Auf in den Reinraum

Unser Rundgang durch die Fertigungshallen von GF, vier über Brücken verbundene Gebäude, beginnt im Modul 1, dem ersten Erweiterungsbau, bei den Lithografiemaschinen. Hier wird mittels Fotomasken und Lasern zuvor auf die Wafer aufgebrachter, lichtempfindlicher Lack belichtet. Die gesamte Halle ist gelb beleuchtet, andere Lichtfarben sind verboten, um den Fotolack nicht ungewollt zu belichten.

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Nach dem Betreten fällt zuerst auf: Es ist unerwartet laut. Vom Überdruck sowie der mit 45 Prozent recht niedrigen Luftfeuchtigkeit ist erst einmal wenig zu spüren, aber die mehr als 100 Maschinen pro Halle sowie die Transportroboter, die an Schienen unter der Decke fahren, verursachen einen Lärm, der klar macht: Wir sind in einer Fabrik. Wir beginnen unseren eineinhalbstündigen Rundgang bei den teuersten Maschinen, jede der Lithografiemaschinen kostet zwischen 20 und 60 Millionen Euro.

Sie stammen beispielsweise von ASML, dem größten Hersteller, und verstecken sich dezent in der zweiten Reihe hinter Zuführautomaten. Dennoch sind sie schwer zu übersehen, jede dieser Maschinen, die ASMLs CEO Peter Wennink ironisch als "sehr teure Diaprojektoren" bezeichnet, hat in etwa die Größe eines Überseecontainers. Sie stehen auf eigenen Fundamenten, um sie von Vibrationen zu entkoppeln – bereits die Schritte eines vorbeilaufenden Mitarbeiters würden sie stören.

Hände weg vom Wafer

Zuführautomaten gibt es an jeder Maschine, denn die Wafer sind in verschlossenen Transportboxen verpackt. Das hat zwei Gründe: Einerseits lassen sie sich so effizienter transportieren, jede Kiste enthält 25 der Siliziumscheiben. Andererseits sind sie vor der partikelbelasteten Umgebungsluft geschützt.

  • Zum Transport sind die Wafer in FOUP genannte Boxen sortiert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein FOUP fasst 25 Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Mehr als 900 dieser Transportroboter sind an der Decke der Hallen unterwegs. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Einfach rumstehen darf nichts, zum Abstellen gibt es ausgewiesene Bereiche. Außerdem muss immer abgesperrt werden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Maschinen kommen ohne Menschen zurecht, nur selten sitzt jemand davor. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Am Übergang vom gelb beleuchteten Lithografiebereich zum weiß beleuchteten Abschnitt (hier blau durch Weißabgleich) gibt es automatische Türen für die Transportroboter. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Zwischen den einzelnen Hallen gibt es Brücken, die die Reinräume verbinden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Fenster gibt es in den Reinräumen eigentlich kaum, die wenigen sind mit Folie abgeklebt, um schädliche Spektren auszusperren. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Gelegentlich gibt es unter der Decke Stau. Rechts sind die Deckenlagerplätze sowie ein Stocker zu sehen, in denen die Transportroboter FOUPs zwischenlagern. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • In der Bump Test Facility transportiert ein Roboter die FOUPs am Boden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Einige Beispiele von Chips aus der Dresdner Fab. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Labor für Materialanalyse dürfen wir auch einen Wafer in die Hand nehmen. Darauf befinden sich verschiedene Teststrukturen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Geübte Augen erkennen anhand der Muster, was sich auf dem Wafer befindet. Ich muss nachfragen.  (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Reinraum ist nur Papier für Notizen erlaubt. (Bild: Johannes Hiltscher/Golem.de)
Zum Transport sind die Wafer in FOUP genannte Boxen sortiert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
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Die Maschinen stehen nämlich in einem verhältnismäßig dreckigen Reinraum, jede ist allerdings gekapselt und von der Umgebung abgeschlossen. Lediglich das Einsortieren der Wafer in die FOUP (für Front Opening Unified Pod) genannten Transportboxen erfolgt bei höchster Reinheit in einem kleinen, abgetrennten Bereich der Reinheitsklasse ISO 1. Hier werden die Wafer auch zum einzigen Mal von Hand bewegt, anschließend übernehmen das ausschließlich Roboter, nur bei Problemen bewegen Mitarbeiter die Boxen.

Während der Fertigung legt ein 28-nm-Wafer etwa 300 km in der Fab zurück, aber nicht alle Boxen sind permanent unterwegs. Zwischen manchen Prozessschritten müssen die Wafer ruhen, um abzukühlen oder auszudampfen. Manchmal warten sie auch einfach, bis die nächste Maschine frei ist. Dann verstauen die Transportroboter sie in Regalsystemen (Stockern) an den Außenwänden, außerhalb des Moduls 1 auch unter der Decke.

