具有安全、监测及控制特征的热衰减反应装置的制作方法

专利名称：具有安全、监测及控制特征的热衰减反应装置的制作方法
技术领域：
本发明有关于用以处理工业废弃流体的热反应装置，该工业废弃流体例如在半导体及液晶显示制程中所产生的废气。本发明特别有关于具有改良的安全、可靠性、监测与控制特征及组件的热反应装置。
背景技术：
来自半导体材料、装置、产品及存储器的制造的废气，包括有制造工厂中所使用及产生的种种化学化合物。该等化合物包含无机及有机化合物、氧化剂、光阻及其他试剂的分解产物、及种种其他的气体及悬浮微粒，这皆必须在由制造工厂排放到大气前，先行由废气流中除去。
半导体制程利用种种的化学物品，其中有许多的化学物品仅需微量，人类就难以承受了。这样的物质包含有，而不限于下列锑、砷、硼、锗、氮、磷、硅、及硅等的气体氢化物；硅烷；硅烷混合物；氢气；有机硅烷；卣化硅烷；囟素；酸性气体；有机金属化合物；氧化剂(如臭氧、三氟化氮及三氟化氯)；及其他有机化合物(如乙醇)。
一个半导体工业的重大问题， 一直都是如何由废气流中 一致且有效地除去上述物质。事实上，所有的美国半导体制造工厂皆利用涤气器或类似构件来处理他们的废气流，这些工厂采用的技术一直都承受着失败及效率不佳，且因而无法除去所有的有毒物质或其他不受欢迎的杂质。
使用点(point-of-use)衰减系统因可于废气在一室内涤气系统中稀释之前，先行由该废气流除去污染物，而添加了几许的冗余、可靠性、及耐受性。结合及稀释该室内系统中的废气因数个原因而产生不利结果，该等原因包含但不限于因待处理的气体的大量及稀释体积而减少的衰减效率， 及增加了不期望的副反应、粒子形成、及室内涤气导管系统中的腐蚀等风 险的发生机会。此外，该室内涤气技术的失效对个人、厂房、及环境，都 会呈现出实质上安全毒物。因此，使用点衰减系统与室内涤气系统的结合， 会添加与半导体制造业的关键安全标准实务的冗余度及可靠信。
热反应器越来越常用来处理废弃流，以分解这些有毒物质，而将其转
换为较低毒性的形式。例如，在2004/11/12提出申请的待审的美国专利申 请号謂87，921(发明人Ho-Man Rodney Chiu等人，标题"Reactor Design to Reduce Particle Deposition During Process Abatement")中所揭露的改 良热反应单元，令至少95%(较佳至少99%的)含有而不限于以下成分的废 物成分衰减CF4、 C2F6、 SF6、 C3F8、 C4F8、 C4F80、 SiF4、 BF3、 BH3、 B2H6、 B5H9、 NH3、 PH3、 SiH4、 SeH2、 F2、 Cl2、 HCI、 HF、 HBr、 WF6、 H2、 AI(CH3)3、酒精、氧化剂(如03、 NF3及CIF3)、 一级及二级胺、酸性 气体、有机硅烷、有机金属化合物、及卣化硅烷。重要的是，该改良热反 应单元的分解清除效率(decomposition removal efficiency, DRE)是大于 99% ，且其设计为可降低不期望的反应产物(例如氧化硅)在该热反应单元内 的沉积。
随着热衰减技术的发展，热反应器的安全、可靠性、监测与控制特征 亦跟着发展。安全特征尤其为要，因为在热反应器中废弃气流的衰减的促 进是通过导入燃料(如甲烷、天然气及/或氢气)于热反应器以用于燃烧及氧 化。由该等燃料的燃烧而产生的高温，有助于分解内部的废气流的有毒物 质。明显地，监测及控制组成成分，为将反应器或反应器外壳的内因燃料 泄漏而发生灼烧及爆燃的风险降到最低所必须，而该反应器是否可有效地 令废弃气流衰减亦然。
因此，对热反应器提供改良的安全、监测与控制特征是有益的，以确 保个人安全，并且改良衰减制程的效率。

发明内容
监测及控制特征的热反应器及其他衰减处理。
在一态样中，本发明有关于一种用以由废气中除去污染物的装置，该
装置至少包含
(a) 热反应器，其具有一热反应室；
(b) 至少一燃料入口，其与该热反应室为液态连通，以注入燃料气体；
(c) 点火装置，其设置于或位于该热反应室内；
(d) 至少一燃烧器喷嘴，其设置于或位于该热反应室内，其中该至少一 燃料入口是与该至少一燃烧器喷嘴为液态连通；
(e) 至少一废气入口，其与该热反应室为液态连通，以注入一废气；
(f) 控制器；及
(g) 至少一额外成分，其是由火焰感测器，可燃气体感测器，及燃料推 进器所组成的群中选择。
在另一态样中，本发明有关于循序操作具有热反应室的热反应器的启 动方法，该方法至少包含
(a) 确信至少一警报构件可操作；
(b) 确认在水循环槽中再循环的水量，该槽设置于该热反应室的下流， 其中该再循环的水量是介于最小量与最大量之间；
(c) 测量该水循环槽的顶部空间温度，其中该温度在启动前应低于门槛 值温度；
(d) 以 一惰性气体净化该热反应室 一段足够的时间，以实质上除去存在 的可燃性气体；
(e) 点燃 一点火装置，其设置于或位于该热反应室内；
(f) 将燃料流入该热反应室；
(g) 点燃流入该热反应室的燃料；
(h) 确信该点火装置已点燃流入该热反应室的燃料；及
