BERICHTE AUS TECHNIK UND WISSENSCHAFt 78/1999o6fi~ e..

Eureka-Projekt JESSI(Joint European Submicron Silicon Initiative) Teil II

D. Heller, Unterschleißheim

6. Teilprojekt IV : lich kleiner, für Stickstoff, Sauerstoff und Tab~lle 6.1 enthält eine Uste der Protonen-Qualitätskontr oll e Von Kohlenmonoxid knapp über 1 ppt abschät- affinitäten von Wa~~erstoff und einiger

zen. relevanter Verunreinigungen: (

(ehemals verflüssigtem)W t fI .tt I APIMS Sollte dies experimentell bewiesen werden SPECIES PROTON AFFINIlYassers 0 ml e S können, wären die bisher verwendeten, [kcal/mole]

teuren Nachreiniger verzichtbar. 'C

Dr. E. Burte, Fraunhofer-lnstitut f. Integrierte H2 100.7Schaltungen, Erlangen Selbst die nachweisstärksten klassischen

Analysenmethoden, wie z. B. Gas-Chroma- H2O 173.06.1. Gegenwärtiger Stand, Projektziel, tographie, NDIR, Herschzelle usw. zeigenProjektstruktur bei der Analyse von verdampftem Rüssig- O2 100.4

wasserstoff häufig ,0" an, d.h. ihre Nach-Viele Prozesse in der Halbleiterindustrie weisgrenzen reichen nicht aus, um die N2 11"14erfordem den Einsatz von höchstreinem tatsächlich vorliegenden Qualität zuWasserstoff. So können beispielsweise bestimmen. Dagegen ist bekannt, daß die CH4 130.5Verunreinigungen mit Sauerstoff (-trägem) Methode APIMS (Atmospheric Pressurezu Defekten an epitaktischen Schichten Ionisation Mass Spectrometry) in EdeJ- CO 141.4führen. Es ist daher notwendig, Verunreini- gasen und Stickstoff Nachweisgrenzengungen in Wasserstoff analytisch zu im Bereich einiger weniger ppt erreicht. CO2 128.6bestimmen. Bisher wurden Halbleiterher-steller im wesentlichen mit gasförmig Ziel des Entwicklungsprojektswar es, die N2O 13"10angeliefertem Wasserstoff versorgldessen Anwendbarkeit von APIMS auf die Qua-höchste Reinheitsstufe aus produktions- litätskontrolle von verdampftem Wasserstoff Ar 88.6und distributionstechnischen Gründen auf höchster Reinheit zu erproben und an-maximal 99,9999 % ~6.0") begrenzt war. schließend quantitativ die Restkonzentra- Tabelle 6.1 kann man entnehmen, daßHöhere Reinheiten wurden mittels Gasrei- tionen der die Halbleiter-Anwendungen alle Gase mit Ausnahme von Argon undnigung vor Ort erzeugt. Unde hat in der von Wasserstoff störenden Verunreinigun- Sauerstoff eine höhere Protonenaffinitätjüngeren Vergangenheit aus Gründen der gen zu messen. besitzen als WasserstoftTransportrationalisierung einen Wasser-stoff-Verflüssiger in industriellem Maßstab Prinzipbedingt (s. u.) können mittels APIMS Daher werden die Signale dieser Gase imerrichtet. Als Nebeneffekt erschloß man nur Verunreinigungen nachgewiesen Massenspektrum bei m/e - M+1 erschei-damit die Möglichkeiten der Wasserstoff- werden, deren Ionisierungspotential kleiner nen, wenn M die korrespondierendeReinigung dUrch die einstufige Destillation ist, als das des Matrixgases. Masse der neutralen Verunreinigung ist.bei der Wiederverdampfung des Rüssig- Die im folgenden aufgelisteteten Reaktio-wasserstoffs beim Kunden: Aus der flüssi- 6.2 Ionisation nen während der Analyse von Wasserstoffgen Phase wiederverdampfter Wasserstoff demonstrieren das:sollte aufgrund seiner extrem niedrigen Der primäre Ionisationsmechanismus,Siedetemperatur nennenswert lediglich die ausgelöst durch eine Korona-Entladung, H3+ + CH4 ~ CH5+ + H2ähnlich tiefsiedenden (vermutlich unschäd- besteht inder Bildung von H3+. Das Reakti-lichen) Verunreinigungen Helium und onsschema lautet wie folgt: H3+ + H2O ~ H3O+ + H2Neon enthalten, dagegen wesentlichgeringere Anteile der störenden Verunreini- H2 + e ~ H2+ + 2e H3+ + CO ~ HCO+ + H2gungen wie Sauerstoff- und Kohlenstoff-Träger: Setzt man näherungsweise die H2+ +H2 ~ H3+ + H . H3+ + N2 ~ HN2+ + H2

Verteilungsfaktoren der wichtigsten ,Verun-reinigungen an der Phasengrenze gasför- Anschließend reagiert das H3+ mit Verunrei- H3+ + COk ~ HC02+ + H2mig-flüssig in Wasserstoff zu 1, kann man nigungen, welche eine größere Protonenaf-beim technisch üblichen Betriebsdruck finität besitzen als H2' in folgender Weise: Protonentransfer kann natürlich aucheines Rüssigwasserstoff-Tanks Restgehalte zwischen verschiedenen Verunreinigungenvon Feuchte, CO2 und Methan von deut- H3+ + X ~ H2 + HX+ erfolgen. Es kann erwartet werden, daß

49.

