专利名称：氟化气体消除装置及消除方法
技术领域：
本发明是有关利用高温等离子体火焰，对半导体洗涤废气体的处 理装置的技术。
背景技术：
地球温暖化主犯中的一个是在尖端产业中所使用的产业气体。其 代表性的气体就是氟化系列气体。比如，这些气体一旦排放到大气中， 就会长期存在于大气中，阻断应该从地表面上排放的红外线，起着提 高地表大气温度的温室气体的效果。所以，国际上正强化对产业中使用的氟化系列气体在排放到大气之前应完全被破坏的国际规制。随着京都议定书从2005年2月16日 开始发效，减少温室气体不仅仅是环境规制，也可以说是经济规制， 对国家经济有很大的影响。在这样的背景下，在很多方面对消除氟化系列气体进行着研究。 其中一个研究就是利用等离子体，把分子离子化生成另一种无害分子 所排放。以有的技术是利用RF Source除去真空中的这些分子。如果在真 空中除去这些分子，即使是一个成功的方法也是，因为附着在真空中 实施的半导体流程线，所以存在着这些RF装备可能会导致阻碍其他 半导体工程装备的顺利进行或者完全瘫痪等问题.以至于，要求与半导体工程流程线无关可在真空外的大气中消除 操作的装置。发明内容本发明所要达到的技术性课题是提供氟化气体消除装置，是用电 磁波供应能量产生等离子体后，给所产生的电磁波等离子体供应气态 或是液态氢气，或者是碳化氢燃料，利用所产生的高温等离子体火焰消除产业体中排放的氟化气体。并且，本发明的另一个目的在于，制作高温等离子体火焰，利用 其火焰把电脑或者是半导体等尖端产业中使用的氟化气体破坏的消除 方法的提供。为了达到如上述目的，为消除已有技术的缺点而进行的本发明中 提供的氟化气体消除装置包括有，从电源供应部得到电力而产生电磁 波的磁电管，传送从上述磁电管发生的电磁波和吸收反射到磁 电管的反射波的循环机，把从被上述循环机传送的电磁波的强度监测 为入射波和反射波的方向性结合器，对于从上述方向性结合器引入的电磁波，调节入射波和反射波的强度，调整电阻的短线调节器；从上述短线调节器传送的电磁波被输 入的导波管；串通导波管而结合，并通过上述导波管输入的电磁波及从外部输 入的涡流气体产生等离子体的放电管；连接在上述放电管一端，往上 述放电管供应涡流气体的涡流气体供应部；布置在上述放电管内部， 为在上述放电管内产生等离子体而供应初期电子的点火部；连接在上 述放电管另一端，往上述放电管内形成的等离子体，供应燃料及废气 体的燃料及废气体供应部。并且本发明，对含有氟化气体的废气体处理方法上，提供的废气 体处理的方法特征包含有，把废气体倒入放电管内，暴露在从电磁管 中产生的电磁波的阶段；利用上述电磁波在放电管形成等离子体火把， 把上述废气体暴露在电磁波火把中氧化形成副产物的阶段。
图1是根据本发明实施的氟化气体消除装置构成的示意图。 图2是根据本发明实施的氟化气体消除装置的一部分结构正断面 示意图。图3是在图2中所示的废气体及燃料注入口的排列结构的正断面 示意图。图4及图5是在图2中所示废气体及燃料注入口的另一个排列结 构的正断面示意6是，根据发明实施例，利用红外线分光分析器(FTIR)测定通 过氟化气体处理装置前三氟化氮(NF3)的浓度变化的分析结果波普 示意7是，根据发明实施例，利用红外线分光分析器(FTIR)测定通 过氟化气体处理装置后的浓度变化三氟化氮(NF3)的分析结果波普示 意8是,根据发明实施例，通过氟化气体处理装置前六氟化磺(SFd 的浓度变化的FTIR波普示意9是,根据发明实施例，通过氟化气体处理装置后六氟化磺(SF6) 的浓度变化的FTIR波普示意10是，根据氮含量的SF6的分解效率示意图表图11是，根据发明实施例，通过氟化气体处理装置前四氟化碳 (CF4)的浓度变化的FTIR波普示意12是，根据发明实施例，通过氟化气体处理装置后四氟化碳 (CF4)的浓度变化的FTIR波普示意13是，根据氮含量的四氟化碳(CF4)的分解效率示意图表。
具体实施方式
