JP7674792B2 - 真空ラインおよび真空ラインの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、真空ライン及び真空ラインの制御方法に関する。

半導体、フラットパネルディスプレイ、および太陽電池の製造業界における製造方法では処理ガスを使用するが、この処理ガスは、通常、粗引き真空ポンプを通過した後、ガス処理装置によって処理される。
これらの製造方法の幾つかは、真空ラインで運ばれる処理ガスが可燃性および／または爆発性であるため、危険であると言われている。処理ガスの例として、水素、シラン、ＴＥＯＳおよび水素化物を挙げることができる。

これらの危険なガス種に加えて、真空ラインには、還元された固体種、つまり、シリコン粉塵やポリシランポリマー等の酸化されていない固体種の堆積物が存在する可能性もある。これらの堆積物は、時間の経過とともに蓄積し、さらなる危険な状態の出現を促進する可能性がある。一部の非酸化堆積物は、とても燃えやすい。それらは、特に、突然のポンプ搬送による強力なガス流により、または単にメンテナンス中のオペレータによる管または真空ポンプの通気により、発火する可能性がある。
一部の爆発は、非常に大量のエネルギーが放出されるため、特に破壊的なものになる可能性がある。これは特に、連鎖爆発の場合である。その最初の爆発は、まず可燃性ガスによって開始される。そして、この爆発は、管内に潜在的に存在する還元された固体種の堆積物を掻き回し、これらの可燃性の固体堆積物は、爆発による衝撃波によってかき混ぜられ、順番に「超爆発」で爆発する。
したがって、人身事故や製造装置の損傷のリスクが非常に高くなる。

この問題に関して現在使用されている対処方法は、ポンプ搬送されたガスを中性ガス、通常は窒素ガスで、継続的に希釈することである。中性ガスの流量は、最も好ましくないポンプ搬送状況にも対応できるように、安全マージンを加えて決定される。

ただし、この解決策には多くの欠点がある。
第１に、真空ラインにおける大量の窒素ガスの供給には、このガス消費に伴う追加コストが発生し、そしてまた、大量の希釈ガスの流れを処理するために、真空ポンプ、加熱装置、およびガス処理装置のエネルギー消費が発生する。さらに、ガスの希釈によって引き起こされる真空ラインの冷却は、特に加熱要素のコストと故障のリスクという、他の欠点をもたらす。この大量の中性ガスの供給には、ガス処理装置と粗引き真空ポンプ装置の過剰評価も必要である。
希釈窒素はさらに、ガス処理装置内で、ＮＯ_２等の、窒素酸化物または「ＮＯ_ｘ」の生成をもたらす。この窒素酸化物は毒性があり、処理が必要な大気汚染物質を構成する。
最後に、最近のいくつかの製造プロセスでは、真空ポンプの排気能力が不十分り、ガス処理装置の処理能力が不十分なため、希釈ガスの増加が不十分になりつつあるため、この解決策が限界に達していることが観察されている。これらの極端な動作条件では、真空ポンプまたはガス処理装置の信頼性に関する問題が発生する可能性がある。

別の解決策は、特に前駆体の熱分解を防ぎ、化学反応を最小限に抑えるために、管と真空ポンプの温度を下げることである。ただし、結露による析出のリスクを防ぐために、高温を維持することも重要である。

もう１つの問題は、一部の製造プロセス、特に半導体産業で、ますます不安定な前駆体を使用する傾向があることである。基板パターンはますます薄くなり、基板はますます厚くなる、すなわち、基板パターンは多くのプロセスステップで生成される多くの層を有している。基板のチップに損傷を与える危険性がある熱収支を下げるために、より低い温度で分解する新世代の分子が使用されている。その欠点は、それらが真空ラインに簡単に堆積することであり、これによりかなりの量の堆積物が生じる可能性がある。

さらに、一部の使用済みの凝縮性ガス種は固化して固体の副生成物になり、特に層の形で、真空ポンプまたは管の可動部分または静的部分に堆積し、これが真空ラインの詰まりにつながる可能性がある。

本発明の１つの目的は、可燃性ガスおよび／または爆発性ガスを搬送するポンプ装置および真空ラインの安全性を高めることである。
本発明の他の目的は、凝縮性種の堆積物の存在を減らすこと、または排気管やポンプ装置内において、低温で分解する前駆体の分解を遅らせる／最小限に抑えることである。

この目的のために、本発明の真空ラインは、ポンプ装置とガス処理装置とを備えており、
前記ポンプ装置は、大気圧でポンプ搬送されたガスを排出できるように構成された、少なくとも１つの粗引き真空ポンプ装置を含み、
前記ガス処理装置は、
大気圧で、前記粗引き真空ポンプ装置によってポンプ搬送されたガスを処理するように構成されたガス処理室と、
前記粗引き真空ポンプ装置の吐出口を前記ガス処理室の入口に接続する排気管を備えており、
前記ガス処理装置は、
前記排気管内の圧力を下げるように構成された少なくとも１つの補助ポンプ装置と、
前記粗引き真空ポンプ装置の吸入口の下流で、前記排気管および／または前記粗引き真空ポンプ装置および／または前記補助ポンプ装置等に、ポンプ搬送されたガスの流れに希釈ガスを注入するように構成された、希釈ガス注入装置とを備え、
前記真空ラインはさらに、
前記排気管内の圧力を測定するように構成された圧力センサと、
前記補助ポンプ装置および前記希釈ガス注入装置を制御するように構成された制御ユニットとを備え、
前記制御ユニットは、
前記排気管内の圧力が２０，０００Ｐａ（２００ｍｂａｒ）以下に維持されている第１の動作モードと、前記排気管内の圧力が２００００Ｐａ（２００ミリバール）を超える第２の動作モードを有し、
前記制御ユニットは、前記第２の動作モードにおいて、前記希釈ガス注入装置による前記希釈ガスの注入を制御するように構成されている。

