CN114599918A - 消减设备中操作条件的优化 - Google Patents

消减设备中操作条件的优化 Download PDF

Info

Publication number
CN114599918A
CN114599918A CN202080076980.7A CN202080076980A CN114599918A CN 114599918 A CN114599918 A CN 114599918A CN 202080076980 A CN202080076980 A CN 202080076980A CN 114599918 A CN114599918 A CN 114599918A
Authority
CN
China
Prior art keywords
carbon monoxide
concentration
fuel
oxidant
abatement device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202080076980.7A
Other languages
English (en)
Inventor
D·M·普赖斯
M·C·格拉厄姆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Edwards Ltd
Original Assignee
Edwards Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Edwards Ltd filed Critical Edwards Ltd
Publication of CN114599918A publication Critical patent/CN114599918A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/50—Control or safety arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/4412—Details relating to the exhausts, e.g. pumps, filters, scrubbers, particle traps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N1/00—Regulating fuel supply
    • F23N1/02—Regulating fuel supply conjointly with air supply
    • F23N1/022—Regulating fuel supply conjointly with air supply using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/003—Systems for controlling combustion using detectors sensitive to combustion gas properties
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2204/00—Supplementary heating arrangements
    • F23G2204/10—Supplementary heating arrangements using auxiliary fuel
    • F23G2204/103—Supplementary heating arrangements using auxiliary fuel gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/10—Arrangement of sensing devices
    • F23G2207/104—Arrangement of sensing devices for CO or CO2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2207/00—Control
    • F23G2207/30—Oxidant supply
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2209/00—Specific waste
    • F23G2209/14—Gaseous waste or fumes
    • F23G2209/142—Halogen gases, e.g. silane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G2900/00—Special features of, or arrangements for incinerators
    • F23G2900/55—Controlling; Monitoring or measuring
    • F23G2900/55003—Sensing for exhaust gas properties, e.g. O2 content
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2900/00—Special features of, or arrangements for controlling combustion
