Brevet FR3129992A1 — publié le 20230609

Groupe de pompage (2) destiné à être fluidiquement raccordé en aval d’une chambre de procédés (101) et en amont d’un dispositif de traitement des gaz (3) dans la direction d’écoulement des gaz pompés (F1), le groupe de pompage (2) comprenant une pompe à vide secondaire Roots (5) montée en série et en amont d’une pompe à vide primaire (4). Le groupe de pompage (2) comporte en outre une unité de contrôle (17) configurée pour commander un paramètre de sortie du groupe de pompage (2) et/ou du dispositif de traitement des gaz (3) en fonction d’un paramètre d’entrée, le paramètre d’entrée étant la puissance électrique consommée par le moteur (M2) de la pompe à vide secondaire Roots (5). Figure d’abrégé : Figure 1 Groupe de pompage, dispositif et procédé de pompage et de traitement Domaine technique de l’invention La présente invention se rapporte à un groupe de pompage destiné à être fluidiquement raccordé en aval d’un équipement de fabrication et en amont d’un dispositif de traitement des gaz dans la direction d’écoulement des gaz pompés. L’invention se rapporte également à un dispositif et un procédé de pompage et de traitement. 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 primaire sont généralement traités 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 l’hydrogène, le silane, TEOS et les hydrures. 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 de maintenances. 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 ». Le risque de dommages sur les personnes et les dispositifs est donc très important. La méthode actuellement utilisée pour répondre à cette problématique est de diluer continuellement les gaz pompés avec un gaz neutre, généralement de l’azote. Le débit de gaz neutre est déterminé pour pouvoir répondre aux situations de pompage les plus défavorables avec en plus une marge de sécurité. Ce débit est donc très souvent largement surdimensionné ce qui présente de nombreux inconvénients. Tout d’abord, l’apport important d’azote dans la ligne de vide implique des coûts supplémentaires liés à la consommation de gaz mais également à la consommation énergétique de la pompe à vide, des dispositifs de chauffage des lignes et du dispositif de traitement de gaz. De plus, le refroidissement des lignes de vide provoqué par la dilution des gaz engendre d’autres inconvénients, notamment du fait du coût des éléments des dispositifs de chauffage et du risque de pannes. Cet apport important de gaz neutre nécessite également le surdimensionnement des dispositifs de traitement des gaz et des dispositifs de pompage primaires. L’azote de dilution engendre de plus la formation d’oxydes d’azote ou « NO x », tel que NO 2 , dans les dispositifs de traitement des gaz. Les oxydes d’azote sont toxiques et constituent des polluants atmosphériques qui doivent être traités à leur tour. Par ailleurs, indépendamment de la quantité de gaz de dilution injecté, les paramètres de fonctionnement des dispositifs de pompage et de traitement des gaz ne sont pas toujours optimisés à la quantité de gaz nécessitant d’être traité. En effet, l’information sur les gaz de procédés injectés dans la chambre de procédés n’est pas accessible de façon sûre et complète pour pouvoir être exploitée en aval par les dispositifs de pompage et de traitement des gaz. Il s’agit en général de la fermeture d’un commutateur électrique, permettant seulement d’informer de l’introduction de gaz dans la chambre. De plus, cette information n’est pas systématiquement accessible sur tous les équipements de fabrication. De fait, des étapes de fabrication dans la chambre de procédés où peu de gaz nécessitent d’être traité en aval, mobilisent des moyens de dilution et de traitement surdimensionnés et il peut s’ensuivre des surconsommations énergétiques relativement importantes Un objectif de la présente invention est notamment de réduire la consommation énergétique du dispositif de pompage et/ou du dispositif de traitement des gaz. A cet effet, l’invention a pour objet un groupe de pompage destiné à être fluidiquement raccordé en aval d’une chambre de procédés et en amont d’un dispositif de traitement des gaz dans la direction d’écoulement des gaz pompés, le groupe de pompage comprenant : - une pompe à vide primaire, - une pompe à vide secondaire Roots, montée en série et en amont de la pompe à vide primaire et comportant un moteur, caractérisé en ce que le groupe de pompage comporte une unité de contrôle configurée pour commander un paramètre de sortie du groupe de pompage et/ou du dispositif de traitement des gaz en fonction d’un paramètre d’entrée, le paramètre d’entrée étant la puissance électrique consommée par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots. La puissance électrique consommée par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots permet d’estimer une quantité de gaz à traiter par le dispositif de traitement des gaz, ce qui permet d’en déduire un paramètre