CN1030129A - 制造电子器件所产生的废气的处理方法及用于该方法的焚化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及对电子元件生产中产生的废气产物 进行处理的一个方法。废气由某种惰性气体抽吸出 来，与经过预加热的氧化气体完全混合，并在足够的 温度下保持充分长时间的接触以完成焚化，再通过热 交换冷却氧化生成物至凝结，然后收集固态的氧化 物，洗涤残存气体，并沿气流形成递减的压降。

本发明还涉及实现上述方法的一种焚化装置。

Description

本发明涉及一种焚化特别是包括无机氧化物的废气的方法，以及用于处理这种废气的装置。

在集成电路和电子元件的制造领域中，特别是采用化学气相淀积（CVD）技术时，为了防止污染和火灾，必须避免向大气中排放用过的气体和/或由这些工艺方法产生的气体。事实上，存在于排出的废气中的某些气体化合物对人是有毒的和/或在高温下与空气接触时是可燃的，甚至在常温下与空气或任何氧化剂接触时也可以自发的燃烧。

要处理的废气不仅包括敷镀金属的气体，还包括由沉淀反应或附加反应所衍生或产生的化合物，而且还包括气体同与其相接触的物质（如泵油）之间的反应造成的产物。

可能涉及的有金属氧化物，金属羰基化合物，可能还有无机卤化物，有机的或气体的可燃化合物。

这样，要处理的废气主要地是可燃的气体无机氢化物（例如氢化硅，特别是SiH₄，Si₂H₆，Si₃H₈）和各种SiH_xCL_4-x类型的卤代硅烷，如砷（特别是砷化氢ASH₃），磷（特别是PH₃），硼（特别是B₂H₆），锗（特别是GeH₃），以及其它用于化合物制造或包含在制造材料中的金属，如钼。

在羰基金属和无机卤化合物之中，可能提到的是W（CO）₆，MO（CO）₆以及硅，钛，钨，钼和钽的氟和碘化物。

还可能提到泵的排放物中的有机和/或卤代硅烷，氢的卤化物，含氮气体（产生于腐蚀气体）以及来自泵的有机化合物。

纯化废气，消除其中的有毒和/或危险成份的一个常规方法包括，利用一个或多个泵，如真空泵，把废气抽出CVD系统，然后把这些废气传送到一个或多个吸收塔或柱中，使废气与一种固体或液体吸收剂接触。这样，全部的或部分的有害气体成份被吸收，或被吸收然后再对废气进行发泡处理或某种其它吸收处理，取决于要消除的残留成份的性质。

但是，按照这种常规的方法，所用的吸收剂会很快被污染或/和耗尽，因而必须经常更换吸收剂以保证足够程度的纯化效果。另外，用于这种应用的那些吸收剂经常是昂贵的而且不能回收的，并且所需进行的更换很难适应连续不断的工业流程。

另一种方法将废气在其离开装置时烧掉。这种方法是危险的，因为它难于用在可燃废气排放量波动的情况下：当排放仃止时，燃烧停止，而当排放又恢复时，如果未能继续保持燃烧，将导致可燃气体的累积并带来能够传入CVD系统的爆炸的风险。

即使注意继续保持燃烧，当燃烧是直接在装置的露天出口处或用某种助燃气体来进行时，仍表现出一些明显的危险，如回火或单纯的在排放压力下降时使燃烧器的进气端引入氧化剂，因此仍有爆炸的风险。

本发明涉及处理以上确定的可燃废气的方法，其特征在于，废气靠一种惰性载气气体抽出，再与一种预热的氧化气体完全混合，并在足够的温度和足够的时间期间与其保持接触进行焚化，然后通过热交换将氧化生成物冷却直到其凝结，收集该氧化生成物并洗涤残存气体，并由此实现随着气流的压力递减。

根据本发明已经被送去焚化的化合物，即根据温度，经过一个充分长的时间在燃烧室中氧化的化合物，在一个具有冷却壁的交换器中以氧化物的形式冷却并凝结。

硅的氧化物（二氧化硅）和主要是金属的东西呈圆体颗粒的形式，可以用机械的分离方法与残存气体分离，例如过滤和/或离心分离。

残存气体用一种最好碱性溶液洗净，以去除其中的酸，然后排入大气。

根据本发明，这一方法的一个畲笥诺阍谟谟捎谠乇谎趸⒊晌烫沟枚圆恍枰脑氐南煽扛菀住?

