Messung auf kleinstem Raum Christiane Hilsmann, Redaktionsbüro Faktum, Heidelberg

„Die Anforderungen an die Reinraumtechnik in der Halbleiterindustrie sind damit stark gewachsen“, weiß Jörg Dressler von der Heimsheimer PMT Partikel-Messtechnik, Spezialist in Sachen Reinraummesstechnik. „Mini-Environments sind bis zum Faktor 100 reiner als die Produktionsumgebungen in großen Reinräumen klassischer Bauart.“ So würde nicht nur jede Partikelkontamination weitaus schwerwiegendere Folgen haben. Auch seien Partikelereignisse schwieriger zu detektieren als in traditionellen Reinräumen, da sie häufig zeitlich und räumlich eng begrenzt sind. Folge: In Kleinstreinräumen können Partikeleinbrüche Schäden hervorrufen, ohne jemals von konventionellen Messgeräten nachgewiesen zu werden. PMT hat sich hier mit Lösungen hervorgetan, die auf die besondere Messsituation in Kleinstreinräumen eingehen.

Den Durchbruch auf dem Weg zum umfassenden Monitoring von Mini-Environments brachte MiniNet. Mit einer mehrkanaligen, kontinuierlichen Probenahme erhöht der kompakte Prozessmonitor die statistische Wahrscheinlichkeit zur Erfassung eines Partikeleinbruchs signifikant. Eine serienmäßig integrierte Differenzdrucküberwachung identifiziert schnellstmöglich die Ursachen eines Partikeleinbruchs. Zwei zusätzliche relevante Umweltsensoren, zum Beispiel für Luftgeschwindigkeit oder Feuchte, lassen sich ohne Mehraufwand integrieren.

Insgesamt erweitert das System die Möglichkeiten der traditionellen Stichprobenmessungen. Es arbeitet mit sieben kontinuierlichen Probenahmen bei 0,3 µm. Herkömmliche 0,1-µm-Einkanalpartikelzähler tun sich mit der Erfassung seltener Ereignisse in Mini-Environments hingegen schwer. Sie können lediglich lokale Störungen an einer Stelle erfassen. MiniNet ist verfügbar als System mit integrierter Pumpe oder für den direkten Anschluss an ein Hausvakuum. Normierte Datenerfassungspakete, wie Facility Net, vereinfachen das Erfassen der Messdaten und deren Analyse.

Neben der klassischen Partikelmessung stellt auch die Kontrolle der molekularen Kontamination in Mini-Environments ein wichtiges Thema dar. Mit dem Sensormodell AiM 100 lässt sich beispielsweise luftgetragene molekulare Kontamination in ultrareinen Umgebungen detektieren. Seine kompakte Bauform macht ihn zum idealen Messgerät für den Einsatz innerhalb von Mini-Environments. Der Sensor zeichnet sich durch eine hohe Messempfindlichkeit von 0,02 ng/cm2 aus. Einsatzzweck ist die Echtzeiterfassung des Einflusses luftgetragener Kontamination auf kritischen Oberflächen, speziell die von Wafern.

Die Oberfächenbeschaffenheit des Sensors ist so ausgelegt, dass kondensierbare, organische Stoffe erfasst werden. Zunächst wird die luftgetragene Kontamination (AMC) durch Absorption auf, oder chemische Bindungen an SiO2, detektiert. Die Technik zur Bestimmung von Niederschlag an Oberflächen basiert auf der Resonanzveränderung eines oszillierenden Quarzkristalls. Gemessen werden die akustischen Oberflächenwellen (SAW), Maßeinheit für die Oberflächenkontamination ist ng/cm2. Der Messaufbau ist mit seiner RS 232-Schnittstelle vollständig in den digitalen Informationsfluss konventioneller Partikel-Monitoring-Systeme integrierbar. Daten über die Massenabscheidung, Abscheiderate, Temperatur und relative Luftfeuchtigkeit werden zur Auswertung in Echtzeit zur Verfügung gestellt.

Auch das Management elektrostatischer Ladungen erfährt in Mini-Environments eine neue Bedeutung. Das Systeminnere ist gekennzeichnet von starken elektrostatischen Aufladungen. Entladungen in Richtung Produkt können massive Schäden hervorrufen. „Typisches Beispiel sind Schäden an Masken in der Fotolithographie“, erklärt Dressler. Zwar ist das Produkt selbst nicht in Gefahr, doch beeinflusst freigesetzte elektromagnetische Energie die Produktion. Dem steuernden Mikroprozessor stellt sich dieses „zündende“ Ereignis als Zusatzinformation auf seinen Daten- und Instruktionsleitungen dar. Die unvermeidbare Konsequenz ist ein Equipmentstillstand, verbunden mit Produktionsausfall und eine häufig vergebliche Suche nach scheinbaren Softwarebugs im Steuerprogramm.

