專利名稱:氣體燃燒裝置的制作方法
氣體燃燒裝置
本發(fā)明涉及氣體的燃燒裝置和方法,其可以但并非專門用于可燃 氣體的燃燒。
半導(dǎo)體裝置制備中的主要步驟是通過氣相前體的化學(xué)反應(yīng)在半 導(dǎo)體基體上形成薄膜。 一種已知的用于在基體上沉積薄膜的技術(shù)是化
學(xué)氣相沉積法(CVD)。在這種技術(shù)中,將工藝氣體提供到容納該基 體的工藝腔室中并使其反應(yīng)以在該基體表面上形成薄膜。
通常沉積在基體上的金屬的實(shí)例是氮化鎵(GaN) 。 GaN和相關(guān) 材料的合金(例如InGaN、 AlGaN和InGaAlN )都是用于制備綠色、 藍(lán)色和白色光的發(fā)光裝置(例如LED和激光二極管)和粉末裝置(例 如HBT和HEMT)的化合物半導(dǎo)體。這些化合物半導(dǎo)體通常是使用 通常稱作MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法)的CVD形式形成的。 總的來看,這種工藝包括第III族金屬Ga、 In和/或Al的揮發(fā)性有機(jī) 金屬來源(例如三曱基鎵(TMG )、三曱基銦(TMI )和三曱基鋁(TMA )) 和氨在升高溫度下在一起的反應(yīng)以在適合的基體材料(例如Si、 SiC、 青玉或A1N)的晶片上生成材料薄膜。通常還存在氫氣以為該有機(jī)金 屬前體和其他同一氣體提供載氣。
在該工藝腔室內(nèi)進(jìn)行該沉積工藝之后,通常在從該工藝腔室中排 出的廢氣中包含殘余量的提供給該工藝腔室的氣體。工藝氣體(例如 氨和氫氣)如果排放到大氣中是非常有害的,因此鑒于此,在該廢氣 排放到大氣中之前,通常提供去除裝置以對該廢氣進(jìn)行處理以將該廢 氣中更有害的組分轉(zhuǎn)化為可以容易地從該廢氣中除去(例如通過常規(guī) 洗滌)和/或可以安全排放到大氣中的組分。
氨和氫氣的混合物本身是可燃燒的,因此可以通過在燃燒腔室中 的受控氧化方便地對其進(jìn)行處理。該燃燒腔室具有用于接受待處理廢 氣的燃燒噴嘴。該燃燒噴嘴周圍環(huán)繞多個小直徑噴嘴,其接受燃料和 空氣的氣體混合物以在該燃燒腔室內(nèi)部形成引燃火焰(pilot flame)。 該引燃火焰的目的是為該廢氣提供可靠的點(diǎn)火源。該氣體混合物通常 是曱烷和空氣的混合物,曱烷與空氣之比約為1:14~ 1:16,將其提供給該燃燒噴嘴周圍的充氣腔室,并將該氣體混合物從該充氣腔室提供 給這些小噴嘴。
因此需要單獨(dú)提供曱烷以制備該氣體混合物。鑒于存在用于
MOCVD工藝中的氫氣來源,因此在該氣體混合物用氫氣代替曱烷是 理想的。然而,由于在該腔室內(nèi)該廢氣的燃燒熱可能將該充氣腔室的 溫度提高到在氫氣和空氣的混合物的自燃溫度之上的溫度,因此簡單 地用氬氣代替曱烷引起了重要的風(fēng)險。這可以導(dǎo)致在該充氣腔室內(nèi)發(fā) 生燃燒,存在火焰沿供給管路向前傳播的風(fēng)險。盡管可以使用僅為燃 料的氣體來產(chǎn)生該引燃火焰并由此消除自燃的風(fēng)險,但僅由燃料產(chǎn)生 的引燃火焰被證明容易隨著進(jìn)入該燃燒腔室內(nèi)的廢氣流速的變化而 吹滅。
在第一方面,本發(fā)明提供了可燃?xì)怏w的燃燒方法,該方法包括以 下步驟將該氣體輸送到與燃燒腔室連接的燃燒噴嘴中,以及將用于 在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火焰的氣體提供給該腔室,其特征在于將 氬氣和氧化劑分開注入到該腔室中以形成該引燃火焰。
