DE102020214063A1

DE102020214063A1 - Verfahren und system zur selektiven abgasbehandlung

Info

Publication number: DE102020214063A1
Application number: DE102020214063.4A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Hubertus Schulz; Thomas Pernau; Ulrich Walk
Original assignee: Centrotherm International AG
Current assignee: Centrotherm International AG
Priority date: 2020-03-13
Filing date: 2020-11-10
Publication date: 2021-09-16
Also published as: CN113384979A

Abstract

Systeme und Verfahren zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten. Die Systeme weisen insbesondere wenigstens einen Prozesscluster auf. Dieser wiederum weist insbesondere eine Gruppe von Prozesseinheiten auf, eine der Anzahl von Prozesseinheiten der Gruppe entsprechende Anzahl von Pumpeinheiten, wobei jeweils eine Pumpeinheit mit einem Auslass einer der Prozesseinheiten verbunden ist, und eine der Anzahl von Pumpeinheiten entsprechende Anzahl von Ventileinheiten, wobei jede Ventileinheit mit einem Auslass einer Pumpeinheit verbunden ist, und wobei jede Ventileinheit konfiguriert ist, den Auslass der verbundenen Pumpeinheit selektiv mit jeweils einem einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgängen zu verbinden. Die Systeme weisen weiter einen ersten Gaswäscher auf, der für eine Abgasbehandlung eines ersten Typs konfiguriert ist, und der mit einem jeweiligen ersten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist, sowie einen zweiten Gaswäscher, der für eine Abgasbehandlung eines vom ersten Typ unterschiedlichen zweiten Typs konfiguriert ist, und der mit einem jeweiligen zweiten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist, und eine Ventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, jede Ventileinheit individuell anzusteuern, um Abgas selektiv zu einem der Ausgänge und zu leiten.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur selektiven Abgasbehandlung und -aufbereitung aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten mit Vakuumpumpen. Abhängig von jeweils vorliegenden Verarbeitungsbedingungen dieser Prozesseinheiten werden insbesondere Verfahren und Systeme in Bezug auf atmosphärische Gase und/oder zu reduzierende und zu oxidierende Abgase und/oder Gasgemische beschrieben.
Hintergrund der Erfindung
In der Technik sind unterschiedlichste Einsatzgebiete bekannt, bei denen Abgase entstehen, die potentiell für die Umwelt schädlich sind und daher eine Behandlung erfordern, bevor sie in die Umwelt ausgegeben werden. Dabei gibt es eine Vielzahl von Behandlungsverfahren, welche nur beispielsweise eine Verdünnung, eine Gaswäsche mit einer Flüssigkeit, das Einbringen einer reaktiven Komponente, eine thermische Zersetzung, eine Reduktion, eine Oxidation, einen katalytischen Prozess oder eine Filterung beinhaltet. Das eingesetzte Verfahren hängt dabei von den entstandenen Abgasen ab, wobei an einem Standort unterschiedliche Verfahren eingesetzt werden. Im Nachfolgenden werden Vorrichtungen zur Durchführung solcher Verfahren unabhängig vom Behandlungsverfahren als Gaswäscher bezeichnet.
Systeme zur Abgasaufbereitung sind beispielsweise aus der Halbleiterverarbeitung für Photovoltaik oder Halbleiteranwendungen bekannt. Ein gängiges Halbleiterverarbeitungsverfahren, bei dem zu behandelnde Abgase entstehen, ist die Beschichtung mit plasmaunterstützten Gasphasenabscheidung, die abgekürzt als PECVD (plasma enhanced chemical vapor deposition) bezeichnet wird. Je nach Beschichtung können unterschiedliche Abgase entstehen, die unterschiedliche Behandlungen erfordern.
Dabei werden an einem Standort meist lokale Gaswäscher, die einer Prozesseinheit direkt nachgeschaltet sind, sowie ein zentraler Gaswäscher, bei dem die Abgase unterschiedlicher Prozesseinheiten ankommen, zur Abgasaufbereitung verwendet. Der lokale Gaswäscher befindet sich dabei direkt am Entstehungsort der Abgase als so genannter Point-of-Use- bzw. POU-Gaswäscher und ist in der Regel speziell hinsichtlich des eingesetzten Verfahrens und der Größe für die in einer zugeordneten Prozesseinheit entstehenden Abgase ausgelegt. Dabei ist der lokale Gaswäscher in der Regel einer einzelnen Prozesseinheit zugeordnet und alle Abgase aus der Prozesseinheit durchlaufen zunächst den lokalen Gaswäscher bevor sie anschließend zum zentralen Gaswäscher geleitet werden. Dabei ist das eingesetzte Behandlungsverfahren im lokalen Gaswäscher so ausgelegt, das alle entstehenden Abgase aus der entsprechenden Prozesseinheit durch die Kombination der Behandlungen im lokalen Gaswäscher und im zentralen Gaswäscher unschädlich gemacht werden können. Dabei werden lokale Gaswäscher in der Regel nur dann eingesetzt, wenn die zu erwartenden Abgase der Art sind, dass sie durch den zentralen Gaswäscher nicht ausreichend behandelt werden können. Insbesondere bei Prozesseinheiten mit mehrstufigen Prozessen können zeitlich gestaffelt unterschiedliche Abgase die entstehen, die gegebenenfalls unterschiedliche Behandlungsprozesse benötigen, die einerseits vom lokalen und andererseits vom zentralen Gaswäscher vorgesehen werden. Durch die bestehende Kombination werden alle Abgase durch beide Gaswäscher geleitet, was einen sichere Behandlung ermöglicht, aber zu einem hohen Aufwand führen kann.
Der zentrale Gaswäscher befindet sich an einer geeigneten Stelle am Standort und ist in der Regel für eine allgemeine Behandlung ausgelegt, mit der eine Vielzahl von Abgasen behandelt werden kann. In Kombination aus lokalem Gaswäscher und zentralem Gaswäscher führen diese häufig eine Vorbehandlung und eine Nachbehandlung durch.
Der Einsatz eines lokalen Gaswäschers ist beispielsweise für die Neutralisation von Ammoniak- und/oder Methananteilen angezeigt. Ein derartiges Neutralisationsverfahren ist nicht nur aufwändig zu etablieren, sondern gleichermaßen mit hohen Kosten und Sicherheitsanforderungen verbunden.
Das etablieren entsprechender Verfahren in einem zentralen Gaswäscher, in dem alle Abgase zusammenlaufen und daher entsprechende Verfahren durchlaufen müssten, wäre daher zu Aufwändig und Kostenintensiv, da in der Regel nicht alle Prozesseinheiten an einem Standort entsprechende Abgase erzeugen. Indem alle Abgase einer Prozesseinheit, die einen entsprechenden gesonderten Prozess erfordern, zunächst am lokalen Gaswäscher behandelt werden, können die Verfahren am zentralen Gaswäscher vereinfacht werden.
Wartungs- und stoßweise Belastungszeiten einzelner lokaler Gaswäscher können jedoch zu Problemen führen. Während der Wartungszeiten kann die angeschlossene Prozesseinheit nicht arbeiten und manche Behandlungsprozesse haben ferner Probleme mit Fluktuationen des Abgasvolumens und/ oder der Abgaszusammensetzung. Auch sind die speziellen Verfahren gegebenenfalls nur für zeitweise entstehende Abgase gegebenenfalls bei kleinem Abgasvolumen erforderlich, wobei die Behandlung aber für alle auftretenden Volumen ausgelegt werden muss. Probleme können sich auch dadurch ergeben, dass Abgase als Gasgemisch in einer gemeinsamen Leitung zunächst über den POU-Gaswäscher und dann weiter zum zentralen Gaswäscher geleitet werden. Insbesondere beim anfänglichen Abpumpen von Prozesseinheiten werden auch größere Mengen an Umgebungsluft über die Leitungen zu den jeweiligen Gaswäschern abgepumpt. Dies führt dazu, dass die beteiligten Gaswäscher in der Regel nie abgeschaltet werden können. Ausblase- bzw. Reinigungsvorgänge von festen Ablagerungen wie Feinstaub werden erschwert.
Aufgabe der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben genannten Probleme oder Nachteile zu verringern bzw. zu überwinden.
Dies kann sowohl die Behandlung und Aufarbeitung von Abgasen mit unterschiedlichen Behandlungsanforderungen, wie zum Beispiel zu oxidierenden und zu reduzierenden Anteilen im Allgemeinen, sowie die Optimierung der Behandlungsprozesse und der Hardwareanforderungen beinhalten. Dazu kann eine Optimierung einzelner Teilprozesse innerhalb des Gesamtprozesses kommen, um dadurch wiederum den Gesamtprozess effizienter, wirtschaftlicher und gleichzeitig sicherer zu gestalten. Weiterhin können gegebenenfalls bereits bestehende Systeme im Sinne der vorliegenden Erfindung nachgerüstet.
Zusammenfassung der Erfindung
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch ein System nach Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren nach Anspruch 17 gelöst. Weitere Ausführungen der Erfindung ergeben sich unter anderem aus den Unteransprüchen.
Insbesondere ist ein System zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen vorgesehen, das Folgendes aufweist: wenigstens einen Prozesscluster mit einer Gruppe von Prozesseinheiten, einer der Anzahl von Prozesseinheiten der Gruppe entsprechenden Anzahl von Pumpeinheiten, wobei jeweils eine Pumpeinheit mit einem Auslass einer der Prozesseinheiten verbunden ist; einer der Anzahl von Pumpeinheiten entsprechenden Anzahl von Ventileinheiten, wobei jede Ventileinheit mit einem Auslass einer Pumpeinheit verbunden ist, und wobei jede Ventileinheit konfiguriert ist, den Auslass der verbundenen Pumpeinheit selektiv mit jeweils einem einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgängen zu verbinden. Das System weist weiter einen ersten Gaswäscher auf, der für eine Abgasbehandlung eines ersten Typs konfiguriert ist und der mit einem jeweiligen ersten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist, einen zweiten Gaswäscher, der für eine Abgasbehandlung eines vom ersten Typ unterschiedlichen zweiten Typs konfiguriert ist und der mit einem jeweiligen zweiten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist, und eine Ventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, jede Ventileinheit individuell anzusteuern, um Abgas selektiv zu einem der Ausgänge und zu leiten.
