Kohlenstoffeinsparung in der Reinraumtechnologie: Die Wahrheit über das Trocknen von Halbleitern
Es ist eine heikle Aufgabe, Lösungsmittel und Feuchtigkeit von einer Waferoberfläche zu entfernen, ohne dabei das gesamte Bauteil zu beschädigen. Lange Zeit haben wir dazu einfach große Konvektionsöfen verwendet – dadurch wurde der ganze Raum erhitzt, nur um ein winziges Stück Silizium zu trocknen. Das ist eine Verschwendung.
Deshalb macht es Sinn, auf digitale Infrarot-Controller umzusteigen. Anstatt die Luft um den Wafer zu erhitzen, wird direkt auf das Substrat eingewirkt. Dadurch wird weniger Energie verbraucht, und die Reinraumtechnik muss nicht wie ein „Monster“ Energie verschlingen.
Das Problem mit „nahe genug“
Herkömmliche Heizelemente sind unpräzise. Sie neigen dazu, die Temperatur zu überschreiten – man landet somit in einem endlosen Kreislauf aus Überhitzung und Überkühlung. Dadurch werden unnötig viele Kilowattstunden verbraucht.
Wir verwenden digitale PID-Controller, um dieses Problem zu lösen. Sie regulieren die Leistung der Infrarotlampen in Echtzeit und halten die Temperatur bei ±1°C. Dadurch sinken die Energiekosten. So einfach ist das.
Warum Infrarot tatsächlich funktioniert
Infrarot ist elektromagnetische Strahlung. Es benötigt keine Luft, um Wärme zu übertragen – die Wärme dringt direkt in das Material ein. Deshalb können manuelle Lüfteranlagen sowie dickes Isoliermaterial weggelassen werden. Wir verwenden Kurzwellen-Infrarot, da es schnell in das Material eindringt. Dadurch trocknen die Wafer schneller, die Geräte müssen weniger lange laufen – und man erreicht die gewünschten Produktionsziele, ohne die Geräte die ganze Nacht über laufen zu lassen.
Die Einschränkungen (denn es gibt immer Einschränkungen)
Man sollte nicht glauben, dass dies eine einfache „Plug-and-Play“-Lösung für alle Anlagen ist. Hochdichte Infrarot-Arrays erzeugen viel intensive, lokalisierte Wärme. Wenn man nicht vorsichtig mit den Kühlsystemen umgeht, können die elektronischen Komponenten beschädigt werden. Wenn das Gehäuse nicht für eine solche Hitzebelastung ausgelegt ist, werden die Komponenten viel früher kaputt gehen. Man muss also sorgfältig auf die Kühlung achten.
Fazit bezüglich der „grünen“ Produktion
Wenn man auf digitale Infrarot-Steuerung umsteigt, wird die Trocknungsphase nicht mehr zu einem energieintensiven Prozess. Sie wird stattdessen zu einem effizienteren Bestandteil des Produktionsprozesses. Im Grunde geht es dabei um grundlegende Thermodynamik: Wenn man keine Energie dafür verschwendet, Luft zu erhitzen, die man eigentlich nicht braucht, sinken die CO2-Emissionen. Das ist ein Vorteil für den Planeten – und auch für die Anlage selbst.