Warum wir auf Infrarotheizung statt auf Heißluft in der Halbleiterfertigung setzen
Stellen Sie sich vor, wie ein Konvektionsofen funktioniert: Zuerst wird die Luft erhitzt – anschließend heizt diese Luft wiederum den Wafer. Es handelt sich dabei um einen langsamen Prozess. In der Welt der fortgeschrittenen Fertigungsverfahren bedeutet diese Verzögerung im Grunde genommen verschwendete Zeit und Geld.
Deshalb haben wir auf diese groben Gebläse verzichtet und stattdessen Infrarotheizung eingesetzt. Anstatt den Raum zu erwärmen, wird die Energie direkt auf das Substrat abgegeben.
Die Zeit drängt
Konvektionsheizung ist einfach zu langsam. Man muss Minuten lang warten, bis die Kammer die richtige Temperatur erreicht hat. Mit Infrarotlampen ist das in Sekunden erledigt. Es handelt sich dabei um einen nahezu sofortigen Prozess. Da man keine Zeit damit verschwendet, die Luft um das Teil zu erwärmen, sinken die Bearbeitungszeiten stark. So kann man pro Stunde mehr Wafer verarbeiten – ohne dass dazu ein größeres Reinraumgebäude benötigt wird.
Die Temperatur genau kontrollieren
Heißluft hat die Tendenz, ungleichmäßig zu wirken: An manchen Stellen ist es heiß, an anderen kalt – es bleibt nie eine perfekt gleichmäßige Temperatur. Bei Infrarotheizung ist das anders. Wir können die Wärme gezielt verteilen. Durch die Verwendung von Lampen mit bestimmten Wellenlängen, die zu den Materialien passen, ist die Wärmeaufnahme viel konstanter.
Wir verwenden Halogenfilamente in Quarzkapseln, um eine solche Wärmestärke zu erzeugen. Sie liefern eine enorme Menge an Energie in einem kleinen Raum. Wenn man sie mit schnell schaltenden Steuerelementen kombiniert, kann man die Temperatur in Echtzeit anpassen.
Die Nachteile (denn es gibt immer welche)
Infrarotheizung ist zwar eine Lösung für viele Probleme – doch sie ist nicht universell einsetzbar. Da die Energie so intensiv ist, ist es leicht, die gewünschte Temperatur zu überschreiten, wenn der PID-Regler nicht richtig eingestellt ist. Außerdem muss man sorgfältig darauf achten, dass die Reflektoren richtig eingestellt sind – sonst wird der Maschinenrahmen statt des Wafers erhitzt. Zudem braucht man ein Kühlungssystem, das der hohen Temperatur nahe der Lampe standhalten kann – sonst können die Komponenten beschädigt werden.
Trotzdem ist dies die beste Lösung für alle Betriebe, die die alten Konvektionsöfen ersetzen wollen. Dadurch wird der Heizprozess nicht mehr zum Engpass in der Produktion.