JP2005205330A - Plasma decomposition method of perfluoro compound exhaust gas, plasma decomposition apparatus using the method, and exhaust gas treating system mounted with the apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体，液晶等の電子回路素子の製造中、特にクリーニング，エッチング工程において派生するパーフルオロコンパウンドを含む排ガスの処理方法及び該方法を実施する排ガス処理装置並びに該排ガス処理装置を組み込んだ排ガス処理システムに関する。 The present invention incorporates a method for treating an exhaust gas containing a perfluoro compound derived from a cleaning, etching process, an exhaust gas treatment apparatus for carrying out the method, and the exhaust gas treatment apparatus during the manufacture of electronic circuit elements such as semiconductors and liquid crystals. The present invention relates to an exhaust gas treatment system.
半導体や液晶等の電子デバイスの製造プロセスでは様々な化合物のガスが使用されており、例えば、ＣＦ4およびＣ2Ｆ6のようなパーフルオロカーボンやＮＦ３のような炭素を含まないフッ素化合物などのパーフルオロコンパウンド(以下、「ＰＦＣ」という)はＣＶＤチャンバーのクリーニングガスとして使用されている。なお、本明細書全体において、パーフルオロコンパウンドを含む排ガスをパーフルオロコンパウンド排ガス或いはＰＦＣ排ガスという。 Gases of various compounds are used in the manufacturing process of electronic devices such as semiconductors and liquid crystals, such as perfluorocarbons such as CF 4 and C 2 F 6 and fluorine compounds not containing carbon such as NF 3 . Perfluoro compound (hereinafter referred to as “PFC”) is used as a cleaning gas for the CVD chamber. Throughout this specification, exhaust gas containing perfluoro compound is referred to as perfluoro compound exhaust gas or PFC exhaust gas.
このうち、ＣＦ4やＣ2Ｆ6を代表とするパーフルオロカーボンは不燃性であり、且つ化合物そのものが安定であるため、大気中に放出された場合、長期にわたって変化せず滞留することになる。大気中における消費までのライフはＣＦ4で５０,０００年、Ｃ2Ｆ6で１０,０００年といわれており、又、地球温暖化係数(ＣＯ2を１としての比較値)はＣＦ4で４,４００、Ｃ2Ｆ6で６,２００(２０年経過時点)であり、地球環境上放置できない所謂温室効果問題を孕んでおり、ＣＦ4，Ｃ2Ｆ6を代表とするパーフルオロカーボンを含むＰＦＣを除害する手段の確立が望まれている。 Of these, perfluorocarbons typified by CF 4 and C 2 F 6 are non-flammable and the compound itself is stable, so when released into the atmosphere, it stays unchanged over a long period of time. Life until the consumption in the atmosphere is said to be 50,000 years for CF 4 and 10,000 years for C 2 F 6 , and the global warming potential (comparison value when CO 2 is 1) is CF 4 . 4,400, C 2 F 6 is 6,200 (20 years have passed), so-called greenhouse effect problem that cannot be left on the global environment, and contains perfluorocarbons such as CF 4 and C 2 F 6 Establishment of a means for removing PFC is desired.
しかしながら、ＰＦＣのうち特にパーフルオロカーボンはＣ−Ｆ結合が安定であるため(結合エネルギーが１３０ｋｃａｌ／ｍｏｌと大きく)、分解が容易でなく、燃焼式などの一般的な加熱分解でＰＦＣを完全に除害するのは極めて難しい。例えば、単純な加熱分解ではＣ2Ｆ6の場合はＣ−Ｃ結合枝の切断で分解が進むため、処理温度１,０００℃において処理風量を２５０リットル／分以下に制限すれば除害が可能であるが、ＣＦ4は最も結合エネルギーの大きなＣ−Ｆを切断せねばならず、上記風量においても１,４００〜１,５００℃程度の高温が必要となる。 However, perfluorocarbons, among other PFCs, have a stable C—F bond (the bond energy is as large as 130 kcal / mol), so that decomposition is not easy, and PFC is completely removed by general thermal decomposition such as a combustion type. It is extremely difficult to harm. For example, in the case of simple thermal decomposition, the decomposition proceeds by cutting the C—C bond branch in the case of C 2 F 6 , and therefore detoxification is possible by limiting the processing air volume to 250 liters / minute or less at a processing temperature of 1,000 ° C. However, CF 4 has to cut C—F having the largest binding energy, and a high temperature of about 1,400 to 1,500 ° C. is required even in the above-mentioned air volume.
このように分解が困難なＰＦＣを含む半導体排ガスを分解処理する技術として、図５に示すように、前部スクラバ(1)で排ガス(F)に含まれる粉塵などを除去した後、導電性螺旋仕切り板(3a)と放電電極(3b)と電源ユニット(3c)とを備えた排ガス処理塔(3)内に排ガス(F)を導入し、前記導電性螺旋仕切り板(3a)と放電電極(3b)との間に放電電圧を印加して生成した高温のプラズマで当該排ガス(F)を熱分解し、分解した排ガス(F)を湿式の後部スクラバ(5)で気液接触によって除害する排ガス処理装置(7)が知られている（例えば、特許文献１参照。）。 As shown in FIG. 5, after removing dust contained in the exhaust gas (F) with a front scrubber (1) as a technique for decomposing semiconductor exhaust gas containing PFC which is difficult to decompose in this way, a conductive spiral An exhaust gas (F) is introduced into an exhaust gas treatment tower (3) having a partition plate (3a), a discharge electrode (3b), and a power supply unit (3c), and the conductive spiral partition plate (3a) and the discharge electrode ( The exhaust gas (F) is thermally decomposed with a high-temperature plasma generated by applying a discharge voltage to 3b), and the decomposed exhaust gas (F) is removed by gas-liquid contact with a wet rear scrubber (5). An exhaust gas treatment device (7) is known (for example, see Patent Document 1).
この排ガス処理装置(7)を用いれば、従来の電熱ヒータが発する熱よりも高い温度のプラズマによって排ガス(F)を熱分解できるので、分解が困難なＣＦ4であっても迅速且つ不可逆的に分解することができる。 If this exhaust gas treatment device (7) is used, the exhaust gas (F) can be thermally decomposed by plasma at a temperature higher than the heat generated by the conventional electric heater, so even CF 4 which is difficult to decompose can be rapidly and irreversibly. Can be disassembled.
しかしながら、上述した排ガス処理装置(7)では、プラズマと排ガス(F)とを十分に接触させるため、或いは、大風量の排ガス(F)を処理するため、排ガス処理塔(3)に多数(例えば３０本以上)の放電電極(3b)を取着するとともに、この放電電極(3b)のそれぞれに配線を結線して電源ユニット(3c)に接続しなければならい。このため、装置の構造が複雑になり、耐久性やメンテナンス性に劣るという問題があった。また、排ガス処理塔(3)内全体が常時プラズマの熱に晒されているので、処理塔(3)全体を耐熱性の高い材料で構成するとともに、断熱対策を施さなければならず、装置設計上の制約が多いという問題もあった。
それゆえに、本発明の主たる課題は、簡単な構成にてＣＦ4の熱分解は勿論、半導体プロセスで発生するＰＦＣ排ガスを少ないエネルギー消費量で確実に熱分解することができる分解処理方法および該方法を実施する分解処理装置並びに該分解処理装置を装備した排ガス処理システムを提供することである。 Therefore, the main object of the present invention is to provide a decomposition method capable of reliably thermally decomposing PFC exhaust gas generated in a semiconductor process with a small energy consumption as well as thermal decomposition of CF 4 with a simple configuration. And a flue gas treatment system equipped with the decomposition treatment apparatus.
請求項１に記載した発明は、「非移行型電極(38)(56)間に放電電圧を印加してアークを発生させるとともに、アークに作動ガス(G)を送給してアノード(38)側から外部に向かってプラズマジェット(P)を生成し、生成したプラズマジェット(P)のアノード(38)側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を外側から供給して当該排ガス(F)を熱分解する」ことを特徴とするパーフルオロコンパウンド排ガス(F)のプラズマ分解処理方法である。 According to the first aspect of the present invention, an arc is generated by applying a discharge voltage between the non-migrating electrodes (38) and (56), and a working gas (G) is supplied to the arc to supply an anode (38). A plasma jet (P) is generated from the side toward the outside, and water-soluble components and dust are removed and water is added to the vicinity of the upstream portion on the anode (38) side of the generated plasma jet (P) by water washing. The perfluoro compound exhaust gas (F) is decomposed by supplying the perfluoro compound exhaust gas (F) from the outside and thermally decomposing the exhaust gas (F) ”.
