Kohlenstoffemissionen in der Fertigung reduzieren: Warum Präzises Infrarotheizen tatsächlich funktioniert
Heutzutage spricht jeder von „grünen Fabriken“. Doch wer eine Halbleiterfertigungsstätte betreibt, weiß, dass die Reduzierung der Kohlenstoffemissionen letztlich auf eines hinausläuft: darauf, wie man mit der Wärme umgeht.
Die herkömmlichen Widerstandsofen sind einfach zu verschwenderisch – sie erhitzen alles: den Raum, die Luft, die Wände – im Grunde alles außer dem Bereich, der eigentlich wichtig ist.
Deshalb haben wir uns für Präzises Infrarotheizen entschieden. Anstatt den ganzen Raum zu erwärmen, lenken wir die Energie gezielt auf die Oberfläche des Wafer.
Der Schlüssel liegt in der Energiedichte. Wir verwenden kurzwelliges Infrarot sowie Lampen mit hoher Leistungsdichte, um schnell die gewünschten Temperaturen zu erreichen. Dadurch wird weniger Energie pro Wafer benötigt.
Aber man kann die Leistung nicht einfach auf das Maximum erhöhen, nur um die Prozesse zu beschleunigen. Dadurch entstehen heiße Stellen – und niemand möchte einen verzerrten Siliziumwafer haben. Es geht darum, die richtige Einstellung der Lampen zu finden, damit die Wärme gleichmäßig verteilt wird.
Wo sich die wirklichen Einsparungen verbergen
Hier liegt oft ein Fehler: Die „versteckte“ Energie. Wenn man auf Infrarotheizen umsteigt, wird keine Energie mehr verschwendet, da die riesigen Öfen nicht mehr ungenutzt bleiben. Wir nutzen Quarzkapseln und Reflektoren, um jedes Photon zurück auf das Ziel zu lenken. Da keine Energie mehr überall im Raum verloren geht, müssen die Lüftungs- und Kühlsysteme nicht mehr so hart arbeiten, um den Raum kühl zu halten. Das führt zu einer deutlichen Reduzierung der Kohlenstoffemissionen.
Aber es ist nicht alles Magie
Ehrlich gesagt: Infrarotheizen ist keine Lösung, bei der man einfach alles auf Automatik stellen kann. Die Sensoren müssen perfekt eingestellt werden. Wenn der PID-Regler nicht richtig eingestellt ist, wird die gewünschte Temperatur überschritten – und die Wafer werden beschädigt. Zudem altern die Lampen mit der Zeit. Je mehr der Filament abgenutzt ist, desto mehr ändert sich die spektrale Ausstrahlung. Das darf man nicht ignorieren – man muss die Leistungsanpassung im Laufe der Zeit vornehmen, damit das thermische Profil konstant bleibt.
Es erfordert etwas mehr Sorgfalt, aber die Ersparnisse in Bezug auf Energie und Effizienz lohnen sich auf jeden Fall.