專利名稱：用于從廢氣流中除去至少一種氫硫?qū)僭鼗衔锏姆椒ê驮O(shè)備的制作方法
用于從廢氣流中除去至少一種氫硫?qū)僭鼗衔锏姆椒ê?br> 設(shè)備 本發(fā)明的主題是用于從輸入氣流中除去至少一種在標(biāo)準(zhǔn)條件下為氣態(tài)的氫硫?qū)?元素化合物(hydrogen chalcogen compound)的方法和設(shè)備。本發(fā)明的優(yōu)選使用領(lǐng)域?yàn)橛?于凈化晶片和/或半導(dǎo)體生產(chǎn)如太陽(yáng)能電池生產(chǎn)中的廢氣或產(chǎn)物氣體。
在生產(chǎn)晶片，尤其是在生產(chǎn)太陽(yáng)能模塊時(shí)，通常將產(chǎn)物氣體如例如硫化氫(H2S)或 硒化氫(H2Se)用作向晶片底物提供施主離子的產(chǎn)物氣體。這樣的生產(chǎn)產(chǎn)地的廢氣包含必須 除去的有毒化合物如例如硫化氫或硒化氫。通常，包含硫化氫和/或硒化氫的廢氣以添加 有氧化劑如過(guò)氧化氫(H202)和/或次氯酸鈉(NaOCl)的苛性堿溶液如例如氫氧化鈉(NaOH) 處理。這些氧化劑通過(guò)將Na2S轉(zhuǎn)化為硫酸鈉(Na2S04)來(lái)轉(zhuǎn)化硫化氫與氫氧化鈉(NaOH)反 應(yīng)的一種產(chǎn)物(例如硫化鈉(Na2S))。 這意味著為了從生產(chǎn)工廠的廢氣中除去這些氫硫?qū)僭鼗衔锉匦枰褂貌?chǔ) 存若干化學(xué)品，如例如氫氧化鈉、過(guò)氧化氫和/或次氯酸鈉?；衔锾貏e是氧化劑如過(guò)氧化 氫必須在考慮到例如氧的形成和罐的可能腐蝕方面的受控的條件下儲(chǔ)存。此外，必須監(jiān)管 若干化合物的原料。而且由庫(kù)存及由此產(chǎn)生的費(fèi)用增加。 基于這一點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于至少部分解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，特別是在使用較 少種類化學(xué)藥品方面。 這些目的通過(guò)具有獨(dú)立權(quán)利要求所述特征的方法和設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。相應(yīng)的從屬權(quán)利 要求涉及方法和設(shè)備的改進(jìn)。 用于凈化半導(dǎo)體元件制造過(guò)程的廢氣或工藝氣體的方法，其中所述廢氣或工藝氣
體包含至少一種氫硫?qū)僭鼗衔?，所述氫硫?qū)僭鼗衔锇韵轮辽僖环N a)硫(S); b)硒(Se); c)碲(Te);以及 d)釙(Po)， 其中通過(guò)以下步驟在濕式洗滌器中從工藝氣體中除去所述氫硫?qū)僭鼗衔?
-將工藝氣體導(dǎo)入至少一種堿的水溶液；
-將該至少一種堿供給至水溶液，以及
-從水溶液中提取輸出廢氣流。 根據(jù)本發(fā)明控制所供給堿的量使得溶液的pH值大于12。 如果在本文中使用術(shù)語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)條件，則應(yīng)該理解標(biāo)準(zhǔn)條件是標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境溫度和壓力如 例如298， 15K (Kelvin)的溫度和lbar的壓力。應(yīng)該理解硫?qū)僭厥窃刂芷诒碇兄芷诒淼?16族(以前為VIA族)的元素。硫?qū)僭丶捌渥寰唧w地由元素氧、硫、硒、碲、釙和u皿hexium 組成。術(shù)語(yǔ)"氫硫?qū)僭鼗衔?這樣具體地理解其包括硫化氫、硒化氫和/或碲化氫。氫 硫?qū)僭鼗衔锾貏e是硫?qū)僭鼗?。?biāo)準(zhǔn)條件下為氣態(tài)的氫硫?qū)僭鼗衔锾貏e是除了 水以外的所有氫硫?qū)僭鼗铩?根據(jù)本發(fā)明的方法特別是在所謂的濕式洗滌器中進(jìn)行。具體地，通過(guò)用洗滌液噴淋輸入廢氣流、通過(guò)迫使氣體穿過(guò)洗滌液池或通過(guò)其它接觸方法將輸入廢氣流與作為洗滌 液的包含堿的水溶液接觸。優(yōu)選迫使輸入廢氣流穿過(guò)水溶液池。
例如，氫硫?qū)僭鼗衔锪蚧瘹?H2S)的化學(xué)反應(yīng)如下
H2S + NaOH 0 NaHS + H20 (1.1)
NaHS + NaOH <■> Na2S + H20pH<l 1 (1.2) H2S+NaOH — NaHS+H20 (2.1)
