Kohlenstoffeinsparung bei der Herstellung von Halbleitern: Warum Vakuum-IR-Heizer die beste Lösung sind
Die Herstellung von Halbleitern erfordert Präzision – genaue Temperaturen sind unerlässlich, und es darf auf keinen Fall zu Störungen durch Luft oder Staub kommen. Lange Zeit haben wir auf große, resistivheizte Öfen zurückgegriffen. Doch das sind im Grunde nur riesige Öfen, die alles in dem Raum erhitzen, nur um eine einzige Wafer zu erwärmen. Das ist ein Energieverschwendung.
Daher kommen Vakuum-kompatible Infrarot-Heizer ins Spiel. Anstatt die Luft zu erhitzen – die in einem Vakuum ohnehin nicht existiert – strahlen diese Systeme die Energie direkt auf das Zielobjekt ab. Das ist eine viel effizientere Methode.
Wie das in einem Vakuum funktioniert
Im Vakuum kann man die Wärme nicht mit Luft weiterleiten – es gibt keine Konvektion. Man muss sich vollständig auf Strahlung verlassen. Wir nutzen Lampen mit hoher Leistungsdichte, damit die Wafer schnell die gewünschte Temperatur erreichen. Das bedeutet weniger Zeit, in der die Maschine untätig herumsteht. Dadurch sinken sowohl die Stromkosten als auch der Kohlenstoffausstoß.
Außerdem braucht man wegen der direkten Strahlung auf das Substrat keine komplizierten Isolierungen mehr. Dadurch wird die Größe der gesamten Ausrüstung verringert.
Die „unangenehmen“ Aspekte: Materialien und Gasentwicklung
Man kann hier nicht einfach beliebige Materialien verwenden. Wenn man Standardkunststoffe oder billige Klebstoffe verwendet, entweichen im Vakuum Chemikalien, die die Wafer beschädigen können. Das ist nicht ideal. Wir verwenden daher hochreinen Quarz sowie spezielle Filamente. Zudem nutzen wir keramisch-metallische Übergänge sowie vakuumgeeignete Dichtungen, damit alles luftdicht bleibt.
Ein weiterer Aspekt ist das Licht selbst. Wir beschichten den Quarz oft, um das Emissionsspektrum anzupassen. Kurzwelliges Infrarot dringt tief in das Material ein, während Langwellen nur die Oberfläche erreichen. Wenn die Wellenlänge nicht zur Absorption durch die Wafer passt, geht die Wärme einfach an den Wänden der Kammer verloren.
Das Problem: Die Kühlung
Hohe Leistungsdichten sind ein Doppelschwert. Während die Wafer schnell heiß werden, leiden die Lampengehäuse und die Elektronik darunter. Wenn die Kühllösung nicht ausreicht, verbrennen die Enden der Lampen. Das ist ein Problem, das man unbedingt vermeiden sollte.
Mein Rat: Achten Sie genau auf den Stromverbrauch. Wenn dieser ansteigt, ist das meist ein Warnsignal dafür, dass der Filament dünn wird oder die Vakuumschließung nachlässt. Wenn man das frühzeitig erkennt, kann man viel Zeit sparen.