Vorteilhaft ist hierbei beispielsweise, dass mehrere Prozesseinheiten zu einem Prozesscluster zusammengefasst werden können, bei dem Abgase selektiv zu einem ersten Gaswäscher des Prozessclusters oder einem zweiten Gaswäscher geleitet werden können, die jeweils unterschiedliche Behandlungen vorsehen. Hierdurch lassen sich eine Individualisierung der Abgasbehandlung sowie eine bessere Koordinierung der Abgasbehandlungsabläufe erreichen. Verglichen mit bekannten Systemen werden Aspekte funktionaler Wartung und Reinigung sämtlicher Gaswäscher verbessert. Durch Zusammenfassen mehrerer Prozesseinheiten zu einem Prozesscluster lässt sich eine verbesserte Auslastung des ersten Gaswäschers erreichen und ggf. die Anzahl der Gaswäscher in einem System verringern.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist weiterhin ein System vorgesehen mit wenigstens einem weiteren Prozesscluster mit einer Gruppe von Prozesseinheiten, einer der Anzahl von Prozesseinheiten der Gruppe entsprechenden Anzahl von Pumpeinheiten, wobei jeweils eine Pumpeinheit mit einem Auslass einer der Prozesseinheiten verbunden ist, einer der Anzahl von Pumpeinheiten entsprechenden Anzahl von Ventileinheiten, wobei jede Ventileinheit mit einem Auslass einer Pumpeinheit verbunden ist, und wobei jede Ventileinheit konfiguriert ist, den Auslass der verbundenen Pumpeinheit selektiv mit jeweils einem einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgängen zu verbinden, und einem ersten Gaswäscher, der für eine Abgasbehandlung eines ersten Typs konfiguriert ist und der mit einem jeweiligen ersten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist, wobei ein jeweiliger zweiter Ausgang der Ventileinheit mit dem zweiten Gaswäscher verbunden ist. Optional kann das System wenigstens eine individuell ansteuerbare Bypassleitung aufweisen, die eine Zuleitung zum Gaswäscher des Prozessclusters mit einer Zuleitung eines Gaswäschers eines weiteren Prozessclusters verbindet.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Prozesseinheiten eines Prozessclusters und/oder jedes weiteren Prozessclusters jeweils des gleichen Typs und für gleiche Prozesse ausgelegt.
Eine weitere Ausführungsform sieht ein System vor, das eine Prozess-Steuereinheit aufweist, die konfiguriert ist, Prozessabläufe in den jeweiligen Prozesseinheiten individuell zu steuern, insbesondere derart, dass bestimmte, gleichartige Teilprozesse der Prozessabläufe in den Prozesseinheiten innerhalb der Prozesscluster zeitlich versetzt zueinander ablaufen.
Gemäß eines Ausführungsbeispiels handelt es sich bei den Ventileinheiten jeweils um ein Umschaltventil oder um eine Vielzahl von gegeneinander verriegelten Schließventilen, insbesondere Eckventilen, um den Auslass der verbundenen Pumpeinheiten mit den jeweiligen Ausgängen zu verbinden. Optional weist der Prozesscluster einer weiteren Ausführungsform wenigstens einen weiteren Gaswäscher auf, der mit einem entsprechenden Ausgang der Ventileinheit verbunden ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform sind der erste und der optionale wenigstens eine weitere Gaswäscher des Prozessclusters lokale Gaswäscher, die speziell für die Behandlung der zu erwartenden Abgase des Prozessclusters ausgelegt sind, während der zweite Gaswäscher ein zentraler Gaswäscher ist, der für die Behandlung unterschiedlicher Abgase aus unterschiedlichen Prozessclustern und oder Anlagen ausgelegt ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der erste und/oder der wenigstens eine weitere Gaswäscher für eine oxidierende Abgasbehandlung und/oder der zweite Gaswäscher für eine reduzierende Abgasbehandlung konfiguriert.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Vielzahl von Prozesseinheiten wenigstens eines Prozessclusters jeweils PECVD-Vorrichtungen sind.
Eine weitere Ausführungsform sieht optional eine Atmosphärenpumpe vor, die mit einem jeweiligen Auslass der Vielzahl von Prozesseinheiten wenigstens eines Prozessclusters verbunden ist, wobei das System so ausgelegt ist, dass eine jeweilige Prozesseinheit zu einem Zeitpunkt nur über die verbundene Pumpeinheit oder die Atmosphärenpumpe abgepumpt werden kann. Optional kann jede Prozesseinheit eines Prozessclusters über eine Gemeinschaftsleitung mit der Atmosphärenpumpe verbunden sein. Optional kann die Atmosphärenpumpe insbesondere weiter ausgelegt sein, die Prozesseinheiten von Atmosphärendruck auf oder in die Nähe eines Prozessdrucks abzupumpen, wobei der Ausgang der Atmosphärenpumpe direkt mit Abluft oder dem zweiten Gaswäscher verbunden ist.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist ferner eine Stickstoffzuleitung zu jeder Vakuumpumpe vorgesehen.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist die wenigstens eine Prozesseinheit jeweils über eine Hauptvakuumleitung mit der Atmosphärenpumpe verbunden und/oder die wenigstens eine Prozesseinheit ist über wenigstens eine entsprechende Leitung und ein Ventil mit der Hauptvakuumleitung verbunden. Optional ist die Leitung eine Softpump-Leitung und das Ventil ein Softpump-Ventil.
Insbesondere ist weiterhin ein Verfahren zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen vorgesehen, das folgende Schritte aufweist: Individuelles Steuern der Vielzahl von Ventileinheiten basierend wenigstens auf einer erwarteten Abgaszusammensetzung am Auslass der jeweiligen verbundenen Pumpeinheit, zum selektiven Leiten von Abgas zum ersten, zweiten und/oder optionalen weiteren Gaswäscher zur Behandlung des Abgases im jeweiligen Gaswäscher.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die Prozesseinheiten über die Atmosphärenpumpe auf einen Prozessdruck oder einen Druck in der Nähe des Prozessdrucks abzupumpen und das abgesaugte Gas direkt in die Abluft zu leiten, wenn keine Abgasbehandlung erforderlich ist, oder zum zweiten Gaswäscher, wenn eine allgemeine Behandlung erforderlich ist.
Eine weitere Ausführungsform sieht weiterhin vor, einen Gaswäscher zu umgehen mittels Umleiten von Gas von einer Zuleitung zu einem ersten und/oder zweiten Gaswäscher eines Clusters in einen ersten und/oder zweiten Gaswäscher eines weiteren Clusters; und/oder Gas aus dem ersten oder weiterem Gaswäscher zum zweiten Gaswäscher oder zur Abluft zu leiten; und/oder selektive von Stickstoff zu jeder Vakuumpumpe zuzuleiten.
Die vorliegende Erfindung ist sowohl für neu anzulegende Systeme und Verfahren zur Abgasbehandlung, als auch für eine Integration in bereits existierende System und Verfahren zur Abgasbehandlung geeignet. Im letzteren Fall ist beispielsweise eine Weiterverwendung bereits existierender Baugruppen wie zum Beispiel Prozesspumpen gleichermaßen möglich wie erwünscht. So werden Synergieeffekte aus bereits existierenden Systemen durch Upgrade auf das vorliegend beschriebene System zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten möglich. Entsprechend werden Investitionskosten resultierend aus Anschaffungs- und Umbaukosten minimierbar. Neben der ökonomischen Bilanz wird gleichermaßen die ökologische Bilanz durch Wieder- bzw. Weiterverwendung existierender Komponenten vorteilhaft verbessert.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht außerdem die gezielte Entlastung und Belastung von Gaswäschern innerhalb eines Systems zur selektiven Abgasbehandlung durch gesteuertes Um- bzw. Zuleiten von passenden Gasen bzw. Gasanteilen zu den jeweils vorhandenen Gaswäschern. Außerdem trennt die vorliegende Erfindung optional das Abpumpen von atmosphärischen Gasen vom weiteren Abgasbehandlungsprozess, um die entsprechenden Leitungen von lokalen und/oder zentralen Gaswäschern zu entlasten. Somit wird im weiteren Verlauf ein wesentliches Abspeisen von Gasen mittels gezielter Spezialbehandlung möglich. Im Gegensatz zu bekannten Systemen kann die Anzahl der Gaswäscher, beispielsweise zwischen 50% und 75%, gegebenenfalls reduziert werden. Die verwendeten Gaswäscher insbesondere die einem Cluster zugeordneten Gaswäscher können gegebenenfalls gleichmäßiger ausgelastet werden, wodurch gegebenenfalls Intervalle für Systemnachkontrollen verlängert werden können. Ferner kann der Gaswäscher für einen Prozesscluster gegebenenfalls kleiner dimensioniert werden, als ein bisher eingesetzter Gaswäscher für eine individuelle Prozesseinheit, da der Gaswäscher nur noch die Abgase behandelt, die tatsächliche eine entsprechende Behandlung erfordern statt alle in der Prozesseinheit anfallenden Abgase. Dies gilt insbesondere dann wenn die gesondert zu behandelnden Abgase üblicherweise mit geringem Volumen anfallen. Die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems wird somit durch die selektive Abgasbehandlung der vorliegenden Erfindung gesteigert.
Figurenliste
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten und Vorteile derselben werden nachfolgend an bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine System zur selektiven Abgasbehandlung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine System zur selektiven Abgasbehandlung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
3 eine System zur selektiven Abgasbehandlung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 einen abschnittsweisen Prozessverlauf in einem fünfstufigen System.

