CN106237838A - 含氢废气处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种含氢废气处理装置。本发明涉及的含氢废气处理装置(200)的特征在于，包括：处理部(210、250)，其至少一侧连接有供半导体表面改性工艺中产生的含氢废气(HG)流入的含氢废气流入管(110)以及供含氧空气(A)流入的含氧空气流入管(231)，并且所述处理部(210、250)包括多个催化剂载体部(216、256)，所述催化剂载体部包含与含氢废气(HG)发生催化反应的催化剂。

Description

含氢废气处理装置
技术领域
本发明涉及一种含氢废气处理装置。具体而言，涉及一种通过催化反应能够处理在半导体表面改性工艺中产生的含氢废气的含氢废气处理装置。
背景技术
在半导体制造工艺中的诸如扩散氧化工艺的表面改性工艺中，为了形成必要的薄膜而使用氢气、氮气、氨气等。其中，氢气在大约4～75％时会被点燃，因此如果直接排放到大气中时，可能引起爆炸。因此，需降低废气中氢气的浓度。
以往含氢废气的处理方法包括利用热量的燃烧法、利用水的湿法等。燃烧法是指在1000℃以上的超高温条件下燃烧氢气而处理氢气的方法，湿法是指喷射大量的水，以使一部分氢气溶解，从而处理氢气的方法，由于燃烧法比湿法的处理效率高，因此主要采用燃烧法。
图1是示出利用现有的燃烧法的含氢废气处理装置20的侧视图。
参照图1，半导体处理装置10的气体排放部11连接至含氢废气处理装置20，因此含氢废气HG能够流入腔体内部。在腔体内部，为了燃烧而瞬间产生高温热量的点燃部21与气体排放部11相邻。并且，通过工艺气体供给管25，可以由外部的工艺气体供给装置供给燃烧含氢废气HG所需的氧气等工艺气体OG。完成氢气处理工艺后，包含水蒸气等的排放气体可以通过排放部26排放到外部。
如上所述的现有的含氢废气处理装置20具有能够以高效率处理氢气的优点，但是在含氢废气HG的浓度由高变低时，不发生燃烧或变得不稳定，存在含氢废气HG中的氢气未经处理就直接被排放到外部的问题。并且，由于采用燃烧，因此一直存在装置内部的爆炸危险，并且需要始终以高温维持腔体内部，因此存在工艺成本增加，难以维护、管理加热器的问题。
发明内容
所要解决的技术问题
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种含氢废气处理装置，能够与含氢废气浓度无关地执行氢气处理工艺。
另外，本发明的目的在于提供一种含氢废气处理装置，使含氢废气的氢气处理效率最大化。
另外，本发明的目的在于提供一种含氢废气处理装置，提高装置的耐久性，减少工艺成本，并且在氢气处理工艺中能够减少危险发生要素。
解决发明的技术方案
为了达成上述目的，本发明的一实施例涉及的含氢废气处理装置的特征在于，包括：处理部，其至少一侧连接有供半导体表面改性工艺中产生的含氢废气流入的含氢废气流入管以及供含氧空气流入的含氧空气流入管，并且所述处理部包括多个催化剂载体部，所述催化剂载体部包含与所述含氢废气发生催化反应的催化剂。
发明效果
根据按照上述构成的本发明，其效果在于，与含氢废气的浓度无关地执行氢气处理工艺。
另外，本发明的效果在于，可以使含氢废气的氢气处理效率最大化。
另外，本发明的效果在于，提高装置的耐久性，减少工艺成本，并且在氢气处理工艺中能够减少危险发生要素。
附图说明
图1是示出利用现有的燃烧法的含氢废气处理装置的侧视图。
图2是示出本发明的一实施例涉及的含氢废气处理装置的整体结构的侧视图。
图3是示出本发明的一实施例涉及的第一处理部的侧视图。
图4是示出本发明的一实施例涉及的混合板的俯视图。
图5是示出本发明的一实施例涉及的反应部的俯视图。
附图标记
10、100：半导体处理装置
110：含氢废气流入管
20、200：含氢废气处理装置
210：第一处理部
211：气体流入部
212：导入部
213：混合板
214：混合口
215：反应部
216、256：催化剂载体部
217、257：催化过滤部
218、258：催化反应部
230：含氧空气供给部
231：含氧空气流入管
240：第一排水口
250：第二处理部
260：排出口
270：吹扫用气体流入管
280：冷却单元
290：第二排水口
A：含氧空气
HG、HG1、HG2、HG3：含氢废气
P：吹扫用气体
RA：空气
W：被冷凝的水蒸气、水
具体实施方式
后述的对于本发明的详细说明参照将能够实施本发明的特定实施例作为示例示出的附图。这些实施例的详细说明，使本领域的技术人员能够充分地实施本发明。应当理解，本发明的各种实施例虽然彼此不同，但是无需相互排斥。例如，这里所记载的特定形状、结构以及特性与一实施例相关，在不超出本发明的精神以及范围的情况下，可以由其他实施例实现。另外，应当理解，对于各个公开的实施例内的个别结构要素的位置或配置，在不超出本发明的精神以及范围的情况下能够变更。因此，后述的详细说明并非旨在限定本发明，本发明的保护范围仅由所附的权利要求书及其等同的所有范围限定。在附图中相似的附图标记在多方面指示相同或相似的功能，为了方便起见，长度以及面积、厚度等和其形状有可能被夸大示出。
