JP2598435B2 - Exhaust gas discharge treatment equipment - Google Patents
Exhaust gas discharge treatment equipmentInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は排ガスを放電プラズマにより無害化処理する
装置に関する。更に詳しくは、真空を利用した薄膜形成
技術、例えば各種の化学的気相成長法、すなわち減圧CV
D法(Chemical Vapor Deposition)、プラズマCVD法、
光CVD法や、プラズマエッチング法等において排出され
る反応性ガスを真空減圧下において、少量から半導体製
造の工業的規模での多量に至るまで、プラズマ処理する
ことにより無害化する排ガスの放電処理装置に関する。The present invention relates to an apparatus for detoxifying exhaust gas by discharge plasma. More specifically, thin film forming technology using vacuum, for example, various chemical vapor deposition methods, that is, reduced pressure CV
D method (Chemical Vapor Deposition), plasma CVD method,
Exhaust gas discharge treatment equipment that detoxifies the reactive gas discharged in the photo-CVD method or plasma etching method from a small amount to a large amount on an industrial scale of semiconductor manufacturing under vacuum decompression by plasma treatment. About.
[従来技術] 真空を利用した薄膜形成のために各種CVD法やプラズ
マエッチングに於いて使用される反応性ガスは、CVDチ
ャンバーやエッチングチャンバーにおいて必ずしも該薄
膜形成時に全量消費されず、未反応ガスの残留や副生ガ
スの発生を生じる場合があった。また薄膜形成の工程
上、CVDやエッチングを経ることなく原料ガスがそのま
まポンプから排出される場合もある。これらの反応性ガ
スの多くは、未処理のまま大気中に放出される燃焼や爆
発を生じたり、毒性を有するものもあり、災害や公害の
原因となるため大気中での許容濃度が定められている。[Related Art] Reactive gas used in various CVD methods and plasma etching for forming a thin film using a vacuum is not necessarily consumed in a CVD chamber or an etching chamber when the thin film is formed. In some cases, residual or by-product gas was generated. In the process of forming a thin film, the source gas may be directly discharged from the pump without going through CVD or etching. Many of these reactive gases are untreated and can be released into the atmosphere, cause combustion or explosion, or are toxic. ing.
従来、これらの反応性ガスを無害化処理する方法とし
て、大過剰の不活性ガスによる希釈、触媒反応による化
学的処理、湿式の吸収及び吸着除去、乾式吸着除去等が
用いられている。これらの方法は、いずれも真空ポンプ
排出後の常圧下に於いてなされるものであり、装置コス
トや運転コストが高い欠点を有するのみならず、メンテ
ナンスへの留意に欠けると安全性を確保できないことが
いくつかの事故例として報告されている。Conventionally, as a method for detoxifying these reactive gases, dilution with a large excess of inert gas, chemical treatment by catalytic reaction, wet absorption and adsorption removal, dry adsorption removal, and the like have been used. All of these methods are performed under normal pressure after the vacuum pump is discharged, and not only have the drawbacks of high equipment costs and operating costs, but also cannot ensure safety if attention is paid to maintenance. Have been reported as some accidents.
一方、これとは他の系統に属する技術として、放電を
利用した排ガス処理方法(放電処理法)が提案されてい
る。これらは、上記した方法に対し被処理ガスをポンプ
から系外に排出する前に真空減圧下で処理するという特
徴を有している。On the other hand, as a technique belonging to another system, an exhaust gas treatment method using discharge (discharge treatment method) has been proposed. These are characterized in that the gas to be treated is treated under reduced pressure in vacuum before the gas to be treated is discharged from the pump to the outside of the system.
例えば、特開昭第51-129868号には有毒物質を含有す
る廃ガスと酸化剤をプラズマが発生している空間で相互
に接触せしめることにより前記有毒物質を安定な化合物
に変え、廃ガスから除去する処理方法が開示されてい
る。又、特開昭第58-6231号には反応性の廃ガスを排出
する反応槽と排出装置との間に配置され、廃ガスを放電
により分解して排出する廃ガス処理装置が開示されてい
る。しかしながら、これらの放電処理法では、廃ガスを
所定濃度まで無害化処理するに必要なプラズマを維持し
うる負荷範囲が自ずと限定され、大きな負荷変動、とり
わけ圧力変動に対して安定なプラズマ状態を維持するこ
とは困難であり、排ガス処理装置としては、その適用範
囲が制限されざるを得ないという問題点があった。For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 51-129868 discloses that a waste gas containing a toxic substance and an oxidizing agent are brought into contact with each other in a space where plasma is generated to convert the toxic substance into a stable compound. A method of removing is disclosed. Also, Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-6231 discloses a waste gas treatment device which is disposed between a reaction tank for discharging reactive waste gas and a discharge device and decomposes and discharges waste gas by discharge. I have. However, in these discharge treatment methods, the load range capable of maintaining the plasma required for detoxifying the waste gas to a predetermined concentration is naturally limited, and a stable plasma state is maintained against a large load change, particularly, a pressure change. However, there is a problem that the applicable range of the exhaust gas treatment device must be limited.
