Kohlenstoffeinsparung in Waferfabriken: Die Wahrheit über die Infrarotbeheizung
Seien wir ehrlich – Halbleiterwerkzeuge verbrauchen enorm viel Energie. Wenn man sich den Kohlenstoffußabdruck einer Waferfabrik ansieht, dann entsteht der größte Energieverlust meist durch die thermische Beheizung. Über Jahre hinweg wurde die gesamte Vakuumpumpe wie ein riesiger Ofen beheizt – das ist im Grunde genommen so, als würde man das ganze Haus heizen, nur um einen Pizzastück zu erwärmen.
Durch den Einsatz gezielter Infrarotlampensysteme ändert sich das. Anstatt alles zu erwärmen, wird die Wärme genau dorthin geleitet, wo sie benötigt wird.
Warum Infrarot tatsächlich funktioniert
Es geht dabei um Kurzwellen-Infrarotlampen. Diese Lampen arbeiten sehr schnell – fast sofort nachdem die Leistung reguliert wurde, wird die Wärme auf die Waferoberfläche abgegeben. Da keine Konvektion zum Tragen kommt, findet eine direkte Energieübertragung statt. So wird keine Energie mehr verschwendet, während man darauf wartet, dass die Kammer eine bestimmte Temperatur erreicht. Die Aufwärmzeiten werden somit drastisch verkürzt.
Der Haken (denn es gibt immer einen Haken)
Hochleistungs-Infrarotlampen erzeugen eine enorme Hitze. Diese Hitzedichte ist zwar gut für den Wafer, doch für das Gehäuse des Werkzeugs ist sie katastrophal. Wenn man zu viel Energie durch diese Lampen leitet, wird das umliegende Gerät stark belastet. Man muss daher besonders auf die Kühlsysteme achten. Wenn das Kühlsystem die entstehende Wärme nicht abbauen kann, beginnen die Sensoren auszufallen. Sobald das passiert, geht die Prozessgleichmäßigkeit verloren.
Wie man wirklich eine „grüne Fabrik“ schafft
Wenn man auf Infrarotbeheizung umstellt, hört man auf, gegen die Physik anzukämpfen, und nutzt sie stattdessen. Indem man das Emissionsspektrum so anpasst, dass es mit dem Absorptionsverhalten des Wafers übereinstimmt, wird Energie nicht mehr an die Wände des Werkzeugs verschwendet. Das zeigt sich besonders bei den Trocknungs- und Aushärtungsprozessen. Zudem erhöht sich die Produktivität und der Energieverbrauch pro Chip sinkt. Es handelt sich dabei einfach um gesunden Menschenverstand, der in der Praxis angewandt wird: Weniger Verschwendung, mehr Wafer – und ein viel kleinerer Kohlenstoffußabdruck.