IR-verwarming versus geforceerde luchtcirculatie: Welke manier is het beste om je wafers te verwarmen?
Het overstappen van hete lucht naar infraroodverwarming betekent niet alleen dat je een onderdeel vervangt. Het is een complete verandering in de manier waarop energie naar het substraat wordt gebracht. Denk even na over geforceerde luchtcirculatie. Hierbij wordt gebruik gemaakt van convectorstroming, wat betekent dat de lucht alle werk moet doen om het oppervlak van de wafer op te warmen. Het werkt, maar het gaat langzaam. Infraroodverwarming is anders: hierbij wordt stralingsenergie gebruikt om het oppervlak van de wafer rechtstreeks te verhitten.
De tijd dringt
Lucht is namelijk een slecht geleider van warmte. Als je een convektiekookoven gebruikt, moet de hele kamer eerst de juiste temperatuur bereiken. Het voelt alsof je moet wachten tot er water in een grote ketel kookt. Infraroodlampen vermijden deze tussenkomst. De energie beweegt zich met de snelheid van het licht en bereikt het oppervlak onmiddellijk. In de wereld van halfgeleiders betekent dit dat een verwarmingscyclus die eerst minuten duurde, nu in seconden kan worden afgerond. Het is snel. Heel snel. En dat is belangrijk, want zo blijven je wafers buiten de ‘gevaarzone’ – die vervelende periode waarin je bang bent dat er ongewenste chemische reacties of oxidatie optreden op het oppervlak.
De perfecte temperatuur bereiken
We maken gebruik van precisie-IR-sensoren om alles onder controle te houden. De luchtcirculatie kan onstabiel zijn. Er kunnen turbulenties of ‘koude plekken’ ontstaan op het 300mm grote oppervlak van de wafer, wat erg lastig is om mee om te gaan. Met infraroodarrays kun je de warmte echter precies gericht sturen. Als de randen van de wafer te snel koelen, kun je gewoon meer energie naar die plekken sturen om het evenwicht te herstellen. Dit voorkomt dat de wafer vervormt. Als je PID-regeling goed is ingesteld, kun je een tolerantie van ±1°C behouden over het hele oppervlak. Dat is een niveau van controle dat bijna chirurgisch nauwkeurig is.
De nadelen
Niet alles is echter rozengeur en maneschijn. Infraroodverwarming legt veel meer druk op het koelsysteem. Die hoogdichtheidslampen genereren enorm veel warmte. Als je chassi niet is ontworpen om deze warmtestroom aan te kunnen, zul je problemen gaan krijgen: gesmolten sensoren of vervormde bevestigingspunten zijn dan mogelijk. Je hebt dus een goede koelmiddel nodig om de onderdelen die je niet wilt verwarmen te beschermen. Kortom: je geeft op in termen van hoeveel lucht er wordt verplaatst, in ruil voor betere elektrische controle en een veel snellere werkwijze. Voor de meesten van ons is dit een prijs die we graag willen betalen.