另外，本说明书中的氢气处理工艺可以理解为包括全部的如下所述的连续工艺，即将包含于含氢废气内的氢气转换为水蒸气等其它物质以降低氢气浓度。
另外，本说明书阐述了含氢废气处理装置除了半导体处理装置以外，还可以用于对核能发电冷却堆中生成的氢气的处理、汽车消音器的废气处理等领域中。
下面，将参照附图详细说明本发明的实施例涉及的含氢废气处理装置。
图2是示出本发明的一实施例涉及的含氢废气处理装置200的整体结构的侧视图，图3是示出本发明的一实施例涉及的第一处理部210的侧视图。
参照图2以及图3，本实施例涉及的含氢废气处理装置200可以包括处理部210、250。
处理部210、250可以包括多个催化剂载体部216、256，各个催化剂载体部216、256包括与含氢废气HG发生催化反应的催化剂。处理部可以包括位于下部的第一处理部210和位于上部的第二处理部250。
第一处理部210可以提供能够有效率地处理含氢废气HG中的高浓度氢气的空间，第二处理部250可以提供能够有效率地处理经第一处理部210处理相当部分氢气的含氢废气HG1中的低浓度氢气的空间。
在半导体处理装置100内，由于半导体表面改性工艺等而产生含氢废气HG，其可以通过半导体处理装置100的气体排放部(附图标记未图示)排放。并且，含氢废气HG可以通过含氢废气流入管110流入到第一处理部210内部，所述含氢废气流入管110的一端与气体排放部相连，另一端与第一处理部210的一侧相连。
另外，为了在第一处理部210内部控制与含氢废气HG的反应性、氢气浓度，还可以流入其它工艺气体，而在本发明中，可以流入包含氧气的空气A(含氧空气A)。含氧空气A可以通过连接于第一处理部210一侧的含氧空气流入管231，由外部的含氧空气供给部230供给到第一处理部210内部。
第一处理部210可以被分隔为气体流入部211以及反应部215，所述气体流入部211位于下部，以供含氢废气HG和含氧空气A流入并混合，所述反应部215位于上部，并且配置有多个催化剂载体部216。当然，含氢废气流入管110和含氧空气流入管231应该连接于气体流入口211的一侧。
图4是示出本发明的一实施例涉及的混合板213的俯视图。
参照图2至图4，气体流入部211可以包括导入部212和多个混合板213(213a、213b)。
导入部212可以提供含氢废气HG以及含氧空气A的流入空间，所述含氢废气HG以及含氧空气A从含氢废气流入管110和含氧空气流入管231流入。在导入部212中可以第一次混合含氢废气HG以及含氧空气A。
多个混合板213(213a、213b)可以以沿垂直方向彼此隔着间距的方式，沿水平方向配置在导入部212上。在混合板213上可以沿着横向以及纵向形成多个混合口214a、214b。虽然示出的混合板213为213a和213b两个，但是也可以是其以上，还可以适当地调节混合口214a、214b的数量。
已经在导入部212第一次混合的含氢废气HG以及含氧空气A在通过混合板213的混合口214a、214b并且上升移动的过程中，可以更好地发生第二次混合。这样，均匀混合的气体能够向反应部215移动。
特别是有必要延长流路，以使含氢废气HG以及含氧空气A更好地混合。为此，优选使沿着横向以及纵向形成在各个混合板213a和213b上的多个混合口214a和214b相互错开形成。图4的(a)和图4的(b)示出位于下部的混合板213a的混合口214a与位于上部的混合板213b的混合口214b相互错开形成的结构。即，由于混合口214a、214b形成为不占据同一垂直轴上的空间，因此具有可以延长流路的优点。
反应部215位于气体流入部211或混合板213的上部，可以包括多个催化剂载体部216。催化剂载体部216包括可以与含氢废气HG所包含的氢气发生催化反应的催化剂。可以发生如下催化反应，即含氢废气HG内的氢气和含氧空气A内的氧气与催化剂载体部216的催化剂接触，形成为自由基(radical)，并且形成为自由基的氢气与氧气发生反应生成水蒸气(或水)。从而可以处理(除去)氢气。
大约在500℃下执行催化反应，在催化反应过程中生成的一部分水蒸气可以被冷凝。被冷凝的水蒸气w(或水w)可以通过连接于第一处理部210的一侧的第一排水口240向外部排放。
催化剂载体部216可以是其自身为催化金属，也可以是在一部分上涂布催化金属而成。另一方面，鉴于用作催化剂的物质大都昂贵这一点，催化剂载体部216优选在廉价的金属或陶瓷的表面涂布催化金属。涂布在催化剂载体部216的至少一部分上的催化金属可以采用铂(Pt)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、锇(Os)等的铂类金属和铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)等。
