CN1238092C - 减少气体中废气量的清洁装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种减少气体中废气量的清洁装置，包括一个废气注入管路、一个分叉圆锥物接在废气注入管路上端、一个氧气及天然气管，以及一个燃烧管以产生燃烧，借以分解气体中的废气，还有一个引发分解反应的装置，装设在废气注入管路上方位于分叉圆锥体前，一个冷却装置可以直接冷却清洁装置，以及处理在燃烧过程中产生的副产物的装置。

Description

减少气体中废气量的清洁装置

技术领域

本发明涉及一种清洁装置，且特别涉及一种减少气体中废气量的清洁装置。

背景技术

半导体工艺中会产生大量含有废气的气体，在排放到大气以前必须先将里面的废气含量减少。废气通常会在半导体的制作过程中产生，废气例如氟碳化合物或PFC等会在装设于排气泵之后的一个清洁工具中进行处理。在下列的叙述中会以氟碳化合物作为一个废气的范例，因为氟碳化合物在半导体工艺中最常用到。

请参照图1，是公知的一种清洁装置。在图1中，含有氟碳化合物气体的废气会被该请洁装置10处理。氟碳化合物气体会经过废气入口12传送，为了分解氟碳化合物，必须在高温环境下进行，因此会在一个分叉的圆锥体18中进行燃烧。燃烧使用的天然气例如丙烷与氧气作用，其分别通过一个燃烧气体入口16与氧气入口14传送。在燃烧的火焰通过分叉的圆锥体18经过孔洞20而到达反应室22的过程中会产生具有副产物的气体。包括冷却电路26的冷却装置24会降低在清洁工具10中处理的气体的温度。冷却装置24除了冷却在燃烧中产生的副产物以外，还可以改进危险的酸性气体，像是在后面会提到的成分移除效果。在燃烧期间产生的副产物可以利用两种方式加以处理，有危险性的酸利用一种清洁液体28加以中和，此清洁液体通常是一种碱性的溶液。通过一个清洁装置30的剩余气体会被冷却装置24给冷却下来，然后通过一个水气消除器32，最后才排放到大气中。

利用上述的方法与公知的清洁工具首先有可能产生不完全的燃烧，当清洁功能处在一个有缺陷的状态下时，或在燃烧期间有反常的现象发生时，就会产生燃烧不完全。清洁功能的缺陷状态可以定义为一种不理想的清洁效果，这会产生在燃烧时没有提供足够的热来分解大部分的废气，然后因为清洁工具10无法处理不完全燃烧中产生的副产物，所以就会产生二次污染。未处理的危险性废气可能因此被排放到大气中，而造成环境污染。

公知的清洁装置10的另一个缺点就是必须使用大量的能量来分解氟碳化合物的气体成分。结果热废气会在燃烧过程中产生，接着需要大量的冷却剂与冷却能量来将燃烧中产生的气体与副产物冷却。换句话说，公知的清洁装置非常的耗费能量，因此需要改善公知的清洁工具以及至少克服上述的缺点和问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的之一在于提供一种减少废气含量的清洁装置，可以有效的分解废气。

为达到本发明的上述与其他目的，本发明提供一种减少气体中废气含量的清洁装置，包括一个废气注入管路、一个分叉圆锥物接在废气注入管路上端、一个氧气管及一个燃烧管以产生燃烧，借以分解气体中的废气，还有一个引发分解反应的装置，装设在废气注入管路上方位于分叉圆锥体前，一个冷却装置可以直接冷却清洁装置，以及处理在燃烧过程中产生的副产物的装置。

在上述可以减少气体中废气量的清洁装置中引发分解反应的装置会在废气注入管路内部产生含有废气成分的自由基，在燃烧过程中可以加速气体中废气的分解。燃烧会比公知的清洁装置消耗掉更少量的可燃物，且需要较低的冷却能量。

