Wafer ısıtımında ısı ile mesafe arasındaki denge
Eğer yarı iletken üretim tesislerinin karbon ayak izini azaltmak istiyorsak, artık o eski dirençli fırınlara bağımlı kalmamalıyız. Bunlar büyük enerji tüketicileridir. Kısa dalga kızılötesi sistemlere geçmek en iyi çözümdür; çünkü bu sistemlerde kızılötesi lambalar doğrudan wafer yüzeyine etki eder. Artık parçanın etrafındaki havayı ısıtmak için enerji boşa harcanmaz.
Ancak burada zor olan nokta şudur: Lamba ile wafer arasındaki mesafe her şeydir. Bu mesafe, mükemmel bir sonuç elde etmek ile başarısız bir üretim süreci arasındaki farkı belirler.
“Güvenli” mesafenin bulunması
Güvenli mesafeden bahsedildiğinde, sadece lambanın wafer’e fiziksel olarak temas etmemesi değil, aynı zamanda ısının nasıl yüzeye ulaştığı da önemlidir. Eğer lambayı çok yakına yerleştirirseniz, kötü sonuçlar ortaya çıkar. Bir dakika boyunca ısıtma yapılır, bir sonraki dakikada ise wafer deforme olabilir veya termal stres nedeniyle çatlaklar oluşabilir. Bu hiç de iyi değildir.
Ancak güvenlik adına lambayı çok uzakta tutmak da mümkün değildir. Eğer mesafe çok fazla olursa, enerji kaybolur ve silisyuma değil de odanın duvarlarına yönelir. Bu da verimliliği düşürür ve “yeşil fabrika” hedeflerini hayal olarak bırakır.
Genellikle mesafeyi, lambanın gücüne ve ısının ne kadar hızlı artırılması gerektiğine bakarak belirleriz. Daha küçük bir mesafe daha hızlı ısı artışına yol açar. Ancak kontrol sisteminin sıcaklık limitlerini aşmadan önce elektriği kesmesi gerekir.
Boşa harcanan ısının maliyeti
Eski tip ısıtma yöntemleri, tüm mutfağı ısıtarak tek bir bezelyeyi ısıtmaya çalışmak gibidir. Kızılötesi sistemler ise farklıdır; bunlar doğrudan silisyumu hedef alır.
Güvenli mesafe doğru şekilde belirlendiğinde, “yanlış yönde” yayılan ışınlar makinenin gövdesine çarpmaz. Bu da tesis için büyük bir avantajdır. Neden mi? Çünkü HVAC sistemi, boşa harcanan ısı yüzünden aşırı yük altında kalmaz.
Mühendislik açısından zorluklar
“Neden yüksek yoğunluklu kızılötesi diziler kullanıp gücü artırmayalım ki?” diye düşünebilirsiniz. Ama inanın, bunu yapmayın. Gücü çok yüksek ayarlamak, filamentlerin daha hızlı yanmasına neden olur ve elektrik yükü üzerinde büyük bir baskı oluşturur. Ayrıca soğutma sistemi de bu baskı altında zarar görebilir.
Burada önemli olan, wafer’in sıcaklığını sabit tutacak bir mesafe bulmaktır. Böylece lambalar tüm gün boyunca %100 kapasiteyle çalışmak zorunda kalmaz. İşte gerçek verimlilik burada ortaya çıkar.