CN107469514B - 一种干法蚀刻设备的尾气处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种干法蚀刻设备的废气处理装置，包括：第一输入部、第二输入部以及空气动力学管路，其中，所述第一输入部和所述第二输入部通过所述空气动力学管路相连通，所述第一输入部和所述第二输入部中排出的气体通过所述空气动力学管路向外排出。有益效果：通过设置一空气动力学管路，增加第一排气管路中废气的流速，减少第一排气管路中积尘现象；同时，第二排气管路中湿度为零的高速气流，可以中和第一排气管路中高湿度废气，从而改善第一排气管路的酸性积液问题，改善管路的腐蚀问题，节约了蚀刻工艺整体的成本，延长了机台保养的周期。

Description

一种干法蚀刻设备的尾气处理装置

技术领域

本发明涉及尾气处理技术领域，特别涉及一种干法蚀刻设备的尾气处理装置。

背景技术

刻蚀工艺是用化学或物理的方法有选择地从基材表面去除不需要的材料的过程，其中干法刻蚀(Dry Etching)，具有很好的各向异性刻蚀和线宽控制，已经在微电子技术中得到广泛的应用。

干法刻蚀工艺产生的尾气往往含有有毒有害成分，需要进行处理。因此，现有的干法刻蚀设备通常包含尾气处理装置，用于对干法刻蚀设备的尾气进行处理以达到排放标准，从而减少对大气的污染。

干法蚀刻制程的刻蚀反应中，会产生大量含有SiFx/SiClx、MoFx/MoClx、AlClx粉尘的尾气，而此类金属和非金属的氯化物/氟化物粉尘，在经过废气处理器时，能被分解为腐蚀性的氯离子和氟离子、SiOx粉尘。当这些分解物经过废气处理器的水洗塔时，大部分的粉尘颗粒都能被水洗塔所吸收，但仍有一部分SiOx粉尘和被气流夹带的酸液被带入到排风管路中，形成高湿度、酸性、含粉尘的废气；当废气进入排风管路后，废气的流速下降、温度降低，在排风管路中形成积液和积尘；日积月累，积液/积尘对排风管路造成管路腐蚀和堵塞(负压失效)，严重情况下甚至导致排风管路酸气泄露，引起生产安全事故。

另外，传统的LCD(Liquid Crystal Display，液晶显示器)制造工厂所采用的干法蚀刻设备包括基板载入载出室，而要完成基板在真空环境与外界大气环境的状态切换，通常采用CDA(压缩空气)或GN2(一般氮气)作为排出气体；当基板载入载出室使用CDA或GN2达到大气状态时，再使用真空泵将基板载入载出室抽成真空状态，产生的排气气流直接排放到废气管道；此类高流速、高纯度、零湿度的气体不能被二次利用，造成成本的浪费。

发明内容

本发明提供一种干法蚀刻设备的尾气处理装置，其能避免废气腐蚀排风管路。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

