Warum wir auf Konvektionsöfen zugunsten der IR-Härtung verzichten
Wenn Sie schon einmal in einem Halbleiter-Reinraum gearbeitet haben, kennen Sie sicherlich die Probleme mit Konvektionsöfen. Sie sind sperrig, langsam – und sie versuchen im Grunde, den ganzen Raum zu erhitzen, nur um ein paar Wafer zu trocknen. Das ist eine Verschwendung von Ressourcen.
Deshalb haben wir uns für die IR-Härtung entschieden. Anstelle der Erwärmung der Luft wird die Energie direkt auf das Substrat übertragen. Dadurch wird weniger Energie verbraucht, und die Prozesse sind schneller abgeschlossen. Das ist auch der Grund dafür, warum die meisten „umweltfreundlichen“ oder bleifreien Verfahren heute funktionieren.
Die Physik dahinter
Stellen Sie sich vor, wie ein Konvektionsofen funktioniert: Er bewegt heiße Luft durch den Raum. Doch Luft enthält Partikel – und um diese Luft warm zu halten, muss viel Energie verwendet werden.
IR ist anders. Es nutzt elektromagnetische Strahlung, um Energie direkt in den Fotolithografiefilm oder Klebstoff zu leiten. Das Ergebnis: Die Aufwärmzeit reduziert sich drastisch. Was früher Stunden dauerte, kann jetzt in wenigen Minuten erledigt werden. Dadurch sinken auch die Stromkosten – und die Wafer werden viel schneller fertig.
Umgang mit bleifreien Standards
Das Problem ist folgendes: Bleifreie Lötstoffe und Klebstoffe benötigen wesentlich höhere Temperaturen als die alten, bleihaltigen Varianten. Wenn man versucht, diese Temperaturen mit heißer Luft zu erreichen, dauert es ewig. Schlimmer noch: Man riskiert es, das gesamte Bauteil zu zerstören. Mit IR kann man spezielle Wellenlängen verwenden – meist kurze oder mittellange Wellen – damit die Energie genau dorthin gelangt, wo sie benötigt wird. So erhält man die nötige Wärme, ohne die umliegenden Komponenten zu beschädigen.
Einsatz im Reinraum
Ein weiterer Vorteil ist die kompakte Bauweise der IR-Heizer. Man braucht keine riesigen Leitungen oder schwere Filteranlagen, um den ISO-Standard einzuhalten.
Aber man muss vorsichtig sein: IR-Strahlung ist sehr intensiv. Wenn die Transportbänder aussetzen oder Sensoren versagen, kann das Substrat in Sekundenbruchteilen zerstört werden. Deshalb braucht man eine Kühlung, die die Wärme sofort wegführt, sobald die Wafer die Härtzone verlassen. Andernfalls können die Wafer verformt werden.
Um beruhigt schlafen zu können, verwenden wir normalerweise PID-Controller. Diese sorgen dafür, dass die Oberflächentemperatur innerhalb eines engen Bereichs von ±2°C bleibt – so muss man nicht raten.