JP2000189745A

JP2000189745A - ガスを励起するためのパイプセクション並びに装置、及びガスの純化のための方法

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Publication number: JP2000189745A
Application number: JP11355970A
Authority: JP
Inventors: Christophe Rostaing; クリストフ・ロスタイング; Michel Moisan; ミシェル・モワサン; Roxane Etemadi; ロクサン・エトマディ; Daniel Guerin; ダニエル・ゲリン
Original assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Current assignee: Air Liquide SA; LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date: 1998-12-22
Filing date: 1999-12-15
Publication date: 2000-07-11
Anticipated expiration: 2019-12-15
Also published as: DE69918044D1; EP1014761A1; JP4611478B2; FR2787677A1; FR2787677B1; DE69918044T2; US6541917B1; EP1014761B1

Abstract

(57)【要約】【課題】放電が中で維持されるパイプの腐食を減じると
共に、プラズマに接する壁にクラックが生じた後でさえ
も装置の通常の動作を維持することを可能にするパイプ
セクションを提供する。【解決手段】ガスで表面波プラズマを発生させるのに適
した入力マイクロ波放射によりガスを励起してこのガス
を処理するための装置（１０）のためのパイプセクショ
ン（２８）である。このパイプセクションは、入力マイ
クロ波放射を集束するための領域で前記装置を通るよう
に装着され、中を処理されるガスが流される、誘電材料
で形成された放電チューブ（２９）を有する。この放電
チューブは、内壁と、外壁と、これらチューブ間に充填
され、プラズマから発生される化学的種に対して比較的
不活性で、熱伝導性の誘電材料とを有し、チューブ相互
が熱交換可能に関係で配置されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中で、特に、大気
圧で、ガスが表面波プラズマにより励起される、ガス処
理装置のためのパイプセクションに関する。

【０００２】

【従来技術】このような用途に有効の既知の形式の励起
装置は、“サーフェガイド”もしくは表面波ガイドの名
前で知られている。

【０００３】この形式の装置は、マイクロ波発生器に接
続されるようになっており、通路が設けられ、導電材に
より形成され、導波管を構成する中空体を有する。誘電
体材料で形成されたパイプが通っており、このパイプの
中を、励起されるガスが通るようになっている。また、
この中空体には、装置の動作中に、ガス中に表面波プラ
ズマを発生させるように、発生器によりパイプにマイク
ロ波放射を集中させる領域を有する。

【０００４】この形式の装置の１つの特に効果的な適用
は、過弗素化温室効果ガス成分の不純物を含む化学的に
非活性なガスのプラズマ処理に対してである。

【０００５】特に、この装置は、処理されるガスとこの
ガスが含む不純物とを、ガス分子のイオン化により放電
を生じさせるのに充分な電界の中に入れることを可能に
している。尚、この放電は、最初は中性のガスの分子か
ら放出される電子により発生される。

【０００６】放電のもとでは、基礎となるガス、即ち、
純化されるガスの分子は、最初の分子よりも小さいサイ
ズのラジカルを形成するように、解離される。従って、
適当な個々の分子の場合、これら分子並びに励起された
微分子片は、実質的な化学反応を生じない。

【０００７】放電の中を通った後に、分子と、基礎ガス
（ベースガス）の微分子片は、無傷で、再現するよう
に、非励起と再結合とを夫々果たす。

【０００８】一方、励起されることにより、不純物は、
初期の分子とは異なる化学的性質を有し、適当な続く処
理によりガスから抽出され得る微分子を形成する不可逆
の解離と転換とを受ける。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このようなタイプの技
術は、多量のガスを効果的に処理することを可能にす
る。しかし、信頼性は、放電の中に存在するガス状の媒
体が、プラズマが中に発生されるパイプの壁をこのガス
状の媒体が特に腐食させるようにする高エネルギーの弗
素化ラジカル種の比較的高い集中性を有するので、比較
乏しい。

【００１０】例えば、１ｍｍの厚さを有するシリカ製の
チューブで形成されたパイプが使用されると、このチュ
ーブは、マイクロ波のパワー密度が最大となり、入射マ
イクロ波放射を集束するための領域で１０分以内に孔が
形成されてしまう。

【００１１】さらに、イオン化が非常に困難で、特にホ
ットプラズマを発生する窒素が、プラズマ用ガスとして
使用されると、放射を集束させるための領域でのチュー
ブの加熱は、弗素化された化合物が存在しない場合で
も、チューブが溶けてしまうことが一般的であり、ま
た、この現象は比較的早く生じる。

