JPH10309431A

JPH10309431A - ガスシステムにおける汚染ガス中の危険な化合物を分解する装置

Info

Publication number: JPH10309431A
Application number: JP8296440A
Authority: JP
Inventors: M Jenkins George; エム．ジエンキンスジヨージ
Original assignee: Eastern Digital Inc
Current assignee: Eastern Digital Inc
Priority date: 1996-11-08
Filing date: 1996-11-08
Publication date: 1998-11-24

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】汚染ガス中に含まれる危険な化合物を効率よ
く分解できる装置を提供する。【解決手段】第一領域が、第一通電電極９０と接地電
極８０とによって第一ガス通路を画定し、第一ガス通路
に第一電界１２０を生じさせ、汚染ガスにプラズマ生じ
させる第一電気エネルギレベルに付勢され、第二領域
が、第二通電電極１００と接地電極とによって第二ガス
通路を画定し、汚染ガスが通過する時に、汚染ガスにプ
ラズマを生じさせる第二電界１２２を生じさせる第二電
気エネルギレベルに付勢され、第二通電電極が第一通電
電極から電気的に付勢可能な距離内に配置され、第一電
気エネルギレベルを第二電気エネルギレベルと相違させ
て第三電界１２４第一及び第二通電電極間に生じさせ、
第一及び第二電界間に、第一及び第二電界間にプラズマ
を維持するための補足的な電気エネルギ源を生じさせ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、電界エネルギを用いるガス流中
にある危険で毒性のある化合物を分解するための装置に
関する。より詳細には、本発明は、第一及び第二領域に
プラズマを発生させ、それを維持する複数の電界を用い
て、装置の前記第一領域内にある第一の種類の材料を分
解し、かつ装置の前記第二領域内にある第二の種類の材
料を分解する装置に関する。

【０００２】産業汚染ガス中、特に、半導体製造行程の
汚染ガス中には危険な化合物が存在する。例えば、通
常、化学気相成長法が、基盤上に伝導材料や誘電材料の
層を堆積させるために用いられる。また、この産業にお
いては、予め生成した材料上の構造体をエッチングする
ために化学気相法(chemical vapours)が用いられる。半
導体製造工程の第一の例においては、シラン(SiH₄)及び
アンモニア(NH₃)が、半導体ウェハー上にシリコン窒化
物(Si₃N₄)の薄膜を堆積させるために頻繁に化合され
る。この処理からの汚染ガスは、頻繁にシラン及びアン
モニアの残留物を含有している。さらにまた、ＣＶＤ処
理のオペレータは、反応の化学量論によって要求される
量より多い多量のアンモニアを使用する。このアンモニ
アの過度な量は、堆積膜の幾つかの特性を高める。従っ
て、種々の基盤上にシリコン窒化物を堆積させるＣＶＤ
処理のオペレータは、下式と同様の化学反応を引き起こ
す傾向にある。３ＳｉＨ₄＋１２ＮＨ₃ → Ｓｉ₃Ｎ₄＋１２Ｈ₂＋８Ｎ
Ｈ₃ ３ＳｉＨ₄＋２８ＮＨ₃ → Ｓｉ₃Ｎ₄＋１２Ｈ₂＋２４
ＮＨ₃ 同様に、半導体ウェハー上にシリコン酸化窒化物を堆積
させるためのＣＶＤ処理では、以下の化学式によって特
徴づけられる化合物が使用される。ここで、第一の化学
式は一般的式であり、第二の化学式は予期される結果を
示している。２０ＳｉＨ₄＋１０２ＮＨ₃＋５４Ｎ₂Ｏ＋５４Ｎ₂ →２
Ｓｉ₁₀ＯxＮy＋（１０２−２y）ＮＨ₃＋（５４−２x）
Ｎ₂Ｏ＋（５４＋２x）Ｎ₂＋３yＨ₂ ２０ＳｉＨ₄＋１０２ＮＨ₃＋５４Ｎ₂Ｏ＋５４Ｎ₂ →２
Ｓｉ₁₀Ｏ₈Ｎ₈＋８６ＮＨ₃＋３８Ｎ₂Ｏ＋７０Ｎ₂＋２４
Ｈ₂ これらの反応の汚染ガス中の残留アンモニアが他の結合
化合物より環境上危険ではないとしても、汚染ガスが大
気中に放たれる前に他の危険なガスは全て分解する必要
がある。

【０００３】従来技術の幾つかの装置は、ＣＶＤ処理法
からの残留反応ガスを分解するよう設計されていた。第
一の例は、１９９１年４月９日に、L.A.Danisch, G.M.J
enkins, E.E.Wallingford 及びY.E.Moharirに対して発
行されたカナダ特許第１，２８２，７３２号に開示され
ている。この特許には、ＣＶＤ処理法からの残留反応ガ
スをラジオ周波数プラズマによって処理する残留反応チ
ャンバが開示されている。プラズマからのエネルギはガ
スから危険の少ない化合物を形成し、これら危険の少な
い化合物の幾つかを内部にプラズマが形成されたチャン
バの一つ又はそれ以上の内面上に堆積させる。この種の
装置は、シラン、ジボラン、テトラエチルオルソエリケ
イト、ジシラン、ホスフィン、アルシン等を分解するの
に使用されていた。

