Schraubenkompressor

Für hohe Standards in der Halbleiterindustrie

Die DMS Dynamic Micro Systems Semiconductor Equipment GmbH in Radolfzell entwickelt und baut Anlagen für die Reinigung von Behältern (Boxen) für die Halbleiterindustrie und für die Archivierung von Siliziumscheiben (Wafer). In diesen Anlagen werden die Boxen mit demineralisiertem Wasser gereinigt und mit Prozessluft abgeblasen. Damit sie dabei nicht wieder mit Partikeln kontaminieren, ist Druckluftqualität 1 gefordert. Deshalb setzt das Unternehmen auf einen ölfreien, wassereingespritzten Schraubenkompressor von Almig.

DMS produziert und vertreibt weltweit Anlagen für die Halbleiterindustrie.

"In der Mikrotechnik hat ein kleines Staubkörnchen auf einer Leiterbahn etwa die Wirkung eines Granitblocks, der auf einer Straße liegt und den Verkehr lahmlegt", sagt Markus Kaiser, Operation Manager bei der DMS Dynamic Micro Systems Semiconductor Equipment GmbH. "Befindet sich in der Herstellung von Mikroprozessoren ein solches Staubkörnchen oder noch kleinere Teilchen bei der Belichtung zwischen Maske und Wafer, würde die Leiterbahn nicht mehr erkannt werden", erklärt er. Die Strukturen der späteren Halbleiter-Bauelemente werden von einer Urmaske - dem sogenannten Reticle - auf einen Wafer übertragen. Dieser als Fotolithographie bezeichnete Schritt ist der wichtigste Produktionsprozess bei der Herstellung von Halbleiterkomponenten. Mikroskopische Verunreinigungen verursachen Abschattungseffekte, wenn sie die Belichtung des Fotolacks verhindern - das Teil wäre Ausschuss.

DMS ist mit seinen Anlagen auf die Reinigung von Behältern (Boxen) aus der Halbleiterindustrie spezialisiert. "Damit werden für die Fertigung notwendige Boxen zum Beispiel für den Wafertransport gereinigt", erläutert Kaiser. Für diese komplexe Aufgabe ist am Ende eine partikelfreie Prozessluft notwendig, um das Produkt "sauber" für die weiteren Prozessschritte in der Halbleiterindustrie bereitzustellen.

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Sauberste Prozessluft zum Trockenblasen gefordert

In der Montagehalle zeigt Kaiser auf eine neu entwickelte Anlage, die sich im Reinraum befindet. Die zu reinigenden Boxen werden in Körbe gelegt. Diese werden anschließend in die Reinigungskammer gefahren, wo die Boxen mit demineralisiertem Wasser gereinigt werden. Alles, was in der Anlage gereinigt wird, hat damit die Reinheit, wie sie in der Halbleiterproduktion gefordert ist. "Anschließend müssen wir die Teile von dem Wasser befreien." Das Abblasen oder Trocknen ist der nächste Schritt in der Prozesskette. Das stellt höchste Anforderungen an die Qualität der Prozessluft. Schließlich darf diese die Teile nicht wieder verunreinigen. "Die Druckluft muss deshalb partikelfrei, ölfrei und dazu absolut trocken sein", erläutert Kaiser.

Um die Reinigungsanlagen zu testen, hatte DMS bisher wechselnde Versuchskompressoren im Einsatz. Damit jedoch eine konstant hohe Qualität erreicht werden kann, machte sich der Anlagenbauer auf die Suche nach der passenden Lösung. Dabei stieß DMS auf die Almig Kompressoren GmbH im baden-württembergischen Köngen. Almig ist Komplettanbieter in der ölfreien Drucklufterzeugung und kann vom kleinen Kolbenkompressor bis zu Turbokompressoren mit zwei Megawatt Leistung jedem Anwender das passende Konzept bieten. Die Spezialisten entwickeln, bauen, liefern und installieren nicht nur, sie übernehmen auch die komplette Projektierung.

Höchste Anforderungen an Druckluft erfüllt

Nach intensiver Beratung mit den Almig-Experten entschied sich das Unternehmen für einen ölfreien, wassereingespritzten Schraubenkompressor der Lento-Baureihe. "Damit die Luft absolut trocken ist, hat Almig einen Absorptionstrockner in die luftgekühlte Anlage integriert. Der Taupunkt liegt bei minus 70 Grad", beschreibt Kaiser. Die in der Ansaugluft enthaltenen Fremdbestandteile werden durch das Kreislaufwasser wirksam ausgewaschen. Damit findet die Aufbereitung zwar schon im Kompressor statt, doch um eingesaugte Partikel oder Ölaerosole aus der Druckluft komplett zu eliminieren, hat Almig eine entsprechende Filtration angeschlossen. Diese besteht aus einer Mikrofilteranlage, einem Aktivkohlefilter sowie einem Sterilfilter. Dieser verhindert, dass keine Keime durchwandern. "Die Lento 56 erfüllt damit die Druckluftanforderungen nach DIN 8573-1 für Kondensat und Partikel-Klasse 1 sowie für Öl Klasse 0", ist Kaiser zufrieden.

