專(zhuān)利名稱(chēng)：廢氣處理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣的處理(洗滌)，更具體地說(shuō)，涉及例如在半導(dǎo)體工業(yè)中的鹵素或含鹵素廢氣的處理。
從廢氣中去除鹵素已經(jīng)廣泛應(yīng)用。近些年來(lái)，氟在某些半導(dǎo)體生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用或產(chǎn)生已經(jīng)逐漸普遍。然而，作為一種強(qiáng)氧化劑并具有1ppm的閾限值(TLV)，氟是一種劇毒物質(zhì)。
用環(huán)境溫度的水洗滌氟-主要生成氟化氫(HF)-的嘗試通常不成功，因?yàn)榉c水的反應(yīng)速度相對(duì)較低并且通常導(dǎo)致濕式洗滌器的高排放速度。
為提高濕式洗滌工藝的效率已經(jīng)進(jìn)行了各種嘗試，例如洗滌器中氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)的定量給料，盡管該過(guò)程生成了更高的氟去除率，卻導(dǎo)致了從氟到劇毒副產(chǎn)物二氟化氧(OF2)的非常高的轉(zhuǎn)化率。
作為進(jìn)一步的例子，氨-氣態(tài)形式和為氫氧化銨形式-已經(jīng)作為添加劑用在水洗滌器中。然而，在發(fā)現(xiàn)氟含量降低的同時(shí)，氟化銨的形成也發(fā)生了，氟化銨以輕煙的形式從洗滌器中逸出。
在半導(dǎo)體工業(yè)中，含氟物用于在薄膜沉積步驟后清洗制作產(chǎn)品室的晶片。像SiH4(硅烷)和氨氣(NH3)之類(lèi)的氣體可用于在晶片上沉積氮化硅薄膜。在進(jìn)行幾次沉積循環(huán)后采用清洗(NF3，F(xiàn)2等)步驟。
下游設(shè)備，包括真空泵和除氣系統(tǒng)，需要能夠輪流保持沉積和清洗氣體。
需要一種改良的方法/裝置，能夠在其中更加有效地處理鹵素，尤其是氟，并足以有效以滿(mǎn)足對(duì)于其排放量日益嚴(yán)格的規(guī)定。
用在此處的術(shù)語(yǔ)“鹵素”包含鹵素分子和鹵素化合物，包括鹵化物。同樣的，用在此處的術(shù)語(yǔ)“氟”包含氟分子和氟化合物，包括氟化物。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種洗滌含鹵素氣流的方法，包括將該氣流與至少30℃的水接觸。水溫至少為35℃是有利的。優(yōu)選地，水溫不超過(guò)100℃，更優(yōu)選地從35℃到80℃，例如40℃到80℃。
本發(fā)明特別用于洗滌氟分子(F2)。
提高F2洗滌器中水的溫度預(yù)計(jì)可能會(huì)導(dǎo)致氣體中氟氣(F2(氣體))氣壓的增高，其結(jié)果是F2在水中的溶解率(給出F2(溶液)中F2的濃度)將會(huì)降低。更具體地說(shuō)，基于所觀察到的用純凈水在提高的溫度下洗滌如HF的酸性物或如NH3的堿性物時(shí)洗滌效率的降低，可以想到限制速率的步驟是氟，F(xiàn)2(氣)在水中的溶解F2(氣)→F2(溶液)本發(fā)明驚奇地發(fā)現(xiàn)當(dāng)使用溫水洗滌時(shí)從氣體中除去F2的效率提高了。據(jù)信可能是因?yàn)樵诒景l(fā)明中采用的高于30℃溫度下，F(xiàn)2與水按如下方程的反應(yīng)更容易發(fā)生
結(jié)果是F2(溶液)維持相對(duì)較低的水平，有利于F2在水中相對(duì)高的吸收率。F2生成二氟化氧(OF2)的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)相對(duì)于轉(zhuǎn)化成HF的反應(yīng)在低溫時(shí)更有利，但本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在溫度提高到30℃或更高，生成HF的反應(yīng)占主導(dǎo)地位。
水的加熱可以常規(guī)方法實(shí)施，包括將加熱器浸漬到洗滌裝置的熱水槽中或?qū)⒃诰€(xiàn)加熱器浸漬到所泵流體中。盡管本發(fā)明的方法可以用于洗滌任何鹵素氣體，但它在洗滌含有氟廢氣中表現(xiàn)出特別的優(yōu)勢(shì)。
水可以是蒸汽的形式(或氣流)，氣流和鹵素在過(guò)程中混合。如果需要，水可包含附加成分來(lái)增強(qiáng)氣流中鹵素和其它物質(zhì)的去除。
