Gaseproduktion vor Ort für unterbrechungsfreie Halbleiterfertigung

Halbleiter werden oft als das Öl des 21. Jahrhunderts bezeichnet, bilden sie doch heute die
technologische Basis nahezu aller Innovationen und Anwendungen. Dabei steht die
Halbleiterindustrie vor der ständigen Schwierigkeit, eine gleichbleibend hohe Qualität ihrer
Produkte sicherzustellen. Eine Schlüsselrolle spielen dabei hochreine Gase, die in nahezu
jedem Produktionsschritt – Materialbeschichtung, Materialabtrag und Materialdotierung –
eingesetzt werden. Besonders effizient lassen sich diese Reinstgase in komplexen
Luftzerlegungsanlagen direkt vor Ort beim Halbleiterproduzenten herstellen.

(industrietreff) - In Sachsens Mikroelektronik-Cluster Silicon Saxony wird jeder dritte Chip Europas
produziert. Hier hat sich in Ottendorf-Okrilla bei Dresden auch ein Experte für die On-siteGasproduktion in der Halbleiterindustrie angesiedelt. Der Industriegasespezialist Air Liquide
Electronics (ALE) baut Luftzerlegungsanlagen, welche die für die Halbleiterproduktion
benötigten Reinstgase – etwa hochreinen Stickstoff oder Sauerstoff – direkt am Standort der
Chiphersteller erzeugen. “100% der in Dresden produzierten Chips enthalten Gase von Air
Liquide Electronics”, sagt Wolfgang Steiner, Geschäftsführer des Gasespezialisten. Mit ihrer
kontinuierlichen, unterbrechungsfreien Gasversorgung haben diese On-site-Anlagen einen
signifikanten Einfluss auf die komplexen Prozesse in der Halbleiterherstellung.

“Um unsere Präsenz in der Region zu stärken und noch näher an unseren Kunden und
Partner zu sein, haben wir jetzt auch ein Büro am Flughafen in Dresden eröffnet", sagt
Steiner.

Sicherheit und Umweltbilanz haben Priorität

“Sicherheit ist ein integraler Bestandteil der Kultur bei Air Liquide. Alle Mitarbeiter werden von
den 12 lebensrettenden Regeln (life saving rules) geleitet, bei denen es keine Kompromisse
gibt", sagt Dr. Julia Buchsbaum, Environment, Health & Safety Manager der ALE GmbH.

Die Herstellung hochreiner Gase direkt vor Ort ermöglicht stabile Produktionsprozesse und
vermeidet Unterbrechungen, die zu teuren Ausfällen oder Qualitätsproblemen bei der
Halbleiterfertigung führen können. Gleichzeitig werden CO2-Emissionen reduziert, da hier
keine Lieferwege anfallen/Lieferwege wegfallen.

So arbeiten die Vor-Ort-Produktionslösungen

„On-site-Luftzerlegungsanlagen sind hochkomplexe Prozessanlagen. Um diese sicher und in
der geforderten Qualität rund um die Uhr produzieren zu lassen, brauchen Techniker und
Ingenieure viel Erfahrung und Training“, so Stefan Lindt, Director Operations bei Air Liquide

Electronics. Vereinfacht gesagt, saugen Luftzerlegungsanlagen die Umgebungsluft an,
verdichten sie und kühlen sie schrittweise ab, um die einzelnen Komponenten in der Luft, die
Gase, zu verflüssigen. Da die Luftbausteine jeweils unterschiedliche Siedepunkte haben, verflüssigen sie sich nacheinander. So können Verunreinigungen wie Staub entfernt und die
benötigten Gase, wie etwa hochreiner Stickstoff oder Sauerstoff, voneinander getrennt
werden.

Die Reinheitsgrade können dabei je nach Gas- und Qualitätsanforderung bis zu 99,999999
Prozent erreichen. Diese hohe Reinheit ist entscheidend, da selbst kleinste
Verunreinigungen die empfindlichen Herstellungsprozesse und die Qualität der
Halbleiterprodukte beeinträchtigen können: „Unsere Kunden in der Halbleiterindustrie haben
die höchsten Ansprüchen an Qualität und Verfügbarkeit“, so Lindt.

