含氫廢氣處理裝置的製作方法

2023-04-28 12:17:56

本發明涉及一種含氫廢氣處理裝置。具體而言，涉及一種通過催化反應能夠處理在半導體表面改性工藝中產生的含氫廢氣的含氫廢氣處理裝置。

背景技術：

在半導體製造工藝中的諸如擴散氧化工藝的表面改性工藝中，為了形成必要的薄膜而使用氫氣、氮氣、氨氣等。其中，氫氣在大約4～75％時會被點燃，因此如果直接排放到大氣中時，可能引起爆炸。因此，需降低廢氣中氫氣的濃度。

以往含氫廢氣的處理方法包括利用熱量的燃燒法、利用水的溼法等。燃燒法是指在1000℃以上的超高溫條件下燃燒氫氣而處理氫氣的方法，溼法是指噴射大量的水，以使一部分氫氣溶解，從而處理氫氣的方法，由於燃燒法比溼法的處理效率高，因此主要採用燃燒法。

圖1是示出利用現有的燃燒法的含氫廢氣處理裝置20的側視圖。

參照圖1，半導體處理裝置10的氣體排放部11連接至含氫廢氣處理裝置20，因此含氫廢氣HG能夠流入腔體內部。在腔體內部，為了燃燒而瞬間產生高溫熱量的點燃部21與氣體排放部11相鄰。並且，通過工藝氣體供給管25，可以由外部的工藝氣體供給裝置供給燃燒含氫廢氣HG所需的氧氣等工藝氣體OG。完成氫氣處理工藝後，包含水蒸氣等的排放氣體可以通過排放部26排放到外部。

如上所述的現有的含氫廢氣處理裝置20具有能夠以高效率處理氫氣的優點，但是在含氫廢氣HG的濃度由高變低時，不發生燃燒或變得不穩定，存在含氫廢氣HG中的氫氣未經處理就直接被排放到外部的問題。並且，由於採用燃燒，因此一直存在裝置內部的爆炸危險，並且需要始終以高溫維持腔體內部，因此存在工藝成本增加，難以維護、管理加熱器的問題。

技術實現要素：

所要解決的技術問題

本發明是為了解決上述問題而提出的，其目的在於提供一種含氫廢氣處理裝置，能夠與含氫廢氣濃度無關地執行氫氣處理工藝。

另外，本發明的目的在於提供一種含氫廢氣處理裝置，使含氫廢氣的氫氣處理效率最大化。

另外，本發明的目的在於提供一種含氫廢氣處理裝置，提高裝置的耐久性，減少工藝成本，並且在氫氣處理工藝中能夠減少危險發生要素。

解決發明的技術方案

為了達成上述目的，本發明的一實施例涉及的含氫廢氣處理裝置的特徵在於，包括：處理部，其至少一側連接有供半導體表面改性工藝中產生的含氫廢氣流入的含氫廢氣流入管以及供含氧空氣流入的含氧空氣流入管，並且所述處理部包括多個催化劑載體部，所述催化劑載體部包含與所述含氫廢氣發生催化反應的催化劑。

