TWI222661B - Decomposing apparatus for perfluorinated compounds and processing system for perfluorinated compounds - Google Patents

Description

1222661 五、發明說明（1) 發明所屬之技術領域 本發明是有關於一種分解過氟化合物 (perfluorinated compounds ，簡稱PFCs)之裝置與使用 該裝置處理過氟化合物之系統，能有效率地且經濟地處 理於半導體積體電路及液晶顯示器等製造時產生且排入 大氣之過氟化合物有毒氣體。 先前技術 半導體元件製造所產生且排入大氣的過氟化合物 (P F C s )為有毒的廢氣。過氟化合物一般係用於乾蝕刻、 化學氣相沉積以及反應室清洗製程。過氟化合物之典型 的例子包括CF4、C2F6、C3F8、CHF3、NF3及SF6等。過氟化合 物本質上為非常穩定的化合物，其具有一強的鍵結力， 所以它們難分解且具有長的壽命。此外，過氟化合物之 地球溫暖化潛勢係高於二氧化碳很多，所以世界半導體 會議決定自願降低過氟化合物的排放。 於半導體元件製造所排放的過氟化合物之傳統的處 理技術曾於美國第Η 1 7 0 1號專利中說明。依照此方法，排 氣中的氟與鋁反應產生A1F3$為固體廢棄物的形式。然 而，添加铭確會增加成本。此外，處理反應物之額外設 備的需求也會增加整個處理系統的大小及維護與管理的 困難。 過氟化合物處理方法包括涉及鹼土金屬及強還原劑 的添加，涉及高溫燃燒，涉及從排氣去除粒子，涉及氫 氣或水及氧氣的添加以及溫度高於6 0 0 °C的熱分解。近

11129pif.ptd 第11頁 1222661 五、發明說明（2) 來，藉著於溫度1 0，0 0 0 K之電漿狀態下，將排氣暴露至製 程氣體反應，之後進行快速冷卻以去除過氟化合物的方 法被提出。然而，如此的高溫熱電漿技術需要將製程氣 體加熱到至少6 0 0 °C以上且保持此高溫一段時間，因而耗 費大量的能源。此外，總處理能力及成果與投入的勞力 及成本相較並不高。 依照大部分使用低溫電漿的技術，相似於上述之美 國專利。過氟化合物係藉著添加鹼土金屬或其他的添加 物被轉化成固體粒子當作廢棄物的形式。然而，如上所 述，由於維護及管理的成本與伴隨添加添加物所附帶之 設備的需求，使這些技術被認為是非經濟的。 發明内容 本發明提供一種分解過氟化合物之裝置，建造時直 接安裝至氣體排放管道，而不是為獨立設備，且其能藉 著直接供應電能至排放氣體而分解從排放管道而來的大 量含有過氟化合物之排放氣體。此分解過氟化合物之裝 置係方便維護及管理，且於低操作成本下可確保高的處 理能力。 本發明也提出一種分解過氟化合物之裝置，其中電 子束及電漿振盪器係藉著施加高密度、高頻波以及高電 壓至過氟化合物氣體的整個路徑誘發出來，因此可改善 處理效率。 本發明也提供過氟化合物之處理系統，係使用任何 上述分解過氟化合物之裝置。

11129pif.ptd 第12頁 1222661 五、發明說明（3) 根據上述與其它目的，本發明提出一種分解過氟化 合物之裝置，此一裝置包括一外部電極單元，係接地且 具有一空間用以使過氟化合物在空間内流動、一内部電 極單元，插入外部電極單元的空間，且於内部電極單元 與外部電極單元之間具有反應空間。另外還有一高電壓 供給單元可供應一高頻電壓至内部電極單元以產生一電 子束來分解反應空間内的過氟化合物。 内部電極單元可以是具有多邊形的（polygonal)，例 如長方形或八邊形剖面、橢圓形剖面等，較佳者係以具 有完美的圓形剖面用以產生均勻的電場。而外部電極單 元可以是圓柱形的（cylindrical)。 内部電極單元係由數個輪盤以及數個引導環組合而 成，其中輪盤具有數個突出的埋植桿沿著每一輪盤的邊 緣，以規則的間隔將彼此隔開，而引導環係被插入每一 輪盤之間，以規則地隔開這些輪盤。 沿著每一輪盤的邊緣形成有突出的針狀埋植桿，且 每一輪盤的埋植桿數目約在3 0 - 1 1 0之間，較佳為7 5個。 為了達到處理效率，需將内部電極單元裝配成可使 鄰近的輪盤間的埋植桿具有一預定的角度，且當每一輪 盤的埋植桿數目為7 5個時的較佳角度為1 . 2度。而為了有 效分解與去除過氟化合物，引導環的厚度最好大於輪盤 的厚度約2 . 5 - 3 . 5倍。 在依照本發明之分解過氟化合物之裝置中，高電壓 供給單元包括一支撐單元以及一高電壓產生器，其中支

