کاهش میزان کربن در کارخانههای تولید نیمههادی: چرا استفاده از حرارت مادون قرمز منطقی است؟
اگر واقعاً میخواهیم به اهداف بیکربنی در کارخانههای تولید نیمههادی دست یابیم، باید از هدر رفتن انرژی جلوگیری کنیم. بزرگترین عامل باعث هدر رفت انرژی، روش گرم کردن ویفرهاست.
اکثر هیترهای مقاومتی قدیمی، در واقع نوعی هیتر برای کل ماشین هستند؛ آنها گرما را به بدنه ماشین و هوای اطراف منتقل میکنند، که این کار باعث هدر رفت انرژی میشود. به همین دلیل، ما به استفاده از لامپهای مادون قرمز روی آوردهایم. به جای گرم کردن کل اتاق، انرژی را مستقیماً به سمت ویفر هدایت میکنیم. این روش سریعتر، تمیزتر و کاراتر است.
راز این روش در فیزیک نهفته است.
فکر کنید در یک روز سرد، در معرض نور خورشید ایستادهاید؛ حتی اگر هوا بسیار سرد باشد، شما گرمای نور خورشید را روی پوست خود احساس میکنید. این همان گرمای تابشی است. با تنظیم طول موج نور، ویفر میتواند انرژی را جذب کند. دیگر نیازی نیست با هوا یا دیوارههای ماشین مبارزه کنیم؛ این کار باعث کاهش مصرف انرژی برای هر ویفر میشود، که این موضوع برای کاهش کربن تولید شده توسط کارخانه بسیار مفید است.
اما نمیتوانیم صرفاً میزان انرژی را افزایش دهیم.
وقتی این سیستمها را راهاندازی میکنیم، موضوع مهم، سرعت افزایش دماست. البته، استفاده از لامپهای با توان بالا، باعث ایجاد چگالی گرمایی لازم برای فرآیندهای سریع میشود.
اما مشکل اینجاست که باید مراقب میزان گرما باشیم؛ اگر مقدار زیادی انرژی به یک نقطه وارد شود، ویفر دچار تغییر شکل خواهد شد. این یک تعادل حساس است؛ برای کنترل این موضوع، به یک سیستم کنترل PID نیاز داریم تا در لحظه رسیدن به مقدار مشخص، میزان انرژی وارد شده را کاهش دهد.
در مورد سختافزار چطور؟
خبر خوب این است که این لامپها معمولاً جایگزین مناسبی برای هیترهای قدیمی هستند. ما از غلافهای کوارتزی برای محافظت از رشتههای تونگستن و حفظ خلوص شیمیایی مواد استفاده میکنیم.
اما یک هشدار: لامپهای مادون قرمز با توان بالا، بسیار داغ میشوند؛ اگر فنهای خنککننده یا سیستمهای آبی مناسب نداشته باشید، مشکلات زیادی پیش خواهد آمد. اگر سیستم خنککننده از کار بیفتد، لامپها در مدت کوتاهی خراب خواهند شد.
زیبایی این روش این است که باعث کاهش جرم حرارتی تجهیزات میشود؛ چون فلزات سنگین کمتری برای گرم شدن وجود دارد، ماشین سریعتر گرم میشود و دیگر انرژی هدر نمیرود. این روش واقعاً مؤثرتر است.