WO2020216355A1 - 一种用于半导体制造的洁净室系统及其电场除尘方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室(101)、电场除尘系统(102);洁净室(101)包括气体入口;电场除尘系统(102)包括除尘系统出口、电场装置(1021);洁净室的气体入口与电场除尘系统(102)的除尘系统出口连通;电场装置(1021)包括电场装置入口(1011)、电场装置出口、电场阴极(5081)和电场阳极(5082),电场阴极(5081)和电场阳极(5082)用于产生电离电场;电场装置(1021)还包括辅助电场单元,用于产生与电离电场不平行的辅助电场。还包括相应的电场除尘方法、半导体制造系统以及半导体制造方法,能有效除去半导体制造中的颗粒物。

Description

一种用于半导体制造的洁净室系统及其电场除尘方法 技术领域
本发明属于空气净化领域,涉及一种用于半导体制造的洁净室系统及其电场除尘方法,以及一种半导体制造系统和半导体制造方法。
背景技术
随着科技的进步,半导体器件的尺寸越来越小,对半导体制造车间环境的要求也越来越高。洁净室是半导体制造过程中常用的制造车间环境,目的是为了避免颗粒、湿度、温度等对半导体材料造成污染,进而影响半导体的成品率及可靠性。根据生产工艺对生产环境的洁净度要求,各洁净室内具有不同的空气洁净度等级,通常通过洁净室内某个颗粒粒径的最大浓度限值来划分。相应的,不同空气洁净度等级对进入洁净室的气流洁净度要求也不一样。
一般来说,现有半导体制造厂房为三层建筑,洁净室被安排在厂房的中间层即第2层,厂房第3层安装有净化系统,包括第3层地板与第2层顶层之间安装的过滤棉,空气从第3层进入,进入第3层的空气经过净化系统进行净化,净化后的气体输入到第2层的洁净室,洁净室产生的气体排入厂房第1层,第1层始终保持负压,确保第2层洁净室向第1层始终保持出风,灰尘吸不进。
现有半导体制造厂房占用空间大,建设成本高;厂房第2层与第3层之间铺有约1米后的过滤棉,需要定期更换,这都导致使用成本增加。
目前还采用电场装置对含尘气体所包含的颗粒进行除尘净化,其基本原理为,利用高压放电产生等离子,使颗粒带电,然后将带电的颗粒吸附至集尘电极上,实现电场除尘。虽然现有的电场装置能够克服现有半导体制造厂房中占用空间大、建设成本高、耗电量大的缺点,但是,目前半导体制造对除尘要求越来越高,现有电场装置无法满足相应要求。例如现有半导体制造尺寸普遍在100nm以下,50nm的灰尘颗粒只允许2个/m 3,现有电场装置还不能有效地除掉这个级别的颗粒。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点,本发明的目的在于提供一种用于半导体制造的洁净室系统及其电场除尘方法,用于解决现有半导体制造领域空气净化技术耗电量大、体积大、成本高、无法脱除空气中纳米级颗粒物中的至少一个技术问题。
本发明还提供一种半导体制造系统和半导体制造方法。
本发明的一些实施例可在气体流速6m/s的工况下,实现粒径23nm颗粒物脱除效率达到99.99%以上,脱除效率高,可以满足半导体制造环境的高要求。另外,由于本发明可以 在高流速下实现颗粒物有效脱除,所需的电场装置体积小,成本低,且可降低运行电费。
为实现上述目的及其他相关目的,本发明提供以下示例:
1.本发明提供的示例1:一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统入口、除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通。
2.本发明提供的示例2:包括上述示例1,其中,所述电场装置包括电场阴极和电场阳极,所述电场阴极和所述电场阳极用于产生电离电场。
3.本发明提供的示例3:包括上述示例2,其中,所述电场装置还包括电场装置入口、电场装置出口;所述电场阳极包括第一阳极部和第二阳极部,所述第一阳极部靠近所述电场装置入口,第二阳极部靠近所述电场装置出口,所述第一阳极部和所述第二阳极部之间设置有至少一个阴极支撑板。
4.本发明提供的示例4:包括上述示例3,其中,所述电场装置还包括绝缘机构,用于实现所述阴极支撑板和所述电场阳极之间的绝缘。
5.本发明提供的示例5:包括上述示例4,其中,所述电场阳极和所述电场阴极之间形成电场流道,所述绝缘机构设置在所述电场流道外。
6.本发明提供的示例6:包括上述示例4或5,其中,所述绝缘机构包括绝缘部和隔热部;所述绝缘部的材料采用陶瓷材料或玻璃材料。
7.本发明提供的示例7:包括上述示例6,其中,所述绝缘部为伞状串陶瓷柱、伞状串玻璃柱、柱状串陶瓷柱或柱状玻璃柱,伞内外或柱内外挂釉。
8.本发明提供的示例8:包括上述示例7,其中,伞状串陶瓷柱或伞状串玻璃柱的外缘与所述电场阳极的距离是电场距离的1.4倍以上,伞状串陶瓷柱或伞状串玻璃柱的伞突边间距总和是伞状串陶瓷柱或伞状串玻璃柱的绝缘间距1.4倍以上,伞状串陶瓷柱或伞状串玻璃柱的伞边内深总长是伞状串陶瓷柱或伞状串玻璃柱的绝缘距离1.4倍以上。
9.本发明提供的示例9:包括上述示例3至8中的任一项,其中,所述第一阳极部的长度是所述电场阳极长度的1/10至1/4、1/4至1/3、1/3至1/2、1/2至2/3、2/3至3/4,或3/4至9/10。
10.本发明提供的示例10:包括上述示例3至9中的任一项,其中,所述第一阳极部的长度是足够的长,以清除部分灰尘,减少积累在所述绝缘机构和所述阴极支撑板上的灰尘,减少灰尘造成的电击穿。
11.本发明提供的示例11:包括上述示例3至10中的任一项,其中,所述第二阳极部包括积尘段和预留积尘段。
12.本发明提供的示例12:包括上述示例2至11中的任一项,其中,所述电场阴极包括至 少一根电极棒。
13.本发明提供的示例13:包括上述示例12,其中,所述电极棒的直径不大于3mm。
14.本发明提供的示例14:包括上述示例12或13,其中,所述电极棒的形状呈针状、多角状、毛刺状、螺纹杆状或柱状。
15.本发明提供的示例15:包括上述示例2至14中的任一项,其中,所述电场阳极由中空的管束组成。
16.本发明提供的示例16:包括上述示例15,其中,所述电场阳极管束的中空的截面采用圆形或多边形。
17.本发明提供的示例17:包括上述示例16,其中,所述多边形为六边形。
18.本发明提供的示例18:包括上述示例14至17中的任一项,其中,所述电场阳极的管束呈蜂窝状。
19.本发明提供的示例19:包括上述示例2至18中的任一项,其中,所述电场阴极穿射于所述电场阳极内。
20.本发明提供的示例20:包括上述示例2至19中的任一项,其中,所述电场装置还包括辅助电场单元,用于产生与所述电离电场不平行的辅助电场。
21.本发明提供的示例21:包括上述示例2至19中的任一项,其中,所述电场装置还包括辅助电场单元,所述电离电场包括流道,所述辅助电场单元用于产生与所述流道不垂直的辅助电场。
22.本发明提供的示例22:包括上述示例20或21,其中,所述辅助电场单元包括第一电极,所述辅助电场单元的第一电极设置在或靠近所述电离电场的进口。
23.本发明提供的示例23:包括上述示例22,其中,所述第一电极为阴极。
24.本发明提供的示例24:包括上述示例22或23,其中,所述辅助电场单元的第一电极是所述电场阴极的延伸。
25.本发明提供的示例25:包括上述示例24,其中,所述辅助电场单元的第一电极与所述电场阳极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
26.本发明提供的示例26:包括上述示例20至25中的任一项,其中,所述辅助电场单元包括第二电极,所述辅助电场单元的第二电极设置在或靠近所述电离电场的出口。
27.本发明提供的示例27:包括上述示例26,其中,所述第二电极为阳极。
28.本发明提供的示例28:包括上述示例26或27,其中,所述辅助电场单元的第二电极是所述电场阳极的延伸。
29.本发明提供的示例29:包括上述示例28,其中,所述辅助电场单元的第二电极与所述电场阴极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
30.本发明提供的示例30:包括上述示例20至23、26和27中的任一项,其中,所述辅助电场的电极与所述电离电场的电极独立设置。
31.本发明提供的示例31:包括上述示例2至30中的任一项,其中,所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
32.本发明提供的示例32:包括上述示例2至30中的任一项,其中,所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为6.67:1-56.67:1。
33.本发明提供的示例33:包括上述示例2至32中的任一项,其中,所述电场阴极直径为1-3毫米,所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9毫米;所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
34.本发明提供的示例34:包括上述示例2至32中的任一项,其中,所述电场阳极和所述电场阴极的极间距小于150mm。
35.本发明提供的示例35:包括上述示例2至32中的任一项,其中,所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9mm。
36.本发明提供的示例36:包括上述示例2至32中的任一项,其中,所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为5-100mm。
37.本发明提供的示例37:包括上述示例2至36中的任一项,其中,所述电场阳极长度为10-180mm。
38.本发明提供的示例38:包括上述示例2至36中的任一项,其中,所述电场阳极长度为60-180mm。
39.本发明提供的示例39:包括上述示例2至38中的任一项,其中,所述电场阴极长度为30-180mm。
40.本发明提供的示例40:包括上述示例2至38中的任一项,其中,所述电场阴极长度为54-176mm。
41.本发明提供的示例41:包括上述示例20至40中的任一项,其中,当运行时,所述电离电场的耦合次数≤3。
42.本发明提供的示例42:包括上述示例2至40中的任一项,其中,所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比、所述电场阳极与所述电场阴极之间的极间距、所述电场阳极长度以及所述电场阴极长度使所述电离电场的耦合次数≤3。
43.本发明提供的示例43:包括上述示例2至42中的任一项,其中,所述电离电场电压的取值范围为1kv-50kv。
44.本发明提供的示例44:包括上述示例2至43中的任一项,其中,所述电场装置还包括若干连接壳体,串联电场级通过所述连接壳体连接。
45.本发明提供的示例45:包括上述示例44,其中,相邻的电场级的距离是所述极间距的1.4倍以上。
46.本发明提供的示例46:包括上述示例2至45中的任一项,其中,所述电场装置还包括前置电极,所述前置电极在所述电场装置入口与所述电场阳极和所述电场阴极形成的电离电场之间。
47.本发明提供的示例47:包括上述示例46,其中,所述前置电极呈面状、网状、孔板状、或板状。
48.本发明提供的示例48:包括上述示例46或47,其中,所述前置电极上设有至少一个通孔。
49.本发明提供的示例49:包括上述示例48,其中,所述通孔呈多角形、圆形、椭圆形、正方形、长方形、梯形、或菱形。
50.本发明提供的示例50:包括上述示例48或49,其中,所述通孔的孔径为0.1-3毫米。
51.本发明提供的示例51:包括上述示例46至50中的任一项,其中,所述前置电极为固体、液体、气体分子团、或等离子体中的一种或多种形态的组合。
52.本发明提供的示例52:包括上述示例46至51中的任一项,其中,所述前置电极为导电混合态物质、生物体自然混合导电物质、或物体人工加工形成导电物质。
53.本发明提供的示例53:包括上述示例46至52中的任一项,其中,所述前置电极为304钢或石墨。
54.本发明提供的示例54:包括上述示例46至52中的任一项,其中,所述前置电极为含离子导电液体。
55.本发明提供的示例55:包括上述示例46至54中的任一项,其中,在工作时,在气体进入所述电场阴极、电场阳极形成的电离电场之前,且气体通过所述前置电极时,所述前置电极使气体中的颗粒物带电。
56.本发明提供的示例56:包括上述示例55,其中,当气体进入所述电离电场时,所述电场阳极给带电颗粒物施加吸引力,使所述带电颗粒物向所述电场阳极移动,直至所述带电颗粒物附着在所述电场阳极上。
57.本发明提供的示例57:包括上述示例55或56,其中,所述前置电极将电子导入所述气体中的颗粒物,电子在位于所述前置电极和所述电场阳极之间进行传递,使更多所述气体中的颗粒物带电。
58.本发明提供的示例58:包括上述示例55至57中的任一项,其中,所述前置电极和所述电场阳极之间通过气体中颗粒物传导电子、并形成电流。
59.本发明提供的示例59:包括上述示例55至58中的任一项,其中,所述前置电极通过 与气体中颗粒物接触的方式使气体中颗粒物带电。
60.本发明提供的示例60:包括上述示例55至59中的任一项,其中,所述前置电极上设有至少一个通孔。
61.本发明提供的示例61:包括上述示例60,其中,气体通过所述前置电极上的通孔时,使气体中的颗粒物带电。
62.本发明提供的示例62:包括上述示例46至61中的任一项,其中,所述前置电极垂直于所述电场阳极。
63.本发明提供的示例63:包括上述示例46至62中的任一项,其中,所述前置电极与所述电场阳极相平行。
64.本发明提供的示例64:包括上述示例46至63中的任一项,其中,所述前置电极采用金属丝网。
