TWI835948B

TWI835948B - 空氣處理方法及在無塵室中之空氣處理系統

Info

Publication number: TWI835948B
Application number: TW108145476A
Authority: TW
Inventors: 西西里卡斯特; 安德魯布啟; 喬納斯英格瑪
Original assignee: 丹麥商愛利Ｉｐ有限公司
Priority date: 2018-12-19
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2024-03-21

Abstract

本發明係揭露一種空氣處理方法及進入半導體無塵室中之空氣處理系統。空氣流包括至少一種氣相化合物，並且其中空氣流經至少一個第一處理過程，以藉此降低至少一種氣相化合物在處理過的空氣流中的濃度至低於一預設閥值，並且其中第一處理過程包括使空氣流經至少一個光氧化步驟。

Description

空氣處理方法及在無塵室中之空氣處理系統

本發明係關於一種在無塵室中去除和/或減少氣相化合物的方法和系統。

半導體是大多數電子裝置(例如手機和計算機)的基本元件。半導體晶片是由數千個元件組成的高度小型化的積體電子電路。每個半導體製造過程都從原始晶圓，即矽或砷化鎵製成的薄盤開始。根據晶圓的直徑，每個晶圓上最多可以製造數百個相同的晶片，從而在晶圓廠中逐層構建電子電路。

通常，晶圓廠分為前端和後端(其中電路已完成並將其切成單獨的晶片，並完成了引線接合)。通常需要使晶片經歷數百個分開的物理和化學製造步驟，以將其轉變為中央處理單元(CPU)、存儲晶片與圖形處理器等。

前端部分將晶圓從基板逐層處理成電晶體和電路。

電子裝置不僅變得越來越小，而且對減少電路消耗的功率的需求也越來越大，因此半導體在物理上變得越來越小。如今，半導體尺寸已縮小到單個粒子/分子足以在製造過程中簡化電路的程度。

顆粒污染可以是構造之材料的一部分，可以在製造過程中產生，也可以通過風道等引入。沉積的顆粒會立即引起短路或斷路，或在顆粒與附近的固體，液體或氣體發生相互作用後引起短路或斷路，這是半導體工業中眾所周知的問題，在此過程中，空氣傳播的化學污染(airborne chemical contamination，ACC)在半導體製造過程中，會帶來一些加工問題。

因此，僅是單個顆粒/分子，即可進行破壞，例如，破壞售價可能超過500美元的中央處理單元(CPU)，製造公司對於最大限度地減少生產設施中的顆粒/分子污染有很大的需求。

為了減少污染風險，因此許多製造過程發生在密封腔室內，在密封腔室內，機械手臂將晶片從一個處理站移動到另一個處理站。此外，機器本身被放置在無塵室內，以保持較低的空氣污染風險。

無塵室和無塵區最常用的標準是國際標準化組織ISO 14644-1(2015)，該標準為空氣中的顆粒物含量建立了標準的空氣清潔度等級。由於半導體對顆粒和ACC污染均很敏感，因此半導體製造設備必須符合無塵室的最嚴格標準，例如無塵室1級，因此無塵室的建造和維護成本很高。

為了防止灰塵和顆粒進入無塵室，使空氣通過高效微粒空氣(HEPA)過濾器和/或超低微粒空氣(ULPA)過濾器，這些過濾器用於捕集非常細小的顆粒(低至分別約0.3μm和0.1μm)，但是由於HEPA和ULPA過濾器無法去除氣相化合物，因此化學過濾器與HEPA和/或ULPA過濾器結合，以用於半導體無塵室設備。這些化學過濾器通常是活性炭過濾器，例如在美國專利US5626820中公開的活性炭過濾器。

然而，活性炭過濾器的一個主要問題是，隨著時間的流逝，氣態化合物填滿了活性炭的吸附位置。這不僅會增加過濾器上的壓力，而且一旦過濾器飽和，過濾器就無法再擷取化合物。實際上，對吸附位置具有更大親和力的化學物質可以取代那些具有較小親和力的化學物質，並且預設化學物質對吸附劑的親和力高度依賴於環境條件，例如溫度和相對濕度。因此，隨著條件的變化，可能會從過濾器中釋放出不同的化學物質。

由於用於半導體製造的無塵室對包括氣體化合物在內的任何種類的污染物都高度敏感，因此必須定期維護和/或更換碳過濾器。這不僅耗時，而且非常昂貴。

因此，在半導體工業中對氣相污染物的過濾，在緊迫性和應用方面繼續增長。儘管目前存在著許多主要在處理無塵室內空氣的不同技術，但是這些解決方案都需要大量能量，控制和維護非常複雜，並且使用起來昂貴且費時。

因此，仍然需要一種改進的系統，用於從流向半導體無塵室之空氣流中，去除氣相化合物，同時降低能耗，進而從此空氣流中基本上完全去除氣相化合物，並且降低了啟動和控制去除過程的複雜性。

因此，本發明的第一方面是提供一種空氣流處理方法和系統，其與傳統的空氣處理系統和方法相比，係以快速有效的方式使用更少的能量來從流向半導體無塵室的空氣流中，去除一種或多種氣相化合物。

本發明的第二方面是提供一種具有緊密結構的空氣處理系統，並且其中減小了該系統上的壓力。

本發明的第三方面是提供一種不涉及使用化學添加劑，例如為氧化劑或洗滌溶液的空氣處理系統，從而降低了處理過程的成本，並消除了用於放置貯存化學化合物的需求，且降低了維護要求。

本發明的第四方面是提供一種空氣處理系統，其被用於在相對較低的溫度下，從空氣流中去除高濃度和低濃度的氣相化合物。

本發明的第五方面是提供一種空氣處理系統，該系統可有效地去除化合物而無需使用洗滌溶液、生物過濾技術、將耐酸材料用於建造與活性炭過濾器等。

本發明的第六方面是提供一種空氣處理系統，該系統製造成本低廉並且使用簡單可靠。

根據本發明的這些新穎的獨特特徵，通過提供一種用於處理要進入半導體無塵室的空氣流的空氣處理方法，可以實現這些以及其他方面，空氣流包括至少一種氣相化合物，並且其中空氣流經至少一個第一處理過程，第一處理過程為將至少一種氣相化合物的濃度降低到預設閥值以下，並且其中第一處理過程包括使空氣流經至少一個光氧化步驟。

