいし、円筒状の反応パイプ１３ｂを用いた場合には、反応パイプ１３ｂの内壁に螺旋状の溝を設け、かつ接地電極１１に溝と摺動自在に掛合する突起を設けて、接地電極１１を中心軸周りに回転させて上下に移動させる方法を用いてもよいが、接地電極１１を反応パイプ１３ｂの中心線に沿って上下に移動させることができる限り、特に限定はない。
【００７８】
（図２７の実施形態）
この実施形態は、反応パイプ１３ｂの内壁に、反応パイプ１３ｂの中心線に沿って複数個の接地電極１１を設けたものである。図２７に示すように、反応パイプ１３ｂの内壁には、反応パイプ１３ｂの中心線に沿って、複数個の接地電極１１が間隔をあけて、それぞれ独立して設けられている。各接地電極１１は、複数の電気配線７１によってそれぞれ切替回路７０に接続されている。この切替回路７０は、例えばリレー回路や半導体を用いたスイッチ等であり、電気配線７１と各接地電極１１との接続を切り換えるためのものである。
このため、アース７２と接続する接地電極１１を切り換えれば、高圧電極１２からの放電を受ける接地電極１１と高圧電極１２との間の距離を長くしたり短くしたりすることができる。よって、放電開始時には、高圧電極１２に近い接地電極１１に通電すれば、プラズマを容易に形成することができる。
また、プラズマが形成された後、通電する接地電極１１を高圧電極１２から離れた接地電極１１へと順次変えてゆけば、プラズマの長さを長くすることができる。よって、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。しかも、通電する接地電極１１を変えるだけでプラズマの長さを変化させることができるので、装置の構造を簡単にできる。
なお、切替回路７０は上記のものに限らず、電気配線７１と各接地電極１１との接続を切り換えることができるものであれば、特に限定はない。
【００７９】
（図２８の実施形態）
この実施形態は、高圧電極１２を上下に移動自在に設けたものである。図２８に示すように、棒状の高圧電極１２が反応パイプ１３ｂの中心線と同軸に設けられており、反応パイプ１３ｂの中心線に沿って上下昇降可能に本体ケース１０の上端に取付けられている。
このため、放電開始時には、高圧電極１２を反応流路１３に近づければ、プラズマを容易に形成することができる。また、プラズマが形成された後、高圧電極１２を反応流路１３から遠ざければ、プラズマの長さが長くなり、プラズマと有害物質との反応する面積を大きくできるので、有害物質の分解・分離効率を高めることができる。しかも、有害物質が気体である場合、反応流路１３に入る前の流速の遅い有害物質がプラズマと反応する量を増加させることができるので、有害物質の分解効率を向上させることができる。
なお、高圧電極１２を上下に揺動させる方法は、高圧電極１２を反応パイプ１３ｂの中心線に沿って上下昇降させることができる限り、どのような方法を用いてもよい。
【符号の説明】
【００８０】
１  プロセスチェンバ
２  高真空排気ポンプ
３  粗引き用ポンプ
３ａ  排気管
３ｂ  排気管
４  前段ルーツポンプ
５  後段ルーツポンプ
１１  接地電極
１２  高圧電極
１３  反応流路
Ａ  被処理物処理装置
【図１】
0004796733.tif 000002
【図２】
0004796733.tif 000003
【図３】
0004796733.tif 000004
【図４】
0004796733.tif 000005
【図５】
0004796733.tif 000006
【図６】
0004796733.tif 000007
【図７】
0004796733.tif 000008
【図８】
0004796733.tif 000009
【図９】
0004796733.tif 000010
【図１０】
0004796733.tif 000011
【図１１】
0004796733.tif 000012
【図１２】
0004796733.tif 000013
【図１３】
0004796733.tif 000014
【図１４】
0004796733.tif 000015
【図１５】
0004796733.tif 000016
【図１６】
0004796733.tif 000017
【図１７】
0004796733.tif 000018
【図１８】
0004796733.tif 000019
【図１９】
0004796733.tif 000020
【図２０】
0004796733.tif 000021
【図２１】
0004796733.tif 000022
【図２２】
0004796733.tif 000023
【図２３】
0004796733.tif 000024
【図２４】
0004796733.tif 000025
【図２５】
0004796733.tif 000026
【図２６】
0004796733.tif 000027
【図２７】
0004796733.tif 000028
【図２８】
0004796733.tif 000029