本发明的特征在于，在第一处理部210(或反应部215)中沿着水平方向配置催化剂载体部216。
优选将第一处理部210设计成水平面积大于后述的第二处理部250。由于第一处理部210的水平面积大于第二处理部250，并且在第一处理部210(或反应部215)内沿水平方向配置催化剂载体部216，因此从气体流入部211上升移动的含氢废气HG以及含氧空气A在被大范围、均匀分散的状态下与多个催化剂载体部216接触，从而可以执行氢气处理。因而可以在第一处理部210中有效率地处理含氢废气HG中的高浓度氢气。在第一处理部210内可以处理含氢废气HG中的大约95％的氢气。
图5是示出本发明的一实施例涉及的反应部215的俯视图。
参照图3以及图5，催化剂载体部216可以占据反应部215内的几乎全部空间。各个催化剂载体部216可以包括催化过滤部217以及催化反应部218。
催化过滤部217可以发挥催化反应部218的支撑体作用，同时提供可以使与催化剂载体部216接触的含氢废气HG发生催化反应的较宽广的表面积。为了提供宽广的表面积，催化过滤部217可以具有在多孔性的金属或陶瓷上涂布有催化金属的形状。催化过滤部217的厚度优选小于催化反应部218。
催化反应部218配置于催化过滤部217上，可以提供能够更加顺利地发生催化反应的空间。催化反应部218可以是在金属或陶瓷上涂布有催化金属的状态，所述金属或陶瓷具有沿垂直方向形成中孔的蜂巢(honeycomb)(或正六棱柱)结构。经由催化过滤部217的含氢废气HG以及含氧空气A在通过沿蜂巢结构的垂直方向形成的中孔并且上升移动的过程中，能够与涂布于内侧壁上的催化金属接触并发生催化反应。并且，催化反应部218由于具有提供最大表面积的蜂巢结构，所以具有可以使催化反应的效率极大化的优点。
为了使催化反应更加顺利地发生，优选蜂巢结构的直径不超过4mm。但是，直径并非必须限定于此，可以根据需要处理的含氢废气HG的量、浓度、目标处理浓度等来适当地调节。另外，除了蜂巢结构以外，在增加接触面积的目的范围内，可以采用其它结构。
当催化过滤部217与催化反应部218达到使用极限时，则通过分解一部分反应部215或者通过用于维护/管理的检修门(未图示)易于更换。
本发明的特征在于，在第一处理部210的上部可以连通地配置第二处理部250。并且，第二处理部250的特征在于，包括沿垂直方向配置的至少一个催化剂载体部256(256a、256b)。
再次参照图2以及图3，经由第一处理部210的含氢废气HG中，相当一部分氢气被催化反应处理。处理大约95％的氢气后包含剩余大约5％的氢气的含氢废气HG1继续向上部移动，从而能够进入到第二处理部250内。
第二处理部250对氢浓度低于第一处理部210的含氢废气HG1进行处理，因此无需具有如同第一处理部210宽广的水平面积。换言之，在对包含高浓度氢气的含氢废气HG进行处理的第一处理部210中，需沿着水平方向配置多个催化剂载体部216，以处理大量的氢气，但是在对包含低浓度氢气的含氢废气HG1进行处理的第二处理部250中，则可以沿着垂直方向配置至少一个催化剂载体部256(256a、256b)，以集中处理少量的氢气而完成氢气处理工艺。虽然图2示出在第二处理部250上配置两个催化剂载体部256a、256b的情形，但是根据工艺环境，可以配置一个或三个以上。
与第一处理部210的催化剂载体部216同样，第二处理部250的催化剂载体部256也可以包括催化过滤部257(257a、257b)以及催化反应部258(258a、258b)。由于催化过滤部257与催化反应部258的结构以及功能与第一处理部210的催化过滤部217以及催化反应部218相同，因此省略具体的说明。
含氢废气HG1在经由沿着第二处理部250的垂直方向配置的催化剂载体部256并且上升移动的过程中，与催化金属接触并发生催化反应，从第二处理部250排出的含氢废气HG2可以包含燃烧范围以下(小于等于4％)，优选小于等于0.1％的氢气。
进一步参照图2，在第二处理部250的上部与排出口260之间还可以设置有吹扫用气体流入管270。吹扫用气体流入管270从外部的吹扫用气体供给部(未图示)接收吹扫用气体P后向第二处理部250的上部供给，从而进一步稀释从第二处理部250排出的含氢废气HG2，同时可以增加朝向排出口260的移动力。
第二处理部250的上部与排出口260之间还可以设置有用于冷却含氢废气HG2的冷却单元280。冷却单元280可以无限制地使用围绕第二处理部250的上部与排出口260之间的配管的冷却管或冷阱(cold trap)等。
含氢废气HG2朝向排出口260方向移动，并且可以使一部分水蒸气自然冷凝，或者被冷却单元280所冷凝。被冷凝的水蒸气w(或水w)可以通过连接于第二处理部250的上部与排出口260之间的第二排水口290向外部排出。