de sortie du groupe de pompage et/ou du dispositif de traitement des gaz. En connaissant, même approximativement la quantité de gaz à traiter par le dispositif de traitement des gaz, il est possible d’adapter des paramètres de sortie du groupe de pompage ou du dispositif de traitement des gaz aux conditions de pompage. Cette solution peut être mise en place avec un dispositif de pompage et de traitement autonome vis-à-vis de l’équipement de fabrication, c’est-à-dire sans communication avec les équipements de fabrication. Le groupe de pompage peut en outre comporter une ou plusieurs des caractéristiques qui sont décrites ci-après, prises seules ou en combinaison. Le groupe de pompage peut comporter un dispositif de purge configuré pour injecter un gaz de purge dans le chemin d’écoulement des gaz pompés entre une sortie de la chambre de procédés et une entrée du dispositif de traitement des gaz. Le dispositif de purge peut être configuré pour injecter un gaz de purge dans au moins un étage de pompage de la pompe à vide primaire. Le dispositif de purge peut comporter un contrôleur de débit pilotable comprenant une vanne pilotable d’ouverture variable ou une vanne de régulation pilotable en tout ou rien. Selon un exemple de réalisation, le paramètre de sortie du groupe de pompage est le débit de gaz de purge à injecter par le dispositif de purge. La puissance électrique consommée par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots permet d’estimer une quantité de gaz à traiter par le dispositif de traitement des gaz, ce qui permet d’en déduire un débit de gaz de purge à injecter. En connaissant, même approximativement la quantité de gaz à traiter par le dispositif de traitement des gaz, il est possible d’adapter les débits de gaz de purge à injecter par le dispositif de purge aux conditions de pompage. Il est alors possible de limiter la consommation de gaz de purge, ce qui permet de réduire la consommation énergétique du groupe de pompage et dans le même temps, du dispositif de traitement des gaz et ce qui permet de minimiser, voire de supprimer la formation d’oxydes d’azote dans le dispositif de traitement des gaz. Selon un exemple de réalisation, pour un premier état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une première puissance électrique (paramètre d’entrée), le paramètre de sortie, ici le débit de gaz de purge à injecter, est plus élevé que pour un second état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une seconde puissance électrique qui est plus élevée que la première puissance électrique. Par exemple, notamment dans les cas où le gaz de purge est injecté en aval de la pompe à vide Roots, le deuxième état de fonctionnement correspond à l’étape de nettoyage pour laquelle le débit de gaz à traiter par le dispositif de traitement est inférieur à celui de l’étape de dépôt, le gaz de nettoyage (NF 3 ) déjà soluble ayant moins besoin d’être traité par le dispositif de traitement des gaz. Le premier état de fonctionnement où la puissance électrique est plus faible correspond à l’étape de dépôt. En augmentant le débit de gaz de purge injecté par le dispositif de purge lorsque le paramètre d’entrée est plus faible, on facilite la dilution et l’entrainement des gaz dans le chemin d’écoulement des gaz au cours de l’étape de dépôt. En diminuant le débit de gaz de purge injecté par le dispositif de purge lorsque le paramètre d’entrée est plus élevé, on limite la consommation de gaz de purge, la consommation énergétique du groupe de pompage et du dispositif de traitement des gaz et on minimise la formation d’oxydes d’azote. Le débit de gaz de purge du premier état de fonctionnement est par exemple au moins 20% plus élevé que le débit de gaz de purge du deuxième état de fonctionnement qui peut par exemple être nul, à l’exception d’un débit de gaz de purge injecté au niveau des paliers de la pompe à vide primaire pour protéger les roulements et les dispositifs d’étanchéité situés aux extrémités de la pompe à vide primaire. L’unité de contrôle peut être configurée pour pouvoir commander une pluralité de débits de gaz de purge à injecter par le dispositif de purge et correspondant à une pluralité de plages de puissances électriques consommées par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots, chaque plage de puissance électrique correspondant à une recette distincte pouvant être mise en œuvre dans la chambre de procédés. Le dispositif de purge peut comporter un dispositif de chauffage du gaz de purge. Selon un exemple de réalisation, le paramètre de sortie du groupe de pompage est la puissance électrique du dispositif de chauffage du gaz de purge. Selon un exemple de réalisation, pour un premier état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une première puissance électrique (paramètre d’entrée), le paramètre de sortie, ici la puissance électrique du dispositif de chauffage, est plus élevé que pour un second état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une