Eine Frage beschäftigt die Reinraumtechnologen zurzeit besonders intensiv. Inwieweit verseuchen wir den Reinraum eigentlich schon dadurch, dass wir dort bestimmte Maschinen und Hilfsmittel zum Einsatz bringen? Vor allem die molekularen Verunreinigungen kommen auf ihrem Weg in den Reinraum nämlich nicht zwangsläufig an einem sensiblen Filter vorbei, der sie zurückhalten könnte. Vielmehr schleichen sie sich quasi durch die Hintertür in die gut isolierten Hochsauberkeitszonen, wo sie dann aus Lösungsmitteln oder PVC-Kunststoffen ausgasen. Lothar Gail, Vorsitzender des Fachausschusses "Reinraumtechnik" beim Verein Deutscher Ingenieure, nennt einige Beispiele.
Das kann ein Dichtmittel sein, das kann eine Oberflächenbeschichtung sein, das kann sogar ein Wischtuch sein, mit dem man ein Reinigungsmittel aufträgt, das kann auch das Kleidungsstück von einer Person sein oder die Ausdünstung von einer Person. Es gibt eine unbegrenzte Vielzahl von Stoffen, die in einem Raum freigesetzt wird und durchaus mit den Mitteln der Spurenanalytik nachweisbar ist.
Die Messtechnik, die die Spurensuche nach molekularen Verunreinigungen erst ermöglicht, hat in den vergangenen zwei Jahren einen großen Sprung gemacht. Zwar ließen sich die Kontaminationen durch Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe bereits in der Vergangenheit messen. Allerdings oft nur in schrankgroßen Spektrometern, die in den engen Produktionszellen der Halbleiterindustrie, die meist nicht viel größer sind als ein Bierkasten, gar keinen Platz finden würden. Die Schrumpfkur haben die Reinraumtechnologen daher inzwischen vollzogen, ohne dabei die Messgenauigkeit aus den Augen zu verlieren, wie Jörg Dressler, Geschäftsführer des Messgeräteherstellers PMT aus Heimsheim, weiß.
Die Nachweisempfindlichkeit muss enorm groß sein. Wir reden hier von Nanogramm pro Kubikmetern, die nachgewiesen werden müssen bei den jeweiligen Substanzen und neben diesen exorbitanten Nachweisempfindlichkeiten muss das gesamte System eben handhabbar sein. Last but not least: Wir haben auch ein kommerzielles Problem. Niemand, kein Produzent von Halbleitern kann sich Messsysteme leisten, die vielleicht weit über 100.000 Euro pro Stück kosten.
Kleine passgenaue Messgeräte gibt es heute bereits für weniger als ein Zehntel dieses Preises. Die Reinraumtechnologen haben sich dabei ein Prinzip zu nutze gemacht, das aus der Messung von Spurenfeuchte bekannt ist. Demnach lässt sich die Menge Wasser, die ein schwingender Quarz aufsaugt, aus der Änderung seiner Eigenfrequenz errechnen. Gemäß der Regel: Je schwerer der Quarz wird, desto langsamer wird auch sein Takt. Reinraumtechnologen nutzen diese Gesetzmäßigkeit, indem sie den Quarz mit Materialien beschichten, auf denen sich die gesuchten Moleküle bevorzugt ablagern. Silber beispielsweise eignet sich gut, um Schwefel zu detektieren, Bor dagegen zieht Dotierstoffe an.
Darüber hinaus profitieren die Reinraumtechnologen bei dieser Methodik von der Tatsache, dass das Messgerät weder Abrieb noch Wärme entwickelt. Wäre dies der Fall, würde es vor allem die Kontamination messen, die es selber freisetzt. Was nicht unbedingt direkt im Reinraum gebraucht wird, wird daher ausgelagert. Dazu noch einmal Jörg Dressler.
Die Forderung, keine Emission zu produzieren und in Kleinstreinräume eingebaut zu werden, führt zu einem konsequenten Sensorprinzip. Das heißt, wir haben nicht ein komplettes Messgerät mit Tastatur, Drucker, Tintenstrahldrucker womöglich, oder so etwas und eingebauter Pumpe, große Wärmequellen, sondern es führt zu einem Sensor, der die eigentliche Sensormimik enthält und die gesamte Datenvisualisierung und -auswertung ausgliedert.
