TW470836B - External torch-type gas injector - Google Patents

Description

470836 6265twf.doc/008 A7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（丨） 本發明是有關於一種熱氧化設備中的氣體注入器，且 特別是有關於一種外燃型氣體注入器。 在熱氧化製程中，乾式氧化(Dry Oxidation)的爐管設 計比較單純，只要將氧氣及適量的鈍氣或氮氣通入經加熱 的爐管(溫度約在900°C以上），爐管內的晶片便會開始形 成氧化層。但是，濕式氧化(Wet Oxidation)的爐管設計就 稍微複雜一些。原則上，我們並不直接使用”水”來做爲氧 化反應的反應物，而是間接的使用氫氣與氧氣在高溫下(約 600°C以上)所形成的水氣來做爲反應物的來源，而由此產 生的水氣的純度及潔淨度都比直接使用純水還來得好，這 將使濕式法所長出的Si〇2層有較佳的電性。 爲了氫氧在高溫下燃燒而設計的氣體注入裝置可分爲 內燃型（Internal Torch)與外燃型（External Torch)。目前氧 化爐管大多採用外燃型。它的設計是由一氫氧燃燒室(Torch Chamber)與一支氣體注入器所組成。當氫氣與氧氣在燃燒 室反應成水氣後’水氣再經由一支連接管導入氧化石英管 的主管中。 第1圖爲習知外燃型氣體注入器的示意圖。請參照第 1圖，習知外燃型氣體注入器100包括一外管102及一內 管104，其中內管104位於外管1〇2之中。外管102具有 —支管102a與三個不同的內管噴出口 l〇2c、102d、102e， 且外管102之外壁上接合有一球窩接合節(socket and Ball Joint)108，另有一熱電偶插口位於外管102之後端，用以 插入熱電偶110 ’而內管104具有一支管104a與內管噴出 3 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公爱） " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470836 6265twf.doc/008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（v) 口 104c。支管l〇2a更具有一外管輸入口 102b，支管l〇4a 更具有一內管輸入口 104b，且支管102a約垂直於外管. 102，以及支管104a約垂直於內管104。 在進行濕式氧化製程時，使用一只石英（Quartz)製的 外燃型氣體注入器（Gas Injector)100，將氫氣(H2)由內管 輸入口 104b，氧氣(〇2)由外管輸入口 i〇2b注入氫氧燃燒 室II2內，其中氧氣係由外管輸入口 l〇2b經由三個不同 的外管噴出口 102c、102d、102e來注入氫氧燃燒室112 內，以及氫氣係由內管輸入口 104b經由內管噴出口 l〇4c 來注入氫氧燃燒室112內。氮氣亦可經由內管輸入口 i〇4b 來注入氫氧燃燒室112內。在進行濕式氧化反應時，輸入 氫氧燃燒室112內的氧氣流量，必須至少大於氫氣使用量 的一半以上，其中氫氣與氧氣的消耗莫耳數比爲1 : 1/2， 以避免氫氣在氫氧燃燒室112內累積。當氫氧燃燒室112 內的氫氣與氧氣之濃度和溫度到達一適當量，即會產生燃 燒’稱此爲火炬(Torch)。反應式如(a)所示： ^即⑷ (a) 隨後由（a)式所產生之水氣會經由一支連接管導入氧化爐管 的主管中，以進行濕式氧化製程。 在上述的燃燒步驟中，由於長時間的氫氧燃燒，而因 球窩接合節108處的溫度僅約爲攝氏60度，使得大量水 滴114會殘留於球窩接合節1〇8處，因而影響到後續之乾 式氧化製程的氧化層厚度。 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 470836 6265twf.doc/008 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（，） 因此本發明提供一種外燃型氣體注入器，以避免氫氧 燃燒過程中的水氣在氣體注入器的低溫區凝結成大量水 滴。 根據本發明之上述及其他目的，提出一種外燃型氣體 注入器，而此氣體注入器包括一外管、一第一內管與一第 二內管。外管具有一第一支管與數個外管噴出口，且外管 之外壁上接合有一球窩接合節，而數個外管噴出口皆位於 此外管之前端，其中第一支管更具有一外管輸入口，而此 外管輸入口用以導入第一氣體，數個外管噴出口皆用以噴 出第一氣體；第一內管位於此外管之中，第一內管具有一 第二支管與一第一內管噴出口，而第一內管噴出口亦位於 此外管之前端，其中第二支管更具有一第一內管輸入口， 而此第一內管輸入口用以導入第二氣體，第一內管噴出口 用以噴出第二氣體；以及第二內管亦位於此外管之中，此 第二內管具有一第二內管輸入口與一第二內管噴出口，而 此第二內管輸入口位於此外管之後端，此第二內管噴出口 位於球窩接合節之最大橫截面上的外管之管壁上，其中第 二內管輸入口用以導入第三氣體，而第二內管噴出口用以 噴出第三氣體。另一方法，即如同上述方法，除了以第二 種外管噴出口取代上述方法中的第二內管之功能。