根据本发明实现的随着气体流动呈现压力递减这一特点消除了由于回火或氧化剂逆流引起爆炸的危险。

因此，靠排放系统得到了第一次压力下降，在该系统中，惰性气体通过文式管（Venturi）效应“泵出”或“抽吸出”正好在CVD系统废气出口处的这些废气。这一实质上非机械的泵抽系统具有不会腐蚀的好处。

本发法包含有焚化，而又不需要被处理的气体连续不断的排放，因此，可以方便地允许气体排放中有下降或阻塞。

本发明还涉及用于焚化废气混合物的一种装置。这些废气可以含有无机氢化物，无机卤代化合物，气体和可燃有机化合物。该装置包括，至少一个空气预热室它具有一个空气入口，一个燃烧器和一个热空气出口;一个用于将热氧化气体和废气进行混合的室，它具有一个热氧化气体入口，一个废气注入喷口，吸入混合物的装置，和一个混合物的出口通道;一个具有混合物入口的焚化室;一个冷却区和一个固体收集器，它具有将废气在焚化中消耗掉的装置，以及用于在气体流动方向上产生逐步压降的装置。

从下面的详细描述并参考附图可以更好地理解本发明。附图中：

图1是实现该方法的一个装置的示意图。

图2是根据本发明的一个焚化装置的剖视图示。

图1示出CVD系统1，它的废气通过管道11由泵2抽出并通过管道12注入排放装置3。通过管道13向排放装置3送入作为排放装置驱动载气的惰性气体，通过文氏管效应，其气流夹带废气离开CVD系统。于是，废气靠文氏管效应抽出，并由同样的惰性气体媒介冲淡和夹带。

冲淡的废气通过管道14到达予混合室4，进入的气体由通过管道16提供的惰性气体所包裹。通过管道18的空气流受到在燃烧口17燃烧的可燃气体的加热，然后进入予混合室4，在这里，通过涡流效应，来自管道14和18的气体充分混合后，到达焚化室5。所用的氧化气体是空气，尽管使用的是掺有氧气或其他氧化剂的空气。停留时间应充分长以保证可燃物转化成氧化物;在交换器6中，氧化物被冷凝并在出口处通过管道19在过滤器7中得到，在那里保留氧化物的颗粒。残存气体在潮湿介质中通过洗涤塔或洗涤容器8，然后由风扇抽气机9通过管道22排出设施并注入大气。

作为一项安全错施，管道14和15上的阀门24和25使气流能够被分流到装有吸收剂或吸收介质的滤筒10，以便在焚化装置4，5，6暂时停止工作的情况下完成对气体的纯化。

图2显示了根据本发明的焚化装置的一个实施例。筒形预混合室34的一边装有提供预热的氧化气体的管道31，另一边装有连接到裹复惰性气体源（未示出）的双流管道32，其内管33与提供已稀释的废气的供应管相连。

所获得的裹复防止可燃气体在它们注入的时候被氧化，这种氧化会由于所形成的氧化物使注入口阻塞。

上述管道32-33与预混室34的主轴平行，但不与该轴重合。管道31与预混室的轴垂直，但其方向避免与该轴相交。这一安排保证了氧化剂-废气能在涡流效应下充分混合。节流颈管38将预混室34与容积比它大的焚化室35分开。节流颈管39将焚化室35与具有冷却壁且用水冷却的冷却器36分开。在这个具有冷却壁的交换器中，从焚化室出来的亚微米大小的颗粒在冷却时聚结并达到几个微米大小，使得在过滤器中容易捕捉它们。收集器40装有排放管道37，与颗粒过滤器，气体洗净器和排风器（未示出）相连。