Der in der Lento 56 integrierte Kältetrockner dient primär auch als "Frischwasserproduzent". Denn das angefallene Kondensat wird am Kondensableiter des Kältetrockners gesammelt und als Frischwasser in den internen Kühlkreislauf zurückgeführt. Der Kompressor wird bei der Inbetriebnahme mit normalem Leitungswasser befüllt und erzeugt danach sein Frischwasser kontinuierlich selbst. "Die Anlage arbeitet damit immer mit frischem Wasser, eine aufwändig installierte Wasseraufbereitung fällt für uns weg", freut sich Kaiser. "Das vom Kältetrockner produzierte Frischwasser ist kalkfrei. Viren, Bakterien oder Algen haben hier keine Chance. Das Wasser kann zudem ohne Aufbereitung in die Kanalisation eingeleitet werden."

Leerlauf vermeiden

"Unsere Maschinen haben unterschiedliche Größen und damit auch unterschiedliche Leistungsbereiche", erklärt Kaiser. "Der Druckluftverbrauch kann bei zwei Kubikmetern in der Minute liegen oder auch bis zu zehn." Die Lento-Anlage ist drehzahlgeregelt mit Volumenströmen von 2,51 bis maximal 9,97 m3/min. "Die Anlage von Almig stellt uns über ihre Drehzahlregelung immer so viel Luft zur Verfügung, wie wir gerade brauchen", sagt Kaiser. Im Leerlauf benötigen Standard-Kompressoren ohne diese Frequenzregelung etwa 25 bis 40 Prozent der Energie, die unter Volllast aufgenommen wird - ohne dabei Druckluft zu produzieren. Die Last-Leerlauf-Regelung eines Standard-Kompressors in Verbindung mit einem schwankenden Druckluftbedarf verursacht deshalb teure und energiefressende Leerlaufzeiten. Der drehzahlgeregelte Kompressor von Almig fährt mit konstantem Betriebsdruck und schaltet nicht zwischen Last und Leerlauf um, sondern passt die Liefermenge dem Druckluftverbrauch ständig an.

Die Anlage weist zudem deutlich geringere Wartungskosten im Vergleich zu alternativen Technologien auf, wie etwa zu trockenlaufenden Schraubenkompressoren. Das ist hauptsächlich durch den einfachen Aufbau der Anlage bedingt. Die Verdichterstufen arbeiten bei wassereingespritzten Schraubenkompressoren mit vier- bis fünffach geringerer Drehzahl im Vergleich zu trockenlaufenden Kompressoren. Diese niedrigen Drehzahlen wirken sich positiv auf die Lebensdauer der Lager und somit auf die Betriebssicherheit aus. Im Vergleich zu Öl werden mit Wasser als Kühlmedium sehr niedrige Verdichtungstemperaturen von deutlich unter 60 Grad erreicht. Der Verdichtungsprozess ist nahe an der isothermischen Verdichtung. Das sorgt für einen besseren Wirkungsgrad und damit für eine höhere Wirtschaftlichkeit.

Platzsparend im Container untergebracht

Seit rund einem Jahr ist die Anlage nun im Einsatz. Die Hauptkomponenten der Druckluftstation sind außerhalb der Halle in einem Container untergebracht und werden durch ein Dieselaggregat mit Strom versorgt. Nur der Druckluftbehälter mit einem Volumen von 3.000 Litern und die Druckluftfilter sind in der Montagehalle aufgebaut. Gemeinsam mit seinen Partnern lieferte Almig die Containerlösung schlüsselfertig nach Radolfzell.

Ausgestattet ist der Container mit einem Aluminium-Boden, die Wände sind isoliert. Neben dem Kompressor sind eine Heizung, der Stromverteiler und auch der Schaltschrank eingebaut. "Mit dieser Lösung sind wir außerdem flexibler, sollten wir irgendwann in andere Räumlichkeiten umziehen", denkt Kaiser an die Zukunft. Ebenfalls außerhalb der Montagehalle und nur wenige Meter neben dem Container steht das Dieselaggregat. "Damit die Abgase (Abluft) des Aggregats nicht vom Kompressor angesaugt wird, hat Almig ein Rohr installiert, das senkrecht über die komplette Hallenwand führt. Die Luft wird somit über das Dach abgeführt", sagt Kaiser.

Über rostfreie Edelstahlleitungen gelangt die Druckluft vom Container in die Montagehalle. Dort wird sie im Druckluftbehälter gespeichert. Über Verteiler gelangt die Druckluft anschließend zu den Anlagen, die sich im Testlauf befinden.

Partikel, die bei der Produktion der Mikroprozessoren die Wafer kontaminieren könnten? Fehlanzeige. "Boxen, die in unseren Anlagen gereinigt wurden, schließen das definitiv aus", ist Kaiser überzeugt. "Fragen uns unsere Kunden, wie wir die hohe Qualität der Druckluft erreicht haben, können wir ihnen jetzt zudem mit Almig einen zuverlässigen Anbieter von Kompressoren nennen." kf
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