CN114405202B - 一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置及方法，该处理装置包括：旋风分离器；旋风分离器的侧壁开设有进气口，顶部开设有出气口，底部开设有排灰口；进气口通过第一管道与反应炉的尾气出口连接，出气口通过第二管道与真空泵尾气进口连接；旋风分离器的内部横向固定连接有除尘风筒，除尘风筒位于进气口的上方，除尘风筒的底部开设有通孔，除尘风筒的侧壁上开设有若干出风孔；旋风分离器的内部固定连接有初滤网，初滤网位于所述除尘风筒的正上方。在本发明中，大部分的颗粒物会在旋风分离当中被除尘风筒截留下来，落入积灰仓达到分离效果，微小颗粒物则在初滤网当中被拦截，以此确保过滤效果，过滤装置不易堵塞，减少维护频次。

Description

一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置及方法

技术领域

本发明涉及半导体外延生长设备领域，特别涉及一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置及方法。

背景技术

化学气相沉积（CVD）技术是一种新型的材料制备方法，它可以用于制备各种粉体材料、块体材料、新晶体材料、陶瓷纤维、半导体及金刚石薄膜等多种类型的材料，广泛应用于宇航工业上的特殊复合材料、原子反应堆材料、刀具材料、耐热耐磨耐腐蚀及生物医用材料等领域。同传统材料制备技术相比，CVD 技术具有以下优点：（1）可以在远低于材料熔点的温度进行材料合成；（2）可以控制合成材料的元素组成、晶体结构、微观形貌(粉末状、纤维状、枝状、管状、块状等)；（3）不需要烧结助剂，可以高纯度合成高密度材料；（4）可以实现材料结构微米级、亚微米级甚至纳米级控制；（5）能够进行复杂形状结构件及图层的制备；（6）能够制备梯度复合材料及梯度涂层和多层涂层；（7）能够进行亚稳态物质及新材料的合成。目前，CVD 已成为大规模集成电路的铁电材料、绝缘材料、磁性材料、光电子材料、高温热结构陶瓷基复合材料及纳米粉体材料不可或缺的制备技术。

在碳化硅外延生长CVD的过程中，由于原料、保温材料石墨毡、CVD基材等含有的金属元素化合物杂质，在高温还原气氛下被还原为活性金属颗粒，随着副反应生成氯硅烷的高聚物、碳粉以及其他颗粒物杂质流出反应炉，进入真空泵，对泵体正常运行产生不良影响，此类混合颗粒物具有一定的粘性，易黏附于管壁以及阀门接口处堵塞管路和阀门，造成安全隐患。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置及方法。