11129pif.ptd 第13頁 1222661 五、發明說明（4) 撐單元係電性連接且支撐與外部電極單元有一固定間隙 的内部電極單元。而高電壓產生器產生一高電壓，並經 由支撐單元供應至内部電極單元。 此外，支撐單元可被建構來支撐内部電極單元的兩 端。一穿過内部電極單元的軸桿更可連接至支撐内部電 極單元兩端之支撐單元。 高電壓產生器包括使用一高電壓電容器特色的一短 路電路。且高電壓產生器使用一線脈衝器的方法，而線 脈衝器的方法係使用矩形高電壓電流脈衝用以快速充 電。 本發明之另一目的在於提供一種用來處理過氟化合 物的系統，此系統包括一泵單元、一過I化合物分解裝 置以及一水洗塔，其中泵單元可從一反應室抽出一過氟 化合物，而過氟化合物分解裝置則藉著直接供應電能， 來分解以泵單元抽出的過氟化合物，以使其成為能被濕 式處理的數種化合物。水洗塔則可濕式處理已被分解的 化合物。 反應室的例子包括使用過就化合物氣體之乾钱刻反 應室或化學氣相沉積反應室等。而那些過氟化合物分解 裝置於較高處理能力的系統中係串聯或並聯連接。 依照本發明，過氟化合物可流過内部電極單元構成 的反應空間，且此内部電極單元具有埋植桿可因應高電 壓之供應，而於環境溫度及環境壓力下發射電子束。外 部電極單元則環繞内部電極單元。當供應高頻電壓至内

11129pif.ptd 第14頁 1222661 五、發明說明（5) 部電極單元之埋植桿且由埋植桿產生高能電子束時，過 氟化合物之鍵結結構會被分解成一些化合物，例如是水 或二氧化碳，可於後續濕式程序中的水洗塔中被分解。 為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： 實施方式 第1圖為依照本發明之一較佳實施例的過氟化合物處 理系統之簡示圖。請參照第1圖，泵單元2 0從一個為了製 造半導體積體電路及液晶顯示器而使用過氟化合物進行 乾蝕刻、化學氣相沉積的反應室1 0中抽出含有過氟化合 物如CF4、C2F6、C3F8、CHF3、NF3 &SF6等的排氣。藉著泵單 元2 0抽出此含有過氟化合物的排氣會被本發明之分解裝 置處理，接著導入到一水洗塔6 0，最後被排至大氣中。 本發明之過氟化合物分解裝置包括外部電極單元 3 0、内部電極單元4 0以及高電壓供給單元5 0。外部電極 單元30接地。内部電極單元40配置在外部電極單元30之 内部。而高電壓供給單元50供給高電壓至内部電極單元 40 ° 依據本發明所述，將藉由泵單元2 0抽出之含有過氟 化合物的排氣於常溫常壓下流過圓柱形外部電極單元 3 0。在此同時，當供應高電壓至内部電極單元4 0，在外 部電極單元30與内部電極單元40之間的反應空間產生一 強電場，且内部電極單元40放出一高電位電子束或氣相

11129pif.ptd 第15頁 1222661 五、發明說明（6) 雷射光束。電子束會把流過反應空間的過氟化合物之鍵 結結構分解成一些化合物例如是水或二氧化碳，然後可 於水洗塔6 0中進行濕式水洗程序，將其處理掉。 第2圖為依照本發明之一較佳實施例的過氟化合物分 解裝置之透視圖。第3圖為第2圖所示之過氟化合物分解 裝置之剖面圖。第4圖為第2圖及第3圖所示之過氟化合物 分解裝置的縱向剖面圖。請參照第2圖至第4圖，外部電 極單元3 0接受過氟化合物，如第1圖所示，能容納内部電 極單元4 0且下文說明當面對内部電極單元4 0之整個外表 面，基本上有圓柱形的殼體1 1 0具有完美地圓形剖面。圓 柱形的殼體1 1 0可由不銹鋼例如是SUS組成，且接地如第1 圖所示。凸緣118具有數個接合孔（coupling hole)120， 配置於殼體1 1 0的兩側。數個殼體1 1 0可以透過接合孔1 2 0 串聯連接。 内部電極單元4 0可以是具有多邊形形狀的，例如長 方形或八邊形剖面或橢圓形剖面。本實施例，内部電極 單元4 0具有完美的圓形剖面以對應至圓柱形的外部電極 單元30。當外部電極單元30及内部電極單元40配置成如 實施例所示具有完美的圓形剖面，於過氟化合物流過外 部電極單元3 0及内部電極單元4 0之間的反應空間，與從 内部電極單元4 0之電極放出的電能反應時，外部電極單 元30及内部電極單元40可以平均地受熱的影響、物理上 的影響及化學上的影響。因此，甚至在操作一段時間之 後，電極單元的置換與變形的情況仍然可以降至最小。

