JP2007522935A5

JP2007522935A5 -

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Publication number: JP2007522935A5
Application number: JP2006553678A
Authority: JP
Filing date: 2005-02-18
Publication date: 2011-05-12

Description

第１の形態において、本発明は、フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する方法を提供し、この方法は、プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成する段階と、室内へアパーチャ（開口）を通して生成されたプラズマ・ストリームを注入する段階と、加熱イオンを形成すべくプラズマ・ストリームに衝突するためにＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンの源（ソース）をプラズマ・ストリームへ運ぶ段階と、及びガス・ストリームを加熱イオンへ運ぶ段階とを具備する。

排ガス・ストリームにおけるＰＦＣ成分との後続反応対して、水又はアルコールのような、その適当な源から加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンが形成される方法を提供することによって、ガス・ストリームのＰＦＣ成分の破壊をもたらすために必要なエネルギーを低減することができ、かつその破壊の効率を根本的に改善することができるということが見出された。例えば、水の分解から形成されたＨ⁺及びＯＨ^-イオンは、周囲温度でそれゆえに、ごみの流れに導入される前に水が予めイオン化されていなかったならば必要とされる温度よりもさらに低い温度で、反応室内でガス・ストリームに包含されたＰＦＣと反応することが可能である。

アパーチャを通して室内へプラズマ・ストリームを注入することによって、別の利点は、プラズマ・ストリームを生成するために用いられる機器を排ガス・ストリーム又はＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンとＰＦＣの反応からの副生成物のいずれかと接触させないことによって提供される。結果として、機器の範囲のいずれか一つがプラズマ・ストリームを生成するために用いられうる。好適な実施形態では、プラズマは、プラズマ・ストリームを生成するためにプラズマ源ガスを分解すべく生成される。例えば、プラズマは、プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成するために直流源又は約５８０ｋＨｚ、１３．５６ＭＨｚ、２７ＭＨｚ、９１５ＭＨｚ又は２．４５ＧＨｚの周波数の放射を用いて生成されうる。代替的に、源ガスを分解するためにグロー放電が生成されうる。よく知られているように、グロー放電は、そのガスの絶縁破壊電圧よりも大きい電圧をガスに印加することによって形成される発光、熱プラズマである。また、プラズマ・ストリームは、例えば、コロナ放電又はアーク放電のような、グロー放電以外の放電によっても生成されうる。係る放電は、水冷式ノズル（陽極）と中央に位置している陰極との間に電気アークが生成されるプラズマ・ガンを用いて生成されうる。ソース・ガス、例えば、窒素又はアルゴンのような、不活性イオン化可能ガスのストリームは、電気アークを通り抜けかつそれによって解離される。ノズルから放出されるプラズマ・ストリームは、オープン酸素アセチレン炎に類似している。

プラズマ・ガンを用いてイオンを形成するために様々な技法を用いうる。第１の技法では、プラズマ・ストリームが形成され、かつ室内へのプラズマ・ストリームの注入の前に、その内の排ガス・ストリームを除去するためにこれらのイオンを含んでいるフレーム（炎）が室の中に注入されるように水（これらのイオンの適切なソースの例として）がストリームへ運ばれる。水は、ソース・ガスとは別に、又は水蒸気及びソース・ガスの両方を含む流体混合物内で、プラズマ・ストリームへ運ばれうる。第２の技法では、水及び排ガス・ストリームの両方が室内へ別々に運ばれる。水は、イオンがごみの流れのＰＦＣ成分と後続的に反応する室内で加熱イオンを形成するためにフレームによって分解される。第３の技法では、排ガス・ストリームが反応室内へのその注入の前にプラズマ・ストリームへ運ばれて、ＰＦＣ及び/又はＰＦＣから生成されたラジカルを備えうる、プラズマ・ストリーム及びガス・ストリームの両方が反応室内へ注入される。水は、アパーチャから上流でプラズマ・ストリームへ、即ち、ソース・ガス又は排ガス・ストリームの一つと共に、又はそれから別々に、運ばれうるし、又は、例えば、反応室へ直接、ノズルから下流でプラズマ・ストリームへ運ばれうる。この場合には、水は、ＰＦＣ及び/又はＰＦＣラジカルと反応するために室内で加熱イオンを形成するためにプラズマ・ストリームに衝突しうるし、及び/又はその除去のために室内でＰＦＣラジカルと直接反応しうる。そこで、第２の形態では、本発明は、フッ素化化合物-含有ガス流を処理する方法を提供し、この方法は、プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成する段階と、プラズマ・ストリームにガス流を加える段階と、反応室内へアパーチャを通してプラズマ・ストリーム及びガス・ストリームを注入する段階と、及びＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンのソースをプラズマ・ストリームへ運ぶ段階とを具備する。

