Korrekte Temperaturregelung bei der Halbleiterheizung mit Infrarotstrahlung
Wenn wir tatsächlich den Kohlenstofffußabdruck in den Halbleiterfabriken verringern wollen, müssen wir auf diese alten, unpraktischen Widerstandsofen verzichten. Sie sind einfach zu ineffizient. Die Lösung ist die Verwendung von Infrarotstrahlungsheizungen – das ist eine viel effektivere Methode, denn dabei wird nur das Wafer selbst erwärmt, nicht der ganze Raum darum herum.
Aber es gibt ein Problem: Wenn man keine zuverlässige Thermoelementanlage hat, arbeitet man im Grunde blind. Ein einziger Fehler kann dazu führen, dass eine ganze Charge an Siliziumwafern zerstört wird.
Die Gefahr der Rückkopplungsschleife
Infrarotlampen erzeugen eine enorme Menge an Energie. Wenn die Rückkopplungsschleife langsam ist, wird die gewünschte Temperatur schnell überschritten.
Ich bevorzuge in der Regel Thermoelemente vom Typ K oder N – je nachdem, wie hoch die Temperaturen werden. Entscheidend ist die Reaktionszeit des Sensors. Wenn der Sensor auch nur wenige Sekunden langsamer reagiert, sendet der PID-Regler weiterhin Energie an die Lampe. Dadurch kann die Heizung beschädigt werden oder die Wafer sind unbrauchbar. Das ist eine stressige Art, eine Produktion zu betreiben.
Die Details der Installation
Man kann einfach kein Standard-Sensor in einen Reinraum stecken. Die Ausgasungen sind ein Problem – deshalb verwenden wir Edelstahl- oder Keramikgehäuse, um alles sauber zu halten.
Außerdem gibt es noch das Problem der elektrischen Störungen. Hochleistungs-Infrarotquellen erzeugen viel elektromagnetische Störung – daher braucht man abgeschirmte Leitungen. Andernfalls sind die Messwerte unzuverlässig.
Die richtige Platzierung des Sensors ist entscheidend. Wenn der Sensor zu weit entfernt angebracht wird, liefern die Messwerte falsche Informationen – der Controller glaubt dann, das Wafer sei kühler als es tatsächlich ist. Wenn der Sensor jedoch zu nah angebracht wird, kann die direkte Strahlung den Sensor beschädigen. Man muss also den idealen Punkt finden, bei dem die Messwerte genau sind und der Sensor trotzdem unbeschädigt bleibt.
Warum das für den Planeten wichtig ist
Der größte Vorteil der Umstellung auf Infrarotheizung ist die Zeit bis zur Erreichen der gewünschten Temperatur. Anstatt stundenlang darauf zu warten, dass sich der große Ofen auf die richtige Temperatur bringt, genügt es, einfach den Schalter der Lampen einzuschalten – schon nach wenigen Minuten hat man die gewünschte Temperatur erreicht.
Das spart eine Menge Energie pro Wafer. Wenn man dazu noch präzise Thermoelemente verwendet, muss man nicht mehr raten. Der Prozess kann genau unter Kontrolle gestellt werden – ohne unnötige Energieverluste und ohne Überhitzung. Es handelt sich dabei um einen effizienten Prozess, der wirklich funktioniert.