In der vorliegenden Beschreibung beziehen sich die Ausdrücke oben, unten, rechts und links sowie ähnliche Angaben auf die in den Figuren dargestellten Ausrichtungen bzw. Anordnungen und dienen nur zur Beschreibung der Ausführungsbeispiele. Diese Ausdrücke können bevorzugte Anordnungen zeigen, sind jedoch nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen.
Begrifflichkeiten wie „lokal“ oder „zentral“ beziehen sich im Folgenden teilweise auf eine bevorzugte Positionierung verwendeter Bauteile oder Teilsysteme innerhalb eines Gesamtsystems. Sie können sich aber auch auf besondere lokale Anforderungen eines Teilbereichs eines Gesamtsystems in Abgrenzung zu gemeinsamen oder zentralen Anforderungen des Gesamtsystems beziehen. „Lokal“ bezeichnet in diesem Zusammenhang in der Regel eine objektive Nähe diverser Bauteile oder Baueinheiten zueinander, sowie das Vorsehen bestimmter Fähigkeiten für lokale Anforderungen eines Teilbereichs. „Zentral“ beschreibt die Option, entsprechende Bauteile oder Baueinheiten objektiv entfernt voneinander anzuordnen, um eine gemeinsame Anlaufstelle für unterschiedliche Teilbereiche des Gesamtsystems bereitzustellen.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme und Verfahren zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten. In diesem Zusammenhang bezeichnet der Begriff „selektiv“ ein bedarfsgesteuertes Behandeln von Abgas aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten.
Der Bedarf wiederum richtet sich nach der jeweiligen spezifischen Abgaszusammensetzung. Im Folgenden wird insbesondere zwischen atmosphärischen Gasen, sowie zu oxidierenden und zu reduzierenden Gasen bzw. Gasanteilen unterschieden. Der Begriff „atmosphärisch“ bezeichnet in diesem Zusammenhang solche Gase, die ohne weitere Reinigung an die Umgebung abgegeben werden können. Die Begriffe „oxidierend“ und „reduzierend“ verstehen sich im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jeweils relativ zu Stoffen, d.h. zu Gasen bzw. Gasanteilen, die als etwaige Oxidations- bzw. Reduktionspartner dienen.
Das Steuern der Abgasbehandlung wird in den nachfolgend beschriebenen Systemen und Verfahren vollautomatisiert oder teilautomatisiert jeweils mittels einer entsprechend geeigneten bzw. eingerichteten Steuerung ausgeführt.
Im Nachfolgenden wird der Grundaufbau eines Systems 100 zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen anhand der 1 näher erläutert. Die hier beschriebenen Zusammenhänge gelten gleichermaßen für alle weiteren Ausführungsbeispiele, außer es wird explizit anders beschrieben. In den Figuren werden dieselben Bezugszeichen verwendet, sofern dieselben oder ähnliche Elemente beschrieben werden.
1 zeigt ein System 100 zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten bzw. Prozessvorrichtungen 90, insbesondere PECVD-Vorrichtungen, bei denen während eines Prozesszyklus unterschiedlichste Gase eingesetzt werden und dadurch bedingt während der Prozessabfolge unterschiedlichste Abgase entstehen. Die Prozesseinheiten 90 können aber auch eines anderen Typs sein, bei dem während einer Prozessabfolge (oder während unterschiedlicher Prozesse) unterschiedliche Abgase entstehen. Eine Prozesseinheit ist dabei jeweils ein Prozessrohr oder eine Gruppe von Prozessrohren, die parallel betrieben werden.
Das System 100 1 weist einen Prozesscluster aus einer Gruppierung 90 von Prozesseinheiten, einer Baugruppe zur selektiven Abgasaufteillung und einem Gaswäscher 110 auf. Ferner weist das System 100 wenigstens eine Steuervorrichtung (nicht gezeigt) sowie einen zweiten Gaswäscher 120 auf. Auch wenn die Steuervorrichtung und der zweite Gaswäscher 120 nicht als Teil des Prozessclusters beschrieben werden, wird der Fachmann verstehen, dass sie auch als Teil desselben gesehen werden können, wenn wie in 1 gezeigt ein einzelner Prozesscluster vorgesehen ist.
Die Prozesseinheiten der Gruppierung 90 sind als PECVD Vorrichtungen ausgelegt und besitzen jeweils wenigstens ein Prozessrohr 50 mit wenigstens einer nicht dargestellten Gaszuleitung über die unterschiedliche Prozessgase zugeleitet werden können, einer Plasmaquelle und einem Abgasauslass 10. Das Prozessrohr 50 bildet einen Prozessraum zur Aufnahme von zu behandelnden Substraten. In der Technik sind PEVCD-Vorrichtungen mit unterschiedlichsten Aufbauten bekannt und daher wird von einer näheren Beschreibung hier abgesehen. Als Beispiel sei hier WO 2016 / 156 552 A1 genannt, die in größerer Einzelheit einen beispielhaften Aufbau einer PECVD Vorrichtung beschreibt, und die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird. In der Technik sind auch Prozesseinheiten bekannt, bei denen zwei Prozessrohre parallel betrieben werden, mithin mehr als ein Prozessrohr aufweisen, durch den Parallelbetrieb aber im Wesentlichen als ein Prozessrohr angesehen werden.
Die Baugruppe zur selektiven Abgasaufteilung weist eine Vielzahl von Pumpeinheiten, insbesondere Vakuumpumpen 30 sowie eine entsprechende Vielzahl von Ventileinheiten 20 auf. Im Nachfolgenden wird der Begriff Vakuumpumpe 30 für jede geeignete Pumpeinheit verwendet, die die Prozesseinheit auf einen geeigneten Druck abpumpen kann. Eine solche Pumpeinheit kann aus einer einzelnen Pumpe oder auch aus einer Kombination aus zum Beispiel Booster- und Vakuumpumpe gebildet werden. Jede Vakuumpumpe 30 ist mit einem Abgasauslass 10 einer Prozesseinheit der Gruppierung 90 bzw. einem entsprechend assoziierten Prozessrohr 50 verbunden.
Der Vielzahl von Ventileinheiten 20 ist den Vakuumpumpen 30 stromabwärts nachgelagert, wobei jede Ventileinheit 20 einen Eingang 22 aufweist, der jeweils mit einem Auslass einer Vakuumpumpe 30 verbunden ist, sowie zwei Ausgänge 24, 25. Die Ventileinheiten 20 können zum Beispiel durch zwei Schließventile, beispielsweise Eckventile, gebildet werden, die gegeneinander verriegelt sind bzw. verriegelnd ausgelegt sind, sodass der Eingang 22 der Ventileinheit 20 - und somit der Auslass der entsprechenden Vakuumpumpe 30 - entweder mit dem Ausgang 24 oder mit dem Ausgang 25 verbunden ist. Anstelle der zwei Schließventile pro Ventileinheit 20 kann optional auch ein einzelnes Umschaltventil verwendet werden, um eine entsprechende Funktionalität vorzusehen.
Der Ausgang 24 der Ventileinheit 20 ist mit dem ersten Gaswäscher 110 verbunden, während der Ausgang 25 mit dem zweiten Gaswäscher 120 verbunden ist. Während in 1 zwei Ausgänge 24, 25 gezeigt sind, ist es auch möglich, dass die Ventileinheiten 20 jeweils wenigstens einen weiteren Ausgang aufweisen, der mit einem optionalen weiteren, nicht dargestellten Gaswäscher des Prozessclusters verbunden sein könnte. Im weitesten Sinne kann jede Ventileinheit 20 N Ausgänge aufweisen, die jeweils mit einem einer entsprechenden Anzahl von N Gaswäschern in Verbindung stehen, wobei N eine ganze Zahl größer 1 ist.
Der erste Gaswäscher 110 ist eines ersten Typs, der für eine erste Abgasbehandlung ausgelegt ist, und der mit einem jeweiligen ersten Ausgang 24 der Vielzahl der Ventileinheiten 20 verbunden ist. Der zweite Gaswäscher 120 ist hingegen eines zweiten Typs, der für eine zweite, von der ersten Abgasbehandlung unterschiedliche Abgasbehandlung ausgelegt ist, und der mit einem jeweiligen zweiten Ausgang 24 der Vielzahl der Ventileinheiten 20 verbunden ist.
Dabei stellt der erste Gaswäscher 110 insbesondere einen lokalen Gaswäscher dar, der eine gewisse Nähe zu den Prozesseinheiten der Gruppierung besitzen kann. Als lokaler Gaswäscher ist die durch ihn vorgesehene Abgasbehandlung speziell für Gase ausgelegt, die während Teilprozessen, mithin nicht konstant während eines ganzen Prozesszyklus der Prozesseinheiten, entstehen.
Der zweite Gaswäscher 120 stellt hingegen insbesondere einen zentralen Gaswäscher dar, der keine besondere Nähe zu den Prozesseinheiten erfordert (diese aber trotzdem haben kann). Als zentraler Gaswäscher ist die durch ihn vorgesehene Abgasbehandlung für allgemeine Prozessabgase ausgelegt, die üblicherweise in Prozesseinheiten unterschiedlichster Anlagen entstehen. Mithin sieht er in der Regel ein gegenüber dem lokalen Gaswäscher einfacheres Behandlungsverfahren vor. Derartige Behandlungsverfahren können das Zuleiten von reduzierenden Prozessgasen aufweisen. Reduzierende Prozessgase können zum Beispiel NH₃ (Ammoniak), CH₄ (Methan) oder andere Bestandteile enthalten, die im zentralen Gaswäscher zu neutralisieren sind. Der zentrale Gaswäscher kann jedoch optional auch geringe Mengen oxidativer Gasanteile mitverarbeiten, auch wenn der entsprechende Wirkungsgrad dabei etwas geringer als bei einem lokalen Wäscher ausfallen kann.
Beispielsweise kann der erste Gaswäscher 110 ein Gaswäscher des Verbrennungstyps sein, während der zweite Gaswäscher 120 ein Gaswäscher sein, der mittels einer Flüssigkeit Gase neutralisiert, kühlt und/oder filtert. Dies sei hier aber nur als Beispiel genannt, da der Fachmann erkennt, dass unterschiedlichste Verfahren eingesetzt werden können, wie auch schon einleitend angedeutet. Auch die Zuordnung aufwändiger und weniger aufwändig für den lokalen und den zentralen Gaswäscher ist nicht zwingend. Vielmehr könnte der lokale Gaswäscher für bestimmte Abgase eine relative einfache Vorbehandlung, wie eine katalytische Zerlegung vorsehen, um die Abgase für eine Nachbehandlung im zentralen Gaswäscher vorzubereiten. Die entsprechende Behandlung im lokalen Gaswäscher kann optional derart ausgelegt sein, dass sie nur bei den lokalen Prozessen oder nur während kurzer Intervalle während eines Prozesses auftritt. Der erste Gaswäscher 110 kann speziell hierfür ausgelegt sein.
