JP2023523563A - 可燃性ガスの希釈 - Google Patents

Abstract

可燃性ガスの流れを可燃性ガスの可燃限界を下回る濃度に希釈するための可燃性ガス希釈器（５）が開示される。希釈器（５）は、入口（１１）から出口（１２）までの長手方向の流路を規定する外殻を含む希釈容器（１０）と、空気の流れを希釈器の入口に向かわせるための少なくとも１つの空気入口（１６）と、可燃性ガス入口構成（１５）とを備える。希釈器は、可燃性ガス入口構成と出口との間に配置された複数のガス流配向構造（３０、３２、３４、３６）を有し、各々は希釈器の長さに沿って異なる位置にある。複数のガス流配向構造の少なくとも１つは、ガス流を外殻から離れる方向に向かわせるための内向きガス流配向構造（３２、３６）であり、ガス流配向構造の少なくとも１つは、ガス流を外殻の方に向かわせるための外向きガス流配向構造（３０、３４）である。
【選択図】 図１

Description

本発明の分野は、可燃性ガスの希釈に関し、いくつかの実施形態では、真空ポンプ及び除害システムに関する。

排気及び除害されるガスが水素のような可燃性ガスである半導体製造プロセスが存在する。例えばリソグラフィでは、製品は放射線源への制御された露光によって製造される。この場合、放射源は極紫外線ＥＵＶ放射線である。このプロセスでは、リソグラフィ装置内でＥＵＶ光を放射するためにレーザーで励起されたスパッタ錫から光学系及びミラーを遮蔽するために、水素がカーテンガスとしてますます大量に使用される。これらのプロセスは真空中で行われ、真空システムは、このプロセスを行うのに必要な真空圧を提供すると共に、安全に除害されるように水素を運び出す。

多くの除害システムでは、真空プロセスチャンバから取り出された可燃性ガスは、ガスを除去するために燃焼される。これに関連する環境への影響があり、一般に、これは、２つの除害ツールを必要とし、これは、作動ツールと、この作動除害ツールのバーナーが消炎した場合に備えてのバックアップツールである。この構成は、燃料及びスペースの両方で費用がかかる。

ガス流を安全に排気できるように、ガス流から可燃性ガスを除害する別の方法を提供することが望まれる。

第１の態様は、可燃性ガスの流れを、可燃性ガスの可燃限界を下回る濃度に希釈するための可燃性ガス希釈器を提供し、この希釈器は、入口から出口までの長手方向の流路を規定する外殻を含む希釈容器と、空気の流れを希釈容器の入口に向かわせるための少なくとも１つの空気入口組立体と、希釈容器の入口の端部に向かって、少なくとも一部が希釈容器の断面を横切って外殻から異なる距離に配置される複数の開口を含む可燃性ガス入口構成と、可燃性ガス入口構成と出口との間に配置され、それぞれが希釈容器の長さに沿って異なる位置にある複数のガス流配向構造と、を備え、複数のガス流配向構造の少なくとも１つは、ガス流を外殻から離れる方向に向かわせるための内向きガス流配向構造であり、ガス流配向構造の少なくとも１つは、ガス流を外殻の方に向かわせるための外向きガス流配向構造である。

可燃性ガスは、取り扱い及び廃棄が困難である。これらの理由から、システムから出る可燃性ガスは、一般にバーナーで燃焼させることによって処理され、メタンを燃料として使用する場合もある。これは、環境に密接に関連し、燃料及びスペースが比較的高価であり、信頼性にも問題がある。可燃性ガスの取り扱いが困難であるにもかかわらず、燃焼限界を下回るまで可燃性ガスを安全に希釈することができれば、多くの可燃性ガスは大気中に放出することができる。

従来、可燃性ガスの希釈には、不活性ガスである窒素を使用するのが一般的であった。しかしながら、可燃性ガスの量が多いシステムでは、可燃性ガスの濃度を可燃性ガスの燃焼限界未満にするために必要な窒素の量は、多くの場合、非常に高価である。

可燃性ガスの希釈は、安全に行うことができれば、可燃性ガスを燃焼させることに代わる除害手段として許容できると思われる。本発明の発明者は、可燃性ガスの取り扱いに関連する危険の多くは、可燃性ガスを使用地点から安全に除害できる地点まで輸送することに関連することを認識している。従って、課題の多くは、設計が単純で、比較的小型で、可動部分が少ない希釈器を提供することによって対処することができ、これは、使用地点又はその近くの地点で可燃性ガスを希釈するための使用地点希釈器として使用することができる。

本発明の一態様による希釈器のさらなる利点は、単純な設計及び少ない可動部品の結果として、希釈器は、堅牢で信頼性が高く、故障する可能性が低いことである。このことは、除害装置の故障が、システムに対して可燃性ガスの遮断を引き起こし、今度は、システムを直ちに停止させることを必要とする場合があるシステムにおいて、非常に重要になる場合がある。

