一種氫氣退火爐廢氣處理系統及方法與流程

本發明涉及氫氣退火爐，尤其涉及一種氫氣退火爐廢氣處理系統及方法。

背景技術：

半導體技術的發展對半導體器件的品質要求越來越高，近十年來研究發現的硅中微小的原生缺陷如晶體的原生顆粒缺陷(COP)、激光散射層析缺陷(LSTD)等，都與硅中的氧有關。提升硅片質量的關鍵是使制作器件的硅表層中形成低氧區，以減少晶格缺陷。途徑之一就是采用氫氣退火工藝，在氫氣中進行高溫退火，通過氫促進氧的外擴散并與氧反應將氧消耗掉，以改善硅片質量。研究表明，氫氣退火能降低硅片中氧化層錯密度約一個數量級，對于減少硅片COP、LSTD等缺陷也有明顯效果。

氫氣退火工藝主要在氫氣退火爐中完成，傳統的氫氣退火爐使用混合性氣體，一般由量大的氮氣與量小的氫氣所組成(N：96％，O：4％)，在高溫條件下，通過混合性氣體中微量氫氣與硅片中的氧發生反應，使硅片表層形成低氧區。這種混合性氣體具有非易爆性，屬于安全氣體，反應完的廢氣可以直接進行排放。在氫氣退火工藝過程中，退火形成的低氧區的質量和厚度除受退火溫度和退火時間影響外，還與氫氣濃度相關，氫氣純度越高，雜質越容易從金屬表面逸出，雜質去除的速度越快，效果越好。隨著現代半導體技術的發展，純氫氣退火的需求日益明顯。在純氫氣退火中，工藝氣體為易燃、易爆的氫氣，反應管中的氫氣純度高達99.99％以上，工藝過程排放的廢氣中含有高含量的殘余氫氣，直接排放至空氣中很容易達到氫氣的爆炸極限4％-72％，稍有不慎即有可能發生著火或爆炸事故。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、安全性高的氫氣退火爐廢氣處理系統。本發明進一步提供基于該氫氣退火爐廢氣處理的廢氣處理方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：一種氫氣退火爐廢氣處理系統，包括廢氣導出管、阻燃單向閥廢氣燃燒裝置及排廢筒，所述廢氣導出管經所述阻燃單向閥與所述廢氣燃燒裝置的進氣端連通，所述廢氣燃燒裝置的排氣端與所述排廢筒連通。

所述廢氣導出管與阻燃單向閥之間及阻燃單向閥與廢氣燃燒裝置之間均采用VCR焊接連接。

基于該氫氣退火爐廢氣處理系統的廢氣處理方法，包括以下步驟：

S1，加熱使廢氣燃燒裝置內的溫度至氫氣的燃點以上；

S2，利用廢氣導出管將廢氣經阻燃單向閥導入廢氣燃燒裝置，同時廢氣燃燒裝置中導入空氣，廢氣與空氣中的氧氣燃燒；

S3，燃燒產生的水蒸汽及殘余氣體經排廢筒排出。

作為上述技術方案的進一步改進：

所述廢氣燃燒裝置包括燃燒腔室、及設于燃燒腔室內的廢氣噴射管和加熱電阻絲，所述廢氣噴射管沿豎直方向布置且進氣口與所述阻燃單向閥連通，所述加熱電阻絲為柱狀并與所述廢氣噴射管平行布置，所述燃燒腔室底部設有空氣進氣濾孔，所述燃燒腔室與所述排廢筒連通。

所述加熱電阻絲設有兩根，兩根加熱電阻絲對稱布置于所述廢氣噴射管兩側，所述空氣進氣濾孔設有多個，多個空氣進氣濾孔均勻布置于燃燒腔室底部。

基于該氫氣退火爐廢氣處理系統的廢氣處理方法，包括以下步驟：

S1，加熱電阻絲通電，使燃燒腔室內溫度至氫氣的燃點以上；

S2，利用廢氣導出管將廢氣經阻燃單向閥導入廢氣噴射管，同時空氣經空氣進氣濾孔進入燃燒腔室，廢氣與空氣中的氧氣燃燒；

S3，燃燒產生的水蒸汽及殘余氣體經排廢筒排出。

氫氣退火爐廢氣處理系統還包括安全保護組件，所述安全保護組件包括可編程控制器、用于檢測廢氣噴射管的出氣口處溫度的熱電偶、用于檢測所述排廢筒內氫氣泄露的氫氣檢測探頭以及用于采集氫氣燃燒火焰的光譜信號的火焰探頭，所述熱電偶設于所述廢氣噴射管內并通過一溫控儀與所述可編程控制器連接，所述氫氣檢測探頭與所述可編程控制器連接，所述火焰探頭設于所述燃燒腔室的側壁上且高度比所述廢氣噴射管高，所述火焰探頭與所述可編程控制器連接，所述可編程控制器與氫氣退火爐氣路系統的開關閥連接。

