Warum wir auf gezwungene Luftzirkulation zugunsten von Infrarotheizungen in Reinräumen verzichten
Die meisten Halbleiterfertigungsanlagen nutzen weiterhin Öfen mit gezwungener Luftzirkulation. Das ist die alte Methode: Man erhitzt die Luft – in der Hoffnung, dass diese Luft anschließend die zu behandelnden Bauteile erwärmt. Das Problem? Es dauert ewig. Es entsteht eine enorme Verzögerung, die viel Zeit kostet.
Außerdem bedeutet die Zirkulation von großen Mengen Luft im Reinraum im Grunde genommen, Staub in den Raum zu bringen. Je mehr Luft man bewegt, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Partikel auf dem Silizium landen. Deshalb haben wir auf Infrarotheizungen umgestellt. So wird die Luft überhaupt nicht benötigt.
Der Preis des Wartens
Mit gezwungener Luftzirkulation ist die Erwärmung sehr langsam. Man muss warten, bis die gesamte Ofenkammer die richtige Temperatur erreicht hat – und danach noch einmal warten, bis die Wärme tatsächlich in das Werkstück eindringt. Das ist äußerst zeitaufwendig.
Infrarotheizungen sind anders. Sie nutzen elektromagnetische Strahlung, um Energie direkt ins Werkstück zu leiten. Man muss nicht darauf warten, dass die Luft sich erwärmt – schließlich spielt die Luft keine Rolle.
Die größten Vorteile ergeben sich bei der Aushärtung und Entgasung der Bauteile. Mit Infrarotheizungen können die Aufwärmzeiten um 60 % bis 80 % reduziert werden. Für einen Fabrikmanager ist das ein großer Vorteil – man kann mehr Wafer pro Stunde bearbeiten, ohne einen größeren Raum bauen zu müssen.
Es ist keine Magie – es gibt auch Nachteile
Infrarotheizungen sind zwar eine gute Lösung, aber sie sind nicht für alles geeignet. Da die Strahlung zunächst die Oberfläche erreicht, kann es dazu kommen, dass die Außenseite des Bauteils bereits aushärtet, während der Kern noch kalt ist.
Um dieses Problem zu lösen, muss man sorgfältig auf die Wellenlänge achten. Kurzwellen eignen sich gut für hohe Geschwindigkeiten – doch wenn man tiefer in das Material vordringen möchte, sind Mittelwellen besser geeignet. Alles hängt davon ab, welche Wellenlänge vom jeweiligen Material absorbiert wird.
Außerdem kann die Hitze intensiv sein. Wenn man Infrarotheizungen in einen alten Ofen einbaut, muss man besonders auf die Kühlsysteme achten. Wenn die Kühleinheiten nicht richtig dimensioniert sind, können die hochintensiven Infrarotstrahlen das Gehäuse des Ofens beschädigen.
So funktioniert es
Die gute Nachricht ist, dass der Umstieg in der Regel recht einfach ist. Man entfernt die Lüfter, nimmt die alten Heizelemente heraus und setzt die Infrarotlampen ein.
Der sofortige Vorteil ist die Stille und Ruhe im Raum. Keine Vibrationen mehr, keine Turbulenzen. Weniger Luftströmungen bedeuten eine sauberere Umgebung für die Chips.
Man kann die Bauteile schneller fertigstellen – und die Wafer bleiben sauberer. Es ist einfach eine bessere Arbeitsmethode.