Giảm lãng phí năng lượng trong quy trình chế tạo bán dẫn: Sự thật về công nghệ sưởi ấm bằng tia hồng ngoại
Nếu chúng ta thực sự muốn đạt được mục tiêu trung hòa khí carbon trong các nhà máy chế tạo bán dẫn, chúng ta phải ngừng việc lãng phí quá nhiều năng lượng trong giai đoạn gia nhiệt. Trong thời gian dài, mọi người vẫn sử dụng các bộ sưởi điện trở truyền thống. Nhưng vấn đề là những bộ sưởi này rất kém hiệu quả.
Chúng tôi đã chuyển sang sử dụng các bóng đèn hồng ngoại tương thích với môi trường chân không. Thay vì cố gắng làm nóng toàn bộ buồng chân không – điều này gây lãng phí năng lượng – những bóng đèn này lại tập trung nhiệt lượng vào chính tấm wafer. Rất đơn giản.
Cách thức hoạt động trong môi trường chân không
Trong môi trường chân không, các quy luật vật lý trở nên phức tạp hơn vì hiện tượng đối lưu không còn xảy ra nữa. Chỉ còn lại hiện tượng bức xạ. Chúng tôi thiết kế các bóng đèn hồng ngoại sao cho chúng phát ra bức xạ sóng ngắn. Bức xạ này có thể xuyên thẳng vào vật liệu cần gia nhiệt, mà không lãng phí năng lượng để làm nóng các bức tường của buồng chân không hay các khí còn tồn tại bên trong. Điều này giúp quy trình chế tạo trở nên hiệu quả hơn.
Tuy nhiên, cũng có một vài hạn chế. Vì không có không khí để lan truyền nhiệt, bề mặt của bóng đèn sẽ nóng lên rất nhanh. Để giữ cho môi trường sạch sẽ, chúng tôi sử dụng vỏ bọc bằng thạch anh có độ tinh khiết cao. Nếu sử dụng thạch anh kém chất lượng, khí độc sẽ thoát ra, và điều này sẽ gây ô nhiễm cho tấm silic.
Chúng tôi cũng cần phải rất cẩn thận với công suất của bóng đèn. Do không có không khí để làm mát, tấm wafer không thể tự thanh lọc nhiệt dư thừa. Nếu sử dụng công suất quá cao, tấm wafer sẽ bị hư hỏng.
Tiết kiệm năng lượng và diện tích
Lợi ích lớn nhất từ việc sử dụng công nghệ hồng ngoại chính là việc rút ngắn thời gian cần thiết để đạt được nhiệt độ mong muốn. Các bộ sưởi điện trở cần rất nhiều thời gian để hoạt động. Ngược lại, các hệ thống hồng ngoại có thể đạt được nhiệt độ mong muốn trong vài giây. Điều này giúp tiết kiệm thời gian và tăng hiệu suất chế tạo.
Ngoài ra, các bộ sưởi hồng ngoại này có công suất cao nhưng lại chiếm diện tích rất nhỏ. Điều này giúp giảm diện tích cần dành cho các bộ sưởi, và tạo ra không gian hơn cho các thiết bị khác trong phòng sạch.
Những hạn chế
Công nghệ hồng ngoại cường độ cao không phải là giải pháp hoàn hảo. Nó gây áp lực lớn lên hệ thống dây điện và nguồn cung cấp điện. Khi sử dụng công suất cao trong môi trường chân không, hệ thống làm mát bên ngoài cần phải hoạt động hiệu quả. Nếu hệ thống làm mát không hoạt động tốt, bóng đèn sẽ bị hư hỏng ngay lập tức vì không có chỗ để thoát nhiệt.