JP2003236338A

JP2003236338A - 有機ハロゲン含有ガスの処理方法および装置

Info

Publication number: JP2003236338A
Application number: JP2002038420A
Authority: JP
Inventors: Koji Ota; 幸治太田; Yasutaka Inanaga; 康隆稲永; Masafumi Doi; 雅史土井; Masaki Kuzumoto; 昌樹葛本; Noboru Wada; 昇和田; Kiyohiko Yoshida; 清彦吉田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間使用しても分解率に経時変化がおこら
ず、安定して高効率に有機ハロゲン化合物含有ガスを分
解できる有機ハロゲン含有ガスの処理方法、および有機
ハロゲン含有ガスの処理装置を提供する。【解決手段】有機ハロゲン含有ガスを大気圧近傍で発
生する熱プラズマを用いて処理する場合において、熱プ
ラズマの中心部を通過するガスと周辺部を通過するガス
とを混合する有機ハロゲン含有ガスの処理方法、および
有機ハロゲン含有ガスの処理装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、有機ハロゲン含
有ガスの処理方法および処理装置に関するものであり、
とくに有機ハロゲン含有ガス中の有機ハロゲン化合物の
濃度によらずに高効率に有機ハロゲン含有ガスを処理す
る方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造に用いられるドライエッチン
グ装置では、主としてシリコン系薄膜のエッチングガス
として、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＳＦ₆、ＮＦ₃などの有機ハロ
ゲン化合物が用いられている。また、ＣＶＤ装置におい
ては、処理室内に堆積した膜をクリーニングする目的で
上記同様の有機ハロゲン化合物を用いている。有機ハロ
ゲン化合物の多くは大気中での寿命が長くかつ赤外線の
吸収係数も大きい。そのため、地球温暖化係数は二酸化
炭素の数千〜数万倍である。また、分子内に塩素ガスを
含む有機ハロゲン化合物はオゾン層破壊物質でもある。
これらの要因のため、地球温暖化防止、オゾン層破壊防
止を目的として、半導体工場などの排気ガスを除害する
処理方法の研究が進められている。

【０００３】図１７、１８は、特開２０００−１２２８
３公報に示されている従来の有機ハロゲン含有ガスの処
理装置を示す図である。図１７にしたがい従来の有機ハ
ロゲン化合物含有ガスの処理装置について説明する。図
１７中、１は矩形導波管、１ａは矩形導波管の開口部、
１ｂは矩形導波管の底部、２はマグネトロン、７は金属
ブロック、７ａはプローブアンテナ、１１は熱プラズ
マ、１３は反応容器、１５は排ガス出口、２８は円筒型
空洞共振器、２８ａは円筒型空洞共振器の絞り、２８ｂ
は円筒型空洞共振器の端板、２９は放電管、３０はガス
供給管、３１はフロンガス、３２は空気、３３は水蒸気
発生器、３４は容器、３５はアルカリ水溶液を表わして
いる。また図１８は図１７におけるプラズマ発生部を拡
大したものである。

【０００４】従来の有機ハロゲン化合物含有ガス処理装
置の動作を記す。マグネトロン２から出力されたマイク
ロ波は矩形導波管１により伝送され、金属ブロック７お
よびプローブアンテナ７ａを介して円筒型空洞共振器２
８に導かれる。放電管２９内では電界強度が高くなり放
電が発生して熱プラズマ１１が生じる。放電管２９内に
供給された有機ハロゲン化合物含有ガスは、熱プラズマ
１１により分解して無害化される。

【０００５】図１９は、「プラズマ材料科学ハンドブッ
ク」（日本学術振興会プラズマ材料科学第１５３委員会
編オーム社平成４年発行）中に記述されている放電管
を用いないタイプのプラズマ発生装置である。図１９
中、１は矩形導波管、６は石英ガラス、７は金属ブロッ
ク、８はプラズマ発生電極、８ａはプラズマ発生電極の
冷却水入口、８ｂはプラズマ発生電極の冷却水出口、９
はガス入口、１０はプラズマ発生電極フランジ、１０ａ
はプラズマ発生電極フランジ冷却水入口、１０ｂはプラ
ズマ発生電極フランジ冷却水出口、１１は熱プラズマで
ある。本方式ではマグネトロンなどにより発振されたマ
イクロ波の進行方向を、金属ブロック７によりプラズマ
発生電極８と平行方向に変換する。マイクロ波によって
発生した電界は、プラズマ発生電極８の先端部とプラズ
マ発生電極フランジ１０部で電界強度が高くなり絶縁破
壊を起こす。絶縁破壊を起こしたガスにマイクロ波のエ
ネルギーを注入して熱プラズマ１１を発生させるもので
ある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１７
に示す従来の装置では、有機ハロゲン化合物を分解した
ときに生成するフッ化水素（ＨＦ）、塩化水素（ＨＣ
ｌ）などの強酸性物質と放電管２９が化学反応をおこ
す。このため、放電管が曇る、あるいは放電管内に副生
成物が堆積する。その結果、マイクロ波を放電管内部に
まで伝送することができなくなり、有機ハロゲン化合物
の分解率が経時的に減少するという問題点があった。

