Het verminderen van de koolstofuitstoot in semiconductiefabrieken: waarom infraroodverwarming de oplossing is
Als we echt die doelstellingen op het gebied van koolstofneutraliteit willen bereiken in semiconductiefabrieken, moeten we ophouden met energie te verspillen. De grootste oorzaak van dit probleem is de manier waarop we de wafers opwarmen.
De meeste ouderwetse resistieve verwarmer zijn in feite gewoon ruimteverwarmers voor de hele machine. Ze geven warmte af aan het chassis en de omringende lucht – wat een grote verspilling van energie is. Daarom hebben we overgestapt op kortegolfinfraroodlampen. In plaats van de hele ruimte op te warmen, richten we de energie rechtstreeks op de wafer. Dit is sneller, schoner en veel efficiënter.
Het geheim zit in de fysica.
Stel je voor dat je op een koude dag in de zon staat. Je voelt de warmte op je huid, zelfs al is de lucht ijskoud. Dat is stralingswarmte. Door de golflengte zo te instellen dat deze overeenkomt met die van silicium of andere materialen, kan de wafer de energie gemakkelijk opnemen. We hoeven geen rekening meer te houden met de lucht of de muren van de kamer. Hierdoor wordt de energieverbruik per wafer drastisch verminderd, wat een grote winst is voor het milieubelang van de fabriek.
Maar je kunt de stroomsterkte niet zomaar verhogen.
Bij het installeren van deze systemen is het belangrijk om rekening te houden met de snelheid waarmee de temperatuur steigt. Hoge stroomsterktes zorgen voor een hoge warmtedichtheid, wat nodig is voor een snelle verwerking.
Maar er is één nadeel: je moet goed opletten dat je niet te veel energie in één punt stuurt. Anders kan de wafer beschadigen worden. Het is een delicate balans. Je hebt een PLC nodig met nauwkeurige PID-regeling, zodat de lampen direct worden uitgeschakeld zodra de gewenste temperatuur is bereikt.
En het hardware-onderdeel dan?
Het goede nieuws is dat deze lampen meestal gemakkelijk kunnen worden gebruikt als vervanging voor de oude verwarmer. We gebruiken kwartsomhullingen om de wolfraamfilamenten te beschermen en ervoor te zorgen dat alles chemisch zuiver blijft.
Maar er is wel een waarschuwing: hoogintensieve infraroodlampen worden erg heet. Als je koelmotoren of waterkoelingssystemen niet goed zijn geconfigureerd, kan dat problemen opleveren. Als de koeling faalt, gaan de lampen snel kapot.
Het echte voordeel van dit systeem is dat het de thermische massa van de apparatuur vermindert. Omdat er minder zwaar metaal is dat opgewarmd moet worden, wordt de machine sneller warm en gaat ze minder energie verliezen wanneer ze stilstaat. Het werkt gewoon beter.