(57)【要約】【課題】      簡単な構成にてＣＦ4を含むＰＦＣ排ガスを少ないエネルギー消費量で確実に熱分解することができる分解処理方法，分解処理装置並びに排ガス処理システムを提供する。【解決手段】  非移行型電極38，56間に放電電圧を印加してアークを発生させるとともに、アークに作動ガスGを送給してアノード38側から外部に向かってプラズマジェットPを生成し、生成したプラズマジェットPのアノード38側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスFを外側から供給する。これにより、従来の電熱ヒータでは分解することができなかったＣＦ4なども迅速且つ不可逆的に分解することができる。また、作動ガスGとして半導体排ガスを用いることで、別途作動ガスGを準備しなくとも超高温のプラズマジェットを安定して生成できるとともに、排ガスFの分解処理量を増大させることができる。【選択図】    図１
2005205330.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非移行型電極間に放電電圧を印加してアークを発生させるとともに、前記アークに作動ガスを送給してアノード側から外部に向かってプラズマジェットを生成し、
生成した前記プラズマジェットのアノード側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスを外側から供給して当該排ガスを熱分解することを特徴とするパーフルオロコンパウンド排ガスのプラズマ分解処理方法。
【請求項２】
前記作動ガスが二原子分子ガスであることを特徴とする請求項１に記載のパーフルオロコンパウンド排ガスのプラズマ分解処理方法。
【請求項３】
前記作動ガスがパーフルオロコンパウンドを含む半導体排ガスであることを特徴とする請求項１に記載のパーフルオロコンパウンド排ガスのプラズマ分解処理方法。
【請求項４】
前記プラズマジェットに向けて水洗したパーフルオロコンパウンド排ガスを供給する際、前記プラズマジェットを囲繞するようスパイラル状に前記排ガスを供給することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパーフルオロコンパウンド排ガスのプラズマ分解処理方法。
【請求項５】
（ａ）金属製のノズルからなるアノードと、前記アノードに設けられたプラズマジェット噴出孔に対向するようにアノード内に配設された棒状のカソードと、前記アノードとカソードとの間に放電電圧を印加する電源ユニットと、前記アノード内に作動ガスを送給する作動ガス送給ユニットとで構成された非移行型のプラズマジェットトーチ、
（ｂ）前記プラズマジェットトーチのプラズマジェット噴出側に連設され、前記プラズマジェットトーチで生成したプラズマジェットの噴出側上流部近傍を囲繞して、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスをスパイラル状に吹き込んでプラズマジェットに供給するリング状の排ガス供給器、および
（ｃ）前記排ガス供給器に連設され、前記プラズマジェットと前記排ガスとを囲繞し、その内部にて前記排ガスの熱分解を行う筒状の反応槽とを具備することを特徴とするプラズマ分解処理装置。
【請求項６】
前記カソードを前記アノードのプラズマジェット噴出孔に向けて進退可能に取着していることを特徴とする請求項５に記載のプラズマ分解処理装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載したプラズマ分解処理装置と、
一端が前記排ガス供給器に接続され、他端が排ガス発生源に接続され、前記プラズマ分解処理装置にパーフルオロコンパウンド排ガスを供給する流入配管と、
一端が前記反応槽の排出端に接続され、前記プラズマ排ガス処理装置で熱分解した排ガスを排出する排出配管と、
前記流入配管の途中に設けられ前記排ガス供給器に供給するパーフルオロコンパウンド排ガスを水洗する湿式の前部スクラバと、
前記排出配管の途中に設けられ前記プラズマ排ガス処理装置で分解した排ガスを水洗する湿式の後部スクラバとで構成されたことを特徴とする排ガス処理システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体，液晶等の電子回路素子の製造中、特にクリーニング，エッチング工程において派生するパーフルオロコンパウンドを含む排ガスの処理方法及び該方法を実施する排ガス処理装置並びに該排ガス処理装置を組み込んだ排ガス処理システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体や液晶等の電子デバイスの製造プロセスでは様々な化合物のガスが使用されており、例えば、ＣＦ4およびＣ2Ｆ6のようなパーフルオロカーボンやＮＦ３のような炭素を含まないフッ素化合物などのパーフルオロコンパウンド(以下、「ＰＦＣ」という)はＣＶＤチャンバーのクリーニングガスとして使用されている。なお、本明細書全体において、パーフルオロコンパウンドを含む排ガスをパーフルオロコンパウンド排ガス或いはＰＦＣ排ガスという。
【０００３】
このうち、ＣＦ4やＣ2Ｆ6を代表とするパーフルオロカーボンは不燃性であり、且つ化合物そのものが安定であるため、大気中に放出された場合、長期にわたって変化せず滞留することになる。大気中における消費までのライフはＣＦ4で５０,０００年、Ｃ2Ｆ6で１０,０００年といわれており、又、地球温暖化係数(ＣＯ2を１としての比較値)はＣＦ4で４,４００、Ｃ2Ｆ6で６,２００(２０年経過時点)であり、地球環境上放置できない所謂温室効果問題を孕んでおり、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を代表とするパーフルオロカーボンを含むＰＦＣを除害する手段の確立が望まれている。
