KR100755241B1 - 피처리물처리장치 및 그것을 사용한 플라즈마설비 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서의 피처리물처리장치는, 고압전극과 접지전극을 사용하여, 피처리물이 통과하는 반응유로내에 플라즈마를 대기압하에서 발생시키는 것으로, 예를 들면 CF4를 포함하는 PFC 등의 불소화합물이더라도, 플라즈마에 좁은 공간에서 충분한 시간동안 접촉시키기 때문에 효과적으로 분해할 수 있고, 소형이고 간단한 구조로 할 수 있기 때문에 개개의 프로세스챔버에 부착설치하는 것이 가능하게 된다.

Description

피처리물처리장치 및 그것을 사용한 플라즈마설비{OBJECT PROCESSING APPARATUS AND PLASMA FACILITY COMPRISING THE SAME}
본 발명은 피처리물처리장치 및 그것을 사용한 플라즈마설비에 관한 것이다. 플라즈마처리를 행하는 프로세스챔버로부터 배출되는 가스, 예를 들면, 주로 할로겐원소를 포함하는 가스, 구체적으로는, CF4(프론14)나 C4F8 (프론318) 등의 PFC가스, 또한 CxHyFz, CxHyClz, CxFyClz, CwFxClyBrz, SF6, NF3, CCl4 등(w, x, y, z는 정수)은, 지구온난화·오존층파괴 등의 악영향을 지구환경에 준다고 생각되고 있다. 이들 중에서도, PFC(퍼플루오로카본)는 극히 안정하기 때문에, 분해되지 않고 대기중에 방출되면 해가 크다.
상기와 같은 가스는 주로 에칭장치에서 사용되지만, CVD 장치에서도 장치내벽의 클리닝을 하는 경우나, PVD장치에서도 장치내의 클리닝을 하는 경우에는, 상기와 같은 에칭가스가 사용된다.
본 발명은 상기와 같은 에칭가스의 분해를 주목적으로 하는 것이지만, 이들 이외에도 분해 가능하면, 다양한 유해가스나, 고체나 액체의 유해물질의 처리에 적용된다. 또한, 본 발명은 상기와 같은 에칭장치나 클리닝하는 경우의 CVD장치나 PVD장치를 주로 대상으로 하는 것이지만, 이들 이외에도 무해화 가능한 유해물질을 배출하는 모든 종류의 플라즈마설비에 적용된다.
종래의 배기가스의 처리방법으로서는, 대기압하에서 화학적인 방법으로 처리하는 것이 대부분으로, 통상 이들의 처리공정은 각 반응장치로부터 얻은 가스를 모아 상압하에서 일괄처리하는 방식이 취해지고 있었다. 즉, 스크러버 등에 의해 물을 사용하여 가스의 세정 그 밖의 화학처리를 실시하도록 하고 있었다.
그런데, 이러한 화학적처리방법으로는, 피처리물처리설비의 쪽이 제조설비보다 대규모로 되는 경우가 있고, 경제적으로 현실적이 아니다.
한편, 배기가스를 전기적으로 처리하는 방법도 제안되어 있고, 예를 들면, 일본 특허공고 평성 4-80723호는, CVD가스를 대상으로 하는 것이지만, 플라즈마발생공간에 자계를 인가시켜, 각종의 배기가스를 분해하여, 고형화하여 회수하도록 하고 있다.
그러나, 이 전기적 처리방법은, 자계를 가하는 장치가 필요하고, 구조가 반드시 간단하고 소형인 것이 아니다. 그리고, 적용되는 대상은 CVD가스로서, 최근 무해화의 요청이 높은 PFC가스를 효율적으로 분해할 수 있는 것이 아니다. 또한, 이 종래 예는, 감압분위기하에서의 방전에 한정되어 있기 때문에, 펌프의 전단(前段)에 밖에 장치를 둘 수 없다. 또한, 고형화한 가스를 별도로 시간을 주어 회수하는 것은 번거롭기도 하다.
본 발명은 이러한 사정에 비추어 봐서, 소형이고 간단한 구성으로 개개의 플라즈마설비에 부착설치가 가능하고, 염가로 남의 손을 그다지 필요로 하지 않고 운 전할 수 있으며, 펌프 등의 부대설비에 손상을 주는 일없이, 더구나 유해물질, 특히 PFC가스의 분해효율이 높은 피처리물처리장치 및 그것을 사용한 플라즈마설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[발명의 개시]
본 발명의 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치는, 고압전극과 접지전극을 사용하여, 피처리물이 통과하는 반응유로내에 플라즈마를 대기압하에서 발생시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 반응유로내에 발생한 플라즈마내를 배기 가스가 통과할 때 가스가 분해된다. 이 때 플라즈마는 반응유로내의 단면전체에 충만하고 있기 때문에, 가스가 플라즈마 안을 그냥 통과하는 일이 없고, 효율적으로 가스성분의 분해가 행하여진다. 특히, CF4를 포함하는 PFC 등의 불소화합물은, 대단히 안정하고 있기 때문에, 보통의 처리법은 도움이 되지 않지만, 플라즈마에 좁은 공간에서 충분한 시간 접촉시키는 본 발명의 방법에 의하면, 효과적으로 분해할 수 있다. 그리고, 이 발명은 반응유로내에 한 쌍의 전극을 설치한 것을 기본구성으로 하고, 또한 대기압하에서 사용하는 것이기 때문에, 소형이고 간단한 구조로 할 수 있고 개개의 프로세스챔버에 부착설치하는 것도 가능하다.
본 발명의 제 2 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로를 접지전극에 의해서 형성하여, 반응유로의 유입측에 고압전극을 배 치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 접지전극내에 형성된 가늘고 긴 캐피러리형상의 반응유로가 플라즈마발생공간으로 되고, 더구나 플라즈마가 반응유로의 길이방향에 따라 발생한다. 이 때문에 배기가스는 좁은 단면내에서 긴 거리를 통과하는 사이에 플라즈마의 영향을 받기 때문에, 배기가스의 분해효율이 높아진다.
본 발명의 제 3 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로를 접지전극에 의해서 형성하고 반응유로의 유출측에 플라즈마용기를 설치하고, 플라즈마용기내에 분해생성물을 포착하는 포착제를 수용한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 반응유로출구측의 플라즈마용기에 포착제를 충전해 두면, 분해된 가스성분을 포집할 수가 있다.
본 발명의 제 4 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로를 접지전극에 의해서 형성하여, 반응유로의 유출측에 플라즈마용기를 설치하고, 플라즈마용기내에 울형상 완충제를 혼합시킨 분말형상 흡수제를 수용한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 울형상 완충재를 사용함으로써, 분말형상흡수제를 플라즈마용기내에 거의 균등에 확산하여 배치할 수 있으므로, 가스의 포집을 효과적으로 할 수 있다.
본 발명의 제 5 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로의 유출측에서, 피처리물을 물 또는 수증기와 접촉시키는 것을 특징으 로 한다.
본 실시형태에 의하면, 플라즈마의 근처에 물 또는 수증기가 공급되기 때문에, 배기가스중의 수용성의 반응생성물을 기상(氣相)으로부터 신속하게 배제하여, 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 제 6 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로 안에서, 피처리물을 물 또는 수증기와 접촉시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 반응유로내에서 발생하고 있는 플라즈마에 물 또는 수증기를 토출시키기 때문에, 플라즈마의 반응시간이 길어져서, 보다 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
본 발명의 제 7 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 일끝단측을 절연물로 하고 다른 끝단측을 접지전극으로서 반응유로를 형성하여, 절연물측에 고압전극을 배치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 배기가스의 유량이 적은 경우이더라도, 플라즈마를 반응유로내에 충만시킬 수 있다.
본 발명의 제 8 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 고압전극과 접지전극과의 사이에 절연물에 의해서 반응유로를 형성하여, 반응유로의 유입측에 고압전극을 배치하여, 반응유로의 유출측에 물 저장부를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 물저장부의 물이 액체전극이 되기 때문에 고압전극과 수면사이에 플라즈마가 발생하여, 배기가스는 이 플라즈마영역을 통과하는 동안에 분해된다. 분해된 성분 중 수용성성분은 수중에 포집되기때문에, 물과 함께 배출하여 처리할 수 있다.
본 발명의 제 9 실시형태는, 제 8 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 접지전극의 상면에 물저장부를 설치하고, 반응유로의 유출측 끝단부를 물저장부내의 수면보다 아래쪽에 배치하고, 반응유로의 유입측끝단부에, 바깥둘레측이 아래쪽으로 경사진 사면을 형성한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 물저장부내의 물과 고압전극사이에서 플라즈마가 발생하여, 이 플라즈마로 배기가스가 분해되지만, 절연물에 형성한 반응유로 아래쪽의 수면으로부터 증발한 물을 대략 절두면추형의 절연물의 바깥쪽을 따라서 물저장부내로 되돌리기 때문에, 반응유로에 물방울을 부착시키지 않고, 방전에 주는 요란(擾亂)을 방지할 수 있다.
본 발명의 제 10 실시형태는, 제 8 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로의 유출측에 물 또는 수증기를 공급하여, 플라즈마와 접촉한 후의 물을 배출시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 반응유로내에서 발생하고 있는 플라즈마를 접근시켜 물 또는 수증기를 공급하기 때문에, 물과의 반응이 가장 활발해져서, 배기가스의 분해반응을 촉진할 수 있다.
본 발명의 제 11 실시형태는, 제 1 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로의 주위에 수로를 설치하고, 수로를 통과하여 가열한 물을 반응유로 내에 공급하는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 수로내를 통과시키는 사이에 가열한 온수 또는 수증기를 반응유로내에 공급할 수가 있기 때문에, 플라즈마와 물과의 반응이 효과적으로 행하여져, 분해반응이 촉진된다.
