氢气回收系统和方法与流程

本公开涉及一种氢气回收系统和方法。该氢气回收系统可以被配置成去除工艺气体中存在的至少一些氢气。本发明的方面涉及一种从工艺气体中回收氢气的真空系统、电化学泵和方法。

背景技术：

1、真空和减排系统通常包括真空泵，其在使用中在大气压力下排出工艺气体。该真空泵可以例如是干式泵。真空泵在大气压力下排出工艺气体的操作可能需要高功耗。这对于需要泵送大量气体的真空系统尤其重要。举例来说，用于极紫外(euv)光刻的真空系统可能需要泵送大量氢气。氢气通常在大气压力下排出，并且在大气压力下用空气稀释、被泵送。

2、本发明的目的是解决与现有技术相关联的一个或多个缺点。

技术实现思路

1、本发明的方面和实施例提供一种根据所附权利要求所述的从工艺气体中回收氢气的氢气回收系统、真空系统、电化学泵和方法。

2、根据本发明的一方面，提供一种根据权利要求1所述的真空系统。

3、根据本发明，所述工艺气体在低于大气压的压力下供应。所述氢气回收系统结合真空系统使用。来自真空系统的工艺气体被供应到所述氢气回收系统。所述工艺气体在小于大气压力的压力下排出到所述氢气回收系统。通过在低于大气压的压力下排出所述工艺气体，真空系统的功耗可能减少。据信，在真空系统中操作干式泵可以实现大于50％的电力节省。另外，在诸如极紫外(euv)系统的氢气系统中，可以减少或消除对氮气吹扫气体的需要。工艺气体可以在小于或等于以下压力中的一者的压力下供应到氢气回收系统：700毫巴(mbar)、600毫巴、500毫巴、400毫巴、300毫巴或200毫巴。

4、通过将电化学泵耦接到euv干式泵的排气装置，真空泵的排气压力可以减小，例如以使得能够以大约200毫巴的排气输出更高效地泵送氢气。至少在某些实施例中，这可以减少功耗和/或可以消除需要实施氮气吹扫。电化学泵可以充当最终级，并且可以可操作以将氢气压缩至大气压力或以上。如果需要，由氢气回收系统回收的氢气可以再循环到客户氢气网络中。氢气回收系统可以包括干燥器，用于在所回收的氢气用于真空系统中之前对其进行干燥。

5、工艺气体可以包括若干气体的混合物。工艺气体包括氢气，其可以与一种或多种其他气体混合。在使用中，所述氢气回收系统可操作以从所述工艺气体中去除至少一些氢气。氢气从工艺气体中去除，并且可以例如重新用于工业过程中。经处理的工艺气体可以是输出到减排系统的废气。所述氢气回收系统可以从工艺气体中去除至少80％的氢气。工艺气体可以从真空系统输出。真空系统可以可操作以针对例如与半导体的制作相关的工业过程建立真空。所述工业过程可以例如是极紫外(euv)光刻。

6、所述电化学泵包括用于通过电化学过程泵送氢气的电化学氢气泵(压缩机)。

7、所述控制器被配置成控制所述电化学泵的操作，以控制氢气从所述工艺气体中的回收。所述控制器可以被配置成控制例如由直流(dc)电源供应到电化学泵的电流。所述控制器可以控制所述至少一个阳极与所述至少一个阴极之间的电势差。所述控制器可以控制隔膜两端的电场密度。

8、所述电化学泵可操作以去除工艺气体中存在的至少一些氢气。工艺气体的氢气含量由此降低。废气收集在阳极隔室中。所述废气包括比供应到电化学泵的工艺气体低的氢气含量。所述废气可以输出到减排单元。

9、所述工艺气体可以在工艺气体供应压力下供应。工艺气体供应压力可以小于大气压力(即，小于一(1)巴(bar))。

10、所述氢气回收系统可以包括用于测量阳极隔室入口处的阳极隔室入口压力的入口压力传感器。所述阳极隔室入口压力可以对应于所述工艺气体供应压力。所述入口压力传感器可以被配置成向所述控制器输出指示所述阳极隔室入口压力的阳极隔室入口压力信号。替代地或另外，所述氢气回收系统可以包括用于测量阳极隔室出口压力的出口压力传感器。所述出口压力传感器可以被配置成向所述控制器输出指示所述阳极隔室出口压力的阳极隔室出口压力信号。

