TWI628358B - 真空泵送及減量系統及沖洗一真空泵送及減量系統之一真空泵送配置之方法 - Google Patents

真空泵送及減量系統及沖洗一真空泵送及減量系統之一真空泵送配置之方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種用於自一處理室抽空處理氣體並自該處理氣體移除有害物質之真空泵送及減量系統。本發明亦係關於一種沖洗一真空泵送配置之方法。本發明尋求藉由提供一種用於自一處理室抽空處理氣體並自該處理氣體移除有害物質之真空泵送及減量系統來減小此等系統之擁有及操作成本以及碳足跡，該真空泵送及減量系統包括：一真空泵送配置，用於自一處理室抽空處理氣體；一壓縮空氣源，用於在抽空期間沖洗該真空泵送配置；及一燃燒器，用於自該真空泵送配置接收處理氣體及壓縮空氣，並藉由在氧氣中燃燒該處理氣體而自其移除有害物質，其中支援燃燒之該氧氣中之至少某些氧氣係獲自該壓縮空氣。

Description

真空泵送及減量系統及沖洗一真空泵送及減量系統之一真空泵送配置之方法
本發明係關於一種用於自一處理室抽空處理氣體並自處理氣體移除有害物質之真空泵送及減量系統。本發明亦係關於一種沖洗一真空泵送配置之方法。
用於自一處理室抽空處理氣體並自處理氣體移除有害物質之真空泵送及減量系統至此係已知的。此一系統包括：一真空泵，其用於自一處理室抽空處理氣體；及一燃燒器，其用於自該真空泵接收處理氣體並藉由用在該真空泵之下游引入至該燃燒器之一燃料與氧氣混合物燃燒該處理氣體自其移除有害物質。
由真空泵抽空之處理氣體中之某些處理氣體可係腐蝕性的，尤其在有濕氣存在之情況下。必須避免對泵之腐蝕，此乃因否則，此腐蝕減少泵之壽命或造成泵故障。在已知系統中，乾氮氣用於沖洗泵並稀釋潛在腐蝕性氣體。使用氮氣，此乃因其通常不與腐蝕性氣體反應。
此已知系統遭遇以下缺點：氮氣及氧氣必須由系統之操作者購買，此加到擁有及操作成本。另外，必須使用需要能量之低溫蒸餾單獨地產生純氮氣及氧氣，因而貢獻一增加之碳足跡。第三，將氧氣添加至一固定流量之氮氣沖洗氣體造成一升高之總氣體流量；由於燃燒器中之燃料使用量與總氣體流量成比例，因此此造成較高燃料使用量。
本發明力圖減小此等系統之擁有及操作成本以及碳足跡。
本發明提供一種用於自一處理室抽空處理氣體並自該處理氣體移除有害物質之真空泵送及減量系統，其包括：一真空泵送配置，其用於自一處理室抽空處理氣體；一壓縮空氣源，其用於在抽空期間沖洗該真空泵送配置；及一燃燒器，其用於自該真空泵送配置接收處理氣體及壓縮空氣並藉由在氧氣中燃燒該處理氣體自其移除有害物質，其中支援燃燒之該氧氣中之至少某些氧氣係自該壓縮空氣中獲得。
本發明亦提供一種沖洗一真空泵送及減量系統之一真空泵送配置之方法，該系統包括：一真空泵送配置，其用於自一處理室抽空處理氣體；及一燃燒器，其用於自該真空泵送配置接收處理氣體並藉由在氧氣及燃料中燃燒該處理氣體自其移除有害物質，該方法包括：在自該處理室抽空處理氣體期間將壓縮空氣輸送至該真空泵送配置中用於沖洗該真空泵送配置並供應氧氣至該燃燒器以支援燃燒。
本發明之其他較佳及/或選用態樣在隨附申請專利範圍中界定。
