知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024053878
(43)【公開日】2024-04-16
(54)【発明の名称】排ガス処理装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/68 20060101AFI20240409BHJP
B01D 53/56 20060101ALI20240409BHJP
B01D 53/46 20060101ALI20240409BHJP
B01D 53/78 20060101ALI20240409BHJP
H05H 1/30 20060101ALI20240409BHJP
H05H 1/24 20060101ALI20240409BHJP
【ＦＩ】
B01D53/68 200
B01D53/56 400
B01D53/46
B01D53/78
H05H1/30
H05H1/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】15
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022160359
(22)【出願日】2022-10-04
(71)【出願人】
【識別番号】000000239
【氏名又は名称】株式会社荏原製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100118500
【弁理士】
【氏名又は名称】廣澤 哲也
(74)【代理人】
【氏名又は名称】渡邉 勇
(74)【代理人】
【識別番号】100174089
【弁理士】
【氏名又は名称】郷戸 学
(74)【代理人】
【識別番号】100186749
【弁理士】
【氏名又は名称】金沢 充博
(72)【発明者】
【氏名】社本 光弘
(72)【発明者】
【氏名】京谷 敬史
【テーマコード（参考）】
2G084
4D002
【Ｆターム（参考）】
2G084AA18
2G084AA19
2G084BB11
2G084BB23
2G084BB35
2G084BB37
2G084CC02
2G084CC03
2G084CC08
2G084CC14
2G084CC21
2G084CC33
2G084CC34
2G084CC35
2G084DD01
2G084DD04
2G084DD12
2G084DD19
2G084DD22
2G084DD25
2G084DD32
2G084DD44
2G084DD51
2G084FF14
2G084FF15
2G084FF39
2G084GG23
4D002AA12
4D002AA13
4D002AA17
4D002AA18
4D002AA22
4D002AA23
4D002AA24
4D002AA26
4D002AC10
4D002BA02
4D002BA07
4D002CA03
4D002CA13
4D002DA35
4D002DA70
4D002FA10
(57)【要約】
【課題】装置を大型化することなく、排ガスに含まれる有毒ガスを効率よく除害することが可能な排ガス処理装置を提供する。
【解決手段】排ガス処理装置１００は、液体が流れる流路１ａが形成された本体１と、本体１に連結され、液体が流れる流路１ａに排ガスを供給する排ガス供給ライン２と、排ガス供給ライン２から流路１ａに排ガスを吸引する吸引装置３と、流路１ａに低温プラズマを発生させて、有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置５と、本体１から低温プラズマ発生装置５を通過した排ガスを排出する排出ライン７と、を備える。
【選択図】図５
【解決手段】排ガス処理装置１００は、液体が流れる流路１ａが形成された本体１と、本体１に連結され、液体が流れる流路１ａに排ガスを供給する排ガス供給ライン２と、排ガス供給ライン２から流路１ａに排ガスを吸引する吸引装置３と、流路１ａに低温プラズマを発生させて、有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置５と、本体１から低温プラズマ発生装置５を通過した排ガスを排出する排出ライン７と、を備える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
排ガスに含まれる有害ガスを無害化する排ガス処理装置であって、
液体が流れる流路が形成された本体と、
前記本体に連結され、前記液体が流れる流路に前記排ガスを供給する排ガス供給ラインと、
前記排ガス供給ラインから前記流路に前記排ガスを吸引する吸引装置と、
前記流路に低温プラズマを発生させて、前記有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置と、
前記本体から前記低温プラズマ発生装置を通過した排ガスを排出する排出ラインと、を備える、排ガス処理装置。
液体が流れる流路が形成された本体と、
前記本体に連結され、前記液体が流れる流路に前記排ガスを供給する排ガス供給ラインと、
前記排ガス供給ラインから前記流路に前記排ガスを吸引する吸引装置と、
前記流路に低温プラズマを発生させて、前記有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置と、
前記本体から前記低温プラズマ発生装置を通過した排ガスを排出する排出ラインと、を備える、排ガス処理装置。
【請求項2】
排ガスに含まれる有害ガスを無害化する排ガス処理装置であって、
液体が流れる流路が形成された本体と、
前記本体に連結され、前記液体が流れる流路に前記排ガスを供給する排ガス供給ラインと、
前記排ガス供給ラインから前記流路に前記排ガスを吸引する吸引装置と、
前記排ガス供給ラインに低温プラズマを発生させて、前記有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置と、
前記本体から前記低温プラズマによって分解された有害ガスを含む排ガスを排出する排出ラインと、を備える、排ガス処理装置。
液体が流れる流路が形成された本体と、
前記本体に連結され、前記液体が流れる流路に前記排ガスを供給する排ガス供給ラインと、
前記排ガス供給ラインから前記流路に前記排ガスを吸引する吸引装置と、
