CN113413746A

CN113413746A - 废气处理装置及其排气湿度控制方法

Info

Publication number: CN113413746A
Application number: CN202110750312.4A
Authority: CN
Inventors: 杨春涛; 杨春水; 张坤; 王继飞
Original assignee: Beijing Jingyi Automation Equipment Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingyi Automation Equipment Co Ltd
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-09-21
Anticipated expiration: 2041-07-02
Also published as: CN113413746B

Abstract

本申请提供一种废气处理装置及其排气湿度控制方法，用于处理半导体制程产生的废气。一种废气处理装置包括依次连通的反应腔体、水箱、水洗系统、湿度仪和废气管路；所述水洗系统设置有水泵、调节阀和温度检测仪；其中，所述水泵将所述水箱中的水抽出并通过所述调节阀进入所述水洗系统；所述温度检测仪用于检测所述水洗系统中经过水洗后的气体的温度；所述湿度仪用于检测排出所述水洗系统的气体的湿度。本申请的废气处理装置通过增加排气管路的气体水分监测，使用调节阀调节水路喷淋的开度，从而控制管路的喷水量，控制排气湿度在合理标准以下。

Description

废气处理装置及其排气湿度控制方法

技术领域

本发明涉及泛半导体技术领域，具体而言，涉及一种废气处理装置及其排气湿度控制方法，用于处理半导体制程产生的废气。

背景技术

在半导体科学技术的发展中，半导体制程生产中会用到大量的有毒、腐蚀性强且易燃的特殊气体、化学品和有机溶剂等原材料，这些物质所产生的废气在冗长的排气过程中，因其气体性质可能会引发风管堵塞、管路腐蚀等，导致气体泄漏、火灾爆炸等事故，所以应先在就近的小型废气处理设备(Local Scrubber)进行处理，后再进入中央处理系统处理。

废气处理设备中会用到水给处理后的气体降温或者将溶于水的气体进行水溶处理。所以处理后的气体中会含有水分，如果气体湿度过大，当气体流经厂务排气管路时会冷凝形成水珠，使厂务排气管路存水。有腐蚀性水泄露的风险和厂务管道内部的水回流到废气处理装置的风险。

目前降低排气湿度的方式有增加气体吹扫和增加冷凝装置两种方式。

1)通过气体吹扫降低排气湿度，是在排气管路吹入大量的压缩空气，降低单位体积内气体的含水量，从而降低排气湿度，并未实际减少水汽含量，同时增加了气体的消耗量。

2)冷凝装置是在排气管通过冷却水(PCW)制造一个低于室温的环境，将气体中的水在废气处理装置内冷凝，方式排到厂务端，该方式对冷水流量要求大，降低气体湿度效果不是很明显。

在所述背景技术部分，公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术信息。

发明内容

本申请旨在提供一种废气处理装置及其排气湿度控制方法，用于处理半导体制程产生的废气，能够将废气处理过程中的排气湿度控制在合理标准以下。

根据本申请的一方面，提出一种废气处理装置，包括依次连通的反应腔体、水箱、水洗系统、湿度仪和废气管路；所述水洗系统设置有水泵、调节阀和温度检测仪；其中，所述水泵将所述水箱中的水抽出并通过所述调节阀进入所述水洗系统；所述温度检测仪用于检测所述水洗系统中经过水洗后的气体的温度；所述湿度仪用于检测排出所述水洗系统的气体的湿度。

根据一些实施例，所述废气处理装置还包括控制系统，所述控制系统控制所述调节阀的开度。

根据本申请的另一方面，提出一种废气处理装置的排气湿度控制方法，所述控制方法包括：标定获得在预先设定好的湿度区间内所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系；根据所述对应关系对所述调节阀的开度进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内。

根据一些实施例，所述控制方法还包括：控制所述经过水洗后的气体的温度保持稳定。

根据一些实施例，所述标定获得在预先设定好的湿度区间内所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系的步骤包括：在水洗过程中调节所述调节阀，直至所述湿度位于预先设定好的湿度区间的下限值，记录此时所述调节阀的开度，作为第一开度；逐渐增大所述调节阀的开度，直至所述湿度达到位于预先设定好的湿度区间的上限值，记录此时所述调节阀的开度，作为第二开度；根据所述第一开度、所述湿度区间的下限值、所述第二开度和所述湿度区间的上限值获得所述湿度区间内的所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系。

