專利名稱：氣體減排的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體減排。本發(fā)明尤其適用于減少來自工藝設(shè)備的氣體排放物，例如來自半導(dǎo)體或平板顯示器制造工業(yè)中所使用的工藝設(shè)備的氣體排放物。
CF4、C2F6、NF3和SF6通常用于半導(dǎo)體和平板顯示器制造工業(yè)中，例如用于進行介電層蝕刻和室清洗。在進行制造或清洗工藝之后，在從工藝設(shè)備中泵送出的排出氣體流中通常存在殘余的PFC含量。PFCs難以從排出流中去除，且由于它們已公知具有相對較高的溫室效應(yīng)，因此不希望將它們排入環(huán)境中。
如

圖1所示，提供減排裝置以處理來自工藝設(shè)備的這種氣體排放物是已公知的。在所示實施例中，減排裝置200位于一個或多個抽真空系統(tǒng)的下游，所述抽真空系統(tǒng)分別用于對工藝設(shè)備的相應(yīng)的處理室202進行抽真空。在本實例中，每個抽真空系統(tǒng)包括羅茨型(Roots)鼓風(fēng)機204或其它次級泵以從處理室202中抽出排出流，羅茨型鼓風(fēng)機204受到多級干燥泵206的支持，所述多級干燥泵在大氣壓力下或約在大氣壓力下將排出流排放至減排裝置200。適當(dāng)?shù)那凹壉?06包括羅茨型(Roots)和Northey型(“爪式”)泵吸機構(gòu)的組合。
減排的目的是將排出流的相對有害的組分轉(zhuǎn)化成對環(huán)境不那么有害的化合物和/或轉(zhuǎn)化成更加便于進行處置，例如通過位于減排裝置200下游的濕式洗滌器(未示出)進行處置，的化合物。常規(guī)的減排裝置包括焚化、等離子體減排和熱分解設(shè)備。
半導(dǎo)體制造工藝通常會產(chǎn)生顆?；蚍勰┑母碑a(chǎn)物，通過抽真空系統(tǒng)從處理室202中抽出所述副產(chǎn)物。由于前級泵206的泵吸機構(gòu)需要在使用過程中保持泵吸級的轉(zhuǎn)子與定子部件之間的緊密公差，因此慣例是將惰性吹掃氣體如氮氣注入泵吸機構(gòu)內(nèi)。該吹掃氣體用于降低前級泵206的副產(chǎn)物污染水平。然而，考慮到與排出流排放物流出每個工藝設(shè)備202的流速(通常約5slm)相比，吹掃氣體流入每個前級泵206的流速相對較高(通常約40至50slm)，因此將吹掃氣體注入一個或多個前級泵206內(nèi)大大增加了減排裝置200的功率需求，這是因為對包含70至90％的吹掃氣體的排出流進行減排需要的功率比對不包含吹掃氣體的排出流進行減排的功率大得多。
本發(fā)明的優(yōu)選實施例的目的至少在于設(shè)法提供一種相對簡單、具有效率且成本較低的技術(shù)以對來自工藝設(shè)備的排出氣體流進行處理。
在第一個方面中，本發(fā)明提供了一種對來自工藝設(shè)備的排出氣體流進行處理的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于在次大氣壓力下將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分的減排裝置、用于對所述減排裝置至少部分地抽真空的泵和用于將液體輸送至所述泵的裝置，所述泵包括泵吸機構(gòu)、用于接收來自所述減排裝置的所述排出流和來自所述液體輸送裝置的所述液體的裝置以及用于排放出包括所述液體和所述氣體流的所述可溶于液體的組分的溶液的出口。
在一個實施例中，所述泵包括液體環(huán)式泵。液體環(huán)式泵包括可轉(zhuǎn)動地安裝在環(huán)形殼體中以使得所述轉(zhuǎn)子軸線相對于所述殼體的中心軸線偏心的轉(zhuǎn)子。所述轉(zhuǎn)子具有葉片，所述葉片從所述轉(zhuǎn)子向外徑向延伸且圍繞所述轉(zhuǎn)子呈等距隔開。一定量的泵吸液體如水被保持在所述殼體中。正如本文所使用地，術(shù)語“不可溶于液體的組分”意味著不可溶解在所述泵的所述液體內(nèi)的所述排出流的組分，該液體通常為水，且術(shù)語“可溶于液體的組分”意味著可溶解在該液體內(nèi)的所述排出流的組分。這些不可溶于液體的組分的實例為全氟或氫氟碳(hydrofluorocarbon)化合物，如CF4、C2F6、CHF3、O3F31和C4F8，所述化合物可被轉(zhuǎn)化成CO2和HF，所述CO2和HF可被納入泵中的溶液內(nèi)。其它實例為可被轉(zhuǎn)化成N2和HF的NF3和可被轉(zhuǎn)化成SO2和HF的SF6。
當(dāng)所述轉(zhuǎn)子進行轉(zhuǎn)動時，所述轉(zhuǎn)子葉片與所述液體接合且使所述液體在所述殼體內(nèi)部形成環(huán)形環(huán)。這意味著在所述泵的入口側(cè)，在位于相鄰的轉(zhuǎn)子葉片之間的壓縮區(qū)域中存在的氣體向外徑向移動遠離所述轉(zhuǎn)子輪軸，而在所述泵的出口側(cè)上，所述氣體朝向所述轉(zhuǎn)子輪軸向內(nèi)徑向移動。這導(dǎo)致在通過所述泵的所述氣體上產(chǎn)生活塞型泵吸作用。
