JP2001259409A

JP2001259409A - 放電装置

Info

Publication number: JP2001259409A
Application number: JP2000074195A
Authority: JP
Inventors: Takuji Tsutsui; 匠司筒井; Takeshi Miyashita; 武宮下
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2000-03-16
Filing date: 2000-03-16
Publication date: 2001-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】材料を放電部に確実に供給することができ、
材料の混合比を任意に設定できる放電装置を提供するこ
と。【解決手段】この放電装置１は、放電手段２と、材料
供給手段３とを主な構成要素とする。放電手段２は、第
１の材料である放電ガスを放電させてプラズマを発生さ
せる。材料供給手段３は、プラズマ領域内に第２の材料
である液体を直接供給する。この材料供給手段３は、プ
ラズマ領域側に多孔質体３１を配置した材料収納部３２
を設け、この材料収納部３２に外部の第２の材料供給源
６から配管７を介して第２の材料を供給し、電極２１，
２２の間で放電ガスを放電させて得られるプラズマ領域
中に多孔質体３１の表面から第２の材料を蒸発させるこ
とにより供給している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、放電により気体材
料と液体材料とを反応させる放電装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】この種の放電装置は、複数の気体材料あ
るいは液体材料を放電させることにより反応させる装置
として知られており、例えば大気圧状態の４フッ化カー
ボン（ＣＦ₄ ）と水（Ｈ₂ Ｏ）とを反応させるフッ化処
理装置の放電ユニットや、パーフロロカーボン（ＰＦ
Ｃ）と水（Ｈ₂ Ｏ）とを反応させるパーフロロカーボン
ガス分解装置の放電ユニット、あるいは、稀ガスとパー
フロロカーボン（ＰＦＣ）とを反応させるエッチングガ
スの放電ユニット等に適用することができるものであ
る。

【０００３】図５は、従来の放電装置を示す模式図であ
る。この図５において、従来の放電装置１０１は、例え
ばＣＦ₄ などの放電ガス等の材料を供給するガス供給源
１０２と、バブリング装置などにより水などの液体材料
を気化し、放電ガスとともに供給する液供給源１０３
と、これら供給源１０２，１０３から供給される材料を
放電させて反応させる放電部１０４とを備え、放電部１
０４において生成した処理ガスＧが得られるようにして
いる。

【０００４】この放電装置１０１では、放電部１０４に
供給されるガス材料及び液体材料は、放電部１０４に供
給される前に、あらかじめ混合したのち、大気圧状態で
放電部１０４に供給されるようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】したがって、上記従来
の放電装置１０１にあっては、液体材料は、放電ガス等
の材料により気化させたのちに、配管を介して放電部１
０４まで輸送しているため、外気温の変化などにより、
その輸送の途中の配管内で冷却される部分があると配管
内で結露を生ずることがあり、放電部１０４に供給され
る液体材料の供給量が変動し、処理ガスＧの濃度が変化
して表面処理などに影響を与える。

【０００６】このような不都合を解消するには、当該配
管にヒーターを設ければよいが、ヒーターという部品が
別途必要となる他、ヒーターの温度調節をするために自
動制御装置を設ける必要があり、しかも、運転中、ヒー
ターにエネルギーを供給しなければならなないという不
都合があった。また、上記従来の放電装置１０１にあっ
ては、液体材料と気体材料を混合する場合、液体の量は
飽和蒸気量以上に供給することができず、必然的に気体
の量に制限を受けてしまい、任意の混合比にすることが
できず、処理ガスＧの濃度を充分に高めることができな
いという不都合もあった。

【０００７】本発明は、上記不都合を解消し、材料を放
電部に確実に供給することができ、しかも、材料の混合
比を任意に設定できる放電装置を提供することを目的と
している。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の放電装置は、気体材料と液体材料とを放電
させることにより反応させる放電装置において、気体か
らなる第１の材料を放電させてプラズマを発生させる放
電手段と、前記プラズマ領域内に液体からなる第２の材
料を直接供給する材料供給手段と、を備えたことを特徴
とするものである。

