【发明所属技术 领域】 本发 明关于一种 处理气体 污染物 的装置， 且特别关于 一种处 理一 来自半导体 工艺的流 出物的装 置。

【先前技术】 半导体 工艺中 的尾气含有 多种对人 体或环境 有害的 化学物质 ， 常见 的尾气处理 设备， 包括燃烧式、等离子 式、水洗式 以及触媒式 等。 对于化 学气相沉 积 (Chemical Vapor Deposition, CVD)工艺 所产 生的娃焼 (Silane) 、 砷化三氢 (Arsine) 、 磷化氢 (Phosphine) 等污 染物质，则常采用 燃烧式的 尾气处理 设备，传统的商用 产品包 括来 自于 DAS公司的 LARCH型号机 台或是来 自于 Edwards公司的 Spectra系 列机台。

【发明内容】 本发 明提供一种 处理气体 污染物 的装置， 包括一反应部， 包 括：一进气 模块，包括一第 一外壁 、一第一内壁、一第 一冷却腔 室、 一进 气腔室 以及至少一 导引管路 ， 该第一冷却腔 室设置于 该第一 外壁 以及该第一 内壁之 间，该第一内壁界 定出该进气 腔室，该导引 管路 设置于该 进气腔室 的一侧边 并将一来 自半导体 工艺的流 出物 导引 至该进气腔 室； 一反应模块， 耦接于该进气模块下 方， 该反应 模块包 括一第二 外壁、一第二 内壁、一第二冷 却腔室以 及一反应腔 室，该第二 冷却腔室 设置于该第 二外壁 以及该第二 内壁之间 ，该第 二 内壁界定 出该进气腔 室， 该进气腔室 以及该进气 腔室彼此 连通 以接 收来自于 该进气腔室 的该流出 物；一燃烧模块 ，包括至少一燃 烧组件 ， 该燃烧组件包括一预混 腔室、一火 星塞、一第一 管路以及 一第 二管路 ， 该第一管路以及该 第二管路 分别输送 一氧化剂 以及 一燃 料气体至 该预混腔 室， 该火星塞设置 于邻近该 预混腔室 的一 开 口端，该开口端连接 至该反应腔 室，该火星塞 产生一点燃 该氧化 剂以 及该燃料 气体的火 花并经 由该开口端 提供一火 焰至该反 应腔 室 以燃烧该流 出物； 以及一冷却模块，包括一第 一管路 以及一第二 管路 ，该第一管路连 接于一冷 却液源以及 该第二冷 却腔室之 间，该 第二 管路连接于 该第二冷 却腔室 以及该第一冷 却腔室之 间， 其中， 该第 一冷却 腔室 以及该第 二冷却 腔室经 由该第 二管路 而彼此 连 通； 一管体， 连接于该反应部 ， 包括一横向段、 一连接段以及一直 向段 ， 该横向段实质上 地平行于 该处理气 体污染物 的装置 的一安 装平 面，该直向段实质 上地垂直 于该安装 平面，该横向段 具有一连 通至 该反应部 的该反应腔 室的顶 部进气 口以及一侧 向进气 口， 该 连接段 连接于该 横向段和 该直向段之 间；其中，该顶部进气 口接收 经过该 反应部而 往下流 向的该流 出物， 该侧向进气 口接收一 横向 气流 ， 该流出物受到该 横向气流 的带动而 形成一旋 转气旋 并经由 该连接 段从该直 向段远离 该连接段的 一出口排 出。 本发明 还提供一种 处理气体 污染物的装 置， 包括： 一反应部， 包括 ： 一进气模块， 包括一进气腔室以及至 少一导引 管路， 该导引 管路 设置于该 进气腔室 的一侧边 并将一来 自半导体 工艺的流 出物 导引 至该进气腔 室； 一反应模块， 耦接于该进气模块下 方， 该反应 模块 包括一反 应腔室， 该进气腔室以及该 进气腔室 彼此连通 以接 收来 自于该进气 腔室的该 流出物，其中 ，该反应模块具有 一延长该 流出 物在该反应 腔室内的 一流动时 间的第一高 度；一燃烧模块 ，包 括至 少一燃烧组 件， 该燃烧组件包括一 预混腔室 、一火星塞、一第 一管 路以及一 第二管路 ， 该第一管路以 及该第二 管路分别 输送一 氧化 剂以及一 燃料气体 至该预混 腔室， 该火星塞设 置于邻近 该预 混腔 室的一开 口端，该开口端连 接至该反 应腔室，该火星 塞产生一 点燃 该氧化剂 以及该燃 料气体的 火花并经 由该开 口端提供一 火焰 至该反 应腔室 以燃烧该流 出物； 以及一管体， 连接于该反应部， 包 括一 横向段、一连接 段以及一 直向段，该横向 段实质上地 平行于该 处理 气体污染 物的装置 的一安装 平面， 该直向段实质上地垂 直于 该安 装平面， 该横向段具有一连 通至该反 应部的该 反应腔室 的顶 部进 气口以及 一侧向进 气口， 该连接段连 接于该横 向段和该 直向 段之 间；其中，该顶部进气 口接收经过 该燃烧模块 而往下流 向的该 流出 物，该侧向进气 口接收一横 向气流 ，该流出物受到该 横向气流 的带 动而形成 一旋转气 旋并经由 该连接段 从该直向 段远离该 连接 段的 一出口排 出；其中，该直向段具 有一延长 该流出物在 该直向段 内的 一流动时 间的第二 高度， 使得该流 出物从该反 应腔室流 动至 该直 向段的该 出口后降低 至一低于 200 ^° C之温度。

