VCSEL加熱系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)置
通快光電器件部在亞琛的互連技術(shù)中心里，配備了緊湊且安全的激光裝置，可用于各種應(yīng)用測試。該裝置配備了紅外攝像機(jī)、光學(xué)攝像機(jī)、高溫計(jì)、熱電偶和快速線性軸。
加工件和VCSEL加熱模塊的靈活安裝性，可以滿足不同的應(yīng)用需求。
與客戶一起進(jìn)行可行性測試,可以讓客戶現(xiàn)場體驗(yàn)大功率VCSEL模塊。
從2.4到9.6 kW的標(biāo)準(zhǔn)模塊均可進(jìn)行測試。并可滿足特殊模塊需求。
對于接下來要討論的晶圓加熱應(yīng)用,我們建立了一個(gè)專用的9.6 kW加熱模塊。
圖 2: 激光室配備有冷卻單元、驅(qū)動(dòng)單元和控制電腦。
VCSEL解決方案應(yīng)用于晶圓加熱
首先，通過光學(xué)模擬以優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)VCSEL發(fā)射器的分布，以實(shí)現(xiàn)晶圓的均勻照射（圖4）。分析表明，僅使用24個(gè)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)射器和一個(gè)鏡管(圖3)，就可以在晶圓層面上達(dá)到完美的均勻性。加熱速率和工作距離可以通過改變發(fā)射器的數(shù)量來控制，從而優(yōu)化系統(tǒng)的性能和成本。
根據(jù)這些模擬結(jié)果，在第二步中，構(gòu)建了一個(gè)9.6 kW的晶圓加熱系統(tǒng)（圖 5，不帶鏡管的模塊）。最初的測試是在裸硅晶片上進(jìn)行的。晶圓加熱器可以擴(kuò)展到75.2 kW，加熱速率提高8倍以上。
圖 3: 帶有特定排列發(fā)射器的晶圓加熱器布局。
圖 4: 在不同工作距離下使用外反射鏡進(jìn)行光學(xué)模擬:30/200/450 mm。虛線圓圈代表一個(gè)? 300 mm的晶圓。
圖 5: 9.6 kw晶圓加熱器的VCSEL加熱系統(tǒng)
04 晶圓加熱的實(shí)驗(yàn)裝置
在亞琛互聯(lián)技術(shù)中心，配備了9.6 kW的晶圓加熱器(圖6和圖7)。
首次測試使用的是? 300 mm黑色涂層不銹鋼仿真晶圓和? 300 mm裸硅晶片；使用導(dǎo)熱系數(shù)低的支架將晶圓安裝在三個(gè)點(diǎn)上。所有實(shí)驗(yàn)均在正常氣壓下進(jìn)行。在加熱過程中，用紅外攝像機(jī)記錄溫度和均勻性。相機(jī)的發(fā)射率設(shè)置是按照裸硅或黑色鋼涂層來進(jìn)行校準(zhǔn)的。
圖 6（上）: 激光室介紹: 在VCSEL模塊前面，可以看到長度為 450 mm的六邊形鏡管。
圖 7（下）: 安裝? 300 mm晶圓。晶圓背面涂有黑色涂層，用來實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的溫度測量。