JP7181220B2

JP7181220B2 - 真空ポンプシステム

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Publication number: JP7181220B2
Application number: JP2019556896A
Authority: JP
Inventors: クリストファーマークベイリー; マイケルロジャーチェルニャク
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Current assignee: Edwards Ltd
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2022-11-30
Anticipated expiration: 2038-04-04
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Description

本発明は、真空ポンプシステムに関する。

真空ポンプシステムは、特に半導体製造施設での真空処理において広く使用されている。リソグラフィは、このような半導体製造プロセスの１つであり、放射線源への制御された暴露によって半導体製品を製造する。放射線源は、紫外線又は極紫外線とすることができる。放射線源及び製造施設の処理ツールは、選択ガスの存在下で真空圧を必要とし、真空ポンプシステムは、必要な真空圧でこれらのガスの真空排気を行う。

本発明は、真空ポンプシステムであって、可燃性ガス流を真空排気してガス流を１又は２以上の排気口から排出する複数の真空ポンプ装置と、真空ポンプ装置を収容するハウジングであって、ハウジング内の混合領域において１又は２以上の排気口から出力された排ガス流と混合される空気流のための、空気流ダクトを形成するハウジングと、空気流ダクトを通る空気流を生成して、空気流中の可燃性ガスの割合が可燃性ガスの可燃限界よりも低くなるまで可燃性ガス流を空気と混合させる空気流発生器と、空気流が可燃性ガスを割合未満に希釈するのに十分であるかどうかを判定するために、空気流を検知する空気流センサとを含む真空ポンプシステムを提供する。

ハウジングは、低圧の第１の領域と高圧の第２の領域とを含むことができ、空気流ダクトは、第２の領域によって形成される。

真空ポンプ装置は、複数の真空ポンプを含むことができ、第１の領域が上流の真空ポンプを収容し、第２の領域が下流の真空ポンプを収容する。

少なくとも２つの空気流センサが存在することができ、そのうちの１つは真空ポンプ装置の上流に存在し、そのうちの１つは真空ポンプ装置の下流に存在する。

システムは制御部を含み、前記又は各空気流センサは、空気流が可燃性ガスを割合未満に希釈するのに十分であるかどうかを判定するための、検知された空気流に関する信号を制御部に出力するように構成することができる。

１つの例では、ハウジングの第２の領域が、空気流ダクトの空気入口及び空気出口を含み、混合領域が空気出口に配置され、ガス流のための１又は２以上の排気口が、空気流が空気出口を通過する前にガス流と混合されるように混合領域内に位置する。混合領域は、可燃性ガスが空気出口を通じて放出される前に可燃限界未満まで空気流と混合されるのに十分な距離だけ排気口を空気出口から離間させることができる。混合領域は、可燃性ガスを空気流と混合するためのバッフル装置を含むことができる。

排気口は、空気流を概ね横切る方向にガス流を排出して、可燃性ガスを空気流中に分散させるように構成することができる。

ハウジングの第２の領域は、潜在的な発火源を含まないように構成することができる。

第２の領域は、可燃性ガスの潜在的漏出部に空気流を向けるように構成することができる。

ガス流中のスズを収集するためのスズトラップを設けることができる。

排気流中の酸素を検知するための少なくとも１つのセンサが存在することができ、このセンサは、空気流中の酸素が排気口を通じて上流に移動して酸素センサに至るのを防ぐのに十分なほど、ガス流の流れに対して真空ポンプ装置の下流であって空気流に対して１又は２以上の排気口の上流に配置される。

真空ポンプ装置からのガス流を受け取ってガス流から水素を回収するための水素回収システムが存在することができ、空気流ダクトは、水素回収システムの周囲に空気流を送って水素の漏れを希釈するように構成される。

複数の真空ポンプ装置からの排ガスを受け取るように接続された共通排気ラインを設けることができる。

共通排気ラインに沿って運ばれる排ガスを圧送して真空ポンプ装置の排気口の圧力を低下させる共通真空ポンプを設けることができる。

共通真空ポンプの上流の共通排気ライン内のガス流の酸素含有量を大気圧よりも低い圧力で検知する酸素センサを配置することができる。

いくつかの実施形態では、複数の真空ポンプ装置が、真空ポンプ領域内に収容された複数の真空ポンプを含み、真空ポンプ領域が、空気流ダクトを含むとともに、下流の真空ポンプに隣接して空気を流入させる複数の空気入口と、上流の真空ポンプに隣接して空気を出力する複数のオリフィスとを含む。

いくつかの例では、空気流ダクトが、ハウジングの下流側からハウジングの上流側に空気が流れて、流れる際にポンプから漏れるあらゆるガスを収集するように、全ての真空ポンプを収容するハウジングを含む。この構成では、ハウジングを開いてポンプにアクセスできるとともに、流れがクリーンルームからポンプを横切ってオリフィスを通じて流出し続けるため、システム全体を停止する必要なく個々のポンプスタックをメンテナンスすることができる。また、この構成は、あらゆる可燃性ガスを引火性限界未満に希釈できる空気流システムを既存のシステムに取り付けられるように既存のシステムを改造するのにも適する。

いくつかの実施形態では、前記複数のオリフィスが、空気流路に空気流を出力するように構成され、前記空気流ダクトが、前記空気流路をさらに含む。

オリフィスＢの下流に空気流路を有することにより、これらのオリフィスからシステムのさらなる部品に制御された形で空気が流れることができ、この流路は、ポンプスタックのメンテナンス中に流れを誘導して隔離するのに役立つ。

いくつかの実施形態では、前記複数のオリフィスが、制御信号に応答して直径を変化させるように構成された制御可能なオリフィスを含む。

空気流路とポンプハウジングとの間に制御可能なオリフィスを有することが望ましいと考えられる。これにより、ポンプ全体の空気流分布を制御することができる。

いくつかの実施形態では、システムが、それぞれが前記複数のオリフィスの少なくとも一部に関連する複数の空気流センサと、混合領域に隣接するさらなる空気流センサとをさらに含む。

オリフィスの少なくとも一部に関連する空気流センサを有することにより、ポンプハウジングを通じた流れ分布を決定することができる。システムが制御可能なオリフィスを有する場合、空気流センサからの読み取り値に応答して制御可能なオリフィスのサイズを調整する制御回路によって空気流分布を制御することができる。

