Infrarotheizung versus Heißluftzirkulation in Halbleiterreinräumen
Wenn man einen Ofen für die Verarbeitung von Halbleitern auswählt, geht es dabei darum, zu entscheiden, ob man auf konvektive Heizung oder Infrarotheizung setzt. Bei der konvektiven Heizung wird die Energie über die Luft übertragen – diese wiederum heizt den Werkstoff. Dieser Prozess ist jedoch langsam. Bei der Infrarotheizung wird die Energie direkt durch elektromagnetische Strahlung auf den Werkstoff übertragen – somit entfällt der Zwischenschritt mit der Luft.
Die Physik der Zeitkosten
In der Halbleiterfertigung sind die Zeitkosten das größte Problem. Convektive Öfen benötigen eine lange Aufwärmzeit, bis der gesamte Raum ausreichend erwärmt ist. Dabei wird Energie verschwendet, indem die Wände und die Luft erhitzt werden. Infrarotheizer erreichen hingegen ihre Betriebstemperatur bereits in Sekundenbruchteilen. Dadurch verkürzt sich die Aufwärmzeit erheblich. Da die Wärme gezielt eingesetzt wird, spielt die thermische Trägheit des ganzen Ofens keine Rolle mehr für die Gesamtlaufzeit des Prozesses.
Präzision und Kontrolle von Verunreinigungen
Reinräume vertragen keine Turbulenzen. Convektive Systeme benötigen leistungsstarke Lüfter, um kühle Stellen zu vermeiden. Diese Lüfter erzeugen jedoch Partikelströmungen und Instabilitäten im Luftstrom. Infrarotheizer hingegen sind stationär. Ohne Lüfter gibt es keine Migration von Partikeln – es entsteht thus eine stabile Temperaturumgebung, ohne dass Gefahr besteht, dass Verunreinigungen auf die Wafer gelangen.
Technische Abwägungen
Infrarotheizung ist keine „Wunderlösung“. Es handelt sich dabei um eine Technologie, bei der die Strahlung einen geraden Weg nehmen muss. Wenn die Bauteile übereinander liegen oder eine komplexe Geometrie haben, entstehen Schattenzonen, in die die Strahlung nicht vordringen kann. In solchen Fällen müssen mehrere Steuergeräte verwendet werden oder Reflektoren, um die Energie in diese Bereiche zu lenken. Zudem kann die hohe Wärmestärke dazu führen, dass die Temperatur des Werkstoffs über dem Zielwert liegt, wenn der PID-Regler nicht richtig eingestellt ist. Deshalb sind schnelle Thermoelemente notwendig, um zu verhindern, dass das Material beschädigt wird.