【００１２】最後に、動作の間に、シリカ製のチューブ
は、クラックの原因になるかなり厳しい熱動力を受け
る。

【００１３】本発明の目的は、一方では、放電が中で維
持されるパイプの腐食を減じることにより、また、他方
では、プラズマに接する壁にクラックが生じた後でさえ
も装置の通常の動作を維持することを可能にすることに
より、上記欠点を克服することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の主題は、ガスで
表面波プラズマを発生させるのに適した入力マイクロ波
放射によりガスを励起してこのガスを処理するための装
置のためのパイプセクションであり、このパイプセクシ
ョンは、入力マイクロ波放射を集束するための領域で前
記装置を通るように装着され、中を処理されるガスが流
される、誘電材料で形成された放電チューブを具備し、
この放電チューブは、これの全長の少なくとも一部に、
壁相互が熱交換可能に関係で配置された２重構造壁を有
することを特徴とするパイプセクションである。

【００１５】かくして、チューブの放電抵抗は、プラズ
マにより与えられる熱の有効な除去を維持しながら、改
良される。

【００１６】種々の実施の形態において、本発明に係わ
るパイプセクションは、さらに、夫々独自に、または技
術的に可能な組み合わで、以下の１もしくは複数の特徴
を有する。

【００１７】前記放電チューブの内壁と外壁との間の間
隙は、プラズマから発生される化学的種に対して比較的
不活性で、熱伝導性の誘電材料が充填されている。かく
して、放電チューブの内壁にクラックが発生した後でさ
えも、クラックの中に侵入可能な種は、チューブの壁間
に位置された前記誘電材料の層により阻止される。前記
内壁と外壁との間の間隙を充填する誘電材料は、窒化ボ
ロンで形成されている。前記入力マイクロ波放射を集束
するための領域に位置される部分での前記放電チューブ
の内壁は、サファイアで形成されている。前記入力マイ
クロ波放射を集束するための領域に位置される部分の両
側で、前記放電チューブの内壁は、セラミックで形成さ
れている。前記セラミックは、窒化アルミニウムもしく
は焼結されたアルミナをベースとしたセラミックである
前記放電チューブの内壁は、窒化アルミニウムをベース
としたセラミックで形成されている。前記放電チューブ
の外壁は、窒化アルミニウムをベースとしたセラミック
で形成されている。前記放電チューブの外壁は、シリカ
で形成されている。前記内壁（内方チューブ）は、相補
的な端部を有し、所定の長さの複数の筒部を重ね合わせ
て形成されている。冷却液を循環させるための、誘電材
料で形成され、ジャケット用チューブを構成する第２の
チューブをさらに具備し、この第２のチューブの中に前
記放電チューブが装着されており、また、この第２のチ
ューブは、前記放電チューブの外壁と共に、この放電チ
ューブを冷却するためのチャンバを規定しており、この
チャンバは、誘電体の熱伝導性冷却液の供給源に接続さ
れる。

【００１８】前記冷却液はイソパラフィン性ポリアルフ
ァオレフインで形成されている。前記放電チューブの周
りに、前記冷却液体のためのジャケット用チューブを、
これら両チューブが延びることが可能なように装着する
ための手段を、さらに具備する。

【００１９】前記チューブを装着する手段は、段が形成
された内通路を備えた少なくとも１つの支持体を有し、
この内通路の中には、各チューブの端部領域が通ってお
り、また、この内通路は、第１の端部ボアを有し、この
端部ボアの中には、前記放電チューブの一端部を保持
し、かつ、処理されるガスが放電チューブに供給される
ことを果たす装着物を保持する部材装着されており、ま
た、この内通路は、中を放電チューブが通る中心ボア
と、中にＯーリングシールを介在させて前記ジャケット
用チューブが装着された第２の端部ボアとを有する。

【００２０】前記装着物は、前記放電チューブの端部を
覆うヘッドを構成し、また、保持部材に形成された雌ね
じと螺合する雄ねじを有する。前記保持部材と装着物と
の間に設けられた第２のシールを、さらに具備する。前
記支持体は、前記ジャケット用チューブに冷却液を供給
するためのチャンネルをさらに有し、また、この支持体
と保持部材とを覆うシール部材が、さらに設けられてい
る。

【００２１】前記保持部材が支持部材の中で回転するの
を阻止するための手段を、さらに具備する。本発明の主
題は、また、導電材料で形成された導波管を構成し、マ
イクロ波発生器に接続される中空体を具備し、この中空
体は、誘電材料で形成され、中を励起されるガスが通る
パイプが通る通路を有し、また、この中空体は、装置の
動作の間、ガスの中に表面波プラズマを発生させるよう
に、前記発生器により発生されたマイクロ波放射を前記
パイプに集束させるための領域を有する、表面波形式の
ガスを励起するための装置において、前記パスプは、上
述したたパイプセクションを有する装置である。

