JPH115013A

JPH115013A - 排ガス処理装置

Info

Publication number: JPH115013A
Application number: JP9176537A
Authority: JP
Inventors: Kenji Inoue; 賢二井上
Original assignee: SUGAI KK
Current assignee: SUGAI KK
Priority date: 1997-06-16
Filing date: 1997-06-16
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体製造工程等から排出される排ガスを処
理して、その中に含まれる有害・汚染物質を実質的に完
全に分解除去することができ、かつ安価で二次的汚染も
生じない構造を備えた排ガス処理装置を提供する。【解決手段】所定間隔をもって平行対向状に配置させ
た一対のプラズマ電極２０，２１間の真空雰囲気中に、
排ガスを導入して、プラズマ電極２０，２１に高周波発
振器２２からの高周波電気エネルギを印加すると、プラ
ズマが発生して、排ガス中の構成物質がプラズマ電極２
０，２１の電極表面に、プラズマ反応生成物として堆積
固化し、この結果、上記排ガス中の有害・汚染物質が分
解除去される。上記電極表面は、そこに堆積固化した反
応生成物のみを除去し得る構造を備え、これにより、プ
ラズマ電極は廃棄することなく再使用可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は排ガス処理装置に関
し、さらに詳細には、各種の半導体製造工程等から排出
される排ガスを処理する排ガス処理技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造、太陽電池製造、ＬＣＤ製造
などのＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法を用いた
製造装置、エッチング装置、イオン打込装置、ＰＶＤ(P
hysical Vapor Deposition) 装置、および反応ガスを利
用して成膜またはエッチングを行う装置等を用いた各種
製造工程（以下、半導体製造工程等と称する）において
は、種々の反応ガスが大量に使用されているところ、こ
れらすべての反応ガスが完全に消費されてしまうことは
なく、未反応ガスや残留ガスなどが反応生成ガスと共に
排出される。

【０００３】例えば、ＣＶＤ法による半導体製造工程に
おいては、大量のシラン（ＳｉＨ₄）、四塩化チタン
（ＴｉＣｌ₄）、六フッ化タングステン（ＷＦ₆）、ア
ンモニア（ＮＨ₃）、ジクロルシラン（ＳｉＨ₂Ｃ
ｌ₂）、アルシン（ＡｓＨ₃）、ホスフィン（Ｐ
Ｈ₃）、三臭化ホウ素（ＢＢｒ₃）等の反応ガスが使用
されるが、この製造工程において実際に消費される量は
非常に少ない。

【０００４】その結果、この製造工程から排出される排
ガスは大量でかつその濃度も比較的高いところ、その中
には人的に非常に有毒な物質、腐食性の物質あるいは引
火性の物質等の有害・汚染物質が含まれており、これら
の排ガスは、環境衛生上はもちろん法律上からもそのま
ま大気へ放出することはできず、事前に所要の排ガス処
理をして無害化する方策がとられている。

【０００５】この種の排ガス処理方法としては、従来、
排ガス中の有害・汚染物質を水または薬液により除去す
る湿式、排ガスを高温で反応または燃焼させて有害・汚
染物質を分解処理する乾式、これら両方式を組み合わせ
た薬液燃焼式、あるいは微生物によって排ガス中の有害
・汚染物質を分解処理する微生物式など種々の方法があ
る。そして、これらの方法を利用した各種の排ガス処理
装置が開発提案され、この装置が、上記半導体製造工程
の下流側に配されて、この半導体製造工程から排出され
た排ガスを適宜分解除去してから大気に放出するように
されていた。

【０００６】一方、このようにして分解処理された有害
・汚染物質は、上記排ガス処理装置の回収用カートリッ
ジに回収されて、このカートリッジと共にそのまま廃棄
されていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の排ガス処理方法のいずれにおいても、排ガス中に
含まれる有害・汚染物質の分解除去はまだ完全とは言え
ず、環境衛生上または法律上の基準レベルは一応満足し
ているものの、依然として大気汚染の問題は残っている
というのが現状であり、さらなる処理効率の向上が望ま
れていた。

【０００８】また、従来の排ガス処理装置においては、
分解処理された有害・汚染物質は、上述したごとく、回
収用カートリッジと共に廃棄される構造であったため、
その回収コストが高く、またこれら廃棄物からの２次的
汚染の問題もあった。

【０００９】さらに、上記排ガス処理装置が、上記半導
体製造工程の反応容器とその真空ポンプシステムとの間
に介装される場合には、ガス処理装置での未処理物質を
含む排ガスがこの真空ポンプシステムへ送り込まれる結
果、ポンプオイルが、排ガス中の未処理物質と反応して
劣化してしまい、これが真空ポンプシステムの寿命を縮
めるという問題もあった。

【００１０】本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてな
されたものであって、その目的とするところは、各種の
半導体製造工程等から排出される排ガスを処理して、そ
の中に含まれる有害・汚染物質を実質的に完全に分解除
去することができ、しかも安価で二次的汚染も生じない
構造を備えた排ガス処理装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の排ガス処理装置は、半導体製造工程等から
排出された排ガス中の構成物質を反応固化させる装置で
あって、排ガス導入口および排ガス排出口を備える密閉
反応室と、この密閉反応室内を真空雰囲気にする真空手
段と、上記密閉反応室内にプラズマを発生させるプラズ
マ発生手段とを備えてなり、このプラズマ発生手段は、
上記密閉反応室内に所定の間隔をもって平行対向状に配
置された一対のプラズマ電極と、これらプラズマ電極に
高周波電気エネルギを印加するための高周波発振器とを
備え、上記一対のプラズマ電極は、その電極表面が上記
プラズマによる反応生成物の堆積固化面として機能する
とともに、この堆積固化面上の反応生成物を除去して再
使用可能な構造を備えていることを特徴とする。