本発明のプラズマ分解処理方法では、大気圧条件の下、非移行型の電極(38)(56)間に放電電圧を印加してアークを発生させると共に、このアークの周囲に作動ガス(G)を送給し、エネルギー密度が著しく増大した高温のガス流すなわちプラズマジェット(P)を生成する。このプラズマジェット(P)は、分解が困難なＣＦ4を熱分解するのに十分な超高温である。従って、このプラズマジェット(P)の噴出側(即ちアノード(38)側の)上流部近傍に向けて外側からＰＦＣ排ガス(F)を供給すると、プラズマジェット(P)に乱流が生じると共に、負圧となっているプラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)が吸い込まれ、プラズマジェット(P)の下流側へ向けて流下する。このため、ＰＦＣ排ガス(F)と超高温のプラズマジェット(P)とが長時間接触でき、従来の加熱式除害装置では完全に分解するのが困難であったＰＦＣ排ガス(F)中のＣＦ4なども迅速且つ不可逆的に分解することができる。 In the plasma decomposition treatment method of the present invention, an arc is generated by applying a discharge voltage between the non-migrating electrodes (38) and (56) under atmospheric pressure conditions, and a working gas (G) around the arc. To generate a hot gas flow or plasma jet (P) with significantly increased energy density. This plasma jet (P) has an extremely high temperature sufficient to thermally decompose CF 4 which is difficult to decompose. Accordingly, when PFC exhaust gas (F) is supplied from the outside toward the upstream side of the plasma jet (P) on the jet side (that is, on the anode (38) side), turbulent flow is generated in the plasma jet (P) and negative flow is generated. The PFC exhaust gas (F) is sucked into the plasma jet (P) at a pressure and flows down toward the downstream side of the plasma jet (P). For this reason, the PFC exhaust gas (F) and the ultra-high temperature plasma jet (P) can be in contact with each other for a long time, and the CF in the PFC exhaust gas (F), which is difficult to completely decompose by the conventional heating type abatement apparatus 4 etc. can be decomposed quickly and irreversibly.
さらに、プラズマジェット(P)に与えるＰＦＣ排ガス(F)は、予め水洗して、ＰＦＣとプラズマジェット(P)との接触を邪魔する水溶性成分や粉塵などの夾雑物を除去しているので、ＰＦＣとプラズマジェット(P)とが高い確率で接触できる。 Furthermore, the PFC exhaust gas (F) given to the plasma jet (P) is washed with water in advance to remove contaminants such as water-soluble components and dust that interfere with the contact between the PFC and the plasma jet (P). PFC and plasma jet (P) can contact with high probability.
また、プラズマジェット(P)に供給されるＰＦＣ排ガス(F)は水洗により水分が付加された湿ったガスとなっている。かかる湿ったＰＦＣ排ガス(F)をプラズマジェット(P)に与えると、ＰＦＣ排ガス(F)とともにプラズマジェット(P)に与えられた水分は水素と酸素とに分解する。この水分の分解によって生じた酸素はＣＦ4やＣ2Ｆ6などのＰＦＣと反応して次式のように二酸化炭素とフッ素とを生成する。 The PFC exhaust gas (F) supplied to the plasma jet (P) is a moist gas to which moisture has been added by washing with water. When such wet PFC exhaust gas (F) is given to the plasma jet (P), the moisture given to the plasma jet (P) together with the PFC exhaust gas (F) is decomposed into hydrogen and oxygen. Oxygen generated by the decomposition of moisture reacts with PFC such as CF 4 and C 2 F 6 to generate carbon dioxide and fluorine as in the following formula.
ＣＦ4＋Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｆ2
Ｃ2Ｆ6＋２Ｏ2→２ＣＯ2＋３Ｆ2
CF 4 + O 2 → CO 2 + 2F 2
C 2 F 6 + 2O 2 → 2CO 2 + 3F 2
一方、水分の分解によって生じた水素は超高温のプラズマジェット(P)によって激しく活性化され、上述のようにＰＦＣと酸素との反応で生じたフッ素と即座に反応してフッ化水素(ＨＦ)を生成する。このように、ＰＦＣの分解によって生じたフッ素は水素と反応してフッ化水素として固定されるため、一旦分解したＰＦＣが再びＰＦＣに戻るのを防止することができる。 On the other hand, hydrogen generated by the decomposition of moisture is vigorously activated by an ultra-high temperature plasma jet (P), and immediately reacts with fluorine generated by the reaction between PFC and oxygen as described above to generate hydrogen fluoride (HF). Is generated. In this way, fluorine generated by the decomposition of PFC reacts with hydrogen and is fixed as hydrogen fluoride, so that once decomposed PFC can be prevented from returning to PFC again.
なお、上述の方法で生成されるプラズマジェット(P)は、加熱式除害装置や従来のプラズマを利用した除害装置に比べて消費電力が低いものであることから少ないエネルギー消費量でＰＦＣ排ガス(F)を熱分解することができる。 Note that the plasma jet (P) generated by the above-mentioned method has lower power consumption than a heating type abatement device or a conventional abatement device using plasma, so PFC exhaust gas can be consumed with less energy consumption. (F) can be pyrolyzed.
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のプラズマ分解処理方法において、「作動ガス(G)が二原子分子ガスである」ことを特徴とするもので、このように作動ガス(G)として窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスを用いることによって、プラズマジェット(P)の中心付近の温度が概ね１０,０００℃前後の超高温となり、ＰＦＣ排ガス(F)を確実に熱分解することができる。
The invention described in claim 2 is characterized in that, in the plasma decomposition processing method according to
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載のプラズマ分解処理方法において、「作動ガス(G)がパーフルオロコンパウンドを含む半導体排ガスである」ことを特徴とするものである。
The invention described in claim 3 is the plasma decomposition processing method described in
ここで、ＰＦＣを含む半導体排ガスとは、半導体，液晶等の電子回路素子の製造中、特にクリーニング，エッチング工程において派生する排ガス(F)すなわち本発明の処理方法にて処理される被処理ガスのことであり、その成分の大半(概ね９０％以上)は窒素で構成されている。したがって、この半導体排ガスを作動ガス(G)として使用する本発明では、別途作動ガス(G)として窒素ガスやアルゴンガスなどを準備しなくとも超高温のプラズマジェット(P)を安定して生成できるとともに、ＰＦＣ排ガス(F)の分解処理量を増大させることができる。 Here, the semiconductor exhaust gas containing PFC refers to the exhaust gas (F) derived in the cleaning and etching processes during the manufacture of electronic circuit elements such as semiconductors and liquid crystals, that is, the gas to be processed that is processed by the processing method of the present invention. That is, most of the components (approximately 90% or more) are composed of nitrogen. Therefore, in the present invention in which this semiconductor exhaust gas is used as the working gas (G), an ultra-high temperature plasma jet (P) can be stably generated without preparing nitrogen gas or argon gas as the working gas (G) separately. At the same time, the amount of PFC exhaust gas (F) decomposed can be increased.
請求項４に記載した発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載のプラズマ分解処理方法において、「プラズマジェット(P)に向けて水洗したパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を供給する際、プラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に前記排ガス(F)を供給する」ことを特徴とするものである。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the plasma decomposition treatment method according to any one of the first to third aspects, wherein “when supplying the perfluoro compound exhaust gas (F) washed with water toward the plasma jet (P), The exhaust gas (F) is supplied in a spiral shape so as to surround the jet (P) ”.
この発明では、プラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)を供給する際、プラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に供給しているので、たとえ大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給する場合であっても、ＰＦＣ排ガス(F)がプラズマジェット(P)に直接衝突してプラズマジェット(P)を消弧させる心配はない。さらに、スパイラル状に供給されたＰＦＣ排ガス(F)は、プラズマジェット(P)に乱流を生じさせるとともに、負圧となっているプラズマジェット(P)の中心に向けて渦流を形成しながら吸い込まれるようになる。したがって、大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給した場合でも、供給されたＰＦＣ排ガス(F)のほぼ全量が超高温のプラズマジェット(P)と長時間高い確率で接触でき、高い効率でＰＦＣを熱分解することができる。 In the present invention, when the PFC exhaust gas (F) is supplied to the plasma jet (P), it is supplied spirally so as to surround the plasma jet (P). Even in this case, there is no concern that the PFC exhaust gas (F) directly collides with the plasma jet (P) and extinguishes the plasma jet (P). Furthermore, the PFC exhaust gas (F) supplied in a spiral shape causes turbulent flow in the plasma jet (P) and sucks it while forming a vortex toward the center of the plasma jet (P) that is at a negative pressure. It comes to be. Therefore, even when a large amount of PFC exhaust gas (F) is supplied, almost all of the supplied PFC exhaust gas (F) can come into contact with the ultra-high temperature plasma jet (P) for a long time with high probability, and PFC can be used with high efficiency. It can be pyrolyzed.
