Die richtige Nutzung der Infrarotheizung in einer intelligenten Fertigungsanlage
Der Aufbau einer intelligenten Fertigungsanlage bedeutet nicht einfach nur, ein paar Roboter in die Anlage zu setzen und das als „Industrie 4.0“ zu bezeichnen. Es geht vielmehr darum, wie mit der Wärme umgegangen wird.
Wenn man weiterhin auf herkömmliche Widerstandsheizungen setzt, macht man die Sache unnötig kompliziert. Wir haben festgestellt, dass hocheffiziente Infrarot-Systeme die bessere Lösung sind. Warum? Weil sie den Wafer nicht berühren. Kein Kontakt bedeutet keine Kontamination und keinen mechanischen Stress. Das ist die einzige echte Möglichkeit, die Produktionskapazitäten zu erhöhen, ohne etwas kaputtzumachen.
Das Gleichgewicht zwischen Entfernung und Wärme
Man kann den Infrarotstrahler nicht einfach direkt neben den Wafer stellen. Wenn er zu nah ist, entstehen heiße Stellen, die den Siliziumwafer verformen können. Wenn er hingegen zu weit entfernt ist, wird Energie verschwendet, indem die Wände der Kammer erhitzt werden. Es handelt sich dabei um ein Gleichgewichtsproblem. Wir verschwenden viel Zeit damit, diesen „idealen Punkt“ zu berechnen – basierend darauf, wie viel Wärme der Wafer eigentlich vertragen kann.
Wir verwenden meist Kurzwell-Infrarot-Systeme, da diese schnell reagieren. Doch es gibt einen Haken: Diese Geschwindigkeit belastet die Kühlsysteme stark. Wenn man die Kühlung nicht richtig dimensioniert, können die Sensoren und Kabel beschädigt werden. Das ist natürlich ein Problem, das niemand haben möchte.
Intelligente Lösungen – ohne Probleme
In einer modernen Fertigungsanlage bedeutet „einstellen und vergessen“ eigentlich das Gegenteil von Effizienz. Wir verbinden diese Infrarot-Systeme mit geschlossenen PID-Reglern sowie Realzeit-Temperaturmessgeräten. Dadurch kann das System die Leistung in Millisekunden anpassen – je nachdem, was auf der Oberfläche des Wafer vor sich geht.
Das Beste daran: Das Heizprofil wird zu konkreten Daten. Wenn etwas schiefgeht, muss man nicht raten, was passiert ist – man kann einfach die Temperaturkurve betrachten. Zudem bleibt die Konstruktion modulär. Wenn man mehr Output benötigt, wechselt man einfach die Strahler aus. Man muss nicht die gesamte Vakuumkammer auseinandernehmen und von vorne anfangen.
Die Kompromisse
Hocheffiziente Infrarotstrahler bieten zwar eine enorme Wärmestärke, doch das hat auch seine Kosten. Sie belasten die Stromversorgung sowie die Quarzkapseln stark. Man braucht daher eine sehr stabile Spannung. Wenn die Spannung schwankt – auch nur leicht – entstehen mikroskopisch kleine Temperaturschwankungen auf dem Wafer. Das klingt zwar unbedeutend, aber in dieser Branche sind oft gerade diese kleinen Probleme die größten Herausforderungen.