Obtener un control térmico preciso en los sistemas de calentamiento por lámparas infrarrojas
Si realmente queremos reducir la huella de carbono de las fábricas de semiconductores, debemos dejar de depender de esos hornos resistivos antiguos. Son muy consumidores de energía. La solución es utilizar lámparas de calor infrarrojo, ya que estas calientan directamente la wafer, en lugar de calentar toda la habitación.
Pero aquí está el problema: no basta con encender la lámpara y esperar lo mejor. Si se utilizan estos sistemas sin un control adecuado, se generarán problemas. Para lograr un control térmico preciso sin dañar las lámparas, se necesita un sistema de termopares que pueda manejar cambios bruscos de temperatura y un ambiente de alto vacío, sin problemas.
El problema del “retraso térmico”
Cuando pasamos a usar sistemas de calentamiento por lámparas infrarrojas, obtenemos un calentamiento rápido. Pero esto genera un problema llamado “retraso térmico”. Si el sensor es demasiado grande, su respuesta es lenta; se retrasa en comparación con la temperatura real de la wafer. Para cuando el sensor se da cuenta de que la temperatura es demasiado alta, ya se ha excedido el límite deseado. Esto significa desperdicio de energía y, lo peor, desperdicio de waferes costosos.
Para solucionarlo, se utilizan termopares de paredes delgadas, generalmente de tipo K o N. Al reducir la masa térmica, el controlador PID puede leer la temperatura en tiempo real. También se utiliza aislamiento mineral para evitar que la señal se vea afectada por las altas temperaturas.
Las dificultades de integración
Insertar estos sensores en los sistemas de calentamiento no siempre es fácil. Las fuentes de alimentación por infrarrojos generan interferencias electromagnéticas. Si no se tiene cuidado, estas interferencias pueden causar fluctuaciones en las lecturas.
Para evitar esto, se utilizan conexiones protegidas con pares trenzados. Así, la señal permanece estable. Pero hay un compromiso: los sensores delgados son rápidos, pero frágiles. Se dañan fácilmente en ambientes de alta temperatura y se desgastan mucho más rápido que los sensores más resistentes. No se puede simplemente “configurarlo y olvidarse”. Es necesario planificar el reemplazo de los sensores dentro del cronograma de mantenimiento, de lo contrario, habrá problemas.
Por qué esto es importante para el planeta
Cuando el sensor funciona correctamente, se puede utilizar la mínima cantidad de energía necesaria para calentar la wafer. No hay más desperdicio de energía. De este modo, un simple calentador se convierte en una herramienta precisa. Se utilizan menos kWh por wafer, y el sistema de refrigeración no tiene que trabajar tanto. Todo funciona de manera más eficiente.