TW201718077A - 半導體製程廢氣中氟化物的淨化方法及其裝置 - Google Patents

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Abstract

一種半導體製程廢氣中氟化物的淨化方法，包括在半導體廢氣處理槽之反應腔室內導入一由水加熱生成之高溫水霧狀氣態水，並以該水霧狀氣態水溶解氟化物成為氟化氫，其中該水霧狀氣態水接觸氟化物的溶解溫度界於370~1300℃之間；本發明進一步提供實施上述方法所需的一種半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置。藉此，改善傳統淨化半導體製程廢氣中之氟化物的工序及裝置結構過於複雜且淨化效率難以提升的問題。

Description

半導體製程廢氣中氟化物的淨化方法及其裝置
本發明涉及半導體製程廢氣的淨化技術，特別是有關於一種半導體製程廢氣中之氟化物的淨化方法及其裝置。
為了減緩溫室效應對地球暖化所造成的嚴重影響，世界半導體產業協會(WSC)早已決定將產業中較特殊的SF6、CF4、C2F6、C3F8、CHF3、NF3及F2等氟化物(Per Fluorinated Compounds,PFC)氣體列為造成溫室效應的有害氣體的減量對象。
由於半導體製程所排放的廢氣中，包含NF3及F2等有害的氟化物(PFC)，為了避免該等有害的氟化物氣體排放至空氣中造成環境污染，已知習見的半導體廢氣處理設備，在捕捉氟化物的前置反應腔室內，大都採用高溫火燄或熱棒直接導入或插入前置反應腔室內，將有害的氟化物氣體溶解成無害的氟離子，進而達到淨化廢氣的目的。
且知，上述採用採用高溫火燄或熱棒將氟化物氣體溶解成無害氟離子的過程，該廢氣處理槽之前置反應腔室內必須搭配前置的水洗工序來供應充足的氫離子，以便氟化物能在高溫環境下和水中的氫離子反應。但是，由於前置水洗過程非常耗時，且水分子與氟化物接觸後會於水中生成增生物附著於廢氣處理槽之反應腔室的內壁，造成該反應腔室的內壁還需配置防卡垢的水牆或額外的清潔工序，因而降低了將氟化物氣體溶解成無害氟離子的淨化效率，並且提高了 廢氣處理設備及淨化工序的成本，亟待加以改善。
有鑑於此，本發明主要係針對半導體廢氣處槽之前置反應腔室在捕捉氟化物過程中，免除了傳統採用高溫火燄或熱棒來催化氟化物所易生成在工序及結構上過於複雜且淨化效率難以提升的問題；進一步的說，本發明依據在一特定高溫環境下，能使氟原子非常活躍，並且使水分子呈現出水霧狀氣態的特性，以便利用高溫且呈水霧狀氣態的水分子來捕捉氟化物，進而將氟化物溶解為氟化氫(HF)，提升淨化氣體的效率。
為了實現上述目的並解決問題，本發明之一具體實施例是提供一種半導體製程廢氣中之氟化物的淨化方法，包括在半導體廢氣處理槽之反應腔室內導入一由水加熱生成之高溫水霧狀氣態水，並以該水霧狀氣態水溶解氟化物成為氟化氫；其中，該水霧狀氣態水接觸氟化物的溶解溫度界於370~1300℃之間。
根據上述方法，在進一步實施中，該水霧狀氣態水是以噴灑方式導入反應腔室內。
此外，本發明之另一具體實施例是根據上述方法而更進一步的提供一種半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，包括：一反應腔室，形成於半導體廢氣處理槽內，該廢氣處理槽配置有至少一半導體製程廢氣的導入管，該導入管導引含藏有氟化物的半導體製程廢氣進入反應腔室；一熱管，配置於廢氣處理槽並植入反應腔室內，該熱管具有一形成於廢氣處理槽外的外端以及一形成於反應腔室內的內端，該外端設有一注水管，該內端形成有多個貫穿且分佈於熱管管壁的噴孔，其中：該熱管內穿設有一加熱棒，該加熱棒與熱管的管壁之間形成一通道，該通道連通注水管且經由所述多個噴孔連通反應腔室，該注水管導引水進入通道內，所述 通道內的水接觸加熱棒而生成高溫的水霧狀氣態水，所述水霧狀氣態水經由所述多個噴孔導入反應腔室內溶解氟化物成為氟化氫，其中該水霧狀氣態水接觸氟化物的溶解溫度界於370~1300℃之間。
