專利名稱：有害氣體凈化柱和凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于凈化含粉末物的有害氣體的凈化柱和方法。具體涉及有利于凈化例如從半導(dǎo)體制造工藝中排放的含有粉末物質(zhì)的有害氣體的凈化柱和凈化方法，這種凈化柱和方法不會(huì)造成任何過(guò)大的壓力損失，同時(shí)又使得凈化操作和設(shè)備維修變得更為容易。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體工業(yè)應(yīng)用了各種氣體，例如大量的氫化物氣體如砷化氫、磷化氫、硅烷、乙硼烷、硒化氫。因?yàn)檫@些氣體是有毒的，所以在例如半導(dǎo)體工藝中將含有這些氣體的氣體排放到空氣中之前需要凈化。從半導(dǎo)體工藝中排放的含有磷化氫的氣體包括大量作為分解產(chǎn)物的固體磷粒子，而排放的含有硅烷的氣體則含有固體二氧化硅粒子，因此處理這些排放氣體必須考慮除去固體的磷粒子或二氧化硅粒子。
眾所周知凈化含有磷化氫的排放氣體的干方法，在這種方法中，使氣體與下列凈化劑中的一種凈化劑接觸，通過(guò)磷化氫與這種凈化劑的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行凈化，這些凈化劑是主要由二氧化錳和氧化銅構(gòu)成的凈化劑；主要由二氧化錳和銀化合物構(gòu)成的凈化劑；通過(guò)將金屬氧化物例如氧化鐵或氧化鈷加到氧化銅等氧化合中而制備的凈化劑。
已知用于凈化含有硅烷的排放氣體的濕方法，在這種方法中采用例如洗滌塔或噴淋塔來(lái)水解硅烷氣體。還已知利用燃燒法，在這種方法中采用例如丙烷作燃料的火焰來(lái)燃燒硅烷氣體。還已知一種干方法，在這種方法中，使硅烷與下列凈化劑接觸，通過(guò)與其發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行凈化，這些凈化劑是主要由二氧化錳和氧化銅組成的凈化劑；主要由二氧化錳和銀化合物構(gòu)成的凈化劑；或主要由氫氧化鍶和四氧化三鐵構(gòu)成的凈化劑。
然而已知的濕方法有缺點(diǎn)，因?yàn)槎趸璩３６氯艿阑騼艋b置，而且形成大量泥漿，這使得設(shè)備的維護(hù)復(fù)雜化。燃燒法也有缺點(diǎn)，因?yàn)楸仨氃谑孪扔美邕^(guò)濾器除去可能堵塞燃燒噴口的粉末二氧化硅。換言之，采用過(guò)濾器除去粉末物質(zhì)這種方法除凈化裝置外還需增加除去粉末物質(zhì)的系統(tǒng)，在這種系統(tǒng)中過(guò)濾器在很短時(shí)間內(nèi)便會(huì)堵塞，因而需頻繁更換過(guò)濾器。
干法也有缺點(diǎn)，因?yàn)檫^(guò)大的壓力損失多半起源于凈化劑床由磷或二氧化硅粉末的堵塞，因此即使凈化劑還具有凈化能力，也必須換成新的凈化劑。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種有助于凈化的凈化裝置，該凈化包括除去從例如半導(dǎo)體制造工藝排出的含有粉末物質(zhì)的有害氣體中的粉末物質(zhì)，同時(shí)不會(huì)堵塞凈化裝置等，因而使得凈化操作和設(shè)備的維修變得更為容易，使得凈化劑可以充分發(fā)揮其凈化能力。
由于我們努力廣泛地探索解決上述問(wèn)題的可能的方案，所以本發(fā)明的發(fā)明人已發(fā)現(xiàn)，如果用于執(zhí)行干法的凈化柱具有位于凈化劑床上面的粉末物質(zhì)收集器，則可很容易地除去有害氣體中的粉末物質(zhì)，凈化有害氣體，而不會(huì)使粉末物質(zhì)堵塞凈化劑床，同時(shí)，可以從收集器中除去粉末物質(zhì)，使得設(shè)備的后處理和維護(hù)變得更為容易，這樣便奠定了本發(fā)明的基礎(chǔ)。
因而，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的凈化柱，該凈化柱具有氣體入口、凈化劑床和排出已凈化氣體的氣體出口，其中，凈化柱具有水平板，該板裝在凈化劑床的上面，位于該凈化柱中氣體入口的下面，使得水平板的外邊緣與凈化柱內(nèi)壁表面緊密接觸；直立管，穿過(guò)水平板的中心，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到該水平板的下面；粉末物質(zhì)收集器，由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和管子的外壁表面形成的環(huán)形空間構(gòu)成。