【０００７】また、放電管を用いない図１９に示すプラ
ズマ発生装置を利用して有機ハロゲン化合物を分解した
ときには、放電管を用いないため長期間にわたり安定し
た分解率が得られるが、プラズマ周辺部を通過するガス
の温度が上がらないため、高い分解率が得られない。

【０００８】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、とくに長期間使用しても分解
率に経時変化がおこらず、安定して高効率に有機ハロゲ
ン化合物含有ガスを分解できる有機ハロゲン含有ガスの
処理方法および処理装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、放電管を用い
ないプラズマ発生装置を用いて有機ハロゲン含有ガスを
分解する処理方法および装置に関するものである。そし
て、分解率の低下の原因である周辺部を通過するガスを
効率よく分解するために、熱プラズマ部の中心部を通過
するガスと周辺部を通過するガスを混合する有機ハロゲ
ン含有ガス処理方法および装置に関するものである。

【００１０】すなわち、本発明の第１の処理方法は、有
機ハロゲン含有ガスを大気圧近傍で発生する熱プラズマ
を用いて処理する方法において、熱プラズマの中心部を
通過するガスと周辺部を通過するガスとを、熱プラズマ
を消滅させることなく混合する有機ハロゲン含有ガスの
処理方法である。

【００１１】本発明の第２の処理方法は、第１の処理方
法において、前記有機ハロゲン含有ガスを２５００〜３
５００Ｋの温度で処理する有機ハロゲン含有ガスの処理
方法である。

【００１２】本発明の第３の処理方法は、第１または２
の処理方法において、前記有機ハロゲン含有ガスがチッ
素を含み、ＣＦ₄濃度の２倍以上の水分と、前記水分の
等量以上の酸素とにより前記有機ハロゲン含有ガスを処
理したのち、生じた二酸化チッ素を除去する有機ハロゲ
ン含有ガス処理方法である。

【００１３】本発明の第１の処理装置は、有機ハロゲン
含有ガスを大気圧近傍で発生する熱プラズマを用いて処
理する装置において、熱プラズマの中心部を通過するガ
スと周辺部を通過するガスとを、熱プラズマを消滅させ
ることなく混合する手段を有する有機ハロゲン含有ガス
の処理装置である。

【００１４】本発明の第２の処理装置は、第１の処理装
置において、前記混合する手段が、段階的に狭くなった
ガスの流通路を備えた風路である処理装置である。

【００１５】本発明の第３の処理装置は、第２の処理装
置において、前記風路が２つ以上のブロックからなり、
円筒内に固定されてなる処理装置である。

【００１６】本発明の第４の処理装置は、第１の処理装
置において、前記混合する手段が、円筒内にらせん状の
邪魔板を備えた風路である処理装置である。

【００１７】本発明の第５の処理装置は、第１、２、３
または４の処理装置において、さらに反応容器内にガス
の冷却手段を有する処理装置である。

【００１８】本発明の第６の処理装置は、第１、２、３
または４の処理装置において、さらに反応容器内にガス
を冷却するためのプラズマ発生電極フランジの冷却手段
を有する有機ハロゲン含有ガスの処理装置である。

【００１９】本発明の第７の処理装置は、第１、２、
３、４、５または６の処理装置において、さらに有機ハ
ロゲン含有ガスを２５００〜３５００Ｋの温度で処理す
る手段を有する処理装置である。

【００２０】本発明の第８の処理装置は、第１、２、
３、４、５、６または７の処理装置において、ＣＦ₄濃
度の２倍以上の水分と、前記水分の等量以上の酸素とを
添加する手段、および生じた二酸化チッ素を除去する手
段を有する処理装置である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態にかか
るプラズマ生成装置および有機ハロゲン含有ガス処理方
法および処理装置を説明する。

【００２２】実施の形態１図１は、本発明にかかわる有機ハロゲン含有ガス処理装
置の一形態を示したものである。図１中、１は矩形導波
管、２はマグネトロン、３はアイソレータ、４ａ、４ｂ
は方向性結合器、５は３スタブチューナー、６は石英ガ
ラス、７は金属ブロック、８はプラズマ発生電極、８ａ
はプラズマ発生電極の冷却水入口、８ｂはプラズマ発生
電極の冷却水出口、９は処理ガス入口、１０はプラズマ
発生電極フランジ、１０ａはプラズマ発生電極フランジ
冷却水入口、１０ｂはプラズマ発生電極フランジ冷却水
出口、１１は熱プラズマ、１２は風路、１３は反応容
器、１４は冷却水、１４ａは冷却水入口、１４ｂは冷却
水出口、１５は排ガス出口を表わしている。

