CompactPCI-System steuert Chip-Produktion

Vakuum fest im Griff

Anzeige
Die Herstellung von Halbleiterchips ist ein extrem komplexer Vorgang höchster Präzision, bei dem weltweit in den Fabrikationsstätten der Halbleiterhersteller auch Hochvakuum-Anlagen von Balzers Process Systems eingesetzt werden. Diese Systeme arbeiten mit Standard-CPCI-Karten sowie M-Modulen und erfüllen zuverlässig ihre Aufgaben.

Dipl.-Ing. Hermann Strass, nach Informationen von MEN Mikro Elektronik GmbH, Nürnberg

Die Balzers Process Systems (BPS) in Balzers im Fürstentum Liechtenstein verfügt über Fabrikationsstandorte in mehreren Ländern. Schwerpunkt im Produktspektrum bilden Vakuumanlagen für die Produktion von Halbleitern. Weitere Produktgruppen sind Beschichtungsanlagen für optische und magnetische Speicher-Technologien sowie für die Herstellung von TFT-Displays. Balzers gehört zu Unaxis (vormals Oerlikon-Bührle-Holding) in der Schweiz mit einem Gesamtumsatz von 3,6 Mrd. Franken und fast14 000 Mitarbeitern. Balzers und Leybold haben bei Umsatz und Mitarbeitern etwas weniger als 50 % Anteil an der Gruppe. BPS in Truebbach, Schweiz, ist auf Produktionsanlagen für die Informationstechnologie focussiert. Der Umsatz in 1999 wird mit etwa 600 Mio. Franken angegeben (etwa 1450 Mitarbeiter). Das Unternehmen will seine Technologie- und Marktführerschaft auf den verschiedenen Gebieten durch enge Zusammenarbeit mit Schlüsselkunden und durch eigene Innovationen weiter ausbauen.
Präzisionssteuerung fürden leeren Raum
Die Hochvakuum-Verdampfungsanlagen BAK EVO von Balzers bilden quasi einen Industriestandard für einen breiten Einsatzbereich. Dazu gehören die Beschichtung und Metallisierung von Halbleiterscheiben (Wafern). Die Systeme sind kompakt gebaut für ein breites Anwendungsspektrum. Sie arbeiten mit hoher Zuverlässigkeit bei niedrigen Betriebs- und Wartungskosten.
Ein Großteil der Herstellungsschritteeines aktiven Halbleiterchips besteht darin, in mehreren Schritten im hohen Vakuum die verschiedenen Materialien aufzudampfen. Aufgabe ist es hier, präzise Schichtdicken mit extrem glatten Oberflächen zu erzeugen. Diese Schichten werden entweder passiv durch Kondensation oder aktiv durch elektrische Aufladung (Sputtering) auf die Scheibe aus Reinst-Silizium aufgebracht. Die Schichtdicken, die von den hier beschriebenen Anlagen erzeugt werden, liegen zwischen 20 nm und 20 µm. Die Arbeitstemperaturen reichen von 50 bis 400°C, wobei diese fallweise besonders exakt eingehalten werden müssen, damit die Beschichtung gleichmäßig aber auch schnellstmöglich erfolgen kann. Zum Schluss werden die Wafer gekühlt, um so den Prozess zu beschleunigen.
Für die Beschichtung werden zum Teil sehr teure und exotische Materialien benötigt. Das ist Chrom, Titan, Tantal, Nickel, Palladium, Aluminium, Kupfer oder Gold. Die Verdampfung dieser Materialien erfolgt mittels Widerstands-, Induktions- oder Elektronenstrahlheizung. Zur Vorbehandlung der Substrate wird bei Bedarf eine Quarzlampenheizung eingesetzt, damit kann das Substrat in kürzester Zeit auf Prozesstemperatur gebracht werden. Das ist erforderlich, um bestimmte Schichteigenschaften zu erreichen.
Eine der Anwendungen ist die Herstellung der Metallisierungslagen von Mikroprozessoren, die der Kontaktierung des Chips nach außen zum Gehäuse dienen. Vor der eigentlichen Beschichtung müssen die Vakuumkammern und die Wafer durch Aufheizen entgast und von fremden Stoffen gereinigt werden. Die Bereitstellung des Vakuums dauert je nach Anlagenart und -größe sowie dem benötigten Unterdruck manchmal Stunden, aber auch bis zu einem oder mehreren Tagen. Eine Unterbrechung durch Fehlfunktion kostet sehr viel Zeit und führt zu Produktionsausfällen und damit extrem hohen Kosten. Absolute Zuverlässigkeit der Anlagen und Steuerungsrechner ist also Grundvoraussetzung für den Einsatz bei solchen Anwendungen. Eine Wafer-Fab erforderte bisher Investitionen von etwa 1 Mrd. US-Dollar. Der gerade beschlossene Aufbau einer Anlage für 12-Zoll-Wafer von Intel in Chandler, Arizona, wird nach Angabe des Unternehmens etwa 2 Mrd. Dollar kosten. Die Vakuumanlagen gehören zu wesentlichen Elementen der Gesamtanlage. Absolute Zuverlässigkeit ist unerlässlich für eine hohe Chip-Ausbeute.