Der erste Gaswäscher besitzt einen Ausgang 112, der mit einer Zuleitung zum zweiten Gaswäscher 120 verbunden ist, sodass alle Gase, die den ersten Gaswäscher 110 durchlaufen haben, nach einer entsprechenden ersten Behandlung noch den zweiten Gaswäscher 120 durchlaufen. Es kann aber auch Anwendungen geben, bei denen die Abgase nach dem Durchlaufen des ersten Gaswäschers 110 gesondert ausgegeben werden können. Dabei kann der erste Gaswäscher 110, wie oben angedeutet, auch eine Reihe von aufeinanderfolgenden Prozessen vorsehen. Die gesonderte Ausgabe kann insbesondere dann erfolgen, wenn die Behandlung ausreichend ist, dass eine Abgabe in die Umgebung möglich ist, oder wenn ein Recycling von Prozessgasen möglich ist. Es ist auch denkbar, dass der jeweilige Ausgang 112 zwischen verschiedenen Pfaden umschaltbar ist.
Die Steuervorrichtung des Systems 100 weist eine Ventil-Steuereinheit auf, die geeignet ist jede Ventileinheit 20 individuell anzusteuern, und zwar insbesondere basierend auf einer erwarteten Abgaszusammensetzung am Auslass einer jeweiligen assoziierten Vakuumpumpe 30. Die Ansteuerung ermöglicht das leiten der Abgase selektiv zum ersten 110 oder zweiten 120 Gaswäscher. Die Ansteuerung kann aber zusätzlich auch anhand anderer Parameter erfolgen. So kann zum Beispiel bei einer Fehlermeldung betreffend einer Prozesseinheit die entsprechende Ventileinheit 20 so eingestellt werden, dass Abgase der entsprechenden Prozesseinheit über den ersten Gaswäscher 110 geleitet werden. Dies kann vermeiden, dass Abgase die eine bestimmte Behandlung erfordern unbehandelt in den zweiten Gaswäscher gelangen. Auch die aktuelle Belastung eines jeweiligen Gaswäschers, die Einsatzfähigkeit der Gaswäscher, die ankommende Gasmenge und andere Parameter könnten berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere, wenn neben den ersten und zweiten Gaswäschern 110, 120 ein weiterer Gaswäscher vorgesehen ist, wie oben angedeutet.
Das System 100 weist zudem optional eine Prozess-Steuereinheit auf, die gesondert vorgesehen oder in der Steuervorrichtung integriert sein kann. Die Prozess-Steuereinheit ist konfiguriert, die Prozessabläufe in den jeweiligen Prozesseinheiten der Gruppierung 90 zu steuern und insbesondere so zu koordinieren, dass sie versetzt zueinander ablaufen. Obwohl dies nicht zwingend notwendig ist, werden in den Prozesseinheiten einer Gruppierung in der Regel jeweils im Wesentlichen gleiche Prozesszyklen vorgesehen. Dabei können einige Teilprozesse eines Prozesszyklus von zwei oder mehr Prozesseinheit zeitlich gezielt überlappend vorgesehen werden, während zum Beispiel andere Teilprozesse von zwei oder mehr Prozesseinheiten zeitlich versetzt zueinander vorgesehen werden. Hierdurch kann zum Beispiel erreicht werden, dass über die Prozesseinheiten hinweg gesehen kontinuierlich Abgas vorgesehen wird, welches für den ersten Gaswäscher designiert ist. Dieser kann konstant und ggf. ohne größere Schwankungen betrieben werden, obwohl während jedes einzelnen Prozesszyklus nur für eine bestimmte Zeit(en) ein entsprechendes Abgas anfällt. Optional ist weiterhin vorgesehen, dass die Ventil-Steuereinheit aufgrund von Daten der Prozess-Steuereinheit, wie beispielsweise zu erwartender Abgaszusammensetzung(en), Abgasvolumina etc., und ggf. von Feedbackdaten der Gaswäscher, wie beispielsweise deren Status bzw. Einsatzbereitschaft und Auslastung etc., eine geeignete Ansteuerung vornimmt.
Das System 100 kann ferner optional eine Stickstoffzuleitung 26 aufweisen, die mit dem Auslass jeder Vakuumpumpe 30 verbunden ist. Die entsprechende Funktion sowie die Vorteile einer optionalen Einbringung einer N₂-Dilution werden im späteren Verlauf beschrieben.
Weiterhin weist das System 100, wie in 1 gezeigt, optional wenigstens eine Atmosphärenpumpe 40 auf, die mit einem jeweiligen Auslass der Prozesseinheiten der Gruppierung 90 verbunden ist. Dies kann ein gesonderter Auslass sein, wie dargestellt oder die Atmosphärenpumpe 40 ist über eine nicht dargestellte Ventileinheit mit dem Auslass 10 verbunden. In beiden Fällen sollte sichergestellt sein, dass die Atmosphärenpumpe 40 nur während eines anfänglichen Abpumpens auf einen Prozessdruck mit derselben verbunden ist. Der Ausgang der Atmosphärenpumpe 40 ist mit einem Hauptauslass 70 verbunden, der beispielsweise direkt in die Umgebung führt. Der Hauptauslass kann aber auch eine Filterfunktion oder eine einfache Gaswäsche vorsehen. Alternativ kann der Hauptauslass aber auch zum zweiten Gaswäscher 120 führen.
Abgase, die in Prozesseinheiten entstehen und behandelt werden müssen, können beispielsweise zu oxidierende Gasanteile enthalten. Für derartige Gase bzw. Gasanteile werden bevorzugt lokale Gaswäscher eingesetzt. Sie werden vorzugsweise nahe und damit lokal am Entstehungsort der Abgase, d.h. an der Vielzahl von Prozesseinheiten, als Point-of-Use- bzw. POU-Gaswäscher angeordnet. Kurze Transportwege können aus Sicherheits- und Effizienzgründen erwünscht sein. Prozessgase, die in der PECVD in der Photovoltaik und/oder Halbleitertechnik eingesetzt und bevorzugt in lokalen Gaswäschern oxidiert werden sind beispielsweise Trimethylaluminium (TMA), N₂O, SiH₄ und NH₃.
Natürlich gibt es sowohl bei der PECVD als auch in anderen Anwendungsgebieten andere Gase, die bevorzugt in einem lokalen Gaswäscher behandelt werden sollten. Für einen solchen Einsatz als lokale Gaswäscher sind beispielsweise Brennerwäscher oder Plasmawäscher mit optionaler Wasserspülung geeignet. Je nach Abgas können aber auch andere Gaswäscher eingesetzt werden, die auf anderen Mechanismen beruhen.
Sofern lokal mehr als ein unterschiedlicher Prozess erforderlich sein sollte, so sind/ist optional wenigstens ein Gaswäscher vorgesehen, der bzw. die sequentiell auch mehre Prozesse durchführen kann bzw. können, wie zum Beispiel Oxidation/Verbrennung, in Kombination mit Filterung, Kühlung und/oder Verdünnung. Der erste und/oder der/die weitere(n) Gaswäscher des Prozessclusters kann/können optional downstream mit dem zweiten Gaswäscher oder auch direkt mit der Abluft/Atmosphäre verbunden sein.
Abgase, die von Systemen und Verfahren der vorliegenden Erfindung zur selektiven Abgasbehandlung behandelt werden, enthalten üblicherweise auch einen zu reduzierenden Gasanteil. Solches zu reduzierendes Abgas enthält hauptsächlich zu neutralisierendes NH₃ (Ammoniak) oder CH₄ (Methan) sowie kleine Anteile von SiH₄ (Silan) und andere Abgase. Im Sinne der vorliegenden Erfindung werden zentrale Gaswäscher vorzugsweise zentral im Gesamtsystem angeordnet. Eine spezifische Nähe zu einzelnen Bauteilen ist hierfür nicht explizit vorgesehen, so dass ein zentraler erreichbarer Gaswäscher an einer seiner Größe entgegenkommenden, prozessbedingt günstigen Stelle auf einem Betriebsgelände positioniert werden kann. In zentralen Gaswäschern werden Prozessgase wie beispielsweise SiH₄, NH₃ und CH₄ reduziert, was jedoch nicht im einschränkenden Sinne zu verstehen ist.
Im Falle eines Ventilausfalls 20 beim Umschalten zwischen den Leitungen zum lokalen bzw. zentralen Gaswäscher sind folgende Maßnahmen zulässig: Falls sich das Ventil 20 nicht in Richtung der Gasleitung für zu reduzierende Abgase bewegen kann, so ist es akzeptabel, eine kleine Menge von zu reduzierendem Abgas in die Abgasleitung für zu oxidierende Abgase einzuspeisen. Dadurch wird eine Druckentlastung am Pumpenauslass erzielt. Zudem sollte das Einbringen von reduzierendem Abgas in die Gasleitung für zu reduzierende Abgase vorzugsweise minimiert werden. Falls sich das Ventil 20 jedoch nicht zurück in die Oxidationsstellung bewegen kann, so ist eine Einspeisung von zu oxidierendem Abgas und/oder Prozessgas nicht zulässig.
Um Reaktionen und Ablagerungen in der Zuleitung zum zentralen Gaswäscher 120 zu vermeiden, werden Gasgemische, die zu oxidierende Gase enthalten, bevorzugt direkt zu einem lokalen Gaswäscher 110 wie im Vorfeld beschrieben geleitet. Dies geschieht durch entsprechendes Schalten des entsprechenden Ventils 20, das sich direkt am dem Auslass der jeweiligen Vakuumpumpe 30 befindet, um das Abgas in den lokalen Gaswäscher zu leiten. Das jeweilige Ventil 20 sollte bevorzugt in Richtung zum lokalen Gaswäscher hin offen gehalten werden, es sei denn, die Prozessgasförderung wird reduziert oder die Pumpe 30 wird abgeschaltet. Um sowohl hohe Kosten als auch Sicherheitsprobleme zu umgehen, wird das Ventil 20 direkt hinter dem jeweiligen Pumpenauslass eingesetzt, um das entsprechende Abgas zu einem zentralen Gaswäscher 120 mit Waschkaskade für eine effektive Ammoniakbehandlung zu leiten. Dabei ist das Ventil 20 dann geschlossen zu halten, wenn kein Gasabpumpen von zu reduzierendem Abgas bzw. zu reduzierenden Abgasen erforderlich ist. Eine entsprechende Steuerung zum Umschalten des Ventils 20 ist vorgesehen.
Zudem wird eine Möglichkeit vorgesehen, falls notwendig, eine N₂-Dilution vor dem Weiterpumpen des zu reduzierenden Abgases über das Ventil 20 in die Gasleitung zum zentralen Gaswäscher einzuspeisen. Dabei kann es vorteilhaft sein, falls notwendig, die N₂-Dilution bereits zu Beginn des Prozesses zur selektiven Abgasbehandlung einzuspeisen, um eine geeignete Leitungs- und/oder Ventilspülung aus Wartungsgründen zu gewährleisten.
Entsprechend ist zusätzlich zur Ansteuerung des Ventils 20 auch eine optionale signalbasierte Steuerung vorgesehen, um die benötigte N₂-Dilution hinzuzufügen und die Funktionalität der N₂-Dilution und des Gaswäschers gemäß EN ISO 13849 Leistungsstufe c zu überwachen. Als Rücklaufsignale sind insbesondere folgende Zustände inklusive deren Komplementäre denkbar:

