一种适用于半导体制程废气处理设备的制作方法

本实用新型涉及废气处理领域，具体涉及一种适用于半导体制程废气处理设备。

背景技术：

半导体制造工艺中需要使用多种特殊的气体、大量的酸、碱等化学品以及有机溶剂和挥发性液体，工艺气体有硅烷、磷化氢、三氢化砷、氨、三氯化硼、氯、二氯磺酞、四氯化硅、氢化硫、三氯甲苯、碘化硫；酸性液体有hf、h2so4、hcl、hno3；碱性液体有nh4oh、naoh;溶剂有丙酮、二甲苯、ipa、pgmea、nmp等。

这些气体和化学品在半导体制造工艺中，如果不通过集中收集并且处理，将造成严重的问题，将会影响人体的身体健康，造成环境污染。

目前市场上的尾气处理设备往往存在以下问题：进气口和进气管道数量少，在制程气体的气量波动较大时，容易造成处理不充分；进气管道采用弯管，容易被粉尘结晶堵塞；反应腔体外面使用隔热锡纸包裹，长期处在高温状态下会发出刺鼻的气味；采用单个加热棒对反应腔进行加热，容错率低；水路采用新鲜水和冷却水，管路不仅多而且密集，控制回路也相应复杂，同时需要配合多组水泵，成本高，耗能大，且用水量大；酸排一次洗涤处对尾气处理使用鲍尔环，采用物理吸附法，把固体颗粒进行吸附，由于一次洗涤的洗涤塔温度比较高，容易造成鲍尔环融化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种移动通信基站，增加前水洗设备，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔体增大并且制程气体是从反应腔体底部进入反应腔，能够提前预热气体，增加气体中水汽含量，使反应更充分，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，并且使用一个水泵进行水设备循环和排污，降低成本，减少耗能，节约水资源；在传输管道上进行气体冷却，防止洗涤器过热；本实用型新优化了传统废气处理设备，更利于半导体制程废气的处理，且降低成本，减少耗能，提升处理效果，并增大制程气体的处理量。

一种适用于半导体制程废气处理设备，包括前水洗设备、热反应设备、后水洗设备和水循环设备，所述水循环设备包括水箱、新水进水管道、污水出水管道、水泵和阻隔板，所述水泵安装于水箱内，所述新水进水管道直接与水箱连通，所述污水出水管道与水泵连接；

所述前水洗设备包括废气进气管、进气水淋喷头和集气箱，所述废气进气管通过集气箱与水箱连通，所述进气水淋喷头设在废气进气管内；

所述热反应设备包括热反应箱、加热棒、过程气体烟囱和传输管道，所述热反应箱内为反应腔和回流腔，所述过程气体烟囱与热反应箱固定连接，且过程气体烟囱下端与水箱连通，上端开口并位于反应腔内，所述加热棒固定连接在热反应箱上，所述传输管道固定连接在热反应箱的侧下方，并与反应腔连通，且传输管道上还设有冷却水淋喷头，所述热反应箱的底部还固定连接有加热箱进水管道，所述加热箱进水管道的两端分别与水泵和回流腔连通；

所述后水洗设备包括下洗涤器、上洗涤器、下水淋喷头和上水淋喷头，所述下洗涤器的下端与水箱连通，上端与上洗涤器连通，且下洗涤器还通过传输管道与热反应箱连通，所述下水淋喷头设在下洗涤器内，所述上水淋喷头设在上洗涤器内。

优选的，所述废气进气管共设有六根，且每两根废气进气管共同连接在一个集气箱上。

优选的，所述加热棒设有六根，且加热棒上固定连接有套筒，且套筒与加热棒之间填充有保温棉。

优选的，所述进气水淋喷头和冷却水淋喷头与水泵连通，所述下水淋喷头和上水淋喷头与新水进水管连通。

优选的，所述阻隔板的上端与水箱固定连接，阻隔板的下端悬空，与水箱底板之间形成水流通道。

优选的，所述过程气体烟囱上设有回流孔，所述回流孔位于回流腔内。

本实用新型的优点在于：增加前水洗设备，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔体增大并且制程气体是从反应腔体底部进入反应腔，能够提前预热气体，增加气体中水汽含量，使反应更充分，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，并且使用一个水泵进行水设备循环和排污，降低成本，减少耗能，节约水资源；在传输管道上进行气体冷却，防止洗涤器过热；本实用型新优化了传统废气处理设备，更利于半导体制程废气的处理，且降低成本，减少耗能，提升处理效果，并增大制程气体的处理量。

