JPH0480723B2 - - Google Patents

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JPH0480723B2
JPH0480723B2 JP61173783A JP17378386A JPH0480723B2 JP H0480723 B2 JPH0480723 B2 JP H0480723B2 JP 61173783 A JP61173783 A JP 61173783A JP 17378386 A JP17378386 A JP 17378386A JP H0480723 B2 JPH0480723 B2 JP H0480723B2
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electrode
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  • Treating Waste Gases (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔3−1 産業上の利用分野〕 本発明は廃ガス処理装置に関する。更に詳しく
は、本発明は半導体産業などで用いられるプラズ
マプロセシング例えばプラズマエツチング若しく
は化学気相成長法−CVD(Chemical Vapor
Deposition)法−において未処理のまま大気中に
放出すれば何等かの公害を生ずる可能性を持つ気
体または蒸気を無害化処理するため該気体又は蒸
気にプラズマ放電を行なう放電管を含む廃ガス処
理装置に関する。本発明に用いる放電管は約10-7
mmHgから約10mmHgまでの広い圧力範囲で作動し
上記無害化処理を高率良く達成することができ
る。
〔3−2 従来の技術〕 たとえば、アモルフアスシリコン太陽電池の製
造の場合、原料であるシラン又はジシランはその
まま又は適当なガスで希釈され反応槽の中でプラ
ズマCVD法により分解されてアモルフアスシリ
コンの薄膜となる。この際、未反応の原料ガスは
分解生成物の水素と共にポンプにより大気中に排
出される。プラズマCVDを開始する直前や終了
の直後では反応の調整や製品の一様性を確保する
ため、原料ガスが其のまま反応を行なうことなく
排出される事がある。またpn接合を作る為にフ
オスフイン又はジボランを前記原料ガスに混合す
ることがある。これらのガスはいずれも毒性を有
するため、ポンプからの排出ガスは従来化学的方
法で処理されていた。
化学的処理の他に電気的処理方法及び処理装置
も提案されている。たとえば、特開昭第51−
129868号には有毒物質を含有する廃ガス及び酸化
剤をプラズマが発生している空間で相互に接触せ
しめることにより前記有毒物質を安定な化合物に
変え、この化合物を前記廃ガスから除去すること
を特徴とする廃ガスの処理方法が開示されてい
る。また、特開昭第58−6231号には反応性の廃ガ
スを排出する反応槽と排出装置との間に配置さ
れ、前記反応性の廃ガスをプラズマ放電により分
解して前記排出装置により排出するようにしたこ
とを特徴とする廃ガス処理装置が提案されてい
る。
〔3−3 発明が解決しようとする問題点〕 化学的処理方法では、処理設備の方が製造設備
より大規模になる場合があり、更にプラズマ
CVDやプラズマエツチングなどの装置毎に処理
設備が必要になる場合もあり、小型簡便でしかも
有効な処理法が望まれている。一方、従来の電気
的処理方法についても、プラズマの反応槽に用い
たのと同じ電源を使用したのでは極めて高価なも
のとなつてしまう。一方、安価な直流や交流を用
いたのでは、10-2mmHg以下の気圧では全く放電
せず、電気的に廃ガス処理装置を行なう事は出来
ない。
〔3−4 問題点を解決する手段及び作用〕 本発明者は電気的廃ガス処理方法の欠点を克服
するため鋭意研究した結果、放電管中電界と磁界
が約45゜乃至約135゜の角度で交わるように磁界印
加装置を設け電界と磁界の交わる空間に廃ガスを
流通させると微量濃度の廃ガスでもプラズマ反応
が効率良く進行し極めて効率良い廃ガス処理が可
能であることを知見した。この新規な知見に基づ
