JP6419776B2 - 真空ポンピング・除害システム - Google Patents

Description

本発明は、プロセスチャンバからプロセスガスを排出して、プロセスガスから有害物質を除去する真空ポンピング・除害システムに関する。また、本発明は、真空ポンピング装置のパージング方法に関する。

これまで、真空ポンピング・除害システムは、プロセスチャンバからプロセスガスを排出して、プロセスガスから有害物質を除去するシステムとして知られている。このようなシステムは、プロセスチャンバからプロセスガスを排出する真空ポンプと、該真空ポンプからプロセスガスを受入れるバーナとを有し、該バーナは、真空ポンプの下流側のバーナに導入される燃料と酸素との混合物中でプロセスガスを燃焼することによりプロセスガスから有害物質を除去する。

真空ポンプにより排出される或るプロセスガスは、特に水分が存在するときは腐食性を有する。ポンプの腐食は、ポンプの寿命を低下させまたはポンプの故障を招くため回避しなくてはならない。既知のシステムでは、ポンプをパージングしかつ潜在的な腐食性ガスを希釈するのに乾燥窒素が使用されている。窒素が使用される理由は、一般に腐食性ガスと反応しないからである。

この既知のシステムは、窒素および酸素をシステムの操業者が用意しなければならず、所有者コストおよび作動コストを増大させるという欠点を有する。また、純粋窒素および純粋酸素は、エネルギを要する低温蒸留法を用いて別々に発生させなくてはならず、したがってカーボンフットプリント（二酸化炭素排出量）の増大をもたらす。第３に、一定流量の窒素パージガスへの酸素の付加により全ガス流量の増大を招き、バーナでの燃料使用量は全ガス流量に比例するので、より多い燃料使用量をもたらす。

欧州特許第０ ８０２ ３７０号明細書

本発明は、このようなシステムの所有者コスト、作動コストおよびカーボンフットプリントを低減させることを目的とする。

本発明は、プロセスチャンバからプロセスガスを排出する真空ポンピング装置と、排出中に真空ポンピング装置をパージングする圧縮空気供給源と、真空ポンピング装置からプロセスガスおよび圧縮空気を受入れて、酸素中でプロセスガスを燃焼することによりプロセスガスから有害物質を除去するバーナとを有し、燃焼を支持する酸素の少なくとも幾分かは圧縮空気から得られる構成のプロセスチャンバからプロセスガスを排出しかつプロセスガスから有害物質を除去する真空ポンピング・除害システムを提供する。

本発明はまた、プロセスチャンバからプロセスガスを排出する真空ポンピング装置と、該真空ポンピング装置からプロセスガスを受入れて、酸素中でプロセスガスを燃焼することによりプロセスガスから有害物質を除去するバーナとを有する真空ポンピング・除害システムの真空ポンピング装置をパージングする方法であって、プロセスチャンバからプロセスガスを排出中に真空ポンピング装置内に圧縮空気を搬送して真空ポンピング装置をパージングし、かつバーナに酸素を供給して燃焼を支持する構成の真空ポンピング装置のパージング方法を提供する。

本発明の他の好ましい態様および／または随意の態様は、特許請求の範囲の実施態様項に記載されている。

本発明を良く理解できるようにするため、単なる例示として示す一実施形態を添付図面を参照して説明する。

真空ポンピング・除害システムおよびプロセスチャンバを示す概略図である。

図１を参照すると、プロセスチャンバ１２からプロセスガスを排出して、プロセスガスから有害物質を除去する真空ポンピング・除害システム１０が示されている。例えばシリコンウェーハのような製品の加工は、プロセスガスが存在するプロセスチャンバ１２内で誘電エッチングまたはフラットパネルエッチング等により行われる。一般に、加工中または加工後に、ＰＦＣ、Ｏ₂、ＨＢｒ、Ｃｌ₂、ＳｉＦ₄、ＳｉＣｌ₄またはＣＦ₄を含む有害物質がプロセスチャンバから排出される。これらの有害物質は有毒および／または環境的に有害であり、したがって有害物質が大気中に放出される前に、洗い流すか除去されなくてはならない。

既知のシステムでは、ポンプをパージングしかつ潜在的な腐食性ガスを希釈するのに乾燥窒素が使用されている。しかしながら、プロセスガスがオキシダントである場合または酸素の存在下で不活性である場合にはポンプをパージングするのに空気を使用できる。なぜならば、空気中の酸素はプロセスガスと反応しないからである。パージガスとして空気を使用ことには多くの長所がある。

