Infrarotheizung gegengeführt mit Luftzufuhr – Welche Methode ist besser zum Erhitzen der Wafer?
Der Wechsel von Luftzufuhr auf Infrarotheizung bedeutet nicht nur den Austausch eines bestimmten Komponenten. Es handelt sich dabei um einen grundlegenden Wandel in der Art und Weise, wie Energie auf die Oberfläche der Wafer übertragen wird.
Denken Sie kurz an die Luftzufuhr: Dabei wird die Konvektion genutzt – das heißt, die Luft muss alles tun, um die Oberfläche der Wafer zu erwärmen. Das funktioniert zwar, ist aber langsam. Bei der Infrarotheizung hingegen wird Strahlungsenergie direkt auf die Waferoberfläche abgegeben.
Die Zeit drängt…
Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Wenn man einen Ofen mit Konvektionsheizung verwendet, muss man mit einer langen Wartezeit rechnen, bis die Kammer die richtige Temperatur erreicht hat. Das ist wie das Warten darauf, dass ein großer Topf voll Wasser kocht. Mit Infrarotlampen wird dieser „Mitgliedschaftsprozess“ umgangen: Die Energie wird mit der Geschwindigkeit des Lichts übertragen und erreicht somit sofort die Oberfläche der Wafer. Im Bereich der Halbleiter bedeutet das, dass ein Heizzyklus, der früher Minuten dauerte, jetzt in Sekunden abgeschlossen werden kann.
Es geht also um Geschwindigkeit – wirklich sehr schnell. Das ist wichtig, denn so bleiben die Wafer außerhalb der „Gefahrenzone“ – jenes Zeitraums, in dem unerwünschte chemische Reaktionen oder Oxidationen auftreten können.
Die Temperatur genau kontrollieren
Wir nutzen präzise Infrarotsensoren, um alles unter Kontrolle zu halten. Bei der Luftzufuhr entstehen oft Turbulenzen oder „Kaltstellen“ auf der Oberfläche der Wafer – das ist äußerst problematisch. Mit Infrarotarrays hingegen kann man die Wärme gezielt steuern. Wenn die Ränder der Wafer zu schnell abkühlen, kann man einfach mehr Energie in diese Bereiche leiten, um das Gleichgewicht wiederherzustellen. Dadurch vermeidet man, dass die Wafer verformen. Wenn der PID-Regler richtig eingestellt ist, kann man eine Toleranz von ±1°C über die gesamte Oberfläche hinweg halten. Das ist eine Art von Kontrolle, die fast schon präzise ist.
Die Nachteile
Nicht alles ist jedoch rosig. Die Infrarotheizung stellt eine große Belastung für die Kühlanlagen dar. Die hochwertigen Lampen erzeugen eine enorme Menge an Wärme. Wenn das Gehäuse nicht dazu geeignet ist, diese Wärme aufzunehmen, kann es zu Problemen kommen – beschädigte Sensoren oder verformte Befestigungselemente sind möglich. Man benötigt daher eine effektive Kühlung, um die Teile zu schützen, die nicht erhitzt werden sollen.
Im Grunde genommen tauscht man die Möglichkeit einer guten Luftzirkulation gegen eine präzisere elektrische Steuerung sowie eine viel schnellere Arbeitsweise ein. Für die meisten von uns ist das ein Vertrag, den wir gerne eingehen.