    • F23N2900/05001—Measuring CO content in flue gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)
  • Treating Waste Gases (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

公开了一种优化消减设备中的操作条件的方法和一种消减设备，这种消减设备被配置为处理来自加工工具的流出物流。优化被配置为处理来自加工工具的流出物流的消减设备中的操作条件的方法包括：确定当处理流出物流时由消减设备产生的一氧化碳的浓度；以及响应于一氧化碳的浓度来调整消减设备的操作参数。以此方式，可通过响应于所产生的一氧化碳的量简单地调整消减装置的操作参数来控制消减装置的性能，以在消减设备内创造改进消减装置内被处理的化合物的移除的条件，同时减少不期望的副产物，且不需要对流出物流的含量的预先了解。

Description

消减设备中操作条件的优化
技术领域
本发明的领域涉及一种优化消减设备中的操作条件的方法以及一种消减设备，该消减设备被配置为处理来自加工工具的流出物流。
背景技术
消减设备是已知的，并且通常用于处理来自制造加工工具的流出气流，该制造加工工具用于例如半导体或平板显示器制造业。在这种制造过程中，残余的有害和/或全球变暖气体保留在从加工工具泵送的流出气流中。由于它们的性质并且因为已知它们对环境有不利影响，它们也可能是不希望的，应该在流出气体释放到大气中之前从流出气体中移除它们。
已知的消减设备，例如辐射燃烧器，使用燃烧从流出气流中移除不期望的化合物，以满足来自消减设备的排气流中的目标浓度。典型地，流出气流是氮气流，其含有残余气体，例如氢气、氨、四乙氧基硅烷(TEOS)和/或一氧化二氮以及取决于在加工工具中进行的加工步骤的其他化合物。燃料气体和/或氧化剂气体与流出气流混合，并且该气流混合物被输送到燃烧室中，该燃烧室被有小孔的气体燃烧器的离开表面在侧向包围。燃料气体和空气被同时供应给有小孔的燃烧器，以在出射表面实现无焰燃烧，通过有小孔的燃烧器的空气量不仅足以消耗供应给燃烧器的燃气，而且有助于消除喷射到燃烧室的气流混合物中的可燃物。
氢气、氨和TEOS是可氧化的气体，并且通常在流出气流中具有显著的浓度，但是需要向流出物流中添加额外的氧化剂(例如空气或氧气)以实现所需的消减水平。US8647111公开了可以通过添加适量的空气来燃烧氨/氢气混合物。US5938422公开了可以在燃烧区内燃烧之前通过与氧气混合而破坏TEOS。
一氧化二氮是一种氧化性气体，理想的是，通过在其被喷射到燃烧室的时候添加燃料气体，最终将其还原成氮气。一氧化二氮的不完全还原导致一氧化氮和二氧化氮(统称为NOx)的形成，它们是不想要的副产物，因为它们导致酸雨和其他环境问题。
尽管存在加工流出气流的技术，但它们都有各自的缺点。因此，希望提供一种用于加工流出气流的改进技术。
发明内容
根据第一方面，提供一种优化消减设备中的操作条件的方法，消减设备被配置为处理来自加工工具的流出物流，该方法包括:确定当处理流出物流时由消减设备产生的一氧化碳的浓度；以及响应于一氧化碳的浓度来调整消减设备的操作参数。
第一方面认识到，现有处理流出物流的方案的问题在于，可能难以设定消减设备的操作条件来有效处理流出物流。此外，可能适合处理流出物流的一些操作条件可能导致产生不期望的副产物。此外，现有的方案可能很复杂和/或需要预先了解被处理的流出物流的组成。然而，第一方面认识到，通过在处理流出物流时监测存在的二氧化碳，能够优化操作条件以移除被处理的流出物流内的气体并减少不期望的副产物。因此，提供了一种方法。该方法可用于优化或调整消减设备的操作，消减设备处理来自加工工具的流出物流。该方法可包括确定或识别当消减设备处理流出物流时产生或存在的一氧化碳的浓度。该方法可包括响应于产生或存在的一氧化碳，调整或改变消减设备的操作参数或操作。调整操作参数会调整消减设备的操作。以此方式，可通过响应于所产生的一氧化碳量而简单地调整消减装置的操作参数来控制消减装置的性能或操作，以在消减设备内创造与进行调整之前的条件相比改进了在消减装置内处理的化合物的移除的条件，同时减少不期望的副产物且不需要对流出物流的内含物的预先了解。
在一个实施例中，该确定包括测量消减设备的排气中存在的一氧化碳浓度。因此，可测量包含经处理的流出物流的消减装置的排气中存在的一氧化碳的量。
在一个实施例中，确定包括用红外光谱仪测量一氧化碳的浓度。因此，一氧化碳可以通过红外光谱测定法来测量，红外光谱测定法不易导致污染或劣化，并且对目标分析物具有高度的特异性。红外传感器具有高度的响应性，如果被分析物饱和，可以快速恢复。
在一个实施例中，操作参数包括燃料/氧化剂比率。因此，可响应于一氧化碳的浓度来调整供应至消减设备的燃料与氧化剂的量。
在一个实施例中，调整包括改变燃料/氧化剂比率以降低一氧化碳的浓度。因此，可以改变燃料与氧化剂的量，以减少一氧化碳的量。
在一个实施例中，调整包括确定改变燃料/氧化剂比率是否降低了一氧化碳的浓度，如果是，则保持该变化。因此，如果燃料与氧化剂的量的变化导致一氧化碳的量减少，那么燃料与氧化剂的量的变化被保持。
在一个实施例中，调整包括确定改变燃料/氧化剂比率是否会增加一氧化碳的浓度，如果是，则逆转该变化。因此，如果燃料与氧化剂的量的变化导致一氧化碳的量增加，那么放弃对燃料与氧化剂的量所做的变化。