按照本發(fā)明的變型方面，提供了一種用于凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的凈化柱，該柱具有氣體入口、凈化劑床和排放已凈化氣體的氣體出口，其特征在于，該凈化柱具有水平板，裝在凈化劑床上面的位置，位于凈化柱中氣體入口的下面，使得水平板的外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸；許多直立管，各個(gè)直立管穿過(guò)水平板，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面；粉末物質(zhì)收集器，由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和各個(gè)管的外壁表面形成的空間構(gòu)成。
按照本發(fā)明的另一方面，提供一種在凈化柱中凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的方法，該凈化柱具有氣體入口、凈化劑床和排放已凈化氣體的氣體出口，其特征在于，將有害氣體導(dǎo)入粉末物質(zhì)收集器，該收集器由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和直立管的外壁表面形成的環(huán)形空間構(gòu)成，該水平板裝在凈化劑床上面的位置，位于凈化柱中氣體入口的下面，其外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸，而該直立管穿過(guò)水平板的中心，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面，因而有害氣體中的部分粉末物質(zhì)將落入收集器，然后使氣體與凈化劑接觸，使其凈化。
按照本發(fā)明的變型方面，提供一種在凈化柱中凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的方法，該凈化柱具有氣體入口、凈化劑床和用于排出已凈化氣體的氣體入口，其特征在于，將有害氣體引入粉末物質(zhì)收集器，該收集器由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和許多直立管的外壁表面形成的空間構(gòu)成，該水平板裝在凈化劑床上面的位置，位于凈化柱中氣體入口的下面，其外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸，而各個(gè)直立管穿過(guò)水平管，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面，使得有害氣體中的一部分粉末物質(zhì)掉入收集器，然后該氣體與凈化劑接觸而受凈化。


圖1是示意截面圖，示出實(shí)施本發(fā)明的凈化柱的一個(gè)例子。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及凈化例如從半導(dǎo)體生產(chǎn)工藝中排出的含有粉末物質(zhì)的有害氣體的凈化柱以及凈化這種氣體的方法。
本發(fā)明的有害氣體凈化柱其特征為具有水平板，這種板裝在凈化劑床上面的位置，位于凈化柱中氣體入口的下面，使得水平板的外邊緣緊密接觸凈化柱的內(nèi)壁表面；直立管(或多個(gè)直立管)，該直立管穿過(guò)該水平板，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面；粉末物質(zhì)收集器，該收集器由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和直立管的外壁表面形成的空間構(gòu)成。
本發(fā)明的氣體凈化方法其特征在于應(yīng)用上述凈化柱，將包含粉末物質(zhì)的有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到粉末物質(zhì)收集器內(nèi)，該收集器形成在凈化柱內(nèi)，由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和直立管(或多根直立管)的外壁表面形成的空間構(gòu)成，使得有害氣體中的一部分粉末物質(zhì)落入收集器內(nèi)，然后使氣體接觸凈化劑而被凈化。
可以用本發(fā)明的凈化柱和凈化方法來(lái)凈化任何種類的包含粉末物質(zhì)的有害氣體。這些氣體的例子是分別在基體氣體例如氮?dú)狻錃?、氬氣、氦氣中包含磷化氫和固態(tài)磷粒子、包含硅烷類例如硅烷、乙硅烷、二氯甲硅烷、三氯甲硅烷和二氧化硅固定粒子、包含砷化氫和固體砷粒子、或包含氨和氯化銨固體粒子的有害氣體。
