JP2004154654A - プラズマ反応装置および方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＰＦＣガス、あるいはフロンガス等のＨＦＣ化合物などを、高温で無害な物質に分解するプラズマ反応装置で、大気圧下で反応させ、高温、高密度のプラズマにより効率的に分解する。
【解決手段】減圧下で反応炉３にプラズマ励起ガスとしての不活性ガスを供給（３）し、反応炉の内部に磁界を発生させ、減圧状態から徐々に圧力を上げる（２１）ことで、反応炉内部の全体が輝く初期行程、反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマを維持し、その状態で被処理ガスと反応ガスを供給して、被処理ガスを分解処理する。
【選択図】 図１
【解決手段】減圧下で反応炉３にプラズマ励起ガスとしての不活性ガスを供給（３）し、反応炉の内部に磁界を発生させ、減圧状態から徐々に圧力を上げる（２１）ことで、反応炉内部の全体が輝く初期行程、反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマを維持し、その状態で被処理ガスと反応ガスを供給して、被処理ガスを分解処理する。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置などの酸化膜エッチング装置で使用されるＰＦＣ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ） 及び／又はＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの有機ハロゲンガスを、高温で無害な物質に分解する反応装置、および反応方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置である酸化膜エッチング装置で使用されるＰＦＣガス、すなわち炭素、フッ素、および水素からなるフロンガス化合物、具体的にはＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣＨＦ３、Ｃ５Ｆ８、及びＳＦ６などのガスは、地球温暖化するガスであり、ＣＯ２ガスに比べて約６０００倍の温暖化効果がある。しかも、寿命はＣＯ２が約１００年に対して、ＰＦＣガスは数千年から数万年と非常に長い。大気中に廃棄することなく、適切に分解処理され無害な物質に戻すことが必要とされる。
【０００３】
また、冷媒などに用いられるフロンガスに代表されるＰＦＣ及び／又はＨＦＣ化合物は、地球温暖化するものであり、やはり大気中に廃棄することなく、適切に分解処理され無害な物質に戻すことが必要とされる。その他、トリクロロエチレンなど有機化合物中に臭素、塩素、フッ素を含むものも、地球環境に対して有害な化合物である。このようなガスを分解処理する方法として、従来は、大きく分けて、燃焼法、触媒法、およびプラズマ法があった。
【０００４】
このうちプラズマ法は、他の二つの方法に比べ、供給するエネルギーは最も少なく、効率的である。例えば、特開平９ー２７６６９１号公報の技術がある。
この技術は、有機ハロゲン化合物ガスであるフロンガスを高温で分解して処理するもので、反応炉の内部を２００〜４００Ｔｏｒｒに保ち、プラズマ励起ガスに空気とＡｒガスを用い、プラズマトーチにＰＦＣ及び／又はＨＦＣを供給し、発生させたプラズマによりＰＦＣ及び／又はＨＦＣを分解・燃焼させる方法である。
【０００５】
また、半導体製造装置から排出されるＰＦＣガスを含むガスを分解する際、大気圧で行なう場合には、エッチングガスを排気するためのポンプに必要なパージガスとしての窒素とエッチングガスであるＰＦＣ及び／又はＨＦＣガスが混合されたガスをプラズマで分解することになる。この場合には窒素ガス中のＰＦＣ濃度高める装置が必要となり、装置が煩雑になる。
【０００６】
また、大気圧より低い低圧、例えば２００から４００Ｔｏｒｒのプラズマを発生させてＰＦＣガスを分解する方法も知られているが、ＰＦＣを分解した際に有毒なＣＯガスが発生して、その処理が煩雑になるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ法は、前述の通り、通常、減圧下、例えば２００から４００Ｔｏｒｒで行われるものであり、大気圧（圧力は７６０Ｔｏｒｒ）でないため、常時差圧に耐える耐圧密閉容器として反応炉を準備しなければならない。また、減圧下でＰＦＣ及び／又はＨＦＣを水素又は水蒸気で分解すると、ＣＯガスが発生するので、ガスの後処理設備が必要になる。
【０００８】
また、得られたプラズマが高温であればあるほど、すなわちプラズマのエネルギー密度が高ければ高いほど、分解反応は促進され、分解効率がよい。したがって、そのような高温、高密度のプラズマを得ることが期待される。
【０００９】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、大気圧下で反応を進行させ、高温、高密度のプラズマが得られ分解効率がよいプラズマ反応装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明の第１の態様は、ＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する、以下の手段を有することを特徴とするプラズマ反応装置である。
（１）前記被処理ガスをプラズマの高温により分解処理するための反応炉と、
（２）前記反応炉にＰＦＣ及び／又はＨＦＣを供給する供給手段と、
（３）前記反応炉にプラズマ励起ガスとしての不活性ガスを供給するガス供給手段と、
（４）前記反応炉に反応ガスを供給して、前記被処理ガスと反応させ、前記被処理ガスを分解処理するための反応ガス供給手段と、
（５）前記不活性ガスの放電を開始させる点火手段と、
（６）前記反応炉の内部に磁界を発生させる手段と、
（７）前記反応炉を反応炉内部の全体を発光させる初期行程、反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマを維持するプラズマ調整手段。
【００１１】
発明の第２の態様は、前記被処理ガスは、ＰＦＣ（「ＰＦＣ及び／又はＨＦＣ」は既に第１の態様で指定ますので不要です。ＰＦＣのみを特定するためです）ガスであり、前記反応ガスは、Ｈ２ガスおよびＯ２ガス、またはＨ２Ｏ蒸気であることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１２】
発明の第３の態様は、前記点火手段は、反応炉外に配設された電極とアース間との間に放電を発生させる電源と、を備えていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１３】
