JPH07299159A - 化合物分解のための装置および方法 - Google Patents

化合物分解のための装置および方法

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JPH07299159A JP7112588A JP11258895A JPH07299159A JP H07299159 A JPH07299159 A JP H07299159A JP 7112588 A JP7112588 A JP 7112588A JP 11258895 A JP11258895 A JP 11258895A JP H07299159 A JPH07299159 A JP H07299159A
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ジェリー・ディ・クライプ
Gerard T Reed
ジェラルド・ティ・リード
James C Koontz
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【構成】化合物の分解装置であって；反応室２０内に化
合物の流れ７０を供給する注入口２２と流出口２４とを
有する反応室２０；反応室２０内に配置された部材３
０；部材３０を加熱するためのエネルギー６２を生成す
ることのできるエネルギ源６０；および反応室２０の注
入口２２に物理的に結合され、化合物流７０を部材３０
に衝突するように向けて、部材３０が加熱されたときに
化合物が部材３０から熱を受け取るようにする導管４０
であって、化合物の分解中には前記部材上で実質的に付
着が起こらない導管４０；によって構成された化合物分
解のための装置および方法。 【効果】これらの装置および方法は、効率的に、経済的
に環境的に望ましくない物質を環境的に許容できる物質
および／または有害でない物質に分解できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に化合物の分解に
関し、さらに詳しくは、化合物を環境に許容される物質
に分解するための装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】化合
物、特にハロゲン化有機化合物または揮発性有機化合物
などの環境的に望ましくない（有害物質を含む）物質
は、反応剤，溶媒および冷却剤など多くの製造分野で広
く用いられている。
【０００３】周知のように、これらの環境的に望ましく
ない物質は、有害な成分を発生したり、成層圏のオゾン
層を破壊したり、地球温暖化効果をもたらすことにより
人間と環境に対して不利益をもたらす。これらの環境的
に望ましくない物質は、工業，化学産業，自動車産業お
よび製薬業で広く用いられているが、これらの物質の使
用を停止する、あるいは厳しく制限するか、厳しくなり
つつある規制に適合するようにこれらの物質の破棄を改
善しなければならないことは明かである。
【０００４】多くの製造現場においては、現時点では環
境的に許容される代替物質がないために、多くの環境的
に望ましくない物質の使用を停止することは不可能であ
る。そのために、環境的に望ましくない物質を環境的に
許容できる物質および／または有害でない物質に分解す
るための効率的で対費用効果の良い方法が、汚染防止規
制に適合し、環境を保護するために必要であるだけでな
く、環境的に許容できない物質を用いることを必要とす
る多くの製品の製造を続けるためにも必要である。
【０００５】従来は、環境的に望ましくない物質を環境
的に許容できる物質に分解または変質させるための主要
な方法は３種類あった。第１の方法は、無線周波数（Ｒ
Ｆ）誘導プラズマ反応を用いて環境的に望ましくない物
質を分解する方法である。しかし、ＲＦプラズマ誘導反
応のみを用いる方法は、特定の環境的に望ましくない物
質を所望の効率レベルで破壊する際には有効ではないこ
と、また対費用効果も良くないことがわかっている。現
在使用することのできるユニットは、適切な効率でハロ
ゲン化有機化合物を破壊することができない。この方法
の欠点の１つは、環境的に望ましくない物質を破壊する
ためにプラズマを制御された状態に維持することが難し
いということである。
【０００６】環境的に望ましくない物質を破壊するため
の第２の方法は、環境的に望ましくない物質を燃焼させ
ることである。燃焼法は、大量の燃料を水素または炭化
水素の形で燃やすために効率が非常に低い。さらに、真
空内では燃焼を行うことができないので、製造に用いら
れる真空ポンプを環境的に望ましくない物質にさらすこ
とになり、それによって真空ポンプの保守の労力が増大
する。状況によっては、真空下で環境的に望ましくない
物質を破壊して、真空ポンプに環境的に望ましくない物
質をさらすことを避けることが望ましい場合もある。
【０００７】環境的に望ましくない物質を分解するため
の第３の方法は、環境的に望ましくない物質をクライオ
ポンプにより液体の形に変換する方法である。液体の形
にした環境的に望ましくない物質は回収可能であるが、
依然として環境に対して安全ではなく、処理や輸送に危
険が伴う。この方法の欠点は、非常に高価で保守の労力
が大きいことである。さらに、クライオポンプ装置は大
きな設置場所を必要とする。多くの製造現場では、環境