例：申请人已经研制出了如在前面所描述的这一装置，并把它用于焚化从化学反应室和/或CVD系统的主泵排放的废物。采用的氧化气体是空气。

在排放管中，驱动流体N₂（氮气）具有2至3CUNm³/hr的流速和大约1bar的压力。在注入装置中形成的文氏管按照下列特性抽吸出CVD系统的废物：

压降	-0.1	0	+0.015
				抽取的气体排放物的流速(Nm3/hr)	0	0.5	1

还采用了裹复气体和在预混室中产生的涡流来防止如固体氧化物颗粒在室内的形成和滞留以避免发生阻塞的风险。

燃烧器产生空气/丙烷火焰，将空气预热到1200℃的温度，最高可达1400℃。燃烧器产生的热功率是10，000Kcat/hr（大卡/小时）。

火焰气体的流速，对丙烷而言是0.2-0.3CUNm/hr，对空气而言是6CUNm/hr，使得6CuNm/hr的予热室气沿切线注入予混室中其温度大约为1100℃，最高是1200℃。

在予混室中，2CuNm/hr的裹复氮气以1-5CuNL/min的速度携带最大速度为50CuNL/min的待处理氮气。

在焚化室中，阻留时间大约为5秒钟，使得氧化物能够生成，这些氧化物的排放温度大约为800℃。

热交换器的入口与出口温度大约分别是600℃和110℃（最大为800℃和180℃），可产生5mmH₂O的压降。

过滤器中采用的是名为gortex的PTFE过滤材料，它能够挡住几分之一微米的颗粒。这种材料能够抗酸和＜180℃的工作温度。

冷却器与过滤器之间的管道，过滤器以及洗涤筒都保持在高于100℃的温度，防止水的凝结。

特别用来在残存气体中去除酸的洗涤筒所使用的是3%的洗涤苏打液。

装在洗涤筒流出口的排风装置，形成低气压区将残存气体排放到大气中去。其排风流速是2Cu.m/min，形成一个500mmH₂O的压降。

在整套装置，特别是在焚化装置中，采用铜或石棉封接材料来密封。

金属部件和金属壁采用316L型的不锈钢;采用的隔热材料，特别是在予混室与燃烧室中的，是耐火材料Al₂O₂-SiO₂。

按照本方法在这样的装置中处理的气体达到的浓度低于在工业设施中所推荐的它们的最大允许浓度。在这一浓度下可以进行每天8小时，每周5天的排放，而不会对人产生任何可以检测到的影响。

Claims (10)

1、一种利用氧化对CVD类型的废气进行连续不断处理的方法，其特征为，废气由一种惰性载气气体抽取，再与一种予热的氧化气体完全混合，并在足够的温度下保持充分长时间的相互接触以进行焚化，然后用热交换器将氧化生成物冷却到凝结，收集固体氧化生成物，洗涤残余气体，并沿气流形成一个递减的压降。

2、一个根据权利要求1的方法，其特征为，其中的废气与氧化剂的混合是通过气体涡流得到的。

3、一个根据权利要求1或2的方法，其特征为，上述注入的废气用一种惰性气体裹复。

4、一个根据权利要求1或2的方法，其特征为，上述的废气在与上述氧化剂混合之前，用一种载气气体流冲淡和夹带。

5、一种用于焚化可以由无机氧化物，无机卤代化合物，气体和可燃有机化合物组成的废气混合物的装置，其特征为，包括至少一个氧化气体的预热室，它具有一个氧化气体入口，一个燃烧器，和一个热氧化气体出口，一个热氧化气体和废气的混合室，它具有一个热氧化气体入口，一个用于注入废气的喷咀，导致混合物的装置，和一个混合物出口;一个焚化室，它具有一个混合物入口，一个冷却焚化生成物的区域，以及一个固体收集器，它具有焚化废气消耗装置，和用于在气体流动方向上形成逐步压降的装置。

6、一种根据权利要求5的装置，其中的予混室具有形成气体涡流的装置。

7、一种根据权利要求5或6的装置，其中的予混室是筒状的，热氧化气体入口管道与废气注入喷咀基本上成直角，该喷咀的注入方向与上述室的轴平行但不与其重合，以及上述管道的方向不与上述室的轴相交。

8、一种根据权利要求5或6的装置，其中的喷咀是一个双层同轴流体喷咀。

9、一种根据权利要求5或6的装置，其中的冷却区是一个具有冷却壁的热交换器。

10、一种根据权利要求5或6的装置，其中，上述用于产生低气压的装置是节流阀门，特别是位于上述予混室与上述焚化室之间，以及在上述焚化室与上述冷却区之间。