【００２２】

【発明の実施の形態】図１は、参照符号１０で示す表面
導波管の概略的な縦断面図である。この表面導波管１０
は、予想される使用に適した導電材料、特に、金属で形
成され、細長い形状の中空体１２により主に構成されて
いる。この中空体１２は、好ましくは、平行六面体の断
面と、２つの開口端１４，１６とを有する。一方の開口
端は、マイクロ波発生器に接続されるようになってお
り、また、他方の開口端は、ショートサーキット、特
に、横方向に配置され、長手方向に調節される導電プレ
ートを形成するのに適した手段（図示せず）に接続され
るようになっている。

【００２３】前記両端１４，１６間で、中空体１２は、
細い断面の領域１８を有し、この領域は、開口端１４，
１６に向かうのに従って直線的に大きくなる断面の２つ
の部分２２，２４間に延びた一定の断面の中心部２０を
有する。この中心部２０を形成する壁は、入射マイクロ
波放射を集束するための領域を構成し、各々孔２６を備
えている。これら孔は、以下に詳述するように、適当な
誘電材料で形成されたパイプセクション２８を通す通路
を形成している。

【００２４】前記パイプセクション２８は、図１では仮
想的に切頭され、概略的に示されており、放電チューブ
２９を有する。この放電チューブ２９の中を励起される
ガス（ガス柱）が流れ、プラズマが発生器により発生さ
れるマイクロ波放射の作用のもとで発生される。

【００２５】図１に示す表面導波管の１つの適用は、Ｃ
Ｆ_４もしくはＣＨ_４のような不純物の微分子の破壊によ
り、クリプトン並びにキセノンの純化を行うことであ
る。これは、放電の中を通った後に、これら不純物を対
応する反応性化合物の作用により処理されることの可能
な反応性ガス状化合物に変換されることによりなされ
る。

【００２６】図２に示されるように、本発明に係われ
ば、前記放電チューブ２９は、内壁３０と外壁３２とか
らなる２重の壁を有する。これら壁は、放電チューブ２
９の全長の少なくとも一部に渡って延びており、放電が
維持される入射放射を集束するための領域に位置される
ようになっている。尚、図示の実施の形態では、放電チ
ューブ２９は、これの全長に渡って延びた２重の壁を有
する。このために、放電チューブ２９は、内壁を形成す
る内方チューブ３０と、外壁を形成する外方チューブ３
２との組み合わせにより構成されている。これらチュー
ブは、同心的に配置され、また、これらチューブ間に比
較的狭く（通常は１ｍｍ以下）かつほぼ円筒形状の間隙
３４を規定するのに適した径を有する。

【００２７】放電チューブ２９は、予想される適用の状
況で使用され得るように、即ち、放電チューブ２９が被
る熱歪みと放電内で発生する化学種とに耐え得るように
なっている。こ放電チューブ２９は、以下の特性を特に
有することが必要である。

【００２８】第１に、特に、ベースガスが水素もしくは
窒素の場合には、高密度弗素化プラズマ媒体の中で、か
なりの程度腐食されてはならない。

【００２９】第２に、放電チューブ２９は、壁の厚さ方
向のクラックを防ぐような優れた熱動力特性を有さなけ
ればならない。これは、時には、以下に説明するよう
に、壁の内面が８００℃のオーダの温度にまで昇温さ
れ、また、外面が１００℃未満の温度に冷却され得るの
で、ガスの中の種のための通路を与える。この壁は、プ
ラズマにより発生する熱を急速に除去することができる
ように、非常に高い熱伝導性を有さなければならない。

【００３０】最後に、入射マイクロ波放射の周波数での
誘電体ロスは、室温から摂氏数百度までの温度に渡っ
て、非常に少なくされなければならない。即ち、誘電体
ロス正接（ｔａｎｇｅｎｔ）は、代表的には、予想され
る全温度範囲に渡って１０^−３未満でなければならな
い。

【００３１】上記目的を達成するために、図２に示す第
１の実施の形態に係われば、放電チューブ２９の内壁
（内方チューブ）３０は、プラズマ中の弗素化化学種に
対して比較的不活性であり、また、高い熱伝導性であ
り、そして、非常に高い温度においても誘電体ロスが非
常に小さい材料、即ち、サファイアで形成されている。
しかし、この材料は、比較的低い熱動力性であり、クラ
ックが生じ易い。