在一个实施例中，调整包括改变氧化剂的供应。因此，可通过改变供应至消减设备的氧化剂的量来改变燃料空气比率。这可以允许燃料供应量保持恒定，因此允许通过仅改变一种组分来进行调整。
在一个实施例中，调整包括增加氧化剂的供应，确定一氧化碳的浓度是否增加，如果增加，则减少氧化剂的供应。因此，氧化剂的量可以增加，并且如果一氧化碳的浓度因此增加，那么氧化剂的量的增加可以逆转。
在一个实施例中，调整包括减少氧化剂的供应，确定一氧化碳的浓度是否增加，如果是，则增加氧化剂的供应。因此，氧化剂的量可以减少，并且如果一氧化碳的量因此增加，则氧化剂的量的减少可以逆转。
应当理解，上述方案有助于识别产生的一氧化碳量的最小值，例如在加工含有过量氢气的流出物流时会遇到的情况。
在一个实施例中，调整包括确定改变燃料/氧化剂比率是否将一氧化碳浓度朝向阈值量减小，如果是，则保持该变化。因此，如果燃料与氧化剂的量的改变导致产生的一氧化碳的量比改变之前更接近一氧化碳的阈值量，则可以保持该改变。
在一个实施例中，调整包括确定改变燃料/氧化剂比率是否将一氧化碳浓度降低到阈值量以下，如果是，则逆转该改变。因此，如果燃料与氧化剂的量的变化导致一氧化碳的量下降到一氧化碳的阈值量以下，那么可以放弃对燃料与氧化剂的量的改变。
在一个实施例中，调整包括改变燃料供应。因此，可改变供应至消减设备的燃料量。这可允许向消减设备供应的氧化剂的量保持恒定。
在一个实施例中，调整包括确定一氧化碳浓度是否高于阈值量，如果是，则减少燃料供应。因此，如果确定一氧化碳的量超过一氧化碳的阈值量，则可以减少燃料供应量。
在一个实施例中，调整包括确定一氧化碳的浓度是否低于阈值量，如果是，则增加燃料的供应。因此，如果确定一氧化碳的量未能达到一氧化碳的阈值量，则可增加供应给消减设备的燃料量。
应当理解，上述方案有助于识别所产生的一氧化碳的可接受的目标量，例如在加工含有过量一氧化二氮的流出物流时会遇到的情况。
在一个实施例中，调整包括改变氧化剂的供应。因此，可改变供应至消减设备的氧化剂的量。这可允许供应给消减设备的燃料量保持恒定。
在一个实施例中，调整包括确定一氧化碳的浓度是否高于阈值量，如果是，则减少氧化剂的供应。因此，如果确定一氧化碳的量超过一氧化碳的阈值量，则可以减少氧化剂的供应量。
在一个实施例中，调整包括确定一氧化碳的浓度是否低于阈值量，如果是，则增加氧化剂的供应。因此，如果确定一氧化碳的量未能达到一氧化碳的阈值量，则可增加向消减设备供应的氧化剂的量。
应当理解，上述方案有助于确定所产生的一氧化碳的可接受的目标量，例如当加工含有过量TEOS的流出物流时会遇到的情况。
根据第二方面，提供一种用于调整消减设备中的操作条件的设备，消减设备被配置为处理来自加工工具的流出物流，该设备包含:传感器，传感器被配置为确定当处理流出物流时由消减设备产生的一氧化碳的浓度；以及控制器，控制器可操作以响应于一氧化碳浓度来调整消减设备的操作参数。
在一个实施例中，传感器被配置成测量消减设备的排气中存在的一氧化碳浓度。
在一个实施例中，传感器是红外光谱仪。
在一个实施例中，操作参数包括燃料/氧化剂比率。
在一个实施例中，控制器可操作来改变燃料/氧化剂比率，以降低一氧化碳的浓度。
在一个实施例中，控制器可操作以确定改变燃料/氧化剂比率是否降低了一氧化碳的浓度，如果是，则保持该变化。
在一个实施例中，控制器可操作以确定改变燃料/氧化剂比率是否会增加一氧化碳的浓度，如果是，则逆转该变化。
在一个实施例中，控制器可操作来改变氧化剂的供应。
在一个实施例中，控制器可操作来增加氧化剂的供应，确定一氧化碳的浓度是否增加，如果增加，则减少氧化剂的供应。
在一个实施例中，控制器可操作以减少氧化剂的供应，确定一氧化碳的浓度是否增加，如果是，则增加氧化剂的供应。
在一个实施例中，控制器可操作以确定改变燃料/氧化剂比率是否将一氧化碳浓度朝向阈值量降低，如果是，则保持该变化。
在一个实施例中，控制器可操作以确定改变燃料/氧化剂比率是否将一氧化碳浓度降低到阈值量以下，如果是，则逆转该变化。
在一个实施例中，控制器可操作来改变燃料的供应。
在一个实施例中，控制器可操作以确定一氧化碳浓度是否高于阈值量，如果是，则减少燃料供应。
在一个实施例中，控制器可操作以确定一氧化碳的浓度是否低于阈值量，如果是，则增加燃料的供应。
在一个实施例中，控制器可操作来改变氧化剂的供应。
在一个实施例中，控制器可操作以确定一氧化碳的浓度是否高于阈值量，如果是，则减少氧化剂的供应。
在一个实施例中，控制器可操作以确定一氧化碳的浓度是否低于阈值量，如果是，则增加氧化剂的供应。
在所附的独立和从属权利要求中阐述了进一步的特定和优选的方面。从属权利要求的特征可以适当地与独立权利要求的特征相结合，或者以不同于权利要求中明确阐述的方式进行组合。
在设备特征被描述为可操作来提供功能的情况下，应理解，这包括提供该功能或者适于或配置成提供该功能的设备特征。
附图说明
现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，其中:
图1示出了根据一个实施例的向内发火燃烧消减设备；
图2是示出在经由同轴同心空气入口的500空气和经由每个中心喷枪添加端口的40slm空气的情况下，排气中的CO, H2（乘以10以适合与O2相同的标度）和O2含量相对于在200 slm N2中的H2流量的曲线图；
图3是示出对于NH3和H2的混合物，经由同轴同心空气入口和中心喷枪添加端口的不同空气量，排气中的CO的曲线图；