根據上述裝置，在進一步實施中，所述多個噴孔是以噴灑方式導引水霧狀氣態水進入反應腔室內。其中，所述多個噴孔係貫穿且間隔分佈於熱管內端的四周管壁。
上述裝置的進一步實施中，還包括：該半導體廢氣處理槽頂部設有一頭蓋，該半導體製程廢氣的導入管以及熱管係間隔配置於頭蓋上。該熱管、通道及加熱棒呈直線狀之同心圓配置。該反應腔室四周配置有一環狀加熱器作為廢氣處理槽的槽壁，所述溶解溫度還包含受到環狀加熱器的加熱作用而達成。
該反應腔室內經由多個隔板間隔形成多個反應腔槽，所述多個隔板上分別形成有至少一通孔連通多個反應腔槽，所述多個反應腔槽經由通孔相互連通而形成一導氣通道，該導氣通道導引廢氣與氣態水通過反應腔室。其中所述多個隔板上分別形成的通孔是以雙軸座標之第一至第四象限的配置方式交錯對應，使該導氣通道呈現迂迴形式。所述多個隔板之間設有隔牆。
根據上述方法及裝置，本發明可產生的技術功效在於：在半導體廢氣處槽之前置反應腔室捕捉氟化物過程中，免除了使用傳統高溫火燄或熱棒必須搭配前置水洗氟化物的供水工序，簡化所需裝置的結構複雜度。此外，以高溫水霧狀氣態水捕捉暨溶解有害之氟化物的淨化效率，遠高於傳統使用高溫火燄或熱棒的加熱催化方式。
更進一步的，請參照下列實施例及圖式加以說明本發明的實施細節。
10‧‧‧廢氣
2‧‧‧廢氣處理槽
20‧‧‧反應腔室
21‧‧‧導入管
22‧‧‧氮氣管
23‧‧‧頭蓋
24‧‧‧加熱器
25‧‧‧第一水洗室
26‧‧‧第二水洗室
27‧‧‧排氣口
30‧‧‧氣態水
40‧‧‧熱管
41‧‧‧外端
42‧‧‧內端
43‧‧‧管壁
44‧‧‧噴孔
45‧‧‧加熱棒
46‧‧‧通道
47‧‧‧注水管
50‧‧‧隔板
50a‧‧‧第一隔板
50b‧‧‧第二隔板
50c‧‧‧第三隔板
50d‧‧‧第四隔板
51‧‧‧通孔
52‧‧‧隔牆
53‧‧‧反應腔槽
54‧‧‧導氣通道
圖1是本發明淨化方法的解說示意圖；圖2是本發明淨化裝置之熱管的構造圖；圖3是圖2中該熱管的放大剖示圖；圖4是圖2中該熱管配置於半導體廢氣處理槽的剖示圖；圖5是本發明淨化裝置之隔板的剖示圖；圖5a是圖5的A-A剖示圖；圖5b是圖5的B-B剖示圖；圖5c是圖5的C-C剖示圖；圖5d是圖5的D-D剖示圖；圖6是圖5中該隔板配置於半導體廢氣處理槽的剖示圖。
請參閱圖1，揭露本發明第一款實施例所提供之半導體製程廢氣中氟化物的淨化方法的解說示意圖，說明半導體製程設備中具有一廢氣處理槽2，該廢氣處理槽2內形成有一前置的反應腔室20，半導體製程中所生成含藏有氟化物(PFC)的廢氣10係先導入此一前置的反應腔室20內，以便對有害的氟化物(PFC)作前置的溶解處理。
在本發明中，必須於上述前置的反應腔室20內導入一高溫的水霧狀氣態水30；其中，所述導入(或導引進入)是以噴灑方式實施可得較佳效果；所述高溫的水霧狀氣態水30是由常溫的水(H2O)加熱生成。
由於水加熱至100℃時會生成水蒸氣，當水持續加熱至370℃以上時會呈現水霧狀氣態，且水在持續加熱至950℃以上時，水(H2O)中的氫(H)較易解離成氣態的氫離子(H+)，因此本發明導入前置反應腔室20內的水霧狀氣態水30必須具備370~1300℃的高溫條件；其中370℃是使水呈現水霧狀氣態的拘束條件，1300℃為考量現有市售加熱器可達到的加熱溫度上限。