根据一些实施例，所述根据所述第一开度、所述湿度区间的下限值、所述第二开度和所述湿度区间的上限值获得所述湿度区间内的所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系的步骤中，以所述第二开度和所述第一开度的差为第一开度差，以所述湿度区间的上限值和所述湿度区间的下限值的差为第一湿度差，并以所述第一开度差和所述第一湿度差的商作为正比例系数：

其中，k(n)是正比例系数，W(n)是第二开度，Z(n)是第一开度，Y(n)是湿度区间的上限值，X(n)是湿度区间的下限值，n是对应的湿度区间；进而建立所述湿度区间内所述调节阀的开度关于所述水洗系统的气体湿度值的正比例方程：f(x)＝k(n)*x+Z(n)，其中，f(x)是设备运行时所述湿度区间内调节阀的实时开度，x是实时气体湿度值。

根据一些实施例，所述根据所述对应关系对所述调节阀进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内的步骤包括：获得控制所述调节阀的开度的反比例系数：

其中，ki(n)是反比例系数。

根据一些实施例，所述根据所述对应关系对所述调节阀进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内的步骤还包括：建立控制所述调节阀的开度的反比例方程：f(x)＝ki(n)*x+W(n)。

根据一些实施例，所述根据所述对应关系对所述调节阀进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内的步骤还包括：建立控制所述调节阀的开度的反比例方程：

根据一些实施例，所述预先设定好的湿度区间的湿度上下限间隔为4％。

根据本申请的一些实施例，通过增加排气管路的气体水分监测，使用调节阀调节水路喷淋的开度，从而控制管路的喷水量，控制排气湿度在合理标准以下。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。

附图说明

为了更清楚地说明本申请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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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示出根据本申请示例实施例的废气处理装置的结构示意图。

图2示出根据本申请示例实施例的废气处理装置的排气湿度控制方法流程示意图。

图3示出根据本申请示例实施例的排气湿度和调节阀开度标定方法流程示意图。

图4示出根据本申请示例实施例的调节阀的开度反比例控制方法流程示意图。

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。

所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有这些特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方式、组元、材料、装置或等。在这些情况下，将不详细示出或描述公知结构、方法、装置、实现、材料或者操作。

附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。

本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本申请提出一种废气处理装置，用于处理半导体制程产生的废气，可以解决现有的处理方式中增加气体消耗量和对冷水流量要求大的弊端。

根据本申请的技术构思，本申请的废气处理装置通过增加排气管路的气体水分监测，使用调节阀调节水路喷淋的开度，从而控制管路的喷水量，控制排气湿度在合理标准以下。

下面将参照附图，对根据本申请实施例的废气处理装置进行详细说明。

参见图1，示例实施例的废气处理装置包括依次连通的反应腔体110、水箱120、水洗系统130、湿度仪140和废气管路150。

如图1所示，水洗系统130设置有水泵1301、调节阀1303和温度检测仪1305；其中，水泵1301将水箱120中的水抽出并通过调节阀1303进入水洗系统130；温度检测仪1305用于检测水洗系统130中经过水洗后的气体的温度；湿度仪140用于检测排出水洗系统130的气体的湿度。

根据示例实施例，半导体制程产生的废气经反应腔110处理后依次进入水箱120和水洗系统130中进行降温和/或水溶处理，最后进入废气管路150。

根据示例实施例，水泵1301一端连接水箱120，另一端连接至调节阀1303并通过调节阀1303连接至水洗系统130。温度检测仪1305设置在水洗系统130的后半段，在废气在水洗系统130中完成处理后检测气体的温度。湿度仪140设置在水洗系统130和废气管路150之间靠近水洗系统130出口处，用于检测排出水洗系统130的气体的湿度。

根据本申请的一些实施例，废气处理装置还包括控制系统(图中未示出)，控制系统用于控制调节阀1303的开度。根据一些实施例，控制系统也用于控制水泵1301、温度检测仪1305、湿度仪140等部件的工作，本申请不限于此。

参见图2，在S210，进行排气湿度和调节阀开度的关系标定。

在预先设定好的湿度区间内，通过调节调节阀的开度进而得到对应的排气湿度，进而标定获得该湿度区间内排气湿度和调节阀的开度的对应关系。

根据示例实施例，在标定过程中需要控制所述经过水洗后的气体的温度保持稳定，在温度稳定的状态下，排出水洗系统的气体的湿度和水洗过程中调节阀的开度近似呈正比例函数。

在220,对调节阀开度进行反比例控制，控制排气湿度。

根据获得的排气湿度和调节阀开度的对应关系，设置相应的反比例函数，在预先设定好的湿度区间内对调节阀的开度进行控制，进而将湿度控制在预先设定好的湿度区间内。

参见图3，在S310，获得第一组调节阀开度和排气湿度对应值。

在水洗过程中调节调节阀，直至湿度位于预先设定好的湿度区间的下限值，记录此时调节阀的开度，作为第一开度。

根据本申请的一些实施例，预先设定好的湿度区间如表1所示，预先设定好的湿度区间的湿度上下限间隔为4％，而在实际使用的过程中，具体湿度区间的湿度间隔可以根据设备要求进行灵活调节，本申请不限于此。