第二处理部250的上部与排出口260之间还可以设置有空气流入管275。在通过排出口260向外部排放含氢废气HG2之前，空气流入管275使空气(room air：室内空气)流入，从而可以通过排出口260排放使浓度进一步稀释的含氢废气HG3。
如上所述，本发明的效果在于，由于在第一处理部210和第二处理部250连续处理氢气，所以与含氢废气HG的浓度无关地执行工艺，由于利用催化反应，因此在氢气处理工艺中能够减少危险发生要素。并且，本发明的效果在于，由于在沿着水平方向配置有催化剂载体部216的第一处理部210中处理大量的氢气，并且在沿着垂直方向配置有催化剂载体部256的第二处理部中集中处理氢气，因此可以使含氢废气的氢气处理效率极大化。
并且，本发明的效果在于，由于可以在不燃烧的情况下通过催化反应处理氢气，因此可以提高装置的耐久性，并且可以通过仅更换催化剂载体部216、256来实现维护管理，因此可以减少整体工艺成本。
如上所述，本发明举出优选实施例进行了图示和说明，但是并非限定于所述实施例，在不超出本发明的精神的范围内，该发明所属技术领域的技术人员可进行各种变形和变更。这样的变形例以及变更例应视为均属于本发明的权利要求书范围内。

Claims (13)

1.一种含氢废气处理装置，其特征在于，包括：
处理部，其至少一侧连接有供半导体表面改性工艺中产生的含氢废气流入的含氢废气流入管以及供含氧空气流入的含氧空气流入管，并且所述处理部包括多个催化剂载体部，所述催化剂载体部包含与所述含氢废气发生催化反应的催化剂。
2.根据权利要求1所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
所述处理部包括：
第一处理部，包括多个沿着水平方向配置的所述催化剂载体部；以及
第二处理部，配置在所述第一处理部的上部并与所述第一处理部连通，包括至少一个沿着垂直方向配置的所述催化剂载体部。
3.根据权利要求2所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
所述第一处理部被分隔为上部的反应部和下部的气体流入部，
所述反应部中配置有所述催化剂载体部，
所述气体流入部的一侧连接有所述含氢废气流入管以及所述含氧空气流入管。
4.根据权利要求1所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
所述催化剂载体部的至少一部分上涂布有铂(Pt)、铝(Al)、铬(Cr)、铜(Cu)、钌(Ru)、铑(Rh)、铱(Ir)、锇(Os)中的至少一种催化金属。
5.根据权利要求4所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
所述催化剂载体部包括：
催化过滤部，在多孔性的金属或陶瓷上涂布有所述催化金属；以及
催化反应部，配置于所述催化过滤部上，在沿着垂直方向形成有中孔的蜂巢结构的金属或陶瓷上涂布有所述催化金属。
6.根据权利要求5所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
在所述蜂巢结构中，单一蜂巢的直径不超过4mm。
7.根据权利要求3所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
所述气体流入部包括：
导入部，所述含氢废气以及所述含氧空气流入所述导入部；以及
多个混合板，在所述导入部上彼此隔着间距，并且沿着水平方向配置，
其中，所述混合板上沿着横向以及纵向形成有多个混合口。
8.根据权利要求7所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
位于下部的混合板的混合口与位于上部的混合板的混合口相互错开形成。
9.根据权利要求2所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
在所述第一处理部的至少一侧连接有第一排水口，用于从所述第一处理部内部排出被冷凝的水蒸气。
10.根据权利要求2所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
在所述第二处理部的上部与排出口之间还设置有冷却单元，用于冷却一部分所述含氢废气。
11.根据权利要求2所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
在所述第二处理部的上部与排出口之间还设置有供给吹扫用气体的吹扫用气体流入管。
12.根据权利要求2所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
在所述第二处理部的上部与排出口之间连接有排出被冷凝的水蒸气的第二排水口。
13.根据权利要求2所述的含氢废气处理装置，其特征在于，
在所述第二处理部的上部与排出口之间还设置有用于供给空气的空气流入管。
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