Korrekte Wärmeabgabe mit Infrarot-Heizlampen in Halbleiterfabriken
Wenn wir tatsächlich den CO2-Ausstoß der Halbleiterfabriken verringern wollen, müssen wir auf die alten, resistiven Öfen verzichten. Sie sind äußerst energieintensiv. Die Umstellung auf Infrarot-Heizlampen ist die richtige Lösung – schließlich heizen diese Lampen direkt die Wafer, anstatt den ganzen Raum zu erwärmen.
Doch hier gibt es ein Problem: Man kann nicht einfach einen Schalter umlegen und darauf hoffen, dass alles funktioniert. Wenn man diese Systeme ohne Plan einsetzt, riskiert man Probleme. Um die gewünschten Temperaturwerte zu erreichen, ohne die Lampen zu beschädigen, benötigt man eine Thermoelementanordnung, die schnelle Temperaturschwankungen sowie ein Hochvakuumumfeld problemlos bewältigen kann.
Das Problem des „Thermischen Verzugs“
Bei der Nutzung von Infrarot-Heizlampen entsteht ein Problem namens „thermischer Verzug“. Wenn das Sensorgerät zu groß ist, reagiert es langsam – es hinkt hinter der tatsächlichen Temperatur der Wafer her. Wenn das Sensorgerät endlich erkennen kann, dass es zu heiß wird, hat man bereits das Ziel überschritten. Dadurch wird Energie verschwendet – und noch schlimmer: Teure Wafer landen im Müll.
Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir Thermoelemente mit dünnen Wandungen – meist vom Typ K oder N. Dadurch bleibt die thermische Masse gering, sodass der PID-Controller stets aktuelle Werte erhalten kann. Zudem verwenden wir Mineralisierungsmaterialien, damit das Signal nicht beeinträchtigt wird, wenn die Temperaturen sehr hoch sind.
Die Herausforderungen bei der Integration
Die Integration dieser Sensoren in Heizsysteme ist nicht immer einfach. Die Infrarot-Heizlampen erzeugen elektromagnetische Störungen. Wenn man nicht vorsichtig ist, führen diese Störungen dazu, dass die Messwerte ungenau werden.
Wir nutzen abgeschirmte Kabelverbindungen, um das Signal sauber zu halten. Das funktioniert gut. Doch es gibt einen Kompromiss: Dünne Sensoren sind zwar schnell, aber auch empfindlich. Sie beschädigen sich leicht in heißen Bereichen und verschleißen viel schneller als robustere Sensoren. Man kann sie nicht einfach „einschalten und vergessen“. Man muss Ersatzteile zur Verfügung haben, sonst treten Unregelmäßigkeiten auf.
Warum das für den Planeten wichtig ist
Wenn die Sensoren präzise arbeiten, kann man die Heizlampen mit der minimalen erforderlichen Leistung betreiben. Kein Überhitzen mehr, keine verschenkte Energie. Dadurch wird ein einfaches Heizsystem zu einem präzisen Werkzeug. Man verbraucht weniger kWh pro Wafer – außerdem muss das Kühlsystem nicht mehr so stark arbeiten. Alles läuft effizienter.