Was Sie über stirnseitig dichtende Verschraubungen für hochreine Anwendungen wissen müssen

Warum stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen die ideale Lösung für hochreine Halbleiteranwendungen sind

Masroor Malik, Semiconductor Market Manager, Swagelok

Während die Technologieknoten für leistungsfähigere Chips in der Halbleiterfertigung immer kleiner werden, werden die Anforderungen an die Prozessreinheit immer größer. Um diesen stetig wachsenden Anforderungen gerecht zu werden, dürfen in den Produktionsumgebungen keinerlei Kompromisse bei Präzision und Sauberkeit gemacht werden. Zu diesem Zweck müssen auch die Gerätehersteller Anlagen und Systeme entwickeln, die diese Anforderungen langfristig erfüllen.

In den anspruchsvollsten Umgebungen mit ultrahochreinen Fluidsystemen (Ultrahigh Purity – UHP) – zum Beispiel beim Einsatz von inerten oder Spezialgasen – sind die verwendeten Verschraubungen für Werkzeughersteller von entscheidender Bedeutung. Um das Leckagerisiko zu minimieren, werden UHP-Systeme häufig verschweißt. Allerdings müssen bestimmte Verbindungen bei regelmäßigen Wartungsarbeiten oder bei einem Austausch erneuert werden. Die korrosiven Eigenschaften einiger gängiger Prozessmedien und die Betriebsbedingungen bedeuten außerdem, dass herkömmliche O-Ringabdichtungen mit Elastomeren aufgrund der inkompatiblen Werkstoffe keinen zuverlässigen Betrieb gewährleisten. Die Dichtheit hat in diesen Prozessen jedoch höchste Priorität. Leckagen bergen eine große Gefahr und können zu Verunreinigungen in der UHP-Umgebung führen. Für Hersteller bedeutet das erhebliche Kosten in Form von Umsatzeinbußen und Wartungsaufwänden.

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Vakuumdichtungen sind eine mögliche Lösung für diese Anwendungen. Im Vergleich zu herkömmlichen Verschraubungen bietet diese Technologie eine ähnlich zuverlässige Abdichtung wie Metall-auf-Metalldichtungen und stellt einen leckagefreien Einsatz von Vakuum bis zu Überdruck sicher. Stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen sorgen außerdem für eine höhere Reinheit, da sie Einschlussbereiche minimieren. Zusätzlich trägt die einfache Installation dazu bei, Produktions- und Wartungsprozesse effizienter zu gestalten.

Unvergleichliche Dichtleistung

Stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen wurden ursprünglich in den 1960er-Jahren für den Einsatz in Ultrahochvakuumsystemen entwickelt. Diese Systeme waren der Grundstein für die bahnbrechende wissenschaftliche Forschung im Bereich der Kernenergie. Dank der leckagefreien Abdichtung selbst bei hochtoxischen, korrosiven und entzündlichen Fluiden eignen sich diese Verbindungen ideal für den Einsatz in einigen der wichtigsten Anwendungen in der Halbleiterfertigung.

Die Abdichtung der stirnseitig dichtenden Vakuumverschraubung erfolgt durch zwei hochglanzpolierte Dichtlippen, die eine Metalldichtung durch Verschrauben einer Mutter mit einer Druckschraube verformen und so eine herausragende Dichtleistung gewährleisten. Die Abdichtung erfolgt dabei an der Dichtfläche, die den Dichtlippen zugewandt ist. Der Werkstoff des Dichtungsrings muss immer weicher als der der Dichtlippen sein, da diese den Dichtungsring eindrücken müssen. Durch diese Verformung behalten die Dichtlippen ihren Hochglanz, der für die Dichtleistung maßgeblich ist. Bei einer Demontage der Verschraubungen muss mit den polierten Dichtlippen daher immer sehr vorsichtig umgegangen werden. Im Normalbetrieb wird die Dichtung vollständig von Gas durchströmt. Damit ist sie leicht spülbar und eignet sich ideal für Systeme, in denen Einschlussbereiche und Toträume vermieden werden müssen.