【００２３】マグネトロン２で発振させた２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波は矩形導波管１により伝送される。矩形
導波管１で伝送されたマイクロ波は、斜めに加工された
金属ブロック７によりプラズマ発生電極８の先端方向に
進む。マイクロ波により発生した電界により、穴のあい
たプラズマ発生電極フランジ１０と上下にスライド可能
であるプラズマ発生電極８の先端とのギャップが狭い空
間で火花放電を発生する。火花放電で発生した励起粒子
を種火として、マイクロ波によりガス分子が励起され熱
プラズマ１１となり、有機ハロゲン含有ガスを分解す
る。熱プラズマ１１の中心部の温度は１０００〜１００
００Ｋと非常に高い。しかし、熱プラズマ１１の周辺部
を通過するガスは、中心部を通過するガスと比べて温度
が充分に上昇しない。そのため、周辺部を通過するガス
中に含まれる有機ハロゲン化合物は、充分に分解されて
いない状態で反応容器中に流れこみ、分解率は低下す
る。風路１２は、周辺部の低温部分を通過するガスが拡
散することを防ぎ、中心部を通過する高温ガスと混合す
るために取り付けたものである。

【００２４】風路の一例としてガス流量５〜５０_NＬ／
分（添え字のＮは、０℃、１気圧の状態を表わす）処理
用のものを図２に示す。風路１２はガス流の上流の広管
部と下流の細管部の２段円筒から構成されている。２段
円筒の１段目は内径（φ₁）２０ｍｍ長さ（ｌ₁）５０ｍ
ｍ、２段目は内径（φ₂）１０ｍｍ長さ（ｌ₂）１４０ｍ
ｍである。前記１段目と２段目のつなぎ部分においては
ガスの圧力損失の増加を防ぐため４５°の傾斜を有する
長さ（ｌ₃）１０ｍｍの縮流部を設けている。ガスがこ
の風路１２内を流れることにより広管部で渦ができ、高
温ガスと低温ガスが混合し、分解率の向上が図れる。さ
らに、熱プラズマ１１によりプラズマ化された励起粒子
を１段目の広管部分から２段目の細管部に導入すること
により、細管部において高密度のプラズマが形成され
る。なお、風路１２はアルミナセラミックスからなる。
なお、前記風路の材質としては金属、誘電体などが使用
できるが、発熱を抑えるため、とくに高い誘電率をも
ち、誘電損失が少ない材料が望ましい。前記アルミナセ
ラッミックス以外にも、ＭｇＯ、ＺｎＯ、ＡｌＮ、石英
などの材料を使用することができる。

【００２５】図３は、一例として半導体や液晶工場にお
けるエッチング装置やＣＶＤ（ＣｈｅｍｉｃａｌＶａ
ｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置で使用された有機
ハロゲン含有ガスを処理する方法を示す図である。エッ
チング装置１６から排出されたガスは、ターボ分子ポン
プ１７、ドライポンプ１８を通り、本発明の有機ハロゲ
ン含有ガス処理装置１９に導入される。本発明の装置で
ある有機ハロゲン含有ガス処理装置１９は、水スクラバ
ー２０と図１に示したマイクロ波熱プラズマ装置２１で
構成されている。エッチング装置１６あるいはＣＶＤ装
置から排出されるガスは有機ハロゲン含有ガスのみなら
ず、ＳｉＦ₄、金属屑などを含む。分解処理前に水スク
ラバー２０によりこれらの物質を排除する。また、有機
ハロゲンガスの一例であるＣＦ₄は、以下の反応式ＣＦ₄＋２Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋２ＨＦで分解する。このため、水分の供給が必要となるが、本
方式では、水スクラバー２０により、処理ガス温度の飽
和水蒸気量相当の水分を供給する。また、本方式では大
気圧近傍で動作することができるため、ドライポンプ１
８の後段にてハロゲン化合物を処理することが可能であ
る。そのため、本装置１９を設置することによるエッチ
ング装置やＣＶＤ装置への影響がなく、半導体や液晶の
製造プロセスへ悪影響をおよぼすことはない。

【００２６】実施例１図４に、図１〜３に示す有機ハロゲン含有ガス処理装置
でＣＦ₄ガスを分解した結果を示す。

【００２７】分解条件はガス流量１０_NＬ／分（添え字
のＮは、０℃、１気圧の状態を表わす）、ＣＦ₄濃度は
５０００ｐｐｍ、Ｈ₂Ｏ濃度は１００００ｐｐｍ、反応
容器１３および石英ガラス６、金属ブロック７、プラズ
マ発生電極８、プラズマ発生電極の冷却水入口８ａ、プ
ラズマ発生電極の冷却水出口８ｂ、処理ガス入口９、プ
ラズマ発生電極フランジ１０、プラズマ発生電極フラン
ジ冷却水入口１０ａ、プラズマ発生電極フランジ冷却水
出口１０ｂからなるトーチ部における圧力は０．１ＭＰ
ａである。風路１２の形状は図２に示すとおりである。
風路１２の１段目は内径２０ｍｍ長さ５０ｍｍ、２段目
は内径１０ｍｍ長さ１４０ｍｍである。１段目と２段目
のつなぎ部分には、ガスの圧力損失の増加を防ぐため４
５°の傾斜を有する縮流部を設けている。この風路は、
ガス流量１０_NＬ／分処理用のものである。なお、プラ
ズマ発生による電界の変化は、プラズマ発生電極８を上
下にスライドするとともに、３スタブチューナー５にて
マイクロ波を整合して行なった。