【００１２】好適な実施態様として、上記一対のプラズ
マ電極は、対向する他方のプラズマ電極に向けて平行に
延びる複数の電極子をそれぞれ備えるとともに、これら
電極子の電極表面は、上記プラズマによる反応生成物の
堆積固化面として機能する平坦面に形成され、上記一対
のプラズマ電極の電極子同士は、交互にかつ平行に交差
するように配列されて、各対向する電極子同士の間隙が
上記密閉反応室の排ガス導入口から排ガス排出口へ迂回
して延びる排ガス流路を区画形成し、上記一対のプラズ
マ電極の少なくとも一方は、上記堆積固化面上の反応生
成物の除去のため取外し可能な取付構造を備えている。

【００１３】また、他のもう一つの好適な実施態様とし
て、上記密閉反応室内におけるプラズマ反応の反応速度
を向上させるための冷却手段を備え、この冷却手段は、
上記プラズマ電極を直接冷却する構造とされている。

【００１４】本発明においては、真空手段としての既設
ポンプシステムまたは新設されるポンプシステムにより
得られる真空雰囲気を利用して、所定の間隔をもって平
行対向状に配置させた一対のプラズマ電極間の真空雰囲
気中に、半導体製造工程等から排出された排ガスを導入
し、上記両プラズマ電極に高周波発振器からの高周波電
気エネルギを印加する。

【００１５】これにより、上記両プラズマ電極間の真空
雰囲気中にプラズマが発生して、上記排ガスの構成物質
が上記反応促進ガスと共に励起活性化されて反応し、堆
積固化面として機能する上記プラズマ電極の電極表面
に、プラズマ反応生成物が安定して堆積固化し、この結
果、上記排ガス中の有害・汚染物質が分解除去される。

【００１６】すなわち、半導体製造工程等にはできるだ
け高効率での反応を促進する目的等から多量の反応ガス
が供給されるところ、上記排ガス中には、反応消費によ
り新たに生成した反応生成ガスのほか、反応消費される
ことなく排出される多量の未反応ガスや残留ガスが含ま
れている。

【００１７】したがって、この排ガスを上記プラズマ電
極間に通過させることにより、ここに発生しているプラ
ズマの作用により、排ガス中の構成物質の解離、重合が
促されて、効率的な気相化学反応（酸化、水素還元、置
換反応等）を起こす。この結果、プラズマ電極の電極表
面には、上記排ガス中の有害・汚染物質が安定したプラ
ズマ反応生成物として堆積固化して、排ガスから分解除
去されることとなる。

【００１８】この場合、上記電極表面は、そこに堆積固
化した反応生成物のみを除去し得る構造を備えているた
め、上記電極表面に堆積固化したプラズマ反応生成物が
所定量まで成長したら、それを適宜剥離除去することに
より、プラズマ電極は廃棄することなく再使用可能であ
る。

【００１９】また、上記一対のプラズマ電極が複数の電
極子を備え、対向する電極子同士が交互にかつ平行に交
差するように配列されて、その間に上記密閉反応室の排
ガス導入口から排ガス排出口へ迂回して延びる排ガス流
路を区画形成することにより、長くかつ広い表面積を得
た電極構造が構成される。この結果、排ガスは、長い排
ガス流路を通過する間に十分なプラズマ反応を起こし
て、排ガス中の有害・汚染物質は実質上完全に分解除去
されることとなる。

【００２０】さらに、プラズマ電極を水冷等の適宜冷却
手段で冷却することにより、プラズマ反応の反応速度つ
まりプラズマ反応生成物の堆積速度が増進する。この場
合、上記電極構造は冷却温度を効率良く伝達させるため
の構造としても機能し、排ガス中の有害・汚染物質の除
去効率はさらに高まる。

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２１】実施形態１本発明に係る排ガス処理装置を図１ないし図６に示し、
この排ガス処理装置１は、具体的には、図７に示すよう
に、半導体製造装置２の反応室３と、この反応室３内を
真空雰囲気にする真空ポンプシステムの真空ポンプ４と
の間に配置されて、上記反応室３から排出される排ガス
中の構成物質を反応固化させるものである。

【００２２】排ガス処理装置１は、図１に示すような独
立した装置ユニットの形態とされて、既設および新設を
問わず半導体装置２の排気経路に容易に介装可能な構造
とされている。この装置１は、主要部として、反応部
５、反応促進気体導入部６、真空ポンプ４、プラズマ発
生部７および冷却部８を主要部として備えてなり、本実
施形態においては、上記真空ポンプ４が半導体製造装置
２と共用される構成とされている。また、これら各構成
部４〜８は、装置本体５０の前面部に設けられた制御パ
ネル９によって適宜設定操作される。この制御パネル９
は、各種設定ボタン９ａ，９ｂと、これら設定ボタン９
ａ，９ｂによる設定内容を表示する液晶表示等の表示部
９ｃを備える。

【００２３】反応部５は、上記装置本体５０に上下に並
列に配設された二つの反応ユニット１０，１０を備え
る。各反応ユニット１０は、後述するプラズマ反応生成
物の除去のため、例えば装置本体５０から容易に前方へ
引き出して取外し可能な構造を備える。

【００２４】また、上記反応ユニット１０は、図２に示
すように、４つの反応容器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１
１ｄが直列に接続されてなり、排ガスが複数種類の構成
物質からなる混合ガスである場合に、各構成物質を個別
に除去することも可能な構成とされている。

