JPH02131120A - 排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野〕 本発明は排ガスを放電プラズマにより無害化処理する装
置に関する。更に詳しくは、本発明は半導体産業などで
用いられる減圧系を利用した薄膜形成技術、例えば減圧
ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔ
ｉｏｎ）法、プラズマＧＶＤ法、光ＣＶＯ法、プラズマ
エツチング法などにおいて排出される反応性ガス及び、
これらの方法に関連して行われる容器内クリーニング等
において排出される未反応、未処理ガスを減圧下におい
てプラズマ処理することにより無害化する、排ガスの放
電処理装置に関する。

［従来の技術］ 減圧系を利用した薄膜形成の為の各種ＣＶＤ法等におい
て使用される反応性ガスは必ずしも該薄膜形成時等に全
量消費はなされず、その一部は未反応ガスとして系外へ
排出される。また、該薄膜形成後等の反応槽内のクリー
ニングに用いられるガスもその一部は未反応ガスとして
系外へ排出される。これら未反応ガスの多くは未処理の
まま大気中へ放出されると災害や公害の原因となる為、
大気中での許容濃度が定められている。

従来、これらの反応性ガスを無害化処理する方法として
、大過剰の不活性ガスによる希釈あるいは湿式法、乾式
法による吸着、吸収等の手段が用いられているが、これ
らの方法はいずれも減圧排気予以後の常圧下において実
施されており、装置コストや運転コストが高い欠点を有
するのみならず、一部のガスについては十分な除害効果
が得られていないものもある。

一例として常温では極めて化学的に安定な三フッ化窒素
（ＮＦ３）があげられ、その無害化処理方法として高温
下でＦｅ、　ｃｕなどの金属と接触させることにより金
属フッ化物とする方法が提案されているが、こめ方法に
おいては毒性の強い且つ爆発性物質でもあるＮ２Ｆ、も
同時に生成されるなど問題点を含んでいる。

一方、こうした常圧下での処理とは別に減圧下において
放電を利用した排ガス処理方法（放電処理法）が提案さ
れており（特開昭５１−１２９８８８号、同５８−８２
３１号参照）、いずれも該反応性ガスの処理を減圧排気
系の真空ポンプに至る前に行うことを特徴としている。

しかしながら、これらの放電処理法では負荷変動、特に
圧力変動に対して安定なプラズマ状態を維持することが
極めて難しく、排ガス処理装置としてはその適用範囲が
制限されざるを得ないという問題点があった。

最近、放電処理法において磁界を重畳したプラズマを利
用する方法（磁界重畳法）が提案され、その適用範囲が
拡大している。該磁界重畳法においては電極が形成する
電界の向きと約４５°乃至約１３５°の角度で直流また
は交流磁界を印加することにより０−０１ｍ０−０ｌ　
〜数ＩＱＴｏｒｒの広範な負荷条件下でプラズマ状態を
安定維持しうるという特徴を有するまでに至っている。

［発明が解決しようとする課題］ 放電処理法では前記したように無害化処理を要する残存
反応性ガスを各種ＣＶＤ装置、エツチング装置等と減圧
排気系の真空ポンプとの間の減圧下で処理することを特
徴としており、減圧下における負荷変動、特に圧力変動
に対して処理能力の維持、すなわち安定なプラズマ状態
を維持することは必要不可欠である。

また、放電処理法により該反応性ガスの分解等により生
じた物質が排ガス処理装置を含む機器及び配管等の腐食
、また真空ポンプ油の性能劣化をきたす恐れのある場合
には、影響を与える以前に、すみやかに、該物質の除害
化処理を行う必要がある。

本発明者らは、かかる課題に対し、その解決番と取組み
鋭意検討した結果、陰極と陰極、陽極と陽極を対向せし
めて陰極対および陽極対からなる空間を形成し、かつ該
陰極対方向に直流または交流磁界を印加することにより
該負荷変動に対し安定なプラズマ状態を維持しうろこと
を見出すと共に、放電処理によって生じた該物質を該真
空ポンプに至る以前の主として該処理装置内において回
収もしくは無害物質化することが可能であることを見出
し本発明を完成するに至った。

［課題を解決するための手段］ すなわち、本発明に係る排ガス処理装置はガス流通空間
により連結されているガス導入口とガス導出口を有する
管状容器内に陰極と陽極とからなる電極を設けて構成し
た放電管と、該電極と接続される直流又は交流電源と、
該放電管内に形成されるガス流路とを含む排ガス処理装
置において、該ガス流路とほぼ平行に少なくとも一対の
陰極を対向させて陰極対とし、該陰極対により形成され
る空間の一端は該ガス導入口と且つ他端は該ガス導出口
と連結させて、該空間内に該陰極対と略々直角に少なく
とも一対の陽極を該陰極と接触することなく対向させて
設けると共に、該陰極め対向方向に直流又は交流磁界を
形成する磁界印加装置を該放電管に設け、前記電極が主
として炭素材で構成され、且つ放電管の器壁内側が該電
極と接することなく主として炭素材で一部又は全部が覆
われていることを特徴とする特 以下、本発明の詳細な説明する。

