CN103638914A - 再生干式除害媒介体的方法 - Google Patents

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王陆平
许从应
李英辉
马潇
朱颜
王仕华
王智
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Abstract

本发明涉及再生干式除害媒介体的方法，金属氧化物媒介体与有害气体砷烷和磷烷反应，反应完毕后，用空气或含氧混合气将丧失活性的中间体氧化成金属氧化物使其恢复部分活性，继续用于砷烷和磷烷的去除。采用空气将吸附反应完毕后的媒介体重新氧化，恢复其与砷烷和磷烷气体反应的活性，从而提高媒介体使用的效率。减少有害废料的数量，工艺简单，易于操作，成本低廉。

Description

再生干式除害媒介体的方法
技术领域
本发明涉及一种再生干式除害媒介体的方法，用于对半导体和其他电子元件生产中使用的砷烷、磷烷和其他有毒气体的处理，属于尾气体处理技术领域。
背景技术
大规模集成电路和发光二极管等电子行业的制造工艺中，像离子注入和化学沉积，需要使用大量的像砷烷(AsH3）、磷烷(PH3)和其他氢化物气体。由于其毒性和对环境的危害，这些工艺的尾气在排放到大气前必须采用尾气除害处理，以保证释放的尾气符合国家和地方的排放标准。目前有很多尾气除害技术，像湿法喷淋、燃烧法、干法反应吸附等等。根据工艺设备和其他的要求，干法反应吸附式使用比较普遍。其核心就是用除害媒介体（通常是固体金属氧化物）将有害气体吸附，并反应将其转化为固态物质，以达到从尾气中除去有害气体的目的。常用的媒介体金属氧化物包括CuO、MnO2、Ag2O、Co2O3等。干法的设备和操作都比较简单，更重要的是干法是一种被动式除害技术，安全性和可靠性能较佳。但是此技术使用的都是价格较高的金属氧化物媒介体，运作成本较高。通常固体金属氧化物与有害气体一次性反应完毕后，便替换下来作为有害废料处理。产生的大量有害废料也是较难处理的事项。因此增加媒介体的使用效率和减少废料的产生是更广泛使用干法除害技术的关键。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种操作方便且低成本的再生干式除害媒介体的方法。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
再生干式除害媒介体的方法，特点是：金属氧化物媒介体与有害气体砷烷和磷烷反应，即：
AsH3+MO→M3As+As+H2O
PH3+MO→M3P2+H2O
M为金属；
反应完毕后，用空气或含氧混合气将丧失活性的中间体M3As和M3P2氧化成金属氧化物，即：
MAs+As+O2→M3[AsO4]2+As2O3+MO
MP+P+O2→M[PO4]+P2O5+MO
M为金属；
使其恢复部分活性，继续用于砷烷，磷烷的去除。
进一步地，上述的再生干式除害媒介体的方法，所述M为金属Cu、Mn、Ag、Co或Mg。
更进一步地，上述的再生干式除害媒介体的方法，所述金属氧化物媒介体为对砷烷磷烷以及氢化物有反应活性的物质。
更进一步地，上述的再生干式除害媒介体的方法，所述空气或含氧混合气的流速为10mL/min～500L/min。
再进一步地，上述的再生干式除害媒介体的方法，所述空气或含氧混合气活化温度为25℃～300℃。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
采用除害媒介体将有害气体吸附并将其转化为固态物质，以达到从尾气中去除有害气体的目的。通常除害媒介体与有害气体一次性反应完毕后，便替换下来作为有害废料处理。本发明利用空气或含氧混合气将使用过的除害媒介体现场再生并重复使用。在对除害设备和媒介体不做任何更换的情况下，将去除有害气体的总量增加至少60%。有效地增加干式除害设备的效率，减少有害废料的排放数量，其工艺极为简单，就地取材，易于操作，成本低廉，适用于几乎所有的干式砷烷，磷烷除害装置。
具体实施方式
采用现场空气将吸附反应完毕后的媒介体重新氧化，恢复其与砷烷，磷烷气体反应的活性，从而提高媒介体使用的效率。