前記希釈ガス注入装置は、例えば、前記希釈ガスを、前記排気管および／または前記粗引き真空ポンプ装置および／または前記補助ポンプ装置に注入するように構成されている。
したがって、最適な動作モードである前記第１の動作モードでは、デフォルトでは、排気管の圧力は、前記排気管内を運ばれる可燃性ガスの着火条件未満に維持される。前記第２の動作モードでは、可燃性のリスクは希釈によって管理できる。したがって、前記排気管内の圧力を下げると、前記希釈ガスの注入を、最も危険な状況時のみに制限することが可能になる。したがって、安全な操作条件を保ちながら、希釈ガスの消費量を減らすことができる。また、第２の動作モードでは、使用される希釈ガスの量が、従来技術に基づいて注入される希釈ガスの量と比較して少ないことに留意しなければならない。

本発明によれば、真空ラインを安全な状態に維持すると同時に、真空ラインの圧力を下げることで、排気管と粗引き真空ポンプ装置での凝縮性種の堆積を防ぐことができ、真空ラインの加熱要件を減らすことができる。真空ラインの加熱温度を下げると、熱分解を防ぐことができるため、粗引き真空ポンプ装置での前駆体の変換と化学活性の反応速度が低下し、望ましくない反応を減らすことができる。加熱温度を下げることで、潤滑剤の品質を維持し、粗引き真空ポンプ装置の機械部品、特にベアリングの信頼性を向上させることもできる。したがって、メンテナンス作業の間隔を延ばすことができる。
さらに、希釈ガスの消費量が制限され、これにより、粗引き真空ポンプ装置およびガス処理装置のエネルギー消費量を削減し、ガス処理装置内での窒素酸化物の形成を最小限に抑えるか、または排除することさえ可能になる。
真空ライン内の圧力を下げると、粗引き真空ポンプ装置内の圧力も下がり、これにより、粗引き真空ポンプ装置のサイズを縮小でき、強度が低くしたがって安価な材料を使用することが可能になる。
真空ラインは、さらに、以下に説明する特徴のうちの１つまたは複数を、単独でまたは組み合わせて備えることができる。

前記制御ユニットは、前記第２の動作モードにおいて、前記粗引き真空ポンプ装置の前記吸入口の下流で、前記排気管内および／または前記粗引き真空ポンプ装置内および／または前記補助ポンプ装置内への、ポンプ搬送されるガスの流れに導入される希釈ガスの流量が、前記圧力センサによって測定された圧力の関数として決定され、かつ、点火によって生成される排気管内の圧力が、特に、化学量論的条件等、爆発が発生した場合の最も厳しい条件でも、１６０，０００Ｐａ（１，６００ｍｂａｒ）未満に維持されるように、ポンプ搬送される前記可燃性ガスに関する情報の関数として決定される、ように構成されている。
前記希釈ガスには、燃料および／または中性ガスを含むことができる。

前記制御ユニットは、前記ガス処理室に導入される前記可燃性ガスに関する情報の関数として、燃料および中性ガスの量および割合を決定するように構成することができる。
前記制御ユニットは、測定圧力が５０，０００Ｐａ（５００ｍｂａｒ）を超える場合は、前記排気管、および／または前記粗引き真空ポンプ装置、および／または補助ポンプ装置のような、前記粗引き真空ポンプ装置の前記吸入口の下流で、前記ポンプ搬送されたガスの流れの中への高流量の希釈ガスの注入を制御するように構成することができる。
高流の希釈ガスは、可燃性ガス濃度が爆発下限界（ＬＥＬ）の２５％未満になるように、予め決定することができる。したがって、最も不利なポンプ搬送状況でも安全になり、安全マージンが追加される。これは、極端な状況で時折使用される緊急動作モードであり、この緊急動作モードは、先行技術において恒久的に実施され、過度の窒素消費をもたらしているモードに相当する。本発明によれば、最大の希釈は時折行われるだけである。
前記制御ユニットは、前記第１の動作モードにおいて前記粗引き真空ポンプ装置へのパージガスの注入をオフにするように構成することができる。

前記補助ポンプ装置は、ウォータージェットポンプおよび／またはベンチュリガスジェットポンプおよび／または液封ポンプおよび／またはドライ真空ポンプおよび／またはベーンポンプを含むことができる。
前記ガス処理室は、バーナー、および／または電気システム、および／またはプラズマ、および／または洗浄塔、および／または化学吸着式および／または物理吸着式のカートリッジを含むことができる。
前記補助ポンプ装置は、ベンチュリガスジェットポンプを含むことができ、その駆動ガスは、燃料および／または燃焼剤および／または中性ガスを含む。
前記補助ポンプ装置は、前記ガス処理室から来る情報の関数として、前記駆動ガスの燃料、燃焼ガスおよび中性ガスの量および割合を決定するように構成することができる。
前記ベンチュリガスジェットポンプは、前記駆動ガスを加熱するように構成された加熱要素を含むことができる。

前記補助ポンプ装置は、前記ガス処理室の前記入口から１メートル未満、例えば５０ｃｍ未満に配置することができる。
前記補助ポンプ装置は、ウォータージェットポンプおよび油圧ポンプを含むことができ、その吸入口は前記ガス処理装置の洗浄塔の洗浄槽の液体と連通して配置され、その出口は、前記ウォータージェットポンプに駆動液を供給するために、前記制御ユニットによって制御されるように構成されている。
前記真空ラインは、過圧の場合に前記補助ポンプ装置をバイパスするように構成されたバイパス管を含むことができる。

