半导体制程废气中氟化物的净化方法及其装置与流程

本发明涉及半导体制程废气的净化技术，特别是有关于一种半导体制程废气中的氟化物的净化方法及其装置。

背景技术：

为了减缓温室效应对地球暖化所造成的严重影响，世界半导体产业协会(WSC)早已决定将产业中较特殊的SF₆、CF₄、C₂F₆、C₃F₈、CHF₃、NF₃及F₂等氟化物(Per Fluorinated Compounds，PFC)气体列为造成温室效应的有害气体的减量对象。

由于半导体制程所排放的废气中，包含NF₃及F₂等有害的氟化物(PFC)，为了避免该等有害的氟化物气体排放至空气中造成环境污染，已知现有的半导体废气处理设备，在捕捉氟化物的前置反应腔室内，大都采用高温火焰或热棒直接导入或插入前置反应腔室内，将有害的氟化物气体溶解成无害的氟离子，进而达到净化废气的目的。

且知，上述采用采用高温火焰或热棒将氟化物气体溶解成无害氟离子的过程，该废气处理槽的前置反应腔室内必须搭配前置的水洗工序来供应充足的氢离子，以便氟化物能在高温环境下和水中的氢离子反应。但是，由于前置水洗过程非常耗时，且水分子与氟化物接触后会于水中生成增生物附着于废气处理槽的反应腔室的内壁，造成该反应腔室的内壁还需配置防卡垢的水墙或额外的清洁工序，因而降低了将氟化物气体溶解成无害氟离子的净化效率，并且提高了废气处理设备及净化工序的成本，亟待加以改善。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明主要是针对半导体废气处槽的前置反应腔室在捕捉氟化物过程中，免除了传统采用高温火焰或热棒来催化氟化物所易生成在工序及结构上过于复杂且净化效率难以提升的问题；进一步的说，本发明依据在一特定高温环境下，能使氟原子非常活跃，并且使水分子呈现出水雾状气态的特性，以便利用高温且呈水雾状气 态的水分子来捕捉氟化物，进而将氟化物溶解为氟化氢(HF)，提升净化气体的效率。

为了实现上述目的并解决问题，本发明的一具体实施例是提供一种半导体制程废气中的氟化物的净化方法，包括在半导体废气处理槽的反应腔室内导入一由水加热生成的高温水雾状气态水，并以该水雾状气态水溶解氟化物成为氟化氢；其中，该水雾状气态水接触氟化物的溶解温度界于370～1300℃之间。

根据上述方法，在进一步实施中，该水雾状气态水是以喷洒方式导入反应腔室内。

此外，本发明的另一具体实施例是根据上述方法而更进一步的提供一种半导体制程废气中氟化物的净化装置，包括：一反应腔室，形成于半导体废气处理槽内，该废气处理槽配置有至少一半导体制程废气的导入管，该导入管导引含藏有氟化物的半导体制程废气进入反应腔室；一热管，配置于废气处理槽并植入反应腔室内，该热管具有一形成于废气处理槽外的外端以及一形成于反应腔室内的内端，该外端设有一注水管，该内端形成有多个贯穿且分布于热管管壁的喷孔，其中：该热管内穿设有一加热棒，该加热棒与热管的管壁之间形成一通道，该通道连通注水管且经由该多个喷孔连通反应腔室，该注水管导引水进入通道内，该通道内的水接触加热棒而生成高温的水雾状气态水，所述水雾状气态水经由该多个喷孔导入反应腔室内溶解氟化物成为氟化氢，其中该水雾状气态水接触氟化物的溶解温度界于370～1300℃之间。

根据上述装置，在进一步实施中，该多个喷孔是以喷洒方式导引水雾状气态水进入反应腔室内。其中，该多个喷孔系贯穿且间隔分布于热管内端的四周管壁。

上述装置的进一步实施中，还包括：

该半导体废气处理槽顶部设有一头盖，该半导体制程废气的导入管以及热管间隔配置于头盖上。该热管、通道及加热棒呈直线状的同心圆配置。该反应腔室四周配置有一环状加热器作为废气处理槽的槽壁，该溶解温度还包含受到环状加热器的加热作用而达成。

该反应腔室内经由多个隔板间隔形成多个反应腔槽，该多个隔板上分别形成有至少一通孔连通多个反应腔槽，该多个反应腔槽经由通孔相互连通而形成一导气通道，该导气通道导引废气与气态水通过反应腔室。其中该多个隔板上分别形成的通孔是以双轴座标的第一至第四象限的配置方式交错对应，使该导气通道呈现迂回形式，该多个隔板之间设有隔墙。

根据上述方法及装置，本发明可产生的技术功效在于：在半导体废气处槽的前置反应腔室捕捉氟化物过程中，免除了使用传统高温火焰或热棒必须搭配前置水洗氟化物的供水工序，简化所需装置的结构复杂度。此外，以高温水雾状气态水捕捉暨溶解 有害之氟化物的净化效率，远高于传统使用高温火焰或热棒的加热催化方式。

更进一步的，请参照下列实施例及图式加以说明本发明的实施细节。

附图说明

图1是本发明净化方法的解说示意图；

图2是本发明净化装置的热管的构造图；

图3是图2中该热管的放大剖示图；

图4是图2中该热管配置于半导体废气处理槽的剖示图；

图5是本发明净化装置的隔板的剖示图；

图5a是图5的A-A剖示图；

图5b是图5的B-B剖示图；

图5c是图5的C-C剖示图；

图5d是图5的D-D剖示图；

图6是图5中该隔板配置于半导体废气处理槽的剖示图。

具体实施方式

以下是实施例，但本发明的内容并不局限于这些实施例的范围。

请参阅图1，揭露本发明第一款实施例所提供的半导体制程废气中氟化物的净化方法的解说示意图，说明半导体制程设备中具有一废气处理槽2，该废气处理槽2内形成有一前置的反应腔室20，半导体制程中所生成含藏有氟化物(PFC)的废气10先导入此一前置的反应腔室20内，以便对有害的氟化物(PFC)作前置的溶解处理。

在本发明中，必须于上述前置的反应腔室20内导入一高温的水雾状气态水30；其中，所述导入(或导引进入)是以喷洒方式实施可得较佳效果；所述高温的水雾状气态水30是由常温的水(H₂O)加热生成。

由于水加热至100℃时会生成水蒸气，当水持续加热至370℃以上时会呈现水雾状气态，且水在持续加热至950℃以上时，水(H₂O)中的氢(H)较易解离成气态的氢离子(H⁺)，因此本发明导入前置反应腔室20内的水雾状气态水30必须具备370～1300℃的高温条件；其中370℃是使水呈现水雾状气态的拘束条件，1300℃为考量现有市售加热器可达到的加热温度上限。

由于氟(F)在850℃高温的环境下非常活跃，因此当前置的反应腔室20内的温度升温至370～1300℃之间，可使例如NF₃及F₂等氟化物(PFC)迅速的被水雾状气态水30溶解成氟离子(F^-)，并使氟离子(F^-)与水雾状气态水30中被溶解成气态的氢离子(H⁺)结合成水溶性的氟化氢(HF)。

下式(1)揭露出当氟化物为F₂时的反应式：

式(1)

下式(2)揭露出当氟化物为NF₃时的反应式：

式(2)

在较佳实施中，由于氟(F)在850℃高温的环境下非常活跃，因此上述导入前置反应腔室20内的水雾状气态水30如能加温至850～1300℃区间的溶解温度时，其溶解氟化物(PFC)中氟离子(F^-)的净化效果将可大幅提升，而且氟离子(F^-)也比较容易和水雾状气态水30中的氢离子(H⁺)结合成水溶性的氟化氢(HF)。且知，水溶性的氟化氢(HF)可经废气处理槽2后段的水洗工序冲刷捕捉成无毒气体排出至外界(废气处理槽2之后段水洗工序非本发明诉求或改善部分，故不加赘述)。

为了具体实施上述方法，请接续合并参阅图2至图4，揭露出本发明第二款实施例所提供的净化装置的实施细节，其中图2揭露出一热管40的构造图，图3揭露该热管40的放大剖示图，图4揭露该热管40配置于半导体废气处理槽2前段的反应腔室20内的态样。其中：

该废气处理槽2配置有两道半导体制程废气10的导入管21，该导入管21与所述前段的反应腔室20相连通，该导入管21导引含藏有氟化物(PFC)的半导体制程废气10进入反应腔室20内。进一步的说，该废气处理槽2的顶部设有一头盖23，该导入管21配置于头盖23上，使该导入管21能由废气处理槽2的顶部导引废气10进入反应腔室20内。此外，该导入管21上还连接有一氮气管22，该氮气管22导引氮气(N₂)通过导入管21进入反应腔室20内。

该废气处理槽2配置有一植入反应腔室20内的热管40，该热管40在实施上是与半导体制程废气10的导入管21间隔配置于头盖23上。该热管40双端包含一形成于废气处理槽2外的外端41以及一形成于反应腔室20内的内端42，该外端41连接有一注水管47，该注水管47导引常温的水进入热管40内，该热管40位于反应腔室20内的内端42的四周管壁43上形成有多个贯穿且间隔分布于热管40的管壁43的喷孔44，该热管40内穿设有一加热棒45，该加热棒45可以是电热式加热棒，该加热棒45能加热由注水管47进入热管40内的水，使水的温度到达370～1300℃之间，当水加热 至370℃以上时会呈现水雾状气态，并通过热管40的管壁上的喷孔44将呈水雾状的气态水30导入反应腔室20内。

在具体实施上，该加热棒45与热管40的管壁43之间形成有一通道46，该通道46是连通注水管47且经由所述多个喷孔44与反应腔室20相连通，使水通过该通道46接受加热棒45加热而生成高温的水雾状气态水30并经由喷孔44进入反应腔室20内，由于该喷孔44的截面积是小于通道46的截面积，所以使气态水30以喷洒方式进入反应腔室20内。该热管40、通道46及加热棒45是呈直线状的同心圆配置，使气态水30由相异喷孔44进入反应腔室20内时具有相同的压力，进而均匀分布喷洒于反应腔室20内。

该反应腔室20四周配置有一环状加热器24，该环状加热器24在实施上是作为废气处理槽2的内侧槽壁，由于电热式加热器构成，该环状加热器24是用来加热暨维持反应腔室20内的温度，以促进废气10及气态水30在反应腔室20内彼此达到溶解温度，进而使得溶解氟化物(PFC)中氟离子(F^-)的效率大幅提升，而且在此环境下，氟离子(F^-)也容易和水雾状气态水30中的氢离子(H⁺)结合成水溶性的氟化氢(HF)。此外，植入反应腔室20内的导入管21，在反应腔室20内高温环境的影响下，提高导入管21本身的温度，当废气10通过导入管21进入反应腔室20时，废气10本身的温度经由与导入管21接触而提高，使废气10能更快速的达到其本身所需的溶解温度，进而提升废气10在净化时的效率。

请再次参阅图4，说明该废气10通过导入管21进入废气处理槽2内前置的反应腔室20中，该气态水30由热管40上的喷孔44进入废气处理槽2内前置的反应腔室20中，受到加热棒45及加热器24加热至溶解温度的废气10及气态水30在反应腔室20内发生化学反应，例如NF₃及F₂等氟化物(PFC)迅速的被水雾状气态水30溶解成氟离子(F^-)，并使氟离子(F^-)与水雾状气态水30中被溶解成气态的氢离子(H⁺)结合成水溶性的氟化氢(HF)。接着，含有氟化氢(HF)的废气10由废气处理槽2内前置的反应腔室20依序通过废气处理槽2内后置的第一水洗室25及第二水洗室26，所述水溶性的氟化氢(HF)经由第一水洗室25及第二水洗室26的水洗工序而溶于水中，使废气10转换成为无害的气体，然后通过排气口27排放至外界大气中。

请合并参阅图5至图6，揭露出本发明第三款实施例所提供的净化装置的实施细节，其中图5揭露出该隔板的剖示图，图5a至图5d揭露图5中相异位置的剖示图，图6揭露该隔板配置于半导体废气处理槽前段的反应腔室内的态样。其中：

如图5及图6所示，该反应腔室20内在实施上设有多个隔板50，所述多个隔板 50是以锁组或焊接的方式间隔排列的固定于反应腔室20内，所述多个隔板50之间分别形成一反应腔槽53，且所述多个反应腔槽53经由隔板50上所形成的通孔51而相互连通而形成一迂回的导气通道54，该导气通道54能导引废气10与气态水30通过反应腔室20。

进一步的说，图5中所揭露的多个隔板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，而由图5a至图5d中可进一步见悉该第一隔板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可以是依序以双轴座标(X-Y)的第一至第四象限的配置方式交错对应，所述各隔板50a至50d上的通孔51可以是以单一开孔方式或以网孔状呈现，且上述隔板50之间设有隔墙52，用以局部间隔所述多个反应腔槽53，并且经由相邻隔板50上的通孔51而导通所述多个反应腔槽53，进而构筑形成所述迂回的导气通道54，藉以导引废气10与气态水30通过所述多个反应腔槽53，并增加废气10与气态水30滞留在所述多个反应腔槽53内的时间，进而提升气态水30在溶解废气10内所含氟化物(PFC)成为氟化氢(HF)时的效率。

以上实施例仅为表达了本发明的较佳实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本发明所属技术领域中具有通常知识者而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出复数变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明应以申请专利范围中限定的权利要求内容为准。