본 발명의 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치는, 고압전극과 접지전극을 사용하여, 피처리물이 통과하는 반응유로내에 플라즈마를 대기압하에서 발생시키는 피처리물처리장치로서, 반응유로의 유입측에 고압전극을, 반응유로의 내부에 접지전극을 각각 배치하고, 반응유로내벽에 따라 물을 아래로 흐르게 한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 접지전극이 가스통로내부에 설치되어 있기 때문에, 플라즈마가 반응유로에 따라 형성할 수가 있고, 더구나 반응유로내의 단면전체에 플라즈마를 확실히 충만시킬 수 있다. 이 때문에, 반응유로를 통과하는 유해물질과의 접촉면적이 커지고, 유해물질과 플라즈마를 확실히 반응시킬 수 있기 때문에, 유해물질의 분해를 효율적으로 할 수 있다. 특히, CF4를 포함하는 PFC 등의 불소화합물은, 대단히 안정하고 있기 때문에, 보통의 처리법은 도움이 되지 않지만, 플라즈마에 좁은 공간에서 충분한 시간 접촉시키는 본 발명의 방법에 의하면, 효과적으로 분해할 수 있다. 그리고, 본 발명은 반응유로내에 한 쌍의 전극을 설치한 것을 기본구성으로 하고, 또한 대기압하에서 사용하는 것이기 때문에, 소형이고 간단한 구조로 할 수 있고, 개개의 프로세스챔버에 부착설치하는 것도 가능하다. 또한, 반응유로의 내벽전면에 물의 막이 형성되기 때문에, 플라즈마와 물이 넓은 면적에 걸쳐 접촉한다. 이 때문에, 플라즈마와 물이 접촉함으로써 발생한 수증기를, 플라즈마 안에 효율적으로 끌어넣을 수 있다. 따라서, 유해물질의 분해반응이 촉진됨과 동시에, 수용성반응생성물을 효율적으로 물에 흡수시킬 수 있다. 따라서, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다.
본 발명의 제 13 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로의 주위에 물저장부를 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 반응유로의 벽면온도가 지나치게 상승하는 것을 막을 수 있기 때문에, 반응유로의 도중에서, 반응유로내벽을 아래로 흐르는 물이 모두 증발하여 버리는 것을 막을 수 있다. 이 때문에, 반응유로내벽은 항상 물의 막에 의해서 덮어져 있기 때문에, 반응활성종에 의한 반응유로내벽의 부식을 막을 수 있다.
본 발명의 제 14 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 접지전극을 반응유로의 내벽에 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시의 형태에 의하면, 접지전극이 반응통로의 내면에 따라 설치되어 있기 때문에, 물이 접지전극의 내면에 따라 흐른다. 이 때문에, 접지전극이 자동적으로 냉각되어, 전극의 손모를 억제할 수 있다. 더구나, 유해물질은, 접지전극의 내면에 형성된 물의 막의 안쪽을 통과하기 때문에, 유해물질이 반응유로를 흐를 때에 접지전극이 저항으로 되지 않는다.
본 발명의 제 15 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있 어서, 접지전극을 반응유로의 중심선상에 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 접지전극이 직접 플라즈마에 접하기 때문에, 물의 저항에 의한 전력손실을 없앨 수 있다.
본 발명의 제 16 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 접지전극을 반응유로의 길이방향으로 이동 가능하게 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 방전개시때에는, 접지전극을 고압전극에 가까이 하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 접지전극을 고압전극으로부터 멀리하면, 플라즈마의 길이가 길어지고, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있으므로, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다.
본 발명의 제 17 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 접지전극을 여리개 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 방전개시때에는, 고압전극에 가까운 접지전극에 전류를 통하게 하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 전류가 통하는 접지전극을 고압전극으로부터 떨어진 접지전극으로 순차 바꿔가면, 플라즈마의 길이를 길게 할 수 있다. 따라서, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다. 더구나, 전류가 통하는 전극을 바꾸는 것만으로 플라즈마의 길이를 변화시킬 수 있기 때문에, 장치의 구조를 간단히 할 수 있다.
본 발명의 제 18 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 고압전극을 반응유로에 근접 이격 가능하게 설치한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 방전개시때에는, 고압전극을 반응유로에 가까이 하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 고압전극을 반응유로로부터 멀리하면, 플라즈마의 길이가 길어져서, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리율을 높일 수 있다. 더구나, 유해물질이 기체인 경우, 반응유로에 들어가기 전의 유속이 느린 유해물질이 플라즈마와 반응하는 양을 증가시킬 수 있기 때문에, 유해물질의 분해효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 제 19 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 고압전극을 백금으로 구성한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 고압전극의 표면을 화학적으로 안정하게 유지할 수 있기 때문에, 유해물질에 의해서 전극이 부식되는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 제 20 실시형태는, 제 12 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 반응유로의 유출측에, 물을 유출시키는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 반응유로의 유출측에서 배출되는 수용성반응생성물을, 효율적으로 물에 흡수시켜 제거할 수가 있고, 더구나 장치의 배기측이 열에 의해서 손상하는 것을 막을 수 있다.
본 발명의 제 21 실시형태에 의한 플라즈마설비는, 고압전극과 접지전극을 사용하여, 피처리물이 통과하는 반응유로내에, 플라즈마를 대기압하에서 발생시키는 피처리물처리장치를 사용한 플라즈마설비로서, 플라즈마처리를 행하는 프로세스챔버의 배기관에 고진공 배기펌프를 접속하고, 고진공 배기펌프의 배기관에 복수단의 펌프를 직렬접속한 흡인용 펌프(roughing vacuum pump)를 접속하여, 흡인용 펌프의 배기관에 피처리물처리장치를 접속하는 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 프로세스챔버내의 배기가스를 고진공 배기펌프와 흡인용 펌프로 배기하여, 대기중에 배출되기 직전이고 대기압하에서 분해처리되기 때문에, 피처리물처리장치를 소형화할 수 있다. 또한, 흡인용 펌프의 유출측으로 처리하기 때문에 프로세스챔버에 수분을 역류시키는 일이 없이, 플라즈마설비를 손상시키거나 수명을 단축하는 일이 없다. 그리고, 대기압하에서의 방전은 압력과 전극간격의 상사칙(相似則)에 의해서, 저압에서의 경우에 비교해서 전극간격을 짧게 할 수 있고, 결과적으로 장치를 소형화할 수 있다. 이 때문에, 개개의 프로세스챔버로의 부착설치가 용이하다.
본 발명의 제 22 실시형태는, 제 21 실시형태에 의한 피처리물처리장치에 있어서, 흡인용 펌프를 구성하는 복수단의 펌프사이의 배기관에, 피처리물처리장치를 부가한 것을 특징으로 한다.
본 실시형태에 의하면, 흡인용 펌프내에 개재한 제 1 피처리물처리장치로 분해되지 않고 남은 가스도, 또한 흡인용 펌프유출측의 제 2 처리장치로 분해할 수가 있기 때문에, 배기가스의 분해효율을 더욱 높게 할 수가 있다.
[도면의 간단한 설명]
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마설비의 블록도.
도 2는 본 발명의 다른 실시형태에 관한 플라즈마설비의 블록도.
도 3은 본 발명의 피처리물처리장치(A)의 1실시형태를 나타내는 종단면도.
도 4는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 5는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 6은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 7은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 8은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 9는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 10은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 11은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 12는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 13은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 14는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 15는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도
도 16은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 17은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 18은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 19는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 20은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 21은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 22는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 23은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 24는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 25는 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 26은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 27은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
도 28은 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 나타내는 주요부단면도.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
다음에, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.
우선 처음에, 본 발명의 피처리물처리장치가 적용되는 플라즈마설비의 전체구조를 설명한다.
도 1은 본 발명의 1실시형태에 관한 플라즈마설비의 블럭도이다.
도 1에 있어서, 프로세스챔버(1)는 플라즈마처리를 행한다. 본 발명에서 말하는 프로세스챔버는, 주로 에칭장치의 프로세스챔버를 대상으로 하지만, 에칭가스를 사용하여 클리닝하는 경우의 PVD장치나 CVD장치의 프로세스챔버도 포함되고, 또한 후술하는 본 발명의 피처리물처리장치(A)에서 분해 가능한 유해물질을 배출하는 일체의 프로세스챔버를 포함하는 것이다.
이 프로세스챔버(1)의 배기관에는, 고진공 배기펌프(2)와 흡인용 펌프(3)가, 그 순서로 끼워 설치되어 있다. 고진공 배기펌프(2)는, 예를 들면 공지의 터보분 자펌프(TMP)로 구성되고, 흡인용 펌프(3)는, 예를 들면 공지의 루츠펌프(4,5)를 전후단(前後段) 직렬로 접속해서 구성되어 있다. 프로세스챔버(1)내를 진공으로 하기 위해서는, 우선 흡인용 펌프(3)에 의해, 어느 정도 진공을 뺀 후, 고진공 배기펌프(2)로 프로세스에 필요한 저압까지 더욱 진공을 뺀다. 그리고, 프로세스 안은 계속하여 프로세스챔버(1)내의 가스를 대기중에 배기해 간다. 여기까지의 구성은, 공지의 플라즈마설비가 모두 구비하고 있다. 본 발명에서는, 흡인용 펌프(3)의 유출측의 배기관(3a)에 피처리물처리장치(A)가 끼워 설치되어 있는 것이 특징이다.
또, 도 1에 나타내는 바와 같이, 전단 루츠펌프(4)와 후단 루츠펌프(5)의 사이의 배기관(3b)에 가스밸러스트 N2가 주입되고, 후단 루츠펌프(5)의 유출측의 배기관에 축시일 N2가 주입되어 있다. 이 가스 밸러스트 N2란 질소(N2)의 것이고, 배기가스가 오일과는 접촉하지 않는다고는 하지만, 어떠한 부착물이 발생하여 회전자가 더러워지거나, 분말이 발생하거나 하는 것을 막기 위해, 펌프의 도중으로부터 주입하여 배기가스를 희석하고 있다. 또한, 축시일 N2도 질소(N2)의 것이고, 펌프의 회전자를 구동하기 위한 회전축이 관통하고 있는 부분으로부터 배기가스가 외부로 새는 것을 막기 위해 주입하고 있다.
피처리물처리장치(A)의 상세한 것은 후술하지만, 기본구성이 플라즈마처리를 하는 프로세스챔버(1)로부터 배출되는 배기가스 등의 유해물질이 통과하는 반응유로(13)와, 반응유로(13)내의 단면전체에 걸쳐서 대기압하에서 플라즈마를 발생시키는 고압전극(12)과 접지전극(11) 등으로 이루어지는 것이다(도 3참조).
