Helium-Lecksuche an Halbleiter-Produktionsanlagen

Nach der Wartung einer Halbleiterproduktionsanlage wird eine Dichtheitsprüfung durch Druckanstiegs-Messung durchgeführt. Nur bei nachgewiesener Dichtheit erfolgt die Prozessfreigabe. Ist der Druckanstieg größer als ein definierter Schwellenwert, wird das Tool gesperrt und mit der Helium-Lecksuche begonnen. Der vorliegende Artikel beschreibt, wie die Druckanstiegs-Messung mit der Helium-Dichtheitsprüfung korreliert werden kann. Und wie man am effektivsten Undichtigkeiten sucht.

„Über 5 milliTorr, ich hol‘ schon mal den Lecksucher.“ Eyck Schwarz ist Field Support Engineer bei adixen. Er unterstützt in einem Vor-Ort-Einsatz die Operator eines großen Halbleiter-Herstellers bei allen Fragen rund um Vakuumtechnik und Lecksuche. Heute geht es um das Wiederanfahren einer Poly-Silicium-Trockenätzanlage nach einer Routinewartung.

„Vor der Wiederinbetriebnahme wird eine Druckanstiegs-Messung gemacht“ erklärt er. „Der Druckanstieg setzt sich aus den Beiträgen von vielen Gasquellen in der Anlage zusammen. Das kann Ausgasen von den inneren Oberflächen sein, Permeation – also der Gasdurchtritt durch eine Dichtung – oder auch ein oder mehrere Lecks. Ist der Druckanstieg über unserem Grenzwert, ist das Leck zu groß. Das würde den Prozess stören. Dann müssen wir das Leck suchen und abdichten.“

Mögliche Gasquellen in einer Halbleiter-Produktionsanlage werden in Bild 1 gezeigt.

Die Messung zeigt, dass der Druckanstieg in der Anlage bei 10 milliTorr liegt. Er ist damit doppelt so hoch wie der erlaubte Grenzwert. Kennt man auch das Volumen der Prozesskammer, kann man abschätzen, in welcher Größenordnung die Anzeige am Lecksuchgerät liegen muss (siehe Infokasten 1).

Infokasten 1: Umrechnung eines Druckanstiegs in mTorr in eine Leckagerate in mbar l/s.

Eyck Schwarz windet sich in die Anlage und schließt den ölfreien Hochleistungs-Lecksucher ASM 380 von adixen an. Dazu flanscht er ihn an ein Absperrventil, das zwischen Turbopumpe und Prozesspumpe im Basement in die Leitung eingebaut ist.

Die umstehenden Operater sind erstaunt. „An der Kammer dieser Anlage gibt es doch einen Flansch, an den man sehr leicht hinkommt. Dort schliessen wir den Lecksucher eigentlich immer an. Warum machen Sie das nicht auch, sondern kriechen in die Anlage, damit Sie an den Flansch herankommen? Das ist doch viel aufwändiger und kostet viel mehr Zeit.”

„Das mag schon stimmen.”, antwortet der Service-Techniker. „Der Aufwand lohnt sich aber. Denn wenn das Lecksuchgerät zwischen Turbopumpe und Trockenläufer angeschlossen wird, ist das Lecksignal viel größer und die Ansprechzeit kürzer. Das Leck wird so viel schneller gefunden und besser geortet. Am Ende hat man also sogar Zeit gespart.”

Infokasten 2: Warum wird der Lecksucher zwischen Turbopumpe und Trockenläufer angeschlossen?

Infokasten 3: Warum wird die Leckage schneller gefunden?

Eyck Schwarz öffnet den Druckminderer an der Heliumflasche. Er stellt die Helium-Sprühpistole so ein, dass er an der Zunge gerade noch einen leichten Hauch des Prüfgases spürt. Das reicht vollkommen, um auch kleinste Leckagen noch aufzuspüren. Außerdem verhindert es eine zu starke Heliumbelastung der Umgebung. Langsam, methodisch und geduldig sprüht er an der Anlage die leckageverdächtigen Stellen von unten nach oben ab.

„Wenn man unten anfängt, steigt das Helium als leichtes Gas nach oben. Dann werden dort Lecks vorgetäuscht, wo gar keine sind“, wirft einer der umstehenden Anlagenbediener ein.
„Richtig, das wird auf Lecksucher-Schulungen erzählt. Das stimmt aber nur, wenn die Luft absolut ruhig ist und sich das Helium gleichmäßig in der Umgebung verteilt. Hier im Reinraum besteht immer ein laminarer Flow von der Decke nach unten in den Boden. Deswegen wird das Prüfgas mit nach unten gerissen. In diesem Fall muss also entgegen der Luftzugrichtung – also von unten nach oben – getestet werden.“

Plötzlich schlägt die Leckratenanzeige aus. Eyck Schwarz hat eine Kammerdichtung angesprüht. Er ist aber noch nicht zufrieden. „Der angezeigte Wert ist viel zu niedrig, um den Druckanstieg zu erklären.“

Er markiert das Leck und macht weiter. Das Messgerät meldet sich zum zweiten mal. Das Leck scheint gefunden. Trotzdem prüft er auch den Rest der Anlage, um keine Leckage zu übersehen. Diese Sicherheit kostet beim Prüfen nur wenige Minuten. Sie vermeidet aber ein wiederholtes Anfahren und Stillsetzen der Anlage, falls eben doch mal ein Leck übersehen wurde. Schließlich wird die aufgenommene Messung auf der integrierten SD-Karte des Lecksuchgeräts ASM 380 gespeichert. So kann das gefundene Leck später im Bericht dokumentiert werden.

Die beiden defekten Dichtungen werden schnell ersetzt. Die Anlage wird wieder hochgefahren. Die erneute Druckanstiegsmessung sagt jetzt: „READY FOR PROCESS”.

Während die Halbleiterproduktion wieder auf vollen Touren läuft, ist Eyck Schwarz bereits wieder auf dem Weg zum nächsten Einsatz. Übrigens, adixen bietet für alle Kunden Prozessanalyse und -optimierung vor Ort. Sei es Vakuumtechnik, Lecksuche oder Dichtheitsprüfung – sprechen Sie mit uns.


Die Autoren:

Eyck Schwarz
Field Support Engineer Semiconductor

Dr. Rudolf Konwitschny
Application Support Manager Europe North


Pfeiffer Vacuum GmbH
Sales & Service
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