CN110314516A - 一种适用于半导体制程废气处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种适用于半导体制程废气处理系统，涉及废气处理领域，包括前水洗系统、热反应系统、后水洗系统和水循环系统，增加前水洗系统，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔体增大并且制程气体是从反应腔体底部进入反应腔，能够提前预热气体，增加气体中水汽含量，使反应更充分，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，并且使用一个水泵进行水系统循环和排污，降低成本，减少耗能，节约水资源；在传输管道上进行气体冷却，防止洗涤器过热；本发明优化了传统废气处理设备，更利于半导体制程废气的处理，且降低成本，减少耗能，提升处理效果，并增大制程气体的处理量。
Description
技术领域
本发明涉及废气处理领域，具体涉及一种适用于半导体制程废气处理系统。
背景技术
半导体制造工艺中需要使用多种特殊的气体、大量的酸、碱等化学品以及 有机溶剂和挥发性液体，工艺气体有硅烷、磷化氢、三氢化砷、氨、三氯化硼、 氯、二氯磺酞、四氯化硅、氢化硫、三氯甲苯、碘化硫；酸性液体有HF、H2SO4、 HCL、HNO3；碱性液体有NH4OH、NaOH；溶剂有丙酮、二甲苯、IPA、PGMEA、NMP 等。
这些气体和化学品在半导体制造工艺中，如果不通过集中收集并且处理， 将造成严重的问题，将会影响人体的身体健康，造成环境污染。
目前市场上的尾气处理设备往往存在以下问题：进气口和进气管道数量少， 在制程气体的气量波动较大时，容易造成处理不充分；进气管道采用弯管，容易 被粉尘结晶堵塞；反应腔体外面使用隔热锡纸包裹，长期处在高温状态下会发出 刺鼻的气味；采用单个加热棒对反应腔进行加热，容错率低；水路采用新鲜水和 冷却水，管路不仅多而且密集，控制回路也相应复杂，同时需要配合多组水泵， 成本高，耗能大，且用水量大；酸排一次洗涤处对尾气处理使用鲍尔环，采用物 理吸附法，把固体颗粒进行吸附，由于一次洗涤的洗涤塔温度比较高，容易造成 鲍尔环融化。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于半导体制程废气处理系统，增加前水洗 系统，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘物，并采用6路直管进气即降 低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔体增大并且制程气体是从反应腔体底部进 入反应腔，能够提前预热气体，增加气体中水汽含量，使反应更充分，部分水淋 采用循环水，进水使用一路新水，并且使用一个水泵进行水系统循环和排污，降 低成本，减少耗能，节约水资源；在传输管道上进行气体冷却，防止洗涤器过热； 本发明优化了传统废气处理设备，更利于半导体制程废气的处理，且降低成本， 减少耗能，提升处理效果，并增大制程气体的处理量。
一种适用于半导体制程废气处理系统，包括前水洗系统、热反应系统、后 水洗系统和水循环系统，所述水循环系统包括水箱、新水进水管道、污水出水管 道、水泵和阻隔板，所述水泵安装于水箱内，所述新水进水管道直接与水箱连通， 所述污水出水管道与水泵连接；
所述前水洗系统包括废气进气管、进气水淋喷头和集气箱，所述废气进气 管通过集气箱与水箱连通，所述进气水淋喷头设在废气进气管内；
所述热反应系统包括热反应箱、加热棒、过程气体烟囱和传输管道，所述 热反应箱内为反应腔和回流腔，所述过程气体烟囱与热反应箱固定连接，且过程 气体烟囱下端与水箱连通，上端开口并位于反应腔内，所述加热棒固定连接在热 反应箱上，所述传输管道固定连接在热反应箱的侧下方，并与反应腔连通，且传 输管道上还设有冷却水淋喷头，所述热反应箱的底部还固定连接有加热箱进水管 道，所述加热箱进水管道的两端分别与水泵和回流腔连通；
所述后水洗系统包括下洗涤器、上洗涤器、下水淋喷头和上水淋喷头，所 述下洗涤器的下端与水箱连通，上端与上洗涤器连通，且下洗涤器还通过传输管 道与热反应箱连通，所述下水淋喷头设在下洗涤器内，所述上水淋喷头设在上洗 涤器内。
