FR2743617A1

FR2743617A1 - Procede et dispositif d'epuration d'effluents gazeux contenant des substances nocives par combustion et transformation chimique a l'aide d'une flamme dans une chambre de combustion

Info

Publication number: FR2743617A1
Application number: FR9700206A
Authority: FR
Inventors: Horst Reichardt; Lothar Ritter; Gunter Firkert; Konrad Gehmlich; Gerold Hofmann; Michael Hentrich; Wido Wiesenberg
Original assignee: Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Current assignee: Das Duennschicht Anlagen Systeme GmbH
Priority date: 1996-01-12
Filing date: 1997-01-10
Publication date: 1997-07-18
Anticipated expiration: 2003-01-10
Also published as: DE19600873A1; GB2308991A; FR2743617B3; GB9626931D0

Abstract

Dispositif comportant une chambre de combustion (1) et un dispositif (16) de lavage par pulvérisation pour traiter des effluents gazeux contenant différentes substances nocives, destinés notamment à la fabrication de circuits à semi-conducteurs, complété par des éléments de compression des effluents gazeux, et de régénération du fluide de lavage ou de sorption. En éliminant la vapeur d'eau des parois de la chambre de combustion, on obtient une grande efficacité en matière de transformation des substances nocives. Le fluide de sorption ne pouvant pas entrer en contact avec les parois et certaines parties de la chambre de combustion, on évite des incrustations sur des éléments fonctionnels importants. La température élevée des effluents gazeux assure une faible consommation de gaz de combustion et donc une bonne économie du dispositif. Pour la commande du dispositif, on utilise des mesures de débits gazeux dans différents éléments du dispositif.

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF D'EPURATION DIEFFLUENTS GAZEUX

CONTENANT DES SUBSTANCES NOCIVES PAR COMBUSTION ET

TRANSFORMATION CHIMIOUE A L'AIDE D'UNE FLAMME DANS UNE

CHAMBRE DE COMBUSTION

L'invention concerne un dispositif d'épuration d'effluents gazeux contenant différentes substances nocives, de préférence des substances nocives contenant du fluor provenant notamment d'installations de gravure10 au moyen de processus au plasma, et de préférence de substances nocives contenant du silicium, du phosphore et

du bore provenant d'installations de revêtement par dépôt chimique en phase vapeur. De tels processus jouent en rôle lors de la fabrication de circuits à semi-15 conducteurs. Les effluents gazeux contiennent des substances nocives de différentes compositions chimiques.

Des groupes importants de ces substances nocives sont des hydrures, par exemple des silanes. Des hydrocarbures fluorés ou d'autres composés fluorés sont fréquemment20 engendrés. Les substances nocives ou leurs produits de réaction sont toxiques et constituent de ce fait un danger pour l'être humain et l'environnement, ou favorisent la destruction de la couche d'ozone et l'effet de serre en raison de leur effet nocif dans l'atmosphère.25 Une partie de ces substances nocives ou de leurs produits de réaction a un effet fortement corrosif, entre autres,

sur des éléments du dispositif d'épuration lui-même. Toute une série de procédés et de dispositifs est connue en matière d'épuration d'effluents gazeux.

L'épuration est très fréquemment effectuée par sorption des gaz nocifs des effluents gazeux, et ce en les faisant par exemple passer dans des solutions aqueuses oxydantes (DE 3342 816 Ai). Les composés solubles dans l'eau en résultant peuvent être précipités35 dans une deuxième phase de processus, par exemple par des solutions basiques. Les substances nocives volatiles ou produits secondaires sont éliminés des effluents gazeux dans une troisième phase de processus, par exemple au

moyen de filtres à charbon actif.

Un autre groupe de dispositifs d'épuration travaille au moyen de processus de réaction de matières solides avec des matériaux chauffés indirectement par voie électrique ou inductive. Les haloides ou hydrures inorganiques, ainsi que les composés organo-métalliques, peuvent être décomposés sur des catalyseurs métalliques chauffés (brevet européen 0384803 Ai). Afin de pouvoir utiliser différentes réactions chimiques pour l'élimination des substances nocives ou/et d'éliminer les matières nocives dans des séquences de processus, 15 différentes matières réactives sont disposées en couches dans une colonne chauffée indirectement (W0 89/11905, W0 91/08041). De cette manière, des halogénures et des hydrures ont par exemple été transformés chimiquement et convertis en matières solides. L'efficacité d'un tel20 processus est toutefois réduite de façon drastique par un scellement des surfaces dû aux composés solides qui se

déposent, et qui progresse au cours du processus. La conséquence en résultant est une diminution de l'efficacité de l'épuration. Le processus d'épuration25 nécessite un renouvellement périodique des matières réactives.

