CN1160146A - 废气处理系统 - Google Patents

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Abstract

一个废气处理系统(10)设置有一个设置在形成排气管路41的前、后排气管(42，43)之间的微粒分离装置。微粒分离装置(20)包括一个确定气腔(22)的气体容器；及一个设置在气腔(22)中的废气引导件(31)，该件具有确定一个内部空间且设置有开口的引导壁(32，33)，通过这些开口，内部空间与气腔(22)相互连通，废气引导件(31)的引导壁(32，33)使排入气腔(22)的废气在垂直、回转流中流动。

Description

废气处理系统
本发明涉及一个废气处理系统，该系统具有一个能使从一个半导体器件制造系统排出的废气变为无害的废气处理设备。
参见图10(A)，用于，例如，由一个半导体器件制造系统来进行的CVD方法中的反应气体，如硅烷气(SiH4)，胂气(AsH3)和膦气(PH3)从半导体器件制造系统被排出并输送给废气处理系统10P。废气处理系统10P使废气变为无害。
废气处理系统10P具有一个通过排废线41与半导体器件制造系统1相连的废气处理装置11，以及通过吸气管45与废气处理装置11相连的鼓风机51，比如，一台吸气设备。当鼓风机51运行时，废气从半导体器件制造系统1被吸入废气处理装置11，且通过废气处理装置11使废气变为无害。
更具体地，废气处理装置处理废气，从而使废气的有害气体浓度被降低到一个容许浓度，比如TLV，一个环境质量标准以下。废气处理装置11可以是使用吸收剂的干性系统，使用水淋浴等的湿性系统，或是焚化废气的焚化系统。通常采用使用焚化系统的废气处理装置来处理含有有害气体的废气，这些有害气体如采用使用干性系统或湿性系统的废气处理装置不能令人满意地被去除。使用焚化系统的废气处理装置被用来使废气中的胂气(AsH3)浓度下降到0.05ppm的环境质量标准或更低，使膦气(PH3)浓度下降到0.3ppm的环境质量标准或更低。
如图10(B)所示，一个具有一个使用焚化系统的废气处理装置11′的废气处理系统10P′被设置了一个附加的气体处理装置19，如一个去除气体，如HF和HCl气体的涤气器，这些气体是当废气在使用焚化系统的废气处理11′中燃烧时所生成的。
有时，在如图10(A)所示的半导体器件制造系统1中，氧气(O2)和硅烷(SiH4)反应生成SiO2粉末，且通过排废线41流入废气处理装置11的废气含有SiO2粉末。
SiO2粉末积聚在排废线41中且阻碍了废气通过排废线41进入废气处理装置11的平稳流动。结果使废气处理装置11的有害气体去除效率显著降低。
当采用废气处理系统10P′时，硅烷在使用焚化系统的废气处理装置11′中被氧化且生成SiO2粉末。SiO2粉末易于积聚在吸气管45中，从而大大地恶化了辅助气体处理装置19的性能。
当SiO2粉末过多地积聚在排废线41(吸气管45)中时，半导体器件制造系统1和废气系统10P(10P′)被停机，且排废线41(吸气管45)和废气处理装置11(11′)必须被拆开进行清洁，这就大大降低了半导体器件制造系统1的生产效率。
设置有使用干性系统或湿性系统的废气处理装置11的废气处理系统10P在排废线41中设有一个过滤器(未示出)，而且设置有使用焚化系统的废气处理装置11′的废气处理系统10P′在吸气管45中设有一个过滤器(未示出)。
然而，在一个较短的时间内过滤器即被粉末堵塞，因此，半导体制造系统1需要经常停机来更换过滤器。
在废气处理系统10P中，在通过处理废气而沉积下来的粉末沉积物中残留的易爆废气有可能与大气中的氧反应，并且当处理粉末沉积物时造成意外的爆炸。因此，有必要建立安全处理粉末沉淀物的技术。
