Infrarood versus hete lucht: stop met tijdverspilling met je wafers
Denk eens na over hoe hete lucht werkt. Eerst wordt de lucht verhit, en pas daarna verwarmt die lucht de wafer. Het is een traag proces. Er is ook een storende vertraging: je moet gewoon wachten. In de geavanceerde halfgeleiderverwerking is deze vertraging niet alleen storend – het is zelfs een kostenpost.
Bij infraroodverwarming wordt deze tussenliggende stapweglaten. In plaats van met lucht te werken, wordt de energie rechtstreeks op het oppervlak van de wafer gericht.
Waarom het sneller is
Lucht is een slecht geleider van warmte. Als je conventionele methoden gebruikt, moet je minutenlang wachten tot de kamer de juiste temperatuur heeft bereikt. Met infraroodlampen bereik je je doel al na enkele seconden.
Hier komt Rapid Thermal Processing (RTP) echt van pas. Door het golflengtegebied aan te passen – door heen en weer te schakelen tussen kortegolfgolven en middengolfgolven – kan je precies bepalen hoe diep de warmte zich in het silicium verspreidt. Dit is veel efficiënter dan de hele kamerwand te verhitten om één enkele wafer op 600°C te brengen.
De ‘Goudlokje’-afstand
Je kunt de infraroodlamp natuurlijk niet rechtstreeks tegen de wafer zetten. Dat leidt tot problemen. Als de lamp te dichtbij staat, ontstaan er lokale hotspots of, erger nog, kunnen de randen van de wafer beschadigen. Maar als de lamp te ver weg staat, neemt de warmtestroom af, waardoor je weer te maken krijgt met lange wachttijden.
Het gaat erom de juiste afstand te vinden. We berekenen deze afstand op basis van de benodigde vermogen per vierkante centimeter, zodat de warmte gelijkmatig over het hele oppervlak van de wafer wordt verdeeld.
Het nadeel
Infraroodverwarming is wel snel, maar het is niet zo flexibel als hete lucht. Hete lucht biedt een soort ‘buffer’. Infraroodverwarming is daarentegen agressiever. Als je PID-controller niet goed is ingesteld of je sensoren trager zijn, bereik je je gewenste temperatuur eerder dan je het beseft.
Je hebt feedbackmechanismen nodig die onmiddellijk reageren, zodat de lampen worden uitgeschakeld zodra je de gewenste temperatuur hebt bereikt. Bovendien moet je ervoor zorgen dat je stroomvoorziening de hoge stroombehoeften van de infraroodlampen kan dragen, zonder dat de spanning daalt.