Riduzione delle emissioni di carbonio nelle fabbriche di semiconduttori: perché il riscaldamento a onde infrarosse funziona davvero
Se si vuole raggiungere la neutralità carbonica nelle fabbriche di semiconduttori, si capisce subito che non basta semplicemente acquistare crediti legati all’energia verde. È necessario intervenire direttamente sui processi di riscaldamento.
Pensiamo ai tradizionali sistemi di riscaldamento a resistenza o ai grandi forni a convezione: in pratica, sono impianti molto ingombranti e dispendiosi in termini energetici. Passano metà del tempo a riscaldare l’aria e le pareti della camera di produzione, prima ancora che il wafer percepisca un cambiamento di temperatura. È uno spreco di energia.
Ecco perché optiamo per sistemi di riscaldamento a onde infrarosse. In questo modo non si riscalda l’intera stanza, ma soltanto la zona specifica su cui si vuole agire.
Il riscaldamento mirato
Le onde infrarosse rappresentano una fonte di energia radiante. Invece di aspettare che l’aria si riscaldi, le lampade emettono fotoni direttamente sulla superficie del wafer. Il processo è molto veloce. Grazie a ciò, il wafer trascorre meno tempo nel ciclo di riscaldamento. Ciò significa meno consumo energetico per ogni lotto prodotto, e quindi un costo energetico ridotto. A seconda delle caratteristiche del materiale da lavorare, scegliamo la lunghezza d’onda appropriata: onde corte per un riscaldamento rapido della superficie, oppure onde medie per un riscaldamento più profondo del materiale.
La realtà delle camere pulite
Non basta semplicemente sostituire una lampadina per risolvere i problemi. In una fabbrica di semiconduttori, la contaminazione da particelle rappresenta un grosso problema: anche una singola particella può ridurre notevolmente la qualità del prodotto. Per evitare la fuoriuscita di gas durante il processo di riscaldamento, utilizziamo rivestimenti speciali e contenitori in quarzo.
Il vantaggio principale è che questi sistemi di riscaldamento a onde infrarosse occupano molto meno spazio rispetto ai forni tradizionali. Inoltre, purché il sistema di distribuzione dell’energia sia in grado di gestire il carico energetico generato, tali sistemi possono essere integrati facilmente negli impianti esistenti.
I compromessi (perché niente è perfetto)
L’aspetto negativo è che le onde infrarosse, pur essendo efficaci, richiedono precise condizioni per funzionare correttamente. Creano infatti gradi termici elevati. Se la lampada non è posizionata correttamente, potrebbero formarsi zone troppo calde sul wafer. Per evitare questo fenomeno, sono necessari controllori PID precisi e sensori in grado di mantenere uniforme la temperatura.
Un altro aspetto importante è che le lampade ad alta potenza emettono molto calore dalla parte posteriore. Se i sistemi di ventilazione e raffreddamento non sono sufficientemente efficienti per eliminare questo calore, si possono verificare problemi. Richiede quindi una certa attenzione nella configurazione degli impianti, ma i risparmi energetici ne valgono la pena.