65.本发明提供的示例65:包括上述示例46至64中的任一项,其中,所述前置电极与所述电场阳极之间的电压不同于所述电场阴极与所述电场阳极之间的电压。
66.本发明提供的示例66:包括上述示例46至65中的任一项,其中,所述前置电极与所述电场阳极之间的电压小于起始起晕电压。
67.本发明提供的示例67:包括上述示例46至66中的任一项,其中,所述前置电极与所述电场阳极之间的电压为0.1-2kv/mm。
68.本发明提供的示例68:包括上述示例46至67中的任一项,其中,所述电场装置包括流道,所述前置电极位于所述流道中;所述前置电极的截面面积与流道的截面面积比为99%-10%、或90-10%、或80-20%、或70-30%、或60-40%、或50%。
69.本发明提供的示例105:包括示例1至104任一项,其中,所述电场除尘系统还包括除臭氧装置,用于去除去或减少所述进气电场装置产生的臭氧,所述除臭氧装置在所述进气电场装置出口与所述进气除尘系统出口之间。
70.本发明提供的示例70:包括上述示例69,其中,所述除臭氧装置还包括臭氧消解器。
71.本发明提供的示例71:包括上述示例70,其中,所述臭氧消解器选自紫外线臭氧消解器和催化臭氧消解器中的至少一种。
72.本发明提供的示例72:一种半导体制造系统,包括上述示例1-71中的任一项所述的用于半导体制造的洁净室系统,还包括:
薄膜制备装置,该薄膜制备装置设于所述洁净室内。
薄膜刻蚀装置,该薄膜刻蚀装置设于所述洁净室内。
离子掺杂装置,该离子掺杂装置设于所述洁净室内。
73.本发明提供的示例73:一种用于半导体制造的洁净室系统的电场除尘方法,包括以下步 骤:
使气体通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场,去除气体中的颗粒物。
74.本发明提供的示例74:包括示例73,其中,所述电场除尘方法还包括一种提供辅助电场的方法,包括以下步骤:
使空气通过一个流道;
在流道中产生辅助电场,所述辅助电场不与所述流道垂直。
75.本发明提供的示例75:包括示例74,其中,所述辅助电场包括第一电极,所述第一电极设置在或靠近所述电离除尘电场的进口。
76.本发明提供的示例76:包括示例75,其中,所述第一电极为阴极。
77.本发明提供的示例77:包括示例75或76任一项,其中,所述第一电极是所述电场阴极的延伸。
78.本发明提供的示例78:包括示例77,其中,所述第一电极与所述电场阳极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
79.本发明提供的示例79:包括示例73至78任一项,其中,所述电场包括第二电极,所述第二电极设置在或靠近所述电离除尘电场的出口。
80.本发明提供的示例80:包括示例79,其中,所述第二电极为阳极。
81.本发明提供的示例81:包括示例79或80,其中,所述第二电极是所述电场阳极的延伸。
82.本发明提供的示例82:包括示例81,其中,所述第二电极与所述电场阴极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
83.本发明提供的示例83:包括示例73至76任一项,其中,所述第二电极与所述电场阳极和第一阴极独立设置。
84.本发明提供的示例84:包括示例73、79或80,其中,所述第二电极与所述电场阳极和第一阴极独立设置。
85.本发明提供的示例85:包括示例73至84任一项的电场除尘方法,其中,所述电场除尘方法还包括一种减少除尘电场耦合的方法,包括以下步骤:
选择电场阳极参数或/和电场阴极参数以减少电场耦合次数。
86.本发明提供的示例86:包括示例85,其中,包括选择所述电场阳极的集尘面积与电场阴极的放电面积的比。
87.本发明提供的示例87:包括示例86,其中,包括选择所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
88.本发明提供的示例88:包括示例86,其中,包括选择所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为6.67:1-56.67:1。
89.本发明提供的示例89:包括示例85至88任一项,其中,包括选择所述电场阴极直径为1-3毫米,所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9毫米;所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
90.本发明提供的示例90:包括示例85至89任一项,其中,包括选择所述电场阳极和所述电场阴极的极间距小于150mm。
91.本发明提供的示例91:包括示例85至89任一项,其中,包括选择所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9mm。
92.本发明提供的示例92:包括示例85至89任一项,其中,包括选择所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为5-100mm。
93.本发明提供的示例93:包括示例85至92任一项,其中,包括选择所述电场阳极长度为10-180mm。
94.本发明提供的示例94:包括示例85至92任一项,其中,包括选择所述电场阳极长度为60-180mm。
95.本发明提供的示例95:包括示例85至94任一项,其中,包括选择所述电场阴极长度为30-180mm。
96.本发明提供的示例96:包括示例85至94任一项,其中,包括选择所述电场阴极长度为54-176mm。
97.本发明提供的示例97:包括示例85至96任一项,其中,包括选择所述电场阴极包括至少一根电极棒。
98.本发明提供的示例98:包括示例97,其中,包括选择所述电极棒的直径不大于3mm。
99.本发明提供的示例99:包括示例97或98,其中,包括选择所述电极棒的形状呈针状、多角状、毛刺状、螺纹杆状或柱状。
100.本发明提供的示例100:包括示例85至99任一项,其中,包括选择所述电场阳极由中空的管束组成。
101.本发明提供的示例101:包括示例100,其中,包括选择所述阳极管束的中空的截面采用圆形或多边形。
102.本发明提供的示例102:包括示例101,其中,包括选择所述多边形为六边形。
103.本发明提供的示例103:包括示例100至102任一项,其中,包括选择所述电场阳极的管束呈蜂窝状。
104.本发明提供的示例104:包括示例85至103任一项,其中,包括选择所述电场阴极穿射于所述电场阳极内。
105.本发明提供的示例105:包括示例85至104任一项,其中,包括选择的所述电场阳极 或/和电场阴极尺寸使电场耦合次数≤3。
106.本发明提供的示例106:包括示例85至104任一项,其中,所述电场除尘方法还包括以下步骤:所述空气经电离除尘后去除或减少电离除尘产生的臭氧。
107.本发明提供的示例107:包括示例106,其中,对电离除尘产生的臭氧进行臭氧消解。
108.本发明提供的示例108:包括示例107,其中,所述臭氧消解选自紫外线消解和催化消解中的至少一种。
109.本发明提供的示例109:一种半导体制造方法,包括如下步骤:
利用如示例73-108任一项所述的电场除尘方法去除空气中的颗粒物;经电场除尘后的净化气体输入洁净室;
在洁净室内,在衬底上形成薄膜;
在洁净室内,在所述薄膜上形成沟道,所述沟道暴露出所述衬底表面;
在洁净室内,对所述沟道暴露出的衬底进行离子渗入,形成具有电子特性的特定结构。
本发明具有如下有益效果:
采用本发明提供的电场除尘系统和方法可有效脱除空气中纳米颗粒,尤其是某些实施例可以有效脱除50nm以下的颗粒,特别是23nm左右的颗粒物,一些实施例对23nm颗粒物的脱除效率达到99.99%以上,可满足半导体制造厂房对进入洁净室气体的要求。
现有半导体制造厂房为三层建筑,洁净室的过滤器净化系统需要单独一层建筑,建筑成本约是300美元/m 2,因此,现有净化系统占用空间大且建设成本也高,本发明的一些实施例可减少10倍以上体积和面积,且节约了建筑成本,使本发明体积小、造价低。
同时,现有技术中超高效过滤器的阻力往往在1500帕以上,每1000千瓦的阻力需要电机耗电1000千瓦,故风机能耗高,本发明的一些实施例的阻力只有100帕左右,电耗可节省15倍左右,耗电量小。
本发明的一些实施例对23nm颗粒物的去除效果达到99.99%以上,满足半导体制造厂房中洁净室空气净化要求,并能实现循环厂房空气净化。
附图说明
图1为本发明实施例1中电场装置的结构示意图。
图2为本发明实施例2-11中电场发生单元结构示意图。
图3为本发明实施例2和实施例5中图2电场发生单元的A-A视图。
图4为本发明实施例2和实施例5中标注长度和角度的图2电场发生单元的A-A视图。
图5为本发明实施例2和实施例5中两个电场级的电场装置结构示意图。
图6为本发明实施例12中电场装置的结构示意图。
图7为本发明实施例14中电场装置的结构示意图。
图8为本发明实施例15中电场装置的结构示意图。
图9为本发明实施例16中电场装置的结构示意图。
图10为本发明实施例17中电场除尘系统的结构示意图。
图11为本发明实施例18中洁净室系统的结构示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式,熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知,本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
如上所述,采用本发明提供的电场除尘系统和方法可有效地脱除空气中纳米颗粒,尤其是某些实施例可以有效脱除50nm以下的颗粒,特别是23nm左右的颗粒物,对23nm颗粒物的脱除效率达到99.99%以上,可满足半导体制造厂房对进入洁净室气体的要求。另外,和现有技术相比,本发明的一些实施例可减少10倍以上体积和面积,且节约了建筑成本,使本发明体积小、造价低。现有技术中超高效过滤器的阻力往往在1500帕以上,每1000千瓦的阻力需要电机耗电1000千瓦,故风机能耗高,本发明的一些实施例的阻力只有100帕左右,电耗可节省15倍左右,耗电量小。
于本发明一实施例中,本发明提供一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统入口、除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通。
于本发明一实施例中半导体制造行业除尘系统可包括除尘系统入口、除尘系统出口和电场装置。且于本发明一实施例中电场装置可包括电场装置入口、电场装置出口、及位于电场装置入口和电场装置出口之间的前置电极,当气体由电场装置入口流经前置电极时,气体中的颗粒物等将带电。
于本发明一些实施例中,提供一种半导体制造系统,包括:本发明所述的用于半导体制造的洁净室系统,所述洁净室系统包括洁净室、电场除尘系统;还包括:
薄膜制备装置,该薄膜制备装置设于洁净室内,用于在衬底上形成薄膜,可以选用现有技术中任何可适用的相关装置。
薄膜刻蚀装置,该薄膜刻蚀装置设于洁净室内,用于在薄膜上刻蚀形成沟道,可以选用现有技术中任何可适用的相关装置。
离子掺杂装置,该离子掺杂装置设于洁净室内,用于在沟道暴露出的衬底上形成具有电子特性的特定结构,可以选用现有技术中任何可适用的相关装置。
本发明某些实施例还提供一种半导体制造方法,包括以下步骤:
S1:空气除尘:利用电场除尘方法去除气体中的颗粒物;经电场除尘后的净化气体进入洁净室;
S2,在衬底上形成薄膜;
S3,在所述薄膜上形成沟道,所述沟道暴露出所述衬底表面;
S4,对所述沟道暴露出的衬底进行离子渗入,形成具有电子特性的特定结构。
于本发明一实施例中,步骤S3中,所述沟槽形成包括如下步骤:
在所述薄膜表面涂覆光刻胶;
通过掩模板对所述光刻胶进行曝光;
对所述光刻胶进行显影并清洗去除部分光刻胶,暴露出部分薄膜表面;
对暴露出的薄膜进行刻蚀,暴露出部分衬底表面,形成沟道。
于本发明一实施例中,所述光刻胶为正胶或反胶。
于本发明一实施例中,步骤S2中,所述衬底的材质为硅、锗、锗硅、碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟,也可以是其他任何适用的物质。
于本发明一实施例中,步骤S2中,所述薄膜采用CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)或PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)工艺形成,也可以是其他常规可适用的成膜方法。
于本发明一实施例中,步骤S2中,所述薄膜的主要组分为氮化硅、氧化硅、碳化硅、多晶硅或两者以上任意组合,也可以是其他任何适用的物质。
于本发明某些实施例中,步骤S3中,形成沟道的方法可以为任何合适的方法,例如,在薄膜表面涂覆光刻胶,将配置有掩模图形的掩模板放置在光刻胶上方,用光源照射掩模板,通过掩模板对光刻胶进行曝光,并清洗去除部分光刻胶,暴露出部分薄膜表面。其中,光源可以为任何合适的光源,例如采用紫外线、深紫外线或极紫外线。光刻胶可以选用正胶或负胶。当选用正胶时,光刻胶受光源照射的部分容易被显影液洗掉,而没有受光源照射的部分不容易被显影液洗掉而留在薄膜上。反之,当选用负胶时,光刻胶受光源照射的部分不容易被显影液洗掉而留在薄膜上,而没有受光源照射的部分容易被显影液洗掉。不 论选用正胶或负胶,都会有一部分光刻胶被洗掉,而另一部分光刻胶留在薄膜上,从而使得掩模板上的掩模图形在光刻胶上显影出来。根据光刻胶上显影出来的掩模图形,将光刻胶被洗掉后露出的薄膜部分刻蚀掉,形成沟道,并露出最底层的衬底。其中,刻蚀方法可以是任何合适的方法,例如采用干法蚀刻或湿法蚀刻。当选用干法刻蚀时,可以利用溅射刻蚀等方法进行薄膜刻蚀,具有较好的选择性。当选用湿法刻蚀时,可以利用氟化氢溶液等化学腐蚀液,将与化学腐蚀液接触的薄膜部分浸蚀溶掉,具有刻蚀速率快、厚度深、灵敏度高的特点。
