Kohlenstoffreduzierung in der Halbleiterfertigung: Warum die Infrarotbeheizung tatsächlich funktioniert
Wenn man in einer Halbleiterfertigung das Ziel der Kohlenstoffneutralität erreichen will, muss man sich auf die Trocknungsschritte konzentrieren. Dabei wird viel Energie verbraucht. Die meisten herkömmlichen Konvektionsöfen strahlen einfach heiße Luft in den Raum – dadurch wird die ganze Kammer erhitzt, nur um ein paar Wafern zu trocknen. Das ist eine Verschwendung von Energie.
Wir haben eine bessere Lösung gefunden: gezielte Infrarotbeheizung.
Wie die Physik dabei aussieht
Anstelle dazu, die Luft zu erwärmen, nutzen wir Kurzwellen-Infrarotlampen. Die Energie gelangt direkt auf die Oberfläche der Wafer – ohne Zwischenstationen. Dadurch wird der Raum nicht erhitzt. Die Strahlung trifft auf den Feuchtigkeitsspeicher in den Wafern – und dieser verschwindet einfach. Das geschieht fast sofort. Da man nicht darauf warten muss, bis die Luft die richtige Temperatur erreicht hat, spart man viel Energie. Zudem ist der Aufwärmvorgang schneller, und es wird keine Energie verschwendet, während die Maschine untätig ist.
Die richtigen Parameter einstellen
Man kann nicht einfach ein paar Glühbirnen austauschen und schon ist alles in Ordnung. Das ist ein Anfängerfehler. Man muss die Leistung sowie die Wellenlänge an das jeweilige Substrat anpassen. Wenn die Wellenlänge nicht mit der Art und Weise übereinstimmt, wie Wassermoleküle Energie aufnehmen, dann wird im Grunde nur der Metallrahmen der Maschine erhitzt. Das ist keine effiziente Methode – das ist eher wie bei einem Heizgerät.
Wir investieren viel Zeit in die Anpassung der Emittormaterialien. Das Ziel ist einfach: Die Energie soll genau in das Wasser gelangen – und nirgendwo sonst hin. Je schneller der Trocknungsprozess abläuft, desto weniger Energie wird verbraucht. Wir messen die Energieaufnahme pro Wafer – schließlich ist das der einzige Wert, der zeigt, ob die Emissionen tatsächlich sinken.
Die praktischen Herausforderungen
Es handelt sich dabei jedoch nicht um eine „Zauberlösung“. Hochintensive Infrarotstrahlung erzeugt enorme Mengen an Wärme. Das ist zwar gut für die Produktivität, doch für das Kühlsystem ist das problematisch, wenn man darauf nicht vorbereitet ist. Wenn das Kühlwassersystem die Wärme, die von den Lampen ausgeht, nicht bewältigen kann, kommt es zu Instabilitäten im Prozess.
Man muss also ein Gleichgewicht finden. Sicherlich spart man Energie beim Heizen – doch man könnte sie auch für zusätzliche Kühlfans und Pumpen ausgeben müssen. Für uns zählt nur der Nettoeinsparungswert. Wenn die Gesamtenergieaufnahme niedriger ist, hat man gewonnen. Alles andere ist unwichtig.