TWI633926B - 流程氣體減量裝置及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種流程氣體減量裝置及方法。該流程氣體減量裝置包括:一燃燒器,其包括:一燃燒室,其可操作以自一製造流程工具接收將在該燃燒室內以一次大氣壓力處理之一流出氣流,該燃燒室可進一步操作以接收一燃料、氧化劑及稀釋劑,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑控制該燃燒室內之燃燒以處理該流出氣流以產生一經處理排出流,該稀釋劑可在該經處理排出流中冷凝。舉例而言,藉由提供呈一惰性可冷凝物之形式之一稀釋劑,減小了該燃燒室內之體積增益,此減小該排出流之體積且減小第二泵上之體積負荷。該體積增益由於該稀釋劑在該排出流中相位移位而減小,藉此有效地移除該稀釋劑對該排出流之該體積之貢獻。此產生相當大的電力節省,乃因自該燃燒室輸出將需要藉助於該第二泵達到舉例而言大氣壓力之第二壓力之較低體積之氣體。

Description

流程氣體減量裝置及方法
本發明係關於一種流程氣體減量裝置及方法。
用於以一次大氣壓力操作來處理來自(舉例而言)半導體或平板顯示器製造工業中所使用之一製造流程工具之一流出氣流之裝置係已知的。在此製造期間,在自流程工具所泵送之流出氣流中存在殘餘全氟化合物(PFC)及其他化合物。PFC難以自廢氣減量或移除且其至環境中之釋放係不期望的,此乃因已知其具有相當高溫室活動。
執行廢氣減量之一種方式係將來自流程工具之廢氣在饋送至一輻射燃燒器之前泵送至一較高次大氣壓力。輻射燃燒器使用燃燒來自流程氣流移除PFC及其他化合物。通常,流出氣流係含有PFC及其他化合物之一氮氣流。一燃料氣體與流出氣流混合且彼氣流混合物被傳送至由一有孔氣體燃燒器之出口表面橫向地環繞之一燃燒室中。燃料氣體及空氣同時供應至有孔燃燒器以影響出口表面處之無焰燃燒,其中通過有孔燃燒器之空氣之量不僅足以消耗供應至燃燒器之燃料氣體,且亦足以消耗注入至燃燒室中之氣流混合物中之所有可燃物。所得經處理氣流自輻射燃燒器排放。此後,經處理氣流在排氣之前被泵送至大氣壓力。
儘管存在用於處理流出氣流之技術,但其各自具有其自身缺點。因此,期望提供用於處理一流出氣流之一經改良技術。
根據一第一態樣,提供一種流程氣體減量裝置,該流程氣體減量裝置包括:一燃燒器,其包括:一燃燒室,其可操作以自一製造流程工具接收將在該燃燒室內以一次大氣壓力處理之一流出氣流,該燃燒室可進一步操作以接收一燃料、氧化劑及稀釋劑,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑控制該燃燒室內之燃燒以處理該流出氣流以產生一經處理排出流,該稀釋劑可在該經處理排出流中冷凝。
該第一態樣認識到,藉助如上文所提及之現有方法,該燃燒器將以在該流程工具之壓力之間但低於大氣壓力之一壓力操作。舉例而言,該燃燒器通常以大約200mbar操作,其中流程氣體係藉助於一多級乾式泵送機構而達到此壓力,其中燃燒副產物係藉助於第二泵(諸如(舉例而言)一液環泵)達到一第二壓力(舉例而言,大氣壓力)。
通常,一種碳氫化合物燃料為易燃燒減量在該燃燒室內提供能量源且通常此燃料係甲烷。根據下文反應(1)此與流程氣體「P」一起燃燒以產生一經處理流程氣體「P’」:10P+CH4+2O2=CO2+2H2O+10P’ (1)
若假定大氣壓力燃燒性質亦發生於次大氣燃燒,則每一標準公升/分鐘(slm)之甲烷可減量大約10標準公升/分鐘之流程排放。因此藉助CH4及純氧氣,輸入至該燃燒室之氣體之體積與由該燃燒室輸出之氣體之體積之間的體積增益係僅10%(亦即,10slm之流程排放輸入至該燃燒室中且11slm自該燃燒室輸出)。