一方面，提供了一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，所述处理装置包括：旋风分离器；

所述旋风分离器的侧壁开设有进气口，顶部开设有出气口，底部开设有排灰口；

所述进气口通过第一管道与反应炉的尾气出口连接，所述出气口通过第二管道与真空泵尾气进口连接；

所述旋风分离器的内部横向固定连接有除尘风筒，所述除尘风筒位于所述进气口的上方，所述除尘风筒的底部开设有通孔，所述除尘风筒的侧壁上开设有若干出风孔；

所述旋风分离器的内部固定连接有初滤网，所述初滤网位于所述除尘风筒的正上方。

进一步地，所述出风孔位于所述除尘风筒的上部。

进一步地，所述除尘风筒的两端均开设有开口，且所述除尘风筒的一端与所述旋风分离器的内壁固定连接，所述除尘风筒的另一端与所述旋风分离器的内壁留有间隙。

进一步地，所述除尘风筒与所述旋风分离器的内壁留有间隙的一端活动连接有调风板；

所述旋风分离器的外侧底部固定连接有步进电机，所述步进电机旋转轴穿过所述旋风分离器的底部与所述调风板固定连接。

进一步地，所述旋风分离器的内壁上开设有凹槽，所述凹槽与所述除尘风筒远离所述调风板的一侧位置对应，

所述凹槽内通过转轴活动连接有叶轮，所述叶轮的叶片上均开设有工作孔；

所述旋风分离器的侧壁内开设有进气孔，所述进气孔与所述凹槽连通。

进一步地，所述进气孔包括：第一竖孔；

所述第一竖孔从所述旋风分离器的侧壁顶部延伸至所述旋风分离器的侧壁底部，所述第一竖孔的顶部设置有开关阀门；

所述第一竖孔的底部连接有第一斜孔，所述第一斜孔朝所述旋风分离器的内侧向下倾斜设置，所述第一斜孔的底部连接有向上延伸的第二竖孔，所述第二竖孔的顶部位于所述凹槽处，所述第二竖孔的顶部连接有第二斜孔，所述第二斜孔朝所述旋风分离器的内侧向上倾斜设置，第二斜孔的顶部与所述凹槽连通，且连通处与所述工作孔位置对应。

进一步地，所述旋风分离器的内侧顶部固定连接有环形滤网，所述环形滤网位于所述出气口的正下方。

进一步地，所述旋风分离器的外侧连接有水冷套；

所述第一管道上通过三通管连接有尾气进气阀和维护气进气阀，所述反应炉的尾气出口与所述尾气进气阀连接；

所述第二管道上通过三通管连接有尾气出气阀和维护气出气阀，

所述真空泵的尾气进口与所述尾气出气阀连接；

所述排灰口通过第三管道连接有星形阀，所述星形阀上连接有积灰仓。

另一方面，提供了一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理方法，通过所述一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置进行处理，所述方法包括：反应炉产生的尾气通过进气口进入旋风分离器内，

尾气中的一部分颗粒与所述旋风分离器内壁摩擦失去动能落入所述旋风分离器底部的漏斗中，

尾气在所述旋风分离器底部漏斗处形成旋风向上进入除尘风筒内，一部分尾气中颗粒物被除尘风筒拦截，落入所述旋风分离器底部的漏斗中，

尾气穿过出风孔被初滤网过滤剩余颗粒物，然后通过出气口进入真空泵内。

进一步地，所述方法还包括：

尾气处理完成后，通过所述进气口通入惰性气体、水蒸气和氧气，惰性气体、水蒸气和氧气结合将活性金属颗粒物反应生成对应的氢氧化物和氧化物，

在进气孔中通入惰性气体，惰性气体与叶轮的工作孔侧壁发生碰撞使得所述叶轮产生旋转力矩进行旋转，

所述叶轮产生的风力吹向所述除尘风筒内，打开调风板，加速惰性气体将放出热量带出，剩余热量由水冷套移出，反应至所述旋风分离器内的活性金属颗粒物被氧化完全。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在本发明中，设计三级过滤，大部分的颗粒物会在旋风分离当中被除尘风筒截留下来，落入积灰仓达到分离效果，微小颗粒物则在初滤网当中被拦截，以此确保过滤效果，过滤装置不易堵塞，减少维护频次。其次，在出气口的下方连接环形滤网，过滤残余的细微固体颗粒，达到更好的除尘效果以保护真空泵。另外，在旋风分离器侧壁内开设进气孔，在旋风分离器内壁开设凹槽，并转动连接叶轮，在设备维护时，通过进气孔通入惰性气体，带动叶轮转动，加速尾气置换，并且在活性金属颗粒物反应氧化时，可以加速热量被惰性气体带走。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明提供的一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置的系统图；

图2是本发明提供的一种旋风分离器的结构示意图；

图3是本发明提供的环形滤网的结构示意图；

附图标记：1-旋风分离器；2-进气口；3-出气口；4-排灰口；5-第一管道；6-反应炉；7-第二管道；8-真空泵；9-除尘风筒；10-通孔；11-出风孔；12-初滤网；13-调风板；14-步进电机；15-凹槽；16-叶轮；17-工作孔；18-第一竖孔；19-第一斜孔；20-第二竖孔；21-第二斜孔；22-环形滤网；23-水冷套；24-尾气进气阀；25-维护气进气阀；26-尾气出气阀；27-维护气出气阀；28-第三管道；29-星形阀；30-积灰仓；31-开关阀门。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

