TWI628980B - 用於淨化製程設備之廢氣的電漿反應器 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種用於淨化製程設備之廢氣的電漿反應器，此電漿反應器係設置於一製程腔室及一真空泵之間，以分解自製程腔室排出的廢氣，電漿反應器包含：一管路係供廢氣流動且由一介電物質所構成；一第一電極部安裝在管路上，並覆蓋管路的內部空間；以及一第二電極部係與第一電極部間隔設置，並在第一電極部與第二電極部之間產生電漿放電，以分解廢氣；其中，為了避免因電漿放電所造成的管路損壞，在電漿放電集中部分的管路所形成的厚度係大於管路周圍部分的厚度。

Description

用於淨化製程設備之廢氣的電漿反應器

本發明係有關一種用於淨化製程設備中所產生的廢氣之電漿反應器，特別是關於一種用於淨化製程設備中所產生的廢氣之電漿反應器，其係可以分解製程腔室排出之廢氣，避免電漿放電所產生的管路損壞，並可在管路過熱時冷卻管路。

製程，例如功能性薄層之形成與乾蝕刻係應用於製造半導體、顯示裝置或太陽能電池的製程中，這些製程一般都是在真空腔室中進行。在形成功能性薄層中係使用各種不同之金屬和非金屬前驅物作為製程氣體，乾蝕刻則使用各種不同之蝕刻氣體。

在一製程腔室中排出空氣的系統，包含製程腔室、一真空泵和一洗滌器等組件係透過排氣管路彼此連接。在此狀況下，從製程腔室排出之氣體可包含氣態分子或是霧態的非反應前驅物和固體晶種，即使會因製程而有所不同。此氣體更可能包含有一惰性氣體作為攜帶氣體。這些廢氣沿著排氣管路被引導至真空泵，在真空泵中，由於這些廢氣被壓縮在100℃或是更高的高溫狀態下，廢氣很容易發生相位變化，使固體副產物容易形成且聚集在真空泵中，腐 蝕這些副產物之腐蝕性氣體，包含氟(F)和氯(Cl)，其係會導致真空泵產生問題。

為了改善因廢氣導致真空泵產生問題，新方法係藉由增加一低壓電漿裝置在真空泵之前端來重新配置整個排氣體系統以主要設備-低壓電漿裝置-真空泵-洗滌器之形式，以利用此嘗試獲得更好的效果。韓國專利登記第1065013號係揭露一電漿反應器之技術，其係利用施加一交流電驅動電壓給電漿反應器，使管路的阻障產生放電，以分解廢氣。

然而，在此前案中，電漿反應器之管路損壞係由發生在電漿反應器內的電漿放電或是因電漿放電的廢氣分解產生的微小粒子所造成者，使得電漿反應器之壽命減少。此外，當電漿放電發生時，因電場存在，電漿放電產生的帶電粒子會碰撞(離子轟擊)管路內周圍表面而造成管路損壞。尤其是，因為管路的損壞會在電漿放電集中的區域內更快速的進行，當電漿反應器之管路應該被經常更換或是只有電漿反應器之管路不能更換時，就要更換整個電漿反應器，此將造成使用者的負擔增加。

本發明係提供一種電漿反應器，使從製程腔室中排出的廢氣被分解，避免電漿放電所產生的管路損壞，並可在管路過熱時冷卻管路。

根據本發明之一方面，其係提供一電漿反應器設置於一製程腔室與一真空泵之間，以便分解由此製程腔室中排出的一廢氣，此電漿反應器包含：一管路係供廢氣流動且由一介電物質所構成；一第一電極部安裝在該管路上並覆蓋該管路的內部空間；以及一第二電極部係與第一電極部間隔設置，並在第 一電極部與第二電極部之間產生電漿放電，以分解廢氣；其中，為了避免因電漿放電所造成的管路損壞，在電漿放電集中部分的管路所形成的厚度係大於管路周圍部分的厚度。

根據本發明，一電漿反應器係具有下列所述之功效。

第一，一管路之厚度的增加係隨著更為接近電漿放電集中之區域，基於一組參考，使管路可以防止因電漿放電或是因電漿放電的廢氣分解產生的微小粒子所造成的損壞，且可防止因電場存在使電漿放電產生的帶電粒子會離子轟擊到管路，故可防止管路的損壞使得電漿反應器之壽命可以延長。

第二，管路係形成有二層，在二層中會直接接觸電漿放電的一層係形成含有具抗腐蝕性之材料，以便防止管路的損壞，並可延長電漿反應器之壽命。

第三，有提供一溫度感測器，可以使用此溫度感測器來偵測管路的表面溫度、殼體的表面溫度或分離空間的溫度，以便判斷此管路是否過熱。

第四，更提供一冷卻單元係與溫度感測器一起，當溫度感測器判斷管路處於過熱狀態時，一冷卻劑會注入管路內來冷卻管路，以便防止因過熱造成的管路損壞。因此，包含此管路的電漿反應器之壽命可以被延長。

第五，由於絕緣部係環設在第一電極部周圍，所以可以使用冷卻水冷卻管路。尤其是，絕緣部可以保護溫度感測器，以便防止冷卻水造成溫度感測器的故障或損壞，更可藉由絕緣部的設置，使冷卻劑不限定要使用氣體，更可使用各種不同形式的冷卻劑。

