なぜ無鉛半導体の硬化に赤外線を利用するのか
MEMSセンサーを製造する際、最も避けたいのは基板が汚染されることです。ウェーハは乾燥していて、清潔でなければなりません。それがあるからこそ、私たちは赤外線を利用するのです。赤外線は、煩わしい化学薬品や鉛を含む触媒を使わずに、水分や溶剤を除去できます。つまり、エネルギー自体がその役割を果たすのです。
物理的な仕組み
通常の対流式オーブンを考えてみてください。空気が加熱され、その空気が部品を温めます。しかし、これは遅いです。一方、赤外線は異なります。ランプから出る光は直接、ウェーハ上の水分子や溶剤に当たります。
MEMSの場合は短波長の赤外線を使用します。これにより、表面層を素早く通過し、迅速に蒸発させることができます。温度上昇もほぼ瞬時です。これは非常に大きな利点であり、「スキニング」という問題を防げます。つまり、表面が急激に乾燥し、下層の溶剤が閉じ込められるという問題です。
「グリーン」な規則に従う
業界では、無鉛化や環境に優しい製造方法へと移行しています。昔の熱硬化法では、十分な温度を得るために重金属系の触媒が必要でした。
しかし、赤外線を利用すれば、その必要はありません。光エネルギーを使って蒸発や化学的反応を促進します。ヒーターからVOCが放出されることもなく、有毒な添加剤も不要です。つまり、クリーンルーム環境にも適しており、問題を引き起こしません。
知っておくべきトレードオフ
高強度の赤外線ヒーターは強力です。エネルギー密度が高いため、部品の処理速度を上げるのに役立ちます。しかし、熱勾配には注意が必要です。
ウェーハが薄い場合、赤外線の強度が均等に分布しなければ、シリコンが変形してしまう可能性があります。そこで、パルス電源を使用するのが良い方法です。これにより、基板の温度を5℃以内に抑えることができます。
もう一つ、冷却ファンや遮蔽装置を忘れてはいけません。放射熱が漏れ出すからです。もし筐体の断熱が不十分だと、クリーンルームの温度が上昇し、HVACの警報が鳴り始めます。施設の冷却能力が投入されるエネルギーに見合っているかを確認してください。