本発明は、前記真空ラインを制御する方法にも関するものであり、前記補助ポンプ装置および前記希釈ガス注入装置は、第１の動作モードにおいて、前記排気管内の圧力が２０，０００Ｐａ（２００ｍｂａｒ）以下に維持されるように制御される。また、前記排気管内の圧力が２０，０００Ｐａよりも高い第２の動作モードでは、前記粗引き真空ポンプ装置の前記吸入口の下流で、前記ポンプ搬送されたガスの流れの中への前記希釈ガスの注入が制御される。この第２の動作モードでは、前記希釈ガス注入装置を用いて、例えば、前記排気管および／または前記粗引き真空ポンプ装置および／または前記補助ポンプ装置内へ希釈ガスが注入される。
本発明のさらなる特徴および利点は、添付の図面を参照して、非限定的な例として与えられる以下の説明から明らかになるであろう。

本発明を理解するために必要な構成要素のみが示されている、生産設備の一例の概略図である。 本発明の真空ラインの１つの変形例の概略図である。 本発明の真空ラインの別の変形例の概略図である。 本発明の真空ラインの別の変形例の概略図である。 本発明の真空ラインの別の例の概略図である。 水素の濃度Ｃの関数としての爆発圧力Ｐ（ｍｂａｒ単位）を示すグラフである。（記号は測定値を表し、実線は理論値を表している。）

各図において、同一の要素には同一の参照番号が付されている。
以下の実施形態は例示である。以下の説明は１つまたは複数の実施形態に言及しているが、これは、各言及が同じ実施形態に関連すること、または特徴が単一の実施形態のみに適用されることを必ずしも意味しない。異なる実施形態の個々の特徴を組み合わせたり交換したりして、他の実施形態を提供することもできる。
粗引き真空ポンプとは、気体を吸入し、移送し、大気圧で排出するように構成された容積式真空ポンプを意味する。粗引き真空ポンプのロータには、ルーツ、クロー、スクリュー、ベーン、またはスクロールの各タイプがある。粗引き真空ポンプは、大気圧でも起動できるように構成されている。

２つのルーツロータを使用して排気対象の気体を取り込み、移送し、排出するように構成された容積式真空ポンプは、ルーツまたはルーツブロワー真空ポンプとして定義される。ルーツ真空ポンプは、粗引き真空ポンプの上流に直列に取り付けられている。ロータは、ルーツ真空ポンプのモータによって回転する２つのシャフトに保持されている。
ルーツ真空ポンプは、主に、ポンプ搬送能力が高く、公差が大きいため、排気ステージの寸法が大きいという点、及び、ルーツ真空ポンプは大気圧では排出できないため、粗引き真空ポンプの上流に直列に取り付けて使用する必要があるという点で、粗引き真空ポンプとは異なる。
「上流」の構成要素は、ポンプ搬送されるガスの流れの方向に関して他の構成要素の前方に配置される構成要素であると見なされる。対照的に、「下流」の構成要素は、ポンプ搬送されるガスの流れの方向に関して後方に配置される構成要素であると考えられる。ポンプ搬送されるガスの流れは、真空ラインの管内のポンプ搬送操作によって運ばれるガスを表す。

生産設備１は、１つまたは複数の真空ライン４に接続された、１つまたは複数のプロセスチャンバ３を備える半導体製造装置２を含んでいる。プロセスチャンバ３は、半導体ウェーハ、フラットパネルディスプレイ、または光起電力パネル等の１つまたは複数の基板を受け入れるのに適している。
１つの真空ライン４は、少なくとも１つのプロセスチャンバ３に接続された１つまたは複数のポンプ装置５と、１つまたは複数のガス処理装置６とを含んでおり、このガス処理装置６は、少なくとも１つの粗引き真空ポンプ装置１０の吐出口８をガス処理装置６のガス処理室２６の入口９に接続する１つまたは複数の排気管７を含んでいる。図１の実施例では、１つの半導体製造装置２が示されており、そのプロセスチャンバ３は真空ライン４に接続されている。排気管７は、長さを変えることができる。粗引き真空ポンプ装置１０の吐出口とガス処理室２６の入口９との間で、排気管は１～４メートルの長さを有する。

ポンプ装置５は、少なくとも１つの粗引き真空ポンプ装置１０を含み、ポンプ搬送されたガスを、吐出口８において、大気圧で、または大気圧よりも高い圧力、特に最大１，２００ｍｂａｒ（１２０，０００Ｐａ）で排出できるように構成されており、また、粗引き真空ポンプ装置１０は、ポンプ搬送されたガスを大気圧よりも低い圧力で排出することもできる。
ポンプ装置５はまた、プロセスチャンバ３と粗引き真空ポンプ装置１０との間に介在する、ポンプ搬送されたガスの流れの方向で粗引き真空ポンプ装置１０の上流に直列に配置された、１つの高真空ポンプ装置を含むことができる。この高真空ポンプ装置には、ルーツ真空ポンプ１１および／またはターボ分子真空ポンプ１２が含まれる。
ガス処理室２６は、大気圧で、粗引き真空ポンプ装置１０によってポンプ搬送されたガスを処理するように構成されている。

ガス処理室２６は、それ自体既知の方法で、例えば、炭化水素の燃焼によって高温で熱反応を生成するように構成されたバーナー２３、および／または、加熱抵抗器によって高温で熱反応を起こすように構成された電気システム、および／またはプラズマ、および／またはスクラバー、および／または化学吸着式および／または物理吸着式のカートリッジを含んでいる。

図１に示す例示的な実施形態によれば、ガス処理室２６は、バーナー２３と、ガスの流れ方向でバーナー２３の下流に直列に配置された洗浄塔２４とを含んでいる。バーナー２３は、燃焼バーナー、電気バーナーまたはプラズマバーナーである。酸素または空気等の反応性ガスがポンプ搬送されたガスに追加され、バーナー２３によって、非常に高い温度に加熱され、新しい化学反応性の可溶性種の形成が活性化され、その後洗浄塔２４によって捕捉される。
解離した高温ガスを互いに再結合させたり、逆平衡に向けて反応させたりするのではなく、ガスを急速に冷却して化学平衡を遮断するために、水噴射ノズル（一般にクエンチノズルとしても知られている）によってバーナー２３内にミストを発生させることができる。
洗浄塔２４は、例えば、ポンプ搬送されたガスが水流に対して向流で上昇する充填カラムを含んでいる。ガス処理装置６の出口３１で、ガスを大気中または製造プラントの中央洗浄塔に排出することができる。