于本发明一实施例中,步骤S4中,所述离子渗入可以为扩散或离子注入,也可以为其他任何适用的方法。
于本发明一实施例中,步骤S4中,所述电子特性为PN结。
于本发明一实施例中,步骤S4中,在刻蚀后暴露出的衬底上使离子渗入衬底,形成如PN结等具有电子特性的特定结构。
于本发明一实施例中电场装置可包括电场阴极和电场阳极,电场阴极与电场阳极之间形成电离电场。气体进入电离电场,气体中的氧气将被电离,并形成大量带有电荷的氧离子,氧离子与气体中粉尘等颗粒物结合,使得颗粒物荷电,电场阳极给带负电荷的颗粒物施加吸附力,使得颗粒物被吸附在电场阳极上,以清除掉气体中的颗粒物。
于本发明一实施例中,所述电场阴极包括若干根阴极丝。阴极丝的直径可为0.1mm-20mm,该尺寸参数根据应用场合及积尘要求做调整。于本发明一实施例中阴极丝的直径不大于3mm。于本发明一实施例中阴极丝使用容易放电的金属丝或合金丝,耐温且能支撑自身重量,电化学稳定。于本发明一实施例中阴极丝的材质选用钛。阴极丝的具体形状根据电场阳极的形状调整,例如,若电场阳极的积尘面是平面,则阴极丝的截面呈圆形;若电场阳极的积尘面是圆弧面,阴极丝需要设计成多面形。阴极丝的长度根据电场阳极进行调整。
于本发明一实施例中,所述电场阴极包括若干阴极棒。于本发明一实施例中,所述阴极棒的直径不大于3mm。于本发明一实施例中阴极棒使用容易放电的金属棒或合金棒。阴极棒的形状可以为针状、多角状、毛刺状、螺纹杆状或柱状等。阴极棒的形状可以根据电场阳极的形状进行调整,例如,若电场阳极的积尘面是平面,则阴极棒的截面需要设计成圆形;若电场阳极的积尘面是圆弧面,则阴极棒需要设计成多面形。
于本发明一实施例中,电场阴极穿设于电场阳极内。
于本发明一实施例中,电场阳极包括一个或多个并行设置的中空阳极管。当中空阳极管有多个时,全部中空阳极管构成蜂窝状的电场阳极。于本发明一实施例中,中空阳极管的截面可呈圆形或多边形。若中空阳极管的截面呈圆形,电场阳极和电场阴极之间能形成 均匀电场,中空阳极管的内壁不容易积尘。若中空阳极管的截面为三边形时,中空阳极管的内壁上可以形成3个积尘面,3个远角容尘角,此种结构的中空阳极管的容尘率最高。若中空阳极管的截面为四边形,可以获得4个积尘面,4个容尘角,但拼组结构不稳定。若中空阳极管的截面为六边形,可以形成6个积尘面,6个容尘角,积尘面和容尘率达到平衡。若中空阳极管的截面呈更多边形时,可以获得更多的积尘边,但损失容尘率。于本发明一实施例中,中空阳极管的管内切圆直径取值范围为5mm-400mm。
于本发明一实施例中,电场阴极安装在阴极支撑板上,阴极支撑板与电场阳极通过绝缘机构相连接。所述绝缘机构用于实现所述阴极支撑板和所述电场阳极之间的绝缘。于本发明一实施例中,电场阳极包括第一阳极部和第二阳极部,即所述第一阳极部靠近电场装置入口,第二阳极部靠近电场装置出口。阴极支撑板和绝缘机构在第一阳极部和第二阳极部之间,即绝缘机构安装在电离电场中间、或电场阴极中间,可以对电场阴极起到良好的支撑作用,并对电场阴极起到相对于电场阳极的固定作用,使电场阴极和电场阳极之间保持设定的距离。而现有技术中,阴极的支撑点在阴极的端点,难以保持阴极和阳极之间的距离。于本发明一实施例中绝缘机构设置在电场流道外、即电场流道外,以防止或减少气体中的灰尘等聚集在绝缘机构上,导致绝缘机构击穿或导电。
于本发明一实施例中,绝缘机构采用耐高压陶瓷绝缘子,对电场阴极和电场阳极之间进行绝缘。电场阳极也称作一种外壳。
于本发明一实施例中,第一阳极部在气体流动方向上位于阴极支撑板和绝缘机构之前,第一阳极部能够除去气体中的水,防止水进入绝缘机构,造成绝缘机构短路、打火。另外,第一阳级部能够除去气体中相当一部分的灰尘,当气体通过绝缘机构时,相当一部分的灰尘已被消除,减少灰尘造成绝缘机构短路的可能性。于本发明一实施例中绝缘机构包括绝缘瓷柱。第一阳极部的设计主要是为了保护绝缘瓷柱不被气体中颗粒物等污染,一旦气体污染绝缘瓷柱将会造成电场阳极和电场阴极导通,从而使电场阳极的积尘功能失效,故第一阳极部的设计,能有效减少绝缘瓷柱被污染,提高产品的使用时间。在气体流经电场流道过程中,第一阳极部和电场阴极先接触具有污染性的气体,绝缘机构后接触气体,达到先除尘后经过绝缘机构的目的,减少对绝缘机构造成的污染,延长清洁维护周期,对应电极使用后绝缘支撑。所述第一阳极部的长度是足够的长,以清除部分灰尘,减少积累在所述绝缘机构和所述阴极支撑板上的灰尘,减少灰尘造成的电击穿。于本发明一实施例中第一阳极部长度占电场阳极总长度的1/10至1/4、1/4至1/3、1/3至1/2、1/2至2/3、2/3至3/4,或3/4至9/10。
于本发明一实施例中,第二阳极部在气体流动方向上位于阴极支撑板和绝缘机构之后。第二阳极部包括积尘段和预留积尘段。其中积尘段利用静电吸附气体中的颗粒物,该积尘 段是为了增加积尘面积,延长电场装置的使用时间。预留积尘段能为积尘段提供失效保护。预留积尘段是为了在满足设计除尘要求的前提下,进一步提高积尘面积,提高除尘效果。预留积尘段作为补充前段积尘使用。于本发明一实施例中,第一阳极部和第二阳极部可使用不同的电源。
于本发明一实施例中,由于电场阴极和电场阳极之间存在极高电位差,为了防止电场阴极和电场阳极导通,绝缘机构设置在电场阴极和电场阳极之间的电场流道之外。因此,绝缘机构外悬于电场阳极的外侧。于本发明一实施例中绝缘机构可采用非导体耐温材料,比如陶瓷、玻璃等。于本发明一实施例中,完全密闭无空气的材料绝缘要求绝缘隔离厚度>0.3mm/kv;空气绝缘要求>1.4mm/kv。可根据电场阴极和电场阳极之间的极间距的1.4倍以上设置绝缘距离。于本发明一实施例中绝缘机构使用陶瓷,表面上釉;不能使用胶粘或有机材料填充连接,耐温大于350摄氏度。
于本发明一实施例中,绝缘机构包括绝缘部和隔热部。为了使绝缘机构具有抗污功能,绝缘部的材料采用陶瓷材料或玻璃材料。于本发明一实施例中,绝缘部可为伞状串陶瓷柱或玻璃柱,伞内外挂釉。伞状串陶瓷柱或玻璃柱的外缘与电场阳极的距离大于或等于电场距离的1.4倍、即大于或等于极间距的1.4倍。伞状串陶瓷柱或玻璃柱的伞突边间距总和大于或等于伞状串陶瓷柱的绝缘间距的1.4倍。伞状串陶瓷柱或玻璃柱的伞边内深总长大于或等于伞状串陶瓷柱的绝缘距离1.4倍。绝缘部还可为柱状串陶瓷柱或玻璃柱,柱内外挂釉。于本发明一实施例中绝缘部还可呈塔状。
于本发明一实施例中,绝缘部内设置加热棒,当绝缘部周围温度接近露点时,加热棒启动并进行加热。由于使用中绝缘部的内外存在温差,绝缘部的内外、外部容易产生凝露。绝缘部的外表面可能自发或被气体加热产生高温,需要必要的隔离防护,防烫伤。隔热部包括位于绝缘部外部的防护围挡板、脱硝净化反应腔。于本发明一实施例中绝缘部的尾部需要凝露位置同样需要隔热,防止环境以及散热高温加热凝露组件。
于本发明一实施例中电场装置的电源的引出线使用伞状串陶瓷柱或玻璃柱过墙式连接,墙内使用弹性碰头连接阴极支撑板,墙外使用密闭绝缘防护接线帽插拔连接,引出线过墙导体与墙绝缘距离大于伞状串陶瓷柱或玻璃柱的陶瓷绝缘距离。于本发明一实施例中高压部分取消引线,直接安装在端头上,确保安全,高压模块整体外绝缘使用ip68防护,使用介质换热散热。
于本发明一实施例中电场阳极和电场阴极分别与电源的两个电极电性连接。加载在电场阳极和电场阴极上的电压需选择适当的电压等级,具体选择何种电压等级取决于电场装置的体积、耐温、容尘率等。例如,电压从1kv至50kv;设计时首先考虑耐温条件,极间距与温度的参数:1MM<30度,积尘面积大于0.1平方/千立方米/小时,电场长度大于单管 内切圆的5倍,控制电场气流流速小于9米/秒。于本发明一实施例中电场阳极由第一中空阳极管构成、并呈蜂窝状。第一中空阳极管端口的形状可以为圆形或多边形。于本发明一实施例中第一中空阳极管的管内切圆取值范围在5-400mm,对应电压在0.1-120kv之间,第一中空阳极管对应电流在0.1-30A之间;不同的内切圆对应不同的电晕电压,约为1KV/1MM。
于本发明一实施例中电场装置包括电场级,该电场级包括若干个电场发生单元,电场发生单元可以有一个或多个。电场发生单元也称作集尘单元,集尘单元包括上述电场阳极和电场阴极,集尘单元有一个或多个。电场级有多个时,能有效提高电场装置的集尘效率。同一电场级中,各电场阳极为相同极性,各电场阴极为相同极性。且电场级有多个时,各电场级之间串联。于本发明一实施例中电场装置还包括若干个连接壳体,串联电场级通过连接壳体连接;相邻两级的电场级的距离是极间距的1.4倍以上。
本发明的发明人研究发现,现有电场装置去除效率差、能耗高的缺点是由电场耦合引起的。本发明通过减小电场耦合次数,可以显著减小电场除尘装置的尺寸(即体积)。比如,本发明提供的电离除尘装置的尺寸约为现有电离除尘装置尺寸的五分之一。原因是,为了获得可接受的颗粒去除率,现有电离除尘装置中将气体流速设为1m/s左右,而本发明在将气体流速提高到6m/s的情况下,仍能获得较高的颗粒去除率。当处理一给定流量的气体时,随着气体速度的提高,电场除尘装置的尺寸可以减小。
另外,本发明可以显著提高颗粒去除效率。例如,在气体流速为1m/s左右时,现有技术电场除尘装置可以去除发动机排气中大约70%的颗粒物,但是本发明可以去除大约99%的颗粒物,即使在气体流速为6m/s时。
由于发明人发现了电场耦合的作用,并且找到了减少电场耦合次数的方法,本发明获得了上述预料不到的结果。
本发明提供的减少电场耦合次数的方案如下:
于本发明一实施例中电场阴极和电场阳极之间采用非对称结构。在对称电场中极性粒子受到一个相同大小而方向相反的作用力,极性粒子在电场中往复运动;在非对称电场中,极性粒子受到两个大小不同的作用力,极性粒子向作用力大的方向移动,可以避免产生耦合。
于本发明一实施例中,提供一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;
所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通;
所述电场装置包括电场装置入口、电场装置出口、电场阴极和电场阳极,所述电场阴 极和所述电场阳极用于产生电离电场;
所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
于本发明一实施例中,所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为6.67:1-56.67:1。
于本发明一实施例中,所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比使所述电离除尘电场的耦合次数≤3。
于本发明一实施例中,所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比、所述电场阳极与所述电场阴极之间的极间距、所述电场阳极长度以及所述电场阴极长度使所述电离除尘电场的耦合次数≤3。
本发明的电场装置的电场阴极和电场阳极之间形成电离电场。为了减少电离电场发生电场耦合,于本发明一实施例中,减少电场耦合的方法包括如下步骤:选择电场阳极的集尘面积与电场阴极的放电面积的比,使电场耦合次数≤3。于本发明一实施例中电场阳极的集尘面积与电场阴极的放电面积的比可以为:1.667:1-1680:1;3.334:1-113.34:1;6.67:1-56.67:1;13.34:1-28.33:1。该实施例选择相对大面积的电场阳极的集尘面积和相对极小的电场阴极的放电面积,具体选择上述面积比,可以减少电场阴极的放电面积,减小吸力,扩大电场阳极的集尘面积,扩大吸力,即电场阴极和电场阳极间产生不对称的电极吸力,使荷电后粉尘落入电场阳极的集尘表面,虽极性改变但无法再被电场阴极吸走,并减少电场耦合,实现电场耦合次数≤3。即在电场极间距小于150mm时电场耦合次数≤3,电场能耗低,能够减少电场对气溶胶、水雾、油雾、松散光滑颗粒物的耦合消耗,节省电场电能30-50%。集尘面积是指电场阳极工作面的面积,比如,若电场阳极呈中空的正六边形管状,集尘面积即为中空的正六边形管状的内表面积,集尘面积也称作积尘面积。放电面积指电场阴极工作面的面积,比如,若电场阴极呈棒状,放电面积即为棒状的外表面积。
于本发明一实施例中,提供一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通;所述电场装置包括电场装置入口、电场装置出口、电场阴极和电场阳极,所述电场阴极和所述电场阳极用于产生电离电场;所述电场阳极长度为10-180mm。
于本发明一实施例中,所述电场阳极长度为60-180mm。
于本发明一实施例中,所述电场阳极长度使所述电离除尘电场的耦合次数≤3。
于本发明一实施例中,提供一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通;所述电场装置包括电场装 置入口、电场装置出口、电场阴极和电场阳极,所述电场阴极和所述电场阳极用于产生电离电场;所述电场阴极长度为30-180mm。
于本发明一实施例中,所述电场阴极长度为54-176mm。
于本发明一实施例中,所述电场阳极长度使所述电离除尘电场的耦合次数≤3。
于本发明一实施例中,提供一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通;所述电场装置包括电场装置入口、电场装置出口、电场阴极和电场阳极,所述电场阴极和所述电场阳极用于产生电离电场;所述电场阳极和所述电场阴极的极间距小于150mm。
于本发明一实施例中,所述电场阳极和所述电场阴极的极间距为2.5-139.9mm。
于本发明一实施例中,所述电场阳极和所述电场阴极的极间距为5-100mm。
于本发明一实施例中,所述电场阳极和所述电场阴极的极间距使所述电离除尘电场的耦合次数≤3。
