426539 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 五、發明說明(丨) [發明之詳細說明] [發明所屬之技術領域] 本發明係關於一種複合式氣體處理系統’其用於將由 化工廠等產生之氣體狀排出物(gaseous effluent)於排放至 大氣中前予以淨化;特別係關於一種複合式氣體處理系統 ,其構成係將於半導體製造過程所產生之有毒性氣體排出 物藉由以電解所獲得之原料進行燃燒,接著去除微粒子之 後排放至外界。 [習知技術] 於擴散(diffusion)、化學蒸鑛(chemical vapor deposition)、齡刻(etching)等半導體製造過程中會生成大 量之氣體排出物,由於該等氣體排出物在毒性、爆炸性、 腐蝕性上很強,故於排放至大氣中前勢必得進行適當的淨 化處理。一般而言,氣體排出物係SiH4、Cl2、NH3、 AsH3、PH3、B2H6、GeH4等成分,並含有二氧化矽粒子等 微粒子。是以,爲防止氣體排出物所造成之環境污染,必 須將氣體排出物之有害成分濃度降低至容許標準。 以往,爲達成淨化氣體排出物以降低有害成分濃度之 目的,多使用濕式淨化器、燃燒式淨化器、濕式燃燒式兼 用淨化器、吸附式淨化器、以及觸媒式淨化器。 1"1年4月30日公告之美國專利第5,011,520號所 揭示之濕式淨化器,係一種於含有微粒子之氣態排出物中 噴射淨化水(scrubbing liquid)以分離、去除有害成分的裝 4 本紙張尺度適用中國a家標準(CNS>A4規格(210 X 297公釐) (靖先《讀臂面之注意事項再填寫本頁) — — — — — — I— 11111111 經濟部智慧財產局具工消费合作社印製 426539 A7 ____B7____ 五、發明說明(>〇 置。此種濕式淨化器,雖具有處理容量大、運轉費用低廉 、可用以處理鹵素氣體等優點,惟,亦可能有處理效率低 、經長時間的運轉時氣體導入口堵塞之虞β 燃燒式淨化器係一種將氣體排出物利用燃燒器加以燃 燒使之分解(decomposition)及氧化(oxidation)的裝置,雖 可有效率地對燃燒性氣體排出物加以處理,惟,亦具有副 產物難以使用、無法令鹵素氣體燃燒的缺點。 另一方面,混合式淨化器可將含有鹵素氣體之絕大多 數的混合氣體以較爲低廉的運轉費用來有效率地處理之。 然而,以往之混合式淨化器實難滿足以下的所有要點 =首先,由於必須依照欲加以燃燒之氣體排出物之種類的 不同,來獨立地製作、設置彼此以不同溫度動作之複數個 燃燒器,乃具有製作費用所費不貲、需要廣大設置空間的 缺點。又,於以往之混合式淨化器所採用之加熱器,不僅 會隨著時間的經過而發生熱衰減(heat fade)現象造成在性 能上極易變差,又由於可上升之燃燒溫度有其限度,欲將 高溫燃燒性氣體排出物完全燃燒有其困難之處。在對策上 ,雖可考慮將外部之燃料導入加熱器內使之燃燒,藉此提 高燃燒溫度,惟,就此種情況而言,用以供給燃料之管線 將變得複雜,有可能由於燃料的洩漏而發生爆炸事件。 [發明所欲解決之課題] 本發明係鑑於前述般習知技術上的問題點所得之物, 其目的係提供一種小型化之複合式氣體處理系統,係可分 5 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS>A4規格(210 * 297公釐) (請先閱讀嘴面之注意事項再填寫本頁> 裝 訂---------線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 42β53 9 Α7 ___ Β7 五、發明說明(々) 別導入低溫燃燒性氣體排出物以及高溫燃燒性氣體排出物 ,且可以相異之溫度對其進行燃燒。 本發明之另一目的,係提供一種複合式氣體處理系統 ,其利用於裝置內所生成的燃料來燃燒高溫燃燒性氣體排 出物,藉此,以簡化燃料供給管線,並使得由於燃料洩漏 所造成之爆炸事件的發生可能性降到最低。 [用以解決課題之手段] 前述本發明之目的係藉由一種複合式氣體處理系統達 成將於化學製程所產生之低溫燃燒性氣體排出物與高溫燃 燒性氣體排出物淨化之後排放至大氣中;其包含: 一殼體,係具有上部室與下部室之獨立型殼體: 一低溫燃燒器,其設於前述殻體之上部室’係導入低 溫燃燒性氣體排出物以第1溫度進行熱分解之後排放至外 部; 一高溫燃燒器,其於前述殼體之上部室與前述低溫燃 燒器並列設置,係導入高溫燃燒性氣體排出物以較前述第 1溫度爲高之第2溫度進行熱分解之後排放至外部: 一燃料氣體產生器,其配置於前述殼體之下部室’係 自行生成燃料氣體後供給至前述高溫燃燒器中。 [發明之實施形態] 以下,根據本發明所附之圖式加以詳細地說明。 首先,如圖1所示般’本發明之·複合式氣體處理系統 6 _ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4現格(210 X 297公ί!) ill — — — In^i I —11· ! I — 義 *^ ί請先閱讀臂面之注意事項再填寫本頁) 4 2653 9 A7 B7 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 五、發明說明(t) ,所具備之獨立型(stand-alone)殼體1〇係具有上部室12 與下部室14。於此殼體10之底面係裝設有腳輪16,藉此 ,可輕易地將本發明之複合式氣體處理系統移動至所希望 的地方。於殼體10之上部室12中,係垂直設立著低溫燃 燒器18,其用以導入化學製程(例如於半導體製造過程)所 產生之低溫燃燒性氣體排出物來加以燃燒9就低溫燃燒性 氣體排出物之例子而言,可舉出SiH4、SiH2Cl2、NH6、 WF6、PH3、B2H6,惟,並不限定於這些物質。 如圖2所示般,低溫燃燒器18係具備形成有冷媒通 路之大致圓筒型的外殻20,此外殻20則具有中央燃燒室 20a、上側入口端20b、以及下側出口端20(^於外殻20 之內部,用以將電能轉換爲熱能之圓筒形加熱元件22係 配置成與外殼2〇之長方向呈同軸狀。於此加熱元件22之 外圍設有絕熱材24以抑制熱向外發散,同時於其內圍設 有具優良耐熱性、耐蝕性的襯套(liner)26。襯套26係以例 如陶瓷或是鎳合金所製造,其吸收來自加熱元件22的熱 能後將成爲白熱狀態(glow state),藉此將通過外殼20之 中央燃燒室20a的低溫燃燒性氣體排出物進行熱分解,或 予以氧化。對加熱元件22係以維持中央燃燒室20a之溫 度於約750°C的方式進行控制。 於前述低溫燃燒器18之外殻20之出口端20c設有集 塵器28。此集塵器28之作用係用以收集、去除自低溫燃 燒器18排出的熱分解氣體中之微粒子,其具備之料斗30 係透過連結管32連結至低溫燃燒器18之中央燃燒室20a 7 本紙張尺度適用令國0家標準(CNS)A4規格(210 * 297公釐) (請先Μ讀臂面之注意事項再填寫本頁} 裝— II訂--- I!-線 426539 經濟部智慧財產局員工消费合作杜印製 A7 _B7_ 五、發明說明(< ) 。又,送風機34透過空氣管36連結至連結管32,藉由 自此送風機34將空氣吹入前述料斗3〇內產生旋渦氣流, 以使得混雜於熱分解氣體中之微粒子朝下方落下。於料斗 30之下端設有收集下落之微粒子的收集槽38,收集於此 收集槽38的微粒子可藉由移送機構40而移往臨時保管室 42。積存於臨時保管室42內的微粒子可被移至外部來去 除之。 於料斗30之上端設有低溫側排氣管44。由於低溫側 排氣管44之下端44a係長長地延設於料斗30之內1藉此 ,將可防止通過連結管32進入料斗30之熱分解氣體中之 微粒子直接流入低溫側排氣管44當中。於低溫側排氣管 44之內部係設有過濾器46,以對排放至外部前之熱分解 氣體進荇過濾。 如圖1所示,可知於前述殼體10之上部室12之中, 高溫燃燒器48與低溫燃燒器18係並列設置。高溫燃燒器 48適用於將在半導體製造過程等所產生之高溫燃燒性氣 體排出物導入其中進行燃燒。就高溫燃燒性氣體排出物而 言’可舉例如 NF3、CF4、C2F6、SF6、CHF3、C4F8 等,惟 ,並不限定於這些物質。 由圖3可明顯地看出,高溫燃燒器48係具備形成有 冷媒流動通路之大致圓筒型的外殻50,此外殻50則具有 中央燃燒室50a、上側入口端50b、以及下側出口端50c。 