Maîtriser le contrôle thermique avec la chauffage par rayonnement infrarouge
Si nous voulons vraiment réduire l’empreinte carbone des usines de semi-conducteurs, il faut cesser de compter sur ces anciens chauffages résistifs. Passer au système de chauffage par rayonnement infrarouge est la solution idéale : ces systèmes chauffent directement la pâte métallique, sans gaspiller d’énergie à chauffer tout ce qui l’entoure.
Mais il y a un problème : le chauffage par rayonnement infrarouge est très rapide. Vraiment très rapide. Si les capteurs de température ne peuvent pas suivre ce rythme, les substrats risquent d’être endommagés.
Le problème du retard dans la mesure de la température
En réalité, les thermocouples standards sont souvent trop lents. Dans ce domaine, un retard de trois secondes n’est pas simplement un petit problème : cela peut entraîner la destruction d’un lot entier de wafers.
Pour résoudre ce problème, on utilise des thermocouples à faible masse thermique et à haute sensibilité. Ainsi, le capteur indique réellement ce qui se passe à la surface, plutôt que simplement la température de son propre boîtier.
Gérer le bruit et l’usure des composants
Les équipements utilisés dans la fabrication de semi-conducteurs génèrent beaucoup de bruit électrique. Ces sources de puissance infrarouge peuvent perturber les signaux électriques, ce qui est un vrai problème. Nous utilisons donc des câblages blindés pour éviter ces interférences.
Quant aux matériaux, les thermocouples de type K sont courants, mais ils ont tendance à dériver ou à s’user rapidement lorsqu’ils sont soumis à des cycles constants entre la température ambiante et 800 °C. C’est pourquoi nous préférons utiliser des thermocouples de type N ou R : ils résistent mieux sur le long terme.
La réalité de la “usine verte”
Passer à une usine plus efficace, c’est aussi accepter des tolérances plus strictes. On économise de l’énergie, mais on perd en même temps une partie de cette simplicité traditionnelle.
Ces capteurs de précision sont fragiles. Un mouvement maladroit pendant le changement de lampe peut endommager leur extrémité. Une fois cela arrivé, le circuit PID devient inopérant.
La position du capteur est également importante. S’il est placé trop loin de la source de chaleur infrarouge, il ne mesure que l’air ambiant. Il doit être placé à proximité, mais il faut aussi éviter que ses fils ne soient exposés au faisceau de chaleur direct. Sinon, on obtient des mesures erronées.
De plus, le système de refroidissement doit être efficace. Si le châssis de l’équipement absorbe trop de chaleur, le capteur indiquera une température élevée, même en l’absence de wafer. Il s’agit donc de trouver un équilibre entre la densité de chaleur et les mesures précises.