Infrarotheizung gegen Warmluft: Hören Sie auf, Zeit mit den Wafern zu verschwenden!
Denken Sie darüber nach, wie Warmluft funktioniert: Zunächst wird die Luft erhitzt – anschließend heizt diese Luft wiederum die Wafer. Es handelt sich dabei um einen langsamen Prozess. Es entsteht eine lästige Wartezeit, in der man einfach nur abwarten muss. Im fortgeschrittenen Halbleiterbearbeitungsprozess ist diese Wartezeit nicht nur lästig – sie stellt auch einen Kostenfaktor dar.
Die Infrarotheizung überspringt diesen Zwischenschritt. Anstatt mit der Luft zu arbeiten, wird die Energie direkt auf die Oberfläche der Wafer abgegeben.
Warum es tatsächlich schneller geht
Luft ist ein schlechter Wärmeleiter. Bei der Verwendung von Convektionsheizung vergehen Minuten, bis die Kammer die richtige Temperatur erreicht hat. Mit Infrarotlampen kann man das Ziel bereits in Sekunden erreichen.
Dabei zeigt sich die Vorteilhaftigkeit der Rapid Thermal Processing-Technologie. Durch Anpassung der Wellenlänge – zwischen Kurzwellen und Mittelwellen – kann man genau bestimmen, wie tief die Wärme in das Silizium eindringt. Das ist viel intelligenter, als die ganze Kammerwand mit Energie zu bestrahlen, nur um eine einzige Wafer auf 600°C zu erhitzen.
Die „goldene Mitte“
Man kann die Infrarotlampe natürlich nicht direkt an die Wafer bringen – das wäre katastrophal. Wenn die Lampe zu nahe ist, entstehen lokale Hitzpunkte – oder schlimmer noch: Die Ränder der Wafer werden beschädigt. Wenn die Lampe hingegen zu weit entfernt ist, sinkt der Wärmefluss – und man ist wieder bei den langen Wartezeiten.
Es geht also darum, die richtige Entfernung zu finden. Wir berechnen diese Entfernung anhand der benötigten Leistung pro Quadratzentimeter, damit die Wärme gleichmäßig über die gesamte Oberfläche der Wafer verteilt wird.
Die Einschränkungen
Infrarotheizung ist zwar schnell, aber sie ist nicht so tolerant wie Warmluft. Warmluft bietet einen natürlichen Puffer. Infrarotheizung hingegen ist aggressiv. Wenn der PID-Controller nicht richtig eingestellt ist oder die Sensoren etwas träge reagieren, wird die gewünschte Temperatur bereits vorher erreicht – ohne dass man es bemerkt.
Man braucht daher Rückkopplungsschleifen, die sofort reagieren, sobald die gewünschte Temperatur erreicht ist. Zudem muss die Stromversorgung in der Lage sein, den hohen Strombedarf dieser Infrarotlampen zu bewältigen, ohne auszufallen.