Cómo lograr un buen control térmico con calefacción por infrarrojos
Si realmente queremos reducir la huella de carbono de las fábricas de semiconductores, debemos dejar de depender de esos viejos calentadores resistivos. La solución está en utilizar sistemas de lámparas infrarrojas, ya que estas calientan directamente la pieza a tratar, en lugar de desperdiciar energía calentando todo lo que está a su alrededor.
Pero hay un problema: la calefacción por infrarrojos es muy rápida. Si las lecturas de temperatura no pueden seguir ese ritmo rápido, entonces los sustratos se dañarán.
El problema del retraso en las lecturas de temperatura
Los termopares estándar suelen ser demasiado lentos. En este tipo de aplicaciones, un retraso de tres segundos no es solo un problema menor; significa que toda la producción de wafer se arruina.
Para solucionarlo, utilizamos termopares de alta sensibilidad y con un grosor reducido. Al mantener una masa térmica baja, el sensor puede indicar qué está ocurriendo realmente en la superficie de la pieza, en lugar de simplemente indicar cuán caliente está el propio sensor.
Manejo de ruidos y daños en los sensores
Las herramientas utilizadas en la fabricación de semiconductores generan mucho ruido eléctrico. Esas fuentes de alimentación por infrarrojos pueden introducir interferencias en las señales de voltaje, lo cual es un verdadero problema. Para evitarlo, utilizamos cables blindados.
También hay que tener en cuenta los materiales utilizados. Los termopares de tipo K son comunes, pero tienden a deteriorarse o incluso a dañarse cuando se usan constantemente entre temperaturas de ambiente y 800°C. Por eso preferimos los termopares de tipo N o R; estos resisten mejor las condiciones extremas.
La realidad de la “Fábrica Verde”
Para lograr una fábrica más eficiente y “verde”, es necesario tener tolerancias más estrictas. Se ahorra energía, pero se pierde algo de esa simplicidad que tenían los métodos antiguos.
Estos sensores de precisión son frágiles. Un movimiento torpe durante el cambio de lámpara puede dañar el sensor. Una vez que eso ocurre, el sistema de control térmico deja de funcionar correctamente.
La ubicación del sensor también es importante. Si se coloca demasiado lejos de la fuente de infrarrojos, solo se medirá la temperatura del aire. Es necesario colocarlo cerca, pero, y aquí está la parte complicada, hay que asegurarse de que los cables no estén expuestos al haz de luz. De lo contrario, se producirá un calentamiento parásito y las lecturas serán erróneas.
Además, el sistema de refrigeración debe ser eficaz. Si el chasis absorbe demasiado calor, el sensor indicará que la temperatura es alta, incluso si no hay ninguna pieza sobre él. Se trata de equilibrar adecuadamente la densidad de calor.