Riduzione degli sprechi nei processi di semilavorazione: la verità sul riscaldamento a infrarossi
Se vogliamo davvero raggiungere gli obiettivi di neutralità carbonica nelle fabbriche di semiconduttori, dobbiamo smettere di sprecare tanta energia durante la fase di riscaldamento. Per molto tempo si sono utilizzati soltanto termosifoni a resistenza; ma questi dispositivi sono inefficaci.
Abbiamo quindi passato all’uso di lampade a infrarossi compatibili con l’ambiente a vuoto. Invece di cercare di riscaldare l’intera camera a vuoto – il che rappresenta uno spreco enorme di energia – queste lampade dirigono il calore direttamente sul wafer. Semplice.
Come funzionano in condizioni di vuoto
In uno stato di vuoto, le leggi della fisica cambiano: la convezione scompare completamente, e rimane solo la radiazione. Le nostre lampade a infrarossi emettono radiazioni a breve lunghezza d’onda, che arrivano direttamente al materiale da riscaldare, senza sprechi di energia per riscaldare le pareti della camera o i gas presenti all’interno. In questo modo il ciclo di lavorazione diventa più efficiente.
Tuttavia ci sono dei limiti
Poiché non c’è aria che possa trasportare il calore, la superficie della lampada diventa molto calda rapidamente. Per mantenere tutto pulito, utilizziamo involucri in quarzo ad alta purezza. Se si utilizza quarzo di scarsa qualità, si possono verificare perdite di gas, il che comporta la contaminazione del silicio.
Bisogna anche prestare attenzione alla potenza delle lampade
Senza aria che possa raffreddare il wafer, quest’ultimo non può scaricare il calore in eccesso. Se si supera un certo limite di potenza, il substrato può essere danneggiato.
Risparmio di energia e spazio
Il vantaggio maggiore è rappresentato dal tempo necessario per raggiungere la temperatura desiderata. I termosifoni a resistenza impiegano molto tempo per funzionare correttamente; è come aspettare che un vecchio forno si scaldi. I nostri sistemi a infrarossi invece raggiungono la temperatura desiderata in pochi secondi. Si trascorre meno tempo in attesa e più tempo effettivamente per la lavorazione dei componenti.
Inoltre, queste unità sono molto potenti, ma occupano poco spazio. Questo significa che è possibile ridurre lo spazio necessario per i termosifoni, lasciando così più spazio per altri strumenti nella sala pulita.
Gli svantaggi
I sistemi a infrarossi ad alta intensità non rappresentano una soluzione miracolosa: richiedono infatti una grande quantità di energia e mettono a dura prova i circuiti elettrici. Quando si utilizza tanta potenza in un ambiente a vuoto, i sistemi di raffreddamento devono essere perfetti. Se tali sistemi non funzionano correttamente, la lampada si brucia quasi immediatamente, poiché non ha dove scaricare il calore.