11129pif.ptd 第16頁 1222661 五、發明說明（7) 此外，電能可以藉著軸桿2 1 0均勻地供給至内部電極單元 4 0的所有電極，因而保證分解裝置之穩定的操作。 關於内部電極單元4 0的輪廓，一般而言電極放出陰 離子配置成具有像針的形狀。電極的形狀及大小決定所 產生電能的特性以及藉著電能所形成之反應空間的電 性。此外，數個相同尺寸及形狀的電極依照本發明以圓 柱形地配置在内部電極單元4 0的表面，圓柱形配置的電 極之半徑範圍、電極數目及電極之間的間隙會影響功率 的消耗及電極放出的能源密度。配置於環繞内部電極單 元4 0外側之外部電極單元3 0的結構大大地影響過氟化合 物處理效率，因此需要考慮一致及穩定的處理。 由於使用標準CF4氣體對各種不同形狀及大小的電極 進行性能測試，沿著輪盤（a η n u 1 a r p 1 a t e ) 2 4 0的邊緣彼 此間隔平均地配置數個尖銳形狀的埋植桿（i m p 1 a n t e r poles)244以作為電極，如第3圖所示，為用以處理於半 導體積體電路製造時所排出含大量過氟化合物有害氣體 最適當的結構。 當具有埋植桿2 4 4之輪盤2 4 0的直徑是小的，系統的 自儲存能力太小而無法產生充足的能量來處理有毒物質 例如CF4，因而導致處理性能的突降。而當輪盤2 4 0的直 徑是大的，不必要的功率消耗會增加且系統壽命於保證 一段時間後會開始衰退。 如第10圖所示之具有埋植桿244之輪盤240的中空結 構被認為是為了降低系統的重量。然而，輪盤2 4 0顯示其

11129pif.ptd 第17頁 1222661 五、發明說明（8) 能量儲存能力約為2 5 % 低於實心的平板。為克服輪盤2 4 0 的缺點，根據本發明一較佳實施例，引導環2 5 0插入相鄰 的輪盤2 4 0之間，其中引導環2 5 0的厚度t 2約為2. 5至3. 5 倍大於具有埋植桿2 4 4之輪盤2 4 0的厚度11 ，如第1 1圖所 示，如此能改善能量儲存能力。 總之，基於本實施例所進行之性能測試的結果，當 改變電極的形狀及數目且使用配件，量測出將數個埋植 桿2 4 4作環狀的配置係為最適當的。而且，總數為7 5個的 埋植桿2 4 4被認為對每一輪盤2 4 0是合適的。假如每一輪 盤2 4 0上之埋植桿2 4 4的數目增加超過1 · 5倍（也就是約1 1 0 個），於移動、安裝或處理時，壓緊的埋植桿2 4 4可能會 變形。此埋植桿2 4 4的變形被認為是系統可靠度衰退的主 因。假如，每一輪盤2 4 0上之埋植桿244的數目少於30， 無法產生充足之電能用於電及化學的處理。 内部電極單元40的整個結構將配合第4圖與第8圖至 第11圖作說明。第8圖為第2圖及第3圖所示之過氟化合物 分解裝置之内部電極單元的次單元之前視圖。第9圖為第 8圖所示之内部電極單元的次單元之側視圖。第1 0圖為第 8圖所示之内部電極單元的次單元之部分分解透視圖。第 11圖為第10圖所示之輪盤與引導環之厚度比較圖。 本發明之一實施例的過氟化合物分解裝置，7 5個埋 植桿244係配置於每一輪盤240的邊緣上，如第4圖及第9 圖所示，1 0片輪盤2 4 0裝配成一次單元，且總數為1 0個次 單元連結在本發明之過氟化合物分解裝置中。因此本發

11129pif. ptd 第18頁 1222661 五、發明說明（9) 明之一個過氟化合物分解裝置中有7 5 〇 〇個埋植桿2 4 4。 至於内部電極單元4 0的組合狀態，請參照圖至第 1 0圖，1 0個輪盤2 4 0及9個引導環2 5 0係交錯地配置，如此 其接合孔2 4 2 a、2 4 2 b、2 4 2 c及2 4 2 d相匹配，然後藉著將 接合螺栓（coupling bolt) 2 4 6插入接合孔2 4 2 a、/42b、 242c及242d，組合成為單一的次單元。每一次單元的所 有輪盤2 4 0可以裝配成具有中空結構。兩者擇一地，每一 次單元的第一個及最後一個輪盤2 4 0可以配置實心的圓盤 但其中心具有六邊形的轴桿孔（s h a f t h ο 1 e ) 2 1 0 b，如第8 圖及第9圖所示。 當數個輪盤240組合成單一次單元，其中每一輪盤具 有7 5個埋植桿2 4 4。為了高處理效率，需要調整個別的輪 盤2 4 0間的相對位置，如此每一輪盤2 4 0上的埋植桿2 4 4從 其相鄰的輪盤240移開1.2度。為了達到上述起見，當輪 盤240及引導環250連結在一起’每一個輪盤240相對於其 前一個輪盤旋轉9 0度，如此例如第一輪盤2 4 0的接合孔 2 4 2 a對到下一個輪盤2 4 0的接合孔24 2b，如第10圖所示。 如此相鄰的輪盤之間的埋植桿2 4 4彼此移開1 · 2 -度。為了 使組合輪盤240更簡單些，先從10片輪盤240組合成單一 輪盤單元，如此可以方便於組合、攜帶、安裝及保養。 上述請參照第1 1圖，為了分解及去除相對穩定且非 反應性的過氟化合物例如NFS及CJ8等，引導環2 5〇的厚 度t2約為2·5至3.5倍大於具有埋植桿244之輪盤240的厚 度t i 。假如引導環2 5 0的厚度t：2小於或等於輪盤2 4 〇的厚

