Kohlenstoffeinsparung in der Halbleiterfertigung: Warum kurzwelliges Infrarot die bessere Heizmethode ist
Seien wir ehrlich: Es ist keine leichte Aufgabe, in einer Halbleiterfertigungsanlage Kohlenstoffneutralität zu erreichen. Ein großer Teil des Problems liegt darin, wie wir mit der Wärme umgehen. Lange Zeit haben wir auf resistive Heizmethoden zurückgegriffen – doch diese sind unpraktisch. Sie verschwenden enorme Mengen an Energie allein dafür, die Luft um das Wafer zu erwärmen.
Deshalb haben wir uns für Systeme mit Kurzwellen-Infrarotlampen entschieden. Anstatt alles in der Umgebung zu erwärmen, richten diese Lampen die Wärme direkt auf die Oberfläche des Wafers. Dadurch wird die Prozesstemperatur schneller erreicht – und es muss nicht noch Energie für die Erwärmung des restlichen Raumes aufgewendet werden.
Die Details bezüglich der Leistung
Bei der Einrichtung dieser Systeme steht die Geschwindigkeit im Vordergrund. Wir möchten, dass die Aufheiz- und Abkühlvorgänge in kürzester Zeit ablaufen. Wir verwenden Hochleistungsquarzlampen – sie können eine große Menge an Wärme erzeugen, ohne dass das gesamte Gerät in einen Ofen verwandelt wird. Die Wärme gelangt direkt dorthin, wo die chemischen Reaktionen stattfinden. Da es sich um direkte Strahlung handelt, erfolgt der Energieaustausch quasi sofort.
Allerdings gibt es ein Problem: Wenn man diese Lampen bis an ihre Grenzen belastet, um mehr Wafers zu verarbeiten, wird es extrem heiß. Das setzt großen Druck auf die Vakuumverschlüsse sowie die Kühlsysteme. Wenn der Durchfluss des Kühlmittels nicht perfekt reguliert wird, kann es zu Versagen der Verschlüsse kommen. Es handelt sich dabei um ein Kompromissproblem, das man bewältigen muss.
Quarz und die Wissenschaft der „Anpassung“
Wir verwenden Quarzröhren, die mit Halogen gefüllt sind – dadurch halten sie länger und bleiben stabil. Quarz ist ideal, denn es lässt die Kurzwellenstrahlung ungehindert durchdringen, ohne sie aufzunehmen.
Aber hier kommt der clevere Trick: Je nachdem, was man herstellt, tragen wir spezielle Beschichtungen auf die Röhren auf. Dadurch wird das Emissionsspektrum so angepasst, dass es zur Absorptionsbandbreite des jeweiligen Halbleitermaterials passt. Man kann sich das wie das Einstellen eines Radios vorstellen: Wenn die Wellenlänge passt, nimmt das Material die Energie auf, anstatt sie zu reflektieren. Weniger Reflexion bedeutet weniger verschwendete Energie. Da wir Standardanschlüsse verwenden, können diese Röhren einfach in die bestehenden Anlagen eingebaut werden – es ist kein Neubau notwendig.
Praktische Vorteile
Der Umstieg auf Infrarotheizung macht sowohl für den Planeten als auch für das Budget Sinn. Man kann endlich auf diese riesigen Heizvorrichtungen verzichten – schließlich bleiben diese lange Zeit extrem heiß, selbst nachdem das Wafer die Anlage verlassen hat. So spart man Energie pro Wafer. Es handelt sich dabei um eine praktische Methode, um die Ziele einer „grünen Fabrik“ zu erreichen. Man kann seinen CO2-Ausstoß reduzieren, ohne die Prozesszeiten zu verlangsamen oder den Umsatz zu beeinträchtigen. Es funktioniert einfach.