Goede thermische controle met IR-verwarming
Als we echt de koolstofvoetafdruk van halfgeleiderfabrieken willen verminderen, moeten we stoppen met het gebruik van die oude resistieveverwarmers. Het overstappen op infrarood (IR)-lampensystemen is de oplossing, omdat deze rechtstreeks op de wafer worden gericht in plaats van energie te verspillen aan het opwarmen van alles eromheen.
Maar er is één probleem: IR-verwarming werkt zeer snel – echt heel snel. Als de temperatuurmetingen dit tempo niet kunnen bijhouden, gaan je substraat beschadigen.
Het probleem met vertragingen
Standaard thermocoupleën zijn vaak te traag. In deze branche betekent een vertraging van drie seconden niet zomaar een klein probleem – het kan leiden tot een hele lading beschadigde wafers.
Om dit op te lossen gebruiken we sensoren met een dunne constructie en hoge gevoeligheid. Hierdoor wordt de thermische massa zo laag mogelijk gehouden, zodat de sensor juist aangeeft wat er op het oppervlak gebeurt, in plaats van alleen maar aan te geven hoe heet de behuizing van de sensor zelf is.
Omgaan met ruis en slijtage
Halfgeleiderapparatuur maakt veel lawaai – elektrisch gezien. Die IR-stroombronnen kunnen elektromagnetische interferentie veroorzaken, wat een groot probleem is. We gebruiken beschermd kabels om deze interferentie tegen te gaan.
En dan hebben we nog het materiaal. Thermocoupleën van type K zijn veel gebruikt, maar ze vertonen vaak afwijkingen of gaan kapot wanneer ze voortdurend worden gebruikt tussen kamertemperatuur en 800°C. Daarom kiezen we liever voor type N of R. Deze sensoren zijn beter bestand tegen langdurig gebruik.
De realiteit van de “groene fabriek”
Het nastreven van een efficiëntere “groene fabriek” betekent meestal dat er strengere toleranties nodig zijn. Je bespaart energie, maar je verliest ook een deel van de eenvoud van de oude manier van werken.
Deze precisiesensoren zijn fragiel. Eén onhandige beweging tijdens het vervangen van de lamp kan ervoor zorgen dat de punt van de sensor breekt of buigt. Zodra dat gebeurt, werkt de PID-regeling niet meer goed.
De positie van de sensor is ook belangrijk. Als de sensor te ver van de IR-bron wordt geplaatst, meet je alleen de luchttemperatuur. Je wilt de sensor dichtbij de bron hebben, maar je moet ervoor zorgen dat de geleiders niet in het directe straalveld van de lamp komen. Anders ontstaat er parasitair verwarmingseffect, waardoor de metingen onnauwkeurig zijn.
Bovendien moet het koelsysteem goed functioneren. Als het chassis hitte opneemt, zal de sensor “heet” aangeven, zelfs als er geen wafer in zit. Het gaat erom de hittedichtheid in balans te houden.