Page 73 - Zur Reinheit funktionaler Oberflächen
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Lodevicus Hermans und Win Labuda
5. Elektrische Oberflächen-Ladungen
im Reinraum-Betrieb
Geringe Luftfeuchte und hohe Oberflächenwiderstände sind die
Hauptursachen für die Entstehung unerwünschter, elektrischer
Oberflächen-Ladungen im Umfeld einer Halbleiter-Fertigung.
Dieser Aufsatz beschreibt in seinem ersten Teil (4.1) die
physikalischen Grundlagen der Entstehung von elektrischen
Flächenladungen und Entladungen (der Triboelektrizität). Im
zweiten Teil (4.2) werden die negativen Auswirkungen von
Ladungen auf die erforderliche Prozess-Reinheit der Silizium-
Scheiben (Wafern) erläutert. Außerdem werden exponierte
Orte aufgezeigt, an welchen Stellen im Fertigungs-Ablauf
elektrische Entladungsvorgänge (ESD electro-static-discharge)
die Ursache von Beschädigungen der gefertigten Halbleiterpro-
dukte sein können.
Gravierende Fertigungs-Probleme entstehen insbesondere
dann, wenn infolge von ESD-Ereignissen die elektronischen
Steuerungseinheiten der Fertigungsanlagen ausfallen oder
schlimmer noch - Veränderungen der programmierten Prozess-
Schritte auftreten. Die Auswirkungen korrektiver Maßnahmen,
wie beispielsweise der Einsatz von Luftionisatoren in unmittel-
barer Anlagenähe werden erläutert.
Der dritte Teil (4.3) des Aufsatzes ist solchen elektrischen
Ladungs- und ESD-Erscheinungen gewidmet, die in Verbindung
mit dem Einsatz von Reinraum-Verbrauchsmaterial auftre-
ten können. Dabei werden insbesondere die Produktgruppen
Reinigungs-Tücher und Reinraum-Papier berücksichtigt.
5.1 Physikalische Grundlagen der Werden zwei elektrisch neutrale Flächen beliebiger Materialien
Triboelektrizität bei normaler Umgebungstemperatur und Feuchte vollflächig
aneinandergelegt, so erfolgt über deren Oberflächengren-
zen hinweg ein Ladungsträger-Austausch, und zwar bis zum
Eintreten des Potential-Gleichgewichts. Werden die beiden
Oberflächen anschließend wieder voneinander getrennt, so
verbleibt an jeder derselben ein Ladungsträger-Überschuss
von gleicher Menge aber entgegengesetzter Polarität. Diese
Veränderung wird gemeinhin als „elektrostatische Aufladung“
bezeichnet. Die Vorgänge betreffen prinzipiell sowohl elek-
trisch leitende als auch isolierende Materialien. Wie kommt
es zu diesen Ladungs- und Entladungsvorgängen? Auf der
Oberfläche eines Isolators (z. B. aus dem Material Polyester)
finden sich elektrische Oberflächen-Zustände mit längeren
Verweilzeiten von Elektronen. Solche Oberflächen-Zustände
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