Tại sao chúng ta chuyển sang sử dụng phương pháp khử trùng bằng tia hồng ngoại cho các linh kiện bán dẫn không chứa chì
Ngành công nghiệp bán dẫn cuối cùng cũng đang dần loại bỏ những phương pháp xử lý gây ô nhiễm môi trường và sử dụng nhiều chất hóa học. Đó chính là lý do tại sao phương pháp khử trùng bằng tia hồng ngoại trở thành giải pháp lý tưởng. Đây là phương pháp được ưa chuộng bởi những ai muốn thực hiện các quy trình sản xuất “xanh”, vì nó giúp loại bỏ nhu cầu sử dụng các chất dung môi dễ bay hơi, đồng thời giúp giảm mức tiêu thụ điện năng trong các phòng sạch.
Cách thức hoạt động của phương pháp này
Hãy tưởng tượng về một lò nướng thông thường: nó làm nóng không khí trước, sau đó không khí đó mới làm nóng các linh kiện. Quá trình này diễn ra chậm và lãng phí năng lượng.
Trong khi đó, phương pháp sử dụng tia hồng ngoại lại khác. Nó sử dụng bức xạ điện từ để truyền năng lượng trực tiếp vào bề mặt của wafer. Chúng ta không cần phải dùng nhiều năng lượng để làm nóng một chiếc hộp kim loại chứa đầy không khí nữa; thay vào đó, chúng ta chỉ cần truyền năng lượng trực tiếp vào bề mặt wafer. Điều này giúp rút ngắn thời gian xử lý. Đặc biệt, khi xử lý các vật liệu nhạy cảm như hóa chất dùng để in ảnh hoặc keo hàn không chứa chì – những vật liệu đòi hỏi nhiệt độ chính xác – thì tốc độ xử lý là yếu tố quan trọng.
Khoảng cách lý tưởng
Đây là điểm khó khăn đối với các kỹ sư. Họ cần phải xác định đúng khoảng cách giữa bóng đèn tia hồng ngoại và wafer. Nếu bóng đèn quá gần, wafer sẽ bị nóng quá mức và bị biến dạng. Ngược lại, nếu bóng đèn quá xa, lượng nhiệt truyền vào wafer sẽ giảm, khiến quá trình xử lý chậm lại. Chúng ta thường điều chỉnh khoảng cách này dựa trên bước sóng của bóng đèn: bước sóng ngắn phù hợp để xử lý bề mặt wafer, trong khi bước sóng trung bình có thể xâm nhập sâu hơn vào bề mặt wafer. Về cơ bản, chúng ta cần cân bằng giữa cường độ ánh sáng của bóng đèn và khả năng giữ nhiệt của wafer. Bóng đèn có cường độ cao sẽ giúp quá trình xử lý diễn ra nhanh hơn, nhưng chúng ta cần có hệ thống điều khiển chính xác để tránh việc nhiệt độ vượt quá mức cho phép.
Nhược điểm
Mặc dù phương pháp này giúp tiết kiệm năng lượng, nhưng nó lại tạo ra áp lực lớn lên hệ thống làm mát. Vì bóng đèn tạo ra rất nhiều nhiệt trong một không gian nhỏ, nên bo mạch phải được thiết kế sao cho có thể xử lý được lượng nhiệt đó. Nếu quạt hoặc hệ thống làm mát không đủ mạnh, các điện cực trên bóng đèn sẽ bị hỏng nhanh hơn dự kiến. Đó là một sự đánh đổi. Chúng ta có thể tiết kiệm năng lượng trong quá trình xử lý, nhưng lại phải bỏ ra nhiều công sức hơn để kiểm soát nhiệt độ xung quanh máy móc. Tuy nhiên, đó vẫn là cái giá xứng đáng để loại bỏ chì và các chất hóa học khỏi quy trình sản xuất.