Infraroodverwarming versus warme luchtcirculatie in halfgeleiderreinrooms
Wanneer je een oven kiest voor het diepverwerken van halfgeleiders in een reinroom, draait de keuze tussen geforceerde luchtcirculatie en infraroodverwarming om de manier waarop energie wordt overgedragen. Warme luchtcirculatie maakt gebruik van de grenslaag rondom het onderwerp dat verwarmd moet worden. Hierdoor wordt eerst de lucht verwarmd, die vervolgens het onderwerp verwarmt. Dit proces verloopt langzaam. Infraroodverwarming vermijdt deze tussenschakel: energie wordt rechtstreeks via elektromagnetische straling overgedragen op het onderwerp.
De fysica achter de tijdskosten
Bij de productie van halfgeleiders is de ‘tijdskost’ de grootste beperking. Ovens met geforceerde luchtcirculatie hebben nodig om eerst een lange opwarmtijd te hebben, zodat de hele ruimte volledig op temperatuur kan komen. Hierdoor wordt energie verspild aan het opwarmen van de muren en de lucht. Infraroodverwarmers bereiken hun werktemperatuur al na enkele seconden. Hierdoor wordt de opwarmtijd drastisch verkort. Omdat de warmte gericht wordt toegepast, heeft de thermische inertie van de oven geen invloed op de cyclustijd.
Precisie en controle op contaminatie
Reinrooms hebben last van turbulentie. Systemen met geforceerde luchtcirculatie hebben hoge-velociteitsventilatoren nodig om koude plekken te voorkomen. Deze ventilatoren veroorzaken echter ook het verspreiden van deeltjes en onstabiele luchtbewegingen. Infraroodverwarmers zijn daarentegen statisch. Zonder ventilatoren komt er geen verspreiding van deeltjes tot stand. Hierdoor ontstaat een stabiele temperatuuromgeving, zonder risico op het verspreiden van contaminanten op de wafer.
Technische compromissen
Infraroodverwarming is geen magisch oplossing. Het is een technologie die alleen werkt wanneer er geen obstakels zijn tussen de bron van de straling en het onderwerp dat verwarmd moet worden. Als de onderdelen op elkaar zijn gestapeld of complexe vormen hebben, kunnen er koude plekken ontstaan waar de straling niet kan doordringen. Hierdoor moet men gebruikmaken van meervoudige regelaars of reflectoren om de energie naar deze plekken te sturen. Bovendien kan de hoge hittedichtheid ertoe leidden dat het onderwerp zijn doeltemperatuur overschrijdt, als de PID-regeling niet goed is afgesteld. Er zijn dan snelle thermocoupons nodig om te voorkomen dat het materiaal beschadigt raakt.