発明の第４の態様は、前記磁界を発生させる装置は、反応炉外周に備えたコイルと前記コイルに高周波を供給する電源装置と、を備えていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１４】
発明の第５の態様は、前記磁界を発生させる装置は、マイクロ波発生装置であることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１５】
発明の第６の態様は、前記不活性ガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１６】
発明の第７の態様は、前記不活性ガスがアルゴンである場合には、前記プラズマ調整手段は、前記反応炉内の圧力を１Ｔｏｒｒ以下から徐々に圧力を大気圧まで上昇させる圧力調整手段であることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１７】
発明の第８の態様は、前記不活性ガス供給手段は、大気圧下から放電を開始する場合には、不活性ガスとしてヘリウムガスガスを用い大気圧下でプラズマを点火し、プラズマが点火後において、ヘリウムガスからアルゴンガスに切り替えるガス切り替える機能を備えていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１８】
発明の第９の態様は、前記反応炉は、内側の円筒状の絶縁体耐火物管と、外側の円筒状の絶縁体耐火物とからなり、該両者の中間が冷媒で冷却される構造になっていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１９】
発明の第１０の態様は、（１）プラズマ反応炉と、（２）前記反応炉に被処理ガスの供給手段と、前記反応炉にプラズマ安定ガスとして不活性ガスの供給手段と、前記反応炉に前記被処理ガスを分解処理するための反応ガス供給手段と、を備え、（３）前記反応炉内にプラズマを点火する手段と、（４）前記反応炉の内部に磁界を発生させる手段と、を備えたプラズマ反応装置を用い、以下の行程を備えたＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法である。
（５）前記反応炉不活性ガスと反応ガスとを供給する工程と、
（６）前記不活性ガスをプラズマ状態にする点火する工程と、
（７）前記プラズマに磁界を加える工程と、
（８）反応炉内部の全体が発光する初期行程と、
（９）反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程と、
（１０）大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程。
【００２０】
発明の第１１の態様は、前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とするＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法。
【００２１】
発明の第１２の態様は、前記被処理ガスは、ＰＦＣ（「ＰＦＣ及び／又はＨＦＣ」は不要です。第１０で指定してあります）ガスであり、前記反応ガスは、Ｈ２ガスおよびＯ２ガス、またはＨ２Ｏ蒸気であることを特徴とするＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図１〜図４、図５（Ｂ）に示す。
（装置の全体概略）
この実施形態のプラズマ反応装置１は、ＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガス、例えばＰＦＣガスであるＣＦ４を高温で反応させ分解して処理するためのものである。ＣＦ４ガスは十分に高温の雰囲気で、Ｈ２ガスやＯ２ガスと反応して、ＨＦガスやＣＯ２ガスに分解される。
【００２３】
図１、図２に示すように、被処理ガスをプラズマの高温により分解処理するための概略円筒状の反応炉３に対し、その一端に、被処理ガスであるＰＦＣとしてＣＦ４を供給する被処理ガス供給手段５、例えば半導体製造装置に接続され、途中にポンプ、流量計等を備えた配管（図示せず）が接続されている。更に、プラズマ励起ガスとしての不活性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム等を供給するガス供給手段７、例えばポンプ、流量計等を備えた配管、および被処理ガスと反応させる反応ガスとしてのＨ２ガスおよびＯ２ガスを供給する反応ガス供給手段９、例えば途中にポンプと流量計等を備えた配管が接続される。
【００２４】
また、円筒状の反応炉３の長手方向の中央の周りには、磁界を発生させる手段として、例えば高周波コイル１１が螺旋状に配置されて、マッチング回路１３を介して、高周波電源１５と接続され、磁力を反応炉の内部に供給し、磁界を発生させる。 磁界を発生させる手段としては、高周波に限定されず、マイクロ波でもよい。なお、マイクロ波の場合はコイルの代わりに空洞共振器を使用する。高周波電源１５には、電圧調整手段１７が取り付けられる。
【００２５】
また、放電を最初に発生させる点火手段１９が設けられる。上記点火手段は、例えば、反応炉３外に配設された金属製電極とその周辺のアースを用いる。反応炉の他端には、処理されたガスに含まれるＨＦガスやＣＯ２ガスの吸収除去を行う後処理手段１９が接続される。ＨＦは各種のアルカリ剤で吸収し、ＣＯ２ガスはソダ類を利用する。この他端には、プラズマ調整手段２１が設けられ、不活性ガスがアルゴンの場合には、反応炉３内の圧力を約１Ｔｏｒｒの減圧状態から徐々に大気圧に上げることで、反応炉３内部の放電・プラズマ状態を後述する初期行程、過渡期行程、および安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマに維持することができる。
【００２６】
大気圧下から放電を開始する場合には、不活性ガスとしてヘリウムガスガスを用い、大気圧下でプラズマを点火し、その後はアルゴンガスに徐々に切り替えることが望ましい。この切り替え手段は不活性供給手段が行う。
【００２７】
（反応炉と冷媒供給手段）
プラズマによって熱せられた各部を冷却するために、冷媒供給手段２３が設けられる。図２、図３に示すように、反応炉３は、例えば、外周が円筒状の透明な耐熱性の石英管４５からなる。反応炉の両端には、それぞれ石英管２７、２９が接続され、被処理ガスを導入し、排出する。この反応炉の両端と中央には、水等の冷媒を供給する冷媒供給手段２３が接続される。
【００２８】