發明效果

根據按照上述構成的本發明，其效果在於，與含氫廢氣的濃度無關地執行氫氣處理工藝。

另外，本發明的效果在於，可以使含氫廢氣的氫氣處理效率最大化。

另外，本發明的效果在於，提高裝置的耐久性，減少工藝成本，並且在氫氣處理工藝中能夠減少危險發生要素。

附圖說明

圖1是示出利用現有的燃燒法的含氫廢氣處理裝置的側視圖。

圖2是示出本發明的一實施例涉及的含氫廢氣處理裝置的整體結構的側視圖。

圖3是示出本發明的一實施例涉及的第一處理部的側視圖。

圖4是示出本發明的一實施例涉及的混合板的俯視圖。

圖5是示出本發明的一實施例涉及的反應部的俯視圖。

附圖標記

10、100：半導體處理裝置

110：含氫廢氣流入管

20、200：含氫廢氣處理裝置

210：第一處理部

211：氣體流入部

212：導入部

213：混合板

214：混合口

215：反應部

216、256：催化劑載體部

217、257：催化過濾部

218、258：催化反應部

230：含氧空氣供給部

231：含氧空氣流入管

240：第一排水口

250：第二處理部

260：排出口

270：吹掃用氣體流入管

280：冷卻單元

290：第二排水口

A：含氧空氣

HG、HG1、HG2、HG3：含氫廢氣

P：吹掃用氣體

RA：空氣

W：被冷凝的水蒸氣、水

具體實施方式

後述的對於本發明的詳細說明參照將能夠實施本發明的特定實施例作為示例示出的附圖。這些實施例的詳細說明，使本領域的技術人員能夠充分地實施本發明。應當理解，本發明的各種實施例雖然彼此不同，但是無需相互排斥。例如，這裡所記載的特定形狀、結構以及特性與一實施例相關，在不 超出本發明的精神以及範圍的情況下，可以由其他實施例實現。另外，應當理解，對於各個公開的實施例內的個別結構要素的位置或配置，在不超出本發明的精神以及範圍的情況下能夠變更。因此，後述的詳細說明並非旨在限定本發明，本發明的保護範圍僅由所附的權利要求書及其等同的所有範圍限定。在附圖中相似的附圖標記在多方面指示相同或相似的功能，為了方便起見，長度以及面積、厚度等和其形狀有可能被誇大示出。

另外，本說明書中的氫氣處理工藝可以理解為包括全部的如下所述的連續工藝，即將包含於含氫廢氣內的氫氣轉換為水蒸氣等其它物質以降低氫氣濃度。

另外，本說明書闡述了含氫廢氣處理裝置除了半導體處理裝置以外，還可以用於對核能發電冷卻堆中生成的氫氣的處理、汽車消音器的廢氣處理等領域中。

下面，將參照附圖詳細說明本發明的實施例涉及的含氫廢氣處理裝置。

圖2是示出本發明的一實施例涉及的含氫廢氣處理裝置200的整體結構的側視圖，圖3是示出本發明的一實施例涉及的第一處理部210的側視圖。

參照圖2以及圖3，本實施例涉及的含氫廢氣處理裝置200可以包括處理部210、250。

處理部210、250可以包括多個催化劑載體部216、256，各個催化劑載體部216、256包括與含氫廢氣HG發生催化反應的催化劑。處理部可以包括位於下部的第一處理部210和位於上部的第二處理部250。

第一處理部210可以提供能夠有效率地處理含氫廢氣HG中的高濃度氫氣的空間，第二處理部250可以提供能夠有效率地處理經第一處理部210處理相當部分氫氣的含氫廢氣HG1中的低濃度氫氣的空間。

在半導體處理裝置100內，由於半導體表面改性工藝等而產生含氫廢氣HG，其可以通過半導體處理裝置100的氣體排放部(附圖標記未圖示)排放。並且，含氫廢氣HG可以通過含氫廢氣流入管110流入到第一處理部210內部，所述含氫廢氣流入管110的一端與氣體排放部相連，另一端與第一處理部210的一側相連。

另外，為了在第一處理部210內部控制與含氫廢氣HG的反應性、氫氣濃度，還可以流入其它工藝氣體，而在本發明中，可以流入包含氧氣的空氣A (含氧空氣A)。含氧空氣A可以通過連接於第一處理部210一側的含氧空氣流入管231，由外部的含氧空氣供給部230供給到第一處理部210內部。

第一處理部210可以被分隔為氣體流入部211以及反應部215，所述氣體流入部211位於下部，以供含氫廢氣HG和含氧空氣A流入並混合，所述反應部215位於上部，並且配置有多個催化劑載體部216。當然，含氫廢氣流入管110和含氧空氣流入管231應該連接於氣體流入口211的一側。

圖4是示出本發明的一實施例涉及的混合板213的俯視圖。

參照圖2至圖4，氣體流入部211可以包括導入部212和多個混合板213(213a、213b)。

導入部212可以提供含氫廢氣HG以及含氧空氣A的流入空間，所述含氫廢氣HG以及含氧空氣A從含氫廢氣流入管110和含氧空氣流入管231流入。在導入部212中可以第一次混合含氫廢氣HG以及含氧空氣A。

多個混合板213(213a、213b)可以以沿垂直方向彼此隔著間距的方式，沿水平方向配置在導入部212上。在混合板213上可以沿著橫向以及縱向形成多個混合口214a、214b。雖然示出的混合板213為213a和213b兩個，但是也可以是其以上，還可以適當地調節混合口214a、214b的數量。