下面參考圖1更詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的氣體凈化柱和凈化方法，但下面的說(shuō)明無(wú)意限制本發(fā)明的范圍。
圖1是示意截面圖，示出實(shí)施本發(fā)明的凈化柱的例子。本發(fā)明的凈化柱具有有害氣體入口1、凈化劑床2和排放已凈化氣體的氣體入口3。按照本發(fā)明的顯著特征，水平板4裝在凈化劑床2上面的位置，位于凈化劑中氣體入口1的下面，使得水平板4的外邊緣緊密接觸凈化柱的內(nèi)壁表面5，而直立管(或多個(gè)直立管)6穿過(guò)水平板4，用于將氣體從氣體入口1引導(dǎo)到水平板4的下面。在本發(fā)明中，粉末物質(zhì)的收集器7由凈化柱的內(nèi)壁表面5、水平板4的上表面和直立管6的外壁表面形成。本發(fā)明的凈化柱通常為圓筒形，而水平板4通常為圓盤形。
雖然圖1所示的凈化柱只用一根單管作直立管6，但實(shí)施本發(fā)明的凈化柱的改型柱可以具有許多管。當(dāng)凈化柱具有單管時(shí)，該管最好穿過(guò)水平板4的中心，因而由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和管的外壁表面形成的粉末物質(zhì)收集器具有環(huán)形空間。當(dāng)凈化柱具有許多管時(shí)，這些管可以例如這樣裝配，使得各個(gè)管的水平橫截面中心位于一個(gè)彼此同心的但直徑小于水平板直徑的圓周上，并彼此間隔開(kāi)相等的距離，該一根管或多根管的內(nèi)直徑或長(zhǎng)度沒(méi)有特別的限制，但在單管的情況下，該管的內(nèi)直徑最好等于1/20～1/2凈化柱的內(nèi)直徑，而在許多管的情況，其總的橫截面積最好等于凈化柱橫截面積的1/400～1/4，而且該管(或各個(gè)管)的頂端開(kāi)口最好位于高于氣體入口高度的位置。
本發(fā)明中應(yīng)用水平板，使得其上表面與凈化柱的內(nèi)壁表面和管的外壁表面一起形成粉末物質(zhì)收集器的空間。因此該收集器可能具有稍微不平的表面，或不均勻的厚度，而且不一定要準(zhǔn)確地水平。該收集器的外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸，所以粉末物質(zhì)完全不會(huì)通過(guò)其外邊緣向下掉。
水平板和直立管可用任何耐有害氣體腐蝕的材料制作，這些材料不限制本發(fā)明的范圍。材料的例子是碳鋼、錳鋼、鉻鋼、鉬鋼、不銹鋼等。
水平板位于凈化劑床的上方和氣體入口的下方。水平板的上表面和氣體入口的最下端之間的距離取決于粉末物質(zhì)的種類和氣體流速，但該距離通常是凈化柱內(nèi)直徑的0.02～1.5倍，最好是0.1～0.5倍。如果該距離小于0.02倍，則它不能滿意地捕獲粉末物質(zhì)。如果超過(guò)1.5倍，則它不能形成更有效益的收集空間，而是無(wú)意義地增大了凈化柱。
水平板的下表面和凈化劑床的最上部分之間的距離取決于凈化柱的內(nèi)直徑而在1～20cm的范圍內(nèi)。此距離對(duì)內(nèi)直徑低于20cm的凈化柱通常為1～10cm，而對(duì)內(nèi)直徑20～60cm的凈化柱通常為2～15cm，對(duì)內(nèi)直徑超過(guò)60cm的凈化柱通常為3～20cm。此距離是水平板和凈化劑床之間凈空高度。如果此距離小于上述各個(gè)范圍的下限值，則從管子下端排出的有害氣體便立即接觸凈化劑，結(jié)果，氣體便以不均勻的方式流過(guò)凈化劑床，如果此距離大于上限值，則無(wú)意義地增大了凈化柱。最有效的方法是在水平板和凈化劑床之間放置一個(gè)導(dǎo)流板，該板上具有可調(diào)節(jié)氣流而保證其均勻性的導(dǎo)流孔。
下面說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的氣體凈化法，該方法的特征在于，應(yīng)用上述凈化柱，將包含粉末物質(zhì)的有害氣體引入凈化柱，具體引入粉末物質(zhì)收集器，該收集器由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和直立管的外壁表面構(gòu)成，使得有害氣體中的部分粉末物質(zhì)落入收集器中，然后氣體才與凈化劑床接觸，受到凈化。
參考圖1，將例如從半導(dǎo)體制造工藝中排出的包含粉末物質(zhì)的有害氣體經(jīng)氣體入口1引入到凈化柱內(nèi)，并使其流經(jīng)粉末物質(zhì)收集器11和凈化劑床2，已凈化的氣體然后經(jīng)氣體出口3排出。粉末物質(zhì)由于落入收集器而部分地從流過(guò)收集器的有害氣體中除去?？梢猿サ姆勰┪镔|(zhì)的比例通常為80％或更大，這取決于有害氣體和粉末物質(zhì)的種類、氣體流速和凈化柱的類型。為此可得到以下結(jié)論流過(guò)凈化劑床的氣體壓力損失會(huì)逐慚增加，但其速率只相當(dāng)于或甚至低于不安裝粉末物質(zhì)收集器時(shí)速率的1/5。