【０００９】本発明の放電装置によれば、前記放電手段
により第１の材料を放電させることにより得られたプラ
ズマ領域内に、前記材料供給手段から液体材料である第
２の材料を直接供給しているので、材料を確実に搬送で
き、しかも、第１の材料と第２の材料の混合比を所望の
値にすることができる。したがって、配管に結露を生じ
ないため、液体材料を安定して放電手段に供給でき、生
成される処理ガスの濃度を一定に保持することが容易と
なり、表面処理などを安定して行なうことができる。

【００１０】そして、前記材料供給手段は、プラズマ領
域側に多孔質体を配置した材料収納部を設け、当該材料
収納部に外部から第２の材料を供給可能にし、かつ、前
記多孔質材の表面からプラズマ領域中に第２の材料が供
給される構造としている。これにより、多孔質体から液
体材料である第２の材料がしみだすため、第２の材料を
確実に供給することができる。

【００１１】また、前記材料収納部は、前記放電手段の
電極と多孔質体とで空間を形成し、前記多孔質体がプラ
ズマ領域側に配置されたものである。電極自体を材料収
納部とすることにより、放電手段の構造を簡素にするこ
とができる。そして、対向した一対の両方に材料収納部
を設けることにより、プラズマ領域に供給される第２の
材料の分布を比較的均一にすることができ、反応しない
材料をより低減することができる。さらに、材料収納部
に加熱部を設けて材料収納部内の第２の材料を所定の温
度に加熱することにより、液体からなる第２の材料の蒸
発量を制御することができ、生成される処理ガスの濃度
を精度よく制御することができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る放電装置の好ましい
実施の形態を、添付図面に従って詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施形態に係る放
電装置を示す概略系統図である。この図１において、放
電装置１は、大別して、ＣＦ₄ 等のガスからなる第１の
材料を放電させてプラズマを形成させる放電手段２と、
この放電手段２の内部に設けられ液体材料である第２の
材料をプラズマ領域内に直接供給できる材料供給手段３
とを備え、大気圧状態で供給された第１の材料と第２の
材料とが放電手段２においてプラズマ状態で反応するこ
とにより処理ガスＧを得る装置である。

【００１４】さらに説明すると、前記放電手段２には、
第１の材料供給源４から配管５を介して第１の材料が大
気圧状態で供給されている。また、前記放電手段２の内
部に設けられた材料供給手段３には、第２の材料供給源
６から配管７を介して第２の材料が供給されている。前
記放電部２にて第１の材料を放電させて得られたプラズ
マ領域内には、材料供給手段３から第２の材料が直接供
給されるようになっている。この放電手段４において第
１の材料と第２の材料とがプラズマ状態で反応すること
により、処理ガスＧを得ることができる。

【００１５】図２は、本発明の第１の実施の形態に係る
放電装置を構成する放電手段と材料供給手段を示す断面
図である。

【００１６】この図２において、前記放電装置１の放電
手段２は、所定の面積を有する金属製板体の電極２１、
２２を所定の距離離して対向配置してなる。前記電極２
１には交流電源２３の一方の出力端子が、前記電極２２
にはアースを介して交流電源２３の他方の出力端子がそ
れぞれ接続されることにより、電極２１，２２に交流電
源２３から交流電圧が印加されるようになっている。

【００１７】前記放電装置１の材料供給手段３は、プラ
ズマ領域１２の側に多孔質体３１を配置した材料収納部
３２を設け、当該材料収納部３２に外部の第２の材料供
給源６から配管７を介して第２の材料を供給可能にし、
かつ、前記多孔質材３１の表面からプラズマ領域１２の
中に第２の材料が直接供給される構造になっている。