【０００４】第二の例として、１９８８年４月５日にK.
C.R.Chiuに対して発行された米国特許第４，７３５，６
３３号が、ガス流から気相汚染化学種を分離する方法及
びシステムを開示している。この装置では、電極が反応
内面に対して大きな領域を有する。また、装置は、電極
間に比較的長い流路を有する。非常に長い流路と電極領
域の高い割合とは、約７５モル％を越える蒸気分離効率
(vapour extraction efficiencies)をもたらす。従来技
術のプラズマ処理チャンバは、通常、二つの離間された
電極を有する。これらの電極は、それらの間に電界を形
成し、汚染ガスのエネルギレベルを高め、危険な化合物
を分解し、かつ、チャンバの内面に吸引される化学種を
生成するのに十分な周波数及び電圧で付勢される。チャ
ンバの壁に堆積する粒子は、最終的には、剥がれ落ちて
処理チャンバの底部に集められる。

【０００５】上記した例では両方とも、プラズマ反応装
置が、簡単に分解でき、イオンすることができプラズマ
反応装置の電極の一方に吸引され得る生成物に変化され
得る化合物を処理するように設計される。例えば、水素
及び窒素間の結合エネルギが、水素とシリコンとの間の
結合エネルギより高いことは公知である。従って、例え
ば、シリコンは、アンモニアを処理するために必要とさ
れるエネルギ量より少ないエネルギでプラズマ反応装置
内で処理可能である。シランを分解することと、プラズ
マ反応装置の内部で、その分解片を電気的に帯電可能な
生成物に再結合することとは、第一に、この反応装置の
電界のエネルギの大部分を消費する。電気的結合が強い
化合物の処理は、その初期の強度から部分的に消費され
るプラズマ内で連続的に影響される。従って、他の反応
材料の前で、プラズマ反応装置内でアンモニアを処理す
ることは不完全になることがある。アンモニアは、プラ
ズマに酸素を加えて水素化合物を捕獲することによっ
て、プラズマ反応装置内でより良く処理される。従っ
て、水素が窒素に再結合することを防止するために水蒸
気が生成される。しかし、酸素が、例えば、シランが存
在するプラズマ処理チャンバ内に導入されると、酸素要
素が、変化してないアンモニアを無視して、初めにシラ
ンと結合し二酸化シリコン及び水素が形成するため不都
合である。この反応は次式で説明される。ＳｉＨ₄＋ＮＨ₃＋Ｏ₂ → ＳｉＯ₂＋２Ｈ₂＋ＮＨ₃ これらの理由のため、従来技術のプラズマ反応装置は、
半導体製造工程の残留反応ガス中にあるアンモニアを完
全に分解するには限界があった。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明では、第一の種類の材料を
分解する第一領域と、第二の種類の材料を分解する第二
領域とを有する装置が提供される。より詳細には、ここ
で参照される第一及び第二の種類の材料は、結合エネル
ギの大きさの点、吸引力(attraction)の点、それらの生
成物の帯電した電極への吸引力の点、安定性があり危険
性の少ない化合物を生成する能力の点、又は、前記特徴
の任意の組合せの点で相互に異なる。本発明の一つの特
徴によれば、装置の第一領域は、第一通電電極と接地電
極とを有する。接地電極は第一通電電極から離され、第
一通電電極と共に第一ガス通路を画定する。第一通電電
極と接地電極とは、第一ガス通路を通過して流れる汚染
ガス中にプラズマを生成することができる第一電界を生
成するための第一のエネルギレベルで付勢可能である。
さらに、この第一電界は、汚染ガス内にある第一の種類
の材料を処理するために汚染ガス内でエネルギレベルを
高めることができる。本発明の装置の第二領域は、接地
電極から離され、接地電極と共に第一ガス通路の下流に
連通する第二ガス通路を画定する第二通電電極を有す
る。この第二通電電極は、第二ガス通路を通過して流れ
る汚染ガス中のプラズマを維持することができる第二電
界を、前記接地電極と共に生成するための第二エネルギ
レベルに付勢可能である。さらに、この第二電界は、汚
染ガス中のエネルギレベルを高めて、汚染ガス中に存在
する第二の種類の材料を処理することが可能である。さ
らに、第二通電電極は、第一通電電極から電気的に付勢
可能な距離に位置し、それにより、第一エネルギレベル
が第二エネルギレベルと、それらの各電圧、位相角、又
は周波数の何れかで相違する時、第一及び第二通電電極
間に第三電界が生成される。この第三電界は、第一及び
第二ガス通路間の領域に生成される。本発明の利点は、
第一の種類の材料が第一エネルギレベルの第一電界を有
する第一領域で分解可能であること、及び、第二の種類
の材料が第二エネルギレベルの第二電界を有する第二領
域で分解可能であることにある。第三電界は、第一及び
第二電界間にエネルギブリッジ効果を生じさせて、両方
の領域にわたってプラズマを維持し、第一領域から離れ
た第一の種類の材料が逆に再結合することを防止する。
本発明の他の特徴によれば、装置の第二領域内に反応物
入口管が設けられ、それにより、第二の種類の危険な材
料を、安定性があり環境上より安全な物質へ変更するこ
とを制御するために選択されたガスが第二領域内に導入
される。本発明のこの他の特徴では、第二通電電極が中
空円筒形要素から成り、反応物入口管がこの中空円筒形
要素内に配置される。反応物入口管の放出端部は、第三
電界内に伸び、かつ、第一通電電極から電気的に付勢可
能な近接領域内に伸びる。反応物入口管は、接地電極と
構造上連結されており、それにより、その放出端部と第
一通電電極との間に第四電界が生成される。また、この
第四電界は反応物入口管における放出端部を取り囲む。
その結果、反応物は電界強度が比較的高い領域内に導入
される。それにより、反応物は効果的に、かつ、急速に
高いエネルギレベルに帯電され、本発明の装置の第二領
域に入るプラズマの要素への結合を促進する。本発明
の、さらに別の特徴によれば、第二ガス通路の横断面
は、第一ガス通路の横断面より小さい。それにより、第
二領域に入るガスは強制的に加速状態にされ、第二ガス
通路の入口端部に減圧領域を生成する。反応物入口管の
放出端部は、この減圧領域の範囲内に位置し、第二ガス
通路に入り込むガスの流れに対する逆流方向に合わせら
れた開口を有する。それにより、反応物はプラズマ内に
均等に拡散され、第二領域内に生じる化学反応の効果を
増大させる。それにより、本発明の装置の内部で、両方
の領域の内部のプラズマの電界強度を選択的に変化さ
せ、かつ、このプラズマの重要な領域に適当な反応物を
任意に導入することによって、第一及び第二の種類の危
険な材料が連続的に分解される。

