專利名稱：處理氣體物流的方法
處理氣體物流的方法 本發(fā)明涉及處理氣體物流的方法和裝置。
許多半導(dǎo)體制造工藝使用或產(chǎn)生可燃氣體。例如，在加工室中進 行的外延沉積工藝可以使用硅源氣體，典型地硅烷或氯硅烷化合物之
一，在氫氣氣氛中，在高溫下，典型地約800-1100°C，和在真空條件 下。硅烷和氨可以被提供給工藝室來在基材上形成氮化硅薄膜。作為 另 一實例，燃料氣體可以被添加到用于蝕刻介電薄膜的氣體混合物 中。
工藝工具典型地具有多個工藝室，其每個可以處于沉積、蝕刻或 清洗工藝中的各自不同的工序，使得在任何給定的時間作為來自各室 的排氣的氣體可以具有各自不同的組成。在這樣的工藝中，僅僅小比 例的氣體被消耗并且因此提供給各室的大部分氣體從各室中與來自 工藝的固體和氣體副產(chǎn)物一起被排出。
用于從工藝室抽出排出氣體的排氣系統(tǒng)典型地包括多個副泵(各 自用于從相應(yīng)的工藝室中抽出氣體)和至少一個主泵(支持副泵)。 因此，從工藝室中抽出的排氣氣體物流往往在歧管或排氣系統(tǒng)中的其 它相連的管道中被合并，使工藝氣體和來自若干不同工藝的副產(chǎn)物匯 集在一起。
雖然合并的排氣本身往往不是可燃的，但是泵送這樣的氣體需要 十分小心排氣系統(tǒng)的泄漏完整性以便確保沒有空氣進入。如果排氣高 于其爆炸下限(LEL),在排氣系統(tǒng)中的任何點火源可能導(dǎo)致產(chǎn)生穿 過排氣系統(tǒng)的危險的焰鋒。
用于避免可燃氣體物流著火的常見技術(shù)是向氣體物流中引入過 量的惰性吹掃氣體，典型地氮氣。用于連接到半導(dǎo)體加工室的排氣系 統(tǒng)中的真空泵歷史上已經(jīng)是注油泵或者多級無水泵。然而，這些泵具 有用于將另外的吹掃氣體帶入其最后若干級從而有助于稀釋排氣至 這樣的水平(低于所述水平，將氧化氣體添加到排氣將不能提高排氣 高于其LEL)的有限的能力。
雖然在排氣系統(tǒng)中可以提供設(shè)備來可控地?zé)峤饣蛘咭云渌绞?除去排氣中所含的任何可燃氣體，但是排氣中腐蝕性、酸性物質(zhì)的存在可能顯著地降低熱解設(shè)備的使用期限和效率。例如，酸性氣體如
HF或HC1可以作為來自在工藝室中進行的工藝的副產(chǎn)物產(chǎn)生，并且 提供給工藝室的蝕刻氣體可包括鹵化合物如HC1、 HBr、 BC13、 C卜和
Bl"2和其組合。
本發(fā)明提供了處理包括第一和第二氣體組分的氣體物流的方法， 該方法包括以下步驟
輸送氣體物流至液體環(huán)式泵；
向泵提供液體，其用于在泵中形成液環(huán)并且用于從氣體物流除去 第一氣體組分；
從泵中排出液體和氣體物流；
將氣體物流與液體分離；和
隨后從氣體物流中除去第二氣體組分。
通過借助液體環(huán)式泵中的液體保持氣體物流中存在的任何顆粒 物和氣體酸性物質(zhì)，可以抑制用于從氣體物流中除去氣體組分的設(shè)備 的腐蝕或阻塞。在氣體物流中可能存在的酸性物質(zhì)的實例包括含硫物 質(zhì)，如S02,和含卣素物質(zhì)，如HF、 HC1、 BC13、 HBr、 Cl2和Br2。 用于在泵中形成液環(huán)和從氣體物流中除去氣體酸性物質(zhì)的合適的液 體的實例包括水、水溶液、硫代硫酸鹽溶液和苛性鈉溶液。因此可以 實現(xiàn)在用于從氣體物流中除去危險或可燃氣體的泵下游使用設(shè)備，而 沒有由于存在這樣的顆粒物和酸性物質(zhì)對這樣的設(shè)備的使用期限和 效率的影響。
此外，與多級真空泵和注油泵相比，提高氣體容量的液體環(huán)式泵 可以能夠使待添加到氣體物流的稀釋吹掃氣體的流量變大。
可以使用熱解設(shè)備來熱解位于與液體分離的氣體物流中的可燃 氣體?？扇細怏w可以是任何可燃氣體，實例包括烴，如C2H2、 C2H4、 CH2F2和CH3F、 CO、 H2、 NH3。過濾器、旋風(fēng)分離器或其它氣體處理 設(shè)備可以被提供來在與液體分離后從氣體物流中除去任何水，因為存 在于氣體物流中的任何水分否則可能毒害或洗掉熱解設(shè)備的組件。例 如，熱解設(shè)備可包括熱解催化劑，例如Hopcalite(獲自Molecular Products),其可以至少最初被加熱來抑制水在熱解設(shè)備中的冷凝。 由于在氣體物流中的可燃氣體的熱解期間熱量將在設(shè)備中產(chǎn)生，在氣 體物流的處理期間設(shè)備的外部加熱的程度可以逐漸被降低或消除。熱解設(shè)備可備選地包括被加熱的高表面面積材料，或者適用于進行熱解 的其它加熱的設(shè)備。
