TWI448323B - 氣體洗滌裝置及方法 - Google Patents

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Description

氣體洗滌裝置及方法
本發明涉及一種氣體洗滌的裝置及方法，尤其涉及一種可經濟地實現氣體洗滌、比現有方法更有效率的氣體洗滌裝置及方法，且將水在電漿狀態氣體排放的優化地區直接蒸發。
一般情況下，半導體製造過程涉及多種化學反應，而諸如NF3 、CF4 等含氟氣體、揮發性有機化合物(VOCs)或其他等作為廢氣排放。如果這樣的廢氣排放到大氣而沒有純化至低於特定標準，可能帶來嚴重的空氣和環境污染。因此，氣體洗滌器是用於清除廢氣。。
現有的氣體洗滌器包括：一濕式氣體洗滌器，藉由將水溶性有害氣體溶解在水中，而將其去除；一燃燒式氣體洗滌器，藉由燃燒以去除可燃性氣體；一直接氧化廢氣方法，使用加熱器並將水噴灑於氧化氣體以分離包含於所氧化氣體的顆粒；一去除有害氣體的吸附/催化形式，使用以凡德瓦吸引力的一吸附作用；以及其他等。其中濕式洗滌器是常用，因為它比其他類型更有效，並在製程經濟上較有優勢。
第1圖代表性地顯示用於半導體製程的現有氣體洗滌裝置。
參考第1圖，氣體洗滌器1包括一在上部的濕室10和一在下部的水循環箱20。進氣口11設置於濕室10上，出氣口12設置於其側表面。進一步地，沿軸線方向安裝用以分隔濕室10內部的隔離牆13。在隔離牆13的下部附近，安裝用以過濾水溶性氣體的吸收器16。設置有將水噴灑至吸收器16之噴嘴15的供水管14，由濕室10的側表面穿透濕室10。而且，在水循環箱20的側表面，在循環安裝後，提供給濕室10的水通過出水口22向外排出。
該氣體洗滌器1運作如下。當水溶性氣體緩慢地通過吸收器16時與水接觸，而在濕室10的中間部分將水噴灑至吸收器16。然而，這種濕式氣體洗滌器的問題在於大量消耗水，由於水的大分子尺寸使反應不能有效的進行，而由於噴嘴堵塞而需要經常性的維修。
因此，曾試圖通過減少水分子的大小以提高洗滌效率。作為一個例子，韓國專利第10-0501533號揭露一種消耗較少水的氣體洗滌器，其中將水蒸發從而使具有減少之分子大小的產物水易於與氣體反應。但是，因為它需要額外的加熱器或超音波儀器，其缺點在於在經濟和裝置尺寸。
因此，本發明第一目的是提供一種經濟又能夠有效裝置安裝的氣體洗滌裝置。
本發明第二目的是提供一種使用氣體洗滌裝置以洗滌氣體的有效方法。
在實現第一目的的一方面，本發明提供一種氣體洗滌裝置，包括：一反應管，一反應氣體通過該反應管流入；一反應器，連接到該反應管且以電漿激活該反應氣體；以及一注水口，將水注入該反應器中的電漿。在本發明的實施例中，該注水口可為滴管形式，以恆定速率將水滴滴入，可與該反應管分隔開10至20釐米。注水速率可能是2至10毫升/分鐘。
在實現第一目的的另一方面，本發明提供一種氣體洗滌裝置，包括：一反應管，一反應氣體通過該反應管流入；一反應器，連接到該反應管並以電漿激活該反應氣體；以及一噴嘴，藉由外部壓力直接將水注入該反應器，其中通過該噴嘴注入該反應器的水係藉由作為熱源的電漿而蒸發，使其與反應氣體電漿反應。該噴嘴可間隔反應管10至20釐米。
在實現第一目的的另一方面，本發明提供一種氣體洗滌裝置，包括：一反應管，一反應氣體通過該反應管流入；一反應器，連接到該反應管並以電漿激活該反應氣體；一管道，與該反應器接觸，並灌滿水；以及一噴嘴，將該管道中由該反應器的熱蒸發的水注入到該反應器。該噴嘴可與該反應管分隔10至20釐米。而且，該管道可能位於該反應器的壁內側，使該反應器可有雙重壁。
