TW497986B - Dielectric barrier discharge apparatus and module for perfluorocompounds abatement - Google Patents

Description

497986 五、發明說明（l) " ---- 電裝置、以及 ^發明係有關於一種用於處理全氟化合物之介電層放 種由複數個介電層放電裝置所組成之模 自1 992年聯合國通過「氣候變化綱要公約」之後，降 低溫室效應氣體的排放量已經在國際間形成共識。依據京 都會"義通過之議定書，各國依工業化程度的不同，2010年 以前應達到協議的削減目標，應削減的溫室效應氣體包括 co2ch4、⑽、HFC、及PFCs(全氟化合物）等。全氟化合物 為半導體與光電產業的製程原料，包括CF4、C2F6、NF3、 Sf6、CHF3等。美國、日本及歐洲半導體協會均已正式承 諾將在201 0年之前將全氟化合物排放量削減至1 995年的 90%^，台灣半導體產業協會（TSIA)也必須在2〇1〇年之前將 全敦化合物排放量削減至1 998年排放量的9〇%。因此，進 行全氟化合物排放量削減是絕對必須的措施。 MJang之美國專利5, 387, 775中描述一種電漿反應 腔’採用一平板狀陶瓷層作為介電層，並以導電液體作為 接地電極，利用該導電液體同時去除電漿反應後所產生之 氫氟酸及氫氯酸。 Μ· M· Besen與D· K· Smith之美國專利5, 637, 279中描述 一種臭氧與反應性氣體產生腔及其系統，採用焊接成形的 電漿反應腔’並有冷卻液通道，利用冷卻液冷卻電極。該 電漿反應腔可模組化。 X· Zhang等人之美國專利5 93218()為美國專利5,637, 279之延續’其特點在於平板電極的金屬表面經過再加

0718-7374TO;10900016;ITS.ptd 第6頁 497986 發明說明 工，並含有鎢。 卜Η· T· U〇u之美國專利6, 007, 78 5中描述一種高效能臭 氧產生褒置，進流氣體壓力操作Klatm以下。 ^ ^以11等人之美國專利6, 045, 76 1中描述一種將溫室 效應氣體轉化之製程及裝置，採用含銅介電層，並塗佈於 電極表面。 匕£11833〇11與1].1(〇忌6 13(^&七2之美國專利6,045,761 中 描述一種放電反應器及其用途，採用多孔狀介電層’，孔隙 表面塗佈金屬氧化物，增進孔隙中電漿態内的化學反應。 URuan等人之美國專利6, 1 4 6,599中描述一種介~電 層放電系統及分解流體中毒害化合物之方法，採用模组化 之介電層放電系統。 、、 J.Shilon等人之美國專利6,245,299中描述一種用於 物去除之模組化介電層放電裝置，每一介電層放電用 二獨立之電源供應系統，欲處理之氣體先流經一介電^ 2=流經次一介電層放電腔。每一介電層放電腔白 :广:=3〇〇伏特至100千伏特之間，#給的交流㈣ 二 炫至3百萬赫茲之間。每一介電層放電腔採用 :、外)丨電層’並形成氣體可通過之間距 步形成電㈣。介電層的材質為氧化紹或石英。内進 ；Γέ本2月之目的在於提供一種新穎的介電層放電裝置/ 核組太：利用介電層放電電聚原理來處理全氣化合ΐ 友廢i之另一目的在於提供一種能夠抵抗氫氟酸或痛 耽腐蝕，並易於組裝之介電層放電裝置。

497986 五、發明說明⑶ 本發明之又一目的在於想^ , _ 裝置所組成之模組’其可根it種由複數，介 曰 王氟化合物流量而任思擴大 處理容S。 士：明1介電層放！裝置包括一外罩、一第一管狀介 電層《又於^罩内、一第一官狀介電層設置於第一管狀介 電廣内、以及至少一電極設置於外罩内。在外罩及第一管 狀介電層之間形成一第一冷卻氣體通道，在第一、二管狀 介電詹i間：成化合物通道，而在第二管狀介電層 内為一第一冷部亂體通道。當施加於電極之電壓高於一 潰電壓時’纟a化合物通道内之高能人 物游離=:進而加以去除。第-、二管狀ΐ電：為； H 轉化後所產生之氫氟酸或氟氣的 腐蚀，第-、二冷郃氣體通道用於引入冷卻氣體以冷卻該 電極。 本^明之介電層放電裝置模組則是由複數個上 置所組成’其可根據全ι化合物流量而任意擴大 為使本發明之上述目的、特徵、和優點能更明 懂，下文特舉較佳實施例並配合所附圖式 圖式之簡單說明·· 评細況明 第1圖為依據本發明之介電層放電裝置之· 第2圖為依據本發明之介電層放電裝 示w圖， 意圖； 、、紐《之立體示 第3圖係本發明之氣體分配組件之示意圖·