本发明提供了一种干法蚀刻设备的尾气处理装置，所述尾气处理装置包括：第一输入部、第二输入部以及空气动力学管路；

其中，所述第一输入部和所述第二输入部通过所述空气动力学管路相连通，所述第一输入部和所述第二输入部中排出的气体通过所述空气动力学管路向外排出。

根据本发明一优选实施例，所述空气动力学管路为文丘里管。

根据本发明一优选实施例，所述文丘里管包括第一进口、第二进口以及第一出口；

所述第一进口与所述第一输入部相连，所述第二进口与所述第二输入部相连；

从所述第二进口至所述第一进口为所述文丘里管的第一收缩段，所述第一进口至所述第一出口为所述文丘里管的第一扩张段。

根据本发明一优选实施例，所述第一输入部包括制程腔、第一干泵、燃烧室、水箱、水洗塔、汽水分离器、第一排气管路以及至少两个调节阀。

根据本发明一优选实施例，所述第一排气管路中的气体为预定湿度、预定酸度且含粉尘的废气。

根据本发明一优选实施例，所述汽水分离器为填充式汽水分离器，所述汽水分离器内部装有吸附气体中水蒸气的填料。

根据本发明一优选实施例，所述水洗塔采用喷淋的方式吸收从所述燃烧室中排出的气体。

根据本发明一优选实施例，所述第二输入部包括第二干泵、基板载入载出室、第二排气管路以及至少两个调节阀。

根据本发明一优选实施例，所述第二排气管路中的气体为压缩空气或者氮气，其中，所述压缩空气或氮气为具有预定流速，湿度为零的气体。

根据本发明一优选实施例，所述干泵为一机械泵，且所述干泵能为所述制程腔提供干净的真空环境。

本发明的有益效果为：相比于现有技术，本发明通过设置一空气动力学管路，将所述废气处理装置的第一排气管路与所述基板载入载出室的第二排气管路相连通，通过所述第二排气管路中的高速气流在所述空气动力学管路中形成低压区，增加所述第一排气管路中废气的流速，减少第一排气管路中积尘现象；同时，所述第二排气管路中湿度为零的高速气流，可以中和所述第一排气管路中高湿度废气，从而改善所述第一排气管路的酸性积液问题，改善管路的腐蚀问题，节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种干法蚀刻设备的尾气处理装置示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附加的图示，用以例示本发明可用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向用语，例如[上]、[下]、[前]、[后]、[左]、[右]、[内]、[外]、[侧面]等，仅是参考附加图式的方向。因此，使用的方向用语是用以说明及理解本发明，而非用以限制本发明。在图中，结构相似的单元是用以相同标号表示。

本发明针对现有玻璃基板制程装置中的蚀刻设备，因废气处理装置的排气管路中的废气含有部分颗粒粉尘和被气流夹带的酸液被带入到排风管路中，形成高湿度、酸性、含粉尘的废气，而废气进入排风管路后，流速下降、温度降低，形成积液和积尘，所述积液/积尘对排风管路造成管路腐蚀和堵塞，严重情况下甚至导致排风管路酸气泄露，引起生产安全事故等问题。因此，本发明提出了一种蚀刻设备的尾气处理装置示意图，本实施例能改善上述缺陷。

图1为本发明一种干法蚀刻设备的尾气处理装置示意图，所述尾气处理装置包括：第一输入部101、第二输入部102以及空气动力学管路103；

其中，所述第一输入部101包括制程腔104、第一干泵105、燃烧室106、水箱107、水洗塔108、汽水分离器109、第一排气管路110以及至少两个调节阀；

所述制程腔104为对所述玻璃基板进行蚀刻工艺的腔室，所述蚀刻工艺包括干法蚀刻和湿法蚀刻，在本实施例中，所述蚀刻工艺为干法蚀刻，所述干法刻蚀是用等离子体进行薄膜刻蚀的技术；

所述第一干泵105为一机械泵，其腔内无任何的润滑油，因此，所述第一干泵105能为所述制程腔104提供干净的真空环境；

制程腔104中刻蚀反应中，将会产生大量的含SiFx/SiClx、MoFx/MoClx、AlClx粉尘的尾气，这些金属和非金属的氯化物/氟化物粉尘，在经过所述废气处理器时，例如燃烧室106，能被分解成为腐蚀性的氯离子和氟离子以及SiOx粉尘；

这些分解物在经过所述废弃处理器中的水洗塔108时，仍然有一部分SiOx粉尘和被气流夹带的酸液未被所述水洗塔108吸收，因此所述粉尘和酸液将被带入所述第一排气管路110形成高湿度、酸性、含粉尘的废气；

其中，所述废气从水洗塔108进入所述第一排气管路110时，中间会经过汽水分离器109将所述废气的水分吸收，降低所述废气的湿度；所述废气湿度降低，能改善第一排气管路110的酸性积液问题，减少管路的腐蚀，节约成本；

