Kohlenstoffverbrauch in den Halbleiterfabriken reduzieren: Warum Infrarotheizung sinnvoll ist
Wenn wir tatsächlich die Ziele einer kohlenstoffneutralen Produktion in den Halbleiterfabriken erreichen wollen, müssen wir aufhören, Energie zu verschwenden. Der größte Grund dafür ist die Art und Weise, wie die Wafer erhitzt werden.
Die meisten herkömmlichen Widerstandsheizer funktionieren im Grunde wie Raumheizungen für das gesamte Gerät. Sie leiten Wärme in das Gehäuse sowie in die umgebende Luft ab – was eine enorme Energieverschwendung darstellt. Deshalb haben wir auf Kurzwellen-Infrarotlampen umgestellt. Anstatt den ganzen Raum zu heizen, lenken wir die Energie direkt auf den Wafer. Dadurch wird die Heizzeit verkürzt, es entsteht weniger Abfallwärme – und alles ist viel effizienter.
Das Geheimnis liegt in der Physik.
Stellen Sie sich vor, Sie stehen an einem kalten Tag in der Sonne. Auch wenn die Luft eiskalt ist, spüren Sie doch die Wärme auf Ihrer Haut. Das ist Strahlungswärme. Durch Anpassung der Wellenlänge an die Eigenschaften des Siliziums oder des Trägers kann der Wafer die Energie aufnehmen. Wir müssen uns nicht mehr gegen die Luft oder die Wände des Behälters wehren. Dadurch sinkt der Stromverbrauch pro Wafer – was ein großer Vorteil für den CO2-Fußabdruck der Fabrik ist.
Aber man kann die Leistung einfach nicht beliebig erhöhen.
Bei der Einrichtung dieser Systeme kommt es auf die Geschwindigkeit an, mit der die Leistung gesteigert werden kann. Hocheffiziente Heizsysteme ermöglichen eine schnelle Erwärmung der Wafer. Doch es gibt einen Haken: Man muss auf das thermische Gleichgewicht achten. Wenn zu viel Energie an einem Ort konzentriert wird, kann der Wafer beschädigt werden. Es handelt sich dabei um ein feines Gleichgewicht – man benötigt daher ein PLC mit präziser PID-Steuerung, um die Leistung sofort zu reduzieren, sobald der gewünschte Wert erreicht ist.
Und was ist mit der Hardware?
Die gute Nachricht ist: Diese Lampen können in der Regel direkt als Ersatz für die alten Heizelemente verwendet werden. Wir verwenden Quarzkapseln, um die Wolframfäden zu schützen und sicherzustellen, dass alles chemisch rein bleibt.
Aber Achtung: Hochintensive Infrarotlampen werden sehr heiß – wirklich sehr heiß. Wenn die Kühlventilatoren oder Wasserkühlsysteme nicht richtig eingestellt sind, kann das Probleme verursachen. Wenn das Kühlsystem versagt, gehen die Lampen schnell kaputt.
Der wirkliche Vorteil dieser Lösung besteht darin, dass die thermische Masse der Geräte reduziert wird. Da weniger Schwermetalle erhitzt werden müssen, erwärmt sich das Gerät schneller und verliert keine Energie, wenn es nicht in Betrieb ist. Es funktioniert einfach besser.