【００２８】図４では、前記風路１２を設けた場合と設
けない場合のＣＦ₄分解率（％）を比較している。図４
中、横軸はマイクロ波入射電力から反射電力を差し引い
た値をプラズマ入力電力として表わしている。風路を設
けない場合では、プラズマ入力電力０．９５、１．２
５、１．３ｋＷに対して分解率はそれぞれ８０％、８９
％、８９％と、分解率が８９％で飽和した。一方、風路
１２を設けた場合、プラズマ入力０．８５、０．９８、
１．２ｋＷに対して分解率は９１、９５、１００％と、
風路１２をつけることにより風路をつけない場合と比べ
て高効率で高い分解率を得ることができる。

【００２９】実施の形態２図５は、本発明にかかわる風路の一例を示したものであ
る。この風路１２は、円柱状の誘電体材料の内部を風路
の形状に切削加工したものである。このように円筒状の
材料を加工することにより、製作が容易であり、安価に
製作することができる。また、セラミックスなどで形状
作成したのち、焼成する方法で、本形状のように内部の
みの形状を成形することにより、焼成時のひずみを少な
く抑えることができ、安価に製作することができる。

【００３０】実施の形態３図６は、本発明にかかわる風路の一例を示したものであ
る。図中２３ａ、２３ｂは風路を形成するための誘電体
ブロック、２４ａ、２４ｂは誘電体ブロック２３ａ、２
３ｂの外周に加工されたＯリング溝、２５ａ、２５ｂは
Ｏリング、２６は２３ａ、２３ｂで形成した風路を収納
するための円筒である。誘電体ブロック２３ａ、２３ｂ
は、組み合わせたときに、風路を象るように加工された
ものである。前記２３ａおよび２３ｂの２つのブロック
は、２個以上の弾性体のＯリング２５ａ、２５ｂを、前
記Ｏリング溝２４ａ、２４ｂにはめることにより結束さ
れたのち、円筒２６の中に収納される。円筒内部を加工
する場合には複雑な風路を作ることができないが、円筒
を半分ないしは多数に分割することにより加工が容易に
なる。これにより複雑な形状の風路も容易に作製するこ
とができる。また加工がしやすいため安価に作製するこ
とができる。

【００３１】実施の形態４図７は、本発明にかかわる風路の一例を示したものであ
る。図７中、１２は誘電体製円筒風路、２７は誘電体で
できたらせん状の邪魔板である。なお、図８に示すよう
に、風路１２中にらせん状の邪魔板２７を挿入すること
により容易に構成することができる。なお、図８では、
内径２０ｍｍの風路１２および直径３ｍｍ程度の円形断
面を有するバネ製のらせん状邪魔板２７を想定してい
る。

【００３２】この風路は、円筒の風路の内部にらせん状
の邪魔板を取り付けたものである。このような構造をと
ることにより、ガスが渦状に流れ、有機ハロゲン化合物
の分解が進んでいない熱プラズマ周辺部を通過する低温
ガスが、プラズマ中心部を通過する高温ガスと混合す
る。これらのガスの混合により処理ガス中における温度
のばらつきが少なくなり、分解率が向上する。

【００３３】実施の形態５図９は、本発明にかかわる装置の一例を示したものであ
る。矩形導波管１により伝送された２．４５ＧＨｚのマ
イクロ波を、金属ブロック７によりマグネトロン発振方
向に対して垂直方向であるプラズマ発生電極８の先端方
向へ変換する。穴のあいたプラズマ発生電極フランジ１
０と、上下にスライド可能であるプラズマ発生電極８の
先端とのギャップが狭い空間において、マイクロ波によ
り発生した電界強度が高くなり火花放電を発生する。火
花放電で発生した励起粒子を種火として、マイクロ波で
ガス分子が励起され、熱プラズマ１１が発生する。熱プ
ラズマ１１は、反応性の高いラジカルが高密度に存在す
るため、有機ハロゲン化合物を瞬時に分解することがで
きる。熱プラズマ１１の中心部の温度は１０００〜１０
０００Ｋと非常に高く、プラズマ密度が高くなり反応性
に富む。しかし、熱プラズマ周辺部は分子の電離が不充
分であり、かつ温度も比較的上昇しないため反応が充分
に起こらない。そのため、周辺部を通過する処理ガス
が、反応容器１３中を低温のまま通過することにより分
解率は低下する。そこで、風路１２を備えることによ
り、中心部のガスと周辺部のガスが混合され高い分解率
が高効率で得られる。