因此，本发明的第一个目的是提供一种废气处理系统，该系统能平稳地清洁从半导体器件制造系统排出的废气，或者平稳地清洁从一个使用焚化系统的废气处理装置排出的废气，也即在不停止半导体器件生产系统的运行从而造成一段延长的操作时间的情况下，通过从废气中分离出粉末来进行的。本发明的第二个目的是提供一种废气处理系统，该系统能安全地处理由有害气体分离方法所生成的粉末。
根据本发明的第一方面，一个废气处理系统包括一个采用干性系统或湿性系统并通过废气排出管路与一个半导体器件制造系统相连的废气处理设备；以及一个通过吸气管路与废气处理设备相连的吸气设备，该设备将废气从半导体器件制造系统吸入废气处理设备，其中，废气排出线是由一根前排气管和一根后排气管形成的；一个设置在前、后排气管之间的微粒分离装置，该装置能够从废气中分离和去除包含在废气中的微粒，该微粒分离装置具有一个确定一个气腔的气体容器，该气腔被用来容纳包含微粒且通过前排气管的一个后端排出的废气；和一个设置在气腔中的废气引导件，该件具有确定一个内部空间且设置有开口的引导壁，通过这些开口，内部空间与气腔相互连通，形成废气引导件的引导壁是为了引导当吸气设备在运行时通过前排气管的后端排入气腔的废气，从而使废气在气腔中在垂直、回转流中流动。
当吸气设备被驱动运行并通过引导件的开口吸入废气时，从半导体器件制造系统排出的废气通过前排气管被吸入气腔。废气常常含有在半导体器件制造系统中生成的微粒，比如SiO2微粒。由于引导件的引导壁，废气因此在垂直、回转流中流动。
如果废气含有微粒，由于惯性，微粒不与废气一起回转，而是从垂直、回转气流中分离出来且落下。由于废气在垂直、回转流中流动，微粒相互碰撞结合形成微粒团(aggregates)，其质量大于单个微粒的质量。由于这些大质量微粒团的惯性(离心力)较大，在气腔中，微粒团在初始回转阶段就很快落下了。
这样，由于废气在垂直、回转的气流中流动，废气中含有的微粒被强制地分离并沉积在气腔的底部，而从废气中分离和去除微粒后所生成的气体通过引导件的开口被吸入废气处理设备。
这样，废气排出管路，更确切地说，后排气管和废气处理设备将不会被微粒堵塞。由于设置微粒分离装置就是为了不被微粒堵塞，废气中含有的微粒可以在半导体器件制造系统不停机并且延长了的连续运行时间内从废气中被有效地分离和去除。
根据本发明的第二个方面，一个废气处理系统包括一个采用焚化系统的废气处理设备，该设备通过废气排出管路与一个半导体器件制造系统相连；以及一个通过吸气管路与废气处理设备相连的吸气设备，该设备将废气从半导体器件制造系统吸入废气处理设备，其中，废气排出管路是由一根前排气管和一根后排气管形成的；一个设置在前、后排气管之间的微粒分离装置，该装置能够从废气中分离和去除包含在废气中的微粒，该微粒分离装置具有一个确定一个气腔的气体容器，该气腔被用来容纳包含微粒且通过前排气管的一个后端排出的废气；和一个设置在气腔中的废气引导件，该件具有确定一个内部空间且设置有开口的引导壁，通过这些开口，内部空间与气腔相互连通，形成废气引导件的引导壁是为了引导当吸气设备在运行时通过前排气管的后端排入气腔的废气，从而使废气在气腔中在垂直、回转流中流动。
根据本发明的第二方面的废气处理装置，与根据本发明的第一方面的装置相似，能够确实地在半导体器件制造系统不停机且在延长了的连续运行时间内从废气中分离和去除由采用焚化系统的废气处理设备所生成的微粒，比如SiO2微粒。
根据本发明的第三方面，废气处理系统进一步包括一个具有一个微粒接受单元的微粒容器，该容器通过一根连接管可拆卸地与微粒分离装置的微粒排出单元相连，分别设置在微粒分离装置的微粒排出单元和微粒容器的微粒接收单元上的阀门，和一个气体替换设备，该设备采用一种惰性气体来取代连接管和微粒容器中的气体，从而将把惰性气体密封在其中的微粒容器与微粒分离装置分离开，以便进行处理。