【０００４】
しかしながら、ＰＦＣのうち特にパーフルオロカーボンはＣ−Ｆ結合が安定であるため(結合エネルギーが１３０ｋｃａｌ／ｍｏｌと大きく)、分解が容易でなく、燃焼式などの一般的な加熱分解でＰＦＣを完全に除害するのは極めて難しい。例えば、単純な加熱分解ではＣ2Ｆ6の場合はＣ−Ｃ結合枝の切断で分解が進むため、処理温度１,０００℃において処理風量を２５０リットル／分以下に制限すれば除害が可能であるが、ＣＦ4は最も結合エネルギーの大きなＣ−Ｆを切断せねばならず、上記風量においても１,４００〜１,５００℃程度の高温が必要となる。
【０００５】
このように分解が困難なＰＦＣを含む半導体排ガスを分解処理する技術として、図５に示すように、前部スクラバ(1)で排ガス(F)に含まれる粉塵などを除去した後、導電性螺旋仕切り板(3a)と放電電極(3b)と電源ユニット(3c)とを備えた排ガス処理塔(3)内に排ガス(F)を導入し、前記導電性螺旋仕切り板(3a)と放電電極(3b)との間に放電電圧を印加して生成した高温のプラズマで当該排ガス(F)を熱分解し、分解した排ガス(F)を湿式の後部スクラバ(5)で気液接触によって除害する排ガス処理装置(7)が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この排ガス処理装置(7)を用いれば、従来の電熱ヒータが発する熱よりも高い温度のプラズマによって排ガス(F)を熱分解できるので、分解が困難なＣＦ4であっても迅速且つ不可逆的に分解することができる。
【０００７】
しかしながら、上述した排ガス処理装置(7)では、プラズマと排ガス(F)とを十分に接触させるため、或いは、大風量の排ガス(F)を処理するため、排ガス処理塔(3)に多数(例えば３０本以上)の放電電極(3b)を取着するとともに、この放電電極(3b)のそれぞれに配線を結線して電源ユニット(3c)に接続しなければならい。このため、装置の構造が複雑になり、耐久性やメンテナンス性に劣るという問題があった。また、排ガス処理塔(3)内全体が常時プラズマの熱に晒されているので、処理塔(3)全体を耐熱性の高い材料で構成するとともに、断熱対策を施さなければならず、装置設計上の制約が多いという問題もあった。
【特許文献１】特開２００３−１０６３８号公報（第２−６頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それゆえに、本発明の主たる課題は、簡単な構成にてＣＦ4の熱分解は勿論、半導体プロセスで発生するＰＦＣ排ガスを少ないエネルギー消費量で確実に熱分解することができる分解処理方法および該方法を実施する分解処理装置並びに該分解処理装置を装備した排ガス処理システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１に記載した発明は、「非移行型電極(38)(56)間に放電電圧を印加してアークを発生させるとともに、アークに作動ガス(G)を送給してアノード(38)側から外部に向かってプラズマジェット(P)を生成し、生成したプラズマジェット(P)のアノード(38)側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を外側から供給して当該排ガス(F)を熱分解する」ことを特徴とするパーフルオロコンパウンド排ガス(F)のプラズマ分解処理方法である。
【００１０】
本発明のプラズマ分解処理方法では、大気圧条件の下、非移行型の電極(38)(56)間に放電電圧を印加してアークを発生させると共に、このアークの周囲に作動ガス(G)を送給し、エネルギー密度が著しく増大した高温のガス流すなわちプラズマジェット(P)を生成する。このプラズマジェット(P)は、分解が困難なＣＦ4を熱分解するのに十分な超高温である。従って、このプラズマジェット(P)の噴出側(即ちアノード(38)側の)上流部近傍に向けて外側からＰＦＣ排ガス(F)を供給すると、プラズマジェット(P)に乱流が生じると共に、負圧となっているプラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)が吸い込まれ、プラズマジェット(P)の下流側へ向けて流下する。このため、ＰＦＣ排ガス(F)と超高温のプラズマジェット(P)とが長時間接触でき、従来の加熱式除害装置では完全に分解するのが困難であったＰＦＣ排ガス(F)中のＣＦ4なども迅速且つ不可逆的に分解することができる。
【００１１】
さらに、プラズマジェット(P)に与えるＰＦＣ排ガス(F)は、予め水洗して、ＰＦＣとプラズマジェット(P)との接触を邪魔する水溶性成分や粉塵などの夾雑物を除去しているので、ＰＦＣとプラズマジェット(P)とが高い確率で接触できる。
【００１２】
また、プラズマジェット(P)に供給されるＰＦＣ排ガス(F)は水洗により水分が付加された湿ったガスとなっている。かかる湿ったＰＦＣ排ガス(F)をプラズマジェット(P)に与えると、ＰＦＣ排ガス(F)とともにプラズマジェット(P)に与えられた水分は水素と酸素とに分解する。この水分の分解によって生じた酸素はＣＦ4やＣ2Ｆ6などのＰＦＣと反応して次式のように二酸化炭素とフッ素とを生成する。
【００１３】
ＣＦ4＋Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｆ2
Ｃ2Ｆ6＋２Ｏ2→２ＣＯ2＋３Ｆ2
【００１４】