請求項５に記載した発明は、「（ａ）金属製のノズルからなるアノード(38)と、アノード(38)に設けられたプラズマジェット噴出孔(38c)に対向するようにアノード(38)内に配設された棒状のカソード(56)と、アノード(38)とカソード(56)との間に放電電圧を印加する電源ユニット(64)と、アノード(38)内に作動ガス(G)を送給する作動ガス送給ユニット(44)とで構成された非移行型のプラズマジェットトーチ(28)、（ｂ）プラズマジェットトーチ(28)のプラズマジェット(P)噴出側に連設され、プラズマジェットトーチ(28)で生成したプラズマジェット(P)の噴出側上流部近傍を囲繞して、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガス(F)をスパイラル状に吹き込んでプラズマジェット(P)に供給するリング状の排ガス供給器(30)、および（ｃ）排ガス供給器(30)に連設され、プラズマジェット(P)と排ガス(F)とを囲繞し、その内部にて排ガス(F)の熱分解を行う筒状の反応槽(72)を具備する」ことを特徴とするプラズマ分解処理装置(12)であり、これにより、上述した請求項１乃至４のいずれかに記載のプラズマ分解処理方法を適正に運用できる簡単な構成のプラズマ分解処理装置(12)を提供することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, “(a) an anode (38) made of a metal nozzle and a plasma jet injection hole (38c) provided in the anode (38) are disposed in the anode (38). A power source unit (64) for applying a discharge voltage between the anode (38) and the cathode (56), and a working gas (G) in the anode (38). A non-transition type plasma jet torch (28) composed of a working gas feed unit (44) for feeding, and (b) a plasma jet (P) ejection side of the plasma jet torch (28) connected to the plasma jet torch. Surrounding the vicinity of the upstream side of the plasma jet (P) generated by the jet torch (28), the water-soluble components and dust are removed by washing with water, and the perfluoro compound exhaust gas (F) with moisture added is spiraled Ring-shaped exhaust gas supplied to the plasma jet (P) A cylinder (30) and (c) a cylinder which is connected to the exhaust gas supplier (30), surrounds the plasma jet (P) and the exhaust gas (F), and thermally decomposes the exhaust gas (F) therein A plasma decomposition treatment apparatus (12) characterized in that it comprises a reaction vessel (72) in the form of a gas, and thereby properly operates the plasma decomposition treatment method according to any one of
なお、プラズマジェット(P)並びにＰＦＣ排ガス(F)を囲繞する反応槽(72)では、その内部空間に、超高温のプラズマジェット(P)によって温められた高温領域が形成されている。このため、反応槽(72)を流下するＰＦＣ排ガス(F)のうちプラズマジェット(P)に直接接触しなかった未分解のガス(F)もこの高温領域を通過する際に熱分解されるので、当該プラズマ分解処理装置(12)に与えられたＰＦＣ排ガス(F)の全量を確実に分解することができる。 In the reaction tank (72) surrounding the plasma jet (P) and the PFC exhaust gas (F), a high-temperature region heated by the ultra-high temperature plasma jet (P) is formed in the internal space. For this reason, the undecomposed gas (F) that did not directly contact the plasma jet (P) in the PFC exhaust gas (F) flowing down the reaction tank (72) is also thermally decomposed when passing through this high temperature region. Thus, it is possible to reliably decompose the entire amount of the PFC exhaust gas (F) given to the plasma decomposition processing apparatus (12).
請求項６に記載した発明は、請求項５に記載のプラズマ分解処理装置(12)において、「カソード(56)をアノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)に向けて進退可能に取着している」ことを特徴とするものである。
The invention described in claim 6 is the plasma decomposition processing apparatus (12) according to
この発明では、カソード(56)をアノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)に向けて進退可能に取着して電極(38)(56)間距離を調節できるようにしているので、例えばカソード(56)或いはアノード(38)の一部が消耗したとしても、電極(38)(56)間距離を、常に最も好適な条件でプラズマジェット(P)の生成が可能な所定の距離に保持することができる。また、電極(38)(56)間距離を調節することにより、現場ごとに異なる処理条件(即ち処理する排ガスの内容や量など)に応じた適切な温度のプラズマジェット(P)を生成することができる。 In the present invention, the distance between the electrodes (38) and (56) can be adjusted by attaching the cathode (56) to the plasma jet ejection hole (38c) of the anode (38) so as to be able to advance and retreat. Even if the cathode (56) or anode (38) is partially consumed, the distance between the electrodes (38) and (56) is always kept at a predetermined distance that can generate the plasma jet (P) under the most suitable conditions. can do. In addition, by adjusting the distance between the electrodes (38) and (56), it is possible to generate a plasma jet (P) with an appropriate temperature according to different processing conditions (i.e., contents and amount of exhaust gas to be processed) at each site. Can do.
請求項７に記載した発明は、「請求項５又は６に記載したプラズマ分解処理装置(12)と、一端が排ガス供給器(30)に接続され、他端が排ガス発生源に接続され、プラズマ分解処理装置(12)にパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を供給する流入配管(16)と、一端が反応槽(72)の排出端に接続され、プラズマ排ガス処理装置(12)で熱分解した排ガス(F)を排出する排出配管(18)と、流入配管(16)の途中に設けられ排ガス供給器(30)に供給するパーフルオロコンパウンド排ガス(F)を水洗する湿式の前部スクラバ(10)と、排出配管(18)の途中に設けられプラズマ排ガス処理装置(12)で分解した排ガス(F)を水洗する湿式の後部スクラバ(14)とで構成された」ことを特徴とする排ガス処理システム(A)である。
The invention described in
この発明では、プラズマ分解処理装置(12)に導入するＰＦＣ排ガス(F)を前部スクラバ(10)で水洗できるので、上述したように、ＰＦＣとプラズマジェット(P)とが高い確率で接触でき、且つ、プラズマジェット(P)の出力を上げることなくその温度を更に高めることができる。したがって、ＰＦＣをより確実に分解することができる。 In the present invention, since the PFC exhaust gas (F) introduced into the plasma decomposition treatment apparatus (12) can be washed with the front scrubber (10), as described above, the PFC and the plasma jet (P) can contact with high probability. In addition, the temperature can be further increased without increasing the output of the plasma jet (P). Therefore, the PFC can be more reliably decomposed.
また、ＰＦＣ排ガス(F)をプラズマ排ガス処理装置(12)で熱分解した際に発生するフッ化水素(ＨＦ)などの水溶性成分や粉塵を後部スクラバ(14)で水洗・除去できるので、熱分解したＰＦＣ排ガス(F)をより清浄な状態で大気中へと排出することができる。 Also, water-soluble components such as hydrogen fluoride (HF) and dust generated when PFC exhaust gas (F) is thermally decomposed by the plasma exhaust gas treatment device (12) can be washed and removed by the rear scrubber (14). The decomposed PFC exhaust gas (F) can be discharged into the atmosphere in a cleaner state.
本発明の排ガス処理方法によれば、非移行型電極間に放電電圧を印加してアークを発生させるとともに、このアークに作動ガスを送給してアノード側から外部に向かってプラズマジェットを生成し、生成したプラズマジェットのアノード側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスを外側から供給することによって、ＰＦＣと超高温のプラズマジェットとが長時間高い確率で接触でき、従来の加熱式除害装置では分解するのが困難であったＣＦ4を含むＰＦＣを迅速且つ不可逆的に分解することができる。なお、このように一組の電極で生成したアークに作動ガスを送給して非移行型プラズマジェットを生成し、このプラズマジェットのアノード側の上流部近傍に向けて外側から排ガスを供給し分解するようにしているので、当該方法を運用する装置はエネルギー消費量が小さい簡単な構成のものとすることができる。 According to the exhaust gas treatment method of the present invention, an arc is generated by applying a discharge voltage between non-migration type electrodes, and a working gas is supplied to the arc to generate a plasma jet from the anode side to the outside. The PFC and ultra-high temperature plasma are supplied to the vicinity of the upstream portion of the generated plasma jet on the anode side by supplying perfluoro compound exhaust gas from which water-soluble components and dust are removed and water is added by washing with water. A jet can be contacted with high probability for a long time, and PFC containing CF 4 , which has been difficult to be decomposed by a conventional heating-type abatement apparatus, can be rapidly and irreversibly decomposed. In addition, a working gas is supplied to the arc generated by a pair of electrodes in this way to generate a non-migration type plasma jet, and the exhaust gas is supplied from the outside toward the upstream side of the anode side of the plasma jet for decomposition. Therefore, the apparatus that operates the method can have a simple configuration with low energy consumption.
また、作動ガスとして窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスを用いることによって、プラズマジェットの中心付近の温度が概ね１０,０００℃前後の超高温となり、ＰＦＣを確実に熱分解することができ、更に、作動ガスとしてＰＦＣを含む半導体排ガスを用いることによって、ＰＦＣの分解処理量を増大させることもできる。 Also, by using a diatomic molecular gas such as nitrogen gas or hydrogen gas as the working gas, the temperature near the center of the plasma jet becomes an extremely high temperature around 10,000 ° C., and PFC can be reliably pyrolyzed. Furthermore, by using semiconductor exhaust gas containing PFC as the working gas, it is possible to increase the amount of PFC decomposition.
そして、プラズマジェットにＰＦＣ排ガスを供給する際、プラズマジェットを囲繞するようスパイラル状に供給することで、ＰＦＣ排ガスがプラズマジェットに直接衝突してプラズマジェットを消弧させるのを防止でき、更に、スパイラル状に供給されたＰＦＣ排ガスは渦流を形成しながらプラズマジェットの中心に向けて吸い込まれるので、供給されたＰＦＣ排ガスの全量がプラズマ発生領域を通過でき、高い効率でＰＦＣを熱分解することができる。 Then, when supplying the PFC exhaust gas to the plasma jet, it is possible to prevent the PFC exhaust gas from directly colliding with the plasma jet and extinguishing the plasma jet by surrounding the plasma jet. Since the PFC exhaust gas supplied in the shape is sucked toward the center of the plasma jet while forming a vortex, the entire amount of the supplied PFC exhaust gas can pass through the plasma generation region, and the PFC can be thermally decomposed with high efficiency. .