Un empoisonnement des surfaces réactives de matières solides dans le réacteur (par exemple par du charbon ou des carbures) peut être réduit par l'ajout d'oxygène aux30 effluents gazeux (DD 221 088 Ai). Les surfaces réactionnelles restreintes des matières réactives, et le débit limité en effluents gazeux contenant des substances nocives qui y est lié, restent cependant problématiques. De nombreux dispositifs d'épuration d'effluents gazeux fonctionnent selon des procédés de décomposition thermique ou d'oxydation des substances nocives dans une

chambre de combustion. Si les substances nocives elles-

mêmes ne peuvent pas être brûlé ou si elles ne sont que des composés d'effluents gazeux à haute teneur en gaz inerte, elles sont introduites pour la transformation chimique dans une flamme de gaz de combustion, qui est par exemple constitué d'un mélange de gaz naturel/ oxygène ou d'hydrogène/ oxygène (US 5 183 646). Les substances nocives secondaires provenant de la transformation sont ensuite éliminées des effluents gazeux par exemple par des processus de sorption ou de lavage (US-A 288 9002). La transformation des substances nocives dans une flamme de gaz de combustion est cependant d'une efficacité variable pour différentes substances nocives en ce qui l'effet d'épuration. C'est ainsi que l'efficacité de l'effet d'épuration est fréquemment insuffisante pour respecter des standards exigés. Dans le cas de consommation acceptable de gaz de combustion, les20 effluents gazeux épurés contiennent encore des proportions critiques en substances nocives. Bien que, dans le but de réduire la teneur en substances nocives dans les effluents gazeux épurés, une amélioration de l'efficacité de l'épuration puisse être obtenue dans une25 certaine mesure par une augmentation de la quantité de gaz de combustion par rapport à la quantité d'effluents

gazeux amenés, cela conduit cependant en raison de l'augmentation de la consommation de gaz de combustion à une dégradation critique de l'économie en matière30 d'épuration d'effluents gazeux.

Dans la plupart des dispositifs d'épuration d'effluents gazeux connus, plusieurs processus partiels sont exécutés, tels que la décomposition thermique ou l'oxydation, la transformation chimique activée par voie35 thermique, le refroidissement des gaz, la sorption, l'hydrolyse et la neutralisation (EP 034 689 3 B1). A cet effet, les effluents gazeux sont par exemple envoyés successivement à travers un dispositif comportant une chambre de combustion et au moins un autre dispositif, par exemple un dispositif fonctionnant selon le principe

du lavage.

Des dispositifs d'épuration d'effluents gazeux ont également été proposés, dans le cas desquels les effluents gazeux passent successivement dans une chambre de combustion destinée à brûler les substances nocives et une chambre de lavage, qui au plan constructif sont regroupées en une unité (EP 0346893 B1). Un processus d'épuration en plusieurs phases a également été réalisé dans une seule chambre de réaction, par le fait que les15 effluents gazeux brûlés passent dans un liquide finement réparti (fluide de sorption ou de refroidissement) ou

sont mis en contact avec un tel film liquide sur les surfaces des parois de la chambre de combustion (DE 43 200 44).

Les dispositifs utilisés actuellement pour éliminer les substances nocives des effluents gazeux, comportant une chambre de combustion, une pompe à vide, et au moins un autre dispositif par exemple un dispositif de lavage par pulvérisation, présentent une série d'inconvénients25 techniques. Ceux qui sont graves sont ceux qui conduisent à une limitation de l'efficacité de l'épuration et à une consommation trop élevée de gaz de combustion. Ceux qui

sont critiques peuvent cependant également être ceux qui conduisent à des perturbations d'éléments du dispositif30 d'épuration.

C'est ainsi que l'effet de la compression au moyen de la pompe à vide des effluents gazeux provenant d'installations de revêtement ou de gravure, peut par exemple déjà conduire à une condensation de substances35 nocives dans les conduites de liaison entre cette dernière et le dispositif d'épuration et - sous l'effet d'humidité pénétrant dans ces conduites - à des produits

de réaction à l'état solide.

Dès lors que de l'eau est amenée dans la chambre de combustion ou des parties de cette dernière afin de débarrasser ses parois intérieures ou des éléments du brûleur de produits de réaction - par exemple du dioxyde de silicium en tant que produit de réaction de la combustion de silane -, cela peut se répercuter de façon10 néfaste dans l'augmentation de la corrosion au niveau de parties de la chambre de combustion - notamment si des effluents gazeux contenant du fluor sont par ailleurs chimiquement transformés dans la flamme - l'acide fluorhydrique se formant est une des matières les plus15 corrosives. Si l'agent de sorption utilisé est de l'eau avec des ajouts de lessives ou de carbonates, des incrustations gênantes se forment dans la chambre de combustion par des dépôts de sels, de fluorure de potassium par exemple, sur des éléments fonctionnels20 importants, tels que par exemple le brûleur, le dispositif d'allumage, le détecteur de température et le détecteur de flamme. Dans des dispositifs comportant des chambres de combustion refroidies par eau, la formation d'humidité est conditionnée par le processus lors de la transformation chimique de substances nocives dans la flamme de gaz de combustion, notamment de substances nocives contenant du fluor et du chlore, la formation d'acides à effet corrosif est donc de ce fait également30 conditionnée par le processus, et leur répercussion sur les éléments fonctionnels de la chambre de combustion apparemment inévitable. L'objectif de l'invention consiste à augmenter l'efficacité de l'épuration, à savoir le degré de transformation des substances nocives, lors de l'élimination de substances nocives d'effluents gazeux qui ne peuvent pas être brûlé dans une chambre de combustion avec une flamme de gaz de combustion. Il doit notamment être assuré qu'un effet d'épuration élevé soit obtenu lorsque les effluents gazeux contiennent des matières toxiques de nature différente. L'économie de

l'épuration des effluents gazeux est à améliorer par une réduction de la consommation de gaz de combustion, et par une réduction du coût d'investissement dans les unités de10 fabrication de semi-conducteurs.

