TWI476039B - 於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法、及使用有此之排氣處理裝置 - Google Patents

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Description

於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法、及使用有此之排氣處理裝置
本發明，係有關於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法。及使用有此之排氣處理裝置，特別是，係有關於能夠經由使磁場產生而對於電漿之狀態作控制，並藉由此來使利用電漿所進行之排氣的處理效率提升之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法、及使用有此之排氣處理裝置。
於先前技術中，在由於半導體之製造等所產生的排放氣體之處理工程等之中，係提案有利用有電漿之排氣處理裝置，並被實用化(例如，參考專利文獻1)。
在此排氣處理裝置中，作為將所處理之排放氣體的分解效率提升之方法，係存在有：(1)將電漿長度(放電距離)增長之方法、(2)將導入排放氣體之反應管的直徑縮小的方法、(3)藉由將排放氣體相對於反應管而從切線方向來導入，而引起旋轉流的方法等。
然而，(1)之將電漿長度(放電距離)增長之方法，係為將處理能力本身作提升的方法，雖然處理效率會提升，但是相反的，會有使能量之消耗量增大的問題。
又，(2)之將反應管的直徑縮小之方法，由於電漿與排放氣體之接觸效率係提升，因此處理效率係提高，但是，相反的，處理的絕對量係減少，又，由於反應管之管壁與電漿係近接，因此反應管係容易受到損傷，而在裝置的耐久性上存在有問題。
又，(3)之將排放氣體相對於反應管而從切線方向來導入的方法，由於電漿與排放氣體之接觸效率係提升，因此處理效率係提高，但是，會有著反應管之排放氣體的導入部之構造變得複雜的問題。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2008-194551號公報
本發明，係有鑑於上述之先前技術中的使用有電漿之排氣處理裝置所具有的問題點而進行者，其目的，係在於提供一種：並不使能量之消耗量顯著地增大，且並不使處理之絕對量降低，而能夠藉由簡易之方法以及構造，來使經由電漿所進行之排氣的處理效率提升之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法、以及使用有其之排氣處理裝置。
為了達成上述目的，本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法，其特徵為：藉由在排氣處理裝置之電漿放電部處而使磁場發生，來對於在電漿放電部處所發生之電漿的狀態作控制。
於此情況，係可設為在電漿放電部之外周部處配設線圈，並經由使電流在該線圈中流動，而在電漿放電部處使磁場發生，或者是，設為經由在電漿放電部之外周部處配設磁石，而在電漿放電部處使磁場發生。
又，為了達成相同之目的，本發明之排氣處理裝置，係在將導入至了反應管內之排放氣體藉由於反應管內所產生之電漿來作分解並進行處理之排氣處理裝置中，具備有下述特徵：藉由在反應管內而使磁場發生，來對於在反應管內所發生之電漿的狀態作控制。
於此情況，係可設為在反應管之外周部處配設線圈，並經由使電流在該線圈中流動，而使磁場發生，或者是，設為經由在反應管之外周部處配設磁石，而使磁場發生。
若藉由本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法、以及使用有此之排氣處理裝置，則係藉由在電漿放電部(身為電漿放電部之反應管內)處而使磁場發生，來對於在電漿放電部(身為電漿放電部之反應管內)處所發生了的電漿之狀態作控制，更具體而言，係藉由磁場之作用，而對於形成電漿之電子或是荷電粒子施加羅倫茲力、或者是防止電子或荷電粒子之散亂，而能夠對於電漿之狀態作控制，藉由此，能夠使並未被有效地使用而被消耗掉的電漿之損失減少，而並不使能量之消耗量顯著地增大，且並不使處理之絕對量降低，而能夠以簡易之方法以及構造，來將經由電漿所進行之排放氣體的處理效率提升。