したがって、簡単な構成にてＣＦ4の熱分解は勿論、半導体プロセスで発生するＰＦＣ排ガスを少ないエネルギー消費量で確実に熱分解することができる分解処理方法および該方法を実施する分解処理装置並びに該分解処理装置を装備した排ガス処理システムを提供することができる。 Therefore, a decomposition method capable of reliably thermally decomposing PFC exhaust gas generated in a semiconductor process with a small amount of energy consumption as well as thermal decomposition of CF 4 with a simple configuration, a decomposition processing apparatus for performing the method, and the An exhaust gas treatment system equipped with a decomposition treatment apparatus can be provided.
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。図１は本発明の排ガス処理システム(A)の基本形式の概要を示したものであり、大略、前部スクラバ(10)、プラズマ分解処理装置(12)、後部スクラバ(14)、配管系(16)(18)、排気ファン(20)および水槽(22)などで構成されている。図では理解をしやすくするために各ユニットをバラバラに記載しているが実際は各種構成ユニットをキャビネットに一体に収納している。また、これらの各種構成ユニットは図示しない制御部に接続されており、この制御部によって各種構成ユニットの動作が制御されている。 The present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments. FIG. 1 shows the outline of the basic form of the exhaust gas treatment system (A) of the present invention. In general, the front scrubber (10), the plasma decomposition treatment device (12), the rear scrubber (14), the piping system ( 16) (18), an exhaust fan (20), and a water tank (22). In the figure, each unit is shown separately for easy understanding, but in actuality, various constituent units are integrally stored in a cabinet. In addition, these various constituent units are connected to a control unit (not shown), and operations of the various constituent units are controlled by the control unit.
前部スクラバ(10)は、工場の半導体製造装置(図示せず)と排ガスダクト(24)にて連結しており、半導体製造工程において使用されたＰＦＣ及び半導体製造工程において使用され、諸々の化学反応を経た排ガスやパージガスなどの集合したＰＦＣ排ガス(F)がここに導入される。前部スクラバ(10)は水槽(22)上に立設され或いは水槽(22)と別個に配設され両者が配管で接続され、排水が水槽(22)に送り込まれるようになっている。前部スクラバ(10) は、いわゆる湿式のスクラバであり、その概略構造を説明すると、頂部に前記排ガスダクト(24)が接続された直管型のスクラバ本体(10a)と、前記スクラバ本体(10a)内部の頂部近傍に設置され、アルカリ液、酸性液或いは水などの薬液を噴霧状にして散布するスプレーノズル(10b)とで構成されており、散布された前記薬液は水槽(22)に収納されるようになっている。 The front scrubber (10) is connected to a semiconductor manufacturing apparatus (not shown) in the factory by an exhaust gas duct (24), and is used in the PFC used in the semiconductor manufacturing process and the semiconductor manufacturing process. Collected PFC exhaust gas (F) such as exhaust gas and purge gas that has undergone reaction is introduced here. The front scrubber (10) is erected on the water tank (22) or disposed separately from the water tank (22), and both are connected by a pipe so that drainage is fed into the water tank (22). The front scrubber (10) is a so-called wet scrubber, and its general structure will be described.A straight pipe type scrubber body (10a) having the exhaust gas duct (24) connected to the top thereof, and the scrubber body (10a ) It is installed near the top of the inside and consists of a spray nozzle (10b) that sprays chemical liquid such as alkaline liquid, acidic liquid or water in a spray form, and the sprayed chemical liquid is stored in the water tank (22) It has come to be.
スプレーノズル(10b)と水槽(22)との間には循環水ポンプ(26)が設置されており、水槽(22)内の貯留水をスプレーノズル(10b)に揚水するようになっている。また、前記循環水ポンプ(26)には市水が供給されるようになっていて、水槽(22)のオーバーフロー水の補給を行っている。なお、水槽(22)は図の関係から分割されているように見えるが一体的のものである。 A circulating water pump (26) is installed between the spray nozzle (10b) and the water tank (22), and the stored water in the water tank (22) is pumped to the spray nozzle (10b). Further, city water is supplied to the circulating water pump (26), and the overflow water in the water tank (22) is replenished. Although the water tank (22) seems to be divided from the relationship shown in the figure, it is an integral one.
プラズマ分解処理装置(12)は、前部スクラバ(10)を通過した排ガス(F)を熱分解するためのものであり、図２に示すように、高温のプラズマジェット(P)を生成する非移行型のプラズマジェットトーチ(28)およびこのプラズマジェットトーチ(28)で生成したプラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)を供給する排ガス供給器(30)などで構成されている。 The plasma decomposition processing device (12) is for thermally decomposing the exhaust gas (F) that has passed through the front scrubber (10), and generates a high-temperature plasma jet (P) as shown in FIG. The transfer type plasma jet torch (28) and an exhaust gas supply device (30) for supplying PFC exhaust gas (F) to the plasma jet (P) generated by the plasma jet torch (28) are configured.
プラズマジェットトーチ(28)は、黄銅などの金属材料からなり上下両面が開口した短筒状のトーチボディ(32)を有する。このトーチボディ(32)の内部には、後述するアノード(38)と陰極部(40)とが短絡しないように、四フッ化エチレン樹脂やセラミックなどの絶縁材料からなり上部に雌ネジ部(34a)が螺設された管状の絶縁部材(34)が嵌挿されている。なお、この絶縁部材(34)が四フッ化エチレン樹脂などのように耐熱性の低い材料で形成されている場合には、絶縁部材(34)の先端側表面に、セラミックなどの耐熱材料からなり、当該部分を熱から保護する耐熱板(36)を取着するようにしてもよい。 The plasma jet torch (28) has a short cylindrical torch body (32) made of a metal material such as brass and having both upper and lower surfaces opened. Inside the torch body (32), an anode (38) and a cathode part (40), which will be described later, are made of an insulating material such as tetrafluoroethylene resin or ceramic so that a female screw part (34a A tubular insulating member (34) in which a screw is installed is inserted. When this insulating member (34) is formed of a material having low heat resistance such as tetrafluoroethylene resin, the insulating member (34) is made of a heat resistant material such as ceramic on the tip side surface. A heat-resistant plate (36) that protects the portion from heat may be attached.
そして、このトーチボディ(32)の先端にはアノード(38)が連設されるとともに、管状の絶縁部材(34)の内部には、陰極部(40)が上下方向にて摺動可能に取着されている。 The anode (38) is connected to the tip of the torch body (32), and the cathode part (40) is slidable in the vertical direction inside the tubular insulating member (34). It is worn.
アノード(38)は、銅またはタングステンなどの高い導電性を有する高融点金属で構成されたノズルであり、内部にプラズマ発生室(38a)が凹設された円筒状の本体(38b)を有する。この本体(38b)下面の中心部には前記プラズマ発生室(38a)内で生成したプラズマジェット(P)を噴出させるプラズマジェット噴出孔(38c)が貫設されており、本体(38b)側面の上部には作動ガス送給口(42)が設けられている。 The anode (38) is a nozzle made of a refractory metal having high conductivity such as copper or tungsten, and has a cylindrical main body (38b) in which a plasma generation chamber (38a) is recessed. A plasma jet ejection hole (38c) for ejecting the plasma jet (P) generated in the plasma generation chamber (38a) is penetrated at the center of the lower surface of the main body (38b), and the side surface of the main body (38b) is provided. A working gas supply port (42) is provided in the upper part.
そして、作動ガス送給口(42)には、窒素ガスなどの作動ガス(G)が貯蔵されている作動ガスタンク(44a)とガス流量調節器(44b)とで構成された作動ガス送給ユニット(44)が配管(46)を介して接続されている。この作動ガス送給ユニット(44)から作動ガス送給口(42)に与えられた作動ガス(G)は、本体(38b)内に形成された作動ガス送給路(48)を通ってプラズマ発生室(38a)内に送給された後、プラズマジェット噴出孔(38c)を通ってアノード(38)の外へと排出される。なお、プラズマ発生室(38a)内に送給される作動ガス(G)は、プラズマ発生室(38a)の内壁面にそって螺旋を描くようにして送給されている。 The working gas feed port (42) includes a working gas tank (44a) in which a working gas (G) such as nitrogen gas is stored and a gas flow rate controller (44b). (44) is connected via a pipe (46). The working gas (G) given from the working gas feed unit (44) to the working gas feed port (42) passes through the working gas feed path (48) formed in the main body (38b) and is plasma. After being fed into the generation chamber (38a), it is discharged out of the anode (38) through the plasma jet ejection hole (38c). The working gas (G) fed into the plasma generation chamber (38a) is fed in a spiral along the inner wall surface of the plasma generation chamber (38a).
また、アノード(38)の本体(38b)側面下部には給水口(50)が設けられており、この給水口(50)からアノード(38)に供給された冷却水(W)は、本体(38b)内部に形成された冷却水路(52)を通って本体(38b)下部全体を冷却した後、給水口(50)と同じく本体(38b)側面下部に設けられた排水口(54)からアノード(38)の外へと排出される。 Further, a water supply port (50) is provided in the lower part of the side surface of the main body (38b) of the anode (38), and the cooling water (W) supplied from the water supply port (50) to the anode (38) 38b) After cooling the whole lower part of the main body (38b) through the cooling water channel (52) formed inside, the anode is connected to the drainage port (54) provided at the lower side of the main body (38b) as well as the water supply port (50). It is discharged outside (38).