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HN2+ sein Proton an eine andere Verunrei- stoff war die Empfindlichkeit zu gering, um Werten im Bereich von mehr als 100.000nigung abgeben kann, wenn diese eine eine Eichkurve aufzunehmen. Bei dem cps/ppb.höhere Protonen affinität besitzt, als HN2+ , Versuch, eine Methaneichung vorzuneh-wie z. B. H2O: men, wurde festgestellt, daß der Getter- Die Kalibrierfunktionen sind nichtlinear und

Reiniger offenbar transparent dafür ist. die Empfindlichkeiten für die verschiede-HN2+ + H2O ~N2 + H3O+ nen Verunreinigungen hängen von der

Die Hintergrundwerte wurden bestimmt Konzentration anderer anwesender Verun-Allerdings hängt die Wahrscheinlichkeit für durch Mittelung über 15 aufeinanderfol- reinigungen in der Gasprobe ab.ein solches Ereignis direkt von der Häufig- gende stabile Werte. Die Nachweisgrenzenkeit des gleichzeitigen Auftretens beider wurden als 3 x 0' (Hintergrundwert) definiert 02 konnte in dieser Arbeit im BereichVerunreinigungen im Wasserstoff ab, so (s. Tab. 6.2). 30 ppb nicht gemessen werden. Es wirddaß bei der hier nur interessierenden vermutet, daß ein Single-Quadrupol-hohen Reinheit des Wasserstoff dieser Die H2O-Eichkurve ist nichtlinear, es wurde System, in dem der Ionendurchsatz undEffekt vemachlässigt werden kann. die Steigung zwischen 0 und 1 ppb zur damit die Signalhöhen generell höher sind (

Berechnung der Nachweisgrenze herange- als in dem hier verwendeten System,Die Empfindlichkeit des APIMS bezüglich zogen. Der Wert in Klammem ist daher besser für den Nachweis von O2 in H2Sauerstoff in Wasserstoff ist entsprechend realistischer. geeignet ist.der nahezu identischen Protonenaffinitätsehr klein. Die Ermittlung einer Nachweisgrenze für Die Ermittlung einer Nachweisgrenze für

Methan war nicht möglich, weil es kein Methan war nicht möglich, weil es keinVon verschiedenen Autoren wurde vorge- ausreichendes Verfahren zur Darstellung befriedigendes Verfahren zur Darstellungschlagen, das Signal bei m/e - 34 (02H2+) eines Nullgases bzgl. Methan in Wasser- eines Nullgases bzgl. Methan in Wasser-

auszuwerten. Der folgende Reaktions- stoff gibt. stoff gibt.mechanismus zeigt die potentielle Bildungvon H2O2+: 6.5 Ergebnisse des Teilprojekts IV: Damit konnte das Endziel, eine vollstän-

dige Spezifikation von (verdampftem)O2 + H' ~ H02' Das R60NS APIMS Dreifach-Quadrupol- Rüssigwasserstoff zu formulieren, nicht

System und der zugehörige Gasprozessor, erreicht werden.H02 . + H3+ ~ H2O2+ + H2 welche beide für die Analyse in Stickstoff

oder Argon ausgelegt waren, wurden fürAndere haben eine stärkere Signalabhän- die Analyse von Wasserstoff umgebaut.gigkeit auf wechselnde Sauerstoffgehalte .bei m/e - 33 (02H+) gefunden. Bei Messungen in Wasserstoff konnten

Störungen der Signalstabilität beobachtetwerden.

6.3 Kalibrierung Es wird vermutet, daß diese Instabilitätendurch Störung des Detektors durch Was- ,,)iiioiJ

Es wurde eine Sammelkalibrierung mit serstoff hervorgerufen werden. ~!il.j(.)!!l

einem Kalibriergas folgender Zusammen- ('\13:.setzung durchgeführt: O2 (22.5 ppm), N2 Die in dieser Arbeit präsentierten Messun-(19.8 ppm), CH4 (21.5 ppm), CO (20.6 ppm), gen zeigen, daß das APIMS die Verunreini-und CO2 (20.3 ppm) Rest Wasserstoff. gungen :!Qvi <!i/~ ]()!11J.i11fJ

6.4 Nachweisgrenzen des APIMS in H2 CH4, H2O, NfCO und CO2 in Wasserstoffnachweisen kann.

Es konnten lediglich die Nachweisgrenzenfür Feuchte, Kohlenmonoxid/Stickstoff und Die Nachweisempfindlichkeiten für dieseKohlendioxid ermittelt werden. Für Sauer- Verunreinigungen sin? extrem hoch mit

Verunreinigung Hintergrund 3 x 0' NWG",

[cps] [cps] [Pptl

CO / N2 4381 238 25 , 'cc

;";""";;;'i!,1c"W"""" !f"""'J=~('i'::",~"'I~\:I'"CO2 5857 714 9 j","to,;;"if l"""';';"';"" CI' '.c.' .""';"";,: ""~f'

H 0 90847 4050 41(80) "",c\" .'!')J~;!i!\,)j!L.'4(*§;2 '.";;:c:'!.I"::E\~'~'i!\!'"