作為熱解設(shè)備的備選方案，或者除熱解設(shè)備之外，可以提供等離 子體消除設(shè)備、燃燒裝置、氣體反應(yīng)器塔或任何其它氣體處理設(shè)備來 從液體環(huán)式泵排出的氣體物流中除去氣體組分。這種氣體組分也可以
是可燃氣體，或者其可以是全氟化的化合物，如CF4，或未被液體環(huán) 式泵中的液體除去的其它氣體。
將吹掃氣體如空氣的物流添加到氣體物流可以將充足的氣體氧 化劑引入氣體物流中來與可燃氣體反應(yīng)，使得氣體物流免受隨后的火 突或爆炸危險。這種氣體氧化劑可以直接地被提供到熱解和/或等離子 體消除設(shè)備，或者它可以在這種設(shè)備的上游被提供給氣體物流。例如， 氣體氧化劑可以被提供給液體環(huán)式泵的入口 。
本發(fā)明的優(yōu)選的實施方案涉及處理含可燃氣體的氣體物流，并且 因此本發(fā)明還提供了處理含可燃氣體的氣體物流的方法，該方法包括 以下步驟
輸送氣體物流至液體環(huán)式泵；
向泵提供液體，其用于在泵中形成液環(huán)；
從泵中排出液體和氣體物流；
將氣體物流與液體分離；和
熱解在與液體分離的氣體物流中的可燃氣體。
本發(fā)明還提供了處理含第一和第二氣體組分的氣體物流的裝置， 該裝置包括
用于接收氣體物流的液體環(huán)式泵；
用于向泵提供液體的設(shè)備，所述液體用于在泵中形成液環(huán)和用于 從氣體物流除去第一氣體組分，泵包括出口，用于從泵排出液體和氣 體物流；
分離設(shè)備，用于分離氣體物流和從泵排出的液體；和
用于從氣體物流中除去第二氣體組分的位于分離設(shè)備下游的設(shè)備。
本發(fā)明進一 步提供了處理含可燃氣體的氣體物流的裝置，該裝置 包括
用于接收氣體物流的液體環(huán)式泵；用于向泵提供液體的設(shè)備，所述液體用于在泵中形成液環(huán)，泵包
括出口，用于從泵排出液體和氣體物流；
分離設(shè)備，用于分離氣體物流和從泵排出的液體；和
用于熱解氣體物流中的可燃氣體的位于分離設(shè)備下游的設(shè)備。
在優(yōu)選實施方案中，第一氣體入口提供在液體環(huán)式泵的入口側(cè)， 以^更含可燃氣體的氣體物流:帔吸入相鄰轉(zhuǎn)子葉片間的空間中，其中液 體徑向向外移動。第二氣體入口可以提供在泵的入口側(cè)，以便將氣體 氧化劑輸送到泵的殼體。用于提供液體從而在殼體中形成液環(huán)的其它 入口可以在泵的入口和出口側(cè)之間，在殼體的底部^是供。
以上相對于本發(fā)明的方法方面所描述的特征同樣地適用于裝置 方面，反之亦然。
本發(fā)明現(xiàn)將僅僅舉例并且參考附圖
進行描述，所述附圖舉例說明 了用于處理氣體物流的裝置10的實施方案。在這種實施方案中，使 用裝置IO來處理從工藝工具的一個或多個工藝室12中排出的氣體物 流。僅為簡單起見，在附圖中舉例說明了兩個工藝室12，但是可以使 用裝置IO來處理從許多工藝室12中排出的氣體物流。在使用期間， 工藝氣體被提供給工藝室用于加工位于室12中的基材，或者用于在 加工步驟之間的室清洗。這些工藝可包括在基材上實施的沉積和刻蝕 工藝，例如在形成半導(dǎo)體、平板顯示器或太陽能設(shè)備期間。
由于不相似的工藝或清洗工藝可以在任何給定的時間在室12中 進行，從室12通過副真空泵14 (其可以是多級無水泵或分子泵)抽 出的排出氣體可以具有不同的組分，其由以下構(gòu)成未消耗的工藝和 清洗氣體，和來自在室12中發(fā)生的反應(yīng)的副產(chǎn)物。這些排出氣體可 包括一種或多種可燃氣體，例如，烴如CsH2、 C2H4、 CH2F2或CH3F、 CO、 H2、或NH3，其被提供給室12,本身作為工藝氣體或者作為用 于其它工藝氣體的載氣。排出氣體還可包括固體顆粒物，如Si02顆粒， 其在工藝室12中產(chǎn)生，以及腐蝕性、酸性氣體，如S02或卣代物質(zhì) HF、 HC1、 BC13、 HBr、 Cl2和Br2之一，其可以是未消耗的工藝氣體 或者來自在工藝室12中進行的加工的副產(chǎn)物。
