Kohlenstoffausstoß in der Halbleiterfertigung reduzieren: Warum UHP-Infrarotlampen tatsächlich funktionieren
Wenn man versucht, eine Halbleiterfertigungsanlage auf Kohlenstoffneutralität zu bringen, muss man sich mit dem Thema Wärme beschäftigen. Wärme ist der größte Energieverbraucher in solchen Anlagen. Die meisten von uns sind es gewohnt, alte Resistierzähler zu verwenden – doch diese dienen im Grunde nur dazu, die Luft in einem riesigen Metallgehäuse zu erwärmen. Dadurch wird viel Energie verschwendet.
Deshalb kommen UHP-Infrarotlampen ins Spiel. Anstelle aller Teile der Anlage gleichzeitig zu erwärmen, richten diese Lampen die Wärme genau dorthin, wo sie benötigt wird – nämlich auf die Wafern oder die Quarztuben.
Das Geheimnis liegt in der Physik.
Diese Lampen nutzen Kurzwellen-Infrarotstrahlung. Stellen Sie sich vor, die Sonne berührt Ihre Haut an einem kalten Tag – Sie spüren die Wärme sofort, auch wenn die Luft um Sie herum eiskalt ist. Wir nutzen diese Lampen für Prozesse bei hohen Temperaturen, denn sie leiten die Energie direkt auf das Substrat ab.
Das ist effizient – man verbraucht weniger Kilowattstunden pro Wafer. Dadurch verringert sich der Kohlenstoffausstoß.
Aber man kann diese Lampen einfach nicht einfach so einsetzen und fertig sein.
In dieser Branche kann bereits eine winzige Kontamination dazu führen, dass die gesamte Produktion zerstört wird. Deshalb verwenden wir synthetische Quarzkörper. Sie sind äußerst rein, sodass man sich keine Sorgen um migrierende Metallionen machen muss, die die Produkte ruinieren könnten. Zudem sind die Filamente so konstruiert, dass sie über einen längeren Zeitraum hinweg eine konstante Leistung liefern können. Niemand möchte schließlich alle paar Wochen neue Lampen einsetzen müssen.
Ein kleiner Tipp: Achten Sie auf die Befestigungsbrackets.
Quarz dehnt sich aus, wenn er heiß wird. Wenn man die Lampen zu fest befestigt, können die Quarztuben brechen. Man muss den Lampen also genug Platz zum Ausdehnen geben.
Die Kompromisse (denn es gibt immer Nachteile)
Um eine „grüne Fabrik“ zu schaffen, muss man in der Regel PID-Steuerung verwenden, um die Temperatur zu kontrollieren. Der Vorteil: Die Aufheizzeit ist sehr kurz. Man verbringt weniger Zeit mit Stillstand – dadurch kann man mehr Produkte produzieren, ohne dabei Abfall zu erzeugen.
Aber: Diese Lampen haben eine hohe Leistungsdichte. Man kann sie nicht einfach in ein altes Gehäuse einbauen und darauf hoffen, dass alles funktioniert. Wenn die Kühlvorrichtungen und Wärmetauscher nicht für diese hohe Strahlungsbelastung ausgelegt sind, kann die Hardware beschädigt werden. Schlimmer noch: Wenn die Kühlung zu schwach ist, brennen die Enden der Lampen viel schneller aus, als es eigentlich sollte.
Wenn die Kühlung richtig funktioniert, ist das ein Gewinn für alle Beteiligten.