Grüner Ansatz durch Infrarot-Härtung in der Halbleiterproduktion
Seien wir ehrlich: Traditionelle Konvektionsöfen sind im Grunde genommen riesige, energieintensive Geräte. In der Halbleiterbranche versuchen wir alle, die Ziele bezüglich „bleifreier“ und umweltfreundlicher Verfahren zu erreichen. Doch das Erhitzen großer Mengen an Luft nur zum Trocknen von Wafern ist eine Verschwendung von Zeit und Geld.
Deshalb wechseln immer mehr Unternehmen auf die Technologie der Infrarot-Härtung. Anstelle des Erhitzens des gesamten Raums wird das Substrat direkt erhitzt.
Warum das Energie spart
Stellen Sie sich einen herkömmlichen Trockenofen vor – dabei werden Wände, Luft sowie alle anderen Bestandteile des Ofens erhitzt. Das ist ineffizient. Bei der Infrarot-Härtung hingegen werden elektromagnetische Strahlen verwendet, um Energie direkt in den Photoresistent oder Klebstoff zu leiten. Wir nennen das „selektives Heizen“. Im einfachen Sprachgebrauch bedeutet das: Nur die Stellen, die tatsächlich erhitzt werden müssen, werden erhitzt.
Der Vorteil: Die Aufheizzeit verkürzt sich von Stunden auf Sekunden. Das ist wirklich schnell. Dadurch sinkt auch die Kosten pro Wafer erheblich.
Vermeidung von Schadstoffen
Bleifreie Standards sind problematisch, denn die Temperaturbereiche, in denen die Produkte stabil bleiben können, sind sehr eng gesteckt. Wenn man etwas zu hoch heizt, kann das zu Schäden an den Schaltungen oder zu Lücken im Lötmaterial führen. Mit Infrarot-Technologie kann man die Wellenlänge genau so einstellen, wie es die Chemikalien benötigen. Dadurch erhält man eine bessere Kontrolle über den Prozess – etwas, was mit heißer Luft nicht möglich ist. Mit solcher Präzision muss man nicht auf bleihaltige Zusatzstoffe zurückgreifen, um die Stabilität unter Hitze zu gewährleisten.
Die Realität in der Produktion
Ich sage nicht, dass Infrarot-Technologie ein Wundermittel ist. Sie hat auch ihre Einschränkungen. Zunächst muss man die Sensoren richtig platzieren. Wenn die Thermoelemente an denselben Stellen angebracht werden wie in einem Konvektionsofen, entstehen kühle Stellen. Da keine Luft die Wärme verteilt, ist die richtige Platzierung entscheidend.
Außerdem gibt es noch das Problem der Hitze selbst. Hochleistungsfähige Infrarotlampen produzieren enorme Mengen an Energie. Wenn man bei der Abschirmung spart, kann das dazu führen, dass die Elektronik des eigenen Geräts beschädigt wird. Das ist natürlich nicht gut.
Wenn man sicherstellen will, dass die Technologie funktioniert, ohne dass die Qualität der Produkte leidet, sollte man auf PID-Controller mit geschlossenem Regelkreis zurückgreifen. Dadurch bleibt die Temperatur innerhalb eines Bereichs von ±1°C – das macht den gesamten Prozess viel weniger stressig und sorgt dafür, dass die Regler ordnungsgemäß funktionieren.