雖然本發(fā)明不對(duì)流過(guò)凈化柱的包含粉末物質(zhì)的氣流速度作任何特別限制，但是流過(guò)空凈化柱的線速度通常為例如0.01～10cm/S。對(duì)氣體溫度或氣體壓力二者均沒(méi)有任何特別限制，但溫度一般為-20～100℃，而壓力通常為大氣壓。
本發(fā)明的有害氣體凈化柱和凈化方法有助于凈化從例如半導(dǎo)體制造工藝中排出的包含粉末物質(zhì)的有害氣體，不會(huì)引起因粉末物質(zhì)堵塞造成的壓力損失急劇增大。本發(fā)明還有利于設(shè)備的后處理和維護(hù)。
下面具體用例子說(shuō)明本發(fā)明，但是這些例子不限制本發(fā)明的范圍。
例1凈化柱的制備制備圖1所示的用于凈化有害氣體的凈化柱。該柱的內(nèi)直徑為110mm，高度為1000mm，其入口內(nèi)直徑為25mm，其水平板的外直徑為110mm，厚度為5mm，其直立管的內(nèi)直徑為25mm，其高度為150mm。它們?nèi)貌讳P鋼SUS316L制作。氣體入口的最下端和水平板的上表面之間的距離為100mm，而水平板的下表面和凈化劑床的最上部分之間的距離為55mm。
氣體通過(guò)凈化劑床時(shí)壓力損失的測(cè)定在100個(gè)重量單位部分的商售制品中混合30個(gè)重量單位的氫氧化鉀，由此形成凈化劑，該商售制品主要由二氧化錳和氧化銅組成，稱為Hopkalite(Nissan Gardler Catalyst Co.公司的擠壓制品，制品為圓條形，直徑為1.5mm，長(zhǎng)度為3～10mm)。該凈化劑放置在凈化柱內(nèi)，形成高度為500mm的凈化劑床。
將在干燥氣基體中每升包括1mg SiO2和1600ppm SiH4的有害氣體經(jīng)氣體入口引入到凈化柱中，該氣體在凈化劑層中以2.0cm/s的線速度通過(guò)空的凈化柱，然后每隔1h測(cè)量該凈化床上游和下游之間的壓差。結(jié)果列于下面的表1。在壓力損失測(cè)量期間在流出凈化劑床的氣體中沒(méi)有檢測(cè)到任何SiH4。
例子2～4分別將每升含SiO2量改變?yōu)?.0mg、3.0mg和4.0mg，而在其它方面重復(fù)例1，由此再進(jìn)行壓力損失測(cè)定試驗(yàn)，結(jié)果列于表1。在進(jìn)行任何一次測(cè)試期間在流出凈化劑床的氣體中未檢測(cè)到任何SiH4。
例5凈化柱的制備在制造凈化柱時(shí)，將氣體入口的最下端和水平板的上表面之間的距離改為50mm，而在其它方面按照例子1制作。
凈化劑床中壓力損失的測(cè)定應(yīng)用上述新的凈化柱進(jìn)行壓力損失測(cè)定，并在其它方面重復(fù)例子1。測(cè)定結(jié)果示于表1。在測(cè)試期間在流出凈化劑床的氣體中沒(méi)有檢測(cè)到任何SiH4。
例6～8進(jìn)行壓力損失測(cè)定，方法是應(yīng)用例子5的凈化柱，但分別將每升的SiO2量改為2.0mg、3.0mg和4.0mg，而在其它方面重復(fù)例1。結(jié)果示于表1。在進(jìn)行任何一次測(cè)試中在流出凈化劑床的氣體中沒(méi)有檢測(cè)到任何SiH4。
比較例1凈化柱的制備制備凈化柱，方法是從圖1所示的凈化柱上除去水平板和直立管，并在凈化柱的內(nèi)直徑和高度方面以及在凈化劑床的位置方面重復(fù)例1。
凈化劑床中壓力損失的測(cè)定進(jìn)行壓力損失測(cè)定，方法是應(yīng)用上述柱，并在其它方面重復(fù)例1。結(jié)果示于表1。在測(cè)試期間在流出凈化劑床的氣體中。在測(cè)試期間在流出凈化劑床的氣體中沒(méi)有檢測(cè)到任何SiH4。
比較例2～4進(jìn)行壓力損失測(cè)定，方法是應(yīng)用比較例1的凈化柱，并將每升的SiO2量分別改為2.0mg、3.0mg和4.0mg，在其它方面重復(fù)例1。結(jié)果示于表1。在任何一次測(cè)定期間在流出凈化劑床的氣體中沒(méi)有檢測(cè)到任何SiH4。
表1

權(quán)利要求
1.一種用于凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的凈化柱，該柱具有氣體入口、凈化劑床和排放已凈化氣體的氣體出口，其中，該柱具有水平板，裝在凈化劑床上面的位置，位于該凈化柱中氣體入口的下面，使得水平板的外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸；一個(gè)直立管，穿過(guò)水平板的中心，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面；粉末物質(zhì)收集器，由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和直立管的外表面形成的環(huán)形空間構(gòu)成。