参见图1-2，一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，包括：旋风分离器1，旋风分离器1的侧壁开设有进气口2，顶部开设有出气口3，底部开设有排灰口4，进气口2上连接有第一管道5，第一管道5上通过三通管连接有尾气进气阀24和维护气进气阀25，反应炉6的尾气出口与尾气进气阀24连接，

出气口3上连接有第二管道7，第二管道7上通过三通管连接有尾气出气阀26和维护气出气阀27，真空泵8的尾气进口与尾气出气阀26连接，排灰口4上连接有第三管道28，第三管道28连接有星形阀29，星形阀29上连接有积灰仓30。

旋风分离器1的外侧连接有水冷套23，旋风分离器1的内部横向通过螺栓固定连接有除尘风筒9，除尘风筒9位于进气口2的上方，除尘风筒可以为圆柱状，直径与旋风分离器1的内径相同，除尘风筒9的底部开设有通10，除尘风筒9的侧壁上开设有若干出风孔11，出风孔11位于除尘风筒9的上部，除尘风筒9的两端均开设有开口，除尘风筒9的长度小于旋风分离器1的内径，使得除尘风筒9的一端与旋风分离器1的内壁固定连接，另一端与旋风分离器1的内壁留有间隙，且留有间隙的一端活动连接有调风板13，调风板13的直径与除尘风筒9的内径相同，调风板13通过转轴与除尘风筒9的内侧顶部转动连接，旋风分离器1的外侧底部通过螺栓固定连接有步进电机14，步进电机14旋转轴穿过旋风分离器1的底部与调风板13固定连接，步进电机1上连接有为其供电的蓄电池，且步进电机14与外界的上位机通信连接。

旋风分离器1的内部通过螺栓固定连接有初滤网12，初滤网12位于除尘风筒9的正上方，旋风分离器1的内侧顶部通过螺栓固定连接有环形滤网22，环形滤网22位于出气口3的正下方。旋风分离器1的内壁上开设有凹槽15，凹槽15与除尘风筒9的远离调风板13的一侧位置对应，凹槽15内通过转轴活动连接有叶轮16，叶轮16的叶片上均开设有工作孔17，旋风分离器1的侧壁内开设有进气孔，进气孔位于所述凹槽15的一侧，进气孔包括：第一竖孔18，第一竖孔18从旋风分离器1的侧壁顶部延伸至旋风分离器1的侧壁底部，第一竖孔18的顶部设置有开关阀门31，第一竖孔18的底部连接有第一斜孔19，第一斜孔19朝旋风分离器1的内侧向下倾斜设置，第一斜孔19的底部连接有向上延伸的第二竖孔20，第二竖孔20的顶部位于凹槽15处，第二竖孔20的顶部连接有第二斜孔21，第二斜孔21朝旋风分离器1的内侧向上倾斜设置，第二斜孔21的顶部与凹槽15连通，且连通处与工作孔17位置对应。另外，凹槽15、叶轮16、进气孔的个数均可以为多个，并且各个管道及设备上均涂覆有特氟龙涂层，提高耐腐蚀性能。

本发明的完整工作流程可以为：CVD反应炉6正常生产时，维护气进气阀25和维护气出气阀27关闭，打开尾气进气阀24和尾气出气阀26，含有固体颗粒的尾气从旋风分离器1的进气口进入旋风分离器1内，尾气中的一部分颗粒与旋风分离器1内壁摩擦失去动能落入旋风分离器1底部的漏斗中，星形阀29转动颗粒物在积灰仓30中收集，尾气在旋风分离器1底部漏斗处形成旋风向上进入除尘风筒9内，一部分尾气中颗粒物被除尘风筒9拦截，落入旋风分离器1底部的漏斗中收集在积灰仓30中，尾气穿过出风孔11继续向上流动，如果需要调大尾气的通风量，可以打开步进电机14，通过需要转动调风板13的角度，使得尾气可以从除尘风筒9的一端向上流动，向上流动的尾气依次经过初滤网12和环形滤网22，彻底去除颗粒物，进入真空泵，达到除尘的效果以保护真空泵。

