Ionisierung im Reinraum der Halbleiterfertigung: Filterdecke, Nassprozess und das Trennen von Wafern

Unter der Filterdecke: Ionisator, Abwärtsströmung und Elektrodenmaterial

Im Reinraum kommt die Luft von oben. Gebläse-Filter-Einheiten führen gefilterte Luft als gleichmäßige Abwärtsströmung auf Anlage und Wafer. Ein Ionisator, der direkt unter dem Filter sitzt, kann diese Strömung nutzen: Die Ionen werden mit der Luft nach unten getragen, ohne dass zusätzliche Druckluft in den Raum gelangt. Zwei solche Konzepte, Ionisierstäbe unter dem Filter einer Gebläse-Filter-Einheit und ein langer Stab über einem Handlingsystem für 12-Zoll-Wafer, stellt der Hauptartikel dieses Themas vor.

Für diesen Einbauort beschreibt der Katalog den High-Speed-Ionisator auf Siliziumbasis ohne Druckluft der Modellreihe SJ-HC. Der Arbeitsabstand reicht von 50 bis 2.000 mm, das Ionengleichgewicht liegt laut Katalog bei ±30 V, gemessen in 300 mm Abstand mit 0,2 MPa Luftzufuhr. Die Prüfkurve im Katalog wurde ohne Luftzufuhr aufgenommen, bei einer Abwärtsströmung von 0,4 m/s und 2.500 mm Einbauabstand. Ein Anschluss für Spülluft ist zusätzlich vorhanden.

Mit dem Einbauort ändert sich das Elektrodenmaterial. Die Modellreihe SJ-HC arbeitet laut Katalog mit einer Elektrode aus einkristallinem Silizium, gedacht für Umgebungen, in denen Metallkontamination zu vermeiden ist; jedes Gerät wird nach der Fertigung gereinigt und verpackt. Für den Druckluftfreien Stabionisator der Modellreihe SJ-H führt die Anleitung Wolfram-Elektroden. Eine Anfrage für neue Stationen nennt beide Elektrodenarten nebeneinander, zwei Geräte mit Wolfram und eines mit Silizium. Ob Metallkontamination am jeweiligen Ort eine Rolle spielt und ob das Gerät die Werkstofffreigabe des Reinraums erfüllt, klären Sie vor der Auswahl mit der Prozessverantwortung.

Wer viele gleiche Einheiten ausstattet, legt die Zahl der Stäbe einmal fest und wiederholt sie dann. Eine Gegenmessung an einem Muster, ein Stab gegen zwei bei laufender Strömung, schafft dafür die Grundlage. Bei Einheiten in großer Stückzahl zählt auch, dass der Ionisator die Kosten der Einheit nicht bestimmt.

Wenn die Strömung schwach ist: HEPA-Filter, Schränke und Querströmung

Nicht jede Anlage hat eine kräftige Abwärtsströmung. Ohne tragenden Luftstrom erreichen weniger Ionen ein weit entferntes Objekt, Abstand und Bauform werden dann zur ersten Frage. In einer Halbleiteranlage, in der ein HEPA-Filter den Luftstrom spürbar verringert, ist ein Stabionisator für größere Abstände vorgesehen. Ein Stab für den Nahbereich hätte dort nur kurze Abstände abgedeckt.

Ähnlich liegt der Fall in Schränken. Ein Hersteller von Messmaschinen für Wafer sieht je Maschine fünf Schränke mit je einem Stab vor. In Crossflow- und Downflow-Schränken werden MEMS-Chips auf einer Grundplatte mit Leiterplattenanschluss gehandhabt, Isolatoren und Leiter tragen dort Ladung. Ob der Ionisator seitlich oder über dem Teil sitzt, hängt von der Strömungsrichtung im Schrank ab und lässt sich nur an der Anlage klären.

Für alle drei Fälle gilt: Die vorhandene Luftführung der Anlage bestimmt den Einbauort mit. Zeichnen Sie Strömungsrichtung und Abstand zum Wafer oder Chip vor der Auswahl ein.

Nach Reinigen und Trocknen: Wafer, Glaswafer und Horden entladen

Reinigen und Trocknen sind Stellen, an denen Ladung entsteht. Der Wafer wird gespült, getrocknet, aus der Horde genommen und wieder eingesetzt. Ein Beispiel dafür steht im Hauptartikel: An einer Trocknungsanlage für Wafer neutralisierten Stabionisatoren im Test eine aufgeladene Horde sofort.

Bei Glaswafern ist die Abfolge länger. In einer dokumentierten Anfrage durchläuft der Glaswafer im Träger eine Luftreinigung, das Nassbad, die Trocknung, den Ofen und die Abkühlung; erst danach soll ionisiert werden. Als Gas ist dort Stickstoff notwendig. Ein Versuch ist geplant. Ein Betrieb mit Reinigungsanlagen für Wafer fragt nach Ionisierung, damit beim Reinigen keine Chips Schaden nehmen. Auch das Schiff, in dem Wafer vor dem Ofen stehen, wird in einer Anfrage als Entladestelle genannt.