希釈容器は狭窄部を備え、可燃性ガス入口構成は、空気が可燃性ガス入口を通過する前に加速されるように、狭窄部の中に配置される。

可燃性ガスが希釈器に入る際に、最初はその燃焼性上限を超えている可能性があるが、希釈されると、燃焼性下限を下回るまで希釈することになり、結果として、これらの点の間の着火リスクを軽減するための措置を取る必要がある。狭窄部を用いて可燃性ガス入口の空気流量を増加させることは、最初にガスを比較的迅速に希釈し、特に増加した流量が可燃性ガスの火炎速度を超える場合に着火を抑制する１つの方法である。

狭窄部は、希釈容器の長さの数分の一だけであり、希釈容器は狭窄部を超えるとガスの流れが遅くなるように広がる。これにより、制限された空間内で可燃性ガスと空気との混合が促進される。

いくつかの実施形態では、可燃性ガス希釈器は、可燃性ガス希釈器の空気入口組立体に空気の流れをポンプ送給するための少なくとも１つのガス流発生器を備え、少なくとも１つのガス流発生器は、可燃性ガス入口構成の上流に配置される。

上述のように、希釈器内の可燃性ガスの濃度は、可燃性ガス入口の下流の希釈器の長さの一部に関して、可燃性の上限と下限との間にある。従って、希釈器のこの部分に関して、何らかの潜在的な着火源が存在しないことが有利であり、希釈器は、ファンの形態とすることができるガス流発生器に存在するような可動部品が可燃性ガス入口の上流にあるように構成され、可燃性ガス入口の下流には、潜在的な着火の原因となり得る可動部品が存在しないようになっている。

いくつかの実施形態では、可燃性ガス希釈器は、作動ガス流発生器及びバックアップガス流発生器として作動するように構成された２つのガス流発生器を備える。

可燃性ガスを除去及び除害する必要がある多くのシステムにおいて、可燃性ガスの濃度があるレベル以上に上昇しないことが重要であり、従って、可燃性ガスが使用地点で希釈される場合、システムは、信頼性が高く故障しないことが特に重要である。従って、いくつかの実施形態では、２つのガス流発生器が提供され、一方は主ガス流発生器として作動するように構成され、他方は主ガス流発生器が故障した場合に機能するバックアップガス流発生器として構成される。希釈器は可動部が少ない単純な設計であるため、可動部を有する構成要素、この場合、ガス流発生器を二重系することで信頼性の高いシステムを提供することができる。

いくつかの実施形態では、空気入口組立体は、希釈容器の入口に空気を導く導管を備え、２つのガス流発生器は、導管上の実質的に同じ長手方向位置に、いくつかの実施形態ではガス導管の周囲の異なる位置に配置される。

いくつかの実施形態では、２つのガス流発生器は、垂直に配置された導管に沿って異なる長手方向位置に、すなわち一方が他方の上に配置することができる。他の実施形態では、２つのガス流発生器は、導管の左右側に配置することがで、これにより希釈器の高さが低くなり、より小型になる。

いくつかの実施形態では、少なくとも１つのガス流発生器及び希釈容器は、可燃性ガス入口構成での空気の流速が可燃性ガスの火炎速度よりも大きくなるように構成されている。

上述のように、可燃性ガスがその濃度が最も高くなる可燃性ガス入口に特に近い希釈器にある場合に、可燃性ガスの着火を妨げることが重要である。従って、可燃性ガス入口構成において、可燃性ガスの火炎速度よりも大きい速度で空気を供給することは、その着火を妨げることになる。この点で、例えば水素の火炎速度は毎秒３から４メートルの間であるので、水素希釈器は、水素ガス入口での空気速度が毎秒３から４メートルより大きくなるように構成する必要がある。いくつかの実施形態では、空気速度が、毎秒２０メートルより大きく、好ましくは毎秒２５又は３０メートルより大きくなるように構成される。

いくつかの実施形態では、この加速された空気の流れを供給することに加えて、可燃性ガス入口に火炎防止円錐体を設けることもできる。

いくつかの実施形態では、可燃性ガス入口構成は、開口がガス出口から離れる方向に向くように構成されている。

開口はガス出口から離れる方向に向き、いくつかの実施形態ではガス入口の方向に向く場合に、可燃性ガスと空気との混合が改善されることが分かっている。

いくつかの実施形態において、可燃性ガス入口構成の開口は、直径が２から５ｍｍの間である。

可燃性ガス開口のサイズの選択は、希釈器への可燃性ガスの流れに影響を与え、これは、開口が希釈空気流の方を向いている場合に特に当てはまる。開口が大きすぎると、空気流が可燃性ガスの流出を妨げることになり、実際には真空システムに流入する空気での汚染を引き起こす可能性があり、小さすぎるとガス流を阻害することになる。直径２から５ｍｍの間の開口サイズは、希釈器への可燃性ガスの特に効果的な流れを提供することが分かっている。

