CN1882398B - 排气处理 - Google Patents

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Abstract

一种用于到湿式洗涤器或者其他装置的入口管道(14)的附件(10)包括具有开口端(18)的套筒(16)，该开口端适合于可拆卸地连接到所述入口管道(14)的法兰端(12)。轴(30)可在所述套筒(16)内移动，并且刮刀(34)附装到所述轴(30)的一端上。轴(30)形成附装到套筒(16)另一端上的气压缸(40)的一部分。在使用中，轴(30)被往复移动以使得刮刀(34)移除管道(14)内沉积的微粒。诸如氮气或干燥空气的加热气体被注入套筒(16)中来防止洗涤液在套筒(16)内凝结，并由此阻止其中的微粒沉积。

Description

排气处理
技术领域
本发明涉及防止管件被阻塞的装置和方法。本发明在减少半导体或平板显示器工业中所用的湿式洗涤器或其他设备的入口被堵塞方面尤为有用。
背景技术
许多半导体工艺使用或者产生固态、可凝结或升华的化合物。例如，低压化学气相沉积氮化硅(LPCVD氮化物)工艺往往使用氯代硅烷(例如二氯硅烷或三氯硅烷)和氨水来产生均匀的氮化硅层，以使衬底绝缘。这些工艺往往产生非常厚的氮化硅膜，因此需要很长的沉积周期，通常3到8小时。结果，作为此工艺的副产品而产生很多粉末。这样的副产品包括氯硅酸铵复合盐，例如六氯硅酸铵，其在大气压下120℃时升华。
当这些材料进入湿式洗涤器的入口时它们冷却，并且可能凝结并与从湿式洗涤器回流的水蒸气反应。例如，六氯硅酸铵可以形成衬垫湿式洗涤器入口的玻璃状沉积。如果允许沉积积聚不中断地持续，其可以完全阻塞入口，导致生产的故障时间和损失。例如，大多数工艺工具制造商(OEM)在离线状态下机械清洁处理室，这允许固体沉积不中断地积聚。
发明内容
在第一方面，本发明提供了一种用于减小管道堵塞的装置，所述装置包括：具有开口端的主体，该开口端适合于可拆卸地连接到所述管道的孔；可在所述主体内相对于所述主体移动的轴；附装到所述轴的一端上的刮擦装置；用于往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述管道中来移除所述管道内沉积的微粒和将所述刮擦装置从所述管道撤回的设备；以及围绕所述主体延伸、用于将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积的设备。
因此，本发明可以确保例如处理工具的排放和到湿式洗涤器或其他设备的入口之间的管道接口基本上保持免于受阻。这可以提高处理工具的可用性，减小维护和运行成本。
优选地在50到200℃范围内，最优选地在80到120℃范围内的温度下将热净化气引入主体中，可以增大从湿式洗涤器回流的水蒸气的分压，由此减小在主体内凝结的风险。这是因为任何凝结的水蒸气将形成冷点并促进材料在主体内的沉积。此外，刮擦装置的外表面可以保持热而干燥，并且可以在主体内维持惰性气氛。
原理上可以使用任何压缩气体。两种通常可用的气体是洁净干燥的空气(CDA)和氮气。氮气是优选的，因为其不会与管道中通常存在的化学物质反应，这与CDA中存在的氧气不同；氧气将与氢化硅反应而形成固态沉积，例如硅烷、二氯硅烷和三氯硅烷。
优选地，注入设备包括用于注入净化气到主体中的一个或多个孔，优选地以最小化在主体内形成涡流的风险的方式；这样的涡流可以促进固体形成。
该装置优选地包括加热设备，其围绕所述主体延伸以将其中温度维持在50到200℃的范围内，优选地在80到150℃的范围内。这也可以有助于防止“冷指”进入主体并加速沉积速率。
原理上机械刮刀可以是当其在管道中移动时从管道壁移除微粒的任何机械装置。但是，如果刮刀是刚性的，坚韧的沉积物可能使得刮刀变形并且损坏轴。所以，优选的实施例是螺旋线圈，因为其先天的柔性和用于清除坚韧沉积物的多个表面。线圈可以采用任何方便的形式，虽然当线圈在管道中移动时通过管道任何一部分的线圈数量越大，清除效率越高。例如，优选实施例使用节距约18mm长度超过110mm的螺旋线圈。刮擦装置优选地由化学惰性而机械稳定的固体材料形成，例如不锈钢。