第１に、空気は容易に豊富に得られ、かつ純粋窒素の使用とは異なり、例えば予め空気から分離することにより製造する必要がないことである。したがって、パージガスとして空気を使用することはエネルギを大量に使用しない方法であり、カーボンフットプリントを低減できる。

更に、プロセスガスの燃焼には酸素（および燃料）が必要であるため、既知のシステムでは、真空ポンプの下流側のバーナに純粋酸素が導入される。しかしながら、真空装置から搬送されるガスは、真空装置のパージングに使用された多量の窒素を含んでいる。この窒素は有害ガスの燃焼の有効性を低下させ、これを補償すべく付加純粋酸素（および付加燃料）をバーナに噴射しなければならない。パージガスとして空気が使用される場合には、空気の一部（約１／５）である酸素が、真空ポンプのパージングに通常使用される窒素と置換される。したがって、バーナ内の有害ガスの燃焼を抑制すべく真空装置から搬送されるガス中には窒素（全ガス）は殆ど存在しない。

また、真空ポンプからバーナに以前に搬送されたガス混合物中には、燃焼を支持する酸素が含まれている。この酸素含有量は、純粋酸素を更に付加することなく燃焼を生じさせるのに充分であるか、バーナ内に噴射しなければならない純粋酸素の量を少なくとも低減させるのに充分である。

システム１０は、プロセスチャンバ１２からプロセスガスを排出させる真空ポンプ１４を有している。図示の真空ポンプは潤滑剤またはオイルを使用することなく作動できるドライ真空ポンプであり、さもなくばポンプ内の有害物質と反応することがあるポンプを通る流路に沿って作動する。図１には単一の真空ポンプが示されているが、真空ポンプ装置は、例えば１次および２次ポンプまたは圧縮ポンプおよびブースタのような複数の真空ポンプを使用できる。

圧縮空気供給源１６は、プロセスチャンバ１２からのプロセスガスの排出中に、真空ポンプ１４をパージングするための圧縮空気を供給する。圧縮空気供給源１６は、大気圧より高い圧力、好ましくは３０ｋＰａ〜１００ｋＰａの圧力で圧縮空気を供給できるため、排出中にポンプを有効にパージングできる。

手段１８、２０は、真空ポンプへの導入の前に圧縮ガスからオイルおよび水分の一方または両方を除去するためのものである。この点に関し、さもなくばプロセスガス中の有害物質と反応する虞のある圧縮空気からオイルのような物質を除去すべく、圧縮空気が浄化ユニット１８により浄化される。浄化ユニット１８は、燃焼触媒床またはアブソーバのようなオイル除去装置で構成できる。圧縮空気は、これもまた有害物質と反応する虞のある水分を除去すべく乾燥ユニット２０により乾燥される。乾燥ユニット２０は、乾燥空気を作る乾燥チューブで構成するか、１対のドライヤで構成し、１対のうちの第１ドライヤが作動している間に第２ドライヤが再生されるように構成することもできる。図示しないが、圧縮空気は、過剰オイルまたは水ミストを除去するスクリーンフィルタのような粗浄化ユニットに通すことができる。

圧縮空気供給源１６は、適当なコンプレッサ（図示せず）を用いて現場で圧縮空気を発生させることができる。或いは、圧縮空気は遠隔場所で発生し、容器またはパイプラインにより供給することもできる。多数のプロセスツールに共通の圧縮空気供給源を設け、この圧縮空気供給源を多数のそれぞれの真空ポンプ装置にパイプ連結することもできる。この浄化および乾燥工程は、図１に示すように現場で実施するか、遠隔場所で実施して、容器またはパイプラインにより供給された乾燥圧縮空気を浄化することもできる。コンプレッサを用いて空気を現場で圧縮する場合には、コンプレッサの潤滑に使用される潤滑剤は圧縮ガス流中に通し、前述のようにして除去すべきである。コンプレッサが周囲の大気を圧縮する場合には、大気が少量の水蒸気を含有しているので水分を除去すべきである。

システム１０は、プロセスガスが、真空ポンプ内の空気の通常の成分、すなわち窒素、酸素および二酸化炭素と反応する虞がある有害物質を含有しない場合に、プロセスガスから有害物質を除去するのに適している。