10‧‧‧製程腔室

30‧‧‧真空泵

50‧‧‧洗條器

100、100a、100b、100c、200、200a、200b、300、300a、400、400a、400b、400c、400d、400e‧‧‧電漿反應器

110、110’、110”、110a、110b、210‧‧‧管路

111‧‧‧第一層

112‧‧‧第二層

120、220‧‧‧第一電極部

130、130a、230、230a‧‧‧第二電極部

140、240‧‧‧殼體

230’‧‧‧線圈部

125、225‧‧‧絕緣部

133、241‧‧‧冷卻劑注入孔

134、245‧‧‧冷卻劑排出孔

151、263‧‧‧冷卻劑注入閥

153、264‧‧‧冷卻劑回收器

153a、264a‧‧‧回收槽

153b、264b‧‧‧熱交換器

157、250‧‧‧溫度感測器

201、131‧‧‧廢氣入口

202、132‧‧‧廢氣出口

260‧‧‧冷卻單元

261‧‧‧控制器

第1圖係為一製程腔室、一真空腔室、一洗滌器以及一電漿反應器之連接關係示意圖。

第2圖係為根據本發明一實施例之電漿反應器的剖視圖。

第3圖係為根據本發明之另一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第4圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第5圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第6圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第7圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第8圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第9圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第10圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第11圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第12圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第13圖係為第7圖至第12圖所示之電漿反應器的冷卻單元構造的方塊圖。

第14圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第15圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第16圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第17圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第18圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第19圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器的剖視圖。

第2圖係為根據本發明一實施例之電漿反應器的剖視圖。

首先，根據本發明之一實施例來詳細描述一電漿反應器的構造，如第1(a)圖所示，一電漿反應器100係設置在一製程腔室10及一真空泵30之間，以便分解一廢氣，其係包含有從製程腔室10排出的金屬前驅物、非金屬前驅物以及製程氣體及清潔氣體的副產物。當在製程腔室10裡面的廢氣被真空泵30排出時，廢氣會被電漿反應器100分解，並淨化，然後流動至真空泵30中。然而，電漿反應器100不一定要配置在製程腔室10與真空泵30之間，如第1(b)圖所示，電漿反應器100也可以設置在真空泵30和一洗滌器50之間，更可以安裝有複數個電漿反應器100重複地進行廢氣分解與淨化過程，此製程腔室10、電漿反應器100、真空泵30和洗滌器50係透過排氣線彼此連接。

在製程腔室10的內部被配置成一真空環境，且複數製程，例如灰化、沉積、蝕刻、微影、淨化和硝化作用等皆在此製程腔室10中進行。在本發明實施例中，薄層的形成或乾蝕刻係在此製程腔室10中進行。

當非反應性金屬前驅物分子被分解，然後構成金屬副產物或非反應性非金屬前驅物分子被分解，然後再構成非金屬副產物、金屬副產物及非金屬副產物皆聚集在真空泵30之一內表面或洗滌器50之內表面，導致許多問題發生。一反應性氣體引起非反應性金屬前驅物分子或非反應性非金屬前驅物在之後被分解以構成金屬氧化物或非金屬氧化物等細微粒，而不會形成金屬副產物或非金屬副產物。再者，當一非反應性製程氣體及一非反應性清潔氣體微粒包含之氟原子和氯原子被分解時可能會產生反應性氣體，以及當反應性氣體被引用進入真空泵30時，可能改變活化的F-或Cl-，其係會導致與形成在真空泵30內表面的一金屬表面會反應產生腐蝕或蝕刻，而改變為非結晶合金，包含HF、 HCl、金屬原子-F-0、金屬原子-Cl-0或金屬原子-F-Cl-0。

參考第2圖所示，根據本發明之一實施例的電漿反應器100包含有一管路110、第一電極部120、第二電極部130和一殼體140。首先，電漿反應器100之管路110係為一流動路徑，提供廢氣流動，電漿反應器100之管路110係形成為圓柱形，且管路110的內部沿著管路110的縱長方向貫穿。管路110係由高介電物質形成，例如氧化鋁、氧化鋯(ZrO₂)、氧化釔(Y₂O₃)、藍寶石、石英管路或玻璃管路。

第一電極部120係安裝在匹配且環繞在管路110之外周圍表面，並與該第二電極部130間隔設置，以在第一電極部120與第二電極部130之間產生電漿放電。第一電極部120係形成管狀形式，以便安裝在環繞管路110之外周圍表面。一般而言，第一電極部120係作為驅動電極，以便在第一電極部120與第二電極部130之間產生電漿放電，因此，施加交流(AC)電壓給第一電極部120。

參考第2圖所示，第一電極部120係形成具有較大的長度以沿著管路110之縱長方向，然而，本發明之實施例並不限定於此。緩衝單元(圖中未示)具有一管狀結構係插設在管路110與第一電極部120之間，緩衝單元(圖中未示)係以具有導電性或介電物質之材料所構成，並具有彈性，如此使得管路110與第一電極部120可以互相緊密接觸。

在參考第2圖所示，第二電極部130係連接至管路110之一端或二端，以便與管路110連通。如上面所述，第一電極部120係作為驅動電極，以供施加AC電壓，因此，第二電極部130係作為接地電極，使第二電極部130與第一電極部120之間可以產生電漿放電。因此，第二電極部130係由金屬組成。

請參考第2圖所示，第二電極部130之構成係具有沿著管路110之 縱長方向漸漸減少的橫截面，然而，本發明之實施例並不僅限定於此，第二電極部130亦可以形成具有沿著管路110之縱長方向均勻的橫截面。根據第二電極部130連接至管路110之位置，第二電極部130係作為一廢氣入口131或是一廢氣出口132。