已經在導入部212第一次混合的含氫廢氣HG以及含氧空氣A在通過混合板213的混合口214a、214b並且上升移動的過程中，可以更好地發生第二次混合。這樣，均勻混合的氣體能夠向反應部215移動。

特別是有必要延長流路，以使含氫廢氣HG以及含氧空氣A更好地混合。為此，優選使沿著橫向以及縱向形成在各個混合板213a和213b上的多個混合口214a和214b相互錯開形成。圖4的(a)和圖4的(b)示出位於下部的混合板213a的混合口214a與位於上部的混合板213b的混合口214b相互錯開形成的結構。即，由於混合口214a、214b形成為不佔據同一垂直軸上的空間，因此具有可以延長流路的優點。

反應部215位於氣體流入部211或混合板213的上部，可以包括多個催化劑載體部216。催化劑載體部216包括可以與含氫廢氣HG所包含的氫氣發生催化反應的催化劑。可以發生如下催化反應，即含氫廢氣HG內的氫氣和含氧空氣A內的氧氣與催化劑載體部216的催化劑接觸，形成為自由基(radical)，並且形成為自由基的氫氣與氧氣發生反應生成水蒸氣(或水)。從 而可以處理(除去)氫氣。

大約在500℃下執行催化反應，在催化反應過程中生成的一部分水蒸氣可以被冷凝。被冷凝的水蒸氣w(或水w)可以通過連接於第一處理部210的一側的第一排水口240向外部排放。

催化劑載體部216可以是其自身為催化金屬，也可以是在一部分上塗布催化金屬而成。另一方面，鑑於用作催化劑的物質大都昂貴這一點，催化劑載體部216優選在廉價的金屬或陶瓷的表面塗布催化金屬。塗布在催化劑載體部216的至少一部分上的催化金屬可以採用鉑(Pt)、釕(Ru)、銠(Rh)、銥(Ir)、鋨(Os)等的鉑類金屬和鋁(Al)、鉻(Cr)、銅(Cu)等。

本發明的特徵在於，在第一處理部210(或反應部215)中沿著水平方向配置催化劑載體部216。

優選將第一處理部210設計成水平面積大於後述的第二處理部250。由於第一處理部210的水平面積大於第二處理部250，並且在第一處理部210(或反應部215)內沿水平方向配置催化劑載體部216，因此從氣體流入部211上升移動的含氫廢氣HG以及含氧空氣A在被大範圍、均勻分散的狀態下與多個催化劑載體部216接觸，從而可以執行氫氣處理。因而可以在第一處理部210中有效率地處理含氫廢氣HG中的高濃度氫氣。在第一處理部210內可以處理含氫廢氣HG中的大約95％的氫氣。

圖5是示出本發明的一實施例涉及的反應部215的俯視圖。

參照圖3以及圖5，催化劑載體部216可以佔據反應部215內的幾乎全部空間。各個催化劑載體部216可以包括催化過濾部217以及催化反應部218。

催化過濾部217可以發揮催化反應部218的支撐體作用，同時提供可以使與催化劑載體部216接觸的含氫廢氣HG發生催化反應的較寬廣的表面積。為了提供寬廣的表面積，催化過濾部217可以具有在多孔性的金屬或陶瓷上塗布有催化金屬的形狀。催化過濾部217的厚度優選小於催化反應部218。

催化反應部218配置於催化過濾部217上，可以提供能夠更加順利地發生催化反應的空間。催化反應部218可以是在金屬或陶瓷上塗布有催化金屬的狀態，所述金屬或陶瓷具有沿垂直方向形成中孔的蜂巢(honeycomb)(或正六稜柱)結構。經由催化過濾部217的含氫廢氣HG以及含氧空氣A在通過沿蜂巢結構的垂直方向形成的中孔並且上升移動的過程中，能夠與塗布於 內側壁上的催化金屬接觸並發生催化反應。並且，催化反應部218由於具有提供最大表面積的蜂巢結構，所以具有可以使催化反應的效率極大化的優點。

為了使催化反應更加順利地發生，優選蜂巢結構的直徑不超過4mm。但是，直徑並非必須限定於此，可以根據需要處理的含氫廢氣HG的量、濃度、目標處理濃度等來適當地調節。另外，除了蜂巢結構以外，在增加接觸面積的目的範圍內，可以採用其它結構。

