CN101175949A - 气体燃烧设备 - Google Patents
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Abstract
描述了用于燃烧从多个处理室输出的废气的设备。设备包括连接到燃烧室(24)的多个废气燃烧喷嘴(22)。每个喷嘴接收各废气(26)且包括用于接收燃料(40)和氧化剂(30)的装置以用于在室内形成燃烧火焰。控制器接收代表了供给到每个喷嘴的废气的化学组成的数据，且响应于接收的数据调整供给到每个喷嘴的燃料和氧化剂的相对量。这可以使得每个燃烧火焰的属性能根据待由此火焰销毁的废气的属性而选择地修改，因此提高了废气的销毁率效率且优化了燃料消耗。
Description
技术领域
本发明涉及用于燃烧多个废气的设备和方法。
背景技术
在半导体设备制造中的主要步骤是在半导体基片上通过蒸气前体的化学反应形成薄膜。用于在基片上沉积薄膜的一个已知技术是化学汽相沉积(CVD)。在此技术中，过程气被提供到容纳了基片的处理室且起反应以在基片的表面上形成薄膜。例如，硅烷通常用于硅源且氨用于氮源。
CVD沉积不限制于基片的表面，且这可能例如导致气体喷嘴的阻塞和室窗的模糊。另外，可能形成微粒，微粒可能落在基片上且导致沉积的薄膜内的缺陷或干扰沉积系统的机械运行。作为结果，处理室的内表面被定期清洁以从室去除有害的沉积材料。一个清洁室的方法是供给例如分子氟(F2)的清洁气以与有害沉积材料反应。
在处理室内进行沉积或清洁处理后，典型地存在包含在来自处理室的废气中的供给到处理室的气体的残余量。例如硅烷、氨的过程气和例如氟的清洁气如果排放到大气中是高度危险的，且因此在将废气通风到大气前经常提供消除设备来处理废气，以将废气的更有害的成分转化为可以例如通过常规的洗气而容易地从废气中去除的种类，和/或可以安全的排放到大气的种类。
消除设备的一个已知的类型在EP-A-0 819 887中描述。此消除设备包括燃烧室，燃烧室具有废气燃烧喷嘴以接收待处理的废气。环形燃烧喷嘴提供在废气喷嘴外侧，且燃料和空气的气体混合物被提供到环形燃烧喷嘴以在燃烧室内侧形成还原性火焰来燃烧从处理室接收的废气，以销毁废气的有害成分。
在这样的设备中，供给到燃烧室的燃料的量被预先设定，使得足以销毁废气内包含的过程气和清洁气。因为对于例如F2、NF3和SF6的含有氟的清洁气保证高的销毁和去除效率(DRE)的要求，燃料的总量典型地通过消除将进入燃烧室的清洁气的最大流量的热量要求确定。CVD过程在沉积步骤和清洁步骤之间以由工具类型确定的频率交替。典型地，使用了在EP-A-0 819 887中描述的设备的处理应用具有跟随沉积步骤的清洁步骤。作为结果，消除设备在其时间的大约50％以高于将与销毁在被处理的基片上的沉积相关的过程气所实际要求的燃料使用而运行。
使用还原性火焰所遇到的另一个问题是当接收高流量(例如大约60slpm)的含氨废气时，例如从平板显示器处理室接收时，高的DRE不能实现。
发明内容
至少本发明的优选实施例的目的是需求解决这些和其他问题。
在第一方面中，本发明提供了使用用于将废气输送到燃烧室内的多个废气燃烧喷嘴来燃烧废气的方法，方法包括如下步骤：将各废气输送到每个喷嘴且对于每个喷嘴选择地供给燃料和氧化剂以用于在室内形成燃烧火焰，和随输送到喷嘴的废气的化学组成的变化调整燃料和氧化剂的供给。
这可以使得每个燃烧火焰的属性能取决于接收的废气的属性选择地修改。这可以提高废气的销毁率效率且优化燃料消耗。例如，供给到喷嘴的燃料和氧化剂的量可以被调整，以当包含例如氨的第一废气输送到喷嘴时产生氧化性燃烧火焰，且当与第一废气不同的、例如包含如F2、NF3和SF6中的一个的清洁气的第二废气输送到喷嘴时产生还原性燃烧火焰。