好適な実施形態では、反応室内へプラズマ・ストリームを注入するために単一のプラズマ・ガンが用いられる。しかしながら、それぞれが共通又は対応するガス・ストリームを除去するために、同じ室内へ複数のプラズマ・ストリームを注入すべく複数の係るプラズマ・ガンを供給しうる。代替的に、複数のガス・ストリームが、単一のプラズマ・ストリームが注入される、単一の室へ運ばれうる。これは、ごみの流れの処理の効率を更に増大する。これらのガンは、共通の電源又は対応する電源に接続されうる。

室内で発生している反応の本質により、ガス・ストリーム内のフッ素化化合物の除去は、例えば、周囲温度から１５００°Ｃの範囲の温度に、室を加熱することによって促進されうる。例えば、室は、４００°Ｃから１５００°Ｃの範囲、より好適には５００°Ｃから１０００°Ｃの範囲の温度に加熱されうる。

イオン源は、触媒、例えば、タングステン、シリコン（ケイ素）及び鉄の一つの上を通して室内に注入されうる。

第３の形態では、本発明は、フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する装置を提供し、この装置は、反応室と、プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成しかつ生成されたプラズマ・ストリームをアパーチャを通して室内へ注入する手段と、加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンを形成するためにプラズマ・ストリームに衝突するためにＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンのソースをプラズマ・ストリームへ運ぶ手段と、及び加熱イオンへガス・ストリームを運ぶ手段とを備えている。

第４の形態では、本発明は、フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する装置を提供し、この装置は、反応室と、プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成する手段と、プラズマ・ストリームへガス・ストリームを運ぶ手段と、反応室内へアパーチャを通してプラズマ・ストリーム及びガス・ストリームを注入する手段と、及びＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンのソースをプラズマ・ストリームへ運ぶ手段とを備えている。

また、本発明は、半導体製造処理ツールからの排流体ストリームを処理する方法も提供し、この方法は、イオン化流体ストリームを反応室内へ注入する段階と、及び排流体ストリームを室へ運ぶ段階とを具備し、イオン化流体ストリームは、排流体ストリームの成分と反応するためのリアクティブ（反応性）・スペシーズを包含するか、又はリアクティブ・スペシーズを形成するために室へ運ばれたリアクティブ流体に衝突するかのいずれかである。

図４を参照すると、除去装置１６は、排出ストリームを受け容れるための第１の注入口１８と、イオン源を受け容れるための第２の注入口２８と、及び除去処理からの副生成物を包含している流動体ストリーム及び除去装置１６に入って行く排出ストリーム内に包含されたその他の、除去されないガスを室４０から排出するための排出口２２とが形成されている反応室４０を備えている。除去装置１６は、導管３６から窒素ストリームを受け容れかつプラズマ・トーチ４２のアパーチャ又はノゾル４４から放出されたフレーム（炎）の形式で室４０の中に注入されるプラズマ・ストリームを生成するための直流プラズマ・トーチ４２を更に備えている。図４に示すように、また、プラズマ・トーチ４２は、図４の４６で一般的に示された導管装置を介してトーチに出入りする水冷却液(water coolant)の流れも受け容れる。

プラズマ・トーチ４２の動作において、パイロット・アークが電子エミッタ４８と始動電極５４との間でまず生成される。アークは、トーチ用電源に関連付けられた発電機によって典型的に供給される高周波数、高電圧信号によって生成される。この信号は、空洞５８を流れているプラズマ源ガスに火花放電を誘発し、かつこの放電は、電流路を供給する。電子エミッタ４８と始動電極５４との間にそのように形成されたパイロット・アークは、ノズル４４の先端からイオン化された源ガスの高運動量プラズマ・フレームを生成すべくノズル４４を通り抜けるプラズマ源ガスをイオン化する。フレームは、プラズマ領域６２を定義すべくノズル４４を取り囲んでいる二次陽極６０に向けてノズルから移行する。二次陽極６０は、室４０の壁の部分によって形成されうるか、又は室４０の中に挿入された別個の部位でありうるし、その場合には、二次陽極６０は、イオン源及び排出ストリームをプラズマ領域６２へ運ぶことができるように室４０の注入口１８、２８に位置合せするアパーチャ６４、６６が設けられうる。二次陽極６０の（図示した）下部は、プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成するために二次陽極が始動電極５４の代わりに使用できるように、図５に示したように輪郭を描きうる。