一方、水分の分解によって生じた水素は超高温のプラズマジェット(P)によって激しく活性化され、上述のようにＰＦＣと酸素との反応で生じたフッ素と即座に反応してフッ化水素(ＨＦ)を生成する。このように、ＰＦＣの分解によって生じたフッ素は水素と反応してフッ化水素として固定されるため、一旦分解したＰＦＣが再びＰＦＣに戻るのを防止することができる。
【００１５】
なお、上述の方法で生成されるプラズマジェット(P)は、加熱式除害装置や従来のプラズマを利用した除害装置に比べて消費電力が低いものであることから少ないエネルギー消費量でＰＦＣ排ガス(F)を熱分解することができる。
【００１６】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のプラズマ分解処理方法において、「作動ガス(G)が二原子分子ガスである」ことを特徴とするもので、このように作動ガス(G)として窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスを用いることによって、プラズマジェット(P)の中心付近の温度が概ね１０,０００℃前後の超高温となり、ＰＦＣ排ガス(F)を確実に熱分解することができる。
【００１７】
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載のプラズマ分解処理方法において、「作動ガス(G)がパーフルオロコンパウンドを含む半導体排ガスである」ことを特徴とするものである。
【００１８】
ここで、ＰＦＣを含む半導体排ガスとは、半導体，液晶等の電子回路素子の製造中、特にクリーニング，エッチング工程において派生する排ガス(F)すなわち本発明の処理方法にて処理される被処理ガスのことであり、その成分の大半(概ね９０％以上)は窒素で構成されている。したがって、この半導体排ガスを作動ガス(G)として使用する本発明では、別途作動ガス(G)として窒素ガスやアルゴンガスなどを準備しなくとも超高温のプラズマジェット(P)を安定して生成できるとともに、ＰＦＣ排ガス(F)の分解処理量を増大させることができる。
【００１９】
請求項４に記載した発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ分解処理方法において、「プラズマジェット(P)に向けて水洗したパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を供給する際、プラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に前記排ガス(F)を供給する」ことを特徴とするものである。
【００２０】
この発明では、プラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)を供給する際、プラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に供給しているので、たとえ大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給する場合であっても、ＰＦＣ排ガス(F)がプラズマジェット(P)に直接衝突してプラズマジェット(P)を消弧させる心配はない。さらに、スパイラル状に供給されたＰＦＣ排ガス(F)は、プラズマジェット(P)に乱流を生じさせるとともに、負圧となっているプラズマジェット(P)の中心に向けて渦流を形成しながら吸い込まれるようになる。したがって、大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給した場合でも、供給されたＰＦＣ排ガス(F)のほぼ全量が超高温のプラズマジェット(P)と長時間高い確率で接触でき、高い効率でＰＦＣを熱分解することができる。
【００２１】
請求項５に記載した発明は、「（ａ）金属製のノズルからなるアノード(38)と、アノード(38)に設けられたプラズマジェット噴出孔(38c)に対向するようにアノード(38)内に配設された棒状のカソード(56)と、アノード(38)とカソード(56)との間に放電電圧を印加する電源ユニット(64)と、アノード(38)内に作動ガス(G)を送給する作動ガス送給ユニット(44)とで構成された非移行型のプラズマジェットトーチ(28)、（ｂ）プラズマジェットトーチ(28)のプラズマジェット(P)噴出側に連設され、プラズマジェットトーチ(28)で生成したプラズマジェット(P)の噴出側上流部近傍を囲繞して、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガス(F)をスパイラル状に吹き込んでプラズマジェット(P)に供給するリング状の排ガス供給器(30)、および（ｃ）排ガス供給器(30)に連設され、プラズマジェット(P)と排ガス(F)とを囲繞し、その内部にて排ガス(F)の熱分解を行う筒状の反応槽(72)を具備する」ことを特徴とするプラズマ分解処理装置(12)であり、これにより、上述した請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ分解処理方法を適正に運用できる簡単な構成のプラズマ分解処理装置(12)を提供することができる。
【００２２】
なお、プラズマジェット(P)並びにＰＦＣ排ガス(F)を囲繞する反応槽(72)では、その内部空間に、超高温のプラズマジェット(P)によって温められた高温領域が形成されている。このため、反応槽(72)を流下するＰＦＣ排ガス(F)のうちプラズマジェット(P)に直接接触しなかった未分解のガス(F)もこの高温領域を通過する際に熱分解されるので、当該プラズマ分解処理装置(12)に与えられたＰＦＣ排ガス(F)の全量を確実に分解することができる。
【００２３】