seconde puissance électrique qui est plus élevée que la première puissance électrique. En augmentant la puissance électrique du dispositif de chauffage lorsque le paramètre d’entrée est plus faible, on augmente la température du gaz de purge au cours de l’étape de dépôt, ce qui facilite la dilution et l’entrainement des gaz dans le chemin d’écoulement des gaz. En diminuant la puissance électrique du dispositif de chauffage lorsque le paramètre d’entrée est plus élevé, on évite la surconsommation électrique du dispositif de chauffage. Il est ainsi possible d’adapter la consommation électrique du chauffage des lignes aux débits des gaz à traiter par le dispositif de traitement des gaz pour éviter les surconsommations. La puissance électrique du dispositif de chauffage du premier état de fonctionnement est par exemple au moins 20% plus élevée que la deuxième puissance électrique du dispositif de chauffage du deuxième état de fonctionnement qui peut être nulle. L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour pouvoir commander une pluralité de puissances électriques du dispositif de chauffage correspondant à une pluralité de plages de puissances électriques consommées par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots, chaque plage de puissance électrique correspondant à une recette distincte pouvant être mise en œuvre dans la chambre de procédés. Il est alors possible d’adapter avec précision le chauffage des lignes aux situations de pompage. L’invention a aussi pour objet un dispositif de pompage et de traitement comprenant au moins un groupe de pompage tel que décrit précédemment et au moins un dispositif de traitement des gaz comportant une unité de traitement et/ou un laveur et/ou une cartouche de chimisorption et/ou de physisorption. L’unité de traitement comporte par exemple un brûleur et/ou un système électrique et/ou un dispositif de génération d’un plasma. Lorsque l’unité de traitement comporte un brûleur, le brûleur comporte par exemple un dispositif d’injection de comburant et de combustible configuré pour injecter un comburant et un combustible dans le chemin d’écoulement des gaz pompés. Le paramètre de sortie du dispositif de traitement des gaz est par exemple les débits de comburant et de combustible injectés par le dispositif d’injection de comburant et de combustible. Par exemple, pour un premier état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une première puissance électrique (paramètre d’entrée), le paramètre de sortie, ici les débits de comburant et de combustible injectés par le dispositif d’injection de comburant et de combustible, est plus élevé que pour un second état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une seconde puissance électrique qui est plus élevée que la première puissance électrique. En augmentant les débits de comburant et de combustible injectés dans le brûleur lorsque le paramètre d’entrée est plus faible, on augmente la température de flamme du brûleur au cours de l’étape de dépôt, ce qui facilite le traitement des gaz notamment en facilitant la transformation des résidus des gaz de procédés en espèces solubles. En diminuant les débits de comburant et de combustible injectés dans le brûleur lorsque le paramètre d’entrée est plus élevé, on diminue la température de flamme au cours de l’étape de nettoyage, ce qui permet d’économiser les comburants et combustibles. Il est ainsi possible d’adapter les débits de comburant et de combustible aux débits des gaz à traiter par le dispositif de traitement des gaz pour éviter les surconsommations. Les débits de comburant et de combustible du premier état de fonctionnement sont par exemple au moins 20% plus élevés que les débits de comburant et de combustible du deuxième état de fonctionnement. Lorsque l’unité de traitement comporte un système électrique et/ou un dispositif de génération d’un plasma, le paramètre de sortie du dispositif de traitement des gaz peut être la puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma. Par exemple, pour un premier état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une première puissance électrique (paramètre d’entrée), le paramètre de sortie, ici la puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma, est plus élevé que pour un second état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une seconde puissance électrique qui est plus élevée que la première puissance électrique. En augmentant la puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma lorsque le paramètre d’entrée est plus faible, on augmente la puissance de la torche du plasma, ce qui facilite le traitement des gaz notamment en facilitant la transformation des résidus des gaz de procédés en espèces solubles. En diminuant la puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma lorsque le paramètre d’entrée est plus élevé, on évite la surconsommation électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma. Il est