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Tabelle 6.2: Nachweisgrenzen APIMS in H2 -. Ws:<

50

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Bild 6.1 -Anderungen am H2Gasprozessor Burner

SAES HEAGetter Pd.-Diff. Pump Exhaust H, Exhaust

APIMS

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N, purge forP E h t Vacuum Pumpsurge x aus

PurgeExhaust

N,Purge

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Hz Hz Hz Hz j i i6.0 6.0 6.0 6.0 j j i Purge

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H, Gas Cabinet Calibration Gas Cabinet

51.

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GAS-PROCESSORP2

PER\IEATIONH2G

DEVICEOF4

OF2 ) ( 100PPB

IUFC 4

I . FC 5

P1 PURIFIER ::::: DiJ ~~D~ 0 -i r

OF1APIMS. -.. J -.. ,0- . V3

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MFC I

OlrrSIDE0' , MFC 2

Bild 6.2

7. Teilprojekt V : (z. B. im Gaselager), die Infonnationen - Speicherkapazität. . .. dazu jedoch an anderer Stelle innerhalbLoglstlc StandardisatIon der Fertigung (z. B. im Reinraum) benötigt - Widerstandsfähigkeit gegen Stoß und

werden. Hitze (Gasflaschen!)Michaela Bemhardt, Klaus Bomhard, AEE

Die Vertreter der Halbleiter-Industrie forder- - Selektierbarkeit eines individuellen Da-ten daher innerhalb JESSI entsprechende tenträgers innerhalb eines EnsemblesEntwicklungen von ihren Ueferanten zur

7.1 Stand der Technik, Zielsetzung, Kostensenkung und Steigerung der Qua- - Synchrone Lesbarkkeit des gesamtenStruktur des Teilprojekts litäts- und Arbeitssicherheit. Ensembles

\Eine kostengünstige (d. h. schnelle) und Als maschinenlesbare Datenträger sind - Kosten des Datenträgers '

dabei sichere (Qualitäts-, Arbeitssicherheitl) gegenwärtig einerseits die rein optischIdentifizierl.Jng von Hilfsstoffen für die funktionierenden Barcodes, die magneti- - Kosten der benötigten Schreib- /Halbleiter-Fertigung stellt einen bedeutsa- sche Speicherung und die aktive elektroni- Lesegerätemen Faktor für die Rentabilität einer jeden sche Speicherung in ROMs oder RAMsHalbleiterfabrik dar. Meist genügt jedoch eingeführt. - Datenhaltungs-Zeitdie Identifizierung selbst nicht, weil für dieProduktion charakteristische Daten zu Jedes dieser Systeme hat spezifische Vor- Aufgrund der deutlich verschiedeneneinem bestimn1ten Los eines Hilfsstoffes und Nachteile für die geplante Anwen- Speicherkapazitäten von optischem Bar-benötigt werden. Dies gewinnt zusätzlich dung. code oder n1agnetischer / halbleiterbasier-an Bedeutung, wenn der Hilfsstoff an einer ter Speicherung werden für die Identifizie-Stelle räumlich außerhalb der Fertigungs- Die wesentlichen Bewertungskriterien rung und Datenübertragung zwei prihzipiellkette für Halbleiter bereitgestellt wird lassen sich wie folgt aufzählen: verschiedene Konzepte genutzt:

I52 I

I

I 1.

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Während der Barcode hauptsächlich nur Aufgrund der besonderen Betriebsbedin- - TEXAS INSTR., System Tiriszur Identifizierung verwendet wird, so daß gungen an Druckgasflaschen wurde zu-die entsprechenden Nutzdaten per Electro- nächst ein allgemeines Lastenheft für Alle Systeme wurden probehalber aufnic Mail übertragen werden müssen, kön- elektronische Transponder und die zuge- Druckgasbehältem montiert und unter dennen diese Nutzdaten komplett auf manche hörigen Schreib-Lesegeräte festgelegt: typischen Betriebsbedingungen einesTransponder geschrieben werden. Aller- solchen mehrere Wochen erprobt. An-dings gibt es für beide Fälle auch seltene - Inaktiv, d. h keine permanente Strom- schließend erhielten die Hersteller oderAusnahmen, d. h. Nutzdaten auf Barcode quelle (Ex-Schutz) Ueferanten Gelegenheit, Schwachstellenund Transponder nur zur Identifikation. zu kommentieren, Verbesserungsvor-

- schreib-/lesbar schläge einzubringen und zukünftigeEine Technologie, wie sie hier entwickelt Entwicklungen anzukündigen.werden sollte, hat einen hohen Normie- - Speicherkapazität) 256 Zeichenrungsbedarf. Immerhin soll die Technik 7.3 Ergebnis des Barcode-möglichst von beliebig vielen Ueferanten - ASCII-Zeichenvorrat Transponder-Vergleichs rfür beliebig viele Kunden eingesetzt werden.