的に望ましくない物質を生産するために大きなスペース
を用いることはできない。また、濃縮すると自然発火
し、依然として有害な物質である化合物を凝縮する可能
性のある場所でクライオポンプを用いると危険な状況と
なる可能性がある。この危険のために、多くの産業では
クライオポンプの使用は代替案とはならない。
【０００８】ハロゲン化有機化合物などの環境的に望ま
しくない物質の破壊における効率の目標は８０％以上で
ある。上記の方法はいずれも対費用効果の良い方法でこ
の効率レベルを達成することができない。そのため、効
率的で対費用効果の良い方法を用いて環境的に望ましく
ない物質を破壊することが望ましい。
【０００９】
【課題を解決するための手段】化合物を分解するための
装置および方法は、化合物の流れを反応室に供給するた
めの注入口と、流出口と、反応室内に配置された部材
と、この部材を加熱するためのエネルギを発生すること
のできるエネルギ源と、反応室の注入口に物理的に結合
されて化合物流が部材上に衝突するように方向づけ、部
材が加熱されると化合物が部材から熱を受け取るように
する導管とによって構成される。
【００１０】
【実施例】環境的に望ましくない物質である化合物７０
を望ましくは環境的に許容できる物質である最終生成物
７７、または環境的に許容できる物質に変換する前にさ
らに利用することのできる物質に分解または反応させる
装置および方法が提示される。
【００１１】図１は、本発明の装置の実施例の簡単な構
造図である。反応室２０を収納するためにハウジング１
０が設けられる。エネルギ源６０は、ハウジング１０の
中または外に配置される。エネルギ６２は、エネルギ源
６０から生成されて反応室２０に伝えられる。反応室２
０の壁の一部は、エネルギ源６０によって生成されたエ
ネルギ６２を透過しなければならない。一例としては、
石英で構成され、反応室２０内に形成されたウィンドウ
がある。ハウジング１０の壁は、エネルギ源６０から出
るエネルギ６２を含む材料で構成する。ステンレス鋼
は、このような材料の一例である。ハウジング１０は、
反応室２０の注入口２２と流出口２４とにそれぞれ物理
的に結合された注入口１２と流出口１４とを有する。反
応室２０の注入口２２および流出口２４は、反応室２０
の壁内の開口部として図示される。反応室２０は、化合
物７０の破壊または分解のための反応領域を提供する。
化合物７０は、気体の状態の化合物として定義される。
化合物７０の例としては、処理ツール８２によって生成
されるハロゲン化有機化合物，水素化物または揮発性有
機化合物がある。処理ツール８２の例としては、半導体
処理に用いられるＲＦプラズマ付着またはエッチング・
ツールがある。
【００１２】化合物７０を適切な効率で分解するには、
化合物７０を部材３０方向に導入するか、あるいはそれ
に衝突させなければならない。化合物７０が分解される
と、反応室２０内に供給される反応剤（下記に説明）と
反応して、最終生成物７７を形成することができる。最
終生成物７７は、化合物７０の分解された成分によって
構成される。最終生成物７７は、望ましくは環境的に許
容できる物質である。最終生成物７７は、流出口２４と
反応室２０の流出口２４に物理的に結合された導管５０
を通って外にでる。最終生成物７７は、導管５０を通っ
て外に出た後で大気に排出されるか、あるいは集塵シス
テムを通り、そこで最終生成物７７の一部が他の物質と
反応して、その後で大気に放出されることになる。集塵
システムは、当技術では周知のものである。
【００１３】用途によっては、反応室を真空にすること
が望ましいか、あるいは必要になることがある。導管５
０に物理的に結合された真空ポンプ７９によって、反応
室２０内を真空にすることができる。これにより反応室
２０は、化合物７０を生成する処理ツールまたは装置８
２と真空ポンプ７９との間に位置することになる。真空
ポンプ７９は、真空内で作用する化合物を生成する処理
ツール８２から下流の多くの工程にすでに利用されてい
るポンプと同じものとすることができる。
【００１４】本発明の動作は、１００ミリトール以上の
範囲では悪くなる。しかし、本発明の利点は１００ない
し５００トール付近でも動作が行われることである。動
作がこのレベルより上で起こっても、安全要件によっ
て、現実には、この種の装置の動作が大気圧（７６０ト
ール）以上で起こらないようになっている。化合物を破
壊するための、前述の従来の技術による純粋なＲＦプラ
ズマ方法は、トール範囲ではなくミリトール範囲でしか
機能することができない。これは、水素燃料などのＲＦ
プラズマを維持する他の高価な手段を導入せずに、ＲＦ
プラズマを維持するには１トール未満にしなければなら
ないためである。
【００１５】反応室２０の寸法は重要である。反応室２
０は、化合物７０の滞留時間が化合物７０の破壊を行う
ために充分な長さになるように、充分な大きさを持たね
ばならない。通常、本発明の装置の設置面積は、化合物
７０を生成する装置に隣接して、または天井集塵システ
ムの一部として利用できる位の小さい寸法である。
【００１６】反応室２０の壁の内側は、化合物７０また
は最終生成物７７と実質的に反応しない材料で構成され
ることが望ましい。反応室２０の壁（エネルギ６２を透
過する部分を除く）は、放射エネルギに対して透明でも
不透明でもよい。このエネルギとは、たとえば、反応室