11、氢气可以在阴极隔室出口压力下从阴极隔室排放。阴极隔室出口压力可以大于阳极隔室入口压力。阴极隔室出口压力可以大于大气压力，例如大于5巴。阴极隔室出口压力可以大于或等于8巴。在某些实施例中，阴极隔室出口压力可以大于或等于10巴。

12、所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和所述阳极隔室出口压力中的至少一者控制所述电化学泵的操作。所述控制器可以使用阳极隔室入口压力和阳极隔室出口压力来帮助防止所述电化学泵的阳极从工艺气体中提取过量氢气。通过控制所述电化学泵的操作，可以维持阳极处的电化学过程的效率。所述控制器可以被配置成根据阳极隔室入口压力与阳极隔室出口压力之间的压力差来控制所述电化学泵的操作。如果阳极隔室入口压力与阳极隔室出口压力之间的压力差增加超过预先确定的阈值，则所述控制器减小供应到所述电化学泵的电流和/或电压。此控制帮助确保向至少一个阳极供应足够氢气。

13、所述控制器可以被配置成确定所述电化学泵的电流设定点和/或电压设定点。所述电流设定点和/或电压设定点可以根据阳极隔室入口压力和阳极隔室出口压力中的至少一者来确定。所述控制器可以被配置成根据阳极隔室入口压力与阳极隔室出口压力之间的压力差来确定所述电化学泵的电流设定点和/或电压设定点。

14、所述控制器可以被选择性地配置成增大和减小供应到电化学泵的电流和/或电压。

15、所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和所述阳极隔室出口压力中的至少一者小于预先确定的压力阈值的确定来控制所述电化学泵的操作。所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和阳极隔室出口压力小于预先确定的压力阈值的确定来控制所述电化学泵的操作。所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和所述阳极隔室出口压力中的至少一者小于预先确定的压力阈值的确定而减小供应到电化学泵的电流和/或电压。所述控制器可以将所述电流和/或电压减小预先确定的量或预先确定的比例。例如，根据阳极隔室入口压力和阳极隔室出口压力低于250毫巴的压力阈值的确定，供应到电化学泵的电流可以减小1％。

16、所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和所述阳极隔室出口压力中的至少一者大于预先确定的压力阈值的确定来控制所述电化学泵的操作。所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和阳极隔室出口压力大于预先确定的压力阈值的确定来控制所述电化学泵的操作。所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室入口压力和所述阳极隔室出口压力中的至少一者大于预先确定的压力阈值的确定而增大供应到电化学泵的电流和/或电压。所述控制器可以将所述电流和/或电压增大预先确定的量或预先确定的比例。例如，根据阳极隔室入口压力和阳极隔室出口压力高于250毫巴的压力阈值的确定，供应到电化学泵的电流可以增大1％。

17、所述控制器已经被描述为根据一个或多个所测量的压力来控制氢气回收系统的操作。替代地或另外，所述控制器可以被配置成根据至少一个质量流率控制氢气回收系统的操作。例如，所述控制器可以被配置成根据由所述电化学泵回收的氢气的质量流率控制供应到电化学泵的电流。还设想了其他控制技术。

18、所述氢气回收系统可以包括用于测量来自所述阴极隔室的氢气的质量流量的质量流量计(mfm)。所述控制器可以被配置成根据所述氢气的所述质量流量确定所述电化学泵的电流设定点。可以控制所述电流以维持所述氢气回收系统的稳态操作。可以对应于针对来自电化学泵的一个氢分子输出的两个电子输入确定基本电流(base current)。可以向所述基本电流添加补充(增益)电流以维持稳态操作。

19、所述氢气回收系统可以包括与所述阳极隔室出口流体连通的辅助泵。所述辅助泵可以可操作以泵送所述工艺气体通过所述阳极隔室。所述辅助泵可以可操作以增加阳极隔室出口中的压力。辅助泵的出口压力可以大于阳极隔室出口处的压力。辅助泵的出口压力可以大约为大气压力(1巴)。所述控制器可以被配置成在所述氢气回收系统的启动期间激活所述辅助泵。所述控制器可以被配置成在所述氢气回收系统的稳态操作期间去激活所述辅助泵。

