本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制程廢氣的凈化技術(shù)，特別是有關(guān)于一種半導(dǎo)體制程廢氣中的氟化物的凈化方法及其裝置。

背景技術(shù)：

為了減緩溫室效應(yīng)對(duì)地球暖化所造成的嚴(yán)重影響，世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)(WSC)早已決定將產(chǎn)業(yè)中較特殊的SF₆、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、CHF₃、NF₃及F₂等氟化物(Per Fluorinated Compounds，PFC)氣體列為造成溫室效應(yīng)的有害氣體的減量對(duì)象。

由于半導(dǎo)體制程所排放的廢氣中，包含NF₃及F₂等有害的氟化物(PFC)，為了避免該等有害的氟化物氣體排放至空氣中造成環(huán)境污染，已知現(xiàn)有的半導(dǎo)體廢氣處理設(shè)備，在捕捉氟化物的前置反應(yīng)腔室內(nèi)，大都采用高溫火焰或熱棒直接導(dǎo)入或插入前置反應(yīng)腔室內(nèi)，將有害的氟化物氣體溶解成無(wú)害的氟離子，進(jìn)而達(dá)到凈化廢氣的目的。

且知，上述采用采用高溫火焰或熱棒將氟化物氣體溶解成無(wú)害氟離子的過(guò)程，該廢氣處理槽的前置反應(yīng)腔室內(nèi)必須搭配前置的水洗工序來(lái)供應(yīng)充足的氫離子，以便氟化物能在高溫環(huán)境下和水中的氫離子反應(yīng)。但是，由于前置水洗過(guò)程非常耗時(shí)，且水分子與氟化物接觸后會(huì)于水中生成增生物附著于廢氣處理槽的反應(yīng)腔室的內(nèi)壁，造成該反應(yīng)腔室的內(nèi)壁還需配置防卡垢的水墻或額外的清潔工序，因而降低了將氟化物氣體溶解成無(wú)害氟離子的凈化效率，并且提高了廢氣處理設(shè)備及凈化工序的成本，亟待加以改善。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明主要是針對(duì)半導(dǎo)體廢氣處槽的前置反應(yīng)腔室在捕捉氟化物過(guò)程中，免除了傳統(tǒng)采用高溫火焰或熱棒來(lái)催化氟化物所易生成在工序及結(jié)構(gòu)上過(guò)于復(fù)雜且凈化效率難以提升的問(wèn)題；進(jìn)一步的說(shuō)，本發(fā)明依據(jù)在一特定高溫環(huán)境下，能使氟原子非?；钴S，并且使水分子呈現(xiàn)出水霧狀氣態(tài)的特性，以便利用高溫且呈水霧狀氣 態(tài)的水分子來(lái)捕捉氟化物，進(jìn)而將氟化物溶解為氟化氫(HF)，提升凈化氣體的效率。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的并解決問(wèn)題，本發(fā)明的一具體實(shí)施例是提供一種半導(dǎo)體制程廢氣中的氟化物的凈化方法，包括在半導(dǎo)體廢氣處理槽的反應(yīng)腔室內(nèi)導(dǎo)入一由水加熱生成的高溫水霧狀氣態(tài)水，并以該水霧狀氣態(tài)水溶解氟化物成為氟化氫；其中，該水霧狀氣態(tài)水接觸氟化物的溶解溫度界于370～1300℃之間。

