Hören Sie auf, auf den Ofen zu warten: Warum IR-Heizung bei der Halbleiterverarbeitung die bessere Lösung ist
Falls Sie immer noch gezwungenen Luftstrom zur Verarbeitung von Halbleitern verwenden, zahlen Sie im Grunde jeden Tag einen „Zeitaufwand“.
Denken Sie darüber nach, wie gezwungener Luftstrom funktioniert: Zuerst wird die Luft erhitzt – anschließend soll diese Luft den Wafer erwärmen. Das ist ein ineffizienter Prozess. Es gibt eine Verzögerung – es ist, als würde man versuchen, ein Zimmer mit einem Heizgerät aus dem anderen Raum zu heizen.
Bei IR-Heizung wird dieser Mittelsmann weggelassen. Statt dessen wird elektromagnetische Strahlung verwendet, um Energie direkt in das Substrat abzugeben. Es muss nicht darauf gewartet werden, bis die Luft die Temperatur übertragen hat.
Der Geschwindigkeitsunterschied ist enorm.
Mit heißer Luft muss man gegen die thermische Trägheit ankämpfen. Um die Temperatur eines großen Luftvolumens zu ändern, dauert es ewig – meist Minuten. Aber IR-Lampen erreichen ihr Ziel bereits in Sekunden.
Deshalb ist Rapid Thermal Processing (RTP) so effektiv. Wenn der Prozess eine Erhöhung der Temperatur um 100°C pro Sekunde erfordert, kann konventionelle Konvektionsheizung nicht mithalten. Das ist physikalisch unmöglich. IR-Heizung hingegen schafft das sofort.
Aber es gibt auch Nachteile: Da IR-Heizung sehr intensiv ist, ist es leicht, die Zieltemperatur zu überschreiten. Man kann es sich nicht leisten, „nur annähernd“ die richtige Temperatur zu erreichen. Man benötigt hochpräzise Thermoelemente – in der Regel vom Typ K oder Platin-Rhodium – und diese müssen direkt an der Oberfläche des Wafers angebracht sein.
Die Sensoren müssen außerdem kompakt sein. Wenn der Sensor zu groß ist, entsteht eine Verzögerung. Bis der Controller bemerkt, dass die Temperatur zu hoch ist, ist der Wafer bereits beschädigt.
Es handelt sich aber nicht um Magie – es gibt Trade-offs.
IR-Heizung ist gerichtet. Während gezwungener Luftstrom die Temperatur gleichmäßig verteilt, können IR-Lampen „heiße Punkte“ verursachen, wenn die Anordnung der Lampen nicht perfekt ist. Man muss daher sehr sorgfältig vorgehen.
Außerdem gibt es noch die Belastung durch die Hitze. Hochleistungs-IR-Lampen erzeugen eine enorme Menge an Energie. Wenn die Kühlsysteme nicht ausreichen, werden die Elektronikkomponenten beschädigt.
Trotzdem ist IR-Heizung für alle, die mehr Wafers pro Zeit behandeln möchten, die beste Lösung. So kann eine 20-minütige Prozedur in nur 30 Sekunden erledigt werden.