背景技術(shù)：

1997年聯(lián)合國(guó)氣候變化綱要公約京都議定書中，各國(guó)通過管制六種主要溫室氣體的具體減量方案及時(shí)刻表。

其中SF6、HFCs及PFCs等主要為人造的溫室氣體成分，為強(qiáng)效溫室氣體，具有高全球溫暖化潛勢(shì)指數(shù)值(Global Warming Potential；GWP)，具極長(zhǎng)的生命期，在大氣中的累積效應(yīng)為不可逆的。但近年來半導(dǎo)體制作過程(如在乾蝕刻化學(xué)氣相沉積的清腔程序等)廣泛地使用CF4、C2F6、NF3等全氟化物(PerfluorocompougdSPFCS)做為制作過程氣體，而這些氣體僅少部分被使用掉，剩余的大部分(如化學(xué)氣相沉積約剩余90％)則當(dāng)作廢氣排放，是造成溫室效應(yīng)的重要來源。但目前半導(dǎo)體設(shè)備元件的制造技術(shù)日趨精密，促使全氟化物的使用量隨著半導(dǎo)體制作過程的進(jìn)步與日俱增，因此需要管制與處理避免環(huán)境公害的產(chǎn)生，以及采用新的PFCs廢氣處理系統(tǒng)，以適應(yīng)未來更加嚴(yán)苛的廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)。

目前工業(yè)制作過程中其全氟化物廢氣處理裝置，以高能量密度等離子高溫裂解及洗滌除害的設(shè)計(jì)原理為主的裝置擁有最佳的效能，由于等離子產(chǎn)生的高溫有助于全氟化物裂解。此種全氟化物廢氣處理裝置，其應(yīng)用范圍包含半導(dǎo)體及其他工業(yè)制作過程的全氟化物等有害廢氣的處理，例如C2F6、SiH4、CF4、NF3、CHF3等廢氣處理。其基本工作原理如下直流等離子火炬產(chǎn)生高溫、高能量密度的等離子，將廢氣中的全氟化物熱解、原子化、離子化，使全氟化物的化學(xué)鍵被瓦解而摧毀，并與水或氧氣結(jié)合形成一些簡(jiǎn)單易于處理的分子或原子如氫、一氧化碳、二氧化碳和氟化氫等，而沒有機(jī)會(huì)組合成較大的或較復(fù)雜的分子。舉例說明其反應(yīng)方程式如下 ， 為公知的全氟化物廢氣等離子處理裝置。

其運(yùn)作如下將廢氣引入等離子反應(yīng)器110中，其等離子反應(yīng)器110包括廢氣進(jìn)口111、等離子火炬112、反應(yīng)室113、水蒸氣入口114、水蒸氣產(chǎn)生反應(yīng)爐115等五個(gè)部分，其中該反應(yīng)室113內(nèi)部是以耐火隔熱材料構(gòu)筑而成，在等離子火炬加熱下，可形成高溫環(huán)境，有助反應(yīng)形成。由上的化學(xué)反應(yīng)式可知，其反應(yīng)過程中需要水參與反應(yīng)。其等離子火炬112經(jīng)來自水蒸氣產(chǎn)生反應(yīng)爐115產(chǎn)生的水蒸氣自水蒸氣入口114進(jìn)入反應(yīng)后，所生的極高溫(10000℃)等離子束流提供高能量讓由廢氣進(jìn)口111進(jìn)入的全氟化物廢氣與水蒸氣作用，在反應(yīng)室113中瞬間被熱解、原子化或離子化，全氟化物組成之間的化學(xué)鍵因而被瓦解摧毀，形成一些簡(jiǎn)單易于處理的分子或原子等，而沒有機(jī)會(huì)組合成較大的或較復(fù)雜的分子，這是熱燃燒爐所無(wú)法達(dá)到的。但由于經(jīng)等離子反應(yīng)器110處理后的廢氣溫度很高，并產(chǎn)生氟化氫及氫氣氣體，因此，在等離子反應(yīng)器110的反應(yīng)室113出口處，設(shè)置一噴水器組120，噴水器組120設(shè)有水量控制閥121調(diào)控噴水量使噴水頭122噴出水霧，由此水吸收熱量使廢氣迅速降溫，并溶解部分氟化氫(HF)溶于水槽130中，水槽130再以底部排水方式將廢水排出。