优选的，所述废气进气管共设有六根，且每根废气进气管的进气口处都设 有一个进气压力检测传感器，且每两根废气进气管共同连接至一个集气箱。
优选的，所述加热棒设有六根，且最内侧两根加热棒上设有温度传感器， 所述加热棒上固定连接有套筒，且套筒与加热棒之间填充有保温棉。
优选的，所述进气水淋喷头和冷却水淋喷头与水泵连通，为循环水水淋喷 头，所述下水淋喷头和上水淋喷头与新水进水管连通，为新水水淋喷头。
优选的，所述水箱内还设有下下水位传感器、下水位传感器、上水位传感 器和上上水位传感器，且四组传感器通过控制器与新水进水管和污水出水管道上 的阀门连接。
优选的，所述水箱内还固定连接有阻隔板，所述阻隔板的下端悬空，与水 箱底板之间形成水流通道，所述水流通道的高度与下下水位传感器的安装高度一 致。
优选的，所述过程气体烟囱上设有回流孔，所述回流孔位于回流腔内。
本发明的优点在于：增加前水洗系统，能够提前处理可溶于水的气体以及去 除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔体增 大并且制程气体是从反应腔体底部进入反应腔，能够提前预热气体，增加气体中 水汽含量，使反应更充分，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，并且使用 一个水泵进行水系统循环和排污，降低成本，减少耗能，节约水资源；在传输管 道上进行气体冷却，防止洗涤器过热；本发明优化了传统废气处理设备，更利于 半导体制程废气的处理，且降低成本，减少耗能，提升处理效果，并增大制程气 体的处理量。
附图说明
图1为本发明的总处理系统图；
图2为本发明的热反应系统图；
图3为本发明的水循环系统图；；
图4为本发明装置中加热棒的结构示意图；
图5为图2中A的放大图；
其中，1、前水洗系统，10、废气进气管，100、进气口，11、进气压力检测 传感器，12、进气水淋喷头，13、集气箱，2、热反应系统，20、热反应箱，21、 加热棒，210、套筒，211、保温棉，22、过程气体烟囱，220、回流孔，23、传 输管道，24、冷却水淋喷头，25、反应腔，26、回流腔，3、后水洗系统，30、 下洗涤器，31、上洗涤器，32、下水淋喷头，33、上水淋喷头，34、出气口，4、 水循环系统，40、水箱，41、新水进水管道，42、污水出水管道，43、水泵，44、 加热箱进水管道，45、阻隔板，450、水流通道，46、下下水位传感器，47、下 水位传感器，48、上水位传感器，49、上上水位传感器。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下 面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1至图5所示，一种适用于半导体制程废气处理系统，包括前水洗系 统1、热反应系统2、后水洗系统3和水循环系统4，所述水循环系统4包括水 箱40、新水进水管道41、污水出水管道42、水泵43和阻隔板44，所述水泵43 安装于水箱40内，所述新水进水管道41直接与水箱40连通，所述污水出水管 道42与水泵43连接；采用一个水泵43对系统进行水循环和污水排放，使系统 结构简单，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，降低成本，减少耗能，节 约水资源；
所述前水洗系统1包括废气进气管10、进气水淋喷头12和集气箱13，所 述废气进气管10通过集气箱13与水箱40连通，所述进气水淋喷头12设在废气 进气管10内；增加前水洗系统1，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘 物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，进气水淋喷头12 设在废气进气管10的三分之一高度处，前水洗系统1的喷淋主要是分解可溶于 水的气体以及去除粉尘物，不仅降低制程废气的酸性浓度同时还通过给被处理气 体增加水分，使其在经过热反应系统2时更加容易发生分解反应，前水洗系统1 能够处理NH3和B2H6；