NaHS+NaOH — Na2S+H20 pH > 11 (2. 2) pH值大于11時(shí)化學(xué)反應(yīng)遵循方程式(2. 1)和(2. 2)，而pH值小于11時(shí)反應(yīng)遵循 方程式(1. 1)和(1.2)。各其它氫硫?qū)僭鼗衔锏姆磻?yīng)類似。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明控制水溶液 的pH值時(shí)發(fā)現(xiàn)如果pH值大于12則反應(yīng)(2. 1)被充分抑制。因此可以不添加其它化合物 如氧化劑以抑制反應(yīng)(2. 1)的逆反應(yīng)。這意味著僅使用一種為堿如氫氧化鈉的化合物可以 從輸入廢氣流中完全除去氫硫?qū)僭鼗衔?。完全除去氫硫?qū)僭鼗衔锢斫鉃閺妮斎霃U 氣流中除去超過(guò)99wt. -% (重量-% )氫硫?qū)僭鼗衔?，特別是超過(guò)99. 9wt. _%或甚至 超過(guò)99.99wt,X。不需要保持庫(kù)存并控制其它化學(xué)品如氧化劑的庫(kù)存。當(dāng)使用該方法時(shí) 使從輸入廢氣流中除去氫硫?qū)僭鼗衔锏倪^(guò)程變?nèi)菀撞⒔档唾M(fèi)用。 根據(jù)本發(fā)明的方法特別有利于除去具有一種上述元素的氫化合物。具體地，以非
常高的除去程度來(lái)除去硫化氫和硒化氫，所述硫化氫和硒化氫是在半導(dǎo)體工業(yè)中通常用作
工藝氣體的硫和硒的氫硫?qū)僭鼗衔铩?根據(jù)本發(fā)明方法的改進(jìn)，水溶液不含碳酸鹽。 不含碳酸鹽可具體地這樣理解未將碳酸鹽引入水溶液。 根據(jù)本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，控制堿的供給使得環(huán)境的pH值大于13。 優(yōu)選使水性環(huán)境中的pH值恒定地達(dá)到高達(dá)13以上，因?yàn)檫@導(dǎo)致氫硫?qū)僭鼗?br> 物的特別高的除去程度。
根據(jù)本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，堿包括至少一種以下化合物
a)氫氧化鈉(NaOH)，以及
b)氫氧化鉀(K0H)。 這些堿特別是氫氧化鈉使pH值能夠控制在大于13特別是大于13. 5。這些堿并且 特別是至少兩種這些堿的混合物使氫硫?qū)僭鼗衔锬軌蛉菀椎貜妮斎霃U氣流中完全除 去。 根據(jù)進(jìn)一步改進(jìn)，使水溶液循環(huán)。 這意味著部分水溶液從剩余水溶液中除去并稍后被再引入剩余水溶液中。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，循環(huán)水溶液至少部分作為液滴被引入。 這可以通過(guò)使用各噴嘴進(jìn)行來(lái)引入液滴。特別優(yōu)選以獲得堿與剩余水溶液的良好
混合程度的方式引入循環(huán)水溶液。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，引入至少兩種直徑的液滴。 優(yōu)選分兩個(gè)階段供給水溶液?？梢栽诘谝浑A段引入第一直徑的液滴并在隨后的第 二階段引入第二較小直徑的液滴。較大液滴能夠向水性環(huán)境供給相當(dāng)大量的堿，如果從剩
4余水溶液除去的水溶液與引入該除去的水溶液的剩余水溶液部分相比pH值增加，則pH值
可能大幅度增加，而較小液滴與水性環(huán)境均勻混合。 根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，-回收部分水溶液；-測(cè)量該部分水溶液的pH值；-基于該pH值，將一定量堿添加至部分水溶液中；以及
-隨后使部分水溶液再循環(huán)至剩余水溶液中。 在將部分水溶液再循環(huán)至剩余水溶液之前將堿引入僅該部分水溶液能夠非常穩(wěn) 定地控制pH值。 根據(jù)本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)，將包含氧的氣體引入至水性環(huán)境中。 應(yīng)該理解包含氧的氣體可以是周圍空氣、純氧或氧與至少一種其它氣體如例如氮
的混合物。通過(guò)引入氧特別改善了硒化氫的除去，因?yàn)檠醮龠M(jìn)硒化氫氧化為紅色無(wú)定型硒。
