TWI398293B - Cyclone Oxygen Combustion Unit for Treatment of Emissions from Semiconductor Processes - Google Patents

Description

處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置

本發明提供一種處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，特別是關於一種處理半導體製程廢氣之廢氣處理槽及其入口頭座，並涉及該入口頭座內部之廢氣通道、點火腔室和導引廢氣用的斜孔。

按，在半導體的產製過程中，會產生許多具有毒性、腐蝕性及易燃性的製程廢氣，為了避免該廢氣污染環境而造成公害的可能性，必須先將該廢氣內之有害物質予以過濾去除之後，才能將無害的廢氣排放至外界大氣。

且知，傳統之半導體製程廢氣的處理方式，是將該製程廢氣注入廢氣處理槽內，先接受廢氣處理槽內之高溫火焰燃燒，而形成高溫廢氣，迫使高溫廢氣中有害物質接受高溫催化，而分解成無害之物質，隨後藉由廢氣處理槽內部之洗滌水將高溫廢氣中可溶於水的有害物質加以融解，而使高溫廢氣轉換成為無害的氣體，同時冷卻該高溫廢氣，以利於排放至外界大氣中，而不會造成環境的污染。

上述傳統之廢氣處理槽的頂部一般都具有一入口頭座(inlet head)，該入口頭座通常能夠同時輸入廢氣及含氧之燃氣，藉以混合該廢氣與含氧燃氣，並經由點燃該含氧燃氣而生成高溫火焰，用以燃燒該廢氣。

目前市面上已存在有多款上述利用高溫火焰及洗滌水處理半導體製程廢氣的方法，舉如台灣第482038號及第570146號專利案，主要是利用廢氣處理槽頂部之入口頭座產生高溫火焰，對外界廢氣供應端輸送進入該入口頭座內部的製程廢氣先行燃燒，並將洗滌水以噴灑成水滴或溢流成水幕的方式散佈於入口頭座下方的廢氣處理槽內，以融解廢氣中的有害物質。

惟，上述台灣第482038號及第570146號專利案中的製程廢氣是以直線路徑通過該入口頭座及廢氣處理槽；換言之，該廢氣是以直線路徑通過高溫火焰及洗滌水，導致該廢氣與高溫火焰及洗滌水相互反應的時間難以提增的問題，如此容易造成廢氣中有害物質未完全燃燒殆盡的狀況，也容易造成廢氣中有害物質未完全融解於洗滌水的狀況，亟需加以改善。

本發明之目的在於克服先前技術中，相關於半導體製程廢氣以直線路徑通過高溫火焰及洗滌水，而導致該廢氣與高溫火焰及洗滌水相互反應的時間難以提增的問題。

為實現上述之目的，本發明處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，係在一廢氣供應端及一燃氣供應端之間介設一入口頭座(inlet head)，且該入口頭座位於一廢氣處理槽頂部，該廢氣處理槽內壁形成一外層水幕，該入口頭座內並配置包含：一廢氣通道，連通於該廢氣供應端與該廢氣處理槽之間，以導引廢氣由上而下進入該廢氣處理槽；一上層隔板與一下層隔板，分別間隔於該廢氣通道外圍與入口頭座內壁之間，該廢氣通道外圍、入口頭座內壁、上層與下層隔板之間形成一點火腔室；複數上層斜孔，呈渦漩狀分佈形成於該上層隔板上，而圍繞於該廢氣通道外圍，且所述上層斜孔連通於該燃氣供應端與點火腔室之間，以導引燃氣由上而下渦漩進入該點火腔室；一點火器，植設於該點火腔室中，點燃該點火腔室內的燃氣形成渦漩火焰，以加溫該廢氣通道內的廢氣；及複數下層斜孔，呈渦漩狀分佈形成於該下層隔板上，而圍繞於該廢氣通道外圍，且所述下層斜孔連通於該點火腔室與該廢氣處理槽之間，以導引該火焰由上而下渦漩進入該廢氣處理槽，燃燒自該廢氣通道進入該廢氣處理槽的廢氣，迫使廢氣中有害物質接受高溫催化而分解成無害的物質，該火焰並引動該廢氣渦漩至該水幕上，迫使廢氣中有害物質融解於水幕中，致使廢氣轉換成為無害的氣體，同時冷卻該廢氣。