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載のプラズマ分解処理装置(12)において、「カソード(56)をアノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)に向けて進退可能に取着している」ことを特徴とするものである。
【００２４】
この発明では、カソード(56)をアノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)に向けて進退可能に取着して電極(38)(56)間距離を調節できるようにしているので、例えばカソード(56)或いはアノード(38)の一部が消耗したとしても、電極(38)(56)間距離を、常に最も好適な条件でプラズマジェット(P)の生成が可能な所定の距離に保持することができる。また、電極(38)(56)間距離を調節することにより、現場ごとに異なる処理条件(即ち処理する排ガスの内容や量など)に応じた適切な温度のプラズマジェット(P)を生成することができる。
【００２５】
請求項７に記載した発明は、「請求項５又は６に記載したプラズマ分解処理装置(12)と、一端が排ガス供給器(30)に接続され、他端が排ガス発生源に接続され、プラズマ分解処理装置(12)にパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を供給する流入配管(16)と、一端が反応槽(72)の排出端に接続され、プラズマ排ガス処理装置(12)で熱分解した排ガス(F)を排出する排出配管(18)と、流入配管(16)の途中に設けられ排ガス供給器(30)に供給するパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を水洗する湿式の前部スクラバ(10)と、排出配管(18)の途中に設けられプラズマ排ガス処理装置(12)で分解した排ガス(F)を水洗する湿式の後部スクラバ(14)とで構成された」ことを特徴とする排ガス処理システム(A)である。
【００２６】
この発明では、プラズマ分解処理装置(12)に導入するＰＦＣ排ガス(F)を前部スクラバ(10)で水洗できるので、上述したように、ＰＦＣとプラズマジェット(P)とが高い確率で接触でき、且つ、プラズマジェット(P)の出力を上げることなくその温度を更に高めることができる。したがって、ＰＦＣをより確実に分解することができる。
【００２７】
また、ＰＦＣ排ガス(F)をプラズマ排ガス処理装置(12)で熱分解した際に発生するフッ化水素(ＨＦ)などの水溶性成分や粉塵を後部スクラバ(14)で水洗・除去できるので、熱分解したＰＦＣ排ガス(F)をより清浄な状態で大気中へと排出することができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の排ガス処理方法によれば、非移行型電極間に放電電圧を印加してアークを発生させるとともに、このアークに作動ガスを送給してアノード側から外部に向かってプラズマジェットを生成し、生成したプラズマジェットのアノード側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスを外側から供給することによって、ＰＦＣと超高温のプラズマジェットとが長時間高い確率で接触でき、従来の加熱式除害装置では分解するのが困難であったＣＦ4を含むＰＦＣを迅速且つ不可逆的に分解することができる。なお、このように一組の電極で生成したアークに作動ガスを送給して非移行型プラズマジェットを生成し、このプラズマジェットのアノード側の上流部近傍に向けて外側から排ガスを供給し分解するようにしているので、当該方法を運用する装置はエネルギー消費量が小さい簡単な構成のものとすることができる。
【００２９】
また、作動ガスとして窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスを用いることによって、プラズマジェットの中心付近の温度が概ね１０,０００℃前後の超高温となり、ＰＦＣを確実に熱分解することができ、更に、作動ガスとしてＰＦＣを含む半導体排ガスを用いることによって、ＰＦＣの分解処理量を増大させることもできる。
【００３０】
そして、プラズマジェットにＰＦＣ排ガスを供給する際、プラズマジェットを囲繞するようスパイラル状に供給することで、ＰＦＣ排ガスがプラズマジェットに直接衝突してプラズマジェットを消弧させるのを防止でき、更に、スパイラル状に供給されたＰＦＣ排ガスは渦流を形成しながらプラズマジェットの中心に向けて吸い込まれるので、供給されたＰＦＣ排ガスの全量がプラズマ発生領域を通過でき、高い効率でＰＦＣを熱分解することができる。
【００３１】
したがって、簡単な構成にてＣＦ4の熱分解は勿論、半導体プロセスで発生するＰＦＣ排ガスを少ないエネルギー消費量で確実に熱分解することができる分解処理方法および該方法を実施する分解処理装置並びに該分解処理装置を装備した排ガス処理システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本発明の排ガス処理システム(A)の基本形式の概要を示したものであり、大略、前部スクラバ(10)、プラズマ分解処理装置(12)、後部スクラバ(14)、配管系(16)(18)、排気ファン(20)および水槽(22)などで構成されている。図では理解をしやすくするために各ユニットをバラバラに記載しているが実際は各種構成ユニットをキャビネットに一体に収納している。また、これらの各種構成ユニットは図示しない制御部に接続されており、この制御部によって各種構成ユニットの動作が制御されている。
【００３３】