由於半導體無塵室必須處於高度受控的環境中，即灰塵、空氣傳播的微生物、氣溶膠顆粒和化學蒸汽等化合物的含量較低，因此必須從空氣中清除所有種類的顆粒/蒸汽/化合物，不管是新鮮空氣還是全新空氣，或者是從半導體無塵室回收的空氣，都要引入到無塵室。

因此，設定預設閥值，使得至少一種氣相化合物的濃度降低到這樣的程度，使得相應的氣相化合物不會負面地影響半導體的製造過程，即閥值符合國際標準化組織ISO 14644-1(2015)的1級無塵室的要求。或作為替代，將至少一種氣相化合物的閥值設定為約500ppt，例如約300ppt，甚至更佳約100ppt，但是閥值可以根據有問題的化合物而改變。然而，較佳地，在進入半導體無塵室的空氣流中不能檢測到至少一種氣相化合物，即，實際上從空氣流中完全除去了氣相化合物。用於檢測一種或多種氣相化合物的技術可以是任何傳統的高靈敏檢測技術，例如氣相色譜法，質譜技術，傅里葉變換紅外光譜(FTIR)和/或化學電離質譜。

由此獲得一種方法，該方法確保任何可能對半導體製程的一個或多個步驟，產生不利影響的氣相成分，都不會與經過處理方法的空氣流一起進入無塵室。

光氧化是眾所周知的破壞過程，其中至少一種氣相化合物(例如碳氫化合物、碳氟化合物等)被轉化為二氧化碳和水，即碳氫化合物可以被轉化為可以安全地送入半導體無塵室的化合物(例如二氧化碳)或以其他方式在一個或多個第二處理步驟(例如水)中很容易與空氣流(例如水)分離，例如冷凝步驟。

然而，較佳地，如果至少一種氣相成分的分解導致產生除水和二氧化碳之外的分解產物(副產物)，則使空氣流經數個連續的光氧化步驟，使得產生分解產物。在第一光氧化步驟中，在隨後的光氧化步驟等中進一步分解，直到僅剩下的分解產物是二氧化碳和水。二氧化碳可以安全地送入半導體無塵室，並且如果空氣流中的水含量高到可以滿足無塵室要求(例如，ISO 14644-1(2015)的1級)，則可以在第二處理步驟中很容易地除去水，例如在空氣流進入半導體無塵室之前進行冷凝。

本領域技術人員將進一步理解，在一個或多個第二處理步驟中，除了水和/或顆粒物之外，還可以去除其他分解產物，因為這可以減少對多個光氧化步驟的需求。第二處理步驟的選擇和第二處理步驟的數量取決於在至少一種氣相化合物在光氧化步驟中分解之後提供的分解化合物，和/或是否要去除顆粒物。這樣的第二處理步驟對於本領域技術人員將是容易實現的。

然而，本發明的發明人發現，在有利的實施例中，第一處理方法還包括使空氣流通過至少一個催化區。

催化區可以放置在光氧化區之前和/或之後。

如果將催化區放置在光氧化區之前，則根據本發明的方法不僅能夠從要進入半導體無塵室的空氣流中完全去除氣相化合物，而且可能具有可以在一個或多個催化區中消除對光氧化過程的負面影響，從而提高光氧化過程的效率。

因此，這樣的實施例是獨特的，在此實施例中，至少一種氣相化合物的空氣流，首先通過至少一個催化區，該催化區用於至少降低第一化合物的濃度(例如，通過轉化/分解化合物)。在由此獲得的氣流之前，將至少一種第一氣相化合物與一種或多種其他化合物(例如烴)進行至少一種光氧化過程，其中至少一種氣相化合物和/或一種或多種其他化合物的剩餘含量，例如為碳氫化合物被去除/分解。

因此，在催化區中，至少一種第一氣相化合物可以部分或完全轉化/分解為一種或多種烴，例如揮發性有機物(VOC)。一種揮發性有機化合物，在隨後的光氧化步驟中很容易去除/分解，及/或可以降低至少一種氣相化合物的濃度，並且在光氧化步驟中完全除去/分解氣相化合物的剩餘濃度。具體的分解方式將取決於各自的氣相化合物。

因此，在減少/去除至少一種第一氣相化合物的濃度的催化區中的空氣流的“預處理”，確保隨後的光氧化過程能夠最佳地進行，並且烴可以在光氧化步驟中被更有效地去除。在一個較佳的實施例中，至少一種第一氣相化合物的濃度顯著降低，並且甚至完全除去，例如，它在催化區中轉化為一種或多種烴。

因此，根據本發明的方法，提供了一種非常簡化的空氣處理方法，用於從將要進入半導體無塵室的空氣流中完全去除至少一種氣相化合物。

如果將催化區放置在光氧化區之後，則可以利用催化區進一步分解至少一種氣相化合物和/或分解在光氧化步驟中產生的其他產物，例如，在光氧化步驟中產生的臭氧。

根據本發明的方法，將使用的催化區用於將至少一種氣相化合物還原/轉化/分解為一種或多種其他化合物(烴)，一種或多種其他化合物(烴)較佳地可在一種或多種隨後的光氧化過程中除去。易於通過光氧化步驟除去的烴例如為有機酸、醇和醛，以及伯、仲和叔胺，以及VOC和BTEX，其中BTEX 包含苯(benzene)、甲苯(toluene)、乙苯(ethylbenzene)及二甲苯(xylenes)。