さらに、最近、放電処理法において、負荷変動追従を
可能とするために磁界を重畳したプラズマを利用する方
法(磁界重畳法)が提案されている(応用物理学会 プ
ラズマエレクトロニクス研究会、1986年1月)。該磁界
重畳法においては、電極が形成する電界の向きと約45°
乃至約135°の角度で直流または交流磁界を印加するこ
とにより、プラズマ中での電子の旋回半径が小さくな
り、電子が電極間を旋回できるために、0.01mTorr〜数
十Torrの広範な負荷条件下で安定な放電を維持し得ると
いう特徴を有している。Furthermore, recently, in the discharge treatment method, a method of using a plasma with a superimposed magnetic field in order to enable load fluctuation tracking (magnetic field superposition method) has been proposed (JSPS Plasma Electronics Research Group, January 1986). ). In the magnetic field superposition method, the direction of the electric field formed by the electrodes is approximately 45 °.
By applying a DC or AC magnetic field at an angle of about 135 °, the turning radius of the electrons in the plasma is reduced, and the electrons can turn between the electrodes. It has the characteristic that a stable discharge can be maintained underneath.
[発明が解決しようとする問題点] 放電処理法では、前記したように、被処理ガスをポン
プにより系外に排出する前段の真空減圧下で処理し得る
ことが特徴であり、従って、必然的に放電処理装置は各
種CVD装置やエッチング装置と真空排気ポンプとの間に
配置されることになるため、これが現実に実用に供し得
るためには、かかる装置の間で容易に組み込まれうるよ
うに可及的に小型で且つ省エネルギー的なものであるこ
とが要請される。これを実現するには、単に磁界を重畳
印加して負荷変動に追従させるという基本概念の提出の
みならず、実際の装置としてプラズマを発生せしめる電
極の至適な構成及び寸法の設定が必要とされる しかしながら、半導体向上にて排出される前記排ガス
の絶対量は極めて大量であり、装置1系列当りに毎分50
0sccmを越える場合も珍しくない。概して、一対の電極
から成るプラズマにより無害化処理し得る被処理ガス量
には自ずと限界が存在するのが通例であり、このため、
かくの如き大量の被処理ガスを無害化処理するには複数
個のプラズマの組合せが必要となる。この場合、我々が
見出した大きな問題は、排ガス処理系を構成する各々の
プラズマにおけるガスの組成はそれぞれ異なるため、放
電特性もプラズマ毎に必然的に異なって仕舞うことであ
る。本発明者らが実験的に見出した知見によれば、例え
ば、モノシランガスの場合、プラズマ中のモノシラン濃
度が大きくなるに従い放電維持電圧が高くなるという挙
動を示すのである。これは、例えば、複数の電極対を直
列に結合した場合、処理が進行するにつれて、各電極を
通過するガス組成が変化していき、放電特性が大きく変
化することを意味するのである。このため、目的とする
処理を実施するためにはプラズマ毎の細かい放電制御が
必要となるのである。該制御を行うのに、各プラズマ毎
に各別の電源を設置することも一法ではあるが、設備の
膨大化や電源費用の多大化等の問題を生ずるのみなら
ず、制御が繁雑になるなど必ずしも実用的な形態を提供
することにはならない。従って1台の電源で複数個のプ
ラズマを制御する方法が要請される。しかしながら、前
記の従来技術ではこれらに関する知見が与えられず、従
って実用に供し得る排ガス処理装置は得られていないの
が実状である。[Problems to be Solved by the Invention] As described above, the discharge treatment method is characterized in that the gas to be treated can be treated under vacuum decompression before the gas is discharged out of the system by a pump. Since the discharge processing device is disposed between the various CVD devices and the etching device and the evacuation pump, in order for this to be practically practical, the discharge processing device should be easily incorporated between such devices. It is required to be as small and energy-saving as possible. To realize this, it is necessary to not only submit the basic concept of simply superimposing and applying a magnetic field to follow load fluctuations, but also to set the optimum configuration and dimensions of the electrodes that generate plasma as an actual device. However, the absolute amount of the exhaust gas discharged from semiconductor improvement is extremely large, and 50
It is not unusual to exceed 0sccm. Generally, there is usually a limit in the amount of the gas to be treated that can be detoxified by the plasma composed of a pair of electrodes.
In order to detoxify such a large amount of gas to be treated, a combination of a plurality of plasmas is required. In this case, a major problem that we have found is that the gas composition in each of the plasmas constituting the exhaust gas treatment system is different, so that the discharge characteristics inevitably behave differently for each plasma. According to the findings experimentally found by the present inventors, for example, in the case of a monosilane gas, the behavior is such that the discharge sustaining voltage increases as the concentration of monosilane in the plasma increases. This means that, for example, when a plurality of electrode pairs are connected in series, as the process proceeds, the gas composition passing through each electrode changes, and the discharge characteristics change significantly. Therefore, fine discharge control for each plasma is required in order to carry out the target processing. In order to perform the control, it is one method to install a separate power supply for each plasma. However, not only does the problem such as enormous equipment and power supply cost increase, but control becomes complicated. It does not necessarily provide a practical form. Therefore, a method for controlling a plurality of plasmas with one power supply is required. However, the above-mentioned prior art does not provide any knowledge on these points, and therefore, there is no actual exhaust gas treatment apparatus that can be put to practical use.