２０内で起こる反応から与えられるエネルギと、部材３
０（下記に説明）から放出するエネルギである。
【００１７】透明な壁は、石英で構成してもよい。透明
壁は、ある程度の放射エネルギを逃がすための手段とな
る。ある種の化合物７０を破壊する際には、多少の放射
エネルギを逃がすことにより、最終生成物７７に向かう
反応が促進される。反応室内に多少の化合物が残ると、
反応は化合物７０に向かう逆方向に促進される。反応室
２０の壁が石英で構成されると、化合物７０と反応壁の
石英との間に実質的な反応は起こらない。これは化合物
７０がすでに破壊されて部材３０の一部と反応して最終
生成物７７を形成しているか、および／あるいは、ある
実施例では、石英はエネルギ源６０のエネルギ６２とは
誘導結合をしないために、（部材３０の温度と比べて）
冷たいままになり、化合物７０がその表面付近で分解す
るために必要な熱を与えないからである。
【００１８】不透明な壁は、エネルギ源６０のエネルギ
６２と結合しない、黒色陽極化または黒色酸化マンガン
被膜をもつ鋼またはアルミニウムなどの放射エネルギ吸
収被膜を持つ金属で構成される。不透明壁は、反応室２
０から多少の放射エネルギを吸収および移送して、反応
を最終生成物７７に向かって促進すると思われる。ま
た、不透明壁の金属は、他の材料では見られない耐腐食
性を持つ。
【００１９】部材３０は、反応室２０内に配置される。
部材３０は平板で、エネルギ源６０によって加熱するこ
とのできる材料で構成される。好適な実施例において
は、部材３０の加熱される部分は、約摂氏２００ないし
１４００度の温度まで加熱される。摂氏２００度未満の
温度では、大半の化合物７０は分解しないと考えられ
る。摂氏１４００度を越える温度は、ここで用いられる
材料を溶かし始めるので望ましくない。部材３０の種々
の実施例の形状，寸法および組成は下記に説明する。部
材３０は、支持構造３５によって反応室２０内に配置さ
れる。支持構造３５は、反応室２０内の温度に耐えるこ
とのできる材料で構成される。支持構造３５の材料の一
例として石英がある。別の支持手段は下記に例証および
説明する。
【００２０】望ましくは、ある種の反応物質を反応室２
０内に配置して、分解された化合物７０と反応させ、分
解された化合物が再合成しないようにする。本発明の任
意の特徴は、反応室２０内に反応物質９０を導入するこ
とである。反応物質９０は、ハウジング１０を貫通して
設けられた注入口８０を通って反応室２０内に供給され
る。あるいは、反応物質９０は、導管４８を通じて反応
室２０に入る前に化合物７０と混合してもよい。工程に
よっては、反応物質９０を化合物７０と共に、ツール８
２から発生することもある。
【００２１】反応物質９０は、化合物７０と反応して最
終生成物７７の全部または一部を形成する物質である。
反応物質９０は、たとえば水蒸気，酸素，アンモニア，
水素，メタンまたは化合物７０と反応する亜酸化窒素な
どの酸化剤または還元剤でよい。化合物７０、Ｃ2 Ｆ6
とＨ2 Ｏとの反応の例は、Ｃ2 Ｆ6 ＋ Ｏ2 ＋Ｈ2
Ｏ → Ｃ2 ＋ ＨＦである。反応物質９０が利用さ
れる場合、部材３０の衝突面は、化合物７０と反応しな
い物質で構成されても、されなくてもよい。
【００２２】エネルギ源６０は、好ましくは電気発熱装
置であるが、電子線などの他の手段を用いることもでき
る。燃料の使用または燃焼、または電子線を用いて部材
３０を加熱することは、価格，安全性および清潔の観点
から望ましくない。燃焼過程は、これも望ましくない最
終生成物を生成するので望ましくない。エネルギ源６０
が電気発熱装置で構成される場合は、部材３０の少なく
とも一部を、エネルギ源６０によって摂氏２００度以上
まで電気的に加熱しなければならない。
【００２３】エネルギ源６０は、マイクロ波エネルギ源
によって構成されることが最も好ましい。マイクロ波エ
ネルギによる化合物７０の分子振動と部材３０から熱を
受け取る化合物７０との組み合せが、ある種の化合物７
０を破壊するために必要とされると考えられるために、
マイクロ波エネルギ源が好ましい。さらに、マイクロ波
エネルギ源は、０．９ＧＨｚより低い周波数レンジを有
する他のエネルギ源を用いたのでは適当な効率レベルで
破壊されないようなある種の化合物７０を破壊するため
に、より低い周波数で行われる誘電加熱よりも必要であ
ると考えられる。Ｃ2 Ｆ6 は、マイクロ波エネルギを用
いないと、適当な効率レベルで分解することはできな
い。マイクロ波エネルギ源が分解に必要でない場合で
も、動作コストも資本コストも低いのでマイクロ波エネ
ルギ源が好ましい。
【００２４】マイクロ波エネルギ源は、好ましくは１０
０ないし５，０００ワットの電力と０．９ないし１０Ｇ
Ｈｚのマイクロ波周波数で動作する。２．４５ＧＨｚの
周波数が価格的に最も好ましく、商用として連邦政府に
より認められている。マイクロ波エネルギ源を用いる際
には、図１に示されるように、エネルギ源６０はハウジ
ング１０の外部に設け、エネルギ６２は導波管６５を通
じて反応室２０内に供給することが望ましい。
【００２５】マイクロ波エネルギ源を用いる際には、部
材３０は、マイクロ波エネルギと誘導結合する物質で構
成しなければならない。マイクロ波エネルギと誘導結合
する物質は、マイクロ波エネルギによって直接的に摂氏
２００度以上の温度まで加熱される。マイクロ波エネル
