可燃气体稀释器及其方法与流程

1.本发明的领域涉及可燃气体稀释，并且在一些实施例中涉及真空泵送和消减系统（abatement system）。


背景技术：

2.存在这样的半导体制造过程，其中待排出和消减的气体是诸如氢气的可燃气体。例如在光刻中，通过受控地暴露于辐射源来制造产品。在这种情况下，辐射源是极紫外euv辐射。在该过程中，越来越大量地使用氢气作为幕帘气体（气帘，curtain gas），以保护光学器件和镜不受溅射锡的影响，溅射锡由激光器激发以在光刻工具中辐射euv光。这些过程在真空中进行，并且真空系统提供该过程发生所需的真空压力，并将氢气带走以安全地消减。
3.在许多消减系统中，从真空处理腔室移除的可燃气体被燃烧以移除所述气体。存在与之相关的环境影响，并且其通常需要两个消减工具，即，操作的消减工具和备用的消减工具，以防操作的消减工具中的燃烧器熄灭。这种装置在燃料和空间两方面都是昂贵的。
4.将期望提供一种从气体流中消减可燃气体的替代方法，以便所述气体流可以安全地排出。


技术实现要素：

5.第一方面提供了一种可燃气体稀释器，用于将可燃气体流稀释到低于所述可燃气体的可燃性极限的浓度，所述稀释器包括：稀释容器，其包括限定从入口到出口的纵向流动通路的外壳体；至少一个空气入口组件，用于将空气流引导到所述稀释容器的所述入口；可燃气体入口装置，其朝向所述稀释容器的入口端定位；两个气体流产生器，其被构造成将空气流泵送到所述空气入口组件中，所述两个气体流产生器定位在所述可燃气体入口装置的上游；其中所述两个气体流产生器构造成作为操作和备用的气体流产生器操作，以及两个阻尼器，一个阻尼器与所述气体流产生器中的每一个相关联，所述阻尼器中的每一个安装在所述对应的气体流产生器和所述稀释容器之间，所述阻尼器构造成当关闭时阻塞所述对应的气体流产生器和所述稀释容器之间的通路，而当打开时打开所述气体流产生器和所述稀释容器之间的所述通路；以及控制电路，其被构造为控制所述阻尼器的打开和关闭，所述控制电路被构造为在所述对应的气体流产生器的操作模式期间打开所述阻尼器，并且当所述对应的气体流产生器在待机模式中停止时关闭所述阻尼器。
6.可燃气体的处理和处置是具有挑战性的。由于这些原因，系统输出的可燃气体已经通常通过在燃烧器中燃烧所述可燃气体来处理，有时使用甲烷作为燃料。这对环境有影响，在燃料和空间方面相对昂贵，并且可能具有可靠性问题。尽管存在与处理可燃气体相关的挑战，但如果能够将其安全地稀释至其可燃性极限以下，则许多可燃气体可简单地排放到大气中。
7.以前，在已经稀释可燃气体的情况下，这通常使用惰性气体的氮气和在高于大气压的压力下进行稀释。然而，在可燃气体的量高的系统中，将可燃气体的浓度降低至可燃气
体可燃性水平以下将所需的氮气的量在许多情况下是极其昂贵的。此外，在较高压力下操作具有其自身的挑战。
8.可燃气体的稀释将似乎是作为消减手段的燃烧可燃气体的可接受的替代方案，只要可以安全且可靠地进行。如果可燃气体的浓度升高，那么这不仅具有安全性问题，而且产生可燃气体的系统可能需要关闭，这可能是昂贵的。
9.实施例利用可燃气体稀释器解决了这些问题，该可燃气体稀释器具有来自至少两个气体流产生器的空气供应，每个气体流产生器被构造为在操作模式下操作或作为备用操作。因此，一个气体流产生器可以产生所需的空气流，而另一个气体流产生器则在待机模式下作为备用，以准备好在操作的气体流产生器需要维修时使用。
10.提供两个气体流产生器的一个潜在问题是，存在气体流经由不操作的气体流产生器泄漏到稀释系统之外的潜在泄漏路径。这不仅可能导致系统内的压力波动，这可能触发警报和系统关闭，而且在与其操作方向相反的方向上流过气体流产生器将导致其反向旋转，从而使得在需要时难以或不可能启动。这已经通过提供与每个气体流产生器相关联的阻尼器来解决。这些阻尼器被构造成打开或阻塞气体流产生器和稀释容器之间的气体流通路，并且由控制电路控制，使得它们可以根据需要自动打开和关闭。这样，当不操作时，通过不操作的气体流产生器的“向后”路径可至少部分地被阻挡，从而阻止气体从系统泄漏并导致产生器的反向旋转。
11.阻尼器可以具有多种形式，但是在一些实施例中包括形成百叶窗式装置的板条（slab）。板条具有窄截面和宽截面，板条可旋转地安装，使得在闭合位置中，宽截面平行于并跨过气体通路截面定位，而在打开位置，宽截面垂直于通路截面定位，使得在该取向中，只有窄截面形成气体通路的任何屏障。当闭合时，板条可以覆盖截面面积的95%以上。
12.在一些实施例中，所述控制电路被构造为响应于指示当前操作的气体流产生器将被停止并且当前处于待机模式的气体流产生器将被启动的信号：控制处于待机模式的所述气体流产生器启动，并且在预定延迟之后：控制与所述启动的气体流产生器相关联的所述阻尼器打开。
