Waarom we overstappen op infraroodverwarming voor het verwerken van wafers
Iedereen heeft het nu over koolstofneutraalheid, en in de halfgeleiderindustrie betekent dat dat we opnieuw moeten nadenken over hoe we dingen verwarmen. De oude manier – het gebruik van grote weerstandsovennen – is eigenlijk net alsof je je hele huis verwarmt alleen maar om één plak pizza op te warmen. Dat is verspilling.
Daarom gaan we overstappen op infrarood (IR)-verwarming. In plaats van de hele kamer op te warmen, richten we de hitte precies op waar die nodig is: de wafer.
Het juiste niveau van warmte bereiken
Zo werkt het in werkelijkheid. We gebruiken kwartslampen met een hoge vermogen die kortegolfradiatie rechtstreeks op het substraat sturen. Dat gebeurt razendsnel; de temperatuur kan binnen enkele seconden worden verhoogd. Hierdoor hoeft de apparatuur bijna niet zo lang energie te verbruiken.
Maar snelheid heeft ook nadelen. Als je de temperatuur niet elke milliseconde in de gaten houdt, kom je mogelijk boven het gewenste niveau uit. En in deze branche betekent dat dat je een hele partij wafers bederft.
Om dit te voorkomen, maken we gebruik van contactloze pyrometers. Deze fungeren als een constante, snelle ‘oogopslag’ op het oppervlak. Als de sensoren achterblijven, zit je in de problemen.
De praktische uitdagingen van de hardware
Je kunt geen lamp zomaar in een machine stoppen en denken dat het klaar is. De afstand tussen de lamp en de wafer – de brandpuntsafstand – is cruciaal. Als deze afstand niet precies klopt, wordt de warmteverdeling verstoord, waardoor er ‘hot spots’ ontstaan die de kwaliteit van de wafers beïnvloeden. We gebruiken zelfs speciale coatings op de lampen om het exacte spectrum te krijgen dat we nodig hebben.
En dan is er nog het probleem van de hitte. Deze lampen worden aan de uiteinden ontzettend heet. Als de koelsystemen niet goed zijn afgesteld, of als de watertoevoer even stopzet, kunnen de lampen letterlijk kapotgaan. Het is een constante balans tussen prestaties en het voorkomen dat de hardware smelt.
Het bereiken van die “groene” doelstellingen
Wanneer mensen het hebben over “groene fabrieken”, klinkt het vaak als marketingpraat. Maar hier is de logica vrij eenvoudig.
Traditionele ovens verbruiken veel energie, want ze moeten urenlang heet blijven, zelfs wanneer ze niets doen. IR-systemen zijn anders: ze kunnen bijna onmiddellijk worden ingeschakeld en uitgeschakeld.
Minder stilstand betekent minder energieverbruik per wafer. Het is gewoon gezonde verstand: stop met het verwarmen van de lucht rondom de wafer en verwarm de wafer zelf. Op deze manier gaan de onderdelen sneller door de productielijn, en daalt de energierekening zelfs.