Riduzione delle emissioni di carbonio nei processi di riscaldamento dei semiconduttori grazie all’uso di lampade a infrarossi in ambiente a vuoto
La produzione di semiconduttori richiede precisione estrema, ma farlo in un ambiente ad alte pressioni di vuoto rappresenta una vera sfida dal punto di vista energetico. La maggior parte delle fabbriche continua a utilizzare sistemi di riscaldamento basati su resistenze elettriche; in pratica, è come cercare di riscaldare un singolo pisello facendo riscaldare l’intero contenitore in cui si trova il pisello stesso. Questo metodo è lento, consuma molta energia e aumenta notevolmente le emissioni di carbonio.
Noi invece utilizziamo lampade a infrarossi compatibili con l’ambiente a vuoto per riscaldare direttamente il wafer o il substrato su cui viene realizzato il semiconduttore. In questo modo non c’è spreco di energia.
Come funziona realmente la fisica
In un ambiente ad alta pressione di vuoto, non si può contare sull’aria per trasportare il calore. L’unica soluzione è quella di utilizzare la radiazione infrarossa. Il trucco sta nel regolare queste lampade affinché emettano onde a lunghezze d’onda specifiche, che il materiale da riscaldare è in grado di assorbire. In questo modo, l’energia viene indirizzata esattamente dove è necessaria: sul pezzo da lavorare. È un cambiamento semplice, ma permette di ridurre notevolmente i consumi energetici per ogni wafer prodotto.
Costruire una fabbrica che non danneggi il pianeta
Se si vuole costruire una “fabbrica verde”, è necessario tenere conto della massa termica dei componenti utilizzati. Gli elementi di riscaldamento pesanti impiegano molto tempo per riscaldarsi e altrettanto tempo per raffreddarsi. Le lampade a infrarossi, invece, hanno quasi nessuna inerzia termica: basta premere un interruttore per raggiungere la temperatura desiderata in pochi secondi. Questo significa che non ci sono più tempi di riscaldamento lunghi. Le macchine funzionano per meno ore, ma producono comunque lo stesso risultato. È semplicemente più efficiente.
Ma non ci fermiamo solo alla velocità. L’uso di cicli di vuoto è particolarmente nocivo per gli equipaggiamenti: l’evaporazione di gas può distruggere completamente un lotto di wafer in pochi istanti. Per evitare questo problema, utilizziamo quarzo ad alta purezza e sigilli speciali. In questo modo, la camera rimane pulita, il che significa meno scarti e meno spreco di materiale.
La verità sui compromessi
Nessun dispositivo è in grado di risolvere tutti i problemi. Le lampade a infrarossi sono davvero efficaci per ridurre i consumi energetici durante la fase di riscaldamento, ma generano anche un calore intenso e localizzato. Se il sistema di raffreddamento non è adeguato, quella radiazione potrebbe danneggiare i sigilli del vuoto o i sensori presenti nell’equipaggiamento. Non si può semplicemente aumentare la potenza delle lampade sperando nel meglio. È necessario equilibrare la potenza delle lampade con la capacità del sistema di dissipare il calore. Altrimenti, si finisce per pagare un prezzo più alto per i costi di riparazione.