以下、本発明を十分に理解できるように、添付図面を参照しながらほんの一例として示す実施形態についてさらに詳細に説明する。

真空ポンプシステムの概略図である。別の真空ポンプシステムの概略図である。さらに別の真空ポンプシステムの概略図である。修正した真空ポンプシステムの一部の概略図である。さらなる真空ポンプシステムの概略図である。図５の真空ポンプシステム及び水素回収システムを示す概略図である。

最初に、実施形態をさらに詳細に説明する前に概観を示す。

これまでの排ガス処理（ａｂｅｔｅｍｅｎｔ）では、装置から排出される水素又はその他の可燃性ガスを燃焼させる必要があった。この方法は、一般的に受け入れられるものではあるが、燃焼によって廃熱が発生する。また、完全な燃焼を確実にするためにメタンなどの燃料ガスが必要になる場合もあり、燃料ガスの供給によって排ガス処理コストが増す。これらの可燃性ガスは、燃焼以外の方法を用いて処理することが望ましい。これらのガスは、例えば水素、酸素及び窒素などであってＨＢｒなどの有毒ガスが存在しない場合、全て大気中に放出できる「空気ガス」である。スズなどの他の物質が存在する場合には、排ガス処理地点に到達する前にこれらを捕捉することができる。

例えば、水素は高分散性であり、燃焼リスクを引き起こさないように十分に希釈されている限り、大きな環境影響を伴わずに大気に放出することができる。燃焼ではなく希釈したガスの排出は、燃焼よりも環境に優しく健全である。

燃焼ではなく希釈を行うこのようなシステムのさらなる利点としては、空気を利用できて燃料ガスの可用性に依存しない点が挙げられる。さらに、このようなシステムは、ポンプダウン中の流れ及び低水素流量の影響も比較的受けにくい。さらに、抽出圧にも依存しない。

環境面から見れば、クリーンルームからの空気流の増加もなく、メタンを発生させる必要もなく、メタン燃焼による副産物もなく、除去すべき燃焼熱も存在しない。

光熱費の面から見れば、燃料コストは存在せず、空気移動コストが増加することもない。

熱除去に関していえば、水素を燃焼させた場合には熱を除去しなければならない。実施形態は、工場が化石燃料によって稼動している場合、水素を燃焼させるシステムに比べて二酸化炭素排出量を大幅に減少させる。

図１に、１又は２以上のチャンバ又はエンクロージャ（図示せず）からのガスを真空排気するための真空ポンプシステム１０を示す。この真空ポンプシステムは、半導体製造装置又は処理装置からの可燃性ガスを真空排気し、特に極紫外線（ＥＵＶ）リソグラフィ装置からの水素を真空排気するように構成される。

既知のＥＵＶリソグラフィ装置には、ＥＵＶ放射線を生成するソースチャンバが存在する。ＥＵＶ放射線は、暴露チャンバ又はスキャナチャンバ内のシリコンウェハの処理に使用される。ソースは、低圧（例えば、１ｍｂａｒ）の水素雰囲気において高エネルギーレーザーを用いてスズ（Ｔｉｎ）を活性化させることによってＥＵＶ放射線を生成する。スズは、レーザーによってその大部分が気化すると、水素と反応してスタンナンを形成する。スズの一部は、液滴の形に留まって捕捉される。ほとんどの水素は元素の状態に留まり、ソースから真空排気する必要がある。ＥＵＶ放射線の生成には、例えば４００標準リットル／分（ｓｌｍ）などの大量の水素が必要である。暴露チャンバにも水素が必要であるが、２０ｓｌｍほどの低流量で済む。

水素は最も軽い元素であって圧送するのが困難であり、従って圧送を改善するように真空ポンプシステムの上流又はその内部で窒素などの不活性ガスと混合される。流体流に導入される窒素の量は、効果的な水素の排出を達成するのに十分な水素容量とほぼ同じ（約１：１）であるが、特定のポンプ装置及びその他の要件に応じてさらに多くの又は少ない窒素を使用することもできる。

これらの可燃性ガスを真空排気する真空ポンプシステムでは、必要なポンプ特性が、１又は２以上のプロセスチャンバ内で行われるプロセス、及び使用するプロセスガスなどに依存する。ポンプ特性としては、他のパラメータの中でも特に、これらの又は各プロセスチャンバの圧力及び流量（又はポンプ排出速度／容量）が挙げられる。これらのポンプ特性は、圧送に使用される真空ポンプ装置の数、各真空ポンプ装置内のポンプの数、真空ポンプ装置内のポンプの構成、及びポンプ機構のタイプを選択することによって実現される。

具体的にいえば、真空ポンプシステムは、単一の真空ポンプ装置又は複数の真空ポンプ装置を含むことができる。図示の例には、７つの真空ポンプ装置を示す。各真空ポンプ装置は、単一の真空ポンプ、或いは直列及び／又は並列に構成された複数のポンプを含むことができる。図示の例では、各真空ポンプ装置が、３つのポンプ１２、１４、１６を直列に含む。選択された１又は複数のポンプは、以下に限定するわけではないが、ターボ分子、ドラッグ、スクロール、スクリュー、ルート、クロー又は回転翼といった真空ポンプ機構のうちの１つ又は２つ以上を含むことができる。

図１のＥＵＶ装置の例では、真空ポンプ装置が、２つのブースタポンプ１２、１４と１次（又は補助）ポンプ１６とを直列に含む。１次ポンプは、上流のソースにおいて必要とされる、典型的には１ｍｂａｒほどの真空圧の大部分を生成するように構成された圧縮ポンプであり、ブースタポンプは、ソースではツール当たり１００ｓｌｍほどの必要な体積流量を生成するように構成される。この例では、ブースタポンプ１２、１４がルーツ型機構を含み、１次ポンプがクロー型機構を含む。使用できるポンプ構成及び装置は、必要な流量及び圧力に応じて他にも多く存在する。

図１では、これらの真空ポンプ装置が、３つの圧送ガス１８、２０、２２を真空排気するようにグループ化される。他の例では、真空ポンプシステムが、３つよりも少ない又は多くの圧送ガス流を真空排気するように構成される。ＥＵＶ製造施設では、プロセスガス流１８がソースであり、プロセスガス流２０、２２が暴露又はスキャナである。１又は２以上のソースチャンバ及び１又は２以上の暴露チャンバが存在することもできる。

