CN201237225Y

CN201237225Y - 废气处理装置

Info

Publication number: CN201237225Y
Application number: CNU2008201141647U
Authority: CN
Inventors: 杨与胜; 李沅民
Original assignee: FUJIAN GOLDEN SUN SOLAR TECHNIC Co Ltd
Current assignee: Beijing Jingcheng Boyang Optoelectronic Equipment Co.,Ltd.
Priority date: 2008-05-26
Filing date: 2008-05-26
Publication date: 2009-05-13
Anticipated expiration: 2018-05-26

Abstract

本实用新型公开了一种废气处理装置，所述装置包括炉体，在所述炉体内部包括由燃料托盘和隔热层所定义的燃烧室，所述炉体上包括空气进气口、废气进气口和出气口，所述废气从废气进气口进入燃烧室，经处理后由所述出气口排出炉体，所述空气进气口位于燃烧室的下方，为所述燃烧室提供空气。本实用新型的废气处理装置能够同时处理多种半导体生产过程中产生的废气，而且具有较低的运行成本和较高的处理效率。

Description

废气处理装置

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种半导体制造企业生产过程中的废气处理装置。

背景技术

化学气相沉积(CVD)工艺是当前制造半导体产品较常用的技术手段，例如集成电路中多晶硅或二氧化硅层可通过硅烷(SiH₄)气体或其它含硅气体经化学气相沉积工艺形成。硅烷还被用于等离子体增强化学气相沉积(PECVD)工艺用来沉积各种非晶硅、微晶硅和纳米硅薄膜。另外，掺杂和离子注入等工艺需要用到硼烷(B₂H₆)和磷烷(PH₃)等气体，硅烷能在空气中自燃，硼烷和磷烷也是有毒气体，因此出于安全和环保的考虑，不能将其直接排放到大气中。一般而言，沉积设备中的含硅烷的剩余反应气体必须经过废气洗涤器处理，以免对大气造成污染。因此，与沉积设备配套的废气处理器是不可缺少的重要部分。图1为常见薄膜沉积系统简化结构示意图，反应气体经进气通道11进入沉积反应室10，沉积过程之后，反应后的剩余气体经通道12由排气装置20排出，经通道13送入废气处理装置30，处理之后经通道14排放到大气当中。

硅烷等气体必须经过滤或者转化成可被安全处置的物质。通常是将硅烷在燃烧室中加以燃烧，一般以天然气为燃料，这时硅烷SiH₄经过反应转化成二氧化硅(SiO₂)。但是以天然气为燃料，如果系统突然发生故障，例如燃烧室的进气口出现故障，残留的SiH₄就会在燃烧室中聚集，很有可能导致随后不可控制的燃烧，燃烧室就有可能成为爆炸源。

湿法洗涤器和其它处理设备也已经应用于硅烷废气的处理。美国专利6174349提供了一种结合燃烧箱的潮湿洗涤器。美国专利5955037提供了一种氧化的处理方法。美国专利5320817使用一种可生成氢铝化合物的金属盐来清除硅烷。其它类型的湿洗涤器是基于湿的化学反应，让硅烷和诸如氢氧化钠(NaOH)的雾状物反应，这种方法效率高，处理量大，但是过程和设备非常复杂，容易出故障。

另外一种处理硅烷的技术是通过所谓的“干处理器”将低压的高密度等离子体施加在含有硅烷的废气混合物中，硅烷被分解沉积在表面积很大的多层电极上面，电极被定期地更换和清理。然而这种方法由于气体管道压力的不断变化和混合废气的合成物的存在，经常导致等离子体的消失。此外，95％-99％的处理效率并不能达到当今政府机构制定的严格的安全和环保规章和要求。

现有的废气处理设备均不同程度地存在成本和运行费用昂贵，维修和保养要求高，产生液体或固体污染物，存在操作危险，或者占据空间较大等问题，另外，传统的废气处理设备的性能很大程度上取决于混合废气中气体的类型，每一种废气混合物都需要一种特定的化学方法来处理，不能够同时处理掉所有的废气，不适用于低成本和大批量生产半导体器件的需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种废气处理装置，能够同时处理多种半导体生产过程中产生的废气，而且具有较低的运行成本和较高的处理效率。

