DE4115274A1 - Vorrichtung zur reinigung von prozessabgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Reinigung von Prozeßabgasen, wie sie vorzugsweise bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente als Abgase von Plasmaätzreaktoren auftreten. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung können hydrolysierbare Bestandteile, in Wasser lösliche Bestandteile und organische Bestandteile der Abgase abgetrennt werden.

Es ist bekannt. Prozeßgase von ihren toxischen und/oder aggressiven Anteilen durch den Einsatz von Adsorbern und Wäschern zu befreien; über die oder in die diese Abgase geleitet werden.

So ist es nach der Patentschrift DD 2 19 954, B 01 D 53/54 bekannt, daß das Prozeßgas über eine Flüssigkeitssperre in das der Reinigung dienende Reaktionsgefäß eintritt und dort mit einer durch Sprühdüsen vernebelte und im Kreislauf geförderte Lauge zur Reaktion gebracht wird.

Diese Anordnung besitzt wesentliche Nachteile. So kommt als Waschflüssigkeit eine Lauge zum Einsatz, die ständig bereitgestellt und nach Gebrauch entsorgt werden muß. Weiterhin wird der Abgasstrom unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Flüssigkeitssperre in das Reaktionsgefäß mit erhöhtem Druck eingeleitet, was bei der Empfindlichkeit der Vakuumpumpen in Anlagen der Bauelementefertigung zur Verschlechterung des Vakuums und damit zu einer Verringerung der Ausbeute führt. Außerdem besteht die Gefahr, daß sich Feststoffe als Reaktionsprodukte an der Gaseinleitstelle abscheiden und diese verstopfen. Darüber hinaus ist die Reaktion von feinsten Flüssigkeitstropfen mit einer Gasphase diffusionskontrolliert, das heißt, die Reaktionsgeschwindigkeit ist besonders bei niedrigen Temperaturen begrenzt. Weiterhin werden wegen des Nachlassens der Wirksamkeit der eingesetzten Lauge im Verlauf des Prozesses der Reinigung der Abgase diese nicht mehr vollständig entsorgt, und ein Zusetzen der Abgasleitungen durch Reaktionen der Abgase mit der rückdiffundierenden feuchten Luft und durch dabei entstehende kristalline den Strömungsquerschnitt verringernde Feststoffe ist unvermeidbar.

Nach der Patentschrift DE 38 41 858, B 01 D 53/34, ist es weiterhin bekannt, zur Verringerung von PCDD/PCDF-Emissionen aus Abgasstrecken von Abfallverbrennungsanlagen überhitzten Wasserdampf in die Abgasstrecken einzuleiten. Die genannten Schadstoffemissionen sind höhermolekulare Kohlenwasserstoffverbindungen, und die Anwendung des beschriebenen Verfahrens bezieht sich ausschließlich auf die besonderen Bedingungen der Abfallverbrennungsanlagen. Es findet lediglich die Verhinderung der Bildung der genannten Verbindung, jedoch kein echtes Zurückhalten anderer Schadstoffe statt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine einfache und wirtschaftlich arbeitende Vorrichtung aufzuzeigen, mit deren Hilfe aus Prozeßgasen bei der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente Schadstoffanteile hydrolysierbarer, in Wasser löslicher und organischer Bestandteile vollständig oder weitestgehend vollständig zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs aufgeführten Maßnahmen gelöst.

Ein senkrecht stehendes Strömungsrohr weist einen Einlaß für das zu reinigende Prozeßabgas, darüber einen Einlaß für Wasserdampf, weiter in Strömungsrichtung Füllkörper zur Verwirbelung des Abgas- Wasserdampf-Gemisches und einen Rückflußkühler und unterhalb des Strömungsrohres einen Kondensatsammler auf.

An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht im wesentlichen aus einem im Abgasstrom liegenden zum Einleiten eines Reagenses eingerichteten Reaktionsgefäß mit den besonderen Merkmalen, daß das Reaktionsgefäß ein mit seiner Hauptachse senkrecht stehendes Strömungsrohr 1 ist und daß in Bodennähe dieses Strömungsrohr 1 ein Einlaß 2 für das zu reinigende Prozeßabgas, oberhalb dieses Einlasses 2 ein weiterer Einlaß 3 für den Wasserdampf als Reagens angebracht, darüber als Teil des Strömungsrohres 1 ein rohrförmiger Aufbau 4 zur Aufnahme der Füllkörper 5 zur Verwirbelung des Abgas- Wasserdampf-Gemisches und weiterhin ein Rückflußkühler 6 angeordnet sind, oberhalb dessen sich der Auslaß 7 der gereinigten Abgase befindet. Am Boden des Strömungsrohres 1 sind ein Ventil 8 zum Ablassen des Kondensates in den Kondensatsammler 9 und ein Ventil 10 zum Entleeren des Kondensatsammlers 9 angeordnet.

Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird an Hand des Beispieles der Entsorgung von Schadstoffanteilen bei Abgasen von Plasmaätzreaktoren im Herstellungsprozeß mikroelektronischer Bauelemente erläutert.

Die durch den Einlaß 2 in das Strömungsrohr 1 eingeleiteten Abgase werden mit dem durch den Einlaß 3 eingeleiteten Wasserdampf, dieser im Überschuß zugesetzt, gemischt und über die eine Verwirbelungsstrecke bildenden Füllkörper 5 im rohrförmigen Aufbau 4 geleitet. Anschließend werden an einem Rückflußkühler 6 die Reaktionsprodukte kondensiert.

Abgase und Wasserdampf reagieren miteinander bereits beim ersten Aufeinandertreffen im Strömungsrohr 1. Diese Reaktion wird durch die am Rückflußkühler 6 entstehenden Kondensate fortgesetzt, die nach unten entgegen der Hauptströmungsrichtung der Abgase tropfen und einen Rieselfilm an den Füllkörpern 5 und im weiteren Fallen durch das Strömungsrohr 1 bilden. So werden zusätzlich Abprodukte gebunden. Gleichzeitig werden ein Auskristallisieren und Festsetzen von Abgasbestandteilen an den Rohrwänden des Strömungsrohres 1, den Füllkörpern 5 und am Rückflußkühler 6 durch den Rieselfilm sicher verhindert.

Die Einspeisung des Wasserdampfes erfolgt oberhalb der Einspeisung der zu reinigenden Abgase, um eine Rückdiffusion entgegen dem Abgasstrom in die Abgasleitung weitestgehend zu verhindern. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich Schadstoffanteile, die mit Wasser reagieren, wie beispielsweise BCl3 oder SiCl4 mit einem Wirkungsgrad von mindestens 98 bis 99% abtrennen. Abgasleitungen bleiben zuverlässig frei von kristallinen Abscheidungen. Organische Verunreinigungen, beispielsweise Hexachlorbenzen oder Perchlorethylen, werden ebenfalls so vollständig abgeschieden, daß sie im Abgas hinter der Vorrichtung nicht mehr nachweisbar sind.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird als ausschließliches auf die von Schadstoffen zu befreienden Abgase wirkendes Reagens Wasser als Wasserdampf eingesetzt. Probleme der Entsorgung eingesetzter Chemikalien werden vollkommen vermieden. Die Abgase werden in den Reaktionsraum unmittelbar ohne Überwindung einer Flüssigkeitssperre eingeleitet, so daß die Vakuumpumpen nicht durch einen überhöhten Druck belastet werden und das Vakuum nicht mit Prozeßnachteilen verschlechtert wird. Soweit Feststoffe als Reaktionsprodukte aufgenommen und gelöst und von der Entstehungsstelle, insbesondere auch von der Eintrittsstelle des Abgases in den Reaktionsraum, wegtransportiert. Ein Zusetzen der Eintrittsstelle wird zuverlässig vermieden.

Dadurch, daß die Reaktion von zwei Gasphasen aus vor sich geht, ist die Reaktionsgeschwindigkeit nicht behindert.

Claims (2)

1. Vorrichtung zur Reinigung von Prozeßabgasen mit einem im Abgasstrom liegenden, zum Einleiten eines Reagenses eingerichteten Reaktionsgefäß, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß ein mit seiner Hauptachse senkrecht stehendes Strömungsrohr (1) ist und daß in Bodennähe dieses Strömungsrohres (1) ein Einlaß (2) für das zu reinigende Prozeßabgas, oberhalb dieses Einlasses (2) ein weiterer Einlaß (3) für den Wasserdampf als Reagens angebracht, darüber als Teil des Strömungsrohres (1) ein rohrförmiger Aufbau (4) zur Aufnahme von Füllkörpern (5) zur Verwirbelung des Abgas-Wasserdampf-Gemisches und weiterhin darüber ein Rückflußkühler (6) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Boden des Strömungsrohres (1) ein Ventil (8) zum Ablassen des Kondensates in einen Kondensatsammler (9) und in seinem Boden ein Ventil (10) zum Entleeren des Kondensatsammlers (9) angeordnet sind.