Korrektes Einsatz von IR-Heizung und -Sensoren in Wafer-Fabriken
Es gibt derzeit großen Druck darauf, Halbleiterwerkzeuge kohlenstoffneutral zu gestalten. Dazu weichen wir von der herkömmlichen Widerstandsheizung ab und nutzen stattdessen Kurzwellen-Infrarotstrahlung.
Der große Vorteil dabei ist, dass die Oberfläche des Wafers direkt erhitzt wird. Es ist nicht mehr notwendig, den gesamten Raum zu erhitzen, nur damit das Wafer die richtige Temperatur erreicht. Dadurch wird eine Menge Abwärme vermieden – und die Energiekosten sinken.
Die Details zur Heizung
In Wafer-Werkzeugen geht es letztendlich um die Hitzedichte. Wir verwenden daher Halogenlampen, denn sie sind äußerst schnell. Sie können die Temperatur schneller anheben als alle anderen Lampentypen.
Doch Geschwindigkeit kann auch gefährlich sein. Wenn man diese Lampen nicht mit präzisen Sensoren kombiniert, wird die gewünschte Temperatur überschritten. In dieser Branche führt Überhitzung nicht nur zum Verschwenden von Energie – sie kann auch dazu führen, dass wertvolle Wafers zerstört werden.
Die Herausforderungen mit den Sensoren
Man kann sich bei der Arbeit im Vakuum nicht einfach auf die Lufttemperatur verlassen – das funktioniert nicht. Stattdessen nutzen wir kontaktlose Pyrometer, um die Emissionseigenschaften des Wafers zu überwachen. Diese Sensoren kommunizieren mit der Stromversorgung, die anschließend die Leistung der Lampen in Echtzeit anpasst.
Falls die Sensoren versagen oder die Spezifikationen falsch sind, entstehen Temperaturgradienten. Das bedeutet, dass einige Stellen auf dem Wafer heißer sind als andere – was wiederum zu ungleichmäßigen Bearbeitungsergebnissen führt. Das ist natürlich nicht ideal.
Die Kompromisse
Der Umstieg auf Infrarotstrahlung ist eine gute Lösung, um die Ziele einer „grünen Fabrik“ zu erreichen. Dadurch werden die Aufheizzeiten stark reduziert – und man erhält mehr Nutzen aus der genutzten Energie.
Aber das ist kein kostenloses Angebot. Hochintensive Infrarotlampen erzeugen eine enorme Menge an Wärme. Man muss daher sorgfältig mit den Kühlsystemen umgehen. Wenn die Kühlung nicht ausreicht, wird die Lamenhülle beschädigt und die Quarzkapsel verschleiht viel zu schnell. Letztendlich ist die einzige Möglichkeit, unnötiges Energieverbrauch zu vermeiden, sicherzustellen, dass die Sensoren perfekt kalibriert sind.