具体活化再生工艺为：除害设备里金属氧化物媒介体与有害气体砷烷，磷烷按反应完毕后，关闭工艺尾气阀门。将空气或含氧气体引入装有媒介体的容器中，空气中的氧成分与将丧失活性的媒介体发生反应，使其恢复部分活性，继续用于砷烷，磷烷的去除。活化过程中媒介体的温度主要由活化气体的流速来控制。活化温度控制在200℃以下以避免高温对设备的损害和造成其他安全隐患。活化过程中的尾气通过另外的除害设备加以处理，保证释放的气体符合排放标准。当活化温度降低到接近室温和累积的活化气体量达到或超过预定的值后，即可将媒介体重新投入使用。此过程可以重复使用多次直到媒介体的活性全部消失。
实施例1：
在一个3公升的金属容器内装入2.5公升的含直径为1.6mm的圆柱形CuO/Ag2O的媒介体。将10,000ppmv浓度的砷烷气体自下往上以0.013m/s的速度引入容器内。当容器上方出口的砷烷气体浓度达到50ppmv后，停止供气。根据反应时间和砷烷浓度计算容器内媒介体的除砷烷容量。然后将空气用压缩泵以每分钟1公升的流量自上而下注入容器内。容器外壁和中心位置的温度由于放热反应会逐步上升。因此，空气流量不断地加以调整以维持容器中心的温度在300℃以下。继续注入空气直到反应完毕，容器的温度降至到30℃。关闭活化气路。用上述条件重新开启10，000ppmv砷烷气体与容器内活化再生过的媒介体反应，直到容器出口的砷烷浓度又一次达到50ppmv。关闭砷烷气体，再次计算媒介体的除砷烷容量。重复以上活化再生和反应步骤。表1记载了容器内媒介体的初始容量和多次活化再生后的容量。在没有更换任何媒介体和设备的情况下，用空气再生方法使同样体积的媒介体的除砷烷容量增加了60%。同样的，在除砷烷容量相同的情况下，再生法使有害废料的产生量减少了60%。
表1
Figure BDA0000417707180000041
实施例2：
在一个200mL的金属容器内装入100mL的含1～1.5mm块状形的含CuO/Ag2O/活性碳的媒介体。将9000ppmv浓度的用氮气稀释砷烷气体自下往上以0.28m/s的速度引入容器内。当容器上方出口的砷烷气体浓度达到3ppmv后，停止供气。根据反应时间和砷烷浓度计算容器内媒介体的反应容量。重复以上实验。这次用空气取代氮气来稀释砷烷，以确定媒介体在除砷烷的同时用空气活化的效果。表2记载了两次实验的媒介体除砷烷容量。在没有更换任何媒介体和设备的情况下，用空气同时再生方法使同样体积的媒介体的除砷烷容量增加了2.7倍。
表2
Figure BDA0000417707180000042
采用除害媒介体（固体金属氧化物）将有害气体吸附并将其转化为固态物质，以达到从尾气中除去有害气体的目的。媒介体金属氧化物包括CuO、MnO2、Ag2O、Co2O3等。固体金属氧化物与有害气体一次性反应完毕后，便替换下来作为有害废料处理。本发明利用空气和其他气体将使用过的固体金属氧化物现场再生并重复使用。在对除害设备和媒介体不做任何更换的情况下，将除害气体的量增加至少60%，同时也减少了至少60%的废料体积。有效地增加干式除害设备的效率，减少有害废料的数量，其工艺极为简单，就地取材，易于操作，成本低廉。适用于几乎所有的干式砷烷磷烷除害装置。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.再生干式除害媒介体的方法，其特征在于：金属氧化物媒介体与有害气体砷烷和磷烷反应，即：
AsH3 +MO → M3As + As + H2O    
PH3 + MO → M3P2 + H2O   
M为金属；
反应完毕后，用空气或含氧混合气将丧失活性的中间体M3As和M3P2氧化成金属氧化物，即：
MAs +As + O2 → M3[AsO4]2 +As2O3  + MO 
MP +P + O2 → M[PO4] + P2O5 + MO   
M为金属；
使其恢复部分活性，继续用于砷烷和磷烷的去除。
2.根据权利要求1所述的再生干式除害媒介体的方法，其特征在于：所述M为金属Cu、Mn、Ag、Co或Mg。
3.根据权利要求1所述的再生干式除害媒介体的方法，其特征在于：所述金属氧化物媒介体为对砷烷和磷烷以及氢化物有反应活性的物质。
4.根据权利要求1所述的再生干式除害媒介体的方法，其特征在于：所述空气或含氧混合气的流速为10mL/min ～500L/min。
5.根据权利要求1所述的再生干式除害媒介体的方法，其特征在于：所述空气或含氧混合气活化温度为25℃～300℃。
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