き本発明は成されたものである。
即ち、本発明によれば、ガス導入口とガス導出
口を有する管状容器内に少なくとも一対の電極を
設け、該ガス導入口と該ガス導出口はガス流通空
間により連結されている放電管及び該電極と接続
される直流又は交流電源を含む廃ガス処理装置に
おいて、該ガス導入口より流入したガスをプラズ
マ化させるため該ガス流通空間で該電極により形
成される電界の向きと約45゜乃至約135゜の角度で
交わる直流又は交流の磁界を印加する磁界印加装
置を該放電管に装着させ且つ該放電管容器の磁力
線と交わる器壁の少なくとも表面が絶縁物で構成
されていることを特徴とする廃ガス処理装置が提
供される。
本廃ガス処理装置の主要部を構成する放電管の
基本的構造の一例を第1図に示す。プラズマプロ
セシングたとえばプラズマエツチング若しくは
CVD法において未処理のまま大気中に放出すれ
ば何等かの公害を生ずる可能性を持つ気体または
蒸気、たとえばシラン系ガス(シラン、ジシラ
ン、トリシランなど)、ボラン系ガス(ジボラン
など)、ホスフイン系ガス、彎化シリコーン及び
その誘導体または有機金属など半導体デバイス製
造の際排出される気体又は蒸気はガス導入口4を
通じて放電管内に導入される。導入された気体又
は蒸気はガス流通空間10に至る。ガス流通空間
10では直流又は交流電源に接続された少なくと
も一対の電極1,2により形成さる電界の向きと
約45゜乃至約135゜の角度で交わる直流又は交流の
磁界6を印加する。この電界と磁界の交叉する空
間内に上記気体又は蒸気が導入されると放電が生
ずる。この放電は約10-7mmHgから約10mmHgまで
の広い圧力範囲で生じる。この放電により上記の
気体又は蒸気はプラズマ化され次の反応が行なわ
れる。シランはシリコーンと水素に、ジボランは
ホウ素と水素に、酸素共存下では、酸化ボロンと
水素に、ホスフインは酸素共存下で酸化燐と水
に、弗化シリコーンは下でシリコーンと弗化カル
シユームに、有機金属は酸素共存下で水と炭酸ガ
スと金属酸化物に変化する。発生した水素、水蒸
気、炭酸ガスなどは安全な気体又は蒸気としてガ
ス導出口5より排出される。シリコーン、ホウ
素、酸化ボロン、チツ化ボロン、酸化燐などの固
体生成物は放電管内、特に電極近辺若しくは内壁
に堆積する。気圧が低いときには陰極の両脇の器
壁3の内部上に堆積するが、気圧が高くて陽極の
外側にグローが出来るときには、そのグローの近
くの器壁にも堆積するようになる。又、ガスの流
量を増やすと、プラズマ領域より見てガス流の上
流側よりも下流側の方に遥かに多くの堆積が認め
られる。即ちプラズマ内で生じたラジカルが気流
の影響を受けて下流に運ばれて堆積している事を
示している。堆積した固体生成物は通常、公知の
手段を用いて管外に取り出すことができる。例え
ば、電極表面はアルミニユーム箔などの金属箔で
被覆しその他の部分を絶縁性フイルムで被覆して
おき、これらを適宜交換するのが最も容易な方法
である。また、放電管を容易に分解可能な構造と
しておき適当な時間毎に分解清掃することも可能
である。さらに放電管外壁及び電極に機械的振動
を付与し、固体生成物を下方に落下させ放電近辺
空間外に集積除去することもできる。管内の清掃
を容易にするため内壁表面をビニル系フイルムで
被覆しそのフイルムを適宜交換することもでき
る。上述の方法により未だ処理のまま大気中に放
出すれば何等かの公害を生ずる可能性を持つ気体
又は蒸気の無害化が達成される。
本発明で用いる管状容器は通常の放電管にみら
れる円筒状である必要は無く、任意形状の断面、
例えば三角形若しくは矩形断面の容器も用いるこ
とができる。電界の大きさは放電開始するもので
あればよい。この値は処理されるべきガスの種
類、ガスの圧力、電極間隔などで広範囲に変わ
る。プラズマを発生するに必要な大きさでありさ
えすればよい。好ましい電界の大きさを得るため
の電極間電位は通常、約10V以上である。直流電
源、単相交流電源、多相交流電源のいずれも用い
ることができるプラズマ反応を連続的に行なう見
地から、即ち未処理のままでガスが排出される可
能性を回避する見地から直流電源若しくは多相交