13.当在气体流产生器之间切换时，可能在操作的气体流产生器被交换出以进行维护的情况下，已经发现，为了抑制通过当前非操作的气体流产生器的气体泄漏以及当前非操作的气体流产生器的潜在反向旋转，如果在打开阻尼器之前启动该气体流产生器并且仅在预定延迟之后才打开阻尼器，则是有利的。这样，抑制了系统中的气体泄漏和相应波动。通过停止的气体流产生器的气体向后泄漏不仅使其难以启动，而且可能导致系统内不期望的压力波动，并且可燃气体浓度上升，其中任一者可能触发警告信号，并且正被稀释的系统被关闭。指示当前操作的气体流产生器将被停止的信号可以响应于从感测操作的气体流产生器的传感器接收的信号而产生。在这些信号指示例如气体流产生器具有升高的温度或增加的振动的情况下，则控制电路可以产生指示气体流产生器应当停止并且由备用气体流产生器替换的信号。
14.预定延迟可以是气体流产生器达到其通常操作速度的时间，或者其可以是气体流产生器达到或超过其通常操作速度的一部分所需的时间，诸如超过通常操作速度的70%，或者在一些情况下超过80%。通常的操作速度可以显著小于气体流产生器的最高速度。该延迟可以被设置为时间，或者例如可以通过感测气体流产生器的传感器确定其已经达到特定的
操作速度。
15.在一些实施例中，所述控制电路被构造为控制与所述操作气体流产生器相关联的所述阻尼器关闭，并且控制所述操作气体流产生器停止。
16.控制电路可以在与新启动的气体流产生器相关联的阻尼器打开时或稍微在所述阻尼器的打开之后控制另一气体流产生器的阻尼器关闭，并且它还可以在相关联的阻尼器关闭时或之后控制气体流产生器停止操作。
17.在一些实施例中，所述控制电路被构造为响应于指示所述稀释器将启动的信号：控制与所述备用气体流产生器相关联的所述阻尼器打开，并且控制与所述操作气体流产生器相关联的所述阻尼器关闭，并且控制所述备用气体流产生器启动；以及在设定的测试时间之后控制所述操作气体流产生器启动；以及在预定延迟之后，控制与所述操作气体流产生器相关联的所述阻尼器打开，并且控制与所述备用气体流产生器相关联的所述阻尼器关闭；并控制所述备用气体流产生器停止操作。
18.当系统要启动时，在启动之前确保备用气体流产生器可工作是有利的。因此，通过在一定的测试周期内操作备用气体流产生器来启动可能是有利的。在该测试周期期间，与该气体流产生器相关联的阻尼器应当打开，而与另一气体流产生器相关联的阻尼器应当关闭。在已经经过一定的测试时间之后，则可以启动操作的气体流产生器。此时，与其相关联的阻尼器仍然关闭。在预定延迟之后，打开阻尼器并且关闭与备用气体流产生器相关联的阻尼器并且关闭备用流产生器。与备用气体流产生器相关联的阻尼器的关闭可以与操作气体流产生器的阻尼器的打开基本上同时进行，或者可以稍微在其之后。在这方面，使两个气体流产生器都操作并且两个阻尼器都打开不是问题。使一个气体流产生器不操作并且其阻尼器打开是导致气体泄漏和反向旋转的原因。
19.在一些实施例中，所述可燃气体入口装置包括多个孔口，至少一些孔口被布置在从所述稀释容器的所述外壳体跨越所述稀释容器的截面朝向所述稀释容器的所述入口端的不同距离处；多个气体流引导结构，所述多个气体流引导结构布置在所述可燃气体入口装置与所述出口之间，每个气体流引导结构沿着所述稀释容器的长度处于不同位置；其中所述多个气体流结构中的至少一者是向内引导气体流结构，用于引导气体流远离所述外壳体，并且所述气体流结构中的至少一者是向外引导气体流结构，用于引导气体流朝向所述外壳体。
20.对于稀释器来说，具有带有较少移动部件的简单设计可能是有利的，因为这允许稀释器既稳健、可靠又不太可能失效。这在如下系统中可能是非常重要的，在所述系统中，消减单元的故障可能导致可燃气体对系统切断，这又可能需要系统立即关闭，这可能导致对系统的损坏。
21.可燃气体的稀释似乎是作为消减手段的燃烧可燃气体的可接受的替代方案，只要可以安全地这样做。本发明的发明人认识到，与处理可燃气体相关的许多危害与将可燃气体从使用点运输到其可被安全地消减的点相关。因此，许多挑战可以通过如下来解决：提供一种设计简单、相对紧凑并且具有较少移动部件的稀释器，从而允许其用作使用点稀释器以在其已被使用的点处或附近稀释可燃气体。
22.在一些实施例中，所述稀释容器包括收缩部分，所述可燃气体入口装置位于所述收缩部分内，使得所述空气在通过所述可燃气体入口之前被加速。
23.当可燃气体输入到稀释器时，其最初可能高于其可燃性上限，但在稀释时，其将变得可燃，直到其被稀释到低于其可燃性下限为止，且因此需要采取步骤以减轻这些点之间的任何点燃风险。通过使用收缩部来增加可燃气体入口处的空气流是一种最初相对快速地稀释气体并抑制点燃的方式，尤其是如果增加的流率高于可燃气体的火焰速度。
24.在一些实施例中，稀释器被构造成将可燃气体稀释到其可燃性下限的一部分以下，在一些情况下稀释到系统出口的二分之一以下，并且在一些情况下稀释到系统出口的四分之一以下。出于安全原因并且为了提供稳健的系统，对于系统来说，寻求将气体稀释到可燃性下限的一部分并且对于传感器来说，当在出口处超过可燃性下限的该部分时触发警告可能是有利的。
25.收缩部可以仅延伸稀释容器的长度的一小部分，稀释容器膨胀超出收缩部分，使得气体流减慢。这有助于在受限空间内可燃气体和空气之间的混合。
26.在一些实施例中，可燃气体稀释器包括至少一个气体流产生器，用于将空气流泵送到所述可燃气体稀释器的所述空气入口组件中，所述至少一个气体流产生器位于所述可燃气体入口装置的上游。
