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Herausforderungen in der Halbleiterproduktion mit isolierten Schlauchleitungen begegnen

Herausforderungen in der Halbleiterproduktion mit isolierten Schlauchleitungen begegnen

16. Juni 2020 | Doug Nordstrom, Senior Product Manager, Hose Products, und Yoon Jiang, Regional Market Manager, Semiconductor

Bei der Herstellung von Halbleiterchips zählen Präzision und Reinheit zu den wichtigsten Prioritäten. Für eine gute Prozessstabilität müssen die Temperaturen innerhalb der Kammer in einem optimalen Bereich gehalten werden. Da für einen guten Durchfluss der Prozessgase mitunter extreme Temperaturen erforderlich sind, bringt dies unter Umständen viele Herausforderungen mit sich. Gleichzeitig muss die Kammer frei von Verunreinigungen jeglicher Art gehalten werden, um einen maximalen Chipdurchsatz in diesem komplexen Herstellungsprozess zu erreichen.

Da bei der Auslegung und Planung von möglichst idealen Produktionsumgebungen sehr viele unterschiedliche Faktoren berücksichtigt werden müssen, treten vermeintlich „grundlegende“ Komponenten dabei leicht in den Hintergrund – und dass, obwohl sie in der Chipherstellung eine wichtige Rolle spielen. Nehmen wir als Beispiel einfache industrielle Schläuche, die in unzähligen Produktionsanlagen auf der ganzen Welt im Einsatz sind. Bei der Halbleiterherstellung kommt Schläuchen eine wichtige Rolle zu, da sie häufig in Kühlern verwendet werden und dort dazu beitragen, die erforderlichen Produktionsbedingungen aufrechtzuerhalten.

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Wie an vielen anderen Stellen in der Halbleiterherstellung gibt es auch bei der Schlauchauswahl einige besondere Punkte zu beachten, die ausschlaggebend für optimale Produktionsbedingungen sind. Die passende Schlauchisolierung wirkt sich dabei nicht nur auf die Temperaturregelung während der Chipproduktion aus, sondern trägt außerdem dazu bei, unnötige Risiken und Betriebskosten zu minimieren.

Die folgenden Faktoren sollten Sie bei der Auswahl von isolierten Schläuchen berücksichtigen, um ein optimales Preis-Leistungs-Verhältnis zu erzielen:

Optimale Temperaturregelung im Prozessfluid. Stabile Temperaturen in der Beschichtungskammer sind für eine effiziente Halbleiterproduktion von kritischer Bedeutung. Die Temperaturen werden häufig von leistungsstarken Kühlern geregelt, die über einen oder mehrere Schläuche mit Kühlmitteln versorgt werden. Wenn diese Schläuche nicht richtig isoliert sind, kann die Temperaturstabilität dadurch beeinträchtigt werden.

Bei der Beförderung vom Kühler zu den Prozesseinrichtungen steigt die Temperatur der Fluide zwangsläufig an. Wenn der Schlauch nicht mit der passenden Isolierung ausgestattet und der Kühler nicht in der Lage ist, den Temperaturanstieg in der Kühlmittelleitung zu kompensieren, können die Temperaturen in der Kammer nicht auf einem optimalen Niveau gehalten werden.

In den meisten industriellen Anwendungen kommt einfaches Wasser als Kühlmittel zum Einsatz. Bei der Halbleiterproduktion hingegen greift man häufig auf Kühlmittel wie Glykol zurück, die Temperaturen von bis zu -40 °C erreichen können. Da in diesen Produktionsverfahren ein hoher Energieeinsatz erforderlich ist, ist die Verwendung von isolierten Schläuchen mit vielen Vorteilen verbunden. Die Temperatur des Kühlmittels kann im Gegensatz zu Standardschläuchen besser reguliert und die extrem niedrigen Temperaturen in den Fluidleitungen effizienter aufrechterhalten werden. Halbleiterhersteller sollten stets darauf achten, eine möglichst effiziente Temperaturregelung zu erreichen. So werden bei der Chipherstellung einerseits hochwertige Endprodukte produziert und anderseits Energiekosten minimiert.

Vermeidung von Kondensation. Bei schlecht isolierten Schläuchen lässt sich dasselbe Phänomen beobachten wie bei einem Glas Eiswasser an einem heißen Tag. Wenn die Oberflächentemperatur des Schlauchs unter dem Taupunkt liegt, bildet sich an der Außenseite Kondenswasser.