Vom Konzept bis zur Inbetriebnahme

Die Implementierung der technisch komplexen Systeme erfordert eine sorgfältige Planung,
spezialisiertes Fachwissen und eine enge Zusammenarbeit zwischen dem
Halbleiterproduzenten und dem Anlagenhersteller. Bevor eine Luftzerlegungsanlage geplant
werden kann, liefert der Chiphersteller einen detaillierten Anforderungskatalog: Welche Gase
und Gasmengen sollen produziert werden und in welcher Qualität? Wie viel Platz steht für
die Anlage zur Verfügung? Ab wann soll produziert werden? Zu klären sind auch die
Beschaffenheit des Baugrunds, Windlasten sowie Energie- und Kühlwasserversorgung. Aus
all diesen Angaben wird ein Versorgungskonzept entwickelt, aus dem hervorgeht, welche
Maschinen, Tanks und Backupkapazitäten erforderlich sind. Die Herstellung aller
Komponenten dauert anschließend bis zu zwei Jahre; das Prozedere zur Inbetriebnahme der
Anlage mehrere Monate.

Flexibilität und Skalierbarkeit durch modulares Anlagendesign

On-site-Luftzerlegungsanlagen sind so konzipiert, dass sie möglichst wenig der oft
begrenzten industriellen Fläche beanspruchen und nahtlos in die bestehende Infrastruktur
und Produktionsprozesse des Halbleiterwerks integriert werden können. Daher haben sie ein
modulares Design und können je nach Bedarf unterschiedliche Größen sowie Kapazitäten
aufweisen. So lassen sich die Luftzerlegungsanlagen an das Wachstum des Herstellers und
die sich ändernden Anforderungen des jeweiligen Werks anpassen.

Versorgungssicherheit auch bei Wartung oder Ausfällen

Um die Versorgungssicherheit der Vor-Ort-Anlagen rund um die Uhr zu gewährleisten,
werden sie mit redundanten Komponenten und Backup-Systemen ausgestattet. Dies
ermöglicht den kontinuierlichen Betrieb auch bei Wartungsarbeiten oder beim Ausfall
einzelner Teile. „Es ist wichtig, dass die Luftzerlegungsanlagen bei den Chipherstellern 24/7
hochreine Gase in der geforderten Qualität und Menge produzieren“, erklärt Stefan Lindt und
fährt fort: „Fällt die Gasproduktion bei einem Hersteller komplett aus, könnte das einen
wochenlangen Halbleiterfertigungsstillstand und damit extreme Kosten bedeuten.“

Damit das Ausfallrisiko minimiert wird, werden die Anlagen stets im Blick gehalten. Durch
kontinuierliche Fernüberwachung, regelmäßige Inspektionen und vorbeugende
Wartungsmaßnahmen werden potenzielle Probleme frühzeitig erkannt und behoben – noch
bevor es zu Ausfällen kommt. Um Wartungsarbeiten, eventuelle Reparaturen oder
Fehlerbehebungen schnell und reibungslos durchzuführen, ist eine intensive und detaillierte
Planung gemeinsam mit dem Halbleiterproduzenten erforderlich: „Wir stehen täglich in
direktem Austausch mit den Chipherstellern. Aus den Gesprächen entwickeln wir
kontinuierlich neue Ansätze, um die Anlagen noch effizienter und zuverlässiger zu betreiben“,
so Lindt. Sollte es trotz der Sicherheitsmaßnahmen zu einem kompletten Stillstand einer Anlage kommen, besteht zudem jederzeit die Möglichkeit, die Gase vorübergehend per
Tankwagen anzuliefern.

Die Herausforderung bei Luftzerlegungsanlagen ist deren effizienter Betrieb zur Trennung
von Luft in ihre Bestandteile Stickstoff und Sauerstoff. Stefan Lindt beschreibt: „Wir betreiben
mittlerweile zehn solcher On-Sites für das sächsische Halbleitercluster Silicon Saxony. Diese
sichern die Versorgung mit technischen Gasen vor Ort ab. Die Anlagen werden so geplant,
dass sie möglichst energieeffizient betrieben werden. Zudem wird der Energieverbrauch
durch permanente Verbesserungen an den tatsächlichen Bedarf angepasst. Solche
Maßnahmen tragen in der Summe zu einer Verringerung der Energiebilanz der
Chiphersteller bei.

