1. Der Reinraum
Die Halbleiterfertigung findet in Reinräumen statt um die hochkomplexen Schaltungen der Halbleiterbauteile vor Verunreinigungen zu schützen, die die Funktionsfähigkeit der Bauteile beeinflussen können. Die Reinräume werden nach der Größe der Partikel und deren Anzahl pro Kubikfuß (= cbf; 1 Fuß = 30,48 cm) bzw. nach DIN/ISO pro 1 m3 klassifiziert:
Zulässige Anzahl an Partikeln pro 1m3
Klasse ↓ | ≥ 0,1 µm | ≥ 0,2 µm | ≥ 0,3 µm | ≥ 0,5 µm | ≥ 1,0 µm | ≥ 5,0 µm |
ISO 1 | 10 | 2 | ||||
ISO 2 | 100 | 24 | 10 | 4 | ||
ISO 3 | 1.000 | 237 | 102 | 35 | 8 | |
ISO 4 | 10.000 | 2.370 | 1.020 | 352 | 83 | |
ISO 5 | 100.000 | 23.700 | 10.200 | 3.520 | 832 | 29 |
ISO 6 | 1.000.000 | 237.000 | 102.000 | 35.200 | 8.320 | 293 |
ISO 7 | 10.000.000 | 2.370.000 | 1.020.000 | 352.000 | 83.200 | 2.930 |
So dürfen sich in einem Klasse-3-Reinraum maximal 1.000 Partikel mit einem Durchmesser ≥0,1 µm befinden, 237 Partikel ≥0,2 µm, 102 Partikel ≥0,3 µm, 35 Partikel ≥0,5 µm und 8 Partikel ≥1 µm. In einem Operationssaal beträgt die Reinraumklasse 2 oder 3, in einem Volumen von 1 m3 Stadtluft sind 400 Millionen Partikel der Größe 5 µm enthalten.
Die Luft in Reinräumen für die Mikroelektronik wird über Feinstfilter gereinigt und dann durch die Decke eingeleitet. Durch Löcher im Boden wird die Luft abgesaugt, so dass dieser Laminarstrom Partikel von oben nach unten durch den Boden abtransportiert. Damit keine Verunreinigungen von außen in den Reinraum eindringen können herrscht dort in der Regel ein leichter Überdruck. Um die Wafer bestmöglich gegen Partikel zu schützen, werden diese in Transportboxen von einer Produktionsanlage zur nächsten transportiert. In modernen Reinräumen handelt es sich dabei um so genannte FOUPs (Front Opening Unified Pod), welche direkt an die Ladestationen der Maschinen andocken und so geöffnet werden, dass die Wafer vom FOUP in die Anlage gelangen, ohne der Reinraumluft ausgesetzt zu werden.
Da die Wafer in den FOUPs vollständig von der Umgebungsluft im Reinraum abgeschottet sind, kann in den Transportboxen eine andere Reinraumklasse herrschen, als im Reinraum selbst. So ist es möglich, die großen Fertigungsbereiche mit einer relativ hohen Reinraumklasse von ISO 5 zu betreiben, während in den FOUPs eine Reinraumklasse von ISO 1 oder ISO 2 herrscht. Dadurch können enorme Kosten gespart werden, da nur ein kleines Volumen der höchsten Reinheitsklasse genügen muss.
Darstellung eines Klasse 1 Reinraums
Die Fertigung im Reinraum ist in der Abbildung nur der Bereich zwischen rosafarbener Lüftungsanlage unter dem Dach und dem gelben Bodenbereich. Darunter befindet sich das Basement mit den Versorgungsanlagen (Pumpen, Chemietanks etc.). Manche Reinräume sind von einem so genannten Grauraum umgeben in dem sich die Anlagen befinden, so dass über eine Wand getrennt nur die Bedienfelder und die Schleusen zum Einbringen der Wafer in die Anlagen vom Reinraum aus zugänglich sind.
Das Personal trägt spezielle Reinraumanzüge, die keine Partikel absondern. Dabei bedeckt der Anzug je nach Bedarf den kompletten Körper. Der Kopf wird entweder mit einem simplen Haarnetz oder einer Haube und einem Mundschutz oder mit einer kompletten Maske bedeckt. Zusätzlich gibt es besonders partikelarme Schuhe, Unterbekleidung und Handschuhe. Im Eingangsbereich des Reinraums befinden sich oft Luftduschen, die vor Betreten noch einmal Partikel vom Anzug abblasen.