TW202010360A - 電漿炬激發裝置之水分子供應裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，包括一火燄出口端形成於電漿炬激發裝置的底端，該電漿炬激發裝置內具有一水腔室，該火燄出口端固置有一罩體，該罩體具有一提供電漿炬通過的火燄通道，且該罩體內並開設有多個圍繞於火燄通道周圍的導水孔，所述多個導水孔各自連通於該水腔室與該火燄通道之間，用以供應水分子由該火燄通道噴出，令水分子接觸該火燄通道內的電漿炬火燄，以利捕捉F2氣體成為較容易接受水洗過濾的氟化氫(HF)。

Description

電漿炬激發裝置之水分子供應裝置
本發明涉及半導體製程廢氣以電漿炬(Plasma Torch)進行燒結反應後之生成物的捕捉技術，特別是有關於一種電漿炬激發裝置之水分子供應裝置。
周知，半導體製程所生成的廢氣包含有SiH4、H2SiCl2(DCS)、WF6、BF3、NF3、SF6、CF4、C2F6 C3F8等，其中NF3、SF6、CF4、C2F6及C3F8等歸屬有害的氟化物(Per Fluorinated Compounds,PFC)，倘若排放至大氣中，會造成環境污染，甚至於溫室效應，對地球暖化造成嚴重的影響，因此必須將該等廢氣處理成無害的氣體。
坊間所泛用的半導體廢氣處理設備，就是用於將上述廢氣處理成無害的氣體。一般而言，已知的半導體廢氣處理設備皆設有廢氣的反應腔室，半導體製程所生成的廢氣係導入反應腔室內，並且在反應腔室內以燃氣火燄、熱棒或電漿炬火燄所提供的高溫，對所述廢氣進行燒結(即燒結反應)；特別的，透過高溫的燒結反應，可將例如是有害的NF3、SF6、CF4、C2F6及C3F8等氟化物氣體分解成無害的氟離子(F-)，進而達到淨化廢氣的目的。
上述的電漿炬(Plasma torch)是一種能夠生成一束定向電漿噴流的高溫火燄，電漿炬火燄的溫度能夠高達3000℃~10000℃，因此常見用於材料加工、熔接、廢物處理、陶瓷切割、金屬切割及半導體廢氣燒結等用途上。
且知，所述廢氣經過燃氣火燄、熱棒或電漿炬火燄高溫燒結處理之後，會於反應腔室內生成F2氣體及其他生成物， 這些生成物通常需經後段的水洗程序(scrubber)的捕捉及刷洗，使上述生成物能沉積於水中而被過濾篩離。
但是，由於F2氣體的分子極小，在已知半導體廢氣處理設備中所用的水洗程序，其提供的水柱或水滴並無法充分捕捉上述的F2氣體，造成半導體製程廢氣之淨化效率不彰，因此有業者刻意供水(H2O)進入該反應腔室內，並藉由上述燃氣火燄、熱棒或電漿炬火燄的高溫將水(H2O)所含帶的水分子解離為氫離子(H+)與氫氧離子(OH-)，利用其中的氫離子(H+)與F2氣體結合而形成易溶於水中的氟化氫(HF)，以利於後段水洗程序的捕捉及刷洗。惟，習知半導體廢氣處理設備的反應腔室中，供應水分子與上述燃氣火燄、熱棒或電漿炬火燄相互接觸的腔室暨空間結構並不理想，乃至於水分子難以瞬間捕捉電漿炬火燄燒結廢氣後生成F2氣體成為氟化氫(HF)，甚而影響廢氣中有害物質的淨化效率，故亟待加以改善。
有鑑於此，本發明的主要目的在於改善傳統電漿炬火燄周圍欠缺供應充足水分子而影響F2氣體的捕捉效率的問題，進而提供一種電漿炬激發裝置之水分子供應裝置。
在一較佳實施中，本發明之技術手段包括：一火燄出口端，形成於電漿炬激發裝置的底端，該電漿炬激發裝置包含一極棒與一極芯，該極芯具有一作為帶電離子之電場使用的圓錐形芯孔，該極棒投射帶電離子於芯孔內生成電漿炬火燄，該電漿炬火燄並由該火燄出口端噴出；一水腔室，形成於該極芯外圍，該水腔室分別經由一入水管及一出水管導引水流於該水腔室內循環，該極芯的外壁製成歧片狀接觸該水腔室內的循環水；及一罩體，固置於該火燄出口端，該罩體具有一提供電漿炬通過的火燄通道，且該罩體內並開設有多個圍繞於火燄通道周圍的導水孔，所述多個導水孔各自連通於該水腔室與該火燄通道之間，用以供應水分子由該火燄通道噴出，令水分子接觸該火燄通道內的電漿 炬火燄。