參考圖1，展示用於自一處理室12抽空處理氣體並自處理氣體移除有害物質之一真空泵送及減量系統10。在有一處理氣體存在之情況下，(諸如)藉由介電蝕刻或平板蝕刻在處理室12中執行對產物之處理(舉例而言，對矽晶圓之處理)。通常在處理期間或之後自處理室排出有害物質(包含PFC、O2、HBr、Cl2、SiF4、SiCl4或CF4)。此等有害物質係毒性的且/或對環境有害的且因而必須在其釋放至大氣中之前自排氣流洗滌掉或移除。
在已知系統中，乾氮用於沖洗泵並稀釋潛在腐蝕性氣體。然而，若處理氣體係氧化劑，或否則在有氧氣存在之情況下係惰性的， 則空氣可用於沖洗泵，此乃因空氣中之氧氣不與處理氣體反應。使用空氣作為一沖洗氣體存在若干優點。
首先，空氣係十分充足的且與使用純氮氣不同，不需要(舉例而言)藉由事先與空氣分離來生產。因此，使用空氣作為一沖洗氣體涉及一較低能量密集程序且因此一減小之碳足跡。
另外，在已知系統中，於真空泵之下游將純氧氣引入至燃燒器，此乃因需要氧氣(及燃料)來燃燒處理氣體。然而，自真空配置輸送之氣體包括已經用於沖洗真空配置之大量的氮。此氮氣降低有害氣體燃燒之效果，且必須將額外純氧氣(及額外燃料)注入至燃燒器中以進行補償。若空氣用作一沖洗氣體，則空氣中氧氣之彼部分(約五分之一)替換通常用於沖洗真空泵之氮氣。因此，輸送自真空配置之氣體中，較少(總氣體)存在抑制有害氣體在燃燒器中之燃燒的氮氣。
另外，自真空泵輸送至燃燒器之氣體混合物已包括支援燃燒之氧氣。此氧氣含量可係充分的，以在不添加另外的純氧氣的情況下發生燃燒或至少減少必須注入至燃燒器中之純氧氣的量。
系統10包括用於自處理室12抽空處理氣體之一真空泵14。所展示之真空泵係在沿著穿過泵之流動路徑無潤滑劑或油之情況下操作之一乾式真空泵，該潤滑劑或油可以其他方式與泵中之有害物質反應。儘管在圖1展示一單個真空泵，但真空泵送配置可包括複數個真空泵(舉例而言，一初級及次級泵或一壓縮泵及一升壓器)。
一壓縮空氣源16在自處理室12抽空處理氣體期間供應壓縮空氣用於沖洗真空泵14。壓縮空氣源經調適以在大於大氣壓之一壓力下，且宜在30kPa與100kPa之間的一壓力下，供應壓縮空氣，使得其在抽空期間於沖洗泵中係有效的。
構件18、20提供用於在引入至真空泵之前自該壓縮氣體移除油及濕氣中之一者或兩者。就此而言，藉由一清潔單元18來清潔壓縮氣 體以自壓縮空氣移除可以其他方式與處理氣體中之有害物質反應之諸如油的物質。清潔單元18可係一除油器，諸如一燃燒催化床或一吸收器。亦藉由一乾燥單元20來乾燥壓縮空氣，以移除亦可以其他方式與處理氣體中之有害物質反應的濕氣。乾燥單元20可包括生產乾燥空氣之一乾燥管或可包括一對乾燥器，使得該對中之第二乾燥器可在第一乾燥器正在操作時再生。儘管未展示，但壓縮空氣可通過一粗清潔單元(諸如，一網式過濾器)以移除過量油或水霧。
壓縮空氣源16可使用一適用壓縮機(未展示)原位產生壓縮空氣。另一選擇係，可在遙遠處產生壓縮空氣並供應於一容器中或藉由一管線供應。可存在多個處理工具共用之一壓縮空氣源，則該壓縮空氣源管道連接至多個各別真空泵送配置。可如在圖1所展示原位執行清潔及乾燥程序，或另一選擇係，可在遙遠處執行該清潔及乾燥程序並清潔及乾燥供應於一容器中或藉由一管線供應之壓縮空氣。若一壓縮機用於原位壓縮空氣，用於潤滑壓縮機之潤滑劑可進入壓縮氣體流且應如上文所闡述地移除此潤滑劑。若壓縮機壓縮周圍空氣，則應移除濕氣，此乃因周圍空氣含有一小部分水蒸汽。