【００２５】すなわち、上記４つの反応容器１１ａ〜１
１ｄは、後述する冷却部８の冷却器３０を介して互いに
一体的に組み立てられて、上記反応ユニット１０が構成
されている。最上流側の第１の反応容器１１ａの排ガス
導入口１２ａは、排ガス管路１３ａを介して、半導体製
造工程の反応室３の排ガス排出口３ａに接続され、一
方、最下流側の第４の反応容器１１ｄの排ガス排出口１
２ｂは、排ガス管路１３ｂを介して、真空ポンプ４に接
続されている。また、互いに隣接する反応容器１１ａと
１１ｂ、１１ｂと１１ｃ、１１ｃと１１ｄ同士は、上流
側の反応容器の排ガス排出口１２ｂが下流側の反応容器
の排ガス導入口１２ａに接続されてなる。

【００２６】これにより、図６において、上記半導体製
造工程の反応室３の排ガス排出口３ａから排ガス管路１
３ａを介して排出される排ガスは、最上流側の第１の反
応容器１１ａから、第２ないし第３の反応容器１１ｂ〜
１１ｄに至る連続した４つの密閉反応室Ａ，Ａ，…を順
次通過した後、排ガス管路１３ｂを介して上記真空ポン
プ４に至ることとなる。１４は手動バルブを示し、１５
は圧力計を示している。

【００２７】また、各反応容器１１ａ〜１１ｄは、具体
的には図３に示すような共通した基本構造を備えてお
り、以下、最上流側の第１の反応容器１１ａを例にとっ
て説明する。

【００２８】反応容器１１ａは、上記排ガス導入口１２
ａおよび排ガス排出口１２ｂを有する密閉反応室Ａを備
え、この密閉反応室Ａ内に、後述するように、プラズマ
発生部７のプラズマ電極２０，２１が設けられて、上記
排ガス導入口１２ａから排ガス排出口１２ｂへ迂回して
延びる排ガス流路１６を形成している。また、各プラズ
マ電極２０，２１の背面には、冷却器３０がそれぞれ隣
接して設けられている。

【００２９】反応促進気体導入部６は、各反応容器１１
ａ〜１１ｄの密閉反応室Ａ内に反応促進ガスを導入する
気体導入手段として機能するもので、密閉反応室Ａの適
所に気体導入口６ａがそれぞれ内部に臨んで設けられる
とともに、これら気体導入口６ａ，６ａ，…は、図示し
ないが、切換弁等を有する配管を介して気体供給源に連
係されている。

【００３０】この気体供給源は、処理すべき排ガスの構
成物質に対応する反応促進ガスを適宜選択的に供給する
ことができ、例えば、上記反応容器１１ａ〜１１ｄの各
気体導入口６ａ，６ａ，…のすべてに同一種類の反応促
進ガスを供給したり、あるいは、各気体導入口６ａ，６
ａ，…ごとに異なる種類の反応促進ガスを供給すること
も可能である。特に、後者のような供給方法は、処理す
べき排ガスが複数種類の構成物質からなる混合ガスであ
る場合に、各構成物質を個別に回収除去することを可能
にする。各反応容器１１ａ〜１１ｄに導入すべき反応促
進ガスの選択設定は、装置本体５０の前面にある制御パ
ネル９により行う。

【００３１】以下は、処理されるべき排ガスの構成物質
に対して、好適に用いられる反応促進ガスの一例であ
る。

【００３２】ＣＶＤ系の排ガスには、シラン（Ｓｉ
Ｈ₄）、四塩化チタン（ＴｉＣｌ₄）、六フッ化タング
ステン（ＷＦ₆）、アンモニア（ＮＨ₃）、ジクロルシ
ラン（ＳｉＨ₂Ｃｌ₂）、アルシン（ＡｓＨ₃）、ホス
フィン（ＰＨ₃）あるいは三臭化ホウ素（ＢＢｒ₃）等
が含まれているが、これらの排ガスに対しては、酸素
（Ｏ₂）、水素（Ｈ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）および空気等の
反応促進ガスが、単独であるいは適宜混合して用いられ
る。

【００３３】また、エッチング系の排ガスには、テトラ
フルオロメタン（ＣＦ₄）、三塩化ホウ素（ＢＣ
ｌ₃）、塩化ケイ素（ＳｉＣｌ₄）臭化水素（ＨＢ
ｒ）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ₃）、三フッ化窒素
（ＮＦ₃）あるいは六フッ化イオウ（ＳＦ₆）等が含ま
れているが、これらの排ガスに対しては、酸素
（Ｏ₂）、水素（Ｈ₂）、水（Ｈ₂Ｏ）、シラン（Ｓｉ
Ｈ₄）および二酸化炭素（ＣＯ₂）等の反応促進ガス
が、単独であるいは適宜混合して用いられる。

【００３４】真空ポンプ４は、反応容器１１ａ〜１１ｄ
の密閉反応室Ａ，Ａ，…内を真空雰囲気にする真空手段
として機能するもので、本実施形態においては、上述し
たように、半導体製造装置２の反応室３用の既設の真空
ポンプシステムのものがそのまま共用されている。この
ような構成とすることにより、設備コストが低減される
とともに、上記真空ポンプ４中に使用されているポンプ
オイルに混入されるガスおよび複生成物が減少し、ポン
プオイルの寿命さらには真空ポンプシステム自体の寿命
も延長されることになる。

【００３５】プラズマ発生部７は、反応容器１１ａ〜１
１ｄの密閉反応室Ａ，Ａ，…内にプラズマを発生させる
プラズマ発生手段として機能するもので、前述した一対
のプラズマ電極２０，２１と、高周波発振器２２とを備
えてなる。

【００３６】一対のプラズマ電極２０，２１は、本来の
電極としての機能に加えて、プラズマ反応生成物の堆積
固化部としても機能するアルミニウム製のもので、各密
閉反応室Ａ内に露出した状態で、所定の間隔をもって平
行対向状に配置されている。