【０００７】

【実施例】図１及び図２には、好ましい実施例の装置の
全体が示されている。好ましい実施例の装置は、入口開
口２２及び出口開口２４を有するアウタケーシング２０
を備えている。出口開口２４は、一対の第一フランジ２
８と一組の第一Ｃ型クランプ３０によってＴ型伸長部２
６の第一開口に接続されている。Ｔ型伸長部２６は、第
一開口と一直線上に配置された第二開口を有する。この
第二開口は取り外し可能なブランクプレート３２によっ
て閉鎖されている。このブランクプレート３２は、一組
の第二Ｃ型クランプ３６によって第二開口のフランジ３
４に保持されている。Ｔ型伸長部２６は第三開口３８を
有し、この第三開口３８は、出口開口２４と共にアウタ
ケーシング２０の排出を行う直角ガス導管を画定してい
る。アウタケーシング２０の入口開口２２及びＴ型伸長
部２６の第三開口３８は、各々、好ましい実施例の装置
の入口開口２２及び排出開口３８を構成する。二つの開
口２２，３８は、フランジ４０、即ち、パイプ結合部を
有し、これにより、好ましい実施例の装置は、同様のフ
ランジ、即ちパイプ結合部を有する汚染ガス用排気パイ
プのライン内に装備され得、そのパイプ内を流れる汚染
ガスを処理する。好ましくは、アウタケーシング２０は
垂直円形ケーシングであり得、また、好ましくは、出口
開口２４はアウタケーシング２０の底壁４２の中心部を
貫通する円形開口であり得る。好ましくは、取り外し可
能なカバー４４がアウタケーシング２０の上端を閉鎖す
るために設けられる。カバー４４はアウタケーシング２
０の上縁部に沿って一対のフランジ４６及び一組の第三
Ｃ型クランプ４８によって維持されるのが好ましい。こ
の形式の装置で通常行われているように、各フランジ２
８、３４、及び４６は、これらのフランジによって画定
される開口の各々をシールするためのＯリングを備えて
いる。

【０００８】アウタケーシング２０の内部には円筒形要
素６０が垂直に配置されている。この円筒形要素６０の
上端部６２は開口しており、また、下端部６４は部分的
に閉鎖されている。部分的に閉鎖された下端部６４は出
口開口２４を囲む円形孔６６を備えている。円形孔６６
は図３〜５により明確に示されている。また、円形孔６
６の周りには円形リップ６８が設けられている。この円
形リップ６８の内径は円形孔６６の直径よりわずかに大
きくされ、これにより、円形孔６６の周りに円形リッジ
７０を形成している。円形リッジ７０上には管状要素７
２が保持されており、この管状要素７２は円筒形要素６
０の内部で、それと同軸に情報に伸びている。

【０００９】ここで、特に図２及び図３を参照すると、
円筒形要素６０、管状要素７２、及びアウタケーシング
２０は、それら全てで、好ましい実施例の装置の接地電
極を画定している。管状要素７２は、円筒形要素６０の
内部に完全に支持されており、また、電気的に接触して
いる。円筒形要素６０はアウタケーシング２０の内部に
支持され、また、電気的に接触している。さらにまた、
円筒形要素６０は、アウタケーシング２０の内部のブロ
ック８４内にボルト８２をねじ込むことによってアウタ
ケーシング２０に機械的に接続されている。これに関し
て、円筒形要素６０は、ボルト８２を受けるスロット８
６を有し、また、このスロット８６によってそれをアウ
タケーシング２０内に装着するのを容易にしている。ス
ロット８６は、図７により明確に示されている。アウタ
ケーシング２０は、接地用突起部８８を備えており、こ
の突起部８８は接地された伝導体に接続可能にされてい
る。