优选地，移动设备包括附装在轴的另一端上的活塞，活塞在缸内可往复移动。大量的气压缸可从商业途径获得(例如，单向或双向作用、有或没有复位弹簧、有固定或旋转轴)，这些全部都可以使用。优选实施例使用具有旋转轴、磁性活塞和减振端部止动器的双向作用气压缸。没有复位弹簧的双向作用气压缸的优点在于其可以被驱动到缩回位置中并且可以容易克服由进入的处理气体作用于刮刀上的力，在伸出或者缩回期间没有力的损失并且旋转的轴使得螺旋线圈能够切穿非常硬的沉积物。
磁性活塞允许位置指示器(例如舌簧开关)验证缸的位置(伸出或者缩回)，并将此信息反馈回控制系统以确保装置优化地运行。
设置气压减振端部止动器可以防止对驱动轴端部的损坏。驱动轴应当具有足够的机械强度来防止弯曲或其他机械损坏。在优选实施例中，使用实心12mm直径的不锈钢轴，虽然原理上轴可以由任何方便的尺寸或材料形成。
在优选实施例中，驱动行程足以在刮刀的端部不被洗涤液变湿的情况下清洁入口管道的端部，并且至少基本上将刮擦装置从经过入口管道的气流完全缩回。因此，当轴处于完全缩回位置中时刮擦装置优选地至少部分(最优选地充分)容纳在主体内。如果刮刀留在气流中其可能用作管道阻塞的催化剂。例如，在本发明的不同实施例中使用120和250mm的行程。
气压的选择是另一个重要因素。驱动器应当提供足够的力来清除硬且顽固的沉积物而不会损坏其他精密部件。理论上任何正压都可接受，例如0-10bar表压，虽然在实践中发现2-4bar表压就足够了。
在正常操作期间，当刮刀移动到(较冷的)管道中时固体材料可能积聚在驱动轴上。此装置因此优选地包括在轴从管道撤回时防止沉积在轴上的微粒被抽入移动设备内的设备。例如，此装置包括用于在轴的移动期间从所述轴刮擦微粒的刮擦设备，如轴从其穿过的环形密封件。没有额外的刮刀密封件，这些沉积物可能通过驱动器前端密封件被拖回。原理上可以使用任何密封材料；到目前我们已发现PEEKTM(聚醚醚酮)是在承受升高的运行温度的同时最小化轴磨损的最有效材料。
如上所述，此装置在清洁到湿式洗涤器或其他清除装置的入口管道方面尤为有用，并且因此在本发明的第二方面中提供了一种用于减小到湿式洗涤器的入口管道堵塞的装置，所述装置包括：具有开口端的主体，该开口端适合于可拆卸地连接到所述入口管道的孔周围；可在所述主体内相对于所述主体移动的轴；附装到所述轴的一端上的刮擦装置；用于往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述入口管道中来移除所述管道内沉积的微粒和将所述刮擦装置从所述入口管道撤回的设备；以及围绕所述主体延伸、用于将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积的设备。
在第三方面，本发明提供了一种减小管道堵塞的方法，所述方法包括：将附件可拆卸地连接到所述管道的孔，所述附件包括主体、可在所述主体内相对于所述主体移动的轴、和附装到所述轴的一端上的刮擦装置；往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述管道中来移除所述管道内沉积的微粒并将所述刮擦装置从所述管道撤回；以及将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积。
在第四方面，本发明提供了一种减小到湿式洗涤器的入口管道堵塞的方法，所述方法包括：将附件可拆卸地连接到所述入口管道的孔，所述附件包括主体、可在所述主体内相对于所述主体移动的轴、和附装到所述轴的一端上的刮擦装置；往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述入口管道中来移除所述管道内沉积的微粒并将所述刮擦装置从所述入口管道撤回；以及将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积。