如前所述，源自至少一種第一氣相成分的某些副產物可能存在於空氣流中，並且這些成分既不能在催化區和/或光氧化步驟中除去，也不能引入半導體無塵室。如先前所揭露的，可以在一個或多個第二處理過程中去除這種副產物。第二處理過程較佳地在已經產生要去除的化合物的步驟之後進行，例如，第二處理步驟可以被放置在一個或多個催化區和/或一個或多個光氧化步驟之間，和/或恰好在空氣流要進入無塵室之前。第二處理過程的選擇與數量及其處理順序將取決於所涉及的副產品。第二處理過程可以例如為在吸附單元或洗滌單元等中進行。

此外，為了防止其他種類的污染物進入半導體無塵室，除上述第二處理步驟之外，亦可通過一個或多個去除粒子污染物的第二處理過程/步驟。第二處理步驟可以位於光氧化步驟之前和/或之後(沿流動方向看)，選擇性地位於催化區之前和/或之後。在這些情況下，第二處理過程/步驟可以例如是。如靜電沉澱、機械過濾[高效濾網(HEPA)、超低穿透空氣過濾網(ULPA)等]，非熱電漿製程等，或用於從空氣流中除去特定物質的其他傳統方法。

在這方面應該注意的是，在半導體製造過程中，在無塵室中會產生和/或釋放出許多氣相成分，並且必須在空氣中有效地從空氣中除去這些成分，並重新引入/回收到半導體無塵室中。因此，與不斷淨化/處理來自無塵室的空氣有關，並將淨化/處理過的空氣循環回無塵室是很重要的。因此，在本發明的方法中，待處理的空氣可以是來自周圍環境的全新/新鮮空氣，但是，在較佳實施例中，空氣來自半導體無塵室。

為了確保空氣流中至少一種氣相成分的濃度降低到預設閥值以下，在將空氣流引入半導體無塵室之前，空氣流可以通過一個以上的催化區及/或一個或多個以上的光氧化步驟，以確保對半導體製程可能具有破壞性的氣相化合物的濃度沒有引入到半導體無塵室中。

在一實施例中，空氣處理方法包括在進入光氧化步驟之前，使空氣流通過一個以上的催化區，並且每一個催化區用於降低相同之氣相化合物和/或一種或多種不同的氣相化合物的濃度。

因此，如果在第一催化區中至少一種氣相化合物的濃度沒有充分降低，即，化合物的剩餘濃度在光氧化過程中不能完全去除，或者化合物仍會對光氧化過程產生負面影響，則氣相化合物的濃度可以在隨後進一步降低，例如在相同的催化區中，直到將至少一種氣相化合物的濃度降低到可接受的水平，即低於預設閥值，使至少一種氣相化合物被完全去除，即轉化為一種或多種其他化合物，例如碳氫化合物，例如可以在光氧化步驟中將其除去，和/或化合物的濃度太低以至於可以在隨後的光氧化步驟中將其除去。

或者，如果空氣流包括不同種類的氣相化合物，則空氣流可以通過多個不同的催化區，每個催化區用於降低單個氣相化合物的濃度。

在另一實施例中，空氣流首先經過一個或多個光氧化步驟，然後經過一個或多個催化區。在又一實施例中，催化區和光氧化步驟交替設置，例如先是光氧化步驟，然後是催化區，然後是光氧化步驟。可以包括另外的步驟/區域，並且可以以任何期望的順序安排經過區域/步驟，唯一的要求是，在空氣流被引入半導體無塵室之前，將對半導體製程具有破壞性的氣相化合物的濃度從空氣流中除去。

因此，根據空氣流中的化合物/化合物，可以建立空氣處理系統，以滿足不同的要求，從而可以使接下來空氣流通過相同和/或不同的催化區和/或光氧化步驟，以去除幾種不同的氣相化合物，其中每個區和/或步驟用於降低一種或多種特定化合物的濃度。

在一實施例中，數個催化區可以組合成單個區，即，催化區包括幾種用於去除不同氣相化合物的催化劑。

被空氣流通過的催化區/光氧化步驟的數量，可以根據相關的空氣流量和上述區/步驟的效率而變化，如果需要，可以增加兩個、三個、四個或甚至更多個催化區，以及兩個、三個、四個或甚至更多個光氧化步驟。唯一的要求是，在完成第一次處理後，空氣流中至少一種氣相化合物的濃度應低至可以將上述空氣流引入半導體無塵室而不會損害半導體無塵室，即符合半導體無塵室的標準。

上述至少一種氣相化合物可以是要引入的新氣流的一部分，或者可以是在無塵室中，例如在半導體製造過程中產生的化合物，例如從蒸發液體中產生。在一較佳的實施例中，至少一種氣相化合物是選自揮發性有機物(VOC)、胺(amines)、矽烷(silanes)的有機化合物、磷酸鹽矽氧烷(phospates；siloxanes)、有機金屬化合物(organometallic compounds)、鹵代烴(halocarbons)和全氟化合物(perfluorinated compounds)。由於打算將空氣流引入半導體無塵室中，特別是已知會在半導體無塵室中引起問題的有機化合物，例如二苯胺(diphenylamine)、磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate)、磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)、乙烯基三(甲基乙基酮肟)-矽烷(vinyltris(methylethylketoxime)-silane)與八甲基-環四矽氧烷(octamethyl-cyclotetra-siloxane)皆與本發明的方法有關，本發明的方法的獨特之處在於可以將其從空氣流中完全去除，即低於預設閥值。此外，在半導體製造過程中，可以使用氫和/或氨，在半導體清洗過程中，可以使用臭氧，因此，如果根據本發明的方法和系統也能夠在空氣流循環再流回半導體無塵室之前，從空氣中去除上述化合物，則是較佳的方式。

本領域技術人員將理解，包含有機胺作為氣相化合物的空氣流可能需要與包含有機金屬化合物作為氣相化合物的空氣流需要不同的催化區，但是可以容易地將本發明調整為滿足不同的要求。某些氣相化合物可以通過相同的催化區域除去，否則如果需要可以提供另外的和/或不同的催化區，以確保完全除去氣相化合物。