이 때문에, 도 1의 플라즈마설비에 의하면, 흡인용 펌프(3)로부터 배출되는 유해물질이, 피처리물처리장치(A)내의 고압전극(12)과의 접지전극(11)사이에 생기는 플라즈마 공간에서 물리적·화학적으로 분해되고, 분해된 유해물질은 대기중에 가스의 상태로 배출되기 때문에, 다시 흡인용 펌프(3)나 프로세스챔버(1)쪽으로 역류하는 일은 없다. 이 때문에, 플라즈마 프로세스로의 요란(擾亂)이 생기지 않는다고 하는 이점이 있다.
또한, 피처리물처리장치(A)는, 배기측의 대기압의 부분에 설치되어 있기 때문에, 다음과 같은 이점이 있다.
(a)고진공 배기용의 펌프와 흡인용의 펌프의 사이에 설치하는 경우와 같이, 펌프의 배기경로에 삽입되는 것이 프로세스 그 자체에 어떠한 영향을 미치게 하여 버린다고 하는 걱정이 없어, 이미 설치된 프로세스라인에 단순히 부가하는 형태로 설치할 수가 있다.
(b)플라즈마반응의 부생성물의 중에는, HP 나 H2O 등과 같이, 펌프에 대하여 악영향을 미치는 성분이 포함될 수 있지만, 이들이 펌프를 통과하지 않는다.
(c)대기압에서의 방전을 사용하기 때문에, 압력과 전극간격의 사이의상사칙(相似則)에 의해, 저압에서의 경우에 비교해서 전극간격을 짧게 하는 것이 가능하게 되어, 이것은 즉 장치의 소형화라는 점에서 유리하게 된다.
(d)피처리물처리장치(A)에 수분이나 증기를 사용하였다고 해도, 흡인용 펌프 (3)로부터 상류측에 진입하는 일은 없기 때문에, 루츠펌프(4,5) 등을 손상시키는 일이 없다.
다음에, 도 2에 근거하여 본 발명의 다른 실시형태의 플라즈마설비를 설명한다.
동 도면에 있어서, 프로세스챔버(1), 고진공 배기펌프(2), 흡인용 펌프(3)와, 그것을 구성하는 루츠펌프(4,5)는 도 1과 실질적으로 동일하다. 본 실시형태에서는 흡인용 펌프(3)의 배기측에 제 1 피처리물처리장치(A)를 설치하는 구성에 더하여, 흡인용 펌프(3)내의 전후단 루츠펌프(4,5)사이에 제 2 피처리물처리장치 (A)를 보조용으로서 부가한 것이다. 도 1의 구성이 본 발명에 있어서 기본적인 것이지만, 도 2는 그 발전형이다.
단, 흡인용 펌프(3)내에 설치하는 제 2 피처리물처리장치(A)는, 물이나 증기를 사용하지 않은 장치이어야 한다. 만약에 물이나 증기가 새면, 전후의 펌프나, 그것에 사용하는 축받이 등을 손상시키기 때문이다.
이 도 2의 플라즈마설비에서는, 흡인용 펌프(3)내의 피처리물처리장치(A)에서 1차처리를 한 후, 또한 흡인용 펌프(3) 유출측의 피처리물처리장치(A)에서 2차처리를 하기 때문에, 배기가스의 분해가 보다 완전히 근처에서 행할 수 있는 것으로 된다.
다음에, 상기 플라즈마설비에 사용되는 피처리물처리장치(A)의 각 실시형태를 도 3∼도 28에 근거하여 설명한다.
또, 도 3의 실시형태를 예로서 피처리물처리장치(A)의 전체의 구성 및 다른 실시형태에도 공통하는 기술사상을 설명하고, 도 4 이하에서는 부분적으로 각 실시 형태의 특징만을 설명한다. 또한 동일기능을 갖는 부재에는 동일부호를 붙이고 설명을 생략한다.
(도 3의 실시형태)
10은 본체케이스로, 이것에 접지전극(11)과 고압전극(12)이 배기가스의 흐름방향에 있어서의 상류측에서 하류측으로 향하고, 그 순서로 유지되어 있다. 접지전극(11)의 중심에는 캐피러리형상의, 요컨대 가늘고 긴 반응유로(13)가 형성되어 있고, 고압전극(12)은 반응유로(13)의 유입측 근방에서, 그 중심선상에 배치되어 있다. 또 본 실시형태에서는, 고압전극(12)의 끝단부는 반응유로(13)내에 삽입되어 있다. 이 고압전극(12)에는, 직류고압전원 또는 교류고주파수전원(14)이 매칭회로(15)를 통해 접속되어 있다. 그리고, 반응유로(13)에 처리해야 할 배기가스를 도입하는 도입펌프(13a)가 설치되고, 이것이 흡인용 펌프(3)중의 배기관(3a)에 접속되어 있다. 또한, 접지전극(11)의 본체케이스(10) 반대측에는 플라즈마용기(18)가 부착되어 있고, 이 플라즈마용기(18)의 출구는 대기에 개방하거나, 혹은 커넥터 (19)를 통해 흡인용 펌프(3)중의 배기관(3b)에 접속되어 있다. 배기가스는 도입파이프(13a)에서 본체 케이스(10)내의 고압전극(12)의 주위로 들어가고, 반응유로 (13)를 거쳐, 플라즈마용기(18)를 통과하여 커넥터(19)로부터 나간다. 고압전극 (12)의 방전에 의한 플라즈마는 접지전극(11)안이 가늘고 긴 반응유로(13)내에 발생하여, 이 좁은 단면 안을 배기가스가 통과할 때 플라즈마에 의해서 각 가스성분으로 분해된다.
본 실시형태에 있어서, 접지전극(11)은 금속제로서, 순 놋쇠나 동 등 통전성 이 높은 것이 바람직하지만, 플라즈마를 발생시킨다고 하는 기능을 발휘할 수 있는 한, 이들에 한정되는 것은 아니다. 고압전극(12)은 금속파이프 금속막대, 또한 카본막대, Pt막대, Ti-Pd합금막대 등이 바람직하지만, 플라즈마를 발생시킨다고 하는 기능을 발휘할 수 있는 한, 이것도 예시하는 것에 한정되는 것은 아니다.
플라즈마용기(18)에는, 여러 종류의 포착제를 충전할 수가 있고, 예를 들면, Ca(0H)2를 충전해 두면, 배기가스중의 CF4를 분해하여 발생한 F를 포착할 수가 있다. 또, 이 플라즈마용기(18)는 착탈식으로 두면 취급이 용이하기 때문에 바람직하다.
접지전극(11)이나 고압전극(12)은, 냉각하지 않은 것도 냉각하는 것도 본 발명에 포함된다. 냉각하는 경우, 승온이 억제되기 때문에 연속운전에 효과적이다. 냉각방법은 피처리물처리의 기능을 저해하지 않은 한 임의의 수단을 채용할 수 있다. 예를 들면, 파이프형상의 고압전극(12)내에 냉각수를 공급 배출하더라도 좋고, 접지전극(11)의 주위에 파이프를 부착하여 냉각수를 흐르게 하거나, 접지전극 (11)의 바깥둘레에 고리형상의 수로를 형성하여, 이것에 공급 배출수 파이프(16A)를 접속하여 냉각수를 흐르게 하더라도 좋다.
접지전극(11)에 의해서 형성하는 반응유로(13)에는, 보호파이프(17)를 넣더라도 좋다. 이 보호파이프(17)에 있어서는, 세라믹파이프(22,24)로서 후술하지만, 접지전극(11)의 침식을 방지하기 위해서, 세라믹절연관을 사용한다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 보호파이프(17)는, 그 일끝단을, 고압전극(12)의 앞끝단을 숨기도 록 연장함으로써 플래시가 발생하기 어렵게된다.
본 발명의 피처리물처리장치(A)는, 거의 대기압하에서 플라즈마방전시키는 환경에서 사용된다. 그리고, 본 장치의 목적은, 플라즈마에 의해서 유해가스를 분해·제거하는 것이므로, 방전에 요구되는 조건은, 장치 안을통과하는 배기가스가, 확실하게 플라즈마영역을 통과하여, 방전의 에너지를 받지 않고 그대로 그냥 지나쳐 버리는 일이 없도록 하는 것에 있다. 이렇게 하기 위해서는,
(1)플라즈마가 연속적으로 발생하고 있다(꺼지는 순간이 없다)
혹은,
(2)플라즈마가 꺼져 있는 순간이더라도, 가스분자의 플라즈마 발생영역으로의 체류시간(통과에 요하는 시간)이, 플라즈마가 꺼져 있는 시간보다 긴 어느 하나의 조건을 만족시켜야 한다.
그래서, 전원(14)과 플라즈마영역을 구성하는 반응유로(13)는, 다음의 조건을 만족하는 것이 바람직하다.
우선, 전원에 대해서인데, 전원은 직류 혹은 주파수 약 10kHz 이상의 고주파수가 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다.
일반적으로, 대기 중에 있어서는, 전극사이에 균일한 직류의 전계가 걸려 있는 경우, 방전이 일어나기 위해서는 간격 1cm당 약 30kV의 전압이 필요하다고 알려져 있다. 실제의 방전장치에 있어서는, 전극에는 반드시 가장자리부가 있고, 그 부분의 전계가 강해지기 때문에, 방전에 필요한 전압은 이것보다도 낮아져서, 전극간격 1cm인 경우 약 10kV에서 방전을 할 수 있는 경우도 있다. 이상은 직류의 경 우이지만, 상용주파수정도의 주파수의 교류에 있어서도, 조건은 거의 같다. 다만, 주파수가 수10kHz를 넘는 영역이 되면, 방전에 필요한 전압은 작아지기 때문이다.
요컨대 직류방전은, (1)을 만족시키고 있다. 그러나, 음극이 가열하는 것, 방전의 안정저항에 의한 전력상실이 큰 것, 고전압의 직류전원이 필요하게 되는 것 등의 부차적인 문제가 발생한다. 이 의미에 있어서는, 교류전압을 사용하는 쪽이 좋은 방책이지만, 상기 (2)의 조건을, 여유를 갖고 클리어하기 위해서는, 주파수가 높은 쪽이 유리하게 된다. 어느 쪽이든, 방전하기 위한 전압이나 주파수는, 상기한 바람직한 범위가 있지만, 실제로는 실기의 전극간격 등에 근거하여 최적치를 설계적 실험적으로 구하면 좋다.