Il est également nécessaire de prolonger la durée de fonctionnement ininterrompue du dispositif d'épuration, d'une part par une prolongation de la durée de fonctionnement effective entre les nettoyages requis, et15 d'autre part par une augmentation de la durée de vie des éléments de la chambre de combustion, par une réduction de la corrosion due aux constituants agressifs des substances nocives ou à leurs produits de réaction. Selon l'invention, cet objectif est atteint comme suit: Le dispositif fonctionne avec un processus selon lequel un mélange de gaz de combustion, de préférence de l'hydrogène/ oxygène ou du méthane/ oxygène, est brûlé dans une chambre de combustion à l'aide d'un brûleur et25 dans la flamme duquel sont injectés les effluents gazeux contenant des substances nocives. Les effluents gazeux eux- mêmes ne sont pas combustibles même s'ils contiennent des composés combustibles, par exemple des hydrures, car ils sont en règle générale constitués à plus de 90 % de30 gaz inertes non combustibles, par exemple de N2 ou d'Ar. Si les substances nocives doivent uniquement être activées dans la flamme pour une décomposition thermique, les composés du mélange de gaz de combustion sont amenés dans une proportion stoechiométrique. Si les substances35 nocives doivent être transformées par réactions chimiques dans la flamme, le composé contenant de l'hydrogène ou l'hydrogène est ajouté en excédent si cette transformation est effectuée par réduction, ou de l'air ou de l'oxygène est ajouté en excédent dès lors qu'une oxydation doit être obtenue. L'efficacité de la transformation des substances nocives dans la flamme est influencée de façon ciblée par un dosage précis et/ou par un ajout séparé ou supplémentaire de composés gazeux. Une augmentation de l'efficacité de la transformation des substances nocives dans la flamme est obtenue par des brûleurs de construction spéciale de ou par des dispositifs destinés à générer des turbulences dans les courants gazeux et à l'amenée séparée des composés du

mélange de gaz de combustion.

Le courant gazeux chaud à la fin de la zone active de la flamme est alors constitué du mélange de gaz de combustion brûlé (en majeure partie du CO2 et de la vapeur d'eau), de gaz inertes chauds (en majeure partie du N2 et de l'Ar), et, soit des produits de la décomposition thermique en atmosphère 02 (par exemple du SiO2 et de la vapeur d'eau), soit de produits provenant de la transformation chimique (par exemple du fluorure d'hydrogène, du fluorure de silicium, du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau dans le cas o du silane25 est brûlé, et de tétrafluorure de méthane dans une flamme de gaz explosif). Les produits de réaction solides, par exemple le SiO2, se déposent sur la paroi intérieure de la chambre de combustion et sur d'autres parties de la chambre de combustion.30 Les gaz chauds à la sortie de la chambre de combustion sont amenés vers un dispositif de traitement ultérieur, par exemple vers une colonne de lavage par pulvérisation. Plusieurs processus partiels sont en règle générale effectués dans ce dispositif, tels que le35 refroidissement, l'hydrolyse, la neutralisation et le lavage. Les effluents gazeux traités dans le dispositif d'épuration, à savoir débarrassés dans une large mesure des substances nocives, sont envoyés dans la gaine

d'évacuation d'air et rejetés à l'atmosphère.

Dans un dispositif d'élimination de substances nocives d'effluents gazeux constitué d'au moins une chambre de combustion avec un brûleur, et comportant une amenée appropriée pour les effluents gazeux et le mélange de gaz de combustion, un dispositif de lavage par pulvérisation, une pompe à vide, et un dispositif de régénération pour le fluide de lavage, le conduit de la chambre de combustion est disposé selon l'invention dans une enveloppe directement refroidie comportant des canaux de refroidissement fermés. Dans le cas le plus simple, le fluide de refroidissement utilisé est de l'eau. Il est plus opportun d'utiliser un agent de sorption constitué d'eau et d'additifs alcalins, par exemple de NaOH, de KOH ou de carbonates. La fente entre cette enveloppe et le conduit de la chambre de combustion est remplie avec une matière ayant une certaine conductivité thermique. De cette façon, il est assuré que ni de l'agent de sorption ni de l'eau de refroidissement ne pénètrent dans la chambre de combustion, et n'entrent non plus pas en contact avec la25 surface extérieure de l'enveloppe. La température du conduit de la chambre de combustion peut être réglée à

une température définie supérieure à la température ambiante ou à la température de refroidissement, qui est d'au moins 120 Celsius, de préférence de plus de 150 30 Celsius en tout points du conduit.