如果空氣流包含胺形式的氣相化合物，例如胺、二苯胺(diphenylamine)、二甲基-N-乙胺(dimethyl-N-ethylamine)、二甲基-N-異丙胺(dimethyl-N-isopropylamine)、二甲基-N-丙胺(dimethyl-N-propylamine)和/或三乙胺(triethyl amine)、銨(ammonium)、亞硝胺(nitrosamines)等，催化區較佳設置在光氧化步驟之前，並且用於促進有關大氣中的氧氣或空氣中存在的氧氣的反應，其中氧氣是氧化劑。初步測試表明，當含胺的空氣流與催化區中的催化劑表面接觸時，胺將進行氧化分解，如通過直接將胺氧化為有機酸，從而有效地將胺從氣流中去除。所得的有機化合物，例如有機酸等，其在隨後的光氧化步驟中與剩餘的烴一起除去。

本發明的發明人令人驚訝地發現，當至少一種氣相化合物是一種或多種胺時，脫氮氧化物(deNO_x)之催化劑和氧化催化劑的組合，提供獨特且協同的效果，其中胺可以是基本上完全從空氣流中除去。當氣流僅通過上述催化劑之一時無法觀察到這種效果。

因此，在用於從空氣流中除去有機胺的較佳實施例中，催化區可包括上述兩種催化劑的組合，即脫氮氧化物之催化劑和氧化催化劑，從而確保從相應的空氣流中基本上完全除去胺。本發明的發明人已經表明，當使用脫氮氧化物之催化劑和氧化催化劑的組合時，可以通過根據本發明的方法從含有胺的空氣流中完全除去胺。根據空氣流中胺的初始濃度，空氣流可以通過幾個催化區，以確保胺被完全去除。

至少具有脫氮氧化物之催化劑和氧化催化劑的催化區的使用方式還具有以下優點：存在於空氣流中的烴也將被氧化，並因此在至少一定程度上從空氣流中除去。因此，該系統提供了一種非常簡化的方法，可確保氣流完全不含氣相化合物。

脫氮氧化物之催化劑較佳為選擇性催化還原(SCR)催化劑，其被設計為通過使用反應還原劑，如氨(NH3)或尿素，將NOx轉化為氮氣和水。應當指出的是，兩種氧化催化劑，其允許一氧化碳轉化為二氧化碳，SCR催化劑是眾所周知且廣泛使用的技術，例如用於處理來自內燃機的氣流。然而，將上述催化劑的組合用於從要進入半導體無塵室的氣流中除去胺和/或烴，尚未描述或建議。

此外，有機胺的氧化分解還提供了催化劑的連續純化。因此，胺基本上從空氣流中完全除去，而沒有顯著增加污染程度，這與用於除去胺和/或碳氫化合物的現有技術相比，例如氣流中的揮發性有機化合物，具有明顯的優勢。

以與上文針對一種或多種胺之類似的方式，可將至少一個催化區專門用於降低濃度/基本上完全除去一種或多種其他相關的氣相化合物，包括但不限於已知會引起半導體無塵室中的問題的化合物，例如磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate)、磷酸三甲酯(trimethyl phosphate)、乙烯基三(甲基乙基酮肟)-矽烷(vinyltris(methylethylketoxime)-silane)和八甲基-環四矽氧烷(octamethyl-cyclotetra-siloxane)。

作為與此相關的其他合適的催化劑，可以提及可從Carus公司獲得的CARULITE 200催化劑(用於將臭氧轉化為氧氣)。可從PureSphere公司獲得的PurelystMD-101®(用於分解VOC)和從Nikki-Universal公司獲得的NHC催化劑(用於分解NH₃和去除臭氧)。

本發明還有關一種用於半導體無塵室的空氣處理系統，該系統用於執行上述方法。此系統包括至少一個光氧化區，其用於處理包含至少一種氣相成分的空氣流，並且空氣處理系統使得空氣流中的至少一種氣相化合物的濃度降低到低於預設閥值。

如果至少一種氣相成分的分解導致除水和二氧化碳之外的分解產物(副產物)，則空氣流可以進一步經數個連續設置的光氧化區，使得在第一光氧化區中產生分解產物，該產物在隨後的光氧化區域等中進一步分解，直到剩下的唯一分解產物是二氧化碳和水為止，故可以安全地將二氧化碳送入半導體無塵室，並且可以在空氣流進入半導體無塵室之前的第二處理步驟中(在第二處理區中)，例如冷凝區，容易地從空氣流中除去水。

本領域技術人員將進一步理解，還可以在第二處理區中除去水以外的其他分解產物，因為這可以減少對多次光氧化步驟的需求。第二處理區的選擇取決於在光氧化步驟中至少一種氣相化合物分解後提供的分解化合物，這樣的處理區對於本領域技術人員而言將是容易獲得的。

然而，本發明的發明人發現，在有利的實施方式中，處理系統包括：至少一催化區；以及至少一光氧化區。

光氧化區和催化區的使用順序和數量，取決於要從空氣流中去除的化合物。在一個實施例中，系統包括在至少一個催化區之後設置至少一個光氧化區，在至少一個光氧化區之後設置另一個至少一個催化區，在又一個實施例中，催化區和光氧化區交替設置，例如，首先是光氧化步驟，然後是催化區，然後是光氧化步驟等，可以包括其他步驟/區域，並且可以按任何所需順序安排區域/步驟，唯一的要求是氣相化合物的濃度應在將空氣流引入半導體無塵室之前，從空氣流中去除可能對半導體製造過程具有破壞性的氣體。

