Warum wir auf Infrarotheizung für den Waferprozess umsteigen
Im Moment spricht jeder über Kohlenstoffneutralität – und in der Halbleiterindustrie bedeutet das, dass wir überdenken müssen, wie wir Dinge erwärmen. Die alte Methode – nämlich die Verwendung riesiger Widerstandsofen – ist im Grunde genommen so, als würde man sein ganzes Haus heizen, nur um ein einzelnes Stück Pizza zu erhitzen. Das ist pure Verschwendung.
Deshalb wechseln wir zur Infrarotheizung. Anstelle dazu, den gesamten Raum zu erwärmen, richten wir die Wärme genau dorthin, wo sie benötigt wird – nämlich auf den Wafer.
Die richtige Temperatur erzielen
So funktioniert es eigentlich: Wir verwenden Hochleistungskvartslampen, die kurzwellige Strahlung direkt auf das Substrat abgeben. Das geht unglaublich schnell – die Temperatur kann innerhalb von Sekunden erhöht werden. Dadurch verbraucht die Anlage deutlich weniger Energie.
Doch Geschwindigkeit hat auch ihre Nachteile. Wenn man die Temperatur nicht jede Millisekunde überwacht, wird die gewünschte Temperatur überschritten. In dieser Branche bedeutet das, dass ganze Chargen von Wafern ruiniert werden.
Um das zu verhindern, nutzen wir kontaktlose Pyrometer. Sie fungieren wie ein ständiger Überwachungsmechanismus für die Oberfläche des Wafers. Wenn der Sensor versagt, gibt es Probleme.
Die Herausforderungen der Hardware
Man kann einfach keine Lampe in eine Maschine stecken und schon ist alles in Ordnung. Die Entfernung zwischen der Lampe und dem Wafer – also die Brennweite – ist entscheidend. Wenn diese Entfernung nicht genau stimmt, wird die Wärmeverteilung ungleichmäßig, was wiederum zu „heißen Punkten“ führt, die die Qualität der Wafers beeinträchtigen. Deshalb verwenden wir spezielle Beschichtungen auf den Lampen, um das genau erforderliche Spektrum zu erzielen.
Außerdem gibt es noch das Problem der Hitzeentwicklung. Diese Lampen werden an ihren Enden extrem heiß. Wenn die Kühlsysteme nicht richtig konzipiert sind oder der Wasserdurchfluss kurzzeitig nachlässt, können die Lampen sogar durchbrennen. Es handelt sich dabei um ein ständiges Gleichgewicht zwischen Leistungserzielung und Schutz der Hardware.
Die „grünen“ Ziele erreichen
Wenn Menschen von „grünen Fabriken“ sprechen, klingt das oft wie Marketingkram. Doch hier ist die Mathematik eigentlich ganz einfach: Traditionelle Öfen verbrauchen viel Energie, denn sie müssen stundenlang heiß gehalten werden – auch dann, wenn sie nichts tun. Infrarotsysteme sind anders: Sie können sofort eingeschaltet und ausgeschaltet werden. Weniger Stillstand bedeutet weniger Energieverbrauch pro Wafer. Es ist einfach gesunder Menschenverstand – man sollte nicht die Luft um den Wafer erwärmen, sondern direkt den Wafer selbst. So können die Teile schneller produziert werden, und die Stromrechnung sinkt tatsächlich.