CN114146526A - 气体回收装置、半导体制造系统及气体回收方法 - Google Patents

气体回收装置、半导体制造系统及气体回收方法 Download PDF

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Abstract

实施方式提供一种可从总流量较多的气体中有效将回收对象气体回收的气体回收装置、半导体制造系统及气体回收方法。根据一实施方式，气体回收装置具备框体与管。框体中设置着流入口，流入气体；第1排出口，将气体中包含回收对象气体的第1气体排出；及第2排出口，将气体中第1气体以外的第2气体排出。框体的内部经由第1排出口排气。管在框体的内部从流入口设置到第2排出口，且第1气体的透过性较高，第2气体的透过性较低。

Description

气体回收装置、半导体制造系统及气体回收方法
相关申请
本申请享受将日本专利申请2020-150742号(申请日：2020年9月8日)作为基础申请的优先权。本申请通过参考所述基础申请，而包含基础申请的所有内容。
技术领域
本实施方式涉及一种气体回收装置、半导体制造系统及气体回收方法。
背景技术
半导体工艺中产生的废气包含少量氦气，但因添加防爆用的稀释气体及无害化用的燃烧气体而难以从总流量增加的废气中回收氦气。
发明内容
本发明想要解决的问题在于提供一种可从总流量较多的气体中有效地将回收对象气体回收的气体回收装置、半导体制造系统及气体回收方法。
本实施方式的气体回收装置具备框体、与管。框体中设置着：流入口，流入气体；第1排出口，将气体中包含回收对象气体的第1气体排出；及第2排出口，将气体中第1气体以外的第2气体排出。框体的内部经由第1排出口排气。管在框体的内部从流入口设置到第2排出口，且第1气体的透过性较高，第2气体的透过性较低。
附图说明
图1是表示第1实施方式的半导体制造系统的图。
图2是表示第2实施方式的半导体制造系统中的气体回收装置的图。
图3是表示第3实施方式的半导体制造系统中的气体回收装置的图。
图4是表示第4实施方式的半导体制造系统中的泵的图。
具体实施方式
以下，参考附图说明本发明的实施方式。在图1到图4中，对相同或类似的构成标注相同符号，省略重复的说明。
(第1实施方式)
图1是表示第1实施方式的半导体制造系统1的图。如图1所示，第1实施方式的半导体制造系统1具备工艺装置2、第1泵3、稀释气体供给装置4、除害装置5、气体回收单元6、及第2泵7。
工艺装置2使用包含回收对象气体的工艺气体制造半导体装置，并将因制造半导体装置而产生的废气排出。废气包含工艺气体中未用于反应的气体、或作为工艺气体反应的结果而产生的副产气体。回收对象气体为例如稀有气体。稀有气体也可为氦气。废气中除了回收对象气体以外，还包含例如硅烷气体、氨气、氩气等。
第1泵3在气体的下游侧经由配管8连接到工艺装置2。第1泵3通过将工艺装置2的内部排气，而从工艺装置2吸引废气，并将吸引到的废气排出到下游侧。
稀释气体供给装置4在气体的下游侧经由配管8连接到第1泵3。稀释气体供给装置4具有设置在第1泵3下游的配管8上的阀41、及连接到阀41的气体源42。为了确保包含可燃气体的废气的防爆，稀释气体供给装置4通过在开启阀41的状态下从气体源42将稀释气体供给到第1泵3下游的配管8，而稀释第1泵3下游的废气。稀释气体为例如氮气。从稀释气体供给装置4供给的稀释气体的流量也可比从工艺装置2排出的废气的流量更多。
除害装置5在气体的下游侧经由配管8连接到稀释气体供给装置4。除害装置5对稀释后的废气，从气体源51添加氧气，并使用氧气使废气燃烧。通过使废气燃烧，从废气中去除有害气体，而将废气无害化。例如，除害装置5通过从废气中去除硅烷气体及氨气而将废气无害化。在除害装置5中，添加到废气的氧气的流量也可比从工艺装置2排出的废气的流量更多。
气体回收单元6在气体的下游侧经由配管8连接到除害装置5。从工艺装置2排出的废气在从除害装置5排出之前的期间内被添加了其它气体，所以总流量增加。气体回收单元6是为了从此种总流量较多的废气中有效地将回收对象气体回收而设置的。