27.如上所述，稀释器内的可燃气体的浓度对于可燃气体入口下游的稀释器的长度的一部分而言介于可燃性上限和可燃性下限之间。因此，有利的是，对于稀释器的该部分不存在任何潜在的点燃源，并且稀释器被构造成使得诸如存在于气体流产生器中的任何移动部件—其可以呈风扇的形式—在可燃气体入口的上游，从而不存在可能是可燃气体入口下游的点燃的潜在原因的移动部件。
28.在一些实施例中，可燃气体稀释器包括两个气体流产生器，其被构造为作为操作的和备用的气体流产生器来操作。
29.在许多需要除去和消减可燃气体的系统中，重要的是可燃气体的浓度不升高到一定水平以上，因此，特别重要的是，在使用点处稀释可燃气体的情况下，系统是可靠的并且不会失效。因此，在一些实施例中，提供两个气体流产生器，一个被构造为作为主气体流产生器操作，并且另一个作为备用气体流产生器操作，所述备用气体流产生器在主气体流产生器发生故障时起作用。由于稀释器是具有少量移动部件的简单设计，因此可以提供可靠的系统，其中确实具有移动部件的部件（在这种情况下是气体流产生器）是重复的（双重的，duplicated）。
30.在一些实施例中，所述空气入口组件包括将空气引导至所述稀释容器的所述入口的导管，所述两个气体流产生器位于所述导管上的基本相同的纵向位置处，在一些实施例中，位于围绕所述气体导管的周界的不同位置处。
31.在一些实施例中，两个气体流产生器可以以竖直布置的方式沿着导管位于不同的纵向位置处，一个在另一个的顶部上。在其他实施例中，它们可以位于导管的两侧上，这减小了稀释器的高度并使其更紧凑。在它们位于导管的两侧的情况下，气体流产生器之一可以相对于另一个旋转地偏移，使得两个气体流产生器的空气入口不直接面对彼此。
32.在一些实施例中，所述至少一个气体流产生器和稀释容器被构造成使得所述空气在所述可燃气体入口装置处的流动速度大于可燃气体的火焰速度。
33.如前所述，当可燃气体在稀释器内，尤其靠近其中可燃气体的浓度将是最高的可燃气体入口时，阻止可燃气体的点燃是重要的。因此，在可燃气体入口装置处以大于可燃气
体的火焰速度的速度提供空气将阻碍其点燃。在这点上，氢气的火焰速度例如在3至4米每秒之间，使得氢气稀释器应当被构造成使得氢气入口处的空气速度大于3至4米每秒。在一些实施例中，其被构造为大于20米/秒，优选地大于25或30米/秒。
34.在一些实施例中，除了提供这种加速的空气流之外，在可燃气体入口处还可以存在阻火器锥体。
35.在一些实施例中，所述可燃气体入口装置被构造成使得所述孔口背对所述气体出口。
36.已经发现，可燃气体与空气的改善混合发生在孔口背对气体出口并且在一些实施例中面向气体入口的位置。
37.在一些实施例中，所述可燃气体入口装置的所述孔口的直径在2 mm和5mm之间。
38.可燃气体孔口的尺寸的选择影响可燃气体进入稀释器的流动，在孔口面向稀释空气流的情况下尤其如此。太大的孔口和空气流将阻碍可燃气体的排出，并且实际上可能导致流入真空系统的空气污染，而太小的孔口将抑制气体流动。已经发现直径在2和5 mm之间的孔口尺寸提供了进入稀释器的特别有效的可燃气体流。
39.在一些实施例中，所述可燃气体入口装置包括外环通道和从所述外环通道朝向所述环的中心延伸的径向通道，所述径向通道包括所述孔口。
40.为了以促进两股气体流之间混合的方式将可燃气体流提供到空气流中，已经发现有利的是，在入口装置中在跨越气体流的不同径向位置处设置孔口，使得不形成单个羽流（plume），而是形成来自不同径向位置处的不同孔口的可燃气体的多股流。还已经发现，跨越稀释器的截面的臂的使用提供了一种有效的布置，其中，空气流不会被过度地抑制，因此真空泵不会过压。围绕扩散器的轴环或外环通道（其中氢气从泵送系统被引入扩散器）的尺寸被确定成允许围绕内周向部分到支架臂（spider arm）的基本相等且不受限制的流。在一些实施例中，支架包括跨越扩散器或稀释器入口的介于4和8个之间的臂。支架臂的尺寸被确定为不会将扩散器空气流动路径限制超过30%。在一些实施例中，支架臂中的孔口沿着臂的长度基本上均匀地分布，并且被布置成面向稀释气体流。
41.尽管外环通道可以在稀释容器内，但在一些实施例中，外环围绕稀释通道的外部壳体，并且径向通道在从壳体的内表面延伸的径向臂内延伸，通道延伸穿过稀释容器壁以与外环通道流体连通。
42.尽管可燃气体稀释器适用于稀释各种可燃气体，但其特别适用于氢气。氢气是非常轻的气体，使得难以有效地泵送。如果流率低，则其也倾向于向任何系统的顶部积聚。因此，对于消减氢气存在挑战，并且实施例的稀释器在处理这些挑战时特别有效。特别地，由于具有较少移动部件的系统的可靠性，流率通常保持在相对恒定的值，并且氢气将有效地扩散通过多个孔口。此外，氢气存在于大气中，因此当足够稀时可以排放到大气中。通常，氢气的可燃性极限是4%的浓度，并且因此，低于4%时，氢气应该是安全的而不会被点燃。然而，为了提供稳健的安全系统，通常在出口处的1%的稀释水平是设定的极限。
43.在一些实施例中，所述稀释容器、可燃气体入口结构和气体引导结构由金属形成并且接地。
44.如前所述，可能优选的是，从稀释器中的气体流中去除点燃源，并且因此，在一些实施例中，可燃气体稀释器由接地以减少任何静电火花可能性的金属形成。在一些实施例
中，金属是不锈钢。这样，在一些实施例中，通过提供金属稀释器并且在可燃气体流内不具有移动部件并且具有高于可燃气体的火焰速度的流动速度，基本上除去了任何点燃的机会。
45.尽管向内引导的气体流结构和向外引导的气体流结构可具有多种形式，但在一些实施例中，所述向内引导的气体流结构包括从所述外壳体向内突出的环状挡板，并且所述向外引导的气体流结构包括位于中心的锥形挡板，所述锥形挡板的顶点面向所述稀释容器的所述入口。
46.这些将气体朝向中心引导并且然后远离气体流动通路的中心穿过稀释容器的气体流结构提供气体的有效混合，并因此在相对小的体积内提供可燃气体的有效稀释。这导致紧凑的稀释容器，其便于用作使用点消减系统。
47.在一些实施例中，所述多个向内和向外引导的气体流结构沿着所述稀释容器的长度交替布置。因此，向内引导的气体流结构之后是向外引导的气体流结构。
48.在一些实施例中，所述稀释容器包括小于70升的体积，所述可燃气体稀释器被构造成稀释高达1000slm (每分钟标准升)的可燃气体的流量。
49.实施例的稀释器由于其设计而紧凑并且能够在相对小的体积内稀释相对高流量的可燃气体。因此，70升的稀释器，在一些情况下50升的稀释器可以稀释高达1000 slm的可燃气体的流量。
50.在一些实施例中，所述可燃气体稀释器包括邻近所述出口的可燃气体采样器，所述可燃气体采样器与可燃气体传感器流体连通，所述可燃气体稀释器还包括控制电路，用于响应于所述可燃气体传感器指示可燃气体的浓度高于预定水平而禁止可燃气体向所述稀释器的流动。
51.在一些实施例中，所述可燃气体采样器包括外环通道和从所述外环通道朝向所述环的中心延伸的径向通道，所述径向通道包括孔口。
52.为了确保系统的安全性，从稀释器输出的气体的浓度应当低于该气体的可燃性极限，并且因此在一些实施例中，在输出附近存在采样器以确保这是这种情况。如果浓度上升到期望的可燃浓度极限之上，则硬接线的安全控制电路将阻止可燃气体流到稀释器。在这方面，在它是使用点稀释器的情况下，这可能涉及关闭它所附接的并且正在产生氢气流的工具。
53.在一些实施例中，所述气体流产生器被构造成在大气压力下将空气供应至所述可燃气体稀释器。
54.第二方面提供了一种用于对半导体处理工具中的至少一个真空腔室进行抽空的真空泵送系统，所述真空泵送系统包括：多个真空泵，用于抽空所述至少一个真空腔室；以及用于从所述至少一个真空腔室中的至少一者接收排气的消减系统，其中，所述消减系统包括根据第一方面的可燃气体稀释器。
55.第一方面的稀释器提供了有效的消减系统，该消减系统可以被设置为与真空泵送系统集成的系统，所述真空泵送系统用于对半导体处理工具中的腔室进行抽空，所述半导体处理工具排放可燃排气。这样，存在可燃气体的使用点消减，并且不存在用管将其输送到其他地方或在消减系统中燃烧它的需求以及这种燃烧器消减系统具有的缺点。
56.在一些实施例中，所述半导体处理工具包括极紫外光刻工具，并且所述可燃气体
包括氢气。
57.极紫外光刻是使用增加量的氢气的技术并且因此，提供了对该氢气的有效稀释并且可以在使用点安全地稀释它而不需要用管将它输送到别处或燃烧它的消减系统是抽空和消减这种系统的特别有效的方式。
58.在一些实施例中，真空泵送系统还包括用于容纳所述多个泵的外壳；用于从所述外壳接收空气的空气流动管道；所述空气流动管道与所述至少一个空气入口组件流体连通，以用于将所述空气供应至所述可燃气体稀释器，从而使得空气响应于所述气体流产生器中的至少一个气体流产生器的操作而沿着所述空气管道流经所述外壳并进入所述稀释器。
59.需要空气流来稀释可燃气体，并且在一些情况下，可能存在机柜抽取流（cabinet extract flow），即，经过对系统进行抽空以去除可能潜在地从泵泄漏的任何气体的泵的空气流，该泄漏可能是有问题的，特别是在它们是可燃气体的情况下。因此，在泵送可燃气体的许多处理系统中已经存在处于适当位置的空气流，并且该空气流可以被直接引导到稀释器，从而节省管道和空气流产生器两者。这提供了再利用通过泵送系统的外壳的空气流来稀释从腔室中排出的氢气的有效方式。
60.第三方面提供了一种控制两个气体流产生器的操作的方法，所述气体流产生器用于将气体流供应至根据任一前述权利要求所述的可燃气体稀释器，所述方法包括：控制当前处于待机模式的所述两个气体流产生器中的第一气体流产生器启动，同时将所述第一气体流产生器和所述稀释容器之间的所述阻尼器保持在关闭位置；在预定延迟之后：控制与所述第一气体流产生器相关联的所述阻尼器打开。
61.当当前处于待机模式并且经由阻尼器与系统隔离的气体流产生器要启动时，在打开阻尼器之前启动气体流产生器是有利的，因为在气体流产生器不操作的同时打开阻尼器将提供从稀释器经由不操作的空气流产生器到外部的泄漏路径。这可能导致稀释器内流动中断，并且可能触发警报并使其关闭。
62.在一些实施例中，所述方法还包括：控制与待停止的所述第二气体流产生器相关联的所述阻尼器在所述预定延迟之后关闭；以及控制所述第二气体流产生器停止。
63.在一些实施例中，所述方法包括响应于指示所述稀释器将启动的信号：控制与所述备用气体流产生器相关联的所述阻尼器打开，并且控制与所述操作气体流产生器相关联的所述阻尼器关闭；控制所述备用气体流产生器启动；以及在设定的测试时间之后，控制所述操作气体流产生器启动；以及在预定延迟之后控制与所述操作气体流产生器相关联的所述阻尼器打开；控制与所述备用气体流产生器相关联的所述阻尼器关闭；以及控制所述备用气体流产生器停止操作。
64.在所附独立和从属权利要求中阐述了另外的特定和优选方面。从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征适当地组合，并且可以与除了在权利要求中明确阐述的那些组合之外的组合进行组合。
65.在装置特征被描述为可操作以提供功能的情况下，将理解，这包括提供该功能或者被适配或构造成提供该功能的装置特征。
附图说明
66.现在将参考附图进一步描述本发明的实施例，在附图中：图1示出了根据实施例的可燃气体稀释器；图2示出了根据实施例的稀释容器；图3示出了根据实施例的可燃气体稀释器的另一视图；图4示意性地示出了通过实施例的稀释容器的流动路径；图5示出了根据实施例的真空和消减系统；以及图6示出了根据实施例的通过稀释器的气体的流动；图7示出了根据实施例的两个气体流产生器，这两个气体流产生器被安装成一个在另一个之上且邻近稀释器；图8示出了根据另一实施例的彼此相邻地安装在稀释器的两侧上的两个气体流产生器；图9示出了气体流产生器；以及图10示出了根据实施例的方法中的步骤。
具体实施方式
67.在任何更详细地讨论实施例之前，首先将提供概述。
68.稀释是从系统中排放许多可燃气体、诸如从euv工具中排放氢气的可接受的选择。通常，已经使用惰性气体进行可燃气体的稀释，然而，随着氢气流量的增加，用惰性气体进行稀释是不可接受的，因为需要高流率和其带来的附加风险和环境损害。
69.用空气进行稀释提供了成本有效和环境友好的替代方案。
70.基本理论最初，来自系统的可燃气体，诸如来自euv的氢气，包含很少或不包含氧气，并且因此高于ufl (可燃性上限)，对于氢气，ufl是按体积计75%的氢气。
71.实施例试图稀释至低于可燃性下限lfl (按体积计4%的氢气)。为了从ufl以上(在此它是安全的)通过到lfl以下(在此它也是安全的)，混合物必须通过可燃性范围(按体积计75%到4%的氢气)。可燃混合物的点燃将引起爆燃/爆震。风险与可燃气体(氢气)的体积以及用于传输所述气体的管道的尺寸和长度成比例。
72.氢气特性h2的mie (最小点燃能量)是17μj相比于汽油800μj甲烷300μjh2在空气中的火焰速度为2.88m/s相比于汽油～0.2-0.5m/s甲烷0.356m/s假设h2引入点处的空气速度＞h2的火焰速度(30m/s)，则避免或至少降低了回火危险。
73.氢气是高度扩散和高度浮力的；它迅速与空气混合。
74.风险非常容易点燃氢气混合物。
75.一旦被点燃，火焰将非常快速地行进。
76.为了减轻这些风险，在接近使用点的最早时机实现用空气稀释将是有利的。这减少了可燃混合物可被点燃的位置的范围，并且减少了管线中爆震的风险，并且提供了一种设计，该设计可在任何位置测试、验证和重复，而不需要每次都分析管路线和环境。
77.系统稀释单元的实施例设法将可燃气体稀释至低于其可燃性下限，在一些情况下低于其可燃性下限的四分之一，并且管理可燃气体在其lfl和ufl之间的可燃区域，以便消除或至少减少潜在的点燃源。
78.在一些实施例中，系统利用机柜抽取空气作为稀释剂，以减少对用于从泵送系统机柜抽取所述空气的附加风扇的需要。
79.图1示出了根据实施例的稀释器5。稀释器5包括从入口11延伸到出口12的稀释容器10。入口11连接到包括两个空气入口16和17的空气提供部分14。这些空气入口被构造成在空气入口16的情况下从主风扇接收空气，并且在空气入口17的情况下从备用风扇接收空气。每个空气入口具有与其相关联的阻尼器16a、17a。阻尼器包括在阻尼器16a的情况下的打开位置和在阻尼器17a的情况下的关闭位置之间旋转的板条，在打开位置，主风扇是可操作的，在关闭位置，辅助风扇处于待机模式。关闭的阻尼器17a抑制空气从空气提供部分14通过辅助风扇泄漏出去。阻尼器由控制电路(未示出)控制，使得它们根据稀释器的操作状态自动打开和关闭。来自空气入口的空气沿着空气提供单元14中的管被送至稀释单元的空气入口11。稀释单元10具有收缩部分18，在该收缩部分中设置有可燃气体入口装置15。因此，当空气到达收缩部分时，空气被加速，并且从而以增加的速度和大于可燃气体的火焰速度的速度通过可燃气体入口结构。稀释单元10然后膨胀到较大的直径，并且气体减慢，这改善了混合。
80.然后，气体流过各种气体引导结构，以将它们引导朝向或远离外壳体，从而改善可燃气体与空气的混合，使得到气体到达出口12时，它们充分混合，使得它们具有低于可燃气体的可燃性下限的均匀浓度。在这点上，在入口15处进入的可燃气体通常处于高于可燃性上限的浓度，并且当其通过稀释器时，其通过其确实可燃的浓度，直到其在出口12处离开之前达到低于可燃性下限的浓度。
81.稀释容器10，并且特别是用于促进可燃气体和空气的混合的气体引导结构在图2中更详细地示出。在该实施例中，这些气体引导结构采取用于将流动朝向外壁引导的锥体30、34和用于将流动朝向中部引导的挡板32、36的形式。
82.可燃气体在收缩部分处经由呈入口支架（inlet spider）15的形式的入口装置进入稀释容器。该入口支架采用围绕气体稀释容器10外部的轴环或环的形式，氢气流入该气体稀释容器中。存在径向臂，所述径向臂从外环延伸通过稀释容器的壁并进入气体流部分。这些延伸跨过收缩部分的截面，并且臂上的孔口将氢气分配到空气流中。这些孔口面向气体稀释容器10的空气入口11。
83.气体引导结构30、32、34、36沿稀释容器10的长度布置在不同的纵向位置，并且替
代地包括用于将流动朝向稀释容器的外边缘引导的锥体和用于将流动朝向中部往回引导的挡板。因此，在靠近空气和氢气入口的下端处，存在锥体30，其将气体混合物朝容器的外壁转向，并且还用于减慢已经被收缩部18加速的流动。接着在气体流路径上的是挡板32，以引导空气朝向中心返回，并且接着是锥体34，并且然后是挡板36。在该实施例中，存在样品支架40，用于在气体离开之前对其采样。这可以被引导到氢气传感器以确定离开出口12的氢气的浓度低于氢气的可燃性下限。来自氢气传感器的信号可以继而被发送到控制电路，该控制电路响应于确定氢气浓度水平高于预定极限而将产生用于关闭到稀释器的氢气供应的控制信号，这可以涉及关闭从其接收氢气的真空腔室中的处理。
84.图3示出了被布置为连接到管道和空气流产生器的稀释器10。空气流产生器呈风扇20和22的形式，并且附接到稀释器的空气入口16和17 (见图1)。风扇20是主风扇，并且风扇22是辅助或备用风扇。稀释容器10被示出，并且可以看到支架的臂和臂上的孔口。尽管这些孔口看起来面向出口，但是在许多实施例中，它们将面向入口，因为发现来自这些孔口的气体混合和流动随着这种布置而增加。臂本身被设计成使得它们不会过度地阻碍空气流，而是在空气流的不同部分提供可燃气体流，从而导致改善的混合并抑制气道（flume）的产生。
85.在该实施例中，存在机柜抽取管64，其接收空气，所述空气在包括所述系统的真空泵的泵送机柜周围流动，并且该空气流用于抑制可能从泵或其管泄漏的可燃气体收集在机柜中。在该实施例中，该空气流被重新用作稀释空气源。这节省了用于将该空气泵送至顶部的附加的风扇，并且实际上节省了附加的管道。
86.图4示意性地示出了通过稀释器的气体的流动以及气体流动的速度和氢气的浓度如何沿着稀释器的长度变化。左侧图示出了来自空气入口16和来自氢气入口15的气体，以及空气流如何在添加氢气的收缩部处变快和变慢，此后气体流再次朝向排气口12加速，其中在每个偏转器30、32、34、36处有些变慢。这改善了混合并允许在相对小的体积中发生混合。
87.右侧图示出了当流体前进通过稀释容器并发生混合时氢气的摩尔分数。因此，它从其高于可燃性上限的高浓度变为其在可燃性极限内的浓度，然后变为其低于可燃性极限的浓度，并且可以从容器中安全地排出。在该实施例中，存在3个锥体30、34、38，并且在第三锥体之后，摩尔浓度为约1%，因此处于所需水平。如可以看到的，当氢气从支架的所有开口均匀地离开时，在初级流中存在氢气的有效混合。
88.图5示出了根据实施例的真空泵送和消减系统。该实施例用于泵送极紫外辐射光刻工艺。这种装置包括在区段50中的泵，用于泵送其中晶片暴露于激光的曝光腔室，以及在区段52中的泵，用于泵送源腔室，其中从激光和锡流产生极紫外辐射，并且其中氢气用作保护各种光学部件免受锡溅射的防护物。产生的极紫外光使用光学元件经由通道供给曝光腔室。因此，在源腔室内的氢气的量显著高于在曝光腔室内的氢气的量，并且正是该氢气是要被稀释的主要成分。
89.在该实施例中，存在外壳62，其容纳形成所述泵送区段50和52的多个泵60。存在通过该外壳的气体流，该气体流是用于冷却泵和去除可能从泵泄漏的任何气体的机柜抽取流。在该实施例中，存在管道64，其将机柜抽取气体从机柜引向实施例的气体稀释器10。在气体稀释器10处，存在将空气馈送到气体稀释器容器10中的风扇20和22，以及从抽空腔室
的泵的前级管线泵送的氢气输入到其中的入口15。该输入被布置在稀释器的受限部分处并且包括支架。发生混合，并且被稀释的气体经由排气流66被排放。在该实施例中，风扇20和22并排布置，从而降低稀释器的高度。
90.在该实施例中，存在用于感测不同流内的氧气和氢气水平的传感器70和72。在稀释器10的输出附近还可以存在氢气传感器，并且如果确定氢气或氧气的浓度水平使得排放的气体可能存在可燃性问题，则这些传感器可以与控制电路一起使用以抑制该过程。
91.图6示意性地示出了稀释系统内的不同区域。存在初始区域，在该初始区域，抽取的空气通过主离心风扇和备用离心风扇输入。抽取的空气在其中具有非常低水平的氢气，因此低于可燃性下限。气体经由导管从扫描器或曝光腔室100及源腔室120接收，所述气体具有来自扫描器腔室的132slm (标准升/分钟) n2及12 slm h2及来自源腔室的600slm h2的相应组成。在导管内，氢气的浓度高于可燃性上限，而氧气水平低于极限氧气浓度。氢气经由输入支架15输入，并且存在阻火器锥体75，以便在该气流遇到空气时阻止该气体流的点燃。在此，流过该区域(区域0)的气体流高于可燃性下限并低于可燃性上限且高于极限氧气浓度，从而可以点燃。为了避免点燃或至少阻止点燃，在稀释器的这个部分内没有移动部件，稀释器的材料由接地金属形成，并且流率保持在可燃混合物的火焰速度之上。
92.当可燃混合物流过稀释容器时，由于挡板和锥体而发生混合，直到在区域二处可燃材料的浓度已经下降到低于可燃性下限的四分之一，并且气体现在可以安全地排放到空气中。在出口处和进一步进入稀释容器的两者处都存在可燃气体传感器72，以检查气体混合物基本上低于可燃性下限。存在与传感器72相关联的控制电路80，其接收来自传感器的信号，并且被构造成响应于可燃性下限或可燃性下限的预定部分被超过而启动警报和/或关闭所述系统。控制电路80还被构造成在启动、关闭期间以及当风扇要被更换时控制风扇20、22和阻尼器16a、17a (参见图1)，使得在这种更换期间可以发生连续操作。
93.存在主风扇和辅助风扇或备份风扇20、22，在该实施例中它们是具有速度控制的离心风扇，能够提供高达4000m3/hr的流速。这提供了大约14m/s的输入空气的速度，当在构造18处加速时，该速度增加到30m/s以上，这是氢气的火焰速度的大约10倍。
94.氢气到空气流中的分布也防止了回火，并且锥体和挡板促进氢气混合到空气流中，使得氢气在到达最后的挡板时氢气的浓度＜1% v/v。
95.图7示出了风扇20、22，其中阻尼器16a、17a均被示出为处于将风扇20、22与稀释器的空气提供部分14隔离的关闭位置。在该实施例中，两个风扇安装成一个安装在另一个之上。
96.图8示出了两个风扇22、22的替代布置，这里它们安装在相同的高度，从而导致紧凑的布置。该图示出了风扇的空气出口，其向氢气稀释器的空气提供部分14的相应的空气入口16、17提供空气流。风扇以不同的旋转取向安装，使得从风扇22到稀释器的空气入口17相对于从风扇20的空气入口16偏移，并且两个孔口不直接彼此面对。
97.还示出了到相应风扇20、22的空气风扇入口21、23。存在闸门式阀（guillotine valve）(未示出)，其将空气风扇入口21、23与氢气稀释器隔离，从而允许从系统中移除风扇。这种布置尽管特别紧凑，但却需要仔细控制风扇和阻尼器，以阻止空气通过非常靠近操作风扇的非操作风扇泄漏。这将参照图10更详细地解释。
98.图9示出了风扇20以及风扇空气入口21和风扇空气出口或稀释器空气入口16的位
置。
99.图10示出了根据实施例的交换风扇的方法中的步骤。因此，当操作的风扇需要更换或维修时，在步骤s10处启动备用风扇，其为待机模式，并且在预定延迟之后，当确定其将已经达到足够高的速度以致通过风扇的反向泄漏将被抑制（步骤d5）时，在步骤s20处打开与该风扇相关的风扇阻尼器。此时，关闭与待维修或更换的风扇相关的主风扇阻尼器（步骤s30），并且然后在步骤s40处，可以停止该风扇。这样，通过仔细控制与风扇相关联的阻尼器，可以阻止通过非操作风扇向外的任何泄漏路径。
100.在一个示例中，在主风扇正在工作并且由于绕组或轴承的温度升高或振动增加而必须被交换的情况下，则随后的序列被用来维持到工具的ok（正常）信号并且不撤回该信号，撤回该信号将中断氢气流并且可能导致系统关闭。
101.•
主风扇在主阻尼器打开的情况下运行。
•
启动辅助风扇，等待5秒(从0rpm到默认速度所用的时间)，然后
•
打开辅助阻尼器和关闭主阻尼器
•
关闭主风扇注意，由于由减速风扇产生的转矩，现在在至少80秒内无法进行风扇交换。
102.如果辅助风扇失效，则必须等待80秒才能再次启动主风扇。
103.在启动时必须采取类似的措施以避免空气从稀释系统中的过度泄漏。
104.启动风扇测试序列：当风扇进行它们的启动测试时，可以通过以下序列保持空气通过量（吞吐量，throughout）：
•ꢀ
打开辅助阻尼器
•ꢀ
启动辅助风扇
•ꢀ
计时器
…
运行风扇达一分钟以检查其工作（起作用）
•ꢀ
启动主风扇，等待5秒，然后
•ꢀ
打开主阻尼器并且关闭辅助阻尼器
•ꢀ
关闭辅助风扇注意，由于由减速风扇产生的转矩，现在在至少80秒内无法进行风扇交换。
105.如果主风扇发生故障，那么在再次启动辅助风扇之前，则必须等待80秒。
106.总之，实施例提供了一种系统，其使用机柜抽取空气作为稀释空气，通过使用多孔口入口支架来聚集来自平行路径的空气，提供来自一体式鼓风机的原动力，并且以这种方式提供限定的可燃区域。诸如可燃气体浓度、空气流量和温度的关键参数被监测并与控制信号互锁，使得可以响应于这些信号提供对系统的控制和/或系统的关闭。
107.存在第二风扇可用于为主风扇提供备用。在工具操作期间，由于没有h2流过风扇，风扇可被维护和维修。
108.稀释器的实施例提供了一种系统，该系统具有很少的移动部件并且在其大部分监测和控制系统中使用冗余和多样性，使得其是可靠的并且对共模故障不敏感。特别地，存在备用风扇，空气流来自机柜抽取，为其提供了跨越泵模块的流动平衡。
109.在一些实施例中，一个4kw逆变器驱动的风扇足以提供机柜抽取和稀释。第二风扇处于待机状态，并且操作风扇的预防性维护监测被用来检测待机风扇何时需要被联机。在
检测到主风扇性能的任何退化的情况下，辅助风扇将启动，并且主风扇将被隔离和停止。轴承和马达可以保持在每个风扇的原位。风扇入口和出口独立地隔离。
110.在一些实施例中，辅助风扇运行到全速需要5秒。这比其中主单元和备用单元都运行的燃料燃烧器明显更具成本和功率效率。
111.此外，由于稀释单元是使用点单元，因此不需要从不运行或仅运行扫描器氢气流的系统中抽取。
112.在nok信号的情况下，稀释器将继续操作并稀释。
113.在存在系统关闭的情况下，泵送系统移除ok信号，这切断到工具的h2供应。
114.在意外停止的情况下，残余h2将在泵送系统内均衡化，并且当系统停止时，气体中的一些气体将保留在系统中，并且一些气体将进入稀释器并与任何空气扩散，并进入设施排气口。在意外停止之后，稀释器将重新启动，并且以与当前所进行的相同的方式进行吹扫，随后是泵送系统重新启动。
115.尽管在本文已经参考附图详细公开了本发明的说明性实施例，但是应当理解，本发明不限于精确的实施例，并且本领域技术人员可以在其中实现各种改变和修改，而不脱离由所附权利要求及其等同物限定的本发明的范围。
116.附图标记5
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稀释器10
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稀释容器11
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稀释容器的入口12
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出口14
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空气供应管15
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可燃气体入口支架16
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空气入口16a
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阻尼器17
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备用空气入口17a
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阻尼器18
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收缩部20、22
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空气风扇21、23
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风扇空气入口30、34
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锥体32、36
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挡板40
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采样支架50
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曝光腔室泵送区段52
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源腔室泵送区段60
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真空泵62
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泵腔室64
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导管66
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排气70、72
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传感器
75
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阻火器锥体80
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控制电路100
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扫描器腔室120
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源腔室。