结合本发明的装置方面的上述特征可等效地应用到本发明的方法方面，反之亦然。
附图说明
现在将参照附图描述本发明的优选特征，其中：
图1图示了用于减少到湿式洗涤器的入口管道的堵塞的装置示例的剖视图；
图2图示了用于移动图1所示装置的刮刀的气压缸的一个示例的剖视图；和
图3图示了用于移动图1所示装置的刮刀的气压缸的另一个示例的剖视图。
具体实施方式
如图1所示，该装置为附件10的形式，其连接到通向湿式洗涤器的入口管道14的法兰端12，虽然附件10可以附装到要求频繁解除阻塞的任何其他管道的端部。附件10包括具有法兰开口端18的套筒16，法兰开口端18可通过任何适当的装置连接到管道14的法兰端12。例如，作为示例可以使用NW系统19，其包括具有O形环的中心环和将法兰保持在一起的夹具。这样的装配可以提供套筒16相对于入口管道14的定向的完全控制。或者，可以使用一个或多个螺栓将套筒16连接到入口管道14。入口管道14优选地由在80到250℃范围中(最优选在120到170℃范围中)具有高热稳定性的塑料材料形成。适当的材料包括但不限于聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺和聚二氟乙烯。
加热器20围绕套筒16的外部延伸以将套筒16内的温度通常维持在50到200℃的范围内，优选地在80到150℃的范围内。
圆筒形法兰装配件22设置在套筒16的另一端。装配件22设置有注口24，用于从气源(未示出)接收通常以2到10slpm流率注入的热压缩净化气(例如氮气或者清洁干燥的空气)的流。气体在50到200℃范围内(优选地80到120℃范围内)的温度下被注入。注口24与围绕装配件22内孔定位的螺旋通道26液连通。净化气在通道26的基部处被接收，并且在套筒的外侧上盘绕通道26向上。在通道26的顶部，净化气通过在套筒16中形成的一个或多个孔28进入套筒16。多个孔28可以围绕套筒16在圆周上间隔开，虽然可以按照要求设置任何数量(即一个或多个)孔。
在套筒内建立热而干燥的惰性环境可以最小化套筒内微粒沉积的可能性。气体注入还增大从湿式洗涤器回流的任何水蒸气的分压，由此减少了在套筒内凝结的风险并且还防止套筒内微粒的沉积。
由于穿过装配件22中形成的通道26的净化气具有升高的温度，装配件22优选地由PEEKTM(聚醚醚酮)形成，使得从净化气到装配件的热传递率较低。这减小了净化气的热损失和装配件22外表面的温度。
装配件22的孔接纳可移动的不锈钢驱动轴30。不锈钢螺旋线圈形式的刮刀34附装到轴30的一端32。例如，如图1所示，线圈的一端可以被夹持在轴30的法兰部分36和拧到轴30一端32上的螺母38之间。
轴30形成气压缸40的一部分，该气压缸40设置来使刮刀36相对于套筒16移动。缸40设置有法兰端42，该法兰端42设置有轴30穿过其的孔。缸40的法兰端42通过任何适当的装置附装到装配件22的法兰端44。例如，作为示例可以使用NW系统45，其包括具有O形环的中心环和将法兰保持在一起的夹具。或者，可以使用一个或多个螺栓来将缸40连接到装配件42。
熟知的是，气压缸40包括可在诸如室48中的压缩空气的压力下在圆筒形室48内移动的活塞46。驱动轴30的另一端连接到活塞46。在图1和2所示的示例中，气压缸40是具有复位弹簧50的单向作用气压缸。压缩空气或氮气被注入室48中以促动活塞46克服弹簧50的力向下(作为示例)，并由此使得轴30移动以促动刮刀34朝向入口管道14。当解除气压时，弹簧50促动活塞46回到复位位置，由此将轴30向上(作为示例)移动到图1所示的缩回位置。在图3所示的示例中，气压缸40a是双向作用缸。进入气压缸中的压缩空气或氮气被注入活塞46上(作为示例)侧上的室48中以促动活塞46向下(作为示例)朝向入口管道14，并且压缩空气或氮气被注入活塞相反侧上的室48以促动活塞离开入口管道14。