すなわち、例えば石英管２７は円柱状のブロック３１に同心に貫通して固定される。この管２７とブロック３１との間のシールは、石英管２７が貫通するブロック３１の端部に、例えばリング状のフッ素系Ｏリング３３が配置され、このＯリング３３が締め具３５に押圧され、この締め具３５を押さえる蓋体３７が、円柱状のブロック３１の端部に被され、ネジ３９により螺合し、締め付けが行われることでシールされる。
【００２９】
このブロック３１の内部には冷媒、例えば水が流れる空洞４１が形成され、この空洞４１に連通してブロック３１の側面には、一対の石英管等の水冷管４３が接続される。
円筒状の絶縁管２５の長手方向中央は、絶縁管２５を覆う筒状の透明石英管４５が設けられ、この石英管４５と絶縁管２５の周面との間に、冷媒が流れる間隙４７が形成される。この間隙４７に連通して、石英管４５を外側から保持する円筒状のブロック４９の側面に、石英管等の水冷管５１、５３が接続される。
【００３０】
この石英管４５と絶縁管２５周面とのシールは、２箇所で行われる。第１箇所は、ブロック４９の端部に、リング状のＯリング５５が配置され、このＯリング５５が締め具５７に押圧され、この締め具５７を押さえる蓋体５９が、円柱状のブロック４９の端部に被されネジ６１により螺合し、締め付けが行われることで、ブロック４９と絶縁管２５周面とのシールがなされる。
【００３１】
第２箇所は、絶縁体４５と接する側のブロック４９の端部に、リング状のＯリング６３が配置され、このＯリング６３が締め具６５に押圧され、この締め具６５を押さえる蓋体６７が、円柱状のブロック４９の端部に被されネジ６９により螺合し、締め付けが行われることで、ブロック４９と石英管４５とのシールがなされる。
【００３２】
以上の水冷管４３、４３、５１が設けられる構造は、円筒状の絶縁管２５の両端に対称に設けられる。 また、高周波コイル１１は、内部に冷媒が流れるよう銅パイプからなる。 これら水冷管４３、４３、５１や高周波コイル１１には、冷媒供給手段２３から、冷媒が供給され、循環して使用される。
【００３３】
（高周波コイル）
反応炉に磁界を供給する手段として、高周波コイル１１は、螺旋状に配置されて磁界を発生することからＬカップリングと呼ばれ、１対となって配置される両電極間に電圧がかけられるＣカップリングと区別される。望ましい周波数は１ＭＨｚから５０ＭＨｚ、電圧は１０００から１００００Ｖｏｌｔが望ましい。
高周波コイルに替えて、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生装置を設けてもよい。
【００３４】
（点火手段）
点火手段は、例えば、反応炉３の外に配置される電極７３と、反応炉３のアースが対となって配置され、電極７３に電圧がかけられるＣカップリングとなっている。１０００から１００００Ｖｏｌｔの交流電圧が望ましい。Ｃカップリング装置に替えてテスラ変圧器も利用できる。
【００３５】
（実験条件）
実験装置：本実施形態に係る図１〜図３に示す大気圧プラズマ反応装置１
高周波電源の高周周波数：２７ＭＨＺ
反応炉内圧力：１Ｔｏｒｒから徐々に昇圧し大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に戻す
被処理ガスを処理する処理反応時の炉内圧力：大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）
プラズマ励起ガス：Ａｒガス
被処理ガス：ＰＦＣガスであるＣＦ４
【００３６】
（実験行程）
［１］反応炉３としての放電管を、調整手段２１としての小型真空ポンプで約１Ｔｏｒｒに減圧する。
【００３７】
［２］不活性ガス供給手段３により、内径２６ｍｍ（外径３０ｍｍ）の反応炉３内にＡｒガスを１〜２Ｌ／分、ＣＦ４を５０ｍｌ／分、ＣＦ４を分解するに十分な水蒸気を供給した。
【００３８】
［３］高周波コイル１１により反応炉３内に高周波電力を供給すると共に、点火手段１９であるＣカップリング電極により、高電圧を反応炉３に供給する。
【００３９】
［４］この高電圧により、ガスの電離が発生し、グロー放電が生じる。これにより反応炉３の内部の全体が青紫に輝く初期行程が得られる（図４（Ａ））。このグロー放電では、反応炉３内の浮遊容量を通して高周波電力が供給される。反応炉３内の中性分子と、反応炉３の内壁から供給される電子とによる衝突により、更に２次電子が増加し、放電が維持される。
【００４０】
［５］この状態で反応炉３内の気圧を少しずつ上げる。約３０秒で１Ｔｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒ位の速さで上げる。この速さの調節により、炉内で次のように放電状態を変化させる。
【００４１】
［６］はじめ、点火手段１９であるＣカップリング電極から高周波電力が供給されることでグロー放電が維持された状態から、次第に圧力を上げることで、分子の平均自由行程は短くなり、電界の高い領域での放電が多くなり、炉内の輝く領域は狭くなる。すなわち、筒状の反応炉３内部のほぼ中央が、磁界に沿って縦方向に線状にほぼ白色に輝く過渡期行程が得られる（図４（Ｂ））。
【００４２】
［７］このように狭くなった領域での放電が強くなると、Ｌカップリングからの磁界の効果が多くなり、放電エネルギーは磁界から供給され、益々その領域の温度が上昇する。これにより線状に輝く部分は明るさを増し、線状から揺らぎを生じ、竜巻状に変動して、過渡期の後期の行程が得られる（図４（Ｃ））。
【００４３】
［８］さらに温度が上昇していき、グロー放電のときのような炉の内壁からの電子と中性分子との衝突による２次電子だけでなく、分子自身の温度上昇による熱電子放出も盛んになる。この熱電子による放電が維持されるようになり熱プラズマとなる。すなわち、反応炉３のほぼ中央が球状に明るく輝き、大気中での球状の熱プラズマ７５が形成され、安定期行程が得られる（図４（Ｄ））。この球状プラズマ７５の明るさは、肉眼でも相当に明るいことが確認され、プラズマの温度が通常のプラズマよりも相当に高いことが想像された。
【００４４】
［９］安定期行程の熱プラズマへ被処理ガスが供給されると、被処理ガスは熱により分解されて、電子を放出し、さらにプラズマが維持される。この状態で、本発明の実施形態の装置の運転が行われる。
【００４５】
［比較実験の実験条件］
ほぼ同様の電力、ほぼ同様の容積の反応炉を用いて比較実験を行った。
実験装置：同様な装置、但し、プラズマ発生装置としてＣカップリングの装置（反応炉の外側と内側に管状の電極を配設した装置）を利用した
高周波電源の高周周波数：２７ＭＨｚ
被処理ガスを処理する処理反応時の炉内圧力：大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）。
プラズマ励起ガス：Ａｒガス