• Der Abgasweg zum zentralen Gaswäscher ist ordnungsgemäß eingerichtet.
• Der zentrale Gaswäscher ist bereit, das Abgas ordnungsgemäß zu behandeln.
• Die gewünschte N₂-Dilution funktioniert einwandfrei.

In diesem Zusammenhang ist außerdem die Überprüfung der korrekten Funktionsweise und besonders des korrekten Schließens des Ventils 20 nach jeder Pumpe 30 notwendig, um die jeweilige Pumpe 30 bei Ausfall rechtzeitig vom System 100 trennen zu können.
Im System 100, wie in 1 gezeigt, können optional außerdem für die genannte wenigstens eine Prozesseinheit 90 jeweils so genannte plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidungs- bzw. PECVD-Vorrichtungen eingesetzt werden.
Allgemeine Abluft, die mittels der Atmosphärenpumpe 40 über einen Hauptauslass 70 abgepumpt werden kann, darf grundsätzlich direkt in die Atmosphäre übergehen, da sie hauptsächlich Stickstoff, Sauerstoff und Feuchtigkeit aus der Umgebungsluft enthält.
Die Atmosphärenpumpe 40 der vorliegenden Erfindung ist auf schnelles Abpumpen von allgemeiner Abluft optimiert und kann gleichzeitig mehrere Prozesskammern 50 pro Prozesseinheit 90 bedienen. Sie ist beispielsweise mit einer Hauptvakuumleitung 60 mit einer Nennweite von 100 mm ausgestattet, die mit allen am System 100 zur selektiven Abgasaufbereitung beteiligten Prozesseinheiten 90 verbunden ist. Vorzugsweise kann die in 1 gezeigte optionale Hauptvakuum leitung 60 bis zu 100 m lang sein und bis zu 10 Prozesseinheiten 90 oder auch PECVD-Client-Vorrichtungen mit jeweils bis zu 5 Prozessrohren 50 bzw. Vakuumkammern gleichzeitig bedienen. Die Vakuumkammern 50 sind jeweils mit der Hauptvakuumleitung 60 über eigene Leitung 64 und ein entsprechendes Ventil 62 verbunden. Die Ventile 62 können optional als Softpump-Ventile und die Leitungen 64 als Softpump-Leitungen ausgestaltet sein. Die Ventile 62 können optional als Rückschlagventile ausgestaltet sein.
Bekannte Standardvakuumkammern hingegen arbeiten mit Hauptventilen mit einer Nennweite von lediglich 63 mm. Diese Standardausführung ist in der Saugleistung im Dauerbetrieb dem System 100 unterlegen. Vorteilhaft im System 100 der vorliegenden Erfindung ist in diesem Zusammenhang jedoch, dass derartige vorhandene Hauptventile stillgelegt und durch die beschriebenen Ventile 62 ersetzt werden können. Auch vorhandene Manometer und Pumpleitungssteuerungen können in diesem Fall weiterverwendet werden. Die Softpump-Funktionalität ist dann jederzeit über das Ventil 62 startbar, solange die Hauptvakuumleitung mit 100 mm Nennweite über genügend Kapazität verfügt.
Um ausreichend Druck, d.h. bis zu 40 mbar, in der Hauptvakuumleitung aufrecht zu erhalten, wird optional eine Pumpleitungssteuerung verwendet, um ein Signal für „atmosphärische Pumpe bereit“ an alle angeschlossenen Client-Geräte zu liefern. Um zu vermeiden, dass nach einem derartigen Signal mehrere Client-Geräte gleichzeitig mit dem Auslass allgemeiner Abluft beginnen, kann zusätzlich optional eine Verzögerung der Signalübertragung an die Client-Geräte mittels eines zufälligen Offsets von bis zu 15 s vorgesehen werden.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform des Systems 100 der vorliegenden Erfindung. Sämtliche Ausgestaltungen des Systems 100, die im Zusammenhang mit 1 beschrieben worden, gelten gleichermaßen für das System 100 der 2. Während 1 allerdings beispielhaft eine Prozesseinheit 90 pro lokalem Gaswäscher 110 und pro zentralem Gaswäscher 120 abbildet, so zeigt 2 beispielshaft, dass das System 100 der vorliegenden Erfindung auch zwei oder bis hin zu vier Prozesseinheiten pro einem lokalen Gaswäscher 110 bedienen kann. Die Verwendung des beschriebenen zentralen Gaswäschers 120 wird entsprechend ebenfalls nicht eingeschränkt.
Zudem zeigt auch 2 den optionalen Einsatz einer zweiten Atmosphärenpumpe 40. Diesbezüglich sieht das System 100 optional einerseits die Verwendung mehrerer Atmosphärenpumpen samt Hauptauslass je nach lokaler Positionierung der jeweiligen Prozesseinheiten 90 vor. Andererseits können sich optional auch bis zu vier Prozesseinheiten 90 eine Atmosphärenpumpe 40 samt Hauptauslass 70 teilen. Die gemeinsame Leitung 60 der Atmosphärenpumpe 40 wird dabei vorzugsweise von Client-Geräten mit bis zu vier- oder fünffachen Prozesskammersystemen verwendet.
3 zeigt ein weiteres System 200 zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten 90. Das System 200 setzt sich aus einer Vielzahl von Systemen 100 zusammen. Entsprechend weist das System 200 wenigstens zwei lokale Gaswäscher 110 auf, die grundsätzlich im Sinne der verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen des Systems 100 eingesetzt werden. Darüber hinaus sieht das System 200 eine Verbindungsleitung 80 zwischen zwei lokalen Gaswäschern 110 vor. Entsprechend wird ein grundsätzlicher Gasaustausch zwischen den zwei derart verbundenen Gaswäschern 110 ermöglicht.
Zudem sieht das System 200 der 3 eine (nicht gezeigte) Steuerung vor, die die konfiguriert ist, die Funktion der lokalen Gaswäscher 110 zu überwachen. Im Falle eines Ausfalls eines der lokalen Gaswäschers 110 werden so alle zu transportierenden Medien sowie die damit verbundene Kommunikation an den anderen der beiden lokalen Gaswäscher 110 umgeleitet. Je nach Systemauslegung, d.h. insbesondere je nach grundsätzlicher Auslastung pro lokalem Gaswäscher, die bei jedem lokalen Gaswäscher unterschiedlich gestaltet sein kann, kann eine teilweise bis vollständige Übernahme der Gaslast eines lokalen Gaswäschers mit Hilfe des jeweils anderen lokalen Gaswäschers erfolgen. Im Falle der Option einer 100%igen Übernahme fungiert der jeweils zweite lokale Gaswäscher als Backup-Wäscher. Der zentrale Gaswäscher und dessen Einsatz bleiben von der Verwendung eines oder mehrerer lokaler Gaswäscher unberührt. Im Falle des eines Doppelausfalls beider lokaler Gaswäscher 110 ist die Steuerung optional konfiguriert, abzuschalten.