图4是示出在被控制为最小化排气中的CO的经由同轴同心空气入口的空气添加的情况下，排气中的CO, H2（乘以10以适合与O2相同的标度）和O2含量相对于200 slm N2中的H2流量的曲线图
图5是示出在不同操作条件下使排气中的CO最小化所需的空气流量的曲线图；
图6是通过监测CO排放来消减H2/NH3混合物的优化空气流量控制的示意流程图；
图7是示出对于经由中心喷枪添加端口添加的不同量的CH4，排气中的CO相对于流出物流入口中的N2O (用200 slm的N2稀释)的曲线图；
图8是示出在图6所示条件下N2O转化为NOx (NO + NO2)的百分比转化率的曲线图——虚线指示其中排气中CO为200 ppm的区域；
图9是示出了图6所示条件下N2O的消除率效率(DRE)的曲线图——虚线指示其中排气中CO为200 ppm的区域；
图10是示出相对于N2O供应量，为实现排气中200 ppm CO所需的CH4的量和相对应的N2O的DRE的曲线图；
图11是通过监测CO排放来消减N2O的优化燃料喷射控制的示意流程图；
图12是示出对于300 slm喷嘴上的氮气负荷，甲烷和一氧化氮排放作为同心甲烷流量和氧气喷射函数的曲线图；
图13是示出最小CH4喷射流量相对于氮气负荷的曲线图；
图14是示出对于600 slm N2、34 slm CH4和80-120 slm O2，排气中一氧化碳和二氧化碳浓度作为TEOS流量的函数的曲线图；
图15是示出在通往喷嘴的200和300 slm N2下，相对于TEOS，排气中产生100 ppmCO所需的极限氧气喷射的曲线图；以及
图16是通过监测CO排放来消减TEOS的优化燃料喷射控制的示意流程图。
具体实施方式
在更详细地讨论实施例之前，首先将提供概述。实施例提供一种技术，其中通过测量消减设备在处理流出物流期间产生的一氧化碳的量，控制消减设备内的操作条件以提供对来自加工工具的流出物流中存在的气体的改进处理，而不会导致产生不利量的不期望的副产物。这使得消减设备的性能得以改进，而不需要对存在于流出物流中的化合物的预先了解。具体地说，使用专用于设备排气中一氧化碳浓度的气体传感器来监测用于可燃气体如氢气和氢气/氨混合物的受控燃烧或者氧化性气体如一氧化二氮或TEOS的消除的消减设备的性能。一氧化碳浓度对添加辅助氧化剂(例如空气或氧气)或燃料(例如氢气、甲烷或丙烷)的响应被用于获得移除被处理气体的最佳条件，同时伴随着不期望的副产物(例如一氧化氮和二氧化氮)的最小化。这种方法不需要对待破坏的目标气体的量的先验知识，而是依赖于调整消减设备的操作参数。
众所周知，现有的燃烧消减设备用于消除半导体装置制造中使用的各种气体。消减可燃气体如氢气和氢气/氨混合物需要提供氧气源如空气以使完全燃烧发生。同样，诸如一氧化二氮的氧化剂气体需要提供诸如甲烷的燃料，以将一氧化二氮还原(在本例中)成氮气。在一氧化二氮的情况下，燃料气体的不正确添加会导致不想要的一氧化氮和二氧化氮(统称为NOx)的产生。排气中未消减的目标气体的允许水平可限制为排气中的绝对浓度(即低于其可燃极限)、排放率(单位时间内的质量)或相对消除率效率(DRE)。还可能要求副产物排放低于某一水平。消减装置的目的是在使用最少量资源的同时满足或超过这些限制。
在某些情况下，可以经由数字或模拟方式将待消减气体的浓度传送给消除装置。这样，就所使用的资源而言，可以优化消减操作。在其他情况下，由于费用、场地基础设施或其他商业原因，可能无法做到这一点。实施例设法单独地监测性能和调整操作参数。
消减设备
图1示出了根据一个实施例的向内发火燃烧消减设备10。消减设备10包括向内发火的有小孔的燃烧器20，该燃烧器20被供应有碳氢化合物燃料(通常为甲烷或丙烷)/空气混合物，该混合物提供热区和点火源，用于化学消除流出物流内的目标化合物，该流出物流通过止于喷嘴50的入口管道40被引入燃烧器核心处的燃烧室30。典型地，在控制器120的控制下，燃料从燃料入口100供应到增压室90，以供应有小孔的燃烧器20。
喷嘴50设置有辅助端口，该辅助端口定位为中心喷枪60或同轴环70(由共用的增压室80供应)，用于引入在控制器120的控制下供应的燃料气体或氧化剂，以帮助消除这些待处理的化合物。典型地，在控制器120的控制下，燃料/氧化剂混合物经由中心喷枪60和燃料/氧化剂入口110供应到增压室90，以供应同轴环70。
设置红外光谱仪130，其测量来自燃烧室30的排气中的CO浓度。
水堰和骤冷部 (未示出)设置在燃烧室30的下游，用于冷却排气，以及设置填料塔(未示出)，用于吸收水溶性气体。
消减–氢气或氢气/氨混合物
通过在喷嘴50周围添加空气，以便为这些材料的完全燃烧提供足够的氧气，可以有助于消减可燃气体，例如氢气或者氢气/氨混合物。在空气不足的情况下，燃烧室30变得缺氧，并且消减设备10的排气含有燃料不完全燃烧产物。在过量空气的情况下，有小孔的燃烧器20被冷却到燃料燃烧被熄灭的程度，并且在排气中再次看到燃料不完全燃烧的产物。在空气供应不足或过量的极端情况下，在排气中检测到未燃烧的氢。对于氨，未燃烧的气体将主要溶解在燃烧器组件下游的水洗填料塔中，尽管一些气体也会逃逸到排气中。