ギ源と誘導結合する適当な物質の例としては、鉛，亜
鉛，スズ，アンチモン，銀，鉄，チタン，ニッケル，コ
バルトまたそれらの合金がある。他の物質でもマイクロ
波エネルギ源と結合するが、有毒であったり、動作温度
で気化するなどの望ましくない性質を持つので適当でな
い。マイクロ波エネルギと結合しない物質の例として
は、銅，金，シリコン，石英，その他のガラス類および
セラミックがある。マイクロ波エネルギと誘導結合しな
い物質は、マイクロ波エネルギと誘導結合する物質でド
ーピングすることができる。たとえば、部材３０は、マ
イクロ波エネルギと結合する上記の任意の物質でドーピ
ングされたシリコン・カーバイドで構成することもでき
る。
【００２６】化合物７０を反応室２０内に導入する方法
は、本発明にとって重要である。化合物７０は反応室内
に導入されて、部材３０に衝撃を与えたり衝突して、熱
壁反応が起こる。部材３０が図１に示されるような２つ
の主表面を持つ平面構造である場合は、化合物７０が衝
突する部材３０の主表面が化合物７０の流れに実質的に
平行でないように、部材３０を配置することが好まし
い。言い換えれば、部材３０の主表面を化合物７０の流
れに実質的に垂直になるように配置する。
【００２７】化合物７０の流れは、化合物７０がたとえ
ばハロゲン化有機化合物によって構成される場合に、堅
固な衝突面を持つ部材３０に対して化合物７０が衝撃を
与える、あるいは衝突するように導入することが最適で
ある。ハロゲン化有機化合物は、たとえば、アルコール
などの揮発性有機化合物よりも活性エネルギが高く、適
当な分解効率を達成するには物理的衝突が必要であると
考えられる。
【００２８】図１に示される実施例においては、導管４
０は反応室２０の注入口１２とハウジング１０の注入口
２４とに物理的に結合される。導管４０は、化合物７０
が生成される処理ツール８２に結合された端部４２と、
化合物７０が反応室２０内に出て行く出口端４４とを有
する。導管４０は、化合物７０が反応室２０内に入り反
応室２０の限られた部分に出て行く際の化合物７０の流
れを制限して、その流れを部材３０に向けることによっ
て、反応室２０内に化合物２０を導入する。反応室２０
の中にある導管４０の部分は、石英など、エネルギ源６
２からのエネルギ６２に対して透過性をもつ材料で構成
しなければならない。反応室２０の外側にある導管４０
の部分は、たとえばステンレス鋼などで構成することが
できる。導管４０の内側断面部は、特に化合物７０の所
望の流速に依存する。反応室２０内に導管４０を延在さ
せる目的は、流れを部材３０の方向に向けることであ
り、エネルギ源６０がマイクロ波エネルギで構成される
場合には、部材３０上に化合物７０が衝突する前および
衝突中に、マイクロ波エネルギに化合物７０をさらすこ
とにある。特定の化合物７０を適当な効率で分解するた
めには、このマイクロ波エネルギに対する被爆が必要に
なることがある。
【００２９】化合物７０を最適に破壊するためには、出
口端４４はできるだけ部材３０に近づけて配置する。化
合物４０が処理ツール８２に逆流しない場合には、化合
物７０の流れを制限しないほうが望ましいことがあるの
で、この位置が必ずしも好適とはいえない。導管４０の
出口端４４と、化合物７０が導入される部品３０の主表
面との間の最短距離７３は、化合物７０の流速が変わら
ない、すなわち部材３０に対する化合物７０の導入が化
合物７０を発生した処理ツール８２に対して透明である
（存在を感じさせない）ような距離であることが好まし
い。最短距離は、導管４０の内側断面積が逃げ口の表面
積に等しくなる距離として計算することもできる。この
逃げ口の表面積は、導管４０の内側断面積の周囲の長さ
に、出口端４４と部材３０の衝突面からの距離をかけた
ものとして定義される。化合物７０を生成した処理ツー
ル８２内に化合物７０が逆流せず、処理ツール８２を汚
染することがないように、これが好ましい。
【００３０】上記のように、最低８０％の分解効率レベ
ルを得るためには、化合物７０を部材３０に向けて導入
するか、あるいは衝突させなければならない。化合物７
０が導入される部材３０の表面は、化合物７０の流路内
になければならない。出口端４４は、距離７３によって
示されるように部材３０の主表面に充分近く配置して、
部材３０から化合物７０に対する熱伝導および／または
熱放射により少なくとも熱が伝わるようにしなければな
らない。そうでないと、化合物７０の破壊は８０％より
高い効率レベルでは起こらない。
【００３１】出口端４４は、化合物の充分な熱壁反応が
起こって、最低８０％の効率レベルで化合物を分解させ
る距離以上は、部材から離して配置してはならない。部
材３０に対する化合物７０の導入が処理ツール８２に対
して存在を感じさせない距離に２をかけたものが、８０
％以上の破壊効率が得られる最大距離であると考えられ
る。
【００３２】この最大距離を定義するための別の方法
は、逃げ口の表面積が導管４０の断面積に２をかけたも
のに等しくなるような距離を定めることである。導管４
０の出口端４４をこの最大距離よりも遠くに配置する
と、あまりに多くの化合物が部材３０と物理的に接触し
なくなったり、あるいは化合物７０が部材３０から熱を
受け取ることができなくなり、そのために８０％を越え
る分解効率は達成できなくなる。
