Warum Vakuum-Infrarotheizung für Halbleiter sinnvoll ist
Die Industrie setzt stark auf leitfreie und kohlenstoffarme Herstellungsverfahren. Auf dem Papier klingt das großartig – doch in der Praxis stellt das eine echte Herausforderung für die Personen dar, die die Maschinen bedienen.
Traditionelle Konvektionsöfen sind hier nutzlos. In einem Vakuum kann man keinen Luftstrom erzeugen – und selbst wenn es möglich wäre, würden dadurch nur Schadstoffe überallhin verteilt werden. Deshalb nutzen wir stattdessen vakuumkompatible Infrarotheizungen. Anstelle von Luft werden dabei elektromagnetische Strahlungen verwendet, um direkt auf den Substrat zu wirken. Keine Zwischenstationen – keine Unordnung.
Wie es funktioniert
Wenn man die Luft entfernt, muss man sich keine Sorgen mehr um die Konvektion machen. Es bleiben nur noch Strahlung und Leitungswärme übrig. Wir regulieren diese Heizgeräte so, dass sie bestimmte Wellenlängen abgeben, die vom Photoresist oder Klebstoff besonders gut aufgenommen werden. Da man nicht Zeit mit dem Erwärmen eines Raums voller Luft verschwendet, geht die Energie direkt in das Wafer.
Es ist schnell – wirklich sehr schnell. Die Aushärtungszeiten verkürzen sich von Stunden auf nur wenige Minuten.
Die schwierigen Aspekte: Materialien und Wärme
Man kann einfach keine beliebige Lampe in ein Vakuum setzen. Wir verwenden hochreinen Quarz oder spezielle Keramiken – denn „Outgassing“ ist ein großes Problem. Wenn die Heizlampe auch nur einige winzige Partikel abgibt, ist das Wafer ruiniert.
Außerdem muss man vorsichtig mit der Leistung sein. Hochleistungs-Infrarotlampen erzeugen schnell viel Wärme – doch wenn man nicht aufpasst, können dadurch lokale Hotspots entstehen. Man muss die Leistung mit der thermischen Masse des Substrats abstimmen. Andernfalls wird das Silizium verformt.
Die Vorteile
Durch den Einsatz von Infrarotheizungen kann man auf lösungsmittelbasierte Heizmethoden verzichten und somit den Energieverbrauch im Reinraum reduzieren. Zudem ist dies die beste Methode, um die präzisen Temperaturprofile zu erreichen, die für umweltfreundliche Polymere und halogenfreie Lötpasten notwendig sind.
Es gibt allerdings einen Haken: Um diese Geräte in einen Vakuumbehälter einzubauen, benötigt man spezielle Anschlüsse. Wenn die Dichtungen nicht perfekt sind, kommt es zu Lecks – und die Lampe oxidiert und geht kaputt.
Es handelt sich dabei um ein Kompromiss: Man erhält zwar enorme Geschwindigkeit und Reinheit – doch die Vakuumintegrität muss absolut perfekt sein, damit die Lampen weiterhin funktionieren.