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度、’將很難達到預期的處理效率。特別地，當引導環 2 5 0的七厚度約為2· 5至3· 5倍大於輪盤24〇的厚度、時， 保證能達到最大的處理效率。假如引導環25〇的厚度、約 為3· 5至5.5倍大於輪盤24〇的厚度ti ，處理效率從最大 處理效率減少約3 〇 % 。而假如引導環2 5 0的厚度t2小於或 等於輪盤2 4 0的厚度、，處理效率從最大處理效率減少約 3 0% 。假如^導環2 5 0的厚度h不大於輪盤2 4 0兩倍的厚 度t!二，^率相對於最大處理效率減少約5 〇 % 。 請爹照第4圖，輪盤24〇的1〇個次單元及引導環25〇以 具有六邊形剖面之軸桿2 1 0穿過其中心而組合在一起。此 ，，輔助引導環2 6 0插入每一個次單元之間。一旦所有的匕 f早兀組合在軸桿2丨〇上，一對漏斗形的氣體阻隔板 ^gas blocking plate)230，如第7圖所示，接合至軸 ^ 2 1 0的^兩^ ’為了連結及支撐次單元，且阻隔有害氣體 流入次單元組合物，其中軸桿2丨〇的兩端係各自突出於位 於氣體阻隔板2 3 0中心的軸桿孔2 1 〇a，以接合螺帽 (coupling nut )212 接合 。 接者將說明女裝内部電極單元4 〇在外部電極單元3 〇 内的方法。 請參照第4圖至第7圖，内部電極單元4 〇係固定在外 部電極單元30的殼體110，當軸桿210的兩端穿過由輪盤 240所構成的内部電極單元4〇，連接至各自的支撐單元 2 1 4。特別地，每一支撐單元2 1 4的一端係連接至各自的 幸由桿210端，且支撐單元214的另一端則是穿過絕緣固定

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1222661 五、發明說明（11) 單元218(insulating fixing unit)且接合至接合螺帽 2 1 6。如第4圖所示，絕緣固定單元2 1 8係固定於殼體1 1 〇 之突出部中且藉著一接合元件114蓋上一上蓋112。請參 照第6圖，電線2 2 0電性連接至第1圖所示之高電壓供給單 元50。電線220係藉著塾圈（washer)224與接合螺栓222接 合至支撐單元214的另一端。電線220通過位於上蓋112上 的孑L洞（h ο 1 e ) 1 1 6向外延伸。 第1 2圖為依照本發明之過氟化合物分解裝置中的一 反應空間（r e a c t i ο n s p a c e ) 2 7 0之部分透視圖。請參照 第1 2圖，外部電極單元30之圓柱形殼體丨丨〇由位於構成内' 部電極單元40之輪盤240上個別的埋植桿244留出一預定 的距離。因此導致外部電極單元3 〇與内部電極單元4 〇之 間的反應空間2 7 0。反應空間2 7 0可以在常溫常壓下調 節。含有過氟化合物之有害氣體於反應空間内藉由氣相 虽射、電子束、低溫電漿、離體子（plasm〇n)、電聚震盪 及紫外線（U V r a y )等進行分解。 至於發生在反應空間2 7 0的現象，當氣體分子吸附在 位於反應部分之金屬表面時，使用由於供應一高電壓至 反應空間2 7 0所產生的輪射線照射，金屬物質的電磁性質 與輻射線的電磁成分相互作用，如此拉曼散射（R a m a n s c a 11 e r i n g )的輻射線之電磁場大大地被放大。 當於過氟化合物分解裝置之反應空間27〇内放出及散 射出輻射線時，會發生瑞利散射（Rayleigh scattering) 或拉曼散射（Raman scattering)。瑞利散射或拉曼散射

11129pi f· ptd 第21頁 1222661 五、發明說明（12) 係以散射光線的波長來區分。瑞利散射是於裝置之反應 空間2 7 0内的輻射線散射成幾乎如入射光相同之頻率的光 之一種現象。既然如此，散射光的強度依據粒子大小、 入射光波長及樣品的極性而有所不同。而散射光的波長 與入射光的波長一致不論粒子的性質。拉曼散射係光入 射至樣品粒子散射成與入射光頻率不同的光之一種現 象。拉曼散射理論最先是由印度物理學家C · V · R a m a η 於 1 9 2 8年提出，C. V. Raman 於1 9 3 0年獲頒諾貝爾物理獎， 因其散射理論在科學上的價值以及其在科學及技術領域 上高度可能的應用。最廣泛為人所熟知的理論模式是發 生於高電壓條件下，如本發明的分解裝置之反應空間2 7 0 的現象，此是以馬克斯威爾方程式為基礎的局部化粒子 離體子模式。 當高頻率、高電壓之變換器（transducer)供應高能 量至系統，系統中數萬伏特高電壓及數千赫茲高頻成分 被誘發出來，產生一電漿狀態使離子、電子或中子與分 子於正電荷與負電荷平衡下均勻分布。 雖然系統條件整個看來是中性的’因為糸統中具有 正電荷的粒子係混合在一起，微小的電場係藉著離子及 電子局部的分離所產生，而且電流及磁場由於電荷的移 動而被誘發出來。此外，電荷分布之週期性的改變引起 帶電粒子振盪，此稱為電漿振盪。於電漿振盪期間放出 的量子化能稱為”離體子”，且被分類為”整體離體子 "(bulk plasmon)或丨f 表面離體子丨丨（surface plasmon)兩

