专利名称：含微粒处理单元的全氟化物催化剂处理方法
技术领域：
本发明提供一种气体处理方法，更进一步地，本发明是关于一种能同时
处理含硅化物以及全氟化物(PFCs)的气体处理方法。
背景技术：
在半导体、光电厂于生产晶片或平面显示器的过程中，经常会排放大量 温室效应气体和微粒，而现行商品化处理设备中，包含利用电热式、燃烧式 及催化剂式的局部处理设备，然而仅以电热方式处理全氟化物 (Perfluorocompounds， PFC，全氟化物还包括氟化氮(NF3)，三氟甲垸(CHF3), 全氟丙烷(C3FJ等，也被记为Perfluorinated Compounds, PFCs)，所需耗费 的电能极高，即使处理相对易处理的全氟化物，例如NF"其操作温度需高于 IOO(TC，且若对于相对稳定的全氟化物如CF4，其削减效率偏差；燃烧式处理 设备除燃料成本高及安全性偏差外，燃料燃烧后排放大量C02，会造成温室效 应；催化剂式处理设备能在低耗能条件下操作，但若发生深次微米微粒披覆 时，将快速降低催化剂使用寿命和处理效率，因而催化剂式处理设备仅能使 用在低微粒量的部分特定制造工艺。
目前市售能同时处理含全氟化物、微米和深次微米(de印submicron meter)微粒、四乙氧基硅甲烷(Tetraethoxysilane)及四氢化硅(silicone
3hydride)的制造工艺中的尾气的局部处理设备，以电热式和燃烧式的处理设 备为主，其操作温度(电热温度或燃烧温度)均高于1，00(TC。市售催化剂式 处理设备操作温度50(TC—85(rC对PFC可以有效削减，但无法同时处理含四氢 化硅、四乙氧基硅甲烷和深次微米微粒的制造工艺中的尾气。
在日本专利JP2005111423A中，揭示了一种气体处理的程序，然而其加 热程序的加热温度仅介于50 20(TC之间，不足以使气体中的硅化物转换为硅 氧化物微粒，因此，也无法以袋滤的方式来移除，需依赖其他的手段移除气 体中的硅化物。
因此，开发一种步骤简单、低耗能且处理气体种类广泛的方法为本技术 领域追求的目标。
发明内容
有鉴于现有技术的缺失，本发明的目的在于提供一种处理工业制造工艺 例如光电业、半导体业等制造工艺中带来的尾气的方法，该尾气中同时含有 氟化物和硅化物，即，本发明提供一种能同时处理含硅化物以及全氟化物 (PFCs)的气体处理方法，该方法可用以降低能量消耗、提高催化剂寿命。
为达上述目的，本发明提供一种同时处理含硅化物以及全氟化物(PFCs) 的气体的方法，其为含微粒处理单元的全氟化物的催化剂处理方法，该方法 的步骤包含(a)将含有氟化物和硅化物的气体进行热处理；(b)将热处理后 的气体进行微粒处理，以移除气体中0.01um以上的微粒；(c)将步骤(b)微粒 处理后的气体与催化剂接触进行催化剂处理；及(d)移除催化剂处理后的气体 中的酸气；其中，前述各处理步骤均在350 800。C中进行。本发明所述的方法，其中热处理优选包含燃烧加热、热电偶加热或微波 加热等方式。所述的热处理是用以使硅化物氧化形成微粒。
本发明的处理方法中的热处理步骤更优选是将气体用400 55(TC温度 来进行处理。
在本发明所述的含微粒处理单元的全氟化物催化剂处理方法中，所述硅 化物包含四乙氧基硅甲烷(Tetraethoxysilane)或四氢化硅(silicone hydride)。
本发明所述的方法，其中微粒处理优选包含袋滤、湿式静电集尘、水洗、 重力沉降或惯性冲击及其组合等方式。
本发明所述的含氟气体为含有氟化物的气体，包含碳氢氟化物、氮氟化 物或硫氟化物或其混合物。
本发明上述步骤(d)中的"移除催化剂处理后的气体中的酸气"，优选 以水洗的方式将酸气移除。
本发明的上述步骤中，所述的酸气包含氢氟酸、氢氯酸或氢溴酸。 本发明采用固气分段处理的方法，可使应用领域不局限于含氟气体，而 可同时处理含全氟化物、微米和/或深次微米微粒、硅垸化物、垸氧基硅化物 等半导体或光电产业制造工艺中的尾气，且热处理温度相较于单独使用热处
理去除含氟化物的制造工艺低。
图l:本发明的处理气体方法流程图； 图2:本发明的方法削减微粒的趋势图；其中三角形的点表示削减率，圆点划线表示热处理温度为45(TC，正方 形点表示热处理温度为550°C;
图3:本发明的方法削减硅垸化物的趋势其中三角形的点表示热处理温度为35(TC，菱形点表示导出，正方形点 表示导入；