被処理ガス：ＰＦＣガスであるＣＦ４ガス
【００４６】
［実験結果の比較］
反応後のガスをガスクロマトグラフ（質量分析器付き）で分析し、実験結果のグラフを図５に示す。グラフの縦軸は、物質の検出強度、横軸は時間軸である。図からわかるように、比較実験では、高周波電源の電圧を徐々に上げ、５００ｗから２０００ｗまで変化させたが、処理後の気体中から被処理ガスであるＣＦ４は検出され続けた（図５）。しかし、本発明の実施形態の実験では、電力を１０００ｗまで変化させた時点で、被処理ガスであるＣＦ４は検出されず、ほとんど完全に分解処理された（図６）。
【００４７】
［結果の評価］
この実施形態の装置で得られるプラズマの明るさが、通常のプラズマよりも相当に強いことが肉眼で確認され、温度も相当に高いことが想像され、これらのことは、図５に示すように、この実施形態の装置で分解効率がとても高いことで間接的に確認された。Ｃカップリングで大気圧下のプラズマとの比較実験では、ＰＦＣの分解率は９５．２％、使用電力は０．５ＫＷ／ｃｍ３であり、他方，本発明例では、上記分解率は９９．９９％、使用電力は０．１２ｋｗ／ｃｍ３であった。従って、消費電力が飛躍的に向上した。
【００４８】
このようなプラズマ反応装置としての好成績は、以下の原因によって起こされていることが推察できる。
すなわち、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）中でＣカップリング方法によるプラズマ放電では得られない高温のプラズマ放電が得られた。即ち、反応炉３内部の全体が輝く初期行程、反応炉３内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉３内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマ７５を維持することによって、特殊なプラズマ状態が得られていると推察できる。
【００４９】
その特殊性を生んだ一因として、Ｃカップリングに比べ、発生する磁場を強くできる高周波によるＬカップリングを採用し、強い磁場の中に電子を閉じこめることができたことがあると推察できる。
【００５０】
また、特殊性を生んだ一因として、プラズマ励起ガスとして主たるプラズマガスとしてＡｒガスを採用すると、Ｈｅガスに比べＡｒガスは熱伝導の面から、外部に熱を逃がしにくく、プラズマの温度を高く維持できたことがあると推察できる。
また、そのそも、大気圧下でのプラズマの実験があまりなされていなかったため、いままで特殊なプラズマ状態が発見できなかったと推察できる。
【００５１】
（他の実施形態）
以上の実施形態においては、被処理ガスは、ＰＦＣガスであったが、他の実施形態においては、フロンガスも処理できる。また、高温で分解して処理することが望ましいその他の被処理ガスであっても構わない。
【００５２】
また、以上の実施形態においては、点火手段はＣカップリングの電極でグロー放電を起こすものであったが、他の実施形態においては、他の手段、例えばテスラーブローブも利用できる。
また、以上の実施形態においては、励起ガスはＡｒガスとしたが、他の実施形態においては、Ａｒガスとヘリウムガス及びアルゴンガスと酸素ガスの混合ガスも使用できることが確認されている。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、これらの発明によれば、大気圧下で、球状に輝く安定したプラズマを維持できるので、大気圧下で被処理ガスの分解処理反応ができ、高温、高密度のプラズマが得られ分解効率がよい大気圧プラズマ反応装置および方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる大気圧プラズマ反応装置の全体図である。
【図２】図１の反応炉を示す拡大図である。
【図３】図２の要部を示す拡大図である。
【図４】図２に示す反応炉の内部のプラズマの変化を示す行程図で
（Ａ）は、反応炉の内部の全体が青紫に輝く初期行程の図
（Ｂ）は、反応炉内部のほぼ中央が、磁界に沿って縦方向に線状に輝く過渡期の前記の行程の図、
（Ｃ）は、線状に輝く部分は明るさを増し、線状から揺らぎを生じ、竜巻状に変動する過渡期の後期の行程の図
（Ｄ）は、反応炉のほぼ中央が球状に明るく輝き、大気中での球状の熱プラズマ７５が形成される安定期行程の図である。
【図５】この実施形態の効果を示すグラフ図で、比較記実験における被処理ガスＣＦ４を分解した後に残る量を示した図である。
【図６】本発明の実施形態の効果を示すグラフ図で、この実施形態による実験における被処理ガスＣＦ４を分解した後に残る量を示した図である。
【符号の説明】
１ 大気圧プラズマ反応装置
３ 反応炉
５ 被処理ガス供給手段
７ 不活性ガス供給手段
９ 反応ガス供給手段
１１ 高周波コイル
１３ マッチング回路
１５ 高周波電源
１７ 電圧調整手段
１９ 点火手段
２１ 調整手段
２３ 冷媒供給手段
２５ 絶縁管
２７、２９ 石英の管
３１ ブロック
３３ Ｏリング
３５ 締め具
３７ 蓋体
３９ ネジ
４１ 空洞
４３ 石英管の水冷管
４５ 石英管
４７ 冷媒が流れる間隙
４９ ブロック
５１、５３ 水冷管
５５ Ｏリング
５７ 締め具
５９ 蓋体
６１ ネジ
６３ Ｏリング
６５ 締め具
６７ 蓋体
６９ ネジ
７３ 電極
７５ 球状プラズマ
【発明の属する技術分野】
この発明は、半導体製造装置などの酸化膜エッチング装置で使用されるＰＦＣ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ） 及び／又はＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの有機ハロゲンガスを、高温で無害な物質に分解する反応装置、および反応方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造装置である酸化膜エッチング装置で使用されるＰＦＣガス、すなわち炭素、フッ素、および水素からなるフロンガス化合物、具体的にはＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８、ＣＨＦ３、Ｃ５Ｆ８、及びＳＦ６などのガスは、地球温暖化するガスであり、ＣＯ２ガスに比べて約６０００倍の温暖化効果がある。しかも、寿命はＣＯ２が約１００年に対して、ＰＦＣガスは数千年から数万年と非常に長い。大気中に廃棄することなく、適切に分解処理され無害な物質に戻すことが必要とされる。
【０００３】
