Kohlenstoffeinsparung in der Halbleiterfertigung: Warum Infrarotheizung tatsächlich funktioniert
Seien wir ehrlich: Die Herstellung von Halbleitern ist ein energieintensiver Prozess. Wenn man in einem Reinraum thermische Prozesse steuern muss, sind die Energiekosten immens – und der Kohlenstofffußabdruck ist noch schlimmer.
Die meisten von uns sind an herkömmliche Konvektionsöfen oder Widerstandsheizungen gewöhnt. Doch es gibt eine bessere Lösung: Infrarotlampen.
Bei herkömmlichen Heizmethoden wird zunächst die Luft erhitzt – in der Hoffnung, dass diese Luft anschließend das Wafer erwärmt. Das ist äußerst verschwenderisch. Im Grunde bezahlt man dafür, den ganzen Raum zu erwärmen, nur um ein kleines Stück Silizium auf die richtige Temperatur zu bringen. Danach muss das Lüftungssystem extra hart arbeiten, um die überschüssige Wärme wieder abzukühlen. Es handelt sich dabei um einen teuren Kreislauf aus Verschwendung.
Infrarotheizung funktioniert anders: Sie nutzt elektromagnetische Strahlung, um das Substrat direkt zu erwärmen. Es gibt keinen Mittelsmann – außerdem wird keine Luft erwärmt.
Das Ergebnis? Die Temperatur kann viel schneller erreicht werden. Zudem wird keine Wärme mehr in den Raum abgegeben – die Energie gelangt direkt dorthin, wo sie benötigt wird.
Natürlich kann man einfach keine Heizlampe in die Fertigungsanlage stecken. Hier spielen Partikel eine Rolle – um alles sauber zu halten, verwenden wir hochreine Quarzkapseln. Dadurch wird eine Ausgasung verhindert und Kontaminationen vermieden. Zudem liefern diese Lampen viel Leistung in einem kleinen Gehäuse. Man kann sie problemlos in die Vakuumkammer oder die Waferhandhabungseinrichtungen einbauen, ohne dass viel Platz benötigt wird.
Aber ich muss ehrlich sein: Es handelt sich dabei nicht um eine „Wunderlösung“ für alle Anwendungen. Infrarotheizung erzeugt zwar intensive, lokalisierte Wärme – doch bei extrem dünnen Wafern oder empfindlichen Materialien kann die Oberfläche leicht beschädigt werden, bevor der Rest des Materials erwärmt wird. Man muss die PID-Controller und Sensoren perfekt einstellen. Andernfalls können die Substrate beschädigt werden.
Trotzdem ist der Vorteil aus Sicht einer „grünen Fabrik“ enorm. Wenn man nicht mehr auf diese riesigen Gebläseheizungen angewiesen ist, können die Kühlsysteme endlich richtig arbeiten. Wir haben bereits festgestellt, dass die Emissionen vom Typ Scope 2 deutlich sinken, wenn man herkömmliche Heizungen durch gezielte Infrarotanlagen ersetzt.
Es handelt sich dabei um eine einfache Lösung: Man erreicht seine Kohlenstoffziele, spart Energie – und muss dazu nicht den gesamten Produktionsprozess umstellen.