前記排ガス供給ラインに低温プラズマを発生させて、前記有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置と、
前記本体から前記低温プラズマによって分解された有害ガスを含む排ガスを排出する排出ラインと、を備える、排ガス処理装置。
【請求項3】
前記吸引装置は、前記液体の流れ方向で見て前記低温プラズマ発生装置よりも上流側で前記流路に配置されたエゼクタを含み、
前記エゼクタの駆動流体は、前記液体である、請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記エゼクタの駆動流体は、前記液体である、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項4】
前記吸引装置は、前記排出ラインに配置されたエゼクタを含み、
前記エゼクタに駆動流体を供給することで、前記本体の内部空間を減圧して、前記排ガスを前記排ガス供給ラインから前記本体に吸引する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
前記エゼクタに駆動流体を供給することで、前記本体の内部空間を減圧して、前記排ガスを前記排ガス供給ラインから前記本体に吸引する、請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項5】
前記流路を流れる液体と排ガスの一部を逆流させて、前記液体と前記排ガスが前記低温プラズマ発生装置に留まる時間を増加させるための環流機構をさらに備え、
前記環流機構は、
前記流路の壁面に連結され、前記液体の流れ方向の上流側に向かって縮径する第１テーパ管と、
前記液体の流れ方向で見て、前記第１テーパ管よりも上流側で前記流路と隙間を開けて配置され、前記液体と前記排ガスを、前記流路の壁面に向かう第１流と、前記流路の中央を流れる第２流とに分割する第２テーパ管と、を含み、
前記第１テーパ管によって、前記第１流が前記第２流に向かって前記流路を逆流する、請求項３に記載の排ガス処理装置。
前記環流機構は、
前記流路の壁面に連結され、前記液体の流れ方向の上流側に向かって縮径する第１テーパ管と、
前記液体の流れ方向で見て、前記第１テーパ管よりも上流側で前記流路と隙間を開けて配置され、前記液体と前記排ガスを、前記流路の壁面に向かう第１流と、前記流路の中央を流れる第２流とに分割する第２テーパ管と、を含み、
前記第１テーパ管によって、前記第１流が前記第２流に向かって前記流路を逆流する、請求項３に記載の排ガス処理装置。
【請求項6】
前記プラズマ発生装置は、
高圧電源装置と、
前記流路に配置された少なくとも一対の第１電極および第２電極と、を含み、
前記高圧電源によって、前記第１電極と前記第２電極との間に低温プラズマを発生させる、請求項３または４に記載の排ガス処理装置。
高圧電源装置と、
前記流路に配置された少なくとも一対の第１電極および第２電極と、を含み、
前記高圧電源によって、前記第１電極と前記第２電極との間に低温プラズマを発生させる、請求項３または４に記載の排ガス処理装置。
【請求項7】
前記プラズマ発生装置は、
マイクロ波を放射可能なマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝搬するための導波部と、
導波部内に配置された前記マイクロ波のインピーダンスを調整する整合部と、
前記マイクロ波による電界を集中させるスロットアンテナと、を含み、
前記スロットアンテナの表面で、前記液体中の排ガスを低温プラズマ化する、請求項３または４に記載の排ガス処理装置。
マイクロ波を放射可能なマイクロ波発生装置と、
前記マイクロ波を伝搬するための導波部と、
導波部内に配置された前記マイクロ波のインピーダンスを調整する整合部と、
前記マイクロ波による電界を集中させるスロットアンテナと、を含み、
前記スロットアンテナの表面で、前記液体中の排ガスを低温プラズマ化する、請求項３または４に記載の排ガス処理装置。
【請求項8】
前記第１電極および／または前記第２電極の外表面の一部または全部が誘電体で被覆されている、請求項６に記載の排ガス処理装置。
【請求項9】
前記有害ガスは、フッ素化合物、窒素化合物、またはシラン系化合物であり、
前記液体は、純水、超純水、イオン交換水、または電解液である、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
前記液体は、純水、超純水、イオン交換水、または電解液である、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項10】
前記排ガスを処理している間、本体の内部空間の雰囲気は、大気圧または準大気圧に維持される、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項11】
前記排ガス供給ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバーに連結された真空ポンプから前記本体に延びるか、または前記真空ポンプに連結された排ガス処理装置から前記本体に延びる、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項12】
前記排ガス供給ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバーに連結された真空ポンプに内蔵されるか、または一体化され、
前記本体は、前記真空ポンプに直結される、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
前記本体は、前記真空ポンプに直結される、請求項１または２に記載の排ガス処理装置。
【請求項13】
前記排出ラインは、前記本体から、湿式排ガス処理装置、燃焼式排ガス処理装置、または乾式排ガス処理装置まで延びる、請求項１１に記載の排ガス処理装置。
【請求項14】
前記第２電極には、前記液体に前記排ガスを導入する少なくとも１つの排ガス導入口が形成されており、
前記排ガス供給ラインは、前記排ガス導入口が形成された前記第２電極に連結される、請求項６に記載の排ガス処理装置。
前記排ガス供給ラインは、前記排ガス導入口が形成された前記第２電極に連結される、請求項６に記載の排ガス処理装置。
【請求項15】
前記プラズマ発生装置は、
複数対の第１電極および第２電極を備えるか、または
