Die richtige Temperatur bei der Erwärmung mit Infrarot- Halbleiterheizungen
Wenn wir tatsächlich die Kohlenstoffemissionen in den Halbleiterfabriken reduzieren wollen, müssen wir auf diese alten, resistiven Heizungen verzichten. Sie sind einfach zu langsam. Wir verwenden stattdessen Infrarotlampensysteme – sie erreichen die gewünschte Temperatur viel schneller und verbrauchen dabei deutlich weniger Energie.
Aber es gibt ein Problem: Wenn man das ohne Beschädigung der Wafern erreichen will, braucht man einen Thermoelement, der mit der Geschwindigkeit der Infrarotquelle mithalten kann.
Das Problem mit dem Rückkopplungsschleifen
Infrarotlampen strahlen enorme Mengen an Wärme ab. Wenn das Thermoelement nicht schnell genug reagiert – was wir als thermischen Verzögerungseffekt bezeichnen – wird die gewünschte Temperatur bereits erreicht, bevor der Sensor das überhaupt bemerkt. Dadurch können die Wafer beschädigt werden.
Um das zu verhindern, verwenden wir hochwertige Thermoelemente vom Typ K oder N. Sie liefern den PID-Reglern die notwendigen Daten, um die Leistung entsprechend anzupassen. Dadurch entfällt der lästige Effekt, bei dem die Temperatur immer wieder um den Setpunkt herum schwankt.
Umgang mit der Umgebungslage
In einer Reinraumumgebung ist das Austreten von Schadstoffen ein großes Problem. Schon eine kleine Undichtigkeit kann dazu führen, dass ganze Chargen zerstört werden. Deshalb verwenden wir mineralisch isolierte Gehäuse – dadurch bleibt alles gut abgeschirmt.
Auch die Platzierung des Sensors ist wichtig. Man kann ihn nicht einfach irgendwo platzieren. Er muss die eigentliche Waferoberfläche messen – nicht die Luft darumherum oder die Wärme, die von der Lampe ausgeht. Es bedarf präziser Anpassungen, damit keine Störungen durch die Hochvolt-Leitungen entstehen.
Der Kompromiss
Hier liegt das Problem: Geschwindigkeit hat normalerweise ihren Preis. Ein dünneres Gehäuse bedeutet zwar eine schnellere Reaktion des Sensors – doch diese dünnen Sensoren halten unter hohen Temperaturen nicht lange durch und verschleißen schneller. Man muss also abwägen, wie schnell der Sensor reagieren soll und wie oft er ausgetauscht werden muss. Wenn man Millisekundenreaktionszeiten verlangt, muss man bereit sein, die Sensoren häufiger auszutauschen.
Der Vorteil? Wenn man das richtig macht, wird die Fabrik umweltfreundlicher. Man verschwendet keine Energie mehr darauf, den gesamten Raum zu erwärmen – nur die Werkstücke selbst werden erhitzt. Dadurch sinken die Kosten pro Wafer, und die Ziele bezüglich der Kohlenstoffneutralität werden realistischer.