CN102217041A - 气体洗涤装置及气体洗涤方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种气体洗涤装置及气体洗涤方法。本发明的气体洗涤装置包括：一反应管，反应气体通过该反应管流入；一反应器，连接到所述反应管且将所述流入的反应气体转变为等离子体；以及一注水口，用于将水注入反应器中的等离子体。使得非常经济地执行气体洗涤，因为等离子体的热源用于蒸发水。此外，因为将水在排放反应气体等离子体的优化区域内直接蒸发洗涤反应气体，也提高了气体洗涤效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种气体洗涤的装置及方法，尤其涉及一种可经济地实现气体洗涤、比现有方法更有效率的气体洗涤装置及方法，且将水在等离子体状态气体排放的优化地区直接蒸发。
背景技术
一般情况下，半导体制造过程涉及多种化学反应，而诸如NF3、CF4等含氟气体、挥发性有机化合物(VOCs)或其它等作为废气排放。如果这样的废气排放到大气而没有纯化至低于特定标准，可能带来严重的空气和环境污染。因此，气体洗涤器是用于清除废气。
现有的气体洗涤器包括：一湿式气体洗涤器，藉由将水溶性有害气体溶解在水中，而将其去除；一燃烧式气体洗涤器，藉由燃烧以去除可燃性气体；一直接氧化废气方法，使用加热器并将水喷洒于氧化气体以分离包含于所氧化气体的颗粒；一去除有害气体的吸附/催化形式，使用以凡德瓦吸引力的一吸附作用；以及其它等。其中湿式洗涤器是常用，因为它比其它类型更有效，并在制造过程经济上较有优势。
图1代表性地显示用于半导体制造过程的现有气体洗涤装置。
参考图1，气体洗涤器1包括一在上部的湿室10和一在下部的水循环箱20。进气口11设置于湿室10上，出气口12设置于其侧表面。进一步地，沿轴线方向安装用以分隔湿室10内部的隔离墙13。在隔离墙13的下部附近，安装用以过滤水溶性气体的吸收器16。设置有将水喷洒至吸收器16的喷嘴15的供水管14，由湿室10的侧表面穿透湿室10。而且，在水循环箱20的侧表面，在循环安装后，提供给湿室10的水通过出水口22向外排出。
该气体洗涤器1运作如下。当水溶性气体缓慢地通过吸收器16时与水接触，而在湿室10的中间部分将水喷洒至吸收器16。然而，这种湿式气体洗涤器的问题在于大量消耗水，由于水的大分子尺寸使反应不能有效的进行，而由于喷嘴堵塞而需要经常性的维修。
因此，曾试图通过减少水分子的大小以提高洗涤效率。作为一个例子，韩国专利第10-0501533号揭露一种消耗较少水的气体洗涤器，其中将水蒸发从而使具有减少的分子大小的产物水易于与气体反应。但是，因为它需要额外的加热器或超音波仪器，其缺点在于在经济和装置尺寸。
发明内容
因此，本发明第一目的是提供一种经济又能够有效装置安装的气体洗涤装置。
本发明第二目的是提供一种使用气体洗涤装置以洗涤气体的有效方法。
在实现第一目的的一方面，本发明提供一种气体洗涤装置，包括：一反应管，一反应气体通过该反应管流入；一反应器，连接到该反应管且以等离子体激活该反应气体；以及一注水口，将水注入该反应器中的等离子体。在本发明的实施例中，该注水口可为滴管形式，以恒定速率将水滴滴入，可与该反应管分隔开10厘米至20厘米。注水速率可能是2毫升/分钟至10毫升/分钟。
在实现第一目的的另一方面，本发明提供一种气体洗涤装置，包括：一反应管，一反应气体通过该反应管流入；一反应器，连接到该反应管并以等离子体激活该反应气体；以及一喷嘴，藉由外部压力直接将水注入该反应器，其中通过该喷嘴注入该反应器的水是藉由作为热源的等离子体而蒸发，使其与反应气体等离子体反应。该喷嘴可间隔反应管10厘米至20厘米。
在实现第一目的的另一方面，本发明提供一种气体洗涤装置，包括：一反应管，一反应气体通过该反应管流入；一反应器，连接到该反应管并以等离子体激活该反应气体；一管道，与该反应器接触，并灌满水；以及一喷嘴，将该管道中由该反应器的热蒸发的水注入到该反应器。该喷嘴可与该反应管分隔10厘米至20厘米。而且，该管道可能位于该反应器的壁内侧，使该反应器可有双重壁。
在实现第二目的的一方面，本发明提供一种气体洗涤的方法，包括：流动于一反应气体中；以等离子体激活该反应气体；以及将使用作为一热源的反应气体等离子体所蒸发的水注入至反应气体等离子体，使其与该反应气体等离子体反应。水可在间隔反应气体等离子体的火焰开始点10厘米至20厘米的位置蒸发，以提供最好的效果。
本发明的气体洗涤装置因为将水以作为一热源等离子体而蒸发，不需要使用额外的加热器，而能够非常经济地进行气体洗涤。此外，因为在排放反应气体等离子体的优化区域直接将水蒸发而洗涤反应气体，也提高了气体洗涤效率。