为了达到如上述目的，为消除已有技术的缺点而进行的本发明中 提供的氟化气体消除装置包括有，从电源供应部得到电力而产生电磁 波的磁电管，传送从上述磁电管发生的电磁波和吸收反射到磁电管的 反射波的循环机，把从被上述循环机传送的电磁波的强度监测为入射 波和反射波的方向性结合器，对于从上述方向性结合器引入的电磁波，调节入射波和反射波的 强度，调整电阻的短线调节器；从上述短线调节器传送的电磁波被输 入的导波管；串通导波管而结合，并通过上述导波管输入的电磁波及从外部输入的涡流气体产生等离子体的放电管；连接在上述放电管一端，往上 述放电管供应涡流气体的涡流气体供应部；布置在上述放电管内部， 为在上述放电管内产生等离子体而供应初期电子的点火部；连接在上 述放电管另一端，往上述放电管内形成的等离子体，供应燃料及废气 体的燃料及废气体供应部。并且本发明，对含有氟化气体的废气体处理方法上，提供的废气 体处理的方法特征包含有，把废气体倒入放电管内，暴露在从电磁管 中产生的电磁波的阶段；利用上迷电磁波在放电管形成等离子体火把，把上述废气体暴露在电磁波火把中氧化形成副产 物的阶段。以下，参照附图对本发明的组成及作用详细说明 图1是根据本发明实施例的等离子体火焰发生装置构成的概念示 意图。如图l所示，根据实施例本发明主要构成为，等离子体火焰发 生装置为磁电管(IO)，电源供应部(20)，循环器(30)，方向性结合 器(40),短线调节器(50)，导波管(60)，放电管(70)，涡流气体 供应部(80)，点火部(90),燃料及废气体供应部(100),和火焰出 口 (110)。上述，电磁管(10)使用的是能发振IO Mlb 10她带域的电磁波 的电磁管，最好是有能振荡2.45她的电磁波来构成。还有因为电磁管 (10)的效率对温度敏感，可增设冷却装置(图面上未图示)，这个 冷却装置最好是有至少能输送1000升/分钟空气的容量。上述电源供应部(20)组成包含电波电压倍率器和脉冲及直流 (DC)装置，往电磁管(10)供应电力。还有，上述循环机(30)把从电磁管(10)振荡出的电磁波往方 向性结合器(40)输出同时，完全吸收消灭因电阻得不符而被反射的 电磁波能量，来保护电磁管(10)。上述方向性结合器(40)输出通过循环器传送的电磁波的同时， 为了使入射波和反射波的强度能用肉眼来确认，起监控作用。上述短线调节器(50)，对从方向性结合器(40)输入的电磁波，调节入射波和反射波的强度来诱导电阻的符合，使诱导为电磁波的电场在放电管内(70)最大。这里，上述的短线调节器(50)，调节反射 波的强度为入射波的1%以内，等等离子体的生成初始化，即使没有 短线调节器(50)也是反射波的强度会小于入射波的10%。上述导波管(60)是，传送从短线调节器(50)的电磁波到放电 管(70)。上述放电管(70)设置在导波管(60)的终端，提供被通过 导波管(60)输入的电磁波产生等离子体的空间.上述涡流气体供应部(80)，为了生成的等离子体的稳定化和放电 管(70)内壁的保护而供应涡流气体。上述点火部(90),为了等离子体生成的初期电子的供应而构成。上述燃料及废气体供应部(100)，把气态或者是液态氢气，或者 是把碳化氢燃料与废气体一起供应到生成的等离子体，用生成更高温 度和更大体积的等离子体火焰来分解处理生成废气体来构成。还有，根据本发明的废气体消除装置，可增设湿式螺旋器(120)。 这个湿式螺旋器(120)连接在火焰出口 (110)。根据本发明的废气体 消除装置把氟化系列气体变成易溶于水的富产物气体.例如，氟(F) 与氢结合生成易溶于水的氟化氢(HF)。于是，这个湿式螺旋器(120) 连接在火焰出口 (110)溶解消除排放气体。湿式螺旋器(120)可使 用普通型号。图2是导波管(60)和放电管(70)和涡流气体供应部(80)和 点火部(卯)及燃料及废气体供应部(100 )的连接状态的断面示意图。 