廢氣係被引入至其中一個第二電極部130，並通過廢氣入口131並在管路110內流動。廢氣具有一定的壓力存在於管路110內。在此情況下，當交流電壓被施加於作為驅動電壓之第一電極部120時，電子開始在第一電極部120與作為接地電極的第二電極部130之間移動，且發生電漿放電，以分解此廢氣。

殼體140係環繞於管路110，以保護管路110之外周圍表面以及安裝在管路110之外周圍表面的第一電極部120。殼體140係在殼體140與管路110之外周圍表面之間構成一分離空間。

另一方面，管路110可能會因為第一電極部120與第二電極部130間發生的電漿放電而受到損壞，尤其是，許多損壞都局部發生在對應有電漿放電聚集的區域A。因此，在本發明中，電漿放電聚集的區域A的管路110所形成的厚度大於管路110周圍部份的厚度，以防止電漿放電產生的帶電粒子會離子轟擊到管路100而造成管路110損壞。

一般而言，電漿放電聚集的區域A係位於第一電極部120與第二電極部130之間。請參考第2圖所示，在本實施例中，管路110的二端係位於第一電極部120與第二電極部130之間，且因此會對應電漿放電聚集的區域A，並有局部損壞發生。

因此，在本實施例中，如第2圖所示，管路110之厚度係逐漸增加，換言之，係具有零(0)或更高的增加率，當第一電極部120安裝在管路110縱長方 向之中心時，第一電極部120從管路110縱長方向的中心更為接近沿著管路110縱長方向的管路110的二端，如圖所示，管路110之厚度係從對應管路110縱長方向中心之厚度t1逐漸增加至對應管路110二端的厚度t2。

管路110包含有一第一層111，具有沿著管路110之縱長方向的均勻厚度，以及第二層112係為管路110中電漿放電集中之區域A，在此係形成之厚度係大於管路110周圍部份之厚度。管路110之設置係將第一層111和第二層112分開製造，再將第二層112裝設至第一層111上，使第一層111和第二層112一體成形。然而，本發明之實施例不僅限定於此，第二層112亦可使用層疊、噴塗或浸泡形成於第一層111內，以便使第一層111與第二層112可以一體成形。如第2圖所示，噴灑在第一層111上之導電材料或介電物質係精密的疊層在第一層111的中心部份，使第一層111之中心部份的厚度係大於第一層111的初始部份。然而，本發明之實施例並不僅限定於此，第二層112也可以形成在第一層111厚度不增加的方式，在此狀況下，在分開製造第一層111與第二層112，第二層112亦可以插設至第一層111中。

如上面所述，管路110係由一介電物質構成，此介電物質用來形成第二層112，使其形成包含有具更強抗腐蝕性的高介電物質，比用來形成第一層11之介電物質還強。尤其是，當第一層111係由氧化鋁形成時，第二層112可以利用混合的氧化鋁和氧化釔粉末進行燒結或是具有優異抗濺鍍之氧化釔在氧化鋁材料裡。例如，可以使用氮化矽(Si₃N₄)或氧化釔(Y₂O₃)，此乃因第二層112係直接受到發生在第一電極部120與第二電極部130間之電漿放電所影響。因此，為了減少陰電漿放電而蝕刻第二層112，第二層112係由包含具有強抗腐蝕性的材料所形成者。

此外，每一第一層111與第二層112可以形成為包含有具彈性之材料，使第一層111和第二層112分開製造，再將第二層112裝設至第一層111上，使第一層111和第二層112一體成形。當第一層111與第二層112僅由介電物質來製造時，即使第二層112裝配於第一層111，第二層也無法良好地固定在第一層111上。因此，當第一層111與第二層112分開製造為包含具有彈性之材料時，此第一層111與第二層112係具有彈性，且當第二層112裝配於第一層111時，第二層112可以緊密接觸第一層111並固定於第一層111上，因此，第一層111與第二層112為一體成形，且第二層112可以避免自第一層111上脫離或分離。然而，本發明之實施例並不僅限定於此，第一層111與第二層112可以僅由介電物質形成，且第二層112裝配第一層111上時，一緩衝層(圖中未示)更可以包含在第一層111與第二層112之間。

同時，當第二層112形成時，如第2圖所示，對應電漿放電集中之區域A的周圍區域的部分也可以更進一步形成一預定厚度。因為電漿放電集中之區域A的周圍區域並不完全受到電漿放電影響，電漿放電集中之區域A的周圍區域則可以形成一預定厚度，即使他們並沒有與電漿放電集中之區域A形成相同的厚度，第一層111仍可受到保護。

第3圖係為根據本發明之另一實施例的電漿反應器100a示意圖。 於第3圖所示之電漿反應器100a之構造中所使用的參考圖號皆相同於前面所述之實施例的電漿反應器100，相關的詳細說明將在此被省略，此實施例中僅係說明一不同之構造。

在本實施例中，根據上述之實施例，管路110’之形狀係不同於管路100，請參考第3圖所示，管路110’係從管路110’縱長方向的中心到沿著管路 110’縱長方向的管路110’二端的設定位置形成為均勻的，然後從設定位置到管路110’二端形成有厚的一均勻厚度。亦即，從管路110’縱長方向中心到沿著管路110’縱長方向的管路110’二端間的設定位置的管路110’厚度為均勻的t1’，從設定位置到管路110’二端管路110’的管路110’厚度為均勻的t2’，其厚度大於t1’，例如，厚度t1’形成的厚度係為1mm至2mm，且厚度t2’形成之厚度為6mm至10mm，係大於厚度t1’。