【００１０】また、好ましい実施例の装置は第一通電電
極９０を備えている。この第一通電電極９０は、カバー
４４の開口を貫通している第一絶縁体９２に懸架されて
いる。第一通電電極９０は、接続部９４を介して第一エ
ネルギレベルのエネルギ源により付勢可能にされてい
る。好ましくは、第一通電電極９０は逆向き円形容器の
形状を成し、円筒形要素６０の内部に懸架され、管状要
素７２を部分的に囲む。円筒形要素６０の外径は、アウ
タケーシング２０の内径より小さくされ、これにより、
好ましい実施例の装置に入るガスが円筒形要素６０の周
囲の間隙を通って流れ得る。円筒形要素６０は、その上
部の入口開口２２と対向する部分に切欠き９６を備えて
いる。円筒形要素６０の周りを流れるガスは、前記切欠
き９６を介して円筒形要素６０の内部に容易に入り込
む。円筒形要素６０、第一通電電極９０、及び管状要素
７２の各直径及び長さは、相互に異なり、これにより、
これら構成要素の各々の間の間隙が、接地電極８０と第
一通電電極９０との間の第一ガス通路を画定する。

【００１１】第一通電電極９０とカバー４４との間には
円形石英プレート９８が設けられている。この石英プレ
ート９８、又は他の誘電材料によって形成されたプレー
トの主要な作用は、第一通電電極９０の第一絶縁体９２
上に処理残留物が蓄積するのを防止することにある。誘
電プレート９８の直径は、第一通電電極９０の直径より
僅かに大きくされる。シランを処理する好ましい実施例
の装置の作動中、例えば、被反応材料が、この誘電プレ
ート９８の底面上に蓄積する傾向にあることが分かる。
この材料は、最終的には、この材料を通して第一通電電
極９０と円筒形要素６０との間に作用する電気的放電に
よってプレート９８の縁部で燃え尽きる。これにより、
第一通電電極９０と接地電極８０との間に連続的に伝導
層が蓄積することが防止される。この蓄積材料からの燃
焼して吹き飛ばされる粒子は円筒形要素６０の底面６４
上に落ちる。

【００１２】好ましい実施例の装置は、管状要素７２の
内部に、それと同軸に位置決めされた第二通電電極１０
０を有する。また、第二通電電極１００は、対向する両
端部が開口した円筒形要素から成る。第二通電電極１０
０は、ブランクプレート３２を貫通する第二絶縁体１０
２によって支持されている。第二通電電極１００の第一
通電電極９０に対する位置は、全体として符号１０４で
示されたネジ付きロッド、ナット、及びフェルールによ
って、又は公知の機構によって調節可能にされる。第二
通電電極１００は、コネクタ１０６を介して電気エネル
ギの第二電源によって付勢可能にされている。また、反
応物入口管１１０が設けられている。この反応物入口管
１１０は、ブランクプレート３２及び第二通電電極１０
０を、それらの中心軸線に沿って通過し、第一通電電極
９０と第二通電電極１００との間の間隙内に突出してい
る。反応物入口管１１０の放出端部１１２は、ブランク
プレート３２を貫通する摺動貫通式取付部材１１４によ
って前記間隙の範囲内で調節可能にされている。反応物
入口管は、好ましい実施例の装置の第二区域内に酸素、
例えば、他の酸化剤や他のメイトガスを導入し、この区
域を流れる汚染ガスの要素と反応させ、安定性があり危
険性の少ない化学種を生成するのに望ましい。第一通電
電極９０、第二通電電極１００、接地電極８０、及び好
ましい実施例の装置の汚染ガスと接触する他の構成要素
は、装置に影響を及ぼす傾向にある腐食状態に対して抵
抗力のある金属で形成されるのが望ましい。

【００１３】ここで、特に図６を参照すると、本図に
は、装置の作動中に好ましい実施例の装置の内部で生じ
る第一、第二、第三、及び第四の電界１２０、１２２、
１２４、及び１２６の各範囲が示されている。好ましい
実施例の装置が処理すべき汚染ガスのパイプに連結さ
れ、汚染ガスが流されると、汚染ガスは、矢印１３０で
示すように、円筒形要素６０の上端縁部を横切って、よ
り率直には切欠き９６を通って、限定的な方法で接地電
極８０内に流れ込む。ガスは第一電界１２０を通って下
方に流れ、矢印１３２で示すように、第一通電電極９０
の下端縁部で向きをかえて再び第一電界１２０を通って
流れる。この第一電界１２０を通るガスの下方及び上方
への動きを、ここでは第一ガス通路として参照する。好
ましくは、第一電界１２０は、第一エネルギレベルまで
付勢され、プラズマを発生させ、例えば、分解可能で、
接地電極８０及び通電電極９０の一方に吸引可能な化学
種と再結合可能な汚染ガス中にある物質を反応させる。
第一電界１２０を通るガス混合物が分解され、かつ接地
電極８０に逆らって発生する蒸気及び個体粒子と再結合
されることが分かる。また、その結果形成される帯電さ
れた粒子の大部分が、重力及び汚染ガスの移動速度から
の運動エネルギを蓄積する傾向にあり、また、符号１３
４で示された領域で、接地電極８０の底面をヒットする
ことが分かる。また、上方へ移動し、第一電界１２０を
完全に通過するのに十分な運動量を有する帯電粒子が、
頻繁に第一通電電極９０の上側水平面をヒットして再び
領域１３４内に位置し、また、管状要素７２を通ってブ
ランクプレート３２に滞留することも分かる。また、帯
電した蒸気が電極８０及び９０の表面に堆積し、最終的
に剥がれて、領域１３４内に落下するか、又は管状要素
７２を通ってブランクプレート３２に対して落下するこ
とが分かる。