在該優(yōu)選實施例中，氣體入口被設(shè)置在所述泵的所述入口側(cè)處以使得包含所述不可溶于液體的物質(zhì)的所述排出流被拉入位于相鄰的轉(zhuǎn)子葉片之間的所述空間內(nèi)，在所述空間中所述液體向外徑向移動。用于同時將液體輸送至所述殼體以在所述殼體內(nèi)形成所述液體環(huán)的另一個入口被典型地設(shè)置在所述殼體的底部處，且位于所述泵的所述入口側(cè)與所述出口側(cè)之間。當(dāng)所述排出氣體流被導(dǎo)致與所述泵吸液體接觸時，所述排出流的任何可溶于液體的組分被沖入所述泵吸液體內(nèi)且因此在所述氣體流與所述液體和所述排出流的所述可溶于液體的組分的溶液一起在大氣壓力下或約在大氣壓力下從所述泵中被排出之前從所述排出流中去除所述組分。泵出口允許從所述泵中排出所述溶液和任何氣體。
正如上面提到地，所述泵可設(shè)有獨立的入口以接收所述液體。另一種可選方式是，所述液體可通過所述氣體入口與所述排出流一起進入所述泵，且所述液體被從其來源輸送進入位于所述氣體入口上游的所述排出流內(nèi)。
在另一個實施例中，所述泵包括螺桿泵吸機構(gòu)，優(yōu)選為多轉(zhuǎn)子螺桿機構(gòu)。多轉(zhuǎn)子螺桿機構(gòu)泵能夠泵吸氣體和液體的混合物，且可因此用作本發(fā)明的液體環(huán)式泵的另一種可選方式。多轉(zhuǎn)子螺桿泵吸機構(gòu)包括位于固定定子內(nèi)的兩個或多個轉(zhuǎn)動螺桿，在所述固定定子中，流體在由所述螺桿轉(zhuǎn)子的所述嚙合齒部形成的腔體中被軸向傳輸。流體移動通過所述機構(gòu)所沿的方向取決于所述螺桿轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向。并非在所述泵本身內(nèi)而是通過對出口的限制提供壓縮，所述壓縮通常為簡單大氣壓力。
在該實施例中，氣體入口被設(shè)置在所述泵的所述入口端處，所述排出氣體流也是如此。可設(shè)置與所述排出氣體流同時地將液體流引入所述泵內(nèi)的第二入口。另一種可選方式是，所述液體可被輸送入位于所述氣體入口上游的所述排出流內(nèi)且所述液體與所述氣體流同時進入所述泵內(nèi)。與所述液體環(huán)式泵相似地，所述排出流的任何可溶于液體的組分由所述液體流攜帶。泵出口允許從所述泵中排出所述液體流。
液體環(huán)式泵或螺桿機構(gòu)泵因此作為所述排出氣體流的濕式洗滌器和大氣真空泵吸級進行操作。在所述泵位于所述減排裝置下游的情況下，不再需要常規(guī)的濕式洗滌器，由此降低了成本。此外，與羅茨或Northey型泵吸機構(gòu)不同，來自所述器具的任何顆?；蚍勰└碑a(chǎn)物排放物對所述液體環(huán)式泵的所述泵吸機構(gòu)沒有有害影響，且因此不再需要為所述大氣泵吸級提供任何吹掃氣體。因此，無論所述液體環(huán)式泵位于所述減排裝置的上游或下游，與圖1所述的已公知的實例相比，進入所述減排裝置的氣體量大大減少。
減排裝置優(yōu)選被構(gòu)造以將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成不同化合物。例如，所述減排裝置可被構(gòu)造以將所述排出流的一種或多種組分，如SiH4和/或NH3，轉(zhuǎn)化成一種或多種化合物，與所述組分相比，所述化合物與所述排出流的另一種組分如F2的反應(yīng)性更低。這種氣體可存在于所述減排裝置被構(gòu)造以對來自不同工藝設(shè)備的所述排出流排放物進行處理，或不同加工氣體在不同時間被供應(yīng)至工藝設(shè)備的情況下。對SiH4和NH3氣體進行預(yù)處理可防止在所述排出流內(nèi)形成反應(yīng)性氣體混合物。例如，對SiH4進行預(yù)處理可形成SiO2。
在優(yōu)選實施例中，所述泵位于所述減排裝置的下游，以使得在使用過程中，所述排出流在次大氣壓力下通過所述減排裝置。通過這種構(gòu)型，所述減排裝置可將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成化合物，與所述組分相比，所述化合物與所述泵的所述液體的反應(yīng)性更低。例如，雖然F2可溶于水內(nèi)，但其可與水進行反應(yīng)以形成不可溶的化合物，如OF2。將F2轉(zhuǎn)化成HF可抑制這種化合物的形成。因此，通過這種構(gòu)型，所述減排裝置可將所述排出流的一種或多種組分轉(zhuǎn)化成可溶于所述泵的所述液體內(nèi)的組分。
正如上面提到地，所述排出流的所述組分起初可以是可溶于液體的，或所述排出流的所述組分起初可以是不可溶于液體的。不可溶于液體的化合物的實例為CF4、C2F6、CHF3、C3F8、C4F8、NF3和SF6。
多種設(shè)備的任一種設(shè)備可用于對所述排出流的所述組分進行分解。例如，可提供燃燒器或類似裝置以對這些組分進行熱分解。在我們的歐洲專利申請no.1,205,707中描述了一個適當(dāng)?shù)膶嵗?，所述專利申請的?nèi)容在此作為參考被引用。另一種可選方式是，可利用等離子體發(fā)生器對這些組分進行分解。在一種已公知的等離子體減排技術(shù)中，利用微波輻射以便由組分如PFCs產(chǎn)生微波等離子體，從而將所述排出氣體流轉(zhuǎn)化成共振腔。另一種已公知的技術(shù)是將所述排出流輸送入介體管道內(nèi)，利用高頻表面波激發(fā)器產(chǎn)生表面波，所述表面波在所述管道內(nèi)產(chǎn)生等離子體以離解所述PFCs?？衫迷诩s580kHz、13.56MHz、27MHz、915MHz或2.45GHz頻率下的輻射產(chǎn)生所述等離子體。