在一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施方式中，本發(fā)明的方法可以包括熱階段和冷階段。在熱階段，鹵素氣體會(huì)優(yōu)先地與熱水反應(yīng)，但氣流在水中趨于飽和。在隨后的第二階段，在氣體溫度降低的過(guò)程中，對(duì)例如氨氣的氣體會(huì)有有效的去除，該階段將會(huì)導(dǎo)致殘留水蒸汽的減少。
眾所周知在廢氣中硅烷存在之處提供空氣稀釋階段有利于阻止產(chǎn)生火/爆炸，硅烷通常從濕洗滌器的入口加入。然而，已表明此操作降低了濕洗滌器的處理能力，因?yàn)樗黾恿梭w積流率并減少了洗滌器中待處理氣體的接觸時(shí)間。
硅烷(SiH4)是一種引火氣體。經(jīng)驗(yàn)表明若氣流中硅烷含量＞2％，與空氣接觸時(shí)可能會(huì)發(fā)生以下反應(yīng)
(空氣)通過(guò)使空氣與含硅烷氣流在旋風(fēng)除塵器中混合，可以從氣流中除去反應(yīng)形成的較大顆粒。
假如加入到含硅烷氣流中的空氣稀釋硅烷至低于它的引火極限，氣體將不會(huì)進(jìn)一步自發(fā)猛烈反應(yīng)。
特別地，由本發(fā)明的方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，濕洗滌階段后添加空氣處理硅烷，得到較低的流量和與鹵素較高的接觸時(shí)間。因此可以添加更大量的空氣到硅烷氣流中，以確保硅烷的安全氧化和氧化引起的溫度升高的最小化。因此，本發(fā)明的方法可以包含至少一個(gè)進(jìn)一步處理步驟，緊接在與至少30℃的水接觸的步驟之后。所述至少一個(gè)進(jìn)一步處理步驟最好包含一個(gè)將氣流與低于30℃的水接觸的步驟，優(yōu)選不高于25℃，更優(yōu)選不高于20℃，和/或通過(guò)稀釋氣，優(yōu)選空氣稀釋氣流的步驟。如果存在，該稀釋步驟在除塵裝置中進(jìn)行較有利。歐洲專(zhuān)利No.1023932A的說(shuō)明書(shū)描述了一類(lèi)合適的除塵器。
本發(fā)明也提供了一種洗滌氣流中鹵素的裝置，包括一個(gè)熱洗滌腔體，其中氣流可以與熱水洗滌流體接觸，一個(gè)用來(lái)給所述熱洗滌腔體提供溫度至少為30℃的水的供給裝置，一個(gè)用來(lái)給所述熱洗滌腔體提供含鹵素氣流的含鹵素氣體源，和一個(gè)從所述熱洗滌腔體中排出處理后氣體的出口。所述裝置最好在所述熱洗滌腔體下游進(jìn)一步包括一個(gè)冷洗滌腔體，一個(gè)用來(lái)提供低于30℃的水給所述冷洗滌腔體的冷水供給裝置，一個(gè)用于從熱洗滌腔體的出口輸送處理后的氣體到冷洗滌腔體的連接通道，和一個(gè)用于從所述冷洗滌腔體排出處理后氣體的出口。在一個(gè)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述冷洗滌腔體安裝在熱洗滌腔體的上游。
為了更好的理解本發(fā)明，附圖可以作為參考，但僅作為例證，其中

圖1以示意的形式表示實(shí)施本發(fā)明一種方法的設(shè)備；圖2a是圖1所述裝置中的氣體傳輸排列的透視圖； 和圖2b是圖2a中所述排列的側(cè)視圖。
參照附圖，本發(fā)明的裝置包括殼體1，其底部有被分離器5分成兩部分3和4的水槽2。
部件3作為水池并用來(lái)盛放冷水，例如15℃的水；部件4也作為水池并用來(lái)盛放熱水，例如從35℃到70℃的水。部件4包含一個(gè)出口(沒(méi)有示出)用于周期性地從系統(tǒng)中提取水。部件2包含一個(gè)入口(沒(méi)有示出)用于周期性地引入新鮮水。水槽2具有電加熱器和控制設(shè)備(沒(méi)有示出)用來(lái)將水維持在這些溫度。盡管沒(méi)有在附圖中示出，在部件3和4之間可以存在一個(gè)絕熱壁，該絕熱壁可以是封裝有絕熱氣袋的雙層壁。