由於氟(F)在850℃高溫的環境下非常活耀，因此當前置的反應腔室20內的溫度升溫至370~1300℃之間，可使例如NF3及F2等氟化物(PFC)迅速的被水霧狀氣態水30溶解成氟離子(F-)，並使氟離子(F-)與水霧狀氣態水30中被溶解成氣態的氫離子(H+)結合成水溶性的氟化氫(HF)。
下式(1)揭露出當氟化物為F2時的反應式：
下式(2)揭露出當氟化物為NF3時的反應式：
在較佳實施中，由於氟(F)在850℃高溫的環境下非常活耀，因此上述導入前置反應腔室20內的水霧狀氣態水30如能加溫至850~1300℃區間的溶解溫度時，其溶解氟化物(PFC)中氟離子(F-)的淨化效果將可大幅提升，而且氟離子(F-)也比較容易和水霧狀氣態水30中的氫離子(H+)結合成水溶性的氟化氫(HF)。且知，水溶性的氟化氫(HF)可經廢氣處理槽2後段的水洗工序沖刷捕捉成無毒氣體排出至外界(廢氣處理槽2之後段水洗工序非本發明訴求或改善部分，故不加贅述)。
為了具體實施上述方法，請接續合併參閱圖2至圖4，揭露出本發明第二款實施例所提供之淨化裝置的實施細節，其中圖2揭露出一熱管40的構造圖，圖3揭露該熱管40的放大剖示圖，圖4揭露該熱管40配置於半導體廢氣處理槽2前段的反應腔室20內的態樣。其中：該廢氣處理槽2配置有兩道半導體製程廢氣10的導入管21，該導入管21與所述前段的反應腔室20相連通，該導入管21導引含藏有氟化物(PFC)的半導體製程廢氣10進入反應腔室20內。進一步的說，該廢氣處理槽2的頂部設有一頭蓋23，該導入管21係配置於頭蓋23上，使該導入管21能由廢氣處理槽2的頂部導引廢氣10進入反應腔室20內。 此外，該導入管21上還連接有一氮氣管22，該氮氣管22導引氮氣(N2)通過導入管21進入反應腔室20內。
該廢氣處理槽2配置有一植入反應腔室20內的熱管40，該熱管40在實施上是與半導體製程廢氣10的導入管21間隔配置於頭蓋23上。該熱管40雙端包含一形成於廢氣處理槽2外的外端41以及一形成於反應腔室20內的內端42，該外端41連接有一注水管47，該注水管47導引常溫的水進入熱管40內，該熱管40位於反應腔室20內的內端42之四周管壁43上形成有多個貫穿且間隔分佈於熱管40之管壁43的噴孔44，該熱管40內穿設有一加熱棒45，該加熱棒45可以是電熱式加熱棒，該加熱棒45能加熱由注水管47進入熱管40內的水，使水的溫度到達370~1300℃之間，當水加熱至370℃以上時會呈現水霧狀氣態，並透過熱管40之管壁上的噴孔44將呈水霧狀的氣態水30導入反應腔室20內。
在具體實施上，該加熱棒45與熱管40的管壁43之間形成有一通道46，該通道46是連通注水管47且經由所述多個噴孔44與反應腔室20相連通，使水通過該通道46接受加熱棒45加熱而生成高溫的水霧狀氣態水30並經由噴孔44進入反應腔室20內，由於該噴孔44的截面積是小於通道46的截面積，所以使氣態水30以噴灑方式進入反應腔室20內。該熱管40、通道46及加熱棒45是呈直線狀之同心圓配置，使氣態水30由相異噴孔44進入反應腔室20內時具有相同的壓力，進而均勻分佈噴灑於反應腔室20內。
該反應腔室20四周配置有一環狀加熱器24，該環狀加熱器24在實施上是作為廢氣處理槽2的內側槽壁，由於電熱式加熱器構成，該環狀加熱器24是用來加熱暨維持反應腔室20內的溫度，以促進廢氣10及氣態水30在反應腔室20內彼此達到溶解溫度，進而使得溶解氟化物(PFC)中氟離子(F-)的效率大幅提升，而且在此環境下，氟離子(F-)也容易和 水霧狀氣態水30中的氫離子(H+)結合成水溶性的氟化氫(HF)。此外，植入反應腔室20內的導入管21，在反應腔室20內高溫環境的影響下，提高導入管21本身的溫度，當廢氣10通過導入管21進入反應腔室20時，廢氣10本身的溫度經由與導入管21接觸而提高，使廢氣10能更快速的達到其本身所需的溶解溫度，進而提升廢氣10在淨化時的效率。