【００３７】両プラズマ電極２０，２１は、隔壁部材と
しての絶縁材料製の電極間分離板２５，２６により所定
の間隔をもって配列支持されて、反応容器１１ａ〜１１
ｄの壁部を構成しており、これらに囲まれた空間が密閉
反応室Ａとされている。図示のものにおいては、セラミ
ック製の電極間分離板２５，２６が使用されている。こ
の電極間分離板２５とプラズマ電極２０，２１の接合部
分は、Ｏリング等のシール部材２７により密封されると
ともに、上側の電極間分離板２５に、上記排ガス導入口
１２ａおよび気体導入口６ａが設けられている。

【００３８】また、両プラズマ電極２０，２１の具体的
構造は、その電極表面ができるだけ長くかつ広く、かつ
冷却部８による高い冷却効率が得られる構成とされてい
る。

【００３９】すなわち、プラズマ電極２０，２１の内側
には、対向する他方のプラズマ電極に向けて平行に延び
る複数の電極子２０ａ，２０ａ，…、２１ａ，２１ａ，
…をそれぞれ備えている。

【００４０】これら両プラズマ電極２０，２１の電極子
２０ａ，２１ａ，…同士は、交互にかつ平行に交差する
ように配列されて、各対向する電極子２０ａ，２１ａの
間隙が密閉反応室Ａの排ガス導入口１２ａから排ガス排
出口１２ｂへ迂回して延びる長い排ガス流路１６を形成
している。

【００４１】具体的には、上記電極子２０ａ，２１ａ
は、図３(a) および図４に示すような薄肉平板状でかつ
先細のテーパ断面形状を有するとともに、その電極表面
が平坦面に形成されて、両電極子２０ａ，２１ａの電極
面間距離が排ガス流路１６全長にわたって等しくなるよ
うに設定されている。これに関連して、電極子２０ａ，
２１ａの先端部は図３(b) に示すように円弧断面に形成
されて、この排ガス流路１６の折返し部分においても他
の直線部分と実質的に同じ電極面間距離が保持されてい
る。

【００４２】これにより、排ガス流路１６の全長にわた
って均一なプラズマ発生が確保されるとともに、各電極
子２０ａ，２１ａの平坦な電極表面は、大きな有効電極
表面積を確保し、かつ後述するプラズマによる反応生成
物の堆積固化面としても機能することになる。

【００４３】また、各反応容器１１ａ〜１１ｄにおける
プラズマ電極２０，２１は、その堆積固化面、つまり電
極子２０ａ，２１の電極表面上の反応生成物を除去して
再使用可能な構造を備えている。

【００４４】具体的には、前述したように、反応ユニッ
ト１０が装置本体５０から前方へ引き出して取外すこと
ができるとともに、その反応容器１１ａ〜１１ｄがそれ
ぞれ容易に分解・組立てが可能であり、これにより、各
プラズマ電極２０，２１の電極子２０ａ，２１の電極表
面上の反応生成物を手作業による剥離作業等により除去
可能とされている。この場合、上記電極表面が平坦面で
あることから、反応生成物の剥離作業等は比較的容易か
つ迅速に行うことができる。

【００４５】なお、反応容器１１ａ〜１１ｄからプラズ
マ電極２０，２１の少なくとも一方が取外し可能であれ
ば、上記反応生成物の除去作業は可能であり、この場
合、プラズマ電極２０，２１の取外し方向は、電極子２
０ａ，２１ａと平行な方向（図４の矢符方向）とされて
いる。

【００４６】高周波発振器２２は、上記プラズマ電極２
０，２１に高周波電気エネルギを印加するためのもの
で、これら両電極に電気的に接続されている。高周波発
振器２２は、１００ｋＨｚ〜１３．５６ＭＨｚの周波数
の電気エネルギを発振する。

【００４７】そして、この高周波発振器２２を前記制御
パネル９で運転操作することにより、プラズマ電極２
０，２１に高周波電気エネルギが印加されて、これら両
プラズマ電極２０，２１間を通過する排ガスの構成物質
が電子的に励起されるように構成されている。なお、プ
ラズマ発生部７は、装置本体５０の前面部に設けられた
操作パネル６０を備え、ここには高周波発振器２２の発
振周波数を設定する設定ボタン６０ａと、この設定ボタ
ン６０ａによる設定内容を表示する液晶表示等の表示部
６０ｂを備える。

【００４８】冷却部８は、各密閉反応室Ａ内におけるプ
ラズマ反応の反応速度を増進させるための冷却手段とし
て機能するもので、具体的には、冷媒として冷却水を利
用する水冷式冷却器であって、プラズマ電極２０、２１
を直接冷却する構造とされている。

【００４９】図示の実施形態の冷却部８の冷却器３０
は、図５に示すように、同一内外形寸法を有するアルミ
ニウムまたはステンレス鋼等の良伝熱性材料からなる矩
形状（図示の場合は正方形）のパイプ３１，３１，…が
矩形厚板状に組み立てられてなる。

【００５０】つまり、冷却本体部を構成する本体パイプ
３１ａ，３１ａ，…が並列に接続されてなるとともに、
これら本体パイプ３１ａ，３１ａ，…の両端が冷却水供
給用の一対の連通パイプ３１ｂ，３１ｂにより接続され
ている。これら連通パイプ３１ｂ，３１ｂの接続面に
は、上記各本体パイプ３１ａ，３１ａ，…に連通する矩
形状の開口３２，３２，…が開設されている。

【００５１】また、一方の連通パイプ３１ｂには、冷却
水導入口３０ａが設けられるとともに、他方の連通パイ
プ３１ｂには、冷却水排出口３０ｂが設けられている。
これにより、冷却器３０において、上記冷却水導入口３
０ａから各パイプ３１ａ，３１ｂ，…を介して冷却水排
出口３０ｂに至る冷却水流路が形成される。

