Obtenir la bonne température dans un vide : l’approche par rayonnement infrarouge
Lorsque vous travaillez avec des wafer de semi-conducteurs, la dernière chose que vous souhaitez, c’est que des particules de poussière ou des molécules indésirables gâchent tout le lot. Mais vous avez quand même besoin de chaleur. Le problème ? On ne peut pas simplement souffler de l’air chaud dans un vide : il n’y a pas d’air. C’est là que les chauffages à rayonnement infrarouge compatibles avec le vide entrent en jeu. Au lieu d’essayer de chauffer l’ensemble de l’environnement, on dirige directement l’énergie rayonnante vers la surface à chauffer. C’est une méthode propre, efficace, et qui ne perturbe pas le vide.
La physique derrière cela (sans entrer dans les détails académiques)
Puisqu’on ne peut pas compter sur la convection, le rayonnement est notre seul outil. Nous utilisons généralement des lampes à rayonnement infrarouge à courte longueur d’onde. Pourquoi ? Parce qu’elles parviennent à pénétrer le matériau beaucoup plus rapidement que les lampes à longue longueur d’onde. Lors du choix de ces lampes, nous tenons compte de leur densité de puissance. Nous utilisons des éléments en quartz haute puissance, ce qui permet d’atteindre la température souhaitée en quelques secondes seulement. C’est rapide. Très rapide. Et cela change complètement les choses en termes de temps de traitement. En ne perdant pas de temps à attendre que les pièces se réchauffent, on consomme moins d’électricité par wafer. C’est simple comme ça.
Les pièges à éviter : matériaux et émissions gazeuses
On ne peut pas utiliser n’importe quelle lampe ici. Le verre standard est un vrai problème dans un vide : il peut se briser sous la pression, ou bien émettre des impuretés qui nuisent à la qualité du produit fini. Nous utilisons donc du quartz synthétique de haute pureté. Nous utilisons également des filaments en tungstène afin que les lampes ne se brisent pas lors des cycles rapides de chauffage et de refroidissement. Même les joints et connecteurs doivent être adaptés au vide. Une petite fuite suffit pour que la pression dans la chambre baisse drastiquement… et vous vous retrouvez avec un objet inutile et coûteux.
Mais il y a quelque chose d’autre à prendre en compte : l’accumulation de chaleur. Comme il n’y a pas d’air pour transporter la chaleur loin du corps de la lampe, celui-ci subit une grande charge thermique. Si les systèmes de refroidissement par eau ne sont pas correctement conçus, cela peut endommager les joints de la chambre. C’est un problème que vous devez absolument éviter.
Réduire les émissions de carbone (et les coûts)
La plupart des systèmes traditionnels utilisent des fours résistifs pour chauffer les pièces. Cela signifie que l’on doit faire chauffer une masse importante d’acier inerte rien que pour réchauffer le wafer. C’est une énorme perte d’énergie. En utilisant plutôt des chauffages à rayonnement infrarouge, on ne chauffe que ce qui doit vraiment être chauffé. On ignore le reste de la chambre et on se concentre uniquement sur le wafer. Moins de masse thermique signifie moins d’énergie consommée par lot. C’est donc un moyen simple de rendre la production plus écologique, sans sacrifier en rien les performances.