Sauerstofffrei von A nach B

Artikel vom 29. April 2020 

Wafer sauerstofffrei transportieren

Ob Sensoren und Elektronik für Fahrzeuge, Smartphones, Enegiesparlampen oder Kühlschränke: Halbleiter sind in vielen elektrischen Geräten nicht wegzudenken. Eine wichtige Rollte in der Halbleiterfertigung spielen sogenannte Wafer (englisch für „dünne Brotscheibe“). Die circa einen Millimeter dicken Scheiben fungieren als Grundplatte für elektronische Strukturen und Elemente, wie Schaltkreise oder photoelektrische Beschichtungen. Große Herausforderungen sind der sauerstofffreie Transport und die Lagerung der Wafer. Die Lösung: Ein Behälter mit permanenter und konstanter Stickstoffversorgung.

Für den Einsatz in Sensoren, Computer, Küchenmaschine und Co. werden die Wafer aus einem Rohmaterialblock, dem sogenannten Ingot, gewonnen und anschließend zu Mikrochips weiterverarbeitet. Die Scheiben bestehen meist aus einem Halbmetall, wie Silizium. Bei der Bearbeitung der Halbleiter ist große Vorsicht geboten. Da Elemente in der Größenordnung von Mikro- oder sogar Nanometern aufgebracht werden, dürfen keinerlei Verunreinigungen auf die Scheiben gelangen. Bereits ein einziges menschliches Haar oder eine Hautschuppe kann das Endprodukt unbrauchbar machen. Deshalb wird unter strengen sauberen Bedingungen im Reinraum gearbeitet.

Sauerstofffreier Transport im FOUP

Gerade beim Transport der Scheiben von einer Bearbeitungsstation zur nächsten ist besondere Sorgfalt geboten. Denn sobald die Wafer mit Sauerstoff in Berührung kommen, oxidieren sie und werden unbrauchbar.

Von A nach B kommen die Scheiben in einem Front Opening Unified Pod, auch kurz FOUP genannt. Dieses besondere Behältnis ist speziell für die Beförderung im Reinraum konzipiert. Der FOUP wird permanent mit Stickstoff versorgt und ist deshalb sauerstofffrei. Wichtig ist dabei, dass der Stickstoff über den ganzen Zeitraum hinweg konstant zugeführt wird. Bereits geringe Schwankungen können die empfindlichen Wafer zerstören.

Konstante Stickstoffversorgung mit dem N2 Purge-System

Für die konstante Stickstoffversorgung der Behälter bietet Festo das N2-purge-System. Bei dieser Lösung versorgt ein vormontierter Durchflussregler den FOUP ununterbrochen mit inertem Stickstoff. Ein Piezoventil und ein Durchflusssensor gewährleisten durch eine genau abgestimmte Regelungstechnik einen präzisen und energiesparenden Stickstoffstrom.

Das N2 Purge-System von Festo verhindert, dass Sauerstoff die Wafer oxidieren lässt.
Das N2 Purge-System von Festo verhindert, dass Sauerstoff die Wafer oxidieren lässt.

Außerdem senkt die Konstruktion des Piezoventils die Gefahr einer Verunreinigung des Gasstroms durch Partikelabrieb. Der Spitzenwert liegt bei etwa einem Partikel der Größe von 0,1 Mikrometer pro Schaltung wohingegen konventionelle Lösungen den fünffachen Partikelgehalt erzeugen. Auf diese Weise wird während des gesamten Prozesses eine konstante Stickstoffversorgung sichergestellt.