在進一步實施中，該火燄通道的四周形成為一圓錐形孔壁，所述多個導水孔由該圓錐形孔壁供應水分子至該火燄通道噴出。其中所述多個導水孔分別連通一形成於圓錐形孔壁上的出水孔，所述多個導水孔分別經由各該出水孔而供應水分子至該火燄通道噴出。所述各該出水孔分別具有一孔心線，且該火燄通道具有一軸心線，該孔心線與該軸心線之間具有一夾角θ，且0<θ<90°。各該出水孔的總出水量小於該出水管的出水量，且該入水管的進水量大於該出水管的出水量。
在進一步實施中，該罩體具有一頂面及一底面，該火燄通道的圓錐形孔壁係由該頂面逐漸擴張至該底面而形成。
在進一步實施中，該極芯的外圍罩設有一極芯座，該水腔室係形成於該極芯與該極芯座之間，且該入水管及該出水管分別配置於該極芯座上而與該水腔室相連通。
在進一步實施中，該電漿炬激發裝置還包含一極芯架，該極芯架具有一中空的艙室，該極棒係固置於該極芯架的頂部，該極棒的一用以投射帶電離子的電離子投射端植入於該艙室內而形成一圍繞於極棒與艙室壁面之間的集氣槽，該極芯係固置於該極芯架的底部，該芯孔連通該集氣槽，且該電離子投射端鄰近於該芯孔。
在進一步實施中，該電漿炬激發裝置配置於一半導體廢氣處理槽上，該半導體廢氣處理槽內形成有一反應腔室，該電漿炬激發裝置的火燄出口端植入於該反應腔室內。
根據上述技術，本發明所能產生的技術效果在於：
1.藉由出水孔開設於火燄通道周圍，使導水孔或出水孔所噴出的水分子能集中到電漿炬火燄的周圍，促使水分子能夠立即地接觸電漿炬火燄，並且接受電漿炬火燄解離成氫離子(H+)與氫氧離子(OH-)，讓氫離子(H+)能夠與廢氣燒結後生成的F2氣體迅速地結合成為易溶於水中的氟化氫(HF)，以促進廢氣中有害物 質的淨化效率。
2.由於出水孔所噴出的水分子是由水腔室中用來冷卻極芯的水所供應，因此無需額外增設供水用的管路，使得水分子供應裝置的結構較為簡化。
3.憑藉火燄通道的圓錐形孔壁的構造設計，以及供應水分子的導水孔或出水孔是連通或形成於圓錐形孔壁上，使得火燄出口端所噴出的電漿炬火燄，能於圓錐形孔壁進行保燄的過程中迅速地與水分子接觸。
以上所述技術手段及其產生效能的具體實施細節，請參照下列實施例及圖式加以說明。
1‧‧‧電漿炬激發裝置
10‧‧‧極棒
101‧‧‧電離子投射端
102‧‧‧接電端
11‧‧‧絕緣套
20‧‧‧極芯
21‧‧‧芯孔
211‧‧‧內端
212‧‧‧外端
213‧‧‧孔壁
22‧‧‧環部
221‧‧‧固定孔
222‧‧‧導引孔
223‧‧‧導引溝
23‧‧‧螺絲
24‧‧‧火燄出口端
30‧‧‧罩體
301‧‧‧頂面
302‧‧‧底面
31‧‧‧火燄通道
311‧‧‧圓錐形孔壁
32‧‧‧導水孔
33‧‧‧出水孔
40‧‧‧極芯座
41‧‧‧水腔室
42‧‧‧螺孔
43‧‧‧入水管
44‧‧‧出水管
50‧‧‧極芯架
501‧‧‧頂部
502‧‧‧底部
51‧‧‧艙室
52‧‧‧集氣槽
53‧‧‧承套
54‧‧‧承座
55‧‧‧環狀導氣槽
56‧‧‧導氣孔
57‧‧‧進氣管
60‧‧‧半導體廢氣處理槽
61‧‧‧反應腔室
62‧‧‧頭蓋
63‧‧‧廢氣導入管
631‧‧‧出口
632‧‧‧進氣壓力偵測口
64‧‧‧紫外線偵測口
L1‧‧‧孔心線
L2‧‧‧軸心線
θ‧‧‧夾角
圖1是本發明電漿炬激發裝置之水分子供應裝置的剖示圖；圖2是圖1的A-A剖示圖；圖3是圖1的動作示意圖；圖4是本發明電漿炬激發裝置之水分子供應裝置配置於廢氣處理槽的剖示圖。
首先，請參閱圖1，揭露本發明所提供一種電漿炬激發裝置之水分子供應裝置的較佳實施形態，說明該水分子供應裝置包括一火燄出口端24、一水腔室41及一罩體30，其中：
該火燄出口端24是形成於電漿炬激發裝置1的底端。該電漿炬激發裝置1在實施上包含一極棒10與一極芯20。該極棒10是由導電金屬製成條棒狀，而使得極棒10具有一電離子投射端101及一接電端102。該極芯20是由導電金屬製成，該極芯具有一作為帶電離子之電場使用的圓錐形芯孔21，該極棒10的電離子投射端101投射帶電離子於芯孔21內生成電漿炬火燄。進一步的說，該芯孔21具有一內端211及一外端212，該芯孔21係由該內端211逐漸擴張至該外端212而呈現圓錐形，該極棒10 的電離子投射端101在實施上是鄰近的坐落於該芯孔21的內端211，該電漿炬火燄是由該芯孔21的外端212噴出，換言之，上述的火燄出口端24在實施上是指該芯孔21的外端212。