請再次參閱圖4，說明該廢氣10通過導入管21進入廢氣處理槽2內前置的反應腔室20中，該氣態水30由熱管40上的噴孔44進入廢氣處理槽2內前置的反應腔室20中，受到加熱棒45及加熱器24加熱至溶解溫度的廢氣10及氣態水30在反應腔室20內發生化學反應，例如NF3及F2等氟化物(PFC)迅速的被水霧狀氣態水30溶解成氟離子(F-)，並使氟離子(F-)與水霧狀氣態水30中被溶解成氣態的氫離子(H+)結合成水溶性的氟化氫(HF)。接著，含有氟化氫(HF)的廢氣10由廢氣處理槽2內前置的反應腔室20依序通過廢氣處理槽2內後置的第一水洗室25及第二水洗室26，所述水溶性的氟化氫(HF)經由第一水洗室25及第二水洗室26的水洗工序而溶於水中，使廢氣10轉換成為無害的氣體，然後通過排氣口27排放至外界大氣中。
請合併參閱圖5至圖6，揭露出本發明第三款實施例所提供之淨化裝置的實施細節，其中圖5揭露出該隔板的剖示圖，圖5a至圖5d揭露圖5中相異位置的剖示圖，圖6揭露該隔板配置於半導體廢氣處理槽前段的反應腔室內的態樣。其中：如圖5及圖6所示，該反應腔室20內在實施上設有多個隔板50，所述多個隔板50是以鎖組或焊接的方式間隔排列的固定於反應腔室20內，所述多個隔板50之間分別形成一反應腔槽53，且所述多個反應腔槽53經由隔板50上所形成的通孔51而相互連通而形成一迂迴的導氣通道54，該 導氣通道54能導引廢氣10與氣態水30通過反應腔室20。
進一步的說，圖5中所揭露的多個隔板50包含一第一隔板50a、一第二隔板50b、一第三隔板50c及一第四隔板50d，而由圖5a至圖5d中可進一步見悉該第一隔板50a、第二隔板50b、第三隔板50c及第四隔板50d上所形成的通孔51可以是依序以雙軸座標(X-Y)之第一至第四象限的配置方式交錯對應，所述各隔板50a至50d上的通孔51可以是以單一開孔方式或以網孔狀呈現，且上述隔板50之間設有隔牆52，用以局部間隔所述多個反應腔槽53，並且經由相鄰隔板50上的通孔51而導通所述多個反應腔槽53，進而構築形成所述迂迴的導氣通道54，藉以導引廢氣10與氣態水30通過所述多個反應腔槽53，並增加廢氣10與氣態水30滯留在所述多個反應腔槽53內的時間，進而提升氣態水30在溶解廢氣10內所含氟化物(PFC)成為氟化氫(HF)時的效率。
以上實施例僅為表達了本發明的較佳實施方式，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本發明所屬技術領域中具有通常知識者而言，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出複數變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明應以申請專利範圍中限定的請求項內容為準。
21‧‧‧導入管
22‧‧‧氮氣管
23‧‧‧頭蓋
40‧‧‧熱管
41‧‧‧外端
42‧‧‧內端
43‧‧‧管壁
44‧‧‧噴孔
45‧‧‧加熱棒
47‧‧‧注水管

Claims (13)

  1. 一種半導體製程廢氣中氟化物的淨化方法，包括：在半導體廢氣處理槽之反應腔室內導入一由水加熱生成之高溫水霧狀氣態水，並以該水霧狀氣態水溶解氟化物成為氟化氫；其中，該水霧狀氣態水接觸氟化物的溶解溫度界於370~1300℃之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述半導體製程廢氣中之氟化物的淨化方法，其中該水霧狀氣態水是以噴灑方式導入反應腔室內。