本発明者らは、実用に供するに充分に小型且つ省エネ
ルギーの放電処理装置を具現化することを目的として、
上記問題点の解決に取組み、鋭意検討した結果、放電処
理装置を複数対の電極から構成し、1台の電源と各陰極
もしくは陽極との間にインピーダンス可変の抵抗もしく
はリアクタンスを各々接続し、これらを調整することに
より各電極対に印加される電圧を調整して放電状態の制
御を行ない、すなわち、個々の電極と電源の間にインピ
ーダンス調節回路を設置することにより、一台の電源で
該制御を行い、大量の被処理ガス量に対しても所望の無
害化処理を実現し得ることを見出して、本発明を完成す
るに至った。The present inventors have aimed at realizing a discharge processing apparatus that is sufficiently small and energy-saving to be put to practical use,
As a result of diligently studying to solve the above problems, the discharge treatment device is composed of a plurality of pairs of electrodes, and a variable impedance resistor or reactance is connected between one power supply and each cathode or anode, respectively. To control the discharge state by adjusting the voltage applied to each electrode pair, that is, by installing an impedance adjustment circuit between each electrode and the power supply, the control can be performed with one power supply. The present inventors have found that the desired detoxification treatment can be realized even for a large amount of gas to be treated, and have completed the present invention.
[問題点を解決するための手段] すなわち本発明によれば、ガス導入口とガス導出口を
具備する管状容器内に陰極および陽極からなる少なくと
も一対の電極を設けて構成した放電管と該電極と接続さ
れる少なくとも一台の直流または交流電源とおよび該放
電管内に形成されたガス流路とを含む排ガス放電処理装
置において、該陰極および陽極からなる電極対を複数設
置し、該複数の電極対を構成する陰極もしくは陽極の各
々と該直流または交流電源との間にインピーダンス可変
もしくは固定の抵抗器またはリアクタンスがそれぞれ接
続されていることを特徴とする排ガスの放電処理装置、
が提供される。[Means for Solving the Problems] That is, according to the present invention, a discharge vessel configured by providing at least a pair of electrodes including a cathode and an anode in a tubular container having a gas inlet and a gas outlet, and the electrode In an exhaust gas discharge treatment apparatus including at least one DC or AC power supply connected to the discharge tube and a gas flow path formed in the discharge tube, a plurality of electrode pairs including the cathode and the anode are provided, and the plurality of electrodes are disposed. An exhaust gas discharge treatment device, wherein an impedance variable or fixed resistor or reactance is connected between each of the cathode or anode constituting the pair and the DC or AC power source, respectively.
Is provided.
以下、本発明を詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail.
本発明で対象とする被処理ガスは、CVD法もしくはプ
ラズマエッチング法に於いて使用され、未処理のまま大
気中に放出されれば何らかの災害や公害を引き起こす可
能性を有する気体もしくは蒸気であり、とりわけ、従来
の触媒反応や吸収・吸着等の化学的処理法で実施が容易
でないガスである。例えば、モノシラン、ジシラン、ト
リシラン等のシラン系ガス(これらは、本発明による放
電処理により、シリコンもしくは水素化アモルファスシ
リコンと水素に分解処理される);モノメチルシラン、
ジメチルシラン等のアルキルシラン系ガス(同じく、水
素化アモルファスシリコンカーバイドと水素に分解処
理);ゲルマン系ガス(同じく、水素化アモルファスゲ
ルマンと水素に分解処理);クロルシラン系ガス;フル
オロシラン系ガス等が挙げられる。なお、さらにジボラ
ン等のボラン系ガス;トリメチルボロン等のアルキルボ
ラン系ガス;ホスフィン系ガスに対しても適用できる
が、これらの場合には、酸素等を添加することにより、
より有効な処理が可能である。もちろん、適用対象とな
り得るガスは上記のガスに限定されるものではなく、ま
たこれらの混合物や水素、窒素及び不活性ガスで希釈さ
れたものであっても差し支えない。The target gas to be treated in the present invention is a gas or a vapor that is used in a CVD method or a plasma etching method and may cause some disaster or pollution if released into the atmosphere without treatment. In particular, it is a gas that cannot be easily implemented by a conventional chemical treatment method such as a catalytic reaction or absorption / adsorption. For example, silane-based gases such as monosilane, disilane, and trisilane (these are decomposed into silicon or hydrogenated amorphous silicon and hydrogen by the discharge treatment according to the present invention);
Alkylsilane-based gases such as dimethylsilane (also decomposed into hydrogenated amorphous silicon carbide and hydrogen); Germanic gases (also decomposed into hydrogenated amorphous germane and hydrogen); chlorosilane-based gases; fluorosilane-based gases, etc. No. In addition, the present invention can also be applied to a borane-based gas such as diborane; an alkylborane-based gas such as trimethylboron; and a phosphine-based gas. In these cases, by adding oxygen or the like,
More effective processing is possible. Of course, the gas that can be applied is not limited to the above gases, and may be a mixture thereof, or a gas diluted with hydrogen, nitrogen, and an inert gas.