複数の電極棒を有する第１電極、および第２電極を備える、請求項６に記載の排ガス処理装置。
複数対の第１電極および第２電極を備えるか、または
複数の電極棒を有する第１電極、および第２電極を備える、請求項６に記載の排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、人体に有害なガス（例えば、シランガス（ＳｉＨ４））および／または環境に有害なガス（例えば、地球温暖化ガス、およびオゾン層破壊ガス）を含む排ガスを分解処理する排ガス処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
様々な産業分野において、人体に有害なガスおよび／または環境に有害なガス（以下、単に「有害ガス」と総称する）が使用されている。例えば、半導体製造装置からはシランガス（ＳｉＨ４）などの可燃性を有する有害ガス、またはＮＦ３，ＣｌＦ３，ＳＦ６，ＣＨＦ３，Ｃ２Ｆ６，ＣＦ４などハロゲン系の有害ガスが含まれる排ガスが排出される。
【0003】
このような排ガスは、そのままでは大気に放出することはできない。そこで、有害ガスを含む排ガスを排ガス処理装置に導いて、有害ガスを無害化することが一般的に行われている。排ガス中の有害ガスを無害化処理する方法としては、例えば、バーナーにより発生させた火炎を用いて有害ガスを燃焼させる燃焼処理（例えば、特許文献１参照）が広く用いられている。さらに、プラズマ発生部に熱プラズマを発生させ、この熱プラズマによって有害ガスを分解するプラズマ処理も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００８－１６１８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
燃焼処理およびプラズマ処理のいずれの場合も、排ガスの処理部が高温となる。より具体的には、燃焼処理では、火炎が形成されるバーナー自体、およびその周辺が高温となり、バーナー自体およびバーナー周辺の機器の消耗が著しくなる。プラズマ処理では、熱プラズマを発生させるプラズマ発生部、およびその周辺が高温となり、プラズマ電極などのプラズマ発生部自体、およびプラズマ発生部の周辺の機器の消耗が著しくなる。
【0006】
さらに、燃焼処理およびプラズマ処理のいずれの場合も、処理後の排ガスが非常に高温となるため、処理後の排ガスを冷却する設備（例えば、スクラバー）が必要となる。なお、処理する排ガスに含まれる有害ガスの種類によっては、燃焼処理後またはプラズマ処理後の排ガスに、粉塵（例えば、二酸化ケイ素）および腐食性ガス（例えば、フッ化水素）などの副生成物が含まれる。これら副生成物を処理後の排ガスから除去するための設備も必要となる。そのため、従来の排ガス処理方法では、装置が大型化しやすく、排ガス処理装置が高額な設備となるおそれがある。
【0007】
そこで、本発明は、装置を大型化することなく、排ガスに含まれる有毒ガスを効率よく除害することが可能な排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一態様では、排ガスに含まれる有害ガスを無害化する排ガス処理装置であって、液体が流れる流路が形成された本体と、前記本体に連結され、前記液体が流れる流路に前記排ガスを供給する排ガス供給ラインと、前記排ガス供給ラインから前記流路に前記排ガスを吸引する吸引装置と、前記流路に低温プラズマを発生させて、前記有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置と、前記本体から前記低温プラズマ発生装置を通過した排ガスを排出する排出ラインと、を備える、排ガス処理装置が提供される。
【0009】
一態様では、排ガスに含まれる有害ガスを無害化する排ガス処理装置であって、液体が流れる流路が形成された本体と、前記本体に連結され、前記液体が流れる流路に前記排ガスを供給する排ガス供給ラインと、前記排ガス供給ラインから前記流路に前記排ガスを吸引する吸引装置と、前記排ガス供給ラインに低温プラズマを発生させて、前記有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置と、前記本体から前記低温プラズマによって分解された有害ガスを含む排ガスを排出する排出ラインと、を備える、排ガス処理装置が提供される。
【0010】
一態様では、前記吸引装置は、前記液体の流れ方向で見て前記低温プラズマ発生装置よりも上流側で前記流路に配置されたエゼクタを含み、前記エゼクタの駆動流体は、前記液体である。
一態様では、前記吸引装置は、前記排出ラインに配置されたエゼクタを含み、前記エゼクタに駆動流体を供給することで、前記本体の内部空間を減圧して、前記排ガスを前記排ガス供給ラインから前記本体に吸引する。
一態様では、前記排ガス処理装置は、前記流路を流れる液体と排ガスの一部を逆流させて、前記液体と前記排ガスが前記低温プラズマ発生装置に留まる時間を増加させるための環流機構をさらに備え、前記環流機構は、前記流路の壁面に連結され、前記液体の流れ方向の上流側に向かって縮径する第１テーパ管と、前記液体の流れ方向で見て、前記第１テーパ管よりも上流側で前記流路と隙間を開けて配置され、前記液体と前記排ガスを、前記流路の壁面に向かう第１流と、前記流路の中央を流れる第２流とに分割する第２テーパ管と、を含み、前記第１テーパ管によって、前記第１流が前記第２流に向かって前記流路を逆流する。
一態様では、前記吸引装置は、前記排出ラインに配置されたエゼクタを含み、前記エゼクタに駆動流体を供給することで、前記本体の内部空間を減圧して、前記排ガスを前記排ガス供給ラインから前記本体に吸引する。
一態様では、前記排ガス処理装置は、前記流路を流れる液体と排ガスの一部を逆流させて、前記液体と前記排ガスが前記低温プラズマ発生装置に留まる時間を増加させるための環流機構をさらに備え、前記環流機構は、前記流路の壁面に連結され、前記液体の流れ方向の上流側に向かって縮径する第１テーパ管と、前記液体の流れ方向で見て、前記第１テーパ管よりも上流側で前記流路と隙間を開けて配置され、前記液体と前記排ガスを、前記流路の壁面に向かう第１流と、前記流路の中央を流れる第２流とに分割する第２テーパ管と、を含み、前記第１テーパ管によって、前記第１流が前記第２流に向かって前記流路を逆流する。
