Kohlenstoffeinsparung in Reinräumen: Warum Vakuum-IR-Heizung tatsächlich funktioniert
Seien wir ehrlich: Die Herstellung von Halbleitern ist ein energieintensiver Prozess. Um zu verhindern, dass die Komponenten oxidieren oder kontaminiert werden, muss man in einem Vakuum arbeiten – was die Temperaturregulierung äußerst schwierig macht.
Die meisten Menschen nutzen einfach Widerstandsheizungen. Das Problem: Dadurch wird das gesamte Behältnis erhitzt, nur um die Wafer auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Das ist wie wenn man alle Heizgeräte im Haus einschaltet, nur um eine einzelne Pizza aufzuwärmen – es handelt sich dabei um einen enormen Energieverbrauch.
Wir machen das anders. Wir verwenden vakuumkompatible IR-Lampen, mit denen die Wafer direkt beheizt werden können. Es entsteht kein unnötiger Energieverlust, und die Luft wird nicht unnötig erhitzt. Dadurch bleibt auch der Kohlenstoffausstoß in den Reinräumen viel geringer.
Die Physik – ohne Lehrbuchsformulierungen
Im Vakuum gibt es keine Konvektion. Das bedeutet, dass die Wärme nicht einfach „herumschwebt“. Man muss sich vollständig auf Strahlung und Leitung übertragenen Wärmestrom verlassen.
Wir verwenden Kurzwellenstrahlung – sie dringt tatsächlich in das Material ein, anstatt nur von der Oberfläche abprallt. Dadurch wird die Wafer schnell auf die gewünschte Temperatur gebracht.
Da die Prozesstemperaturen so schneller erreicht werden, muss die Maschine nicht dauerhaft mit hoher Leistung laufen. Dadurch werden weniger kWh pro Wafer verbraucht – was sich auch in den Stromrechnungen widerspiegelt.
Die technischen Herausforderungen
Hier kommt es zum Problem: Standardlampen geben Gase ab. In einer Hochvakuumumgebung ist das ein Desaster – schon kleine Mengen an Verunreinigungen können dazu führen, dass die Produktqualität beeinträchtigt wird.
Um das zu vermeiden, verwenden wir Quarzkörper sowie Dichtungen hoher Reinheit. Doch man muss darauf achten, die Leistungsdichte richtig einzustellen. Da es kein Luftmedium gibt, das die Wärme vom Lampengehäuse wegtransportieren könnte, kann es dort sehr heiß werden. Man darf bei der Kühlung auf keinen Fall sparen. Wenn das Kühlsystem zu klein ist, gehen die Lampen viel schneller kaputt. Es handelt sich dabei um eine einfache Lösung – doch sie macht den Unterschied zwischen einem System, das lange hält, und einem System, das alle paar Wochen versagt.
„Grüne“ Produktion wird so möglich
Durch den Übergang von der herkömmlichen Heizung zur gezielten IR-Heizung muss man nicht mehr gegen die thermische Masse ankämpfen. Dadurch wird es viel einfacher, die Ziele einer „grünen Fabrik“ zu erreichen – schließlich wird der Energieverbrauch stark reduziert. Man kann weiterhin hohe Geschwindigkeiten erreichen, ohne dabei große Energiemengen zu verbrauchen.
Es handelt sich dabei um einen einfachen Hardwareaustausch – ohne Magie, nur bessere Physik.