Reinraumtechnologie : Makellos sauber

Um den Ausschuss nach der Produktion so gering wie möglich zu halten, müssen Semikonduktoren in Rein- und Reinsträumen bearbeitet werden. Diese sauberen Plätzchen sind aufgrund des enormen technologischen und materiellen Aufwandes natürlich nicht an jeder Straßenecke zu finden. Einen dieser Reinsträume betreibt beispielsweise der österreichische Technologieriese Infineon.

In den großen Reinsträumen der Infineon Technologies Austria AG werden speziell Leistungshalbleiter für energieeffiziente Chips hergestellt, die vor allem in den Bereichen Automotive, Industrieelektronik und Sicherheitstechnik eingesetzt werden. Otto Graf, Produktionsleiter Infineon Österreich erläutert im Gespräch mit FACTORY die Technologie: „Ein Rein- oder Reinstraum ist ein Raum mit sehr geringer Partikelbelastung. Es gibt die Schmutz-, Staub-, Haut- oder Umweltpartikel und dergleichen. Diese sind im Bereich der Mikroelektronik natürlich absolut verpönt. Die Partikel sind von der Größe her für die schmalen und kleinen Strukturbreiten so genannte Killerdefekte. Sie würden natürlich die Struktur stören; der Chip würde fehlerhaft sein und nicht funktionieren oder vorzeitig ausfallen.“

Staub ist laut Graf generell im gesamten Prozessablauf verboten: „In der Mikroelektronik, wenn sie einen Chip produzieren, haben sie etwa 400 Arbeitsschritte, die ein Wafer in Folge während der Produktion durchläuft. Da brauchen sie einfach in dieser Zeit wirklich eine geringe Partikelbelastung, damit sie keine Fehler in die Struktur einbauen. Dafür wird der Reinraum mit einer kompletten Filterdecke ausgestattet. Also die ganze Produktion, überall wo die Wafer gehandled werden, wird alles mit einer Filterdecke ausgestattet.“

Reinräume nehmen oft beträchtliche Kubaturen ein. Diese oft mehrere zehntausend Kubikmeter messenden Anlagen kontinuierlich staubfrei zu halten grenzt an Kunst. „Es gibt natürlich mehrere Filterstufen: erstens die Luftaufbereitung, wo die Luft erstmals ausgewaschen und gereinigt wird. Hier wird auch die Luftfeuchtigkeit eingestellt. Dann gibt es mehrere Vorfilter und am Ende kommt dann der so genannte Point of Use-Filter, der dann im Reinraum direkt an der Decke montiert ist“, erläutert Graf. „Hier wird die Luft sehr sauber für den über 10.000 m2 großen Reinstraum gefiltert und dort eingepresst. Der Reinraum hat einen leichten Überdruck von etwa 0,5 bar. Wenn sich irgendwo eine schadhafte Stelle auftun sollte, kann so keine Außenluft einströmen, sondern die Reinraumluft dringt nach außen. So kann auch keine Verschmutzung von außen eindringen. Der Überdruck stellt sicher, dass der Reinraum auch immer sauber bleibt; und er darf nicht zu hoch sein, damit es den Körper nicht beeinträchtigt, und die Reinraumluft muss immer wieder gewechselt werden.“

Der Reinraum bei Infineon ist ein Reinraum der Klasse 1 bis 10 im Fertigungsbereich. „Im Strukturierungsbereich haben wir die höchste Reinraumklasse 1. In dem Bereich, in dem die feinen Strukturen mit Belichtungstechnik am Wafer abgebildet werden, haben wir die Reinstraumklasse 1. Das ist die beste Güte die man heute erzeugen kann. Um diese sicherzustellen haben wir einen über 400-fachen Luftwechsel pro Stunde, das heißt, hier wird ständig Frischluft zugeführt, weil sonst der Überdruck nicht sichergestellt werden kann.“

Die Luft strömt an der Decke ein; der Fußboden, auf dem die Mitarbeiter draufstehen, besteht aus einer Art Lochblech um einen luftdurchlässigen Boden zu gewährleisten. Die Luft wird schließlich über den Boden abgeführt und wieder aufbereitet sowie mit Frischluft versorgt. Damit Sauerstoffgehalt, Temperatur, Luftfeuchtigkeit und alles passt.

„Der Trend entwickelt sich im modernen Fertigungsbereich für 300 mm Wafer hin zu Mini-Reinräumen. Das sind kleine Trageboxen, die ein so genanntes Mini-Environment darstellen, wo Reinstraumluft gekapselt drin ist – gemeinsam mit den Silizium-Wafern. Diese Minienvironments werden automatisch belüftet und gekühlt sowie gekapselt an die Maschinen angeschlossen.“

Zu anderen Materialien befragt meint Graf: „Wir verwenden ausschließlich Silizium für unsere Leistungshalbleiter. Wir sind auch in der Forschung nach noch leistungsfähigeren Materialen tätig – zum Beispiel Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrit (GaN). Diese neuen Materialien haben eine höhere Leistungsfähigkeit als das Silizium und für unsere Anwendungen werden das die Materialien der Zukunft sein.“

Ganz spannend wird auch das Thema Automatisierung im Reinstraum in nächster Zukunft. Dazu Graf: „Die größte Partikelquelle ist nach wie vor der Mensch im Reinraum. Deshalb geht man in die höhere Automatisierung um hier einfach nochmal die Partikeldichte als Fehlerquellen herunterzubringen.“