另一種可選方式是，可產(chǎn)生輝光放電對這些組分進行分解。正如已公知地，輝光放電是通過將大于氣體破壞電壓的電壓施加到氣體上而形成的發(fā)光熱等離子體?？赏ㄟ^除輝光放電以外的放電，例如通過電暈放電或電弧放電，對所述組分進行分解。這種放電可利用等離子體槍產(chǎn)生，其中在水冷噴嘴(陽極)與位于中心的陰極之間產(chǎn)生電弧。流體流通過所述電弧且由此產(chǎn)生離解。從所述噴嘴流出的離子化流體的等離子體與氧乙炔明焰相似。
在另一種可選的減排技術(shù)中，使所述排出廢物流與包含用于與所述廢物流內(nèi)的所述組分進行反應(yīng)的反應(yīng)劑的流接觸。例如，在這些組分為PFCs的情況下，可利用過熱水蒸氣流將PFCs轉(zhuǎn)化成可被納入所述泵中的溶液內(nèi)的組分如HF。通過提供一種方法，其中由反應(yīng)性流體形成反應(yīng)性物質(zhì)以便隨后與所述排出流的這種組分進行反應(yīng)，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可從根本上改進導(dǎo)致所述排出流中的所述組分受到破壞所需的能量和這種破壞的效率。例如，由水的離解形成的H+和OH-離子能夠在室溫下例如與所述排出流中包含的PFC進行反應(yīng)，且因此在如果水被引入所述排出流內(nèi)之前沒有進行預(yù)電離而導(dǎo)致需要低得多的溫度的情況下，所述反應(yīng)可在所述低得多的溫度下進行。其它優(yōu)點在于可利用相對便宜且易于獲得的流體例如水蒸氣或燃料如甲醇或乙醇產(chǎn)生H+和/或OH-離子作為反應(yīng)性物質(zhì)，且反應(yīng)可在次大氣壓力或大氣壓力下進行。
可采用多種技術(shù)以利用等離子體槍形成離子。在第一種技術(shù)中，形成等離子體流且在將所述等離子體流注入所述室內(nèi)之前，水(作為這些離子的適當(dāng)來源的實例)被輸送至所述流以使得包含這些離子的火焰被注入所述室內(nèi)以對所述室內(nèi)的所述排出氣體流進行減排。所述水可與所述源氣體獨立地或在包括水蒸氣和所述元氣體的流體混合物內(nèi)被輸送至所述等離子體流。在第二種技術(shù)中，水和所述排出氣體流被獨立地輸送入所述室內(nèi)。所述火焰使所述水產(chǎn)生離解以在所述室內(nèi)形成加熱的離子，所述離子隨后與所述廢物流的PFC組分進行反應(yīng)。在第三種技術(shù)中，所述排出氣體流在被注入所述反應(yīng)室內(nèi)之前被輸送至所述等離子體流，以使得所述等離子體流和可包括所述PFC和/或由所述PFC產(chǎn)生的基團的所述氣體流被注入所述反應(yīng)室內(nèi)。水可被輸送至位于所述孔口上游的所述等離子體流，即所述水與一種源氣體或所述排出氣體流一起或與所述源氣體或排出氣體流相互獨立地被輸送，或所述水可被輸送至位于所述噴嘴下游的所述等離子體流，例如被直接輸送至所述反應(yīng)室。在這種情況下，所述水可沖擊在所述等離子體流上以在所述室內(nèi)形成加熱的離子從而與所述PFC和/或所述PFC基團進行反應(yīng)，和/或可與所述室內(nèi)的所述PFC基團直接反應(yīng)以對其進行減排。
在優(yōu)選實施例中，利用單個等離子體槍將所述等離子體流注入所述反應(yīng)室內(nèi)。然而，可設(shè)置多個這種槍以將多條等離子體流注入該室內(nèi)，所述等離子體流分別用于對共用或相應(yīng)的氣體流進行減排。另一種可選方式是，多條氣體流可被輸送至單個室，單條等離子體流被注入所述室內(nèi)。這可進一步提高所述廢物流的處理效率。這些槍可被連接至共用的電源或相應(yīng)的電源。
在另一個方面中，本發(fā)明提供了一種對工藝設(shè)備進行抽真空的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于從所述器具中抽出排出流體流的真空泵和上面提到的用于接收和處理來自所述真空泵的所述排出流排放物的系統(tǒng)。這種泵可包括任何適宜的泵以在10至200毫巴(mbar)范圍內(nèi)的壓力下排放所述排出流。例如，所述真空泵可包括渦輪分子泵、分子拖曳泵或多級干燥泵。這種泵優(yōu)選包括多個羅茨型泵吸級，由于這種泵吸機構(gòu)具有比Northey型機構(gòu)更大的公差，且因此更不易于出現(xiàn)因為固體副產(chǎn)物的積聚而在所述泵吸機構(gòu)的運轉(zhuǎn)間隙內(nèi)卡住的現(xiàn)象。
在又一個方面中，本發(fā)明提供了一種對來自工藝設(shè)備的排出氣體流進行處理的方法，所述方法包括將所述排出流輸送至減排裝置以在次大氣壓力下將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分、將來自所述減排裝置的所述排出流輸送至泵以對所述減排裝置至少部分地抽真空、同時將液體輸送至所述泵并且從所述泵中排放出包含所述氣體流的所述可溶于液體的組分的液體的步驟。
與本發(fā)明的設(shè)備方面相關(guān)的上述特征同樣適用于方法方面，且反之亦然。
下面，將結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選特征進行描述，其中圖1示出了用于對多個處理室進行抽真空的系統(tǒng)；圖2示出了用于對排出廢物流進行處理的設(shè)備的第一個實施例；圖3示出了圖2所示的設(shè)備中的等離子體減排裝置的一個實例的流體供應(yīng)；圖4更詳細地示出了圖3所示的等離子體減排裝置；圖5示出了適用于圖4所示的裝置中的等離子體噴槍的一個實施例；圖6示出了圖5所示的噴槍與進入減排裝置的多條氣體流一起使用的情況；圖7示出了適用于圖4所示的裝置中的等離子體噴槍的第二個實施例；圖8示意性地示出了適用于圖2所示的設(shè)備中的液體環(huán)式泵的一個實例；圖9示出了用于對排出廢物流進行處理的設(shè)備的第二個實施例；圖10示意性地示出了適用于圖9所示的設(shè)備中的螺桿真空泵的一個實例；和圖11示出了適用于圖2或圖9所示的設(shè)備中的等離子體減排裝置的另一個實例。
