Trocknung von MEMS-Wafern: Warum wir auf Infrarot umsteigen
Bei der Arbeit mit MEMS-Sensoren sind die Anforderungen sehr hoch. Es muss jede letzte Feuchtigkeitsmenge beseitigt werden – doch wenn man zu aggressiv vorgeht, können die winzigen, empfindlichen Mikrostrukturen beschädigt werden.
Lange Zeit haben wir einfach heiße Luft verwendet, um die Wafern zu trocknen. Aber ehrlich gesagt: Das ist sehr langsam. Wir wechseln jetzt zum Infrarot-Heizen – schließlich will niemand die Hälfte seines Tages damit verbringen, darauf zu warten, dass die Wafern trocken werden.
Der Geschwindigkeitsunterschied ist enorm.
Stellen Sie sich heiße Luft vor: Zuerst muss die Luft erhitzt werden, anschließend muss sie durch den Raum geführt werden – und danach muss man warten, bis die Wärme tatsächlich in die Wafer eindringt. Das ist ein langsamer Prozess.
Infrarot hingegen funktioniert anders: Es handelt sich dabei um Strahlung. Die Energie trifft die Wafer fast sofort. Es gibt kein Warten auf die Erwärmung der Luft – keine Verzögerung. In einer geschäftigen Fertigungshalle bedeutet das, dass ein Trocknungsprozess, der früher Minuten in Anspruch nahm, nun nur noch Sekunden dauert.
Aber man kann nicht einfach nur maximale Energie einsetzen.
Wenn man die Leistung zu stark erhöht, können die Ränder der Wafer beschädigt werden oder es entstehen thermische Belastungen, die die Wafer ruinieren. Deshalb müssen wir sorgfältig wählen, welche Wellenlängen wir verwenden. Wir nutzen Kurzwellen-Infrarot – weil diese Strahlen tiefer und schneller einwirken, was genau das ist, was man für eine schnelle Trocknung braucht.
Der eigentliche Schlüssel liegt jedoch in der Steuerung. Wir verwenden PID-Controller, um zu steuern, wie schnell die Hitze zugenommen wird. Wenn man die Wafer zu schnell erhitzt, kann es zu Problemen kommen – die eingesperrte Feuchtigkeit dehnt sich stark aus und kann die MEMS-Membranen zerstören. Man möchte also eine sanfte Erhitzung, keinen plötzlichen Anstieg der Temperatur.
Aber es gibt immer einen Haken…
Infrarot ist zwar unglaublich schnell, doch es funktioniert nur in Richtung des Sichtfelds. Heiße Luft kann um Objekte herumwandern – Infrarot hingegen erreicht nur das, was direkt sichtbar ist.
Wenn der Träger der Wafer eine ungewöhnliche Form hat oder tiefe Vertiefungen aufweist, entstehen kalt wirkende Stellen. Man muss die Lampen und Reflektoren genau richtig einstellen, damit jedes Millimeter der Wafer abgedeckt wird.
Außerdem muss man auch auf die Kühlung achten. Wenn man die Wafer mit so viel Energie so schnell erhitzt, entsteht eine enorme Temperaturspitze. Wenn das Kühlsystem nicht ausreicht, beginnt die Temperatur im gesamten Raum zu schwanken – und man muss dann versuchen, die Umgebung wieder zu stabilisieren.