專利名稱：氣體燃燒設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于燃燒包括至少氨的廢氣的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
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的化學(xué)反應(yīng)形成薄膜。用于在基片上沉積薄膜的一個(gè)已知技術(shù)是化學(xué)汽
相沉積(CVD)。在此技術(shù)中，過程氣被提供到容納了基片的處理室且 起反應(yīng)以在基片的表面上形成薄膜。
通常沉積在基片上的材料的例子是氮化鎵(GaN)。氮化鎵和相關(guān) 的材料合金(例如InGaN、 AlGaN和InGaAlN)是用于制造綠色、藍(lán)色 和白色發(fā)光器件(例如LED和激光二極管)和功率器件(例如HBT和 HEMT)的化合物半導(dǎo)體。這些化合物半導(dǎo)體通常使用CVD的形式來形 成，通常已知為MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積)?？傊?，此過程涉 及氨與第三族金屬Ga、 In和/或Al的揮發(fā)性有機(jī)金屬源，例如三曱基鎵 (TMG)、三曱基銦(TMI)和三曱基鋁(TMA)在高溫下的反應(yīng)，以 在合適的基片材料(例如Si、 SiC、藍(lán)寶石或AIN)的晶片上形成材料 的薄膜。氫氣一般也存在，從而提供了用于有機(jī)金屬前體和其他過程氣 的載體氣。
在處理室內(nèi)進(jìn)行的沉積過程后，通常有在包含在從處理室排放的氣 體內(nèi)的提供到處理室內(nèi)的氣體的殘余量。例如作為氨和氫的過程氣如果 排放到大氣中則是高度危險(xiǎn)的，且因此在廢氣被通風(fēng)到大氣前經(jīng)常提供 消除設(shè)備以處理廢氣，以將較危險(xiǎn)的廢氣成分轉(zhuǎn)化為可以例如通過常碼 的洗氣而容易地從廢氣中去除的種類，和/或可以安全的排放到大氣的種 類。
消除設(shè)備的一個(gè)已知的類型在EP-A-0 819 887中描述。此消除設(shè)備 包括燃燒室，燃燒室具有廢氣燃燒噴嘴以接收待處理的廢氣。環(huán)形燃燒 噴嘴提供在廢氣噴嘴外側(cè)，且燃料和空氣的氣體混合物被提供到環(huán)形燃 燒噴嘴以在燃燒室內(nèi)形成火焰來燃燒從處理室接收的廢氣，以銷毀廢氣 的有害成分。
消除設(shè)備的此形式一般地位于用于從處理室抽吸廢氣的泵送系統(tǒng)
的下游。為防止當(dāng)廢氣通過時(shí)對泵送系統(tǒng)的損壞，典型地將氮清洗氣供 給到泵送系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)清洗口以與廢氣一起泵送。作為結(jié)果，由消 除設(shè)備接收的氣體通常也含有顯著的氮量。
氮是安全的且不要求消除。通過例如在EP-A-0 819 887中描述的設(shè) 備，發(fā)現(xiàn)對氫的銷毀和去除效率(DRE)非常高，經(jīng)常超過99.99%, 而氨的DRE取決于進(jìn)入消除設(shè)備的廢氣中包含的其他氣體高度地變 化。氨是高度地有毒的，具有25 ppm的極限閾值或TLV,且發(fā)現(xiàn)從消 除設(shè)備排放的氨量取決于在排氣內(nèi)包含的氣體的化學(xué)組成和相對量可 能高達(dá)2400 ppm。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的至少優(yōu)選實(shí)施例的目的是尋求提供與在包含氨的廢氣中 存在的其他氣體和其相對量無關(guān)的以一貫高的DRE來燃燒氨的方法和 設(shè)備。
在第一方面中，本發(fā)明提供了燃燒氨的方法，方法包括如下步驟 將包含變化的量的至少氨和氫的廢氣從室輸送到連接到燃燒室的燃燒 噴嘴，向室供給燃?xì)庖栽谑覂?nèi)形成燃燒火焰，和取決于從室排放的氨和 氫的相對量選擇地向廢氣添加氫，使得當(dāng)廢氣包含氨時(shí)，被火焰燃燒的 氣體包含至少預(yù)先確定的量的氫。