本発明が適用される対象とする排ガス放電処理装置
は、基本的に、ガス導入口とガス導出口を具備する管状
容器内に陰極および陽極からなる少なくとも一対の電極
を設けて構成した放電管と該電極と接続される少なくと
も一台の直流または交流電源とおよび該放電管内に形成
されたガス流路とを含む排ガス放電処理装置であれば、
いかなるものであってもよく、上記した、もしくはその
他の公知の放電処理法において使用されている装置のい
ずれに対しても好適に適用することが出来る。また、本
発明者らがすでに昭和62年12月1日付で出願した他の出
願において提案している少なくとも一対の陰極対と陽極
対を使用する排ガス装置についてももちろん好適に適用
することが出来る。An exhaust gas discharge treatment apparatus to which the present invention is applied basically has a discharge tube configured by providing at least a pair of electrodes including a cathode and an anode in a tubular container having a gas inlet and a gas outlet. An exhaust gas discharge treatment device including at least one DC or AC power supply connected to the electrode and a gas flow passage formed in the discharge tube,
Any device may be used, and it can be suitably applied to any of the devices described above or used in other known discharge treatment methods. The present invention can also be suitably applied to an exhaust gas apparatus using at least one pair of a cathode pair and an anode pair proposed in another application filed on December 1, 1987 by the present inventors.
本発明が対象とする放電プラズマを利用した排ガスの
無害化処理法では、主たる処理は、プラズマ中の電子と
の非弾性衝突により励起されたガス分子の解離反応によ
り行なわれる。所望の処理を実現するには該反応の速度
が十分に大であることが望ましく、この反応速度は、電
子密度、電子とガス分子との解離衝突断面積ならびに電
子のエネルギー分布関数により支配される。処理装置に
系外から多大なエネルギーを投入すれば電子密度が増大
し反応速度は増加するが、被処理量が大量の場合は極め
て膨大なエネルギー投入が必要となるのみならず、アー
ク放電が発生しやすくなり、安定なプラズマ状態を維持
することすら困難となるのである。In the method for detoxifying exhaust gas using discharge plasma according to the present invention, the main treatment is performed by a dissociation reaction of gas molecules excited by inelastic collision with electrons in the plasma. It is desirable that the rate of the reaction be sufficiently large to achieve the desired processing, and the rate of the reaction is governed by the electron density, the cross section of the dissociation collision between electrons and gas molecules, and the energy distribution function of the electrons. . If a large amount of energy is input to the processing equipment from outside the system, the electron density will increase and the reaction rate will increase.However, if the amount to be processed is large, not only a huge amount of energy input is required but also arc discharge will occur. This makes it difficult to maintain a stable plasma state.
かかる問題は、陰極および陽極からなる電極対を複数
配置して各電極対の一端はガス導入口と、且つ他端はガ
ス導出口と連結させ、供給電力を分散させ、一対の電極
対に印加される電力を低減せしめることにより回避でき
る。電極対の配置は、基本的には、ガス流路(ガス流通
方向)に対して並列でも直列でもよいが、プラズマによ
る処理速度が被処理ガス濃度に対し概ね1次反応である
ことから、直列に配置しガス流路を長く取ることがより
好ましい。第1図および第2図はかかる電極対を複数組
(ここでは二組)直列に配置した例を示したものであ
る。なお、第1図はその縦断面図、第2図はそのA−
A′矢視横断面図である。電極組列の数は、処理量、圧
力、供給電力により任意に設定すればよい。なお、この
とき、直列に配置された電極組と電極組の間に、各々の
プラズマの独立性を確保し、一つのプラズマが他方に回
り込むことのないように、放電を遮断する隔離壁7を存
在せしめることが、放電間の相互作用を回避する上で有
効な手段である。隔離壁はポリテトラフロオロエチレン
のごとき絶縁物を使用することが好ましいが、電極組の
構成によっては必ずしもこの限りではない。Such a problem is caused by disposing a plurality of electrode pairs including a cathode and an anode, connecting one end of each electrode pair to a gas inlet, and connecting the other end to a gas outlet, dispersing supply power, and applying the power to a pair of electrode pairs. This can be avoided by reducing the required power. The arrangement of the electrode pairs may be basically parallel or serial with respect to the gas flow path (gas flow direction). However, since the processing speed by the plasma is generally a primary reaction with respect to the concentration of the gas to be processed, the series of the electrode pairs may be arranged in series. It is more preferable to arrange the gas flow path and take a long gas flow path. FIGS. 1 and 2 show an example in which a plurality of pairs (here, two pairs) of such electrode pairs are arranged in series. FIG. 1 is a longitudinal sectional view, and FIG.