阀门被打开，从而将收集在微粒分离装置的气腔中的微粒输送给微粒容器。当收集并储存在微粒容器中的微粒被处理时，设置在微粒容器的微粒接收单元中的阀门保持开启状态，而设置在微粒分离装置的微粒排出单元中的阀门被关闭，操作气体替换设备用一种惰性气体，比如N2气体来取代包含在微粒容器中的气体，关闭设置在微粒容器的微粒接收单元中的阀门，然后，将微粒容器从微粒分离装置上脱开。
由于在用惰性气体替换包含在微粒容器中的气体以及将微粒容器从微粒分离装置上脱开的过程中，阀门被关闭并密封微粒容器，所以微粒不会从微粒容器和微粒分离装置中泄漏。因为在从微粒分离装置上脱开的微粒容器中容纳的是惰性气体，既使微粒容器中所包含的微粒中含有易爆废气，也不会发生意外爆炸的情况，因此，微粒容器能被安全地处理。
从下面结合附图所进行的描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加明显，其中：
图1为描述根据本发明第一实施方案的一个视图；
图2类似地为说明引导件和前排气管的一端之间的位置关系的一个视图；
图3类似地为说明微粒分离装置结构的一个侧视剖面图；
图4类似地为说明确定在引导件表面上的开口的一个剖面图；
图5类似地为辅助说明由于回转气流造成微粒下降的原理的一个视图；
图6类似地为第二实施方案的一个视图；
图7类似地为表示有多个微粒分离装置的方案的一个视图；
图8类似地为表示引导件的改进的一个视图；
图9类似地为表示将微粒容器连接到气体容器上去的连接机构的一个视图；且
图10类似地为表示常规废气处理系统结构的一个说明图。
第一实施方案
在根据本发明第一实施方案中的废气处理系统10将参考图1至4进行描述，其中与图10中所示的常规废气处理系统中相似或对应的部分将用相同的参考符号来表征，且省略对其的描述。
图1至4所示的第一实施方案中的废气系统10在基本结构上与参考图10所描述的常规废气处理系统是类似的。该废气处理系统设置有一个微粒分离装置20，该装置设置在一个前排气管42和一个后排气管43之间，从而形成一个废气排出管路41。微粒分离装置20使废气在回转流中流动，从而分离包含在废气中的微粒，比如SiO2微粒。
如图1所示，前排气管42具有一个垂直向上弯曲的端部分42a，另一个端部分42b与半导体器件制造系统1相连。后排气管43具有一个端部分43a与包括在微粒分离系统装置20中的引导件31(后面描述)相连，另一端部分43b与采用干性或湿性系统的废气处理装置11相连。
微粒分离装置20具有一个确定气腔22的气体容器21，一个引导件31，和一个吸气设备51。
废气通过前排气管42的端部分42a被排入气体容器21的气腔22中。如图3和9所示，一个微粒排出单元26被连接到气体容器21的底壁23上。收集在气腔22中的微粒，比如SiO2微粒，通过微粒排出单元26被排出了。
微粒容器28的一个微粒接收单元28a通过一根连接管29，比如一根柔性管，与微粒排出单元26可拆卸地连接。微粒容器28的微粒接收单元28a可以直接与微粒排出单元26相连。
气体容器21的微粒排出单元26设置有一个阀门27A，且微粒容器28的微粒接收单元28a设置有一个阀门27B。
废气处理系统10具有一个气体替换装置60，用来以惰性气体，比如N2气替换微粒容器28中包含的气体。
气体替换装置60包括一个惰性气体供应单元60A，用来将惰性气体输入到微粒容器28中；一个回气管路60B，用来将微粒容器28中所含有的气体送回前排气管42中去。
惰性气体供应单元60A具有一根惰性气体输送管61，该管的一端在阀门27A下面的一个位置与微粒排出单元26相连，而另一端与一个惰性气体源(未示出)相连，以及一个设置在惰性气体输送管61中的阀门62。气体替换装置60通过柔性连接管29等将一种惰性气体(N2气)输送到微粒容器28中。
回气管路60B具有一个回气管65B，其低端与微粒容器28相连，高端与前排气管42相连，以及设置在回气管65中间的阀门66和67。气体从微粒容器28回到前排气管42。在69处所标注的是一个气压计，用来指示微粒容器28中的压力。