藉由上述，所述上、下層斜孔之渦漩方向相等，而使經由所述上層斜孔渦漩進入點火腔室內的燃氣於點燃生成火焰後，接續經由所述下層斜孔渦漩進入廢氣處理槽內，而形成以渦漩狀態由上而下流動的火焰，進而引動該廢氣處理槽內的廢氣以渦漩狀態由上而下流動；據此，利用渦漩火焰引動半導體製程廢氣，致使該廢氣以由上而下的渦漩路徑通過渦漩之高溫火焰及洗滌水，以延長該廢氣與渦漩火焰及洗滌水相互反應的時間；同時，藉由所述上、下層斜孔加壓該燃氣，而使渦漩火焰形成高密度旋風火網，以提升火焰淨化廢氣中有害物質的效率；此外，藉由水幕融解廢氣中有害物質，能夠進一步防止廢氣處理槽內壁發生卡垢及侵蝕的現象。

此外，本發明更加包含：所述廢氣通道外圍、上層隔板頂部與入口頭座內壁之間形成一連通該燃氣供應端與所述上層斜孔的燃氣腔室，能夠平均供應燃氣至所述上層斜孔。

所述燃氣腔室內設有一連通該點火腔室的容置管，該點火器係設於該容置管內，且該容置管上形成有複數氣孔，連通於該容置管內部與該燃氣腔室之間，以導引燃氣進入該容置管內，接受點火器點燃而形成一母火。

所述廢氣通道及所述下層斜孔下方相對端設有一燃燒腔槽，連通該廢氣通道及所述下層斜孔，且該燃燒腔槽底部形成一連通該廢氣處理槽的槽口。

所述點火腔室外圍與該入口頭座內壁之間形成一能夠導入外界洗滌水的環狀上層水槽，且該上層水槽與該廢氣處理槽內部之間連通一上溢流口，以導引洗滌水溢流至該廢氣處理槽內，而形成一位於該外層水幕內側的內層水幕，以接受廢氣吹襲，進而融解廢氣中的有害物質。

所述點火腔室外圍與該入口頭座內壁之間形成一連通該上層水槽的環狀集水槽，位於該上層水槽頂部，且外界洗滌水經由該集水槽導入該上層水槽。

所述廢氣處理槽內壁形成一能夠導入外界洗滌水的環狀下層水槽，且該下層水槽與該廢氣處理槽內部之間連通一下溢流口，以導引洗滌水溢流至該廢氣處理槽內形成該外層水幕。

然而，為能明確且充分揭露本發明，併予列舉出較佳實施例，請配合參照圖式而詳細說明如後述：

請參閱圖1所示，揭示出本發明較佳實施例之剖示圖，並配合圖2說明本發明處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，係在一半導體製程之廢氣供應端11及一燃氣供應端12之間介設一入口頭座3(inlet head)，且該入口頭座3位於一廢氣處理槽2頂部，該廢氣處理槽2內壁形成一外層水幕81(如圖7所示)，該入口頭座3內並配置包含一呈垂直狀之廢氣通道4、一上層隔板5、一下層隔板6、複數上層斜孔51、一點火器7及複數下層斜孔61。其中，該燃氣供應端12供應之燃氣包含5%～15%的瓦斯及95%～85%的空氣，利用外界一文式管預混器(未繪製)將瓦斯及外界空氣預先混合成可供燃燒的含氧燃氣，如此能夠省去單獨供應氧氣的必要性；該廢氣處理槽2內部中央形成一反應腔室20，且廢氣處理槽2內壁形成一呈環狀的下層水槽21，並於廢氣處理槽2外壁設有一連通該下層水槽21的第二給水口22，該第二給水口22能夠與外界一洗滌水供應端13相連通，以供應洗滌水至下層水槽21，且下層水槽21頂端與廢氣處理槽2內部反應腔室20之間連通一呈環狀的下溢流口23，該下層水槽21內之洗滌水能夠經由該下溢流口23導引而溢流至廢氣處理槽2之反應腔室20內，並沿著反應腔室20內壁由上而下流動形成該外層水幕81。

該廢氣通道4形成於該入口頭座3中央之一垂直配置的圓形導管40內(如圖1及圖3所示)，而於入口頭座3頂部形成一連通廢氣供應端11的廢氣入口41，並於入口頭座3底部形成一連通廢氣處理槽2之反應腔室20的廢氣出口42，致使廢氣通道4連通於廢氣供應端11與廢氣處理槽2的反應腔室20之間，能夠導引廢氣由上而下進入廢氣處理槽2的反應腔室20內。該上層隔板5與下層隔板6均呈圓環狀(如圖6所示)，分別套置於該導管40外周壁上(配合圖4及圖5所示)，而間隔於含藏該廢氣通道4的導管40外圍與入口頭座3內壁之間；該下層隔板6位於上層隔板5下方，且含藏廢氣通道4之導管40外圍、入口頭座3內壁、上層與下層隔板5、6之間形成一點火腔室32。