如第4圖所示之一電漿反應器100b，係為由第3圖之實施例修改的形狀。請參考第4圖所示，根據本實施例，在管路110”的厚度中，鄰近第二電極部130之部份b的部份因第二層112”的形成而具有較大厚度，而覆蓋有第一電極部120且從管路110”縱長方向的中心至設定位置的部份則形成有較小的厚度t1’。如上面所述，電漿放電集中發生在部份A，鄰近第一電極部120與第二電極部130，但是集中在第一電極部120與第二電極部130之間的電漿放電相當低，因此，對應部份b的管路110”的厚度係形成如同由管路110”之縱長方向之中心延伸至設定位置之較小的厚度t1’。

第5圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器100c示意圖。 請參考第5圖所示，在本實施例中，第二電極部130a係為不一樣的，不同於第2圖至第4圖所示之實施例，在本實施例中，第二電極部130a係形成為管狀，如同第一電極部120，係安裝在適當的管路110a的外周圍表面。在此狀況下，第二電極部130a係安裝在與第一電極部120間隔一預設距離的位置。亦即，第一電極部120與第二電極部130a係基於該管路110a縱長方向中心並以預設距離來彼此間隔設置。

在第2圖至第4圖之實施例中，第一電極部為驅動電極，供施加一 AC電壓，且第二電極部係為接地電極，以便於第一電極部與第二電極部之間產生電漿放電，然而，本發明之實施例並不限定於此。在本實施例中，AC電壓係同時施加於第一電極部120與第二電極部130a，其中，一個相對的正(+)電壓係被施加於第一電極部120與第二電極部130a的其中之一，一個相對負(-)電壓則被施加於另一個，以便在二電極部之間會產生一電壓差，並產生電漿放電。

在本實施例中，基於此管路110a的縱長方向的中心位置，管路110a愈接近管路110a的二端之厚度會逐漸變小。在本實施例中，因為第一電極部120與第二電極部130a係基於管路110a縱長方向而彼此間隔設置，位於第一電極部120與第二電極部130a之空間係為區域A，其係為電漿放電集中所在，因此，對應管路110a縱長方向之中心的部分形成較厚的厚度，所以，即使電漿放電集中在此，仍可減少管路110a的損壞。

如第6圖所示之一電漿反應器100d，係為由第5圖所示之實施例修改的形狀。在本實施例中，管路110b於沿著管路110b縱長方向中心的位置具有較大的厚度係相似於第5圖的管路110a，然而，在本實施例中，管路110b係形成有厚度t4’，其係從管路110b縱長方向的中心到管路110b的二端的設定位置係具有較大厚度，從設定位置到管路110b二端之厚度則為t3’。

第7圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器200示意圖，在第7圖中，一溫度感測器157及一冷卻單元更被引入至第1圖所示之電漿反應器100中，溫度感測器157係安裝在一殼體140內，詳言之，溫度感測器157係接觸管路110的外周圍表面或殼體140的內周圍表面，以便偵測管路110的表面溫度、殼體140的表面溫度或位於管路110和殼體140之間的分離空間。如上面所述，溫度感測器157偵測管路110或殼體140的表面溫度或是分離空間的溫度，並傳送溫 度資訊至冷卻單元，此部分將詳述於後。為了更安全的使用電漿反應器200，它應更有效率的偵測管路110的表面溫度勝於偵測殼體140的表面溫度。在本實施例中，係偵測管路110的表面溫度。

當廢氣被電漿放電分解時，冷卻單元可以防止管路110因熱產生而引起的過熱，此乃因當廢氣分解產生的熱會直接傳導給管路110，因為熱會從管路110傳導至殼體140，使得判斷管路110是否過熱變得困難。因此，將溫度感測器157安裝在管路110的表面比裝設在殼體140的表面更有效率，當溫度感測器157偵測關於殼體140的表面溫度或分離空間溫度之資訊時，作為判斷管路110是否過熱之基礎的預設溫度可能要被設定為低於溫度感測器157偵測關於管路110之表面溫度之資訊時的溫度。

如上面所述，當管路110的表面溫度等於或大於預設溫度時，冷卻單元係利用注入一冷卻劑到管路110中來冷卻管路110。此冷卻單元包含一控制器(圖中未示)、一冷卻劑注入閥151和一冷卻劑回收器153。控制器(圖中未示)判斷管路110過熱時會使用冷卻劑來冷卻管路110，然而，本發明之實施例並不僅限定於此，控制器(圖中未示)可以發出警報或是鎖住冷卻單元來停止電漿放電。控制器(圖中未示)接收來自溫度感測器157的管路110之表面溫度資訊，如上面所述，溫度感測器157係安裝在管路110的外周圍表面，偵測管路110的表面溫度資訊，並傳送偵測到的管路110表面溫度資訊給控制器(圖中未示)。由於預設溫度係儲存於控制器(圖中未示)中，假如從溫度感測器157傳送來的管路110之表面溫度係等於或大於一預設溫度時，控制器(圖中未示)即可以判斷此管路110過熱。

更詳細來說，一第一預設溫度及一第二預設溫度係儲存在控制器 (圖中未示)中，第一預設溫度係作為判斷管路110是否過熱的基礎溫度，且為防止管路110損壞的最高溫度，若管路110的表面溫度資訊係等於或大於此第一預設溫度，控制器(圖中未示)判斷此管路110為一過熱狀態，並控制冷卻單元冷卻管路110。第二預設溫度係作為判斷管路110是否已冷卻的基礎溫度，第二預設溫度具有一溫度值可以等於或低於第一預設溫度，若第二預設溫度與第一預設溫度具有相同的預設值，冷卻管路110所需時間可以被減少，若第二預設溫度比第一預設溫度具有一較低的預設值，則冷卻單元的運作時間將會增加。