殼體1內(nèi)位于水槽2之上的是一個(gè)兩部件填料塔，含有一個(gè)下部件6和一個(gè)上部件7。下部件6有一個(gè)帶孔的底板6a，水通過(guò)該孔板排回到水槽2。上部件7通過(guò)一個(gè)分離裝置與下部件6分開(kāi)，以下參照?qǐng)D2描述該分離裝置。下部件6和上部件7以填料填充，所述填料在每一部件中都為通過(guò)的水流提供獨(dú)立于另一部件的分配通道，包含讓水回流到水槽2中的通道。所述填料是由強(qiáng)防腐、耐熱材料制成，例如聚丙烯。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在每個(gè)塔部件6和7中提供總體積的約80到90％的空隙率的專(zhuān)用聚丙烯填料在實(shí)踐中是特別合適的，盡管也可使用更高和更低的空隙率。作為例證，部件6和7的總?cè)莘e可以為約0.1m3，以3∶1的比例分配于下部件6和上部件7之間，盡管在實(shí)踐中可以使用寬范圍變動(dòng)的不同容積和不同分配。
提供兩個(gè)泵8和9分別從冷水槽3和熱水槽4中將水分別泵入到填料塔上部件7的分配管道和下部件6的分配管道中。
殼體1內(nèi)提供一個(gè)用來(lái)使廢氣流進(jìn)入殼體1內(nèi)的入口10。入口10通過(guò)沒(méi)有表示出的方法在水中提供混合水溶液和氮?dú)狻昂煛眮?lái)防止任何微粒堵塞和/或溶液回流到進(jìn)行半導(dǎo)體加工的腔體內(nèi)。
殼體1中還提供一個(gè)用來(lái)從殼體1中排出氣流的出口11。
一個(gè)連接出口11和除塵器13的管12，氣體從所述管流入。氣流中的任何引火氣體，例如硅烷，將會(huì)由空氣風(fēng)機(jī)提供的空氣氧化或大大稀釋?zhuān)@取決于氣流中硅烷的濃度。任何在氧化過(guò)程中形成的微粒(氧化硅，在引火氣是硅烷的情形下)可以聚積在除塵器13的底部(并且如果通過(guò)管15可被適當(dāng)?shù)呐湃胨?中)，而處理后的廢氣通過(guò)管16從除塵器13排出。在微粒排入水槽2之處，其中的部分可能與水一起再循環(huán)到塔部件6和或7中。因此，在微粒流回水槽2處，泵8和9優(yōu)選機(jī)械啟動(dòng)泵。從而，任何大的微?；驁F(tuán)塊將被泵粉碎，所得小顆粒能懸浮流過(guò)塔而很少或沒(méi)有沉淀出現(xiàn)。
參照?qǐng)D2，示出了分離塔部件6和7的分離裝置。所述分離裝置包括兩個(gè)垂直分隔、共軸排列的板，包括下板14和上板15。使用中，下板14構(gòu)成塔下部件6的頂板和塔上部件7的底板，并且有多個(gè)上升管16為來(lái)自下側(cè)板15的氣體提供交流通道，也就是說(shuō)，從塔部件6進(jìn)入到塔部件7。上板15在塔內(nèi)通過(guò)支撐件(沒(méi)有表示出)支撐，這樣以大于上升管16高度的距離與下板14分隔，為每個(gè)上升管頂端到板15的底表面底之間提供間隙。上板上穿有圓孔17，設(shè)置打孔的位置以不與上升管16重合。孔17的直徑優(yōu)選小于上升管16的內(nèi)徑。例如，孔17的孔徑可以為約16mm，上升管16的內(nèi)徑約為25mm。提供一個(gè)排水出口(沒(méi)有表示出)來(lái)除去收集在板14頂面的水。所述水通過(guò)管道(沒(méi)有表示出)回流到水槽4內(nèi)，水的溫度通常會(huì)在流過(guò)上部件7時(shí)略微提高。分離裝置允許氣流從部件6上流入部件7內(nèi)，同時(shí)充分防止水從上部件7滲入部件6并進(jìn)入填料直至上升管16(可以阻止氣體通過(guò))。
使用示于附圖中的裝置時(shí)，廢氣流從半導(dǎo)體處理腔室(沒(méi)有表示出)中通過(guò)一個(gè)或多個(gè)真空泵泵入到入口10，接著進(jìn)入填料塔的塔下部件6，在此廢氣流與由泵8通過(guò)填料中形成的分配通道泵送的熱水接觸。流經(jīng)塔下部件6的水通過(guò)塔部件6下壁的孔回流到水槽2。
塔內(nèi)的分配通道這樣分布，以使當(dāng)廢氣流和由泵9泵送的冷水接觸時(shí)，廢氣流可進(jìn)入塔上部件7的分配通道。
填料塔下部件6的主要目的是通過(guò)與熱水接觸除去氟和任何殘留在氣流中的微粒。氣流中剩余的氣體接著進(jìn)入填料塔的上部件7，在此包括氨的殘留氣體通過(guò)與冷水接觸進(jìn)行洗滌。
所得氣體接著進(jìn)入旋風(fēng)除塵器13進(jìn)行如上所述的處理。周期性地，從系統(tǒng)排出和替換部分水。該步驟的進(jìn)行是通過(guò)從水槽4中排出約25％的水，從水槽3輸送相當(dāng)量的水到水槽4，并引入新鮮的水到水槽3來(lái)替換所失的水。
權(quán)利要求