また、冷媒などに用いられるフロンガスに代表されるＰＦＣ及び／又はＨＦＣ化合物は、地球温暖化するものであり、やはり大気中に廃棄することなく、適切に分解処理され無害な物質に戻すことが必要とされる。その他、トリクロロエチレンなど有機化合物中に臭素、塩素、フッ素を含むものも、地球環境に対して有害な化合物である。このようなガスを分解処理する方法として、従来は、大きく分けて、燃焼法、触媒法、およびプラズマ法があった。
【０００４】
このうちプラズマ法は、他の二つの方法に比べ、供給するエネルギーは最も少なく、効率的である。例えば、特開平９ー２７６６９１号公報の技術がある。
この技術は、有機ハロゲン化合物ガスであるフロンガスを高温で分解して処理するもので、反応炉の内部を２００〜４００Ｔｏｒｒに保ち、プラズマ励起ガスに空気とＡｒガスを用い、プラズマトーチにＰＦＣ及び／又はＨＦＣを供給し、発生させたプラズマによりＰＦＣ及び／又はＨＦＣを分解・燃焼させる方法である。
【０００５】
また、半導体製造装置から排出されるＰＦＣガスを含むガスを分解する際、大気圧で行なう場合には、エッチングガスを排気するためのポンプに必要なパージガスとしての窒素とエッチングガスであるＰＦＣ及び／又はＨＦＣガスが混合されたガスをプラズマで分解することになる。この場合には窒素ガス中のＰＦＣ濃度高める装置が必要となり、装置が煩雑になる。
【０００６】
また、大気圧より低い低圧、例えば２００から４００Ｔｏｒｒのプラズマを発生させてＰＦＣガスを分解する方法も知られているが、ＰＦＣを分解した際に有毒なＣＯガスが発生して、その処理が煩雑になるという問題がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ法は、前述の通り、通常、減圧下、例えば２００から４００Ｔｏｒｒで行われるものであり、大気圧（圧力は７６０Ｔｏｒｒ）でないため、常時差圧に耐える耐圧密閉容器として反応炉を準備しなければならない。また、減圧下でＰＦＣ及び／又はＨＦＣを水素又は水蒸気で分解すると、ＣＯガスが発生するので、ガスの後処理設備が必要になる。
【０００８】
また、得られたプラズマが高温であればあるほど、すなわちプラズマのエネルギー密度が高ければ高いほど、分解反応は促進され、分解効率がよい。したがって、そのような高温、高密度のプラズマを得ることが期待される。
【０００９】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、大気圧下で反応を進行させ、高温、高密度のプラズマが得られ分解効率がよいプラズマ反応装置および方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
発明の第１の態様は、ＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する、以下の手段を有することを特徴とするプラズマ反応装置である。
（１）前記被処理ガスをプラズマの高温により分解処理するための反応炉と、
（２）前記反応炉にＰＦＣ及び／又はＨＦＣを供給する供給手段と、
（３）前記反応炉にプラズマ励起ガスとしての不活性ガスを供給するガス供給手段と、
（４）前記反応炉に反応ガスを供給して、前記被処理ガスと反応させ、前記被処理ガスを分解処理するための反応ガス供給手段と、
（５）前記不活性ガスの放電を開始させる点火手段と、
（６）前記反応炉の内部に磁界を発生させる手段と、
（７）前記反応炉を反応炉内部の全体を発光させる初期行程、反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマを維持するプラズマ調整手段。
【００１１】
発明の第２の態様は、前記被処理ガスは、ＰＦＣ（「ＰＦＣ及び／又はＨＦＣ」は既に第１の態様で指定ますので不要です。ＰＦＣのみを特定するためです）ガスであり、前記反応ガスは、Ｈ２ガスおよびＯ２ガス、またはＨ２Ｏ蒸気であることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１２】
発明の第３の態様は、前記点火手段は、反応炉外に配設された電極とアース間との間に放電を発生させる電源と、を備えていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１３】
発明の第４の態様は、前記磁界を発生させる装置は、反応炉外周に備えたコイルと前記コイルに高周波を供給する電源装置と、を備えていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１４】
発明の第５の態様は、前記磁界を発生させる装置は、マイクロ波発生装置であることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１５】
発明の第６の態様は、前記不活性ガスがアルゴンガスであることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１６】
発明の第７の態様は、前記不活性ガスがアルゴンである場合には、前記プラズマ調整手段は、前記反応炉内の圧力を１Ｔｏｒｒ以下から徐々に圧力を大気圧まで上昇させる圧力調整手段であることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１７】
発明の第８の態様は、前記不活性ガス供給手段は、大気圧下から放電を開始する場合には、不活性ガスとしてヘリウムガスガスを用い大気圧下でプラズマを点火し、プラズマが点火後において、ヘリウムガスからアルゴンガスに切り替えるガス切り替える機能を備えていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１８】
発明の第９の態様は、前記反応炉は、内側の円筒状の絶縁体耐火物管と、外側の円筒状の絶縁体耐火物とからなり、該両者の中間が冷媒で冷却される構造になっていることを特徴とするプラズマ反応装置である。
【００１９】
発明の第１０の態様は、（１）プラズマ反応炉と、（２）前記反応炉に被処理ガスの供給手段と、前記反応炉にプラズマ安定ガスとして不活性ガスの供給手段と、前記反応炉に前記被処理ガスを分解処理するための反応ガス供給手段と、を備え、（３）前記反応炉内にプラズマを点火する手段と、（４）前記反応炉の内部に磁界を発生させる手段と、を備えたプラズマ反応装置を用い、以下の行程を備えたＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法である。
（５）前記反応炉不活性ガスと反応ガスとを供給する工程と、
（６）前記不活性ガスをプラズマ状態にする点火する工程と、
（７）前記プラズマに磁界を加える工程と、
（８）反応炉内部の全体が発光する初期行程と、
（９）反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程と、