附图说明

图1为本实用型新的总处理设备图；

图2为本实用型新的热反应设备图；

图3为本实用型新的水循环设备图；；

图4为本实用型新装置中加热棒的结构示意图；

图5为图2中a的放大图；

其中，1、前水洗设备，10、废气进气管，100、进气口，11、进气压力检测传感器，12、进气水淋喷头，13、集气箱，2、热反应设备，20、热反应箱，21、加热棒，210、套筒，211、保温棉，22、过程气体烟囱，220、回流孔，23、传输管道，24、冷却水淋喷头，25、反应腔，26、回流腔，3、后水洗设备，30、下洗涤器，31、上洗涤器，32、下水淋喷头，33、上水淋喷头，34、出气口，4、水循环设备，40、水箱，41、新水进水管道，42、污水出水管道，43、水泵，44、加热箱进水管道，45、阻隔板，450、水流通道，46、下下水位传感器，47、下水位传感器，48、上水位传感器，49、上上水位传感器。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用型新。

如图1至图5所示，一种适用于半导体制程废气处理设备，包括前水洗设备1、热反应设备2、后水洗设备3和水循环设备4，所述水循环设备4包括水箱40、新水进水管道41、污水出水管道42、水泵43和阻隔板45，所述水泵43安装于水箱40内，所述新水进水管道41直接与水箱40连通，所述污水出水管道42与水泵43连接；采用一个水泵43对设备进行水循环和污水排放，使设备结构简单，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，降低成本，减少耗能，节约水资源；

所述前水洗设备1包括废气进气管10、进气水淋喷头12和集气箱13，所述废气进气管10通过集气箱13与水箱40连通，所述进气水淋喷头12设在废气进气管10内；增加前水洗设备1，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，进气水淋喷头12设在废气进气管10的三分之一高度处，前水洗设备1的喷淋主要是分解可溶于水的气体以及去除粉尘物，不仅降低制程废气的酸性浓度同时还通过给被处理气体增加水分，使其在经过热反应设备2时更加容易发生分解反应，前水洗设备1能够处理nh3和b2h6；

nh3+h2o=nh4oh

b2h6+6h2o(l)=2h3bo3+6h2

所述热反应设备2包括热反应箱20、加热棒21、过程气体烟囱22和传输管道23，所述热反应箱20内为反应腔25和回流腔26，所述过程气体烟囱22与热反应箱20固定连接，且过程气体烟囱22下端与水箱40连通，上端开口并位于反应腔25内，所述加热棒21固定连接在热反应箱20上，所述传输管道23固定连接在热反应箱20的侧下方，并与反应腔25连通，且传输管道23上还设有冷却水淋喷头24，所述热反应箱20的底部还固定连接有加热箱进水管道44，所述加热箱进水管道44的两端分别与水泵43和回流腔26连通；反应腔26增大并且制程气体是从反应腔26底部进入反应腔26，气体在过程气体烟囱22中能够提前预热，即增加气体中水汽含量，又使反应更充分，反应腔26正常工作温度为700~850℃，当反应腔26的温度达到工作温度时，通过过程气体烟囱22从反应腔26的顶部通入定量的过程气体，使制程废气在反应腔26中高温氧化，再在传输管道23上进行气体冷却，防止洗涤器过热,同时设置回流腔26将反应产生的固体、液体和可溶气体连同循环水一起回流，便于收集；热反应设备2中能够处理nf3、sif4、sih4和h2;

3nf3+5h2o(g)=2no+hno3+9hf

sif4+4h2o(g)=si(oh)4+4hf

sih4+2o2=sio2+2h2o

2h2+o2=2h2o

所述后水洗设备3包括下洗涤器30、上洗涤器31、下水淋喷头32和上水淋喷头33，所述下洗涤器30的下端与水箱40连通，上端与上洗涤器31连通，且下洗涤器30还通过传输管道23与热反应箱20连通，所述下水淋喷头32设在下洗涤器30内，所述上水淋喷头33设在上洗涤器31内。设置下洗涤器30和上洗涤器31使洗涤更充分，并且气体提前冷却，能够去除气体中的残余未溶解的有害气体(hf)，下洗涤器30又与水箱40连通，制程废气和氧化反应产生的副产物气体和微粒通过设备负压排出至水箱40。制程废气经过传输管道23上的冷却水淋喷头24降温后再进入洗涤器中，洗涤器中采用水喷雾给制程废气进行二次降温，喷雾除去可溶性气体和颗粒并把气体冷却到50℃以下。

hf=h⁺+f^-

所述废气进气管10共设有六根，且每根废气进气管10的进气口100处都设有一个进气压力检测传感器11，且每两根废气进气管10共同连接至一个集气箱13。增加制程气体进气口100的数量，并采用直管进气，即降低进气量波动影响又防止堵塞。

所述加热棒21设有六根，且最内侧两根加热棒21上设有温度传感器，所述加热棒21上固定连接有套筒210，且套筒210与加热棒21之间填充有保温棉211。六根加热棒21配合套筒210和保温棉211既增加容错率，又防止反应腔25内热量损耗并减少热量传导至热反应箱20的外壁。

所述进气水淋喷头12和冷却水淋喷头24与水泵43连通，为循环水水淋喷头，所述下水淋喷头32和上水淋喷头33与新水进水管道41连通，为新水水淋喷头。制程废气分别通过循环水的一次洗涤和新水的第二次洗涤后，污水通过重力排至水箱，节约水资源。

