Warum Quarzschirme der Schlüssel zu einer besseren Erwärmung in Halbleiterfabriken sind
Seien wir ehrlich: Die präzise Erwärmung von Wafern in Halbleiterfabriken ist äußerst energieintensiv. Wir verwenden alle IR-Lampensysteme, um die Temperatur der Wafer auf dem gewünschten Niveau zu halten. Doch wenn man die Wafer nicht richtig schützt, verschwendet man im Grunde genommen Energie – und Geld.
Deshalb kommt hochreines Quarzglas ins Spiel. Es geht dabei nicht darum, dass die Ausrüstung „sauber“ aussieht. Vielmehr soll die Wärme dort bleiben, wo sie hingehört – und Schmutz sowie störende Einflüsse sollen ferngehalten werden.
Der Trick mit der IR-Transmission
Quarz lässt kurzwelliges Infrarotlicht ungehindert durchdringen, ohne es aufzunehmen. Durch das Platzieren eines Quarzschirms zwischen dem Heizelement und dem Wafer entsteht eine Art „physische Barriere“. Dadurch werden chemische Dämpfe oder andere Störstoffe davon abgehalten, die Lampe zu beschädigen.
Aber der Quarzschirm tut noch mehr: Er erzeugt eine lokalisierte Wärmzone. Da er einen Teil der reflektierten Energie zurückhält, kann die gewünschte Temperatur viel schneller erreicht werden.
Wenn man eine Anlage betreibt, die tausend Wafer pro Stunde herstellt, summiert sich die eingesparte Energiemenge schnell. Das ist ein klarer Vorteil für den CO2-Fußabdruck der Fabrik.
Die richtige Wahl des Materials
Wir verwenden gefülltes Siliziumquarz – denn dieses Material reagiert nicht empfindlich auf Temperaturschwankungen. Stellen Sie sich vor, man würde von Raumtemperatur auf 1000 °C innerhalb von Sekunden springen. Die meisten Materialien würden dabei zerbrechen – doch dieses Material nicht.
Aber man kann einfach kein beliebiges Glasstück verwenden. Die Dicke des Quarzschirms muss genau richtig sein. Ist der Schirm zu dick, absorbiert er zu viel IR-Energie – dadurch bekommt der Wafer nicht genug Wärme. Ist er zu dünn, kann schon eine minimale mechanische Belastung dazu führen, dass der Schirm zerbricht. Es handelt sich dabei um ein Gleichgewicht zwischen Stärke des Schirms und Durchlass der Wärme.
Wie man eine „grüne Fabrik“ schafft
Wenn man den Kohlenstoffausstoß in einer Fabrik reduzieren will, muss man den Energieverbrauch senken. Quarzschirme ermöglichen es den Ingenieuren, die Lampen mit niedrigerer Leistung einzusetzen – und dennoch die gleiche Oberflächentemperatur am Substrat zu erreichen. Auch die Kühlsysteme der Fabrik werden dadurch entlastet, da sie nicht mehr mit so viel unnötiger Wärme konfrontiert sind.
Es handelt sich dabei um eine einfache Hardware-Anpassung – doch sie führt zu erheblichen Einsparungen.