バーナ２２は、真空ポンプ１４からプロセスガスおよび圧縮空気を受入れて、燃料および酸素の混合物中でプロセスガスを燃焼することにより有害物質を除去するためのものである。本発明では、従来技術での窒素とは異なり、真空ポンプのパージングに圧縮空気が使用されること、および圧縮空気は２１体積％の酸素を含有することから、プロセスガスのガス流がバーナに流入するときには、酸素が既にガス流中に存在する。したがって、燃焼に必要な少なくとも幾分かの酸素（一般的には全ての酸素）を圧縮ガスから得ることができる。したがって、本発明のシステム１０は、別の酸素源からの酸素の必要量は少なく、これによりコストおよびカーボンフットプリントを低減できる。

燃焼工程は酸素の付加供給を行うことなく完了できるが、完全な反応を生じさせるため燃焼工程がより大きい化学量論量の酸素（体積量）を必要とする場合でも、別の供給源から供給される酸素の量は、いかなる場合でも、従来技術と比較して低減されることに留意されたい。

パージングのための圧縮ガスをポンプに導入する前に圧縮ガスの特性を検知する検知手段２４が設けられている。この例での特性とは、圧縮空気中のオイル量または水分量の一方または好ましくは両方である。この点に関し、検知手段２４は、ＣＨまたはＯＨを検知できる水分センサまたは赤外線セルで構成できる。図１に破線で示すように、オイル量および水分量が所定限度を超えた場合には、検知手段２４が「非清浄／乾燥」信号を制御ユニット２６に出力する。制御ユニット２６は圧縮空気供給源１６を作動するように接続されており、検知手段２４からの信号を受けたときにポンプへの圧縮空気の供給を停止して、有害物質との反応により生じた水分生成物またはオイル生成物が圧縮空気に含まれることを防止できるようにする。

また制御ユニット２６は、酸素の付加供給源２８をも作動するように接続されており、ポンプ１４への圧縮空気の供給が停止されたときまたはガス流中に既に存在する以上の付加純粋酸素が燃焼のために必要である場合には、付加供給源２８からの酸素の供給を付勢するように構成されている。このようにして、圧縮空気の供給が遮断された場合には、プロセスガスの燃焼に必要な酸素が付加供給源２８からバーナ２２に導入される。付加供給源２８により供給される酸素は、燃焼を支持するのに充分な体積量の酸素を含有しなければならない。

装置の通常使用中、パージングのために圧縮ガスが真空ポンピング装置内に搬送される。しかしながら、上記理由または他の理由があると、圧縮ガスの供給が停止されるか減少される。制御ユニット２６はまた、窒素の供給源３０を作動するように接続されており、パージングのために窒素を真空ポンピング装置内に搬送する。

プロセスチャンバ１２は、多くの異なる加工工程または浄化工程に使用できる。或る加工工程は、有害ガス（オキシダント、さもなくば真空ポンピング装置内に搬送される圧縮空気中の酸素の存在下で不活性なガス）の存在下で行われる。しかしながら、他の加工工程または浄化工程は、オキシダントではないガスまたは空気中の酸素とは反応しないガスを用いて行われる。システム１０は、パージングのために真空ポンピング装置内に圧縮空気を搬送する第１状態と、パージングのために圧縮空気に代えて真空ポンピング装置内に窒素を搬送する第２状態とを有している。圧縮空気に代えて窒素を使用する場合には、燃焼を支持するため、純粋酸素が付加供給源２８からバーナ２２内に搬送される。制御ユニット２６はまた、酸素供給源２８および窒素供給源３０を作動するように接続されており、プロセスチャンバ１２内で行われる加工工程または浄化工程に基づいて、第１状態または第２状態での作動を制御する。プロセスツールが一工程から他の工程に変わるとき、または制御ユニット２６がプロセスツールの制御手段と通信して、プロセスツールの制御手段から受けた信号に基づいてシステム状態を変えるときは、システム状態の制御はオペレータが手動で行うことができる。