【0011】
一態様では、前記プラズマ発生装置は、高圧電源装置と、前記流路に配置された少なくとも一対の第１電極および第２電極と、を含み、前記高圧電源によって、前記第１電極と前記第２電極との間に低温プラズマを発生させる。
一態様では、前記プラズマ発生装置は、マイクロ波を放射可能なマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波を伝搬するための導波部と、導波部内に配置された前記マイクロ波のインピーダンスを調整する整合部と、前記マイクロ波による電界を集中させるスロットアンテナと、を含み、前記スロットアンテナの表面で、前記液体中の排ガスを低温プラズマ化する。
一態様では、前記第１電極および／または前記第２電極の外表面の一部または全部が誘電体で被覆されている。
一態様では、前記プラズマ発生装置は、マイクロ波を放射可能なマイクロ波発生装置と、前記マイクロ波を伝搬するための導波部と、導波部内に配置された前記マイクロ波のインピーダンスを調整する整合部と、前記マイクロ波による電界を集中させるスロットアンテナと、を含み、前記スロットアンテナの表面で、前記液体中の排ガスを低温プラズマ化する。
一態様では、前記第１電極および／または前記第２電極の外表面の一部または全部が誘電体で被覆されている。
【0012】
一態様では、前記有害ガスは、フッ素化合物、窒素化合物、またはシラン系化合物であり、前記液体は、純水、超純水、イオン交換水、または電解液である。
一態様では、前記排ガスを処理している間、本体の内部空間の雰囲気は、大気圧または準大気圧に維持される。
一態様では、前記排ガス供給ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバーに連結された真空ポンプから前記本体に延びるか、または前記真空ポンプに連結された排ガス処理装置から前記本体に延びる。
一態様では、前記排ガス供給ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバーに連結された真空ポンプに内蔵されるか、または一体化され、前記本体は、前記真空ポンプに直結される。
一態様では、前記排ガスを処理している間、本体の内部空間の雰囲気は、大気圧または準大気圧に維持される。
一態様では、前記排ガス供給ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバーに連結された真空ポンプから前記本体に延びるか、または前記真空ポンプに連結された排ガス処理装置から前記本体に延びる。
一態様では、前記排ガス供給ラインは、半導体製造装置のプロセスチャンバーに連結された真空ポンプに内蔵されるか、または一体化され、前記本体は、前記真空ポンプに直結される。
【0013】
一態様では、前記排出ラインは、前記本体から、湿式排ガス処理装置、燃焼式排ガス処理装置、または乾式排ガス処理装置まで延びる。
一態様では、前記第２電極には、前記液体に前記排ガスを導入する少なくとも１つの排ガス導入口が形成されており、前記排ガス供給ラインは、前記排ガス導入口が形成された前記第２電極に連結される。
一態様では、前記プラズマ発生装置は、複数対の第１電極および第２電極を備えるか、または複数の電極棒を有する第１電極、および第２電極を備える。
一態様では、前記第２電極には、前記液体に前記排ガスを導入する少なくとも１つの排ガス導入口が形成されており、前記排ガス供給ラインは、前記排ガス導入口が形成された前記第２電極に連結される。
一態様では、前記プラズマ発生装置は、複数対の第１電極および第２電極を備えるか、または複数の電極棒を有する第１電極、および第２電極を備える。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、低温プラズマによって有害ガスが分解されるため、従来の排ガス処理装置で必要である冷却設備（例えば、スクラバー）が不要であり、排ガス処理装置を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は、一実施形態に係る排ガス処理装置を示す模式図である。図１に示す排ガス処理装置は、排ガスに含まれる有害ガスを無害化するための装置である。排ガスは、例えば、半導体製造装置のプロセスチャンバーから排出され、排ガス処理装置に導入される。有害ガスは、例えば、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＳＦ６，ＮＦ３，ＣｌＦ３，ＨＦなどのフッ素化合物、ＨＢｒ，Ｃｌ２などのハロゲン化合物、ＮＨ３、ＮＯｘなどの窒素化合物、またはＳｉＨ４，ＤＣＳ（dichlorosilane），ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）などのシラン系化合物である。
図１は、一実施形態に係る排ガス処理装置を示す模式図である。図１に示す排ガス処理装置は、排ガスに含まれる有害ガスを無害化するための装置である。排ガスは、例えば、半導体製造装置のプロセスチャンバーから排出され、排ガス処理装置に導入される。有害ガスは、例えば、ＣＦ４，Ｃ２Ｆ６，ＳＦ６，ＮＦ３，ＣｌＦ３，ＨＦなどのフッ素化合物、ＨＢｒ，Ｃｌ２などのハロゲン化合物、ＮＨ３、ＮＯｘなどの窒素化合物、またはＳｉＨ４，ＤＣＳ（dichlorosilane），ＴＥＯＳ（Tetraethyl orthosilicate）などのシラン系化合物である。
【0017】
図１に示す排ガス処理装置１００は、液体が流れる流路１ａが形成された本体１と、本体１に連結され、流路１ａに液体を供給する液体供給ライン１０と、本体１に連結され、液体が流れる流路１ａに排ガスを供給する排ガス供給ライン２と、排ガス供給ライン２から流路１ａに排ガスを吸引する吸引装置３と、流路１ａに低温プラズマを発生させて、有害ガスを分解する低温プラズマ発生装置５と、本体１から低温プラズマ発生装置５を通過した排ガスを排出する排出ライン７と、を備える。液体は、液体供給ライン１０を介して本体１の流路１ａに供給される。流路１ａに供給される液体の種類は、排ガス供給ライン２から流路１ａに吸い込まれる排ガス中の有害ガスによって適宜選択される。液体の例としては、純水、超純水、およびイオン交換水が挙げられる。一実施形態では、液体は、電解液またはアルコールであってもよい。本実施形態では、排出ライン７は、処理後の排ガスだけでなく、液体も排出する。