因高溫影響氣體的溶解度，所以在廢氣經(jīng)噴霧冷卻后，再將廢氣引入一濕式洗滌塔150內(nèi)部填有高表面積填充物，并設(shè)有噴水器組151，噴水器組151的水源由水泵140抽取水槽130的水供應(yīng)，水泵140之前可設(shè)置一過濾器141過濾雜質(zhì)及固體物。廢氣在經(jīng)過此一濕式洗滌塔150時(shí)，其夾帶的固體物，例如，含硅粉末等，可以被洗凈濾除，同時(shí)氟化氫在此也被吸收，于處理氟化氫產(chǎn)物時(shí)，噴出的水霧可加堿液中和氟化氫酸性。但依現(xiàn)況而言，在科學(xué)園區(qū)設(shè)有廢水處理場(chǎng)，通常含氟廢水可由廢水處理場(chǎng)處理，因此，水槽的儲(chǔ)水可做批次排放或連續(xù)排放至廢水處理場(chǎng)即可。當(dāng)廢氣來源所提供的氣流靜壓不足時(shí)，濕式洗滌塔150后端可加置一風(fēng)車160以補(bǔ)足靜壓，順利排出設(shè)計(jì)的風(fēng)量值。

由于采用等離子反應(yīng)器110較公知處理方式如燃燒法的能量密度高，因此，全氟化物的裂解效率較高，效率優(yōu)越性大幅提升，處理C2F6的破壞去除率可達(dá)99％以上，甚具環(huán)保價(jià)值。同時(shí)已證實(shí)可以同時(shí)處理多種全氟化物廢氣，可將CF4、C2F6與NF3等有害廢氣的化學(xué)鍵加以破壞、分解且去除效率可達(dá)99％以上。

公知技術(shù)中，為使廢氣燃燒完全，需將水蒸氣引入等離子反應(yīng)器參與反應(yīng)，但另以設(shè)備產(chǎn)生水蒸氣，其成本增加，故有造成全氟化物廢氣等離子處理裝置的產(chǎn)業(yè)利用性降低的缺點(diǎn)。此外，因全氟化物經(jīng)裂解后所形成的廢氣中，氫氣占很大的比例，其自燃的特性，將會(huì)在后續(xù)的處理過程中發(fā)生危害，故有降低全氟化物廢氣等離子處理裝置的安全性的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的主要目的在于提供一種全氟化物廢氣處理方法，利用燃燒廢氣時(shí)所產(chǎn)生的熱能，將液態(tài)水轉(zhuǎn)換為水蒸氣，減少了單獨(dú)產(chǎn)生水蒸氣的設(shè)備。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種全氟化物廢氣處理方法，在裝置中多設(shè)置一燃燒室，將空氣與廢氣中氫氣混合燃燒，可大量減少氫氣含量。

本發(fā)明是使用下列步驟來達(dá)到上述的各項(xiàng)目的首先，是引入廢氣，使之與高溫等離子火炬直接作用，再進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)處理。該等離子火炬包括水蒸氣入口及水蒸氣管等部份。其中水蒸氣管管路中的液態(tài)水變成水蒸氣的熱能來自等離子反應(yīng)器反應(yīng)時(shí)的高溫，并進(jìn)入等離子火炬參與毒性氣體的反應(yīng)。

接續(xù)，為降低反應(yīng)后大量氫氣，本發(fā)明增設(shè)一燃燒室，將外界空氣與氫氣反應(yīng)，以處理掉大量氫氣。

接續(xù)，燃燒反應(yīng)后剩余的廢氣進(jìn)入一水槽，其內(nèi)的噴水器組噴出水霧，在此水可吸收熱量使廢氣迅速降溫，并溶解反應(yīng)后的部分氟化氫，而其余落下于水槽表面的產(chǎn)物，水槽再以底部排水方式將廢水排出。

