Kohlenstoffemissionen in den Halbleiterfabriken reduzieren: Warum Infrarotheizung tatsächlich funktioniert
Wenn wir es ernst meinen mit dem Ziel der Kohlenstoffneutralität in den Halbleiterfabriken, müssen wir aufhören, Energie zu verschwenden.
Denken Sie an die alten Konvektionsöfen und Widerstandsheizer – im Grunde handelt es sich dabei um Heizgeräte für den gesamten Raum. Sie geben die Wärme überall ab, wodurch das Lüftungssystem überlastet wird, damit der Reinraum nicht zu einer Sauna wird. Das ist ein Teufelskreis.
Wir lösen dieses Problem, indem wir auf Infrarotheizung umsteigen. Anstatt die Luft zu erwärmen, konzentrieren wir die Wärme auf den Wafer selbst.
Aufhören, die Luft zu erhitzen
Infrarotlampen nutzen elektromagnetische Wellen. Sie heizen weder die Wände des Raumes noch die Luft darum herum auf. Die Energie gelangt direkt in den Wafer oder das Substrat.
Das geht sehr schnell – in Sekundenbruchteilen. Dadurch können die Aufwärmtzeiten erheblich verkürzt werden. Wenn die Aufwärmtzeit reduziert wird, sinkt auch die Gesamtkosten pro Waferlot deutlich.
Die Details zur thermischen Belastung
Da Infrarotlampen eine hohe Leistung haben, braucht man keine großen Heizflächen. Man kann auf voluminöse Heizgeräte verzichten und stattdessen einen schmalen Fokuspunkt verwenden. Die Reaktion auf die Wärme ist nahezu sofortig.
Das ist ideal für Prozesse, bei denen jede Sekunde zählt – wie beispielsweise bei der Hochpräzisionsbeschichtung von Wafern.
Aber man muss vorsichtig mit der Leistungsdichte sein. Wenn man einfach die Leistung erhöht, entstehen heiße Stellen auf dem Wafer. Deshalb muss man die PID-Steuerungen so einstellen, dass die Temperatur genau auf dem gewünschten Niveau bleibt.
In der Praxis einsetzen
Niemand möchte ein System, das schwer zu warten ist. Deshalb bauen wir diese Geräte so, dass sie einfach ausgetauscht werden können. Wir verwenden Quarzkörper sowie Standardanschlüsse. Wenn eine Lampe kaputtgeht, kann man sie einfach austauschen – ohne Stunden damit verbringen zu müssen, die gesamte Anlage neu einzustellen.
Ehrlich gesagt: Infrarotheizung ist keine Allheilmethode für alle Prozesse. Man muss die Geometrie der Kammer neu überdenken. Wenn die Bauteile seltsame Formen haben, entstehen „Schattenbereiche“, in denen keine Wärme ankommt. Man muss kreativ sein und die Lampen so anordnen, dass die gesamte Oberfläche gleichmäßig beheizt wird.