陰極部(40)は、トリウム或いはランタンを混入させたタングステンからなり先端に向けてその外径が紡錘状に縮径した棒状のカソード(56)と、銅などの高い導電性を有する高融点金属からなり、絶縁部材(34)の内径と略同等の外径を有し、その先端(図２における下端)でカソード(56)を着脱可能に保持する中空管状のカソードホルダー(58)とで構成されている。 The cathode part (40) is made of tungsten mixed with thorium or lanthanum and has a rod-like cathode (56) whose outer diameter is reduced in a spindle shape toward the tip, and a high melting point metal having high conductivity such as copper. And a hollow tubular cathode holder (58) having an outer diameter substantially equal to the inner diameter of the insulating member (34) and detachably holding the cathode (56) at its tip (lower end in FIG. 2). Has been.
このカソードホルダー(58)の後部には雄ネジ部(58a)が螺設されており、この雄ネジ部(58a)と上述した絶縁部材(34)の雌ネジ部(34a)とを螺合することによって、陰極部(40)を上下方向に進退させ、カソード(56)をトーチボディ(32)下端に連設したアノード(38)のプラズマ発生室(38a)内における所定の位置に配設するようにしている。具体的には、カソード(56)の先端と前記プラズマ発生室(38a)のプラズマジェット噴出孔(38c)近傍の内壁とが概ね０．５〜５ｍｍ程度離間するようにして配設されている。なお、カソードホルダー(58)の雄ネジ部(58a)上端側には、スペーサー(58b)を介して位置決めボルト(58c)が螺合されており、これにより、一度設定したカソード(56)の先端とプラズマ発生室(38a)のプラズマジェット噴出孔(38c)近傍の内壁との距離が所定の距離に保たれるようになっている。 A male screw part (58a) is screwed to the rear part of the cathode holder (58), and the male screw part (58a) and the female screw part (34a) of the insulating member (34) are screwed together. Thus, the cathode part (40) is moved back and forth in the vertical direction, and the cathode (56) is disposed at a predetermined position in the plasma generation chamber (38a) of the anode (38) connected to the lower end of the torch body (32). I am doing so. Specifically, the tip of the cathode (56) and the inner wall of the plasma generation chamber (38a) in the vicinity of the plasma jet injection hole (38c) are disposed so as to be approximately 0.5 to 5 mm apart. In addition, a positioning bolt (58c) is screwed into the upper end side of the male screw portion (58a) of the cathode holder (58) via a spacer (58b), thereby, the tip of the cathode (56) once set. And the inner wall of the plasma generation chamber (38a) in the vicinity of the plasma jet injection hole (38c) are kept at a predetermined distance.
また、カソードホルダー(58)の内部にはその先端がカソードホルダー(58)内の奥部に達する細管(60)が挿入されており、また、カソードホルダー(58)の後端(図２における上端)には蓋体(62)が取付けられている。そして、この蓋体(62)の央部には前記細管(60)の後端と連通する給水口(62a)が穿設されており、給水口(62a)に近接する位置にはカソードホルダー(58)の内部空間と連通する排水口(62b)が穿設されている。かかる構成により、図示しない給水源から給水口(62a)に与えられた冷却水(W)は細管(60)の内部を通過してカソードホルダー(58)奥部つまりカソード(56)の近傍に達してこの周囲を十分に冷却し、その後カソードホルダー(58)内部を流れて排水口(62b)からカソードホルダー(58)の外部へと排出される。 Further, a thin tube (60) whose tip reaches the inner part of the cathode holder (58) is inserted into the cathode holder (58), and the rear end (the upper end in FIG. 2) of the cathode holder (58). ) Has a lid (62) attached thereto. A water supply port (62a) communicating with the rear end of the thin tube (60) is formed in the center of the lid (62), and a cathode holder ( 58) is formed with a drain port (62b) communicating with the internal space. With this configuration, the cooling water (W) given to the water supply port (62a) from a water supply source (not shown) passes through the inside of the narrow tube (60) and reaches the back of the cathode holder (58), that is, the vicinity of the cathode (56). The periphery of the lever is sufficiently cooled, and then flows inside the cathode holder (58) and is discharged from the drain port (62b) to the outside of the cathode holder (58).
そして、以上のように構成されたアノード(38)および陰極部(40)には、所定の放電電圧を印加してアノード(38)とカソード(56)との間にアークを生起する電源ユニット(64)が接続されている。 The anode (38) and the cathode part (40) configured as described above are applied with a predetermined discharge voltage to generate an arc between the anode (38) and the cathode (56) ( 64) is connected.
排ガス供給器(30)は、プラズマジェットトーチ(28)のプラズマジェット(P)噴出側(具体的にはプラズマジェット噴出孔(38c)が設けられたアノード(38)の先端)に連設され、プラズマジェットトーチ(28)で生成したプラズマジェット(P)の噴出側上流部近傍を囲繞して、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたＰＦＣ排ガス(F)をスパイラル状に吹き込んでプラズマジェット(P)に供給するものであり、リング状の供給器本体(30a)を有する。 The exhaust gas supply device (30) is connected to the plasma jet (P) ejection side of the plasma jet torch (28) (specifically, the tip of the anode (38) provided with the plasma jet ejection hole (38c)), Surrounding the vicinity of the upstream side of the jet side of the plasma jet (P) generated by the plasma jet torch (28), water-soluble components and dust are removed by washing with water, and PFC exhaust gas (F) to which moisture has been added is spiral-shaped. And is supplied to the plasma jet (P) and has a ring-shaped feeder body (30a).
この供給器本体(30a)の外側面には、流入配管(16)を介して上述した前部スクラバ(10)の底部あるいは水槽(22)と連通する排ガス供給口(66)が設けられている。 An exhaust gas supply port (66) communicating with the bottom of the front scrubber (10) or the water tank (22) is provided on the outer surface of the main body (30a) through the inflow pipe (16). .
また、供給器本体(30a)内部には周方向全周に亘って排ガス流路(68)が形成されており、排ガス供給口(66)より供給されたＰＦＣ排ガス(F)が本体(30a)内部を全周に亘って通流するようになっている。そして、排ガス流路(68)から供給器本体(30a)内周面に向けて径方向に対して鋭角となるように複数(本実施例では４本)の枝管(70)が分枝しており、この枝管(70)の先端が供給器本体(30a)内周面にて周方向に開口している。これにより、排ガス供給口(66)より供給されたＰＦＣ排ガス(F)は、排ガス供給器(30)内にてプラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に供給されるようになる。 Further, an exhaust gas flow path (68) is formed in the feeder main body (30a) over the entire circumference in the circumferential direction, and the PFC exhaust gas (F) supplied from the exhaust gas supply port (66) is the main body (30a). It flows through the entire circumference. A plurality of (four in this embodiment) branch pipes (70) branch off from the exhaust gas flow path (68) toward the inner peripheral surface of the feeder main body (30a) with an acute angle with respect to the radial direction. The tip of the branch pipe (70) opens in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the feeder main body (30a). Thus, the PFC exhaust gas (F) supplied from the exhaust gas supply port (66) is supplied in a spiral shape so as to surround the plasma jet (P) in the exhaust gas supply device (30).
そして、排ガス供給器(30)の下端部には、セラミックなどの耐熱性材料からなり、底部に開口(72a)が設けられた直管型の反応槽(72)が取付けられている。この反応槽(72)は、プラズマジェット(P)とＰＦＣ排ガス(F)とを囲繞し、その内部にてＰＦＣ排ガス(F)の熱分解を行うものであり、プラズマジェット(P)の消弧を防止するとともに、排ガス供給器(30)から供給されたＰＦＣ排ガス(F)の周囲への拡散を防止し、排ガス温度を高温に保持して排ガス処理を促進するためのものである。なお、この反応槽(72)の内径は生成するプラズマジェット(P)の大きさや供給するＰＦＣ排ガス(F)の量に応じて適宜決定される。また、開口(72a)の設けられた底部が分解処理したＰＦＣ排ガス(F)の排出端となっている。 A straight pipe reaction tank (72) made of a heat-resistant material such as ceramic and having an opening (72a) at the bottom is attached to the lower end of the exhaust gas supply device (30). This reaction tank (72) surrounds the plasma jet (P) and the PFC exhaust gas (F), and thermally decomposes the PFC exhaust gas (F) inside the plasma jet (P). In addition, the PFC exhaust gas (F) supplied from the exhaust gas supply device (30) is prevented from diffusing around, and the exhaust gas temperature is maintained at a high temperature to promote the exhaust gas treatment. The inner diameter of the reaction tank (72) is appropriately determined according to the size of the generated plasma jet (P) and the amount of PFC exhaust gas (F) to be supplied. Further, the bottom portion provided with the opening (72a) serves as a discharge end of the decomposed PFC exhaust gas (F).