ガス処理装置６は、さらに、少なくとも１つの排気管７内の圧力を下げるように構成された、少なくとも１つの補助ポンプ装置１３を含んでいる。
この補助ポンプ装置１３は、任意のタイプのものとすることができる。これには、例えば、図１に示すようなウォータージェットポンプ（またはウォーターブラスト）のほかに、および／またはベンチュリガスジェットポンプ、および／または液封ポンプ、および／またはルーツ型、クロー型等のドライ真空ポンプ、および／またはスクリュー真空ポンプ、および／またはベーン型および／またはスクロール型および／またはメンブレン型またはダイアフラム型の各ポンプが含まれる。
補助ポンプ装置１３がベンチュリガスジェットポンプを含む場合、圧力の低下を引き起こすために注入される駆動ガスには、窒素等の中性ガスを含めることができる。次いで、前記駆動ガスは、排気管７から来るポンプ搬送されたガスをさらに希釈することに寄与する。この駆動ガスには、メタン等の燃料および／または燃焼剤を含むことができる。駆動ガスはまた、ガス処理装置６のバーナー２３の効率を低下させず、窒素酸化物を発生させることなく、排気管７から来るポンプ搬送されたガスをさらに希釈するのにも寄与する。

ベンチュリガスジェットポンプは、駆動ガスを加熱するように構成された加熱要素を含むことができる。駆動ガスは、例えば５００℃以上等の、５０℃を超える温度まで加熱することができる。駆動ガスを加熱することにより、ガス処理装置６のバーナー２３の効率を向上させ、ジェットポンプ出口での粉体の堆積を防止することができる。駆動ガスは、例えば、ガス処理室２６またはポンプ装置５の高温部分と接触する熱交換器によって加熱することができ、これにより電力消費を低減することが可能になる。
ガスジェットポンプは電力を消費しないメリットがある。それはコンパクトで軽量であるため、ポンプ装置５またはガス処理装置６に容易に組み込むことができる（図２Ａ参照）。

補助ポンプ装置１３がドライ真空ポンプを含む場合、補助ポンプ装置１３のドライ真空ポンプのパージガスは、窒素等の中性ガス、および／またはメタン等の燃料、および／または燃焼剤を含むことができる。パージガスは、例えば、ガス処理室２６またはポンプ装置５の高温部分と接触する熱交換器によって、５００℃を超える等、５０℃を超える温度までさらに加熱することができる。
少なくとも１つの補助ポンプ装置１３は、好ましくは、ガス処理室２６の入口９の近傍に、すなわち、例えば、１メートル未満、例えば５０ｃｍ未満の距離に位置する。これは、バーナー２３の入口９が一般に地面から１．５０ｍ以上離れた位置にあるので、補助ポンプ装置１３を持ち上げる必要があるためである。

一般に、補助ポンプ装置１３のポンプ能力は、粗引き真空ポンプ装置１０のポンプ能力よりも小さいことが好ましく、例えば、５ｍ^３／ｈより大きく、および／または１００ｍ^３／ｈ未満である。これらの条件では、特にドライ真空ポンプまたは液封ポンプまたはベーンポンプを含む補助ポンプ装置１３は、ガス処理室２６の入口９のできるだけ近くに配置できる（図２Ａ参照）ように十分に軽量であり、例えばガス処理室２６内に配置しても（図２Ｂ参照）、何のリスクもなく、特別な取り扱い手段も必要としない。
ベンチュリガスジェットポンプタイプの補助ポンプ装置１３は、例えば、ガス処理装置６のバーナー２３のヘッドに取り付けられる（図２Ｂ参照）。駆動ガスの燃焼剤である燃料は、バーナー２３の火炎を供給するガスである。

真空ライン４は、さらに、補助ポンプ装置１３をバイパスするように構成されたバイパス管１４を含むことができる（図２Ｃ参）。
このバイパス管１４は、補助ポンプ装置１３を迂回する管と、この管内に配置され、逆止弁／弁の両側の圧力差に応じて開閉するように構成された制御可能な弁または逆止弁とを含んでいる。このバイパス管１４は、特に強力なガス流のポンプ搬送の場合、または補助ポンプ装置の故障の場合に、補助ポンプ装置１３が引き起こす可能性のあるポンプ搬送能力の制限を防止するために、補助ポンプ装置１３をバイパスすることを可能にする。

補助ポンプ装置１３のドライ真空ポンプがベンチュリガスジェットポンプを含む場合、これはバイパス管１４の逆止弁に組み込むことができる（図２Ｄ参照）。この逆止弁の可動シャッターには、ベンチュリ貫通通路がある。この逆止弁は、駆動ガスがベンチュリ通路の入口に注入されたときに、逆閉鎖位置をとることができる。この状態で、逆止弁は、補助ポンプ装置１３のジェットポンプを形成する。逆止弁はまた、この逆止弁のいずれかの側の圧力差が逆止弁の負荷閾値よりも大きい場合、ポンプ搬送されたガスがベンチュリ貫通通路を迂回する開位置をとることもできる。

図１に戻って、真空ライン４は、さらに、希釈ガス注入装置１５、排気管７内の圧力を測定するように構成された圧力センサ１６、および圧力センサ１６に接続された制御ユニット１７を含んでいる。
希釈ガス注入装置１５は、窒素および／または燃料等の中性ガス等の希釈ガスを、粗引き真空ポンプ装置１０の吸入口の下流で、ポンプ搬送されたガスの流れに注入するように構成されている。より具体的には、希釈ガスを、高真空ポンプ装置１１、１２の下流、設置可能な場合は、排気管７および／または粗引き真空ポンプ装置１０および／または補助ポンプ装置１３等へ、ポンプ搬送されたガスの流れに注入するように構成されている。この釈ガスは、例えば、粗引き真空ポンプ装置１０の吸入口および／または吐出口８で注入され、及び／又は、粗引き真空ポンプ装置１０の多段粗引き真空ポンプの最後の２つのポンプ段に注入され、および／または、補助ポンプ装置１３の上流、下流または内部へ注入される。