【００３２】この欠点を克服するために、放電チューブ
２９の外壁（外方チューブ）３２は、優れた機械的特性
を有する、即ち、クラックもしくは破損の恐れが実質的
にない、材料、好ましくはシリカにより形成されてい
る。しかし、内壁３０にクラックが生じた場合には、プ
ラズマからのガス状種が、クラックを通り、外壁３２と
接触するようになる。この結果、外壁に生じるエッチン
グは、プラズマと直接接触するシリカの壁に対する場合
よりも早くないエッチングではあるが、修理もしくは交
換しないで非常に長い期間使用するのには決して許容で
きない。

【００３３】前記放電チューブ２９の熱動力的一体性を
達成するために、内壁３０と外壁３２との間の間隙は、
非常に良い熱動力特性を有し、また、化学種のエネルギ
ーが非常に高くないときに、酸化並びに／もしくは弗素
化媒体に対して耐え得る誘電体材料が、この場合には、
窒化ボロンが充填されている。

【００３４】好ましくは、前記間隙３４の中に容易に充
填することができるようにするために、窒化ボロンは、
液体の形態で使用され、タイプＡＣＯＭＢＡＴ（商
標）ＢｒｏｒｏｎＮｉｔｒｉｄｅＣｏａｔｉｎｇ
ｆｒｏｍＣａｒｂｏｒｕｎｄｕｍのような熱硬化によ
り形成されている。

【００３５】変形例として、放電チューブ２９の内壁３
０を、窒化アルミニウムをベースとした機械処理が可能
なセラミックで形成され得る。これは、弗素化窒素プラ
ズマに非常に耐えることができ、優れた熱動力特性を有
し、２．４５ＧＨｚの周波数では実質的に非吸収体であ
る、即ち、品質の低下が無いように吸収が充分にない材
料である。

【００３６】例えば、このセラミック材料は、東京のト
クヤマ株式会社製のＳＨＡＰＡＬ−ＭＳＯＦＴ（商
標）である。また、この材料は、機械処理が容易で、許
容できるコストであり、かくして、非常に精度の良いデ
ィメンションに形成可能なチューブ状部品となる効果を
有する。

【００３７】かくして、このような材料により、内方チ
ューブと外方チューブとの間に比較的きつく適合させる
ことができる。これら２つのチューブ間の残留エアーフ
イルムの厚さが数百ミリメータ（ａｆｅｗｈｕｎｄ
ｒｅｄｔｈｓｏｆａｍｉｌｌｉｍｅｔｒｅ）を越
えなければ、非常に均一である必要はないが、熱伝導
は、熱を効果的に除去するのに充分である。この場合、
内壁３０と外壁３２との間の相互間隙を充填する誘電体
材料の層は、省略し得る。

【００３８】以下に本発明に係わるパイプセクションの
種々の実施の形態を図３の（Ａ）ないし（Ｃ）を参照し
て説明する。

【００３９】図３の（Ａ）に示す実施の形態は、内方チ
ューブ３０がサファイアもしくはＳＨＡＰＡＬ（商標）
で形成されており、また、外方チューブ３２がシリカで
形成されている図２に示す実施の形態と対応している。
これら内方チューブと外方チューブとの相互間隙には、
必ずしも必要ではない窒化ボロン（図示せず）が充填さ
れている。

【００４０】図３の（Ａ）は、内方チューブ３０が筒部
分３０−Ａ，３０−Ｂ，３０−Ｃ，３０−Ｄ並びに３０
−Ｅを積み重ねて組み合わされて形成され得ることを示
している。これら筒部分の接続部間には、これらをシー
ルし、シリカの中へとの弗素化された種の侵入に対する
バリアを形成するように、窒化ボロンが与えられてい
る。

【００４１】これは、積層部に含ませるように、シリカ
製のチューブの中に導入される前に、例えば、各筒部の
下端に与えられ得る。

【００４２】上述したように、製造コストを減じるため
に、プラズマが発生される領域にほぼ対応し制限された
長さに渡って、内方チューブ３０を放電チューブ２９に
与えることもできる。

【００４３】また、図３の（Ｂ）に示す実施の形態に係
われば、サファイアで形成され、入射放射を集束するた
めの領域に、即ち、プラズマが最大の密度を有する領域
に、位置されるように意図された中央筒部３０−Ｆを備
えた放電チューブ２９を提供可能である。この筒部３０
−Ｆは、セラミック例えば、焼結されたアルミナ、もし
くは、好ましくはＳＨＡＰＡＬ（商標）で形成されたチ
ューブの一部により、前記領域の両側に延びている。

【００４４】勿論、上述したように、高エネルギーの弗
素化された種が間隙３４の中に入り、外方チューブ３２
に向かうのを防止するように、各接合領域の間で比較的
密接した接触を果たす必要がある。