【００１４】これらの理由のために、相互に離間された
二つの同心要素６０及び７２を有し、共通の円形底板６
４を有する接地電極８０の構造上の配列は、ガス流中に
ある変化された危険な材料から生じる残留物を蓄積する
のに都合がよい。また、好ましい実施例の装置のカバー
４４は、ケーシング２０内から接地電極８０を取り除く
のに都合がよく、また、好ましい実施例の装置を周期的
に洗浄するのに都合がよい。好ましい実施例の装置で
は、接地電極８０と一体の第二通電電極１００、管状ケ
ーシング７２、及び入口管１１０間に第二電界１２２が
生じる。管状要素７２内の領域は、第二ガス通路として
示されている。好ましくは、管状要素内の第二電界１２
２は第一電界１２０とは相違する。好ましくは、第二電
界１２２は、第二ガス通路中のプラズマを維持し、付勢
し、例えば、分解可能で、かつ安定性があり危険度の低
い化合物に再結合可能である材料を反応させるレベルの
エネルギを有する。好ましい実施例の装置の第一及び第
二電界１２０及び１２２は、それぞれ強さが異なり得、
各々第一及び第二の大きさ委の結合エネルギを有する第
一及び第二の種類の材料の分解を容易にすることは理解
できる。

【００１５】第二通電電極１００は、第一通電電極９０
から電気的に付勢され得る範囲の距離にある。従って、
第一電界１２０と第二電界１２２とが、電圧、位相角、
又は両エネルギ源の周波数間の調和欠如の何れかの点で
相違すると、第三電界１２４が二つの通電電極９０及び
１００間で発生する。この第三電界は、第一及び第二電
界１２０及び１２２間の付加的エネルギ源であり、第一
及び第二ガス通路間のプラズマを維持する。さらに、こ
の第三電界１２４は、第一電界１２０を出る第一の種類
の材料の分解要素の後退反応を防止する。第三電界１２
４の強度は、上述したような電気的手段によって調整可
能にされる。この点で、例えば、第一及び第二通電電極
９０，１００と接地電極８０との各々間の公称電圧が同
じ電圧であるが、これらの各エネルギ源の交流電流が約
１８０度の位相角で出力される場合、二つの通電電極９
０及び１００の間の電位は、公称電圧と同程度の約２倍
になる。

【００１６】また、危険性のあるガスの破壊作用の多く
の種類で、第一及び第二電界１２０，１２２の強度の２
０〜２５％間の辺りで、第三電界１２４の強度は上記し
た利点を得るのに十分な値になることが分かる。従っ
て、ここで参照される電気的に付勢可能な距離は、通電
電極９０、１００及び接地電極８０の何れか一つの間の
間隔より８倍〜１０倍程度小さい。また、第三電界１２
４の強度は、前述した機械的手段によって、第二通電電
極１００を第一通電電極９０に向けて、又はそれから離
す方向に動かすことにより調整可能にされ、電界電圧及
び周波数の変化の行程を較正する。また、先に説明した
ように、好ましい実施例の装置の第二区域は、高い結合
エネルギを有する材料を破壊し、安定性があり危険性の
少ない生成物に変化可能にする傾向にあることが好まし
い。従って、反応物入口管１１０は、第二月通路の入口
端部に位置する放出端部１１２を有し、メイトガスをこ
の区域に導入し、この区域で生じる化学反応を制御す
る。反応物入口管１１０の放出端部１１２は、第三電界
１２４に囲まれて配置される。また、反応物入口管１１
０の放出端部１１２は、第一通電電極９０の直ぐ近くに
位置する。反応物入口管１１０は金属で形成され、ま
た、ブランクプレート３２内の摺動貫通式取付部材１１
４を通して装置のケーシング２０に接地される。反応物
入口管１１０は、摺動貫通式取付部材１１４を通して第
一通電電極９０に向けて、又はそれから離れる方向に調
整可能にされる。従って、放出端部１１２が第一通電電
極９０から電気的に付勢可能な近接領域の範囲内にある
と、反応物入口管１１０の放出端部１１２と第一通電電
極９０との間に第四段階１２６が生じる。ここで参照さ
れる電気的に付勢可能な近接領域は、第一通電電極９０
と接地電極８０との間の間隙と同じ距離か、それより短
い。

【００１７】入口管１１０の放出端部１１２から流れ出
す反応ガスは、両電界１２６，１２４を通って流れ、強
い電気帯電が直ぐに与えられ、第二ガス通路を通って流
れる要素への瞬間的な結合が保証される。この点で、放
出端部１１２がアークが発生する距離だけ第一通電電極
９０から離されると、第二区域の高効率の反応が観察さ
れることが分かる。反応ガスが酸素であり、例えば、汚
染ガスが水素を含む場合、両電界１２６，１２４を横切
る酸素が、その初期形態において酸素よりも水を形成す
るために水素をより容易に吸引するオゾンを生成する。