【００３４】一方、半導体工場の酸排気ラインに使用さ
れる塩化ビニルなどの樹脂配管に悪影響を与えるため、
数千度まで温度が上昇したガスを２０〜６０℃、望まし
くは室温程度である１５〜３５℃程度までガスを冷却し
て放出する必要がある。本方式では、プラズマ発生電極
フランジ１０の冷却水をガス冷却に利用するため、図１
０に示すように反応容器１３内に同軸円上に、冷却水が
流通可能にしたプラズマ発生電極フランジ１０を設置す
る。このような構造をとることにより、熱プラズマ１１
により有機ハロゲン化合物が分解されたのちの処理ガス
を、プラズマ発生電極フランジ１０の冷却水により冷却
することができる。しかも、反応容器と同軸上に設置し
ていることにより、ガスが冷却される風路を長くとるこ
とが可能となり冷却時間を長くすることができる。これ
により、ガスの分解率、分解効率を変化させることな
く、コンパクトな反応容器を設計することができる。

【００３５】実施の形態６図１１は本発明にかかわるプラズマ発生電極先端部周辺
の一例を示したものである。図１１中、８はプラズマ発
生電極、１０はプラズマ発生電極フランジを示す。マイ
クロ波は、ガスの流量の変化による負荷変動のため整合
が変化する。このガス流量の変化が起こると、熱プラズ
マは不安定になる。放電開始時に発生する火花放電によ
り、プラズマ発生電極８の先端とプラズマ発生電極フラ
ンジ１０の内側が削れる。とくに、図中Ａ部が削れるた
め次第にガスが流れる穴径が増加する。

【００３６】そこで、図１１に示すフランジの反応容器
挿入部の長さＬとフランジの直径Ｒ比Ｌ／Ｒを１以上と
することにより、プラズマ発生電極フランジ１０の穴径
変化によるガス流量の変動を抑制することができ、長期
間に渡り安定した放電が得られる。

【００３７】実施の形態７一酸化チッ素（ＮＯ）は大気汚染の原因物質であるた
め、その発生は極力抑えなければならない。しかし有機
ハロゲン化合物分解時の副生成物として、チッ素と水の
反応により生成される。ＮＯの生成反応は以下に示すと
おりである。

【００３８】このように、ＮＯは処理ガス中に含まれる
チッ素と、加えた水分から解離した酸素原子およびＯＨ
ラジカルが結合、反応することにより発生する。

【００３９】図１２は、本装置を用いて実験を行なった
ときにおける熱プラズマの温度とＣＦ₄分解率および一
酸化チッ素（ＮＯ）の発生量の関係を示したものであ
る。処理条件は、ガス流量１０_NＬ／分ＣＦ₄濃度０．
５％、添加水分濃度１％、チッ素濃度９８．５％、処理
時間約１ミリ秒にて、処理温度を変化させてＣＦ₄の分
解率とＮＯの発生量を調べたものである。図１２は、横
軸に処理温度（Ｋ）、縦軸にＣＦ₄分解率（％）とＮＯ
濃度（ｐｐｍ）を表わしている。ＣＦ₄は２０００Ｋ以
上の温度において分解する。一方、ＮＯは、３０００Ｋ
以上の温度になると急激に増加する。このように、チッ
素および酸素を含む有機ハロゲン含有ガスを処理する場
合においては、その処理温度を２５００〜３５００Ｋ、
望ましくは３０００Ｋ付近に設定することによりＮＯの
発生を抑制し、効率的に有機ハロゲン化合物を分解する
ことができる。

【００４０】実施の形態８図１３はＣＦ₄分解率および一酸化チッ素（ＮＯ）の発
生量の時間変化を処理温度をパラメータとして調べた結
果である。処理条件は、ＣＦ₄濃度０．５％、添加水分
濃度１％、チッ素濃度９８．５％である。なお、図３
中、１０００ＫでのＣＦ₄分解率を１１１、２０００Ｋ
でのＣＦ₄分解率を１２１、３０００ＫでのＣＦ₄分解率
を１３１、４０００ＫでのＣＦ₄分解率を１４１、５０
００ＫでのＣＦ₄分解率を１５１、また１０００Ｋでの
ＮＯ発生量を１１２、２０００ＫでのＮＯ発生量を１２
２、３０００ＫでのＮＯ発生量を１３２、４０００Ｋで
のＮＯ発生量を１４２、５０００ＫでのＮＯ発生量を１
５２として符号で示している。処理温度５０００Ｋでは
０．５マイクロ秒でＣＦ₄が１００％分解している。一
方ＮＯは１マイクロ秒から急激に増加し始める。処理温
度４０００Ｋでは５マイクロ秒でＣＦ₄が１００％分解
し、１０マイクロ秒からＮＯの発生量が急激に増加して
いる。処理温度３０００Ｋでは２０マイクロ秒でＣＦ₄
が１００％分解し、１ミリ秒からＮＯの発生量が急激に
増加している。処理温度２０００Ｋでは４ミリ秒でＣＦ
₄が１００％分解し、１ミリ秒からＮＯの発生量が急激
に増加している。