于本发明一实施例中电场阳极的长度可以为10-180mm、10-20mm、20-30mm、60-180mm、30-40mm、40-50mm、50-60mm、60-70mm、70-80mm、80-90mm、90-100mm、100-110mm、110-120mm、120-130mm、130-140mm、140-150mm、150-160mm、160-170mm、170-180mm、60mm、180mm、10mm或30mm。电场阳极的长度是指电场阳极工作面的一端至另一端的最小长度。电场阳极选择此种长度,可以有效减少电场耦合。
于本发明一实施例中电场阴极的长度可以为30-180mm、54-176mm、30-40mm、40-50mm、50-54mm、54-60mm、60-70mm、70-80mm、80-90mm、90-100mm、100-110mm、110-120mm、120-130mm、130-140mm、140-150mm、150-160mm、160-170mm、170-176mm、170-180mm、54mm、180mm、或30mm。电场阴极的长度是指电场阴极工作面的一端至另一端的最小长度。电场阴极选择此种长度,可以有效减少电场耦合。
于本发明一实施例中电场阳极和电场阴极之间的距离可以为5-30mm、2.5-139.9mm、9.9-139.9mm、2.5-9.9mm、9.9-20mm、20-30mm、30-40mm、40-50mm、50-60mm、60-70mm、70-80mm、80-90mm、90-100mm、100-110mm、110-120mm、120-130mm、130-139.9mm、9.9mm、139.9mm、或2.5mm。电场阳极和电场阴极之间的距离也称作极间距。极间距具体是指电场阳极、电场阴极工作面之间的最小垂直距离。此种极间距的选择可以有效减少电场耦合,并使电场装置具有耐高温特性。
于本发明一实施例中,所述电场阴极直径为1-3毫米,所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9毫米;所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
于一实施例中,本发明提供一种用于半导体制造的洁净室系统的电场除尘方法还可以包括一种减少空气除尘电场耦合的方法,包括以下步骤:
使空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场;
选择所述电场阳极或/和电场阴极。
于本发明一实施例中,选择的所述电场阳极或/和电场阴极尺寸使电场耦合次数≤3。
具体地,选择所述电场阳极的集尘面积与电场阴极的放电面积的比。优选地,选择所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
更为优选地,选择所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为6.67-56.67:1。
于本发明一实施例中,所述电场阴极直径为1-3毫米,所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9毫米;所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比为1.667:1-1680:1。
优选地,选择所述电场阳极和所述电场阴极的极间距小于150mm。
优选地,选择所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为2.5-139.9mm。更为优选地,选择所述电场阳极与所述电场阴极的极间距为5.0-100mm。
优选地,选择所述电场阳极长度为10-180mm。更为优选地,选择所述电场阳极长度为60-180mm。
优选地,选择所述电场阴极长度为30-180mm。更为优选地,选择所述电场阴极长度为54-176mm。
于本发明一实施例中,所述电场装置还包括辅助电场单元,用于产生与所述电离除尘电场不平行的辅助电场。
于本发明一实施例中,所述电场装置还包括辅助电场单元,所述电离除尘电场包括流道,所述辅助电场单元用于产生与所述流道不垂直的辅助电场。
于本发明一实施例中,所述辅助电场单元包括第一电极,所述辅助电场单元的第一电极设置在或靠近所述电离除尘电场的进口。
于本发明一实施例中,所述第一电极为阴极。
于本发明一实施例中,所述辅助电场单元的第一电极是所述电场阴极的延伸。
于本发明一实施例中,所述辅助电场单元的第一电极与所述电场阳极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
于本发明一实施例中,所述辅助电场单元包括第二电极,所述辅助电场单元的第二电极设置在或靠近所述电离除尘电场的出口。
于本发明一实施例中,所述第二电极为阳极。
于本发明一实施例中,所述辅助电场单元的第二电极是所述电场阳极的延伸。
于本发明一实施例中,所述辅助电场单元的第二电极与所述电场阴极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
于本发明一实施例中,所述辅助电场的电极与所述电离除尘电场的电极独立设置。
电场阳极和电场阴极之间的电离电场也称作第一电场。于本发明一实施例中电场阳极和电场阴极之间还形成有与第一电场不平行的第二电场。于本发明另一实施例中,所述第二电场与所述电离电场的流道不垂直。第二电场也称作辅助电场,可以通过一个或两个辅助电极形成当第二电场由一个辅助电极形成时,该辅助电极可以放在电离电场的进口或出口,该辅助电极可以带负电势、或正电势。其中,当所述辅助电极为阴极时,设置在或靠近所述电离电场的进口;所述辅助电极与所述电场阳极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。当所述辅助电极为阳极时,设置在或靠近所述电离电场的出口;所述辅助电极与所述电场阴极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。当第二电场由两个辅助电极形成时,其中一个辅助电极可以带负电势,另一个辅助电极可以带正电势;一个辅助电极可以放在电离电场的进口,另一个辅助电极放在电离电场的出口。另外,辅助电极可以是电场阴极或电场阳极的一部分,即辅助电极可以是由电场阴极或电场阳极的延伸段构成,此时电场阴极和电场阳极的长度不一样。辅助电极也可以是一个单独的电极,也就是说辅助电极可以不是电场阴极或电场阳极的一部分,此时,第二电场的电压和第一电场的电压不一样,可以根据工作状况单独地控制。所述辅助电极包括所述辅助电场单元中第一电极和/或第二电极。
于本发明一实施例中,本发明提供一种用于半导体制造的洁净室系统的电场除尘方法,包括以下步骤:
使空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场。
于本发明一实施例中,本发明所述电场除尘方法还包括:一种提供辅助电场的方法,包括以下步骤:
使空气通过一个流道;
在流道中产生辅助电场,所述辅助电场不与所述流道垂直,所述辅助电场包括进口和出口。
其中,所述辅助电场电离所述流道中的空气。
于本发明一实施例中,所述辅助电场由所述辅助电场单元产生。
于本发明一实施例中电场装置包括前置电极,该前置电极在电场装置入口与电场阳极和电场阴极形成的电离电场之间。当气体由电场装置入口流经前置电极时,气体中的颗粒物等将带电。
于本发明一实施例中前置电极的形状可以为面状、网状、孔板状、板状、针棒状、球笼状、盒状、管状、物质自然形态、或物质加工形态。本发明中网状为包括任何有孔结构的形状。当前置电极呈板状、球笼状、盒状或管状时,前置电极可以是无孔结构,也可以是有孔结构。当前置电极为有孔结构时,前置电极上设有一个或多个进气通孔。于本发明一实施例中进气通孔的形状可以为多角形、圆形、椭圆形、正方形、长方形、梯形、或菱形。于本发明一实施例中进气通孔的轮廓大小可以为0.1-3mm、0.1-0.2mm、0.2-0.5mm、0.5-1mm、1-1.2mm、1.2-1.5mm、1.5-2mm、2-2.5mm、2.5-2.8mm、或2.8-3mm。本发明中当带颗粒物的气体通过前置电极上的通孔时,带颗粒物的气体穿过所述前置电极,提高带颗粒物的气体与前置电极的接触面积,增加带电效率。本发明中前置电极上的通孔为任何允许物质流过前置电极的孔。
于本发明一实施例中前置电极的形态可以为固体、液体、气体分子团、等离子体、导电混合态物质、生物体自然混合导电物质、或物体人工加工形成导电物质中的一种或多种形态的组合。当前置电极为固体时,可采用固态金属,比如304钢,或其它固态的导体、比如石墨等。当前置电极为液体时,可以是含离子导电液体。
在工作时,在带污染物的气体进入电场阳极和电场阴极形成的电离电场之前,且带颗粒物的气体通过前置电极时,前置电极使气体中的颗粒物带电。当带颗粒物的气体进入电离电场时,电场阳极给带电颗粒物施加吸引力,使所述带电颗粒物向电场阳极移动,直至带电颗粒物附着在电场阳极上。
于本发明一实施例中前置电极将电子导入气体中的颗粒物,电子在位于前置电极和电场阳极之间进行传递,使更多气体中的颗粒物带电。前置电极和电场阳极之间通过带电颗粒物传导电子、并形成电流。
于本发明一实施例中前置电极通过与气体中的颗粒物接触的方式使气体中颗粒物带电。于本发明一实施例中前置电极通过与气体中的颗粒物接触的方式将电子转移到气体中的颗粒物上,并使气体中的颗粒物带电。
于本发明一实施例中前置电极垂直于电场阳极。于本发明一实施例中前置电极与电场阳极相平行。于本发明一实施例中前置电极采用金属丝网。于本发明一实施例中前置电极与电场阳极之间的电压不同于电场阴极和电场阳极之间的电压。于本发明一实施例中前置电极与电场阳极之间的电压小于起始起晕电压。起始起晕电压为电场阴极和电场阳极之间的电压的最小值。于本发明一实施例中前置电极与电场阳极之间的电压可以为0.1-2kv/mm。
于本发明一实施例中电场装置包括流道,前置电极位于流道中。于本发明一实施例中前置电极的截面面积与流道的截面面积比为99%-10%、或90-10%、或80-20%、或70-30%、或60-40%、或50%。前置电极的截面面积是指前置电极沿截面上实体部分的面积之和。于 本发明一实施例中前置电极带负电势。
于本发明一实施例中,所述进气除尘系统还包括除臭氧装置,用于去除或减少所述进气电场装置产生的臭氧,所述除臭氧装置在进气电场装置出口与进气除尘系统出口之间。
于本发明一实施例中,所述除臭氧装置包括臭氧消解器。
于本发明一实施例中,所述臭氧消解器选自紫外线臭氧消解器和催化臭氧消解器中的至少一种。
于本发明一实施例中,所述电场除尘系统还包括除臭氧装置,用于去除或减少所述电场装置产生的臭氧,由于空气中的氧气参与电离,形成臭氧,影响后续装置性能,如若臭氧进入发动机后,内部化学成分氧元素增多,分子量增大,由烃类化合物转变成非烃化合物,外现上颜色变深,沉淀增多,腐蚀性增大,使润滑油的使用性能下降,因此,所述电场除尘系统还包括除臭氧装置,避免或减少后续装置性能的下降,如避免或减少发动机中润滑油使用性能的下降。
于本发明一实施例中,所述臭氧消解器用于消解经反应场处理后的尾气中的臭氧。臭氧消解器可以通过紫外线,催化等方式进行臭氧消解。
下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的用于半导体制造的洁净室系统及其电场除尘方法。
实施例1
请参阅图1,显示为本实施例中电场装置的结构示意图。所述电场装置包括电场装置入口1011、前置电极1013、绝缘机构1015、臭氧机构1018。
所述前置电极1013设置于所述电场装置入口1011处,所述前置电极1013为一导电网板,所述导电网板用于在上电后,将电子传导给气体中导电性较强的金属粉尘、雾滴、或气溶胶等污染物,所述电场装置的阳极积尘部即电场阳极10141吸引带电的污染物,使带电的污染物向所述电场阳极移动,直至该部分污染物附着在电场阳极上,将该部分污染物收集起来。
所述电场装置包括电场阳极10141和设置于电场阳极10141内的电场阴极10142,电场阳极10141与电场阴极10142之间形成非对称静电场,其中,待含有颗粒物的气体通过所述排气口进入所述电场装置后,由于所述电场阴极10142放电,电离所述气体,以使所述颗粒物获得负电荷,向所述电场阳极10141移动,并沉积在所述电场阳极10141上。
具体地,所述电场阳极10141的内部由呈蜂窝状、且中空的阳极管束组组成,阳极管束的端口的形状为六边形。
所述电场阴极10142包括若干根电极棒,其一一对应地穿设所述阳极管束组中的每一阳极管束,其中,所述电极棒的形状呈针状、多角状、毛刺状、螺纹杆状或柱状。所述电 场阳极10141的集尘面积与电场阴极10142的放电面积的比为1680:1,所述电场阳极10141和电场阴极10142的极间距为9.9mm,电场阳极10141长度为60mm,电场阴极10142长度为54mm。
在本实施例中,所述电场阴极10142的出气端低于所述电场阳极10141的出气端,且所述电场阴极10142的进气端与所述电场阳极10141的进气端齐平,电场阳极10141的出口端与电场阴极10142的近出口端之间具有夹角α,且α=90°,以使所述电场装置内部形成加速电场,能将更多的待处理物质收集起来。
所述绝缘机构1015包括绝缘部和隔热部。所述绝缘部的材料采用陶瓷材料或玻璃材料。所述绝缘部为伞状串陶瓷柱或玻璃柱,或柱状串陶瓷柱或玻璃柱,伞内外或柱内外挂釉。
如图1所示,于本发明一实施例中,电场阴极10142安装在阴极支撑板10143上,阴极支撑板10143与电场阳极10141通过绝缘机构1015相连接。所述绝缘机构1015用于实现所述阴极支撑板10143和所述电场阳极10141之间的绝缘。于本发明一实施例中,电场阳极10141包括第一阳极部101412和第二阳极部101411,即所述第一阳极部101412靠近电场装置入口,第二阳极部101411靠近电场装置出口。阴极支撑板和绝缘机构在第一阳极部101412和第二阳极部101411之间,即绝缘机构1015安装在电离电场中间、或电场阴极10142中间,可以对电场阴极10142起到良好的支撑作用,并对电场阴极10142起到相对于电场阳极10141的固定作用,使电场阴极10142和电场阳极10141之间保持设定的距离。