11129pif.ptd 第22頁 1222661 五、發明說明（13) 者之任一。 當分子之振盪的電子轉換偶極矩發生在埋植桿2 4 4的 表面及埋植桿2 4 4的尖端之間時，分子的光特性例如是吸 收、螢光等會改變。因此，共振的拉曼散射特性也會改 變 〇 反應空間2 7 0的電磁場之表面特性影響拉曼散射光譜 的強度如下：第一、由於高電壓放射造成電磁場中之入 射光的反射而增加電磁場的強度。第二、由於紫外光的 散射所產生的偶極導致電磁場強度局部的改變。第三、 在金屬尖端表面上的電漿之結構性的干擾及散射光或共 振效應會放大光散射區的電磁場。 由於系統中在埋植桿2 4 4之表面的分子之散射會放大 局部的電磁場，提供以下的功效：第一、由於藉著反射 光產生的電場會使轉換振盪器強度（transition 〇 s c i 1 1 a t 〇 r s t r e n g t h )，例如是吸收係數增加。第二、 以入射光激發能帶的強度增加。第三、振盪偶極 (oscillating dipole)的頻率會稍微偏移。 當埋植桿244的配置係垂直於輪盤240表面，由於放 大之局部的電磁場，為人所知常態的拉曼散射強度會增 加約3 0倍。當供系統使用的S U S金屬之内部電子與振蘯偶 極共振，振盪強度被放大。 當S U S金屬之電磁場藉著入射散射光直接被激發到一 高能階，預期反應空間中之電極金屬表面上之局部化的 電磁場強度會大大地放大。藉著表面離體子可誘發介於

11129pif.ptd 第23頁 1222661 五、發明說明（14) 系統之金屬元素及由入射光產生之電磁場的共振。最低 能帶區域之金屬離體子與拉曼散射光的常用頻率共振， 此共振只產生在金屬表面，所以他們被稱為局部化的表 面離體子”。藉著沿著系統内的反應空間中之金屬電極表 面行進的電磁波可證實這樣的局部化的表面離體子的存 在。 變換器提供一高頻之負高電壓以作為能量源。因 此，於系統反應空間内產生一大範圍之電磁波。此狀態 下，於反應空間内發生不同的化學及/或物理的改變。 以丙酮分子為例，丙酮分子有強的鍵結連結電子 對，此電子對一般為C - C鍵。當丙_分子施加至一電極， 此電極高度地可能接受電極，電子從丙酮分子釋放出 來。當施加一充分的能量，C - C鍵成對電子中之一釋放出 來，而保留與寬頻帶之交叉電磁線的電磁場類同之其他 電子。因此，只具有一個電子的C-C鍵很容易裂解成正曱 基離子。 當施加一高電壓至埋植桿的尖端以產生電磁波，電 磁波内的電子鍵變成不穩定的。電磁波相斥於電子且使 電子鍵裂解成分離的電子。 至於靜電現象，一儲存電極放出一高強度紫外光， 其中紫外光不特定活化電子。紫外光轟擊電子對作為有 效的能量源用來解離電子對。然後，分離的電子快速地 移入相斥於電子之電磁波内的其他分子中。 當使用紫外光輻射丙酮分子一段時間，C - C鍵中電子

11129pif.ptd 第24頁 1222661 五、發明說明（15) 對的兩者之一遷移進入電磁波的區域，電磁波相斥於C-C 鍵中的電子，具有位成對的C - C鍵似乎較易被裂解。 如上所述，高能且高密度的電子束於環境溫度及環 境壓力在反應空間2 7 0内有效地產生，以解離過氟化合物 氣體的連結結構成為氟化氫、水以及二氧化碳，這些產 物可於濕式水洗塔6 0進一步地處理（如第1圖所示）。 之後，將說明第1圖所示之用來處理過氟化合物氣體 高廢供給單元5 0。 在一實施例，高頻電壓（Η V )電容器係作為一用以處 理過氟化合物氣體之高壓電流裝置，此高壓電流裝置可 藉著串聯或並聯數個小單位電容器引起氣體膨脹，以增 加壓力。一般高容量電流產生器在補償其固有的特性之 後，可用來作為高電壓電流裝置。當組合高頻電壓電容 器及其他合用的部分，且觸發時間不同，能獲得非常複 雜的電流波形。第1 3 Α圖為使用一般高頻電壓電容器之高 容量電流產生器的電路圖，而第13B圖為第13A圖之高容 量電流產生器之負載電流波形。在第1 3 A圖中，CQ是指電 容器（condenser) ，R是指儲存電阻器，SW是指啟始開 關，R〇是指組合電阻，LQ是指電感，h是指負載電阻，h 是指負載電感以及i是指負載電流。 當本發明之過氟化合物分解裝置連接至具有完全儲 存的高頻電壓電容器CQ之高容量電流產生器，建造一等 效短路電路當作過氟化合物處理系統的能量供給單元。 當過氟化合物分解裝置的電阻抗整個被抵抗，獲得一指