參見圖2，用于對來自相應(yīng)的工藝設(shè)備的一個或多個處理室10的排出氣體流排放物進行處理的設(shè)備的第一個實施例包括減排裝置12和液體環(huán)式泵14。減排裝置12位于一個或多個大容量次級泵16(圖2中示出了三個，但可設(shè)置任何適當(dāng)數(shù)量的次級泵)的下游。在所示的實施例中，每個次級泵16包括多級干燥泵，其中由羅茨型泵吸機構(gòu)提供每個泵吸級。另一種可選方式是，一個或多個次級泵16可包括渦輪分子泵和/或分子拖曳機構(gòu)，這取決于相應(yīng)的處理室10的泵吸需求。
次級泵16從處理室10中抽出排出氣體流，且在通常處于50至200mbar范圍內(nèi)的次大氣壓力下且以約5slm的速度將泵吸氣體流排放至減排裝置12。減排裝置12接收泵吸氣體流且將氣體流的組分例如SiH4和NH3轉(zhuǎn)化成與接收氣體流的其它組分如F2的反應(yīng)性更低的物質(zhì)，且將這種組分和其它組分如PFCs和F2轉(zhuǎn)化成可易于通過液體環(huán)式泵14內(nèi)的泵吸液體去除的物質(zhì)。
減排裝置12可利用適用于對次大氣壓排出流進行減排的任何技術(shù)，如焚化、等離子體減排、熱分解、利用氣體添加劑或包含被選擇以導(dǎo)致排出氣體進行反應(yīng)且形成上面提到的物質(zhì)的離子的氣體流進行分解?，F(xiàn)在將結(jié)合圖3至圖7對這種減排裝置12的實例進行描述。
圖3示出了減排裝置12的氣體供應(yīng)情況。排出流通過導(dǎo)管20被輸送至減排裝置12的第一入口18，且通過導(dǎo)管24被輸送離開減排裝置12的出22。OH-和/或H+離子源，在本實例中為水，通過導(dǎo)管30從其來源26被供應(yīng)至減排裝置12的第二入口28，且可離子化的等離子體源氣體，在本實例中為氮，通過導(dǎo)管36從其來源32被供應(yīng)至減排裝置的第三入口34。
參見圖4，減排裝置12包括反應(yīng)室40，在所述反應(yīng)室中形成了用于接收排出流的第一入口18、用于接收離子源的第二入口28和從室40中排放出流體流的出口22，所述流體流包含來自減排工藝的副產(chǎn)物以及進入減排裝置12內(nèi)的排出流內(nèi)包含的其它未減排氣體。減排裝置12進一步包括用于從導(dǎo)管36接收氮氣流且產(chǎn)生等離子體流的直流等離子體噴槍42，所述等離子體流以從等離子體噴槍42的孔口或噴嘴44發(fā)射出的火焰的形式被注入室40內(nèi)。如圖4所示，等離子體噴槍42還接收水冷卻劑流，所述水冷卻劑流通過圖48中典型地示作46的導(dǎo)管系統(tǒng)進入且離開噴槍。
圖5更詳細地示出了等離子體噴槍42的一個實施例的構(gòu)型。等離子體噴槍42包括具有端壁50的細長管形陰極或電子發(fā)射器48。水冷卻劑在等離子體噴槍42的使用過程中被輸送通過電子發(fā)射器48的孔52。電子發(fā)射器48的孔52與在圍繞電子發(fā)射器48的端壁50的啟動陽極或電極54中形成的噴嘴44對齊。啟動電極54被安裝在圍繞電子發(fā)射器48的絕緣塊體56中。在絕緣塊體56中形成的孔提供了減排裝置的第三入口34，且將等離子體源氣體流輸送進入位于電子發(fā)射器48的端壁50與啟動電極54之間的腔體58內(nèi)。
在等離子體噴槍42的操作過程中，首先在電子發(fā)射器48與啟動電極54之間產(chǎn)生引導(dǎo)電弧。通過高頻高電壓信號產(chǎn)生電弧，通常通過與噴槍的電源相關(guān)聯(lián)的發(fā)生器提供所述高頻高電壓信號。該信號在腔體58中流動的等離子體源氣體中誘發(fā)火花放電且該放電提供了電流路徑。由此在電子發(fā)射器48與啟動電極54之間形成的引導(dǎo)電弧對通過噴嘴44的等離子體源氣體進行離子化從而由噴嘴44的尖端產(chǎn)生離子化源氣體的高動力等離子體火焰。火焰從噴嘴朝向圍繞噴嘴44以限定出等離子體區(qū)域62的次級陽極60移動。次級陽極60可由室40的部分壁部提供，或可以是插入是40內(nèi)的獨立構(gòu)件，在這種情況下次級陽極60可設(shè)有孔口64、66，所述孔口64、66與室40的入口18、28對齊以使得離子源和排出流能夠被輸送至等離子體區(qū)域62。次級陽極60的下部(如圖所示)可如圖5所示被成形以使得能夠利用次級陽極代替啟動電極54從而由等離子體源氣體產(chǎn)生等離子體流。
在使用過程中，通過由等離子體噴槍42的噴嘴44發(fā)射出的等離子體火焰使離子源離解以在等離子體區(qū)域62內(nèi)形成H+和OH-離子，在本實例中所述離子源為水。這些離子隨后在室40內(nèi)與進入室40的排出流的PFC組分進行反應(yīng)。來自反應(yīng)的副產(chǎn)物和進入室40內(nèi)的排出流內(nèi)包含的任何未減排惰性氣體通過出口22被排放出室40，且隨后被輸送至液體環(huán)式泵14。