Un corps est inséré dans un élément cylindrique entre la chambre de combustion et le dispositif de lavage par pulvérisation, dont la projection en direction de l'axe du conduit de la chambre de combustion est35 supérieure à la largeur utile du conduit de la chambre de combustion, mais qui est limité en direction radiale de telle sorte qu'il subsiste une fente entre la paroi intérieure de l'élément cylindrique et ledit corps, dont la surface correspond de préférence à la dimension de la surface de l'ouverture du conduit de la chambre de combustion. Ledit corps est fixé par des éléments de retenue sur l'élément cylindrique ou sur le conduit de la chambre de combustion de telle sorte que la surface de l'ouverture de passage entre le conduit de la chambre de combustion et le corps se situe également dans l'ordre de grandeur de la surface de l'ouverture du conduit de la chambre de combustion. Grâce à cet agencement de l'élément cylindrique et du corps il est assuré, d'une part que le courant d'effluents gazeux chauds peut s'écouler de la chambre de combustion vers le dispositif de lavage par pulvérisation sans entrave notable du courant, et d'autre part qu'il n'arrive pas d'agent de lavage ou de sorption dans la chambre de combustion. Le corps inséré dans l'élément cylindrique est constitué d'au moins deux parties, l'un des corps partiels étant orienté en direction de l'ouverture du conduit de la chambre de combustion et l'autre corps partiel en direction du dispositif de lavage par pulvérisation, les deux corps étant fixés entre eux en25 étant thermiquement isolés. Grâce à l'agencement de ce dit corps constitué de deux corps partiels fixés entre eux en étant thermiquement isolés, le corps partiel situé du côté du conduit de la chambre de combustion aura approximativement la température du courant gazeux ou du30 conduit de la chambre de combustion, le corps partiel situé du côté du dispositif de lavage par pulvérisation aura la température de l'agent de refroidissement, de lavage ou de sorption. De cette façon, le courant gazeux gardera une température élevée jusqu'à son entrée35 immédiate dans la fente remplie d'agent pulvérisé de refroidissement, de lavage ou de sorption située entre l'élément cylindrique et le corps, et sera alors refroidi sur un trajet plus court, de facto trempé. On empêche de cette façon la formation de substances nocives secondaires par exemple d'oxydes d'azote, de dioxines et de furanes, ce qui réduit de façon drastique la teneur en substances nocives dans les effluents gazeux, notamment

de composés hautement toxiques.

La partie inférieure de l'élément cylindrique est agencée de telle sorte qu'il se forme une cuvette annulaire pour le fluide de lavage. Le conduit de la chambre de combustion pénètre axialement dans l'élément cylindrique au moins de la hauteur de la délimitation intérieure de la cuvette annulaire, et est fixé en étant

thermiquement isolé.

L'agent de refroidissement, de lavage ou de sorption provenant du dispositif de lavage par pulvérisation est collecté dans la cuvette annulaire sans pénétrer dans le conduit de la chambre de combustion ou sans le mouiller20 de l'extérieur. Il est évacué de cette cuvette. La paroi du conduit de la chambre de combustion n'est donc ni directement refroidie ni exposée à l'effet corrosif de l'agent de refroidissement, de lavage ou de sorption. Le conduit de la chambre de combustion est fixé par son extrémité inférieure en étant thermiquement isolé sur un élément, dans lequel est disposé le brûleur. En direction axiale, l'enveloppe refroidie par eau est limitée approximativement à la zone de l'extension longitudinale du conduit de la chambre de combustion.30 En raison de l'isolation thermique du conduit de la chambre de combustion par rapport au dispositif de lavage par pulvérisation, et par rapport à l'élément généralement refroidi par eau dans lequel est disposé le brûleur, et de la conduction thermique entre le conduit35 de la chambre de combustion et l'enveloppe, une température plus élevée s'instaure sous l'effet du rayonnement thermique provenant de la flamme de gaz de combustion et de la convection thermique provenant du courant gazeux chaud, qui est dans une large mesure répartie de façon homogène sur l'extension longitudinale du conduit de la chambre de combustion. Les répercussions en résultant sont les suivantes: La température plus élevée et répartie de façon homogène sur des sections importantes du conduit de la chambre de combustion influence favorablement le degré de combustion des substances nocives ou des conditions de réaction pour la transformation chimique des substances nocives dans le conduit de la chambre de combustion (réacteur). La température élevée de toutes les surfaces de parois intérieures du conduit de la chambre de combustion empêche la condensation de vapeur d'eau, et par conséquent leur corrosion, par exemple sous l'effet d'acides se formant lors de la combustion. La température plus élevée rend plus difficile le dépôt de produits de20 réaction solides, par exemple d'oxyde de silicium. Etant donné que des lessives ou des carbonates provenant de l'agent de sorption ne peuvent pratiquement pas parvenir dans la chambre de combustion, des dépôts sur des éléments fonctionnels importants sont également évités, tels que ceux qui proviennent par exemple du fluorure de potassium lorsque du KOH est utilisé pour la neutralisation. Afin d'obtenir un transfert thermique défini entre la surface extérieure du conduit de la chambre de combustion et l'enveloppe refroidie par eau, la fente annulaire entre ces éléments est remplie avec un gaz, de préférence de l'air ou de l'azote. Il peut s'agir d'un remplissage permanent, des dimensions géométriques et des solutions constructives pouvant être mises en oeuvre pour35 la régulation d'une température nécessaire de la paroi de la chambre de combustion dans les conditions de fonctionnement. C'est ainsi que du point de vue constructif, on peut par exemple, à une capacité donnée du brûleur, adapter le diamètre du conduit de la chambre de combustion à celui de l'enveloppe de refroidissement. Pour réguler la température du conduit de la chambre de combustion, il est cependant également possible de souffler un certain volume de gaz à travers la fente mentionnée afin d'évacuer une puissance calorifique

excédentaire.

