JP5258739B2

JP5258739B2 - ハロゲン含有ガスの処理装置

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Publication number: JP5258739B2
Application number: JP2009277414A
Authority: JP
Inventors: 昇和田; 昌樹葛本; 雅史土井; 豊一後藤; 清彦吉田; 康隆稲永
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2009-12-07
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2021-03-22
Also published as: JP2010058118A

Description

本発明は、ハロゲン含有ガスの処理装置に係り、特に、半導体プロセスなどの排気ガスに含まれる四フッ化炭素ガスなど、フルオロカーボン類等の処理装置に関するものである。

半導体デバイスあるいは液晶デバイス等の製造プロセスには、微細加工技術が不可欠であり、微細加工技術の手段として、気体プラズマによる加工が主流となりつつある。この気体プラズマによる加工は、四フッ化炭素ガス（ＣＦ_４）などのフルオロカーボン類の他、種々のハロゲン系ガスを真空装置内に導入し、プラズマ化して被加工材と反応させ、反応生成物をガスとして排出し、被加工材に所望のパターンを形成する技術である。

被加工材と反応させた後で排出されるガスには、ＣＦ_４などのようにオゾン層を破壊する原因物質であるばかりでなく、地球温暖化の原因ともなるハロゲン系ガスが含まれている。このため、排気ガスに含まれるハロゲン系ガスを除去する研究が進められている。

例えば、特許文献１には、排気されたハロゲン系ガスと水素ガスまたは水素原子を含むハロゲン化物以外の気体とを混合し、この混合ガスを放電部を通過させてハロゲン系ガスを分解すると同時にハロゲン化水素を生成し、このハロゲン化水素を捕集する方法および装置が記載されている。

特開平１１−１５６１５６号公報（第５頁−第６頁、図１）

しかし、上記公報に記載の放電を利用した方法および装置は、放電部を安定、かつ高効率で動作させ、効率的な処理とランニングコスト、装置の小型化等ユーザニーズに沿った装置構造を実現するためには幾多の課題があった。

本発明は、上記のような状況に鑑み、ハロゲン含有ガスの処理装置において、高効率な処理とユーザニーズに沿った装置構造の実現を可能とするハロゲン含有ガスの処理装置を提供するものである。

本発明に係るハロゲン含有ガスの処理装置は、ハロゲン系ガスを含有するハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給手段から供給されるガス流に対して順次直列に接続された、ハロゲン含有ガスを分解したときに生成される副生成物を除去するための洗浄手段、上記ハロゲン含有ガスからハロゲン系ガス以外のガスを分離し、上記ハロゲン系ガスを濃縮するためのガス分離設備、上記ハロゲン系ガスが濃縮されたガスを分解するガス分解器、および上記ガス分解器で処理され、排出された処理ガスを上記洗浄手段に戻す排気ガス循環手段を備えたものである。

本発明に係るハロゲン含有ガスの処理装置によれば、ハロゲン系ガスを含有するハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給手段から供給されるガス流に対して順次直列に接続された、ハロゲン含有ガスを分解したときに生成される副生成物を除去するための洗浄手段、上記ハロゲン含有ガスからハロゲン系ガス以外のガスを分離し、上記ハロゲン系ガスを濃縮するためのガス分離設備、上記ハロゲン系ガスが濃縮されたガスを分解するガス分解器、および上記ガス分解器で処理され、排出された処理ガスを上記洗浄手段に戻す排気ガス循環手段を備えたものであるので、酸排気設備のない場所でも使用できるハロゲン含有ガスの処理装置を提供することができる。

本発明に係る実施の形態１を示すブロック図である。実施の形態１の放電部を示す断面図である。実施の形態１におけるパージガス流量と除害率との関係を示す図である。放電部の放電空隙長と除害率との関係を示す図である。放電部の放電空隙長と平均ガス温度との関係を示す図である。本発明に係る実施の形態２を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態５を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態６の一例を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態６の他の例を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態１２を示す断面図である。本発明に係る実施の形態１３を示す断面図である。本発明に係る実施の形態１５を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態１６を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態１７を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態１８を示すブロック図である。本発明に係る実施の形態２０を示す断面図である。本発明に係る実施の形態２１を示す断面図である。本発明に係る実施の形態２３を示すブロック図である。

以下に、本発明に係るハロゲン含有ガス処理装置の実施の形態を、図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１を示すブロック図であり、半導体プロセス（エッチング工程）における構成を示している。図において、１はハロゲン含有ガスの排出源である半導体プロセス装置、２はハロゲン含有ガス供給手段（システムポンプ）であり、システムポンプ２はターボ分子ポンプ２１とドライポンプ２２で構成される。５はパージガス供給手段（パージガス供給設備）、３はハロゲン含有ガス処理装置、３１は洗浄手段（ウェットスクラバ）、３２はガス濃縮手段（ガス濃縮器）であり、ガス濃縮器３２はガス分離膜３２１、除酸部３２４、除湿部３２５を備えている。３２２はハロゲン成分が濃縮された濃縮ハロゲン成分リッチガス、３２３はパージガス成分がリッチな非ハロゲン成分リッチガスである。３３は放電部、３４は放電部３３に高電圧を印加する高周波電源、３５は付加ガス供給手段（付加ガス供給器）、４は酸排気設備である。図中、実線がガスの流れを示し、二点鎖線が高圧線を示す。

本発明は図１より理解できるように、通常の減圧プラズマによるハロゲン含有ガス処理装置と異なり、プロセスアウト、つまり半導体プロセス装置１に既設のシステムポンプ２の後段にて処理を行うことができるのが大きな特徴である。

半導体プロセス装置１から排出されたＰＦＣ（Ｐｅｒｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）ガスを含有するガス（ハロゲン含有ガス）は、パージガス供給設備５から供給され、システムポンプ２に導入されるパージガス（一般的に窒素ガス）により希釈され、０．１％程度のＰＦＣ濃度を有する希釈ガスとなる。この希釈ガスは、半導体プロセスにより生成される固形物および酸成分を多く含有するため、ウェットスクラバ３１において洗浄することにより、放電部３３に不純物が混入されないようにしている。

本実施の形態では、ウェットスクラバ３１を用い、十分な不純物の除去率を得ているが、一般的にスクラバは除塵効率が低いといわれ、また製造プロセスにより排出される不純物の種類も異なるため、好ましくは、ドライスクラバとウェットスクラバを併用する方がよい。

ウェットスクラバ３１にて固形物などを除去したのち、放電部３３にＰＦＣを含有するハロゲン含有ガスを導入し、プラズマにより処理・除害するのであるが、ＰＦＣを含有するハロゲン含有ガスを放電部３３に導入する前に、ガス濃縮器３２にてＰＦＣガスの濃度を少なくとも１％以上、好ましくは１０％以上に濃縮し、濃縮ハロゲン成分リッチガス３２２を放電部３３に導入することでさらに効率のよい処理ができる。

本実施の形態では、ガス濃縮器３２にガス分離膜３２１を用いているが、その他にも、吸着剤、コールドトラップを使用しても同様の効果が得られる。ガス分離膜３２１としては、炭素膜、ポリイミド膜などを用いることができ、膜内外に圧力差を生じさせることで、ハロゲンガス成分と非ハロゲン成分ガス（パージガス成分）を容易に分離することができる。従って、分離膜３２１の前段に圧縮機を設ける、あるいは分離膜３２１の後段に真空ポンプを設ける。