所述上層斜孔51係呈渦漩狀分佈形成於該上層隔板5上(如圖2及圖3所示)，而圍繞於含藏該廢氣通道4的導管40外圍(配合圖3a及圖6所示)；該入口頭座3內壁、含藏廢氣通道4之導管40外圍與上層隔板5頂部之間形成一連通所述上層斜孔51頂端的燃氣腔室31，該入口頭座3外壁設有一連通該燃氣腔室31與燃氣供應端12的燃氣入口311，且所述上層斜孔51底端連通該點火腔室32，致使所述上層斜孔51連通於燃氣供應端12與點火腔室32之間；該燃氣供應端12能夠供應該含氧燃氣至入口頭座3之燃氣腔室31內，該燃氣腔室31能夠平均供應燃氣至各個上層斜孔51，且所述上層斜孔51能夠導引燃氣腔室31內之燃氣由上而下渦漩進入該點火腔室32內，而使燃氣於點火腔室32內以渦漩狀態由上而下流動。該燃氣腔室31內設有一連通該點火腔室32的容置管33，該點火器7係植設於容置管33內，並延伸至點火腔室32中，且容置管33上形成有複數氣孔331，連通於容置管33內部與燃氣腔室31之間，以導引燃氣腔室31之燃氣進入容置管33內，接受點火器7點燃而生成一母火火焰91(如圖7所示)，藉以觸燃該點火腔室32內的燃氣，而生成以渦漩狀態由上而下流動的火焰92，能夠經由導管40外壁加溫廢氣通道4內的廢氣。

所述下層斜孔61係呈渦漩狀分佈形成於該下層隔板6上(如圖2及圖4所示)，而圍繞於含藏該廢氣通道4之導管40外圍(配合圖4a及圖6所示)；所述上、下層斜孔51、61之渦漩方向相等，且所述下層斜孔61連通於點火腔室32與廢氣處理槽2的反應腔室20之間，能夠導引點火腔室32內之渦漩狀火焰92由上而下渦漩進入廢氣處理槽2的反應腔室20內，驅使該火焰92於反應腔室20內持續以渦漩狀態由上而下流動。該入口頭座3底部周邊設有一向下方延伸至廢氣處理槽2內的環套34，且環套34內形成一位於該廢氣通道4及所述下層斜孔61下方相對端的燃燒腔槽341，該燃燒腔槽341連通廢氣通道4及所述下層斜孔61，且燃燒腔槽341底部形成一連通廢氣處理槽2之反應腔室20的槽口342；上述下溢流口23實際上可形成於下層水槽21頂端與環套34外壁之間。

該點火腔室32外圍與入口頭座3內壁之間形成一呈環狀的上層水槽35(如圖1所示)，以及一呈環狀的集水槽36(配合圖3所示)，該集水槽36位於上層水槽35頂部，且集水槽36與上層水槽35之間連通複數排水通孔361，該入口頭座3外壁設有一連通集水槽36與外界之洗滌水供應端13的第一給水口362，能夠供應洗滌水經由集水槽36及所述通孔361導入上層水槽35；該上層水槽35頂端與廢氣處理槽2內部的燃燒腔槽341之間連通一呈環狀的上溢流口351，能夠導引上層水槽35內之洗滌水溢流至燃燒腔槽341內壁(如圖7所示)，並沿著鄰近廢氣處理槽2之反應腔室20內壁的區域灑落，而形成一位於該外層水幕81內側的內層水幕82。

依據上述構件組成，可供據以實施本發明，包括下列步驟：

(1)令洗滌水供應端13同時對第一及第二給水口362、22持續供應洗滌水(如圖7所示)，而使反應腔室20和燃燒腔槽341內壁分別形成外層水幕81與內層水幕82。

(2)同時令燃氣供應端12經由該燃氣入口311持續供應含氧之燃氣至燃氣腔室31內(如圖7所示)，迫使該燃氣接受所述上層斜孔51導引，而由上而下渦漩進入該點火腔室32內(配合圖8所示)，進而形成以渦漩狀態由上而下流動的燃氣；同時，一部分燃氣經由所述氣孔331進入容置管33內，而充斥於該點火器7四周。