【0018】
図１に示す本体１は、鉛直方向に延びる円筒形状を有しており、流路１ａも本体１内で鉛直方向に延びている。本実施形態では、吸引装置３は、本体１に配置され、流路１ａを流れる液体を駆動流体として用いるエゼクタである。排ガス供給ライン２は、吸引装置３を介して本体１に連結されている。エゼクタである吸引装置３において、排ガス供給ライン２を流れる排ガスが吸引装置３の吸引ガスとして扱われる。すなわち、吸引装置３に液体を流すことで、排ガスが排ガス供給ライン２を介して本体１の流路１ａに吸い込まれ、吸引装置３で液体と混合される。この際、排ガスは、気泡となって液体に混合され、気泡となった排ガスを含む液体が吸引装置３から流路１ａに吐出される。本実施形態では、本体１の内部空間である流路１ａの雰囲気は、大気圧または準大気圧に維持される
【0019】
なお、図１では、２本の排ガス供給ライン２が描かれているが、排ガス供給ライン２の数は、吸引装置３による排ガスの吸引能力、および低温プラズマ発生装置５による有害ガスの処理能力（分解能力）に応じて適宜決定すればよい。言い換えれば、排ガス処理装置１００は、少なくとも１つの排ガス供給ライン２を備える。
【0020】
低温プラズマ発生装置５は、流路１ａを流れる液体の流れ方向で見て、吸引装置３の下流側の本体１に設けられており、流路１ａを流れる液体中の排ガスに低温プラズマを発生させる。図２は、一実施形態に係る低温プラズマ発生部を示す模式図である。図２に示す低温プラズマ発生装置５は、高圧電源装置１１と、流路１ａを流れる液体内に配置された第１電極１４および第２電極１５と、を含んでいる。第１電極１４と第２電極１５は、それぞれ、高圧電源装置１１に接続されている。高圧電源装置１１を操作することによって、第１電極１４と第２電極１５との間を流れる液中の排ガスに低温プラズマを発生させる。
【0021】
低温プラズマは、一般に、プラズマ中における電子密度、または中性粒子の密度が低いことから、電子の平均自由工程が長く、電子は１から１０ｅＶ（１００００～１０００００Ｋ相当）の高エネルギを有する一方で、中性粒子は室温程度のままである、いわゆる「弱電離プラズマ」のことを言う。このような低温プラズマを液中で発生させるための高圧電源装置１１によって第１電極１４と第２電極１５との間に発生される放電現象は、例えば、グロー放電である。
【0022】
第１電極１４と第２電極１５との間に放電現象を発生させるために、高圧電源装置１１は、第１電極１４と第２電極１５にパルス波形を有する電圧を印加する高圧電源１２を含んでいる。高圧電源１２の例としては、直流電源、交流電源、バイポーラ電源、ユニポーラ電源、パルス電源、または高周波電源が挙げられる。高圧電源１２の種類によっては、高圧電源装置１１はパルスジェネレータ（図示しない）を含んでもよい。
【0023】
図２に仮想線（点線）で示すように、低温プラズマ発生装置５は、複数対（図２では３対の）の第１電極１４と第２電極１５を有していてもよい。図２に示した例では、高圧電源１２は、全て、または任意の第１電極１４と第２電極１５の対にパルス電圧を供給する。図示はしないが、低温プラズマ発生装置５は、第１電極１４と第２電極１５の各対にパルス電圧を供給する複数の高圧電源１２を備えていてもよい。
【0024】
低温プラズマ発生装置５によって、流路１ａを流れる液体中の排ガスに低温プラズマが発生され、この低温プラズマによって排ガス中の有害ガスが分解される。本実施形態では、本体１は、その内部に形成された流路１ａを流れる液体中の有害ガスを低温プラズマによって分解するためのリアクタとして機能する。液中に発生させた低温プラズマによって有害ガスが分解されるため、処理後の排ガスは液体によって直ちに冷却される。そのため、従来の排ガス処理装置で必要である冷却設備（例えば、水壁、またはスクラバー）が不要であり、排ガス処理装置を小型化することができる。さらに、有害ガスを分解することで生成される粉塵、および腐食性ガスなどの副生成物も、流路１ａを流れる液体ともに本体１から直ちに排出される。例えば、有害ガスを分解することで発生したフッ酸などの酸性ガスは、液体に直ちに溶解し、希釈されて、排出ライン７に排出される。そのため、排ガス処理装置１００の構成要素への腐食ダメージ、および粉塵の固着が抑制される。さらに、有害ガスを分解するためのプラズマ自体が低温であり、かつ流路１ａを流れる流水によって第１電極１４および第２電極１５が冷却される。そのため、熱溶解および腐食による電極１４，１５の消耗が抑制され、排ガス処理装置１００のランニングコストを低減できる。
【0025】
一実施形態では、第１電極１４および／または第２電極１５の外表面の一部または全部を誘電体で被覆してもよい。誘電体によって、排ガスに含まれる有害ガス、および有害ガスが分解されることで生成される副生成物から第１電極１４および／または第２電極１５を保護することができる。さらに、誘電体によって、第１電極１４および／または第２電極１５の導体部とプラズマが直接接触しないので、第１電極１４および／または第２電極１５の局所的な消耗を抑制することができる。
【0026】
図３は、他の実施形態に係る低温プラズマ発生装置を示す模式図である。図３に示す低温プラズマ発生装置５は、マイクロ波を放射可能なマイクロ波発生装置１７と、マイクロ波発生装置１７から放射されたマイクロ波を伝搬するための導波管（導波部）１８と、導波管１８内に配置され、マイクロ波のインピーダンスを調整するための整合部（アイソレータ）１９と、導波管１８内のマイクロ波による電界を集中させるスロットアンテナ２０と、を含んでいる。スロットアンテナ２０は、本体１の流路１ａ内に配置されている。本実施形態では、スロットアンテナ２０の表面に集中させたマイクロ波で電子振動を発生させ、流路１ａを流れる排ガス（の気泡）に低温プラズマを発生させる。排ガス中の有害ガスは、低温プラズマによって分解される。
【0027】
図３に示すように、低温プラズマ発生装置５は、本体１の流路１ａに気泡を発生させる気泡発生機構４０を備えていてもよい。図３に示す気泡発生機構４０は、本体１の流路１ａに連通し、気泡となったガスを流路１ａに供給する気泡ライン４１と、気泡ライン４１に配置された気泡発生器４２と、を含んでいる。気泡発生器４２の例としては、マイクロバブル発生器、超音波振動器などが挙げられる。気泡ライン４１には、排ガスが供給され、気泡ライン４１を介して、本体１の流路１ａに排ガスが供給される。