後部スクラバ(14)は、熱分解したＰＦＣ排ガス(F)中の有害成分を最終的に水洗して除害する湿式のスクラバであり、排出配管(18)を介してプラズマ排ガス処理装置(12)の反応槽(72)底面の開口(72a)に連通する洗浄層(14a)とこの洗浄層(14a)の直上に配設されたスプレーノズル(14b)とで構成されている。この後部スクラバ(14)は水槽(22)上に立設されるか或いは水槽(22)と別個に配設され両者が配管で接続され、排水が水槽(22)に送り込まれるようになっている。そして後部スクラバ(14)の出口は処理済みの排ガス(F)を大気中へと放出する排気ファン(20)に接続されている。 The rear scrubber (14) is a wet scrubber that finally removes harmful components in the thermally decomposed PFC exhaust gas (F) by washing with water, and is connected to the plasma exhaust gas treatment device (12) via the exhaust pipe (18). The cleaning layer (14a) communicated with the opening (72a) on the bottom surface of the reaction tank (72) and the spray nozzle (14b) disposed immediately above the cleaning layer (14a). The rear scrubber (14) is erected on the aquarium (22) or separately from the aquarium (22), and both are connected by a pipe so that drainage is sent to the aquarium (22). . The outlet of the rear scrubber (14) is connected to an exhaust fan (20) that discharges the treated exhaust gas (F) into the atmosphere.
次に、図１の排ガス処理システム(A)の作用について説明する。まず、半導体製造装置などのＰＦＣ排ガス発生源と前部スクラバ(10)とを排ガスダクト(24)で接続し、排ガス処理システム(A)の制御部(図示せず)の電源をオンにすると、大気圧条件の下、電源ユニット(64)からアノード(38)と陰極部(40)とに向けて放電電圧が印加され、アノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)近傍の内壁面とカソード(56)の先端部との間にアークが発生する。 Next, the operation of the exhaust gas treatment system (A) of FIG. 1 will be described. First, when a PFC exhaust gas generation source such as a semiconductor manufacturing apparatus and the front scrubber (10) are connected by an exhaust gas duct (24), and a power source of a control unit (not shown) of the exhaust gas treatment system (A) is turned on, Under atmospheric pressure conditions, a discharge voltage is applied from the power supply unit (64) to the anode (38) and the cathode part (40), and the inner wall surface of the anode (38) near the plasma jet nozzle (38c) and the cathode An arc is generated between the tip of (56).
一方、アーク発生と同時に、作動ガス送給ユニット(44)からプラズマ発生室(38a)内に向けて作動ガス(G)として窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスを送給する。すると、プラズマ発生室(38a)内に送給した作動ガス(G)により、エネルギー密度が著しく増大した超高温(約１０,０００℃前後)のガス流すなわち非移行型のプラズマジェット(P)が生成され、プラズマジェット噴出孔(38c)からこのプラズマジェット(P)が噴出する。 On the other hand, simultaneously with the generation of the arc, a diatomic molecule gas such as nitrogen gas or hydrogen gas is fed as a working gas (G) from the working gas feed unit (44) into the plasma generation chamber (38a). As a result, the working gas (G) fed into the plasma generation chamber (38a) generates an extremely high temperature (about 10,000 ° C.) gas flow with a significantly increased energy density, that is, a non-migrating plasma jet (P). The generated plasma jet (P) is ejected from the plasma jet ejection hole (38c).
ここで、プラズマジェット(P)の生成に消費される電力は、例えば１００リットル／分のＰＦＣ排ガス(F)を処理する装置の場合、概ね１０ｋｗ程度と、同じ量の排ガスが処理可能な加熱式除害装置の電熱ヒータの消費電力とほぼ同等である。したがって、上述した電源ユニット(64)としては、市販の１０ｋｗ未満の電源を使用することができる。 Here, the power consumed for generating the plasma jet (P) is, for example, about 10 kW in the case of an apparatus that processes PFC exhaust gas (F) of 100 liters / minute, and the heating type that can process the same amount of exhaust gas. It is almost equivalent to the power consumption of the electric heater of the abatement device. Therefore, as the power supply unit (64) described above, a commercially available power supply of less than 10 kw can be used.
また、電源ユニット(64)による放電電圧の印加開始から超高温のプラズマジェット(P)の生成までに要する時間すなわち昇温時間は概ね数分程度と従来の電熱ヒータを用いたものに比べて非常に短く、昇温させたプラズマ排ガス処理装置(12)を降温させる際も、アノード(38)と陰極部(40)とに印加している放電電圧を停止するだけで即座に当該装置(12)を降温させることができる。 In addition, the time required from the start of the application of the discharge voltage by the power supply unit (64) to the generation of the ultra-high temperature plasma jet (P), that is, the temperature rising time is about several minutes, which is much shorter than that using a conventional electric heater. Even when the temperature of the plasma exhaust gas treatment device (12) that has been raised to a short temperature is lowered, the device (12) can be instantly stopped by simply stopping the discharge voltage applied to the anode (38) and the cathode portion (40). Can be cooled.
なお、プラズマジェット(P)の生成に際しては、作動ガス(G)として当初アルゴンガスなどの単原子ガスを送給することにより約９００℃前後のプラズマジェット(P)を生成し、プラズマジェット(P)が安定な状態となった後、作動ガス(G)をアルゴンガスから徐々に窒素ガスや水素ガスなどの二原子分子ガスに切替えるようにしてもよい。このように作動ガス(G)として当初単原子ガスを使用することで起動時にアノード(38)および陰極部(40)にかかる負担を低減させることも可能である。 In generating the plasma jet (P), a plasma jet (P) of about 900 ° C. is generated by initially supplying a monoatomic gas such as argon gas as the working gas (G). ) May become stable, the working gas (G) may be gradually switched from argon gas to diatomic molecular gas such as nitrogen gas or hydrogen gas. In this way, by initially using a monoatomic gas as the working gas (G), it is possible to reduce the burden on the anode (38) and the cathode part (40) at the time of startup.
続いて、プラズマジェット(P)を生成した後、半導体製造装置から排出されたＰＦＣ排ガス(F)を、前部スクラバ(10)内に導入する。すると、ＰＦＣ排ガス(F)がスプレーノズル(10b)から散布された霧状の薬液(アルカリ液、酸性液又は水)に接触し、排ガス(F)中の水溶性成分や粉塵などの夾雑物が散布された微細液滴に接触して捕捉され、水槽(22)に送り込まれる。これと同時にＰＦＣ排ガス(F)は水分が付加された湿ったものとなる。 Subsequently, after generating the plasma jet (P), the PFC exhaust gas (F) discharged from the semiconductor manufacturing apparatus is introduced into the front scrubber (10). Then, PFC exhaust gas (F) comes into contact with the atomized chemical liquid (alkaline liquid, acidic liquid or water) sprayed from the spray nozzle (10b), and water-soluble components and dust and other contaminants in the exhaust gas (F) It is captured by contact with the dispersed fine droplets and sent to the water tank (22). At the same time, the PFC exhaust gas (F) becomes moist with moisture added.
このように前部スクラバ(10)にて洗浄されたＰＦＣ排ガス(F)を、流入配管(16)を介して排ガス供給口(66)から排ガス供給器(30)内に送り込む。すると、排ガス流路(68)およびその枝管(70)を通って排ガス供給器(30)内に送り込まれた排ガス(F)は、排ガス供給器(30)内(即ちプラズマジェット(P)の上流部近傍)にてプラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に旋回しながら反応槽(72)内を流下する。 The PFC exhaust gas (F) cleaned by the front scrubber (10) in this way is fed into the exhaust gas supply device (30) from the exhaust gas supply port (66) via the inflow piping (16). Then, the exhaust gas (F) sent into the exhaust gas supply device (30) through the exhaust gas flow path (68) and its branch pipe (70) is supplied into the exhaust gas supply device (30) (that is, in the plasma jet (P)). It flows down in the reaction tank (72) while spirally swirling around the plasma jet (P) in the vicinity of the upstream part).
排ガス供給器(30)内にＰＦＣ排ガス(F)が供給されると、反応槽(72)内のプラズマジェット(P)に乱流が生じるとともに、ＰＦＣ排ガス(F)が負圧となっているプラズマジェット(P)に吸い込まれプラズマジェット(P)とともに反応槽(72)の下流側へ向けて流下する。このため、ＰＦＣ排ガス(F)と超高温のプラズマジェット(P)とが長時間高い確率で接触でき、大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給した場合でも、供給したＰＦＣ排ガス(F)のほぼ全量が超高温となっているプラズマジェット(P)と接触できるので、プラズマ分解処理装置(12)に供給した排ガス(F)を確実に熱分解することができる。 When PFC exhaust gas (F) is supplied into the exhaust gas supply device (30), turbulent flow is generated in the plasma jet (P) in the reaction tank (72) and the PFC exhaust gas (F) is at a negative pressure. It is sucked into the plasma jet (P) and flows down to the downstream side of the reaction tank (72) together with the plasma jet (P). For this reason, the PFC exhaust gas (F) and the ultra-high temperature plasma jet (P) can be contacted with high probability for a long time, and even when a large amount of PFC exhaust gas (F) is supplied, almost all of the supplied PFC exhaust gas (F) Since the entire amount can be brought into contact with the plasma jet (P) having an extremely high temperature, the exhaust gas (F) supplied to the plasma decomposition processing device (12) can be reliably pyrolyzed.