Wie in vielen anderen industriellen Anwendungen kann Kondensation auch in der Halbleiterherstellung zu einem Problem werden. Wenn die Schläuche durch abgetrennte Bereiche verlegt werden (z. B. im Unterboden) können empfindliche elektronische Geräte in der unmittelbaren Umgebung durch herabtropfendes Kondenswasser beschädigt werden. Die mögliche Folge sind materielle Schäden und ungeplante Anlagenstillstände. Bei einer offenen Verlegung in Bereichen mit viel Durchgangsverkehr können Kondensationstropfen an Rohrleitungen und Schläuchen auch zu einer Rutschgefahr werden.

Falls sich in der Nähe von industriellen Applikationen kleine Pfützen bilden, ist ggf. eine umfassende Ursachenanalyse erforderlich. Auch dies kann zu unnötigen Produktionsstopps und Kosten führen. Mit richtig isolierten Schläuchen lassen sich Kondensation und andere damit zusammenhängende Probleme effizient vermeiden.

Auf was müssen Sie bei der Auswahl von isolierten Schläuchen achten? Bei der Auswahl von isolierten Schläuchen für Kühler sollte unbedingt ein Material verwendet werden, das speziell auf den Einsatz bei sehr niedrigen Temperaturen ausgelegt ist. Während einige isolierte Schläuche nach Herstellerangaben zwar für die Verwendung bei sowohl hohen als auch niedrigen Fluidtemperaturen geeignet sind, hängt die Leistungsfähigkeit der Isolierung jedoch immer vom jeweiligen Prozess ab. Schläuche mit flexiblem Polyolefin-Schrumpfschlauch eignen sich zum Beispiel besser für niedrige Betriebstemperaturen als isolierte Schläuche mit Gewebeummantelung, die sich in Fluidanwendungen mit hohen Betriebstemperaturen als die bessere Wahl erweisen. Arbeiten Sie mit Schlauchlieferanten zusammen, die genau wissen, welche Materialien für Ihre Anwendungen am besten sind. Verwenden Sie nur isolierte Schläuche, die optimal auf Ihre spezifischen Anforderungen ausgelegt sind.

Für eine optimale Verlegung und Installation muss der Schlauch außerdem flexibel sein – unabhängig davon, welches Isoliermaterial eingesetzt wird. Der Mindestbiegeradius sollte dabei nicht durch die Isolierung beeinflusst werden. Gleichzeitig darf auch Biegekapazität keine Auswirkungen auf die Isoliereigenschaften haben. Halten Sie Ausschau nach Schläuchen, die für die Solltemperatur in Ihrem Prozess ausgelegt und dabei gleichzeitig flexibel und kompakt sind, z. B. Schläuche mit Aerogel-Isolierung und geringer Wärmeleitfähigkeit.

Zuletzt zeichnen sich effiziente Schlauchisolierungen vor allem dadurch aus, dass die Isolierung auf ein absolutes Minimum reduziert wird. Gute Schlauchhersteller bieten daher nicht nur eine Pauschallösung für sämtliche Anwendungsbereiche, sondern haben unterschiedliche Optionen im Angebot, mit denen sich die Temperaturanforderungen in Ihrer individuellen Anwendung problemlos und kosteneffizient einhalten lassen. Im besten Fall ermittelt der Hersteller die erforderliche Isolierung direkt anhand der spezifischen Parameter Ihrer Anwendung.

Eine intelligente und kosteneffiziente Lösung. Auf der Suche nach Möglichkeiten zur Kostenoptimierung sollten sich Halbleiterhersteller daher nicht nur auf die größten Kostentreiber in ihren Prozessen konzentrieren, sondern effiziente Ansätze zur Kostensenkung in der gesamten Anlage berücksichtigen. Die bereits vorhandenen Schläuche sollten beispielsweise daraufhin untersucht werden, ob sie für den Fluidtransport bei niedrigen Temperaturen geeignet sind. Ist dies nicht der Fall, kann sich der Einsatz geeigneter Schlauchisolierungen ggf. schnell bezahlt machen.

Swagelok hilft Ihnen gerne weiter, wenn Sie nicht genau wissen, an welcher Stelle Sie anfangen sollen. Wir arbeiten mit unseren Kunden gemeinsam daran, die individuellen Anforderungen optimal abzudecken. Hierfür haben wir eine Reihe von isolierten Schläuchen im Angebot, die optimal an die Parameter Ihrer spezifischen Anwendung angepasst werden können. Darüber hinaus kommen unsere Experten auch gerne zu Ihnen vor Ort, um die besten Möglichkeiten für effizientere Betriebsprozesse in Ihrer Anlage auszuloten. Wenden Sie sich einfach an das zuständige Vertriebs- und Servicezentrum vor Ort, um Ihre Anforderungen durchzusprechen. Gemeinsam finden wir die passende Lösung.

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