It is an A 'arrow cross-sectional view. The number of electrode assembly rows may be arbitrarily set depending on the processing amount, pressure, and supply power. At this time, an isolation wall 7 for blocking discharge is provided between the electrode sets arranged in series so as to ensure the independence of each plasma and prevent one plasma from sneaking into the other. Existence is an effective means for avoiding interaction between discharges. It is preferable to use an insulator such as polytetrafluoroethylene for the isolation wall, but this is not always the case depending on the configuration of the electrode set.
さらに、複数対の電極を配置した場合は各電極対にお
ける放電特性が異なるため、単に電源と各電極対の陰極
とを並列に接続するのみでは、各電極対の両端間電圧が
揃うため、放電維持電圧の小さいガス組成のプラズマを
形成する電極対に電流が偏流してしまい、有効なガスの
処理が困難となる。ここで、電源と各電極対の陰極また
は陽極との間にインピーダンスを調節する回路素子を接
続することにより、各電極対を流れる電流地を随意に制
御し、有効な排ガス処理が可能となる。Furthermore, when a plurality of pairs of electrodes are arranged, the discharge characteristics of each pair of electrodes are different. Therefore, simply connecting the power supply and the cathode of each pair of electrodes in parallel results in a uniform voltage between both ends of each pair of electrodes. The current is deflected to the electrode pair that forms the plasma having the gas composition having a small sustaining voltage, and it becomes difficult to effectively treat the gas. Here, by connecting a circuit element for adjusting the impedance between the power supply and the cathode or anode of each electrode pair, the current flowing through each electrode pair is arbitrarily controlled, and effective exhaust gas treatment becomes possible.
これを図面を参照しながら、より具体的な例について
説明する。A more specific example will be described with reference to the drawings.
第3図は、ガス組成の異なるプラズマAおよびプラズ
マBの放電電流Iと放電電圧Vの関係を示すグラフであ
る。しかして、Aの特性を有するプラズマを形成する電
極対をAとし、Bの特性を有するプラズマを形成する電
極対をBとして、該電極対A、Bを第4図に示すごと
く、並列に制御するとする。しかしながら、第4図に示
したごとく単に電源と接続するのみでは、当然のことな
がら、両電極対A、Bにおける放電電圧は両者同一
(V0)となるため第3図から、電極対AのプラズマはX
点の電流・電圧(IA,V0)で、また電極Bのプラズマは
Y点の電流・電圧(IB,V0)で操作される。すなわち、
IA>IBであるから、プラズマAに電流が偏流し、したが
って、プラズマBに流れる電流は小さくなって仕舞い、
有効なガスの処理が困難になるのである。FIG. 3 is a graph showing the relationship between discharge current I and discharge voltage V of plasmas A and B having different gas compositions. Thus, the electrode pair that forms the plasma having the characteristic of A is A, and the electrode pair that forms the plasma having the characteristic of B is B, and the electrode pairs A and B are controlled in parallel as shown in FIG. Then However, simply connecting to a power supply as shown in FIG. 4 naturally results in the same discharge voltage (V 0 ) at both electrode pairs A and B, so that FIG. Plasma is X
A current and voltage of the point (I A, V 0), also plasma electrode B are current-voltage point Y (I B, V 0) is operated. That is,
Because it is I A> I B, current flow polarized in plasma A, therefore, the current flowing through the plasma B is put away smaller,
Effective gas processing becomes difficult.
これに対し本発明においては、例えば第6図に示すよ
うに、電極対A、Bと電源との間にインピーダンス可変
の回路素子RA,RBを接続し、各電極対での放電電圧をそ
れぞれ随意に設定するものである。例えば、電極対Aに
おける放電電圧をVAになるよう、また、電極対Bにおけ
る放電電圧をVBになるよう、それぞれRA,RBを各別に調
節することにより、第5図のごとく、プラズマAはX′
点で、同時にプラズマBはY′点で操作させることがで
き、プラズマAの極端な偏電流を無くし、両プラズマに
おける電力量を実質的に同等なものとすることが可能と
なるのである。On the other hand, in the present invention, as shown in FIG. 6, for example, circuit elements R A and R B having variable impedance are connected between the electrode pairs A and B and the power supply, and the discharge voltage at each electrode pair is reduced. Each is set arbitrarily. For example, by individually adjusting R A and R B so that the discharge voltage at the electrode pair A becomes V A and the discharge voltage at the electrode pair B becomes V B , as shown in FIG. Plasma A is X '
In this respect, the plasma B can be operated at the point Y 'at the same time, and the extreme bias current of the plasma A can be eliminated, and the electric energy in both plasmas can be made substantially equivalent.