流電源を用いることが好ましい。電極の間隔は臨
界的でないが、磁束密度Bで次式より決まる電子
の旋回半径rよりも大きい値であることが一般的
に好ましい。
但しV:電子の磁界に垂直な運動エネルギー
(電子ボルト) m:電子の重量 e:電子の荷電 必要な磁界の大きさは電極間隔、印加電圧で変
わる。磁束密度Bは次式を満足するものであれば
良い。
但しd:電極間隔 V,m,e:上述の通りとする。
磁界の大きさは一般的には数ガウス以上である
ことが好ましく、実用上約100乃至約500ガウスの
範囲に有ることが更に好ましい。磁界印加装置は
電磁石でも永久磁石でも良い。直流磁界印加装
置、単相交流磁界印加装置、多相交流磁界印加装
置のいずれも用いることができるが、プラズマ反
応を連続的に行なう見地から、即ち、未処理のま
までガスが排出される可能性を回避する見地から
直流磁界印加装置若しくは多相交流磁界印加装置
を用いることが好ましい。本発明においては、放
電管の器壁の磁力線と交わる部分の少なくとも表
面は絶縁物で構成されている。器壁の磁力線と交
わる部分が導電性であれば電子の損失が増加する
ため廃ガス処理の能率が低下する。本発明におい
ては、放電管の器壁を導電性物質で構成し電極を
兼ねさせ磁力線と交わる部分は絶縁性フイルムで
被覆することも好ましい実施態様一つでである。
また、放電を安定化させ及び/又はガスのプラズ
マ化に伴い生成する固体物質の分離を容易にする
ガス、例えば酸素若しくはチツ素、を処理すべき
ガスに共存させることができる。このためには、
放電管に付加的なガス導入口を設けることが好ま
しい。
プラズマは放電によつて電離した状態を云う
が、プラズマの温度はガス圧、ガスの種類などに
よつて変わる。プラズマエネルギーは1eVから
10eVくらいの範囲にある。ガス導入口より導入
された気体又は蒸気が交叉する電界と磁界の作用
を受けてプラズマ反応を行なう時間はガスの流量
及び放電電力で変わる。即ち、放電電力を多くす
ればこの時間は少なくてすみ、放電電力を一定に
して流量を増すとこの時間を長くする必要があ
る。流量と放電電流の関係は第5図に示す。上記
時間は一般的には約0.01秒から約5分の範囲にあ
る。プラズマの気体密度は第5図に実例が示され
ている。これは装置の寸法によつて異なる。一般
に放電では比例則なるものがあり、気体圧pと電
極間距離dとの積pdが一定なれば放電の状態は
似てくる。従つてpを小さくするとdを大きくす
ればよい。
本廃ガス処理装置の使用法は多様である。その
具体例の一を第3図に示す。本廃ガス処理装置1
2,13はプラズマプロセシング(プラズマ
CVD若しくはプラズマエツチング)の反応槽1
1と排気ポンプ14の間に設置される。処理装置
の清掃を容易にするため切り替えバルブ16,1
7、また放電を安定化させ及び/又はガスのプラ
ズマ化により生成する固体物質の分割を容易にす
るガスを供給するボンベ15を配置することがで
きる。
プラズマ反応が確実に行なわれるようにするた
め、本発明に用いる放電管は対向する電極の間に
ガスの導入口をもつてくるか、ガス輸送又は排出
管の外壁を一つの電極とし、その中にもう一極を
設けることでガスの流路が必ず対向する電極間を
通過する構造とするか、電極でない外壁と電極の
最外側との距離が1平均自由行程以下となるよう
な構造をもつように設計することが好ましい。本
廃ガス処理装置において必要な磁界を発生する方
法と電極の形状の具体例を第6図〜第10図に示
す。図中7は永久磁石、8は電磁石、9は絶縁性
フイルムを示す。絶縁性フイルムに固体生成物を
付着させこれを交換することにより放電管の清掃
を迅速に行なうことができる。放電に交流を用い
る場合には、第10図に例示するように、3相交
流を使用して、処理装置内で電流が零の時刻が全
く出来ないようにすることによつて処理が不十分
のガスを放出することが防止される。
〔3−5 発明の効果〕 本発明によれば小型簡便でしかも効率の良い経
済的な廃ガス処理装置が提供される。本発明で用
いる放電管は10-2mmHg以下の低気圧でも放電し
廃ガスのプラズマ化反応を励起することができ
る。従つて、本発明の廃ガス処理装置は微量濃度
