Wie man die Temperaturdaten für Heizsysteme in Halbleitern optimal erfasst
Wenn Sie eine intelligente Fertigungsanlage bauen, haben Sie vermutlich bereits erkannt, dass einfache Temperaturüberwachungskonzepte nicht mehr ausreichen. Sie benötigen ein System, das in Echtzeit mit Ihrem PLC kommuniziert und Ihnen präzise Daten liefert – damit Sie keine Vermutungen mehr anstellen müssen. Im Bereich der Halbleiterheizung kann bereits eine kleine Fehlerquelle dazu führen, dass die Wafer verformt werden oder dass die Dopingstoffe ungleichmäßig verteilt werden. Das ist ein Albtraum, den man unbedingt vermeiden sollte.
Die Details der Sensoren
Alles beginnt mit dem verwendeten Metalllegierungsmaterial. Je nach gewünschtem Temperaturbereich kommen entweder Thermoelemente vom Typ K oder Typ S zum Einsatz. Typ S eignet sich besonders gut für Diffusionsöfen – schließlich weist es keine Abweichungen auf, selbst bei extrem hohen Temperaturen.
Aber Achtung: Der beste Sensor der Welt ist nutzlos, wenn er an der falschen Stelle angebracht ist. Wenn die Position des Sensors nicht korrekt ist, entstehen „kalte Stellen“. Schon eine einzige solche Stelle kann dazu führen, dass die ganze Charge an Wafern unbrauchbar wird. Wir konzentrieren uns darauf, die Zeitverzögerungen bei der Übertragung der Daten zu verringern – schließlich sorgen schnelle Reaktionszeiten dafür, dass der PID-Regler nicht überreagiert. Niemand möchte, dass seine Heizelemente durch zu langsame Reaktionszeiten der Sensoren beschädigt werden.
Übertragung der Daten
Industrie 4.0 klingt zwar attraktiv, doch im Grunde geht es dabei um die Übertragung von Signalen. Wir weichen von den alten analogen Anzeigen ab und nutzen stattdessen digitale Signale. Durch die Kombination von Thermoelementen mit hochauflösenden A/D-Wandlern erhalten Sie eine digitale Aufzeichnung jedes einzelnen Temperaturzyklus. Dadurch können Sie bereits früh erkennen, wenn eine Heizlampe langsam versagt. So können Sie rechtzeitig Maßnahmen ergreifen und die Produktion weiterhin am Laufen halten.
Kompromisse – denn es gibt immer Nachteile
Präzision kostet etwas. Je mehr Thermoelemente man verwendet, desto komplizierter wird die Verkabelung. Zudem kann dadurch Rauschen in die Signale eindringen. Sie benötigen daher geschirmte Kabel, um zu verhindern, dass Störungen aus der Stromversorgung die Messwerte beeinträchtigen. Doch Achtung: Wenn Sie zu viel abschirmen, könnte das die Reaktionszeit des Sensors verlangsamen. Es handelt sich dabei um ein Gleichgewichtsspiel – man muss die Abschirmungsanforderungen mit der erforderlichen Sample-Rate des Steuerungssystems abwägen.