2.一種用于凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的凈化柱，該柱具有氣體入口、凈化劑床和排放已凈化氣體的氣體出口，其中，該柱具有水平板，裝在凈化劑床上面的位置，位于該凈化柱中氣體入口的下面，使得水平板的外邊緣緊密接觸凈化柱的內(nèi)壁表面；許多直立管，各個(gè)直立管穿過(guò)水平板，用于將從入口進(jìn)入的有害氣體引導(dǎo)到水平板的下面；粉末物質(zhì)收集器，由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面以及直立管的外表面形成的空間構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的凈化柱，其特征在于，該凈化柱在水平板和凈化劑床之間具有空的空間。
4.如權(quán)利要求1或2所述的凈化柱，其特征在于，還包括導(dǎo)流板，該導(dǎo)流板位于水平板和凈化劑床之間，具有調(diào)節(jié)有害氣體的導(dǎo)流孔。
5.如權(quán)利要求1或2所述的凈化柱，其特征在于，該直立管的頂端開(kāi)口位于比氣體入口高的高度。
6.如權(quán)利要求1或2所述的凈化柱，其特征在于，氣體入口的最下端和水平板上表面之間的距離是該凈化柱內(nèi)直徑的0.02～1.5倍。
7.如權(quán)利要求1或2所述的凈化柱，其特征在于，水平板下表面和凈化劑床最上部之間的距離為1～20cm。
8.一種在凈化柱中凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的方法，該凈化柱具有氣體入口、凈化劑床和排放已凈化氣體的氣出口，其中，將有害氣體引入粉末物質(zhì)收集器，該收集器由凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和一個(gè)直立管的外壁表面形成的環(huán)形空間構(gòu)成，該水平板裝在凈化劑床上面的位置，位于凈化柱中氣體入口的下面，其外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸，而該直立管穿過(guò)水平板的中心，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面，使得有害氣體中的部分粉末物質(zhì)落入收集器內(nèi)，然后該氣體才與凈化劑接觸而受到凈化。
9.一種在凈化柱中凈化包含粉末物質(zhì)的有害氣體的方法，該凈化柱包括氣體入口、凈化劑層和排放已凈化氣體的氣體出口，其中，將有害氣體引入到粉末物質(zhì)收集器中，該收集器由柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和許多直立管的外壁表面形成的空間構(gòu)成，該水平板裝在凈化劑層上面的位置，位于凈化器中氣體入口的下面，其外邊緣與凈化柱的內(nèi)壁表面緊密接觸，該許多直立管分別穿過(guò)水平板，用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面，使得有害氣體中的部分粉末物質(zhì)落入收集器內(nèi)，然后氣體才與凈化劑接觸而受到凈化。
全文摘要
用干法凈化氣體的凈化柱包括水平板和直立管,前者裝在凈化劑床上面的位置,位于氣體入口的下面,后者穿過(guò)水平板的中心,用于將有害氣體從氣體入口引導(dǎo)到水平板的下面,凈化柱的內(nèi)壁表面、水平板的上表面和直立管的外壁表面形成構(gòu)成粉末物質(zhì)收集器的空間。因此提供了一種凈化裝置,該裝置有利于凈化從例如半導(dǎo)體制造工藝中放出的包含粉末物質(zhì)的有害氣體,不會(huì)造成凈化設(shè)備的堵塞,因而使得裝置的凈化和維護(hù)操作變得更為容易,同時(shí)可使凈化劑完全發(fā)揮其凈化能力。
文檔編號(hào)B01D46/10GK1341473SQ0112583
公開(kāi)日2002年3月27日 申請(qǐng)日期2001年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月30日
發(fā)明者大塚健二, 島田孝, 池田友久, 鈴木規(guī)廣 申請(qǐng)人:日本派歐尼股份株式會(huì)社