参见图2，引导件31被设置在由气体容器21确定的气腔22的上部分中，且具有沿着一个纵向边缘36结合在一起的一对底壁32和33，从而形成一个V型截面的底部，还设置有开口34，通过这些开口，引导件31的内部空间35与气腔22相通。如图2-4所示，引导件31具有加强肋38。内部空间35通过后排气管43与废气处理装置11相连。引导件31设置有在其V型下部分的边缘36，其延伸平行于前排气管42的端部分42a的开口端，以及底壁32和33的引导表面，底壁32和33相对于一个垂直面以相同的倾角θ1和θ2(比如θ1＝θ2＝37°)倾斜，该垂直面包含前排气管42的端部分42a的纵轴。
当吸气设备51运行时，废气被吹送通过前排气管42的端部分42a且对着引导件31的底壁32和33的引导表面。结果，废气由于引导件31的底壁32和33的引导面而偏转，从而在气腔22中的垂直、回转流中流动。
如图4所示，引导件31的开口34是以预先确定的间隔形成在底壁32和33的几个部分的狭缝，除了底壁32和33各自的中间部分以外。这些开口可以是通孔。
当吸气设备51被驱动运行时，气体通过引导件31的开口34、后排气管43、废气处理装置11和吸气管45从气腔中被吸出来。
废气处理系统10的操作将在下面进行描述。吸气设备51被驱动并通过引导件31的开口34将气体从微粒分离装置20的气腔22中吸出来。结果，在气体通过前排气管42的另一端部分42b被吸抽后，由半导体器件制造系统1所使用的废气，比如SiH4气体等，通过前排气管42的端部分42a被排入气腔22。有时，废气含有半导体器件制造系统1生成的微粒，比如SiO2微粒。
这样排入气腔22的废气由于引导件31的底壁32和33的引导面而偏转，从而在气腔22中在垂直、回转流J1和J2中流动。
如图5所示，如果废气含有微粒P，当微粒P沿垂直、回转流J1和J2运动时，一个离心力F作用在每个微粒P上。在垂直、回转流J1和J2的下部分中，离心力F的垂直分量Fv增加了，每个微粒P不能与废气一起流动，因为离心力F的垂直分量和其本身的重量W都使其往下运动，最后，微粒P从垂直、回转流J1和J2中被分离出来并被收集在气腔的底部。
当微粒P在垂直、回转流J1和J2中流动时，微粒P相互碰撞，一些微粒P粘结形成微粒P的团。由于微粒P的团的质量大于单个微粒P的质量，并且作用于微粒P的团上的离心力大，所以微粒P从废气中的分离被加速了。
这样，当废气在气腔22中的垂直、回转流J1和J2中流动时，微粒P从废气中被分离出来并沉积在气腔22的底部，而不含微粒P的废气通过引导件31的开口34流入废气处理装置11。
虽然，沿着引导件31的底壁32和33的引导表面流动的垂直、回转废气流的上部分能流过引导件31的开口34，但质量大于废气质量的微粒P不能通过垂直、回转流J1和J2。因此，既使没有被分离出来的轻微粒由于垂直、回转流J1和J2移动并靠近开口34，但这些微粒不会流过开口34。
打开阀门27A和27B从而将沉积并收集在气腔22中的微粒P通过柔性连接管29排入微粒容器28中。
当收集在微粒容器28中的微粒P被处理时，阀门27A被关闭，阀门27B保持开启状态，然后通过气体替换装置60将微粒容器28和柔性连接管29中所含的气体用一种惰性气体(N2气)替换。
当气体用惰性气体来替换时，阀门66和67被打开，然后，惰性气体供应单元60A被启动且将惰性气体(N2气)输入到微粒容器28和柔性连接管29中去。结果，由于惰性气体，微粒容器28和柔性连接管29中含有的气体被强迫流过阀门66，管65以及回气管路60B的阀门67进入前排气管42。这样，微粒容器28和柔性连接管29中所含有的气体就被惰性气体(N2气)替换了。
然后，微粒容器28的微粒接收单元28a从柔性连接管29脱开，且阀门66被关闭并，与回气管65脱开。