【００４５】図３の（Ｃ）は、内方チューブ３０と外方
チューブ３２との両方がＳＨＡＰＬＥ（商標）で形成さ
れた所定の長さの筒部を組み合わせることにより形成さ
れた本発明に係わるパイプセクションの他の実施の形態
を示す。これら筒部は、内方チューブ３０の２つの筒部
３０−Ｇ，３０−Ｈ間の接続部が外方チューブ３２の筒
部３０−Ｉに覆われるようにして、窒化ボロンにより接
続されて互いに積み重ねられている。シリカで形成さ
れ、これら組み合わせ体を支持するための外方チューブ
が設けられている。

【００４６】サファイアで形成された中心の筒部３０−
Ｆが発進間隙（ｌａｕｎｃｈｉｎｇｇａｐ）に位置され
た図３の（Ｂ）に示された実施の形態が、チューブによ
るマイクロ波の吸収がチューブのこの領域において無視
できる限りは、また、この領域において、どのような動
作状態においても、プラズマがチューブの軸に対して比
較的中心に残り、かくして、チューブの内壁に着かない
限りはかぎりは、最大の信頼性がある。ＳＨＡＰＡＬ
（商標）を使用した実施の形態は、この材料が弗素化さ
れた窒素プラズマに対して最も耐性があるものの１つで
ある限り、効果がある。かくして、この材料は、プラズ
マが中心からずれて、壁に、即ち、発進間隙に対応した
領域の両側に、接触するような領域でシリカの外方チュ
ーブを内方からライニングするために特に有効である。

【００４７】上述したパイプセクションを形成するため
の種々の方法が、図４の（Ａ）ないし（Ｃ）を参照して
以下に説明される。

【００４８】最初に図４の（Ａ）を参照して、筒部を組
み合わせる第１の方法は、一端３３−Ａが円筒ボアを規
定し、他端３３−Ｂがスカート部を規定した２つの端部
を備えた筒部とし、他の筒部には相補的形状により前記
筒部の端部と嵌まり合うような形状の相補的端部を備え
た形態として内方チューブ３０を、夫々の筒部で形成し
ている。

【００４９】この組み合わせ方法は、ＳＨＡＰＡＬ（商
標）で形成されるか、この場合機械的処理が難しいの
で、これよりも劣るけれどサファイアで形成された筒部
を組み合わせるのに適している。

【００５０】前述したように、窒化ボロンは、外側のシ
リカへと弗素化された種が侵入するのを防止するバリア
を形成するために接続部に与えられている。

【００５１】図４の（Ｂ）並びに（Ｃ）に示す他の組み
合わせ方法は、ＳＨＡＰＡＬ（商標）で形成された筒部
を組み合わせるために考えられる。これら図は、内方チ
ューブ３０を構成する筒部が、漏斗形状の端部３３−
Ｃ，３３−Ｄを備えた筒部の形状に形成されている。例
えば、一端部３３−Ｃは雌漏斗形状をしており、他端部
３３−Ｄは雄漏斗形状をしている。

【００５２】変形例として、筒部の１つの両端３３−
Ｅ，３３−Ｆは、雄漏斗形状をしており、これに隣接し
た筒部の端部３３−Ｇ，３３−Ｈは雌漏斗形状をしてい
る（図４の（Ｃ））。

【００５３】前述したように、放電チューブ２９は、１
００℃近くに外表面の温度が低下するように冷却され
る。このために、図１並びに９に示されるように、パイ
プセクション２８は、さらに、誘電材料、例えば、シリ
カで形成された第２のチューブ３６を有する。このチュ
ーブは、冷却液のジャケットとして使用され、中に放電
チューブ２９が装着されている。

【００５４】図３の（Ｃ）から見られるように、前記ジ
ャケット用のチューブ３６と、放電チューブ２９とは、
これらの間に、放電チューブ２９を冷却するためのチャ
ンバ３８を規定している。このチャンバ３８は、ほぼ円
筒形状をなし、例えば、ＬｕｂｒｉＤｅｌｔａＩｎ
ｃ，Ｌａｖａｌ，Ｑｒｅｂｅｃにより販売されているイ
ソパラフィン性ポリアルファオレフイン（ＰＡＣ）から
なる熱伝導冷却液源（図示せず）に接続されるようにな
っている。この液体は、水力学回路での液体として通常
使用され、非常に誘電性に優れているが、良好な熱伝導
特性を有する。