Den einzigen Ausweg bietet das aktive Management elektrostatischer Ladungen mittels integrierter und individueller Lösungen, wie mit dem iCON-System in Kombination mit entsprechenden Prüfgeräten realisiert. Aufgabe solcher Systeme ist es, auftretende Ladungen zu neutralisieren. Das System ist mit einzeln anpassbaren Emitterstäben modular aufgebaut, und zeichnet sich durch die bidirektionale Kommunikation der einzelnen Emittersysteme mit einer zentralen Kommandoeinheit aus.

Mit den neuen digitalen Ionisationsstäben iCON-Aerobar können auch in Mini-Environments und Produktionsequipments punktgenaue Messungen durchgeführt werden. Kombiniert werden diese Ionisatoren mit miniaturisierten Detektoren für elektrostatische Ladungen und Entladungsereignisse. So ausgerüstet eignen sich diese Ionisationssysteme auch zum Abbau elektrostatischer Ladungen innerhalb von Prozesstools und Mini-Environments.

Zentraler Bestandteil und nicht mehr wegzudenken aus Monitoring-Gesamtlösungen sind Datenerfassungspakete, die eine umfassende Verwaltung der relevanten Daten auch eines Kleinstreinraums ermöglichen. Hierfür gibt es verschiedene Softwarepakete wie Facility Net, das sowohl sensorseitig Netzwerke auf Ethernetbasis, als auch die Datenweitergabe in Richtung Kundennetzwerk unterstützt. All diese Lösungen verfügen über eine umfassende Validierungsdokumentation. Abgerundet werden die Lösungen durch ausgefeilte Datensicherungskonzepte für Messgerät und Software.

Die Beispiele zeigen, dass es kompakte Geräte und punktgenaue, kontinuierliche Messungen sind, die den äußerst heiklen Produktionsprozess in Mini-Environments effizient kontrollieren. Jedoch können sie nur in ihrer Verknüpfung eine umfassend sichere Kleinstreinraum-Überwachung gewährleisten.

„Reinraummonitoring beginnt in der Frühphase der Planung“, so Jörg Dressler. „Fortgesetzt über die Integration in den Reinraum, enden solche ganzheitlichen Systeme auch nicht nach deren Erst- inbetriebnahme.“ Ein kontinuierlicher Service sowie eine Applikationsberatung unterstützen die Gerätebetreiber bei auftretenden alltäglichen Fragen über den gesamten Lebenszyklus des installierten Systems.

Um den Kleinstreinraum messtechnisch zu erfassen, kommt es also nicht nur auf einzelne Messgeräte an. Entscheidend sind ganzheitliche Lösungen, welche Messung verschiedener Problembereiche, Auswertung und Übermittlung der relevanten Daten ebenso einbeziehen, wie auch die Bedingungen rund um das eigentliche Mini-Environment. Nur so ist eine schnelle Reaktion auf etwaige Kontaminationen und Grenzwertüberschreitungen möglich.

EPP 421

Die Lösungen der PMT Partikel-Messtechnik in Heimsheim sind führend unter den Komplettpaketen zur Gewährleistung von Reinraumbedingungen. Sie kombinieren dafür messtechnische Einzelkomponenten vier weltweit führender Gerätehersteller mit hausinternem Planungs- und Service-Know-how. Geräte und Verfahren für die Reinraum- und Reinstmedienüberwachung von PMS und Geräte zum Management elektrostatischer Aufladungen von ION gehören ebenso dazu wie Anlagen und Verfahren für das Monitoring von mikrobiologischer Kontamination von Veltek. PMT hat sich der Realisation umfassender Gesamtlösungen verschrieben. Mit einem bedeutenden Marktanteil in der Halbleiterindustrie ist das Unternehmen heute Marktführer in Europa. Den Umsatz von 5,5 Millionen Euro im schwierigen Jahr 2002 plant PMT auf 8 Millionen Euro 2003 zu steigern. „Unser ganzheitlicher Lösungsansatz hat sich als erfolgreich erwiesen“, betont Firmengründer Uwe Jessen – und mit ihm seine Kunden, die von den integrierten Monitoringlösungen profitieren.