表1

湿度区间代号

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

R9

R10

湿度低值X(n)％

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

湿度高值Y(n)％

34

39

44

49

54

59

64

69

74

79

低调节阀开度Z(n)

Z1

Z2

Z3

Z4

Z5

Z6

Z7

Z8

Z9

Z10

高调节阀开度W(n)

W1

W2

W3

W4

W5

W6

W7

W8

W9

W10

其中，R1～R10为设置的湿度区间Rn的代号，X(n)％为对应的湿度区间的湿度低值，Y(n)％为对应的湿度区间的湿度高值，Z1～Z10为标定过程中获得的对应温度低值时的调节阀开度Z(n)，W1～W10为标定过程中获得的对应温度高值时的调节阀开度W(n)。

根据本申请的一些实施例，当设备正常运行时，水泵开启运行，同时通过温度检测仪检测设备的排气温度，调节调节阀的开度，使排气温度稳定在45℃，此时控制系统记录下阀的开度a，作为系统的最低标准开度，同时记录下此时的气体的湿度值b；通过湿度低值<b<湿度高值，判断此时的湿度在Rn(n＝1、2、3…10)湿度区间。设定湿度采集值是X，此时继续增大调节阀的开度，直至湿度传感器的值达到预先设定好的需要控制的上限湿度X(H)，记录下调节阀每个湿度区间的湿度低值X(n)、X(n+1)、X(n+2)…X10的比例阀开度Z(n)、Z(n+1)、Z(n+2)…Z10和湿度高值Y(n)、Y(n+1)、Y(n+2)…Y10时的比例阀开度W(n)、W(n+1)、W(n+2)…W10，由此可以计算出实际的阀开度对应的实际排气湿度。

根据本申请的一些实施例，排气温度小于50℃即可保证系统的稳定运行，本申请设定系统排气温度为45℃，在实际操作过程中也可以是其他值，对应不同的系统排气温度存在不同的排气湿度和调节阀开度对应值，在使用之前需要对系统预先进行标定。

在S320，获得第二组调节阀开度和排气湿度对应值。

逐渐增大调节阀的开度，直至湿度达到位于预先设定好的湿度区间的上限值，记录此时调节阀的开度，作为第二开度。

根据本申请的一些实施例，在进行标定的过程中，为尽可能的保证数据的准确性，需要保证废气处理装置整体所处的环境温度稳定，同时平缓的增加调节阀的开度，避免骤然调节导致的数据波动。

在S330，得到排气湿度和调节阀开度的对应关系。

根据第一开度、湿度区间的下限值、第二开度和湿度区间的上限值获得特定湿度区间内的湿度和调节阀的开度的对应关系。

根据本申请的一些实施例，以第二开度和第一开度的差为第一开度差，以湿度区间的上限值和湿度区间的下限值的差为第一湿度差，并以第一开度差和第一湿度差的商作为正比例系数：

其中，k(n)是正比例系数，W(n)是第二开度，Z(n)是第一开度，Y(n)是湿度区间的上限值，X(n)是湿度区间的下限值，n是所处的区间；

进而建立该湿度区间内调节阀的开度关于水洗系统的气体湿度值的正比例方程：f(x)＝k(n)*x+Z(n)，其中，f(x)是设备运行时所述湿度区间内调节阀的实时开度，x是实时气体湿度值。

根据本申请的一些实施例，在对排气湿度和调节阀进行开度标定的过程中，可以只取特定区间内开度上限值和下限值对应的湿度，可以在特定区间内取多组数据以保证标定结果的准确性，本申请不限于此。

参见图4，在S410，获得控制调节阀的开度的反比例系数。

根据排气湿度和调节阀开度的对应关系获得控制调节阀的开度的反比例系数：

其中，ki(n)是反比例系数。

根据本申请的一些实施例，在对废气进行处理的过程中，当水洗系统的排气湿度接近预先设定好的湿度上限值时，对调节阀进行控制，调节调节阀的水路喷淋的开度，从而控制管路的喷水量，进而使排气湿度被控制在特定的湿度区间内。