附图说明
图1代表性地显示用于半导体制造过程的现有气体洗涤装置；
图2代表性地显示本发明实施例的气体洗涤装置；
图3代表性地显示本发明的注水；
图4代表性地显示本发明另一实施例的气体洗涤装置；以及
图5代表性地显示本发明另一实施例的气体洗涤装置。
具体实施方式
以下参照附图更完整地描述示例实施例，其中显示示例实施例。然而，本发明可体现为许多不同形式，但不构成前述示例实施例的限定。而是，提供这些示例实施例，而揭露更彻底及更完整，将完全地向本领域技术人员传达本发明的范围。在描述中，省略众所皆知的特征和技术的细节，以避免造成本发明不必要的繁琐。
此处所用的术语在于描述特定实施例，不构成对本发明的限定。如所使用的，单数形式“一”、“该”同样意在包括多数形式，无论内容是否清晰地指出。进一步地，使用术语一、此，不表示限定数量，只表示存在最少一个参考项目。使用术语“第一”、“第二”等不表达任何特定次序，只是为了区别为单独的组件。进一步地，使用术语第一、第二等不表达任何次序或重要性，而是使用术语“第一”、“第二”等用以区分彼此不同的组件。可进一步理解，术语“包括”及/或“包含”用于说明书时，具体说明存在特征、范围、整体、步骤、操作、组件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其它特征、范围、整体、步骤、操作、组件、组件和/或其所组成的群组。
除非定义，此处所用的所有术语(包括技术和科学术语)与本领域技术人员的通常理解具有相同的含义。进一步理解通常字典所用的术语，将解释为具有与相关技术和现有技术相同的含义，除非明白地限定，不解释为理想化或超过通常认知。
在图中，图中相同组件符号表示相似的组件。为清楚，图的形状、尺寸、范围等可能会扩大。
根据本发明，如上所述，采用等离子体以分解反应气体及蒸发水。特别地，因为这些制造过程发生在同一个反应器中，所蒸发的水可能立即与等离子体状态的反应气体反应，从而能够非常快地清除反应气体。
在本说明书的术语“反应气体”是指藉由等离子体分解而欲去除的气体，包括从半导体制造过程等排出的全氟化合物(PFCs)、挥发性有机化合物(VOCs)等。然而，本发明的范围不限于半导体制造过程。任何可被等离子体分解和被水蒸汽洗涤的气体均落入本发明的范围。
特别地，当半导体制造过程所产生的PFCs藉由等离子体分解，形成各种自由基物种。根据本发明，自由基可藉由与水反应而轻易地去除。传统上，使用额外的加热器以蒸发水，而增加水的反应面积。然而，根据本发明，因为水注入反应器后，由等离子体的热立即蒸发，不需要加热器或其它额外的装置。进一步地，而现有技术需要将由独立的装置所产生的水蒸汽注入至废气的制造过程，因为水蒸汽在存在被激活的反应气体的反应器中产生，并与反应气体反应，所以本发明并不需要这样的制造过程。因此，可以避免在运输过程中蒸汽凝结的问题。除此之外，而现有的技术需要如加热线圈的额外装置以防止这种凝结，本发明并不需要，因此，是非常经济的。
此处所用的术语“反应器”是指藉由等离子体激活的反应气体，以及将藉由等离子体所激活的反应气体与蒸发的水发生物理或化学反应的空间。反应器可为管状或容器的形式。然而，该反应器的类型不是特别限制，只要水可以在反应器中藉由等离子体蒸发，且所蒸发的水可与被等离子体所激活的反应气体反应。
以下，参考附图进一步详细地描述本发明。
图2代表性地显示本发明一实施例的气体洗涤装置。
参考图2，应排放在大气中、即应洗涤的反应气体流入反应器110中。然后，在反应管110中发生以等离子体激活反应气体的火焰反应。反应管可为能够点燃反应气体的任何形式。在本发明的实施例中，等离子体制造过程可能使用微波等离子体而实现。然而，只要可以等离子体激活反应气体，并实现能够蒸发水的温度，任何类型的等离子体可以使用。
然后在反应管点燃的反应气体被排放到与反应管110相连的反应器130中。在本发明的实施例中，反应器130可为管状的形式。可替换地，反应器130可为如同另一实施例所描述的容器形式。
在反应器中，等离子体火焰120由反应器延伸距离L。在反应器130内，反应气体藉由等离子体转变成被激活物种。如上所述，当水被注入到存在被激活的反应气体的等离子体120，水在反应器130中藉由等离子体120的热量而蒸发，所蒸发的水有效地与激活反应气体发生反应。因此，本发明的气体洗涤装置配置有一注水口140，以注入水至反应器130。注水口140可为喷洒微细水分子的喷嘴的形式，或为在特定部以恒定的速率将水滴滴入的滴管形式。在使用滴管的情况，水的注入速度可较佳为2毫升/分钟至10毫升/分钟。在较低的注入速度时，洗涤效果可能不充足。而在较高的注入速度下，可能会使等离子体放电消失，或是可能不会发生与水的反应。
