Infrarot gegen erzwungene Konvektion: Eine Realitätsprüfung für den Vakuumverarbeitungsprozess
Wenn Sie bereits versucht haben, von Systemen mit warmer Luftzirkulation auf vakuumkompatible Infrarotheizungen umzusteigen, wissen Sie, dass sich dadurch die Art und Weise, wie man mit der Wärmeumverteilung umgeht, völlig ändert.
Grundsätzlich benötigt die erzwungene Konvektion ein Medium, das die Wärme transportiert. Doch im Vakuum gibt es kein solches Medium. Man kann schließlich keine Wärme auf eine Waferoberfläche „blasen“, wenn es keinen Luftstrom gibt, der die Wärme transportieren könnte. Hier kommt das Infrarot ins Spiel – es nutzt elektromagnetische Strahlung, um die gewünschte Stelle direkt zu erwärmen. Kein Zwischenmedium nötig.
Die Zeit drängt
Systeme mit warmer Luft sind langsam. Sie haben eine enorme thermische Trägheit, wodurch man Minuten – manchmal sogar Stunden – warten muss, bis sich der Raum stabilisiert hat. Das ist sehr hinderlich.
Infrarotheizungen hingegen sind fast sofort wirksam. Die Zeit bis zur Erwärmung kann von Minuten auf Sekunden verkürzt werden. Wenn man die Produktionsgeschwindigkeit erhöhen möchte, ist es entscheidend, eine Oberfläche schnell zu erwärmen, ohne den gesamten Raum mitzuwärmen. Nur so kann man verhindern, dass der Prozess ins Stocken gerät.
Im Reinraum richtig vorgehen
Natürlich kann man einfach nicht irgendeine Lampe verwenden. Vakuumkompatible Infrarotlampen nutzen spezielles Quarzmaterial sowie spezielle Filamente – schließlich ist das Ausgasen ein großes Problem. Schon ein kleiner Leck an Unreinheiten kann die Reinraumumgebung zerstören.
Wir verwenden daher hochreine Materialien, um das Vakuum aufrechtzuerhalten. Der Vorteil: Man erhält eine große Menge an Energie in einem kleinen Gehäuse. Man kann gezielt bestimmte Bereiche einer Waferoberfläche erwärmen, sodass keine überhitzten Ränder entstehen, während der Mittelbereich weiterhin kalt bleibt.
Die Nachteile
Infrarot ist zwar eine tolle Lösung – doch die schnelle Wärmeverteilung kann problematisch sein, wenn man zu aggressiv vorgeht. Man muss sicherstellen, dass die PID-Controller mit der Geschwindigkeit der Wärmeverteilung mithalten können. Wenn die Sensoren langsamer arbeiten, wird die Temperatur zu stark erhöht, was dazu führt, dass die ganze Charge verschwendet werden muss.
Außerdem darf man die Kühlung nicht vergessen. Das Kühlsystem muss stark genug sein, um die Wärme schnell abzuführen, sobald der Prozess beendet ist. Andernfalls gehen alle Sekunden, die man beim Aufwärmen gespart hat, wieder verloren, während des Abkühlvorgangs.