從副真空泵14排出的氣體物流在歧管16合并，并且被輸送到裝 置10。如附圖中所示，裝置10包括液體環(huán)式泵18,其具有第一入口 20，通過其合并的氣體物流進入液體環(huán)式泵18。液體環(huán)式泵18包括在液體環(huán)式泵18的入口側(cè)相鄰第一入口 20的第二入口 22。氣體氧化 劑源24通過管道系統(tǒng)26連接到第二入口 22，所述管道系統(tǒng)26將氧 化劑提供給液體環(huán)式泵18。源24可便利地包括空氣源，含有氧氣作 為氣體氧化劑。含氧化劑的氣體物流被提供給泵18,以便在第一入口 20的壓力優(yōu)選地是50-500毫巴，更優(yōu)選地80-120毫巴。
液體環(huán)式泵18進一步包括第三入口 28，用于在泵18中形成液環(huán) 的液體通過管道系統(tǒng)30輸送通過該第三入口 28。在這種實施方案中， 液體是水，然而可以^使用任何水溶液。如已知的，液體環(huán)式泵18包 括可旋轉(zhuǎn)地安裝在環(huán)形殼體中的轉(zhuǎn)子，以便相對于殼體的中心軸，轉(zhuǎn) 子軸是偏心的。轉(zhuǎn)子具有葉片，所述葉片徑向向外從其延伸并且圍繞 轉(zhuǎn)子是等間隔的。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，葉片帶動液體并且將其形成為在殼 體內(nèi)部的環(huán)形環(huán)。通過第一入口 20進入液體環(huán)式泵18的廢物物流， 和通過第二入口 22進入液體環(huán)式泵18的空氣物流，被吸入相鄰葉片 間的空間中，并且圍繞泵18被輸送到泵出口 32。
包含在進入液體環(huán)式泵18的氣體物流中的任何固體顆粒物變成 夾帶在泵18內(nèi)的液體中。此外，在這種氣體物流中的相當(dāng)大比例的 腐蝕性、酸性氣體被液體帶入溶液中，由此顯著地降低了這些氣體在 氣體物流中的數(shù)量。例如，代替使用水作為提供給泵18的液體，苛 性鈉溶液可以被提供給泵18，從而在泵中形成液環(huán)并且從氣體物流中 除去Cl2和/或Br2?；蛘撸虼蛩猁}溶液可以被提供給泵18,從而 實現(xiàn)在泵中形成液環(huán)和從氣體物流中除去氣體組分的雙重作用。
酸性的且負載顆粒物的液體，與未溶解的氣體(包括提供給泵18 的氣體氧化劑和包含在通過第一入口 20進入泵18的氣體物流中的可 燃氣體)一起，通過出口 32從泵18中排出。氣體和液體的這種混合 物通過管道系統(tǒng)34被輸送到流體儲存器36，其用來分離氣體物流與 液體。通過出口38，氣體從儲存器36排出，而被收集的液體可以通 過管道系統(tǒng)30被輸送回到液體環(huán)式泵18的第三入口 28。過濾器(未 示)或類似物可以用于從液體中除去固體顆粒物，而離子交換裝置或 類似物可以^皮提供而在其纟皮送回到液體環(huán)式泵18前從液體中除去酸 性組分。雖然在本實施例中使用流體儲存器36,但是可以使用適用于 分離氣體物流與液體的任何其它分離裝置。
從儲存器36排出的氣體物流然后被輸送到氣體處理設(shè)備40，其備40可以由一種或多種過濾器，或 者由旋風(fēng)分離器提供。氣體物流隨后被輸送到設(shè)備42用于從氣體物 流中除去可燃氣體。在本實施例中，這種設(shè)備是熱解設(shè)備42,其用于 熱解氣體物流中的可燃氣體和氣體氧化劑。熱解設(shè)備42可包括熱解 催化劑，如Hopcalite (獲自Molecular Products )，其可以至少最初通 過加熱器44來加熱從而抑制在熱解設(shè)備內(nèi)的水的冷凝。由于在氣體 物流中的可燃氣體的熱解期間熱量將在設(shè)備42中產(chǎn)生，在氣體物流 的處理期間設(shè)備42的外部加熱的程度可以通過控制器46逐漸被降低 或消除。熱解設(shè)備可備選地包括被加熱的高表面面積材料，或者適用 于進行熱解的其它加熱的設(shè)備。設(shè)備42可以具有用于接收熱解可燃 氣體用的氣體氧化劑的氣體入口 ，在該情況中，將氧化劑提供給液體 環(huán)式泵可以被降低或者甚至被消除。