於外殼50之內部,用以將電能轉換爲熱能之圓筒形加熱 元件52係配置成與外殻50之長方向呈同軸狀。於此加熱 __ 8 紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公》) I! — —! · I I I I I J β — I I J --- (請先《讀脅面之注$項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 426539 A7 _B7__ 五、發明說明(1?) 元件52之外圍設有絕熱材54以抑制熱向外發散’同時於 其內圍設有具優良耐熱性、耐蝕性的襯套56 °由於襯套 56係以例如陶瓷或是鎳合金所製造’其吸收來自加熱元 件52的熱能後將成爲白熱狀態,藉此使得中央燃燒室5〇a 之溫度上升至約750°C。 於高溫燃燒器48之上端,燃料噴射噴嘴58係以可於 中央燃燒室50a內朝下方噴射燃料的方式來設置。如圖1 及圖5所示,此燃料噴射噴嘴58係通過燃料供給管62接 收由設置於殻體10之下部室14之燃料氣體產生單元60 來的氫氣及氧氣。由燃料噴射噴嘴58所噴射之氫氣於約 58〇t將發生自燃燃燒,而藉由氫氣的燃燒,高溫燃燒器 48之中央燃燒室50a之內部溫度約上升至l2〇0°C,以對 高溫燃嬈性氣體排出物進行有效率的熱分解或氧化。於圖 1之實施例中,燃料噴射噴嘴58係連結於空氣壓縮機64 ,其接收來自該空氣壓縮機64的壓縮氣體而供給至中央 燃燒室50a內。 於前述高溫燃燒器48之外殼50之下側出口端50c處,係 配設有用以冷卻'中和熱分解氣體並去除包含其中之水溶 性物質與微粒子的濕式淨化器66。由圖3可明顯地看出 ,濕式淨化器66係具備:令熱分解氣體與水接觸之淨化 容器68、將通過溢流管72之由淨化容器68流出的水予 以儲藏之儲水槽70、以及將此儲水槽70的水向上吸而噴 射至淨化容器68內之水再循環管74。水再循環管74具 有突出於淨化容器68內之水噴射噴嘴76,此水噴射噴嘴 9 {請先閱讀嘴面之注意事項再填寫本頁} 裝---!!1訂! 1線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱) 經濟部智慧財產局貝工消费合作社印製 426539 A7 ____ B7____ 五、發明說明(Y ) 76係以可藉由文氏管(Ventud)效應將儲水槽70內之水噴 射至淨化容器68內的方式設置於高溫燃燒器μ之出□端 50的正下方。淨化容器68係經由供水管78接收外部的 水,儲水槽70的水則經由排水管80排放至外部。又,淨 化容器68與儲水槽70係以具優良耐蝕性之不鏽鋼所製作 ,若於其內面形成鐵氟龍層則更佳。 於淨化容器68中連結著用以將水中和來適度維持氣 離子濃度(pH)的中和劑供給裝置82。舉例來說,此中和劑 供給裝置82可事先儲存氫氧化鈣,並依照設置於儲水槽 7〇之氪離子濃度感應器84的輸出訊號,而藉由未圖示於 圖式中之驅動裝置致動之,以對淨化容器68內供給適量 的氫氧化鈣。另外,於淨化容器6S與儲水槽70的底面分 別設有氣泡產生器86,此氣泡產生器86係接收來自空氣 壓縮機88的壓縮空氣而產生大量的氣泡,以防止微粒子 的沉澱,並提昇熱分解氣體之淨化效率。於淨化容器68 之上部,用以將經淨化之氣體排放至外部之高溫側排氣管 90係與高溫燃燒器48並列設置。於此高溫側排氣管90 中設有將排氣氣體中之水分及微粒子過濾之過濾器92。 如圖1所示,由於高溫側排氣管90係與低溫側排氣管44 連結著,故通過兩者之排氣管44、90所流出之排氣氣體 將經由一共通排氣導管94排放至外部。 如圖1、圖4以及圖5所示,以燃料噴射噴嘴58供 給燃料氣體用之燃料氣體產生單元60,係具備將水行電 解以產生氧氣與氫氣之電解裝置96。