这种情况的一个示例在图2中示出，其中在喷嘴70周围供应500 slm的空气，同时氢气流量(用200 slm的氮气稀释)增加到400 slm。向位于每个喷嘴70中心的喷枪60供应额外的40 slm压缩干燥空气。示出了排气流中一氧化碳(CO)、氢气和氧气的浓度。随着氢气的添加，氧气的浓度单调下降，但是CO的浓度呈现U形曲线，CO的最低水平对应于氢气被完全破坏的空气流量区域。氢气和氧气的浓度通过电化学单元测量，而CO的浓度通过使用红外光谱仪130的红外光谱测定法测量。电化学单元易于污染、交叉敏感和劣化，而红外光谱法可以很有选择性，并被保护免受污染或劣化。虽然可以通过催化燃烧传感器（pellistorsensor）测量CO，但是这些传感器对其他可燃气体的存在交叉敏感，并且在氧气可用性有限的环境中不可靠。红外传感器还具有快速响应时间，并且不容易出现饱和问题。
图3中示出了相同的趋势，其中对于在200 slm氮气中的氢气和增加量的氨的不同混合物，相对于在入口喷嘴周围添加的空气量绘制了在排气中的CO的浓度。同样，CO排放遵循U形曲线，其最小值与最佳消减性能相一致。
图4示出了增加所添加的氢气量的情况下的排放，由此通过红外光谱仪130与空气流量控制器之间的反馈回路来控制添加的空气量，以最小化排气中的CO浓度，该空气流量控制器在控制器120的控制下控制供应到燃烧室30的空气量。注意，低于200 slm的氢气，空气量在400 slm的基础水平上不受控制。最小化CO具有维持排气中的氧气水平恒定的辅助效果。由于上面公开的原因，监测CO比监测O2容易得多。
图5示出了对于图3-5，对于不同量的氢气或者氢气和氨(为了说明燃烧所需的氧气，将一分子氨视为1½分子氢气)所添加的空气流量。在400 slm空气的下限以上，这些点位于为最小化CO排放而添加的空气的类似趋势上，并证明这是用于这些气体混合物的最佳消除的反馈控制的可行手段。
消减优化——氢气或者氢气/氨混合物
图6是概述当优化燃烧室30内的操作条件以处理含有氢气或者氢气/氨混合物的流出物流时，由控制器120执行的主要步骤的示意性流程图。
在步骤S1，流出物流在燃烧室30内被处理，控制器30提供默认或预设量的燃料和氧化剂(在此示例中为空气)。加工进行到步骤S2。
在步骤S2，排气中的CO量由红外光谱仪130确定。加工进行到步骤S3。
在步骤S3，控制器130增加氧化剂与燃料/H2/NH3的比率。在此示例中，这是通过增加供给燃烧室30的空气量来实现的。加工进行到步骤S4。
在步骤S4，控制器130确定由红外光谱仪130测量的排气中的CO量是否增加。如果CO的量减少，则加工返回到步骤S3。如果CO的量增加，则加工进行到步骤S5。
在步骤S5，控制器130降低氧化剂与燃料/H2/NH3的比率。在此示例中，这是通过减少供应给燃烧室30的空气量来实现的。加工进行到步骤S6。
在步骤S6，控制器130确定由红外光谱仪130测量的排气中的CO量是否减少。如果CO的量减少，则加工返回到步骤S3。如果CO的量增加，则加工进行到步骤S5。
如上文所提到的，且如从图3中可以看出，通过这种方案，燃烧室30的操作条件可以被调整成遵循图示的曲线，以最小化排气中存在的CO量，这优化了H2/NH3混合物的消减，并减少了排气中存在的H2的量。应当理解，在其他实施例中，可以使用自适应算法。
消减-一氧化二氮
这种方案的另一个实施例在图7中展示，用于消除用200 slm氮气稀释的一氧化二氮(N2O)。N2O可以通过与诸如甲烷(CH4)的燃料反应而被还原成氮气，甲烷经由喷嘴50中心的喷枪60被添加到入口流量中。不希望的副反应也可能产生氮氧化物(一氧化氮(NO)和二氧化氮(NO2)，一起归为总称“NOx”)作为副产物。该曲线图显示了在添加到喷枪60中的不同量的CH4下CO的减少。相对于N2O过量的CH4再次导致其不完全氧化并产生CO。在曲线图上，在排气中期望的200 ppm的CO水平处画一条虚线。通过在排气中采用红外光谱仪120，且反馈回路使用控制器120来控制甲烷流量控制器(未示出)，可以选择排气中存在的CO水平，从而优化NOx的形成并最大化N2O的消除。
图8示出了CH4不同添加量下N2O消除产生的NOx产量。这种不想要的副产物的产量随着N2O流量和喷射流量而变化，曲线图上的虚线指示当排气中CO浓度为200 ppm时的NOx产量。
图9示出了在燃料不同添加量下N2O的消除率效率(DRE)。虚线示出了添加足够的CH4以使排气中的CO达到200 ppm所产生的DRE。因此，可以找到在N2O的有效消除与NOx产生之间的良好折衷的条件。可以根据这些参数的相对重要性(例如，低NOx对低CO)来选择排气中CO的其它目标浓度。
图10示出了为实现排气中200 ppm的一氧化碳和N2O的DRE所需添加的CH4的变化。像前面的实施例一样，这证明了使用CO传感器对添加的试剂气体进行反馈控制以优化消减的可行性。
消减优化-一氧化二氮
图11是概述当优化燃烧室30内的操作条件以处理含有一氧化二氮混合物的流出物流时，控制器120执行的主要步骤的示意流程图。
在步骤S10，流出物流在燃烧室30内被处理，控制器30提供默认或预设量的燃料和氧化剂(在此示例中为空气)。加工进行到步骤S11。
在步骤S11，通过红外光谱仪130确定排气中的CO量。加工进行到步骤S12。
在步骤S12，控制器120确定由红外光谱仪130测量的排气中的CO量是否超过阈值。在此示例中，阈值是200 ppm，但是应当理解，可以使用其他阈值。如果排气中的CO量高于阈值，则加工进行到步骤S13。如果排气中的CO量不高于阈值，则加工进行到步骤S14。
在步骤S13，控制器120降低燃料与氧化剂的比率，氧化剂在此示例中为N2O。在此示例中，这是通过减少供应给燃烧室30的燃料量来实现的。加工返回到步骤S12。
在步骤S14，控制器120增加燃料与氧化剂的比率，氧化剂在此示例中为N2O。在此示例中，这是通过增加供给燃烧室30的燃料量来实现的。加工返回到步骤S12。