因此用將氫氣和氧化劑(例如氧)分開提供到該燃燒腔室中以形 成該引燃火焰代替了傳統(tǒng)的將燃料和氧化劑的混合物提供到該燃燒 腔室中以形成該引燃火焰。氧化劑的供給對該引燃火焰提供了穩(wěn)定 性,因?yàn)樵谝朐撊紵皇覂?nèi)的氣體流速范圍內(nèi)存在不取決于待燃燒 氣體的可控制的空氣供給,同時氫氣和氧的分開供給降低了由于在氣 體燃燒過程中氣體的加熱造成的氣體供給管路著火的風(fēng)險。
優(yōu)選將氫氣通過在該燃燒噴嘴周圍延伸的第一組多個開孔注入 到該腔室中,以及將氧化劑通過在該燃燒噴嘴周圍延伸的第二組多個 開孔注入到該腔室中。因此,在本發(fā)明的第二方面,提供了氣體的燃 燒方法,該方法包括以下步驟將該氣體輸送到與燃燒腔室連接的燃 燒噴嘴中,以及將用于在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火焰的氣體提供給 該腔室,其特征在于為了形成該引燃火焰,將氬氣通過在該燃燒噴嘴 周圍延伸的第 一組多個開孔提供給該腔室,以及將氧化劑通過在該燃 燒噴嘴周圍延伸的第二組多個開孔與該氫氣分開提供給該腔室。
優(yōu)選該第 一組多個開孔與該第二組多個開孔是同心的。優(yōu)選將氫 氣從在該燃燒噴嘴周圍延伸的第一充氣腔室提供給該第一組多個開 孔,以及將氧化劑從在該燃燒噴嘴周圍延伸的第二充氣腔室提供給該第二組多個開孔。
在第三方面,本發(fā)明提供了氣體的燃燒裝置,該裝置包括燃燒腔 室、待燃燒的氣體通過其進(jìn)入該燃燒腔室的燃燒噴嘴、和用于將用于 在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火焰的氣體提供給該腔室的裝置,其特征 在于該氣體提供裝置包括在該燃燒噴嘴延伸的第一組多個開孔、用于 將氫氣提供給該第 一組多個開孔的裝置、在該燃燒噴嘴延伸的第二組 多個開孔、和用于將氧化劑提供給該第二組多個開孔的裝置。
本發(fā)明還提供了化學(xué)氣相沉積裝置,包括工藝腔室、用于將氫氣 提供給該工藝腔室的氫氣提供裝置、用于將氨提供給該同 一腔室的氨 提供裝置、和用于對來自該工藝腔室的廢氣進(jìn)行處理的如前所述的裝
方面,反之亦然。
現(xiàn)在將參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選特征進(jìn)行描述,其中
圖1圖解說明了與燃燒裝置連接的工藝腔室;
圖2圖解說明了圖1的燃燒裝置的一部分的橫截面視圖;和
圖3圖解說明了在圖2的燃燒噴嘴周圍的用于在該燃燒腔室內(nèi)形 成引燃火焰的開孔的設(shè)置。
首先參照圖1,提供了用于處理來自用于加工例如半導(dǎo)體裝置、 平板顯示裝置或太陽能電池板裝置的工藝腔室12的廢氣的燃燒裝置 10。該腔室12接收用于在該腔室內(nèi)進(jìn)行加工的各種工藝氣體。在該 實(shí)施例中,在該工藝腔室12內(nèi)進(jìn)行材料(例如GaN)層的MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積)。在升高的溫度下,將包括第III族金屬 Ga、 In和/或Al的有機(jī)金屬來源(例如三曱基鎵(TMG)、三曱基銦 (TMI)和三曱基鋁(TMA))、氨和氫氣的氣體從其各自的來源14、 16、 18輸送到該工藝腔室12中以在適合的基體材料(例如Si、 SiC、 青玉或A1N)的晶片上生成材料薄膜。
該工藝氣體到該工藝腔室12的供給是由分別位于氣體供給管線 26、 28、 30中的氣體供給閥20、 22、 24的開關(guān)所控制的。該氣體供 給閥的操作是由供給閥控制器32所控制的,其為該氣體供給閥發(fā)出 控制信號34以依照預(yù)設(shè)的氣體輸送順序開啟和關(guān)閉該閥門。