又，磁場之發生，係可藉由像是在電漿放電部(身為電漿放電部之反應管)的外周部處配設線圈，並使電流在該線圈中流動；或者是藉由在電漿放電部(身為電漿放電部之反應管)的外周部處配設磁石一般之簡易的方法以及構造，而實現之。
以下，根據圖面，針對本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法以及使用有此之排氣處理裝置的實施形態作說明。
於圖1中，係對於使用有於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法的排氣處理裝置之其中一實施例作展示。
此排氣處理裝置，係利用在大氣壓下而於電極間所發生的電漿，而將例如CF4 或是SF6 等之PFC氣體之類的排放氣體中所包含的有害物質作分解並進行處理者。
而，此排氣處理裝置，係具備有：將排放氣體G作導入並構成電漿放電部的反應管1、和在反應管1之上部側而被配設於大氣中之上部電極2、和被配設在反應管1之下部側的下部電極3，在電極2、3之間形成電流之路徑，在反應管1內而使電漿P發生。
於此情況，係可在上部電極2與下部電極3之間，配設將電解質溶液D作噴霧之噴霧噴嘴4(於本實施例中，係設為將上部電極2兼用為將電解質溶液作噴霧之噴霧噴嘴4)，藉由在上部電極2與下部電極3之間將電解質溶液D作噴霧，而成為能夠在反應管1內使電漿安定地發生。
反應管1，係由被作了縱置之筒體所成，並為藉由氧化鋁、富鋁紅柱石(Mullite，氧化鋁與二氧化矽之化合物)、石英、鋯等之陶瓷或是氯化乙烯樹脂等的合成樹脂等等之耐熱材料所構成。
反應管1，係亦可為空冷，但是，在本實施例中，係在反應管1之周圍，設置有水冷套11，該水冷套11，於電漿發生時，係將反應管1作冷卻，於電漿停止時，則係使水H溢流於反應管1之內部並作洗淨。
水冷套11之水H，在電漿發生時，係從水冷套11之下部而被導入，並從溢流管線12而流入至水槽6，再進而經由溢流管線62而被排出。另外，作為水H，係可使用新水，亦可使排水作循環。
又，在電漿停止時，係藉由將溢流管線12之閥13關閉，而使水H溢流至反應管1之內部並作洗淨。
另外，排放氣體G，係從反應管1之上部開口部而被導入，並在藉由電漿P而使有害物質被作了分解後，從反應管1之下部開口部而被排出。
上部電極2，係由不鏽鋼、海司特合金(HASTELLOY)、鎢、SiC等之導電性材料所成，並在反應管1之上部開口部處而被配設在大氣中，且從電源裝置5而被施加有高壓電流。而，上部電極2與下部電極3，不論使何者作為正或是作為負均可。
於此情況，在上部電極2處，係可採用下述一般之構成者。
(1)將上部電極2兼用為將電解質溶液作噴霧之噴霧噴嘴4者(本實施例)。
(1’)將上部電極2與將電解質溶液作噴霧之噴霧噴嘴4個別地作配設者(圖2(a))。
(2)設為在上部電極2之內部而流動有用以進行冷卻的水H者(圖2(b))。
(3)設為配設有對於上部電極2之外部而將用以進行冷卻以及防蝕之水作噴霧之噴霧噴嘴4A者(圖2(c))。
(4)設為對於上部電極2之外部而流動用以進行冷卻以及防蝕之遮蔽氣體(惰性氣體)Ga者(圖2(d))。
藉由此，能夠將暴露在高溫下之上部電極2有效率地作冷卻，並且能夠防止腐蝕，而能夠對於上部電極2之消耗作防止，同時，所噴霧了的用以進行冷卻以及防蝕之水H，係亦可作為洗滌劑(Scrubber)，而使用在排放氣體G之冷卻或是溶解、粉體之除去等的目的中。
下部電極3，係由不鏽鋼、海司特合金(HASTELLOY )、鎢、SiC等之導電性材料所成，並在反應管1之下方，以兼作為將用以進行冷卻以及防蝕的水作噴霧之洗滌噴嘴的方式而被形成。
經由下部電極3而被作了噴霧的用以進行冷卻以及防蝕之水H，係從水槽6經介於溢流管線62而被排出。另外，作為用以進行冷卻以及防蝕之水H，係可使用新水，亦可使排水作循環，亦可使用氨水等之藥液。
於此情況，在下部電極3處，係可採用下述一般之構成者。
(5)將下部電極3形成為將用以進行冷卻以及防蝕的水作噴霧之噴嘴狀者(本實施例)。
(6)將下部電極3形成為將用以進行冷卻以及防蝕的水作溢流的形狀者(圖3(a))。