0718-7374TW; 10900016; ITS. ptd 第8頁 、發明說明（4) 第4圖係本發明之氣體收集組件之示意圖； 第5圖係以二個介電層放電裝置為例來說明本發明之 ^部氣體串聯時的流動路線； 第6圖係以二個介電層放電裝置為例來說明本發明之冷卻 氣體並聯時的流動路線； 第7圖顯示以本發明之介電層放電裝置模組來處理全 氟化合物NF3，並利用FTIR量測技術所得到的結果。 標號說明： 2〜内電極 4〜内介電層 7〜第一隔板 9〜第二隔板 11〜第三隔板 12a〜固定套筒 14〜固定套筒 1 5〜支柱 16a〜接頭 20〜下蓋 24〜上蓋 2 6 a〜0型j裏 2 8 a〜0型j裒 3 0 a〜0型j展 3 4〜0型環 1、1’〜介電層放電裝置 3〜絕緣保護罩 6〜外介電層 8〜外電極 1 0〜外罩 12〜固定套筒 1 3〜底座 14a〜固定套筒 16〜接頭 1 8〜導電組件 2 2〜定心元件 26〜0型環 28〜0型環 30〜0型環 32〜0型環

^/986 ^/986 發明說明（5) 36〜導線 38a〜開口 4〇a〜開口 4 2 a〜開口 1 0 0〜鬲壓電配電組件 2 0 〇〜氣體分配組件 38〜開口 40〜開口 42〜開口 44〜凸部 1 0 1〜導線 300〜氣體收集組件 ’ ο υ u〜米l 茲配合圖式說明本發明之較佳實施例。 第1圖第^為ϊίΠίΓ層放電裝置之示意圖。如 ώ斤不本發明之介電層放電裝置所採用，如 t白可利用傳統的加工技術製作，並易於电//組 減製造時間。本發明之介電層放電震置，及更換， ”外罩10内以同心圓方式設置二層管狀介電j致是在 與外介電層6之間形成-冷卻氣體通VV於 :丄外介電層4、6之間形成一全氟化 體通道’在 内介電層4内亦為冷卻氣體通道。在外而在 有長條狀的外電極8 ’❿在内介電層4之内表曰面 2，設 的内電極2，it電時可使在内、外介電層4、°又有管狀 =:土 Ξ崩潰(Breakd〇wn)游離而心電聚，藉=i 層：氫氟酸或氟氣的腐餘。本發明之介電 增风冤裝置進一步描述如下·· 氣，(二全m氣體通道：含全氟化合物之製程尾 由開42 ¥入介電層放電裝置1，經過内、外介電層

6間距内所產生之電漿區後，再經由開口42a導出。 (/)冷卻氣體通道：冷卻氣體經由開口38導入介電層 …裝置’在冷卻外電極8之後，由開口 38a導出。開口 a以一外部管路（未圖示）連接於開口40 ,可將開口38a導 出的々卻氣體導入開口 4 0，以冷卻内電極2，最後冷卻氣 體由開口 4 0 a導出。 本發明之介電層放電裝置之組裝步驟如下： (1)將預先包覆著外電極8之外介電層6與下蓋20連 接。 ▲ (2)置入〇型環26，並利用固定套筒12使0型環26產生 變形’達到氣密的效果。 (3) 將〇型環34置入下蓋2〇之一〇型環槽，安裝導電組 件18 ’導電組件18之内部端具有一結構（未圖示），可因緊 定而使0型環34產生變形，達到氣密的效果。 (4) 導電組件18之内部端另具有一結構（未圖示），適 於連接導線36，進而使導電組件18與外電極8相互連接。 導電組件1 8之外部端具有一結構（未圖示），易於與外部導 (5) 將〇型環30置入下蓋20之一0型環槽，連接外罩1〇 與下蓋20，並使〇型環30產生變形，達到氣密的效果。 (6) 將含有〇型環3〇a之定心元件22與外罩1〇連接。 (7) 將0型環26a置入定心元件22上之一〇型環样，並利 用固定套筒12a使〇型環26a產生變形，達到氣密的9效果\ (8) 將〇型環32置入定心元件22上之一〇型環槽， 用