气体回收单元6具备中空的框体61、与中空的气体分离管62。在框体61中设置着流入口611、第1排出口612、及第2排出口613。从除害装置5排出的废气流入到流入口611。第1排出口612排出流入到流入口611的废气中包含回收对象气体的第1气体。第2排出口613排出流入到流入口611的废气中第1气体以外的第2气体。第1气体为例如作为回收对象气体的氦气、水蒸气、及氧气的混合气体。第2气体为例如氮气、二氧化碳气体、及氩气的混合气体。框体61的内部经由第1排出口612排气。
气体分离管62在框体61的内部从流入口611设置到第2排出口613。也就是说，气体分离管62的气体上游侧的一端连接到流入口611，气体下游侧的一端连接到第2排出口613。气体分离管62(更具体来说为气体分离管62的侧壁)对第1气体的透过性较高，对第2气体的透过性较低。通过对第1气体具有高透过性同时对第2气体具有低透过性，气体分离管62将第1气体与第2气体分离。因为第1气体的分子尺寸比第2气体更小，所以气体分离管62的透过性可较高。或者，因为第1气体与气体分离管62的相互作用比第2气体更弱，所以气体分离管62的透过性可较高。或者，因为第1气体的分子尺寸比第2气体更小且与气体分离管62的相互作用比第2气体更弱，所以气体分离管62的透过性可较高。
为了使第1气体有效透过，气体分离管62以多孔质材料形成。多孔质材料也可为有机材料。有机材料也可为氟树脂。例如，气体分离管62也可以氟树脂的一例也就是聚四氟乙烯(PTFE：Poly tetra fluoroethylene)低价地形成。以PTFE形成的气体分离管62容易选择性地使分子量较小且扩散系数较高、或者对管材的溶解度较高的气体透过。
具体来说，以PTFE形成的气体分离管62容易使多种气体的混合气体中，分子量较小且扩散系数较大的气体或溶解度较高的气体透过。例如，氦气对PTFE的透过系数(单位：cm3*cm*cm-2*s-1*cmHg-1)为1.9×10-9。氧气对PTFE的透过系数为4.2×10-10。水蒸气对PTFE的透过系数为3.6×10-8。二氧化碳气体对PTFE的透过系数为1.2×10-9。另一方面，以PTFE形成的气体分离管62难以使混合气体中分子量较大且扩散系数较小的气体、或溶解度较低的气体透过。具体来说，氮气对PTFE的透过系数为1.4×10-10。
第2泵7在气体的下游侧经由配管8连接到气体回收单元6。第2泵7经由第1排出口612将框体61的内部排气，由此以在框体61的内部气体分离管62的外部压力比气体分离管62的内部压力更低的方式，使气体分离管62的内部与外部之间产生压力差。从将回收对象气体有效回收的观点来说，理想的是第2泵7以将框体61的内部设为真空状态的方式进行排气。通过气体分离管62的内部与外部之间的压力差，气体分离管62内的废气中气体分离管62的透过性较高的第1气体透过从气体分离管62的内部透过到外部并从第1排出口612排出。另一方面，气体分离管62的透过性较低的第2气体留在气体分离管62内且继续向第2排出口613侧行进。
第1气体所含的回收对象气体也可根据以下算式从气体分离管62的内部透过到外部。
V＝(A×ΔP×L×S)/d (1)
其中，式(1)中，V为回收对象气体相对于气体分离管62的透过量(sccm)。A为回收对象气体相对于气体分离管62的透过系数。ΔP为气体分离管62的内部与外部之间的压力差。L为气体分离管62的长度。S为气体分离管62内的气体流路的剖面积。d为气体分离管62的内半径与外半径的差，也就是气体分离管62的侧壁的径向厚度。
根据式(1)，可设计回收期望量V的回收对象气体用的气体分离管62的尺寸L、S、d。
在气体的下游侧，对第2泵7连接着未图示的回收对象气体的精制线。第2泵7朝回收对象气体的精制线排出第1气体。例如，在第1气体是作为回收对象气体的氦气、水蒸气、氧气的混合气体的情况下，在精制线中，通过将水蒸气及氧气从氦气分离，可回收氦气。
在具有以上构成的半导体制造系统1中，通过第1泵3的吸引力从工艺装置2排出的废气由在第1泵3的下游侧流路中从稀释气体供给装置4供给的稀释气体稀释而确保防爆。因被稀释气体稀释，废气的总流量增加。
接着，稀释后的废气流入到除害装置5内，在除害装置5内，通过使用氧气燃烧而无害化。因添加氧气，废气的总流量进一步增加。