在气压缸40包括磁性活塞的情况下，例如如果使用双向作用气压缸，图1图示了舌簧开关52可以设置在气压缸40的外侧以产生指示气压缸内磁性活塞位置的信号，用于供应到控制系统54来控制气压缸40的操作。
在使用中，控制系统54操作气压缸40以往复移动轴30，从而促动刮刀34进入入口管道14中以移除沉积在入口管道14内的微粒，并且将线圈从入口管道14撤回套筒16内而离开从处理工具流到入口管道14中的处理气体(标示为56)。该附件可以在定期的“预编程”定时器下(范围从每30秒至每周事件，优选地每3小时)或者从远程触发来操作。操作频率可以针对入口管道14内部的沉积速率、对轴30和刮刀34的机械损坏和在刮擦机构端部上沉积的积聚进行优化。
在驱动期间，固体沉积物可能在刮刀34上积聚，这可能暂时地阻塞管道而导致生产损失。如果机械清洁仅在处理工具闲置时进行则可以消除以上情况。如图1所示，环形PEEKTM刮刀密封件58可以设置在气压缸40法兰端的孔中，以从(移动的)驱动轴30的表面刮擦微粒。
气压阀可以控制驱动器操作。可使用多种构造。
简言之，用于到湿式洗涤器或其他设备的入口管道的附件包括套筒，该套筒具有适合于可拆卸地连接到入口管道法兰端的开口端。轴在套筒内可移动，并且刮刀附装到轴的一端。该轴形成附装到套筒另一端的气压缸的一部分。在使用中，轴被往复移动以使得刮刀移除管内沉积的微粒。诸如氮气或干燥空气的加热气体被注入套筒中，以防止洗涤液在套筒内凝结并由此阻止其内的微粒沉积。
如上所述，虽然已经参照本发明在清洁到湿式洗涤器的入口管道的内表面方面的使用对其进行了描述，但本发明可以用来清洁易于由处理气体不期望地沉积微粒的清除装置或者其他系统中任何适当的表面。
除了半导体处理系统，设备可以用作其他类型的化学处理系统的一部分，该系统中存在易于由处理气体沉积化学微粒的表面。
就湿式洗涤器入口而言，半导体金属刻蚀工艺可能产生作为副产品的氯化铝。氯化铝自身非常快速地与水反应而产生固态副产品(氧化铝)和酸性气体(氯化氢)。控制湿与干之间的相互关系对防止固体积聚和液态酸非常关键。浓缩的酸性溶液随时间过去将腐蚀任何金属管件，导致生产损失和费用增加。同样，热气体净化将防止水蒸气凝结和形成液池。
聚氯乙烯(PVC)已经由于其化学、机加工和焊接属性而成为为湿式洗涤器入口所选择的材料。不幸地是，PVC机械强度在60℃以上严重恶化。在引入加热器以将气体温度升高到60℃以上的情况下，制造商不得不增加冷却回路来减小入口温度。这增加了加工和操作成本。在单个故障情况下，冷却的损失将使入口受到热应力并且损坏。这可能导致机器被迫关闭，机器关闭又再增加单元的运行成本。
使用通常在80到250℃范围中(优选地在120到170℃范围中)具有更高热稳定性(熔融点)的塑料消除了对此冷却通道的需求并使得入口能够在高得多的温度下起作用，从而减小了沉积速率并增大维护间隔的时间。例如，主体可以由聚丙烯、聚四氟乙烯、聚砜、聚醚砜、聚醚酰亚胺和聚二氟乙烯之一形成。

Claims (18)

1.一种用于减小管道堵塞的装置，所述装置包括：具有开口端的主体，该开口端适合于可拆卸地连接到所述管道的孔；可在所述主体内相对于所述主体移动的轴；附装到所述轴的一端上的刮擦装置；所述刮擦装置具有开式结构且包括螺旋线圈；用于往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述管道中来移除所述管道内沉积的微粒和将所述刮擦装置从所述管道撤回的设备；以及围绕所述主体延伸、用于将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积的设备。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述注入设备包括位于所述主体的内表面上的一个或多个孔。