497986 五、發明說明（7) 螺旋運動連接上蓋24與外罩10，此螺旋運動 環3 0a與〇型環32產生變形，達到氣密的效果"。同時使〇型 (9)置入内介電層4。 (1〇)置入0型環28與2 8a，並分別利用固* 14a，使〇型環28與28a產生變形，達到氣密的^效果筒14與 (H)安裝接頭16與16a以防止内介電層4滑 ° 16a可固定内電極2至適當位置，同時具有氣^ 。接頭 (12)管狀内電極2之外部端可安裝_結 去=果。 適於與外部導線連接。 冓（未圖示）， 本發明之介電層放電裝置除了可達到氣密之 可利用機械加工的精密度，使内、外介電層之 且古仏 勻厚度，以增進均勻放電的效果。此外，本發二二厗 K裝：具有彼此隔絕的雙氣體通道(即全氟化合物氣體曰 I、、冷部軋體通道），每一氣體通道一進一 =吏複數個介電層放電裝置於共同使用時（亦即模^， d 更易於連接彼此的氣體通道。進一步描述如下： 第2圖為依據本發明之介電層放 第2圖所示，☆電層放電裝置模=面太亂而 ㈣與支柱15組成之框架、'絕緣保護軍3、一 、一弟一隔板9、一第三隔板u、一安裝於該第—隔板7 上之南壓電配電組件100 ' 一安裝於該 分配組件200、一安穿於兮笛一 η ,， 板上之軋體 qnn、β % 裝該第二隔板11上之氣體收集組件 不 固牙過第二隔板9且由第三隔板π支撐的介

497986

•參· 〇 五、發明說明（8) 電層放電裝置1、1， 高壓電配電組件1〇〇藉由導線101而並聯於前述的介電 層放電裝置1、1，…（係連接於内電極2)，此外，利用外部 導線將對應於介電層放電裝置1、1 ’…之每一導電組件 18 ’個別連'接於第三隔板11上作為接地端，藉此提 電漿所需的能量。 ，、生 睛參閱第3圖，氣體分配組件2 0 0並聯於前述的介電声 放電裝置1、1’…（係連接於介電層放電裝置的開口 42)， 將全氟化合物氣體均勻分配給各介電層放電裝置1、 请參閱第4圖，氣體收集組件300並聯於前述的介電層 放電裝置1、1，…（係連接於介電層放電裝置的開口 42a)， 將全氟化合物氣體轉化後之產物收集後排出。 在另一方面，冷卻氣體的流動路線，可以利用串/並 聯各介電層放電裝置1、1’…的方式來實施。請參閱第5 ，，第5圖係以二個介電層放電裝置1、丨，為例說明串聯之 實施例，冷卻氣體的流動路線係依箭頭A、b、C、D、E、 F、G、H、I、J的順序來前進，因此對串聯的第一個介電 層放電裝置1而言，是先冷卻外電極（設置在外介電層6之 外部）、再冷卻内電極（設置在内介電層4之内部），對串聯 的第一個介電層放電裝置1 ’而言，則是先冷卻内電極（設 置在内介電層4’之内部）、在冷卻外電極（設置在外介電層 6 ’之外部）。串聯的第三個介電層放電裝置與第一個相 同，第四個與第二個相同，餘類推。此外，請參閱第6

五、發明說明（9) I ^第6圖係以二個介電層放電裝置丨、丨，為例說明並聯之 a知，例冷卻氣體同時由箭頭A 、J，進入介電層放電裝置 1 ，並個別依箭頭A，、B’ 、C’ 、j)，、E’ 及J’ 、1，、 Ηφ、G’ 、Γ的順序來前進’同時先冷卻外電極，再冷卻内 二極。選擇串y並聯冷卻氣體時，必須取決於介電層放電 裝置的數目，及實際的冷卻效果。

本發明之介電層放電裝置模組之組裝步驟及其他 描述如下： X CD底座13與支柱15以焊接方式連接，強化框架的強 又。底座上並預留組裝孔，便於模組與其他系統連接。 架的尺寸由模組中含介電層放電裝置的最大數目決定。 (2) 利用螺栓將第三隔板u固定於支柱15上。第三 ΐ有預ί決定數目之第一安裝孔，適於與第1圖之 :、結。每一安裝口旁皆有一小孔，適於固定連接導 :二：18之外部導線之另一端，亦即第三隔板"除了且有 ΐ Γ-有Γ也功能’可使整個模組的接地電位相 同 弟二隔板11之中心部位具有一口， — > 集組件300。氣體收集組件30。之進氣口數: γ相同’若不連接介電層放電裝置’可各別將進氣口、閉 (3) 利用螺栓將第二隔板9固定於支柱丨。 9上具有預先決定數目之第二容驻η 结 弟一隔板 與介電層放電裝置之外部尺寸相、’二安裝口之尺寸 支樓及穩定的功能。第二隔板9之中第;隔板9具有強化 隔板9之中心部位具有一開口，