在S420，对调节阀的开度进行反比例控制。

根据控制调节阀的开度的反比例系数ki(n)建立控制调节阀开度的反比例方程，进而根据获得的反比例方程对调节阀的开度进行反比例控制，使排气湿度被控制在特定的湿度区间内。

根据本申请的一些实施例，建立控制调节阀的开度的反比例方程为：

f(x)＝ki(n)*x+W(n)。

根据本申请的另一些实施例，为了防止水分的超出，在进行反比例控制的过程中，会进一步减去调节阀在湿度区间范围内开度的1/10，得到调节阀的开度的反比例方程为：

根据本申请的实施例，根据所确定湿度控制区间范围和环境因素的影响，最终的反比例控制方程存在一定的灵活性，在控制的过程中，可以根据实际需求减去调节阀在湿度区间范围内开度的特定值，以防止水分的超出，本申请不限于此。

以上对本申请实施例进行了详细描述和解释。应清楚地理解，本申请描述了如何形成和使用特定示例，但本申请不限于这些示例的任何细节。相反，基于本申请公开的内容的教导，这些原理能够应用于许多其它实施例。

通过对示例实施例的描述，本领域技术人员易于理解，根据本申请实施例的技术方案至少具有以下优点中的一个或多个。

根据本申请的示例实施例，设备增加排气管路的气体水分监测，使用调节阀调节水路喷淋的开度，从而控制管路的喷水量，控制排气水分在合理标准以下。

根据本申请的一些实施例，在湿度调节的过程中，建立多组湿度区间，对湿度进行分级控制，可以快速的调节排气中的空气湿度。

根据本申请的示例实施例，本申请废气处理装置的同时满足了设备排气温度和排气湿度的要求，设备适应性强。

根据本申请的示例实施例，使用本申请的废气处理装置进行废气处理可以减少冷凝水的产生，防止腐蚀水冷凝，腐蚀厂务管路，避免了管路泄露造成的人员伤害。

以上具体地示出和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。

Claims

1.一种废气处理装置，用于处理半导体制程产生的废气，其特征在于，包括依次连通的反应腔体、水箱、水洗系统、湿度仪和废气管路；

所述水洗系统设置有水泵、调节阀和温度检测仪；

其中，所述水泵将所述水箱中的水抽出并通过所述调节阀进入所述水洗系统；所述温度检测仪用于检测所述水洗系统中经过水洗后的气体的温度；所述湿度仪用于检测排出所述水洗系统的气体的湿度。

2.根据权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于，还包括控制系统，所述控制系统控制所述调节阀的开度。

3.一种根据权利要求1或2所述的废气处理装置的排气湿度控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

标定获得在预先设定好的湿度区间内所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系；

根据所述对应关系对所述调节阀的开度进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，还包括：

控制所述经过水洗后的气体的温度保持稳定。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述标定获得在预先设定好的湿度区间内所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系的步骤包括：

在水洗过程中调节所述调节阀，直至所述湿度位于预先设定好的湿度区间的下限值，记录此时所述调节阀的开度，作为第一开度；

逐渐增大所述调节阀的开度，直至所述湿度达到位于预先设定好的湿度区间的上限值，记录此时所述调节阀的开度，作为第二开度；

根据所述第一开度、所述湿度区间的下限值、所述第二开度和所述湿度区间的上限值获得所述湿度区间内的所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述第一开度、所述湿度区间的下限值、所述第二开度和所述湿度区间的上限值获得所述湿度区间内的所述湿度和所述调节阀的开度的对应关系的步骤中，

以所述第二开度和所述第一开度的差为第一开度差，以所述湿度区间的上限值和所述湿度区间的下限值的差为第一湿度差，并以所述第一开度差和所述第一湿度差的商作为正比例系数：

进而建立所述湿度区间内所述调节阀的开度关于所述水洗系统的气体湿度值的正比例方程：f(x)＝k(n)*x+Z(n)，其中，f(x)是设备运行时所述湿度区间内调节阀的实时开度，x是实时气体湿度值。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述对应关系对所述调节阀进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内的步骤包括：

获得控制所述调节阀的开度的反比例系数：

其中，ki(n)是反比例系数。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述对应关系对所述调节阀进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内的步骤还包括：

建立控制所述调节阀的开度的反比例方程：

f(x)＝ki(n)*x+W(n)。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述对应关系对所述调节阀进行反比例控制，将所述湿度控制在所述湿度区间内的步骤还包括：

建立控制所述调节阀的开度的反比例方程：

10.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述预先设定好的湿度区间的湿度上下限间隔为4％。