圧力センサ１６は、例えば、粗引き真空ポンプ装置１０の吐出口８付近に配置される。
制御ユニット１７は、コントローラ、マイクロコントローラ、メモリ、および真空ラインを制御する方法を実施することを可能にするコンピュータプログラムを含む。これは、たとえば、コンピュータまたはプログラマブルロジックコントローラである。
制御ユニット１７は、圧力センサ１６によって測定された圧力の関数として、第１の動作モードまたは第２の動作モードにしたがって、補助ポンプ装置１３および希釈ガス注入装置１５を制御するように構成されている。
第１の動作モードでは、排気管７内の圧力は、２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下に維持される。

排気管７内の圧力を下げることができる補助ポンプ装置１３は、連続的または断続的にポンプ搬送するように制御することができる。
例えば、補助ポンプ装置１３は、ベンチュリガスジェットポンプを含み、制御ユニット１７は、排気管内の圧力を下げるためにジェットポンプの駆動ガスを制御するように構成されている。

他の例によれば、補助ポンプ装置１３はウォータージェットポンプを含み、制御ユニット１７は、排気管内の圧力を下げることを可能にするウォータージェットポンプの駆動液を制御するように構成されている（図１参照）。
この場合、一実施形態によれば、補助ポンプ装置１３はさらに油圧ポンプ１９を含み、この油圧ポンプの出口は、ウォータージェットポンプに駆動液を供給するために、制御ユニット１７によって制御されるように構成されている。油圧ポンプ１９の入口は、例えば、ガス処理装置６の洗浄塔２４の洗浄槽２２の液体と連通するようにして配置される。次に、ガス処理装置６は、補助ポンプ装置１３のウォータージェットポンプとガス処理装置６のバーナー２３の入口９との間に介在する、ガス／水分離器２０を含むことができる。液体残留物は、プランジャーチューブ２１を介して洗浄槽２２に排出することができる。

図３は、爆発前のさまざまな初期圧力値に対する水素の濃度Ｃ（空気中の分子分率）の関数として爆発圧力Ｐをｍｂａｒ単位でグラフ化したものである。（記号は測定値を表し、実線は理論値を表している。）
白三角が１００ｍｂａｒ（１０，０００Ｐａ）、白四角が１５０ｍｂａｒ（１５，０００Ｐａ）、白菱形が２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）、黒丸形が３００ｍｂａｒ（３０，０００Ｐａ）、黒三角が５００ｍｂａｒ（５０，０００Ｐａ）、黒四角が７５０ｍｂａｒ（７５，０００Ｐａ）、黒菱形が１，０００ｍｂａｒ（１００，０００Ｐａ）である。
最適な動作モードである第１の動作モードでは、デフォルトでは、排気管内の圧力は、排気管７内を搬送される殆どの可燃性ガスの発火条件よりも低く維持される。
これは、図３の例を参照するとよりよく理解できる。図３によれば、１００ｍｂａｒ（１０，０００Ｐａ）、１５０ｍｂａｒ（１５，０００Ｐａ）、および２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）の水素ガスの圧力に対して、化学量論的条件下での爆発圧力が、つまり、最も深刻な爆発につながる可能性がある場合の爆発圧力が、１，６００ｍｂａｒ（１６０，０００Ｐａ）未満のままである。
このようにして、ガス爆発を防止することができる安全な条件のセットが、粗引き真空ポンプ装置１０および排気管７内に確立される。排気管内が２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下の圧力の場合、化学量論的条件下での点火によって発生する圧力（爆発圧力とも呼ばれる）は、容易に抑えることができる、すなわち、ポンプ装置５または配管に重大な機械的損傷を引き起こさない、と考えられている。

図３は水素ガスに関する特定のケースに関するものであるが、同じ挙動がすべての可燃性ガスで観察される。すなわち、化学量論的条件下での爆発圧力、つまり、最も深刻な爆発につながる可能性のある爆発圧力が、１，６００ｍｂａｒ（１６０，０００Ｐａ）未満に留まる。

さらに、第１の動作モードでは、２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下の圧力の真空レベルによって安全性が確保されるため、可燃性および／または爆発条件の範囲外になるように希釈ガスを注入する必要はない。したがって、制御ユニット１７は、希釈ガスの注入の停止を制御することができる。
制御ユニット１７が、第１の動作モードにおいて粗引き真空ポンプ装置１０へのパージガスの注入をオフにするように装置を構成することもできる。これにより、排気管７内を低圧に維持するのがより容易になる。

制御ユニット１７は、排気管内の圧力を２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下に下げることができない場合、第２の動作モードに切り替えるように構成されている。
この第２の動作モードでは、排気管７内の圧力は２０，０００Ｐａより大きい。制御ユニット１７はさらに、希釈ガス注入装置１５による、排気管７および／または粗引き真空ポンプ装置１０および／または補助ポンプ装置１３への希釈ガスの注入を制御するように構成されている。この第２の動作モードは、「劣化した」動作モードと見なすことができ、可燃性のリスクは希釈によって制御できる。
制御ユニット１７は、第２の動作モードにおいてポンプ搬送されるガスの流れに導入される希釈ガスの流量が、圧力センサ１６によって測定された排気管内の圧力の関数として、および、ポンプ搬送される可燃性ガスに関する情報の関数として、点火（または爆発圧力）によって生成される圧力が特に化学量論的条件下、つまり、最も壊滅的な影響を引き起こす爆発的な状態に達する可燃性ガスの濃度条件下で、１６０，０００Ｐａ（１，６００ｍｂａｒ）未満に留まるように、決定されるように構成することができる。
例えば、図３を参照すると、圧力センサ１６によって測定された爆発前の初期圧力が３００ｍｂａｒ（３０，０００Ｐａ）（黒丸形）であるとき、化学量論的条件下での３２％の［Ｈ_２］濃度を、目標の［Ｈ_２］濃度まで下げる必要がある。つまり、排気管内の圧力が１，６００ｍｂａｒ（１６０，０００Ｐａ）の爆発圧力を超えないようにするために、中性ガスで希釈して［Ｈ_２］濃度を１５％まで下げる必要がある。

