Como controlar o calor em um vácuo: A abordagem por IR
Quando se trabalha com wafers de semicondutores, a última coisa que se quer é que uma partícula de poeira ou uma molécula indesejada estrague todo o lote de produção. Mas ainda assim é necessário aquecimento. O problema é que não se pode simplesmente soprar ar quente dentro do vácuo – afinal, não há ar lá.
É aí que entram os aquecedores por IR compatíveis com ambientes em vácuo. Em vez de tentar aquecer todo o ambiente ao redor, basta direcionar energia radiante diretamente para o alvo desejado. É uma solução eficaz e direta, sem interferir no vácuo existente.
A física por trás disso (sem entrar em detalhes técnicos)
Como não se pode contar com a convecção, a radiação é a única ferramenta disponível. Geralmente, utilizamos lâmpadas de IR de onda curta. Por quê? Porque elas conseguem penetrar no material muito mais rapidamente do que as lâmpadas de onda longa.
Ao escolher essas lâmpadas, levamos em consideração a densidade de potência delas. Utilizamos elementos de quartzo de alta potência, que permitem alcançar a temperatura desejada em poucos segundos.
É rápido. Muito rápido. E isso muda completamente o tempo necessário para completar o processo de produção. Ao não precisar esperar que tudo esquente, gasta-se menos eletricidade por wafer. Simples assim.
Os desafios: Materiais e emissão de gases
Não se pode usar qualquer lâmpada para esse propósito. O vidro padrão é um problema em ambientes em vácuo – ele pode rachar sob a pressão ou emitir impurezas, prejudicando a qualidade do produto final.
Por isso, utilizamos quartzo sintético de alta pureza. Também usamos filamentos de tungstênio, para que as lâmpadas não quebrem durante os ciclos rápidos de aquecimento e resfriamento. Até mesmo os selos e conectores devem ser adequados para ambientes em vácuo. Qualquer vazamento pequeno pode causar problemas graves.
Mas há algo importante a ser observado: o aquecimento excessivo do chassi da lâmpada. Como não há ar para dissipar o calor, o chassi acaba sofrendo danos. Se os sistemas de refrigeração não estiverem bem projetados, os selos da câmara podem se deteriorar. É um problema que definitivamente deve ser evitado.
Reduzindo o consumo de carbono e os custos
A maioria dos sistemas antigos utiliza aquecimento por forno resistivo. Isso significa que é preciso aquecer um grande pedaço de aço inerte apenas para aquecer o wafer. É um grande desperdício de energia.
Ao utilizar aquecimento por IR, aquecemos apenas o que realmente precisa ser aquecido. Assim, economiza-se energia. É uma maneira simples de tornar o processo de produção mais sustentável, sem comprometer a performance.