複数の真空ポンプ装置の第１の群２４は、ガス流１８を真空排気するように構成される。図１では、群２４に５つの真空ポンプ装置を示す。これらの真空ポンプ装置は並列に配置され、それぞれが３つの真空ポンプ１２、１４、１６を直列に含む。マニホルド２６は、１又は２以上のソースツールから入口ライン２８によって受け取られたプロセスガスを真空ポンプ装置の第１のポンプ１２の入口３０に運ぶ。ガスは、第１のポンプ１２及び第２のポンプ１４によって圧送され、フォアライン３２によって第２のポンプの排気口から第３のポンプ１６の入口に運ばれる。第３のポンプは、排気ライン３４によって第１の共通排気ライン３６に接続された排気口３４にガスを圧送する。

真空ポンプ装置３８、４０は、ＥＵＶ装置の例ではそれぞれの暴露装置からのそれぞれのプロセスガス流２０、２２を真空排気するように構成される。これらの各真空ポンプ装置は、３つの真空ポンプ１２、１４、１６を直列に含む。ガスライン４２は、それぞれのプロセスチャンバ（図示せず）からのプロセスガス２０、２２を第１の真空ポンプ１２の入口４４に運び、第１及び第２の真空ポンプ１２、１４によって圧送されるようにする。フォアライン４６は、ガスを第２の真空ポンプの排気口から第３の真空ポンプ１６の入口に運ぶ。排気ライン４８は、ガスを真空ポンプ１６の排気口から第２の共通排気ライン５０に運ぶ。

第１及び第２の共通排気ライン３６、５０は、消音器５２を通じてガスを運び、開口部５４を通じてシステム１０から排出されるようにする。

真空ポンプシステム１０は、ハウジング５６を含む。ハウジングは、第１の領域５８及び第２の領域６０を形成する。以下でさらに詳細に説明するように、第１の領域は、低圧又は真空圧（例えば、１ｍｂａｒ）のガスを圧送する真空ポンプ装置の部分を収容し、第２の領域は、高圧又は大気圧（例えば、１ｂａｒ）のガスを圧送する真空ポンプ装置の部分を収容する。第１の領域５８及び第２の領域６０は、領域間の有害なガス漏れ、特に水素などの圧送ガス又は可燃性圧送ガスの漏れを抑制できるほど十分に互いに実質的に密封される。

第１の領域は、第１及び第２の真空ポンプ１２、１４を取り囲むハウジングのエンクロージャ６２によって定められ、真空ポンプとの間でガスを運ぶための開口部を含む。図示のエンクロージャは、側部６４、下部６６及び（破線で示す）上部６８を含む。上部は、真空ポンプ１２、１４にガスを運ぶためのガス入口２８、４２が貫通する開口部を含む。ガス入口と上部との間は、気密シールによって密封される。下部は、真空ポンプ１２、１４から真空ポンプ１６にガスを運ぶためのフォアライン３２、４６が貫通する開口部を含む。フォアラインと下部との間は、気密シールによって密封される。

第２の領域６０は、矢印７０で示すように入口７２から出口５４にガスを流すことができるハウジングの流路によって定められる。この流路は、第３の真空ポンプ１６、排気ライン３４、４８及び共通排気ライン３６、５０を取り囲む。この流路は、側部７４、部分６８及び下部７６によって定められる。空気は、入口７２を通じて流路７０に沿って運ばれ、流路７０内でプロセスガスと混合されて、閉じ込め又は放出のために出口５４から排出される。

空気流７０は、タービン又はその他の空気流源などのポンプ７７によって生成される。この発生器は、経路に沿って空気を引き込むように配置され、従って上流から空気を圧送するよりもむしろ下流に配置されることが好ましい。この例では、ポンプ７７が出口７８の上流に配置されている。

圧送ガスの圧力は、ポンプ１２、１４、１６を通じて圧送されるにつれて上昇し、特にこの例のように第３のポンプ１６が圧縮の大部分をもたらす時には圧力が高まるほど漏れを生じやすくなる。第２の領域６０は、真空ポンプ１６、排気ライン又は共通排気ライン、或いはこれらの取り付け部分からの圧送ガスの漏出が素早く空気流に入り込むように、ポンプラインの高圧部分を取り囲む。圧送ガスが可燃性の水素である時には、漏れた水素を空気流が希釈して、水素濃度がその可燃限界を超えるのを避ける。

第１及び第２の共通排気ライン３６、５０は、圧送ガスを排出するための出口７８を有する。これらの出口と空気流との構成は、圧送ガスと空気との混合を引き起こして水素濃度がその可燃限界を超えるのを避ける。この図では、開口部を通じてハウジングからガスが放出される前に領域８０におけるガスの混合を可能にするように、出口７８が流路７０の方向に対してハウジングの出口５４から上流に十分に離間する。この構成は、圧送ガス及び空気の流量に応じて、空気中の圧送ガスの割合がその可燃限界を下回るようにガスの混合を引き起こす。高分散性ガスである水素の場合には、放出前に混合が行われるように、領域８０を１メートル又は２メートルほどのわずかなものとすることができるが、実際には煙突のパイプ長が５メートルを超えることもある。

図２に、この混合装置の修正例を示す。図２は、後述する相違点を除いて図１に類似する。繰り返しを避けるために、類似点については再び説明しない。

図２では、第１の共通排気ライン３６及び第２の共通排気ライン５０の各々が複数の出口８２を有し、これらを通じて８つの水平矢印で示すように圧送ガス８４が排出される。この例では、各共通排気ラインが４つの出口８２を含むが、あらゆる数を選択することができる。出口は、消音器機構８６の一部として形成されることが好都合である。空気流７０は、出口８２に近接して、有利には概ね圧送ガス流８４を横切る方向又は圧送ガス流８４と垂直な方向に流れて領域８８内の空気流におけるプロセスガスの拡散、混合及び分散を促すように構成される。

圧送ガスは、バッフル装置９０によって空気中で混合又はさらに混合される。バッフル装置は、バッフル壁９４間に蛇行した又は迷路状の流路９２を定める。ハウジングからは、開口部５４を通じて混合ガス９６が放出される。