最后，因高溫影響氣體的溶解度，所以在產(chǎn)物經(jīng)噴霧冷卻后，廢氣引入一濕式洗滌塔將廢氣反應(yīng)后的剩余產(chǎn)物除凈。

具體的講，本發(fā)明有如下第一種方法一種全氟化物廢氣處理方法，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進(jìn)入反應(yīng)腔瞬間被熱解形成廢氣產(chǎn)物，其所述水蒸氣經(jīng)由環(huán)繞所述反應(yīng)腔的水蒸氣管組所提供；(b)一燃燒室引入外界空氣，使所述空氣可在所述燃燒室內(nèi)與所述廢氣產(chǎn)物反應(yīng)；?經(jīng)由一水槽組溶解所述廢氣產(chǎn)物中部分氟化氫并除去在所述水槽組中的所述廢氣產(chǎn)物中的固體小分子；(d)經(jīng)由一濕式洗滌塔處理剩余的所述廢氣產(chǎn)物。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組的液態(tài)水是通過由所述全氟化物廢氣反應(yīng)時(shí)的高熱使的成為水蒸氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述液態(tài)水是來自所述水槽組中的循環(huán)水。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述燃燒室是通過一控制閥引入所述外部空氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述的控制閥可為復(fù)數(shù)個(gè)。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應(yīng)腔的溫度。

第二種方法一種全氟化物廢氣處理方法，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進(jìn)入反應(yīng)腔瞬間被熱解形成廢氣產(chǎn)物；(b)一燃燒室通過由控制閥引入外界生氣，使所述空氣可在所述燃燒室內(nèi)與所述廢氣產(chǎn)物反應(yīng)；?經(jīng)由一水槽組將所產(chǎn)生的廢氣產(chǎn)物急速降溫，并溶解部分產(chǎn)物；(d)經(jīng)由一濕式洗滌塔處理剩余的所述廢氣產(chǎn)物。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣是由環(huán)繞所述反應(yīng)腔的水蒸氣管組所提供，其中所述的水蒸氣管組的液態(tài)水是通過由所述全氟化物廢氣反應(yīng)時(shí)的高熱使之成為水蒸氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述液態(tài)水是來自所述水槽組中的循環(huán)水。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述燃燒室是連接于所述反應(yīng)腔之后。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述控制閥可為復(fù)數(shù)個(gè)。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應(yīng)腔的溫度。

第三種方法一種全氟化物廢氣處理方法，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進(jìn)入反應(yīng)腔瞬間被熱解形成廢氣產(chǎn)物，其所述水蒸氣經(jīng)由環(huán)繞所述反應(yīng)腔的水蒸氣管組所提供；(b)經(jīng)由一水槽組溶解所述廢氣產(chǎn)物中部分氟化氫并除去在所述水槽組中的所述廢氣產(chǎn)物中的固體小分子；?經(jīng)由一濕式洗滌塔處理剩余的所述廢氣產(chǎn)物。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組的液態(tài)水是通過由所述全氟化物廢氣反應(yīng)時(shí)的高熱使的成為水蒸氣。

所述的全氟化物廢氣處理方法，其中所述液態(tài)水是來自所述水槽組中的循環(huán)水。

所述的全氮化物廢氣處理方法，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應(yīng)腔的溫度。

由上可知，本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于，利用燃燒廢氣時(shí)所產(chǎn)生的熱能，將液態(tài)水轉(zhuǎn)換為水蒸氣。既節(jié)約了能源，也節(jié)省了單獨(dú)的水蒸氣產(chǎn)生設(shè)備。同時(shí)將空氣與廢氣中氫氣混合燃燒，可大量減少氫氣含量，提高了安全性。

圖1是公知技術(shù)中全氟化物廢氣等離子處理裝置；圖2是本發(fā)明的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的全氟化物廢氣等離子處理裝置。

具體實(shí)施例方式：

本發(fā)明的目的在于提供一種全氟化物廢氣處理方法，可運(yùn)用在處理全氟化物(PFCs)的廢氣時(shí)，其反應(yīng)中所添加的水蒸氣是利用本身燃燒的熱能加熱產(chǎn)生的，且為除去廢氣反應(yīng)后的大量氫氣，本發(fā)明亦增加一燃燒室解決。