【0028】
図４は、本体に配置される環流機構の一例を示す模式図である。環流機構は、排ガスに含まれる有害ガスを効率よく分解するために、流路１ａを流れる液体の一部を逆流させて、液体と排ガスが低温プラズマ発生装置５に留まる時間を増加させるための機構である。
【0029】
図４に示す環流機構２５は、本体１の流路１ａの壁面に連結される第１テーパ管２６と、流路１ａを流れる液体の流れ方向で見て、第１テーパ管２６の上流側に配置される第２テーパ管２７と、を備える。第１テーパ管２６は、その中央部に開口を備えた円錐形状を有しており、第１テーパ管２６の末端は、流路１ａの壁面に隙間を開けずに連結されている。第１テーパ管２６の末端とは、第１テーパ管２６の最大直径を有する部分である。一方で、第２テーパ管２７も、その中央部に開口を備えた円錐形状を有しており、第２テーパ管２７の末端は、流路１ａの壁面とは隙間を開けて配置されている。本実施形態では、第２テーパ管２７は、図示しない支持具によって本体１に連結されており、流路１ａの縦断面で見たときに、第１テーパ管２６と第２テーパ管２７とは、同心状に配置されている。
【0030】
液体と排ガスが第２テーパ管２７を通過する際に、液体と排ガスは、第２テーパ管２７の外面を通って流路１ａの壁面に向かう第１流Ｆ１と、第２テーパ管２７の中央部開口を通って流路１ａの中央を流れる第２流Ｆ２とに分割される。第１流Ｆ１は、第１テーパ管２６によって流路１ａをそのまま流れることを阻害され、第１テーパ管２６の外面（上面）に沿って、流路１ａを逆流する。その結果、第１流Ｆ１は、流路１ａの中央を流れる第２流Ｆ２に合流し、該第２流Ｆ２を阻害する。本実施形態では、プラズマ発生装置５は、第１流Ｆ１と第２流Ｆ２との合流部に低温プラズマを発生させるように構成されている。具体的には、第１電極１４と第２電極１５とは、第２テーパ管２７の壁面を貫通して延びており、低温プラズマは第２テーパ管２７の内側に発生される。このような環流機構２５によれば、排ガスが、該排ガスを低温プラズマ化させる第１電極１４と第２電極１５周辺に留まる時間を増加させることができ、その結果、排ガス中の有害ガスを効率的に分解することができる。
【0031】
図４に示すように、低温プラズマ発生装置５が備える第１電極１４と第２電極１５の対の数に応じて、環流機構２５を設けてもよい。
【0032】
図５は、他の実施形態に係る排ガス処理装置の模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同様であるため、その重複する説明を省略する。
【0033】
図５に示す排ガス処理装置２００は、越流堰１ｂを備えた槽として構成される本体１を有する。本体１の内部空間は、越流堰１ｂによって、低温プラズマ発生装置５が配置される処理部１ｃと、排出ライン７が連結される排出部１ｄに区画されている。本実施形態では、越流堰１ｂは、本体１の底壁の上面から上方に延びる板体であり、越流堰１ｂの上端と、本体１の上壁の下面との間には隙間が形成されている。本体１に形成される液体の流路１ａは、処理部１ｃと排出部１ｄとを含む本体１の内部空間全体である。
【0034】
液体供給ライン１０は、本体１の上部（本実施形態では、上壁）を貫通して、処理部１ｃまで延びている。液体が吐出される液体供給ライン１０の先端は、越流堰１ｂの上端よりも低い位置にある。液体は、本体１の上部から本体１の処理部１ｃに供給される。本体１の処理部１ｃに供給された液体は、その液面が越流堰１ｂを越えるまで、処理部１ｃに貯留され、その後、越流堰１ｂを越えて排出部１ｄに流出する。排出部１ｄに流出した液体は、排出ライン７を介して本体１から排出される。したがって、本体１の越流堰１ｂよりも上方の空間には、気体（大気）で満たされている。
【0035】
図５に示す排ガス処理装置２００では、低温プラズマ発生装置５は、処理部１ｃを満たす液中の気体内に低温プラズマを発生させる。より具体的には、低温プラズマ発生装置５の第１電極１４は、第１電極ホルダ１４ａと、第１電極ホルダ１４ａに取り付けられた少なくとも１つの電極棒１４ｂと、で構成され、第２電極１５は、第２電極本体１５ａと、第２電極本体１５ａに配置されたノズル部１５ｂと、を有している。ノズル部１５ｂには、流路１ａを流れる液体に排ガスを供給するための少なくとも１つの排ガス導入口１５ｃが形成されている。さらに、第１電極１４の電極棒１４ｂの先端は、越流堰１ｂの上端よりも低い位置で、処理部１ｃ内に配置されており、第２電極１５のノズル部１５ｂに形成された排ガス導入口１５ｃは、第１電極１４の電極棒１４ｂの先端よりも低い位置で、処理部１ｃに開口している。
【0036】
さらに、排ガス供給ライン２は、第２電極１５に連結されていて、第２電極１５の第２電極本体１５ａを介して第２電極１５のノズル部１５ｂに形成された排ガス導入口１５ｃに連通している。
【0037】
本実施形態の吸引装置３は、本体１の上部（本実施形態では、上壁）に連結され、本体１内の気体を吸引するための吸引ライン３ａと、吸引ライン３ａに配置されたエゼクタ３ｂと、エゼクタ３ｂに駆動流体を供給するための駆動流体ライン３ｃと、を備えている。エゼクタ３ｂに駆動流体ライン３ｃを介して駆動流体を供給すると、吸引ライン３ａを介して本体１の内部空間、すなわち、流路１ａの雰囲気が負圧となる。その結果、排ガス供給ライン２を介して、排ガスが本体１に形成された流路１ａに吸引される。図示はしないが、吸引装置３は、エゼクタ３ｂの代わりに、吸引ポンプを有していてもよい。この場合、駆動流体ライン３ｃは省略される。
【0038】
吸引装置３を起動すると、排ガスが排ガス供給ライン２を介して、第２電極１５の排ガス導入口１５ｃから流路１ａに吸い込まれ、これと同時に、低温プラズマ発生装置５によって排ガス中に発生された低温プラズマによって排ガス中の有害ガスが分解される。処理後の排ガスは、液体とともに越流堰１ｂを越えて排出部１ｄに流出し、吸引ライン３ａを通って本体１から排出される。本実施形態では、排ガスを流路１ａに導入する排ガス導入口１５ｃが第２電極１５と一体化している。そのため、流路１ａを流れる液体に吸引される排ガスの全てが第２電極１５と接触し、その結果、低温プラズマ化される排ガスの割合が増加する。したがって、排ガスに含まれる有害ガスの分解率（処理効率）を向上させることができる。
