Hören Sie auf, auf den Ofen zu warten – warum IR-Heizung in der Halbleiterfertigung immer beliebter wird
Wer schon einmal mit der Verarbeitung von Halbleitern zu tun hatte, kennt das Problem des Wartens darauf, bis die Kammer die richtige Temperatur erreicht hat. Über Jahre hinweg haben wir einfach heiße Luft verwendet, in der Hoffnung, dass diese schließlich den Wafer auf die richtige Temperatur bringen würde. Doch in letzter Zeit hat sich das geändert: Immer öfter ersetzen wir die Lüftungsanlagen durch Infrarot-Heizungen.
Der Unterschied ist ganz einfach: Bei der Verwendung von heißer Luft ist der Prozess langsam. Zuerst wird die Luft erhitzt, anschließend erwärmen die Wände die Luft – und erst dann erwärmt die Luft wiederum den Bauteil. Es gibt also viele Zwischenschritte. Bei Infrarot-Heizung hingegen wird die Energie direkt von der Lampe auf das Substrat übertragen.
Es geht schnell – wirklich schnell.
Mit heißer Luft muss man mit großer thermischer Trägheit umgehen. Man kann Minuten – oder sogar Stunden – damit verbringen, auf den Bildschirm zu starren und darauf zu warten, dass die gewünschte Temperatur erreicht wird. Infrarot-Lampen hingegen schalten sofort ein. Sobald man den Schalter betätigt, ist die gewünschte Temperatur bereits nach Sekunden erreicht. Für alle, die eine Halbleiterfabrik betreiben, bedeutet das kürzere Fertigungszyklen und weniger Kosten für die Erwärmung von Luft.
Man kann natürlich nicht einfach irgendeine Glühbirne verwenden. Wir nutzen daher hochreinen Quarz als Schutzschicht. Diese Schicht schützt den Heizelement vor Verunreinigungen und ermöglicht zugleich das Durchdringen der Kurzwellen-Infrarotstrahlung.
Außerdem ist Quarz sehr widerstandsfähig. Wenn man billiges Glas verwenden würde, würde dieses wahrscheinlich sofort zerbrechen, sobald die Leistung erhöht wird.
Natürlich handelt es sich dabei nicht um einen Zauberstab. Es gibt auch Nachteile. Da die Strahlung gerichtet ist, heizt sie nur das auf, was sie „sehen“ kann. Wenn der Bauteil seltsame Formen hat oder tiefe Vertiefungen aufweist, entstehen kalte Stellen. Man kann nicht einfach drauflos experimentieren – man muss sorgfältig planen, wo die Lampen platziert werden sollen und wie die Reflektoren ausgerichtet sind, damit die Wärme gleichmäßig verteilt wird.
Trotzdem wird die Verwendung von Infrarot-Heizung immer mehr zur Standardlösung für alle, die ihre Produktionskosten senken möchten. Man muss nicht mehr gegen die langsame Physik der Luft ankämpfen – stattdessen kann man die Geschwindigkeit des Lichts nutzen.
Ein Hinweis: Stellen Sie sicher, dass Ihr Kühlsystem stark genug ist. Die konzentrierte Wärme um das Heizelement herum kann nämlich sehr intensiv sein.