當催化過濾部217與催化反應部218達到使用極限時，則通過分解一部分反應部215或者通過用於維護/管理的檢修門(未圖示)易於更換。

本發明的特徵在於，在第一處理部210的上部可以連通地配置第二處理部250。並且，第二處理部250的特徵在於，包括沿垂直方向配置的至少一個催化劑載體部256(256a、256b)。

再次參照圖2以及圖3，經由第一處理部210的含氫廢氣HG中，相當一部分氫氣被催化反應處理。處理大約95％的氫氣後包含剩餘大約5％的氫氣的含氫廢氣HG1繼續向上部移動，從而能夠進入到第二處理部250內。

第二處理部250對氫濃度低於第一處理部210的含氫廢氣HG1進行處理，因此無需具有如同第一處理部210寬廣的水平面積。換言之，在對包含高濃度氫氣的含氫廢氣HG進行處理的第一處理部210中，需沿著水平方向配置多個催化劑載體部216，以處理大量的氫氣，但是在對包含低濃度氫氣的含氫廢氣HG1進行處理的第二處理部250中，則可以沿著垂直方向配置至少一個催化劑載體部256(256a、256b)，以集中處理少量的氫氣而完成氫氣處理工藝。雖然圖2示出在第二處理部250上配置兩個催化劑載體部256a、256b的情形，但是根據工藝環境，可以配置一個或三個以上。

與第一處理部210的催化劑載體部216同樣，第二處理部250的催化劑載體部256也可以包括催化過濾部257(257a、257b)以及催化反應部258(258a、258b)。由於催化過濾部257與催化反應部258的結構以及功能與第一處理部210的催化過濾部217以及催化反應部218相同，因此省略具體的說明。

含氫廢氣HG1在經由沿著第二處理部250的垂直方向配置的催化劑載體部256並且上升移動的過程中，與催化金屬接觸並發生催化反應，從第二處理部250排出的含氫廢氣HG2可以包含燃燒範圍以下(小於等於4％)，優選小於等於0.1％的氫氣。

進一步參照圖2，在第二處理部250的上部與排出口260之間還可以設置有吹掃用氣體流入管270。吹掃用氣體流入管270從外部的吹掃用氣體供給部(未圖示)接收吹掃用氣體P後向第二處理部250的上部供給，從而進一步稀釋從第二處理部250排出的含氫廢氣HG2，同時可以增加朝向排出口260的移動力。

第二處理部250的上部與排出口260之間還可以設置有用於冷卻含氫廢氣HG2的冷卻單元280。冷卻單元280可以無限制地使用圍繞第二處理部250的上部與排出口260之間的配管的冷卻管或冷阱(cold trap)等。

含氫廢氣HG2朝向排出口260方向移動，並且可以使一部分水蒸氣自然冷凝，或者被冷卻單元280所冷凝。被冷凝的水蒸氣w(或水w)可以通過連接於第二處理部250的上部與排出口260之間的第二排水口290向外部排出。

第二處理部250的上部與排出口260之間還可以設置有空氣流入管275。在通過排出口260向外部排放含氫廢氣HG2之前，空氣流入管275使空氣(room air：室內空氣)流入，從而可以通過排出口260排放使濃度進一步稀釋的含氫廢氣HG3。

如上所述，本發明的效果在於，由於在第一處理部210和第二處理部250連續處理氫氣，所以與含氫廢氣HG的濃度無關地執行工藝，由於利用催化反應，因此在氫氣處理工藝中能夠減少危險發生要素。並且，本發明的效果在於，由於在沿著水平方向配置有催化劑載體部216的第一處理部210中處理大量的氫氣，並且在沿著垂直方向配置有催化劑載體部256的第二處理部中集中處理氫氣，因此可以使含氫廢氣的氫氣處理效率極大化。

並且，本發明的效果在於，由於可以在不燃燒的情況下通過催化反應處理氫氣，因此可以提高裝置的耐久性，並且可以通過僅更換催化劑載體部216、256來實現維護管理，因此可以減少整體工藝成本。

如上所述，本發明舉出優選實施例進行了圖示和說明，但是並非限定於所述實施例，在不超出本發明的精神的範圍內，該發明所屬技術領域的技術人員可進行各種變形和變更。這樣的變形例以及變更例應視為均屬於本發明的權利要求書範圍內。