該水腔室41是形成於該極芯20外圍，該水腔室41分別經由一入水管43及一出水管44導引水流於該水腔室41內循環來冷卻極芯20的溫度。該極芯20的外壁在實施上是製成歧片狀，該歧片狀的外壁能增加極芯20與該水腔室41內的循環水之接觸面積，進而提高水在冷卻極芯20時的熱交換效果。
該罩體30是固置於該火燄出口端24，使電漿炬火燄通過該罩體30噴出。該罩體30是由耐熱金屬製成環狀，該罩體30具有呈環面形狀的一頂面301及一底面302，該罩體30具有一由頂面301延伸至底面302的火燄通道31，該電漿炬火燄是經由火燄通道31通過罩體30噴出。該罩體30內開設有多個圍繞於火燄通道31周圍的導水孔32，所述多個導水孔32之一端延伸至該罩體30的頂面301，所述多個導水孔32各自連通於該水腔室41與該火燄通道31之間，使該水腔室41內的水通過導水孔32後以氣霧狀的水分子的形態由該火燄通道31中噴出，且該氣霧狀的水分子經由導水孔32的導引而在火燄通道31內接觸到電漿炬火燄，以利於電漿炬火燄將氣霧狀的水分子分解為氫離子(H+)與氫氧離子(OH-)。
進一步的說，該罩體30內火燄通道31的四周形成為一圓錐形孔壁311，該圓錐形孔壁311在實施上是形成於環面狀的該頂面301與底面302的中心位置之間，且該圓錐形孔壁311係由該頂面301逐漸擴張至該底面302而形成。該圓錐形孔壁311上形成有與所述多個導水孔32分別連通的一出水孔33，該水腔室41內的水是依序通過導水孔32及出水孔33後以氣霧狀的水分子的形態由該火燄通道31中噴出。在具體實施上，各該出水孔33的總出水量是小於該出水管44的出水量，且該出水管44的出水量是大於該入水管43的進水量，使該水腔室41內的水具有壓力， 令該水腔室41內的水通過出水孔33後是以氣霧狀的水分子的形態噴出。更進一步的說，所述各該出水孔33分別具有一孔心線L1，且該火燄通道31具有一軸心線L2，該孔心線L1與該軸心線L2之間具有一夾角θ，該夾角θ是大於0度且小於90度，也就是0<θ<90°，使氣霧狀的水分子能由各該出水孔33朝火燄通道31內的電漿炬火燄之方向噴出，進而有利於該氣霧狀的水分子接觸到電漿炬火燄。此外，該火燄通道31的圓錐形孔壁311能對由該芯孔21(也就是火燄出口端24)所噴出的電漿炬火燄形成保燄效果。
請合併參閱圖1及圖2，說明該極芯20的外圍罩設有一極芯座40，該水腔室41是形成極芯20與極芯座40之間，該入水管43及出水管44是分別配置於極芯座40上而與該水腔室41相連通，使水能由入水管43流入水腔室41內，再由出水管44流出，進而形成水循環來冷卻極芯20的溫度。進一步的說，該極芯座40在實施上形成有多個螺孔42，該極芯20的外壁形成有一環部22，且該環部22上開設有與上述多個螺孔42相對應的固定孔221，藉由螺絲23通過固定孔221螺組於螺孔42而使極芯20與極芯座40相互固定結合。
復請參閱圖1，說明該極芯20的環部22上還開設有多個圍繞於該頂面301之外圍的導引孔222，且該環部22上還形成有多個連通該導引孔222的導引溝223，使水腔室41內的水能經由導引溝223流入導引孔222中。所述導引孔222在實施上是分別對應該罩體30上的導水孔32，當該罩體30固置於該火燄出口端24時，令所述導引孔222分別與相對應的導水孔32相連通，使水腔室41內的水能依序經由導引溝223、導引孔222、導水孔32、出水孔33由火燄通道31中噴出。使水腔室41內的水除了能用來冷卻極芯20之外，還能流入導水孔32，再由出水孔33噴出，因此無需額外增設供水用的管路，進而簡化本發明水分子供應裝置的結構。