图4:本发明的方法削减NF3的趋势其中，9月6日的削减率为96.87%，导入浓度12633ppm， 9月7日的削 减率为96.87%，导入浓度12909ppm， 9月8日的削减率为95.93%，导入浓 度12909ppm， 9月11日的削减率为96.04% ，导入浓度14308ppm，其中，9
月9日和9月10日是假日未进行测试；
图5:本发明的方法削减SF6的趋势其中图中SO2F2均浓度的直线几乎与0—0。/。的横坐标线重合，SF6浓度
用坐标框内的竖线表示，削减率(DRE)则几乎与12000—100%的上端横坐 标线重合；a表示SF6导入处理系统，SF6导入前浓度11719ppm， b代表SF6 浓度<最低检测限(LDL)，削减率(DRE) 〉99.9%， 50^2均浓度<最低 检测限(LDL)，转换率<0.1%。
具体实施例方式
以下结合附图详细说明本发明，但不限定本发明的实施范围。 本发明的含微粒处理单元的全氟化物催化剂处理方法可参考图1 ，图1为 本发明的处理气体方法流程图，该方法是将欲处理的含有氟化物和硅化物的 气体依序进行以下步骤的处理首先进行热处理，将气体以350 800'C温度处理；接着进行微粒处理，移除粒径于0.01um以上的微粒；之后进行催化剂 处理，其将气体以350 800。C温度处理；以及将酸气移除的步骤。
其中，可提供本发明所需350 80(TC的热处理条件的方式包括燃烧加 热、热电偶加热或微波加热等，在本方法的热处理过程中，可使欲处理的气 体中所含的硅化物(包含例如四乙氧基硅甲烷(Tetmethoxysilane)或四氢 化硅(silicone hydride))氧化形成二氧化硅微粒。
微粒处理步骤是用于滤除欲处理的气体中原本就含有的粉尘微粒或者 在热处理中产生的二氧化硅微粒，可应用的微粒处理包含袋滤、湿式静电集 尘、水洗、重力沉降或惯性冲击等方式。当可轻易理解的是，当粉尘的粒径 分布较广时，微粒处理可依据粉尘特性使用一种以上针对不同粒径的相同或 不同的处理方法，例如先使用较大孔隙的袋滤移除较大粒径的粉尘微粒，再 使用较小孔隙的袋滤移除较小粒径的粉尘，其他例如以水洗串联袋滤，或者 以重力沉降串联袋滤，或者以惯性冲击串联袋滤，各种移除粉尘方式的结合 皆可视需求应用。微粒处理的目的，主要作为后续催化剂处理的前处理，避 免粉尘沾附于催化剂载体表面，降低催化剂的效果。
本发明的方法除了包括移除硅化物的热处理和微粒处理外，另一目的在 于串联热处理和微粒处理作为催化剂处理的前处理步骤，催化剂处理是用于 将含氟气体以催化剂反应形成氢氟酸，本发明所称的含氟气体为含有氟化物 的气体，包含全氟化物(Perfluorocompounds， PFC)，其可更进一步区分为 氮氟化物(例如肌)、碳氟化物(例如CF,或CHF3)及硫氟化物(SF6)。适用 于催化剂处理的催化剂可以是任何本技术领域已知的用于处理含氟气体的催 化剂，特别是，例如本申请人已另案申请的用于分解含氟化物的二段式催化剂(第一段为氧化铝含浸锌，第二段为氧化铝含浸铜、铈)。催化剂分解含 氟气体所需的工作温度则可依据催化剂本身的特性或者欲分解的气体中的含 氟化物而定。例如，以已另案申请的二段式催化剂处理为例SFe的分解温度
约为58(TC， NF3约为35(TC，较为稳定的CF4则约略为80(TC。
当可轻易理解的是，本方法的各处理步骤可以各自具有其合适的操作温 度，也可以将本方法的各步骤置于某一单一温度环境中操作，有别于先前技
术的是本发明所述的热处理并非用于处理含氟气体，而在于处理含硅化物
以形成二氧化硅，因此，相较于直接电热或微波加热或燃烧加热欲分解含氟
化物需要1000。C以上的高温，本方法热处理仅需以400 60(TC温度处理通过 的气体。
一般而言，本发明的方法并毋须限制气体通量，因为其可依据所需处理
的气体量变动各个步骤的装置处理能力，以符合所需，然而在一般态样中， 气体风量范围应介于每小时10 500升，优选为每小时30 250升，以兼顾处
理速度及反应完全度。
最后，经催化剂处理的含氟化物将生成氢氟酸，然后藉由酸气移除步骤 移除， 一般而言，移除的方式以水洗进行及完成即可，且除了含氟化物形成 的氢氟酸外，其他气体中的酸气，包含但不限于氢氯酸和氢溴酸等，皆为本 酸气移除步骤所需移除的对象，也因此酸气移除步骤并不排除利用其他的方 法达到移除酸气的目的。
以下实施态样用于进一步了解本发明的优点，并非用于限制本发明的保 护范围。实施例l.本发明的气体处理系统的效能
