Die richtige Temperatur einstellen bei der Erwärmung mit Infrarot-Halbleiterheizungen
Wenn wir tatsächlich die Ziele der Kohlenstoffneutralität im Chipherstellungsprozess erreichen wollen, müssen wir aufhören, ganze große Behälter mit Widerstandsheizungen zu erhitzen. Das ist Verschwendung. Die Lösung liegt darin, auf Infrarotlampensysteme umzustellen – so werden die Wafer direkt erwärmt.
Aber es gibt einen Haken: Infrarotstrahlung hat eine sehr hohe Geschwindigkeit. Um zu verhindern, dass die Temperaturen außer Kontrolle geraten, benötigt man eine Thermoelemente oder Pyrometer, die mit diesen schnellen Temperaturänderungen Schritt halten können.
Der Rückkopplungsschleifenmechanismus
In diesem System ist das Thermoelement nicht einfach nur ein Thermometer. Es handelt sich dabei im Grunde um eine Art „Versicherung“ gegen beschädigte Wafer. Wir verwenden in der Regel hochwertige Sensoren vom Typ K oder N. Warum? Weil sie mit den extremen Temperaturänderungen umgehen können. Wenn der Sensor zu langsam reagiert, wird die Zieltemperatur überschritten. Dadurch wird das Strukturprofil des Siliciums zerstört – das Silicium wird dann nutzlos. Wir streben daher Reaktionszeiten von Millisekunden an, damit die PID-Schleife stabil und vorhersehbar bleibt.
Umgehen mit der Hitze und der Genauigkeitsabnahme
Im Inneren einer Halbleiterfabrik herrschen extreme Bedingungen: hohe Temperaturdichten sowie Vakuum. Um zu verhindern, dass die Leitungen durch die Hitze zerstört werden, verwenden wir kabel mit Mineralisierungsisolierung, die außerdem aus Inconel oder Edelstahl gefertigt sind. Doch es gibt noch ein weiteres Problem: die allmähliche Abnahme der Genauigkeit über die Zeit. Das mag zwar unbedeutend erscheinen, doch schon eine Abweichung von 2°C kann dazu führen, dass eine ganze Charge ruiniert wird. Deshalb empfehlen wir eine Kalibrierung alle 500 Betriebsstunden. So kann man Probleme bereits frühzeitig erkennen.
Kompromisse
Der Einsatz solcher Systeme in einem kohlenstoffneutralen System bringt weitere Probleme mit sich – insbesondere elektromagnetische Störungen durch die Stromversorgung der Lampen. Wenn man keine geschirmten Kabel verwendet, treten Störungen in den Messwerten auf, was die Arbeit erschwert. Es gibt immer Kompromisse: Hochempfindliche Sensoren liefern zwar präzise Daten, doch sie sind empfindlich. Man muss also zwischen Präzision und Robustheit abwägen. Wenn man eine Hochleistungsanlage betreibt, muss man sicherstellen, dass die Befestigungen sehr stabil sind. Andernfalls können die Vibrationen die Sensoren zerstören.