下面，將對在室40內(nèi)發(fā)生的反應(yīng)的一些實例進行描述。
實例1反應(yīng)性流體是H+和OH-離子源，例如水蒸汽，且排出流包含全氟化物，例如CF4。等離子體火焰使水蒸汽離解成H+和OH-離子H2O→H++OH-(1)所述H+和OH-離子與CF4進行反應(yīng)以生成副產(chǎn)物二氧化碳和HFCF4+20H-+2H+→CO2+4HF (2)在工藝設(shè)備中實施介電蝕刻的典型氣體混合物可包含不同比例的氣體CHF3、C3F8、C4F8或其它全氟或氫氟碳氣體，雖然H+和OH-離子與廢物氣體流的這些組分進行的化學(xué)反應(yīng)在細節(jié)上有所不同，但一般形式將如上面的模式所述。
實例2反應(yīng)性氣體仍為H+和OH-離子源，例如水蒸汽，且廢物流包含NF3。工藝設(shè)備制造商越來越多地采用NF3作為PECVD(等離子體增強化學(xué)氣相沉積)反應(yīng)器的室清洗氣體的選擇。鑒于清洗工藝所采用的NF3遠高于CF4或C2F6，因此產(chǎn)生的副產(chǎn)物具有高得多的反應(yīng)性且其不受控制的釋放可能更具危險性。在等離子體內(nèi)，NF3離解形成N2、F2和N2F44NF3→N2+4F2+N2F4(3)且排出流的N2F4組分隨后與由于水蒸汽沖擊在等離子體光焰上而產(chǎn)生的H+和OH-離子進行反應(yīng)N2F4+2H++2OH-→N2+4HF+O2(4)正如上面的實例所示，可利用相同的離子從氣體流中去除多種不同組分。因此，減排裝置適于接收來自相似或不同工藝設(shè)備的多條氣體流，且將那些氣體流的相似或不同的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體環(huán)式泵14的液體內(nèi)的物質(zhì)。例如，如圖6所示，減排裝置可設(shè)有用于通過導(dǎo)管20a接收附加氣體流的附加入口，且附加的孔口64a被設(shè)置在次級陽極60中以使得附加氣體流能夠被輸送至等離子體區(qū)域62。
在上面的實例1中，離子與進入室40內(nèi)的排出流的CF4組分進行反應(yīng)，且因此排出流在與離子進行反應(yīng)之前并非必須通過等離子體光焰以分解CF4。相反地，在上面的實例2中，所希望的是將排出流輸送通過等離子體流以便將NF3離解成與由離子源產(chǎn)生的離子的反應(yīng)性更高的物質(zhì)。在圖4至圖6所示的實例中，排出流可被輸送進入鄰近等離子體區(qū)域62的室40內(nèi)以使PFC通過等離子體區(qū)域。圖7示出了等離子體噴槍80的實例，其中排出流與等離子體光焰的接觸被最大化。在該實例中，排出流被直接輸送至等離子體噴槍80，而不是進入反應(yīng)室40。如圖7所示，排出流從減排裝置的第一入口18被輸送進入電子發(fā)射器48的孔52。排出流從電子發(fā)射器48的開口端82進入位于等離子體噴槍80的電子發(fā)射器48與啟動電極54之間的腔體58內(nèi)。腔體58還接收等離子體源氣體流，所述等離子體源氣體流通過在圍繞電子發(fā)射器48和啟動電極54的電絕緣塊體56中形成的第三入口34進入減排裝置內(nèi)。
在使用過程中，與圖5所示的實例相似地，首先通過將高頻高電壓信號供應(yīng)至鉿插入件84而在電子發(fā)射器48與啟動電極54之間產(chǎn)生引導(dǎo)電弧。由此在電極發(fā)射器48與啟動電極54之間形成的引導(dǎo)電弧對從第三入口34進入腔體58內(nèi)的等離子體源氣體進行離子化從而由噴嘴44的尖端產(chǎn)生離子化源氣體的高動力等離子體火焰。當(dāng)排出流從電子發(fā)射器48的開口端82進入腔體58內(nèi)時，其與腔體58內(nèi)的等離子體源氣體混合且與等離子體流一起從噴嘴44被發(fā)射進入等離子體區(qū)域62內(nèi)。水從第二入口28被供應(yīng)至等離子體區(qū)域62，在本實例中仍在噴槍42的絕緣塊體56中形成所述第二入口。通過等離子體流對水進行分解以形成H+和OH-離子，所述H+和OH-離子在反應(yīng)室內(nèi)與PFC和/或由于等離子體流使PFC離解而形成的物質(zhì)進行反應(yīng)。
返回圖2，液體環(huán)式泵14從減排裝置12中抽出排出氣體。當(dāng)氣體通過液體環(huán)式泵14時，可溶于液體環(huán)式泵的泵吸液體內(nèi)的氣體流的任何組分被沖入泵吸液體內(nèi)，所述泵吸液體通常為水或其它水溶液。因此，液體環(huán)式泵14作為排出氣體流的濕式洗滌器和大氣真空泵吸級進行操作。
如圖8所示，液體環(huán)式泵14包括可轉(zhuǎn)動地安裝在環(huán)形殼體92中以使得轉(zhuǎn)子軸線94相對于殼體92的中心軸線96偏心的轉(zhuǎn)子90。轉(zhuǎn)子90具有葉片98，所述葉片從所述轉(zhuǎn)子向外徑向延伸且圍繞轉(zhuǎn)子90呈等距隔開。隨著轉(zhuǎn)子90的轉(zhuǎn)動，葉片98與從入口100進入殼體92內(nèi)的液體接合且使所述液體在殼體92內(nèi)部形成環(huán)形環(huán)102。返回圖2，液體通過被連接至適當(dāng)?shù)囊后w源17例如水槽或其它貯存裝置的導(dǎo)管系統(tǒng)15被輸送至液體環(huán)式泵14。