前部スクラバ(10)は、工場の半導体製造装置(図示せず)と排ガスダクト(24)にて連結しており、半導体製造工程において使用されたＰＦＣ及び半導体製造工程において使用され、諸々の化学反応を経た排ガスやパージガスなどの集合したＰＦＣ排ガス(F)がここに導入される。前部スクラバ(10)は水槽(22)上に立設され或いは水槽(22)と別個に配設され両者が配管で接続され、排水が水槽(22)に送り込まれるようになっている。前部スクラバ(10) は、いわゆる湿式のスクラバであり、その概略構造を説明すると、頂部に前記排ガスダクト(24)が接続された直管型のスクラバ本体(10a)と、前記スクラバ本体(10a)内部の頂部近傍に設置され、アルカリ液、酸性液或いは水などの薬液を噴霧状にして散布するスプレーノズル(10b)とで構成されており、散布された前記薬液は水槽(22)に収納されるようになっている。
【００３４】
スプレーノズル(10b)と水槽(22)との間には循環水ポンプ(26)が設置されており、水槽(22)内の貯留水をスプレーノズル(10b)に揚水するようになっている。また、前記循環水ポンプ(26)には市水が供給されるようになっていて、水槽(22)のオーバーフロー水の補給を行っている。なお、水槽(22)は図の関係から分割されているように見えるが一体的のものである。
【００３５】
プラズマ分解処理装置(12)は、前部スクラバ(10)を通過した排ガス(F)を熱分解するためのものであり、図２に示すように、高温のプラズマジェット(P)を生成する非移行型のプラズマジェットトーチ(28)およびこのプラズマジェットトーチ(28)で生成したプラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)を供給する排ガス供給器(30)などで構成されている。
【００３６】
プラズマジェットトーチ(28)は、黄銅などの金属材料からなり上下両面が開口した短筒状のトーチボディ(32)を有する。このトーチボディ(32)の内部には、後述するアノード(38)と陰極部(40)とが短絡しないように、四フッ化エチレン樹脂やセラミックなどの絶縁材料からなり上部に雌ネジ部(34a)が螺設された管状の絶縁部材(34)が嵌挿されている。なお、この絶縁部材(34)が四フッ化エチレン樹脂などのように耐熱性の低い材料で形成されている場合には、絶縁部材(34)の先端側表面に、セラミックなどの耐熱材料からなり、当該部分を熱から保護する耐熱板(36)を取着するようにしてもよい。
【００３７】
そして、このトーチボディ(32)の先端にはアノード(38)が連設されるとともに、管状の絶縁部材(34)の内部には、陰極部(40)が上下方向にて摺動可能に取着されている。
【００３８】
アノード(38)は、銅またはタングステンなどの高い導電性を有する高融点金属で構成されたノズルであり、内部にプラズマ発生室(38a)が凹設された円筒状の本体(38b)を有する。この本体(38b)下面の中心部には前記プラズマ発生室(38a)内で生成したプラズマジェット(P)を噴出させるプラズマジェット噴出孔(38c)が貫設されており、本体(38b)側面の上部には作動ガス送給口(42)が設けられている。
【００３９】
そして、作動ガス送給口(42)には、窒素ガスなどの作動ガス(G)が貯蔵されている作動ガスタンク(44a)とガス流量調節器(44b)とで構成された作動ガス送給ユニット(44)が配管(46)を介して接続されている。この作動ガス送給ユニット(44)から作動ガス送給口(42)に与えられた作動ガス(G)は、本体(38b)内に形成された作動ガス送給路(48)を通ってプラズマ発生室(38a)内に送給された後、プラズマジェット噴出孔(38c)を通ってアノード(38)の外へと排出される。なお、プラズマ発生室(38a)内に送給される作動ガス(G)は、プラズマ発生室(38a)の内壁面にそって螺旋を描くようにして送給されている。
【００４０】
また、アノード(38)の本体(38b)側面下部には給水口(50)が設けられており、この給水口(50)からアノード(38)に供給された冷却水(W)は、本体(38b)内部に形成された冷却水路(52)を通って本体(38b)下部全体を冷却した後、給水口(50)と同じく本体(38b)側面下部に設けられた排水口(54)からアノード(38)の外へと排出される。
【００４１】
陰極部(40)は、トリウム或いはランタンを混入させたタングステンからなり先端に向けてその外径が紡錘状に縮径した棒状のカソード(56)と、銅などの高い導電性を有する高融点金属からなり、絶縁部材(34)の内径と略同等の外径を有し、その先端(図２における下端)でカソード(56)を着脱可能に保持する中空管状のカソードホルダー(58)とで構成されている。
【００４２】
このカソードホルダー(58)の後部には雄ネジ部(58a)が螺設されており、この雄ネジ部(58a)と上述した絶縁部材(34)の雌ネジ部(34a)とを螺合することによって、陰極部(40)を上下方向に進退させ、カソード(56)をトーチボディ(32)下端に連設したアノード(38)のプラズマ発生室(38a)内における所定の位置に配設するようにしている。具体的には、カソード(56)の先端と前記プラズマ発生室(38a)のプラズマジェット噴出孔(38c)近傍の内壁とが概ね０．５〜５ｍｍ程度離間するようにして配設されている。なお、カソードホルダー(58)の雄ネジ部(58a)上端側には、スペーサー(58b)を介して位置決めボルト(58c)が螺合されており、これにより、一度設定したカソード(56)の先端とプラズマ発生室(38a)のプラズマジェット噴出孔(38c)近傍の内壁との距離が所定の距離に保たれるようになっている。
【００４３】