用泵送系統(tǒng)從該工藝腔室12的出口抽吸出廢氣。如圖1中所示,該泵送系統(tǒng)可以包括通常以渦輪分子泵的形式的二次泵36,用于從該 工藝腔室中抽吸出該廢氣。該渦輪分子泵36可以在該工藝腔室12中 產(chǎn)生至少10Jmbar的真空。該氣體通常以約lmbar的壓力從該渦輪分 子泵36中排出。鑒于此,該崩送系統(tǒng)還包括初始泵或前級泵38,用 于接收來自該渦輪分子泵36的廢氣并將該氣體的壓力提高到約為大 氣壓力的壓力。
在該腔室內(nèi)的工藝過程中,將僅消耗該工藝氣體的一部分,因此 該廢氣將包含供給到該腔室的工藝氣體和由該腔室內(nèi)的工藝產(chǎn)生的 副產(chǎn)物的混合物。因此該來自例如GaN MOCVD工藝的廢氣可能包含 氫氣和氨,因此本身可能是可燃燒的。可以通過將該來自泵送系統(tǒng)的 廢氣輸送到在其內(nèi)部該氣體得到可控制的氧化的該燃燒裝置10的入 口處40,方便地將這些氣體除去。
參照圖2,該入口 40包括與該燃燒裝置10的燃燒腔室44連接的 至少一個燃燒噴嘴42。各燃燒噴嘴42具有用于接收該廢氣的入口 46 和該廢氣由其進(jìn)入該燃燒腔室44的入口 48。盡管圖2圖解說明了兩 個用于接收該廢氣的燃燒噴嘴42,但該入口可以包括任何適合數(shù)量 (例如四個、六個或更多)的用于接收該廢氣的燃燒噴嘴42。在該優(yōu) 選實(shí)施方式中,該入口包括四個燃燒噴嘴42。
將用于在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火焰的氣體提供給該燃燒腔 室44。該引燃火焰的目的是為進(jìn)入該燃燒腔室44的廢氣提供可靠的 點(diǎn)火源。該用于形成引燃火焰的氣體包括氫氣和氧化劑(例如可以在 空氣流中輸送給該燃燒腔室44的氧)。如下更詳細(xì)的描述,該氫氣 和氧化劑分開提供給該燃燒腔室44。
各燃燒噴嘴42安裝在具有用于接收用于形成引燃火焰的氫氣的 入口 54和以開孔形式的氫氣由其進(jìn)入該燃燒腔室44的多個出口 56 的第一環(huán)狀充氣腔室52中。如圖3中所示,來自各燃燒噴嘴42的出 口 48周圍環(huán)繞有多個來自該第一充氣腔室52的出口 56。
用于在該工藝腔室12內(nèi)進(jìn)行的工藝的氫氣來源18可以方便地提 供用于形成該引燃火焰的氫氣來源。如圖1中所示,氫氣供給管線58 可以連接在該氬氣來源18和用于將氫氣供給該燃燒腔室44的入口 54 之間。閥60可以位于該氫氣供給管線58中以響應(yīng)于控制器32發(fā)出 的信號62控制該燃燒腔室44的氫氣供給??商娲?,單獨(dú)的燃燒裝置控制器可以控制該閥60的開啟和關(guān)閉。
返回圖2,第一充氣腔室52位于具有用于接收用于在該燃燒腔室 36內(nèi)形成引燃火焰的氧化劑的入口 66的第二環(huán)狀充氣腔室64之上。 該第二充氣腔室64的形狀使得第二充氣腔室64環(huán)繞在該燃燒噴嘴42 和該第一充氣腔室52的一部分的周圍。該第二充氣腔室64包括以開 孔形式的氧化劑通過其在氫氣附近進(jìn)入該燃燒腔室44以和氫氣一起 形成引燃火焰的多個出口 66。如圖3中所示,多個來自該第二充氣腔 室64的開口 68還環(huán)繞在來自各燃燒噴嘴42的出口 48的周圍,該來 自第二充氣腔室64的開口 68與來自該第一充氣腔室52的開口 56基 本同心,且環(huán)繞在其周圍。
如圖1中所示,氧化劑供給管線70可以連接在該氧化劑來源72 和用于將氧化劑提供給該燃燒腔室44的入口 66之間。閥74可以位 于該氧化劑供給管線70中以響應(yīng)于控制器32發(fā)出的信號控制該燃燒 腔室44的氧化劑供給??商娲?,該燃燒裝置控制器可以控制該閥 74的開啟和關(guān)閉。