これは、放電維持電圧の大なるプラズマを形成する電
極対Aと該電圧が小なる電極対Bが存在する場合、電源
と電極対Aの陰極もしくは陽極との間にインピーダンス
のより小なる回路素子を、また電源と電極対Bとの間に
インピーダンスのより大なる回路素子を接続することに
より、両電極対を流れる電流値を制御し、両電極対にて
消費される電力量を制御し得ることを意味するのであ
る。This is because, when there is an electrode pair A that forms a plasma having a large sustaining voltage and an electrode pair B having a small voltage, a circuit element having a smaller impedance is provided between the power supply and the cathode or anode of the electrode pair A. By connecting a circuit element having a larger impedance between the power supply and the electrode pair B, the value of the current flowing through both electrode pairs can be controlled, and the amount of power consumed by both electrode pairs can be controlled. It means that.
回路素子は、直流電源の場合は可変抵抗を採用するこ
とが好ましい。また交流電源の場合は可変抵抗でも可変
リアクタンスでもよいが、素子における発熱回避の点か
らリアクタンスがより好ましい。なお、それぞれの電極
を流れる被処理ガスの組成や流量がそれぞれ固定的であ
る場合は、必ずしも可変容量の回路素子を用いる必要は
なく、はじめからそれぞれの該被処理ガス条件に応じた
容量の素子を選択して用いればよい。また、回路素子は
必ずしも全部の電極対に対し制御されていなくても、少
なくとも一つ設けられていれば、目的を達成することが
可能ではあるが、実際には、それぞれの電極対につい
て、それぞれ可変容量の回路素子が接続されていた方
が、操作の自由度が大となるため好ましい。さらに、回
路素子の容量は、該素子における電力消費を最小とする
よう選択されることが好ましいことは言うまでもない。
また、回路素子の接続位置は、電源と各電極対の陰極と
の間でも、陽極との間でも、どちらであっても差し支え
ない。In the case of a DC power supply, it is preferable that the circuit element employs a variable resistor. In the case of an AC power supply, a variable resistor or a variable reactance may be used, but a reactance is more preferable from the viewpoint of avoiding heat generation in the element. When the composition and the flow rate of the gas to be processed flowing through each electrode are fixed, it is not always necessary to use a circuit element having a variable capacity. May be selected and used. Further, even if the circuit elements are not necessarily controlled for all the electrode pairs, it is possible to achieve the object if at least one is provided, but in fact, for each electrode pair, It is preferable to connect a circuit element with a variable capacitance because the degree of freedom of operation is increased. Furthermore, it goes without saying that the capacitance of the circuit elements is preferably selected to minimize the power consumption in the elements.
Further, the connection position of the circuit element may be between the power supply and the cathode of each electrode pair or between the power supply and the anode.
さらに所望により、電極により形成される電界に磁界
を重畳することが、電子の旋回半径を小さくして、広範
な圧力条件や被処理ガス組成条件に対して、プラズマを
安定的に維持する上で有効な手段であり、特に電極の形
成する電界の向きと45°ないし135°の角度で磁界が印
加されることが好ましい。その場合磁界は直流磁界であ
っても交流磁界であってもよいが、プラズマ反応を連続
的に実施する見地から直流磁界がより好ましい。直流磁
界の発生装置としては永久磁石でよい。第1図および第
2図における3はかかる趣旨で設けられた磁界印加装置
である。因みに、9はヨークである。なお、印加する表
面磁束密度は数ガウス以上、好ましくは、100〜10,000
ガウス程度である。また、この場合採用される負荷条件
は約0.1mTorr〜10Torr程度である。Further, if desired, superimposing a magnetic field on the electric field formed by the electrodes can reduce the radius of gyration of electrons and maintain the plasma stably over a wide range of pressure conditions and gas composition conditions. This is an effective means, and it is particularly preferable that a magnetic field is applied at an angle of 45 ° to 135 ° with the direction of the electric field formed by the electrode. In this case, the magnetic field may be a DC magnetic field or an AC magnetic field, but a DC magnetic field is more preferable from the viewpoint of continuously performing the plasma reaction. A permanent magnet may be used as the DC magnetic field generator. Reference numeral 3 in FIGS. 1 and 2 denotes a magnetic field applying device provided for such a purpose. Incidentally, 9 is a yoke. The applied surface magnetic flux density is several gauss or more, preferably 100 to 10,000.
It is about Gaussian. The load condition employed in this case is about 0.1 mTorr to 10 Torr.
本発明においては、以上のごとく、被処理ガスの流通
方向に対して好ましくは直列に電極対を複数配置し、該
電極対と電源との間にインピーダンス可変の回路素子を
接続して、各電極対に印加される放電電圧を調整するこ
とにより、1台の電源で複数のプラズマを制御して排ガ
スの有効な処理が実践されるのである。In the present invention, as described above, a plurality of electrode pairs are preferably arranged in series with respect to the flow direction of the gas to be treated, and a variable impedance circuit element is connected between the electrode pair and a power source, so that each electrode is By adjusting the discharge voltage applied to the pair, a single power supply controls a plurality of plasmas, so that effective treatment of exhaust gas is practiced.