ainsi possible d’adapter la consommation électrique du dispositif de traitement des gaz aux débits des gaz à traiter pour éviter les surconsommations. La puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma du premier état de fonctionnement est par exemple au moins 20% plus élevée que la puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma du deuxième état de fonctionnement. Le dispositif de pompage et de traitement peut comporter un dispositif de mise en communication configuré pour orienter les gaz pompés par le groupe de pompage vers l’unité de traitement du dispositif de traitement des gaz ou vers un laveur du dispositif de traitement des gaz ou vers un laveur central ou vers un autre dispositif de traitement des gaz, le paramètre de sortie du dispositif de traitement des gaz étant l’orientation du dispositif de mise en communication. Le dispositif de mise en communication comporte par exemple une vanne trois ou quatre voies pilotable par l’unité de contrôle. Par exemple, l’unité de contrôle est configurée pour orienter les gaz pompés par le groupe de pompage vers le dispositif de traitement des gaz pour un premier état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une première puissance électrique et pour orienter les gaz pompés par le groupe de pompage vers un laveur du dispositif de traitement des gaz ou vers un laveur central ou vers un autre dispositif de traitement des gaz pour un second état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots à une seconde puissance électrique qui est plus élevée que la première puissance électrique. Les gaz de nettoyage utilisés au cours de l’étape de nettoyage peuvent être suffisamment solubles et ne pas nécessiter d’être traités au préalable par l’unité de traitement. Les gaz sortant du groupe de pompage peuvent alors directement être convoyés vers le laveur ou vers le laveur central ou vers un autre dispositif de traitement des gaz, en contournant l’unité de traitement. L’unité de contrôle peut en outre être configurée pour pouvoir commander l’orientation des gaz pompés par le groupe de pompage selon une pluralité de plages de puissances électriques consommées par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots, chaque plage de puissance électrique correspondant à une recette distincte pouvant être mise en œuvre dans la chambre de procédés. Il est alors possible d’adapter avec précision l’orientation des gaz en sortie du groupe de pompage, aux différentes situations de pompage. L’unité de contrôle peut être configurée pour communiquer avec une unité centrale d’une usine de fabrication, notamment d’éléments semi-conducteur ou de panneaux photovoltaïques ou d’écrans plats, comprenant des équipements de fabrication et des dispositifs de pompage et de traitement fluidiquement raccordés aux équipements de fabrication. L’invention a aussi pour objet un procédé de pompage et de traitement des gaz au moyen d’un dispositif de pompage et de traitement tel que décrit précédemment, caractérisé en ce qu’on commande un paramètre de sortie du groupe de pompage et/ou du dispositif de traitement des gaz en fonction d’un paramètre d’entrée, le paramètre d’entrée étant la puissance électrique consommée par le moteur de la pompe à vide secondaire Roots. Le procédé de pompage et de traitement des gaz peut être mis en œuvre dans une chambre de procédés dans laquelle sont mises en œuvre des recettes alternant des étapes de dépôt avec des étapes de nettoyage. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description suivante, donnée à titre d'exemple, sans caractère limitatif, en regard des dessins annexés sur lesquels: La est une vue schématique d’un équipement de fabrication raccordé à un dispositif de pompage et de traitement des gaz. La montre une vue schématique du dispositif de pompage et de traitement de la . La montre un graphique de la puissance électrique (en Watts) consommée par la pompe à vide secondaire Roots en fonction du flux des gaz pompés (en slm (1slm correspondant à 1,69Pa.m 3 /s)) par la pompe à vide secondaire Roots pour toutes les recettes pouvant être mises en œuvre dans la chambre de procédés. La est une vue schématique d’une variante de réalisation d’un dispositif de purge du dispositif de pompage et de traitement. Sur ces figures, les éléments identiques portent les mêmes numéros de référence. Groupe de pompage (2) destiné à être fluidiquement raccordé en aval d’une chambre de procédés (101) et en amont d’un dispositif de traitement des gaz (3) dans la direction d’écoulement des gaz pompés (F1), le groupe de pompage (2) comprenant une pompe à vide primaire (4) et une pompe à vide secondaire Roots (5), montée en série et en amont de la pompe à vide primaire (4) et comportant un moteur (M2), caractérisé en ce que le groupe de pompage (2) comporte une unité de contrôle (17) configurée pour commander un paramètre de sortie du groupe de pompage (2) et/ou du dispositif de traitement des gaz (3) en fonction