【图式简单说明 】

『图 1』， 为根据本发明一实施例的立体组 装示意图 。

『图 2A』， 为根据本发明一实施例的立体组 装示意图 。

『图 2B』， 为 『图 2A』 沿 XZ平面的立体剖面示意图。

『图 2C』， 为 『图 2B』 的局部放大示意图。

『图 3』， 为根据本发明一实施例另一视角 的立体组 装示意图 。

『图 4』， 为根据本发明一实施例的侧示示 意图。

『图 5』， 为 『图 4』 沿 A-A的剖面示意图。

『图 6』， 为根据本发明一实施例的燃烧模 块的立体 组装示意 图。

『图 7』， 为 『图 4』 沿 B-B的立体剖面示意图。

『图 8』， 为 『图 4』 沿 C-C的立体剖面示意图。

『图 9』， 为根据本发明其他实施例的示 意图。

『图 10』， 为根据本发明另一实施例的立体 组装示意 图。

『图 11』， 为 『图 10』 沿 XZ平面的剖面示意图。 【实施方式】 以 下实 施例 应 用于 处 理一 来 自半 导体 工 艺的 流 出物 （Effluent stream） , 例如尾气（Waste gas）； 以下实施例尽管在 多处 使用水一词 ，但仅基于描述 方便之 目的，本发明并不 限定于水 ， 其他 可替代的 液体均可使 用。 在本文 中， 对各种实施例 的描述 中所使用 的术语只 是为了描 述特 定示例的 目的，而并非 旨在进行限 制。除非上下文 另外明确 地 表明 ，或非刻意限定 组件的数量 ，否则本文所用 的单数形式 「一」、 「一个」及「该」也包含 复数形式 。另一方面， 术语「包括」和「包 含」旨在被 包括在 内，意指可存在 除列出的组 件之外的 附加组件 ； 当一 个组件被表 述为 「连接」 或 「耦接」 到另一组件时， 该组件可 以直 接或通过 中间组件连接 或耦接至 该另一组 件； 当描述层、区域 或基 板的组件被 称为在另 一组件 「上」时， 系指可直接在该另一组 件上 或彼此间可 存在一 中间组件， 相对来说， 当组件被称作 「直接 在另 一组件上 」 时， 彼此间不存在该中间组件； 另外， 各实施例的 描述 的顺序不 应被解释 为暗示操 作或步骤 必须依赖 于字面上 的顺 序， 另选实施方案可使 用与本文 描述的顺 序不同 的顺序来执 行步 骤、 操作、 方法等。 本发 明的一方 面揭露 一种燃烧 式尾气 处理设 备（亦可称热氧 化式 尾气处理设 备）， 该尾气处理设备为非水洗 式（即干式）， 请参 阅 『图 1』 以及 『图 2A』 至 『图 2C』， 『图 1』 为根据本发明一实施 例的 立体组装示 意图， 而 『图 2A』 至 『图 2C』 为 『图 1』 省略部 分组件 的示意 图。 本态样中， 该尾气处理设备包 括一反应 部 10、 一排 气部 20、 一架体 30以及一控制部 40， 该反应部 10包括一进 气模 块 11、 一反应模块 12、 一连接模块 13、 一冷却模块 14以及 一燃 烧模块（详述如后）。 如 『图 2A』 及 『图 2B』 所示， 该进气模 块 11设置于该反应模 块 12上方， 且该进气模块 11透过该连接模 块 13耦接至该反应模 块 12。 参阅 『图 2C』， 该进气模块 11包括一第一外壁 111、 一第一 内壁 112、一第一冷却腔室 113、一进气腔室 114、一上盖板 115、 至少 一导引管路 116以及一底 部开口 117,该第一冷却腔室 113设 置于 该第一外壁 111 以及该第一内壁 112之间， 该第一冷却 腔室 113 为一第一环型腔 室， 该第一环型腔 室相隔 地环绕该进 气腔室 114， 该第一内壁 112界定出该进气 腔室 114， 该上盖板 115封住 该进气 腔室 114的一顶部，该导引管路 116设置于该进气 腔室 114 的一 侧边， 并穿过该第一外壁 111、该第一内壁 112及该第一冷却 腔室 113而连通至该进 气腔室 114。