Afin d'obtenir un flux thermique défini entre la surface extérieure du conduit de la chambre de combustion et l'enveloppe refroidie par eau pour la régulation d'une température nécessaire, une fente annulaire entre ces éléments peut cependant également être remplie avec une matière solide ayant une certaine conductivité thermique, par exemple une garniture en laine céramique. Il existe deux possibilités avantageuses pour l'insertion de l'élément cylindrique comportant le corps mentionné: Il peut être opportun d'intégrer cet élément cylindrique dans la construction du dispositif de lavage

par pulvérisation. L'élément cylindrique comportant le corps mentionné peut cependant également être réalisé25 séparément.

Pour assurer une fixation thermiquement isolée entre le conduit de la chambre de combustion et l'élément cylindrique, il est opportun de relier ces éléments à l'aide d'une liaison à emboîtement à ajustement lâche.30 L'isolation thermique nécessaire du conduit de la chambre de combustion par rapport à l'élément cylindrique peut être assurée par une liaison à bride dans laquelle est insérée une bague d'écartement en céramique. L'isolation thermique nécessaire peut cependant être35 opportunément assurée de façon suffisante en réalisant une partie de l'élément cylindrique avec une paroi mince

en acier X et une liaison soudée.

Le degré de combustion des substances nocives peut également être influencé favorablement par le type d'amenée des gaz nocifs dans le brûleur annulaire. il peut être opportun d'amener le mélange de gaz naturel ou

d'hydrogène/ oxygène au brûleur annulaire par une alimentation, et les effluents gazeux toxiques par une deuxième alimentation centrale. Les gaz nocifs sont en10 l'occurrence injectés dans le coeur chaud de la flamme.

Il peut cependant également s'avérer avantageux de mélanger le gaz de combustion, donc le gaz naturel ou l'hydrogène, avec les effluents gazeux toxiques en amont du brûleur ou dans ce dernier, et d'injecter l'oxygène séparément et directement au niveau de l'orifice du brûleur annulaire. La méthode citée en dernier conduit à des températures plus faibles de la flamme, ce qui a une incidence favorable sur la formation d'oxydes d'azote nocifs dans la flamme.20 Dans le cas le plus simple, le fluide de lavage utilisé dans le dispositif de lavage par pulvérisation est de l'eau. Une neutralisation d'acides des substances nocives transformées ou leur précipitation en sels peut toutefois déjà être obtenue lors du processus de lavage25 par pulvérisation dès lors que le fluide de lavage utilisé est de l'eau avec des additifs de soude caustique, de potasse caustique, de lait de chaux, de carbonates de sodium ou de carbonates de potassium. Dans le but de nettoyer le conduit de la chambre de combustion et des éléments fonctionnels de la chambre de combustion, ceux-ci peuvent être démontes après l'arrêt du dispositif d'épuration et traités de façon correspondante en dehors du dispositif. Un nettoyage de dépôts de matières solides peut cependant également être effectué par le fait que des dispositifs mécaniques adaptés au diamètre intérieur du conduit soient disposés dans le conduit de la chambre de combustion, et qu'un clapet soit prévu au niveau du fond

du module dans lequel est disposé le brûleur.

L'élimination des produits solides de combustion et de réaction, tels que par exemple des oxydes ou du charbon, est effectuée par le fait que les dispositifs mécaniques, tels que par exemple des brosses ou des racleurs, sont périodiquement actionnés au cours d'arrêts de fonctionnement du dispositif d'épuration d'effluents gazeux. Pendant le fonctionnement du dispositif d'épuration d'effluents gazeux, ces éléments peuvent être opportunément déplacés dans la zone située au-dessous du brûleur afin de ne pas gêner le fonctionnement de la

chambre de combustion.

Les nécessités en matière d'entretien de modules fonctionnels sont très variables en ce qui concerne leurs intervalles dans le temps et les phases de travail requises. Pour des raisons d'accessibilité et d'interchangeabilité, il est par conséquent opportun que les modules du dispositif d'épuration d'effluents gazeux, à savoir la chambre de combustion avec le brûleur, l'élément cylindrique, le dispositif de lavage par pulvérisation, la pompe à vide et le dispositif de25 régénération, soient réalisés de façon modulaire et soient intégrés en une unité complète sur une surface aussi restreinte que possible en commun avec les dispositifs supplémentaires d'amenée des fluides, les capteurs et la commande électronique nécessaires au30 fonctionnement. Il en résulte des avantages en ce qui concerne l'encombrement nécessaire dans l'unité de

fabrication de semi-conducteurs, et des répercussions économiques favorables sur les besoins en moyens d'investissement.