  3. 如申請專利範圍第1項所述半導體製程廢氣中之氟化物的淨化方法，其中該氟化物為F2時，其反應式如下：
  4. 如申請專利範圍第1項所述半導體製程廢氣中之氟化物的淨化方法，其中該氟化物為NF3時，其反應式如下：
  5. 一種半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，包括：一反應腔室，形成於半導體廢氣處理槽內，該廢氣處理槽配置有至少一半導體製程廢氣的導入管，該導入管導引含藏有氟化物的半導體製程廢氣進入反應腔室；一熱管，配置於廢氣處理槽並植入反應腔室內，該熱管具有一形成於廢氣處理槽外的外端以及一形成於反應腔室內的內端，該外端設有一注水管，該內端形成有多個貫穿且分佈於熱管管壁的噴孔，其中；該熱管內穿設有一加熱棒，該加熱棒與熱管的管壁之間形成一通道，該通道連通注水管且經由所述多個噴孔連通反應腔室，該注水管導引水進入通道內，所述通道內的水接觸加熱棒而生成高溫的水霧狀氣態水，所述水霧狀氣態水經由所述多個噴孔導入反應腔室內溶解氟化物成為氟化氫，其中該水霧狀氣態水接觸氟化物的溶解溫度界於370~1300℃之間。
  6. 如申請專利範圍第5項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中所述多個噴孔是以噴灑方式導引水霧狀氣態水進入反應腔室內。
  7. 如申請專利範圍第6項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中所述多個噴孔係貫穿且間隔分佈於熱管內端的四周管壁。
  8. 如申請專利範圍第5項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中該半導體廢氣處理槽頂部設有一頭蓋，該半導體製程廢氣的導入管以及熱管係間隔配置於頭蓋上。
  9. 如申請專利範圍第5項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中該熱管、通道及加熱棒呈直線狀之同心圓配置。
  10. 如申請專利範圍第5至9項中任1項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中該反應腔室四周配置有一環狀加熱器作為廢氣處理槽的槽壁，所述溶解溫度還包含受到環狀加熱器的加熱作用而達成。
  11. 如申請專利範圍第5項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中該反應腔室內經由多個隔板間隔形成多個反應腔槽，所述多個隔板上分別形成有至少一通孔連通多個反應腔槽，所述多個反應腔槽經由通孔相互連通而形成一導氣通道，該導氣通道導引廢氣與氣態水通過反應腔室。
  12. 如申請專利範圍第11項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中所述多個隔板上分別形成的通孔是以雙軸座標之第一至第四象限的配置方式交錯對應，使該導氣通道呈現迂迴形式。
  13. 如申請專利範圍第11或12項所述半導體製程廢氣中氟化物的淨化裝置，其中所述多個隔板之間設有隔牆。
TW104139500A 2015-11-26 2015-11-26 半導體製程廢氣中氟化物的淨化方法及其裝置 TWI599395B (zh)

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