包含氧的氣體的引入可以不取決于堿的引入而實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出使用包含至少一種在標(biāo)準(zhǔn)條件下為氣態(tài)的氫硫?qū)僭?素化合物的工藝氣體制造半導(dǎo)體元件的方法，其中以根據(jù)本發(fā)明的方法除去工藝氣體的氫 硫?qū)僭鼗衔铩?半導(dǎo)體元件具體包括晶片、光生伏打電路和/或薄膜光生伏打電路。 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提出用于凈化來(lái)自輸入廢氣流的半導(dǎo)體元件制造過(guò)程中
的廢氣或工藝氣體的設(shè)備，其包括用于水性環(huán)境的濕式洗滌器單元，所述濕式洗滌器單元
包括用于將水性環(huán)境的pH值控制在大于12的水平的裝置。該設(shè)備可以根據(jù)本發(fā)明的方法
具體操作。 根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的改善，該設(shè)備還包括至少一個(gè)pH傳感器和用于將堿溶液定量 給予水溶液的泵。 根據(jù)本發(fā)明設(shè)備的進(jìn)一步改善，用于至少一種堿的受控供給的裝置包括至少一個(gè) 噴嘴。 所公開的根據(jù)本發(fā)明方法的詳細(xì)內(nèi)容和優(yōu)勢(shì)可以被改變并使其適于本發(fā)明的設(shè) 備，反之亦然。下面通過(guò)實(shí)施例并參照示意性顯示本發(fā)明設(shè)備的唯一附圖
進(jìn)一步描述本發(fā) 明。 僅有的附圖示意性顯示用于從輸入廢氣流除去在標(biāo)準(zhǔn)條件下為氣態(tài)的氫硫?qū)僭?素化合物的設(shè)備l。該設(shè)備l可以被理解為濕式洗滌器。輸入廢氣流在廢氣入口 2進(jìn)入設(shè) 備1并經(jīng)由廢氣入口管路3傳至第一凈化室4。在該第一凈化室4中，經(jīng)由第一噴嘴5引入 包含至少一種堿的水溶液。第一凈化室4和第二凈化室6包括水性環(huán)境，向其中引入輸入 廢氣流。設(shè)計(jì)第一噴嘴5使其可以特別是以液滴形式提供相當(dāng)大量的水溶液。
使水溶液在設(shè)備1中循環(huán)并從第一凈化室4傳至第二凈化室6。在第二凈化室6 中，經(jīng)由若干第二噴嘴7引入包含至少一種堿如氫氧化鈉的水溶液，并且經(jīng)由第二噴嘴7添 加的堿的更均勻混合物和水性環(huán)境已經(jīng)存在于第二凈化室6中，所述第二噴嘴7能夠比第 一噴嘴5更少量計(jì)量給料。 在包含廢氣的水溶液通過(guò)第二凈化室6后，使其進(jìn)入包括填充床反應(yīng)器9的第三 凈化室8。經(jīng)由第三噴嘴10將水溶液引入第三凈化室8。
經(jīng)由第三噴嘴10引入的水溶液流過(guò)包括床部件的填充床反應(yīng)器9，所述床部件優(yōu) 選由塑料制成，特別是具有大表面積如例如珠、環(huán)和/或球的塑料。特別是由例如Raschig AG以商品名Pall rings、Ralu rings、 Raschigrings、 berl saddles等銷售的部件可以被 有利地用于填充床反應(yīng)器9。 然后在第三凈化室8的貯槽11中收集水溶液。使用循環(huán)泵12從貯槽11中抽出 水溶液。位于再循環(huán)管路13的該循環(huán)泵12維持水溶液流過(guò)凈化室4、6、8并在供應(yīng)管路系 統(tǒng)14中通過(guò)該系統(tǒng)將水溶液供給到噴嘴5、7、10。通過(guò)再循環(huán)管路13和循環(huán)泵12在供應(yīng) 管路系統(tǒng)14中產(chǎn)生壓力差，該壓力差驅(qū)使水溶液流過(guò)控制管路15，所述控制管路15包括在 控制管路15內(nèi)控制水溶液pH值的pH傳感器16。將pH傳感器16與裝置17連接用于控制 pH值。將這些裝置17再與計(jì)量泵18連接用于將來(lái)自儲(chǔ)存器19的氫氧化鈉溶液計(jì)量給予 控制管路15。由此可以根據(jù)本發(fā)明將水溶液的pH值控制在大于12. 5，特別是大于13。
控制管路15還包括限流器20用于將控制管路15中的流量限制為低于可預(yù)定的 上限值。設(shè)備1還包括若干閥21，其可以用于控制通過(guò)設(shè)備1的水溶液流量。已凈化的廢 氣流經(jīng)由出口管路22從設(shè)備中排放。經(jīng)由排放管路23排空貯槽11。 根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備1和方法能夠有效地從半導(dǎo)體化合物如例如光生伏打模塊生 產(chǎn)過(guò)程的廢氣中除去氫硫?qū)僭鼗衔铩８綀D標(biāo)記說(shuō)明