【００１８】前記材料供給手段３の材料収納部３２は、
図２に示すように、電極２１と多孔質体３１とで空間３
３を形成し、前記多孔質体３１がプラズマ領域１２（電
極２２）側に配置されるようにしたものである。さらに
詳説すると、この電極２１は凹状に形成されており、か
つ、この電極２１の凹部開口面を覆うように多孔質体３
１を固着して空間３３を形成したものである。また、こ
の空間３３には、液体からなる第２の材料が収納され
る。また、この材料供給手段３に使用する多孔質体３１
は、アルミナの多孔質や穴明きプレート等を含む。さら
に、この多孔質体３１は、金属、誘電体と共用してもよ
い。

【００１９】上述したように構成された放電装置１の動
作を説明する。第１の材料である放電ガスは、第１の材
料供給源４から配管５を介して放電手段２の電極２１，
２２間に供給される。放電手段２の電極２１，２２には
交流電源２３から交流電力が供給されており、この電極
２１，２２の間において放電ガスが放電しプラズマを形
成させる。また、材料供給手段３の材料収納部３２に
は、第２の材料供給源６から配管７を介して第２の材料
である水などの液体が供給されている。この材料収納部
３２の内部の第２の材料である液体は、多孔質体３１の
表面から、放電ガスが放電して高温になっているプラズ
マ領域に直接蒸発して供給されることになる。このと
き、液体は、プラズマ反応して蒸発した分だけ材料収納
部３２の内部から多孔質体３１の表面に次々染みだして
供給されることになる。そして、放電ガスと液体とがプ
ラズマ状態で反応し、処理ガスＧとして取り出すことが
できる。

【００２０】ここで、本発明の実施の形態に係る放電装
置１により、パーフロロカーボン（ＰＦＣ）ガスを反応
させて無害にすることができる反応例について説明す
る。このＰＦＣガスは、地球温暖化ガスとされいて、放
出量を削減しなければならない物質として知られてい
る。このＰＦＣガスとしては、例えばＣＦ₄ 、Ｃ₂ Ｆ
₆ 、Ｃ₃ Ｆ₈ などが挙げられる。

【００２１】一例として、第１の材料である放電ガスに
上記ＰＦＣの一つであるＣＦ₄ を選び、液体材料に水
（Ｈ₂ Ｏ）を選んでこの放電装置１で反応させることに
する。

【００２２】第２の材料供給源６から材料供給手段３の
材料収納部３２にＨ₂ Ｏを供給する。また、第１の材料
供給源４からＣＦ₄ を放電手段２の電極２１，２２の間
に供給する。これにより、電極２１，２２の間でＣＦ₄
がプラズマ状態になり、材料収納部３２の多孔質体３１
から染みだしてくるＨ₂ Ｏとプラズマ状態で反応する。
反応式は、下記の化学式１のとおりである。

【００２３】

【化１】これにより、プラズマ領域１２においてフッ化水素（Ｈ
Ｆ）を含む処理ガスＧが生成され、放電装置１の放電手
段２から処理ガスＧを取り出すことができる。このよう
に温暖化ガスであるＣＦ₄ は、最終的にフッ化水素（Ｈ
Ｆ）となって、温暖化物質ではなくなる。このフッ化水
素（ＨＦ）を別な除害装置により除去することにより、
温暖化ガスを無害化することができる。

【００２４】本発明の第１の実施形態に係る放電装置１
では、第２の材料である液体は、第２の材料供給源６か
ら材料供給手段３まで液体のままで運搬し、従来装置の
ように気化状態で運搬するものではないため、運搬途中
で結露するということがなく、また、搬送途中において
気体の飽和蒸気圧の影響を受けることもない。また、本
発明の第１の実施形態に係る放電装置１では、放電ガス
が放電してなるプラズマ領域に液体材料を直接供給して
おり、従来装置のように反応ガスで液体材料を気化して
運搬するのではないため、反応ガスの飽和蒸気圧の影響
を受けずに材料の混合比を調節することができる。