真空ポンプシステムには、バッフル装置に加えて又はその代わりに他のタイプの混合装置を組み込むこともできる。例えば、圧送ガスをスロットル又は狭いオリフィスに通すことによって、その後に圧送ガスを膨張させて空気流中に分散させることもできる。

採用する混合方法及びチャンバ８０には、少なくとも可燃限界を超える割合の可燃性圧送ガスが空気中に存在し得る領域に潜在的な発火源がない。

例えばＥＵＶ用途における水素のようにプロセスにおいて可燃性ガスを使用する場合には、可燃性ガスと酸素の混合物が問題を引き起こす可能性があるので、プロセスガス流中の酸素量を求めることが望ましい場合もある。酸素センサを使用してプロセスガス流中の酸素量を検出し、酸素含有量に関する信号を出力することができる。この信号を使用してプロセスの動作を終了することができる。

通常、酸素センサは、大気に近い高圧において高い完全性で機能し、従って真空ポンプ装置の下流に配置されることが望ましい。図２には、第１及び第２の共通排気ライン３６、５０内に配置された酸素センサ１３６、１３８を概略的に示す。センサ１３６は、真空ポンプ装置から第１の共通排気ライン３６までの個々の排気ライン３４全ての下流に配置される。センサ１３８は、真空ポンプ装置から第２の共通排気ライン５０までの個々の排気ライン４８全ての下流に配置される。他の実施形態も、同様に配置された酸素センサを含むことができる。

空気流７０は酸素を含むので、現在説明している真空ポンプシステムは、出口８２（又は出口７８）を通じて相当量の空気が酸素センサ１３６、１３８へと上流に流れてプロセスガス流中の検知された酸素含有量の完全性を損なう恐れを抑制又は防止するように構成される。この点、酸素センサの１又は複数の位置は、共通排気ラインに沿った下流のプロセスガス混合物の流れを考慮すると、センサの汚染を避けるのに十分なほど出口から上流に離間している。また、出口７８、８２のオリフィスサイズを含む共通排気ラインの幾何学的形状は、空気流センサに空気が逆移動するのを抑制するように選択される。この点、共通排気ラインの幾何学的形状は、出口上流又は出口において排ガスが通過するスロットル又はオリフィスを含むことができる。オリフィスは境界層効果を妨げ、これによって流れの速度はダクトの中心で最も高くなり、ダクトの内面においてゼロに近づく。そうでなければ、内面において逆移動が生じる可能性がある。また、脈動によって逆移動が高まる恐れもあり、オリフィスが脈動の影響を抑える。

図３に示す真空ポンプシステムの第３の例では、システムが、ソース又はその他が使用する水素を回収するための水素リサイクルシステムを含む。この例は、図２に示す例から後述するように修正している。図１及び図２と図３との間の類似点については、繰り返しを避けるために再び説明しない。

図３を参照すると、真空ポンプシステムが水素回収システム（ＨＲＳ）１００を含む。必要に応じて他の圧送ガスを再循環することもできるが、図３では、特にＥＵＶ装置で使用される水素の回収を参照する。

ＨＲＳは、第１の共通排気ライン３６からの水素を受け取るための入口１０２を有する。圧送ガスは、窒素及びその他の不純物、並びに水素を含むことができ、ＨＲＳは、ガス流から不純物を除去するように構成される。図示してはいないが、ＨＲＳは、第２の共通排気ラインからの圧送ガスを受け取るように構成することもできる。しかしながら、少なくともこの例では、入口４２に沿った暴露からの水素の流れがソースからの流れよりもはるかに少なく、従ってこの実装では第２の共通排気ラインの再循環を使用しない。

第１の共通排気ラインは、ＨＲＳ１００の入口１０２又は排気口８２に排ガス流を選択的に運ぶ。ガス流は、システムのこの部分ではほぼ大気圧である。第１の共通排気ライン３６に沿った真空ポンプスタック１２、１４、１６からの圧送ガスの排気は、ＥＵＶ装置の場合にソースから真空排気される水素と、圧送を改善するための窒素とを約１：１の体積比で含む。ＨＲＳは、ガス流から窒素及びその他の不純物を除去して、高純度の水素をソースに、又は出口１０６から延びる再循環ライン１０４に沿って別様に再循環させる。水素回収システムのメカニズムは当業者に周知であり、本出願において説明する必要はない。

ハウジング５６は、ＨＲＳ１００を収容するためのエンクロージャ１０８を含む。エンクロージャは、水素の漏れを空気流内に捕捉するようにエンクロージャを通じて空気流７０を導くための入口及び出口を有する。図示のように、空気流７０は、ＨＲＳと、ＨＲＳとの間の入口ライン及び出口ラインとを包み込むことが好ましい。エンクロージャは、下部７６、上部６６及び側部１１０、１１２によって形成される。開口部１１４は、エンクロージャ１０８に空気流が入り込むための入口を形成し、開口部１１６は、エンクロージャから出るための出口を形成する。隔壁１１８は、ＨＲＳの出口側から空気出口１１６を通じてエンクロージャ８８に空気流を運ぶための空気流導管１２０を形成する。

図３に示す例は、ＨＲＳ１００の故障時に低純度の水素を放出するための構成も含む。ＨＲＳがパラメータ内で機能している場合には、排ガス流がＨＲＳ１００の入口１０２に運ばれ、又はＨＲＳがパラメータ内で機能していない場合には、排ガス流が排気口８２に運ばれる。このように排ガス流を選択的に運ぶための弁１２２が設けられる。同様に、ＨＲＳの出口には、ＨＲＳがパラメータ内で機能していない場合に不純な水素を放出するための通気ダクト１２４が設けられる。空気流７０は、通気ダクトを包み込むことによって漏れた水素を捕捉する。ＨＲＳから出口ダクト１０４又は通気ダクト１２４を通じて出口ガスを選択的に運ぶための弁１２６を設けることもできる。

この実施形態の態様は、その真空ポンプ装置からシステムの出口に水素などの可燃性ガスを安全に運ぶことである。この態様を説明する一部として特に図２を参照するが、この説明は他の実施形態及び修正形態にも等しく当てはまると理解されたい。

