Differenze strutturali tra diversi tipi di reattori

In base alla configurazione della camera di reazione, le apparecchiature per il trattamento termico (attrezzature per tubi del forno) sono principalmente suddivise in tre categorie: tubi del forno verticali, tubi del forno orizzontali e forni per trattamento termico rapido (RTP).

I tubi del forno verticale hanno tubi di quarzo disposti verticalmente, con i wafer posizionati attorno ai tubi per il riscaldamento. I loro principali vantaggi sono la distribuzione uniforme della temperatura, il controllo preciso dell'atmosfera, l'elevata automazione, la minore contaminazione da particolato, l'ingombro ridotto e il supporto per l'elaborazione batch (particolarmente adatto per wafer da 12 pollici), che li rendono le apparecchiature principali attualmente disponibili. La dimensione del mercato globale ha raggiunto i 3,2 miliardi di dollari nel 2024 (dati SEMI). I loro svantaggi includono la facile separazione gas-liquido e il flusso verso il basso del mezzo che potrebbe causare la bruciatura del tubo del forno.

I tubi del forno orizzontale hanno tubi al quarzo posizionati orizzontalmente, che processano 100-200 wafer alla volta. I loro vantaggi includono un flusso gassoso-liquido uniforme all'interno del tubo del forno e un controllo più preciso della temperatura. I loro svantaggi includono un ingombro maggiore e un maggiore consumo di supporti intermedi dei tubi in acciaio altolegato. Strutturalmente, i tubi del forno orizzontali posizionano i wafer verticalmente all'interno dei tubi orizzontali per la lavorazione.

I forni di ricottura termica rapida (RTP) utilizzano lampade a infrarossi alogene per riscaldare rapidamente singoli wafer, offrendo velocità di riscaldamento e raffreddamento rapide che modificano solo la temperatura del wafer senza alterare la temperatura della camera. Sono adatti per la ricottura rapida di piccoli lotti ma non per la produzione di massa.

Nella lavorazione dei wafer, i tubi del forno orizzontali posizionano il wafer su una barca al quarzo, che a sua volta poggia su un telaio di supporto in carburo di silicio (SiC). Il telaio di supporto viene quindi spinto nel tubo del forno di quarzo, dove il wafer subisce la reazione in una zona a temperatura costante. I tubi del forno verticale, invece, posizionano il wafer su una torre di quarzo e lo sollevano lentamente nel tubo del forno di quarzo per la lavorazione. Dopo la reazione, il wafer viene abbassato lentamente per evitare piegature o rotture.

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