배기가스를 분해하기 위해서는, 가스가 통과하는 경로의 전단면에 플라즈마가 채워져 있는 것이 바람직하다. 그런데, 방전에 의해 생기는 플라즈마의 지름은 전류의 크기에 의존하지만, 반응유로(13)를 가늘게 좁히면, 반응유로(13)의 전단면에 플라즈마가 넓어져서 처리해야 할 배기가스가 반드시 플라즈마영역을 통과한다. 또한, 가늘게 좁혀진 부분에서는 플라즈마의 온도가 높아지고, 이 때문에 플라즈마 중에서의 피처리가스분자의 분해반응이 보다 촉진된다. 이 때문에, 플라즈마를 발생시켜야 하는 반응유로(13)는 가늘고 긴 단면이 좋다. 다만, 가늘고 길어지면 가스의 흐름의 저항을 크게 하여 버리기 때문에, 일률적으로 그 수치를 결정할 수는 없다. 그래서, 이들의 값은 실험적 설계적으로 최적치를 구하면 좋다. 단지, 반응유로의 안지름에 있어서는, 대기압 방전의 플라즈마의 확대방법으로부터 3mm∼5mm 정도가 적당하다.
다음에, 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 도 4∼도 28에 근거하여 설명한다. 또, 이하에서는 각 실시형태에 특유의 구성에 대해서 설명한다.
(도 4의 실시형태)
이 실시형태에서는, 반응유로(13)에 보호파이프를 설치하지 않고, 접지전극 (11)에서 반응유로(13)를 구성하고 있다. 또한 본 실시형태에 나타내는 바와 같이, 고압전극(12)의 끝단부는 반드시 반응유로(13)내에 삽입하지 않더라도 좋다. 반응유로(13)의 직경(d)은 3mm이고, 길이는 20mm 이다. 이와 같이 가늘고 긴 캐피러리형상의 플라즈마영역을 설치하면, 배기가스분자의 분해반응이 더욱 촉진된다.
또, 부호 21은 접지전극(11)과 플라즈마용기(18)나 본체케이스(10)사이로부터의 가스누설을 방지하는 실링재이다.
(도 5의 실시형태)
이 실시형태는, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 내벽에 보호용의 세라믹파이프(22)를 설치한 것이다. 도시한 바와 같이, 세라믹파이프(22)의 고압전극(12)측 끝단부는 접지전극(11)의 끝단부와 동일면으로 하여, 고압전극(12)과 반대의 유출측 끝단부는 접지전극(11)의 끝단부로부터도 돌출시키고 있다. 세라믹파이프(22)에 사용하는 세라믹의 재질은 접지전극(11)의 침식을 방지할 수 있으면, 어떠한 세라믹이라도 좋지만, 그 효과로부터는 알루미나 등이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 금속의 접지전극(11)이 직접 플라즈마에 접촉하지 않기 때문에, 플라즈마에 의해서 피처리가스가 분해되어 생성하는 반응활성종에 의해서, 접지전극(11)이 침식되는 것을 방지할 수 있다. 이 때문에, 세라믹파이프(22)의 길이는, 접지전극(11)의 반응유로(13)의 길이보다 길게 하더라도 좋다.
(도 6의 실시형태)
이 실시형태는, 고압전극(12)의 앞끝단부에, 세라믹피복(23)을 실시하고 커버로 한 것이다.
이와 같이 피복하면, 고압전극(12)의 앞끝단의 소모를 방지하여, 전극을 장기 수명화시킬 수 있다.
(도 7의 실시형태)
이 실시형태는, 고압전극(12)의 바깥둘레에 통형상의 세라믹파이프(24)를 설치하여, 고압전극(12)과 세라믹파이프(24)와의 사이에 보호가스(g)를 흐르게 하는 것이다. 고압전극(12)의 앞끝단은, 주위의 세라믹파이프(24)의 앞끝단보다, 약간 안쪽에 넣어져 있다. 보호가스(g)는, 질소, 아르곤, 헬륨 등이 바람직하다.
본 실시형태에 의하면, 고압전극(12)의 앞끝단부의 플라즈마는, 보호가스(g)가 전리(電離)하여 발생한 것으로 이루어지고, 피처리가스(G)가 분해되어 생성하는 반응활성종이 전극(12)의 앞끝단까지 도달하지 않기 때문에, 전극(12)의 침식을 방지하여, 장기수명화를 꾀할 수 있다.
또, 보호가스로서 수증기를 흐르게 하더라도 좋다. 이 경우는, 고압전극 (12)의 보호도 겸할 수 있다.
(도 8의 실시형태)
이 실시형태는, 도 4∼도 7의 실시형태의 어느 쪽에 있어서, 플라즈마용기 (18)의 내부로서, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 출구측 근방에, 울형상 완충재 (25)에 분말형상흡수제(26)를 혼합한 것을 배치한 것이다.
울형상 완충재(25)는 글래스울, 스틸울 등이 바람직하고, 분말형상흡수제 (26)는, 수산화칼슘 등이 바람직하다.
본 실시형태에서는, 반응유로(13)로부터 분출하는 플라즈마의 바로 근처에 흡수제(26)를 배치하는 것에 의해, 플라즈마에 의해서 분해 생성된 반응활성종을, 반응성이 약해지기 전에 흡수제(26)와 효율적으로 반응시켜, 분해반응을 실질적으로 촉진시킬 수 있다. 이 때문에, 피처리가스가 CF4인 경우, 수산화칼슘을 흡수제 (26)로서 사용하는 것에 의해, CF4가 분해되어 발생하는 F원자는 CaF2로서 트랩되기 때문에, 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
또, 본 실시형태에 있어서, 도 8의 구성을 상하 반대로 하여, 고압전극(12)을 아래쪽, 흡수제를 위쪽에 배치하여, 배기가스(G)를 아래에서 위를 향하여 흐르게 하도록 하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 중력에 의해서 항상 흡수제(26)가 플라즈마의 분출구근방에 위치하기 때문에, 반응활성종을 포착하는 효과가 개선된다.
(도 9의 실시형태)
이 실시형태는, 도 4∼7의 실시형태의 어느 하나에 있어서, 접지전극(11)의 캐피러리형상의 반응유로(13)의 출구에서, 반응유로의 주위에서 안쪽을 향하여 물을 토출시키도록 한 것이다. 이 때문에, 접지전극(11)에 근접한 위치의 플라즈마용기(18)에 공급로(27)와 물을 반응유로(13)의 출구로 도입하는 유수(流水)가이드 (28)를 설치하고 있다.
본 실시형태에서는, 반응유로(13)로부터 분출하는 플라즈마가 바로 근처에 물을 공급하는 것에 의해, 플라즈마에 의해서 분해 생성된 반응활성종을 물과 반응시킴과 동시에, 수용성의 반응생성물을 기상으로부터 신속하게 배제하여, 분해반응을 실질적으로 촉진시킬 수 있다. 그리고, 피처리가스 CF4의 경우, 물과 반응시킴으로써, CF4가 분해되어 생기는 F원자는 HF로서 물에 용해하여 트랩되기 때문에, 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
또한, 물을 연속적으로 흐르게 하는 것에 의해, 분해생성물의 흡수효과를 계속적으로 유지할 수 있다. 또한, 물에, 수산화나트륨이나 수산화 칼륨, 암모니아 등의 알카리성의 것을 용해시켜 두더라도 좋다. 이와 같이 하면, CF4가 용해되어 F성분이 수중에 용해되었을 때, 그대로는 강한 산성으로 되어 버리지만, 이것을 즉시 중화할 수가 있어, 이에 따라 배수계통의 부식을 억제할 수 있다고 하는 이점이 있다.
또한, 반응생성물과의 반응성이 높은 물질(예를 들면, 수산화칼슘 등)을 물에 용해시켜 두더라도 좋다. 이와 같이 하면, CF4가 분해되어 F성분이 수중에 용해되었을 때, 이것을 즉시 침전제거할 수가 있다고 하는 이점이 있다.
또 도 9에 나타내는 실시형태에 있어서, 공급로(27)와 유수가이드(28)에 수증기를 도입하더라도 좋다.
본 실시형태에서는, 물의 가열증발에 플라즈마의 열량을 빼앗기는 일이 없기 때문에, 플라즈마의 온도를 저하시키지 않고, 피처리가스(G)의 분해에 의해 생성하 는 반응활성종과 물을 기상에서(플라즈마 중에서)반응시켜, 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
그리고, 하류측에서 가스를 냉각하여, 수증기를 액화시켜, 수용성의 분해생성물을 이 물과 동시에 제거하도록 하면 좋다.
(도 10의 실시형태)
이 실시형태는, 도 4∼도 7의 실시형태 중 어느 하나에 있어서, 접지전극 (11)의 캐피러리형상의 반응유로(13)의 입구에서, 혹은 반응유로(13)의 도중에서, 반응유로(13)의 주위에서 안쪽에 향하여 물을 토출시키도록 한 것이다. 이 때문에, 접지전극(11)을 관통하여 반응유로(13)로 물을 이끄는 물공급로(29)가 형성되어 있다.
본 실시형태에서는, 물의 가열증발에 플라즈마의 열량이 빼앗기는 일이 없이, 플라즈마의 온도를 저하시키지 않고, 피처리가스(G)의 분해에 의해서 생성하는 반응활성종과 물을 기상에서(플라즈마 중에서)반응시킬 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 도 9의 실시형태에 비교해서 물과 플라즈마가 작용하는 구간이 길기 때문에 반응을 더욱 촉진시킨다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 토출된 물이, 일부는 플라즈마의 열에 의해 기화하지만, 대부분은 물인 상태에서, 반응유로의 내벽에 따라 황화(硫化)시켜, 이 물의 표면이 접지측의 전극이 되도록 물의 토출원을 제어하면 좋다. 이 경우, 상시 새롭게 공급되는 물에 의해서 반응유로의 내벽이 덮여져 있기 때문에, 반응활성종에 의한 반응유로내벽의 침식을 방지하는 효과가 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 물 또는 수증기의 토출구(29a)를, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 도중에 원둘레방향으로 복수개소 설치하면 좋다. 또한 상하방향에 복수개소 설치하는 것도 좋다. 이와 같이 하면, 물과 플라즈마와의 혼합이 보다 촉진되어, 물과 피처리가스(G)와의 반응을 보다 활성화시키는 효과가 있다.