また、カソードホルダー(58)の内部にはその先端がカソードホルダー(58)内の奥部に達する細管(60)が挿入されており、また、カソードホルダー(58)の後端(図２における上端)には蓋体(62)が取付けられている。そして、この蓋体(62)の央部には前記細管(60)の後端と連通する給水口(62a)が穿設されており、給水口(62a)に近接する位置にはカソードホルダー(58)の内部空間と連通する排水口(62b)が穿設されている。かかる構成により、図示しない給水源から給水口(62a)に与えられた冷却水(W)は細管(60)の内部を通過してカソードホルダー(58)奥部つまりカソード(56)の近傍に達してこの周囲を十分に冷却し、その後カソードホルダー(58)内部を流れて排水口(62b)からカソードホルダー(58)の外部へと排出される。
【００４４】
そして、以上のように構成されたアノード(38)および陰極部(40)には、所定の放電電圧を印加してアノード(38)とカソード(56)との間にアークを生起する電源ユニット(64)が接続されている。
【００４５】
排ガス供給器(30)は、プラズマジェットトーチ(28)のプラズマジェット(P)噴出側(具体的にはプラズマジェット噴出孔(38c)が設けられたアノード(38)の先端)に連設され、プラズマジェットトーチ(28)で生成したプラズマジェット(P)の噴出側上流部近傍を囲繞して、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたＰＦＣ排ガス(F)をスパイラル状に吹き込んでプラズマジェット(P)に供給するものであり、リング状の供給器本体(30a)を有する。
【００４６】
この供給器本体(30a)の外側面には、流入配管(16)を介して上述した前部スクラバ(10)の底部あるいは水槽(22)と連通する排ガス供給口(66)が設けられている。
【００４７】
また、供給器本体(30a)内部には周方向全周に亘って排ガス流路(68)が形成されており、排ガス供給口(66)より供給されたＰＦＣ排ガス(F)が本体(30a)内部を全周に亘って通流するようになっている。そして、排ガス流路(68)から供給器本体(30a)内周面に向けて径方向に対して鋭角となるように複数(本実施例では４本)の枝管(70)が分枝しており、この枝管(70)の先端が供給器本体(30a)内周面にて周方向に開口している。これにより、排ガス供給口(66)より供給されたＰＦＣ排ガス(F)は、排ガス供給器(30)内にてプラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に供給されるようになる。
【００４８】
そして、排ガス供給器(30)の下端部には、セラミックなどの耐熱性材料からなり、底部に開口(72a)が設けられた直管型の反応槽(72)が取付けられている。この反応槽(72)は、プラズマジェット(P)とＰＦＣ排ガス(F)とを囲繞し、その内部にてＰＦＣ排ガス(F)の熱分解を行うものであり、プラズマジェット(P)の消弧を防止するとともに、排ガス供給器(30)から供給されたＰＦＣ排ガス(F)の周囲への拡散を防止し、排ガス温度を高温に保持して排ガス処理を促進するためのものである。なお、この反応槽(72)の内径は生成するプラズマジェット(P)の大きさや供給するＰＦＣ排ガス(F)の量に応じて適宜決定される。また、開口(72a)の設けられた底部が分解処理したＰＦＣ排ガス(F)の排出端となっている。
【００４９】
後部スクラバ(14)は、熱分解したＰＦＣ排ガス(F)中の有害成分を最終的に水洗して除害する湿式のスクラバであり、排出配管(18)を介してプラズマ排ガス処理装置(12)の反応槽(72)底面の開口(72a)に連通する洗浄層(14a)とこの洗浄層(14a)の直上に配設されたスプレーノズル(14b)とで構成されている。この後部スクラバ(14)は水槽(22)上に立設されるか或いは水槽(22)と別個に配設され両者が配管で接続され、排水が水槽(22)に送り込まれるようになっている。そして後部スクラバ(14)の出口は処理済みの排ガス(F)を大気中へと放出する排気ファン(20)に接続されている。
【００５０】
次に、図１の排ガス処理システム(A)の作用について説明する。まず、半導体製造装置などのＰＦＣ排ガス発生源と前部スクラバ(10)とを排ガスダクト(24)で接続し、排ガス処理システム(A)の制御部(図示せず)の電源をオンにすると、大気圧条件の下、電源ユニット(64)からアノード(38)と陰極部(40)とに向けて放電電圧が印加され、アノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)近傍の内壁面とカソード(56)の先端部との間にアークが発生する。
【００５１】
一方、アーク発生と同時に、作動ガス送給ユニット(44)からプラズマ発生室(38a)内に向けて作動ガス(G)として窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスを送給する。すると、プラズマ発生室(38a)内に送給した作動ガス(G)により、エネルギー密度が著しく増大した超高温(約１０,０００℃前後)のガス流すなわち非移行型のプラズマジェット(P)が生成され、プラズマジェット噴出孔(38c)からこのプラズマジェット(P)が噴出する。
【００５２】
ここで、プラズマジェット(P)の生成に消費される電力は、例えば１００リットル／分のＰＦＣ排ガス(F)を処理する装置の場合、概ね１０ｋｗ程度と、同じ量の排ガスが処理可能な加熱式除害装置の電熱ヒータの消費電力とほぼ同等である。したがって、上述した電源ユニット(64)としては、市販の１０ｋｗ未満の電源を使用することができる。
【００５３】
