Die Halbleiterfertigung und ihre Maschinen

Die momentane Chipkrise stellt die Halbleiterindustrie vor eine ihrer größten Herausforderungen der letzten Jahrzehnte.

Durch die fortschreitende Digitalisierung sind heutzutage in nahezu jedem Gerät Halbleiter verbaut. Diese hochintegrierten Chips können digitale Informationen verarbeiten, dementsprechend steigt der Bedarf an Halbleitern jährlich an. Halbleiter gehören jedoch zu den komplexesten Produkten, auch hinsichtlich ihrer Produktion, wie die nachfolgende vereinfachte Darstellung der einzelnen Produktionsschritte aufzeigt.

Diese Schritte werden in einer sogenannten Fab, einer Fabrikanlage zur Herstellung von Halbleitern durchgeführt. Dafür wird eine ganze Reihe an Rohstoffen benötigt, wie z. B. Siliziumwafer, Fotomasken, verschiedene Gase und Flüssigkeiten. Für die eigentliche Produktion der Halbleiter sind die Halbleiterfertigungsmaschinen zuständig. Diese manipulieren Atome mit Hilfe von Ätzprozessen, Abscheidung und Lithographie derart, dass daraus hochintegrierte Chips auf einem Wafer entstehen. Der Wafer wird anschließend zerschnitten und die Chips entsprechend verpackt.

Die Tools der Halbleiterfertigungsmaschinen

Wichtige Bestandteile von Halbleiterfertigungsmaschinen sind deren Geräte, auch Tools genannt. In diesen Tools kommt auch das neue comX 51CA-RE\R von Hilscher zum Einsatz und ist dort für die EtherCAT Kommunikation zuständig. Der Einsatz des Kommunikationsmoduls wird laut ETG.5003 Standard in folgenden Tools ermöglicht:

1. Emissionsminderungs- und Sub Fab Systeme

In einer Subfabrik befinden sich viele Pumpen und Minderungssysteme, welche die Abgase und Nebenprodukte verarbeiten, die durch den Herstellungsprozess entstehen. Ebenso sind sie dafür zuständig, eine makellose Umgebung für die Werkzeuge in den Prozesskammern im Reinraum zu schaffen.

2. DC & HF Generatoren

Gleichstrom- und Hochfrequenzgeneratoren werden in der Halbleiterherstellung zur Durchführung der chemischen und physikalischen Prozesse innerhalb der Prozesskammer verwendet (z. B. Abscheidung, Ätzen, Reinigung).

3. Massendurchflussregler

Bei der Herstellung von Halbleitern kommen über 100 Gase und einige Flüssigkeiten zum Einsatz, die mithilfe eines Massendurchflussreglers reguliert werden können.

4. Prozesssteuerungsventile

Prozesssteuerungsventile werden normalerweise zur Steuerung von Druck, Flüssigkeitsstand, Flüssigkeitsdurchfluss oder Temperatur in einer Vielzahl an industriellen Anwendungen verwendet. Ebenso kommen sie bei der Halbleiterherstellung zum Einsatz.

5. HF Abgleich

In der Hochfrequenztechnik führt eine Lastimpedanz, die nicht an die Leitung angepasst ist dazu, dass der Generator seine vollständige Leistung nicht zur Last übertragen kann. Durch die HF Anpassung kann im Bereich von Mikrosekunden ein präziser Abgleich von Leistungspegeln durchgeführt werden. In der Halbleiterfertigung garantiert dies eine genaue Leistungsübertragung, die schlussendlich zur Stabilität vom Plasma beiträgt.

6. Schrupp-/Vakuumpumpen

Vakuumpumpen dienen in der Halbleiterproduktion dazu, ein Vakuum bzw. ein Ultrahochvakuum zu erzeugen. Trockenlaufende Vakuumpumpen unterstützen dabei, die Prozessbedingungen zu stabilisieren.

7. Temperaturcontroller

Beim Ätzen wird festes Material durch eine chemische Lösung verflüssigt. Hierbei spielt die richtige Temperatur eine zentrale Rolle. Daher werden Temperaturcontroller eingesetzt, um Abweichungen zu verhindern. Diese könnten dazu führen, dass die Wafer nach dem Ätzen unbrauchbar werden.

8. Turbopumpen

Bei einer Turbopumpe wird durch schnell drehende Rotoren der benötigte Druck für die Erzeugung eines (Ultrahoch-)Vakuums erzeugt, was zu extrem reinen Prozessbedingungen führt.

9. Vakuummeter

Die hochgenaue Messung des Vakuums ist für die Herstellung der Halbleiter zur Sicherstellung des Reinraums essenziell. Daher kommen Vakuummeter in diversen Prozessschritten (z. B. Abscheidung oder Ätzen) zum Einsatz.

Der Aufbau neuer Fabs

Neben der fortschreitenden Digitalisierung gibt es weitere Punkte, die den Aufbau neuer Fabs unerlässlich machen. Der Halbeitermangel ist derzeit in aller Munde. Bedingt ist er durch politische Spannungen, die zu Versorgungsengpässen bei Rohstofflieferanten führten. Ebenso führten Naturkatastrophen zu größeren Produktionsstopps und die Covid-19 Pandemie tat ihr Übriges, um diese Krise noch zu verschärfen.

Die größten Player der Branche stellen sich dem jedoch entgegen und investieren Milliarden für den Aufbau neuer Fabs.