또 도 10에 나타내는 실시형태에 있어서, 물공급로(29)에, 물을 수증기로서 도입하더라도 좋다.
본 실시형태에서는, 물을 도입하는 경우에 비교해서, 물의 가열증발에 플라즈마의 열량이 빼앗기는 일없이, 플라즈마의 온도를 저하시키지 않고, 피처리가스의 분해에 의해서 생성하는 반응활성종과 물을 기상에서(플라즈마 중에서)반응시킬 수 있다. 그리고, 하류측에서 가스를 냉각하여, 수증기는 액화시킴과 동시에, 수용성의 분해생성물을 물과 동시에 제거하도록 하더라도 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 물 또는 수증기의 토출구(29a)를, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 도중에 원둘레방향으로 복수개소 설치하면 좋다. 또한 상하방향에 복수개소 설치하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 수증기와 플라즈마와의 혼합이 보다 촉진되어, 물과 피처리가스(G)와의 반응을 보다 활성화시키는 효과가 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 바깥지름이 반응유로(13)의 안지름보다 작은 파이프를 반응유로(13)의 측면으로부터 삽입하여, 이 파이프의 측벽의, 피처리가스의 하류측의 면에, 물 또는 수증기의 토출구를 설치하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 물 또는 수증기가 토출될 때의 처음 속도를 피처리 가스의 흐름과 거의 병행하 게 향하는 것이 가능하게 되어, 피처리가스(G)의 컨덕턴스를 개선하는 효과가 있다.
(도 11의 실시형태)
이 실시형태는, 도 10의 실시형태에 있어서, 물 또는 수증기의 물공급로(29)의 앞끝단에 형성된 토출구(29a)를 경사진 아래쪽으로 향하여 설치하고, 물 또는 수증기에, 피처리가스(G)의 흐름과 같은 방향의 처음속도성분을 주어 토출시키도록 한 것이다.
본 실시형태에서는, 도 10의 실시형태에 비교해서, 반응유로(13)내의 피처리가스(G)의 컨덕턴스를 개선하는 효과가 있다.
또, 반응유로(13)의 내벽에 세라믹파이프(도 6의 부호 22참조)를 설치하는 경우는, 그 세라믹파이프에 상기와 같이 토출구(29a)를 설치하면 좋다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 물 또는 수증기를 토출구(29a)를, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 도중에 원둘레방향으로 복수개소 설치하면 좋다. 또한 상하방향으로 복수개소 설치하는 것도 좋다. 이와 같이 하면, 물 또는 수증기와 플라즈마와의 혼합이 보다 촉진되어, 물과 피처리가스(G)와의 반응을 보다 활성화시키는 효과가 있다.
또한 본 실시형태에 있어서, 바깥지름이 반응유로(13)의 안지름보다 작은 파이프를 반응유로(13)의 측면으로부터 삽입하여, 이 파이프의 측벽의, 피처리가스의 하류측의 면에, 물 또는 수증기의 토출구를 설치하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 물 또는 수증기가 토출될 때의 처음속도를, 피처리가스의 흐름과 거의 병행하게 향 하는 것이 가능하게 되어, 피처리가스의 컨덕턴스를 개선하는 효과가 있다.
(도 12의 실시형태)
이 실시형태는, 도 11의 실시형태에 있어서, 물 또는 수증기의 토출구(29a)의 위가장자리와 아래가장자리에 단차(30)를 형성하도록 한 것이다.
이와 같이 하면, 물 또는 수증기가 토출될 때의, 피처리가스(G)의 흐름과 같은 방향의 처음속도를 증대시켜, 피처리가스(G)의 컨덕턴스를 보다 개선하는 효과가 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 물 또는 수증기의 토출구(29a)를, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 도중에 원둘레방향으로 복수개소 설치하면 좋다. 또한 상하방향으로 복수개소 설치하더라도 좋다. 이와 같이 하면, 물 또는 수증기와 플라즈마와의 혼합이 보다 촉진되어, 물과 피처리가스(G)와의 반응을 보다 활성화시키는 효과가 있다.
(도 13의 실시형태)
이 실시형태는, 물 또는 수증기의 토출구를, 직경의 다른 2종의 파이프의 빈틈에 의해서 형성된 것이다. 이 때문에, 접지전극(11)의 반응유로(13)의 안둘레에 직경이 작은 파이프(31)와 직경의 큰 파이프(33)가 동심형상으로 배치되고, 양 파이프(31,32)사이의 빈틈의 상부가 물공급로(29)에 연이어 통하여, 빈틈의 하부가 토출구(29b)로 되어 있다.
본 실시형태에서는, 물 또는 수증기가 토출될 때의 처음속도를, 피처리가스 (G)의 흐름과 거의 병행하게 향하는 것이 가능하게 되어, 피처리가스의 컨덕턴스를 개선하는 효과가 있다.
(도 14의 실시형태)
이 실시형태는, 접지전극(11)의 상면에 절연물(33)을 적층하여, 접지전극 (11)과 절연물(33)로 가늘고 긴 반응유로(13)를 형성하고 있다. 요컨대, 캐피러리형상의 반응유로(13)의 상부에 절연물(33)을 설치하고, 반응유로(13)의 유출측에 접지전극(11)을 배치한 것이다.
이와 같이 하면, 피처리가스(G)의 유량이 작은 경우에 있어서도, 플라즈마를 캐피러리형상의 반응유로(13)의 안에 충만시킬 수 있다.
(도 15의 실시형태)
이 실시형태는, 절연물(33)과 접지전극(11)의 사이로부터 물을 토출시키도록 한 것이다. 이 때문에, 절연물(33)과 접지전극(11)의 사이에 물공급로(29)를 형성하고 있다.
본 실시형태에서는, 도 14의 실시형태와 동일한 효과가 있고, 물에 의한 접지전극(11)의 보호의 확실성이 더욱 향상한다.
(도 16의 실시형태)
동 도면에 나타내는 바와 같이, 고압전극(12)과 접지전극(11)을 대항하여 배치하고, 접지전극(11)의 표면에 물저장부(41)와 절연물(33)이 그 순서로 설치되어 있다. 절연물(33)의 중심에는 가늘고 긴 반응유로(13)가 형성되고, 그 중심 위쪽에 고압전극(12)이 위치하고 있다. 물저장부(41)의 내부에는 물이 공급되고, 물저장부(41)의 바닥부에는 접지전극(11)이 설치되어 있다. 반응유로(13)의 출구는, 물저장부(41)의 수면하에 진입하고 있고, 피처리가스(G)가 거품으로 되어 물 속을 빠져나가 통과하도록 하고 있다. 물저장부(41)에는 물공급 파이프(42)를 접속하고, 물저장부(41)의 상부에는 수위조정구멍(43)을 형성하고 있다. 이 물공급 파이프(42)로부터 상시 물을 공급하여, 수위조정구멍(43)으로부터 배출하여 가면, 수위를 일정하게 유지하면서 항상 새로운 물을 저장해 둘 수가 있다. 또한, 처리된 배기가스(G)가 물 속을 빠져나가 대기로 배출되도록, 절연물(33)의 하면에서 측면에 걸쳐서 배기구(44)가 형성되어 있다.
이 실시형태에 있어서, 물저장부(41)내의 물은 접지전극(11)에 도통하고 있는 결과, 액체전극을 구성하기 때문에, 고압전극(12)에 고전압 혹은 고주파전압을 인가하면, 고압전극(12)과 수면사이의 반응유로(13)내에 플라즈마가 발생한다. 그리고, 피처리가스(G)는 플라즈마영역을 통과하는 동안에 분해되고, 수중에 진입하여 다시 물 속에서 나와, 물저장부(41)의 상부의 배기구멍(44)으로 나간다. 그 동안에 분해된 성분중 가용성성분은 물 속에 포집되어, 비용성 성분은 대기 중에 배출된다. 물저장부(41)안의 물은 순환시키거나 순환시키지 않아도 좋지만, 새로운 물을 항상 공급하고 오래된 물을 배출하면, 물과 함께 가스분해성분을 연속 배출할 수가 있다. 또한, 처리된 가스를 수위조정구멍(43)으로부터 물과 함께 배출하더라도 좋다.
본 발명이 적용되는 플라즈마설비에서는, 예를 들면 PFC, CF4 등의 가스가 사용된다. CF4의 배기가스는, 배출시에 N2의 안에서 희석되고, 또한 SiO2의 에칭공정 으로 생성되는 O2로 불순화될 수 있기 때문에, 배출된 가스는, 물에 가용성의 No2나 No3과 같은 Nox를 포함하고 있다. 본 실시형태의 피처리물처리장치(A)는 물전극을 사용하기 때문에, 분해후의 방전생성물이 대기 중에 방출되는 일없이, 즉시 물에 넣어 녹일 수 있고, 물과 함께 흘려 없애는 것이 가능하다.
다음에, 본 실시형태의 피처리물처리장치(A)의 분해율을 설명한다. 프로세스챔버로부터 배출된 가스는, 플라즈마에 의한 분해작용으로, F나 C에 분해된다. 요컨대 방전역을 통과할때, CF4가 CF3, CF2, CF, C, 그들의 이온 등에 분해된다. 본 실시형태의 피처리물처리장치(A)를 사용한 실험에서는, 그들의 분해처리후의 수중에 포함되는 F성분의 양을 분석한 결과, 투입된 CF4가스 중에 포함되는 F성분의 양에, 거의 같은 량이 검출되었기 때문에, 거의 100%의 CF4가 분해되는 것을 알 수 있다.
(도 17의 실시형태)
이 실시형태는, 절연물(33)에 설치한 캐피러리형상의 반응유로(13)의 내벽을 히터(45)에 의해 섭씨 100도 이상으로 가열하도록 한 것이다.
이와 같이 하면, 반응유로(13)의 플라즈마영역의 가스온도를 높여, 플라즈마 안의 화학반응을 촉진함과 동시에, 물의 증기의 확산, 혹은 수면을 진동 등에 의해 반응유로(13)내에 섞여 넣어진 수분이, 반응유로(13)의 내벽에 물방울이 되어 부착하고, 방전에 요란을 주는 것을 방지할 수가 있다.