排出氣體流通過氣體入口104進入液體環(huán)式泵14且被拉入相鄰葉片98之間的空間106內(nèi)。排出氣體流的任何可溶于液體的組分，如HF，被攜帶在由與排出流同時進入泵內(nèi)的液體在液體環(huán)式泵14內(nèi)形成的環(huán)形環(huán)102內(nèi)。液體環(huán)式泵14在其出口側(cè)上設(shè)有排放口108以從泵14中排放出包括來自環(huán)形環(huán)102的液體和排出氣體流的可溶于液體的組分的液體溶液以及排出氣體流中剩余的任何氣體物質(zhì)的液體/氣體混合物。當(dāng)液體從排放口108被輸送出來時，通過入口100將新鮮液體供應(yīng)至殼體92而補充環(huán)形環(huán)102。來自液體環(huán)式泵14的液體/氣體混合物流排放物可隨后在位于液體環(huán)式泵14的排放口108下游的排放物分離器(未示出)中進行分離。氣體可被排放到大氣中，且收集液體以進行安全處置。另一種可選方式是，可對液體進行處理以返回源17從而進行再利用。
圖9示出了用于對來自相應(yīng)的工藝設(shè)備的一個或多個處理室10的排出氣體流排放物進行處理的設(shè)備的第二個實施例。除了具有螺桿型泵吸機構(gòu)的泵110代替了第一個實施例的液體環(huán)式泵14以外，第二個實施例的設(shè)備與第一個實施例的設(shè)備相似。圖10更詳細地示出了該泵110。
第一入口112位于泵的入口側(cè)處，排出流通過所述第一入口進入泵110的殼體114內(nèi)。泵110包括第二入口116，用于對泵殼體114進行沖刷的液體通過所述第二入口進入泵殼體114內(nèi)。在本實施例中，液體是水，但可利用任何其它水溶液。泵110包括第一軸118和與所述第一軸隔開且與其平行的第二軸120。提供了用于支承軸118、120的軸承。軸118、120適于在殼體114內(nèi)沿反向轉(zhuǎn)動方向圍繞縱向軸進行轉(zhuǎn)動。第一軸118被連接至驅(qū)動馬達122，軸通過定時齒輪124被聯(lián)接在一起以使得在使用過程中軸118、120以相同速度但沿相反方向轉(zhuǎn)動。第一轉(zhuǎn)子126被安裝在第一軸118上以在室114內(nèi)進行旋轉(zhuǎn)運動，且第二轉(zhuǎn)子128被相似地安裝在第二軸120上。兩個轉(zhuǎn)子126、128中的每個轉(zhuǎn)子具有大體上的圓柱形形狀且具有在其外表面上分別形成的螺旋輪葉或螺紋，螺紋如圖所示相互嚙合。
在使用過程中，排出流通過第一入口112進入泵110內(nèi)，且氣體被拉入相互嚙合的轉(zhuǎn)子126、128之間的腔體130內(nèi)。排出流的可溶于液體的組分被攜帶在通過第二入口116進入泵110內(nèi)的液體內(nèi)。泵110在其出口側(cè)上設(shè)有排放口132以從泵14中排放出包括被供應(yīng)至泵110的液體和排出氣體流的可溶于液體的組分的液體溶液以及排出氣體流中剩余的任何氣體物質(zhì)的液體/氣體混合物。當(dāng)液體從排放口132被輸送出來時，可通過入口116將新鮮液體供應(yīng)至殼體114而補充泵110內(nèi)的液體。來自泵110的液體/氣體混合物流排放物可隨后在位于排放口132的下游的排放物分離器(未示出)中進行分離。氣體可被排放到大氣中，且收集液體以進行安全處置。另一種可選方式是，可對液體進行處理以返回源17從而進行再利用。
在所示出的實施例中，減排裝置12位于泵14、110的上游，以使得排出流的任何不可溶于液體的組分，如PFCs可被轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分如HF，所述可溶于液體的組分可被沖入泵14、110的液體內(nèi)。另一種可選方式是，減排裝置12可位于泵14、110的下游。在這種構(gòu)型中，減排裝置12可在大氣壓力下進行操作，但將需要附加的濕式洗滌器或類似裝置以從氣體流中去除物質(zhì)如HF。在任一種構(gòu)型中，缺少將任何吹掃氣體注入抽真空系統(tǒng)內(nèi)的過程意味著減排裝置12用于對以約5slm的流速從每個處理室10中流出的排出氣體流進行減排。這需要的功率遠低于如圖1所示的現(xiàn)有技術(shù)實例中那樣對包含70至90％的吹掃氣體的氣體流進行減排所需要的功率。
如上所述，減排裝置12可利用適用于對次大氣壓排出流進行減排的任何技術(shù)，如焚化、等離子體減排、熱分解、利用氣體添加劑進行分解。在我們的歐洲專利申請no.1,205,707中描述了一種適當(dāng)?shù)娜紵b置，所述專利申請的內(nèi)容在此作為參考被引用。圖11示出了另一種可選的等離子體減排裝置12。該裝置包括微波共振腔140。在腔體140內(nèi)設(shè)置了由例如PTFE形成的介電插入件142，所述介電插入件對于微波而言是可透過的。插入件142具有圓形內(nèi)剖面以使得通過氣體入口144進入腔體140內(nèi)的氣體以速度的切向分量進入腔體內(nèi)。插入件142還可用作使腔體140氣密的密封件。腔體140被聯(lián)接至波導(dǎo)(未示出)，所述波導(dǎo)被調(diào)整以便被聯(lián)接至2.45GHz的微波發(fā)生器時傳送微波能量。安裝在腔體140內(nèi)的是一對相對的場增強電極146、148，所述電極用于限制在腔體140內(nèi)產(chǎn)生的等離子體。電極146具有通道，通過所述通道冷卻水可通過電極146周圍。在使用過程中，排出流在進入減排裝置內(nèi)之前是水飽和的。水飽和排出流排放物通過入口114進入腔體140內(nèi)且在進入電極146、148之間的間隙150內(nèi)之前圍繞電極146、148作螺旋式移動，在所述間隙中，通過介電插入件142進入腔體140內(nèi)的微波在間隙150內(nèi)產(chǎn)生的電場而為所述水飽和排出流賦能。通過為間隙150內(nèi)的排出流賦能，形成了等離子體，其中對于包含CF4的排出流而言發(fā)生上面的反應(yīng)(2)。來自反應(yīng)的副產(chǎn)物，即CO2和HF在被泵14、110接收之前通過電極148中的軸向通路152離開腔體140。