上記例により示されるように、ガス・ストリームから様々な異なる成分を取り除くために同じイオンを用いうる。その結果として、除去装置は、類似又は異なる処理ツールから複数のガス・ストリームを受け容れ、かつそれらのガス・ストリームの類似又は異なる成分を二次除去装置７０によって処理することができるスペシーズに変換することに適している。例えば、図６に示すように、除去装置は、更なるガス・ストリームがプラズマ領域６２へ運ばれることができるように二次陽極６０に設けられている更なるアパーチャ６４ａを有し、導管２０ａを介して更なるガス・ストリームを受け容れるための更なる注入口が設けられうる。

上記例１では、イオンは、室４０に入って行く排出ストリームのＣＦ₄成分と反応するので、イオンとの反応の前にＣＦ₄を分解するために排出ストリームがプラズマ・フレアを通り抜けることは重要ではない。対照的に、上記例２では、イオン源によって生成されたイオンとより反応性があるスペシーズにＮＦ₃を分解するためにプラズマ・ストリームを通して排出ストリームを運ぶことが望ましい。図４から６に示した例では、排出ストリームは、ＰＦＣがプラズマ領域を通り抜けるようにプラズマ領域６２の近傍の室４０へ運ばれうる。

例えば、説明した例ではプラズマ除去装置１６は、それぞれが排出ストリーム、イオン源及びプラズマ源ガスの対応する一つを受け容れる３つの別々の注入口を有していたが、注入口の数は、例えば、イオン源も包含しているストリームでプラズマ源ガスをプラズマ・トーチへ運ぶことによって低減されうる。図７は、プラズマ源ガス及びイオン源が両方ともに注入口３４を通してプラズマ・トーチ４２へ運ばれる図５に示したプラズマ・トーチの変更を示す。代替的に、図８に示すように、第２の注入口２８は、プラズマ・トーチの電極４８、５４の間に配置された空洞５８に直接イオン源を供給するように構成されうる。これらの変更の両方において、イオン源は、分解状態で、即ち、ガス・ストリームのフルオロカーボン成分と反応するためにイオンを包含している反応室に注入されたプラズマ・ストリームを伴って、ノゾルを通して反応室４０に入って行く。

処理システムの一例を概略的に示す図である。処理システムの別の例を概略的に示す図である。図１又は図２の処理システムのプラズマ除去装置への流動体供給を示す図である。図３のプラズマ除去装置の詳細を示す図である。図４の装置における使用に適するプラズマ・トーチの一実施形態を示す図である。除去装置に入力する複数のガス・ストリームを有する図５のトーチの使用を示す図である。図４の装置における使用に適するプラズマ・トーチの第２の実施形態を示す図である。図４の装置における使用に適するプラズマ・トーチの第３の実施形態を示す図である。