また、電源ユニット(64)による放電電圧の印加開始から超高温のプラズマジェット(P)の生成までに要する時間すなわち昇温時間は概ね数分程度と従来の電熱ヒータを用いたものに比べて非常に短く、昇温させたプラズマ排ガス処理装置(12)を降温させる際も、アノード(38)と陰極部(40)とに印加している放電電圧を停止するだけで即座に当該装置(12)を降温させることができる。
【００５４】
なお、プラズマジェット(P)の生成に際しては、作動ガス(G)として当初アルゴンガスなどの単原子ガスを送給することにより約９００℃前後のプラズマジェット(P)を生成し、プラズマジェット(P)が安定な状態となった後、作動ガス(G)をアルゴンガスから徐々に窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスに切替えるようにしてもよい。このように作動ガス(G)として当初単原子ガスを使用することで起動時にアノード(38)および陰極部(40)にかかる負担を低減させることも可能である。
【００５５】
続いて、プラズマジェット(P)を生成した後、半導体製造装置から排出されたＰＦＣ排ガス(F)を、前部スクラバ(10)内に導入する。すると、ＰＦＣ排ガス(F)がスプレーノズル(10b)から散布された霧状の薬液(アルカリ液、酸性液又は水)に接触し、排ガス(F)中の水溶性成分や粉塵などの夾雑物が散布された微細液滴に接触して捕捉され、水槽(22)に送り込まれる。これと同時にＰＦＣ排ガス(F)は水分が付加された湿ったものとなる。
【００５６】
このように前部スクラバ(10)にて洗浄されたＰＦＣ排ガス(F)を、流入配管(16)を介して排ガス供給口(66)から排ガス供給器(30)内に送り込む。すると、排ガス流路(68)およびその枝管(70)を通って排ガス供給器(30)内に送り込まれた排ガス(F)は、排ガス供給器(30)内(即ちプラズマジェット(P)の上流部近傍)にてプラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に旋回しながら反応槽(72)内を流下する。
【００５７】
排ガス供給器(30)内にＰＦＣ排ガス(F)が供給されると、反応槽(72)内のプラズマジェット(P)に乱流が生じるとともに、ＰＦＣ排ガス(F)が負圧となっているプラズマジェット(P)に吸い込まれプラズマジェット(P)とともに反応槽(72)の下流側へ向けて流下する。このため、ＰＦＣ排ガス(F)と超高温のプラズマジェット(P)とが長時間高い確率で接触でき、大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給した場合でも、供給したＰＦＣ排ガス(F)のほぼ全量が超高温となっているプラズマジェット(P)と接触できるので、プラズマ分解処理装置(12)に供給した排ガス(F)を確実に熱分解することができる。
【００５８】
ここで、プラズマジェット(P)に与えるＰＦＣ排ガス(F)は、予め水洗して、ＰＦＣとプラズマジェット(P)との接触を邪魔する水溶性物質や粉塵などの夾雑物を除去しているので、ＰＦＣとプラズマジェット(P)とが高い確率で接触できる。
【００５９】
また、プラズマジェット(P)に供給されるＰＦＣ排ガス(F)は水洗により水分が付加された湿ったガスとなっている。かかる湿ったＰＦＣ排ガス(F)をプラズマジェット(P)に与えると、ＰＦＣ排ガス(F)とともにプラズマジェット(P)に与えられた水分は水素と酸素とに分解する。この水分の分解によって生じた酸素はＣＦ4やＣ2Ｆ6などのＰＦＣと反応して次式のように二酸化炭素とフッ素とを生成する。
【００６０】
ＣＦ4＋Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｆ2
Ｃ2Ｆ6＋２Ｏ2→２ＣＯ2＋３Ｆ2
【００６１】
一方、水分の分解によって生じた水素は超高温のプラズマジェット(P)によって激しく活性化され、上述のようにＰＦＣと酸素との反応で生じたフッ素と即座に反応してフッ化水素(ＨＦ)を生成する。このように、ＰＦＣの分解によって生じたフッ素は水素と反応してフッ化水素として固定されるため、一旦分解したＰＦＣが再びＰＦＣに戻るのを防止することができる。
【００６２】
そして、プラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)を供給する際、上述のように、プラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に供給しているので、たとえ大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給する場合であっても、排ガス(F)がプラズマジェット(P)に直接衝突してプラズマジェット(P)を消弧させる心配はない。
【００６３】
また、反応槽(72)では、その内部空間に、超高温のプラズマジェット(P)によって温められた高温領域が形成されている。このため、反応槽(72)を流下するＰＦＣ排ガス(F)のうちプラズマジェット(P)に直接接触しなかった未分解のガス(F)もこの高温領域を通過する際に熱分解されるので、当該プラズマ分解処理装置(12)に与えられたＰＦＣ排ガス(F)の全量を確実に分解することができる。
【００６４】
以上のようにしてプラズマ分解処理装置(12)で熱分解されたＰＦＣ排ガス(F)は、続いて後部スクラバ(14)に導入され、アルカリ液、酸性液或いは水のような薬液による薬液洗浄と温度低下がなされ、排気ファン(20)によって大気放出される。
【００６５】