いくつかの実施形態では、可燃性ガス入口構成は、外側リング流路と、外側リング流路からリングの中心に向かって延在する半径方向流路とを備え、半径方向流路は開口を備える。

２つのガス流の間の混合を促進する方法で、空気流に可燃性ガスの流れを供給するために、形成される単一のプルームではなく、異なる半径方向位置の異なる開口から可燃性ガスのいくつかの流れがあるように、ガス流を横切って異なる半径方向位置に入口構成の開口を設けることが有利であることが分かっている。希釈器の断面を横切るアームの使用は、空気の流れが過度に妨げられず、従って、真空ポンプが過度に加圧されない効果的な構成を提供することも分かっている。水素がポンプシステムからディフューザに導入される、ディフューザを取り囲むカラー又は外側リング流路は、内周の周りで実質的に均一でスパイダーアーム対して制限されていない流れを可能にする大きさである。いくつかの実施形態では、スパイダーは、ディフューザ又は希釈器入口を横切る４から８の間のアームを備える。スパイダーアームは、ディフューザの空気流路の３０％を越えて制限しないような大きさである。スパイダーアームの開口は、いくつかの実施形態では、アームの長さに沿って実質的に均等に分布し、希釈ガスの流れに向かい合うように配置される。

外側リング流路は、希釈容器の中にあることができるが、いくつかの実施形態では、外側リング流路は希釈流路の外側の外殻の周りにあり、半径方向流路は、この外殻の内面から延びる半径方向アーム内に延在し、この流路は、希釈容器の壁を貫通して延在して外側リング流路と流体連通する。

可燃性ガス希釈器は、様々な可燃性ガスを希釈するのに適しているが、特に、水素に適している。水素は非常に軽いガスであるため、効率的にポンプ送給することが困難である。また、流量が少ない場合はシステムの上部に溜まる傾向がある。従って、水素の除害には課題があり、実施形態の希釈器は、これらの課題に特に効果的に対処することができる。詳細には、可動部の少ないシステムの信頼性により、一般に流量は比較的一定の値に維持され、水素は複数の開口を通って効果的に拡散することになる。さらに、水素は大気中に存在するため、十分に希釈すれば大気中に放出することができる。一般に、水素の燃焼限界は４％の濃度であるため、４％を下回ると水素は着火する危険はない。しかながらし、堅牢で安全なシステムを提供するために、一般に、出口における１％の希釈レベルが設定される限界である。

いくつかの実施形態では、希釈容器、可燃性ガス入口構成、及びガス流配向構造は、金属から形成され、接地される。

上述のように、希釈器内のガス流から着火源を取り除くことが好ましい場合があり、従って、いくつかの実施形態では、可燃性ガス希釈器は、静電気放電のあらゆる可能性を低減するために接地された金属から形成される。いくつかの実施形態では、金属はステンレス鋼である。このように、金属製希釈器を使用し、可燃性ガス流内に可動部を有することなく、いくつかの実施形態において、可燃性ガスの火炎速度を越える流速を有することによって、何らかの着火の可能性は実質的に除去される。

内向きガス流配向構造及び外向きガス流配向構造は、いくつかの形態を有することができるが、いくつかの実施形態において、内向きガス流配向構造は、外殻から内側に突出するリング状バッフルを含み、外向きガス流配向構造は、中央に位置する円錐体形状のバッフルを含み、円錐体の頂点は、希釈容器の入口に向いている。

これらのガス流配向構造は、希釈容器を通るガス流路の中心の方にガスを向かわせ、次に、中心から遠くなる方向にガスを向かわせることにより、ガスの効果的な混合をもたらし、その結果、比較的小さな容積内で可燃性ガスを効果的に希釈することができる。これは、使用地点除害システムとして使用するのに好都合な小型の希釈容器をもたらす。

いくつかの実施形態では、複数の内向きガス流配向構造及び外向きガス流配向構造は、希釈容器の長さに沿って二者択一的に配置される。従って、内向きガス流配向構造は、外向きガス流配向構造に続く。

いくつかの実施形態において、希釈容器は、７０リットル未満の容積を有し、可燃性ガス希釈器は、最大１０００ＳＬＭ（標準リットル／分）の可燃性ガスの流れを希釈するように構成されている。

実施形態の希釈器は、その設計により、小型であり、比較的小さい容積内で比較的大きな流量の可燃性ガスを希釈することができる。従って、７０リットルの希釈器、場合によっては５０リットルの希釈器は、最大１０００ＳＬＭの可燃性ガスの流れを希釈することができる。