若球窩 接合節的最大橫截面與球窩接合節之接合處的距離爲d， 則第二種外管噴出口位於距此球窩接合節的最大橫截面爲 -d的外管之外壁上，且此第二種外管噴出口向此球窩接合 節傾斜一特定角度。 5 張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格（210 X 297公釐> " -------------」-----„----訂---------線— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470836 6265twf.doc/008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（w) 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細 說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖所繪示爲習知一種外燃型氣體注入器的示意 圖； 第2圖所繪示爲依照本發明之第一實施例，一種外燃 型氣體注入器的示意圖；以及 第3圖所繪示爲依照本發明之第二實施例，一種外燃 型氣體注入器的示意圖。 圖式之標記說明： V 100，200，300 :外燃型氣體注入器 U02，202，302 :外管 102a，202a，302a :外管之支管 102b，202b，302b :外管輸入口 102c ， 102d ， 102e ， 202c ， 202d ， 202e ， 302c ， 302d ， 302e，302f :外管噴出口 104，204，304 :第一內管 104a，204a，304a _·第一內管之支管 104b，204b，304b :第一內管輸入口 104c，204c，304c :第一內管噴出口 108，208，308 :球窩接合節 110，210，314:熱電偶 112，212，312 :氫氧燃燒室 6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

^ n n n n n 一.OJ n n n n _^i 1 I . « l> n 1 I If n .^1 If 1^1 n n n n I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 470836 6265twf.doc/008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（f) 114 :水滴 206 :第二內管 206b :第二內管輸入口 206c :第二內管噴出口 306 :球窩接合節與外管之接合處 310 :球窝接合節之最大橫截面 第一實施例 請參照第2圖，其所繪示的即是依照本發明之第一實 施例，一種外燃型氣體注入器的示意圖。 本發明之第一實施例的外燃型氣體注入器200的材質 例如爲石英。此氣體注入器200包括一外管202、一第一 內管2〇4與一第二內管2〇6。外管202具有一第一支管2〇2a 與三個外管噴出口 202c、202d、202e，且外管之外壁上接 合有一球窩接合節208，而三個外管噴出口 202c、202d、 202e皆位於外管202之前端，其中第一支管202a約垂直 於外管200，而第一支管202a更具有一外管輸入口 2〇2b， 而此外管輸入口 202b用以導入第一氣體，三個外管噴出 口 202c、202d、202e用以噴出第一氣體，其中第一氣體 例如爲氧氣，另有一熱電偶插口位於外管2〇2之後端，用 以插入熱電偶210 ;第一內管204位於外管202之中，此 第一內管204具有一第二支管204a與一第一內管噴出口 204c，而此第一內管噴出口 204c亦位於外管202之前端， 其中第二支管2(Ma約垂直於第一內管2〇4，而第二支管 2〇4a更具有一第一內管輸入口 204b，而此第一內管輸入 7 <請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 470836 6265twf.doc/008 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（ο ) 口 204b用以導入第二氣體，此第一內管噴出口 204c用以 噴出第二氣體，其中第二氣體例如爲氫氣或氮氣；以及第 二內管206位於外管202之中，此第二內管206具有一第 二內管輸入口 206b與一第二內管噴出口 206c，而此第二 內管輸入口 206b位於外管202之後端，此第二內管噴出 口 206c位於球窩接合節208之最大橫截面上的外管202 之管壁上，其中第二內管輸入口 206b用以導入第三氣體， 而第二內管噴出口 206c係用以噴出第三氣體，其中第三 氣體例如爲氧氣，而氧氣之流量介於1〇〇 seem至1 slcm 之間。 在進行濕式氧化製程時，將氧氣由外燃型氣體注入器 200之外管輸入口 202b經由三個不同的外管噴出口 202c、 202d、202e來注入氫氧燃燒室212內，以及氫氣由第一內 管輸入口 204b經由第一內管噴出口 204c來注入氫氧燃燒 室212內。在進行濕式氧化反應時，輸入氫氧燃燒室212 內的氧氣流量，必須至少大於氫氣使用量的一半以上。