Im Modul 1 ist eine ältere Generation der vom Hersteller Muratec schlicht Overhead Hoist Transport (OHT, Überkopf-Transportaufzug) genannten Roboter unterwegs, die nicht seitlich in die Lagerbereiche unter der Decke abladen kann. Das bedeutet auch: FOUPs, die zwischen Modul 1 und einer anderen Halle unterwegs sind, müssen ihren Transporteur wechseln, die Robotergenerationen sind streng getrennt. Zwischen der ersten Halle und dem neuesten Erweiterungsbau mit dem schlichten Namen Annex gibt es daher einen Umladebahnhof.

  • Zum Transport sind die Wafer in FOUP genannte Boxen sortiert. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Ein FOUP fasst 25 Wafer mit einem Durchmesser von 300 mm. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Mehr als 900 dieser Transportroboter sind an der Decke der Hallen unterwegs. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Einfach rumstehen darf nichts, zum Abstellen gibt es ausgewiesene Bereiche. Außerdem muss immer abgesperrt werden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Die Maschinen kommen ohne Menschen zurecht, nur selten sitzt jemand davor. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Am Übergang vom gelb beleuchteten Lithografiebereich zum weiß beleuchteten Abschnitt (hier blau durch Weißabgleich) gibt es automatische Türen für die Transportroboter. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Zwischen den einzelnen Hallen gibt es Brücken, die die Reinräume verbinden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Fenster gibt es in den Reinräumen eigentlich kaum, die wenigen sind mit Folie abgeklebt, um schädliche Spektren auszusperren. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Gelegentlich gibt es unter der Decke Stau. Rechts sind die Deckenlagerplätze sowie ein Stocker zu sehen, in denen die Transportroboter FOUPs zwischenlagern. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • In der Bump Test Facility transportiert ein Roboter die FOUPs am Boden. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Einige Beispiele von Chips aus der Dresdner Fab. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Labor für Materialanalyse dürfen wir auch einen Wafer in die Hand nehmen. Darauf befinden sich verschiedene Teststrukturen. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Geübte Augen erkennen anhand der Muster, was sich auf dem Wafer befindet. Ich muss nachfragen.  (Bild: Martin Wolf/Golem.de)
  • Im Reinraum ist nur Papier für Notizen erlaubt. (Bild: Johannes Hiltscher/Golem.de)
Mehr als 900 dieser Transportroboter sind an der Decke der Hallen unterwegs. (Bild: Martin Wolf/Golem.de)

Der Computer steuert, der Roboter beobachtet den Verkehr

Die Roboter bekommen zwar ihre Anweisungen von einem zentralen Computer, fahren allerdings nicht blind durch die Gegend. Jeder verfügt über ein Lidar, mit dem er die Umgebung beobachtet. Ist der Weg blockiert, etwa durch eine unachtsam aufgestellte Leiter, hält er an, um Schäden zu vermeiden. Weite Teile der Strecke sind vierspurig ausgebaut, so dass die Roboter Staus, abladende Kollegen oder blockierte Abschnitte umfahren können.

Hat ein Roboter sein Ziel erreicht, lässt er seinen Lift herab, um eine Transportbox abzusetzen oder aufzunehmen. Insgesamt sind in den Hallen der Fab mehr als 900 der Schienenfahrzeuge unterwegs, alle nummeriert. Auf dem Rundgang begegnet uns als höchste Nummer die 919. Die Hallen sind durch Trennwände in einzelne Abschnitte geteilt. Die Roboter fahren durch kleine Türen an der Decke, wir nehmen die große unten und verlassen den gelb beleuchteten Lithografiebereich.

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 Halbleiterfertigung in Dresden: Eine Nerd-Klassenfahrt in die ChipfabrikEin bunter Maschinenpark 
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JouMxyzptlk 21. Sep 2022 / Themenstart

Wird dem "IT-New für Profis" wieder gerecht. Es bräuchte mehr von diesem Niveau...

Kaeptn Quasar 21. Sep 2022 / Themenstart

Ich war echt überrascht von der Größe dieser automatisierten Anlage und wieviele Schritte...

Netzweltler 21. Sep 2022 / Themenstart

Bei so teuren Reinräumen gibt es einige Redundanzen bei Energie-/Medienversorgung, der...

jhi (Golem.de) 21. Sep 2022 / Themenstart

Das stimmt, aber das Labor nicht ;)

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