【００５５】図３の（Ｃ）に見られるように、パイプセ
クションは、ジャケット用チューブ３６の中に放電チュ
ーブ２９を、これらチューブが装置１０の使用の間に互
いに延びることが可能なように、摺動可能に装着するた
めの手段を有する。図示するように、チューブを装着す
るこの手段は、金属もしくはポリマーの適当なブロック
で形成された支持体４０を有する。そして、この支持体
には、各チューブ２９，３６の対応した端部が中を通
る、段部が形成された内通路４２が形成されている。

【００５６】この通路４２は、第１の端部ボア４４を有
し、このボア内には、放電チューブ２９の一端部を保持
すると共に、この放電チューブ２９に処理されるガスを
供給するために使用される端部装着物５０を保持する部
材４８が摺動可能に装着されている。この端部装着物５
０は、放電チューブ２９の自由端を覆うキャップを構成
し、また雄ねじを有する。この雄ねじは、前記保持用の
部材（保持部材）４８に形成された対応する雌ねじと係
合している。Ｏーリング５２が、前記装着物５０が上に
乗った保持部材４８の底に設けられている。

【００５７】さらに、前記支持体４０は、中を放電チュ
ーブ２９が通る中心ボア５４と、前記第１の端部ボア４
４とは反対側に位置する第２の端部ボア５６とを有す
る。この第２の端部ボアの中には前記ジャケット用チュ
ーブ３６が、摩擦により、このチューブをシール並びに
支持するためのＯーリング５８を介在させて挿入されて
いる。

【００５８】図３の（Ｃ）は、前記支持体４０は、さら
に、冷却液を供給するための供給源に接続される装着物
６２を備えた供給チャンネル６０を有することを示す。
このチャンネル６０は、前記チャンバ３８に冷却液を供
給するように、前記内通路４２に連通している。

【００５９】付加され、好ましくは接着剤により装着さ
れたシール膜６４が、冷却液のリークを防止するよう
に、前記支持体４０と保持部材４８とを覆っている。ま
た、前記支持体４０に支持されたキイ６５が、前記保持
部材４８が支持体４０内で回転するのを防止するよう
に、保持部材４８に形成された溝６５の中に係合してい
る。この結果、動作の間、装着物５０に与えられる締め
付けトルクの影響により、前記シール膜が損傷するのが
防止されている。

【００６０】実質的に同じ組合わせ体が、熱伝導液を導
き、また、プラズマにより処理されたガスを集めため
に、放電チューブ２９の他端にも設けられていることは
自明であろう。

【００６１】放電チューブ２９とジャケット用チューブ
３６とを自由に延ばすことができるこの集合体は、前記
チャンバ３８の中での冷却液の効果的な流れを可能にし
ながら、プラズマが励起されたときに、過度に高い熱動
力歪みの発生を防止する。

【００６２】放電中に存在する弗素化種に対して比較的
影響されない内壁を備えた複合放電チューブを使用し、
このチューブが、一方では、プラズマにより生じる熱を
急速に除去可能なように熱伝導性と、サファイアにより
構成された内方チューブの存在による比較的低い誘電性
ロスとを有し、また、他方では、外方チューブと内方チ
ューブとの間の熱交換を可能にする関係による高レベル
の熱動力特性を有する、本発明は、放電チューブの腐食
の軽減を可能にし、また、これら材料の熱動力破損を防
止もしくは制限している、ことは理解できよう。

【００６３】さらに、サファイアの内方チューブを使用
する場合には、内方チューブにクラックが生じた後で
も、内方チューブと外方チューブとの間の相互間隙を充
填している窒化ボロンの存在により、腐食性種がチュー
ブの壁に向かうのを、この充填物がこれら種に対する放
電チューブの外壁のためのパシベーション層を形成して
いる限りは、防止することを可能にしている。

【００６４】上述したように、図１を参照して説明した
表面導波管のある適用は、ＣＦ_４やＣＨ_４のような不純
物の破壊による、クリプトン並びにキセノンの純化であ
る。この装置は、これら成分を抽出するために蒸留プラ
ントの出口に設けられ得る。これは、クリプトン、キセ
ノン、もしくはこれらの混合物が所定の圧力のもとで収
容されているボトルから供給される。