【００５２】冷却器３０は、図２および図３に示すよう
に、反応容器１１ａ〜１１ｄの壁部を構成する上記プラ
ズマ電極２０，２１の外側背面に接触配置されて、冷却
水と電極部との距離が極力短くなるように構成されてい
る。これに関連して、前述したように、プラズマ電極２
０，２１の電極子２０ａ，２１ａは、薄肉平板状でかつ
先細のテーパ断面形状に形成されているので、冷却器３
０による冷却温度が効率良く伝達され得る。

【００５３】また、相隣接する反応容器１１ａ〜１１ｄ
同士は、一つの冷却器３０を共用する構造とされてい
る。図６に示すように、最上流側の冷却器３０の冷却水
導入口３０ａが配管３５ａを介して冷却部８の冷却水供
給源に連係されるとともに、最下流側の冷却器３０の冷
却水排出口３０ｂが配管３５ｂを介して図外へ排水され
ている。また、隣接する冷却器３０，３０同士は、上流
側の冷却器３０の冷却水排出口３０ｂが下流側の冷却器
３０の冷却水導入口３０ａに接続されてなる。３６は手
動バルブを示し、３７は流量計を示している。

【００５４】しかして、以上のように構成された排ガス
処理装置１において、半導体製造装置２の反応室３から
排出された排ガスは、図６に示すように、排ガス管路１
３ａを介して、反応部５の二つの反応ユニット１０，１
０へ導入される。各反応ユニット１０へ導入された排ガ
スは、直列に接続された第１ないし第４の反応容器１１
ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄの密閉反応室Ａ，Ａ，…を
順次通過した後、排ガス管路１３ｂから真空ポンプ４を
介して、大気等に排出される。

【００５５】各密閉反応室Ａ内部において、プラズマ電
極２０，２１の電極子２０ａ，２１ａ，…間に形成され
た排ガス流路１６は、真空ポンプ４により真空雰囲気に
されるとともに、気体導入部６から所定の反応促進ガス
が補助的に導入されており、また高周波発振器２２によ
りプラズマ電極２０，２１には高周波電気エネルギが印
加されている。

【００５６】これにより、排ガス導入口１２ａから導入
された排ガスは、図３に示すように、上記反応促進ガス
と混合されながら、真空雰囲気の排ガス流路１６を排ガ
ス排出口１２ｂへ通過する際に、上記電極子２０ａ，２
１ａ，…間の真空雰囲気中にプラズマが発生して、上記
排ガスの構成物質が上記反応促進ガスと共に励起活性化
されて反応し、冷却器３０により冷却された上記電極子
２０ａ，２１ａ，…の電極表面に、プラズマ反応生成物
が固形物として安定して堆積固化し、この結果、上記排
ガス中の有害・汚染物質が分解除去されることとなる。

【００５７】すなわち、半導体製造装置２の反応室３に
はできるだけ高効率での反応を促進する目的等から多量
の反応ガスが供給されるため、上記排ガス中には、反応
消費により新たに生成した反応生成ガスのほか、反応消
費されることなく排出される多量の未反応ガスや残留ガ
スが含まれている。

【００５８】したがって、上記反応促進ガスとして、こ
れら排ガスの構成物質に対応したもの、例えば上記反応
室３に反応ガスと共に供給される反応促進ガスと同じも
のや触媒効果のある適当な触媒ガスを用いることによ
り、この反応促進ガスと上記プラズマとの相互作用で、
構成物質分子の解離、重合が促されて、効率的な気相化
学反応（酸化、水素還元、置換反応等）を起こすことが
できる。

【００５９】この場合、複数の電極子２０ａ，２１ａ，
…が交互にかつ平行に交差するように配列されて、その
間に上記密閉反応室Ａの排ガス導入口１２ａから排ガス
排出口１２ｂへ迂回して延びる排ガス流路１６が区画形
成され、これにより、長くかつ広い有効電極表面積を有
する電極構造が構成されているから、排ガスは、長い排
ガス流路１６を通過する間に十分なプラズマ反応を起こ
して、排ガス中の有害・汚染物質は実質上完全に分解除
去されることとなる。

【００６０】また、電極子２０ａ，２１ａ，…は冷却器
３０により冷却されているため、プラズマ反応の反応速
度つまりプラズマ反応生成物の堆積速度が増進する。こ
の場合にも、上記電極構造は冷却温度を電極子２０ａ，
２１ａ，…の先端まで効率良く伝達させるための構造と
して機能するので、排ガス中の有害・汚染物質の除去効
率はこれによりさらに高まることとなる。

【００６１】さらに、電極子２０ａ，２１ａ，…の電極
表面に堆積固化するプラズマ反応生成物の量が所定量ま
で成長したら、前述した要領で、反応ユニット１０を装
置本体５０から取外して、その反応容器１１ａ〜１１ｄ
を分解し、各プラズマ電極２０，２１の電極子２０ａ，
２１の電極表面上の反応生成物をロールブラシや自動清
掃機器等により適宜除去することにより、プラズマ電極
２０，２１は廃棄されることなく再使用することができ
る。しかも、上記電極子２０ａ，２１の電極表面は平坦
面に形成されているため、反応生成物の剥離作業等は比
較的容易かつ迅速に行うことができ、作業能率が良い。

【００６２】また、図示の実施形態においては、プラズ
マ反応を起こす密閉反応室Ａが複数直列に接続されてい
るため、半導体製造装置２から排出される排ガスが複数
種類の構成物質からなる混合ガスである場合は、各密閉
反応室Ａの排ガス流路１６の真空雰囲気内に、上記気体
導入部６により選択された種類の反応促進ガスを個別に
導入することで、上記混合ガス中の目的とする構成物質
分子のみを選択的に解離、重合させて、各種のプラズマ
反応生成物として個別除去することも可能である。