11129pif.ptd 第25頁 1222661 五、發明說明（16) 數減弱波形。當過氟化合物分解裝置的電阻抗整個被誘 發，獲得一振盪波形。 第14A圖為傳統叉線式電路之基本電路圖。而且第 1 4 B圖為第1 4 A圖之叉線式電路之負載電流波形。如第1 4 A 圖所示，傳統叉線式電路包括驅動間隙（d r i v i n g g a p ) 及短路開關間隙（c r o w b a r s w i t c h i n g g a p )。第1 4 B圖 中i是指短路電流’而i 〇則是指非短路電流。 較長波長能量產生’南頻電壓電容器之電容或負載 電阻會增加。然而，系統的大小變大且電流位準變低。 因此，經常使用上述之等效短路電路。在短路電路中， 電容器CQ的能量排放至負載電感。第1 5 A圖為連接至本發 明過氟化合物分解裝置的等效短路電路圖。第15B圖為第 1 5 A圖之短路電路的負載電流波形。 最大電感電流位準也就是當高頻電壓電容器的能量 幾乎排放，過氟化合物分解裝置過度儲存。在過氟化合 物分解裝置過度儲存之前立即，電流波形減弱至一時間 常數，此時間常數係藉著電路之電感及電阻測量，如第 1 5 B圖所示。 為產生大量的電流，需要串聯或並聯數個高頻電壓 電容器如上所述，且橫跨每一高頻電壓電容器須施加相 同的電壓。 第1 7圖係用於數個本發明之過氟化合物分解裝置的 高頻電壓供給裝置之等效電路圖。第1 8圖為串聯配置的 數個本發明之過氟化合物分解裝置之透視圖。第1 9圖為

11129pif.ptd 第26頁 1222661 五、發明說明（17) 並聯配置的數個本發明之過氟化合物分解裝置之透視 圖。在第17圖中，N表示連接本發明之過氟化合物分解裝 置的個數。 本發明之過氟化合物處理系統如第1 7圖及第1 8圖所 示能有效率地處理大量的過氟化合物。此具有外部電極 單元的處理系統彼此隔開且平行於内部金屬電極單元需 要較漲的起始儲存期間為了整個系統穩定且使用能量的 基本量完全儲存。此外，用來處理的能量排放之後，系 統需要快數且連續地儲存以保持其中能量的固定量。未 達成上述起見，適當地控制供給能量的波形及電流供給 是重要的。因為本發明之過氟化合物處理系統係為大尺 度系統，包括串聯數個及並聯數個過氟化合物處理裝 置，在一短時間内儲存系統至高峰位準（p e a k 1 e v e 1 )是 困難的。 為說明此利害關係，本發明高電壓供給單元5 0需要 具有陡升段的矩形高電壓電流脈衝。使用線脈衝器的方 法被用以產生矩形電流波。電路包括串聯數個塊狀電感L 以及並聯數個電容器C用以產生矩形電流波。考慮高電壓 供給單元5 0的電性，本發明高電壓供給單元5 0的操作原 理係相似於那些線脈衝器。 第1 6 Α圖及第1 6 Β圖分別繪示使用矩形波快速儲存本 發明之過氟化合物處理系統的方式的三維及二維等效電 路圖。第1 6C圖則為第1 6A圖及第1 6B圖之電路的波形。 假如電路係為具有固定的塊狀電感L及電容C之零損

11129pif.ptd 第27頁 1222661 五、發明說明（18) 耗電路，產生具有無減弱及無失真的脈衝。在儲存至電 壓V及關閉開關S之後，電壓e流過線路電阻器R (road resist or)如第16B圖所示。其中電壓e表示如下： e 二 RV "Z + R) 當R = Z 時，產生具有V/2電壓的脈衝及2丁時間寬度， 如第1 6 C圖所示。此處T是指一脈衝通過電路所需的時間 且表示如T = L / v。其中v是指波速。藉著上述的機制，本 發明過氟化合物處理系統能在短時間内儲存至操作所須 之高峰能量位準。 於環境溫度及環境壓力下，評估本發明用以處理通 常是半導體元件製造時所產生之不同的過氟化合物之過 氟化合物處理系統的性能。其結果如下列表1所示： 表1 PFC氣體 PFC處理前的濃 PFC處理後的濃 降低率 度 度 cf4 60 3 95 C3F 8 65 6 91 nf3 50 5 90 藉著連接處理單元建造過氟化合物處理系統測試，