在實現第二目的的一方面，本發明提供一種氣體洗滌的方法，包括：流動於一反應氣體中；以電漿激活該反應氣體；以及將使用作為一熱源之反應氣體電漿所蒸發的水注入至反應氣體電漿，使其與該反應氣體電漿反應。水可在間隔反應氣體電漿的火焰開始點10至20釐米的位置蒸發，以提供最好的效果。
本發明的氣體洗滌裝置因為將水以作為一熱源電漿而蒸發，不需要使用額外的加熱器，而能夠非常經濟地進行氣體洗滌。此外，因為在在排放反應氣體電漿的優化區域直接將水蒸發而洗滌反應氣體，也提高了氣體洗滌效率。
以下參照附圖更完整地描述示例實施例，其中顯示示例實施例。然而，本發明可體現為許多不同形式，但不構成前述示例實施例的限定。而是，提供這些示例實施例，而揭露更徹底及更完整，將完全地向本領域技術人員傳達本發明的範圍。在描述中，省略眾所皆知之特徵和技術的細節，以避免造成本發明不必要的繁瑣。
此處所用的術語在於描述特定實施例，不構成對本發明的限定。如所使用的，單數形式“一”、“該”同樣意在包括多數形式，無論內容是否清晰地指出。進一步地，使用術語一、此，不表示限定數量，只表示存在最少一個參考項目。使用術語“第一”、“第二”等不表達任何特定次序，只是為了區別為單獨的元件。進一步地，使用術語第一、第二等不表達任何次序或重要性，而是使用術語“第一”、“第二”等用以區分彼此不同的元件。可進一步理解，術語“包括”及/或“包含”用於說明書時，具體說明存在特徵、範圍、整體、步驟、操作、元件和/或元件，但不排除存在或附加一個或多個其他特徵、範圍、整體、步驟、操作、元件、元件和/或其所組成之群組。
除非定義，此處所用的所有術語(包括技術和科學術語)與本領域技術人員的通常理解具有相同的含義。進一步理解通常字典所用的術語，將解釋為具有與相關技術和現有技術相同的含義，除非明白地限定，不解釋為理想化或超過通常認知，。
在圖中，圖中相同元件符號表示相似的元件。為清楚，圖的形狀、尺寸、範圍等可能會擴大。
根據本發明，如上所述，採用電漿以分解反應氣體及蒸發水。特別地，因為這些製程發生在同一個反應器中，所蒸發的水可能立即與電漿狀態的反應氣體反應，從而能夠非常快地清除反應氣體。
在本說明書的術語“反應氣體”是指藉由電漿分解而欲去除的氣體，包括從半導體製程等排出的全氟化合物(PFCs)、揮發性有機化合物(VOCs)等。然而，本發明的範圍不限於半導體製程。任何可被電漿分解和被水蒸汽洗滌的氣體均落入本發明的範圍。
特別地，當半導體製程所產生的PFCs藉由電漿分解，形成各種自由基物種。根據本發明，自由基可藉由與水反應而輕易地去除。傳統上，使用額外的加熱器以蒸發水，而增加水的反應面積。然而，根據本發明，因為水注入反應器後，由電漿的熱立即蒸發，不需要加熱器或其他額外的裝置。進一步地，而現有技術需要將由獨立的裝置所產生的水蒸汽注入至廢氣的製程，因為水蒸汽在存在被激活的反應氣體的反應器中產生，並與反應氣體反應，所以本發明並不需要這樣的製程。因此，可以避免在運輸過程中蒸汽凝結的問題。除此之外，而現有的技術需要如加熱線圈的額外裝置以防止這種凝結，本發明並不需要，因此，是非常經濟的。
此處所用之術語“反應器”是指藉由電漿激活的反應氣體，以及將藉由電漿所激活的反應氣體與蒸發的水發生物理或化學反應的空間。反應器可為管狀或容器的形式。然而，該反應器的類型不是特別限制，只要水可以在反應器中藉由電漿蒸發，且所蒸發的水可與被電漿所激活的反應氣體反應。
以下，參考附圖進一步詳細地描述本發明。