Über Air Liquide Electronics

Die Air Liquide Electronics GmbH ist ein Tochterunternehmen der Air Liquide Deutschland
GmbH und hat ihre Unternehmenszentrale in Ottendorf-Okrilla bei Dresden, Sachsen. Das
Unternehmen ist ein Spezialist für die Produktion und Lieferung von Luft- und Bulkgasen
sowie Spezialgasen für die Halbleiterindustrie und von Equipment für Gas- und
Chemieversorgungssysteme für die Halbleiter- sowie Photovoltaikindustrie in Deutschland,
Österreich und der Schweiz. Air Liquide Electronics ist sowohl bei Weltkonzernen als auch
bei mittleren und kleineren Unternehmen sowie Forschungseinrichtungen tätig. Aktuelle
Aktivitäten sind auf die Entwicklung und Lieferung von neuartigen flüssigen Spezialgasen
(Precursors) sowie von Wasserstofferzeugungsanlagen und Infrastruktursystemen gerichtet.
Air Liquide Electronics ist Gründungsmitglied des Hightech-Netzwerks Silicon Saxony e. V.

Mehr zum Unternehmen: https://de.airliquide.com/ihre-branche/electronics

Über Air Liquide in Deutschland

In Deutschland arbeiten rund 3.750 Mitarbeiter in Unternehmen der Air Liquide-Gruppe. Air
Liquide versorgt 100.000 Kunden und über 200.000 Patienten in der häuslichen Pflege.
Jedes zweite deutsche Krankenhaus bezieht medizinischen Sauerstoff von Air Liquide. Air
Liquide beliefert zahlreiche Industriezweige wie die Luftfahrt-, Automobil-, Lebensmittel- und
Getränke-, Chemie- und Elektronik- sowie die Energiewirtschaft und ist auch an der
Umsetzung von Projekten zur Energiewende mit Wasserstoff beteiligt.

Über Air Liquide

Als weltweit führender Anbieter von Gasen, Technologien und Dienstleistungen für Industrie
und Gesundheit ist Air Liquide mit rund 67.100 Mitarbeitern in 73 Ländern vertreten und
betreut mehr als 3,9 Millionen Kunden und Patienten. Sauerstoff, Stickstoff und Wasserstoff
sind wichtige kleine Moleküle für Leben, Materie und Energie. Sie verkörpern das
wissenschaftliche Gebiet von Air Liquide und stehen seit der Gründung des Unternehmens
im Jahr 1902 im Mittelpunkt seiner Aktivitäten.

Heute zu handeln und gleichzeitig die Zukunft vorzubereiten, ist der Kern der Strategie von
Air Liquide. Mit ADVANCE, dem Strategieplan für 2025, strebt Air Liquide eine globale
Performance an, die finanzielle und nicht-finanzielle Dimensionen verbindet. Die Gruppe, die
sich auf neuen Märkten positioniert, profitiert von wichtigen Trümpfen wie ihrem
Geschäftsmodell, das Widerstandsfähigkeit und Stärke vereint, ihrer Innovationsfähigkeit und
ihrem technologischen Know-how. Die Gruppe entwickelt Lösungen, die zum Klima und zur Energiewende beitragen - insbesondere mit Wasserstoff - und setzt sich für Fortschritte in
den Bereichen Gesundheit, Digitalisierung und Hochtechnologie ein.

Der Umsatz von Air Liquide belief sich im Jahr 2022 auf mehr als 29,9 Milliarden Euro. Air
Liquide ist an der Pariser Börse Euronext notiert (Segment A) und gehört zu den Indizes
CAC 40, CAC 40 ESG, EURO STOXX 50, FTSE4Good und DJSI Europe.

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Datum: 15.01.2025 - 10:10 Uhr
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