因此可以对于过程气和清洁气都实现高的DRE，同时允许在每个喷嘴处的燃料消耗根据输送到该喷嘴的废气的属性被单独地优化。这可以使得最小化燃料消耗，因此降低运行成本，且可以使得能提供单一的燃烧室以用于处理例如从多个以不同的沉积和清洁循环运行的处理室排放的多种不同的废气。
向喷嘴的燃料和氧化剂供给的调整可以根据在处理室内进行的沉积和清洁循环定时。替代地，对于每个喷嘴，可以接收代表了输送到该喷嘴的废气的化学组成的变化的数据，供给到此喷嘴的燃料和氧化剂的量响应于接收到的数据调整。在优选的实施例中，每个废气从处理工具的处理室排放，数据由处理工具供给。替代地，气体传感器可以位于用于将废气输送到喷嘴的导管系统内，此传感器构造为供给数据。
在第二方面中，本发明提供了用于燃烧废气的设备，设备包括：燃烧室，多个废气燃烧喷嘴，每个用于将各废气输送到室内，每个喷嘴具有与其相关的用于接收燃料和氧化剂的各装置，以用于在室内形成燃烧火焰，和对于每个废气用于接收代表了废气的化学组成的变化的数据且用于响应于数据调整燃料和氧化剂的供给以用于燃烧废气的控制装置。
在第三方面中，本发明提供了燃烧设备，包括：燃烧室，多个燃烧喷嘴，每个用于接收各废气以用于在燃烧室内的燃烧且用于将废气输送到燃烧室；增压室，增压室具有用于接收包括燃料和氧化剂的燃气以在燃烧室内形成燃烧火焰的入口和多个每个绕各喷嘴延伸以用于将燃气供给到燃烧室的出口，其中每个燃烧喷嘴具有与其相关的用于接收燃料和氧化剂各装置，以选择地调整通过各出口从增压室供给到燃烧室的燃料和氧化剂的相对量，设备包括用于根据与所述的装置的每个相关的喷嘴内所包含的废气的化学组成来选择地改变供给到所述的装置的每个的燃料和氧化剂的相对量的装置。
以上所述的涉及本发明的方法方面的特征等同地可应用于本发明的设备方面，且反之亦然。
附图说明
将参考附图描述本发明的优选特征，各图为：
图1图示了连接到燃烧设备的多个处理室；
图2图示了连接到燃烧设备的燃烧室的多个废气燃烧喷嘴的截面视图；
图3图示了燃烧喷嘴的透视图；
图4图示了位于用于接收第一气体混合物以在燃烧室内形成燃烧火焰的第一增压室内的多个燃烧喷嘴的透视图；
图5图示了用于接收第二气体混合物以在燃烧室内形成前导火焰的第二增压室的后透视图；
图6图示了用于将燃料和氧化剂提供到连接到燃烧室的每个燃烧喷嘴的构造；和
图7图示了用于控制供给到每个燃烧喷嘴的燃料和氧化剂的相对量的控制系统。
具体实施方式
首先参考图1，提供了设备10以处理从多个用于处理例如半导体设备、平板显示器设备或太阳能电池板设备的处理室12a至12d排放的气体。图1图示了用于处理从四个处理室12a至12d排放的气体的设备10，但设备适合于处理任何个数的费气，例如六个或更多。每个室接收多种过程气(未示出)以用于在室内进行处理。过程气的例子包括硅烷和氨。废气从每个处理室的出口通过各泵送系统抽吸。在室内的处理期间，将仅消耗过程气的部分，且因此废气将包含供给到室的过程气和来自室内的处理的副产品的混合物。
在此实施例中，沉积处理在每层内进行以将一层或多层材料沉积在位于处理室内的基片的表面上。供给到每个处理室的过程气的属性可以相同或它们可以不同。为从处理室去除有害的沉积材料，将例如F2、NF3和SF6的清洁气周期地供给到处理室。处理气/清洁气供给循环的持续时间可以对于处理室的每个相同或不同。又因为将仅消耗清洁气的部分，在清洁循环期间从处理室排放的气体将包含供给到室的清洁气和来自室的清洁的副产品的混合物。某些过程可以使用远程等离子系统，以在清洁气进入处理室内前将它分解为氟。