Wie in 4 dargestellt, ist die Steuervorrichtung der Systeme 100 und/oder 200 zudem optional geeignet, Prozesse in den jeweiligen Prozesseinheiten 90 zeitlich versetzt zueinander zu steuern. Dieser Steuerung liegt ein Sicherheitskonzept gemäß der vorliegenden Erfindung zu Grunde. Hierfür sind zunächst typische Prozessabläufe der AlO_x/SiN_x-Abscheidung zu bewerten und die erforderlichen Maßnahmen auf der Grundlage der typischen Nutzung des Systems 100 bzw. 200 zu definieren. Jede Prozessänderung, die über eine typische Anwendung wie in nachfolgender Tabelle 1 dargestellt hinausgeht, erfordert eine Neubewertung des Sicherheitskonzepts auf der Grundlage der geplante Änderungen bzw. Erweiterungen des Prozesses. Tabelle 1: Standardprozessfluss gemäß der vorliegenden Erfindung

Aktion	Abschnitt	Zeit		N2	NH₃	SiH₄	N₂O	TMA
Aktion	Abschnitt	min		slm	slm	slm	slm	%
Befüllen	1	1,50	1,50	10
Evakuieren	2	1,00	6,75
Nachfüllen		1,25		72
Warten		3,50
Evakuieren		1,00
Lecktest	3a	0,50	6,16
TMA an		0,50					4,9	81
AlO_x		1,33					4,9	81
TMA aus		0,50
Int Plasma I		3,33			3		3
SiON_x cap	3b	3,77	5,02		0,3	0,13	4,2
Reinigen	3b	1,25	5,02	15
SiN cap I	4	3,76	11,76		3,5	0,78
SiN cap II		7,00			6,8	0,78
Reinigen		1,00		15
Nachfüllen	1	1,50	3,00	72
Ablassen	1	1,50	3,00	10
Gesamt		34,09