【００１８】好ましい実施例の装置の他の特徴は、管状
要素７２の直径が円筒形要素６０及び第一通電電極９０
の直径より小さいことにある。従って、第二ガス通路中
の汚染ガスの速度が第一ガス通路を通る汚染ガスの速度
より大きい。第二ガス通路の入口端部に近い汚染ガスは
強制的に加速状態にされ、それにより、その場所に低圧
の領域が生成される。装置を介した真空状態の下で汚染
ガスが循環される場合、低圧の領域は真空度が高くな
る。反応物入口管１１０の放出端部１１２は、第二ガス
通路の入口端部に配置される。反応物入口管１１０の放
出開口は、第二ガス通路に入るガスの流れに対して反対
方向の流れに合わせられる。従って、反応ガスは、直ぐ
に第二領域内の処理すべき汚染ガス内に均等に拡散さ
れ、この領域内で生じる反応の効率を改善する。

【００１９】ここで、図８、図９、及び図１０を参照す
ると、これらの図面には第二通電電極１００の三つの別
の実施例が示されている。これら別の実施例の主要な目
的は、本発明の装置の第二領域内に異なる種類のコロナ
放電を発生させることにある。たとえ流れ現象がまだ完
全に理解されていなくても、これらの電極によって生じ
る種々のコロナ効果の一つは、一定の種類の要素の化学
反応を引き起こすのに望ましいものであり得る。図８に
示された穴あき電極１４０の目的は、通常、層状に流れ
る汚染ガスを撹拌し、ガスを通る複数の径方向エネルギ
スパイク(radial energy spikes)の形態のコロナ放電を
発生させることにある。図９に示されたスロット付き電
極１４２は、汚染ガスの流路を横切るエネルギビームを
生成する傾向にある。また、この電極は第二ガス通路に
乱流を引き起こす傾向にある。図１０に示された波型電
極１４４は、それに沿って流れる汚染ガスにエネルギの
脈動を与える傾向にある。従って、好ましい実施例の装
置は、汚染物質を沈澱(precipitate)させ、汚染物質を
酸化させ、また、汚染物質を一回の行程で(in single o
peration)安定した危険性の少ない材料に変質させるた
めに使用され得る。これは、全ての行程の初めから終わ
りまで維持され、また、都合の良い時期にエネルギを充
満させる高エネルギプラズマで有用である。

【００２０】上述の説明は、本発明の好ましい実施例を
完全に全て説明しているが、種々の変形、別の構造、及
び同等のものが、発明の概念及び範囲から外れることな
く用いられ得る。このような変更は、別の構成要素、構
造的な配置、構造の特徴等に関係があり得る。従って、
上記した説明によって、特許請求の範囲によって限定さ
れた発明の範囲を限定的に解釈されるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好ましい実施例の装置の側面図であ
る。