第2圖代表性地顯示本發明一實施例的氣體洗滌裝置。
參考第2圖，應排放在大氣中、即應洗滌的反應氣體流入反應器110中。然後，在反應管110中發生以電漿激活反應氣體的火焰反應。反應管可為能夠點燃反應氣體的任何形式。在本發明的實施例中，電漿製程可能使用微波電漿而實現。然而，只要可以電漿激活反應氣體，並實現能夠蒸發水的溫度，任何類型的電漿可以使用。
然後在反應管點燃的反應氣體被排放到與反應管110相連的反應器130中。在本發明的實施例中，反應器130可為管狀的形式。可替換地，反應器130可為如同另一實施例所描述的容器形式。
在反應器中，電漿火焰120由反應器延伸距離L。在反應器130內，反應氣體藉由電漿轉變成被激活物種。如上所述，當水被注入到存在被激活之反應氣體的電漿120，水在反應器130中藉由電漿120的熱量而蒸發，所蒸發的水有效地與激活反應氣體發生反應。因此，本發明的氣體洗滌裝置配置有一注水口140，以注入水至反應器130。注水口140可為噴灑微細水分子的噴嘴的形式，或為在特定部以恒定的速率將水滴滴入的滴管形式。在使用滴管的情況，水的注入速度可較佳為2至10毫升/分鐘。在較低的注入速度時，洗滌效果可能不充足。而在較高的注入速度下，可能會使電漿放電消失，或是可能不會發生與水的反應。
本發明的發明人發現，當水被注入反應器130中的特定部分時，被激活反應氣體與水蒸汽非常有效地發生反應，該特定部份是在距離反應管110較佳地為10至20釐米處，更較佳地在距離18釐米處。將參考第3圖在後詳細描述數量範圍的技術意義。
第3圖代表性地顯示本發明的水注入。
參考第3圖，如果水被注入距離反應管110太接近，即在距離反應管10釐米內，因為反應氣體在此沒被充分地激活，水蒸汽與反應氣體間反應不充足。相反地，如果水被注入超過20釐米，水可能無法充分地蒸發。因此，在使用噴嘴形式之注水口的情況，較佳地配置是使得水藉由噴嘴噴灑在上述範圍內(例如，噴嘴可能會安裝在此範圍內，且可配置為使得由噴嘴所噴灑的水落入此範圍內)。並且，在使用滴管形式之注水口的情況，可以配置為使將水滴能夠滴入此範圍。可能設置不只一個噴嘴或滴管，以促使在更大範圍的反應。
第4圖代表性地顯示本發明的另一實施例的氣體洗滌裝置。
參考第4圖，在此實施例中，反應器330是圓柱形容器的形式，並將水填注入接觸反應器330的外表面的管道340。
如上述實施例中，當反應氣體在反應管310中藉由電漿激活，反應器330內的溫度由電漿320而升高。然後，在管道340中的水被加熱和蒸發。當水被蒸發時，管道340中的壓力緩慢地上升，再將所蒸發的水通過噴嘴350注入反應器330中。在本發明的另一實施例中，管道可設置於反應器的壁內。在這種情況下，反應器具有雙重壁結構。這就是說，水在通過反應器的雙重壁內流入。隨著反應器的溫度由於電漿產生而升高，在雙重壁中的水被蒸發，並注入反應器中。所蒸發的水與電漿狀態的反應氣體反應，並從廢氣中除去的有害成分。這種配置允許使用電漿作為熱源將水蒸發和注入，而不必施加壓力。因此，因為噴霧過程不需使用額外的噴射器、超音波處理器等，比現有的技術更為經濟。此外，由於在電漿製程完成後所留下的水可用於洗滌反應器內的氫氟酸(HF)，無需額外濕式洗滌。
第5圖代表性地顯示本發明另一實施例的氣體洗滌裝置，其與第4圖的略有不同。參考第5圖，水藉由外部壓力直接地注入反應器，而水不與反應器接觸，而是利用反應器的熱量而蒸發。還在這種情況下，不使用額外的加熱器，濕式洗滌具有良好的即時洗滌效果。
