Einführung in das Spezialgas-Kabinett der BSGS

BSGS Spezialgasschrank

In High-End-Fertigungsanlagen für Halbleiter, TFT-LCDs, Photovoltaik, Lithium-Ionen-Batterien und andere Industrien werden Spezialgase wie Silan (SiH₄), Ammoniak (NH₃), Wasserstoff (H₂), Chlor (Cl₂), Wolframhexafluorid (WF₆) und andere Spezialgase in Hochdruckzylindern angeliefert und über Rohrleitungen in Prozesskammern transportiert, um kritische Prozesse wie Filmbeschichtung, Ätzen und Dotieren zu ermöglichen. Die meisten dieser Gase sind brennbar, explosiv, hochgiftig oder stark korrosiv. Zwischen den Zylindern und der Prozessausrüstung muss eine zentrale Einheit vorhanden sein, die Speicherung, Druckregelung, Umschaltung, Überwachung, Verriegelung und Abgasbehandlung integriert – das BSGS (Bulk Specialty Gas System).

FUNKTIONSEINFÜHRUNG

Übersicht über den BSGS Spezialgasschrank

Wofly Technology BSGS Spezialgasschrank-Showcase

01 Gesamtstruktur

Der BSGS Spezialgasschrank ist ein vertikaler Stahlschrank, der sechs Einheiten integriert: einen versiegelten Zylinderspeicherbereich, eine Gasverteilungs- und Ventilbaugruppe aus Edelstahl, eine Druckregelungseinheit, eine SPS-basierte HMI-Steuereinheit, eine Gasdetektions- und Sicherheitsverriegelungseinheit und eine Abgasbehandlungseinheit. Die Gasleitungen verwenden 316L EP/BA Edelstahlrohre und hochreine Membranventile, um die SEMI-Anforderungen für hochreine Gase zu erfüllen. Die Oberseite des Schranks ist mit roten, gelben und grünen Alarmleuchten ausgestattet, und die Schranktür verfügt über ein Sichtfenster und ein mechanisches Schloss. Die Zylinder sind an speziellen Halterungen befestigt, und der Zylindertausch darf erst nach erfolgreichem Abschluss des Isolations- und Spülvorgangs erfolgen.

                       Im Inneren des BSGS Spezialgasschranks

02 Automatische Doppelbehälterumschaltung

Das BSGS ist mit zwei gespiegelten Gasleitungen konfiguriert: eine für den primären Zylinder und eine für den Standby-Zylinder. Die SPS überwacht den Ausgangsdruck des primären Zylinders in Echtzeit. Wenn der Druck auf den eingestellten unteren Prozessgrenzwert fällt, schließt sie automatisch die Ventilbaugruppe des primären Zylinders und öffnet die Ventilbaugruppe des Standby-Zylinders, was eine Umschaltung ohne Betriebsunterbrechung ermöglicht und gleichzeitig einen Alarm auslöst, der auf die Notwendigkeit eines Zylindertauschs hinweist. Dies verhindert Prozessgasunterbrechungen, die durch das Leerdrehen eines einzelnen Zylinders verursacht werden. Während des Umschaltvorgangs führt das System automatisch eine Rohrleitungsspülung und Druckhaltung (Dichtheitsprüfung) durch, um eine Gas-Kreuzkontamination zwischen den beiden Leitungen und den Rückfluss von Luft in die Hochdruckrohrleitung zu verhindern.

03 Mehrstufige Druckregelung und stabile Druckausgabe

Die Zylinderdrücke reichen von mehreren Megapascal bis über zehn Megapascal (der Dampfdruck von NH3 beträgt etwa 0,9 MPa, während Hochdruck-SiH4-Zylinder über zehn MPa erreichen können), während das Prozessende nur 0,2 bis 0,5 MPa benötigt. Der BSGS Spezialgasschrank stabilisiert den Ausgangsdruck durch einen zweistufigen Druckreduzierungsprozess – primäre Druckreduzierung (auf der Hochdruckseite) und sekundäre Druckreduzierung (Feineinstellung auf der Niederdruckseite) – in Verbindung mit Manometern, Drucktransmittern und Drosselscheiben. Pneumatische Membranventile und Rückschlagventile sind am Verteiler installiert, wobei die Ventile 316L VCR-Flächendichtungsanschlüsse aufweisen.