d’un paramètre d’entrée, le paramètre d’entrée étant la puissance électrique consommée par le moteur (M2) de la pompe à vide secondaire Roots (5). Groupe de pompage (2) selon la revendication précédente, comportant en outre un dispositif de purge (15) configuré pour injecter un gaz de purge dans le chemin d’écoulement des gaz pompés entre une sortie de la chambre de procédés (101) et une entrée du dispositif de traitement des gaz (3), caractérisé en ce que le paramètre de sortie du groupe de pompage (2) est le débit de gaz de purge à injecter par le dispositif de purge (15). Groupe de pompage (2) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que pour un premier état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots (5) à une première puissance électrique, le débit de gaz de purge à injecter est plus élevé que pour un second état de fonctionnement de la pompe à vide secondaire Roots (5) à une seconde puissance électrique qui est plus élevée que la première puissance électrique. Groupe de pompage (2) selon l’une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l’unité de contrôle (17) est configurée pour pouvoir commander une pluralité de débits de gaz de purge à injecter par le dispositif de purge (15) et correspondant à une pluralité de plages de puissances électriques consommées par le moteur (M2) de la pompe à vide secondaire Roots (5), chaque plage de puissance électrique correspondant à une recette (103) distincte pouvant être mise en œuvre dans la chambre de procédés (101). Groupe de pompage (2) selon l’une des revendications précédentes, comportant en outre un dispositif de purge (15) configuré pour injecter un gaz de purge dans le chemin d’écoulement des gaz pompés entre une sortie de la chambre de procédés (101) et une entrée du dispositif de traitement des gaz (3), caractérisé en ce que le dispositif de purge (15) comporte un dispositif de chauffage (18) du gaz de purge, le paramètre de sortie du groupe de pompage (2) étant la puissance électrique du dispositif de chauffage (18). Dispositif de pompage et de traitement (1) comprenant au moins un groupe de pompage (2) selon l’une des revendications précédentes et au moins un dispositif de traitement des gaz (3) comportant une unité de traitement (6) et/ou un laveur (8) et/ou une cartouche de chimisorption et/ou de physisorption. Dispositif de pompage et de traitement (1) selon la revendication précédente, et dont l’unité de traitement (6) comporte un brûleur (7), caractérisé en ce que le brûleur (7) comporte en outre un dispositif d’injection de comburant et de combustible (11) configuré pour injecter un comburant et un combustible dans le chemin d’écoulement des gaz pompés, le paramètre de sortie du dispositif de traitement des gaz (3) étant les débits de comburant et de combustible injectés par le dispositif d’injection de comburant et de combustible (11). Dispositif de pompage et de traitement (1) selon la revendication 6, et dont l’unité de traitement (6) comporte un système électrique et/ou un dispositif de génération d’un plasma caractérisé en ce que le paramètre de sortie du dispositif de traitement des gaz (3) est la puissance électrique du système électrique ou du dispositif de génération d’un plasma. Dispositif de pompage et de traitement (1) selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte un dispositif de mise en communication (20) configuré pour orienter les gaz pompés par le groupe de pompage (2) vers l’unité de traitement (6) du dispositif de traitement des gaz (3) ou vers un laveur (8) du dispositif de traitement des gaz (3) ou vers un laveur central ou vers un autre dispositif de traitement des gaz, le paramètre de sortie du dispositif de traitement des gaz (3) étant l’orientation du dispositif de mise en communication (20). Dispositif de pompage et de traitement (1) selon l’une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que l’unité de contrôle (17) est configurée pour communiquer avec une unité centrale (9) d’une usine de fabrication, notamment d’éléments semi-conducteur ou de panneaux photovoltaïques ou d’écrans plats, comprenant des équipements de fabrication (100) et des dispositifs de pompage et de traitement (1) fluidiquement raccordés aux équipements de fabrication (100). Procédé de pompage et de traitement des gaz au moyen d’un dispositif de pompage et de traitement (1) selon l’une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce qu’on commande un paramètre de sortie du groupe de pompage (2) et/ou du dispositif de traitement des gaz (3) en fonction d’un paramètre d’entrée, le paramètre d’entrée étant la puissance électrique consommée par le moteur (M2) de la pompe à vide secondaire Roots (5). Procédé de pompage et de traitement des gaz selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu’il est mis en œuvre dans une chambre de procédés (101) dans laquelle sont mises en œuvre des recettes (103) alternant des étapes de dépôt avec des étapes de nettoyage.