- Schreiben auch bereichsweise Pass- Nach Test und Nenndatenerfassung derDie AufgabensteIlung in diesem Projekt word-geschützt o. g. Transponder-Systeme läßt sich folgen-lag weniger im Bereich der technischen der Vergleich zwischen diesen und Bar-Neuentwicklung, sondem mehr im Bereich - Einzel- und Blockzugriff auf die Daten code-Systemen aufstellen:der Bewertung vorhandener Technologien,der Kosten-/Nutzen-Abwägungen und der - Betriebstemperatur BARCODEBereitstellung der notwendigen Infrastruk- -30 bis + 85 Grad Cels.turen zum Datentransfer: Ausführung:

- Abmessungen in jeder Dimension 14 stelliger Code .Unde wurden vom Projektverbund fol- minimal « 10 mm)gende Aufgaben in diesem Teilprojekt ~ 276 311 01000000zugewiesen: - Zugriffsentfernung bis 15 mm

Länderkennzahl 3 stellig- Technische Eignungsprüfung der - Zugriff auch unter Winkel möglich

verschiedenen Transponder für die Ueferantenkennzahl 3stelligVerwendung an Druckgasbehältern, - bündiger Einbau in leitendes Material

möglich Ident-Nr: 8 stellig (bei 01000000- Aufbau der internen Produktionsdate- beginnend, kompatibel zu UBAS)nerfassung für Elektronikgase - Frequenzbereich 100 - 300 kHz

Vorteil:- Normierung der Datensatz-Formate - Datenhaltung) 10 Jahre ('

durch Abstimmung mit Kunden und - kostengünstigWettbewerbern - mehr als 100.000 Oberschreibungen (ca. < 0,70DM pro Etikett)

der Daten.- Aufbau einer papier1osen Kommunika- - einfache Handhabung

tion mit den Kunden für die technische Ahnliche Lastenhefte wurden für dieAbwicklung. Befestigungstechnik an den Druckgas- - ausgereifte Technik, standardisiert .

flaschen und für die Schreib- / Lesegeräteformuliert. - hohe Lesesicherheit bei CODE 128:

7.2 Experimentelle Untersuchungenvon elektronischen Transpondern ~ Prüfziffer integriert

Eine Marktschau zu Beginn '95 ergab, daß rel. kompakter CodeNachdem die optische und magnetische folgende Systeme auf dem deutschen (ca 35mm lang bei 14 numeri-Identifizierung heute als bekannt und be- Markt in der Lage schienen, die Anforde- schen Stellen)herrscht gelten können, konzentrierten sich rungen zu erfüllen: Code 4-fach auf Etikettdie experimentellen Eignungstests auf die einfache Fehlerbehandlung durchseit einigen Jahren angebotenen elektron i- - GEMPLUS, System PCF 7930 VOW Austausch des Etikettsschen Chips. Es handelt sich dabei meistum elektronische Permanentspeicher, - IDESCO, System IDC-: -05012,- Nachteil:deren Inhalt von einem integrierten Mikro- Sekunda, - 1206controller auf Anregung von außen als - geringer Informationsgehalt, d.h.Radiosignal abgestrahlt wird. Zur Energie- - MICRON, Systeme HiTransponder und Barcode nur als Schlüsselnummer fürversorgung tragen diese Geräte selten Midat den Zugriff auf einen gespeicherteneine kleine Batterie, häufiger wird die Ener- Datensatz verwendbar;gie aus einem elektromagnetischen Hoch- - PEPPERL&FUCHS, System IDC_12_2Kfrequenzfeld nur während der Schreib- / - verteilte Daten müssen immer wiederLesephase gewonnen. - SIEMENS, System MDSL 701S aktualisiert werden

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TRANSPONDER a) + b) Hohe Investitionskosten ()5 DM pro 7.4 Aufbau der Linde-internenTransponder inkl. Halterung) Betriebsdatenerfassung in der

Ausführung: Produktion Elektronikgasea) nur mit Ident.Nr: analog Barcode - Transpondertechnologie ist noch

nicht standardisiert Die Identifizierung eines Druckgasbehäl-b) mit Lese/Schreibspeicher ~ Festlegung auf einen Ueferanten. ters ist häufig nur die Vorbereitung für die

Obertragung gebindespezifischer Daten,Vorteil: - Höherer Aufwand bei Befestigung wie z. B. der Istwerte der Qualitätskontrolle,a) pulkweise Erfassung möglich t,fahren- am Behälter. Laufzeit der Behälterzulassung o.ä. Damit .den LKW scannen"} solche Daten überhaupt übermittelt wer-

- EDV-Aufwand nur unwesentlich den können, müssen sie natürlich inb) wichtige Ident.-Daten sind sofort ohne geringer wie bei Barcode, da bei übertragbarer Form erfaßt werden.

EDV-System verfügbar Ausfall eines Transponders wie-derum auf die in einer Datenbank Für die Erfassung solcher Daten gelten

a) + b) Unempfindlich gegenüber Schmutz, gespeicherten aktualisierten Daten ähnliche Zwänge wie für ihre Verteilung:Eis, Wasser zurückgegriffen werden muß. An verschiedenen Stellen im Produktions-

prozeß werden zu verschiedenen ZeitenNachteil: Daten zu einem Gebinde erfaßt, die allea) Bei Systemen mit Femerfassung: FAZIT: geordnet und zugewiesen werden müs-

sen.- Batterie im Transponder ~ BARCODE

begrenzte Lebensdauer, ca. 5 Dies löst man vorteilhaft durch ein Com-Jahre, Entsorgung! Optimale Lösung zur Kennzeichnung putemetzwerk mit gemeinsamer Daten-

- keine Einzellesung möglich eines umfangreichen Raschenparks bank Problematisch im Falle Unde war- geringer Informationsgehalt (siehe dabei, daß für die Erfassung der analyti-

Barcode) TRANSPONDER schen Meßwerte ein vorhandenes, (fast)geschlossenes Labor-lnformations-System

b) Abhängig von der Speicherkapazität: Nur bei Nischenlösungen mit speziellen in diese Datenbank integriert werden- Lese-/Schreibbedarf) 1 sec Anforderungen interessant mußte.

