Warum wir heiße Luft durch Infrarotstrahlung ersetzen
Wenn man versucht, den Prozess derbearbeitung von Halbleitern zu beschleunigen, muss man herausfinden, wo die Zeit verschwendet wird. Für viele von uns ist das Problem dabei der Heizvorgang.
Die meisten herkömmlichen Systeme nutzen heiße Luft zur Erwärmung. Das ist ein langsamer Prozess: Zuerst wird die Luft erhitzt, und erst anschließend erwärmt diese Luft wiederum das Wafer. Es ist, als würde man einen Raum mit einem Raumheizer aufheizen – das dauert ewig.
Infrarotbeheizung eliminiert diesen Zwischenschritt. Sie nutzt elektromagnetische Strahlung, um direkt die Oberfläche des Wafers zu erwärmen. Das geht sehr schnell – wirklich schnell. Dadurch ändert sich alles in Bezug auf den Arbeitsablauf.
Probleme mit der Reaktionszeit
Beim Einsatz von gezwungener Konvektion muss man mit der thermischen Trägheit kämpfen. Man muss warten, bis die Heizelemente sowie der gesamte Luftvolumen die richtige Temperatur erreicht haben, bevor das Wafer überhaupt etwas spürt. Der Aufwärmvorgang ist langsam, und auch das Abkühlen zieht sich in die Länge.
Infrarotlampen sind anders. Sobald man den Schalter betätigt, ist die Wärme bereits vorhanden. Wenn man die Stromversorgung abschaltet, sinkt sofort der Wärmefluss. Dadurch kann man viel aggressiver mit den Temperaturprofilen umgehen. Es entstehen schnellere Aufwärm- und Abkühlvorgänge, und das Wafer muss nicht mehr so lange im heißen Zustand bleiben.
Platzsparende Lösung und höhere Effizienz
Da Infrarotbeheizung keine riesigen Kameras zum Bewegen der Luft benötigt, kann man die Heizzone verkleinern. Dadurch wird die Größe der Geräte verringert – was in einer überfüllten Fabrik immer ein Vorteil ist.
Doch der eigentliche Vorteil liegt in der Anzahl der pro Stunde verarbeiteten Wafers. Wenn man nicht mehr auf die Bewegung der Luft warten muss, können Sekunden eingespart werden. In einer Umgebung mit hohem Durchsatz führen diese Sekunden dazu, dass die Produktivität stark steigt.
Die Nachteile – denn es gibt immer Nachteile
Infrarotbeheizung ist jedoch kein „Plug-and-Play“-Lösung. Da die Wärme in eine bestimmte Richtung strahlt, entstehen auf dem Wafer Hotspots und Coldspots. Man kann einfach keine Lampe einsetzen und erwarten, dass die Temperatur gleichmäßig ist.
Man braucht daher mehrere Heizeelemente, um die Temperatur auszugleichen, sowie sehr präzise Sensoren. Zudem muss das Kühlsystem dafür ausgelegt sein, mit solchen schnellen Temperaturschwankungen umzugehen. Andernfalls entstehen unerwünschte Temperaturspitzen.
Wir haben festgestellt, dass die beste Lösung darin besteht, Infrarotarrays mit hochpräzisen Pyrometern zu kombinieren. Das ist die einzige Möglichkeit, die Temperatur genau unter Kontrolle zu halten – mit einer Genauigkeit von ±1°C.