1.一種洗滌含鹵素氣流的方法，包括將氣流與至少30℃的水接觸。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將氣流與至少35℃的水接觸。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中水為液相。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中將氣流與水蒸氣接觸。
5.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中將氣流與溫度為35℃到80℃的水接觸。
6.如以上任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中在所述與至少30℃的水接觸后，使氣流經(jīng)歷至少一個(gè)進(jìn)一步處理步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述至少一個(gè)進(jìn)一步處理步驟包括將氣流與低于30℃的水接觸。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述至少一個(gè)進(jìn)一步處理步驟包括用稀釋氣體稀釋氣流。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述至少一個(gè)進(jìn)一步處理步驟包括氣流與低于30℃的水接觸的步驟，以及其后，用稀釋氣體稀釋氣流的步驟。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中氣流在除塵裝置中與稀釋氣體接觸。
11.一種洗滌含鹵素氣流的方法，包括將氣流與水接觸，隨后在除塵裝置中處理所述氣流，所述氣流在除塵器中用稀釋氣流稀釋?zhuān)缓蠊腆w顆粒和處理后的氣流分別從除塵器中抽出。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中水溫保持在小于30℃。
13.如權(quán)利要求8到13中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中稀釋氣體為空氣。
14.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中含鹵素氣流是來(lái)自半導(dǎo)體制造的廢氣。
15.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中在所述或每個(gè)與水接觸步驟中，所述氣流通常安排成與水呈逆流關(guān)系。
16.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在所述或每個(gè)與水接觸步驟中，使氣流主要向上流而使水主要向下流。
17.如上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的方法，其中含鹵素氣流是含氟氣流。
18.一種用于從氣流中洗滌鹵素的裝置，包括熱洗滌腔體，其中所述氣流可與熱水洗滌流體接觸，用來(lái)給所述熱洗滌腔體提供溫度至少為30℃的水的供給裝置，用來(lái)給所述熱洗滌腔體提供含鹵素氣流的含鹵素氣流源，和從所述熱洗滌腔體中排出處理后氣體的出口。
19.如權(quán)利要求18所述的裝置，進(jìn)一步包括在所述熱洗滌腔下游的冷洗滌腔體，用來(lái)提供低于30℃的水給所述冷洗滌腔體的冷水供給裝置，用于從熱洗滌腔體的出口輸送處理后的氣體到冷洗滌腔體的連接通道，和用于從所述冷洗滌腔體排出處理后氣體的出口。
20.如權(quán)利要求19或20所述的裝置，進(jìn)一步包括氣體稀釋部件，處理后的氣流可在其中用稀釋氣體稀釋。
21.如權(quán)利要求18到20任一項(xiàng)所述的裝置，其中所述氣流源為含氟氣體源。
全文摘要
一種洗滌含鹵素氣體的方法，包括將含鹵素氣體與至少30℃的水接觸，氣體隨后可選擇地經(jīng)過(guò)進(jìn)一步處理步驟，包括將其與低于30℃的水接觸和/或氣體稀釋步驟。一種實(shí)施該方法的裝置，包括一個(gè)熱洗滌腔體(6)和可選的冷洗滌腔體(7)和/或氣體稀釋裝置(13)。
文檔編號(hào)B01D53/68GK1642622SQ03807014
公開(kāi)日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年3月27日
發(fā)明者C·J·P·克萊門(mén)茨, D·M·巴克爾, A·J·西利 申請(qǐng)人:英國(guó)氧氣集團(tuán)有限公司