同 時，小量氧氣由第二內管輸入口 206b經由第二內管噴出 口 206c來注入氫氧燃燒室212內。其中小量氧氣的流量 介於100 seem至1 slm之間。當氫氧燃燒室212內的氫氣 與氧氣之濃度和溫度到達一適當量，即會產生燃燒。由於 小量氧氣從第二內管噴出口 206c不斷地朝與外管202接 合的球窩接合節208之內壁噴出，可將在氫氧燃燒時，擴 散至球窩接合節208附近的水氣帶離氣體注入器200主體 的低溫區，使得水氣不會在低溫區凝結成水滴。 8 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-1 -ϋ n a— 一5、I ϋ 1 ϋ n I n I I t ^ I n n ϋ n n n n n n n ϋ n I 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公釐） 470836 62 65 twf.doc/0 08 五、發明說明（，） 第二實施例 請參照第3圖，其所繪示的即是依照本發明之第二實 施例，一種外燃型氣體注入器的示意圖。 本發明之第二實施例的外燃型氣體注入器300的材質 例如爲石英。此氣體注入器3〇〇包括一外管302、一內管 304。外管302具有一第一支管302a、三個第一種外管噴 出口 302c、302d、302e與一個第二種外管噴出口 302f， 且外管302之外壁上的一接合處306接合有一球窩接合節 308，此球嵩接合節308的一最大橫截面310與接合處306 的距離爲d，而第二種外管噴出口 302f位於距最大橫截面 310爲-d的外管302之外壁上，且此第二種外管噴出口 3〇2f 向球窩接合節308傾斜一特定角度’而此特定角度介於45 度至60度之間，而三個第一種外管噴出口 302c、302d、302e 皆位於外管302之前端，其中第一支管302a約垂直於外 管302，而第一支管302a更具有一外管輸入口 302b，外 管輸入口 302b用以導入第一氣體，三個第一種外管噴出 口 302c、302d、302e與一個第二種外管噴出口 3〇2f皆用 以噴出第一氣體’其中第一氣體例如爲氧氣，另有一熱電 偶插口位於外管302之後端，用以插入熱電偶314 ;以及 內管304位於外管302之中，內管304具有一第二支管304a 與一內管噴出口 304c，且內管噴出口 304c亦位於外管302 之前端，其中第二支管304a約垂直於內管304 ’而第二支 管304a更具有一內管輸入口 304b，內管輸入口 304b用以 導入第二氣體，內管噴出口 304c用以輸出第二氣體，其 9 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注咅？事項再填寫本頁) 訂---------線！ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 470836 A7 B7 6265twf.doc/008 五、發明說明（8 ) 中第二氣體例如爲氫氣或氮氣。 在進行濕式氧化製程時，將氧氣由外燃型氣體注入器 300之外管輸入口 302b經由四個不同的外管噴出口 302c、 302d、302e、302f來注入氫氧燃燒室312內，以及氫氣由 內管輸入口 304b經由內管噴出口 304c來注入氫氧燃燒室 312內。在進行濕式氧化反應時，輸入氫氧燃燒室312內 的氧氣流量，必須至少大於氫氣使用量的一半以上’且大 於習知之氧氣流量。當氫氧燃燒室312內的氫氣與氧氣之 濃度和溫度到達一適當量，即會產生燃燒。由於氧氣從第 二種外管噴出口 302f不斷地朝與外管302接合的球窩接 合節308之內壁噴出，可將在氫氧燃燒時，擴散至球窩接 合節308附近的水氣帶離氣體注入器300主體的低溫區， 使得水氣不會在低溫區凝結成水滴。 由上述本發明較佳實施例可知，在濕式氧化製程中， 由於長時間的氫氧燃燒，而外燃型氣體注入器之球窩接合 節附近的溫度較低，燃燒生成之水氣易在球窩接合節處凝 結大量的水滴。因此，藉由靠近球窩接合節處的氣體噴出 口噴出氧氣，將在氫氧燃燒時，擴散至球窩接合節附近的 高溫水氣排除出來，而將水氣強迫帶離外燃型氣體注入器 主體的低溫區，使得水氣不會在低溫區凝結成水滴，而影 響後續之乾式氧化製程的氧化層厚度。 雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 限定本發明’任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神 和範圍內’當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護 10 張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) ' " II - — — —111 — - 1— ^ I I I l· I I I ·11111111 I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 470836 6265twf.doc/008 A7 B7 五、發明說明)範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 470836 6265twf.doc/008 A8 B8 C8 D8 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 六、申請專利範圍 1. 