首先，如圖2所示為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的全氟化物廢氣等離子處理裝置，其是引入廢氣，使之與高溫等離子火炬直接作用，再進(jìn)入反應(yīng)室內(nèi)處理，并于反應(yīng)室出口處設(shè)置一噴水器組，廢氣經(jīng)過噴水器組降溫后，再引入一濕式洗滌塔處理后予以排放，此一濕式洗滌塔的循環(huán)用水設(shè)有一水槽供應(yīng)的，其運(yùn)作方式如下一等離子火炬200包括一水蒸氣入口201及一水蒸氣管202。其水蒸氣管202管路的配置即為本發(fā)明的重點(diǎn)之一，其中水蒸氣管202管路是源自水槽組，以適當(dāng)方式環(huán)繞一等離子反應(yīng)器210后向上延伸至水蒸氣入口201；當(dāng)液態(tài)水自水槽流動(dòng)環(huán)繞等離子反應(yīng)器時(shí)，等離子反應(yīng)器所生的熱能將其加熱為水蒸氣，并自水蒸氣入口201進(jìn)入等離子火炬200使參與毒性氣體的反應(yīng)。

為使等離子火炬產(chǎn)生極高溫(10000℃)等離子束流的效率提升，需將水蒸氣引入等離子反應(yīng)器參與反應(yīng)。本發(fā)明利用等離子反應(yīng)器于反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱能，通過熱交換方式將液態(tài)水轉(zhuǎn)換為水蒸氣后，直接引入等離子反應(yīng)器參與反應(yīng)。如此不僅節(jié)省成本，不需另行增添加熱器，更可同時(shí)降低反應(yīng)后所生廢氣溫度，增加廢氣對(duì)水的溶解度，以利后續(xù)的處理。

其等離子反應(yīng)器210更包括一廢氣進(jìn)口211、一反應(yīng)室213二個(gè)部分，其中反應(yīng)室213內(nèi)部因此耐火隔熱材料構(gòu)筑而成，在等離子火炬加熱下，可形成高溫環(huán)境。全氟化物廢氣由廢氣進(jìn)口211進(jìn)入等離子反應(yīng)器210，通過等離子火炬200的極高溫(10000℃)等離子束流，全氟化物廢氣在反應(yīng)室213中，瞬間被熱解、原子化或離子化，全氟化物組成之間的化學(xué)鍵因而被瓦解摧毀，形成一些簡(jiǎn)單易于處理的分子或原子如氫、一氧化碳、二氧化碳和氟化氫等，而沒有機(jī)會(huì)組合成較大的或較復(fù)雜的分子。但由于經(jīng)等離子反應(yīng)器210處理后的廢氣溫度很高，并產(chǎn)生氟化氫及氫氣氣體，其中氫氣在后續(xù)處理過程中易產(chǎn)生爆炸危險(xiǎn)。因此，本發(fā)明在等離子反應(yīng)器210的反應(yīng)室213出口處，增設(shè)一燃燒室280，通過由全氟化物廢氣處理裝置內(nèi)部為負(fù)壓的原理，通過一空氣閥281的控制，可將外界空氣引入后，使空氣中的氧氣可在燃燒室內(nèi)與氫氣反應(yīng)，以處理掉大量氫氣，此亦為本發(fā)明的重點(diǎn)。

接續(xù)，與傳統(tǒng)全氟化物廢氣等離子處理方式相同，其燃燒反應(yīng)后剩余的廢氣進(jìn)入一水槽230，其內(nèi)的一噴水器組220設(shè)有一水量控制閥221調(diào)控噴水量使一噴水頭222噴出水霧，由此水吸收熱量使廢氣迅速降溫，并溶解部分氟化氫(HF)，而其余落下于水槽表面的產(chǎn)物，水槽再以底部排水方式將廢水排出。其噴水器組220的水源亦可由水泵240抽取水槽230的水供應(yīng)(圖中未示)，水泵240之前可設(shè)置一過濾器241過濾雜質(zhì)及固體物。因高溫影響氣體的溶解度，所以在產(chǎn)物經(jīng)噴霧冷卻后，通過一過濾器241過濾雜質(zhì)及固體物，再將廢氣引入一濕式洗滌塔250內(nèi)部填有高表面積填充物。毒性氣體廢氣在經(jīng)過此一濕式洗滌塔250時(shí)，其夾帶的固體物，例如，含硅粉末等，可以被洗凈濾除，同時(shí)氟化氫在此也被吸收，于處理氟化氫產(chǎn)物時(shí)，噴出的水霧可加堿液以中和氟化氫的酸性。當(dāng)廢氣來源所提供的氣流靜壓不足時(shí)，濕式洗滌塔250后端可加置一風(fēng)車260以補(bǔ)足靜壓，順利排出設(shè)計(jì)的風(fēng)量值。