3.根据权利要求1所述的装置，其中该气体在50℃到200℃范围内的温度下被注入。
4.根据权利要求1所述的装置，其中该气体在80℃到150℃范围内的温度下被注入。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述气体包括干燥空气或者氮气。
6.根据权利要求1所述的装置，包括加热设备，其围绕所述主体延伸以将所述主体内的温度维持在50℃到200℃的范围内。
7.根据权利要求1所述的装置，包括加热设备，其围绕所述主体延伸以将所述主体内的温度维持在80℃到150℃的范围内。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述刮擦装置由化学惰性和机械稳定的固体材料形成。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述化学惰性和机械稳定的固体材料是不锈钢。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述移动设备包括附装在所述轴的另一端上的活塞，所述活塞在缸内可往复移动。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述移动设备布置为转动所述轴以由此使所述刮擦装置在所述管道内转动。
12.根据权利要求1所述的装置，其中，当完全从所述管道撤回时，所述刮擦装置基本上容纳在所述主体内以不暴露到所述管道内的气体。
13.根据权利要求1所述的装置，包括用于在所述轴从所述管道撤回时防止微粒被抽入所述移动设备内的设备。
14.根据权利要求1所述的装置，包括用于在所述轴的移动期间从所述轴刮擦微粒的刮擦设备。
15.根据权利要求14所述的装置，其中所述刮擦设备包括环形密封件，所述轴穿过所述环形密封件。
16.一种用于减小到湿式洗涤器的入口管道的堵塞的装置，所述装置包括：具有开口端的主体，该开口端适合于可拆卸地连接到所述入口管道的孔周围；可在所述主体内相对于所述主体移动的轴；附装到所述轴的一端上的刮擦装置，所述刮擦装置包括螺旋线圈；用于往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述入口管道中来移除所述管道内沉积的微粒和将所述刮擦装置从所述入口管道撤回的设备；以及围绕所述主体延伸、用于将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积的设备。
17.一种减小管道堵塞的方法，所述方法包括：将附件可拆卸地连接到所述管道的孔，所述附件包括主体、可在所述主体内相对于所述主体移动的轴、和附装到所述轴的一端上的刮擦装置，其中所述刮擦装置包括螺旋线圈；往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述管道中来移除所述管道内沉积的微粒并将所述刮擦装置从所述管道撤回；以及通过围绕所述主体延伸的设备将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积。
18.一种减小到湿式洗涤器的入口管道的堵塞的方法，所述方法包括：将附件可拆卸地连接到所述入口管道的孔，所述附件包括主体、可在所述主体内相对于所述主体移动的轴、和附装到所述轴的一端上的刮擦装置，其中所述刮擦装置包括螺旋线圈；往复移动所述轴以促动所述刮擦装置进入所述入口管道中来移除所述管道内沉积的微粒并将所述刮擦装置从所述入口管道撤回；以及通过围绕所述主体延伸的设备将加热压缩气体注入所述主体中来阻止其中的微粒沉积。
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