（１０）大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程。
【００２０】
発明の第１１の態様は、前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とするＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法。
【００２１】
発明の第１２の態様は、前記被処理ガスは、ＰＦＣ（「ＰＦＣ及び／又はＨＦＣ」は不要です。第１０で指定してあります）ガスであり、前記反応ガスは、Ｈ２ガスおよびＯ２ガス、またはＨ２Ｏ蒸気であることを特徴とするＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を、図１〜図４、図５（Ｂ）に示す。
（装置の全体概略）
この実施形態のプラズマ反応装置１は、ＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガス、例えばＰＦＣガスであるＣＦ４を高温で反応させ分解して処理するためのものである。ＣＦ４ガスは十分に高温の雰囲気で、Ｈ２ガスやＯ２ガスと反応して、ＨＦガスやＣＯ２ガスに分解される。
【００２３】
図１、図２に示すように、被処理ガスをプラズマの高温により分解処理するための概略円筒状の反応炉３に対し、その一端に、被処理ガスであるＰＦＣとしてＣＦ４を供給する被処理ガス供給手段５、例えば半導体製造装置に接続され、途中にポンプ、流量計等を備えた配管（図示せず）が接続されている。更に、プラズマ励起ガスとしての不活性ガス、例えばアルゴン、ヘリウム等を供給するガス供給手段７、例えばポンプ、流量計等を備えた配管、および被処理ガスと反応させる反応ガスとしてのＨ２ガスおよびＯ２ガスを供給する反応ガス供給手段９、例えば途中にポンプと流量計等を備えた配管が接続される。
【００２４】
また、円筒状の反応炉３の長手方向の中央の周りには、磁界を発生させる手段として、例えば高周波コイル１１が螺旋状に配置されて、マッチング回路１３を介して、高周波電源１５と接続され、磁力を反応炉の内部に供給し、磁界を発生させる。 磁界を発生させる手段としては、高周波に限定されず、マイクロ波でもよい。なお、マイクロ波の場合はコイルの代わりに空洞共振器を使用する。高周波電源１５には、電圧調整手段１７が取り付けられる。
【００２５】
また、放電を最初に発生させる点火手段１９が設けられる。上記点火手段は、例えば、反応炉３外に配設された金属製電極とその周辺のアースを用いる。反応炉の他端には、処理されたガスに含まれるＨＦガスやＣＯ２ガスの吸収除去を行う後処理手段１９が接続される。ＨＦは各種のアルカリ剤で吸収し、ＣＯ２ガスはソダ類を利用する。この他端には、プラズマ調整手段２１が設けられ、不活性ガスがアルゴンの場合には、反応炉３内の圧力を約１Ｔｏｒｒの減圧状態から徐々に大気圧に上げることで、反応炉３内部の放電・プラズマ状態を後述する初期行程、過渡期行程、および安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマに維持することができる。
【００２６】
大気圧下から放電を開始する場合には、不活性ガスとしてヘリウムガスガスを用い、大気圧下でプラズマを点火し、その後はアルゴンガスに徐々に切り替えることが望ましい。この切り替え手段は不活性供給手段が行う。
【００２７】
（反応炉と冷媒供給手段）
プラズマによって熱せられた各部を冷却するために、冷媒供給手段２３が設けられる。図２、図３に示すように、反応炉３は、例えば、外周が円筒状の透明な耐熱性の石英管４５からなる。反応炉の両端には、それぞれ石英管２７、２９が接続され、被処理ガスを導入し、排出する。この反応炉の両端と中央には、水等の冷媒を供給する冷媒供給手段２３が接続される。
【００２８】
すなわち、例えば石英管２７は円柱状のブロック３１に同心に貫通して固定される。この管２７とブロック３１との間のシールは、石英管２７が貫通するブロック３１の端部に、例えばリング状のフッ素系Ｏリング３３が配置され、このＯリング３３が締め具３５に押圧され、この締め具３５を押さえる蓋体３７が、円柱状のブロック３１の端部に被され、ネジ３９により螺合し、締め付けが行われることでシールされる。
【００２９】
このブロック３１の内部には冷媒、例えば水が流れる空洞４１が形成され、この空洞４１に連通してブロック３１の側面には、一対の石英管等の水冷管４３が接続される。
円筒状の絶縁管２５の長手方向中央は、絶縁管２５を覆う筒状の透明石英管４５が設けられ、この石英管４５と絶縁管２５の周面との間に、冷媒が流れる間隙４７が形成される。この間隙４７に連通して、石英管４５を外側から保持する円筒状のブロック４９の側面に、石英管等の水冷管５１、５３が接続される。
【００３０】
この石英管４５と絶縁管２５周面とのシールは、２箇所で行われる。第１箇所は、ブロック４９の端部に、リング状のＯリング５５が配置され、このＯリング５５が締め具５７に押圧され、この締め具５７を押さえる蓋体５９が、円柱状のブロック４９の端部に被されネジ６１により螺合し、締め付けが行われることで、ブロック４９と絶縁管２５周面とのシールがなされる。
【００３１】
第２箇所は、絶縁体４５と接する側のブロック４９の端部に、リング状のＯリング６３が配置され、このＯリング６３が締め具６５に押圧され、この締め具６５を押さえる蓋体６７が、円柱状のブロック４９の端部に被されネジ６９により螺合し、締め付けが行われることで、ブロック４９と石英管４５とのシールがなされる。
【００３２】
以上の水冷管４３、４３、５１が設けられる構造は、円筒状の絶縁管２５の両端に対称に設けられる。 また、高周波コイル１１は、内部に冷媒が流れるよう銅パイプからなる。 これら水冷管４３、４３、５１や高周波コイル１１には、冷媒供給手段２３から、冷媒が供給され、循環して使用される。
【００３３】
（高周波コイル）
反応炉に磁界を供給する手段として、高周波コイル１１は、螺旋状に配置されて磁界を発生することからＬカップリングと呼ばれ、１対となって配置される両電極間に電圧がかけられるＣカップリングと区別される。望ましい周波数は１ＭＨｚから５０ＭＨｚ、電圧は１０００から１００００Ｖｏｌｔが望ましい。
高周波コイルに替えて、例えば２．４５ＧＨｚのマイクロ波発生装置を設けてもよい。
【００３４】
（点火手段）
点火手段は、例えば、反応炉３の外に配置される電極７３と、反応炉３のアースが対となって配置され、電極７３に電圧がかけられるＣカップリングとなっている。１０００から１００００Ｖｏｌｔの交流電圧が望ましい。Ｃカップリング装置に替えてテスラ変圧器も利用できる。
【００３５】
（実験条件）