【００２５】なお、本発明の第１の実施形態に係る放電
装置１によれば、材料供給手段３は、図２に示すように
電極２１側に設けたが、電極２２側に設けてもよい。ま
た、本発明の第１の実施形態に係る放電装置１におい
て、材料供給手段３は、電極２１と電極２２との双方に
設けてもよい。材料供給手段３を双方の電極２１，２２
に設けると、プラズマ領域１２に供給される第２の材料
の分布を比較的均一にすることができ、反応に寄与しな
い材料を低減することができる。そして、前記実施形態
においては、パーフロロカーボンを分解して除去する場
合について説明したが、パーフロロカーボンと水とを反
応させて活性なフッ化水素やフッ素単原子などを生成
し、表面処理やシリコンのエッチングなどに使用しても
よい。

【００２６】図３は、本発明の第２の実施形態に係る放
電装置を示す断面図である。この図３において、第２の
実施の形態に係る放電装置１ａは、大別すると、放電手
段２ａと、第１の材料供給手段８と、第２の材料供給手
段３ａとを備えている。前記放電手段２ａは、所定の面
積を有する金属製板体の電極２１ａ、２２ａを所定の距
離おいて対向させて配置してなる点では第１の実施の形
態（図２参照）と同じである。また、前記放電手段２ａ
においても、電極２１ａ，２２ａに交流電源２３から交
流電圧が印加されている点は第１の実施の形態と同一で
ある。

【００２７】この第２の実施形態に係る放電装置１ａ
は、第２の材料供給手段３ａが放電手段２の電極２１ａ
に設けられるとともに、第１の材料供給手段８が電極２
２に設けられており、かつ、電極２１ａ，２２ａのプラ
ズマ発生領域の周辺を絶縁体２４で覆って構成した点に
特徴がある。

【００２８】第１の材料供給手段８は、プラズマ領域１
２の側に多孔質体８１を配置した材料収納部８２を設
け、当該材料収納部８２に外部の第１の材料供給源４か
ら配管５を介して第１の材料を供給可能にし、かつ、前
記多孔質材８１の表面からプラズマ領域中に第１の材料
が供給される構造になっている。また、第２の材料供給
手段３ａは、プラズマ領域１２の側に多孔質体３１を配
置した材料収納部３２を設け、当該材料収納部３２に外
部の第１の材料供給源６から配管７を介して第２の材料
を供給可能にし、かつ、前記多孔質材３１の表面からプ
ラズマ領域中に第２の材料が供給される構造になってお
り、第１の実施の形態と全く同一構成である。したがっ
て、同一構成要素には同一の符号を付して構成の説明を
省略する。

【００２９】前記第１の材料供給手段８の材料収納部８
２は、図３に示すように、電極２２と多孔質体８１とで
空間８３を形成し、前記多孔質体８１がプラズマ領域
（電極２１）側に向くように配置したものである。さら
に、この電極２２は凹状に形成されており、かつ、この
電極２２の凹部開口面を覆うように多孔質体８１を固着
して空間８３を形成したものである。また、この空間８
３には、第１の材料が充満している。また、この第１の
材料供給手段８に使用する多孔質体８１は、アルミナの
多孔質や穴明きプレート等を含むものとする。

【００３０】このような第２の実施の形態に係る放電装
置１ａの動作を説明する。第１の材料である放電ガス
は、第１の材料供給源４から配管５を介して、放電手段
２の電極２２ａの第１の材料供給手段８の空間８３に供
給される。この第１の材料供給手段８の空間８３に充満
した放電ガスは、第１の材料供給手段８の多孔質体８１
から電極２１，２２の間に供給される。