参照图2,上述导波管(60)是标准型直四角形导波管(长86鹏，高43 鹏)，从短线调节器(50)侧越往到放电管(70)侧，形成其端面积越 缩小的锥形形状，从短线调节器(50)输入的电子波越往放电管(70) 侧，能量密度就越增加。上述放电管(70)，从导波管(60)的终端(61)在导波管波长的 1/8-1/2之间直角贯穿导波管设置，放电管(70)最好是设置在距导 波管(60)的终端(61)相隔导波管波长1/4左右的位置上，并为了 电磁波容易透过而由石英或是铝或者是陶瓷来构成。上述涡流气体供应部(80),为了等离子体的稳定化和从等离子体 保护放电管(70)内部而供应涡流气体，包括第一模块(81)和注入 口 (82)。上述，第一模块(81)具备在与放电管内部的空间(Sl)相 连的另一个空间(S2)内，为了包裹上述放电管(70)的下端部而结 合在导波管(60)。这些第一模块(81)由金属构成，或者是由金属或 金属合金来组成的未图示的被覆层设在内面或者是外面来阻断电磁 波.上述，注入口 (82)至少一个以上是，设置为对第一模块(81) 的圆柱方向有等角间距，并从第一模块(81)外侧越往内侧是越上向 倾斜。通过这些注入口供应的涡流气体，在放电管内(70)产生涡流 稳定化等离子体，可防止由等离子体的放电管(70)内部的损伤，从 这个注入口 ( 82 )注入的涡流气体起着氧化由燃料及废气供应部(100 ) 供应的燃料和氟化气体的氧化剂作用。这些涡流气体一般在空气，氧 气、氮气、氩气中至少可选择一个以上气体来使用。上述点火部(90)，为初期等离子体的生成，在放电管(70)内供 应电子。这个点火部(90)具体有， 一双鴒电极(91， 92)设置在放 电管(70)内部，为了防止第一模块(81)和电极间形成拱，用感应 电管(93)围住上述电极(91, 92)。另一面，上述一双鵠电极(91， 92)尾端最好维持0.1~50咖的放电间距.上述燃料及废气供应部(100),可向生成等离子体供应氢气或者 是碳化氢燃料和废气，废气可被具有更高温度和更大体积的等离子体 火焰(Fl )氧化分解。其燃料及废气供应部具体包括有，第2模块(101 )， 气体注入口 ( 102 )和气体混合装置(103 )。上述气体混合装置(103 ) 为了使废气主成分的氮气和氧气，氟化系列气体和气相或是液相氢气， 或者是碳化氢能更好的相混融，具有充分长度的长管内插入网(104) 或者是珠子(105)的结构。半导体洗涤废气的污染物必须通过，在上面提示的高温等离子体 火焰，并且接触到高温等离子体火焰的瞬间被分解。所以，氟化系列 气体污染物再也不会留在排放气体当中。上述第2模块(101)设置在导波管(60)上部能与放电管(70)上端部相结合，其内部具有和放 电管内(70)部空间(Sl)连续着的另一个空间(S3)。并且，笫2 模块(IOI)上端被开放着，可提供生成等离子体火焰(Fl)喷出的火 焰出口 (110)。还有，若上述放电管(70)和第1、 2模块(81, 101)相结合，第 1、 2模块(81， 101)的具备空间(S1，S2，S3)被连续形成一个大空间。 这些第2模块(101)或者是由金属构成，或者是由金属或金属合金被 覆层覆盖在内面或者是外面来阻止电磁波.上述气体注入口 (102)起的作用是往具备在第2模块(101)的 空间(S3)注入氢气或是碳化氢燃料及废气。至少有一个以上的气体 注入口 (102)对第2模块(101)的圆柱方向以等角度间距设置。被 这些气体注入口 (102)注入的气体，可使用氢气或者使用液相或汽相 曱烷、乙烷、丙烷、丁烷等碳化氢燃料。图3是由多数个上述气体注入口构成时，气体注入口 (102)排列 结构的正断面示意图.参照图3,两个气体注入口 (102)对于第2模块(101)长度方 向，设置为有高度差。具有这样高度差的两个气体注入口，各自注入 废气和氢气或者是碳化氢燃料，先被氢气或者是碳化氯燃料产生高温 等离子体火焰后，可注入废气体进行分解，或者是在两个注入口放入 不同废气体，用高温等离子体火焰同时进行分解.