Warum Halbleiterfabriken auf die Nutzung von Infrarotstrahlung zum Aushärten verzichten
Seien wir ehrlich: Die alten Konvektionsöfen sind im Grunde genommen riesige, energieverbrauchsvolle Geräte, die heiße Luft erzeugen. Sie arbeiten langsam und sind außerdem sehr sperrig. In einer Welt, in der „grüne Energie“ nicht nur ein Schlagwort ist, sondern eine Notwendigkeit, reichen sie einfach nicht mehr aus.
Deshalb wechseln alle zu der Methode des Aushärtens mit Infrarotstrahlung.
Der Unterschied ist folgender: Anstatt den ganzen Raum zu erhitzen, um das Wafer warm zu machen, gelangt die Infrarotstrahlung direkt auf das Substrat. Das ist effizient – man verschwendet keine großen Mengen an Elektrizität, nur um den leeren Raum im Ofen zu erwärmen.
Die Physik hinter dieser Methode (vereinfacht)
Stellen Sie sich vor: Luft ist eigentlich sehr schlecht darin, Wärme weiterzuleiten. Infrarottlampen hingegen senden elektromagnetische Wellen aus, die direkt in die Schichten des Photoresists oder der Klebstoffe eindringen. Das geht sehr schnell.
Da die Energieübertragung so direkt erfolgt, verkürzen sich die Aufwärmzeiten erheblich. Die Wafer können schneller durch den Prozess gebracht werden – und die Stromrechnung bleibt geringer. Zudem muss man sich keine Sorgen wegen schädlicher Chemikalien machen, da es sich dabei um einen sauberen, trockenen Prozess handelt.
Praktische Umsetzung
Man kann nicht einfach irgendeine Hebelampe verwenden. Um die notwendige Präzision zu erreichen, werden Kurzwellen- oder Mittelwellenemittenten verwendet. Sie liefern viel Wärme in einem kleinen Raum. Das Beste daran: Man kann die Heizstellen gezielt steuern. So kann man die Temperaturverteilung auf dem Wafer kontrollieren, damit es keine heißen Stellen gibt.
Aber es gibt auch ein Problem: Diese Lampen werden extrem heiß. Wenn das Kühlsystem nicht ausreicht, können die umliegenden Elektronikkomponenten beschädigt werden. Wenn die Luftzirkulation schwach ist, überhitzt der Lampenkörper, und die Filamente brennen schneller aus als gewünscht. Man muss also das Kühlsystem richtig einstellen – sonst entstehen neue Probleme.
Was das für die Mitarbeiter bedeutet
Der größte Vorteil für die Mitarbeiter ist die Möglichkeit, den Ofen sofort in Betrieb zu nehmen. Vergessen Sie die nervigen Vorheizzyklen mit den herkömmlichen Öfen. Man schaltet einfach den Schalter ein – und schon geht es los. Das ist besonders praktisch, wenn man bei Schichtwechseln oder bei der Bearbeitung weniger Chargen arbeitet.
Für die Ingenieure bedeutet das mehr Durchsatz und mehr Freiraum im Reinraum. Man kann alle ökologischen Anforderungen erfüllen, ohne dass die Qualität der Wafer beeinträchtigt wird. Es ist also ein Gewinn für alle Beteiligten.