Asciugatura delle wafer MEMS: Perché passiamo all’uso dell’infrarosso
Quando si lavora con sensori MEMS, le conseguenze di un errore sono gravi. È necessario eliminare ogni singola goccia di umidità presente sulla superficie della wafer, ma se si utilizza un metodo troppo aggressivo, quelle minuscole e delicate strutture microscopiche possono danneggiarsi.
Per molto tempo abbiamo utilizzato semplicemente aria calda per asciugare le wafer. Ma, onestamente, è un processo lento. Stiamo passando all’uso del riscaldamento a infrarossi, perché nessuno vuole perdere metà della giornata ad aspettare che le wafer si asciughino.
La differenza di velocità è enorme.
Con l’aria calda bisogna prima riscaldare l’aria stessa, farla circolare nella camera di asciugatura, e poi aspettare che il calore penetri effettivamente nella wafer. È un processo lento. Con l’infrarosso invece, l’energia raggiunge la wafer quasi istantaneamente. Non c’è bisogno di aspettare che l’aria si riscaldi: in questo modo, il ciclo di asciugatura che prima richiedeva minuti ora richiede soltanto secondi.
Ma non si può semplicemente aumentare l’intensità del calore.
Se si aumenta troppo l’intensità del calore, si rischia di deformare i bordi della wafer o di creare tensioni termiche che ne distruggono la struttura. Ecco perché dobbiamo essere precisi riguardo alla lunghezza d’onda utilizzata. Utilizziamo l’infrarosso a onde corte, poiché permette un riscaldamento più rapido e uniforme, proprio ciò di cui abbiamo bisogno per un asciugamento veloce.
Il vero trucco, però, sta nel controllo dell’intensità del calore. Utilizziamo dei controller PID per regolare gradualmente l’intensità del calore. Se si riscalda troppo velocemente, si può verificare una situazione disastrosa: l’umidità intrappolata all’interno della wafer si espande violentemente, causando danni alle membrane MEMS. È quindi importante procedere in modo graduale, senza improvvisi cambiamenti di temperatura.
L’unica difficoltà…
L’infrarosso è estremamente veloce, ma funziona soltanto in linea retta. L’aria calda, invece, riesce a raggiungere anche le zone nascoste all’interno della wafer. Se il supporto su cui è posizionata la wafer ha una forma strana o presenta delle cavità, si creano zone fredde. È quindi necessario posizionare correttamente le lampade e i riflettori, in modo che ogni millimetro della wafer venga riscaldato uniformemente. Inoltre, bisogna tenere sotto controllo il sistema di raffreddamento: quando si applica tanta energia alla wafer, si crea un forte aumento di temperatura. Se il sistema di raffreddamento non è adeguato, tutta la temperatura all’interno della camera di asciugatura aumenta, rendendo difficile stabilizzare l’ambiente.