水素の場合、可燃限界は乾燥空気中で４％であるが、他の可燃性ガスではこの限界が異なる。安全基準では、可燃限界よりも低い割合への希釈が必要である。また、希釈には周囲空気を使用することが好ましいが、周囲空気の成分は、特に水分の存在に関しては未知又は不統一な場合もある。従って、空気中の水素のＬＦＬは４％であるが、空気中の水素ガス流は、そのＬＦＬの１／４である１％に希釈することが好ましい。ただし、要件に応じて他の割合を選択することもできる。

排出される水素ガス流混合物が毎分４００標準リットルである場合、水素を空気中で１％に希釈するための空気流は、毎分４００×１００＝４０，０００標準リットルである。安全因子又はその他の要件に応じて希釈ガス中の可燃性ガスの他の割合を決定することは容易である。

この例では、圧送を改善するために圧送ガス流に窒素を導入し、従って窒素の導入自体によってその後の空気流中の水素の割合が減少して空気流の体積要件を低減できるようになる。

真空ポンプシステムによって真空排気される可燃性ガスの量は、システムの上流で決定又は測定し、或いは真空ポンプシステム内のセンサによって測定することができる（例えば、４００ｓｌｍ）。真空ポンプシステムは、処理ツールから信号を受け取り、受け取った信号に応じて空気流を制御するように構成される。或いは、作業員が手動で可燃性ガス流を入力することもできる。しかしながら、可燃性ガスの最大流は、プロセスに対応して決定され、供給される空気流は、この最大流を安全に希釈するのに十分なレベルに維持され、空気流は、たとえ可燃性ガスの流れが処理中又は処理間で一時的に減少した場合でもこのレベルであり続けることが好ましい。

システムは、決定された可燃性ガスの流れに加えて、決定された可燃性ガス流を安全に希釈するのに十分であることを保証するように空気流７０を決定又は測定するための１又は２以上の装置を含む。測定された空気流に応じて、ツールが処理を継続できるかどうかを判断できるように、排ガス処理がＯＫであるか非ＯＫであるかに関する信号が発せられる。

空気流は、例えばファン７７によって消費されるエネルギーを測定することなどのあらゆる好適な方法で決定することができるが、状況によってはこの方法が信頼できないこともある。これらの例では、図２に概略的に示すように、真空ポンプシステムが、空気流７０の量を、好ましくは一定期間にわたる体積空気流を検知するためのセンサ１３０を含む。センサは、オリフィス１３１の上流と下流との圧力差を求めて空気流の決定を行うように構成されることが好ましい。センサは、制御ライン全体にわたる空気流に対応する信号を制御部１３２に出力するように構成される。制御部は、必要な圧送ガス流の希釈にとって空気流の量が十分であるかどうかを判定する。空気流が十分でなければ、空気流を増加させ、或いは圧送ガス流をバーナーなどの別の排ガス処理システムに迂回させることができる。この例における制御部は、処理ツールに接続されて、検知された空気流に応じて可燃性ガス流の終了などの適切な動作を実行できるように、処理ツールに排ガス処理ＯＫ信号（又は、排ガス処理非ＯＫ信号）を出力する。

制御部は、上記の又は各センサから受け取った空気流信号を所定の空気流と比較して、排ガス処理が安全パラメータ内である場合には２進「１」、排ガス処理が安全なパラメータ内でない場合には２進「０」などの、排ガス処理の状態に対応する排ガス処理信号を出力するデジタルプロセッサを含むことができる。制御部は、コンピュータ又は特注の処理コンポーネントとすることができる。

図示のように、経路７０の別の部分の空気流を検知する（機能的にセンサ１３０に対応する）２次空気流センサ１３４を設けることもできる。２次空気流センサは、制御部１３２に信号を伝えるように制御線（図示せず）によって接続される。この例では、センサが領域６０の下流に位置する。２次センサは、空気流のバックアップ又は多様な決定を実行するとともに、空気流７０によって捕捉された圧送ガスの漏れの決定を可能にする。検出された漏れが異常に多い場合、又はパラメータを超えている場合には、空気流を増加させ、或いは圧送ガス流をバーナーなどの別の排ガス処理システムに迂回させることができる。

図２を参照すると、閉鎖容積５８は、圧送ガスが低圧又は大気圧未満の圧力であるポンプ装置の部分を含む。ＥＵＶ用途では、特にポンプ１２、１４が大容量低圧縮ブースタポンプであるこの例では、この圧力を約１ｍｂａｒとすることができる。容積５８は大気圧に維持され、従って圧力差によってポンプラインからの漏れは最小限に抑えられる。容積５８は、真空ポンプのモータ又はモータの駆動部などの、意図せず発火源をもたらす可能性のある部品を含む。

しかしながら、容積６０内ではポンプラインの圧力が大気圧又はそれに近く、従って圧力勾配が小さいため漏れの問題が大きくなる。空気流７０は、可燃性ガスの漏れが安全性リスクを伴わずに捕捉され、可燃限界よりも低い比率まで希釈されるようにする。図２には、簡略化のために領域６０の空気流を概略的に示しているが、実際には、空気流は、例えばフォアライン又は排出ダクトを真空ポンプに接続する継手などの、漏れを生じやすいと判断される領域の部品に向けられる。

空気流は、ガスの漏れ又は蓄積が生じやすいと分かっている場所で、使用前の実験において又は使用中にリアルタイムで決定することができる。このような決定は、例えば一定期間にわたる空気の変化又は空気流の面速度の形をとることができる。これらの一定期間にわたる空気の変化又は面速度の測定には標準が適用され、必要に応じて風速計などの既知のセンサを使用することができる。実験によって特定の体積又は空間が漏れ又は蓄積を生じやすいと判明している場合、空気流路７０は、例えば翼又は配管によってこれらの容積又は空間に流れを向けるように構成される。例えば、図２に示すように、排気ラインと真空ポンプ装置との間の接続部１５０に潜在的な漏れが存在する場合には、第２の領域が、この第２の領域の部分における漏れた可燃性ガスを希釈できるように（例えば、翼１５２を用いて）空気流を向けるように構成される。