請參閱圖1，說明該電漿炬激發裝置1在實施上還包含一極芯架50，該極芯架50概略製成座管形態，而使極芯架50具有一中空的艙室51。該極棒10經由一絕緣套11的居中束持而固定於極芯架50的頂部501，並且使得該極棒10的電離子投射端101能植入於艙室51內，進而形成一圍繞於極棒10與艙室51的四周壁面之間的一集氣槽52，且該極棒10的接電端102係突伸至極芯架50外連接電源。進一步的說，該極芯20是固置於極芯架50的底部502，該芯孔21的內端211連通集氣槽52。該極芯座40在實施上是經由一承座54而固定在極芯架50的底部502，進而罩設於極芯20的外圍。
請參閱圖2，說明該極芯架50外圍罩設有一承套53，而使極芯架50與承套53之間形成一環狀導氣槽55，該極芯架50的艙室51壁面上還形成有多個連通集氣槽52與環狀導氣槽55的導氣孔56，換言之，該環狀導氣槽55、導氣孔56與集氣槽52之間形成一氣流通道。該環狀導氣槽55與一進氣管57相連通，該進氣管57用來導入例如是He、Ar、N2或O2等氣體，使上述氣體沿環狀導氣槽55、導氣孔56與集氣槽52之間所形成的氣流通道流向芯孔21，再通過芯孔21向外流出。
請參閱圖3，說明將電源的正極與負極分別連接極棒10的接電端102與極芯20進行通電，而於極棒10與芯孔21的孔壁213之間激發暨生成電離子(e-)的碰撞及跳動，使芯孔21內成為生成電離子(e-)的電場，在此同時，並在該集氣槽52內導入所述的He、Ar、N2或O2等氣體集壓，而經由所述氣體將電離子(e-)由芯孔21的外端212推出，進而形成對外噴流的電漿炬火燄，該電漿炬火燄在通過火燄通道31時，該火燄通道31的圓錐形孔壁311構造能對由芯孔21所噴出的電漿炬火燄形成保燄效果。在此狀態下，可透過由入水管43流入水腔室41內而後再由出水管44流出的循環水，來降低極芯20的溫度，避免極芯20受到電漿炬火燄的加熱作用而降低耐久的使用壽命；其中特別的是，製成歧 片狀的極芯20外壁提供了較大的熱交換面積，有助於和水腔室41內的水進行熱交換，能有效避免極芯20的溫度過高。並且，由入水管43流入水腔室41內的循環水部分會通過導引溝223流入導引孔222內，再經由導水孔32與出水孔33向外噴出，由出水孔33所噴出的氣霧狀的水分子受到由芯孔21所噴出電漿炬火燄的高溫分解為氫離子(H+)與氫氧離子(OH-)。
請參閱圖4，說明本發明之電漿炬激發裝置1是配置於一半導體廢氣處理槽60上，該半導體廢氣處理槽60內形成有一反應腔室61，所述半導體製程廢氣係先導入反應腔室61內，接著，以電漿炬所提供的高溫進行燒結處理。進一步的說，該半導體廢氣處理槽60的頂部罩設有一頭蓋62，該極芯座40是配置於頭蓋62上而使該電漿炬激發裝置1的火燄出口端24植入反應腔室61內，令該極芯20之芯孔21所噴流形成的電漿炬火燄進入反應腔室61內對所述半導體製程廢氣進行燒結處理，透過高溫的燒結反應，可將所述半導體製程廢氣中例如是有害的NF3、SF6、CF4、C2F6及C3F8等氟化物(Per Fluorinated Compounds,PFC)氣體分解成無害的氟離子，氟離子再與氣霧狀的水分子受到電漿炬火燄的高溫所分解的氫離子(H+)結合，進而生成氟化氫，由於氟化氫易溶於水中，因此有利於後段水洗程序的捕捉及刷洗，以達到淨化廢氣的目的。
該半導體廢氣處理槽60在實施上配置有至少一半導體製程廢氣的廢氣導入管63，該廢氣導入管63植入反應腔室61之一端形成有一出口631，該廢氣導入管63經由其出口631而與反應腔室61相連通，該廢氣導入管63導引半導體製程廢氣進入反應腔室61內。進一步的說，該廢氣導入管63與極芯座50是間隔配置於頭蓋62上，使該廢氣導入管63能由半導體廢氣處理槽60的頂部導引廢氣進入反應腔室61內。此外，該廢氣導入管63上設有一進氣壓力偵測口632，藉由該進氣壓力偵測口632能以儀器偵測廢氣導入管63內半導體製程廢氣流入反應腔室61內時的 壓力及流量；該頭蓋62上還設有一紫外線偵測口64，藉由該紫外線偵測口64能以紫外線偵測器偵測電漿炬的運作狀況。
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。
1‧‧‧電漿炬激發裝置
10‧‧‧極棒
101‧‧‧電離子投射端