【0039】
本実施形態でも、流路１ａを流れる液体中の排ガスに低温プラズマが発生され、この低温プラズマによって排ガス中の有害ガスが分解される。液中に発生させた低温プラズマによって有害ガスが分解されるため、処理後の排ガスは液体によって直ちに冷却される。そのため、従来の排ガス処理装置で必要である冷却設備（例えば、スクラバー）が不要であり、排ガス処理装置を小型化することができる。さらに、有害ガスを分解することで生成される粉塵、および腐食性ガスなどの副生成物も、流路１ａを流れる液体ともに本体１から直ちに排出される。さらに、有害ガスを分解するためのプラズマ自体が低温であり、かつ流路１ａを流れる流水によって第１電極１４および第２電極１５が冷却される。そのため、熱溶解および腐食による電極１４，１５の消耗が抑制され、排ガス処理装置２００のランニングコストを低減できる。
【0040】
図５に示すように、排ガス導入口１５ｃに対向して、排ガスの流れを抑制する制御板９を設けてもよい。制御板９は、排ガス導入口１５ｃから吸い込まれた排ガスが処理部１ｃから越流堰１ｂを越えるまでの流速を低減して、排ガスが、該排ガスを低温プラズマ化させる第１電極１４と第２電極１５との間に留まる時間を増加させる。したがって、制御板９によって、排ガスの処理効率を増加させることができる。図５に示す制御板９は、第２電極１５に向かって開口するアーチ形状を有しているが、制御板９の形状はこの例に限定されない。例えば、制御板９は、お椀形状、または、漏斗形状を有していてもよい。第１電極１４の電極棒１４ｂが単一の場合、第１電極１４の電極棒１４ｂは、制御板９の中心を貫通しているのが好ましい。
【0041】
図６（ａ）は、第２電極の他の例を示す斜視図であり、図６（ｂ）は、第２電極のさらに他の例を示す斜視図である。図７（ａ）は、第１電極の他の例を示す斜視図であり、図７（ｂ）は、第１電極のさらに他の例を示す斜視図である。図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、第２電極１５は、複数の排ガス導入口１５ｃを有していてもよい。図６（ａ）に示す第２電極１５は、２つの排ガス導入口１５ｃを有している。図６（ｂ）に示す第２電極１５は、３つの排ガス導入口１５ｃを有しており、全体として三角形状に配置されている。なお、図示はしないが、第２電極１５の排ガス導入口１５ｃの数は、３つ以上であってもよい。例えば、多数の排ガス導入口１５ｃを、第２電極１５に全体として楕円状または三角形状に配置してもよい。
【0042】
図６（ａ）に示す第２電極１５は、図７（ａ）に示す２本の電極棒１４ｂを有する第１電極１４に対応している。このように、第２電極１５は、第１電極１４の電極棒１４ｂの数と同数の排ガス導入口１５ｃを有しているのが好ましい。この場合、電極棒１４ｂの先端は、排ガス導入口１５ｃの中心軸線上に位置しているのが好ましい。図６（ａ）では、各排ガス導入口１５ｃは、ノズル部１５ｂの上面から延びる筒状体として構成されている。高圧電源装置１１（図５参照）は、２本の電極棒１４ｂに同時にパルス電圧を印加して、２つの低温プラズマを同時に発生させてもよいし、２本の電極棒１４ｂに交互にパルス電圧を印加して、２つの低温プラズマを異なる位置に交互に発生させてもよい。
【0043】
同様に、図６（ｂ）に示す第２電極１５は、図７（ｂ）に示す３本の電極棒１４ｂを有する第１電極１４に対応している。すなわち、第２電極１５は、第１電極１４の電極棒１４ｂの数と同数の排ガス導入口１５ｃを有しており、各電極棒１４ｂの先端は、各排ガス導入口１５ｃの中心軸線上に位置している。図６（ｂ）では、各排ガス導入口１５ｃは、ノズル部１５ｂの上面に形成されている。高圧電源装置１１（図５参照）は、３本の電極棒１４ｂに同時にパルス電圧を印加して、３つの低温プラズマを同時に発生させてもよいし、３本の電極棒１４ｂに代わる代わるパルス電圧を印加して、３つの低温プラズマを異なる位置に代わる代わる発生させてもよい。
【0044】
このように、低温プラズマ発生装置５が複数の電極棒１４ｂを有する第１電極１４と、電極棒１４ｂと同数の排ガス導入口１５ｃを有する第２電極１５を備えることで、低温プラズマとなる排ガスの量を増やすことができ、その結果、排ガスに含まれる有害ガスの分解率（処理効率）を向上させることができる。
【0045】
図８は、さらに他の実施形態に係る排ガス処理装置の模式図である。特に説明しない本実施形態の構成は、上述した実施形態と同様であるため、その重複する説明を省略する。図８に示す排ガス処理装置３００は、排ガスを分解する低温プラズマが液中ではなく、気体雰囲気中に発生される点で上述した実施形態と異なる。
【0046】
図８に示す排ガス処理装置３００は、本体１に形成された流路１ａに配置されたリアクタ６を備える。排ガス供給ライン２は、リアクタ６に連結されており、該リアクタ６内に排ガスを供給する。本実施形態では、排ガス供給ライン２は、リアクタ６の壁面を貫通して延びており、排ガス供給ライン２の先端は、リアクタ６の内部に開口している。
【0047】
リアクタ６の上壁には、排ガスを流路１ａに放出するための少なくとも１つの放出口６ａが形成されている。排ガス供給ライン２からリアクタ６の内部空間に供給された排ガスは、放出口６ａを通って流路１ａに放出される。
【0048】
図８に示す低温プラズマ発生装置５は、図３を参照して説明された低温プラズマ発生装置５と同様の構成を有している。マイクロ波発生装置１７から放射されたマイクロ波を伝搬するための導波管（導波部）１８の先端は、本体１およびリアクタ６を貫通して、リアクタ６の内部に位置している。
【0049】
図８に示す例では、低温プラズマ発生装置５は、マイクロ波発生装置１７から発生したマイクロ波を利用して低温プラズマを排ガスに発生させる装置であるが、本実施形態は、この例に限定されない。例えば、低温プラズマ発生装置５は、少なくとも一対の第１電極１４と第２電極１５を有する装置であってもよい。この場合、第１電極１４および／または第２電極１５の外表面の一部または全部を誘電体で被覆してもよい。
【0050】
液体供給ライン１０および排出ライン７は、本体１の側壁を貫通して、本体１の内部にまで延びている。液体供給ライン１０から本体１の流路１ａに供給される液体の流量、および／または排出ライン７から排出される液体の流量は、流路１ａが完全に液体で満たされないように調整されている。すなわち、流路１ａの上部の空間には、気体（大気）が存在する。
