Warum wir bei der Halbleiterfertigung auf heiße Luft zugunsten von Infrarotstrahlung zurückgreifen
Seien wir ehrlich: Das Warten darauf, dass die Kammer heiß genug wird, ist der schlimmste Teil der Arbeit. Wenn man auf heiße Luft angewiesen ist, muss man einfach nur dastehen und auf die Uhr schauen – bis die Luft endlich warm genug ist, um etwas mit dem Bauteil anzustellen. Das ist ein echter Engpass.
Deshalb haben wir uns für die Infrarotbeheizung entschieden.
Im Grunde genommen ist heiße Luft langsam – schließlich muss sie erst einmal durch den Raum strömen. Zuerst wird die Luft erhitzt, anschließend heizt diese Luft das Bauteil. Es handelt sich dabei um ein „Zwischenmedium“. Bei der Infrarotbeheizung wird dieses Zwischenmedium komplett umgangen – stattdessen werden elektromagnetische Strahlen direkt auf das Substrat abgegeben.
Es geht sehr schnell. Wir sprechen hier von einer Reduzierung der Aufwärmzeit von mehreren Minuten auf nur wenige Sekunden.
Aber man kann nicht einfach eine Heizlampe in eine Box stecken und schon ist alles erledigt. Damit das System tatsächlich in der Produktion funktioniert, muss die Gehäusekonstruktion geeignet sein. Wir verwenden dafür hochwertiges Edelstahlmaterial und investieren viel Zeit in das Polieren oder Beschichten der Innenseiten des Gehäuses. Warum? Weil wir wollen, dass die Infrarotwellen direkt auf das Zielobjekt treffen – anstatt in den Maschinenrahmen abzuleiten.
Das Beste daran ist, dass diese Gehäuse als Ersatz für die alten Konvektionslüfter verwendet werden können. Dadurch entsteht weniger Platzbedarf und es gibt deutlich weniger bewegliche Teile. Außerdem braucht man keine Lüfter mehr – somit muss man sich keine Sorgen um Vibrationen oder Staubpartikel machen, die auf das Wafer fallen könnten. Es ist einfach sauberer.
Aber es handelt sich dabei nicht um Magie – es gibt einige Dinge, die man berücksichtigen muss.
Infrarotstrahlung bietet zwar eine unglaubliche Hitzeintensität, doch die Wärmestrahlung kann nur in gerader Linie wirken. Im Gegensatz zu einer Wolke aus heißer Luft, die alles umhüllt, heizt Infrarotstrahlung nur das, was sie „sehen“ kann. Wenn das Bauteil eine ungewöhnliche Form hat oder etwas die Lichtstrahlen blockiert, entstehen kühle Stellen.
Daher ist präzise Planung notwendig. Wir müssen die Anordnung der Lampen sowie die Winkel der Reflektoren genau einstellen, damit die Wärme gleichmäßig verteilt wird. Wenn man die Lampen einfach nur auf maximale Leistung stellt, ohne die richtige Abschirmung, kann das Substrat beschädigt werden.
Es erfordert etwas mehr Präzision bei der Einrichtung – aber sobald alles richtig eingestellt ist, möchte man nie wieder auf die Verwendung von Konvektionslüftern zurückgreifen.