此電解裝置96係自 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 * 297公釐) II I I I ------ ^ — — — — — — — — — — — — —--^ * (請先Μ讀臂面之注意事項再填寫本頁) A7 426539 B7 .._ 五、發明說明(g) 儲水槽98接收水,又儲水槽98係透過汲水幫浦100連結 至回流槽102。是以’自供水源導入回流槽1〇2內的 水藉由汲水幫浦壓送至儲水槽98之後’再供給至電 解裝置96。又,汲水幫浦1〇〇亦將回流槽1〇2的水供給 至防逆火槽106,自防逆火槽溢出的水將回到回流槽 。就充滿水的防逆火槽106其功用而言’係將由電解 裝置96產生的氧氣及氫氣導入下側導入口 l〇6a ’使之通 過水之後再從上側排出口 l〇6b排出’藉此’將可防止由 於燃料噴射噴嘴58的火焰經由燃料供給管62傳送至電解 裝置96所造成的爆炸事件。 如圖4所示,電解裝置96係具備以螺检110進行一 體化積層之複數片的平板電極108,各平板電極108係與 未圖示之電源進行電連接。於此種平板電極中形成有 水導入孔l〇8a以及氣體排出孔108b,如圖1及圖5所示 ,水導入孔l〇8a係連通於儲水槽98,氣體排出孔l〇8b 係連通於防逆火槽106。由於在平板電極108之間挾持著 具相當厚度之絕緣墊圈Π2以及密封環114,乃得於平板 電極108之間保有用以將電解所需的水導入之空間。藉由 施加電流,電解裝置96之平板電極108乃將位於其間的 水進行電解以產生氧氣與氫氣,以此產生之氧氣與氫氣通 過平板電極108之氣體排出口 108b排出,接著通過防逆 火槽106供給至高溫燃燒器48之燃料噴射噴嘴58。若依 據圖1所示之實施例,燃料氣體產生單元60雖採用了兩 個電解裝置96,不過電解裝置96的數量可依照於高溫燃 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSXA4規格(210x297公爱) I - ----^-1------ 訂---- -----線 ' (請先閱讀贵面之iif項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 426539 A7 ____B7 五、發明說明(5 ) 燒器48所需之燃料氣體量予以增減^ 其次,說明依據本發明之複合式氣體處理系統的動作 。首先’於半導體製造過程等所產生的低溫燃燒性氣體排 出物係導入低溫燃燒器18之中央燃燒室20a,接著以加熱 元件22所產生之約750°C的熱將其分解。熱分解氣體經過 連結管32送至集麈器28之料斗30中。送風機34係將空 氣吹入料斗30內產生旋渦氣流,藉此,以使得混雜於熱 分解氣體中之微粒子朝下方落下而集中於收集槽38。由 收集槽38所收集的微粒子藉由移送機構40移往臨時保管 室42之後’便被移至外部予以廢棄處理β 通過集塵器28之料斗30的熱分解氣體與來自送風機 34的空氣混合將發生自燃。換句話說,由於自低溫燃燒 器18所送出的熱分解氣體呈加熱狀態之故,若與空氣混 合’將由於氧化反應而發生自燃。是以,由於熱分解氣體 會於料斗30內燃燒而再一次受到熱分解,故處理效率顯 著地提昇了》由料斗30送出的熱分解氣體於通過低溫側 排氣管44之過濾器46之後將排放至外部。 另一方面’高溫燃燒性氣體排出物係導入高溫燃燒器 之中央燃燒室5〇a。高溫燃燒器μ之加熱元件π將中 央燃燒室50a的溫度上升至約75〇t,而由燃料噴射噴嘴 58所噴射的氫氣會於約58(TC自燃燃燒。從而,高溫燃燒 器48之中央燃燒室50a的溫度將上升至約12〇{rc,藉此 ,可有效率地對高溫燃燒性氣體排出物進行熱分解…燃料 氣體(意即氧氣與氫氣)係藉由氣體產生單元60之電解裝 12 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) ----— — — — — — — — 裝 — I--- - - 訂.!!線. {請先M讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局貝工消f合作社印製 426539 A7 _ B7___ 五、發明說明(、ϋ) 置96所產生,其經過防逆火槽106供給至燃料噴射噴嘴 58 ° 於高溫燃燒器48之中央燃燒室50a經熱分解之氣體 係導入濕式淨化器66之淨化容器68內,又水循環管74 之水噴射噴嘴_76藉由文氏管效應將水噴射至淨化容器68 內。