                     Spezialgasschrank-Panel-Rohrleitungsanzeige

04 Leckerkennung und Sicherheitsverriegelungsalarme

Detektoren werden entsprechend den Eigenschaften der Gase im Schrank installiert: katalytische Verbrennungs- oder Infrarotdetektoren für brennbare Gase (H₂, SiH₄, NH₃); elektrochemische Detektoren für hochgiftige und korrosive Gase (Cl₂, PH₃, AsH₃), die je nach Dichte der Gase am Boden oder an der Decke des Schranks positioniert sind. Wenn die Konzentration den niedrigen Alarmgrenzwert erreicht, wird ein akustischer und visueller Alarm ausgelöst und ein Signal gesendet; wenn sie den hohen Alarmgrenzwert erreicht, wird das Zylinderendventil automatisch geschlossen, die Notbelüftung aktiviert, nicht explosionsgeschützte Stromkreise abgeschaltet und ein Verriegelungssignal an das GDS der Anlage gesendet.

                                   Rauchmelder-Showcase

05 Explosionsgeschützter Überdruck und elektrische Sicherheit

Für Anwendungen mit brennbaren und explosiven Gasen wie SiH₄, H₂ und NH₃ ist der BSGS Spezialgasschrank mit einem explosionsgeschützten Überdruck-Schaltschrank vom Typ PXK ausgestattet. Saubere Druckluft oder Stickstoff (N₂) wird dem Schrank zugeführt, um einen leichten Überdruck aufrechtzuerhalten und das Eindringen explosiver Gemische von außen zu verhindern; der HMI-Touchscreen, der Not-Aus-Taster und die akustischen und visuellen Alarme befinden sich alle in der Überdruckkammer, und die elektrischen Komponenten werden gemäß der Ex-Explosionsschutzklasse ausgewählt.

          Ausstellung von explosionsgeschützten Überdruckschränken

06 Abgaswäsche und Einhaltung von Emissionsstandards

Der BSGS Spezialgasschrank gibt während des Spülens, Austauschens und Zylindertauschens eine geringe Menge Prozessabgas ab. Nach der Adsorption und Neutralisation wird das Abgas über eine spezielle Abluftleitung im Einklang mit den Emissionsstandards nach außen abgeleitet, wodurch die Ansammlung von giftigen und brennbaren Gasen in der Werkstatt verhindert wird.

FUNKTIONSEINFÜHRUNG

Die Rolle von BSGS Spezialgasschränken in Bulk-Spezialgasversorgungssystemen

               Wofly Technology Werkstattausrüstungs-Showcase

01 Fehlerbehebung bei Systemverbindungen

Die vollständige Spezialgasversorgungskette besteht aus vier Abschnitten: ① Der Gasquellenbereich (Zylinderraum/Spezialgasstation) lagert Zylindergestelle; ② Der BSGS Spezialgasschrank übernimmt die Umschaltung, Druckregelung, Überwachung, Verriegelung und Abgasbehandlung; ③ Verteilungsrohrleitungen und Ventilboxen (VMB/VMP) liefern hochreine Gase an verschiedene Prozesszonen; ④ Am Prozessausrüstungsende (Tool) werden die Gase über das Endpunkt-Gaskontrollpanel (GCP) zu Ätz-, Beschichtungs- und Ionenimplantationskammern geleitet. Der BSGS Spezialgasschrank befindet sich in Segment ② und dient als physische und sicherheitstechnische Grenze zwischen dem Hochdruckzylinderlagerbereich und dem Reinraum.

  Auswahl von BSGS Spezialgassystemen (nur zur Referenz)

02 Sicherheitsisolierung

Der Kernwert des BSGS Spezialgasschranks ist die Isolierung. Hochdruck-, hochgiftige und brennbare Zylinder sind immer in einem Schrank mit Sichtfenster eingeschlossen; während des normalen Betriebs kommen die Mitarbeiter nicht mit den Hochdruckgasleitungen in Berührung. Im Falle eines Lecks wird sofort eine Notbelüftung aktiviert und die Hochalarmverriegelung schaltet das Ventil ab. Das ausgetretene Gas wird im Schrank eingeschlossen, gewaschen und dann abgeleitet, wodurch verhindert wird, dass es in den Reinraum, die Flure oder die Arbeitsbereiche der Mitarbeiter gelangt, und so sichergestellt wird, dass die Gaskonzentrationen im Hauptwerkstattbereich jederzeit unter dem Arbeitsplatzgrenzwert (OEL) bleiben.