根據(jù)上述方法，在進(jìn)一步實(shí)施中，該水霧狀氣態(tài)水是以噴灑方式導(dǎo)入反應(yīng)腔室內(nèi)。

此外，本發(fā)明的另一具體實(shí)施例是根據(jù)上述方法而更進(jìn)一步的提供一種半導(dǎo)體制程廢氣中氟化物的凈化裝置，包括：一反應(yīng)腔室，形成于半導(dǎo)體廢氣處理槽內(nèi)，該廢氣處理槽配置有至少一半導(dǎo)體制程廢氣的導(dǎo)入管，該導(dǎo)入管導(dǎo)引含藏有氟化物的半導(dǎo)體制程廢氣進(jìn)入反應(yīng)腔室；一熱管，配置于廢氣處理槽并植入反應(yīng)腔室內(nèi)，該熱管具有一形成于廢氣處理槽外的外端以及一形成于反應(yīng)腔室內(nèi)的內(nèi)端，該外端設(shè)有一注水管，該內(nèi)端形成有多個(gè)貫穿且分布于熱管管壁的噴孔，其中：該熱管內(nèi)穿設(shè)有一加熱棒，該加熱棒與熱管的管壁之間形成一通道，該通道連通注水管且經(jīng)由該多個(gè)噴孔連通反應(yīng)腔室，該注水管導(dǎo)引水進(jìn)入通道內(nèi)，該通道內(nèi)的水接觸加熱棒而生成高溫的水霧狀氣態(tài)水，所述水霧狀氣態(tài)水經(jīng)由該多個(gè)噴孔導(dǎo)入反應(yīng)腔室內(nèi)溶解氟化物成為氟化氫，其中該水霧狀氣態(tài)水接觸氟化物的溶解溫度界于370～1300℃之間。

根據(jù)上述裝置，在進(jìn)一步實(shí)施中，該多個(gè)噴孔是以噴灑方式導(dǎo)引水霧狀氣態(tài)水進(jìn)入反應(yīng)腔室內(nèi)。其中，該多個(gè)噴孔系貫穿且間隔分布于熱管內(nèi)端的四周管壁。

上述裝置的進(jìn)一步實(shí)施中，還包括：

該半導(dǎo)體廢氣處理槽頂部設(shè)有一頭蓋，該半導(dǎo)體制程廢氣的導(dǎo)入管以及熱管間隔配置于頭蓋上。該熱管、通道及加熱棒呈直線狀的同心圓配置。該反應(yīng)腔室四周配置有一環(huán)狀加熱器作為廢氣處理槽的槽壁，該溶解溫度還包含受到環(huán)狀加熱器的加熱作用而達(dá)成。

該反應(yīng)腔室內(nèi)經(jīng)由多個(gè)隔板間隔形成多個(gè)反應(yīng)腔槽，該多個(gè)隔板上分別形成有至少一通孔連通多個(gè)反應(yīng)腔槽，該多個(gè)反應(yīng)腔槽經(jīng)由通孔相互連通而形成一導(dǎo)氣通道，該導(dǎo)氣通道導(dǎo)引廢氣與氣態(tài)水通過(guò)反應(yīng)腔室。其中該多個(gè)隔板上分別形成的通孔是以雙軸座標(biāo)的第一至第四象限的配置方式交錯(cuò)對(duì)應(yīng)，使該導(dǎo)氣通道呈現(xiàn)迂回形式，該多個(gè)隔板之間設(shè)有隔墻。

根據(jù)上述方法及裝置，本發(fā)明可產(chǎn)生的技術(shù)功效在于：在半導(dǎo)體廢氣處槽的前置反應(yīng)腔室捕捉氟化物過(guò)程中，免除了使用傳統(tǒng)高溫火焰或熱棒必須搭配前置水洗氟化物的供水工序，簡(jiǎn)化所需裝置的結(jié)構(gòu)復(fù)雜度。此外，以高溫水霧狀氣態(tài)水捕捉暨溶解 有害之氟化物的凈化效率，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)使用高溫火焰或熱棒的加熱催化方式。

更進(jìn)一步的，請(qǐng)參照下列實(shí)施例及圖式加以說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施細(xì)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明凈化方法的解說(shuō)示意圖；