Physikalischer Aufbau des AEE-NetzwerkesRaum 2 Raum 2 Raum 5 Raum 6 Raum 6 Hochhaus

D DDD ~ D~ ~ ~ ~ ~ ~

~ iI [ FL2 EPR SVR NW C HOL .

L~ ~ D D~ Modem ~ iI = Drucker

Blöer+smi BÖ Shammaa Öum 7a o::= J LAl LÖ

~ ~~~~ ~

NW2 iI PS iI TV [ WRT iI TOS

~Barcodescanner

Bild 11 - LAN-Struktur lV, WRT: Eingabe der thermischen Vorbehandlung, WartungsdatenFL1, Fl2: Eingabe der Fülldaten, Erfassen der Rückläufer und der RohprodukteEPR: Endprüfung, Zuordnung der Rasche zum AuftragPS: Produktionssteuerung, Eingabe der Aufträge, ArbeitsplanungNW1, NW2: Netzwerkwartung

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r tI -~ "... "~""'i' ~..,,-, c.c.'

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HER S T_L 1 VORGABEN: Linde interne, spez. Die Datenba~k (s. Bild l2) soll die fol- .,Produktionsvorgaben gende Funktionen zulassen oder unterstut-

Hersteller-Daten UNDE-Beh GASElGEN: phys.chem Gase-Date zen:0 HERST_DA: Herstellerdaten Beh.

i.I Bauartzulassun en a) Lagerverwaltung aller benötigten,\. A.N Ausgangsmaterialien

DISPO L b) P d kt. I d t,1':;":',;('1 - ro u lonspanung un -s euerung,

Dispo-Daten UNDE-Beh.

c) Dokumentation aller wichtigen Vor-. gänge für OS, Arbeitssicherheit, Kosten-Int. Auftr.-Nr. f.Jc kontrolle,

PRO D PRO D L d) Bereitstellen der individuellen Daten je- - - Behälter für den Kunden

Produktios-Daten roduktios-Daten UNReingase Gasgemische ) B ' 11 SPC 0 t fü' U de ereltste en von - a en r n e

und seine Kunden

7.5 Normvorschlag tür den DatensatzS und das Format bei Barcodes

BE T_VP ,

Bestelldaten Vorprodukte i Für Barcode Labels wurde der CodeUCC/EAN-128 gewählt, wobei aufgrund

\.,! der begrenzten Speicherkapazität folgendeLieferung-Nr. i~\.<ri't1ut)('i(:i Nutzdaten transportiert werden:

j,1t, DIS P 0 - V P Ländercode (des Vertreibers) Digits 2

",j, L rodukte Identifikationscode des Vertreibers 5

. I . Produkt-ldentifikationscode (des Vertr) 10Int. AUftr.-N1. In

Produktionschargen-Code 10

PROD VP-"" - Behälter-Identifikation 8

Produktions-Daten Vorprodukteincl. Analysenergebnisse Alle weiteren Daten müssen bei dieser Art

der Kennzeichnung per Electronic Mailübertragen werden.

UMF_CH f '~IProduktions-Daten "FOliung 7.6 Stand der Transponder-und Analytik der NormierungEndprodukte" Vorgaben (Gasart, Reinh.-Stufe, FI.- Typ)

1__- Hier ist die Normierun~ der physikalisc~enHP1000 (Erfassung + Auswertung Analytik) Ebenen der Datenspeicherung wesentlich

weniger ausgeprägt als bei den Barcodes.Bild l2 - Struktur der Datenbank für die Erfassung der Produktions-Daten für Während Datenumfang, -anordnung und

Elektronikgase -format evtl. durch intelligente Schreib-Lese-Computer zu beherrschen wären,stellt insbesondere die fehlende Kompati-biltät der Radio-Schnittstelien (Sende-/

Die anderen Datenerfassungspunkte eine relationale Produktionsdatenbank, in Empfangsleistung, Frequenz, Modulations-konnten als vernetzte PC-Lösungen frei der alle Produktionsvorgänge, alle Lager- verfahren, Kontrollverfahren) eine grund-gestaltet werden. bestände und -bewegungen, die Daten sätzliche Hürde für die Normierbarkeit dar:

der beteiligten Materialien, Hilfsmittel und Leider sehen die Hersteller von Transpon-Aufgrund des Produktions-Ablaufs ergab Anlagen, sowie die Ergebnisse aller gas- dem derzeit für sich eher Wettbewerbsvor-sich dann die in Bild l1 gezeigte LAN- analytischen und sonstigen Messungen teile, wenn sie versuchen, ihr hauseigenesStruktur: gesammelt werden. System weiter beizubehalten und stehen

Normierungsbestrebungen z. B. der Radio-Die auf diesem Hardware-System aufge- schnittstelle eher ablehnend gegenüber.baute Betriebsdatenerfassung (BDE) speist So ist es kaum erstaunlich, daß bei den

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Transpondern lediglich über Art und Men- 8. Teilprojekt VI: Durchschnitt mit einem Anteil von etwage der Nutzdaten ein allge~ein anerkann- Darstell ng on Chlo - 100 ppb vertreten sein durfte.ter Normenvorschlag erarbeitet werden U V rkonnte. Diese Daten sind die gleichen, die wasserstoff der Reinheit 6.0 Neben der eigentlichen Aufgabe derbei der Identifizierung per Barcode via Reinigung ergab sich damit zwangsläufig ,Electronic Mail kommuniziert werden auch ein (geringer) Entwicklungsbedarf für .

müssen. Dr: Helmut Schön, VGS, den analytischen Nachweis der Verunreini-Klaus Bomhard, AEE gungen bei dieser Konzentration.