已發(fā)現(xiàn)當(dāng)待由火焰燃燒的氣體內(nèi)存在的預(yù)先確定的量的氫時(shí)，氨的 銷毀和去除效率(DRE)顯著地提高。當(dāng)廢氣包含氨和不足量的氫時(shí)， 通過選擇地將氫添加到廢氣以實(shí)現(xiàn)氨的高DRE,可以將氨的DRE維持 在一貫地高水平。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，將氫輸送到噴嘴以添加到廢氣，其中氫優(yōu)選 地從繞燃燒噴嘴延伸的多個(gè)縫隙噴射到燃燒室內(nèi)。在另 一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施 例中，氳從燃燒噴嘴的上游添加到廢氣，因此促進(jìn)了附加的氫與廢氣的 混合。
將氫添加到廢氣可以根據(jù)向室供給的氣體的循環(huán)來定時(shí)。替代地， 添加到廢氣的氫量可以根據(jù)代表了來自室的廢氣的化學(xué)組成的變化的 接收的數(shù)據(jù)調(diào)整。例如當(dāng)供給到室的氣體不包含足夠的氬以實(shí)現(xiàn)高的氨
氣體傳感器可以位于用于將廢氣輸送到噴嘴的導(dǎo)管系統(tǒng)內(nèi)I此傳感器構(gòu) 造為供給數(shù)據(jù)。
氫優(yōu)選地添加到廢氣，使得被火焰燃燒的氫與氨的體積比為至少
1:1。已發(fā)現(xiàn)，分別具有大致為1:1:1和2:1:1的比例的氫、氨和氮的混合 物可以僅使用燃燒室的引導(dǎo)火焰在氨的TLV以下燃燒。引導(dǎo)火焰典型地 由例如曱烷和空氣的燃料和氧化劑的混合物形成，其體積比在1:8至 l-.12之間。因此，供給到室以形成燃燒火焰的甲烷或其他燃料的量可以 顯著地降低，因此降低了運(yùn)行成本。
在第二方面中，本發(fā)明提供了用于燃燒廢氣的設(shè)備，設(shè)備包括燃
燒室，用于向室提供燃?xì)庖栽谑覂?nèi)形成燃燒火焰的裝置，連接到燃燒室 的燃燒噴嘴，用于將包含變化的量的至少氨和氫的廢氣從室輸送到噴嘴 的裝置，和用于取決于從室排;改的氨和氫的相對量選擇地向廢氣添加氫 的裝置。
以上所述的涉及本發(fā)明的方法方面的特征等同地可應(yīng)用于本發(fā)明 的設(shè)備方面，且反之亦然。


現(xiàn)在將參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選特征，各圖為 圖1圖示了連接到根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的燃燒設(shè)備的處理室； 圖2圖示了連接到圖1的燃燒設(shè)備的燃燒室的多個(gè)廢氣燃燒噴嘴的 截面一見圖3圖示了用于將氳供給到圖2的連接到燃燒室的每個(gè)燃燒噴嘴的 布置；
圖4圖示了用于控制供給到圖2的每個(gè)燃燒噴嘴的氫量的控制系
統(tǒng)；
圖5圖示了連接到根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例的燃燒設(shè)備的處理室。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，提供了燃燒設(shè)備10以用于處理從例如用于處理半導(dǎo)體器 件、平板顯示器件或太陽能電池板器件的處理室12排放的氣體。室12 接收多種過程氣以用于在室內(nèi)進(jìn)行處理。在此例中，在處理室12內(nèi)進(jìn) 行例如GaN的材料層的MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積)。包括例如 三曱基鎵(TMG)、三甲基銦(TMI)和三曱基鋁(TMA)的第三族金 屬Ga、 In和/或鋁的有機(jī)金屬源、氨和氫的氣體從它們各自的源14、 16、 18在高溫下輸送到處理室12,以在合適的基片材料(例如Si、 SiC、藍(lán)
寶石或AIN )的晶片上形成材料薄膜。
廢氣從處理室12的出口通過泵送系統(tǒng)20抽出。在室內(nèi)的處理期 間，僅將消耗過程氣的部分，且因此廢氣將包含供給到室的過程氣和室 內(nèi)的處理的副產(chǎn)品的混合物。如在圖1中圖示，泵送系統(tǒng)20可以包括 次級泵22，次級泵22典型地具有渦輪分子泵的形式，以從處理室抽出 廢氣。渦輪分子泵22可以在處理室12內(nèi)生成至少10—3毫巴的真空。氣 體典型地從渦輪分子泵22以大約1毫巴的壓力排放。因此，泵送系統(tǒng) 也包括主泵或前級泵24，以從渦輪分子泵22接收廢氣且將氣體的壓力 升高到大約大氣壓的壓力。為防止在從處理室12泵送氣體期間對泵送 系統(tǒng)20的損壞，氮清洗氣從其源26供給到泵送系統(tǒng)20的一個(gè)或多個(gè) 清洗口 28、 30。