然而,通常,O2將遞送為空氣體積之20.9%且因此將伴隨有一實質體積之N2。使用空氣既係O2之一方便源且亦在該燃燒室內係有幫助的,此乃因N2幫助緩和該燃燒室內之火焰速度及溫度。
藉助空氣,燃燒如下文方程式(2):10P+CH4+2O2+8N2=CO2+8N2+2H2O+10P’ (2)
然而,該第一態樣認識到,輸入至該燃燒室之氣體之該體積與由該燃燒室輸出之氣體之該體積之間的該體積增益幾乎加倍(亦即,10slm之流程氣體輸入至該燃燒室且19slm自該燃燒室輸出)。
因此,可提供一種流程氣體減量裝置。該裝置可包括一燃燒器。該燃燒器可包括自一製造流程工具接收一流程或流出氣流之一燃燒室。該流出氣流可在該燃燒室內以一次大氣壓力處理。該燃燒室可接收一燃料、氧化劑及稀釋劑。該燃料、該氧化劑及該稀釋劑可控制該燃燒室內之燃燒以處理該流出氣流且產生一經處理排出流。該稀釋劑可在該經處理排出流中冷凝。
該第一態樣認識到,由於現有方法中所提供之N2之目的係緩和該燃燒室內之該火焰速度及溫度,因此使用N2僅係出於方便,此乃因N2普遍存在於空氣中。若此N2可用(舉例而言)呈一惰性可冷凝物之形式之一稀釋劑來替換,則將減小該燃燒室內之該體積增益,此減小該排出流之體積且減小第二泵上之體積負荷。該體積增益由於該稀釋劑在該排出流中相位移位而減小,藉此有效地移除該稀釋劑對該排出流之該體積之貢獻。此產生相當大的電力節省,乃因自該燃燒室輸出將需要藉助於該第二泵達到該第二壓力(舉例而言,大氣壓力)之較低體積之氣體。
在一項實施例中,該稀釋劑在引入至該燃燒室時包括一蒸汽。因此,該稀釋劑可以蒸汽形式與該燃料及氧化劑混合以實現具有所需要特性之燃燒以便處理該流出氣流。在該排出流內自(舉例而言)一惰性可冷凝蒸汽至一液體之轉變使得該稀釋劑能夠既有助於該燃燒之該等特性,同時亦減小該體積增益,此乃因該稀釋劑在該排出流中相位移位,藉此有效地移除該稀釋劑對該排出流之該體積之貢獻。
在一項實施例中,該稀釋劑在經汽化以引入至該燃燒室之前包括一液體。將瞭解,此顯著地簡化該稀釋劑之儲存。
在一項實施例中,該稀釋劑在該經處理排出流中冷凝成一液體。將瞭解,自一蒸汽至一液體之該相位致使體積之一顯著減小。
在一項實施例中,該稀釋劑以一第一體積速率引入至該燃燒室中且以一第二體積速率佔據該經處理排出流,該第二體積速率低於該第一體積速率。
在一項實施例中,以規定體積速率提供該稀釋劑以控制該燃燒室內之燃燒條件以處理該流出氣流。
在一項實施例中,該稀釋劑在引入至該燃燒室中之前與該燃料及氧化劑中之至少一者組合。將瞭解,此顯著地簡化該稀釋劑及/或該燃料及氧化劑之儲存。
在一項實施例中,該燃料及該氧化劑中之至少一者在引入至該燃燒室中之前由該稀釋劑溶解。
在一項實施例中,該燃料及該氧化劑兩者皆在引入至該燃燒室中之前由該稀釋劑溶解。
在一項實施例中,由該稀釋劑溶解之該燃料及該氧化劑中之至少一者在引入至該燃燒室中之前被汽化。
在一項實施例中,由該稀釋劑溶解之該燃料及該氧化劑中之至少一者與該稀釋劑在引入至該燃燒室中之前被共同汽化。
在一項實施例中,該稀釋劑包括水、一種全氟碳化物及一種碳氫化合物中之至少一者。
在一項實施例中,該燃燒器包括一輻射燃燒器且該燃燒室具有一多孔套筒,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑通過該多孔套筒以接近於該多孔套筒之一燃燒表面燃燒。
在一項實施例中,該經處理排出流被提供至一液環泵以壓縮至大氣壓力。
