Come ridurre la spesa energetica (e le emissioni di carbonio) negli strumenti per la lavorazione dei wafer
Siamo onesti: le fabbriche di semiconduttori consumano tantissima energia. Se si vuole ridurre l’impronta di carbonio, è necessario prendere in considerazione il modo in cui vengono riscaldate le lastre di silicio.
Per molto tempo abbiamo utilizzato scaldatori a resistenza. Il problema? Questi scaldatori riescono a riscaldare l’intera stanza, solo per riscaldare la lastra di silicio. È uno spreco di energia. Ecco perché stiamo passando all’uso di lampade a infrarossi. Invece di riscaldare l’intera camera, queste lampade concentrano l’energia direttamente sulla superficie della lastra. È più efficiente… e permette di evitare lo spreco di energia su elementi che non hanno bisogno di essere riscaldati.
Il trucco per far funzionare questo sistema
Non basta semplicemente accendere una lampada a infrarossi e andarsene. È necessario un sistema di controllo preciso, altrimenti i risultati potrebbero essere disastrosi. Di solito, queste lampade vengono abbinate a pirometri a contatto zero. Questi sensori monitorano costantemente l’emissività della lastra di silicio in tempo reale. Se il sensore commette degli errori, anche per un secondo, ci si rischia di avere un surriscaldamento o di ottenere risultati non uniformi. È quindi necessario trovare un equilibrio tra efficienza e sicurezza. Costruiamo questi sistemi per gestire cicli termici rapidi, ma l’obiettivo è farlo senza danneggiare i filamenti delle lampade.
Gli svantaggi da considerare
Tutti vogliono una “fabbrica ecologica”, ma questo spesso significa cercare di aumentare la densità di potenza per ridurre i tempi di lavorazione. Io preferisco le lampade a infrarossi a onda corta: queste penetrano meglio nella lastra di silicio rispetto a quelle a onda media, il che significa che è possibile mantenere una temperatura inferiore nell’intera camera, mentre la lastra rimane esattamente dove deve essere. Ma c’è un problema: quando si aumenta la densità di calore, le fonti di alimentazione e i sistemi di raffreddamento vengono messi a dura prova. Se si cerca di massimizzare la produzione per raggiungere gli obiettivi legati alle emissioni di carbonio, è fondamentale assicurarsi che il sistema di raffreddamento sia sufficientemente efficace per gestire il calore generato intorno alla lampada. Altrimenti, si finisce per sostituire un problema con un altro.
Perché è importante
In definitiva, passare alle lampade a infrarossi riduce notevolmente il consumo energetico. Invece di riscaldare l’intera struttura dello strumento, l’energia viene concentrata esattamente dove è necessaria. In questo modo si riducono notevolmente i kilowatt-orari necessari per elaborare ogni lastra di silicio. Basta abbinare queste lampade a sensori a infrarossi calibrati e a controller PID precisi, così da evitare lo spreco di energia. In questo modo si ottiene un sistema di riscaldamento molto più efficiente.