Warum wir bei der Waferverarbeitung auf gezwungenes Luftheizen verzichten
Wer bereits Erfahrung in der Halbleiterverarbeitung hat, kennt die Frustration, die damit einhergeht – insbesondere das Warten darauf, dass das Wafer durch heiße Luft die richtige Temperatur erreicht.
Das Problem ist: Gezwungenes Luftheizen ist einfach zu langsam. Man bläst schließlich nur heiße Gase umher und hofft, dass diese effektiv auf das Wafer übertragen werden. Dadurch entsteht eine lästige Zeitverzögerung, die den Arbeitsablauf beeinträchtigt.
Dagegen nutzt das IR-Heizen elektromagnetische Strahlung, um direkt auf das Wafer einzuvirken. Es ist wie der Unterschied zwischen dem Versuch, sich die Hände mit einer warmen Brise zu erwärmen, und dem Stehen direkt vor einem Lagerfeuer.
Die Geschwindigkeit ist hier entscheidend. Luft ist ein schlechter Leiter. Wenn man einen Ventilator verwendet, muss man erst darauf warten, bis die Luft erhitzt ist – anschließend muss man noch warten, bis die Wärme tatsächlich ins Wafer eindringt. Mit IR-Lampen hingegen trifft die Energie fast sofort auf die Oberfläche des Wafers.
Damit können die Aufwärmzeiten von Minuten auf Sekunden reduziert werden. Wenn man eine Fabrik 24/7 betreibt, summieren sich diese gesparten Sekunden schnell. So kann man mehr Wafers verarbeiten, ohne zusätzlichen Platz oder neue Maschinen benötigen zu müssen.
Außerdem ist die Steuerung mit IR-Sensoren viel besser. Diese ermöglichen eine Echtzeit-Überwachung der Temperatur. Herkömmliche Thermoelemente sind unpraktisch – sie benötigen physischen Kontakt und reagieren langsam. IR-Sensoren messen lediglich die Oberflächenemissivität. Falls etwas nicht in Ordnung ist, kann man die Leistung sofort anpassen.
So wird das Problem des „Überbackens“ des Wafers vermieden – bei diesem Verfahren verbrennen die Ränder des Wafers, während die Mitte noch kühl bleibt.
Aber Achtung: Es handelt sich dabei nicht um eine einfache Lösung. Es gibt einige Nachteile. IR-Heizung erzeugt eine enorme Hitzeintensität. Diese Intensität kann für die Hardware schädlich sein. Wenn das Chassis oder die Kühlsysteme nicht ausreichen, kann das dazu führen, dass das Wafer beschädigt wird oder die Sensoren zerstört werden.
Man muss daher zunächst die thermischen Bedingungen neu berechnen, bevor man auf IR-Heizung umstellt.
Trotzdem ist das bei Produktionslinien mit hohem Durchsatz die gängige Lösung. Man opfert die Einfachheit eines Ventilators für höhere Geschwindigkeit – und in dieser Branche ist Geschwindigkeit alles.