本发明的发明人发现，当水被注入反应器130中的特定部分时，被激活反应气体与水蒸汽非常有效地发生反应，该特定部份是在距离反应管110较佳地为10厘米至20厘米处，更较佳地在距离18厘米处。将参考图3在后详细描述数量范围的技术意义。
图3代表性地显示本发明的水注入。
参考图3，如果水被注入距离反应管110太接近，即在距离反应管10厘米内，因为反应气体在此没被充分地激活，水蒸汽与反应气体间反应不充足。相反地，如果水被注入超过20厘米，水可能无法充分地蒸发。因此，在使用喷嘴形式的注水口的情况，较佳地配置是使得水藉由喷嘴喷洒在上述范围内(例如，喷嘴可能会安装在此范围内，且可配置为使得由喷嘴所喷洒的水落入此范围内)。并且，在使用滴管形式的注水口的情况，可以配置为使将水滴能够滴入此范围。可能设置不只一个喷嘴或滴管，以促使在更大范围的反应。
图4代表性地显示本发明的另一实施例的气体洗涤装置。
参考图4，在此实施例中，反应器330是圆柱形容器的形式，并将水填注入接触反应器330的外表面的管道340。
如上述实施例中，当反应气体在反应管310中藉由等离子体激活，反应器330内的温度由等离子体320而升高。然后，在管道340中的水被加热和蒸发。当水被蒸发时，管道340中的压力缓慢地上升，再将所蒸发的水通过喷嘴350注入反应器330中。在本发明的另一实施例中，管道可设置于反应器的壁内。在这种情况下，反应器具有双重壁结构。这就是说，水在通过反应器的双重壁内流入。随着反应器的温度由于等离子体产生而升高，在双重壁中的水被蒸发，并注入反应器中。所蒸发的水与等离子体状态的反应气体反应，并从废气中除去的有害成分。这种配置允许使用等离子体作为热源将水蒸发和注入，而不必施加压力。因此，因为喷雾过程不需使用额外的喷射器、超音波处理器等，比现有的技术更为经济。此外，由于在等离子体制造过程完成后所留下的水可用于洗涤反应器内的氢氟酸(HF)，无需额外湿式洗涤。
图5代表性地显示本发明另一实施例的气体洗涤装置，其与图4的略有不同。参考图5，水藉由外部压力直接地注入反应器，而水不与反应器接触，而是利用反应器的热量而蒸发。还在这种情况下，不使用额外的加热器，湿式洗涤具有良好的实时洗涤效果。
当呈现和描述示例实施例时，本领域技术人员可以理解，形式和细节的各种变化不偏离如同所请求的权利要求所定义的本发明的精神和范围。
此外，可以制作许多对于本发明的教示采用特定情况或材料的改良，而不偏离本发明的本质范围。因此，可以理解的是，本发明不限定于作为实现本发明的最佳模式的示例实施例，而本发明还可包括落入所请求的权利要求的所有实施例。
Claims (11)
1.一种气体洗涤装置，其特征在于，该装置包括：
一反应管，一反应气体通过该反应管流入；
一反应器，连接至该反应管并以等离子体激活该反应气体；以及
一注水口，将水注入该反应器中的该等离子体。
2.如权利要求1所述的气体洗涤装置，其特征在于，该注水口为一滴管的形式，以一恒定速率将水滴滴入。
3.如权利要求1所述的气体洗涤装置，其特征在于，该注水口与该反应管分隔10厘米至20厘米。
4.如权利要求1所述的气体洗涤装置，其特征在于，该注水口以2毫升/分钟至10毫升/分钟的速率注入水。
5.一种气体洗涤装置，其特征在于，该装置包括：
一反应管，一反应气体通过该反应管流入；
一反应器，连接到该反应管并以等离子体激活该反应气体；以及
一喷嘴，藉由一外部压力直接将水注入该反应器，
其中，通过该喷嘴注入该反应器的水藉由作为一热源的该等离子体而蒸发，使其与反应气体等离子体反应。
6.如权利要求5所述的气体洗涤装置，其特征在于，该喷嘴与该反应管分隔10厘米至20厘米。
7.一种气体洗涤装置，其特征在于，该装置包括：
一反应管，一反应气体通过该反应管流入；
一反应器，连接到该反应管并以等离子体激活该反应气体；
一管道，与该反应器接触，并灌满水；以及
一喷嘴，将该管道中由该反应器的热所蒸发的水注入到该反应器。
8.如权利要求7所述的气体洗涤装置，其特征在于，该管道位于该反应器的壁内，从而该反应器具有一双重壁。
9.如权利要求7所述的气体洗涤装置，其特征在于，该喷嘴与该反应管分隔10厘米至20厘米。
10.一种气体洗涤方法，其特征在于，该方法包括：
流动于一反应气体中；
以等离子体激活该反应气体；以及
将使用作为一热源的反应气体等离子体所蒸发的水注入至该反应气体等离子体，使其与该反应气体等离子体反应。
11.如权利要求10所述的气体洗涤方法，其特征在于，该水在间隔该反应气体等离子体的一火焰开始点10厘米至20厘米的一位置蒸发。
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