一種外燃型氣體注入器，包括： 一外管，該外管具有一第一支管與複數個外管噴出 ' 口，且該外管之外壁上接合有一球窩接合節，而該些外管 噴出口位於該外管之前端，其中該第一支管更具有一外管 輸入口，而該外管輸入口用以導入一第一氣體，該些外管 噴出口用以噴出該第一氣體； 一第一內管，位於該外管之中，該第一內管具有一第 二支管與一第一內管噴出口，而該第一內管噴出口位於該 外管之前端，其中該第二支管更具有一第一內管輸入口， 而該第一內管輸入口用以導入一第二氣體，該第一內管噴 出口用以噴出該第二氣體；以及 一第二內管，位於該外管之中，該第二內管具有一第 二內管輸入口與一第二內管噴出口，而該第二內管輸入口 位於該外管之後端，該第二內管噴出口位於該球窩接合節 之最大橫截面上的該外管之管壁上，其中該第二內管輸入 口用以導入一第三氣體，而該第二內管噴出口用以噴出該 第三氣體。 2. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 其中該外燃型氣體注入器之材質爲石英。 3. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 其中該第一支管與該外管約成90度。 4. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 其中該第一氣體包括氧氣。 5. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 12 本紙張尺度適用中國國家標準TCNS)A4規格（210 χ 297公Θ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 470836 經濟郎智慧財產局員工消費合作社印製 C8 6265twf.doc/008 D8六、申請專利範圍 其中該第二支管與該第一內管約成90度。 6. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， •其中該第二氣體包括氫氣。 7. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 其中該第二氣體包括氮氣。 8. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 其中該第三氣體包括氧氣。 9. 如申請專利範圍第1項所述之外燃型氣體注入器， 其中該第三氣體爲氧氣，而該第三氣體之流量介於100 seem至1 slm之間。 10. —種外燃型氣體注入器，包括： 一外管，該外管具有一第一支管、複數個第一種外管 噴出口與一第二種外管噴出口，且該外管之外壁上的一接 合處接合有一球窩接合節，該球窩接合節的一最大橫截面 與該接合處的距離爲d，而該第二種外管噴出口位於距該 最大橫截面爲-d的該外管之外壁上，且該第二種外管噴出 口向該球窩接合節傾斜一特定角度，而該些第一種外管噴 出口位於該外管之前端，其中該第一支管更具有一外管輸 入口，該外管輸入口用以導入一第一氣體，該些第一種外 管噴出口與該第二種外管噴出口用以噴出該第一氣體；以 及 一內管，位於該外管之中，該內管具有一第二支管與 一內管噴出口，且該內管噴出口位於該外管之前端，其中 該第二支管更具有一內管輸入口，該內管輸入口用以導入 ------I-------f --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -1D --線. 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 470836 A8 B8 C8 6265twf.doc/008 D8六、申請專利範圍 一第二氣體，該內管噴出口用以噴出該第二氣體。 11. 如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 '器，其中該外燃型氣體注入器之材質爲石英。 12. 如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 器，其中該第一支管與該外管約成90度。 13. 如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 器，其中該第一氣體包括氧氣。 14. 如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 器，其中該特定角度介於45度至60度之間。 15. 如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 器，其中該第二支管與該第一內管約成90度。 16. 如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 器，其中該第二氣體包括氫氣。 Π.如申請專利範圍第10項所述之外燃型氣體注入 器，其中該第二氣體包括氮氣。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）