発火点の発生は、コンポーネントの選択によって避けられる。発火点は、電気的切り換えに使用されるコンポーネントによって発生することがあり、この点、領域５８にはモータ及び駆動回路が位置するが、ここではポンプの著しい漏出があったとしてもわずかである。空気流ダクトは、領域６０の漏出リスク点を十分に希釈するように構成されているが、さらなる安全措置として、領域６０のエネルギーレベルは、可燃性ガス混合物への十分なエネルギー伝達を引き起こす可能性のあるエネルギーレベル以下に維持され、必要に応じてエネルギーリミッタが採用される。例えば、ポンプ１６は、モータ及び駆動回路を含み、これらは端子ボックスに収容される。ダクトの構成は、端子ボックス及びその周囲に空気流が向けられることによって、隣接する容積が可燃限界よりも低い割合に維持されるようにする。端子ボックスは、万一に備えて難燃性とすることができ、或いはパージして加圧することができる。

ＥＵＶ用途で説明したように、真空ポンプシステムは、元素水素及びスタンナン（水素化スズ）を圧送する。共通排気ラインによってスタンナンを排気する場合には、スタンナンが素早く空気流７０に入り込んでシステムから放出されると、環境汚染を引き起こす恐れがある。本実施形態では、圧送されたスタンナンからスズを捕捉するための１又は２以上のスズトラップが設けられる。この点、ポンプ流路に沿って、スタンナンからスズを分解して堆積できる基板又は表面が設けられる。図２に示すように、（概略的に示す）スズトラップ１４０は、この例では第２の真空ポンプ１４と第３の真空ポンプ１６との間のポンプ流路からのガスを受け取るように配置された、スズを堆積させることができる表面を提供する。スズトラップは、上流装置からのガスを受け取るように他の位置に配置することもできる。（図示していない）構成では、上流のポンプの出口から下流のポンプの出口にガスを運ぶマニホルドによってフォアライン３２を形成することができ、マニホルドがスズトラップを含むことができる。（図示していない）さらなる構成では、分解及び堆積を促すようにスズトラップの堆積面が加熱される。

図４に、上述した実施形態の修正例を示す。システムの残り部分は上述したものと同様であり、従って再び説明しない。図４には、修正例の説明を行うために必要なシステム部分のみを示す。

第１の共通排気ライン３６を排気するための第１の共通真空ポンプ１６０を設けるとともに、又はその代わりに、第２の共通排気ライン５０を排気するための第２の共通真空ポンプ１６２を設けることが好ましい。これらの真空ポンプは、共通排気ラインを流れるガス流の圧縮を引き起こす。この圧縮により、真空ポンプ１６の排気口における圧力が低下する。真空ポンプが、真空ポンプの外部ハウジング又はケーシングが発火源を構成するのに十分なエネルギーレベルに近づく又はそれを上回る十分な熱を生成する場合には、排気圧の低下が有用となり得る。排気圧を低下させることによって真空ポンプが行う作業が減少し、これによってポンプが生成する熱量がさらに低下する。

真空ポンプ１６０、１６２は、入口における約５００ｍｂａｒから排気口における大気圧前後までの圧縮を引き起こす約２：１の圧縮比に構成されることが好ましい。

この例に示すように、システムが酸素センサ（上述したように、図２の数字１３６、１３８を参照）を含み、１又は２以上の酸素センサが真空ポンプ１６０、１６２の上流に配置されている場合、これらの酸素センサは、第１及び第２の共通排気ラインに沿って運ばれる排ガス流の酸素含有量を検知できるように、例えば５００ｍｂａｒなどの大気圧よりも低い圧力で動作するように構成される。真空ポンプ１６０、１６２の上流の酸素センサの位置は、ガス出口７８から下流に移動する空気からセンサを隔離するが、他の例では、酸素センサを真空ポンプの上流に配置することもできる。

図５に、さらなる実施形態による真空ポンプシステム１０を示す。このシステムは、図１及び図２のシステムと類似するが、ポンプ装置を横切る空気流が、下流のポンプに隣接する入口から上流のポンプに隣接する出口まで全てのポンプを横切るように誘導される点で異なる。この流れ構成は、各ポンプスタックの単独メンテナンスを可能にする。この実施形態では、ハウジングを開き、空気流が引き続きクリーンルームから入口Ａを介して吸い込まれ、ポンプを通過してオリフィスＢに至るようにすることができる。

この実施形態では、図１～図４と同様に、真空ポンプシステム１０が、単一の真空ポンプ装置又は複数の真空ポンプ装置を含むことができる。図示の例には、７つの真空ポンプ装置を示す。各真空ポンプ装置は、単一の真空ポンプ、或いは直列及び／又は並列に構成された複数のポンプを含むことができる。図示の例では、各真空ポンプ装置が、３つのポンプ１２、１４、１６を直列に含む。選択された１又は複数のポンプは、以下に限定するわけではないが、ターボ分子、ドラッグ、スクロール、スクリュー、ルート、クロー又は回転翼といった真空ポンプ機構のうちの１つ又は２つ以上を含むことができる。

図５では、これらの真空ポンプ装置が、３つの圧送ガス１８、２０、２２を真空排気するようにグループ化される。他の例では、真空ポンプシステムが、３つよりも少ない又は多くの圧送ガス流を真空排気するように構成される。ＥＵＶ製造施設では、プロセスガス流１８がソースであり、プロセスガス流２０、２２が暴露又はスキャナである。１又は２以上のソースチャンバ及び１又は２以上の暴露チャンバが存在することもできる。

複数の真空ポンプ装置の第１の群は、ガス流１８を真空排気するように構成される。図５では、このようにするための５つの真空ポンプ装置を示す。これらの真空ポンプ装置は並列に配置され、それぞれが３つの真空ポンプ１２、１４、１６を直列に含む。マニホルドは、入口ラインによって受け取られた１又は２以上のソースツールからのプロセスガスを真空ポンプ装置の第１のポンプ１２の入口に運ぶ。ガスは、第１のポンプ１２及び第２のポンプ１４によって圧送され、フォアラインによって第２のポンプの排気口から第３のポンプ１６の入口に運ばれる。第３のポンプは、排気ラインによって第１の共通排気ラインに接続された排気口にガスを圧送する。

さらなる真空ポンプ装置は、ＥＵＶ装置の例ではそれぞれの暴露装置からのそれぞれのプロセスガス流２０、２２を真空排気するように構成される。これらの各真空ポンプ装置は、３つの真空ポンプ１２、１４、１６を直列に含む。排気ラインは、真空ポンプ１６の排気口からのガスを第２の共通排気ラインに運ぶ。