Rechner in der Steuerungszentrale
Die Steuer- und Überwachungseinheit auf Basis eines CPCI-Systems von Men, Nürnberg, ist vielseitig und zuverlässig, um so die hohen Anforderungen der Halbleiterproduzenten zu erfüllen. Der Steuerungsrechner D1 ist ein kompletter Arbeitsplatzrechner auf einer Doppeleuropakarte in Industrieausführung. Die Pentium-CPU (200 MHz) von Intel gehört zur „Industrial Line“ von Intel. Der Flash-Speicher ist ATA-kompatibel und bootfähig. Der DRAM-Speicher ist aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen auf die Karte gelötet.
Die bei PCs üblichen Schnittstellen, wie Tastatur, Maus, USB, serielle und parallel Ports sowie Ethernet sind ebenfalls vorhanden. Zusätzlich sind eine CAN- und eine leistungsfähige Grafik-Schnittstelle als HMI vorhanden. Der Grafik-Beschleuniger SM910 bietet zwei Schnittstellen (Bildschirm und CRT), auch für Auflösungen bis 1024 x 768 (CRT unter Windows NT) oder bis 1280 x 1024 (LCDs). Die üblichen LCD-Displays (DSTN, STN, TFT) werden unterstützt. CRT und LCD können unterschiedliche Inhalte (DualApp) bei unterschiedlichen Auflösungen gleichzeitig anzeigen. Das LCD kann gleichzeitig das volle Bild und einen Ausschnitt zeigen (DualView). Das VGA-kompatible BIOS ist für beide Grafikstandards (CRT & LCD) oder nur für einen der beiden konfigurierbar. Der Plug-and-Play-Windows-Treiber (W95/NT) bietet einen virtuellen Treiber (64-Bit drawing engine) mit DirectDraw und Direct3D HAL. Ein 135-MHz-RAMDAC (24 Bit) für 16 Millionen Farben mit 2 MB SGRAM (4 MB wahlweise) mit Hardware-Cursor sorgt für hohe Grafikleistung.
Weitere für industrielle Anwender wichtige Funktionen des Steuerrungsrechners umfassen verschiedene Watchdogs für die Überwachung von Temperatur, Spannung und Time-out, IDE-CompactFlash, PXI-Triggerleitungen (National Instruments) für anspruchsvolle Datenerfassungs- und Analyseaufgaben und ein industrielles BIOS.
Industrielle Qualifikation
Die D1-Karte wurde bereits in der Design-Phase für die auch bei dieser Anwendung geforderte industrielle Qualifikation vorbereitet. Sie erfüllt hoheAnforderungen bezüglich Temperatur (0 bis +60°C), Stoss, Vibration, chemische Einflüsse und elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Zusätzlich hat der Hersteller die D1 gemäß DIN-, EN- oder IEC-Normen und den individuellen Erfordernissen dieser Anwendung qualifiziert und getestet. Über hundert Ein/Ausgabefunktionen auf Mezzanin-Basis mit entsprechenden Trägerkarten für M-Module und PC-MIPs ergänzen die CPU-Funktionalität und ermöglichen so den Aufbau eines für die Anwendung von Balzers maßgeschneiderten CompactPCI-Systems.
Die Mindestausstattung umfasst je eines der hier aufgelisteten M-Module:
m M34 für 8 analoge Volt-Eingabekanäle (12 Bit Auflösung, 8,5 µs Wandlungszeit) von Sensoren, Stellventilen, sowie zur Druck- und Temperaturmessung,
m M45 mit 4 x RS232 für die Kommunikation mit bis zu 135 Kbit/s voll-duplex mit den Sensoren,
m M62 mit 4 x Analogausgabe (12 Bit Auflösung, 15 µs Wandlungszeit) zur Präzisionssteuerung der Ventile sowie vier Module M66 auf einer Trägerkarte in folgender Ausstattung oder
m M66 mit je 32 binären Ein- oder Ausgabekanälen (individuell schaltbar, maximal 500 mA/Kanal bei Ausgabe) für Türschalter und andere Digital-Zustandsmeldungen oder Ansteuerungen.
Je nach Ausstattung des Vakuum-Systems werden sieben bis zwölf M-Module zusätzlich zum D1-Arbeitsplatzrechner eingesetzt. Diese Module werden auf die Trägerkarte D201 aufgesteckt. Diese 6-HE-Karte belegt nur einen CPCI-Steckplatz und kann bis zu vier verschiedene M-Module aufnehmen. Die M-Module werden auf die Trägerkarte geschraubt, damit sie sich bei Stoss- oder Vibrationsbelastungen nicht lösen können. Die Ein-/Ausgabepunkte sind direkt über Steckverbinder (ohne Zwischenverteiler-Steckfeld) an der Frontplatte oder an der Rückwand zugänglich. CPU und M-Module auf Trägerkarten werden in einen genormten Baugruppenträger mit fünf CPCI-Steckplätzen eingesetzt. Das Steuerungssystem von Men für die Anlage von Balzers wird unter Windows NT betrieben.
Weitere Informationen eA 512
Anzeige