若處理氣體不含有將與真空泵中之空氣之正常組分反應之有害物質，則系統10適用於自處理氣體移除有害物質。
一燃燒器22用於自真空泵接收處理氣體及壓縮空氣，並藉由用一燃料與氧氣混合物燃燒處理氣體來移除有害物質。與在先前技術中使用氮氣相反，在本發明中使用壓縮空氣來沖洗真空泵，且壓縮空氣包括21%(按體積計)之氧氣，因此在氣流進入燃燒器時氧氣已與處理氣體一起存在於該氣流中。因此，燃燒所需之氧氣中的至少某些(且通常為全部氧氣)係獲自壓縮空氣。因而，系統10對來自一單獨氧氣源之氧氣具有一減小的需求，藉以減小成本及碳足跡。
儘管可在不額外供應氧氣的情況下完成燃燒程序，但若燃燒程 序為了發生完全反應而需要一較大化學計量之量的氧氣(按體積計)，則可能需要額外氧氣，但應注意，無論如何，與先前技術相比，自一單獨源供應之氧氣的量係減少的。
感測構件24提供用於在將壓縮氣體引入至泵中用於沖洗之前感測該壓縮氣體之一特性。此實例中之該特性係壓縮空氣中之油或濕氣之一量中之一者或宜為兩者。就此而言，感測構件可包括一濕氣感測器或用於感測CH或OH之一紅外線傳感器(infrared cell)。如在圖1中由虛線所展示，若油及濕氣的量超過預定限制，則感測構件24將一「不清潔/乾燥」信號輸出至一控制單元26。控制單元26可操作地連接至壓縮空氣源16，並經組態以在自感測構件24接收到一信號之情況下中斷壓縮空氣至泵之供應，使得若壓縮空氣含有濕氣或油，則可避免由與有害物質反應所致使的反應。
控制單元26亦可操作地連接至一額外氧氣源28並經組態以當中斷壓縮空氣至泵14之供應時或在除氣流中已經存在之氧氣之外需要額外純氧氣之情況下啟動氧氣自額外源至燃燒器22之供應。以此方式，當切斷壓縮空氣之供應時，將燃燒處理氣體所需之氧氣自額外源28引入至燃燒器22。由源28供應之氧氣應含有充足的氧氣(按體積計)以支援燃燒。
在設備之正常使用期間，將壓縮氣體輸送至真空泵送配置中用於沖洗。然而，若出於上文所闡述之原因或其他，停止或減少壓縮氣體之供應，則控制單元可操作地連接至一氮氣源30以致使將氮氣輸送至真空泵送配置中用於沖洗。
處理室12可用於多個不同處理或清潔步驟。可在有一有害氣體存在之情況下執行一個處理步驟，該有害氣體係一種氧化劑或否則在於輸送至真空泵送配置中之壓縮空氣中有氧氣存在之情況下係惰性的。然而，可使用非氧化劑或與空氣中之氧氣反應之一氣體進行其他 處理或清潔步驟。系統10具有其中將壓縮空氣輸送至真空泵送配置中用於沖洗之一第一條件或狀態及其中將氮氣輸送至真空泵送配置中用於代替壓縮空氣來進行沖洗之一第二條件或狀態。當使用氮氣來代替壓縮空氣時，將純氧氣自源28輸送至燃燒器中用於支援燃燒。控制單元26可操作地連接至氧氣源28及氮氣源30以取決於在處理室中執行之處理或清潔步驟來控制在第一條件或第二條件中之操作。當處理工具自一個步驟至另一個步驟而改變時，對系統條件之控制可係手動的並由一技工執行，或另一選擇係，控制件26可與一處理工具之控制件連通並取決於自該處理工具之控制件接收之信號而改變系統條件。