Dank der leckagefreien Abdichtung sind stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen die ideale Lösung für einige der wichtigsten Anwendungsbereiche in der Halbleiterfertigung.

Neben der zuverlässigen Abdichtung tragen sie im Gegensatz zu herkömmlichen Rohrverschraubungen außerdem dazu bei, potenzielle Einschlussbereiche und Verunreinigungen zu vermeiden. In UHP-Anwendungen in der Halbleiterfertigung kommen Gase zum Einsatz, die letztendlich ihren Weg stromabwärts finden und mit dem Wafer in der Prozesskammer in Kontakt kommen. Aus diesem Grund haben Sauberkeit und Reinheit hier höchste Priorität. stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen erfüllen die hohen Reinheitsanforderungen, die in Produktionsumgebungen für Halbleiter gelten. Einige Lieferanten bieten Systeme mit zusätzlich verbesserten Eigenschaften. So können höherwertige Edelstähle mit höheren Nickel- und Chromgehalten die Korrosionsbeständigkeit weiter steigern, während mit Oberflächenbehandlungen wie Elektropolieren eine Passivierungsschicht für eine noch höhere Reinheit erzielt wird.

Effiziente Installation und Wartung

Wartungs- und Instandhaltungsverfahren für UHP-Systeme müssen möglichst schnell abgeschlossen werden, sodass der Anlagenbetrieb nicht zu lange stillsteht. Schließlich gilt in der Halbleiterfertigung das Motto „Zeit ist Geld“.

Die die stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen einfach ausgebaut und wiedereingesetzt werden können, sorgen sie an notwendigen Unterbrechungspunkten in UHP-Anwendungen für Vorteile in Sachen Effizienz und Wartung. Die Installation gestaltet sich sehr einfach und kann mit gängigen Werkzeugen durchgeführt werden. Die Verbindung wird zunächst von Hand festgeschraubt. Anschließend wird die Druckschraube (Mutter mit Außengewinde) festgehalten, während die Überwurfmutter (Mutter mit Innengewinde) um eine 1/8-Umdrehung (45°) mit einem Schraubenschlüssel festgezogen wird (bei Kupferdichtungen: eine 1/4-Umdrehung bzw. um 90°). Wenn die Verbindung nach einem Ausbau erneut hergestellt werden muss, wird die gebrauchte Dichtung durch eine neue ersetzt und dieselben Einbauanweisungen wie bei der Erstmontage befolgt. Dieser einfache Prozess sorgt sowohl bei der Erstmontage als auch bei Wartungsarbeiten für eine höhere Effizienz und trägt dazu bei, dass die Produktion schneller wiederaufgenommen werden kann.

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stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen sind die ideale Lösung für UHP-Systeme, in denen es auf Zuverlässigkeit und einfache Wartungsprozesse ankommt. Wenn Sie diese stirnseitig dichtende Vakuumverschraubungen für Ihr System spezifizieren, sollten Sie auch darauf achten, dass Sie mit dem richtigen Lieferanten zusammenarbeiten.

Swagelok blickt auf langjährige Erfahrungen mit Fluidsystemen in Halbleiteranwendungen zurück, die bis zu den Anfangstagen des Silicon Valley zurückreichen. Unsere VCR^®-Verbindungen mit Metalldichtscheibe wurden speziell für die besonderen Anforderungen bei der Handhabung und Verteilung von UHP-Gasen in den Chip-Produktionsanlagen der OEMs entwickelt.

Wir kennen die alltäglichen Herausforderungen in der Halbleiterproduktion und geben unser Fachwissen gerne an unsere Kunden weiter. Wir bieten umfassende Schulungsangebote zu unseren VCR-Verbindungen, in denen Sie alles über die Auslegungsmerkmale und die effektivsten Einsatzmöglichkeiten erfahren. Teilnehmer erhalten außerdem Informationen zur effizienten Installation der unterschiedlichen Verbindungsarten sowie zur Fehlerbehebung.

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