为达到上述目的，本实用新型提供了一种废气处理装置，所述装置包括炉体，在所述炉体内部包括由燃料托盘和隔热层所定义的燃烧室，所述炉体上包括空气进气口、废气进气口和出气口，所述废气从废气进气口进入燃烧室，经处理后由所述出气口排出炉体，所述空气进气口位于燃烧室的下方，为所述燃烧室提供空气。

优选地，所述炉体为立方体，所述燃烧室为倒棱台形。

优选地，所述炉体为圆柱体，所述燃烧室为倒圆台形。

优选地，所述炉体为立方体或圆柱体，所述燃烧室“U”形或“V”形。

优选地，所述燃烧室中的燃料为大小适中且多孔的煤饼、煤块、煤砖、或蜂窝煤。

优选地，所述燃烧室的托盘为多孔、网格或条栅结构。

优选地，所述出气口安装有过滤网。

优选地，所述出气口接有烟囱，所述进气口安装有鼓风设备。

优选地，所述炉体底部还具有排灰部件，用于将燃料灰烬排出炉体。

优选地，所述燃烧室为一个或多个，在所述炉体上为每个燃烧室都对应设置废气进气口。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型的废气处理装置在废气进入口和排出口之间具有煤燃烧区，该煤燃烧区作为废气从进入到排出的必经之路。在煤燃烧区中填充大小适中且多孔的煤饼、煤砖、或蜂窝煤等燃料，令含有硅烷、硼烷、磷烷等的废气混合物流经燃烧的煤块中的间隙，煤燃烧区域中燃煤的表面温度可以很容易超过1000摄氏度，大部分应用于化学气相沉积工艺的反应气体的分子都会在高温条件下分解或者和空气中的氧气发生热沉积反应而附着在煤料的表面。本实用新型的废气处理装置能够同时处理多种废气，而且处理效率极高。本实用新型的废气处理装置的结构简单，运行成本和维护成本均较低，非常适合于半导体企业批量生产过程中的废气处理。

附图说明

通过附图中所示的本实用新型的优选实施例的更具体说明，本实用新型的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本实用新型的主旨。在附图中，为清楚起见，放大了层的厚度。

图1为常见薄膜沉积系统简化结构示意图；

图2为根据本实用新型第一实施例的废气处理装置结构示意图；

图3为根据本实用新型第二实施例的废气处理装置结构示意图；

图4a至图4c为根据本实用新型第三实施例的废气处理装置结构示意图；

图5为根据本实用新型第四实施例的废气处理装置结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广。因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。

图2为根据本实用新型第一实施例的废气处理装置结构示意图。所述示图只是实例，其在此不能限制本实用新型的保护范围。如图2所示，根据本实用新型第一实施例的废气处理装置包括炉体200，在炉体200的一端具有废气进气口202，本实施例中废气进气口202在炉体200的上端。在炉体200的另一端(下端)托盘210下方的一侧具有空气进口205，与空气进口205相对的另一侧具有出气口207。在炉体200的内壁具有隔热层212，隔热层212所围成的区域即为燃烧室220。隔热层212的材料可以是石棉瓦等耐高温隔热材料。炉体200可以是立方体或圆柱体，那么隔热层212围成的区域相应地是立方体或圆柱体，也就是说在不同的实施例中燃烧室220的内部空间可以是圆柱体或立方体，在此本实用新型不做限制。燃烧室220的底部为托盘210，用于限制燃料空间，托盘210上装有燃料213。燃料213优选是大小适中的煤块，例如体积与鸡蛋大小相仿的煤块，也可使用多孔的煤饼、煤砖、或蜂窝煤等，但本实用新型并不限于此。炉体200的底部具有排灰门206，托盘210为多孔筛状、网格或条栅状结构，燃烧后的煤灰残渣可经托盘210漏下落到排灰门206表面，打开排灰门206可将煤灰残渣排出路体200。在其他实施例中，出气口207处还优选安装有过滤网215，用于将所排出气体中的颗粒过滤，最大限度地减少对大气的粉尘污染。在其他实施例中，出气口207优选接有烟囱，进气口202优选安装有鼓风机，以形成更大的气压差，增加处理废气的流量和废气处理量。