[実施例] 以下に実施例を挙げて、本発明をさらに詳しく説明す
る。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.
実施例1 第1図に示した装置を使用した。幅20cm長さ30cm厚み
2mmのステンレス板一対を2cmの間隔で対向させて陰極1
とし、該陰極対の両側に該陰極対と直角方向に、ポリテ
トラフルオロエチレン樹脂(商標テフロン)4を介し
て、幅1.5cm長さ30cm厚み2mmのステンレス板一対を32cm
の間隔で対向させて陽極2とした。これらの電極対2組
を、ガス導入及びガス導出用の2インチのフランジを具
備した内容積2lのステンレス製真空容器8内に、テフロ
ン樹脂板を隔離壁7として並置し、第1組めの電極対の
一端をガス導出口6と連結させ、且つ第2組めの電極対
の一端をガス導出口6と連結させて、被処理ガスが第1
組めの電極対の長さ方向に沿って流入した後に、第2組
めの電極対の長さ方向に沿って流出するようにした。さ
らに、該容器の外側から陰極の対向方向に表面磁束密度
500ガウスの永久磁石により直流磁界を印加した。Example 1 The apparatus shown in FIG. 1 was used. Width 20cm Length 30cm Thickness
Cathode 1 with a pair of 2mm stainless steel plates facing each other at 2cm intervals
A pair of stainless steel plates having a width of 1.5 cm, a length of 30 cm and a thickness of 2 mm were placed on both sides of the pair of cathodes in a direction perpendicular to the pair of cathodes through a polytetrafluoroethylene resin (trademark: Teflon) 4.
The anode 2 was opposed to each other at an interval of. The two sets of these electrode pairs are placed side by side in a stainless steel vacuum vessel 8 having a capacity of 2 liters having a 2-inch flange for gas introduction and gas derivation, with a Teflon resin plate as an isolation wall 7, and the first set of electrodes One end of the pair is connected to the gas outlet 6, and one end of the second pair of electrodes is connected to the gas outlet 6, so that the gas to be treated is the first.
After flowing in the length direction of the pair of electrode pairs, it flows out along the length direction of the second pair of electrode pairs. Furthermore, from the outside of the container, the surface magnetic flux density
A DC magnetic field was applied by a 500 gauss permanent magnet.
両電極対の陰極と各々直列に最大5kΩの可変抵抗を接
続し、該抵抗を1台の定電力直流電源に接続した。ガス
導入口より、100%のモノシランガスを200sccmの流量に
て供給し、両電極対にプラズマを形成せしめた。療法の
電極対の各々の陰極・陽極間の電圧値即ち放電電圧値、
陰極を流れる電流値則ち放電電流値をそれぞれ電圧計、
電流計により測定すると共に、ガス導出口におけるモノ
シランガス濃度を四重極質量分析装置により測定した。A variable resistor having a maximum of 5 kΩ was connected in series with each of the cathodes of both electrode pairs, and the resistor was connected to one constant power DC power supply. From the gas inlet, 100% monosilane gas was supplied at a flow rate of 200 sccm to form plasma on both electrode pairs. A voltage value between the cathode and anode of each of the electrode pairs of the therapy, that is, a discharge voltage value,
The current value flowing through the cathode, that is, the discharge current value
While measuring with an ammeter, the concentration of monosilane gas at the gas outlet was measured with a quadrupole mass spectrometer.
第1組め及び第2組めの電極対における消費電力が共
に200Wとなるように、各電極対にに接続された可変抵抗
を調節したところ、ガス導出口におけるモノシランガス
濃度は、1.2%であった。このとき、第1組めの放電電
圧は1.1kV、放電で流は182mA、可変抵抗の値は0.756kΩ
であり、第2組めの放電電圧は0.9kV、放電電流は222m
A、可変抵抗の値は1.52kΩであった。When the variable resistance connected to each electrode pair was adjusted such that the power consumption of both the first and second electrode pairs was 200 W, the monosilane gas concentration at the gas outlet was 1.2%. At this time, the discharge voltage of the first set is 1.1 kV, the flow of the discharge is 182 mA, and the value of the variable resistor is 0.756 kΩ.
The discharge voltage of the second set is 0.9 kV and the discharge current is 222 m
A, the value of the variable resistor was 1.52 kΩ.
比較例1 実施例1において、可変抵抗を削除し、両電極対を直
接、電源と接続して、同一条件下にてプラズマを発生さ
せた。その結果、第1組めの放電電圧は0.9kV、放電電
流は167mA、第2組めの放電電圧も0.9kVであったが、放
電電流は389mAであった。このとき、第1組めのプラズ
マはアーク放電が頻繁に発生し、安定なプラズマ状態を
維持することが困難であった。両電極対における消費電
力の和は500Wと実施例1よりも大であったにかかわら
ず、ガス導出口におけるモノシランガス濃度は4.3%で
あり、処理効率が大幅に落ちることが明らかになった。Comparative Example 1 In Example 1, the variable resistance was eliminated, and both electrode pairs were directly connected to a power source to generate plasma under the same conditions. As a result, the discharge voltage of the first set was 0.9 kV, the discharge current was 167 mA, and the discharge voltage of the second set was 0.9 kV, but the discharge current was 389 mA. At this time, arc discharge frequently occurred in the first set of plasmas, and it was difficult to maintain a stable plasma state. Although the sum of the power consumption in both electrode pairs was 500 W, which was larger than that in Example 1, the monosilane gas concentration at the gas outlet was 4.3%, and it became clear that the treatment efficiency was greatly reduced.