【００６３】本実施形態のように、排ガス処理装置１が
半導体製造装置２とその真空ポンプシステムの真空ポン
プ４との間に設置されていることにより、大気汚染等が
防止されるばかりでなく、真空ポンプ４中に使用されて
いるオイルに混入されるガスおよび複生成物が減少し
て、その寿命が延びるとともに、真空ポンプ４の稼働率
が向上して、真空ポンプシステム自体の寿命も大幅に延
長され得る。

【００６４】実施形態２本実施形態は図８に示されており、各反応容器１１ａ〜
１１ｄにおけるプラズマ電極１２０，１２１の構造が改
変されたものである。

【００６５】すなわち、これら両プラズマ電極１２０，
１２１の電極子１２０ａ，１２１ａ，…は、図８に示す
ような薄肉平板状でかつその基端から先端まで同一厚さ
を有するとともに、その電極表面が平坦面に形成され
て、両電極子１２０ａ，１２１ａの電極面間距離が排ガ
ス流路１６全長にわたって等しくなるように設定されて
いる。これに関連して、電極子１２０ａ，１２１ａの先
端部は、実施形態１と同様に円弧断面に形成されて、こ
の排ガス流路１６の折返し部分においても他の直線部分
と実質的に同じ電極面間距離が保持されている。

【００６６】これにより、排ガス流路１６の全長にわた
って均一なプラズマ発生が確保されるとともに、各電極
子２０ａ，２１ａの平坦な電極表面は、大きな有効電極
表面積を確保し、かつ後述するプラズマによる反応生成
物の堆積固化面としても機能することになるのは、実施
形態１と同様であり、また、その他の構成および作用も
実施形態１と同様である。

【００６７】実施形態３本実施形態は図９に示されており、半導体製造装置１の
既設の真空ポンプ４の駆動容量が小さい場合に、排ガス
処理装置１に別個独立した真空ポンプ１０４を設ける構
成を備えたものである。

【００６８】すなわち、排ガス処理装置１の反応部５
は、半導体製造装置２の反応室３内を真空雰囲気にする
真空ポンプ４の下流側に配置されるとともに、この反応
部５の下流側に上記真空ポンプ１０４が配設されてい
る。なお、この真空ポンプ１０４を駆動する真空ポンプ
システムは、半導体製造装置２の真空ポンプ４のものと
共用でも、あるいは独立したものでも良い。

【００６９】しかして、このような構成とすることによ
り、半導体製造装置２の性能のいかんにかかわらず、排
ガス処理装置１の反応部５には常に安定した最適真空度
が得られることとなる。その他の構成および作用は実施
形態１と同様である。

【００７０】以下は上記実施形態の排ガス処理装置１を
適用した具他例である。実施例１本実施例は、ＣＶＤ法による半導体製造工程においてシ
ランガス（ＳｉＨ₄）を使用する場合に、実施形態１の
排ガス処理装置１を適用したものである。

【００７１】ＣＶＤでシランガス（ＳｉＨ₄）を使用す
る場合には、通常酸素（Ｏ₂）も同時に反応室３に導入
されるから、この反応室３からの排ガス中には、多量の
シランが未反応のまま残留している。したがって、この
残留ガスに対してプラズマ反応を促進するため、これら
の排ガスに対しては、反応促進ガスとして、特に酸素
（Ｏ₂）を多量に混入させる。

【００７２】これにより、上記反応部５においては、排
ガスが反応室３におけるＣＶＤと同じ反応が起こり、シ
ラン系排ガスの濃度低減が可能となる。

【００７３】実施例２本実施例は、ＣＶＤ法による半導体製造工程においてシ
ランガス（ＳｉＨ₄）中にジボラン（Ｂ₂Ｈ₆），フォ
スフィン（ＰＨ₃），アルシン（ＡＳＨ₃）が混入され
ている場合に、実施形態１の排ガス処理装置１を適用し
たものである。

【００７４】この場合は、それぞれプラズマ反応生成物
としてドープされた二酸化ケイ素等の酸化物が堆積固化
されることで、除去が可能となる。

【００７５】実施例３本実施例は、エッチング系の半導体製造装置２の反応室
３からの排ガス中にフッ素ガスが混入されている場合
に、実施形態１の排ガス処理装置１を適用したものであ
る。

【００７６】この場合は、フッ素ガスが被エッチング物
と反応して生成した反応生成ガスが、反応部５のプラズ
マ反応により解離されて、フッ酸（ＨＦ）が新たに生成
される場合がある。このため、反応容器１１ａ〜１１ｄ
の壁面材料の一部をシリコン（Ｓｉ）または多結晶シリ
コンに変えることにより、このシリンコンを形成された
フッ酸と強制的に反応させることにより、四フッ化ケイ
素（ＳｉＦ₄）および水素（Ｈ₂）として分解されて、
フッ酸の生成が軽減される。

【００７７】実施例４本実施例は、実施例１と同様、ＣＶＤ法による半導体製
造工程においてシランガス（ＳｉＨ₄）を使用する場合
に、実施形態１の排ガス処理装置１を適用したものであ
る。

【００７８】この場合、実施例１の構成において、図１
０に示すように、排ガス処理装置１の反応部５の上流側
に、シランガスと酸素を強制的に反応させる反応室Ｂを
配設したものである。その他の構成および作用は実施例
１と同様である。

【００７９】なお、上述した実施形態はあくまでも本発
明の好適な実施態様を示すものであって、本発明はこれ
らに限定されることなくその範囲内で種々の設計変更が
可能である。一例として、以下に列挙するような改変が
考えられる。

【００８０】(1) 図示の実施形態においては、反応部５
が並列に配設された二つの反応ユニット１０，１０を備
えるが、この反応ユニット１０の配設数は、半導体製造
装置２から排出される排ガスの必要処理量に対応して設
定され、例えば、必要処理量が小さい場合には、単一の
反応ユニット１０とするなど、目的に応じて適宜増減さ
れる。