權(quán)利要求
1.對來自工藝設(shè)備的排出氣體流進行處理的設(shè)備，所述設(shè)備包括用于在次大氣壓力下將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分的減排裝置、用于對所述減排裝置至少部分地抽真空的泵和用于將液體輸送至所述泵的裝置，所述泵包括泵吸機構(gòu)、用于接收來自所述減排裝置的所述排出流和來自所述液體輸送裝置的所述液體的裝置以及用于排放出包括所述液體和所述氣體流的所述可溶于液體的組分的溶液的出口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中所述減排裝置被構(gòu)造以將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成與所述組分相比與所述排出流的另一種組分的反應(yīng)性更低的可溶于液體的組分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述減排裝置被構(gòu)造以將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成與所述組分相比與所述泵的所述液體的反應(yīng)性更低的可溶于液體的組分。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括用于對所述排出流的組分進行分解的裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括用于產(chǎn)生等離子體以對所述排出流的所述組分進行分解的等離子體減排裝置。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括用于接收與所述排出流的組分進行反應(yīng)的反應(yīng)性流體的裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括用于產(chǎn)生離子化流體流以沖擊在所述反應(yīng)性流體上從而形成與所述排出流的所述組分進行反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)的裝置。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括反應(yīng)室和用于將包含與所述排出流的組分進行反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)的離子化流體流注入所述反應(yīng)室內(nèi)的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括用于對反應(yīng)性流體進行熱分解以形成所述反應(yīng)性物質(zhì)的裝置。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述減排裝置包括用于對所述排出流的組分進行熱分解的裝置。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述減排裝置被構(gòu)造以將所述排出流的不可溶于液體的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其中所述減排裝置被構(gòu)造以將全氟或氫氟碳化合物轉(zhuǎn)化成可溶于所述泵的所述液體內(nèi)的物質(zhì)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其中所述化合物包括CF4、C2F6、CHF3、C3F8、C4F8、NF3和SF6中的一種。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述液體包括水。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的設(shè)備，其中所述泵包括液體環(huán)式泵。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的設(shè)備，其中所述泵吸機構(gòu)包括相互嚙合的轉(zhuǎn)子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的設(shè)備，其中所述泵吸機構(gòu)包括螺桿型泵吸機構(gòu)。