Selbst die Ummantelung der wenigen Kabel, durch die Daten nach außen fließen, enthalten kein PVC oder Weichmacher mehr, um zu verhindern, dass molekulare Verunreinigungen entweichen. Damit setzen die Messgeräte-Hersteller jene Maßstäbe, denen andere Reinraumausstatter folgen und die Tauglichkeit ihrer Geräte unter Beweis stellen müssen. Denn die Ansprüche der Halbleiterindustrie werden weiter wachsen. Nur noch 22 Nanometer breit sollen die Leiterbahnen auf Mikrochips im Jahre 2015 sein. Das wäre ein 5000stel einer menschlichen Haaresbreite. Und eine ganze Größenordnung weniger im Vergleich zu heute.
Das kann ein Dichtmittel sein, das kann eine Oberflächenbeschichtung sein, das kann sogar ein Wischtuch sein, mit dem man ein Reinigungsmittel aufträgt, das kann auch das Kleidungsstück von einer Person sein oder die Ausdünstung von einer Person. Es gibt eine unbegrenzte Vielzahl von Stoffen, die in einem Raum freigesetzt wird und durchaus mit den Mitteln der Spurenanalytik nachweisbar ist.
Die Messtechnik, die die Spurensuche nach molekularen Verunreinigungen erst ermöglicht, hat in den vergangenen zwei Jahren einen großen Sprung gemacht. Zwar ließen sich die Kontaminationen durch Ammoniak oder Kohlenwasserstoffe bereits in der Vergangenheit messen. Allerdings oft nur in schrankgroßen Spektrometern, die in den engen Produktionszellen der Halbleiterindustrie, die meist nicht viel größer sind als ein Bierkasten, gar keinen Platz finden würden. Die Schrumpfkur haben die Reinraumtechnologen daher inzwischen vollzogen, ohne dabei die Messgenauigkeit aus den Augen zu verlieren, wie Jörg Dressler, Geschäftsführer des Messgeräteherstellers PMT aus Heimsheim, weiß.
Die Nachweisempfindlichkeit muss enorm groß sein. Wir reden hier von Nanogramm pro Kubikmetern, die nachgewiesen werden müssen bei den jeweiligen Substanzen und neben diesen exorbitanten Nachweisempfindlichkeiten muss das gesamte System eben handhabbar sein. Last but not least: Wir haben auch ein kommerzielles Problem. Niemand, kein Produzent von Halbleitern kann sich Messsysteme leisten, die vielleicht weit über 100.000 Euro pro Stück kosten.
Kleine passgenaue Messgeräte gibt es heute bereits für weniger als ein Zehntel dieses Preises. Die Reinraumtechnologen haben sich dabei ein Prinzip zu nutze gemacht, das aus der Messung von Spurenfeuchte bekannt ist. Demnach lässt sich die Menge Wasser, die ein schwingender Quarz aufsaugt, aus der Änderung seiner Eigenfrequenz errechnen. Gemäß der Regel: Je schwerer der Quarz wird, desto langsamer wird auch sein Takt. Reinraumtechnologen nutzen diese Gesetzmäßigkeit, indem sie den Quarz mit Materialien beschichten, auf denen sich die gesuchten Moleküle bevorzugt ablagern. Silber beispielsweise eignet sich gut, um Schwefel zu detektieren, Bor dagegen zieht Dotierstoffe an.
Darüber hinaus profitieren die Reinraumtechnologen bei dieser Methodik von der Tatsache, dass das Messgerät weder Abrieb noch Wärme entwickelt. Wäre dies der Fall, würde es vor allem die Kontamination messen, die es selber freisetzt. Was nicht unbedingt direkt im Reinraum gebraucht wird, wird daher ausgelagert. Dazu noch einmal Jörg Dressler.
Die Forderung, keine Emission zu produzieren und in Kleinstreinräume eingebaut zu werden, führt zu einem konsequenten Sensorprinzip. Das heißt, wir haben nicht ein komplettes Messgerät mit Tastatur, Drucker, Tintenstrahldrucker womöglich, oder so etwas und eingebauter Pumpe, große Wärmequellen, sondern es führt zu einem Sensor, der die eigentliche Sensormimik enthält und die gesamte Datenvisualisierung und -auswertung ausgliedert.
Selbst die Ummantelung der wenigen Kabel, durch die Daten nach außen fließen, enthalten kein PVC oder Weichmacher mehr, um zu verhindern, dass molekulare Verunreinigungen entweichen. Damit setzen die Messgeräte-Hersteller jene Maßstäbe, denen andere Reinraumausstatter folgen und die Tauglichkeit ihrer Geräte unter Beweis stellen müssen. Denn die Ansprüche der Halbleiterindustrie werden weiter wachsen. Nur noch 22 Nanometer breit sollen die Leiterbahnen auf Mikrochips im Jahre 2015 sein. Das wäre ein 5000stel einer menschlichen Haaresbreite. Und eine ganze Größenordnung weniger im Vergleich zu heute.