在一項實施例中,該稀釋劑在該液環泵中冷凝。因此,該液環 泵亦可充當一有效冷凝器。
在一項實施例中,該液環泵可操作以洗滌該經處理排出流。因此,該液環泵亦可充當一有效洗滌器。
根據一第二態樣,提供一種流程氣體減量方法,該流程氣體減量方法包括:自一製造流程工具接收將在一燃燒室內以一次大氣壓力處理之一流出氣流;在該燃燒室內接收一燃料、氧化劑及稀釋劑,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑控制該燃燒室內之燃燒以處理該流出氣流以產生一經處理排出流;及在該經處理排出流中使該稀釋劑冷凝。
在一項實施例中,接收步驟包括將該稀釋劑作為一蒸汽引入至該燃燒室。
在一項實施例中,該稀釋劑在經汽化以引入至該燃燒室之前包括一液體。
在一項實施例中,冷凝步驟包括在該經處理排出流中將該稀釋劑冷凝成一液體。
在一項實施例中,該接收步驟包括以一第一體積速率將該稀釋劑引入至該燃燒室中且該冷凝步驟包括以一第二體積速率佔據該經處理排出流,該第二體積速率低於該第一體積速率。
在一項實施例中,該接收步驟包括以規定體積速率提供該稀釋劑以控制該燃燒室內之燃燒條件以處理該流出氣流。
在一項實施例中,該方法包括將該稀釋劑在引入至該燃燒室中之前與該燃料及氧化劑中之至少一者組合之步驟。
在一項實施例中,該方法包括在引入至該燃燒中之前由該稀釋劑溶解該燃料及該氧化劑中之至少一者之步驟。
在一項實施例中,該方法包括在引入至該燃燒中之前由該稀釋劑溶解該燃料及該氧化劑兩者之步驟。
在一項實施例中,該接收步驟包括在引入至該燃燒室中之前汽 化由該稀釋劑溶解之該燃料及該氧化劑中之至少一者。
在一項實施例中,該接收步驟包括在引入至該燃燒室中之前共同汽化由該稀釋劑溶解之該燃料及該氧化劑中之至少一者及該稀釋劑。
在一項實施例中,該稀釋劑包括水、一種全氟碳化物及一種碳氫化合物中之至少一者。
在一項實施例中,該燃燒器包括一輻射燃燒器且該燃燒室具有一多孔套筒,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑通過該多孔套筒以接近於該多孔套筒之一燃燒表面燃燒。
在一項實施例中,該方法包括將該經處理排出流提供至一液環泵以壓縮至大氣壓力。
在一項實施例中,該冷凝步驟包括在該液環泵中冷凝該稀釋劑。
在一項實施例中,該方法包括使用該液環泵洗滌該經處理排出流之步驟。
在隨附獨立及附屬請求項中陳述進一步特定及較佳態樣。可適當地且以除申請專利範圍中明確陳述之彼等組合之組合將附屬請求項之特徵與獨立請求項之特徵組合。
其中一裝置特徵被闡述為可操作以提供一功能,將瞭解,此包含提供彼功能或經調適或經組態以提供彼功能之一裝置特徵。
10‧‧‧第一泵級
20‧‧‧輻射燃燒器
30‧‧‧次級泵級
100‧‧‧流程氣體減量裝置
D‧‧‧稀釋劑/液體稀釋劑
P‧‧‧流程氣體/流程或流出氣流/流出氣流
P’‧‧‧經處理流程氣體/經處理流出氣流/流出氣流
現在將參考隨附圖式進一步闡述本發明之實施例,在隨附圖式中:圖1圖解說明根據一項實施例之一流程氣體減量裝置。
概述
在更詳細地論述實施例之前,首先將提供一概述。在實施例中,一次大氣燃燒系統係藉助一稀釋劑而操作,該稀釋劑在其排出流中冷凝以便減小所排放排氣體積。此減小需要在排氣至大氣之前壓縮至大氣壓力之排放體積。
流程氣體減量
圖1圖解說明根據一項實施例之一流程氣體減量裝置100(一般而言)。一第一泵級10抽空諸如一半導體流程室之一流程室,且獲得以一第一壓力(諸如1mbar)提供之一流程或流出氣流P,且將流出氣流P壓縮至諸如100mbar至200mbar之一中間壓力。第一泵級10通常包括一乾式泵。