【００４１】よって、処理温度２０００Ｋでは処理時間
１ミリ秒以上で処理することにより、ＮＯの発生を抑制
し、ＣＦ₄を１００％効率的に分解することができる。
同様に、処理温度３０００Ｋでは処理時間２０マイクロ
秒以上２ミリ秒以下、処理温度４０００Ｋでは処理時間
５マイクロ秒以上２０マイクロ秒以下、処理温度５００
０Ｋでは処理時間０．５マイクロ秒以上５マイクロ秒以
下で処理することにより、ＮＯの発生を抑制し、ＣＦ₄
を１００％効率的に分解することができる。

【００４２】実施の形態９図１４は本発明にかかわる有機ハロゲン含有ガス処理装
置の一形態を示したものである。図１４中、３６はスプ
レー噴水器である。

【００４３】本装置は実施の形態１における有機ハロゲ
ン含有ガス処理装置において、風路１２の下段にスプレ
ー噴水器３６を備えたものである。実施の形態８に示し
たように、処理温度を３０００Ｋ付近に設定することに
より、ＮＯの発生を抑制し、効率的に有機ハロゲン化合
物を処理することができる。熱プラズマ１１にスプレー
噴水器３６から水を吹き付けることにより熱プラズマの
温度すなわち処理温度を下げることができる。このスプ
レー噴水器３６の吹き付けを調整することによりＮＯの
発生を抑制して効率的に有機ハロゲン含有ガスを処理す
ることができる。

【００４４】実施の形態１０図１５は実施の形態１に示す風路において、風路１２の
下流側の細管部を、風路１２ａ中の冷却水１２ｄにより
冷却したものである。なお、図１５中、１２ｂは風路冷
却水入口、１２ｃは風路冷却水出口である。これによ
り、プラズマ処理後のガスを即座に冷却し、高温での処
理時間を少なくしてＮＯの発生を抑制することができ
る。

【００４５】図１６は実施の形態１に示す風路におい
て、風路１２ａ中の冷却水１２ｄにより細い風路を冷却
し、かつ水噴霧口３７から水を噴きつける機構を備える
ものである。これにより、熱プラズマの温度を制御して
ＮＯの発生を抑制することができる。なお、図１６中、
３８は給水口である。

【００４６】実施の形態１１チッ素を含む有機ハロゲン含有ガスを処理する場合、前
記したようにＮＯが発生する。このＮＯの発生を抑制す
るため、処理時に水分と酸素（Ｏ₂）を加える。これに
より以下の反応２ＮＯ＋Ｏ₂→２ＮＯ₂ によって、発生したＮＯが二酸化チッ素（ＮＯ₂）に酸
化される。ＮＯ₂はＮＯより吸着性能、水への溶解性能
が高いため、分解後のガスを合成ゼオライト、活性炭な
どの吸着剤に吸着、または、乾式もしくは水スクラバー
などの湿式スクラバーに溶解除去することによりＮＯを
大気中に放出することなく効率的に有機ハロゲン含有ガ
スを処理することができる。なお、ＮＯの発生量は添加
水分量に比例することより、添加する酸素は添加水分量
の１／２の濃度もしくはそれ以上必要である。すなわち
ＣＦ₄を処理する場合においては水分をＣＦ₄濃度の２倍
もしくはそれ以上加えて、酸素を水分添加量の等量もし
くはそれ以上添加することにより、発生するＮＯをすべ
てＮＯ₂に酸化して吸着または溶解することで処理する
ことができる。

【００４７】以上、ＣＦ₄を処理した結果に基づいて、
発明の説明を行なってきたが、Ｃ₂Ｆ ₆、Ｃ₄Ｆ₈などの有
機ハロゲン化合物も分解後ＣＦ₄となるため、同様の結
果が得られる。

【００４８】また、熱プラズマを発生させる方法とし
て、マイクロ波を利用した方法につき述べてきた。しか
し、熱プラズマを発生させる方法として、１３．５６Ｍ
Ｈｚで発振させる誘導結合型熱プラズマ装置についても
同様の結果が得られる。また、直流アーク放電を用いた
方式でも同様の結果が得られる。

【００４９】

【発明の効果】熱プラズマの中心部の温度は１０００〜
１００００Ｋと非常に高く、プラズマ密度が高くなり反
応性に富む。しかし、周辺部は分子の電離が不充分であ
り、かつ温度も比較的上昇しないため反応が充分に起こ
らない。本発明の第１の処理方法によれば、周辺部を通
過する低温ガスと中心部を通過する高温ガスと混合させ
て、周辺の低温部を通りぬけるガスをなくすことによ
り、有機ハロゲン含有ガスを効率よく分解することがで
きる。また、本方式では熱プラズマ発生部に放電管を用
いないため安定した放電を長期間にわたり維持すること
ができる。