圖2是本發(fā)明凈化裝置的熱管的構(gòu)造圖；

圖3是圖2中該熱管的放大剖示圖；

圖4是圖2中該熱管配置于半導(dǎo)體廢氣處理槽的剖示圖；

圖5是本發(fā)明凈化裝置的隔板的剖示圖；

圖5a是圖5的A-A剖示圖；

圖5b是圖5的B-B剖示圖；

圖5c是圖5的C-C剖示圖；

圖5d是圖5的D-D剖示圖；

圖6是圖5中該隔板配置于半導(dǎo)體廢氣處理槽的剖示圖。

具體實(shí)施方式

以下是實(shí)施例，但本發(fā)明的內(nèi)容并不局限于這些實(shí)施例的范圍。

請(qǐng)參閱圖1，揭露本發(fā)明第一款實(shí)施例所提供的半導(dǎo)體制程廢氣中氟化物的凈化方法的解說(shuō)示意圖，說(shuō)明半導(dǎo)體制程設(shè)備中具有一廢氣處理槽2，該廢氣處理槽2內(nèi)形成有一前置的反應(yīng)腔室20，半導(dǎo)體制程中所生成含藏有氟化物(PFC)的廢氣10先導(dǎo)入此一前置的反應(yīng)腔室20內(nèi)，以便對(duì)有害的氟化物(PFC)作前置的溶解處理。

在本發(fā)明中，必須于上述前置的反應(yīng)腔室20內(nèi)導(dǎo)入一高溫的水霧狀氣態(tài)水30；其中，所述導(dǎo)入(或?qū)бM(jìn)入)是以噴灑方式實(shí)施可得較佳效果；所述高溫的水霧狀氣態(tài)水30是由常溫的水(H₂O)加熱生成。

由于水加熱至100℃時(shí)會(huì)生成水蒸氣，當(dāng)水持續(xù)加熱至370℃以上時(shí)會(huì)呈現(xiàn)水霧狀氣態(tài)，且水在持續(xù)加熱至950℃以上時(shí)，水(H₂O)中的氫(H)較易解離成氣態(tài)的氫離子(H⁺)，因此本發(fā)明導(dǎo)入前置反應(yīng)腔室20內(nèi)的水霧狀氣態(tài)水30必須具備370～1300℃的高溫條件；其中370℃是使水呈現(xiàn)水霧狀氣態(tài)的拘束條件，1300℃為考量現(xiàn)有市售加熱器可達(dá)到的加熱溫度上限。

由于氟(F)在850℃高溫的環(huán)境下非?；钴S，因此當(dāng)前置的反應(yīng)腔室20內(nèi)的溫度升溫至370～1300℃之間，可使例如NF₃及F₂等氟化物(PFC)迅速的被水霧狀氣態(tài)水30溶解成氟離子(F^-)，并使氟離子(F^-)與水霧狀氣態(tài)水30中被溶解成氣態(tài)的氫離子(H⁺)結(jié)合成水溶性的氟化氫(HF)。

下式(1)揭露出當(dāng)氟化物為F₂時(shí)的反應(yīng)式：

式(1)

下式(2)揭露出當(dāng)氟化物為NF₃時(shí)的反應(yīng)式：

式(2)

在較佳實(shí)施中，由于氟(F)在850℃高溫的環(huán)境下非?；钴S，因此上述導(dǎo)入前置反應(yīng)腔室20內(nèi)的水霧狀氣態(tài)水30如能加溫至850～1300℃區(qū)間的溶解溫度時(shí)，其溶解氟化物(PFC)中氟離子(F^-)的凈化效果將可大幅提升，而且氟離子(F^-)也比較容易和水霧狀氣態(tài)水30中的氫離子(H⁺)結(jié)合成水溶性的氟化氫(HF)。且知，水溶性的氟化氫(HF)可經(jīng)廢氣處理槽2后段的水洗工序沖刷捕捉成無(wú)毒氣體排出至外界(廢氣處理槽2之后段水洗工序非本發(fā)明訴求或改善部分，故不加贅述)。

為了具體實(shí)施上述方法，請(qǐng)接續(xù)合并參閱圖2至圖4，揭露出本發(fā)明第二款實(shí)施例所提供的凈化裝置的實(shí)施細(xì)節(jié)，其中圖2揭露出一熱管40的構(gòu)造圖，圖3揭露該熱管40的放大剖示圖，圖4揭露該熱管40配置于半導(dǎo)體廢氣處理槽2前段的反應(yīng)腔室20內(nèi)的態(tài)樣。其中：