可以將來自該燃燒腔室36內(nèi)的廢氣燃燒的副產(chǎn)物輸送到濕式洗 滌器、固態(tài)反應(yīng)介質(zhì)或其他二次去除裝置80中,如圖1中所示。在 通過該去除裝置80之后,可以將該廢氣安全地排放到大氣中。
盡管上面關(guān)于對由MOCVD裝置排放的廢氣的處理進(jìn)行了描述, 但該燃燒裝置IO適用于任何可燃?xì)怏w的處理。
權(quán)利要求
1. 可燃?xì)怏w的燃燒方法,該方法包括以下步驟將該氣體輸送到與燃燒腔室連接的燃燒噴嘴中,以及將用于在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火焰的氣體提供給該腔室,其特征在于將氫氣和氧化劑分開注入到該腔室中以形成該引燃火焰。
2. 權(quán)利要求1的方法,其中將氬氣通過在該燃燒噴嘴周圍延伸的 第一組多個開孔注入到該腔室中,以及將氧化劑通過在該燃燒噴嘴周 圍延伸的第二組多個開孔注入到該腔室中。
3. 氣體的燃燒方法,該方法包括以下步驟將該氣體輸送到與燃 燒腔室連接的燃燒噴嘴中,以及將用于在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火 焰的氣體提供給該腔室,其特征在于為了形成該引燃火焰,將氫氣通 過在該燃燒噴嘴周圍延伸的第 一組多個開孔提供給該腔室,以及將氧 化劑通過在該燃燒噴嘴周圍延伸的第二組多個開孔與該氫氣分開提 供給該腔室。
4. 權(quán)利要求2或3的方法,其中該第一組多個開孔與該第二組多 個開孔是同心的。
5. 權(quán)利要求2~4中任意項(xiàng)的方法,其中將氫氣從在該燃燒噴嘴 周圍延伸的第 一 充氣腔室提供給該第 一組多個開孔,以及將氧化劑從 在該燃燒噴嘴周圍延伸的第二充氣腔室提供給該第二組多個開孔。
6. 前述任意權(quán)利要求的方法,其中該氧化劑包括氧。
7. 氣體的燃燒裝置,該裝置包括燃燒腔室、待燃燒的氣體通過其 進(jìn)入該燃燒腔室的燃燒噴嘴、和用于將用于在該燃燒噴嘴周圍形成引 燃火焰的氣體提供給該腔室的裝置,其特征在于該氣體提供裝置包括 在該燃燒噴嘴延伸的第一組多個開孔、用于將氫氣提供給該第一組多 個開孔的裝置、在該燃燒噴嘴延伸的第二組多個開孔、和用于將氧化 劑提供給該第二組多個開孔的裝置。
8. 權(quán)利要求7的裝置,其中該第一組多個開孔與該第二組多個開 孔是同心的。
9. 權(quán)利要求7或8的裝置,其中該用于將氫氣提供給該第一組多 個開孔的裝置包括在該燃燒噴嘴周圍延伸的第一充氣腔室、以及該將 氧化劑提供給該第二組多個開孔的裝置包括在該燃燒噴嘴周圍延伸的第二充氣腔室。
10.化學(xué)氣相沉積裝置,包括工藝腔室、用于將氫氣提供給該工 藝腔室的氫氣提供裝置、用于將氨提供給該同 一腔室的氨提供裝置、 和用于對來自該工藝腔室的廢氣進(jìn)行處理的依照前述任意權(quán)利要求 的裝置。
全文摘要
氣體的燃燒方法,包括以下步驟將該氣體輸送到與燃燒腔室(44)連接的燃燒噴嘴(42)中,以及將用于在該燃燒噴嘴周圍形成引燃火焰的氣體提供給該腔室(44)。為了形成該引燃火焰,將氫氣通過在該燃燒噴嘴周圍延伸的第一組多個開孔(56)提供給該腔室,以及將氧化劑通過在該燃燒噴嘴周圍延伸的第二組多個開孔(68)與該氫氣分開提供給該腔室。
文檔編號F23D14/26GK101484749SQ200780025048
公開日2009年7月15日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月30日
發(fā)明者D·門尼伊, M·R·柴尼亞克 申請人:愛德華茲有限公司