Entfernung der überschüssigen Wärme mit Infrarotstrahlung
Seien wir ehrlich: Die Herstellung von Halbleitern ist in Bezug auf die Entstehung von Wärme eine echte Herausforderung. Lange Zeit haben wir auf resistive Heizmethoden gesetzt – das ist im Grunde genommen so, als würde man versuchen, ein einzelnes Stück Brot zu erwärmen, indem man die ganze Küche erhitzt. Das ist eine enorme Energieverschwendung.
Wir haben eine bessere Lösung gefunden. Durch den Einsatz von Kurzwellen-Infrarotlampen können wir die Wärme genau dorthin lenken, wo sie benötigt wird – nämlich auf das Wafer. Es ist nicht mehr nötig, die Luft um das Wafer herum zu erwärmen. Es handelt sich dabei um einen einfachen Ansatz – doch er bringt erhebliche Vorteile für die Umwelt.
Warum Kurzwellen-Infrarot tatsächlich funktioniert
Das Geheimnis liegt darin, dass Kurzwellen-Infrarot (im Bereich von 0,7 bis 2,5 μm) sehr effektiv ist. Die Strahlen treffen direkt auf das Material und dringen dort viel schneller ein als die langwelligen Strahlen, an die man gewöhnt ist. Die Erhitzung erfolgt somit fast sofort. Da es sich um Strahlungswärme handelt, muss man nicht gegen das eigene Klimasystem kämpfen. Die Kühlanlagen müssen nicht überlastet werden, um die überschüssige Wärme aus dem Raum zu entfernen. Dadurch sinken auch die Stromkosten.
Die technischen Aspekte
Wir verwenden Quarzkästen sowie Halogenlampen, damit die Filamente länger halten. Wenn man eine Produktionslinie für 300-mm-Wafer betreibt, kommt es vor allem auf die Leistungsdichte an. Wir nutzen leistungsstarke Lampen, damit die Erhitzung schnell stattfindet. Zudem verwenden wir Standardanschlüsse – dadurch kann man die alten, unpraktischen Resistive-Heizungen einfach austauschen, ohne die gesamte Anlage auseinandernehmen zu müssen.
Aber Achtung: Es handelt sich dabei nicht um Magie. Es gibt auch Nachteile. Da diese Lampen sehr intensiv sind, entsteht viel lokalisierte Wärme. Wenn die PID-Kontroller nicht richtig funktionieren oder die Sensoren fehlerhaft sind, kann das Substrat beschädigt werden, bevor man es überhaupt bemerkt. Zudem muss man sicherstellen, dass die Kühlanlagen gut funktionieren – schließlich darf die Wärme nicht dazu führen, dass das Gehäuse der Maschine erhitzt wird.
Fazit für die Fabrik
Der größte Vorteil ist, dass keine Energie mehr während der endlosen „Erfahrungsphasen“ verschwendet wird. Die Kosten pro produziertem Wafer sinken sofort. So kann man die Umweltziele erreichen, ohne die gesamte Herstellungsprozesskette neu gestalten zu müssen. Man kann mehr Wafer schneller produzieren – und mit weniger Abfällen.
Es handelt sich dabei um einen der seltenen Fälle, in denen der Finanzleiter und der Maschinenbauer wirklich einer Meinung sind.