03 Kontinuierliche Gasversorgung

Halbleiterproduktionslinien laufen 24 Stunden am Tag, und eine einzige Unterbrechung der Gasversorgung einer einzelnen Anlage kann dazu führen, dass die gesamte Charge von Wafern verschrottet wird. Das automatische Doppelzylinder-Umschalt system des BSGS wandelt den Zylindertausch von einem Offline-Betrieb in einen Online-Prozess um: Wenn der primäre Zylinder leer ist, geht der Backup-Zylinder automatisch in Betrieb, sodass Betriebs- und Wartungspersonal den leeren Zylinder austauschen kann, ohne den Prozess zu unterbrechen. Nach dem Austausch führt das System automatisch eine Druckhaltung und Spülung durch, bevor es zum primären Versorgungspfad zurückschaltet, was direkt die Gesamtauslastung der Produktionslinie sicherstellt.

                               Ausstellung von Bulk-Gas-Pipelines

04 Sekundäre Stabilisierung von Druck und Luftversorgungsqualität

BSGS Spezialgasschränke versorgen Prozessanlagen typischerweise über BA/EP-Pipelines mit Entfernungen von zehn bis Hunderten von Metern. Entlang der Strecke treten Druckschwankungen aufgrund von Reibungswiderstand, Gasverteilung an der VMB und gleichzeitiger Gasentnahme durch mehrere Anlagen auf. Der BSGS Spezialgasschrank passt den Ausgangsdruck in der sekundären Druckregelstufe präzise an die Prozessanforderung an. In Verbindung mit einem nachgeschalteten Drucktransmitter für die Regelung im geschlossenen Regelkreis hält er einen stabilen Eingangsdruck an der VMB aufrecht und verhindert so, dass mehrere Geräte um Gas konkurrieren, und vermeidet Durchflussschwankungen, die die Filmuniformität und die Ätzselektivität beeinträchtigen könnten.

                             Präsentation eines Bulk-Gas-Projekts

05 Daten-Upload integriert mit GDS/GMS-Systemen

Das moderne BSGS dient als Feldknoten für das anlagenweite Gasdetektionssystem (GDS) und das Gasüberwachungssystem (GMS). Über kabelgebundene Verbindungen oder Modbus/Profinet-Kommunikation überträgt das BSGS Echtzeitdaten – einschließlich Zylinderstatus (in Gebrauch/Standby/leer), Ein- und Ausgangsdruck, kumulierter Durchfluss, Detektorkonzentration, Status der Schranktür und Alarmcodes – an die zentrale Überwachungszentrale. Dies ermöglicht es dem Betriebs- und Wartungspersonal, ferngesteuert zu bestimmen, welche Schränke einen Zylindertausch benötigen und welche Rohrleitungsabschnitte geringfügige Lecks aufweisen, was eine vorausschauende Wartung erleichtert.

06 Emissionsseitige Closed-Loop-Konformität

Der BSGS Spezialgasschrank behandelt Abgase aus Spül-, Austausch- und Leckerkennungsvorgängen innerhalb des Schranks vor, bevor sie zur zentralen Ableitung an den Wäscher der Anlage geleitet werden. Zusammen mit dem Abluftsystem der Anlage bildet dies ein vollständiges, konformes Closed-Loop-System, das von der Gasquelle über den Verbraucher bis zur Ableitung reicht. Dieses Closed-Loop-System ist eine zwingende Anforderung für neue und umgerüstete Halbleiteranlagen gemäß Standards wie SEMI S2 (Semiconductor Equipment Safety Assessment Guide), GB 50177 (Design Code for Hydrogen Stations) und GB/T 50493 (Design Standard for Flammable/Toxic Gas Detection and Alarm Systems).

                             Präsentation eines Bulk-Gas-Projekts