Perché sostituiamo l’aria calda con le radiazioni infrarosse nei dispositivi per il trattamento dei wafer
Se si vuole accelerare i processi di elaborazione dei semiconduttori, è necessario identificare dove si perde tempo. Per molti di noi, quel “punto di blocco” è proprio il processo di riscaldamento.
La maggior parte dei sistemi tradizionali utilizza aria calda per riscaldare i wafer. Si tratta di un processo lento: bisogna prima riscaldare l’aria, e solo successivamente questa può riscaldare il wafer stesso. È come cercare di riscaldare una stanza utilizzando un termoforo: ci vuole davvero tanto tempo.
Il riscaldamento a raggi infrarossi elimina questo problema: utilizza radiazioni elettromagnetiche per riscaldare direttamente la superficie del wafer. È molto più veloce. E questo cambia completamente il modo in cui si svolgono i processi di lavorazione.
I problemi legati al tempo di risposta
Quando si utilizza la convettione forzata, bisogna affrontare l’inerzia termica: è necessario attendere che gli elementi di riscaldamento e tutto il volume d’aria raggiungano la temperatura desiderata, prima che il wafer possa percepire tale calore. Il processo di riscaldamento è lento, e lo stesso vale per il raffreddamento.
Le lampade a raggi infrarossi, invece, funzionano diversamente: non appena si accende l’interruttore, il calore è già presente. Non appena si spegne l’interruttore, il flusso di calore diminuisce immediatamente. Questo permette di ottenere tempi di riscaldamento molto più rapidi, e non è necessario lasciare che il wafer rimanga a temperatura per lunghi periodi.
Risparmio di spazio e maggiori profitti
Poiché il riscaldamento a raggi infrarossi non richiede camere enormi per far circolare l’aria, è possibile ridurre le dimensioni della zona di riscaldamento. In questo modo, lo spazio necessario per i dispositivi di riscaldamento diminuisce, il che rappresenta sicuramente un vantaggio in ambienti caratterizzati da spazi limitati.
Ma il vero vantaggio è rappresentato dal numero di wafer che possono essere trattati all’ora. Quando non si deve più aspettare che l’aria si muova, si riescono a risparmiare secondi in ogni ciclo di lavoro. In ambienti ad alta produttività, questi pochi secondi fanno la differenza, portando a un notevole aumento della capacità di produzione.
Gli svantaggi (perché c’è sempre un limite)
Tuttavia, il riscaldamento a raggi infrarossi non è certo una soluzione semplice da implementare. Poiché il calore viene distribuito in modo diretto, si rischia di creare zone troppo calde o troppo fredde sul wafer. Non basta semplicemente inserire una lampada e sperare in una distribuzione uniforme della temperatura.
È necessario utilizzare sistemi a più zone per equilibrare la temperatura, oltre a sensori molto precisi per monitorarla. Inoltre, se il sistema di raffreddamento non è progettato per gestire tali picchi di temperatura, si potrebbero verificare problemi seri.
Abbiamo scoperto che il modo migliore per affrontare questi problemi è abbinare i sistemi di riscaldamento a raggi infrarossi a pirometri ad alta velocità. È l’unico modo per mantenere la temperatura entro limiti molto stretti: parliamo di ±1°C.