该导引管路 116用于将一流 出 物 50引入该进气腔 室 111， 该进气腔室 111沿一垂直 Z轴延伸， 且该 导引管路 116于该进气腔室 111的一插设方向不平 行于 Z轴， 该插 设方向和 Z轴相交一角度 ， 该角度较佳地介于 45° 至 90° 之 间， 于本实施例中， 该导引管路 116包括一第一段 1161、 一第二 段 1162以及一弯曲段 1163, 该弯曲段 1163设置于该第一 段 1161 和该第 二段 1162之间， 该弯曲段 1163用以缓冲该流 出物 50从该 第一 段 1161经由该弯 曲段 1163而从该第二 段 1162进入该进气 腔 室 111的速度。本发明 中， Z轴系实质上正交 (Orthogonal)于该尾 气处 理设备的一 安装平面 (即 XY平面)。 换言之， Z轴和该安装平 面的 法向量重迭 或相交一 小角度 。 该反应 模块 12包括一第二外 壁 121、 一第二内壁 122、 一第 二冷 却腔室 123、 一反应腔室 124、 一上开口 125 以及一下开口 126, 该第二冷却腔室 123设置于该第二外 壁 121以及该第 二内壁 122之 间， 该第二冷却腔室 123为一第二环型 腔室， 该第二环型腔 室相 隔地围绕该 反应腔室 124,该第二内壁 122界定出该反应腔 室 124, 该上开口 125以及该下开 口 126设置于该反 应腔室 124的两 端， 该上开口 125连通至该进气 模块 11的该底部开口 117。 该连接 模块 13 连接于该进气模块 11 以及该反应模块 12之 间， 该连接模块 13包括一上半 部 131、 一下半部 132以及复数个 固定 件 133,该上半部 131连接至该进气 模块 11，该下半部 132连 接至 该反应模块 12， 该上半部 131 以及该下半部 132之间以该固 定件 133锁固。 参阅 『图 3』 至 『图 5』， 『图 3』 为 『图 2A』 另一视角的立体 组装示 意图，『图 4』为根据本发明一实施例的 侧示示意 图，『图 5』 为 『图 4』 沿 A-A的剖面示意图。 该冷却模块 14包括一第一 管路 141、 一第二管路 142、 一第三管路 143 以及复数个帮浦 144， 该 第一 管路 141 包括一第一端 141a 以及一第二端 141b， 该第一端 141a连 接于一冷 却液源， 该第二端 141b连接至该反应 模块 12的 该第 二冷却腔室 123的一侧。 该第二管路 142包括一第 一端 142a 以及 一第二端 142b，该第一端 142a连接至该第二冷 却腔室 123的 另一 侧， 该第二端 142b连接至该进气模 块 11 的该第一冷却腔室 113 的一侧， 该第三管路 143 包括一第一端 143a 以及一第二端 143b, 该第一端 143a连接至该第 一冷却腔室 113的另一侧 ， 该第 二端 143b连接至一冷 却液出 口或一冷却 回路。 如 『图 5』 所示， 冷却 液从该第一 管路 141进入该第一冷却 腔室 113,经由该第二管 路 142进入该第二冷 却腔室 123而从该第三 管路 143离开， 本实 施例 中， 该第一冷却腔室 113、该第二冷却腔室 123配合该第二管 路 142形成了包覆 该进气腔室 114以及该反 应腔室 124的立体的 环形 水套 (water jacket) , 提供充分的冷却效果。 