In der Halbleiterfertigung werden große Mengen gefährlicher Gase und Chemikalien eingesetzt. Ein Beispiel hierfür ist Arsin (AsH₃), das häufig für die n-Typ-Dotierung und in Prozessen der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD) verwendet wird. Arsin ist ein farbloses, brennbares und hochgiftiges Gas. Bereits eine Exposition gegenüber Konzentrationen von 6,25 bis 15,5 ppm kann innerhalb von 30 Minuten bis einer Stunde tödlich sein. Daher müssen die Gasleitungen vor dem Austausch von Gaszylindern gründlich gespült werden, um die Sicherheit des Personals zu gewährleisten.

Mit der Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie von etablierten Fertigungsverfahren hin zu modernen Strukturgrößen steigen die Anforderungen an hochreine Rohrleitungssysteme kontinuierlich. Dabei stellt die Leckagerate einen entscheidenden Qualitäts- und Sicherheitsparameter dar. Um das Risiko von Leckagen zu minimieren, ist es nicht nur erforderlich, geeignete Dichtungssysteme auszuwählen und Ventile, Rohrverschraubungen sowie weitere Rohrleitungskomponenten fachgerecht zu installieren, sondern auch die Anzahl der Verbindungsstellen im Leitungssystem möglichst gering zu halten.

Ein Spülblock wurde speziell für die Verbindung von Gaszylindern mit Spezialgas-Versorgungssystemen entwickelt. Dank seines integrierten Mehrventildesigns vereint er die Ventile sowie die zugehörigen Leitungsabschnitte für Gasversorgung, Spülung und Entlüftung in einem einzigen Ventilkörper. Dadurch wird die Anzahl der Verbindungsstellen erheblich reduziert und das potenzielle Leckagerisiko wirksam verringert. Dies macht den Spülblock besonders geeignet für Versorgungssysteme mit giftigen und gefährlichen Gasen. Beim Austausch von Gaszylindern ermöglicht der Spülblock die vollständige Entfernung von Gasresten aus den Leitungen sowie von Luft und Feuchtigkeit, die während des Zylinderwechsels in das System eingedrungen sein können. Der FITOK-Spülblock basiert auf einer integrierten Baugruppe aus drei Membranventilen mit extrem niedrigen Leckageraten. Weitere Vorteile sind die kompakte Bauweise mit geringem Platzbedarf, ein reduzierter Verbrauch von Spülgas, kürzere Anlagenstillstände sowie eine höhere Gesamtproduktivität. Dies ist besonders wichtig, wenn man die erheblichen Kosten berücksichtigt, die bereits eine Stunde Stillstand in einer Halbleiterfertigungsanlage verursachen kann.

Abbildung 1 zeigt einen Vergleich der Anlagenkonfiguration vor und nach dem Einsatz eines Spülblocks. Da die Ausführung ohne Spülblock eine größere Anzahl von Rohrleitungskomponenten erfordert, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur einige der Schweißverbindungen dargestellt. Es ist deutlich zu erkennen, dass das Rohrleitungssystem nach der Integration des Spülblocks weniger Schweißverbindungen und Bauteile benötigt, weniger Platz in Gasschränken beansprucht und ein geringeres Gesamtgewicht aufweist. Der FITOK-Spülblock ist in zwei Ausführungen erhältlich: als Niederdruckversion für Betriebsdrücke bis 20 bar (300 psig) und als Hochdruckversion für Betriebsdrücke bis 310 bar (4500 psig). Damit eignet er sich sowohl für Niederdruck- als auch für Hochdruck-Gaszylinderanwendungen in Spezialgasversorgungsräumen.

Abbildung 1. Vergleich vor und nach dem Einsatz des Spülblocks

Grundaufbau und Funktionen

 

Der Spülblock zeichnet sich durch eine kompakte, modulare Bauweise aus und verfügt typischerweise über vier Gasanschlüsse sowie einen Messanschluss, wie in Abbildung 2 dargestellt. Das Prozessgas strömt über den Prozessgaseingang (von der Gasflaschenseite kommend) in den Spülblock und wird über den Prozessgasausgang an die Prozessleitung weitergeleitet. Der Spülgaseingang und der Abluftanschluss dienen der Zuführung des Spülmediums (z. B. Stickstoff) beziehungsweise der sicheren Ableitung von Rest- und Abgasen. Der Messanschluss ist für die Installation eines Drucksensors oder Manometers vorgesehen und ermöglicht die kontinuierliche Überwachung des Drucks innerhalb des Spülblocks. Durch die Integration dieser Funktionen in einem einzigen Bauteil werden die Anzahl der Verbindungsstellen reduziert, potenzielle Leckagequellen minimiert und die Sicherheit sowie Zuverlässigkeit des Gasversorgungssystems erhöht.