本発明て対象とする被処理ガスは減圧系を利用した各種
ＣＶＤ法、エッヂジグ法等及びこれらの方法に関連して
行われる容器内のクリーニング等において排出される未
反応、未処理ガスであって大気中への放出により何らか
の災害や公害を引き起こす可能性を有する気体もしくは
蒸気であり、例えばモノシラン、ジシラン等のシラン系
ガス（これらは本発明による放電処理により、シリコン
もしくは水素化アモルファスシリコンと水素に分解処理
される）：モノメチルシラン、ジメチルシラン等のアル
キルシラン系ガス（同じく水素化アモルシアスシリコン
カーバイドと水素に分解処理される）二三弗化窒素等の
弗化窒素系ガス（本発明による放電処理により窒素と四
弗化炭素に分解処理される）等が挙げられる。

またさらに適用対象となり得るガスは上記のガスに限定
されるものてはなく、加えてこれらの混合物や、水素、
窒素及び不活性ガスて希釈されたものてあっても差し支
えない。

次に本発明の装置の一例を添付図面に基づき説明する。

第１図は排ガス処理装置の主要部を構成する放電管の使
用状態の一例を示す断面図であり、第２図は同上のＩＩ
　−ＩＩ線断面図である。

同図において、ｌはガス流通空間により連結されるガス
導入口２とガス導出口３を有する管状容器であり、該容
器内に放電管を有する。

本実施例において、ガスの導入は＠１図に示すように上
向流式であってもよいが下向流式にしてもよい。なお放
電管は横方向（水平方向）での使用も可能であるが、放
電処理により固形物（例えば水素化アモルファスシリコ
ン等）を生じ名湯台は、縦方向（上下方向）での使用が
好ましい。

４は放電管の器壁内側に設置された炭素材である。該炭
素材４は放電処理によって生じた腐食性等の物質を無害
化処理するためのものであり、例えば三弗化窒素の放電
処理を例にとると該放電管内に導入された三弗化窒素は
放電により分解され窒素と弗素とに分離されるが、励起
状態にある弗素は特に処理を行わない場合排ガス処理装
置を含む機器及び配管等の腐食、また真空ポンプ油の性
能劣化を促す。本発明においては該弗素を生成と同時に
該放電管の器壁内側に設置された炭素材及び後述する電
極の炭素材に接触、反応させることにより四弗化炭素ガ
スとし、窒素と共に真空ポンプを経て大気へ放出される
こととなる。

５．５はガス流路とほぼ平行に対向して設けられた陰極
対であり、６．８は該陰極対５，５の対向方向と略々直
角方向に対向して設けられた陽極対である。

一般に放電装置では陰極と陽極が対向した構造を成すも
のが多いがこのような陰陽対向構造ではプラズマ陽光柱
内の電子密度分布差が大きく均−且つ強度の強いプラズ
マを形成することは容易ではない。これに対し、本発明
においては第１図及び第２図に示す如く少なくとも一対
の陰極対と陽極対とからなる空間に陰極対向方向に直流
または交流の磁界を印加することにより、均一・且つ強
度の強いプラズマを形成することが極めて難しい１ｍＴ
ｏｒｒ以下においても、何ら問題なくプラズマを形成す
ることができる。

本発明において前記電極は主として炭素材によって構成
される。器壁内側の炭素材４と同様に腐食性等の物質を
無害化するためである。

本発明においては、陰極対５，５及び陽極対６，６は少
なくとも１対あればよいが、これに限定されず、少なく
とも一対の陰極対５．５と少なくとも一対の陽極対６．
６とから電極組を構成し、該電極組を複数組直列または
並列に配置して電極組列としてもよい。このようにする
と、該排ガス処理装置の処理能力の低下をきたすことな
く、被処理ガスの流量増加にも対応しうる。

前記陰極対５．５により形成される空間７の一端は該ガ
ス導入口２と且つ他端は該ガス導出口３と連結されてい
る。

本発明で用いる管状容器は第２図に示すような円筒状に
限定されるものではなく、任意形状の断面、例えば第３
図に示すような矩形断面の容器も用いることができる。

また電極形状についても第２図に示すような板状に限定
されるものではなく、第３図に示すような円柱状あるい
は角柱状等でもよく、電極を構成する炭素材に芯材等の
補強材を用いることもできる。本発明において使用する
電源は直流、交流、高周波のいずれでもよいが、位相整
合の不要な直流及び交流が好ましい。