(도 18의 실시형태)
이 실시형태는, 도 16의 실시형태에 있어서, 반응유로(13)의 출구부분을 제외하고, 그것보다 상류측의 반응유로의 안지름을 크게 한 것이다. 요컨대, 반응유로(13)는 출구부근의 일부만 단면이 가늘게 좁혀져 있다. 이러한 형상에서도 반응유로(13)내에 플라즈마가 충만하기 때문에 배기가스의 분해가 가능하다.
본 실시형태에서는, 반응유로(13)의 내벽에 부착하는 물방울이 방전에 주는 요란을 최소화할 수 있다.
(도 19의 실시형태)
이 실시형태는, 도 18의 실시형태에 있어서, 반응유로(13)를 규제하는 절연물(33)을, 물에 진입한 부분과 처리된 가스의 포집배출부를 제외하여 제거하고, 물저장부(41)의 용기벽으로 반응유로에 대용한 것이다. 이 때문에, 절연물(33)은 절두원통형의 상단부(33a)와 원통형상의 하단부(33b)로 이루어지고, 상단부(33a)의 중심의 개구가 반응유로(13)로 되어 있다. 그리고, 이 절연물(33)은 물저장부(41)내에서 지지되어 있다. 또한, 수위조정용의 파이프(48)가 물저장부(41)내에 세워 삽입되어, 파이프(48)에 상단이 절연물(33)의 상단부(33a)내에 위치하고 있다. 이 때문에 물저장부(41)내의 수위는, 절연물(33)의 상단부(33a)의 바깥둘레가 물 속에 들어가도록 유지되어 있다. 요컨대, 반응유로(13)의 유출측 끝단부는 물 속에 위치한다. 고압전극(12)은 반응유로(13)의 유입측에 위치하고 있다.
본 실시형태에서는, 방전부의 수면에서 증발한 물을, 상단부(33a)의 바깥쪽으로부터 물저장부(41)내에 되돌릴 수 있어, 반응유로(13)의 내벽에 물이 부착하지 않기 때문에, 물방울이 방전에 주는 요란을 최소화 할 수가 있다.
본 실시형태와 같이, 수위조정구멍을, 물저장부(41)의 바닥부로부터 삽입한 파이프(48)에 의해 구성하면, 파이프(48)의 삽입길이로 설정수위를 자유자재로 바꿀 수 있다. 또, 이 파이프(48)는 도 16∼도 18의 실시형태에서의 수위조정구멍 (43)과 대체할 수가 있다.
(도 20의 실시형태)
이 실시형태는, 고압전극(12)의 아래쪽에 위치하는 절연물(33)의 중심에 가늘고 긴 반응유로(13)를 형성하고, 절연물(33)과 접지전극(11)과의 사이에 배치한 물저장부(41)내에 절연재로 작성한 천장이 있는 원통형상의 통체(46)를 배치한 것이다. 통체(46)의 바닥부는 개구하여 물의 공급을 받게 되어 있고, 통체(46)의 천장부에는 중앙에 미소구멍(46a)을 형성하고 있다. 통체(46)에 공급된 물은, 상단의 미소구멍(46a)을 통과하여 반응유로(13)의 출구를 향하여 토출하여, 물전극으로서 기능한다. 그리고, 통체(46)의 바깥표면을 따라 낙하하여, 물저장부(41)내에 들어가, 바닥부의 접지전극(11)에 형성된 배수홈으로부터 배출되도록 한 것이다.
이와 같이 하면, 물과의 반응이 가장 활발한 플라즈마와 물이 접하는 부분에 항상 새로운 물이 공급되어, 반응을 촉진시키는 효과가 있다.
(도 21의 실시형태)
이 실시형태는, 절연물(33)내에 히터(45)를 넣음과 동시에, 물저장부(41)내에도 히터(45)를 넣고 있다. 또한, 물저장부(41)의 바닥부에 설치된 접지전극(11)에는 물공급구가 설치되고, 물저장부(41)내에는 배기파이프(47)가 세워져 있다. 이 배기파이프(47)의 상단부는, 반응유로(13)의 유출측 근방에 위치하고, 하단부는 접지전극(11)을 관통하고 있다.
본 실시형태는, 물저장부(41)내의 물을 방전의 접지측 전극으로서 기능시킴과 동시에, 물저장부(41)의 물을 히터(45)에 의해 가열하여 증발시켜, 수증기로서 반응유로(13)에 하단에서 방전공간에 도입하도록 한 것이다.
본 실시형태에서는, 도 9 및 도 10의 실시형태에서의 수증기의 경우와 같은 효과가 있고, 또한 도 18의 실시형태의 특징도 더불어 가진다고 하는 특징이 있다. 또한, 금속의 접지전극(11)이 플라즈마에 접촉하지 않기 때문에, 침식되지 않는다고 하는 효과가 있다. 또한, 물저장부(41)의 물을 가열함에 의해, 반응유로(13) 전체가 고온으로 유지되어, 분해반응이 촉진되는 효과가 있다.
(도 22의 실시형태)
이 실시형태는, 물을 방전에 의해 발생하는 열을 이용하여 가열하여, 증발시켜, 수증기로서 방전공간에 도입하도록 한 것이다. 이 때문에, 절연물(33)중의 반응유로(13)에 접근한 내벽부분에 가스흐름방향에 따른 수로(61)를 설치하고, 이 수로(61)의 상단[고압전극(12)에 가까운 쪽]에 물공급로(29)를 접속하고, 수로(61)의 하단[고압전극(12)으로부터 먼 쪽]에 반응유로(13)를 향하여 개구하는 수증기도출구멍(62)이 형성되어 있다.
이 실시형태에서는, 수로(61)내를 통과하는 동안에 물이 반응유로(13)내의 플라즈마에 의해 온열되기 때문에, 도 21의 실시형태와 같은 효과가 있고, 또한, 물의 가열을 위해 히터를 별개로 설치하지 않고, 전력의 이용효율이 높아지는 이점 이 있다.
(도 23의 실시형태)
이 실시형태는, 반응유로(13)의 내벽을 다공질 세라믹파이프(63)로 구성하고, 그 주위에 수로(64)를 형성한 것이다. 수로(64)는 절연물(33)내에 설치되고, 물이 물공급로(29)로부터 공급되어, 일부의 물은 접지전극(11)에 접하고 있다.
이 실시형태에 의하면, 물이 수로(64)를 통과하는 동안에 가열되어, 온수 또는 수증기가 다공질 세라믹파이프(63)로부터 반응유로(13)의 전체길이에 걸쳐 내부에 침투하여, 방전공간에 도입할 수가 있다.
이와 같이 하면, 물이 반응유로(13)의 내벽전면에 걸쳐서 한결같이 침출하기 때문에, 반응유로 전체에 걸쳐서 균일하게 플라즈마와 물 또는 수증기와의 반응이 일어나, 반응이 효과적으로 행하여지는 효과가 있다.
(도 24의 실시형태)
도 24에 있어서, 가운데가 빈 본체케이스(10)의 상부에는, 본체케이스(10)내에 처리해야 할 배기가스 등의 유해물질을 도입하는 도입파이프(13a)가 설치되어 있고, 이 도입파이프(13a)가 흡인용 펌프(3)의 배기관(3a)에 접속되어 있다.
이 본체케이스(10)의 하단에는, 본체케이스(10)내부와 외부를 연이어 통하게 하는 배출구(10c)가 형성되어 있다. 또한, 본체케이스(10)의 하단부에는, 배출구 (10c)내에 물을 공급하기 위한 냉각수통로(81)가 설치되어 있다.
본체케이스(10)의 내부에 있어, 배출구(10c)의 상단에는, 반응파이프(13b)가 연직방향으로 설치되어 있고, 이 반응파이프(13b)의 내부가 반응유로(13)로 되어 있다. 이 반응파이프(13b)의 안지름은, 8∼20mm 정도이면, 플라즈마를 반응유로 (13)의 단면전체에 형성할 수가 있지만, 15mm 정도가 유해물질을 효율적으로 처리하는 데에 바람직하다. 이 반응파이프(13b)의 소재는, 알루미나, 질화알루미늄, 질화규소, 탄화규소, 질화붕소 등의 절연체이다.
이 반응파이프(13b)의 내부에는, 반응파이프(13b)의 내면을 따라서 접지전극 (11)이 설치되어 있다. 이 접지전극(11)의 소재는, 예를 들면 순 놋쇠나 동 등, 통전성이 높은 금속이다.
또, 접지전극(11)은, 통전성이 높고 화학적으로 안정한, 예를 들면 금이나 백금 등의 금속이 바람직하지만, 플라즈마를 발생시킨다고 하는 기능을 발휘할 수 있는 한, 이들에 한정되는 것이 아니다.
본체케이스(10)의 상단에는, 백금제의 고압전극(12)이 설치되어 있다. 이 고압전극(12)의 하단부는, 반응파이프(13b)의 상단근방에 배치되어 있다. 또한 고압전극(12)의 상단부에는, 전원(14)이 매칭회로(15)를 통해 접속되어 있다. 이 전원(14)은, 직류고압전원 또는 교류고주파전원이다.
또, 이 전원(14)이 직류고압전원의 경우에는, 매칭회로(15)는 불필요하다.
따라서, 전원(14)으로부터 고압전극(12)에 전압을 가하면, 고압전극(12)과 접지전극(11)과의 사이에 방전이 발생하여, 반응파이프(13b)로부터 내부 요컨대 반응유로(13)의 단면전체에 플라즈마가 형성된다. 이 때문에, 도입파이프(13a)로부터, 본체케이스(10)내에 유해물질을 도입하면, 유해물질은 반응파이프(13b)내를 통과할 때에 플라즈마와 접촉하여, 각 가스성분에 분해되고 나서 외부로 방출된다.
또한, 고압전극(12)의 소재가 백금이기 때문에, 고압전극(12)의 표면을 화학적으로 안정하게 유지할 수 있다. 따라서, 유해물질에 의해서 고압전극(12)이 부식되는 것을 막을 수 있다.
또한, 냉각수통로(81)로부터 배출구(10c)에 물을 공급하면, 반응유로(13)로부터 배출되는 수용성 반응생성물을 효율적으로 물에 흡수시켜 제거할 수가 있고, 더구나 장치의 배기측이 열에 의해서 손상하는 것을 막을 수 있다.