接着，经无害化后的废气通过流入口611流入到气体回收单元6的气体分离管62内。由第2泵7将框体61内排气，由此在气体分离管62的内部与外部之间，以气体分离管62的外部压力比内部压力更低的方式产生压力差。流入到气体分离管62内的废气在气体分离管62内朝第2排出口613行进。
在气体分离管62内行进的过程中，气体分离管62内的废气中气体分离管62的透过性较高的第1气体因气体分离管62的内部与外部的压力差，而从气体分离管62的内部透过到外部。透过气体分离管62的第1气体受第2泵7吸引而从第1排出口612排出到气体回收单元6的外部。
另一方面，气体分离管62内的废气中气体分离管62的透过性较低的第2气体，不因气体分离管62的内部与外部的压力差而透过气体分离管62。未透过气体分离管62的第2气体从第2排出口613排出到气体回收单元6的外部。
从第1排出口612排出的第1气体通过第2泵7向回收对象气体的精制线排出，在精制线中，分离、回收回收对象气体。
根据第1实施方式，可将通过框体61内的排气而产生的气体分离管62的内部与外部的压力差作为驱动力，选择性地使气体分离管62内的废气中对气体分离管62的透过性较高的第1气体，从气体分离管62透过到外部并从第1排出口612排出。由此，可从总流量较多的废气将第1气体所含的回收对象气体有效地回收。
(第2实施方式)
其次，对螺旋状设置气体分离管62的第2实施方式进行说明。图2是表示第2实施方式的半导体制造系统1中的气体回收单元6的图。
如图2所示，在第2实施方式的气体回收单元6中，气体分离管62从流入口611螺旋状地设置到第2排出口613。
通过螺旋状地设置气体分离管62，可在框体61内有限的空间中，以合理的构成增大气体分离管62的表面积。通过增大气体分离管62的表面积，可延长废气在气体分离管62内的滞留期间。通过延长废气在气体分离管62内的滞留期间，可抑制未透过气体分离管62而从第2排出口613排出的第1气体的量。由此，可从总流量较多的废气，更有效地将回收对象气体回收。
(第3实施方式)
其次，对以具有折返部的方式设置气体分离管62的第3实施方式进行说明。图3是表示第3实施方式的半导体制造系统1中的气体回收单元6的图。
如图3所示，在第3实施方式的气体回收单元6中，气体分离管62以从流入口611到第2排出口613具有折返部的方式设置。
通过以具有折返部的方式设置气体分离管62，而与第2实施方式同样，可在框体61内有限的空间中以合理的构成增大气体分离管62的表面积。由此，可从总流量较多的废气更有效地将回收对象气体回收。
(第4实施方式)
接着，对使用与回收对象气体相同种类的气体作为第2泵7的密封气体的第4实施方式进行说明。图4是表示第4实施方式的半导体制造系统1中的第2泵7的图。
第2泵7是对气体流路的密封使用气体而非油或液体的干式泵。具体来说，如图4所示，第2泵7具有框体71、配置在框体71的内部的泵本体72、在气体的上游侧及下游侧连接到泵本体72的配管73。泵本体72例如具有壳体、收纳在壳体内且通过旋转动作吸排第1气体的转子、及产生使转子旋转的动力的马达。为了抑制因马达的振动引起的配管73与泵本体72的连结部松动而从配管73泄漏第1气体的情况，在框体71内，从气体源74供给密封气体。密封气体被供给到配管73与泵本体72的连结部，由此抑制第1气体从连结部泄漏到外部。
作为密封气体，多使用氮气。与此相对，在本实施方式中，作为密封气体，使用与回收对象气体相同种类的气体，例如氦气。通过使用与回收对象气体相同种类的气体作为密封气体，可防止杂质混入到回收对象气体。由此，可回收纯度较高的回收对象气体。
所述第2～第4实施方式可将这些适当组合。
以上，虽已说明多种实施方式，但所述实施方式仅作为例子而提出，并非意图限定发明的范围。本说明书中说明的新颖的装置及方法可以其它各种形式实施。此外，对于本说明书中说明的装置及方法的形式，在未脱离发明主旨的范围内可进行各种省略、置换、变更。附加的权利要求书及与它均等的范围意图包含发明的范围或主旨所包含的此种形式或变化例。
[符号的说明]
6 气体回收单元
61 壳体
611 流入口
612 第1排出口
613 第2排出口
62 气体分离管。