设置于所述除尘电场系统出气端的所述臭氧机构1018采用除臭氧灯管。
实施例2
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,本实施例的电场发生单元结构示意图参见图2,本实施例电场发生单元的A-A视图参见图3,本实施例电场发生单元标注长度和角度的电场发生单元的A-A视图参见图4。
如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
如图2、图3和图4所示,本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴 极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为6.67:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距L3为9.9mm,电场阳极4051长度L1为60mm,电场阴极4052长度L2为54mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端之间具有夹角α,且α=118°,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3,能够减少电场对空气中气溶胶、水雾、油雾、松散光滑颗粒物的耦合消耗,节省电场电能30-50%。
本实施例中电场装置包括由多个上述电场发生单元构成的电场级,所述电场级有多个,以利用多个集尘单元有效提高本电场装置的集尘效率。同一电场级中,各电场阳极为相同极性,各电场阴极为相同极性。
多个电场级中各电场级之间串联,串联电场级通过连接壳体连接,相邻两级的电场级的距离大于极间距的1.4倍。本实施例中两个电场级的电场装置结构示意图参见图5,如图5所示,所述电场级为两级即第一级电场4053和第二级电场4054,第一级电场4053和第二级电场4054通过连接壳体4055串联连接。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中的颗粒物。
实施例3
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为1680:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为139.9mm,电场阳极4051长度为180mm,电场阴极4052长度为180mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电 场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3,能够减少电场对空气中气溶胶、水雾、油雾、松散光滑颗粒物的耦合消耗,节省电场电能20-40%。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中的颗粒物。
实施例4
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为1.667:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为2.4mm,电场阳极4051长度为30mm,电场阴极4052长度为30mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3,能够减少电场对气溶胶、水雾、油雾、松散光滑颗粒物的耦合消耗,节省电场电能10-30%。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中的颗粒物,。
实施例5
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之 间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
如图2、图3和图4所示,本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中,电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为6.67:1,所述电场阳极4051和电场阴极4052的极间距L3为9.9mm,电场阳极4051长度L1为60mm,电场阴极4052长度L2为54mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端之间具有夹角α,且α=118°,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场发生单元的集尘效率更高,典型尾气颗粒pm0.23集尘效率为99.99%以上,典型23nm颗粒去除效率为99.99%以上。
本实施例中电场装置包括由多个上述电场发生单元构成的电场级,所述电场级有多个,以利用多个集尘单元有效提高本电场装置的集尘效率。同一电场级中,各电场阳极为相同极性,各电场阴极为相同极性。
多个电场级中各电场级之间串联,串联电场级通过连接壳体连接,相邻两级的电场级的距离大于极间距的1.4倍。如图5示,所述电场级为两级即第一级电场4053和第二级电场4054,第一级电场4053和第二级电场4054通过连接壳体4055串联连接。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中的颗粒物。
实施例6
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中,电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为1680:1,所述电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为139.9mm,电场阳极4051长度为180mm,电场阴极4052长度为180mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端 齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场装置的集尘效率更高,典型尾气颗粒pm0.23集尘效率为99.99%以上,典型23nm颗粒去除效率为99.99%以上。
本实施例中电场装置包括由多个上述电场发生单元构成的电场级,所述电场级有多个,以利用多个集尘单元有效提高本电场装置的集尘效率。同一电场级中,各电场阳极为相同极性,各电场阴极为相同极性。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中的颗粒物。
实施例7
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中,电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为1.667:1,所述电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为2.4mm。电场阳极4051长度为30mm,电场阴极4052长度为30mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场装置的集尘效率更高,典型尾气颗粒pm0.23集尘效率为99.99%以上,典型23nm颗粒去除效率为99.99%以上。
本实施例中电场阳极4051及电场阴极4052构成集尘单元,且该集尘单元有多个,以利用多个集尘单元有效提高本电场装置的集尘效率。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中呈颗粒状的粉尘。
实施例8
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所 述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为27.566:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为2.3mm,电场阳极4051长度为5mm,电场阴极4052长度为4mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3,保证本电场发生单元的除尘效率更高。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中呈颗粒状的粉尘。
实施例9
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为1.108:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为2.3mm,电场阳:极051长度为60mm,电场阴极4052长度为200mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3, 保证本电场发生单元的除尘效率更高。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中呈颗粒状的粉尘。
实施例10
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052的放电面积的比为3065:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为249mm,电场阳极4051长度为2000mm,电场阴极4052长度为180mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3,保证本电场发生单元的除尘效率更高。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中呈颗粒状的粉尘。
实施例11
本实施例中电场发生单元可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统中的电场装置,如图2所示,包括用于发生电场的电场阳极4051和电场阴极4052,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与电源的两个电极电性连接,所述电源为直流电源,所述电场阳极4051和电场阴极4052分别与直流电源的阳极和阴极电性连接。本实施例中电场阳极4051具有正电势,电场阴极4052具有负电势。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阳极4051和电场阴极4052之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。
本实施例中电场阳极4051呈中空的正六边形管状,电场阴极4052呈棒状,电场阴极4052穿设在电场阳极4051中。
减少电场耦合的方法,包括如下步骤:选择电场阳极4051的集尘面积与电场阴极4052 的放电面积的比为1.338:1,电场阳极4051和电场阴极4052的极间距为5mm,电场阳极4051长度为2mm,电场阴极4052长度为10mm,所述电场阳极4051包括流体通道,所述流体通道包括进口端与出口端,所述电场阴极4052置于所述流体通道中,所述电场阴极4052沿集尘极流体通道的方向延伸,电场阳极4051的进口端与电场阴极4052的近进口端齐平,电场阳极4051的出口端与电场阴极4052的近出口端齐平,进而在电场阳极4051和电场阴极4052的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,实现电场耦合次数≤3,保证本电场发生单元的除尘效率更高。
本实施例中上述待处理物质可以是空气中的颗粒物。
实施例12
本实施例中电场装置可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统,该电场装置的结构示意图参见图6。如图6所示,所述电场装置包括电场阴极5081和电场阳极5082分别与直流电源的阴极和阳极电性连接,辅助电极5083与直流电源的阳极电性连接。本实施例中电场阴极5081具有负电势,电场阳极5082和辅助电极5083均具有正电势。
同时,如图6所示,本实施例中辅助电极5083与电场阳极5082固接。在电场阳极5082与直流电源的阳极电性连接后,也实现了辅助电极5083与直流电源的阳极电性连接,且辅助电极5083与电场阳极5082具有相同的正电势。
如图6所示,本实施例中辅助电极5083可沿前后方向延伸,即辅助电极5083的长度方向可与电场阳极5082的长度方向相同。