【００３１】放電手段２の電極２１，２２には交流電源
２３から交流電力が供給されており、この電極２１，２
２の間において放電ガスが放電しプラズマを形成させ
る。また、第２の材料供給手段３の材料収納部３２に
は、第２の材料供給源６から配管７を介して第２の材料
である液体が供給されている。この材料収納部３２の内
部の第２の材料である液体は、多孔質体３１の表面か
ら、放電ガスが放電して高温になっているプラズマ領域
に直接蒸発して供給されることになる。このとき、液体
は、プラズマ反応して蒸発した分だけ材料収納部３２の
内部から多孔質体３１の表面に次々染みだして供給され
ることになる。そして、放電ガスと液体とがプラズマ状
態で反応した処理ガスは、絶縁体２４で覆われた空間内
に広がる。前記絶縁体２４で覆われた空間内の処理ガス
は、処理ガスＧとして取り出すことができる。

【００３２】本発明の第２の実施形態に係る放電装置１
ａでは、第１の実施の形態と同様な作用効果を奏する。
また、本発明の第２の実施形態に係る放電装置１ａによ
れば、第１の材料と第２の材料とが対向した状態で混合
反応するため、第１の材料と第２の材料との濃度分布が
均一化される利点がある。

【００３３】図４は、本発明の第３の実施形態に係る放
電装置を示す断面図である。この図４において、第３の
実施の形態に係る放電装置１ｂは、基本的には、第１の
実施の形態と同一の放電手段２と材料供給手段３とから
構成されており、異なるところは、前記材料供給手段３
にヒーター９を設け、このヒーター９に供給する電力を
制御装置１０で制御し、第２の材料である液体の蒸発量
をコントロールできるようにした点に特徴がある。した
がって、この第２の実施の形態に係る放電装置１ｂを構
成する要素が、第１の実施の形態に係る放電装置１と同
一構成要素には同一の符号を付して構成の説明を省略す
る。

【００３４】さらに説明すると、上記ヒーター９は、こ
の材料供給手段３を構成する電極２１に取り付けられて
いる。このヒーター９は、制御装置１０と電気的に接続
されており、制御装置１０によってヒーター９に供給さ
れる電力を調整可能としてある。制御装置１０は、図示
しないが、電極２１の温度を検出する温度センサーと、
電極２１を希望の温度に設定するための基準値を設定で
きる温度基準値設定部と、温度センサーからの検出信号
と温度基準値設定部からの基準値とを比較し誤差信号を
形成する比較部と、この比較部からの誤差信号を基にヒ
ーター９に供給する電力を調整する調節部とから構成さ
れている。また、温度基準値設定部と、比較部と、調節
部の一部とは、マイクロプロセッシングユニット（ＭＰ
Ｕ）等によって実現できる。また、ＭＰＵ等で実現され
ている調節部の一部から出力される例えばパルス幅変調
（ＰＷＭ）方式の制御信号が電力調整用インバータに供
給されることにより、電力調整用インバータの出力端子
に接続されたヒーター９に供給する電力を調節すること
ができる。

【００３５】なお、電極２１の熱容量にもよるが、電極
２１はプラズマ発生時に摂氏７０〜８０℃程度になるこ
とが分かっている。そこで、制御装置１０ではヒーター
９に供給する電力を調整し、ヒーター９によって前記温
度以上に電極２１を加熱することにより、第２の材料の
蒸発量を調整するようにしている。

【００３６】この第３の実施の形態に係る放電装置１ｂ
では、第２の材料供給源６から配管７を介して材料供給
手段３に第２の材料である液体を供給し、また、第１の
材料供給源４から配管５を介して第１の材料である放電
ガスを放電手段２の電極２１，２２の間に供給する。す
ると、電極２１，２２の間で放電ガスが放電し、プラズ
マが発生する。このとき、材料供給手段３の材料収納部
３２の多孔質体３１や電極２１が加熱されて、多孔質体
３１の表面から液体がプラズマ領域内に直接蒸発供給さ
れることになる。