実験装置：本実施形態に係る図１〜図３に示す大気圧プラズマ反応装置１
高周波電源の高周周波数：２７ＭＨＺ
反応炉内圧力：１Ｔｏｒｒから徐々に昇圧し大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）に戻す
被処理ガスを処理する処理反応時の炉内圧力：大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）
プラズマ励起ガス：Ａｒガス
被処理ガス：ＰＦＣガスであるＣＦ４
【００３６】
（実験行程）
［１］反応炉３としての放電管を、調整手段２１としての小型真空ポンプで約１Ｔｏｒｒに減圧する。
【００３７】
［２］不活性ガス供給手段３により、内径２６ｍｍ（外径３０ｍｍ）の反応炉３内にＡｒガスを１〜２Ｌ／分、ＣＦ４を５０ｍｌ／分、ＣＦ４を分解するに十分な水蒸気を供給した。
【００３８】
［３］高周波コイル１１により反応炉３内に高周波電力を供給すると共に、点火手段１９であるＣカップリング電極により、高電圧を反応炉３に供給する。
【００３９】
［４］この高電圧により、ガスの電離が発生し、グロー放電が生じる。これにより反応炉３の内部の全体が青紫に輝く初期行程が得られる（図４（Ａ））。このグロー放電では、反応炉３内の浮遊容量を通して高周波電力が供給される。反応炉３内の中性分子と、反応炉３の内壁から供給される電子とによる衝突により、更に２次電子が増加し、放電が維持される。
【００４０】
［５］この状態で反応炉３内の気圧を少しずつ上げる。約３０秒で１Ｔｏｒｒから約７６０Ｔｏｒｒ位の速さで上げる。この速さの調節により、炉内で次のように放電状態を変化させる。
【００４１】
［６］はじめ、点火手段１９であるＣカップリング電極から高周波電力が供給されることでグロー放電が維持された状態から、次第に圧力を上げることで、分子の平均自由行程は短くなり、電界の高い領域での放電が多くなり、炉内の輝く領域は狭くなる。すなわち、筒状の反応炉３内部のほぼ中央が、磁界に沿って縦方向に線状にほぼ白色に輝く過渡期行程が得られる（図４（Ｂ））。
【００４２】
［７］このように狭くなった領域での放電が強くなると、Ｌカップリングからの磁界の効果が多くなり、放電エネルギーは磁界から供給され、益々その領域の温度が上昇する。これにより線状に輝く部分は明るさを増し、線状から揺らぎを生じ、竜巻状に変動して、過渡期の後期の行程が得られる（図４（Ｃ））。
【００４３】
［８］さらに温度が上昇していき、グロー放電のときのような炉の内壁からの電子と中性分子との衝突による２次電子だけでなく、分子自身の温度上昇による熱電子放出も盛んになる。この熱電子による放電が維持されるようになり熱プラズマとなる。すなわち、反応炉３のほぼ中央が球状に明るく輝き、大気中での球状の熱プラズマ７５が形成され、安定期行程が得られる（図４（Ｄ））。この球状プラズマ７５の明るさは、肉眼でも相当に明るいことが確認され、プラズマの温度が通常のプラズマよりも相当に高いことが想像された。
【００４４】
［９］安定期行程の熱プラズマへ被処理ガスが供給されると、被処理ガスは熱により分解されて、電子を放出し、さらにプラズマが維持される。この状態で、本発明の実施形態の装置の運転が行われる。
【００４５】
［比較実験の実験条件］
ほぼ同様の電力、ほぼ同様の容積の反応炉を用いて比較実験を行った。
実験装置：同様な装置、但し、プラズマ発生装置としてＣカップリングの装置（反応炉の外側と内側に管状の電極を配設した装置）を利用した
高周波電源の高周周波数：２７ＭＨｚ
被処理ガスを処理する処理反応時の炉内圧力：大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）。
プラズマ励起ガス：Ａｒガス
被処理ガス：ＰＦＣガスであるＣＦ４ガス
【００４６】
［実験結果の比較］
反応後のガスをガスクロマトグラフ（質量分析器付き）で分析し、実験結果のグラフを図５に示す。グラフの縦軸は、物質の検出強度、横軸は時間軸である。図からわかるように、比較実験では、高周波電源の電圧を徐々に上げ、５００ｗから２０００ｗまで変化させたが、処理後の気体中から被処理ガスであるＣＦ４は検出され続けた（図５）。しかし、本発明の実施形態の実験では、電力を１０００ｗまで変化させた時点で、被処理ガスであるＣＦ４は検出されず、ほとんど完全に分解処理された（図６）。
【００４７】
［結果の評価］
この実施形態の装置で得られるプラズマの明るさが、通常のプラズマよりも相当に強いことが肉眼で確認され、温度も相当に高いことが想像され、これらのことは、図５に示すように、この実施形態の装置で分解効率がとても高いことで間接的に確認された。Ｃカップリングで大気圧下のプラズマとの比較実験では、ＰＦＣの分解率は９５．２％、使用電力は０．５ＫＷ／ｃｍ３であり、他方，本発明例では、上記分解率は９９．９９％、使用電力は０．１２ｋｗ／ｃｍ３であった。従って、消費電力が飛躍的に向上した。
【００４８】
このようなプラズマ反応装置としての好成績は、以下の原因によって起こされていることが推察できる。
すなわち、大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）中でＣカップリング方法によるプラズマ放電では得られない高温のプラズマ放電が得られた。即ち、反応炉３内部の全体が輝く初期行程、反応炉３内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉３内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマ７５を維持することによって、特殊なプラズマ状態が得られていると推察できる。
【００４９】
その特殊性を生んだ一因として、Ｃカップリングに比べ、発生する磁場を強くできる高周波によるＬカップリングを採用し、強い磁場の中に電子を閉じこめることができたことがあると推察できる。
【００５０】
また、特殊性を生んだ一因として、プラズマ励起ガスとして主たるプラズマガスとしてＡｒガスを採用すると、Ｈｅガスに比べＡｒガスは熱伝導の面から、外部に熱を逃がしにくく、プラズマの温度を高く維持できたことがあると推察できる。
また、そのそも、大気圧下でのプラズマの実験があまりなされていなかったため、いままで特殊なプラズマ状態が発見できなかったと推察できる。
【００５１】
（他の実施形態）
以上の実施形態においては、被処理ガスは、ＰＦＣガスであったが、他の実施形態においては、フロンガスも処理できる。また、高温で分解して処理することが望ましいその他の被処理ガスであっても構わない。
【００５２】
また、以上の実施形態においては、点火手段はＣカップリングの電極でグロー放電を起こすものであったが、他の実施形態においては、他の手段、例えばテスラーブローブも利用できる。