如图6所示,本实施例中电场阳极5082呈管状,电场阴极5081呈棒状,电场阴极5081穿设在电场阳极5082中。同时本实施例中上述辅助电极5083也呈管状,辅助电极5083与电场阳极5082构成阳极管5084。阳极管5084的前端与电场阴极5081齐平,阳极管5084的后端向后超出了电场阴极5081的后端,该阳极管5084相比于电场阴极5081向后超出的部分为上述辅助电极5083。即本实施例中电场阳极5082和电场阴极5081的长度相同,电场阳极5082和电场阴极5081在前后方向上位置相对;辅助电极5083位于电场阳极5082和电场阴极5081的后方。这样,辅助电极5083与电场阴极5081之间形成辅助电场,该辅助电场给电场阳极5082和电场阴极5081之间带负电荷的氧离子流施加向后的力。当含有待处理物质的气体由前向后流入阳极管5084,带负电荷的氧离子在向电场阳极5082且向后移动过程中将与待处理物质相结合,由于氧离子具有向后的移动速度,氧离子在与待处理物质相结合时,两者间不会产生较强的碰撞,从而避免因较强碰撞而造成较大的能量消耗,使得氧离子易于与待处理物质相结合,并使得气体中待处理物质的荷电效率更高,进而在电场阳极5082及阳极管5084的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场装置的除尘效率更高。
另外,如图6所示,本实施例中阳极管5084的后端与电场阴极5081的后端之间具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
本实施例中电场阳极5082、辅助电极5083、及电场阴极5081构成除尘单元,且该除尘单元有多个,以利用多个除尘单元有效提高本电场装置的除尘效率。
本实施例中上述待处理物质可以是呈颗粒状的粉尘。
本实施例中直流电源具体可为直流高压电源。上述电场阴极5081和电场阳极5082之间形成放电电场,该放电电场是一种静电场。在无上述辅助电极5083的情况下,电场阴极5081和电场阳极5082之间电场中离子流沿垂直于电极方向,且在两电极间折返流动,并导致离子在电极间来回折返消耗。为此,本实施例利用辅助电极5083使电极相对位置错开,形成电场阳极5082和电场阴极5081间相对不平衡,这个不平衡会使电场中离子流发生偏转。本电场装置利用辅助电极5083形成能使离子流具有方向性的电场。本电场装置对顺离子流方向进入电场的颗粒物的收集率比对逆离子流方向进入电场的颗粒物的收集率提高近一倍,从而提高电场积尘效率,减少电场电耗。另外,现有技术中集尘电场的除尘效率较低的主要原因也是粉尘进入电场方向与电场内离子流方向相反或垂直交叉,从而导致粉尘与离子流相互冲撞剧烈并产生较大能量消耗,同时也影响荷电效率,进而使现有技术中电场集尘效率下降,且能耗增加。
本实施例中电场装置在用于收集气体中的粉尘时,气体及粉尘顺离子流方向进入电场,粉尘荷电充分,电场消耗小;单极电场集尘效率会达到99.99%以上。当气体及粉尘逆离子流方向进入电场,粉尘荷电不充分,电场电耗也会增加,集尘效率会在40%-75%。另外,本实施例中电场装置形成的离子流有利于无动力风扇流体输送、增氧、热量交换等。
实施例13
本实施例中电场装置可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统,包括电场阴极和电场阳极分别与直流电源的阴极和阳极电性连接,辅助电极与直流电源的阴极电性连接。本实施例中辅助电极和电场阴极均具有负电势,电场阳极具有正电势。
本实施例中辅助电极可与电场阴极固接。这样,在实现电场阴极与直流电源的阴极电性连接后,也实现了辅助电极与直流电源的阴极电性连接。同时,本实施例中辅助电极沿前后方向延伸。
本实施例中电场阳极呈管状,电场阴极呈棒状,电场阴极穿设在电场阳极中。同时本实施例中上述辅助电极也棒状,且辅助电极和电场阴极构成阴极棒。该阴极棒的前端向前超出电场阳极的前端,该阴极棒与电场阳极相比向前超出的部分为上述辅助电极。即本实施例中电场阳极和电场阴极的长度相同,电场阳极和电场阴极在前后方向上位置相对;辅助电极位于电场阳极和电场阴极的前方。这样,辅助电极与电场阳极之间形成辅助电场, 该辅助电场给电场阳极和电场阴极之间带负电荷的氧离子流施加向后的力,使得电场阳极和电场阴极间带负电荷的氧离子流具有向后的移动速度。当含有待处理物质的气体由前向后流入管状的电场阳极,带负电荷的氧离子在向电场阳极且向后移动过程中将与待处理物质相结合,由于氧离子具有向后的移动速度,氧离子在与待处理物质相结合时,两者间不会产生较强的碰撞,从而避免因较强碰撞而造成较大的能量消耗,使得氧离子易于与待处理物质相结合,并使得气体中待处理物质的荷电效率更高,进而在电场阳极作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场装置的除尘效率更高。
本实施例中电场阳极、辅助电极、及电场阴极构成除尘单元,且该除尘单元有多个,以利用多个除尘单元有效提高本电场装置的除尘效率。
本实施例中上述待处理物质可以是呈颗粒状的粉尘。
实施例14
本实施例中电场装置可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统,本实施例中电场装置的结构示意图参见图7。如图7所示,辅助电极5083沿左右方向延伸。本实施例中辅助电极5083的长度方向与电场阳极5082和电场阴极5081的长度方向不同。且辅助电极5083具体可与电场阳极5082相垂直。
本实施例中电场阴极5081和电场阳极5082分别与直流电源的阴极和阳极电性连接,辅助电极5083与直流电源的阳极电性连接。本实施例中电场阴极5081具有负电势,电场阳极5082和辅助电极5083均具有正电势。
如图7所示,本实施例中电场阴极5081和电场阳极5082在前后方向上位置相对,辅助电极5083位于电场阳极5082和电场阴极5081的后方。这样,辅助电极5083与电场阴极5081之间形成辅助电场,该辅助电场给电场阳极5082和电场阴极5081之间带负电荷的氧离子流施加向后的力。当含有待处理物质的气体由前向后流入电场阳极5082和电场阴极5081之间的电场,带负电荷的氧离子在向电场阳极5082且向后移动过程中将与待处理物质相结合,由于氧离子具有向后的移动速度,氧离子在与待处理物质相结合时,两者间不会产生较强的碰撞,从而避免因较强碰撞而造成较大的能量消耗,使得氧离子易于与待处理物质相结合,并使得气体中待处理物质的荷电效率更高,进而在电场阳极5082的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场装置的除尘效率更高。
实施例15
本实施例中电场装置可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统,本实施例中电场装置的结构示意图参见图8。如图8所示,辅助电极5083沿左右方向延伸。本实施例中辅助电极5083的长度方向与电场阳极5082和电场阴极5081的长度方向不同。且辅助电极5083具体可与电场阴极5081相垂直。
本实施例中电场阴极5081和电场阳极5082分别与直流电源的阴极和阳极电性连接,辅助电极5083与直流电源的阴极电性连接。本实施例中电场阴极5081和辅助电极5083均具有负电势,电场阳极5082具有正电势。
如图8所示,本实施例中电场阴极5081和电场阳极5082在前后方向上位置相对,辅助电极5083位于电场阳极5082和电场阴极5081的前方。这样,辅助电极5083与电场阳极5082之间形成辅助电场,该辅助电场给电场阳极5082和电场阴极5081之间带负电荷的氧离子流施加向后的力,使得电场阳极5082和电场阴极5081间带负电荷的氧离子流具有向后的移动速度。当含有待处理物质的气体由前向后流入电场阳极5082和电场阴极5081之间的电场,带负电荷的氧离子在向电场阳极5082且向后移动过程中将与待处理物质相结合,由于氧离子具有向后的移动速度,氧离子在与待处理物质相结合时,两者间不会产生较强的碰撞,从而避免因较强碰撞而造成较大的能量消耗,使得氧离子易于与待处理物质相结合,并使得气体中待处理物质的荷电效率更高,进而在电场阳极5082的作用下,能将更多的待处理物质收集起来,保证本电场装置的除尘效率更高。
实施例16
本实施例提供一种电场装置可应用于本发明半导体制造洁净室系统的电场除尘系统,本实施例中电场装置的结构示意图参见图9。如图9所示,该电场装置包括依次相通的电场装置入口3085、流道3086、电场流道3087、及电场装置出口3088,流道3086中安装有前置电极3083,前置电极3083的截面面积与流道3086的截面面积比为99%-10%,电场装置还包括电场阴极3081和电场阳极3082,电场流道3087位于电场阴极3081和电场阳极3082之间。本发明电场装置的工作原理为:含颗粒物的气体通过电场装置入口3085进入流道3086,安装在流道3086中的前置电极3083将电子传导给部分颗粒物,部分颗粒物带电,当颗粒物由流道3086进入电场流道3087后,电场阳极3082给已带电的颗粒物施加吸引力,带电的颗粒物向电场阳极3082移动,直至该部分带电颗粒物附着在电场阳极3082上,同时,电场流道3087中电场阴极3081和电场阳极3082之间形成电离电场,该电离电场将使另一部分未带电的颗粒物带电,这样另一部分颗粒物在带电后同样会受到电场阳极3082施加的吸引力,并最终附着在电场阳极3082,从而利用上述电场装置使颗粒物带电效率更高,带电更充分,进而保证电场阳极3082能收集更多的颗粒物,并保证本发明电场装置对气体中颗粒物的收集效率更高。
前置电极3083的截面面积是指前置电极3083沿截面上实体部分的面积之和。另外,前置电极3083的截面面积与流道3086的截面面积比可以为99%-10%、或90-10%、或80-20%、或70-30%、或60-40%、或50%。
如图9所示,本实施例中前置电极3083和电场阴极3081均与直流电源的阴极电性连 接,电场阳极3082与直流电源的阳极电性连接。本实施例中前置电极3083和电场阴极3081均具有负电势,电场阳极3082具有正电势。
如图9所示,本实施例中前置电极3083具体可呈网状,即设有若干通孔。这样,当气体流经流道3086时,利用前置电极3083设有通孔的结构特点,便于气体及颗粒物流过前置电极3083,并使气体中颗粒物与前置电极3083接触更加充分,从而使前置电极3083能将电子传导给更多的颗粒物,并使颗粒物的带电效率更高。
如图9所示,本实施例中电场阳极3082呈管状,电场阴极3081呈棒状,电场阴极3081穿设在电场阳极3082中。本实施例中电场阳极3082和电场阴极3081呈非对称结构。当气体流入电场阴极3081和电场阳极3082之间形成的电离电场将使颗粒物带电,且在电场阳极3082施加的吸引力作用下,将带电的颗粒物收集在电场阳极3082的内壁上。
另外,如图9所示,本实施例中电场阳极3082和电场阴极3081均沿前后方向延伸,电场阳极3082的前端沿前后方向上位于电场阴极3081的前端的前方。且如图9所示,电场阳极3082的后端沿前后方向上位于电场阴极3081的后端的后方。本实施例中电场阳极3082沿前后方向上的长度更长,使得位于电场阳极3082内壁上的吸附面面积更大,从而对带有负电势的颗粒物的吸引力更大,并能收集更多的颗粒物。
如图9所示,本实施例中电场阴极3081和电场阳极3082构成电离单元,电离单元有多个,以利用多个电离单元收集更多的颗粒物,并使得本电场装置对颗粒物的收集能力更强,且收集效率更高。
本实施例中上述电场阴极3081也称作电晕荷电电极。上述直流电源具体为直流高压电源。前置电极3083和电场阳极3082之间通入直流高压,形成导电回路;电场阴极3081和电场阳极3082之间通入直流高压,形成电离放电电晕电场。本实施例中前置电极3083为密集分布的导体。当容易带电的粉尘等颗粒物经过前置电极3083时,前置电极3083直接将电子给颗粒物,颗粒物带电,随后被异极的电场阳极3082吸附;同时未带电的颗粒物经过电场阴极3081和电场阳极3082形成的电离区,电离区形成的电离氧会把电子荷电给颗粒物,这样颗粒物继续带电,并被异极的电场阳极3082吸附。
本实施例中电场装置能形成两种及两种以上的上电方式。比如,在气体中氧气充足情况下,可利用电场阴极3081和电场阳极3082之间形成的电离放电电晕电场,电离氧,来使气体中的颗粒物荷电,再利用电场阳极3082收集颗粒物;而在气体中氧气含量过低、或无氧状态、或颗粒物为导电尘雾等时,利用前置电极3083直接使气体中的颗粒物上电,让气体中的颗粒物充分带电后被电场阳极3082吸附。
实施例17
本实施例提供的电场除尘系统的结构示意图参见图10。如图10所示,所述电场除尘 系统包括电场装置和除臭氧装置206,所述电场装置包括除尘电场阳极10141和除尘电场阴极10142,所述除臭氧装置用于去除或减少所述电场装置产生的臭氧,所述除臭氧装置在电场装置出口与空气除尘系统出口之间。所述除尘电场阳极10141和所述除尘电场阴极10142用于产生电离除尘电场。所述除臭氧装置包括臭氧消解器,用于消解所述电场装置产生的臭氧,所述臭氧消解器为紫外线臭氧消解器,图中箭头方向为进气流动方向。
一种空气除尘方法,包括以下步骤:所述空气经空气电离除尘,然后对空气电离除尘产生的臭氧进行臭氧消解,所述臭氧消解为紫外线消解。
所述除臭氧装置用于去除或减少所述电场装置产生的臭氧,由于空气中的氧气参与电离,形成臭氧。
实施例18
本实施例提供一种用于半导体制造的洁净室系统100,包括洁净室101、电场除尘系统102;所述洁净室101包括气体入口;所述电场除尘系统102包括除尘系统入口、除尘系统出口、电场装置1021;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通。图11是本实施例中洁净室系统的结构示意图。
所述电场除尘系统包括上述实施例1-17中的电场装置任一个。空气需先流经该电场装置,以利用该电场装置有效地将空气中的粉尘等待处理物质清除掉,典型23nm颗粒去除效率为99.99%以上,保证空气更加干净,以保证进入洁净室的气体满足半导体制造环境的要求。
实施例19电离除尘系统及方法
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场进行除尘处理。
本实施例中,所述电场除尘处理方法还包括:选择所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比、所述电场阳极与所述电场阴极之间的极间距、所述电场阳极长度以及所述电场阴极长度使电离电场的耦合次数≤3。