在系統10之一修改中，輸送至真空泵送配置中之空氣可在其引入之前已移除其氧氣之一部分，或輸送至泵中之沖洗混合物可包括空氣及純氮氣兩者以減少沖洗混合物中之氧氣之化學計量的量。在處理氣體含有不易與真空泵送配置中之氧氣反應之物質之情況下，此修改可係有用的。取決於物質與氧氣之反應性，選擇所移除之氧氣的量或其在沖洗混合物中之稀釋。該修改又提供成本及碳足跡之一減少，此乃因自空氣移除氧氣係較簡單的且生產純氧氣及純氮氣消耗較少能量。
另外，控制單元26可在燃燒器之一入口處連接至一感測器(未展示)用於感測氣流中之氧氣及有害物質的量。控制單元26控制源28、30並在燃燒需要之情況下將額外氧氣或氮氣供應至燃燒器。
在圖1中展示之燃燒器22可係用於在有氧氣且通常亦有一燃料存在之情況下燃燒有害物質之任何適用之燃燒配置。在申請人之較早專利EP 0 802 370中展示此一燃燒器之實例，該等所公開專利之內容以引用之方式包含在本發明說明中。
現將闡述一種沖洗一真空泵送及減量系統之一真空泵之方法。當自處理室12排出處理氣體時，氣體中含有之任何有害物質可非所要 地侵蝕、腐蝕真空泵14之組件或以其他方式與該等組件反應。為避免或減少此反應，在自處理室12抽空處理氣體期間用壓縮空氣沖洗真空泵14。將壓縮空氣與處理氣體引入至燃燒器22且壓縮空氣中之氧氣在燃燒器中用於燃燒處理氣體以移除有害物質。
在將壓縮氣體引入至泵14中用於沖洗之前感測該壓縮氣體之一特性。此實例中之該特性係壓縮空氣中之油或濕氣的量。若所感測之特性超過一預定限制，則中斷壓縮空氣至泵之供應以避免與有害物質反應，且將代替壓縮空氣之氮氣自源30輸送至真空泵送配置中。當中斷壓縮空氣至泵之供應時，啟動氧氣自額外源28至燃燒器之供應。為減少泵中之可能的反應，在將壓縮空氣引入至真空泵之前自該壓縮空氣移除油及濕氣。當燃燒處理氣體時，藉由燃燒器自處理氣體移除有害物質(包含PFC(若存在))，且可將所得之氣體釋放至大氣中或以其他方式經處置而無毒性或環境隱患。
10‧‧‧真空泵送及減量系統/系統
12‧‧‧處理室
14‧‧‧真空泵/泵
16‧‧‧壓縮空氣源
18‧‧‧構件/清潔單元
20‧‧‧構件/乾燥單元
22‧‧‧燃燒器
24‧‧‧感測構件
26‧‧‧控制單元/控制件
28‧‧‧氧氣源/源/額外源/額外氧氣源
30‧‧‧氮氣源/源
為可充分理解本發明，現將參考圖1闡述僅以實例方式給出之本發明之一實施例，圖1係一真空泵送及減量系統與一處理室之一示意圖。

Claims (19)

  1. 一種用於自一處理室抽空處理氣體並自該處理氣體移除有害物質之真空泵送及減量系統，其包括：一真空泵送配置，用於自一處理室抽空處理氣體；一壓縮空氣源，用於在抽空期間沖洗該真空泵送配置；及一燃燒器，用於自該真空泵送配置接收處理氣體及壓縮空氣，並藉由在氧氣中燃燒該處理氣體而自其移除有害物質，其中支援燃燒之該氧氣中之至少某些氧氣係獲自該壓縮空氣；其中該系統包括用於在將壓縮氣體引入至泵中用於沖洗之前感測該壓縮氣體之一特性之感測構件。
  2. 如請求項1之系統，其中該特性係該壓縮空氣中之油或濕氣之一量中之一者或兩者，且若油或濕氣之該量超過一預定限制，則該感測構件將一信號輸出至一控制單元。
  3. 如請求項2之系統，其中該控制單元可操作地連接至該壓縮空氣源，並經組態以在自該感測構件接收到該信號之情況下中斷至該泵之壓縮空氣的供應。