また、以上の実施形態においては、励起ガスはＡｒガスとしたが、他の実施形態においては、Ａｒガスとヘリウムガス及びアルゴンガスと酸素ガスの混合ガスも使用できることが確認されている。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、これらの発明によれば、大気圧下で、球状に輝く安定したプラズマを維持できるので、大気圧下で被処理ガスの分解処理反応ができ、高温、高密度のプラズマが得られ分解効率がよい大気圧プラズマ反応装置および方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかる大気圧プラズマ反応装置の全体図である。
【図２】図１の反応炉を示す拡大図である。
【図３】図２の要部を示す拡大図である。
【図４】図２に示す反応炉の内部のプラズマの変化を示す行程図で
（Ａ）は、反応炉の内部の全体が青紫に輝く初期行程の図
（Ｂ）は、反応炉内部のほぼ中央が、磁界に沿って縦方向に線状に輝く過渡期の前記の行程の図、
（Ｃ）は、線状に輝く部分は明るさを増し、線状から揺らぎを生じ、竜巻状に変動する過渡期の後期の行程の図
（Ｄ）は、反応炉のほぼ中央が球状に明るく輝き、大気中での球状の熱プラズマ７５が形成される安定期行程の図である。
【図５】この実施形態の効果を示すグラフ図で、比較記実験における被処理ガスＣＦ４を分解した後に残る量を示した図である。
【図６】本発明の実施形態の効果を示すグラフ図で、この実施形態による実験における被処理ガスＣＦ４を分解した後に残る量を示した図である。
【符号の説明】
１ 大気圧プラズマ反応装置
３ 反応炉
５ 被処理ガス供給手段
７ 不活性ガス供給手段
９ 反応ガス供給手段
１１ 高周波コイル
１３ マッチング回路
１５ 高周波電源
１７ 電圧調整手段
１９ 点火手段
２１ 調整手段
２３ 冷媒供給手段
２５ 絶縁管
２７、２９ 石英の管
３１ ブロック
３３ Ｏリング
３５ 締め具
３７ 蓋体
３９ ネジ
４１ 空洞
４３ 石英管の水冷管
４５ 石英管
４７ 冷媒が流れる間隙
４９ ブロック
５１、５３ 水冷管
５５ Ｏリング
５７ 締め具
５９ 蓋体
６１ ネジ
６３ Ｏリング
６５ 締め具
６７ 蓋体
６９ ネジ
７３ 電極
７５ 球状プラズマ
Claims (12)
- 被処理ガスを分解する、以下の手段を有することを特徴とするプラズマ反応装置。
（１）前記被処理ガスとしてＰＦＣ及び／又はＨＦＣをプラズマの高温により分解処理するための反応炉と、
（２）前記反応炉にＰＦＣ及び／又はＨＦＣを供給する供給手段と、
（３）前記反応炉にプラズマ励起ガスとしての不活性ガスを供給するガス供給手段と、
（４）前記反応炉に反応ガスを供給して、前記被処理ガスと反応させ、前記被処理ガスを分解処理するための反応ガス供給手段と、
（５）前記不活性ガスの放電を開始させる点火手段と、
（６）前記反応炉の内部に磁界を発生させる手段と、
（７）前記反応炉を反応炉内部の全体を発光させる初期行程、反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程、および大気圧で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程を経て、球状に輝く安定したプラズマを維持するプラズマ調整手段。 - 前記被処理ガスは、前記反応ガスは、Ｈ２ガスおよびＯ２ガス、またはＨ２Ｏ蒸気であることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応装置。
- 前記点火手段は、前記反応炉内に配設された電極とアースとの間に放電を発生させる電源と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
- 前記磁界を発生させる装置は、前記反応炉外周に備えたコイルと該コイルに高周波を供給する電源装置と、を備えていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
- 前記磁界を発生させる装置は、マイクロ波発生装置であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
- 前記不活性ガスがアルゴンガスであることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
- 前記不活性ガスがアルゴンである場合には、前記プラズマ調整手段は、前記反応炉内の圧力を約１Ｔｏｒｒから徐々に圧力を大気圧まで上昇させて大気圧を維持する圧力調整手段であることを特徴とする請求項６記載のプラズマ反応装置。
- 前記不活性ガス供給手段は、大気圧下から放電を開始する場合には、不活性ガスとしてヘリウムガスガスを用い大気圧下でプラズマを点火し、プラズマが点火後において、ヘリウムガスからアルゴンガスに切り替えるガス切り替える機能を備えていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
- 前記反応炉は、内側の円筒状の絶縁体耐火物と、外側の円筒状の絶縁体と、からなり、該両者の中間が冷媒で冷却される構造になっていることを特徴とする請求項１記載のプラズマ反応装置。
- （１）プラズマ反応炉と、（２）前記反応炉に被処理ガスを供給する手段と、前記反応炉にプラズマ安定ガスとして不活性ガスを供給する手段と、前記反応炉に前記被処理ガスを分解処理するための反応ガス供給手段と、を備え、（３）前記反応炉内にプラズマを点火する手段と、（４）前記反応炉の内部に磁界を発生させる手段と、を備えたプラズマ反応装置を用い、以下の行程を備えたＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法。
（５）前記反応炉に不活性ガスと反応ガスとを前記反応炉に供給する工程と、
（６）前記反応炉内の不活性ガスをプラズマ状態にするための点火工程と、
（７）前記プラズマに磁界を加える工程と、
（８）前記反応炉内部の全体が発光する初期行程と、
（９）前記反応炉内部のほぼ中央が磁界に沿って線状に輝く過渡期行程と、
（１０）前記反応炉内を大気圧下で反応炉内部のほぼ中央が球状に明るく輝く安定期行程。 - 前記不活性ガスは、アルゴンガスであることを特徴とする請求項１０記載のＰＦＣ及び／又はＨＦＣを含む被処理ガスを分解する方法。
- 前記被処理ガスは、ＰＦＣガスであり、前記反応ガスは、Ｈ２ガスおよびＯ２ガス、またはＨ２Ｏ蒸気であることを特徴とする請求項１０に記載のプラズマ反応方法。
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