1用于從廢氣除去氫硫?qū)僭鼗衔锏脑O(shè)備2廢氣入口3廢氣入口管路4第一凈化室5第一噴嘴6第二凈化室7第二噴嘴8第三凈化室9填充床反應(yīng)器10第三噴嘴11貯槽12循環(huán)泵13再循環(huán)管路14供應(yīng)管路系統(tǒng)15控制管路16pH傳感器17用于控制pH值的裝置18計(jì)量泵19儲(chǔ)存器20限流器21閥22出口管路
23排放管路
權(quán)利要求
用于凈化半導(dǎo)體元件制造過(guò)程的廢氣或工藝氣體的方法，其中所述廢氣或工藝氣體包含至少一種氫硫?qū)僭鼗衔?，所述氫硫?qū)僭鼗衔锇韵轮辽僖环Na)硫(S)；b)硒(Se)；c)碲(Te)；以及d)釙(Po)，其中通過(guò)以下步驟在濕式洗滌器中從工藝氣體除去所述氫硫?qū)僭鼗衔?將工藝氣體導(dǎo)入至少一種堿的水溶液中；-將至少一種堿供給至水溶液，以及-從水溶液中提取輸出廢氣流，其特征在于，控制所供給堿的量使得溶液的pH值大于12。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述水溶液不合碳酸鹽。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中控制堿的供應(yīng)使得環(huán)境的pH值大于13。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中所述堿包含至少一種以下化合物a) 氫氧化鈉(NaOH)，以及b) 氫氧化鉀(KOH)。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中使所述水溶液循環(huán)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中循環(huán)的水溶液至少部分作為液滴引入。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中引入至少兩種直徑的液滴。
8. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中 _回收部分水溶液；_測(cè)量該部分水溶液的pH值；_基于該P(yáng)H值，將一定量堿添加至該部分水溶液中；以及 _隨后將該部分水溶液再循環(huán)至剩余水溶液中。
9. 根據(jù)前述權(quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法，其中將包含氧的氣體引入至水性環(huán)境中。
10. 使用包含至少一種氫硫?qū)僭鼗衔锏墓に嚉怏w制造半導(dǎo)體元件的方法，其中所 述工藝氣體的氫硫?qū)僭鼗衔镆郧笆鰴?quán)利要求任一項(xiàng)所述的方法除去。
11. 設(shè)備(i)，其用于根據(jù)權(quán)利要求i-io任一項(xiàng)所述的方法凈化來(lái)自輸入廢氣流的半導(dǎo)體元件制造過(guò)程中的廢氣或工藝氣體，所述設(shè)備(1)包括用于水性環(huán)境的濕式洗滌器單 元，其特征在于用于將水性環(huán)境的pH值控制在大于12的水平的裝置(17)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的設(shè)備(l)，其還包括至少一個(gè)pH傳感器(16)和用于將堿 溶液計(jì)量給予水溶液的泵(18)。
全文摘要
用于凈化半導(dǎo)體元件制造過(guò)程中的廢氣或工藝氣體的方法，其中廢氣或工藝氣體包含至少一種氫硫?qū)僭鼗衔?，所述氫硫?qū)僭鼗衔锇韵轮辽僖环Na)硫(S)；b)硒(Se)；c)碲(Te)；以及d)釙(Po)，其中在濕式洗滌器中通過(guò)將工藝氣體導(dǎo)入至少一種堿的水溶液、向水溶液供給至少一種堿并從水溶液中提取輸出廢氣流而使所述氫硫?qū)僭鼗衔飶墓に嚉怏w中除去，其特征在于控制所供給堿的量使得溶液的pH值大于12。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備(1)和方法能夠有效地從半導(dǎo)體化合物如例如光生伏打模塊的生產(chǎn)過(guò)程的廢氣中除去氫硫?qū)僭鼗衔铩?br> 文檔編號(hào)B01D53/64GK101784328SQ200880103862
公開日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月31日
發(fā)明者U·克魯格爾 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司