當呈現和描述示例實施例時，本領域技術人員可以理解，形式和細節的各種變化不偏離如同所請求之申請專利範圍所定義之本發明的精神和範圍。
此外，可以製作許多對於本發明之教示採用特定情況或材料的改良，而不偏離本發明的本質範圍。因此，可以理解的是，本發明不限定於作為實現本發明的最佳模式的示例實施例，而本發明還可包括落入所請求之申請專利範圍的所有實施例。
1．．．氣體洗滌器
10．．．濕室
11．．．進氣口
12．．．出氣口
13．．．隔離牆
14．．．供水管
15．．．噴嘴
16．．．吸收器
20．．．水循環箱
22．．．出水口
110．．．反應管
120．．．電漿火焰
130．．．反應器
140．．．注水口
310．．．反應管
320．．．電漿
330．．．反應器
340．．．管道
350．．．噴嘴
本發明的上述或其他目的、所揭露示範實施例的特徵和優點，將通過結合附圖的以下詳細描述而更清晰地理解，附圖中：
第1圖代表性地顯示用於半導體製程的現有氣體洗滌裝置；
第2圖代表性地顯示本發明實施例的氣體洗滌裝置；
第3圖代表性地顯示本發明的注水；
第4圖代表性地顯示本發明另一實施例的氣體洗滌裝置；以及
第5圖代表性地顯示本發明另一實施例的氣體洗滌裝置。
110．．．反應管
120．．．電漿火焰
130．．．反應器
140．．．注水口

Claims (7)

  1. 一種氣體洗滌裝置，包括：一反應管，一反應氣體通過該反應管流入；一反應器，連接至該反應管並以電漿激活該反應氣體；以及一注水口，將水注入該反應器中的該電漿，其中該注水口為一滴管的形式，以一恒定速率將水滴滴入。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氣體洗滌裝置，其中該注水口與該反應管分隔10至20釐米。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的氣體洗滌裝置，其中該注水口以2至10毫升/分鐘的速率注入水。
  4. 一種氣體洗滌裝置，包括：一反應管，一反應氣體通過該反應管流入；一反應器，連接到該反應管並以電漿激活該反應氣體；以及一噴嘴，藉由一外部壓力直接將水注入該反應器，其中通過該噴嘴注入該反應器的水藉由作為一熱源之該電漿而蒸發，使其與反應氣體電漿反應，其中該噴嘴與該反應管分隔10至20釐米。
  5. 一種氣體洗滌裝置，包括：一反應管，一反應氣體通過該反應管流入；一反應器，連接到該反應管並以電漿激活該反應氣體；一管道，與該反應器接觸，並灌滿水；以及一噴嘴，將該管道中由該反應器的熱所蒸發的水注入到該反應器，其中該管道位於該反應器的壁內，從而該反應器具有一雙重壁。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的氣體洗滌裝置，其中該噴嘴與該反應管分隔10至20釐米。
  7. 一種氣體洗滌方法，包括：流動於一反應氣體中；以電漿激活該反應氣體；以及將使用作為一熱源之反應氣體電漿所蒸發的水注入至該反應氣體電漿，使其與該反應氣體電漿反應，其中該水在間隔該反應氣體電漿的一火焰開始點10至20釐米的一位置蒸發。
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CN1203829A (zh) * 1997-03-08 1999-01-06 韩国重工业株式会社 利用低温等离子反应器进行脱硫脱氮的工艺

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