図３の別の例によれば、圧力センサ１６によって測定された排気管内の圧力が５００ｍｂａｒ（５０，０００Ｐａ）（黒三角形）であるとき、排気管内を爆発未満の１，６００ｍｂａｒ（１６０，０００Ｐａ）の圧力に留めるために、化学量論的条件下での濃度を、希釈によって６～７％に低減されなければならない。
これらの例は、化学量論的条件での濃度の場合であるが、実際には、希釈前の可燃性ガス濃度は、プロセスチャンバ３内に導入される可燃性ガスの最大流量の値に基づいて、ユーザによって事前に決定される。

可燃性ガスが複数存在する場合、中性ガスの希釈率は、プロセスチャンバ３に同時に注入される可燃性ガスの最大流量に基づいて決定される。
より具体的には、圧力センサ１６によって測定された排気管内の圧力の関数として、図３のグラフによって示されるように、各ガスに固有のデータテーブルを使用して、各可燃性ガスについて希釈率が最初に別々に決定される。
データテーブルは、制御ユニット１７に格納することができる。
次に、プロセスチャンバ３に同時に導入されるすべての可燃性ガスについて、各ガスの（得られるべき）希釈された目標濃度が再計算される。同時に注入されたすべてのガスは、それぞれの濃度の低下に相互に寄与する。

したがって、希釈率は可燃性／爆発性ガスの量（または流量、圧力）の関数として調整され、点火によって生成される排気管内の圧力（または爆発圧力）が、１６０，０００Ｐａ（１，６００ｍｂａｒ）未満に維持される。
制御ユニット１７はさらに、測定された圧力が５０，０００Ｐａ（５００ｍｂａｒ）を超えた場合、粗引き真空ポンプ装置１０の吸入口の下流、例えば排気管７および／または粗引き真空ポンプ装置１０の中へ、および／または補助ポンプ装置１３の中への、ポンプ搬送されたガスの流れへの高流量の希釈ガスの注入を制御するように構成することができる。この高流量の希釈ガスは、粗引き真空ポンプ装置１０に優先的に注入することができ、場合によっては同時に排気管７に注入することもできる。

高流量の希釈ガスの値は、例えば、プロセスチャンバ３に注入できる可燃性ガスの最大流量の関数として予め決定されている。この情報は、プロセスチャンバに導入された可燃性ガスの最大流量の値に基づいて、ユーザによって事前に決定される。高流量の希釈ガスは、例えば、可燃性ガス濃度が爆発下限界（ＬＥＬ）の２５％未満になるように予め定められる。
したがって、例えばプロセスチャンバ３内で実施されるレシピの最悪の条件の関数に加えて、さらに、ＬＥＬの２５％によって提供される安全マージンにより、最も不利なポンプ搬送状況であっても安全が確保される。これは、極端な状況で時折使用される緊急動作モードである。先行技術では、この緊急動作モードに相当するものが恒久的に実施され、過度の窒素消費をもたらしている。したがって、本実施例における最大希釈は不定期に実施されるものであり、希釈ガスの消費量とエネルギー予算を節約できる。

図３を参照すると、水素圧力が５００ｍｂａｒ（５０，０００Ｐａ）を超えた場合、水素 ［Ｈ_２］の濃度は、排気管７内で１％未満の値、つまり、従来技術で推奨されている爆発限界（ＬＥＬ）の２５％未満の値まで減少する可能性がある。
したがって、制御ユニット１７は、第１の動作モードでは、排気管７内の圧力を２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下に維持する。
排気管７内で測定された圧力が２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下のままである場合、制御ユニットは第１の動作モードのままである。

補助ポンプ装置１３で２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下の圧力を維持することが不可能な場合、特に補助ポンプ装置１３の容量が不十分なためにこの圧力を維持できない場合、制御ユニットは第２の動作モードに切り替わる。
第２の動作モードでは、制御ユニット１７は、粗引き真空ポンプ装置１０の吸入口の下流で、例えば、排気管７内へ、および／または粗引き真空ポンプ装置１０内へ、および／または補助ポンプ装置１３へ、ポンプ搬送されたガスの流れに対して、希釈ガスの注入の制御を行う。
圧力が２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）と５００ｍｂａｒ（５０，０００Ｐａ）の間にある場合、圧力センサ１６によって測定された排気管の圧力の関数として、およびプロセスチャンバ３に導入される可燃性ガスに関する情報の関数として、ポンプ搬送されたガスの流れに導入される希釈ガスの流量を決定できる。これにより、化学量論的条件等、爆発時の最も厳しい爆発条件下でも、爆発圧力が１，６００ｍｂａｒ（１６０，０００ Ｐａ）未満に維持される。

したがって、排気管７内の圧力は、最初に補助ポンプ装置１３の容量によって管理され、次に、排気管７内で測定された圧力が２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）より大きく５００ｍｂａｒ（５０，０００Ｐａ）未満である場合には、排気管７内で測定された圧力の関数として、および、プロセスチャンバ３に導入される可燃性ガスに関する情報によって管理される。
もし、第２の動作モードで、測定された排気管内の圧力が２００ｍｂａｒ（２０，０００Ｐａ）以下に戻ると、制御ユニットは第１の動作モードに戻る。
もし、排気管の圧力が５００ｍｂａｒ（５０，０００Ｐａ）を超える場合、最も不利なポンプ搬送状況でも安全なものにするために、安全マージンを加えた所定の高流量の値の希釈ガスを、たとえば粗引き真空ポンプ装置１０に直接注入することができる。