废气通过特定的密封管道经进气口202进入炉体200内的燃烧室220，流过燃烧的燃料213而热分解沉积在煤块的表面，或者与高温气体反应生成二氧化硅析出物附着在煤块的表面。硅烷热沉积中形成的氢气也在炉中燃烧掉。反应后的无害气体如水分由出气口207排出炉体200。煤灰和固体的硅化物一起被定时地清理出炉体200。如果为即定的硅烷气体流速选择合适的炉尺寸，本装置的硅烷处理率几乎是100％。

燃烧室220中燃煤表面温度可以很容易超过1000摄氏度，大部分应用于化学气相沉积工艺的反应气体的分子都会在高温条件下分解，并在煤块内部通道上沉积。事实上，大部分挥发性气体都会和由进气口205流入的空气发生反应形成固体而沉积在煤体表面。废气中的磷烷(PH₃)的含磷气体和诸如硼烷(B₂H₆)的含硼气体在这个过程中也被处理掉了。固体沉积物和煤灰一起被清理出炉体200，由于硅化物是稳定无毒的，且此过程中不产生其它的固体或液体废物，所以煤灰的处理不需要特殊的防污染程序。所需的唯一原料就是合适的煤料，除此之外不需要任何辅助设备。因此本实用新型的废气处理装置具有功能多、结构紧凑、效率高、成本低、保养容易等优点。本实用新型的废气处理处理装置还可以处理其它含硅气体，例如Si₂H₆、SiF₄、SiH₃Cl、以及SiH₂Cl₂等。此外，其它气体例如各类氢化物和有机气体等也可利用本实用新型的废气处理处理装置进行处理。

图3为根据本实用新型第二实施例的废气处理装置结构示意图。所述示图只是实例，其在此不能限制本实用新型的保护范围。如图3所示，根据本实用新型第二实施例的废气处理装置包括炉体300，炉体300的一端具有废气进气口302，另一端托盘310下方的一侧具有空气进口305，与空气进口305相对的另一侧具有出气口307。在炉体300的内壁具有隔热层312，隔热层312所围成的区域为燃烧室320。本实施例中，炉体300为立方体或圆柱体，隔热层312所围成的区域为相应地是倒棱台形或倒圆台形，即燃烧室320为下窄上宽的倒棱台形或倒圆台形。燃烧室320的底部为托盘310，托盘310上装有燃料313。燃料313优选是大小适中的煤块，例如体积与鸡蛋相仿的煤块，也可使用多孔的煤饼、煤砖、或蜂窝煤等，但本实用新型并不限于此。炉体300的底部具有排灰门306，托盘310为多孔筛状、网格或条栅状结构，燃烧后的煤灰残渣经托盘310漏下落到排灰门306上，打开排灰门306可将煤灰残渣排出路体300。在其他实施例中，出气口307处优选安装有过滤网315，用于将所排出气体中的颗粒过滤，最大限度地减少对大气的粉尘污染。在其他实施例中，出气口307优选接有烟囱，废气进气口302优选安装有鼓风机，以形成更大的气压差，增加处理废气的流量和废气处理量。

废气通过密封管道经进气口302进入炉体300内的燃烧室320，流过燃烧的煤块燃料313而热分解沉积在煤块的表面，或者与高温气体反应生成二氧化硅析出物附着在煤块的表面。本实施例中，燃烧室320为下窄上宽的倒棱台形或倒圆台形，燃烧室320内部燃料313的上部的煤量多于下部的煤量，由于废气是自上向下流动，废气的分解和沉积最先是在燃料313的上部中进行的，未在上部分解和沉积的废气再移动到下部继续分解和沉积，燃烧室320中燃料313的上部的煤块所吸收的废气反应沉积物要多于下部的煤块，因此，倒棱台形或倒圆台形的燃烧室320可节约燃煤的用量，并同样能够达到的比较好的废气处理效果。

