Reinraum: Was ein einziges Staubkorn für eine Teilscheibe bedeutet

Die Striche einer Teilscheibe sind nur wenige bis einige Dutzend Mikrometer breit; schon ein Staubkorn von wenigen Mikrometern kann ein Pinhole, einen Chromrückstand oder eine Strichunterbrechung verursachen. Der Artikel erklärt, wie man Reinheitsklassen liest, wie groß Partikel im Vergleich zu den Strichen sind, welchen Defekt ein Partikel je nach Prozessschritt hinterlässt und wie ein Reinraum Partikel beherrscht.

Fällt Sonnenlicht schräg durchs Fenster, sieht man viele helle Punkte in der Luft schweben – und das sind nur die größeren Staubteilchen. Kleinere Partikel sind mit bloßem Auge unsichtbar, setzen sich aber genauso auf Oberflächen ab. Bei einer Teilscheibe mit nur wenige Mikrometer breiten Strichen kann ein einziges Partikel von wenigen Mikrometern zum Defekt werden.

Abb. 1 – Schnittanimation: Partikel A liegt über einer lichtdurchlässigen Lücke und schattet bei der Belichtung das UV-Licht ab; der Lack darunter bleibt unbelichtet, am Ende bleibt ein Chromfleck in der Lücke. Partikel B liegt über einem Strich, der ohnehin stehen bleibt, und verursacht keinen Defekt

Wie man Reinheitsklassen liest

Die Reinheit zählt die Anzahl der Partikel in der Luft, nicht ihr Gewicht. Die in der Branche noch gängigen Bezeichnungen „Hunderterklasse“ oder „Tausenderklasse“ stammen aus dem US Federal Standard 209E: Class N bedeutet höchstens N Partikel ≥0,5 μm pro Kubikfuß Luft. Diese Norm wurde durch ISO 14644-1 ersetzt; beide entsprechen sich ungefähr wie folgt:

Gängige Bezeichnung	ISO-Klasse	Grenzwert Partikel ≥0,5 μm (pro Kubikmeter)
Class 10	ISO 4	352
Class 100	ISO 5	3520
Class 1000	ISO 6	35200
Class 10000	ISO 7	352000

1 Kubikfuß sind etwa 0,0283 Kubikmeter; 100 Partikel pro Kubikfuß entsprechen also etwa 3500 pro Kubikmeter, was zum Grenzwert von ISO 5 passt. Jede Klassenstufe ändert die zulässige Partikelzahl um den Faktor 10.

Partikel und Striche im Vergleich

Siehe Abb. 2. Ein Haar hat etwa 50–100 μm Durchmesser. Bei einer Teilscheibe mit Radius 20 mm und 2500 Strichen sind Strich und Lücke je etwa 25 μm breit; bei Radius 5 mm und 10000 Strichen beträgt die Strichbreite nur etwa 1,6 μm. Ein Partikel von 5 μm ist bei der ersten Scheibe ein kleiner schwarzer Punkt in einer Lücke, bei der zweiten kann es mehrere Lücken gleichzeitig verdecken.

Abb. 2 – Logarithmischer Größenvergleich: Zählpartikelgröße der Reinheitsklassen, Partikel, Strichbreiten von Teilscheiben und ein Haar

Wo das Partikel landet, bestimmt das Aussehen des Defekts

Welchen Defekt ein Partikel verursacht, hängt vom Prozessschritt ab, in dem es landet:

Zeitpunkt	Folge
Vor der Chrombeschichtung auf dem Glas	Schattet die Chromatome ab; fällt es ab, bleibt ein Pinhole
Beim Belacken auf dem Substrat	Zieht einen kometenförmigen Streifen in den Lackfilm; örtlich ungleichmäßige Dicke
Vor der Belichtung auf dem Lack im transparenten Bereich	Schattet das UV-Licht ab; in der Lücke bleibt ein Chromrückstand (Abb. 1)
Auf der Fotomaske	Derselbe Defekt an derselben Stelle auf jeder Scheibe
Auf der fertigen Oberfläche	Der Fleck blockiert Licht; das Signal wird örtlich schwächer

Abb. 1 zeigt noch ein interessantes Detail: Bei Positivlack verursacht ein Partikel, das auf einem Bereich liegt, in dem das Chrom ohnehin bleiben soll, beim Belichten keinen Defekt; gefährlich ist das Partikel im transparenten Bereich.

Woher Partikel kommen

Menschen: Hautschuppen, Haare, Kleidungsfasern, ausgeatmete Tröpfchen – der Mensch ist im Reinraum meist die größte Partikelquelle;
Anlagen: Verschleiß und Reibung bewegter Teile;
Material: Kartons, Papier, gewöhnliche Plastiktüten sowie Glasstaub vom Schneiden und Kantenschleifen;
Prozessmedien: nicht sauber gefilterter Lack, Entwickler, Reinstwasser und Gase.

Wie man Partikel beherrscht

Luftführung: Luft strömt über Schwebstofffilter von oben nach unten als laminare Strömung, drückt Partikel zum Boden und führt sie ab; der Raum steht unter Überdruck, Außenluft kann nicht eindringen.
Zonen: Kritische Stationen wie Belackung und Belichtung können als örtliche Zonen höherer Reinheitsklasse ausgeführt werden.
Personal: Reinraumkleidung, Handschuhe und Mundschutz, Zugang über eine Luftdusche, möglichst wenig Bewegung.
Material: keine Kartons in der Reinzone, Gegenstände vor dem Einbringen abwischen; staubende Schritte wie Schneiden und Kantenschleifen vom Lithografiebereich trennen.
Überwachung: regelmäßige Messung mit dem Partikelzähler und Trendaufzeichnung; Defektprüfung nach jedem Prozessschritt, bei Auffälligkeiten Ursachenrückverfolgung.

Fazit

Die Reinheitsklasse zählt, wie viele Partikel ≥0,5 μm vorhanden sind. Bei Teilscheiben mit Strichbreiten von wenigen bis einigen Dutzend Mikrometern kann ein Partikel von wenigen Mikrometern ein Pinhole, einen Chromrückstand oder eine Strichunterbrechung verursachen, und eines auf der Fotomaske wiederholt sich auf jeder Scheibe. Ein Reinraum hält solche Defekte durch gefilterte Luftzufuhr, Zonenbildung, Personal- und Materialmanagement sowie laufende Überwachung auf sehr niedrigem Niveau.

Übersetzung des chinesischen Originalartikels (0029). ENC7 – Hersteller von Encoderscheiben (Anfrage) · Fachartikel · https://enc7.com