【００５０】本発明の第２の処理方法によれば、処理温
度２５００〜３５００Ｋ、望ましくは３０００Ｋ付近の
温度で処理することによりＮＯの発生を抑制し、効率的
に有機ハロゲン化合物を分解することができる。

【００５１】チッ素を含んだ有機ハロゲン含有ガスを処
理する場合、添加する水分中に含まれる酸素原子により
一酸化チッ素が発生するが、一酸化チッ素は吸着性およ
び溶解性が低い。本発明の第３の処理方法によれば、第
１または２の処理方法において、酸素を添加することに
より一酸化チッ素を二酸化チッ素まで酸化して吸着性お
よび溶解性を高める。この二酸化チッ素を乾式または湿
式のスクラバーで取り除くことにより大気中へ有害物質
であるチッ素酸化物を放出せずに有機ハロゲン含有ガス
を処理することができる。

【００５２】熱プラズマの中心部の温度は１０００〜１
００００Ｋと非常に高く、プラズマ密度が高くなり反応
性に富む。しかし、周辺部は分子の電離が不充分であ
り、かつ温度も比較的上昇しないため反応が充分に起こ
らない。本発明の第１の処理装置によれば、周辺部を通
過する低温ガスと中心部を通過する高温ガスと混合させ
て、周辺の低温部を通りぬけるガスをなくし、処理ガス
すべてを反応させることにより、有機ハロゲン含有ガス
を効率よく分解することができる。また、本方式では熱
プラズマ発生部に放電管を用いないため安定した放電を
長期間にわたり維持することができる。

【００５３】本発明の第２の処理装置によれば、第１の
処理装置において、段階的にガス流通路の径を細くする
ことにより、中心部を通過するガスと周辺部を通過する
ガスを混合することができる。

【００５４】本発明の第３の処理装置によれば、第２の
処理装置において、風路を２つ以上のブロックに分けて
加工することにより、容易に風路を作製することができ
る。

【００５５】本発明の第４の処理装置によれば、第１の
処理装置において、らせん状の邪魔板により中心部を通
過するガスと周辺部を通過するガスを混合することがで
きる。

【００５６】本発明の第５の処理装置によれば、第１、
２、３または４の処理装置において、反応容器内にガス
の冷却手段を有することにより、分解後のガスを冷却す
るための冷却効率を上げることができ、反応容器をコン
パクトにすることができる。

【００５７】本発明の第６の処理装置によれば、第１、
２、３または４の処理装置において、さらに反応容器内
にガスを冷却するためのプラズマ発生電極フランジの冷
却手段を有することにより、コンパクトかつ安価に提供
することができる。

【００５８】本発明の第７の処理装置によれば、第１、
２、３、４、５または６の処理装置において、処理温度
２５００〜３５００Ｋ、望ましくは３０００Ｋ付近の温
度で処理する手段を有することにより、ＮＯの発生を抑
制し、効率的に有機ハロゲン化合物を分解することがで
きる。

【００５９】チッ素を含んだ有機ハロゲン含有ガスを処
理する場合、添加する水分中に含まれる酸素原子により
一酸化チッ素が発生するが、この一酸化チッ素は吸着性
および溶解性が低い。本発明の第８の処理装置によれ
ば、第１、２、３、４、５、６または７の処理装置にお
いて、酸素を添加することにより一酸化チッ素を二酸化
チッ素まで酸化して吸着性および溶解性を高める。この
二酸化チッ素を乾式または湿式のスクラバーで取り除く
ことにより大気中へ有害物質であるチッ素酸化物を放出
せずに有機ハロゲン含有ガスを処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置の一
形態を示す図である。

【図２】本発明で使用される風路の一形態を示す図で
ある。

【図３】本発明の有機ハロゲン含有ガスの処理方法の
一形態を示す図である。

【図４】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置でＣ
Ｆ₄ガスを分解した結果を示すグラフである。

【図５】本発明で使用される風路の一形態を示す図で
ある。

【図６】本発明で使用される風路の一形態を示す図で
ある。

【図７】本発明で使用される風路の一形態を示す図で
ある。（ａ）は直径方向の断面図、（ｂ）は長さ方向の
断面図である。

【図８】本発明で使用される風路の一形態を示す図で
ある。

【図９】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置の一
形態を示す図である。

【図１０】本発明で使用されるプラズマ発生電極フラ
ンジ部を示す図である。

【図１１】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置の
プラズマ発生電極先端部とプラズマ発生電極フランジ部
を示す図である。（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図であ
る。

【図１２】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置を
用いて実験を行なったときにおける熱プラズマの温度
と、ＣＦ₄分解率および一酸化チッ素（ＮＯ）の発生量
との関係を示すグラフである。

【図１３】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置を
用いてＣＦ₄分解率および一酸化チッ素（ＮＯ）の発生
量の時間変化を、処理温度をパラメータとして調べた結
果を示すグラフである。