497986 五、發明說明（ίο) 適於安裝氣體分配組件2〇π Μ 目與第二安裝口數目相同氧體分配組件200之出氣口數 各別將出氣口閉鎖。 ，若不連接介電層放電裝置，可 (4)第一隔板7具有邀人 與開口，適於安裝及固定^電層放電裝置數目相同之凹部 組上。第一隔板7由絕緣好弟^ 一隔板7於介電層放電裝置模 安裝該高壓電配電組C成。第-隔板7之中心部位 出配置’外部導線可通過絕° 配電組件採一進多 壓電配電組件1 〇 〇之電力 上之一導線孔，與高 100含有一陶竞襯墊（未續=部位連接。高壓電配電組件 所產生之熱損壞第一隔板〜Ί:絕高愿電配電組件_ ，絕緣外則有:7緣保 r έ : f閱第7圖’第7圖顯示以本發明之介電戶放電穸置 模組來處理全氣化合物NF3，並利 二電層放電裝置 的結果m明本發明里:技術所得到 除全氟化合物。 电曰放電裝置模組能有效去 阳定ίίί”已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以 神和範圍内，仍可作些許的更動與潤飾，明之精 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。明之保 Μ 第15頁 0718-7374TWf;10900016;ITS.ptd

Claims (1)

1. 497986 六、申請專利範圍 1· 一種介電層放電裝置，包括： 一夕卜罩； 一第一管狀介電層設置在該外罩内，使得在該外罩及 該第一管狀介電層之間形成一第一冷卻氣體通道； 一第二管狀介電層設置在該第一管狀介電層内，使得 在該第一、二管狀介電層之間形成一全氟化合物通道以引 入全氟化合物氣體，同時該第二管狀介電層内為一第二冷 卻氣體通道與該第一冷卻氣體通道相連通； 至少一電極設置於該外罩内，在通電時提供能量使該 全氟化合物氣體崩潰游離而成為電聚； 該第一、二冷卻氣體通道用於引入冷卻氣體以冷卻該 電極。 2·如申請專利範固第1項所述之介電層放電裝置，其 中，該第一、二管狀介電層為同心圓管。 3·如申請專利範圍第1項所述之介電層放電裝置，其 |中’該第一、二管狀介電層的材質為陶曼。 4·如申請專利範圍第3項所述之介電層放電裝置，其 中，該第一、二管狀介電層的材質為氧化鋁。 5· ^申請專利範圍第4項所述之介電層放電裝置，其 中’該氧化I呂的純度大於g 5 %。 6 · ^申明專利範圍第1項所述之介電層放電裝置，其 包括一第一電極設置在該第一管狀介電層的外部、以及一 第二電極設^在該第二管狀介電層的内部。 7· 士申明專利範圍第6項所述之介電層放電裝置，其 第16頁 0718-7374TWf;10900016;ITS.ptd 六、申請專利範圍 中，言亥第 雷 4麵為長條狀並繞設在該第一管狀介電層的外 部 該S申ΐ專利範圍第6項所述之介電層放電裝置，： 笔極為管狀而設置在該第二管狀介電層的内 二種；|電層放電裝置模組，包括·· 少 個=電層放電裝置，每一介電層放電裝置具有至 道旁、^化3物通道、至少一電極設置在該全氣化合物通 t介^以及至少—冷卻氣體通道設置在該電極旁，上述每 “ 6放電衣置的全氟化合物通道彼此相連通，且上述 ;|電層放電裝置的冷卻氣體通道彼此相連通； 一全銳化合物氣體引入裝置，至少連接於其中一全氟 化合物通道’並引入全氟化合物氣體； …:冷卻氣體引入裝置，至少連接於其中一冷卻氣體通 道’並引入冷卻氣體。 10·如申請專利範圍第9項所述之介電層放電裝置，其 更包括一高壓電配電組件，連接每一介電層放電裝置的電 極’以提供電力給每一電極。 11 ·如申請專利範圍第9項所述之介電層放電裝置，其 中’該全氟化合物氣體引入裝置並聯於連接每一介電層放 電裝置的全氟化合物通道，用於將全氟化合物氣體同時分 配引入該等全氟化合物通道。 12·如申請專利範圍第9項所述之介電層放電裝置，其 更包括一全氟化合物氣體引出裝置並聯於連接每一介電層 0718-7374TWf；10900016;ITS.ptd 第17頁 497986 六、申請專利範圍 放電裝置的全氟化合物通道，用於將全氟化合物氣體同時 引出該等全氟化合物通道。 1 3.如申請專利範圍第9項所述之介電層放電裝置，其 中，上述冷卻氣體通道係以串/並聯方式相連接。

   0718-7374TWf;10900016;ITS.ptd 第18頁