NH3+H2O＝NH4OH
B2H6+6H2O(l)＝2H3BO3+6H2
所述热反应系统2包括热反应箱20、加热棒21、过程气体烟囱22和传输 管道23，所述热反应箱20内为反应腔25和回流腔26，所述过程气体烟囱22 与热反应箱20固定连接，且过程气体烟囱22下端与水箱40连通，上端开口并 位于反应腔25内，所述加热棒21固定连接在热反应箱20上，所述传输管道23 固定连接在热反应箱20的侧下方，并与反应腔25连通，且传输管道23上还设 有冷却水淋喷头24，所述热反应箱20的底部还固定连接有加热箱进水管道44， 所述加热箱进水管道44的两端分别与水泵43和回流腔26连通；反应腔26增大并且制程气体是从反应腔26底部进入反应腔26，气体在过程气体烟囱22中能 够提前预热，即增加气体中水汽含量，又使反应更充分，反应腔26正常工作温 度为700～850℃，当反应腔26的温度达到工作温度时，通过过程气体烟囱22从 反应腔26的顶部通入定量的过程气体，使制程废气在反应腔26中高温氧化，再 在传输管道23上进行气体冷却，防止洗涤器过热,同时设置回流腔26将反应产 生的固体、液体和可溶气体连同循环水一起回流，便于收集；热反应系统2中能 够处理NF3、SiF4、SiH4和H2；
3NF3+5H2O(g)＝2NO+HNO3+9HF
SiF4+4H2O(g)＝Si(OH)4+4HF
SiH4+2O2＝SiO2+2H2O
2H2+O2＝2H2O
所述后水洗系统3包括下洗涤器30、上洗涤器31、下水淋喷头32和上水 淋喷头33，所述下洗涤器30的下端与水箱40连通，上端与上洗涤器31连通， 且下洗涤器30还通过传输管道23与热反应箱20连通，所述下水淋喷头32设在 下洗涤器30内，所述上水淋喷头33设在上洗涤器31内。设置下洗涤器30和上 洗涤器31使洗涤更充分，并且气体提前冷却，能够去除气体中的残余未溶解的 有害气体(HF)，下洗涤器30又与水箱40连通，制程废气和氧化反应产生的副产物气 体和微粒通过系统负压排出至水箱40。制程废气经过传输管道23上的冷却水淋喷 头24降温后再进入洗涤器中，洗涤器中采用水喷雾给制程废气进行二次降温，喷雾除去可溶性气体和颗粒并把气体冷却到50℃以下。
HF＝H++F-
所述废气进气管10共设有六根，且每根废气进气管10的进气口100处都 设有一个进气压力检测传感器11，且每两根废气进气管10共同连接至一个集气 箱13。增加制程气体进气口100的数量，并采用直管进气，即降低进气量波动 影响又防止堵塞。
所述加热棒21设有六根，且最内侧两根加热棒21上设有温度传感器，所 述加热棒21上固定连接有套筒210，且套筒210与加热棒21之间填充有保温棉 211。六根加热棒21配合套筒210和保温棉211既增加容错率，又防止反应腔 25内热量损耗并减少热量传导至热反应箱20的外壁。
所述进气水淋喷头12和冷却水淋喷头24与水泵43连通，为循环水水淋喷 头，所述下水淋喷头32和上水淋喷头33与新水进水管41连通，为新水水淋喷 头。制程废气分别通过循环水的一次洗涤和新水的第二次洗涤后，污水通过重力 排至水箱，节约水资源。
所述水箱40内还设有下下水位传感器46、下水位传感器47、上水位传感 器48和上上水位传感器49，且四组传感器通过控制器与新水进水管41和污水 出水管道42上的阀门连接。制程废气通过循环水的一次洗涤和新水的第二次洗 涤后，污水通过重力排至水箱40，同时新水进水管41中新水不断的进入水箱40， 当水箱40水位达到上水位传感器48时，开启污水出水管道42上的阀门，水泵 43把水箱40内的污水排至水位达到下水位传感器47处，然后出水管道42上的 阀门再关闭，这样交替循环，可防止过量的酸和其它反应副产物的积聚水箱40， 若水箱40的水位达到下下水位传感器46或上上水位传感器49时，系统报警。