以上述べたことから、排気管７内の圧力を低下させることにより、希釈ガスの注入を、最も危険な状況にのみ制限することが可能になることが理解されるであろう。真空ライン４を安全なものにすると同時に、排気管の圧力を下げることにより、排気管７内の凝縮性種の堆積を防ぐことができ、その結果、真空ラインの加熱の要求を減らすことができる。さらに、真空ラインの加熱の要求を減らすことにより、熱分解を回避することも可能になり、したがって、粗引き真空ポンプ装置１０内の熱に敏感な前駆体の変換を低減することが可能になる。
この低圧と低温の組み合わせにより、化学活性の動力学を低下させることも可能になり、それにより、真空ライン４の構成要素に対して腐食性であるか詰まらせる可能性があるかどうかにかかわらず、望ましくない化学反応を低下させることができる。加熱の要求を減らすことにより、潤滑剤の品質を維持し、粗引き真空ポンプ装置１０の機械部品、特に軸受の信頼性を向上させることも可能になる。したがって、保守作業の間隔を大幅に延ばすことができ、これにより、真空ライン４の経済的収益性と生産設備の稼働時間が改善される。さらに、経済的な観点から、高価な貴金属の使用も減らすことができる。粗引き真空ポンプ装置１０の構成要素は、設計および材料の両方に関して標準化することができ、それにより粗引き真空ポンプ装置の構成要素の提供が簡素化され、普遍的なものとなる。

さらに、希釈ガスの消費量が制限され、これにより、粗引き真空ポンプ装置１０のエネルギー消費量を削減することが可能になり、同時に、ガス処理装置６における窒素酸化物の形成を最小限に抑え、さらにはガス処理装置６内での窒素酸化物の形成を排除することさえ可能になる。

図１に示される例示的な実施形態によれば、ガス処理装置６はまた、排気管７と補助ポンプ装置１３との間に介在する少なくとも１つのバイパス装置２５を含むことができる。
このバイパス装置２５は、排気管７に接続された入口ポート２５ａと、補助ポンプ装置１３に接続され、さらにガス処理室２６に接続された第１の出口ポート２５ｂと、ガス処理室２６をバイパスするように構成された第２の出口ポート２５ｃと、入口ポート２５ａを第１の出口ポート２５ｂと連通させ、あるいは第２の出口ポート２５ｃと連通させるように構成された制御ユニットとを備えている。バイパス装置２５は、例えば、制御可能な三方弁である。
このバイパス装置２５は、ポンプ搬送されたガスを処理する必要がない場合にのみ、第２の出口ポート２５ｃを介して補助ポンプ装置１３およびガス処理室２６をバイパスすることを可能にする。したがって、ガスを製造プラントの中央の洗浄塔に向けることができる。

制御ユニットは手動部材とすることができる。保守オペレータは、保守中に制御ユニットを操作して、例えばガス処理室２６の保守作業中に、ガスをこのガス処理室から迂回させることができる。このように、例えばバーナー２３の故障またはメンテナンスの場合、ポンプ搬送されたガスはバイパス装置２５によってその方向を変えることができる。

制御ユニットは、例えば、プロセスチャンバ３の状態（処理中、オフまたは待機中）、またはガスを処理する必要があるかどうかを示す情報項目等の、プロセスチャンバ３からの情報の項目に応じて、第１の出口ポート２５ｂまたは第２の出口ポート２５ｃを選択することができる。
したがって、例えば、オフまたは待機中のプロセスチャンバ３から来るガスは処理できず、バイパス装置２５を介してバーナー２３をバイパスすることができない。ドライ接点や空気圧制御などの情報により、制御ユニットの切り替えを直接制御できる。
例えば、プロセスチャンバ３ごとに１つのバイパス装置２５があり、半導体製造装置２ごとに幾つかのプロセスチャンバ３がある。
幾つかのプロセスチャンバ３、したがって幾つかのバイパス装置２５を、１つのガス処理室２６に接続することができる。さらに、バイパス装置２５の第２の出口ポート２５ｃは、共通の管３５に関連付けることができる。

１ 生産設備
２ 半導体製造装置
３ プロセスチャンバ
４ 真空ライン
５ ポンプ装置
６ ガス処理装置
７ 排気管
８ 吐出口
９ 入口
１０ 粗引き真空ポンプ装置
１１ 高真空ポンプ装置（ルーツ真空ポンプ）
１２ 高真空ポンプ装置（ターボ分子真空ポンプ）
１３ 補助ポンプ装置
１４ バイパス管
１５ 希釈ガス注入装置
１６ 圧力センサ
１７ 制御ユニット
１９ 油圧ポンプ
２０ ガス／水分離器
２１ プランジャーチューブ
２２ 槽
２３ バーナー
２４ 洗浄塔
２５ バイパス装置
２６ ガス処理室
３１ 出口

Claims (14)