來自泵送系統(tǒng)22的廢氣被輸送到燃燒設(shè)備10的入口 32。如在圖2 中圖示，入口 32包括至少一個(gè)連接到燃燒設(shè)備10的燃燒室36的廢氣 燃燒噴嘴34。每個(gè)燃燒噴嘴34具有用于接收廢氣的入口 38和廢氣從它 進(jìn)入燃燒室38的出口 40。雖然圖2圖示了兩個(gè)用于接收廢氣的燃燒噴 嘴34,入口 32可以包括任何合適的個(gè)數(shù)，例如四個(gè)、六個(gè)或更多的燃 燒噴嘴34以接收廢氣。在優(yōu)選實(shí)施例中，入口 32包括四個(gè)燃燒噴嘴34。
本發(fā)明的此實(shí)施例中，每個(gè)燃燒噴嘴34包括氫入口 42以從氫源44 (在圖3中圖示)接收氳。環(huán)形間隙46限定在噴嘴34的外表面和繞噴 嘴34延伸的套筒48的內(nèi)表面之間，該環(huán)形間隙46允許氫從入口 42輸 送到多個(gè)圍繞噴嘴34的氫出口 50,且氫從氫出口與廢氣同軸線地進(jìn)入 燃燒室36。
如在圖2中示出，每個(gè)燃燒噴嘴34安裝在第一環(huán)形增壓室52內(nèi)， 第一環(huán)形增壓室52具有用于接收燃料和氧化劑的第一氣體混合物的入 口 54，例如接收甲烷和空氣的混合物，從而提供了用于在燃燒室36內(nèi) 形成燃燒火焰的燃?xì)?，第一環(huán)形增壓室52還具有多個(gè)出口 56,燃?xì)鈴?出口 56輸送到燃燒室36內(nèi)。如在圖2中圖示，燃燒噴嘴34安裝在第 一增壓室52內(nèi)，使得每個(gè)噴嘴34大體上同軸線地經(jīng)過各出口 56,使得 燃?xì)饫@燃燒噴嘴34的套筒48輸送到燃燒,36內(nèi)。
也如在圖2中圖示，第一增壓室52位于第二環(huán)形增壓室58上方， 第二環(huán)形增壓室58具有用于接收燃料和氧化劑的第二引導(dǎo)氣體混合物 的入口 60，第二引導(dǎo)氣體混合物例如是曱烷和空氣的另一個(gè)混合物，以在燃燒室36內(nèi)形成引導(dǎo)火焰。如在圖2中圖示，第二增壓室58包括多 個(gè)與來自第一增壓室52的且燃燒噴嘴34通過它而延伸到燃燒室36內(nèi) 的出口 56同軸線的第一縫隙62,和多個(gè)圍繞第一縫隙62的第二縫隙 64。第二縫隙64允許引導(dǎo)氣體混合物進(jìn)入燃燒室36以形成引導(dǎo)火焰， 用于點(diǎn)燃燃?xì)?，以在燃燒?6內(nèi)形成燃燒火焰。在消除設(shè)備僅以引導(dǎo) 運(yùn)行的情況中，到第一增壓室52的燃?xì)夤┙o則可以中斷。在縫隙64處 形成的引導(dǎo)火焰則用于點(diǎn)燃廢氣和任何供給到噴嘴34的附加的氬。
圖4圖示了用于控制到燃燒噴嘴34的每個(gè)的氫供給的控制系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)包括控制器70以接收指示了從處理室12輸出且因此供給到燃 燒噴嘴34的廢氣的化學(xué)組成的變化的信號72數(shù)據(jù)。信號72的每個(gè)可 以直接從處理工具74接收，處理工具74使用閥75控制了到處理室12 的氣體供給，如在圖1中圖示。替代地，信號72可以從局域網(wǎng)的主機(jī) 接收，控制器70和處理工具74的控制器形成了局域網(wǎng)的部分，主機(jī)構(gòu) 造為接收來自處理工具的控制器的關(guān)于供給到處理室的氣體的化學(xué)組 成的信息，且響應(yīng)于此輸出信號72到控制器70。作為另一個(gè)替代，信 號72可以從位于處理室12的出口和燃燒噴嘴34之間的氣體傳感器4妄 收。