  4. 如請求項2之系統，其中該控制單元可操作地連接至一額外氧氣源，並經組態以當中斷或減少壓縮空氣至該泵之該供應時，啟動自該額外源至該燃燒器之氧氣的供應。
  5. 如請求項1之系統，其包括用於在引入至該真空泵送配置之前自該壓縮氣體移除油及濕氣中之一者或兩者的構件。
  6. 如請求項1之系統，其包括經連接用於沖洗該真空泵送配置之一氮氣源。
  7. 如請求項6之系統，其中當中斷或減少壓縮空氣至該真空泵送配置之該供應時，該控制單元將氮氣輸送至該真空泵送配置中用於沖洗。
  8. 如請求項7之系統，其具有：一第一狀態，用於自該處理室接收係氧化劑或否則在氧氣中實質上係惰性之有害物質，其中用來自該壓縮空氣源之壓縮空氣來沖洗該真空泵送配置；及一第二狀態，用於自該處理室接收係氧化劑或否則在氧氣中實質上不係惰性之有害物質，其中用來自該氮氣源之氮氣來沖洗該真空泵送配置。
  9. 如請求項7或8之系統，其具有用於自該處理室接收在氧氣中係弱反應性之有害物質之一狀態，且輸送至該真空泵送配置中之該壓縮空氣在引入之前已移除該氧氣之一部分，或將來自該氮氣源之氮氣與該壓縮空氣一起輸送至該真空泵送配置中，從而形成包括空氣與氮氣之一混合物之一沖洗氣體。
  10. 如請求項1之系統，其中該壓縮空氣源經調適以在大於大氣壓之一壓力下供應壓縮空氣。
  11. 一種沖洗一真空泵送及減量系統之一真空泵送配置之方法，該系統包括：一真空泵送配置，用於自一處理室抽空處理氣體；及一燃燒器，用於自該真空泵送配置接收處理氣體，並藉由在氧氣中燃燒該處理氣體而自其移除有害物質，該方法包括：在自該處理室抽空處理氣體期間，將壓縮空氣輸送至該真空泵送配置中，用於沖洗該真空泵送配置並供應氧氣至該燃燒器以支援燃燒，其中在將壓縮氣體引入至該泵中用於沖洗之前，感測該壓縮氣體之一特性。
  12. 如請求項11之方法，其中該特性係該壓縮空氣中之油或濕氣之一量中之一者或兩者。
  13. 如請求項11或12之方法，其中若該所感測之特性超過一預定限制，則中斷壓縮空氣至該泵之供應。
  14. 如請求項13之方法，其中當中斷壓縮空氣至該泵之該供應時，啟動自一額外源至該燃燒器之氧氣的供應。
  15. 如請求項13之方法，其中當中斷或減少至該真空泵送配置中之壓縮空氣之該供應時，將氮氣輸送至該真空泵送配置中。
  16. 如請求項11之方法，在引入至該真空泵送配置之前，自該壓縮空氣移除油及濕氣中之一者或兩者。
  17. 如請求項14之方法，其包括當自該處理室接收係氧化劑或否則在氧氣中實質上係惰性之有害物質時，用壓縮空氣來沖洗該真空泵送配置，以及當自該處理室接收係氧化劑或否則在氧氣中實質上不係惰性之有害物質時，用氮氣來沖洗該真空泵送配置。
  18. 如請求項14之方法，其包括自該處理室接收在氧氣中係弱反應性之處理氣體並用已移除該氧氣之一部分之壓縮空氣來沖洗該真空泵送配置，或用包括來自一實質上純氮氣源之氮氣與壓縮空氣之一沖洗混合物來沖洗該真空泵送配置。
  19. 如請求項11之方法，其中在大於大氣壓之一壓力下，供應壓縮空氣。
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