具有增进的流出物洗涤及水份控制的减排系统 |
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| 申请号 | CN200980144641.1 | 申请日 | 2009-11-06 | 公开(公告)号 | CN102209583A | 公开(公告)日 | 2011-10-05 |
| 申请人 | 应用材料公司; | 发明人 | 菲尔·钱德勒; 丹尼尔·O·克拉克; 弗兰克·霍史达瑞恩; 丹·S·布朗; 巴里·佩奇; 艾伦·福克斯; 乔治·L·丹森三世; 杰伊·俊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供了一种具有增进的流出物洗涤及 水 份控制的减排系统，这里提供了一种改善流出物处理的设备。在一些 实施例 中，减排系统可以包括：排放 导管 ，其使流出物流从其中流动通过；多个填充床，其设置在排放导管中，以从流出物流移除非可排放的流出物；一个或多个 喷嘴 ，其设置为在相邻的填充床之间提供流出物处理剂，流出物处理剂从流出物流移除非可排放的流出物；以及滴注器，其设置在排放导管中而位于最上方填充床上方，来以大液滴提供流出物处理剂，以在基本上不会形成微细液滴的状态下润湿并冲洗最上方填充床的上表面的微粒。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种减排系统，包括： |
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| 说明书全文 | 具有增进的流出物洗涤及水份控制的减排系统[0001] 相关申请的交叉引用 技术领域背景技术[0004] 减排系统至少部分地用于在将排放流出物流释放到环境中之前从该流移除颗粒和/或有害流出物气体。举例而言，在减排系统中，排放流出物流可以被燃烧并且之后被清洗以移除微粒和/或水溶性流出物。在一些减排系统中，流出物流通过洗涤器，该洗涤器可用来从该流移除微粒和/或有害流出物。 [0006] 因此，发明人已经提供一种改善的减排系统，其可有利地进一步改善来自流出物流的有害气体与微粒物质的减少。 发明内容[0007] 本发明提供了一种改善流出物处理的设备。在一些实施例中，减排系统可以包括：排放导管，其使流出物流从其中流动通过；多个填充床，其设置在排放导管中，以从流出物流移除非可排放的流出物；一个或多个喷嘴，其设置为在相邻的填充床之间提供流出物处理剂，流出物处理剂从流出物流移除非可排放的流出物；以及滴注器，其设置在排放导管中而位于最上方填充床上方，来以大液滴提供流出物处理剂，以在基本上不会形成微细液滴的状态下润湿并冲洗最上方填充床的上表面的微粒。 [0008] 在一些实施例中，减排系统可以包括：排放导管，用于使流出物流从其中流动通过；三个填充床，其轴向设置在该排放导管中并设置成间隔关系，以从该流出物流移除非可排放的流出物；一个或多个喷嘴，其在相邻的填充床之间提供流出物处理剂，该流出物处理剂用于从流出物流移除非可排放的流出物；以及滴注器，其设置在该排放导管中而位于最上方填充床上方，来以大液滴提供该流出物处理剂，以润湿并冲洗该最上方填充床的上表面的微粒，其中这些大液滴的平均直径介于约200至2000微米之间。下文中描述了本发明的其他和进一步的实施例。附图说明 [0009] 本发明的前述特征、详细说明可以藉由在本发明附图中所描绘的实施例来详细地了解。然而，值得注意的是因为本发明允许其它等效的实施例，所以附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不会限制本发明范围。 [0010] 图1示出了根据本发明一些实施例的处理设备的侧视图。 [0011] 图2示出了根据本发明一些实施例的洗涤器的侧视图。 [0012] 图3A-D示出了根据本发明一些实施例的滴注器的仰视图及端视图。 [0013] 图4A-C示出了根据本发明一些实施例的滴注器的侧视图及仰视图。 [0014] 图5示出了根据本发明一些实施例的动力冲击器和水份捕获装置的侧视图。 [0015] 为了促进了解，尽可能在图式中使用相同的附图标记来指示相同的组件。图式并非以比例来绘制，并且可以为了清楚起见而简化。可以设想出，一个实施例的组件和特征可以有益地被并入其它实施例中，而不需赘述。 具体实施方式[0016] 在此提供了改善流出物的处理的设备。此发明设备有利地改善有害气体的捕获，同时维持和/或改善从排放流出物流移除颗粒的效率。 [0017] 图1示出了根据本发明一些实施例的处理系统100的侧视图。此示范性处理系统100包括耦接到减排系统104的制程腔室102。减排系统104被配置以处理来自制程腔室 102的排放流出物流，以在将剩余流出物释放到环境中之前从该流出物移除颗粒和/或有害气体。 [0018] 制程腔室102可以是任何适当的制程腔室，例如半导体、平面面板、光伏、有机发光二极管(OLED)、微机电系统(MEMS)或其它硅或薄膜的处理系统的一种或多种。制程腔室102可被配置为用于涉及前述处理系统的蚀刻、沉积、等离子体或任何适当的制程。示范的非限制性的制程腔室可以包括用在太阳能系统(Solar)的AKT 60K、用在CVD的PRODUCEReHarp或用在蚀刻系统(Etch)的ENABLER E5，它们可从美国加州圣大克劳拉市(Santa Clara)的应用材料公司(Applied Materials，Inc.)获得。 [0019] 来自制程腔室102的排放流出物流被例如经由适当的导管、泵、阀或类似者(未示出)而导向减排系统104。减排系统104例如通过从流出物移除不希望的成份(诸如从流出物移除有害气体和/或颗粒)，来将流出物转变成环境安全的材料。 [0020] 减排系统104可以是用来接收并处理来自制程腔室(诸如制程腔室104)的流出物的任何适当减排系统。减排系统104可以被用来对单个制程腔室或工具、或多个制程腔室和/或工具进行减排。减排系统104可以将例如热、湿洗涤、干洗涤、催化、等离子体和/或类似的方式来用于流出物处理以及将流出物转变成更少毒性类型的制程。减排系统104可以进一步包含多个减排系统以处理来自具有待减排的流出物的制程腔室或多个制程腔室或其它处理设备的多种特定类型的流出物。示范性减排系统可以是MARATHON 系统，其可从美国加州圣大克劳拉市的应用材料公司获得。 [0021] 减排系统104可以包括热反应器106(即，燃烧反应器)、水淬冷设备108、分离槽110以及洗涤器112。在流出物流(例如包括诸如可燃物质及碳氢化合物、硅烷、氟碳化合物、氢、卤素、杂质或类似者的流出物)从制程腔室102排放出之后，该流出物流可以流入减排系统104的热反应器106内。热反应器106可以例如对流出物进行燃烧，诸如在含氧气体(诸如氧气(O2))的气氛中燃烧饱和碳氢化合物以形成可被释放到环境中的二氧化碳(CO2)和水(H2O)。此外，热反应器106可以在类似的环境中燃烧诸如硅烷、氟碳化合物、卤素、杂质或类似者的流出物以形成不可排放的流出物，例如有毒气体(诸如氟、氯、氯化氢、氟化氢(HF)、四氟化硅(SiF4)、二氧化硅(SiO2)、金属氧化物或类似者的一种或多种)和/或颗粒(诸如硅石(SiO2)、玻璃、金属氧化物、有机物、碳或类似者)，其必须被从所排放的流出物流移除并且不被释放到环境中。如在此所使用的，不可排放的流出物指的是例如由于环境和/或安全规定而不希望被排放的流出物，而不是指无法被排放的流出物。 [0022] 接着，由热反应器106处理的流出物流可以流入水淬冷设备108，流出物流在水淬冷设备108中通过和水接触(例如经由水喷洒)来冷却。水淬冷设备108可以作用以将例如由氢(H2)和燃料的燃烧所形成的蒸气淬冷变成液态水。水淬冷设备108可以进一步作用以从流出物流移除大颗粒，例如介于约0.1微米至约1微米之间尺寸的固体。