在一較佳實施例中，空氣流首先通過催化區，然後在光氧化區中進行光氧化步驟，並且此後空氣流將完全不含至少一種氣相化合物，這意味著它可以被安全地排放到半導體無塵室中。

為了去除不同種類的氣相化合物，可以單獨設置一個或多個催化區/單元，例如，當至少一種第一氣相化合物包含胺時，催化單元較佳地包含脫氮氧化物之催化劑和氧化催化劑。

脫氮氧化物之催化劑較佳為SCR催化劑，其中五氧化二釩(V₂O₅)是活性化合物，其被放置在二氧化鈦(TiO₂)載體系統上。氧化催化劑可以是傳統的一氧化碳之氧化催化劑。

氧化催化劑和SCR催化劑均較佳塗覆在蜂窩或整體載體結構上。整體結構較佳具有大量之平行通道，以提供大的催化劑表面積，同時確保在催化單元上的低壓。在一實施例中，催化劑單元可以設置為單獨的催化單元/層，例如，一個、兩個或三個SCR催化劑層和一個、兩個或三個氧化催化劑層，但是，為了減小催化單元的尺寸並實現最小的壓力損失，在單個催化劑中，將兩種催化功能結合起來，例如，藉由提供具有所需催化活性的組合催化劑。

為了最大程度地減少NH₃/叔胺(tertiary amines)氧化為氮氧化物(NOx)以及其他不希望的化合物，如一氧化氮(NO)氧化為二氧化氮(NO₂)，和二氧化硫(SO₂)氧化為三氧化硫(SO₃)(如果這些化合物存在於待處理的空氣流中)，則最好進行摻雜貴金屬在SCR催化劑中，貴金屬較佳為鈀。然而，較佳地將SCR催化劑或組合催化劑中的貴金屬之含量保持在最低限度，因為貴金屬會使催化劑無效。

根據本發明，其系統中的用於除去胺的催化劑材料的一個實例是，從丹麥的哈爾多．托普索(Haldor Topsøe)獲得的DNX® GTC-802催化劑。此催化劑系統描述於專利WO2016150465 A1中。此外，在此催化劑中，以貴金屬(在這種情況下為鈀，Pd)的濃度和分佈被控制為非常均勻的方式，將用於CO 氧化反應的貴金屬加入標準SCR鈦載體中。

需要強調的是，上述催化劑，包括其性質、結構和/或組成，不應視為全部詳盡的資訊，其他用於去除胺的替代催化劑，例如使用在VOC氧化催化劑前面的滑氨(ammonia-slip)催化劑亦可在本發明的範圍內。

如本申請先前已公開的，在本發明的範圍內還可以考慮其他合適的催化劑。

無論催化區和/或催化單元的單獨設置如何，本發明的發明人已經發現，當空氣在無塵室中，催化區/單元較佳地在相同的溫度下操作，例如在15-25℃之間，較佳地在20-22℃之間，因此不需要加熱或冷卻空氣流，從而達到高度節能的目的。

然而，在一些實施例中，當將催化區/單元放置在光氧化區之後時，可能較佳的是，催化區在80-225℃，較佳為125℃至200℃的溫度下操作，從而非常有效地除去至少一種氣相化合物，例如胺。如果溫度升高到225℃以上(例如約250℃)，則催化區的效率將大大降低，這將再次不利於後續的光氧化過程。

在較佳的實施例中，本發明的系統包括溫度調節區，此溫度調節區設置成將空氣流加熱至催化區的最佳溫度。因此，調節區位於催化區之前。溫度調節區可以例如是將空氣流加熱到80℃至225℃之間的溫度。空氣流例如可以在通過催化區之前，先在恢復式換熱器中加熱，然後再依需要從燃燒器輸入額外的熱量。然而，可以以任何傳統方式實現空氣流的加熱。不建議將空氣流加熱到250℃以上，因為這可能會對催化區的能量效率產生負面影響。

必須強調的是，儘管上述催化材料是已知的，但它們都被安排用來除去化合物，例如來自內燃機的氮氧化物(NOx)和一氧化碳(CO)，並在遠高於本發明用於催化區的溫度範圍的溫度下操作。例如，標準的再生催化氧化劑(RCO)在400-500℃之間的溫度下操作，因此，根據本發明的系統提供了一種非常簡單有效的裝置，其用於減少去除至少一種氣相化合物所需的能量，例如，氣相色譜法，其中氣相化合物例如為氣流中的有機胺和/或有機矽氧烷。

在離開催化區的空氣流的溫度相對較高的情況下，欲在將空氣流引入半導體無塵室之前冷卻空氣流。在這方面，較佳地將多餘的熱量傳遞到熱交換器，例如在第二處理氣流被輸送到半導體無塵室之前，在熱交換區中進行加熱。

本發明的空氣處理系統可以包括位於光氧化區之前的一個以上的催化區。在一實施例中，催化區基本相同，並且設置成用於去除相同的氣相化合物。該實施方式具有的優點是，如果在第一催化區中至少一種氣相化合物的濃度沒有充分降低，例如化合物的剩餘濃度仍將負面地影響光氧化過程，則氣相化合物的濃度可以在隨後的催化區中進一步降低，直到至少一種第一氣相化合物的濃度降低到可接受的程度為止，即降低到可以在光氧化區中除去化合物的剩餘濃度的程度或低於化合物的閥值。

或者，如果空氣流包括不同種類的氣相化合物，則空氣處理系統還可以包括一個以上的催化區，並且其中每個催化區設置成用於降低單個氣相化合物的濃度，即至少一些催化區將彼此不同。因此，根據空氣流中的化合物，可以將空氣處理系統設計成滿足不同的需求，從而可以在隨後藉由使氣流通過不同的催化區來去除幾種不同的氣相化合物，其中每個催化區除去一種或多種特定化合物，從而提供第一處理氣流，然後對其進行光氧化過程。該實施例的另一個優點是，如果待處理的空氣流含有某些可能對隨後的催化區中的處理產生負面影響的氣相化合物，則可以在較早處理的催化區中除去化合物，從而優化處理過程。然而，催化區也可以組合成單個區，即，催化區包括設置成用於去除不同氣相化合物的數種催化劑。