基于該氫氣退火爐廢氣處理系統的廢氣處理方法，包括以下步驟：

S1，加熱電阻絲通電，熱電偶實時檢測廢氣噴射管的出氣口處溫度，檢測到的溫度信號經溫控儀發送至可編程控制器，廢氣噴射管的出氣口處溫度至氫氣的燃點以上后，可編程控制器控制開關閥打開，廢氣依次經過廢氣導出管、阻燃單向閥導入廢氣噴射管，同時空氣經空氣進氣濾孔進入燃燒腔室；

S2，開關閥保持打開狀態T秒，火焰探頭如果未檢測到火焰，則發送火未燃信號至可編程控制器，可編程控制器控制開關閥關閉并發出火未燃報警；火焰探頭如果檢測到火焰，則發送點火正常信號至可編程控制器，可編程控制器控制開關閥保持打開狀態，廢氣與空氣中的氧氣燃燒；燃燒過程中氫氣檢測探頭實時檢測排廢筒內是否存在氫氣泄露、熱電偶實時檢測廢氣噴射管的出氣口處溫度且火焰探頭實時檢測是否具有火焰，若出現氫氣泄露、溫度低于氫氣燃點或火焰熄滅，則編程控制器控制開關閥關閉并發出氫氣泄漏報警信號、溫度低報警信號或火焰熄滅報警信號；

S3，燃燒產生的水蒸汽及殘余氣體經排廢筒排出。

與現有技術相比，本發明的優點在于：本發明公開的氫氣退火爐廢氣處理系統，在廢氣導出管與廢氣燃燒裝置之間設置有阻燃單向閥，廢氣只能從氫氣退火爐的反應管流向廢氣燃燒裝置，避免了廢氣燃燒裝置內的火焰回燃至反應管而引發反應管內氫氣燃燒甚至爆炸，結構簡單，確保了安全。

本發明公開的氫氣退火爐廢氣處理方法，同樣具有上述優點，且通過燃燒對廢氣進行處理，節能環保。

附圖說明

圖1是本發明氫氣退火爐廢氣處理系統的結構示意圖。

圖2是本發明中的燃燒裝置的結構示意圖。

圖3是本發明中的燃燒裝置底部的結構示意圖。

圖4是本發明中的廢氣噴射管的結構示意圖。

圖5是本發明中的安全保護組件的結構示意圖。

圖6是本發明氫氣退火爐廢氣處理方法的流程示意圖。

圖中各標號表示：1、廢氣導出管；2、阻燃單向閥；3、廢氣燃燒裝置；31、燃燒腔室；32、廢氣噴射管；321、進氣口；322、出氣口；33、加熱電阻絲；34、空氣進氣濾孔；4、排廢筒；5、安全保護組件；51、可編程控制器；52、熱電偶；53、氫氣檢測探頭；54、火焰探頭；55、溫控儀；6、開關閥；7、反應管；8、波紋管。

具體實施方式

以下將結合說明書附圖和具體實施例對本發明做進一步詳細說明。

實施例一

如圖1所示，本實施例的氫氣退火爐廢氣處理系統，包括廢氣導出管1、阻燃單向閥2廢氣燃燒裝置3及排廢筒4，廢氣導出管1經阻燃單向閥2與廢氣燃燒裝置3的進氣端連通，廢氣燃燒裝置3的排氣端與排廢筒4連通，該氫氣退火爐廢氣處理系統在廢氣導出管1與廢氣燃燒裝置3之間設置有阻燃單向閥2，廢氣只能從氫氣退火爐的反應管7流向廢氣燃燒裝置3，避免了廢氣燃燒裝置3內的火焰回燃至反應管7而引發反應管7內氫氣燃燒甚至爆炸，結構簡單，確保了安全。本實施例中，氫氣退火爐在反應管7的前法蘭開設廢氣排放孔，在廢氣排放孔位置的法蘭圓周端面安裝連接接頭，將廢氣導出管1的一端與連接接頭連接，另一端與阻燃單向閥2連接；廢氣燃燒裝置3的排氣端與排廢筒4通過波紋管8連通。

本實施例中，廢氣導出管1與阻燃單向閥2之間及阻燃單向閥2與廢氣燃燒裝置3之間均采用VCR(Vacuum Coupling Radius Seal的簡稱，通常譯為真空連接徑向密封，在半導體制造行業應用較為廣泛)焊接連接，相比管路之間常規的卡套連接，VCR焊接連接具有更好的氣密性。