當控制器(圖中未示)判斷管路110過熱時，控制器會透過冷卻劑注入閥151注入冷卻劑到殼體140之分離空間內，此冷卻劑可以是一冷媒氣體或冷卻水。貯放有冷卻劑的貯存容器(圖中未示)和冷卻劑注入閥151係互相連接，若控制器(圖中未示)判斷管路110過熱，冷卻劑係透過冷卻劑注入閥151注入殼體140的分離空間內。同時，一冷卻劑注入孔133係形成於殼體140上，以便使冷卻劑注入閥151可以連接至殼體140並透過冷卻劑注入孔133與殼體140連通，一般而言，殼體140與冷卻劑注入閥151係互相連接，且彼此係透過冷卻劑注入孔133互相連通。

一冷卻劑排出孔134更可形成於殼體140上使冷卻劑排出孔134面對冷卻劑注入孔133的位置，且冷卻劑回收器153係連接至此冷卻劑排出孔134，以便與冷卻劑排出孔134連通。透過冷卻劑注入孔133將冷卻劑注入至殼體140的分離空間，並於殼體140的分離空間內流動，使用冷卻劑來冷卻管路110，然後透過冷卻劑排出孔134將冷卻劑排出至冷卻劑回收器153中。舉例來說，冷卻劑回收器153包含有一回收槽153a以及一熱交換器153b，冷卻劑排出至冷卻劑回收器153並貯存在回收槽153a，並利用熱交換器153b冷卻。另外，冷卻劑可以先利 用熱交換器153b冷卻後，再貯存至回收槽153a中，貯存在冷卻器回收器153內的冷卻劑可以重複使用並透過冷卻劑注入閥151注入至殼體140的分離空間內，以冷卻管路110。如上面所述，冷卻劑回收器153包含有回收槽153a和熱交換器153b，然而，本發明之實施例並不僅限定於此，此冷卻劑回收器153可以具有管路之形狀，如上面所述，冷卻劑係收集並重複使用，然而，冷卻劑可能無法重複使用，但可以從回收槽排出並排放出去，在此狀況下，空氣可以做為冷卻劑，當冷卻劑排出時，冷卻劑可以使用一風扇排出至外部。

由於電漿反應器200一但開始運作，一般就會持續的運作而不會停止運作，所以在廢氣被分解時會產生高溫的熱而損壞到電漿反應器200，尤其是，最大的風險在於當廢氣被分解所產生的熱會直接轉移而使管路110因過熱而損壞。但是，當有提供冷卻單元時，如同本發明之實施例，若管路110的表面溫度係等於或大於預設溫度時，冷卻單元會利用注入冷媒氣體至管路110中來冷卻過熱的管路110，以防止管路110損壞，並延長管路110的壽命。

同時，當冷卻劑係為冷卻水時，電漿反應器200更包含有一絕緣部125，因為第一電極部120係作為驅動電極而安裝在合適的管路110外周圍表面上，當冷卻水注入至此分離空間內，第一電極部120可能會與冷卻水接觸而損壞，且短路亦可能發生，因此，絕緣部125可以保護第一電極部120。絕緣部125係由絕緣材料或介電物質所構成，並形成為管狀形式，以便合適的安裝在管路110的外周圍表面。另外，絕緣部125環繞溫度感測器157周圍，並保護第一電極部120和溫度感測器157接觸到冷卻水。

如第8圖所示之電漿反應器200a之實施例，其中溫度感測器157和冷卻單元更被進一步包含在第3圖所示之電漿反應器100a，如前面所述。第9圖 所示之電漿反應器200b之實施例，其中溫度感測器157和冷卻單元更進一步包含在第4圖所示之電漿反應器100b中，如前面所述。如第10圖所示之電漿反應器300之實施例，其中溫度感測器157和冷卻單元更被進一步包含在第5圖所示之電漿反應器100c，如前面所述。如第11圖所示之電漿反應器300a之實施例，其中溫度感測器157和冷卻單元更被進一步包含在第6圖所示之電漿反應器100d，如前面所述。

第12圖至第14圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器400示意圖，根據本發明之一實施例的電漿反應器400包含有一管路210、第一電極部220、第二電極部230、一緩衝單元(圖中未示)、一殼體240、一溫度感測器250以及一冷卻單元260。首先，電漿反應器200之管路210係為一流動路徑，提供廢氣流動，管路210係形成為圓柱形，且其沿著管路210的縱長方向貫穿。管路210係由包含有高介電物質之介電物質所形成，例如氧化鋁、氧化鋯(ZrO₂)、氧化釔(Y₂O₃)、藍寶石、石英管路或玻璃管路。尤其是，管路210的抗蝕刻性可以利用互相混合的氧化鋁和氧化釔粉末進行燒結或是利用熱噴塗將具有優異抗濺鍍之氧化釔形成在氧化鋁材料上。