Abbildung 2: Typische Anschlusskonfiguration eines Spülblocks

• Prozessgaseingang

  • Der Prozessgaseingang ist in der Regel mit standardisierten Gasflaschenanschlüssen (z. B. nach CGA-, DIN- oder CGA-DISS-Standard) ausgestattet. Darüber hinaus können kundenspezifische Anschlussausführungen realisiert werden, um unterschiedlichen Anwendungsanforderungen und Betriebsbedingungen gerecht zu werden

     

• Prozessgasausgang, Spülgaseingang und Abluftanschluss

  • Diese Anschlüsse sind als Schweißanschlüsse oder mit Flachdichtungsverschraubungen (Face-Seal-Verschraubungen) ausgeführt, um eine maximale Gasdichtheit und Prozesssicherheit zu gewährleisten.

     

• Messanschluss

  • Standardmäßig ist der Messanschluss mit einem integrierten 1/4"-Innengewindeanschluss vom Typ IFR4 (Integral Female Face-Seal) ausgestattet. Diese Ausführung eignet sich besonders für hochreine und ultrahochreine Gasanwendungen.

     

• Anschlussleitung (Pigtail)

  • Die Anschlussleitung stellt eine flexible Verbindung zwischen dem Spülblock und der Gasversorgungseinheit bzw. dem Gaspanel her und wird üblicherweise aus Rohrleitungen mit einem Außendurchmesser von 1/4" oder 6 mm gefertigt. Gegenüber flexiblen Schläuchen bietet diese Ausführung erhebliche Vorteile, da Schläuche regelmäßig – in der Regel jährlich – auf Dichtheit geprüft werden müssen. Die Rohrleitungsbauweise gewährleistet eine höhere Zuverlässigkeit, geringere Leckagerisiken und einen reduzierten Wartungsaufwand.

Funktionsweise und Betriebsablauf

 

Dank seiner integrierten Mehrventilkonstruktion ermöglicht der Spülblock das Spülen von Rohrleitungen vor und nach dem Gasflaschenwechsel und gewährleistet dadurch die Reinheit des Systems (siehe Abbildung 3).

Abbildung 3: Schematische Darstellung eines Spülblock

Technische Spezifikationen des Spülblocks

 

Als Hersteller von Fluidsystemkomponenten mit umfassender Erfahrung in der Halbleiterindustrie bietet FITOK Spülblöcke in verschiedenen Ausführungen und Konfigurationen an. Die technischen Daten sind in Tabelle 1 dargestellt und erfüllen die Anforderungen unterschiedlichster Einsatz- und Betriebsbedingungen.

Tabelle 1 Technische Spezifikationen von Spülblöcken

Durch moderne Entwicklungs- und Fertigungsverfahren sowie eine konsequente Qualitätskontrolle gewährleistet FITOK eine hohe Zuverlässigkeit selbst unter anspruchsvollen Betriebsbedingungen. Der FITOK-Spülblock bietet folgende Vorteile:

• Vielfältige Anschlussoptionen für den Prozessgaseingang: Neben Gasflaschenanschlüssen nach CGA-, DIN- und CGA-DISS-Standard können auch weitere Anschlussvarianten entsprechend den kundenspezifischen Anforderungen realisiert werden.
• Umfassendes und bewährtes Produktportfolio: FITOK verfügt über umfangreiche Kompetenzen in der Herstellung von Membranventilen, Ventilblöcken (z. B. 2-Wege-/3-Anschluss- und 3-Wege-/4-Anschluss-Ausführungen) sowie integrierten Ventileinheiten. Darüber hinaus können Membranventile mit komplexen Strömungsführungen kundenspezifisch entwickelt und gefertigt werden.
• Hohe Lieferfähigkeit: Dank eines flexiblen Fertigungssystems, einer etablierten Lieferkette und effizienter Lagerhaltung unterstützt FITOK seine Kunden bei der Reduzierung von Beschaffungs- und Lagerkosten und gewährleistet gleichzeitig kurze Lieferzeiten.

FITOK-Produkte finden breite Anwendung in der Halbleiterindustrie. Neben einem umfangreichen Angebot an Membranventilen in unterschiedlichen Baureihen und Ausführungen kann FITOK auch kundenspezifische Ventilblöcke entsprechend den jeweiligen Betriebsbedingungen entwickeln und liefern, um die spezifischen Anforderungen der Kundenanwendungen optimal zu erfüllen.