Kohlenstoffeinsparung in der Halbleiterfabrik: Warum wir auf Infrarotlampen für die Spülvorgänge umsteigen
Seien wir ehrlich: Die Spülphase in einer Halbleiterfabrik ist ein echter Energieverbraucher. Jahrelang haben wir einfach die Kosten akzeptiert, die damit verbunden waren, riesige Behälter mit destilliertem Wasser warm zu halten oder Konvektionsöfen rund um die Uhr in Betrieb zu halten. Das ist verschwenderisch.
Deshalb haben wir anfangs wasserdichte Infrarotlampen verwendet. Damit eliminieren wir den „Zwischenhändler“ – anstatt Luft oder Wasser zu erhitzen, heizen wir direkt das Wafer.
Lampen, die der feuchten Umgebung standhalten können
Man kann keine gewöhnliche Lampe einfach in eine Spülkammer stecken – sie würde sofort kaputtgehen. Die Feuchtigkeit ist einfach zu stark. Wir verwenden daher hochreine Quarzkörper. Doch das eigentliche Geheimnis liegt in den Dichtungen. Wenn die Anschlussdrähte nicht luftdicht abgeschlossen sind, dringt Dampf ein und zerstört den Glühfaden. Es ist eine Qual, solche Lampen auszutauschen – deshalb müssen die Dichtungen von Anfang an richtig funktionieren.
Das Beste daran: Diese Lampen reagieren sofort. Sobald das Wafer in die Trocknungsphase kommt, ist bereits Wärme vorhanden. Es muss nicht darauf gewartet werden, bis der Behälter wieder seine Temperatur erreicht hat.
Die Physik hinter der Beschleunigung der Prozesse
Kurzwelliges Infrarot kann Wasserschichten viel schneller durchdringen als heiße Luft. Die Energie gelangt direkt ins Substrat. Das bedeutet, dass die Prozesszeiten kürzer werden. Wenn die Prozesse kürzer sind, wird pro Wafer weniger Energie verbraucht. Wenn man das auf eine Fabrik mit Hunderten von Geräten anwendet, sind die Einsparungen enorm. Man kann tatsächlich sehen, wie die kWh pro Einheit auf dem Meter sinkt.
Herausforderungen und Kompromisse
Es ist nicht einfach, diese Lampen einfach einzusetzen. Sie erzeugen nämlich viel konzentrierte Wärme. Wenn man sie einfach in einen alten Gehäusebaukasten setzt, besteht die Gefahr, dass das Gehäuse beschädigt wird. Man muss also sicherstellen, dass das Gehäuse die Temperatur aushalten kann.
Außerdem blockieren die wasserdichten Beschichtungen einen kleinen Teil des Infrarotlichts. Um das auszugleichen, erhöhen wir normalerweise die Leistung der Lampen um etwa 5 % bis 10 %. Das ist ein kleiner Preis dafür, dass die Lampen nicht sofort kaputtgehen.
Wir haben diese Lampen so entworfen, dass sie leicht gegen die alten Heizgeräte ausgetauscht werden können. Man muss sie einfach in einen PID-Controller anschließen, die gewünschte Temperatur einstellen – und schon kann man auf Dampfheizungen verzichten.