Korrekte Wärmezufuhr in Vakuum-IR-Systemen
Beim Herstellen von Halbleitern ist eine enorme Menge an Wärme erforderlich – doch man darf auf keinen Fall zulassen, dass die Wafer durch Verunreinigungen beschädigt werden. Herkömmliche resistive Heizungen eignen sich dafür nicht. Deshalb nutzen wir vakuumkompatible Infrarotlampen. Anstelle eines Mediums, das die Wärme überträgt, strahlen diese Lampen die Energie direkt auf das Zielobjekt ab. Das ist eine effektivere Methode. Zudem ist das einerseits vorteilhaft für alle, die eine „grüne Fabrik“ betreiben wollen – schließlich wird keine Energie mehr für unnötige Zwecke verschwendet.
Wie die Physik funktioniert
Im Vakuum gibt es keine Konvektion – es bleibt nur die Strahlung übrig. Wir verwenden Kurzwellen-Infrarotstrahlung, da sie viel schneller in Materialien eindringt als Langwellenstrahlung. Der Vorteil dabei ist, dass die Energie gezielt auf das Substrat gerichtet werden kann. Man verschenkt somit keine Energie damit, die gesamte Vakuumkammer zu erhitzen, nur um eine Wafer zu erwärmen. Dadurch sinkt der Stromverbrauch und die Effizienz steigt.
Achtung bei der Leistungsdichte
Man muss jedoch auf die Leistungsdichte achten. Wenn man hocheffiziente Lampen ohne geeigneten Quarzkörper in das Vakuum setzt, brennen diese schnell aus. Deshalb verwenden wir hochreinen Quarzkörper, um Ausgasungen zu verhindern. Andernfalls wird die Vakuumdichtung zerstört und die Siliziumwafer werden verunreinigt. Das ist sicherlich kein guter Tag in der Fabrik.
Saubermachen des Produktionsraums
Wenn man immer noch alte Ofenheizer verwendet, kennt man sicherlich die Probleme, die entstehen, wenn man darauf warten muss, bis die Kammer richtig warm wird – das dauert ewig. Mit gezielten Infrarotlampen ändert sich das: Die gewünschte Temperatur wird in Sekundenschnelle erreicht. Das ist wirklich schnell.
Vorteile für die Umwelt und die Kosten
Das hilft der Umwelt – und auch den Stromkosten. Erstens sinkt die Spitzenleistungsaufnahme. Zweitens muss das Lüftungssystem nicht mehr so stark arbeiten, um den Raum abzukühlen.
Die Nachteile
Infrarotheizung ist keine magische Lösung. Aufgrund der hohen Intensität können leicht Hotspots entstehen, wenn die Geometrie der Lampe nicht perfekt zur Waferform passt. Man braucht daher einen guten PID-Regler, damit alles gleichmäßig erhitzt wird. Ein weiterer Tipp: Überprüfen Sie den Kühlwasserkreislauf. Wenn dieser nicht geeignet ist, um die Strahlung abzufangen, werden die Vakuumdichtungen beeinträchtigt. Achten Sie also auf die richtige Abstände – sonst müssen Sie am Wochenende ständig Dichtungen ersetzen.