Des avantages pour le processus de fonctionnement du dispositif d'épuration d'effluents gazeux résultent en l'occurrence du fait que, grâce à la distance extrêmement courte de l'ordre de plusieurs centaines de mm entre la bride située du côté sortie de la pompe à vide et la 5 chambre de combustion, le volume de la conduite de gaz reste faible entre les dispositifs mentionnés. Les effluents gazeux comprimés sensiblement à la pression atmosphérique par la pompe à vide, ne se refroidissent par conséquent pratiquement pas sur le trajet entre la10 pompe et la chambre de combustion. Le besoin en énergie nécessaire pour porter les gaz nocifs à la température de

réaction nécessaire dans la chambre de combustion est considérablement réduit, ce qui contribue à une économie en mélange de gaz de combustion et par conséquent à une15 réduction des coûts de l'épuration des effluents gazeux.

Lorsque la température des effluents gazeux dans la conduite de liaison est supérieure à la température ambiante d'au moins 80 Celsius, de préférence de plus de 150 Celsius, on évite en outre une condensation de composés des gaz nocifs ou de produits de réaction des substances nocives qui est engendrée sous l'effet de l'humidité dans la conduite de liaison. L'humidité peut pénétrer dans la conduite de liaison ou provenir d'une diffusion de retour d'humidité de la chambre de25 combustion. Dans le cas du dispositif selon l'invention, une diffusion de retour d'humidité de la chambre de combustion ne peut cependant pas intervenir, ou qu'à un degré très négligeable, étant donné qu'aucun liquide n'est présent dans le foyer pendant les phases de30 fonctionnement de la chambre de combustion, et que, par rapport à d'autres dispositifs dans lesquels le conduit de la chambre de combustion est refroidi directement, le conduit de la chambre de combustion est maintenu à une température plus élevée. Pendant les phases de nettoyage35 de la chambre de combustion, soit l'humidité ne parvient pas du tout dans la chambre de combustion (dans le cas dunettoyage mécanique), soit elle est à nouveau éliminée par séchage (lors du lavage des dépôts suivi d'un séchage

à l'aide d'un gaz injecté).

Dans certain cas d'application du dispositif d'épuration d'effluents gazeux il peut s'avérer nécessaire de ne pas intégrer dans le dispositif d'épuration des effluents gazeux la pompe à vide pour les effluents gazeux ou le dispositif de régénération pour le fluide de lavage, mais de les installer sous la forme de modules séparés. C'est ainsi que des exigences de différentes unités de processus de semi-conducteurs peuvent nécessiter que les pompes à vide qui, conditionnées par le processus, sont le cas échéant différentes, soient installées directement dans les unités de processus. Dans ce cas, des conduites de liaison d'une longueur de plusieurs mètres sont inévitables entre les pompes à vide et la chambre de combustion. Afin d'éviter dans ce cas également la20 condensation de substances nocives ou de produits de réaction des substances nocives dans les tuyauteries, et d'assurer une température plus élevée des gaz nocifs à l'entrée de la chambre de combustion, les conduites de liaison sont thermiquement isolées, ce qui permet25 d'utiliser l'énergie de compression des pompes, ou alors un chauffage supplémentaire est prévu pour les effluents gazeux ou les conduites de liaison. Si un dispositif de régénération de capacité plus élevée est utilisé en commun pour plusieurs dispositifs d'épuration d'effluents gazeux, il est recommandé de réaliser et d'installer séparément le module de régénération du fluide de lavage ou de sorption. Afin de pouvoir contrôler et piloter le processus de fonctionnement dans des dispositifs d'épuration d'effluents gazeux selon l'invention, il est prévu, des capteurs de mesure pour la température de la flamme de gaz de combustion au niveau du conduit de la chambre de combustion, qui sont destinés à contrôler si la flamme brûle, et des capteurs de contrôle de température et de pression au niveau de l'amenée des effluents gazeux. Il peut en outre être opportun de compléter le dispositif par des capteurs pour les débits volumiques du gaz de combustion, de l'oxygène et des effluents gazeux. Au cours du fonctionnement du dispositif, les valeurs de mesure des capteurs installés sont utilisées pour la commande, la régulation et le contrôle. Il est particulièrement avantageux d'utiliser les valeurs de mesure des débits volumiques des gaz de processus des installations de revêtement et de gravure, et du débit volumique du gaz de balayage de la pompe à vide, pour la commande des volumes du gaz de combustion et d'oxygène du brûleur. L'invention est explicitée ci-après plus en détail à l'aide d'un mode de réalisation préféré du dispositif

représenté à la figure 1. La figure 1 représente une coupe longitudinale schématique.

Le dispositif selon l'invention comporte une chambre de combustion (1) cylindrique en matériau résistant à la corrosion. Elle a un diamètre de 15 cm et une hauteur de25 70 cm. Cette chambre de combustion est montée dans une enveloppe (2) directement refroidie par eau comportant les canaux de refroidissement (3) fermés. Un élément cylindrique (5) est disposé sur l'enveloppe (2) à l'aide des brides (4). Un corps constitué de deux corps partiels (6) et (7) est inséré dans l'élément cylindrique (5), qui ont tous les deux des surfaces convexes et qui sont reliés entre eux par des barrettes de retenue (8) et (9) en acier spécial de telle sorte que les surfaces extérieures convexes des corps35 partiels soient orientées dans des sens opposés par rapport à l'axe de la chambre de combustion. Le diamètre du corps partiel (7) est de 19 cm. Le corps constitué des corps partiels (6) et (7) est disposé par les barrettes de retenue (10) et (11) sur le bord supérieur de la chambre de combustion (1). En raison de la longueur de ces barrettes de retenue, l'écartement du bord supérieur de la chambre de combustion (1) par rapport au corps partiel (6) est définie à 2 cm. Au niveau de la bride (4), un anneau (12) d'une hauteur de 4 cm est formé sur l'élément cylindrique (5), moyen par lequel il est engendré une cuvette annulaire pour l'agent (13) de refroidissement, de lavage et de sorption. Un écoulement (14) est prévu au niveau de cette dernière pour l'agent de lavage. Le diamètre intérieur de l'élément cylindrique

(5) est de 23 cm.