[発明の効果] 本発明によれば、半導体製造の工業的な規模で排出さ
れるモノシランガス等の可燃性ガスを、複数対の電極か
ら成る放電処理法により、より低消費電力で高い処理率
を実現せしめる方法が提供され、公害防止、災害防止の
観点からその産業上の利用可能性は極めて大きいと言わ
ざるを得ないのである。[Effects of the Invention] According to the present invention, a flammable gas such as a monosilane gas discharged on an industrial scale in semiconductor manufacturing can be treated at a lower power consumption and a higher treatment rate by a discharge treatment method comprising a plurality of pairs of electrodes. It provides a way to make it happen, and its industrial applicability is extremely large in terms of pollution prevention and disaster prevention.
第1図および第2図は本発明の実施例で使用した装置を
示す断面図であって、第1図は縦断面図、第2図はその
A−A′矢視の横断面図である。 第3図および第5図はプラズマA、Bの放電電流と放電
電圧の関係を示すグラフであり第4図および第6図は電
極対と電源を含む回路図である。1 and 2 are sectional views showing an apparatus used in an embodiment of the present invention. FIG. 1 is a longitudinal sectional view, and FIG. 2 is a transverse sectional view taken along the line AA '. . FIGS. 3 and 5 are graphs showing the relationship between the discharge current and the discharge voltage of plasmas A and B, and FIGS. 4 and 6 are circuit diagrams including the electrode pairs and the power supply.
Claims (6)
器内に陰極および陽極からなる少なくとも一対の電極を
設けて構成した放電管と該電極と接続される少なくとも
一台の直流または交流電源とおよび該放電管内に形成さ
れたガス流路とを含む排ガス放電処理装置において、該
陰極および陽極からなる電極対を複数設置し、該複数の
電極対を構成する陰極もしくは陽極の各々と該直流また
は交流電源との間にインピーダンス可変もしくは固定の
抵抗器またはリアクタンスがそれぞれ接続されているこ
とを特徴とする排ガスの放電処理装置。1. A discharge tube comprising a tubular container having a gas inlet and a gas outlet provided with at least a pair of electrodes comprising a cathode and an anode, and at least one DC or AC power supply connected to the electrodes. And a gas flow path formed in the discharge tube, wherein a plurality of electrode pairs each comprising the cathode and the anode are provided, and each of the cathode or anode constituting the plurality of electrode pairs is connected to the DC An exhaust gas discharge treatment device, wherein a variable impedance or fixed resistor or a reactance is connected to an AC power supply.
されたインピーダンスを調整することにより調整して放
電状態の制御がなされる特許請求の範囲第1項記載の排
ガスの放電処理装置。2. An exhaust gas discharge processing apparatus according to claim 1, wherein a discharge state is controlled by adjusting a discharge voltage applied to each electrode pair by adjusting each connected impedance. .
し各電極対の一端はガス導入口と、且つ他端はガス導出
口と連結させる特許請求の範囲第1項に記載の排ガスの
放電処理装置。3. The method according to claim 1, wherein a plurality of pairs of electrodes are arranged in parallel with the gas flow path, and one end of each pair of electrodes is connected to a gas inlet and the other end is connected to a gas outlet. Exhaust gas discharge treatment equipment.
の一端はガス導入口と、且つ他端はガス導出口と連結さ
せる特許請求の範囲第1項に記載の排ガスの放電処理装
置。4. The discharge of exhaust gas according to claim 1, wherein a plurality of pairs of electrodes are arranged in series, and one end of the pair of electrodes is connected to a gas inlet and the other end is connected to a gas outlet. Processing equipment.
第4項の何れかに記載の排ガスの放電処理装置。5. An exhaust gas discharge treatment apparatus according to claim 1, wherein a magnetic field is superimposed.
°の角度で直流または交流磁界が印加される特許請求の
範囲第5項に記載の排ガスの処理装置。6. The direction of the electric field formed by the electrode and the angle of 45 ° to 135 °
The exhaust gas treatment apparatus according to claim 5, wherein a DC or AC magnetic field is applied at an angle of °.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62303306A JP2598435B2 (en) | 1987-12-02 | 1987-12-02 | Exhaust gas discharge treatment equipment |
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Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH01148329A JPH01148329A (en) | 1989-06-09 |
JP2598435B2 true JP2598435B2 (en) | 1997-04-09 |
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- 1987-12-02 JP JP62303306A patent/JP2598435B2/en not_active Expired - Lifetime
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