可能的催化區的數量可以根據相關的空氣流量和催化區的效率而變化，例如可以有一定的範圍。如果需要，可以增加兩個、三個、四個甚至更多個催化區域。

催化區/單元較佳地設置成使用空氣流中存在的氧氣作為氧化劑，但是，如果空氣流中存在的氧氣量不足以提供氣相化合物與VOC等進行氧化作用，可以向催化單元中添加額外的氧氣，例如從二次氣流中索取額外的氧氣。

作為氧氣和/或空氣的替代者，可以將臭氧添加/注入到催化區/單元中。臭氧具有其高氧化電位(2.07V)的優點，使得可以縮短在催化區中的停留時間和/或在此區域中使用較小的催化劑。換句話說，如果將臭氧用作附加的氧化劑，則可以大大降低投資成本。

在進行到催化區之前，第二氣體管線中可替代性地提供次要空氣/氧氣流，其中第二氣體管線連接至空氣流動管線/管道。

即使已知多種不同的烴去除技術，並且可以將它們用於進一步處理第一處理氣流，但是較佳地在本發明的方法和系統中使用紫外光-臭氧(UV-O₃)之光氧化製程，即第一處理氣流經紫外線和臭氧(O₃)的混合，且最好同時進行。

光氧化的優點很多。首先，光氧化是一種破壞過程，其中所得產物是二氧化碳、水和惰性鹽。因此，可以容易地處理源自光氧化步驟的空氣流，從而可以將此空氣流直接且安全地引入到半導體無塵室中。

在與天然氧氣結合後，紫外線會產生高反應性自由基和臭氧，進而氧化碳氫化合物，例如VOC(包括氣味，溶劑等化合物)，並在氧化過程中會消除碳氫化合物。

其次，紫外線是一種節能、環保、友好的解決方式，紫外線輻射足以破壞許多共價鍵。單獨它可以降解(degrade)多氯聯苯(Polychlorinated biphenyls,PCBs)、戴奧辛(dioxins)，多芳族化合物(polyaromatic compounds)和BTEX。

最後，在該過程中作為氧化劑的臭氧是強氧化劑，並且由於臭氧可以在現場生成(使用紫外線燈)並立即使用，因此不需要氧化劑的存儲區。因此，較佳地，第一處理氣流通過光氧化區，在此光氧化區中安裝了一個或多個紫外線燈。即使臭氧可以在臭氧發生器中產生並直接添加到光氧化反應中，但最好至少將一些紫外線燈操作在產生臭氧的紫外線光譜中(即在波長低於242奈米的紫外線光譜中)。較佳地，至少一些操作在紫外線光譜中的紫外線燈用於在氧氣(O₂)和水(H₂O)之存在下，產生羥(OH)基，例如在波長低於305奈米的紫外線光譜中。

為了確保用於產生OH基的紫外線燈以最高效率工作，可以在光氧化區中安裝水蒸氣輸送系統以增加第一處理氣流或混合氣流的相對濕度和/或絕對水含量，直到至少達到90%以上。可替代地，在氣流進入光氧化區之前，可以將第一處理氣流或混合氣流的相對濕度提高到至少高於90%。

在一個替代實施例中，光氧化區中的至少一些紫外燈，較佳為所有紫外燈，是準分子燈，並且其中光氧化區被設置為使得至少90%的第一處理空氣流將暴露於準分子燈發出的光子。

準分子燈是準單色光源，可在紫外(UV)和真空紫外(VUV)光譜區域中的各種波長範圍內使用。準分子燈的工作基於激發的二聚體(準分子)的形成。這些受激準分子的形成是不穩定的，將在奈秒(ns)內崩解，從而以具有特徵波長的光子(輻射)形式釋放其激發(結合)能。

產生的輻射(在UV和VUV範圍內的發射光子)將與例如空氣中的有機化合物通過光解過程分解了這些成分，這對去除不同的有機化合物非常有效。發射的輻射的另一個優點是，它可以產生氧化劑，例如臭氧和/或被激發的氧，例如，空氣中存在的氧氣會生成OH、O¹D、O³P，這也將繼續氧化空氣中存在的有機成分。

在本發明的一較佳實施例中，準分子是使用稀有氣體，即He2、Ne2、Ar2、Kr2和Xe2或稀有氣體鹵化物(例如，ArF、KrF、XeCL和XeF)生產的。但是，鹵素和汞的滷素混合物(例如HgCl、HGBr或HgI)也被認為包含在本發明的範圍內。

根據本發明，可以通過無聲放電來生產準分子，其中，用於產生準分子的相關氣體例如是氙氣。氙氣放置在兩個同心石英管之間的間隙中。該技術是眾所周知的，因此在本申請中將不作進一步詳細討論，但是，本發明中使用的一種較佳的準分子燈可以是從USHIO America Inc.獲得的氙氣燈。

發射的光子的波長取決於用於提供準分子的氣體。這意味著可以通過選擇帶有感興趣氣體的準分子燈來獲得不同波長的光子。例如，氙準分子燈將產生172nm波長的輻射，而氬準分子燈將提供129nm的波長，而氟化氪準分子燈將提供222nm的波長。有關波長的完整列表可以在特定文獻中找到。

在本發明的空氣處理系統的構造中，準分子燈的使用提供了許多優點，在特定的波長下具有高強度、無自吸收性以及靈活性。

由於在每個準分子燈中僅使用一種氣體，因此準分子燈輸出的輻射被限制在狹窄的UV波長範圍內，這允許與要從第一處理氣流中去除的化合物的吸收光譜完全匹配，即，可以選擇根據本發明的空氣處理系統中的準分子燈，以匹配在第一個處理氣流中的化合物的吸收光譜。