本实施例分别取用10，000ppm NF3(/SF6)及10，000ppm SiH4作为测试气体 来分析系统的效能，其最高操作温度低于550'C(SF6:58(TC)，流速为500 lpm (L/min)，催化剂是采用已另案申请的二段式催化剂，测试结果可参考图2、 图3、图4和图5。其中，图2为通入SilV(乍为测试气体时测试微粒处理(袋滤) 前后的微粒削减趋势图。由图中可知，当生成微粒数在3X107(单位个数/ 每立方厘米)以下时，微粒粒径为0.03 6.56um，微粒削减的百分比至少可 以达到95%以上。
图3为Si仏在不同温度进行热处理(本此采电热偶加热)前后的削减趋势 图，图中可知在550。C时即可将SiH,完全转换为二氧化硅微粒。
图4和图5分别为利用约12， 000ppm的NF3和SF6通入本发明的系统测试削 减效率，所使用的催化剂是50g，不同之处为NF3测试时间每日6 8小时，温度 350°C， SF6则采取连续测试两天，温度为58(TC。由图可知，不论是NF:,或者SFs 的削减率皆可达到95%以上。
综上所述，本发明的方法整合热处理、微粒处理、催化剂处理及移除酸 气移除步骤，经实验证实本发明的方法于操作温度在350 80(TC时，对于 10， OOOppm的硅烷(SitU和IO， 000ppm的氟化物SF,;/NF3的气流，均可有效削减， 削减效率均大于95% (催化剂操作温度SFe/58(TC和NF3/35(rC;热处理温度 为40(TC—55(TC)。故本发明的特性在于整合各种处理手段的创新性(热处理/ 微米及深次微米微粒处理/催化剂处理/移除酸气)，以及将SiH4与全氟化物在 不同步骤阶段削减。此外，本方法可同时处理含SiH4/TE0S/深次微米微粒/全 氟化物的制造工艺中的尾气，且整体操作温度低于市售同功能产品的操作温度，且处理粒径范围大于其他专利实施例的范围。 其他实施态样
在本说明书中所揭露的所有特征都可能与其他方法结合，本说明书中所 揭露的每一个特征都可能选择性的以相同、相等或相似目的特征所取代，因 此，除了特别显著的特征之外，所有的本说明书所揭露的特征仅是相等或相 似特征中的一个例子。
虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何 本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润 饰。
权利要求
1. 一种含微粒处理单元的全氟化物催化剂处理方法，其步骤包含(a)将含有氟化物和硅化物的气体进行热处理；(b)将热处理后的气体进行微粒处理，以移除气体中0.01μm以上的微粒；(c)将步骤(b)微粒处理后的气体与催化剂接触进行催化剂处理；及(d)移除催化剂处理后的气体中的酸气；其中，前述各处理步骤均在350～800℃中进行。
2. 如权利要求l所述的方法，其中前述热处理包含燃烧加热、热电偶加热 或微波加热。
3. 如权利要求l所述的方法，其中前述热处理用以使硅化物氧化形成微粒。
4. 如权利要求3所述的方法，其中前述硅化物包含四乙氧基硅甲烷或四氢化硅。
5. 如权利要求l所述的方法，其中前述微粒处理包含袋滤、湿式静电集尘、 水洗、重力沉降或惯性冲击及其组合。
6. 如权利要求l所述的方法，其中前述含有氟化物的气体包含碳氢氟化物、 氮氟化物或硫氟化物或其混合物。
7. 如权利要求l所述的方法，其中前述热处理是将气体用400 550。C温度来处理。
8. 如权利要求l所述的方法，其中前述步骤(d)的酸气以水洗的方式移除。
9. 如权利要求l所述的方法，其中前述步骤(d)的酸气包含氢氟酸、氢氯酸或氢溴酸。
全文摘要
本发明提供了一种处理含氟化物和含硅化物气体的方法，其将欲处理的气体依序进行热处理、微粒处理、催化剂处理和酸气的移除，藉此在相对低温操作中达到移除含氟化物的气体的效果，本发明通过依序结合各个处理单元来降低气体处理所需的温度，并可同时处理含氟气体、含硅化物的气体和含微粒的气体，且可延长催化剂的使用寿命、系统操作成本、增加催化剂应用范围。
文档编号B01D53/86GK101455940SQ20071019336
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月10日 优先权日2007年12月10日
发明者李寿南, 游生任, 陈姿名, 颜绍仪 申请人:财团法人工业技术研究院