Energieeinsparung bei der Halbfertigproduktion: Die Wahrheit über Infrarotheizungen
Wenn wir tatsächlich die Ziele zur Kohlenstoffneutralität in den Halbleiterfabriken erreichen wollen, müssen wir aufhören, so viel Energie während des Erwärmungsvorgangs zu verschwenden. Lange Zeit wurden dabei klassische Widerstandsheizungen verwendet. Doch diese Heizungen sind ineffizient.
Wir haben stattdessen auf vakuumkompatible Infrarotlampen umgestellt. Anstatt die gesamte Vakuumkammer zu erhitzen – was eine enorme Energieverschwendung darstellt – richten diese Lampen ihre Wärme direkt auf das Wafer. Einfach.
Wie es im Vakuum funktioniert
In einem Vakuum verhalten sich physikalische Prozesse anders – die Konvektion verschwindet einfach. Es bleibt nur noch die Strahlung übrig. Wir entwickeln unsere Infrarotlampen so, dass sie Kurzwellenstrahlung abgeben. Diese Strahlung dringt direkt in das Zielmaterial ein, ohne dass Energie für die Erwärmung der Wandungen der Kammer oder des darin befindlichen Gases verschwendet wird. Dadurch wird der gesamte Prozess effizienter.
Aber es gibt auch Nachteile
Da es kein Gas gibt, das die Wärme verteilen könnte, wird die Oberfläche der Lampe sehr schnell heiß. Um Unreinheiten zu vermeiden, verwenden wir Hochreinquarzkörper. Wenn man billiges Quarz verwendet, entsteht Ausgasung – und das führt dazu, dass das Silizium kontaminiert wird.
Außerdem müssen wir bei der Leistungsaufnahme äußerst vorsichtig sein. Ohne Luft, die die Wärme abkühlt, kann das Wafer die überschüssige Wärme nicht abgeben. Wenn man zu viel Leistung verwendet, wird das Substrat beschädigt.
Energie- und Platzersparnis
Der größte Vorteil ist die schnellere Erreichung der Zieltemperatur. Widerstandsheizungen brauchen lange, bis sie richtig funktionieren – es ist, als würde man auf einen alten Ofen warten, bis dieser vorgeheizt ist. Unsere Infrarotsysteme erreichen die Zieltemperatur in Sekunden. Dadurch wird weniger Zeit mit Warten verbracht, und mehr Zeit kann für die eigentliche Bearbeitung der Bauteile genutzt werden.
Außerdem verbrauchen diese Geräte zwar viel Energie, nehmen aber nur wenig Platz in Anspruch. Das bedeutet, dass man mehr Platz für andere Werkzeuge in der Reinraumumgebung hat.
Die Kompromisse
Hochintensive Infrarotstrahlung ist keine magische Lösung. Sie belastet die Verkabelung und Stromversorgung erheblich. Wenn man so viel Leistung in einen kleinen Vakuumgehäuse bringt, müssen die externen Kühlsysteme perfekt funktionieren. Fällt das Külsystem aus, geht die Lampe sofort kaputt – schließlich hat sie keinen Weg, die Wärme abzuleiten.