在本发明的实施例中，引发分解反应的装置为激光，顺着废气注入管路可以传送一个激光光束经过废气注入管路，而预先产生大量具有废气成分的自由基在其中流动。引发分解反应的装置也可以选择性的使用一个微波发生器。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明：

附图说明

图1是一种公知的废气清洁装置；

图2与图3a至图3b是依照本发明较佳实施例的一种废气清洁装置。

附图标记说明：

10：清洁装置

12：废气入口

14：氧气入口

16：燃烧气体入口

18：圆锥体

20：孔洞

22：反应室

24：冷却装置

26：冷却电路

32：水气消除器

100：清洁装置

102：气体注入管路

104：氧气注入管路

106：燃烧管路

108：分叉圆锥体

110：产生分解反应的装置

112：窗口

114：一组镜子

116：微波发生器

118：冷却装置

120：开口

122：反应室

具体实施方式

以下实施例配合附图详细说明本发明，其所应用的范例仅用以作为说明，并不用于限制本发明的范围。

本发明的一主要目的在于，在废气进行燃烧的热处理以前，先产生废气物组成的自由基，以进行改进废气成分的分解。产生废气物成分的自由基的程序，仅需要在废气进到分叉圆锥体进行燃烧以前，通过将一个激光光束或是微波辐射施加在废气成分上即可。结果可以顺利进行分解，就可以使用较低的能量来减少废气含量。

请参照图2与图3a、3b，是依照本发明较佳实施例的一种废气清洁装置。清洁装置100会处理由废气注入管路102传送的废气，被处理的废气成分比如包括氟碳化合物气体，像是四氟化碳CF₄，此成分常会出现在半导体制作过程中，比如气体沉积过程中。

本发明所采用的废气分解机制说明如下，以四氟化碳CF₄的分解为例，将与氧气以及天然气混合在一起的四氟化碳气体在分叉圆锥体108中燃烧。其中氧气是经过氧气注入管路104传送，而天然气则通过燃烧管路106传送。四氟化碳的分解是经过下列反应进行的：

分解反应的第一步骤是打断四氟化碳的化学键，因此会形成二氟化碳的自由基与氟，然后引发连锁反应以继续分解氟碳化合物气体，如上面所写的反应一样。在这些一连串的反应中，打断四氟化碳化学键的分解反应是需要最多能量的反应，假如是自由基状态，像是启动分解反应时最先产生的CF₂的话，燃烧将可以更有效的分解废气物。因此根据本发明，在分叉圆锥体108之前装设了一个可以发生分解反应的装置110，可以使燃烧过程中的分解反应更有效的进行。废气注入管路102与产生分解反应的装置110连接在一起，借以产生自由基。产生分解反应的装置110例如可以是激光或是微波发生器。

图3a、3b是清洁装置的产生分解反应的装置110的局部放大图。

请参照图3a，是一个以激光元件作为产生分解反应的装置110的例子，其中有传送装置像是窗口112被装设在气体注入管路102上，也可以结合一组镜子114，使激光光束可以在其中来回传送。在强力的聚焦激光下，在气体注入管路102中的四氟化碳分子很容易在低温下离子化或分解成二氟化碳的自由基。图3b是一个以微波发生器116作为产生分解反应的装置的例子，以取代产生二氟化碳自由基的激光光束。