(3)利用點火器7產生電弧火花(如圖7所示)，以點燃容置管33內燃氣，而生成母火火焰91，進而觸燃點火腔室32內的燃氣，而生成以渦漩狀態由上而下流動的火焰92(如圖8所示)，致使點火腔室32內持續保持燃燒狀態，且該火焰92接受所述下層斜孔61導引，而由上而下渦漩進入燃燒腔槽341內，迫使該火焰92於燃燒腔槽341及反應腔室20內保持以渦漩狀態由上而下流動，並於燃燒腔槽341內形成高密度的旋風火網。該燃氣供應端12供應至入口頭座3之含氧燃氣的多寡，能夠控制所述以渦漩狀態由上而下流動之火焰92的渦漩速度，增加該燃氣之供應量能夠提升火焰92的渦漩速度，減少該燃氣之供應量能夠降低火焰92的渦漩速度。

(4)開放廢氣供應端11經由廢氣入口41持續供應半導體製程廢氣進入廢氣通道4(如圖7所示)，而使廢氣依序通過廢氣入口41、廢氣通道4、廢氣出口42、燃燒腔槽341及反應腔室20。

期間，通過廢氣通道4之廢氣接受燃氣腔室31內火焰92透過導管40外壁預先加溫，以利於縮減廢氣中有害物質接受高溫催化而分解成無害物質的時間，經由廢氣通道4之廢氣出口42進入廢氣處理槽2之燃燒腔槽341及反應腔室20的廢氣，接受所述以渦漩狀態由上而下流動的火焰92燃燒(配合圖8所示)，迫使廢氣中有害物質接受該火焰92之高溫催化而分解成無害的物質，該火焰92形成之高密度旋風火網並引動該廢氣以渦漩狀態拋甩至該內層與外層水幕82、水幕81上，迫使廢氣中包含粉塵及氟離子等能夠接受水洗的有害物質撞擊在所述水幕82、81上，且融解於所述水幕82、81中，並隨著所述水幕82、81排出，致使廢氣轉換成為無害的氣體，同時藉由所述水幕82、81冷卻該廢氣。

藉由上述，由於所述上、下層斜孔51、61之渦漩方向相等，而使經由所述上層斜孔51渦漩進入點火腔室32內的燃氣於點燃生成火焰92後，接續經由所述下層斜孔61渦漩進入廢氣處理槽2內，而形成以渦漩狀態由上而下流動的火焰92，進而引動該廢氣處理槽2之燃燒腔槽341內的廢氣以渦漩狀態由上而下流動；據此，利用渦漩火焰92引動半導體製程廢氣，致使該廢氣以由上而下的渦漩路徑通過渦漩之高溫火焰及洗滌水，以延長該廢氣與渦漩火焰及洗滌水相互反應的時間，致使廢氣受熱更加均勻，能夠避免廢氣未受熱就離開火焰92之旋風火網的狀況；同時，藉由所述上、下層斜孔51、61加壓該燃氣，而使渦漩火焰92形成高密度的旋風火網，以提升火焰淨化廢氣中有害物質的效率；此外，藉由該水幕81、82融解廢氣中有害物質，能夠避免有害物質附著於廢氣處理槽2內壁，以進一步防止廢氣處理槽2內壁發生卡垢及侵蝕的現象。

綜上所陳，僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明；凡其他未脫離本發明所揭示之精神下而完成的等效修飾或置換，均應包含於後述申請專利範圍內。