第一電極部220係安裝在匹配的管路210之外周圍表面且環繞在管路210的外周圍表面，並與該第二電極部230間隔設置，其係將詳細說明於後，以在第一電極部220與第二電極部230之間產生電漿放電。第一電極部220係形成管狀形式，以便環繞在管路110之外周圍表面。由於第一電極部220係作為驅動電極，所以施加交流(AC)電壓給第一電極部220。參考第12圖所示，第一電極部220係形成具有較大的長度以沿著管路210之縱長方向，但並不限定於此，可以提供複數個第一電極部220，使電壓可以在不同週期施加在這些第一電極部 220。緩衝單元(圖中未示)具有一管狀結構係插設在管路210與第一電極部220之間，緩衝單元係以具有導電性或介電物質之材料所構成，並具有彈性，如此使得管路210與第一電極部220可以互相緊密接觸。

第二電極部230係連接至管路210之一端或二端，以便與管路210連通，第二電極部230係作為接地電極，使第一電極部220與第二電極部230之間可以產生電漿放電。因此，第二電極部230係由金屬組成。從製程腔室排出的廢氣會被引入其中一個第二電極部230，在管路210中流動，並從另一個排出，因此如第12圖所示，一廢氣入口201形成在其中一個第二電極部230，且廢氣出口202形成在另一個，雖然在圖式中，第二電極部230之橫截面係沿著管路210縱長方向逐漸減少，但本發明之實施例並不僅限定於此，第二電極部230亦可以形成具有沿著管路210之縱長方向均勻的橫截面。

廢氣係被引入至廢氣入口201，並在管路210內流動，且廢氣具有一定的壓力存在於管路210內。在此情況下，當AC電壓被施加於作為驅動電壓之第一電極部220時，電子開始在第一電極部220與作為接地電極的第二電極部230之間移動，且發生電漿放電，以分解此廢氣。

殼體240係環繞於管路210周圍，以保護管路210之外周圍表面以及安裝在管路210之外周圍表面的第一電極部220。殼體240係在殼體240與管路210之外周圍表面之間構成一分離空間。此殼體240一般由金屬所形成。

溫度感測器250係安裝在一殼體240內，詳言之，溫度感測器250係接觸管路210的外周圍表面或殼體240的內周圍表面，以便偵測管路210的表面溫度、殼體240的表面溫度或位於管路210和殼體240之間的分離空間。如上面所述，溫度感測器250係偵測管路210或殼體240的表面溫度或是分離空間的溫度， 並傳送溫度資訊至冷卻單元260，此部分將詳述於後。為了更安全的使用電漿反應器400，它應更有效率的偵測管路210的表面溫度勝於偵測殼體240的表面溫度。在本實施例中，係偵測管路210的表面溫度。

當廢氣被電漿放電分解時，冷卻單元260可以防止管路210因熱產生而引起的過熱，此乃因當廢氣分解產生的熱會直接傳導給管路210，因為熱會從管路210傳導至殼體240，使得判斷管路210是否過熱變得較困難。因此，將溫度感測器250安裝在管路210的表面比裝設在殼體240的表面更有效率，當溫度感測器250偵測關於殼體240的表面溫度或分離空間溫度之資訊時，作為判斷管路210是否過熱之基礎的預設溫度可能要被設定為低於溫度感測器250偵測關於管路210之表面溫度之資訊時的溫度。

如上面所述，當管路210的表面溫度等於或大於預設溫度時，冷卻單元260係利用注入一冷卻劑到管路210中來冷卻管路210。如第13圖所示，此冷卻單元260包含一控制器261、一冷卻劑注入閥263和一冷卻劑回收器264。控制器261係判斷管路210過熱時會使用冷卻劑來冷卻管路210。然而，本發明之實施例並不僅限定於此，控制器261可以發出警報或是鎖住冷卻單元來停止電漿放電。控制器261接收來自溫度感測器250的管路210之表面溫度資訊，如上面所述，溫度感測器250係安裝在管路210的外周圍表面，偵測管路210的表面溫度資訊，並傳送偵測到的管路210表面溫度資訊給控制器261。由於預設溫度係儲存於控制器261中，假如從溫度感測器250傳送來的管路210之表面溫度係等於或大於一預設溫度時，控制器261即可以判斷此管路210過熱。

詳言之，一第一預設溫度及一第二預設溫度係儲存在控制器261中，第一預設溫度係作為判斷管路210是否過熱的基礎溫度，且為防止管路210 損壞的最高溫度，若管路210的表面溫度資訊係等於或大於此第一預設溫度，控制器261判斷此管路210為一過熱狀態，並控制冷卻單元260冷卻管路210。第二預設溫度係作為判斷管路210是否已冷卻的基礎溫度，第二預設溫度具有一溫度值可以等於或低於第一預設溫度，若第二預設溫度與第一預設溫度具有相同的預設值，冷卻管路210所需時間可以被減少，若第二預設溫度比第一預設溫度具有一較低的預設值，則冷卻單元260的運作時間將會增加。

當控制器261判斷管路210過熱時，控制器261會透過冷卻劑注入閥263注入冷卻劑到殼體240之分離空間內，此冷卻劑包含一冷媒氣體或冷卻水。貯放有冷卻劑的貯存容器(圖中未示)和冷卻劑注入閥263係互相連接，若控制器261判斷管路210過熱時，冷卻劑係透過冷卻劑注入閥263注入殼體240的分離空間內。同時，一冷卻劑注入孔241係形成於殼體240上，以便使冷卻劑注入閥263可以連接至殼體240並透過冷卻劑注入孔241與殼體240連通，一般而言，殼體240與冷卻劑注入閥263係互相連接，且彼此係透過冷卻劑注入孔241互相連通。

