Kohlenstoffeinsparung in den Halbleiterfabriken: Lassen Sie uns über das Trocknen sprechen
Seien wir ehrlich – Halbleiterfabriken sind echte Energiefresser. Ein großer Teil der benötigten Energie geht dabei drauf, die Wafer nach der feuchten Bearbeitung zu trocknen.
Ich sehe immer noch viele Fabriken, die weiterhin auf herkömmliche Konvektionsöfen oder Heizelemente setzen. Dabei wird eigentlich nur die Luft um die Wafer erwärmt – nicht die Wafer selbst. Das ist eine Verschwendung. Wenn man eine „grüne Fabrik“ errichten möchte, ist der Umstieg auf gezielte Infrarotheizung einer der schnellsten Wege, um Energie einzusparen.
Warum Infrarotheizung tatsächlich funktioniert
Bei der Konvektionsheizung wird Luft als Trägermedium verwendet. Das ist langsam und unpräzise – außerdem entweicht die Wärme überallhin. Bei der Infrarotheizung hingegen werden Strahlungen verwendet. Die Photonen treffen direkt auf die Oberfläche der Wafer. Man muss keine Kilowattstunden dafür ausgeben, den gesamten Raum in der Kammer zu erhitzen, nur um ein paar Siliziumschichten zu trocknen. Wir verwenden meist Kurz- und Mittelwellen-Infrarotstrahlung – diese durchdringen die Flüssigkeitsschicht auf der Waferoberfläche viel schneller.
Schnelles Trocknen bedeutet, dass die Maschine weniger Zeit damit verbringt, mit voller Leistung zu arbeiten. So einfach ist das.
Die praktische Umsetzung
Wenn es darum geht, eine Infrarotheizung einzubauen, kommt es letztendlich auf die Leistungsdichte an. Hochleistungsquarzlampen sind ideal, denn sie gehen sofort in Betrieb. Man muss das System nicht weiterhin bei hoher Temperatur laufen lassen, während man auf die nächste Charge wartet. Man aktiviert die Heizung erst, sobald die Wafer eingebracht werden, und schaltet sie wieder aus, sobald sie wieder herauskommen.
Aber da gibt es ein Problem: Diese hochintensiven Lampen werden sehr heiß. Wenn die Kühlfans oder Kühlkörper nicht ausreichen, kann es zu beschädigten Lampen oder verformten Komponenten kommen. Man muss also einen optimalen Ausgleich zwischen der benötigten Leistung und der Leistungsfähigkeit des Kühlsystems finden.
Was das für die Energiekosten bedeutet
Wer schon einmal eine Energieauditorie durchgeführt hat, weiß, dass gerade die „Idle-Power-Kosten“ dazu führen, dass viele Fabriken Geld verlieren. Infrarotsysteme eliminieren diese langen, teuren Aufwärmzeiten, die bei herkömmlichen Öfen entstehen. Wenn man den Trocknungsprozess von Minuten auf Sekunden verkürzt, sinken die Kosten pro Wafer drastisch.
Das ist der schnellste Weg, um die Ziele der Kohlenstoffneutralität zu erreichen, ohne die Produktionsgeschwindigkeit verringern zu müssen.