【００８１】(2) 同様に、図示の実施形態の反応ユニッ
ト１０は、４つの反応容器１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１
１ｄが直列に接続されて、排ガスが複数種類の構成物質
からなる混合ガスである場合に、各構成物質を個別に除
去することも可能な構成とされているが、この反応容器
の接続数も目的に応じて適宜増減され、単一の反応容器
つまり単一の真空雰囲気で構成されても良い。

【００８２】(3) プラズマ電極２０，２１の具体的構
成、特に電極子２０ａ，２１ａまたは１２０ａ，１２１
ａの具体的構成は、その電極表面上の反応生成物を除去
して再使用可能な構造を備えており、さらに好適には、
各対向する電極子２０ａ，２１ａまたは１２０ａ，１２
１ａ同士の間隙が迂回して延びる排ガス流路１６を区画
形成する限り、図示の実施形態に限定されない。

【００８３】(4) プラズマ反応の反応速度を向上させる
ための冷却部８の具体的構造も目的に応じて適宜設計変
更可能であり、また、プラズマ電極２０，２１の電極構
成のみによって所期の排ガスの構成物質の除去効果が得
られる場合には、省略することも可能である。

【００８４】(5) 同様に、反応促進気体を導入する反応
促進気体導入部６の具体的構成も目的に応じて適宜設計
変更可能であり、また、プラズマ電極２０，２１の電極
構成のみによって所期の排ガスの構成物質の除去効果が
得られる場合には、省略することも可能である。

【００８５】(6) また、本発明は、図示の実施形態のよ
うな半導体製造装置のほか、反応ガスを利用して成膜ま
たはエッチングを行う同様の装置の排ガスの処理に適用
可能である。

【００８６】

【発明の効果】以上詳細したように、本発明によれば、
排ガス導入口および排ガス排出口を備える密閉反応室
と、この密閉反応室内を真空雰囲気にする真空手段と、
上記密閉反応室内にプラズマを発生させるプラズマ発生
手段とを備えてなり、このプラズマ発生手段は、上記密
閉反応室内に所定の間隔をもって平行対向状に配置され
た一対のプラズマ電極と、これらプラズマ電極に高周波
電気エネルギを印加するための高周波発振器とを備え、
上記一対のプラズマ電極は、その電極表面が上記プラズ
マによる反応生成物の堆積固化面として機能するから、
各種の半導体製造工程等から排出される排ガスを処理し
て、その中に含まれる有害・汚染物質を実質的に完全に
分解除去することができる。

【００８７】すなわち、半導体製造工程等からの排ガス
中には、反応消費により新たに生成した反応生成ガスの
ほか、反応消費されることなく排出される多量の未反応
ガスや残留ガスが含まれているところ、この排ガスを上
記プラズマ電極間に通過させることにより、ここに発生
しているプラズマの作用により、排ガス中の構成物質の
解離、重合が促されて、効率的な気相化学反応を起こす
結果、プラズマ電極の電極表面には、上記排ガス中の有
害・汚染物質が安定したプラズマ反応生成物として堆積
固化して、排ガスから分解除去され得る。これにより、
上記排ガスを直接大気に放出しても大気汚染の問題を生
じない。

【００８８】この場合、上記一対のプラズマ電極が複数
の電極子を備え、対向する電極子同士が交互にかつ平行
に交差するように配列されて、その間に上記密閉反応室
の排ガス導入口から排ガス排出口へ迂回して延びる長い
排ガス流路が区画形成されていると、長くかつ広い表面
積を得た電極構造が構成され、この結果、排ガスは、こ
の長い排ガス流路を通過する間に十分なプラズマ反応を
起こして、排ガス中の有害・汚染物質は実質上完全に分
解除去され得る。

【００８９】また、上記電極表面は、そこに堆積固化し
た反応生成物のみを除去し得る構造を備えているから、
上記電極表面に堆積固化したプラズマ反応生成物が所定
量まで成長したら、それを適宜剥離除去することによ
り、プラズマ電極は廃棄することなく再使用可能であ
る。このため、分解処理された有害・汚染物質を回収用
カートリッジと共に廃棄する従来装置の構造に比較し
て、その回収コストを低く、経済的である。しかも、廃
棄されるのが電極表面に堆積固化したプラズマ反応生成
物のみであるから、その廃棄処理量が少なくかつ廃棄処
理作業も容易であり、適切な作業を行う限り、従来のよ
うにこれら廃棄物から２次的汚染を生ずることもない。

【００９０】さらに、プラズマ電極を冷却手段で冷却す
ることにより、プラズマ反応の反応速度つまりプラズマ
反応生成物の堆積速度が増進し、しかも、上記電極構造
は冷却温度を効率良く伝達させるための構造としても機
能するから、排ガス中の有害・汚染物質の除去効率はさ
らに高まる。

【００９１】また、上記排ガス反応容器を、半導体製造
工程等の反応容器とその真空ポンプシステムとの間に介
装することにより、清浄化された排ガスがこの真空ポン
プシステムへ送り込まれる結果、ポンプオイルが排ガス
中の未処理物質と反応して劣化することもなく、ポンプ
オイルの寿命が延びるとともに、真空ポンプシステム自
体の寿命も延びる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１である排ガス処理装置の外
観構成を示す斜視図である。

【図２】同排ガス処理装置の反応ユニットを示し、図２
(a) は一部断面で示す平面図、図２(b) は同じく一部断
面で示す正面図、図２(c) は右側面図である。

【図３】同反応ユニットの反応容器の内部構成を示し、
図３(a) は内部構成全体を拡大して示す縦断面図、図３
(b) は図３(a) における点線円内を拡大した断面図であ
る。