除熱解設(shè)備之外，或者作為熱解設(shè)備的備選方案，可以提供等離 子體消除設(shè)備、燃燒裝置、氣體反應(yīng)器塔或其它氣體處理設(shè)備來從液 體環(huán)式泵18排出的氣體物流中除去氣體組分。這種氣體組分可以是 可燃氣體，或者其可以是另一氣體，其沒有通過液體環(huán)式泵中的液體 從氣體物流中除去，例如全氟化氣體如CF4。
權(quán)利要求
1.一種處理包括第一和第二氣體組分的氣體物流的方法，該方法包括以下步驟輸送氣體物流至液體環(huán)式泵；向泵提供液體，其用于在泵中形成液環(huán)并且用于從氣體物流除去第一氣體組分；從泵中排出液體和氣體物流；將氣體物流與液體分離；和隨后從氣體物流中除去第二氣體組分。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l的方法，其中第一氣體組分是氣體物流的酸性 組分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其中酸性物質(zhì)包括含硫物質(zhì)或含卣素 物質(zhì)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其中含卣素物質(zhì)包括HF、 HC1、 BC13、 HBr、 Cl2和Br2之一。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中第二氣體組分是可 燃氣體。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其中可燃氣體包括烴、CO、 H2、 NH3 之一。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中烴包括<:2112、 C2H4、 CH2F2和CH3F 之一。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中通過熱解從氣體物 流中除去第二氣體組分。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中可燃氣體是使用熱解催化劑熱解的。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或權(quán)利要求9的方法，其中可燃氣體是使用加 熱的設(shè)備熱解的。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在等離子體消除設(shè) 備中處理氣體物流而從氣體物流中除去第二氣體組分。
12. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中將氣體氧化劑提供 給氣體物流用于與第二氣體組分反應(yīng)而從氣體物流中除去第二氣體 組分。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中氣體氧化劑包括氧氣。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中氣體氧化劑在空氣物流中被提 供給泵。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12-14中任一項的方法，其中氣體氧化劑被提供 給泵。
16. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中液體包括水或水溶液。
17. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項的方法，其中在氣體物流從液體 中分離后，氣體物流被輸送通過用于從氣體物流中除去液體的氣體處 理設(shè)備。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17的方法，其中氣體處理設(shè)備包括過濾器和旋 風(fēng)分離器之一。