所述阻隔板45的上端与水箱40固定连接，阻隔板45的下端悬空，与水箱 40底板之间形成水流通道450，所述水流通道450的高度与下下水位传感器46 的安装高度一致。若水箱40的水位达到(或低于)水流通道450的高度，此时 制程废气就有可能会不经过热反应系统2，直接通过水流通道450进入到后水洗 系统3中，因此水箱40的水位达到或低于)水流通道450的高度，即意味着水 位达到(或低于)下下水位传感器46处，即会报警。
所述过程气体烟囱22上设有回流孔220，所述回流孔220位于回流腔26 内。回流孔220中会一直回流污水，因此不会导致未处理废气直接从回流孔220 流出(即使流出微量未处理废气也影响不大)。
具体实施方式及原理：
制程废气首先从进气口100通过6根废气进气管10和集气箱13进入水箱 40，制程废气在通过废气进气管10时，会接收第一次循环水淋，进气水淋喷头 12喷洒雾化循环水(水箱40中的水)，分解制程废气中可溶于水的气体以及去 除粉尘物，不仅降低制程废气的酸性浓度同时还通过给被处理气体增加水分，使 其在经过热反应系统2时更加容易发生分解反应，前水洗系统1能够处理NH3 和B2H6：
NH3+H2O＝NH4OH
B2H6+6H2O(l)＝2H3BO3+6H2
经过前水洗系统1进行初步处理后的制程废气进入水箱40后，会通过过程 气体烟囱22进入到热反应箱20内的反应腔25内，反应腔26正常工作温度为 700～850℃，当反应腔26的温度达到工作温度时，通过过程气体烟囱22从反应 腔26的顶部通入定量的过程气体，使制程废气在反应腔26中高温氧化，除去大 部分废气：
3NF3+5H2O(g)＝2NO+HNO3+9HF
SiF4+4H2O(g)＝Si(OH)4+4HF
SiH4+2O2＝SiO2+2H2O
2H2+O2＝2H2O
废气高温氧化后产生的固体颗粒、液体和可溶水气体，被加热箱进水管道 44中喷出的循环水裹挟着连同循环水一起回流，从回流孔220回流至水箱40， 其他未回流的颗粒、液体(气态)和可溶水气体，会通过传输管道23，在传输 管道23内通过冷却水淋喷头24降温后再进入洗涤器中，先通过下洗涤器30， 冷却后的废气(溶于水了)连通循环水在重力作用下，从下洗涤器30流回水箱 40；
同时下洗涤器30和上洗涤器31上的下水淋喷头32和上水淋喷头33会进 行二次降温溶解，下水淋喷头32和上水淋喷头33喷洒的是雾化新水(干净的水)， 充分去除可溶性气体和颗粒并把气体冷却到50℃以下；
HF＝H++F-
在处理废气的过程中，制程废气通过循环水的一次洗涤和新水的第二次洗 涤后，污水通过重力排至水箱40，同时新水进水管41中新水不断的进入水箱40， 当水箱40水位达到上水位传感器48时，开启污水出水管道42上的阀门(相同 时间内，污水出水管道42的排水量远大于新水进水管41的进水量)，水泵43 把水箱40内的污水排至水位达到下水位传感器47处，然后出水管道42上的阀 门再关闭，这样交替循环，可防止过量的酸和其它反应副产物的积聚水箱40， 若水箱40的水位达到下下水位传感器46或上上水位传感器49时，系统报警； 采用一个水泵43对系统进行水循环和污水排放，使系统结构简单，部分水淋采 用循环水，进水使用一路新水，降低成本，减少耗能，节约水资源，同时水量内 设置阻隔板45，既保证水箱40内循环水流通又防止制程废气错过热反应系统2 直接进入后水洗系统3。
基于上述，本发明增加前水洗系统1，能够提前处理可溶于水的气体以及去 除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔25 增大并且制程气体是从反应腔25底部进入反应腔25，能够提前预热气体，增加 气体中水汽含量，使反应更充分，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，并 且使用一个水泵43进行水系统循环和排污，降低成本，减少耗能，节约水资源； 在传输管道23上进行气体冷却，防止洗涤器过热；本发明优化了传统废气处理 设备，更利于半导体制程废气的处理，且降低成本，减少耗能，提升处理效果， 并增大制程气体的处理量。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的 实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明， 并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发 明包含。