该燃烧 模块提供一 主动式火 焰 (active flame) ,参阅『图 2A』 以及 『图 3』， 该燃烧模块包括了复数个燃烧组件 15a、 15b、 15c、 15d, 参阅 『图 7』， 本实施例中， 该燃烧组件 15a、 15b、 15c、 15d 对称地 围绕该反 应腔室 124设置。参阅『图 6』， 以该燃烧组件 15a 举例 说明， 该燃烧组件 15a包括一壳体 151a、 一内管 152a、 一火 星塞 153a、 一第一管路 154a、 一第二管路 155a， 以及复数个接头 156a、 157a、 158a， 该内管 152a放置于该壳体 151a内， 该内管 152a包 括一头端 1521a、一尾端 1522a、一第一侧端 1523a以及一 第二 侧端 1524a, 该头端 1521a经由该接头 156a连接至该反 应腔 室 124， 该尾端 1522a经由该接头 158a连接至该 第一管路 154a， 该第 二侧端 1524a经由该接头 158a连接至该第二管路 155a，该第 一侧 端 1523a连接至该火 星塞 153a。该第一管路 154a用于输送一 氧化 剂（oxidant）至该内管 152a， 该氧化剂可采用如氧气、 臭氧、 空气 、 压缩空气（CDA）、 富氧空气或前述的混合， 该第二管路 155a 用于 输送一燃料 气体至该 内管 152a， 该燃料气体可采用如氢气 、 甲烷 、天然气、丙烷、液化石油气 （LPG）或前述的混合。该内管 152a 可视 为一预混腔 室， 该氧化剂以及该燃 料气体在 该内管 152a内混 合， 该火星塞 153a用于 提供一引 导火焰至该 内管 152a， 如此一 来，将可在靠 近该头端 1521a的该接头 156a附近产生 一燃烧火焰 。 此外 ， 如 『图 3』 所示， 该尾气处理设备还包括一气体组件 60, 该 气体 组件 60控制该第 一管路 154a以及该第二管路 155a的气体或 燃料 的输送。 参阅 『图 3』， 本实施例中， 该接头 156a穿设于该反应模块 12 的该第 二外壁 121 以及该第二内壁 122， 参阅 『图 4』， 该燃烧组 件 15a的该接头 156a相距该反应模块 12的该上开 口 125 —介于 50 mm至 55 mm之间的距离 HI， 该燃烧组件 15a的该接头 156a相 距该反 应模块 12的该下开口 126 —介于 330 mm至 350 mm之间的 距离 H2。 以上尺寸仅供参考， 依据不同的应用， 该些尺寸可 能有 不同 的数值。 此外 ， 在本实施例中， 考虑到该燃烧火焰 可能因该 第一管路 154a提供 的该氧化 剂不够而 造成燃烧不 充分的 问题，参阅『图 8』， 该燃烧 模块还可 进一步包括 至少一第 三管路 159a、 159b、 159c、 159d， 该第三管路 159a、 159b、 159c、 159d连通至该反应腔室 124 且位 于该燃烧组 件 15a、 15b、 15c、 15d的下方，该第三管路 159a、 159b、 159c、 159d提供更多的该氧化剂至该反应 腔室 124, 以增加 该燃 烧火焰的 燃烧。 然而， 于其他实施例 中， 也可能将该火 星塞 153a设 置于该壳 体 151a之外， 例如设置于 该反应腔室 124之中。 