Warum sollte man die Luft nicht mehr erhitzen? Digitales IR-Verfahren gegenüber Herunterdampfungsverfahren in der Halbleiterfertigung
Man stelle sich vor, wie ein herkömmlicher Ofen mit heißer Luft funktioniert: Zuerst wird die Luft erhitzt, und anschließend erwärmt diese Luft schließlich das zu behandelnde Bauteil. Das ist ein langsamer Prozess. In der tiefen Halbleiterfertigung führt das zu erheblichen Verzögerungen. Im Grunde verschwendet man viel Geld und Energie darauf, die Wände des Ofens sowie die Luft darin zu erwärmen, bevor das Bauteil überhaupt warm wird. Das ist pure Verschwendung.
Das Problem mit dem Warten
Bei dem digitalen IR-Verfahren wird dieser Zwischenschritt weggelassen. Anstatt auf die Erwärmung der Luft zu warten, senden die IR-Emitter Energie direkt auf das Werkstück. Das geschieht praktisch sofort.
Während ein Ofen mit heißer Luft einige Minuten braucht, um in Betrieb zu gehen, erreicht ein System mit digitaler Steuerung die gewünschte Temperatur bereits in Sekunden. Wenn man tausende von Wafern oder Chips bearbeiten muss, sind 30 Sekunden Ersparnis nicht gerade wenig – das verändert ganz erheblich, wie viel man pro Tag bearbeiten kann.
Die richtige Temperatur einstellen
Man kann einfach nicht einfach nur IR-Wärme einsetzen und auf das Beste hoffen – sonst würde das Bauteil verdreht werden. Hier kommt die digitale Steuerung ins Spiel.
Wir nutzen PID-Schleifen, um die Leistung in Echtzeit anzupassen. Die Steuerung überwacht die Oberflächentemperatur genau und regelt die Lampen so, dass die Temperatur nicht überschritten wird. Das ist besser als die alte Methode des „Raten und Ausprobierens“. So entsteht ein gleichmäßiges Wärmeprofil über das ganze Bauteil hinweg – keine Hotspots, keine Überraschungen.
Der Haken: Die Wärme kontrollieren
IR-Strahlung ist zwar schnell, aber auch sehr intensiv. Da so viel Wärme an einem Punkt konzentriert wird, muss man sorgfältig mit den Kühlfanen und Kühlkörpern umgehen.
Wenn man die Umgebungswärme nicht von den elektronischen Komponenten sowie dem Lampengehäuse wegleitet, können diese zerstört werden. Es handelt sich dabei um ein Abwägung – doch sie ist beherrschbar.
Auf digitale IR-Verfahren umzusteigen bedeutet also nicht, nach einer moderneren Lösung zu suchen. Es geht vielmehr darum, die Verzögerungen durch die Luft zu beseitigen. Man benötigt weniger Platz für die Trocknungsanlage – und muss schließlich nicht mehr Geld für die Erwärmung der Luft ausgeben.