Chaleur infrarouge versus circulation d’air chaud dans les chambres propres pour semi-conducteurs
Lorsque l’on choisit un four pour les procédés de traitement avancé des semi-conducteurs, le choix entre la convection par air forcé et la chaleur infrarouge se résume au mode de transfert de l’énergie. La méthode à air forcé repose sur la couche limite du substrat : l’air est chauffé, ce qui permet ensuite de chauffer le composant. Ce processus est lent. La chaleur infrarouge, quant à elle, évite cet intermédiaire : elle transmet de l’énergie directement au matériau à traiter par radiation électromagnétique.
Les coûts liés au temps
Dans la fabrication de semi-conducteurs, le temps représente le principal facteur limitant. Les fours à air forcé nécessitent un long temps d’échauffement pour que toute la chambre soit à température. De l’énergie est gaspillée pour chauffer les murs et l’air. Les chauffages infrarouges atteignent leur température de fonctionnement en quelques secondes. Cela permet de réduire significativement le temps d’amorçage du processus. Comme la chaleur est ciblée, l’inertie thermique du four ne influence pas le temps de traitement.
Précision et contrôle de la contamination
Les chambres propres détestent les turbulences. Les systèmes à air forcé nécessitent des ventilateurs à haute vitesse pour éviter les zones froides. Ces ventilateurs créent des turbulences et des instabilités dans le flux d’air. Les chauffages infrarouges, eux, ne reposent pas sur des ventilateurs ; donc, il n’y a pas de migration de particules. On obtient ainsi un environnement thermique stable, sans risque de contamination des puces.
Compromis techniques
La chaleur infrarouge n’est pas une solution magique. Il s’agit d’une technologie qui nécessite une ligne de vue directe entre le source de chaleur et le matériau à traiter. Si les composants sont empilés ou ont des géométries complexes avec des retraits profonds, cela peut entraîner des zones froides où la radiation ne peut pas atteindre le matériau. Il faut donc utiliser un contrôleur multi-zones ou des réflecteurs pour diriger l’énergie vers ces zones. De plus, la haute densité de chaleur peut faire en sorte que la température du substrat dépasse la température souhaitée si le système de régulation n’est pas correctement ajusté. Il est donc nécessaire d’utiliser des thermocouples à réponse rapide pour éviter que le matériau ne soit endommagé.