该燃 烧模块 在该反 应腔 室 124 内产生一 火焰壁 （wall of flame） , 使该反应腔室 124内的一内部温度 高于 900 ^° C， 而利用该 环形 水套的设置 。在一实施例 中， 当采用温度介于 16 ^° C至 20 ^° C（例 如 18 ^° C）的冷却水，即使该内部温度高于 900 ^° C ,该反应模块 12的 该第 二外壁 121 的一外部温度可低于 50 ^° C , 大幅提升操作人员以 及操 作环境的安 全性；相较之 下，没有冷却模 块的燃烧式 尾气处理 设备 ， 当内部温度高于 900 ^° C时， 外部温度亦处于高温。 回到 『图 2B』， 该排气部 20为一管体， 且呈一 L状， 该排气 部 20包括一横向段 21、 一连接段 22以及一直向段 23， 该横向段 21 实质上地平行于该处 理气体污 染物的装置 的该安装 平面， 该直 向段 23实质上地 垂直于该 安装平面 ， 该横向段 21具有一 顶部进 气 口 211以及一侧向 进气口 212,该顶部进气口 211连接至该反应 模块 12的该下开口 126而和该反应腔 室 124连通， 该侧向进气口 212接 收一横 向气流（例如空气）51， 该横向段 21远离该侧 向进气 口 212的一端连接至 该连接段 22, 该连接段 22为一弯曲管体 ， 该 连接段 22具有一横 向开口 221 以及一纵向开口 222， 该横向开口 221 连接至该横 向段 21， 该纵向开口 222朝上地连接至 该直向段 23， 该直向段 23具有一连接开 口 231 以及一出口 232， 该连接开 口 231连接至该纵向 开口 222。 在一实施例中， 该排气部 20的该 直 向段 23平行于该 反应部 10, 如此使得该进气腔室 114、 该反应 腔室 124以及该排气 部 20的一内部 通道 20a形成一 U形管路， 而 让该流 出物 50在该尾气处 理设备内沿 着该 U形管路的方 向行进。 参阅 『图 4』， 本实施例中， 该横向段 21的一高度 H3（即该排 气部 20的外管径）约介于 215 mm至 230 mm之间， 该排气部 20具 有一 介于 990 mm至 1010 mm之间的长度 L1， 且该反应部 10的中 心至 该排气部 20的一侧端的距 离 L2介于 690 mm至 710 mm之间， 该连接 段 22具有一 介于 380 mm至 400 mm之间的 高度 H4， 直向 段 23具有一介于 790 mm至 810 mm之间的高度 H5。 以上尺寸仅 供参 考， 依据不同的应用 ， 该些尺寸可能有 不同的数 值。 参阅 『图 2B』， 操作时， 该流出物 50从该导引管路 116进入 该进气 腔室 111， 并往下进入该反应模块 12的该反应腔 室 124， 该燃 烧模块的该 燃烧组件 15a、 15b、 15c、 15d在该反应腔室 124 形成 该火焰壁 ， 该流出物 50经过该火焰壁 的燃烧 以及高温后 ， 将 产生 氧化或裂解 ， 以降低或移除该流 出物 50中的有毒物质 。 该燃 烧组件 15的该内管 152a的该开口端 1521a和该反应模块 12的该 下开 口 126相距一延 长该流出物 50在该反应腔室 124内的一流动 时间 的第一高度 ， 在一实施例中， 该第一高度介于 330 mm至 350 mm 之 I、司。 