の廃ガスも極めて効率良く無害化させることがで
きる。
〔3−6 実施例〕 第2図の放電管を用いて480ガウスの磁界を印
加して放電させたときの電圧・電流特性を第4図
に示す。シランガスの流量が十分に少ないときで
も放電することが確認された。この時、磁界を取
り去れば放電を維持することは出来ない。処理す
べきガスの流量と所要電流との関係は第5図の様
になる。シランガスのプラズマ処理により電極近
辺及び器壁内壁にアモルフアスシリコンが堆積す
るのが観祭された。尚、本処理が完全に行なわれ
ることの確認は、分光器(ニコンG−500)によ
るシランスペクトルの観測、ならびに放電特性の
変化点の測定および空気中に放出したガスから酸
化シリコンの白粉がもはや生じないかどうかによ
り行なつた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本廃ガス処理装置に用いる放電管の基
本構造を示す斜視図、第2図は本発明の有効性を
試験したときの放電管の構造と寸法とを示す。第
3図は本発明の廃ガス処理装置の使用方法を示
す。第4図はチツ素とシランとの放電特性を示
す。第5図は処理量と所要電流との関係を示す。
第6図〜第10図は本廃ガス処理装置の具体例を
示す。第10図は放電に3相交流を用いる場合の
結線の方法を示す。各図において参照番号は次の
ものを表わしている。 1,2:電極、3:放電管器壁、4:ガス導入
口、5:ガス導出口、6:磁力線、7:永久磁
石、8:電磁石、9:絶縁性フイルム、10:ガ
ス流通空間、11:プラズマプロセシング反応
槽、12,13:本廃ガス処理装置、14:排気
ポンプ、15:ガス供給ボンベ、16,17:切
り替えバルブ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 ガス導入口とガス導出口を有する管状容器内
    に少なくとも一対の電極を設け、該ガス導入口と
    該ガス導出口はガス流通空間により連結されてい
    る放電管及び該電極と接続される直流又は交流電
    源を含む廃ガス処理装置において、該ガス導入口
    より流入したガスをプラズマ化させるため該ガス
    流通空間で該電極により形成される電界の向きと
    約45゜乃至約135゜の角度で交わる直流又は交流の
    磁界を印加する磁界印加装置を該放電管に装着さ
    せ且つ該放電管容器の磁力線と交わる器壁の少な
    くとも表面が絶縁物で構成されていることを特徴
    とする廃ガス処理装置。 2 該電極が該印加磁界の磁束密度Bで決まる電
    子の旋回半径rよりも大きい間隔をもつて配置さ
    れていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
    記載の処理装置。 3 該電源が直流電源であり、該磁界印加装置が
    直流磁界印加装置であることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項又は第2項記載の処理装置。 4 該電源が多相交流電源であり、該磁界印加装
    置が直流又は多相交流磁界印加装置であることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項又は第2項記載
    の処理装置。 5 該放電管の器壁が電極を兼ねるため導電性物
    質で構成され、該器壁内表面が絶縁性フイルムで
    被覆されていることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項〜第4項のいずれかに記載の処理装置。 6 該放電間の容器が付加的なガス導入口を有し
    ていて、該導入口を通して放電を安定化させ及
    び/又はガスのプラズマ化により生成する固体物
    質の分離を容易にするガスを導入するように構成
    されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項〜第5項のいずれかに記載の処理装置。
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