ここで、プラズマジェット(P)に与えるＰＦＣ排ガス(F)は、予め水洗して、ＰＦＣとプラズマジェット(P)との接触を邪魔する水溶性物質や粉塵などの夾雑物を除去しているので、ＰＦＣとプラズマジェット(P)とが高い確率で接触できる。 Here, the PFC exhaust gas (F) given to the plasma jet (P) is washed with water in advance to remove contaminants such as water-soluble substances and dust that interfere with the contact between the PFC and the plasma jet (P). , PFC and plasma jet (P) can contact with high probability.
また、プラズマジェット(P)に供給されるＰＦＣ排ガス(F)は水洗により水分が付加された湿ったガスとなっている。かかる湿ったＰＦＣ排ガス(F)をプラズマジェット(P)に与えると、ＰＦＣ排ガス(F)とともにプラズマジェット(P)に与えられた水分は水素と酸素とに分解する。この水分の分解によって生じた酸素はＣＦ4やＣ2Ｆ6などのＰＦＣと反応して次式のように二酸化炭素とフッ素とを生成する。 The PFC exhaust gas (F) supplied to the plasma jet (P) is a moist gas to which moisture has been added by washing with water. When such wet PFC exhaust gas (F) is given to the plasma jet (P), the moisture given to the plasma jet (P) together with the PFC exhaust gas (F) is decomposed into hydrogen and oxygen. Oxygen generated by the decomposition of moisture reacts with PFC such as CF 4 and C 2 F 6 to generate carbon dioxide and fluorine as in the following formula.
ＣＦ4＋Ｏ2→ＣＯ2＋２Ｆ2
Ｃ2Ｆ6＋２Ｏ2→２ＣＯ2＋３Ｆ2
CF 4 + O 2 → CO 2 + 2F 2
C 2 F 6 + 2O 2 → 2CO 2 + 3F 2
一方、水分の分解によって生じた水素は超高温のプラズマジェット(P)によって激しく活性化され、上述のようにＰＦＣと酸素との反応で生じたフッ素と即座に反応してフッ化水素(ＨＦ)を生成する。このように、ＰＦＣの分解によって生じたフッ素は水素と反応してフッ化水素として固定されるため、一旦分解したＰＦＣが再びＰＦＣに戻るのを防止することができる。 On the other hand, hydrogen generated by the decomposition of moisture is vigorously activated by an ultra-high temperature plasma jet (P), and immediately reacts with fluorine generated by the reaction between PFC and oxygen as described above to generate hydrogen fluoride (HF). Is generated. In this way, fluorine generated by the decomposition of PFC reacts with hydrogen and is fixed as hydrogen fluoride, so that once decomposed PFC can be prevented from returning to PFC again.
そして、プラズマジェット(P)にＰＦＣ排ガス(F)を供給する際、上述のように、プラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状に供給しているので、たとえ大風量のＰＦＣ排ガス(F)を供給する場合であっても、排ガス(F)がプラズマジェット(P)に直接衝突してプラズマジェット(P)を消弧させる心配はない。 When the PFC exhaust gas (F) is supplied to the plasma jet (P), as described above, the plasma jet (P) is supplied spirally so as to surround the plasma jet (P). Even when the gas is supplied, there is no concern that the exhaust gas (F) directly collides with the plasma jet (P) to extinguish the plasma jet (P).
また、反応槽(72)では、その内部空間に、超高温のプラズマジェット(P)によって温められた高温領域が形成されている。このため、反応槽(72)を流下するＰＦＣ排ガス(F)のうちプラズマジェット(P)に直接接触しなかった未分解のガス(F)もこの高温領域を通過する際に熱分解されるので、当該プラズマ分解処理装置(12)に与えられたＰＦＣ排ガス(F)の全量を確実に分解することができる。 In the reaction vessel (72), a high-temperature region heated by an ultra-high temperature plasma jet (P) is formed in the internal space. For this reason, the undecomposed gas (F) that did not directly contact the plasma jet (P) in the PFC exhaust gas (F) flowing down the reaction tank (72) is also thermally decomposed when passing through this high temperature region. Thus, it is possible to reliably decompose the entire amount of the PFC exhaust gas (F) given to the plasma decomposition processing apparatus (12).
以上のようにしてプラズマ分解処理装置(12)で熱分解されたＰＦＣ排ガス(F)は、続いて後部スクラバ(14)に導入され、アルカリ液、酸性液或いは水のような薬液による薬液洗浄と温度低下がなされ、排気ファン(20)によって大気放出される。 The PFC exhaust gas (F) thermally decomposed by the plasma decomposition treatment apparatus (12) as described above is subsequently introduced into the rear scrubber (14), and is cleaned with a chemical solution such as an alkaline solution, an acidic solution, or water. The temperature is lowered and released to the atmosphere by the exhaust fan (20).
また、プラズマ分解処理装置(12)を長時間運転すると、カソード(56)或いはアノード(38)のアーク発生部分が消耗し、これら電極(38)(56)間の距離が離間する結果、消費電流或いは電圧が上昇するとともに、適正なプラズマジェット(P)が生成できなくなる。しかしながら、本実施例では、カソード(56)をアノード(38)のプラズマジェット噴出孔(38c)に向けて進退可能に取着しているので、カソード(56)或いはアノード(38)の一部が消耗したとしても、常に電極(38)(56)間距離を、最も好適な条件でプラズマジェット(P)の生成が可能な所定の距離に調節することができ、プラズマ排ガス処理装置(12)を分解・整備する期間を延長することができる。また、図示はしないが、陰極部(40)の後端にサーボ機構などの変位装置を取付けることによって、電源ユニット(64)の消費電力の変化に応じて自動的に電極(38)(56)間の距離を調節することも可能である。 In addition, when the plasma decomposition processing apparatus (12) is operated for a long time, the arc generation part of the cathode (56) or the anode (38) is consumed, and the distance between the electrodes (38) and (56) is separated, resulting in current consumption. Or, as the voltage increases, an appropriate plasma jet (P) cannot be generated. However, in this embodiment, the cathode (56) is attached so as to be able to advance and retreat toward the plasma jet ejection hole (38c) of the anode (38), so that a part of the cathode (56) or the anode (38) is attached. Even if it is consumed, the distance between the electrodes (38) and (56) can always be adjusted to a predetermined distance at which the plasma jet (P) can be generated under the most suitable conditions. The period for disassembly and maintenance can be extended. Although not shown, by attaching a displacement device such as a servo mechanism to the rear end of the cathode part (40), the electrodes (38), (56) are automatically adapted to changes in the power consumption of the power supply unit (64). It is also possible to adjust the distance between.
なお、上述の実施例では、作動ガス(G)として窒素ガスを用いる例を示したが、作動ガス(G)として被処理排ガス(F)であるＰＦＣを含む半導体排ガスを使用するようにしてもよい。半導体排ガスは、その成分の大半(概ね９０％以上)が窒素で構成されているので、この半導体排ガスを作動ガス(G)として使用すれば、別途作動ガス(G)を準備しなくとも超高温のプラズマジェット(P)を安定して生成できるとともに、ＰＦＣ排ガス(F)の分解処理量を増大させることができる。 In the above-described embodiment, an example in which nitrogen gas is used as the working gas (G) has been shown. However, a semiconductor exhaust gas containing PFC which is an exhaust gas to be treated (F) may be used as the working gas (G). Good. Semiconductor exhaust gas is mostly composed of nitrogen (generally 90% or more), so if this semiconductor exhaust gas is used as working gas (G), it is extremely high temperature without preparing a separate working gas (G). The plasma jet (P) can be stably generated, and the decomposition amount of the PFC exhaust gas (F) can be increased.
また、半導体製造プロセスにおいて、ＣＶＤのような半導体製造設備のオペレーションは、一般的に次のようにして行われる。ＳｉＨ4(人体に有毒・爆発性危険ガス)のようなデポジットガスによるデポジション→→窒素によるＣＶＤチャンバの残留ＳｉＨ4ガスのパージ→→ＰＦＣなどのクリーニングガスによるＣＶＤチャンバ内の清掃→→窒素によるＣＶＤチャンバのクリーニングガスのパージ→→以下、繰り返し。 In the semiconductor manufacturing process, the operation of a semiconductor manufacturing facility such as CVD is generally performed as follows. Deposition with deposit gas such as SiH 4 (toxic and explosive hazardous gas for human body) →→ Purging residual SiH 4 gas in the CVD chamber with nitrogen →→ Cleaning the CVD chamber with cleaning gas such as PFC →→ With nitrogen Purging of the cleaning gas in the CVD chamber →→ Repeat thereafter.
ここで、本実施例のプラズマ排ガス処理装置(12)では、上述したように、電源ユニット(64)による放電電圧の印加開始から窒素ガスによる超高温のプラズマジェット(P)の生成までに要する時間が概ね２分程度と非常に短く、また、放電電圧の印加を停止するだけで即座に降温させることもできる。 Here, in the plasma exhaust gas treatment apparatus (12) of this example, as described above, the time required from the start of application of the discharge voltage by the power supply unit (64) to the generation of the ultra-high temperature plasma jet (P) by nitrogen gas Is as short as about 2 minutes, and the temperature can be lowered immediately by simply stopping the application of the discharge voltage.
