Kohlenstoffeinsparung in den Fabriken: Warum IR-Heizung tatsächlich funktioniert
Halbleiterfabriken haben derzeit große Schwierigkeiten, die Ziele der Kohlenstoffneutralität zu erreichen. Wenn man sich jedoch die Prozesse im Inneren der Fabriken ansieht, stellt man fest, dass ein großer Teil der Energie während des Trocknungsprozesses der Wafer verschwendet wird.
Ich sehe das ständig: Die Fabriken verwenden immer noch diese riesigen Konvektionsöfen oder alte Heizelemente. Das ist ineffizient – man gibt viel Energie dafür aus, den gesamten Raum sowie die umliegende Luft zu erhitzen, obwohl es eigentlich nur darum geht, die Wafer zu trocknen.
Die Vorteile von IR-Heizung
Wenn ich eine Fabrik besuche, um die Trocknungsanlagen zu überprüfen, schaue ich zunächst nach dem sogenannten „Thermal Lag“. Man muss bedenken, dass die Konvektion sehr langsam ist: Zuerst muss die Luft erhitzt werden, anschließend heizt die Luft wiederum die Wafer. Das dauert ewig. Bei der IR-Heizung wird dieser Umweg übersprungen – die Energie wird direkt über elektromagnetische Strahlung an die Oberfläche der Wafer geleitet.
Dadurch wird Energie eingespart, die sonst für die Erwärmung der Maschinenwände und der umliegenden Luft verwendet würde. Der Energieverbrauch pro Wafer sinkt somit erheblich. Ganz einfach.
Wie man die Anlage richtig einrichtet – und wo es Fehler geben kann
Man kann nicht einfach nur einen Heizer austauschen und damit fertig sein. Es ist nicht so einfach. Um wirklich etwas gegen den Kohlenstofffootprint zu tun, muss die Wellenlänge des IR-Strahlers auf das spezifische Absorptionsprofil der Wafer abgestimmt werden. Wenn der IR-Strahler nicht auf dieses Profil abgestimmt ist, wird die Elektrizität sinnlos verbraucht.
Wir nutzen normalerweise Hochleistungsquarzlampen. Warum? Weil sie schnell auf Temperatur kommen und wieder abkühlen können. So müssen die Heizgeräte nicht die ganze Zeit auf maximale Leistung laufen.
Aber hier kommt das Problem: Hochintensive IR-Strahlung wird sehr heiß – besonders an den Enden der Lampen. Wenn man auf kostengünstige Kühlventilatoren oder Wasserkühlungen verzichtet, können die Halterungen oder Verbindungen beschädigt werden. Das ist ein Problem, das man unbedingt vermeiden sollte.
Was das für die „grünen“ Werte bedeutet
Wenn man die Konvektionsheizung durch IR-Heizung ersetzt, verbessern sich die Zahlen erheblich. Man benötigt weniger Kilowattstunden pro Wafer. Die Trocknungsanlage nimmt weniger Platz ein. Da die Heizgeräte nur kurzzeitig arbeiten, wird weniger Energie aus dem Netz bezogen – dadurch sinken auch die CO2-Emissionen.
So können die Wafer schneller durch die Anlage gebracht werden – und die Kohlenstoffbilanz wirkt ehrlicher. Es ist also ein Gewinn für alle Beteiligten.