Claims

フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する方法であって、
プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成する段階と、
室(40)内へアパーチャ(44)を通して前記生成されたプラズマ・ストリームを注入する段階と、
室(40)内へプラズマ・ストリームを注入する前に、加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンを形成すべく前記プラズマ・ストリームに衝突するためにＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンの源を該プラズマ・ストリームへ運ぶ段階と、
前記ガス・ストリームを前記加熱イオンへ運ぶ段階と、
室(40)内で前記加熱イオンと反応させるために前記ガス・ストリームを室(40)へ直接運ぶ段階と、を具備することを特徴とする方法。
フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する方法であって、
プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成する段階と、
室(40)内へアパーチャ(44)を通して前記生成されたプラズマ・ストリームを注入する段階と、
加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンを形成すべく前記プラズマ・ストリームに衝突するためにＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンの源を該プラズマ・ストリームへ運ぶ段階と、を具備し、前記加熱イオン源は、前記室(40)へ運ばれ、
室(40)内で前記加熱イオンと反応させるために前記ガス・ストリームを室(40)へ直接運ぶ段階をさらに具備することを特徴とする方法。
前記プラズマ源ガスは、不活性イオン化可能ガスである請求項１又は２に記載の方法。
前記プラズマ・ストリームは、二つの電極間に電界を発生し、かつ前記プラズマ・ストリームを形成すべく前記電極間に前記プラズマ源ガスを運ぶことによって形成される請求項１から３のいずれか１項に記載の方法。
前記電極の一つは、前記室の壁の少なくとも部分を形成する請求項４に記載の方法。
前記プラズマ・ストリームは、前記電極の一つに形成されたアパーチャを通して前記室内へ注入される請求項４又は５に記載の方法。
前記イオン源は、プラズマ源ガスを含むストリーム中で前記プラズマ・ストリームへ運ばれる請求項１に記載の方法。
前記イオン源は、前記プラズマ源ガスとは別に前記プラズマ・ストリームへ運ばれる請求項１に記載の方法。
前記イオン源は、前記ガス・ストリームとは別に前記室内へ運ばれる請求項８に記載の方法。
前記プラズマ・ストリームは、大気圧の前後又はそれ以下で生成される請求項１から９のいずれか１項に記載の方法。
前記プラズマ・ストリームは、直流プラズマ・トーチを用いて生成される請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
前記イオン源は、水及び水蒸気の一つである請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
前記イオン源は、アルコール、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、２−プロパノール、及びブタノールの一つである請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
前記イオン源は、水素、炭化水素、アンモニア、及びパラフィンの一つである請求項１から１１のいずれか１項に記載の方法。
前記室は、周囲温度から１２００℃の範囲の温度にある請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
前記室は、周囲温度にある請求項１５に記載の方法。
前記室は、４００℃から１０００℃の範囲の温度にある請求項１５に記載の方法。
前記室は、１０^-3ｍｂａｒから２０００ｍｂａｒの範囲の圧力にある請求項１から１７のいずれか１項に記載の方法。
前記イオン源は、触媒の上を通して前記室内へ運ばれる請求項１から１８のいずれか１項に記載の方法。
前記触媒は、タングステン、ケイ素、鉄、ロジウム、及びプラチナの一つである請求項１９に記載の方法。
前記ガス・ストリームは、前記室から洗浄装置へ後続して運ばれる請求項１から２０のいずれか１項に記載の方法。
前記ガス・ストリームは、前記室から反応性媒体へ後続して運ばれる請求項１から２１のいずれか１項に記載の方法。
前記フッ素化化合物は、ＣＦ₄、Ｃ₂Ｆ₆、ＣＨＦ₃、Ｃ₃Ｆ₈、Ｃ₄Ｆ₈、ＮＦ₃、及びＳＦ₆の一つである請求項１から２２のいずれか１項に記載の方法。
フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する装置であって、
反応室(40)と、
プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成しかつ当該生成されたプラズマ・ストリームをアパーチャを通して前記室(40)内へ注入する手段(42)と、
加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンを形成すべく前記プラズマ・ストリームに衝突するためにＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンの源をプラズマ・ストリームへ運ぶ手段(30, 28)と、
加熱イオンへ前記ガス・ストリームを運ぶ手段(18, 20)と、を備え、
ＯＨ ^- 及び/又はＨ ⁺ イオンの源をプラズマ・ストリームへ運ぶ手段(30, 28)は、室(40)内へプラズマ・ストリームを注入する前に、ＯＨ ^- 及び/又はＨ ⁺ イオンの源を該プラズマ・ストリームへ運ぶように構成されており、加熱イオンへ前記ガス・ストリームを運ぶ手段(18, 20)は、前記ガス・ストリームを室(40)へ直接運ぶように構成されていることを特徴とする装置。
フッ素化化合物-含有ガス・ストリームを処理する装置であって、
反応室(40)と、
プラズマ源ガスからプラズマ・ストリームを生成しかつ当該生成されたプラズマ・ストリームをアパーチャを通して前記室(40)内へ注入する手段(42)と、
加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンを形成すべく前記プラズマ・ストリームに衝突するためにＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンの源をプラズマ・ストリームへ運ぶ手段(30, 28)と、
加熱イオンへ前記ガス・ストリームを運ぶ手段(18, 20)と、を備え、
ＯＨ ^- 及び/又はＨ ⁺ イオンの源をプラズマ・ストリームへ運ぶ手段(30, 28)は、ＯＨ ^- 及び/又はＨ ⁺ イオンの源を該プラズマ・ストリームへ運ぶように構成されており、加熱イオンへ前記ガス・ストリームを運ぶ手段(18, 20)は、前記ガス・ストリームを室(40)へ直接運ぶように構成されていることを特徴とする装置。
前記プラズマ・ストリームを生成する手段は、二つの電極間に電界を発生する手段と、及び、前記プラズマ・ストリームを形成すべく前記電極間へ前記プラズマ源ガスを運ぶ手段とを備えている請求項２４又は２５に記載の装置。
前記電極の一つは、前記室の壁の少なくとも部分を形成する請求項２４又は２５に記載の装置。
前記アパーチャは、前記電極の一つに形成される請求項２６又は２７に記載の装置。
ＯＨ ^- 及び/又はＨ ⁺ イオンの源をプラズマ・ストリームへ運ぶ前記手段は、前記加熱ＯＨ^-及び/又はＨ⁺イオンへ前記ガス・ストリームを運ぶ前記手段とは別である請求項２４から２８のいずれか１項に記載の装置。