L'élément cylindrique (5) est relié au dispositif (16) de lavage par pulvérisation à l'aide des brides (15). Deux buses (17) et (18) à jet conique comportant les alimentations (19) et (20) sont disposées en direction axiale l'une derrière l'autre dans le dispositif (16) de lavage par pulvérisation. Les buses pulvérisent l'agent de lavage en deux cônes de projection (21) et (22). Entre des tamis de retenue (23) et (24), des anneaux de lavage (25) sont disposés dans le dispositif de lavage par pulvérisation dans la zone située entre les buses (17) et (18) à jet conique. La tubulure (26) destinée au raccordement à l'installation d'air sortant se trouve dans la partie supérieure du dispositif de lavage par pulvérisation.30 L'extrémité supérieure du conduit de la chambre de combustion (1) est emboîtée dans l'anneau (12) dans un ajustement lâche. L'extrémité inférieure du conduit de la chambre de combustion (1) est emboîtée dans un ajustement lâche (27)

d'un élément (28).

Une fente annulaire de 4 cm de large située entre le conduit de la chambre de combustion (1) et l'enveloppe (2) refroidie par eau est remplie de laine céramique (29). Le brûleur annulaire (30), auquel le mélange de gaz de combustion constitué d'hydrogène et d'oxygène est amené par une amenée (31), est disposé de façon centrale dans l'élément (28). Le brûleur annulaire (30) a un diamètre de 25 mm. La flamme (32) de gaz de combustion se

forme au-dessus du brûleur annulaire (30).

Pendant le fonctionnement du dispositif d'épuration de gaz, les effluents gazeux provenant des unités de processus de fabrication de semi-conducteurs sont amenés par l'intermédiaire de la conduite d'amenée (33) à la pompe à vide (34) fonctionnant par voie sèche, et sont comprimés sensiblement à la pression atmosphérique. Les effluents gazeux contenant des substances nocives de différentes compositions sont ensuite envoyés dans le brûleur (30) par l'intermédiaire de l'entrée (35). Ils20 entrent de façon centrale dans la flamme (32) de gaz de combustion. La conduite de liaison (36) entre la pompe à vide (34) et l'entrée (35) du brûleur du dispositif d'épuration a une longueur de 450 mm. Les effluents gazeux comprimés avec le gaz de purge de la pompe à vide25 ont une température de 160 Celsius à l'entrée du brûleur. L'amenée des effluents gazeux dans le brûleur annulaire (30) est effectuée après l'ouverture de la vanne (37). La transformation thermique et/ou chimique des gaz nocifs du courant des effluents gazeux est30 effectuée après l'entrée dans la flamme (32) du foyer de la chambre de combustion (38). Le courant gazeux chaud traverse dans un premier temps dans le sens de la flèche (39) la chambre de combustion, ensuite l'élément cylindrique (5) o il est trempé par le fluide de lavage à la température de ce dernier, et o le processus de sorption est amorcé. Le courant gazeux trempé traverse les anneaux de lavage (25) de la deuxième section de lavage du dispositif (16) de lavage par pulvérisation dans le sens des flèches (40) et (41).5 Après le lavage du courant gazeux dans le dispositif (16) de lavage par pulvérisation, les effluents gazeux épurés sont envoyés dans le sens de la flèche (42) vers

l'installation d'air sortant par la tubulure (26).

Les produits de réaction solides de la transformation des substances nocives dans la chambre de combustion sont collectés sur le fond de l'élément (28), ils peuvent être évacués au moyen du clapet (43). Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que