11129pif.ptd 第28頁 1222661 五、發明說明（19) 每一處理單元有10 m3/min的處理量，並聯時可提供50 m 3 / m i η的總處理量。能量供給單元的主要功率消耗為3 相、220V及60Α或少於3相、220V及60Α。使用傅立葉轉換 遠紅外線（Fourier Transform Infra Red ，FTIR)光譜計 連接至處理系統的前端及後端且使用1 0 Μ -吸收槽進行處 理效率的線上分析。世界上通常使用傅立葉轉換遠紅外 線光譜計分析含有過氟化合物之排氣，雖然傅立葉轉換 遠紅外線光譜計並不適用於同質的分子，例如是F 2及C 12 等。 C3F8及NF3是所知於進行化學氣相沉積之後最常用來 清潔反應室的化學品，且CF4係為使用C3F8作清潔時所產 生的副產物。如以上表1所示，本發明之過氟化合物處理 系統顯示對所有分析的過氟化合物氣體之處理效率達9 0 °/〇 或更高。 依照本發明，為了增加處理效率，可以_聯連接及 更以並聯連接更多的處理單元，如第1 8圖及第1 9圖所 示。換言之，依照本發明建造過氟化合物處理系統所連 接之處理單元的數目，可以依照所需的處理效率及處理 量而有所不同。 本發明之過氟化合物處理系統可以直接連接至半導 體製造線的排氣管道，或是將過氟化合物處理系統設在 室外然後連接至設在狹小空間内既存的半導體製造線使 用。此外，因為過氟化合物處理系統可加至只使用水洗 塔之傳統的處理系統，所以操作成本是低的。

11129pif.ptd 第29頁 1222661 五、發明說明（20) 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 精神和範圍内，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明 之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

11129pif.ptd 第30頁 1222661 圖式簡單說明 第1圖為依照本發明之一較佳實施例的過氟化合物處 理糸統之間不圖， 第2圖為依照本發明之一較佳實施例的過氟化合物分 解裝置之透視圖； 第3圖為第2圖所示之過氟化合物分解裝置之剖面 圖， 第4圖為第2圖及第3圖所示之過氟化合物分解裝置的 縱向剖面圖； 第5圖為第2圖所示之過氟化合物分解裝置的一内部 電極早兀透視圖， 第6圖為供應一高頻電壓至第5圖所示之内部電極單 元過氟化合物分解裝置的一支撐單元的分解透視圖； 第7圖為用以阻隔有害氣體流入内部電極單元之一氣 體阻隔板的透視圖， 第8圖為第2圖及第3圖所示之過氟化合物分解裝置之 内部電極單元的次單元之前視圖； 第9圖為第8圖所示之内部電極單元的次單元之側視 圖； 第10圖為第8圖所示之内部電極單元的次單元之部分 分解透視圖； 第11圖為第10圖所示之輪盤與引導環之厚度比較 圖； 第1 2圖為依照本發明之過氟化合物分解裝置中的一 反應空間之部分透視圖；

11129pif.ptd 第31頁 1222661 圖式簡單說明 第1 3 A圖為使用一般南頻電壓電容為'之南容罝電流產 生器的電路圖以及第13B圖為第13A圖之高容量電流產生 器之負載電流波形； 第14A圖為傳統叉線式電路之基本電路圖以及第14B 圖為第1 4 A圖之叉線式電路之負載電流波形； 第1 5 A圖為連接至本發明之過氟化合物分解裝置的等 效短路電路圖以及第15B圖為第15A圖之短路電路的負載 電流波形， 第1 6 A圖及第1 6 B圖分別繪示使用矩形波快速儲存本 發明之過氟化合物處理系統的方式的三維及二維等效電 路圖以及第16C圖為第16A圖及第16B圖之電路的波形； 第1 7圖係用於數個本發明之過氟化合物分解裝置的 高頻電壓供給裝置之等效電路圖； 第1 8圖為串聯配置的數個本發明之過氟化合物分解 裝置之透視圖；以及 第1 9圖為並聯配置的數個本發明之過氟化合物分解 裝置之透視圖。 圖式標號說明： 10 反 應 室 20 泵 單 元 30 外 部 電 極 單 元 40 内 部 電 極 單 元 50 高 電 壓 供 給 早兀 60 水 洗 塔

11129pif.ptd 第32頁 1222661 圖式簡單說明 110 殼 體 112 上 蓋 114 接 合 元 件 116 孔 洞 118 凸 緣 120 接 合 孔 2 10 軸 桿 2 10a 、2 10b :軸桿孔 2 12 接 合 螺 帽 2 14 支 撐 單 元 21 6 接 合 螺 帽 218 絕 緣 固 定 XJXJ —- 早兀 220 電 線 222 接 合 螺 栓 224 墊 圈 230 氣 體 阻 隔 板 240 、 241 :輪盤 2 4 2 a > 2 4 2 b > 2 4 2 c 、242d ··接合孔 244 埋 植 桿 246 接 合 螺 栓 250 引 導 環 260 輔 助 引 導環 270 反 應 空 間 、、t 2 ： 厚 度

11129pif.ptd 第33頁 1222661

11129pif.ptd 第34頁

Claims (1)