在本实施例中，所述汽水分离器109为填充式汽水分离器，通过在所述汽水分离器109内部装有填料以对气体中的水分进行吸收；

此外，所述汽水分离器109设计为扩张-水平-收缩通道，而当气流经过扩张通道时，为减速增压的过程，气流速度降低；接着进入所述水平通道，即填料填装区111，扩张通道减小了气流的速度，因此增加了气流通过所述填料的时间，使得所述废气与所述填料充分接触；随后，为所述汽水分离器109的收缩通道，此时气流为加速降压的过程，增加废气的气流流速，减少废气中的粉尘和酸液在所述第一排气管路110中的沉积。

所述第二输入部102包括第二干泵112、基板载入载出室113、第二排气管路114以及至少两个调节阀；

干法蚀刻设备作为一个真空机台，为使所述设备达到工艺所需的真空环境，在基板从外界大气环境进入所述基板载入载出室113时，必须迅速完成大气状态至真空状态的切换；而在基板完成制程处理后，回到所述基板载入载出室113时，所述基板载入载出室113需由真空状态切换大气状态；所述第二干泵112与所述第一干泵105的功能相同；

在这一过程中，通常采用压缩空气或者氮气使得所述基板载入载出室113达到大气状态，再利用真空泵将所述基板载入载出室113抽成真空环境，所述压缩空气或氮气通过第二排气管路114排出至外界大气环境；在本实施例中，所述压缩空气或者氮气为高流速、高纯度、零湿度的气体。

所述第一输入部101和所述第二输入部102通过所述空气动力学管路103相连通，在本实施例中，所述空气动力学管路103为文丘里管；

其中，所述文丘里管包括第一进口115、第二进口116以及第一出口117；所述第一进口115与所述第一输入部101中第一排气管路110相连，所述第二进口116与所述第二输入部102中的第二排气管路114相连，从所述第二进口116至所述第一进口115为所述文丘里管的第一收缩段118，所述第一进口115至所述第一出口117为所述文丘里管的第一扩张段119。

在本实施例中，所述第二排气管路114中的高流速、高纯度、零湿度的气体从所述第二进口116进入所述文丘里管，经第一收缩段118，在所述文丘里管的喉部120，即所述文丘里管通道内截面积最小的位置，与所述第一输入部101的废气汇合，经过所述文丘里管的第一扩张段119以及末端管路将所述混合气体排出至大气；

根据流量守恒定律，气流流经收缩通道时，随着截面积的减小，气流速度逐渐增加；气流流经扩张通道时，随着截面积的增加，气流速度逐减小；因此，根据伯努利方程，气流速度增加时，气流压强随之减小，气流速度减小时，气流压强随之增加；

因此，当所述第二排气管路114中的高流速、高纯度、零湿度的气体流经所述文丘里管的喉部120时，此时气流的流速最大，压强最小；而所述第一排气管路110中气流的压强相比所述文丘里管喉部120处的气流压强大，两处气流的气压差驱动气流从高压区向低压区迁移，所述文丘里管喉部120处的气流对所述第一排气管路110中气流具有一定的推动作用；此时所述第一排气管路110中气流减压加速，带动管道内的粉尘和酸液进入所述文丘里管，经所述第一扩张段119以及末端管路排出至大气；

另外，所述第二排气管路114中的高流速、高纯度、零湿度的气体与所述第一排气管路110中的高湿度、酸性、含粉尘的废气混合，降低了所述废气中的湿度，从而改善了末端管路酸性积液的问题。