18.一種對處理室進行抽真空的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于從所述室中抽出排出流體流的真空泵和根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的用于接收和處理來自所述泵的所述排出流排放物的設(shè)備。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的系統(tǒng)，其中所述真空泵被構(gòu)造以在10至200毫巴范圍內(nèi)的壓力下排放所述排出流。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或權(quán)利要求19所述的系統(tǒng)，其中所述真空泵包括多級干燥泵。
21.一種對來自工藝設(shè)備的排出氣體流進行處理的方法，所述方法包括將所述排出流輸送至減排裝置以在次大氣壓力下將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分、將來自所述減排裝置的所述排出流輸送至泵以對所述減排裝置至少部分地抽真空、同時將液體輸送至所述泵并且從所述泵中排放出包含所述氣體流的所述可溶于液體的組分的液體等步驟。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中通過所述減排裝置將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成與所述組分相比與所述排出流的另一種組分的反應(yīng)性更低的可溶于液體的組分。
23.根據(jù)權(quán)利要求21或權(quán)利要求22所述的方法，其中通過所述減排裝置將所述排出流的組分轉(zhuǎn)化成與所述組分相比與所述泵的所述液體的反應(yīng)性更低的可溶于液體的組分。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項所述的方法，其中通過所述減排裝置對所述排出流的組分進行分解。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中在所述減排裝置內(nèi)產(chǎn)生等離子體以對所述排出流的所述組分進行分解。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其中通過在兩個電極之間產(chǎn)生電場且將所述排出流輸送至所述電極之間而產(chǎn)生所述等離子體。
27.根據(jù)權(quán)利要求21至26中任一項所述的方法，其中反應(yīng)性流體被所述減排裝置接收以與所述排出流的組分進行反應(yīng)。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的方法，其中通過所述減排裝置產(chǎn)生離子化流體流以沖擊在所述反應(yīng)性流體上從而形成與所述排出流的所述組分進行反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)。
29.根據(jù)權(quán)利要求21至28中任一項所述的方法，其中所述減排裝置包括反應(yīng)室且包含與所述排出流的組分進行反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)的流體流被輸送進入所述反應(yīng)室內(nèi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其中所述流體流是離子化流體流。
31.根據(jù)權(quán)利要求21至30中任一項所述的方法，其中在所述減排裝置內(nèi)對反應(yīng)性流體進行熱分解以形成與所述排出流的組分進行反應(yīng)的反應(yīng)性物質(zhì)。
32.根據(jù)權(quán)利要求21至31中任一項所述的方法，其中在所述減排裝置內(nèi)對所述排出流的組分進行熱分解。
33.根據(jù)權(quán)利要求21至32中任一項所述的方法，其中通過所述減排裝置將所述排出流的不可溶于液體的組分轉(zhuǎn)化成可溶于液體的組分。
34.根據(jù)權(quán)利要求33所述的方法，其中通過所述減排裝置將全氟或氫氟碳化合物轉(zhuǎn)化成可溶于所述泵的所述液體內(nèi)的物質(zhì)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中所述化合物包括CF4、C2F6、CHF3、C3F8、C4F8、NF3和SF6中的一種。
36.根據(jù)權(quán)利要求21至35中任一項所述的方法，其中所述液體包括水。
37.根據(jù)權(quán)利要求21至36中任一項所述的方法，其中所述泵包括液體環(huán)式泵。
38.根據(jù)權(quán)利要求21至35中任一項所述的方法，其中所述泵吸機構(gòu)包括相互嚙合的轉(zhuǎn)子。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中所述泵吸機構(gòu)包括螺桿型泵吸機構(gòu)。
全文摘要
描述了一種對來自工藝設(shè)備的排出流體流進行處理的低成本設(shè)備。在一個實施例中，所述設(shè)備包括減排裝置(12)和用于對所述減排裝置(12)至少部分地抽真空的液體環(huán)式泵(14)。在使用過程中，所述減排裝置(12)將所述排出流的一種或多種組分如F
文檔編號C23C16/44GK1989345SQ200580024673
公開日2007年6月27日 申請日期2005年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月22日
發(fā)明者J·R·史密斯, A·J·西利 申請人:英國氧氣集團有限公司