一冷卻劑排出孔245更可形成於殼體240上使冷卻劑排出孔245面對冷卻劑注入孔241的位置，且冷卻劑回收器264係連接至此冷卻劑排出孔245，以便與冷卻劑排出孔245連通。透過冷卻劑注入孔241將冷卻劑注入至殼體240的分離空間，並於殼體240的分離空間內流動，使用冷卻劑來冷卻管路210，然後透過冷卻劑排出孔245將冷卻劑排出至冷卻劑回收器264中。舉例來說，冷卻劑回收器264包含有一回收槽264a以及一熱交換器264b，冷卻劑排出至冷卻劑回收器264並貯存在回收槽264a，並利用熱交換器264b冷卻。另外，冷卻劑可以先利用熱交換器264b冷卻後，再貯存至回收槽264a中，貯存在冷卻器回收器264內的 冷卻劑可以重複使用並透過冷卻劑注入閥261注入至殼體240的分離空間內，以冷卻管路210。如上面所述，冷卻劑回收器264包含有回收槽264a和熱交換器264b，然而，本發明之實施例並不僅限定於此，此冷卻劑回收器264可以具有管路之形狀，如上面所述，冷卻劑係收集並重複使用，然而，冷卻劑可能無法重複使用，但可以從回收槽排出並排放出去，在此狀況下，空氣可以做為冷卻劑，當冷卻劑排出時，冷卻劑可以使用一風扇排出至外部。

由於電漿反應器400一但開始運作，一般就會持續的運作而不會停止運作，所以在廢氣被分解時會產生高溫的熱而損壞到電漿反應器400，尤其是，最大的風險在於當廢氣被分解所產生的熱會直接轉移而使管路210因過熱而損壞。但是，當有提供冷卻單元260時，如同本發明之實施例，若管路210的表面溫度係等於或大於預設溫度時，冷卻單元260會利用注入冷媒氣體至管路210中來冷卻過熱的管路210，以防止管路210損壞，並延長管路210的壽命。

當冷卻劑為冷卻水時，電漿反應400更包含有一絕緣部225，因為第一電極部220係作為驅動電極而安裝在合適的管路210外周圍表面上，當冷卻水注入至此分離空間內，第一電極部220可能會與冷卻水接觸而損壞，且短路亦可能發生，因此，絕緣部225可以保護第一電極部220。絕緣部225係由絕緣材料或介電物質所構成，並形成為管狀形式，以便合適的安裝在管路210的外周圍表面。另外，絕緣部225環繞在溫度感測器250周圍，並保護第一電極部220和溫度感測器250接觸到冷卻水。

第15圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器400a示意圖，在本實施例中，第二電極部230a可能不會連接至管路210，以便連通管路210，但可安裝在適當的管路210外周圍表面，並環繞在管路210外周圍表面上， 如同第一電極部220。在此狀況下，第二電極部230a係可形成為管狀，當第二電極部230a安裝在管路210上時，第二電極部230a係與第一電極部220間隔設置。一個相對的正(+)電壓係被施加於第一電極部220與第二電極部230a的其中之一，一個相對負(-)電壓則被施加於另一個。當第二電極部230a安裝在環繞於管路210之外周圍表面時，形成有一廢氣入口201或一廢氣出口202的凸緣(圖中未示)可以耦接於管路210之二端，以耦合至排出線，以將電漿反應器400a連接至製程腔室10或真空泵30。

第16圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器400b示意圖，參考第16圖所示，根據本發明之再一實施例的電漿反應器400b包含有一線圈部230’，其係以螺旋形式環繞於管路210之外周圍表面上，當自外部施加一電流給線圈部230’時，射頻(RF)電漿放電會發生在線圈部230’，使得流入管路210內之廢氣可以被分解。

第17圖係為根據本發明之再一實施例的電漿反應器400c示意圖，參考第17圖所示，電漿反應器400c大部分的構造係相同於第12圖至第14圖所示之電漿反應器400，然而，此溫度感測器並未包含在本實施例中。在本實施例中，電漿反應器400c具有一結構，其中無論是偵測管路210之表面溫度、殼體240之表面溫度或是分離空間之溫度，係利用冷卻單元260來經常性將冷卻劑注入管路210中，以防止管路210過熱。因此，在本實施例中，毋須藉由偵測管路210的表面溫度、殼體240的表面溫度或分離空間的溫度來判斷是否過熱，所以可以從冷卻單元260中省略一控制器。

使用冷卻單元260來注入冷卻劑亦可藉由工人手動來完成，儘管未示出，可以提供一計時器(圖中未示)來控制冷卻單元在每一設定時間時將冷卻 劑注入分離空間內。

第18圖所示之電漿反應器400d係為第15圖所示之電漿反應器400a結構中省略溫度感測器之一實施例，第19圖所示之電漿反應器400e係為第16圖所示之電漿反應器400b結構中省略溫度感測器之一實施例，其係具有一結構，無論是偵測管路210之表面溫度、殼體240之表面溫度或是分離空間之溫度，係利用冷卻單元260來防止管路210過熱，如同第17圖所示之電漿反應器400c。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以此限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

工業實用性

根據本發明，使用一電漿反應器來淨化製程設備產生的廢氣，此電漿反應器可以製造來以防止電漿放電造成電漿反應器損壞並防止過熱，以及延長電漿反應器的壽命。

Claims (24)