如上面所提到的，从图7中可以看出，通过这种方案，燃烧室30的操作条件可以被调整以遵循图示的曲线，以将排气中存在的CO量降低到阈值量以下，这优化了N2O混合物的消减。应当理解，在其他实施例中，可以使用自适应算法。
消减-TEOS
一个实施例提供了一种使用排气传感器来优化原硅酸四乙酯消减的方法。未完全消减TEOS的一个主要指标是一氧化碳的形成。使用合适的传感器(例如，通过使用红外光谱仪130的红外光谱测定法)监测排气中的CO浓度，并相应地调整添加的氧气以实现期望的量。
许多半导体制造商使用变压吸附器从空气中提取氧气，得到的纯度通常为90-95%。理想地，这可以被监测并用于相应地调整喷射流量。这很难准确和以及时方式完成；因此，调整喷射流量以实现排气中CO极限值的策略适应未知纯度的氧气。
原硅酸四乙酯，正式命名为四乙氧基硅烷，缩写为TEOS，是一种化学式为Si(OC2H5)4的化合物。TEOS是一种无色挥发性液体，在水中会降解。TEOS是原硅酸Si(OH)4的乙酯。它是在半导体制造中广泛用于在晶片上沉积二氧化硅涂层的最普遍的硅醇盐。
尽管TEOS与甲基酯类似物Si(OCH3)4相比毒性较低，但其向环境中的释放是不希望的。TEOS很容易被水水解成水合二氧化硅和乙醇，但这往往会产生泡沫，因此不建议湿法洗涤TEOS。
根据以下方程式，TEOS是可燃的:
Si(C2H5O)4 + 12 O2 = SiO2 + 8 CO2 + 10 H2O
在实践中，TEOS难以点燃，需要点火源如火焰，并且通常在燃烧前与氧气混合。氧气不足将导致不完全燃烧，并导致燃烧器的疏放罐起泡。过量的氧气是对资源的浪费。通常，供应到消减设备的氧气的纯度是未知的，因此预知进入的TEOS流量以设定合适的氧气流量是不够的。实施例提供了推导最佳氧气添加速率的方法。
图12是甲烷(CH4)和NOx排放作为围绕喷嘴50的同心甲烷燃料的函数的曲线。在这个阶段不使用TEOS，NOx出现在排气中的点用于确定足以在这些条件下形成稳定火焰的喷嘴50周围的最少甲烷。这是喷嘴氮气负荷的函数，如图13所示。意味着具有负截距的线性关系，尽管所需的燃料量很可能在较低水平达到平稳状态。通过这种方式，可以建立同心的甲烷流量以适应操作参数。
已经建立了稳定喷嘴50周围的火焰所需的甲烷，可以考虑消减TEOS所需的氧气量。取图14中呈现的数据(对于600 slm N2和增加的TEOS )，排气中100 ppm的任意(目标阈值)CO水平可用于定义在三种不同O2量下的极限消减能力。图15示出了不同喷嘴氮气负荷的这些极限。
虽然每个流率只有3个点，但300 slm和600 slm的结果似乎都位于一条直线上，每种情况下的斜率分别为每克TEOS，1.19和1.11升O2。TEOS完全燃烧的化学计量式如前面所给出。因此，1摩尔TEOS需要12摩尔O2。由于TEOS的分子量是208.33克/摩尔，那么1克TEOS需要12 ×22.4 /208.33升氧气。这是每克TEOS 1.29升，接近图15中直线的斜率。
因此，可以定义用于消减氮气中TEOS的参数集合:
CH4 (同心，以slm 为单位)= 0.064喷嘴N2（以slm为单位）–5.2
O2 (喷枪，以slm 为单位)= 1.15克/分钟的TEOS+(喷嘴N2，以slm为单位)/10-15
实际上，虽然氮气流量是已知且稳定的，但TEOS流量通常是未知的，此外，可用于消减设备的氧气的纯度小于100%。为了克服这一点，一氧化碳传感器(例如红外光谱仪130)被用于通过简单地调整其设定值直到排气中的CO达到期望阈值量来获得适当的氧气流量水平。
消减优化-TEOS
图16是概述当优化燃烧室30内的操作条件以处理含有TEOS混合物的流出物流时，控制器120执行的主要步骤的示意流程图。
在步骤S20，流出物流在燃烧室30内被处理，控制器30提供默认或预设量的燃料和氧化剂(在此示例中为氧气)。加工进行到步骤S21。
在步骤S21，通过红外光谱仪130确定排气中的CO量。加工进行到步骤S22。
在步骤S22，控制器120确定由红外光谱仪130测量的排气中的CO量是否超过阈值。在此示例中，阈值是100 ppm，但是应当理解，可以使用其他阈值。如果排气中的CO量高于阈值，则加工进行到步骤S23。如果排气中的CO量不高于阈值，则加工进行到步骤S24。
在步骤S23，控制器120增加氧化剂与燃料的比率。在此示例中，这是通过增加供应给燃烧室30的氧气量来实现的。加工返回到步骤S22。
在步骤S24，控制器130降低氧化剂与燃料的比率。在此示例中，这是通过减少供应给燃烧室30的氧气量来实现的。加工返回到步骤S22。
如上面所提到的，从图14中可以看出，通过这种方案，燃烧室30的操作条件可以被调整成遵循图示的曲线，以将排气中存在的CO量降低到阈值量以下，这优化了TEOS混合物的消减。应当理解，在其他实施例中，可以使用自适应算法。
因此，可以看出，实施例使用专用于CO的传感器来控制添加的氧化剂或添加的燃料，CO是不完全燃烧的副产物。在N2O消减的情况下，实施例使用CO水平来达到DRE与NOx产量之间的折衷。
尽管在此已经参照附图详细公开了本发明的说明性实施例，但是应当理解，本发明不限于精确的实施例，并且在不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对其进行各种改变和修改。
附图标记
10 消减设备
20 有小孔的燃烧器
30 燃烧室30
40入口管道
50喷嘴
60中心喷枪
70同轴环
80, 90增压室