通过各泵送系统14a至14d将废气从处理室的出口抽吸。如在图1中图示，每个泵送系统可以包括次级泵16，次级泵16典型地具有涡轮分子泵的形式，以从处理室抽吸废气。涡轮分子泵16可以在处理室内生成至少10-3毫巴的真空。气体以大约1毫巴的压力典型地从涡轮分子泵16排放。因此，泵送系统也包括主或前级泵18，以从涡轮分子泵16接收废气且将气体的压力升高到大约大气压力的压力。也取决于在每个处理室内所进行的处理的属性和在处理期间处理室内所要求的真空水平，泵送系统14a至14d可以是相同的或可以在处理室之间变化。
从泵送系统14a至14d排放的气体每个被输送到消除设备10的各入口20。如在图2和图3中图示，每个入口20包括连接到消除设备10的燃烧室24的废气燃烧喷嘴22。每个燃烧喷嘴22具有用于接收废气的带凸缘的入口26和出口28，废气从出口28进入燃烧室24。
每个燃烧喷嘴22包括氧化剂入口30以用于从氧化剂源32(在图6中图示)接收例如氧的氧化剂。环形间隙34限定在喷嘴22的外表面和绕喷嘴22延伸的第一套筒36的内表面之间，环形间隙34允许氧化剂从入口30输送到围绕喷嘴22的多个氧化剂出口38。
每个燃烧喷嘴22进一步包括用于从燃料源42(也在图6中图示)接收优选地为甲烷的燃料的燃料入口40。环形间隙44限定在第一套筒36的外表面和绕第一套筒36延伸的第二套筒46的内表面之间，环形间隙44允许将燃料从入口40输送到围绕喷嘴22的多个燃料出口48。
如在图2和图4中图示，每个燃烧喷嘴22安装在第一环形增压室50内，第一环形增压室50具有入口52，以用于接收例如甲烷和氧的混合物的燃料和氧化剂的第一气体混合物以在燃烧室24内形成燃烧火焰。如在图2中图示，燃烧喷嘴22安装在第一增压室50内，使得来自燃烧喷嘴22的氧化剂出口38和燃料出口48位于第一增压室50内，使得从这些出口38、48排放的氧化剂和燃料与第一气体混合物在第一增压室50内局部地混合。作为结果的由第一气体混合物和供给到燃烧喷嘴22的燃料和氧化剂形成的燃料和氧化剂的局部混合物通过各出口54从第一增压室50进入燃烧室24，每个出口54大体上与燃烧喷嘴22同轴线且围绕燃烧喷嘴22。
也如在图2中图示，第一增压室50位于第二环形增压室56上方，第二环形增压室56具有入口58以用于接收例如甲烷和氧的另一个混合物的燃料和氧化剂的第二气体混合物，以在燃烧室24内形成前导火焰。如在图5中图示，第二增压室56包括多个第一孔口60，废气通过第一孔口60从燃烧喷嘴22进入燃烧室24，每个围绕各第一孔口60的多个第二孔口62，燃料和氧化剂的局部混合物通过第二孔口62从第一增压室50进入燃烧室24；和围绕第二孔口62的多个第三孔口64，且第二气体混合物通过第三孔口64进入燃烧室24以形成前导火焰，以点燃燃料和氧化剂的局部混合物来形成燃烧室24内的燃烧火焰。
图7图示了用于控制向燃烧喷嘴22的每个供给燃料和氧化剂的控制系统。控制系统包括控制器70，以用于接收代表了供给到每个燃烧喷嘴22的废气的化学组成的变化的信号72数据，例如在当清洁气供给到处理室时清洁循环开始时。如在图7中图示，信号72的每个可以直接从各处理工具74a至74d接收，每个处理工具控制向各处理室12a至12d的气体供给。替代地，信号72可以从局域网的主机接收，控制器70和处理工具74a和74b的控制器形成了局域网的部分，主机构造为接收来自处理工具的控制器的关于供给到处理室的气体的化学组成的信息，且响应于此输出信号72到控制器70。作为另一个替代，信号72可以从每个位于各处理室的出口和各燃烧喷嘴22之间的多个气体传感器接收。