本实施例中,所述电场除尘处理方法还包括:一种提供辅助电场的方法,包括:
在流道中产生电场,所述电场不与所述流道垂直;电场阳极的出口端与电场阴极近出口端之间具有夹角α,且α=90°。
实验条件及实验结果如下:
本实施例中电场装置采用实施例1提供的电场装置。
将气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的出口排出。在电场装置的进口处、出口处分别检测气体中不同尺寸大小的固体颗粒物PN值,具体检测粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0 μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值。经检测,本实施例中气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
当开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,实验数据参见表2。由表2可知,其中1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm这四种尺寸固体颗粒物的的脱除除效率均达到99.99%以上。
电场开启300s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,实验数据参见表3;由表3可知,0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm这5种固体颗粒物在该电场条件下均达到100%的脱除效率。
电场开启300s时将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,该电场条件下满足对气体中23nm颗粒物脱除效率99.99%以上的要求,该电场条件下电场装置出口处气体中各尺寸固体颗粒物PN值实验数据参见表4。由表4可知,该电场条件下,23nm、0.3μm和0.5μm的固体颗粒物脱除效率达到99.99%以上。
表1原始含尘气体中PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000001
表2 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000002
Figure PCTCN2020086850-appb-000003
表3 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000004
表4 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000005
实施例20电离除尘
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场进行除尘处理。本实施例采用实施例16的电场装置,将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。其他同实施例19。
本实施例中原始含尘气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
当开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,实当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,验数据参见表5,表5中数据均为取样6次的平均值。由表5可知,尺寸0.3μm、0.5μm 1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行300s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,实验数据参见表6,表6中数据均为取样6次的平均值;由表10可知,尺寸0.3μm、0.5μm 1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行600s将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,该电场条件下满足对气体中23nm颗粒物脱除效率要求,该电场条件下电场装置出口处气体中各尺寸固体颗粒物PN值实验数据参见表7,表7中数据均为取样6次的平均值。由表7可知,该电场条件下23nm、0.3μm和0.5μm的固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
表5 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000006
表6 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000007
Figure PCTCN2020086850-appb-000008
表7 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000009
实施例21电离除尘
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场进行除尘处理;还包括:选择所述电场阳极的积尘面积与所述电场阴极的放电面积的比使电离电场的耦合次数≤3。
本实施例采用实施例8提供的电场装置,将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。
在电场装置的进口处、出口处分别检测气体中不同尺寸大小的固体颗粒物PN值,具体检测粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值。本实施例中原始含尘气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
当开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,实验数据参见表8,表8中数据均为取样6次的平均值。由表8可知,尺寸0.3μm、0.5μm 1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行300s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,实验数据参见表9,表9中数据均为取样6次的平均值;当该条件下电场开启60s后,由表9可知,尺寸0.3μm、0.5μm 1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行600s进将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,该电场条件下满足对气体中23nm颗粒物脱除效率要求,该电场条件下电场装置出口处气体中各尺寸固体颗粒物PN值实验数据参见表10,表10中数据均为取样6次的平均值。由表10可知,该电场条件下23nm、0.3μm和0.5μm的固体颗粒物脱除效率 达到99.99%以上。
表8 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000010
表9 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000011
表10 15 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000012
实施例22电离除尘
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场进行除尘处理;还包括:选择所述电场阳极长度使电离电场的耦合次数≤3。
本实施例采用实施例9提供的电场装置,将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。
本实施例中原始含尘气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,实验数据参见表11,表11中数据均为取样6次的平均值。当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,由表11可知,尺寸0.5μm 1.0μm、3.0 μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行300s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,实验数据参见表12,表12中数据均为取样6次的平均值;由表12可知,尺寸23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行600s将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,实验数据参见表13,表13中数据均为取样6次的平均值。该电场条件下23nm、0.3μm和0.5μm的固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
本实施例中,7.07kV和0.79mA电场条件、9.10kV和2.98mA电场条件可满足对气体中23nm颗粒物脱除效率99.99以上的要求。
表11 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000013
表12 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000014
表13 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000015
实施例23电离除尘
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生 的电离电场进行除尘处理;还包括:选择所述电场阴极长度使电离电场的耦合次数≤3。
本实施例采用实施例10提供的电场装置,将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。
在电场装置的进口处、出口处分别检测气体中不同尺寸大小的固体颗粒物PN值,具体检测粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值。本实施例中原始含尘气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,实验数据参见表14,表14中数据均为取样6次的平均值。由表14可知,尺寸1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行300s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,实验数据参见表15,表15中数据均为取样6次的平均值;由表15可知,尺寸0.5μm 1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行600s将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,实验数据参见表16,表16中数据均为取样6次的平均值。该电场条件下23nm、0.3μm和0.5μm的固体颗粒物脱除效率均为99.99%。
本实施例中,9.10kV和2.98mA电场条件可满足对气体中23nm颗粒物脱除效率99.99以上的要求。
表14 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000016
表15 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000017
Figure PCTCN2020086850-appb-000018
表16 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000019
实施例24电离除尘
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场进行除尘处理;还包括:选择所述电场阳极与所述电场阴极之间的极间距使电离电场的耦合次数≤3。
本实施例采用实施例11提供的电场装置,将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。
本实施例采用实施例11的电场装置。
将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。在电场装置的进口处、出口处分别检测气体中不同尺寸大小的固体颗粒物PN值,具体检测粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值。本实施例中原始含尘气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,实验数据参见表17,表17中数据均为取样6次的平均值。由表17可知,尺寸0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
1017s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,实验数据参见表18,表18中数据均为取样6次的平均值;由表18可知,尺寸23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