所噴射之水除了可與熱分解氣體混合以冷卻該熱分解 氣體,並可將存在於熱分解氣體中之水溶性物質與微粒子 自熱分解氣體中分離出來。自淨化容器68所溢出的水回 到儲水槽70之後,將通過水再循環管74再次供給至洗淨 化容器68。此時,氫離子濃度感應器84將檢測水中氫離 子之濃度,當氫離子濃度超過既定之基準値時,中和劑供 給裝置82會動作而將例如氫氧化鈣等中和劑加入淨化容 器68內以將水中和。又,空氣壓縮機88係藉由分別設置 於淨化容器68與儲水槽70的氣體產生器86供給壓縮空 氣來產生氣泡,藉此防止微粒子的沉澱,以提昇淨化效率 。通過濕式淨化器66之淨化容器68的淨化氣體於通過高 溫測排氣管90之過濾器92之後排放至外部。 [發明之效果] 如以上之詳細說明般,依據本發明之複合式氣體處理 系統,不僅可使得低溫燃燒性氣體排出物與高溫燃燒性氣 體排出物於一個裝置內同時進行燃燒,藉由使用於裝置內 所生成的燃料來燃燒高溫燃燒性氣體排出物,將可簡化氣 體供給管線,提供將因燃料洩漏所造成的爆炸事件防範於 未然之優異效果。 13 衣紙張尺度適用中@國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公爱)—- I^--------訂---------線 (請先肋讀嘴面之注意事項再填寫本頁) 4 2653 9 B7 五、發明說明(\\ ) [圖式之簡單說明] 圖1所示係依據本發明之較佳實施例的複:合式1氣1體處理系 統之部分切除前視圖。 圖2係明示構成本發明之複合式氣體處理系統的低溫燃燒 器、集塵器以及低溫側排氣管之部分切除擴大圖。 圖3係明示構成本發明之複合式氣體處理系統的高溫燃燒 器、濕式淨化器以及高溫側排氣管之部分切除擴大圖。 圖4所示係由複數之平板電極構成之電解裝置之部分分解 立體圖。 圖5所示係燃料氣體產生單元與高溫燃燒器之槪略方塊圖 〇 [符號說明] (請先80讀嘴面之注會^|*.項再填寫本頁> 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 10 殼體 12 上部室 14 下部室 16 腳輪 AB 低溫燃燒器 20 圓筒型外殼 22 加熱元件 24 絕熱材 26 管線 28 集塵器 30 料斗 32 連結管 14 f紙張尺度適用中國國家標準(CNSJA4規格(210 X 297公釐) ---— — — — — 訂·! . 426539 A7 B7 五、發明說明 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 24 送風機 36 空氣管 38 收集槽 40 移送機構 42 臨時保管室 44 低溫側排氣管 46 過濾器 48 高溫燃燒器 50 圓筒型外殼 52 加熱元件 54 絕熱材 56 管線 58 _燃料噴射噴嘴 60 燃料氣體產生單元 62 燃料供給管 64 空氣壓縮機 66 濕式淨化器 68 淨化容器 ?0 儲水槽 80 排水管 82 中和劑供給裝置 84 氫離子濃度感應器 86 氣泡產生器 88 空氣壓縮機 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀嘴面之注意事項再填寫本頁) 裝 ---I ---訂-------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 426539 A7 _ B7 五、發明說明(〖々) 90 高溫側排氣管 92 過濾器 94 共通排氣導管 -96 電解裝置 儲水槽 100 汲水幫浦 102 回流槽 i〇6 防逆火槽 108 電極 112 絕緣塾圈 114 密封環 ^--------訂---------線, (請先閲讀嘴面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用t國國家標準(CNS)A4規格(210x297公釐)