【0051】
本実施形態の吸引装置３は、図５を参照して説明された吸引装置３と同様の構成を有する。すなわち、吸引装置３は、本体１の上部（本実施形態では、上壁）に連結され、本体１内の気体を吸引するための吸引ライン３ａと、吸引ライン３ａに配置されたエゼクタ３ｂと、エゼクタ３ｂに駆動流体を供給するための駆動流体ライン３ｃと、を備えている。エゼクタ３ｂに駆動流体ライン３ｃを介して駆動流体を供給すると、吸引ライン３ａを介して本体１の内部空間、すなわち、流路１ａの雰囲気が負圧となる。その結果、排ガス供給ライン２を介して、排ガスがリアクタ６を介して本体１に形成された流路１ａに吸引される。なお、吸引装置３によって排ガス供給ライン２から供給される排ガスの流量は、流路１ａを流れる液体がリアクタ６に浸入しないように調整される。図示はしないが、吸引装置３は、エゼクタ３ｂの代わりに、吸引ポンプを有していてもよい。この場合、駆動流体ライン３ｃは省略される。
【0052】
吸引装置３を起動すると、排ガスが排ガス供給ライン２を介して、リアクタ６に吸い込まれ、これと同時に、低温プラズマ発生装置５によって発生された低温プラズマによって分解される。処理後の排ガスは、リアクタ６の放出口６ａを介して流路１ａに直ちに放出され、流路１ａを流れる液体によって直ちに冷却される。そのため、従来の排ガス処理装置で必要である冷却設備（例えば、スクラバー）が不要であり、排ガス処理装置を小型化することができる。さらに、有害ガスを分解することで生成される粉塵、および腐食性ガスなどの副生成物も、流路１ａを流れる液体ともに本体１から直ちに排出される。さらに、有害ガスを分解するためのプラズマ自体が低温であるため、リアクタ６の消耗が抑制され、排ガス処理装置３００のランニングコストを低減できる。
【0053】
図９は、排ガス処理装置が配置された排ガス処理プロセス系統の一例を示す図である。図９に示す排ガス処理プロセス系統では、排ガスは、真空ポンプ５１によって半導体製造装置のプロセスチャンバー５０から排出される。排ガス供給ライン２は、真空ポンプ５１から排ガス処理装置１００（または２００または３００）の本体１に延びている。図９に示す例では、１つのプロセスチャンバー５０に複数の（４つの）排ガス処理装置１００（または２００または３００）が連結されているが、排ガス処理プロセス系統が有するプロセスチャンバー５０の数、および排ガス処理装置１００（または２００または３００）の数は、この例に限定されない。例えば、１つのプロセスチャンバー５０に、１つの排ガス処理装置１００（または２００または３００）が連結されていてもよいし、複数のプロセスチャンバー５０に、１つの排ガス処理装置１００（または２００または３００）が連結されていてもよい。
【0054】
さらに、図９に示す例では、４つの排ガス処理装置１００（または２００または３００）に、１つの高圧電源装置１１が連結されているが、排ガス処理プロセス系統が有する高圧電源装置１１の数は、この例に限定されない。例えば、１つの排ガス処理装置１００（または２００または３００）に１つの高圧電源装置１１が連結されていてもよい。
【0055】
さらに、図９に示すように、排ガス処理装置１００（または２００または３００）の排ガスライン７は、他の排ガス処理装置４００に連結されていてもよい。他の排ガス処理装置４００の例としては、湿式排ガス処理装置、燃焼式排ガス処理装置、または乾式排ガス処理装置である。湿式排ガス処理装置は、例えば、スクラバーであり、乾式排ガス処理装置は、例えば、有害ガスを吸着する吸着剤が充填された処理槽を備える排ガス処理装置である。
【0056】
図示はしないが、真空ポンプ５１を、湿式排ガス処理装置、燃焼式排ガス処理装置、または乾式排ガス処理装置などの排ガス処理装置４００に連結し、該排ガス処理装置４００に排ガス処理装置１００（または２００または３００）を連結してもよい。この場合、排ガス供給ライン２は、排ガス処理装置４００から排ガス処理装置１００（または２００または３００）の本体１に延び、排ガス処理装置４００で処理された排ガスを、排ガス処理装置１００（または、２００または３００）が処理する。
【0057】
さらに、図示はしないが、排ガス供給ライン２を真空ポンプ５１に内蔵するか、または真空ポンプ５１と一体化してもよい。これらの場合、排ガス処理装置１００（または２００または３００）の本体１は、真空ポンプ５１に直結される。
【0058】
上述した実施形態は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施できることを目的として記載されたものである。上記実施形態の種々の変形例は、当業者であれば当然になしうることであり、本発明の技術的思想は他の実施形態にも適用しうる。したがって、本発明は、記載された実施形態に限定されることはなく、特許請求の範囲によって定義される技術的思想に従った最も広い範囲に解釈されるものである。
【符号の説明】
【0059】
１ 本体
１ａ 流路
２ 排ガス供給ライン
３ 吸引装置
５ 低温プラズマ発生装置
６ リアクタ
７ 排出ライン
９ 制御板
１０ 液体供給ライン
１１ 高圧電源装置
１２ 高圧電源
１４ 第１電極
１４ａ 第１電極ホルダ
１４ｂ 電極棒
１５ 第２電極
１５ａ 第２電極本体
１５ｂ ノズル部
１５ｃ 排ガス導入口
１７ マイクロ波発生装置
１８ 導波管（導波部）
２５ 環流機構
２６ 第１テーパ管
２７ 第２テーパ管
５０ プロセスチャンバー
５１ 真空ポンプ
１００，２００，３００，４００ 排ガス処理装置
１ａ 流路
２ 排ガス供給ライン
３ 吸引装置
５ 低温プラズマ発生装置
６ リアクタ
７ 排出ライン
９ 制御板
１０ 液体供給ライン
１１ 高圧電源装置
１２ 高圧電源
１４ 第１電極
１４ａ 第１電極ホルダ
１４ｂ 電極棒
１５ 第２電極
１５ａ 第２電極本体
１５ｂ ノズル部
１５ｃ 排ガス導入口
１７ マイクロ波発生装置
１８ 導波管（導波部）
２５ 環流機構
２６ 第１テーパ管
２７ 第２テーパ管
５０ プロセスチャンバー
５１ 真空ポンプ
１００，２００，３００，４００ 排ガス処理装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】