【００３３】適当な破壊効率が得られる出口端４４と部
材３０との間の正確な距離は、特に、化合物７０の流
速，化合物７０の組成および部材３０の温度などの種々
のパラメータに応じて可変する。重要なパラメータが定
義されると、当技術に熟練した者であれば本発明による
反応領域を適切に設計することができる。
【００３４】本発明が化合物７０の所望の破壊効率を持
つためには、エネルギ源６０は部材３０を加熱するため
の充分なエネルギを供給して、反応室２０内の化合物７
０にプラズマ（下記に説明）誘導反応があろうとなかろ
うと、化合物７０が部材３０から熱を受け取ったときに
所望の効率レベルで化合物７０の破壊を行うようにしな
ければならない。
【００３５】化合物７０が部材３０から熱を受けて熱い
間に、部材３０に対する化合物７０の物理的衝突を起こ
すことが、ハロゲン化有機化合物などのある種の形の化
合物７０の分子を破壊するために必要になる。化合物７
０が、発火する可能性のある化合物で構成される場合に
は、部材３０から熱を受け取りさえすれば、発火を起こ
すことができ、それによって適当な効率レベルで破壊を
行うことができると考えられる。このような場合でも、
所望の効率を得るためには、化合物流７０を部材３０に
向かって導入して、化合物７０が部材３０から熱を受け
取ることができるようにすることが必要である。
【００３６】用途によっては、反応室２０内にプラズマ
を発生させることも望ましい場合がある。本発明はプラ
ズマを用いなくとも許容できる効率レベルで動作するこ
とができるが、あるいは、部材３０が他の燃料を用いず
に動作中にプラズマを維持するための充分な放射エネル
ギを提供する。ハロゲン化有機化合物を破壊する際に
は、他の形態の破壊が不十分である場合には、プラズマ
が結合を弱め、破壊するので、プラズマが必要であると
考えられる。プラズマの発生方法には、多くの方法が当
技術で知られている。酸素または窒素などの気体がエネ
ルギ源６０のエネルギ６２によって励起されるとプラズ
マが発生する。これらの気体は、たとえば、反応室内で
導管４８を通じて導管４０内に供給される。
【００３７】図２は、本発明の動作を示す。便宜上、本
発明の一部のみを図示する。動作中は、化合物７０の流
れは、ある実施例ではマイクロ波エネルギ吸収および共
鳴が行われている環境内で、（矢印により示されるよう
に）部材３０に向かって導管４０内を移動する。化合物
７０の気体分子が部材３０に衝突すると、化合物７０の
温度が上昇して、部材３０との衝突圧力により凝縮され
る。温度と気体密度は、化合物７０のデトネーション
（爆轟）が起こるまで上昇する。化合物７０のデトネー
ションが起こると、爆轟した化合物７０の少なくとも一
部の流れは、化合物７０の流路に部材３０を配置するこ
とにより、導管４０の一部に気体として戻る。これによ
り、本発明の装置は、部分的に分解された化合物７０お
よび／または最終生成物７７を再加工することにより、
化合物７０のより高い分解効率を得る能力を持つことに
なる。これは、処理ツール８２内に逆流を起こさない全
体的な圧力変動を生じさせるデトネーションにより、化
合物７０の分子を部材３０の衝突面から再加工および再
生して、導管４０の一部に送り込み、化合物７０の滞留
時間を強化するようなマイクロ秒で反復するデトネーシ
ョン波を起こして、結果として高い分解効率が得られる
ためである。表面に衝突を起こした加熱された部材３０
による化合物７０のデトネーション・リバウンドおよび
再加工は、たとえば充填層反応装置（packed bed react
or）内では起こらない。充填層反応装置内では、本発明
の状態にある分子は同じ流路を挟んで再加工されること
はない。ある種の化合物７０に関しては、加熱された部
材３０自身による化合物７０のデトネーション・リバウ
ンドおよび再加工により、マイクロ波共鳴がなくても、
既存の表面衝突を起こさない放射熱分解法よりも効率が
大幅に改善されることがある。
【００３８】図３ないし図９は、部材３０の種々の実施
例を示す。図３は、部材３０の第１実施例を示す。ここ
では、部材３０は、エネルギ源６０のエネルギ６２によ
り加熱される材料１００によって構成される。材料１０
０の全質量は、熱を充分に吸収および放射できるだけの
大きさでなければならない。本実施例においては、化合
物７０が導入される部材３０の表面は、分解された化合
物７０と反応して最終生成物７７を形成する反応物質１
０２で構成される。化合物７０と反応する反応物質１０
２としては、たとえば、石英，二酸化シリコン（ＳｉＯ
2 ），グラファイト，セラミックまたは酸化アルミニウ
ムがある。化合物７０すなわちＣ2 Ｆ6とＳｉＯ2 との
反応例は、Ｃ2 Ｆ6 ＋ ＳｉＯ2 → ＣＯ2 ＋
ＳｉＦ4である。反応物質９０が図１に示されるように
供給される場合には、部材３０を化合物７０と反応する
物質で構成する必要はない。
【００３９】望ましい破壊効率を得るためには、化合物
７０が導入される部材３０の表面は、化合物流７０の断
面積、すなわち導管４０の出口端４４の開口部における
断面積と、少なくとも同じ面積を持たねばならないと考
えられる。望ましくは、部材３０を導管４０の断面積よ
り少なくとも２倍大きくして、７０の滞留時間が、破壊
反応が開始するのに充分な長さとする。部材３０の衝突
面は、どのような形状でもよい。
【００４０】図４は、部材３０の第２実施例を示す。便