在本发明的实施例中使用激光元件，激光元件110的聚焦点距离分义圆锥体108约50厘米，其中气体注入管路的横切面面积为0.317平方厘米，气体注入管路的气体流量为16.7毫升/秒，使用的激光为一种高功率激光，其频率稳定范围在百万赫兹的范围。其中该激光的脉冲是1微秒，该激光的焦点的大小约为0.1-1毫米。使用多重聚焦镜聚焦可以产生更高的自由基浓度，当激光聚集密度在百万瓦/平方厘米的等级时，产生的自由基浓度约为10¹³摩尔/毫升，自由基的分解速率为10⁹摩尔/毫升·秒，会有10⁹摩尔/毫升的四氟化碳分解成自由基。其反应的区域介于发出激光的位置与分叉圆锥体108之间。与本发明相比较，使用传统的燃烧方法，自由基的产生速率仅有10^-3摩尔/毫升·秒，在这个相当低的分解速率的例子中仅有少量的热能被用来打断化学键，剩余的部分就被送到其他分子内能中，而没有加入断键过程。相反的，因为激光具有特定波长，输出的能量可以完全用来打断组成之间的化学键使其分解。此外因为激光可以很精密准确的控制波长，与上述的四氟化碳不同的废气也可以使用具有激光的清洁装置来引发分解，结果会有大量的自由基因此产生，然后送到分叉圆锥体108中。自由基可以在燃烧期间加速分解的连锁反应，而不需要提供像公知的清洁装置所需那样多的热能，也会消耗较少的氧气与天然气，结果冷却装置118自然就会消耗较少能量。接着在将于圆锥体108中产生的副产物经过开口120送到反应室122中，利用气体清洁装置加以处理，就像公知的清洁装置一样。

总结，在上面的实施例中，本发明至少具有下列几点特色与优点。利用产生分解反应的装置，像是激光元件或是微波发生器，可以使废气成分的自由基在较低温下产生，然后利用燃烧在热处理下加速分解反应，可以连续的减少危险副产物的量。此外，因为分解温度降低，燃烧所需的热能会低于公知的清洁装置，所以气体的分解会更有效率，接着也可以减少冷却所需要的能量。

虽然本发明已以一较佳实施例说明如上，但其并非用于限定本发明，任何熟悉该技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更新与改进。但本发明的保护范围应当以权利要求书所界定的为准。

Claims (9)

1.一种气体的清洁装置，包括：

一气体注入管路，以提供气体进行处理；

一分解反应室，与该气体注入管路相连接，以使气体进行处理，所述气体会在该分解反应室中经过热处理分解成数种副产物；

冷却装置，以冷却在分解反应中产生的这些副产物；

清洁装置，用以清除在分解反应中产生的这些副产物；

其特征在于：它还包括：

一传送装置以传送光线，安装在该气体注入管路上于该分解反应室前；

一激光元件，安装在分解反应室之前，以此产生一激光光束，经过该传送装置分解通过该气体注入管路的气体，产生数个气体离子以引发分解反应。

2.根据权利要求1所述的气体清洁装置，其特征在于：它还包括安装有一多重反射镜子组，使该激光光束可以通过气体数次。

3.根据权利要求2所述的气体清洁装置，其特征在于：该气体注入管路的横切面面积为0.317平方厘米。

4.根据权利要求3所述的气体清洁装置，其特征在于：该气体注入管路的气体流量为16.7毫升/秒。

5.根据权利要求4所述的气体清洁装置，其特征在于：该激光的焦点约距该分解反应室50厘米。

6.根据权利要求5所述的气体清洁装置，其特征在于：该激光的脉冲为1微秒，该激光焦点的大小约为0.1-1毫米，且聚焦密度在百万瓦/平方厘米的等级中。

7.根据权利要求6所述的气体清洁装置，其特征在于：处理的气体为氟碳比合物气体。

8.根据权利要求7所述的气体清洁装置，其特征在于：在该分解反应室之前有109摩尔/毫升的气体会被引发分解。

9.一种气体清洁装置，包括：

一气体注入管路，以提供气体进行处理；

一分解反应室，与该气体注入管路相连接，以使气体进行处理，所述气体会在该分解反应室中经过热处理分解成数种副产物；

冷却装置，以冷却在分解反应中产生的这些副产物；

清洁装置，用以清除在分解反应中产生的这些副产物；

其特征在于：它还包括一微波发生器，安装在分解反应室之前，借以产生一微波辐射经过该气体注入管路的气体，产生数种气体离子以引发分解反应。

Images