Claims (20)

1.一种气体回收装置，其具备：
框体，设置着流入口，流入气体；第1排出口，将所述气体中包含回收对象气体的第1气体排出；及第2排出口，将所述气体中所述第1气体以外的第2气体排出；且所述框体的内部经由所述第1排出口排气；及
管，在所述框体的内部从所述流入口设置到所述第2排出口，且所述第1气体的透过性较高，所述第2气体的透过性较低。
2.根据权利要求1所述的气体回收装置，其中所述管从所述流入口螺旋状地设置到所述第2排出口。
3.根据权利要求1所述的气体回收装置，其中所述管以从所述流入口到所述第2排出口具有折返部的方式设置。
4.根据权利要求1所述的气体回收装置，其还具备连接到所述第1排出口的泵。
5.根据权利要求4所述的气体回收装置，其中所述泵经由所述第1排出口将所述框体内部排气，由此以在所述框体的内部所述管的外部压力比所述管的内部压力更低的方式，使所述管的内部与外部之间产生压力差；
所述第1气体通过所述压力差从所述管的内部透过到外部并从所述第1排出口排出。
6.根据权利要求5所述的气体回收装置，其中所述泵以将所述框体的内部设为真空状态的方式进行排气。
7.根据权利要求5所述的气体回收装置，其中所述回收对象气体根据以下算式从所述管的内部透过到外部
V＝(A×ΔP×L×S)/d，其中
V：回收对象气体相对于管的透过量
A：回收对象气体相对于管的透过系数
ΔP：管的内部与外部之间的压力差
L：管的长度
S：管内的气体流路的剖面积
d：管的内半径与外半径的差。
8.根据权利要求4所述的气体回收装置，其中所述泵使用与所述回收对象气体相同种类的气体作为密封气体。
9.根据权利要求4所述的气体回收装置，其中所述泵朝所述回收对象气体的精制线排出所述第1气体。
10.根据权利要求1所述的气体回收装置，其中所述管含有多孔质材料。
11.根据权利要求10所述的气体回收装置，其中所述管含有有机材料。
12.根据权利要求11所述的气体回收装置，其中所述管含有氟树脂。
13.根据权利要求12所述的气体回收装置，其中所述第1气体包含所述气体中分子量较小且扩散系数较高或者对所述管材的溶解度较高的气体。
14.根据权利要求1所述的气体回收装置，其中所述回收对象气体为稀有气体。
15.根据权利要求1所述的气体回收装置，其中流入到所述流入口的气体是从半导体制造装置排出的废气。
16.一种半导体制造系统，其具备：
半导体制造装置，使用包含回收对象气体的工艺气体制造半导体装置，且将因制造所述半导体装置而产生的废气排出；
稀释装置，以稀释气体稀释所述废气；
除害装置，使用氧气使所述稀释后的废气燃烧，由此将所述废气无害化；及
气体回收装置，从所述经无害化后的废气将所述回收对象气体回收；且
所述气体回收装置具备：
框体，设置着流入口，流入所述经无害化后的废气；第1排出口，将所述经无害化后的废气中包含所述回收对象气体的第1气体排出；及第2排出口，将所述经无害化后的废气中所述第1气体以外的第2气体排出；且所述框体的内部经由所述第1排出口排气；及
管，在所述框体的内部从所述流入口设置到所述第2排出口，所述第1气体的透过性较高，所述第2气体的透过性较低。
17.根据权利要求16所述的半导体制造系统，其中所述第1气体包含所述回收对象气体也就是氩气、氢气、水蒸气、及氧气，所述第2气体包含所述稀释气体也就是氮气、二氧化碳气体、及氩气。
18.根据权利要求17所述的半导体制造系统，其中所述除害装置通过从所述稀释后的废气去除硅烷气体及氨气而将所述稀释后的废气无害化。
19.一种气体回收方法，其使用气体回收装置将所述回收对象气体回收，所述气体回收装置具备：
框体，设置着流入口，流入气体；第1排出口，将所述气体中包含回收对象气体的第1气体排出；及第2排出口，将所述气体中所述第1气体以外的第2气体排出；及
管，在所述框体的内部从所述流入口设置到所述第2排出口，且所述第1气体的透过性较高，所述第2气体的透过性较低；且
所述回收对象气体的回收包含：
通过经由所述第1排出口将所述框体内部排气，而以在所述框体的内部所述管的外部压力比所述管的内部压力更低的方式，使所述管的内部与外部之间产生压力差；
通过所述压力差使所述第1气体从所述管的内部透过到外部并从所述第1排出口排出。
20.根据权利要求19所述的气体回收方法，其还包含从所述第1气体分离所述回收对象气体，且所述第1气体从所述第1排出口排出。
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