11．．．廢氣供應端

12．．．燃氣供應端

13．．．洗滌水供應端

2．．．廢氣處理槽

20．．．反應腔室

21．．．下層水槽

22．．．第二給水口

23．．．下溢流口

3．．．入口頭座

31．．．燃氣腔室

311．．．燃氣入口

32．．．點火腔室

33．．．容置管

331．．．氣孔

34．．．環套

341．．．燃燒腔槽

342．．．槽口

35．．．上層水槽

351．．．上溢流口

36．．．集水槽

361．．．通孔

362．．．第一給水口

4．．．廢氣通道

40．．．導管

41．．．廢氣入口

42．．．廢氣出口

5．．．上層隔板

51．．．上層斜孔

6．．．下層隔板

61．．．下層斜孔

7．．．點火器

81．．．外層水幕

82．．．內層水幕

91、92．．．火焰

圖1：為本發明較佳實施例之一剖示圖。

圖2：為本發明較佳實施例之另一剖示圖。

圖3：為圖2之A-A斷面圖。

圖3a：為圖3之局部放大圖。

圖4：為圖2之B-B斷面圖。

圖4a：為圖4之局部放大圖。

圖5：為本發明之導管與隔板的立體圖。

圖6：為本發明之隔板的立體圖。

圖7：為圖1之使用狀態圖。

圖8：為圖2之使用狀態圖。

11．．．廢氣供應端

12．．．燃氣供應端

13．．．洗滌水供應端

2．．．廢氣處理槽

20．．．反應腔室

21．．．下層水槽

22．．．第二給水口

23．．．下溢流口

3．．．入口頭座

31．．．燃氣腔室

311．．．燃氣入口

32．．．點火腔室

33．．．容置管

331．．．氣孔

34．．．環套

341．．．燃燒腔槽

342．．．槽口

35．．．上層水槽

351．．．上溢流口

36．．．集水槽

361．．．通孔

362．．．第一給水口

4．．．廢氣通道

40．．．導管

41．．．廢氣入口

42．．．廢氣出口

5．．．上層隔板

51．．．上層斜孔

6．．．下層隔板

61．．．下層斜孔

7．．．點火器

Claims (7)

1. 一種處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，係在一廢氣供應端及一燃氣供應端之間介設一入口頭座，且該入口頭座位於一廢氣處理槽頂部，該廢氣處理槽內壁形成一外層水幕，該入口頭座內並配置包含：一廢氣通道，連通於該廢氣供應端與該廢氣處理槽之間，以導引廢氣進入該廢氣處理槽；一上層隔板與一下層隔板，分別間隔於該廢氣通道外圍與入口頭座內壁之間，該廢氣通道外圍、入口頭座內壁、上層與下層隔板之間形成一點火腔室；複數上層斜孔，呈渦漩狀分佈形成於該上層隔板上，而圍繞於該廢氣通道外圍，且所述上層斜孔連通於該燃氣供應端與點火腔室之間，以導引燃氣渦漩進入該點火腔室；一點火器，植設於該點火腔室中，點燃該點火腔室內的燃氣形成渦漩火焰，以加溫該廢氣通道內的廢氣；及複數下層斜孔，呈渦漩狀分佈形成於該下層隔板上，而圍繞於該廢氣通道外圍，且所述下層斜孔連通於該點火腔室與該廢氣處理槽之間，以導引該火焰渦漩進入該廢氣處理槽，燃燒自該廢氣通道進入該廢氣處理槽的廢氣，並引動該廢氣渦漩至該水幕上。
2. 如申請專利範圍第1項所述處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，其中該廢氣通道外圍、上層隔板頂部與入口頭座內壁之間形成一連通該燃氣供應端與所述上層斜孔的燃氣腔室。
3. 如申請專利範圍第2項所述處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，其中該燃氣腔室內設有一連通該點火腔室的容置管，該點火器係設於該容置管內，且該容置管上形成有複數氣孔，連通於該容置管內部與該燃氣腔室之間，以導引燃氣進入該容置管內。
4. 如申請專利範圍第1項所述處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，其中該廢氣通道及所述下層斜孔下方相對端設有一燃燒腔槽，連通該廢氣通道及所述下層斜孔，且該燃燒腔槽底部形成一連通該廢氣處理槽的槽口。
5. 如申請專利範圍第1項所述處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，其中該點火腔室外圍與該入口頭座內壁之間形成一能夠導入外界洗滌水的環狀上層水槽，且該上層水槽與該廢氣處理槽內部之間連通一上溢流口，以導引洗滌水溢流至該廢氣處理槽內，而形成一位於該外層水幕內側的內層水幕，以接受廢氣吹襲。
6. 如申請專利範圍第5項所述處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，其中該點火腔室外圍與該入口頭座內壁之間形成一連通該上層水槽的環狀集水槽，位於該上層水槽頂部，且外界洗滌水經由該集水槽導入該上層水槽。
7. 如申請專利範圍第1或5項所述處理半導體製程廢氣之旋風式合氧燃燒裝置，其中該廢氣處理槽內壁形成一能夠導入外界洗滌水的環狀下層水槽，且該下層水槽與該廢氣處理槽內部之間連通一下溢流口，以導引洗滌水溢流至該廢氣處理槽內形成該外層水幕。