图4a至图4c为根据本实用新型第三实施例的废气处理装置结构示意图。所述示图只是实例，其在此不能限制本实用新型的保护范围。如图4a所示，根据本实用新型第三实施例的废气处理装置包括炉体400，利用隔热层412将炉体400内部托盘410以上的空间分割成两个以上多个燃烧室420。图4b和图4c为图4a中沿A-A’的剖面图，在一个实施例中，如图4b所示，炉体400为立方体，隔热层412将炉体400内部空间分割成三个燃烧室420；在另一个实施例中，如图4c所示，炉体400为圆柱体，隔热层412在炉体400内部围成七个燃烧室420。当然本实施新型并不限于此，可根据需要确定燃烧室的数量。继续参见图4a，每个燃烧室420均具有废气进气口402，炉体400另一端托盘410下方的一侧具有空气进口405，与空气进口405相对的另一侧具有出气口407。每个燃烧室中都装有燃料413，燃料313优选是大小适中的煤块，例如体积与鸡蛋相仿的煤块，也可使用多孔的煤饼、煤砖、或蜂窝煤等，但本实用新型并不限于此。炉体400的底部具有排灰门406，托盘410为多孔筛状、网格或条栅状结构，燃烧后的煤灰残渣经托盘410漏下落到排灰门406上，打开排灰门406可将煤灰残渣排出路体400。在其他实施例中，出气口407处优选安装有过滤网415，用于将所排出气体中的颗粒过滤，最大限度地减少对大气的粉尘污染。在其他实施例中，废气进气口402优选安装有鼓风机，出气口407优选接有烟囱，以形成更大的气压差，增加处理废气的流量和废气处理量。本实施例中，多个燃烧室可同时处理多路废气，或将多种不同类型的废气分开处理，可提高燃煤的利用率和废气处理效率。

图5为根据本实用新型第四实施例的废气处理装置结构示意图。所述示图只是实例，其在此不能限制本实用新型的保护范围。如图5所示，本实施例中，炉体500为立方体或圆柱体，隔热层512在托盘510以上的空间形成一个“U”形燃烧室520。“U”形燃烧室520一端的炉体500上具有废气进气口502，另一端的炉体500上具有出气口507。炉体500底部托盘510下方的一侧具有空气进口505。“U”形燃烧室520中都装有燃料513，燃料513优选是大小适中的煤块，例如体积与鸡蛋大小相仿的煤块，也可使用多孔的煤饼、煤砖、或蜂窝煤等，但本实用新型并不限于此。炉体500的底部具有排灰门506，托盘510为多孔筛状、网格或条栅状结构，燃烧后的煤灰残渣经托盘510漏下落到排灰门506上，打开排灰门506可将煤灰残渣排出路体500。在其他实施例中，出气口507处优选安装有过滤网515，用于过滤气体中的颗粒，最大限度地减少对大气的粉尘污染，在其他实施例中，出气口507优选接有烟囱，废弃进气口502优选安装有鼓风机，以形成更大的气压差，增加处理废气的流量和废气处理量。本实施例中，“U”形燃烧室520能够增加废气从废气进入口502到出气口507之间流经煤块燃料513的路径的长度，能够更加充分地对废气进行处理，提高了燃煤的利用率和废气处理率。

在本实用新型的其他实施例中，燃烧室520的形状还可做成“V”形，同样可以起到增加废气从进入到排出流经煤块的路径的长度的效果。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims

1、一种废气处理装置，其特征在于：所述装置包括炉体，在所述炉体内部包括由燃料托盘和隔热层所定义的燃烧室，所述炉体上包括空气进气口、废气进气口和出气口，所述废气从废气进气口进入燃烧室，经处理后由所述出气口排出炉体，所述空气进气口位于燃烧室的下方，为所述燃烧室提供空气。

2、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述炉体为立方体，所述燃烧室为倒棱台形。

3、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述炉体为圆柱体，所述燃烧室为倒圆台形。

4、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述炉体为立方体或圆柱体，所述燃烧室“U”形或“V”形。

5、如权利要求2、3或4所述的废气处理装置，其特征在于：所述燃烧室中的燃料为大小适中且多孔的煤饼、煤块、煤砖、或蜂窝煤。

6、如权利要求5所述的废气处理装置，其特征在于：所述燃烧室的托盘为多孔、网格或条栅结构。

7、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述出气口安装有过滤网。

8、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述出气口接有烟囱，所述进气口安装有鼓风设备。

9、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述炉体底部还具有排灰部件，用于将燃料灰烬排出炉体。

10、如权利要求1所述的废气处理装置，其特征在于：所述燃烧室为一个或多个，在所述炉体上为每个燃烧室都对应设置废气进气口。