또, 방전개시에 있어서, 접지전극(11) 또는 고압전극(12)에 방전개시전압보다 높은 전압의 펄스전압을 가하면, 펄스전압을 가한 순간부터 안정하여 방전을 스타트시킬 수 있다.
또한, 방전개시에 있어서, 접지전극(11) 또는 고압전극(12)에 방전개시전압보다 높은 전압의 고주파전압을 가하면, 안정하여 방전을 스타트시킬 수 있고, 더구나 방전개시때의 인가전압을 낮게 할 수가 있다.
또한, 접지전극(11)과 고압전극(12)의 사이에 직류전압을 덧붙여 방전시키면, 접지전극(11)과 고압전극(12)과의 사이에 항상 일정한 전압을 가할 수 있기 때문에, 전 시간대에 걸쳐 방전을 안정시킬 수 있다. 특히, 고압전극(12)에 음의 전압을 인가하면, 방전을 더욱 안정시킬 수 있다.
또한, 고압전극(12)은 그 앞끝단부에만 백금을 사용하더라도 좋다. 또한, 고압전극(12)은, 금속파이프나 금속막대, 또한 카본막대, Ti-Pd합금막대 등 플라즈마를 발생시킨다고 하는 기능을 발휘할 수 있는 것이면 특히 한정은 없다.
또한, 반응파이프(13b)의 바깥둘레와 본체 케이스(10)의 내면과의 사이에는, 반응파이프(13b)를 둘러싸도록 물저장부(80)가 형성되어 있다. 이 물저장부(80)에는, 본체케이스(10)에 설치된 급수펌프(16B)로부터 물이 공급되어 있고, 물저장부 (80)에 공급된 물은, 물저장부(80)의 상단으로부터 반응파이프(13b)내에 공급된다. 그렇게 하면, 반응파이프(13b)내에 공급된 물은, 반응파이프(13b)의 내벽에 따라 아래로 흘러 반응파이프(13b)의 내벽전면에 물의 막을 형성한다.
따라서, 반응유로(13)의 내벽전면에 물의 막이 형성되기 때문에, 플라즈마와 물이 넓은 면적에 걸쳐서 접촉한다. 이 때문에, 플라즈마와 물이 접촉함으로써 발생한 수증기를 플라즈마 안에 효율적으로 끌어넣을 수 있다. 따라서, 유해물질의 분해반응이 촉진됨과 동시에, 수용성반응생성물을 효율적으로 물에 흡수시킬 수 있다. 따라서, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다.
더구나, 유해물질이 고체나 액체의 경우, 유해물질을 도입파이프(13a)를 통해서, 또는 물과 동시에 급수파이프(16B)로부터 물저장부(80)에 공급하여, 물과 동시에 유해물질을 반응유로(13)의 내벽에 아래로 흐르게 하면, 유해물질을 플라즈마와 접촉시켜 분해시킬 수 있다.
또한, 물저장부(80)내의 물에 의해서 반응파이프(13b)가 냉각되기 때문에, 반응유로(13)의 벽면온도가 지나치게 상승하는 것을 막을 수 있다. 이 때문에, 반응유로(13)의 도중에서, 반응유로(13)의 내벽을 아래로 흐르는 물이 모두 증발하여 버리는 것을 막을 수 있다. 따라서, 반응유로(13)의 내벽은 항상 물의 막에 의해서 덮여져 있기 때문에, 반응활성종에 의한 반응유로(13)내벽의 침식을 막을 수가 있다.
또한, 접지전극(11)이 반응유로(13)의 내면을 따라 설치되어 있기 때문에, 물이 접지전극(11)의 내면을 따라 흐른다. 이 때문에, 접지전극(11)이 자동적으로 냉각되어, 전극의 소모를 억제할 수 있다. 더구나, 유해물질은, 접지전극(11)의 내면에 형성된 물의 막의 안쪽을 통과하기 때문에, 유해물질이 반응유로(13)를 흐를 때 접지전극(11)이 저항으로 되지 않는다.
또, 급수파이프(16B)로부터 공급하는 물을 미리 가열하여 두면, 플라즈마의 열에 의해서 가열된 물을 효율적으로 수증기로 할 수 있기 때문에, 플라즈마에 수증기를 효율적으로 공급할 수가 있다.
다음에, 피처리물처리장치(A)의 다른 실시형태를 도 25∼도 28에 근거하여 설명한다. 또, 이하에서는 각 실시형태에 특유의 구성에 대해서만 설명하고 있다.
(도 25의 실시형태)
이 실시형태는, 접지전극(11)을 반응유로(13)의 중심선과 평행한 막대형상의 전극으로 한 것이다.
도 25에 나타내는 바와 같이, 반응파이프(13b) 의 중심선, 요컨대 반응유로 (13)의 중심선상에는 막대형상의 접지전극(11)이 설치되어 있다.
이 때문에, 접지전극(11)이, 반응파이프(13b)의 내벽을 따라 아래로 흐르는 물에 의해서 완전히 덮여져 버리지 않고, 접지전극(11)의 일부는 반드시 물의 막으로부터 노출하고 있다. 따라서, 접지전극(11)과 고압전극(12)과의 사이에 형성된 플라즈마는, 직접 접지전극(11)과 접하게 되기 때문에, 물의 저항에 의한 전력손실을 없앨 수 있다.
(도 26의 실시형태)
이 실시형태는, 반응파이프(13b)내에서 접지전극(11)을 상하로 이동자유롭게 설치한 것이다.
도 26에 나타내는 바와 같이, 반응파이프(13b)내면에는, 접지전극(11)이 상하로 미끄럼운동 자유롭게 부착되어 있다. 이 접지전극(11)의 하단부에는, 지지막대(11b)가 부착되어 있다. 이 지지막대(11b)는, 도시하지 않은 피처리물처리장치 (A)의 케이스에, 반응파이프(13b)의 중심선에 상하로 승강자유롭게 설치되어 있다.
이 때문에, 지지막대(11b)를 상하로 승강시켜, 접지전극(11)과 반응파이프 (13b)의 내면을 따라 상하로 이동시키면, 접지전극(11)과 고압전극(12)과의 사이의 거리를 변화시킬 수 있다.
따라서, 방전개시때에는, 접지전극(11)을 위쪽으로 이동시켜 접지전극(11)과 고압전극(12)과의 사이의 거리를 짧게 하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있고, 방전개시전압을 낮게 할 수가 있다.
또한, 플라즈마가 형성된 후, 반응파이프(13b)를 따라 접지전극(11)을 아래쪽으로 이동시키면, 반응유로(13)를 따라 플라즈마를 길게 형성시킬 수 있기 때문에, 플라즈마와 유해물질의 반응면적을 크게 할 수 있다. 따라서, 유해물질의 분해·분해효율을 높일 수 있다.
또, 접지전극(11)을 상하로 이동시킬 때에, 방전전류를 일정값 이상으로 유지하도록 전압을 제어하면, 플라즈마의 상태를 안정시킨 채로, 접지전극(11)을 이동시킬 수 있다.
또한, 접지전극(11)을 상하로 요동시키는 방법은, 상기의 방법에 한정하지 않고, 접지전극(11)에 철조각 등의 자성체를 고정해 두고, 외부보다 자석에 의해서 접지전극(11)을 이동시키는 방법이더라도 좋고, 원통형상의반응파이프(13b)를 사용한 경우에는, 반응파이프(13b)의 내벽에 나선형상의 홈을 형성하고, 또한 접지전극 (11)에 홈과 미끄럼운동 자유롭게 걸어맞춤하는 돌기를 설치하고, 접지전극(11)을 중심축 둘레로 회전시켜 상하로 이동시키는 방법을 사용하더라도 좋지만, 접지전극 (11)을 반응파이프(13b)의 중심선을 따라서 상하로 이동시킬 수 있는 한 특히 한정은 없다.
(도 27의 실시형태)
이 실시형태는, 반응파이프(13b)의 내벽에, 반응파이프(13b)의 중심선을 따라서 여러 개의 접지전극(11)을 설치한 것이다. 도 27에 나타내는 바와 같이, 반응파이프(13b)의 내벽에는, 반응파이프(13b)의 중심선을 따라서, 여러 개의 접지전극(11)이 간격을 두고, 독립하여 설치되어 있다. 각 접지전극(11)은, 복수의 전기배선(71)에 의해서 각각 전환회로(70)에 접속되어 있다. 이 전환회로(70)는, 예를 들면 릴레이회로나 반도체를 사용한스위치 등이고, 전기배선(71)과 각 접지전극 (11)과의 접속을 전환하기 위한 것이다.
이 때문에, 어스(72)와 접속하는 접지전극(11)을 전환하면, 고압전극(12)으로부터의 방전을 받는 접지전극(11)과 고압전극(12)과의 사이의 거리를 길게 하거나 짧게 할 수가 있다. 따라서, 방전개시때는, 고압전극(12)에 가까운 접지전극 (11)에 통전하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다.
또한, 플라즈마가 형성된 후, 통전하는 접지전극(11)을 고압전극(12)으로부터 떨어진 접지전극(11)으로 순차 바꿔가면, 플라즈마의 길이를 길게 할 수가 있다. 따라서, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다. 더구나, 통전하는 접지전극(11)을 바꾸는 것만으로 플라즈마의 길이를 변화시킬 수 있기 때문에, 장치의 구조를 간단히 할 수 있다.
또, 전환회로(70)는 상기의 것에 한정하지 않고, 전기배선(71)과 각 접지전극(11)과의 접속을 전환할 수 있는 것이면, 특히 한정은 없다.
(도 28의 실시형태)
이 실시형태는, 고압전극(12)을 상하로 이동 자유롭게 설치한 것이다. 도 28에 나타내는 바와 같이, 막대형상의 고압전극(12)이 반응파이프(13b)의 중심선과 동축에 설치되어 있고, 반응파이프(13b)의 중심선을 따라서 상하 승강 가능하게 본체케이스(10)의 상단에 설치되어 있다.
이 때문에, 방전개시때에는, 고압전극(12)을 반응유로(13)에 가까이 하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 고압전극 (12)을 반응유로(13)로부터 멀리하면, 플라즈마의 길이가 길어져서, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다. 더구나, 유해물질이 기체인 경우, 반응유로(13)에 들어가기 전의 유속이 느린 유해물질이 플라즈마와 반응하는 양을 증가시킬 수 있기 때문에, 유해물질의 분해효율을 향상시킬 수 있다.