ガス分離膜３２１に導入するガスはウェットスクラバ３１を通過しているため、ガス中の水分は完全に飽和している可能性が高い。ガス分離膜３２１内では、上記水分がガス中に多く存在すると、ハロゲン成分と非ハロゲン成分の分離効率を低下させてしまうため、ドライヤを用いてガス露点を＋１０℃以下にして乾燥しておくことがよりよい分離効果を得ることにつながる。

ガス分離膜３２１を用いる方法以外に、吸着剤を使用して選択的に必要もしくは不必要なガス成分を吸着させることにより分離する方法があり、吸着剤としては活性炭やゼオライトなどを用いることができる。また、コールドトラップを用いることもでき、コールドトラップでは液体窒素によりＰＦＣ成分を液化回収し、その後気化する。

ガス濃縮器３２により分離され、生成された濃縮ハロゲン成分リッチガス３２２を放電部３３に導入し、非ハロゲン成分リッチガス３２３は除酸部３２４、除湿部３２５を経て、システムポンプ２へ循環させ、パージガスとして再利用することができる。

ガス分離膜３２１により分離された非ハロゲン成分リッチガス３２３内には、ウェットスクラバ３１で除去し切れなかったふっ化水素ガスなどの酸成分や固形成分が混入する可能性があるため、これらふっ化水素ガスなどの酸成分や固形成分を、ウェットスクラバ、ドライスクラバ、フィルタ、クーロン力を利用した静電チャックなどで構成された除酸部３２４を用いてシステムポンプ２へ循環する前に除去する必要がある。

また、湿式の除酸部３２４を用いた場合、非ハロゲン成分リッチガス３２３のガス露点は高くなっているため、システムポンプ２の前段で除湿器、ドライヤ、コールドトラップなどで構成される除湿部３２５を設け、ガス露点を少なくとも−２０℃以下にするのが好ましい。

このように、ガス濃縮器３２を用いて非ハロゲン成分リッチガス３２３を分離し、再利用することにより、パージガス供給設備５から新たに供給するパージガス量を大幅に軽減することができる。

図２は、放電部３３の構造を示す断面図であり、１対の電極を有する１つの処理ユニットを備えた場合であり、電極の一方（設置側電極３３１）だけを冷却水循環機等の冷却手段により冷却する例を示している。図２において、３３１は導電体からなる接地側電極、３３２は高電圧側電極であり、誘電体３３２Ａに金属膜等の導電層を形成してなるものである。３３３は放電空間、３３４は誘電体３３２Ａを介して設けられたスペーサ、３３５は冷却水循環機等の冷却手段から供給される水の冷却水流路、３３６はガス導入口、３３７はガス排出口、３３８は放電部ケース、３３９は高圧端子を示し、図中の矢印はガスの流れる方向を示している。

放電部３３は、平行平板型のプラズマ発生部であり、接地側電極３３１と高電圧側電極３３２の接地側電極３３１との対向面に設けた誘電体３３２Ａを介することにより発生する無声放電プラズマにより大気圧またはその近傍圧力下でハロゲン含有ガスを処理するものである。放電空間３３３の空隙長ｄはスペーサ３３４の厚さにより決定することができる。なお、誘電体３３２Ａは、接地側電極３３１の対向面に設けてもよく、接地側電極３３１および高電圧側電極３３２の両方の対向面に設けてもよい。

放電部３３で発生するプラズマにより、例えば難分解性で知られるＣＦ_４ガスは、電子と衝突し、下記（１）式のように解離する。
ＣＦ_４＋ｅ→Ｃ＋４Ｆ＋ｅ −−−−−（１）
上記（１）式においてｅは電子を表す。

発明者らは、放電空隙長１．０ｍｍおよび０．５ｍｍの放電部３３を用い、大気圧またはその近傍圧力下で極めて安定な高エネルギープラズマを発生することができ、低コストで難分解性であるハロゲン含有ガスに含まれるハロゲン系ガス分子の結合を直接解離させるに十分なエネルギーを供給することができることを見出した。例えば、９９．９９９９％のＣＦ_４ガス１００ＳＣＣＭを３００Ｗ程度の電力印加でほぼ１００％分解できる。

図３は、９９．９９９９％ＣＦ_４ガスをパージガスで希釈した混合ガスを１ｋＷの電力印加（従来の触媒式などでは４〜５ｋＷ）で処理した場合のＣＦ_４の除害率を示す図である。図において、縦軸はＣＦ_４ガスの除害率（％）、横軸はパージガスの流量（ＳＬＭ）であり、パージガスが窒素ガス（Ｎ_２）の場合とアルゴンガス（Ａｒ）の場合について示している。なお、ＣＦ_４ガスの流量は一定である。図３に示されているように、窒素ガスの流量の増大とともに（ＣＦ_４濃度の減少とともに）ＣＦ_４の除害率は急激に減少する。しかし、アルゴンガスを用いた場合はその流量の増大に伴うＣＦ_４ガスの除害率の変化はほとんどない。この結果は、窒素ガスの振動励起などに起因するエネルギーの無効消費が大きいためと考えられる。

本実施の形態においては、ガス濃縮器３２を用いることにより、ＣＦ_４ガスがパージガスにより希釈され低濃度であっても、ＣＦ_４ガスを濃縮することができ、例えば、０．１ｖｏｌ％のＣＦ_４を１ｖｏｌ％に濃縮した場合、放電部３３の動作点は図３中に示したＡ点からＢ点へ移動させることができるので、パージガスに窒素ガスを用いても常に効率的な処理が可能となる。また、同図からは１ｖｏｌ％以上に濃縮した点で動作させることにより窒素ガスパージにおいても９０％以上の除害率を保証できることがわかる。ＣＦ_４ガス濃度を１０ｖｏｌ％に濃縮した場合は、さらにその処理効率は向上し、ほぼ１００％近い除害率を達成することができる。

また、０．１ｖｏｌ％程度の低濃度の処理対象ガスの処理においても、ガス濃縮器３２により１０倍以上に濃縮することができるため、過度なエネルギーを投入せずに、高効率にプラズマで処理することが可能となる。

上記のように、本実施の形態によれば、通常、プラズマでは効率よく分解することが困難とされていたＰＦＣ、フロンなどの難分解性ガスを、放電部３３により大気圧下で高電界放電場、高エネルギー電子を生成し、１ｋＷ程度の低消費電力（低コスト）で分解でき、また、いかなる低濃度の難分解性ハロゲン含有ガスであってもガス濃縮器３２により高い除害率を維持できる。

図４は、放電空隙長ｄによるＣＦ_４ガスの除害率の変化を示す。図４において、ＣＦ_４ガス流量およびパージガス流量は一定（ＣＦ_４ガス濃度一定）である。この結果に示されているように、放電空隙長ｄが小さいほど、同一投入電力におけるＣＦ_４ガスの除害率は上昇し、特に放電空隙長ｄが１．０ｍｍ以下であれば、放電空隙長ｄによるＣＦ_４ガスの除害率の差は小さくなり、ｄが１．０ｍｍで除害率は８０％を初めて越え、さらにｄを小さくすることで、９０％以上の除害率を得ることができる。逆に、ｄが１．０ｍｍを越えて大きくなると、ｄによる除害率の低下は極めて大きく、除害率７０％すら達成することが困難になる。したがって、上記のように、放電空隙長ｄを１．０ｍｍ以下とすれば、ハロゲン含有ガスの分子結合を直接解離させるに十分なエネルギーを有効に投入することができる。