响应于包含在被接收的信号72内的数据，控制器70可以选择地控制向每个燃烧喷嘴22供给的燃料和氧化剂的相对量。参考图6和图7，控制系统包括每个位于氧化剂源32和各氧化剂入口30之间的第一多个可变流量控制设备76，和每个位于燃料源42和各燃料入口40之间的第二多个可变流量控制设备80。例如，设备76、80可以是蝶阀或其他具有可根据从控制器70接收的信号78、82，优选地与信号78、82成比例地改变的传导性的控制阀。替代地，固定的孔流量控制设备可以用于控制燃料和/或氧化剂到喷嘴22的流量。因此，为改变供给到喷嘴22的选中的一个的氧化剂量，控制器70选择地将信号78输出到适当的设备76，信号78导致设备76改变到选中的喷嘴的氧化剂的流量，且为改变供给到选中的喷嘴22的燃料量，控制器70选择地将信号82输出到适当的设备80，信号82导致设备80改变到选中的喷嘴22的燃料的流量。
通过改变供给到每个喷嘴22的燃料和氧化剂的相对量，控制器70可以取决于废气的化学组成选择地修改在燃烧室24内生成的每个燃烧火焰。例如，可以调整供给到喷嘴22的燃料和氧化剂的相对量，以当废气包含氨时产生氧化性燃烧火焰，或当废气包含F2、NF3或SF6清洁气时产生还原性燃烧火焰。
增加燃料和氧化剂的仅一个的相对量可以改变燃烧火焰的属性。例如，控制器70可以构造为预先设定待供给到每个喷嘴的燃料和氧化剂的最小量，使得燃料和氧化剂的选中的一个的相对量在每个喷嘴22处如要求选择地增加(通过如要求地操作设备76、80的选中的一个)，以改变燃烧火焰的属性。
转到图1，来自燃烧室24内的废气燃烧的副产品可以输送到湿洗气器、固体反应介质或其他次级消除设备90，如在图1中图示。在通过消除设备90后，废气流可以安全地通风到大气。
总之，描述了用于燃烧从多个处理室输出的废气的设备。设备包括连接到燃烧室的多个废气燃烧喷嘴。每个喷嘴接收各废气且包括用于接收燃料和氧化剂的装置以用于在室内形成燃烧火焰。控制器接收代表了供给到每个喷嘴的废气的化学组成的数据，且响应于接收到的数据调整供给到每个喷嘴的燃料和氧化剂的相对量。这使得每个燃烧火焰的属性能根据待由该火焰销毁的废气的属性而选择地被修改，因此提高了废气的销毁率效率且优化了燃料消耗。
在每个燃烧喷嘴处调节火焰条件的能力也保证具有足够的燃料以在氟和含氟气体的消除中用作热源和用作化学反应物。这在最大化由消除装备实现的消除效率而同时降低燃料的使用中是基本的。
虽然在以上所述的优选实施例中使用单一的燃烧喷嘴来将废气从处理室输送到燃烧室，但废气可以“分裂”为两个或多个流，流的每个被输送到各自的燃烧喷嘴。已发现这进一步增加了废气销毁效率。
Claims (28)
1.一种使用多个废气燃烧喷嘴将废气输送到燃烧室内来燃烧废气的方法，该方法包括如下步骤：将各废气输送到每个喷嘴且对于每个喷嘴选择地供给燃料和氧化剂以用于在室内形成燃烧火焰，和随输送到喷嘴的废气的化学组成的变化调整燃料和氧化剂的供给。
2.根据权利要求1所述的方法，其中对于每个喷嘴调整燃料和氧化剂的供给，以当第一废气输送到喷嘴时产生氧化性燃烧火焰且当与第一废气不同的第二废气输送到喷嘴时产生还原性燃料火焰。
3.根据权利要求2所述的方法，其中第一废气包括氨。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中第二废气包括含卤素的气体。
5.根据权利要求4所述的方法，其中第二气体包括F2、NF3和SF6的至少一个。
6.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中对于每个喷嘴，氧化剂的供给响应于供给到喷嘴的废气的化学组成的变化而变化。
7.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中对于每个喷嘴，燃料的供给响应于供给到喷嘴的废气的化学组成的变化而变化。
8.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中对于每个喷嘴，响应于代表了供给到喷嘴的废气的化学组成的变化的数据接收来调整燃料和氧化剂的供给。