(7)設為在上部電極3之內部而流動有用以進行冷卻的水H者(圖3(b))。
(8)設為配設有對於下部電極3之外部而將用以進行冷卻以及防蝕之水作噴霧之洗滌噴嘴64者(圖3(c))。
(9)將下部電極3設為沈沒於水槽6內者(圖3(d))。
藉由此，能夠將暴露在高溫下之下部電極3有效率地作冷卻，並且能夠防止腐蝕，而能夠對於下部電極3之消耗作防止，同時，所噴霧了的用以進行冷卻以及防蝕之水H，係亦可作為洗滌劑(Scrubber)，而使用在排放氣體G之冷卻或是溶解、粉體之除去等的目的中。
另外，在本實施例中，兼作為上部電極2之噴霧噴嘴4，係被配設在反應管1之上部開口部處，並在上部電極2與下部電極3之間而將電解質溶液D作噴霧。
由此噴霧噴嘴4所致之電解質溶液D的噴霧，在電漿P之點火後，係可停止，亦可繼續噴霧。
電解質溶液D之噴霧，係能夠在上部電極2與下部電極3之間形成電流的路徑，藉由此，而能夠使電漿P之發生成為容易。
另外，作為電解質溶液D，係可使用將NaCl、CaCl2 、MgCl2 、NH4 Cl、NaOH等之電解質作了溶解的溶液，特別是，藉由使用鹼性之電解質溶液，能夠將酸性之排放氣體作中和。
而，在本實施例之排氣處理裝置中，係如同圖1、圖4以及圖5(a)中所示一般，在將排放氣體G作導入之構成電漿放電部的反應管1以及(/或者是)水冷套11之外周部(於本說明書中，係有包括性地而稱作電漿放電部之外周部或是反應管1之外周部的情況)處，作為磁場發生手段7，而配設線圈71，並經由從電源裝置72而使電流(雖並未特別限定，但是，在本實施例中，係為直流電流)在此線圈71中流動，來在電漿放電部(身為電漿放電部之反應管1內)處而使磁場(雖並未特別限定，但是，在本實施例中，係為使磁力線從上部電極2而朝向下部電極3前進之磁場)發生。
於此，作為磁場發生手段7之線圈71，係亦可設為被配設在構成電漿放電部之反應管1以及水冷套11的任一方之外周部處。
依據此，藉由對於在構成電漿放電部之反應管1內所發生了的電漿P之狀態作控制，更具體而言，藉由磁場之作用，而對於形成電漿P之荷電粒子施加羅倫茲力、或者是防止電子或荷電粒子之散亂，而能夠對於電漿P之狀態作控制，藉由此，能夠使並未被有效地使用而被消耗掉的電漿P之損失減少，而並不使能量之消耗量顯著地增大，且並不使處理之絕對量降低，而能夠將經由電漿P所進行之排放氣體的處理效率提升。
使用圖6，對於上述作用作說明。
若是將磁力線與電子之流動方向間的角度設為θ，則在電子以及反應管1內之粒子(中性粒子以外)處，係作用有羅倫茲力，該力F，係藉由下述之式(1)而被表現。
F=q(E+v×Bsinθ)　‧‧‧(1)
於此，E係為電場，q係為電荷量，v係為粒子之速度。
在θ=0°之區域(反應管1之中央區域)處，係成為F=0，羅倫茲力係並不會作用，但是，若是電子或是其他之荷電粒子欲從圖6之垂直方向(反應管1內之中心)而偏移並散亂，則由於F係會起作用，因此散亂係被抑制。
藉由此，在此區域中，能夠將與反應管1相衝突並消失的電漿之損失減低至最小限度。
另一方面，在θ≠0°之區域(反應管1之端部區域)處，羅倫茲力係在v與B的兩者處之垂直力方向(若是以向量來表現，則係為v與B之外積)上起作用，其結果，垂直方向之運動能量，係維持於此狀態地而變化為荷電粒子之迴旋加速運動(螺旋運動)。
藉由此，在此區域中，電漿密度係為高，通過此區域之排放氣體G，相較於不存在有磁場之狀態，由於與熱電子或是被激勵之荷電粒子之衝突機率係變高，因此，係成為使處理效率(分解效率)提升。
另外，在磁場發生手段7處，除了在本實施例中所展示之「從電源裝置72來使電流於被配設在將排放氣體G作導入之構成電漿放電部的反應管1(以及/或者是水冷套11)之外周部處的線圈71處作流動」的方式以外，亦可如同圖5(b)以及(c)中所示一般，採用在反應管1(以及/或者是水冷套11)之外周部處配設環狀之磁石73、或是配設棒狀亦或是薄片狀之磁石74的方式。
[實施例]
如圖1中所示一般，在將排放氣體G作導入之構成電漿放電部的反應管1以及水冷套11之外周部處，作為磁場發生手段7，而配設線圈71，並從電源裝置72來使電流(直流電流)在此線圈71中作流動，藉由此，而使磁場(磁力線為從上部電極2而朝向下部電極3前進之磁場)發生，並將作為排放氣體G之CF4 作分解。
