Stop met het verwarmen van de lucht: een slimmere manier om wafers te verwerken
Als we echt die doelstellingen op het gebied van koolstofneutraalheid willen bereiken, moeten we stoppen met het gebruik van die ouderwetse resistieve ovens. Ze verbruiken enorm veel energie. In plaats daarvan maken we gebruik van precisieverwarming met infraroodstralen.
Het principe is eenvoudig: waarom moet de hele vacuümkamer of de lucht rondom de wafer worden verwarmd, als je alleen maar de wafer zelf warm hoeft te maken? We gebruiken IR-sensoren en lampen om de warmte precies op de juiste plek te brengen. Zo wordt er geen energie meer verspild aan lege ruimtes.
Hoe het werkt
Bij standaardverwarming wordt gebruik gemaakt van convectie. Dit proces is traag en vereist veel energie. Infraroodverwarming werkt anders: het maakt gebruik van elektromagnetische straling om energie over te dragen. Door de uitstraling van de lamp af te stemmen op wat het silicium daadwerkelijk absorbeert, komt de warmte rechtstreeks in het materiaal terecht. Dit gebeurt zeer snel. Omdat de tijd nodig is om de temperatuur te bereiken veel korter is, neemt het totale energieverbruik per wafer aanzienlijk af.
Het onder controle houden
Je kunt niet zomaar veel warmte toepassen en hopen op het beste resultaat. Je moet de temperatuur goed onder controle houden. We gebruiken hoge-snelheid IR-sensoren die in real-time de oppervlakte van de wafer in de gaten houden. Deze sensoren communiceren met een PID-loop die de sterkte van de lamp continu aanpast. Als er een hotspot ontstaat, stoppt het systeem onmiddellijk met het leveren van energie. Hierdoor wordt voorkomen dat de wafer beschadigd raakt en blijft de energierekening laag.
Het nadeel (want er is altijd wel een nadeel)
Het probleem is dat wanneer je overgaat op hoog-intensieve IR-lampen, er veel thermische belasting op het apparaat komt te staan. De wafer wordt inderdaad snel heet, maar ook de andere onderdelen van het apparaat worden onder druk gezet. Je moet ervoor zorgen dat de koelsystemen sterk genoeg zijn om deze intense hitte aan te kunnen. Als de koelsystemen te zwak zijn, leidt dit tot beschadigde apparaten.
Wat dit betekent voor de productie
Het vervangen van de oude verwarmingssystemen door IR-systemen zorgt er voor dat de curing- en annealingprocessen efficiënter verlopen. Voor veel bestaande productielijnen is dit een relatief eenvoudige vervanging. We hebben gemerkt dat hoe beter de IR-sensor is, hoe lager het energieverbruik is. Het is een win-winsituatie: minder verspilling, minder afgekeurde wafers en een veel kleinere koolstofvoetafdruk.