【図１４】本発明の有機ハロゲン含有ガス処理装置の
一形態を示す図である。

【図１５】本発明で使用される風路の一形態を示す図
である。

【図１６】本発明で使用される風路の一形態を示す図
である。

【図１７】従来の有機ハロゲン含有ガスの処理装置を
示す図である。

【図１８】図１７におけるプラズマ発生部を拡大した
図である。

【図１９】従来の放電管を用いないタイプのプラズマ
発生装置を示す図である。

【符号の説明】

１矩形導波管、１ａ開口、２マグネトロン、３
アイソレータ、４ａ方向性結合器、４ｂ方向性結合
器、５３スタブチューナー、６石英ガラス、７金
属ブロック、７ａプローブアンテナ、８プラズマ発
生電極、８ａプラズマ発生電極の冷却水入口、８ｂプ
ラズマ発生電極の冷却水出口、９処理ガス入口、１０
プラズマ発生電極フランジ、１０ａプラズマ発生電
極フランジ冷却水入口、１０ｂプラズマ発生電極フラ
ンジ冷却水出口、１１熱プラズマ、１２風路、１２
ａ風路、１２ｂ風路冷却水入口、１２ｃ風路冷却
水出口、１２ｄ風路冷却水、１３反応容器、１４
冷却水、１４ａ冷却水入口、１４ｂ冷却水出口、１
５排ガス出口、１６エッチング装置、１７ターボ分
子ポンプ、１８ドライポンプ、１９有機ハロゲン含
有ガス処理装置、２０水スクラバー、２１マイクロ
波熱プラズマ装置、２２酸排気処理設備、２３ａ誘
電体ブロック、２３ｂ誘電体ブロック、２４ａＯリ
ング溝、２４ｂＯリング溝、２５ａＯリング、２５
ｂＯリング、２６円筒、２７らせん状の邪魔板、２
８円筒型空洞共振器、２８ａ円筒型空洞共振器の絞
り、２８ｂ円筒型空洞共振器の端板、２９放電管、
３０ガス供給管、３１フロンガス、３２空気、３３
水蒸気発生器、３４容器、３５アルカリ水溶液、
３６スプレー噴水器、３７水噴霧口、３８給水
口、３９マイクロ波、４０ガスの流れ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土井雅史東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者葛本昌樹東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者和田昇東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内 (72)発明者吉田清彦東京都千代田区丸の内二丁目２番３号三菱電機株式会社内Ｆターム(参考） 4D002 AA19 AA22 AA23 AC10 BA02 BA07 CA01 DA35 EA01 EA05 4G075 AA03 AA37 BA05 BA06 CA26 DA02 EB01 EC01 EC06 EC09 EC21 EE02 FB04 FB06 FC15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】有機ハロゲン含有ガスを大気圧近傍で発
生する熱プラズマを用いて処理する方法において、熱プ
ラズマの中心部を通過するガスと周辺部を通過するガス
とを混合する有機ハロゲン含有ガスの処理方法。
【請求項２】前記有機ハロゲン含有ガスを２５００〜
３５００Ｋの温度で処理する請求項１記載の有機ハロゲ
ン含有ガスの処理方法。
【請求項３】前記有機ハロゲン含有ガスがチッ素を含
み、ＣＦ₄濃度の２倍以上の水分と、前記水分の等量以
上の酸素とにより前記有機ハロゲン含有ガスを処理した
のち、生じた二酸化チッ素を除去する請求項１または２
記載の有機ハロゲン含有ガス処理方法。
【請求項４】有機ハロゲン含有ガスを大気圧近傍で発
生する熱プラズマを用いて処理する装置において、熱プ
ラズマの中心部を通過するガスと周辺部を通過するガス
とを混合する手段を有する有機ハロゲン含有ガスの処理
装置。
【請求項５】前記混合する手段が、段階的に狭くなっ
たガスの流通路を備えた風路である請求項４記載の有機
ハロゲン含有ガスの処理装置。
【請求項６】前記風路が、２つ以上のブロックからな
り、円筒内に固定されてなる請求項５記載の有機ハロゲ
ン含有ガスの処理装置。
【請求項７】前記混合する手段が、円筒内にらせん状
の邪魔板を備えた風路である請求項４記載の有機ハロゲ
ン含有ガスの処理装置。
【請求項８】さらに反応容器内にガスの冷却手段を有
する請求項４、５、６または７記載の有機ハロゲン含有
ガスの処理装置。
【請求項９】さらに反応容器内にガスを冷却するため
のプラズマ発生電極フランジの冷却手段を有する請求項
４、５、６または７記載の有機ハロゲン含有ガスの処理
装置。
【請求項１０】さらに有機ハロゲン含有ガスを２５０
０〜３５００Ｋの温度で処理する手段を有する請求項
４、５、６、７、８または９記載の有機ハロゲン含有ガ
スの処理装置。
【請求項１１】さらにＣＦ₄濃度の２倍以上の水分
と、前記水分の等量以上の酸素とを添加する手段、およ
び生じた二酸化チッ素を除去する手段を有する請求項
４、５、６、７、８、９または１０記載の有機ハロゲン
含有ガスの処理装置。