1. 一種電漿反應器，其係設置於一製程腔室及一真空泵之間，以分解自該製程腔室排出的廢氣，該電漿反應器包括：一管路，其係供該廢氣流動且由一介電物質所構成；一第一電極部，安裝於該管路之外周圍表面上，並覆蓋該管路的部分空間；以及一第二電極部，安裝於該管路之外圍表面上，或連接該管路之一端或二端上以便與該管路導通而供該廢氣流動，其係與該第一電極部間隔設置，並在該第一電極部與該第二電極部之間產生電漿放電，以分解該廢氣；其中，為了避免因電漿放電所造成的該管路損壞，在電漿放電集中的該管路部分的厚度係大於非電漿放電集中之該管路部分的厚度。
2. 如請求項1所述之電漿反應器，更包括一殼體，其係環繞於該管路周圍，且在該殼體與該管路之外周圍表面之間形成一分離空間。
3. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該第一電極部係形成一管狀形式，以裝配至該管路之該外周圍表面上。
4. 如請求項3所述之電漿反應器，其中該第二電極部係連接該管路之一端或二端，以便與該管路連通，而供該廢氣流動；以及該管路之厚度依據該管路從該第一電極部接近該第二電極部而增加。
5. 如請求項3所述之電漿反應器，其中在該第二電極部係安裝在該管路對應的該外周圍表面且與該第一電極部間隔設置一預設距離；以及位於該第一電極部與該第二電極部之間的該管路中央部份係形成最厚者。
6. 如請求項5所述之電漿反應器，其中該管路之厚度隨著該管路從位 於該第一電極部與該第二電極部之間之該管路中央部份接近該第一電極部與該第二電極部而減少。
7. 如請求項4所述之電漿反應器，其中該第一電極部係安裝在該管路之縱長方向的中心位置；以及該管路之厚度隨著該第一電極部從該管路之縱長方向的中心位置接近該管路的一端或二端而逐漸增加。
8. 如請求項5所述之電漿反應器，其中該第一電極部與該第二電極部係基於該管路縱長方向之中心位置以相同距離彼此間隔設置；以及該管路之厚度隨著該第一電極部與該第二電極部從該管路二端接近位於該第一電極部與該第二電極部間之該管路中電漿放電集中之一區域而增加。
9. 如請求項1所述之電漿反應器，其中該管路包括：一第一層，具有沿著該管路之縱長方向形成的一均勻厚度；以及一第二層，其係設置在該第一層之一內周圍表面上，且在電漿放電集中之該第二層部份的厚度係大於非電漿放電集中之該第二層部份之厚度。
10. 如請求項9所述之電漿反應器，其中形成之該第二層係插設於該第一層中。
11. 如請求項9所述之電漿反應器，其中該第二層係使用層疊、噴塗或浸泡形成於該第一層之內周圍表面。
12. 如請求項9所述之電漿反應器，其中該第二層係比該第一層具有更強的抗腐蝕性。
13. 如請求項12所述之電漿反應器，其中該第二層包含氮化矽(Si₃N₄)或氧化釔(Y₂O₃)。
14. 如請求項3所述之電漿反應器，其中該第二電極部係連接該管路 之一端或二端，以便與該管路連通，而供該廢氣流動；以及鄰近該第二電極部而覆蓋該第一電極部之該管路部份之厚度係大於位於該第一電極部與該第二電極部間之該管路部份之厚度。
15. 如請求項2所述之電漿反應器，更包括一冷卻單元，其係連接至該分離空間，以便與該分離空間連通，並可冷卻該管路，且該冷卻單元係提供一冷卻劑至該分離空間，以防止該管路過熱。
16. 如請求項15所述之電漿反應器，更包括一溫度感測器，其係設置於該管路上，以偵測該管路之表面溫度、該殼體之表面溫度及該分離空間之溫度，以判斷該殼體是否過熱，並傳送有關該管路表面溫度之資訊、有關該殼體表面溫度之資訊或有關該分離空間溫度之資訊。
17. 如請求項16所述之電漿反應器，其中該冷卻單元包括：一控制器，其係接收來自該溫度感測器之表面溫度資訊來判斷該管路是否過熱；一冷卻劑注入閥，其係在該控制器判斷該管路過熱時，將冷卻劑注入至該分離空間；以及一冷卻劑回收器，其係在該冷卻劑冷卻該管路之後，將該冷卻劑排出。
18. 如請求項17所述之電漿反應器，其中當該溫度感測器傳送之溫度資訊係等於或大於一第一預設溫度時，該控制器判斷該管路過熱。
19. 如請求項18所述之電漿反應器，其中當該溫度感測器傳送之溫度資訊係等於或小於一第二預設溫度時，該控制器判斷該冷卻劑已冷卻該管路，並排出該冷卻劑，其中該第二預設溫度小於或等於該第一預設溫度。
20. 如請求項15所述之電漿反應器，其中該冷卻劑包括有一冷媒氣體 和冷卻水其中之一。
21. 如請求項20所述之電漿反應器，其中該冷媒氣體包括空氣或氮氣。
22. 如請求項20所述之電漿反應器，更包括一絕緣部係密封該第一電極部，以便在該冷卻劑是冷卻水時，可以保護該第一電極部。
23. 如請求項22所述之電將反應器，其中該絕緣部係由一絕緣材料或介電物質所構成。
24. 如請求項15所述之電漿反應器，其中該冷卻單元包括：一冷卻劑注入閥，其係連接該冷卻單元，以將該冷卻劑注入至該分離空間；以及一冷卻劑回收器，其係在該冷卻劑冷卻該管路之後將該冷卻劑排出，或是熱交換排出該冷卻劑，並將該冷卻劑循環至該冷卻劑注入閥。