Claims (7)
1.一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于，包括前水洗系统(1)、热反应系统(2)、后水洗系统(3)和水循环系统(4)，所述水循环系统(4)包括水箱(40)、新水进水管道(41)、污水出水管道(42)、水泵(43)和阻隔板(44)，所述水泵(43)安装于水箱(40)内，所述新水进水管道(41)直接与水箱(40)连通，所述污水出水管道(42)与水泵(43)连接；
所述前水洗系统(1)包括废气进气管(10)、进气水淋喷头(12)和集气箱(13)，所述废气进气管(10)通过集气箱(13)与水箱(40)连通，所述进气水淋喷头(12)设在废气进气管(10)内；
所述热反应系统(2)包括热反应箱(20)、加热棒(21)、过程气体烟囱(22)和传输管道(23)，所述热反应箱(20)内为反应腔(25)和回流腔(26)，所述过程气体烟囱(22)与热反应箱(20)固定连接，且过程气体烟囱(22)下端与水箱(40)连通，上端开口并位于反应腔(25)内，所述加热棒(21)固定连接在热反应箱(20)上，所述传输管道(23)固定连接在热反应箱(20)的侧下方，并与反应腔(25)连通，且传输管道(23)上还设有冷却水淋喷头(24)，所述热反应箱(20)的底部还固定连接有加热箱进水管道(44)，所述加热箱进水管道(44)的两端分别与水泵(43)和回流腔(26)连通；
所述后水洗系统(3)包括下洗涤器(30)、上洗涤器(31)、下水淋喷头(32)和上水淋喷头(33)，所述下洗涤器(30)的下端与水箱(40)连通，上端与上洗涤器(31)连通，且下洗涤器(30)还通过传输管道(23)与热反应箱(20)连通，所述下水淋喷头(32)设在下洗涤器(30)内，所述上水淋喷头(33)设在上洗涤器(31)内。
2.根据权利要求1所述的一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于：所述废气进气管(10)共设有六根，且每根废气进气管(10)的进气口(100)处都设有一个进气压力检测传感器(11)，且每两根废气进气管(10)共同连接在一个集气箱(13)上。
3.根据权利要求1所述的一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于：所述加热棒(21)设有六根，且最内侧两根加热棒(21)上设有温度传感器，所述加热棒(21)上固定连接有套筒(210)，且套筒(210)与加热棒(21)之间填充有保温棉(211)。
4.根据权利要求1所述的一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于：所述进气水淋喷头(12)和冷却水淋喷头(24)与水泵(43)连通，为循环水水淋喷头，所述下水淋喷头(32)和上水淋喷头(33)与新水进水管(41)连通，为新水水淋喷头。
5.根据权利要求1所述的一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于：所述水箱(40)内还设有下下水位传感器(46)、下水位传感器(47)、上水位传感器(48)和上上水位传感器(49)，且四组传感器通过控制器与新水进水管(41)和污水出水管道(42)上的阀门连接。
6.根据权利要求5所述的一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于：所述阻隔板(45)的上端与水箱(40)固定连接，阻隔板(45)的下端悬空，与水箱(40)底板之间形成水流通道(450)，所述水流通道(450)的高度与下下水位传感器(46)的安装高度一致。
7.根据权利要求1所述的一种适用于半导体制程废气处理系统，其特征在于：所述过程气体烟囱(22)上设有回流孔(220)，所述回流孔(220)位于回流腔(26)内。
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