いくつかの実施形態では、可燃性ガス希釈器は、出口に隣接する可燃性ガスサンプラーを備え、可燃性ガスサンプラーは、可燃性ガスセンサと流体連通しており、可燃性ガス希釈器は、可燃性ガスセンサが所定のレベルを超える可燃性ガスの濃度を示すことに応答して希釈器への可燃性ガスの流れを阻止する制御回路をさらに備える。

システムの安全性を保証するために、希釈器から出るガスの濃度は、そのガスの可燃限界を下回る必要があり、従って、いくつかの実施形態では、これを保証するために、出口の近くにサンプラーが存在する。濃度が可燃性限界値を超えた場合、ハードワイヤードの安全制御回路は、希釈器への可燃性ガスの流れを阻止する。この関連で、これが使用地点希釈器である場合、それが取り付けられており、水素の流れを発生させているツールを閉鎖することを含むことができる。

第２の態様は、半導体処理ツールの少なくとも１つの真空チャンバを真空排気するための真空ポンプシステムを提供し、真空ポンプシステムは、少なくとも１つの真空チャンバを真空排気するための複数の真空ポンプと、少なくとも１つの真空チャンバの少なくとも１つからの排気を受け取るための除害システムとを備え、除害システムは第１の態様による可燃性ガス希釈器を備える。

第１の態様の希釈器は、可燃性排気ガスを排気する半導体処理ツールのチャンバを真空排気するための真空ポンプシステムと一体化したシステムとして提供することができる効果的な除害システムを提供する。このように、可燃性ガスの使用地点除害が存在し、それを別の場所にパイプ輸送するか又は当該バーナー除害システムが有する欠点をもつ除害システムで燃焼させる必要はない。

いくつかの実施形態では、半導体処理ツールは、極紫外線リソグラフィツールを含み、可燃性ガスは、水素を含む。

極紫外線リソグラフィは、ますます増える水素を使用する技術であり、従って、この水素の効果的な希釈を提供し、水素を他の場所にパイプ輸送する又は燃焼させる必要のない、使用地点で安全に希釈できる除害システムは、このようなシステムを排出及び除害する特に効率的な方法である。

いくつかの実施形態では、真空ポンプシステムは、複数のポンプを収容するためのハウジングと、ハウジングを通して空気流を空気流ダクトに流すように構成された真空システム空気流発生器とをさらに備え、空気流ダクトは、可燃性ガス希釈器に空気を供給するための空気流入口組立体と流体連通している。

空気流は、可燃性ガスの希釈のために必要であり、場合によっては、空気流は、キャビネット抽出流、すなわち、特に可燃性ガスである場合には問題となる可能性のあるポンプからの漏れを除去するためにシステムを排気しているポンプを通過する空気流とすることができる。従って、可燃性ガスを移送する多くの処理システムにはすでに空気流があり、この空気流が直接希釈器に向けられるので、ダクト及び空気流発生器の両方で節約することができる。これは、チャンバから排気される水素を希釈するために、ポンプシステムのハウジングを通る空気流を再利用する効率的な方法を提供する。

さらなる特定の及び好ましい態様は、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、適宜、独立請求項の特徴と組み合わせること、及び請求項に明示的に規定されている以外の組み合わせで組み合わせることができる。

装置の特徴が、ある機能を提供するために動作可能であると説明される場合、これは、その機能を提供する、又はその機能を提供するように適合又は構成される装置の特徴を含むことを理解されたい。

本発明の実施形態は、添付の図面を参照して以下に詳細に説明される。

一実施形態による可燃性ガス希釈器を示す。 一実施形態による希釈容器を示す。 一実施形態による可燃性ガス希釈器の別の図を示す。 一実施形態の希釈容器を通る流路を概略的に示す 一実施形態による真空及び除害システムを示す。 一実施形態による希釈器を通るガスの流れを示す。

実施形態を詳細に説明する前に、まず、概要を説明する。

希釈は、例えばＥＵＶツールから水素を排出するためのシステムから多くの可燃性ガスを排出するための許容可能な選択肢である。従来、可燃性ガスの希釈は不活性ガスで行われているが、水素の流量が大きくなると、不活性ガスでの希釈は、必要とされる大きな流量並びにこれによって持ち込まれる追加のリスク及び環境損害によって許容できない。

空気による希釈は、費用対効果に優れ、環境にも優しい代替手段である。

基礎理論
最初に、ＥＵＶからの水素のようなシステムからの可燃性ガスは、酸素をほとんど含有していないので、水素の場合は７５体積％の水素である、ＵＦＬ（可燃性上限）を超えている。

実施形態は、可燃性下限ＬＦＬ（水素の４体積％）を下回って希釈することを目指す。安全なＵＦＬ超過から安全なＬＦＬ未満に到達するためには、混合物は可燃性範囲（水素７５％から４％）を通過する必要がある。可燃性混合物の着火は、デフラグレーション／デトネーションを引き起こすことになる。このリスクは、可燃性ガス（水素）の体積及びガスの輸送に使用するダクトのサイズ及び長さによって変わる。