【図４】同排ガス処理装置のプラズマ発生部を構成する
プラズマ電極を分解して示す斜視図である。

【図５】同排ガス処理装置の冷却部を構成する冷却器を
一部分解して示す斜視図である。

【図６】同排ガス処理装置の概略構成を示すブロック構
成図である。

【図７】同排ガス処理装置の接続系統を示すブロック図
である。

【図８】本発明の実施形態２である排ガス処理装置の反
応容器の内部構成を拡大して示す縦断面図である。

【図９】本発明の実施形態３である排ガス処理装置の接
続系統を示すブロック図である。

【図１０】本発明の排ガス処理装置の反応部の改変例を
示すブロック図である。

【符号の説明】

Ａ密閉反応室１排ガス処理装置２半導体製造装置３半導体製造装置の反応室４真空ポンプ（真空手段）５反応部６反応促進気体導入部（気体導入手
段）６ａ気体導入口７プラズマ発生部（プラズマ発生手
段）８冷却部（冷却手段）１０反応ユニット１１ａ〜１１ｄ反応容器１２ａ排ガス導入口１２ｂ排ガス排出口１６排ガス流路２０，２１プラズマ電極２０ａ，２１ａプラズマ電極の電極子２２高周波発振器２５，２６電極間分離板２７シール部材３０冷却器１０４真空ポンプ１２０，１２１プラズマ電極１２０ａ，１２１ａプラズマ電極の電極子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造工程等から排出された排ガス
中の構成物質を反応固化させる装置であって、排ガス導入口および排ガス排出口を備える密閉反応室
と、この密閉反応室内を真空雰囲気にする真空手段と、
前記密閉反応室内にプラズマを発生させるプラズマ発生
手段とを備えてなり、このプラズマ発生手段は、前記密閉反応室内に所定の間
隔をもって平行対向状に配置された一対のプラズマ電極
と、これらプラズマ電極に高周波電気エネルギを印加す
るための高周波発振器とを備え、前記一対のプラズマ電極は、その電極表面が前記プラズ
マによる反応生成物の堆積固化面として機能するととも
に、この堆積固化面上の反応生成物を除去して再使用可
能な構造を備えていることを特徴とする排ガス処理装
置。
【請求項２】前記一対のプラズマ電極は、対向する他
方のプラズマ電極に向けて平行に延びる複数の電極子を
それぞれ備えるとともに、これら電極子の電極表面は、
前記プラズマによる反応生成物の堆積固化面として機能
する平坦面に形成され、前記一対のプラズマ電極の電極子同士は、交互にかつ平
行に交差するように配列されて、各対向する電極子同士
の間隙が前記密閉反応室の排ガス導入口から排ガス排出
口へ迂回して延びる排ガス流路を区画形成し、前記一対のプラズマ電極の少なくとも一方は、前記堆積
固化面上の反応生成物の除去のため取外し可能な取付構
造を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排ガ
ス処理装置。
【請求項３】前記一対のプラズマ電極の電極子は先細
のテーパ断面形状を有するとともに、これら両電極子の
対向する電極面間の距離が、前記排ガス流路全長にわた
って等しくなるように設定されていることを特徴とする
請求項２に記載の排ガス処理装置。
【請求項４】前記一対のプラズマ電極の電極子は薄肉
平板状とされるとともに、これら両電極子の対向する電
極面間の距離が、前記排ガス流路全長にわたって等しく
なるように設定されていることを特徴とする請求項２に
記載の排ガス処理装置。
【請求項５】前記一対のプラズマ電極と、これらプラ
ズマ電極を配列支持する絶縁材料製の隔壁部材とが、こ
れらの接合部分を密封するシール部材を介して組み立て
られた排ガス反応容器の形態とされ、この排ガス反応容器の内部空間が前記密閉反応室とされ
るとともに、この密閉反応室内に前記電極子による迂回
した排気ガス流路が形成され、前記プラズマ電極の少なくとも一方は、前記電極子と平
行な方向へ取外し可能な取付構造を備えていることを特
徴とする請求項２から４のいずれか一つに記載の排ガス
処理装置。
【請求項６】前記密閉反応室内におけるプラズマ反応
の反応速度を向上させるための冷却手段を備え、この冷
却手段は、前記プラズマ電極を直接冷却する構造とされ
ていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一つ
に記載の排ガス処理装置。
【請求項７】前記冷却手段は、前記排ガス反応容器の
壁部を構成する前記プラズマ電極の外側背面に接触配置
された水冷式冷却器であることを特徴とする請求項６に
記載の排ガス処理装置。
【請求項８】前記密閉反応室内に反応促進気体を導入
する気体導入手段を備えてなり、この気体導入手段により前記密閉反応室内に導入される
反応促進気体は、処理すべき排ガスの構成物質に対応し
て選定されることを特徴とする請求項７に記載の排ガス
処理装置。
【請求項９】前記排ガス反応容器が複数台直列に配設
されて、半導体製造工程等から排出された排ガスが、こ
れら排ガス反応容器の密閉反応室内に形成される真空雰
囲気中を順次通過する構成とされるとともに、各密閉反応室の真空雰囲気内には、前記気体導入手段に
より選択された反応促進気体がそれぞれ個別に導入され
ることを特徴とする請求項８に記載の排ガス処理装置。
【請求項１０】前記排ガス反応容器は、半導体製造装
置等の反応容器とこの反応容器の反応室内を真空雰囲気
にするポンプシステムとの間に配置され、このポンプシステムが前記排ガス反応容器の密閉反応室
内を真空雰囲気にする前記真空手段として機能する構成
とされていることを特徴とする請求項５から９のいずれ
か一つに記載の排ガス処理装置。
【請求項１１】前記排ガス反応容器は、半導体製造装
置等の反応容器内を真空雰囲気にするポンプシステムの
下流側に配置されるとともに、この排ガス反応容器の下
流側に前記真空手段が配設されていることを特徴とする
請求項５から１０のいずれか一つに記載の排ガス処理装
置。