所述环形滤网22包括多个由碳纤维经过经纬交织形成的过滤面，在两个过滤面之间用多个排列均匀的碳纤维球体作为支撑，所述碳纤维球体用碳纤维编织成的内部呈中空结构的、表面具有多孔结构的球体。

上述采用经纬交织的过滤面在经纬连接处形成孔隙，在两个过滤面之间用多个排列均匀的碳纤维球体作为支撑，碳纤维球体之间具有很大的空隙，碳纤维球体用碳纤维编织成的内部呈中空结构的、表面具有多孔结构的球体，因此，碳纤维球体是碳纤维丝构成的，实际上碳纤维球体也存在孔隙。

本申请采用的是层层阶梯吸附。同时有效的降低了长时间使用导致透过性和过滤性差的现象产生。尾气处理完成后，CVD反应炉关闭，无尾气生成，关闭尾气进气阀24和尾气出气阀26，打开维护气进气阀25和维护气出气阀27，首先通过维护气进气阀25和进气孔通入惰性气体，维护气进气阀25中进入惰性气体将管道和旋风分离器1底部的剩余尾气进行置换，进气孔中的惰性气体依次经过第一竖孔18、第一斜孔19、第二竖孔20和第二斜孔21，与叶轮16的工作孔17侧壁发生碰撞，使得叶轮16产生旋转力矩进行旋转，打开调风板13，叶轮16产生的风力吹向除尘风筒9，吹动向上流动的置换尾气的惰性气体，从而加速尾气的置换。

尾气置换完成后，维护气进气阀25中的惰性气体当中混入氧气和少量水蒸气，与旋风分离器1中的活性金属颗粒物反应生成对应的氢氧化物和氧化物，放出热量，然后继续在进气孔中通入惰性气体，惰性气体使得叶轮16产生旋转力矩进行旋转，惰性气体被叶轮16产生的风力吹向除尘风筒9内，加速放出的热量被惰性气体带出，剩余热量由水冷套移出，反应至旋风分离器1内的活性金属颗粒物被氧化完全，打开旋风分离器1上盖板，对内壁、初滤网和环形滤网进行清理，当初滤网和/或环形滤网堵塞严重时，对其进行更换。定期清理积灰仓的固体颗粒物，清理和转移颗粒物时，需对颗粒物进行气氛保护。

值得说明的是，在本发明中，设计三级过滤，大部分的颗粒物会在旋风分离当中被除尘风筒截留下来，落入积灰仓达到分离效果，微小颗粒物则在初滤网当中被拦截，以此确保过滤效果，过滤装置不易堵塞，减少维护频次。其次，在出气口的下方连接环形滤网，过滤残余的细微固体颗粒，达到更好的除尘效果以保护真空泵。另外，在旋风分离器侧壁内开设进气孔，在旋风分离器内壁开设凹槽，并转动连接叶轮，在设备维护时，通过进气孔通入惰性气体，带动叶轮转动，加速尾气置换，并且在活性金属颗粒物反应氧化时，可以加速热量被惰性气体带走。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，其特征在于，所述处理装置包括：旋风分离器（1）；

所述旋风分离器（1）的侧壁开设有进气口（2），顶部开设有出气口（3），底部开设有排灰口（4）；

所述进气口（2）通过第一管道（5）与反应炉（6）的尾气出口连接，所述出气口（3）通过第二管道（7）与真空泵（8）尾气进口连接；

所述旋风分离器（1）的内部横向固定连接有除尘风筒（9），所述除尘风筒（9）位于所述进气口（2）的上方，所述除尘风筒（9）的底部开设有通孔（10），所述除尘风筒（9）的侧壁上开设有若干出风孔（11）；

所述旋风分离器（1）的内部固定连接有初滤网（12），所述初滤网（12）位于所述除尘风筒（9）的正上方；

所述除尘风筒（9）的两端均开设有开口，且所述除尘风筒（9）的一端与所述旋风分离器（1）的内壁固定连接，所述除尘风筒（9）的另一端与所述旋风分离器（1）的内壁留有间隙；