水素の特性
Ｈ₂のＭＩＥ（最小着火エネルギ）は１７μＪである。
比較すると、
ガソリンは８００μＪ、
メタンは３００μＪ
である。
空気中のＨ₂の火炎速度は２．８８ｍ／ｓである。
比較すると、
ガソリンは０．２－０．５ｍ／ｓ、
メタンは０．３５６ｍ／ｓ
である。

Ｈ₂の導入点での空気の速度が、Ｈ₂の燃焼速度（３０ｍ／ｓ）より非常に大きい場合、逆火の危険性は回避されるか又は少なくとも低減される、

水素ガスは拡散性が高く、浮力が大きいため、急速に空気と混合する。

リスク
水素混合ガスに着火するのは非常に簡単である。
着火すると、火炎は高速で伝播する。

これらのリスクを軽減するためには、使用地点の近くで、できるだけ早く空気で希釈することが好都合であろう。これは、可燃性混合物に着火する可能性のある地点の範囲を低減し、管路での爆発リスクを低減し、配管経路及び環境を毎回分析する必要がなく、どの場所でも試験、認証、及び再現することができる設計をもたらす。

システム
希釈ユニットの実施形態は、潜在的な着火源を排除するか又は少なくとも減少させるように、可燃性ガスがそのＬＦＬとＵＦＬの間にある可燃性ゾーンを管理するために、可燃性ガスをその可燃性下限未満、場合によってはその可燃性下限の１／４未満に希釈することを目指す。

いくつかの実施形態では、システムは、ポンプシステムのキャビネットから空気を抽出するための追加のファンの必要性を低減するために、キャビネット抽出空気を希釈剤として利用する。

図１は、一実施形態による希釈器５を示す。希釈器５は、入口１１から出口１２まで延在する希釈容器１０を備える。入口１１は、２つの空気入口１６及び１７を備える空気供給部１４に接続される。これらは、空気入口１６の場合には一次ファンから、及び空気入口１７の場合にはバックアップファンから空気を受け取るように構成されている。空気入口からの空気は、空気供給部１４のパイプに沿って、希釈ユニットの空気入口１１に送られる。希釈ユニット１０は、狭窄部１８を有し、その内部には可燃性ガス入口構成１５が設けられている。従って、空気は、狭窄部に到達すると加速され、その結果、速度が上昇し、可燃性ガスの火炎速度よりも大きい速度で可燃性ガス入口構成を通過する。次に、希釈ユニット１０はより大きな直径に拡大し、ガスは減速するが、これは混合を改善する。

次に、ガスは、可燃性ガスと空気との混合を改善するために、外殻に向かって又はそこから離れる方向にガスを向かわせる様々なガス配向構造を通過し、ガスが出口１２に到達するまで、これらは十分に混合され、可燃性ガスの可燃性下限を下回る均一濃度を有するようになる。この点で、入口１５から入る可燃性ガスは、一般に可燃性上限を超える濃度であり、出口１２から出る前に、可燃性下限を下回る濃度に達するまで、希釈器を通過する際に実際に可燃性である濃度を経験する。

希釈容器１０、特に、可燃性ガスと空気との混合を促すためのガス配向構造は、図２にさらに詳細に示されている。この実施形態では、これらのガス配向構造は、外壁に向かって流れを向けるための円錐体３０、３４と、中央部に向かって流れを向けるためのバッフル３２、３６の形態をとる。

可燃性ガスは、入口スパイダー１５の形態の入口構成を通って、狭窄部で希釈容器に入る。これは、水素ガスが流れ込むガス希釈容器１０の外側の周りのカラー又はリングの形をとる。外側リングから希釈容器の壁を貫通してガス流部分に延びる放射状アームがある。これらは、狭窄部の断面を横切って延びて、アーム上の開口は、空気流に水素を分配する。これらの開口は、ガス希釈容器１０の空気入口１１の方を向いている。

ガス配向構造３０、３２、３４、３６は、希釈容器１０の長さに沿って異なる長手方向位置に配置され、二者択一的に希釈容器の外縁に向かって流れを向けるための円錐体と、中央に向かって流れを戻すためのバッフルとを備える。従って、空気及び水素の入口に近い下端には、容器の外壁に向かってガス混合物を迂回させ、また狭窄部１８によって加速された流れを遅くするように作用する円錐体３０がある。ガス流路の次には、空気を中心に向かって戻すバッフル３２があり、これに円錐体３４、バッフル３６が続く。この実施形態では、出口の前にガスをサンプリングするためのサンプルスパイダー４０がある。これは、出口１２から出る水素の濃度が水素の可燃性下限を下回ることを決定するための水素センサに向けることができる。水素センサからの信号は、次に、水素濃度のレベルが所定の限界を超えているとの決定に応答して、希釈器への水素供給を停止するための制御信号を生成する制御回路に送ることができ、これは、そこから水素を受け取る真空チャンバ内の処理を停止することを伴うことができる。