此外，準分子燈僅產生很少的熱量，使得它們非常適合於將空氣引入到半導體無塵室中，因為在將處理過的空氣送入無塵室之前可能不需要冷卻。

另外，準分子燈具有長壽命，因為電極不與放電氣體直接接觸，因此能避免放電過程中的任何腐蝕，並且不會像傳統的紫外線汞燈那樣污染準分子氣體，導致使用壽命短。最後，準分子燈中使用了無毒材料，因此，本質上不存在環境污染問題。

較佳地，本發明中使用的準分子燈發射波長在126nm至240nm之間的光子，因為在該範圍內發射的光子不僅確保基本上將成分完全去除，而且還防止了諸如氮氧化物(NOx)的化合物的產生。

在一個有利的實施例中，準分子燈發射約172nm的波長。本發明的發明人已經表明，以非常節能的方式，該波長能夠除去基本上所有的有機化合物，例如通過光解的方式分解VOC。此外，此波長還將產生作為氧化劑之臭氧，其將繼續氧化空氣中存在的有機污染物。

然而，在本發明的範圍內，其他波長也是包含在內的。舉例來說，在185nm附近的波長將產生臭氧，並且在222nm附近的波長已被證明可有效地破壞雙鍵。C=C和C=O。KrI準分子燈將提供波長為185nm的光子，而KrCl將發射在波長為222nm處具有輻射峰的光子。如果要處理的空氣中存在的濕氣，則在波長大約222nm的輻射峰將提供光子誘導產生的過氧化氫(H₂O₂)。由於過氧化氫是強氧化劑(與臭氧一樣)，這將進一步確保有效去除有機污染物。

不管紫外線燈是傳統的紫外線燈和/或準分子燈，光氧化過程既不需要化學藥品也不需要高溫，並且可以從要處理的空氣流中有效徹底地去除各種氣相成分。

在本發明的較佳實施例中，本發明的空氣處理系統被改裝到現有的半導體無塵室過濾系統中，從而降低了昂貴的設備安裝成本。

茲為使貴審查委員對本發明的結構特徵及所達成的功效更有進一步的瞭解與認識，謹佐以較佳的實施例圖及配合詳細的說明，說明如後：

1a:空氣處理系統

1b:空氣處理系統

1c:空氣處理系統

1d:空氣處理系統

1e:空氣處理系統

1f:空氣處理系統

2:光氧化區

3:空氣流

4:紫外線燈

5:空氣流

2’:光氧化步驟

2”:光氧化步驟

7:區域

9:催化區

9a:催化區

9b:催化區

9c:催化區

10:催化單元

12:溫度調節區

3’:空氣流

3”:空氣流

13:空氣流

14:另外的氧化劑

15:第二處理區

第1圖為本發明之空氣處理系統之第一實施例之示意圖。

第2圖為本發明之空氣處理系統之第二實施例之示意圖。

第3圖為本發明之空氣處理系統之第三實施例之示意圖。

第4圖為本發明之空氣處理系統之第四實施例之示意圖。

第5圖為本發明之空氣處理系統之第五實施例之示意圖。

第6圖為本發明之空氣處理系統之第五實施例之示意圖。

本發明於下面將假設空氣流是從包括至少一種氣相成分，例如二苯胺，空氣流是從半導體無塵室收集的。在將空氣流重新引入無塵室之前必須對其進行處理。然而，空氣流的來源對於本發明的方法和系統而言並不重要。

第1圖為本發明的空氣處理系統1a的第一實施例之示意圖。此系統由單個光氧化區2組成。待處理的空氣流3包括一種或多種汽相成分，並且當空氣流通過光氧化區2時，空氣流將經光氧化步驟，在此步驟中，至少一種氣相化合物被轉化/分解為二氧化碳和水，即，設置光氧化區2使得氣相化合物的濃度降低到預設閥值以下。

在光氧化區中，安裝了許多紫外線燈4，例如可以設置成在產生臭氧的紫外線光譜中操作，和/或設置成產生OH基。然而，紫外線燈4可以替代地(或另外地)是被安排作為發射約172nm的波長的準分子燈，因為此波長能夠去除所有的有機化合物，例如通過光解的方式分解揮發性有機物(VOC)。此外，此波長還將產生作為氧化劑之臭氧，其將繼續氧化空氣中存在的有機污染物。

因此，在第一實施例中，光氧化區2從處理過的空氣流5中消除了至少一種氣相化合物，使得可以將處理過的空氣流5安全地引入到半導體無塵室中。

然而，如果在光氧化區中至少一種氣相成分的分解導致產生除水和二氧化碳之外的分解產物(副產物)，則在第二實施例之空氣處理系統1b中，空氣流3可以如第2圖所示，經歷幾個連續的光氧化步驟，使得在第一光氧化區2中產生的分解產物在隨後的光氧化區2'中進一步分解等等，直到剩下的唯一分解產物為二氧化碳和水。

應當注意，可以安全地將二氧化碳送入半導體無塵室，並且如果空氣中的濕度超過半導體無塵室的閥值，則可以很容易地從空氣流中除去水，例如在第二處理步驟/區域7中，例如冷凝區，其位於最後的光氧化區2"之後，並緊接在處理過的氣流5進入半導體無塵室之前。這種可選的第二處理區在第2圖中以虛線示出。

在第3圖中所示的第三實施例之空氣處理系統1c中，本發明的系統還包括催化區9，在其中，空氣流3首先在催化區9中經過催化單元10，催化單元10包括脫氮氧化物(NOx)之催化劑和氧化催化劑。然後，離開催化區9的空氣流11經過光氧化區2，光氧化區2設置在催化區9之後，並且光氧化區2已對第一處理空氣流11進行光氧化步驟，如第1圖與第2圖所討論的。然後，來自光氧化區2的處理過的空氣流5可以被送入無塵室。

第3圖的獨特之處在於，當空氣流3經過催化區9時，存在於空氣流中的任何胺被完全除去。因此，在催化區9中，胺可以部分或完全轉化/分解成一種或多種烴，例如可以容易地在隨後的光氧化區2中除去/分解的VOC。或者，可以降低胺的濃度，並且在光氧化區2中完全除去/分解胺的剩餘濃度。