Sowohl für Barcode-, als auch für elektroni-sche Kennzeichnung wurden herstellerun- Damit war die Struktur des Teilprojekts wieabhängige Vorschläge zur Normierung bei folgt festgelegt:SEM I und CEN eingereicht. 8.1 Stand der Technik, Aufgaben-

steIlung, Projektablaufplan - Festlegen der Verunreinigungen, die zu

Deren Verabschiedung ist bis dato jedoch reduzieren waren,noch nicht erfolgt. Chlorwasserstoff ist einerseits eines der

am häufigsten für Ätz- und Reinigungs- - Entwicklung von ausreichend nach-17 Ergebnisse von Teilprojekt V zwecke eingesetzten Prozeßgase, anderer- weisstarken analytischen Meßverfahren

seits stand es bis 1993 in Europa nur bis zur Kontrolle der verschärften Spezifika-Es wurde der technische Entwicklungs- zu Qualitäten von maximal 5.0 zur Verfü- tionenstand bei den gegenwärtig am Markt frei gung. Dabei waren hier einige wesentlicheverfügbaren Transponder-Systemen festge-' Verunreinigungen nicht berücksichtigt, - Entwicklung von Reinigungsverfahren

stellt. deren Auftreten in Chlorwasserstoff bis für Chlorwasserstoffdato gar nicht bekannt war (Phosgen und

Aufgrund der fehlenden Normierung und Bromwasserstoff). - Prüfung, ob die Qualität der Innenober-

der gravierenden Kostenunterschiede hat flächen der Behälter den gestiegenenUnde sich entschlossen, vorläufig ein Um eine Gesamtreinheit von 6.0 zu errei- Bedürfnissen angemessen istbarcodebasiertesSystem zu verwenden chen, mußte die Summe von ca. 10 Verun-und den Nutzdaten-Transfer per e:mail reinigungen unter eine Gesamtkonzentra- - Festlegen der endgültigen Spezifikationabzuwickeln. tion von 1 ppm reduziert werden, woraus

folgt, daß jede einzelne Verunreinigung im - Einführung des Produkts in den Markt

Dazu wurden innerhalb Unde eine Produk-tionsdatenerfassung für Ha!~leiter-Prozeß- Tabelle 8.1: Marktübliche Spezifikationen für Chlorwasserstoff aus dem Jahre 1993gase hard- und softwareseltlg aufgebautund in Betrieb genommen. Quelle d. Spez. IBM Sie- Texas SEM 1- Air Unde Messer Showa UCAR

Verunreinigung mens Instr. Stand. Products DenkoFür ausgewählte Kunden wurde eine DFO-Schnittste)le installiert. Sauerstoff ( 2 ( 4 ( 4 ( 2 ( 4 ( 5 ( 2 ( 1 ( 4

Stickstoff ( 2 (10 (15 ( 20 ( 10 ( 10 ( 5 ( 0,1 (16Die nun noch ausstehenden Normierungs-arbeiten unterstützt Unde in mehreren Wasserstoff - ( 10 - - - - - ( 0,1 -nationalen und vor allem intemationalen Kohlenwasserst. (1 ( 2 ( 2 ( 2 ( 2 ( 1 ( 1 ( 1Gremien.

Kohlenmonoxid (1 ( 5 ( 5 ( 2 - ( 1 ( 1 ( 1

Sobald die Normierung soweit fortgeschrit- Kohlendioxid ( 5 (1 ( 5 ( 10 ( 5 ( 5 - ( 1 -ten ist, daß das finanzielle Risiko beimEntscheid für ein bestimmtes System Feuchte ( 2 ( 5 ( 4 ( 10 ( 4 ( 2 ( 2 ( 1 ( 5

durch Normierung kalkulierbar wird, wird HBr -.- - - - ~ - - - ,'-Unde eine Anpassung des jetzt installier- :, ,c" cl ~..\tI

ten Barcode-Systems überprüfen. Phosgen - - - - - - - - -

Eisen (2 (100 - - - ( 1 - ( 0,1 -Sonstige - Edelg.(5 - - - - - CI2 : (1 -

AJleKonzentrationen in Volumen-ppm außer für Eisen, dort Gew.-ppm.

Tabelle 8.2: Verunreinigungen in HC/, Messmethoden und Nachweisgrenzen in {ppm]

Verunr. O2 N2 H2 CO CO2 H2O COCI HBr CnHm CxHyClz

Meth. 010 010 RGD RGD 010 P205 FTlR FTlR RD RD

NWG 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,3 0,3 0,3 0,1 0,1

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BERICHTE AUS TECHNIK UND WISSENSCHAFT 78/19990~ 'lIe..