図３は、ダクト及び空気流発生器に接続されて配置された希釈器１０を示す。空気流発生器は、ファン２０及び２２の形態であり、希釈器の空気入口１６及び１７（図１参照）に取り付けられている。ファン２０は一次ファンであり、ファン２２は二次ファン又はバックアップファンである。希釈容器１０が示されており、スパイダーからのアームと、アーム上の開口を見ることができる。これらの開口は、出口の方に向かうように見えるが、多くの実施形態では、これらの開口からのガス混合及び流れがこの配置で増加することが分かっているので、入口の方に向かうことになる。アーム自体は、空気流を過度に妨げないように設計されており、空気流の様々な部分で可燃性ガス流を供給し、混合を改善してフルームの発生の抑制をもたらす。

この実施形態では、システムの真空ポンプを備えるポンプキャビネットの周囲を流れる空気を受け取るキャビネット抽出管６４があり、この空気の流れは、キャビネットに集まるポンプ又はその配管から漏れる可能性のある可燃性ガスを抑制するために使用される。この実施形態では、この空気流は、希釈空気源として再利用される。これは、この空気を屋上にポンプ送給するための追加のファン及び追加の配管を不要にする。

図４は、希釈器を通過するガスの流れと、ガス流速及び水素濃度が希釈器の長さに沿ってどのように変化するかを概略的に示す。左側の図は、空気入口１６からのガスと水素入口１５からのガスを示し、空気流が速く、水素が加えられる狭窄部で減速し、そこで出口１２に向かって再び加速し、デフレクタ３０、３２、３４、３６の各々の場所で多少減速する様子を示す。これは、混合を改善し、比較的小さな容積での混合を可能にする。

右側の図は、流れが希釈容器内を進み、混合が発生したときの水素のモル分率を示す。従って、可燃性上限を超える高濃度から可燃性上限内の濃度へ、その後、可燃性上限を下回り容器から安全に排気できる濃度になる。この実施形態では、３０、３４、３８の３つの円錐体があり、３番目の円錐体の後のモル濃度は約１％であり、結果的に要求レベルである。水素はスパイダーのすべての開口から均一に出るので、一次流れの中で水素の効果的な混合が行われることが分かる。

図５は、一実施形態による真空ポンプ及び除害システムを示す。この実施形態は、極紫外線放射リソグラフィープロセスをポンピングするためのものである。この構成は、ウェーハがレーザー光にさらされる露光チャンバをポンピングするためのセクション５０のポンプと、レーザーとスズの流れから極紫外線が発生し、水素がスズのスパッタリングから種々の光学部品を保護するためにシールドとして使用されるソースチャンバをポンピングするためのセクション５２のポンプとを備える。発生した極紫外光は、光学部品を用いた流路を通って露光チャンバに供給される。従って、ソースチャンバ内の水素量は、露光チャンバ内よりも著しく多く、希釈される主成分はこの水素である。

この実施形態では、ポンプセクション５０、５２を形成する複数のポンプ６０を収容するハウジング６２がある。このハウジングを通るガス流があり、これはキャビネット抽出流であり、これはポンプを冷却するために及びポンプから漏れる可能性のある何らかのガスを除去するために使用される。この実施形態では、キャビネットから実施形態のガス希釈器１０に向かってキャビネット抽出ガスを通すダクト６４がある。ガス希釈器１０には、ガス希釈器１０に空気を送り込むファン２０、２２及び入口１５があり、入口１５において、チャンバを排気するポンプのフォアラインからポンプ送給された水素が入る。この入口は、希釈器の狭窄部に配置され、スパイダーを備える。混合が起こり、希釈ガスは、排気ガス流６６によって排気される。この実施形態では、ファン２０及び２２は横並びに配置され、それによって希釈器の高さが低くなる。

この実施形態では、異なる流れの中の酸素及び水素の両方のレベルを検知するためのセンサ７０及び７２がある。また、希釈器１０の出力の近くに水素センサがある場合があり、これらのセンサは、水素又は酸素の濃度レベルが、排気されるガスに燃焼性の問題がある可能性があると決定された場合に、プロセスを阻止するために制御回路と共に使用することができる。