一輻射燃燒器20或其他燃燒裝置以中間壓力接收流出氣流P。另外,除一稀釋劑D之外,輻射燃燒器20亦接收一燃料/氧化劑混合物。流出氣流P被提供至由一有孔氣體燃燒器之出口表面橫向地環繞之一燃燒室中。燃料/氧化劑混合物與稀釋劑D一起同時供應至有孔燃燒器以影響出口表面處之無焰燃燒。通過有孔燃燒器之氧化劑之量不僅足以消耗供應至該燃燒器之燃料,且亦消耗注入至燃燒室中之流出氣流中之所有可燃物。稀釋劑D經提供具有足以控制有孔燃燒器之出口表面處之火焰速度且足以控制燃燒室內之溫度及其他燃燒特性之一量。經處理流出氣流P’與燃燒室內之其他燃燒副產物一起自輻射燃燒器排放。稀釋劑D在經處理流出氣流內冷凝。
經處理流出氣流P’提供至一次級泵級30(諸如一液環泵),次級泵級30將燃燒室內之經處理流出氣流P’與其他燃燒副產物一起在排氣至大氣之前壓縮至一第二壓力(諸如大氣壓力)。
實例性操作
在此實例中,將流出氣流P以10slm(標準公升/分鐘)之一速率自第一泵級10提供至輻射燃燒器20。為處理流出氣流P,根據反應(3)與 以8slm之一速率提供稀釋劑D一起以3slm之一速率提供燃料/氧化劑混合物,以便充分地控制燃燒室內之火焰速度、溫度及其他燃燒特性以正確地處理流出氣流P:10P+CH4+2O2+8D(g)=CO2+8D(l)+2H2O+10P’ (3)
舉例而言,用一種碳氫化合物(舉例而言,甲烷)及氧氣給以大約200mbar操作之此一輻射燃燒器20加燃料。此被稀釋至稀釋劑D之適合濃度。
由於稀釋劑D在流出氣流P’中冷凝,因此其在周圍條件下通常係一液體且因此被加熱以便在提供至燃燒室之前汽化。因此,液體稀釋劑D可與燃料及/或與氧化劑混合以便在引入至該燃燒室中之前以一習用方式儲存此等。
稀釋劑
在一項實例中,習用上,稀釋劑D係水。根據下文方程式(4)在燃燒室中以火焰溫度提供實質量之水蒸汽之一經添加優點係此針對流出氣流P中之F2減量提供額外試劑:F2+H2O=2HF+½O2 (4)
所產生之過量O2亦有幫助,此乃因其與諸如(舉例而言)SiH4之沈積氣體反應。
出於方便儲存,燃料可溶解於水內。舉例而言,一酒精可溶解於水內以提供一水溶液,然後該水溶液在引入至燃燒室中之前汽化。同樣地,出於方便儲存,氧化劑可溶解於水內。舉例而言,過氧化氫可溶解於水內以提供一水溶液,然後該水溶液在引入至燃燒室中之前汽化。類似地,出於方便儲存,燃料及氧化劑兩者皆可溶解於水內。若此係衍生自一70℃/300mbar源,則此將需要產生大約2600J/g。進行此之電力將係大約:(8/22.4)×18×2600/60=280瓦。
此電力可衍生自真空泵中所產生之廢熱。在一整合系統中,水(及泵)可以電方式預先加熱且溫度係藉由蒸發與熱產生之間的平衡來維持。
考量其中存在待處理之大約10slm之流程氣體P之上文實例,通常將需要大約1slm之CH4及2slm之O2。為稀釋此且提供如藉助空氣將達成之類似燃燒性質,亦將需要大約8slm之H2O作為稀釋劑D。
水在經處理流出氣流內冷凝且因此大約10slm之經處理流出氣流P’與1slm之CO2一起被提供。此意指,僅提供大約11slm,而非將19slm提供至次級泵級30,此相當大地減小待壓縮之量且減小用以達成此之電力消耗。
次級泵級30可係一液環泵。提供一液環泵係尤其有利的,此乃因此輔助稀釋劑之冷凝兩者且可用以洗滌所提供之氣流。
儘管上文實例利用水作為稀釋劑,但將瞭解,稀釋劑可係在流出氣流中冷凝之任何適合化合物,諸如(舉例而言)一種全氟碳化物或一種碳氫化合物。