【図２】好ましい実施例の装置の中心領域を通る垂直
断面図である。

【図３】好ましい実施例の装置のアウタケーシングの
垂直断面図であり、第一及び第二通電電極は破線で示さ
れている。

【図４】装置のアウタケーシングの上面図であり、カ
バーは取り外され、第一及び第二通電電極は破線で示さ
れている。

【図５】図３の符号５の部分の詳細を示す拡大図であ
る。

【図６】図２における部分垂直断面図であり、好まし
い装置の作動中にその内部で生じる第一、第二、第三、
及び第四の電界の範囲を示している。

【図７】好ましい実施例の装置の接地電極を斜め上方
から見た部分斜視図である。

【図８】好ましい実施例の装置の第二通電電極の第一
の別の実施例を用いるための穴あき電極の側面図であ
る。

【図９】好ましい実施例の装置の第二通電電極の第二
の別の実施例を用いるためのスロット付き電極の側面図
である。

【図１０】好ましい実施例の装置の第二通電電極の第
三の別の実施例を用いるための波型電極の側面図であ
る。

【符号の説明】

２０アウタケーシング２２入口開口２４出口開口２６Ｔ型伸長部２８第一フランジ３０第一Ｃ型クランプ３２ブランクプレート３４フランジ３６第二Ｃ型クランプ３８第三開口４０フランジ（パイプ結合部）４２底壁４４カバー４６フランジ４８第三Ｃ型クランプ６０円筒形要素６２上端部６４下端部６６円形孔６８円形リップ７０円形リッジ７２管状要素８２ボルト８４ブロック８６スロット８８接地用突起部９０第一通電電極９２第一絶縁体９４接続部９６切欠き(indention) ９８円形石英プレート１００第二通電電極１０２第二絶縁体１０４調節機構１０６コネクタ１１０反応物入口管１１２放出端部１１４摺動貫通式取付部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第一領域及び第二領域を備え、前記第一領域が、第一通電電極と、前記第一通電電極か
ら離され、上流端及び下流端を有する第一ガス通路を前
記第一通電電極と共に画定する接地電極とを有し、前記第一通電電極及び前記接地電極が、前記第一ガス通
路内に第一電界を生じさせ、かつ前記汚染ガスが前記第
一ガス通路内を通過する時に前記汚染ガス内にプラズマ
を生じさせるための第一電気エネルギレベルに付勢可能
にされ、前記第二領域が、前記接地電極から離された第二通電電
極を有し、該第二通電電極と前記接地電極とによって前
記第一ガス通路の下流端と連通する第二ガス通路を画定
し、前記第二通電電極が、前記汚染ガスが前記第二ガス通路
を通過する時に、前記汚染ガス内の前記プラズマを維持
することができる第二電界を、前記接地電極と共に生じ
させる第二電気エネルギレベルに付勢可能にされ、前記第二通電電極が、前記第一通電電極から電気的に付
勢可能な距離内に配置され、それにより、前記第一電気
エネルギレベルを第二エネルギレベルと相違させて第三
電界を前記第一及び第二通電電極間に生じさせ、前記第一及び第二電界間の区域に前記第三電界を生じさ
せることにより、前記第一及び第二電界間に、前記第一
及び第二領域間の前記プラズマを維持するための補足的
な電気エネルギ源を生じさせることを特徴とするガスシ
ステムにおける汚染ガス中の危険な化合物を分解する装
置。
【請求項２】前記危険な化合物が、第一の大きさの結
合エネルギを有する第一の種類の材料と、第二の大きさ
の結合エネルギを有する第二の種類の材料とを含み、前記第一の大きさが前記第二の大きさより小さく、前記第二エネルギレベルが前記第一エネルギレベルより
高く、それにより、前記第一の種類の材料が前記第一領域内で
処理可能にされ、前記第二の種類の材料が前記第二領域
内で処理可能にされることを特徴とする請求項１に記載
の装置。
【請求項３】前記第二通電電極を支持するための第一
の調整可能な装着手段を有し、それにより、前記電気的
に付勢可能な距離の範囲を変更できるようにしたことを
特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】前記第二ガス通路の近くに放出開口を有
する反応物入口管を備え、この反応物入口管により、前記第二ガス通路内に反応物
を導入して前記第二領域内にある前記危険な化合物の化
学反応を制御することを特徴とする請求項１に記載の装
置。
【請求項５】前記反応物入口管が、電気的に接地され
た金属で形成され、該反応物入口管が、前記第一通電電
極からの電気的に付勢可能な近接領域の範囲内に配置さ
れる放出開口を有し、前記放出開口が前記通電電極と向き合い、それにより、前記第一通電電極が付勢された時に、前記
第一通電電極と前記放出開口との間に第四電界が生じ、
前記第四電界が前記放出開口を取り囲むようにしたこと
を特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】装置が作動している間、前記放出開口が
第三電界の範囲内に位置することを特徴とする請求項５
に記載の装置。
【請求項７】前記反応物入口管を支持するための第二
の調整可能な装着部材を有し、それにより、前記電気的
に付勢可能な近接領域の範囲を変更できるようにしたこ
とを特徴とする請求項５に記載の装置。
【請求項８】前記接地電極が、第一の直径、上端縁
部、及び下端縁部を有する垂直円筒状要素と、第二の直
径、上端部、及び下端部を有する第一の垂直筒状要素
と、前記下端縁部と前記下端部とを結合する円形リング
プレートと有し、前記第一の直径を前記第二の直径より
大きくし、これにより、前記接地電極で、前記円形リン
グプレートに近い底部領域を有する中空円筒状空間を画
定し、前記第一電極が、第三の直径、閉鎖した上端部、及び開
口した下端部を有する第二の垂直円筒形要素から成り、
前記第三の直径を前記第一の直径より小さく、かつ、前
記第二の直径より大きくし、前記第一通電電極が、前記下端部を前記円形リングプレ
ートから離して吊り下げた状態で、前記第一管状要素に
跨って位置し、前記第一ガス通路が、前記第一円筒状要素と前記第一通
電電極間の第一区分と、前記第一通電電極と第一管状要
素間の第二区分とを有し、前記第一区分が、前記第二区分を前記中空円筒状空間の
底部分の近くに連結し、それにより、前記危険な化合物が前記第一領域内に生じ
た時に、前記危険な化合物を含む粒子が前記底部分に集
められるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
装置。
【請求項９】前記第二通電電極が、前記第一筒状要素
内に、それと同心に設けられる第二筒状要素から成り、
前記第二ガス通路が前記第一筒状要素の内側の領域内に
あることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】前記接地電極を覆うアウターケーシン