8.2 Festlegen der relevanten Verunrei- Tabelle 8.3: Reinigungsverfahren je Verunreinigungnigungen

Verunreinigung Reinigungsverfahren RestgehaltSelbstvelEtändlich wurden alle bisher be-kannten Verunreinigungen von vomheirein SauelEtoff einstufige Destillation 0,1 ppm

einbezogen. Stickstoff einstufige Destillation 0,1 ppm

Während der Entwicklung der analytischen WassßlEtoff einstufige Destillation 0,3 ppm '1Meßverfahren wurden eher zufällig zwei Feuchte 03 ppm :

Verunreinigungen in HCI entdeckt, deren '

Natur und Herkunft zunächst unklar war. Kohlenmonoxid einstufige Destillation 0,1 ppm

E t h d . kt t ,Kohlendioxid Reduktion bei Synthese 0,1 ppmIE an an einer massenspe rome n-

schen ObelEichtsanalyse konnte die eine Phosgen Adsorption an Aktivkohle 0,5 ppmVerunreinigung als Phosgen (COCI2) und ' ,d ' d I B t ff (HB~ BromwasselEtoff Adsorption an Aktivkohle 0,5 ppm

le an ere a s romwasseIE 0 rlidentifiziert werden. Beide Verunreinigun- KohlenwasselEtoffe Adsorption an Aktivkohle 0,1 ppmgen wurden sowohl in Gasproben aus der . ,Linde 5.0 Qualität als auch in divelEen ChlorkohlenwasselEtoffe Adsorption an Aktivkohle 0,1 ppm

Wetlbewerbsprodukten mit Gehaltenzwischen 1 und 100 ppm nachgewiesen.

8.3 Gasanalytische Meßverfahren Nachdem eine rektifikatorische Batchde- im Rohprodukt des ChlorwasselEtoffsstille entworfen und kalkuliert worden wa~ Kohlendioxidgehalte von weniger als 0,1

In den meisten Fällen wurden gaschroma- wurde sie in Anbetracht der beschränkten ppm sichergestellt werden,tografische Methoden mit möglichst uni- Absatzmöglichkeiten von HCI 6.0 ausvelEelier Auslegung bevorzugt. Lediglich Kostengründen wieder verworfen, Die obenstehende Tabelle 8.3 beschreibtfür die beiden neu .entdeckten" Verunreini- die letztlich gewählte Reinigungsmethodegungen COCI2 und HBr wurde der Nach- 8.5 Konzeption einer adsorptiven für jede Verunreinigung.weis über fouriertransfonmierte Infrarot- Reinigungsanlage unter Berücksichti-Spektroskopie geführt und bei Feuchte das gung von vorgeschalteten Umwand- Zur DalEteilung von hochreinem Chlorwas-obligatorische Phophorpentoxid-Verfahren lungsprozessen seIEtoff 6.0 im Pilotmaßstab wurde dahereingesetzt. eine adsorptive Reinigungsanlage mit

Gemäß den bisher bei Linde vorliegenden folgendem Layout aufgebaut (s. Bild 8.1 ) .ElEtaunlich war, daß nur geringe Modifika- Erfahrungen wurde eine Reihe von Adsor-tionen an den bekannten Meßverfahren bem und Katalysatoren ausgewählt, mit 8.9 Spezifikation des Linde-Chlor-genügten, um die geforderten Nachweis- denen im Labormaßstab entsprechende wasserstoffs 6.0grenzen zu erreichen: Im wesentlichen VelEuche unternommen wurden:wurden die herkömmlichen Thenmal Der damit hergestellte ChlorwasselEtoffConductivity Detectoren (rCD) durch Bei den VelEuchen wurden für alle Verun- wurde von Linde wie folgt spezifiziert,empfindlichere Reduction Gas Detectoren reinigungen, mit Ausnahme \(On Kohlen- wobei zu beachten ist, daß die genannten(RGD) und Discharge Ionisation Detectoren dioxid, geeignete Adsorber oder Katalysa- Werte stets die Nachweisgrenze der(010) elEetzt, um folgende Nachweisgren- toren gefunden. Meßverfahren angeben, nicht echte Analy-zen zu erreichen (s. Tabelle 8.2). - senwerte. Möglicherweise ist daher die

Nachdem sich trotz intensiver Suche in Qualität noch etwas besser, als hierObwohl diese Nachweisgrenzen nicht voll- dieser Hinsicht kein Erfolg einstellte, wurde elEichtlich.kommen der oben aufgestellten Forderung velEucht, die Entstehung von Kohlendioxidgenügten, begnügte man sich zunächst bereits im Rohprodukt zu bekämpfen. Beimit dieser Meßtechnik; um weiteren Zeit- dem HCI-HelEtelier BOGAS in Tschechien Tabelle 6: Spezifikation HCj-6.0verlust zu venmeiden. waren die Voraussetzungen dazu sehr

günstig: Dort wurde das HCI entgegen den Feuchte vpm < 0,38.4. Festlegen des sonstigen in der Großchemie verwendeten WasseIEtoff ( o 3Reinigungsverfahrens Verfahren durch die Verbrennung von , '

WasseIEtoff mit Chlor synthetisiert. Diese SauelEtoff+Stlckstoff ( 0,1Von den physikalischen Methoden boten beiden Gase lassen sich jedoch leicht KohlenwasselEtoffe (C1 bis C4) ( 0,1sich nach den bei Unde vorliegenden sowohl von CO2, CO, CnHm als auch von ~ hl 'd 01Erfahrungen sowohl die mehlEtufige SauelEtoff befreien, womit der CO2-Bildung 0 enmonoxi ( ,

Destillation als auch die, evtl. mehlEtufige, jede Quelle entzogen ist, Kohlendioxid ( 0,1adsorptive Reinigung an. In beiden Fällen Phosgen < 01war kla~ daß Kohlendioxid die am schwer- Nachdem die dortige Produktion mit gerin- '

sten zu entfernende Verunreinigung dar- gern Aufwand auf die Venmeidung der O.g. BromwasselEtoff ( 0,1

stellen würde. Verunreinigungen umgerüstet wa~ konnten integrale Reinheit .6.0.