20、所述氢气回收系统可以包括用于测量所述辅助泵的入口压力的辅助泵入口压力传感器。所述控制器可以被配置成根据所述辅助泵的所述入口压力控制所述辅助泵的操作。所述控制器可以被配置成根据所述辅助泵的所述入口压力大于预先确定的上限阈值的确定而重新开始所述过程。氢气回收过程的重新开始可以包括将氮气供应到设置在氢气回收系统上游的真空泵。

21、所述氢气回收系统可以包括用于控制所述废气从所述阳极隔室到所述辅助泵的排放的节流阀。所述控制器可以被配置成根据所述阳极隔室出口压力或辅助泵的入口压力来控制所述节流阀。所述控制器可以被配置成控制所述节流阀以维持废气的压力至少基本上等于预先确定的压力设定点。所述节流阀可以可选择性地调节，以增大和减小来自阳极隔室的废气的流率。

22、所述氢气回收系统可以包括供应通道以向辅助泵供应惰性气体，以促进所述工艺气体泵送通过所述阳极隔室。

23、所述氢气回收系统可以包括可操作以使所述辅助泵与所述阳极隔室出口隔离的至少一个阀。所述至少一个阀可以包括呈并联配置的第一阀和第二阀。

24、所述控制器可以被配置成操作所述辅助泵，并且选择性地打开所述至少一个阀中的一者或多者，以吹扫杂质。所述辅助泵可以操作以减小入口压力。所述控制器可以脉冲调节(pulse)所述至少一个阀的打开，以吹扫杂质。

25、所述氢气回收系统可以包括用于选择性地旁通所述辅助泵的控制(旁通)阀，其中所述控制器被配置成致动所述控制阀以旁通所述辅助泵，以实现所述氢气回收系统的稳态操作。所述控制阀可以包括三通阀。

26、所述氢气回收系统的稳态操作可以对应于在预先定义的压力下或预先定义的压力范围内的操作。

27、所述控制器可以被配置成输出控制信号以控制惰性气体的供应。所述控制器可以被配置成输出控制信号以在所述氢气回收系统的稳态操作期间禁止将惰性气体引入到真空系统中。所述惰性气体可以例如是氮气。至少在某些实施例中，可以减少引入到氢气回收系统上游的工艺气体中的氮气的量。

28、所述氢气回收系统可以包括流限制器(限流器)，其可操作以控制气体从阳极隔室出口排放的速率。所述流限制器适用于实现空载运行(deadheaded running)。

29、所述真空泵可以是干式泵。所述真空系统可以是极紫外(euv)系统。所述euv系统可以可操作以实施euc工艺，诸如euv光刻。

30、根据本发明的另一个方面，提供一种根据权利要求16所述的使用电化学泵从工艺气体中回收氢气的方法。

31、所述方法可以包括控制供应到电化学泵的电流，以控制氢气从所述工艺气体中的回收。

32、所述方法可以包括控制惰性气体到工艺气体中的供应。所述方法可以包括当所述电化学泵在稳态条件下操作时，禁止将惰性气体引入到工艺气体中。所述惰性气体可以例如是氮气。至少在某些实施例中，可以减少引入到氢气回收系统上游的工艺气体中的氮气的量。

33、本文中描述的任何控制单元或控制器都可以适当地包括具有一个或多个电子处理器的计算设备。所述系统可以包括单个控制单元或电子控制器，或者替代地，控制器的不同功能可以实施在或托管在不同控制单元或控制器中。如本文中所使用的，术语“控制器”或“控制单元”将被理解成包括单个控制单元或控制器以及共同操作以提供任何所述的控制功能的多个控制单元或控制器。为配置控制器或控制单元，可以提供合适指令集，所述指令集在执行时致使所述控制单元或计算设备实现本文中指定的控制技术。所述指令集可以适当地嵌入所述一个或多个电子处理器中。替代地，所述指令集可以被提供为保存在与所述控制器相关联的一个或多个存储器上的软件，以便在所述计算设备上执行。所述控制单元或控制器可以以在一个或多个处理器上运行的软件实现。一个或多个其他控制单元或控制器可以以在一个或多个处理器(任选地，与第一控制器相同的一个或多个处理器)上运行的软件实现。也可以使用其他合适的布置。