宜上、装置の一部のみを図示する。ここでは、部材３０
は化合物７０の流れをより多く、導管４０の出口端４４
に向かって、その背後まで反応室２０に流すように構成
される。本実施例においては、部材３０は曲面の形状に
図示される。これで化合物７０の滞留時間が長くなる。
この構造により、化合物７０が流出口５０を通って流れ
出るまでの滞留時間が長くなり、最適な破壊と最終生成
物７７への変換が可能になる。
【００４１】図４はまた、複数の部材３０が用いられる
実施例も示す。反応室２０は第１端および第２端を有す
る。流出口５０は第２端に位置して、第１端は第２端の
反対側にある。追加された部材３１は、化合物７０の流
路内の導管４０の出口端４４の背後にある第１端に位置
する。部材３１は、部材３０と同じものである。好まし
くは、追加の部材３１は支持構造３６によって第１端に
配置される。支持構造３６は、支持構造３５と同じ材料
で構成することができるが、支持構造３６は、反応室２
０の壁に付着させて、部材３１を支持構造３６に付着さ
せなければならない。付着方法は、支持構造３６と反応
室２０が何で構成されているかによって決まる。支持構
造３６を反応室２０の壁と部材３１に付着させる方法
は、本発明にとっては重要ではなく、多くの異なる手段
によって実行することができる。これで、化合物７０
は、図３の流れによって図示されるように、追加の部材
３１からの伝導および放射により熱を受け取ることがで
きる。
【００４２】図５は、別の実施例を示す。ここでは、部
材３０は化合物７０の流れを導管４０の出口端４４に向
けて反応室２０内に入れるように構成される。本実施例
においては、部材３０は、部材３０の端部として形成さ
れた側壁１０４を有した形に図示される。側壁１０４
は、部材３０の主表面と同一面でなければどの位置にあ
ってもよく、化合物７０の流れを導管４０の出口端４４
に向けて反応室２０内に逆流させる。図５は、側壁１０
４が部材３０の主表面に対して実質的に垂直になる構造
を示しているに過ぎない。
【００４３】図６は、部材３０の別の実施例を示す。こ
こでは、部材３０は揮発性有機化合物（ＶＯＣ：volati
le organic compounds）で構成される化合物７０の破壊
を最適化するように構成される。ＶＯＣは、通常は、ハ
ロゲン化有機化合物よりも活性エネルギが低いので、破
壊するのに必要なエネルギも低くなる。また、滞留時間
は、ハロゲン化有機化合物ほど高くなくてもよい。この
場合、部材３０はそれを貫通する複数の開口部３２を持
つことが望ましい。例として図６にはメッシュ構造が示
されるが、他の多くの構造も可能である。ワイヤ・メッ
シュは、軽量にすることができるので、価格と便宜性の
点からワイヤ・メッシュ構造を用いることができ、それ
が望ましい。
【００４４】この場合は、図７に非常に簡略に示される
ように（２つの部材３０が図示される）複数の部材３０
を用いることもできる。複数の開口部３２を有する部材
３０を用いることの利点は、滞留時間が短くなることで
あるが、化合物７０は伝導および放射による熱を部材３
０から依然として受け取る。均一な表面を有する部材３
０を用いた場合には部材３０から受けるのは伝導である
のに対して、本実施例においては、受け取られる熱の大
部分は部材３０からの放射である。
【００４５】複数の部材３０を用いる場合には、種々の
配置が可能である。第２（またはそれ以降の）部材３０
は、第１部材３０と物理的接触をしない化合物７０の全
部または一部が第２部材３０と物理的に接触するように
配置してもよい（図７に示されるように）。あるいは、
第２部材３０を第１部材３０の開口部が第２部材３０の
開口部と並ぶ第１部材３０と直接整合する位置に置い
て、第１部材３０と物理的接触をしなかった化合物７０
の部分が第２部材３０とも物理的接触をしないようにし
てもよい。
【００４６】図８および図９は、反応室２０内で部材３
０を支持する方法の実施例を示す。図８は側面図であ
り、図９は上面図である。本実施例においては、部材３
０と反応室２０とは、部材３０が反応室２０内で自立す
る（他の荷重を受けない）ように構成される。部材３０
は、正方形の形に図示され、反応室２０の壁は円形に図
示される。自立ができるような他の形状も可能である。
反応室２０の壁は、部材３０の反応室２０内での設置が
簡単になるように先細にしてもよい。本実施例において
は、反応室２０内に充分な貫通空間１０６を残して、最
終生成物７７が逆流しないように流出口５０を通って外
に出られる、あるいは化合物７０が導管４０を通り処理
ツール８２に出られるようにするために、部材３０の表
面積は充分に残さねばならない。この自立法の利点は、
簡便であること、価格が安いこと、保守が簡単であるこ
とである。
【００４７】例１ 従来の技術に対する本発明特有の利点を説明するため
に、例を説明するが、これは本発明を制限するものでは
ない。図１に関して、Ｃ2 Ｆ6 から構成される化合物７
０の破壊の一例を説明する。
【００４８】反応室２０は、Ｃ2 Ｆ6 を生成する装置
と、図１に示される真空ポンプ７９のような真空源との
間の排気真空ライン内に置かれる。この特定の例におい
ては、反応室２０は約１０リットルの体積を持つ縦型反
応装置である。反応室２０は、約２５ミリトールでアイ
ドル状態になり、本実施例においては、動作中は約５０