【００３７】このときに、制御装置１０によって温度を
監視し、ヒーター９に供給する電力を調節し、ヒーター
９で電極２１を加熱し、材料収納部３２内の液体の温度
を、例えば摂氏９５℃等、所定の温度となるように調節
する。これにより、多孔質体３１から蒸発する液体の蒸
発量を調節できる。

【００３８】本発明の第３の実施形態に係る放電装置１
ｂによっても、第１の実施の形態と同様の作用効果を奏
することができる。また、本発明の第３の実施形態に係
る放電装置１ｂによれば、材料供給手段３の材料収納部
３２内にある第２の材料をヒーター９で加熱し、制御装
置１０で加熱状態を調節することにより、第２の材料の
蒸発量を調節でき、処理ガス中の活性種の濃度を一定に
することが可能で、例えば表面処理を行なう場合などに
おいて、安定した処理をすることができる効果がある。
なお、上記第３の実施の形態に係る放電装置１ｂにおい
て、材料供給手段３は電極２１に設けたが、電極２２に
設けてもよい。また、第３の実施の形態に係る放電装置
１ｂにおいて、材料供給手段３は、電極２１と電極２２
との双方に設けてもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上に説明したように本発明によれば、
第２の材料は、第２の材料供給源から材料供給手段まで
液体のままで運搬しているため、運搬途中で結露すると
いうことがなく、また、運搬途中の第１の材料による影
響を受けることもない。また、本発明によれば、第１の
材料が放電して得られるプラズマ領域に第２の材料を直
接供給しているため、反応ガスの飽和蒸気圧の影響を受
けずに材料の混合比を調節することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る放電装置を示
す概略系統図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る放電装置の具体
例を示す断面図である。

【図３】本発明の第２の実施形態に係る放電装置を示す
断面図である。

【図４】本発明の第３の実施形態に係る放電装置を示す
断面図である。

【図５】従来の放電装置を示す模式図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ………放電装置２，２ａ………放電手段３………材料供給手段３ａ………第２の材料供給手段４………第１の材料供給源５，７………配管６………第２の材料供給源８………第１の材料供給手段９………ヒーター１０………制御装置１２………プラズマ領域２１，２１ａ，２２，２２ａ………電極２３………交流電源３１，８１………多孔質体３２，８２………材料収納部３３，８３………空間

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考） // Ｃ０７Ｂ 37/06 Ｃ０７Ｂ 37/06 Ｆターム(参考） 4G042 DB16 DB17 DB35 4G075 AA03 AA37 AA62 BA05 BC06 BD05 BD13 CA15 CA47 DA02 EA06 EB42 EC21 FA05 FA14 FB01 FC15 4H006 AA04 AA05 AC13 AC26 BA95 BE60

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気体材料と液体材料とを放電させること
により反応させる放電装置において、気体からなる第１の材料を放電させてプラズマを発生さ
せる放電手段と、前記プラズマ領域内に液体からなる第２の材料を直接供
給する材料供給手段と、を備えたことを特徴とする放電装置。
【請求項２】前記材料供給手段は、プラズマ領域側に
多孔質体を配置した材料収納部を設け、当該材料収納部
に外部から第２の材料を供給可能にし、かつ、前記多孔
質材の表面からプラズマ領域中に第２の材料が供給され
る構造としたことを特徴とする請求項１記載の放電装
置。
【請求項３】前記材料収納部は、前記放電手段の電極
と多孔質体とで空間を形成し、前記多孔質体がプラズマ
領域側に配置されたものであることを特徴とする請求項
１または２記載の放電装置。
【請求項４】前記材料収納部は、前記放電手段の対向
した電極のそれぞれに設けてあることを特徴とする請求
項１または３のいずれかに記載の放電装置。
【請求項５】前記材料収納部は、材料収納部内の第２
の材料を加熱する加熱部を有することを特徴とする請求
項１ないし４のいずれかに記載の放電装置。