グを有し、前記アウターケーシングが、該アウターケー
シングから前記接地電極を取り外すための取外可能なカ
バーを有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】前記第一通電電極が、前記カバーを貫
通する絶縁体から吊り下げられ、前記絶縁体が、前記第
一通電電極と前記カバーとの間に配置された円形誘電プ
レートを備え、前記プラズマから前記絶縁体をシールド
するようにしたことを特徴とする請求項１０に記載の装
置。
【請求項１２】第一領域及び第二領域を備え、前記第一領域が、第一通電電極と、前記第一通電電極か
ら離され、上流端及び下流端を有する第一ガス通路を前
記第一通電電極と共に画定する接地電極とを有し、前記第一通電電極及び前記接地電極が、前記第一ガス通
路内に第一電界を生じさせ、かつ前記汚染ガスが前記第
一ガス通路内を通過する時に前記汚染ガス内にプラズマ
を生じさせるための第一電気エネルギレベルに付勢可能
にされ、前記第二領域が、前記接地電極から離された第二通電電
極を有し、該第二通電電極と前記接地電極とによって前
記第一ガス通路の下流端と連通する第二ガス通路を画定
し、前記第二通電電極が、前記汚染ガスが前記第二ガス通路
を通過する時に、前記汚染ガス内の前記プラズマを維持
することができる第二電界を、前記接地電極と共に生じ
させる第二電気エネルギレベルに付勢可能にされ、前記第二領域が、前記第二ガス通路に近い放出開口を有
し前記第二ガス通路内に反応物を導入する反応物入口管
を有し、前記反応物入口管が電気的に接地された金属で
形成され、該反応物入口管が前記第一通電電極からの電
気的に付勢可能な近接領域の範囲内に配置される放出端
部を有し、前記放出開口が前記第一通電電極と向き合
い、それにより、前記第一通電電極が付勢された時に、
前記第一通電電極と前記放出端部との間に反応物帯電電
界が生じるようにし、前記反応物帯電電界が前記放出開口を取り囲み、それにより、反応物が前記放出開口から流れ出る時に、
前記反応物が前記反応物帯電電界を通って流れるように
したことを特徴とするガスシステムにおける汚染ガス中
の危険な化合物を分解する装置。
【請求項１３】前記危険な化合物が、電気的に帯電可
能で前記第一通電電極及び前記接地電極の一方に吸引可
能な粒子に変化できる第一の種類の材料と、安定性があ
り危険性が少ない生成物に化学的に再結合可能な第二の
種類の材料とを含み、前記第一ガス通路が、前記第一の種類の材料の前記粒子
を収集する粒子収集手段を有し、前記反応物が、少なくとも一つの前記第二の種類の材料
の要素に化学的に適合し、それにより、前記第一の種類の材料が前記第一領域内で
処理可能になり、前記第二の種類の材料が前記第二の領
域内で処理可能になるようにしたことを特徴とする請求
項１２に記載の装置。
【請求項１４】前記第二通電電極が前記第一通電電極
から電気的に付勢可能な距離の範囲内に配置され、それ
により、前記第一エネルギレベルが前記第二エネルギレ
ベルと相違する時に、前記第一及び第二通電電極間にブ
リッヂ電界が生じ、前記第一及び第二活電界間の区域に前記ブリッヂ電界を
生じさせることにより、前記第一及び第二電界間に補足
的な電気エネルギ源を生じさせ、前記第一及び第二領域
間に前記プラズマを維持させることを特徴とする請求項
１２に記載の装置。
【請求項１５】前記放出端部が前記ブリッジ電界の範
囲内に位置することを特徴とする請求項１４に記載の装
置。
【請求項１６】第一領域及び第二領域を備え、前記第一領域が、第一通電電極と、前記第一通電電極か
ら離され、上流端及び下流端を有する第一ガス通路を前
記第一通電電極と共に画定する接地電極とを有し、前記第一通電電極及び前記接地電極が、前記第一ガス通
路内に第一電界を生じさせ、かつ前記汚染ガスが前記第
一ガス通路内を通過する時に前記汚染ガス内にプラズマ
を生じさせるための第一電気エネルギレベルに付勢可能
にされ、前記第二領域が、前記接地電極から離された第二通電電
極を有し、該第二通電電極と前記接地電極とによって前
記第一ガス通路の下流端と連通する第二ガス通路を画定
し、前記第二通電電極が、前記汚染ガスが前記第二ガス通路
を通過する時に、前記汚染ガス内の前記プラズマを維持
することができる第二電界を、前記接地電極と共に生じ
させる第二電気エネルギレベルに付勢可能にされ、前記第二ガス通路の横断面が前記第一ガス通路の横断面
より小さくされ、それにより、前記汚染ガスが前記第一
ガス通路から流れ出て、前記第二ガス通路内に流れ込む
時に、前記汚染ガスが加速され、前記第一ガス通路と前
記第二ガス通路との間で、前記汚染ガス内に減圧領域を
生じさせ、前記第二領域が、前記第二ガス通路内に反応物を導入す
るために前記第二ガス通路に近い放出端部を有する反応
物入口管を備え、該反応物入口管が、前記減圧領域の範
囲内に位置し、前記第二ガス通路に入り込む前記汚染ガ
スの流路に対して反対の方向に向けられ、それにより、
装置の作動中、前記反応物入口管から流れ出る反応物が
前記第二ガス通路に入り込む前記汚染ガス内に均等に拡
散されるようにしたことを特徴とするガスシステムにお
ける汚染ガス中の危険な化合物を分解する装置
【請求項１７】前記反応物入口管が電気的に接地され
た金属で形成され、かつ、前記第一通電電極から電気的
に付勢可能な近接領域の範囲内に配置される放出開口を
有し、前記放出開口が前記第一通電電極と向き合い、そ
れにより、前記第一通電電極が付勢される時に、前記第
一通電電極と前記放出開口との間に反応物帯電電界が生
じ、前記反応物帯電電界が前記放出開口を取り囲むよう
にしたことを特徴とする請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】前記反応物入口管を支持するための調
整可能な装着手段を備え、それにより、前記電気的に付
勢可能な近接領域の範囲を変更できるようにしたことを
特徴とする請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】前記第二通電電極が前記第一通電電極
から電気的に付勢可能な距離の範囲内に位置し、それに
より、前記第一電気エネルギレベルが前記第二電気エネ
ルギレベルと相違し、前記第一及び第二通電電極間にブ
リッジ電界が生じ、前記第一及び第二活電界間の区域に前記ブリッヂ電界を
生じさせることにより、前記第一及び第二電界間に補足
的な電気エネルギ源を生じさせ、前記第一及び第二領域
間に前記プラズマを維持させることを特徴とする請求項
１６に記載の装置。
【請求項２０】前記放出端部が前記ブリッジ電界の範
囲内に位置することを特徴とする請求項１９に記載の装
置。