０ないし６００ミリトールになる。この例では、装置の
設置面積は、わずかに約１８ｘ２３インチである。
【００４９】部材３０は、エネルギ源６０のエネルギ６
２に誘導結合する金属ドーピング基板で構成され、所望
の温度まで加熱する。部材３０の材料の例としては、中
に亜鉛層が形成されたセラミック，チタン−ニッケル−
銀の層が形成されたヒ素およびスズまたはシリコンなど
があり、通常それぞれ１ミクロンの厚みである。部材３
０は、反応室２０の中央にほぼ水平に配置される。反応
室２０における部材３０の縦方向の位置は、所望の滞留
時間により決定される。部材３０の衝突面は、導管４０
の断面積より約２倍大きい。
【００５０】導管４０は、約１００ミリメートル（ｍ
ｍ）の内径を持つ円形の管である。導管４０の出口端４
４は、部材３０のほぼ中央で、部材３０の衝突面から２
５ｍｍ離れた位置に置かれて、Ｃ2 Ｆ6 の流速が一定に
なるようにする。
【００５１】この例では、エネルギ源６０は２．４５Ｇ
Ｈｚ，７５０ワットで動作するマイクロ波エネルギ源
で、少なくとも反応室２０の一部を貫通してマイクロ波
エネルギ６２を放出する。部材３０は、約摂氏２００な
いし９００度の温度まで加熱される。
【００５２】Ｃ2 Ｆ6 は、毎分約１．５リットルの流速
で反応室２０内に導入される。酸素で構成される反応物
質９０は、毎分約１．５リットルで供給される。Ｃ2 Ｆ
6 が部材７０にぶつかり、部材３０はＣ2 Ｆ6 に熱を伝
える。次に部材３０に対して、熱壁反応が起こる。Ｃ2
Ｆ6 と酸素との間で化学反応が起こり、最終生成物７７
が次の式に従って形成される：Ｃ2 Ｆ6 ＋ Ｏ2 →
ＣＯ2 ＋ Ｆ- 。Ｆ- は、生成される種々の形態の
フッ素を表す。この例では、反応室２０内のＣ2 Ｆ6 の
滞留時間は約５００ｍｍ秒以下である。
【００５３】分解効率は、Ｃ2 Ｆ6 の９０％超が除去さ
れるものと実証された。前述のように、この効率レベル
は、対費用効果の良い方法で他の手段により達成するこ
とはできなかった。それゆえ、本発明を使用することに
より、多くの製造環境で用いることが必要とされる環境
的に望ましくない物質の分解を行うことができる。
【００５４】例２ 図１０には、本発明のシステムを利用して化合物２００
を分解し、反応物質と反応して最終生成物２０５を形成
し、さらに分解された化合物２０５を用いて処理ツール
２５０を洗浄する用例を示す。図１０に、この用例の簡
単な構造図を示す。たとえば、処理ツール２０５は、多
結晶シリコン（Ｓｉ），二酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）ま
たは窒化シリコン（ＳｉＮx ）などの材料を半導体ウェ
ーハ上に付着するために用いられる低圧化学蒸着（ＬＰ
ＣＶＤ：Low Pressure ChemicalVapor Deposition）ツ
ールとすることができる。この種の装置では、これらの
材料の付着もまた半導体ウェーハが置かれている反応管
の壁上で行われる。半導体ウェーハに微粒子汚染が起こ
らないように反応管表面を洗浄することが望ましい。
【００５５】化合物２００は、反応室２０内の導管４０
を通って供給される。この例では、化合物２０５は、三
フッ化窒素（ＮＦ3 ）または水素をフッ素で置換した化
合物（Ｃ2 Ｆ6 またはＣＦ4 などのＰＦＣ）に酸素（Ｏ
2 ）を混合したものである。酸素は、化合物２０５と反
応して最終生成物２０５を形成するための反応物質であ
る。部材３０は、加熱することができる材料で構成さ
れ、ＮＦ3 を用いる場合には図６に示されるような構造
を持つことが好ましいが、ＰＦＣを用いる場合には均一
な部材３０が好ましい。化合物２００が部材３０の表面
に向かって導入され、分解された後で、ＮＦ3 を用いて
起こる反応は次のようになる：ＮＦ3 ＋Ｏ2 → Ｎ
Ｏ2 ＋ Ｆ- 。本実施例においては、ＮＯ2 およびＦ
- が最終生成物２０５を構成する。ここでは、最終生成
物２０５は、反応室２０から出たときに非常に反応性が
高いＦ- によって構成されることが望ましい。そのため
に、反応室２０内にはＦ- と反応する反応物質を入れな
い。最終生成物２０５は、反応室２０に物理的に結合さ
れた導管５０を通って排出される。導管５０は、洗浄す
る必要のある表面を有する処理ツール２５０に物理的に
結合されている。この例では、処理ツール２５０内で次
のような反応が起こり、最終生成物２１０が形成され
る： Ｆ- ＋ Ｓｉ → ＳｉＦ4 Ｆ- ＋ ＳｉＮx → ＳｉＦ4 ＋ Ｎx Ｆ- ＋ ＳｉＯ2 → ＳｉＦ4 ＋ Ｏ2 上記の反応の最終生成物２１０は、真空ポンプ２６０に
物理的に結合された導管２５５を通って処理ツール２５
０から排出され、大気または回収室（図示せず）に送ら
れる。
【００５６】本発明を用いて実行する洗浄の利点は、そ
のままの状態で洗浄ができること、すなわち、洗浄の必
要な処理ツールの部分（反応管）を取り外さずに洗浄が
できることである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の側面図である。
【図２】本発明の一部分の実施例である。
【図３】本発明で利用される部材の実施例である。
【図４】本発明の一部分の実施例である。
【図５】本発明で利用される部材の別の実施例である。