図６は、希釈システム内の異なるゾーンを概略的に示す。初期ゾーンでは、抽出された空気が一次及びバックアップの遠心ファンから入る。抽出された空気は水素レベルが非常に低いため、可燃性下限を下回っている。ガスは、スキャナ又は露光チャンバ１００及びソースチャンバ１２０から導管を介して受け取られ、それぞれの成分は、スキャナチャンバからの１３２ｓｌｍ（標準リットル／分）のＮ₂及び１２ｓｌｍのＨ₂、ソースチャンバからの６００ｓｌｍのＨ₂である。導管内では、水素濃度は可燃性上限を超えるが、酸素レベルは限界酸素濃度を下回る。水素は入口スパイダー１５を介して入り、このガス流が空気と合流した場合の着火を妨げるための火炎防止円錐体７５がある。ここ（ゾーン０）を流れるガス流は、可燃性下限を上回り、可燃性上限を下回り、さらに限界酸素濃度を超えているので着火が可能である。着火を防ぐために又は少なくとも着火を遅らせるために、この部分には可動部品がなく、希釈器の材料はアースされた金属で形成され、流量は可燃性混合物の火炎速度を越えて維持される。

可燃性混合物が希釈容器を通過すると、バッフル及び円錐体によって混合が起こり、ゾーン２で可燃性物質の濃度が可燃性下限値の４分の１を下回って低下し、ガスは、安全に空気中に放出することができる。混合ガスが実質的に可燃性下限を下回っていることをチェックするために、出口及び希釈容器の中の両方に可燃性ガスセンサ７２がある。

一次ファン２０及びバックアップファン２２があり、この実施形態では、最大４０００ｍ³／時の流量を供給できる速度制御式の遠心ファンである。これにより、約１４ｍ／ｓの入力空気速度が可能になり、これは、構造部１８で加速されると、水素の火炎速度の約１０倍である３０ｍ／ｓを越えるまで増大する。

水素の空気流への供給は逆火を防止し、円錐体及びバッフルは、水素濃度が最後のバッフル板に到達するまでに＜１％ｖ／ｖとなるように、空気流への水素の混合を促進する。

要約すると、実施形態は、キャビネット抽出空気を希釈空気として使用し、複数開口の入口スパイダーを使用することで並列経路から空気を統合し、一体型送風機から駆動力を提供し、このようにして規定の可燃性ゾーンをもたらすシステムを提供する。可燃性ガス濃度、空気流量、温度などの重要なパラメータは、信号を管理するために監視されて組み合わされる。システムの制御及び／又はシステムの停止は、これらの信号に応答して行われる。

いくつかの実施形態では、一次ファンをバックアップするために利用可能な二次ファンがある。Ｈ₂がファンを流れないので、ファンは、ツールの動作中に維持及び保守することができる。

希釈器の実施形態は、可動部品が少なく、その監視及び制御システムの多くに冗長性及び多様性を使用するシステムを提供し、このシステムは、信頼性が高く、共通モード故障に鈍感である。詳細には、バックアップファンがあり、空気流は、ポンプモジュールにわたって流量バランシングがもたらされるように、キャビネット抽出物に由来する。

いくつかの実施形態では、キャビネット抽出物と希釈物の両方を供給するには、１台の４ｋＷインバータ駆動ファンで十分である。二次ファンは待機状態にあり、作動中のファンの予防保守監視を使用して、待機中のファンをオンラインにする必要がある場合を検出する。一次ファンの性能低下が検出された場合、二次ファンが起動し、一次ファンは遮断されて停止することになる。各ファンの軸受及びモータは、現場で保守することができる。ファンの入口及び出口は独立して遮断される。

いくつかの実施形態では、二次ファンは、最大速度に達するのに５秒かかる。これは、一次ユニット及びバックアップユニットの両方が作動する燃料バーナーよりもかなり経済的で電力効率が良い。

さらに、希釈ユニットは使用地点ユニットであるため、作動していないシステム又はスキャナ水素流れのみで作動しているシステムから抽出する必要はない。

ＮＯＫ信号が生じた場合、希釈器は作動を継続して希釈を行うことになる。
システムの停止が生じた場合、ポンプシステムは、ＯＫ信号を取り除き、これはツールへのＨ₂供給を止める。

システムが突発的に停止すると、残留Ｈ₂はポンプシステム内で均一にされることになり、システムが停止するのでガスの一部はシステム内に残り、一部は希釈器に入り、あらゆる空気と一緒に拡散して施設の排気口に入ることになる。希釈器が再起動し、ポンプシステムが続き、突発的な停止の後に現在と同じ方法でパージすることになる。

本発明の例示的な実施形態が添付図面を参照して本明細書に詳細に開示されているが、本発明は、正確な実施形態に限定されず、添付の請求項及びその均等物によって定義される本発明の範囲から逸脱することなく、当業者がそこに種々の変更及び修正を行うことができることを理解されたい。

５ 希釈器
１０ 希釈容器
１１ 希釈容器への入口
１２ 出口
１４ 空気供給管
１５ 可燃性ガス入口スパイダー
１６ 空気入口
１７ バックアップ空気入口
１８ 狭窄部
２０、２２ 空気ファン
３０、３４ 円錐体
３２、３５ バッフル
４０ サンプリングスパイダー
５０ 露光チャンバポンピングセクション
５２ ソースチャンバポンピングセクション
６０ 真空ポンプ
６２ ポンプチャンバ
６４ 導管
６６ 排気口
７０、７２ センサ
７５ 火炎防止円錐体
１００ スキャナチャンバ
１２０ ソースチャンバ