例如，大颗粒可以包含硅石(SiO2)、金属氧化物、或金属卤化物。剩余的流出物流(即没有被水淬冷设备108移除的那些流出物)流入被耦接到该水淬冷设备108的槽110。剩余的流出物流可以包括更微细的颗粒与水滴，例如其尺寸可介于约10纳米至约10微米之间的那些。这些更微细的颗粒可以包含与前述更大颗粒类似的材料。 [0023] 槽110可以进一步帮助从剩余的流出物流减少颗粒。例如，在一些实施例中，槽110可以包括由完整(solid)或穿孔的壁(未示出)所分隔的第一腔室和第二腔室。各个腔室被以水部分地被填充到足以避免流出物而在不通过水或与可冷凝水蒸气接触的状态下从第一腔室直接流入第二腔室水位。 [0024] 吹送装置(blower)或水诱导装置(water inductor)(未示出)可以耦接在第一腔室与第二腔室之间，用以从来自第一腔室的剩余流出物流移除气体部分，并且将其直接注入第二槽的水位下方的水中。可以经由扩散器(未示出)将气体部分注入第二腔室的水中，其中该扩散器可将剩余流出物流的气体部分以微细气泡的形式释放到第二腔室的水中。气泡容许气体部分具有与水和可冷凝水蒸气接触的高表面积接触，以在被捕获在剩余流出物流的气体部分中的颗粒抵达第二腔室的水位之前将其有效地移除。第二腔室可以进一步包括机械扇或搅拌器(未示出)，以改善水与剩余流出物流的气体部分的气泡间的混合。 [0025] 流出物流的剩余气体部分离开槽110并进入洗涤器112，以在流出物流的剩余气体部分排放到工厂排放系统或环境中之前，进一步从流出物流的剩余气体部分移除任何剩余的颗粒和/或有害气体。 [0026] 图2示出了根据本发明一些实施例的洗涤器112的侧视图。洗涤器112包括排放导管202，其用于将排放的流出物流204(即从槽110接收的流出物流的剩余气体部分)从其流动通过。排放导管202可以是促进从流出物流有效率地移除有害气体和/或颗粒的任何形状。例如，排放导管202可以是圆柱形。排放导管202可以包含兼容于减排制程的任何适当材料，诸如不锈钢、聚氯乙烯(PVC)、氯化PVC(CPVC)、高镍合金、聚丙烯、聚乙烯、聚偏二氟乙烯(PVDF)、或类似者。 [0027] 一个或多个填充床206可以设置在排放导管202中，用于从排放流出物流204移除不可排放的流出物(图2示出了三个填充床206)。各个填充床206可以隔开，如图2所示。在一些实施例中，填充床206的数量可以介于约2个至约10个之间。各个填充床206的、沿着排放导管202的中心轴210限定的长度208可以介于约5至约30英寸之间，但是可以依需要或为了特定应用而使用其它尺寸。在一些实施例中，最上方填充床212具有比最下方填充床214的第二长度更大的第一长度。在一些实施例中，最上方填充床212的第一长度介于约10至约15英寸之间。在一些实施例中，最下方填充床214的第二长度介于约5至约8英寸之间。在一些实施例中，最上方填充床与最下方填充床之间的任何填充床具有介于约5至约8英寸之间的第三长度。第三长度可以大于或等于第二长度，或小于或等于第一长度(即等于最上方或最下方填充床的长度，或介于其两者之间)。 [0028] 各个填充床206还包括多个不可排放流出物的固存物216(sequestering objects)，它们设置在上穿孔板218与下穿孔板219之间。不可排放流出物的固存物216可以具有建立供流出物流204所用的弯折路径(torturous path)所必需的任何适当尺寸与形状。各个固存物216的形状可以包括球形、多面体形、随机形状或类似者中的一种或多种。各个固存物216的尺寸可以至少具有一个介于约1/4英寸至约2英寸之间的维度(诸如大体球形的平均直径)。各个固存物216可以包括任何适当材料或用于固存不可排放的流出物的材料，例如高表面积材料(诸如沸石、氧化铝、尖晶石、玻璃、镍、不锈钢、高镍合金、聚丙烯、聚乙烯、PVC、CPVC、PVDF、纤维素或类似者)或其它材料(诸如碳环或类似者)。 [0029] 上和下穿孔板218、219可以作用以将固存物216保持在排放导管202中。穿孔板218、219可以包括使排放流204从其穿过的任何适当尺寸、形状及孔洞220的图案。尺寸、形状及孔洞220的图案可以进一步用来控制排放流在各填充床中的滞留时间，并将气流均匀地分散遍布洗涤器112的截面。 [0030] 洗涤器112还包括多个喷嘴222，这些喷嘴222设置在排放导管202的壁中或绕着壁(如图所示)，或遍布排放导管202的截面(未示出)。在一些实施例中，一个或多个喷嘴222可以设置为邻近各填充床206或介于各个填充床206之间。在一些实施例中，一个或多个喷嘴222可以设置在最下方填充床214的下方。各喷嘴222可以耦接到流出物处理剂源223以提供流出物处理剂，其中该流出物处理剂可与排放流出物流204相互作用以从排放流出物流204移除非可排放的流出物。流出物处理剂可以包括下述的一个或多个：水(H2O)，腐蚀性、酸性、离子或非离子界面活性剂，或凝结剂。在一些实施例中，流出物处理剂可以是水，或其中混合有腐蚀性、酸性、离子或非离子界面活性剂或凝结剂的水。在流出物处理剂包括水的一些实施例中，水可以是淡水(有时候称为补充淡水(fresh make-up water))或来自槽110的再循环水。 [0031] 各个喷嘴222可以是用于分配流出物处理剂的任何适当形状或结构。例如，各个喷嘴222可以包括喷嘴或用于将流出物处理剂分配成喷液、喷雾或类似者的其它类似设备。喷嘴222的方位能够以适于使流出物处理剂与流出物流204间的相互作用最大化的任何构造而确定为绕着排放导管202的壁。举例而言，一些喷嘴222可以绕着排放导管202的壁而设置在邻近的填充床206之间，如图2所示。 [0032] 在一些实施例中，喷嘴222可以被调整以改变喷液的强度或流出物处理剂的流速。对于一些制程方法或例如在闲置模式期间，再循环水流速和淡水流量增加可以根据时间或制程步骤而改变。对于一些操作条件，可以沿着导管在各种轴向位置处使用洗涤液(例如流出物处理剂)的微细喷雾或大液滴。改变水馈送压力可以动态地控制喷洒图案的形状。在一些实施例中，设置在最下方填充床214上方的喷嘴222可以被配置为提供微细喷雾。沿着洗涤器112设置在多个接续填充床上方的多个喷嘴组可以提供逐渐地变粗糙的(即更大的)平均液滴尺寸。发明人已经发现，微细喷雾或流出物处理剂的任何高表面积分布可改善微细颗粒(例如硅石(SiO2)或类似者)从流出物流204的固存。然而，发明人已进一步发现，这样的微细喷雾会不期望地随着流出物流被携带出洗涤器并被携带到大气或其它减排后流出物处理设备，尤其是如果微细喷雾设置在洗涤器112的下游端。因此，逐渐地变粗糙的喷嘴配置可以使得颗粒减少，而由于更大的喷洒液滴质量而更不可能使流出物流中的流出物处理剂的液滴被携带出洗涤器112。 [0033] 为了进一步帮助减小使流出物处理剂的液滴被携带出洗涤器112的可能性，在一些实施例中，最上方填充床212可以作为除雾器并且在其下游不设有喷嘴222的状态下使用。在一些实施例中，滴注器224可以设置在最上方填充床212上方。滴注器224可以设置在排放导管202中并位在最上方填充床212上方。滴注器224可以提供流出物处理剂并使流出物处理剂的方向与排放流出物流204的流向相反，以从排放流出物流204移除非可排放的流出物。滴注器224可以提供流出物处理剂的大液滴(例如液流)，而不是如同由喷嘴222提供的微细喷雾或粗糙喷液。来自滴注器224的大液滴可以覆盖上方填料以产生湿表面，而不是从喷液中建立喷雾。在一些实施例中，喷液或微细喷雾可以被限定为具有约0.1至10微米之间的平均液滴尺寸，并且靠近流体洗涤器顶部的较大液滴可以介于约200至2000微米之间。发明人已经发现，提供流出物处理剂的粗糙液流可进一步改善有害气体(例如氟化氢(HF)或四氟化硅(SiH4))从流出物流204的固存，同时减少反应器下方或洗涤器112低处(即上游)生成的微细喷雾的携带。 [0034] 在一些实施例中，滴注器224包含第二导管226，第二导管226从排放导管202的壁延伸并横越排放导管202的直径。第二导管226可以完全地延伸横越排放导管202(并且可以由排放导管202的两侧所支撑)，或可以悬置在排放导管202内并仅由排放导管202的一侧所支撑(如第2图所示)。包括第二导管226的滴注器224的实施例被示出在图2及图3A-B中。 [0035] 图3A示出了根据本发明一些实施例的第二导管226的仰视图。第二导管226包括多个出口302，该些出口302设置在第二导管226的面向迎面而来的流出物流的那一侧304上，用于从这些出口302提供流出物处理剂。在一些实施例中，至少一个出口302相对于排放导管226的中心轴210成角度。 [0036] 这些出口302以及它们变化的直径和几何型态可以被设置为提供均匀的液滴喷洒图案与大致上与排放导管226的形状相对应的局部流体流速。举例而言，如图3A所示，多个出口302可以被设置成多个列306，这些列306被设置为垂直于第二导管226的中心轴。各个列306可以在第二导管226面对流出物流的那一侧304上沿着第二导管226的圆周而部分地延伸。 [0037] 在列306中出口的数量和/或出口302之间间隔可以在不同的列之间沿着第二导管226改变，以提供希望的喷洒图案。例如，出口的数量和/或出口302之间的间隔可以由邻近排放导管202的壁的列306向邻近排放导管202的中心轴210的列306增加。在一些实施例中，如图3A所示，各个列306中出口302的数量以及各个列306中的各个出口302之间间隔由靠近排放导管202的壁的列向靠近排放导管202的中心轴210的列增加。 [0038] 如图3B-D所示，可以例如通过改变各个列306中的一个或多个出口302的角度来改变各个列306中出口302的间隔。举例而言，图3B-D示出了沿着穿透滴注器224的列306的线的第二导管226的截面图。 [0039] 如图所示，各个列306可以包括单个出口(图3B)、两个出口(图3C)或三个出口(图3D)。可以设想到列之间或沿着第二导管226的其它出口数量或变化。单个出口的列可以包含方位定向成平行于排放导管226的中心轴210的单个出口302。两个出口的列可以包含相对于排放导管226的中心轴210而对称地成角度的两个出口302。在一些实施例中，两个出口的列的各出口302可以相对于排放导管的中心轴成约45°或更小的角度。三个出口的列可以包含三个出口302，其中一个中心出口的方位定向成平行于排放导管的中心轴并设置在其余两个出口之间，其余两个出口相对于排放导管的中心轴而对称地成角度。在一些实施例中，三个出口的列的各个出口可以相对于排放导管的中心轴成介于约30°至约60°之间的角度。 [0040] 图4A-C示出了根据本发明一些实施例的滴注器224的替代实施例。例如，在图4A中，滴注器224包括淋洒头402，该淋洒头402中心地设置在排放导管226中而位于最上方填充床212上方。与第二导管226类似，淋洒头402能够与流出物流204的流向相反地以期望的流速与液滴尺寸来按照期望的图案(例如对应于排放导管226的形状)提供流出物处理剂。淋洒头402包括多个出口404，用于从这些出口提供流出物处理剂。在一些实施例中，至少一些出口404绕着排放导管226的中心轴210径向地设置并相对于其呈角度，如图4B-C的淋洒头402的仰视图和侧视图所示。在一些实施例中，至少一个出口404沿着排放导管的中心轴210而中心地设置并与其平行。 [0041] 再参照图2，在一些实施例中，水份抑制装置228可以设置在最上方填充床212(或滴注器224，若存在的话)的下游处而邻近洗涤器112的排放导管202的出口。水份抑制装置228可以提供室内空气或冷干空气以干燥或降低流出物流的湿度。举例而言，水份抑制装置228可以具有一个或多个入口230，这些入口230耦接到空气源232以向流出物流204中提供空气。