Dem Umweltschutz wird immer mehr Bedeutung beigemessen, insbesondere angesichts zunehmender Smogbelastung. Reinraumtechnik ist eine der Umweltschutzmaßnahmen. Wie lässt sich Reinraumtechnik effektiv für den Umweltschutz einsetzen? Betrachten wir die Kontrollmechanismen in der Reinraumtechnik genauer.
Temperatur- und Feuchtigkeitskontrolle im Reinraum
Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Reinräumen werden hauptsächlich anhand der Prozessanforderungen bestimmt. Dabei sollte jedoch auch der Komfort der Mitarbeiter berücksichtigt werden. Mit steigenden Anforderungen an die Luftreinheit geht ein Trend zu strengeren Vorgaben für Temperatur und Luftfeuchtigkeit in Prozessen einher.
Grundsätzlich sinken aufgrund der zunehmenden Präzision der Bearbeitungsprozesse die Anforderungen an den Temperaturschwankungsbereich immer weiter. Beispielsweise verringert sich bei der Lithografie und Belichtung von großflächigen integrierten Schaltungen der Unterschied im Wärmeausdehnungskoeffizienten zwischen Glas- und Siliziumwafern, die als Maskenmaterialien verwendet werden, zunehmend.
Ein Siliziumwafer mit einem Durchmesser von 100 μm dehnt sich bei einem Temperaturanstieg von 1 °C um 0,24 μm aus. Daher ist eine konstante Temperatur von ± 0,1 °C erforderlich. Die Luftfeuchtigkeit sollte generell niedrig sein, da es sonst durch Kondenswasserbildung zu Verunreinigungen des Produkts kommen kann, insbesondere in Halbleiterwerkstätten, in denen Natriumbelastung vermieden werden muss. In solchen Werkstätten sollte die Temperatur 25 °C nicht überschreiten.
Zu hohe Luftfeuchtigkeit verursacht weitere Probleme. Ab einer relativen Luftfeuchtigkeit von 55 % bildet sich Kondenswasser an den Kühlwasserleitungen. In Präzisionsgeräten oder -schaltungen kann dies zu verschiedenen Störungen führen. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 50 % besteht Rostgefahr. Zudem wird bei zu hoher Luftfeuchtigkeit Staub, der sich auf der Oberfläche von Siliziumwafern befindet, durch Wassermoleküle in der Luft chemisch adsorbiert und lässt sich nur schwer entfernen.
Je höher die relative Luftfeuchtigkeit, desto schwieriger lässt sich die Haftung entfernen. Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit unter 30 % haften Partikel jedoch aufgrund elektrostatischer Kräfte ebenfalls leicht an der Oberfläche, was zu zahlreichen Ausfällen von Halbleiterbauelementen führen kann. Der optimale Temperaturbereich für die Siliziumwafer-Produktion liegt zwischen 35 und 45 %.
LuftdruckKontrolleim Reinraum
In den meisten Reinräumen ist es zur Verhinderung des Eindringens von Verunreinigungen von außen notwendig, einen höheren Innendruck (statischer Druck) als Außendruck (statischer Druck) aufrechtzuerhalten. Die Aufrechterhaltung der Druckdifferenz sollte im Allgemeinen den folgenden Prinzipien entsprechen:
1. Der Druck in Reinräumen sollte höher sein als in Nicht-Reinräumen.
2. Der Druck in Räumen mit hohem Reinheitsgrad sollte höher sein als in angrenzenden Räumen mit niedrigem Reinheitsgrad.
3. Die Türen zwischen Reinräumen sollten in Richtung der Räume mit hohem Reinheitsgrad geöffnet werden.
Die Aufrechterhaltung des Druckunterschieds hängt von der Frischluftmenge ab, die den Luftverlust durch die Spalten unter diesem Druckunterschied ausgleichen muss. Physikalisch gesehen ist der Druckunterschied also der Widerstand gegen Leckage- (oder Infiltrations-)Luftströme durch verschiedene Spalten im Reinraum.
Veröffentlichungsdatum: 21. Juli 2023