該廢氣處理槽2配置有兩道半導(dǎo)體制程廢氣10的導(dǎo)入管21，該導(dǎo)入管21與所述前段的反應(yīng)腔室20相連通，該導(dǎo)入管21導(dǎo)引含藏有氟化物(PFC)的半導(dǎo)體制程廢氣10進(jìn)入反應(yīng)腔室20內(nèi)。進(jìn)一步的說(shuō)，該廢氣處理槽2的頂部設(shè)有一頭蓋23，該導(dǎo)入管21配置于頭蓋23上，使該導(dǎo)入管21能由廢氣處理槽2的頂部導(dǎo)引廢氣10進(jìn)入反應(yīng)腔室20內(nèi)。此外，該導(dǎo)入管21上還連接有一氮?dú)夤?2，該氮?dú)夤?2導(dǎo)引氮?dú)?N₂)通過(guò)導(dǎo)入管21進(jìn)入反應(yīng)腔室20內(nèi)。

該廢氣處理槽2配置有一植入反應(yīng)腔室20內(nèi)的熱管40，該熱管40在實(shí)施上是與半導(dǎo)體制程廢氣10的導(dǎo)入管21間隔配置于頭蓋23上。該熱管40雙端包含一形成于廢氣處理槽2外的外端41以及一形成于反應(yīng)腔室20內(nèi)的內(nèi)端42，該外端41連接有一注水管47，該注水管47導(dǎo)引常溫的水進(jìn)入熱管40內(nèi)，該熱管40位于反應(yīng)腔室20內(nèi)的內(nèi)端42的四周管壁43上形成有多個(gè)貫穿且間隔分布于熱管40的管壁43的噴孔44，該熱管40內(nèi)穿設(shè)有一加熱棒45，該加熱棒45可以是電熱式加熱棒，該加熱棒45能加熱由注水管47進(jìn)入熱管40內(nèi)的水，使水的溫度到達(dá)370～1300℃之間，當(dāng)水加熱 至370℃以上時(shí)會(huì)呈現(xiàn)水霧狀氣態(tài)，并通過(guò)熱管40的管壁上的噴孔44將呈水霧狀的氣態(tài)水30導(dǎo)入反應(yīng)腔室20內(nèi)。

在具體實(shí)施上，該加熱棒45與熱管40的管壁43之間形成有一通道46，該通道46是連通注水管47且經(jīng)由所述多個(gè)噴孔44與反應(yīng)腔室20相連通，使水通過(guò)該通道46接受加熱棒45加熱而生成高溫的水霧狀氣態(tài)水30并經(jīng)由噴孔44進(jìn)入反應(yīng)腔室20內(nèi)，由于該噴孔44的截面積是小于通道46的截面積，所以使氣態(tài)水30以噴灑方式進(jìn)入反應(yīng)腔室20內(nèi)。該熱管40、通道46及加熱棒45是呈直線狀的同心圓配置，使氣態(tài)水30由相異噴孔44進(jìn)入反應(yīng)腔室20內(nèi)時(shí)具有相同的壓力，進(jìn)而均勻分布噴灑于反應(yīng)腔室20內(nèi)。

該反應(yīng)腔室20四周配置有一環(huán)狀加熱器24，該環(huán)狀加熱器24在實(shí)施上是作為廢氣處理槽2的內(nèi)側(cè)槽壁，由于電熱式加熱器構(gòu)成，該環(huán)狀加熱器24是用來(lái)加熱暨維持反應(yīng)腔室20內(nèi)的溫度，以促進(jìn)廢氣10及氣態(tài)水30在反應(yīng)腔室20內(nèi)彼此達(dá)到溶解溫度，進(jìn)而使得溶解氟化物(PFC)中氟離子(F^-)的效率大幅提升，而且在此環(huán)境下，氟離子(F^-)也容易和水霧狀氣態(tài)水30中的氫離子(H⁺)結(jié)合成水溶性的氟化氫(HF)。此外，植入反應(yīng)腔室20內(nèi)的導(dǎo)入管21，在反應(yīng)腔室20內(nèi)高溫環(huán)境的影響下，提高導(dǎo)入管21本身的溫度，當(dāng)廢氣10通過(guò)導(dǎo)入管21進(jìn)入反應(yīng)腔室20時(shí)，廢氣10本身的溫度經(jīng)由與導(dǎo)入管21接觸而提高，使廢氣10能更快速的達(dá)到其本身所需的溶解溫度，進(jìn)而提升廢氣10在凈化時(shí)的效率。