響應(yīng)于接收到的信號72內(nèi)包含的數(shù)據(jù)，控制器70可以選擇地控制 到每個(gè)燃燒噴嘴34的氫供給。參考圖3和圖4，控制系統(tǒng)包括多個(gè)可變 流量控制器件76,例如閥76,它們每個(gè)位于氫源44和各氫入口 42之 間，且響應(yīng)于從控制器70接收的信號78在打開和關(guān)閉位置之間可移 動(dòng)。填塞流量孔可以提供在每個(gè)闊76和各氫入口 42之間，以限制向每 個(gè)氪入口 42的氫供給速度。替代地，單閥76可以用于控制向燃燒噴嘴 34的每個(gè)的氫供給，從而提供了燃燒設(shè)備10的入口 32。
當(dāng)閥76打開時(shí)，氳從氬源44輸送到每個(gè)氫入口 42。氫向下游(如 所圖示)在環(huán)形間隙46內(nèi)通過，且從氫出口 50輸出到燃燒室36內(nèi)以 與廢氣燃燒。
通過向燃燒室36內(nèi)燃燒的氣體選擇地添加氫，控制器70可以維持 在燃燒室36內(nèi)燃燒的氨和氫的相對量為預(yù)先確定的值或大約預(yù)先確定 的值，例如至少1:1,因此維持氨的高DRE。已實(shí)驗(yàn)地發(fā)現(xiàn)，氫、氨和 氮的分別具有大致1:1:1和2:1:1的比例的混合物可以僅使用燃燒室的引 導(dǎo)火焰在氨的TLV以下燃燒，且預(yù)期的是，以較低的氫量的混合物的燃
燒將類似地可實(shí)現(xiàn)。因?yàn)椴辉俅嬖谌魏螌τ谔峁┤細(xì)獾饺紵?6以至 少使氨燃燒的要求，可以顯著地降低燃料消耗。
轉(zhuǎn)到圖1,來自燃燒室36內(nèi)的廢氣的燃燒的副產(chǎn)品可以被輸送到濕 洗氣器、固體反應(yīng)介質(zhì)或其他次級消除設(shè)備80,如在圖1中圖示。廢氣 在通過消除設(shè)備80后可以安全的通風(fēng)到大氣。
圖5圖示了第二實(shí)施例，其中附加的氬在燃燒設(shè)備10的入口 32上 游輸送到廢氣。在此實(shí)施例中，第一導(dǎo)管系統(tǒng)82將氫從氫源44輸送到 用于將廢氣從泵送系統(tǒng)20輸送到燃燒設(shè)備10的入口 32的第二導(dǎo)管系 統(tǒng)84。如所圖示，單閥76可以提供在第一導(dǎo)管系統(tǒng)82內(nèi)且由控制器70 響應(yīng)于從處理工具74的控制器接收的信號72來控制，以選擇地將氫從 氫源74輸送到第二導(dǎo)管系統(tǒng)84內(nèi)的廢氣。填塞流量孔可提供在閥76 和第二導(dǎo)管系統(tǒng)84之間，以限制氫向廢氣的供給速度。因此，在此實(shí) 施例中，可以省略每個(gè)燃燒噴嘴34的氳入口 42和套筒48。
權(quán)利要求
1.一種燃燒氨的方法，該方法包括如下步驟將包含變化的量的至少氨和氫的廢氣從室輸送到連接到燃燒室的燃燒噴嘴，向室供給燃?xì)庖栽谑覂?nèi)形成燃燒火焰，和取決于從室排放的氨和氫的相對量選擇地向廢氣添加氫，使得當(dāng)廢氣包含氨時(shí)，被火焰燃燒的氣體包含至少預(yù)先確定的量的氫。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中將氫輸送到噴嘴以添加到廢
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中氫從繞燃燒噴嘴延伸的多 個(gè)縫隙噴射到燃燒室內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中氫在燃燒室上游添加到廢氣。
5. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中添加到廢氣的氫量響應(yīng)于代表了來自室的廢氣的化學(xué)組成的變化的數(shù)據(jù)的接收調(diào)整。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中廢氣從處理工具的室排放，數(shù) 據(jù)代表了由處理工具供給的廢氣的化學(xué)組成的變化。
7. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中將氫添加到廢氣，使得 被火焰燃燒的氫與氨的體積比為至少1:1。
8. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中燃?xì)獍ㄈ剂虾脱趸瘎?的混合物。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中燃料包括碳?xì)浠衔铮瑑?yōu)選地 為甲烷。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中氧化劑包括空氣。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10的任何項(xiàng)所述的方法，其中燃?xì)鈨?nèi)燃料 和氧化劑的體積比在1:8至1:12之間。
12. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中燃?xì)獯篌w上與廢氣同 軸線地供給到室。
13. 根據(jù)任何前述權(quán)利要求所述的方法，其中廢氣包括氨、氫和氮 的至少一個(gè)。
14. 一種用于燃燒廢氣的設(shè)備，該設(shè)備包括燃燒室，用于向室提 供燃?xì)庖栽谑覂?nèi)形成燃燒火焰的裝置，連接到燃燒室的燃燒噴嘴，用于 將包含變化的量的至少氨和氫的廢氣從室輸送到噴嘴的裝置，和用于取 決于從室排放的氨和氫的相對量選擇地向廢氣添加氫的裝置。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中氫添加裝置構(gòu)造為將附加的氫輸送到燃燒噴嘴以添加到廢氣。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的設(shè)備，其中氫添加裝置包括繞噴嘴延 伸的套筒以接收附加的氳且將附加的氳輸送到燃燒室。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14至16的任何項(xiàng)所述的設(shè)備，其中氫添加裝置 包括繞燃燒噴嘴延伸的多個(gè)縫隙，附加的氫從該縫隙噴射到燃燒室內(nèi)。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其中氫添加裝置構(gòu)造為在燃燒室上游將氳添加到廢氣。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14至18的任何項(xiàng)所述的設(shè)備，其中氫添加裝置 包括用于接收代表了來自室的廢氣的化學(xué)組成的變化的數(shù)據(jù)和用于響 應(yīng)于該數(shù)據(jù)調(diào)整添加到廢氣的氫量的裝置。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的設(shè)備，其中廢氣從處理工具的室排
21. 根據(jù)權(quán)利要求14至20的任何項(xiàng)所述的設(shè)備，其中氫添加裝置 構(gòu)造為將氫添加到廢氣，使得由火焰燃燒的氫與氨的體積比至少為 1:1。
22. 根據(jù)權(quán)利要求14至21的任何項(xiàng)所述的設(shè)備，其中燃?xì)獍ㄈ?料和氧化劑的混合物。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的設(shè)備，其中燃料包括碳?xì)浠衔?，?yōu) 選地為甲烷。
24. 根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的設(shè)備，其中氧化劑包括空氣。
25. 根據(jù)權(quán)利要求22至24的任何項(xiàng)所述的設(shè)備，其中燃?xì)鈨?nèi)燃料 和氧化劑的體積比在1:8至1:12之間。
26. 根據(jù)權(quán)利要求14至25的任何項(xiàng)所述的設(shè)備，其中燃?xì)夤┙o裝 置構(gòu)造為將燃?xì)獯篌w上與廢氣同軸線地供給到室。全文摘要
描述了燃燒氨的方法，其中將包含變化的量的至少氨和氫的廢氣從室輸送到連接到燃燒室(36)的燃燒噴嘴(34)。向室供給燃?xì)庖栽谑覂?nèi)形成燃燒火焰。取決于從室排放的氨和氫的相對量向廢氣添加氫，使得當(dāng)廢氣包含氨時(shí)被火焰燃燒的氣體包含至少預(yù)先確定的量的氫。
文檔編號F23G7/06GK101171455SQ200680015267
公開日2008年4月30日 申請日期2006年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月5日
發(fā)明者D·門尼, N·B·瓊斯 申請人:愛德華茲有限公司