또, 고압전극(12)을 상하로 요동시키는 방법은, 고압전극(12)을 반응파이프 (13b)의 중심선을 따라서 상하 승강시킬 수 있는 한, 어떠한 방법을 사용하더라도 좋다.
발명에 의하면, CF4를 포함하는 PFC 등의 불소화합물이더라도, 플라즈마에 좁은 공간에서 충분한 시간동안 접촉시키기 때문에 효과적으로 분해할 수 있고, 소형이고 간단한 구조로 하는 것이 가능하기 때문에 개개의 프로세스챔버에 부착설치하는 것이 가능하다.
또한 발명에 의하면, 배기가스는 좁은 단면내에서 긴 거리를 통과하는 동안에 플라즈마의 영향을 받기 때문에, 배기가스의 분해효율이 높아진다.
또한 발명에 의하면, 반응유로 유출측의 플라즈마용기에 포착제를 충전해 두면, 분해된 가스성분을 포집할 수가 있다.
또한 발명에 의하면, 울형상 완충재를 사용함으로써, 분말형상흡수제를 플라즈마용기 내에 거의 균등하게 확산하여 배치할 수 있기 때문에, 가스의 포집을 효과적으로 할 수 있다.
또한 발명에 의하면, 플라즈마의 근처에 물 또는 수증기가 공급되기 때문에, 배기가스중의 수용성의 반응생성물을 기상으로부터 신속하게 배제하여, 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
또한 발명에 의하면, 반응유로내에서 발생하고 있는 플라즈마에 물 또는 수 증기를 토출시키기 때문에, 플라즈마와의 반응시간이 길어져서, 보다 분해반응을 촉진시킬 수 있다.
또한 발명에 의하면, 배기가스의 유량이 적은 경우이더라도, 플라즈마를 반응유로중에 충만시킬 수 있다.
또한 발명에 의하면, 물저장부내의 물이 액체전극으로 되기 때문에 고압전극과 수면사이에 플라즈마가 발생하고, 배기가스는 이 플라즈마영역을 통과하는 동안에 분해된다. 분해된 성분 중 수용성성분은 물 속에 포집되기 때문에, 물과 같이 배출하고 처리할 수 있다.
또한 발명에 의하면, 절연물에 형성한 반응유로 아래쪽의 수면에서 증발한 물을 대략 절두원추형의 절연물의 바깥쪽을 따라서 물저장부내로 되돌리기 때문에, 반응유로에 물방울이 부착되지 않고, 방전에 주는 요란을 방지할 수 있다.
또한 발명에 의하면, 반응유로내에서 발생하고 있는 플라즈마에 접근시켜서 물 또는 수증기를 공급하기 때문에, 물과의 반응이 가장 활발하게 되어, 배기가스의 분해반응을 촉진할 수 있다.
또한 발명에 의하면, 수로내를 통과시키는 동안에 가열한 온수 또는 수증기를 반응유로내에 공급할 수가 있기 때문에, 플라즈마와 물과의 반응이 효과적으로 행하여져, 분해반응이 촉진된다.
또한 발명에 의하면, 유해물질의 분해를 효율적으로 행할 수 있고, 유해물질이 가령 CF4를 포함하는 PFC 등의 불소화합물이더라도, 효과적으로 분해할 수 있다. 또한, 소형이고 간단한 구조로 할 수 있어 개개의 프로세스챔버에 부착설치하는 것도 가능하다. 또한, 유해물질의 분해반응이 촉진됨과 동시에, 수용성반응생성물을 효율적으로 물에 흡수시킬 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다.
또한 발명에 의하면, 반응유로 내벽은 항상 물의 막에 의해서 덮여져 있기 때문에, 반응활성종에 의한 반응유로내벽의 침식을 막을 수 있다.
또한 발명에 의하면, 접지전극이 자동적으로 냉각되어, 전극의 소모를 억제할 수 있고, 더구나, 유해물질이 반응유로를 흐를 때에 접지전극이 저항으로 되지 않는다.
또한 발명에 의하면, 접지전극이 직접 플라즈마에 접하기 때문에, 물의 저항에 의한 전력손실을 없앨 수 있다.
또한 발명에 의하면, 방전개시때에 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다.
또한 발명이 의하면, 방전개시때에는, 고압전극에 가까운 접지전극에 통전하면, 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 고압전극으로부터 떨어진 접지전극으로 통전하는 접지전극을 바꿔 가면, 플라즈마의 길이를 길게 할 수가 있다. 따라서, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다. 더구나, 통전하는 전극을 바꾸는 것만으로 플라즈마의 길이를 변화시킬 수 있기 때문에, 장치의 구조를 간단하게 할 수 있다.
또한 발명에 의하면, 방전개시때에 플라즈마를 용이하게 형성할 수가 있다. 또한, 플라즈마가 형성된 후, 플라즈마와 유해물질과의 반응하는 면적을 크게 할 수 있기 때문에, 유해물질의 분해·분리효율을 높일 수 있다. 더구나, 유해물질의 분해효율을 향상시킬 수 있다.
또한 발명에 의하면, 고압전극의 표면을 화학적으로 안정하게 유지할 수 있기 때문에, 유해물질에 의해서 전극이 부식되는 것을 막을 수 있다.
또한 발명에 의하면, 반응유로의 유출측으로부터 배출되는 수용성반응생성물을 효율적으로 물에 흡수시켜 제거할 수가 있고, 더구나 장치의 배기측이 열에 의해서 손상하는 것을 막을 수 있다.
또한 발명에 의하면, 대기압하에서 배기가스를 분해처리하기 때문에, 피처리물처리장치를 소형화할 수 있고, 흡인용 펌프의 유출측에서 처리함으로써 프로세스챔버에 수분을 역류시키는 일이 없이, 플라즈마설비를 손상, 또는 수명을 단축하는 일이 없다. 그리고, 개개의 프로세스챔버로의 부착설치도 용이하다.
또한 발명에 의하면, 흡인용 펌프내에 끼워 설치한 제 1 피처리물처리장치에서 분해되지 않고 남은 가스도, 또한 흡인용 펌프유출측의 제 2 처리장치에서 분해할 수 있기 때문에, 배기가스의 분해효율을 더욱 높일 수가 있다.

Claims (22)

  1. 피처리물이 통과하는 캐피러리(capillary) 형상의 가늘고 긴 반응유로와, 상기 반응유로의 일끝단 측에 배치되는 고압전극과, 상기 반응유로의 다른 끝단측에 배치되는 접지전극을 구비하고, 상기 반응유로 내벽의 적어도 일부에 물을 유동시켜, 대기압하에서 상기 반응유로의 축선방향으로 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응유로의 유입측에 상기 고압전극을 배치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 반응유로의 유출측에 플라즈마용기를 배치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 반응유로를 상기 접지전극에 의하여 형성한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 반응유로의 유입측으로부터 물이 공급되고, 상기 물은 상기 반응유로의 유출측으로부터 배출되는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반응유로의 바깥둘레부에 물 저장부가 형성되고, 상기 물 저장부내의 물을 상기 반응유로에 공급하는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 물 저장부내의 물을, 상기 반응유로의 유입측 끝단부로부터 상기 반응유로내에 공급하는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  8. 고압전극과 접지전극과의 사이에 절연물에 의하여 반응유로를 형성하고, 상기 반응유로의 유입측에 상기 고압전극을 배치하며, 상기 반응유로의 유출측에 물저장부를 설치하고, 대기압 하에서 상기 반응유로의 축선방향으로 플라즈마를 발생시키는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 반응유로의 주위에 수로를 설치하고, 상기 수로를 통과하여 가열한 물을 상기 반응유로내에 공급하는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 반응유로의 유출측에 물 또는 수증기를 공급하고, 플라즈마와 접촉한 후의 물을 배출시키는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 반응유로의 주위에 수로를 설치하고, 상기 수로를 통과하여 가열한 물을 상기 반응유로내에 공급하는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  12. 고압전극과 접지전극을 사용하여, 피처리물이 통과하는 반응유로내에 플라즈마를 대기압하에서 발생시키는 피처리물처리장치로서, 상기 반응유로의 유입측에 상기 고압전극을, 상기 반응유로의 내부에 상기 접지전극을 각각 배치하여, 상기 반응유로 내벽을 따라 물을 아래로 흐르게 하고, 상기 반응유로의 축선방향으로 플라즈마를 발생시킨 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 반응유로의 주위에 물저장부를 설치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 접지전극을, 상기 반응유로의 내벽에 설치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  15. 제 12 항에 있어서, 상기 접지전극을, 상기 반응유로의 중심선상에 설치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  16. 제 12 항에 있어서, 상기 접지전극을, 상기 반응유로의 길이방향으로 이동 가능하게 설치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  17. 제 12 항에 있어서, 상기 접지전극을, 여러 개 설치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  18. 제 12 항에 있어서, 상기 고압전극을, 상기 반응유로에 근접 이격 가능하게 설치한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  19. 제 12 항에 있어서, 상기 고압전극을, 백금으로 구성한 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  20. 제 12 항에 있어서, 상기 반응유로의 유출측으로 상기 물을 유출시키는 것을 특징으로 하는 피처리물처리장치.
  21. 고압전극과 접지전극을 사용하여, 피처리물이 통과하는 반응유로의 내벽을 따라서 물을 아래로 흐르게 하고, 대기압하에서 상기 반응유로의 축선방향으로 플라즈마를 발생시키는 피처리물처리장치를 사용한 플라즈마설비로서, 플라즈마처리를 하는 프로세스챔버의 배기관에 고진공 배기펌프를 접속하고, 상기 고진공 배기펌프의 배기관에 복수단의 펌프를 직렬 접속한 흡인용 펌프(roughing vacuum pump)를 접속하며, 상기 흡인용 펌프의 배기관에 상기 피처리물처리장치를 접속한 것을 특징으로 하는 플라즈마설비.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 흡인용 펌프를 구성하는 복수단의 펌프사이의 배기관에, 상기 피처리물처리장치를 부가한 것을 특징으로 하는 플라즈마설비.
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