第１及び第２の共通排気ラインは、開口部Ｃを通じてシステム１０から排出すべきガスを運ぶ。

真空ポンプシステム１０は、ハウジングを含む。ハウジングは、真空ポンプ装置、ポンプ１２、１４及び１６、並びに空気流路８３を収容する。

ハウジングは、下流のポンプ１６に隣接して空気を流入させる複数の空気入口Ａを有し、空気は、ポンプ１６、１４、１２を横切って流れ、オリフィスＢを通じて排出される。Ｆの位置には、スズトラップが位置する。いくつかの実施形態では、オリフィスＢが、各オリフィスを通る空気流を制御できるように制御可能なオリフィスである。異なるオリフィスを通る流れを制御することにより、異なるポンプを横切る流れを均等に分散することができる。いくつかの実施形態では、入口Ａを出口Ｂよりも多くすることができ、これによってさらにバランスの良い流れをもたらすことができる。

空気は、オリフィスＢを通じて流出し、空気流路８３に沿ってブロワを通過し、出口Ｃを介して混合領域に流入する。いくつかの実施形態では、各オリフィスＢに空気流センサが存在し、オリフィスＣにさらなる空気流センサが見られる。空気流は、Ｃの空気流センサによって全体が検知された後に、ブロワを制御する制御回路によって制御される。オリフィスＢの複数の空気流センサを使用して、ポンプを横切る空気流の分布を検知して制御することもできる。この場合、制御回路は、Ｂの空気流センサにおける異なる読み取り値から空気流の分布を判断し、これらの信号に応じてオリフィスのサイズを制御する。ブロワは、排気口Ｄに隣接する位置などの異なる位置に配置することもでき、或いはブロワを設けずに、Ｄが接続するダクトを引っ張ることによって空気流を生成することもできる。いくつかの実施形態では、ダクトＤへの排出部に水素センサが存在することもできる。

混合領域は、第１及び第２の共通排気ラインからの消音器／拡散器Ｅに、圧送ガスを排気するための排気口を含む。これらの出口と空気流との構成は、圧送ガスと空気との混合を引き起こして水素濃度がその可燃限界を超えるのを避ける。この図では、開口部Ｄを通じてハウジングからガスが放出される前に領域内でのガスの混合を可能にするように、排気口Ｅが流路の方向に対してハウジングの出口Ｄから上流に十分に離間する。この構成は、圧送ガス及び空気の流量に応じて、空気中の圧送ガスの割合がその可燃限界を下回るようにガスの混合を引き起こす。高分散性ガスである水素の場合には、放出前に混合が行われるように、領域を１メートル又は２メートルほどのわずかなものとすることができるが、実際には煙突のパイプ長が５メートルを超えることもある。

空気流は、排気口に近接して、有利には概ね圧送ガス流を横切る方向又は圧送ガス流と垂直な方向に流れて混合領域内の空気流におけるプロセスガスの拡散、混合及び分散を促すように構成される。

圧送ガスは、バッフル装置Ｇによって空気とさらに混合される。ハウジングからは、開口部Ｄを通じて混合ガスが放出される。

採用する混合方法及びチャンバには、少なくとも可燃限界を超える割合の可燃性圧送ガスが空気中に存在し得る領域に潜在的な発火源がない。

図６に示す真空ポンプシステムのさらなる例では、システムが、ソース又はその他が使用する水素を回収するための水素リサイクルシステムを含む。この例は、図５に示す例から後述のように修正している。

図６を参照すると、真空ポンプシステムが水素回収システム（ＨＲＳ）を含む。必要に応じて他の圧送ガスを再利用することもできるが、図６では、特にＥＵＶ装置で使用される水素の回収を参照する。

ＨＲＳは、第１の共通排気ラインからの水素を受け取るための入口を有する。圧送ガスは、窒素及びその他の不純物、並びに水素を含むことができ、ＨＲＳは、ガス流から不純物を除去するように構成される。図示してはいないが、ＨＲＳは、第２の共通排気ラインからの圧送ガスを受け取るように構成することもできる。しかしながら、この実装ではこのような構成を使用していない。

第１の共通排気ラインは、ＨＲＳの入口又は排気口に排ガス流を選択的に運ぶ。ガス流は、システムのこの部分ではほぼ大気圧である。第１の共通排気ラインに沿った真空ポンプスタック１２、１４、１６からの圧送ガスの排気は、ＥＵＶ装置の場合にソースから真空排気される水素と、圧送を改善するための窒素とを約１：１の体積比で含む。ＨＲＳは、ガス流から窒素及びその他の不純物を除去して、高純度の水素をソースに、又は出口から延びる再循環ライン１０４に沿って別様に再循環させる。

このＨＲＳシステムは、図３の方法と同様の方法で空気を流すように構成されており、ここでは詳細に説明しない。

要約すると、図１～図４には、空気流がシステムを横切って水平方向に引き込まれ、水素に出くわす前に各スタック内の最低レベルのポンプを直列に横切って通過するように誘導されることを示す。これには、ポンプの漏出の恐れがあるあらゆる地点（すなわち、ポンプの大気圧エッジ）における完全な漏れを希釈するのに十分な空気流を供給できるという利点がある。

図５～図６には、エンクロージャの下部に沿って分散した複数の入口から空気流が導かれ、従って頂部から引き出される平行な垂直空気流を形成するシステムを示す。このスキームの利点は、設計に基づく実装が容易であり、依然としてＥＵＶツールによる水素の流出入を可能にしながら、あらゆるスタックにおける保守／修理／交換作業が可能な点である。このことは、ＥＵＶにとっての（可用性目標を満たすための）重要要件である。

１０真空ポンプシステム
１２真空ポンプ装置
１４真空ポンプ装置
１６真空ポンプ装置
１８ガス流
２０ガス流
２２ガス流
２４真空ポンプ装置の第１の群
２６マニホルド
２８入口ライン
３０ポンプ装置１２の入口
３２フォアライン
３４排気ライン
３６第１の共通排気ライン
３８真空ポンプ装置
４０真空ポンプ装置
４２ガスライン
４４ポンプ装置１２の入口
４６フォアライン
４８排気ライン
５０第２の共通排気ライン
５２消音器
５４出口
５６ハウジング
５８第１の領域
６０第２の領域
６２エンクロージャ
６４側部
６６下部
６８上部
７０空気流
７２入口
７４側部
７６下部
７７空気流発生器
７８排気口
８０混合領域