催化區操作在100-225℃之間，較佳地在125℃和200℃之間的溫度下操作，藉此提供非常有效的方式去除胺。如果溫度升高到250℃以上，則催化區9的效率將顯著降低，存在胺殘留在空氣流11中的風險。

由於催化劑單元10包括脫氮氧化物(NOx)之催化劑和氧化催化劑，因此空氣流3中的大部分VOC也將在催化區9中被除去。然而，催化區9中空氣流的“預處理”即是除去胺，以確保隨後的光氧化過程能以最佳方式進行。

因此，本發明的方法和系統提供了非常簡化的空氣流處理方法和系統。該系統具有緊密結構，可以輕鬆添加到現有工作場所。該系統和方法還具有以下優點：與傳統的胺/VOC去除系統和方法相比，該系統上的壓力小，並且使用更少的能量進行去除過程。

第4圖為本發明的第四實施例之空氣處理系統1d。此實施例相較第1圖所示的實施例增加了更多細節。在第1圖、第2圖和第3圖中，相同的部件使用相同的標號。

在此實施例中，空氣流3在進入催化區9之前經過溫度調節區12。調節區12設置成提供調節後的空氣流13，即溫度在80℃至225°之間的空氣流。最好在125℃至200℃之間進行，使當空氣流13進入催化區9時，氧化條件及其對應去除胺和VOC之方式是最佳的。

為了確保在催化單元10中存在足夠的氧化劑，選擇性地將另外的氧化劑14添加到催化區9中。氧化劑可以是二次空氣或氧氣。然而，較佳地，氧化劑是臭氧，因為由於臭氧的強氧化能力，可以縮短在催化區9中的停留時間和/或使用較小的催化單元10。

另外的氧化劑14也可以在催化區9之前添加到空氣流13中，例如設置在與空氣流管線/管道相連的第二氣體管線中。

為了確保紫外線燈以最高效率工作，可以在光氧化區2中安裝噴水系統(圖中未示)，以將第一處理氣流的相對濕度和/或絕對水含量至少增加到至少高於90%。

即使來自光氧化過程的殘留物主要由二氧化碳和水組成，但在某些情況下，根據空氣流中的化合物，在有利的前提下，可能使離開光氧化過程的空氣流經第二處理區15，其係用於去除顆粒污染和/或一種或多種副產物。因此，第二處理區可以是冷凝區和/或洗滌器、和/或靜電沉澱、機械過濾[高效微粒空氣(HEPA)過濾器和/或超低微粒空氣(ULPA)過濾器]、非熱電漿製程等，或用於從空氣流中去除特定物質的其他傳統裝置。本領域技術人員將理解，可能存在多於一個的第二處理區。即使第二處理區位於第1圖中的光氧化區之後，如第4圖所示。去除來自空氣流的特定物質之裝置也可以設置在催化區之前，或者設置在催化區之前和之後。

光氧化是一種破壞過程，某些副產物，例如水和惰性鹽不能排放到半導體無塵室中。在替代實施例中，第二處理區15可以設置成用於從第一和/或第二處理氣流中去除副產物。本領域技術人員將理解，可以提供幾種其他的處理區，例如用於去除特定物質和/或副產物。

為了確保在將空氣流引入半導體無塵室之前，將胺從空氣流3中完全除去，空氣流可以在進入光氧化區2之前通過一個以上的催化區9，和/或空氣流3可以通過一個以上的光氧化區2，以確保不將任何殘留的胺引入半導體無塵室中。

在第5圖所示的實施例中，空氣處理系統1e包括三個催化區9a、9b、9c，並且空氣流3在進入光氧化區2之前通過所有催化區9a、9b、9c。因此，如果在第一催化區9a中胺的濃度沒有充分降低，即，化合物的殘留濃度不能在光氧化過程中被完全去除，或者化合物仍將對光氧化過程產生負面影響，可以在隨後的催化區9b和9c中進一步降低空氣流3'、3"中胺的濃度。在這一階段，胺的濃度降低到可接受的水平，即低於預設閥值，使胺被完全除去，即轉化為一種或多種烴，和/或胺的濃度如此低使其在隨後的光氧化步驟中被除去。

這三個催化區可以是相同的，即它們佈置成用於降低相同氣相成分(例如二苯胺)的濃度，和/或這三個催化區可以是不同的，即它們可以佈置成用於降低三種不同化合物之濃度[例如二苯胺(diphenylamine)、磷酸三甲苯酯(tricresyl phosphate)和乙烯基三(甲基乙基酮肟)-矽烷(vinyltris(methylethylketoxime)-silane)]。

根據相關的空氣流的含量和催化區的效率，空氣流3通過的催化區9a、9b、9c的數量可以改變。如果需要的話，可以具有兩個、三個、四個或甚至更多數量的催化區，唯一的要求是處理後的空氣流5中的至少一種氣相化合物的濃度應低到可以將其引入半導體無塵室中，而無需損害半導體無塵室，即符合半導體無塵室的標準。

第6圖為本發明的另一實施例之空氣處理系統1f，其中光氧化區2設置在催化區9之前。催化區用於去除在光氧化步驟中產生的臭氧。較佳地，催化區9在與無塵室中的空氣相同的溫度下操作，例如在15-25℃之間，較佳為在20-22℃之間，因此不需要加熱或冷卻空氣流3，從而提供了本發明之高能量效率的系統和方法。

可以改變光氧化區2和催化區9的數量，它們可以以任何合適的順序設置，例如交替地設置多個連續的光氧化區和/或多個催化區9，唯一的要求是將至少一種氣相化合物的濃度降低到預設閥值以下，使得可以將處理過的空氣流進入半導體無塵室中。

因此，根據空氣流中的化合物，可以將本發明的空氣處理系統設計成滿足不同的需求，使幾種不同的氣相化合物藉由使空氣流通過多個相同和/或不同的催化區和/或光氧化區來移除。

以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。