儘管本文中已參考隨附圖式來詳細地揭示本發明之說明性實施例,但應理解,本發明並不限於精確實施例,且熟習此項技術者可在不背離如由隨附申請專利範圍及其等效物所界定之本發明之範疇之情況下在其中實現各種改變及修改。

Claims (15)

  1. 一種流程氣體減量裝置,其包括:一燃燒器,其包括:一燃燒室,其可操作以自一製造流程工具接收將在該燃燒室內以一次大氣壓力處理之一流出氣流,該燃燒室可進一步操作以接收一燃料、氧化劑及稀釋劑,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑控制該燃燒室內之燃燒以處理該流出氣流以產生一經處理排出流,該稀釋劑可在該經處理排出流中冷凝。
  2. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑在引入至該燃燒室時包括一蒸汽。
  3. 如請求項1或2之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑在經汽化以引入至該燃燒室之前包括一液體。
  4. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑在該經處理排出流中冷凝成一液體。
  5. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑以一第一體積速率引入至該燃燒室中且以一第二體積速率佔據該經處理排出流,該第二體積速率低於該第一體積速率。
  6. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑在引入至該燃燒室中之前與該燃料及該氧化劑中之至少一者混合。
  7. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該燃料及該氧化劑中之至少一者在引入至該燃燒室中之前由該稀釋劑溶解。
  8. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該燃料及該氧化劑兩者皆在引入至該燃燒室中之前由該稀釋劑溶解。
  9. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中由該稀釋劑溶解之該燃料及該氧化劑中之至少一者在引入至該燃燒室中之前被汽化。
  10. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中由該稀釋劑溶解之該燃料及該氧化劑中之至少一者以及該稀釋劑在引入至該燃燒室中之前被共同汽化。
  11. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑包括水、一種全氟碳化物及一種碳氫化合物中之至少一者。
  12. 如請求項1之流程氣體減量裝置,其中該經處理排出流被提供至一液環泵以壓縮至大氣壓力。
  13. 如請求項12之流程氣體減量裝置,其中該稀釋劑在該液環泵中冷凝。
  14. 如請求項12或13之流程氣體減量裝置,其中該液環泵可操作以洗滌該經處理排出流。
  15. 一種流程氣體減量方法,其包括:自一製造流程工具接收將在一燃燒室內以一次大氣壓力處理之一流出氣流,在該燃燒室內接收一燃料、氧化劑及稀釋劑,該燃料、該氧化劑及該稀釋劑控制該燃燒室內之燃燒以處理該流出氣流以產生一經處理排出流;及在該經處理排出流中冷凝該稀釋劑。
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