【００６５】上記純化を果たすために、マイクロ波が供
給される表面導波管は、大気圧でプラズマを発生させる
ように使用される。このプラズマにおいては、摂氏数千
度の温度に応じて、高エネルギーの分子励起が生じる。
この結果、ガスの原子や分子を、電子の衝突により励起
することが、そして、特に、化学的に比較的安定した状
態から活性状態へとＣＦ_４やＣＨ_４のような不純物の分
子を変換することが可能である。この結果、コーティン
グもしくは固体粒子の形態（過フッ化炭化水素、カーボ
ンブラック等）にこれら不純物がすぐに自然に凝縮した
後に、もしくは、これら不純物を対応した固体もしくは
液体化合物と反応させることにより、除去することが可
能である。純化されるガスの原子並びに分子は、また、
放電の中で励起されるが、ここを離れると即座に比例並
びに／もしくは再結合する。さらに、これら不純物は、
純化されるガスが流れる間、固体もしくは液体の反応性
化合物とは反応しない。

【００６６】かくして、例えば、１５００Ｗの印加マイ
クロ波のパワーは、ＣＦ_４を活性種に変換するプロセス
の実行を改良するために、オプション的に酸素と混合さ
れた１．２ｍ^３／ｈのクリプトンを処理することを可能
にする。このように励起された供給混合物は、ソーダラ
イムのようなアルカリ性媒体を通過した後は、いかなる
不純物も含まない。

【００６７】また、上述した本発明は、他のタイプの不
純物、一般的には、過弗素化もしくは弗化水素カーボン
が、効果的に破壊されることを可能にする。

【００６８】かくして、表面導波管を使用することによ
り、７９０Ｗのマイクロ波のパワーの印加において、Ｏ
_２並びにＮ_２が混合され、４．５％のＣ_２Ｆ_６を含んだ
入り混合ガスで約９７％のＣ_２Ｆ_６を破壊することがで
きる。

【００６９】かくして、本発明は、一般的にいかなるタ
イプのガス、特に、ＰＦＣタイプの化合物（弗素化合
物）並びに／もしくはＣＦＣ化合物（塩化弗化炭素の化
合物）の純化に適用可能である。特に、ＣＦＣ化合物が
ガス状の流れに存在していると、これらは、半導体製造
用の反応炉もしくは他の化学反応炉から現れる。純粋な
状態、もしくは、他のガス、特に、窒素、アルゴン、ヘ
リウム、不活性ガス、酸素並びに／もしくは二酸化炭
素、で希釈されて、特性に応じて、自身もしくは混合物
により、プロダクトを生じさせる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明に係わるパイプセクションを使
用した表面導波管の概略的斜視図である。