システム１０の変更例では、真空ポンピング装置内に搬送される空気は、該空気の導入前に除去された酸素の一部を有するものでもよいし、ポンプ１４内に搬送されるパージ混合物は、該パージ混合物中の酸素の化学量論量を低減させるべく空気および純粋窒素の両方を含むことができる。この変更例は、プロセスガスが、真空ポンピング装置内の酸素と弱く反応する物質を含む場合に有効である。パージ混合物中で除去されるか希釈される酸素の量は、酸素との物質の反応性に基づいて選択される。この変更例はまた、空気からの酸素の除去が簡単でかつ純粋酸素および純粋窒素の生成に消費するエネルギが小さいため、コストおよびカーボンフットプリントを低減できる。

また、制御ユニット２６は、ガス流中の酸素および有害物質の量を検知すべくバーナ２２の入口に設けられるセンサ（図示せず）に接続できる。制御ユニット２６は酸素および窒素の供給源２８、３０を制御して、燃焼に必要な場合に付加酸素または窒素をバーナ２２に供給する。

図１に示すバーナ２２は、酸素の存在下（および一般的には燃料も存在）での有害物質の燃焼に適した任意の燃焼構造を有するものでよい。このようなバーナの一例が、本件出願人に係る上記特許文献１に開示されている。尚、この特許文献１の内容は本願に援用する。

以上、真空ポンピング・除害システムの真空ポンプのパージング方法について説明した。プロセスチャンバ１２からプロセスガスが排出されるとき、プロセスガス中に含まれるあらゆる有害物質が、真空ポンプ１４のコンポーネンツに対し好ましからざる攻撃、腐食または反応を行う。このような反応を防止しまたは低減させるため、真空ポンプ１４は、プロセスチャンバ１２からのプロセスガスの排出中に圧縮空気によりパージングされる。バーナ２２にはプロセスガスと一緒に圧縮空気が導入され、バーナ内では圧縮空気中の酸素が使用されてプロセスガスが燃焼され、有害物質を除去する。

圧縮ガスの特性は、パージングのために圧縮ガスがポンプ１４内に導入される前に検知される。この例での特性とは、圧縮空気中のオイルまたは水分の量である。検知した特性が所定限度を超えると、有害物質との反応を防止すべくポンプへの圧縮空気の供給が停止され、圧縮空気の代わりに窒素が供給源３０から真空ポンピング装置内に搬送される。ポンプへの圧縮空気の供給が停止されると、付加供給源２８からの酸素の供給が付勢される。ポンプ内での反応の可能性を低下させるため、オイルおよび水分は、真空ポンプに導入される前に圧縮空気から除去される。プロセスガスが燃焼されると、ＰＦＣを含む有害物質が存在する場合には、該有害物質がバーナによりプロセスガスから除去され、合成ガスは大気中に放出されるか、毒性または環境的危険性を除去して廃棄される。

１０ 真空ポンピング・除害システム
１２ プロセスチャンバ
１４ 真空ポンプ
１６ 圧縮空気供給源
１８ 浄化ユニット
２０ 乾燥ユニット
２２ バーナ
２４ 検知手段
２６ 制御ユニット
２８ 酸素の付加供給源
３０ 窒素の供給源

Claims (21)