1. ポンプ装置（５）とガス処理装置（６）とを備えた真空ライン（４）であって、前記ポンプ装置は、大気圧でポンプ搬送されたガスを排出できるように構成された少なくとも１つの粗引き真空ポンプ装置（１０）を含み、前記ガス処理装置（６）は、大気圧で、前記粗引き真空ポンプ装置（１０）によってポンプ搬送されたガスを処理するように構成されたガス処理室（２６）と、前記粗引き真空ポンプ装置（１０）の吐出口（８）を前記ガス処理室（２６）の入口（９）に接続する排気管（７）を備えたものにおいて、
   前記ガス処理装置（６）は、
   前記排気管（７）内の圧力を下げるように構成された少なくとも１つの補助ポンプ装置（１３）と、
   前記粗引き真空ポンプ装置の吸入口の下流の、前記排気管（７）内および／または前記粗引き真空ポンプ装置（１０）内および／または前記補助ポンプ装置（１３）内において、希釈ガスを、前記ポンプ搬送されたガスの流れに注入するように構成された希釈ガス注入装置（１５）とを備え、
   前記真空ライン（４）はさらに、
   前記排気管（７）内の圧力を測定するように構成された圧力センサ（１６）と、
   前記補助ポンプ装置（１３）および前記希釈ガス注入装置（１５）を制御するように構成された制御ユニット（１７）とを備え、
   前記制御ユニット（１７）は、
   前記排気管（７）内の圧力が２０，０００Ｐａ（２００ｍｂａｒ）以下に維持されている第１の動作モードと、前記排気管（７）内の圧力が２００００Ｐａ（２００ミリバール）を超える第２の動作モードを有し、
   前記制御ユニット（１７）は、前記第２の動作モードにおいて、前記希釈ガス注入装置（１５）による前記希釈ガスの注入を制御するように構成されていることを特徴とする真空ライン。
2. 請求項１に記載の真空ライン（４）において、
   前記制御ユニット（１７）は、前記第２の動作モードにおいて、前記粗引き真空ポンプ装置（１０）の前記吸入口の下流の、前記排気管（７）内および／または前記粗引き真空ポンプ装置（１０）内および／または前記補助ポンプ装置（１３）内において、前記ポンプ搬送されるガスの流れに導入される前記希釈ガスの流量が、前記圧力センサ（１６）によって測定された圧力の関数として決定され、点火によって生成される前記排気管内の圧力が１６０，０００Ｐａ（１，６００ｍｂａｒ）未満に維持されるように制御することを特徴とする真空ライン。
3. 請求項１又は２に記載の真空ライン（４）において、
   前記希釈ガスが、燃料および／または中性ガスを含むことを特徴とする真空ライン。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
   前記ポンプ装置（５）によって可燃性ガス及び／又は爆発性ガスがポンプ搬送される場合、
   前記制御ユニット（１７）は、測定された前記圧力が５０，０００Ｐａ（５００ｍｂａｒ）を超える場合は、前記排気管（７）内および／または前記粗引き真空ポンプ装置（１０）内および／または前記補助ポンプ装置（１３）内において、前記可燃性ガスおよび／または前記爆発性ガスの流量に応じて、前記ガスの爆発を避けるために、前記ポンプ搬送されたガスの流れへの高流量の前記希釈ガスの注入を制御するように構成されていることを特徴とする真空ライン。
5. 請求項４に記載の真空ライン（４）において、
   前記希釈ガスの前記高流量の値は、前記可燃性ガスの濃度が爆発下限の２５％未満になるように事前に設定されていることを特徴とする真空ライン。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
   前記補助ポンプ装置がドライ真空ポンプを含み、前記ドライ真空ポンプのパージガスは、中性ガス、および／またはメタンの燃料、および／または燃焼剤を含み、
   前記制御ユニット（１７）は、前記第１の動作モードにおいて前記粗引き真空ポンプ装置（１０）への前記パージガスの注入をオフにするように構成されていることを特徴とする真空ライン。
7. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
   前記補助ポンプ装置（１３）は、ウォータージェットポンプおよび／またはベンチュリガスジェットポンプおよび／または液封ポンプおよび／またはドライ真空ポンプおよび／またはベーンポンプを含むことを特徴とする真空ライン。
8. 請求項１乃至７のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
   前記ガス処理室（２６）は、バーナー（２３）、および／または電気システム、および／またはプラズマ、および／または洗浄塔（２４）、および／または化学吸着式および／または物理吸着式のカートリッジを含むことを特徴とする真空ライン。
9. 請求項１乃至８のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
   前記補助ポンプ装置（１３）はベンチュリガスジェットポンプを含み、その駆動ガスは燃料および／または燃焼ガスおよび／または中性ガスを含むことを特徴とする真空ライン。
10. 請求項９に記載の真空ライン（４）において、
    前記ベンチュリガスジェットポンプは、前記駆動ガスを加熱するように構成された加熱要素を含むことを特徴とする真空ライン。
11. 請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
    前記補助ポンプ装置（１３）は、前記ガス処理室（２６）の前記入口（９）から１メートル未満に位置することを特徴とする真空ライン。
12. 請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
    前記補助ポンプ装置（１３）は、ウォータージェットポンプと油圧ポンプ（１９）とを含み、その入口は前記ガス処理装置（６）の洗浄塔（２４）の洗浄槽（２２）の液体と連通して配置され、その出口は、前記制御ユニット（１７）によって制御され、前記ウォータージェットポンプに駆動液を供給するように構成されていることを特徴とする真空ライン。
13. 請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の真空ライン（４）において、
    過圧の場合に前記補助ポンプ装置（１３）をバイパスするように構成されたバイパス管（１４）を含むことを特徴とする真空ライン。
14. 請求項１乃至１３のいずれか１項に記載の前記真空ライン（４）を制御する方法であって、
    前記補助ポンプ装置（１３）および前記希釈ガス注入装置（１５）は、前記排気管（７）内の圧力が２０，０００Ｐａ（２００ミリバール）以下に維持される、前記第１の動作モードにしたがって制御され、または、
    前記排気管（７）内の圧力が２０，０００Ｐａよりも高く、前記粗引き真空ポンプ装置の前記吸入口の下流で、前記ポンプ搬送されたガスの流れへの前記希釈ガスの注入が制御される前記第２の動作モードに従って制御され、
    前記第２の動作モードでは、前記希釈ガス注入装置（１５）を用いて、前記排気管（７）および／または前記粗引き真空ポンプ装置（１０）および／または前記補助ポンプ装置（１３）内へ前記希釈ガスが注入されることを特徴とする真空ラインを制御する方法。

Images