19. 一種處理含可燃氣體的氣體物流的方法，該方法包括以下步驟輸送氣體物流至液體環(huán)式泵； 向泵提供液體，其用于在泵中形成液環(huán)； 從泵中排出液體和氣體物流；將氣體物流與液體分離；和熱解在與液體分離的氣體物流中的可燃氣體。
20. 用于處理含第一和第二氣體組分的氣體物流的裝置，該裝置 包括用于接收氣體物流的液體環(huán)式泵；用于向泵提供液體的設(shè)備，所述液體用于在泵中形成液環(huán)和用于 從氣體物流除去第一氣體組分，泵包括出口，用于從泵排出液體和氣 體物流；分離設(shè)備，用于分離氣體物流和從泵排出的液體；和用于從氣體物流中除去第二氣體組分的位于分離設(shè)備下游的設(shè)備。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20的裝置，其中用于從氣體物流中除去第二氣 體組分的設(shè)備包括熱解設(shè)備。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21的裝置，其中熱解設(shè)備包括熱解催化劑。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21或權(quán)利要求22的裝置，其包括加熱熱解設(shè)備從而在其中抑制水的冷凝的設(shè)備。
24. 根據(jù)權(quán)利要求20-23中任一項的裝置，其中用于從氣體物流中 除去第二氣體組分的設(shè)備包括等離子體消除設(shè)備。
25. 根據(jù)權(quán)利要求20-24中任一項的裝置，其包括用于從氣體物流 中除去液體的位于分離設(shè)備下游的設(shè)備。
26. 根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其中用于從氣體物流中除去液體的 設(shè)備包括過濾器。
27. 根據(jù)權(quán)利要求25的裝置，其中用于從氣體物流中除去液體的 設(shè)備包括旋風(fēng)分離器。
28. 根據(jù)權(quán)利要求20-27中任一項的裝置，其包括在所述用于從氣 體物流中除去第二氣體組分的設(shè)備中的用于將氣體氧化劑提供給氣 體物流用于與第二氣體組分反應(yīng)的設(shè)備。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28的方法，其中配置氧化劑提供設(shè)備來將空氣 物流提供給氣體物流。
30. 根據(jù)權(quán)利要求28或權(quán)利要求29的方法，其中配置氧化劑提供 設(shè)備來將氣體氧化劑提供給泵。
31. 用于處理含可燃氣體的氣體物流的裝置，該裝置包括 用于接收氣體物流的液體環(huán)式泵；用于向泵提供液體的設(shè)備，所述液體用于在泵中形成液環(huán)，泵包 括出口，用于從泵排出液體和氣體物流；分離設(shè)備，用于分離氣體物流和從泵排出的液體；和 用于熱解氣體物流中的可燃氣體的位于分離設(shè)備下游的設(shè)備。
全文摘要
描述了用于處理含可燃氣體如氫氣或烴氣的氣體物流的方法。氣體物流被輸送到液體環(huán)式泵(18)，向其中提供氣體氧化劑和水。從泵(18)中排出水和氣體物流，其中被排出的氣體物流隨后與液體分離，并且被輸送到熱解設(shè)備(42)用于熱解可燃氣體和氧化劑。通過液體環(huán)式泵中的水保持了氣體物流中的任何顆粒物和酸性物質(zhì)，從而抑制了熱解設(shè)備(42)的腐蝕或阻塞?？梢蕴峁┻^濾器或其它設(shè)備(40)而在其進入熱解設(shè)備(42)前從氣體物流中除去水。
文檔編號B01D53/34GK101610829SQ200880005190
公開日2009年12月23日 申請日期2008年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月14日
發(fā)明者G·P·奈特, J·R·史密斯 申請人:愛德華茲有限公司