Tabelle 1 zeigt den einen Standard-AlO_x-Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung mit Oxinitrid-Nitrid-Capping, wobei die der Prozessablauf in 4 Abschnitte klassifizierbar ist. Demgemäß gibt es in Abschnitt 1 keine Stillstandzeit der Vakuumpumpe. Es wird lediglich die Prozesskammer über ein Ventil abgetrennt. Die Vakuumpumpe läuft im Leerlauf weiter und fördert Spülgas (N₂). Abschnitt 2 betrifft atmosphärisches Pumpen. Eventuelle Spülvorgänge sind sowohl im Abschnitt 1, als auch im Abschnitt 2 möglich. Abschnitt 3 bezieht sich auf Pumpen von zu oxidierenden Gasen bzw. Abgasen, wobei weiter zwischen entsprechendem Pumpen ohne SiH₄-Einsatz (3a) und mit SiH₄-Einsatz (3b) unterschieden wird. Abschnitt 4 bezieht sich weiter auf Pumpen von zu reduzierenden Gasen. Die Prozesszustandsinformationen (atmosphärisch, oxidierend, reduzierend, im Leerlauf) können fakultativ dem System 100 bzw. 200 für eine angemessene Reaktion zur Verfügung gestellt werden Minderungssystem (fakultativ). Zu beachten ist allerdings, dass ein kurzer Spülschritt jeweils am Ende der oxidierenden und reduzierenden Abschnitte vorgesehen ist, um eine neutrale Übergabe zu ermöglichen.
Beim dargestellten Prozess sind Oxidations- und Reduktionsbereich zeitlich gesehen in etwa gleich lang (etwa 11 Minuten). Insgesamt werden 2/3 der Zykluszeit für die Verwendung von Prozessgas reserviert, während eines 1/3 der Zykluszeit ist für die Vakuumpumpe ist nicht in Betrieb. In Tabelle 1 bezeichnen in diesem Zusammenhang „slm“ die Angabe „Standard Liter pro Minute“ und „sccm“ die Angabe „Standard Kubikzentimeter pro Minute“.
4 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines abschnittsweisen Prozessablaufs in einem fünffach ausgelegten System 100 bzw. 200. Die Ziffern 1 bis 4 bezeichnen die im Zusammenhang mit Tabelle 1 definierten Abschnitte 1 bis 4. Die Länge der einzelnen Abschnitte verdeutlicht eine relative Dauer dieser Zeitabschnitte zueinander, ohne jedoch maßstabsgetreu zu sein. Während oxidierende und reduzierende Abschnitte hier exemplarisch bei jeweils etwa 11 Minuten liegen, beträgt das Befüllen einer lokalen Gaswäscherleitung mit Prozessgas zeitlich in etwa 50% im Vergleich zu einem gängigen Standardsetup. Es findet kein atmosphärisches Abpumpen über die Leitungen zu den lokalen bzw. zentralen Gaswäschern mehr statt. Der zeitliche Verlauf, hier beispielsweise von fünf Vakuumpumpen, kann entsprechend gestaltet werden, dass eine parallele Durchführung spezieller Aktionen gezielt vermieden werden kann. Insbesondere ergibt sich so nur eine atmosphärische Aktion (Abschnitt 1: Evakuieren-Nachfüllen-Evakuieren) zur gleichen Zeit. Dazu kommt (in 4 nicht explizit gezeigt), dass nur ein Prozessrohr unter Einsatz von SiH₄ (3b) gleichzeitig arbeitet. Außerdem kann erreicht werden, dass andere parallele Aktionen gezielt ermöglicht werden können. So laufen im Prozessfluss der 4 stets zusätzlich jeweils zwei Oxidationsschritte (A) und zwei Reduktionsschritte (B) zwar leicht versetzt, aber dennoch zeitlich überlappend ab. Dabei stehen bewusst überlappende und bewusst nicht überlappende Aktionen nicht im Widerspruch zueinander.
Dabei wird durch die spezifische Taktung der Oxidationsaktionen 3a und 3b erreicht, nicht nur einzelne lokale Gaswäscher zu entlasten, sondern insgesamt den Bedarf an einzubringendem SiH₄ und damit auch die Erzeugung von Staub zu verringern. Am Ende steht eine einfachere und verbesserte Trennung insbesondere von N₂O (Lachgas), atmosphärischen Gasen und Staub.
Im Falle optionaler Doppelprozessrohre (z.B. PLASMA X), bei der zwei Prozessröhren parallel die gleiche Aktion ausführen, ist für sämtliche beschriebenen Gasflusselemente ein Skalierungsfaktor von 2 zu berücksichtigen.
Vorteilhaft im Sinne selektiver Abgasbehandlung der vorliegenden Erfindung ist, dass die zeitliche Auslastung der beteiligten Gaswäscher optimiert wird. Zudem können sich mindestens zwei Prozessrohre ohne zusätzliche Belastung eine lokale Gaswäscherleitung teilen. Je nach Gaswäscherhersteller können optional auch alle Prozessrohre einer oder mehrerer Prozesseinheiten eine gemeinsame Gaswäscherleitung teilen. Im Gegensatz zu bekannten Systemen wird hierdurch, je nach System, zwischen 50% und 75% an lokalen Gaswäschern eingespart. Sämtliche Gaswäscher werden zudem nicht mehr stoßweise belastet, so dass entsprechende Systemnachkontrollen beispielsweise nun nicht mehr alle zwei Tage, sondern nur mehr alle zwei Wochen nötig werden. Dadurch wird die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems im Gegensatz zu nicht selektiv optimierten Abgasaufbereitungssystemen gesteigert.
Nachfolgend wird jeweils ein Beispiel für eine typische Prozessgaslast pro Prozesseinheit (Tabelle 2) sowie für eine mögliche vollumfängliche Prozessgaslast pro Prozesseinheit (Tabelle 3) gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Beide Beispiele vergleichen jeweils Systeme mit vier oder fünf Prozesskammern und Doppelprozesskammern (PLASMA X). Tabelle 2: Beispiel für eine typische Prozessgaslast pro Prozesseinheit

N₂ Reinigung

Kammern N₂O slm TMA sccm SiH₄ sccm NH₃ slm slm via Oxidation slm via Reduktion

4 10 500 300 6 240 240

5 10 500 1300 13 240 360

PLASMA X 20 1000 2600 26 480 720
Bekannte Systeme arbeiten, wie in Tabelle 2 dargestellt, bei typischer Prozesslast für Pumpen von zu oxidierendem Gas mit zwei parallel ablaufenden Oxidationsaktionen. Analog arbeiten diese Systeme typischerweise auch bei typischer Prozesslast für Pumpen von zu reduzierendem Gas mit zwei parallel ablaufenden Reduktionsaktionen.
Insbesondere Systeme mit 5 Prozesskammern sowie PLASMA X-Systeme könnten jedoch zumindest kurzzeitig bis zu drei Reduktionsaktionen parallel laufen lassen.
Hier ist allerdings zu beachten, dass eine zusätzliche Belastung für SiC-Vorbeschichtungen nötig ist, und zwar 7,5 slm CH₄, 750 sccm SiH₄ und 120 slm N₂ pro Röhre. Aufgrund der Dauer der SiC-Vorbeschichtung laufen so zwei Reduktionsvorgänge und die SiC-Vorbeschichtung gleichzeitig. Tabelle 3: Beispiel für eine vollumfängliche Prozessgaslast pro Prozesseinheit

N₂ Reinigung

Kammern N₂O slm TMA sccm SiH₄ sccm NH₃ slm slm via Oxidation slm via Reduktion

4 22 500 2000 22 240 240

5 10 500 3000 33 240 360

PLASMA X 20 1000 6000 66 480 720
Tabelle 3 hingegen zeigt vollumfängliche Prozessgaslast pro Prozesseinheit gemäß der vorliegenden Erfindung. Physikalisch gesehen können die dargestellten Werte für den Prozessgasdurchfluss in vollem Umfang erreicht werden. Dies ist jedoch nicht im Normalbetrieb (siehe Tabelle 2), sondern erst im Rahmen der Systeme und Verfahren der vorliegenden Erfindung möglich.
Die vorliegende Offenbarung umfasst daher außerdem ein Verfahren zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen aus einer Vielzahl von Prozesseinheiten in einem System 100 oder 200. Das Verfahren beinhaltet insbesondere, die Vielzahl von Ventileinheiten, basierend wenigstens auf einer Abgaszusammensetzung am Auslass der jeweiligen verbundenen Pumpeinheit individuell zu steuern. Weiterhin wird selektiv Abgas zum ersten, zweiten und/oder optionalen weiteren Gaswäscher zur Behandlung des Abgases im jeweiligen Gaswäscher geleitet.
Weiterhin ist optional ein Schritt des Abpumpens der Prozesseinheiten über die Atmosphärenpumpe auf einen Prozessdruck oder einen Druck in der Nähe des Prozessdrucks und des Leitens des abgesaugten Gases direkt in die Abluft vorgesehen, wenn keine Abgasbehandlung erforderlich ist, oder zum zweiten Gaswäscher, wenn eine allgemeine Behandlung erforderlich ist.
Außerdem wird im Rahmen des genannten Verfahrens ein optionales Ableiten allgemeiner Abluft unter Verwendung der Atmosphärenpumpe über einen Hauptauslass vorgesehen. Dazu kommen außerdem jeweils optionale Schritte des Zuleitens von Abgas(en) zu einem ersten und/oder zweiten Gaswäscher eines Clusters in einen ersten und/oder zweiten Gaswäscher eines weiteren Clusters, sowie des Leitens von Gas aus dem ersten oder weiteren Gaswäscher zum zweiten Gaswäscher oder direkt zur Abluft, und/oder selektiven Zuleitens von Stickstoff zu jeder Vakuumpumpe im System 100 oder 200.
Weiterhin ist festzustellen, dass insbesondere die 1 bis 3 schematisch die Verwendung jeweils einer Atmosphärenpumpe 40 samt Hauptauslass 70 pro System 100 zeigen. Allerdings ist gleichermaßen die Verwendung einer gemeinsamen Atmosphärenpumpe 40 und/oder eines gemeinsamen Hauptauslasses 70 für mehrere Systeme 100, optional auch innerhalb eines Systems 200, möglich. Für alle beschriebenen Ausführungsbeispiele wird weiterhin die Option einer Bypassleitung vorgesehen. Falls ein Gaswäscher eines Prozessclusters beispielsweise überlastet ist oder ausfällt, sehen die hier beschriebene Systeme und Verfahren optional eine individuell ansteuerbare Bypassleitung vor, um gegebenenfalls einen entsprechend geeigneten Gaswäscher eines weiteren Prozessclusters einzusetzen. Diese Bypassleitung verbindet optional eine Zuleitung zum Gaswäscher eines Prozessclusters mit einer Zuleitung eines Gaswäschers eines weiteren Prozessclusters. Dies gilt, falls notwendig, auch dann, wenn im betreffenden Prozesscluster „ausnahmsweise“ Prozesse gefahren werden, die sonst nur im weiteren Prozesscluster ablaufen und daher eine Behandlung erfordern, die sonst nicht im jeweiligen Prozesscluster vorgesehen ist.
Die Erfindung wurde anhand bevorzugter Ausführungen beschrieben, wobei die einzelnen Merkmale der beschriebenen Ausführungen frei miteinander kombiniert werden können und/oder ausgetauscht werden können, sofern sie kompatibel sind. Ebenso können einzelne Merkmale der beschriebenen Ausführungen weggelassen werden, sofern sie nicht zwingend notwendig sind. Für den Fachmann sind zahlreiche Abwandlungen und Ausgestaltungen möglich und offensichtlich, ohne dass dadurch der Erfindungsgedanke verlassen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2016/156552 A1 [0038]