以上所述是利用較佳實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍，因此熟知此技術(shù)的人士應(yīng)能明了，適當(dāng)而作些微的改變與調(diào)整，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍，故都應(yīng)視為本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施狀況。

權(quán)利要求：

1.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進(jìn)入反應(yīng)腔瞬間被熱解形成廢氣產(chǎn)物，其所述水蒸氣經(jīng)由環(huán)繞所述反應(yīng)腔的水蒸氣管組所提供；(b)一燃燒室引入外界空氣，使所述空氣可在所述燃燒室內(nèi)與所述廢氣產(chǎn)物反應(yīng)；?經(jīng)由一水槽組溶解所述廢氣產(chǎn)物中部分氟化氫并除去在所述水槽組中的所述廢氣產(chǎn)物中的固體小分子；(d)經(jīng)由一濕式洗滌塔處理剩余的所述廢氣產(chǎn)物。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述水蒸氣管組的液態(tài)水是通過由所述全氟化物廢氣反應(yīng)時(shí)的高熱使的成為水蒸氣。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述液態(tài)水是來自所述水槽組中的循環(huán)水。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述燃燒室是通過一控制閥引入所述外部空氣。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述的控制閥可為復(fù)數(shù)個(gè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應(yīng)腔的溫度。

7.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進(jìn)入反應(yīng)腔瞬間被熱解形成廢氣產(chǎn)物；(b)一燃燒室通過由控制閥引入外界生氣，使所述空氣可在所述燃燒室內(nèi)與所述廢氣產(chǎn)物反應(yīng)；?經(jīng)由一水槽組將所產(chǎn)生的廢氣產(chǎn)物急速降溫，并溶解部分產(chǎn)物；(d)經(jīng)由一濕式洗滌塔處理剩余的所述廢氣產(chǎn)物。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述水蒸氣是由環(huán)繞所述反應(yīng)腔的水蒸氣管組所提供，其中所述的水蒸氣管組的液態(tài)水是通過由所述全氟化物廢氣反應(yīng)時(shí)的高熱使之成為水蒸氣。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述液態(tài)水是來自所述水槽組中的循環(huán)水。

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述燃燒室是連接于所述反應(yīng)腔之后。

11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述控制閥可為復(fù)數(shù)個(gè)。

12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應(yīng)腔的溫度。

13.一種全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，包含(a)全氟化物廢氣與水蒸氣通過等離子火炬進(jìn)入反應(yīng)腔瞬間被熱解形成廢氣產(chǎn)物，其所述水蒸氣經(jīng)由環(huán)繞所述反應(yīng)腔的水蒸氣管組所提供；(b)經(jīng)由一水槽組溶解所述廢氣產(chǎn)物中部分氟化氫并除去在所述水槽組中的所述廢氣產(chǎn)物中的固體小分子；?經(jīng)由一濕式洗滌塔處理剩余的所述廢氣產(chǎn)物。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述水蒸氣管組的液態(tài)水是通過由所述全氟化物廢氣反應(yīng)時(shí)的高熱使的成為水蒸氣。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的全氟化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述液態(tài)水是來自所述水槽組中的循環(huán)水。

16.根據(jù)權(quán)利要求13所述的全氮化物廢氣處理方法，其特征在于，其中所述水蒸氣管組可降低在燃燒過程中所述反應(yīng)腔的溫度。

全文摘要：

一種全氟化物廢氣處理方法，可以利用等離子反應(yīng)器于反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱能，將液態(tài)水轉(zhuǎn)換為水蒸氣后，其產(chǎn)生的水蒸氣直接引入等離子反應(yīng)器參與等離子束流的反應(yīng)，如此，亦可降低燃燒過程中反應(yīng)腔的高熱問題。此外，本發(fā)明亦設(shè)置一燃燒室與反應(yīng)室相連，將空氣引入燃燒室中與氫氣混合燃燒，可處理大量全氟化物廢氣燃燒過程中所產(chǎn)生的氫氣。