処理するハロゲン含有ガスは、図２に示したように、平板状の放電空間３３３全周囲から中央部へ向かって導入され、無声放電プラズマにより処理されながら、中央部に設置されているガス排出口３３７から取り出すことができる。このように、電極３３１の中央部に処理ずみガスの排出口を設け、電極３３１の周囲から処理するハロゲン含有ガスを供給することによって、放電空間３３３に対して均一なガス流路を形成でき、かつ、コンパクトな放電部３３を容易に実現することができる。さらに、複数の放電空間を形成するためには電極を積層していくだけでよく、大容量化してもコンパクトな装置を形成することができる。

本実施の形態では、接地側電極３３１にステンレス鋼を用い、かつ、このステンレス鋼の放電空間側をＡｌ_２Ｏ_３でコーティングしている。また、高電圧側電極３３２には導電層を有するＡｌ_２Ｏ_３プレートを使用している。

また、スペーサ３３４はステンレス鋼で板状に所定の厚さに形成されたものを用い、ガスの流れを妨げないように設置し、放電空隙長を一定に維持している。放電空間３３３の冷却には、接地側電極３３１内の冷却水流路３３５を循環させた低温冷却水による冷却手段により冷却する。

また、接地側電極３３１および高電圧側電極３３２の両電極を金属製とし、各々の放電空間側表面をＡｌ_２Ｏ_３でコーティングし、両電極３３１，３３２内部に冷却水を流した形態をとっても効果的である。両電極３３１，３３２に冷却水を流すことにより、一方の電極にだけ冷却水を流す場合に比して放電空間３３３の冷却効率が４倍以上向上するため、放電部を１／４以下の大きさにコンパクト化できる。ただし、この場合は冷却水としてイオン交換水もしくは純水を使用する必要がある。

本発明における無声放電プラズマは比較的低温であるため、放電部３３の後段の排気配管にはＰＶＣなどの耐酸性で安価な樹脂配管が使用できる。

図５は、放電空隙長と放電空間の平均ガス温度の関係を示す図である。同図によれば、上記のように、放電空隙長を１．０ｍｍ以下とした場合、放電空間３３３の平均ガス温度は１００〜２００℃程度となる。平均ガス温度１００〜２００℃程度でプラズマ処理されたハロゲン含有ガスは、ハロゲン含有ガス処理装置３から排出される際に５０℃以下に自然冷却されており、ＰＶＣなどの配管が使用できるため極めて経済的である。２００℃を大きく越えると配管に対する熱的負荷が問題となり、ＰＶＣではなくステンレス鋼などを用いる必要があり、工事費が重むため好ましくない。

また、Ａｌ_２Ｏ_３プレートは脆性であり、微少な機械的な応力が印加されたまま、高電圧を印加する（数百℃の温度上昇がある）と破損する可能性が生じるが、放電空隙長を１．０ｍｍ以下とすることによって、平均ガス温度が２００℃以下となり、Ａｌ_２Ｏ_３プレートの破損防止に対しても効果がある。さらに、ハロゲン含有ガスの除害率向上を考慮すれば、好ましくは０．５ｍｍ以下の放電空隙長によって放電場を形成する。

上記のように、放電空隙長を１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下に設定することによって、ハロゲン含有ガス分子の結合を解離させる投入エネルギーを低くし、より高い電界放電場を形成でき、熱的には低温で処理を行うことができる。

本実施の形態の説明では、接地側電極３３１を冷却する場合を示したが、放電部３３の接地側電極３３１および高電圧側電極３３２のすべてを冷却した場合は、前述のように、放電空間３３３の冷却効果を４倍向上させることができるので、放電空隙長を４．０ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以下に設定することによって、ハロゲン含有ガスの分子結合を直接解離させるに十分なエネルギーを有効に投入することができる。

また、ハロゲン含有ガスをプラズマにより処理する際、図１に示した付加ガス供給手段（付加ガス供給器）３５から付加ガスを添加し、希釈することによって、ハロゲン系ガス分子の遊離した各構成原子を処理し易い分子に再生させることができる。主なハロゲン系ガスはプラズマで分子結合が切断されると、炭素原子およびふっ素原子が遊離する。これらの原子で大気放出可能もしくは処理が極めて容易なガスとして再生するには、ハロゲン含有ガスに水（水蒸気）を添加し、水の共存状態でプラズマ処理することにより、二酸化炭素、ふっ化水素等のガス分子にする。

水の添加量はハロゲン含有ガス中のハロゲン系ガス濃度により一義的に決定でき、そのハロゲン系ガス濃度をＣｐ、添加する水（水蒸気）の濃度をＣｈとすると、Ｃｈ／Ｃｐ＝０．５〜３、好ましくはＣｈ／Ｃｐ＝１〜２とする。

また、再生した二酸化炭素はハロゲン含有ガスに比べて極めて地球温暖化に対する影響が小さいガスであるため、大気放出しても地球温暖化に対する影響はＰＦＣガスなどに比べ非常に小さい。

また、再生したふっ化水素は、一般的に半導体製造設備内に保有されている酸排気設備４に排気し、処理することができるので、酸排気設備を別に設けなくても簡単に無害化でき、大規模な設備投資は必要としない。

上記のように、本実施の形態においては、放電空隙長を１．０ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下（すべての電極を冷却すれば４．０ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以下）と設定することによって、プロセスアウトの設置場所にて、低コストで、プラズマによるハロゲンガス含有ガスの処理が効率よく実施できるようになる。

また、半導体プロセス装置１から排出されるハロゲン含有ガスのハロゲン系ガス濃度が低濃度である場合でも、ガス濃縮器３２を用いることにより高い除害率を維持することができる。

さらに、ガス濃縮器３２を利用し非ハロゲン成分リッチガス３２３を分離し再利用することによって、システムポンプ２に供給する新たなパージガスを大幅に減らすことができ、省エネルギー化ができる。

実施の形態２．
半導体・液晶製造プロセスに使用されるハロゲン含有ガスには、ふっ素化合物ガスとして、ＣＦ_４、Ｃ_２Ｆ_６、Ｃ_３Ｆ_８、Ｃ_４Ｆ_８、ＣＨＦ_３、ＮＦ_３、ＳＦ_６などがある。以下これらを総称してＰＦＣガスとする。

また、家電製品などから回収されるハロゲン含有ガスには、ＣＦＣ（Ｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）ガス、ＨＣＦＣ（Ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）ガス、ＨＦＣ（Ｈｙｄｒｏｆｌｕｏｒｏｃａｒｂｏｎ）ガスがある。

上記ＰＦＣガス、ＣＦＣガス、ＨＣＦＣガス、ＨＦＣガスは、大気放出ができず、特に安定で分解が困難とされるガスである。

上記実施の形態１に示したハロゲン含有ガスの処理装置により、上記ＣＦＣガス、ＨＣＦＣガスおよびＨＦＣガスを容易に処理することができる。

図６は、実施の形態２を示すブロック図であり、ＣＦＣガス、ＨＣＦＣガスおよびＨＦＣガス含有ガスの処理方法を説明する図である。図６（ｂ）は家電製品の貯蔵容器１Ａ内のＣＦＣガスおよびＨＦＣガス含有ガスの処理工程を示し、図６（ａ）は半導体プロセスから排出されるＰＦＣガスの処理工程を図６（ｂ）と対比して示している。同図において、前処理とはスクラバ３１などによる洗浄工程を示している。