ただし、負荷範囲によっては必ずしもこの限りではない
。

本発明では陰極対向方向に磁界を形成するための磁界印
加装置を放電管に設けるが、ここで陰極対向方向に磁界
を形成するとは陰極面に垂直に磁力線が交わる場合を基
本とし、この±４５°程度の範囲で交わる場合をも包含
するものとする。

磁界は直流、交流磁界のいずれでもよいが、廉価かつ簡
便であることから永久磁石を用いた直流磁界が好ましい
。永久磁石としては一般にはフェライト系焼結磁石で良
く、必要に応じてＳｍ−Ｇｏ系もしくはＮｄ−Ｆｅ−Ｂ
系等の希土類磁石を用いてより高い磁束密度を得ること
も可能である。

印加する磁界は磁束密度値で数ガウス以上、好ましくは
１００〜１０，０００ガウス程度である。

本発明は真空ポンプ以降の大気圧系に設置された従来技
術によるところの排ガス処理との組合せにより更に処理
を徹底化させることに何ら支障は無い。

尚、本発明において採用される圧力条件は約０、１ｍＴ
ｏｒｒ　−１０Ｔｏｒｒ程度である。

［実施例］ 以下に実施例を挙げて本発明をさらに詳しく説明する。

実施例１ 第１図及び第２図に示す放電管を用いた。

管径３インチの内部へカーボン管及び厚板状の炭素電極
を配置しさらに陰極対向方向に該放電管の外側よりフェ
ライト系焼結磁石を両側より配置、ヨークを用いてＨ型
（サイクロン形）の閉路磁界を採用することにより管中
心部の磁束密度として３２０ガウスを得た。

上記放電管内へ１００％モノシランガス２０ｓｅｃｍを
導入し圧力を０．２Ｔｏｒｒに調節後、交流電源を用い
てプラズマを形成、出力電力３６０賛において該放電管
ガス導出口での残留モノシランガス濃度を四重極質量分
析計により測定した結果３％の値を得た。

実施例２ 第３図に示す矩形の放電管を用いた。

外寸法がタテ２００ｍｍ、ヨコ９０ｍｍ、高さ３００ｍ
ｍの管状容器内へ円柱状の炭素電極を設置すると共に内
壁に炭素材を配置、外側よりフェライト系焼結磁石によ
る直流磁界を与えた。

上記放電管内へ１００％三弗化窒素ガスを２０８ｃｃｍ
導入し、圧力を０．ＩＴｏｒｒに調節後、直流電源を用
いてプラズマを形成、出力電力２００ｗにおいて残留三
弗化窒素４％の値を得ると共に多量の窒素と四弗化炭素
を検出したが、弗素は検出されなかった。

［発明の効果］ 本発明によれば、減圧下での負荷変動に対し安定なプラ
ズマ状態を維持することができるという効果があり、ま
た放電処理によって生じた有害物質を該真空ポンプに至
る以前の主として該処理装置内において回収もしくは無
害物質化することが可能であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は排ガス処理装置の主要部を構成する放電管の使
用状態の一例を示す断面図であり、第２図は同上のＩＩ
　−ＩＩ線断面図、第３図は放電管の他の態様を示す断
面図である。 ｌ：管状容器 ２：ガス導入口 ３：ガス導出口 ４：炭素材 ５：陰極対 ６：陽極対 ７：空間 第 図 ガス流 第 図 磁界Ｂ 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガス流通空間により連結されているガス導入口とガス導
   出口を有する管状容器内に陰極と陽極とからなる電極を
   設けて構成した放電管と、該電極と接続される直流又は
   交流電源と、該放電管内に形成されるガス流路とを含む
   排ガス処理装置において、該ガス流路とほぼ平行に少な
   くとも一対の陰極を対向させて陰極対とし、該陰極対に
   より形成される空間の一端は該ガス導入口と且つ他端は
   該ガス導出口と連結させて、該空間内に該陰極対と略々
   直角に少なくとも一対の陽極を該陰極と接触することな
   く対向させて設けると共に、該陰極の対向方向に直流又
   は交流磁界を形成する磁界印加装置を該放電管に設け、
   前記電極が主として炭素材で構成され、且つ放電管の器
   壁内側が該電極と接することなく主として炭素材で一部
   又は全部が覆われていることを特徴とする排ガス処理装
   置。