1. プロセスチャンバからプロセスガスを排出しかつプロセスガスから有害物質を除去する真空ポンピング・除害システムにおいて、
   プロセスチャンバからプロセスガスを排出する真空ポンピング装置と、
   排出中に真空ポンピング装置をパージングする圧縮空気供給源と、
   真空ポンピング装置からプロセスガスおよび圧縮空気を受入れて、酸素中でプロセスガスを燃焼することによりプロセスガスから有害物質を除去するバーナとを有し、燃焼を支持する酸素の少なくとも幾分かは圧縮空気から得られることを特徴とする真空ポンピング・除害システム。
2. パージングのために圧縮ガスをポンプに導入する前に、圧縮ガスの特性を検知する検知手段を有することを特徴とする請求項１記載の真空ポンピング・除害システム。
3. 前記特性は圧縮空気中のオイル量または水分量の一方または両方であり、検知手段は、オイル量または水分量が所定限度を超えたときに信号を制御ユニットに出力することを特徴とする請求項２記載の真空ポンピング・除害システム。
4. 前記制御ユニットは、圧縮空気供給源を作動するように接続されかつ検知手段から前記信号を受けたときにポンプへの圧縮空気の供給を停止させるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の真空ポンピング・除害システム。
5. 前記制御ユニットは、酸素の付加供給源を作動するように接続されかつポンプへの圧縮空気の供給が停止または減少されたときに付加供給源からバーナへの酸素の供給を付勢するように構成されていることを特徴とする請求項３記載の真空ポンピング・除害システム。
6. 前記真空ポンピング装置への圧縮ガスの導入前に圧縮ガスからオイルおよび水分の一方または両方を除去する手段を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記載の真空ポンピング・除害システム。
7. 前記真空ポンピング装置をポンピングすべく連結された窒素の供給源を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載の真空ポンピング・除害システム。
8. 前記制御ユニットは、真空ポンピング装置への圧縮空気の供給が停止または減少されたときに、パージングのために真空ポンピング装置内に窒素を搬送することを特徴とする請求項７記載の真空ポンピング・除害システム。
9. オキシダントまたは酸素中で実質的に不活性なプロセスチャンバからの有害物質を受入れて、真空ポンピング装置が圧縮空気供給源からの圧縮空気によりパージングされる第１状態と、オキシダントまたは酸素中で実質的に不活性ではないプロセスチャンバからの有害物質を受入れて、真空ポンピング装置が窒素供給源からの窒素によりパージングされる第２状態とを有することを特徴とする請求項８記載の真空ポンピング・除害システム。
10. 酸素中で弱く反応する有害物質をプロセスチャンバから受入れる状態であって、真空ポンピング装置内に搬送された圧縮空気が、窒素供給源からの窒素の導入前に除去された酸素の一部を有しかつ真空ポンピング装置内に搬送され、圧縮空気が空気と窒素との混合物からなるパージガスを形成する状態を有することを特徴とする請求項８または９記載の真空ポンピング・除害システム。
11. 前記圧縮空気供給源は大気圧より高い圧力で圧縮空気を供給することができることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項記載の真空ポンピング・除害システム。
12. プロセスチャンバからプロセスガスを排出する真空ポンピング装置と、該真空ポンピング装置からプロセスガスを受入れて、酸素中でプロセスガスを燃焼することによりプロセスガスから有害物質を除去するバーナとを有する真空ポンピング・除害システムの真空ポンピング装置をパージングする方法において、
    真空ポンピング装置をパージングし、かつバーナに酸素を供給して燃焼を支持するために、プロセスチャンバからプロセスガスを排出中に真空ポンピング装置内に圧縮空気を搬送することを特徴とする真空ポンピング・除害システムの真空ポンピング装置のパージング方法。
13. 前記圧縮ガスをポンプ内に導入してパージングする前に圧縮ガスの特性を検知することを特徴とする請求項１２記載のパージング方法。
14. 前記特性は、圧縮空気中のオイル量または水分量の一方または両方であることを特徴とする請求項１３記載のパージング方法。
15. 前記検知された特性が所定限度を超えると、ポンプへの圧縮空気の供給を停止することを特徴とする請求項１３または１４記載のパージング方法。
16. 付加供給源からバーナへの酸素の供給は、ポンプへの圧縮空気の供給が停止されると付勢されることを特徴とする請求項１５記載のパージング方法。
17. 前記真空ポンピング装置内への圧縮空気の供給が停止または減少されると、窒素を真空ポンピング装置内に搬送することを特徴とする請求項１５または１６記載のパージング方法。
18. 前記圧縮ガスが真空ポンピング装置に導入される前に、オイルおよび水分の一方または両方を圧縮ガスから除去することを特徴とする請求項１２〜１７のいずれか１項記載のパージング方法。
19. オキシダントまたは酸素中で実質的に不活性なプロセスチャンバからの有害物質を受入れると、圧縮空気で真空ポンピング装置をパージングし、オキシダントまたは酸素中で実質的に不活性ではないプロセスチャンバからの有害物質を受入れると、真空ポンピング装置を窒素でパージングすることを特徴とする請求項１６または１７記載のパージング方法。
20. 酸素中で弱く反応するプロセスガスをプロセスチャンバから受入れかつ除去した酸素の一部であった圧縮空気により真空ポンピング装置をパージングするか、実質的に純粋な窒素の供給源からの窒素と圧縮空気とのパージ混合物により真空ポンピング装置をパージングすることを特徴とする請求項１６〜１９のいずれか１項記載のパージング方法。
21. 前記圧縮空気は、大気圧より高い圧力で供給されることを特徴とする請求項１２〜２０のいずれか１項記載のパージング方法。

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