Kohlenstoffreduzierung bei der Herstellung von Halbleitern durch Infrarotheizung
Bei der Herstellung von Halbleitern ist präzise Kontrolle entscheidend. Die Temperatur muss genau eingestellt werden – doch es darf keine Staubpartikel oder Gasmoleküle geben, die die Wafer beschädigen könnten.
Lange Zeit wurden dazu Konvektionsöfen verwendet. Doch seien wir ehrlich: Ein ganzer Raum zu heizen, nur um ein kleines Stück Silizium aufzuwärmen, ist eine enorme Energieverschwendung. Das ist, als würde man das ganze Haus heizen, nur um eine Pizza aufzuwärmen.
Deshalb haben wir auf Infrarotheizlampen umgestellt. Anstatt die Luft zu erhitzen, wird die Wärme direkt auf das Substrat gerichtet. Dadurch wird die Prozedur schneller und effizienter – außerdem wird die Kohlenstoffbelastung im Reinraum unter Kontrolle gehalten.
Warum das funktioniert
Infrarotsysteme nutzen elektromagnetische Strahlung. Einfach ausgedrückt: Wir vermeiden den Zwischenhändler – wir brauchen keine Luft, um die Wärme zu verteilen. Dadurch werden die Wafer fast sofort erwärmt. Zudem nimmt die Ausrüstung weniger Platz ein.
Wenn man nicht mehr Energie in die Umgebungsluft investiert, sondern sich nur auf das Ziel konzentriert, kann man viel Energie sparen. Das ist der eigentliche Vorteil für die Umwelt.
Die Herausforderungen im Reinraum
Im Reinraum ist „Ausgasen“ das größte Problem. Wenn die Ausrüstung Partikel abgibt, ist alles verdorben. Um das zu verhindern, verwenden wir hochreine Quarzkapseln. Sie halten die Verunreinigungen von den Wafern fern – selbst in einem Hochvakuumumfeld.
Wir verwenden in der Regel Kurzwellenstrahlung. Diese ist besser geeignet, um in Silizium und Photoresist einzudringen.
Aber man kann die Leistung nicht einfach bis zum Maximum erhöhen. Wenn man zu viel Leistung zu schnell einsetzt, wird das Wafer beschädigt. Deshalb verwenden wir PID-Controller, um die Leistung so einzustellen, dass das Material es aushalten kann.
Die Einschränkungen
Infrarotheizungen sind keine Wunderwaffen. Es gibt immer Kompromisse. Die Lampen werden an der Rückseite der Hülle extrem heiß. Wenn man die Kühlsysteme nicht richtig einstellt, wird das System versagen. Gute Belüftung ist also nicht nur „nett“, sondern notwendig, um das System am Funktionieren zu halten.