Warum Vakuum-Infrarot-Heizung besser ist als heiße Luft bei der Halbleiterverarbeitung
Wer schon Erfahrung mit der Halbleiterverarbeitung hat, kennt die Frustration, die damit verbunden ist – insbesondere das Warten darauf, dass etwas aufgeheizt wird.
Lange Zeit haben wir auf die Zirkulation von heißer Luft gesetzt. Doch das Problem ist: Luft ist nur ein Zwischenmittel. Man heizt die Luft auf, diese wiederum heizt die Wände – und schließlich auch den Wafer. Das ist langsam und unpraktisch.
Wenn man stattdessen Vakuum verwendet, entfällt dieses Zwischenmittel. Es gibt keine Luft mehr, die bewegt werden könnte. Deshalb verwenden wir Infrarotlampen, um Energie direkt auf den Substrat zu übertragen. Kein Warten, keine Umwege.
Die „Zeitkosten“
Traditionelle Systeme mit heißer Luft weisen eine große thermische Trägheit auf. Es ist, als würde man versuchen, einen Schwimmpool mit einem Föhn zu erwärmen – man verschwendet viel Zeit damit, die Umgebung vorzubereiten. Diese „Zeitkosten“ beeinträchtigen die Produktivität während des Aufwärm- und Abkühlprozesses.
Infrarotheizer hingegen umgehen dieses Problem. Die Photonen treffen sofort auf das Ziel.
Bei der schnellen Thermoprozessierung kann man die Aufwärmzeiten von Minuten auf Sekunden reduzieren. Plötzlich muss man nicht mehr darauf warten, dass ein Lüfter oder ein Wärmetauscher in Gang kommt – man kann endlich arbeiten.
Die schwierigen Aspekte
Man kann einfach keine Glühbirne in eine Vakuumkammer stecken und alles ist erledigt. Man muss sich auch mit dem Ausgasungsproblem auseinandersetzen. Wenn die Dichtungen nicht vakuumtauglich sind oder die Quarzkapseln nicht speziell konstruiert sind, können Schadstoffe auf den Wafer gelangen. Das ist ein Albtraum, den man vermeiden möchte.
Außerdem muss man auf das Energiegleichgewicht achten. Hochleistungslichtquellen liefern viel Energie – doch wenn die Lampe zu nahe am Wafer steht, entstehen Hotspots. Es handelt sich dabei um ein delicates Gleichgewicht zwischen der Brennweite und der thermischen Masse des Substrats. Wenn zu viele Watt zu schnell auf einen dünnen Wafer abgegeben werden, kann es zu Verformungen oder thermischen Schocks kommen.
Der Vorteil: Infrarotheizer benötigen keine riesigen, sperrigen Luftröhren. Sie nehmen viel weniger Platz in Anspruch. Zudem kann man sie mit zonalem Steuerungssystem ausstatten. Anstatt ungleicher Temperaturverteilungen wie bei forced Air-Systemen kann man die Wärme auf verschiedene Bereiche des Wafer verteilen.
Nur eine Warnung: Achten Sie auf Ihr Kühlsystem. Da die Wände der Kammer die Strahlung aufnehmen, braucht man ein System, das damit umgehen kann – sonst überhitzen die Vakuumpumpen.