所述水箱40内还设有下下水位传感器46、下水位传感器47、上水位传感器48和上上水位传感器49，且四组传感器通过控制器与新水进水管41和污水出水管道42上的阀门连接。制程废气通过循环水的一次洗涤和新水的第二次洗涤后，污水通过重力排至水箱40，同时新水进水管41中新水不断的进入水箱40，当水箱40水位达到上水位传感器48时，开启污水出水管道42上的阀门，水泵43把水箱40内的污水排至水位达到下水位传感器47处，然后出水管道42上的阀门再关闭，这样交替循环，可防止过量的酸和其它反应副产物的积聚水箱40，若水箱40的水位达到下下水位传感器46或上上水位传感器49时，设备报警。

所述阻隔板45的上端与水箱40固定连接，阻隔板45的下端悬空，与水箱40底板之间形成水流通道450，所述水流通道450的高度与下下水位传感器46的安装高度一致。若水箱40的水位达到（或低于）水流通道450的高度，此时制程废气就有可能会不经过热反应设备2，直接通过水流通道450进入到后水洗设备3中，因此水箱40的水位达到或低于）水流通道450的高度，即意味着水位达到（或低于）下下水位传感器46处，即会报警。

所述过程气体烟囱22上设有回流孔220，所述回流孔220位于回流腔26内。回流孔220中会一直回流污水，因此不会导致未处理废气直接从回流孔220流出（即使流出微量未处理废气也影响不大）。

具体实施方式及原理：

制程废气首先从进气口100通过6根废气进气管10和集气箱13进入水箱40，制程废气在通过废气进气管10时，会接收第一次循环水淋，进气水淋喷头12喷洒雾化循环水（水箱40中的水），分解制程废气中可溶于水的气体以及去除粉尘物，不仅降低制程废气的酸性浓度同时还通过给被处理气体增加水分，使其在经过热反应设备2时更加容易发生分解反应，前水洗设备1能够处理nh3和b2h6：

nh3+h2o=nh4oh

b2h6+6h2o(l)=2h3bo3+6h2

经过前水洗设备1进行初步处理后的制程废气进入水箱40后，会通过过程气体烟囱22进入到热反应箱20内的反应腔25内，反应腔26正常工作温度为700~850℃，当反应腔26的温度达到工作温度时，通过过程气体烟囱22从反应腔26的顶部通入定量的过程气体，使制程废气在反应腔26中高温氧化，除去大部分废气：

3nf3+5h2o(g)=2no+hno3+9hf

sif4+4h2o(g)=si(oh)4+4hf

sih4+2o2=sio2+2h2o

2h2+o2=2h2o

废气高温氧化后产生的固体颗粒、液体和可溶水气体，被加热箱进水管道44中喷出的循环水裹挟着连同循环水一起回流，从回流孔220回流至水箱40，其他未回流的颗粒、液体（气态）和可溶水气体，会通过传输管道23，在传输管道23内通过冷却水淋喷头24降温后再进入洗涤器中，先通过下洗涤器30，冷却后的废气（溶于水了）连通循环水在重力作用下，从下洗涤器30流回水箱40；

同时下洗涤器30和上洗涤器31上的下水淋喷头32和上水淋喷头33会进行二次降温溶解，下水淋喷头32和上水淋喷头33喷洒的是雾化新水（干净的水），充分去除可溶性气体和颗粒并把气体冷却到50℃以下；

hf=h⁺+f^-

在处理废气的过程中，制程废气通过循环水的一次洗涤和新水的第二次洗涤后，污水通过重力排至水箱40，同时新水进水管41中新水不断的进入水箱40，当水箱40水位达到上水位传感器48时，开启污水出水管道42上的阀门（相同时间内，污水出水管道42的排水量远大于新水进水管41的进水量），水泵43把水箱40内的污水排至水位达到下水位传感器47处，然后出水管道42上的阀门再关闭，这样交替循环，可防止过量的酸和其它反应副产物的积聚水箱40，若水箱40的水位达到下下水位传感器46或上上水位传感器49时，设备报警；采用一个水泵43对设备进行水循环和污水排放，使设备结构简单，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，降低成本，减少耗能，节约水资源，同时水量内设置阻隔板45，既保证水箱40内循环水流通又防止制程废气错过热反应设备2直接进入后水洗设备3。

基于上述，本实用新型增加前水洗设备1，能够提前处理可溶于水的气体以及去除粉尘物，并采用6路直管进气即降低进气量波动影响又防止堵塞，反应腔25增大并且制程气体是从反应腔25底部进入反应腔25，能够提前预热气体，增加气体中水汽含量，使反应更充分，部分水淋采用循环水，进水使用一路新水，并且使用一个水泵43进行水循环和排污，降低成本，减少耗能，节约水资源；在传输管道23上进行气体冷却，防止洗涤器过热；本实用型新优化了传统废气处理设备，更利于半导体制程废气的处理，且降低成本，减少耗能，提升处理效果，并增大制程气体的处理量。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。