100燃料入口
110燃料/氧化剂入口
120控制器
130红外光谱仪。

Claims (16)

1.一种优化消减设备中的操作条件的方法，所述消减设备被配置成处理来自半导体加工工具的流出物流，所述方法包括:
确定当处理所述流出物流时由所述消减设备产生的一氧化碳的浓度；以及
响应于所述一氧化碳浓度，调整所述消减设备的操作参数。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定包括测量所述消减设备的排气中存在的所述一氧化碳的浓度。
3.根据权利要求1或2的方法，其中所述确定包括用红外光谱仪测量所述一氧化碳的浓度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述操作参数包括燃料/氧化剂比率。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括改变所述燃料/氧化剂比率以降低所述一氧化碳的浓度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括确定改变所述燃料/氧化剂比率是否会降低所述一氧化碳的浓度，如果是，则保持这种变化。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括确定改变所述燃料/氧化剂比率是否会增加所述一氧化碳的浓度，如果是，则逆转这种变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括改变所述氧化剂的供应。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括增加所述氧化剂供应，确定所述一氧化碳的浓度是否增加，如果增加，则减少所述氧化剂的供应。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括减少所述氧化剂供应，确定所述一氧化碳的浓度是否增加，如果增加，则增加所述氧化剂的供应。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括确定改变所述燃料/氧化剂比率是否使所述一氧化碳的浓度向阈值量降低，如果是，则保持这种变化。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括确定改变所述燃料/氧化剂比率是否将所述一氧化碳的浓度降低到阈值量以下，如果是，则逆转这种变化。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括改变所述燃料的供应。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括确定所述一氧化碳的浓度是否高于所述阈值量，如果是，则减少所述燃料的所述供应。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述调整包括确定所述一氧化碳的浓度是否低于所述阈值量，如果是，则增加所述燃料的所述供应。
16.一种用于优化/调整消减设备中的操作条件的设备，所述消减设备被配置为处理来自半导体加工工具的流出物流，所述设备包括:
传感器，所述传感器被配置成确定当处理所述流出物流时由所述消减设备产生的一氧化碳的浓度；以及
控制器，所述控制器可操作以响应于所述一氧化碳的浓度来调整所述消减设备的操作参数。
CN202080076980.7A 2019-11-05 2020-11-03 消减设备中操作条件的优化 Pending CN114599918A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB1916069.6A GB2588775A (en) 2019-11-05 2019-11-05 Optimising operating conditions in an abatement apparatus
GB1916069.6 2019-11-05
PCT/GB2020/052779 WO2021089993A1 (en) 2019-11-05 2020-11-03 Optimising operating conditions in an abatement apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114599918A true CN114599918A (zh) 2022-06-07

Family

ID=69058968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080076980.7A Pending CN114599918A (zh) 2019-11-05 2020-11-03 消减设备中操作条件的优化

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20220373175A1 (zh)
EP (1) EP4055326A1 (zh)
JP (1) JP2023500867A (zh)
KR (1) KR20220091590A (zh)
CN (1) CN114599918A (zh)
GB (1) GB2588775A (zh)
IL (1) IL292649A (zh)
TW (1) TW202129200A (zh)