由于惰性气体(N2气)被密封在与微粒分离装置20分离后的微粒容器28中，既使在微粒容器28中的微粒含有易爆废气，意外爆炸等将不会发生，这样，微粒能被安全地处理。
含有微粒的微粒容器28通过下列步骤被卸空。与微粒分离装置20分离后的微粒容器28被运到预先确定的废物处理场地。一个具有流量调节阀的空气供应装置(jig)(未示出)与微粒容器28的微粒接收单元28a的阀门27B相连。该具有一个流量调节阀的空气供应装置能以一个低的流速供应空气并且能调整空气中的氧浓度。
接着，空气以一个低的流速被输送到微粒容器28中，监控微粒容器28内部的温度。如微粒容器28内部的温度趋于升高，温度一直被监控直到温度停止升高，且空气的流速被调节或空气中的氧的浓度被降低。如微粒容器28的内部温度一点也不升高或者开始升高，然后下降并稳定在一个低的温度，那么，空气被连续地输入，从而用空气充满微粒容器28。
在微粒容器28被用空气充满后，空气供应装置从微粒容器28上被撤去，然后将微粒P从微粒容器28中清除。这样，微粒P能够被安全地处理。
如上面提及，在本实施方案的废气处理系统中，微粒分离装置20被设置在废气排出管路41的前排气管42和后排气管43之间，而废气垂直、回转流J1和J2生成于微粒分离装置20之中，以此从废气中将微粒分离出来，废气排出管路41，更明确地，废气排出管路41的后排气管43和废气处理装置11不会被微粒P堵塞，而微粒分离装置20的设计就是为了不被微粒所堵塞。因此，废气中所含的微粒能保证从废气中被分离出来，并在不中断半导体器件制造系统1的运行且在一个延长了的运行时间内使废气能够得到有效的处理从而从废气中去除有害气体。
由于引导件31具有一对底壁32和33来形成引导表面，可以在气腔22中生成二个垂直、回转流J1和J2，且由此能进一步缩短所需的废气处理时间。由于通过气体替换装置60，微粒容器28中所含的可能会爆炸的气体被惰性气体取代，在没有微粒容器28意外爆炸危险的情况下，微粒容器28能够与微粒分离装置20分离。在微粒容器28与微粒分离装置20分离后，通过采用具有流量调节阀的空气供应装置，微粒容器28中所含的微粒能够被安全地从微粒容器28中清除。
第二实施方案
根据本发明的第二实施方案中的废气处理系统10′将参考图6进行描述，其中与图1至图4中所示的废气处理系统10中的部分相似或对应的部分将采用相同的符号进行表征且省略其描述以避免重复。
废气处理系统10′具有一个采用焚化系统的废气处理装置11′，该装置通过一根废气排出管路41与一个半导体器件制造系统1相连；通过前气管46与废气处理装置11′相连的微粒分离装置20′；以及通过后气管47与微粒分离装置20′相连的吸气设备51。由废气处理装置11′生成的微粒(SiO2微粒)由微粒分离装置20′来去除。废气处理系统10′设有微粒容器和一个气体替换装置(未示出)，它们与第一实施方案中的废气处理系统10中的微粒容器28和气体替换装置60相似。
更具体地，微粒分离装置20′设置在形成吸气管路45的前气管46和后气管47之间。
微粒分离装置20′具有一个确定一个气腔22的气体容器21，用来接收含有微粒且从前气管46的一个端部分46a排出的气体，一个设置在气腔22中且通过后气管47与吸气设备51相连的引导件31。引导件31具有形成引导表面且设置有开口34的底壁32和33。当废气被吹送通过前气管46的端部分46a且对着引导件31，底壁32和33的引导表面使气体偏转，从而使气体在气腔22中在垂直、回转流J1和J2中流动。
在不停止半导体器件制造系统1的一个延长了的运行时间内，由采用焚化系统的废气处理装置11′生成的微粒，如SiO2微粒，可以通过微粒分离装置20′保证有效地被从气体中分离并去除。
第一和第二实施方案中的废气处理系统可以具有多个象微粒分离装置20那样的微粒分离装置，从而达到更有效的微粒分离操作。