还有，上述气体注入口 (102a)可以如同上述水平状态设置，如 图4所示，也可以从第2模块(101)的外侧到内侧下向倾斜设置， 还可以如同图5所示，两个气体注入口(102a，102b)维持着相互面对的 状态下，向第2模块(101)的内侧下向倾斜设置。这比水平状态的设 置，注入的废气体可直接喷射到等离子体，可加长分解时间提高分解 效率。如同上述燃料及废气供应部具备至少一个以上气体注入口 ( 102 )， 具备两个以上上述注入口 (102)时，对于第2块(101)长度方向 设置为有高度差，或者对于第2模块(101)援助方向设置为相互具有等角度间距，如此，通过多个气体注入口 (102)阶段性注入废气体和 燃料北大体积，扩大的高温等离子体火焰可提高分解效率，对于如同上述等离子体火焰发生装置操作过程的说明如下.从电源供应部(20)向电磁管(10)提供电源，电磁管(10)振 荡出电磁波，振荡出来的电磁波通过循环器(30 )和方向性结合器(40 ) 和短线调节器(50)及导波管传达到放电管(70)。还有，从上述气体 供应部(80)把从外部供应部(图面上未图示)供应的涡流气体注入 到放电管(70)的内部空间(Sl).如同上述，电磁波流入到放电管(70)内部，等涡流气体供应， 点火部(90)电极电压增加，提供产生等离子体所需电子，生成等离 子体。还有，被供应的涡流气体稳定生成的等离子体，放电管内形成涡 流，从高温等离子体火焰保护放电管(70)内壁。结果，供应的涡流 气体提供对放电管的(70)热性保护及稳定等离子体功能。从燃料及废气体供应部(100)所供应的氢气或者是碳化氢燃料， 从等离子体火焰侧面如同废气体所注入，被空气及氧气等离子体发生 的火焰从第2模块(101)火焰出口 (110)喷出。例如，使用液态碳 化氢系列燃料时，等离子体火焰中心温度被摄氏5000~6000度的空气 等离子体，气化液态燃料，被高温等离子体气体瞬间燃烧.以此，注 入的废气体被氧化分解，排放气体中再也不会残留氟化系列污染物气 体。氟化系列气体，主要在需要真空状态的半导体产业中使用，用氮 气运转的旋转泵排放到真空室外。旋转泵以氮气喷射运转。所以氟化 系列气体的主要混合气体为氮气。在这个发明中使用的氟化系列气体 主要有三氟化氮(NF3)、六氟化氮(SF6)和四氣化氮(CF4)等。<实施例1 >图6和图7是利用红外线分管测定仪(FTIR)来测定通过高温等离 子体火焰前后的三氟化氮(NF3)的分析结果图表。使用的装置是如图2所示结构的装置。在实施例中利用送风机注入含有NF3的空气，涡流气体使用了压 缩空气，注入燃料使用了甲烷。这时，注入的空气和压缩空气流量为每分钟500升和50升，甲烷 是每分钟15升，NF3每分钟600毫升。被NF3所污染的气体经过在放 电管发生的高温等离子体火焰后，用红外线分光检测仪测定留在排放 气体中所剩的NF3量结果，可知道在上述实施条件下，99%以上被高 温等离子体火焰分解。<实施例2>图8和图9是利用红外线分管测定仪(FTIR)来测定通过高温等离 子体火焰前后的六氟化磺(SF6)的分析结果图表，使用的装置是如图2 所示结构的装置。在这实施例中注入气体为SF6,氮气和氧气用气体混合装置来混 合注入，涡流气体使用了压缩空气，还有燃料使用了曱烷。这时，注 入的氮气和氧气和压缩空气流量每分钟流量为120升和30升，SF6每 分钟100毫升。被SF6所污染的气体通过在放电管发生的高温等离子 体火焰后，用红外线分光检测仪测定留在排放气体中所剩的SF6量结 果，可知道在上述事实条件下，99。/。以上被高温等离子体火焰分解图IO所示的是根据氮气量的分解效率图表。氮气每分钟可注入60升至160升，氧气、压缩空气、SF6的量与 上述实施例相同。实行后排放气体中的SF6量利用红外线分光检测仪 计算出其效率，其结果在上述实施条件下SF6被高温等离子体火焰把 120升每分钟污染的氮气分解99%以上。