【図２】図２は、本発明に係わるパイプセクションの第
１の実施の形態を拡大して示す縦断面図である。

【図３】図３の（Ａ）ないし（Ｃ）は、夫々、本発明に
係わるパイプセクションの異なる実施の形態を拡大して
示す縦断面図である。

【図４】図４の（Ａ）ないし（Ｃ）は、夫々、本発明に
係わるパイプセクションを筒部から組み立てる異なる方
法を説明するための図である。

【図５】図５は、本発明に係わるパイプセクションの端
部領域の縦断面図である。

【符号の説明】

１０…表面導波管、１２…中空体、２８…パイプセクシ
ョン、２９…放電チューブ、３０…内方チューブ（内
壁）、３２…外方チューブ（外壁）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ミシェル・モワサンカナダ国、エイチ２ブイ・２ゼットアイ、キュー・シー、ウトゥルモン、アブニュ・ブロエイユ、101 (72)発明者ロクサン・エトマディフランス国、95100 アルジャントゥイル、プラース・ダランベール、２ (72)発明者ダニエル・ゲリンフランス国、75321 パリ・セデクス 07、カイ・ドルセイ 75 レール・リキード内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガスで表面波プラズマを発生させるのに
適した入力マイクロ波放射によりガスを励起してこのガ
スを処理するための装置（１０）のためのパイプセクシ
ョン（２８）であり、このパイプセクションは、入力マ
イクロ波放射を集束するための領域で前記装置（１０）
を通るように装着され、中を処理されるガスが流され
る、誘電材料で形成された放電チューブ（２９）を具備
し、この放電チューブ（２９）は、これの全長の少なく
とも一部に、壁相互が熱交換可能に関係で配置された２
重構造壁を有することを特徴とするパイプセクション。
【請求項２】前記放電チューブ（２９）の内壁（３
０）と外壁（３２）との間の間隙は、プラズマから発生
される化学的種に対して比較的不活性で、熱伝導性の誘
電材料が充填されていることを特徴とする請求項１のパ
イプセクション。
【請求項３】前記内壁と外壁との間の間隙を充填する
誘電材料は、窒化ボロンで形成されていることを特徴と
する請求項２のパイプセクション。
【請求項４】前記入力マイクロ波放射を集束するため
の領域に位置される部分での前記放電チューブ（２９）
の内壁（３０）は、サファイアで形成されていることを
特徴とする請求項１ないし３のいずれか１のパイプセク
ション。
【請求項５】前記入力マイクロ波放射を集束するため
の領域に位置される部分の両側で、前記放電チューブ
（２９）の内壁（３０）は、セラミックで形成されてい
ることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１のパ
イプセクション。
【請求項６】前記セラミックは、窒化アルミニウムも
しくは焼結されたアルミナをベースとしたセラミックで
あることを特徴とする請求項５のパイプセクション。
【請求項７】前記放電チューブ（２９）の内壁（３
０）は、窒化アルミニウムをベースとしたセラミックで
形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のい
ずれか１のパイプセクション。
【請求項８】前記放電チューブの外壁（３２）は、窒
化アルミニウムをベースとしたセラミックで形成されて
いることを特徴とする請求項７のパイプセクション。
【請求項９】前記放電チューブ（２９）の外壁（３
２）は、シリカで形成されていることを特徴とする請求
項１ないし７のいずれか１のパイプセクション。
【請求項１０】前記内壁は、相補的な端部を有し、所
定の長さの複数の筒部を重ね合わせて形成されているこ
とを特徴とする請求項１ないし９のいずれ１のパイプセ
クション。
【請求項１１】冷却液を循環させるための、誘電材料
で形成され、ジャケット用チューブを構成する第２のチ
ューブ（３６）をさらに具備し、この第２のチューブの
中に前記放電チューブ（２９）が装着されており、ま
た、この第２のチューブは、前記放電チューブ（２９）
の外壁と共に、この放電チューブを冷却するためのチャ
ンバを規定しており、このチャンバは、誘電体の熱伝導
性冷却液の供給源に接続されることを特徴とする請求項
１ないし１０のいずれか１のパイプセクション。
【請求項１２】前記冷却液はイソパラフィン性ポリア
ルファオレフインで形成されていることを特徴とする請
求項１１のパイプセクション。
【請求項１３】前記放電チューブ（２９）の周りに、
前記冷却液体のためのジャケット用チューブ（３６）
を、これら両チューブが延びることが可能なように装着
するための手段（４０，４４，５０）を、さらに具備す
ることを特徴とする請求項１１もしくは１２のパイプセ
クション。
【請求項１４】前記チューブを装着する手段は、段が
形成された内通路（４２）を備えた少なくとも１つの支
持体（４０）を有し、この内通路の中には、各チューブ
の端部領域が通っており、また、この内通路（４２）
は、第１の端部ボア（４４）を有し、この端部ボアの中
には、前記放電チューブ（２９）の一端部を保持し、か
つ、処理されるガスが放電チューブ（２９）に供給され
ることを果たす装着物（５０）を保持する部材（４８）
装着されており、また、この内通路は、中を放電チュー
ブ（２９）が通る中心ボア（５４）と、中にＯーリング
シール（５８）を介在させて前記ジャケット用チューブ
（３６）が装着された第２の端部ボア（５６）とを有す
ることを特徴とする請求項１３のパイプセクション。
【請求項１５】前記装着物（５０）は、前記放電チュ
ーブ（２９）の端部を覆うヘッドを構成し、また、保持
部材（４８）に形成された雌ねじと螺合する雄ねじを有
することを特徴とする請求項１４のパイプセクション。
【請求項１６】前記保持部材と装着物との間に設けら
れた第２のシール（５２）をさらに具備することを特徴
とする請求項１５のパイプセクション。
【請求項１７】前記支持体は、前記ジャケット用チュ
ーブ（３６）に冷却液を供給するためのチャンネル（６
０）をさらに有し、また、この支持体（４０）と保持部
材（４８）とを覆うシール部材（６４）がさらに設けら
れていることを特徴とする請求項１４ないし１６のいず
れか１のパイプセクション。
【請求項１８】前記保持部材（４８）が支持部材（４
０）の中で回転するのを阻止するための手段をさらに具
備することを特徴とする請求項１７のパイプセクショ
ン。
【請求項１９】導電材料で形成された導波管を構成
し、マイクロ波発生器に接続される中空体（１２）を具
備し、この中空体は、誘電材料で形成され、中を励起さ
れるガスが通るパイプ（２８）が通る通路を有し、ま
た、この中空体は、装置の動作の間、ガスの中に表面波
プラズマを発生させるように、前記発生器により発生さ
れたマイクロ波放射を前記パイプ（２８）に集束させる
ための領域（２０）を有する、表面波形式のガスを励起
するための装置において、前記パスプは、請求項１ない
し１８のいずれか１には係わるパイプセクションを有す
ることを特徴とする装置。
【請求項２０】請求項１９に係わる装置が使用される
ことを特徴とするガスの純化のための方法。