Festo: Digitalisierung

Smartenance

Die Digitalstrategie von Festo im Überblick

Video aktuell

Rahman Jamal, Business & Technology Fellow bei National Instruments, zur Bedeutung des Testens von smarten Maschinen

Aktuelle Ausgabe

Newsletter

Jetzt unseren Newsletter abonnieren

Webinare & Webcasts

Technisches Wissen aus erster Hand

Automation Award

Automation Award 2018
Die Besucher der SPS IPC Drives haben gewählt. And the winners are…

Videos

Hier finden Sie alle aktuellen Videos

Whitepaper

Hier finden Sie aktuelle Whitepaper

Anzeige
Anzeige

Industrie.de Infoservice

Vielen Dank für Ihre Bestellung!
Sie erhalten in Kürze eine Bestätigung per E-Mail.
Von Ihnen ausgesucht:
Weitere Informationen gewünscht?
Einfach neue Dokumente auswählen
und zuletzt Adresse eingeben.
Wie funktioniert der Industrie.de Infoservice?
Zur Hilfeseite »
Ihre Adresse:














Die Konradin Verlag Robert Kohlhammer GmbH erhebt, verarbeitet und nutzt die Daten, die der Nutzer bei der Registrierung zum Industrie.de Infoservice freiwillig zur Verfügung stellt, zum Zwecke der Erfüllung dieses Nutzungsverhältnisses. Der Nutzer erhält damit Zugang zu den Dokumenten des Industrie.de Infoservice.
AGB
datenschutz-online@konradin.de