<实施例3>图11和图12是利用红外线分管测定仪(FTIR)来测定通过高温等离 子体火焰前后的四氟化氮(CF"的分析结果图表。使用的装置是如图 2所示结构的装置。在这实施例中注入气体为CF4，氮气和氧气用气体混合装置来混 合注入，涡流气体使用了压缩空气，还有燃料使用了曱烷。这时，注 入的氮气和氧气和压缩空气流量每分钟流量为40升和30升，CF4每 分钟50毫升被注入。被CF4所污染的气体经过在放电管发生的高温等 离子体火焰后，用红外线分光检测仪测定留在排放气体中所剩的CF4 量结果，可知道在上述事实条件下，98。/。以上被高温等离子体火焰分 解图13所示的是根据氮气亮亮的分界效率图表。氮气每分钟可注入 40升到120升，氧气、压缩空气、CF4的量与上述事实例相同。实行 后排放气体中的CF4量利用红外线分光检测仪计算出其效率，其结果 在上述事实条件下CF4被高温等离子体火焰把60升每分钟污染的氮 气分解90%以上。半导体产业中所使用的代表性真空泵每分钟排放含有20毫升氟 化碳气体的氮气5至50升。在氟化系列气体中最稳定的污染物是CF4 气体。所只要能消除CF4，气体所有氟化系列气体都能被消除。本发明不仅限于上述实施例，在权力范围内，不脱离本次申请的 发明要点，在当年发明所属的技术领域上，只要具有一般知识者不仅 都可进行多样变化，这些变化也将包括在权力范围记载范围之内。本发明是往被电磁波发振的等离子体火把，注入碳化氢气体生成 高温等离子体火焰，可轻易在大气压下破坏大气温暖化物质的氟化系 列气体，有防止污染物质流漏到大气的效果。即，本发明在现今尖端 产业表面洗涤中，开发能完全消除温暖化气体的基础技术，可在大气 压中使用，与半导体工程的真空流程线无关使用，具有在半导体产业中很容易安装的优点。还有，本发明在大气压中很容易制作高温等离子体火焰，可把 含有氟化气体的氮气或是空气有效流入到生成高温等离子体火焰的 放电管中，利用1.4千瓦电磁波来制作的高温等离子火焰来处理每分 钟50升以上排放气体的效果。
权利要求
1. 氟化气体消除装置，包含从电源供应部接受电力而发振电磁波的电磁管；传送从上述电磁管发振的电磁波，吸收往电磁波反射的反射波的循环器；监控通过上述循环器传送的电磁波强度为入射波和反射波的方向性结合器；对从上述方向性结合器流入的电磁波，调节入射波和反射波强度来符合电阻的短线调节器；从上述短线调节器传送的电磁波流入的导波管；贯通上述导波管来相结合，被通过上述导波管输入的电磁波及从外部注入的涡流气体来产生等离子体气体的放电管；连接在上述放电管一端，往上述放电管提供涡流气体的供应部；布置在放电管内，为了在上述放电管内产生等离子体而提供初期电子的点火部；及与上述放电管另一端相连接，向在上述放电管内生成的等离子体提供燃料及废气体的燃料及废气供应部。
2. 根据权利要求l的氟化气体消除装置，其特征在于，上述放电管为 从导波管终端相隔电磁波波长1/8-1/2距离，垂直贯通导波管。
3. 根据权利要求l的氟化气体消除装置，其特征在于，上述气体供应 部连接在上述放电管一端，在上述放电管内提供连续空间的第l模块； 及包括贯通上述第l块，在第l块内部形成的空间提供注入涡流气体 的路径的注入口至少一个。
4. 根据权利要求l的氟化气体消除装置，其特征在于，上述涡流气体 为空气、氧气、氮气、氩其中的任何一个或者是两个以上气体。
5. 根据权利要求l的氟化气体消除装置，其特征在于，包含上述燃 料及废气体供应部与上述放电管的另一端相连，向上述放电管的内部 提供连续性空间的第2模块；贯通上述第2模块而形成，向上述第2 模块内部供应燃料及废气体通路的气体注入口至少一个；连接在上述气体注入口混合燃料及废气体的气体混合装置。
6. 根据权利要求5的氟化气体消除装置，其特征在于，包含具有一 定长度管的上述气体混合装置；布置在上述管内混合上述燃料及废气 体的混合材料。
7. 根据权利要求6的氟化气体消除装置 为网或者是珠子。
8. 根据权利要求7的氟化气体消除装置 由铁或者是钨构成.