9.根据权利要求8所述的方法，其中每个废气从处理工具排放，数据代表了由处理工具供给的废气的化学组成的变化。
10.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中燃料包括碳氢化合物，优选地为甲烷。
11.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中氧化剂包括氧。
12.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中燃料和氧化剂每个从绕燃烧喷嘴延伸的多个孔口喷射到燃烧室内。
13.根据前述权利要求的任何项所述的方法，其中对于每个喷嘴，将供给的燃料和氧化剂添加到供给到室的燃料和氧化剂的混合物，以用于在室内形成燃烧火焰，因此选择地改变在室内形成的每个燃烧火焰的属性。
14.一种用于燃烧废气的设备，该设备包括：燃烧室；多个废气燃烧喷嘴，每个用于将各废气输送到室内，每个喷嘴具有与其相关的用于接收燃料和氧化剂的各装置，以用于在室内形成燃烧火焰；和控制装置，以对于每个废气用于接收代表了废气的化学组成的变化的数据且用于响应于数据调整燃料和氧化剂的供给以用于燃烧废气。
15.根据权利要求14所述的设备，其中每个喷嘴包括绕它延伸的用于接收氧化剂的第一套筒和用于接收燃料的与第一套筒大体上同心的第二套筒。
16.根据权利要求15所述的设备，其中第二套筒绕第一套筒延伸。
17.根据权利要求15或16所述的设备，其中每个套筒包括用于输出燃料和氧化剂的各一个的围绕喷嘴的多个孔口。
18.根据权利要求14至17的任何项所述的设备，包括用于向室供给燃气以在室内形成燃烧火焰的装置。
19.根据权利要求18所述的设备，其中燃气包括燃料和氧化剂的混合物。
20.根据权利要求18或19所述的设备，其中燃气供给装置包括增压室，增压室具有用于接收燃气的入口和多个出口，燃气从出口排放到燃烧室内以在燃烧室内形成燃烧火焰。
21.根据权利要求20所述的设备，其中燃烧喷嘴每个在增压室内与来自增压室的各出口大体上同轴线地延伸。
22.根据权利要求20或21所述的设备，其中每个所述的用于接收燃料和氧化剂的装置构造为将燃料和氧化剂喷射到增压室内，以改变由燃气在室内形成的燃烧火焰的属性。
23.根据权利要求14至22的任何项所述的设备，其中控制装置包括每个用于改变向各喷嘴的氧化剂供给的多个第一可变流量控制设备，和用于响应于接收的数据选择地控制每个第一可变流量控制设备的控制器。
24.根据权利要求23所述的设备，其中控制装置包括每个用于改变向各喷嘴的燃料供给的多个第二可变流量控制设备，控制器构造为响应于接收的数据选择地控制每个第二可变流量控制设备。
25.根据权利要求14至24的任何项所述的设备，其中燃料包括碳氢化合物，优选地为甲烷。
26.根据权利要求14至25的任何项所述的设备，其中氧化剂包括氧。
27.根据权利要求14至26的任何项所述的设备，包括至少四个喷嘴，每个用于接收各废气。
28.一种燃烧设备，包括：燃烧室；多个燃烧喷嘴，每个用于接收各废气以用于在燃烧室内的燃烧且用于将废气输送到燃烧室；增压室，增压室具有用于接收包括燃料和氧化剂的燃气以在燃烧室内形成燃烧火焰的入口和每个绕各喷嘴延伸以用于将燃气供给到燃烧室的多个出口，其中每个燃烧喷嘴具有与其相关的用于接收燃料和氧化剂各装置，以选择地调整通过各出口从增压室供给到燃烧室的燃料和氧化剂的相对量，该设备包括用于根据与所述的装置的每个相关的喷嘴内所包含的废气的化学组成来选择地改变供给到所述的装置的每个的燃料和氧化剂的相对量的装置。
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