该排气 部 20的该横 向段 21 的该顶部进气口 211接收经 过该 反应 模块 12向下流动的该流 出物 50， 向下流动的该流出物 50受 到该 横向气流 51 的带动而形成 一旋转气旋 52， 并经由该连接段 22 从该直向段 23的该出 口 232离开， 该直向段 23具有一延长该 流 出物 50在该直 向段 23 内的一流动时间的第二 高度， 使得该流 出物 50从该反应腔 室 124流动至该直向段 23的该出 口 232后降 低至 一低于 200 ^° C之温度，在一实施例中 ， 该第二高度介于 790 mm 至 810 匪之间。 藉由 以上的设计 ， 将该尾气处理设备的组 件采直立 式的配置 ， 能大 幅缩减该 尾气处理 设备在该 安装平面 的所占面 积， 且利用同 步地 拉长该反应 模块 12 以及该直向段 23 的高度， 能延长该流出 物 50在该反应腔 室 124内的该流 动时间， 让该流出物 50能充分 地被 氧化或裂解 ， 也延长该流出物 50在该直 向段 23 内的该流动 时间 ， 让该流出物 50在离开该尾 气处理设备 前能充分 地降温， 以 利后 续的处理或 排出。 因此， 不仅能在缩小安装面积 的基础上 ， 提 供更 佳的处理效 率， 还能降低该流 出物 50 的温度而提升安全 性。 参阅 『图 9』， 在一实施例中， 还可以在该流出物 50和该横向 气流 51 的交会处设置一 折射器 (deflector) 70， 以确保该流出物 50 能充分地和 该横向气 流 51混合。 请参阅 『图 10』和 『图 11』， 为根据本发明另一实施例的立体 组装示 意图以及 沿 XZ平面的 剖面示意 图， 该尾气处理设备包括 一 第一 反应部 10a、 一第二反应部 10b、 一排气部 20、 一架体 30以 及一 控制部 40。 该第一反应部 10a以及该第二反 应部 10b的组件 参照 上述该反应 部 10的描述 ， 以下将省略部分细节 。 该第一反应 部 10a包括一第一进 气模块 1 la以及一第一反应模块 12a，该第二 反应 部 10b包括一第 二进气模块 l ib以及一第二反应模块 12b。 该排气 部 20为一管 体， 且呈一倒 T状， 该排气部 20包括一 第一 排气段 24、 一第二排气段 25 以及一第三排气段 26, 该第一 排气 段 24和该第一 反应模块 12a的一底部连接 ，该第二排气段 25 和该第 二反应模 块 12b的一底部 连接， 该第三排气段 26连接于该 第一 排气段 24和该第二排 气段 25且彼此间相 互连通， 该第一排 气段 24和该第二 排气段 25沿该安装 平面上的 方向延伸 ， 该第三 排气 段 26沿一实质 上重迭于 Z轴的方向延 伸。 藉由以上该排气部 20 的设计， 能大幅缩减该 尾气处理 设备所占 的安装面积 。 该第一 排气段 24 包括一侧向进气 口 241 以及一顶部进气口 242， 该第二排气段 25包括一 侧向进气 口 251 以及一顶部进气 口 252， 该顶部进气口 242、 252分别连接至该第一 反应模块 12a以 及该第 二反应模 块 12b， 该侧向进气口 241、 251分别接收一横向 气流 （例如空气）51， 该第一排气段 24以及该 第二排气段 25远离 该侧 向进气口 241、 251的一端连接至该第三排气段 26, 该该第三 排气 段 26具有一 出口 261。 该第一 进气模块 11a以及该第 二进气模块 l ib分别接收一流 出物 50,该流出物 50往下进入该第一反 应模块 12a以及该第二反 应模块 12b， 经燃烧及高温后进入该 第一排气段 24以及该第 二排 气段 25， 向下流动的该流出物 50受到该横向气 流 51的带动而 形 成一 旋转气旋 52， 并经由该第三排气段 26的该出口 261离开。