Wo Druckluft verfügbar ist und der Stab nah an die Horde rücken kann, kommt der Präzise High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-Q in Frage. Andere Modelle brauchen laut Katalog 50 bis 300 mm Einbauabstand. Die Modellreihe SJ-Q lässt sich ab 10 mm montieren, weil die Gegenaufladung durch das elektrische Feld aufgehoben wird. Als Stabbauform braucht sie eine Druckluftquelle. Der Katalog führt für die Modellreihe die ISO-Reinheitsklasse 3.

Wo Stickstoff statt Druckluft anliegt, hilft die Anleitung: Den Effizienten High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-E lässt sie mit sauberer, trockener Luft oder Stickstoff versorgen, in geschlossenen Räumen mit ausreichender Belüftung. Für jede andere Modellreihe klären Sie das vor dem Versuch in deren Anleitung.

Wo getrennt wird, entsteht Ladung: Debonder, Folienstapel, Trägerplatte

Trennung erzeugt Ladung, und zwar an der Trennfront. Ein Ionisator weiter oben in der Anlage entlädt nur, was dort bereits geladen ist. Die Ladung, die erst im Moment des Trennens entsteht, erreicht er oft nicht rechtzeitig. Deshalb sitzen die Geräte in den dokumentierten Konzepten unmittelbar an der Front. Zwei dieser Konzepte, die Debondfront, an der eine Klinge ein verklebtes Waferpaar trennt, und einen Folienstapel mit Zwischenlagen an einer Verpackstation, beschreibt der Hauptartikel.

Für solche Stellen kommt ein Kompakter Düsen-Ionisator der Modellreihe SJ-LM in Frage, dessen Bauform auf enge Stellen zielt. Die Düse wird auf die Fläche gerichtet, die sich gerade öffnet, nicht auf das Teil davor oder danach. Bei einem Stapel ionisiert die Düse von der Seite; bei einem Waferpaar sitzt sie direkt im Einstichbereich der Klinge.

Ein drittes Beispiel kommt aus einer UV-Anlage für Wafer. Dort liegen Platten aus PVC und PE von etwa 400 x 400 mm; in dokumentierten Anwendungen wurden an ihnen 100 bis 150 V gemessen. Ziel ist eine Ionisierung nahe 0 V. Ob ein druckluftfreier Stab der Modellreihe SJ-H für diese Fläche passt, soll geprüft werden. Kunststoffplatten halten ihre Ladung, weil sie nicht leiten; eine Erdung der Anlage nimmt sie ihnen nicht ab.

Enge Bauräume: Pick-and-Place, Trägerband und kompakte Düse

Halbleiteranlagen sind dicht gebaut. Ein Konstrukteur für Halbleiteranlagen sucht für eine Pick-and-Place-Station mit Trägerband einen Ionisator, der in den knappen Raum passt. Vorgesehen ist eine kompakte Düse, ein Versuch ist geplant. Die Prozessdaten des Ionisators sind dort ebenfalls ein Thema, weil sie sich als Beleg verwenden lassen.

Je kleiner der Bauraum, desto wichtiger wird die Frage, wie das Gerät versorgt wird. Eine Düse braucht eine Zuleitung bis an die Stelle. Wo keine Druckluft anliegt, ist das Kompakte Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF mit eigenem Lüfter eine Alternative. Ob ein Lüfter im Bauraum zulässig ist, klärt der Betreiber der Anlage.

Planen Sie die Ionisierung in engen Anlagen früh ein. Wer Bauraum, Zuleitung und Blickrichtung der Düse erst nach der Konstruktion sucht, findet oft nur noch einen Platz, an dem die Trennfront oder das Trägerband nicht erreicht wird. Wie sich die Wirkung im Betrieb belegen lässt, behandelt der Beitrag zur Messung der ESD-Kontrolle.

Häufige Fragen

Weiterführende Artikel

Übergeordnete Themenseite: Statische Aufladung in der Produktion: Ladung erkennen, messen und mit dem passenden Ionisator entladen

Hauptartikel zum Thema: ESD-Schutz in der Elektronik- und Halbleiterfertigung: Leiterplatten, Bauteile und Wafer vor elektrostatischer Entladung schützen

Weiterer Artikel im Thema: Ionisierung am ESD-Handarbeitsplatz: Leiterplatten, Gehäuse und Displays in der manuellen Montage entladen

Weiterer Artikel im Thema: Leiterplatten in Linie und Anlage entladen: Bestückung, Reinigungsstation, Prüfer und Werkstückträger

Weiterer Artikel im Thema: ESD-Kontrolle nachweisen: Ladung, Luftfeuchte und Ionisatorleistung messen