9. 根据权利要求5的氟化气体消除装置 由金属组成。
10. 根据权利要求5的氟化气体消除装置，其特征在于，上述第2模 块是包含着由金属或者是金属合金构成的被覆层。
11. 根据权利要求5的氟化气体消除装置，其特征在于，上述燃料及 废气体供应部为供应液态或气态氢气或者是碳化氢燃料。
12. 根据权利要求5的氟化气体消除装置，其特征在于，上述气体注 入口为从第2模块外侧越往内侧，往上述放电管方向倾斜设置。
13. 根据权利要求5的氟化气体消除装置，其特征在于，上述气体注 入口为对上述第2模块圆柱方向以相互等角度间距，设置多数个气体 注入口 。
14. 根据权利要求5的氟化气体消除装置，其特征在于，对上述第2 模块长度方向，在相异位置设置有多数个气体注入口。
15. 根据权利要求1的氟化气体消除装置，其特征在于，还具备着， 连接在上述燃料及废气体供应部，把在半导体制造工程中生成的废气 体，往上述燃料及废气体供应部供应的真空泵.
16. 根据权利要求15的氟化气体消除装置，其特征在于，上述真空泵 每分钟排放5~60升氮气体。
17. 根据权利要求1的氟化气体消除装置，其特征在于，利用等离子 体中心温度为4500 6500。C的高温等离子体火焰。
18. 根据权利要求1的氟化气体消除装置，其特征在于，上述磁电管,其特征在于，上述混合材料 ,其特征在于，上述混合材料 ,其特征在于，上述第2模块产生10MHz ~ 10GHz电磁波.
19. 根据权利要求18的氟化气体消除装置，其特征在于，上述磁电管 产生2.45 GHz电磁波。
20. 含有氟化气体的废气体处理方法，包括把废气体流入到放电管 暴漏在从磁电管出来的电磁波当中的阶段；利用上述电磁波在放电管 形成等离子体火把，把上述废气体暴漏在上述等离子体火把中氧化生 成富产物的阶段。
21. 根据权利要求20的废气体处理方法，其特征在于，还包括把涡流 气体供应到上述放电管阶段，
22. 根据权利要求21的废气体处理方法，其特征在于，上述涡流气体 生成化学不稳定分子，上述分子在等离子体火把中以活性化学物质起 作用，促进化学反应。
23. 根据权利要求21的废气体处理方法，其特征在于，上述涡流气体， 冷却上述放电管内壁，并形成旋涡。
24. 根据权利要求20的废气体处理方法，其特征在于，上述磁电管发 生2.45GHz。
25. 根据权利要求20的废气体处理方法，其特征在于，把反应气体添 加到上述废气体而供应。
26. 根据权利要求20的废气体处理方法，其特征在于，上述废气体 为半导体洗涤气体。
27. 根据权利要求21的废气体处理方法，其特征在于，上述涡流气体 上添加反应气体供应.
全文摘要
本发明所述的消除氟化系列气体的装置和方法，是有关于在使用氟化系列气体的电脑或者是半导体等尖端产业装置的配置制造及洗涤过程中，被未反应的氟化系列气体所污染的气体通过高温，大容量的等离子体火焰中，利用热分解或者是等离子化学反应消除氟化系列气体污染源的装置及方法。
文档编号H05H1/00GK101279187SQ20071009041
公开日2008年10月8日 申请日期2007年4月6日 优先权日2007年4月6日
发明者严桓燮 申请人:严桓燮