如前所述，空气源232可以向流出物流提供室内空气或冷干空气。 [0042] 在运作时且在一些实施例中，参照图2，包含有害气体和/或颗粒的排放流出物流204进入排放导管202，并且可以暴露于由多个喷嘴222提供的流出物处理剂的喷液和/或喷雾，其中该些喷嘴222设置在最下方填充床214之前。接着，排放流出物流204进入最下方填充床214，流出物流204在最下方填充床214处行进通过流出物固存物216的弯折路径，有害气体和/或颗粒在此处被从流出物流204移除。流出物流204离开最下方填充床 214并再次以由多个喷嘴222提供的流出物处理剂来处理，其中喷嘴222设置在最下方填充床214上方。在一些实施例中，由喷嘴222提供的流出物处理剂的各个相继处理可以是比前次处理更粗糙的喷洒，以限制被承载在流出物流204中的微细喷洒液滴的量。流出物流 204持续向上流动以弯折路径通过多个填充床206，直到在一些实施例中，流出物流204遇到由最上方填充床212上方的液滴器224所提供的流出物处理剂的大液滴的液流为止。由液滴器224提供的大液滴可以在将流出物流204释放到环境或工厂排放系统中之前，进一步帮助从流出物流204固存有害气体，同时不会提供流出物处理剂的小液滴(其可能经由流出物流的流动而被携带到洗涤器112之外)。在一些实施例中，可以通过水份抑制装置 228来向剩余的流出物流提供室内空气或冷干空气，以进一步冷却并干燥流出物流。 [0043] 在一些实施例中，在将流出物流204释放到环境或工厂排放系统中之前，流出物流204可以流动通过可选的水份捕获装置500，该水份捕获装置500设置在洗涤器112的下游(或在洗涤器112的排放导管202的下游端处，例如在最下方填充床212、滴注器224(当存在时)和水份抑制装置228(当存在时)的下游处)。图5示出了根据本发明一些实施例的动力冲击器和水份捕获装置500的侧视图。动力冲击器和水份捕获装置500包括第一导管501，第一导管501设置成与减排排放系统共轴(例如与洗涤器112的排放导管202共轴)。凸缘510可以被设置在第一导管501的任一端，以便于安装和移除。在一些实施例中，第一导管501以及动力冲击器和水份捕获装置500整体可以具有低的垂直覆盖区域(footprint)，以有助于在小空间的使用。例如，在一些实施例中，第一导管501可以具有约12英寸的长度512。 [0044] 第二导管502以稍微抬高的角度而流体地耦接到第一导管501。在一些实施例中，第二导管502可以具有介于约2至3英尺之间的长度。中心分流隔板504可以设置在第二导管502内，以迫使流出物流204绕更长/更弯折的流动路径离开导管501。隔板504提供可供来自排放流204的水份(诸如水蒸气)冷凝其上的表面。一旦冷凝之后，经捕获的水份可以经由排出口506流回到排放导管202内，其中该排出口506设置在隔板504中而邻近隔板504和第二导管502的基部的交叉点。在一些实施例中，凸缘508可以设置在第二导管502的外端(其与基部相对)。凸缘可以被构造为提供水份捕获装置500中的观察点已进行检查和/或提供用于冲洗动力冲击器与水份捕获装置500的连接。 [0045] 在一些实施例中，可以提供冷却套514以冷却流经该水份捕获装置的流出物。冷却套可以包括缠绕第二导管502以从第二导管502的表面移除热的冷却线圈516，于是可以促进从流出物到第二导管502的经冷却表面的更大的热传递。冷却线圈516可以是冷却器循环(未示出)的一部分，以使得热传递流体流动通过冷却线圈516。 [0046] 因此，本发明提供了用于改善流出物的处理的设备。此发明设备可有利地改善有害气体的捕获，同时还维持从排放流出物流移除颗粒的效率。 [0047] 尽管前述说明涉及本发明的实施例，但是在不脱离本发明的基本范围下，可以设想到本发明的其它和进一步的实施例。 |
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