Wie man den Kohlenstoffverbrauch in den Halbleiterfabriken reduziert: Warum Infrarotheizung tatsächlich funktioniert
Seien wir ehrlich: Halbleiterfabriken sind echte Energiefresser. Die meisten älteren Reinraumsysteme nutzen resistive Heizmethoden oder thermische Systeme, die einfach nur Wärme in die Luft abgeben. Das ist verschwenderisch. Deshalb wenden sich immer mehr Unternehmen auf Systeme mit Kurzwellen-Infrarotstrahlern zu.
Die Physik dahinter ist einfach: Die herkömmliche Konvektionsheizung arbeitet langsam – sie versucht, die Luft zu erhitzen, damit der Wafer warm wird. Infrarotsysteme umgehen diesen Umweg und strahlen die Energie direkt auf den Substrat. Dadurch muss das HVAC-System nicht so hart arbeiten, um gegen die Umgebungstemperatur anzukämpfen. Das bedeutet, dass der Gesamtenergieverbrauch pro Wafer tatsächlich sinkt.
Aber man kann diese Systeme nicht einfach so einbauen und vergessen. Bei der Planung solcher Modernisierungen kommt es vor allem auf die Leistungsdichte an. Hochleistungsquarzlampen bringen die gewünschte Temperatur in Sekundenschnelle erreicht. Es gibt keine Zeitverschwendung mehr, während derer Strom verschwendet wird, während man darauf wartet, dass der Raum stabilisiert wird. Es ist also sehr schnell.
Der Nachteil: Man muss sicherstellen, dass die Kühlung mitkommt. Ein hochleistungsstarker Infrarotstrahler belastet die Gehäuse stark. Wenn die Lüfter oder Kühlwassersysteme nicht ausreichen, können die Geräte beschädigt werden oder das gesamte System kann wegen Überhitzung ausfallen.
Und wenn man schon einmal in einer Fabrik gearbeitet hat, weiß man, dass „Einfach ersetzen“ in der Regel nur ein Mythos ist. Man muss wahrscheinlich die Steuerungsspannungen anpassen. Ich empfehle immer, PID-Controller mit schnellen Thermoelementen zu verwenden. Wenn die Rückkopplungsschleife zu langsam ist, kann die Intensität des Infrarotstrahls über das Ziel hinausgehen – dann werden die Wafer beschädigt. Das ist natürlich nicht gut.
Letztendlich ist der Umstieg auf Infrarotheizung eine der einfachsten Möglichkeiten, den CO2-Ausstoß zu verringern. Man verkürzt die Produktionszeiten und spart Energie durch bessere Kühlungssysteme. Dadurch entsteht eine umweltfreundlichere Fabrik – ohne dass man die Produktionslasten erhöhen muss.