Claims (15)

1. 可燃性ガスの流れを、前記可燃性ガスの可燃性限界を下回る濃度に希釈するための可燃性ガス希釈器であって、
   入口から出口までの長手方向の流路を規定する外殻を含む希釈容器と、
   空気の流れを前記希釈容器の前記入口に向かわせるための少なくとも１つの空気入口組立体と、
   前記希釈容器の前記入口の端部に向かって、少なくとも一部が前記希釈容器の断面を横切って前記外殻から異なる距離に配置された複数の開口を含む可燃性ガス入口構成と、
   前記可燃性ガス入口構成と前記出口との間に配置され、それぞれが前記希釈容器の長さに沿って異なる位置にある複数のガス流配向構造と、
   を備え、
   前記複数のガス流配向構造の少なくとも１つは、ガス流を前記外殻から離れる方向に向かわせるための内向きガス流配向構造であり、前記ガス流配向構造の少なくとも１つは、ガス流を前記外殻の方に向かわせるための外向きガス流配向構造であり、
   前記希釈容器は狭窄部を含み、前記可燃性ガス入口構成は、前記空気が前記可燃性ガス入口構成を通過する前に加速されるように、前記狭窄部の中に配置される、可燃性ガス希釈器。
2. 前記空気入口組立体に空気の流れをポンプ送給するための少なくとも１つのガス流発生器を備え、前記少なくとも１つのガス流発生器は、前記可燃性ガス入口構成の上流に配置される、請求項１に記載の可燃性ガス希釈器。
3. 作動ガス流発生器及びバックアップガス流発生器として作動するように構成された２つのガス流発生器を備える、請求項２に記載の可燃性ガス希釈器。
4. 前記少なくとも１つのガス流発生器及び前記希釈容器は、前記可燃性ガス入口構成での前記空気の流速が前記可燃性ガスの火炎速度よりも大きくなるように構成されている、請求項２又は３に記載の可燃性ガス希釈器。
5. 前記可燃性ガス入口構成は、前記開口がガスの前記出口から離れる方向に向くように構成されている、請求項１から４のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
6. 前記可燃性ガス入口構成の前記開口は、直径が２から５ｍｍの間である、請求項５に記載の可燃性ガス希釈器。
7. 前記可燃性ガス入口構成は、外側リング流路と、前記外側リング流路から前記外側リング流路の中心に向かって延在する半径方向流路とを備え、前記半径方向流路は、前記開口を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
8. 前記可燃性ガスは、水素を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
9. 前記希釈容器、前記可燃性ガス入口構成、及び前記ガス流配向構造は、金属から形成され、接地される、請求項１から８のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
10. 前記内向きガス流配向構造は、前記外殻から内側に突出するリング状バッフルを含み、前記外向きガス流配向構造は、中央に位置する円錐体の形状のバッフルを含み、前記円錐体の頂点は、前記希釈容器の前記入口に向いている、請求項１から９のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
11. 前記希釈容器は、７０リットル未満の容積を有し、前記可燃性ガス希釈器は、最大１，０００ＳＬＭの可燃性ガスの流れを希釈するように構成されている、請求項１から１０のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
12. 前記可燃性ガス希釈器は、前記出口に隣接する可燃性ガスサンプラーを備え、前記可燃性ガスサンプラーは、可燃性ガスセンサと流体連通しており、前記可燃性ガス希釈器は、前記可燃性ガスセンサが所定のレベルを超える可燃性ガスの濃度を示すことに応答して前記可燃性ガス希釈器への可燃性ガスの流れを阻止する制御回路をさらに備える、請求項１から１１のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器。
13. 半導体処理ツールの少なくとも１つの真空チャンバを真空排気するための真空ポンプシステムであって、
    前記少なくとも１つの真空チャンバを真空排気するための複数の真空ポンプと、
    前記少なくとも１つの真空チャンバの少なくとも１つからの排気を受け取るための除害システムと、
    を備え、
    前記除害システムは、請求項１から１２のいずれか一項に記載の可燃性ガス希釈器を備える、真空ポンプシステム。
14. 前記半導体処理ツールは、極紫外線リソグラフィツールを含み、前記可燃性ガスは、水素を含む、請求項１３に記載の真空ポンプシステム。
15. 前記複数のポンプを収容するためのハウジングと、
    前記ハウジングを通して空気流ダクトに空気流を流すように構成された真空システム空気流発生器と、
    をさらに備え、
    前記空気流ダクトは、前記可燃性ガス希釈器に前記空気を供給するための前記少なくとも１つの空気入口組立体と流体連通している、請求項１３又は１４に記載の真空ポンプシステム。

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