所述除尘风筒（9）与所述旋风分离器（1）的内壁留有间隙的一端活动连接有调风板（13）；

所述旋风分离器（1）的外侧底部固定连接有步进电机（14），所述步进电机（14）旋转轴穿过所述旋风分离器（1）的底部与所述调风板（13）固定连接；

所述旋风分离器（1）的内壁上开设有凹槽（15），所述凹槽（15）与所述除尘风筒（9）的远离所述调风板（13）的一侧位置对应；

所述凹槽（15）内通过转轴活动连接有叶轮（16）；

所述叶轮（16）的叶片上均开设有工作孔（17）；

所述旋风分离器（1）的侧壁内开设有进气孔，所述进气孔与所述凹槽（15）连通。

2.根据权利要求1所述的一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，其特征在于，所述出风孔（11）位于所述除尘风筒（9）的上部。

3.根据权利要求1所述的一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，其特征在于，所述进气孔包括：第一竖孔（18）；

所述第一竖孔（18）从所述旋风分离器（1）的侧壁顶部延伸至所述旋风分离器（1）的侧壁底部，所述第一竖孔（18）的顶部设置有开关阀门（31）；

所述第一竖孔（18）的底部连接有第一斜孔（19），所述第一斜孔（19）朝所述旋风分离器（1）的内侧向下倾斜设置，所述第一斜孔（19）的底部连接有向上延伸的第二竖孔（20），所述第二竖孔（20）的顶部位于所述凹槽（15）处，所述第二竖孔（20）的顶部连接有第二斜孔（21），所述第二斜孔（21）朝所述旋风分离器（1）的内侧向上倾斜设置，第二斜孔（21）的顶部与所述凹槽（15）连通，且连通处与所述工作孔（17）位置对应。

4.根据权利要求1所述的一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，其特征在于，所述旋风分离器（1）的内侧顶部固定连接有环形滤网（22），所述环形滤网（22）位于所述出气口（3）的正下方。

5.根据权利要求1所述的一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置，其特征在于，所述旋风分离器（1）的外侧连接有水冷套（23）；

所述第一管道（5）上通过三通管连接有尾气进气阀（24）和维护气进气阀（25），所述反应炉（6）的尾气出口与所述尾气进气阀（24）连接；

所述第二管道（7）上通过三通管连接有尾气出气阀（26）和维护气出气阀（27），所述真空泵（8）的尾气进口与所述尾气出气阀（26）连接；

所述排灰口（4）通过第三管道（28）连接有星形阀（29），所述星形阀（29）上连接有积灰仓（30）。

6.一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理方法，其特征在于，利用权利要求5所述的一种用于外延生长的尾气颗粒物脱除处理装置进行处理，所述方法包括：

反应炉（6）产生的尾气通过进气口（2）进入旋风分离器（1）内；

尾气中的一部分颗粒与所述旋风分离器（1）内壁摩擦失去动能落入所述旋风分离器（1）底部的漏斗中；

尾气在所述旋风分离器（1）底部漏斗处形成旋风向上进入除尘风筒（9）内，一部分尾气中颗粒物被除尘风筒（9）拦截，落入所述旋风分离器（1）底部的漏斗中；

尾气穿过出风孔（11）被初滤网（12）过滤剩余颗粒物，然后通过出气口（3）进入真空泵（8）内；

尾气处理完成后，通过所述进气口（2）通入惰性气体、水蒸气和氧气，惰性气体、水蒸气和氧气结合将活性金属颗粒物反应生成对应的氢氧化物和氧化物；

在进气孔中通入惰性气体，惰性气体与叶轮（16）的工作孔（17）侧壁发生碰撞使得所述叶轮（16）产生旋转力矩进行旋转；

所述叶轮（16）产生的风力吹向所述除尘风筒（9）内，打开调风板（13），加速惰性气体将放出热量带出，剩余热量由水冷套移出，反应至所述旋风分离器（1）内的活性金属颗粒物被氧化完全。

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