WO (1) WO2021089993A1 (zh)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5518705A (en) * 1994-08-22 1996-05-21 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for the two-stage selective oxidation of carbon monoxide in a hydrogen-containing gas mixture
GB9608061D0 (en) 1996-04-16 1996-06-19 Boc Group Plc Removal of noxious substances from gas streams
US6499412B2 (en) * 2000-09-15 2002-12-31 Rohm And Haas Company Method of firebox temperature control for achieving carbon monoxide emission compliance in industrial furnaces with minimal energy consumption
GB0509163D0 (en) 2005-05-05 2005-06-15 Boc Group Plc Gas combustion apparatus
EP2300748B1 (de) * 2008-04-22 2016-10-26 Basf Se Verfahren zur regelung der zugabe eines zusatzbrennstoffs
DE102011114292A1 (de) * 2011-09-23 2013-03-28 Eisenmann Ag Thermische Nachverbrennungsanlage sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen
DE102017212322A1 (de) * 2017-07-19 2019-01-24 Thyssenkrupp Ag Verfahren und System zum Reinigen eines Gasstroms

Also Published As

Publication number Publication date
GB201916069D0 (en) 2019-12-18
TW202129200A (zh) 2021-08-01
WO2021089993A1 (en) 2021-05-14
JP2023500867A (ja) 2023-01-11
IL292649A (en) 2022-07-01
US20220373175A1 (en) 2022-11-24
GB2588775A (en) 2021-05-12
EP4055326A1 (en) 2022-09-14
KR20220091590A (ko) 2022-06-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8668868B2 (en) Methods and apparatus for smart abatement using an improved fuel circuit
US7494633B2 (en) Gas abatement
MX2008015641A (es) Metodo y aparato para la remocion de fluor de una corriente de gas.
EP2986356B1 (en) Extended or multiple reaction zones in scrubbing apparatus
KR102277236B1 (ko) 방사 버너
KR20100072340A (ko) 실리콘의 에칭 방법
US20220010960A1 (en) Abatement
CN114599918A (zh) 消减设备中操作条件的优化
US10030871B2 (en) Combustion monitoring
KR102315105B1 (ko) 공정 가스 저감
WO2019171067A1 (en) Abatement by combustion
JP2003056828A (ja) 燃焼式除害装置
US20220362711A1 (en) Optimising operating conditions in an abatement apparatus
JP7519049B1 (ja) フレアガス燃焼処理システム
WO2002101293A1 (fr) Procede de traitement des gaz d'echappement et dispositif de traitement
JPH0324225A (ja) 連続加熱炉の酸素富化燃焼方法
JP2009109138A (ja) 排ガス処理装置および排ガス処理方法
JPH11274150A (ja) 水蒸気流量の制御方法
KR20050011367A (ko) 피드 파이프형 배기가스 믹싱장치
KR20100025927A (ko) 가열로의 질소산화물 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination