Brevet FR3129851A1 — publié le 20230609

L’invention se rapporte à une ligne de vide (1) comportant un dispositif (3) de pompage comprenant au moins une pompe à vide (4) primaire et un dispositif (5) de dilution configuré pour injecter du diazote comme fluide de dilution dans le flux des gaz pompés dans le dispositif (3) de pompage afin de diminuer le caractère inflammable et/ou condensable et/ou corrosif des gaz pompés. Selon l’invention, le dispositif (3) de dilution est configuré pour injecter au moins un autre fluide de dilution que le diazote afin de substituer le diazote par l’autre fluide ou de diminuer la proportion de diazote dans les gaz refoulés par la pompe à vide (4) primaire. Figure pour l’abrégé : figure 2 Ligne de vide et installation comportant la ligne de vide Domaine technique de l’invention La présente invention se rapporte à une ligne de vide et à une installation comportant la ligne de vide. Arrière-plan technique Dans l’industrie de fabrication du semi-conducteur, des écrans plats ou du photovoltaïque, les procédés de fabrication utilisent des gaz qui, après leur passage dans les pompes à vide primaires, sont généralement éliminés par des dispositifs de traitement de gaz. Certains de ces procédés sont dits à risques, car les gaz convoyés dans les lignes de vide sont inflammables et/ou explosifs. On citera à titre d’exemple le dihydrogène (H2), l’orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) et les composés comprenant du chlore (Cl) ou du fluor (F). En plus de ces espèces gazeuses dangereuses, on peut également trouver des dépôts d’espèces solides réduites dans les lignes de vide, c’est-à-dire non oxydés, telles que des poussières de silicium ou des polymères de polysilanes. Ces dépôts peuvent s’accumuler dans le temps et favoriser l’émergence de conditions dangereuses supplémentaires. En effet, certains dépôts non oxydés sont hautement inflammables. Ils peuvent s’enflammer notamment par exemple du fait d’un pompage soudain de fort flux de gaz ou simplement du fait de la mise à l’air des canalisations ou des pompes à vide par les opérateurs lors d’une maintenance. Certaines explosions peuvent être particulièrement destructrices du fait d’une très grande énergie libérée. C’est le cas notamment d’explosions en cascade. Une première explosion est d’abord initialisée par des gaz inflammables. Cette explosion met en suspension des dépôts d’espèces solides réduites potentiellement présentes dans les canalisations. Ces dépôts solides inflammables mis en suspension par l’onde de choc de l’explosion, explosent à leur tour dans une « sur-explosion » entraînant des risques de dommages sur les personnes et sur les dispositifs. La méthode actuellement utilisée pour répondre à cette problématique est de diluer continuellement les gaz pompés avec du diazote (N2). Le débit de diazote est fixe et permet de répondre aux situations de pompage les plus défavorables avec en plus une marge de sécurité. Cette solution présente cependant de nombreux inconvénients. Tout d’abord, l’apport important de diazote dans la ligne de vide implique des coûts supplémentaires liés à la consommation du diazote mais également à la consommation énergétique de la pompe à vide, du dispositif de chauffage et du dispositif de traitement de gaz pour traiter les importants flux de gaz dilués. À titre d’exemple, le diazote injecté n'étant pas combustible, il diminue fortement l'efficacité des brûleurs du dispositif de traitement de gaz destiné à éliminer par combustion les gaz nocifs. En conséquence, le dispositif de traitement de gaz doit consommer plus de combustible pour éliminer les gaz nocifs voire, dans des situations extrêmes, n’arrive plus à fonctionner à cause de la sur-dilution par diazote. En outre, la présence de diazote de dilution dans les dispositifs de traitement des gaz engendre la formation d’oxydes d’azote, également appelés « NOx », tel que le dioxyde d’azote (NO2). Les oxydes d’azote sont toxiques et constituent des polluants atmosphériques qui doivent être traités à leur tour. Enfin, pour certains procédés récents, l’augmentation en diazote de dilution devient si importante que le coût du diazote lui-même en devient critique. L'invention a notamment pour but de fournir une ligne de vide permettant de maintenir les conditions de sûreté quant aux caractères inflammable et/ou condensable et/ou corrosif des gaz pompés, d’apporter un pilotage plus efficace de la dilution tout en diminuant les coûts d’exploitation (comme notamment en apportant une consommation diminuée des matières, une meilleure gestion thermique et une augmentation de l’efficacité des dispositifs de pompage et de traitement des gaz). À cet effet, l’invention se rapporte à une ligne de vide comportant un dispositif de pompage comprenant au moins une pompe à vide primaire et un dispositif de dilution configuré pour injecter du diazote comme fluide de dilution dans le flux des gaz pompés dans le dispositif de pompage afin de diminuer le caractère inflammable et/ou condensable et/ou corrosif des gaz pompés, caractérisée en ce que le dispositif de dilution est configuré pour injecter au moins un autre fluide de dilution que le diazote afin de substituer au moins partiellement le diazote par l’autre fluide pour diminuer la proportion de diazote dans les gaz refoulés par la pompe à vide primaire. Un premier avantage de l’invention est la diminution de la consommation de diazote dans la ligne de vide par la substitution au moins partielle par l’autre fluide pour obtenir le même effet de dilution. On comprend donc que le coût engendré par la consommation de diazote est diminué. Un deuxième avantage selon l'invention est la diminution de la consommation de combustible dans un système à brûleur (ou d’énergie électrique dans un système électrique de chauffage) du dispositif de traitement des gaz refoulés par la diminution du taux de diazote. Incidemment, par la diminution du taux de diazote, la production d’oxydes d’azote du dispositif de traitement des gaz refoulés est également diminuée. Chaque dispositif de traitement des gaz refoulés devient donc plus efficace en améliorant notamment son empreinte environnementale. Un troisième avantage de l’invention peut être également une meilleure répartition des températures à l'intérieur de la ligne de vide. En effet, si l’autre fluide présente une conductivité thermique supérieure, l'efficacité thermique des dispositifs de pompage et de traitement des gaz refoulés sera plus élevée qu’avec celle avec une dilution exclusive au diazote. L’invention peut également comporter l’une ou plusieurs des caractéristiques optionnelles suivantes, prises seules ou en combinaison. L’autre fluide peut comprendre un composé comportant de l’oxygène, un composé comportant du fluor et/ou un combustible. Le composé comportant de l’oxygène peut comprendre du dioxygène et/ou de l’air et/ou de la vapeur d’eau et/ou de l’eau liquide ou solide en suspension dans un aérosol et/ou du dioxyde de carbone liquide ou solide en suspension dans un aérosol ce qui permet de substituer au moins partiellement le diazote avec un agent oxydant permettant de réagir avec les gaz pompés pour les décomposer. Le travail du dispositif de traitement des gaz refoulés sera donc simplifié et plus efficace. En outre, la vapeur d’eau permet d’améliorer drastiquement l’efficacité thermique (d’une conductivité thermique de 24 mW/m/K à une conductivité thermique de 604 mW/m/K). Le composé comportant du fluor peut comprendre un hydrocarbure perfluoré et/ou un fluorure d'hydrogène ce qui permet de changer d’élément oxydant, en substituant l’oxygène par du fluor, afin d’utiliser des composés autres que des oxydes tels que des fluorures, donc possiblement plus appropriés pour un lavage efficace des gaz. Le combustible peut comprendre un hydrocarbure saturé, un hydrocarbure insaturé et/ou du dihydrogène ce qui permet de substituer le diazote avec un agent de combustion permettant de simplifier le travail du dispositif de traitement des gaz refoulés et donc de le rendre plus efficace. Un alcane comme le méthane déjà utilisé dans les dispositifs de traitement de gaz refoulés peut être une solution pour utiliser une source unique de combustible pour les dispositifs de dilution et de traitement de gaz refoulés. Il est également possible d’utiliser un mélange d’hydrocarbures tel que du gaz de pétrole liquéfié comprenant, par exemple, un mélange de propane et de butane. On comprend également que la surconsommation de combustible qui était nécessaire à la combustion dans le dispositif de traitement des gaz refoulés à cause d'un mélange trop dilué au diazote est remplacée par une sous-consommation de combustible car le fluide de dilution est réutilisé pour la combustion. En outre, le méthane permet d’améliorer l’efficacité thermique (d’une conductivité thermique de 24 mW/m/K à une conductivité thermique de 30 mW/m/K). Avantageusement selon l'invention, suivant les gaz à pomper, le diazote peut continuer à être utilisé en combinaison avec un autre fluide, c'est-à-dire un composé comportant de l’oxygène et/ou un composé comportant du fluor et/ou un combustible. Typiquement, une injection conjointe de diazote et d’air, de diazote et d’eau ou de diazote et de méthane peut être envisagée, chaque fluide de dilution pouvant être injecté selon des flux indépendants ou non et à des endroits identiques ou non sans sortir du cadre de l’invention. La pompe à vide primaire peut comporter au moins un support d’extrémité couplé avec des éléments de stator pour former au moins un étage de pompage monté entre une entrée d’aspiration et une sortie de refoulement, et deux arbres munis de rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans chaque étage de pompage pour entrainer les gaz pompés dans un sens de circulation allant depuis l’entrée d’aspiration vers la sortie de refoulement. Avantageusement selon l'invention, le dispositif de dilution peut être configuré pour injecter l’autre fluide de dilution que le diazote dans le support d’extrémité et/ou dans au moins un étage de pompage. L’autre fluide de dilution injecté dans le support d’extrémité ou chaque étage de pompage peut ainsi être, de manière préférée, un combustible et/ou un composé comportant du fluor et/ou un composé comportant de l’oxygène. Selon une variante préférée, l’autre fluide de dilution est injecté dans au moins le premier étage de pompage communiquant avec l’entrée d’aspiration ce qui permet de commencer au plus tôt la dilution des gaz pompés après l’entrée d’aspiration de la pompe à vide primaire. Selon une variante particulière, le dispositif de dilution peut être configuré pour injecter du diazote et/ou un combustible dans le dernier étage de pompage communiquant avec la sortie de refoulement afin d’être, par exemple, utilisé comme agent de dilution instantané en cas de problème de sécurité détecté (taux d'oxygène dangereux par exemple pour des produits inflammables) ou pour une fiabilité accrue vis-à-vis de risques de condensation. L’invention se rapporte également à une installation comportant au moins une chambre de procédé raccordée à une ligne de vide tel que présentée plus haut dans laquelle le dispositif de dilution comporte une unité de contrôle, caractérisée en ce que l’unité de contrôle du dispositif de dilution est reliée à une unité de commande de la chambre de procédé afin de déterminer le type de gaz utilisé dans la chambre de procédé pour adapter le flux et la nature de fluide de dilution aux gaz pompés. Typiquement, l’unité de contrôle peut être configurée pour arrêter le dispositif de dilution quand aucun gaz n’est utilisé dans la chambre de procédé. On comprend donc que, par l’unité de contrôle selon l'invention, il devient possible d’apporter un pilotage plus efficace de la dilution. Ainsi, il est possible de gérer finement si une dilution est nécessaire en fonction des caractéristiques des gaz pompés et quel type de dilution est nécessaire pour interagir efficacement avec les gaz pompés. On comprend que l’invention permet une uniformisation des pompes de remplacement à stocker chez l’exploitant de l’installation (pompes de secours ou « back-up pump ») et une simplification des opérations d’échange et de redémarrage des pompes à vide primaire en réduisant les risques d’erreurs humaines. Ainsi, selon un exemple de pilotage, l’unité de contrôle peut être configurée pour arrêter le dispositif de dilution après que l’unité de commande ait arrêté l’arrivée de gaz de procédé dans la chambre de procédé. Selon un autre exemple de pilotage, l’unité de contrôle peut être configurée pour arrêter le dispositif de dilution, au moins dans les étages de pompage, après que l’unité de commande ait initié une phase de nettoyage de la chambre de procédé afin de nettoyer en même temps au moins les étages de pompage. L’installation telle que présentée plus haut peut également comporter en outre au moins un dispositif de traitement des gaz refoulés par le dispositif de pompage raccordé en aval de la ligne de vide, l’unité de contrôle du dispositif de dilution étant reliée à une unité de commande du dispositif de traitement des gaz afin de déterminer le type de dispositif de traitement de gaz pour adapter le flux et la nature de fluide de dilution aux gaz pompés et au type de dispositif de traitement des gaz. On comprend donc que, par l’unité de contrôle selon l'invention, outre un pilotage plus efficace de la dilution, il devient également possible de gérer globalement l’installation de manière intelligente, c'est-à-dire aussi bien par rapport au type de gaz présent en amont qu’au type de traitement en aval de la ligne de vide. Ainsi, il est possible de gérer finement si une dilution est nécessaire en fonction des caractéristiques des gaz pompés et du type de dispositif de traitement de gaz et quel type de dilution est nécessaire pour interagir efficacement avec les gaz pompés et le dispositif de traitement de gaz. Il en résulte notamment une optimisation des dépenses énergétiques et, plus généralement, de l’impact environnemental de l’installation. On comprend ici aussi que l’invention permet une uniformisation des pompes de remplacement à stocker chez l’exploitant de l’installation et une simplification des opérations d’échange et de redémarrage des pompes à vide primaire en réduisant les risques d’erreurs humaines. Brève description des figures D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : la est une vue schématique d’un exemple d’installation selon l'invention ; la est une vus schématique partielle d’un dispositif de pompage selon l'invention ; la est un diagramme expliquant l’effet de dilution souhaité par l’invention pour éviter les phénomènes de condensation solide de gaz pompés. Ligne de vide (1) comportant un dispositif (3) de pompage comprenant au moins une pompe à vide (4) primaire et un dispositif (5) de dilution configuré pour injecter du diazote comme fluide de dilution dans le flux des gaz pompés dans le dispositif (3) de pompage afin de diminuer le caractère inflammable et/ou condensable et/ou corrosif des gaz pompés, caractérisée en ce que le dispositif (5) de dilution est configuré pour injecter au moins un autre fluide de dilution que le diazote afin de substituer au moins partiellement le diazote par l’autre fluide pour diminuer la proportion de diazote dans les gaz refoulés par la pompe à vide (4) primaire. Ligne de vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le dispositif (5) de dilution comporte une source (12) de l’autre fluide comprenant un composé comportant de l’oxygène, un composé comportant du fluor et/ou un combustible. Ligne de vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le composé comportant de l’oxygène comprend du dioxygène et/ou de l’air et/ou de la vapeur d’eau et/ou de l’eau liquide ou solide en suspension dans un aérosol et/ou du dioxyde de carbone liquide ou solide en suspension dans un aérosol. Ligne de vide (1) selon la revendication 2 ou 3, dans laquelle le composé comportant du fluor comprend un hydrocarbure perfluoré et/ou un fluorure d'hydrogène. Ligne de vide (1) selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans laquelle le combustible est un hydrocarbure saturé, un hydrocarbure insaturé et/ou du dihydrogène. Ligne de vide (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle la pompe à vide (4) primaire comporte au moins un support (8, 9) d’extrémité couplé avec des éléments de stator pour former au moins un étage (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) de pompage monté entre une entrée d’aspiration (6) et une sortie de refoulement (7), et deux arbres munis de rotors configurés pour tourner de façon synchronisée en sens inverse dans chaque étage (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) de pompage pour entraîner les gaz pompés dans un sens de circulation allant depuis l’entrée d’aspiration (6) vers la sortie de refoulement (7). Ligne de vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le dispositif (5) de dilution est configuré pour injecter l’autre fluide de dilution que le diazote dans le support (8, 9) d’extrémité. Ligne de vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle le dispositif (5) de dilution comporte une source (12) de l’autre fluide de dilution injecté dans le support (8, 9) d’extrémité qui est un combustible et/ou un composé comportant du fluor et/ou un composé comportant de l’oxygène. Ligne de vide (1) selon l’une quelconque des revendications 6 à 8, dans laquelle le dispositif (5) de dilution est configuré pour injecter l’autre fluide de dilution que le diazote dans au moins un étage (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) de pompage. Ligne de vide (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l’autre fluide de dilution est injecté dans au moins le premier étage (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) de pompage communiquant avec l’entrée d’aspiration (6). Ligne de vide (1) selon la revendication 9 ou 10, dans laquelle le dispositif (5) de dilution comporte une source (12) de l’autre fluide de dilution injecté dans l’étage (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) de pompage qui est un composé comportant de l’oxygène et/ou un composé comportant du fluor et/ou un combustible. Ligne de vide (1) selon l'une quelconque des revendications 9 à 11, dans laquelle le dispositif (5) de dilution comporte une source (12) de l’autre fluide de dilution et est configuré pour injecter du diazote et/ou un combustible dans le dernier étage (11f) de pompage communiquant avec la sortie de refoulement (7). Installation (21) comportant au moins une chambre (17) de procédé raccordée à une ligne de vide (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans laquelle le dispositif (5) de dilution comporte une unité (13) de contrôle, caractérisée en ce que l’unité (13) de contrôle du dispositif (5) de dilution est reliée à une unité (18) de commande de la chambre (17) de procédé afin de déterminer le type de gaz utilisé dans la chambre (17) de procédé pour adapter le flux et la nature de fluide de dilution aux gaz pompés. Installation (21) selon la revendication précédente, dans laquelle l’unité (13) de contrôle est configurée pour arrêter le dispositif (5) de dilution après que l’unité (18) de commande ait arrêté l’arrivée de gaz de procédé dans la chambre (17) de procédé. Installation (21) selon la revendication 13 ou 14, dans laquelle l’unité (13) de contrôle est configurée pour arrêter le dispositif (5) de dilution, au moins dans les étages (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) de pompage, après que l’unité (18) de commande ait initié une phase de nettoyage de la chambre (17) de procédé afin de nettoyer en même temps au moins les étages (11a, 11b, 11c, 11d, 11e, 11f) de pompage. Installation (21) selon l'une quelconque des revendications 13 à 15, comportant en outre au moins un dispositif (19) de traitement des gaz refoulés par le dispositif (3) de pompage raccordé en aval de la ligne de vide (1), l’unité (13) de contrôle du dispositif (5) de dilution étant reliée à une unité (20) de commande du dispositif (19) de traitement des gaz afin de déterminer le type de dispositif de traitement de gaz pour adapter le flux et la nature de fluide de dilution aux gaz pompés et au type de dispositif (19) de traitement des gaz.