基于上述氫氣退火爐廢氣處理系統的廢氣處理方法，包括以下步驟：

S1，加熱使廢氣燃燒裝置3內的溫度至氫氣的燃點以上；

S2，利用廢氣導出管1將廢氣經阻燃單向閥2導入廢氣燃燒裝置3，同時廢氣燃燒裝置3中導入空氣，廢氣與空氣中的氧氣燃燒；

S3，燃燒產生的水蒸汽及殘余氣體經排廢筒4排出。

實施例二

如圖2、圖3和圖4所示，在實施例一的基礎上，本實施例的氫氣退火爐廢氣處理系統，其廢氣燃燒裝置3包括燃燒腔室31、及設于燃燒腔室31內的廢氣噴射管32和加熱電阻絲33，廢氣噴射管32沿豎直方向布置且進氣口321與阻燃單向閥2連通，燃燒腔室31底部設有空氣進氣濾孔34，外部環境中的空氣持續不斷地經空氣進氣濾孔34進入燃燒腔室31，無需提供額外的氧氣供應，燃燒腔室31與排廢筒4連通，加熱電阻絲33為柱狀并與廢氣噴射管32平行布置，相比常規在廢氣噴射管32上纏繞電阻絲的結構，更有利于空氣到達廢氣噴射管32的出氣口322處與噴射出的氫氣進行燃燒。

本實施例中，加熱電阻絲33設有兩根，兩根加熱電阻絲33對稱布置于廢氣噴射管32兩側，更有利于對廢氣噴射管32均勻加熱；空氣進氣濾孔34設有多個，多個空氣進氣濾孔34均勻布置于燃燒腔室31底部，使得外部環境中的空氣能夠從各個方向均勻地到達廢氣噴射管32的出氣口322處。

基于上述氫氣退火爐廢氣處理系統的廢氣處理方法，包括以下步驟：

S1，加熱電阻絲33通電，使燃燒腔室31內溫度至氫氣的燃點以上；

S2，利用廢氣導出管1將廢氣經阻燃單向閥2導入廢氣噴射管32，同時空氣經空氣進氣濾孔34進入燃燒腔室31，廢氣與空氣中的氧氣燃燒；

S3，燃燒產生的水蒸汽及殘余氣體經排廢筒4排出。

實施例三

如圖5所示，在實施例二的基礎上，本實施例的氫氣退火爐廢氣處理系統，還包括安全保護組件5，安全保護組件5包括可編程控制器51、用于檢測廢氣噴射管32的出氣口322處溫度的熱電偶52、用于檢測排廢筒4內氫氣泄露的氫氣檢測探頭53以及用于采集氫氣燃燒火焰的光譜信號的火焰探頭54，熱電偶52設于廢氣噴射管32內并通過一溫控儀55與可編程控制器51連接，氫氣檢測探頭53與可編程控制器51連接，火焰探頭54通過一過渡腔管安裝于燃燒腔室31的側壁上且高度比廢氣噴射管32高，火焰探頭54與可編程控制器51連接，可編程控制器51與氫氣退火爐氣路系統的開關閥6連接，設置安全保護組件5可避免高純度的廢氣未經燃燒直接排放，進一步提高廢氣燃燒處理的安全性。

如圖6所示，基于上述氫氣退火爐廢氣處理系統的廢氣處理方法，包括以下步驟：

S1，加熱電阻絲33通電，熱電偶52實時檢測廢氣噴射管32的出氣口322處溫度，檢測到的溫度信號經溫控儀55發送至可編程控制器51，廢氣噴射管32的出氣口322處溫度至氫氣的燃點以上后，可編程控制器51控制開關閥6打開，廢氣依次經過廢氣導出管1、阻燃單向閥2導入廢氣噴射管32，同時空氣經空氣進氣濾孔34進入燃燒腔室31；

S2，啟動延時保護程序，即開關閥6保持打開狀態T秒(具體數值根據實際情況設置)，火焰探頭54如果在T秒內未檢測到火焰，則發送火未燃信號至可編程控制器51，可編程控制器51控制開關閥6關閉并發出火未燃報警；火焰探頭54如果檢測到火焰，則發送點火正常信號至可編程控制器51，可編程控制器51控制開關閥6保持打開狀態，廢氣與空氣中的氧氣燃燒；燃燒過程中氫氣檢測探頭53實時檢測排廢筒4內是否存在氫氣泄露、熱電偶52實時檢測廢氣噴射管32的出氣口322處溫度且火焰探頭54實時檢測是否具有火焰，若出現氫氣泄露、溫度低于氫氣燃點或火焰熄滅，則編程控制器51控制開關閥6關閉并發出氫氣泄漏報警信號、溫度低報警信號或火焰熄滅報警信號；

S3，燃燒產生的水蒸汽及殘余氣體經排廢筒4排出。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本發明。任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明技術方案范圍的情況下，都可利用上述揭示的技術內容對本發明技術方案做出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例。因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均應落在本發明技術方案保護的范圍內。