Claims

System zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen, das Folgendes aufweist: wenigstens einen Prozesscluster mit einer Gruppe von Prozesseinheiten, einer der Anzahl von Prozesseinheiten der Gruppe entsprechenden Anzahl von Pumpeinheiten, wobei jeweils eine Pumpeinheit mit einem Auslass einer der Prozesseinheiten verbunden ist; einer der Anzahl von Pumpeinheiten entsprechenden Anzahl von Ventileinheiten, wobei jede Ventileinheit mit einem Auslass einer Pumpeinheit verbunden ist, und wobei jede Ventileinheit konfiguriert ist, den Auslass der verbundenen Pumpeinheit selektiv mit jeweils einem einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgängen zu verbinden; und einem ersten Gaswäscher, der für eine Abgasbehandlung eines ersten Typs konfiguriert ist, und der mit einem jeweiligen ersten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist; einen zweiten Gaswäscher, der für eine Abgasbehandlung eines vom ersten Typ unterschiedlichen zweiten Typs konfiguriert ist, und der mit einem jeweiligen zweiten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist; und eine Ventil-Steuereinheit, die konfiguriert ist, jede Ventileinheit individuell anzusteuern, um Abgas selektiv zu einem der Ausgänge und zu leiten.
System nach Anspruch 1, aufweisend wenigstens einen weiteren Prozesscluster mit einer Gruppe von Prozesseinheiten, einer der Anzahl von Prozesseinheiten der Gruppe entsprechenden Anzahl von Pumpeinheiten, wobei jeweils eine Pumpeinheit mit einem Auslass einer der Prozesseinheiten verbunden ist, einer der Anzahl von Pumpeinheiten entsprechenden Anzahl von Ventileinheiten, wobei jede Ventileinheit mit einem Auslass einer Pumpeinheit verbunden ist, und wobei jede Ventileinheit konfiguriert ist, den Auslass der verbundenen Pumpeinheit selektiv mit jeweils einem einer Vielzahl von unterschiedlichen Ausgängen zu verbinden, und einem ersten Gaswäscher, der für eine Abgasbehandlung eines ersten Typs konfiguriert ist und der mit einem jeweiligen ersten Ausgang der Vielzahl der Ventileinheiten verbunden ist, wobei ein jeweiliger zweiter Ausgang der Ventileinheit mit dem zweiten Gaswäscher verbunden ist.
System nach Anspruch 2, aufweisend wenigstens eine individuell ansteuerbare Bypassleitung, die eine Zuleitung zum Gaswäscher des Prozessclusters mit einer Zuleitung eines Gaswäschers eines weiteren Prozessclusters verbindet.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Prozesseinheiten des Prozessclusters und/oder des weiteren Prozessclusters jeweils des gleichen Typs und für gleiche Prozesse ausgelegt sind.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das eine Prozess-Steuereinheit aufweist, die konfiguriert ist, Prozessabläufe in den jeweiligen Prozesseinheiten individuell zu steuern, insbesondere derart, dass bestimmte, gleichartige Teilprozesse der Prozessabläufe in den Prozesseinheiten innerhalb der Prozesscluster zeitlich versetzt zueinander ablaufen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Ventileinheiten jeweils ein Umschaltventil oder eine Vielzahl von gegeneinander verriegelten Schließventilen, insbesondere Eckventilen aufweist, um den Auslass der verbundenen Pumpeinheiten mit den jeweiligen Ausgängen zu verbinden.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Prozesscluster wenigstens einen weiteren Gaswäscher aufweist, der mit einem entsprechenden Ausgang der Ventileinheit verbunden ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und der optionale wenigstens eine weitere Gaswäscher des Prozessclusters lokale Gaswäscher sind, die speziell für die Behandlung der zu erwartenden Abgase des Prozessclusters ausgelegt sind, während der zweite Gaswäscher ein zentraler Gaswäscher ist der für die Behandlung unterschiedlicher Abgase aus unterschiedlichen Prozessclustern und oder Anlagen ausgelegt ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste und/oder der wenigstens eine weitere Gaswäscher für eine oxidierende Abgasbehandlung konfiguriert ist; und/oder der zweite Gaswäscher für eine reduzierende Abgasbehandlung konfiguriert ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Prozesseinheiten wenigstens eines Prozessclusters jeweils PECVD-Vorrichtungen sind.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, das ferner eine Stickstoffzuleitung zu jeder Vakuumpumpe aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin eine Atmosphärenpumpe aufweist, die mit einem jeweiligen Auslass der Vielzahl von Prozesseinheiten wenigstens eines Prozessclusters verbunden ist, wobei das System so ausgelegt ist, dass eine jeweilige Prozesseinheit zu einem Zeitpunkt nur über die verbundene Pumpeinheit oder die Atmosphärenpumpe abgepumpt werden kann.
System nach Anspruch 12, wobei jede Prozesseinheit eines Prozessclusters über eine Gemeinschaftsleitung mit der Atmosphärenpumpe verbunden ist.
System nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Atmosphärenpumpe insbesondere ausgelegt ist, die Prozesseinheiten von Atmosphärendruck auf oder in die Nähe eines Prozessdrucks abzupumpen, wobei der Ausgang der Atmosphärenpumpe direkt mit Abluft oder dem zweiten Gaswäscher verbunden ist.
System nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Prozesseinheit jeweils über eine Hauptvakuumleitung mit der Atmosphärenpumpe verbunden ist; und/oder wobei die wenigstens eine Prozesseinheit über wenigstens eine entsprechende Leitung und ein Ventil mit der Hauptvakuumleitung verbunden ist.
System nach Anspruch 15, wobei die Leitung eine Softpump-Leitung ist; und wobei das Ventil ein Softpump-Ventil ist.
Verfahren zur selektiven Abgasbehandlung von Abgasen in einem System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Individuelles Steuern der Vielzahl von Ventileinheiten basierend wenigstens auf einer erwarteten Abgaszusammensetzung am Auslass der jeweiligen verbundenen Pumpeinheit, zum selektiven Leiten von Abgas zum ersten, zweiten und/oder optionalen weiteren Gaswäscher zur Behandlung des Abgases im jeweiligen Gaswäscher.
Verfahren nach Anspruch 17, das weiterhin Folgendes aufweist: Abpumpen der Prozesseinheiten über die Atmosphärenpumpe auf einen Prozessdruck oder einen Druck in der Nähe des Prozessdrucks und leiten des abgesaugten Gases direkt in die Abluft, wenn keine Abgasbehandlung erforderlich ist oder zum zweiten Gaswäscher wenn eine allgemeine Behandlung erforderlich ist.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, das weiterhin Folgendes aufweist: Umgehen eines Gaswäschers mittels Umleiten von Gas von einer Zuleitung zu einem ersten und/oder zweiten Gaswäscher eines Clusters in einen ersten und/oder zweiten Gaswäscher eines weiteren Clusters; und/oder Leiten von Gas aus dem ersten oder weiteren Gaswäscher zum zweiten Gaswäscher oder direkt zur Abluft; und/oder selektives Zuleiten von Stickstoff zu jeder Vakuumpumpe.