家電製品貯蔵容器１ＡなどからＣＦＣガス、ＨＣＦＣガスおよびＨＦＣガス含有ガスを回収する場合、回収場所は半導体工場のように、図６（ａ）に示した酸排気設備４などを持ちあわせていない場合が多い。そこで、図６（ｂ）に示したように、ポンプ２０により処理対象ガスを放電処理部３３に引き込み、プラズマ処理した後で、アルカリ溶液などによる湿式処理などの後処理設備４Ａでしょりすることが必要であり、例えば水酸化カルシウム溶液を用いて中和し、ふっ化カルシウム、塩化カルシウムとして無害化し、回収する工程を加える。また、この場合には洗浄等の前処理は一般的に不要であるが、実施するのが好ましい。

実施の形態３．
図１において、放電部３３にＰＦＣ含有ガスとともに付加ガス供給器３５から添加するガスは、水蒸気の他に、水素、酸素、オゾン、メタン、エタン、プロパン、アンモニアまたはこれらの混合物とする。

これらのガスをマスフローコントローラや流量計にて流量を制御し、放電部３３に導入すればよい。また、上記添加ガスを水に溶解させた溶液、例えば、水素水、オゾン水、さらにはエタノール、メタノールなど有機溶剤を溶解させた溶液を収納した溶液槽にＰＦＣ含有ガスを導入し、溶液中をバブリングさせるなどしてＰＦＣ含有ガスと共存させても水（水蒸気）等を放電部に添加した場合と同様の効果が得られる。

付加ガス供給器３５から、上記ガス種または溶液を添加することにより、プラズマにより分解した処理対象ガス分子を、工場に既設の設備で容易に処理する、あるいは地球温暖化への影響がより小さいガス分子に変換することができる。

実施の形態４．
半導体・液晶プロセスでは、図１に示したシステムポンプ２のパージガスは窒素ガスであることが多いため、本発明の装置において処理するＰＦＣガスは窒素で希釈されているのが好ましい。しかし、窒素の他に空気や酸素で希釈されていても同様にパージガスごと直接処理することができる。

また、図１に示したように、ガス濃縮器３２を用いた場合は、非ハロゲン成分リッチガス３２３を分離し、システムポンプ２に再利用できるため、窒素、空気、酸素よりも高価なヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンで希釈してもランニングコスト的に問題はない。また、処理対象ガス中のハロゲン系ガスを高効率に濃縮できることから、処理対象ガスのハロゲン系ガス濃度の高低にかかわらず常に高効率に処理することができる。

特に、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノンは、放電場でのエネルギー消費が極めて少ないため、プラズマ処理においても、さらに効率的な処理ができる。

実施の形態５．
図７は、実施の形態５を示すブロック図であり、非ハロゲン成分リッチガス３２３をシステムポンプ２のパージガスとして再利用するパージガス供給システムを示している。図において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。３２６はマスフローメータなどの流量計、３２７は水分ドレイン、３６は演算ユニット、３７はマスフローコントローラなどの流量調節手段であり、実線はガスの流れ、一点鎖線は信号線、二点鎖線は高圧線を示す。

ガス濃縮器３２を用いた場合、濃縮されたハロゲン成分リッチガス３２２は放電部３３へと導入されるが、ガス濃縮器３２に導入されたＰＦＣ含有ガス内の非ハロゲン成分リッチガス３２３は、別ポートより排出される。

ガス濃縮器３２からの非ハロゲン成分リッチガス３２３を除酸、除湿した後、流量計３２６でその流量Ｑ１を検知する。その流量信号を電流または電圧信号等の検知信号に変換し、システムポンプ２に対して必要とするパージガス流量Ｑ０を記憶させておいた演算ユニット３６に導入する。演算ユニット３６は市販の計装用演算変換器やリニアライザを用いればよい。そこで、新規導入パージガス流量Ｑ２を（Ｑ０−Ｑ１）で算出させ、その信号を流量調節手段３７に送信し、自動的に不足流量を供給する。

このパージガス供給システムにより、ガス濃縮器３２の濃縮効率が変動しても常に一定流量のパージガスをシステムポンプ２に供給でき、半導体プロセスおよびシステムポンプ２のインターロック動作などに影響を及ぼさない。

実施の形態６．
図８は、実施の形態６を示すブロック図であり、図において、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。本実施の形態は、非ハロゲン成分リッチガス３２３をシステムポンプ２のパージガスおよび放電部３３で生成した排出ガスのパージガスとして再利用するパージガス供給システムである。

ＰＦＣ成分をガス濃縮器３２で濃縮することにより、放電部３３で処理した後のガスは極めて高濃度のふっ化水素ガスを含有する。半導体工場の設備にもよるが、放電部３３から酸排気設備４にいたる配管が高濃度のふっ化水素ガスに耐えられない場合があるが、非ハロゲン成分リッチガス３２３の一部を、システムポンプ２へのパージガスとして再利用すると同時に放電部３３の後段へもフィードし、放電生成ガスを希釈することによって放電部３３から酸排気設備４にいたる配管に対する高濃度のふっ化水素ガスによるダメージを抑制することができる。

図８において、３２８がシステムポンプ２のパージ成分、３２９が排気ガスのパージ成分である。分離された非ハロゲン成分リッチガス３２３を２方に分岐し、一方をシステムポンプ２のパージガスとして利用し、もう一方を放電生成ガスの希釈として利用する。好ましくは、ポンプパージ成分３２８は、コールドトラップまたはドライヤなどの除湿部３２５を用いて、ポンプ内での水分凝縮などを防止するためにガス露点を―２０℃以下とする。また、除湿の前段で非ハロゲン成分リッチガス３２３内のふっ化水素などの不純物を除酸部３２４で除去しておくのが好ましい。排気ガスのパージ成分３２９に関しては除酸・除湿などの手段が不要でそのまま利用することができる。

図９は、ガス濃縮器３２内にガス分離膜３２１と高分子製中空糸分離膜による水分濃縮部３２０とを設置したものである。

図８においては、システムポンプ２へパージガス成分を再利用する際に、除酸部３２４によりほぼ飽和している水分量をパージガスリッチ成分３２３より除去する必要があり、そのため、ドライヤ、コールドトラップなどの除湿部３２５、水分ドレイン３２７（この水分のｐＨは低い可能性があるため取り扱いおよび廃棄には注意が必要である）など数種の機器を設置する必要が生じた。

一方、図９においては、ガス濃縮器３２、除酸部３２４および水分濃縮装置３２０のみの設置で、ドライヤなど電力を消費する機器は少なくとも必要がなくなり、コスト的にもフットプリント的にも有利になる。ガス分離膜３２１および水分濃縮部３２０はともに中空糸分離膜で構成されているが、ガス濃縮器３２は前述のとおり、ハロゲン成分と非ハロゲン成分の分離が実施できる。水分濃縮部３２０は、非ハロゲン成分内の水分と他成分の分離に用いる。水分は他成分の中空糸膜への透過速度に比して極めて透過速度が大きいので、容易に両者を分離することができる。
排気ガスパージ成分３２９への水分量は問われないため、図９では水ドレインから排出すべき水分をすべて排気ガスパージ成分３２９とともに排出することができる。

水分濃縮部３２０は、市販されているポリイミド樹脂などによる中空糸膜を用いるだけで容易に実現でき、水分濃縮部３２０により、システムポンプ２のパージ成分３２８は少なくともガス露点―２０℃以下に自動的になり、コールドトラップやドライヤなどの設備および水分排出のドレインが不用となり、十分なコストダウンを実施できる。

以上のような構成によって、ガス濃縮器３２を用いることにより、システムポンプ２のパージガス供給設備５からの新規パージガスの導入量の低減、放電生成ガスの高濃度化による危険性を回避することができる。

