Tại sao chúng ta chuyển sang sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng tia hồng ngoại trong quy trình xử lý wafer?
Hiện nay, mọi người đều nói về mục tiêu trung hòa carbon. Trong lĩnh vực bán dẫn, điều này có nghĩa là chúng ta cần phải suy nghĩ lại cách thức gia nhiệt các vật thể. Phương pháp cũ – sử dụng những lò nung lớn – giống như việc dùng toàn bộ năng lượng để làm ấm một miếng pizza nhỏ thôi. Đó là sự lãng phí.
Đó là lý do tại sao chúng ta chuyển sang sử dụng phương pháp gia nhiệt bằng tia hồng ngoại. Thay vì làm ấm cả buồng lò, chúng ta chỉ cần hướng nguồn nhiệt đến chính vị trí cần gia nhiệt: tức là wafer.
Làm thế nào để kiểm soát nhiệt độ một cách chính xác?
Cách thức hoạt động của phương pháp này như sau: Chúng ta sử dụng các bóng đèn thạch anh có công suất cao, nhằm phát ra tia bức xạ ngắn sóng trực tiếp vào bề mặt wafer. Quá trình này diễn ra rất nhanh; nhiệt độ có thể được nâng lên trong vài giây thôi. Điều này có nghĩa là thiết bị không cần tiêu tốn nhiều năng lượng.
Nhưng tốc độ cũng là một yếu tố nguy hiểm. Nếu bạn không theo dõi nhiệt độ từng miligiây một, bạn sẽ vượt quá mức nhiệt độ mong muốn. Và trong ngành bán dẫn, việc vượt quá mức nhiệt độ đồng nghĩa với việc làm hỏng cả một lô wafer.
Để tránh điều này, chúng ta sử dụng các thiết bị đo nhiệt không tiếp xúc. Chúng giống như “đôi mắt” luôn theo dõi bề mặt wafer. Nếu cảm biến không hoạt động đúng cách, bạn sẽ gặp rắc rối.
Những thách thức liên quan đến phần cứng
Bạn không thể đơn giản chỉ cắm bóng đèn vào máy là xong. Khoảng cách giữa bóng đèn và wafer – tức là tiêu cự – rất quan trọng. Nếu khoảng cách này không chính xác, việc phân bố nhiệt sẽ bị ảnh hưởng, dẫn đến tình trạng có những điểm quá nóng, khiến sản phẩm bị hỏng. Chúng ta còn sử dụng các lớp phủ đặc biệt trên bóng đèn để điều chỉnh chính xác phổ bức xạ cần thiết.
Ngoài ra, còn có vấn đề về nhiệt độ. Những bóng đèn này có thể nóng lên cực kỳ cao ở hai đầu. Nếu hệ thống làm mát không hoạt động đúng cách, hoặc dòng nước cung cấp bị giảm, bóng đèn có thể bị hỏng. Đó là một sự cân bằng liên tục giữa việc đạt được hiệu suất cao và việc đảm bảo rằng phần cứng không bị hỏng.
Làm thế nào để đạt được mục tiêu “xanh”?
Khi mọi người nói về “nhà máy xanh”, đó thường chỉ là những lời quảng cáo suông. Nhưng thực tế, mọi thứ khá đơn giản. Các lò nung truyền thống tiêu tốn rất nhiều năng lượng vì chúng phải duy trì nhiệt độ cao trong nhiều giờ, ngay cả khi chúng không hoạt động. Ngược lại, hệ thống gia nhiệt bằng tia hồng ngoại có thể được bật/tắt ngay lập tức.
Thời gian chờ đợi ít hơn có nghĩa là mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi wafer cũng giảm. Đó là logic đơn giản: thay vì làm ấm không khí xung quanh wafer, chúng ta chỉ cần làm ấm chính wafer. Như vậy, sản phẩm có thể được xử lý nhanh hơn, và chi phí năng lượng cũng giảm xuống.