des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif destiné à éliminer des substances nocives des effluents gazeux provenant de processus CVD et de gravure au plasma, constitué d'au moins une chambre de combustion (1) avec un brûleur (30), avec une amenée d'effluents gazeux comprimés au moyen d'une pompe à vide (34), une amenée (31) de gaz de combustion et d'oxygène, un dispositif (16) de lavage par pulvérisation et un dispositif de régénération pour le fluide de lavage, caractérisé en ce que, a) le conduit de la chambre de combustion (1) est disposé dans une enveloppe (2) directement refroidie, de préférence par de l'eau en tant qu'agent de15 refroidissement circulant dans des canaux de refroidissement (3) fermés, la fente située entre cette enveloppe (2) et le conduit de la chambre de combustion (1) étant remplie avec une matière ayant une certaine conductivité thermique, b) un élément cylindrique (5) est inséré entre la chambre de combustion (1) et le dispositif (16) de lavage par pulvérisation, lequel comporte un corps dont la projection en direction de l'axe du conduit de la chambre de combustion (1) est supérieure à la largeur utile du25 conduit de la chambre de combustion (1), et qui est limité en direction radiale de telle sorte qu'il subsiste une fente entre la paroi intérieure de l'élément cylindrique (5) et ledit corps, dont la surface correspond de préférence à la dimension de la surface de30 l'ouverture du conduit de la chambre de combustion (1), c) ledit corps est fixé par des éléments de retenue sur l'élément cylindrique (5) ou sur le conduit de la chambre de combustion (1) de telle sorte que la surface de l'ouverture de passage entre le conduit de la chambre35 de combustion (1) et le corps se situe également dans l'ordre de grandeur de la surface de l'ouverture du conduit de la chambre de combustion (1), d) le corps est constitué d'au moins deux parties, l'un des corps partiels (6) étant orienté en direction de l'ouverture du conduit de la chambre de combustion (1) et l'autre corps partiel (7) en direction du dispositif (16) de lavage par pulvérisation, les deux corps (6, 7) étant fixés entre eux en étant thermiquement isolés, e) la partie inférieure de l'élément cylindrique (5) est agencée de telle sorte qu'il se forme une cuvette annulaire pour le fluide de lavage, f) le conduit de la chambre de combustion (1) pénètre axialement dans l'élément cylindrique (5) au moins de la hauteur de la délimitation intérieure de la15 cuvette annulaire, et est fixé en étant thermiquement isolé g) le conduit de la chambre de combustion (1) est fixé en étant thermiquement isolé sur un élément (28), dans lequel est disposé le brûleur (30), h) l'enveloppe (2) refroidie par eau est limitée en direction axiale à la zone de l'extension longitudinale du conduit de la chambre de combustion (1).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé un gaz en tant que

matière d'une certaine conductivité thermique, de préférence de l'air ou de l'oxygène.

3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est utilisé une matière solide en tant que matière d'une certaine faible conductivité30 thermique, par exemple une garniture en laine céramique (29).

4. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément cylindrique (5) est

intégré dans la construction du dispositif (16) de lavage35 par pulvérisation.

5. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément cylindrique (5) avec

ledit corps est réalisé sous la forme d'un module séparé et est inséré entre le carter de la chambre de combustion 5 (1) et le dispositif (16) de lavage.

6. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'isolation thermique entre le

conduit de la chambre de combustion (1) et l'élément cylindrique (5) est obtenue par un ajustement lâche d'une10 liaison à emboîtement.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'isolation

thermique entre le conduit de la chambre de combustion (1) et l'élément cylindrique (5) est obtenue par des

bagues d'écartement au niveau des vissages.

8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que l'isolation

thermique entre le conduit de la chambre de combustion (1) et l'élément cylindrique (5) est obtenue par une

partie à paroi mince et une soudure.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que de l'eau est

utilisée en tant que fluide de lavage.

10. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 8, caractérisé en ce que de l'eau avec des additifs de substances alcalines, par exemple du

NaOH; du KOH ou des carbonates, est utilisée en tant que fluide de lavage.

11. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'une amenée pour les effluents gazeux et une amenée (31) pour le

mélange de gaz de combustion sont prévues sur le brûleur annulaire (30)

12. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il est prévu

une amenée commune pour le gaz de combustion et les gaz

nocifs, et une amenée séparée pour l'oxygène.

13. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 12, caractérisé en ce que des

dispositifs mécaniques, tels que par exemple des brosses ou des racleurs qui sont adaptés au diamètre intérieur du conduit de la chambre de combustion (1), sont disposés dans ce dernier, et qu'un clapet (43) est prévu au niveau du fond du module dans lequel est fixé le brûleur (30)

14. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les modules

du dispositif d'épuration, à savoir la chambre de combustion (1) avec le brûleur (30), l'élément cylindrique (5), le dispositif (16) de lavage par pulvérisation, la pompe à vide (34) et le dispositif de régénération, sont réalisés de façon modulaire et sont

intégrés en une unité compacte en commun avec les dispositifs d'amenée des fluides, ainsi que la commande électronique.

15. Dispositif selon la revendication 14, caractérisé en ce que les modules du dispositif d'épuration, à savoir la chambre de combustion (1) avec le brûleur (30), l'élément cylindrique (5), le dispositif (16) de lavage par pulvérisation, sont réalisés de façon modulaire et sont intégrés en une unité compacte en commun avec les dispositifs d'amenée des fluides, ainsi

que la commande électronique, et que la pompe à vide (34) et le dispositif de régénération sont réalisés sous la forme de modules séparés.30

16. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 15, caractérisé en ce que des capteurs

sont disposés au niveau du conduit de la chambre de combustion (1) et des dispositifs d'amenée des fluides, notamment pour la température et la pression des35 effluents gazeux amenés, pour les débits volumiques du gaz de combustion, de l'oxygène et des effluents gazeux, pour le contrôle de la flamme (32) et pour la valeur du pH du fluide de refroidissement.

17. Dispositif selon l'une quelconque des

revendications 1 à 16, caractérisé en ce que les valeurs de mesure des débits volumiques des gaz de processus des

installations de revêtement et de gravure, et du débit volumique du gaz de balayage de la pompe à vide (34), sont utilisées pour la commande du dispositif d'épuration10 d'effluents gazeux, notamment pour la commande des volumes de gaz de combustion et d'oxygène du brûleur (30).