(i) 将一废气流入该热反应室，直到至少部份已在其中分解， 其中该热反应器可安全地及有效地由废气除去污染物。 本发明的其他态样及优点可由下文揭露及所附权利要求，而获得完全
的了解。


图1是根据本发明的热反应单元、入口转接器、及下游室的剖面图。 图2是根据本发明的入口转接器及火焰感测器的立体图。 图3是根据本发明的入口转接器及火焰感测器的剖面图。
图4A是根据本发明的火焰感测器的致动器的剖面图，其中该致动器关闭。
图4B是根据本发明的火焰感测器的致动器的剖面图，其中该致动器 开启。
图5是根据本发明的本质安全的可燃气体感测器的构成示意图。 图6是根据本发明的燃料推进器管路的构成示意图。 图7A至图7F呈现一流程图，其绘示根据本发明的控制平台的实施例。 图8绘示红外线热堆(TPIR)侦测系统的输出。
主要元件符号说明
10入口转接器12氧化剂入口
14废弃气流入口16前导
化顶板20燃料入口
22燃烧器喷嘴30热反应单元
32热反应室34热反应器壁
50辐射导管52净化气体入口
54致动器56辐射感测器
■下游冷却室102喷水构件
120主要封罩122排气封套
125电封套140循环槽中的水位
145循环槽的顶部空间148 主要密封气孔
150可燃性气体感测器200较佳燃料管路
202燃料推进器泵204 调节器206仪表
具体实施例方式
本发明大致有关于一种用以有效地且可控制地分解存在废气流中的污 染物的热反应装置。更特别地，本发明有关于用于该热反应器装置的改良 的安全、监测与控制特征，以确保个人的安全，并且改良衰减制程的效率。
于2004/11/12提出申请的美国申利申请案序号10/987,921，发明人 为Ho-Man Rodney Chiu、 Daniel O. Clark、 Shaun W. Crawford、 Jay丄 Jung丄eonard B. Todd及Robbert Vermeulen,标题为"Reactor Design to Reduce Particle Deposition During Process Abatement",该文献是以引 用的方式并入本文中。
待衰减的废气流包括未经化学转变的由半导体制程所产生的物种，及/ 或导入半导体制程与由半导体制程释放出的物种。本文使用「半导体制程J 一词，意义可广泛理解为包含半导体产品及/或LCD产品的制造中任何及 所有的处理及单元操作，以及涵括在用于半导体及/或LCD制造工厂中所 使用或所制造的材料之处理或加工的操作，以及所有与半导体及/或LCD 制造工厂一起实行的操作，而不涵括主动的制造(其范例包含制程设备的调 节、化学输送线在预备操作时的净化、制程工具室的蚀刻清洁、来自半导 体及/或LCD制程工厂产生的废气的有毒或危险气体的衰减等)。本文使用 的「废气流」及「废弃气流J意义相同。
图1显示一通用热反应器，其具有一热反应单元30及一下游冷却室 100。该热反应单元30包含多个热反应器壁34(其界定一热反应室32)及一 入口转接器10(其包括一顶板18、至少一废弃气流入口 14、至少一燃料入 口 20、燃烧器喷嘴22、 一前导16、及选择性地至少一氧化剂入口 12〉。 该入口转接器包含燃料及氧化剂气体入口 ，以提供富含燃料的气体混合物
予用以破坏该废弃气流中所含的污染物的系统。在一较佳实施例中，该热 反应器壁34由网状陶瓷材料(例如，氧化钇掺杂的矾土)构成。所用的燃料 较佳包含自然气。
在操作上，废弃气流由该入口转接器10所设置的至少一废弃气流入口 进入该热反应室32,及燃料/氧化剂混合物由至少一燃烧器喷嘴22进入该热反应室32。该前导16包含一前导火焰，其用以点燃该入口转接器的燃
烧器喷嘴22,产生范围由约500。C至约2000。C的热反应单元温度。高温 可促进进入该热反应室32的废弃气流中所含的污染物的分解。
在分解/燃烧之后，废气会通过该下游室100,在该下游室100中一水 幕104可用以冷却该下游室壁并抑制微小粒子沉积于其上。在水幕的更下 游， 一喷水构件102设置于该下游室100内，以令气流冷却及除去微小粒 子及水溶性或反应性气体。通过该下游室的气体可以被释放到大气中，或 被引导到另一处理单元(其包括，但不限于液体/液体涤净、物理及/或化 学吸附、活性炭拦截、静电除尘器、及旋风分离机)。
在燃烧启动期间，在前导16点燃低流速(例如，5-8slm的速率)流动的 燃料。在前导成功地点燃之后，该燃料流会以约30-90slm的流速对该燃烧 器喷嘴22开启，以产生分解化学物质(如四氟曱烷)所需的高温。不幸地， 若该前导无法在启动之时点燃且该失误不曾被留意，则随着燃料对该燃烧 器喷嘴的流动的增加，会随的增加在热反应器中产生爆燃的危险。
在本发明的一实施例中，使用一火焰感测器监测点燃及燃烧程序，该 火焰感测器可并入该入口转接器。参照图2及图3, —辐射导管50设置为 通过该顶板18，由此，该辐射导管50的底端会位于该热反应室内部及面 对该前导16的火焰。该辐射导管50较佳为流体沟通于该热反应室，因而 一净化气体(例如于一净化气体入口 52所注入)可持续往该辐射导管50流 动，而减少悬浮微粒在该导管底端内部及/或其之处的阻塞及往回扩散。该 净化气体可以包含干净的干燥空气(clean dry air, CDA)、空气、氮气或氩 气。熟习该项技艺者应了解，本文所教示的该火焰感测器装置的结构及构 造，可以为了用在任何需感测火焰的系统中而#1轻易地进行修改。