作为例子，如图7所示，气体排出管路可以由前排气管42A，中间排气管42B和后排气管42C来形成，而微粒分离装置20可以分别设置在前排气管42B和后排气管42C之间。类似地，例如，两个微粒分离装置20′可以设置在气体排出管路41上。
尽管在前面的实施方案中采用的引导件具有两个形成V型引导表面的底壁32和33，引导表面可以以任何形状来形成，只要造成通过排出管42(46)的端部分42a(46a)吹送的废气(气体)在回转流中流动即可。例如，引导件31可以只有一个形成一个引导表面的底壁，比如32，从而减小气体容器21的水平尺寸。
如图8(A)所示，具有一个圆锥引导表面32的引导件31，或者，如图8(B)所示，具有一个棱锥引导表面32的引导件31可以被采用。如图8(C)所示，还可以采用具有一个形成一个水平引导表面的底壁32的引导件31，且将排气管42(46)的端部分42a(46a)倾斜于引导件31的水平引导表面设置，从而生成回转流。
尽管本发明已在带有某些程度的特殊性的情况下以其优选的形式被描述了，显然，其中可以进行许多改变和变化。因此，可以理解的是，在不偏离其范围和实质的情况下，本发明的实施可以与这里所进行的具体描述不同。

Claims (3)

1、在一个废气处理系统(10)包括：
一个采用干性系统或湿性系统并通过废气排出管路(41)与一个半导体器件制造系统相连的废气处理设备，和一个通过吸气管路与废气处理设备相连的吸气设备，该设备将废气从半导体器件制造系统(1)吸入废气处理设备；
其改进包括一个设置在形成废气排出线(41)的前、后排气管(42，43)之间的微粒分离装置(20)，该装置能够从废气中分离和去除包含在废气中的微粒，所述的微粒分离装置(20)包括：
一个确定气腔(22)的气体容器，该容器被用来容纳包含微粒且通过前排气管(42)的后端部分(42a)排出的废气；及
一个设置在气腔(22)中的废气引导件(31)，该件具有确定一个内部空间且设置有开口的引导壁(32，33)，通过这些开口，内部空间(35)与气腔(22)相互连通，形成废气引导件(31)的引导壁(32，33)是为了引导当吸气设备在运行时通过前排气管(42)的后端排入气腔(22)的废气，从而使废气在气腔(22)中在垂直、回转流中流动。
2、在一个废气处理系统(10)中包括一个采用焚化系统的废气处理设备，该设备通过废气排出管路(41)与一个半导体器件制造系统(1)相连；以及一个通过吸气管路与废气处理设备相连的吸气设备，该设备将废气从半导体器件制造系统吸人废气处理设备；
其改进包括一个微粒分离装置(20’)，该装置能够从废气中分离和去除包含在废气中的微粒，该装置被设置形成吸气管路的前、后排气管之间，所述的微粒分离装置(20’)包括：
一个确定气腔(22)的气体容器(21)，该容器被用来容纳包含微粒且通过前排气管的后端排出的废气；以及
一个设置在气腔(22)中的废气引导件(31)，该件具有确定一个内部空间且设置有开口的引导壁(32，33)，通过这些开口，内部空间与气腔(22)相互连通，形成废气引导件(31)的引导壁(32，33)是为了引导当吸气设备在运行时通过前排气管(42)的后端排入气腔(22)的废气，从而使废气在气腔(22)中在垂直、回转流中流动。
3、根据权利要求1的废气处理系统(10)进一步包括：
一个具有微粒接受单元的微粒容器(28)，该容器通过连接管可拆卸地与微粒分离装置(20)的微粒排出单元(26)相连，
分别设置在微粒分离装置的微粒排出单元(26)和微粒容器(28)的微粒接收单元(28a)上的阀门，以及
一个采用一种惰性气体来取代在连接管和微粒容器(28)中所容纳的气体的气体替换设备，该设备在将微粒容器(28)从微粒分离装置(20)上脱开并对微粒容器(28)中所含的微粒进行处理之前，用一种惰性气体来取代在微粒容器(28)中原来所容纳的气体并将惰性气体密封在微粒容器(28)中。
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