実施の形態７．
図２において、接地側電極３３１または高電圧側電極３３２、接地側電極３３１と高電圧側電極３３２両方の素材にステンレス鋼の他、アルミニウム合金、チタン合金、インコネル、あるいはハステロイを用いてもよい。

本発明においては、放電部３３でふっ化水素が発生し、付加ガスとして水（水蒸気）を共存させた場合は、極めて厳しい腐食環境下に置かれる。従って、インコネル、ハステロイは耐食性に優れた素材であり、そのまま使用できるが、アルミニウム合金およびチタン合金を用いる場合は、耐食性を向上させるための表面処理が必要になる。

アルミニウム合金およびチタン合金を用いる場合、陽極酸化法などにより表面に酸化膜を形成する、溶射などにより耐腐食性酸化膜を形成する、あるいはふっ素樹脂などをコーティングして利用することによって耐腐食性を向上させることができる。

また、アルミニウム合金を用いる場合は、半導体工場内の冷却水系統をアルミニウムで汚染しないように電極内面の冷却水接触部にも同様の処理を施しておいた方がさらに良い。

実施の形態８．
図２において、放電部３３に設置する誘電体３３２Ａには、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、ふっ素系樹脂、アクリル系樹脂を含有するものを用いることができる。電気絶縁性、耐食性に優れ、ｔａｎδが小さく発熱が少ないものを選択するのが良い。

十分な絶縁性、耐腐食性および良好な二次電子放出特性を有する上記のような誘電体を放電部に介在させることにより、装置の安定性、長寿命化、高効率エネルギー投入を実現できる。

また、誘電体３３２Ａの口径は、導電層からなる高電圧側電極３３２および接地側電極３３１の口径よりも大きく、高電圧側電極３３２の口径は接地側電極３３１の口径よりも大きくするのがよい。このような誘電体３３２Ａの口径及び電極３３１，３３２の口径との大小関係を有することにより、沿面放電、異常放電が回避でき、理想的なエネルギー投入が実施でき、かつ装置の安定性、長寿命化を実現することができる。

実施の形態９．
図２において、放電部３３に設置するスペーサ３３４には、ステンレス鋼、アルミニウム合金、チタン合金、インコネル、ハステロイ、セラミクス、ふっ素系樹脂、耐熱性プラスチックから形成された素材を使用する。

放電部３３におけるプラズマ処理により腐食流体が発生するため、上記素材をそのまま、または表面処理を実施して用いることで装置の耐腐食性が向上し、メンテナンス期間を十分長くとることができる。

アルミニウム合金およびチタン合金を用いる場合は、放電部におけるプラズマ処理により腐食流体が発生するため、ふっ化処理を施す、あるいは表面に酸化膜を形成することによって、さらに装置の耐腐食性が向上し、メンテナンス期間を十分長くとることができる。

また、放電空隙長が大きくなると、放電空間３３３の冷却効果が低下するため、樹脂・プラスチックを使用する場合は、その耐熱性を考慮する必要がある。

また、電極製作時に電極表面にスペーサ部を削り出しなどで形成したり、または上記材料によるスペーサ３３４を電極表面に接着などにより固定し、スペーサ３３４ごと電極表面を下記の実施の形態１０に示す被覆材料で被覆しておくのがよい。

実施の形態１０．
図２において、放電部３３内の電極が、プラズマ処理したガスと接する接ガス部は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｌａ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ふっ素系樹脂、耐熱性プラスチックのいずれかの被覆材により被覆する。

放電部におけるプラズマ処理により腐食流体が発生するため、腐食流体が接触する部材に上記被覆材を被覆することにより、装置の耐腐食性が向上し、メンテナンス期間を十分長くとることができる。

実施の形態１１．
図２において、電極３３１，３３２およびスペーサ３３４をアルミニウム合金またはチタン合金で形成した場合、その表層をふっ化処理する。ふっ化処理により、表層に形成される膜厚数十μｍ程度の緻密なふっ化物層により腐食環境下における耐食性を有することになる。さらに、ふっ化処理した後に、その上から実施の形態１０で示した被覆材で被覆することによって、より一層よい耐食性が得られる。

実施の形態１２．
図１０は、実施の形態１２を示す断面図であり、図２と同一符号は同一部分または相当部分を示す。本実施の形態は、放電空間３３３の数が２個の場合を示している。放電空間３３３の数が２個（接地側電極３３１のみ冷却）の場合、接地側電極３３１の数は２個となる。接地側電極３３１が放電部３３のケース３３８の一部を兼ねるようにすることにより放電部３３の構造が簡単となり、かつ構成部材を少なくできるので、コンパクトな処理装置を形成することができるとともに、メンテナンスの容易さ、イニシャルコストの低減を実現することができる。

なお、３３０は給電部材を示し、２個の高電圧側電極３３２に同時に高電圧を印加している。また図中の矢印はガスの流れを示している。

放電空間３３３の数は、２個に限られるものではなく３個以上にすることができる。放電空間３３３の数がＮ個（Ｎは２以上の偶数）となった場合、１番目と（Ｎ／２）＋１番目の接地側電極３３１はケース３３８の一部を兼ねることができ、放電空間３３３の数が増大するにともなう処理ユニット数の増大・処理容量の大容量化に対しても十分なコスト低減が実施できる。なお、すべての電極を冷却した場合も同様に、放電空間数がＮ個の場合、１番目と（Ｎ／２）＋１番目の接地側電極がケース３３８の一部を兼ねることになる。

実施の形態１３．
図２、図１０に示した放電部３３内では、Ａｌ_２Ｏ_３等のセラミクスなど、割れる可能性のある部材を用いる場合がある。セラミクスは急激な温度昇降や熱応力、機械的なストレスを受けると破損する。そのため、放電空間での温度上昇や外的な衝撃が与えられた場合にそれを吸収する働きをする部材が必要となる。

図１１は、実施の形態１３を示す断面図であり、図２と同一符号は同一部分または相当部分を示す。本実施の形態は、放電空間が２個、つまり放電部が２個の場合に弾性体を含んだ場合を示している。同図において、６は給電体、７は弾性体、８は給電板である。給電体６、弾性体７、給電板８は各々金属製で同電位を保つようになっており、給電体６と放電部の高電圧側電極３３２が密着接触する。したがって、給電体６の高電圧側電極接触部は高精度な仕上げ加工となっている。

弾性体７は、給電体６および給電板８を介して放電部の高電圧側電極３３２を支持し、放電部の熱的、機械的なストレスを吸収し、破損の可能性のある部材を保護する。弾性体７による熱的、機械的なストレスの吸収によって、常に安定な放電状態が得られ、放電空間３３３の温度上昇による破損を抑制することができる。

また、本実施の形態では、弾性体７が、給電部材としての機能と弾性による放電部の電極部材の保護機能を兼ねるようにしているので、装置容積が大きくなるのを回避することができる。

実施の形態１４．
図２、図１０のような放電空間３３３の温度上昇およびハロゲン含有ガスの露点の上昇を抑制するために、放電部３３のケース３３８が冷却できる構造としておくことによって、放電空隙長が大きくなり、放電空間の温度が上昇するよう場合でも、安定動作を実現することができる。

ケース３３８に冷却水配管を巻きつけておく、あるいはケース３３８壁内に冷却水配管を鋳込んでおくなどして、必要に応じて冷却水を循環させればよい。ここで用いる冷却水は、電極の冷却水系統から分岐して接続すれば、新たに冷却水系統を設ける必要がない。

実施の形態１５．
図１２は、実施の形態１５を示すブロック図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。本実施の形態は、放電部を複数段設けた場合を示している。図１２（ａ）は、複数の放電部３３Ａ，３３Ｂ，・・・３３Ｎを処理ガスの流れに対して直列に設置し接続した場合であり、より高濃度かつ難分解性ガスを処理する場合に効果がある。特に、このように直列に放電部を接続する場合は、１段目の放電部３３Ａで処理できなかったガスや１段目の放電により新たに生成したガス状放電生成物をＮ段（Ｎ＝２、３、・・・）目の放電部で処理することが可能となる。

また、処理すべきハロゲン含有ガスの流量または濃度に応じて、複数個の放電部の中の必要とする個数の放電部を駆動することによって、高効率に処理することができる。

また、途中のＮ段目の放電部において、放電を妨害する妨害ガス、例えばふっ化水素などが発生する場合には、図中に示した妨害物質除去器３２Ａを最終段以外の各放電部の後段にも設けることによって、妨害ガスが各段の放電部に流入するのを防止することができ、トータルの処理効率が向上する。

妨害物質除去器３２Ａには、例えば、水や薬液による湿式処理または吸着剤による乾式処理を採用することにより、処理対象ガス中から妨害ガスを除去することができる。湿式処理による方法では、ウェットスクラバもしくはバブリングにより妨害ガスを水または薬液に溶解させて除去する。乾式吸着処理による方法では、容器内もしくは配管内に活性炭、アルミナ、ゼオライトなどの吸着剤を充填し、この吸着剤の中を通過させ、吸着剤に吸着させて妨害ガスを除去する。

また、Ｋ_３ＮｉＦ_７などのふっ素吸蔵合金やＬｉＦ、ＮａＦ、ＫＦなどの固体アルカリ金属と妨害ふっ素成分を反応させ吸収させることもできる。

また、放電部の放電空間に吸着剤やふっ素吸蔵合金などを設置し、吸着剤やふっ素吸蔵合金共存の下で放電を発生させることによって、妨害ガスの生成と同時に吸着剤やふっ素吸蔵合金に吸着させて妨害ガスの除去を行い、処理効率の低下を未然に防止することができる。さらに、コールドトラップを用い、ふっ化水素のみ除去してもよい。

また、図１２（ｂ）に示したように、放電部を処理ガスの流れに対して並列に設置・接続し、処理流量、あるいは濃度に応じて、必要な個数の放電部を動作させ、放電空間の面積を増減させればよい。また、処理流量、あるいは濃度が増大した場合には、電極の口径を大きくするといった方法でもよい。

実施の形態１６．
図１３は、実施の形態１６を示すブロック図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。同図に示したように、放電部３３の前段にハロゲンのガス種検知手段９を備え、その検知信号を電流または電圧信号に変換し、電流または電圧信号を演算ユニット１２を介して電動バルブ１０および高周波電源３４に送信する。あらかじめ演算ユニット１２に処理すべきガス種を記憶させておき、記憶させたガス種を含むガスが通過したときのみ、放電部３３に電力を印加できるようにする。図中、実線はガスの流れ、一点破線は信号線、二点鎖線は高圧線を示す。

ガス種検知手段（ガス種検知器）９は、記憶させているガス種を検知したときに警報を発するガス警報機と同様のものを用いればよい。本発明のハロゲン含有ガス処理装置は通常２４時間連続運転となるが、放電部３３の駆動に関しては、半導体プロセス装置が実際に処理を実施しているときのみ、処理を必要とするハロゲン含有ガスが流入するため、このハロゲン含有ガス流入時のみ放電部３３を駆動させるようにする。プロセスが処理を行っておらず、パージガスのみ流れている場合は、電動バルブ１０にてバイパス配管１１にガスが流れるようにする。また、直列または並列に複数の放電部３３が接続されている場合も同様である。

本実施の形態によれば、放電部前段にガス種検知手段９を設け、検知したガス種検知信号を電流または電圧信号に変換し、演算ユニット１２を介してに送られた電流または電圧信号によって、高周波電源３４は、処理が必要となるガスが導入される場合のみ放電部３３を駆動させるので、ランニングコストの大幅な低減を図ることができる。

実施の形態１７．
図１４は、実施の形態１７を示すブロック図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。同図に示したように、放電部３３前段にガス流量検知器１３を備え、検知した検知信号を電流または電圧信号に変換し、その変換された信号を演算ユニット１２を介して高周波電源３４に送信する。図中、実線はガスの流れ、一点破線は信号線、二点破線は高圧線を示す。

演算ユニット１２は、あらかじめ流量と電力の相関関係がインプットされており、送信された電流または電圧信号に応じた電力を放電部３３に印加するような信号を高周波電源３４に送信する。演算ユニット１２には同時に放電部３３の定格電力もインプットされており、一台の放電部３３の定格を超える場合は、並列に接続された複数台の放電部を駆動させる。

本実施の形態によれば、検知したガス流量を電流または電圧信号に変換し、演算ユニット１２に送られてきた電流または電圧信号によって、上記ガス流量に対して必要とする放電部の数だけを動作させるので、無駄なエネルギーを浪費することなく、効率よく処理することができる。

実施の形態１８．
図１５は、実施の形態１８を示すブロック図であり、図１と同一符号は同一部分または相当部分を示す。同図に示したように、放電部３３の前段にガス濃度検知器１４を備え、検知した濃度信号を電流または電圧に変換し、その変換された信号を演算ユニット１２を介して付加ガス供給器３５に送信する。図中、実線はガスの流れ、一点鎖線は信号線、二点鎖線は高圧線を示す。

演算ユニット１２にはハロゲンガス濃度と、その濃度に対して必要とする付加ガス量の相関関係がインプットされており、ハロゲンガス濃度に応じて、必要な付加ガス量を決定する。演算ユニット１２から送信される信号は付加ガス供給器３５内の自動調整バルブ、比例制御バルブまたはマスフローコントローラ等の流量調整手段に送信され、この流量調整手段は適切に駆動される。

本実施の形態によれば、演算ユニット１２に送られた電流または電圧信号によって、付加ガス供給器３５の流量調整手段を動作させ、必要とする適正な量の付加ガスを供給することができるので、過多な付加ガスが放電部に導入されることがなくなり、安定な放電を維持することができる。

実施の形態１９．
図１に示したウェットスクラバ（水スクラバ）３１により、ハロゲン含有ガスを洗浄した場合、洗浄後のガスに含まれる水分量は極めて多く、また、完全に飽和している場合がある。水分が飽和したまま放電部へハロゲン含有ガスを導入すると、過多な水分量により、安定な放電状態が得られず、定常な処理効率を維持できなくなることがあり、また、放電部の故障を発生する可能性があるが、放電部に流入する前にハロゲン含有ガス中の水分を適正に除去する水分除去手段を設けることによって、安定な放電状態が得られ、定常な処理効率を維持できるようになる。

本実施の形態では、放電部へハロゲン含有ガスを導入する前にハロゲン含有ガスの露点を下げるようにしている。例えば、放電部の前段であり、ウェットスクラバ３１の前段もしくは後段にガス冷却器を挿入し、ハロゲン含有ガスのガス温度が少なくとも大気温よりも低くなるようにし、かつウエットスクラバ３１から放電部３３に至る構成部材、すなわちガス配管および放電電極３３１，３３２の温度をスクラバ溶液の温度よりも５℃以上低く維持することによって、ハロゲン含有ガス中の水分量を減少させている。