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BERICHTE AUS TECHNIK UND WISSENSCHAFT 78/1999 o~~~

HCL - Re in i gungson loge Nachfolgend die wichtigsten technischen

Ergebnisse der Gaseprojekte von Linde inStichworten:

6 el- . Abwehr der überteuerten Edelstahlfla- ,eingang sche als ,Standard behälter" für reaktive .

Prozeßgase durch Optimierung derweitverbreiteten und deutlich preiswer-teren 34CrMo4-Rasche.

kuUII

Y 1 . Aufbau einer leistungsfähigen Metall-Y Analytik in reaktiven Gasen

-Rar16 . Aufbau einer leistungsfähigen Partikel-

Meßtechnik in Inertgasen bis herab zu0,003 mm Durchmesser,

. Erarbeitung der Grundlagen für Parti-kelmessungen in Reaktivgasen.

. Absenkung der Nachweisgrenzen von6 Verunreinigungen in Bulkgasen mit

12 1 Abgas nicht-APIMS-Meßverfahren auf Werte12 deutlich unter 10 ppb.

. Tauglichkeitsnachweis des APIMS in

Stickstoff mit Nachweisgrenzen unter100 ppt (I),

H 3 H 2 H 1 . Eintritt in die U12-Qualifizierung mittelsKUEHLER APIMS

. Vertieftes Verständnis der Wechselwir-kungen von Verunreinigungen in

1 1 1 Sauerstoff mit Silizium bei der Herstel-lung von dünnen (Gate-) Oxiden

4

. Aufbau einer modernen Betriebsdate-

nerfassung in der Produktion Elektro-Y32 Y nikgase und

Y34 . eines modemen DFO-Systems für QS-Daten zu den Kunden.

Bild 8.1 - HCL-Reinigungsanlage . Aufbau einer Produktion für Chlorwas-y serstoff 6.0

8.10 Ergebnisse von Teilprojekt VI 9. Ergebnisse der Neben den rein technischen Ergebnissen. . . ... konnte jedoch noch wesentlich mehr

Es wurde ein Konzept, bestehend aus Llnde-Aktlvltaten In JESSI: Nutzen für unser Gasegeschäft mit den

einer Umstellung der HCI-Synthese und Halbleiterherstellern gezogen werden:einer adsorptiven Nachreinigungsanlage Die Zielsetzung von JESSI, die europäi-(Pilotmaßstab) realisiert, das die Darstel- sche Halbleiterindustrie und ihre Zulieferer . Ein wesentlicher Teil der Aufgaben vonjung der Reinheit 6.0 mit einer Ausbeute wieder an das technologische Weltniveau Linde in JESSI wurde von unserenvon 85 % gestattet. Die Anlagenkapazität heranzuführen, wurde erreicht. Nach Kunden definiert. Dies ist der Kernge-beträgt ca 20 Va. Abschluß von JESSI ist Linde TG in der danke der Gase-Anwendungstechnik

Lage, technologisch wettbewerbsfähige schlechthin.Erste Beurteilungen der Qualität durch Angebote bei der Gaseversorgung vonHalbleiter-Hersteller sind sehr positiv. Halbleiterherstellern abzugeben. Dies . Für Außenstehende ist die Vielfalt der

konnte anhand der Ausschreibungen der Fertigungsprozesse von HalbleiternWaferfabs SIEMEC und AMD in Dresden kaum überschau bar und unterliegtbewiesen werden. gleichzeitig noch einer rasanten Weiter-

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BERICHTE AUS TECHNIK UND WISSENSCHAFT 78/1999 ~6.ij~~

entwicklung. Durch die regelmäßige technisch wettbewerbsfähige Angebote Nachfolgeprojekt MEDEA t,MicroElectronicenge Kooperation der Gasefirmen mit für die Gasversorgungen von SIEMEC Developments for European Applications"ihren Kunden wurde dieses Insiderwis- und AMD abgegeben werden. die Aktivitäten aus JESSI nahtlos weitersen bei Unde wesentlich erweitert und fortzuführen. Dort hat sich der Kreis derakualisiert. Gleichzeitig wurde aber das rasante beteiligten Halbleiterfirmen erweitert.

Entwicklungstempo der Gase-Technik für. Es wurden wichtige Informationen über die Halbleiterindustrie deutlich. Wer zukünf- Inzwischen ist der Entwurf des Unde-

kommerzielle Intema der Halbleiterferti- tig weiter als Ueferant von dieser Branche Projekts in MEDEA von den Halbleiterher-gung und des Halbleitermarktes akzeptiert werden will, muß seine steilem, der MEDEA-Administration undgewonnen, die uns bei der Bearbei- Bemühungen auf diesem Sektor mit vom BMBF akzeptiert.tung dieses Kundenkreises behilflich ähnlichem Nachdruck wie in JESSI fortset-sein werden. zen. Sowohl JESSI als auch MEDEA wurden

bzw. werden vom bundesdeutschen. Nur durch die vorangegangenen Von daher ist es zu begrüßen, daß für Ministerium für Bildung und Forschung

Entwicklungsarbeiten in JESSI konnten Unde die Möglichkeit besteht, im JESSI- (BMBF) finanziell gefördert.

.!

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