1317s进将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,实验数据参见表19,表19中数据均为取样6次的平均值。该电场条件下23nm、0.3μm和0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm的固体颗粒物脱除效率达到99.99%以上。
本实施例中,7.07kV和0.79mA电场条件、9.10kV和2.98mA电场条件可满足对气体中23nm颗粒物脱除效率在99.99%以上的要求。
表17 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000020
表18 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000021
表19 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000022
实施例25电离除尘
本实施例中,所述电场除尘处理方法包括:使含尘空气通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场进行除尘处理;还包括一种提供辅助电场的方法。
本实施例采用实施例12的电场装置。
将含尘气体输送到电场装置内进行电场除尘处理,控制含尘气体进入电场装置的流速为6m/s,去除气体中的颗粒物,最终由电场装置的电场装置出口排出。本实施例中原始含 尘气体中即电场装置进口处的气体中粒径为23nm、0.3μm、0.5μm、1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物PN值参见表1。
开启电场装置直流电源,进行5.13kV和0.15mA电场条件下的脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,除尘区出口气体的PN即发生很明显的下降,实验数据参见表20,表20中数据均为取样6次的平均值。
进行300s时将电场装置直流电源参数调整至7.07kV和0.79mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,当该条件下电场开启60s后,实验数据参见表21,表21中数据均为取样6次的平均值;由表21可知,尺寸0.5μm 1.0μm、3.0μm、5.0μm、10μm固体颗粒物脱除效率均达到99.99%以上。
进行600s将电场装置直流电源参数调整至9.10kV和2.98mA,进行脱除有机固体颗粒物实验,实验数据参见表22,表22中数据均为取样6次的平均值。
本实施例中,9.10kV和2.98mA电场条件可满足对气体中23nm颗粒物脱除效率在99.99%以上的要求。
表20 5.13kV和0.15mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000023
表21 7.07kV和0.79mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000024
表22 9.10kV和2.98mA电场条件下净化后PN数据
Figure PCTCN2020086850-appb-000025
Figure PCTCN2020086850-appb-000026
实施例26
本实施例提供一种半导体制造方法,包括如下步骤:
A:空气除尘:空气进入电场除尘系统通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场,去除气体中的颗粒物;本实施例中电场除尘系统包括实施例1-17中的电场装置;
经电场除尘后的净化气体进入洁净室,为洁净室内的半导体制造提供净化气体。
在洁净室内,进行如下操作:
S1,采用C VD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)或PVD(Physical Vapor Deposition,物理气相沉积)工艺形成在衬底上形成薄膜。
S2,在所述薄膜上形成沟道,所述沟道暴露出所述衬底表面。
所述沟槽形成包括如下步骤:
在所述薄膜表面涂覆光刻胶;
通过掩模板对所述光刻胶进行曝光;
对所述光刻胶进行显影并清洗去除部分光刻胶,暴露出部分薄膜表面;
对暴露出的薄膜进行刻蚀,暴露出部分衬底表面,形成沟道。
S3,对所述沟道暴露出的衬底进行离子渗入,形成具有电子特性的特定结构。
本实施例中,所述光刻胶可以为正胶或反胶。
本实施例中,S1步骤中,所述衬底的材质可以为硅、锗、锗硅、碳化硅、砷化镓、砷化铟或磷化铟。
本实施例中,S1步骤中,所述薄膜的主要成分为氮化硅、氧化硅、碳化硅、多晶硅中的一种或两者以上任意组合。
本实施例中,S2步骤中,所述刻蚀可以为干法刻蚀或湿法刻蚀。
本实施例中,S3步骤中,所述离子渗入为扩散或离子注入。
本实施例中,S3步骤中,所述电子特性为PN结。
综上所述,本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效,而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下,对上述实施例进行修饰或改变。因此,举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变,仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (32)

  1. 一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;
    所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通;
    所述电场装置包括电场装置入口、电场装置出口、电场阴极和电场阳极,所述电场阴极和所述电场阳极用于产生电离电场;
    所述电场装置还包括辅助电场单元,用于产生与所述电离电场不平行的辅助电场。
  2. 一种用于半导体制造的洁净室系统,包括洁净室、电场除尘系统;
    所述洁净室包括气体入口;所述电场除尘系统包括除尘系统出口、电场装置;所述洁净室的气体入口与所述电场除尘系统的除尘系统出口连通;
    所述电场装置包括电场装置入口、电场装置出口、电场阴极和电场阳极,所述电场阴极和所述电场阳极用于产生电离电场;
    所述电场装置还包括辅助电场单元,所述电离电场包括流道,所述辅助电场单元用于产生与所述流道不垂直的辅助电场。
  3. 根据权利要求1或2所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元包括第一电极,所述辅助电场单元的第一电极设置在所述电离电场的进口处或靠近所述电离电场的进口。
  4. 根据权利要求3所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述第一电极为阴极。
  5. 根据权利要求4所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元的第一电极是所述电场阴极的延伸。
  6. 根据权利要求5所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元的第一电极与所述电场阳极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
  7. 根据权利要求1-6任一项所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元包括第二电极,所述辅助电场单元的第二电极设置在所述电离电场的出口处或靠近所述电离电场的出口。
  8. 根据权利要求7所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述第二电极为阳极。
  9. 根据权利要求7或8所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元的第二电极是所述电场阳极的延伸。
  10. 根据权利要求9所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元的第二电极与所述电场阴极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、 或α=90°。
  11. 根据权利要求1-4中的任一项所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元的第一电极与所述电离电场的电场阳极、电场阴极独立设置。
  12. 根据权利要求1-2、7和8中的任一项所述的用于半导体制造的洁净室系统,其特征在于,所述辅助电场单元的第二电极与所述电离电场的电场阳极、电场阴极独立设置。
  13. 一种半导体制造系统,其特征在于,所述半导体制造系统包括权利要求1-12任一项所述的用于半导体制造的洁净室系统,还包括:
    薄膜制备装置,该薄膜制备装置设于所述洁净室内;
    薄膜刻蚀装置,该薄膜刻蚀装置设于所述洁净室内;
    离子掺杂装置,该离子掺杂装置设于所述洁净室内。
  14. 一种用于半导体制造的洁净室系统的电场除尘方法,包括以下步骤:
    使气体通过电场阳极和电场阴极产生的电离电场,去除气体中的颗粒物;
    所述电离电场包括流道,在流道中产生辅助电场,所述辅助电场不与所述流道垂直。
  15. 根据权利要求14所述的电场除尘方法,其特征在于,所述辅助电场包括第一电极,所述第一电极设置在或靠近所述电离电场的进口。
  16. 根据权利要求15所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第一电极为阴极。
  17. 根据权利要求15或16所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第一电极是所述电场阴极的延伸。
  18. 根据权利要求17所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第一电极与所述电场阳极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
  19. 根据权利要求14-18任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述辅助电场包括第二电极,所述第二电极设置在或靠近所述电离电场的出口。
  20. 根据权利要求19所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第二电极为阳极。
  21. 根据权利要求19或20所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第二电极是所述电场阳极的延伸。
  22. 根据权利要求21所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第二电极与所述电场阴极具有夹角α,且0°<α≤125°、或45°≤α≤125°、或60°≤α≤100°、或α=90°。
  23. 根据权利要求14-16所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第一电极与所述电场阳极和电场阴极独立设置。
  24. 根据权利要求14、19和20所述的电场除尘方法,其特征在于,所述第二电极与所述电场阳极和电场阴极独立设置。
  25. 根据权利要求14-24任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述去除气体中的颗粒 物包括去除气体中的纳米颗粒物。
  26. 根据权利要求14-25任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述去除气体中的颗粒物包括去除气体中的小于50nm的颗粒物。
  27. 根据权利要求14-26任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述去除气体中的颗粒物包括去除气体中的15-35纳米的颗粒物。
  28. 根据权利要求14-27任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述去除气体中的颗粒物包括去除气体中的23nm的颗粒物。
  29. 根据权利要求14-28任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述气体中的23nm的颗粒物的脱除率≥93%。
  30. 根据权利要求14-29任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述气体中的23nm的颗粒物的脱除率≥95%。
  31. 根据权利要求14-30任一项所述的电场除尘方法,其特征在于,所述气体中的23nm的颗粒物的脱除率≥99.99%。
  32. 一种半导体制造方法,包括如下步骤:
    利用如权利要求14-31任一项所述的电场除尘方法去除空气中的颗粒物;经电场除尘后的净化气体输入洁净室;
    在洁净室内,在衬底上形成薄膜;
    在洁净室内,在所述薄膜上形成沟道,所述沟道暴露出所述衬底表面;
    在洁净室内,对所述沟道暴露出的衬底进行离子渗入,形成具有电子特性的特定结构。
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