【図６】本発明で利用される部材の別の実施例である。
【図７】本発明の一部分の別の実施例である。
【図８】本発明の一部分の別の実施例である。
【図９】本発明の一部分の別の実施例である。
【図１０】本発明を利用することのできる用途の実施例
である。
【符号の説明】
１０ ハウジング １２ ハウジングの注入口 １４ ハウジングの流出口 ２０ 反応室 ２２ 反応室の注入口 ２４ 反応室の流出口 ３０ 部材 ３５ 支持構造 ４０，４８，５０ 導管 ４２ 導管の端部 ４４ 導管の出口端 ６０ エネルギ源 ６２ エネルギ ６５ 導波管 ７０ 環境的に望ましくない物質（化合物） ７３ 距離 ７７ 最終生成物 ７９ 真空ポンプ ８０ 注入口 ８２ 処理ツール ９０ 反応物質
フロントページの続き (72)発明者 ジェイムズ・シー・クーンツ アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 エヌ・パラダイス・パーク・ドライブ 17207

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 化合物の分解装置であって：反応室（２
    ０）内に化合物の流れ（７０）を供給する注入口（２
    ２）と流出口（２４）とを有する反応室（２０）；前記
    反応室（２０）内に配置された部材（３０）；前記部材
    （３０）を加熱するためのエネルギ（６２）を生成する
    ことのできるエネルギ源（６０）；および前記反応室
    （２０）の前記注入口（２２）に物理的に結合され、前
    記化合物流（７０）を前記部材（３０）に衝突するよう
    に向けて、前記部材（３０）が加熱されたときに前記化
    合物が部材（３０）から熱を受け取るようにする導管
    （４０）であって、化合物の分解中には前記部材上で実
    質的に付着が起こらない導管（４０）；によって構成さ
    れることを特徴とする分解装置。
  2. 【請求項２】 有害な化合物の分解装置であって：注入
    口（２２）と流出口（２４）とを有する反応室（２
    ０）；前記反応室（２０）内に配置された部材（３
    ０）；前記部材（３０）を加熱するためのエネルギ（６
    ２）を生成することのできるエネルギ源（６０）；およ
    び前記反応室（２０）の前記注入口（２２）に物理的に
    結合され、前記反応室（２０）内に延在して、有害な化
    合物の流れ（７０）を前記部材（３０）に向ける導管
    （４０）であって、前記有害化合物の分解中には前記部
    材上で実質的に付着が起こらない導管（４０）；によっ
    て構成されることを特徴とする分解装置。
  3. 【請求項３】 化合物の分解装置であって：反応室（２
    ０）内に化合物の流れ（７０）を供給する注入口（２
    ２）と流出口（２４）とを有する反応室（２０）；前記
    反応室（２０）内で前記化合物流（７０）の経路内に配
    置された表面を有する部材（３０）であって、前記化合
    物流の少なくとも一部が前記注入口（２２）の一部分に
    逆流するように向けられる部材（３０）；および前記部
    材（３０）を加熱するためのエネルギ（６２）を生成す
    ることのできるエネルギ源（６０）；によって構成され
    ることを特徴とする分解装置。
  4. 【請求項４】 化合物を分解する方法であって：エネル
    ギ（６２）を生成するエネルギ源（６０）を設ける段
    階；反応室（２０）を設ける段階；前記反応室（２０）
    内に配置された部材（３０）を設ける段階；前記エネル
    ギ源（６０）のエネルギ（６２）によって前記部材（３
    ０）を加熱する段階；および化合物の流れ（７０）を前
    記反応室（２０）内に導入して、前記部材（３０）に衝
    突させ、前記化合物が前記部材（３０）から熱を受け取
    るようにして、化合物の分解中には前記部材（３０）上
    に実質的に付着が起こらない段階；によって構成される
    ことを特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 化合物を分解する方法であって：エネル
    ギ（６２）を生成するエネルギ源（６０）を設ける段
    階；反応室（２０）を設ける段階；前記反応室（２０）
    内に配置された部材（３０）を設ける段階；前記エネル
    ギ源（６０）のエネルギ（６２）によって前記部材（３
    ０）を加熱する段階；および化合物の流れ（７０）を導
    管（４０）を通って前記反応室（２０）内に供給する段
    階であって、前記化合物流（７０）は前記導管（４０）
    から出て前記化合物流（７０）が前記部材（３０）に向
    かって導入され、化合物の分解中には前記部材（３０）
    上に実質的に付着が起こらない段階；によって構成され
    ることを特徴とする方法。
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JP2001198436A (ja) * 2000-01-19 2001-07-24 Tokai Univ 難分解性有機ハロゲン化合物の分解方法

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