將其結果展示於表1。
如表1中所示一般，係確認了：若是在線圈71中所流動之電流值越大，則CF4 之分解率係提升。
以上，針對本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法及使用有此之排氣處理裝置，根據其之實施例而作了說明，但是，本發明，係並不被限定於上述實施例中所記載之構成，在不脫離該趣旨的範圍內，係可適當地對於其構成作變更。
[產業上之利用可能性]
本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法及使用有此之排氣處理裝置，由於係係具備有下述之特性，亦即是，並不使能量之消耗量顯著地增大，且並不使處理之絕對量降低，而能夠藉由簡易之方法以及構造，來使經由電漿所進行之排氣的處理效率提升，因此，如同上述實施例中所記載一般，係適合於使用在排氣處理之用途中。
1．．．反應管(電漿放電部)
11．．．水冷套
12．．．溢流管線
13．．．閥
2．．．上部電極
3．．．下部電極
4．．．噴霧噴嘴
5．．．電源裝置
6．．．水槽
7．．．磁場發生手段
71．．．線圈
72．．．電源裝置
73．．．磁石
74．．．磁石
G．．．排放氣體
D．．．電解質溶液
P．．．電漿
H．．．水
[圖1]對於使用有本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法的排氣處理裝置之其中一實施例作展示的剖面圖。
[圖2]展示上部電極之變形實施例的剖面圖。
[圖3]展示下部電極之變形實施例的剖面圖。
[圖4]係為本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法的原理圖，並且為對於從電源裝置而使電流流動於配設在反應管(以及/或者是水冷套)之外周部處的線圈處的方式作展示之圖。
[圖5]係為本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法的原理圖，(a)係為對於從電源裝置而使電流流動於配設在反應管(以及/或者是水冷套)之外周部處的線圈處的方式作展示之圖，(b)係為對於在反應管(以及/或者是水冷套)之外周部處而配設有環狀之磁石的方式作展示之圖，(c)係為對於在反應管(以及/或者是水冷套)之外周部處配設有棒狀或者是薄片狀之磁石的方式作展示之圖。
[圖6]本發明之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法的原理之說明圖。
1．．．反應管(電漿放電部)
2．．．上部電極
3．．．下部電極
4．．．噴霧噴嘴
5．．．電源裝置
6．．．水槽
7．．．磁場發生手段
11．．．水冷套
12．．．溢流管線
13．．．閥
62．．．溢流管線
71．．．線圈
72．．．電源裝置
G．．．排放氣體
D．．．電解質溶液
P．．．電漿
H．．．水

Claims (2)

  1. 一種於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法，其特徵為：係藉由在排氣處理裝置之電漿放電部處而使磁場發生，來對於在電漿放電部處所發生之電漿的狀態作控制，該排氣處理裝置，係將導入至由作了縱向配置之筒體所成的作為前述電漿放電部之反應管內的排氣，藉由電漿來進行分解處理，該電漿，係為藉由在前述反應管之上部側配置上部電極並在下部側配設下部電極而在該兩電極間形成電流之路徑，所在前述反應管內產生者，在設置於前述反應管之周圍處的水冷套內，沿著反應管之外周部而遍佈其之長邊方向全長地來將線圈作捲繞配設，並經由使電流在該線圈處流動，而在前述反應管內使磁場產生，藉由此，來對於前述電漿之狀態進行控制。
  2. 如申請專利範圍第1項所記載之於排氣處理裝置中之由磁場所致之電漿控制方法，其中，係沿著水冷套之外周部而遍佈其之長邊方向全長地來將線圈作捲繞配設，並經由使電流在該線圈中流動，而在前述反應管內使磁場發生，藉由此，來對於前述電漿之狀態進行控制。
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