Die Energieverschwendung bei der Erwärmung von Halbleitern stoppen
Seien wir ehrlich: Die Herstellung von Halbleitern erfordert extrem hohe Präzision. Doch seit langem ist die Art und Weise, wie mit Wärme umgegangen wird, ziemlich verschwenderisch.
Die meisten herkömmlichen Widerstandsofen versuchen im Grunde, alles im Raum zu erwärmen – nur damit der Wafer die richtige Temperatur erreicht. Das ist, als würde man alle Heizgeräte im Haus einschalten, nur um eine Tasse Kaffee zu erwärmen.
Wir haben einen besseren Weg gefunden. Durch den Einsatz von Ultraschwerreinen Infrarotlampen können wir auf das Erwärmen der Luft verzichten und stattdessen direkt den Wafer erwärmen. Es handelt sich dabei um gezielte Strahlungswärme. Das ist einfach und reduziert die Energiekosten für die Reinräume erheblich.
Warum Ultraschwerreine Lampen funktionieren
So funktioniert es im Detail: Diese Lampen leiten Strom durch einen Wolframfaden, der in einer Hochreinen Quarzkapsel eingebettet ist. Wir stellen sie so ein, dass sie kurzwelliges Infrarotlicht abgeben. Warum Kurzwellen? Weil dieses Licht viel schneller in die Substrate eindringt als langwelliges Licht. Dadurch wird die Temperatur des Wafers schnell erhöht. Das bedeutet, dass man weniger Kilowattstunden pro Wafer benötigt.
Der Begriff „Ultraschwerrein“ ist keine Marketingphrase. In einer Fabrik kann bereits ein winziges Stück Metall oder ein wenig Ausgasung dazu führen, dass ganze Chargen ruiniert werden. Wir entfernen daher die Verunreinigungen aus dem Quarz, damit teure Wafer nicht wegen einer schmutzigen Lampe weggeworfen werden müssen.
Die praktischen Herausforderungen
Natürlich ist nichts magisch. Hochleistungs-Lampen erzeugen eine enorme Wärmestrahlung. Das ist zwar gut für die Geschwindigkeit, belastet aber die Stromversorgung stark. Wenn man Hochspannungsanlagen verwendet, muss man sicherstellen, dass die Transformatoren den Anstieg des Stromflusses verkraften können.
Um zu verhindern, dass die Lampen ausbrennen, verwenden wir Halogenzyklen. Dabei sorgt das Halogengas dafür, dass der verdampfte Wolfram wieder auf den Faden zurückkehrt. Dadurch halten die Lampen länger durch. Man tauscht also ein etwas komplexeres Gas gegen die Möglichkeit ein, die Lampen nicht alle paar Wochen austauschen zu müssen.
Reduzierung des Kohlenstofffußabdrucks
Das Beste daran ist die „Zoneerwärmung“. Anstatt den gesamten Raum sowie das umliegende Stahlmaterial zu erwärmen, wird nur der Wafer selbst erwärmt. Dadurch entsteht weniger thermische Masse. Das bedeutet, man benötigt weniger Energie, um die Betriebstemperatur zu erreichen – und es entweicht keine Wärme in die Umgebung.
Es handelt sich dabei um eine einfache Lösung, um die Umweltziele zu erreichen, ohne die Produktivität zu beeinträchtigen. Es macht einfach Sinn.