1222661 六、申請專利範圍 1 . 一種分解過氟化合物之裝置，該裝置包括： 一外部電極單元，係接地且具有一空間用以使該過 氟化合物在該空間内流動； 一内部電極單元，插入該外部電極單元的該空間， 且於該内部電極單元與該外部電極單元之間具有一反應 空間；以及 一高電壓供給單元，供應一高頻電壓至該内部電極 單元以產生一電子束，能分解於該反應空間内的該過氟 化合物。 2 .如申請專利範圍第1項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中該外部電極單元係為圓柱形。 3 .如申請專利範圍第2項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中該内部電極單元係由以下組合而成： 複數個輪盤，具有複數個突出的埋植桿沿著每一該 些輪盤的邊緣以規則的間隔將彼此隔開；以及 複數個引導環，插入每一該些輪盤之間以規則第隔 開該些輪盤。 4.如申請專利範圍第3項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中每一該輪盤上之該些埋植桿的數目範圍為 3 0 - 1 1 0 個。 5 .如申請專利範圍第4項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中每一該輪盤上之該些埋植桿的數目為7 5個。 6.如申請專利範圍第5項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中該内部電極單元係由該些輪盤所組成，且介於

11129pif. ptd 第35頁 1222661 六、申請專利範圍 鄰近該些輪盤之間的該些埋植桿係以1 . 2度配置。 7 .如申請專利範圍第3項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中該引導環的厚度大於該輪盤的厚度的2 . 5 - 3 . 5 倍。 8 .如申請專利範圍第1項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中該外部電極單元與該内部電極單元係由S U S金屬 所組成。 9 .如申請專利範圍第1項所述的分解過氟化合物之裝 置，其中該高電壓供給單元包括： 一支撐單元，電性連接且支撐該内部電極單元，該 内部電極單元距離該外部電極單元有一固定的分離之間 隙；以及 一高電壓產生器，產生一高電壓通過該支樓單元而 供應至該内部電極單元。 1 0 .如申請專利範圍第9項所述的分解過氟化合物之 裝置，其中一成對的支撐單元支撐該内部電極單元的兩 端。 1 1 .如申請專利範圍第9項所述的分解過氟化合物之 裝置，其中該高電壓產生器包括使用一高電壓電容器之 該特色的一短路電路。 1 2.如申請專利範圍第9項所述的分解過氟化合物之 裝置，其中該高電壓產生器使用一線脈衝器的方法，該 線脈衝器的方法係使用矩形高電壓電流脈衝用以快速充 電0

11129pif.ptd 第36頁 1222661 六、申請專利範圍 1 3 . —種用來處理過氟化合物的系統，該系統包括： 一泵單元，從一反應室抽出一過氟化合物； 一過氟化合物分解裝置，藉著直接供應電能分解以 泵單元抽出的該過氟化合物，成為能被濕式處理的複數 種化合物；以及 一水洗塔，可濕式處理已被分解的該些化合物。 1 4.如申請專利範圍第1 3項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該反應室為一使用過氟化合物氣體之乾 I虫刻反應室及化學氣相沉積反應室兩者之一。 1 5.如申請專利範圍第1 3項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中複數個過氟化合物分解裝置係以串聯或 以並聯連接。 1 6.如申請專利範圍第1 3項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該過氟化合物分解裝置包括： 一外部電極單元，係接地且具有一空間用以使該過 氟化合物在該空間内流動； 一内部電極單元，插入該外部電極單元的該空間， 且於該内部電極單元與該外部電極單元之間具有一反應 空間；以及 一高電壓供給單元，供應一高頻電壓至該内部電極 單元以產生一電子束，能分解於該反應空間内的該過氟 化合物。 1 7.如申請專利範圍第1 6項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該外部電極單元係為圓柱形，且該内部

11129pif.ptd 第37頁 1222661 六、申請專利範圍 電極單元係由以下組合而成·· 複數個輪盤，具有複數個突出的埋植桿沿著每一該 些輪盤的邊緣以規則的間隔將彼此隔開；以及 複數個引導環，插入每一該些輪盤之間以規則第隔 開該些輪盤。 1 8 .如申請專利範圍第1 7項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中每一該輪盤上之該些埋植桿的數目為7 5 個，且該内部電極單元係由該些輪盤所組成，而介於鄰 近該些輪盤之間的該些埋植桿係以1 . 2度配置。 1 9 .如申請專利範圍第1 7項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該引導環的厚度大於該輪盤的厚度的 2 . 5 - 3 · 5 倍。 2 0 .如申請專利範圍第1 6項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該高電壓供給單元包括： 一支撐單元，電性連接且支撐該内部電極單元，該 内部電極單元距離該外部電極單元有一固定的分離之間 隙；以及 一高電壓產生器，產生一高電壓通過該支撐單元而 供應至該内部電極單元。 2 1 .如申請專利範圍第2 0項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該高電壓產生器包括使用一高電壓電容 器之該特色的一短路電路。 2 2.如申請專利範圍第1 6項所述之用來處理過氟化合 物的系統，其中該高電壓產生器使用一線脈衝器的方

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