したがって、例えばＰＦＣなどのクリーニングガスによるＣＶＤチャンバ内の清掃が開始されるのと同時に電源ユニット(64)による放電電圧の印加を開始し、逆に、ＳｉＨ4などのデポジットガスによるデポジションの開始と同時に電源ユニット(64)による放電電圧の印加を停止すると言うように、半導体製造装置の動作タイミングを示す信号を制御部(図示せず)に入力し、この信号に基づいてアノード(38)と陰極部(40)とに印加している放電電圧のオン・オフを制御するようにしてもよい。これにより、プラズマ排ガス処理装置(12)による排ガス(F)の熱分解が不要な際にはプラズマジェットトーチ(28)の運転を停止でき、プラズマ排ガス処理装置(12)の運転電力を低減することができる。 Therefore, for example, the application of the discharge voltage by the power supply unit (64) is started at the same time as the cleaning of the CVD chamber by the cleaning gas such as PFC is started, and conversely, the start of the deposition by the deposit gas such as SiH 4 is started. At the same time, a signal indicating the operation timing of the semiconductor manufacturing apparatus is input to a control unit (not shown) so that the application of the discharge voltage by the power supply unit (64) is stopped. Based on this signal, the anode (38) and the cathode The on / off state of the discharge voltage applied to the unit (40) may be controlled. As a result, when thermal decomposition of the exhaust gas (F) by the plasma exhaust gas treatment device (12) is unnecessary, the operation of the plasma jet torch (28) can be stopped, and the operating power of the plasma exhaust gas treatment device (12) can be reduced. Can do.
また、上述の実施例では、排ガス供給器(30)における枝管(70)として、排ガス流路(68)から供給器本体(30a)内周面に向けて径方向に対して鋭角となるように分枝するとともに、先端が供給器本体(30a)内周面にて周方向に開口しているものを示したが、排ガス供給器(30)内にてプラズマジェット(P)を囲繞するようスパイラル状にＰＦＣ排ガス(F)を供給できるものであれば枝管(70)の形状は特に限定されるものではなく、例えば図４に示すように、排ガス流路(68)から供給器本体(30a)内周面に向けて径方向に分枝し且つ先端が供給器本体(30a)内周面にて周方向に開口するように途中から折り曲げるようにしてもよい。 In the above-described embodiment, the branch pipe (70) in the exhaust gas supply device (30) has an acute angle with respect to the radial direction from the exhaust gas flow path (68) toward the inner peripheral surface of the supply device main body (30a). The tip is opened in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the supply body (30a), but the plasma jet (P) is surrounded in the exhaust gas supply (30). The shape of the branch pipe (70) is not particularly limited as long as the PFC exhaust gas (F) can be supplied in a spiral shape. For example, as shown in FIG. 30a) A branch may be made in the radial direction toward the inner peripheral surface, and the tip may be bent halfway so as to open in the circumferential direction on the inner peripheral surface of the feeder main body (30a).
さらに、上述の実施例では、下向きにプラズマジェット(P)を噴出させる例を示したが、プラズマジェット(P)を噴出させる向きはこれに限定されるものではなく、プラズマジェットトーチ(28)先端のプラズマジェット噴出孔(38c)が上向きや横向きとなるように配置し、プラズマジェット(P)を上向きや横向きに噴出させるようにしてもよい。 Furthermore, in the above-described embodiment, an example in which the plasma jet (P) is ejected downward is shown, but the direction in which the plasma jet (P) is ejected is not limited to this, and the tip of the plasma jet torch (28) The plasma jet ejection holes (38c) may be arranged so as to face upward or laterally, and the plasma jet (P) may be ejected upward or laterally.
(10)…前部スクラバ
(12)…プラズマ分解処理装置
(14)…後部スクラバ
(16)…流入配管
(18)…排出配管
(20)…排気ファン
(22)…水槽
(28)…プラズマジェットトーチ
(30)…排ガス供給器
(32)…トーチボディ
(34)…絶縁部材
(34a)…雌ネジ部
(38)…アノード
(38a)…プラズマ発生室
(38c)…プラズマジェット噴出孔
(40)…陰極部
(44)…作動ガス供給ユニット
(56)…カソード
(58)…カソードホルダー
(58a)…雄ネジ部
(64)…電源ユニット
(66)…排ガス供給口
(68)…排ガス流路
(70)…枝管
(72)…反応槽
(A)…排ガス処理システム
(F)…排ガス
(G)…作動ガス
(P)…プラズマジェット
(W)…冷却水
(10)… Front scrubber
(12)… Plasma decomposition treatment equipment
(14)… Rear scrubber
(16)… Inflow piping
(18)… Discharge piping
(20)… Exhaust fan
(22) ... Water tank
(28)… Plasma Jet Torch
(30)… Exhaust gas supplier
(32)… Torch body
(34)… Insulating member
(34a)… Female thread
(38)… Anode
(38a) ... Plasma generation chamber
(38c)… Plasma jet injection hole
(40)… Cathode part
(44)… Working gas supply unit
(56)… Cathode
(58)… Cathode holder
(58a)… Male thread
(64)… Power supply unit
(66)… Exhaust gas supply port
(68)… Exhaust gas passage
(70) ... Branch
(72)… Reaction tank
(A)… Exhaust gas treatment system
(F)… Exhaust gas
(G) ... Working gas
(P)… Plasma jet
(W) ... Cooling water
Claims (7)
生成した前記プラズマジェットのアノード側の上流部近傍に向け、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスを外側から供給して当該排ガスを熱分解することを特徴とするパーフルオロコンパウンド排ガスのプラズマ分解処理方法。 A discharge voltage is applied between the non-migrating electrodes to generate an arc, and a working gas is supplied to the arc to generate a plasma jet from the anode side toward the outside.
A perfluoro compound exhaust gas from which water-soluble components and dust are removed by water washing and moisture is added is supplied from the outside toward the vicinity of the upstream portion of the generated plasma jet on the anode side, and the exhaust gas is thermally decomposed. A method for plasma decomposition treatment of perfluoro compound exhaust gas, which is characterized.
（ｂ）前記プラズマジェットトーチのプラズマジェット噴出側に連設され、前記プラズマジェットトーチで生成したプラズマジェットの噴出側上流部近傍を囲繞して、水洗により水溶性成分と粉塵とが除去され且つ水分が付加されたパーフルオロコンパウンド排ガスをスパイラル状に吹き込んでプラズマジェットに供給するリング状の排ガス供給器、および
（ｃ）前記排ガス供給器に連設され、前記プラズマジェットと前記排ガスとを囲繞し、その内部にて前記排ガスの熱分解を行う筒状の反応槽とを具備することを特徴とするプラズマ分解処理装置。 (A) A discharge voltage is applied between the anode composed of a metal nozzle, a rod-shaped cathode disposed in the anode so as to face a plasma jet ejection hole provided in the anode, and the anode and the cathode. A non-migration type plasma jet torch composed of a power supply unit to be applied and a working gas feed unit for feeding working gas into the anode;
(B) Continuously connected to the plasma jet ejection side of the plasma jet torch, surrounding the vicinity of the upstream side of the plasma jet generated by the plasma jet torch, water-soluble components and dust are removed by water washing, and moisture A ring-shaped exhaust gas supply device that blows the perfluorocompound exhaust gas added with a spiral shape to supply to the plasma jet, and (c) is connected to the exhaust gas supply device, and surrounds the plasma jet and the exhaust gas, A plasma decomposition processing apparatus comprising a cylindrical reaction tank for thermally decomposing the exhaust gas inside.
一端が前記排ガス供給器に接続され、他端が排ガス発生源に接続され、前記プラズマ分解処理装置にパーフルオロコンパウンド排ガスを供給する流入配管と、
一端が前記反応槽の排出端に接続され、前記プラズマ排ガス処理装置で熱分解した排ガスを排出する排出配管と、
前記流入配管の途中に設けられ前記排ガス供給器に供給するパーフルオロコンパウンド排ガスを水洗する湿式の前部スクラバと、
前記排出配管の途中に設けられ前記プラズマ排ガス処理装置で分解した排ガスを水洗する湿式の後部スクラバとで構成されたことを特徴とする排ガス処理システム。 The plasma decomposition processing apparatus according to claim 5 or 6,
One end is connected to the exhaust gas supply device, the other end is connected to an exhaust gas generation source, and an inflow pipe for supplying perfluoro compound exhaust gas to the plasma decomposition treatment device,
One end is connected to the discharge end of the reaction tank, and discharge piping for discharging the exhaust gas thermally decomposed by the plasma exhaust gas treatment device,
A wet front scrubber for washing perfluoro compound exhaust gas provided in the middle of the inflow pipe to be supplied to the exhaust gas supplier;
An exhaust gas treatment system comprising a wet rear scrubber that is provided in the middle of the exhaust pipe and rinses the exhaust gas decomposed by the plasma exhaust gas treatment device.
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