Claims

半導体製造施設で使用される真空ポンプシステムであって、
可燃性ガス流を真空排気して該ガス流を１又は２以上の排気口から排出する複数の真空ポンプ装置であって、該複数の真空ポンプ装置は、ブースタポンプと、補助ポンプを備え、前記ブースタポンプと前記補助ポンプは直列に構成される、複数の真空ポンプ装置と、
前記真空ポンプ装置を収容するハウジングであって、該ハウジング内の混合領域において前記１又は２以上の排気口から出力された前記ガス流と混合される空気流のための、空気流ダクトを形成するハウジングと、
前記複数の真空ポンプ装置からの排ガスを受け取るように接続された共通排気ラインであって、該共通排気ラインは圧送ガスを排出するための出口を有する、共通排気ラインと、
前記空気流ダクトを通る空気流を生成して、該空気流中の前記可燃性ガスの割合が前記可燃性ガスの可燃限界よりも低くなるまで前記可燃性ガス流を空気と混合させる空気流発生器と、
前記空気流が前記可燃性ガスを前記割合未満に希釈するのに十分であるかどうかを判定するために、前記空気流を検知する空気流センサと、
を備えることを特徴とする真空ポンプシステム。
前記ハウジングは、低圧のガスを圧送する真空ポンプ装置の部分を収容する第１の領域と、高圧のガスを圧送する真空ポンプ装置の部分を収容する第２の領域とを含み、前記空気流ダクトは、前記第２の領域によって形成される、
請求項１に記載の真空ポンプシステム。
前記真空ポンプ装置は、複数の真空ポンプを含み、第１の領域が上流の真空ポンプを収容し、第２の領域が下流の真空ポンプを収容する、
請求項１に記載の真空ポンプシステム。
前記ハウジングは、前記第１及び第２の領域を含み、前記空気流ダクトの一部が、前記第２の領域によって形成される、
請求項３に記載の真空ポンプシステム。
前記複数の真空ポンプ装置は、真空ポンプ領域内に収容された複数の真空ポンプを含み、前記真空ポンプ領域は、前記空気流ダクトを含むとともに、下流の真空ポンプに隣接して空気を流入させる複数の空気入口と、上流の真空ポンプに隣接して空気を出力する複数のオリフィスとを含む、
請求項１に記載の真空ポンプシステム。
前記複数のオリフィスは、空気流路に空気流を出力するように構成され、前記空気流ダクトは、前記空気流路をさらに含む、
請求項５に記載の真空ポンプシステム。
前記複数のオリフィスは、制御信号に応答して直径を変化させるように構成された制御可能なオリフィスを含む、
請求項５又は６に記載の真空ポンプシステム。
少なくとも２つの前記空気流センサを含む、
請求項１から７のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記空気流センサのうちの１つが前記真空ポンプ装置の上流に存在し、１つが前記真空ポンプ装置の下流に存在する、
請求項８に記載の真空ポンプシステム。
それぞれが前記複数のオリフィスの少なくとも一部のうちの対応する１つに関連する複数の空気流センサと、前記混合領域に隣接するさらなる空気流センサとを備える、
請求項５から７のいずれか１項に従属する場合の請求項８に記載の真空ポンプシステム。
制御部を備え、前記空気流センサの少なくとも１つは、前記空気流が前記可燃性ガスを前記割合未満に希釈するのに十分であるかどうかを判定するための、前記検知された空気流に関する信号を前記制御部に出力するように構成される、
請求項８から１０のいずれか１項に記載の真空ポンプシステム。
前記ハウジングは、前記空気流ダクトの少なくとも１つの空気入口及び空気出口を含み、前記混合領域は、前記空気出口に向かって配置され、前記ガス流のための前記１又は２以上の排気口は、前記空気流が前記空気出口を通過する前に前記ガス流と混合されるように前記混合領域内に位置する、
請求項１から１１のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記混合領域は、前記可燃性ガスが前記空気出口を通じて放出される前に前記可燃限界未満まで前記空気流と混合されるのに十分な距離だけ前記排気口を前記空気出口から離間させる、
請求項１２に記載の真空ポンプシステム。
前記混合領域は、前記可燃性ガスを前記空気流と混合するためのバッフル装置を含む、
請求項１２又は１３に記載の真空ポンプシステム。
前記真空ポンプ装置と前記混合領域との間の前記空気ダクト内に配置された水素回収システムをさらに備える、
請求項１２から１４のいずれか１項に記載の真空ポンプシステム。
前記排気口は、前記空気流を概ね横切る方向に前記ガス流を排出して、前記可燃性ガスを前記空気流中に分散させるように構成される、
請求項１２から１５のいずれか１項に記載の真空ポンプシステム。
前記ハウジングの前記空気流ダクトは、発火源を含まないように構成される、
請求項１から１６のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記空気流ダクトは、可燃性ガスの漏出部に空気流を向けるように構成される、
請求項１から１７のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記真空ポンプ装置は、複数の真空ポンプを含み、前記真空ポンプシステムは、前記複数の真空ポンプの間に、前記ガス流中のスズを収集するためのスズトラップを備える、
請求項１から１８のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記排気流中の酸素を検知するための少なくとも１つのセンサを備え、該センサは、前記空気流中の酸素が前記排気口を通じて上流に移動して前記酸素センサに至るのを防ぐのに十分なほど、前記ガス流の流れに対して前記真空ポンプ装置の下流であって前記空気流に対して前記１又は２以上の排気口の上流に配置される、
請求項１から１９のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記真空ポンプ装置からの前記ガス流を受け取って前記ガス流から水素を回収するための水素回収システムを備え、前記空気流ダクトは、前記水素回収システムの周囲に空気流を送って水素の漏れを希釈するように構成される、
請求項１から２０のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記共通排気ラインに沿って運ばれる排ガスを圧送して前記真空ポンプ装置の前記排気口の圧力を低下させる共通真空ポンプとを備える、
請求項１から２１のいずれかに記載の真空ポンプシステム。
前記共通真空ポンプの上流の前記共通排気ライン内の前記ガス流の酸素含有量を大気圧よりも低い圧力で検知する酸素センサが配置される、
請求項２２に記載の真空ポンプシステム。