請(qǐng)?jiān)俅螀㈤唸D4，說(shuō)明該廢氣10通過(guò)導(dǎo)入管21進(jìn)入廢氣處理槽2內(nèi)前置的反應(yīng)腔室20中，該氣態(tài)水30由熱管40上的噴孔44進(jìn)入廢氣處理槽2內(nèi)前置的反應(yīng)腔室20中，受到加熱棒45及加熱器24加熱至溶解溫度的廢氣10及氣態(tài)水30在反應(yīng)腔室20內(nèi)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，例如NF₃及F₂等氟化物(PFC)迅速的被水霧狀氣態(tài)水30溶解成氟離子(F^-)，并使氟離子(F^-)與水霧狀氣態(tài)水30中被溶解成氣態(tài)的氫離子(H⁺)結(jié)合成水溶性的氟化氫(HF)。接著，含有氟化氫(HF)的廢氣10由廢氣處理槽2內(nèi)前置的反應(yīng)腔室20依序通過(guò)廢氣處理槽2內(nèi)后置的第一水洗室25及第二水洗室26，所述水溶性的氟化氫(HF)經(jīng)由第一水洗室25及第二水洗室26的水洗工序而溶于水中，使廢氣10轉(zhuǎn)換成為無(wú)害的氣體，然后通過(guò)排氣口27排放至外界大氣中。

請(qǐng)合并參閱圖5至圖6，揭露出本發(fā)明第三款實(shí)施例所提供的凈化裝置的實(shí)施細(xì)節(jié)，其中圖5揭露出該隔板的剖示圖，圖5a至圖5d揭露圖5中相異位置的剖示圖，圖6揭露該隔板配置于半導(dǎo)體廢氣處理槽前段的反應(yīng)腔室內(nèi)的態(tài)樣。其中：

如圖5及圖6所示，該反應(yīng)腔室20內(nèi)在實(shí)施上設(shè)有多個(gè)隔板50，所述多個(gè)隔板 50是以鎖組或焊接的方式間隔排列的固定于反應(yīng)腔室20內(nèi)，所述多個(gè)隔板50之間分別形成一反應(yīng)腔槽53，且所述多個(gè)反應(yīng)腔槽53經(jīng)由隔板50上所形成的通孔51而相互連通而形成一迂回的導(dǎo)氣通道54，該導(dǎo)氣通道54能導(dǎo)引廢氣10與氣態(tài)水30通過(guò)反應(yīng)腔室20。

進(jìn)一步的說(shuō)，圖5中所揭露的多個(gè)隔板50包含一第一隔板50a、一第二隔板50b、一第三隔板50c及一第四隔板50d，而由圖5a至圖5d中可進(jìn)一步見(jiàn)悉該第一隔板50a、第二隔板50b、第三隔板50c及第四隔板50d上所形成的通孔51可以是依序以雙軸座標(biāo)(X-Y)的第一至第四象限的配置方式交錯(cuò)對(duì)應(yīng)，所述各隔板50a至50d上的通孔51可以是以單一開孔方式或以網(wǎng)孔狀呈現(xiàn)，且上述隔板50之間設(shè)有隔墻52，用以局部間隔所述多個(gè)反應(yīng)腔槽53，并且經(jīng)由相鄰隔板50上的通孔51而導(dǎo)通所述多個(gè)反應(yīng)腔槽53，進(jìn)而構(gòu)筑形成所述迂回的導(dǎo)氣通道54，藉以導(dǎo)引廢氣10與氣態(tài)水30通過(guò)所述多個(gè)反應(yīng)腔槽53，并增加廢氣10與氣態(tài)水30滯留在所述多個(gè)反應(yīng)腔槽53內(nèi)的時(shí)間，進(jìn)而提升氣態(tài)水30在溶解廢氣10內(nèi)所含氟化物(PFC)成為氟化氫(HF)時(shí)的效率。

以上實(shí)施例僅為表達(dá)了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者而言，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出復(fù)數(shù)變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明應(yīng)以申請(qǐng)專利范圍中限定的權(quán)利要求內(nèi)容為準(zhǔn)。