102‧‧‧接電端
11‧‧‧絕緣套
20‧‧‧極芯
21‧‧‧芯孔
211‧‧‧內端
212‧‧‧外端
213‧‧‧孔壁
22‧‧‧環部
222‧‧‧導引孔
223‧‧‧導引溝
24‧‧‧火燄出口端
30‧‧‧罩體
301‧‧‧頂面
302‧‧‧底面
31‧‧‧火燄通道
311‧‧‧圓錐形孔壁
32‧‧‧導水孔
33‧‧‧出水孔
40‧‧‧極芯座
41‧‧‧水腔室
43‧‧‧入水管
44‧‧‧出水管
50‧‧‧極芯架
501‧‧‧頂部
502‧‧‧底部
51‧‧‧艙室
52‧‧‧集氣槽
53‧‧‧承套
54‧‧‧承座
55‧‧‧環狀導氣槽
56‧‧‧導氣孔
L1‧‧‧孔心線
L2‧‧‧軸心線
θ‧‧‧夾角

Claims (9)

  1. 一種電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，包括：一火燄出口端，形成於電漿炬激發裝置的底端，該電漿炬激發裝置包含一極棒與一極芯，該極芯具有一作為帶電離子之電場使用的圓錐形芯孔，該極棒投射帶電離子於芯孔內生成電漿炬火燄，該電漿炬火燄並由該火燄出口端噴出；一水腔室，形成於該極芯外圍，該水腔室分別經由一入水管及一出水管導引水流於該水腔室內循環，該極芯的外壁製成歧片狀接觸該水腔室內的循環水；及一罩體，固置於該火燄出口端，該罩體具有一提供電漿炬通過的火燄通道，且該罩體內並開設有多個圍繞於火燄通道周圍的導水孔，所述多個導水孔各自連通於該水腔室與該火燄通道之間，用以供應水分子由該火燄通道噴出，令水分子接觸該火燄通道內的電漿炬火燄。
  2. 如請求項1所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中該火燄通道的四周形成為一圓錐形孔壁，所述多個導水孔由該圓錐形孔壁供應水分子至該火燄通道噴出。
  3. 如請求項2所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中所述多個導水孔分別連通一形成於圓錐形孔壁上的出水孔，所述多個導水孔分別經由各該出水孔而供應水分子至該火燄通道噴出。
  4. 如請求項3所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中所述各該出水孔分別具有一孔心線，且該火燄通道具有一軸心線，該孔心線與該軸心線之間具有一夾角θ，且0<θ<90°。
  5. 如請求項3所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中各該出水孔的總出水量小於該出水管的出水量，且該入水管的進水量大於該出水管的出水量。
  6. 如請求項2所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中該罩 體具有一頂面及一底面，該火燄通道的圓錐形孔壁係由該頂面逐漸擴張至該底面而形成。
  7. 如請求項1或5所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中該極芯的外圍罩設有一極芯座，該水腔室係形成於該極芯與該極芯座之間，且該入水管及該出水管分別配置於該極芯座上而與該水腔室相連通。
  8. 如請求項1所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中該電漿炬激發裝置還包含一極芯架，該極芯架具有一中空的艙室，該極棒係固置於該極芯架的頂部，該極棒的一用以投射帶電離子的電離子投射端植入於該艙室內而形成一圍繞於極棒與艙室壁面之間的集氣槽，該極芯係固置於該極芯架的底部，該芯孔連通該集氣槽，且該電離子投射端鄰近於該芯孔。
  9. 如請求項1所述電漿炬激發裝置之水分子供應裝置，其中該電漿炬激發裝置配置於一半導體廢氣處理槽上，該半導體廢氣處理槽內形成有一反應腔室，該電漿炬激發裝置的火燄出口端植入於該反應腔室內。
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