Molekulare Belastung, Mikrosystemtechnik, neue Materialien: Reinraum in der Mikrotechnik vor großen Herausforderungen

Die Verkleinerung der Strukturen und die erhöhten Anforderungen an die Produktsicherheit führen dazu, dass in der Halbleiterfertigung im Reinraum immer strengere Regeln gelten und überwacht werden müssen. Besondere Herausforderungen an die reine Produktion stellen auch Zukunftstechnologien wie OLEDs oder MEMS. Hochkarätige Referenten von Infineon, Merck und Bosch analysieren diese Aspekte auf dem Cleanzone Kongress am 21. und 22. Oktober in Frankfurt am Main. Daneben beleuchtet der Kongress die gesamte Bandbreite der aktuellen Top-Themen im Reinraum von Planung und Bau bis Betrieb und spricht alle Branchen an, die unter kontollierten Bedingungen produzieren.  

Airborne Molecular Contamination

Nach wie vor gilt in der Halbleiterindustrie das Moore’sche Gesetz, das eine Verdopplung der Rechnerleistung alle zwei Jahre postuliert. Voraussetzung dafür ist eine konstante Verkleinerung der Bauteile. Für die Produktion im Reinraum bedeutet das strengere Vorschriften in Bezug auf die Luftreinhaltung, da immer mehr und immer kleinere Partikel ausgefiltert werden müssen.

Neben Partikeln spielen in der Halbleiterfertigung Kontaminationen auf molekularer Ebene, die sogenannte Airborne Molecular Contamination (AMC), eine zunehmend wichtigere Rolle. Dazu gehören zum Beispiel Ausdampfungen von Säuren, Basen, Lösemitteln oder Silikonen. Diese Moleküle werden nicht von klassischen Partikelzählern erfasst, können aber mikroelektronischen Bauteilen zum Verhängnis werden, beispielsweise durch Korrosion wie im Fall der Säuren und Basen oder, dass sie, wie im Fall der Silikone, als Isolatoren den Stromkreislauf unterbrechen. Wie ein Monitoringsystem für AMC aussehen sollte, schildert Christoph Hocke, Staff Engineer von Infineon auf dem Cleanzone Kongress in seinem Vortrag „Reinraum –Monitoring unter den Bedingungen einer hochautomatisierten Halbleiterfertigung“. Hier gibt er einen ersten Einblick in das Thema: „Die qualitative und quantitative Kenntnis des Gehalts an partikulären und ganz besonders an AMC in der Reinraum-Luft sind wichtig für die Beherrschung der technologischen Herausforderungen bei der Fertigung immer kleinerer Chipstrukturen. In letzter Zeit hat sich der Fokus immer weiter zu den AMC verschoben, da partikuläre Verunreinigungen inzwischen recht gut erkannt und beherrscht werden können. Die Vielfalt an AMC führt auch zu unterschiedlichen Wirkungen in der Halbleiterfertigung, z.B. Veränderungen an Fotolacken oder Korrosionseffekten an metallisierten Ebenen. Einige AMC haben einen direkten Einfluss auf den Fertigungserfolg und sind somit qualitätsrelevante Parameter, die kontinuierlich zu überwachen sind. Nur so sind frühzeitig negative Auswirkungen auf die Produktqualität zu erkennen. Je nach Anwendungsfall gilt es dabei eine optimale Monitoringstrategie aus  z.B. Messverfahren, Messstellenanzahl, Anzahl der Messungen je Messstelle, Investitions- und Betriebskosten usw., zu wählen.“

Intelligente Sensoren und neue Materialien

Die Halbleiterindustrie setzt auch auf innovative Anwendungen, neue Materialien und eine Ausdifferenzierung der Technik. Beispiele sind intelligente Chips, auf denen sich sowohl die Sensoren als auch die zugehörigen Signalverarbeitungs-Schaltkreise befinden. Als einer der weltweit führenden Hersteller solcher Halbleiter gilt der Autozulieferer Bosch. Über die Herausforderungen an die Fertigung spricht Dr. Kilian Bilger, Director Microsystem Technologies von Bosch, auf dem Cleanzone Kongress in seinem Vortrag „MEMS - Sensoren für das Internet der Dinge“. Die hohen Erwartungen, die auf den MEMS liegen, beschreibt er wie folgt: „Die Erfolgsgeschichte der MEMS-Sensorik lässt sich in drei Wellen skizzieren: Zunächst wurden MEMS bei Bosch seit 1995 für den Automobilbereich entwickelt und fanden Anwendung in Airbag-Systemen, ESP sowie in der Motorsteuerung. Die zweite Welle begann in 2005 mit Sensoren für Consumer-Anwendungen und hat mittlerweile die Treiberrolle für die Entwicklung neuer Technologien in der Mikrosystemtechnik übernommen. Erfolgskriterien sind hier vor allem Kosten, Baugröße und Stromverbrauch. Zukünftige Sensorsysteme werden intelligent sein und über das Internet vernetzt werden. Intelligente Sensorsysteme sind eine Schlüsselkomponente für neue Anwendungen im Internet der Dinge und Dienste.“ Außerdem setzt die Halbleiterindustrie große Hoffnungen auf neuen Materialien, gerade auch im Hinblick auf eine Verbesserung der Energieeffizienz. Auf dem Cleanzone Kongress analysiert Dr. Manfred Weigand, Head OLED Strategic Marketing Lighting, von Merck in seinem Vortrag „OLED – Technologie der Zukunft“, die großen Herausforderungen, die das Leuchtmittel aus organischen Kohlenstoffverbindungen an die Produktion im Reinraum stellt.

Zur internationalen Fachmesse mit Kongress Cleanzone treffen sich  am 21. und 22. Oktober 2014 in Frankfurt am Main Anwender und Hersteller von Reinraumtechnik. Der internationale Branchentreff richtet sich an alle Industrien, die im Reinraum produzieren und bildet das Produktspektrum von Planung, Bau bis Betrieb eines Reinraums ab.