ガス冷却器におけるガスの冷却手段としては、冷却水を貯蔵・循環させることができるタンク内に、ハロゲン含有ガスの配管を接触表面積が大きくなるように、例えば、蛇管状に形成して浸漬し、ハロゲン含有ガスを流すのが最も簡単な方法である。

冷却水の温度および接触表面積を変化させることにより所望の冷却効果が得られ、ガスの露点を所望の値に低下させることができる。ガス配管は、好ましくは直径が小さく、肉厚が薄い金属製配管を用いるのがよい。

また、ウェットスクラバの後段に除湿ドライヤ、水分吸着剤および高分子製中空糸分離膜を設置しても同様にハロゲン含有ガスの露点を低下させることができる。これら除湿ドライヤ、水分吸着剤および高分子製中空糸分離膜を用いる場合は、好ましくは前段に圧縮機、または後段に真空ポンプを設置し、圧力差を生じさせるのが効果的な水分除去につながる。

除湿ドライヤは一般に市場に出回っている除湿器やエアドライヤなどの乾燥空気製造用のものでよい。

吸着剤としてはゼオライト、シリカゲル、活性化アルミナなどを使用すればよい。

高分子中空糸分離膜は、ポリイミド製を用いるのが最も容易である。中空糸分離膜では導入される物質の膜に対する透過速度の違いにより分離することができる。特に、水の透過速度とハロゲン含有ガスの透過速度の間には大きな差があるため、簡単に両者を分離除去することができる。

また、ウェットスクラバ３１が付加ガス（水）供給設備３５を兼ね、かつハロゲン含有ガスが高濃度である場合において、ハロゲン含有ガスにウェットスクラバ３１から供給された水分量だけでは、放電部への水素原子および酸素原子の供給量が不足する場合は、逆にスクラバ溶液の温度を少なくとも気温より高い温度に設定し、かつウェットスクラバ３１から放電部３３へ至る構成部材をスクラバ溶液よりも少なくとも５℃以上高く維持しておくことによって、必要とする付加ガスを供給することができる。

上記のように、上記ハロゲン含有ガス中の水分を、適切な処理能力を有するドライヤ、水分吸着剤あるいは中空糸分離膜を利用して水分を除去する、またはハロゲン含有ガスを直接または間接的に冷却して除去することにより、放電部３３に必要以上の水分が導入されることがなくなり、安定な放電を維持することができる。

また、スクラバ溶液温度を気温以下に保ち、ウェットスクラバ３１から放電部３３までの接ガス部の温度をスクラバ溶液温度より５℃以上低く保つことにより、ハロゲン含有ガスが必要以上の水分量を放電部３３に持ち込むことがなくなるので、放電部３３において安定な放電を維持することができる。

実施の形態２０．
実施の形態１９で示したように、プラズマ処理の前処理としてハロゲン含有ガスをウェットスクラバ３１で洗浄すると、過多な水分が放電部へ導入される可能性がある。

図１６は、実施の形態２０を示す断面図であり、ガスの洗浄手段と適切な水分の供給手段を、ウェットスクラバ３１が兼ねるようにしたものである。放電部への付加ガスとして水（水蒸気）を選択する場合、このウェットスクラバ３１を用いると図１などの中に設置してある付加ガス供給器３５が不要となり、経済的なシステムの構築ができる。

図１６において、３１１はガス導入口、３１２はスクラバタンク、３１３はスクラバタワー、３１４はスプレー、３１５はガス排出口、３１６は給水（または排水）ポート、３１７は排水（または給水）ポート、３１８は投げ込みクーラー、３１９は熱電対、３１０は循環ポンプを示し、図中の実線矢印はハロゲン含有ガスの流れを示し、破線矢印は循環水の流れる方向を示している。

ハロゲン含有ガスは、スクラバタワー３１３の下部から導入され、上部方向に移動し、スクラバタンク３１２から循環ポンプ３１０にて上部に供給されてスプレー３１４から放出されるスクラバ水により洗浄され、水分添加が行われる。

その後、ハロゲン含有ガスはスクラバタワー３１３の上部より排出され、放電部へ導入される。また、スクラバタワー３１３内には気液接触の効率を向上させるため、充填剤が設置されている。

過多な水分添加および放電部内での結露を防止し、放電部での安定動作を補償するために、スクラバタンク３１２に溜める水（ハロゲン含有ガスと接触させる水）の温度は少なくとも大気温以下である必要がある。そのため、スクラバタンク３１２内の水は、冷却機などにより温度制御した水を、給水ポート３１６、排水ポート３１７を介して循環して適切な低温に維持する。

また、投げ込みクーラー３１８と熱電対３１９を用いて、スクラバタンク３１２内の水を直接冷却しても良い。このようにスクラバ水の温度を少なくとも気温以下、好ましくは１０℃以下に制御することで、ハロゲン含有ガスは十分に洗浄され、かつ放電部に対して適切な付加水分量を持つことができる。

また、スクラバ水はハロゲン含有ガスを洗浄することにより、そのｐＨ値は低下し、酸性となる。

この酸性のスクラバ水が添加されたハロゲン含有ガスが放電部に導入されると、放電部の構成部材が腐食や破壊を起こす可能性がある。

そこで、好ましくは、スクラバ水のｐＨ値を８以上のアルカリ性にしておき、所定のｐＨ値（好ましくはｐＨ６）を下回ると、自動的に給水と排水を各ポートより行うようにしてｐＨ値を上げ、酸性成分が放電部に導入されないようにすることにより、放電部の腐食、破壊を防ぐことができる。

実施の形態２１．
図１７は、実施の形態２１を示す断面図であり、実施の形態２０と同様に、ガスの洗浄手段と適切な水分の供給手段を、ウェットスクラバ３１が兼ねるようにしたものである。本実施の形態は、実施の形態１９とは異なり、ハロゲン含有ガスをスクラバタワー３１３下部より導入するのではなく、ガス道入口３１１からスクラバタンク３１２のスクラバ水中にバブリングし、バブリング後のハロゲン含有ガスをスプレー３１４で洗浄する。

バブリングとスプレー３１４の両方の洗浄により極めて高い洗浄効果とハロゲン含有ガスの冷却効果が発揮され、放電部３３に適切な状態のハロゲン含有ガスを導入することができ、処理効率の向上を図ることができる。この効果は、ハロゲン含有ガスとスクラバ水との接触面積および接触時間の大幅な改善によるものである。

さらに好ましくは、このウェットスクラバにおいて、実施の形態１９と同様にスクラバ水の温度を冷却機を用いて制御する、あるいは投げ込みクーラーにより直接スクラバ水を冷却するなどにより、スクラバ水温度を１０℃以下に保つのがよい。

実施の形態２２．
図８で示したように、放電空隙長を１．０ｍｍ以下とした大気圧またはその近傍圧力下で高効率動作する放電部３３、スクラバなどのガス洗浄手段３１、ガス分離膜などのガス濃縮器３２、ガス濃縮器３２で生成された非ハロゲン成分ガスをシステムポンプ２のパージガスおよび放電後（除害後）ガスのパージガスとして再利用するリサイクル設備および付加ガス制御設備を備えたハロゲン含有ガス処理システムを構築する。

上記構築したハロゲン含有ガス処理システムを、製造工場の既存のシステムポンプと酸排気設備との間に挿入し、既存の配管設備を流用する。

本実施の形態によれば、ユーザー側からは動力（電気、水、ガス）を供給するだけでよく、付帯設備の準備は特に必要ない。配管なども既存の設備がそのまま流用できるため、接続工事にかかわるコストも大幅に削減できる。

また、大気圧またはその近傍圧力下、放電空隙長１．０ｍｍ以下で動作する放電部とその前段にガス洗浄部、濃縮部、再利用部、付加ガス供給部を組み合わせたシステムを構築することにより、プラズマによるガス処理の安定動作、高効率化を生み出し、高いコストパフォーマンスを実現することができる。

実施の形態２３．
図１８は、実施の形態２３を示すブロック図であり、酸排気設備を持たない工場で使用する場合に有効な処理システムである。図において３１は酸や不純物を除去するためのウエットスクラバ等の洗浄手段、３５０はフィルタ、３５１はコンプレッサ、３２５は除湿装置、３２１はポリイミドメンブランなどのガス分離膜を用いたガス分離設備、３６は放電によるハロゲン系ガスのガス分解器を示し、各矢印はガスの流れを示す。

処理ガスを洗浄手段３１に導入し、酸成分やその他不純物などを除去する。さらに、フィルタ３５０で不純物を完全に除去する。その後、コンプレッサ３２５でたとえば７気圧程度にガスを昇圧する。この圧力をドライビングフォースとして、ガス分離設備３２１でガスを分離する。水分が含まれるとガス分離性能が低下するため、ガス分離設備３２１の手前に除湿装置３２５を配設しておくことが望ましい。ガス分離設備３２１で分離された清浄ガス３２３はそのまま大気に開放する。処理すべきハロゲン含有ガス３２２はガス分解器３６に導入し、ＨＦなどに分解する。分解処理されたガスを、ポンプ等の排気ガス循環手段３５２で再び洗浄手段３１に戻し処理を行う。

この方式では洗浄手段３１からガス分解器３６の間をクローズドループで排気ガス循環手段３５２で循環させながらハロゲン含有ガスを分解し、清浄化されたガス３２３だけを系外に排出することができる。このためガス分解器３６で処理ガスが完全に分解できない場合でも、処理ガスを再び系内に戻し、再度処理をするため系外に排出される有害ガスを最小限に抑えることができる。

また、ガスを分解して発生したＨＦなどの有害物質を洗浄手段３１で処理するため、酸排気設備などを必要としないなど大きな特徴をもつ。

本実施の形態ではポリイミド製の膜モジュールを用いてガス分離を行った場合について示したが、ガスが分離できる設備であれば吸着方式でもその他のものでも利用することができる。

また、ガス分解器３６として、放電プラズマを用いたガス分解方法についてのみ示したが、熱分解方式や触媒方式、あるいはその他の方式を利用することも可能である。さらに、洗浄手段３１部では処理ガスと水を接触させることで酸成分などを容易に水に溶解させることができるが、水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）_２）などを添加して、発生したＨＦを螢石（ＣａＦ_２）で回収することも環境負荷低減には有効な方法である。

１半導体プロセス装置、１Ａ家電製品貯蔵容器、２システムポンプ、
３ハロゲン含有ガス処理装置、４酸排気設備、４Ａ後処理設備、
５パージガス供給設備、６給電体、７弾性体、８給電板、９ガス種検知手段、１０電導バルブ、１１バイパス配管、１２，３６演算ユニット、
１３ガス流量検知器、２０ポンプ、２１ターボ分子ポンプ、２２ドライポンプ、
３１洗浄手段（ウエットスクラバ）、３２ガス濃縮器、３２Ａ妨害物質除去器、
３３，３３Ａ，３３Ｂ，３３Ｎ放電部、３４高周波電源、３５付加ガス供給器、
３７流量調節バルブ、３８ガス分解器、３１０循環ポンプ、３１１ガス導入口、
３１２スクラバタンク、３１３スクラバタワー、３１４スプレー、
３１５ガス排出口、３１６給水（または排水）ポート、
３１７排水（または給水）ポート、３１８投げ込みクーラ、３１９熱電対、
３２０水分濃縮部、３２１ガス分離膜、３２２濃縮ハロゲン成分リッチガス、
３２３非ハロゲン成分リッチガス、３２４除酸部、３２５除湿部、
３２６流量計、３２７水分ドレイン、３２８ポンプパージ成分、
３２９排気パージ成分、３３０給電部材、３３１接地側電極、
３３２高電圧側電極、３３３放電空間、３３４スペーサ、３３５冷却水路、
３３６ガス導入口、３３７ガス排出口、３３８放電部ケース、３３９高圧端子、
３５０フィルタ、３５１コンプレッサ、３５２排気ガス循環手段。

Claims

ハロゲン系ガスを含有するハロゲン含有ガスを供給するハロゲン含有ガス供給手段から供給されるガス流に対して順次直列に接続された、ハロゲン含有ガスを分解したときに生成される副生成物を除去するための洗浄手段、上記ハロゲン含有ガスからハロゲン系ガス以外のガスを分離し、上記ハロゲン系ガスを濃縮するためのガス分離設備、上記ハロゲン系ガスが濃縮されたガスを分解するガス分解器、および上記ガス分解器で処理され、排出された処理ガスを上記洗浄手段に戻す排気ガス循環手段を備えたことを特徴とするハロゲン含有ガスの処理装置。
上記ハロゲン含有ガスが、空気、窒素、酸素、二酸化炭素、ヘリウム、アルゴン、ネオンまたはキセノンからなる希釈用ガス、若しくはこの希釈用ガスの混合物のいずれかによって希釈されていることを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
上記ハロゲン含有ガス中のハロゲン系ガス濃度を１ｖｏｌ％以上に濃縮するガス分離設備を備えたことを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
上記ガス分解器は、上記ハロゲン含有ガスに、ハロゲン系ガス濃度に応じた濃度の水蒸気、水素、酸素、オゾン、メタン、エタン、プロパンまたはアンモニアのいずれかの付加ガスを添加する付加ガス供給手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
少なくともいずれか一方の表面に誘電体が設けられ、この誘電体を介して対向配置された接地側電極と高電圧側電極とを有する１個以上の放電部および上記電極を冷却する冷却手段を備え、この放電部に高電圧を印加し、放電を発生させて、上記ハロゲン含有ガス供給手段により上記２個の電極間に供給されたハロゲン系ガスを含有するハロゲン含有ガスを分解する上記ガス分解器において、上記２個の電極間の放電空間におけるガス圧力が大気圧であり、上記電極のいずれか一方だけが冷却されており、上記放電空間の放電空隙長を１．０ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項1に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
少なくともいずれか一方の表面に誘電体が設けられ、この誘電体を介して対向配置された接地側電極と高電圧側電極とを有する１個以上の放電部および上記電極を冷却する冷却手段を備え、この放電部に高電圧を印加し、放電を発生させて、上記ハロゲン含有ガス供給手段により上記２個の電極間に供給されたハロゲン系ガスを含有するハロゲン含有ガスを分解する上記ガス分解器において、上記２個の電極間の放電空間におけるガス圧力が大気圧であり、上記電極の両方が冷却されており、上記放電空間の放電空隙長を４．０ｍｍ未満としたことを特徴とする請求項1に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
複数個の上記放電部を、上記ハロゲン含有ガスの流れに対して直列に接続し、上記複数の放電部の中の必要とする任意の個数を駆動するようにしたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
直列に接続した上記放電部間に、放電の妨害ガスを除去する妨害物質除去手段を設けた上記ガス分解器を設けたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。
複数個の上記放電部を、上記ハロゲン含有ガスの流れに対して並列に接続し、上記複数個の放電部の中の必要とする任意の個数を駆動するようにした上記ガス分解器を備えたことを特徴とする請求項５または請求項６に記載のハロゲン含有ガスの処理装置。