一辐射感测器56被设置成经由辐射导管辐射地沟通于热反应室。如本 文所定义者，「辐射沟通J意指来自热反应室的辐射可以由辐射感测器所 侦测出。辐射感测器是被气密地密封住，且为机械地有弹性，并且包括具 有一石英或蓝宝石透镜的一辐射胞室、具有灯电源供应的一灯、与一侦测 器组件。透镜将侦测器隔离开热的反应器大气。用于辐射感测器的光谱范 围较佳是对应于紫外线范围，并且可以在介于约10nm至约400nm (较佳是介于约190nm至约320nm)的范围内。熟习此技艺的人士可以了解的 是，辐射感测器可以使用一不同的光谱范围，是依据使用在热反应室内的 燃料而定。例如，当燃料为天然气时，修关的放射为OHT放射，其是对应 于入-309nm(请参阅Timmerman, B.H.， Bryanston-Cross, P.丄'Dunkley, P., T7 e Sympos/i/m oa Meas〃Av77gf Tec/7/7/々ives // T厂a/ so/7/c a"c/ S"pe厂so/ /'c F/ow Cascades a/7d 7""/t>o/77ac/7/'"es， Cambridge, UK, S印t. 2002, pp. 1-7)。
该辐射感测器可以与一控制器形成连接，而监测来自该辐射感测器的 输入，且回应而产生对种种成分的输出(下文中有更详细叙述)。
为了确保该辐射感测器56并未侦测到错误读数， 一致动器54可并入 该火焰感测器装置。该致动器可提供一自我确认，以判定该辐射感测器56 是否正确地操作。在操作中，当该致动器54关闭时(见图4A),来自该热 反应室的辐射即无法穿透该辐射感测器56，其中该辐射感测器56应可侦 测到该火焰信号已消失。之后，该致动器会再度开启(见图4B)，且来自该 热反应室的辐射会通过该辐射感测器56,其中该辐射感测器56应可侦测 到该火焰信号再度出现。熟习该项技艺者可轻易地判定致动器关闭-致动器 开启循环的时机。该致动器较佳可开启约30秒而关闭约3至约5秒，该
循环会在整个热反应器的启动及操作持续发生。
在启动之时，该火焰感测器会上线(on-line)，以感测在热反应室内辐
射产生的火焰的出现，该火焰可确信已成功地点燃了该前导。若侦测到该 火焰，通往该燃烧器喷嘴的燃料流即会开始。若在启动之时未侦测到辐射 产生的火焰，该控制器则应令一警报作用，且停止燃料流以将反应器内的 爆燃危机降到最低。
除了在启动时感测该火焰的重要性以外，该火焰感测器应在整个衰减 程序中操作，以确保该火焰不会不慎熄灭。与启动相似的是，若该火焰感 测器侦测到该火焰已消失(除了自我确认开启以外之时)，该控制器应令该 警报作用，且停止燃料流，以将反应器内的爆燃危机降到最低。
在本发明的另一实施例中，可以在该热反应器外部且接近该热反应器 且与主要密封气孔极接近之处，操作一种本质上安全的自燃性气体感测器。参照图1,该热反应器及可燃性气体感测器较佳设置在一主要封罩120内，
其中该可燃性气体感测器150设置于该热反应器外部且位于近处，且与该 主要密封气孔148极接近。
一主要封罩120大致包含一电封套125及一排气封套125。该电封套 隔离开该排气封套，且持续地以氮气净化，令可燃性气体本质上不通过。 相反地，位于该热反应器、燃料控制板及其他装置设置处的该排气封套， 会与该主要封罩内可侦测可燃性气体且万一燃料泄漏即可产生反应的位置 对应。r本质上不通过」在本文中的定义，意指在特定区域仅可侦测到低 于0.1%(较佳为低于0.05%)的有效可燃气体分子。
在该排气封套122内为数个使用电力来操作的零件，该等零件的能量 超过点燃存在的气体成分所需的最低能量。就其本身而论， 一可燃气体感 测器设置在该排气封套内，以侦测燃料泄漏及当侦测到泄漏时除去所有可 能的燃烧源(电能)，是很重要的。
不幸地，先前技艺的可燃气体感测器使用大量的电能(即一气体泄漏 时，其可以作为点燃来源)。此外，现今市面上的设计为用在危险环境的感 测器既笨重又昂贵。因此，可提供改良的可燃性气体感测器在该项技艺中 是一项重大进步，其中该改良可燃性气体感测器具有较小占地面积、较可 负担购买得起、且为较低耗能、为本质上安全的感测器。
本文界定的「低耗能感测器」是有关于感测装置，其可利用由本质上 安全的障壁所提供的一能源输入，且可维持在所用燃料的点燃能量以下。 本文界定的r本质上安全J是有关于用在爆炸或可燃环境中电子装置的能 量限制等级。「本质上安全的方法J意指在排气封套中可得的能量或其等 效物低于所需点燃其中燃料的能量。
本发明的可燃气体感测器具有置于该排气封套122中的二元件 一加 热元件及一感测元件。该加热元件可用以维持该感测元件于用以感测的最 理想温度。该感测元件对待感测的可燃气体是高度敏感的。较佳位于该电 封套125(见图5)中的二本质上安全障壁，可用以隔离该等可燃气体感测器 的元件。例如，本质上安全的障壁1 (例如齐纳二极管)可用以提供能源至该 加热元件，而本质上安全的障壁2(例如电位计隔离器)可用以监控该感测元件的电阻。该感测元件可产生一模拟信号，其中该模拟信号与所侦测的可 燃性气体浓度成正比。
图5绘示本发明的可燃性气体感测器的电子概要图实施例。该可燃性 气体感测器150(包含该加热元件及该感测元件)设置在靠近该排气口的该
排气封套122内。本质上安全的障壁1(例如齐纳二极管)可提供很少的能量 给该加热元件。本质上安全的障壁2(例如电位计隔离计)可监测该感测元件 的电阻，其中量得的电阻会与该可燃性气体成正比。本质上安全的障壁2 可传送一模拟信号至一电压比较器。
若所侦测得可燃性气体浓度判定为过高，则会致动机器紧急停止 (emergency machine off, EMO)。机器紧急停止(EMO)是一程式，其中所 有位于该排气封套内的电子零件会突然停机，包含点燃源、燃料流动、氧 化剂流程、废弃气体流程、及水的流程。重要的是，关于EMO致动的门 槛值会对应至点燃燃料气体所需的浓度，然而该门槛值较佳低于该点燃浓 度的四分之一(更佳低于十二分之一)。例如，关于甲烷气侦测及警报的门 檻值可固定于1000ppm，这可对应至曱烷在空气中可点燃的浓度的五十分 之一浓度。重要的是，所选择的门槛值应同时足以令背景效应最小化。
与火焰感测器类似的是，该可燃性气体感测器的第二输出(故障状态) 应可沟通地连接于该控制器，并且若感测到故障(例如电缆断开)，可以听 到警报声、该燃料流会停止、及初启一延迟停机。该可燃性气体感测器较 .佳为持续上线的。
巧的改良，该新式可燃性气体感测器包含至少二本质上安全的障壁。 一旦 装设完成，该排气封套可安全地监测燃料的泄漏，因为该可燃性气体感测 器及其相关零件无法作为点燃源。熟习该项技艺者应了解，本发明的本质 上安全的可燃性气体感测器可被应用于任何装置或方法，其中该本质上安 全的可燃性气体感测器具有二本质上安全的障壁，而可安全地监测可燃性 燃料的浓度。
在本发明的另一实施例中，可控制燃料火焰的稳定度，以维持该热反 应器内的稳定燃烧。在操作上，燃料会由燃烧器喷嘴22进入该热反应室(见图1)。当燃料由该燃烧器喷嘴释出时，该燃料会点燃，释放出大量的热。 高温可促进进入该热反应室32的废弃气流中所含的污染物的分解。有关先 前技艺的热反应器的严重问题， 一直以来都是如何维持来自该等燃烧器喷 嘴的稳定燃烧火焰，该火焰易受因燃料在制造工厂中的分布缺点及该热反 应室内静态气压的改变的影响。例如，该燃料线通常会馈入工厂内的其他 制程，且因而燃料对该热反应器的分布会随着时间而波动。火焰品质的改 变会影响该热反应室内可达成的温度，其相伴地影响其中的废弃气流分解 的效率。先前技艺的火焰稳定器可供使用，然而过于昂贵。因此，对该项 技艺而言，通过控制该燃料馈给气压及因此而控制火焰的稳定度，而可经 济地维持且控制该热反应器的效能，是一项重大的进步。
直至结束，较佳燃料管路200的一实施例包含一燃料推进器泵202， 其设置于该热反应器的燃料源与入口转接器10间的燃料管路内，其中该燃 料推进器泵202可提高燃料的压力(见图6)。在操作中，该泵202会由该 燃料源汲入燃料(例如，当燃料线压力仍低时)或驱使燃料往下游移动。在 通过该泵202之后，燃料进入一仪表206。该仪表206较佳为质量流量计 (mass flow meter, MFM),其可测量每单位时间流经的气体的重量或莫耳 量，及提供与质量流动速率成正比的电压输出。该仪表206下游是一调节 器204,其使通过该前导及燃料线(各燃料线会将燃料分布到至少一燃烧器 喷嘴)的压力下降，及维持稳定的下游气压。本发明的推进器泵包含气动式、 供电式或液压式供能的泵，其具有离心、刷新或膜片抽吸构件。
典型上，缺乏一推进器泵时，燃料会以低于1psi的压力注入该燃烧器 喷嘴，且会持续波动。当该燃料推进器泵并入燃料管路时，燃料压力会以 由约1 psi至约3 psi的范围推进，及接着在通过该燃烧器喷嘴之前，在调 节器下降至低于1psi。重要的是，在后者实施例中， 一稳定且一致的燃料 气压会由该燃烧器喷嘴流动，及该热反应室内的废气吸引及/或静态气压的 改变不容易影响该火焰的稳定度。
除了即时维持火焰稳定度以外，燃料推进器泵、MFM及调节器皆可连 通地连接至该控制器，由此，该燃料的压力，及接着该燃料的流动，皆可 控制以维持燃料向该燃烧器喷嘴的恒定流动。例如，若燃料推进器泵上游的燃料线的压力低的话，泵的每分钟转速会增加以为了由燃料线吸入燃料。 类似地，若燃料推进器泵上游的燃料线的压力高的话，该泵每分钟的转速 会减少以驱使燃料往下游移动。重要的是，该推进器泵的每分钟转速是可 控制，是故调节器上游的压力总是大于调节器下游的压力。
或者，当燃料线的压力太高时，例如，大于15 psi， 一流量控制器(mass flow controller, MFC)或针状阀则会取代该推进器泵202及MFM206。
应注意的是， 一系列的阀及其他控制器可设置于燃料源与该燃烧器喷 嘴之间，例如，压力调节阀、逆止阀(check valve)、关闭阀(shut-off valve)、 隔离阀、过压释;^欠阀、流量控制阀、逆止防爆阀(flashback arrestor)等，
其皆为熟习该项技艺者所欣然界定者。
在本发明的另 一实施例中，为了安全冗余而使用至少二控制器操作的 连续模式，是被揭露以用于一热衰减反应器装置。熟习该该项技艺者应了 解，改良操作的连续操作模式不受限于热衰减反应，而可以适当地被变更 以用于其他衰减工作。
先前技艺的热反应器控制器会依赖用于所有安全连锁的硬体(例如继 电板等)。然而，硬体连锁需要复杂的电线路，且无法轻易地修改或应用于 任何其他用途。
本发明通过利用 一控制平台而克服了先前技艺的硬体连锁的缺点，其 中该控制平台包含至少二控制器以监测及控制该热反应器装置中的零件的 所有关键操作及处理。该等控制器可写入程式而有系统地遵照一系列有顺 序的操作，以在往前到该顺序下一步之前，先行确信各特定零件可适当地 运作。该控制平台可循序监测该热反应器的启动，及在衰减期间继续监测 该反应器，以确保负面条件未产生。
若在启动时判定一零件为不当操作，则警铃及警示会致能，且停止启 动，直至清除该负面条件为止。若该控制平台判定一零件在衰减期间为不 当操作，警铃及警示会致能，且会令该热反应器处于安全状态，例如燃料 流、点燃源、废弃气体等的停止。
出人意料的是，本文所揭露的控制平台可令该热反应器立即发生热停 机，且残余的热流通量不会对下游的反应器装置造成伤害。即，在热停机及触发装置停机的问题修正之后，该热反应器立即重新启动。这样的设计 对过去的热衰减反应器是重大的改良，因过去的热衰减反应器在热停机之 后(例如，因意外的能源中断或紧急停止)，再来的操作会因为热对下游装 置造成的伤害而屡次变得不安全或不稳定。本文描述的该热反应器的立即 重新启动是可行的，因为热反应器包含多个网状陶瓷壁34，其中该些网状
陶瓷壁34具有较低热质量且在通过液体(例如，CDA)流经该等壁孔时仍可
持续冷却。此外，因为冷却时间很短，改良的热反应器的设计可减少预防 的维持时间(及成本)。
如上文所引用的，该控制平台包舍至少二控制器(较佳为可以程式控制 的控制器)，以监测及控制该热反应器装置中的零件的所有关键操作及程 序。本文所定义的「控制器」，可控制至少一自动化系统及/或程序。业主 的软体程式可用以作为控制器与该自动化系统的介面，及/或使用电晶体、 开关、继电器及其他管路系统的程序。控制器通道规格包含完整数量的输
入及输出。用于一控制器的多个预期输入包含，而不限于DC、 AC、模 拟、热电偶、抗热装置(resistant thermal device, RTD)、频率或脉冲、电 晶体及岔断。用于一控制器的多个预期输入包含，但不限于DC、 AC、 继电器、模拟、频率或脉冲、电晶体及三端可控硅元件。大致利用的软体 程式语言包含，但不限于lEC61131-3、顺序功能图(sequential function chart, SFC)、功能方块图(function block diagram, FBD)、阶梯图(ladder diagram, l_D)、纟吉^H匕文本(structured text, ST)、 4旨令歹'表(instruction list, IL)、继电阶梯逻辑(relay ladder logic, RLL)、流程图、C及BASIC。
该二控制器较佳配置为彼此独立操作，以确保该热反应器装置的适当 操作。控制器1 (下文中称作「 CTRL1 J )用以监测及控制该装置的启动及操 作，及控制器2(下文中称作「CTRL2」)设计为致能该关键项目(其包含在 装置启动及操作之时的水流、前导火焰操作、火焰流及循环泵)。若CTRL1 标示一零件或操作错误时，会取决于操作的零件及阶段，而经由一特定保 持样态或完全停机来指令该控制平台。若CTRL2标示一零件或操作错误 时，该控制平台即不致能该零件的操作，且该控制平台会与以一延迟停机 状态退出关键警报。应了解的是，对于关键项目，CTR1会辨识该零件为无法操作。然而，若CTRL1无法辨识这样的无法操作，CTRL2则提供备 份检查给终止启动或所持续的操作。
参照图7A至图7F,揭露了一种该控制平台的最佳模式。参照图7A， 该启动顺序包含适当活化EMO(紧急机器停止)及关键警报适当作用的确 认。检查在循环槽中的水位(见例如图1的参考号码140),以确定其未高于 最高允许高度。若水位超过最高允许高度，则会适当地调整水的高度。重 要的是，可通过CTRL1来完全监测及控制图7A所揭露的顺序。
参照图7B, CTRL2可判定在循环槽中的水的高度是否高于最少需要 量，及若不是的话，则致能水流。可注意的是，若水位高于最少需要量， CTRL2将不会致能水流，因为不需要。接着，CTRL1会判定该循环槽中 的水位是否高于最少需要量。若不是的话，会将该循环槽填满到高于最低 高度。重要的是，若CTRL2未在早期步骤中致能水流，则水无法在循环槽 中流动。
一旦循环槽中的水位适当，则活化水循环且检查水流开关。接着，会 再检查该循环槽的顶部空间145的温度(见图1)。若该顶部空间145温度 高于预设门槛值(例如，在由约50。C至约8CTC的范围时，较佳为65。C时)， CTRL1则不会前进到下一个步骤。接着，CTRL2会再检查该顶部空间145 的温度。之后，会开始点燃前导。在点燃之前，该反应器必须使用一惰性 气体(如氮气)净化，以本质上除去任何该反应器在最近停机之后所残留的 残余气体。这在该反应器使用EMO停机时会特别地重要，由此关键项目(如 燃料流、废弃气体流及点燃等)会立即因为在启动或操作时所侦测到的负面 条件而停止。本文所定义的r本质上除去J,意指在净化时至少移去95%(较 佳为至少99%〉的残余气体。该反应器可使用约50标准公升至约200标准 公升的惰性气体(例如氮气)来进行净化，较佳为约100标准公升的气体。 该反应器较佳使用适当的净化气体量来进行净化达一时间长度，其中该时 间长度是适合确保在该反应器内至少3回(较佳为至少5回)的气体。
参照图7C，在检查CDA(清洁干燥空气体)流之后，CTRL2会证明该 前导点燃器可用于点燃，而令该前导燃烧。关于点燃的配置，如同通过 CTRL1所控制般，会取决于该热反应器装置是否需要使用富含氧气的空气(oxygen enriched air, OEA)以用于燃烧程序。必须注意的是，若CTRL2 不在较前面的步骤致能了该前导点燃器，则将不会进行点燃。之后，必须 检查该火焰(例如使用上述的火焰感测器)，以证明该前导已点燃。仅在已 成功点燃该前导之后，CTRL2才会致能燃料及废弃气流。重要的是，CTRL2 不会主动地开启至适合入口的燃料流及废弃气流，而却会令CTRL1在适合 时开启该流。
参照图7D, CTRL1会检查与装置下游的刷新构件相关的湿气抑制。 之后，会检查该第二阶段及入口 CDA(或OEA)。重要的是，在该顺序的阶 段，废弃气流尚未进入用以衰减的热反应器中。在废弃气体注入之前，由 生产线末端(end-of-the-line)逸出的废气气压，必须与进入该热反应器的气 压相比，以查明该系统内部是否堵塞，例如二氧化硅在入口处堆满等。较 佳地，向内气压应约等于向外气压，表示不存在显著的堵塞。例如，压力 的改变较佳应低于2英吋的水，较佳为在由约0.25英吋至约0.50英吋的 范围之间。
参照图7E,点燃及检查该燃烧器喷嘴(例如使用火焰感测器)，以证明 该前导火焰可适当地点燃该燃烧器喷嘴。若该前导无法点燃由该燃烧器喷 嘴流入的燃料，及/或该燃烧器喷嘴的火焰会在之后熄灭，则在该热反应器 内会存在潜在的危险情况。通过点燃该燃烧器喷嘴、关闭该前导火焰及使
用该火焰感测器来证明已侦测过该火焰(例如该燃烧器喷嘴火焰)，即可完 成这样的检查。在这个阶段，假设所有先前的步骤皆可确定地证明该前导 已点燃，则该燃烧器喷嘴会熄灭，且该系统可随时处理废弃气体。
参照图7F,上游工具要求衰减，则会点燃该燃烧器喷嘴，及来自该工 具的废弃气流会注入待处理的热反应器。重要的是，在此顺序中废弃气流 是通过CTRL2而被先行致能(见例如图7C)。剩下的顺序包含衰减及停机， 若要求的话。熟习该项技艺者应了解，本文描述的热衰减反应器会令由多 晶圆制程工具或备份替代使用点衰减工具所排放的废弃气流衰减。
应注意的是，许多其他的检查/证明可并入该制程控制顺序中，其包含， 但不限于维持循环槽的水位在预设最高及最低的高度的逻辑、监测该火 焰感测器的可操作性的逻辑、及监测该热反应器所有零件的使用而当特定零件必须预先保养时即发出信号的逻辑。
在图7A至图7F中可枚举的步骤顺序，可确保该热反应器可有效率且
安全地操作。通过利用二独立的控制器可达成安全冗余，其中一控制器控 制该热反应器的启动及操作，及另一个则仅令关键项目进行操作。
在再另一实施例中，会改良该热衰减反应器以用于智慧型衰减。大致 上来说，该实施例量化了废弃气体在一段特定时间内进入该热反应器的量。 在本发明之前，无法即时判定该热反应器要处理多少的废弃气体。如同这 样的即时信息有大幅助益，因为该热反应器的关键项目可依回应而调整， 以令衰减效能最佳化且降低操作成本。
智慧型衰减实施例的必要零件包含一侦测器系统，例如美国专利案第
6,617,175号(颁证日2003/09/09,发明人Jose Amo)中揭露的红外线热堆 (infrared thermopile, TPIR)侦测器，该文献以引用的方式并入本文中。熟 习该项技艺者应了解，该侦测器系统不限于TPIR，任何类型可用于所需分 析的电磁辐射侦测器皆可行。
该TPIR输出包含一方波改变(例如见图8),其中所纪录的各方波代表 已完成处理的一个晶圆。因此，方波总量等于完成处理的晶圓的量。了解 每一晶圆所产生的废弃气体的量及已完成处理的晶圆的总量，可计算因上 游制程工具随时间而产生的废弃气体的总量。完成处理的晶圆量会正好与 所产生及处理的废弃气体量成正比。
该侦测器系统可连通地连接至一控制器。在实际应用上，由该TPIR 或其他分析装置所产生的分析信号会通过该控制器捕捉，其中该控制器可 因此而调整该热反应器的操作。例如，该燃料流及/或氧化剂流可以依所产 生的废弃气体的量而改变，及预先保养周期应可以基于所处理的晶圆量而 排程。
特别的是，该控制器可设计程式为，「计数」使用适当逻辑的晶圆， 其中该逻辑是r计数」方波。例如，该控制器可设计程式为，当TPIR电 压输出超过某一值(例如约0.25伏特)达一特定时间(例如1分钟)时，即将 其「计数J变数增量1，及接着会降到一特定底限值。
因此，该TPIR或其等效物与一控制器的连通，可允许智慧型衰减，由此该热反应器可即时调整以有效且安全地令废弃气体衰减。
虽然本文已参照绘示实施例及特征多方面地描迷本发明，然应了解， 本文教示的该等实施例及特征不限制住本发明，且基于本文所揭露者，熟 习该项技艺者可构想出种种变化、改良及其他实施例。因此，本发明将被 广泛地解读，其是与权利要求范围一致。
权利要求
1. 一种系统，其至少包含控制器；反应室，调适成通过该控制器进行控制；导管，导入该反应室；前导，设置于该反应室内的导管第一端；感测器，设置于该反应室外面的导管第二端，其中该反应室耦合至该控制器，及调适成提供一指示至该控制器以指明该前导是否点燃；及致动器，操作以开启及关闭该导管。
2. 如权利要求1所述的系统，其中上述的控制器调适成基于来自该感 测器的指示，而操作该反应室。
3. 如权利要求1所述的系统，其中上述的感测器是紫外线感测器。
4. 如权利要求1所述的系统，其中上述的致动器调适成避免当导管关 闭之时，来自火焰的辐射到达该感测器。
5. 如权利要求1所述的系统，其中上述的致动器调适成令该导管在一 开启状态与一关闭状态之间循环。
6. 如权利要求5所述的系统，其中上述的控制器调适成通过比较该导 管的实际状态与来自该感测器的指示，而测试该感测器。
7. 如权利要求6所述的系统，其中上述的致动器调适成令该导管在一 开启状态与一关闭状态之间，以对该控制器熟知的规定速率循环。
8. 如权利要求1所述的系统，其中上述的反应室包括燃烧器喷嘴，其调适成提供燃料至该反应室及通过该前导点燃，及其中该感测器再调适成提供一指示至该控制器以指明该燃烧器喷嘴是 否已点燃。
9. 如权利要求8所述的系统，其中上述的控制器调适成基于该燃烧器 喷嘴是否已点燃，而令该反应室停机。
10. —种系统，其至少包含第一封罩，包含一反应室； 第二封罩，与该第一封罩联合；感测器，位于该第 一 封罩内及调适成侦测该第 一 封罩内的可燃性气体； 加热器，位于该第 一封罩内及维持该感测器于一规定温度； 第一障壁，位于该第二封罩内、耦合至该感测器、及调适成限制供入该感测器的能源量为低于一可燃性气体点燃能量大小；及第二障壁，位于该第二封罩内、耦合至该加热器、及调适成限制供入该加热器的能源量为低于该可燃性气体点燃能量大小。
11. 如权利要求10所述的系统，其更包含控制器，调适成接收来自该第一障壁的信号，及若该信号指明该可燃 性气体的浓度高低超过一规定门槛值，即令该反应室停机。
12. 如权利要求11所述的系统，其中上述的控制器包括电压比较器。
13. 如权利要求10所述的系统，其中上述的第一封罩包括排气孔。
14. 如权利要求13所述的系统，其中上迷的感测器设置为接近该排气孔。
15. 如权利要求10所述的系统，其中上述的第二封罩以不可燃气体填充而进行净化。
16. 如权利要求10所述的系统，其中上述的感测器包括抗热感测器。
17. 如权利要求10所述的系统，其中上述的第一障壁包括电位计隔离器。
18. 如权利要求10所述的系统，其中上述的第二障壁包含齐纳二极管。
19. 如权利要求10所述的系统，其更包含第三封罩，其容纳该第一及 第二封罩。
20. —种系统，其至少包含第一封罩，包含一反应室； 第二封罩，与该第一封罩联合；感测器，位于该第 一 封罩内及调适成侦测该第 一 封罩内的可燃性气体； 障壁，位于该第二封罩内、耦合至该感测器、及调适成限制供入该感测器的能源量为低于可燃性气体点燃能量大小；及控制器，调适成接收来自该障壁的信号，及若该信号指明该可燃性气体的浓度高底超过规定门槛值，即令该反应室停机。
21. —种系统，其至少包含 共享燃料源；燃料管路，耦合至该共享燃料源及调适成提供稳定的燃料流，其中该 燃料管路至少包含仪表，判定该燃料管路内的压力量值； 泵，产生该燃料管路内的压力，及 调节器，调整该燃料压力为一规定压力；及入口转接器，耦合至该燃料管路及调适成接收燃料及供应该燃料至反 应室。
22. 如权利要求21所述的系统，其中上述的燃料管路更包括 控制器，耦合至以下至少一个该仪表、该泵、及该调节器，及基于来自该仪表的信号而调适成控制该泵及该调节器中至少一个。
23. 如权利要求21所述的系统，其中上述的共享燃料源调适成供应燃 料至复数个系统。
24. 如权利要求21所述的系统，其中上述的仪表是质量流量计，其适 调为提供一信号，该信号指明流经该燃料管路的燃料量的多寡及速率。
25. 如权利要求21所述的系统，其中上述的泵包括燃料推进器泵，其 调适成由该共享燃料源汲入燃料。
26. 如权利要求21所述的系统，其中上述的泵包括压缩器，其调适成 加压该燃料管路内的燃料。
27. 如权利要求21所述的系统，其中上述的调节器包括压力调节器， 其调适成令由该共享燃料源所供应的燃料压力，降低至该规定压力。
28. 如权利要求21所述的系统，其中上述的调节器包括压力调节器， 其调适成以该规定压力提供燃料至该入口转接器。
29. —种设备，其至少包含燃料管路，耦合至一共享燃料源及调适成提供稳定的燃料流，其中该 燃料管路至少包含仪表，判定该燃料管路内的压力量，泵，产生该燃料管路内的压力，及 调节器，调整该燃料压力至一规定压力。
30. —种系统，其至少包含 衰减系统，包含一反应单元；第一控制器，调适成监测该反应单元的多个零件；及第二控制器，调适成监测该反应单元的无关于该第 一控制器的多个零件；其中该第二控制器再调适成若该第二控制器可证明存在一或多个规定 操作条件，则令受监测的多个零件通过该第一控制器操作，及其中该第 一控制器再调适成若该第 一控制器证明该等规定操作条件且 该第二控制器可令该等受监测零件进行操作，则操作该等受监测零件。
31. 如权利要求30所述的系统，其中上述的受监测零件包括一紧急机 器停止零件。
32. 如权利要求30所述的系统，其中上述的受监测零件包括循环槽及 相联的水流零件。
33. 如权利要求30所述的系统，其中上述的受监测零件包括前导点燃 器及相联的气流零件。
34. 如权利要求30所述的系统，其中上述的受监测零件包括前导火焰 感测器，及相联的燃料及废弃气流零件。
35. 如权利要求30所述的系统，其中上述的第一及第二控制器遵守一 预定顺序以开启该反应单元的操作。
36. 如权利要求35所述的系统，其中上述的预定顺序至少包含(a) 使用该第 一控制器证明紧急停机系统可操作；(b) 使用该第二控制器再证明该紧急停机系统可操作及令该第 一控制 器进行系统启动；(c) 使用该第 一控制器进行系统启动；(d) 使用该第 一控制器证明在水循环槽中的再循环水量，其中该水循环 槽^f立于该反应单元下游；(e) 使用该第二控制器再证明再循环水量，及若再循环水量低于最低 量，则令该第一控制器将水流入该水循环槽；(f) 若该再循环水量低于该最低量，使用该第一控制器将该水循环槽填 充至高于该最低量的高度；(g )使用该第 一控制器进行系统启动；(h) 在启动之前，先行使用该第一控制器证明该水循环槽顶部空间的温 度低于门檻值温度；(i) 使用该第二控制器再证明该顶部空间温度低于该门槛值温度，及令 该第 一 控制器以系统启动继续进行；(j )使用该第 一控制器进行系统启动；(k)使用该第一控制器，以一惰性气体净化该反应单元达足够时间，以 本质上除去存在的可燃性气体；(l)使用该第 一控制器证明清洁干燥的空气CDA流；(m)使用该第二控制器再证明CDA流，及令该第一控制器点燃位于该 反应单元内的前导；(n)使用该第 一控制器点燃该前导；(o)使用该第 一控制器证明该前导的点燃；(p)使用该第二控制器再证明该前导的点燃及令该第 一控制器使燃料 流产生流动；(q)使用该第 一控制器令燃料流入该反应单元；(r)经由该前导点燃流入该反应单元的燃料；(s)使用该第 一控制器证明该前导已点燃流入该反应单元的燃料；(t)使用该第二控制器再证明该前导已点燃流入该反应单元的燃料及令该第一控制器使废弃气体流入该反应单元；及(U)使用该第 一控制器将该废弃气体流入该反应单元，以进行至少部份 的分解。 '
37. —种系统，其至少包含 处理工具；侦测器，耦合至该处理工具及调适成产生一指示以指明在该处理工具 中是否已执行处理；及控制器，耦合至该侦测器，及调适成基于来自该侦测器的指示来判定 该处理工具将会产生的废弃气体量。
38. 如权利要求37所述的系统，其中上述的控制器再调适成，基于所 判定的该处理工具将会产生的废弃气体量，而控制一衰减系统的操作。
39. 如权利要求38所述的系统，其中上述的衰减系统的控制操作包括 调整一热反应器内的燃料流速。
40. 如权利要求38所述的系统，其中上述的衰减系统的控制操作包括 调整一反应器内的氧化剂流速。
41. 如权利要求38所述的系统，其中上述的衰减系统的控制操作包括 执行预先保养周期。
42. 如权利要求37所述的系统，其中上述的侦测器包括电磁辐射侦测器。
43. 如权利要求42所述的系统，其中上述的电磁辐射侦测器包括红外 线热堆侦测器。
全文摘要
在一或多个态样中，本发明揭示一种热反应器装置，该装置可用以处理工业废弃流体，例如在半导体及液晶显示制程中所产生的废弃气体。更详细地说，本发明包含一系统，其至少包含控制器、反应室、导管、前导、感测器及致动器，其中该反应室调适成由该控制器所控制，该导管导入该反应室，该前导设置于该反应室内的导管第一端，该感测器设置于该反应室外面的导管第二端，该反应室耦合至该控制器及调适成提供一指示至该控制器以指明该前导是否已点燃，及该致动器可操作的以开启及关闭该导管。本发明亦揭露多个其他态样。
文档编号F23G7/06GK101460782SQ200580039478
公开日2009年6月17日 申请日期2005年11月17日 优先权日2004年11月18日
发明者H·-M·R·秋, 丹尼尔·O·克拉科, 尤斯塞夫·A·劳德, 杰伊·J·荣格, 罗伯特·韦梅伦, 肖恩·W·克瑞福德 申请人:应用材料股份有限公司