本实施例中的所有管路中的气流速度限制为亚音速，当所述气流速度为超音速时，将不适用于本实施例。

下面对所述干法蚀刻设备的废气处理装置的效益进行计算：

(1)增加一个文丘里管件，预计每台干法刻蚀机花费0.3万RMB；

(2)排气管路机台维护周期及费用(人工费用约0.5万RMB，更换新管路费用约1万RMB)：

其中，若使用所述装置，机台没有使用所述装置，维修周期为3个月，使用所述装置维修周期为12个月；

以5年计，当所述干法蚀刻机台周期延长后，节省的机台维护费用为：(12/3-12/12)*1.5*1＝45万RMB；

(3)机台工作时间的提升：

每次机台维护时间为8小时，因此，使用所述装置，因机台维护频率减少使机台增加的工作时间为：(12/3-12/12)*8＝24hrs/年；

每一片基板所需蚀刻工艺的制程时间为80s，因此增加产能贡献为：24*60*60/80＝1080pcs/年；

(4)机台利润的提升

参考2016年LTPS产品的利润：每片G6基板毛利润5000RMB，以5年计，机台工作时间提升后创造的利润为：1080*5000*5＝2700万RMB；

以5年计，应用所述装置所创造的总价值为：2700+45-0.3＝2.74千万RMB，因此，得到每年利润的提升为：2744.7/5＝548.94万RMB。

所述文丘里管的加入，不仅使所述第二输入部102中的高流速、高纯度、零湿度的气体能被二次利用，并且改善了所述第一排气管路110的粉尘积压以及酸性积液等问题，降低了蚀刻工艺整体的成本，延长了机台保养的周期。

本发明提出了一种干法蚀刻设备的废气处理装置，通过设置一空气动力学管路，将所述废气处理装置的第一排气管路与所述基板载入载出室的第二排气管路相连通，通过第二排气管路中的高速气流在所述空气动力学管路中形成低压区，两处气流的气压差驱动所述第一排气管路中的高压废气向所述空气动力学管路中的低压气流迁移，增加所述第一排气管路中废气的流速，减少第一排气管路中积尘现象；同时，第二排气管路中湿度为零的高速气流，可以中和第一排气管路中高湿度废气，从而改善第一排气管路的酸性积液问题，改善管路的腐蚀问题，节约了蚀刻工艺整体的成本，延长了机台保养的周期。

综上所述，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，但上述优选实施例并非用以限制本发明，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围以权利要求界定的范围为准。

Claims (6)

1.一种干法蚀刻设备的尾气处理装置，其特征在于，包括：第一输入部、第二输入部以及空气动力学管路；

所述第一输入部和所述第二输入部通过所述空气动力学管路相连通，所述第一输入部和所述第二输入部中排出的气体通过所述空气动力学管路向外排出；

所述第一输入部包括制程腔、第一干泵、燃烧室、水箱、水洗塔、汽水分离器、第一排气管路以及至少两个调节阀，所述第一排气管路中的气体为预定湿度、预定酸度且含粉尘的废气；

所述第二输入部包括第二干泵、基板载入载出室、第二排气管路以及至少两个调节阀，所述第二排气管路中的气体为压缩空气或者氮气，所述压缩空气或氮气为具有预定流速、湿度为零的气体。

2.根据权利要求1所述的干法蚀刻设备的尾气处理装置，其特征在于，所述空气动力学管路为文丘里管。

3.根据权利要求2所述的干法蚀刻设备的尾气处理装置，其特征在于，所述文丘里管包括第一进口、第二进口以及第一出口；

所述第一进口与所述第一输入部相连，所述第二进口与所述第二输入部相连；

从所述第二进口至所述第一进口为所述文丘里管的第一收缩段，所述第一进口至所述第一出口为所述文丘里管的第一扩张段。

4.根据权利要求1所述的干法蚀刻设备的尾气处理装置，其特征在于，所述汽水分离器为填充式汽水分离器，所述汽水分离器内部装有吸附气体中水蒸气的填料。

5.根据权利要求1所述的干法蚀刻设备的尾气处理装置，其特征在于，所述水洗塔采用喷淋的方式吸收从所述燃烧室中排出的气体。

6.根据权利要求1所述的干法蚀刻设备的尾气处理装置，其特征在于，所述第一干泵及所述第二干泵为一机械泵，且所述第一干泵及所述第二干泵为所述制程腔提供干净的真空环境。