また、プラズマ分解処理装置(12)を長時間運転すると、カソード(56)或いはアノード(38)のアーク発生部分が消耗し、これら電極(38)(56)間の距離が離間する結果、消費電流或いは電圧が上昇するとともに、適正なプラズマジェット(P)が生成できなくなる。しかしながら、本実施例では、カソード(56)をアノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)に向けて進退可能に取着しているので、カソード(56)或いはアノード(38)の一部が消耗したとしても、常に電極(38)(56)間距離を、最も好適な条件でプラズマジェット(P)の生成が可能な所定の距離に調節することができ、プラズマ排ガス処理装置(12)を分解・整備する期間を延長することができる。また、図示はしないが、陰極部(40)の後端にサーボ機構などの変位装置を取付けることによって、電源ユニット(64)の消費電力の変化に応じて自動的に電極(38)(56)間の距離を調節することも可能である。
【００６６】
なお、上述の実施例では、作動ガス(G)として窒素ガスを用いる例を示したが、作動ガス(G)として被処理排ガス(F)であるＰＦＣを含む半導体排ガスを使用するようにしてもよい。半導体排ガスは、その成分の大半(概ね９０％以上)が窒素で構成されているので、この半導体排ガスを作動ガス(G)として使用すれば、別途作動ガス(G)を準備しなくとも超高温のプラズマジェット(P)を安定して生成できるとともに、ＰＦＣ排ガス(F)の分解処理量を増大させることができる。
【００６７】
また、半導体製造プロセスにおいて、ＣＶＤのような半導体製造設備のオペレーションは、一般的に次のようにして行われる。ＳｉＨ4(人体に有毒・爆発性危険ガス)のようなデポジットガスによるデポジション→→窒素によるＣＶＤチャンバの残留ＳｉＨ4ガスのパージ→→ＰＦＣなどのクリーニングガスによるＣＶＤチャンバ内の清掃→→窒素によるＣＶＤチャンバのクリーニングガスのパージ→→以下、繰り返し。
【００６８】
ここで、本実施例のプラズマ排ガス処理装置(12)では、上述したように、電源ユニット(64)による放電電圧の印加開始から窒素ガスによる超高温のプラズマジェット(P)の生成までに要する時間が概ね２分程度と非常に短く、また、放電電圧の印加を停止するだけで即座に降温させることもできる。
【００６９】
したがって、例えばＰＦＣなどのクリーニングガスによるＣＶＤチャンバ内の清掃が開始されるのと同時に電源ユニット(64)による放電電圧の印加を開始し、逆に、ＳｉＨ4などのデポジットガスによるデポジションの開始と同時に電源ユニット(64)による放電電圧の印加を停止すると言うように、半導体製造装置の動作タイミングを示す信号を制御部(図示せず)に入力し、この信号に基づいてアノード(38)と陰極部(40)とに印加している放電電圧のオン・オフを制御するようにしてもよい。これにより、プラズマ排ガス処理装置(12)による排ガス(F)の熱分解が不要な際にはプラズマジェットトーチ(28)の運転を停止でき、プラズマ排ガス処理装置(12)の運転電力を低減することができる。
【００７０】
また、上述の実施例では、排ガス供給器(30)における枝管(70)として、排ガス流路(68)から供給器本体(30a)内周面に向けて径方向に対して鋭角となるように分枝するとともに、先端が供給器本体(30a)内周面にて周方向に開口しているものを示したが、排ガス供給器(30)内にてプラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状にＰＦＣ排ガス(F)を供給できるものであれば枝管(70)の形状は特に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、排ガス流路(68)から供給器本体(30a)内周面に向けて径方向に分枝し且つ先端が供給器本体(30a)内周面にて周方向に開口するように途中から折り曲げるようにしてもよい。
【００７１】
さらに、上述の実施例では、下向きにプラズマジェット(P)を噴出させる例を示したが、プラズマジェット(P)を噴出させる向きはこれに限定されるものではなく、プラズマジェットトーチ(28)先端のプラズマジェット噴出孔(38c)が上向きや横向きとなるように配置し、プラズマジェット(P)を上向きや横向きに噴出させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明における一実施例の排ガス処理システムを示す構成説明断面図である。
【図２】本発明における一実施例のプラズマ排ガス処理装置を示す要部断面図である。
【図３】図２におけるＩ−Ｉ線断面図である。
【図４】本発明における他の実施例の排ガス供給器を示す断面図である。
【図５】従来のプラズマ排ガス処理装置を示す構成説明断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
(10)…前部スクラバ
(12)…プラズマ分解処理装置
(14)…後部スクラバ
(16)…流入配管
(18)…排出配管
(20)…排気ファン
(22)…水槽
(28)…プラズマジェットトーチ
(30)…排ガス供給器
(32)…トーチボディ
(34)…絶縁部材
(34a)…雌ネジ部
(38)…アノード
(38a)…プラズマ発生室
(38c)…プラズマジェット噴出孔
(40)…陰極部
(44)…作動ガス供給ユニット
(56)…カソード
(58)…カソードホルダー
(58a)…雄ネジ部
(64)…電源ユニット
(66)…排ガス供給口
(68)…排ガス流路
(70)…枝管
(72)…反応槽
(A)…排ガス処理システム
(F)…排ガス
(G)…作動ガス
(P)…プラズマジェット
(W)…冷却水
【図１】
2005205330.tif 000003
【図２】
2005205330.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005205330.tif 000006
【図５】
2005205330.tif 000007